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TEDMED Israel 2013 "Cómo los nanobots cambiarán la medicina" (Dr. Ido Bachelet)
TEDMED Israel 2013 "Cómo los nanobots cambiarán la medicina" (Dr. Ido Bachelet)
조회수 33,108회 2014년 2월 8일
이번 강연에서 이스라엘 바르일란 대학교의 연구원인 이도 바첼레트는 분자 수준에서 일어나는 일들을 점점 더 잘 제어할 수 있게 되고 생물학적 요소와 기계적 요소가 조화를 이루는 차세대 의학 혁명에 대한 전망을 제시합니다.
본 영상의 녹취 및 번역은 저(유튜버 노엘 인수아)가 담당했습니다.
유튜브 플레이어에서 자막을 선택하세요. 번역 오류 수정 및 개선 제안은 언제든지 환영합니다.
--------------------------------------------------------(7월 26일 2026년 업데이트)
정말 감사합니다. 시작하기 전에 한 가지 알려드릴 점이 있습니다. 지금 보시는 모든 기술은 실제 기술입니다.
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그리고 먼저 이… 다나라는 어린 소녀에 대한 이야기를 해드리겠습니다. 다나는 제 딸이라 저에게 아주 특별한 아이입니다.
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다나는 다리 질환을 가지고 태어나서 이 수술처럼 잦은 수술이 필요했습니다. 보스턴에 있을 때도 이 수술을 받았었죠.
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그 수술을 받으러 갔을 때… 기억이 나네요.
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입원할 때 다나는 처음에는 신이 났었는데, 수술실에 들어가기 직전에…
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다나를 보니… 무서워하고 걱정하는 기색이었습니다. 요즘 수술은 복잡하고 위험한 경우가 많으니 누가 걱정하지 않겠어요?
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자, 이제 몇 년 후, 가까운 미래를 상상해 봅시다. 다나는 수술을 받기 위해 병원에 도착할 것입니다.
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수술실에서 마취를 준비하는 대신, 외과의사는 주사기를 꺼내 그 안에 있는
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수백만 개의 작은 로봇, 작은 기계들을 다나의 혈관에 주입할 것입니다.
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이 로봇들은 스스로 필요한 위치를 찾아내고, 손상된 조직을 자극하고, 죽은 세포를 제거한 다음...
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조직 사이의 틈을 메워 건강한 세포의 재생을 촉진하고 유도하며, 통증을 완화하고 염증을 줄이는 약물을 방출할 것입니다.
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그 모든 시간 동안 다나는 의자에 앉아 샌드위치를 먹고 책을 읽을 겁니다. 아마 다음 트와일라잇 사가 시리즈를 읽고 있을지도 모르죠. 그때쯤이면 다나는 16살이 되어 책을 읽을 수 있을 테니까요.
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그리고...(히히덕거림) 어... 이 로봇들이 임무를 완수하면 다음 날 다나의 혈액에서 흔적도 없이 사라질 겁니다.
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이 나노봇들은 지난 30년 동안 에릭 드렉슬러, 로버트 프레이타스, 레이 쿠즈와일 같은 사람들이 구상해 왔습니다.
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오늘 저는 이 로봇들이 이스라엘에 실제로 존재한다는 것을 보여드리겠습니다.
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제 연구실에서 가져온 이 주사기를 보여드리겠습니다. 이 주사기 안에는 1조 개의 로봇이 들어 있습니다.
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현미경으로 이 슬라이드에서 보시다시피, 이 로봇들은 각각 50나노미터의 길이를 가지고 있습니다.
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50나노미터는 여러분 머리카락 굵기의 약 2000배입니다. 아시겠죠? 그리고... 음... 이 로봇들은 사실 3년 전, 현재 샌프란시스코 캘리포니아 대학교 교수인 숀 더글러스와 함께 진행한 연구에서 탄생했습니다.
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하지만 지난 1년 반 동안 바르일란 대학교의 저희 연구실에서는 다양한 의료 및 치료 작업을 위한 로봇을 개발하고 테스트해 왔습니다.
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저희는 로봇을 안전하게 사용하고 면역 반응을 일으키지 않도록 하는 방법을 개발했고, 혈류 내에서 로봇의 안정성을 조절하는 방법도 배웠습니다.
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단기 또는 장기, 심지어 며칠에 걸친 의료 시술에도 적합하도록 말입니다.
