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2025-06-14 (토)

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[신소재 신기술(126)] 드론 비롯한 로봇, '고양이 눈' 장착해 목표물 추적…정확도 UP!

고양이의 눈에서 아이디어를 얻은 새로운 컴퓨터 비전 시스템을 통해 정확하게 목표물을 추적할 수 있는 드론이 출현했다. 로봇, 드론, 자율주행차를 비롯한 자율 시스템이 점점 보편화되고 있지만, 모든 환경과 조건에서 사물을 파악하는 데는 여전히 어려움을 겪고 있다. 예를 들어 자율주행차는 비나 안개 등 악조건 속에서는 제 성능이 발휘되지 못한다. 악조건이 자율주행차의 센서와 카메라에 영향을 미치기 때문이다. 그런 가운데, 전문가로 구성된 연구진이 고양이 눈의 구조를 모델로 한 고급 렌즈와 센서를 사용한 새로운 비전 시스템을 설계, 물체 감지 및 인식 능력을 향상시켰다고 라이브사이언스가 전했다. 새로운 컴퓨터 비전 시스템에 대한 연구 결과는 사이언스 어드밴스(Science Advances) 저널에 발표됐다. 연구진이 고양이의 눈을 모델로 선택한 것은 그들이 밝거나 어두운 환경 모두에서 뛰어난 시력을 보여주고 있기 때문이다. 고양이의 동공은 수직 슬릿(사람처럼 원 모양으로 수축하거나 팽창하지 않고 수직으로 좁게 여닫히는 동공) 모양으로, 낮 동안에는 슬릿이 좁아져 빛을 걸러내고 눈부심을 줄여 초점을 맞추는 데 도움이 된다. 밤에는 더 많은 빛을 받아들여 잘 볼 수 있도록 슬릿이 넓어진다. 망막 뒷부분의 반사층인 휘판(tapetum lucidum)은 가시광선을 망막을 통해 반사하고 광수용체가 사용할 수 있는 빛을 늘려 시야를 개선한다. 이와 마찬가지로, 개발된 새로운 컴퓨터 비전 시스템에는 밝은 조건에서는 불필요한 빛을 걸러내고 주요 물체를 골라내는 슬릿 모양의 조리개가 포함되어 있다. 동시에 고양이 눈에서 발견되는 것과 같은 반사층도 장착해 어두운 조건에서 가시성을 개선했다. 연구 책임자인 한국 광주과학기술원(GIST) 전자공학과 송영민 교수는 "로봇 카메라는 특히 조명 조건이 바뀔 때 혼잡하거나 위장된 배경에서 특정 물체를 찾는 데 어려움을 겪는 경우가 많다. 개발된 시스템은 로봇이 불필요한 부분은 흐리게 처리하고 목표 물체에 초점을 맞추도록 함으로써 이를 해결했다"고 말했다. 송 교수는 또 컴퓨터 비전 시스템은 무거운 컴퓨터 처리에 의존하지 않고 특수 렌즈가 이를 대신하기 때문에 에너지 효율성이 더 높다고 설명했다. 연구진이 이 시스템을 테스트했을 때, 대상 물체에 초점을 맞추면서도 배경 물체를 성공적으로 흐리게 처리한다는 사실을 발견했다. 연구진은 또 인간의 두뇌와 유사한 방식으로 정보를 처리하도록 설계된 머신러닝 알고리즘 모음인 신경망을 사용해 시스템이 중요한 물체를 더 잘 인식하도록 지원했다. 연구진은 이 시스템을 실용적으로 상업화하기 위해서는 시야, 즉 카메라 센서의 화소를 높이고 해상도를 개선해야 한다고 덧붙였다. 그러나 미래에는 군용 드론 및 감시 로봇을 포함한 여러 용도로 사용될 수 있을 것이라고 전문가들은 기대했다. 특히 이 기술은 로봇이 관측하기 매우 어려운 끊임없이 변화하는 환경에서 표적을 탐지, 추적 및 인식할 수 있을 만큼 발전할 수 있을 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2024-11-04 07:34:00
애플, 아이폰 AI 기능 소프트웨어 첫 배포⋯'M4' 장착 아이맥도 출시

아이폰 등 애플의 기기에 인공지능(AI) 기능이 본격적으로 실행된다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 애플은 28일(현지시간) 자사의 AI 시스템 애플 인텔리전스(Apple Intelligence)가 포함된 아이폰 운영체제 iOS 18.1를 배포한다고 밝혔다. 이 기능이 탑재된 아이패드와 맥용 소프트웨어 버전도 함께 출시했다. 애플의 이번 AI 기능 출시는 지난 6월 처음 공개한 지 4개월여만이다. 이날 배포된 소프트웨어에는 애플 인텔리전스의 AI 기능이 일부 포함됐다. 수 많은 이메일을 일일이 확인할 필요 없이 받은 편지함 최상단에 마련된 새로운 섹션에서 AI가 오늘 예정된 점심 일정이나 탑승권 등 가장 시급한 이메일을 확인할 수 있도록 도와주고, 긴 메일을 요약해 준다. 사진이 기억나지 않을 때 사진 속 내용을 설명하는 것으로 검색할 수 있고, 원치 않는 물체나 인물이 들어가 있는 경우 편집할 수 있다. 이용자가 작성한 내용을 '전문적으로' 또는 '간결하게', '친근하게' 스타일로 바꿔주고, 전화 통화 녹음 후 녹취록을 작성하고 이를 요약도 해준다. 애플의 음성 비서 '시리'(Siri)는 이용자가 말을 조금 더듬더라도 무슨 말인지 알아듣는 등 더 자연스러운 대화가 가능하고 수많은 질문에도 답변할 수 있다. 앞으로는 이용자가 새로운 이모지를 만들고, 입력한 텍스트나 특정 요구사항에 맞춰 이미지를 자동 생성하는 기능도 추가된다. '시리'가 친구에게 메시지를 보내거나 음악 재생 모드를 변경하는 등 이용자 명령에 따라 특정 앱 내에서 작업을 수행하고, 복잡한 질문에 대해 '시리'가 챗GPT를 이용해 답변을 제공하는 기능 등도 추가된다. 애플이 AI 기능을 처음 출시한 이날 뉴욕 증시에서 애플 주가는 1%대 상승 중이다. 팀 쿡 애플 최고경영자(CEO)는 "애플 인텔리전스는 아이폰, 아이패드, 맥에 또다른 시대를 열어주며, 완전히 새로운 경험과 도구로 사용자가 수행 가능한 작업의 지평을 개척한다"며 "애플만이 선보일 수 있는 생성형 AI로서 우리 삶을 윤택하게 해줄 애플 인텔리전스의 기능들을 처음 선보이게 돼 기쁘다"고 말했다. 애플은 이와 함께 이날 최신 칩 'M4'를 장착한 일체형 데스크톱 아이맥(iMac)을 출시했다. 새 아이맥은 지난해 10월 M3 칩을 장착한 아이맥을 발표한 지 1년 만이다. 이번 아이맥은 M4라는 애플이 자체 개발한 최신 시스템온칩(SoC)이 적용됐다. 이 칩은 지난 5월 출시한 아이패드 고급 모델에 처음 탑재됐다. M4의 아이맥은 2021년 나온 M1의 아이맥보다 일상적인 작업은 최대 1.7배, 사진 편집과 게임 등 고사양 작업은 최대 2.1배 빠르게 처리한다고 애플은 설명했다. 특히, M4에는 인공지능(AI)의 기계 학습을 가속하기 위한 애플의 가장 빠른 뉴럴 엔진이 탑재돼 AI 시스템인 애플 인텔리전스를 지원한다. 아이맥의 기본 램(RAM·임시 저장 메모리)은 이전 모델의 두 배인 16GB로 향상됐고, 최대 32GB의 고급 옵션을 구성할 수 있다. 디스플레이는 기존과 같은 24인치 4.5K 레티나(Retina)를 유지하면서도 반사와 눈부심을 줄이는 나노 텍스처(Nano-texture) 기술이 적용됐다. 애플 하드웨어 엔지니어링 수석 부사장인 존 터너스는 "아이맥은 평범한 가족부터 바쁜 직장인까지 수백만 명의 사용자로부터 사랑을 받고 있다"며 "애플 인텔리전스의 경이로운 기능과 애플 실리콘의 강력한 성능으로 재무장한 아이맥이 또다시 새로운 지평을 열었다"고 말했다. 애플 맥 제품군은 지난 2분기(4∼6월)에 지난해 같은 기간보다 약 2% 증가한 70억 달러의 매출을 기록했다. 2분기 전체 매출(857억8천만 달러)의 약 8%를 차지한다.
- IT/바이오
2024-10-29 05:45:00
[퓨처 Eyes(55)] 우주 쓰레기, 인류의 우주 꿈을 위협한다: 4300톤의 그림자, 지구 덮치나?

