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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(44)] 혈액뇌장벽 관통 나노입자 개발

혈액 뇌 장벽을 뚫는 나노입자가 개발돼 유방암과 뇌 전이 치료의 새로운 가능성을 열었다. 미국 마이애미 대학교 밀러 의과대학 실베스터 종합 암 센터의 연구원들은 혈액뇌장벽을 관통할 수 있는 나노입자를 개발했다고 과학 웹사이트 phys.org가 지난 6일(현지시간) 보도했다. 연구원들의 목표는 한 번의 치료로 원발성 유방암 종양과 뇌 전이를 죽이는 것이다. 이 연구는 실험실 연구에서 유방암과 뇌종양을 줄일 수 있음을 보여준다. 이차 종양이라고 불리는 '뇌 전이'는 유방암, 폐암, 대장암과 같은 고형 종양에서 가장 흔하게 발생하며 예후가 좋지 않은 경우가 많다. 암이 뇌에 침범하면 뇌와 신체의 나머지 부분을 분리하는 거의 뚫을 수 없는 막인 혈액 뇌 장벽으로 인해 치료가 어려울 수 있다. 이 연구를 주도한 실베스터의 생화학 및 분자생물학 부교수이자 기술 및 혁신 부책임자인 샨타 다르 박사는 연구팀이 개발한 나노 입자가 향후 원발 종양을 동시에 치료하는 추가적인 이점과 함께 전이를 치료하는 데 사용될 수 있다고 말했다. 다르 박사는 이번 논문의 시니어 저자이기도 하다. 이 연구 논문은 지난 5월 6일 미국 국립과학원 회보에 게재됐다. 연구팀은 전임상 연구에서 세포의 에너지 생산 중심인 미토콘드리아를 표적으로 하는 두 가지 전구 약물을 입자에 탑재해 유방암과 뇌종양을 축소할 수 있음을 보여주었다. 다르 박사는 "저는 항상 나노 의학이 미래라고 말한다. 물론 우리는 이미 그 미래에 와 있다"며 나노 입자를 제형에 사용하는 상용화된 코로나19 백신을 언급했다. 그러면서 "나노 의학은 암 치료제의 미래이기도 하다"라고 덧붙였다. 이 새로운 방법은 다르 연구팀이 이전에 개발한 생분해성 폴리머로 만든 나노 입자와 암의 에너지원을 겨냥하여 연구실에서 개발한 두 가지 약물을 결합해서 사용한다. 암세포는 건강한 세포와 다른 형태의 신진대사를 하는 경우가 많기 때문에 대사를 억제하면 다른 조직을 해치지 않고 종양을 죽이는 효과적인 방법이 될 수 있다. 이러한 약물 중 하나는 고전적인 화학 요법 약물인 시스플라틴의 변형 버전으로, 빠르게 성장하는 세포의 DNA를 손상시켜 암세포의 성장을 효과적으로 중단시킴으로써 암세포를 죽인다. 그러나 종양 세포는 DNA를 복구해 때때로 시스플라틴 내성을 일으킬 수 있다. 다르 박사팀은 약물의 표적을 염색체와 게놈을 구성하는 DNA인 핵 DNA에서 미토콘드리아 DNA로 바꾸도록 수정했다. 미토콘드리아는 세포의 에너지원이며 훨씬 작은 자체 게놈을 포함하고 있으며, 암 치료 목적상 중요한 것은 큰 게놈과 동일한 DNA 복구 메커니즘을 가지고 있지 않다는 점이다. 암세포는 성장과 증식을 유지하기 위해 다양한 에너지원을 전환할 수 있기 때문에 연구팀은 산화적 인산화로 알려진 에너지 생성 과정을 공격하는 변형 시스플라틴을 키나아제로 알려진 미토콘드리아 단백질을 표적으로 하고 다른 종류의 에너지 생성인 해당 작용을 억제하는 또 다른 약물인 Mito-DCA와 결합하여 개발했다. 다르 박사는 뇌에 접근할 수 있는 나노입자를 개발하는 것은 먼 길이라고 말했다. 그녀는 평생 동안 나노 입자를 연구해 왔으며, 다양한 형태의 폴리머를 연구하는 이전 프로젝트에서, 전임상 연구에서 일부 나노 입자가 뇌에 도달하는 것을 발견했다. 다르의 연구팀은 이러한 폴리머를 더욱 연마하여 혈액-뇌 장벽과 미토콘드리아의 외막을 모두 통과할 수 있는 나노 입자를 개발했다. 다르 박사는 "이 사실을 알아내기까지 많은 우여곡절이 있었으며, 이 입자가 혈액뇌장벽을 통과하는 메커니즘을 이해하기 위해 여전히 노력하고 있다"고 말했다. 그런 다음 연구팀은 전임상 연구에서 특수 약물이 탑재된 나노 입자를 테스트한 결과 유방 종양과 뇌에 종양을 형성하기 위해 주입된 유방암 세포를 모두 축소시키는 효과가 있다는 사실을 발견했다. 나노 입자-약물 조합은 또한 실험실 연구에서 무독성이며 생존 기간을 크게 연장하는 것으로 나타났다. 연구팀은 향후 환자 유래 암세포를 사용해 인간의 뇌 전이를 더 가깝게 재현하기 위해 실험실에서 이 방법을 테스트할 계획이다. 또한 특히 공격적인 뇌암인 교모세포종의 실험실 모델에서 이 약물을 테스트할 예정이다. 다르 박사의 연구실에서 근무하는 마이애미 대학교 박사 과정 학생이자 이번 연구의 공동 제1저자인 아카시 아쇼칸은 "저는 고분자 화학에 관심이 많고, 이를 의료 목적으로 사용하는 것이 정말 매력적이다"라고 말했다.
- 포커스온
2024-05-08
검찰, 전자지갑 비번 복구해 가상화폐 이더리움 76억원 압류

서울동부지검 사이버범죄수사부(김영미 부장검사)는 6일 사기 피고인의 삭제된 전자지갑을 복구해 시가 76억원 규모의 가상화폐 이더리움을 압류했다고 밝혔다. 검찰에 따르면 프로그래머 A(50)씨는 2019년 1∼2월 자신이 개발한 코인이 곧 상장되고 이를 사용한 게임도 상용화된다고 속여 피해자 156명에게서 투자금 명목으로 146억원을 받아 가로챈 혐의(특정경제가중처벌법상 사기 및 배임 등)로 2022년 1월 불구속 기소됐다. A씨는 같은 해 6월 자신이 근무하던 게임플랫폼 회사가 암호화폐 거래소를 운영하기 위해 구입한 이더리움 1796개(당시 시가 6억원)를 개인 전자지갑에 전송한 혐의도 받았다. 서울고법은 지난 1월 A씨에게 징역 16년을 선고하고 약 53억9000만원의 추징을 명령했다. A씨는 재판 과정에서 이더리움을 보관한 전자지갑이 알 수 없는 이유로 삭제됐고 이를 복구할 수 있는 니모닉코드(비밀번호)도 잃어버렸다고 주장했다. 법원은 A씨가 니모닉코드를 숨겼다고 판단했으나 이를 알아낼 수 없어 이더리움 몰수가 어렵다고 보고 판결 당시 시가만큼의 추징금을 부과했다. 그러나 검찰은 A씨에게서 압수한 물품들을 모두 재검토해 니모닉코드를 알아냈다. 또 전자지갑에 연결된 소프트웨어를 바꾸고 수동으로 복구를 거듭한 끝에 지갑 내부의 여덟 번째 계정에 숨겨진 이더리움을 확인했다. A씨는 2심 판결에 불복해 상고한 상황이다. 검찰은 2심 선고가 확정되면 A씨가 23억원 상당의 이익을 얻게 된다며 대법원에 이더리움 몰수 선고를 요청했다. 검찰 측은 "피고인의 개인 지갑을 복구해 그 안에 보관된 가상자산을 압류한 첫 번째 사례"라며 "현행법상 가상자산 강제집행 규정이 완비돼있지 않고 P2P 거래(개인 간 거래) 증가로 개인 전자지갑 사용이 늘어났음에도 관련 제도가 미비해 보완이 필요하다"고 밝혔다. 검찰은 2심 판결이 확정되는 대로 A씨의 회사에서 범죄 수익금을 돌려받을 권리(환부청구권)를 넘겨받은 사기 피해자들에게 이더리움을 돌려줄 방침이다.
- IT/바이오
2024-05-06
[먹을까? 말까?(8)] 블레스드 시슬, 신경 재생 특성 발견

국화과에 속하는 블레스드 시슬(Blessed Thistle)이 신경 재생 특성이 있다는 연구 결과가 나왔다. 우럽에서 '축복받은 엉겅퀴'라고 불리는 블레스드 시슬(학명: Cnicus benedictus) 국화과에 속하는 식물이다. 이 식물은 수백 년 동안 소화기 기능을 돕는 약초로 추출물이나 차 형태로 이용되어 왔다. 중세 시대에 종교적인 사용되어 '홀리 시슬(Holy thistle)', '홀리 고스트 허브(holy ghost herb)'라는 별명이 있다. 블레스드 시슬은 노란색 꽃이 피고 잎에는 가시가 있어 엉겅퀴를 연상시킨다. 참고로 엉컹퀴(밀크시슬)는 보라색 꽃이 피는 식물이다. 독일 쾰른 대학교 병원 약리학 센터와 쾰른 대학교 의학부 연구팀은 최근 필립 고브레흐트 박사와 디트마르 피셔 교수의 주도 하에 블레스드 시슬의 활성 성분인 치니신(Cnicin)이 신경 기능 재생을 촉진한다는 완전히 새로운 활용법을 발견했다고 사이테크데일리가 보도했다. 연구팀은 동물 모델과 인체 세포 연구 등 임상 연구를 통해 치니신이 축삭(신경 섬유) 성장을 현저하게 촉진한다고 밝혔다. 이 연구 결과는 식물 기반 의학 학술지 '피토메디신(Phytomedicine)'에 게재됐다. 신경 손상 치료 기대 인간과 동물의 경우 긴 축삭을 가진 손상된 신경은 재생 경로가 길기 때문에 치유 과정이 길고, 때로는 축삭이 목적지에 제때 도달하지 못해 회복이 불가능하기도 하다. 따라서 빠른 신경 재생 속도는 매우 중요하다. 치니신은 축삭이 돌이킬 수 없는 기능 장애가 발생하기 전에 원래 목적지에 제때 도달하도록 해 신경섬유가 회복 불가능한 기능적 결함이 발생하지 않도록 하는 데 도움이 될 수 있다. 연구팀은 동물 모델과 환자의 망막으로부터 채취한 인체 세포에서 치니신 투여 시 축삭 재생이 일어난다는 것을 확인했다. 쥐 실험을 통해 쥐에게 매일 치니신을 투여한 결과 마비와 신경병증 호전 속도가 더욱 빨랐다. 특히 다른 화합물과 비교할 때 치니신의 장점은 입(경구)을 통해 투여가 가능하다. 따라서 주사를 통한 투여가 필요하지 않다. 또한 치니신은 정확한 복용량을 지켜야 한다. 피셔 교수는 "치니신은 특정 치료 기간 내에서만 효과가 있기 때문에 정확한 용량이 매우 중요하다. 복용량이 너무 적거나 너무 많으면 효과가 없다"고 말했다. 그는 "따라서 인체를 대상으로 한 추가적인 임상 연구가 필요하다"라고 덧붙였다. 쾰른 대학교 연구팀은 현재 관련 연구를 계획하고 있다. 약리학센터는 손상된 신경계를 복구하는 약물 연구 개발에 주력하고 있다. 한편, 블레스드 시슬은 대부분 안전하게 섭취할 수 있지만 일부 사람에게는 부작용을 일으킬 수 있다. 과다한 복용은 구토를 유발할 수 있다. 일부 부작용 증상으로는 메스꺼움과 설사 등이 포함된다. 몇몇 국가에서는 이 식물의 이용을 규제하기도 한다. 특히 데이지과에 알레르기가 있는 사람은 사용에 주의해야 한다. 또한 특정 약물과 상호작용할 수 있으므로 복용하기 전에 의사와 상담해야 한다.
- 생활경제
2024-04-29
TSMC "장비 70% 이상 복구"…생산 재개 준비

