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[우주의 속삭임(116)] 중국 톈궁 우주정거장에서 신종 미생물 발견⋯우주 생명과학 연구 새 장 연다
- 중국의 우주정거장 텐궁(Tiangong, 天宮)에서 지구상에서 존재하지 않았던 새로운 미생물 균주가 발견됐다. 중국 선저우(神舟) 우주생명공학연구소와 베이징우주비행체시스템공학연구소 공동연구팀은 최근 국제 학술지 국제 계통진화 미생물학 저널(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology)에 발표한 논문을 통해 새로운 균주 '니알리아 톈궁엔시스(Niallia tiangongensis)'를 공식 보고했다. 중국 우주 생명과학 연구진은 이 미생물이 우주 환경에 특화된 적응 능력을 갖춘 것으로 분석했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 아울러 향후 우주 의학·농업·자원재활용 분야 등에 폭넓게 응용될 것으로 기대하고 있다. 이 미생물은 2023년 5월, 선저우 15호 우주비행사들이 톈궁 우주정거장에 체류 중이던 시기에 채집된 것이다. 이 균주는 기존 지구상의 니알리아(Niallia) 속 박테리아에서 변형된 새로운 형태로, 텐궁에 체류중이던 선저우 15호 승무원이 우주정거장 내부 모듈 표면에서 채취했다. 니알리아 톈궁엔시스는 기존 지구 박테리아의 유전적 변형체로, 극한 우주 환경에서 생존할 수 있도록 진화한 특성을 지녔다. 연구에 따르면 이 박테리아는 산화 스트레스에 대한 저항성이 높고, 방사선으로 인한 손상을 복구하는 능력이 향상돼 있는 것으로 나타났다. 중국 유인우주국(CMSA)은 이번 발견이 '우주정거장 서식 구역 마이크로바이옴 프로그램(CHAMP)'의 일환으로 수행된 미생물 모니터링 활동의 성과라고 밝혔다. 해당 프로그램은 장기 우주체류 중 미생물 군집의 변화를 추적·분석하고 있다. 선저우 15호 승무원들은 정거장 체류 기간 중 모듈 표면을 멸균 포로 닦아 미생물을 채취했고, 이를 지구로 회수해 냉동 보관 후 유전체 분석 및 대사 특성 평가를 진행한 결과 새로운 균주임을 확인했다. 특히 연구팀은 이 신종 미생물이 특정 유기 화합물을 분해하는 능력을 지녀 우주 내 폐기물을 자원으로 전환할 수 있는 생물학적 기술 기반이 될 수 있다고 분석했다. 과학자들은 이번 연구가 두 가지 측면에서 중요한 의미를 가진다고 분석했다. 첫째, 우주 환경에서 미생물이 생존하는 방식에 대한 이해는 향후 우주선 내 미생물 통제 전략을 설계하는 데 중요한 과학적 토대를 제공할 수 있다. 둘째, 해당 미생물이 특정 유기 화합물을 분해하는 능력을 지녀, 향후 우주 및 지구 환경에서 폐기물 처리와 자원 재활용 기술 개발에 응용 가능성이 열려 있다. 중국 우주 당국은 "톈궁 우주정거장은 향후 미생물 생존, 유전학, 대사 작용에 대한 방대한 데이터를 축적할 것이며, 이는 지구상의 농업과 산업에도 기여할 수 있는 혁신적 응용으로 이어질 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 미생물학뿐 아니라 우주공학, 자원 순환기술, 바이오메디컬 분야에까지 확장 가능한 다학제적 의미를 지닌 성과로 평가받고 있다.
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[우주의 속삭임(116)] 중국 톈궁 우주정거장에서 신종 미생물 발견⋯우주 생명과학 연구 새 장 연다
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[우주의 속삭임(114)] "금성 지각, 예상보다 얇고 역동적"⋯NASA, 새로운 지질 순환 모델 제시
- 미 항공우주국(NASA)이 지원한 최신 연구에서 지구의 '뜨거운 쌍둥이'로 불리는 금성의 지각이 기존 예측보다 얇고, 독자적인 방식의 지각 변화 과정을 겪고 있다는 분석이 제기됐다. 12일(현지시간) 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 발표된 논문에 따르면, 금성의 평균 지각 두께는 약 40km, 최대 65km에 불과한 것으로 나타났다. 이는 높은 열과 압력을 지닌 금성의 환경을 감안할 때 의외로 얇은 수준이다. 지구의 지각은 여러 개의 거대한 판으로 구성되어 천천히 이동하며, 충돌, 융기, 침강을 반복한다. 이 같은 판 구조운동(plate tectonics)은 지각의 두께와 성분을 결정짓는 핵심 매커니즘으로 작용해왔다. 두 판이 충돌할 경우, 밀도가 낮은 판이 위로 올라가고, 무거운 판은 지구 내부 맨틀로 끌려 들어가게 되는 데, 이 과정에서 고온 고압 환경에 노출된 암석은 성질이 변하는 '변석작용(metamorphism)'을 겪는다. 그러나 금성에서는 이러한 판 운동의 증거가 발견되지 않는다. NASA 존슨우주센터 산하 행성과학부문의 저스틴 필리베르토(Justin Filiberto) 부소장은 "금성은 단일 지각판 구조를 가지고 있으며, 지구처럼 판 충돌에 의한 지각 침강 현상이 없다"고 설명했다. 그럼에도 불구하고 연구진은 금성 지각의 하부가 시간이 지나며 점점 더 조밀해져, 일정 두께를 넘어서면 아래 맨틀로 떨어지거나, 고온으로 인해 녹아내리는 과정을 거친다는 모델을 제시했다. 이 과정 역시 지각 물질을 내부로 되돌려 보내고, 화산 활동을 유발하는 메커니즘으로 작용할 수 있다. 판 구조운동이 없는 금성에서, 암석의 밀도와 열 변화에 기반한 이러한 지각 순환이 새롭게 주목받고 있다. 필리베르토 부소장은 "지각이 더 두꺼워지면 바닥층이 밀도 증가로 인해 멘틀에 흡수거나 용융되며, 이로 인해 수분과 원소가 다시 내부로 순환될 수 있다"며 "이는 금성에서 용암이 생성되고 화산이 분출되는 메커니즘을 설명할 수 있는 새로운 틀"이라고 설명했다. 이번 연구는 금성의 내부 구조와 화산, 대기 진화를 이해하는 데 중요한 실마리를 제공할 것으로 보인다. NASA는 앞으로 금성 표면과 대기를 직접 관측할 수 있는 탐사 미션을 준비 중이다. 다빈치(DAVINCI·금성의 대기 성분 조사), 베리타스(VERITAS·표면 지형 및 화산 활동 탐사), 유럽우주국(ESA)의 엔비전(EnVision) 등 차세대 탐사선들이 금성의 지각 구성과 활동성을 정밀 분석할 예정이다. 필리베르토는 "금성의 화산 활동이 실제로 얼마나 활발한지에 대해서는 아직 명확한 데이터가 없다"며 "다양한 탐사를 통해 지질 및 대기 활동의 상호 작용을 밝혀낼 수 있기를 기대한다"고 덧붙였다.
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[우주의 속삭임(114)] "금성 지각, 예상보다 얇고 역동적"⋯NASA, 새로운 지질 순환 모델 제시
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[먹을까? 말까?(101)] "파킨슨병 예방, 식탁에서 시작된다"⋯초가공식품 과다 섭취 시 초기 증상 위험 2.5배 ↑
- 가공식품을 과도하게 섭취할 경우 파킨슨병의 초기 전조 증상 위험이 최대 2.5배 높아질 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 신경퇴행성 질환의 예방이 식생활과 밀접하게 연결돼 있다는 점을 시사하는 연구라고 CNN과 뉴로사이언스뉴스닷컴 등 다수 외신이 최근 보도했다. 중국 상하이 푸단대학 영양연구소의 샹 가오(Xiang Gao) 박사 연구팀은 미국의 장기 건강추적조사(Nurses’ Health Study 및 Health Professionals Follow-up Study)에 참여한 42,853명을 대상으로 평균 26년에 걸친 식이 패턴과 건강 상태를 분석했다. 참가자들의 평균 연령 48세였으며, 연구 시작 시점에서 대상자 중 파킨슨병을 진단받은 사람은 없었다. 연구진은 △ 후각 감퇴 △ 우울 증상 △ 수면 중 이상 행동(REM 수면행동장애) △ 주간 졸림 △ 변비 △ 시각 이상 △ 신체 통증 등의 '전구기 파킨슨병(Prodromal PD)' 증상 여부에 주목했다. 이는 근육 강직, 떨림 등 전형적인 파킨슨병 증상보다 수년에서 수십 년 먼저 나타날 수 있는 신경퇴행성 징후로 알려져 있다. 연구에 따르면, 하루 평균 11인분 이상의 초가공식품을 섭취한 집단은 3개 이상의 전조 증상을 보일 가능성이 하루 3인분 미만 섭취한 집단에 비해 2.5배 높았다. 초가공식품은 △ 탄산음료 등 당이 첨가된 음료 △ 포장 간식류와 디저트 △ 가공육 및 소스류 △ 요거트와 유제품 기반 디저트 △ 짭짤한 스낵류 등을 포함했다. 예를 들어 탄산음료 한 캔, 감자칩 1온스, 포장 케이크 한 조각, 핫도그 하나, 케첩 한 스푼 등이 1인분으로 간주됐다. 파킨슨병의 초기 전조 증상 대부분이 초가공식품 섭취량과 상관관계를 보였으며, 변비를 제외한 나머지 증상들은 유의한 연관성을 보였다. 나이, 흡연 여부, 신체 활동량 등 혼란 요인을 통제한 이후에도 이 같은 경향은 유지됐다. 샹 가오 박사는 "식단은 뇌 건강과 신경질환 발병에 영향을 줄 수 있다는 증거가 점차 쌓이고 있다"며, "설탕이 많이 든 탄산음료나 가공식품 섭취가 많을수록 파킨슨병의 초기 증상을 더 빠르게 유발할 가능성이 있다"고 설명했다. 해당 연구는 2025년 5월 7일 신경학 분야 권위있는 학술지 뉴롤로지(Neurology)에 게재됐으며, 미국 국립신경질환연구소(NINDS)와 중국 상하이시 공공보건기관, 중국국가자연과학재단 등의 지원을 받았다. 다만 연구진은 본 연구가 '상관관계'에 기반한 분석으로, 초가공식품 섭취와 파킨슨병 발병 간 인과관계를 단정지을 수는 없다고 밝혔다. 또 식이 자료가 자가 보고 방식으로 수집된 점도 제한 사항으로 지적됐다. 영국 킹스칼리지 런던의 임상 신경과학자 다니엘 반 와멜렌 박사도 "이번 연구는 파킨슨병 진단 여부까지 추적한 것은 아니며, 전조 증상과의 관련성을 분석한 것"이라고 언급했다. 하지만 "전조 증상이 많을수록 향후 진단 가능성도 높다는 점에서 시사점이 있다"고 평가했다. 미국 컬럼비아대학의 임상 신경학 교수 니콜라오스 스카르메아스 박사와 아테네 국립대학의 마리아 마라키 교수는 논문과 함께 실린 공동 논평에서 "신경퇴행성 질환의 예방은 식탁에서 시작될 수 있다"며, "초가공식품의 과도한 섭취는 대사질환뿐 아니라 신경 손상 및 증상 악화를 촉진할 수 있다"고 강조했다. 이번 연구는 건강한 식습관이 단순한 체중 조절이나 만성질환 예방을 넘어, 뇌 건강과도 직결될 수 있음을 재확인시킨다. 특히 가공식품 섭취가 일상화된 현대 사회에서, 식단 선택이 개인의 미래 뇌질환 위험을 좌우할 수 있다는 경고로 해석된다.
