3명이 내일의 재료를 맡는다

엔지니어의 설계 및 구축 방식을 변화시킬 수 있는 연구를 수행하고 있는 세 명의 MIT 연구원의 연구실 내부를 살펴보세요. 두 사람은 새로운 재료를 발명하고 있고, 한 사람은 재료를 교체하는 대신 새로 고칠 수 있도록 재료의 모양을 업데이트하는 방법을 개발하고 있습니다. 엔지니어링은 결코 동일하지 않을 수 있습니다.

Ritu Raman이 설계한 근육 세포는 빛에 반응하여 수축하며 환경에 적응하거나 충돌 후 스스로 수리하는 생물학적 기반 로봇으로 이어질 수 있습니다.

리투 라만(Ritu Raman)은 장갑을 낀 손에 에탄올을 바르고 미니 냉장고 크기의 인큐베이터에 손을 뻗어 페트리 접시 트레이를 꺼냅니다. 접시에는 반투명한 U자형 3D 프린팅 비계가 들어 있습니다. 그리고 이 고분자 골격 위에는 작은 분홍색 근육 세포 띠가 자라고 있습니다.

그녀는 옆방으로 향합니다. 그곳에서는 광섬유 조명이 접시 위에 배치되어 보안경 없이는 볼 수 없을 정도로 밝은 파란색 빛의 펄스를 방출합니다. Raman은 원래 쥐에서 파생된 세포주에서 나온 세포가 그러한 빛 아래에서 수축하도록 생명공학적으로 만들어졌다고 설명합니다. 깜박이는 빛은 개인 트레이너처럼 작용하여 운동을 하게 합니다. "그들은 저기에 살다가 체육관에 가려고 여기로 옵니다"라고 그녀는 농담합니다.

지난 20년 동안 엔지니어들은 생물학적 재료를 실험해 왔습니다. 바이오하이브리드 설계는 플라스틱이나 강철로 건축하는 것보다 뚜렷한 이점을 갖고 있기 때문입니다. 살아있는 세포는 성장하고, 변화하고, 적응할 수 있습니다. 기계 공학 분야의 Brit(1961) 및 Alex(1949) d'Arbeloff 경력 개발 조교수인 Raman은 세포의 감지, 처리 및 반응 능력을 활용하는 적응형 생물학적 재료를 만드는 데 초점을 맞춘 실험실을 운영하고 있습니다. 빛에 의해 유도된 활동이 생명공학 세포에 어떻게 영향을 미치는지 측정함으로써 Raman은 바이오하이브리드 로봇이 언젠가 익숙하지 않은 지형에 어떻게 적응할 수 있는지에 대해 더 나은 아이디어를 얻을 수 있습니다.

"운동을 하면 바뀔 수 있는 것이 여러 가지 있습니다"라고 그녀는 말합니다. 예를 들어, 특정 유형의 근섬유는 작은 하중만 전달할 수 있지만 오랫동안 그렇게 할 수 있습니다. 다른 사람들은 훨씬 더 높은 힘을 다룰 수 있지만 쉽게 지치게 됩니다. 어떤 근육 섬유가 더 강해지는지는 근육이 수행하는 운동의 종류에 따라 달라집니다. 라만은 설탕과 아미노산의 "배터리"로 구동되는 원격 작동이 가능한 바이오하이브리드 로봇을 구상하고 있습니다. 이 로봇은 당면한 작업에 적합한 근육을 개발하고 충돌이나 추락으로 손상된 부품을 재생시켜 스스로 수리하도록 설계할 수 있습니다.

"온도가 일정하고 그 외 모든 것이 상대적으로 통제되는 환경인 방을 로봇이 가로질러 가기를 원한다면 저렴한 비용으로 일반 로봇을 만들면 됩니다."라고 그녀는 말합니다. "하지만 예측할 수 없고 역동적인 환경에서는 얼마나 강해야 하는지, 어떤 위험이 도사리고 있는지 알 수 없습니다. 피해를 입으면 제가 가서 치료할 수 없기 때문에 그럴 수 있어야 합니다. 회복하고 적응하기 위해."

Raman은 인도, 케냐, 미국에서 화학 엔지니어와 기계 엔지니어의 딸로 자랐습니다. 그녀의 부모님이 실제 문제를 해결하기 위해 노력하면서 그녀는 공학이 가져올 수 있는 즉각적인 이점을 보았습니다. 그녀는 아버지가 시골 마을에 통신탑을 설치하는 것을 지켜보았던 것을 회상합니다. 코넬대학교에서 기계공학을 전공한 그녀는 무작위로 생체역학 과정을 수강했고 즉시 매료되었습니다. "이 책은 제가 평생 동안 정말 재미있게 읽었던 첫 번째 교과서였습니다."라고 그녀는 말합니다.

생물학이 항상 재미있었던 것은 아닙니다. 실험실 조교로서 그녀는 알코올과 운동이 쥐에게 어떤 영향을 미치는지 측정하는 실험실에서 일했습니다. "나는 달리기를 원하지 않는 런닝머신에 술 취한 쥐들과 함께 지하실에 있었습니다"라고 그녀는 말합니다. "그것은 끔찍했다!" 그러나 점차 그녀는 특이한 환경에 반응하여 동물의 몸과 행동이 어떻게 변하는지에 매료되었습니다. 그래서 그는 달릴 필요가 없습니다. 우리가 만들 수 있는 것은 스마트하고 적응력이 뛰어난 생활 시스템과 일치하는 것은 없습니다."

Raman은 액체 세포 배양 배지(왼쪽)를 살아있는 세포 플라스크에 옮깁니다. 그녀가 설계한 근육 세포는 빛의 섬광에 의해 수축 또는 "운동"하도록 촉발됩니다.