세계 최대 파운드리(반도체 수탁생산) 업체인 대만 TSMC가 3일(현지시간) 지진으로 일시 중단됐던 생산 시설에서 밤사이에 조업을 재개할 수 있을 것으로 예상한다고 밝혔다. CNN은 대만 지진은 이 지역의 칩 제조 산업에 대한 위험을 극명하게 상기시켜준다며 이같이 보도했다. TSMC는 지진 이후 일부 제조 공장 직원을 일시적으로 대피시켰으나 3일 밤 늦게 직원들이 직장으로 복귀했다고 밝혔다. TSMC는 3일 오전 동부 해안에서 25년 만에 최대인 규모 7.2의 지진이 발생한 후 직원들을 일부 지역에서 대피시켰다. 3일 밤 성명을 통해 TSMC는 "특정 시설에서 소수의 장비가 손상되어 운영에 부분적으로 영향을 미쳤다. 그러나 우리의 중요한 장비에는 손상이 없었다"며 자사 공장의 장비 70% 이상이 지진 발생 후 10시간 이내에 복구됐으며, 일부 새로운 시설인 남부 타이난의 팹18 등 신설 공장의 복구율은 80% 이상이라고 설명했다. 이 공장은 첨단 반도체를 생산하는 주요 거점으로 알려져 있다. TSMC는 "모든 극자외선(EUV) 리소그래피(Lithography·석판인쇄) 장비들을 포함해 주요 장비에는 피해가 없다"며 일부 시설에서 소수의 장비가 손상됐지만 완전한 복구를 위해 가용 자원을 총동원하고 있다고 밝혔다. 이와 관련, 대만 경제지 공상시보는 일부 공장에서 일부 석영관(石英管)이 파손돼 웨이퍼가 손상됐다며, 대피에 따른 조업시간 단축 등으로 약 6000만 달러(약 800억원)의 타격을 입을수도 있다고 추산했다. TSMC는 대만 전역의 공장 건설 공사를 중단하고 점검을 마친 후 공사를 재개할 방침이라고 밝혔다. TSMC는 파운드리 분야에서 세계 점유율 60%를 차지하며, 세계 최첨단 반도체 칩의 약 90%를 생산한다. 이 칩은 애플, 퀄컴, 엔비디아와 AMD를 포함한 거대 기술 기업에서 사용되며, 칩 공급이 이미 제한되어 있는 급성장하는 인공지능(AI) 산업에 필수적이다. 대만 2위의 파운드리 업체인 유나이티드 마이크로일렉트로닉스(UMC)도 신주과학단지와 타이난에 있는 일부 공장의 가동을 멈추고 직원들을 대피시키기도 했다. 한편, 미국에 상장된 TSMC 주식은 3일 장 초반 일시적으로 하락한 후 오름세로 전환해 1.27% 상승 마감했다. UMC도 장 초반 하락을 딛고 0.04% 올라 장을 마쳤다. 연합뉴스는 블룸버그 인텔리전스의 애널리스트들을 인용해 "이 회사의 첨단 노드 프로세스(node processes)에 대한 강한 수요가 지진으로 인한 재정적 영향을 완화할 것"이라고 밝혔다. 그러면서 이번 지진에 따른 영향이 제한적일 것이라는 애널리스트들의 일반적인 전망을 반영한다고 전했다. 반면 투자은행 바클리(Barclays)의 분석가들은 생산 중단이 발생한다면 특히 정교한 반도체의 경우 프로세스가 혼란에 빠질 수 있다고 진단했다. 바클리 애널리스트인 손범기와 브라이언 탄은 3일 투자자 노트에서 "일부 첨단 칩을 생산하려면 몇 주 동안 진공 상태에서 연중무휴 24시간 원활한 작동이 필요하다"며 "대만 북부 산업지역의 가동 중단은 생산 중인 일부 첨단 칩이 손상될 수 있음을 의미할 수 있다"고 덧붙였다. 그러면서 그들은 TSMC가 중단으로 인해 2분기 수익에 6000만 달러의 영향을 받을 수 있다고 언급했다고 CNN이 전했다.
- IT/바이오
2024-04-04
금감원 "가짜 가상자산 거래소 이용한 투자사기" 경고

금융감독원이 20일 가짜 가상자산거래소를 가장한 투자 사기를 주의하라고 소비자 경고를 내렸다. 금감원은 이날 '내가 쓰는 코인거래소 안전할까? 가짜 거래소를 이용한 가상자산 투자사기를 조심하세요!'라는 성명을 통해 가짜 가상자산거래소를 통한 투자사기가 빈번하게 발생하고 있다며 각별한 주의를 당부했다. 금감원에 따르면 가짜 거래소를 이용한 사기 유형은 코인 리딩방 등 투자방으로 초대해 특정 사이트 가입을 유도하는 경우와 SNS나 데이팅앱 등에서 친분을 쌓은 뒤 해외 거래 사이트에 가입하게 하는 경우(로맨스 스캠), 해외 유명 가상자산 거래소를 사칭하는 경우 등이 있다. 사기범들은 SNS나 채팅방 등에서 특정 거래 사이트나 앱 설치 유도, 위조된 해외 유명 거래소를 소개하 마치 정상 거래소인 것처럼 착오를 유발한다. 이들 가짜 거래소 이용 사기는 처음에는 소액의 투자를 권유해 수익을 보도록 하고, 투자금을 늘려 거액이 입금된 뒤에는 출금을 갑자기 거절하고 자금을 편취하는 것으로 파악됐다. 가상화폐 사기에 휘말리지 않으려면 소비자들은 금융정보분석원(FIU)에 국내법상 신고된 가상자산거래소인지 확인하고 이용해야 한다. 구체적인 피해 사례로 금감원은 과거 주식 리딩방에서 큰 손실을 입은 A씨의 사기 피해 내용을 공개했다. A씨는 손실을 복구해주겠다는 리딩방 운영자 B씨의 말을 믿고 텔레그램 코인 투자방에 들어갔다. 해당 리딩방에는 바람잡이로 추정되는 다수 참가자가 B씨 말을 듣고 코인으로 많은 이익을 얻었다며 사진 등으로 인증해 A씨에게 B씨에 신뢰도를 높였다. 이후 B씨는 코인 투자 리딩을 위해서는 특정 거래사이트를 이용해야 한다면서 A씨를 가입시킨 뒤 지정한 계좌로 자금을 입금하게 했다. 초기에는 이 거래 사이트에 A씨의 입금 금액만큼 코인 매수 내역이 표시됐고 약 수십만원의 수익금 인출도 정상적으로 이뤄졌다. 그러나 A씨가 투자금을 수천만원 단위로 늘린 뒤 수익금을 인출하려고 하자 해당 거래소는 수수료와 세금 등의 명목으로 수익금의 40%를 추가 입금해야 한다며 인출을 거절했다. A씨가 항의하자 B씨는 투자방에서 강제 퇴장시키고 연락을 차단했다. 금감원 관계자는 이와 같은 사례처럼 "온라인 투자방, SNS를 통한 투자권유는 일단 의심고 검증되지 않은 사설 거래소를 이용할 때는 고액 이체를 하지 않는 것이 좋다"며 "비대면 거래 상대방은 언제든지 투자금 반환을 거절하거나 연락이 두절될 수 있음을 명심해야 한다"고 당부했다.
- IT/바이오
2024-03-20
인간 수명 "500세까지 가능"⋯미국 미래학자 커즈와일

미국 발명가 레이 커즈와일(76·Ray Kurzweil)은 10일(현지시간) 미국 기술 관련 행사에 참석해 "부지런하기만 하면" 현대인이 500세까지 살 수 있다고 말했다. 레이 커즈와일은 발명가이자 작가, 미래학자로 널리 알려져 있다. 그는 컴퓨터 과학, 인공지능(AI) 분야의 선구자 중 한 명으로, 기술의 미래와 인류에 미칠 영향에 대해 깊은 통찰력을 가지고 있다. 11일 일본매체 닛케이에 따르면 커즈와일은 의료 등 과학기술의 기하급수적인 발전으로 2029년쯤을 기점으로 인류의 수명이 비약적으로 늘어날 것이라고 전망했다. 커즈와일은 이날 미국 텍사스주 오스틴에서 열리고 있는 기술-음악-영화 축제 'SXSW(사우스바이사우스웨스트)'에서 강연했다. 그는 인공지능(AI)이 인간의 지능을 뛰어넘어 가속적 진화를 시작하는 전환점인 '싱귤래리티'가 2045년에 도래할 것이라고 예측한 것으로 유명하다. 그는 2045년이 되면 분자 나노기술을 통해 인체의 장기와 조직 재생이 가능할 것이라고 예측했다. '싱귤래리티(Singularity)'는 기술의 발전이 극단적으로 빠른 속도로 진행되어 인류의 생활, 사회 구조, 심지어 인간 자체의 본질까지 근본적으로 변화시키는 시점을 가리킨다. 가장 널리 알려진 형태는 커즈와일이 주장한 기술적 싱귤래리티(Technological Singularity)로, 이는 인공지능이 인간의 지능을 초월하고, 그 이후 스스로를 개선해 나가면서 인간이 예측하거나 이해할 수 없는 속도로 기술 발전이 이루어지는 시점을 의미한다. 이 개념은 미래학자와 기술 전문가들 사이에서 많은 논란를 불러일으키고 있다. 일부는 이러한 시점이 인류에게 큰 도약을 가져다 줄 것이라고 긍정적으로 보는 반면, 다른 사람들은 인공지능의 무제한적인 발전이 인류에게 예측 불가능한 위험을 초래할 수 있다고 경고하고 있다. 싱귤래리티에 대한 예측은 다양하지만, 그 정확한 시점이나 결과에 대해서는 여전히 큰 불확실성이 존재한다. 커즈와일은 2029년에는 1년이 지날 때마다 기술의 진화로 수명이 1년씩 늘어나기 때문에 계산상으로는 사람들의 수명이 줄어들지 않는 상태가 된다는 것이라고 밝혔다. 그는 "현재는 1년마다 4개월분의 수명을 되찾고 있다"고 말했다. 그러면서 불멸을 의미하는 것은 아니지만, 2029년 이후에는 현재보다 훨씬 더 오래 살 수 있게 될 것이라고 설명했다. 생성 AI와 그 기술 기반인 '대규모 언어 모델(LLM)'에 대해서 그는 "1~2년 후에 등장할 것으로 생각했다"며 예상보다 AI 기술이 빠르게 진화하고 있다고 밝혔다. 그는 싱귤래리티의 도래 등 AI를 둘러싼 자신의 많은 예측에서 시간축에 대한 견해는 바꾸지 않았다고 했다. 특정 정보처리뿐만 아니라 광범위한 작업을 수행하는 만능 AI '범용 인공지능(AI)'은 2029년에 한 대의 컴퓨터가 인간이 하는 모든 일을 모방하는 형태로 실현될 것으로 내다봤다. 그는 오래전부터 2029년이면 AI가 인간 수준의 지능을 갖게 될 것이라고 주장해왔다. 커즈와일은 기계가 인간과 같은 지능을 갖췄는지 여부를 판단하는 '튜링 테스트'를 29년에 AI가 통과할 것이라는 예측에는 변함이 없다고 밝혔다. 다만 모두가 '인간과 비슷하다'고 납득할 때까지는 시간이 걸릴 것으로 예상했다. 싱귤래리티가 실현되는 2045년에는 "사람의 뇌를 모두 (컴퓨터에) 저장해 두었다가 그 사람이 죽어도 전체를 복구할 수 있을 것"이라고 말했다. 그는 생성 AI의 급속한 보급에 대응하기 위해 1년 전 출간 예정이었던 저서 출간을 미뤘다고 전했다. 저서는 조만간 미국에서 출간할 예정이다. 커즈와일은 광학식 문자판독기(OCR)와 문장 음성변환 소프트웨어를 개발한 발명가로, 2005년 저서 '싱귤래러티 이즈 니어(The Singularity is Near)'에서 기계가 스스로 더 정교한 기계를 만들어내면서 AI가 가속적으로 진화할 것으로 전망했다.
- IT/바이오
2024-03-11
日 달 탐사선 '슬림', 25일만에 지상과 통신재개

