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• [파이낸셜 워치(153)] 강달러 어디까지 가나-엔화 달러당 160엔 돌파 관심사

  이란전쟁이 장기화되면서 강달러추세가 어디까지 진행될지 전세계 금융시장의 최대관심사로 떠오르고 있다. 22일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 6개 주요통화에 대한 달러가치를 보여주는 달러지수는 지난 20일 뉴욕외환시장에서 0.26% 오른 99.59를 기록했다. 엔저는 가속화양상을 보였다. 엔화가치는 1.0% 하락한 달러당 159.30엔으로 거래를 마쳤다. 이에 따라 23일 도쿄외환시장에서 달러당 160엔을 넘어설지 초미의 관심을 모은다. 엔화가 심리적 저항선인 달러당160엔대에 육박하면서 일본정부와 일본은행의 시장개입 가능성이 더욱 높아지고 있다고 전문가들은 점치고 있다. 유로화는 0.25% 내린 1.156150달러에 거래를 마쳤다. 영국 파운드화도 0.7% 하락한 1.333달러에 거래됐다. 강달러 추세가 지속되고 있는 것은 이란전쟁이 격화하는 가운데 장기화 우려가 제기되면서 안전자산인 달러에 매수세가 강화되고 있기 때문으로 분석된다. 지정학적 리스크가 고조되면 글로벌 투자 자금은 주식이나 신흥국 화폐 등 위험 자산에서 안전 자산으로 이동하는데 안전자산으로서 미국 달러가 부각되고 있다. 전 세계적인 달러 영향력이 과거보다 약화됐다는 분석도 나오지만 위기 시 즉각적인 현금화가 가능하다는 특성 때문에 달러수요가 폭증하면서 달러 가치가 가파르게 상승하고 있는 것이다. 미국·이스라엘과 이란간 전쟁은 더욱 격화할 것으로 우려되고 있는 상황이다. 지난 21일 도널드 트럼프 미국 대통령은 사회관계망서비스(SNS) 트루스소셜을 통해 “만약 이란이 현시점으로부터 48시간 이내에 아무런 위협 없이 호르무즈 해협을 완전히 개방하지 않는다면, 미국은 가장 큰 발전소를 시작으로 이란의 각종 발전소를 공격해 초토화할 것”이라고 이란에 경고했다. 이란도 즉각 맞불을 놨다. 이란군 대변인은 반관영 타스님통신을 통해 “이란은 이제 ‘눈에는 눈’ 원칙에서 나아가 군사 정책을 변경했다”며 “적대국의 어떠한 공격에도 더욱 심각한 결과로 대응할 것”이라고 밝혔다. 이에 따라 미국·이스라엘과 이란의 전쟁이 장기전으로 치달을 가능성을 시사한다. 중동전쟁이 장기화될 전망을 보이면서 전쟁 리스크가 결국 우리나라에도 밥상 물가를 자극할 것이라는 우려가 나오고 있다. 수입 먹거리를 중심으로 가격 압박이 가중되고 있기 때문이다.

• [국제 경제 흐름 읽기] 호르무즈 봉쇄 3주, 선물 112달러 뒤에 숨은 '실물 200달러'의 공포

  미·이스라엘의 이란 공습이 3주째에 접어든 가운데, 세계 에너지 시장이 선물(先物) 가격으로는 포착되지 않는 극심한 충격에 빠졌다. 호르무즈 해협의 사실상 폐쇄로 브렌트유 선물은 배럴당 112달러까지 올랐지만, 정유사와 항공사가 실제로 지불하는 실물 가격은 이미 200달러를 넘어서고 있다. 에너지뿐 아니라 반도체 공정에 필수적인 헬륨, 농업의 생명선인 비료, 유통기한에 민감한 필수의약품까지 공급망 전반이 도미노처럼 무너지는 양상이다. '종이 위의 유가'와 '현실의 유가' 사이, 전례 없는 간극 21일(현지시간) 블룸버그통신에 따르면, 전쟁 발발 이후 브렌트유 선물은 50% 이상 급등했으나 이는 에너지 위기의 표면에 불과하다. 선물 시장에서 벌어지는 수천억 달러 규모의 거래가 표시하는 가격과, 실제 소비자에게 전가되는 현물 가격 사이의 괴리가 사상 유례없이 벌어지고 있기 때문이다. 괴리의 핵심에는 미국의 개입이 있다. 트럼프 행정부는 전략비축유(SPR) 대규모 방출에 나서며 선물 가격을 억제하고 있고, 스콧 베선트 재무장관은 추가 방출 가능성과 함께 전쟁 상대국인 이란산 원유 제재까지 완화할 수 있다는 파격적 언급을 내놨다. 러시아산 원유에 대한 해상 제재 해제, 선물 시장 직접 개입 가능성까지 거론되는 상황이다. 그러나 칼라일그룹의 제프 커리 최고전략책임자(CSO)는 이에 대해 선물 시장이 실물 시장에서 완전히 유리(遊離)됐다고 단언했다. 실물 시장의 민낯은 수치로 드러난다. 항공유 가격이 배럴당 200달러를 돌파했고, 중동산 오만 원유는 162달러, 아랍에미리트(UAE) 무르반 원유는 145달러를 넘어섰다. 세계 최대 소비 지역인 아시아의 정유사들은 수천 마일 떨어진 곳에서 프리미엄을 얹어 원유를 긴급 확보하고 있으며, 미국산 원유 구매량은 3년 만에 최고치를 기록했다. 미국 내 휘발유 소매 가격은 갤런당 4달러에 육박하고 경유는 5달러를 돌파했다. 유럽에서는 난방유를 사재기하는 대신 최소한만 구매하고, 항공사들은 급등한 유류비를 승객에게 전가하거나 일부 노선을 취소하고 있다. 월가에서는 사태 장기화 시 유가가 2008년 사상 최고치(147.50달러)마저 넘어설 수 있다는 전망이 나온다. 골드만삭스는 호르무즈 해협을 통과하는 하루 약 1700만 배럴의 원유 흐름이 분쟁의 영향권 아래 놓였다고 추산했다. 국제에너지기구(IEA)는 이번 사태를 역대 최대 규모의 원유 공급 교란이라 규정했다. 헬륨 증발, 비료 폭등, 의약품 지연…에너지 너머의 공급망 대란 비즈니스인사이더는 전쟁의 파장이 에너지를 넘어 최소 세 가지 핵심 공급망을 뒤흔들고 있다고 보도했다. 가장 주목되는 것은 반도체 생산과 의료 영상장비에 필수적인 희귀가스 헬륨이다. 이란의 보복 공격으로 세계 LNG 교역량의 약 5분의 1을 차지하는 카타르의 라스라판 천연가스 시설이 피격됐고, 이 시설은 LNG 부산물인 헬륨의 핵심 생산거점이기도 하다. 세계 2위 헬륨 생산국인 카타르 공급이 차단되면서 글로벌 헬륨 가격은 이미 두 배로 뛰었고, 장기화될 경우 추가 25~50% 상승이 예고됐다. 특히 헬륨은 저장 중에도 자연 증발하며 약 45일 이내에 최종 사용처에 도달해야 하는 특성 때문에, 재고 비축을 통한 위기 완충이 사실상 불가능하다. AI 인프라 확충에 사활을 건 빅테크 기업들에게 이번 공급 차질은 시기적으로 최악의 타격이다. 식량 안보에도 비상이 걸렸다. 유엔은 전 세계 해상 비료 물동량의 약 3분의 1이 호르무즈 해협을 통과한다고 추산한다. 북반구 봄철 파종 시기와 겹치면서 비료 가격 폭등은 농민의 투입 비용을 직격하고 있고, 올가을 식량 수확 감소와 이에 따른 식품 인플레이션이 우려된다. 여기에 인슐린, 백신, 항암제 등 유통기한이 짧은 필수의약품 수송까지 물류 지연에 직면해 보건 안보 리스크가 커지고 있다. 비용 전가의 연쇄, '판매자 인플레이션'이 깨우는 불평등의 유령 뉴스테이츠먼에 기고한 경제학자 이사벨라 베버(매사추세츠대)와 그레고르 세미에니우크는 이번 공급 쇼크가 단순한 물가 상승에 그치지 않을 것이라 경고한다. 그들이 주목하는 메커니즘은 '판매자 인플레이션(Sellers' Inflation)'이다. 핵심 원자재가 부족해지면 가격 결정력을 가진 대기업들이 원가 상승분 이상으로 가격을 인상해 이윤을 극대화하고, 그 부담은 최종 소비자와 노동자에게 고스란히 전가된다는 논리다. 이들의 연구에 따르면, 2022년 에너지 위기 당시 석유·가스 기업들이 거둔 수천억 달러의 초과이익은 주식 보유 구조를 통해 미국 상위 1% 가구에 수 퍼센트포인트의 인플레이션을 상쇄할 만큼의 자산 증가를 안겨준 반면, 하위 50%는 그 혜택을 거의 누리지 못했다. 이번에도 같은 구도가 반복될 조짐이다. 전쟁 발발 이후 에너지 기업의 주가는 급등세를 타고 있고, 이를 투자 기회로 환영하는 시장의 분위기와 연료비 두 배 상승에 조업을 포기하는 필리핀 어민, 연료 절약을 위해 주 4일 근무를 선포한 스리랑카의 풍경은 극명한 대조를 이룬다. 더 우려스러운 시나리오는 스태그플레이션이다. 공급 부족이 장기화돼 생산 시설이 대규모로 가동을 멈추면 경기 침체가 기업 이익마저 잠식할 수 있고, 실업 증가는 임금 협상력을 떨어뜨려 노동자의 인플레이션 방어 능력을 더욱 약화시킨다. 선진국에서 가격 충격으로 나타나는 현상은 개발도상국에서는 실물 부족, 즉 에너지와 식량이 물리적으로 사라지는 위기로 전이될 수 있다. 출구 없는 터널…전쟁 4주차, 시장은 '장기전'에 베팅 전쟁이 4주차에 접어드는 현재, 이란 관리들은 호르무즈 해협 재개방 논의 자체를 꺼리고 있으며 미·이스라엘의 군사 작전 종결 기미도 보이지 않는다. RBC캐피탈마켓의 헬리마 크로프트 애널리스트는 미 행정부가 전쟁이 곧 종결될 것이라는 메시지를 시장에 전달하는 데 상당한 공을 들이고 있지만, 현장의 어떤 징후도 단기 개입을 가리키지 않는다고 분석했다. 크리스탈에너지의 크리스토프 뤼흘 글로벌 어드바이저는 해협이 열리지 않고 물리적 피해의 불확실성이 해소되지 않는 한, 미국이 가격 상승을 막기 위해 동원할 수 있는 수단은 거의 소진됐다고 평가했다. [Key Insights] 한국은 에너지 수입 의존도와 반도체 수출 비중이 모두 높은 구조적 취약성을 갖고 있어, 이번 위기의 쌍방향 충격에 가장 민감한 경제 중 하나다. 유가 110달러 돌파가 수입 물가를 끌어올리면 물가 안정을 위한 금리 인하 여력은 사실상 사라지고, 내수 회복은 더욱 멀어진다. 동시에 헬륨 공급 차질은 수출 주력 품목인 메모리 반도체 생산에 직접적인 병목을 만들 수 있다. 정부는 시장 자율 기조에서 벗어나 에너지 비상 수급 계획을 가동하고, 헬륨 등 핵심 원자재의 양자·다자 수급 협력을 선제적으로 구축해야 할 시점이다. [Summary] 이란 전쟁 3주 만에 호르무즈 해협이 사실상 봉쇄되면서 브렌트유 선물은 112달러까지 올랐으나, 항공유·중동산 원유 등 실물 가격은 이미 160~200달러를 넘어서며 선물과의 괴리가 사상 유례없이 벌어지고 있다. 에너지를 넘어 헬륨, 비료, 의약품 등 핵심 공급망이 연쇄적으로 마비되면서 AI 산업, 식량 안보, 보건 체계까지 위협받고 있다. 대기업의 비용 전가로 인한 '판매자 인플레이션'은 자산 불평등을 심화시키고 있으며, 사태 장기화 시 글로벌 스태그플레이션과 개도국의 실물 부족 위기가 현실화될 수 있다.

• [글로벌 밀리터리] 대만 첫 자산잠수함 '하이쿤' 내부 결함 논란⋯"단순 마감 실수" vs "안전 우려"

  대만 최초의 자산 건조 잠수함인 '하이쿤(海鯤·Hai Kun, 일명 나르왈)'호가 내부 마감 불량 논란에 휩싸였다. 라이칭더(賴清德) 총통의 함내 시찰 영상에서 리벳이 빠진 패널과 물 얼룩 등이 포착되자, 야당이 건조 품질에 의문을 제기하고 나선 것이다. 시공사인 대만 국제조선공사(CSBC)는 즉각 "단순한 미관상의 문제"라고 해명했지만, 이미 여러 차례 인도가 지연된 상황이라 논란은 쉽게 가라앉지 않고 있다고 대만 중앙통신사(CNA) 등 현지 언론이 21일(현지시간) 보도했다. 총통 시찰 영상이 부른 화근…리벳 누락에 '물 얼룩'까지 포착 논란의 시작은 지난 목요일 총통실이 공개한 라이칭더 총통의 하이쿤호 함상 시찰 영상이었다. 제1야당인 국민당(KMT) 소속 마원쥔(馬文君) 입법위원이 소셜미디어를 통해 영상 속 문제점들을 조목조목 짚어내며 공세에 나선 것이다. 마 위원이 지적한 주요 결함은 ▲회의 탁자 뒤편 철제 패널의 고정 리벳 3개 누락 및 표면 불균형 ▲배기 덕트 케이스의 선명한 물 얼룩 ▲총통이 직접 열려다 뻑뻑하게 걸린 침대 칸막이 커튼 등이다. 특히 마 위원은 배기 덕트의 물 얼룩을 두고 "내부 누수가 발생한 것 아니냐"는 의혹을 제기하며 함정의 전반적인 완성도에 의문을 표했다. CSBC "테스트엔 지장 없어"…국방부 "인도 시점보다 안전이 우선" 이에 대해 CSBC는 금요일 성명을 내고 "지적된 사항들은 작업 완료 후 복구 과정에서 발생한 단순한 미관상의 문제"라고 일축했다. 리벳 누락이나 얼룩 등은 성능과 직결되지 않는 '코스메틱(Cosmetic) 이슈'이며, 즉시 수정 가능하다는 입장이다. 회사 측은 하이쿤호가 현재까지 6차례의 얕은 바다 잠수 테스트를 성공적으로 마쳤으며, 향후 해상 시험도 안전과 품질 원칙에 따라 단계적으로 진행될 것이라고 강조했다. 하지만 하이쿤호를 바라보는 대만 내 시선은 그리 곱지 않다. 당초 2024년 말 인도 예정이었던 이 잠수함은 기술적 문제로 이미 여러 차례 일정이 밀린 상태다. 특히 지난 2월에는 육상 전원 공급 장치의 전압 급상승으로 인해 주요 부품이 고장 나는 사고가 발생하며 2025년 11월 계약 마감 시한도 넘겼다. 당초 올해 6월 인도를 공언했던 국방부 역시 조심스러운 입장으로 선회했다. 구리슝(顧立雄) 국방부장은 금요일 "더 이상 구체적인 인도 시점을 설정하지 않겠다"며 "모든 안전 요구 사항이 충족되는지 확인하는 데 집중할 것"이라고 밝혔다.