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[먹을까? 말까?(101)] "파킨슨병 예방, 식탁에서 시작된다"⋯초가공식품 과다 섭취 시 초기 증상 위험 2.5배 ↑
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[우주의 속삭임(113)] 은하에서 쏟아진 '유령 입자'⋯중성미자 생성 메커니즘의 새 해석
- 남극 얼음속에 묻힌 입자 망원경이 우리 우주의 가장 수수께끼 같은 입자인 '중성미자(neutrino)'에 대한 새로운 단서를 포착했다. 미국 UCLA와 일본 오사카대, 도쿄대 카블리 우주물리수학연구소(Kavli IPMU) 등 국제 공동 연구진은 오징어 은하로도 불리는 '은하 NGC 1068'에서 유래한 고에너지 중성미자 신호를 분석해 기존 이론과는 다른 생성 경로를 제안했다고 UCLA 매거진이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 중성미자는 전기적으로 중성이며, 물질과 거의 상호 작용하지 않아 '유령입자'로 불린다. 이러한 특성 탓에 우주의 기원을 밝히는 열쇠로 주목받고 있지만, 감지 자체가 극도로 어렵다. 이에 따라 연구진은 남극 빙하 1㎦ 깊숙이 5160개의 센서를 설치한 아이스큐브 중성미자 관측소(IceCube Neutrino Observatory)를 활용해 이 입자를 추적해왔다. UCLA의 물리 및 천문학 교수이자 카블리 IPMU의 선임 연구원인 알렉산더 쿠센코(Alexander Kusenko)는 "우리는 빛을 사용하여 별을 보는 망원경을 가지고 있지만 이러한 천체 물리학 시스템 중 상당수는 중성미자를 방출한다"고 말했다. 남극 입자 망원경에 대해 쿠센코 교수는 "중성미자를 보려면 다른 유형의 망원경이 필요하며, 이것이 바로 남극에 있는 망원경이다"라고 설명했다. NGC 1068에서 이번에 감지된 중성미자는 놀랍도록 강한 신호를 보였지만, 통상 함께 나타나야할 고에너지 감마선의 발산은 에상보다 훨씬 약했다. 일반적으로 활동성 은하핵(AGN)에서는 양성자와 광자의 충돌로 중성미자와 감마선이 동시에 생성되는데, NGC 1068에서는 이러한 상관관계가 깨진 것이다. 연구진은 새로운 논문에서 이 현상의 원인을 중성자 붕괴로 설명했다. 해당 은하 중심에서 방출된 제트가 자외선 광자와 충돌하며 헬륨 원자핵이 분해되고, 이 과정에서 방출된 중성자가 붕괴하며 중성미자를 생성한다는 것이다. 이때 발생하는 전자도 감마선을 만들지만, 그 세기는 매우 약해 관측 결과와 부합한다. 논문 제1저자인 야스다 고이치로 UCLA 박사과정 연구원은 "수소는 양성자 하나로 이뤄져 광자와 충돌하면 강한 감마선과 중성미자를 동시에 만든다. 반면, 헬륨에는 중성자가 있어 감마선 없이도 중성미자를 생성할 수 있다"며 NGC 1068에서 관측되는 중성미자의 기원은 헬륨일 가능성이 가장 높다고 밝혔다. 이 새로운 이론은 NGC 1068뿐 아니라 우주 곳곳에 존재하는 유사한 은하에도 적용될 수 있어, 향후 관측 자료를 통해 검증이 가능하다. 특히 이러한 은하들에서 감마선이 약하다는 이유로 간과됐던 중성미자 신호들이 실제로는 존재했을 가능성을 제기한다. 연구에 참여한 이노우에 요시유키 오사카대 교수는 "이 모델은 기존 코로나(corona, 은하 코로나는 주로 X선이나 자외선 파장에서 탐지되며 수백만~수천만도의 온도를 가진 플라즈마로 구성됨)이론을 넘어선 새로운 시각을 제시한다"며 "향후 다양한 은하에서의 중성미자 검출이 이 가설을 검증할 것"이라고 말했다. 한편, 중성미자 천문학은 아직 초기 단계에 머물러 있으나, 이번 연구는 은하 중심에 존재하는 초대질량 블랙홀 주변의 극한 환경을 이해하는 데 중요한 실마리를 제공한다. 공동저자인 쿠센코 UCLA 교수는 "과학에 대한 투자는 당장은 눈에 띄지 않더라도 수십 년 후 인류 삶을 바꿀 큰 변화를 이끌 수 있다"고 강조했다. 이번 연구 결과는 세계적인 물리학 저널 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐으며, 공개된 논문은 arXiv에서도 확인할 수 있다. 미국 에너지부, 세계 최초 국제 연구센터 이니셔티브(WPI), 일본 과학진흥협회에서 이번 연구를 지원했다. ◇ 참고 문헌: Koichiro Yasuda 외, '활성 은하핵 NGC 1068 제트의 베타 붕괴에서 발생하는 중성미자와 감마선', Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.151005 . arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2405.05247
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[우주의 속삭임(113)] 은하에서 쏟아진 '유령 입자'⋯중성미자 생성 메커니즘의 새 해석
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[기후의 역습(136)] 세계 최상위 10%, 지구온난화 기여도 65%⋯기후 불평등 '심화'
- 전 세계에서 가장 부유한 상위 10%가 1990년 이후 지구 온난화의 약 65%를 초래했다는 연구 결과가 나왔다. 7일(현지시간) 네이처에 따르면 최상위 1%만 따로 보면 전체 온난화의 20%를 유발했으며, 이는 이들의 과도한 에너지 사용뿐 아니라, 화석연료 산업 등 고탄소 배출 부문에 대한 투자 때문인 것으로 분석된다. 국제학술지 네이처 클라이밋 체인지(Nature Climate Change)에 게재된 이번 연구는 부의 수준에 따른 온실가스 배출 불평등을 정량화하고, 이를 실제 기후 변화 현상과 연결 지은 첫 사례로 평가된다. 연구진은 1990년부터 2020년까지 세계 평균 기온 상승분(0.61℃ 중 0.40℃)의 약 3분의 2가 상위 10%의 배출에 기인한다고 밝혔다. 상위 1%는 전체 상승분의 20%를, 상위 0.1%는 8%를 차지했다. 이들은 평균적인 인류보다 각각 6.5배, 20배, 77배 더 많은 온난화를 유발했다. 특히 최상위층은 전 세계 극한 기상 현상에 막대한 영향을 미친 것으로 나타났다. 상위 1%는 일반인 대비 전 세계 폭염에 26배, 아마존 지역 가뭄에 17배 더 많이 기여했다. 연구팀은 "전 지구적 불평등이 기후 재난의 원인을 더욱 구조화하고 있다"고 지적했다. "부자들의 탄소 사치"…기후 위기의 진짜 가해자 누구인가 이번 연구는 단순한 국가 간 탄소 배출 비교가 아닌, 소득 계층별 온난화 기여도를 분석 대상으로 삼았다는 점에서 눈길을 끈다. 기존에는 국가별 연평균 배출량만으로 책임을 논의했지만, 이 연구는 개인의 소비, 투자, 무역 등을 모두 반영한 '경제활동 기반의 배출 책임'을 추적했다. 연구진은 글로벌 온실가스 배출량을 1990년 이후 고소득 계층이 내지 않았다면 어떤 기후가 형성됐을지를 시뮬레이션했다. 그 결과, 세계 모든 인구가 하위 50% 수준의 배출만 했을 경우, 1990년 이후 온난화는 거의 발생하지 않았을 것으로 나타났다. 반면 상위 10% 수준으로 전 인류가 배출했다면 지구 평균 기온은 2.9℃ 상승했을 것이며, 상위 1% 수준으로 일제히 배출했다면 6.7℃, 상위 0.1% 수준이면 무려 12.2℃ 상승이라는 '기후 재앙'이 도래했을 것으로 분석됐다. 지역별로 드러난 기후 불평등의 민낯 국가별로 보면, 미국 상위 1%는 전 세계 평균보다 53배 더 많이 온난화를 유발했다. 유럽연합(EU27) 상위 1%는 21배, 중국 상위 1%는 13배, 인도는 4배였다. 특히 미국 상위 0.1%의 경우, 전체 국가가 책임져야 할 몫을 단독으로 초과할 정도였다. 이는 결국 기후위기의 책임이 단순히 '국가'가 아닌, 국가 내 고소득층에 집중돼 있음을 의미한다. 실제로 미국·유럽 상위 계층은 세계 최상위 소득자의 핵심 집단이며, 이들이 자국 내에서도 평균보다 수십 배 높은 탄소 발자국을 남기고 있다는 것이다. 2024년 9월 20일 브라질 아마조나스주 마나카푸루 인근에서 1950년 관측 이래 가장 극심하고 광범위한 가뭄이 발생한 가운데 그린피스 활동가들이 아마존강의 최대 지류 중 하나인 솔리모스 강에서 가뭄으로 드러난 모래톱 위에 항의 메시지를 준비하고 있다. 사진=로이터/연합뉴스 폭염과 가뭄, 가난한 나라가 더 큰 피해 연구는 기후 불평등이 단지 배출에서 끝나지 않고, 피해 양상에서도 격차가 크다는 점을 강조한다. 역사적 배출이 적고 소득 수준이 낮은 국가일수록 극단적 기후에 더 자주 노출되며, 기후 적응을 위한 재정적 여력도 부족한 실정이다. 예를 들어 아프리카, 동남아시아, 남미 일부 지역은 폭염과 가뭄이 1세기 기준 1% 확률로 일어났던 극한 기상이 10배 이상 증가했다. 특히 아마존 열대우림의 가뭄은 세계 탄소 순환에도 치명적인 영향을 줄 수 있는 사안이다. 기후책임, 이제는 기업·개인의 법적 책임 시대로 이러한 분석은 최근 기후과학계에서 활발히 논의되고 있는 '기후 책임 소송(climate liability)' 이슈와도 맞물린다. 지난달 발표된 또 다른 네이처 논문은 특정 기업이 기후위기 유발에 기여한 정도를 계량화하고, 이로 인해 발생한 피해액도 산정 가능하다고 주장했다. 예를 들어 세계 5위 석유회사인 미국 샌라몬에 본사가 있는 셰브론(Chevron)은 전 세계 폭염으로 인한 손실 가운데 최대 3조6000억 달러에 책임이 있다는 추정이다. 이번 연구진도 "기후 손해에 대한 과학적 책임은 이미 충분히 입증됐다"며, "향후 법적 책임 부과 가능성은 시간 문제"라고 강조했다. "기후위기는 불평등 위기"…시민사회와 정책 변화 요구 기후위기의 본질이 불평등 문제라는 점이 더욱 명확해지면서, 시민사회와 정책 입안자들에게는 새로운 숙제가 주어졌다. 탄소세, 자산기반 배출 규제, 기후 정의 펀드 조성, 글로벌 탄소 누진제 도입 등이 주요 정책 옵션으로 거론된다. 국제기구와 NGO들은 이제 '누가 가장 많이 배출했는가'뿐 아니라, '누가 가장 크게 책임을 져야 하는가'라는 정의로운 전환의 관점을 요구하고 있다. 기후위기는 점점 더 빈곤을 심화시키고 있으며, "기후변화는 차가운 과학이 아니라 뜨거운 윤리의 문제"가 되었다는 평가가 힘을 얻고 있다.