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따라서 우리 몸에서 의료 및 치료 시술을 최대한 정밀하게 수행하려면 분자를 제어할 수 있어야 합니다. 분자 제어는 현대 과학 지식에서 매우 간단한 과제입니다.
챕터 2: 오늘날의 분자 제어
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이해되셨나요? 예를 들어 우리가 약물이라고 부르는 분자 종류에 대해 이야기해 봅시다. 지난 40년 동안 놀라운 발전이 있었음에도 불구하고,
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약물에 대한 우리의 생각과 약물 사용 방식은 본질적으로 변하지 않았습니다.
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200년 전과 비슷하죠? 대형 제약 회사들이 더 좋고 안전한 약을 찾기 위해 막대한 돈을 쏟아붓는다는 이야기를 들어보셨을 겁니다.
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하지만 대개 실패로 끝나죠.
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그렇죠? 예를 들어 더 안전한 항암제를 찾는다고 해도, 그 절반은 애초에 개념 자체가 결함이 있는 겁니다.
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더 안전한 항암제를 찾는 것은 마치 나쁜 사람만 죽이는 총을 찾는 것과 같습니다. 우리는 그런 총을 찾지 않습니다.
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우리가 하는 일은 군인들에게 그 총을 제대로 사용하는 방법을 훈련시키는 것입니다. 물론 약물의 경우에는 그렇게 할 수 없습니다. 매우 어려워 보이기 때문입니다.
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하지만 약물에 대해 할 수 있는 일들이 있습니다. 예를 들어, 약물을 입자에 넣어 천천히 확산되도록 할 수 있습니다.
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약물을 운반체에 부착하여 특정 위치로 이동시킬 수도 있지만, 이것은 진정한 제어가 아닙니다.
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우리가 제어에 대해 생각할 때, 우리는 우리 주변의 현실 세계에서 일어나는 과정과 우리가 어떤 과정을 제어하려고 할 때 일어나는 일들을 생각합니다.
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그것은 인간의 능력으로는 불가능합니다. 우리는 그 과정을 컴퓨터에 연결하고 컴퓨터가 그 과정을 제어하도록 할 뿐입니다.
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알겠죠? 그래서 우리가 하는 일이 바로 이겁니다.
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하지만 당연히 약물로는 이 방법을 사용할 수 없습니다. 약물은 우리가 알고 있는 컴퓨터보다 훨씬 작기 때문입니다.
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컴퓨터는 실제로 약물 분자보다 약 1억 배나 더 큽니다.
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주사기에 들어있던 나노봇은 분자 크기의 컴퓨터이기 때문에 이 문제를 해결합니다.
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4분 36초
나노봇은 분자와 상호작용하고 분자를 직접 제어할 수 있습니다.
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4분 45초
과도한 독성 때문이죠?
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효과가 없다는 뜻은 아닙니다. 놀라울 정도로 효과적이었죠. 마치 사방으로 총을 쏘는 것과 같았지만, 잘 훈련된 병사의 손에 쥐어지면
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혹은 기존의 모든 약물을 활용하여 잘 프로그래밍된 나노봇이 있다면 이론적으로 거의 모든 질병을 치료할 수 있을 겁니다.
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그러면 새로운 약이 필요 없을지도 모릅니다.
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5분 7초
이미 놀라운 약들이 있지만, 어떻게 제어해야 할지 모르는 것이 문제입니다. 나노봇이 이 문제를 해결해 줄 수 있기를 바랍니다. 제가 그 방법을 보여드리겠습니다.
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5분 15초
"분자 크기의 로봇이나 기계를 어떻게 만들 수 있을까?"라는 흥미로운 질문이 있습니다. 간단히 말해서, 분자를 이용해 이 기계를 만들 수 있습니다.
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우리는 분자를 사용하지만, 아무 분자나 사용하는 것이 아닙니다.
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5분 30초
제 생각에는 지구상에서 가장 완벽하고 아름다운 분자인 DNA를 사용합니다.
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실제로 로봇의 모든 부분, 나노로봇의 모든 부분, 움직이는 부품, 축, 잠금 장치, 섀시, 소프트웨어 등 모든 것이 DNA 분자로 만들어졌습니다.
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5분 46초
이러한 기술을 가능하게 하는 기술은 30년 전 나드리안 시먼의 선구적인 연구에서 시작되었고, 7년 전 캘리포니아 공과대학의 폴 로테문트의 연구에서 정점에 달했습니다.