• [주간 월가 레이더] 멈추지 않는 중동의 포화⋯'고유가·고금리' 먹구름에 갇힌 월가

  뉴욕 증시가 중동발 전쟁의 장기화와 이에 따른 에너지 가격 폭등이라는 '이중고'에 직면하며 퇴로 없는 하락세를 이어가고 있다. 이스라엘과 이란의 충돌이 3주차에 접어든 가운데, 국제 유가가 한 달 새 40% 이상 치솟으면서 인플레이션 재점화와 경기 침체가 동시에 들이닥치는 '스테그플레이션' 공포가 시장을 집어삼켰다. 로이터와 월스트리트저널(WSJ)에 따르면, 뉴욕 증시는 주간 기준으로 S&P 500 지수가 4주 연속 하락하며 6개월 만에 최저치를 경신했다. 특히 S&P 500은 장기 추세선인 200일 이동평균선 아래로 내려앉으며 기술적 지지선마저 상실했다. 나스닥 지수 역시 지난해 10월 고점 대비 10% 가까이 빠지며 조정 국면에 진입했다. 가장 큰 복병은 '인하'에서 '인상'으로 급격히 선회 중인 금리 전망이다. 제롬 파월 연준 의장이 중동 위기에 따른 경제 예측 불가능성을 토로한 가운데, 시장은 연내 금리 인하 기대를 완전히 접고 내년 추가 인상 가능성까지 반영하기 시작했다. 이번 주 발표될 3월 구매관리자지수(PMI)는 전쟁 발발 이후 미국 경제의 실질적인 타격을 확인하는 첫 번째 '진실의 순간'이 될 전망이다. [미니해설] 120달러 육박한 유가와 4.3% 국채 금리…월가, '공포의 터널' 진입 ① 호르무즈 해협 마비와 유가의 역습 현재 월가 트레이더들이 가장 주시하는 지표는 주가 지수가 아닌 유가다. 브렌트유가 배럴당 112달러, 서부텍사스산원유(WTI)가 98달러 선에서 마감하며 에너지 가격은 통제 불능 상태로 치닫고 있다. 특히 전 세계 원유 물동량의 20%가 지나는 호르무즈 해협의 통행 마비는 공급망 전체를 마비시키는 '혈전'과도 같다. 노스스타 투자운용의 에릭 쿠비 최고투자책임자(CIO)는 "현재 유가는 금융 시장이 중동 분쟁을 어떻게 바라보는지 보여주는 가장 확실한 선행 지표"라고 분석했다. LSEG 데이터에 따르면 S&P 500 지수와 유가의 상관계수는 -0.89에 달한다. 유가가 오르면 주가는 무조건 떨어진다는 강력한 역상관계가 형성된 것이다. 이란이 '유가 200달러 시대'를 경고하며 에너지 시설을 직접 타격하기 시작하면서, 시장은 최악의 에너지 쇼크 시나리오를 가격에 반영하기 시작했다. ② '인하' 꿈 깨진 연준…워시 체제 앞두고 '매파적' 본능 불과 몇 달 전까지 시장을 지탱했던 '연내 3회 인하' 낙관론은 이제 신기루처럼 사라졌다. 지난주 연준 회의에서 파월 의장이 보여준 깊은 불확실성은 시장의 불안을 가중시켰다. 인플레이션이 다시 고개를 들면서 시장은 이제 7월 인하 가능성마저 희박하게 보고 있으며, 오히려 차기 의장으로 지명된 케빈 워시(Kevin Warsh) 체제 하에서의 추가 인상 가능성을 경계하고 있다. ING의 제임스 나이틀리 이코노미스트는 "연준은 물가 안정과 고용 극대화라는 이중 책무 사이에서 거대한 도전에 직면했다"며 현재로서는 금리 인하보다는 동결 혹은 인상을 통해 물가 기대심리를 꺾는 데 집중할 가능성이 높다고 진단했다. ③ 4.38% 국채 금리 발작과 기술적 붕괴 에너지발 물가 상승 압력은 채권 금리를 사정없이 끌어올리고 있다. 미국 10년물 국채 금리는 지난주 4.38%를 기록하며 지난해 여름 이후 최고치를 찍었다. 트루이스트의 케이트 러너 CIO는 "금리 상승은 차입 비용 증가로 경제를 둔화시킬 뿐만 아니라, 주식 대비 채권의 상대적 매력도를 높여 자금 이탈을 가속화한다"고 경고하며 4.5%를 최종 저항선으로 제시했다. 여기에 S&P 500이 200일 이동평균선 아래로 추락한 것은 심리적 마지노선이 무너졌음을 의미한다. 커먼웰스 파이낸셜 네트워크의 크리스 파시아노 전략가는 "이번 하락은 지난 4월 트럼프 대통령의 관세 발표 당시처럼 무질서하지는 않지만, 장기화될수록 미국 경제의 펀더멘털을 잠식할 것"이라고 분석했다. ④ 24일 PMI 발표…전쟁 후 첫 '성적표' 이번 주 가장 중요한 일정은 화요일(24일) 발표되는 3월 PMI 지표다. 이는 중동 전쟁 발발 이후 기업들의 심리와 활동을 보여주는 첫 번째 거시 지표다. 도이체방크 이코노미스트들은 "전쟁 이후 미국 기업들이 고유가와 불확실성에 어떻게 대응하고 있는지 보여주는 최초의 척도가 될 것"이라고 강조했다. 또한 휴스턴에서 열리는 대규모 에너지 컨퍼런스(CERAWeek)에서 글로벌 석유 메이저 경영진들이 내놓을 공급망 안정 대책과 생산 전망 역시 월가의 핵심 관전 포인트다. 한편, 한국과 일본 등 에너지 수입 의존도가 높은 아시아 국가들은 유가 급등에 따른 무역 수지 악화와 인플레이션 전이 위험에 노출되어 있어, 글로벌 자금의 이탈 속도가 빨라질 수 있다는 점도 유의해야 할 대목이다. ◇ 내주 월가 주요일정] (현지 시간 기준) 3월 23일(월): 유로존 소비자신뢰지수(예비치), 일본 노동계급 임금 협상(춘투) 결과 발표 3월 24일(화): 미국 3월 S&P 글로벌 PMI(제조/서비스), 미국 4분기 생산성 수정치, 2년물 국채 입찰 3월 25일(수): 영국 2월 소비자물가지수(CPI), 호주 2월 CPI, 미국 5년물 국채 입찰 3월 26일(목): 멕시코·남아공·노르웨이 금리 결정, 미국 주간 실업수당 청구 건수, 7년물 국채 입찰 3월 27일(금): 미국 1·2월 산업이익(중국), 미시간대 소비자심리지수(확정치), 스페인 CPI

• [글로벌 밀리터리] 美 해병대, 중동 전선 추가 급파⋯'에픽 퓨리' 지상군 투입 임계점 오나

  이란과의 전운이 짙어지는 가운데 미 해병대의 핵심 타격 전력이 중동으로 추가 급파됐다. 미 국방부 관계자에 따르면 약 2200명의 해병대원과 군함 3척으로 구성된 '해병 원정대(MEU)'가 이번 주 초 캘리포니아를 출발해 작전 지역으로 이동 중이라고 CBS 뉴스가 20일(현지시간) 보도했다. 이는 이미 서태평양에서 이동 중인 첫 번째 원정대에 이은 추가 전개로, 중동 내 미군 전력 밀도는 개전 이후 최고조에 달할 전망이다. '소형 항모'급 트리폴리함의 위용…입체적 상륙 전력 결집 이번 전력 증강의 선봉은 앞서 급파된 강습상륙함 '트리폴리함(LHA-7)'이다. 일본 사세보를 모항으로 활동하던 트리폴리함은 아메리카급 강습상륙함 중에서도 최신 사양인 '빅 덱(Big Deck)' 구조를 갖춘 함정이다. 기존 상륙함과 달리 상륙정 진수용 갑판(Well Deck)을 과감히 없애는 대신, 항공기 격납고와 유류 저장 공간을 대폭 넓혔다. 이를 통해 차세대 스텔스 전투기인 F-35B와 수직이착륙기 MV-22 오스프리의 운용 효율을 극대화해 사실상 '경항공모함'의 역할을 수행한다. 해병 원정대는 지상 전투, 공중 지원, 군수 보급이 하나로 통합된 독립 작전 단위다. 과거 베네수엘라 니콜라스 마두로 정권 축출 작전이나 카리브해 내 유조선 차단 작전 등에서 검증됐듯, 해상 기지를 거점으로 한 신속한 목표 점령에 최적화되어 있다. 캘리포니아발 두 번째 원정대까지 합류할 경우, 미군은 이란 해안선 전역에 대해 동시다발적인 상륙 및 정밀 타격 옵션을 확보하게 된다. 전사자 13명 발생…'부츠 온 더 그라운드'의 딜레마 전력 증강이 가속화됨에 따라 이란 본토에 대한 '부츠 온 더 그라운드(Boots on the ground·지상군 투입)' 여부가 국제 안보의 초미의 관심사로 떠올랐다. 현재 미군 주도의 '에픽 퓨리(Epic Fury)' 작전 수행 중 전사한 미 서비스 멤버는 총 13명에 이르는 것으로 집계됐다. 인명 피해가 누적되면서 공습 위주의 작전에서 나아가 전략적 거점을 직접 장악해야 한다는 군 내부의 목소리도 커지는 양상이다. 그러나 도널드 트럼프 대통령은 지상군 투입 가능성에 대해 일단 강하게 선을 그었다. 트럼프 대통령은 백악관 집무실에서 기자들과 만나 "어디에도 지상군을 배치하지 않을 것"이라며 "설령 그런 계획이 있다 하더라도 언론에 미리 알리는 일은 없을 것"이라고 덧붙였다. 이는 대규모 전면전으로의 확전을 경계하는 미 국내 여론을 다독이는 동시에, 적대국에게는 작전 의도를 숨기려는 특유의 '전략적 모호성'을 유지하려는 포석으로 풀이된다.

• 국제유가, 이란전쟁 여파 원유수급 차질 장기화 우려 등 영향 급등세 지속

  국제유가는 20일(현지시간) 이란전쟁으로 인해 원유수급 차질 장기화 우려 등 영향으로 상승 마감했다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 뉴욕상업거래소에서 서부텍사스산중질유(WTI) 4월물 가격은 전거래일보다 2.3%(2.18달러) 오른 배럴당 98.32달러에 마감했다. WTI 선물은 장중에는 99.67달러까지 오르며 100달러선에 육박하기도 했다. 글로벌 벤치마크인 북해산 브렌트유 5월물은 런던 ICE선물거래소에서 3.2%(3.54달러) 상승한 배럴당 112.19달러로 거래를 마쳤다. 국제유가가 급등세를 지속한 것은 미국이 중동 지역에 추가로 병력을 보내고 있다는 소식에 지정학적 긴장이 한층 고조된 때문으로 분석된다. 미국·이스라엘과 이란간 군사충돌이 계속되는 가운데 이날에는 이란이 쿠웨이트 정유소를 공격했다고 전해졌다. 에너지 수송의 요충인 호르무즈해협이 사실상 봉쇄된 상황에선 이라크는 공급책임을 면하는 ‘불가항력선언(포스 마쥬 디클러레이션·Force Majeure Declaration)’을 외국석유업체에 의해 개발된 모든 유전에 대해 내려질 것으로 전해졌다. 이날 월스트리트저널(WSJ)은 미 국방부(전쟁부)가 캘리포니아 기지에 소속된 해병대원 약 2200~2500명을 중동을 담당하는 미국 중부사령부로 이동시키고 있다고 보도했다. 미국은 앞서 일본 오키나와에 주둔한 해병대원 2200명도 중동 지역으로 급파했다. 미국이 이란에 지상군을 투입할 가능성이 제기되는 대목이다 미국 매체 악시오스는 도널드 트럼프 미국 대통령이 이란의 하르그 섬을 점령 또는 봉쇄하는 방안을 검토하고 있다고 전했다. 하르그 섬은 이란 원유 수출의 90%를 차지하는 요충지로 꼽힌다. 미국과 이란이 종전 협상하기 어려운 환경이라는 평가도 나왔다. 트럼프 대통령은 이날 이란의 지도자가 모두 사망했다며 "우리는 그들과 대화하고 싶지만 대화할 사람이 없다"고 지적했다. 블룸버그통신은 미국 관료를 인용해 "이란 고위 당국자는 미국과 이스라엘의 맹공 속에서 생존에 집중하고 있기 때문에 호르무즈 해협 재개방 문제를 논의하는 것조차 꺼리게 됐다"고 전했다. UBS의 지오바니 스타우노보 원자재 담당 애널리스트는 "호르무즈 해협을 통한 원유의 흐름이 제한된 상태로 남아 있는 한, 유가는 구조적으로 올라가기 쉬운 방향에 놓여 있다"고 분석했다. RBC캐피털 마켓츠의 애널리스트인 헬리마 크로프트는 보고서에서 "미국 행정부 당국자들은 전쟁이 곧 끝나고 공급 차질이 단기에 그칠 것이라는 메시지를 시장 참가자들에게 전달하기 위해 상당한 시간을 들여왔다"면서 "그러나 현재로서는 제한적인 충돌에 그칠 것이라는 어떠한 선호도 없다"고 평가했다. 국제에너지기구(IEA)의 파티 비롤 사무총장은 이날 파이낸셜타임스(FT)와 인터뷰에서 전쟁이 종료되고 호르무즈 해협이 개방되더라도 "일부 시설은 가동까지 6개월이 걸릴 것이고, 다른 시설들은 그보다 훨씬 더 오래 걸릴 것"이라고 진단했다. 이날 오전장에는 미국 에너지장관 등의 발언에 국제유가가 하락하기도 했다. 크리스 라이트 미국 에너지장관은 이날 아침 폭스비지니스에 출연해 “제재가 해제된다면 이란산 원유가 3~4일내에 (아시아)항구에 도착하기 시작할 것”이라고 언급했다. 전날에는 스콧 베센트 미국 재무장관이 조만간 해상에 있는 이란산 석유에 대한 제재를 해제할 가능성을 나타냈다. 한편 대표적인 안전자산인 국제금값은 달러강세와 미국 장기금리 급등세 등에 3거래일 연속 하락했다. 이날 뉴욕상품거래소에서 4월물 금가격은 0.7%(30.8달러) 내린 온스당 4574.9달러에 거래를 마쳤다. 금선물은 시간외거래에서는 일시 온스당 4478달러에 거래되면서 지난 2월초 이래 최저수준을 나타냈다. 미국 10년물 국채는 이날 장중 일시 439%대를 기록하며 지난해 8월이래 최고치를 경신하기도 했다. 영국의 10년 만기 국채 금리는 이날 5.00%를 돌파하며 글로벌 금융위기 이후 가장 높은 수준을 기록했다.

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• [신소재 신기술(183)] 마이크로로봇으로 부비동염 치료⋯중국·홍콩, 약물 없는 신기술 개발

  '마이크로로봇 군단'이 코 막힘 치료에 나섰다. 중국과 홍콩의 연구진이 비강을 통해 투입되는 초소형 로봇 군단을 이용해 농과 점액을 녹이고 부비동염을 치료하는 신개념 비침습 의료기술을 개발했다고 과학 전문 매체 ZME가 보도했다. 해당 기술은 약물을 투입하는 대신 로봇 자체의 표면에서 박테리아를 분해하는 화학반응을 유도해 감염 부위를 직접 타격하는 방식이다. 현재 동물실험 단계에 있으며, 향후 임상시험을 거쳐 인체 적용 가능성을 타진할 계획이다. 비강 투입형 로봇, '현장 생성 무기'로 박테리아 제거 이 치료법은 길이 수 마이크로미터(μm)에 불과한 마이크로로봇을 전자기 유도 방식으로 조종해 콧속 부비강에 투입하고, 로봇 표면에서 광촉매 반응을 유도해 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)을 생성한다. 이 산화물은 박테리아 생물막을 분해하고, 점액을 녹이며, 감염 부위를 정화하는 데 사용된다. 기존 마이크로로봇이 항생제를 실어 나르던 방식과 달리, 이번 기술은 로봇 자체가 화학 무기 역할을 하며 약물 내성의 우려를 줄이고, 인체에 약물을 축적시키지 않는다는 장점이 있다. 연구진은 이를 "비침습적이고, 내성 우려가 낮으며, 약물 비의존적인 치료 플랫폼"이라 표현했다. 동물실험에서 효과 입증…향후 인체 적용 과제가 관건 중국 광시성, 선전(심천), 장쑤성(강소성), 양저우(장쑤성에 위치한 도시), 마카오 등의 공동 연구진은 이 기술을 돼지와 토끼의 부비강에 적용한 결과, 점액층과 농, 박테리아 생물막을 효과적으로 제거하는 데 성공했다. 다만, 현재까지는 동물실험에 국한되며, 인체 대상 임상시험은 아직 이뤄지지 않았다. 향후 과제는 ▲로봇의 정확한 위치 조종, ▲치료 후 로봇의 완전한 회수 또는 생분해 보장, ▲인체 안전성 검증, ▲대중 수용성 확보 등이다. 관련 기술이 임상 승인과 시장 출시까지는 보통 5~10년의 시간이 소요된다. "약물 도달률 극대화…코뿐 아니라 방광·장기 감염에도 적용 가능" 연구진은 이번 기술이 비단 비염이나 부비동염뿐 아니라 방광염, 장내 감염 등 전신 투약으로 치료하기 어려운 감염 부위에도 적용 가능할 것으로 기대하고 있다. 기존 항생제는 전신에 분산돼 일부만 감염 부위에 도달하지만, 마이크로로봇은 감염 부위에 직접 도달해 치료 효율을 극대화할 수 있다는 점이 핵심이다. '로봇 체내 주입 불안…대중 수용성 과제도 남아 한편, 로봇을 체내에 삽입한다는 점에서 대중의 거부감이나 음모론 확산 가능성에 대한 우려도 제기된다. 캐나다 몬트리올 폴리테크닉의 나노로보틱스 연구소장 실뱅 마르텔 교수는 영국 일간지 '가디언'과의 인터뷰에서 "대중은 초기에 거부감을 보일 수 있지만, 익숙해지는 데는 그리 오래 걸리지 않는다"고 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다.

