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[신소재 신기술(42)] 플라스틱 폐기물 90% 분해하는 혁신 기술
- 과학자들은 우리 시대 가장 심각한 환경 문제 중 하나인 플라스틱 오염을 해결하기 위한 독창적인 방법을 제시했다. 미국 캘리포니아 대학교 연구팀이 플라스틱을 먹는 매우 강한 포자가 함유된 플라스틱이 매립지에서 스스로 분해되는 기술을 개발했다고 네이처닷컴과 BBC, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 집중 조명했다. 이 연구에서는 고온 용융 압출을 사용해 폴리머 분해 박테리아의 포자를 열가소성 폴리우레탄에 통합하는 바이오 복합재 제작을 시연했다. 플라스틱의 한 종류인 폴리우레탄은 강도와 탄성이 뛰어나 휴대폰 케이스부터 운동화까지 모든 제품에 사용되지만 재활용이 까다로워 주로 매립된다. 플라스틱에 첨가되는 박테리아의 종류는 식품 첨가물 및 프로바이오틱스로 널리 사용되는 고초균(枯草菌)으로 영문으로는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로 불린다. 고초균은 토양과 발효식품 등 다양한 환경에서 발견되는 세균이다. 또한 바실러스 서브틸리스 포자로 채워진 열가소성 폴리우레탄의 전반적인 인장 특성이 크게 개선되어 인성이 매우 향상됐다. 캘리포니아대학교 샌디에이고 라호야 캠퍼스의 김한솔 연구원은 "자연에서 플라스틱 오염을 완화할 수 있다는 희망이 있다"고 말했다. 공동 연구원 존 포코르스키는 "우리의 공정은 소재를 더욱 견고하게 만들어 플라스틱의 수명을 연장한다"고 말했다. 그는 "그리고 이 공정이 완료되면 폐기 방법에 관계없이 환경으로부터 플라스틱을 제거할 수 있다"고 설명했다. 포코르스키 연구원은 "이 플라스틱은 현재 실험실에서 연구 중이지만 제조업체의 도움을 받으면 몇 년 안에 실제 환경에 적용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 플라스틱은 강하고 다양한 용도로 사용되는 소재지만, 이러한 장점은 폐기 처리를 어렵게 만드는 요인이기도 하다. 플라스틱은 분해되는 데 수십 년 또는 수백 년이 걸리기 때문에 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 매립지와 바다를 오염시키고 있는 실정이다. 연구팀은 플라스틱에 플라스틱 분해 박테리아 포자를 넣어 매립지에 폐기될 때 활성화되도록 만들었다. 이를 통해 5개월 만에 플라스틱 물질의 90%가 생분해되는 것이 확인됐다. 게다가 '플라스틱 분해 박테리아 포자'를 넣은 플라스틱은 실제로 사용하는 동안 일반 플라스틱보다 더욱 견고하고 강했다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 플라스틱을 분해하는 능력을 갖춘 박테리아를 발견하고, 이 과정을 담당하는 효소를 분리하여 효율성을 높였다. 이를 통해 효소와 박테리아로 플라스틱을 처리하는 더 효율적인 재활용 시설이 구축될 수 있다. 하지만 재활용 시설로 옮겨지지 않는 플라스틱은 어떻게 될까. 앞서 지적했듯이 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 신발, 스포츠 용품, 휴대폰 케이스, 자동차 부품 등을 만드는데 일반적으로 사용되는 견고한 플라스틱 유형이지만 현재 재활용이 불가능하다. 연구팀은 TPU 폐기 처리를 위해 플라스틱 분해 박테리아 바실러스 서브틸리스의 포자를 플라스틱 자체에 직접 넣는 새로운 방법을 연구했다. 또한 연구팀은 포자를 넣은 플라스틱 제품이 너무 일찍 분해되지 않고, 정상적인 기간 동안 사용한 뒤 매립지나 자연 환경에서 폐기될 때만 생분해가 시작되도록 설계했다. 내열성 미생물로 온도 한계 극복 먼저 극복해야 할 문제는 플라스틱 제조에 사용되는 높은 온도였다. 플라스틱 가공시 사용되는 고온으로 인해 대부분의 박테리아 포자가 죽는다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 내열성 미생물을 유전공학적으로 제작했으며, 플라스틱 가공 온도인 135°C(275°F)에서 변형된 박테리아의 96~100%가 생존하는 것을 확인했다. 변형되지 않은 박테리아의 경우 생존율은 겨우 20%에 불과했다. 다음으로 연구팀은 박테리아가 플라스틱을 얼마나 잘 분해하는지 테스트했다. 이 과정은 토양의 영양분과 수분에 의해 시작된다. 플라스틱 무게의 최대 1% 농도에서 박테리아는 퇴비에 묻힌 후 5개월 이내에 플라스틱 물질의 90% 이상을 분해했다. 이 새로운 플라스틱은 사용 중 강도가 약화될 것으로 추정했지만, 실제로는 그 반대 효과가 나타났다. 포자를 넣어 만든 플라스틱은 일반 폴리우레탄(TPU)보다 최대 37% 더 강하고 인장 강도가 최대 30% 더 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 포자가 강화 충전재 역할을 하는 것으로 추정했다. 연구팀은 이 기술은 확장 가능성이 높으며, 사용 중 더욱 견고하고 강하면서 재활용이 불가능한 TPU를 폐기 처리하는 새로운 방법을 열 수 있다고 말했다. 이를 다른 몇 가지 방법과 함께 사용한다면 플라스틱 오염 문제 해결에 진전을 이룰 수 있을 것으로 보인다. 플라스틱의 약 80%가 재활용되지 않고 매립지나 자연 환경에 축적되고 있는 실정다. 또한 폴리우레탄(PU)은 세계에서 6번째로 많이 생산되는 플라스틱이지만 재활용을 위한 거버넌스는 없다. PU 폐기물은 수지 식별 코드의 카테고리 7(PETE, HDPE, PVC, LDPE, PP, PS 이외의 기타 플라스틱)에 따라 잠재적으로 수거될 수 있지만, 미국에서는 일반적으로 이 카테고리의 플라스틱 중 0.3%만이 재활용되고 있다. 플라스틱 분해 과정에 박테리아 포자를 결합시킨 것은 산업 공정에서 재생 가능한 폴리머 충전재로서 살아있는 세포를 도입할 수 있는 흥미로운 기회를 제공했다는 평가를 받고 있다. 연구진은 잠재적으로 확장 가능한 이 기술이 재활용할 수 없는 TPU를 폐기하는 새로운 방법을 제시하는 동시에 사용 중에 더 튼튼하고 강하게 만들 수 있다고 말했다. 이 기술을 다른 몇 가지 방법과 결합하면 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 어느 정도 진전을 이룰 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 발표됐다.
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[신소재 신기술(42)] 플라스틱 폐기물 90% 분해하는 혁신 기술
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SK하이닉스 "3분기, HBM3E 12단 양산…내년 생산 HBM도 완판"
- 곽노정 SK하이닉스 최고경영자(CEO)는 2일 "고대역폭 메모리(HBM) 시장의 리더십을 강화하기 위해 세계 최고 성능을 자랑하는 HBM3E 12단 제품의 샘플을 5월에 공급하고 3분기에는 양산을 시작한 분비가 되어 있다"고 발표했다. 곽 CEO는 "올해 HBM 생산은 이미 '솔드아웃(완판)'된 상태이며, 내년에도 대부분의 제품이 솔드아웃 상태다"라고 덧붙였다. 곽 CEO는 이날 경기도 이천에 위치한 본사에서 'AI 시대, SK하이닉스의 비전과 전략'을 주제로 열린 기자간담회에서 '앞으로 글로벌 파트너사들과의 전략적 협력을 통해 세계 최고의 맞춤형 메모리 솔루션을 제공하겠다'고 말했다. SK하이닉스가 이천 본사에서 기자간담회를 연 것은 이번이 처음이라고 연합뉴스가 전했다. 용인 클러스터 첫 팹(fab·반도체 생산공장) 준공(2027년 5월)을 3년 앞두고 열린 이날 행사에는 곽 CEO와 함께 AI 인프라 담당 김주선 사장 등 주요 경영진이 참석했다. 2027년 5월에 준공 예정인 용인 클러스터의 첫 반도체 생산공장(팹·fab) 개소를 3년 앞둔 이날 행사에는 곽 CEO와 AI 인프라 담당 김주선 사장을 포함한 주요 경영진이 참석했다. 곽 CEO는 "현재 AI는 주로 데이터센터 중심으로 구축되어 있지만, 앞으로는 스마트폰, PC, 자동차 등 다양한 디바이스에서 활용되는 온디바이스 AI로의 확산이 예상된다"며 "이러한 변화는 AI에 최적화된 고속, 대용량, 저전력 메모리의 수요를 급증시킬 것"이라고 전망했다. 지난해 전체 메모리 시장에서 약 5%를 차지했던 HBM과 고용량 D램 모듈 등 AI 전용 메모리의 시장 점유율은 2028년에는 61%에 이를 것으로 보인다. 특히 HBM 시장은 중장기적으로 연평균 약 60%의 수요 성장률을 보일 것으로 예상된다. 곽 CEO는 "올해 이후 HBM 시장은 AI 성능 향상을 위한 파라미터 증가, AI 서비스 공급자의 확대와 같은 요인으로 인해 지속적인 성장이 예상된다"며 "올해는 지난해에 비해 수요 가시성이 훨씬 높아졌다"고 설명했다. HBM 과잉 공급 우려에 대해, 곽 CEO는 "올해 증가하는 HBM 공급 능력은 이미 고객과의 협의를 마친 상태에서 고객의 수요에 맞추어 조절되므로, 과잉 공급의 위험은 줄어들 것"이라고 밝혔다. 또한 "HBM4 이후에는 맞춤형(커스터마이징) 요구가 증가하면서, 제품이 트렌드화되고 주문형 비즈니스로 전환될 것"이라고 예측했다. 김주선 사장은 "프리미엄 제품인 HBM의 생산 캐파 할당이 증가함에 따라 일반 D램 생산이 줄어들 가능성이 있으며, 하반기부터는 전통적인 응용처의 수요 개선을 통해 메모리 시장이 더욱 안정적인 성장을 이룰 것"이라고 전망했다. HBM 후발주자인 삼성전자는 지난달 30일 1분기 실적 콘퍼런스콜에서 업계 최초로 개발한 HBM3E 12단 제품을 올해 2분기 내 양산한다고 발표하며 SK하이닉스를 바짝 추격하고 있다. 이에 대해 곽 CEO는 "고객의 요구에 맞는 기술을 적시에 개발하고, 그에 따른 생산능력도 고객의 요구에 맞춰 조절할 것"이라며 "자만하지 않고, 고객과 긴밀히 협력하여 시장의 요구에 부합하는 제품을 공급할 수 있도록 할 것"이라고 강조했다. 곽 CEO는 2016년부터 올해까지 예상되는 HBM 누적 매출에 대해서는 "하반기 시장 변화 등으로 해 정확히 말할 수는 없지만, 백수십억달러 정도가 될 것"이라고 밝혔다. SK하이닉스는 HBM 핵심 패키지 기술 중 하나인 MR-MUF 기술의 우수성도 강조했다. 최우진 패키징&테스트(P&T) 담당 부사장은 "일각에서 MR-MUF 기술이 고단 적층에서의 한계를 지적하나, 실제로는 이 기술이 칩의 휨 현상을 효과적으로 제어하는 고온·저압 방식으로, 고단 적층에 가장 적합하다"고 밝혔다. 최 부사장은 이어 "현재 16단 구현을 위한 기술 개발이 순조롭게 진행 중이며, HBM4에도 고급 MR-MUF 기술을 적용하여 16단 제품을 구현할 계획이다. 하이브리드 본딩 기술도 선제적으로 검토 중이다"고 덧붙였다. HBM 리더십 확보를 위한 노력에 대해서는 최태원 회장과 SK그룹 차원에서의 선제적 투자를 강조했다. 곽 CEO는 "AI 반도체의 경쟁력은 단기간 내에 확보하기 어렵다. SK그룹에 2012년 편입된 이후, 메모리 시장이 어려운 상황에서 대부분의 반도체 기업이 투자를 줄였지만, SK그룹은 오히려 투자를 늘렸다"고 설명했다. 또한 "당시 모든 분야에 걸쳐 투자 확대 결정은 시장 개방 시기의 불확실성을 포함하는 HBM 투자도 포함하고 있었다"며 "최태원 회장의 글로벌 네트워킹은 고객사 및 협력사와의 긴밀한 관계 구축을 통해 AI 반도체 리더십 확보에 크게 기여했다"고 말했다. SK하이닉스는 AI 메모리 수요에 대응하기 위해 용인 반도체 클러스터 첫 팹 가동 전에 청주에 M15X를 짓기로 했다. M15X는 연면적 6만3천평 규모의 복층 팹으로 EUV를 포함한 HBM 일괄 생산 공정을 갖출 예정이다. SK하이닉스는 AI 메모리 수요에 대응하기 위해 용인 반도체 클러스터의 첫 팹 가동 전에 청주에 위치한 M15X 팹을 건설하기로 결정했다. M15X는 6만3000평 규모의 복층 팹으로, EUV를 포함한 HBM 일괄 생산 공정을 갖출 예정이다. M15X는 내년 11월에 준공되어 2026년 3분기부터 본격적으로 양산을 시작할 계획이다. 용인 클러스터의 부지 조성 작업도 순조롭게 진행되고 있다. 또한 미국 인디애나주에 38억7000만달러(약 5조2000억원)를 투자해 AI 메모리용 어드밴스드 패키징 생산 시설을 짓고 2028년부터 차세대 HBM 등 AI 메모리 제품을 양산할 계획이다.