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TED에서도 소개된 이 기술은 DNA 오리가미라고 불립니다.
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DNA 종이접기에서는 종이를 사용하는 대신, 긴 DNA 가닥 하나를 사용하여 원하는 거의 모든 모양으로 접을 수 있습니다.
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예를 들어, 이 모양들은 DNA로 접은 분자 크기의 실제 현미경 이미지입니다.
3장: DNA 종이접기
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화면 중앙에 보이는 스마일 모양은 크기가 100나노미터에 불과하지만, 단 몇 초 만에, 단 한 번의 반응으로 수십억 개를 만들 수 있습니다.
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2006년 이후 여러 재능 있는 연구자들이 DNA 종이접기의 기술적 한계를 넓혀왔습니다.
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이제 이 기술을 사용하여 놀라울 정도로 다양한 모양과 물체를 만들 수 있습니다.
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그리고 이 연구원들은 또한 누구나
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매우 간단하게 DNA로부터 물체를 설계할 수 있도록 해주는 컴퓨터 지원 설계 도구를 제공했습니다. 이러한 CAD 도구는 놀랍게도 우리가 원하는 모양에 집중할 수 있게 해줍니다.
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이러한 구조가 실제로는 분자들의 집합체라는 사실을 잊을 수 있게 해줍니다. 예를 들어, 이것은 컴퓨터가 실제로 DNA 분자로 만들 수 있는 모양입니다.
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보시다시피, 이 CAD 소프트웨어의 출력물은 DNA 조각들이 담긴 스프레드시트입니다. 이 스프레드시트를 메시지에 첨부하여 회사에 보낼 수 있습니다.
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주문 제작 DNA를 만드는 수십 개의 회사 중 한 곳에 보내면 며칠 후 집으로 DNA를 받아볼 수 있습니다.
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DNA를 받으면 특정 방식으로 섞기만 하면 이 분자 블록들이 스스로 조립되어
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7분 26초
무료 CAD 소프트웨어를 사용하여 설계한 바로 그 구조의 수백만 개를 만들어냅니다. 참고로 이 소프트웨어는 무료로 다운로드할 수 있습니다.
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자, 이제 나노로봇을 살펴보겠습니다.
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자, 나노로봇은 이렇게 생겼습니다. 보시다시피 DNA로 만들어졌고, 조개껍데기처럼 생겼는데 그 안에 화물을 넣을 수 있습니다.
4장: DNA 나노로봇: 꺼짐 상태
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작은 분자부터 약물, 단백질, 효소, 심지어 나노 입자까지 원하는 것은 무엇이든 넣을 수 있습니다. 분자가 수행할 수 있는 거의 모든 기능
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나노봇에 탑재할 수 있으며, 나노봇은 특정 위치와 시간에 이러한 기능을 켜고 끌 수 있도록 프로그래밍할 수 있습니다.
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이러한 기능을 특정 위치에서 특정 시간에 수행하는 것이 바로 분자를 제어하는 방법입니다. 따라서 이 나노로봇은 꺼진 상태이며, 닫혀 있고 안전하게
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내부에 넣은 모든 페이로드를 격리하여 로봇 외부에서 접근할 수 없도록 합니다. 예를 들어, 표적 세포나 표적 조직과 결합할 수 없습니다.
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하지만 나노봇이 주변 환경에서 발견하는 분자 신호를 기반으로 켜짐 상태로 전환되도록 프로그래밍할 수 있습니다.
5장: DNA 나노로봇: 켜짐 상태
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8분 30초
따라서 로봇을 프로그래밍하는 것은 숫자를 인식하는 디스크를 사용하여 조합 자물쇠를 조립하는 것과 거의 같습니다. 물론 숫자 대신 신호를 인식하는 디스크를 조립하는 것입니다. 분자들.
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이 로봇들은 꺼진 상태에서 켜진 상태로 전환할 수 있고, 전환되면 내부에 있는 모든 화물에 접근할 수 있게 됩니다.
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표적 세포나 표적 조직, 또는 다른 로봇을 공격할 수도 있는데, 이는 나중에 살펴보겠습니다.
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즉, 로봇은 꺼진 상태에서 켜진 상태로, 그리고 다시 꺼진 상태로 전환할 수 있으며, 전환 속도를 제어할 수 있습니다.