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  2025-06-30 10:02:19

• [신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발

  [신소재 신기술(182)] CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재, 스위스 연구진 개발 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 광합성 '생체 건축 소재' 개발…건축 외피 활용 가능성 제시 스위스 연방취리히공과대학(ETH 취리히) 연구진이 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수해 고체 무기물로 전환하는 광합성 기반 '생체(living) 소재'를 개발해 주목받고 있다. 이 소재는 향후 건축물 외벽에 적용돼 건축물 자체가 탄소를 흡수·저장하는 구조물로 기능할 가능성을 제시한다. 과학 기술 전문 매체 라이브사이언스에 따르면 이 소재는 청록색조류(시아노박테리아, cyanobacteria)를 고수분 젤(hydrogel) 기반의 3D 프린팅 소재 내부에서 배양한 구조로, 빛, 물, CO₂를 흡수해 산소와 유기물을 생성하는 광합성 기능을 갖췄다. 특히, 칼슘 및 마그네슘 등 영양분이 공급될 경우, CO₂를 흡수해 탄산염 결정체(예: 석회석)로 전환해 무기 탄소 형태로 고정하는 특성이 있다. ETH 취리히 고분자공학과 마크 티빗(Mark Tibbitt) 교수는 "이 소재는 바이오매스뿐 아니라 무기질 형태로도 탄소를 저장할 수 있어, 건축물의 외피에 적용될 경우 건물 자체가 탄소저장고 역할을 할 수 있다"고 설명했다. 실험에 따르면, 해당 소재는 400일 동안 CO₂를 지속적으로 흡수해 1g당 약 26mg의 이산화탄소를 고정하는 성과를 냈다. 이는 기존의 생물학적 탄소 포집 방식보다 효율성이 높은 것으로 평가된다. 소재는 시간이 흐를수록 구조가 단단해지고 색도 짙어지며, 초기에는 젤 형태였지만 무기질 격자가 형성되며 기계적 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 연구진은 이러한 자가 강화 성질이 건축 재료로의 적용 가능성을 뒷받침한다고 분석했다. 해당 연구는 4월 23일자 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. 이 소재의 기반은 다공성 하이드로겔로, 내부에서 청록색조류가 광합성을 지속할 수 있도록 빛과 기체 투과성을 확보한 구조다. 연구팀은 해수 성분의 인공 용액으로 영양분을 공급해 광합성과 무기화 반응이 동시에 이뤄지는 조건을 조성했고, 가장 적합한 생존 환경을 구현하기 위해 다양한 3D 구조를 실험했다. 공동 연구자인 ETH 취리히 박사과정 연구원 이판 추이(Yifan Cui)는 "시아노박테리아는 지구상에서 가장 오래된 생명체 중 하나로, 미약한 빛만으로도 이산화탄소와 수분을 활용해 바이오매스를 생성할 수 있다"고 밝혔다. 향후 연구는 해당 소재를 실제 건물 외피에 적용하기 위한 영양분 공급 방식과 유전적 개량을 통한 광합성 효율 제고 방안 등에 초점을 둘 예정이다. 특히 연구진은 베니스 비엔날레 건축 전시회에서 이 소재를 1년간 최대 18kg의 CO₂를 흡수하는 나무 모양의 구조물로 구현해 시연한 바 있다. 티빗 교수는 "이번 생체 소재는 저에너지·친환경적 탄소 고정 방식으로, 기존의 화학적 포집 기술을 보완할 수 있는 가능성을 갖고 있다"며 "도시 환경에서의 탄소저감 수단으로 충분한 잠재력을 지닌다"고 덧붙였다.

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  2025-06-28 13:12:04

• [신소재 신기술(181)] 근적외선으로 머리 전체 투과 성공⋯차세대 뇌 진단 기술 주목

  인간의 머리를 관통하는 빛을 이용한 새로운 뇌영상 기법이 개발됐다. 22일(현지시간) 과학 기술 전문매체 사이언스 얼럿에 따르면 영국 글래스고 대학교 연구팀은 기존 기술의 한계를 넘는 방식으로, 인체에 해를 주지 않는 근적외선을 머리 한쪽에서 쏘아 다른 쪽에서 감지하는 데 성공했다고 밝혔다. 현재 이동성과 비용 측면에서 가장 유용한 비침습 뇌영상 기술은 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)이다. 그러나 이 기술은 두개골 아래 수 센티미터까지만 탐지할 수 있어, 보다 깊은 뇌 영역을 관찰하기 위해선 부피가 크고 고가인 자기공명영상(MRI) 장비에 의존해왔다. 연구진은 빛이 머리 전체를 통과할 수 있도록 fNIRS의 민감도를 크게 확장했다. 레이저의 출력을 인체 안전 기준 내에서 상향 조정하고, 수광 장치의 민감도도 개선했다. 그 결과, 실험 참가자의 머리를 한쪽에서 비춘 근적외선이 반대쪽에서 포착됐다. 다만 이번 실험은 공정 조건이 까다로웠다. 전체 8명의 실험 참가자 중 한 명에게서만 성공적인 결과가 도출됐으며, 해당 피험자는 피부가 밝고 머리카락을 싹 밀어버린다는 조건을 갖췄다. 측정 시간도 약 30분에 달했다. 연구진은 "이번 연구는 비침습 광학 뇌영상 기술을 통해 성인의 두개골 내부 깊은 부위의 생물학적 지표를 탐지할 수 있는 가능성을 보여준다"고 밝혔다. 또한 3D 머리 모델을 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션에서 예측된 광자의 이동 경로가 실제 측정 결과와 일치해 실험의 신뢰도를 높였다. 빛은 무작위로 흩어지기보다 뇌척수액 등 상대적으로 투명한 경로를 따라 이동했다. 이는 향후 뇌영상 기술의 정밀도를 높이는 데 활용될 수 있을 것으로 보인다. 연구팀은 "빛을 쏘는 위치를 조절함으로써 특정 뇌 부위를 선택적으로 관찰하는 것도 가능해질 수 있다"고 설명했다. fNIRS는 EEG보다 해상도는 낮지만 저비용·경량이라는 장점을 지니며, fMRI보다는 접근성이 높다. EEG는 뇌파 검사를 뜻하는 Electroencephalography(뇌전도)의 약자로, 뇌에서 발생하는 전기 신호를 측정하는 방법이다. EEG는 뇌의 전기적 활동을 실시간으로 측정해 뇌 상태를 파악하는 기술이다. fMRI는 기능적 자기공명영상(functional Magnetic Resonance Imaging)의 약자로, 뇌의 활동을 실시간으로 관찰할 수 있는 신경영상 기술이다. fMRI는 뇌에서 활동이 증가하면 해당 부위로 산소가 풍부한 혈액(BOLD: Blood Oxygen Level Dependent)이 더 많이 공급되는 현상을 이용한다. 이 산소 농도 차이를 자기공명영상(MRI)으로 측정하여 뇌의 활동 상태를 간접적으로 보여준다. 연구진은 이번 연구가 뇌졸중, 뇌손상, 종양 등 다양한 질환 진단에서 보다 실용적인 뇌영상 기기의 개발로 이어질 수 있다고 전망했다. 이번 연구는 국제학술지 '신경광자학(Neurophotonics, 뉴로포토닉스)'에 게재됐다.

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  2025-06-25 09:40:50

• [신소재 신기술(180)] MIT, 손상된 명화 복원 방식 혁신⋯디지털 아닌 실물 회복 가능하게 해

  미국 MIT 공과대학에서 손상된 고전 회화를 되살리는 인공지능(AI) 기반 새로운 기술이 개발돼 주목받고 있다. 15일(현지시간) 뉴아틀라스는 기존 인공지능(AI) 기반 복원 방식이 디지털 이미지로의 복제에 그친 것과 달리, 이번 기술은 실물 회화 자체에 가역적인 복원 조치를 적용하는 방식이라며 이같이 보도했다. 핵심은 손쉽게 제거 가능한 투명 마스크를 활용한 '물리적 복원'이라는 점이다. 이 기술은 MIT 기계공학과 대학원생 알렉스 카치킨(Alex Kachkine)이 개발했다. 그는 취미로 고전 회화의 수작업 복원을 해오던 중, 미술관에는 복원이 시급하지만 시간과 비용 문제로 전시되지 못하는 작품이 많다는 점에 주목했다. 그가 고안한 방식은 수년이 걸릴 복원 작업을 단 몇 시간 안에 마칠 수 있도록 한다. 카치킨은 자신이 소장하던 15세기 유화 작품을 실험 대상으로 삼았다. 기존에 덧칠된 복원 흔적을 제거한 후 고해상도로 스캔했고, AI 알고리즘을 활용해 원래의 모습을 디지털로 복원했다. 이어 자체 개발한 소프트웨어로 원작의 손상 부위와 필요한 색상을 정밀하게 파악하고, 이를 바탕으로 복원 지도를 제작했다. 이 디지털 복원 지도는 상업용 고정밀 잉크젯 프린터로 투명 고분자 필름에 두 겹의 마스크로 출력된다. 하나는 색상층, 다른 하나는 백색층이다. 이 마스크는 원화 위에 정밀하게 정렬돼 부착되며, 얇은 바니시 코팅으로 고정된다. 바니시와 마스크 모두 기존 보존 화학제로 손쉽게 제거 가능하며, 원작에는 손상이 없다. 실제 복원 과정에서는 5612개의 손상 영역에 총 5만7314가지의 색상이 사용됐으며, 전체 복원 시간은 3시간 30분에 불과했다. 수작업으로 복원할 경우보다 약 66배 빠른 속도다. 복원 지도는 향후 보존 전문가가 참고할 수 있도록 영구 기록으로 남는다. 카치킨은 "보존 창고 속 많은 예술 작품이 빛을 보지 못하고 있다"며 "이 새로운 기술이 더 많은 예술품을 세상에 다시 선보일 수 있는 계기가 되기를 바란다"고 말했다. 관련 논문은 최근 국제학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.

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  2025-06-16 13:53:05

• [신소재 신기술(179)] 이산화탄소를 시멘트로⋯친환경 건설을 향한 새로운 전환점

  이산화탄소를 오염물질로만 여겨온 기존 인식에 도전하는 획기적인 연구 결과가 나왔다. 10일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 미국 미시간대학교를 중심으로 UC 데이비스와 UCLA 연구진이 참여한 공동 연구팀은 이산화탄소(CO₂)를 금속 옥살레이트(metal oxalates)로 전환해 시멘트 제조 원료로 활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스 화학과 조교수이자 이 연구의 공동 주저자인 헤수스 벨라스케스는 "금속 옥살산염은 아직 충분히 탐구되지 않은 분야로, 대체 시멘트 재료, 합성 전구체, 심지어 이산화탄소 저장 솔루션으로 활용될 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 미국 에너지부(DOE)가 후원하는 '탄소 순환 종결 센터(Center for Closing the Carbon Cycle, 4C)'의 일환으로 수행됐다. 4C의 주요 목표는 대기 중 배출되는 이산화탄소를 포집해 활용 가능한 물질로 전환하는 실용적인 방안을 찾는 데 있다. 연구팀은 시멘트의 주원료인 포틀랜드 시멘트 제조 과정에서 대규모 이산화탄소가 배출된다는 점에 주목, 발상을 전환해 이산화탄소를 투입해 새로운 시멘트 성분을 만들어내는 방식으로 접근했다. 팀은 이산화탄소를 금속 이온과 결합시켜 금속 옥살레이트 형태의 고체를 생성한 뒤, 이를 시멘트 제조에 활용할 수 있다는 점에서 의미 있는 진전을 이뤘다. 특히 이번 연구의 핵심은 극미량의 납(lead)을 촉매로 활용하면서도 높은 반응 효율을 달성했다는 데 있다. 기존 기술은 다량의 납을 필요로 해 환경과 건강에 대한 부담이 컸다. 연구팀은 고분자 물질을 이용해 납의 화학적 환경을 정밀 제어함으로써 필요한 납의 양을 "10억 분의 1(ppb)' 수준으로 낮췄다. 이는 상업용 재료에 존재하는 불순물 수준에 불과해 산업적 확장 가능성을 높인 성과다. 미시간대 찰스 맥크로리(Charls McCrory) 교수는 "이번 연구는 이산화탄소라는 가치 없는 폐기물을 고부가가치 재료로 '업사이클링'하는 혁신적인 사례"라며 "이산화탄소를 단순히 매립하거나 제거하는 것을 넘어 건설 자재로 활용함으로써 실질적인 기후 대응 수단으로 삼을 수 있다"고 강조했다. 실제로 이 기술은 두 개의 전극을 활용한 전기화학 반응으로 작동된다. 한쪽 전극은 이산화탄소를 옥살레이트 이온으로 환원시키고, 다른 금속 전극에서는 금속 이온이 방출되어 옥살레이트와 결합해 고체 금속 옥살레이트를 생성한다. 이 고체는 침전 후 수거돼 시멘트 제조에 사용될 수 있다. UC 데이비스의 공동저자 헤수스 벨라스케스(Jesus Velasquez) 박사는 "금속 옥살레이트는 아직 충분히 연구되지 않은 영역으로, 시멘트 대체재는 물론 이산화탄소 저장 소재로도 잠재력을 가진다"고 평가했다. 공동저자인 아나스타샤 알렉산드로바(Anastassia Alexandrova) UCLA 교수는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 촉매 역할을 하는 납의 메커니즘을 이론적으로 검증했다. 그녀는 "산업계에서 유용한 촉매는 종종 우연히 발견되며, 이번 연구처럼 극미량의 불순물이 핵심적인 역할을 하는 사례는 앞으로도 더 많을 것"이라고 내다봤다. 무엇보다 이산화탄소를 고체화해 안정적으로 저장할 수 있다는 점은 환경적으로도 주목할만하다. "이것은 단순한 포집을 넘어 실제로 유용한 고체 재료를 만들어낸다는 점에서 기후 변화 대응에 실질적인 효과를 갖는다"고 맥크로리 교수는 설명했다. 연구팀은 향후 산업화 가능성을 염두에 두고 최종 생산물의 품질과 수율을 높이기 위한 최적화 작업을 지속할 계획이다. "아직 갈 길은 멀었지만, 납 함량을 ppb 수준으로 낮춘 것은 친환경 확장을 위한 중요한 이정표"라며 "상업적 스케일로의 확대 가능성은 충분하다"고 덧븉였다. 이 연구 결과는 국제 과학 저널 '첨단 재료(Advanced Materials, 어드밴스트 머티리얼)'에 정식 게재됐다.

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  2025-06-11 20:04:37

• [신소재 신기술(178)] 핵추진 기술, 심우주 탐사의 새로운 문을 열다

  태양계 외곽과 심우주 탐사를 위한 '핵분열 기반 전기추진(nuclear electric propulsion)' 기술이 우주항행의 새로운 전기를 예고하고 있다. 1950년대 처음 개념이 제안된 이 기술은 최근 화성 너머로 탐사영역을 확장하려는 인류의 흐름과 맞물려 다시금 주목받고 있다고 과학전문 매체 인터레스팅엔지니어링이 3일(현지시간) 보도했다. 인도 방갈로르에 본사를 둔 두 민간 우주기업 최고경영자들은 '제56회 달·행성과학 콘퍼런스(LPSC 2025)'에서 핵열 전기추진 기술의 가능성과 한계를 다룬 공동연구를 발표했다. 연구팀은 화학추진과 태양광 기반 시스템이 장기 심우주 탐사에는 한계가 있다고 지적하며, 핵분열 기반 전기추진 기술이 이러한 제약을 돌파할 열쇠가 될 수 있다고 강조했다. 인도 민간 우주항공 기업 액셀러론 에어로스페이스(Acceleron Aerospace) 말라야 쿠마르 비스왈 최고경영자(CEO)과 그라하 스페이스(Grahaa Space) 라메시 쿠마르(CEO)는 "핵분열 추진은 높은 에너지 밀도와 태양광에 의존하지 않는 자립적 전력공급이 가능해, 수십 년간 안정적인 탐사 운용이 가능하다"고 밝혔다. 이들은 기존 추진체 대비 핵분열 추진의 주요 장점으로 △ 추진력과 생명 유지 장치 구동을 위한 안정적 전력 제공 △ 탐사 시간 단축 △ 대형 탑재체 수송 가능성 등을 꼽았다. 미 항공우주국(나사·NASA)에 따르면 핵 추진은 화학 로켓보다 추진제 효율이 더 높다. 화성으로의 유인 및 화물 임무와 태양계 외곽으로의 과학 임무에 활용될 수 있는 잠재적 기술로, 많은 경우 더 빠르고 강력한 임무를 수행할 수 있다. 핵추진 시스템은 특히 태양빛이 닿지 않는 그림자 지형이나 태양계 외곽과 같은 저광량 환경에서도 운용이 가능하다는 점에서 활용성이 높다. 이번 연구는 핵추진의 장점 외에도 방사선 차폐, 시스템 중량, 안전성 확보 등 기술적 난제도 조명했다. 비스왈은 미국 과학 매체와의 인터뷰에서 "NASA의 '킬로파워(Kilopower)' 프로젝트와 같은 연구는 핵분열 기술의 실현 가능성을 뒷받침하는 긍정적 신호"라고 평가했다. 특히 이 기술이 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 물론, 태양계 너머 카이퍼벨트까지의 접근을 가능케 할 것이라는 분석도 내놓았다. 그러나 현실적인 과제는 여전히 남아 있다. 바로 '예산'이다. 핵추진 로켓은 1950년대에도 제안된 바 있으나, 당시 NASA의 로켓용 핵추진 엔진 NERVA(너바) 프로그램은 1973년 예산 삭감과 스페이스 셔틀 집중정책으로 폐기됐다. 기술적 가능성에도 불구하고 투자 수익이 단기간에 나타나지 않는다는 점이 지속적인 자금 확보의 걸림돌로 작용하고 있다. NERVA(너바, Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) 프로그램은 1955년부터 1973년까지 미국이 추진한 핵열추진 로켓 개발 프로젝트로, NASA와 미국 원자력위원회(AEC)가 공동으로 주도했다. 이 프로그램은 기존 화학로켓보다 높은 추진 효율을 제공하여, 심우주 탐사와 유인 화성 탐사 임무를 위한 핵심 기술로 여겨졌다. NERVA는 액체 수소를 추진제로 사용하며, 고온의 핵분열 반응로에서 수소를 가열하여 노즐을 통해 분사함으로써 추진력을 얻는 방식이다. 이러한 핵열추진 방식은 기존 화학로켓보다 약 23배 높은 비추력(약 800~900초)을 제공하여, 더 무거운 탑재물을 더 먼 거리로 운반할 수 있는 잠재력을 지녔다. 1973년, NERVA 프로그램은 여러 요인으로 인해 종료됐다. 우선, 아폴로 프로그램 이후 우주 탐사에 대한 정치적·사회적 관심이 감소하면서, 유인 화성 탐사와 같은 장기 계획에 대한 지원이 줄어들었다. 또한, 환경 및 안전에 대한 우려, 예산 삭감, 무인 탐사선의 발전 등도 프로그램 종료에 영향을 미쳤다. 2023년, NASA 우주비행사 출신이자 민간 우주기업 '애드 아스트라(Ad Astra)'를 설립한 프랭클린 창 디아즈는 "핵 전기추진 엔진(VASIMR)을 우주에서 시험 운용하기 위한 기술은 이미 준비됐지만, 상용화를 위한 수백만 달러 규모의 자금 확보가 관건"이라고 말한 바 있다. 비용과 시간, 기술적 장벽을 넘어설 수 있다면 핵추진 기술은 단순한 대안이 아닌 '심우주 탐사의 새로운 시대'를 여는 열쇠가 될 수 있다. 우주 기술이 지닌 상징성과 전략적 가치가 커지는 지금, 이 고전적이지만 혁신적인 접근법이 재조명받고 있다.

