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이탈리아 연구진이 주변 습도에 따라 체형을 바꾸는 4차원(4D) 프린팅 생분해성 씨앗 로봇을 개발했다. 4D 프린팅이란 3D 프린터로 출력한 물체가 열, 습도 등 주변 환경에 따라 형태가 달라지는 기술을 뜻한다. 

이탈리아기술연구원과 트렌토대 공동연구팀은 생분해성 소재로 배터리나 외부 에너지원 없이 주변 환경에 따라 형태를 바꾸고 이동을 할 수 있는 씨앗 로봇을 개발해 ‘어드밴스드 사이언스’ 3월 24일자에 표지논문으로 발표했다. ^{doi: 10.1002/advs.202205146}

연구팀은 식물 씨앗에서 영감을 받아 토양 상태를 모니터링할 로봇을 개발하는 프로젝트(I-Seed)를 이끌고 있다. 프로젝트 첫 번째 결과물인 이번 로봇은 남아프리카에서 서식하는 쥐손이풀과(Geraniaceae) 식물의 특성을 모방했다. 이 식물의 씨앗은 발아하기 적합한 환경이 조성되면 스스로 땅에 떨어진 뒤 땅밑으로 침투해 발아를 준비한다. 

연구팀은 이 씨앗을 조직학적으로 분석한 뒤 3D 프린터와 전기방사기술을 이용해 씨앗 모양을 복제했다. 전기방사기술은 전기력을 이용해 고분자를 수백 nm(나노미터는 10억 분의 1m)길이로 늘이는 섬유 생산 방법이다. 연구팀은 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤으로 기판을 만든 뒤 습기를 흡수해 팽창하도록 폴리에틸렌 산화물을 첨가해 씨앗 로봇을 만들었다. 

만들어진 로봇은 실제 토양에서 주변 습기를 흡수해 모양을 바꿀 뿐만 아니라, 토양의 거친 정도와 갈라진 틈에 맞춰 형태와 자세를 조정했다. 로봇이 모양을 바꾸면서 이동할 수 있고, 토양 틈에 위치를 고정할 수도 있다는 뜻이다.

이번 연구의 1저자인 루카 세치니 이탈리아기술연구원 박사과정 연구원은 “씨앗 로봇은 전선과 배터리 없이도 토양 표면 탐사와 모니터링을 해낼 수 있을 것”이라며 “생물에서 영감을 얻는 접근 방식을 통해 현장 데이터를 수집하는 저비용 기기를 만들 수 있었다”고 말했다.