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2025-04-19 (토)

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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공

유럽우주국(ESA)이 국제우주정거장(ISS)에서 금속 3D 프린터로 부품을 제작하는 데 성공했다. 이는 우주 공간에서 금속 3D 프린팅 기술을 활용한 최초의 사례로, 미래 우주 탐사에 새로운 가능성을 제시했다. ESA는 에어버스와 협력하여 개발한 '금속 3D 프린팅 기술 시연기'를 올해 초 ISS에 발사했다. ESA 우주비행사 안드레아스 모겐센은 이 장비를 ESA 콜럼버스 모듈에 설치했고, 지난 8월, 마침내 우주에서 최초의 3D 금속 형상을 성공적으로 인쇄했다. 미국과 러시아, 유럽연합(EU) 등이 참여한 닥구적 우주 정거장인 국제우주정거장은 1998년 건설이 시작됐으며, 지구 상공에서 400km 떨어진 저궤도를 돌고 있다. 이번 성공은 기존 ISS에서 플라스틱 3D 프린터만 사용되었던 것과 비교하면 획기적인 발전이다. 3D 금속 프린팅 기술은 무중력 상태에서도 필요한 부품을 즉시 제작하고 장비를 수리할 수 있게 해, 장기 우주 탐사 임무의 자율성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 일반적으로 3D 금속 프린터는 금속 합금 분말을 바닥에 깔고 전자빔이나 레이저로 디지털 파일에 기반한 패턴을 소결하는 방식으로 작동한다. 무중력 상태에서 금속을 녹이는 것도 문제지만, 금속 가루를 다루는 것은 위험할 뿐만 아니라 완전히 비현실적이다. 에어버스와 영국 크랜필드 대학이 개발한 금속 3D 프린터는 플라스틱 프린터를 모방해 이 문제를 해결했다. 스테인리스 스틸 와이어를 워크헤드에 공급하고 레이저로 그 자리에서 녹인 다음, 녹은 강철이 즉시 냉각되고, 굳어지도록했다. 안전성을 높이기 위해 전체 작업은 밀폐된 금속 상자에서 원격으로 수행됐ESA에 따르면 이 프린터는 지난 8월 4개의 테스트 형상 중 첫번째 형상을 완성했다. 이에 대해 과학 전문 매체 뉴아틀라스는 "외관상으로는 크게 칭찬할 수준은 아니었다"며 "사실 다소 투박하지만 이 프린터는 승무원이 예비 부품이나 득수 장비를 직접 제작할 수 있도록 함으로써 미래의 임무가 지구로부터 더 독립적으로 수행되는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여주는 기술 시연기"라고 전했다. 이번에 제작된 금속 부품은 품질 분석을 위해 다른 3가지 샘플과 함께 지구로 반환될 예정이다. 샘플 중 2개는 네덜란드에 있는 ESA의 기술 심장부(ESTEC)로, 다른 1개는 쾰른에 있는 우주비행사 훈련 센터(EAC)로 보내져 LUNA 시설에 사용되고, 나머지 1개는 덴마크 공과대학교(DTU) 등으로 보내져 추가 연구에 활용될 계획이다. ESA의 인간 및 로봇 탐사 책임자인 다니엘 노이엔슈반더는 "우주에서 최초의 금속 3D 형상을 프린팅한 것은 우주 탐사에 있어 중요한 이정표"라며, "국제적이고 다양한 분야의 팀이 이루어낸 이 성과는 장거리 및 장기 임무에서 필요한 부품을 현장에서 제작할 수 있는 가능성을 열었다"고 평가했다.
- IT/바이오
2024-09-11 10:42:00
중국, 미국의 대중 견제에도 AI 최강국 눈앞

미국이 그동안 인공지능(AI) 분야에서 중국의 발전을 저지하기 위해 국가안보를 명분으로 수출 규제를 강화했지만, 중국이 조만간 미국을 넘어 세계 최고의 AI 강국으로 부상할 수 있다는 예상치 못한 전망이 제기되었다. 미국의 경제 및 혁신 정책 연구 기관인 정보혁신재단(ITIF)은 지난 26일(현지시간) 발표한 보고서에서 "중국이 AI에 대한 지속적인 노력과 전략적인 투자를 통해 미국을 따라잡거나 뛰어넘는 것은 시간 문제일 뿐"이라고 예측했다. 보고서는 "수출 규제를 통해 중국의 첨단 기술 접근을 차단하려는 미국의 광범위한 시도는 효과를 거두지 못했다"면서 "이러한 조치들은 오히려 부정적인 결과를 초래하여 중국이 자체 기술 생태계를 구축하도록 유도했다"고 분석했다. 더불어, 미국의 AI 관련 논문이 더 많은 인용과 민간 부문의 참여로 더 큰 파급력을 지니고 있지만, AI 연구 논문 수는 중국이 가장 많고 경쟁력이 높다고 평가했다. 예를 들어, 2023년 기준 AI 연구 논문 발표 건수에서는 중국 정부 소속 연구 기관인 중국과학원과 칭화대가 스탠퍼드대와 구글의 모회사 알파벳을 제치고 각각 1위와 2위를 차지했다. 논문 인용 순위에서는 알파벳과 버클리대가 1위와 2위를 기록했고, 중국과학원은 9위에 머물렀다. 서울대는 7위에 올랐다. AI 특허 보유 건수에서도 중국은 미국을 크게 앞질렀다. 2010년부터 2022년까지 중국은 총 11만 5천 개의 특허를 출원하여 이 중 3만 5천여 개의 특허를 획득했다. 반면 미국은 2만 7천여 개의 특허를 출원하여 1만 2천여 개의 특허를 보유했다. 중국이 미국의 약 3배 수준이었다. 2023년 생성형 AI 관련 특허 보유 순위에서도 중국의 IT 기업인 텐센트가 2천 개 이상의 특허를 보유하는 등 중국 기업과 연구 기관이 1위부터 4위까지를 석권했다. 중국 기업과 연구 기관은 특허 보유 상위 20위 중 13곳을 차지했다. 반면, 미국은 IBM과 알파벳이 각각 500개 정도의 특허를 보유하며 5위와 8위에 머무는 등 상위 20곳 중 단 4곳만 포함되었다. 삼성전자는 알파벳보다 한 단계 높은 7위를 기록했다. 보고서는 특히 칭화대를 중국의 주요 AI 스타트업의 산실로 지목했으며, 투자자들로부터 수십억 달러를 유치하여 연구에 몰두하는, 이른바 중국의 'AI 4대 강자'로 지푸AI, 문샷AI, 미니맥스, 바이촨 등의 AI 스타트업을 주목했다. 또한, 알리바바의 큐원(Qwen) 1.5와 지푸AI의 챗GLM3 등의 AI 모델이 성능 면에서 미국의 일부 모델을 뛰어넘는 등 중국의 거대언어모델(LLM) 생태계가 빠르게 성장하고 있다고 강조했다. 뿐만 아니라, "중국은 미국에 비해 민간 AI 투자가 부족하지만, 사우디아라비아 아람코 등 해외 투자가 증가하고 있다"면서 "정부 주도의 자금 및 재정 지원 또한 민간 투자가 부족한 유망 스타트업을 지원하는 데 효과적인 것으로 나타나고 있다"고 역설했다. 보고서를 작성한 호단 오마르 수석 정책 분석관은 "중국이 단순히 기술을 모방한다는 주장은 틀렸으며 시대착오적인 생각"이라며 "이제 중국은 미국에 버금가는 AI 혁신 생태계를 구축하여 세계적인 경쟁 국가들을 뛰어넘는 최첨단 모델을 개발하고 있다"고 말했다. 그는 "이러한 추세가 지속된다면 미국은 오히려 중국을 따라잡는 입장이 될 수도 있다"며 "AI 연구 및 개발에 대한 민간 투자를 활성화하고, 연방 정부의 자금 지원 절차를 간소화하며, 포괄적인 국가 AI 전략을 수립해야 한다"고 제안했다.
- IT/바이오
2024-09-01 09:05:00
[신소재 신기술(101)] 버섯 곰팡이 전기 자극으로 바이오하이브리드 로봇 제어

코넬 대학교 연구진이 곰팡이 균사체를 배양해 여기서 나오는 전기 신호를 활용, 일반 로봇보다 환경에 더 잘 반응하는 '바이오 하이브리드' 로봇 제어 방법을 새로 발견했다고 테크익스플로러가 전했다. 로봇 제조에 시간과 기술, 재료 정도가 필요했다면, 이제는 곰팡이까지 더해질 수 있게 됐다. 로봇 제어 기술 개발은 코넬 대학교 롭 셰퍼드 교수가 이끄는 유기로봇연구실의 아난드 미슈라 박사팀이 주도했으며, 「곰팡이 균사의 전기 생리학적 측정을 통해 매개되는 로봇의 감각 운동 제어」라는 제목의 논문은 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 발표했다. 셰퍼드 교수는 "이 연구는 곰팡이가 내는 생체 전기를 사용해 로봇에 환경 감지 및 명령 신호를 제공, 자율성 수준을 향상시키는 첫 번째 성과"라며 "로봇의 전자 장치에 균사체를 배양함으로써, 바이오 하이브리드 로봇이 환경을 감지하고 이에 대응할 수 있도록 할 수 있었다. 이번에는 입력원으로 빛을 사용했지만, 미래에는 화학 물질이 될 것이다. 개발할 미래 로봇은 작물에서 토양의 화학적 성질을 감지하고 비료를 뿌릴 시기를 결정할 수 있을 것"이라고 말했다. 엔지니어들은 로봇을 설계하면서 동물계에서 많은 단서를 얻었다. 동물이 움직이는 방식을 모방하고, 환경을 감지하고, 심지어 땀을 통해 내부 온도를 조절하는 기계를 만들었다. 일부 로봇은 근육 조직 세포와 같은 살아있는 조직을 통합했지만, 이러한 복잡한 생물학적 로봇 시스템은 기능적으로 유지하기 어렵다. 로봇의 성능과 기능을 살리는 작업은 쉽지 않다. 균사체는 버섯의 지하 식물체이며, 여러 가지 장점이 있다. 혹독한 환경에서도 자랄 수 있다. 또 화학적 및 생물학적 신호를 감지하고 여러 입력에 반응할 수 있다. 미슈라 박사는 "기존의 수동 센서는 한 가지 목적으로만 사용되지만 살아있는 시스템은 촉각에 반응하고, 빛에 반응하고, 열에 반응하고, 신호와 같은 알려지지 않은 것에도 반응한다"면서 "미래 로봇 제작은 예상치 못한 환경에서 어떻게 작동할 수 있을까에 초점이 맞추어질 것이다. 우리 연구팀이 찾아낸 ‘살아있는 시스템’을 활용하면 알려지지 않은 입력이 들어와도 로봇이 그에 반응할 것"이라고 밝혔다. 그러나 버섯과 로봇의 통합에는 기술에 대한 지식 이상이 필요하다. 기계나 전자공학뿐 아니라 균류학, 신경 생물학, 신호 처리에 대한 배경 지식 등도 요구된다. 이 모든 분야가 모여야 시스템을 구축할 수 있다. 그래서 연구팀은 신경 생물학 및 행동 분야(브루스 존슨 연구원)의 자문을 구해 균사체 막의 뉴런과 같은 이온 채널로 전달되는 전기 신호를 기록하는 방법을 배웠다. 농업 및 생명 과학 대학의 통합 식물 과학부(캐시 호지 박사)는 균류에 전극을 붙일 때 우려되는 오염을 방지하기 위해 깨끗한 균사체 배양 방법을 전달했다. 미슈라가 개발한 시스템은 △ 진동과 전자기 간섭을 차단하고 균사체의 전기 생리학적 활동을 실시간으로 정확하게 기록하고 처리하는 전기 인터페이스 △ 일종의 신경 회로인 중앙 패턴 생성기에서 영감을 받은 컨트롤러로 구성되어 있다. 기본적으로 이 시스템은 원시 전기 신호를 읽고, 이를 처리하고, 균사체의 리드미컬한 스파이크를 식별한 다음, 해당 정보를 디지털 제어 신호로 변환해 로봇의 액추에이터로 전송한다. 이를 바탕으로 연구팀은 거미 모양의 소프트 로봇과 바퀴 달린 로봇 등 두 가지 바이오 하이브리드 로봇을 제작했다. 개발된 로봇은 세 가지 실험을 완료했다. 첫 번째 실험에서 로봇은 균사체 신호에서 자연스럽고 연속적으로 급증하는 스파이크에 대한 응답으로 걷고 구르는 동작을 시연했다. 그런 다음 연구팀은 자외선으로 로봇을 자극하여 보행 패턴을 변화시켜 균사체가 환경에 반응하는 능력을 입증했다. 세 번째로 연구팀은 균사체의 원래 신호를 완전히 무시할 수 있었다. 이는 로봇 공학과 균류학 분야를 훨씬 넘어섬을 의미한다고 연구팀은 전했다. 신호를 받아들이면 무슨 일이 일어나고 있는지도 이해할 수 있다는 점에서, 이는 로봇을 제어하는 것만이 아니라 생명체와 진정한 연결을 만드는 것이라는 지적이다. 사람이 시각화할 수 없는 신호를 로봇은 시각화하고 있다는 것이다. 한편, 이 연구에는 이탈리아 피렌체 대학교의 김재석 연구원도 참여했다.
- IT/바이오
2024-08-30 14:09:00
일라이 릴리 비만치료제, 당뇨병 발병 위험 최대 94% 감소