영하 170도에 달하는 극한의 '달의 밤' 동안 활동을 중단했던 일본의 달 탐사선 '슬림(SLIM)'이 지상과의 통신을 다시 시작했다고 교도통신과 요미우리신문이 26일 보도했다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 전날인 25일 밤 슬림이 복구돼 지상과 통신 재개에 성공했다고 이날 발표했다. 슬림은 지난달 31일, 착륙 지점에서 일몰이 발생해 태양광 발전이 불가능해지자 휴면 상태로 전환됐다. 교도통신은 그러나 약 2주간 지속된 달의 밤을 이겨내고 태양 전지 패널에 다시 빛이 도달하면서 발전을 재개한 것으로 보인다고 전했다. 그러나 JAXA는 기계 본체가 고온 상태에 있어 장시간 통신이 어려울 뿐만 아니라, 관측용 특수 카메라 등 장비의 상태도 아직 확인되지 않았다고 밝혔다. 슬림은 지난달 20일 달에 성공적으로 착륙했으나, 기체가 기울어져 태양광 발전이 불가능한 상태로 확인됐다. 이러한 상황으로 인해 JAXA는 슬림이 달 착륙 후 약 2시간 반 만에 가동을 중단했다. 당초 JAXA는 태양 전지를 이용한 발전으로 몇 일간 슬림을 운영할 계획이었다. 이후 슬림은 극적으로 태양광 발전이 가능해짐에 따라 지난달 28일 지상과의 교신을 통해 운영을 재개했다. 일본은 탐사선 슬림의 달 표면 착륙으로 미국, 러시아, 중국, 인도에 이어 세계에서 다섯 번째로 달 착륙에 성공한 국가로 기록됐다. 지난해 8월 인도는 달 탐사선 '찬드라얀 3'호를 달 남극에 성공적으로 착륙시켰다. 그러나 인도와 비슷한 시기에 47년만에 달로 향한 러시아 달 탐사선 '루나25'는 착륙에 실패했다. 한편, 미국 민간 달 탐사선 '오디세우스'도 지난 22일(현지시간) 달 표면에 기울어진 채로 착륙했다. 이는 미국 달 탐사선이 52년 만에 달을 재방문한 것으로, 오디세우스는 미국 민간 기업 최초로 달에 착륙한 새로운 역사를 썼다. 미국의 우주 기업 인튜이티브 머신스는 자사가 개발한 달 탐사선 오디세우스가 달 남극 인근의 '말라퍼트 A' 분화구에 성공적으로 착륙했지만 기울어진 채로 착륙한 것 같다고 밝혔다. 달 탐사선이 옆으로 기울어져서 착륙하는 상황은 일반적으로 의도된 상태가 아니다. 이러한 상황은 주로 착륙 과정에서 예상치 못한 문제가 발생했을 때 발생한다. 여기에는 지형이나 착륙 시스템 오류 등 여러 가지 원인이 있을 수 있다. 착륙 예정 지역의 지형이 고르지 않거나 바위와 같은 장애물이 있을 경우, 탐사선이 예상한 방식으로 안착하지 못하고 기울어질 수 있다. 또한 착륙 장치의 고장이나 기능 문제로 인해 탐사선이 안정적으로 착륙하지 못하고 기울어지는 경우가 있다. 예를 들어, 한쪽 다리의 충격 흡수 장치가 제대로 작동하지 않으면 탐사선이 기울 수 있다. 탐사선의 항법 시스템에서 발생한 오류로 인해 착륙 위치가 잘못되거나 착륙 각도가 예상과 다를 수 있다. 이는 탐사선이 기울어져 착륙하는 원인이 될 수 있다. 기울어진 착륙은 탐사선의 임무 수행 능력에 영향을 줄 수 있으며, 경우에 따라서는 태양광 패널이 제대로 햇빛을 받지 못하거나, 과학 장비의 사용에 제약을 받을 수 있다. 따라서, 탐사선 설계와 착륙 계획 단계에서 이러한 위험을 최소화하기 위한 다양한 안전 조치와 예비 계획을 마련하는 것이 중요하다. 특히 오디세우스의 경우 마국의 유인 달 탐사 프로그램 아르테미스에 앞서 달에 착륙했다. 미 항공우주국(NASA·나사)에 따르면 아르테미스 프로그램에 따라 인간은 2026년 달 표면으로 재진입할 예정이며, 최초의 여성과 유색 인종이 달 탐사에 나선다. 이러한 유인 우주선 발사에 앞서 달 표면에 정확하게 착륙하는 기술을 극대화해 안전한 착륙을 위한 준비를 철저히 해야 할 것으로 보인다.
- IT/바이오
2024-02-26
[퓨처 Eyes(23)] 우주에서 인간을 돕는 로봇, 현실이 되다?

미국 항공우주국(NASA·나사)은 우주에서 사용할 휴머노이드 로봇을 연구하고 있다. 나사는 앞으로 수십 년 이내에 인간 우주비행사를 달로 보내고, 달 궤도에 우주 정거장을 건설하고, 달 표면에 영구 기지를 건설하고, 우주 비행사를 화성에 보낼 계획이다. 아울러 심우주 탐사와 외계 거주지를 개발하기 위한 연구의 일환으로 로봇 팔과 멀티 다기능 그리퍼 등도 속속 개발되고 있다. 나사가 연구중인 휴머노이드 로봇 '발키리'는 높이 188cm, 무게 136kg이다. 북유럽 신화에 나오는 여성의 이름을 딴 우주 개발용 휴머노이드 로봇 발키리는 텍사스 휴스턴에 있는 존슨 우주 센터에서 실험 중이다. 나사에 따르면 발키리는 자연재해가 발생한 지역과 같은 '열화되거나 손상된 인체 공학적 환경'에서 작동하도록 설계됐다. 과학자들은 발키리와 같은 휴머노이드 로봇은 언젠가 우주에서 작동할 수 있을 것으로 전망했다. 휴머노이드(humanoid·인간형 로봇)는 일반적으로 인간과 마찬가지로 몸통, 머리, 두 팔, 두 다리를 가지고 있다. 휴머노이드 로봇은 사람의 동작을 모방하거나 일정한 작업을 수행하는 데 사용될 수 있다. 휴머노이드 로봇은 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 서비스 분야에서는 응대, 안내, 보조 및 도움을 제공하여 인간의 업무 효율성을 높이고 고객 만족도를 향상시킨다. 또한, 제조업이나 건설 현장과 같은 위험하거나 인간이 작업하기 어려운 환경에서도 활용되어 안전성을 높이고 생산성을 향상시킨다. 인간과의 자연스러운 상호작용 역시 휴머노이드 로봇의 주요 장점이다. 의료 분야에서는 환자 돌봄이나 재활 치료, 교육 분야에서는 맞춤형 학습 환경 제공, 엔터테인먼트 분야에서는 몰입형 경험을 제공한다. 또한 우주 탐사 분야에서 휴머노이드 로봇은 위험한 환경에서 인간 대신 작업을 수행하는 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 로이터에 따르면 엔지니어들은 올바른 소프트웨어를 활용해 휴머노이드가 인간과 동일한 수준의 인지 능력, 작업 수행 능력, 사회적 상호작용 능력을 달성하도록 돕고 있다. 여기에는 인간과 동일한 언어 사용, 문제 해결 능력, 감정 표현 능력 등을 포함하며, 휴머노이드가 컴퓨터, 스마트폰, 생산 도구, 의료 기기 등 다양한 도구와 장비를 사용할 수 있게 될 것으로 예상된다. 나사의 덱스트로스 로봇공학팀(Dexterous Robotics Team·숙련된 로봇공학팀)의 리더인 숀 아지미(Sean Azimi)에 따르면 휴머노이드는 태양 전지판을 청소하거나 우주선 외부의 결함 있는 장비를 검사하는 것과 같은 우주에서 위험한 작업을 수행할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 아지미는 "우리는 휴머노이드로 인간 우주 비행사를 대체하려는 것이 아니다. 지루하고 더럽고 위험한 일에서 해방시켜 그들이 더 발전된 활동에 집중할 수 있도록 하는 것"이라고 말했다. 또한 나사는 텍사스 오스틴에 본사를 둔 로봇 회사인 앱트로닉(Aptronic)과 파트너십을 맺고 지상용으로 개발된 휴머노이드가 향후 우주에서 어떤 작업을 도울 수 있는지에 대해서도 연구하고 있다. 아폴로 휴머노이드 앱트로닉의 휴머노이드 '아폴로'는 지상의 창고 및 제조 공장에서 상품을 옮기고, 팔레트를 쌓고, 기타 공급망 관련 작업을 수행할 수 있을 것으로 기대된다. 아폴로는 빠르면 2025년 초에 기업에서 사용할 수 있을 것으로 예상된다. 닉 페인(Nick Payne) 앱트로닉 최고기술책임자는 아폴로가 인간과 비교했을 때 내구성과 기타 측면에서 강점을 가지고 있다고 말했다. 페인은 "우리는 이 시스템을 하루 22시간 온라인 상태로 유지하는 것을 목표로 하고 있다"라고 말했다. 그는 "아폴로에는 교체 가능한 배터리가 있어서 4시간 동안 작업하고 배터리를 교체한 다음 계속 작업할 수 있다"라고 설명했다. 제프 카르데나스(Jeff Cardenas) 앱트로닉 최고경영자(CEO)는 새로운 소프트웨어의 개발로 아폴로의 역량이 향상됨에 따라 가능성은 무한하다고 말했다. 카르데나스 CEO는 "우리는 창고와 제조 현장으로 시작했지만 소매, 배송, 심지어 비정형 공간이라고 불리는 구조화되지 않은 공간으로 확장하고 있다"라며 아폴로의 활동 영역이 다양한 분야로 확장가능하다고 설명했다. 나사의 아지미(Azimi) 연구원은 앞으로 몇 년 안에 비정형 영역인 우주에 로봇에 포함될 수 있을 것으로 예상했다. 그는 "아폴로와 같은 로봇은 모듈성을 염두에 두고 설계되어 많은 응용 분야에 적용할 수 있다"라고 말했다. 이어 "나사가 알아내려고 노력하는 것은 바로 이 부분이다. 중요한 부족 부분은 무엇인지, 지상 시스템을 우주로 가져가고 우주에서 작동할 수 있다는 확신을 갖기 위해 미래에 어디에 투자해야 합니까?"라고 되물었다. 멀티 모드 그리퍼 개발 테크 익스플로어에 따르면 하버드 존 A. 폴슨 공학 및 응용과학 대학(SEAS)의 연구원 그룹이 탄력 있고 자율적인 심우주 및 외계 거주지를 개발하기 위한 연구의 일환으로 지난 4년 동안 로봇 팔과 그리퍼 개발을 진행했다. 회복력 있는 외계 서식지 연구소(RETHi)는 퍼듀 대학교가 주도하며, SEAS, 코네티컷 대학교, 샌안토니오 텍사스 대학교와 협력하고 있다. 이 연구소의 목표는 "예상되는 장애와 예상치 못한 장애에 적응하고 흡수하며 신속하게 복구할 수 있는 탄력적인 심우주 서식지를 설계하고 운영하는 것"이다. SEAS의 로봇공학 선임 연구원인 저스틴 워펠은 자율 로봇이 서식지의 손상된 부품을 수리하거나 교체할 수 있는 기술을 개발하는 팀을 이끌고 있다. 워펠은 "임무 수행 중에 운석이 서식지를 침범했는데 승무원이 수리할 수 없다면 어떻게 될까요?"라고 반문했다. 그는 "또는 우주비행사들이 근무하는 시간 중에 이런 일이 발생하면 우주비행사들은 다른 긴급 상황으로 바빠질 수 있다. 일상적인 상황에서도 마찬가지로, 필터 교체부터 청소까지 우주비행사의 소중한 시간을 빼앗는 정기적인 유지보수 작업이 많이 있다. 이는 로봇이 이러한 작업을 수행한다는 것을 의미한다"고 설명했다. 2019년에 프로젝트가 시작된 이래, 로버트 우드, 해리 루이스 및 말린 맥그라스 SEAS 공학 및 응용과학 교수를 포함한 워펠과 그의 팀은 새로운 로봇 팔과 그리퍼, 인간과 로봇의 협업을 개선하는 새로운 시스템, 로봇 친화적인 장비를 설계하는 새로운 방법을 개발해 왔다. 심우주 거주지용 다기능 도구 개발 인공지능(AI) 기반의 습관 형성 앱인 '스마트햅(SmartHab)'을 위한 로봇을 설계할 때 가장 큰 과제 중 하나는 심우주 거주에 필요한 다기능성이다. 자동차나 창고 건설에 사용되는 로봇과 같은 대부분의 산업용 로봇은 고도로 전문화되어 있으며 몇 가지 특정 작업만 수행한다. 하지만 심우주 거주지에는 수십 대의 특수 로봇을 설치할 공간이 없다. 대신 한 대 또는 몇 대의 다기능 로봇이 긴급 수리를 비롯한 다양한 작업을 수행할 수 있어야 한다. 이를 위한 한 가지 프로젝트는 다양한 유형의 물체를 다양한 방식으로 잡을 수 있도록 모양을 바꿀 수 있는 '멀티 모드 그리퍼'를 개발하는 것이었다. 우드는 "사람의 손은 높은 정밀도가 필요하거나 큰 힘을 필요로 하거나 규정 준수를 통해 이점을 얻을 수 있는 등 다양한 기능에 적응할 수 있다"고 말했다. 그는 멀티 모드 그리퍼에 대해 "이 디자인은 이와 유사한 적응형 동작을 포착하여 하나의 그리퍼로 가능한 작업의 범위를 늘리려고 시도한다"고 설명했다. IEEE에 게재된 논문에서 워펠과 하버드 디자인 대학원(HGSD) 및 한국 부산대학교의 공동 연구진이 포함된 연구팀은 손가락의 관절 수를 변경할 수 있도록 재구성할 수 있는 소위 '가위 링크'로 만든 손가락이 달린 그리퍼를 개발했다. 이 그리퍼에는 세 가지 모드가 있다. 첫 번째 모드에서는 손가락이 짧고 구부러지지 않아서 물체를 강력하고 안전하게 잡을 수 있다. 두 번째 모드에서는 손가락에 관절이 생겨 그리퍼가 손으로 조작할 수 있어 물체를 놓지 않고도 이동하고 회전할 수 있다. 마지막 모드에서는 관절이 두 개 더 추가되어 손가락이 물체의 모양에 수동적으로 적응하고 접촉 압력을 분산할 수 있어 불규칙한 모양이나 섬세한 물체를 잡을 때 유용하다. 이처럼 미래 우주 탐사에 필요한 휴머노이드 로봇과, 로봇 팔, 멀티 다기능 그리퍼 등이 속속 개발되고 있다. 그리퍼 관련 논문은 부산대학교의 권정한, SEAS 대학원생인 데이비드 봄바라와 클락 티플, HGSD의 이준행과 척 호버만, 그리고 우드가 공동 저자로 참여했다.
- 포커스온
2024-02-08
간헐적 단식, 제2형 당뇨병 완화 가능⋯운동과 비슷한 효과