인류의 우주 탐사 역사는 아직 60년 남짓에 불과하지만, 그 짧은 시간 동안 지구 궤도에는 엄청난 양의 우주 쓰레기가 축적되었다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 지구 궤도를 도는 위성 파편 등 우주 쓰레기의 무게는 무려 1만3000톤에 달한다. 그중 작은 파편에 해당하는 우주 쓰레기는 4300톤으로, 자유의 여신상(약 204톤) 약 21개에 달하는 무게의 우주 쓰레기가 지구 주위를 맴돌며 인류의 우주 꿈을 위협한다. 1960년대 본격적인 우주 탐사 시대가 열린 이후, 수많은 국가들이 앞다투어 우주로 진출했다. 1969년 아폴로 11호의 달 착륙은 인류에게 새로운 가능성을 제시했고, 이후 미국, 러시아, 중국, 일본, 인도, 유럽연합 등 우주 강국들은 탐사선 개발에 박차를 가하며 우주 경쟁을 펼쳐왔다. 최근에는 한국과 아랍에미리트까지 가세하며 우주를 향한 열망은 더욱 뜨거워지고 있다. 통제 불능의 우주 쓰레기 증가 그러나 우주 탐사의 이면에는 어두운 그림자가 드리워져 있다. 바로 우주 쓰레기 문제다. 나사(NASA)에 따르면 2015년 기준 지구 상공에 위성을 포함해 약 3만 개의 물체가 돌고 있는 것으로 나타났다. 특히 고장난 인공위성, 탐사선의 파편, 로켓 발사 후 남은 잔해물 등이 지구 궤도를 떠돌며 심각한 위협으로 부상하고 있다. 이러한 우주 쓰레기는 운용 중인 인공위성이나 탐사선과 충돌하여 통신 장애, GPS 기능 중단 등의 문제를 일으킬 수 있다. 최근 몇 달 사이, 궤도상에서 폐기된 위성과 로켓 잔해가 잇따라 파손되면서 우주 쓰레기 문제가 더욱 심각해지고 있다. 우주 쓰레기가 급증하면서 '케슬러 증후군'이 현실화 될 것이라는 우려가 제기되고 있다. 1978년 NASA의 과학자 도널드 J. 케슬러가 제시한 케슬러 증후군은 우주 쓰레기가 서로 충돌하면서 기하급수적으로 늘어나, 결국 지구 궤도 전체를 뒤덮어 인공위성이나 우주선의 운용을 불가능하게 하는 현상을 말한다. 케슬러 증후군은 아직까지는 가설 단계지만 늘어난 우주 쓰레기들이 서로 충돌하면서 더욱 많은 파편들이 기하급수적으로 늘어나면서 현실적인 위협으로 인식되고 있다. 실제로 지난 6월에는 러시아의 RESURS-P1 위성이 지구 저궤도에서 파괴되어 100개 이상의 추적 가능한 파편을 생성했으며, 7월에는 미국의 DMSP 5D-2 F8 위성이 분해되었다. 8월에는 중국의 장정 6A 로켓 상단 부분이 파편화되면서 최소 283개의 추적 가능한 파편과 수십만 개의 미세 파편을 발생시켰다. 이처럼 폐기된 우주 물체의 파손은 크고 작은 파편들을 양산하며 우주 쓰레기 문제를 심화시키고 있다. 특히 미세 파편의 경우 추적이 어려워 더 큰 위험 요소로 작용한다. 이러한 파편들은 현재 운용 중인 위성이나 우주선과 충돌하여 심각한 피해를 초래할 수 있다. 최근 발생한 인텔샛 33e 위성(Intelsat 33e·대형 통신 위성) 파손 사고는 이러한 우려를 더욱 증폭시키고 있다. 인텔샛은 2024년 10월 19일, 인도양 상공 약 3만 5000km 궤도에서 인텔샛 33e 위성이 갑작스러운 전력 손실로 파괴됐다고 밝혔다. 최소 20개의 조각으로 분해된 이 위성은 유럽, 아프리카, 중동, 아시아 지역의 위성 통신 서비스에 큰 차질을 빚었다. 무게 6600kg에 리무진 크기의 인텔샛 33e 위성은 보잉에서 설계와 제작을 맡았고 2016년 궤도에 진입해 8년 동안 임무를 수행으나 갑자기 붕괴됐다. 위성이 갑자기 분해된 정확한 이유는 아직까지 불분명하다. 위성 파괴는 연쇄적인 충돌을 야기하여 피해 규모를 더욱 키울 수 있다는 점에서 우주 쓰레기 문제는 '시한폭탄'과 같다. 우주 쓰레기 추적과 관리의 어려움 유럽우주국(ESA)에 따르면, 현재 지구 궤도에는 10cm 이상의 우주 쓰레기가 4만 개 이상, 1cm 미만의 미세 파편은 무려 1억 3000만 개 이상 존재한다. 이를 무게로 환산하면 약 1만3000톤에 달하며, 그 중 4300톤이 작은 파편으로 추정된다. 나사(NASA)에 따르면 사과 크기의 우주 쓰레기가 약 2만1000개, 구슬 크기의 쓰레기가 50만개, 추적이 어려울 정도의 작은 쓰레기가 최고 1억개에 이른다고 추정한다. 특히 지구 저궤도(LEO)에 집중된 우주 쓰레기는 추적과 관리가 매우 어렵다. 정지궤도(GEO)에서 발생하는 파편들은 위치 추적이 더욱 까다로워 효과적인 관리 시스템 마련이 시급하다. 다행히 우주 쓰레기 문제 해결을 위한 노력도 활발히 진행되고 있다. JAXA(일본 우주항공연구개발기구)의 지원을 받는 스타트업 스타 시그널 솔루션스(Star Signal Solutions)는 '사테나비 S-CAN'이라는 혁신적인 충돌 회피 네비게이션 시스템을 개발했다. 이 시스템은 위성 운용자들이 우주 쓰레기의 궤도를 실시간으로 모니터링하고 충돌 위험을 사전에 예측하여 회피할 수 있도록 지원한다. 스타 시그널 솔루션스의 이와키 요타이 대표는 "위성 운용에는 전문 지식과 24시간 대응 체계가 요구되며, 막대한 운영 비용이 발생한다"고 지적하며, "사테나비 S-CAN은 최적의 회피 경로를 제시하여 운영 부담을 줄이고 연료 소비를 최소화하여 비용 절감 효과를 가져온다"고 강조했다. 하지만 기술 개발만으로는 우주 쓰레기 문제를 완전히 해결할 수 없다. 우주 쓰레기 문제는 본질적으로 전 지구적 차원의 문제이기 때문에 국제적인 협력이 필수다. 1972년 제정된 '우주물체에 의한 손해에 대한 국제책임협약'은 우주 물체 발사 국가의 손해 배상 책임을 명시하고 있지만, 실제 적용 사례는 매우 드물다. 우주 공간의 특수성으로 인해 책임 소재 규명이 어렵기 때문이다. 전문가들은 우주 쓰레기 문제 해결을 위해서는 각국의 협력을 통한 국제적 감시 시스템 구축 및 규제 강화가 시급하다고 강조한다. 우주 물체의 안전한 폐기, 추적 기술 개선, 파편 발생 최소화 등 다각적인 노력이 필요하며, 지속 가능한 우주 탐사를 위한 국제 사회의 공동 책임 의식이 무엇보다 중요하다. 국제우주정거장, 지구 재진입후 폐기 예정 참고로 국제우주정거장(ISS)은 2030년 운영 종료 후 2031년 1월에 폐기될 예정이다. NASA는 2031년 1월에 ISS를 지구 대기권으로 재진입시켜 태우는 방식으로 폐기할 계획이다. 잔해는 '우주선의 무덤'으로 불리는 남태평양의 포인트 니모(Point Nemo)에 수장된다. ISS는 1998년부터 운영되어 왔으며, NASA, 캐나다우주국(CSA), 유럽우주국(ESA), 일본우주항공연구개발기구(JAXA), 러시아 연방우주공사(Roscosmos) 등이 협력해 운영해 왔다. 하지만 ISS는 노후화로 인해 유지 보수 비용이 증가하고 있으며, 새로운 우주 탐사 계획을 위해 폐기가 결정됐다. ISS 폐기 후에는 민간 우주 정거장이 그 역할을 대신할 것으로 예상된다. 인류의 우주 탐사는 앞으로도 계속될 것이다. 하지만 우주 쓰레기 문제를 해결하지 못한다면 인류의 우주 꿈은 쓰레기 더미에 묻혀버릴지도 모른다. 지금부터라도 국제 사회가 힘을 모아 책임 있는 자세로 우주 쓰레기 문제 해결에 적극적으로 나서야 할 때다.
- 포커스온
2024-10-24 15:35:00
현대엔지니어링, 층간소음 잡는 '천장형 차음 구조' 개발…"아파트 리모델링에 딱!"

현대엔지니어링이 국내 최초로 천장에 시공하는 층간소음 저감 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 기존에는 바닥에 층간소음 방지재를 시공하는 방식이 일반적이었지만, 이번에 개발된 기술은 천장에 시공하여 층간소음을 줄이는 것이 특징이다. 기존 건축물의 골조 변경 없이 천장에 추가 시공이 가능하기 때문에, 노후 아파트나 리모델링 현장에도 적용할 수 있다. 특히 층간소음 사후확인제 기준을 충족하지 못하는 아파트에 유용하게 활용될 것으로 기대된다. 한편, '천장형 차음 구조'는 위층 바닥과 아래층 천장 사이에 메타물질 방음 소재를 넣어 층간소음을 차단하는 기술이다. 위층 바닥에는 고체전달음(고체를 통해 전달되는 소리)을 줄이는 방음 소재를 사용하고, 아래층 천장에는 공기전달음(공기를 통해 전달되는 소리)을 차단하는 방음 소재를 사용한다. 이렇게 두 가지 소음을 동시에 잡아 층간소음 저감 효과를 극대화했다고 회사측은 설명했다. 특히 메타물질 방음 소재에 적용된 '다중 반공진모드 기술'은 그동안 차단하기 어려웠던 저주파 영역의 중량충격음까지 효과적으로 막아준다. 다중 반공진모드 기술은 쉽게 말하면 특정 주파수의 소리를 '선택적'으로 차단하는 기술이다. '반공진'이란 어떤 물체가 특정 주파수에서 진동을 하지 않는 현상을 말하는데, 다중 반공진모드 기술은 이러한 반공진 현상을 여러 주파수에서 동시에 발생시켜 소음을 효과적으로 차단할 수 있다. 또한 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특성을 가진 인공 물질이다. 다중 반공진모드 기술에서는 메타물질을 이용해 소리의 파장보다 작은 구조를 만들고, 이 구조를 통해 특정 주파수의 소리를 흡수하거나 반사시켜 차단한다. 다중 반공진모드 기술은 아파트 층간 소음 뿐만 아니라 도로 소음 차단, 공장 소음 저감, 냉장고, 에어컨 등 가전제품의 소음 감소와 항공기 엔진의 소음 감소 등에도 활용될 것으로 기대된다. 현대엔지니어링 관계자는 "천장형 차음 구조는 기존 바닥형 구조의 한계를 극복한 혁신적인 기술"이라며 "앞으로 다양한 건설 프로젝트에 적용하여 입주민들이 층간소음 문제에서 벗어날 수 있도록 노력할 것"이라고 밝혔다.
- 산업
2024-10-15 14:39:00
[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지