일라이 릴리는 20일(현지시간) 자사의 체중감량약물이 성인의 2형 당뇨병 발병 위험을 94%까지 감소시키는 것으로 나타났다고 밝혔다. CNBC와 로이터통신 등 외신들에 따르면 일라이 릴리는 이날 발표한 3년간의 장기 임상시험연구 결과에서 인기있는 비만치료제의 활성성분인 티르제파티드에 대한 후기임상시험결과 이같이 나타났다고 밝혔다. 티르제파티드를 당뇨병 전단계인 비만 또는 과체중 성인에게 3년에 걸쳐 투여한 결과 위약과 비교해 2형 당뇨병 발병 위험이 94% 줄었다는 것이다. 또 이 약물을 주간 단위로 복용한 성인은 176주후에 평균 22.9% 체중 감소를 보인 반면 위약을 투여받은 집단은 2.1% 체중이 줄었다. 임상시험 결과 일라이 릴리의 치료법은 당뇨병 전단계 환자(혈당 수치가 정상 수준보다 높지만 2형 당뇨병으로 분류되기에는 너무 낮은 환자)가 당뇨로 진단받는 것을 의미있게 늦추는 것으로 확인됐다. 새로운 임상결과는 GLP-1이라는 비만 및 당뇨병 약물을 장기적으로 복용하는 것이 건강에 도움이 된다는 것을 보여준다. GLP-1은 장에서 생성되는 호르몬을 모방하여 식욕을 억제하고 혈당을 조절한다. 이 시험중 티르제파티드의 부작용은 이전 연구와 일치했다. 가장 흔한 부작용은 설사, 메스꺼움, 변비 및 구토와 같은 위장관 부작용이며 일반적으로 경미하거나 중간 정도의 심각성을 보였다. 미국 정부의 데이터에 따르면 미국인 3명 중 1명 이상이 당뇨병 전단계에 있으며 과체중이나 비만인 경우 당뇨병 전단계로 들어설 위험성이 더 높다. 이 회사의 비만치료제인 젭바운드와 당뇨병치료제 마운자로, 경쟁사인 노보 노르디스크의 주사제인 오젬픽과 위고비는 최근 전세계적으로 수요가 크게 늘고 있다. 일라이 릴리 주가는 20일 뉴욕증시에서 전날보다 3% 이상 상승했다.
- IT/바이오
2024-08-21 05:31:00
생체모방 로봇 물고기 '이브', DNA 수집으로 해양 연구 새 지평

스위스 취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)의 공학과 학생들이 세계 해양 연구 방식을 바꿀 수 있는 최첨단 로봇 시제품을 개발해 주목된다고 CNN 등 외신이 밝혔다. 로봇 물고기 형태의 자율주행 수중탐사기(AUV: Autonomous Underwater Vehicle)를 개발한 것. 개발된 로봇 물고기 '이브(Eve)'는 몸체 내부에 펌프를 장착해 동력을 생성하고 이를 실리콘 꼬리로 전달, 꼬리를 좌우로 흔들며 이동한다. 취리히 호수에서의 실험 결과 이브는 차가운 물 속을 부드럽게 미끄러지듯 이동했다. 학생들이 이끄는 개발 그룹은 지난 2년 동안 로봇 물고기 개발에 주력했으며, 이브는 그 가운데 가장 최신 로봇이다. 개발팀의 데니스 바우만은 CNN에 "이브를 물고기처럼 보이게 한 것이 이번 개발의 특장점"이라며, "생체를 모방한 설계로 이브는 다른 물고기나 해양 생물이 놀라지 않도록 하면서 그들의 생태계 속에 들어갈 수 있다"고 설명했다. 물고기로 위장하는 방식 외에도 이브의 유용성은 많다. 이브에는 수중을 촬영하는 카메라는 물론 장애물을 피할 수 있는 소나(레이더를 이용한 수중 음파 탐지기)가 장착돼 있다. 이브에는 또 해저를 유영하면서 eDNA 환경에서 해저 생물체의 DNA를 수집하는 필터도 장착돼 있다. eDNA는 물, 토양, 대기 등 다양한 환경에서 생물의 유전자를 채취하거나 채취한 유전자를 분석하는 기술을 말한다. 채집된 eDNA 입자는 실험실로 보내져 수역에 어떤 생물 종이 살고 있는지 확인하는 작업을 진행하게 된다. 자연에 생존하는 모든 동물은 DNA를 배출하고, 그 DNA는 주변에 떠다니기 때문에 이를 채취해 분석할 수 있다. 개발팀은 이브가 해양학자들에게 바다 전반에 대한 자세한 모습을 제공할 수 있을 것으로 기대했다. 바다는 지구의 70% 이상을 덮고 있음에도 불구하고 해저의 대부분의 영역은 여전히 수수께끼로 남아 있다. 이브를 비롯한 AUV 장치는 바다를 탐험하고 수중 생태계 탐사에 많이 사용된다. 예를 들어 캘리포니아에 설립된 스타트업 아쿠아AI(Aquaai)는 수로의 산소, 염도, pH 수치와 같은 정보를 수집할 수 있는 클라운피시(자리돔과의 흰동가리)와 유사하게 생긴 드론을 개발했다. 이 장치는 지난해 8300m라는 역대 가장 깊은 곳에서 물고기를 포착해 촬영했다. 한편 생물다양성을 관측하는 데 eDNA를 사용하는 것이 증가하고 있지만, 샘플 채취는 아직 초보 수준이다. 대부분은 여전히 컵에 물을 떠서 샘플을 수집하고 있다. 이브와 같은 진보된 도구는 해양 생물 서식지가 기후 변화, 과도한 어획 및 기타 인간 활동으로 인해 전례 없는 위협에 직면해 있는 요즘, 해양을 더 잘 보호하는 데 필수적일 수 있다. 바우만은 "생물학자를 위한 신뢰할 수 있는 도구를 만들고 싶다"면서 "첨단 기기를 이용한 해양 탐사호가 멸종 위기에 처한 어종을 보호할 수 있을 것"이라고 지적했다.
- IT/바이오
2024-08-13 14:32:00
[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다

국제해운선이 차지하는 세계 무역의 비중은 80%에 달한다. 해운 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 3%를 차지한다. 그러나 기후 변화가 심각한 현재 해운은 기후 목표를 달성할 수 있는 단계에 오르지 못하고 있다. 지난해, 해운을 규제하는 유엔 기관인 국제해사기구는 다른 산업들과 연계해 2050년까지 제로를 달성하는 것을 목표로 해운 산업의 탄소 배출을 강화했다. 그러나 메탄올, 수소, 암모니아 등 저배출 연료의 공급은 빠르지 않다. 캘리포니아 공과대학(칼텍)의 화학 해양학자 제스 애드킨스가 연료 연소로 인해 배출되는 탄소를 바닷물 소금으로 전환할 수 있는 원자로를 화물선에 장착함으로써 탄소 제로에 도움을 줄 수 있다는 아이디어를 제안했다고 CNN이 보도했다. 애드킨스는 이 방법으로 탄소를 10만 년 동안 가두어 둘 수 있다고 밝혔다. 이 아이디어는 바다에서 이미 자연적으로 일어나고 있는 현상과 비슷하다. 원자로를 설계하고 테스트하는 스타트업 칼캐리아(Calcarea)를 설립한 애드킨스는 이 방법이 지구가 수십억 년 동안 자연적으로 진행해 온 반응이라고 언급했다. 해수는 대기로 방출되는 탄소의 약 3분의 1을 자연스럽게 흡수해 물을 산성화하고 바다에 풍부한 탄산칼슘을 용해시킨다. 탄산칼슘은 산호의 뼈대, 조개 및 바다 바닥의 대부분의 퇴적물을 구성하는 모든 것들을 만든다. 용해된 탄산칼슘은 물 속의 탄소와 반응해 중탄산염을 형성하고 탄소를 가두어 둔다. 바닷물에는 현재 이미 3만8000기가톤(38조 톤)의 중탄산염이 존재한다. 칼캐리아는 선박의 배기 가스를 선체의 원자로로 흘려보내 이런 자연적 과정을 모방하고자 한다. 대부분 탄산칼슘으로 구성된 암석인 석회암과 배기 가스 속의 탄소는 혼합물과 반응, 탄소를 중탄산염의 형태로 가두는 짠 물을 만든다. 애드킨스는 원자로를 통해 선박의 탄소 배출량의 약 절반을 포집해 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 자연계에서는 이 반응이 1만 년 이상 걸리지만 칼캐리아의 원자로에서는 불과 1분이면 된다고 한다. 이는 탄소와 석회암을 서로 밀접하게 접촉시켜 이루어진다. 만들어진 짠 물은 바다로 방출되며, 이는 해양 생물이나 해수의 화학적 균형에 위협이 되지 않는다. 회사는 또 미립자 및 연소되지 않은 연료와 같은 다른 오염 물질과 기타 오염 물질을 제거하기 위해 필터를 추가하는 방안도 강구 중이라고 밝혔다. 애드킨스는 2년 동안 프로젝트를 진행한 후 2023년 1월 회사를 칼텍에서 분사했다. 칼텍의 학부생인 멜리사 구티에레즈, 엔지니어인 피에르 포린, 서던캘리포니아 대학교(USC) 교수이자 지구화학자인 윌 베렐슨 등 세 명이 공동 창립자로 참여했다. 회사는 350만 달러의 초기 자금을 조달하고 시스템 개발에 집중했다. 칼캐리아는 USC 주차장과 로스앤젤레스 항구에 각각 하나씩의 프로토타입 원자로를 건설했다. 5월 말, 칼캐리아는 국제 운송 회사인 로마(Lomar)와 연구개발 협력 계약을 맺었다고 발표했다. 애드킨스는 이를 통해 첫 번째 원자로가 선박에 장착될 것이라고 전했다. 애드킨스는 칼캐리아 솔루션이 해운 산업이 보다 친환경적인 연료로 전환하는 것과 함께, 해운의 탈탄소화에 도움을 줄 수 있다고 확신했다. 더 먼 미래에는 이 원자로가 대기에서 포집된 탄소를 지하에 저장하는 대안으로 활용될 수 있다고 부연했다.
- 산업
2024-08-08 14:25:00
[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공

