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[월가 레이더] 뉴욕증시, 오라클 쇼크에 기술주 급락⋯AI 투자 회수 의문에 나스닥 1.5%↓
- 미국 뉴욕증시가 인공지능(AI) 대형주의 급락 속에 하방 압력을 받았다. 오라클의 데이터센터 투자 자금조달을 둘러싼 불확실성이 부각되면서, 그간 시장을 이끌어온 AI 관련주 전반으로 매도세가 확산됐다. 17일(현지시간) 스탠더드앤드푸어스(S&P)500지수는 전장 대비 약 1% 하락했고, 나스닥종합지수는 1.5% 급락했다. 다우존스30산업평균지수도 139포인트(0.3%) 밀리며 약세로 마감했다. 기술주 비중이 높은 S&P500과 다우지수는 나흘 연속 하락 흐름을 이어갔다. 이날 시장의 핵심 변수는 오라클이었다. 파이낸셜타임스가 오라클의 100억달러 규모 미시간 데이터센터 프로젝트에서 핵심 투자자인 블루아울 캐피털이 자금조달에서 이탈했다고 보도하자, 오라클 주가는 5% 급락했다. 보도는 오라클의 부채 부담과 공격적인 설비 투자 지출에 대한 우려가 배경이라고 전했다. 오라클은 이후 해당 보도를 부인하며 프로젝트는 정상적으로 진행 중이라고 밝혔지만, 투자심리를 되돌리기에는 역부족이었다. AI 투자 테마 전반으로 조정이 확산됐다. 브로드컴은 4.5% 이상 하락했고, 엔비디아는 3.5%, AMD는 4% 넘게 밀렸다. 알파벳도 2.9% 하락했다. 월스트리트저널은 "기술주 하락이 나스닥을 끌어내렸다"며 오라클·브로드컴·엔비디아의 동반 약세를 지적했다. 반면 자금은 가치주와 경기 방어적 섹터로 이동했다. 도널드 트럼프 대통령이 베네수엘라 제재 유조선에 대한 봉쇄를 지시하면서 국제 유가가 반등하자 에너지주가 강세를 보였다. 브렌트유 가격은 배럴당 60달러선 회복을 시도했고, 에너지 기업 주가도 동반 상승했다. 대형 이벤트의 희비도 엇갈렸다. 미국 의료용품 업체 메드라인은 나스닥 상장 첫날 주가가 20% 넘게 급등하며 2021년 이후 최대 규모의 미국 IPO 흥행 사례로 기록됐다. 다만 이 같은 개별 호재에도 불구하고, 기술주 중심의 시장 약세 흐름을 되돌리기에는 역부족이었다. [미니해설] AI 투자 열기, 이제는 '누가 돈을 버는가'의 문제로 이번 조정은 단순한 기술주 차익 실현과는 결이 다르다. 시장은 AI라는 거대한 투자 테마가 실제 수익 창출 국면으로 진입할 수 있는지를 묻기 시작했다. 오라클의 데이터센터 프로젝트 자금조달 논란은 그 질문을 가장 직접적으로 건드린 사례다. 자크스 인베스트먼트 매니지먼트의 브라이언 멀베리는 CNBC 인터뷰에서 최근 흐름을 이렇게 진단했다. 그는 "대형 성장주에서 대형 가치주로의 매우 뚜렷한 로테이션이 나타나고 있다"며 "이는 내년에 어떤 일이 벌어질지에 대비해 투자자들이 보다 방어적인 포지션을 취하고 있음을 보여준다"고 말했다. 시장의 관심은 AI 투자 확대 자체보다 그 비용을 누가, 언제, 어떻게 회수할 수 있는지로 옮겨가고 있다. 멀베리는 "지금 시장이 던지는 진짜 질문은 '이 막대한 AI 투자를 누가 실제로 수익화할 것인가'다"라고 짚었다. 밸류에이션 재조정 국면…'AI 프리미엄'에 대한 재평가 12월 들어 오라클은 11% 이상, 브로드컴은 19% 넘게 하락했다. 기술주 ETF(XLK)도 이달 들어 2% 넘게 밀렸다. 이는 개별 악재가 아니라 고평가된 AI 관련주의 밸류에이션을 다시 따지는 국면에 진입했음을 보여준다. 멀베리는 이러한 흐름이 단기에 그치지 않을 가능성을 시사했다. 그는 "고평가된 종목에서 보다 공정하게 평가된 섹터로의 이동은 2026년까지 이어질 수 있다"며 통화정책 불확실성까지 더해져 시장 변동성이 확대될 수 있다고 경고했다. 특히 그는 자유현금흐름(FCF)을 핵심 지표로 꼽았다. "AI 수익화 시점이 언제, 어디에서 나타날지를 판단하는 데 자유현금흐름 같은 요소가 중요해질 것"이라며 "대차대조표는 꾸밀 수 있지만, 자유현금흐름은 속일 수 없다"고 강조했다. 기술주 이탈 자금의 향방…에너지·가치주로 이동 실제 자금 흐름도 이를 뒷받침한다. 뱅크오브아메리카(BofA)의 질 캐리 홀은 "지난주 헤지펀드 고객들이 주식과 ETF를 합산 기준으로 가장 큰 순매도 주체였다"고 밝혔다. 기술주에서 빠져나온 자금은 금융, 헬스케어, 에너지 등으로 분산되고 있다. 여기에 트럼프 대통령의 베네수엘라 제재 강화 조치가 더해지며 유가가 반등했고, 에너지주는 기술주 조정 국면에서 대안 투자처로 부상했다. 월스트리트저널은 브렌트유가 60달러선으로 반등하며 엑손모빌, BP, 셸 등 에너지 기업 주가가 동반 상승했다고 전했다. 메드라인 IPO의 의미…시장은 위험을 회피하지 않는다 같은 날 메드라인의 IPO 흥행은 시장의 성격을 분명히 보여준다. 메드라인은 62억6000만달러를 조달하며 2021년 이후 최대 규모의 미국 IPO로 기록됐다. 월스트리트저널은 이를 향후 대형 IPO에 대한 투자 수요를 가늠하는 바로미터로 평가했다. 이는 시장이 위험을 회피하는 것이 아니라, 위험을 선별하고 있다는 신호다. AI처럼 대규모 자본 투입이 요구되는 산업보다, 현금흐름과 사업 구조가 비교적 명확한 기업에 자금이 몰리고 있다. AI, 이제는 '가장 큰 동력'에서 '가장 큰 시험대'로 멀베리는 현재 시장을 이렇게 요약했다. "한때 수익의 가장 큰 동력이었던 요소가 이제는 시장에 가장 큰 위험 요인으로 바뀌었다." AI는 여전히 중장기 성장 테마다. 그러나 시장은 더 이상 'AI를 한다'는 이유만으로 프리미엄을 부여하지 않는다. 누가 비용을 통제하고, 누가 현금을 만들어내며, 누가 투자 회수 시점을 증명할 수 있는지가 주가의 분기점이 되고 있다. 뉴욕증시는 지금 AI의 미래를 부정하는 것이 아니라, AI의 진짜 가격을 다시 매기고 있다. 이번 조정은 그 출발점에 가깝다.
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- 금융/증권
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[월가 레이더] 뉴욕증시, 오라클 쇼크에 기술주 급락⋯AI 투자 회수 의문에 나스닥 1.5%↓
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[증시 레이더] 코스피 1.4% 급등해 4,160선 회복⋯주도주 매수세 재유입
- 코스피가 12일 1% 넘게 오르며 4,160선을 회복했다. 미국 증시 훈풍과 주도주 중심의 매수세가 유입되며 지수가 장중 상승폭을 확대했다. 한국거래소에 따르면 이날 코스피는 전장보다 56.54포인트(1.38%) 오른 4,167.16에 거래를 마쳤다. 지수는 13.21포인트(0.32%) 오른 4,123.83으로 출발한 뒤 상승세를 강화했다. 코스닥 지수도 2.70포인트(0.29%) 오른 937.34로 마감했다. 원·달러 환율은 0.7원 오른 1473.7원에 마쳤다. 시가총액 상위 종목 대부분이 강세를 보였다. 삼성전자는 1.49% 오른 108,900원에 마쳤고, 투자경고종목으로 지정됐던 SK하이닉스도 1.06% 상승했다. 현대차와 기아, 두산에너빌리티, 한화에어로스페이스 등도 오름세를 나타냈다. [미니해설] 코스피, 1%대 상승해 4,160선 마감⋯코스닥도 동반 상승 코스피가 12일 1%를 웃도는 반등에 성공하며 다시 4,160선 위로 올라섰다. 전날 인공지능(AI) 산업 거품론과 주도주 경계 심리로 흔들렸던 시장이 하루 만에 방향을 틀며, 단기 조정이 마무리 국면에 접어들고 있다는 평가가 나온다. 이날 상승의 배경에는 미국발 훈풍이 자리했다. 간밤 뉴욕증시에서 다우존스30산업평균지수는 1.34% 급등하며 사상 최고치를 경신했다. 스탠더드앤드푸어스(S&P)500 지수도 상승 마감했다. 오라클 실적 부진으로 촉발된 AI 관련 우려가 기술주 전반으로 확산되긴 했지만, 금융·산업재 등 전통 경기민감주로 매수세가 이동하면서 지수 전반은 견조한 흐름을 유지했다. 국내 증시 역시 이러한 흐름을 그대로 반영했다. 장 초반에는 기술주를 중심으로 경계 심리가 남아 있었으나, 저가 매수세가 유입되며 상승폭이 점차 확대됐다. 특히 반도체 대형주와 자동차, 방산·조선 등 주도 업종 전반이 동반 강세를 보이며 지수 상승을 견인했다. 삼성전자는 장중 변동성에도 불구하고 1%대 상승률을 기록하며 '11만 전자' 재도전에 대한 기대를 다시 키웠다. 전날 투자경고종목으로 지정됐던 SK하이닉스도 수급 부담 우려를 딛고 반등에 성공했다. 이는 경고 지정이 단기 변동성을 키울 수는 있지만, 곧바로 추세 전환 신호로 해석하기에는 무리가 있다는 시장의 인식이 반영된 결과로 풀이된다. 자동차주와 산업재, 방산주로의 매수 확산도 눈에 띄었다. 현대차(2.03%)와 기아(2.36%)는 2%대 상승률을 기록했고, 두산에너빌리티(3.10%)와 HD현대중공업(2.50%), 한화에어로스페이스(6.31%) 등은 글로벌 에너지·방산 수요 확대 기대를 반영하며 강세를 보였다. AI 수혜가 특정 반도체 종목에 국한되지 않고, 실제 산업 전반으로 확산될 수 있다는 기대가 투자 심리를 자극한 셈이다. 전문가들은 이번 반등을 단기 기술적 반등으로만 보기는 어렵다고 진단한다. 유진투자증권 허재환 연구원은 "AI 산업은 현재 '승자독식' 경쟁 국면에 있지만, 최종 수혜는 AI를 활용해 생산성을 높이는 산업 전반으로 확산될 가능성이 크다"고 분석했다. 키움증권 한지영 연구원도 "주도주 수급 노이즈가 발생했지만 이를 고점 신호로 단정하는 것은 경계해야 한다"고 밝혔다. 환율 흐름은 여전히 변수다. 원·달러 환율은 이날 소폭 상승(0.7원)해 0.7원 오른 1473.7원에서 주간 거래를 마감했다. 미국 연방준비제도(연준·Fed)의 기준금리 인하 이후에도 글로벌 달러 강세 기조가 완전히 꺾이지 않으면서, 외국인 수급에는 부담 요인으로 작용하고 있다. 다만 달러 인덱스가 완만한 하락세를 보이고 있어 환율 불안이 추가로 확대될 가능성은 제한적이라는 평가도 나온다. 코스닥 시장에서는 개별 종목 장세가 두드러졌다. 스피어(19.83%), 의료용 마이크로니들 플랫폼 전문기업 쿼드메디슨(17.53%) 등 우주항공·바이오 등 일부 종목이 대형 계약과 상장 효과를 바탕으로 급등한 반면, 삼성화재(-22.30%)는 전날 급등에 따른 차익 실현 매물이 쏟아지며 큰 폭의 조정을 받았다. 이는 연말 선물옵션 만기와 맞물린 수급 요인의 영향으로 해석된다. 이날 국내 증시는 AI 논란, 환율 부담, 주도주 경계 심리라는 복합 변수 속에서도 '조정 후 재상승' 가능성을 확인한 장으로 평가된다. 시장의 초점은 다시 실적과 산업별 확산 효과로 이동하고 있으며, 단기 변동성 속에서도 주도 업종 중심의 순환매 흐름이 이어질 가능성이 크다는 분석이 힘을 얻고 있다.