태양에서 57억km 떨어진 태양계의 외곽에는 왜소행성인 명왕성이 있다. 호주보다 작은 명왕성은 평균 기온이 섭씨 영하 232도로, 산과 빙하, 분화구로 이루어진 얼음 세계이다. 왜소행성 또는 왜행성은 태양을 공전하는 태양계 내 천체의 일종으로 행성 조건은 충족하지 못하지만 소행성보다는 행성에 가까운 중간적 천체이다. 명왕성 주위에는 스틱스, 닉스, 케르베로스, 히드라, 카론 등 다섯 개의 위성이 돌고 있으며, 이중 카론이 가장 크다. 다른 대부분의 행성계와 달리 카론은 모체인 명왕성와 함께 '쌍성계'로 존재한다. 이는 두 행성이 모두 둘 사이의 공간 한 지점을 공전하는 것을 의미한다. 명왕성과 위성을 둘러싼 수수께끼는 여전히 많다. 그런 가운데 미국 사우스웨스트 연구소의 천문학자 실비아 프로토파파가 이끄는 연구팀이 카론 표면에서 이산화탄소와 과산화수소를 발견했다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 발표됐다. 나사(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 데이터에 기반한 이 발견은 비행성 또는 행성계가 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 제공한다. ◆ 명왕성 최대 위성 카론 과학자들은 1978년 명왕성의 궤도를 연구하던 중 처음으로 카론을 발견했다. 카론은 명왕성의 작은 쌍둥이와 비슷하다. 명왕성의 약 절반 크기로, 폭이 1200km가 조금 넘는다. 따라서 태양계에서 모체(명왕성)와 비교해 (상대적으로) 가장 큰 것으로 알려진 위성이다. 명왕성 자체는 지구의 달보다 작다. 명왕성의 크기는 달의 약 3분의 2이고 질량은 6분의 1이다. 카론의 질량은 명왕성의 약 8분의 1이다. 카론과 명왕성은 특이한 궤도를 가지고 있다. 카론이 명왕성 주위를 도는(공전) 동안 명왕성도 중심점을 공전한다. 즉 한 지점을 중심으로 카론과 명왕성이 같이 도는 것이다. 그들은 거의 이중 왜성처럼 움직인다. 이는 달과 지구와는 관계와는 다르다. 달은 지구를 중심으로 돌고, 지구는 위치를 바꾸지 않고 태양을 중심으로만 공전한다. 이것이 명왕성이 행성으로 인정받지 않고 왜소행성으로 분류되는 이유 중 하나다. ◆ 카론의 구성 2015년, 나사의 뉴 호라이즌스는 발사된 지 9년이 지난 후 명왕성과 그 위성을 근접 탐사했다. 탐사 결과는 최대 위성 카론이 다양한 화학 물질로 구성되어 있음을 보여주었다. 카론은 얼음이 풍부한 매우 차가운 위성이다. 여기에는 암모니아와 다양한 탄소 기반 화합물도 포함되어 있다. 카론에는 지구의 화산처럼 마그마를 쏟아내는 대신 얼음이 분출되는 극저온 빙화산(cryovolcano)이 있는 것으로 여겨진다. 명왕성의 구성과는 다르다. 카론에서 이산화탄소와 과산화수소를 새로 발견한 것은 인접 해왕성 너머 천체에서 다양한 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 다양한 정보와 지식을 얻고 미래 가능성도 예상할 수 있다. 그중 이산화탄소는 우리가 이해해야 할 핵심 분자다. 천체의 역사에 대해 많은 것을 알려주기 때문이다. 카론의 경우 이산화탄소는 얼음 표면 아래에서 발생하며, 소행성 및 기타 물체가 카론과 충돌해 분화구를 만들면서 새로운 지하 표면을 노출시키는 것으로 알려져 있다. ◆ 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 큰 발견 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 카론에서 이산화탄소를 감지했다. 2021년에 작동을 시작한 이 우주 망원경은 폭 6.5m의 대형 거울을 장착해 매우 강력하고 민감하다. 제임스 웹은 사람의 눈이나 지구상에 설치된 대부분의 망원경이 감지할 수 없는 빛의 색상인 적외선을 볼 수 있다. 적외선은 행성에서 별, 은하계 등 다른 천체에 존재하는 다양한 분자를 찾는 데 중요한 빛이다. 이런 화합물을 찾기 위해 망원경은 분광법이라는 기술을 사용한다. 빛은 프리즘을 통과할 경우 무지개같이 나뉘는 것처럼, 빛의 파장에 따라 여러 색상으로 분해된다. 합물의 각 원소나 분자 역시 고유한 색상 특징을 가지고 있다. 분광법을 통해 그 색상을 찾아내고 원소의 종류를 판별한다. 분광법을 이용한 새로운 관찰을 통해 카론에서 지금까지 알려진 것과 달리 물, 얼음과 함께 이산화탄소와 과산화수소의 특징이 나타난 것이다. ◆ 고대 수수께끼에 대한 중요한 단서 카론의 형성은 과학계에서는 미스터리다. 가장 유력한 이론 중 하나는 달과 비슷한 방식으로 형성되었다는 것이다. 이 이론에 따르면 약 45억 년 전, 명왕성과 카론이 위치한 카이퍼 벨트에서 큰 물체가 명왕성과 충돌했고, 명왕성의 일부가 떨어져 나가 카론이 형성되었다. 또 명왕성과 충돌한 물체가 카론이었으며, 이들이 서로를 공전하는 궤도에 묶였을 가능성도 있다. 카론의 화학적 구성을 이해하면 카론이 어떻게 형성되었는지에 대한 이해를 높일 수 있다. 그런 의미에서 카론에서 이산화탄소와 과산화수소의 발견은 중요한 진전이다. 카론뿐만 아니라 명왕성 근처의 다른 천체에 대한 단서를 제공할 수도 있다. 카론에 대한 더욱 풍부한 정보들이 태양계의 먼 부분에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 것이라는 기대다.
- IT/바이오
2024-10-07 07:37:00
전 세계 어린이 3명 중 1명 근시…2050년 40%까지 증가 전망

전 세계 어린이 3명 중 1명이 근시라는 연구 결과가 나왔다. 그중 한국 어린이는 70% 이상이 근시로 나타났다. 중국 과학자들이 진행한 새로운 연구에 따르면 2023년 전 세계 어린이의 3분의 1 이상이 근시를 겪고 있으며, 이 비율은 2050년에는 거의 40%까지 증가할 것으로 예상된다고 CNN이 보도했다. 근시는 가까운 물체는 선명하게 보이지만 먼 물체를 흐릿하게 보이는 시력 장애다. 심한 경우 두통이나 눈의 피로를 겪을 수 있다. 반대로 노안은 나이가 들면서 수정체의 탄력이 감소하고, 수정체를 조절하는 근육의 힘이 약해져서 가까운 곳에 초점을 맞추는 능력이 떨어지는 노화현상이다. 일반적으로 40대 중반부터 노인이 시작된다. 연구에 따르면 지난 30년 동안 어린이와 청소년의 근시 유병률은 1990년 24%에서 2023년 약 36%로 크게 증가했다. 중국 관저우 중산대 연구팀은 6개 대륙 50개국의 어린이 및 청소년 540만명 이상을 대상으로 한 276개 연구 결과를 분석해 이러한 연구 결과를 도출했다. 연구팀은 근시의 증가는 대체로 점진적이었지만 코로나19 팬데믹(대유행) 이후 눈에 띄게 급증했다고 밝히며 지역적 차이도 지적했다. 특히 동남아시아 어린이의 근시율이 35%로 가장 높았으며, 이는 백인 어린이의 두 배가 넘는 수치이다. 연구팀은 이러한 현상이 동아시아 어린이들이 다른 지역보다 이른 2~3세에 정규 교육을 시작하는 것과 관련이 있을 수 있다고 설명했다. 연구 결과에 따르면 도시 지역(28.55%)에 거주하는 개인, 여자(33.57%), 청소년(47.00%), 고등학생(45.71%)이 근시 유병률이 더 높은 것으로 나타났다. 국가별로는 일본 어린이의 근시율이 86%로 가장 높았고, 한국이 74%로 그 뒤를 이었다. 이어 러시아, 싱가포르, 중국 순이었다. 연구팀은 어린 아이들이 성인보다 환경적 요인에 더 취약하다고 강조했다. 특히 미취학 아동은 시각 발달의 중요한 시기가 있어 가소성이 높기 때문에 주의가 필요하다고 밝혔다. 또한 향후 어린이 및 청소년의 근시 유병률이 계속 증가해 2040년에는 36.6%, 2050년에는 39.8%(약 7억4000만명)에 이를 것으로 전망했다. 연구팀은 청소년 등 어린이들이 정기적으로 눈 보호 조치를 취하는 습관을 기르도록 권장했다. 또한 학생들은 신체 활동 시간을 늘리고 휴대폰 사용, TV 시청, 비디오 게임, 인터넷 서핑 등 비활동적인 시간을 줄여야 한다고 조언했다. 아울러 교육부 등 관계 당국에는 학생들의 숙제와 과외 부담을 줄이고 시력 검사, 근시 조기 발견 및 치료를 장려할 것을 촉구했다. 연구 결과에 따르면 이에 대한 확실한 증거는 전 세계적으로 여전히 보고되지 않았다고 한다. 이번 연구는 지난 9월 24일 영국 안과학회지(British Journal of Ophthalmology)에 게재됐다. 모든 질병과 마찬가지로 근시도 조기에 발견하는 것이 치료에 도움이 된다. 6개월~1년에 한 번 정기적으로 안과 검진을 받는 것이 좋다. 특히 어린이의 경우, 시력 발달이 완성되지 않은 상태이므로 근시 예방에 더욱 신경써야 한다. 부모들은 자녀의 생활 습관을 주의 깊게 관찰하고, 필요한 경우에는 안과 전문의와 상담해 적절한 조치를 취하는 것이 중요하다. 전문가들은 근시를 예방하기 위해서는 야외 활동을 늘리고 근거리 작업 시간을 줄이는 것이 도움이 된다고 말했다. 햇빛은 눈의 성장을 조절하는 호르몬 분비에 영향을 미쳐 근시 진행을 억제하는 효과가 있다. 하루 2시간 이상은 야외에서 활동하는 것이 좋다는 것. 또한 스마트폰, 컴퓨터, 책 등을 가까이서 오래 보는 것은 근시를 유발하거나 악화시킬 수 있다. 30분 작업 후 5~10분 휴식을 취하고 먼 곳을 바라보는 것이 좋다. 책이나 컴퓨터 화면 등을 볼 때 너무 가까이 하거나 엎드려서 보는 것은 눈에 부담을 줄 수 있다. 허리를 편 자세에서 30~40cm 이상 거리를 유지하는 것이 도움이 된다.
- 생활경제
2024-09-26 17:02:00
[우주의 속삭임(61)] NASA, 지구 근접 통과한 거대한 눈사람 모양 소행성 이미지 공개

