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2026-01-12 (월)

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[신소재 신기술(148)] "뇌 자극으로 촉각 되살린다"⋯의수 혁명 이끌 신기술

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 통해 촉각을 되살리는 기술이 개발됐다. 미국 시카고대학은 홈페이지를 통해 피츠버그 대학교를 포함한 공동 연구팀이 뇌에 직접 전기 자극을 주어 의수에 촉각을 느끼게 하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 뇌에 작은 전극을 이식해 로봇 팔을 움직이고, 로봇 팔의 센서가 감지한 촉각 정보를 다시 뇌로 전달하는 방식이다. 이 연구는 시카고 대학, 피츠버그 대학, 노스웨스턴 대학, 케이스 웨스턴 리저브 대학, 블랙록 뉴로테크의 과학자와 엔지니어들의 협력으로 수행됐다. 연구팀은 사지 기능을 상실한 사람들의 운동 제어 및 감각 회복을 목표로 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)와 로봇 의수를 설계, 제작, 구현 및 개선하고 있다. 시카고 대학의 신경과학자 찰스 그린스폰 박사는 "사람들은 타이핑, 걷기, 컵 잡기 등 시각 대신 촉각에 의존하는 경우가 얼마나 많은지 인지하지 못한다"며 "촉각을 느낄 수 없다면 어떤 일을 할 때도 손을 계속 봐야 하고, 물건을 쏟거나 깨뜨리거나 떨어뜨릴 위험이 있다"고 말했다. 그린스폰 박사 연구팀은 최근 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'과 '사이언스'에 해당 기술에 대한 논문을 게재했다. 인공 촉각 구현, 어디까지 왔나 연구팀은 손을 움직이고 느끼는 뇌 부위에 작은 전극 배열을 이식하는 방법을 사용했다. 참가자는 움직임을 생각하는 것만으로 로봇 팔을 움직일 수 있고, 로봇 팔의 센서는 촉각 담당 뇌 부위에 '피질 내 미세 자극(ICMS)'이라는 전기 활동 펄스를 유발한다. 약 10년 동안 이러한 촉각 중추 자극은 손의 여러 부위에서 단순한 접촉 감각만 제공할 수 있었다. 그린스폰 박사는 "무언가를 만지고 있다는 느낌을 불러일으킬 수는 있었지만, 대부분 단순한 온/오프 신호였고, 종종 매우 약하고 손의 어느 부분에서 접촉이 발생했는지 알기 어려웠다"고 설명했다. 정확하고 안정적인 촉각, 그리고 움직임까지 네이처 바이오메디컬 엔지니어링에 발표된 첫 번째 연구에서 연구팀은 전기적으로 유발된 촉각이 안정적이고 정확하게 위치하며 일상적인 작업에 유용할 만큼 강력한지 확인하는 데 중점을 두었다. 테스트 참가자들의 촉각 중추에 있는 개별 전극에 짧은 펄스를 전달하고 각 감각을 어디에서 얼마나 강하게 느끼는지 보고하게 함으로써 연구원들은 손의 특정 부분에 해당하는 뇌 영역의 상세한 '지도'를 만들었다. 테스트 결과 두 개의 가까운 전극을 함께 자극하면 참가자는 더 강하고 명확한 촉각을 느껴 손의 정확한 부분에 대한 압력을 더 잘 파악할 수 있었다. 또한 연구팀은 동일한 전극이 지속적으로 특정 위치에 해당하는 감각을 생성하는지 확인하기 위해 철저한 테스트를 수행했다. 그린스폰 박사는 "첫날 전극을 자극했을 때 참가자가 엄지손가락에서 느꼈다면, 100일, 1,000일, 심지어 몇 년 후에도 동일한 전극을 테스트했을 때 여전히 거의 같은 지점에서 느낀다"고 말했다. 사이언스에 발표된 두 번째 연구에서는 인공 촉각을 더욱 몰입적이고 직관적으로 만들기 위해 노력했다. 연구팀은 촉각 영역이 겹치는 전극 쌍이나 클러스터를 식별한 후, 감각 지도에서 감각이 진행되도록 신중하게 조정된 패턴으로 활성화했다. 참가자들은 자극이 작고 불연속적인 단계로 전달되었음에도 불구하고 손가락 위로 부드럽게 미끄러지는 듯한 촉각을 느꼈다고 보고했다. 연구팀은 이 결과를 뇌가 감각 입력을 연결하고 '지각의 틈을 채워' 일관된 움직임으로 해석하는 놀라운 능력 덕분이라고 설명했다. 전극을 순차적으로 활성화하는 방식은 참가자가 복잡한 촉각 모양을 구별하고 만지는 물체의 변화에 반응하는 능력을 크게 향상시켰다. 참가자들은 손가락 끝에 전기적으로 '그려진' 알파벳을 식별할 수 있었고, 바이오닉 팔을 사용하여 손에서 미끄러지기 시작하는 스티어링 휠을 안정시킬 수 있었다. 더욱 실감나는 신경 보철 기술 기대 연구팀은 전극 설계와 수술 방법이 계속 개선됨에 따라 손 전체에 대한 범위가 더욱 정밀해져 더욱 실감 나는 피드백을 제공할 수 있기를 기대한다. 피츠버그 대학의 재활의학과 부교수이자 자극 연구 책임자인 로버트 건트 박사는 "이 두 연구 결과를 로봇 시스템에 통합하여 단순한 자극 전략으로도 사람들이 뇌로 로봇 팔을 제어하는 능력을 향상시킬 수 있음을 보여주었다"고 말했다. 그린스폰 박사는 이 연구의 동기가 사지 절단이나 마비로 고통받는 사람들의 독립성과 삶의 질을 향상시키는 것이라고 강조했다. 그는 "우리 모두는 부상을 입고 사지를 사용할 수 없게 된 사람들을 돕고 싶어한다"며 "이 연구는 그들을 위한 것이다. 이것이 우리가 사람들에게 촉각을 되돌려주는 방법이다. 복원 신경 기술의 최전선이며 뇌의 다른 영역으로 접근 방식을 확장하기 위해 노력하고 있다"고 말했다. 연구팀은 "촉각을 느끼는 뇌 부위를 정확히 파악하고, 전기 자극을 미세하게 조절하는 게 관건"이라며 "앞으로 전극 설계와 수술 방법을 개선해 더욱 실감나는 촉각을 구현할 수 있도록 노력할 것"이라고 밝혔다. 이 접근 방식은 다른 유형의 감각 상실이 있는 사람들에게도 희망을 준다. 연구팀은 유방 절제술 후 촉각을 회복할 수 있는 이식형 장치를 개발하는 '바이오닉 유방 프로젝트'를 위해 시카고 대학의 외과 의사 및 산부인과 의사와 협력하고 있다. 아직 많은 과제가 남아 있지만, 이러한 최신 연구는 촉각을 회복하는 길이 점점 더 명확해지고 있음을 보여준다.