연골을 성공적으로 재생하는 새로운 생리활성 소재가 개발됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 대형 동물 모델을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 위의 사진에 보이는 것처럼 연구팀이 개발한 물질은 젤리처럼 보이지만, 실제로는 연골의 자연 환경을 모방하는 복잡한 분자 구성 요소들로 이루어진 네트워크다. 나노섬유는 분홍색, 히알루론산은 보라색으로 표시되어 있다. 연구팀은 새로운 생체 재료 물질을 동물 모델인 양의 손상된 무릎 연골에 적용한 결과, 6개월 이내에 새로운 연골이 생성되는 것을 확인했다. 새로 생성된 연골은 통증 없는 기계적 탄력성을 가능하게 하는 천연 생체 고분자인 콜라겐 II와 프로테오글리칸을 포함하고 있었다. 팀은 이번 연구 결과가 앞으로 무릎 전치환술을 예방하고, 골관절염과 같은 퇴행성 질환이나 스포츠 관련 부상 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 연골 재생 복구 유도 기대 연구를 이끈 노스웨스턴 대학교의 사무엘 스텁 교수는 "연골은 우리 관절의 중요한 구성 요소"라며 "연골이 손상되거나 시간이 지남에 따라 분해되면 사람들의 전반적인 건강과 이동성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 문제는 성인의 연골은 자연적으로 치유되는 능력이 없다는 것이다. 우리의 새로운 치료법은 자연적으로 재생되지 않는 조직의 복구를 유도할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 스텁 교수 연구팀이 최근 발표한 '춤추는 분자'를 사용해 인간 연골 세포를 활성화시키고 조직 매트릭스를 구축하는 단백질 생산을 촉진하는 연구 결과에 이어 진행됐다. 새로운 연구에서는 '춤추는 분자' 대신 스텁 교수 연구실에서 개발된 하이브리드 생체 재료를 사용했다. 이 새로운 생체 재료는 연골 성장 및 유지에 필수적인 단백질인 TGFb-1에 결합하는 생체 활성 펩타이드와 연골 및 관절의 윤활 활액에 존재하는 천연 다당류인 히알루론산으로 구성되어 있다. 스텁 교수 연구팀은 생체 활성 펩타이드와 화학적으로 변형된 히알루론산 입자를 통합하여 나노 섬유가 연골의 자연 구조를 모방하는 다발로 자가 조직화되도록 유도했다. 목표는 신체 자체 세포가 연골 조직을 재생할 수 있도록 매력적인 골격을 만드는 것이었다. 나노 섬유의 생체 활성 신호를 사용하여 이 물질은 비계를 채우는 세포에 의한 연골 복구를 촉진한다. 슬개골 결함 있는 양 실험 연구팀은 이 물질의 연골 성장 촉진 효과를 평가하기 위해 슬개골에 연골 결함이 있는 양을 대상으로 실험했다. 양의 슬개골은 인간의 무릎과 유사한 복잡한 관절이다. 스텁 교수에 따르면 양 모델 실험은 매우 중요하다. 양의 연골은 인간과 마찬가지로 완고하고 재생하기가 매우 어렵다. 양의 슬개골과 인간의 무릎은 또한 체중 부하, 크기 및 기계적 부하와 유사하다. 이 연구에서 연구진은 걸쭉한 페이스트 같은 물질을 연골의 결함 부위에 주입했고, 이 물질은 고무 같은 매트릭스로 변형됐다. 스캐폴드(Scaffold)가 분해되면서 결함 부위를 채우기 위해 새로운 연골이 자랐을 뿐만 아니라 복구된 조직은 대조군에 비해 품질이 지속적으로 더 높았다. 스텁 교수는 미래에 이 새로운 물질이 개방형 관절 수술 또는 관절경 수술에 적용될 수 있다고 예상한다. 현재 표준 치료법은 미세 골절 수술로, 외과의사가 기저 뼈에 작은 골절을 만들어 새로운 연골 성장을 유도하는 것이다. 스텁 교수는 "미세 골절 접근 방식의 주요 문제점은 기능적인 관절을 위해 필요한 히알라인(유리질) 연골이 아니라 귀에 있는 연골과 같은 섬유 연골이 형성되는 경우가 많다는 것이다. 유리질 연골을 재생함으로써 우리의 접근 방식은 마모에 대한 저항력을 높여야 하며, 장기적으로 이동성 저하와 관절 통증 문제를 해결하고 동시에 대형 하드웨어를 사용한 관절 재건 필요성을 피할 수 있어야 한다"고 말했다.
- 포커스온
2024-08-07 11:43:00
[먹을까? 말까?(42)] 귀리 속 식이섬유, 비만 치료제와 유사한 효과

귀리의 식이섬유가 비만을 치료하는 약물과 동일한 체중 감량 효과가 있는 것으로 나타났다. 미국 애리조나 대학교 연구팀은 귀리에 풍부한 베타글루칸이라는 섬유가 비만 치료제와 유사한 효과를 낸다는 연구 결과를 발표했다고 뉴아틀라스가 전했다. 연구팀은 고지방·고당분 식단을 섭취하는 쥐들을 대상으로 다섯 그룹으로 나누어 셀룰로오스, 펙틴, 베타글루칸, 밀 덱스트린, 저항성 전분 등 5가지 식이섬유를 각각 10%씩 추가해 18주 동안 관찰했다. 연구팀은 실험 쥐의 체중 증가, 지방량 및 순수 근육량의 백분율을 평가했다. 또한 섭취후 최대 2시간까지 혈당 수치에 미치는 영향을 살표봤다. 연구 결과 베타글루칸을 섭취한 쥐 그룹은 고지방, 고당분 식단에도 불구하고 체중 증가가 현저히 적었다. 또한 체지방량은 현저히 적었지만 순수 근육량 유지율은 월등히 높았다. 베타글루칸 섭취 그룹은 또한 18주 동안 인슐린 민감성과 혈당 조절 능력도 향상된 것으로 나타났다. 연구팀은 이러한 효과가 베타글루칸이 장내 미생물 군집을 변화시켜 부티르산(butyrate)이라는 대사산물을 증가시키기 때문이라고 분석했다. 부티르산은 뇌에 포만감 신호를 전달하는 호르몬인 GLP-1 분비를 촉진하고 갈색 지방 연소를 유도해 체중 감소에 도움을 준다. 이러한 작용 기전은 최근 비만 치료제로 주목받는 세마글루타이드(Ozempic)와 유사하지만, 베타글루칸은 식품을 통해 섭취할 수 있고 부작용이 적다는 장점이 있다. GLP-1(Glucagon-Like Peptide-1)은 우리 몸에서 자연적으로 생성되는 호르몬이다. 주로 음식 섭취 후 소장에서 분비되며, 혈당 조절, 식욕 억제, 위 배출 지연 등 다양한 기능을 수행한다. GLP-1의 작용을 모방하거나 GLP-1 수용체를 활성화하는 GLP-1 유사체 및 GLP-1 수용체 작용제(GLP-1 RA)가 개발되어 제2형 당뇨병 및 비만 치료에 사용되고 있다. 대표적인 GLP-1 RA 약물로는 삭센다(Saxenda), 오젬픽(Ozempic), 위고비(Wegovy) 등이 있다. 연구팀은 귀리 이외에도 보리, 쌀, 버섯, 해조류 등에 베타글루칸이 함유되어 있으며, 특히 귀리는 1컵당 3~5%의 베타글루칸을 함유하고 있다고 밝혔다. 연구를 이끈 프랭크 듀카 교수는 "이번 연구 결과는 베타글루칸이 체중 감소 및 혈당 조절에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다"며 "앞으로 베타글루칸을 강화한 식품 개발을 통해 비만 및 대사 질환 예방에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 이 연구는 '더 저널 오브 뉴트리션(The Journal of Nutrition)'에 게재됐다.
- 생활경제
2024-07-26 17:19:00
[퓨처 Eyes(44)] 바다를 이용한 탄소 포집, 지구 온난화 해결의 새로운 희망