나사(NASA)의 천문학자들이 지구에 근접해 통과한 눈사람 모양의 매혹적인 소행성 이미지를 공개했다고 라이브사이언스가 전했다. '2024 ON'이라는 이름의 이 소행성은 지난 17일 지구에서 100만km 떨어진 거리에서 안전하게 지구를 지나갔다. 이는 달과 지구 사이의 거리의 약 2.6배에 해당하는 거리다. 이 소행성은 시속 3만1933km로 이동 중이었으며, 이는 음속의 약 26배이다. 나사가 공개한 새로운 이미지는 16일 캘리포니아 중부 바스토우 근처의 골드스톤 태양계 레이더(Goldstone Solar System Radar)에 의해 포착됐다. 이미지는 고층 빌딩 크기의 이 소행성이 땅콩과 매우 닮았다는 사실을 보여주었다. 그러나 실제로 눈사람 또는 땅콩 모양의 소행성은 아니었다. 2024 ON은 사실은 두 개의 소행성이 서로 밀접하게 가까워진 후 자체 중력에 의해 접촉한 쌍성의 형태로 고정되었기 때문에 일어난 모양이었다. 과거 유명한 다른 접촉 쌍성으로는 화성과 목성 사이의 주요 벨트에 있는 소행성 딘키네시(Dinkinesh)를 공전하는 소행성 '인 셀람(Selam)'과 2015년 나사의 뉴 호라이즌 탐사선이 연구한 명왕성 궤도 너머의 극저온 천체인 '아로코스(Arrokoth)'가 있었다. 나사는 이와 관련 "발견된 소행성은 잠재적으로 위험한 천체로 분류되었지만 가까운 미래에 지구에 위험을 초래하지는 않는다"라며 "골드스톤 태양계 레이더 측정을 통해 천문학자들은 수십 년 동안 지구와 소행성 사이의 거리 측정과 함께 소행성의 미래 운동에 대한 불확실성을 크게 줄일 수 있었다"고 밝혔다. 나사는 지구에서 750만km 이내에 들어오는 모든 우주 물체들이 지구에 즉각적인 위협이 되지 않더라도 '잠재적으로 위험하다'고 간주한다. 그 이유는 그러한 소행성의 궤도를 조금만 움직여도(예를 들어 다른 소행성과 부딪히는 경우) 지구와 충돌할 수 있기 때문이다. 나사는 24시간마다 밤하늘 전체를 스캔해 약 2만 8000개에 달하는 소행성의 위치와 궤도를 추적한다. 나사는 이 모든 지구 근처 소행성의 예상되는 향후 궤적을 추정해 냈는데, 그 결과 지구는 앞으로 최소한 100년 동안은 종말론적인 소행성 충돌 위험에 직면하지 않을 것임을 발견했다.
- IT/바이오
2024-09-25 13:30:00
[우주의 속삭임(59)] 블랙홀, 냉각된 별일까? 아인슈타인 이론 도전하는 새로운 가설

블랙홀은 '얼어붙은 별'이라는 새로운 이론이 등장했다. 극도로 강력한 중력을 가진 블랙홀은, 그 중력이 너무 강해서 빛조차도 탈출할 수 없기 때문에 '검은 구멍'이라고 불린다. 또한 블랙홀은 엄청난 질량을 아주 작은 공간에 압축하고 있어서, 주변의 모든 것을 끌어당긴다. 블랙홀의 중심에는 '특이점'이라고 불리는 점이 있다. 이곳에서는 밀도와 중력이 무한대가 되어 우리가 알고 있는 물리 법칙이 적용되지 않는다. 또한 빛 조차도 빠져나갈수 없는 경계인 '사건의 지평선'이라는 두 가지 특징을 갖는다. 하지만 이 모델은 양자 역학이 도입되면서 심각한 문제에 부딪혔다. 게다가 1970년대에 스티븐 호킹은 사건의 지평선 근처의 양자 효과가 우주 진공에 입자를 생성하는 '호킹 복사(호킹의 복사 역설)'라고 알려진 과정을 일으킨다는 사실을 발견했다. 블랙홀은 이처럼 과학 법칙을 거스르는 특이한 존재로, 해결할 수 없는 많은 역설과 연관되어 왔다. 최근 남아프리카공화국의 로즈대학교와 이스라엘의 벤구리온 대학교 공동 연구팀은 블랙홀에 대한 우리의 모든 지식을 바꿀 수 있는 새로운 이론을 제시했다. 연구팀은 얼어붙은 별 모델에 대한 상세한 이론 분석을 수행했으며, 이 모델이 사건의 지평선과 특이점이 모두 없기 때문에 블랙홀이 실제로 '얼어붙은 별(frozen star)'일 수 있다고 주장했다. 얼어붙은 별은 냉각되어 더 이상 빛이나 열을 방출하지 않는 별의 잔해로, 흑색 왜성(black dwarf)이라고도 불리며 별의 마지막 단계를 나타낸다. 일반적으로 과학자들은 별이 흑색 왜성에 도달하는데 수 조년이 걸린다고 추정한다. 우리 우주는 137억년 밖에 되지 않았기 때문에 아직 흑색 왜성은 존재하지 않는다. 그러나 연구팀은 이번 연구에서 흑색 왜성과 블랙홀 사이의 유사성을 자세히 분석해, 기존 블랙홀 모델과 관련된 많은 역설을 해결할 수 있음을 발견했다. 현재 블랙홀 모델의 문제점 과학계는 블랙홀에 관해서는 1915년 알버트 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 제시한 내용을 따르고 있다. 아인슈타인에 따르면 블랙홀에는 두 가지 특징이 있다. 첫째, 중심에 '특이점(singularity)'이라고 하는 무한 밀도의 점이 존재한다. 둘째, 블랙홀에는 '사건의 지평선(event horizon)'이 있어 빛조차도 탈출할 수 없는 경계를 형성한다. 이 이론은 널리 받아들여지고 있지만, 몇 가지 문제점에 직면해 있다. 예를 들어 실제 관측 결과는 자연에 무한대가 존재하지 않음을 시사하며, 이것이 물리학에서 모든 것이 유한하다고 간주되는 이유다. 또 다른 모순은 앞서 말했듯이 스티븐 호킹의 복사 역설에서 발생한다. 이 역설은 블랙홀이 복사를 방출하고 시간이 지남에 따라 질량을 천천히 잃어 결국 완전히 증발한다고 제안한다. 그러나 아인슈타인은 블랙홀에서 아무것도 빠져나갈 수 없다고 했다. 또한 블랙홀이 증발하면 블랙홀을 형성한 물질이 파괴된다. 그러나 이것은 정보 보존의 법칙에 위배된다. 정보 보존 법칙은 물질과 마찬가지로 정보도 생성되거나 파괴될 수 없다고 명시하며, 양자 역학의 기초를 형성한다. 연구팀은 블랙홀을 특이점과 사건의 지평선이 없는 '얼어붙은 별'로 간주하면 이러한 모든 역설이 해결된다고 밝혔다. 블랙홀은 얼어붙은 별일까? 연구팀은 블랙홀의 엔트로피 및 열 복사와 같은 열역학적 특성의 이론적 값이 흑색 왜성의 값과 유사함을 입증했다. 이번 연구의 제1 저자인 이스라엘 벤 구리온 대학교의 라미 브루스타인 물리학 교수는 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 "우리는 얼어붙은 별이 사건의 지평선이 없지만 (거의) 완벽한 흡수체처럼 행동하고 중력파의 원천으로 작용하는 방법을 보여주었다"며 이러한 물체는 블랙홀처럼 그 위에 떨어지는 거의 모든 것을 흡수할 수 있다고 지적했다. 그는 "게다가 이 천체들은 기존 블랙홀 모델과 동일한 외부 기하학적 구조를 갖고 있으며 기존의 열역학적 특성을 재현한다"고 덧붙였다. 블랙홀이 얼어붙은 별이라면 무한 밀도의 점이나 특이점이 없다는 것을 의미한다. 이는 블랙홀이 실제 세계의 물체와 동일한 유한성 관련 규칙을 따른다는 것을 시사한다. 또한 사건의 지평선이 없다는 것은 복사와 입자가 경계를 탈출할 수 있음을 의미하며, 이는 호킹이 블랙홀에서 빛이 방출된다는 주장과 일치한다. 브루스타인은 "우리는 얼어붙은 별이 지평선이 없음에도 불구하고 (거의) 완벽한 흡수체처럼 행동하고 중력파의 원천 역할을 하는 방법을 보여주었다. 또한 기존 블랙홀 모델과 동일한 외부 기하학적 구조를 생성하고 기존의 열역학적 특성을 재현한다"고 말했다. 그러나 이 연구에도 몇 가지 한계가 있다. 예를 들어 흑색 왜성은 내부 구조를 가지고 있다고 믿어지지만 블랙홀의 경우에는 그렇지 않다. 또한 블랙홀이 실제로 얼어붙은 별이라는 것을 확인하는 실험적 증거는 없다. 따라서 이 가설을 검증하려면 추가 연구가 필요하다. 이 연구는 '피지컬 리뷰 D(physical Review D)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-09-23 17:15:00
[우주의 속삭임(58)] 지구 궤도 진입하는 소행성 '미니문', 두 달간 지구 공전