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9분 2초
어떤 시점에 어떤 탑재물에 접근할 수 있게 되는지 제어할 수 있습니다. 예를 들어, 이 로봇들이 항암제를 어떻게 제어하는지 살펴보겠습니다.
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9분 12초
나노봇을 이용하면 가장 독성이 강한 항암제, 심지어
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과도한 독성 때문에 사용이 중단된 항암제까지도 로봇에 탑재할 수 있습니다. 그렇죠? 로봇을 잠근 상태에서 건강한 세포와 종양 세포가 섞인 용액에 넣으면
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아무 일도 일어나지 않습니다. 어떤 세포도 영향을 받지 않습니다. 로봇이 약물을 안전하게 내부에 보관하기 때문입니다.
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로봇의 잠금을 해제하면 로봇 안에 있는 물질이 보이는 모든 것을 공격하기 때문에 모든 세포가 죽습니다.
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결국 모든 세포가 죽게 됩니다. 이 경우에는 형광 분자를 사용하여 결과를 더 잘 관찰할 수 있도록 합니다.
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하지만 나노봇이 특히 종양 세포를 찾도록 프로그래밍하면 종양 세포만
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음... 종양 세포만 죽습니다. 로봇은 주변의 건강한 세포에는 전혀 영향을 주지 않기 때문입니다.
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따라서 건강한 세포에는 전혀 해를 끼치지 않습니다.
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10분 6초
저희 연구실에는 이미 약 10가지 유형의 암과 기타 세포 표적을 공격할 수 있는 나노로봇이 있으며, 저희 팀은 매달 이 범위를 확장하고 있습니다.
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10분 17초
이것들은 나노로봇이고, 다른 주제로 넘어가서 자연계의 유기체들, 예를 들어 박테리아나 동물들은
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진화 초기부터 조직적인 집단 활동을 통해 개인이 할 수 있는 것보다 더 큰 이점과 능력을 얻을 수 있다는 것을 배웠습니다.
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우리는 매우 복잡한 의료 시술과 치료 환경에 관심이 있기 때문에, 우리가 무엇을 할 수 있을지 궁금합니다.
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나노봇에도 인공적인 군집 행동을 구현할 수 있다면 어떨까요? 그렇게 하면 엄청나게 큰 나노봇 집단을 만들 수 있을 것입니다.
6장: 군집의 힘
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나노봇에게 동물이나 곤충처럼 행동하도록 가르칠 수 있을까요? 어떻게 하면 될까요? 흥미로운 질문입니다.
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한 가지 방법은 이 물고기 떼처럼 자연적인 무리를 살펴보는 것이라고 생각할 수 있습니다.
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그리고 전체 무리의 역학을 시뮬레이션한 다음, 물론 동일한 행동을 모방하는 코드를 분자에 작성하는 것입니다.
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11분 12초
하지만 이는 사실상 불가능하고 비현실적입니다. 우리가 하는 방법은 물고기 한 마리, 또는 우리 경우에는 나노봇 하나를 가져오는 것입니다.
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그리고 매우 기본적인 상호 작용 규칙 세트를 설계한 다음, 이 나노봇 하나를 10억 개 복제합니다.
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그리고 그 집단에서 행동이 나타나도록 합니다. 우리가 이미 할 수 있는 몇 가지 예를 보여드리겠습니다.
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예를 들어, 개미가 악수를 하고 두 나무 또는 같은 지역의 두 멀리 떨어진 부분 사이에 물리적인 다리를 만들 수 있는 것처럼 말입니다. 나무,
챕터 7: 나노봇 집단 행동
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이미 서로 손을 뻗고, 접촉하고, 악수하는 방식으로 물리적인 다리를 형성할 수 있는 나노로봇이 있습니다.
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이러한 로봇들이 뻗어나가 손상된 조직, 예를 들어 척수 손상 부위의 절반에서 다른 절반으로 다리를 만드는 것을 상상해 보세요.
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또는 제 딸 다나의 경우처럼 다리 손상 부위를 덮을 수도 있습니다. 로봇이 손상된 조직 사이를 연결한 후에는 성장 인자를 탑재하여 세포의 재성장을 촉진하고 유도할 수 있습니다.
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이미 그렇게 했고...