- IT/바이오
2025-01-17 14:38:00
[신소재 신기술(147)] 극저온 양자 냉장고, 신뢰성 높은 양자 컴퓨터 시대 열다

양자 컴퓨터의 신뢰할 수 있는 계산 수행을 위해 필수적인 극저온 기술에 새로운 진전이 이루어졌다. 스웨덴 샬머스 공과대학과 미국 메릴랜드 대학 연구진은 초전도 양자비트를 자율적으로 기록적인 저온까지 냉각시킬 수 있는 새로운 유형의 양자 냉장고를 개발했다고 밝혔다. 이 혁신적인 기술은 양자 컴푸터의 오류율을 줄이고 계산 신뢰성을 크게 높이는 기반을 마련했다. 해당 연구에 대해서는 네이처닷컴, Phys, 뉴 사이언티스트 등 다수 외신이 보도했다. 양자 컴퓨터는 의학, 에너지, 암호화, 인공지능(AI), 물류 등 다양한 분야에서 기존 기술을 혁신할 잠재력을 가지고 있다. 양자 컴퓨터의 기본 단위인 '양자비트(Qubit)'는 기존 컴퓨터의 비트처럼 0 또는 1의 값을 가지는 대신, 0과 1을 동시에 가질 수 있는 '중첩(superposition)' 상태를 통해 병렬 계산이 가능하다. 이는 양자 컴퓨터가 방대한 계산 잠재력을 발휘할 수 있는 주요 원인이다. 하지만 양자비트는 외부 환경에 극도로 민감하다. 샬머스 공과대학의 양자 기술 연구 전문 연구원 아미르 알리는 "약한 전자기 간섭도 양자비트의 값을 무작위로 바꿔 오류를 일으킬 수 있다"며, 이를 방지하기 위해 비트를 절대영도(섭씨 -273.15도)근처의 상태로 냉각해야 한다고 설명했다. 현재 사용되는 희석 냉장고는 양자비트를 약 50밀리켈빈(절대 온도에서 약간 높은 온도)까지 냉각할 수 있지만, 이를 더 낮추는 것은 열역학법칙에 따라 어려움이 따른다. 이에 따라 연구진은 기존 냉각 기술을 보완하는 자율형 양자 냉장고를 개발했다. 이 냉장고는 초전도 회로를 기반으로 하며, 환경에서 발생하는 열을 동력으로 삼아 외부 제어 없이 작동한다. 새로운 냉장고는 목표 양자비트를 22밀리켈빈까지 냉각할 수 있으며, 계산 전 양자비트가 '기저 상태(ground state)'에 있을 확률을 99.97%까지 높였다. 이는 기존 기술 대비 성능을 한층 끌어올린 결과다. 연구를 이끈 아미르 알리는 "미세한 차이처럼 보일 수 있지만, 반복적인 계산에서는 큰 효울성 향상을 가져온다"고 강조했다. 양자 냉장고는 두 개의 양자 비트간 상호 작용을 활용해 목표 양자 비트의 열을 제거한다. 한 비트는 열 환경에서 에너지를 받아 들이고, 다른 비트는 이 에너지를 냉각된 환경으로 전달한다. 이 과정은 완전히 자율적으로 이루어진다. 이번 연구는 자율형 양자 열기계가 실제로 유용한 작업을 수행한 첫 사례로 평가된다. 샬머스 공과대학의 시모네 가스파리네티 교수는 "초기에는 개념 증명 정도로 생각했지만, 이 기계의 성능이 기존의 냉각 프로토콜을 뛰어넘는다는 사실이 놀랐다"고 말했다. 이 기술은 스웨덴 샬머스 공과대학의 나노 제작실 마이팹(Myfab)에서 개발됐다. 이번 연구는 학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 게재됐다. 연구진은 향후 이 기술이 양자 컴퓨터의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대하고 있다. ◇ 참고 논문: "Thermally driven quantum refrigerator autonomously resets a superconducting qubit", Nature Physics (2025), DOI: 10.1038/s41567-024-02708-5
- IT/바이오
2025-01-10 14:23:00
우주쓰레기-케슬러 증후군이 위협적인 이유는?

현재 약 1만 3000개의 위성이 우주를 질주하며 지구를 초속 10km의 맹렬한 속도로 지구 궤도를 돌고 있다. 이는 전투기보다 14배 이상 빠른 것이다. 지난 세기 동안 인류가 이룩한 과학적 진보를 보여주는 매우 인상적인 업적이지만, 우주 쓰레기라는 적지 않게 큰 문제를 야기하고 있다. 이로 인한 케슬러 증후군(Kessler Syndrome)이 우려되고 있다고 IFL사이언스가 전했다. 이는 너무 많은 물체를 우주로 보내면 충돌 가능성이 높아지고, 그 결과 다시 더 많은 우주 쓰레기가 생성되며, 미래의 충돌 가능성이 높아진다는 생각을 말한다. 이는 본질적으로 도미노 효과이며, 일부 과학자들은 우리가 돌이킬 수 없는 임계 질량에 도달할 수 있다고 주장한다. 저궤도에 축적되는 우주 쓰레기 이 개념은 70년대에 미국의 천체물리학자 돈 케슬러가 처음 제안했다. 그 이후 지구의 저궤도에는 점점 더 많은 쓰레기가 쌓였다. 지난 2024년 9월 발표된 유럽우주국(ESA)의 최신 수치에 따르면 현재 지구를 돌고 있는 활성 위성은 1만 개가 넘고, 수명이 다하거나 파괴되어 작동하지 않는 위성은 3000개가 넘는다. 수치에서 짐작할 수 있듯이 많은 우주 물질이 사용 기한이 지난 후에도 대기에 남아 문제를 악화시키고, 특히 저궤도(LEO)에 축적되고 있다. 최근 몇 년 동안 우주로 발사된 위성의 수도 크게 증가했다. 스페이스X가 저궤도 위성 인터넷 서비스인 스타링크 프로젝트로 6800개 이상의 위성을 발사했다. 우려하는 과학자 연합(Union of Concerned Scientists)에 따르면 2022년에만 추가로 2000개가 우주로 발사됐다. 1cm 우주 쓰레기 타격, 치명적 텍사스 오스틴 대학의 모리바 자 교수는 2023년 팟캐스트에서 "몇 년 전에는 한 달에 한 번 발사하는 것도 빈번한 것으로 인식됐다. 그런데 지금은 일주일 평균 12개 이상의 위성을 발사하고 있다"며 "이 속도대로라면 이렇게 많은 위성을 자주 발사하는 것이 어떤 의도치 않은 결과를 가져올지 알 수 없다"라고 우려했다. 인간이 개발한 우주 기술의 발전은 지구를 도는 수백만 개의 미세 유성체에 더해진다. 요컨대, 지구의 천체 고속도로가 매우 혼잡해지고 있는 것이다. 그런데 속도를 방정식에 포함시키면 물체의 엄청난 수는 더 큰 문제가 된다. 1cm의 페인트 얼룩은 무해한 것으로 보일 수 있지만, 우주에 떠 있을 때는 강력한 타격을 줄 수 있다. 나사(NASA)에 따르면, 지구에서 시속 60마일(97km)로 움직이는 250kg 물체(돼지 한 마리 정도)와 같은 양의 피해를 입힐 수 있다. 우주 비행사가 우주 쓰레기와 충돌하면 치명적일 수 있다. 또 지구에서 살아가는 인간의 삶의 방식을 바꿀 수 있고, 지구로 돌아가는 우주선을 위협할 수도 있다. 위성은 항해에서 통신에 이르기까지 모든 면에서 중요한 역할을 한다. '순환 우주 경제' 모색해야 그렇다면 이에 대해 어떤 조치를 취할 수 있을가. 많은 과학자들은 '순환 우주 경제'를 요구하고 있다. 재사용 및 재활용이 가능한 우주 기술로 전환하고 폐기된 우주 쓰레기를 보다 책임감 있게 수거하거나 완벽히 폐기하는 방법이 포함된다. 한 가지 예로 국제우주정거장(ISS)에 있는 우주 비행사가 시험하는 나무 위성을 사용하는 방법이 있다. 한편 ESA와 같은 기관은 미래 우주 임무에서 생산될 쓰레기의 양을 줄이고 현재 유통 중인 일부 파편을 제거해 현실에서 발생할 수 있는 악몽 같은 시나리오를 막기 위한 자체 프로그램을 시작하고 있다.