지구 온난화 문제가 심화되는 가운데, 바다의 이산화탄소 제거 기술을 모방한 혁신적인 탄소 포집 기술이 개발돼 주목받고 있다. 탄소 포집 기술은 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 활용하는 기술로, 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 한다. 해양의 탄소 흡수 방식을 모방한 탄소 직접 제거(CDR) 기술을 선도하는 에쿼틱 테크놀로지(Equatic Technology)는 캐나다 퀘벡주에 세계 최대 규모의 CDR 플랜트를 건설 중이다. 이 플랜트는 연간 10만 9500톤의 이산화탄소를 처리하고 3600톤의 녹색 수소를 생산할 예정이며, 이는 CDR 기술을 상업적 규모로 구현한 최초의 사례로 평가받는다고 비즈니스 인사이더가 전했다. CDR 기술은 대기 중 탄소를 직접 제거하는 기술로, 탄소 포집 기술 중 하나이다. 미국 UCLA 연구팀이 설립한 스타트업인 에쿼틱 테크놀로지는 로스앤젤레스와 싱가포르에서 이미 시범 공장을 운영하며 기술력을 입증한 바 있다. 이들의 핵심 기술은 바닷물에 전류를 흘려 탄소를 고체 형태로 저장하고, 부산물로 생성되는 녹색 수소를 판매하거나 시설 운영에 활용하는 것이다. 이 기술은 전기화학적 과정을 통해 이산화탄소를 탄산염 광물로 변환하여 영구적으로 저장하는 방식이다. 이는 탄소를 제거하는 동시에 에너지원을 생산하는 친환경적인 접근 방식으로, 지구 온난화 완화와 에너지 문제 해결에 동시에 기여할 수 있다. 바다, 매년 25% 탄소 제거 바다는 인간이 배출한 탄소를 가장 많이 흡수하는 곳 중 하나로, 매년 배출되는 탄소의 최대 25%를 제거한다. 바다는 대기 중 이산화탄소를 흡수하여 해양 생물의 광합성에 활용하거나 심해에 저장하는 역할을 한다. 연구에 따르면 바다가 탄소를 흡수하는 과정을 복제하면 지구 대기에서 수십억 톤의 이산화탄소를 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 세계은행에 따르면 2020년 전 세계 평균 이산화탄소 배출량은 1인당 4.3메트릭톤(9500파운드, 약 4309kg)이었다. 인간 활동으로 인한 이산화탄소 배출량 증가는 지구 온난화를 가속화시키는 주요 원인이다. 온실가스를 줄이는 것만으로는 지구 온난화를 더 이상 막을 수 없기 때문에 탄소 포집과 저장은 기후 변화를 완화하는 중요한 도구가 될 수 있다. 탄소 제거 비용 톤당 100달러 목표 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술은 발전소나 산업 시설에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 지하 깊은 곳에 저장하는 기술이다. 에쿼틱의 퀘벡 플랜트는 바닷물에 전류를 흘려 물을 수소와 산소로 분리하고, 이 과정에서 생산된 산과 염기를 통해 탄소를 고체 형태로 저장한다. 이때 생성된 약알칼리성 슬러리는 냉각탑을 통해 대기 중 탄소를 추가로 흡수하는 데 사용된다. 이러한 과정을 통해 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추고, 지구 온난화를 완화하는 효과를 기대할 수 있다. 에쿼틱 테크놀로지는 싱가포르에도 대규모 공장을 건설 중이다. 싱가포르 공장은 해수 담수화 플랜트에서 얻은 고농도 염수를 전해질로 사용해 전기 분해를 통해 산소와 수소를 생성하고, 탄소는 단단한 미네랄 형태로 저장한다. 이는 용존 및 대기 중 이산화탄소를 최소 1만 년 이상 안전하게 저장하며, 바다의 자연적인 탄소 저장 능력을 활성화하고 확장하는 효과를 가져온다. 에쿼틱 테크놀로지는 탄소 제거 비용을 톤당 100달러까지 낮추는 것을 목표로 한다. 이는 수소 판매를 통한 수익 창출로 가능할 것으로 예상되며, 대규모 탄소 제거를 현실화하고 지구 온난화 문제 해결에 기여할 수 있는 혁신적인 접근 방법이다. 탄소 제거 비용 절감은 탄소 포집 기술의 상용화를 위한 중요한 과제이다. 현재 탄소 제거 비용은 가장 비싼 기술인 직접 공기 포집(DAC)이 톤당 200~700달러가 소요된다. 반면, 생물 에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS)은 톤당 15~80달러로 비교적 저렴한 편이다. 직접 공기 포집(DAC)은 대기 중 이산화탄소를 직접 포집하는 기술이며, 생물 에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS)은 바이오매스 에너지 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 저장하는 기술이다. 해양 생태계 영향 추가 연구 필요 물론 대규모 탄소 제거 기술이 해양 생물에 미칠 수 있는 영향에 대한 우려도 존재한다. 하지만 에쿼틱 테크놀로지는 해수 필터 설치와 엄격한 국제 표준 준수를 통해 해양 생태계에 미치는 영향을 최소화하고, 탄소 제거량을 투명하게 측정할 계획이다. 탄소 포집 기술의 환경 영향 평가는 기술 개발 과정에서 반드시 고려해야 할 중요한 요소이다. 에쿼틱의 혁신적인 해양 탄소 포집 기술은 지구 온난화 문제 해결에 새로운 지평을 열고, 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음이 될 것으로 기대된다. 탄소 포집 기술의 발전은 기후 변화 대응에 있어서 중요한 역할을 할 것이며, 에쿼틱 테크놀로지의 노력은 이러한 변화의 선두에 있다.
- 포커스온
2024-07-25 13:08:00
[먹을까? 말까?(40)]"적게 먹는 쥐가 장수한다?"...비밀은 에너지 균형에

적게 먹는 쥐가 오래 사는 이유가 밝혀졌다. 100년 전부터 쥐를 적게 먹이면 더 오래 산다는 것은 잘 알려진 사실이다. 미국과 영국 연구팀은 섭취한 에너지와 소비한 에너지 사이의 불균형이 장수 비결일 수 있다는 새로운 연구 결과를 발표했다고 사이언스얼러트가 보도했다. 연구팀은 동일한 식단을 제공받은 쥐들을 연구한 결과, 더 추운 환경에 사는 쥐들이 더 오래, 더 건강하게 사는 것을 발견했다. 중요한 차이는 추운 환경의 쥐들이 체온 유지를 위해 더 많은 에너지를 사용해야 한다는 점이었다. 미국 앨라배마 대학교의 영양학자 다니엘 스미스와 영국 에버딘 대학교의 생물학자 샤론 미첼이 이끄는 공동 연구팀은 이번 연구 결과가 식단이 건강과 노화에 미치는 영향을 이애하기 위해서는 에너지 섭취량만 고려하는 것으로는 충분하지 않다는 것을 시사한다고 밝혔다. 이 발견은 언젠가 사람들이 엄격한 식단 없이도 동일한 장수 효과를 얻을 수 잇도록 하는 데 도움이 될 수 있다. 연구팀은 서로 다른 온도 환경에서 쥐를 사육하고, 따뜻한 환경의 쥐들은 하루 12시간 동안 무제한으로 먹이를 먹도록 했다. 추운 환경의 쥐들은 따뜻한 환경의 쥐들과 동일한 칼로리, 단백질 및 기타 영양소를 섭취하도록 '짝지어 먹이기' 방식으로 식단을 조절했다. 단기 실험에서는 11주 동안 10℃, 21℃, 30℃ 환경에서 사육된 쥐들을 비교 분석했다. 그 결과 더 추운 환경에서 생활하는 쥐들이 호르몬, 신진대사 및 생리학적 이점을 경험하고, 체중 감소 효과가 지속되는 것을 확인했다. 장기 실험에서는 12주령부터 남은 생애동안 쥐들을 추적 관찰했다. 22℃ 환경에서 사육된 쥐들은 27℃ 환경에서 사육된 쥐들보다 20% 오래 살았다. 또한 추운 환경의 쥐들은 균형, 조정 및 신경 기능 저하가 더 느리게 나타나는 등 건강하게 노화되는 것으로 나타났다. 연구팀은 "따라서 에너지 균형(에너지 섭취량-에너지 소비량)이 관찰된 이점의 주요 원인이었다"라고 밝혔다. 이번 연구는 약물이나 운동의 영향 없이 추운 온도를 통해 에너지 불균형을 유도했지만, 추위 자체가 장수에 영향을 미칠 수 있다는 점은 추가 연구가 필요하다. 연구팀은 일부 약물과 같이 신체 에너지 균형을 깨뜨려 건강을 개선할 수 있는 다른 요인이 있을 수 있다고 추측했다. 또한 오젬픽과 같은 GLP-1유사 약물이 장기적인 건강 개선 효과를 가져올 수 있는지에 대한 추가 연구가 필요하다고 밝혔다. 이 연구 결과는 '제로사이언스(GeroScience)' 저널에 게재됐다. 한편, GLP-1 유사 약물은 글로카곤 유사 펩타이드-1(Glucago-Like Peptide-1)이라는 호르몬과 유사한 작용을 하는 약물이다. GLP-1은 우리 몸에서 식후 혈당 조절에 중요한 역할을 하는 호르몬인데, GLP-1 유사 약물은 이 호르몬의 작용을 모방해 혈당을 낮추는 효과를 나타낸다. GLP-1 유사 약물은 주로 제2형 당뇨병 치료에 사용되지만, 최근에는 체중 감량 효과가 입증돼 비만 치료에도 활용하고 있다.
- 생활경제
2024-07-23 17:29:00
춤추는 휴머노이드 로봇, 인간과의 협업 강화 기대

캘리포니아 주립대학교 샌디에이고 캠퍼스(UC 샌디에이고)의 공학 연구팀이 간단한 댄스와 손 흔들기, 하이파이브, 포옹과 같은 행동을 포함, 다양한 표현과 동작을 쉽게 배우고 수행하는 동시에 다양한 지형에서 안정적인 보행을 유지하는 휴머노이드 로봇를 선보였다고 전문 매체 테크익스플로어가 전했다. UC 샌디에이고 연구팀이 선보인 휴머노이드 로봇은 과거에 비해 표현력이나 민첩성이 크게 향상됐다는 평가를 받고 있다. 이에 따라 공장 조립라인, 병원 및 가정과 같은 민감한 중요 환경하에서 인간과의 협업을 더욱 진전시킬 수 있을 것으로 기대된다. 실험실이나 재난 현장 등 위험한 환경에서 사람을 대체하거나 보조하는 방법도 더욱 다양하고 원활해질 것이라고 연구팀은 밝혔다. UC 샌디에이고 전기컴퓨터공학부 샤오룽 왕 교수는 "표현력이 풍부하고 인간과 더욱 유사한 신체 동작을 통해, 연구팀은 신뢰를 구축하고 인간과 조화롭게 공존할 수 있는 로봇을 개발하는 것을 목표로 하고 있다"면서 "우리는 로봇이 터미네이터처럼 무섭기보다는 친근하고 협력적이라는 방향으로 일반의 인식을 바꾸고자 한다"고 밝혔다. 왕 교수가 주도한 연구팀은 이달 15일(현지시간)부터 19일까지 네덜란드 델프트에서 개최되는 '2024 로봇공학: 과학 및 시스템 컨퍼런스(2024 Robotics: Science and Systems Conference)'에서 연구 결과를 발표한다. 개발된 휴머노이드 로봇은 다양한 인체 동작을 교육받아 훈련하고 이를 응용해 새로운 동작을 만들어 내거나 쉽게 모방할 수 있다는 점에서 표현력이 대단히 뛰어나다는 평가다. 댄스를 배우는 학생이 빠르게 배우는 것과 마찬가지로 이 휴머노이드 로봇도 새로운 춤과 동작을 매우 빠르게 배울 수 있다. 팀은 로봇을 훈련시키기 위해 다양한 모션 캡처 데이터들과 댄스 동영상을 활용했다. 특히 상체와 하체를 별도로 훈련하는 방법도 새로이 적용했다. 새로운 교육 방식을 통해 로봇의 상체는 춤, 하이파이브 등 다양한 동작을 복제할 수 있었고, 다리는 균형을 유지하고 다양한 지형을 걸어 이동할 수 있도록 안정적인 보행 동작에 집중했다. 왕교수는 이와 관련, "이런 로봇 상하 분리 교육의 주요 지향점은 로봇이 넘어지지 않고 이곳저곳을 걸으면서 다양한 일을 할 수 있는 능력을 보여주는 것"이라고 말했다. 작업장에서 할 로봇 작업을 캠퍼스에서 일상적인 춤과 행동을 통해 교육한다는 의미다. 상체와 하체가 별도로 훈련받지만 로봇은 전체 신체를 통합해 관리하는 프로그램과 통제 플랫폼에 따라 작동한다. 이를 통해 로봇은 자갈, 흙과 같은 오프로드는 물론 잔디나 경사진 콘크리트 길 등 거의 모든 표면을 안정적으로 걸으면서 복잡한 상체 동작을 수행할 수 있다. 휴머노이드 로봇은 가상 플랫폼에서 시뮬레이션으로 과제를 수행한 후 실제 로봇에 적용했다. 그 결과 로봇은 실제 조건에서도 시뮬레이션과 같이 이미 학습된 동작이나 새로운 동작 모두에서 안정적인 실행 능력을 보여주었다. 현재 로봇의 움직임은 속도, 방향 및 특정 동작을 지시하는 게임 컨트롤러를 사용해 인간 운영자에 의해 지시된다. 팀은 로봇이 작업을 수행하고 지형을 모두 자율적으로 탐색할 수 있도록 카메라가 장착된 미래 버전을 개발하고 있다. 연구팀은 앞으로 더 복잡하고 세밀한 작업을 수행할 수 있도록 휴머노이드 로봇 설계를 개선하는 데 중점을 둘 계획이다. 왕 교수는 "로봇 상체의 기능을 확장함으로써 로봇이 수행할 수 있는 동작의 범위를 크게 넓힐 것"이라고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-15 14:05:00
[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공