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[증시 레이더] 코스피 1.4% 급등해 4,160선 회복⋯주도주 매수세 재유입
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[퓨처 Eyes(106)] 스위스 로잔 공대, 젤리로 20배 강한 금속 만드는 3D 프린팅 신기술 개발
- 말랑말랑한 젤리로 단단한 금속 부품을 만드는 공상과학 영화에서나 볼 법한 기술이 현실로 다가왔다. 스펀지처럼 말랑한 하이드로젤을 이용해 기존보다 20배나 강한 압력을 견디는 금속 부품을 만드는 3D 프린팅 신기술을 스위스 로잔 연방 공과대학교(EPFL) 연구진이 개발했다. 이들은 재료를 선택한 뒤 인쇄하던 기존의 틀을 깨고, 먼저 젤리 형태의 '틀'을 인쇄한 뒤 원하는 금속이나 세라믹을 '성장'시키는 혁신적인 공정으로 재료 공학의 새로운 지평을 열었다. 이 기술은 미래 에너지, 의료, 센서 같은 첨단 산업의 판도를 바꿀 핵심 기술로 주목받는다. 젤리로 틀 만들고 금속 채우는 '역발상' 기존 금속 3D 프린팅 기술은 흔히 '건포도 빵' 만드는 과정에 비유한다. 밀가루 반죽(레진)에 건포도(금속 분말)를 미리 섞은 뒤, 빵 모양을 만들며 레이저로 굳히는 방식이다. 하지만 이 방식은 반죽에 건포도를 너무 많이 넣으면 빵이 제대로 부풀지 않고 부서지듯, 금속 함량을 높이는 데 한계가 명확했다. 또한, 주로 폴리머 소재에 한정되며, 이렇게 만든 금속·세라믹 소재는 내부가 다공성이어서 강도가 약했다. 무엇보다 굳히는 과정에서 부피가 60%에서 많게는 90%까지 줄어, 10cm짜리 부품이 1~4cm 크기로 쪼그라드는 심각한 수축 문제도 안고 있었다. 이렇게 엄청난 수축률은 비현실적으로 큰 초기 모형을 요구할 뿐 아니라, 완성품에 심각한 뒤틀림(warping) 현상을 동반해 정밀 부품 제작의 가장 큰 걸림돌이었다. EPFL 연구진은 이 문제를 풀기 위해 완전히 새로운 접근법을 고안했다. 건포도 빵 대신, 먼저 아무것도 넣지 않은 '스펀지 케이크'를 굽는다는 역발상이다. 여기서 스펀지 케이크 역할을 하는 것이 바로 하이드로젤(hydrogel)이다. 연구진은 먼저 표준 '액조 광중합(vat photopolymerisation)' 3D 프린팅 기술로 빛에 반응하는 하이드로젤을 원하는 모양의 3차원 지지체(scaffold)로 만들었다. 지지체란 건축 현장의 '비계'나 우리 몸의 '뼈대'처럼 전체 구조를 받치는 틀을 뜻한다. 이렇게 완성한 말랑한 하이드로젤 지지체를 원하는 금속 성분이 녹아있는 특별한 용액, 즉 금속염 용액에 푹 담근다. 연구에 따르면 섭씨 65도 용액에서 60분간 담가두는 과정을 거친다. 그러면 스펀지가 물을 빨아들이듯 하이드로젤 지지체 전체에 금속염이 고르고 깊숙하게 스며든다. 구체적으로 철(Fe³⁺), 은(Ag⁺), 구리(Cu²⁺) 같은 금속 이온이 녹아있는 용액에 담그면, 금속 이온들이 하이드로젤 내부의 빈 공간과 고분자 사슬 사이로 균일하게 퍼진다. 이후 침전제를 써서 화학적 침전(coprecipitation) 반응으로 이 이온들을 금속 나노입자나 금속 산화물 입자로 바꾼다. 이 과정의 반응 속도, 온도, pH 등을 조절해 입자의 크기와 분산을 정밀하게 제어할 수 있다. 연구진은 이 '담그고 바꾸는' 주입-침전 과정을 5번에서 10번 반복해 지지체 내부의 금속 함량을 원하는 만큼 매우 촘촘하게 높였다. 마지막으로, 금속을 가득 품은 하이드로젤을 고온의 용광로에서 열처리하면 스펀지 케이크에 해당하는 유기물(하이드로젤)은 모두 태워 없애고, 그 안에 자리 잡고 있던 금속 나노입자들이 서로 엉겨 붙어 순수한 금속 구조물만 남긴다. 이 과정을 소결(sintering)이라 부르며, 작은 입자들이 서로 융합해 고밀도의 단단한 구조를 만드는 원리다. 강도 20배 높이고 뒤틀림 문제 해결 이 새로운 공정으로 만든 금속 구조물은 성능이 획기적으로 향상됐다. 이 연구의 제1 저자인 이밍 지 박사과정생은 "우리가 만든 소재는 기존 방법으로 생산한 것과 비교해 20배 더 강한 압력을 견딜 수 있다"고 밝혔다. 강도뿐 아니라 정밀도 문제도 해결했다. 그는 "수축률 역시 기존의 60~90%가 아닌, 20%에 불과했다"고 강조했다. 무엇보다 완성된 구조물이 열처리 뒤에도 뒤틀림 없이 거의 평평한 상태를 유지했다. 연구팀은 이 기술의 우수성을 증명하려고 철, 은, 구리 같은 다양한 금속으로 자이로이드(gyroid)라는 특수한 구조를 만들었다. 자이로이드는 산호나 해면처럼 매우 복잡하게 얽힌 3차원 격자 구조로, 가벼우면서도 모든 방향에서 가해지는 힘을 효과적으로 분산시켜 구조적 안정성이 매우 높다. '선 제작, 후 결정'…3D 프린팅 패러다임 전환 이번 연구는 3D 프린팅의 생각의 틀을 바꾸는 중요한 뜻을 지닌다. 스위스 로잔 연방 공과대학교(EPFL) 재료화학제조연구소의 대릴 이(Daryl Yee) 책임자는 "우리 연구는 접근하기 쉽고 저렴한 3D 프린팅 공정으로 고품질 금속 및 세라믹을 만들 수 있게 할 뿐 아니라, 3D 프린팅 전에 재료를 선택하는 것이 아니라 프린팅 뒤에 선택하는 적층 제조의 새로운 길을 제시한다"고 말했다. 즉, 값싼 하이드로젤로 수많은 '틀'을 미리 만들어 둔 뒤, 필요에 따라 어떤 틀은 금으로, 어떤 틀은 의료용 티타늄으로, 또 다른 틀은 특수 세라믹으로 바꿀 수 있는 '맞춤형 후처리'가 가능하다. 이 방식은 단순히 재료 선택의 순서를 바꾸는 데 그치지 않는다. 하나의 하이드로젤 출력물에 철, 은, 세라믹 등 전혀 다른 재료를 필요에 따라 선택적으로 적용하는 길을 열었다는 점에서 더욱 혁신적이다. 시제품 제작, 맞춤형 신소재 개발, 나아가 재활용 측면에서도 큰 잠재력을 보여준다. 첨단 부품부터 기능성 소재까지…무한한 가능성 이 기술은 강력함, 가벼움, 복잡한 설계라는 세 마리 토끼를 동시에 잡아야 하는 여러 첨단 분야에서 무한한 가능성을 보여준다. 단순한 격자 구조를 넘어, 실제 산업 부품 제작으로 그 가능성이 넓어졌다. 실제로 연구진은 이 기술로 머리카락 몇 올 두께의 아주 작은 평면 철제 기어(gear)와 혈관 내부에 삽입하는 관 모양의 스텐트(stent)를 만드는 데 성공했다. 실제 산업 현장에서 요구하는 정밀 부품을 만들 수 있다는 잠재력을 증명한 셈이다. 연구진은 여기서 한 걸음 더 나아가, 구조적 역할을 넘어 기능성을 갖춘 소재 제작에도 성공했다. 강력한 자석의 일종인 스트론튬 헥사페라이트(Strontium Hexaferrite, SrFe₁₂O₁₉)라는 세라믹으로 자이로이드 구조를 만든 뒤, 산화철 가루를 뿌려 그 주위에 형성된 자기장을 눈으로 보여주는 데 성공했다. 이로써 앞으로 고성능 모터나 데이터 저장 장치 같은 기능성 부품을 제작할 길도 열렸다. 다만 이 기술이 산업계에 널리 퍼지기까지 풀어야 할 과제도 남아있다. 금속 함량을 높이려고 주입과 침전 과정을 여러 차례 반복해야 하므로 전체 공정 시간이 기존 방식에 견줘 길다. 연구진은 이 문제를 풀기 위해 현재 자동화 로봇을 도입해 주입과 세척 단계를 서두르는 연구를 진행하고 있으며, 가까운 미래에 소재의 밀도를 더욱 높이면서도 처리 시간을 줄일 수 있을 것으로 기대한다. 국제 저명 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표된 이번 연구는 저렴한 하이드로젤과 간단한 후처리 공정으로 기존의 값비싼 장비와 복잡한 공정으로만 가능했던 고성능·고밀도 금속 및 세라믹 부품 제작의 대중화를 앞당겼다는 평을 얻었다. 젤리에서 강철을 뽑아내는 현대판 연금술이 미래 산업의 지도를 어떻게 바꿀지, 앞으로 자동화 공정 최적화를 통해 실용화의 문턱을 넘을 수 있을지 이목이 집중되고 있다.
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[퓨처 Eyes(106)] 스위스 로잔 공대, 젤리로 20배 강한 금속 만드는 3D 프린팅 신기술 개발
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[퓨처 Eyes(99)] 스웨덴 린셰핑대, 원자 한 겹 '2차원 금' 세계 최초 개발
- 인류의 역사를 관통하며 부와 권력의 상징으로 여겨졌던 금(金). 그 영원할 것 같던 가치의 근원이 이제 원자 단위에서 새롭게 쓰이고 있다. 스웨덴 린셰핑 대학교 연구진이 주축이 된 국제 공동 연구팀이 두께가 원자 한 겹에 불과한 2차원 형태의 금, '골딘(Goldene)'을 세계 최초로 합성하는 데 성공했다. 이 이름은 탄소 원자 한 층 물질인 '그래핀(graphene)'의 명명법을 따라 '금(gold)'과 접미사 '-ene'을 결합한 것이다. 이는 2004년 '꿈의 신소재' 그래핀의 등장 이후 재료과학계에 또 하나의 거대한 이정표를 세운 것으로 평가된다. 물질을 극한의 두께로 제어할 때 그 본성이 어떻게 변모하는지를 극명하게 보여주는 이번 발견은 전자, 에너지, 의료 등 미래 산업의 패러다임을 바꿀 잠재력을 품고 있다. 난제 중의 난제, '2차원 금'을 향한 도전 물질을 원자 한 겹 수준으로 얇게 펴면, 3차원 덩어리 상태에서는 볼 수 없었던 놀라운 특성들이 나타난다. 원자들의 궤도가 바뀌면서 전자의 움직임이 자유로워지고 전기적 특성을 마음대로 조절할 수 있게 되며, 빛과 상호작용하는 능력이 극대화된다. 또한, 거의 모든 원자가 표면에 노출되면서 촉매 반응의 효율이 비약적으로 상승한다. 인류가 원자 두께의 금에 주목하는 이유다. 하지만 금속 원자는 평평하게 퍼지기보다 서로 뭉쳐 구슬 같은 입자를 형성하려는 성질이 매우 강해, 지지대 없이 독립적으로 존재하는 2차원 금속판을 만드는 것은 오랫동안 재료과학계의 난제로 남아있었다. 연구팀은 이 난제를 해결하기 위해 완전히 새로운 접근법을 고안했다. 마치 샌드위치처럼 서로 다른 원자층이 겹겹이 쌓인 'MAX상(MAX phase)'이라는 특수한 세라믹 결정 구조에서 해법을 찾은 것이다. MAX상은 M(전이금속), A(A족 원소), X(탄소 또는 질소) 원자로 구성된 층상 세라믹 물질로, 특정 층만 선택적으로 제거하기 용이한 구조를 가지고 있다. 연구팀은 먼저 티타늄(Ti), 규소(Si), 탄소(C)로 이루어진 결정(Ti₃SiC₂)에 금을 코팅한 뒤 670°C의 고온으로 가열했다. 그러자 금 원자들이 결정 내부로 스며들어 규소 원자의 자리를 밀어내고 차지하면서, 티타늄-탄소 층 사이에 원자 한 겹의 금 층이 삽입된 새로운 물질(Ti₃AuC₂)이 탄생했다. 샌드위치 속 금 꺼내기…'선택적 식각'의 묘수 이번 연구의 수석 저자인 린셰핑 대학교의 라르스 훌트만 재료과학자는 "좋은 소식은 원자 한 개 두께의 금 층을 얻었다는 것이고, 나쁜 소식은 그것이 모체 결정 내부에 갇혀 있었다는 것"이라며 당시의 상황을 설명했다. 연구의 가장 핵심적인 과제는 이 샌드위치 구조에서 금 층은 손상시키지 않으면서 주변의 티타늄-탄소 층만을 깨끗하게 제거하는 것이었다. 연구팀은 이를 위해 '무라카미 시약'이라는 고전적인 식각액을 활용했다. 이 시약은 특정 조건에서 티타늄과 탄소에는 강하게 반응해 녹여내지만, 금에는 거의 영향을 주지 않는다는 특성을 지닌다. 하지만 공정은 생각처럼 간단하지 않았다. 식각액의 농도가 너무 강하면 골딘 구조 전체가 나노입자로 부서져 버렸고, 너무 약하면 공정이 한없이 길어지며 오히려 골딘 판이 손상되었다. 연구팀은 수많은 실험 끝에 낮은 농도의 식각액을 사용하되, 식각 과정 동안 골딘이 말리거나 덩어리로 뭉치는 것을 막기 위해 계면활성제를 투입하는 최적의 조건을 찾아냈다. 부피가 큰 양쪽성 분자인 CTAB과 황(S)을 포함해 금과 잘 결합하는 시스테인 같은 분자로 구성된 계면활성제는 갓 노출된 골딘 표면에 달라붙어 교통 통제관처럼 서로 뭉치지 않고 평평한 구조를 유지하도록 도왔다. 또한, 빛이 금을 녹일 수 있는 시안화물을 생성하는 부가 반응을 막기 위해 모든 공정은 철저히 빛이 차단된 암실에서 진행됐다. 베일 벗은 골딘, 새로운 물질의 증거들 이렇게 탄생한 골딘을 전자 현미경으로 관찰한 결과, 연구팀은 마침내 원자 한 겹 두께의 독립적인 금 판을 확인했다. 그 크기는 수 나노미터에서 최대 100나노미터에 불과했지만, 이는 분명 지지체 없이 스스로 존재하는 최초의 2차원 금이었다. 흥미롭게도 골딘의 원자 구조는 일반적인 3차원 금과 미묘한 차이를 보였다. 이웃한 금 원자 사이의 거리가 일반 금보다 약 9% 더 짧아진 것이다. 이는 원자들이 2차원 평면에 갇히면서 서로 더 강하게 결합했음을 의미하는 구조적 증거다. 관찰된 표면의 자연스러운 물결무늬와 가장자리 말림 현상은 그래핀에서도 나타나는 2D 구조 고유의 불안정성을 반영한다. X선 광전자 분광법 분석에서도 골딘의 전자가 일반 금보다 약 0.88전자볼트(eV) 더 높은 결합 에너지를 갖는다는 사실이 밝혀졌다. 이는 골딘이 단순히 얇은 금박이 아니라, 덩어리 금과는 완전히 다른 고유한 전자 환경을 지닌 새로운 물질임을 명확히 입증하는 결과다. 원소 분석 결과 역시 티타늄이나 탄소 같은 불순물이 없는 순수한 금 원자 층임이 확인되었고, 시뮬레이션에서는 골딘이 상온에서도 구조적으로 안정할 수 있음이 증명됐다. 반도체부터 암 치료까지…무한한 가능성의 문 골딘의 등장은 다양한 산업 분야에 혁신을 예고한다. 기존에도 금은 뛰어난 전도성과 안정성 덕분에 차세대 반도체 및 포토닉스 소자 등 전자, 광학, 센서, 의료 분야에서 핵심 소재로 사용되어 왔다. 골딘은 모든 원자가 표면에 노출된 구조 덕분에 기존의 금 나노입자보다 훨씬 적은 양으로도 월등한 촉매 효율을 낼 수 있다. 이는 CO₂ 전환이나 고부가가치 화합물 합성 등 친환경 화학 공정의 비용을 획기적으로 낮출 수 있음을 의미한다. 태양광 부품에 적용하면 빛을 수확하는 효율을 높일 수 있고, 암세포에 선택적으로 붙어 빛을 열에너지로 바꿔 종양만 정밀하게 파괴하는 광열 치료의 효과를 극대화할 수도 있다. 이는 곧 값비싼 금의 사용량을 줄이면서도 성능은 향상시켜, 귀금속의 채굴 및 정제 과정에서 발생하는 환경 부담까지 덜 수 있다는 뜻이다. 연구팀은 층상 결정 내부에 단일 원자층의 금을 가둔 뒤, 주변부를 섬세하게 녹여내면서 동시에 계면활성제로 금을 보호해 평평한 상태를 유지하는 독창적인 방법론을 확립했다. 이는 금으로 만든 최초의 독립적인 2차원 물질이자, 오랜 시간 과학자들의 희망 목록에만 머물러 있던 개념을 마침내 현실의 물질로 구현해낸 쾌거다. 만약 그래핀처럼 넓은 면적으로 안정적인 합성이 가능해진다면, 차세대 양자소자, 나노광학 분야까지 그 파급력은 상당할 것이다. 다만 현재는 나노미터 수준의 미세한 크기로만 제작이 가능해, 향후 수율과 안정성 확보라는 기술적 난제를 해결하는 것이 상용화의 핵심 과제로 남아있다. 그래핀이 탄소 소재의 역사를 새로 썼듯, 골딘은 금속 소재의 새로운 장을 열 준비를 마쳤다. 한편 이번 연구는 네이처 신세시스(Nature Synthesis) 저널에 게재되었다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(99)] 스웨덴 린셰핑대, 원자 한 겹 '2차원 금' 세계 최초 개발