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- ESGC
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[기후의 역습(136)] 세계 최상위 10%, 지구온난화 기여도 65%⋯기후 불평등 '심화'
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[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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[신소재 신기술(173)] MIT, 자유 상태 원자 상호작용 첫 관측⋯"양자현상 실시간 시각화 길 열려"
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[기후의 역습(135)] 생물 없는 바다, 기후변화 2배 빠르다
- 해양 생물이 사라지면 기후 변화가 더욱 가속화되는 것으로 나타났다. 물고기와 플랑크톤 등 해양 생물이 모두 사라질 경우, 지구의 대기 중 이산화탄소 농도는 50% 이상 증가할 수 있다는 연구 결과가 나왔다고 웹 사이트 PHYS. org가 6일(현지시간) 보도했다. 이는 해양 생물이 기후 안정에 핵심적인 역할을 하고 있음을 시사한다. 노르웨이 기후연구기관인 NORCE 및 비에르크네스 센터(Bjerknes Centre)의 연구진은 최근 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 발표한 논문을 통해 해양 생물이 지구 기후에 미치는 영향을 정량적으로 분석했다. 연구팀은 노르웨이 지구시스템모형(NorESM)을 활용해 해양 생물이 존재하는 시나리오와 완전히 사라진 시나리오를 비교 시뮬레이션한 결과, 해양 생물이 모두 사라질 경우 대기 중 이산화탄소 농도가 약 50% 증가한다고 밝혔다. 이번 연구의 핵심은 이른바 '생물학적 탄소 펌프(Biological Carbon Pump)'다. 이는 미세 플랑크톤과 같은 해양 생물들이 표층에서 탄소를 흡수하고, 사멸 후 해저로 가라앉으며 대기 탄소를 깊은 해양으로 이동시키는 과정이다. 이 메커니즘은 바다의 탄소 흡수 능력을 강화해 지구 온난화를 억제하는 데 기여한다. 제리 치푸트라(Jerry Tjiputra) 박사와 다미앵 쿠에스펠(Damien Couespel) 박사, 리처드 샌더스(Richard Sanders) 박사 등 공동 연구진은 이러한 생물학적 경로가 제거된 경우, 해양이 대기 중 탄소를 흡수하는 능력이 크게 약화된다고 지적했다. 쿠에스펠 박사는 "해양 생물이 사라질 경우, 해양이 감당하지 못한 탄소의 절반 정도는 육상 생태계가 흡수하지만, 이는 충분하지 않다"며 "지구의 탄소 순환에서 해양 생물의 역할이 과소평가되어 왔음을 시사한다"고 밝혔다. 연구진은 산업화 이전(1850년 이전)과 미래 고배출 시나리오를 각각 비교 분석했으며, 두 경우 모두 해양 생물이 제거된 시나리오에서는 표층 해수 내 탄소 농도가 크게 증가해 추가적인 탄소 흡수를 어렵게 만드는 결과가 나타났다고 전했다. 치푸트라 박사는 "이번 연구는 해양의 탄소 흡수가 단지 물리·화학적 요인에 의해 좌우된다는 기존 패러다임에 의문을 제기한다"며 "생물학적 요인이야말로 해양이 기후변화 대응에서 핵심 역할을 수행하는 요소"라고 강조했다. 이러한 가상의 시나리오는 극단적이지만, 해양 생태계의 파괴가 실질적으로 해양의 탄소 흡수력을 약화시키고, 나아가 기후변화를 가속화할 수 있음을 경고한다. 특히 어류, 고래, 플랑크톤 등 해양 생물다양성의 급속한 감소가 현실화되고 있는 상황에서 이번 연구는 해양 보존의 중요성을 다시 한번 부각시키고 있다.
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- ESGC
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[기후의 역습(135)] 생물 없는 바다, 기후변화 2배 빠르다
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AI도 인간처럼 '비합리적' 판단⋯"과신·편향 반복"
- 인공지능(AI)이 인간과 전혀 다른 방식으로 사고한다고 여겨져 왔지만, 실제 의사결정 과정에서는 인간과 유사한 비합리성을 드러낸다는 연구 결과가 나왔다. 최근 캐나다·호주 등 국제연구팀에 따르면 오픈AI의 생성형 언어모델(챗GPT)을 대상으로 18개의 대표적인 인간 인지 편향(cognitive bias)에 대한 반응을 실험한 결과, 거의 절반의 상황에서 인간과 유사한 편향적 판단을 보인 것으로 나타났다고 라이브사이언스가 4일(현지시간) 보도했다. 해당 연구 결과는 지난 4월 8일 국제학술지 제조 및 서비스 운영관리 학술지 '매뉴팩처링 앤드 서비스 오퍼레이션스 매니지먼트(Manufacturing & Service Operations Management) 논문에 게재됐다. 이번 연구는 캐나다와 호주의 5개 학술기관이 공동 수행했으며, 실험에는 GPT-3.5와 GPT-4 두 가지 모델이 사용됐다. 연구진은 확률 판단, 논리 연산, 위험 회피, 과신, 소유효과(자신이 가진 것에 과도한 가치를 부여하는 경향) 등 인지 심리학에서 자주 다뤄지는 시나리오를 제시해 AI가 얼마나 인간적인 오류를 반복하는지 검증했다. 그 결과, GPT-4는 명확한 수리적 해답이 존재하는 문제에 대해서는 GPT-3.5보다 정확도가 높았으나, 주관적 선택이나 선호가 개입되는 문제에서는 오히려 인간보다 더 보수적이거나 확신에 찬 판단을 내리는 경향이 확인됐다. 연구를 이끈 캐나다 아이비경영대학원 양 천(Yang Chen) 조교수는 성명을 통해 "공식화된 문제 해결에는 AI가 유용할 수 있지만, 주관적 판단이 요구되는 상황에서는 사용자가 신중해야 한다"고 경고했다. 실제로 GPT-4는 불확실한 조건에서 보다 안전하고 예측 가능한 선택지를 선호하는 경향이 인간보다 더 강하게 나타났다. 예를 들어, 무작위성에 패턴이 있다고 믿는 '핫핸드 오류(hot hand fallacy)'나, 특정 정보만 선택적으로 받아들이는 '확증 편향(confirmation bias)'에 더 자주 빠지는 양상도 관찰됐다. 핫핸드 오류(hot hand fallacy)는 무작위적 사건에서 특정 결과가 반복되면, 앞으로도 같은 결과가 계속 나올 것이라고 믿는 인지 편향을 말한다. 즉, "연속된 성공은 앞으로도 성공할 확률을 높인다"고 착각하는 것이다. 이는 의사결정의 오류로 이어질 수 있다. 확증 편향(confirmation bias)은 사람들이 자신이 이미 믿고 있는 신념이나 가설을 뒷받침하는 정보만 선택적으로 받아들이고, 그와 모순되는 정보는 무시하거나 평가절하하는 경향이다. 반면, AI는 인간이 흔히 범하는 '기저율 무시(base-rate neglect)', '매몰비용 오류(sunk cost fallacy)' 등에서는 비교적 이성적인 판단을 유지했다. 연구진은 이러한 편향이 훈련 데이터 내에 존재하는 인간의 사고 패턴에서 비롯되며, 이후 인간 피드백을 통해 반복적으로 강화된다고 분석했다. 논문 공동 저자인 캐나다 맥매스터대학교 미나 안디아판(Meena Andiappan) 교수는 "AI는 중요한 결정을 내리는 직원처럼 다뤄야 하며, 윤리적 지침과 감독 체계가 반드시 필요하다"며 "그렇지 않으면 인간의 비합리성을 단순히 자동화하는 결과를 초래할 수 있다"고 지적했다. 연구진은 마지막으로 "AI를 계산기처럼 신뢰할 수 있는 영역에 활용할 때 가장 높은 효용을 기대할 수 있다"며, "주관성이나 전략적 판단이 요구되는 분야에서는 반드시 인간의 검토가 병행돼야 한다"고 덧붙였다.