중국 연구진이 인공 칩 위에서 배양한 뇌세포를 로봇에 연결하여 로봇을 제어하는 획기적인 시스템인 '메타복(MetaBOC)' 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 뉴아틀라스, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 이는 인간의 뇌와 기계를 연결하는 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술의 새로운 지평을 열었을 뿐만 아니라, 인공지능(AI)과 생물학적 지능의 융합 가능성을 보여주는 중요한 성과로 기록됐다. 메타복은 뇌세포를 이용하여 로봇을 제어하고 학습시키는 시스템으로, 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받는다. 텐진대학교와 남방과학기술대학교 연구팀이 개발한 메타복은 뇌-칩 생체 컴퓨터와 다른 전자 장치의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 인공적으로 배양된 뇌 오가노이드(미니 뇌)가 전기 신호를 통해 외부 환경을 인지하고, 로봇을 제어해 특정 작업을 수행하도록 돕는 것이다. 이는 인간의 뇌세포를 인공 신체에 이식하는 것을 목표로 하는 '바이오 컴퓨팅' 분야의 혁신적인 발전을 의미한다. 바이오 컴퓨팅은 생물학적 시스템, 즉 뇌세포를 이용하여 정보를 처리하고 계산하는 기술이다. 기존의 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 바이오 컴퓨터는 뇌세포의 벙렬 처리 능력과 에너지 효율성을 활용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 메타복은 이러한 바이오 컴퓨팅 기술을 로봇 제어에 적용함으로써, 로봇의 학습 능력과 지능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기능성을 제시했다. 브레인 온 칩 기술, 로봇 학습 능력 향상:인간 뇌 기능 모방 연구팀은 '브레인 온 칩(Brain-on-chip)' 기술을 활용해 로봇의 학습 능력을 획기적으로 향상시켰다. 브레인 온 칩은 작은 칩 위에 살아있는 뇌세포를 배양하고, 이를 통해 뇌의 복잡한 구조와 기능을 연구하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 통해 로봇이 물체를 잡고 장애물을 피하는 등 다양한 작업을 수행하도록 훈련시키는 데 성공했다. 특히, 뇌세포를 3차원 구형 오가노이드 형태로 배양해 더욱 복잡한 신경 연결을 형성하도록 유도했다. 또한 저강도 집속 초음파(LIFU) 자극을 통해 뇌 오가노이드의 지능적 기반을 강화해 뇌세포가 더욱 효과적으로 학습하고 정보를 처리할 수 있도록 했다. 이러한 기술적 진보는 로봇이 인간의 뇌처럼 학습하고 문제를 해결하는 능력을 갖추는 데 기여할 것으로 기대된다. 인공지능과 생물학적 지능의 융합: 새로운 지능 시스템의 탄생 메타복 시스템의 가장 큰 특징은 인공지능 알고리즘을 활용하여 뇌세포의 생물학적 지능과 효과적으로 소통한다는 점이다. 이러한 인공지능과 생물학적 지능의 융합은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 새로운 가능성을 제시하며, 인간과 기계의 상호 작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 인공지능은 데이터 학습을 통해 스스로 문제 해결 능력을 향상시키는 반면, 생물학적 지능은 직관, 창의성, 감정 등 인간 고유의 능력을 발휘한다. 메타복 시스템은 이 두 가지 지능을 결합하여 새로운 형태의 지능 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 이러한 시스템은 기존의 인공지능이나 인간의 지능만으로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다. 시뮬레이션 환경에서의 로봇 학습: 안전하고 효율적인 학습 환경 제공 메타복 시스템을 통해 뇌 오가노이드는 시뮬레이션 환경에서 로봇을 제어하고, 장애물 회피, 목표 추적, 물체 파지 등의 작업을 학습하는 데 성공했다. 시물레이션 환경에서의 학습은 실제 뇌세포 손상 없이 효율적인 학습을 가능하게 하며, 다양한 시나리오에서의 학습을 통해 로봇의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 시뮬레이션 기반 학습은 로봇이 실제 환경에 배치되기 전에 다양한 상황에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 하며, 로봇의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경에서의 학습 데이터를 분석하여 로봇의 성능을 개선하고 새로운 기능을 추가하는 데 활용할 수 있다. 윤리적 문제와 기술적 과제: 인간 존엄성과 안전성 확보 하지만 이러한 뇌-칩 인터페이스 기술은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 접시에서 배양되는 뇌세포는 과연 의식이 있는 것인가. 인공지능 또한 의식이 있다고 봐야 하는가. 생물학적 지능과 실리콘 기반 지능의 윤리는 다르다고 봐야 하는가 등의 의문을 제기한다. 이러한 시스템이 의식을 발달시킨다고 가정해 보면, 실제로 이 시스템으로 테스트 하는 것이 윤리적으로 옳은 일인지, 아닌지를 결정해야 할 수도 있다. 인공 뇌세포를 이용한 로봇 제어가 인간의 존엄성을 침해할 수 있다는 우려와 함께 뇌세포의 생존 유지 및 시스템 안정성 확보 등 해결해야 할 과제도 많다. 또한 뇌-칩 인터페이스 기술이 발전함에 따라 인공지능과 인간 지능의 경계가 모호해지면서 철학적인 논쟁도 불가피할 것으로 보인다. 따라서 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 과정에서는 윤리적 문제와 기술적 과제를 충분히 고려해야 한다. 인공 뇌세포 사용에 대한 명확한 윤리적 지침을 마련하고, 뇌세포의 안전한 관리 및 시스템의 안정성 확보를 위한 기술 개발에 힘써야 한다. 또한 인공지능과 인간 지능의 한계에 대한 사회적 논의를 통해 기술 발전에 따른 잠재적 문제점을 예방하고 해결 방안을 모색해야 한다. 미래 사회 변화의 촉매제: 의료, 로봇 공학, 인공지능 분야의 혁신 그럼에도 불구하고, 이번 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과다. 앞으로 메타복 시스템과 같은 기술은 의료, 로봇공학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 뇌졸중이나 착수 손상 환자의 제활 치료, 인공지능 로봇 개발, 뇌 질환 연구 등에 활용될 수 있다. 특히, 메타복 시스템은 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 인간의 뇌는 정교한 정보 처리 시스템으로, 현재의 인공지능 기술로는 완벽하게 모방하기 어렵다. 하지만 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 통해 인간의 뇌 기능을 더욱 심층적으로 이해하고 이를 인공지능 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 인간과 기계의 융합이라는 새로운 시대를 앞당기는 중요한 발걸음이 될 것이다. 앞으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 어떻게 발전하고 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.
- 포커스온
2024-07-04 13:02:00
[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.
- IT/바이오
2024-07-02 16:05:00
일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발

일본 과학자들이 살아 있는 인간 피부를 로봇 얼굴에 붙여 웃는 모습이 사람과 같이 자연스러운 로봇을 개발했다고 BBC방송이 전했다. 로봇 개발은 도쿄 대학 연구팀이 수행했으며 그 결과는 '셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)' 저널에 실렸다. 이에 따르면 일반 상식을 뛰어넘는 획기적인 방법의 로봇 개발은 사람의 피부 세포조직을 복제하는 것에서 비롯됐다고 한다. 개발된 프로토타입 로봇은 사람처럼 보인다기보다는 하리보에 더 가깝게 느껴진다. 하리보는 일본의 젤리 브랜드다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 이번 로봇의 개발은 쉽게 파손되지 않는 자가 치유 피부를 가진, 설득력 있고 현실적인, 움직이는 휴머노이드 로봇을 만드는 길을 열어줄 것이라고 기대했다. 인공 피부는 인간의 살아있는 세포를 사용하여 실험실에서 복제해 만들어졌다. 연구팀은 만들어진 피부가 진짜처럼 부드러울 뿐만 아니라, 상처가 나거나 심지어 잘리더라도 스스로 복구할 수 있다고 설명했다. 과거에도 인공 피부를 부착하려고 시도했지만 쉽지 않았다. 당시 개발팀은 작은 고리(미니 후크)를 앵커로 사용하려고 시도했지만, 로봇이 움직일 때 부착한 피부가 손상되는 결과를 가져왔다. 사람의 경우 피부는 인대(유연한 콜라겐과 엘라스테인으로 이루어진 작은 밧줄)로 묶여 있다. 연구진은 이 같은 기본 구조를 재현하기 위해 로봇에 많은 작은 구멍을 뚫고, 콜라겐이 포함된 젤을 적용한 다음, 그 위에 인공 피부층을 접합했다. 젤은 로봇에 뚫린 구멍을 막고 피부를 로봇에 결합한다. 연구팀의 수석 연구원인 다케우치 쇼지 교수는 "인간의 피부 및 인대 구조를 모방하고 고체 물질에 특수 제작된 V자형 천공을 사용함으로써 피부와 로봇을 결합하는 방법을 발견했다"고 설명했다. 다케우치 교수는 이어 "피부의 자연스러운 유연성과 강력한 접착 방법을 통해 피부가 찢어지거나 벗겨지지 않고 로봇과 결합해 일체가 되어 움직일 수 있다"고 부연했다. 연구원들은 이 기술이 상용화되기 위해서는 앞으로도 수년 동안의 테스트가 필요할 것이라고 말했다. 특히 중요한 과제는 로봇 피부 내부에 정교한 작동기, 즉 근육을 통합해 인간과 같은 표정을 만드는 것이라고 연구진은 밝혔다. 이 연구는 앞으로 사람들의 실제 성형 수술을 포함해 피부 노화 방지, 화장품 개발 등의 분야에서도 유용할 수 있다는 기대다.
- IT/바이오
2024-06-27 09:38:00
4족 로봇 개 오로라, 야생동물의 비행장 접근 막아