- IT/바이오
2025-01-02 14:19:00
[퓨처 Eyes(65)] 한쪽으로는 질량 없는 기이한 입자, 첨단 기술 혁신의 열쇠 될까?

과학계가 술렁이고 있다. 마치 SF 영화에서나 나올 법한, 한 쪽 방향으로는 질량이 전혀 없지만 다른 한 쪽으로는 질량을 가진 기묘한 입자가 발견되었기 때문이다. '세미－디랙 페르미온(semi-Dirac fermions)'이라 불리는 이 준입자는 16년전 이론적으로 예측되었지만, 실제 물질에서 관측된 것은 이번이 처음이다. 이 획기적인 발견은 배터리, 센서 등 첨단 기술에 혁명적인 변화를 가져올 수 있다는 기대를 모으고 있다. 우연에서 탄생한 획기적 발견 이번 발견은 미국 펜실베이니아주립대학교(Penn State)와 컬럼비아대학교(Columbia University) 연구팀이 플로리다 국립 고자기장 연구소(National High Magnetic Field Laboratory)에서 수행한 실험 중 이루어졌다. 연구진은 지르코늄 실리사이드 설파이드(ZrSiS)라는 반금속 결정체를 -452℉(-269℃)로 냉각시키고 지구 자기장보다 90만 배 강력한 자기장을 적용해 광학적 반응을 조사하던 중 예상치 못한 신호를 관찰했다. 연구 논문의 주저자인 샤오 인밍(Yinming Shao) 펜실베이니아주립대학교 물리학 조교수는 "처음에는 우리가 무엇을 보고 있는지 몰랐다. 세미－디랙 페르미온을 찾으려던 것도 아니었다. 그런데 이해할 수 없는 신호를 발견했고, 결과적으로 이론적으로만 존재하던 준입자를 최초로 관찰하게 된 것"이라고 말했다. 플로리다 국립 고자기장 연구소의 하이브리드 자석은 세계에서 가장 강력한 지속형 자기장을 생성하는 데, 지구 자기장보다 약 90만배 강하다. 이 자기장은 너무 강해서 물방울과 같은 작은 물체를 공중에 띄울 수 있다. 연구진은 ZrSiS 결정체가 예상 밖의 특성을 보여준다고 강조했다. 그들은 "우리가 관찰한 신호는 기존의 준입자나 전자 행동과 완전히 다른 것이었다. 이는 물질 내 전자 구조가 상호작용하는 방식에 대한 새로운 시각을 제공한다"고 설명했다. 입자의 에너지가 전적으로 운동에서 비롯된 경우, 즉 본질적으로 빛의 속도로 이동하는 순수한 에너지인 경우 입자는 질량을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어 광자나 빛의 입자는 광속으로 움직이기 때문에 질량이 없는 것으로 간주된다. 알버트 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 빛의 속도로 이동하는 물체는 질량을 가질 수 없다. 고체 물질에서는 준입자(quasiparticles)라고도 하는 많은 입자의 집단적 행동이 개별 입자와 다른 행동을 보일 수 있으며, 이 경우 한 방향으로만 질량을 갖는 입자가 발생한다고 샤오는 설명했다. 샤오는 "어떤 물질에 자기장을 가하면 그 물질 내부의 전자 레벨이 란다우 준위(Landau levels)라는 불연속 레벨로 양자화된다"고 설명했다. 이 레벨은 마치 계단을 오를 때 중간에 작은 계단이 없는 것처럼 고정된 값만 가질 수 있다. 이 레벨 사이의 간격은 전자의 질량과 자기장의 세기에 따라 달라지므로 자기장이 증가하면 전자의 에너지 준위는 전적으로 질량에 따라 정해진 양만큼 증가해야 하지만 이 경우에는 그렇지 않다. 즉, 세미－디랙 페르미온은 방향에 따라 질량이 존재하거나 사라지는 독특한 행동을 한다. 연구팀은 적외선을 비춰 반사된 빛의 신호를 분석하는 자기-광학 분광법(mganeto-optical spectroscopy)을 통해 이 현상을 확인했다. 전자의 에너지 상태가 특정 조건에서 기존 물질과는 전혀 다른 패턴을 보이며 이 준입자의 존재를 증명했다. 질행 행동성과 독특한 행동 '발견' 일반적인 입자는 모든 방향에서 질량을 갖지만, 세미－디랙 페르미온은 특정 방향에서만 질량을 갖는다. 이는 결정체의 전자 구조와 깊은 관련이 있다. ZrSiS의 경우 층상 구조를 가지고 있어 전자가 특정 경로로는 질량 없는 상태로 이동하고, 교차점에서 질량을 얻는다. 연구진은 이를 마치 "기차가 선로를 따라 이동하다가 교차점에서 방향을 바꿀 때 갑자기 저항 받는 상황"에 비유했다. 샤오는 "이 물질은 독특한 전자 구조를 가지고 있어 기존 물리학 이론으로는 완전히 설명되지 않는 행동을 보인다. 이 때문에 우리가 연구를 계속해야 하는 이유이기도 하다"라고 말했다. 이 현장은 란다우 준위(Landau levels)로 알려진 전자의 에너지 단계에서 관찰됐다. 일반적으로 전자의 에너지 단계는 자기장 강도에 따라 증가하지만. ZrSiS에서는 세미－디랙 페르미온만이 보여주는 'B^(2/3) 법칙'을 따른 패턴이 발견됐다. 이는 기존의 물질에서는 볼 수 없는 독특한 특성이다. 이러한 특징은 세미－디랙 페르미온이 지닌 독특한 에너지 분산 관계 때문이다. 그래핀의 전자와 같은 기존의 디렉 페르미온은 에너지가 운동량에 선형적으로 비례하지만, 세미－디랙 페르미온은 특정 방향에서는 에너지가 운동량의 제곱에 비례한다. 이러한 차이가 란다우 준위에서 독특한 에너지 패턴을 만들어내는 것이다. 란다우 준위는 자기장이 존재하는 2차원 전자 시스템에서 전자들이 특정 에너지 준위를 형성하는 양자역학적 현상을 말한다. 