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12분 17초
동물들이 무리를 지어 서로 조절하듯이 로봇들도 서로 조절할 수 있게 됐어요. 정말 놀라운 건, 보시다시피
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A형과 B형, 이렇게 두 종류의 로봇이 서로 조절할 수 있다는 거예요. A형이 활성화되면 B형은 비활성화되고, 그 반대도 마찬가지죠.
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이런 기능은 병용요법에 아주 유용해요. 병용요법에서는 여러 가지 약물을 사용하잖아요?
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때때로 두 가지 이상의 약물이 충돌하여 부작용을 일으킬 수 있지만, 여기서는 약물 하나를 여기에, 다른 하나를 여기에 놓을 수 있습니다.
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12분 46초
로봇은 한 약물이 활성화되고 다른 약물은 비활성화되도록 활동 시간을 조절한 다음, 전환하여 두 가지 이상의 약물이 실제로 충돌 없이 동시에 작용할 수 있도록 합니다.
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12분 57초
저희가 진행했던 또 다른 예로는 쿼럼 센싱이 있습니다.
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13분
쿼럼 센싱은 정말 놀라운 기술입니다. 박테리아에서 영감을 받은 행동 방식이죠. 나노로봇이 스스로 개체 수를 셀 수 있다는 뜻입니다.
8장: 쿼럼 센싱: 나노로봇의 개체 수 세기
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13분 8초
그리고 특정 개체 수에 도달했을 때만 활성화될 수 있습니다. 이는 진화 과정에서 박테리아가 만들어낸 메커니즘입니다.
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13분 15초
또한 개체 밀도에 따라 놀라운 행동들을 조절할 수 있습니다. 예를 들어 생물 발광이 있는데, 이는 잘 연구된 사례 중 하나입니다.
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따라서 우리 로봇은 스스로 개체 수를 세고, 우리가 프로그래밍할 수 있는 특정 개체 수에 도달했을 때만 활성화될 수 있습니다.
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13분 29초
이것은 약물의 고유한 용량-반응 곡선과 관계없이, 목표 농도 부근의 특정 용량에 도달했을 때만 약물이 활성화되도록 프로그래밍할 수 있는 메커니즘이기 때문에 매우 유용합니다.
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13분 41초
마지막으로 보여드릴 것은 컴퓨팅 기능입니다. 이 나노봇은 컴퓨팅을 할 수 있습니다.
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13분 45초
어떻습니까? 집에 있는 컴퓨터를 생각해 보세요. 컴퓨터의 프로세서는 사실 거대한 트랜지스터 덩어리입니다.
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예를 들어 i7 코어에는 약 8억 개의 트랜지스터가 있으며, 이 트랜지스터들은 특정 방식으로 상호 작용하여 논리 게이트를 생성하도록 설정되어 있습니다.
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14분 2초
그리고 이러한 논리 게이트는 상호 작용하여 연산을 수행하도록 설정되어 있으므로 나노로봇 간의 상호 작용을 설정하여 연산을 생성할 수도 있습니다.
9장: 나노로봇으로 컴퓨터 만드는 방법
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14분 10초
여기서 보시는 것처럼 논리 게이트를 모방하여 체인을 형성하고 쌍을 형성할 수 있습니다. 바르일란 대학교의 저희 연구팀은 이미 상호 작용하는 나노로봇 기반 컴퓨팅 아키텍처를 여러 개 개발했습니다.
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14분 19초
이러한 아키텍처의 프로토타입을 만들기 위해 매우 흥미로운 동물을 사용하고 있습니다.
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14분 27초
바로 바퀴벌레입니다. 함께 일하기 정말 편하고, 굉장히 친절해요. 사실 그들은 남미 출신인데 저도 남미 사람이라 왠지 모르게 친숙하게 느껴져요.
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14분 35초
[웃음]
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14분 36초
음... 저희는 바퀴벌레에 로봇을 주입하는데, 그러려면 당연히 바퀴벌레를 재워야 하죠. 바퀴벌레 재워본 적 있으세요?
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14분 46초
냉동실에 7분 정도 넣어두면 잠이 들고, 그 안에 나노로봇을 주입할 수 있어요. 20분 정도 지나면 바퀴벌레들이 뛰어다니기 시작하는데, 아주 행복해 보여요.
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14분 55초
그리고 이 로봇들은 바퀴벌레의 입력에서 분자를 읽어내고, 그 결과를 약물 형태로 출력합니다.