개나 여우, 또는 코요테를 연상시키는 4족 로봇이 비행장에서 비행기와 야생동물을 안전하게 보호하기 위해 현장에 투입됐다. ICT 전문 매체 더버지에 따르면 오로라(Aurora)라는 이름의 이 4족 로봇은 야생에서 상위 포식자를 모방해 만들어졌으며, 알래스카의 페어뱅크스 공항에서 항공기와 동물을 보호하는 중요한 작업을 곧 시작할 예정이다. 언론에 자주 오르지는 않지만, 공항에서 비행기와 동물의 충돌은 사소한 문제가 아니다. 2023년 알래스카 인근 공항에서만 92건의 비행기-야생동물 충돌 사고가 FAA(미연방항공청)에 공식 보고됐다. 이는 오로지 알래스카에서만 발생한 사고 건수다. 야생동물을 해치지 않고 충돌을 줄이기 위한 창의적인 아이디어가 속출했음은 물론이다. 그리고 최종적으로 4족 로봇 오로라가 등장했다. 오로라는 래브라도 리트리버 크기의 개를 닮은 머리 없는 로봇이다. 오로라는 바위와 계단을 오를 수 있고 심지어 어설프게나마 춤도 출 수 있다. 이는 움직임을 보여 야생동물을 겁주기 위한 것이다. 오로라는 로봇 전문 업체인 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)가 공급한 것으로, 비행장 활주로에 야생동물, 특히 가을철 철새가 들어오지 못하도록 하기 위한 전략적 배치다. 우습게 보일 수 있지만 이러한 움직임은 여우나 코요테와 같은 포식자의 움직임을 모방한 것이다. 오로라는 여우나 코요테처럼 행동할 수도 있는데, 이는 새와 다른 야생동물에게 공포 반응을 불러일으킬 수 있을 것이라는 기대다. 교통부(DOT)는 오로라가 곰과 같은 더 큰 동물까지 방어하는 역할을 희망하고 있다. 오로라는 공항의 조류 및 야생동물 충돌 문제에 대한 최신 솔루션이다. 또다른 한 가지 제안은 드론을 날려 포도 주스 등 야생동물 억제재를 뿌리자는 방안이 있었지만, 평가 결과 이는 매우 위험한 것으로 분석됐다. 1990년대에는 앵커리지 공항에 돼지 떼를 풀어 새들을 퇴치하는 시도도 있었다. 같은 실험이 2021년 암스테르담 스키폴 공항에서도 반복됐다. 그러나 현재까지는 오로라가 최고의 안전 솔루션이라는 평가다. 오로라의 가격이 약 7만 달러(약 9600만원)에 달함에도 불구하고 로봇이 실제 개보다 더 유용하다는 것이다. 실제 개는 음식, 훈련, 따뜻한 공간 등이 필요하며, 로봇처럼 데이터를 수집하지 못한다. 오로라에는 또한 재미를 불러일으킬 요소도 적지 않다. 춤을 추는 댄서일 수도 있고, 새를 쫓는 로봇의 개념일 수도 있다. 어떤 경우든 오로라가 공항을 사람과 동물 모두에게 좀 더 안전하게 만들 수 있을 것이라는 기대다.
- IT/바이오
2024-05-24 15:49:00
[퓨처 Eyes(34)] 펭귄처럼 헤엄치는 수중 로봇, 쿼드로인 2세대 출시

인간 형태를 닮은 휴머노이드 로봇, 하늘을 나는 드론이 농업에 활용되며 속속 출시되는 가운데, 펭귄의 유영 방식을 모방한 수중 로봇이 공개됐다. 독일 수중 기술 기업 에보로직스(EvoLogics)는 최근 펭귄의 유영 방식을 모방한 개선된 수중 자율 운항체(AUV) 쿼드로인(Quadroin) 2세대를 출시했다고 뉴아틀라스가 보도했다. 에보로직스는 독일 베를린에 본사를 둔 수중 로봇 공학 기업으로, 혁신적이고 고성능의 수중 로봇, 데이터 네트워크, 센서 기술 개발에 주력하고 있다. 2005년 설립된 이 회사는 해양 연구, 오프쇼어 산업, 국방 분야에서 활용되는 다양한 제품과 솔루션을 제공하며 전 세계적인 명성을 얻었다. 쿼드로인은 2020년 에볼로지스가 헬름홀츠 센터 헤레온(Helmholtz-Zentrum Hereon) 연구소의 부르카르트 바셰크(Burkard Baschek) 교수와 협력하여 개발한 핑귄(PingGuin) 실험 AUV의 후속 제품이다. 핑귄의 디자인은 이 회사의 창업자인 루돌프 바나쉬(Rudolf Bannasch) 박사의 아델리(Adelie) 펭귄 운동 연구를 기반으로 구현됐다. 저항을 최소화하도록 설계된 쿼드로인은 최대 10노트(Knot)의 속도를 달성해 에너지 효율성을 극대화하고 다양한 현장 배치를 가능하게 한다. 노트는 해양에서 배의 속도를 나타내는 단위로, 1시간에 1해리(1.85km)를 가는 속도를 의미한다. 따라서 10노트는 1시간에 18.5km의 거리를 이동하는 속도에 해당한다. 일반적으로 선박의 느린 속도는 5노트 미만이며, 보통 속도는 5~10노트, 빠른 속도는 10노트 이상으로 분류된다. 물론 선박의 종류, 엔진 성능, 해양 환경 등에 따라 10노트의 속도는 느리거나 빠르게 느껴질 수 있다. 예를 들어 소형 요트의 경우 10노트는 상당히 빠른 속도이지만, 대형 컨테이너 선의 경우 10노트는 비교적 느린 속도에 해당한다. 펭귄 모방 수중 로봇 퀘드로인 사실 펭귄 모방 수중 로봇의 개념은 2009년까지 거슬러 올라간다. 당시 에보로직스는 독일 전기 자동화 기업 페스토(Festo)와 협력하여 펭귄과 유사한 아쿠아펭귄(AquaPenguin) 시연용 모델을 개발했다. 실제 쿼드로인은 2021년 5월 처음 공개되었는데, 펭귄의 유영 방식을 모방하여 제작되었으며, 헬름홀츠 센터 헤레온 연구소의 MUM(Modifiable Underwater Mothership) 프로젝트에 활용되고 있다. 이 프로젝트에서 쿼드로인은 다양한 센서를 탑재하고 무리를 지어 해류 데이터를 수집했다. 탑재된 센서는 수심별 온도, 압력, 용존 산소량, 전기 전도도, 형광 등을 정밀하게 측정할 수 있다. 다른 AUV와 마찬가지로 쿼드로인은 선박이나 해안에서 투입된 후 사전 프로그래밍된 수중 경로를 따라 자율적으로 이동하며 데이터를 수집한다. 수집된 데이터는 쿼드로인이 수면으로 올라갈 때 무선 전송되거나 기지로 돌아와 직접 다운로드받을 수 있다. 쿼드로인은 데이터를 와이파이(Wi-Fi) 또는 옵션인 이리듐 위성 모듈을 통해 전송한다. 이 두 시스템과 탑재된 글로벌 네비게이션 위성 시스템(GNSS)은 쿼드로인이 수면에 올라올 때 자동으로 뒤집히는 아치형 다기능 안테나를 사용한다. 추가적인 장점으로 안테나에는 빨간색과 초록색 LED 점멸등이 장착되어 사용자가 로봇을 회수할 때 쉽게 찾을 수 있도록 한다. 에보로직스 대표는 "새로운 쿼드로인이 올해 4분기에 양산에 돌입할 예정이며, 상업 고객들에게는 요청 시 가격 정보를 제공한다"고 밝혔다. 쿼드로인 활용 방안 쿼드로인은 다양한 해양 생물의 행동과 서식지를 관찰하고 데이터를 수집하는 데 활용될 수 있다. 이를 통해 해양 생태계에 대한 이해를 높이고 효과적인 보호 전략을 수립하는 데 기여할 수 있다. 또한, 해양 환경을 효과적으로 모니터링하는 데에도 활용될 수 있다. 쿼드로인은 수온, 염도, 용존 산소량 등 해양 환경 변수를 정밀하게 측정하고 실시간으로 데이터를 전송할 수 있다. 이를 통해 해양 오염, 기후 변화 등 해양 환경 문제를 파악하고 해결책을 모색하는 데 도움이 될 수 있다. 쿼드로인은 해저 지형을 정밀하게 측량하고 3D 모델을 구축하는 데 활용될 수 있다. 그로 인해 해양 자원 탐사, 해저 케이블 및 파이프라인 설치, 해양 구조 작업 등에 크게 활용될 수 있다. 또한, 쿼드로인은 해저 석유 및 가스 매장지를 효율적으로 탐색하고 개발 계획을 수립하는 데 활용될 수 있으며, 이를 통해 오프쇼어 에너지 개발의 효율성을 높이고 환경 영향을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 쿼드로인은 해저 사고 현장을 탐사하고 생존자를 구조하는 데 활용될 수 있으며, 해저 침몰선 및 잔해물을 탐색하고 인양하는 데에도 활용될 수 있다. 해양 국방 분야에도 활용 쿼드로인은 적군 함정 및 해양 활동을 정밀하게 정찰하고 정보를 수집하는 데 활용될 수 있으며, 이는 해상 작전의 효율성을 획기적으로 높이고 적의 위협을 사전에 예측하는 데 크게 기여할 수 있다. 또한, 쿼드로인은 해저 지뢰를 효과적으로 탐지하고 제거하는 데 활용될 수 있으며, 이를 통해 해상 통로의 안전을 확보하고 군함 및 상선의 안전을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 쿼드로인은 해저 침몰선을 탐색하고 인양하는 데 활용될 수 있으며, 이를 통해 해양 역사 연구를 체계적으로 수행하고 침몰선에서 귀중한 유물을 발견하는 데 기여할 수 있다. 최근 미국 농업 분야에서는 드론과 인공지능(AI) 로봇 등 첨단 기술 도입이 활발하게 이루어지고 있다. 드론, 레이저 제초기, 로봇 손 등은 농작물 재배 및 가공 과정의 일부를 자동화할 수 있으며, AI 기반 시스템의 활용은 미래 농업의 새로운 가능성을 열어주고 있다. 수중 로봇 기술의 발전과 더불어 쿼드로인 또한 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망된다. 하늘을 나는 드론이 다방면에서 활용되고 있는 것처럼, 쿼드로인 2세대는 아직 개발 초기 단계이지만, 앞으로 해양 분야뿐만 아니라 국방, 농업, 과학 연구, 레저 및 관광, 교육 등 다양한 분야에 새로운 변화를 가져올 것으로 기대된다. 한편 해양 강국인 한국은 한국해양과학기술원(KIOST), 한국해양연구원(KORDI), 한국과학기술원(KAIST), 포항공과대학교(POSTECH), 한화오션, HD현대중공업, 삼성중공업 등을 중심으로 자율 운항, 인공지능, 센서 기술, 통신기술, 로봇 공학 등의 핵심기술을 보유하고 있다. 특히 정부는 '해양 4.0' 산업 육성을 위해 수중 로봇 개발을 핵심 전략 분야로 지정하고 적극적으로 지원하고 있다.
- 포커스온
2024-05-02 13:02:00
빠르고 정확하며 부드럽게 움직이는 휴머노이드 로봇 '아스트리봇 에스원' 주목