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[신소재 신기술(185)] 공기만으로 움직이는 '무뇌 로봇 ' 개발⋯자율보행·수영까지 구현
- 디지털 회로나 연산 장치 없이, 오직 공기 흐름과 구조만으로 작동하는 자율 로봇이 네덜란드에서 개발됐다. '무뇌(brainless)' 로봇이라고 불리는 이 장치는 전통적인 로봇공학의 원리를 근본적으로 재해석하며, 로봇 설계의 새로운 방향을 제시하고 있다. 8일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 네덜란드 소재 AMOLF 연구소의 알베르토 코모레토(Alberto Comoretto) 연구원과 요하네스 오버펠데(Johannes Overvelde) 박사팀은 길이 조절이 가능한 실리콘 튜브, 간단한 펌프, 공기압만을 활용해 약 1kg(2파운드) 무게의 연성 로봇을 제작했다. 이 로봇은 실험실 탁자 위를 걷고, 책을 넘고, 수조에 들어가 개처럼 수영하는 등 다기능 동작을 구현했다. 로봇은 전통적인 마이크로컨트롤러나 프로그래밍된 코드가 아닌, 유체역학과 탄성 물성에 기반한 '구조 기반 지능(embodied intelligence)' 개념으로 작동한다. 팔다리는 실리콘 튜브로 구성되어 있으며, 내부로 공기가 주입되면 튜브가 주기적으로 꺾이고 펴지면서 자가 진동을 일으킨다. 이러한 운동은 최대 초당 300회의 진동수를 기록하며, 기존 연성 로봇의 한계였던 3Hz를 크게 뛰어넘는다. 흥미로운 점은 이 로봇이 지면 상태에 따라 걷는 방식이 자연스럽게 바뀐다는 것이다. 예를 들어 마찰력이 큰 카펫 위에서는 네 다리가 동시에 움직이며 전진하고, 물속에서는 마찰이 사라지며 다리가 교대로 움직이면서 수영 모드로 전환된다. 이러한 전환은 별도의 센서나 소프트웨어 제어 없이 공기압의 흐름과 구조의 상호작용만으로 이루어진다. 연구팀은 로봇의 다리를 하나의 공기 공급선으로 연결해, 한 쪽 다리의 압력 변화가 다른 다리에도 영향을 미치도록 설계했다. 이는 일종의 '동기화 메커니즘'으로 작용해, 각 팔다리의 운동이 자율적으로 조화롭게 일어난다. 연성 로봇은 복잡한 회로 없이 환경에 적ㅇ으해 움직이며, 전자기기 없이도 장애물을 피하거나 방향을 바꾸는 능력을 보여준다. 예를 들어 벽에 부딪히면 진동이 일시적으로 비대칭화되면서 로봇이 자동으로 방향을 틀고, 물속에 떨어지면 다리 움직임의 위상이 바뀌어 수영으로 전환된다. 이는 사전에 프로그래밍되지 않은, 물리적 조건에 기반한 자발적 반응이다. 이 로봇은 고작 0.12와트의 전력으로 작동하며, 휴대폰 크기의 배터리 하나로 30분 동안 작동할 수 있다. 간단한 광센서와 릴레이 회로를 장착하면 빛을 따라 이동하는 포토택시스(phototaxis) 기능도 구현된다. 플래시라이트를 비추면 로봇이 빛을 향해 이동하고, 장애물을 만나면 회피하는 행동을 스스로 수행한다. 이번 연구의 본질은 '소프트 로봇공학(soft robotics)'의 진보를 넘어, '소재와 형태만으로 구현되는 지능'에 있다. 이는 생물학적 신체의 반사작용이나 힘줄의 탄성처럼, 뇌가 아닌 신체 자체가 판단과 제어의 역할을 일부 담당하는 자연계의 원리와 닮아 있다. 산업적 활용 가능성도 주목된다. 구조적으로 간단하고 저전력으로 작동하는 이 로봇은 전기 회로가 위함할 수 있는 구조물 붕괴 현장이나 수중 환경 등에서 활용 가능성이 크다. 또한 펌프와 튜브, 재활용 가능항 엘라스토머로만 구성돼 전자폐기물 배출이 적고, 지속가능한 기술로 평가 받는다. 연구진은 향후 공기 배출을 이용해 튜브를 주기적으로 압축하는 수동 밸브 기술을 통해 펌프의 소형화를 꾀하고 있다. 동시에, 동일한 기술 원리를 적용해 혈압에 맞춰 동기화되는 인공 심장 개발도 병행 중이다. 다만 공기 기반 시스템의 약점으로 지적되는 고고도·진공 환경 문제에 대해 연구진은 압축가스와 화학 반응형 가스 발생기를 병행하는 하이브리드 방식으로 극복할 수 있다는 입장이다. 이는 우주 탐사 등 극한 환경을 위한 연성 로봇 기술의 확장을 시사한다. 이번 연구는 과학 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐으며, 족잡한 ㅇ녀산 없이도 정교한 운동을 구현하는 '물리 기반 로봇지능'이라는 새로운 패러다임을 제시했다. 로봇 공학이 전자회로에서 물리 구조로 무게 중심을 이동시키는 변곡점에 들어섰다는 평가가 나온다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(185)] 공기만으로 움직이는 '무뇌 로봇 ' 개발⋯자율보행·수영까지 구현
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[먹을까? 말까? (106)] 대마 사용, 심혈관질환 사망 위험 2배⋯"담배처럼 규제해야"
- 대마초 사용이 심혈관질환으로 인한 시망 위험을 두 배 높이는 것으로 나타났다는 연구 결과가 나왔다고 메디컬 익스프레스가 지난 17일(현지시간) 보도했다. 뇌졸중과 급성관상동맥증후군(심장으로 가는 혈류가 갑자기 줄거나 차단되는 현상) 발생 위험도 유의미하게 증가했다. 영국심장학회지 공식 학술지 '하트(Heart)' 온라인판에 실린 이번 메타분석 논문은 2016~2023년 사이 발표된 대규모 관찰연구 24편(총 참가자 약 2억 명 규모)을 종합한 것이다. 연구에 따르면 대마 사용자들은 사용하지 않는 사람에 비해 급성관상동맥증후군 위험이 29%, 뇌졸중 위험이 20%, 심혈관질환으로 인한 사망 위험이 2배 높은 것으로 나타났다. 대마초 및 유도체의 사용이 지난 10년간 급증했으며, 이는 일부 국가의 합법화와 의료용 대마 사용 확대, 그리고 대중의 위험 인식 변화와 무관하지 않다는 것이 연구진의 분석이다. 그러나 지금까지 대마 사용과 심혈관질환 간의 관련성에 대한 명확한 수치는 부족했으며, 이번 연구는 이러한 공백을 채우는 데 초점을 맞췄다. 참가자의 대부분은 19세에서 59세 사이였으며, 성별이 기록된 연구들에서는 대마 사용자 대다수가 남성이었고, 비사용자보다 평균 연령이 낮았다. 연구진은 이번 분석에 포함된 연구 대부분이 관찰연구라는 한계, 대마 노출 강도 측정의 부정확성, 누락된 정보 등으로 인해 중등도 이상의 편향 가능성을 지닌다고 인정했다. 또한 일부 연구는 동일한 데이터를 활용한 중복 분석일 수 있다고 덧붙였다. 그럼에도 불구하고 이번 메타분석은 실제 데이터를 기반으로 한 대규모 통계 종합 결과라는 점에서 학문적 의의가 크다는 평가다. 연구와 함께 게재된 편집자 논평에서 미국 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스의 스탠턴 글랜츠 명예교수와 퍼블릭헬스연구소 린 실버 박사는 "대마가 심혈관계에 미치는 위험이 미미하다는 기존의 인식에 대해 심각한 의문을 제기한다"며 경고음을 울렸다. 이들은 "현재 대마는 흡입용 고농축 추출물, 합성 향정신성 유도체, 식용 제품 등으로 다양화되고 있으며, 전반적인 농도도 높아졌다"며 "이러한 변화가 심혈관 위험에 어떻게 작용하는지, 그리고 위험이 칸나비노이드 자체에서 비롯된 것인지, 아니면 대마 연기의 미립자, 테르펜, 기타 성분 때문인지 명확한 분석이 필요하다"고 지적했다. 나아가 이들은 "대마도 담배와 같은 건강 위험 규제 틀에 포함되어야 한다"고 강조하며, "대중 건강 차원에서 적극적으로 사용을 억제해야 하며, 간접흡입으로부터 비사용자를 보호할 수 있는 조치도 마련돼야 한다. 심혈관 질환 예방 전략에도 대마 관련 규제가 포함되어야 하며, 제품 경고 표시와 교육 역시 의무화되어야 한다"고 주장했다. 연구팀은 미국에서 현재의 대마 규제는 합법 유통시장의 구축에 치우쳐 있으며, 건강 위험을 최소화하려는 노력이 부족하다는 점도 비판했다. 이들은 "증거가 축적됨에 따라, 허용되는 제품 디자인이나 광고 방식도 건강 관점에서 재조정되어야 한다"고 촉구했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까? (106)] 대마 사용, 심혈관질환 사망 위험 2배⋯"담배처럼 규제해야"
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EU, PFAS(영원한 화학물질) 규제 본격화…소비자 제품 사용 금지 추진
- 유럽연합(EU)이 환경과 건강에 악영향을 미칠 수 있는 PFAS(퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질)의 소비자 제품 사용 금지를 본격 추진한다. EU 환경 담당 집행위원 제시카 로스월은 20일(현지시간) 로이터와의 인터뷰에서 "소비자 제품에서 PFAS 사용을 금지하는 방안을 검토 중"이라며 "이는 인간과 환경에 중요한 문제일 뿐 아니라 산업계가 PFAS를 단계적으로 줄여나가는 데도 도움을 줄 것"이라고 밝혔다. PFAS(Per-and Polyfluoroalkyl Substances)는 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 화합물을 통칭하는 화학 물질군이다. 이들은 약 4700종 이상의 화합물로 구성되어 있으며, 높은 내구성과 비분해성으로 인해 '영원한 화학물질(Forever Chemicals)'로 불린다. PFAS는 열, 물, 오염물질에 강한 내성을 지니고 있어 쉽게 분해되지 않는다. 또한 물과 기름을 모두 방어하는 특성이 있어 다양한 산업과 소비자 제품에 사용된다. 높은 온도에도 견딜 수 있고 부식에 강한 특성 덕분에 PFAS는 화장품, 코팅 프라이팬, 항공기, 풍력 터빈 등 수천 가지 제품에 사용된다. 그러나 환경에서 분해되지 않아 생태계와 음용수, 인체에 축적될 가능성이 커 심각한 우려를 낳고 있다. 규제 세부안 마련⋯"산업계 필수 사용 사례는 예외 검토 중" 미국 환경보호국(EPA)에 따르면 PFAS에 장기간 노출되면 전립선암, 신장암, 고환암 위험이 증가하고, 어린이의 발달 지연, 여성의 생식력 감소, 신체 호르몬 균형이 깨질 수 있다. 특히 PFAS는 장내 미생물의 섬세한 균형을 파괴해 염증을 유발하고, 이는 대장암과 같은 질병 발생 위험을 높이는 것으로 밝혀졌다. 덴마크, 독일, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴은 2년 전부터 PFAS의 광범위한 금지를 지지해 왔지만, EU의 공식 제안은 이르면 내년에나 나올 전망이다. 의료용 흡입기와 전기차용 반도체 같은 필수 산업 분야에서 PFAS 사용이 예외적으로 허용될 가능성을 검토 중이기 때문이다. EU 화학물질청(ECHA)은 금지 대상의 범위를 구체화하기 위해 기업 및 업계 단체로부터 수천 건의 의견을 수렴하고 있다. 자동차, 청정 에너지, 플라스틱 산업 등 다양한 분야의 단체들은 일부 PFAS, 특히 방수 의류나 태양광 패널에 쓰이는 플루오로폴리머에 대한 예외 적용을 요청하고 있다. PFAS 관련 소송 증가⋯기업 리스크 확대 PFAS는 신장 기능에도 심각한 영향을 미치는 것으로 드러났다. 미국 남부캘리포니아 대학교(USC) 연구팀의 4년간 추적 관찰 결과, PFAS 노출은 신장 기능을 최대 50%까지 감소시키는 것으로 나타났다. 신장 기능 감소는 노폐물 여과 기능 저하로 이어져 체내 독성 물질 축적, 주요 장기 기능 손상 등을 유발할 수 있다. 또한 미국 노스이스턴 대학교 연구팀은 PFAS가 면역 체계를 약화시켜 감염에 대한 저항성을 떨어뜨린다는 사실을 밝혀냈다. 이는 면역력 저하로 인한 각종 감염성 질환, 만성 염증성 질환 발병 위험 증가로 이어질 수 있다. PFAS가 간 손상, 저체중 출산, 고환암 등 건강 문제와 관련 있다는 연구 결과가 나오면서 기업들의 소송 위험도 커지고 있다. 미국에서는 화학물질로 인한 수질 오염 소송으로 3M과 케모어스(Chemours) 등 기업들이 110억 달러(약 14조 원) 이상의 합의금을 지불했다. 유럽에서도 환경오염과 건강 피해를 축소하거나 은폐한 기업들을 대상으로 한 소송이 확산될 가능성이 크다는 분석이 나온다. 환경법 전문 로펌 클라이언트어스(ClientEarth)의 헬렌 뒤구이 변호사는 "PFAS와 관련된 기업들의 행동을 주시하고 있으며, 필요할 경우 법적 조치를 취할 것"이라고 밝혔다. EU의 PFAS 규제가 본격화되면 관련 산업계와 소비자 제품에 적잖은 변화를 가져올 것으로 보인다. PFAS 사용 금지와 규제 강화가 어떻게 진행될지 귀추가 주목된다.