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- IT/바이오
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AI도 인간처럼 '비합리적' 판단⋯"과신·편향 반복"
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[ESGC] 플라스틱 첨가제 노출, 1년 새 심장질환 사망 35만 건 유발
- 플라스틱 제품에 사용되는 화학물질 '프탈레이트'에 대한 일상적 노출이 2018년 한 해 동안 전 세계 심장질환 사망의 13%에 연관된 것으로 나타났다. 미국 뉴욕대학교 랑곤 헬스(NYU Langone Health) 연구진은 특히 중동, 남아시아, 동아시아 및 태평양 지역에서 프탈레이드 노출 관련 사망률이 집중적으로 높게 나타났다고 분석했다. 관련 논문은 4월 29일 의학저널 '랜싯 이바이오메디슨(Lancet eBioMedicine)'에 게재됐다. NYU 랑곤 헬스 연구팀은 이번 연구에서 플라스틱을 부드럽게 만드는 데 사용되는 프탈레이트(phthalates) 계열 화학물질 가운데 하나인 '디(2-에틸헥실)프탈레이트(DEHP)'에 초점을 맞췄다. DEHP는 식품 용기, 의료 기기 등 다양한 플라스틱 제품에 활용되며, 기존 연구에서도 심장 동맥에 염증을 유발해 장기적으로 심근경색이나 뇌졸중 위험을 높이는 것으로 나타난 바 있다. 연구팀은 55~64세 성인 남녀를 대상으로 한 분석을 통해, 2018년 한 해 동안 DEHP 노출이 심장질환으로 인한 35만6,238건의 사망(전 세계 심장질환 사망의 13% 이상)과 연관된 것으로 추정했다. 사라 하이먼 NYU 그로스만 의과대학 연구원은 "프탈레이트와 주요 사망 원인 간 연관성을 규명함으로써, 이 화학물질이 인류 건강에 심각한 위협이 된다는 방대한 근거에 또 하나의 증거를 추가했다"고 밝혔다. 연구팀은 이전 2021년 연구에서 프탈레이트 노출이 미국 내 노년층을 중심으로 매년 5만 건 이상의 조기 사망과 연관된다고 밝힌 바 있다. 이번 연구는 프탈레이트 노출과 관련한 심혈관계 사망에 대한 첫 글로벌 추정치로 평가된다. 연구팀은 200개국과 지역의 건강 및 환경 자료를 기반으로 DEHP 노출 수준을 추정했으며, 사망 통계는 미국 보건지표평가연구소(Institute for Health Metrics and Evaluation)의 데이터를 활용했다. 인도(10만3,587건), 중국, 인도네시아 순으로 사망자 수가 많았으며, 동아시아와 중동 및 태평양 지역이 전체 DEHP 관련 심장질환 사망의 각각 42%, 32%를 차지했다. 연구진은 이러한 지역에서 플라스틱 생산이 급증하는 반면, 제조 규제가 상대적으로 느슨해 화학물질 노출이 더 광범위할 가능성이 있음을 지적했다. 레오나르도 트라산데 NYU 그로스만 의과대학 교수는 "프탈레이트로 인한 심장질환 위험은 특정 지역에 불균형적으로 집중되고 있다"며 "특히 산업화와 플라스틱 소비가 빠르게 진행되는 지역을 중심으로 전 세계적 규제 강화가 시급하다"고 강조했다. 다만 연구진은 이번 분석이 DEHP 단독 혹은 직접적 원인을 입증한 것은 아니며, 다른 프탈레이트나 연령대를 포함하지 않아 실제 관련 사망자 수는 더 많을 수 있다고 덧붙였다. 트라산데 교수는 "향후 프탈레이트 노출 저감이 전 세계 사망률에 미치는 영향을 추적하고, 조산 등 다른 건강 문제와의 연관성도 추가 연구할 계획"이라고 밝혔다. 이번 연구는 미국 국립보건원(NIH)과 비욘드 페트로케미컬스(Beyond Petrochemicals) 등 기관의 지원을 받아 수행됐다. 한편, 연구를 주도한 NYU 랑곤 헬스는 미국 내 최저 사망률을 기록하는 의료기관 중 하나로, 비지언트(Vizient Inc.) 평가에서 3년 연속 종합 대학병원 부문 1위를 차지한 바 있다.
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- ESGC
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[ESGC] 플라스틱 첨가제 노출, 1년 새 심장질환 사망 35만 건 유발
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[먹을까? 말까?(100)] 음식물 쓰레기 줄이려면 '환경'보다 '건강' 의식이 효과적
- 음식물 쓰레기를 줄이는 데 있어 '지속가능성'보다 '영양과 건강'에 초점을 맞추는 것이 더 효과적이라는 연구 결과가 나왔다. 기존 통념과 다른 이번 연구는 음식물 쓰레기 문제를 해결하는 접근 방식에 재검토가 필요함을 시사했다. 27일(현지시간) 뉴아틀라스에 따르면 호주 애들레이드대학교 경제·공공정책대학 글로벌식량자원센터 연구진은 소비자가 지속가능성을 중시할 때와 영양·건강을 중시할 때의 음식물 쓰레기 발생량 차이를 분석했다. 연구 결과, 건강을 우선시하는 소비자가 음식물 쓰레기를 더 적게 배출하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 이번 연구는 유엔환경계획(UNEP)이 발표한 '2024 음식물 쓰레기 지수 보고서'를 배경으로 진행됐다. 보고서에 따르면 2022년 전 세계 소비자 수준(소매·외식·가정)에서 전체 식품의 19%에 해당하는 약 10억5000만 톤이 폐기됐다. 같은 해 7억8300백만 명이 굶주렸고, 세계 인구의 3분의 1이 식량 불안정을 겪었다. 연구팀은 성인 1,030명을 대상으로 온라인 설문조사를 실시했다. 참가자들은 음식 선택 시 '나의 건강을 유지하는 것이 중요하다'는 문항과 '환경친화적 포장 여부가 중요하다'는 문항 등에 대해 7점 척도로 동의 정도를 평가했다. 이후 음식물 쓰레기에 대한 정의와 분류 기준을 제공받은 뒤, 스스로 음식물 쓰레기 양을 추정해 답하도록 했다. 데이터 분석 결과, 영양과 건강에 중점을 둔 소비자는 식단 계획을 철저히 하고 과잉 구매를 줄이는 경향이 뚜렷했다. 반면 지속가능성을 중시하는 소비자들은 환경친화적인 제품을 구매하는 데는 적극적이지만, 음식물 쓰레기 저감 행동으로는 이어지지 않는 경우가 많았다. 논문 주저자인 응우옌 트랑 티 투(Trang Thi Thu Nguyen) 박사는 "건강을 중시하는 사람들은 식단을 세심하게 계획하고 불필요한 구매를 피하는 경향이 강해 결과적으로 음식물 쓰레기를 줄인다"고 설명했다. 그는 이어 "지속가능성을 강조하는 기존 음식물 쓰레기 저감 캠페인은 한계를 드러냈다"며 "앞으로는 건강과 음식물 쓰레기 저감을 연결해 개인적 동기를 자극하는 접근이 필요하다"고 강조했다. 연구진은 특히 이번 결과가 가정 수준에서도 음식물 쓰레기를 줄이는 데 실질적인 시사점을 제공한다고 밝혔다. 가정에서의 음식물 관리와 소비 습관 개선은 매년 수천 달러에 이르는 식품 비용 절감을 가능하게 할 뿐 아니라, 건강한 식습관 형성에도 기여할 수 있다. 응우옌 박사는 "더 지속가능한 식품 시스템으로 나아가기 위해서는 제품 선택뿐 아니라 우리가 식품을 어떻게 관리하고 준비하고 소비하는지에 대한 인식 전환이 필요하다"고 말했다. 이번 연구는 학술지 '자원 보존 및 재활용(Resources, Conservation and Recycling)'에 게재됐다.