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  2025-06-05 12:59:51

• [신소재 신기술(177) 폐건설자재·유리로 만든 '비시멘트 고강도 고결제'⋯日 연구진, 160kN/㎡ 압축력 확보

  일본 연구진이 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업 폐기물만으로 고강도의 토양 고결제를 개발했다. 이 신소재는 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)에 비해 탄소배출과 비용을 획기적으로 줄이면서도 건설용 기준 강도를 충족해, 차세대 친환경 인프라 소재로 주목받고 있다. 해당 내용에 대해서는 인터레스팅엔지니어링, 데일리 갤럭시 등 다수 외신이 보도했다. 일본 오사카 외곽의 대학 실험실에서 시이나 이나즈미(Shinya Inazumi) 교수가 이끄는 연구팀은 건설현장의 먼지와 분쇄 유리를 주원료로 한 지오폴리머 기반 고결제를 개발했다. 해당 소재는 110도~200도의 저온 열처리를 통해 활성화되며, 지반 보강에 요구되는 압축강도 160kN/㎡ 이상을 확보했다. 이는 도로, 건물, 교량 등의 기초 지반 안정화에 충분한 수준이다. 고결제는 일반 시멘트의 생산 과정에서 필연적으로 발생하는 이산화탄소(CO₂) 배출 문제를 회피할 수 있어 지속가능한 건설소재로 주목받고 있다. 국제기후변화위원회(IPCC)에 따르면, 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 7~8%가 OPC 생산에서 발생한다. 연구팀은 초기 실험에서 소량의 비소(As) 용출이 확인됐으나, 이에 대해서는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 첨가해 안정화를 유도함으로써 환경 안정성까지 확보했다고 밝혔다. 이나즈미 교수는 "지속가능성은 환경안전을 희생해서는 안 된다"며, "건설폐기물과 탄소배출이라는 이중 과제를 동시에 해결할 수 있는 대안 기술이 될 것"이라고 강조했다. 이 고결제는 빠른 경화성과 우수한 작업성은 물론, 염해·황산·동결융해 등 외부 화학적 스트레스에도 강해, 재난 대응 등 긴급 보강 용도로도 활용 가능성이 높다. 특히 점토층이 많은 일본 일부 지역에서는 기존 시멘트보다 낮은 비용과 탄소부담으로 안정적인 지반 강화를 실현할 수 있다는 평가다. 해당 연구 성과는 국제 학술지 '클리너 엔지니어링 앤 테크놀로지(Cleaner Engineering and Technology)'에 게재됐으며, 건설·토목 분야에서 새로운 대체재로 적용 가능성을 넓히고 있다. 연구팀은 향후 벽돌형 블록 생산 등 농촌 개발용 건축재로의 확장도 가능하다고 내다보고 있다. 2024년 기준 세계 시멘트 생산량은 약 44억 톤에 달하며, 시장 규모는 약 3,850억 달러(약 560조 원)에 이른다. 이처럼 대규모이면서 환경 부담이 큰 산업 내에서, 일본발 친환경 고결제 기술이 시장의 균형을 바꿀 수 있을지 주목된다.

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  2025-06-02 21:30:42

• [신소재 신기술(176)] MIT·하버드 연구팀, AI로 단일 세포 수준 단백질 위치 예측⋯질병 진단·신약 개발 새 길

  미국 MIT, 하버드대, 브로드연구소 공동 연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 인간 세포 내 거의 모든 단백질의 위치를 예측할 수 있는 신기술을 개발했다. 이 기술은 단백질 이상 분포가 원인이 되는 알츠하이머병, 낭포성 섬유증, 암 등 다양한 질환 진단과 신약 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 15일(현지시간) MIT뉴스에 따르면 이번 연구는 단일 세포 수준에서 단백질 위치를 예측할 수 있는 AI 기반 모델 'PUPS(Protein localization Using Protein and cell representationS)'를 중심으로 소개됐다. 해당 연구는 15일 국제 학술지 네이처 메서즈(Nature Methods)'에 게재됐다. 단일 세포 내 단백질 분포 예측⋯기존 한계 돌파 단백질은 세포 내 위치에 따라 기능이 달라지며, 잘못된 위치에 존재할 경우 각종 질병을 유발할 수 있다. 하지만 인간 세포 하나에 존재하는 단백질과 그 변이 수는 7만여 개에 달하며, 실험실에서 이들을 일일이 검출하는 데는 시간과 비용이 과도하게 소요된다. 기존의 AI 기반 예측 모델들은 훈련 데이터로 활용된 단백질 및 세포에 국한된 분석만 가능하거나, 세포 단위 평균치만을 예측하는 데 그쳤다. 이에 반해 PUPS는 개별 단백질 서열 정보와 세포 염색 이미지를 결합해, 실험에 사용된 적이 없는 단백질과 세포에서도 단일 세포 수준의 위치 예측이 가능하다는 점에서 큰 진전을 이뤘다. 단백질 언어모델+영상 AI 결합⋯미지 영역 탐색 PUPS는 두 개의 AI 모델을 결합한 형태로 구성됐다. 첫 번째는 단백질 서열 기반 언어모델로, 아미노산 서열을 통해 3차원 구조와 세포 내 위치 결정에 영향을 미치는 특성을 분석한다. 두 번째는 '이미지 인페인팅(image inpainting)' 기법을 적용한 컴퓨터 비전 모델로, 세포의 핵, 미세소관, 소포체 등 세 가지 염색 이미지를 바탕으로 세포의 형태, 스트레스 상태 등 전반적 특성을 파악한다. 연구진은 이 두 모델이 생성한 정보 표현을 통합해 특정 단백질이 어느 세포 소기관에 위치할지를 시각적으로 예측하는 시스템을 구현했다. 사용자 입장에서는 아미노산 서열과 세포 염색 이미지를 입력하면, 단백질이 존재할 것으로 예상되는 세포 부위를 이미지로 출력받을 수 있다. 단백질-세포 간 조합 없이도 예측 가능⋯신규 치료 타깃 발굴 기대 PUPS의 강점은 기존 데이터에 포함되지 않은 단백질과 세포 간 조합에도 적용할 수 있다는 점이다. 이를 위해 연구진은 모델 학습 시 단백질의 위치를 예측하는 주된 작업 외에, 단백질이 속한 소기관의 이름을 직접 추론하도록 하는 ‘부가 학습 과제’를 부여해 정확도를 높였다. 공동 제1저자인 MIT 시스템생물학 대학원생 Yitong Tseo는 "이전에는 단백질에 직접 염색 시약을 붙이고 실험을 해야만 위치를 알 수 있었지만, 이제는 연구실 벤치에 손대지 않고도 그 과정을 컴퓨터에서 선별적으로 예측할 수 있다"며, 실험 설계의 효율성을 크게 높일 수 있다고 밝혔다. 실제 세포 실험으로 검증…"기존 AI보다 오차 작아" 연구팀은 PUPS의 예측 결과가 실제 단백질 위치와 얼마나 일치하는지를 검증하기 위해 실험실 실험을 병행했다. 비교 대상이 된 기존 AI 모델보다 평균적으로 오차가 적은 것으로 나타났다. 향후 연구진은 PUPS가 단일 단백질이 아닌 다중 단백질 상호작용을 반영할 수 있도록 모델을 확장할 계획이며, 궁극적으로는 배양 세포를 넘어 실제 조직 단위의 예측으로 발전시킬 수 있도록 연구를 지속할 방침이다. 이번 연구는 브로드연구소 산하 에릭 앤 웬디 슈미트 센터와 미국 국립보건원(NIH), 국립과학재단(NSF), 해군연구청(ONR), 에너지부(DOE) 등 주요 기관의 지원을 받아 진행됐다.

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  2025-05-17 11:20:35

• [신소재 신기술(175)] 세계 최초 '1인 맞춤형 유전자 치료' 성공⋯미국 신생아, 정밀의학 새 지평 열어

  미국 펜실베이니아주에서 태어난 한 신생아가 세계 최초로 '1인 전용' 유전자 치료를 받은 사례로 기록되며, 정밀의학의 새로운 지평을 열었다고 USA투데이가 15일(현지시간) 보도했다. 펜실베이니아대학교 병원에서 태어난 KJ 멀둔(KJ Muldoon)은 출생 직후부터 이상 증세를 보였다. 임신 35주, 예정일보다 약 5주 이르게 태어난 그는 팔을 들어올리면 경직되고, 다시 내릴 때는 이상한 떨림이 동반됐다. 의료진은 이례적인 증상을 포착하고 정밀 검사를 진행한 끝에, 혈중 암모니아 수치가 극단적으로 높다는 사실을 확인했다. 이후 KJ는 병원 맞은편에 위치한 필라델피아 아동병원(Children’s Hospital of Philadelphia)으로 긴급 이송됐으며, 의료진은 그의 몸이 단백질 대사 과정에서 생성되는 암모니아를 제대로 배출하지 못하는 희귀 유전 질환을 앓고 있다고 진단했다. 해당 질환은 암모니아가 체내에 축적돼 뇌를 포함한 주요 장기에 치명적인 손상을 입힐 수 있다. 'n-of-1(단일환자 맞춤형)' 치료법, 차세대 정밀의학의 상징적 모델 간주 이에 따라 KJ는 기존 의료계에 전례가 없는 실험적 치료를 받게 됐다. 바로 특정 환자 한 명을 위해 설계된 '단일 환자 맞춤형 유전자 치료(n-of-1 therapy)'였다. 치료 방식은 유전자를 교정하는 명령을 담은 나노 크기의 지질입자 수십억 개를 간세포에 주기적으로 주입하는 것이다. 이를 통해 간세포가 CPS1(Carbonyl Phosphate Synthetase 1)이라는 효소를 생산하도록 유전적 결함을 일부 복구해, 암모니아 분해 기능을 회복하는 데 성공했다. KJ는 생후 3개월 동안 매달 해당 치료를 받아왔으며, 현재 그의 암모니아 수치는 정상 범위에 근접한 것으로 알려졌다. 다만 의료진은 아직 '완치'라는 표현을 쓰기에는 이르다는 입장이다. 어머니 니콜(34)은 "출생 당시 의료진이 제시한 최선의 시나리오는 그저 고통을 덜어주는 것이 전부였다"며 "지금은 또래 아이들과 동일한 발달 단계를 밟아가는 모습을 보며 놀라움을 금치 못하고 있다"고 말했다. '간세포 유전자 편집' 기술로 'CPS1 결핍증' 극복 이번 치료는 KJ가 태어나기 전부터 펜실베이니아대학교 소속 심장학자 키란 무수누루(Kiran Musunuru) 박사 연구팀이 준비해온 접근법을 기반으로 한다. 무수누루 박사는 간세포 유전자 교정을 핵심으로 하는 정밀 치료법을 개발해왔으며, 관련 기술은 그가 공동 창립한 바이오기업을 통해 구현됐다. 치료의 핵심은 '간세포 유전자 편집(Gene Editing of Hepatocytes)' 기술이다. 인간의 간은 단백질을 에너지로 전환하는 과정에서 암모니아를 분해하는 기능을 수행하는데, 이때 필수적인 효소가 바로 CPS1이다. 이 효소는 간세포 내 특정 유전자에 의해 생성되며, 해당 유전자에 결함이 있을 경우 체내 암모니아가 축적돼 중증 대사성 질환으로 발전한다. KJ는 CPS1 유전자에 결함이 있는 채로 태어났으며, 이는 'CPS1 결핍증' 또는 '요소회로 장애(Urea Cycle Disorder, UCD)'로 분류되는 희귀 질환이다. 이 질환은 신생아기 발현 시 수 시간 내 의식 저하, 경련, 뇌 손상 등으로 이어질 수 있다. 지질 나노입자 활용⋯윤리적 논란도 적어 의료진은 이 유전적 결함을 교정하기 위해 지질 나노입자(Lipid Nanoparticle, LNP)를 활용했다. 이 입자에는 CPS1 유전자의 정상 설계도를 담은 전령 RNA(mRNA) 또는 CRISPR 유전자가위 시스템이 포함돼 있으며, 이를 간세포에 전달해 유전자 기능을 복구하는 방식이다. 이 치료는 체세포 유전자 치료(somatic gene therapy)의 일환으로, 생식세포나 수정란을 건드리지 않고 환자 본인의 특정 조직 세포만을 대상으로 하기 때문에 윤리적 논란도 상대적으로 적다. 세계 최초 인간 대상 임상 적용 해당 기술은 지금까지 동물실험 또는 실험실 단계에 머물러 있었으며, 인간을 대상으로 한 임상 적용은 이번이 세계 최초다. 특히 단 한 명의 유전형을 위해 개발된 치료법이라는 점에서, 희귀 질환 환자를 위한 정밀의학(personalized medicine)의 상징적인 사례로 평가된다. 무수누루 박사팀의 치료법은 기존의 유전자 대체요법(gene replacement therapy)보다 훨씬 정밀하며, 특정 유전자의 기능만을 선택적으로 조절할 수 있는 장점을 갖는다. 치료 효과가 장기적으로 유지된다면, 평생 지속 가능한 치료로 발전할 가능성도 제기된다. 이러한 방식은 향후 요소회로 결손(UCD)은 물론, 페닐케톤뇨증(PKU), 윌슨병 등 특정 효소 결핍에 기반한 다양한 간 유전 질환에도 응용될 수 있을 것으로 전망된다. 정밀 유전자 편집 기술의 발전은 이제 '한 사람을 위한 치료'가 이론을 넘어 실현 가능한 영역으로 진입했음을 보여준다. 의학계는 이번 KJ 사례가 향후 희귀 유전 질환 치료의 새로운 청사진이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다만 장기적인 안정성과 부작용 여부에 대한 지속적 추적이 필요하다는 점에서, 해당 치료법의 보편화까지는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다.