지구가 이달 말 또 다른 달을 얻게 된다. 이 작은 소행성은 올해 말까지 지구의 중력에 의해 묶여 지구를 공전하게 된다고 라이브사이언스가 전했다. '2024 PT5'라고 불리는 소행성 미니문은 지난 8월 7일 '소행성 지구 충돌 최종 경보 시스템(ATLAS)'에 의해 포착됐다. 이 우주 암석은 오는 9월 29일에서 11월 25일 사이에 지구를 한 바퀴 완전히 공전한 후 지구의 중력에서 벗어나게 된다. 그러나 지구를 57일간 근접 비행함에도 불구하고, 이 소행성은 너비가 10m에 불과해 육안으로 발견하기는 어렵다. 지구는 때때로 이 같이 여분의 달을 잡아당긴다. 예를 들어, 천문학자들은 지난 1981년과 2022년에도 비슷한 소행성을 발견했다. 이 때 '2022 NX 1'이라는 천체는 지구와 잠깐 달과 같은 동반자가 되었다가 지구 중력을 벗어나 멀리 날아갔다. 전문가들은 AAS 연구노트(Research Notes of the AAS)에 이 같은 연구 결과를 발표했다. 연구진은 논문에서 "지구는 정기적으로 근지구 천체(NEO: Near-Earth Object) 개체군에서 소행성을 포획하고 궤도로 끌어들여 미니문을 만들 수 있다"라고 썼다. 이어 "최근 발견된 아폴로급 NEO인 2024 PT5는 2022 NX1과 유사한 경로를 따라가며 곧 미니문이 될 수 있다"고 덧붙였다. 나사(NASA)는 지구에서 약 1억 2000만 마일(1억 9000만 km) 이내에 있는 모든 우주 물체를 '근지구 천체'로 간주하고, 지구에서 약 470만 마일(750만 km) 이내에 있는 모든 대형 천체를 '잠재적으로 위험하다'고 분류한다. 나사는 24시간마다 전체 밤하늘을 스캔하는 4개의 망원경으로 구성된 ATLAS를 사용해 약 2만8000개의 소행성의 위치와 궤도를 추적한다.
- 포커스온
2024-09-20 08:42:00
[신소재 신기술(106)] 스탠퍼드대, 식용 색소로 투명 쥐 만드는 기술 개발 성공

미국 과학자들이 식용 색소를 이용해 생쥐 피부를 투명하게 만드는 실험에 성공했다. 스탠퍼드대 재료과학 및 공학 궈쑹 홍(Guosong Hong) 교수 팀은 9월 5일 과학 저널 '사이언스(Science)'에서 '타르트라진(Tartrazine)' 또는 '황색 5호(FD&C Yellow #5)'로 알려진 노란색 식용 색소를 통해 생쥐의 복부 피부와 두개골 등 생물학적 조직을 일시적으로 투명하게 만드는 데 성공했다고 밝혔다. 투명망토는 공상 과학과 판타지 영화의 소재로 곧잘 등장하지만, 식용 염료를 활용해 쥐의 피부를 투명하게 만들어 낸 것은 이번이 처음이다. 여기서 '투명'이라는 개념은 좀 다르다. 일반적으로 투명망토는 인체의 내부까지 투명해져서 육안으로 사람이 안 보이는 것을 의미한다. 하지만 연구팀이 개발한 식용 염료를 바르면 피부만 투명해지고 그안의 혈관과 근육, 뼈 등 내부 구조가 고스란히 드러나 관찰하기에 적합해진다. 연구팀은 특정 탄산음료와 과자에 독특한 주황색을 부여하는 식용 색소인 황색 5호를 사용해 쥐의 피부를 완전히 투명하게 하는 것을 입증했다. 이는 가역적이고 잠재적으로 무독성인 연구 방법으로, 의학과 과학 영상 분야에 혁신을 가져올 수 있다. 해당 연구 내용에 대해서는 영국 일간지 가디언과 과학 전문매체 퍼퓰러사이언스 등 다수 외신이 전했다. 지금까지 연구팀은 이 새로운 발견을 통해 쥐의 복부 내 장기를 관찰하고, 설치류 두개골 주변의 맥동하는 혈류를 살펴보고, 현미경을 통해 근육 조직을 매우 선명하게 볼 수 있었다. 추가적인 연구를 통해 이 방법은 새로운 과학적 발견을 촉진하고, 현미경 기술을 발전시키며, 의료 진단 전략과 치료법을 개선하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 원리는 간단, 색소 바르면 피부 투명해져 쥐의 피부를 투명하게 하는 방법은 간단하다. 황색 5호 용액을 쥐의 피부에 몇 분 동안 마사지하거나 미세 바늘을 사용하면 투명('가시광선의 적색 영역에서 완전한 광학적 투명성')한 피부가 된다. 색소를 씻어내면 피부는 자연스럽고 불투명한 상태로 되돌아간다. 스탠포드 대학교의 공동수석연구 저자이자 생물공학자인 궈쑹 홍 박사는 "피부와 같은 생물학적 조직은 빛이 통과할 때 산란되기 때문에 일반적으로 투명하지 않다"며 "동물의 살은 주로 물과 지방 등 다양한 물질로 이루어진 매트릭스이며, 이 두 종류의 화합물은 서로 다른 각도로 빛을 굴절시킨다고 설명했다. 빛은 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 속도가 변하며 휘어지는 굴절과 흩어지는 산란 현상을 일으킨다. 우리가 물체의 속을 볼 수 없는 것은 바로 산란현상 때문이다. 연구팀은 다양한 색소가 조직 내 빛의 이동 방식을 어떻게 변화시키는 지 모델링하여 일시적으로 피부를 투명하게 하는 이 방법을 개발했다. 팀은 황색 5호와 다른 몇 가지 색소를 투명성 향상 후보로 선정한 후, 실리카 입자와 혼합된 액체, 살아있는 닭의 가슴살, 살아 있는 생쥐와 기타 쥐의 조직 샘플 등을 테스트해 색소가 얼마나 빠르고 깊게 퍼지는 지 측정했다. 또한 이 색소를 다른 광학 현미경 기술과 결합해 황색 5호가 기존 기술을 향상시키는데 사용될 수 있음을 보여줬다. 마지막으로 연구팀은 설치류 실험 대상에서 단기 및 장기적인 영향을 조사하고 쥐가 소변과 대변을 통해 이들 색소를 얼마나 빨리 배출하는 지 추적해 초기 독성 분석을 수행했다. 연구팀은 황색 5호가 24시간 내에 몸을 통과하고 염증이나 자극을 거의 일으키지 않으며 "최소한의 전신 독성"을 나타낸다고 밝혔다. 인체 적용 시기 상조 그러나 이 방법은 아직 완전하지 않다. 예를 들어 살아 있는 생쥐 몸통 전체를 투명하게 만들거나 인간 복부의 내부를 즉시 볼 수 있게 해주지는 못한다. 황색 5호는 조직에 제한적으로 침투할 수 있기 때문에, 표적 전달력과 최적 농도에 대한 정확한 이해 없이는 인간의 살과 같은 덜 투과적인 피부를 통해 내부의 이미지를 얻는 데 유용하지 않을 수 있다. 또한 색소가 광자 산란을 줄이지만 완전히 제거하지는 못한다. 사용되는 조직이 두꺼울수록 이미지는 더 어둡고 선명도가 떨어진다. 게다가 초기 독성 평가는 긍정적이지만, 황색 5호 색소가 장기적으로도 무해하다고 확신할 수 없다. 이는 추가 연구를 통해 풀어야할 과제다. 이에 홍 교수는 추가적인 안정성 연구가 필요하다고 강조하며 "인체 피부에 이를 시도하는 것은 권장하지 않는다. 특히 국소적으로 적용될 때 색소 분자의 인체 독성은 완전히 평가되지 않았다"고 강조했다. 향후 추가 연구를 통해 황색 5호가 인체에 국소적으로 안전하게 사용될 수 있다면 피부암 조기 발견, 혈관을 찾기 어려운 사람들의 혈액 채취 용이성, 레이저 문신 제거 속도 향상, 광열 암 치료 효과 증대 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망된다.
- IT/바이오
2024-09-06 14:55:00
[우주의 속삭임(47)] 제임스 웹 망원경, 별처럼 탄생한 떠돌이 행성 6개 발견