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- ESGC
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EU, PFAS(영원한 화학물질) 규제 본격화…소비자 제품 사용 금지 추진
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판교~광화문 15분 만에…'서울형 도심항공교통' 내년 실증
- 내년부터 미래형 첨단 모빌리티, 일명 '하늘을 나는 택시'가 서울 상공을 가로질러 비행하는 모습을 볼 수 있게 된다. 서울시는 2030년 도심항공교통(UAM) 상용화를 목표로 내년 상반기부터 여의도와 한강을 중심으로 UAM 본격 실증에 나선다고 11일 밝혔다. 오세훈 서울시장은 이날 시청에서 열리는 'UAM·드론·AI 신기술 협력 콘퍼런스'에서 이런 내용을 담은 '서울형 도심항공교통(S-UAM) 미래 비전'을 발표한다. 비전에는 서울 전역에 UAM 체계를 구축해 '3차원 입체 교통도시'로 도약한다는 계획이 담겼다. 서울시는 풍부한 관광 자원, 세계적 의료 인프라, 헬기 운영 경험, 대중교통 연계성 등을 S-UAM의 강점으로 꼽았다. 여의도 등 4곳에 '버티포트' 구축 사업 추진에 앞서 서울시는 UAM 운항을 위한 필수시설인 버티포트(정류장)를 단계적으로 확보하기로 했다. 우선 시범 및 초기 단계 운행을 위해 2030년까지 여의도·수서·잠실·김포공항 등 4곳에 주요 시설을 구축한다. 시는 개발 계획, 연계 교통 체계 등을 고려해 부지 약 500곳을 검토해 일차적으로 정거장 부지 30여곳을 선정했다. 버티포트에서는 UAM뿐만 아니라 버스·자율주행 셔틀·지하철·개인형 이동 수단까지 다양한 교통수단에 자유롭게 탑승·환승할 수 있다. 실증-성숙까지 4단계 운행노선 운행 노선은 실증∼초기∼성장∼성숙 4단계로 나뉜다. 실증 기간인 내년 상반기에는 킨텍스(고양)∼김포공항∼여의도공원, 잠실∼수서역 등 2개 구간을 대상으로 실증이 진행된다. 초기 상용화 단계(2026∼2030년)에는 여의도를 기점으로 UAM을 시범 운용한다. 김포공항∼여의도∼잠실∼수서 등 한강 전 구간을 순회한다. 또 김포공항 버티포트와 연계해 비즈니스·이동 수요뿐 아니라 관광·의료용 노선으로도 활용될 전망이다. 2030∼2035년은 한강과 4대 지천을 연결해 수도권을 잇는 광역 노선이 구축된다. 사업 성숙기에 접어드는 2035년 이후에는 주요 도심을 연계한 간선 체계 및 수요자 맞춤형 노선이 완성된다. "3차원 입체교통 서비스 실현" 기대 서울시 관계자는 "S-UAM 체계가 완성되면 지상과 지하에 그쳤던 기존 교통수단을 넘어선 3차원 입체교통 서비스가 실현된다"며 "도시 간 연결성이 획기적으로 개선돼 공간적 한계를 뛰어넘는 '메가시티' 시대가 열릴 것"으로 내다봤다. 예컨대 대중교통이나 승용차로 약 1시간이 걸리는 판교∼광화문역 25㎞ 구간을 UAM으로는 약 15분 만에 이동할 수 있다. 잠실∼인천공항도 25분 만에 오갈 수 있게 된다. UAM 등장으로 천문학적 규모의 경제적 파급효과가 기대된다. 서울시에 따르면 수도권 내 통행시간이 획기적으로 절감돼 연간 약 2조2000억원의 경제 효과가 예상된다. 또 수도권 운송시장 규모 확대로 연간 약 4조원, 서울 시내 버티포트 구축으로 약 1조2000억원의 경제 효과가 창출될 것으로 기대된다. 안전성과 쾌적성을 보장하기 위해 운항 정보 및 안전 체계도 수립한다. 서울시는 2025년 실증 개시, 2040년 UAM 네트워크 완성을 목표로 민·관·학 산업 생태계도 구축하고 있다. 이번 콘퍼런스는 육군·고려대와 공동 개최했으며, 시는 S-UAM 도입 초기 단계부터 공역 관리, 비상 대응 체계 지원 등 안정적 운항을 위한 협력을 꾸준히 이어 나갈 계획이다.
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- 경제
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판교~광화문 15분 만에…'서울형 도심항공교통' 내년 실증
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[신소재 신기술(114)] 상어 장 모방한 3D 프린팅 파이프, 역류 없는 액체 흐름 구현
- 미국 과학자들이 상어의 소화기관에서 영감을 얻어 한 방향으로만 흐르는 파이프를 3D 프린팅 기술로 제작했다. 워싱턴대학교(UW) 연구팀은 상어의 나선형 장 구조를 모방해 3D 프린팅 기술로 '한 방향 흐름 파이프'를 개발했다고 과학 전문매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 파이프는 액체가 역류하지 않고 한 방향으로만 흐르도록 설계되어, 상어의 소화기관처럼 효율적인 물질 이동을 가능하게 한다. 인간의 장은 속이 빈 튜브에 불과하지만 상어의 장은 아래쪽 부분에 나선형 판막이라는 것이 있다. 이 나선형 판막은 비교적 짧고 굵은 장의 일부로, 내부에 일종의 코르크 마개와 같은 나선형 구조가 있다. 이 구조는 음식물의 이동 속도를 늦추고 표면적을 넓혀 영양분 흡수 효율을 높이는 역할을 한다. 또한 나선형 장의 구조는 음식물의 역류를 방지하는 데도 도움이 된다. 연구팀은 다양한 형태의 나선형 구조를 가진 파이프를 제작하고 실험을 통해 최적의 구조를 찾아냈다. 그 결과 개발된 파이프는 기존의 무빙 파트가 없는 한 방향 흐름 장치인 태슬라 밸브보다 뛰어난 성능을 보였다. 테슬라 밸브(Tesla Valve)는 니콜라 테슬라가 1920년에 발명한 특수한 형태의 유체 흐름 제어 장치다. 움직이는 부품 없이 유체의 흐름을 제어하는 것이 특징이다. 여러 개의 물방울 모양 루프가 파이프 내부에 배열되어 유체가 순 방향으로 흘르 때는 루프를 따라 부드럽게 통ㅎ과하지만, 약방향으로 흐르려고 하면 루프에 의해 와류가 발생하고 흐름이 저항을 받아 통과가 어려워진다. 특히 부드러운 소재로 제작된 이 파이프는 테슬라 밸브보다 최소 7배 이상 효율적인 흐름을 보였다. 그러나 연구팀은 파이프가 상어의 장 조직보다 100배나 더 단단해 앞으로 개선의 여지가 있다고 밝혔다. 이번 연구는 부드럽고 강하며 프린팅 가능한 폴리머 개발에 대한 화학자들의 동기를 더욱 강화할 것으로 기대된다. 이러한 폴리머는 공학, 의학 등 다양한 분야에서 유체 흐름 제어에 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 이번 연구 결과는 미국 국립학회보(PNAS)에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(114)] 상어 장 모방한 3D 프린팅 파이프, 역류 없는 액체 흐름 구현
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
- 심장에 붙일 수 있는 반창고가 3D 프린팅으로 제작돼 새로운 질병 치료의 길을 열었다. 미국 콜로라도 볼더 대학교(CU Boulder) 연구팀이 펜실베니아 연구팀과 공동으로 인체 조직의 강도와 신축성을 모두 갖춘 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다고 CU볼더 투데이, 기술 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링 등이 전했다. 가까운 미래에는 생명유지에 필수적인 기관인 심장의 결함이나 손상을 접착형 밴드를 통해 간단히 치료할 수도 있을 것으로 에상된다. 연구팀은 산화 환원 촉진을 통과한 광노출 후 연속 강화(CLEAR)라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발했다. 이 소재는 심장 박동을 견딜만큼 탄력적이면서도 관절에 가해지는 압력을 견딜만큼 강하다. 특히 환자 맞춤형으로 제작할 수 있어 다양한 의료 분야에 활용될 수 있다. 이번 연구 결과는 지난 2일 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 차세대 바이오 소재 연구팀은 이 기술이 심장에 약물을 직접 전달하는 내부 붕대, 연골 패치, 무바늘봉합 등 차세대 바이오 소재 개발의 토대가 될 것으로 기대한다. 연구 책임자인 제이슨 버딕 CU 볼더 바이오프론티어 연구소 교수는 "심장 조직과 연골 조직은 스스로 복구하는 능력이 매우 제한적이라는 점에서 비슷하다. 한 번 손상되면 회복이 어렵다"며 "더 탄력적인 소재를 개발해 복구 과정을 돕는다면 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 기존의 의료용 기기는 주로 몰딩이나 주조 방식으로 제작되어 대량 생산에는 적합하지만, 환자별 맞춤형 제작에는 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술은 다양한 형태와 구조의 소재로 제작할 수 있어 의료 분야에 새로운 가능성을 열고 있다. 3D 프린팅은 살아 있는 세포를 포함한 다양한 재료를 사용해 물체를 층층이 쌓아 물체를 만드는 기술이다. 특히 하이드로젤(콘택트렌즈 소재)은 인공 조직, 장기 임플란트 제[작에 유망한 소재로 주목받았지만, 기존 3D 프린팅 하이드로젤은 의료 분야에 필요한 강도와 유연성이 부족해 늘어나면서 쉽게 찢어지거나, 압력에 의해 깨지거나, 너무 뻣뻣해서 조직에 맞게 성형하기 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 버딕은 기존 3D 프린팅에 대해 "심장에 딱딱한 플라스틱을 붙였다고 상상해 보자. 심장이 뛰는 동안 변형되지 않고 그냥 부러질 것"이라고 설명했다. 새로운 3D 공정은 습한 조직에 붙을 수 있는 견고하고 유연한 소재를 생산해, 기존 프린팅의 문제점을 해결했다. 연구팀은 기존 하이드로젤의 한계를 극복하기 위해 'CLEAR'라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발하여 긴 분자들을 얽히게 만들었다. CLEAR(Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation)는 3D 프린팅 소재에 긴 분자를 얽어 넣어 작동하는 방식이다. 이렇게 제작된 소재는 기존의 DLP(Digital Light Processing, 디지털 광원 처리) 방식으로 제작된 소재보다 훨씬 강하고 동물 조직 및 장기에 잘 부착되는 것으로 나타났다. 장기에 부착 가능한 3D 프린팅 소재 연구팀은 강도와 탄성을 모두 갖춘 3D 프린팅 하이드로젤을 개발하기 위해 벌레의 움직임에서 영감을 얻었다. 벌레는 서로 얽히고 풀리는 과정을 반복하며 3차원 '웜 블롭(worm blob)'을 형성하는데, 이는 고체와 액체의 특성을 모두 가지고 있다. 새롭게 개발된 소재는 엄격한 인장 및 하중 지지 테스트를 거쳤다. 그 중에는 샘플 위에 자전거를 놓는 다소 특이한 절차도 포함됐다. 연구팀은 이러한 테스트를 통해 개발된 소재가 기존 소재보다 월등히 높은 강도와 탄성을 지녔음을 입증했다. 팀은 이 소재가 표준 3D 프린팅 공정을 사용해 만든 소재보다 엄청나게 튼튼하다는 것을 발견했다. 특히 이 소재는 동물 조직과 장기에 대한 호환성과 접착력도 입증했다. 공동 제1저자이자 버딕 연구소의 연구원인 맷 데이비슨은 "이제 우리는 조직을 기계적으로 지지할 만큼 강한 소재를 3D로 인쇄할 수 있다. 이전에는 한 번도 해 본 적이 없다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 심장 결함 복구, 조직 재생 약물 전달, 탈출된 디스크 고정, 수술 부위 봉합 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 특히, 이 기술은 개인 맞춤형 의료 기기 제작에 혁신을 가져올 것으로 예상된다. 또한 이 방법은 경화 과정에 추가 에너지가 필요하지 않아 친환경적이며, 의료 분야뿐만 아니라 연구 및 제조 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 버딕의 연구팀은 예비 특허를 출원했으며, 이들 물질에 대한 조직 반응을 조사하기 위해 추가 연구를 곧 수행할 예정이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
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금속 3D 프린팅, 우주에서 비상 우주선·의료용품에 적용 가능
- 3D 프린팅은 지상에서 이미 우주 산업에서 로켓 엔진과 부품을 제작하는 데 많이 사용되고 있다. 전문가들은 3D 프린팅 기술을 지상뿐만 아니라 우주 공간에서도 활용하는 방법을 모색하고 있다. 전문 매체 디지털트렌드에 따르면, 유럽은 최근 국제우주정거장(ISS: International Space Station)에 최초로 금속 3D 프린터를 올려 보냈다. ISS에서는 지난 10년 동안 일반 3D 프린터를 사용해 왔다. 3D 프린터 기술이 더욱 발전함에 따라 과학자들은 최신 금속 3D 프린터가 우주에서도 사용될 수 있는지를 테스트하고 있다. 최근 캘리포니아 주립대학교 버클리 캠퍼스(UC 버클리) 연구팀이 버진 그룹의 우주 관광 프로젝트인 버진 갤럭틱(Virgin Galactic) 임무를 위해 새로운 금속 3D 프린터를 우주로 보냈다. 스페이스CAL(SpaceCAL)이라고 불리는 이 프린터는 극미중력 환경에서 작동할 수 있도록 특별히 설계됐다. 연구팀은 이 프린터로 우주 공간에서 단 몇 분 동안 4개의 테스트 부품을 인쇄해 냈다고 밝혔다. 만들어 낸 테스트 부품에는 PEGDA라는 액체 플라스틱 재료로 만든 작은 모형 우주 왕복선도 포함됐다. 연구팀의 구상은 필요한 도구나 소모품을 만드는 미래의 우주 임무에 금속 3D 프린팅 기술을 사용하겠다는 것이다. 연구원인 테일러 와델은 "언젠가 우주선용 부품과 도구는 물론 콘택트 렌즈나 승무원용 치아 크라운(치아 머리 부분 전체를 감싸는 보철)에 이르기까지 모든 것을 제조하는 데 3D 프린팅 기술이 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 그렇게 되면 우주선이 고장나더라도 3D 프린터로 O-링이나 기계식 마운트 또는 도구까지 인쇄할 수 있다. 우주인들이 사용하는 생활 도구의 제작이나 수리도 가능하다. 치과 교체품, 피부 이식편, 안경 렌즈, 응급 의료용 맞춤 물품 등도 만들어 낸다. 우주에서의 임무에서 이는 매우 중요하다. 금속 3D 프린터는 플라스틱 소재만 인쇄하는 것이 아니기 때문이다. 실리콘, 유리 합성물, 생체 재료로도 인쇄할 수 있기 때문에 승무원과 우주선을 위한 응급 대처가 가능해진다. 지상과 우주공간을 오가며 중요 부품이나 소모품을 조달하는 시대가 마감될 수 있다. 연구팀은 언젠가 인간 장기나 보조 기구까지 인쇄하는 시대가 올 것으로 예상한다. 이미 ISS에서 기술을 테스트하고 있다. 우주인에게 발생할 수 있는 사고와 이에 따른 상처를 봉합하는 도구 등을 프린팅하는 것이다. 이 기술은 지구상의 극한 환경이나 원격 환경에서도 다른 용도로 사용될 수 있다. 와델은 "우주뿐만 아니라 지구상에 거주하는 특수한 환경의 사람들에게까지 혜택을 줄 수 있는 솔루션으로 이어질 수 있다”고 기대했다.