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- ESGC
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[먹을까? 말까?(100)] 음식물 쓰레기 줄이려면 '환경'보다 '건강' 의식이 효과적
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[신소재 신기술(171)] 포스텍 연구진, 극한 온도 변화 견디는 '하이퍼어댑터' 초고성능 합금개발
- 국내 연구진이 영하 196도부터 영상 600도까지, 총 800도에 이르는 극한 온도 변화에도 강도와 연성을 유지하는 차세대 금속 합금을 개발했다. 포항공과대학교(POSTECH) 김형섭 교수 연구팀은 철, 니켈, 코발트, 크롬, 알루미늄, 티타늄 등을 조합해 새로운 고엔트로피 합금(High Entropy Alloy, HEA)을 제작하고, 이를 '하이퍼어앱터(Hyperadaptor)'라는 이름을 붙였다고 코스모스매거진과 사이테크데일리가 22일(현지시간) 보도했다. 새로 개발된 HEA는 -196°C(77K)의 극저온 조건에서 600°C(873K)의 고온에 이르는 넓은 온도 범위에서 거의 일정한 기계적 성능을 보여준다. 이러한 놀라운 안정성은 합금 내에 균일하게 분포된 나노 크기의 L1₂ 석출물이 존재하기 때문이다. 이 미세 입자는 변형을 억제하는 보강재 역할을 하며, 금속 내부의 미끄럼 변형(slip)을 조절함으로써 외부 환경 변화에도 소재의 강도와 연성(유연성)을 유지하게 한다. 이번 연구는 학술지 '머티리얼스 리서치 레터스(Materials Research Letters)'에 게재됐다. 포스텍이 개발한 고엔트로피 합금은 5종 이상의 원소를 거의 동일한 비율로 혼합한 소재로, 기존 금속보다 강도, 인성, 내열성, 내식성 등이 우수하다는 평가를 받고 있다. 특히 다양한 원소가 무작위로 결합하면서 오히려 구조적 안정성이 향상된다는 점에서 '엔트로피의 역설'로 주목받아 왔다. 김형섭 교수는 "이번에 개발한 HEA는 기존 합금의 온도 의존적 성능 한계를 극복한 최초의 소재"라며 "극한 환경에서도 일정한 기계적 거동을 유지하는 새로운 물질군의 등장을 의미한다"고 밝혔다. 이번에 개발된 HEA는 니켈 35%, 철·코발트·크롬 53%, 알루미늄 7%, 티타늄 5%로 구성됐으며, 구조는 FCC(면심입방체) 형태다. 이는 각 입방체의 꼭짓점과 면 중심에 원자가 배치된 형태로, 높은 연성과 강도를 동시에 지닌 것이 특징이다. 연구팀은 여기에 알루미늄과 티타늄을 '구조 보강재'처럼 첨가해 고온에서도 형태와 기능이 변형되지 않도록 했다. 논문의 제1저자인 박효진 박사는 "일반적인 금속은 특정 온도 범위에 최적화되어 있지만, 이 HEA는 극저온과 고온을 넘나드는 환경에서도 성능 저하 없이 상요할 수 있다"며 "가스터빈, 항공기 제트엔진, 로켓추진체, 원자력 발전소 등 극한 환경의 금속 소재로 활용도가 높을 것"이라고 설명했다. 이번 연구 성과는 고온과 저온을 오가는 극한 산업 현장에 새로운 가능성을 제시하는 한편, 미래 항공우주 및 자동차, 에너지 산업의 핵심 소재 기술로 자리매김할 것으로 기대된다. ◇ 참고문헌: 박효진, 손수정, 안성열, 하효정, 김래언, 이재흥, 주효문, 김정기, 김형섭 공저, '하이퍼어앱터(Hyperadaptor); 넓은 온도 범위에서 Ni 기반 고엔트로피 합금의 온도 비감응성 인장 특성', Materials Research Letters 2025년 2월 6일 . DOI: 10.1080/21663831.2025.2457346
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[신소재 신기술(171)] 포스텍 연구진, 극한 온도 변화 견디는 '하이퍼어댑터' 초고성능 합금개발
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[우주의 속삭임(111)] '우주 라디오'로 암흑물질 추적⋯액시온 주파수 탐지 장치 개발
- 우주의 대부분을 구성하는 것으로 알려진 암흑물질 탐색에 새로운 전기가 마련됐다. 과학자들이 '우주 라디오'에 비유되는 신형 암흑물질 검출기를 개발해, 향후 15년 이내 암흑물질 후보자인 '액시온(axion)'을 직접 포착할 가능성이 열렸다. 영국 킹스칼리지런던(KCL), 미국 하버드대, UC버클리 등 국제 공동 연구팀은 지난 16일(현지시간) 국제 학술지 네이처(Nature)에 발표한 논문에서 엑시온의 주파수를 포착하기 위한 특수 장비와 새로운 소재 기반의 탐색 기술을 소개했다. 해당 연구에 대해서는 과학 기술전문매체 사이테크 데일리가 보도했다. 연구팀은 이 장치에 대해 "40년 넘게 추적해 온 암흑물질의 실체를 규명할 수 있는 마지막 단계에 접어들었다"고 평가했다. 암흑물질은 우주 전체 질량의 약 85%를 차지하는 것으로 추정되며, 별이나 은하의 운동 등 중력 효과로 간접적으로만 존재가 추정되어 왔다. 하지만 직접 관측은 한 번도 성공한 적이 없다. 이번 연구에서 핵심이 된 입자인 '액시온'은 매우 가볍고, 일반 물질과의 상호작용이 극히 적어 포착이 어렵다고 알려져 있다. 이 입자는 파동처럼 행동하며 특정 주파수 대역에 존재할 수 있다고 이론상 제안돼 왔다. 연구진은 이론상 존재할 것으로 추정되는 액시온 주파수를 탐지하기 위해, '액시온 준입자(AQ, axion quasiparticle)'를 생성할 수 있는 특수 소재를 활용했다. 해당 장치는 일종의 '우주 라디오'처럼 작동해, 액시온이 존재할 법한 주파수를 조율하며 탐색을 진행한다. 탐지 시에는 미량의 빛을 방출하게 되며, 이는 액시온 존재를 확인할 수 있는 간접 신호가 된다. 이 장치의 핵심 소재는 망간비스무트텔루라이드(MnBi₂Te₄)로, 전자기적 특성이 뛰어나고 얇은 2차원 구조로 가공이 가능하다. 하버드대 주도하에 6년간 개발된 이 소재는 공기에 민감해 원자 수준의 얇은 층으로 정밀 제작됐으며, 외부 자극에 따라 전자적 성질이 정밀하게 조정될 수 있다. 연구책임자인 KCL의 데이비드 마시(David Marsh) 박사는 "1983년 액시온이 라디오 주파수처럼 작동할 수 있다는 이론이 제기된 이후, 우리는 이제 그 주파수를 실제로 조율할 수 있는 기술에 도달했다"며 "남은 건 탐지 범위를 확대하고, 시간을 들여 탐색하는 일"이라고 설명했다. 연구팀은 향후 5년 안에 실용적 수준의 AQ 검출기를 완성하고, 이후 10년 이상 고주파 영역을 정밀 수캔해 액시온을 찾겠다는 계획이다. 이번 검출기는 암흑물질의 규명이라는 물리학 최대 난제 중 하나에 결정적 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 마시 박사는 "최근 액시온을 주제로 한 논문 수가 힉스 보손 발견 직전과 비슷한 수준에 이르렀다"며 "지금은 암흑물질 연구자들에게 흥미로운 시기"라고 덧붙였다. ◇ 참고문헌: '2D MnBi2Te4에서 액시온 준입자 발견(Observation of the axion quasiparticle in 2D MnBi2Te4)' by Jian-Xiang Qiu, Barun Ghosh, Jan Schütte-Engel, Tiema Qian, Michael Smith, Yueh-Ting Yao, Junyeong Ahn, Yu-Fei Liu, Anyuan Gao, Christian Tzschaschel, Houchen Li, Ioannis Petrides, Damien Bérubé, Thao Dinh, Tianye Huang, Olivia Liebman, Emily M. Been, Joanna M. Blawat, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kin Chung Fong, Hsin Lin, Peter P. Orth, Prineha Narang, Claudia Felser, Tay-Rong Chang, Ross McDonald, Robert J. McQueeney, Arun Bansil, Ivar Martin, Ni Ni, Qiong Ma, David J. E. Marsh, Ashvin Vishwanath and Su-Yang Xu, 2025년 4월 16일, Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-08862-x
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(111)] '우주 라디오'로 암흑물질 추적⋯액시온 주파수 탐지 장치 개발
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"AI와 결혼까지"…로맨스로 번진 인간-AI 관계, 심리학계 경고
- 인공지능(AI)을 단순한 기술적 도구가 아닌 감정적·로맨틱한 관계의 대상으로 여기는 사례가 늘고 있다. 일부 이용자는 AI와 사실상 결혼을 선언하기도 했으며, 정신적으로 불안정한 시기에 AI 챗봇을 의지하다 비극적인 선택으로 이어지는 경우도 보고됐다. 미국 미주리과학기술대학교(Missouri University of Science & Technology)의 심리학자들은 최근 발표한 논평을 통해 인간과 AI 간 감정적 유대의 심리적·윤리적 위험성에 대해 경고했다. AI 동반자(컴패니언)와 단순한 대화 수준을 넘어선 장기적 상호작용이 인간의 행동에 영향을 주고, 현실 인간관계에도 왜곡을 초래할 수 있다는 것이다. 해당 내용에 대해서는 신경과학뉴스, 어스닷컴, 가디언 등 다수 외신이 보도했다. AI, 인간관계 대체하며 심리적 '의존' 가능성 논문의 공동 저자인 다니엘 B. 샹크(Daniel B. Shank) 교수는 "AI가 인간처럼 행동하며 장기간 대화를 이어갈 수 있다는 점에서 전혀 새로운 문제가 발생하고 있다"고 지적했다. 샹크 교수는 사회심리학 및 기술과 인간관계 간의 접점을 연구하는 전문가로, 특히 로맨틱한 형태의 AI 관계가 현실 관계에까지 영향을 미칠 수 있다고 분석했다. 실제로 일부 이용자들은 인간보다 AI가 더 안전하고 편안한 관계라고 느끼며, 점차 현실 인간관계로부터 멀어지는 경향을 보이기도 한다. 이로 인해 비현실적인 기대, 사회적 동기 저하, 소통 능력 저하 등의 부작용이 우려된다. MIT 테크놀로지 리뷰 또한 항상 사용 가능하고 비판적이지 않은 완벽한 사람이 되도록 설계된 AI 컴패니언은 소셜 미디어보다 더 깊이 사람들을 끌어들이고 있다면서 "AI 컴패니언은 디지털 중독의 최종 단계"라고 경고했다. 