천문학자들이 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용해 별을 공전하지 않고 자유롭게 떠다니는 특이한 우주 천체인 자유 부유 행성을 발견했다. 제임스웹은 지구에서 960광년 거리의 페르세우스 분자 구름에서 홀로 떠도는 6개의 자유 부유 행성을 발견했다고 CNN과, 스페이스닷컴, 라이브사이언스 등 다수 외신이 전했다. 천문학자들은 제임스웹을 통해 별 형성 성운, 즉 가스와 먼지구름인 NGC1333을 들여다 보았다. 이 행성들은 목성 질량의 5~10배에 이르며 항성 주위를 공전하지 않고 성간 가스에서 직접 응축되어 별처럼 형성된 것으로 추정된다. 특히 이 중 하나는 가스와 먼지 원반으로 둘러싸여 있어 위성 또는 '미니 행성'을 형성 중일 가능성도 제기됐다. 일반적으로 별은 가스와 먼지 구름에서 형성된다. 그런 다음 별의 형성에서 남은 물질이 행성의 형성으로 이어진다. 하지만 항성체도 행성과 비슷하게 형성될 수 있다고 연구 저자들은 지적했다. 제임스웹이 자유 부유 행성을 발견한 것은 이번이 처음은 아니다. 지난 2023년에는 오리온 성운에서 목성 질량 이진 천체 또는 점보(JUMBO)라고 알려진 42쌍의 자유 부유 가스 거대 행성을 발견하기도 했다. 이러한 천체는 많은 질량이 가스 행성 및 갈색 왜성과 겹치기 때문에 행성과 별의 경계가 모호하다. 이번에 발견된 6개의 천체는 지구에서 약 960광년 떨어진 북쪽 별자리 페르세우스 자리에 위치한 NGC 1333이라는 반사 성운 및 산개성단 복합체에서 발견됐다. 허블 우주 망원경은 이전에 성운의 이미지를 포착했지만 먼지로 인해 별 형성 과정을 볼 수 없었다. 제임스웹은 목성 질량보다 5배 작은 작은 떠돌이 행성도 감지할 수 있지만 NGC 1333에서는 그런 행성을 찾지 못했다. 이 사실은 자유롭게 떠다니는 행성의 형성 과정에 대한 중요한 정보를 제공한다. 성운 안에는 신생 별, 갈색 왜성(별이나 행성이 아닌 천체), 행성과 같은 질량을 가진 물체가 있었다. 태양계 행성 중에서 가장 큰 목성은 질량이 지구 질량의 약 318배에 해당하는 엄청나게 큰 크기다. 새로 발견된 천체 중 하나는 목성 5개, 즉 지구 1600개 정도의 질량을 가지고 있는 것으로 추정된다. 천체를 둘러싼 먼지가 많은 원반은 별과 비슷하게 형성되었을 가능성이 제기됐다. 두 가지 행성 형성 과정 태양계의 행성들은 원시 행성 원반에서 물질이 쌓여 점점 더 커지는 '상향식 과정'을 통해 탄생했다. 반면, 행성을 행성하는 다른 방식은 '하향식 과정'으로, 중력 하에서 별처럼 가스와 먼지 구름에서 직접 붕괴해 형성되는 것이다. 목성 질량의 약 1~5배 범위에서 자유롭게 떠다니는 행성이 발견되지 않았다는 것은 목성 질량 5개가 하향식 형성 과정의 하한선이라는 것을 강력하게 시사한다. 물론 행성계에서 방출된 후 지구 크기의 암석 행성들도 많이 존재할 수 있지만, 이들은 JWST로 감지하기에 너무 작을 가능성이 있다. 연구팀은 제임스웹을 이용해 인간의 눈에는 보이지 않는 적외선으로 성운을 자세히 연구했고, 희귀한 현상인 갈색 왜성과 행성 질량을 가진 동반 천체를 발견했다. 영국의 세인트 앤드류스 대학교의 천체물리학자이자 연구 공동 저자인 알렉스 숄츠는 성명을 통해 "거대 행성과 비슷한 질량을 가진 작은 물체는 스스로 행성을 형성할 수가 있다"고 밝혔다. 이번 발견에 참여한 존스 홉킨스 대학교의 천체 물리학자 레이 자야와르다나(Ray Jayawardhana)는 "우리의 관측은 자연이 적어도 두 가지 다른 방식으로 행성 질량 전체를 생성한다는 것을 확인시켜준다. 하나는 별이 생성되는 방식처럼 가스와 먼지 구름의 수축이고, 다른 하나는 우리 태양계의 목성처럼 어린 별 주위의 가스와 먼지 원반에서 생성되는 것이다"라고 설명했다. 연구원들은 다음 단계로 JWST를 이용해 천체를 추적하고. 대기와 구성을 연구해 천체의 형성에 관한 단서를 찾고 다른 우주 천체와 어떻게 다른 지 알아내는 것이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 '천문학 저널(The Astronomical Journal)'에 게재가 수락됐으며, 사전 인쇄 서버 arXiv에서 이용할 수 있다.
- IT/바이오
2024-08-30 17:31:00
[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
[퓨처 Eyes(48)]세계 최초, 전자의 움직임 포착하는 '아토현미경' 개발 - 과학계 새 지평 열다

미국 애리조나 대학교 연구팀이 세계 최초로 전자의 움직임을 포착하는 투과 전자 현미경, 일명 '아토현미경' 개발에 성공했다. 이 현미경은 찰나의 순간에도 지구를 수십 바퀴 돌 수 있는 전자의 움직임을 포착할 수 있을 정도로 강력하다. 전자는 아주 작은 입자로 원자를 구성하는 기본 요소 중 하나다. 전자는 음(-)의 전하를 띠고 있으며, 원자핵 주변을 빠르게 돌고 있다. 전자의 움직임은 전기, 빛, 화학 반응 등 다양한 현상의 근본적인 원인지 된다. 연구팀은 움직이는 전자의 정지 프레임 화면을 찍을 만큼 강력한 아토현미경 개발이 물리학, 화학, 생명공학, 재료 과학 등 다양한 분야에 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대하고 있다. 연구를 주도한 모하메드 하산(Mohammed Hassan) 물리학 및 광학 과학 부교수는 "이 투과 전자 현미경은 최신 스마트폰에 탑재된 고성능 카메라와 같다"며 "이전에는 볼 수 없었던 전자의 움직임을 관찰하고, 이를 통해 과학계가 전자의 행동과 양자 물리학을 더 깊이 이해할 수 있기를 바란다"고 밝혔다. 전자 빔 투과로 상세 이미지 생성 투과 전자 현미경은 빛 대신 전자 빔을 사용하여 물체를 최대 수백만 배까지 확대하는 장비다. 기존 광학 현미경으로는 볼 수 없는 미세한 부분까지 관찰할 수 있어 과학 연구에 널리 활용되고 있다. 다시 말하면, 투과 전자 현미경은 가시광선을 사용하는 대신 전자 빔을 연구 중인 샘플에 통과시킨다. 전자와 샘플 사이의 상호작용은 렌즈로 포착되고 카메라 센서로 감지되어 샘플의 상세한 이미지를 생성한다. 이와 같은 원리를 사용하는 초고속 전자 현미경은 2000년대 처음 개발됐으며, 레이저를 사용해 펄스 전자 빔을 생성한다. 이 기술은 현미경의 시간적 해상도, 즉 시간에 따른 샘플의 변화를 측정하고 관찰할 수 있는 능력을 크게 향상시킨다. 이러한 초고속 현미경에서는 카메라의 셔터 속도에 따라 이미지 품질이 결정되는 대신 투과전자 현미경의 해상도는 전자 펅스의 지속 시간에 따라 결정된다. 펄스가 빠를수록 이미지가 더 선명해진다. 연구팀이 개발한 아토현미경은 펨토초(femtosecond, 1000조분의 1초)보다 훨씬 빠른 아토초(attosecond, 100경 분의 1초-팸토초보다 1000배 더 짧음) 단위로 전자 펄스를 생성한다. 이는 2023년 노벨 물리학상을 수상한 과학자들의 연구를 기반으로 한 것으로, 극자외선 방사선 펄스를 아토초 단위로 측정하는 기술을 응용했다. 아토현미경은 강력한 레이저를 두 개의 초단파 광 펄스로 변환하여 작동한다. 첫 번째 펄스는 샘플에 에너지를 공급하여 전자를 움직이게 하고, 두 번째 펄스는 아토초 단위로 전자 펄스를 생성하여 샘플을 탐색한다. 두 펄스의 정밀한 동기화를 통해 전자의 움직임을 원자 수준에서 실시간으로 관찰할 수 있다. 하산 교수는 "전자 현미경 내부의 시간 해상도 개선은 오랜 숙원이었다"며 "이제 '아토현미경'을 통해 처음으로 전자의 움직임을 볼 수 있게 되었다"고 말했다. 아토현미경 개발의 의미 아토현미경의 개발은 과학계에 새로운 지평을 여는 혁신적인 성과로 평가된다. 전자의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있게 됨으로써, 과학자들은 다음과 같은 분야에서 획기적인 발전을 이룰 수 있을 것으로 기대하고 있다. 1) 물질의 근본적인 특성 규명 아토현미경을 통해 물질 내 전자의 상호작용 및 에너지 전달 과정을 밝혀낼 수 있다. 이는 새로운 소재 개발, 에너지 효율 향상, 촉매 반응 개선 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 2) 생명 현상의 이해 증진 생체 분자 내 전자의 이동 및 화학 반응 과정을 관찰하여 생명 현상의 메커니즘을 밝히고, 질병 치료 및 신약 개발에 기여할 수 있다. 3) 양자 컴퓨팅 기술 발전 양자 컴퓨팅의 핵심 요소인 큐비트의 동작 원리를 이해하고, 양자 컴퓨터 개발에 필요한 기술적 난제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 이번 연구 결과는 과학 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-29 10:53:00
[신소재 신기술(97)] 나노스케일 물체 온도 측정 소재 개발⋯초소형 온도계 활용 기대