이 개념은 프랑스 물리학자 레프 란다우(Lev Landau)가 1930년에 제안했다. 세미-디랙 페르미온은 2008년과 2009년 프랑스 파리 쉬드 대학과 미국 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스의 과학자들을 포함한 여러 연구팀에 의해 처음으로 이론화됐다. 연구팀은 운동 방향에 따라 질량 이동 특성을 가진 준입자가 있을 수 있다고 예측했다. 즉, 한 방향으로는 무질량으로 보이지만 다른 방향으로는 질량이 있을 것으로 본 것이다. 과학과 기술의 개로운 가능성 제시 세미－디랙 페르미온의 발견은 단순한 이론 검증을 넘어, 첨단 기술로의 응용 가능성을 제시한다. 연구팀은 ZrSiS와 같은 층상 구조를 지닌 물질이 그래핀처럼 단일 층으로 분리될 경우, 전자 특성을 정밀하게 제아할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이는 새로운 이론적 모델을 필요로 하며, 앞으로의 연구가 이를 밝혀낼 것"이라고 덧붙였다. 이처럼 세미－디랙 페르미온은 전자의 이동성과 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 이는 차세대 전자 소자 및 에너지 저장 장치 개발에 새로운 돌파구를 마련할 수 있음을 의미한다. 세미-디랙 페르미온 미래 연구와 방향성 세미－디랙 페르미온은 기존 물리학의 틀을 확장시키는 동시에 양자 연구에 새로운 방향성을 제시한다. 이번 발견은 물질 내 전자의 상호작용, 길량의 생성 및 소멸, 에너지 흐름에 대한 이해를 심화시키는 데 중요한 기여를 할 것으로 보인다. 또한 준입자의 행동과 특성을 기반으로 새로운 재료 과학과 응용 기술 개발의 가능성을 열었다. 이 연구는 학술지 '피지컬 리뷰 엑스(Physical Review X)'에 개재됐으며, 과학계는 앞으로 더 많은 실험과 이론적 분석을 통해 이 준입자의 비밀을 밝혀낼 것으로 기대하고 있다. 한 방향으로 질량 없는 빛의 속도로 움직이고, 다른 방향으로는 무거운 질량을 지니는 세미－디랙 페르미온. 이 입자의 발견은 물리할뿐만 아니라 인류의 기술적 진보에도 깊은 영향을 미칠 것으로 보인다.
- 포커스온
2025-01-02 13:05:00
[우주의 속삭임(86)] 우주 팽창 속도, 표준 우주론에 의문 제기⋯제임스웹 망원경, 허블 망원경 측정값 검증

우주가 천문학자들의 예상보다 빠르게 확장되고 있는 것으로 나타나 우주론 연구에 새로운 국면을 예고했다. 미국 항공우주국(나사·NASA)의 제임스 웹 우주 망원경은 우주의 팽창 속도가 예상보다 8% 빠르다는 것을 확인했다. 우주는 마치 오븐 속에서 머핀을 굽는 것처럼 확장된다는 것이다. 즉, 빵 반죽이나 머핀 반죽을 넣어 오븐에 구으면 빵이나 머핀이 커지는 것처럼 우주가 팽창된다는 것. 이때 머핀 속의 건포도나 블루베리는 오븐 속에서 머핀 반죽이 부풀어 오르면서 서로 멀어진다. 제임스 웹 망원경의 최신 관측 결과는 우주의 팽창 속도에 대한 기존 이론에 의문을 제기했다. 이는 단순한 측정 오류가 아닌, 우주 자체의 미지의 특징이 현재의 팽창 속도를 설명할 수 있음을 시사한다. 우주론적 난제 '허블 텐션' 심화 제임스 웹이 수집한 2년간의 데이터는 허블 우주 망원경이 이전에 발견한 우주의 팽창 속도가 천체물리학자들이 우주의 초기 조건과 수십억 년에 걸친 진화에 대해 알고 있는 이론에 근거해 예상했던 것보다 8% 빠르다는 것을 입증했다. 이 불일치를 '허블 텐션'이라고 한다. 허블 텐션은 현재까지 최고 우주 모델로도 설명되지 않은 난제로 남아 있다. 이번 연구는 허블 우주 망원경의 측정값을 검증하며, 우주의 팽창 속도를 나타내는 허블 상수 측정에서 나타나는 불일치, 즉 '허블 텐션'을 해결하기 위한 중요한 단서를 제공한다고 스페이스닷컴, PHYS, KSL.닷컴 등 다수 외신이 전했다. 우주 가속 팽창을 공동 발견한 공로로 2011년 노벨상 수상자이자 이번 연구의 주요 저자인 존스 홉킨스 대학교의 애덤 리스 교수는 "관측된 우주 팽장 속도와 표준 모델의 예측 사이의 불일치는 우리의 우주에 대한 이해가 불전할 수 있음을 시사한다"며 "두 개의 NASA 주력 망원경이 서로의 발견을 확인하는 현 상황에서, 우리는 이 문제를 매우 심각하게 받아들여야 한다. 이는 도전이지만 동시에 우리 우주에 대해 더 많이 배울 수 있는 놀라운 기회이기도 하다"라고 말했다. 이번 연구는 천체물리학 저널(Astrophysical Journal)에 게재됐으며, 리스 교수의 노벨상 수상 업적인 '암흑 에너지'에 의한 우주 가속 팽창 이론을 기반으로 한다. 암흑 에너지는 별과 은하 사이의 광활한 공간에 스며들어 우주의 팽창을 가속화시키는 미지의 에너지다. 우주의 약 27%를 차지한다고 생각되는 '암흑 물질'은 눈에 보이지 않지만 일반 물질(별, 행성, 달, 지구상의 모든 물질)에 미치는 중력 효과를 바탕으로 그 존재가 추정되는 가설적 물질의 한 형태다. 지구상의 모든 물질은 우주의 약 5%를 차지한다. 우주의 약 69%를 차지하는 것으로 추정되는 '암흑 에너지'는 우주의 광대한 공간에 스며들어 중력을 상쇄하고 우주의 가속 팽창을 주도하는 에너지의 한 형태라고 가정된다. 