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금속 3D 프린팅, 우주에서 비상 우주선·의료용품에 적용 가능
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[신소재 신기술(68)] MIT 생체공학 다리, 신경계 직접 연결로 생체 모방 보행 가능
- 미국 메사추세츠 공과대학교(MIT) 연구팀은 두뇌의 신경계와 완전히 연결된 새로운 생체공학적 인공다리(의족)를 개발해, 절단 환자들에게 자연스러운 보행 능력을 회복하는 데 성공했다고 발표했다. 해당 연구에 대해서 CNN과 네이처닷컴 등 다수 외신이 1일(현지시간) 보도했다. 이번 연구는 절단 환자들의 삶을 획기적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 지닌 것으로 평가받고 있다. 연구에 참여한 절단 환자들은 기존의 인공다리 사용보다 보행 속도가 월등하게 향상되었으며, 일반인들의 보행과 비슷한 수준으로 걸을 수 있었다. 테스트에 참여한 매사추세추 출신의 47세인 남성은 "다리가 절단된 것 같지 않았다"며 "제 인생에 가장 행복한 순간이었다"고 말했다. 이 연구의 책임 연구원이자 수석 저자인 MIT의 양 바이오닉스 센터의 공동 책임자 휴 허(Huge Herr) 박사는 "이 의족은 인간의 신경계에 의해 완전히 제어되어 자연스러운 보행 속도와 보행 패턴을 보여주는 최초의 생체공학 다리"라고 설명했다. 허 박사는 "마치 팔다리가 살과 뼈로 만들어진 것처럼 자연스럽게 느껴진다. 뇌가 정상적인 감각을 느끼기 때문에 중뇌가 사지가 절단된 사실을 인지하지 못하는 것 같다"고 말했다. 최근 인공다리는 기능적 측면에서 상당한 발전을 이루고 있지만, 여전히 자연스러운 보행을 제공하는 데는 한계가 있었다. 기존 인공 다리는 센서와 알고리즘을 사용하여 움직임을 제어하지만 신경계와의 직접적인 연결이 부족해 불편함과 불안정성을 유발할 수 있다. MIT 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 신경계와 연결된 생체공학적 인공다리를 개발했다. 이 인공다리는 절단된 근육과 뇌 사이의 신호 전달을 유지하는 새로운 근육 연결 기법인 'AMI(agonist-antagonist myoneural interface, 길항근 근신경 인터스페이스)'를 사용해 절단 수술을 실시했다. 이후 절단 부위와 인공 다리 사이에 센서를 장착해 뇌로부터 오는 전기 신호를 전달하는 방식으로 의족이 자신의 위치와 움직임을 인식하고 이 정보를 다시 환저에게 보내 '몸의 위치 감각(proprioception)'을 가능하게 했다. 허 박사는 보철물이 인간의 신경계 보다는 로봇 알고리즘에 의해 제어되는 추세를 관찰한 후 이 프로젝트에 착수했다. 신경보철물은 제건된 절단 부위와 생체 다리 사이에 배치된 센서를 사용해 뇌에서 전기 신호를 전송한다. 이를 통해 보철물이 위치와 움직임을 감지하고 이 정보를 환자에게 다시 보내어 고유한 감각을 느낄 수 있다. 고유 감각은 뇌가 공간에서 자기 움직임과 위치를 감지하는 능력이다. 허 박사는 "우리는 인간의 몸을 제건하고 싶다"며 "우리는 재건하고 사람들이 원하는 것을 둘려주고 싶다. 우리는 그저 점점 더 호화로운 로봇 도구나 장치를 만들고 싶지 않다"고 말했다. 연구팀은 인터스페이스를 테스트 하기 위해 14명의 참가자를 두 그룹으로 나누어 생체의료용 의족을 착용하게 했다. 7명은 AMI 수술을 받았고, 7명은 수술을 받지 않았다. 연구 결과에 따르면 AMI 절단 수술을 받은 사람들은 경사로, 계단, 방해가 되는 경사로 등 다양한 난코스를 포함한 실제 환경을 더 잘 탐색하는 것으로 나타났다. 연구팀은 AMI 수술과 신경 제어 인공다리를 사용한 7명의 절단 환자를 대상으로 연구를 진행했다. 연구 결과 참가자들의 보행 속도는 기존 인공 다리를 사용할 때보다 41% 향상되었으며, 절단을 겪지 않은 일반 사람들의 보행 능력과 유사한 수준에 도달했다. 연구 결과는 지난 1일 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재됐으며, 특수 절단 수술(AMI)과 신경 제어 인공 다리를 사용한 참가자들의 보행 속도가 향상되었음을 보여줬다. 연구팀은 인공 다리 제어에 실제 몸의 위치 감각의 18%만 사용되었을 가능성이 있다고 밝혀 향후 더 큰 기능을 발휘할 수 있음을 시사했다. 이번 연구는 신경계를 이용해 자연스러운 보행 속도와 걸음걸이 패턴을 보여준 최초의 사례라는 점에서 큰 의의를 지닌다. 또한 AMI 수술과 신경 제어 바이오닉 다리가 절단 환자들의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있다는 가능성을 제시했다. 책임 연구원인 휴 허 박사는 절단 환자가 인공 다리를 착용하는 데 따른 불편감을 최소화하기 위해 다양한 속도에 맞게 조절이 가능하다고 강조했다. 휴 허 박사는 인공 다리 분야의 선구적인 연구로 유명한 인물이다. 그는 1982년 등반 사고로 양쪽 다리를 절단한 후 인공 다리 기술 개발에 헌신하며 절단 환자들의 삶의 질을 개선하는 데 앞장서고 있다. 허 박사는 인공 다리가 단순히 걷는 기능을 넘어 자연스럽고 편안한 보행을 가능하게 하는 데 초점을 맞추고 있다. 허 박사에 따르면 AMI 신경 보철물은 일반인에게 제공되지는 않지만, 전 세계에서 약 60명에게 AMI 수술을 시행했다. 한편, 연방 의료 연구 및 품질 기관에서 발표한 2018년 보고서에 따르면 미국인 190만 명이 사지가 절단된 채 살아가고 있다. 이는 알려진 위험 요인인 당뇨병 발병률 증가로 인해 2050년까지 두 배로 증가할 것으로 예상된다. 현재 미국에서 절단 환자의 절반 이상이 인공 다리 처방을 받지 못하고 있으며, 보험 적용 범위 문제 등으로 인해 최신 기술을 갖춘 인공 다리 사용이 어려운 실정이다. MIT 연구팀은 향후 5년 안에 신경 제어 인공 다리를 상용화할 계획으로, 이 기술이 절단 환자들의 사회 복귀에도 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
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[신소재 신기술(68)] MIT 생체공학 다리, 신경계 직접 연결로 생체 모방 보행 가능
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한국, 1분기 산업대출 27조원 증가⋯"기업 운전자금 수요늘어"
- 우리나라 1분기(1~3월) 은행권의 산업대출이 기업대출 영업 강화와 기업들의 운전자금 수요 증가와 맞물려 27조원 증가했다. 한국은행이 7일 발표한 2024년 1분기 예금취급기관 산업별대출금 통계에 따르면 3월 기준 모든 산업 대출금은 1916조6000억원으로 전분기 말보다 27조원 늘었다. 분기별 산업대출 증가폭은 지난해 4분기(+13조9000억원)와 비교해 거의 두 배 가까이 확대됐다. 특히 제조업의 대출 잔액은 지난해 4분기 말 457조1000억원에서 올해 1분기 말 469조4000억원으로 12조2000억원 증가했다. 이는 지난해 4분기 동안 6000억 원 감소했던 것이 1분기 만에 증가로 전환된 것이다. 화학·의료용 제품(+3조2000억원), 전자·컴퓨터·영상음향·통신(+1조2000억원), 기타기계·장비(+8000억원) 등을 중심으로 대출이 증가한 영향이다. 1분기 제조업 대출 잔액의 증가 폭은 2020년 2분기(+16조 1000억 원) 이후 최대였다. 서비스업 대출 잔액은 같은 기간 1천217조 8000억원에서 1228조 8000억원으로 11조 원 증가했다. 증가 폭은 전 분기(+11조 9000억원)보다 소폭 축소되어 2분기 연속 증가 폭이 줄어들었다. 서비스업 중에서는 도·소매업(+4조 원) 등의 증가 폭이 확대되었으나, 부동산업(+3조 3000억원) 등의 증가 폭은 축소된 것으로 나타났다. 1분기 말 건설업 대출액은 건물 건설 증가 등의 영향으로 105조4000억원에 달하며, 전 분기 말보다 2조1000억원 증가했다. 대출 용도별로는 1분기 동안 운전자금이 14조 7천억 원, 시설자금이 12조 3000억 원 각각 증가했다. 금융업권별로 나눠보면, 예금은행의 1분기 대출 증가 폭(+25조 7000억 원)은 지난해 4분기(+16조 9000억 원)보다 커졌다. 비은행예금취급기관의 경우, 지난해 4분기에는 3조1000억원 감소했으나, 올해 1분기에는 1조 3000억원 증가로 전환됐다. 서정석 한국은행 금융통계팀장은 전체 사업 대출금 증가 배경에 대해 "예금은행을 중심으로 기업대출 영업이 강화되었고, 기업의 운전자금 수요가 더해진 영향이 컸다"고 분석했다. 특히 제조업 대출 증가 폭 확대에 대해서는 "지난해 4분기에는 기업들이 부채비율 관리를 위해 일시적으로 대출을 상환했으나, 올해 1분기에는 기업들의 운전자금 수요가 늘어나는 계절적 요인도 있었다"고 설명했다.