아울러 "AI 동반자와의 상호작용은 챗GPT와의 평균 상호작용 시간보다 4배 더 오래 지속되며 대부분의 사용자들이 Z세대"라고 덧붙였다. 신뢰와 조언, 그리고 'AI 조작'의 위험 AI가 해로운 조언을 제공할 수 있다는 우려도 있다. AI는 사용자의 감정에 공감하는 듯한 반응을 보이며 신뢰를 쌓는다. 그러나 이 같은 신뢰가 과도해지면, 허위 정보에 기반한 조언도 진실로 받아들일 위험이 있다. AI는 때때로 존재하지 않는 사실을 사실처럼 말하는 '환각(hallucination)' 현상을 보이기도 한다. 샹크 교수는 "사람들은 자신을 잘 알고 공감해주는 존재로 AI를 인식하며, 그 조언이 진실일 것이라는 착각에 빠질 수 있다"고 우려했다. 실제로 일부 사례에서는 AI 챗봇의 문제성 높은 대화가 정신적 위기에 빠진 사람들의 극단적 선택으로 이어졌다는 보고도 있다. AI를 통한 조작과 정보 유출 가능성 존재 심리적 위협 외에도, AI와의 사적인 상호작용이 조작과 범죄로 악용될 수 있다는 우려도 커지고 있다. 연구팀은 사람들이 AI에 개인 정보를 공개하면 이 정보가 판매되어 그 사람을 착취하는 데 사용될 수 있다고 지적했다. 즉, AI가 수집하는 개인정보가 악의적인 제3자에 의해 이용될 가능성이 있으며, 그 대화들이 공개되지 않는다는 점에서 문제 상황의 감지와 대응도 어렵다. 샹크 교수는 "AI가 신뢰를 얻은 상태에서 제3자의 이해를 대변하는 도구로 전락할 수 있다"며, "이는 내부 첩자와 같은 구조로, 이용자는 자신도 모르게 외부 조작에 노출될 수 있다"고 말했다. SNS보다 더 강력한 영향력⋯심리학계 역할 강조 AI 챗봇은 트위터나 페이스북 같은 기존 플랫폼보다 더 은밀하고 지속적인 방식으로 사용자의 신념과 의견 형성에 영향을 줄 수 있는 도구다. 사용자와의 대화에서 기본적으로 '동조적'인 태도를 보이도록 설계된 탓에, 자살이나 음모론 등 위험한 주제가 제기돼도 이를 적극적으로 반박하기보다는 동조하거나 묵인하는 방향으로 대화가 이어질 수 있다. 이에 따라 연구진은 심리학자 및 사회과학자들이 AI 기술 발전에 발맞춰 적극적인 연구와 개입에 나설 필요가 있다고 강조했다. 샹크 교수는 "AI가 점점 더 인간을 닮아갈수록, 심리학자들의 역할도 커진다"며, "기술의 속도에 뒤처지지 않고, 악용 가능성에 대응할 수 있는 심리적 이해와 대응책이 필요하다"고 밝혔다. 이 연구는 2025년 4월 11일 세계적 학술지 '인지과학트렌드(Trends in Cognitive Sciences)'에 실렸다. 아직까지 AI와의 감정적 유대에 따른 문제는 이론 수준에 머물러 있지만, 기술의 발전 속도를 고려하면 실질적 대응이 시급하다는 경고의 목소리가 커지고 있다.
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"AI와 결혼까지"…로맨스로 번진 인간-AI 관계, 심리학계 경고
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[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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[신소재 신기술(168)] "쌀알만 한 뇌, 우주만큼 정밀하게 해부됐다"
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[먹을까? 말까?(97)] "검은콩·블루베리, 미세플라스틱 해독 효과"⋯짙은 색 과일·채소 주목
- 미세플라스틱이 인체에 미치는 유해성을 줄이는데 특정 식품이 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 중국 과학자들이 주도한 국제 연구팀은 최근 발표한 논문에서 블루베리나 흑미, 검은콩 등 짙은 색을 띠는 채소와 과일이 미세플라스틱에 의한 세포 손상을 완화할 수 있다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 영국 일간지 데일리메일이 7일(현지시간) 온라인판에 게재했다. 연구팀은 '안토시아닌(anthocyanin)'이라는 천연 항산화 물질을 주목했다. 블루베리, 블랙베리, 검은콩, 자색고구마, 흑미, 석류, 적포도 등에 풍부한 안토시아닌은 직물의 짙은 자색, 붉은색, 남색 등을 만들어내는 수용성 색소로, 인체내 활성산소를 제거하는 항산화 작용을 한다. 이번 연구는 총 89편의 기존 논문을 종합 검토한 문헌 리뷰 형태로, 미국 학술지 'Journal of Pharmaceutical Analysis(약물분석저널)'에 게재됐다. 미세플라스틱, 호르몬 교란부터 불임까지 유발 미세플라스틱은 식품, 물, 의류, 생활용품 등에 널리 퍼져 있으며, 이미 대부분의 인체 내에 축적되어 있다는 연구 결과들이 나오고 있다. 이 물질은 체내에 들어오면 세포 속으로 침투해 DNA 손상, 호르몬 불균형, 염증 반응을 유발하고, 그 결과 대사 장애, 심혈관 질환, 심지어 생식 능력 저하로까지 이어질 수 있다. 미세플라스틱은 특히 산화 스트레스(oxidative stress)를 유발하는 주범으로 지목된다. 이는 활성산소가 과다하게 생성되어 세포를 손상시키는 현상으로, 만성 염증과 노화, 암, 심장병 등 각종 질환과 관련이 깊다. '짙은 색일수록 항산화 성분 높아' 연구팀은 실섬실 실험과ㅑ 동물 실험을 중심으로 안토시아닌이 미세플라스틱이 유발하는 세포 손상을 어떻게 완화하는 지 검토했다. 예를 들어, 한 실험에서는 검은콩과 흑미에 많은 '시아니딘 3-글루코사이드(Cyanidin-3-glucoside, C3G)'라는 성분을 쥐에게 투여한 결과, 정자 수가 증가하고 고환 조직 손상이 완화된 것으로 나타났다. 또한 석류와 붉은 사과에 풍부한 '시아니딘 3, 5디글루코사이드(Cyanidin-3,5-diglucoside)'는 실험실에서 남성호르몬 생성세포에 작용해, 미세플라스틱 유사 물질로 유발된 산화 스트레스를 줄이고 테스토스테론 분비를 회복시켰다. 여성 생식 건강에 긍정적 영향을 미쳤다는 동물 실험 및 세포 실험 결과도 함께 인용됐다. 블루베리 하루 1컵 섭취 권장 다만 이번 연구는 대부분 동물이나 세포를 대상으로 한 기초 연구로, 사람에게도 동일한 효과가 나타나는 지 확인하기 위해서는 추가 임상 연구가 필요하다는 점을 연구진은 명확히 했다. 안토시아닌의 구체적인 일일 섭취 권장량은 명시되지 않았지만, 기존 연구에서는 약 50mg 즉 블루베리 한 컵 분량이 유익한 수준으로 제시됐다. 미국 통계에 따르면, 현재 평균적인 식단에서 섭취하는 안토시아닌의 양은 이에 미치지 못하는 것으로 분석된다. 이에 전문가들은 블루베리, 크랜베리, 자색 양배추, 붉은 포도, 아사이베리 등 자색·남색·적색 식품을 식단에 꾸준히 포함시킬 것을 권장하고 있다. 미세플라스틱 노출 줄이기 위한 실천법도 병행해야 전문가들은 안토시아닌 섭취 외에도 플라스틱 포장 식품 구입 최소화, 전자레인지용 플라스틱 용기 사용 금지, 일회용 플라스틱 도구 사용 자제, 플라스틱 도마나 조리기구의 대체 사용 등을 통해 미세플라스틱 노출 자체를 줄이는 것이 중요하다고 조언한다. 연구에 참여하지 않은 미국 통합의학 전문의 앙젤로 팔코네 박사는 "과일과 채소의 색이 짙고 선명할수록 안토시아닌 함량이 높은 경향이 있다"며, "딸기류는 물론, 자색 옥수수, 흑미, 붉은 고구마도 우수한 공급원"이라고 덧붙였다.
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[먹을까? 말까?(97)] "검은콩·블루베리, 미세플라스틱 해독 효과"⋯짙은 색 과일·채소 주목
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AI, "지문은 고유하지 않다"…100년 넘은 수사 체계에 충격
- 수사기관이 오랜 기간 절대적 증거로 활용해온 지문이 더 이상 '완전히 고유하다'고 단정할 수 없다는 연구 결과가 나왔다. 인공지능(AI)이 인간의 손가락에서 채취된 지문 간 유사성을 밝혀내면서, 지문 분석에 기반한 법의학 체계 전반이 흔들릴 가능성이 제기된 것. 미국 콜럼비아대 공과대학의 호드 립슨 교수와 뉴욕주립대 버펄로 캠퍼스의 쉬원야오 교수 연구팀은 공개된 미 정부 지문 데이터베이스(약 6만 건)를 활용해 AI 모델을 학습시킨 결과, 동일한 개인의 서로 다른 손가락에서 채취된 지문들이 상당한 유사성을 보인다고 밝혔다. 연구는 콜럼비아대 학부생 게이브 궈가 주도했으며, AI는 개별 지문 쌍을 비교해 어느 정도의 정확도로 동일 인물 여부를 예측할 수 있는지를 평가했다. 그 결과 단일 쌍 기준 정확도는 77%에 달했으며, 복수 샘플을 통합해 분석할 경우 정확도는 더욱 높아지는 것으로 나타났다. 기존 지문 분석은 미세한 가지 무늬나 끝점 등의 '미뉴티아(minutiae)'를 중심으로 비교했지만, AI는 중심부의 곡률, 각도, 회선 형태 등 사람의 육안으로 간과할 수 있는 미세 패턴에서 유사성을 포착했다. 연구진은 이를 통해 기존 수사 방식에 보완적 역할을 할 수 있는 ‘AI 기반 지문 보조 시스템’이 가능하다고 보고 있다. 다만, 이 연구는 기존 법의학계의 강한 저항에 부딪혔다. 처음 논문을 제출한 법의학 저널은 "서로 다른 손가락의 지문은 일치하지 않는다"는 전제를 바탕으로 게재를 거부했다. 이에 연구팀은 과학 전반에 열린 태도를 가진 학술지 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에 투고했고, 결국 최근 정식 게재됐다. 이번 연구는 콜럼비아대 석사과정생 아니브 레이, 박사과정생 유다 골드페더 등이 함께 참여했으며, 연구진은 "향후 수천만 개 규모의 지문 데이터로 학습시킬 경우 AI의 분석 정확도는 비약적으로 향상될 수 있다"고 전망했다. 다만 연구진은 현재 데이터가 특정 인종·연령대에 편중됐을 가능성을 염두에 두고 있으며, 향후 다양한 인구집단을 아우르는 데이터 수집과 신중한 검증 과정을 거쳐야 한다고 강조했다. 이번 연구가 당장 법정에서 지문 증거의 효력을 뒤집지는 않겠지만, 수사기관에 새로운 보조 수단을 제공할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 립슨 교수는 "AI가 새로운 과학적 발견을 할 수 있다는 점을 보여준 사례"라며, "이제 비전문가조차 기존의 상식을 뒤엎는 통찰을 제시할 수 있는 시대에 진입했다"고 말했다.