우주가 정적이지 않고 확장되거나 수축될 수 있다는 이론은 1922년 물리학자 알렉산더 프리드먼이 처음 발표했다. 그는 우주가 확장되고 있다는 것을 수학적으로 확인했다. 우주의 확장 속도를 더 깊이 들여다 본 사람은 에드윈 허블이었다. 허블은 1929년 우주 전체가 확장되고 있으며 확장 속도가 증가하고 있다는 것을 확인한 유명한 논문을 발표했다. 수수께끼의 '허블 상수' 연구팀은 웹 망원경이 우주에서 보낸 첫 2년 동안 수집한 방대한 데이터를 활용하여 허블 망원경의 허블 상수 측정값을 검증했다. 초신성을 포함하는 거리를 정하는 세 가지 방법을 사용했으며, 특히 허블 망원경으로 측정하여 가장 정확한 '국부적' 허블 상수 값을 제공하는 것으로 알려진 거리에 초점을 맞추었다. 두 망원경의 관측 결과는 매우 유사하게 일치해 허블 망원경의 측정값이 정확함을 보여줬으며, 허블 텐션을 허블 망원경의 오류로 돌릴 만큼 큰 오차가 없음을 확인했다. 그러나 허블 상수는 여전히 수수께끼로 남아 있다. 망원경 관측을 기반으로 한 현재 우주의 측정값은 우주 마이크로파 배경 복사 데이터를 사용하여 보정된 표준 우주론 모델의 예측 값보다 높기 때문이다. 표준 우주론 모델에 따르면 허블 상수의 값은 약 67~68km/Mpc(메가파섹, 은하의 거리 단위)이어야 한다. 반면, 허블과 웹 망원경 데이터 기반 측정값은 일반적으로 70~76km/Mpc의 더 높은 값을 나타냈다. 평균값은 73km/s/Mpc다. 이러한 불일치는 측정 또는 관측 기술의 오류로 설명하기에는 너무 큰 차이이기 때문에 10년 이상 우주론자들을 혼란스럽게 했다. 메가파섹(Mpc)은 326만 광년에 해당하는 엄청난 거리를 말한다. 1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로 5.9조마일이다. 웹 망원경의 새로운 데이터가 허블 망원경 측정의 유의미한 편향을 배제함에 따라, 허블 텐션은 아직 밝혀지지 않은 미지의 요인이나 우주론자들의 물리학적 이해의 틈에서 비롯될 수 있다고 연구팀은 보고했다. 존스 홉킨스 대학교에서 이 연구를 진행한 대학원생 사양 리는 "웹 망원경 데이터는 처음으로 고화질로 우주를 보는 것과 같으며 측정의 신호 대 잡음비를 실제로 향상시킨다"고 말했다. 우주 진화를 보여주는 허블 상수 이번 연구는 NGC 4258이라는 은하까지의 알려진 거리를 기준점으로 사용하여 허블 망원경의 전체 은하 샘플의 약 3분의 1을 다루었다. 더 작은 데이터 세트에도 불구하고 연구팀은 측정값 간의 차이를 2% 미만으로 줄이는 인상적인 정밀도를 달성했는데, 이는 허블 텐션 불일치의 약 8~9% 크기보다 훨씬 작다. 연구팀은 우주 거리 측정의 황금 표준인 세페이드 변광성 분석 외에도 동일한 은하에 걸쳐 탄소가 풍부한 별과 가장 밝은 적색 거성을 기반으로 측정값을 교차 검증했다. 세페이드 변광성은 변광성(變光星·광도가 변하는 별)의 한 유형으로 이들의 변광 주기와 절대광도 사이의 정확한 관계성으로 유명하다. 웹 망원경으로 관측된 모든 은하와 그 초신성은 허블 상수 72.6km/s/Mpc를 산출했으며, 이는 허블 망원경이 동일한 은하에서 발견한 72.8km/s/Mpc 값과 거의 동일하다. 이 연구에는 리스 교수의 SH0ES 팀(초신성, H0, 암흑 에너지 상태 방정식), 카네기-시카고 허블 프로그램, 그리고 다른 팀들의 웹 망원경 데이터 샘플이 포함됐다. 이러한 결합된 측정은 허블 망원경 세페이드 변광성을 사용하여 측정된 거리의 정확도에 대한 가장 정확한 결정을 가능하게 했다. 세페이드 변광성은 허블 상수를 결정하는 데 기본적인 역할을 한다. 세페이드 변광성들의 강도는 태양의 10³~10⁴배이다. 허블 상수는 태양계, 지구 또는 일상생활에 실질적인 영향을 미치지 않지만, 매우 큰 규모에서 우주의 진화를 보여준다. 이는 과학자들이 우주의 구조를 파악하고 빅뱅 이후 130~140억 년이 지난 현재 우주의 상태에 대한 이해를 심화하며 우주의 기본적인 측면을 계산하는 핵심 값이다. 존슨 홉킨스 대학교의 우주론자인 마크 카미온코프스키 교수는 허블 텐션을 해결하면 최근 몇 년 동안 밝혀진 표준 우주론 모델과의 다른 불일치에 대한 서로 다른 수요 관측 현상을 설명할 수 있다고 말했다. 그러나 우주의 구성과 가속 팽창의 96%를 차지하는 것으로 추정되는 미지의 구성 요소인 암흑 물질과 암흑 에너지의 본질을 완전히 설명하지는 못한다. 이번 연구에 참여하지 않은 카미온코프스키 교수는 "허블 텐션에 대한 한 가지 가능한 설명은 초기 우주에 대한 우리의 이해에 누락된 부분이 있는 경우다. 예를 들어 빅뱅 이후 우주에 예상치 못한 킥을 준 새로운 물질 성분인 초기 암흑 에너지가 존재할 수 있다"고 말했다. 그는 "그리고 재미있는 암흑 물질 특성, 이국적인 입자, 변화하는 전자 질량, 또는 원시 자기장과 같은 다른 아이디어들도 있다. 이론가들은 상당히 창의적일 수가 있다"고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-12-11 11:35:00
[우주의 속삭임(81)] 소행성이 지구에 충동할 확률은 얼마나 될까?