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SK하이닉스 "3분기, HBM3E 12단 양산…내년 생산 HBM도 완판"
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챗GPT 등 생성형 AI 기술 이용, 유전자 가위 '크리스퍼' 제작 길 넓힌다
- 이제 생성형 인공지능(AI) 기술을 이용해 컴퓨터 키 하나만 누르면 유전자 편집 도구를 만들 수 있는 길이 열리게 됐다고 네이처가 보도했다. 지금까지는 유전자 가위라고 알려진 크리스퍼(CRISPR) 유전자 편집 시스템을 발견하기 위해 온천, 이탄 습지, 분변, 심지어는 요구르트에 이르기까지 모든 미생물을 탐색해야 했다. 생명공학 스타트업 프로플루언트(Profluent)는 수백만 개의 단백질 서열을 훈련한 생성형 AI 기술(단백질 언어 모델)을 적용해 크리스퍼 유전자 편집 단백질을 설계하는 방법을 발표했다. 캘리포니아 버클리에 소재한 프로플루언트의 알리 마다니 최고경영자(CEO)는 “챗GPT와 같은 생성형 AI 기술을 사용해 크리스퍼와 같은 복잡한 시스템을 설계하는 것이 가능하다는 것을 보여주었다”고 밝혔다. 이 연구 결과는 생뮬학 온라인 프리프린트 서버 'bioRxiv' 사이트에 실렸다. 게시글에서는 "온전한 기계 학습으로 설계된 단백질에 의한 인간 게놈의 최초의 성공적인 편집"이라고 적고 있다. 크리스퍼 설계를 위한 생성형 AI는 단백질이나 게놈 서열 형태의 방대한 생물학적 데이터를 훈련받는다. 이 '사전 훈련' 단계를 통해 AI 모델은 ‘어떤 아미노산이 함께 결합되는지’ 등 유전자 서열에 대한 지식을 쌓게 된다. 이 정보는 완전히 새로운 단백질 서열 생성과 같은 작업에 적용될 수 있다. 프로플루언트 연구팀은 종전에 자사가 개발한 '프로젠(ProGen)'이라는 단백질 언어 모델을 사용해 새로운 항균 단백질을 개발했다. 그 후 박테리아와 고세균 등 단세포 미생물이 바이러스를 방어하기 위해 사용하는 수백만 개의 다양한 크리스퍼 시스템을 학습시켜 프로젠 차기 버전을 만들었다. 진보한 크리스퍼 시스템을 개발하기 위함이었다. 크리스퍼 유전자 편집 시스템은 단백질뿐만 아니라 표적을 지정하는 RNA 분자로도 구성돼 있기 때문에, 연구팀은 이러한 '가이드 RNA'를 설계하기 위한 또 다른 AI 모델도 개발했다. 연이어 신경망을 사용해 자연에서 발견되는 수십 개의 서로 다른 단백질 계열에 속하는 수백만 개의 새로운 크리스퍼 단백질 서열을 설계했다. AI가 설계한 크리스퍼가 올바른 유전자 편집자라는 사실도 확인됐다. '가이드 RNA'를 인간 세포에 삽입했을 때 의도한 표적을 정확하게 절단했다는 것. 확인 결과 실험실에서 널리 사용되는 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9)에 속하는 단백질만큼 표적 DNA 서열을 절단하는 데 효율적이었다. 오히려 잘못된 위치에서 절단하는 횟수가 훨씬 적었다. 한편 캘리포니아 스탠포드 대학의 컴퓨터 생물학자 브라이언 히 교수와 캘리포니아 팔로알토에 소재한 Arc연구소가 이끄는 연구팀도 단백질과 RNA 서열을 모두 생성할 수 있는 AI 모델을 개발했다. EVO라고 불리는 이 모델은 박테리아와 고세균의 8만 개 게놈과 기타 미생물 서열(3000억 개의 DNA)에 대해 훈련받았다. EVO가 설계한 일부 크리스퍼-카스9 시스템의 예상 구조는 천연 단백질의 구조와 유사했다. 이 연구 역시 bioRxiv 사이트에 게시됐다. 마다니는 AI가 설계한 유전자 편집 도구가 기존 크리스퍼보다 의료 부문 응용에 더 적합할 수 있다고 기대했다. 프로플루언트는 AI 생성 크리스퍼를 테스트하기 위해 유전자 편집 치료법을 개발하는 회사와의 파트너십도 추진하고 있다. 편집 기술의 정밀도를 높이고 맞춤형 디자인으로 발전시킨다는 계획이다.
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챗GPT 등 생성형 AI 기술 이용, 유전자 가위 '크리스퍼' 제작 길 넓힌다
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[신소재 신기술(41)] 극한의 강도와 인성 가진 혁신적인 합금
- 미국 버클리 국립연구소 과학자들은 원자 수준에서 합금 결정의 꼬임이나 굽힘으로 인해 극한의 온도에서도 균열이 발생하지 않는 특별한 금속 합금을 발견했다. 과학 전문매체 사이테크데일리는 지난 4월 29일(현지시간) 로렌스 버클리 국립연구소와 UC 버클리의 연구원들이 개발한 신소재에 대해 거의 불가능에 가까운 강도와 인성으로 재료 과학자들에게 충격을 주는 혁신적인 새로운 합금이라고 전했다. 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄으로 구성된 금속 합금은 지금까지 거의 달성하기 불가능해 보였던 극한의 고온과 저온 모두에서 놀라운 강도와 인성을 보여주었다고 한다. 여기서 강도는 재료가 원래 모양에서 영구적으로 변형되기 전에 견딜 수 있는 힘의 양으로 정의되며, 인성은 파단(균열)에 대한 저항력을 의미한다. 광범위한 조건에서 굽힘과 파단에 대한 합금의 복원력은 더 높은 효율로 작동할 수 있는 차세대 엔진을 위한 새로운 종류의 재료에 대한 문을 열 수 있다고 평가된다. 이전에는 이러한 특성을 동시에 달성하는 것이 거의 불가능하다고 여겨졌다. 이 연구는 로버트 리치(Robert Ritchie) 박사가 이끄는 로렌스 버클리 국립연구소(Berkeley Lab)와 UC 버클리 팀과 디란 아펠리안(Diran Apelian) 교수가 이끄는 UC 어바인 팀, 엔리케 라베르니아(Enrique Lavernia) 교수가 이끄는 텍사스 A&M 대학교 팀의 협력으로 진행됐다. 이 연구는 최근 '사이언스(Science)' 저널에 게재됐다. 이 합금의 특징은 넓은 온도 범위에서 강도과 파손에 대한 놀라운 저항성을 가지고 있다는 것이다. 이는 차세대 엔진을 위한 새로운 소재 개발에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 열어준다. 새로운 금속 합금 RHEA/RMEA 연구팀은 이 합금의 놀라운 특성을 발견하고 원자 구조에서 발생하는 상호 작용으로 인해 이러한 특성이 어떻게 발생하는지 밝혀냈다. 이들은 특히 RHEA/RMEA(Refractory High or Medium Entropy Alloys)라고 불리는 새로운 금속 합금 계열에 속하는 합금에 집중했다. 리치 연구실의 박사 과정 학생인 제1저자 데이비드 쿡(David Cook)은 "열을 전기 또는 추력으로 변환하는 효율은 연료가 연소되는 온도에 따라 결정되며, 온도가 높을수록 더 좋다. 그러나 작동 온도는 이를 견뎌야 하는 구조 재료에 의해 제한된다"고 설명했다. 쿡 연구원은 "우리는 현재 고온에서 사용하는 재료를 더욱 최적화할 수 있는 새로운 금속 재료가 절실히 필요하다. 이 합금이 바로 그 가능성을 보여주는 것"이라고 덧붙였다. 기존 RMEA의 한계 돌파한 뛰어난 인성 대부분의 상업용 또는 산업용 응용 분야에서 사용되는 금속은 하나의 주요 금속에 소량의 다른 원소를 혼합하여 만든 합금이지만, RHEA/RMEA는 매우 높은 녹는점을 가진 금속 원소를 거의 동일한 비율로 혼합해서 만든다. 이로 인해 RHEA/RMEA는 과학자들이 아직 밝혀내지 못한 독특한 특성을 가지고 있다. 리치 박사 팀은 고온 응용 분야의 잠재력으로 인해 수년 동안 이러한 합금을 연구해 왔다. 해당 논문의 공동 저자인 푸닛 쿠마르(Punit Kumar)박사는 "저희 팀은 이전에 RHEA/RMEA에 대한 연구를 진행했으며 이러한 재료가 매우 강하지만 일반적으로 극도로 낮은 인성을 가지고 있다는 것을 발견했다. 따라서 이 합금이 예외적으로 높은 인성을 보이는 것을 발견했을 때 매우 놀랐다"고 말했다. 극한의 온도에서도 강도와 인성 유지 쿡에 따르면 대부분의 RMEA는 파단 인성이 10MPa√m 미만으로, 기록상 가장 부서지기 쉬운 금속 중 하나다. 골절에 견디도록 특별히 설계된 최고의 극저온 강은 이 소재보다 약 20배 더 강하다. 하지만 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄(Nb45Ta25Ti15Hf15) RMEA 합금은 상온에서 일반적인 RMEA보다 25배 이상의 강도를 기록하여 극저온 강철을 능가할 수 있었다. 연구팀은 -196°C(액체 질소 온도), 25°C(실온), 800°C, 950°C 및 1200°C의 총 5가지 온도에서 새로운 합금의 강도와 인성을 평가했다. 마지막 온도인 1200°C는 태양 표면 온도의 약 1/5에 해당한다. 마침내 연구팀은 합금이 추위에서는 가장 강도가 높고 온도가 상승함에 따라 다소 약해졌지만 여전히 넓은 범위에서 인상적인 수치를 자랑한다는 것을 발견했다. 인성은 기존 균열에 얼마나 많은 힘이 필요한지 계산해서 산출되며 모든 온도에서 높았다. 원자 배열의 비밀 풀기 거의 모든 금속 합금은 결정질이며, 이는 재료 내부의 원자가 반복 단위로 배열되어 있음을 의미한다. 그러나 완벽한 결정은 없으며 모두 결함을 포함하고 있다. 가장 눈에 띄는 결함은 결정 내 원자의 미완성 평면인 전위라고 불리는 결함이다. 금속에 힘이 가해지면 모양 변화를 수용하기 위해 많은 전위가 움직이게 된다. 예를 들어 알루미늄으로 만든 종이 클립을 구부리면 종이 클립 내부의 전위가 움직이면서 모양이 변한다. 그러나 낮은 온도에서는 전위의 움직임이 더 어려워지고, 그 결과 많은 재료가 저온에서 전위가 움직이지 못해 부서지기 쉽다. 타이타닉의 강철 선체가 빙산에 부딪혔을 때 부서진 것도 바로 이 때문이다. 녹는 온도가 높은 원소와 그 합금은 이러한 현상을 극한으로 끌어올려 800°C까지 부서지기 쉽다. 하지만 이 RMEA는 액체 질소(-196°C)와 같은 낮은 온도에서도 잘 깨지지 않는 특성을 보이고 있다. 공동 연구자인 앤드류 마이너와 연구팀은 이 놀라운 금속 내부 특성을 이해하기 위해 버클리 랩 분자 파운드리의 일부인 국립 전자 현미경 센터의 4차원 주사 투과 전자 현미경(4D-STEM)과 주사 투과 전자 현미경(STEM)을 사용해 응력을 받은 샘플과 구부러지지 않고 금이 가지 않은 대조 샘플을 분석했다. 전자 현미경 데이터에 따르면 합금의 특이한 인성은 '꼬임 밴드(kink band)'라는 희귀 결함의 예상치 못한 부작용에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 꼬임 밴드는 가해진 힘으로 인해 결정 조각이 스스로 붕괴되어 갑작스럽게 구부러질 때 결정에 형성된다. 연구팀은 이전 연구를 통해 RMEA에서 꼬임 밴드가 쉽게 형성된다는 사실을 알고 있었지만 연화 효과가 격자를 통해 균열이 퍼지기 쉽게 만들어 재료의 강도를 낮출 것이라고 가정했다. 하지만 실제로는 그렇지 않았다. 쿡은 "우리는 원자 사이에 날카로운 균열이 있는 경우 꼬임 밴드가 실제로 손상을 멀리 분산시켜 균열의 전파에 저항하여 균열을 방지하고 매우 높은 파괴 인성을 이끌어 낸다는 것을 처음으로 보여주었다"라고 말했다. 한편, 리치는 "기계 엔지니어는 실제 세계에서 사용하기 전에 재료의 성능에 대한 깊은 이해가 당연히 필요하기 때문에 Nb45Ta25Ti15Hf15 합금을 제트기 터빈이나 스페이스X 로켓 노즐과 같은 것을 만들기 전에 훨씬 더 근본적인 연구와 엔지니어링 테스트를 거쳐야 한다"고 지적했다.