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  2025-05-16 14:20:20

• [신소재 신기술(174)] '셀카' 한 장으로 건강 상태 가늠⋯AI 알고리즘 '페이스에이지' 개발

  단순한 얼굴 사진 한 장으로 실제 생물학적 나이를 예측하는 인공지능(AI) 알고리즘이 개발됐다. 기존 의료진의 직관적 '눈대중' 판단에 과학적 정밀성을 더할 수 있다는 평가가 나온다. 영국 의학학술지 란셋 디지털 헬스(The Lancet Digital Health)에 따르면, 하버드대 부속 병원인 매사추세츠 브리검 헬스(Mass Brigham Health)의 연구진은 사람의 얼굴 사진을 분석해 생물학적 연령을 산출하는 딥러닝 모델 '페이스에이지(FaceAge)'를 공개했다. 이 알고리즘은 6만 명이 넘는 건강한 고령자의 얼굴 데이터를 학습한 뒤, 방사선 치료 직전 촬영된 암 환자 6000여 명의 사진으로 검증을 거쳤다. 연구 결과, 암 환자의 생물학적 나이는 평균적으로 실제 나이보다 4.79세 더 많은 것으로 나타났다. 이 수치는 기존 연령, 성별, 암 유형과 관계없이 환자의 예후를 유의미하게 예측하는 데 도움을 줬다. 연구진은 이를 바탕으로 향후 고강도 치료의 적절성과 생존 가능성 평가 등에 활용할 수 있을 것으로 보고 있다. 매사추세츠 브리검 헬스의 종양학자이자 공동 수석 저자인 레이먼드 막(Raymond Mak) 연구책임자는 "페이스에이지는 환자의 생물학적 나이를 정량화해 암 치료의 방향을 설정하는 데 도움이 될 수 있다"며 "예를 들어 75세지만 생물학적 나이가 65세인 건강한 노인은 고강도 방사선 치료가 가능하지만, 60세이면서 생물학적 나이가 70세인 허약한 환자에게는 위험할 수 있다"고 설명했다. 페이스에이지는 기존 안면 노화 인식과 달리 백발이나 탈모보다 얼굴 근육의 미세한 변화 등을 더 중요한 요소로 반영한다. 연구진은 또한, 여덟 명의 의사에게 말기 암 환자의 사진만을 보고 6개월 내 사망 가능성을 예측하게 한 실험에서, 페이스에이지 데이터를 함께 제공했을 때 예측 정확도가 눈에 띄게 향상됐다고 밝혔다. 다만 알고리즘이 조명, 화장, 성형 수술 등 외부 변수에 영향을 받을 수 있는 만큼, 연구진은 향후 약 2만 명 규모의 후속 학습을 통해 정확도를 높일 계획이다. 인종적 편향 여부에 대한 초기 점검에서는 유의미한 편향은 발견되지 않았다고 설명했다. 이 기술이 일반에 공개될 경우 생명보험사나 고용주 등에서 악용될 우려도 제기된다. 공동연구자 후고 에어츠(Hugo Aerts)는 "이 기술이 오로지 환자의 이익을 위해 사용되도록 윤리적 가이드라인 마련이 중요하다"고 강조했다. 연구진은 현재 일반 대중이 셀카를 업로드하고 생물학적 나이를 확인할 수 있는 공개 포털도 개발 중이다. 다만 상업적 의료 활용은 추가 검증 이후로 미뤄질 전망이다.

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  2025-05-14 09:53:04

• [신소재 신기술(173)] MIT, 자유 상태 원자 상호작용 첫 관측⋯"양자현상 실시간 시각화 길 열려"

  미국 매사추세츠공과대학(MIT) 연구진이 공중에 자유롭게 존재하는 원자 간 상호작용을 직접 촬영하는 데 성공하며, 양자역학적 현상을 실시간으로 시각화할 수 있는 길을 열었다. MIT 물리학과의 마틴 즈비얼라인(Martin Zwierlein) 박사가 이끄는 연구팀은 최근 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 발표한 논문에서, 기존 이론으로만 존재하던 '자유 상태 원자 상호작용'을 실공간에서 이미지화하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 원자가 움직일 수 있는 느슨한 레이저 트랩을 이용해 다양한 원자들을 자유롭게 상호작용하게 한 뒤, 광학 격자를 이용해 순간적으로 위치를 고정시키고 미세 조정된 레이저로 형광을 유도해 각각의 원자를 시각화하는 새로운 기법을 개발했다. 이를 통해 최초로 단일 원자들의 움직임과 상호작용을 '스냅샷' 형태로 포착하는 데 성공했다. 즈비얼라인 박사는 "이제 우리는 개별 원자들이 서로 어떤 관계를 맺고 있는지를 직접 볼 수 있게 됐다"며 "양자적 아름다움을 눈으로 확인할 수 있는 수준"이라고 설명했다. 이 연구는 특히 양자역학의 기본 원리인 '하이젠베르크 불확정성 원리'로 인해 그간 직접 관측이 어려웠던 미시 세계의 움직임을 한층 명확히 드러낸다는 점에서 주목된다. 기존 흡수 영상 기술은 원자 구름의 전체적인 윤곽만을 보여줄 뿐, 개별 원자의 구체적인 위치는 식별하지 못했다. 연구진은 이 기술을 활용해 보존입자(보존자)와 페르미입자(페르미온)의 양자 상태를 직접 관찰했다. 나트륨 원자로 구성된 보존자 구름은 극저온에서 '보스-아인슈타인 응축(BEC)' 상태를 형성하며, 입자들이 하나의 양자상태를 공유하는 모습이 포착됐다. 이는 루이 드브로이(Louis de Broglie)의 파동 이론이 예측한 바를 시각적으로 입증한 셈이다. 또한 서로 다른 두 종류의 리튬 원자를 이용해 페르미온의 상호작용을 관찰한 결과, 반대 성질을 가진 페르미온이 쌍을 이루는 모습이 촬영됐다. 이는 초전도 현상의 핵심 메커니즘을 드러내는 결정적인 장면으로 평가된다. 물리학자 루이 드브로이(1892~987)는 1924년 박사 학위 논문에서 모든 물질은 파동성을 가진다는 혁신적인 가설을 제안하며, 양자역학의 발전에 중대한 전환점을 마련했다. 이는 '물질파 이론(matter-wave theory)' 또는 드브로이 파동 이론이라 불린다. 당시까지는 빛은 파동이면서 입자라는 파동-입자 이중성 개념이 확립되어 있었으나, 전자나 원자 같은 입자가 파동의 성질을 가진다는 발상은 전무했다. 드브로이는 아인슈타인의 광양자 이론(빛은 입자처럼 행동함)에 착안해, 반대로 입자도 파동처럼 행동할 수 있다고 주장했다. 즈비얼라인 박사는 "양자 파동의 존재를 이처럼 직접 시각화한 적은 없었다"며 "이는 이론 물리학에서 예측에 그쳤던 복잡한 양자 상태들을 실험적으로 검증할 수 있는 강력한 도구"라고 강조했다. 연구진은 향후 이번 기술을 활용해 '양자 홀 효과(Quantum Hall effect)' 등 더 복잡하고 덜 탐구된 양자 상태들을 관찰할 계획이다. 양자 홀 현상은 자기장 아래 상호작용하는 전자들이 이상한 방식으로 정렬되는 특이한 현상으로, 현재까지도 완전한 이론적 설명이 어려운 영역으로 남아 있다. 즈비얼라인 박사는 "이제는 이론가들이 그림으로 그리던 복잡한 양자 상태들을 실제로 관측해 검증할 수 있다"며 "그간 '상상 속 세계'였던 양자 현상의 실체를 밝히는 데 한 걸음 다가섰다"고 밝혔다. 이번 연구는 양자 컴퓨팅, 정밀 센서 기술, 나노과학 등 다양한 분야에서의 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.

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  2025-05-09 09:51:24

• [신소재 신기술(172)] MIT, '벌' 닮은 초소형 비행로봇 개발⋯자율 수분·정밀 비행 가능성 열어

  미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진이 벌의 날갯짓을 모사한 초소형 비행로봇을 개발해, 농업 분야에서의 자율 수분 등 응용 가능성을 제시했다. 이번 성과는 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다. MIT 테크놀로지 리뷰에 따르면 전기전자공학과 케빈 천(Kevin Chen) 교수팀은 기존 설계보다 100배 이상 긴 비행 시간을 기록한 새로운 비행로봇을 공개했다. 이 로봇은 종이클립보다 가벼운 무게(1g 미만)로, 1000초(약 17분) 동안 연속 비행이 가능하며, 체공 중에서도 정밀한 자세 조종과 공중제비(더블 플립), 곡선 비행을 수행할 수 있다. 날개 구조 개선으로 비행 효율·안정성 획기적 향상 기존 로봇은 두 쌍의 날개가 서로 간섭하면서 상승력을 충분히 확보하지 못하는 한계를 지녔다. 이에 연구진은 날개를 로봇 중심에서 바깥 방향으로 배치해 간섭을 줄이고, 각 날개가 독립적으로 움직일 수 있도록 개별 조정 장치를 적용했다. 또한 인공 근육 역할을 하는 액추에이터와 날개를 연결하는 히지(hinge) 구조를 길게 개선해, 고주파 구동 시 발생하는 구조적 변형(buckling)을 최소화했다. 이를 통해 비행 중 기계적 응력은 감소하고, 추진력은 더욱 강화됐다. 실험을 주도한 천 교수는 "이번 로봇은 기존 설계 대비 비행 시간에서 비약적인 성과를 냈다"며 "학생이 실험 중 1000초가 인생에서 가장 긴 순간처럼 느껴졌다고 말할 정도로 긴장된 시도였다"고 밝혔다. 농업·환경 모니터링 등 실용화 단계로 이번에 개발된 로봇은 초속 35cm의 비행 속도와 함께 정해진 경로(M-I-T)를 따라 움직이는 정밀 유도 비행까지 구현해냈다. 연구진은 향후 1만초(약 164분 40초, 2시간 46분 40초) 이상 비행 시간 확보와 꽃 중심 착륙 및 이륙 기능 개발을 목표로 삼고 있다. 특히 구조를 간소화해 전자 부품 탑재 공간을 확보함에 따라, 소형 배터리와 센서 장착을 통한 실외 비행 및 자율 내비게이션 구현 가능성도 열렸다. 이는 다층형 수직 농장 등 폐쇄형 농업 시스템에서의 정밀 수분 작업, 환경 모니터링, 방제 로봇 등 다양한 실용적 활용을 기대하게 한다. "실제 벌 수준에는 못 미치지만, 상용화 가까워져" 천 교수는 "아직 실제 벌처럼 섬세한 움직임은 구현하지 못했지만, 비행 시간과 정밀도가 향상되면서 보조 수분 등 구체적인 응용 가능성에 한 걸음 다가섰다"고 말했다. 이번 연구는 자연 생물의 기계적 특성을 복제하려는 생체모사공학(biomimetics) 분야에서 주목할 만한 진전으로 평가된다. 초소형 로봇이 가진 기술적 한계를 극복함으로써, 앞으로의 스마트 농업·도심 생태계 유지·기후 대응 등 다양한 영역에서 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 보인다.