소행성(또는 혜성)이 지구에 충돌할 가능성은 얼마나 될까. 확률은 희박하지만 그렇다고 일어나지 않으리라는 보장은 없다. 이와 관련된 각종 연구와 보고서를 살펴보면, 사람의 일평생 동안, 피해를 입을 만큼의 큰 충돌은 거의 없다고 보아도 무방할 듯하다. 사람들은 우주 암석을 비롯한 소행성이 언제든 지구에 진입해 충돌할 수 있다는 사실을 알고 있다. 충돌은 항상 일어나기 때문이다. 지난달 22일에는 소행성 하나가 동태평양 상공의 지구 대기에 진입해 타버렸다. 사람들이 이 소식을 접하지 못했던 것은 행성의 너비가 약 1m에 불과했고 금방 타 없어졌기 때문이다. '2024 UQ'로 알려진 이 소행성이 언론에 보도된 유일한 이유는 'A11dc6D'로도 이름 붙여진 이 물체가 사전에 발견되어서다. 소행성이 지구와 진입하는 일은 드물지만, '2024 UQ'는 올해 세 번째였기 때문에 큰 관심을 끌지 못하고 그냥 지나갔다. 훨씬 더 많은 소행성이 예고 없이 지구에 도착한다. 소행성으로 간주될 수 있는 최소 크기는 정해진 것이 없다. 이 때문에 오리온자리 유성우나 황소자리 유성우와 같은 최근의 유성우에서 빛의 쇼를 만들어낸 모든 혜성의 조각이 이 범주에 포함될 수 있다. 소행성이 지구 표면에 충돌하지 않고 대기에만 부딪힌 후 타버리는 경우도 많지만, 지구와 충돌하는 경우도 흔하다. 올해 예측된 소행성 세 개 중 첫 번째인 소행성 '2024 BX1'은 착륙 지점에서 가장 가까운 독일 마을의 이름을 따서 리벡 운석이라는 이름이 지어졌다. 운석 파편 약 200개가 수집되었고, 파편의 총 질량은 탄산음료 한 병보다 적었지만, 많은 양이 지구에 충돌했다. 위험한 소행성이 지구에 충돌할 가능성을 계산하는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 궤도를 따라 지구에 가까이 오는 모든 물체를 관찰하고, 그중 하나가 지구와 충돌할 가능성을 계산하는 것이다. 이러한 소행성의 경로는 혼란스러운 요소가 있어 완벽한 계산은 불가능에 가깝다. 이론적으로 소행성이 서로를 강타해 궤도 또는 방향을 바꿔 2029년이나 2036년에 지구에 충돌할 수도 있지만, 그 가능성은 매우 낮다. 공룡을 죽일 정도의 소행성(대략 10km) 크기의 물체가 태양계 내부를 돌며 몇 세기 안에 지구에 충돌할 가능성이 있다면, 학계는 당연히 그 존재와 위험성을 파악하고 있다. 국지적으로 피해를 줄 만큼 큰 물체의 경우 위험이 더 크다. 며칠 전 지름 100m 소행성이 지구를 약 540만km 떨어진 거리에서 지나갔다. 이는 달보다 14배 더 먼 거리다. 이 정도 규모가 지구와 충돌하면 도시를 파괴한다. 이 소행성은 올해 발견한 것으로 '2024 VQ4'로 명명됐다. 그 후 '2023 WK3' 소행성이 더 먼 거리에서 지구를 지나갔는데, 이 소행성은 2024 VQ4보다 거의 3배 더 크다. 나사(NASA)는 태양계 내부에 이 정도 크기의 소행성이 약 2만 5000개 있다고 추정하고 있는데, 천문학계는 그 중 약 40%를 발견했다. 파악된 소행성 모두 큰 위험을 초래하지 않았지만, 발견되지 않은 소행성들도 안전할 것이라고 확신할 수는 없다. 지난 2013년, 사망자는 없었지만 1500명이 다칠 만큼 극심한 폭발이 있었던 첼랴빈스크 소행성 충돌은 충격이었다. 따라서 앞으로 수십 년 안에 그런 일이 다시 일어날 가능성 자체는 있을 것으로 추론하는 것이 합리적이다. 첼랴빈스크보다 더 큰 경우는 1908년의 통구스카 대폭발 사건뿐이었다. 그런 사건이 1세기에 한 번 일어나는지, 1000년에 한 번 일어나는지는 알 수 없지만, 이보다 흔하게 일어날 가능성은 매우 희박하다. 지구는 약 6억 년 전 동물이 출현한 이래 적어도 5번의 대량 멸종을 겪었다. 그 중 마지막 멸종은 화산이 아니라 소행성에서 비롯된 것으로 보인다. 이를 근거로 계산하면 이런 일이 해마다 일어날 확률을 약 6억 분의 1로 추정된다. 앞으로 1세기가 지나도 그 확률은 여전히 100만 분의 1을 크게 밑돈다. 한편, 소행성 탐지와 추적 만이 전 세계 우주 기관이 하는 전부는 아니다. 나사와 같은 우주 기관은 필요한 경우 지구로 들어오는 소행성의 방향을 바꾸는 방법을 테스트하고 있다. 2022년 나사의 DART 임무는 소행성의 궤도를 변경하기 위해 이중 소행성계에서 충돌첼르 충돌시켰다. 이 시도는 성공적이었다. 중국도 2030년까지 소행성을 편향시키는 자체 임무를 개발하고 있다.
- 포커스온
2024-11-22 14:24:00
[기후의 역습(84)] 기후 변화로 바다 독성 점점 더 강해져

지구 온난화로 바다의 독성이 점점 더 강해지고 있는 것으로 나타났다. 바다는 따뜻해지고 산성화되면서 산소를 잃고 있다. 이는 기후 변화의 잘 알려진 결과물이다. 이러한 변화가 해양 환경의 오염 물질에 영향을 미쳐 바다 독성을 더욱 강화시키고 있다는 연구 결과가 나와 주목된다고 사이테크데일 리가 전했다. 새로운 연구는 바다의 미량 오염 물질과 기후 변화의 상호작용을 조사한 것이다. 그 결과는 네이처의 지구와 환경 저널(Communications Earth & Environment)에 게재됐다. 기후 변화를 이끄는 많은 오염 물질이 바다로 방출되고 있다. 연구를 주도한 지오마르 헬름홀츠 해양연구센터(GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel)의 해양 화학자 레베카 지톤 박사는 "바다의 미량 원소가 기후 변화의 영향을 어떻게 받는가를 이해하고 싶었다. 지금까지 이에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았다. 연구진은 인간이 유발한 원인과 자연적인 원인 두가지를 모두 조사했다"고 설명했다. 납, 수은, 카드뮴과 같은 금속은 산업이나 화석연료 연소와 같은 인간 활동을 통해서만 바다에 유입되는 것이 아니다. 기후 변화로 인해 자연적인 공급원도 변화하고 있다. 해수면 상승, 강 범람 또는 고갈, 해빙과 빙하 용융 등 모든 과정이 오염 물질 흐름을 촉진시키고 있다. 이 연구는 해양 환경 보호의 과학적 측면에 대한 유엔 공동 전문가 그룹(GESAMP)의 실무 그룹 분석 결과를 요약한 것으로, 해양의 금속 오염 물질에 초점을 맞추고 있다. 