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[신소재 신기술(41)] 극한의 강도와 인성 가진 혁신적인 합금
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[먹을까? 말까?(9)] 비타민D, 장내 세균 증가로 암 면역에 도움
- 비타민 D가 장내 세균을 증가시켜 암 면역에 효과가 있다는 연구 결과가 나왔다. 최근 생쥐를 대상으로 이루어진 연구에 따르면 비타민 D는 암 면역 반응을 강화시키는 데 도움이 될 수 있다는 가능성을 제시했다고 폭스뉴스와 신경과학 뉴스 등이 보도했다. 이 연구는 지난 25일 과학 저널 '사이언스(Science)'에 게재되었으며 영국 프랜시스 크릭 연구소, 미국 국립암연구소(NCI), 덴마크 올보르그 대학교의 연구팀이 공동으로 진행했다. 연구팀은 비타민 D가 풍부한 식단을 제공한 쥐가 실험적으로 이식된 암에 대해 더 나은 면역 저항성을 갖고 면역요법 치료에 대한 반응이 개선됐다고 밝혔다. 연구 결과에 따르면 비타민 D가 풍부한 식단을 섭취한 생쥐는 장내 미생물총(gut microbiome) 조성이 변화해 암에 대한 면역 반응이 더욱 강력해졌다. 특히 비타민 D는 암 면역 반응을 개선하는 것으로 알려진 박테로이데스 프라길리스(Bacteroides fragilis)균의 수치를 증가시켰다. 연구팀은 비타민 D를 섭취한 생쥐에서 암 면역 치료에 대한 반응이 더욱 향상되었으며 새로운 종양 발생에 대한 면역력도 더 강력해졌다고 보고했다. 이 효과는 유전자 편집을 사용해 혈액 내 비타민D와 결합하여 조직에서 멀리 떨어져 있는 단백질을 제거할 때도 나타났다. 다만, 연구팀은 이전 연구에서 비타민 D 수준과 암 위험 사이의 잠재적 연관성이 제시되었기 때문에 이것이 인간에게 적용되는지 확인하려면 추가 연구가 필요하다고 지적했다. 연구 팀은 쥐 실험에서 박테리아만으로 더 나은 암 면역력을 제공할 수 있는지 테스트하기 위해 정상적인 식단을 제공하는 쥐에게 박테로이데스 프라길리스를 투여했다. 이 쥐들은 종양 성장에 더 잘 저항할 수 있었지만 비타민 D가 부족한 식단을 제공한 쥐는 그렇지 않았다. 이전 연구에서는 비타민 D 결핍과 인간의 암 위험 사이의 연관성을 제안했지만 증거가 결정적이지는 않았다. 이를 조사하기 위해 연구팀은 덴마크에서 150만 명의 데이터를 분석했는데, 이는 낮은 비타민 D 수치와 높은 암 발병 위험 사이의 연관성이 있음이 나타났다. 연구의 선임저자인 카에타누 레이스 이 소자(Caetano Reis e Sousa) 박사는 "이번 연구 결과는 놀랍다. 비타민 D는 장내 미생물총을 조절하여 특정 박테리아의 증식을 촉진할 수 있으며 이 박테리아는 생쥐의 암에 대한 면역력을 강화시켜준다"며 "이 연구 결과는 향후 인간의 암 치료에 중요한 역할을 할 수 있다"고 말했다. 한편, 연구팀은 아직 비타민 D가 왜 "양호한" 미생물총을 촉진하는지 정확히 규명하지 못했다. 논문의 공동저자인 에반겔로스 기암파조리아스(Evangelos Giampazolias) 박사는 "이 질문에 답을 얻을 수 있다면 미생물총이 면역 체계에 미치는 영향에 대한 새로운 지견을 얻을 수 있으며 암 예방이나 치료에 있어 흥미로운 가능성을 열어줄 수 있다"고 말했다. 연구팀은 또한 비타민 D가 암 면역에 미치는 영향에 대한 정확한 기전을 밝히기 위한 추가 연구가 필요하다고 강조했다. 소자 박사는 "비타민 D가 장내 미생총을 어떻게 조절하여 암 면역을 향상시키는지 이해하면 암 치료에 새로운 전략을 개발하는 데 도움이 될 수 있다"라고 말했다. 이 연구는 비타민 D가 암 치료에 중요한 역할을 할 수 있는 가능성을 제시하지만, 더 많은 연구가 필요하다는 점을 명심해야 한다. 암 환자는 비타민 D 수치를 확인하고 의사와 상담하여 자신에게 적합한 치료 계획을 세워야 한다. 영국 암 연구(Cancer Research UK)의 연구 정보 관리자인 Nisharnthi Duggan 박사는 “우리는 비타민 D 결핍이 건강 문제를 일으킬 수 있다는 것을 알고 있다. 그러나 비타민 D 수치와 암 위험을 연관시킬 수 있는 증거는 충분하지 않다"고 말했다. 한편, 영국에서는 지난 3월 비타민 D를 과다 섭취한 남성이 사망한 사례에 대해 집중 보도되면서 전문가들은 비타민D 독성에 대해 경고하기도 했다. 89세 남성 데이비드 미치너가 지난해 비타민D 과다 섭취로 인해 체내에 칼슘이 축적되는 고칼슘혈증으로 사망한 후, 서리 검시관은 규제 기관에 비타민 D의 과다 섭취의 위험성에 대해 소비자에게 경고를 촉구하는 보고서를 발표한 것. 비타민 D는 뼈 건강 유지 및 다양한 신체 기능 지원에 필수적이지만 과도한 섭취는 여러 가지 부작용을 유발할 수 있다. 비타민 D 중독 증상으로는 갈증과 메스꺼움, 과도한 배뇨 등이 있다. 한국의 경우 식약처에서 권장하는 성인의 비타민D 일일 섭취량은 400IU이다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(9)] 비타민D, 장내 세균 증가로 암 면역에 도움
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[신소재 신기술(40) 초소형 로봇 '필봇', 내시경 검사 대체할까?
- 인체 내부를 탐색할 수 있는 알약 크기의 초소형 로봇이 개발돼 내시경 검사에 새로운 장을 열고 있다. 의료 검진에 사용하기 위해 삼킬 수 있도록 설계된 새로운 소형 로봇 카메라가 최근 캐나다에서 열린 학술회의에서 시연됐다. 캡슐형 로봇으로 필봇(PillBot)이라고 불리는 이 전동 내시경 카메라는 신체 외부에서 전자기적으로 원격 조종하여 체내로 이동시킬 수 있다고 러닝 잉글리시 voa뉴스가 보도했다. 개발자들은 이 기기가 기존 내시경 검사를 대체할 수 있기를 기대하고 있다. 이전의 내시경 검사는 전선에 연결된 카메라를 환자가 잠든 상태에서 목을 통해 위로 삽입하는 시술로 수면 내시경으로 불렸다. 필봇은 캘리포니아주 헤이워드에 본사를 둔 엔디텍스(Endiatx)가 개발했다. 미네소타 주 로체스터에 있는 연구 병원인 메이요 클리닉(Mayo Clinic)이 이 프로젝트의 파트너다. Endiatx는 2014년 설립됐으며, 소화기계 및 간 질환 진단을 위한 혁신적인 기술 개발에 중점을 두고 있다. 최초의 전동 내시경 카메라 필봇은 최초의 전동 내시경 카메라로 설계됐다. 개발자들의 설명에 따르면 작동 방식은 다음과 같다. △ 환자는 1일 동안 금식한 후 다량의 물과 함께 캡슐형 로봇을 삼킨다. △ 캡슐형 로봇은 무선 리모컨으로 조종되는 작은 잠수함처럼 작동한다. △ 검사가 끝나면 신체는 다른 고형 폐기물과 같은 방식으로 캡슐형 로봇을 배출한다. 비벡 컴바리(Vivek Kumbhari) 박사는 회사의 공동 설립자이며 메이요 클리닉의 의학 교수이자 위장 및 간 질환 부장이다. 그는 복잡한 의료 서비스를 더욱 접근하기 쉽게 만드는 더 큰 목표를 향한 최신 연구 결과라고 밝혔다. 컴바리 박사는 "만약 내시경 검사를 병원에서 환자 집으로 옮길 수 있다면 우리는 그 목표를 달성했다고 생각한다"며 "이 기기는 더 안전하고 편안한 접근 방식"이라고 말했다. 그는 이 기기는 의료 종사자 수를 줄이고 마취도 필요 없을 것이라고 덧붙였다. 컴바리 박사는 또한 이 기술은 기존 내시경에 비해 더 효율적이며 환자가 질병 진행 초기 단계에 치료를 받을 수 있게 할 것이라고 말했다. 의료 시설 부족한 지역 원격서비스 기대 인디텍스 공동설립자인 알렉스 루브케(Alex Luebke)는 캡슐형 로봇이 의료 센터와 치료 시설이 부족한 시골 지역 사람들을 도울 수 있다고 말했다. 그는 "특히 개발도상국에서는 질좋은 의료 서비스에 접근하기 힘들다"고 말했다. 이어 "이 장치는 모든 정보를 수집하여 원격지에서도 솔루션을 제공할 수 있다"고 말했다. 마이크로 로봇 알약 필은 테스트 중이다. 이는 앞으로 몇 달 안에 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받을 수 있다. 승인되면 필봇은 2026년까지 출시될 수 있다. 이 미세 로봇 캡슐은 현재 테스트 중이며, 앞으로 몇 달 안에 미국 식품의약품국(FDA)의 승인을 받을 수 있다. 승인이 되면 2026년까지 캡슐형 로봇을 사용할 수 있게 된다. 컴바리 박사는 이 미세 로봇 캡슐 기술이 장, 혈관계, 심장, 간, 뇌 및 신체의 다른 부위로 확대될 수 있기를 기대하고 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(40) 초소형 로봇 '필봇', 내시경 검사 대체할까?
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인공지능, 기후변화 대처하는 식물 설계에 활용
- 과학자들이 인공지능(AI)을 활용해 기후 변화에 견딜 수 있는 식물을 설계하고 있다. 인공지능은 과학자들이 기후변화와 싸우고 지구 온도 상승을 억제하기 위해 식물을 개량하는 데 도움을 주고 있다고 웹사이트 피지스(phys. org)와 어스닷컴 등이 전했다. 기후변화 패널(IPCC)은 기후변화와 지구 온도 상승을 제한하기 위해서는 대기 중 이산화탄소를 제거하는 것이 필수적이라고 밝혔다. 미국 캘리포니아 라호야에 위치한 생명과학연구기관 솔크 연구소(Salk Institute) 과학자들은 기후 변화에 대응하기 위해 식물의 뿌리 시스템을 최적화해서 더 많은 이산화탄소를 더 오랜 기간 저장할 수 있는 식물의 자연적인 이산화탄소 흡수 능력 활용에 주목했다. 이 연구소의 '식물 활용 이니셔티브(Harnessing Plants Initiative)' 소속 과학자들은 기후변화 완화 식물을 설계하기 위해 'SLEAP'이라는 첨단 연구 도구를 사용하고 있다. 인공지능 SLEAP, 뿌리 성장 특징 추적 SLEAP은 사용하기 쉬운 인공지능 소프트웨어로서 다양한 뿌리 성장 특징을 추적한다. 솔크의 펠로우인 탈모 페레이라(Talmo Pereira)가 개발한 SLEAP은 당초 실험실에서 동물의 이동을 추적하기 위해 설계됐다. 페레이라는 현재 식물 과학자인 동료 연구원 볼프강 부쉬(Wolfgang Busch) 교수와 협력해 SLEAP을 식물에 적용하고 있다. 최근 '식물 게놈연구(Plant Phenomics)' 저널에 발표된 연구에서 부쉬 박사와 페레이라는 SLEAP을 사용해 식물 뿌리 형태 분석을 위한 새로운 프로토콜을 선보였다. 이 프로토콜은 뿌리가 얼마나 깊고 넓게 자라고, 뿌리 시스템이 얼마나 커지는 등 이전에는 측정하기 어려웠던 기타 물리적 특징을 분석한다. SLEAP을 식물에 적용한 결과 연구원들은 현재까지 가장 광범위한 식물 뿌리 시스템 형태 카탈로그를 구축할 수 있었다. 더욱이, 이러한 물리적 뿌리 시스템 특징을 추적하면 과학자들이 해당 특징과 관련된 유전자를 찾는 데 도움이 되며, 여러 뿌리 특징이 동일한 유전자에 의해 결정되는지 아니면 독립적으로 결정되는지를 판단할 수 있다. 이를 통해 솔크 연구팀은 식물 설계에 가장 유익한 유전자를 결정할 수 있다. 페레이라는 "이번 협업은 솔크 연구소의 과학이 특별하고 영향력 있는 이유를 실제로 보여주는 좋은 예"라고 말했다. 그는 "우리는 단순히 다른 분야의 지식을 '빌려오는' 것이 아니라, 더 큰 성과를 창출하기 위해 서로 동등한 위치에서 연구하고 있다"고 전했다. SLEAP을 사용하기 전에는 식물과 동물 모두의 물리적 특징을 추적하는 데 많은 노동이 필요했으며 이는 과학적 과정을 지연시켰다. 이전에는 연구원들이 식물 이미지를 분석하기 위해서는 이미지에서 식물 부분과 그렇지 않은 부분을 프레임 단위, 부분 단위, 픽셀 단위로 수작업으로 표시해야 했다. 그래야만 이전의 AI 모델을 적용해 이미지를 처리하고 식물 구조에 대한 데이터를 수집할 수 있었다. SLEAP의 독특한 점은 컴퓨터 시각(컴퓨터가 이미지를 이해하는 능력)과 딥 러닝(AI가 인간 뇌처럼 배우고 작업하도록 컴퓨터를 훈련하는 방법)을 모두 활용한다는 점이다. 이러한 조합을 통해 연구원들은 픽셀 단위로 이동하지 않고도 이미지를 처리할 수 있으며, 중간에 노동 집약적인 단계를 건너뛰고 이미지 입력에서 정의된 식물 특징으로 바로 넘어갈 수 있다. 부쉬 연구실의 생물정보학 분석가인 엘리자베스 베리건(Elizabeth Berrigan) 제1 저자는 "우리는 다양한 식물 유형에서 검증된 강력한 프로토콜을 개발했다. 이 프로토콜은 분석 시간과 인적 오류를 줄이고 접근성과 사용 편의성이 크며 실제 SLEAP 소프트웨어를 변경할 필요가 없었다"고 말했다. SLEAP의 기본 기술을 수정하지 않고 연구원들은 슬립 루트(sleap-roots)라는 SLEAP용 다운로드 가능한 도구킷을 개발했다. 슬립 루트는 오픈 소스 소프트웨어로 무료로 사용 가능하다. 슬립 루트를 사용하면 SLEAP는 뿌리 깊이, 질량, 성장 각도와 같은 뿌리 시스템의 생물학적 특성을 처리할 수 있다. 연구팀은 슬립 루트(sleap-roots) 패키지를 다양한 식물에서 테스트했다. 여기에는 대두, 쌀, 카놀라와 같은 농작물뿐만 아니라 모델 식물 종인 아라비도프시스 탈리아나(Arabidopsis thaliana)도 포함된다. 깊은 뿌리 시스템을 만드는 유전자 이해 높여 다양한 식물에서 시험한 결과 이 새로운 SLEAP 기반 방법은 기존 방법보다 1.5배 빠르게 주석을 달고, AI 모델을 10배 빠르게 훈련하고, 새로운 데이터에 대한 식물 구조를 10배 빠르게 예측하며, 모두 동일하거나 더 나은 정확도를 제공했다. 이러한 표형 데이터(예: 식물의 뿌리 시스템이 유난히 깊게 자라는 것)는 대규모 게놈 시퀀싱 노력과 함께 많은 숫자의 작물 품종에서 유전형 데이터를 밝히는 데 사용해 특히 깊은 뿌리 시스템을 만드는 유전자를 이해할 수 있다. 표형과 유전형을 연결하는 이 단계는 솔크 연구소의 목표인 더 많은 이산화탄소를 더 오랫동안 유지하는 식물을 만드는 데 중요하다. 이러한 식물은 더 깊고 더 강력한 뿌리 시스템을 설계해야 한다. 이 정확하고 효율적인 소프트웨어를 구현하면 식물 활용 이니셔티브는 원하는 표형을 표적 유전자에 아주 쉽고 획기적인 속도로 연결할 수 있다. 솔크의 식물 과학 부문 헤스 의장인 부쉬 박사는 "우리는 현재까지 가장 광범위한 식물 뿌리 시스템 형태 카탈로그를 만들 수 있었다. 이는 기후 변화와 싸우는 탄소 포집 식물을 만드는 연구를 실제로 가속화하고 있다"라고 말했다. 부쉬 박사는 "SLEAP은 탈모의 전문적인 소프트웨어 설계 덕분에 적용하고 사용하기 매우 쉬웠으며 앞으로 제 연구실에서 필수적인 도구가 될 것이다"라고 말했다. 페레이라가 SLEAP과 슬립 루트(sleap-roots)를 만들 때 접근성과 재현성을 가장 중요하게 고려했다. 연구원들은 NASA 과학자들과 토론을 시작하여 슬립 루트를 사용해 지구에서 탄소 포집 식물을 안내할 뿐만 아니라 우주에서 식물을 연구하는 데 도움이 되기를 기대한다. 솔크 연구소에서는 이미 SLEAP를 사용해 3D 데이터를 분석하는 새로운 도전에 착수하고 있다. SLEAP 및 슬립루트(sleap-roots)를 개선하고 확장하며 공유하는 노력은 앞으로 수년 동안 계속될 것이다. 솔크 연구소의 식물 활용 이니셔티브에서의 활용은 식물 설계를 가속화하고 연구소가 기후 변화에 대응하는 데 도움이 되고 있다.