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AI, "지문은 고유하지 않다"…100년 넘은 수사 체계에 충격
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[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.
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[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생
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스마트폰 멀리 두면 집중력 높아질까?⋯"습관적 사용이 문제"
- 스마트폰을 단순히 멀리 한다고 해서 집중력이 높아질까? 스마트폰을 잠시 내려놓고 이 기사를 읽기 시작했다면, 당신은 혼자가 아닐 가능성이 높다. 현대인의 필수품이 된 스마트폰은 끊임없는 주의 분산의 원천이며, 우리는 평균 4~6분마다 스마트폰과 상호작용한다. 이는 알림 기능뿐만 아니라 습관에 의해 주도되는 경우가 많으며, 생산적인 활동에 집중하려는 노력을 방해한다. 이러한 가운데, 영국 과학자들이 최근 발표한 연구 결과는 작업 중 스마트폰을 눈에 띄지 않는 곳에 두는 것이 업무와 관련 없는 스마트폰 사용을 줄이는 데 효과가 별로 없다는 점을 시사해 주목된다. 영국 런던정경대학(London School of Economics) 연구팀은 직장 환경에서 스마트폰을 손이 닿지 않는 곳에 두는 것이 업무 외 활동을 위한 기기 사용에 어떤 영향을 미치는지 조사한 새로운 연구에서 이같은 결과를 얻었다고 신경과학뉴스와 어스닷컴 등 다수 외신이 보도했다.. 이번 연구는 '프론티어스 인 컴퓨터 사이언스(Frontiers in Computer Science)' 저널에 게재됐다. 연구 논문의 저자인 런던정경대학의 연구원 맥시 하이트마이어 박사는 "이번 연구는 스마트폰을 치워두는 것만으로는 업무 방해를 덜 받고 미루는 행동을 줄이고 집중력을 높이는 데 충분하지 않을 수 있다는 것을 보여준다"며, "문제는 기기 자체에 있는 것이 아니라 우리가 기기와 함께 발전시켜 온 습관과 일상에 있다"고 지적했다. 노트북·스마트폰 등 기기 거리와 집중력 실험 연구진은 22명의 참가자를 대상으로 최소 노트북과 휴대폰 등 평소 업무에 사용하는 기기를 지참하고 방음 처리된 개인 연구실에서 이틀 동안 작업을 수행하도록 했다. 참가자들은 알림 설정을 변경하지 않았으며, 연구진은 참가자들이 받는 알림을 전혀 통제하지 않았다. 연구는 참가자와 휴대폰 사이의 거리만 다른 두 가지 설정으로 진행됐다. 첫 번째 설정에서는 휴대폰을 참가자가 작업하는 책상 위에 두었고, 두 번째 설정에서는 휴대폰을 1.5미터 떨어진 별도의 책상 위에 두었다. 제한된 스마트폰 접근성은 스마트폰 사용 감소로 이어졌지만, 참가자들은 대신 노트북으로 관심을 돌렸다. 전체 조건에서 참가자들이 업무 또는 여가 활동에 소비한 시간은 다르지 않았다. 또한 연구 결과는 스마트폰이 주의를 분산시키는 데 선호되는 기기임을 보여주었다. 하이트마이어 박사는 "스마트폰은 사랑하는 사람들과의 연결, 업무, 내비게이션 시스템, 알람 시계, 음악 재생기, 정보원 등 모든 기능을 수행한다. 사람들이 모든 것을 할 수 있는 도구에 의존하는 것은 놀라운 일이 아니다"라고 설명했다. 그는 이어 "뚜렷한 목적이 없더라도 (스마트폰에는) 소셜 미디어가 있고 엔터테인먼트를 제공할 수 있다는 것을 알고 있다"고 덧붙였다. 컴퓨터도 동일한 기능을 수행할 수 있지만, 촉각상 덜 즐겁고 휴대성이 떨어진다는 단점이 있다. 하이트마이어 박사는 "나의 연구에서 기기 중심적인 논쟁을 넘어 담론을 전환하고 싶다"며 "스마트폰 자체가 문제가 아니라 우리가 스마트폰으로 무엇을 하는지, 그리고 솔직히 말해 이러한 습관을 생성하고 강화하는 앱들이 문제"라고 강조했다. 대기업 개발 앱 "주의 분산시키는 의도적인 설계" 하이트마이어 박사는 방해 없이 시간을 최대한 활용하기 위해서는 알림을 특정 시간에 받도록 설정하거나 완전히 음소거하는 등의 방법이 도움이 될 수 있다고 말했다. 사용자가 시간을 더 의식적으로 사용하는 데 도움이 되는 모든 방법이 올바른 방향으로 나아가는 단계라는 것이다. 그러나 그는 이러한 전략에도 불구하고 현실적으로 우리가 곧 스마트폰을 집어 드는 것을 멈추지는 않을 것이라고 경고했다. "잠깐의 휴식이 있을 때마다 사람들은 어떤 시스템을 갖추고 있든 상관없이 휴대폰을 확인한다. 그리고 소셜 미디어는 완전히 다른 문제이다." 하이트마이어 박사는 "우리가 휴대폰을 사용할 때마다 우리 각자는 매일 매우 불평등한 싸움을 벌이고 있다"고 말했다. 그는 "휴대폰 속에서 가장 큰 주의 분산 요소들은 우리가 그 유혹에 저항하지 못하는 것으로 막대한 이익을 얻는 대기업들에 의해 개발되었으며, 이 모든 것은 말 그대로 의도적인 설계"라고 덧붙였다. 하이트마이어 박사는 또한 미래에는 사용자, 특히 젊은 사용자를 보호하는 데 초점을 맞춰야 한다고 말했다. 그는 "이러한 기기는 매우 유용하며 학습과 창의성을 촉진할 수 있지만, 대부분의 성인이 관리하기 어려워하는 비용이 따른다. 따라서 우리는 이 점을 간과할 수 없다"고 강조했다.