휴머노이드 로봇 신제품 출시 붐이 이어지고 있다. 거의 매주 거르지 않는다. 그런 가운데 어떤 로봇보다 빠르고 정밀하며 부드럽게 움직이는 휴머노이드 로봇이 중국에서 출시돼 주목된다고 뉴아틀라스가 전했다. 새로 선보인 휴머노이드 로봇은 아스트리봇(Astribot)의 에스원(S1)이다. 인공지능(AI)으로 작동되는 휴머노이드 로봇 출시는 올 들어 가속화됐다. 지난 3월에만 오픈AI의 플랫폼을 적용한 인상적인 제품들이 나왔다. 하나는 ‘소프트 터치’ 기술을 뽐낸 노르웨이 협력사 1X의 ‘세탁물을 접는’ 봇이고, 다른 하나는 진정한 차세대 자연어 추론 능력을 시연한 협력업체 피규어(Figure)의 봇이었다. 이번 달에는 보스턴 다이내믹스가 새로운 아틀라스 로봇을 발표하면서 놀라운 손재주로 사람들의 경탄을 자아냈으며, 중국의 UB테크는 소프트 터치 말하기 로봇인 워커S로 깊은 인상을 심어 주었다. 이번에 발표된 에스원도 놀랄만한 성능으로 높은 평가를 받고 있다. 스타더스트 인텔리전스의 자회사로 중국의 싫리콘밸리로 불리는 선전(深川)에 위치한 아스트리봇의 에스원은 빠르고 정확하게 동작한다는 점에서 다른 여타 로봇과 크게 차별화됐다는 사실을 최근 공개된 홍보 동영상에서 보여주고 있다. 아스트리봇에 따르면 에스원은 초당 최고 10m의 속도로 움직일 수 있다. 한쪽 팔로 10kg 무게의 짐을 처리할 수 있다. 두 팔을 사용하면 20kg을 감당한다는 의미다. 그러나 무게는 에스원에게는 그다지 중요하지 않다. 홍보 동영상을 보면 테이블 위에 식탁보를 깔고 그 위에 와인잔을 3층으로 올린 후 에스원이 바닥에 깔린 식탁보를 잡고 신속하게 당겨 빼낸다. 그런데 3층으로 쌓인 와인잔이 무너지지 않았다. 그만큼 빠르다는 얘기다. 로봇은 속도가 빠를 뿐 아니라 놀라울 정도로 정확하다. 스크루를 이용해 와인병 코르크 마개를 따고 와인을 잡아 디켄터에 붓고 디켄터를 흔든다. 오이를 잡고 칼로 껍질을 얇게 깎는다. 프라이팬에 올려진 샌드위치를 뒤집기도 한다. 테이블 위에 올려진 소품들을 서랍을 열고 집어넣어 정돈한 후 서랍을 닫는다. 영상은 로봇이 인간의 움직임을 모방하는 데 매우 능숙하다는 것을 보여준다. 로봇의 학습 능력은 대단히 우수하다. 다만 영상으로 보면 에스원은 상반신만 보인다. 모든 휴머노이드 로봇에는 다리 또는 바퀴와 같은 이동 수단이 있는데, 에스원은 고정된 로봇일 가능성이 높다. 나아가 관계자들은 에스원이 언제 생산될 것인가에 대해서도 궁금해하고 있다. 아스트리봇은 이 같은 궁금증에 대해 공식 발표를 준비하고 있다고 한다. 아스트리봇은 2022년 선전에서 설립됐다고 홈페이지는 밝히고 있다. 에스원 로봇 개발에는 약 1년이 소요됐으며, 올해 말까지는 상용화할 것으로 예상하고 있다. 홈페이지는 또 텐센트 로봇 연구소, 바이두 및 홍콩 폴리테크닉대학교에서 근무했던 라이 지에가 회사를 설립했다고 밝히고 있다. 회사 측은 "아스트리봇이라는 이름은 고대 라틴어 속담 '아스트라퍼 아스페라(Ad astra per aspera)'에서 유래했고, 이는 '우주 먼지에 도달하기 위한 고난의 여정‘을 의미하며, AI 로봇 기술 개발과 대중화에 대한 회사의 장기 계획과 의지를 의미한다“고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-04-30 09:36:00
[신소재 신기술(39)] 식염수로 폐전자제품서 희토류 광물 회수

미국 에너지부 산하 태평양 북서부 국립연구소(Pacific Northwest National Laboratory) 연구원들은 폐전자제품에서 망간, 마그네슘, 디스프로슘, 네오디뮴 등 주요 희토류를 선택적으로 회수하는 방법을 개발했다고 마이닝닷컴이 전했다. 연구팀은 간단한 혼합염 수용액과 금속 특성에 대한 지식을 활용하여 연속 흐름 반응로(챔버)에서 이러한 미네랄을 분리할 수 있었다. 두 개의 보완 연구 기사에 자세히 설명되어 있고 시애틀에서 열린 2024 재료 연구 학회(MRS) 춘계 회의에서 발표된 이 방법은 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 흐르는 화학 반응 챔버에 배치되었을 때 서로 다른 금속의 거동을 기반으로 합니다. 연구팀은 금속이 시간이 지남에 따라 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 금속을 분리하고 정제했습니다. 이 방법은 2024년 시애틀에서 열린 재료 연구 학회(MRS) 봄 회의 발표와 함께 두 편의 연구 논문에 상세히 설명되어 있으며, 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 연속 흐름 반응로(챔버)에서 다른 금속들의 행동을 기반으로 한다. 연구팀은 금속들이 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 광물을 분리 및 정제했다. 이 그룹은 2024년 2월에 처음으로 두 가지 필수 희토류 원소인 네오디뮴과 디스프로슘을 혼합 액체에서 성공적으로 분리했다고 보고했다. 기존 분리 방법에 일반적으로 필요한 30시간에 비해 4시간 만에 반응 챔버에서 두 개의 분리되고 정제된 고체가 형성되었다. 두 가지 중요한 광물은 무엇보다도 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈에서 발견되는 영구 자석을 제조하는 데 사용된다. 지금까지 매우 유사한 특성을 가진 이러한 요소를 분리하는 것은 어려운 일이었다. 전자 폐기물에서 이를 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 주요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 이 두 가지 중요 광물은 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈 등에 사용되는 영구 자석 제조에 사용된다. 지금까지는 성질이 매우 유사한 이러한 원소들을 분리하는 것은 어려운 과제였다. 전자 폐기물에서 이들을 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 중요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 마그네슘 공급원인 광산 폐기물과 염수 전자 폐기물에서 광물을 회수하는 것이 이 분리 기술의 유일한 응용 분야는 아니다. 연구팀은 바닷물은 물론 광산 폐기물과 염호 염수로부터 마그네슘을 회수하는 방법을 연구하고 있다. 수석 연구원 친푸 왕(Qingpu Wang)은 보도자료에서 “다음으로 더 많은 양의 제품을 효율적으로 회수하기 위해 원자로 설계를 수정하고 있다”고 말했다. 왕과 그의 동료 엘리아스 나쿠지(Elias Nakouzi)는 보완 기술을 사용해 용해된 리튬 이온 배터리 폐기물을 모방한 용액에서 거의 순수한 망간(>96%)을 회수할 수 있음을 보여주었다. 배터리용 망간은 전 세계적으로 소수의 회사에서 생산되며 주로 음극 또는 배터리의 음극 또는 음극에 사용된다. 본 연구에서 연구팀은 젤 기반 시스템을 사용하여 샘플 내 금속의 다양한 이동 및 반응 속도를 기반으로 물질을 분리했다. 나쿠지는 "이 프로세스의 장점은 간단하다는 것이다"라고 말했다. 그는 "고비용 또는 특수 재료에 의존하는 대신 우리는 이온 거동의 기본 원리를 다시 생각했다. 그리고 거기에서 영감을 얻었다"라고 설명했다. 연구팀은 연구 범위를 확대하고 중요 미네랄과 희토류 원소의 안정적인 국내 공급망을 제공하기 위해 환경 친화적인 새로운 분리 기술을 개발하는 PNNL의 새로운 이니셔티브인 '비평형 수송 구동 분리(NETS, Non-Equilibrium Transport Driven Separations)'를 통해 프로세스를 확장시킬 예정이다. 나쿠지는 "이 접근 방식은 복합적인 공급 흐름과 다양한 화학 성질로부터의 화학 분리와 관련하여 폭넓게 적용될 것으로 예상되며, 이는 더욱 지속 가능한 재료 추출 및 처리를 가능하게 할 것으로 기대한다"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-29 15:05:00
[퓨처 Eyes(33)] 인텔, 인간 뇌 모방 뉴로모픽 컴퓨터 '하라 포인트' 공개