이 실무 그룹은 모나코 국제원자력기구(IAEA)의 해양 환경 연구실 전 책임자이자 GEOMAR의 해양 광물 자원 교수 실비아 샌더 박사가 시작했다. 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI)의 크리스토프 뵐커도 참여했다. 샌더 박사는 "실무 그룹은 기후 변화와 온실가스가 해양 오염 물질에 미치는 영향에 초점을 맞췄다"며 북극 해역의 수은 농도 상승을 예로 들었다. 빙하가 녹고 영구 동토층이 해빙되고 해안이 침식하는 등 자연 공급에 의한 수은 방출 때문에 일어난 현상이다. 전통적인 어업에 의존하는 지역 사회에 특히 위협이 되는데, 수은이 먹이 사슬에 축적되어 오염된 생선을 섭취하기 때문이다. 샌더 교수는 "인간 활동으로 인해 납과 같은 독성 금속의 전 세계 유입량은 산업화 이전 수준에 비해 10배, 수은은 3~7배 증가했다"라고 말하며 "은과 같은 독성 원소는 석탄 연소와 항균 제품에서 은 나노입자의 사용이 증가함에 따라 해안 해역에서 점점 더 많이 검출되고 있다"고 우려했다. 또 해양 운송과 플라스틱 사용도 중금속 확산에 기여한다. 플라스틱은 물에서 구리, 아연, 납과 같은 금속과 결합할 수 있다. 결합된 오염 물질은 또한 먹이 사슬로 유입될 수 있다. 미래에는 해양 개발이 증가함에 따라 인간의 중금속 오염이 더욱 증가할 수 있다. 해수 온도 상승, 해양 산성화, 산소 고갈과 같은 기후 변화는 다양한 방식으로 미량 원소에 영향을 미친다. 수온이 높아질수록 수은과 같은 미량 원소의 해양 생물에 의한 생체 이용과 흡수가 증가한다. 이는 높은 온도가 신진대사를 촉진하고, 산소 용해도를 감소시키며, 아가미 환기를 증가시켜 더 많은 금속이 생체에 들어가 체내에 축적되기 때문이다. 바다는 인간이 방출하는 이산화탄소의 대부분을 흡수한다. 이 때문에 더 산성화되어 pH 수준이 떨어진다. 이는 구리, 아연 또는 철과 같은 금속의 용해도와 생체 이용률을 증가시킨다. 이 효과는 특히 구리에서 두드러지는데, 구리는 고농도에서 많은 해양 생물에 강한 독성을 일으킨다. 특히 해안 지역과 해저에서 산소가 고갈되면서 미량 원소의 독성 효과가 커진다. 이는 홍합, 게 및 기타 갑각류와 같이 해저에 서식하는 생물체에 스트레스를 준다. 인간 활동은 두 가지 방식으로 해안 지역의 오염 물질의 양에 영향을 미친다. 직접적으로는 오염 물질을 곧바로 방출하는 것이고, 간접적으로는 인간이 유발한 기후 변화가 자연에 미치는 영향을 통해서다. 연구는 그러나 기후 변화가 해양의 오염 물질에 어떤 영향을 미치는지에 대한 데이터가 여전히 부족하다는 사실도 보여준다. 실무 그룹은 오염 물질에 대한 연구를 확대해야 한다고 강조한다. 또한 더 나은 모델과 규제법을 통해 바다에 영향을 미치는 오염 물질에 대한 통제를 강화해야 한다고 권고한다.
- 포커스온
2024-11-12 07:48:00
[신소재 신기술(129] 암흑물질 실험서 중성미자 '구름' 첫 포착

이탈리아와 중국 과학자들이 최근 진행한 암흑물질 실험에서 중성미자 구름을 처음으로 포착해 학계의 이목을 집중시키고 있다. 우주에서 가장 풍부한 입자인 중성미자는 전하가 없고 질량이 거의 없는 아원자 입자로, 물질과 거의 상호 작용하지 않는 특징을 지닌다. 또한 감지 되지 않고 모든 물체를 통과하는 기이한 특성 때문에 '유령 입자'로 불리기도 한다. 참고로 원자를 구성하는 입자 중에서 가장 가벼운 전자조차도 중성미자보다 600만배 더 무겁다. 양성자는 전자보다 약 1836배 더 무겁고, 중성자는 전자보다 약 1839배 더 무겁다. 최근 이탈리아와 중국에서 각각 독립적으로 운영되는 암흑물질 검출 실험인 제논(XENON)과 판다X(PandaX) 연구팀이 암흑물질 주변에서 중성미자 구름을 처음으로 포착했다고 발표했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 제논 실험에 참가한 페이 가이오는 "이것은 암흑 물질 실험을 통해 천체물리적 중성미자를 측정한 최초의 사례"라고 말했다. 중성미자-핵 탄성 산란 통해 검출 중성미자는 일반적으로 중성미자-핵 탄성 산란(CEvNS) 과정을 통해 검출된다. 이는 중성미자가 양성자나 전자와 상호 작용하는 것이 아니라 원자핵 전체와 상호 작용하는 과정이다. 연구를 진행하는 동안 연구진은 2년 동안의 실험 데이터를 검토했다. XENON과 PandaX 연구팀은 액체 제논 검출기를 사용하여 암흑물질 입자 또는 중성미자가 제논 원자와 상호 작용하는 방식을 연구하는 과정에서 태양 핵에서 발생하는 붕소-8의 방사성 베타 붕괴에서 나오는 CEvNS 신호를 확인했다. XENON 연구팀은 11개의 CEvNS 신호를, PandaX 연구팀은 75개의 신호를 보고했으며, 두 실험 모두 통계적 신뢰도는 2.64 시그마(PandaX)와 2.73 시그마(XENON)로 유사했다. 듀크 대학교의 물리학 교수인 케이트 숄버그는 "저를 포함한 대부분의 사람들이 이 공동연구가 중성미자 안개를 측정했다고 확신한다"고 말했다. 이번 연구 결과는 암흑물질 주변에 밀집된 중성미자 구름의 존재를 시사하며, 이는 암흑물질 탐색에 새로운 과제를 제기한다. 중성미자는 검출이 어렵기 때문에 우주에 풍부하게 존재하는 중성미자는 암흑물질 검출 시 배경 잡음을 생성하여 암흑물질 신호를 구별하기 어렵게 만들 수 있다. 전문가 "중성미자 구름 위협 과장되었을 가능성…추가 연구 필요" 그러나 멜버른 대학교의 암흑물질 입자 물리학 전문가인 엘리사베타 바르베리오는 "중성미자 구름으로 인한 '존재적 위협'은 과장되었을 가능성이 있다"며 "이러한 배경 잡음이 암흑물질 연구의 진전을 막기 전에 해야 할 일이 많다"고 밝혔다. 그는 이번 실험에는 참가하지 않았다. 이번 연구 결과는 암흑물질과 중성미자 사이의 상호 작용을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며, 향후 암흑물질 탐색 연구에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이 연구는 미국 물리학회에서 발행하는 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-11-11 10:52:00