간헐적 단식과 빠른 걸음걸이가 제2형 당뇨병의 증상 완화에 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 이러한 식이요법은 운동과 유사한 효과를 나타내며, 인슐린 민감도를 증진시켜 제2형 당뇨병 완화에 기여할 수 있다는 것이 주요 내용이다. 영국의 익스프레스는 마이크 한센(Mike Hansen) 박사가 제2형 당뇨병을 역전시킬 수 있는 가능성을 제시하는 식단으로 간헐적 단식을 추천했다고 보도했다. 건강에 해로운 식습관이 높은 인슐린 수치와 인슐린 저항성을 초래하는 주요 원인이며, 이는 제2형 당뇨병 발병으로 이어질 수 있는 문제임이 알려져 있다. 운동은 인슐린 민감도를 개선하여 당뇨병 관리에 필수적인 역할을 한다는 사실이 다수의 연구를 통해 확인됐다. 한센 박사는 간헐적 단식이 인슐린 민감성 향상에 있어 운동과 유사한 효과를 제공할 수 있다고 설명했다. 이 식습관에는 여러 방식이 존재하지만, 기본적으로는 매일이나 매주 정해진 기간 동안 음식 섭취를 자제하는 것이 핵심이다. 이 식이요법은 여러 접근 방식을 포함하고 있으며, 주된 원칙은 매일 또는 매주 정해진 시간 동안 음식 섭취를 하지 않는 것이다. 간헐적 단식의 인기 있는 방법 중 하나는 일주일 동안 5일은 평소대로 식사하고 2일은 단식하는 5:2 방식이다. 또 다른 방법으로는 매일 8시간 동안만 식사하고 나머지 시간은 단식하는 시간 제한 식사가 있다. 한센 박사는 자신의 유튜브 채널에서 간헐적 단식이 운동과 유사한 건강상의 이점을 제공한다고 말했다. 그는 "간헐적 단식과 운동은 모두 세포가 스스로를 복구하는 자가포식 과정을 촉진하며, 미토콘드리아의 보충을 유도하는 미토파지를 자극한다"고 설명했다. 더 나아가, "운동과 간헐적 단식을 병행할 경우, 세포는 미토콘드리아의 수와 크기를 증가시키는데, 이 둘은 각각의 이점을 제공할 뿐만 아니라 함께 시너지 효과를 낳는다"고 덧붙였다. 최근 임상 내분비학 및 대사 저널(The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism)에 게재된 연구에 따르면, 간헐적 단식이 제2형 당뇨병을 '완전히 뒤집을' 수 있는 가능성을 보여줬다. 이 연구에서는 38세에서 72세 사이의 제2형 당뇨병 환자 72명을 대상으로 하여, 참가자들을 두 그룹으로 분류했다. 하나의 그룹은 일반적인 관리를 받는 통제 그룹으로 설정되었고, 다른 하나는 간헐적 단식을 실시하는 실험 그룹이었다. 연구진은 이번 연구를 통해 간헐적 단식이 모든 당뇨병 약물의 사용을 중단한 상태에서도 당뇨병을 역전시킬 수 있는지를 검증하고자 했다. 이를 위해 당뇨병 완화가 이루어진 후 12개월 동안의 지속 가능성을 평가하기 위한 후속 조사도 진행됐다. 연구 결과, 간헐적 단식 그룹에서는 36명 중 17명이 당뇨병 완화를 경험한 반면, 대조군에서는 오직 1명만이 당뇨병 완화를 보고함으로써, 간헐적 단식이 제2형 당뇨병 관리에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사했다. 한센 박사에 따르면, 연구 참가자 중 항당뇨병 약물이나 인슐린을 복용하고 있던 거의 90%가 긴헐적 식단을 시행한 후 당뇨병 약물의 필요성이 줄어들었다고 말했다. 이 의료 전문가는 간헐적 단식이 인슐린 반응성을 개선하여 세포를 더 민감하게 만들고, 이를 통해 당뇨병 위험을 감소시키며, 일부 경우에는 제2형 당뇨병을 역전시케는 데 매우 효과적이라고 설명했다. 한센 박사는 "운동을 하지 못하거나 할 수 없는 사람들에게도 간헐적 단식은 포도당과 인슐린 수치를 정상 범위 내로 유지하고 이를 정상화하는 데 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 그는 건강한 식단과 규칙적인 운동이 인슐린 민감성을 향상시키고 인슐린 수치를 감소시키는 것이 잘 알려져 있다며 “이제 우리는 간헐적 단식이 동일한 효과를 발휘할 수 있고 심지어 제2형 당뇨병을 역전시킬 수 있다는 증거를 얻었다”고 설명했다. 간헐적 단식뿐만 아니라 빠른 걸음걸이가 제2형 당뇨병 발병 위험을 감소시킨다는 연구 결과도 나왔다. 영국 스포츠 의학 저널(British Journal of Sports Medicine)에 실린 최신 연구에 따르면, 걷기 속도가 빨라질수록 제2형 당뇨병 발병 위험이 줄어드는 것으로 밝혀졌다. 이 연구에서 분석한 결과, '보통 속도로 걷기'를 하는 사람들이 '느리게 걷기'를 하는 사람들에 비해 제2형 당뇨병 발병 위험이 15% 낮았으며, '빠르게 걷기'는 24%, '매우 빠르게 걷기'는 최대 39%까지 발병 위험이 감소하는 것으로 나타났다. 걷기 속도가 1km/h 증가할 때마다 당뇨병 위험이 9% 감소하는 것으로 분석됐다. 이는 걷기 속도가 빨라질수록 운동 강도가 증가해 당뇨병 위험 감소에 더욱 효과적일 수 있음을 시사한다.
- 생활경제
2024-02-02
美 MIT, 액체 금속 이용한 고속 3D 프린팅 기술 개발