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- IT/바이오
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인공지능, 기후변화 대처하는 식물 설계에 활용
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275원짜리 당뇨약 메트포르민, 암 발생과 인지 저하 등 노화 방지 가능성 제기
- 275원(20센트)짜리 당뇨병 약이 더 오래 살 수 있는 노화방지의 열쇠가 될 수 있다는 지적이 나와 주목된다. 미국 노화연구연맹(American Federation for Aging Research)은 현재 가장 일반적인 제2형 당뇨병 치료제인 메트포르민(Metformin)이 심장병, 암, 인지 저하와 같은 노화 관련 질병을 예방할 수 있는지의 여부를 실험하고 있다고 영국 매체 데일리메일이 전했다. 연구팀은 혈액 내에서 순환하는 포도당의 양을 줄이도록 고안된 메트포르민 약물의 항염증 특성이 노화를 방지하는 효과를 나타낼 가능성이 높다고 판단하고 있다. 바이오해커(생명과학 연구를 통해 유익한 결과물을 만들기 위해 활동하는 생명공학 활동가)들은 그간 수천 달러에 달하는 고가의 노화 방지 치료법을 제안해 왔지만, 저렴한 메트포르민이 수명을 연장할 수 있는 더 쉬운 방법이 될 수 있다는 지적이다. 노화연구연맹 연구진은 이에 따라 미국 전역의 14개 기관에서 6년간 메트포르민을 이용한 전국적 노화 추적 실험 프로젝트(TAME)를 진행하고 있다. 실험의 중심 기관은 노스캐롤라이나에 있는 웨이크 포레스트 대학교 의과대학이다. 연구팀은 메트포르민을 복용하는 사람들이 심장병, 암, 치매 등 노화 관련 만성질환의 발달 지연이나 진행 여부를 테스트하기 위해 65~79세 사이의 환자 3000명 이상을 모집할 계획이라고 밝혔다. TAME 연구팀은 메트포르민이 동물의 노화를 지연시킬 수 있다는 연구 결과가 이미 나왔다며, 메트포르민이 인간의 다양한 노화 관련 질환의 기초가 되는 근본적인 요인에 영향을 줄 수도 있다는 점에 주목하고 있다. 연구팀은 이 프로젝트가 유의미한 결과를 보일 경우, 보험 적용 시 하루 1달러 정도의 저렴한 메트포르민으로 노화를 치료할 수 있음을 의미한다고 밝혔다. 프로젝트의 목표는 FDA(미 식품의약국)로부터 메트포르민을 노화 완화 약품으로 승인을 받는 것이다. 노화연구연맹의 수석 과학 고문인 스티븐 오스타드 박사는 NPR과의 인터뷰에서 메트포르민이 사람의 수명을 연장시킬 가능성이 매우 높다고 기대했다. 메트포르민은 1950년대 프랑스에서 제2형 당뇨병 치료로 처음 사용되었으며, 1990년대 미국에서 FDA의 승인을 받았다. 일반적으로 매우 효과적이고 가격이 저렴해 세계보건기구(WHO)에서는 전 세계의 팔수의약품으로 추천하고 있다. 그 이후 이루어진 최근 연구에서는 메트포르민이 체중 감소와 장기간의 코로나19 위험 감소를 포함한 다양한 이점이 있다는 결과 발표가 이어졌다. 메트포르민이 체중 감소를 가져오는 메커니즘은 확실하지 않지만 의사들은 몇 가지 이론을 내세우고 있다. 메트포르민은 혈액 내에서 순환하는 포도당의 양을 감소시키기 때문에, 과잉 포도당이 지방으로 저장되는 양을 감소시킬 수 있다는 것이다. 또한 식욕을 억제해 체중 감소로 이어질 수 있는 배고픔 신호를 줄이는 것으로 나타났다. 결국 이는 혈장 포도당을 감소시키고 글루카곤 유사 펩티드 1(GLP-1)의 수준을 증가시킨다는 것이다. GLP-1은 식욕을 조절하는 뇌 영역에 영향을 미치게 되는데, 약한 식욕은 칼로리 섭취량 감소로 이어져 결국 체중 감소로 연결된다. GLP-1은 또한 체중 조절 역할을 하는 지방 세포에서 생성되는 호르몬인 렙틴에 대한 신체의 민감도를 증가시키는 것으로도 알려져 있다. 국립 암 연구소 저널의 메타 분석에서도 메트포르민이 결장암, 방광암, 혈액암을 포함한 여러 암의 위험을 감소시키는 것으로 나타났다. 인간과 노화 측면에서 영국의 한 연구에서는 메트포르민을 복용하는 제2형 당뇨병 환자에게서 치매 위험과 인지 저하가 더 낮은 것으로 나타났다. 그러나 오스타드 박사는 많은 증거가 관찰에 불과함을 지적하며, TAME 임상시험에서 효과가 어떻게 나타나는지 정확하게 알아낼 것이라고 기대했다. 메트포르민은 연령 관련 질병을 완화할 수 있다고 보고, 연구자들은 현재 TAME 실험을 위한 자금을 모금하고 있다.
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275원짜리 당뇨약 메트포르민, 암 발생과 인지 저하 등 노화 방지 가능성 제기
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[신소재 신기술(36)] 완두콩 크기 뇌 임플란트 장치 개발
- 미국 라이스 대학 엔지니어들은 인간 환자에게 시연된 가장 작은 이식형 뇌 자극기를 개발했다. 이 완두콩 크기의 뇌 임플란트 장치는 '오버 브레인 테라퓨틱(DOT, Digitally programmable Over-brain Therapeutic)'이라고 불리며, 경추막(두개골 바닥에 연결된 보호막)을 통해 뇌를 자극하는데 사용된다고 사이테크데일리가 22일(현지시간) 보도했다. 제이콥 로빈슨의 라이스 연구실과 신경 공학회사 모티프 뉴로테크(Motif Neurotech), 임상의 사미르 셰스(Sameer Sheth) 박사와 수닐 셰스(Sunil Sheth) 박사가 공동으로 개발한 혁신적인 장치 DOT는 선구적인 자기전기 전력 전송 기술 덕분에 외부 송신기를 통해 무선으로 전력을 공급받을 수 있다. 이 장치는 두개골 바닥에 부착된 보호막을 통해 뇌 자극에 사용될 수 있어 의료 분야에 큰 가능성을 보여주고 있다. 디지털 프로그래밍이 가능한 DOT 장치는 현재의 신경 자극 기반 치료법보다 환자의 자율성과 접근성이 뛰어나고 다른 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)보다 덜 침습적인 치료 대안을 제공함으로써 약물 내성 우울증 및 기타 정신과적 또는 신경학적 장애 치료에 혁명을 일으킬 수 있다. 이 연구는 최근 '사이언스 어드밴시즈(Science Advances)' 저널에 게재됐다. 이 뇌 임플란트 장치의 폭은 9mm(밀리미터)이며 14.5v(볼트)의 자극을 전달할 수 있다. 라이스 바이오테크 런치 패드를 통해 설립된 스타트업 모티프 뉴로테크의 설립자이자 CEO인 로빈슨은 "우리의 뇌 임플란트는 이 자기 전기 효과를 통해 모든 에너지를 얻는다"고 말했다. 모티프 뉴로테크는 신경 장애 치료법을 혁신할 수 있는 BCI의 잠재력을 연구하는 여러 신경공학 회사 중 하나다. 로빈슨은 "신경 자극은 약물 부작용과 효능 부족으로 적절한 치료 옵션이 없는 사람들이 많은 정신 건강 분야에서 치료를 가능하게 하는 핵심 기술"이라고 말했다. 연구팀은 이 장치를 인간 환자에게 일시적으로 테스트하여 운동 피질(운동을 담당하는 뇌 부분)을 자극하고 손의 움직임 반응을 생성하는 데 사용했다. 그 다음 연구팀은 돼지를 대상으로 30일 동안 이 장치가 뇌와 안정적으로 상호작용하는 것을 보여주었다. 향후에는 우울증이나 다른 질환을 가진 환자의 실행 기능을 향상시킬 수 있도록 이 장치를 전두엽피질과 같은 뇌의 다른 부위 위에 삽입할 수도 있다. 기존 삽입형 뇌 자극 기술은 피부 아래 다른 부위에 삽입되어야 하는 상대적으로 큰 배터리로 구동되며, 긴 전선을 통해 자극 장치에 연결된다. 이러한 설계상의 한계로 인해 더 많은 수술이 필요하며, 개인에게 더 많은 하드웨어 삽입 부담, 전선 파손 또는 고장 위험, 그리고 향후 배터리 교체 수술이 필요했다. 라이스대학 연구팀은 외부 송신기를 사용하여 무선으로 장치에 전원을 공급함으로써 배터리를 아예 없앴다. 임상 테스트 및 향후 연구 방향 우즈 박사는 "이전에는 이 정도 크기의 임플란트에는 무선 전력 전송이 불가능했기 때문에 경막을 통해 뇌를 자극하는 데 필요한 신호의 품질과 강도가 불가능했다"고 설명했다. 로빈슨 박사는 이 기술을 집에서 편안하게 사용할 수 있을 것으로 기대했다. 의사가 치료를 처방하고 장치 사용에 대한 지침을 제공하지만, 환자가 치료 방법을 완전히 통제할 수 있다는 것. 로빈슨은 "환자가 집에서 모자를 쓰거나 웨어러블을 착용하여 임플란트에 전원을 공급하고 통신하고, 아이폰이나 스마트워치에서 '이동'을 누르면 임플란트의 전기 자극이 뇌 내부의 신경 네트워크를 활성화할 것"이라고 설명했다. 이 장치를 이식하려면 뇌의 뼈에 장치를 삽입하는 최소 침습 30분의 시술이 필요하다. 임플란트와 절개 부위는 거의 보이지 않으며 환자는 수술 당일 퇴원해서 집으로 돌아갈 수 있다. 베일러 의과대학의 교수이자 연구 부의장, 맥에어 장학생, 컬렌 재단 신경외과 기부 석좌인 셰스 박사는 "심장 박동조율기는 심장 치료의 매우 일상적인 부분"이라면서 "신경 및 정신 질환의 경우 무섭고 침습적일 것 같은 뇌심부자극술(DBS)이 이에 해당한다"고 비유했다. 셰스 박사는 "DBS는 실제로 상당히 안전한 시술이지만 여전히 뇌 수술이며, 그 위험성으로 인해 이를 기꺼이 받아들이고 혜택을 받을 수 있는 사람의 수가 매우 제한적이다. 그래서 이런 기술이 필요한 것이다. 외래 수술 센터에서 피부 수술에 지나지 않는 30분 정도의 간단한 뇌 임플란트 시술은 DBS보다 훨씬 더 많은 사람들이 받아들일 가능성이 높다라고 설명했다. 그는 "따라서 이 치료법이 더 침습적인 대안만큼 효과적이라는 것을 보여줄 수 있다면 정신 건강에 훨씬 더 큰 영향을 미칠 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 예를 들어 간질과 같은 일부 질환의 경우 장치를 영구적으로 또는 대부분의 시간 동안 착용해야 할 수도 있지만, 우울증이나 강박증과 같은 장애의 경우 하루에 단 몇 분의 자극만으로도 표적 신경 네트워크의 기능에 원하는 변화를 가져올 수 있다. 로빈슨은 다음 단계에 대해 연구 측면에서 "임플란트 네트워크를 만들고, 자극하고 기록할 수 있는 임플란트를 만들어 자신의 뇌 신호를 기반으로 적응형 개인 맞춤형 치료를 제공할 수 있다는 아이디어에 정말 관심이 있다"고 말했다. 한편, 모티프 뉴로테크는 치료법 개발의 관점에서 사람을 대상으로 한 장기 임상시험에 대한 미 식품의약국(FDA) 승인을 받기 위한 절차를 진행 중이다. 이 연구는 로버트 및 제니스 맥네어 재단, 맥네어 의학 연구소, DARPA 및 국립과학재단의 일부 지원을 받았다. ※ 출처: "미니어처 배터리 없는 경막외 피질 자극기" Joshua E. Woods, Amanda L. Singer, Fatima Alrashdan, Wendy Tan, Chunfeng Tan, Sunil A. Sheth, Sameer A. Sheth 및 Jacob T. Robinson, 2024년 4월 12일, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adn0858