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15분 4초
이 약물은 바퀴벌레 세포에서 활성화됩니다. 따라서 우리는 이미 논리 연산자를 모방할 수 있는 상호 작용하는 나노 로봇 아키텍처를 가지고 있습니다.
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15분 14초
이러한 로봇들을 모듈식 부품으로 사용하여 원하는 모든 유형의 범용 컴퓨터를 만들 수 있습니다.
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15분 19초
[....]
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15분 21초
생체 컴퓨팅을 통해 여러 약물을 동시에 제어할 수 있는, 살아있는 동물에서 구현되는 진정한 범용 컴퓨팅입니다.
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15분 30초
이제 우리는 코모도어 64와 같은 8비트 컴퓨터의 연산 능력을 갖춘 시스템을 보유하고 있습니다.
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15분 36초
나노봇을 주입한 후에도 제어력을 잃지 않도록 하기 위해 저희 팀은 금속 나노 입자로 만들어진 안테나를 장착한 나노로봇을 개발했습니다.
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15분 47초
이 안테나를 통해 나노봇은 외부에서 가해지는 전자기장에 반응할 수 있습니다. 따라서 이 버전의 나노로봇은
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15분 55초
조이스틱의 버튼을 누르거나 컨트롤러를 사용하여 작동시킬 수 있습니다.
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16분 1초
예를 들어 Xbox나 Wii를 사용해 보신 적이 있다면 아시겠지만, 연구실에서 제 학생 중 한 명이 Xbox 앱을 사용하여 나노봇을 제어하는 모습을 보실 수 있습니다.
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16분 11초
예를 들어, 제 딸 다나에게 나노로봇을 주입하는 것을 상상해 보세요. 의사는 손짓 하나로 로봇을 다리의 특정 부위로 유도하고 작동시킬 수 있습니다.
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16분 23초
그리고 실제로 암세포를 채취해서 나노로봇에 주입한 사례를 이미 보셨을 겁니다.
16분 23초
이미 암세포를 채취하고 로봇에 항암제를 탑재한 다음 손동작으로 약물을 활성화하는 예를 보실 수 있습니다.
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16분 31초
그리고 보시다시피, 이렇게 하는 것만으로도 암세포를 죽일 수 있습니다.
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16분 36초
흥미로운 점은 Xbox 컨트롤러처럼 인터넷에 연결되어 있기 때문에,
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16분 44초
컨트롤러가 나노봇을 네트워크에 연결하여 실제 IP 주소를 부여하고, 동일 네트워크에 있는 원격 기기에서 접근할 수 있게 한다는 것입니다.
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예를 들어, 제 의사 선생님의 스마트폰에서 접근할 수 있습니다. 그러니까, 마치 컨트롤러를 조작하듯이 이렇게 할 수 있다는 거죠.
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마지막으로 보여드릴 것은, 우리 몸을 자세히 살펴보면 모든 세포 유형, 모든 장기, 모든 조직이
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고유한 분자 서명을 가지고 있다는 것입니다. 이는 분자로 이루어진 물리적 IP 주소와 같습니다. 이러한 분자를 알면
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나노봇을 사용하여 소위 '유기체 와이드 웹'을 탐색하고, 세포 간 신호 분자와 같은 특정 정보를 찾도록 프로그래밍할 수 있습니다.
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그리고 진단을 위해 해당 정보를 가져오거나 다른 주소로 전달할 수 있습니다.
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이미 세포 간 신호를 가로채고 세포 간 통신 네트워크 전체를 조작할 수 있는 로봇이 있습니다.
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17분 37초
이는 여러 세포 유형이 서로 소통하고 협력하여 질병을 유발하는 매우 복잡한 질병을 제어하는 데 매우 유용합니다.
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마무리하기 전에 바르일란 대학교의 훌륭한 팀과 이 특별한 여정에 함께해 주신 모든 동료분들께 감사의 말씀을 전하고 싶습니다.
챕터 10: 감사의 글
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17분 55초
하버드 대학교 조지 처치 연구실에서 시작하여 오늘 바르일란 대학교의 새로운 생명과학부에서 마무리하게 된 이 여정에 대해, 그리고 저는 앞으로
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1년에서 5년 사이에 이 기술을 인간에게 적용할 수 있게 되어 나노봇 사회가 도래하기를 진심으로 바랍니다.
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18분 11초
정말 감사합니다.
동영상 시간 동기화
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