미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구진이 액체 금속을 사용해 대형 알루미늄 부품을 몇 분 만에 제작할 수 있는 새로운 3D 프린팅 기술을 개발했다고 미국 기술 전문 매체 엔가젯(Engadget)이 최근 보도했다. 액체 금속을 활용한 이 3D 프린팅 기술은 기존 금속 3D 프린팅 기술에 비해 상당한 시간 단축이 가능하며, 대형 알루미늄 부품을 빠르게 제작할 수 있다. 이 기술은 이미 테이블 다리와 의자 프레임 등 가구 부품 제작에 사용되고 있다. '액체 금속 프린팅(Liquid Metal Printing, LMP)'으로 불리는 이 기술은 용융된 알루미늄을 미리 정의된 경로를 따라 작은 유리 비드 층 위로 분사하는 방식으로 작동한다. 이 유리 비드들은 알루미늄이 빠르게 굳어지며 3D 구조를 형성하도록 한다. 연구팀은 이 기술이 기존 금속 제조 공정보다 최소 10배 더 빠르다고 밝혔다. 그러나, 해상도가 낮은 한계로 인해 복잡한 형상의 부품 제작보다는 저해상도의 부품 제작에 더 적합하다는 설명이다. 연구팀은 저해상도 한계가 미세한 디테일이 필수적이지 않은 더 큰 구조물의 구성 요소 제작에는 심각한 문제가 되지 않을 것이라고 말했다. 이러한 구성 요소에는 가구 부품뿐만 아니라 건설 및 산업 디자인 부품도 포함된다. 예를 들어, 액체 금속 프린팅 기술을 통해 테이블 다리 등과 같은 가구 부품을 몇 분 만에 제작할 수 있다. 이와 함께, 건물이나 공장 구조에 필요한 대형 알루미늄 부품의 제작도 가능하다. 이 기술이 아직 초기 단계임에도 불구하고, 금속 제조 분야에서 혁신적인 가능성을 제시하고 있다는 평가를 받고 있다. 액체 금속 프린팅의 한계 액체 금속 프린팅으로 제작된 부품은 해상도가 낮음에도 불구하고 높은 내구성을 지니며 추가 가공을 견딜 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 기술로 제작된 제품이 기존의 와이어 아크 적층 제조 방식으로 제작된 제품보다 내구성이 뛰어나다고 보고했다. 또한, 연구팀은 빠른 속도와 높은 해상도가 동시에 필요한 작업에 대해 액체 금속 프린팅 기술을 다른 기술과 결합하는 것을 권장했다. 이 기술은 알루미늄 외에도 다양한 금속에 적용 가능하다. 연구팀은 알루미늄을 선택한 주된 이유로 건축 분야에서의 인기와 재활용 용이성을 들었다. 연구팀은 가열 과정의 일관성을 향상시키고, 금속의 고착 문제를 방지하며, 용융 금속의 흐름을 더 정밀하게 제어하기 위해 이 기술을 지속적으로 개선하는 작업을 계획하고 있다. 특히, 더 큰 노즐 직경으로 인해 불규칙한 인쇄를 일으키는 문제를 해결하는 것도 연구 과제 중 하나다. 연구팀은 이 기술이 금속 제조 분야에서 중대한 변화를 일으킬 수 있는 '게임 체인저'가 될 것으로 기대하고 있다. 최근 몇 년 동안 3D 프린팅 기술은 눈에 띄게 발전했다. 과학자들은 신체에 삽입되어 손상된 조직을 복구하고 청소할 수 있는 작은 3D 프린터를 개발했다. 또한 인간 심장의 작동 가능한 부분을 3D 프린팅하는 데 성공했다. 액체 금속 인쇄 기술이 상용화되면 기존 금속 제조 방식보다 부품을 훨씬 빠르고 효율적으로 제작할 수 있는 가능성을 열게 된다. 이는 제조업체의 생산성을 크게 향상시키고, 제품 비용을 절감하는 데 기여할 것으로 예상된다. 한국의 액체 금속 3D 프린팅 현황 그렇다면 한국의 액체 금속 3D 프린팅 기술은 어느 단계까지 왔을까. 국내 액체 금속 3D 프린팅 기술에 대한대표적인 연구기관으로는 한국과학기술원(KAIST), 한국생산기술연구원(KITECH), 한국전자통신연구원(ETRI) 등이 있다. KAIST에서는 액체 금속을 활용한 3D 프린팅용 합금 개발에 주력하고 있다. 이 합금은 기존의 금속 프린팅 합금에 비해 내구성과 인장 강도가 뛰어난 것으로 평가되어, 건설, 자동차, 항공우주 등의 분야에서의 응용 가능성이 기대된다. KITECH에서는 액체 금속 프린팅 기술을 통해 자동차 부품 제작에 관한 연구를 수행 중이다. 이 연구는 자동차 부품의 제조 공정 단축과 품질 개선을 목표로 하고 있다. 한국전자통신연구원의 경우, 인공지능(AI)을 적용한 3D 프린팅 시스템 개발에 착수했다. 이 시스템은 AI를 활용해 3D 프린팅 공정을 최적화하고, 부품 제조의 효율성 및 품질을 향상시키는 데 중점을 두고 있다. 이러한 연구 개발 노력을 바탕으로, 한국에서의 액체 금속 인쇄 기술 상용화 가능성이 점점 더 커지고 있다.
- 산업
2024-02-01
전기화학 기술, 가축 분뇨에서 친환경 자원 생산

환경 오염을 주범으로 여겨지는 가축 분뇨에서 친환경적으로 전기를 생산하는 기술이 개발됐다. 매년 전 세계 축산농가에서 30억톤 이상의 동물 배설물이 발생하고 있다. 이는 미국 엠파이어 스테이트 빌딩 9000개 이상에 해당하는 양이다. 모든 분뇨는 수질을 악화시키며 유독한 연기와 온실가스를 방출한다. 그러나 저렴한 전기를 이용해 동물 배설물을 재활용하고 귀중한 화학물질을 회수할 수 있는 기술이 개발돼 환경 오염을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 학술지 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에서는 '네이처 서스테이너빌리티(Nature Sustainability)'에 발표된 연구를 소개했다. 이 연구는 전기를 이용하여 동물 배설물에서 유기 영양소를 분해하고, 동시에 가치 있는 화학물질을 회수하는 새로운 방법을 제시한다. 초기 예측에 따르면, 이 방법으로 얻어지는 화학물질의 경제적 가치가 기술 구현 비용을 상회할 것으로 예상된다. 이는 농부들에게 수익성이 높은 선택지가 될 수 있음을 시사한다. 클락슨 대학의 김태영 화학자는 이번 연구에는 참여하지 않았지만 "풍력, 태양열 발전소에서 발생하는 값싸고 재생가능한 전기를 결합하면 거름이 풍부한 시골 농업 지역에서도 찬환경 전기가 생산될 수 있다"고 말했다. 많은 축산업자들은 이미 동물 배설물을 재활용하기 위해 노력하고 있다. 이들은 배설물을 분뇨 라군(연못)에 저장하여, 바닥에 침전된 암모니아가 풍부한 고형물을 준설하여 비료로 재사용한다. 또한, 남은 유기 화합물을 미생물이 메탄으로 분해하게 하여 이를 수집, 태워 전기를 생산할 수 있다. 이러한 방식은 지속 가능한 에너지와 농업 사이의 상호 작용을 보여주는 예이다. 그럼에도 불구하고, 엄청난 양의 암모니아와 기타 화합물이 자연환경으로 방출되어 해조류가 번성하고 물고기가 죽게 되는 환경오염이 발생한다. 이에 최근 몇 년 동안 몇몇 연구팀에서는 분뇨 라군에서 암모니아와 기타 귀중한 화학물질을 포착하기 위한 전기화학적 방법을 탐색하기 시작했다. 예를 들어, 2021년 실험실 연구에서 김태영 교수와 그의 동료들은 전류를 사용해 막을 통해 양으로 하전된 암모늄 이온을 유도하여 비료 전구체를 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 배터리 유형 설정을 보고했다. 그러나 멤브레인(두께가 얇은 막) 설정은 운영하기 어렵고 확장하는 데 비용이 많이 들 수 있다. 위스콘신 매디슨 대학교 환경 엔지니어인 모한 킨(Mohan Qin)과 동료 송진이 이끄는 연구팀은 2단계 접근 방식을 채택해 멤브레인을 없앨 수 있는 가능성을 확인했다. 두 단계 모두 KNiHCF(칼륨·니켈·헥사시아노철산염)라는 배터리 전극 재료를 사용한다. KNiHCF는 이온이 들어오고 나갈 수 있는 간격이 있는 층 구조를 가지고 있다. 연구원들은 KNiHCF의 층 간격이 나트륨이나 칼슘과 같이 분뇨에서 일반적이지만 가치는 떨어지는 이온 대신 암모늄 및 칼륨 이온을 끌어들이는 데 이상적이라는 것을 발견했다. 연구진은 이후 이온으로 채워진 KNiHCF 전극을 폐수 용액에서 제거하고, 이를 이온 전도성 전해질을 첨가한 깨끗한 물이 담긴 두 번째 용기에 두 번째 전극과 함께 배치했다. 전압을 가하면 전자가 두 번째 전극으로 흘러 들어갔고, 이로 인해 KNiHCF 전극에서 양전하를 띤 암모늄 및 칼륨 이온을 용액으로 끌어당겨 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 음전하가 생성됐다. 이 설정에는 보너스가 있다. 두 번째 전극의 음전하는 용액의 물과 산소를 유발하여 수소 가스나 과산화수소로 반응했는데, 두 가지 모두 회수된 암모니아 및 칼륨과 함께 판매될 수 있는 귀중한 화학물질이다. 연구팀은 KNiHCF 전극은 반복적으로 사용하면 성능이 저하되는데, 이 문제는 이미 해결 방안을 찾았다고 밝혔다. 연구원들은 또한 1000마리의 젖소가 있는 낙농장의 폐기물을 확장하고 관리하기 위한 설정의 잠재력을 평가하기 위한 분석을 수행했다. 그들은 전기 가격이 미국 평균인 킬로와트시(kWh)당 약 0.08달러(약 100원)로 책정될 경우 해당 운영에서 연간 최대 20만달러(약 2억6320만원)의 이익을 창출할 수 있을 만큼 귀중한 화학 물질을 생성할 수 있다는 사실을 발견했다. 송진 연구원은 재생 가능 전력이 일부 농촌 지역의 전기 비용을 2030년까지 kWh당 약 0.03달러(약 39원)로 낮출 수 있을 것으로 예상했다. 풍력이나 태양열 발전소는 종종 전력망이 처리할 수 있는 것보다 더 많은 전기를 생산하므로 엔지니어는 전력을 버리거나 터빈을 꺼야 했다. 이에 송진은 "풍력, 태양광과 결합할 수 있다면, 가격이 저렴할 때만 전기를 사용하도록 설계할 수 있다"고 말했다. 모한 킨은 "전체 공정이 얼마나 효율적인지 고려할 때, 전기화학적 처리는 거름에 있는 암모니아의 거의 70%를 포착하고 비슷한 양만큼 농장에서 배출되는 암모니아를 줄일 수 있다"며 "이것은 오래된 (가축 분뇨)문제를 처리하는 매우 간단하고 효율적인 방법"이라고 주장했다.
- 산업
2023-12-14
美 노스웨스턴대 "바다 쓰레기 주범 나일론, 촉매로 순식간에 '분해'"