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[신소재 신기술(36)] 완두콩 크기 뇌 임플란트 장치 개발
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AI로 파킨슨병 치료제 설계 속도 10배 향상
- 인공지능(AI) 기술을 사용하여 파킨슨병 치료제 설계 속도가 대폭 향상될 것으로 전망된다. 케임브리지 대학의 연구팀은 AI 기술을 활용, 파킨슨병을 일으키는 주요 원인 단백질인 알파-시누클레인의 응집을 차단하는 화합물을 식별하고 확인하는 시간과 비용을 크게 줄이는 데 성공했다고 메디컬익스프레스가 전했다. 팀은 기계 학습 기술을 사용해 수백만 개의 화합물 라이브러리를 신속하게 선별, 파킨슨병 실험을 위한 5개의 화합물을 찾아냈다. 파킨슨병으로 전 세계 600만 명 이상이 고통받고 있으며, 그 수는 2040년까지 3배까지 증가할 것으로 예상된다. 현재 파킨슨병에 대한 확실한 치료법은 없다. 파킨슨병을 치료하기 위한 약물을 환자에게 실험하기 전, 약물 후보에 대한 대규모 라이브러리를 검색하고 식별하는 과정은 엄청난 시간과 비용이 소요되며 거의 성공하지 못한다. 연구팀은 기계 학습을 사용해 후보 화합물 초기 검색 속도를 10배 높이고 비용을 1000분의 1로 줄일 수 있었다고 한다. 이는 파킨슨병에 대한 가능한 치료법이 더 빨리 설계될 수 있음을 의미한다. 연구 결과는 '네이처 캐미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)' 저널에 실렸다. 파킨슨병은 전 세계적으로 가장 빠르게 증가하는 신경계 질환이다. 영국의 경우 생존한 사람 37명 중 1명이 파킨슨병 진단을 받는다. 파킨슨병은 운동 장애 외에도 위장관계, 신경계, 수면 패턴, 인지 기능에도 영향을 미칠 수 있으며 결과적으로 삶의 질 저하 및 심각한 장애를 유발할 수 있다. 단백질은 신체 세포에서 중요한 역할을 하지만, 파킨슨병에 걸리면 이 단백질이 잘못 변형되고 신경 세포의 죽음을 초래한다. 단백질 사슬이 잘못 접히면 알츠하이머치매 다음으로 흔한 퇴행성 치매인 루이소체치매를 일으킬 수 있다. 비정상적인 루이소체 클러스터가 형성되면, 뇌세포 내에 축적돼 뇌가 제대로 기능하지 못하게 된다. 연구팀은 보고서에서 "파킨슨병에 대한 가능한 치료법을 찾는 한 가지 방법은 질병과 밀접하게 관련된 단백질인 알파-시누클레인의 응집을 억제할 수 있는 분자를 식별하는 것"이라면서 "그러나 이는 시간이 많이 소요되는 과정이며, 추가 실험을 위한 주요 후보 분자를 식별하는 데만 몇 달 또는 몇 년이 걸릴 수 있다"고 지적했다. 파킨슨병에 대한 임상 시험이 현재 진행되고 있지만, 치료제에 대한 규제 당국의 승인은 부진하다. 파킨슨병을 일으키는 분자종을 직접 표적으로 삼지 못하기 때문이라고 한다. 분자를 직접 겨냥하지 못하는 것은 파킨슨병 연구의 핵심 장애물이다. 이는 효과적인 파킨슨병 치료법의 개발을 심각하게 방해한다. 케임브리지 연구팀은 수백만 개의 화합물이 들어 있는 화학 라이브러리를 검색해 아밀로이드 응집체에 결합하는 분자를 식별하고 증식을 차단하는 기계 학습 방법을 개발했다. 팀은 가장 강력한 응집 억제제를 선택하기 위해 소수의 최상위 화합물을 실험적으로 테스트했다. 이 실험에서 얻은 분석 정보는 기계 학습 모델에 반복적으로 재입력됐다. 몇 번을 반복한 끝에 매우 강력한 화합물이 확인됐다. 초기 선별에서 얻은 지식을 기계 학습 모델로 계속 반복 교육함으로써 더 강력한 화합물을 찾을 수 있게 된 것이다. 보고서는 "기계 학습은 약물 발견 과정에 실질적인 영향을 미쳤다. 가장 유망한 후보 물질을 식별하는 전체 과정의 속도를 끌어올리고 있다“면서 "이는 파킨슨병뿐 아니라 여러 신경계 치료제 발견에도 적용될 수 있음을 의미한다. 시간과 비용이 크게 절감되면서 많은 것이 가능해졌다”고 부연했다.
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AI로 파킨슨병 치료제 설계 속도 10배 향상
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TSMC 전망 하향 조정에 반도체 주식 급락세...글로벌 불확실성 심화
- 글로벌 불확실성과 TSMC의 성장 전망 하향 조정으로 인해 전 세계 반도체 주식 시장이 급락세를 보이고 있다. 이번 주 초까지 급등했던 칩 관련 주가는 투자자들의 이익 실현으로 인해 하락세를 걷고 있다고 닛케이 아시아가 20일(현지시간) 보도했다. 이스라엘의 이란 보복 공격 소식과 함께 TSMC의 성장 전망 하향 조정이 전해지면서 19일 도쿄, 서울 등 아시아 시장에서 칩 관련 주가가 급락했다. 미국 필라델피아 반도체 지수(SOX)도 지난 18일 약 2개월 만에 최저치를 기록했고, 19일 오전 현재 하락세를 보이고 있다. TSMC 주가 하락, 시장 정서 악화 1~3월 기간 TSMC의 실적이 시장 기대치를 뛰어넘었음에도 불구하고, 성장 전망 하향 조정으로 인해 TSMC 주가 하락이 이어졌다. 이는 다른 업계 주식에도 영향을 미쳐 미국 증시는 5%, 대만 증시는 7% 하락했다. TSMC가 올해 글로벌 로직 반도체 산업 전망을 10% 이상에서 10% 성장으로 하향 조정한 것이 반도체 주가 하락의 주요 원인으로 분석된다. 이러한 변화는 전기차, 컴퓨터, 스마트폰 등에 사용되는 칩 수요 회복에 대한 우려를 증폭시켰다. 리소나자산운용의 수석 펀드 매니저 토다 코지는 "시장은 TSMC의 강력한 분기별 실적이 대부분의 가격에 반영됐다"고 지적하며 시장 상황을 분석했다. 이와이코스모 증권의 수석 애널리스트 카이즈요 사이토는 "AI 분야의 성장으로 인해 칩주가 주목받고 있었던 상황에서 전망에 대한 미묘한 우려조차 큰 매도세를 촉발했다"고 강조했다. AI 칩주 주목도 감소 한편, 최근 AI 칩주에 대한 투자자들의 관심이 감소하고 있다. 이는 AI 붐의 핵심 동인인 엔비디아와 경쟁사인 AMD의 주가가 3월 초부터 상승세가 둔화된 데 따른 것이다. 투자자들은 엔비디아용 반도체를 만드는 TSMC와 TSMC에 장비를 공급하는 일본 기업에 더욱 주목하고 있다. 반면, 메모리 칩 제조업체들은 이익을 얻고 있다. 마이크론 테크놀로지는 엔비디아의 AI 그래픽 처리 장치에 사용되는 고대역폭 메모리(HBM)의 2024년 공급량을 모두 매진했으며 2025년 공급량도 대부분 판매했다고 밝혔다. 단기 투자자들의 이익 실현 최근의 칩주 시장 침체는 부분적으로 단기 투자자들이 단기적인 이익을 얻기 위해 매도한 결과라고 분석된다. 페이스북 모회사인 메타 플랫폼, 마이크로소프트, 알파벳, SK하이닉스 및 아드반테스트를 포함한 주요 업계 업체들은 다음 주 분기별 결과를 발표할 예정이다.
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TSMC 전망 하향 조정에 반도체 주식 급락세...글로벌 불확실성 심화
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보스턴 다이내믹스, 은퇴 아틀라스 후속 '획기적인' 휴머노이드 로봇 공개
- 테크크런치의 추측이 맞았다. 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)가 1세대 유압식 휴머노이드 로봇 아틀라스(Atlas)를 중단한 것은 '2보 전진을 위한 1보 후퇴'였다. 보스턴 다이내믹스가 공상과학 또는 공포 영화에서나 나올 법한 기상천외의 움직임을 보여주는 아틀라스 휴머노이드 로봇의 새 버전을 공개했다고 메일온라인이 18일(현지시간) 전했다. 미국 매사추세츠에 본사를 둔 보스턴 다이내믹스는 최근 후속 휴머노이드 로봇 홍보 영상을 공개했는데, 영상은 로봇이 머리 뒤로 다리를 당겨 일어서는, '엑소시스트'와 같은 공포 영화에서 나오는 모습을 보여주었다고 한다. 새 아틀라스 버전은 춤과 파쿠르(장애물 통과)로 유명했던 종래의 아틀라스 로봇과 달리 인체가 할 수 없는 방식으로 구부러지고 움직일 수 있는 관절을 자랑한다. 회사는 최신형 휴머노이드 로봇도 판매할 계획이지만, 가격은 아직 공개되지 않았다. 우선 내년부터 현대차 공장에 투입돼 첫 작업을 시작할 예정이다. 공개된 영상 클립에서 새로운 아틀라스는 허리와 목을 180도 회전하며 바닥에서 부드럽게 일어나는 모습을 보인다. 카메라가 달린 머리는 360도 회전이 가능하다. 종래의 유압 방식을 전기 구동으로 바꾸었다. 과거의 유압식 아틀라스는 관절에 유압 액츄에이터가 있어서 가압 유체를 펌핑함으로써 강력한 점핑과 이동이 가능했었다. 그러나 매끄럽지 않고, 로봇이 각 관절을 약 20도 정도만 움직일 수 있었다. 인간의 팔꿈치는 약 130~153도 정도 구부릴 수 있다. 새로운 아틀라스는 더 넓은 동작 범위를 제공한다. 모든 관절이 360도로 회전할 수 있으며, 더 다양한 방법으로 로봇이 물체를 잡고 운반할 수 있다. 제조, 조립라인 사이의 부품 운반에 투입하기에 제격이라는 주장이다. 특히 다양한 모양과 크기의 부품을 운반할 수 있으며, 부피가 크거나 모양이 특이한 제품의 운반도 가능하다고 한다. 특히 인간이 가능한 동작 범위에 제약을 받지 않고, 가장 효율적인 방식으로 움직이도록 설계됐다. 업계에서는 아틀라스 첫 모델이 출시된 지 11년 만의 변신이 '괄목할 발전'이라고 평가했다. 회사의 로버트 플레이터 CEO는 보스턴글로브와의 인터뷰에서 "새로운 아틀라스 출시로 보스턴 다이내믹스는 휴머노이드 로봇의 기준을 새로 세웠다"고 자신했다. 한편 보스턴 다이내믹스 이후 여러 회사가 휴머노이드 로봇 분야에 뛰어들었다. 테슬라는 지난 2월 옵티머스 로봇이 부드러운 걸음걸이로 공장을 돌아다니는 영상을 공유했다. 지난해 10월 아마존은 창고에 휴머노이드 로봇을 사용할 계획임을 발표했다. 내년 현대차 공장 테스트가 순조롭게 진행되면 보스턴 다이내믹스는 다른 제조사로 사업을 확장할 예정이다. 아틀라스는 개를 형상화한 스팟(Spot)과 상자 하역 전문 스트레치(Stretch)에 이은 세 번째 상업용 로봇이다. 스팟은 2019년에 출시되었으며 2021년 뉴욕 경찰에 공급됐다. 뉴욕 경찰은 위험한 구조 임무에 스팟을 사용할 계획이었지만, 이 계획은 과도한 경찰 군사화라는 우려가 제기되자 무산됐다. 스트레치는 2021년 출시됐다.