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스마트폰 멀리 두면 집중력 높아질까?⋯"습관적 사용이 문제"
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[우주의 속삭임(107)] 히말라야 상공에 펼쳐진 붉은 섬광, '레드 스프라이트'의 신비 풀리다
- 히말라야 산맥 위에서 펼쳐지는 희귀한 붉은색 번개, '레드 스프라이트(Red Sprite·붉은 요정)' 현상이 포착되어 학계의 비상한 관심을 모으고 있다. 이는 허구도 아니고, 단순한 애니메이션 캐릭터도 아닌, 뇌우 위 고층 대기에서 발생하는 실제 전기 방전 현상이다. 레드 스프라이트는 중간권에서 일어나는 전기적 현상이다. 50~90km의 고도에서 발생하는 붉은색-주황색 빛의 섬광으로 40km에 달하는 매우 큰 규모이지만 1밀리초 정도만 번쩍이기 때문에 포착하기가 매우 힘들다. 2022년 5월 19일 밤, 중국 천체사진작가 안젤 안(Angel An)과 둥 수창(Shuchang Dong)은 티베트 고원 남부 푸모용초(Pumoyongcuo) 호수 인근에서 100개가 넘는 레드 스프라이트의 장관을 카메라에 담았다. 이들은 해파리를 닮은 선명한 붉은 섬광뿐 아니라, '댄싱 스프라이트', 희귀한 2차 제트, 그리고 아시아 최초로 밤하늘 전리층 하부에서 녹색 대기광(green airglow·일명 '고스트 스프라이트')까지 포착하는 데 성공했다. 이 놀라운 사건은 전 세계 주요 언론의 주목을 받았다. 중국과학기술대학교 가오펑 루(Gaopeng Lu) 교수 연구팀은 최근 학술지 '대기과학 발전(Advances in Atmospheric Sciences)'에 발표한 논문을 통해 이 거대한 '스프라이트 불꽃놀이'의 원동력이 번개와 뇌우임을 밝혀냈다고 어스닷컴과 웹사이트 PHYS.org, IFL과학 등 다수 외신이 보도했다. 루 교수는 "이번 관측은 실로 경이로운 사건"이라며, "모(母)번개 방전을 분석한 결과, 거대한 규모의 대류 시스템(Mesoscale Convective System) 내에서 발생한 높은 첨두 전류의 양(+)극성 낙뢰가 스프라이트를 유발했음을 확인했다"고 설명했다. 이는 히말라야 지역의 뇌우가 지상에서 가장 복잡하고 강력한 상층 대기 전기 방전을 일으킬 수 있음을 시사한다. 연구팀은 상세 분석을 위한 정확한 시간 정보가 부족한 상황에서, 인공위성 궤적과 별자리 분석을 이용해 각 스프라이트가 나타난 시간을 정확히 파악했다. 이 기술은 미래의 레드 스프라이트 현상을 연구하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 데이터가 정확할수록 폭풍이 몰아치는 동안 상공에서 일어나는 일을 더 많이 알아낼 수 있다. 연구 결과, 모번개방전은 갠지스 평원에서 티베트 고원 남쪽 산기슭까지 뻗어 있는 대류 복합체의 층상 강수 지역내에서 발생했다. 이번 관측은 남아시아에서 단일 뇌우 동안 발생한 레드 스프라이트중 가장 많은 수를 기록했으며, 이는 이 지역의 뇌우가 미국 대평원 및 유럽 연안 폭풍과 유사한 상층 대기 방전 능력을 갖추고 있음을 보여준다. 나아가 이번 연구는 이러한 폭풍이 더욱 복잡한 방전 구조를 생성해 물리적, 화학적 영향이 큰 대기 결합 과정에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. ◇ 참고 문헌: Hailiang Huang et al., Massive Outbreak of Red Sprites in South Asia Observed from the Tibetan Plateau, Advances in Atmospheric Sciences (2025). DOI: 10.1007/s00376-024-4143-5
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[우주의 속삭임(107)] 히말라야 상공에 펼쳐진 붉은 섬광, '레드 스프라이트'의 신비 풀리다
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[퓨처 Eyes(76)] 뇌파로 움직이는 '꿈의 팔', 마비 환자에 희망 심다
- 마비 환자가 뇌파로 팔을 움직였다. 과거에는 그저 공상 과학 소설 속 이야기로 여겨졌던 일이 현실로 성큼 다가왔다. 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스(UC San Francisco, UCSF)의 연구진이 최근 인공지능(AI) 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 통해 마비 환자가 오직 생각만으로 로봇 팔을 움직이는 데 성공했다는 획기적인 소식을 전해왔다. 이는 마비로 고통받는 환자들의 삶의 질을 근본적으로 개선할 수 있는 혁신적인 진전으로 평가된다. 이번 연구는 특히 BCI 기술의 장기적 안정성과 적응형 학습 능력을 뚜렷하게 입증했다는 점에서 전 세계의 이목을 집중시키고 있다. 기존 BCI 장치들은 기술적 한계로 인해 며칠 이상 안정적인 작동을 담보하기 어려웠으나, UCSF 연구진이 개발한 AI 강화 BCI는 무려 7개월이라는 놀라운 기간 동안 안정적으로 작동했다. 더욱 획기적인 것은 이 장치가 뇌 활동의 일일 변화에 스스로 적응하는 능력을 갖춰, 시간이 흐르더라도 초기와 같은 높은 수준의 정확도를 꾸준히 유지한다는 점이다. 연구를 총괄 지휘한 UCSF 웨일 신경과학 연구소의 신경과 교수 카루네시 강굴리(Karunesh Ganguly) 박사는 "인간의 학습 능력과 AI의 강력한 데이터 처리 능력을 융합하는 것은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 다음 단계로 나아가기 위한 필수적인 과정"이라며, "이번 연구는 BCI 기술이 궁극적으로 인간의 정교하고 자연스러운 움직임을 구현하는 수준까지 발전하는 데 중요한 발판이 될 것"이라고 강조했다. 가상 훈련 거쳐 '현실' 로봇 팔 제어 성공 강굴리는 동물의 뇌활동 패턴이 특정 움직임을 어떻게 나타내는지 연구했고, 동물이 학습함에 따라 이러한 패턴이 매일 변하는 것을 확인했다. 그는 인간에게도 같은 일이 일어나고 있다고 추정했다. 연구진은 뇌졸중 발병 후 수년 동안 마비 상태로 지내온 남성 환자를 대상으로 이번 실험을 진행했다. 환자의 뇌 표면에 아주 작은 센서들을 심어, 그가 움직임을 상상할 때 발생하는 미세한 뇌 활동 신호를 감지하도록 설계했다. 연구진은 참가자에게 2주 동안 손가락, 손 또는 엄지손가락으로 간단한 동작을 하는 자신의 모습을 상상해 보라고 요청하고 센서가 뇌 활동을 기록하여 AI를 훈련시켰다. 그런 다음 참가자는 로봇 팔과 손을 제어하려고 시도했다. 하지만 여전히 움직임이 정확하지 않았다. 그래서 강굴리는 참가자에게 가상의 로봇 팔로 연습하게 하고 시각화의 정확도에 대한 피드백을 제공했다. 참가자가 실제 로봇 팔로 연습을 시작한 후 몇 번의 연습 세션만 거치면 자신의 기술을 실제 세계로 옮길 수 있었다. 그는 로봇 팔로 블록을 집어 돌리고 새로운 위치로 옮길 수 있었다. 심지어 캐비닛을 열고 컵을 꺼내 정수기까지 들어올릴 수 있었다. 연구 초기 단계에서 환자는 시각화 훈련을 통해 가상 로봇 팔을 정확하게 제어하는 연습에 집중했다. 강굴리 박사는 "환자가 가상 환경에서 자신의 의도대로 팔을 움직이는 방법을 완전히 숙달하자, 놀랍게도 실제 로봇 팔을 제어하는 데에는 단 몇 번의 훈련 세션만으로 충분했다"고 당시 상황을 설명했다. 실제 로봇 팔을 이용한 실험에서 환자는 단순히 생각만으로 물건을 집어, 옮기고, 원하는 장소에 내려놓는 등 섬세한 동작들을 막힘없이 수행해냈다. 심지어 컵을 집어 들고 물 디스펜서에서 물을 받아 마시는, 비교적 복잡한 일상생활 동작까지 성공적으로 해내는 모습을 보여주었다. 이러한 결과는 AI 기반 BCI 기술이 더 이상 실험실 안의 몽상이 아닌, 실제 삶의 영역에서 마비 환자들에게 실질적인 도움을 줄 수 있는 혁신적인 기술임을 분명하게 보여주었다. AI, 뇌파 변화 '실시간'으로 읽는다 이번 연구의 핵심 성공 요인은 개발된 AI 모델이 인간 뇌 활동 패턴의 미묘한 변화를 스스로 학습하고 적응하는 데 있다. 강굴리 박사는 이전 연구에서 동물이 새로운 동작을 학습하는 과정에서 뇌 활동 패턴이 매일매일 미세하게 변화한다는 사실에 주목했다. 그는 이러한 뇌 활동의 '변동성'이 BCI 기술이 장기적으로 안정적인 성능을 유지하는 데 가장 큰 걸림돌이라고 판단했다. 연구진은 환자가 특정 동작을 반복적으로 상상하는 동안 뇌 활동이 시간의 흐름에 따라 어떻게 변화하는지 면밀하게 분석했다. 그리고 이러한 분석 결과를 토대로, 뇌 활동의 변화 패턴을 실시간으로 반영하여 BCI 시스템의 성능을 최적화하는 AI 모델을 개발하는 데 성공했다. 이처럼 뛰어난 적응 능력을 갖춘 AI 덕분에 개발된 BCI는 장기간 사용에도 불구하고 놀라운 안정성을 유지할 수 있었으며, BCI 기술의 상용화 가능성을 한층 끌어올렸다는 평가를 받고 있다. 연구에 핵심적인 역할을 담당한 니킬레스 나타라즈(Nikhilesh Natraj) 박사는 "AI는 뇌 활동의 변화를 정확하게 예측하고 그 변화에 맞춰 시스템을 자동으로 보정함으로써 BCI의 성능을 극대화하는 데 결정적인 역할을 했다"며, "이번 연구 결과는 BCI 기술이 실험실을 넘어 실제 의료 현장과 일상생활에 적용될 수 있는 시점을 앞당기는 획기적인 전환점이 될 것"이라고 기대감을 내비쳤다. "마비 환자 삶, BCI로 바꿀 수 있다" 현재 강굴리 박사 연구팀은 개발된 AI 모델을 더욱 고도화하여 로봇 팔의 움직임을 지금보다 훨씬 빠르고 부드럽게 만들 수 있도록 연구에 박차를 가하고 있다. 뿐만 아니라, BCI 기술을 환자의 가정 환경에 적용했을 때의 실효성과 안전성을 검증하기 위한 후속 연구도 계획 중이다. 강굴리 박사는 "마비 환자들이 BCI 기술을 통해 스스로 식사를 하고, 목마를 때 물을 마실 수 있게 된다면, 그들의 삶은 상상하기 어려울 정도로 크게 바뀔 것"이라며, "이번 연구를 통해 우리는 드디어 BCI 시스템을 실용화할 수 있다는 확신을 얻었으며, 머지않아 이 기술이 실제 환자들의 삶 속에 깊숙이 들어올 수 있도록 최선을 다할 것"이라고 힘찬 포부를 밝혔다. NIH 지원, '셀' 논문 게재 '주목' 이번 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 전폭적인 지원을 받아 진행되었으며, 연구 성과는 세계 최고 권위의 과학 학술지 중 하나인 '셀(Cell)' 2025년 3월 6일자에 정식 게재되어 전 세계 과학계의 뜨거운 주목을 받고 있다. 논문에는 UCSF의 사라 세코(Sarah Seko)와 아델린 투-찬(Adelyn Tu-Chan), 그리고 로드아일랜드대학교의 레자 아비리(Reza Abiri) 박사 등이 공동 저자로 이름을 올렸다. 이번 연구는 더 이상 치료가 불가능하다고 여겨졌던 마비 질환 환자들에게 AI 기반 BCI 기술이 새로운 희망의 빛을 비춰줄 수 있음을 분명히 보여주는 기념비적인 성과다. 향후 BCI 기술이 지속적인 연구 개발을 통해 더욱 발전하여, 마비로 고통받는 수많은 환자들이 불편함 없이 로봇 팔을 자유롭게 사용하고, 보다 인간다운 삶을 되찾을 수 있기를 간절히 기대해 본다.
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