미국 반도체 기업 인텔은 인간 뇌의 작동 방식을 본떠 설계 및 구성된 세계 최대 규모의 뉴로모픽 컴퓨터 '하라 포인트(Hala Point)'를 개발했다고 발표했다. '하라 포인트'라고 명명된 이 컴퓨팅 시스템은 차세대 인공지능(AI) 모델을 구축하려는 연구자를 지원하도록 설계됐다. 라이브사이언스에 따르면, 하라 포인트는 1152개의 신규 인공지능 칩 '로이히 2' 프로세서로 구동된다. 인텔 측은 이 혁신적인 시스템이 기존 컴퓨터 시스템 대비 인공지능 작업 속도를 50배 향상시키고 에너지 소비량을 100배 줄일 수 있다고 주장한다. 다만, 이 수치는 아직 동료 검토를 거치지 않은 연구 결과를 기반으로 한 것임을 밝혔다. 22일(현지시간) AI비즈니스 보도에 따르면, 인텔의 새로운 뉴로모픽 컴퓨터는 에너지 사용량을 크게 줄이면서 기존 GPU 대비 최대 50배 더 빠른 성능을 제공한다. '하라 포인트'에는 최대 11억 5000만 개의 인공 뉴런과 14만 544개의 뉴로모픽 처리 코어를 지원하며, 1152개의 로이히 2 프로세서에 분산된 1288억 개의 시냅스를 탑재하고 있다. 이 강력한 하드웨어는 초당 최대 20경 회 연산, 즉 20페타옵스의 처리 성능을 제공하며, 인텔의 초기 뉴로모픽 시스템인 포호이키 스프링스(Pohoiki Springs) 대비 최대 12배 향상된 성능을 자랑한다. 하라 포인트는 기존 하드웨어 대비 50배 빠른 속도로 동작하면서도 에너지 소비량은 100배 적게 소비한다. 이는 GPU 및 CPU 기반 시스템에서 달성한 성능을 뛰어넘는 놀라운 수치이며, 인공지능 분야의 발전에 획기적인 도약을 선사할 것으로 기대된다. 하지만 뉴로모픽 컴퓨터는 슈퍼컴퓨터와 데이터 처리 방식이 달라 직접적인 비교는 어렵다. 이 혁신적인 시스템은 뉴멕시코주 앨버커키에 위치한 샌디아 국립연구소에 설치되어 장치 물리학, 컴퓨팅 아키텍처, 컴퓨터 과학 등 다양한 분야의 과학적 문제 해결에 활용될 예정이다. 기존 컴퓨터와 어떻게 다른가? 뉴로모픽 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 아키텍처부터 근본적으로 차별화된다. 미국 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 컴퓨터 과학자 프라사나 데이트 박사는 리서치게이트(ResearchGate)에 올린 글에서 뉴로모픽 컴퓨터가 인공 신경망을 기반으로 구축된다고 설명했다. 기존 컴퓨터는 0과 1로 이루어진 이진 데이터를 처리하는 반면, 뉴로모픽 컴퓨터는 '스파이크 입력'이라는 일련의 불연속적인 전기 신호를 사용한다. 또한, 칩 자체에 메모리와 연산 능력을 통합하여 데이터 이동 거리를 줄이고 병렬 처리를 가능하게 함으로써 전력 소비를 획기적으로 감소시킨다. 인텔은 "하라 포인트가 AI 에이전트, 대규모 언어 모델, 스마트 시티 인프라 관리와 같은 '미래 지능형 응용 분야'에 대한 실시간 연속 학습을 가능하게 할 수 있다"고 밝혔다. 인텔 랩스 뉴로모픽 컴퓨팅 랩(Neuromorphic Computing Lab)의 마이크 데비스(Mike Davies) 소장은 "오늘날 인공지능 모델의 컴퓨팅 비용이 지속 불가능한 속도로 증가하고 있다"고 지적했다. 그는 "현재 인공지능 산업은 확장 가능한 근본적으로 새로운 접근 방식을 절실히 필요로 한다"고 강조하며, 이에 인텔은 딥 러닝 효율성과 혁신적인 두뇌 영감 학습 및 최적화 기능을 결합한 첨단 뉴로모픽 컴퓨터 '하라 포인트'를 개발했다고 설명했다. 데비스 소장은 "하라 포인트를 통한 연구가 대규모 인공지능 기술의 효율성과 적응성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 현재 하라 포인트는 연구용 프로토타입 단계라 구매는 불가능하다. 하지만 인텔은 이 혁신적인 시스템이 미래 인공지능 제품의 기반이 되고 인공지능으로 인한 컴퓨팅 집약도를 효과적으로 줄이는 데 기여할 것으로 기대하고 있다. 뉴로모픽 컴퓨팅, AI혁신 이끌까? 뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing)은 인간 뇌의 놀라운 신경 가소성, 즉 경험을 통해 적응하고 변화하는 뇌의 능력을 모방하는 시스템 구축에 초점을 맞춘 첨단 연구 분야이다. 이진 코드를 사용하는 기존 컴퓨팅 시스템과 달리 뉴로모픽 시스템은 인공 뉴런과 시냅스의 복잡한 네트워크를 활용하여 정보를 처리한다. 연구자들은 뉴로모픽 컴퓨팅이 인간 두뇌의 놀라운 학습 능력을 모방하여 시스템의 효율성을 극대화하고 정보 처리 능력을 향상시킬 수 있다고 기대한다. 인공지능 시스템은 이전 경험과 데이터를 활용하여 지속적으로 학습하고 발전할 수 있을 것으로 전망된다. 인텔의 혁신적인 노력 외에도, 구글 딥마인드(Google DeepMind)는 단순히 증가하는 데이터로 AI 작업을 훈련하는 것이 아니라 메모리에서 학습하도록 가르치는 '뉴로AI(NeuroAI)' 개념을 연구하고 있다. 뉴로모픽 하드웨어 시스템의 또 다른 예로는 IBM의 '노스폴(NorthPole)' 반도체가 있다. 이는 인간 두뇌의 정보 처리 방식을 모방하지만 단일 칩에 구현된 첨단 시스템이다. 인텔의 뉴로모픽 컴퓨터 시스템은 비디오, 음성, 무선 통신 등 다양한 워크로드를 처리하는 딥 러닝 모델을 크게 강화할 수 있는 잠재력을 지닌다. 인공지능 분야의 게임 체인저인가? 초기 연구 결과에 따르면, 하라 포인트는 인공지능 작업에서 와트당 15조 연산(TOPS/W)이라는 놀라운 에너지 효율성을 달성했다. 대부분의 기존 인공 신경망 처리 장치(NPU)와 다른 인공지능 시스템들이 보여주는 와트당 10 TOPS 이하의 수치를 훨씬 뛰어넘는 성능이다. 뉴로모틱 컴퓨팅은 인공지능 응용 분야에서 특히 유망한 기술로 여겨지고 있다. 로보틱스, 자율주행 차량, 지능형 카메라 시스템, 실시간 의사 결정 시스템 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 또 뉴모로틱 칩은 전력 소모가 매우 낮아 배터리 수명이 중요한 모바일 기기나 원격 센서에 적합하다. 그러나 고도의 복잡성과 대규모 통합을 요구하는 뉴로모틱 칩의 설계와 제조는 아직까지 도전 과제로 남아 있다. 또한 이 기술을 기존의 컴퓨팅 시스템과 효울적으로 통합하는 방법도 주요 과제 중 하나다. 뉴로모픽 컴퓨팅 기술은 아직 초기 개발 단계이지만, 하라 포인트와 유사한 규모의 시스템들은 빠르게 개발되고 있다. 호주 서부 시드니 대학교 국제 뉴로모픽 시스템 연구 센터(ICNS)는 2023년 12월 유사한 시스템을 배치할 계획이라고 발표했다.
- 포커스온
2024-04-25 09:23:00
미세 플라스틱, 세포 분열 중에 딸세포로 전달

미세 플라스틱이 세포 분열 중에 전달된다는 충격적인 사실이 밝혀졌다. 케미스트리월드닷컴 뉴스는 지난 25일(현지시간) 오스트리아와 독일 연구진의 새로운 연구에 따르면 위암 세포가 흡수한 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 세포 분열 중에 전달된다고 보도했다. 또한 0.25μm(마이크로미터) 크기의 미세 플라스틱 입자는 세포의 이동 속도를 증가시키고 암세포의 전이 촉진 효과가 있는 것으로 추정된다. 0.25μm는 초미세먼지의 기준이다. 이 프로젝트를 공동 주도한 비엔나 의과대학의 병리학자 루카스 케너(Lukas Kenner) 박사는 "세포가 플라스틱을 흡수할 뿐만 아니라 세포 분열 후에도 플라스틱이 남아 있다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 연구진은 4개의 위장암 세포주를 0.25, 1, 10μm의 다양한 농도의 폴리스티렌 입자에 노출시켰다. 위장관은 마이크로 및 나노 플라스틱에 매일 노출되는 주요 진입점 중 하나이기 때문에 이 세포들을 연구한 것. 연구팀의 분석에 따르면 0.25μm와 1μm의 작은 입자는 모든 세포주에서 흡수된 반면, 큰 입자는 세포층에 부착되지 않고 세포 주변에만 분포되어 있어 더 큰 미세 플라스틱이 세포에 덜 해로울 수 있다는 이전 연구 결과에 무게를 실어줬다. 연구팀은 또한 나노 플라스틱이 세포 과정에 어떤 영향을 미칠 수 있는지도 조사했다. 미세 플라스틱이 몸 전체에 퍼져 세포를 손상시킬 수 있다는 사실은 널리 알려져 있지만, 과학자들은 아직 그 메커니즘을 완전히 이해하지 못하고 있다. 의학자 푸야 욘템(Fulya Yöntem)은 "지금 우리는 그(미세 플라스틱) 영향을 보고 있고, 그 끝을 보고 있지만, 어떻게 그것이 거기에 도달하는지는 알지 못한다"라고 말했다. 케너의 연구팀은 폴리스티렌 입자가 세포 이동에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 세포 전이는 (암 세포)전이의 첫 단계이므로 케너는 이러한 플라스틱이 암 세포의 공격성에 영향을 미칠 수 있는지 알아보려고 했다. 연구팀은 0.25μm 입자가 나노 플라스틱에 노출되지 않은 세포에 비해 세포 이동 속도를 증가시킨다는 사실을 발견했다. 플라스틱이 세포 골격의 변화를 유도하고 이러한 변화가 세포 이동에 영향을 미칠 수 있다는 것이 연구팀의 이론이다. 또한 연구팀은 세포 분열 과정에서 나노 플라스틱 입자가 모세포와 딸세포 사이에 분포하는 것을 확인했다. 연구팀은 플라스틱 입자가 세포 분열을 가속화하고 모세포에서 딸 세포로 전달되기 때문에 이러한 플라스틱이 (암세포) 전이 촉진 효과를 가질 수 있다고 말했다. 이 아이디어는 암세포가 증식에 도움이 되는 물질을 보유하는 경향이 있다는 관찰에서 비롯됐다. 케너 박사는 "종양 세포는 항상 복제를 원하고 더 악성화되기를 원한다"라고 설명했다. 그는 "따라서 세포 내에 유지되는 모든 물질은 이론적으로는 이를 달성하는 데 도움이 된다"고 부연했다. 미국 빙엄턴 대학교의 유체-고체 인터페이스 전문가인 신 용(Xin Yong)은 이 연구가 귀중한 모델을 제공하지만 미세 플라스틱이 실험실 외부의 생물학적 세포와 어떻게 상호작용하는지에 대한 완전한 그림을 제공하지는 못한다고 지적했다. 그는 "이 결과는 매우 중요함에도 불구하고 이번 연구는 플라스틱의 주요 특성을 나타내지 않는 상업적으로 이용 가능한 폴리스티렌 나노 및 마이크로 플라스틱에 국한되어 있다"고 말했다. 환경 속의 마이크로 플라스틱과 나노 플라스틱은 플라스틱 물체가 분해되어 형성되거나 산업 제품에서 직접 방출된다. 신 용은 "결과적으로 이러한 입자는 매우 불규칙한 모양을 가지고 있으며, 연구자들은 이러한 다양한 형태가 플라스틱이 세포와 상호 작용하는 방식에 어떤 영향을 미치는지 이해해야 한다"고 설명했다. 그는 "우리는 이제 겨우 표면을 긁었을 뿐이다"라면서 "폴리스티렌은 다양한 입자 중 하나일 뿐이다. 실제 세계에서는 한 입자뿐만 아니라 여러 입자의 영향을 동시에 받는다"라고 지적했다. 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 세포 건강에 미치는 영향에 대한 욘템의 새로운 메타 분석에서도 미세 플라스틱에 대한 연구는 특정 유형의 플라스틱에만 집중하는 경향이 있는 것으로 나타났다. 욘템은 플라스틱 종류와 플라스틱 농도 측면에서 실제 환경을 더 잘 모방하는 실험이 시급히 필요하다고 설명했다. 그녀는 "연구자들은 일상적인 플라스틱 병에서 나오는 미세 플라스틱과 나노 플라스틱을 사용해 연구를 시작해야 한다"고 말했다. 참고 자료: 브린작-슈라이버 외, 화학, 2024, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141463 F D 옌템과 M A 아바브, 캠브리지 프리즘: 플라스틱, 2024, DOI: 10.1017/plc.2024.6
- 생활경제
2024-03-27 17:32:00