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보스턴 다이내믹스, 은퇴 아틀라스 후속 '획기적인' 휴머노이드 로봇 공개
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[먹을까? 말까?(5)] 정크푸드 다이어트, 청소년기 뇌에 치명적인 영향⋯장기적인 손상 초래
- 미국 서던 캘리포니아 대학교(USC) 연구원들은 청소년기의 정크푸드(고지방 설탕) 식단은 나중에 식습관 개선에도 불구하고 지속적인 기억 장애를 유발할 수 있다는 점을 발견했다. 정크푸드는 열량은 높고 영양가는 낮은 식품을 말한다. 대표적인 정크푸드로는 패스트푸드(햄버거, 치킨, 피자 등)와 인스턴트식품(라면, 컵라면, 과자 등) 탄산음료(콜라, 사이다, 에너지 드링크) 등이 있다. 고지방, 단 음식을 먹은 쥐를 대상으로 한 USC의 새로운 연구에 따르면 십대의 정크푸드로 가득 찬 식단이 오랫동안 뇌의 기억력을 방해할 수 있다는 가능성이 제기됐다고 USC 투데이, 사이테크데일리, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 조명했다. 이번 연구는 장과 뇌 사이에 중요한 연관성이 있음을 시사한다. USC 도른사이프 문과대학의 생물과학 교수인 스콧 카노스키는 "이 논문뿐만 아니라 최근의 다른 연구에서도 알 수 있듯이, 쥐들이 정크푸드를 먹고 자란 경우 이러한 기억력 장애가 사라지지 않는다는 것을 알 수 있다"며 "이러한 효과는 안타깝게도 성인이 되어서도 지속된다"고 설명했다. 이 연구는 '뇌, 행동 및 면역(Brain, Behavior, and Immunity)' 저널 5월호에 게재됐다. 카노스키 박사와 수석 저자이자 박사후 연구원인 애나 헤이즈는 이전 연구에서 잘못된 식습관과 알츠하이머병 사이의 연관성이 밝혀졌다는 점을 고려했다. 알츠하이머병을 앓고 있는 사람들은 기억력과 학습, 주의력, 각성, 불수의적 근육 운동과 같은 기능에 필수적인 아세틸콜린이라는 신경전달물질의 뇌 수치가 낮은 경향이 있다. 연구팀은 특히 뇌가 한창 발달하는 청소년기에, 지방과 설탕이 많은 서구식 식단을 섭취하는 것이 젊은이들에게 어떤 영향을 미칠 수 있는지를 주목했다. 연구팀은 정크푸드 식단이 쥐의 아세틸콜린 수치에 미치는 영향을 추적하고 기억력 테스트를 통해 식단과 기억력 사이의 중요한 관계에 대해 면밀히 관찰했다. 연구팀은 기억력을 테스트하기 위해 지방과 설탕이 많은 식단을 섭취한 쥐 그룹과 통제그룹인 대조군 쥐의 아세틸콜린 수치를 추적했다. 연구팀은 사후에 쥐의 뇌를 검사해 아세틸콜린 수치에 장애가 있는지 확인했다. 기억력 테스트는 쥐에게 다양한 위치에서 새로운 물체를 탐색하게 하는 것이 포함됐다. 연구팀은 첫 번째 실험을 마친 뒤 며칠 후, 새로운 물체 하나를 추가한 것을 제외하고는 거의 동일한 환경에 쥐를 다시 투입했다. 정크푸드를 먹은 쥐들은 이전에 어떤 물체를 어디서 보았는지 기억하지 못하는 징후를 보인 반면, 대조군의 쥐들은 익숙해 하는 모습을 보였다. 논문의 수석 저자인 헤이즈는 "아세틸콜린 신호는 과거의 사건을 기억할 수 있는 인간의 '에피소드 기억'과 유사하게 쥐가 사건을 인코딩하고 기억하는 데 도움이 되는 메커니즘"이라며 "지방과 설탕이 많이 든 음식을 먹고 자란 동물에게는 이러한 신호가 일어나지 않는 것 같다"라고 설명했다. 카노스키 박사는 청소년기는 뇌 발달에 중요한 변화가 일어나는 매우 민감한 시기라고 강조했다. 그는 "카산드라나 운명론자처럼 들리지 않게 이 말을 어떻게 해야 할지 모르겠다"며 "하지만 안타깝게도 성인이 되면 더 쉽게 되돌릴 수 있는 것들도 어린 시절에 일어나면 되돌릴 수 없는 경우가 있다"고 말했다. 카노스키 연구팀은 또 다른 연구에서 정크푸드 식단으로 자란 쥐의 기억력 손상이 아세틸콜린 방출을 유도하는 약물로 회복될 수 있는지 여부를 조사했다고 말했다. 연구팀은 PNU-282987과 카르비콜이라는 두 가지 약물을 사용했으며, 알츠하이머병으로 손상된 기억을 관장하는 뇌 영역 해마에 직접 투여한 결과 쥐의 기억력이 회복되는 것을 확인했다. 카노스키 박사는 그러나 특별한 의학적 개입 없이도 청소년기의 정크푸드 식단으로 인한 기억력 문제를 어떻게 되돌릴 수 있는지 알기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 말했다. 이 연구는 미국 국립 당뇨병 및 소화기 및 신장 질환 연구소 보조금 DK123423(SEK, AAF), 미국 국립 당뇨병 및 소화기 및 신장 질환 연구소 보조금 DK104897(SEK), 박사 후 과정 Ruth L.. Kirschstein 국립 연구 서비스 상 국립 노화 연구소 F32AG077932(AMRH), 국립 과학 재단 대학원 연구 펠로우십(LT 및 KSS에 별도 수여), 퀘벡 연구 기금 박사 후 펠로우십 315201(LDS) 및 다양성 증진을 위한 알츠하이머 협회 연구 펠로우십 AARFD-22-972811(LDS)에서 지원했다.
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[먹을까? 말까?(5)] 정크푸드 다이어트, 청소년기 뇌에 치명적인 영향⋯장기적인 손상 초래
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[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?
- 일본 오키나와 과학 기술 연구소(OIST) 양자 기계 연구팀은 흑연과 자석을 활용해 공중에 떠있는 '무중력' 흑연 플랫폼을 선보였다. 과학 전문 웹사이트 피지스(Phys. org)와 뉴아틀라스, 퓨처리즘 등 다수 외신은 "OIST 연구팀은 물리적 접촉이나 기계적 지지대 없이도 안정적으로 매달릴 수 있는 공중 부양 소재 개발에 힘쓰고 있다"며 이번 연구에 대해 집중 조명했다. 공중 부양 소재는 물리적 접촉이나 기계적 지지 없이도 자유롭게 공중에 떠 있는 특성을 지닌 물질을 일컫는다. 가장 흔히 접하는 공중 부양 현상은 자기력에 의해 발생한다. 초전도체나 반자성 물질(자기장에 밀리는 성질)과 같은 물체를 자석 위에 부유시켜 첨단 과학 센서와 일상 용품을 개발할 수 있다는 것이다. 본 연구실 책임자인 제이슨 트왐리(Jason Twamley) 교수는 국제 협력 기관과 함께 흑연과 자석을 활용한 진공 부상 플랫폼을 설계했다. 특기할 만한 점은 이 '부상 플랫폼(플로팅 플랫폼)'이 외부 전원 공급 없이 작동하며, 초고감도 센서 개발을 위한 매우 정밀하고 효율적인 측정 환경을 제공한다는 것이다. 본 연구 결과는 권위있는 학술지 '응용물리학 레터(Applied Physics Letters)'에 게재되었다. '반자성' 물질에 외부 자기장을 가하면 이 물질은 반대 방향의 자기장을 생성하여 반발력을 일으켜 자기장을 밀어낸다. 따라서 반자성 재료로 만든 물체는 강한 자기장 위에 떠 있을 수 있다. 예를 들어 자기부상열차에서는 강력한 초전도 자석이 반자성 물질로 강한 자기장을 만들어 중력을 거스르는 것처럼 보이는 공중부양을 실현한다. 연필심에서 추출되는 흑연(결정질 탄소)은 강력한 자기 반발력(높은 반자성)을 지닌다. 연구팀은 미세한 흑연 구슬 분말을 전기 절연성이 있는 실리카로 화학 코팅한 후 왁스와 혼합하여 그리드(격자) 패턴으로 배열된 자석 위에 부상시키는 1㎠ 크기의 얇은 정사각형 플랫폼을 제작했다. 이 과정에서 흑연은 반자성을 유지하지만 절연은 부양에 필요한 에너지 손실을 방지한다. 테스트 결과 실리카 코팅 흑연 플랫폼은 북극과 남극이 번갈아가며 자석으로 구성된 표면 위에서 장시간 공중에 떠 있을 수 있었다. 연구팀은 이 공중 부양 플랫폼 시스템은 힘, 가속도 및 중력을 측정하는 새로운 유형의 센서로 이어질 수 있다고 밝혔다. 더 정밀한 양자 센서를 위해 또 다른 버전은 피드백 자력을 사용해 플랫폼의 수직 움직임을 지속적으로 수정하고 플랫폼의 운동 에너지를 줄이기 위해 냉각시킨다. 그러나 여기서 단점은 외부 전원이 필요하다는 것이다. 외부 전력 공급 없이 작동하는 자력 부상 플랫폼 구현에는 몇 가지 기술적인 과제가 있다. 가장 큰 어려움은 '와류 감쇠(eddy damping)'로, 이는 진동 시스템이 시간 경과에 따라 외부 힘으로 인해 에너지를 손실하는 현상을 의미한다. 흑연과 같은 전도성 물질이 강력한 자기장을 통과할 때 발생하는 전류 흐름은 에너지 손실을 초래하며, 이는 첨단 센서 개발에 자력 부상 기술을 활용하는 데 있어 주요한 걸림돌이 된다. 이에 OIST 연구원들은 에너지 손실 없이 부유하고 진동할 수 있는 플랫폼, 즉 한 번 가동되면 추가적인 에너지 투입 없이도 장시간 지속적으로 진동을 유지할 수 있는 플랫폼을 설계하기 시작했다. 앞서 지적한 것처럼 이러한 '마찰 없는' 플랫폼은 힘, 가속도, 중력 측정을 위한 새로운 유형의 센서 개발뿐 아니라 다양한 분야에 활용될 수 있는 잠재력을 지닌다. 와류 감쇠 문제를 해결한다고 해도 진동 플랫폼의 운동 에너지 최소화라는 또 다른 과제가 남아 있다. 이 에너지 수준을 낮추는 것은 다음과 같은 두 가지 이유로 중요하다. 먼저, 플랫폼을 센서로 활용할 때 더욱 민감한 측정을 가능하게 한다. 다음으로, 양자 효과가 지배적인 양자 영역으로 진입하여 운동 에너지를 냉각시키면 정밀 측정의 새로운 가능성을 열 수 있다. 따라서 진정한 마찰 없는 자립형 플로팅 플랫폼을 구현하기 위해서는 와류 감쇠와 운동 에너지 문제를 모두 해결해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 흑연 기반의 새로운 물질 개발에 힘썼다. 화학적 변형을 통해 흑연을 전기 절연체로 변환함으로써 에너지 손실을 최소화하면서도 진공 상태에서 물질의 부상을 가능하게 했다. 과학자들은 실험 환경에서 플랫폼의 움직임을 지속적으로 추적하고 분석했다. 이러한 실시간 데이터를 활용하여 피드백 자기장을 적용하여 플랫폼의 진동을 감쇠시킴으로써 플랫폼의 운동을 냉각하고 속도를 크게 감소시켰다. 트왐리 교수는 "열은 진동을 야기하지만, 지속적인 모니터링과 시스템에 실시간 피드백을 제공함으로써 이러한 진동을 줄일 수 있다고 설명했다. 피드백은 시스템의 감쇠 속도, 즉 에너지 손실 속도를 조절하기 때문에 적극적인 감쇠 제어를 통해 시스템의 운동 에너지를 감소시켜 효과적으로 냉각할 수 있다"고 밝혔다. 트왐리 교수는 또한 "충분히 냉각된다면 이 공중 부상 플랫폼은 지금까지 개발된 가장 민감한 원자 중력계보다 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다"고 강조했다. 이어 "원자 중력계는 원자의 움직임을 이용하여 중력을 정밀하게 측정하는 최첨단 장치이다. 이러한 수준의 정밀도를 달성하기 위해서는 진동, 자기장, 전기 노이즈와 같은 외부 간섭으로부터 플랫폼을 격리하는 엄격한 엔지니어링이 필요하다. 현재 진행 중인 연구는 이러한 시스템을 개선하여 이 기술의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 초점을 맞추고 있다"고 덧붙였다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?