바닷속 쓰레기로 전 세계가 몸살을 앓고 있다. 특히, 어망 등이 고래나 바다거북, 물개 등 해양생물을 칭칭 감싸고 있는 모습은 충격을 던져줬다. 나일론 어망 등은 뛰어난 내구성 때문에 자연 분해가 불가능해 해양동물과 산호초, 새, 바다 등을 위험에 빠뜨리고 있다. 해양 환경에 유입된 이들 물질은 분해되지 않고 수천 년 동안 머무를 수 있어 더욱 큰 폐해가 예상되고 있다. 그러나 최근 미국 노스웨스턴대학교 연구팀이 나일론을 분해하는 새로운 촉매를 개발해 이 같은 해양오염을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이 촉매는 몇 분 만에 내구성 높은 플라스틱 오염을 완전히 분해하는 것으로 알려졌다. 과학기술 전문 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'는 미국 노스웨스턴 대학 연구팀이 개발한 새로운 나일론 분해 촉매에 대해 최근 보도했다. 연구팀은 유해한 부산물을 생성하지 않고 몇 분 만에 나일론-6을 빠르고 깨끗하며 완전히 분해하는 새로운 촉매를 개발했다. 더 좋은 점은 이 공정에는 독성 용매, 고가의 재료 또는 극한 조건이 필요하지 않아 일상적인 응용 분야에 실용적이라는 점이다. 연구팀은 이 촉매를 활용해 해양 플라스틱 오염을 줄이는 것은 물론, 폐기물 재활용과 순환경제 활성화에도 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '켐(chem)'에 게재됐다. 이번 연구의 수석 저자인 노스웨스턴 대학의 토빈 마크스(Tobin Marks) 교수는 "전 세계가 플라스틱 문제의 심각성을 인식하고 있다"며 "우리는 플라스틱을 재활용하기 위해 폴리머를 분해하여 원래 형태로 되돌려 재사용할 수 있는 촉매를 개발하고 있다"고 말했다. 어망, 태평양 쓰레기 46% 차지 나일론-6은 의류, 카펫, 안전벨트 등 매일 사용되는 다양한 제품에 사용되는 소재다. 하지만 사용 후에는 매립되거나 해양을 포함한 환경에 방치되는 경우가 많다. 세계야생생물연맹(World Wildlife Federation) 보고에 따르면 매년 약 45만3592kg(약 100만 파운드)의 낚시 장비가 해양에 버려지며, 이 중 나일론-6로 만들어진 어망이 태평양의 거대한 쓰레기 더미에서 차지하는 비율이 최소 46%에 이른다. 현재 나일론-6 처리 방법은 주로 매립에 의존하고 있다. 나일론-6가 연소될 때는 질소산화물 같은 독성 오염물질을 배출해 조기 사망과 온실가스인 이산화탄소 배출 등의 문제를 야기한다. 마크스 교수는 플라스틱을 분해하는 과정에서 발생하는 오염물질 문제를 지적하며, 친환경 용매의 사용이 중요하다고 강조했다. 그는 "플라스틱을 분해하면 오염된 물이 남게 되며, 친환경 용매의 사용은 필수적"이라며 "어떤 종류의 용매가 환경에 더 적합한지 연구해야 한다"고 말했다. 업사이클링을 위한 나일론 복구 마크스 교수와 연구팀은 실험실에서 새로운 촉매를 개발했다. 이 촉매는 이트륨(지구상에 풍부한 경제적인 금속)과 란탄족 이온을 활용한다. 나일론-6를 녹는 온도까지 가열한 뒤 촉매를 추가하자, 용매 없이도 플라스틱이 분해되어 부산물 없이 원래의 빌딩 블록으로 복구됐다. 마크스 교수는 이 과정을 목걸이와 진주에 비유하며 설명했다. 그는 "폴리머는 목걸이와 같으며, 각 진주는 하나의 단위체, 즉 단량체다. 우리는 이 목걸이를 해체하여 진주, 즉 빌딩 블록을 회수하는 방법을 찾은 것"이라고 말했다. 실험을 통해 연구팀은 플라스틱의 원래 모노머를 99% 회수할 수 있었다. 원칙적으로 이러한 모노머는 현재 강도와 내구성에 대한 수요가 높은 고부가가치 제품으로 재활용될 수 있다. 이 실험을 통해 연구팀은 나일론의 원래 모노머를 99% 회수하는 데 성공했다. 이러한 모노머는 내구성과 강도가 높은 고부가가치 제품으로 재활용될 수 있다. 마크스 교수는 재활용된 나일론이 일반 나일론보다 경제적 가치가 더 높다고 강조했다. 나일론-6를 효율적으로 타깃팅 새롭게 개발된 촉매는 높은 수율의 단량체 회수뿐만 아니라, 선택성도 뛰어나 나일론-6 중합체에만 작용한다. 이는 폐기물 중에서도 나일론-6를 효과적으로 분리해낼 수 있다는 것을 의미하며, 업계에 대량의 분류되지 않은 폐기물에도 적용 가능함을 보여준다. 마크스 교수는 이 과정의 경제성과 효율성을 강조했다. 그는 "나일론 폐기물을 사람이 일일이 분류하는 것은 비용이 많이 들고 비효율적이다. 하지만 이 촉매가 나일론만을 대상으로 하고 다른 물질은 그대로 두기 때문에 효율적이다"라고 설명했다. 이 기술을 통해 회수된 모노머를 재활용하면 신규 플라스틱 생산의 필요성도 줄어들 수 있다. 마크스 교수와 연구팀은 이 새로운 공정에 대한 특허를 출원했으며, 이미 여러 산업 파트너로부터 관심을 받고 있다. 이들은 자신들의 촉매가 대규모로 활용되어 글로벌 플라스틱 문제 해결에 기여하기를 기대한다. 현재 이 연구는 폴리머 재활용 및 지속 가능한 재료 관리 분야에서 중요한 진전을 보이고 있다. 이러한 접근 방식은 현재 재활용 기술의 중요한 격차를 해결하고 나일론 폐기물 문제에 대한 실용적이고 효율적인 솔루션을 제공한다. 이는 플라스틱의 환경 발자국을 줄이고 순환경제에 기여하는 데 영향을 미칠 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-12-11
박테리아 게놈서 희귀 CRISPR 시스템 188종 발견

최근의 한 연구에서 과학자들은 박테리아 게놈에서 188종의 새롭고 희귀한 CRISPR(크리스퍼, 유전자 가위) 시스템을 발견했다. 새로 발견된 이 시스템들은 인간 세포의 DNA를 편집할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, RNA를 표적으로 하는 것은 물론 다양한 기능을 가진 여러 세포를 편집할 수 있다고 알려져 있다. 사이테크데일리에 따르면 188종의 CRISPR에는 수십억 개의 단백질 서열 중에서 발견된 새로운 7형 CRISPR-Cas 시스템이 포함된다. 이 접근법의 발견은 CRISPR 시스템을 활용하고 방대한 미생물 단백질의 다양성을 탐구할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다. 미국의 IT전문 매체 인터레스팅 엔지니어링(INTERESTING ENGINEERING)은 CRISPR는 유전자 가위와 같은 역할을 하는 유전자 편집 도구로, 과학자들이 원하는 위치의 DNA의 원하는 위치를 원하는 방식으로 변경할 수 있게 해준다고 보도했다. 이 기술에는 원하는 표적 유전자와 일치하는 가이드 RNA와 이중 가닥 DNA 절단을 유발하는 엔도뉴클레아제인 Cas9(크리스퍼 관련 단백질 9)의 두 가지 필수 구성 요소가 포함되어 있다. 하나는 원하는 표적 유전자와 일치하는 가이드 RNA이고, 다른 하나는 이중 가닥 DNA 절단을 유발하는 엔도뉴클레아제인 Cas9이다. CRISPR의 두 가지 구성 요소 중 가이드 RNA는 DNA 분자에서 표적 유전자를 인식한다. Cas9는 가이드 RNA를 따라 표적 유전자에 결합한 다음, DNA를 절단한다. 이 절단은 유전자의 활성이나 발현을 변화시킬 수 있다. CRISPR 시스템은 유전자 가위처럼 작용하여 DNA를 정밀하게 편집할 수 있는 혁신적인 유전자 편집 도구이다. CRISPR는 유전적 질병의 치료에 큰 잠재력을 가지고 있으며, 유전적 질병을 유발하는 유전자를 제거하거나 교체하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 혈우병이나 암과 같은 질병의 치료에 크리스퍼 기술을 활용할 수 있다. 그러나 크리스퍼의 사용은 윤리적인 문제를 야기하고 있다. 크리스퍼를 통해 인간의 유전자와 배아를 수정할 수 있다는 점은 유전적 우월주의를 조장하거나 개인의 신체적 자율성에 대한 침해 가능성을 제기한다. 이러한 윤리적 고려사항은 CRISPR 기술의 발전과 적용에 있어 중요한 고려사항으로 남아 있다. 새로운 알고리즘 '플래시클러스터' 이 연구는 MIT와 하버드 대학교의 브로드 연구소, MIT 맥거번 뇌 연구소, 그리고 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립 생명공학 정보 센터(NCBI)의 과학자들이 참여했다. 연구팀은 새로운 알고리즘인 '플래시클러스터(FLSHclust)'를 사용하여 이번 발견을 주도했다. 플래시클러스터는 대규모 게놈 데이터베이스를 신속하게 검색할 수 있는 기술로, 지역성 민감성 해시 기반으로 작동하여 유사한 개체를 클러스터링하는 방식으로 구성되어 있다. 이 기술을 활용함으로써 연구팀은 수십억 개의 단백질 및 DNA 염기서열을 훨씬 더 짧은 시간 안에 분석할 수 있게 됐다. 새로운 기능 발견 연구팀은 이 시스템 중 두 가지가 인간 세포의 DNA에 작은 변화를 일으킬 수 있다는 것을 확인했다. 또한 이러한 Type I 시스템은 CRISPR-Cas9과 크기가 유사하기 때문에 현재 CRISPR에 사용되는 것과 동일한 유전자 전달 방법을 사용하여 동물이나 인간의 세포에 전달될 수 있다. 또한, 또 다른 Type I 시스템은 셜록(SHERLOCK)과 같은 신속한 질병 진단에 사용되는 방법과 유사하게 표적화 후 광범위한 핵산 분해를 일으켰다. 이 연구는 또한 RNA 편집 및 유전자 발현 또는 세포 활동 감지에 유용한 Type IV 및 Type VII CRISPR 시스템의 새로운 기능을 발견했다. CRISPER의 잠재적 응용 이 연구는 CRISPR 시스템의 다양성과 게놈 편집, 진단 및 세포 활동 이해와 같은 다양한 분야에서의 잠재적 응용 분야를 탐구하는 것을 목표로 했다. 연구팀은 이 새로운 알고리즘을 통해 과학자들이 결과를 복구하고 생물학적 가설을 세울 수 있을 만큼 충분히 짧은 시간 프레임에 데이터를 분석할 수 있다고 설명했다. 연구소에 따르면 알고리즘은 분석 시간을 몇 달에서 몇 주로 단축했다. 이 연구는 박테리아 게놈에 존재하는 다양한 CRISPR 시스템의 잠재적 응용 분야를 탐구하는 데 중요한 단계이다. 새로운 알고리즘은 과학자들이 이러한 시스템을 더 빠르고 효율적으로 연구할 수 있도록 하여 새로운 치료법과 기술 개발에 도움이 될 수 있으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-12-05
콜레스테롤 55%↓ 유전자 편집 치료제, 사망자 발생