미국 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(UC Irvine) 연구팀이 온도 변화에 따라 색이 변하는 1차원 나노 물질을 개발했다. 이 연구 결과는 나노 크기 물체의 온도를 측정할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다. 연구 결과는 학술지 '첨단 소재(Advanced Material)'에 게재됐다. 연구를 주도한 UC 어바인 막스 아르기야 화학 교수는 "이번 연구 결과를 통해 매우 작고 민감한 온도계를 만들 수 있게 됐다"며 "이는 우리 실험실에서 나온 가장 실용적이고 응용 가능성이 높은 연구 중 하나"라고 밝혔다. 아르기야 교수는 이 온도계를 '나노 크기의 무드 링'에 비유했다. 무드 링은 착용자의 체온에 따라 색이 변하는 장신구다. 하지만 이번에 개발된 나노 물질은 단순히 온도를 질적으로 측정하는 것을 넘어, 색 변화를 통해 나노 스케일에서 온도를 정량적으로 측정할 수 있다. 아르기야 교수는 "많은 생물학적 및 산업 공정이 미세한 온도 변화 추적에 의존하기 때문에 온도 측정은 매우 중요하다"며 "이제 세포 내부 온도까지 측정할 수 있는 온도계를 개발할 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 연구팀의 박사후 연구원 드미트리 코르도바는 이 광학 온도계가 회로와 데이터 저장 장치를 포함한 마이크로 및 나노 전자 장치의 온도를 측정하고 효율성을 평가하는 데에도 잠재적으로 활용될 수 있다고 설명했다. 그는 "이미 산업 분야에서는 컴퓨터 부품 제조 시 광학 온도계를 사용하고 있지만, 이번에 개발된 새로운 물질은 "기존보다 최소 10배 이상 민감하다"고 강조했다. 이번 연구의 핵심적인 발견은 코르도바와 동료 연구원들이 실험실에서 나노미터 길이 규모에서 나선형 '슬링키'와 유사한 결정을 성장시키는 과정에서 이루어졌다. 연구팀은 처음에는 이 결정이 어떤 온도에서 분해되는지 확인하기 위해 열 스트레스를 가했다. 코르도바와 학부 연구원 레오 청은 그 과정에서 결정의 색이 온도에 따라 노란색에서 주황색으로 체계적으로 변화하는 것을 발견했다. 연구팀은 색이 나타내는 온도 범위를 정밀하게 측정했고, 옅은 노란색은 영하 190도, 붉은 주황색은 영상 200도 정도의 온도에 해당한다는 사실을 확인했다. 아르기야 교수는 "측정의 정확성을 확보하기 위해 많은 노력을 기울였다"고 말했다. 연구팀은 나노 스케일의 물질 샘플을 얻기 위해 벌크 규모의 결정에 접착 테이프를 붙이고 떼어낸 후, 테이프에 붙은 나노 스케일 샘플을 투명 기판에 옮겼다. 아르기야는 "이 구조들을 떼어내 나노 스케일 온도계로 사용할 수 있으며, 다른 재료나 표면에 옮기거나 재구성하여 결합할 수 있다"고 설명했다. 그는 이번 발견이 나노미터 스케일에서 온도를 측정하는 새로운 종류의 물질을 발견하는 첫걸음이라고 말했다. 다음 단계로, 연구팀은 더 넓은 온도 범위를 측정할 수 있는 온도계를 개발하기 위해 다른 나노 스케일 물질을 테스트할 계획이다. 아르기야는 "이제 더 민감한 물질을 만들기 위해 재료 설계 규칙을 해킹하려고 노력하고 있다"며 "벌크 스케일에서 나노 스케일까지 광학 온도 측정을 위한 도구 상자를 열려고 한다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-08-19 11:43:00
[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도

자연은 종종 인류의 시급한 과제에 대한 해결책을 제시해 준다. 지구의 지질학적 역사도 마찬가지로 지구 온난화를 이해할 수 있는 정보와 장기적인 통찰력을 제공한다. 지구 역사를 통틀어 재앙을 몰고 온 대규모의 화산 폭발은 대기와 해양에 막대한 양의 탄소를 방출했다. 지구과학 소식을 전하는 어스닷컴은 화산의 엄청난 탄소 방출은 급격한 기후 온난화를 촉발해 육지와 해양 생태계의 대량 멸종으로 이어졌다고 전했다. 나아가 이러한 강력한 화산 활동 기간은 수백만 년 동안 지구의 ‘탄소 및 기후 조절 시스템’을 혼란에 빠뜨렸으며 지구 환경에 지속적인 영향을 미쳤을 가능성이 높다는 지적이다. 이는 취리히 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 환경 과학자팀이 진행한 최근 연구 결과다. 연구팀은 지구 역사상 주요 기후 변화에 직면했던 식물이 어떻게 반응하고 진화했는지를 분석했다. 또 이러한 변화가 지구의 자연적 탄소-기후 조절 시스템에 어떤 영향을 미쳤는지도 조사했다. 연구 결과는 사이언스 저널 최신호에 실렸다. 연구팀은 고대 퇴적물에서 발견된 동위원소에 대해 화학적 분석을 수행하는 한편, 분석 데이터를 지구의 지질학적 기후 체계를 조절하는 식물의 역할을 통합해 설계한 모델과 비교했다. 팀은 이 모델을 사용해 화산 활동으로 인한 강력한 탄소 방출에 지구 시스템이 어떻게 반응하는지도 시뮬레이션했다. 팀이 초점을 맞춘 시기는 약 2억 5200만 년 전 페름기-트라이아스기 ‘시베리아 트랩(Siberian Traps)’ 대량 멸종을 포함해 지구 지질학적 역사상 세 가지 중요한 기후 변화였다. 시베리아 트랩은 러시아의 초거대 현무암질 용암지대로, 거대 화산의 분화로 인해 엄청난 양의 용암과 화산재를 지표면에 뿌렸고 이로 인해 생물체가 대량으로 사멸했다고 한다. ETH 취리히의 타라스 게리아 교수는 "시베리아 트랩 형성기 20만 년 동안 약 4만기가톤(Gt)의 탄소를 방출했고, 그 결과 지구 평균 기온이 섭씨 5~10도 상승하면서, 기록상 지구에서 가장 심각한 멸종 사건이 발생했다"고 설명했다. 생물이 온도 상승에 적응하지 못하면서 급속한 생태계 파괴로 이어졌던 것. 연구팀원인 ETH 취리히의 줄리안 로거 박사는 "시베리아 트랩과 같은 재앙적인 사건이 터지면 식물이 원상회복되는 데 수백만 년이 걸릴 수 있다. 장기간 지구의 탄소-기후 조절 시스템은 심각하게 약화되고 비효율화돼 장기적인 기후 온난화가 초래된다"고 설명했다. 재앙적인 화산 폭발의 심각성은 방출된 탄소가 얼마나 빨리 지구 내부로 다시 격리될 수 있는지에 따라 결정된다. 탄소의 격리는 규산염 광물 풍화나 유기 탄소 생성 등의 메커니즘을 통해 발생하며, 이 과정을 통해 탄소는 대기에서 효과적으로 제거된다. 연구에 따르면 화산 폭발 후 기후가 안정화되고 새로운 평형 상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 식물이 온난화에 얼마나 빨리 적응할 수 있는지에 크게 좌우된다. 일부 식물 종은 더 시원한 지역으로 이동하는 방법을 택했지만 많은 경우 화산 폭발은 너무나 치명적이어서 식물 종은 지속적인 온도 상승에 적응할 시간이 충분하지 않았고 멸종의 길을 걸었다. 연구 결과는 현시대 인간이 유발한 기후 위기에 중대한 시사점을 보여준다. 연구에 따르면 식물의 교란은 화산 폭발과 같은 지질학적 변화와 마찬가지로 기후 온난화를 장기화하고 심화시킬 수 있다. 실제로 지구의 탄소 순환을 조절하는 식물의 능력이 떨어져 기후가 안정적인 평형을 이루는데 수백만 년이 걸린 사례도 있다. 연구팀은 지구가 글로벌 기후 위기에 처해 있다고 경고하면서 "이전의 어떤 화산 활동보다 더 빠른 속도로 온실가스를 방출하고 있다. 연구 결과는 갑작스러운 기후 변화에서 원상으로 회복하는데 기여하는 식물의 역할을 보여준다. 그런데 전 세계적으로 산림 벌채가 중단되지 않아 자연 생태계가 기후를 조절하는 능력을 잃고 있다"고 경고했다.
- 포커스온
2024-08-14 13:43:00
[신소재 신기술(95)] 옥스포드대, '초박막 태양전지' 개발⋯에너지 패러다임 전환 예고