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무중력 상태서 소행성 탐사 가능한 3족 소형 로봇 개발
- 소행성이나 위성 등 무중력 또는 저중력 환경에서 탐사할 수 있는 세 발 달린 소형 로봇이 개발됐다고 우주항공 전문 매체 스페이스닷컴이 전했다. 스페이스호퍼(SpaceHopper)라는 이름의 이 로봇은 행성 등 우주 탐험과 관측에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 스페이스호퍼는 스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 학생 연구 프로젝트로 2년 6개월 동안 진행된 결과 도출된 성과다. 최근 연구팀은 유럽우주국의 포물선 비행 동안, 모의 무중력 환경에서 로봇을 테스트했다. 로봇은 3개의 발을 이용해 깡충깡충 뛰며(호핑) 표면을 이동한다. 로봇의 이동 방식이 스페이스호퍼라는 이름의 유래인 셈이다. 로봇은 각 모서리에 관절이 있는 다리가 달린 삼각형의 몸체로 구성되어 있다. 세 개의 다리에는 각각 무릎과 엉덩이 관절이 있다. 관절을 이용해 로봇의 발이 표면을 밀어내고 지면을 차서 스스로를 밀고 나아가면서 지정된 지역 내에 착륙하는 것을 제어할 수 있다. 스페이스호퍼는 중력이 거의 또는 전혀 없는 소행성이나 달과 같은 비교적 작은 천체들을 탐험하도록 특별히 설계됐다. 연구팀은 "(소행성들은) 미래에 인류에게 유용하게 쓰일 수 있는 귀중한 광물 자원을 포함하고 있을 것이며, 개발된 로봇은 이런 탐사에 활용될 수 있다"면서 "행성 또는 위성 탐사는 또한 우주에 대한 지식을 풍부하게 할 것"이라고 기대했다. 물론 천체 탐사에 어려움은 많다. 기본적으로 중력이 거의 없는 환경에서는 우주선의 바퀴와 그 바퀴가 지나가는 표면 사이에 견인력이 없다. 우주선이 통과할 수 있는 대기도 거의 없다. 스페이스호퍼가 바퀴 대신 위 또는 옆으로 이동하기 위해 '톡톡' 짧게 튀도록 개발된 이유도 거기에 있다. 유럽우주국의 포물선 비행은 연구팀이 스페이스호퍼를 배치할 수 있는 저중력 상태에서의 모의 실험을 충실히 수행할 수 있도록 지원했다. 모의실험 중 촬영된 비디오는 스페이스호퍼가 약 30번에 걸쳐 발생했던 무중력 상태에서 각각 약 20~25초 동안 세 다리를 발로 차면서 작동하는 모습을 보여주었다. 연구팀은 "실험은 성공적이었다. 로봇은 세 다리를 사용해 자세를 바로잡고 특정 방향으로 점프할 수 있음을 보여주었다"고 밝혔다.
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무중력 상태서 소행성 탐사 가능한 3족 소형 로봇 개발
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[신소재 신기술(32)] 획기적인 '종이 기반' 배터리 개발⋯"식물에서 영감 얻어"
- 일본에서 희귀 금속이 필요 없는 종이 기반의 물로 활성화되는 배터리가 개발됐다. 일본 도호쿠대학(東北大學)의 재료연구소(AIMR) 연구진은 GPS 센서나 맥박 산소 측정기 센서에 사용할 수 있는 종이 기반의 고성능 마그네슘-공기(Mg-air) 배터리를 개발했다고 오일 프라이스가 14일(현지시간) 보도했다. 이변 연구는 종이의 재활용성과 가벼운 특성을 활용해 보다 환경 친화적인 에너지원으로 발전할 수 있는 가능성을 제시했다. 연구 보고서 논문 '희귀 금속이 없는 고성능 물 활성화 종이 배터리: 웨어러블 센싱 장치를 위한 일회용 에너지원'은 'RSC 인터페이스 응용(RSC Applied Interfaces)' 저널에 게재됐다. 종이는 지난 2000년 동안 인류 문명의 필수품이었다. 종이는 일반적으로 중국 후한 시대 105년 경에 채륜이 발명했다고 알려져 있다. 하지만 최근 중국에서 기원전 2세기 경으로 거슬러 올라가는 종이가 발견되기도 해 종이의 정확한 기원은 알 수가 없다. 글 쓰기를 통해 그동안 인류 역사를 기록해온 종이가 이제는 배터리에 활용돼 친환경적인 미래를 여는 중요한 역할을 하게 됐다. 가볍고 얇은 종이 기반 디바이스는 금속이나 플라스틱 소재에 대한 의존도를 낮추는 동시에 폐기하기도 더 쉽다. 이 연구의 교신 저자인 히로시 야부(Hiroshi Yabu) 교수는 "우리는 식물의 호흡 메커니즘에서 이 장치에 대한 영감을 얻었다"고 말했다. 야부 교수는 "광합성은 배터리의 충전 및 방전 과정과 유사하다. 식물이 태양 에너지를 이용해 땅의 물에서 설탕을, 공기에서 이산화탄소를 합성하는 것처럼, 우리 배터리는 마그네슘을 기질로 활용해 산소와 물에서 전력을 생성한다"고 설명했다. 연구팀은 배터리를 제작하기 위해 마그네슘 호일을 종이에 접착하고 음극 촉매와 가스 확산층을 종이 반대편에 직접 추가했다. 종이 배터리는 1.8V(볼트)의 개방 회로 전압, 100mA/cm²의 1.0V 전류 밀도, 103mA/cm²의 최대 출력을 달성했다. 야부 교수는 " 이 배터리는 인상적인 성능 결과를 보여줬을 뿐 아니라 독성 물질을 사용하지 않고 엄격한 평가를 통과한 탄소 음극과 안료 전기 촉매를 사용해서 작동한다"라고 덧붙였다. 연구팀은 맥박 산소 측정기 센서와 GPS 센서에서 이 배터리를 테스트해 웨어러블 디바이스에 대한 다용도성을 입증했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(32)] 획기적인 '종이 기반' 배터리 개발⋯"식물에서 영감 얻어"
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샘 올트먼, 글로벌 AI 인프라 확장 협력 논의
- 샘 올트먼 오픈AI 최고경영자(CEO)가 인공지능(AI) 인프라 확장을 위해 각국의 정부 및 민간 리더들과 전략적 협력을 통해 AI 기술 개발에 필요한 핵심 자원의 공동 확보를 추진하고 있다. 11일 연합뉴스는 10일(현지시간) 블룸버그통신을 인용해 이같이 보도했다. 올트먼은 이번 주 아랍에미리트(UAE)에서 투자자들과 정부 관리들을 만나 대규모 AI 인프라 구축을 위한 민간 부문과 국가의 협력 방안을 논의한 것으로 전해졌다. 그는 이전에 서방 국가 관계자들과도 같은 주제에 대해 의견을 나누었으며, 곧 미국 워싱턴에서도 관련 회의를 개최할 계획이다. 최근에는 지나 러몬도 미국 상무부 장관과도 만났다. 또한 올트먼은 반도체 벤처 기업들을 지원하기 위해 전 세계 투자자들로부터 수십억 달러를 모으는 계획을 추진 중이다. 이 자금은 반도체 제조 공장 네트워크 구축에 할당될 예정이다. 그는 에너지 및 데이터센터의 용량 확대를 위해 혁신적인 에너지원의 필요성을 강조하며, 저렴한 태양광 발전이나 핵융합 기술이 AI 개발을 가속화할 수 있다고 제언했다. 파이낸셜타임스(FT)는 최근 AI 개발이 급속도로 진행됨에 따라, 전통적인 평가 방식으로 새로운 AI 모델의 안전성이나 정확성을 제대로 평가하기 어려운 상황이라고 전했다. AI 도구를 개발하고 테스트하고 투자하는 사람들 사이에서는 현재 널리 사용되는 평가 기준이 새 모델의 성능이나 안전성을 측정하는 데 적합하지 않다는 의견이 제기되고 있다. 익명을 요구한 관계자들에 따르면, 최신 AI 모델의 복잡성에 비해 전통적인 평가 도구는 너무 단순하고 이러한 복잡성을 충분히 반영하지 못한다고 지적한다. 에이단 고메즈 인공지능 스타트업 코헤어의 설립자이자 최고경영자(CEO)는 "공개된 평가 기준은 유효 기간이 있음을 인식해야 한다. 이는 평가 대상 모델에 적합한 경우에만 유용하며, 과거에는 이 유효 기간이 몇 년이었지만 현재는 몇 달로 단축되었다"고 밝혔다. 그는 또한 "기존 평가 기준을 초월하는 새로운 AI 시스템의 등장이 일상화되고 있다. 이로 인해 과거의 평가 방식은 더 이상 적용되지 않게 된다"고 설명했다. 마이크로소프트의 코드 저장소인 깃허브의 최고 법률 책임자 셸리 맥킨리는 "사람들은 신뢰할 수 없는 기술을 사용하지 않을 것이며, 신뢰할 수 있는 제품을 제공하는 것은 기업의 책임"이라고 강조했다.
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- IT/바이오
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샘 올트먼, 글로벌 AI 인프라 확장 협력 논의
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소아 면역학자가 밝히는 땅콩 알레르기에 관한 10가지 놀라운 사실
- 땅콩 알레르기는 땅콩에 노출되면 발생하는 심각한 알레르기 반응이다. 경우에 따라 혈압 저하, 빠른 맥박, 의식 상실 등의 반응이 나타나는 땅콩 알레르기는 가장 흔한 음식 알레르기 중 하나이며 모든 연령대의 사람들에게 영향을 미칠 수 있다. 식품 알레르기 연구 및 교육(FARE: Food Allergy Research and Education)에 따르면, 미국 내 600만 명 이상에 땅콩 알레르기가 있다고 보고됐으며, 이들 환자 중 약 160만 명이 어린이와 청소년이다. 땅콩 알레르기가 그 만큼 미국인들에게 광범위하다는 얘기다. 전 세계적으로도 땅콩 알레르기를 갖고 있는 인구가 적지 않다. 캘리포니아의 소아 및 성인 알레르기 전문의이자 면역학자인 라니 마스카티아(Rani Maskatia) 박사는 땅콩 알레르기에 의한 사망과 같은 소식은 소비자들이 자신의 생명을 구할 수도 있는 최첨단 치료법을 회피하고 있음을 상기시켜 준다고 폭스뉴스 인터뷰에서 말했다. 미국 식품의약국(FDA)는 땅콩, 유제품, 기타 식품에 대한 반응의 심각성을 줄이기 위해 알레르기 약물을 승인했다. 식품 알레르기 검사 및 치료를 제공하는 클리닉 네트워크인 LFAC(Latitude Food Allergy Care)의 의료 책임자이기도 한 마스카티아는 땅콩 알레르기에 관한 10가지 놀라운 사실을 폭스뉴스를 통해 전했다. 1. 땅콩 알레르기는 면역체계 반응으로 인해 발생 땅콩 알레르기는 면역체계가 땅콩이 가지고 있는 주요 단백질에 마치 해로운 침입자인 것처럼 반응할 때 발생한다고 한다. 면역 체계가 단백질과 싸워 광범위한 증상을 일으키며, 때로는 피부, 위장, 호흡기 또는 심혈관 등 신체의 여러 시스템에 영향을 미친다는 것이다. 2. 땅콩 알레르기가 확산되는 이유는 불분명 땅콩 알레르기 사례는 최근 들어 꾸준히 증가하고 있다. 그녀는 땅콩 알레르기는 환경 변화부터 세대에 따른 식단 변화에 이르기까지 다양하게 기인하며, 심지어 어린 아이들에게 땅콩 기반 식품을 피하라는 수십 년 동안의 구태의연한 권장 사항까지 우리 사회의 많은 변수로 인해 발생할 수 있다고 한다. 3. 우발적인 섭취로 인해 땅콩 알레르기 발생 높아진 인식에도 불구하고 땅콩 알레르기는 계속해서 발생하고 있다. 특정 음식에 땅콩이 포함되어 있지 않더라도, 우발적 교차 접촉에 의해 알레르기 반응을 일으킬 수 있다. 4. 다양한 땅콩 알레르기 증상 땅콩에 대한 알레르기 반응은 경미한 불편함부터 심각하게 생명을 위협하는 아나필락시스(anaphylaxis)까지 광범위한 증상으로 나타날 수 있다. 증상에는 두드러기, 피부 발진 또는 부기, 가려움 또는 목이나 입의 따끔거림, 콧물, 충혈되고 눈물이 나는 눈, 혀 또는 입술의 붓기, 눈 붓기, 코 막힘, 위경련 또는 복통, 설사, 메스꺼움, 나아가 구토, 호흡 곤란, 윙윙거림 등이 있다. 5. 아나필락시스 위험에 노출 땅콩 알레르기는 생명을 위협할 수 있는 알레르기 반응인 아나필락시스와 관련된 가장 흔하지만 심각한 증상이다. 아나필락시스는 피부가 창백해지거나 푸르스름한 색조를 띠게 되거나, 목 수축, 숨가쁨, 호흡 곤란, 현기증, 빈맥 등의 징후를 보인다. 사망률은 높지 않지만 아나필락시스가 발생하면 즉시 치료를 받는 것이 중요하다. 땅콩 알레르기가 있는 모든 사람은 2개의 에피네프린 자동 주사기를 휴대하는 것이 좋으며, 대응 시간을 최소화하기 위해 긴급 아나필락시스 대책을 갖고 있어야 한다. 6. 유아기부터 검사와 진단 가능 생후 4개월 정도의 어린 아기도 땅콩 알레르기 검사를 받을 수 있다. 혈액 검사와 피부 검사를 통해 진단 정확도를 높일 수 있다. 혈액 검사를 통해 환자가 민감하게 반응하는 땅콩의 단백질을 구별할 수 있다는 것이다. 7. 모든 견과류에 해당하지는 않아 땅콩은 콩과 식물이므로 호두, 아몬드, 헤이즐넛, 캐슈넛과 같은 다른 종의 견과류를 먹어도 안전한 경우가 많다. 그러나 땅콩과 견과류, 씨앗 모두에 알레르기가 있을 수도 있으므로 알레르기 전문의와 함께 임상 평가를 받는 것이 좋으며, 임상 평가를 통해 알레르기가 없는 음식을 섭취하여 식단의 다양성을 꾀하고, 알레르기가 있는 음식에 대한 위험을 줄여야 한다. 8. 식품 이외의 품목에도 알레르기 반응 나타날 수 있어 땅콩 단백질은 비타민, 약물, 피부 연고, 화장품, 자외선 차단제, 공예 재료, 장난감 속 재료, 애완동물 사료, 새 사료, 심지어 개미 미끼나 쥐덫에도 존재할 수 있다. 9. 시간 지나면 알레르기 사라질 가능성 땅콩 알레르기가 사라졌다고 의심된다면 알레르기 전문의와의 후속 테스트를 진행한다. 알레르기 전문의가 혈액 검사와 피부 검사를 통해 알레르기가 없어졌을 수 있다고 판단하는 경우 경구 음식 도전이 권장될 수 있다. 경구 음식 섭취는 숙련된 임상의의 감독 하에 환자가 3~4시간에 걸쳐 의심되는 알레르기 항원을 소량 섭취하는 단계별 과정이다. 반대로, 땅콩 알레르기는 심각하거나 생명을 위협하는 반응을 보일 수 있기 때문에 의심되는 반응이 있을 때 임상 진단을 받지 못하면 심각한 건강 및 안전 위험이 발생할 수 있다. 10. 땅콩 알레르기는 치료 가능 땅콩 알레르기는 치료가 가능하다. 경구 면역요법(OIT)이라는 치료법이 권장된다. 이 치료법이 단일 또는 다중 식품 알레르기에 약 85% 효과적이며 모든 연령대에 안전하다. OIT는 시간이 지나면서 환자를 점점 더 많은 양의 알레르기 항원에 지속적으로 노출시키게 되는데, 신체는 점차 알레르기 항원에 적응하게 된다. 결국 식이 제한이 줄어들며 예기치 않은 노출로 인한 위협에 대한 보호가 강화된다. 팔포지아(Palforzia)는 땅콩 알레르기 치료용으로 FDA 승인을 받은 약물이다. FDA는 최근 땅콩 알레르기를 포함한 모든 음식 알레르기 치료용으로 졸레어(Omalizumab)도 승인했다. 향후 10년 안에 땅콩 알레르기가 있는 사람들을 위한 치료 옵션이 더 많아질 것으로 예상된다.