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- 산업
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한국, 1분기 산업대출 27조원 증가⋯"기업 운전자금 수요늘어"
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엔비디아, AI 기반 의료용 휴머노이드 로봇 개발
- 인공지능(AI) 칩 전문 기업 엔비디아가 헬스케어 기업 히포크라테스AI와 공동으로 인간 간호사보다 능력이 뛰어나고 시간당 비용도 훨씬 저렴한 생성형 인공지능 의료용 휴머노이드 로봇을 개발한다고 밝혔다. 21일(이하 현지시간) 폭스비즈니스에 따르면 두 회사는 엔비디아에 의해 구동되고, 히포크라테스AI의 헬스케어 관련 거대언어모델(LLM)로 훈련시킨 '공감형 헬스케어 의료로봇'을 만들기 위해 협력한다고 발표했다. 이 로봇은 '초저지연 대화 반응' 방식으로 인간과 소통할 수 있다. 이 로봇은 이미 미국에서 1000명 이상의 간호사와 100명의 의사가 테스트했으며, 수십 곳의 헬스케어 업체들이 비진단 상황에서 내부적으로 점검하고 있다. 회사가 제출한 자료에 따르면 이 로봇은 모든 테스트 항목에서 오픈AI의 챗GPT4나 LLaMA 270B 챗과 같은 경쟁사 제품뿐 아니라 인간 간호사보다 뛰어난 것으로 나타났다. 실험모델은 인간 간호사보다 약물의 영향 식별에서 79% 대 63%로 뛰어났으며, 특정 조건에서 허용되지 않는 금지 약품을 식별하는데도 88%대 45%로 두 배 가량 우수했다. 또 약물 가치와 참고범위 비교에서는 96% 대 93%로, 일반의약품의 독성 용량 감지에서 81% 대 57%로 우수한 성능을 보였다. 두 회사는 이 의료 로봇이 미국 내 의료 인력 부족 문제를 완화하는 데 도움이 될 것이라고 강조했다. 문잘 샤 히포크라테스AI의 공동 설립자이자 최고경영자(CEO)는 성명에서 "우리는 엔비디아와 협력해 기술을 지속적으로 개선하고 접근성과 형평성 등을 향상시켜 환자를 개선하려는 영향력을 확대하려 하고 있다"고 말했다. 킴벌리 파월(Kimberly Powell) 엔비디아 헬스케어 담당 부사장은 "생성 AI로 구동되는 음성 기반 디지털 의료로봇은 의료 분야에서 풍요로운 시대를 열 수 있지만, 이는 기술이 사람처럼 환자에게 반응하는 경우에만 가능하다"고 말했다. 히포크라틱 웹사이트에 따르면 이 로봇 운영비용은 인간 간호사의 약 25% 수준인 시간당 9달러다. 노동통계국 자료 기준 2022년 미국 내 간호사의 평균 시간당 급여는 39.05달러였다. 엔비디아는 새로운 기반 모델인 프로젝트 GR00T를 통해 휴머노이드 로봇 분야에 진출하고 있다. 이 회사는 이번 주 개발자 컨퍼런스에서 인공지능(AI) 시스템을 발표하며, 영상과 이미지 제작을 위한 텍스트 생성을 포함해 다양한 작업을 처리할 수 있을 만큼 다재다능하다고 밝혔다. 프로젝트 GR00T(Generalist Robot 00 Technology)는 휴머노이드 로봇이 인간의 행동을 관찰하고 학습하여 자연어를 이해하고 인간의 움직임을 만들 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 로봇은 인간 환경을 탐색하고 적응하고 상호 작용하는 데 필요한 조정 및 민첩성과 같은 기술을 빠르게 습득할 수 있다. 젠슨 황(Jensen Huang) 엔비디아 창립자이자 CEO는 컨퍼런스에서 "일반 휴머노이드 로봇을 위한 기초 모델을 구축하는 것은 오늘날 AI에서 해결해야 할 가장 흥미로운 문제 중 하나다"라고 말했다. 그는 "전 세계의 선도적인 로봇 공학자들이 인공 일반 로봇 공학을 향해 큰 도약을 할 수 있도록 지원 기술이 함께 모이고 있다"고 덧붙였다. 또한 복잡한 작업을 촉진하고 사람과 기계 간의 원활하고 안전한 상호 작용을 보장하는 데 유용한 휴머노이드 로봇용 중앙 처리 장치인 젯슨 토르(Jetson Thor) 컴퓨터를 출시했다. 젠슨 황 CEO는 인공일반지능(AGI)이 5년 안에 출시될 것이라고 발표했다. 폭스비즈니스에 따르면 AI는 현재 변호사 시험과 같은 테스트를 통과할 수 있지만 위장병학과 같은 전문 의료 테스트에서는 어려움을 겪고 있다.
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엔비디아, AI 기반 의료용 휴머노이드 로봇 개발
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[신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'
- 미국 과학자들이 자연에서 광물 형태로 발견된 세계 최초의 '비전통적인' 초전도체 미아사이트(Miassite)가 발견됐다고 밝혔다. 영국 과학 웹사이트 사이키(phys.org)는 지난 13일(현지시간) 미국 에너지부 국립연구소인 에임스 국립연구소(Ames National Laboratory)의 과학자들이 실험실이 아닌 자연에서도 화학 성분을 가진 최초의 비전통적 초전도체 '미아사이트'를 발견했다고 보도했다. 미아사이트는 자연에서 발견되는 광물 중 하나로, 실험실에서 성장시키면 초전도체 역할을 한다. 연구팀은 미아사이트를 관측한 결과 고온 초전도체와 유사한 특성을 가진 비전통적 초전도체라는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 '커뮤니케이션즈 머티리얼즈(Communications Meterials)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 미래의 지속 가능하고 경제적인 초전도체 기반 기술 개발에 기초 과학적 이해를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 초전도체란? 초전도는 물질이 전기를 에너지 손실 없이 전도할 수 있는 상태를 말한다. 이러한 초전도체는 의료용 MRI 기계, 전력 케이블, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 기존의 초전도체는 잘 알려져 있지만 임계 온도가 낮다. 여기서 임계 온도는 물질이 초전도체 상태를 유지할 수 있는 최고 온도를 말한다. 1980년대에 과학자들은 기존 것들보다 임계 온도가 훨씬 높은 비전통적인 초전도체들을 발견했다. 에임스 연구소의 과학자 루슬란 프로조로프에 따르면, 이러한 비전통적인 초전도체는 모두 실험실에서 만들어진다. 이로 인해, 비전통적 초전도는 자연에서 발생하지 않는다는 일반적인 인식이 형성됐다. 자연에서 발견된 희귀한 광물 프로조로프는 대다수의 초전도 원소와 화합물이 금속 성질을 가지고 산소와 같은 다른 원소와 반응하는 경향이 있어, 자연에서 초전도체를 찾는 것이 어렵다고 설명했다. 그는 특히 미아사이트(Rh17S15)가 복잡한 화학 구조를 가지고 있다는 점에서 흥미롭다고 말했다. 프로조로프는 미아사이트를 처음에는 자연에서 발견될 수 없는, 인공적으로 만들어졌을 것으로 추정했으나, "실제로 자연에서 존재한다는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 아이오와 주립대학교의 물리학 및 천문학 석좌교수이자 에임스 연구소의 과학자인 폴 캔필드는 새로운 결정체 물질의 설계와 발견, 성장 방법, 그리고 그 특성을 분석하는 데 깊은 전문 지식을 가지고 있다. 그는 이 프로젝트를 위해 고품질의 미아사이트 결정을 합성하는 작업을 수행했다. 캔필드는 "미아사이트가 러시아 첼랴빈스크주 미아스 강 근처에서 발견된, 일반적으로 잘 형성된 결정으로 자라지 않는 희귀한 광물"이라고 설명했다. 미아사이트 결정의 성장은 매우 높은 용융점을 가진 원소(Rh)와 휘발성이 높은 원소(S)의 결합으로 이루어진 화합물을 탐색하는 더 광범위한 연구 노력의 일부였다. 캔필드 박사는 "순수 원소들의 특성과는 달리, 우리는 이들 원소의 혼합을 통해 최소한의 증기압으로 결정이 저온에서 성장할 수 있도록 하는 기술을 개발했다"고 말했다. 캔필드 박사는 이번 미아사이트의 발견을 "숨겨진 낚시터에서 큰 물고기를 발견한 것과 같다"고 비유했다. 그는 "Rh-S 시스템에서, 우리는 세 가지 새로운 초전도체를 발견했다. 루슬란의 세밀한 측정 덕분에, 미아사이트가 비전통적 초전도체임을 확인할 수 있었다"고 설명했다. '자기장 침투 깊이' 실험 프로조로프의 연구 그룹은 저온에서 초전도체를 연구하기 위한 첨단 기술을 전문으로 한다. 그는 이 물질이 초전도 상태를 유지하기 위해 영하 50밀리켈빈(약 -460°F)까지 냉각되어야 한다고 말했다. 프로조로프 연구팀은 미아사이트의 초전도 특성을 분석하기 위해 세 가지 주요 실험을 실시했다. 가장 중요한 실험은 '자기장 침투 깊이(혹은 런던 침투 깊이, London penetration depth)'다. 이 실험은 약한 자기장이 초전도체 표면을 얼마나 깊게 관통하는지 측정해 초전도체 내부로의 자기장 침투 거리를 결정한다. 전통적인 초전도체의 경우, 자기장 침투 깊이는 저온에서 대체로 일정하게 유지된다. 반면, 비전통적 초전도체에서는 이 침투 깊이가 온도 변화에 따라 선형적으로 변화하는 경향을 보인다. 이러한 실험 결과는 미아사이트가 비전통적 초전도체의 성질을 갖는다는 것을 확인했다. 또 다른 실험은 재료 내에 결함을 주기 위해 고에너지 전자를 사용해 물질에 충격을 주는 방식이다. 프로조로프는 이 방법을 지난 10년 간 그의 연구팀이 주로 사용해온 대표적인 기술이라고 설명했다. 이 실험을 통해 재료의 초전도 특성에 미치는 결함의 영향을 관찰할 수 있다. 이 방법은 이온을 그들의 원래 위치에서 밀어내어 결정 구조 내에 결함을 생성하는 것이다. 이러한 결함은 재료의 임계 온도에 변화를 일으킬 수 있는 장애를 만든다. 전통적인 초전도체는 비자기적 장애에 대해 대체로 둔감하기 때문에, 이러한 테스트에서 임계 온도의 변화가 거의 또는 전혀 보이지 않는다. 반면, 비전통적 초전도체는 무질서에 더 민감해, 결함이 일어나면 임계 온도가 변화하거나 억제될 수 있다. 이러한 변화는 재료의 임계 자기장에도 영향을 미친다. 연구팀은 미아사이트에서 임계 온도와 임계 자기장이 비전통적 초전도체에서 예측한 대로 변화한다는 것을 확인했다. 비전통적 초전도체에 대한 이러한 연구는 초전도 현상의 작동 원리에 대한 과학자들의 이해를 심화시킬 수 있다. 프로조로프는 "비전통적 초전도의 메커니즘을 이해하는 것은 초전도 현상을 경제적으로 응용하는 데 있어 핵심적인 역할을 한다"고 강조했다. 이는 초전도 기술의 상용화 가능성을 높이는 데 중요한 기여를 할 수 있다.
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[신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'
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의료용 그래핀 센서 개발 기업 MCK테크, 버사리엔 한국자산 60만4000파운드에 매입
- 영국 서부 포레스트 오브 딘(Forest of Dean)의 첨단 소재 엔지니어링 그룹 버사리엔(Versarien)이 한국에 있는 그룹의 공장과 장비를 매각한다. 11일(현지시간) 영국 비즈니스 전문매체 펀치라인에 따르면 버사리엔은 의료용 그래핀 센서 개발 기업 MCK테크(주)와 총 60만4000만 파운드(약 10억1525만원)에 그룹의 한국 공장 및 장비를 매각하고, 그룹 소유의 특허 5건에 대한 독점 라이선스 계약과 함께 추가 비용을 지불하는 계약을 체결했다. 버사리엔은 회사 재건 전략의 일환으로 주요 사업 이외의 자산 처분을 추진하고 있으며, 2020년 한화 에어로스페이스로부터 인수한 한국 공장과 설비는 주요 사업과 연관이 없다고 판단되어 매각 대상으로 선정됐다고 이 매체는 전했다. 현재 버사리엔은 첨단 소재 회사인 고성능 나노복합소재를 개발·제조하는 에에에이씨 시로마(AAC Cyroma)와 고성능 텅스텐 카바이드 소재를 개발·제조하는 토탈 카바이드(Total Carbide) 등 성숙한 사업 부문도 매각을 위해 논의를 진행하고 있다. 추가 자산 매각 시기와 인수 자금의 규모는 아직 확실하지 않은 것으로 알려졌다. 매각 수익금은 기업 운영 및 워킹 캐피탈 충당에 사용될 예정이며, 버사리엔은 회사 재건 전략 지원을 위한 단기 및 장기 자금 조달을 계속 추진할 것으로 예상된다. 2023년 3월 31일 기준 한국 공장의 총 자산 가치는 84만4151 파운드(약 14억 3587만원)였으며, 2022년 9월 30일까지 18개월 동안 버사리엔 코리아의 순손실은 77만1690 파운드(약 13억 원)에 달했다. 버사리엔의 스티븐 홋지 최고경영자(CEO)는 "앞서 언급했던 바와 같이, 버사리엔의 전략은 영국에서 제조 부분을 최소화하고 특허, 기술 노하우 및 기타 지식재산권을 주요 파트너에게 라이센싱하는 것이다. 이 전략에 따라 한국산 CVD 그래핀 생산 장비 매각과 5건의 특허를 MCK Tech에 라이센싱하게 되어 기쁘다. MCK Tech는 의료 분야용 그래핀 센서 개발을 하는 우수한 기업이다"라고 밝혔다. 이어 홋지 CEO는 "MCK테크의 조승민 대표는 삼성테크윈과 한화에어로스페이스에서 그룹장을 역임한 후 2017년 대전의 첨단메타소재센터(CAMM)와 합작법인인 MCK테크를 설립한 국내 CVD 그래핀의 선구자 중 한 명이다. 앞으로도 CVD 그래핀 소재에 대한 접근성을 유지하고 협업을 통해 MCK테크의 성장을 지원할 수 있기를 기대한다"고 말했다. MCK테크 조승민 CEO는 "CVD 그래핀 생산 장비 인수는 CVD 그래핀 제조 및 응용 분야 개발을 위한 전략적 투자다. 삼성테크윈과 한화 에어로스페이스의 기술을 계승하여 그래핀 산업에서 선두 기업으로 자리 잡을 수 있게 됐다. 또한 저명한 그래핀 기업인 버사리엔과의 협력 관계 구축을 통해 향후 수년간 CVD 그래핀과 그래핀 플레이크 상용화에 공동 노력할 수 있게 되어 기쁘다"라고 말했다. 한편, CVD 그래핀은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 합성된 그래핀을 말한다. 이 방법은 고순도의 그래핀을 대면적으로 생산할 수 있어 산업적으로 매우 중요하다. 화학기상증착 과정에서는 탄소를 함유한 가스(예: 메탄)가 높은 온도에서 촉매 금속 표면(주로 구리나 니켈) 위에 흘러가며 탄소 원자가 분리되어 촉매 표면 위에 그래핀층을 형성하게 된다. '대면적'은 그래핀이 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 합성되었음을 의미한다. 대면적 그래핀 생산은 고기능성 전자기기, 대형 투명 전도성 필름 등 큰 규모의 응용을 가능하게 하는 중요한 기술적 달성이다. 또한 CVD 그래핀의 생산 방법은 고도로 제어 가능하여, 높은 품질의 그래핀을 일관되게 생산할 수 있는 장점이 있다. 이렇게 생산된 그래핀은 투명 전도 필름, 전자기기, 에너지 저장 장치, 각종 센서 등 다양한 고기능성 소재로의 응용이 가능하다.