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  2025-04-28 11:30:06

• [신소재 신기술(171)] 포스텍, 800도 견디는 '초적응 합금' 세계 첫 개발

  로켓이 발사대를 떠나는 순간, 추진체 노즐은 영상 3000도가 넘는 연소 가스에 노출된다. 불과 몇 분 뒤 우주 공간에 진입하면 같은 부품이 영하 200도에 가까운 극저온을 견뎌야 한다. 가스터빈 블레이드는 1000도 이상의 고온에서 수만 시간을 버텨야 하지만, 정비를 위해 급냉되면 수백 도의 온도 낙차가 수분 만에 일어난다. 이처럼 극한의 온도 변화를 오가는 환경에서 금속 소재는 늘 '약한 고리'였다. 대부분의 금속은 특정 온도 범위에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계되어, 온도가 급변하면 강도가 떨어지거나 취성(잘 부러지는 성질)이 증가해 심각한 안전 위험을 초래하기 때문이다. 이 난제에 도전해온 포항공과대학교(POSTECH) 김형섭 교수 연구팀이 돌파구를 열었다. 연구팀은 니켈을 기반으로 철, 코발트, 크롬, 알루미늄, 티타늄 등 6종의 원소를 정밀하게 조합한 고엔트로피 합금(High Entropy Alloy, HEA)을 개발하고, 이 소재에 '하이퍼어댑터(Hyperadaptor)'라는 이름을 부여했다. 영하 196도(77K)부터 영상 600도(873K)까지, 무려 800도에 달하는 온도 격차 속에서도 강도와 연성을 거의 일정하게 유지하는 세계 최초의 '온도 무감응(temperature-insensitive)' 합금이다. 이 연구 성과는 재료과학 분야 국제학술지 '머티리얼스 리서치 레터스(Materials Research Letters, 2025년 2월 6일 온라인 게재)' 13권 4호에 게재됐다. 왜 '고엔트로피'인가⋯소재 과학의 패러다임 전환 금속 합금의 역사에서 하이퍼어댑터의 의미를 이해하려면, 먼저 '고엔트로피 합금'이라는 개념의 혁신성을 짚어야 한다. 전통적인 합금 설계는 '주인공 원소' 중심이다. 강철은 철이, 두랄루민은 알루미늄이, 인코넬은 니켈이 주연이고 나머지 원소는 조연에 불과하다. 그러나 2004년 대만의 예종웨이(J.W. Yeh) 교수와 영국의 브라이언 캔터(Brian Cantor) 교수가 거의 동시에 제안한 고엔트로피 합금 개념은 이 공식을 뒤집었다. 5종 이상의 원소를 거의 동등한 비율로 혼합하면, 높은 '배열 엔트로피(configurational entropy)' 덕분에 금속 간 화합물이 형성되지 않고 단순하면서도 안정적인 고용체(solid solution)가 만들어진다는 발견이었다. 흔히 '엔트로피의 역설'로 불리는 이 현상은, 무질서(disorder)를 극대화함으로써 오히려 구조적 안정성이 향상된다는 역발상이다. 이후 20년간 고엔트로피 합금은 극저온 내성, 내식성, 고강도 등 기존 합금 체계에서 달성하기 어려웠던 물성들을 속속 구현하며 차세대 소재의 핵심 연구 영역으로 자리 잡았다. 김형섭 교수 연구팀은 이 분야에서 10년 이상 연구를 축적해왔다. 2020년 고압 비틀림 가공을 통해 2000%까지 늘어나는 초소성 고엔트로피 합금을 네이처 커뮤니케이션즈에 발표한 데 이어, 헤테로구조 설계로 가격 경쟁력까지 확보한 합금, AI를 활용한 상(phase) 예측 기술, 타이타늄 기반 경량 중엔트로피 합금 등 굵직한 성과를 이어왔다. 하이퍼어댑터는 이 연구 궤적의 최신 결실이다. 800도 온도 격차를 견디는 비밀⋯나노 크기 L1₂ 석출물 하이퍼어댑터의 핵심은 합금 내부에 균일하게 분포된 나노 크기의 L1₂(감마 프라임, γ') 석출물이다. 이 미세 입자들은 합금 기지(matrix) 안에서 일종의 '분자 수준 보강재' 역할을 수행한다. 금속이 외부 힘을 받으면 원자 배열이 어긋나면서 '전위(dislocation)'라 불리는 결함이 이동하는데, L1₂ 석출물은 이 전위의 이동을 효과적으로 억제해 소재의 강도를 유지한다. 동시에 이 합금은 높은 적층결함 에너지(stacking fault energy)를 보유하고 있어, 변형 과정에서 전위가 미끄럼(slip)에 의해 고르게 분산된다. 연구팀은 전자 후방 산란 회절(EBSD), 전자 채널링 대비 영상법(ECCI), 투과전자현미경(TEM) 등 첨단 분석 기법을 동원해, 이 미끄럼 변형 메커니즘이 온도에 관계없이 일정하게 작동함을 실증했다. 즉, 하이퍼어댑터의 '온도 무감응성'은 우연이 아니라, 나노 석출물에 의한 강화 메커니즘과 온도 독립적 미끄럼 소성(slip-induced plasticity)이라는 두 가지 메커니즘의 정밀한 설계에서 비롯된 것이다. 합금의 조성은 니켈 약 35%, 철·코발트·크롬이 합산 약 53%, 알루미늄 약 7%, 티타늄 약 5%다. 결정 구조는 면심입방(FCC) 형태로, 각 단위격자의 꼭짓점과 면 중심에 원자가 배치되어 높은 연성과 강도를 동시에 구현한다. 연구팀은 알루미늄과 티타늄을 전략적으로 첨가해 L1₂ 석출물의 생성을 유도하고, 고온에서도 석출물의 분포와 크기가 안정적으로 유지되도록 조성을 최적화했다. 논문에 따르면 석출 강화 메커니즘이 전체 항복강도(YS)의 43.5%에서 62.2%를 차지하는 것으로 분석됐다. 가스터빈부터 로켓까지⋯극한 산업이 기다린 소재 하이퍼어댑터가 산업계의 주목을 받는 이유는 단일 소재로 극저온과 고온을 동시에 커버할 수 있다는 점에 있다. 현재 항공우주 분야에서는 고온용과 저온용 소재를 따로 적용하거나, 온도 변화에 대응하기 위한 보조 시스템을 추가로 설계하는 것이 일반적이다. 하이퍼어댑터 논문은 이에 대해 '조성을 상용화 수준으로 추가 최적화하면, 단일 소재가 현재 넓은 온도 범위를 관리하기 위해 필요한 복수의 재료나 보조 시스템을 대체할 수 있을 것'이라고 전망했다. 구체적인 적용 분야로는 항공기 제트엔진의 터빈 블레이드, 로켓 추진체 노즐, 가스터빈 핵심 부품, 원자력 발전소 배관, 자동차 배기 시스템, 극저온 LNG 저장·운반 설비 등이 거론된다. 특히 이 연구가 현대자동차그룹의 지원을 받아 수행되었다는 점은 자동차 산업에서의 상용화 가능성을 시사한다. 논문의 공동 연구진에 현대차그룹 첨단차량플랫폼 경량소재연구팀 소속 연구원이 포함되어 있어, 산학 협력을 통한 실용화 연구가 이미 진행 중인 것으로 보인다. "이번에 개발한 HEA는 기존 합금의 한계를 뛰어넘어 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공하는 신개념 소재로 자리 잡을 것이다. 하이퍼어댑터 개념은 극한 환경에서도 일관된 기계적 특성을 유지할 수 있는 획기적인 기술이 될 것으로 기대한다." —김형섭 POSTECH 신소재공학과 교수 상용화까지의 거리⋯양산 기술과 비용이라는 난관 학술적 성과와 산업적 적용 사이에는 여전히 넘어야 할 산이 있다. 고엔트로피 합금의 가장 큰 과제는 양산 기술과 원가다. 5종 이상의 원소를 정밀한 비율로 혼합해야 하고, 나노 크기의 석출물이 균일하게 분포되도록 열처리 공정을 정밀하게 제어해야 한다. 특히 코발트는 전 세계 생산량의 70% 이상이 콩고민주공화국에 집중되어 공급망 리스크가 높은 전략 광물이며, 니켈 역시 전기차 배터리 수요 급증으로 가격 변동성이 크다. 김형섭 교수 연구팀은 이미 이 문제를 인식하고 대안을 모색해왔다. 2024년에는 값비싼 니켈·코발트를 대폭 줄이고 철과 구리 기반으로 설계한 저가형 고엔트로피 합금을 발표해, 기존 고온 소재 대비 절반 이하의 비용으로 경량화를 달성한 바 있다. 하이퍼어댑터 역시 상용화를 위해서는 조성의 추가 최적화가 필요하며, 논문도 이 점을 명시적으로 언급하고 있다. 다만, 과학기술정보통신부의 나노·소재기술개발사업과 현대차그룹의 지원이 동시에 이루어지고 있어, 기초 연구와 응용 연구가 병행되는 구조가 마련되어 있다는 점은 긍정적이다. 한국 소재 산업에서의 시사점⋯반도체 다음은 '소재 주권' 하이퍼어댑터의 개발은 한국 소재 산업의 가능성을 보여주는 사례이기도 하다. 항공우주·에너지·방위산업에 쓰이는 초내열 합금(superalloy) 시장은 미국의 하이네스(Haynes), 영국의 롤스로이스, 프랑스의 사프란 등 서방 기업이 사실상 과점하고 있다. 한국은 반도체와 2차전지에서는 세계적 경쟁력을 확보했지만, 극한 환경용 첨단 금속 소재 분야에서는 아직 수입 의존도가 높다. 포스텍 연구팀의 성과가 축적되어 상용화 단계로 이어진다면, '소재 주권'이라는 관점에서 중요한 전기가 될 수 있다. 특히 우주 발사체 누리호의 후속 개발, 한국형 전투기(KF-21)의 엔진 국산화, 차세대 원전 핵심 부품 등에서 극한 온도를 견디는 소재의 자체 공급 역량은 기술 독립의 핵심 요소다. 2024년 과학기술정보통신부가 발표한 '극한환경 소재 기술개발 로드맵'에서도 고엔트로피 합금은 2030년까지 집중 육성할 전략 소재로 지목된 바 있다. [기자의 시각] '소재 강국'의 꿈, 실험실에서 현장으로 하이퍼어댑터는 분명 인상적인 연구 성과다. 800도에 달하는 온도 격차에서 강도와 연성을 동시에 유지하는 금속이 존재한다는 것은, 소재 과학의 경계가 한 단계 확장되었음을 의미한다. 그러나 기자가 이 연구에서 주목하는 것은 단일 논문의 성과만이 아니다. 김형섭 교수 연구팀은 2020년 초소성 합금(네이처 커뮤니케이션즈), 헤테로구조 합금, AI 기반 합금 설계, 저가형 슈퍼합금, 경량 중엔트로피합금에 이르기까지, 고엔트로피 합금이라는 하나의 분야에서 10년 넘게 연구를 축적하며 세계적 성과를 쌓아왔다. 이번 하이퍼어댑터는 그 축적의 결실이다. 한국의 기초과학이 단발성 성과에 그치지 않고, 한 분야에서의 깊이 있는 연구를 통해 세계 정상급 성과로 이어지는 모범 사례라 할 수 있다. 문제는 '실험실에서 현장까지'의 거리다. 한국의 소재 연구 수준은 세계적이지만, 연구 성과가 실제 산업 현장의 부품으로 이어지는 '죽음의 계곡(Valley of Death)'은 여전히 깊다. 이번 연구에 현대차그룹이 참여한 것은 고무적이지만, 항공우주·원전·방위산업까지 확장되려면 정부 차원의 장기적 투자와 수요 기관(한국항공우주산업, 한국수력원자력 등)과의 체계적 연계가 필수적이다. 반도체에서 '소재·부품·장비'의 중요성을 뼈저리게 배운 한국이, 이제는 극한 환경용 첨단 금속 소재에서도 같은 교훈을 적용할 때다. 하이퍼어댑터가 실험실의 성과에 머물지 않고, 한국 '소재 주권'의 한 축이 되기를 기대한다. [참고자료] 1. H. Park et al., "Hyperadaptor; Temperature-insensitive tensile properties of Ni-based high-entropy alloy a wide temperature range", Materials Research Letters, Vol.13 No.4 (2025.2.6 온라인 게재), DOI: 10.1080/21663831.2025.2457346 2. POSTECH 보도자료—'A new super metal stands strong, no matter the temperature' (2025.4.16) 3. ScienceDaily—'A new super metal stands strong, no matter the temperature' (2025.4.16) 4. TechXplore—"'Hyperadaptor' alloy with stable properties stands strong across extreme temperatures" (2025.4.16) 5. 김형섭 교수 연구팀 선행연구: Nature Communications (2020, 초소성 HEA), Acta Materialia (2024, 저가형 슈퍼합금), Acta Materialia (2025, 타이타늄 중엔트로피합금) 6. J.W. Yeh et al., "Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements", Advanced Engineering Materials (2004)—고엔트로피 합금 개념 최초 제안

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  2025-04-23 11:05:51

• [신소재 신기술(170)] 경희대, 2차원 양자 소재서 '빛의 회전' 제어 세계 첫 입증

  스마트폰 카메라의 편광 필터를 떠올려보자. 빛의 진동 방향을 걸러내는 것만으로 반사광을 줄이고 선명한 사진을 얻는다. 만약 빛의 '회전 방향'만으로 전류의 방향까지 제어할 수 있다면 어떨까. 외부 전압 없이, 오직 빛의 편광 상태만으로 전자의 흐름을 켜고 끄는 기술—이것이 바로 '원형 감광 기전 효과(Circular Photogalvanic Effect, CPGE)'의 핵심이다. 차세대 양자소자와 초고감도 광전 센서의 열쇠로 꼽히는 이 현상이, 세계 최초로 '2차원' 구조에서 실험적으로 입증됐다. 경희대학교 응용물리학과 최석호 고황명예교수 연구팀은 두께 10나노미터(nm) 이하의 초박막 위상 준금속에서 빛의 회전 편광에 따라 전류 방향이 달라지는 CPGE 현상을 관측하는 데 성공했다고 21일 밝혔다. 지금까지 이 효과는 오직 3차원 바일 준금속(Weyl semimetal)에서만 확인된 바 있어, 2차원 구조에서의 입증은 양자소자 소형화를 위한 결정적 단서로 평가된다. 이 연구는 국제 학술지 'Materials Today Physics(임팩트 팩터 10)' 2025년 5월호에 게재됐으며, 울산대학교, 호주국립대학교(ANU), 호주 울런공대학교(University of Wollongong) 등 국내외 4개 대학이 참여한 국제 공동연구의 결실이다. 바일 준금속이란⋯'질량 없는 전자'가 달리는 양자 물질 이 연구의 의미를 이해하려면 '바일 준금속'이라는 물질의 특이성을 먼저 짚어야 한다. 고체 물리학에서 금속과 반도체를 가르는 기준은 '에너지 띠(energy band)' 구조다. 도체(금속)는 전자가 자유롭게 이동할 수 있는 전도 띠에 전자가 존재하고, 부도체는 전도 띠가 비어 있다. 준금속(semimetal)은 전도 띠와 원자가 띠가 한 점에서 만나는 독특한 구조를 갖는다. 바일 준금속은 이 접촉점('바일 노드')에서 전자의 에너지와 운동량이 선형적으로 교차하며, 마치 '질량이 없는 입자'처럼 움직이는 전자를 만들어낸다. 이 입자는 1929년 독일 물리학자 헤르만 바일(Hermann Weyl)이 이론적으로 예측한 '바일 페르미온(Weyl fermion)'에 해당한다. 자기장의 세기와 방향에 극도로 민감하게 반응하는 이 특성 덕분에, 바일 준금속은 정밀 자기장 센서, 초고속 전자소자, 양자컴퓨팅 소자 등의 핵심 소재 후보로 부상하고 있다. 바일 준금속은 '위상 준금속(topological semimetal)'이라는 더 넓은 범주에 속한다. 위상 준금속에는 결정 대칭성에 따라 '디락 준금속(Dirac semimetal)'과 '바일 준금속'이 존재한다. 핵심적인 차이는 대칭성의 깨짐(symmetry breaking)이다. 공간 반전 대칭성과 시간 역전 대칭성이 모두 보존되면 디락 준금속이 되고, 이 중 하나가 깨지면 바일 준금속으로 상전이된다. 이 '대칭성 깨짐'을 인위적으로 유도하는 것이 소자 응용의 핵심 과제였다. 왜 '2차원'이 중요한가⋯소형화의 열쇠 CPGE는 원형 편광된 빛을 물질에 비추면 외부 전압 없이도 빛의 회전 방향(헬리시티)에 따라 특정 방향의 전류가 유도되는 현상이다. 2017년 Nature Communications에 게재된 이론 연구(De Juan 등)는 바일 준금속에서 CPGE가 바일 노드의 위상 전하(topological charge)를 직접 측정하는 '양자화된 반응'이 될 수 있음을 예측했고, 2019년 Nature Materials에 게재된 실험(Ji 등)은 3차원 바일 준금속에서 공간적으로 분산된 CPGE를 관측하며 위상학적 띠 구조의 분광학적 탐침(probe)으로서의 가능성을 제시했다. 그러나 이 모든 성과는 3차원 벌크(bulk) 구조에서 이루어진 것이었다. 3차원 구조는 부피가 크고 두꺼워, 반도체 칩처럼 소형화·집적화하는 데 근본적 한계가 있다. 반면 2차원 구조는 얇고 유연해 나노스케일 소자에 훨씬 적합하다. 그래핀이 2차원이라는 구조적 장점 덕분에 전자소자의 패러다임을 바꿨듯, 바일 준금속도 2차원에서의 양자 특성 구현이 실용화의 관건이었다. 문제는 2차원 바일 준금속 자체가 이론적으로도 완전히 확립되지 않은 영역이었다는 점이다. 연구의 핵심⋯금 이온주입과 두께 제어라는 '이중 전략' 최석호 교수 연구팀은 이 난제에 두 가지 독창적 접근법으로 도전했다. 첫째는 '금(Au) 이온주입을 통한 영구상전이'다. 기존에도 디락 준금속의 온도를 극저온으로 낮추거나 압력을 크게 올려 바일 준금속으로 상전이시키는 방법은 알려져 있었다. 그러나 온도나 압력이 원래대로 돌아가면 물질도 디락 상태로 복귀해, 소자 응용에는 무용지물이었다. 연구팀은 금 이온을 주입해 결정 구조의 반전 대칭성을 영구적으로 깨뜨리는 방법을 세계 최초로 개발했다. 이로써 상온·상압에서도 바일 준금속 상태가 유지되는 '영구상전이'가 가능해졌다. 둘째는 '두께 의존 위상 상전이'다. 논문에 따르면 연구팀은 비스무트-안티몬(Bi₀.₉₆Sb₀.₀₄) 합금을 분자선 에피택시(MBE) 기법으로 GaAs 기판 위에 성장시키되, 박막의 두께를 10nm 이하로 정밀하게 조절했다. 두께가 줄어들면 에피택시 변형(epitaxial strain)이 증가하면서 구조 대칭성이 감소하고, 이에 따라 전자 구조가 크게 변형되어 디락 준금속에서 바일 준금속으로의 상전이가 유도된다. 이 두께 의존 메커니즘은 2023년 같은 연구팀이 Advanced Functional Materials에 발표한 선행 연구에서 이미 입증한 바 있다. 이렇게 만들어진 2차원 바일 준금속에 회전 편광된 빛을 비추자, 빛의 회전 방향에 따라 전류의 방향이 달라지는 CPGE 현상이 명확하게 관측됐다. 연구팀은 광전류 맵핑(photocurrent mapping)을 통해 바이어스 전압과 극성에 따른 전류 생성·분리·수송 과정의 변화까지 정밀하게 분석했으며, CPGE가 '바일 노드 주변에서 반대 스핀의 역방향 분포(counter-propagating distribution of opposite spins)'에 기인한다는 물리적 메커니즘도 규명했다. "그래핀 이후 차세대 신소재로 주목받는 위상 물질 분야에서 순수 이론을 넘어 실용화 단계로 나아가는 중요한 전환점이다. 향후 고성능 에너지 변환 장치, 광전자 소자, 양자컴퓨팅 등 미래 핵심 기술의 실현을 앞당길 돌파구가 될 것이다." —최석호 경희대 응용물리학과 고황명예교수 바일 준금속에서의 광기전 효과 연구는 글로벌 경쟁이 치열한 분야다. 2017년 미국 버클리 연구팀은 Nature Communications에서 CPGE의 양자화를 이론적으로 예측했고, 2019년 펜실베이니아대 연구팀은 Nature Materials에서 3차원 바일 준금속의 공간 분산형 CPGE를 실험적으로 관측했다. 2022년에는 중국 연구팀이 텔루륨 반도체에서 바일 관련 CPGE를 Nature Communications에 보고했으며, 2025년 초에는 중국 연구팀이 비대칭 공간군 반도체 ZrGeTe₄에서 표면 CPGE를 Laser & Photonics Reviews에 발표했다. 이들 연구 대부분은 3차원 벌크 또는 반도체 구조에서의 CPGE를 다루고 있다. 경희대 연구팀의 성과가 차별화되는 지점은, '순수한 2차원 바일 준금속'에서 CPGE를 입증한 최초의 사례라는 점이다. 3차원에서 2차원으로의 차원 축소는 단순한 물리적 축소가 아니라, 구조 대칭성과 전자 밴드 구조가 근본적으로 바뀌는 위상학적 전환을 수반한다. 논문은 이 차원 축소 과정에서 에피택시 변형이 증가하면서 대칭성이 감소하고, 이것이 3차원 디락 준금속에서는 소멸하는 CPGE를 2차원에서 발현시키는 메커니즘임을 밝혔다. 남은 과제⋯에너지 변환 효율과 상온 안정성 이번 연구가 원리 증명(proof of concept)이라면, 상용화까지는 몇 가지 과제가 남아 있다. 첫째, CPGE로 생성되는 광전류의 크기다. 현재 바일 준금속 기반 CPGE의 광전류는 pA(피코암페어) 수준으로, 실용적 에너지 변환이나 센서 응용에는 아직 부족하다. 둘째, Bi₀.₉₆Sb₀.₀₄ 박막의 양산 가능성이다. 분자선 에피택시는 고진공·고비용 공정으로, 대면적 양산에는 한계가 있다. 셋째, 상온·대기 환경에서의 장기 안정성 검증이 필요하다. 다만, 연구팀은 이미 '디락-바일 계면(interface)' 형성을 통한 소자 설계라는 후속 방향을 제시하고 있다. 같은 물질 내에서 디락 준금속 영역과 바일 준금속 영역을 공존시키면, 서로 다른 위상 상태 간의 계면에서 새로운 전자 수송 특성이 나타날 수 있다. 이는 단일 칩 위에 다양한 양자 기능을 집적하는 '위상 전자 회로(topological electronic circuit)'의 기초가 될 수 있다. [기자의 시각] '이론의 아름다움'을 '소자의 현실'로 옮기는 여정 양자 물리학의 연구 성과를 기사로 옮길 때마다 드는 생각이 있다. '이 연구가 우리 일상에 닿으려면 얼마나 걸릴까.' 바일 준금속 연구는 솔직히 일반 독자에게 매우 낯선 영역이다. 그러나 이 물질이 가진 잠재력은 결코 학문적 호기심에 그치지 않는다. 경희대 최석호 교수 연구팀의 이번 성과에서 기자가 특히 주목하는 것은 '영구상전이'라는 개념이다. 기존에도 온도나 압력으로 바일 준금속을 만들 수 있었지만, 조건이 바뀌면 원래로 돌아가 버려 소자에 쓸 수 없었다. 금 이온주입으로 이 한계를 넘었다는 것은, 위상 물질 연구가 '현상 관찰'에서 '소자 설계'로 넘어가는 중요한 전환점이다. 2023년 2차원 바일 준금속 최초 구현(Advanced Functional Materials)에 이어 2025년 CPGE 입증(Materials Today Physics)까지, 2년간의 연속적 성과는 한 연구팀의 꾸준한 축적이 어떻게 학문적 돌파로 이어지는지를 보여준다. 물론 냉정하게 보면, 실험실에서의 원리 증명과 상용 소자 사이에는 여전히 긴 거리가 있다. 광전류의 크기, 양산 공정의 현실성, 장기 안정성 등 넘어야 할 산이 적지 않다. 그러나 '빛의 회전만으로 전류를 제어하는 초박막 소자'라는 개념이 실험적으로 입증된 이상, 이것은 더 이상 이론가의 몽상이 아니라 공학자의 과제가 되었다. 양자 시대의 소재 혁신은 이렇게, 한 걸음씩, 이론의 아름다움을 소자의 현실로 옮기는 여정이다. 【참고 자료】 1. T.J. Jeong, C.W. Jang et al., "Circular photogalvanic effect in two-dimensional Weyl semimetals", Materials Today Physics (2025.5), DOI: 10.1016/j.mtphys.2025.101234 2. 경희대학교 영문 보도자료—"World's First Experimental Demonstration of CPGE in 2D Weyl Semimetals" (2025.4.21) 3. 최석호 교수팀 선행연구: S.-H. Choi et al., Advanced Functional Materials (2023)—2차원 바일 준금속 세계 최초 실험적 구현 4. F. de Juan et al., "Quantized circular photogalvanic effect in Weyl semimetals", Nature Communications 8, 15995 (2017) 5. Z. Ji et al., "Spatially dispersive circular photogalvanic effect in a Weyl semimetal", Nature Materials 18, 955–962 (2019) 6. R. Bai et al., "Weyl-Related Surface Circular Photogalvanic Effect in ZrGeTe₄", Laser & Photonics Reviews (2025)