유전자 편집 치료제가 콜레스테롤 수치를 55%나 낮췄으나 사망자가 발생해 안전성 문제가 제기됐다. 과학 전문 매체 네오스코프(NEOSCOPE)는 최근 과학 저널 '네이처'를 인용해 연구진이 실험적인 유전자 편집 치료법을 통해 인간 피험자의 나쁜 콜레스테롤 수치를 극적으로 낮추는 데 성공했다고 발표했으나 이 치료법을 시험한 피험자 중 한 명이 사망하면서 안전성에 대한 우려가 나타났다고 보도했다. 임상시험에서는 선천적으로 저밀도 지단백(LDL), 즉 나쁜 콜레스테롤 수치가 높은 10명의 피험자를 대상으로 염기 편집 기술을 활용한 유전자 편집 치료제인 VERVE-101을 투여했다. 이 치료법은 간에서 발견되며 LDL 콜레스테롤 수치를 조절하는 PCSK9 단백질의 유전자를 차단하는 방식으로 작동한다. LDL 수치가 높으면 관상동맥 심장 질환과 같은 심각한 건강 문제를 유발할 수 있는 위험 요소로 알려져 있다. 염기 편집 기술, 특히 '크리스퍼(CRISPR)'를 이용한 방식은 세균이 외부 유전자로부터 자신을 보호하기 위해 사용하는 자연적인 방어 시스템을 기반으로 한다. 이 시스템은 DNA 내에 특정 염기 서열과 일치하는 DNA 절단효소를 결합하여 DNA를 절단하는 방식으로 작동한다. 절단된 후, 세포의 DNA 복구 시스템이 활동하여 절단된 부분을 복구하면서, 연구자들이 원하는 새로운 염기 서열로 교체된다. 임상 실험 결과, 피험자들에게 VERVE-101 치료제를 투여한 후 28일이 지난 시점에서 LDL(나쁜 콜레스테롤) 수치가 평균 55% 감소하는 등의 놀라운 효과가 나타났다. 실험에 앞서 피험자들의 평균 LDL 수치는 193mg/dL로, 의학적으로 권장되는 100mg/dL을 크게 초과하는 매우 높은 수치였다. 치료제 주사 6개월 후에도, 고용량의 VERVE-101을 투여받은 참가자들의 LDL 수치는 지속적으로 낮은 상태를 유지했다. 이는 VERVE-101이 장기간 LDL 수치를 효과적으로 낮출 수 있는 가능성을 시사하는 결과로, 심혈관 질환의 예방과 관리에 중요한 영향을 미칠 수 있는 중대한 발견이다. 피츠버그 대학의 심장 전문가인 리투 탐만(Ritu Thamman) 박사는 VERVE 101의 유전자 편집 기술이 기존의 스타틴 치료법에 비해 더 효과적일 수 있다고 언급했다. 탐만 박사는 이번 임상시험에 직접 참여하지는 않았지만, 유전자 편집 기술이 기존의 치료법과 비교하여 혁신적인 가능성을 가질 수 있다고 강조했다. 이 연구는 유전자 편집 기술이 콜레스테롤 수치를 낮추는 데 있어 새로운 효과적인 방법을 제공할 수 있음을 보여준다. 그러나, 임상 시험 참가자들 중 일부는 치료 후 독감과 유사한 증상으로 오한, 발열, 두통을 겪었으며, 간 효소 수치가 일시적으로 증가하는 부작용을 경험했다. 임상시험 결과, 10명의 참가자 중 1명은 투여 후 약 5주 만에, 또 다른 피험자는 투여 후 단 하루 만에 심장마비로 사망하는 사건이 발생했다. 이와 관련하여, '네이처(Nature)'는 제3자 전문가들로 구성된 안전성 패널이 이 두 건의 사망 사례가 VERVE-101 치료제 때문이 아니라, 피험자들이 이미 앓고 있던 진행성 심장병 상태 때문이라고 전했다. 이러한 사건은 임상시험의 복잡성을 보여주며, 피험자의 건강 상태와 같은 다양한 요인을 고려해야 할 필요성을 강조한다. 또한 새로운 치료법의 안전성과 효과성을 평가할 때 주의 깊은 접근이 필요함을 나타낸다. 한편, 네이처에 따르면 매사추세츠주 보스턴의 생명공학 기업 버브 테라퓨틱스(Verve Therapeutics)는 2025년 VERVE-101의 임상 2상을 시작할 예정이다.
- IT/바이오
2023-11-28
[퓨처 Eyes(6)] SF가 현실로? 금속도 자가 치유한다

금속이 자체적으로 균열을 복구하는 모습이 관찰됐다. 10일(현지시간) 과학 전문 매체 '사이테크데일리'에 따르면, 텍사스 A&M대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 예측했던 금속의 자가 치유 현상이 올여름에 발견되어 세계 과학자들을 충격에 빠뜨렸다. 연구 과정에서 아주 작은 백금 조각에 지속적인 스트레칭을 가하자 미세한 균열이 형성됐다. 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어지는 '금속의 피로' 현상의 균열 성장을 살펴보기 위해 설계된 이 실험은 처음에는 과학자들의 예상대로 진행됐다. 견고한 금속은 외부의 힘이 반복해서 작용하면 눈에 보이지 않는 미세한 균열이 발생하고, 마침내 부러지게 된다. 그러나 실험도중 예기치 않게, 균열이 더 이상 커지지 않고 오히려 줄어들기 시작하는 금속이 스스로를 '치유 복구'하는 모습이 관찰됐다. 금속의 피로 현상은 교각이나 건축물이 망가지거나, 항공기의 부품 파손 등 기계가 손상되는 주요 원인으로 꼽힌다. 그로 인해 학계는 금속 피로 현상을 스스로 복구하는 소재 개발에 집중해왔다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 올 여름 나노 결정질 금속의 균열 실험 중 놀라운 금속 자가치유 현상을 발견했다. 그 결과는 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 이런 자가 복구 능력은 지금까지 공상 과학 소설에서나 나올 법한 이야기로 여겨졌다. 하지만, 텍사스 A&M 대학의 재료 과학 및 공학부 교수이자 이 연구의 공동 저자인 마이클 뎀코비츠 박사는 그런 가정을 뒤엎는 놀라운 발견을 했다. '금속 피로 복구' 10년 전 예측이 현실로 뎀코비츠 박사와 그의 팀은 10년 전 매사추세츠 공과대학의 조교수 시절 이미 금속의 자가 치유 현상을 예상했다. 당시 뎀코비츠 교수는 일정 조건이 갖춰지면 비록 나노 수준이지만 금속의 균열 복구가 이론적으로 가능하다고 주장했다. 뎀코비츠 박사는 "처음엔 금속의 치유나 복구를 목표로 한 것은 아니다. 저의 제자 구오샹 쉬가 골절에 관한 시뮬레이션을 진행 중이었다"며 회상했다. 이어 "우연히 시뮬레이션에서 금속의 자연 치유 현상을 발견, 이에 대한 추가 연구를 시작하기로 결정했다"고 덧붙였다. 2013년 당시의 연구 결과도 이번만큼이나 눈길을 끌었다. 특수 전자현미경인 투과형 전자 현미경기술이 발달하면서 금속의 나노 스케일 피로 균열 관찰이 가능해진 점도 이 현상을 발견하는 데 도움이 됐다. 뎀코비츠 박사의 공동 연구팀은 금속 피로현상 조사 과정에서 백금의 자가치유 능력을 발견했다. 뎀코비츠 박사는 "진공 상태의 백금 조각에 나노 스케일의 균열을 내고 이를 초당 200회 당겨 군열 변화를 관찰했다며 실험 시작 40분 뒤 백금 표면의 균열이 복구됐다"고 설명했다. 그는 "당시 나와 우리 팀, 동료들까지도 모두 이 이론에 대해 의구심을 가지고 있었다"고 회상했다. 그렇지만, 그의 시뮬레이션은 이후 몇 년 간 여러 연구자들에게 검증되며 확장되어왔다. 뎀코비츠 박사는 "다른 연구자들도 같은 결과를 시뮬레이션에서 확인해, 우리의 모델링에 오류가 없다는 것이 확실해졌다"면서도 "그럼에도 불구하고, 지금까지 실제 실험은 이루어지지 않았다"고 덧붙였다. 2013년의 모델과 최근의 실험에서는 둘다 나노 단위로 결정 구조나 입자 크기가 측정되는 나노결정 금속이 사용됐다. 이 단위는 100만분의 1밀리미터(mm)를 의미한다. 뎀코비츠 박사에 따르면, 이러한 나노결정 금속은 엔지니어링에서는 널리 활용되지 않지만 대다수의 금속을 이 형태로 제작할 수 있다. 뎀코비츠는 나노 결정 금속의 작은 입자 크기 때문에 더 많은 미세 구조적 특징이 있어, 균열 사이의 상호작용이 쉽게 일어난다고 설명했다. 이는 자가 치유 연구를 용이하게 했다. 두 연구에서 모두 입자 경계의 이동 방향이 균열의 치유에 영향을 미친다는 공통점을 발견했다. 뎀코비츠 박사는 이런 특징이 다양한 금속과 합금에서도 확인될 수 있으며, 조절이 가능하다고 말했다. 진공 환경에서 실험 성공 뎀코비츠 박사는 "현재 연구의 주요 성과는 이론적 예측이 단순히 '도면 상의 아이디어'에서 벗어나 실제로 가능하다는 것을 입증한 것"이라고 강조했다. 그는 "아직 우리는 자가 치유를 위한 미세 구조의 최적화 작업에 발을 들이지도 않았다. 어떤 구조적 변화가 금속의 자가 치유를 더욱 촉진시킬지를 파악하는 것은 앞으로의 연구에서의 큰 도전"이라고 말했다. 이 연구의 발전 가능성은 매우 광범위하다. 뎀코비츠는 입자 크기의 더 큰 일반적인 금속에서도 이런 자가 치유 과정이 일어날 수 있을 것이라고 지적하면서, 그에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 밝혔다. 2013년의 이론과 최근 실험 사이의 주요 연결점은 둘 다 외부 물질이 혼입되지 않는 진공 상태에서 이루어졌다. 외부 요소는 금속의 균열 표면이 재결합하거나 냉간 용접 과정을 방해할 수 있기 때문이다. 이런 제한사항에도 불구하고, 이 기술은 우주선 혹은 외부 대기로부터 보호되는 내부 균열처럼 특정 환경에서는 유용하게 활용될 수 있다. 10년이 흐른 지금, 뎀코비츠의 금속 자가치유 초기 이론은 샌디아 국립연구소의 실험을 통해 그 가치가 입증됐다. 이번 연구를 통해, 뎀코비츠는 최근에 관찰된 결과가 그의 초기 시뮬레이션 모델과 일치함을 확인할 수 있었다. 뎀코비츠 박사는 "이 실험은 진정으로 놀랍다. 이론적 측면에서도 의미가 크다"고 말했다. 그는 "물질의 복잡한 특성으로 인해 자신있게 새로운 현상을 예측하는 것은 종종 매우 어려운 일이다. 이번 발견은 물질의 반응에 대한 우리의 이론적 접근이 옳은 방향을 향하고 있다는 확신을 갖게 해준다"고 말했다. '퓨처 아이즈(Future Eyes)'는 지금까지 경험하지 못한 혁신 기술이 어떻게 새로운 세상을 창조하는지 탐색한다. 애플의 아이폰은 휴대폰 산업의 판도를 바꾸었으며, 오픈AI의 챗GPT는 AI의 유행을 일으키며 우리의 일상과 기업 환경에 변화를 가져왔다. 메타버스부터 플라잉카, 휴머노이드 로봇, 양자 컴퓨팅, 핵 융합에 이르기까지, 이 시리즈는 혁신적인 기술과 그것이 우리 생활에 미치는 영향을 짚어본다.
- 포커스온
2023-10-12
암 예방 식단 6가지…"야채·과일·통곡물 섭취"