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의료용 그래핀 센서 개발 기업 MCK테크, 버사리엔 한국자산 60만4000파운드에 매입
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[신소재 신기술(3)] 리튬 금속 음극 전고체 배터리, -25~120℃에서 작동
- 리튬 금속 음극을 채용해 -25℃부터 120℃까지 작동하는 전고체 전지가 개발됐다. 일본의 기술 전문 매체 EE타임스는 지난 19일(현지 시간) 덴소와 큐슈대학교 연구진이 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬(Li) 금속에 대한 안정성을 갖춘 '고체 전해질'을 개발했다고 보도했다. 덴소는 일본의 대표적인 자동차 부품 전문 기업으로 자동차 전자 제어 시스템, 엔진 관련 부품, 내연기관, 하이브리드 및 전기차용 시스템, 자율 주행 기술, 정보 및 통신 기술 등 다양한 분야에서 기술을 보유하고 있다. 또한, 덴소는 에어컨 시스템, 차량 내부 및 외부 조명, 제동 시스템 등과 같은 자동차 주변 시스템도 제조한다. 연구팀은 리튬 금속 음극을 사용하여 제작한 전고체 전지가 -25℃~120℃까지의 광범위한 온도 범위에서 작동하는 것을 확인했다. 재료 간 연속적으로 일어나는 상호 반응으로 인해 저온에서 소결이 진행된다. 리튬 음극 전고체 배터리의 경우 '소결'은 전기화학적인 과정을 의미한다. 리튬 음극 전고체 배터리는 리튬 금속 또는 리튬 이온의 이동을 통해 전기 에너지를 저장하고 방출하는 전지를 말한다. 소결은 이 배터리의 전극(음극) 부분을 제작하는 과정 중 하나다. 리튬 이온 배터리의 음극은 일반적으로 그래핀, 석탄 블랙 또는 다른 탄소 기반 물질로 만들어진다. 소결 과정은 이러한 물질을 압력과 온도를 가하여 밀착시키고, 전해질과 함께 전지 구조에 통합시키는 것을 말한다. 이러한 과정은 음극의 전기적 특성을 최적화하고, 전지의 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요하다. 소결은 전지의 제조과정에서 핵심 단계 중 하나이며, 배터리의 성능과 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 소결 과정은 배터리 제조 과정에서 특히 중요한 부분이다. 덴소의 임진대 연구원(당시 규슈대학교 대학원 종합이공학부 박사과정 3년)과 규슈대학교 대학원 종합이공학연구원의 와타나베 켄 조교수, 시마노에 켄고 교수 등으로 구성된 연구팀은 2024년 2월, 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬 금속에 대한 안정성을 겸비한 '고체 전해질'을 개발했다고 발표했다. 산화물 전해질을 사용한 전지는 발화 등이 없어 안전성이 높다. 하지만 재료 간 접합을 위해서는 1000℃ 이상의 고온에서 소결해야 한다. 연구팀은 이때 전극재와 전해질재가 반응하는 등 배터리화가 어려웠다고 전했다. 연구팀은 지금까지 전해질 소재인 'Li7La3Zr2O12(LLZ)에 저융점 소결 보조제를 나노 수준으로 복합화해 750℃에서 소결을 실현했다. 그러나 소결 보조제를 첨가하기 때문에 음극 재료인 리튬 금속에 대한 안정성이 현저하게 떨어졌다. 이번 연구에서는 새로운 소결 메커니즘을 활용해 안전성 문제를 해결했다. 연구팀은 열분석과 미세구조 분석 결과, 'Li-Sb-O 산화물' 및 'Li-B-O 산화물'이라는 두 종류의 소결 보조제와 'CO₂'가 연속적으로 상호 반응하는 것을 확인했다. 이를 통해 (Li-)-B-O 산화물은 용융 상태를 유지하며 저온에서 소결이 진행됨을 확인했다. 이 소결 메커니즘을 활용하면 Bi를 포함한 재료 조성을 사용하지 않고도 저온 소결이 가능하다. 또한, Sb를 포함한 조성으로 변경할 수 있어 Li 금속에 대한 안정성이 높은 고체 전해질을 개발하는데 성공했다. 이온전도도는 3.1×10-4S/cm를 달성했다. 'Bi'는 화학 원소 기호로 비스무트(Bismuth)를 나타낸다. 비스무트는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 주로 광산에서 추출된다. 비스무트는 주변환경에서 자연적으로 발견되며, 비스무트의 화합물은 농업, 의약품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 아울러 비스무트는 낮은 독성을 가지고 있어서 의료용 약물로 사용되는 경우가 많다. 또한, Bi는 납의 대체재로서 전자기 기기에 사용되기도 한다. 그러나 높은 가격과 기술적인 제한으로 인해 사용이 제한될 수도 있다. Sb는 화학 원소 기호로 안티모니(Antimony)를 말한다. 안티모니는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 자연적으로 화학적으로 비동정된 형태로 발견된다. 안티모니와 그 화합물은 여러 산업 분야에서 사용되며, 특히 화학, 전자, 의료, 화장품 산업에서 사용되는 경우가 많다. 안티모니의 화합물은 화장품, 화학 처리, 납의 합금, 방사선 차폐재 등 다양한 용도로 사용된다. 또한, 안티모니는 반도체 산업에서 사용되는 반도체 소재의 일부이며, 화합물로서는 일부 의약품에서도 쓰인다. 그러나 안티모니와 그 화합물은 높은 독성을 가지고 있어서 적절한 관리가 필요하다. 연구팀은 개발된 소재를 이용해 제작한 전고체전지의 특성을 평가했다. 그 결과, 상온 환경에서 60회 충전·방전 후 용량 유지율은 98.6%로 나타났다. 전고체 배터리 기술은 지속적으로 발전하고 있다. 이 기술은 전기차 및 재생 에너지 저장 시스템 등의 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 전고체 기술은 전통적인 액체 전해질 전지에 비해 안전성이 뛰어나며 에너지 밀도와 충방전 속도를 향상시키는 잠재력이 있다.
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[신소재 신기술(3)] 리튬 금속 음극 전고체 배터리, -25~120℃에서 작동
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[퓨처 Eyes(15)] 20m 미만 소형 입자 가속기, 의료·반도체 혁신 예고
- 미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스 연구원들이 전자 에너지가 높고 공간도 적게 차지하는 소형 입자 가속기를 개발했다. '입자 가속기'는 우주를 구성하는 기본 입자들의 속성과 상호작용을 연구하는 데 필수적인 장치다. 현대 물리학의 중심에 서 있는 이 기술은 반도체 응용 분야, 의료 영상 및 치료, 재료, 에너지 및 의학 연구에 큰 잠재력을 가지고 있다는 평가다. 특히 기존 가속기는 수 킬로미터에 달하는 넓은 공간을 차지해 가격이 비싸고 소수의 국립연구소와 대학에서만 사용할 수 있었다. 미국 과학 기술 매체 사이테크데일리에 따르면, UT 연구팀이 개발한 소형 입자 가속기는 길이 20m 미만으로, 기존 가속기보다 훨씬 콤팩트하다. 또한, 100억 전자볼트(10 GeV)의 에너지를 가진 전자빔을 생성할 수 있어, 기존 가속기와 동일한 수준의 성능을 갖는다. 현재 미국 내에서 이와 같은 높은 전자 에너지 수준에 도달할 수 있는 가속기는 단 두 대에 불과하며, 둘 다 길이가 약 3km에 달한다. 이 연구의 공동 저자인 비요른 마누엘 헤겔리히(Bjorn "Manuel" Hegelich) UT 물리학 부교수는 "우리는 이제 이러한 에너지 수준에 매우 가까운 거리, 약 10cm 내에서 전자 빔에 도달할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 의미하며, 향후 다양한 과학적, 의료적 응용에 사용될 수 있다. 헤겔리히 교수는 저널 '극한에서의 물질과 방사선(Matter and Radiation at Extremes)'에서 "우리의 가속기는 우주 장치의 방사선 내성 테스트, 새로운 반도체 칩의 3D 내부 구조 이미지화, 심지어 혁신적인 암 치료법과 고급 의료 영상 기술 개발에 활용될 수 있다"고 말했다. 또한, 이 가속기는 X선 자유 전자 레이저 구동에도 사용될 수 있다. 이 레이저는 원자나 분자 수준에서 일어나는 프로세스를 슬로우 모션으로 촬영하는 데 이용 가능하다. 가속기 기술의 혁신 '소형 입자 가속기' 입자 가속기는 원자와 같은 작은 입자들을 매우 높은 속도로 가속시켜, 이들을 서로 충돌시키거나 특정 표적에 충돌시킴으로써 그 속성을 탐구한다. 이러한 과정을 통해 과학자들은 입자들과 이를 구성하는 힘에 대해 깊이 있게 연구할 수 있다. 입자 가속기는 주로 하전 입자의 속도를 증가시키는 데 사용된다. 양성자, 원자핵, 전자와 같은 양전하나 음전하를 지닌 입자들이 이에 해당한다. 이 입자들은 때때로 빛의 속도에 근접한 속도로 가속된다. 입자가 표적 물질이나 다른 입자와 충돌할 때, 다양한 현상이 발생한다. 충돌로 인해 에너지가 방출되고, 핵 반응이 일어나며, 입자가 산란되고 새로운 입자가 생성된다. 예를 들어, 중성자와 같은 다른 입자들이 이러한 충돌에서 생겨날 수 있다. 이 과정을 통해 과학자들은 원자, 원자핵, 핵자를 결합하는 힘과 '하이그스 보손(Higgs boson)'과 같은 특별한 입자들의 성질을 연구할 수 있다. 하이그스 보손, 우주 기본 입자의 질량 부여하는 '신의 입자' '하이그스 보손'은 기본 입자 물리학의 중요한 개념 중 하나로, 입자들이 질량을 갖게 되는 메커니즘을 설명하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 입자는 1964년 물리학자 피터 하이그스와 다른 몇몇 이론 물리학자들에 의해 처음으로 제안됐다. 2012년 유럽입자물리연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기(LHC)에서 처음 발견됐다. 하이그스 보손은 매우 무거운 입자로, 질량은 약 125GeV이다. 이는 약 125억 전자볼트와 같다. 하이그스 보손은 또한 매우 불안정한 입자로, 평균 수명은 약 1.56x10¯²²초로 추정된다. 이는 하이그스 보손이 생성된 직후 거의 즉시 다른 입자들로 붕괴한다는 것을 의미한다. 하이그스 보손의 발견은 물리학 연구에 새로운 동력을 불어넣었다. 이로 인해 피터 하이그스와 프랑수아 앵글레르는 2013년 노벨 물리학상을 수상했다. 이 발견은 우주의 근본적인 성질에 대한 이해를 크게 향상시켰으며, 여전히 많은 연구가 진행 중이다. 입자 가속기 활용 분야 입자 가속기는 우주의 기원과 구조, 물질의 기본 구성 요소, 자연법칙 등을 연구하는 데 사용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 입자를 발견하거나, 기존 입자의 성질을 연구할 수 있다. 또한 입자 가속기는 생물학, 의학, 재료과학, 나노기술 등 다양한 분야의 응용과학 연구에 활용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 약물이나 치료법을 개발하거나, 새로운 재료나 소재를 개발할 수 있다. 예를 들어, 암 치료를 위한 정밀 방사선 요법이나 새로운 재료의 연구에 활용될 수 있다. 종양을 제거하거나 염증을 치료하는 방사선 치료를 수행할 수 있다. 입자 가속기를 사용하여 의료용 동위원소를 생산할 수도 있다. 의료용 동위원소는 암 진단, 치료, 방사선 치료 등 다양한 의학 분야에서 사용된다. 입자 가속기는 반도체 제조, 금속 재료 연구, 환경 오염 측정 등 산업 분야에도 다양한 용도로 활용되고 있다. 입자 가속기를 이용하여 반도체의 미세 회로를 제조할 수 있다. 또 식품이나 의약품을 살균하거나, 디스플레이 등을 제조할 수 있다. 아울러 새로운 물리학 이론을 탐구할 수 있다. 표준 모델 이외의 이론, 예를 들어 초대칭성, 여분의 차원, 양자 중력 이론 등을 실험적으로 탐구하는 것이 다음 세대 가속기의 중요한 목표 중 하나가 될 것이다. 또한 대규모 입자 가속기 프로젝트는 국제적 협력을 필요로 한다. 이러한 협력은 물리학뿐만 아니라 정치적, 경제적, 교육적 측면에서도 광범위한 영향을 미칠 것으로 보인다. 웨이크필드 레이저 가속기 웨이크필드 레이저 가속기는 1979년에 처음으로 개념이 제시된 이후 괄목할 만한 발전을 거듭해왔다. 이 기술은 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 지난 수십 년간 여러 연구 그룹이 이 기술을 발전시켜 더욱 강력한 버전을 개발했다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 이 과정은 보트가 호수를 가로질러 나아가며 남기는 항적과 유사하며, 전자는 서퍼가 파도를 타는 것처럼 이 플라즈마 파동을 타고 이동한다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 웨이크필드 레이저 가속기 기술의 효율성과 성능을 높이는 데 크게 기여하고 있다. 앞으로도 이 분야의 연구와 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 헤겔리히 교수는 웨이크필드 가속기의 원리를 비유를 통해 설명했다. 