영국 옥스포드 대학교 물리학과 연구팀이 기존 실리콘 태양광 패널을 대체할 수 있는 초박막 태양전지 기술을 개발해 에너지 패러다임 전환의 가능성을 제시했다. 이 기술의 핵심은 햇빛에 노출된 물체 외부에 부착할 수 있는 초박막 태양전지 필름이다. 이 필름은 빛을 흡수하는 페로브스카이트를 여러 겹으로 쌓아 1미크론 두께로 제작됐다. 기존 실리콘 웨이퍼보다 150배 얇으면서도 5% 더 높은 에너지 효율을 자랑한다. 특히, 일본 산업기술종합연구소(AIST)의 엄격한 인증을 통과하며 27% 이상의 에너지 효율을 공식적으로 인정받았다고 AZO클린테크가 전했다. 연구팀은 이 기술을 통해 태양광 장치의 에너지 효율을 궁극적으로 45% 이상까지 끌어올릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한, 매우 얇고 유연한 필름 형태로 제작되어 건물, 자동차, 심지어 휴대폰 뒷면 등 다양한 일상 생활에서 사용되는 사물의 표면에 부착 가능하다는 점에서 건설 및 설치 비용 절감 효과도 기대된다. 이는 태양광 발전소 보급 확대와 지속 가능한 에너지 사용 증진에 기여할 것으로 전망된다. 연구팀의 준케 왕 박사는 "이번 기술은 태양 에너지를 가장 지속 가능한 재생 에너지원으로 만들면서 비용 절감까지 가능하게 할 것"이라며 기대감을 드러냈다. 이번 연구는 옥스퍼드 대학교 물리학과 헨리 스나이스 교수의 지도 아래 약 30명의 전문가가 참여했다. 이들은 약 10년 전부터 박막 페로브스카이트 기술 개발에 주력해왔다. 스나이스 교수는 "우리 실험실에서 시연된 태양광 소재 및 기술의 최신 혁신은 기존 건물, 차량 및 물체를 사용하여 더욱 지속 가능하고 저렴하게 태양 에너지를 생성하는 재료를 제조하는 새로운 산업을 위한 플랫폼이 될 수 있다"고 말했다. 한편, 페로브스카이트 소재는 5년 만에 에너지 효율이 6%에서 27%로 비약적으로 발전했지만, 습기에 취약하여 안정성이 떨어지는 문제가 남아있다. 그럼에도 불구하고, 태양 에너지 가격은 지난 10년간 90% 하락하며 경제성을 확보했고, 이는 전 세계 태양광 발전소 증가에 기여했다. 최근 미국과 구글 등이 태양 에너지 인프라 확대에 적극적으로 나서고 있는 가운데, 옥스퍼드 대학교의 이번 연구는 태양 에너지 시대를 앞당기는 촉매제 역할을 할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-08-13 16:25:00
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
[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.
- 포커스온
2024-08-08 13:15:00
[신소재 신기술(90)] 사람 대신 로봇이 간다!⋯위험 지역 누빌 AI 로봇, 영국서 개발

영국 스타트업 옥스포드 다이내믹스(Oxford Dynamics)가 인간이 접근하기 위험한 지역이나 재난 현장에 투입될 수 있는 인공지능(AI) 로봇 '스트라이더(Strider)' 개발에 나섰다. 이 회사는 영국 국방부와 100만 파운드(약 17억4900만원) 규모의 계약을 체결하고 화학, 생물학, 핵, 치명적인 방사능 사고 현장에서 활용 가능한 스트라이더 로봇을 개발 중이라고 BBC가 전했다. 2020년 설립된 옥스포드 다이내믹스는 영국 옥스포드 하웰에 위치한 스타트업으로 인공지능 기반 로봇을 개발하고 있다. 이 회사는 지난해 11월부터 스트라이더 로봇 개발을 시작했으며, 오는 9월까지 영국 국방과학기술연구소(DSTL)에 납품할 예정이다. 이 로봇은 2018년 발생한 솔즈베리 노비촉 독극물 공격과 같은 사건 현장에서 오염된 물체를 밀봉된 용기에 담거나, 사람이 방호복을 입고 수행하기 어려운 작업을 수행할 수 있도록 설계됐다. '솔즈베리 노비촉 독극물' 사건은 2018년 3월 4일 영국 솔즈베리에서 발생한 것으로, 러시아 이중 스파이였던 세르게이 스크리팔과 그의 딸 율리아 스크리팔이 러시아에서 개발된 군사용 신경작용제인 노비촉에 중독되어 의식 불명인 상태로 발견된 것을 말한다. 당시 영국 정부는 이 사건을 러시아 소행으로 규정하고, 러시아 외교관 23명을 추방하는 등 강력한 제재 조치를 취했다. 당시 이 사건은 국제 사회에 큰 충격을 안겨 주었으며, 영국과 러시아 간의 외교 관계를 악화시키는 발단이 됐다. 또한 화학무기 사용에 대한 국제사회의 경각심을 높이고, 화학무기금지기구(OPCW)의 역할이 부각되는 계기가 됐다. 옥스포드 다이내믹스의 마이크 로튼 이사는 로봇 현장 투입에 대해 "잠재적으로 치명적인 물질을 처리하기 위해 사람 대신 기계를 보낼 수 있다"고 말했다. 스트라이더 로봇은 적외선, 레이더, 라이다(LiDAR, 빛 감지 및 거리 측정) 시스템을 활용해 험난하고 알려지지 않은 지형에서도 작동 가능하다. 또한 향후에는 영화 '아이언맨'에 등장하는 자비스에서 영감 받은 '매우 지능적인 시스템'이라는 뜻의 AVIS AI 소프트웨어를 탑재해 더욱 지능적인 임무 수행을 가능하게 할 계획이다. 옥스포드 다이내믹스는 이 기술을 잠수함이나 전투기에도 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 궁극적으로 수천 대의 스트라이더 로봇을 생산해 전 세계에 공급하는 것을 목표로 하고 있다. 영국 환경식품농무부(Defra)의 이완 데이비스는 "오랫동안 내부적으로 논의해온 개념이 매우 유능하고 유연한 플랫폼 형태로 빠르게 구체화되는 것을 보는 것은 매우 흥미롭다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-08-06 11:09:00
[우주의 속삭임(37)] 화성 탐사선, 고대 생명체 흔적 발견

나사(NASA)의 퍼시비어런스(Perseverance) 로버(이동형 탐사선)이 화성의 암석에서 고대 생명체의 흔적을 발견했을 수 있다는 주장이 나왔다고 스페이스닷컴이 전했다. 탐사팀은 흥분하고 있지만, 사실임을 확인하기 위해서는 추가 분석이 필요하기 때문에 여전히 조심스럽다는 지적이다. 탐사선은 화성이 지금보다 더 습했던 수십억 년 전 미생물 생명체에 의해 형성되었을 수 있는 화학적 특징과 구조를 보유한 화살촉 모양의 암석을 발견했다. 학자들이 ‘체야바 폭포(Cheyava Falls)’로 명명한 암석 내부에서 탐사선은 우리가 아는 생명체의 선구자 격인 유기 화합물을 검출했다. 암석의 길이를 따라 구비져 흐르는 황산칼슘 혈관은 생명체에 필수인 물을 암시하는 광물의 퇴적물이다. 탐사선은 또한 샘플에서 수십 밀리미터 크기의 반점도 발견했다. 그 반점들은 각각 검은색 고리로 둘러싸여 있고 표범 반점 모양을 닮았다. 이 고리들은 철과 인산염을 함유하고 있는데, 이는 미생물이 주도하는 화학 반응의 결과로 지구에서도 볼 수 있다. 호주 퀸즐랜드 공과대학의 천체생물학자이자 퍼시비어런스 팀의 일원인 데이비드 플래너리는 "지구에서 이런 종류의 암석은 종종 지하에 살고 있는 미생물의 화석 기록과 관련된 특징으로, 대단히 놀라운 발견이다"라고 말했다. 화성에서 이런 특징이 집약된 흔적이 발견된 것은 이번이 처음이라고 한다. 체야바 폭포는 네레트바 밸리스(Neretva Vallis)라는 이름의 고대 400m 폭의 강 계곡 가장자리에 위치해 있다. 네레트바 밸리스는 이 지역의 내벽을 따라 흐른다. 한 가지 시나리오는 유기 화합물을 함유한 진흙이 계곡에 버려져 나중에 체야바 폭포 바위로 굳어졌다가 탐사선 샘플로 채취됐을 가능성이다. 형성된 바위에 물이 두 번째 스며들면 발견된 물체의 황산칼슘 혈관과 검은 고리 반점 모양이 만들어졌을 것이다. 바위의 눈에 보이는 특징들이 화성에 고대 미생물이 화성에 살았다는 반박할 수 없는 증거는 아니다. 예를 들어, 관찰된 황산칼슘이 화산 활동 중에 사람이 살 수 없을 정도로 높은 온도에서 바위에 들어갔을 가능성이 있다. 그러한 비생물학적 화학 반응으로 인해 검은 고리 모양의 반점이 생겼을 수 있는지는 아직 알 수 없다. 캘리포니아 공과대학의 켄 팔리 박사는 "레이저와 X-레이로 채취한 바위를 투시하고 상상할 수 있는 거의 모든 각도에서 이미지를 촬영했다. 과학적으로 퍼시비어런스 탐사선은 더 이상 제공할 것이 없다"고 말했다. 과학자들은 이제 수십억 년 전 화성의 고대 강 계곡에서 실제로 무슨 일이 일어났는지 이해하기 위해 샘플을 지구로 가져와 상세히 조사한다는 계획이다. 그러나 샘플을 지구로 가져오는 비용이 110억 달러로 너무 과도해 난관에 봉착혔다. 샘플을 이동시킬 차량의 배치 및 샘플 적재, 적재된 샘플을 궤도로 발사하고 이를 다시 우주선이 회수해 지구로 보내지는 복잡한 과정이다. 나사는 산업 및 학계에서 제안한 더 간단한 대안을 평가하고, 7개 회사와 150만 달러 규모의 계약을 체결했다. 나사의 자체 연구 센터 3곳도 연구를 수행하고 있다.
- IT/바이오
2024-07-30 09:01:00