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폭탄 냄새 맡는 사이보그 메뚜기 완성 코앞

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IT NEWS

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메뚜기를 이용해 폭탄을 탐지하는 연구가 막바지에 이르렀다.

선행 연구에서는 미 워싱턴대학(세인트루이스) 연구팀이 메뚜기에게 냄새를 맡기기 위해 어디로 가야 하는지 알려줄 방법과 메뚜기 뇌에 저전력 칩을 이식해 냄새를 맡고 있는지도 알아냈다.

하지만 현장에 투입하기 전에 해결해야 할 가장 중요한 기술적 난제는 특정 폭발물 냄새를 맡을 수 있는가다.

맥켈비공과대학(McKelvey School of Engineering) 연구팀이 메뚜기들이 어떻게 서로 다른 폭발물 냄새를 감지하고 구별할 방법을 알아냈다. 특히 냄새 감지는 노출 후 수백 밀리초(ms) 안에 이뤄졌다.

또한 메뚜기의 활성화된 뉴런을 감지하고 감지한 냄새 정보를 전달하는 기존 생체로봇 감지 시스템을 최적화했다. 이번 새로운 연구 덕분에 현장 투입이 눈앞으로 다가왔다.

연구 결과(Explosive sensing with insect-based biorobots)는 분석화학분야 학술지인 '바이오센서스 및 바이오 일렉트로닉스'(Biosensors and Bioelectronics, IF= 9.518, JCR 분야별 상위 1.2%)'에 8월 6일 실렸다.

맥켈비공과대학 바이오의학공학과 바라니 라만(Barani Raman) 교수가 이끄는 라만 연구소(Raman Lab)의 이전 연구에서는 메뚜기 후각 시스템이 논리연산으로 디코딩될 수 있다는 사실을 발견, 생체하이브리드 코를 개발했다. 메뚜기 더듬이를 보면 화학물질 센서 등 수십만 개의 다양한 센서를 가지고 있다.

이를 바탕으로 연구팀은 메뚜기를 화학적으로 다른 폭발물인 TNT, DNT, RDX, PETN, 질산암모늄의 증기에 노출시켰다. 그러자 놀랍게도 뉴런이 TNT와 DNT는 물론 다른 폭발성 화학 증기에 대해 각각 다르게 반응했다.

연구팀은 메뚜기들이 서로 다른 폭발물을 감지하고 구별할 수 있다는 것을 알았다. 하지만, 폭탄을 찾기 위해서는 메뚜기들이 그 냄새가 어느 방향에서 발산되는지 알아내야 했다.

연구팀은 냄새 상자와 메뚜기를 투입했다. 그다음 메뚜기가 앉은 작은 차량 상자 구멍을 통해 폭발물 증기를 주입했다. 메뚜기가 주위를 맴돌며 다양한 농도의 증기를 냄새 맡을 때 연구팀은 냄새와 관련된 뇌의 활동을 연구했다. 증기 농도의 차이에 따라 뇌 신호들이 다르게 나왔다.

다음 단계는 메뚜기의 뇌 활동을 전달하는 시스템을 최적화하는 것이었다. 연구팀은 전기시스템 공학과와 기계공학 및 재료과학과 지원으로 메뚜기에게 최소한으로 해를 끼치지 않고 메뚜기 움직임을 방해하지 않는 전극을 부착하는 새로운 수술 방법을 고안해 냈다. 그러자 폭발물 냄새에 노출된 메뚜기의 뉴런 활동은 특정 패턴으로 500밀리초 이내에 구별할 수 있었다.

이러한 연구 방법은 석탄 광부들이 카나리아를 사용하거나 송로버섯을 찾기 위해 돼지를 사용하는 것과 비슷한 접근법이다. 단지 조금 더 정교할 뿐이다.

이 연구는 지난 2016년부터 미국 해군 연구소(ONR)로부터 연구비 지원을 받아 이 실험을 진행해 왔다.

한편 과학자들은 메뚜기를 원격 제어할 수 있는 날개에 부착할 생체적합형 실크 플라즈몬 '발열 문신'(heat-generating tattoos)을 개발하고 있다. 이 시스템이 개발되면 레이저 빔으로 발열 문신에 열을 가해 메뚜기가 원격제어로 특정 지역으로 이동할 수 있게 해준다. 또한 플라즈몬 나노구조 ​​문신은 주변의 휘발성 유기화합물 샘플도 수집할 수도 있다.

김민중 기자 science@

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