그는 "웨이크 서핑을 하려면 큰 파도에 들어가기 어렵기 때문에 서퍼들은 제트 스키에 끌려들어간다"고 비유했다. 이어서 "우리 가속기에서는 제트 스키와 유사한 역할을 하는 것이 적절한 시간과 위치에서 전자를 방출하는 나노입자이다. 이를 통해 파도 위에 더 많은 전자를 끌어들여 가속하는 것이 우리의 '비밀 소스'"라고 부연했다. 이 실험을 위해 연구팀은 세계에서 가장 강력한 펄스 레이저 중 하나인 '텍사스 페타와트 레이저(Texas Petawatt Laser)'를 사용했다. 이 레이저는 UT에 설치되어 있으며, 매시간 한 번씩 초강력 빛 펄스를 발사한다. 단일 페타와트 레이저 펄스의 전력은 미국 전력의 약 1000배에 달하지만, 지속 시간은 150펨토초에 불과하다. 이는 번개 방전의 10억분의 1도 안 되는 짧은 시간이다. 웨이크필드 레이저 가속기는 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 전자는 이 플라즈마 파동을 타고 이동하면서 에너지를 얻게 된다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 소형 입자 가속기 연구의 의미와 전망 UT 연구팀의 이번 연구는 소형 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 이루었다는 점에서 의미가 있다. 소형 입자 가속기는 기존 가속기의 단점인 비용과 공간 제약을 극복할 수 있어 다양한 분야에서 활용될 가능성이 높다. 연구팀은 향후 현재 개발중인 소형 입자 가속기를 테이블 위에 올려 놓고 초당 수천 번 반복적으로 발사할 수 있는 레이저로 시스템을 구동하여 기존 가속기보다 훨씬 더 콤팩트하고 훨씬 더 넓은 환경에서 사용할 수 있는 가속기를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 한편 현재 세계 각국은 입자 가속기의 성능을 향상시키기 위한 연구에 박차를 가하고 있다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 현재 운영 중인 대형 강입자 충돌기(LHC)의 성능을 개선하기 위한 작업을 진행하고 있다. 또한, 미국, 중국, 일본 등에서도 새로운 입자 가속기의 건설을 추진하고 있다. 이러한 노력을 통해 입자 가속기는 우주와 물질의 기본 법칙을 이해하고 새로운 기술을 개발하는 데 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
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[퓨처 Eyes(15)] 20m 미만 소형 입자 가속기, 의료·반도체 혁신 예고
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영국 스타트업, 핵융합 원자로로 암 치료 새 지평 열어
- 의학 및 약학 기술의 발달로 '암'이 더 이상 치료 불가능한 질병으로 여겨지지 않는 가운데, 영국의 한 스타트업이 핵융합 기술을 활용한 새로운 암 치료법을 개발해 주목을 받고 있다. 최근 미국 IT 전문지 '인터레스팅 엔지니어링'은 영국의 스타트업인 아스트랄 시스템즈(Astral Systems)가 암세포를 직접적으로 치료할 수 있는 혁신적인 핵융합 원자로 기술을 공개했다고 보도했다. 아스트랄 시스템즈는 브리스톨 대학에서 설립된 회사로, 최초의 다중 상태 핵융합(MSF) 원자로를 개발했다고 한다. 이 원자로는 암 방사선 치료와 진단 영상 촬영에 필수적인 의료용 동위원소를 생산하는 데 중점을 두고 설계됐다. 의료용 동위원소는 방사선 치료 중 암세포를 효과적으로 파괴하는 데 사용되는 방사성 물질로, 표적 암 치료에 있어 중요한 역할을 한다고 이 매체는 전했다. 아스트랄 시스템즈의 공동 창립자이자 브리스톨대학교의 객원 연구원 탤몬 퍼스톤(Talmon Firestone) CEO는 "핵의학은 의료계가 암을 스캔하고 종양과 암세포를 근원지에서 직접 치료할 수 있도록 함으로써 수십 년 동안 생명을 구하는 데 크게 기여했다"라고 말했다. 또한 신체 내에서 '방사성 추적자' 역할을 해 영상을 통해 의학적 상태를 쉽게 감지할 수 있다. 이러한 동위원소는 신체 내에서 방사선을 생성하여 의료 전문가에게 장기와 조직의 구조 및 기능에 관한 중요한 정보를 검출하고 정량화할 수 있게 해준다. 현재 전 세계 의료용 동위원소의 대부분은 제한된 수의 핵분열로에 의존하고 있는 상황이다. 이러한 의존성은 특히 의료용 동위원소 공급 부족이 임박한 상황에서 더욱 두드러진다. 영국 정부의 평가에 따르면, 세계적으로 의료용 동위원소 공급의 대다수가 노후화된 소수의 핵분열로에 의존하고 있으며, 이들 중 대부분은 2030년까지 폐쇄될 예정이다. 이는 중요한 의료 자원의 향후 가용성에 대한 우려를 야기한다. 새로운 MSF 원자로는 이러한 과제에 대한 컴팩트한 솔루션을 제공합니다. 이는 중요한 의료 자원의 미래 가용성에 대한 심각한 우려를 낳고 있다. 이에 대응하여, 아스트랄 시스템즈가 개발한 새로운 다중 상태 핵융합(MSF) 원자로는 이러한 도전과제에 대한 혁신적이고 컴팩트한 해결책을 제시하고 있다. 아스트랄 시스템즈는 영국을 비롯한 전 세계 여러 지역에 소형 핵융합로를 전략적으로 설치할 계획을 가지고 있다. 이러한 분산형 전략은 보다 유연하고 비용 효율적인 방식으로 방사성 샘플을 공급할 수 있게 해줄 것으로 기대된다. 이 회사는 소규모 원자로 건설을 통해 몇몇 대형 원자로에 대한 의존성을 줄이고, 이에 따른 위험을 완화하려는 목표를 가지고 있다. 이를 통해 의료용 동위원소의 지속 가능하고 안정적인 생산을 보장할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 퍼스톤은 "우리 시스템은 훨씬 더 빠르게 개발되었으며 대체 기술보다 훨씬 작은 규모로 동위원소를 생산할 수 있다“며 ”이는 거대한 국제 핵분열 공장에 의존하지 않고도 병원 허브 근처 또는 내부에서 의료용 동위원소를 생산할 수 있음을 의미한다"고 말했다. 퍼스톤 CEO는 '우리의 시스템은 대체 기술에 비해 빠르게 개발되었으며, 훨씬 작은 규모로 동위원소를 생산할 수 있다'고 말했다. 그는 이어 '이는 병원 허브 근처나 내부에서도 의료용 동위원소를 생산할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 임상의가 사용할 수 있는 진단 및 치료 기술을 극적으로 향상시킬 것이다. 또한 병원 대기 시간과 비용을 줄이고 치료의 질을 높일 것이다'고 강조했다. 2021년 브리스톨 대학교는 아스트랄 시스템즈 및 STFC(과학 기술 위원회)와 협력하여 마이크로노바(MicroNOVA)라는 프로젝트를 통해 MSF 반응기 기술을 최적화하고 상용화하기 위해 100만 파운드(약 16억5038만원)의 연구 보조금을 확보했다. 회사 공동 창립자 월래스 스미스는 "우리의 MSF 원자로는 의료용 방사성 동위원소를 안전하고 보다 효율적으로 개발할 수 있는 메커니즘을 제공할 뿐만 아니라, 본격적인 핵융합 발전소의 모습과 작동 중 어떻게 작동할지 이해하기 위한 이상적인 테스트베드도 제공한다"라고 말했다. 모든 것이 계획대로 진행된다면 이 기술은 암 치료 및 의료용 동위원소 생산의 새로운 시대를 열 것으로 전망된다. 한편, 한국의 원자력연구원은 벨기에 원자력연구소에서 '연구로 핵연료' 최종 검증에 돌입했다. 이 핵연료는 우라늄을 70% 이상 연소하는 극한의 조건에서도 방사능 누출이 없는 것으로 확인되었으며, 핵연료의 안전성이 건전하게 유지됨으로써 뛰어난 안전성을 입증했다고 알려졌다. 원자력연구원은 현재 2단계 성능 검증 단계에 진입했으며, 이 단계는 핵연료 공급자가 시장 진입 전에 거쳐야 하는 마지막 검증 과정이다. 2025년 말까지 이 핵연료를 포함한 집합체 성능검증을 마치면 벨기에의 핵연료 공급 입찰 자격을 획득할 수 있다. 이는 연구로에서 중성자를 생산하기 위해 우라늄을 활용하는 것과 관련이 있다. 연구로는 열을 활용하면 원전이 되고, 중성자만을 활용하면 연구로로 작동한다는 원리를 따른다. 더욱이, 원자력연구원은 고밀도 저농축 '우라늄실리사이드 판형핵연료'(U3Si2)를 개발했다. 이는 저농축 우라늄을 사용하는 3세대 핵연료로, 핵연료 집합체는 곡면형으로 설계되어 핵분열 시 중성자를 중심부로 집중시키는 장점을 가지고 있다. 이러한 핵연료는 의료용 동위원소나 고품질 반도체 웨이퍼 제작 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 가능성을 가지고 있다.
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영국 스타트업, 핵융합 원자로로 암 치료 새 지평 열어
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ETH 취리히, 뼈·인대·힘줄 로봇 손 3D 프린팅 성공
- 스위스의 한 공과대학에서 3D 프린팅을 통해 뼈와 인대 등을 갖춘 로봇 손을 제작했다. 연구원들이 처음으로 뼈, 인대, 힘줄이 있는 로봇 손을 인쇄하는 데 성공했으며 이를 이용하면 부드러운 재료와 단단한 재료를 결합하는 것이 훨씬 쉬워진다고 미국 IT매체 엔가젯(Engadget)이 최근 보도했다. 스위스 취리히 연방공과대학(ETH 취리히)의 연구원들은 잉크빗(Inkbit)이라는 미국 기반 스타트업과 함께 사람의 손과 유사한 로봇 손을 3D 프린팅했다. 그들은 처음으로 뼈, 인대, 힘줄을 갖춘 로봇 손을 프린트했는데, 이는 3D 프린팅 기술의 큰 도약을 의미한다는 것이 엔가젯의 설명이다. 연구 성과가 게재된 '네이처(Nature)' 저널에 따르면 로봇 손의 뼈와 힘줄 등 여러 부분이 동시에 인쇄됐으며 나중에 별도로 조립되지 않았다는 점에 주목해야 한다. 로봇 손의 각 부품은 다양한 부드러움과 강성을 지닌 폴리머로 제작되었으며, 이는 새로운 레이저 스캐닝 기술을 통해 가능했다. 이 기술은 '탄성을 지닌 특수 플라스틱'을 한 번에 만들 수 있으며, 이를 통해 보다 복잡하고 세밀한 구조를 구현할 수 있다. 이러한 기술적 진보는 보철 분야와 소프트 로봇 구조의 생산에 큰 가능성을 열어준다. 기존에는 빠르게 경화되는 플라스틱에 주로 사용되었던 3D 프린팅 기술을, 잉크빗 연구원들은 느린 경화 플라스틱에도 적용할 수 있는 방법을 개발했다. 이 하이브리드 프린팅 방법은 내구성과 탄성을 개선하는 등 여러 장점을 제공한다. 이 기술을 통해 자연을 보다 정확하게 모방하는 것이 가능해져, 로봇 공학 및 의료 분야에서의 적용 가능성이 크게 확대될 것으로 예상된다. ETH 취리히의 로봇공학 교수인 로버트 카츠슈만(Robert Katzschmann)은 최근 그들이 개발한 부드러운 소재로 만들어진 로봇 손의 장점에 대해 설명했다. 그는 "우리가 개발한 부드러운 소재로 만들어진 로봇은 인간과 작업할 때 부상 위험이 적고 깨지기 쉬운 물건을 다루는 데 더 적합하다"고 말했다. 이러한 3D 프린팅 기술의 발전은 여전히 레이어별로 인쇄되는 기존의 방식을 따르지만, 통합 스캐너를 사용하여 프린팅 중 표면의 이상 여부를 지속적으로 확인하고, 시스템에 다음 재료 유형으로 이동하라고 지시한다. 또한, 느린 경화 폴리머 사용을 위해 압출기와 스크레이퍼가 업데이트됐다. 이 기술은 다양한 산업에 적합한 독특한 물체를 만들기 위해 강성을 미세 조정하는 데 사용될 수 있다. 인간의 손과 같은 부속물을 만드는 것은 이 기술의 하나의 사용 사례에 불과하며, 소음과 진동을 흡수하는 제조 물체를 만드는 데도 이 기술이 활용될 수 있다. 이러한 발전은 로봇공학, 의료 기술, 제조업 등 다양한 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공할 잠재력을 가지고 있다. MIT 산하 스타트업 잉크빗은 이 혁신적인 3D 프린팅 기술 개발에 기여했다. 이 회사는 이미 이를 활용해 수익을 창출할 방법을 모색하기 시작했다. 회사는 곧 새로 개발된 프린터를 제조업체에 판매할 계획이며, 또한 이 기술을 이용한 복잡한 3D 프린팅 제품들을 소규모 기업에게도 판매할 예정이다. 이는 잉크빗이 제조업계에 새로운 기술을 제공하고, 다양한 시장에 진출하려는 전략의 일환으로 보인다. 한편, 3D 프린트 제조업체인 3D시스템즈에 따르면, 3D 프린팅 기술을 사용해 실리콘을 제작하는 것은 기존 사출 성형에 비해 최대 90% 정도 더 빠르고, 엄청난 비용과 시간을 절약할 수 있다. 의료 분야에서 3D 프린팅의 도입은 진단, 치료, 외과적 개입 방식에 혁신을 가져오고 있다. 특히 맞춤형 임플란트와 보철 영역에서의 응용은 3D 프린팅 기술의 가장 유망한 사용 사례 중 하나로 평가된다. 이 기술을 통해 개별 환자에게 최적화된 맞춤형 관절 임플란트, 복잡하게 설계된 의족 등을 제작함으로써 환자의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 의료 기기와 수술 도구를 주문 제작할 수 있어 의료 공급자는 리드 시간과 비용을 줄이고 환자의 요구에 신속하게 대응할 수 있다. 이러한 다양한 접근 방식으로 인해 의료용 3D 프린팅의 가능성은 점점 더 현실화되고 있다. 이는 의료 분야에서의 혁신과 질적 향상을 이끌고 있으며, 향후에도 더 많은 발전이 기대된다.
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