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  2025-04-21 14:06:05

• [신소재 신기술(169)] 빗방울로 전기 생산⋯싱가포르 연구진, '빗물 발전 시스템' 개발

  빗방울이 전기를 생산하는 재생에너지 자원으로 주목받고 있다. 싱가포르국립대학교(NUS) 연구팀은 빗방울이 떨어지는 과정에서 발생하는 전하 분리를 이용해 LED 전구 12개를 밝힐 수 있는 전기를 생산하는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 연구에 대해서는 뉴사이언티스트, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 지난 16일(현지시간) 보도했다. 연구 책임자인 시오링 소(Siowling Soh) 교수는 "지구에는 매일 비가 내리지만 이를 활용한 에너지 수확 시스템이 부재해 에너지가 그대로 낭비되고 있다"며 "이번 연구는 빗물을 통해 전기를 수확하는 새로운 가능성을 보여준다"고 설명했다. 기존 수력발전은 강, 바다, 수로 등에서 대규모 수량의 운동 에너지를 터빈으로 변환하는 방식이다. 반면 이번 연구는 '전하 분리(charge separation)' 현상을 이용한다. 이는 물 분자의 양성자(proton)는 액체 내에 남고, 전자는 도전성 표면에 전달되는 원리로, 마치 머리카락에 풍선을 문질러 정전기를 발생시키는 것과 유사하다. 하지만 일반적으로 이 방식은 접촉면에만 전하가 형성되며, 표면적을 넓히기 위해 마이크로 채널을 사용할 경우 오히려 에너지 손실이 발생해 비효율적이다. 이번 연구는 중력과 단순한 기하 구조를 활용해 이러한 한계를 극복했다. 연구진은 높이 32cm, 내경 2mm의 수직 튜브를 설치하고, 금속 바늘을 통해 유사 빗방울을 형성했다. 물방울이 튜브 상단과 충돌하면서 공기 방울과 함께 '플러그 흐름(plug flow)' 형태로 낙하하도록 설계됐다. 이 흐름은 물과 공기가 분리된 덩어리 형태로 이동하며, 내부에서 전하가 효과적으로 분리된다. 튜브 상단과 하단에 설치된 전선이 이를 수확해 전기를 생산하는 구조다. 연구 결과, 단일 튜브에서 440마이크로와트(μW)의 전력이 생산됐으며, 4개 튜브를 동시 운용하면 LED 12개를 20초간 점등할 수 있었다. 소 교수는 "이번 실험은 고정된 물줄기보다 플러그 흐름 방식이 약 5배 더 높은 효율을 보였다"며 "총 낙하 에너지의 10% 이상을 전기로 전환하는 데 성공했다"고 밝혔다. 이번 발전 시스템은 단순 구조에 중력을 이용한 수직 흐름만으로 작동해 추가적인 펌프 동력이 필요 없다는 점도 장점이다. 연구진은 도시의 옥상 등에 대량 설치해 실제 빗물 환경에서도 유의미한 발전이 가능할 것으로 보고 있다. 미국 비영리 단체 '저영향 수력 발전소 인증 기관(Low Impact Hydropower Institute)의 섀넌 에임스(Shannon Ames)는 "개별 가정 단위로 적용 가능성이 있다면 매우 유용한 기술이 될 것"이라고 평가했다. 다만, 현재 수준에서 생산 가능한 전력은 제한적이다. 연구팀은 실험에서 사용한 물방울 속도가 실제 강수량보다 느렸기 때문에 실제 빗줄기 환경에서는 발전 효율이 더욱 높아질 수 있다고 전망했다. 이 연구 결과는 미국화학회(ACS)의 오픈 액서스 국제 학술지 'ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)'에 게재됐다(DOI: 10.1021/acscentsci.4c02110).

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  2025-04-18 10:08:31

• [신소재 신기술(168)] "쌀알만 한 뇌, 우주만큼 정밀하게 해부됐다"

  쌀알만 한 생쥐 뇌 조직의 정밀 해부를 통해 신경세포 8만4000개와 5억 개의 시냅스, 5.4㎞에 달하는 신경망이 드러났다. 9년에 걸쳐 진행된 국제 공동 연구가 포유류 뇌를 가장 정밀하게 해부한 커넥톰을 완성 한 것이다. 인공지능(AI) 기술과 인간의 손길이 결합된 이번 프로젝트는 뇌과학의 디지털 전환을 본격화하는 전환점이 될 전망이다. 미국 프린스턴대학교, 스탠퍼드대학교, 텍사스 베일러 의과대학, 시애틀 앨런 뇌과학연구소 등 22개 연구기관 소속 150명 이상이 참여한 국제 공동연구팀은 생쥐 뇌의 1㎣도 채 되지 않는 부위에서 8만4000개의 신경세포와 5억 개 이상의 시냅스 연결, 5.4㎞ 길이의 신경망 구조를 밝혀냈다. 이는 현재까지 포유류 뇌를 대상으로 한 가장 정밀하고 방대한 커넥톰(connectome·신경연결지도)으로 기록됐다. 연구팀은 뇌 지도를 만들면서 수만 개의 개별적인 나무 모양의 뉴런을 디지털 방식으로 풀어내고, 각 뉴런의 고유한 가지 시스템을 추적한 다음, 이를 하나하나 재구성해 광대한 회로 네트워크를 만들었다. 이를 커넥톰이라고 부른다. 프린스턴 대학교는 이번 연구는 9년간 진행됐으며 22개 기관의 150명 이상의 연구자들이 이 프로젝트에 참여했다고 밝혔다. 이번 연구는 미국 베일러 의과대학에서 시작됐다. 과학자들은 특수 현미경을 사용해 생쥐가 러닝머신 위에서 10초 동안 베이스점프, 루지 등 다양한 익스트림 스포츠, 애니메이션, 영화 매트릭스, 매드맥스: 분노의 도로 등의 비디오 영상을 보는 동안 쥐의 시각 피질 1㎣(세제곱밀리미터) 부분의 뇌 활동을 기록하는 방식으로 진행됐다. 이후 앨런 연구소 연구팀은 생쥐 뇌를 2만8000개 층으로 절단하고, 인공지능(AI) 분석과 인간의 수작업 검수를 결합해 신경세포 간 연결망을 일일이 추적해 재구성했다. 연구팀이 진행한 코티컬 네트워크(Cortical Networks)의 머신 인텔리전스인 MICrONS 프로젝트는 지금까지 포유류 뇌의 가장 자세한 배선도를 구축했으며, 이 배선도는 온라인에서 무료로 이용할 수 있다. 이번 연구를 총괄한 데이비드 마코위츠 박사는 "인간 게놈 프로젝트에 비유되는 신경과학의 분수령"이라고 평가했다. 이어 프린스턴 대학교의 또 다른 연구팀은 인공지능과 머신러닝을 사용하여 세포와 연결망을 3D 입체로 재구성했다. 뇌 활동 기록과 함께, 이 입체에는 5억 2300만 개의 시냅스(20만 개의 세포를 연결하는 연결점)와 4km 길이의 축삭(다른 세포로 뻗어 나가는 가지)이 포함되어 있다. 스탠퍼드대학교 신경과학자 안드레아스 톨리아스 교수는 "이 연구는 구조와 기능을 동시에 기록한 최초의 사례"라며 "우리가 세계를 인식하고 감정을 느끼고 결정을 내리는 뇌의 생물학적 구조를 데이터로 포착한 것"이라고 강조했다. 연구팀은 이를 통해 단순한 신경 배치도뿐 아니라, 각 신경세포 간 상호작용과 정보 전달 방식까지 시각화해냈다. 과거 곤충의 뇌를 대상으로 한 연결지도는 존재했지만, 이번처럼 포유류 뇌의 고도 복잡성을 구현한 사례는 처음이다. 프린스턴대 신경과학자 세바스찬 승 교수는 "이번 연구를 통해 구현한 커넥톰(connectome)은 뇌과학의 디지털 전환을 여는 출발점"이라며 "이 기술은 신경 연결의 이상 패턴을 식별하고, 치매 등 뇌 질환의 원인을 규명하는 데 획기적인 전기를 마련할 것"이라고 말했다. 이 연구는 뇌의 새로운 특성, 유형, 조직 및 기능 원리, 세포 분류의 새로운 방식을 밝혀냈다. 특히 뇌 안의 새로운 억제 원리를 발견한 것은 이번 연구의 가장 큰 성과로 평가된다. 과학자들은 이전에 신경 활동을 억제하는 억제 세포를 다른 세포의 활동을 약화시키는 단순한 힘으로 생각했다. 반면 연구팀은 훨씬 더 정교한 수준의 의사소통을 발견했다. 억제 세포는 무작위로 행동하는 것이 아니라, 어떤 흥분 세포를 표적으로 삼을지 매우 선택적으로 결정하여 네트워크 전체에 걸친 조정 및 협력 시스템을 구축한다. 어떤 억제 세포는 함께 작용하여 여러 흥분 세포를 억제하는 반면, 어떤 억제 세포는 특정 유형의 세포만을 표적으로 삼아 더욱 정밀하게 작용한다. 뇌의 형태와 기능을 이해하고, 뉴런 간의 세부적인 연결을 전례 없는 규모로 분석할 수 있는 능력은 뇌와 지능 연구에 새로운 가능성을 열어준다. 또한 알츠하이머병, 파킨슨병, 자폐증, 조현병과 같이 신경 전달 장애를 수반하는 질환에도 영향을 미칠 수 있다. 공개된 이번 데이터는 인공지능 연구는 물론, 뇌 질환 조기 진단, 치료법 개발 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 특히 인간의 뇌가 정보 처리 속도나 효율성 측면에서 현존하는 어떤 AI보다도 앞선 이유를 설명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 앨런 연구소 부연구원인 누노 다 코스타 박사는 "고장 난 라디오가 있는데 회로도를 가지고 있다면 수리하기가 더 수월할 것"이라고 이번 연구의 성과를 비유했다. 그는 "우리는 이 모래알(뇌 세포)에 대한 일종의 구글 지도 또는 청사진을 제시하고 있다. 앞으로 이를 활용하여 건강한 쥐의 뇌 배선과 질병 모델의 뇌 배선을 비교할 수 있을 것이라고 강조했다. 이 연구 결과는 과학저널 '네이처(Nature)'에 일련의 논문으로 발표됐다.

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  2025-04-14 09:53:43

• [신소재 신기술(167)] 빛으로 유방암만 골라 제거⋯부작용 줄인 '스마트 폭탄' 美서 개발

  미국 과학자들이 빛을 이용해 공격적인 유방암 세포만 선택적으로 파괴하는 신개념 치료법을 개발했다. 피부나 정상 장기에는 거의 영향을 주지 않아 기존 광역학 치료보다 부작용이 크게 줄어든 점이 특징이다. 미시간주립대학교(MSU)와 캘리포니아대학교 리버사이드(UC 리버사이드) 공동연구팀은 최근 암세포에 선택적으로 흡수되고, 빛에 반응해 세포를 파괴하는 '사이아닌-카보레인 염(cyanine-carborane salt)' 계열의 차세대 광역학 치료제 후보를 개발했다고 사이테크데일리가 보도했다. 사이아닌 카보레인 염은 빛에 반응하고 암세포에 선택적으로 흡수되는 새로운 화합물이다. 연구 결과는 독일 화학회 국제학술지 '앙게반테 케미 인터내셔널 에디션(Angewandte Chemie International Edition)'에 게재됐다. 이번 연구는 생화학자 소피아 런트(Sophia Lunt) 교수와 화학공학자 리처드 런트(Richard Lunt) 교수 부부 연구진이 주도했으며, UC 리버사이드의 화학자 빈센트 라발로(Vincent Lavallo) 교수와 협력해 진행됐다. 이들이 개발한 신소재는 기존 광역학 치료(PDT, photodynamic therapy)의 한계를 극복한 것이 핵심이다. PDT는 암세포 내에 축적된 광민감성 물질을 빛으로 활성화해 암세포를 파괴하는 방식이다. 그러나 기존 승인된 치료물질은 체내에 오래 남아 일상생활에 불편을 주며, 햇빛 노출 시 피부 화상을 유발하는 부작용도 있었다. 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해, 근적외선에 반응하면서도 암세포에만 선택적으로 흡수되는 사이아닌-카보레인 염을 설계했다. 근적외선은 눈에는 보이지 않지만 인체 조직을 깊이 통과할 수 있어, 피부나 장기 깊숙한 암세포까지 타격이 가능하다. MSU 박사후연구원 힐리아나 메데이로스(Hyllana Medeiros)는 "전통적 광역학 치료를 받은 환자는 치료 후 수개월간 햇빛을 피해야 하는 부담이 있었지만, 새 물질은 부작용이 대폭 줄어들어 환자의 삶의 질 향상에 기여할 수 있다"고 설명했다. 광역학 치료(PDT)는 광민감제(빛에 반응하는 약물)를 주입하고, 특정 파장 빛을 쬐어 암세포만 선택적으로 파괴하는 치료 방식이다. 실제 이번 연구에서 해당 물질을 적용한 생쥐의 전이성 유방암 종양은 효과적으로 제거됐으며, 정상 세포에는 거의 영향을 주지 않았다. 이 같은 정밀 타격성 덕분에 '스마트 폭탄(smart bomb)'이라는 별칭도 붙었다. 연구 제1저자인 아미르 로샨자데(Amir Roshanzadeh) 박사과정생은 "이번 기술은 전이성 유방암뿐 아니라 향후 다양한 암종에도 확장 가능성이 있다"며 "정밀 약물전달 플랫폼으로의 발전도 기대된다"고 말했다. 리처드 런트 교수는 "이 같은 성과는 암생물학, 화학, 소재공학 등 서로 다른 분야의 과학자들이 협업할 때 가능하다"며 "학제간 융합연구가 미래 의학 혁신의 열쇠"라고 강조했다.