MIT 기술과 만난 로봇개 '스팟', 진짜 강아지처럼 '가져오기 놀이' 성공

로봇개는 인공지능(AI) 및 컴퓨터 비전과의 조합으로 특정 물체에 집중할 수 있게 되면서 '가져오기 놀이'까지 가능한 수준으로 진화하고 있다. 최근 국제전기전자공학자협회(IEEE)의 로보틱스 및 자동화 저널(Robotics and Automation Letters)에 발표된 새로운 연구에 따르면, MIT 연구진은 로봇에 카메라를 부착해 전방 사물을 빠르게 파악하고, 3D로 매핑하며, 음성 명령을 통해 주어진 작업과 가장 관련성이 높은 대상을 식별할 수 있는 클리오(Clio)라는 방법을 개발했다고 라이브사이언스가 전했다. 클리오는 '정보 병목현상' 이론을 활용하는데, 이는 인간의 두뇌가 정보를 처리하는 방식을 모방한 것이다. 기계학습(머신러닝) 알고리즘 모음인 신경망(뉴럴 네트워크)은 목표 대상을 골라 저장하도록 정보를 압축한다. 이 시스템을 갖춘 로봇은 '구급상자 가져오기'와 같은 명령을 처리할 수 있다. 기계학습에 의해 구급상자를 스스로 식별하는 것이다. 연구진은 전방의 책 더미에서 특정한 책을 가져오는 과제를 예로 들었다. 시야에 보이는 쌓여 있는 책 가운데 특정한 녹색 책을 가져오는 것이 임무일 경우, 클리오는 병목현상을 활용해 전방에 대한 모든 시각 정보를 넣고 녹색 책을 나타내는 영역을 특정한다. 관련이 없는 다른 영역은 간단히 제거할 수 있는 그룹으로 세분화된다. 그러면 임무를 지원하는 데 필요한 적절한 객체가 남고, 주어진 명령을 수행한다. 클리오가 실제로 작동하는 것을 시연하기 위해 연구진은 클리오를 장착해 실행하는 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 4족 로봇개 스팟(Spot)을 사용해 사무실 건물을 탐색하고 일련의 임무를 수행했다. 클리오는 실시간으로 작업하면서 임무와 관련된 대상 객체만 보여주는 가상 지도를 만들어 냈고, 이를 통해 로봇개 스팟은 목표를 완수했다. 연구진은 모든 종류의 객체를 식별하도록 훈련된 인공지능 도구, 시스템 및 서비스를 뒷받침하는 가상 신경망인 대규모언어모델(LLM)과 컴퓨터 비전을 결합, 클리오를 통해 이러한 수준의 세분화를 달성했다. 클리오의 획기적인 기능은 할당된 특정 작업과 관련, 실시간으로 보는 것을 세분화할 수 있는 능력이다. 기술의 핵심은 눈으로 보이는 장면을 여러 개의 작은 영역으로 분할할 수 있는 매핑 도구를 클리오에 통합한 것이다. 세분화된 영역에 대해 신경망은 내려진 명령과 유사한 영역을 선택한다. 즉 명령과 유사한 객체를 형성하는 것이다. 연구진은 앞으로 클리오를 더 높은 수준의 작업을 처리할 수 있도록 개선한다는 계획이다. 실종자 수색이나 재해 현장에서의 인명 구조의 경우 '생존자 찾기'나 '전원 다시 켜기'와 같이 더 높은 수준의 작업을 수행해야 한다. 연구진은 인간과 가깝게 복잡한 작업을 수행하는 방법을 찾을 방침이다. 일단 클리오는 사용자가 실제로 물건을 던지고 이를 가져오는 놀이를 할 수 있는 로봇개를 탄생시킬 수 있다. 클리오를 적용함으로써 로봇개가 공원에서 사람과 놀 수 있는 동료가 되는 셈이다.
- IT/바이오
2024-11-05 13:30:00
나노 기술로 건물 안전 진단⋯한국기계연구원, 색상 변화 감지하는 센서 개발

한국기계연구원(이하 기계연)이 나노 기술을 이용하여 건축물의 노후화를 육안으로도 진단할 수 있는 혁신적인 센서를 개발했다. 4일 기계연에 따르면 나노융합연구본부 윤재성 책임연구원 연구팀은 건축물에 부착하는 나노 필름 형태의 센서를 통해 색상 변화를 감지하고, 이를 통해 건축물의 변형 정도를 정밀하게 측정하는 기술을 선보였다. 이 센서는 자연에서 관찰되는 '구조색'의 원리를 응용했다. 구조색은 색소가 아닌 물체의 미세 구조에 의해 빛이 반사되면서 나타나는 색상으로, 공작새 깃털이나 나비 날개에서 볼 수 있는 아름다운 색깔이 대표적인 예이다. 연구팀은 이러한 구조색의 원리를 이용하여 나노 패턴을 설계, 센서에 가해지는 기계적 변형량에 따라 색상이 변화하도록 했다. 육안으로 확인하는 건축물 안전 특히, 이번에 개발된 나노 패턴은 기존 기술의 한계였던 관찰 각도에 따른 색상 변화 문제를 해결하여, 어느 각도에서든 일정한 색상을 유지하도록 설계했다. 또한, 색상 변화 이미지를 인공지능 기술과 접목하여 위험 여부를 판단하는 모니터링 솔루션도 구축했다. 이 센서는 색소나 염료, 별도의 전원 없이 작동 가능하며, 패치 형태로 건축물에 부착하여 육안으로도 안전성을 쉽게 확인할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 이 기술과 관련하여 10건 이상의 국내 특허와 1건의 국제 특허를 출원했으며, 관련 기업과 기술이전을 추진 중이다. 윤재성 책임연구원은 "이번에 개발된 나노 필름 센서는 건축물의 변형 여부와 안전성을 간편하게 진단할 수 있는 획기적인 기술"이라며, "건축물 안전 관리 분야에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야의 권위 있는 국제 학술지 'ACS 어플라이드 나노 머티리얼즈' 9월 13일 자 표지논문으로 게재되어 그 우수성을 인정받았다. 한편, 나노 기술은 10억분의 1미터, 즉 나노미터 크기의 물질을 다루는 기술이다. 쉽게 말하면 머리카락 굵기의 10만분의 1정도에 해당하는 아주 작은 크기다. 이렇게 작은 크기에서는 물질의 성질이 완전히 달라지는 데, 나노 기술은 바로 이러한 특성을 이용해 새로운 물질이나 소재를 만들어 내는 가술이다. 이러한 나노 기술은 약물 전달이나 전자 기기, 섬유 제작,자어ㅣ선 차단제 등에 활용된다. 나노 기술로 제작된 섬유는 오염 물질이 묻지 않고 주름도 잘 생기지 않는 특징이 있다.
- 산업
2024-11-04 11:20:00
[신소재 신기술(126)] 드론·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