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- 생활경제
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소아 면역학자가 밝히는 땅콩 알레르기에 관한 10가지 놀라운 사실
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[신소재 신기술(29)] 물 엔진, 역사적 첫 작동! 수소 엔진 능가하는 성능 기록
- 역사상 최초로 움직이는 물 엔진(Water engine·수력 엔진)이 오스트리아에서 개발됐다. 오스트리아의 레이싱 기업 AVL 레이스텍(AVL Racetech)은 물을 주입하는 분사 시스템을 통해 강력한 수소 연소 엔진을 개발했다고 에코뉴스가 전했다. 최근 수소는 경제의 탈탄소화 과정에서 주목받는 대안 에너지원으로 부상하고 있다. 수소 생산에 대한 투자는 전 세계적으로 증가하고 있으며, 스페인의 경우 2022년 1분기에 세계 신규 수소 프로젝트의 20%를 차지했다. 하지만 기존 수소 연소 엔진은 출력 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 AVL 레이스텍은 헝가리의 훔브다(HUMDA) 연구소와 협력해 혁신적인 수소 연소 엔진을 개발했다. 이 엔진은 물 분사 시스템을 통해 기존 수소 연소 엔진의 문제점을 개선했다. 이 수소 연소 엔진은 더 나아가 레이싱카에 사용될 가능성도 있다. 물 분사 시스템 통한 성능 향상 AVL 레이스텍은 기존의 물 주입 방식인 PFI(포트 액체 분사)를 사용해 엔진의 공기 흡입 시스템에 물을 주입했다. 이를 통해 부품 손상을 유발할 수 있는 조기 점화를 방지하고 안정적인 연소를 촉진한다. 회사 측은 이는 '린번 엔진(lean-burn engine)'의 잠재적인 단점을 보완할 수 있다고 설명했다. 린번 엔진은 공연비(공기와 연료의 비율)가 일반적인 엔진보다 훨씬 높다. 이는 엔진이 연료 대비 더 많은 양의 공기를 사용해 연소시키는 것을 의미하며, 결과적으로 연료 효율이 개선되고 배출가스 중 일부 오염 물질의 양이 줄어든다. 린번 방식은 특히 질소산화물(NOx) 같은 오염물질의 배출을 줄이는 데 효과적일 수 있으며, 이는 환경에 미치는 부정적 영향을 감소시키는 데 도움이 된다. 하지만 이 기술은 연소 과정에서 고온이 발생할 수 있어, 질소산화물의 생성을 억제하기 위한 추가적인 기술이나 장치가 필요할 수 있다. 린번 엔진은 주로 가솔린 엔진에 적용되지만, 디젤 엔진에서도 유사한 원리의 연소 방식이 사용된다. 수소 연소 엔진의 미래 물 주입 방식인 PFI분사와 같은 개선을 통해 분당 3000~4000회 회전에서 410hp(마력)과 500Nm(뉴터 미터)의 토크를 내는 2리터 수소 엔진이 탄생했다. 이 엔진 리터당 약 205마력(리터당 150kW)의 특정 출력 밀도를 달성했다. 실제 테스트 결과 이 엔진은 하이 레벨 모터 레이싱 대회에서도 경쟁력을 갖출 것으로 예상된다. 모터스포츠 AVL 디렉터이자 전 프로 레이싱 드라이버인 엘렌 로어(Ellen Lohr)는 "H2 레이싱 엔진으로 얻은 결과는 이 기술로 매우 경쟁력 있는 패키지를 제공할 수 있다는 것을 확인시켜 주었다"고 설명했다. AVL 레이스텍은 이번 개발을 통해 모터스포츠의 지속 가능성 확보에도 기여하고자 한다. 이 수소 연소 엔진은 레이싱뿐만 아니라 일반 자동차의 탈탄소화 전환에도 활용될 수 있으며, 수소 에너지의 자동차 산업 활용 가능성을 한층 더 높였다. 이처럼 수소의 잠재력은 지금까지 우리가 가지고 있었던 자동차의 수소 개념을 바꾸고 있다.
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[신소재 신기술(29)] 물 엔진, 역사적 첫 작동! 수소 엔진 능가하는 성능 기록
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중국 eHNAG, 자율 주행 eVTOL 항공기 양산 인가 획득
- 중국 항공 모빌리티 선두 주자인 이항 인텔리전트(亿航智能·eHANG)가 당국으로부터 자율 주행 수직 이착륙기(eVTOL) 생산 인가를 받았다. 중국 민간항공국(CAAC)은 eHANG에게 EH216-S 자율 주행 전동 수직 이착륙기(eVTOL)의 대규모 양산을 위한 생산 인가증을 발급했다고 항공 전문매체 ain 온라인판이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 이날 광저우에서 열린 행사에서 발표된 이번 승인으로, eHANG은 지난해 10월 13일 세계 최초로 형식 인증을 획득한 지 6개월 만에 생산 인가까지 획득했다. 생산 인가는 항공기 제작에 사용되는 원자재부터 자체 및 공급업체 생산 관리 프로세스, 품질 관리 프로세스, EH216-S 인도 전 테스트, 애프터 서비스 유지 보수 및 정비 작업까지 eHANG의 품질 관리 시스템을 기반으로 한다. 인증 과정에서 중국민간항공국 중남부 지역 관리국의 검토팀은 eHANG의 제조 인프라 및 절차 모든 측면을 검토 평가했다. 평가는 조직 관리, 설계 문서 관리, 인원 역량 및 자격, 공급업체 관리, 생산 프로세스 관리, 검사 및 시험 등 19개 주제를 포함했다. eHANG은 현재 운푸에 위치한 주요 공장에서 생산 속도를 안정적으로 증가시킬 계획이다. 또한 운영 개시를 지원하기 위해 고객과의 파트너십 협력을 강화하고 있다. 중국 도시에서 상업 항공 증가 예상 eHANG은 운영자 교육 및 절차 개발을 통해 다양한 중국 지역에서 2인승 항공기 상업 항공을 지원하고 있다. 민간항공국과 협력하여 2분기에 상업 운영을 위한 규제 기준을 마련하고 있다. 2024년 동안 eHANG은 지방 정부 기관과 협력하여 eVTOL 공중 택시 서비스를 도시 대중교통 시스템에 통합하기 위한 버티포트 네트워크를 구축할 계획이다. 관광객을 위한 관광 비행도 EH216-S의 초기 활용 사례가 될 것으로 보인다. 중국에서 이 항공기의 표준 가격은 단 33만4000달러(약 4억5200만원)이다. eHANG은 2023년 본사가 위치한 광저우를 비롯해 선전과 허페이에서 비행 시연 프로그램을 진행했다. CAAC가 항공기 운항허가증을 발급한 후 선전 오베이 리조트와 광저우 지우롱 호수 공원, 허페이 루오강 중앙 공원에 있는 도심 항공 모빌리티(UAM) 운영 센터에서 소규모로 첫 상업 비행을 실시한 것. 지난해 10월, 허페이 시 정부는 도시의 저공경제를 발전시키기 위해 eHANG과 전략적 협력 협약을 체결했다. 시 정부는 최대 1억 달러(약 1354억원)의 재정 지원을 약속했다. 광저우 당국도 유사한 이니셔티브를 지원하는 계획을 승인했다. 중국 정부, 저공경제 우선 정책 민간항공국은 지난 3월 29일 기자 회견에서 초기 eVTOL 사용 사례를 촉진하고 항공 교통 관리 인프라를 개발하기 위해 여러 UAM 데모 사이트 구축을 지원할 계획이라고 발표했다. 이 기관에 따르면 중국의 저공 경제는 2025년까지 1조 5000억 위안(2120억 달러, 약 280조5450억원) 이상의 가치가 있으며, 2035년에는 3조 5000억 위안(약 654조6050억원)으로 증가할 것으로 예상된다. '저공경제(低空经济)'란, '유·무인 항공기의 저공비행을 기반으로 여객, 화물 운송 서비스를 제공하고 유관 분야와 융복합 연계 발전하는 경제 형태'를 의미한다. 코트라는 지난 3월 28일 발간된 보고서 '융복합 발전이 진행중인 중국 저공경제산업'을 통해 "최근 중국 광저우 등지에서 전동 수직 이착륙기(eVTOL, 드론택시)의 상업 비행 테스트가 성공함으로써 중국 저공경제 산업은 큰 발전 동력을 얻은 것으로 판단된다"고 평가했다. 2024년 1월 중국 국무원에서 발표된 드론 비행관리 임시조례(无人驾驶航空器飞行管理暂行条例)에 따르면, 드론을 중심으로 한 저공경제가 미래 전략산업이자 유망 발전 분야로 손꼽히고 있음을 확인할 수 있다. 코트라 관계자는 "이러한 저공경제는 지속해서 물류, 농업, 교통, 관광 등 유관 산업 분야에 영향을 끼치고 있으며 새로운 산업발전 영역을 마련하고 있다. 일반적으로 중국 저공경제를 구성하고 있는 주요 분야로는 저공 제조산업, 저공비행 산업, 저공 인프라산업, 종합 서비스산업으로 구성된다"고 설명했다. 중국 정부 중앙위원회와 국무원은 지난해 eVTOL 및 기타 무인 항공기를 이용한 항공 서비스를 전략적 우선 순위로 확정했다. 중국의 약 20개 성에서 2024년 저고도 경제 개발 계획을 발표했으며, 올해는 보다 구체적인 정책 이니셔티브를 도입할 것으로 예상된다. 후아지 후(Huazhi Hu) eHang의 설립자이자 회장 겸 최고경영자(CEO)는 "이번 생산 인증서 발급은 EH216-S의 대량 생산의 문을 여는 것으로, 상업 운항으로 나아가는 중요한 단계"라고 말했다. 후아지 CEO는 "오늘부로 EH216-S는 CAAC로부터 형식 인증서, 생산 인증서 및 감항 인증서를 확보했다. 이 모든 주목할 만한 성과는 CAAC의 전문가 팀과 eHang 팀의 협업과 끊임없는 노력에 힘입은 것이며, 항공기 설계, 제조, 품질 관리, 지속적인 감항성 및 기타 분야에서 우리의 집단적 혁신, 지혜, 전문성을 반영한 결과"라고 덧붙였다. 한편, 중국은 수년 전부터 국가 정책적 차원에서 저공경제 발전을 적극 추진하고 있다. 정책 지원이 되는 분야는 교통 플랫폼 구축, 도서 물류‧운송, 스마트 항공, 관광산업 등 광범위하며 특히 광둥성 차원에서 추진 중인 저공경제 시범구 조직 및 비행활동 심의 프로세스 효율화 정책 등이 있다. 한편, 중국은 수년 전부터 국가 정책적 차원에서 저공경제 발전을 적극 추진하고 있다. 정책 지원이 되는 분야는 교통 플랫폼 구축, 도서 물류‧운송, 스마트 항공, 관광산업 등 광범위하며 특히 광둥성 차원에서 추진 중인 저공경제 시범구 조직 및 비행활동 심의 프로세스 효율화 정책 등이 있다. eHANG은 2014년 설립된 기업으로 도심항공교통(UAM) 과학기술 글로벌 선두 업체다. 무인 자울주행 항공기 시스템 및, 물류, 운동, 스마트시티 관리 등 컨설팅 서비스를 제공하고 있다.
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중국 eHNAG, 자율 주행 eVTOL 항공기 양산 인가 획득
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