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  2025-04-09 18:35:40

• [신소재 신기술(166)] 쌀알 크기 AI 칩, 소형 드론의 비행 범위와 성능 혁신 기대

  인간의 뇌를 모방해 전력 사용량을 획기적으로 줄인 쌀알 크기의 소형 인공지능(AI) 칩이 개발됐다. 인공지능(AI) 기술은 방대한 연산 능력을 요구하며, 엄청난 양의 에너지를 필요로 한다. 반면 놀라울 정도로 강력한 컴퓨터인 인간의 뇌는 에너지를 거의 소모하지 않는다. 배터리 전원으로 작동하는 소형 드론은 에너지 제약으로 인해 AI 기능을 구현하는 데 어려움을 겪어왔다. 이러한 한계로 인해 소형 드론이 자율 비행, 물체 인식, 복잡한 의사 결정 등의 고도화된 기능을 수행하는 데 제약이 따랐다. 하지만 최근 미국 텍사스 A&M 대학교 연구팀이 이러한 난제를 해결할 혁신적인 접근 방식을 제시했다. 연구진은 인간 뇌의 작동 방식을 모방한 '뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing)' 기술을 기반으로 쌀알 크기의 뉴런과 비슷한 나노 디바이스라는 초소형 AI 칩을 개발하고 있다고 밝혔다. 이 연구는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재됐다. 해당 연구에 대해서는 과학 기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링, 퓨처리스트 등 다수 외신이 전했다. 뉴로모픽 컴퓨팅은 생물학적 뉴런의 작동 방식을 모방하여 정보를 효율적으로 처리하는 시스템이다. 이 시스템은 필요할 때만 활성화되어 에너지를 소비하는 방식으로, 기존 AI 기술의 고질적인 문제였던 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있다. 연구팀은 얇은 고분자 필름을 이용하여 인공 뉴런을 개발하는 데 주력하고 있다. 이 필름은 생물학적 뉴런의 전기적 신호 전달 및 정보 처리 방식을 유사하게 구현할 수 있는 것으로 알려졌다. 또한, 연구진은 이러한 인공 시스템 내에서 학습 및 의사 결정과 같은 핵심 기능을 재현하는 데에도 힘쓰고 있다. 이는 뇌의 에너지 효율성을 모방하여 필요시에만 정보를 처리하고 전송하는 인공 뉴런을 설계함으로써 가능해진다. 이번 연구를 이끄는 텍사스 A&M 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과 조교수인 이수인(Suin Yi) 박사는 “이번 프로젝트를 통해 무인 항공기는 기계적으로 유연하고 뇌의 뉴런처럼 스파이크 및 진동할 수 있는 전도성 고분자 재료 시스템 통합을 통해 더욱 지능화될 수 있을 것”이라고 말했다. 이 박사는 또한 “궁극적으로 인공 시냅스와 함께 이러한 유연한 인공 뉴런은 지능형 소형 드론을 구현할 수 있는 완전한 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 구성할 수 있을 것”이라고 덧붙였다. '슈퍼 튜링 AI'란 무엇인가? 이수인 박사는 인간의 뇌와 더 비슷하게 작동하는 '슈퍼 튜링 AI'를 개발한 연구진에 속해있다. 이 새로운 AI는 현재 시스템처럼 각 프로세스를 분리한 다음 엄청난 양의 데이터를 이전하는 대신 특정 프로세스를 통합한다. 시스템 이름의 튜링은 AI 선구자 앨런 튜링에서 따온 것이다. 오픈 AI의 챗GPT와 같은 대규모 언어모델(LLM)을 포함한 오늘날의 AI 시스템은 엄청난 컴퓨팅 능력이 필요하며, 막대한 양의 전기를 소비하는 광대한 데이터 센터에 보관된다. 이 바ㅣ사는 "이러한 데이터 센터는 기가와트 단위로 전력을 소비하는 반면우리의 뇌는 20와트를 소비한다고 설명했다. 막대한 에너지를 소비하는 데이터 선테는 현재의 컴퓨팅 방법으로 지속 가능하지 않고, 탄ㅁ소 발자국을 감안할 때 환경 문제도 야기한다. 이에 연구팀은 강력한 컴퓨터 기능을 하면서도 에너지는 거의 소비하지 않는 인간 뇌의 신경 과정에 주목했다. 뇌에서 학습과 기억의 기능은 분리되지 않고 통합되어 있다. 학습과 기억은 신호가 전달되는 "시냅스"라는 뉴런 간의 연결에 의존한다. 학습은 "시냅스 가소성"이라는 과정을 통해 시냅스 연결을 강화하거나 약화시켜 새로운 회로를 형성하고 기존 회로를 변경하여 정보를 저장하고 검색한다. 대조적으로, 현재의 컴퓨팅 시스템에서는 훈련(AI가 가르쳐지는 방식)과 메모리(데이터 저장)가 컴퓨터 하드웨어 내의 두 개의 별도 장소에서 이루어진다. 슈퍼 튜링 AI는 이러한 효율성 격차를 메우기 때문에 혁신적입니다. 따라서 컴퓨터는 하드웨어의 한 부분에서 다른 부분으로 엄청난 양의 데이터를 마이그레이션할 필요가 없다. 드론 성능 향상 및 다양한 분야 활용 기대 연구진의 계획대로 쌀알 크기의 차세대 AI 칩이 개발된다면, 소형 드론은 자체 배터리 용량 내에서 복잡한 의사 결정, 물체 식별, 자율 항법, 주변 환경 인식 등의 고난도 작업을 수행할 수 있게 된다. 이 박사는 "소형 드론은 엔진이 없어 에너지 예산이 매우 적다. 그렇기 때문에 배터리 구동 드론이 AI 없이 비행하는 시간과 동일하게 AI를 탑재하고도 비행할 수 있도록 디지털 컴퓨터를 뛰어넘는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템과 같은 획기적인 기술이 필요한 것"이라고 강조했다. 그는 "챗GPT와 같은 현대 AI는 비용이 너무 많이 든다. 우리는 지속 가능한 AI를 만들 것이다"라면서 "슈퍼 튜링 AI는 AI가 구축되고 사용되는 방식을 재편해 AI가 계속 발전함에 따라 사람과 지구 모두에게 이로운 방식으로 발전할 수 있도록 보장할 수 있다"고 덧붙였다. 이번 연구는 소형 드론의 활용 가능성을 크게 확장할 것으로 기대된다. 에너지 효율적인 AI 기반 드론은 감시, 구조 작전, 환경 연구 등 다양한 분야에서 복잡한 임무를 수행하는 데 활용될 수 있을 전망이다.

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  2025-04-07 11:13:11

• [신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생

  국제 공동연구진이 기존 과학 이론으로는 공존하기 어려웠던 두 가지 물질을 원자 단위에서 결합해, 새로운 양자 인공 구조체를 구현하는 데 성공했다. 이 연구는 향후 양자컴퓨팅과 차세대 센서 기술에 중요한 기반이 될 수 있다는 평가를 받고 있다. 미국 러트거스대학교 뉴브런즈윅 캠퍼스 물리천문학과 자크 차칼리안(Prof. Jak Chakhalian) 교수 연구팀이 주도한 이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 나노 레터스(Nano Letters)에 표지 논문으로 게재됐다고 웹사이트 PHYS.org가 1일(현지시간) 보도했다.. 연구진은 약 4년에 걸친 실험을 통해 원자 단위에서 '디스프로슘 타이타네이트(dysprosium titanate)'와 '피로클로르 이리데이트(pyrochlore iridate)'라는 두 인공 물질을 결합한 초미세 '양자 샌드위치 구조'를 개발했다. 이 두 물질은 각각 특이한 전자기 및 양자역학적 성질로 인해 기존에는 서로 결합이 불가능한 것으로 여겨졌다. 한쪽 층을 이루는 디스프로슘 타이타네이트는 일명 '스핀 아이스(spin ice)'라고 불리는 물질로, 내부 스핀 배열이 물의 얼음 구조를 닮았다. 이 구조는 자연계에서는 존재하지 않는 것으로 알려진 '자기 홀극(magnetic monopole, 자기 단극)'을 유사 입자로 출현시킬 수 있다. 자기 홀극은 1931년 노벨물리학상 수상자인 폴 디랙이 예언했으나 자유 상태에서는 존재가 확인되지 않았다. 다른 쪽 층은 피로클로르 이리데이트라는 자성 준금속으로, 생다론적 입자인 '바일 페르미온(Weyl fermion)'을 포함하고 있다. 바일 페르미온은 1929년 헤르만 바일이 처음 제안했으며, 2015년에야 결정 구조 내에서 실험적으로 확인된 바 있다. 빛처럼 빠르게 움직이며 좌·우 회전을 구분할 수 있는 이 입자는 외부 잡음이나 불순물에 강한 전자적 안정성을 갖는다. 이처럼 각기 다른 특성을 지닌 두 물질을 원자 수준에서 안정적으로 접합한 것은 기존의 재료과학이 풀지 못한 난제를 해결한 것으로 평가된다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 인공 양자 물질 설계의 새로운 지평을 열었으며, 이전에는 상상할 수 없었던 방식으로 양자 기술의 본질을 탐구할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 실험을 위한 결정적 전환점은 연구팀이 자체 제작한 '양자현상 탐색 플랫폼(Q-DiP, Quantum phenomena Discovery Platform)'이라는 장비였다. 이 장치는 적외선 레이저 가열기와 정밀 레이저 빔 조합을 통해 초정밀 원자층 증착이 가능하며, 절대온도에 가까운 극저온에서도 물질의 양자 상태를 탐색할 수 있도록 설계됐다. 현재 이 장비는 미국 내 유일한 장비로, 실험 장비 자체로도 과학적 성과로 평가받는다. 이 연구에는 박사과정의 마이클 테릴리(Michael Terilli), 우총치(Tsung-Chi Wu), 학부생 시절부터 참여한 도로시 도티(Dorothy Doughty), 재료과학자 미하일 카리예프(Mikhail Kareev) 등이 핵심 기여자로 참여했다. 이번에 개발된 양자 구조체는 향후 양자컴퓨팅의 핵심 구성 요소로 활용될 가능성이 크다. 특히 특정 양자 상태를 안정적으로 유지하는 데 필요한 전자 및 자기적 특성이 우수하다는 점에서, 차세대 양자센서와 스핀트로닉스(spintronics) 장치 개발에 직접적인 응용이 가능하다. 양자컴퓨팅은 정보를 처리하는 데 있어 기존 컴퓨터의 이진 논리를 뛰어넘는 '중첩' 상태를 활용한다. 이는 한 번에 여러 연산을 동시에 수행할 수 있게 해 신약 개발, 금융 알고리즘, 인공지능(AI) 처리 등 다양한 분야에서 혁신적인 성과를 기대하게 한다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 단순한 물질 합성의 진보를 넘어, 양자 기술을 위한 물질 설계의 새로운 시대를 여는 첫걸음"이라며 "향후 양자 센서 기술을 포함한 응용과학 분야에 중대한 영향을 미칠 것"이라고 강조했다.

  • IT·과학
  • 신소재 신기술

  2025-04-03 09:53:27

• [신소재 신기술(164)] "기술적 장애물 없다"⋯유럽, 17조원 규모 차세대 입자충돌기 건설 본격화

  유럽입자물리연구소(CERN)는 2025년 3월 31일(이하 현지시간) 17조원 규모의 차세대 입자 충돌기 '미래 원형 충돌기(Future Circular Collider·FCC)' 건설과 관련해 "기술적 장애물은 없다"고 밝혔다. 이에 따라 세계 최대 규모의 입자가속기 건설 프로젝트가 본궤도에 오를 전망이다. CERN와 국제 협력 기관들은 이날 프랑스-스위스 국경을 관통하는 약 91km 길이의 순환형 가속기 터널 건설에 대한 다년간의 타당성 조사 결과를 발표하며, 기술적 측면에서 프로젝트 진행을 저해할 만한 중대한 문제는 발견되지 않았다고 전했다고 웹사이트 PHYS.org가 이날 보도했다. 이번 보고서는 전 세계 1000여명 이상의 물리학자와 공학자들이 참여했다. FCC 가속기는 현재 세계 최대 규모인 27km 길이의 대형강입자충돌기(LHC)의 세 배 이상 길이로, 평균 지하 200m에 위치하게 된다. LHC는 지난 2012년 '신의 입자'로 불리는 힉스 보손(Higgs boson)의 존재를 입증한 바 있다. 힉스 보손은 지금까지 발견된 입자 중 가장 단순하면서도 가장 난해한 성질을 지닌 입자로, 우리 존재의 근본을 이해하는 데 중대한 함의를 지닌다. 이 입자는 빅뱅 직후 극히 짧은 순간, 전자와 같은 기본 입자들이 질량을 얻게 한 메커니즘과 관련되어 있으며, 이를 통해 원자와 구조물 형성이 가능해졌다. 나아가, 우주의 운명과 현대 물리학의 미해결 문제들에 접근하는 실마리를 제공할 것으로 기대된다. 총 둘레 약 91km 규모로 설계된 FCC는 LHC보다 훨씬 높은 에너지에서 충돌 실험을 가능케 하며, 우주의 기원과 입자 질량 생성 메커니즘에 대한 과학적 탐구를 한층 진전시킬 것으로 기대된다. CERN에 따르면 FCC 연구 프로그램은 두 단계로 구성된다. 우선 힉스 보손, 약한 상호작용, 톱쿼크(Top quark)를 정밀 분석하기 위한 전자–양전자 충돌기 단계를 거쳐, 이후 약 100TeV의 전례 없는 충돌 에너지를 갖는 양성자–양성자 충돌기 단계로 발전한다. 이 두 단계는 2020년 개정된 유럽 입자물리학 전략의 최우선 과제에 부합하는 상호보완적인 물리학 프로그램으로 구성되어 있다. 파비올라 지아노티 CERN 사무총장은 AFP와의 인터뷰에서 "이번 프로젝트는 유럽이 기초과학 분야에서 글로벌 리더십을 유지하기 위해 반드시 필요하다"며 "특히 중국과의 경쟁이 현실화되고 있는 상황"이라고 강조했다. 이어 "FCC 프로젝트는 올바른 방향으로 잘 진행되고 있으며, 각국 정부의 자금 지원이 필요한 시점"이라고 덧붙였다. FCC는 LHC가 2041년 운용 종료 시점을 맞이함에 따라, 향후 유럽 내 기초과학 연구의 지속성과 선도성을 확보하기 위한 후속 프로젝트로 기획됐다. 현재 CERN은 23개 회원국과 이스라엘로 구성되어 있으며, 이들 국가가 오는 2028년까지 프로젝트 추진 여부 및 예산 배정을 결정할 예정이다. CERN은 모든 신규 프로젝트가 지속가능한 연구 인프라의 모범이 되도록 하겠다는 원칙을 천명했으며, 이에 따라 설계, 건설, 운영, 해체 전 단계에 생태설계(ecodesign) 원칙을 적용하겠다고 밝혔다. 보고서에는 FCC의 환경 영향을 최소화하는 동시에 사회에 이로운 신기술을 촉진하고, 에너지 재활용과 같은 지역 연계 시너지 개발 방안도 상세히 제시됐다. FCC 타당성 조사의 핵심은 충돌기 고리 및 관련 인프라의 배치에 있었다. 과학적 효용을 극대화하면서도 지역적 조화, 환경적 영향, 건설 여건 및 비용 등을 고려한 시뮬레이션이 진행되었으며, 무려 100개 이상의 시나리오가 개발 및 분석됐다. 그 결과로 선정된 최적안은 평균 깊이 200m, 총 둘레 90.7km의 원형 구조로, 지상에 8개의 지원 시설과 4개의 실험 구역이 포함된다. 하지만 일각에서는 프로젝트의 천문학적 비용과 환경적 영향에 대한 우려도 제기되고 있다. 전체 건설비는 150억 스위스프랑(약 17조 원)으로 추산되며, 독일 등 일부 회원국은 막대한 재정 투입에 부담을 느끼고 있는 것으로 알려졌다. 이에 대해 CERN 측은 전체 비용의 최대 80%까지 자체 예산으로 충당 가능하다고 설명했다. 환경 단체와 지역 주민들의 반대 목소리도 이어지고 있다. 프랑스 로슈쉬르포롱 지역의 낙농업자 티에리 페리야는 "충돌기 건설로 농장 부지 5헥타르가 수용될 위기"라며 반발했고, 프랑스·스위스 환경단체 연합 'CO-CERNes'는 "전기 소비량, 온실가스 배출량, 사업 규모 모두가 지나치다"며 부정적인 입장을 밝혔다. 그르노블 대학의 올리비에 세파스 박사는 "재정·생태·운영 면에서 모두 부담이 크다. 이보다는 소규모 과학 프로젝트에 대한 투자 확대가 바람직하다"고 지적했다. 반면, 툴루즈대 L2IT 연구소의 캐서린 비스카라 박사는 "우주의 기원과 힉스 입자의 역할 등 근본적 질문에 접근하기 위해서는 FCC 같은 장비가 필요하다"며 지지를 표명했다. 프랑스 페르네볼테르 지역에서는 FCC 건설로 인한 열 에너지 활용을 통한 도시 난방 계획이 거론되는 등, 지역 일자리 창출과 에너지 효율 개선 측면에서 긍정적 효과를 기대하는 시각도 존재한다. 다니엘 라포즈 시장은 "이 프로젝트가 중국이 아닌 유럽에서 진행되어야 한다. 그렇지 않으면 유럽의 과학 주도권이 약화될 것"이라고 말했다. FCC 프로젝트는 오는 수년간 각국의 정치적 결단과 사회적 합의, 그리고 기술적 세부 설계를 거쳐 최종 착수 여부가 결정될 예정이다. 유럽의 과학적 미래가 걸린 중대한 분기점이 도래한 셈이다.

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  2025-04-01 11:19:17