야채와 과일, 통곡물 등이 암을 예방하는 식품으로 다시 한 번 확인됐다. 폭스 뉴스는 "최근 암의 발병에는 여러 가지 위험 요인이 있다. 성별이나 나이, 가족력과 같은 일부 요소는 우리가 통제할 수 없지만 올바른 영양 섭취는 암 발병 위험을 감소시킨다"며 균형잡힌 식단의 중요성을 강조했다. 플로리다 마이애미 비치의 마운트 시나이 메디컬 센터(Mount Sinai Medical Center)의 여성 산부인과 의학 센터 이사 겸 암 연구 위원회 공동 의장인 브라이언 슬로모비츠 박사는 "비만률이 높아지고 있고 계속 증가하는 추세다. 이는 많은 암의 위험 요소"라며 "건강하고 균형잡힌 식단은 이러한 암을 줄이는 데 도움이 된다"고 말했다. 워싱턴주 케너윅(Kennewick)에서 암환자와 생존자들과 함께 작업하는 등록 영양사이자 암 영양 전문가인 니콜 앤드류스는 암 발병 위험을 줄이기 위해 채식 위주의 식품을 주식으로 하라고 조언했다. 그녀는 "과일, 야채, 통곡물, 견과류나 씨앗류를 풍부하게 섭취하는 식이요법이 좋다"고 설명했다. 앤드류스는 "이러한 식품에는 필수 비타민, 미네랄, 섬유질 및 항상화제가 함유되어 있어 다양한 유형의 암 발병을 감소시킨다"고 설명했다. 식물성 식품 위주 식단 앤드류스는 "식물성 식품 위주의 식단은 암 위험 감소뿐만 아니라 전반적으로 건강에 필요한 영양소를 공급한다"며 "이런 식이요법은 암 예방과 암 생존자의 건강에 장기적으로 긍정적인 효과를 줄 수 있다"고 말했다. 또 "식물성 식품에는 비타민, 미네랄, 섬유질, 파이토케미컬(산화 스트레스와 염증 방지)과 항산화제(조직의 유해한 손상 예방)와 같은 건강을 지키는 영양소들이 풍부하게 들어있다"고 지적했다. 그녀는 이러한 성분들은 세포 사멸(해로운 세포 제거), DNA 복구, 호르몬 조절 및 염증 반응 등의 메커니즘을 통해 암세포 생성을 억제한다고 설명했다. 방사선 종양학 전문의이자 어드밴스헬스(AdventHealth, 재림교회의 비영리 의료 시스템)의 수명의학 전문가인 엠버 오르만 박사는 "식물 중심의 식이요법과 운동 등의 건강한 라이프스타일을 함께 실천하면 암을 최대 40%를 예방할 수 있다"고 말했다. 그는 "강력한 항암 효과를 가진 식품에는 진한 녹색 잎 채소, 십자화 채소, 버섯, 두유 및 대두 제품, 베리, 껍질이 있는 사과, 생강, 마늘, 우코린, 그라운드 플랙스, 그리고 레몬이 있다"고 설명했다. 그는 "가능하면 현지에서 재배된 유기농 식품을 선택하는 것이 좋다"면서, 암 위험을 감소시키기 위해 반드시 고기를 피하거나 완전한 채식을 할 필요는 없다고도 말했다. 가공육과 알코올 배제 오르만 박사는 "식물성 식단은 가공육과 알코올 음료를 제외한 모든 음식을 포함한다"며, "식사나 간식의 3분의 2는 야채, 과일, 통곡물, 콩류, 견과류 또는 씨앗을 중심으로 구성되어야 한다. 나머지 3분의 1은 유제품, 계란, 저지방 동물성 단백질, 건강한 지방과 절제된 양의 디저트로 구성되는 것이 좋다"고 설명했다. 그는 환자에게 동물성 제품을 '조미료'라고 여기면서 식물 섭취를 늘리라고 조언했다. 그는 "대부분의 환자들은 최소 80%의 식물로 구성된 식단을 섭취한다"고 말했다. 앤드류스는 가공되지 않은 육류 중심의 닭고기, 칠면조, 생선, 해산물 및 식물성 단백질과 같은 저지방 단백질 공급원을 선호하고 붉은 색 육류 소비를 줄이는 것은 여러 가지 암 예방에 도움이 된다고 말했다. 암 예방 단백질 식품 앤드류스가 추천한 암을 예방하는 단백질 식품은 다음과 같다. 1). 육류, 가금류 및 달걀: 소고기, 양고기, 염소고기, 돼지고기 등심, 껍질을 벗기지 않은 닭고기 및 칠면조, 메추라기, 오리, 강화 오메가-3 달걀의 살코기, 생선 및 해산물: 연어, 참치, 대구, 새우, 고등어, 랍스터, 메기, 게, 저지방 유제품: 요구르트, 우유, 치즈 및 코티지 치즈 2). 콩류: 콩, 완두콩, 렌즈콩(렌틸콩), 현미, 통밀, 퀴노아, 귀리와 같은 통곡물은 섬유질이 풍부해 소화를 돕고 암 예방의 핵심 요소인 건강한 체중을 유지하는 데 도움이 된다. 또한 통곡물의 섬유질은 혈당 수치를 조절하고 인슐린 저항성을 감소시켜 결장직장암과 같은 특정 암의 위험을 낮출 수 있다. 정제된 곡물보다 통곡물을 선택하면 암 위험을 줄일 수 있다. 또 전반적인 건강을 개선하는 데 도움이 되는 풍부한 영양소와 보호 화합물을 우리 몸에 제공할 수 있다. 섬유질 섭취 증대 앤드류스는 암 위험 감소 다이어트 계획의 일환으로 매일 30g의 섬유질 섭취를 권했다. 섬유질 섭취를 늘리기 위한 팁은 다음과 같다. 1). 아침 식사로 고섬유질 시리얼 또는 오트밀 섭취가 좋다. 2). 백미와 파스타를 현미나 통밀 파스타와 같은 통곡물로 바꾼다. 3). 콩이나 렌틸콩과 같은 콩류로 만든 수프, 스튜, 샐러드 등을 섭취한다. 4). 가공 된 스낵 대신 과일, 채소와 견과류를 섭취한다. 5). 아티초크, 치아씨드, 완두콩, 아보카도, 퀴노아, 라즈베리, 배, 보리 등 다양한 고섬유질 식품을 식사에 포함시킨다. 앤드류스는 "섬유질이 풍부한 음식을 식단에 포함시키면 일일 섬유질 섭취에 크게 기여하고 암 위험을 낮추는 데 도움이 될 수 있다"며, 단 "알코올 섭취는 구강암, 인후암, 식도암, 간암, 유방암 및 결장직장암을 포함한 다양한 유형의 암 위험 증가와 밀접한 관련이 있다"고 경고했다. 또 "알코올은 DNA를 손상시키고 염증을 촉진하며 신체가 필수 영양소를 흡수하는 능력을 방해할 수 있으며, 발암에 기여한다"며 많은 여성들이 알코올 관련 질환으로 사망하고 있다는 연구 결과가 나왔다고 전했다. 안드류스는 암 발병 위험을 줄이고 더 건강한 생활을 유지하기 위해 알코올 음료를 무알코올 음료로 대체할 것을 권장했다. 알코올 대체 추천 음료로는 1). 감귤류 또는 허브가 함유된 탄산수, 2). 카모마일 또는 페퍼민트와 같은 허브 차, 3). 신선한 과일 스무디, 4). 아이스 녹차 레모네이드, 5). 코코넛 워터, 6). 레몬을 곁들인 무가당 아이스티, 7). 수제 과일 주스나 과일 물 등이 있다. 앤드류스는 이러한 음료는 갈증을 해소할 뿐만 아니라 알코올 섭취와 관련된 잠재적인 암 위험 없이 수분과 필수 영양소를 제공하며, 일일 나트륨 섭취량을 2400mg 이하로 줄이는 효과가 있다고 말했다. 나트륨 섭취 감소 또 과도한 나트륨 섭취는 위벽을 손상시키고 위암 발병 가능성을 높일 수 있다. 나트륨을 줄이는 세 가지 실용적인 팁은 첫째 식품 라벨을 주의 깊게 읽고 '저염' 또는 '소금 무첨가'라고 표시된 제품을 선택한다, 둘째 나트륨 함량이 높은 가공 식품이나 포장 식품을 제한하고 과일과 채소, 저지방 단백질과 같은 신선한 식품을 우선시한다, 셋째 소금 대신 허브, 향신료, 마늘, 레몬, 식초와 같은 천연 양념을 사용해 식사하는 게 좋다. 앤드류스는 "이러한 전략을 채택함으로써 일일 나트륨 섭취량을 크게 줄이고 위암 위험을 줄일 수 있다"면서 "핵심은 점진적으로 건강한 식습관을 통합하는 것으로 일상생활에서 지속적으로 실천하는 것이 좋다"고 말했다. 전문가들은 "그러나 개인마다 건강상태나 몸의 상태가 다르기 때문에 종합적인 건강 관리를 통해 암에 대한 위험을 최소화하는 것이 중요하다"고 조언했다.
- 생활경제
2023-09-19
발각시 액화되는 '스파이 로봇' 개발

서울대 재료공학부 강승균 교수팀 연구원들이 자외선(UV)과 열에 반응해 자가 붕괴하는 '에퍼멀 로봇(Ephemeral Robot)'의 프로토타입(본격적인 상품화에 앞서 성능을 검증 및 개선하기 위해 간단히 핵심 기능만 넣어 제작한 기본모델)을 개발했다. 연구원들이 개발한 이번 에퍼멀 로봇은 자외선(UV)과 열에 접촉하면 스스로 분해 될 수 있는 실리콘 엘마스토머(silicone elastomer)를 이용해 제작했다. 임무 중에는 기능을 유지하고 필요에 따라 액화해 수명 주기를 제어하여 중요한 데이터의 보안을 유지 할 수 있다. 이 로봇은 적에게 노출되면 스스로 녹아 사라질 수 있는 장점을 보유하고 있어 정찰 로봇 등 군사적 활용도가 높을 것으로 기대된다. 그러나 애퍼멀 로봇의 대표적인 소재인 열경화 실리콘은 내열성 및 내화학성이 강해 소재 분해에 적합하지 않는 지적이다. 열경화 실리콘 기반의 소프트 로봇의 분해를 위해서는 300°C까지의 극한 온도와 유사한 극단적인 pH 수준에 견뎌야 하는 문제를 먼저 해결해야 한다. 서울대 연구팀은 자외선 감응형 소재를 활용해 본연의 장점을 유지하면서 강한 자외선을 통해 가교 고분자를 쉽고 빠르게 분해할 수 있으며, 큰 열에너지나 극단적인 pH 조건이 갖춰지지 않아도 로봇이 스스로 액화될 수 있다고 말했다. 개발 소재를 소프트 로봇에 적용해 분해를 쉽게 함으로써 다양한 분야로의 응용 가능성을 열었다. 광 감응형 플루오린 발생제를 첨가한 실리콘 탄성 복합체 기반 자외선 감응형 소재는 복구할 수 없는 분해 가능한 소재다. 기존 실리콘과 같은 간단한 합성 프로세스와 뛰어난 기계적 특성을 가졌으며, 가교 구조의 고분자를 쉽고 빠르게 분해할 수 있도록 설계됐다. 연구팀은 해당 재료 시스템을 기반으로 소프트 로봇을 제작하고 주위 환경을 정찰할 수 있는 초박형 전자소자를 제작·탑재해 자외선, 온도, 로봇의 움직임까지 실시간으로 측정하는 로봇 시스템을 구현했다. 프로젝트 주요 저자인 서울대학교 재료과학 및 공학부의 오민하 박사는 "유연한 로봇이 주어진 미션을 완료 후에 붕괴가 필요한 상황이 되면, 로봇이 스스로 붕괴 절차를 밟으며 2시간 이내에 붕괴된다"고 설명했다. 이번에 개발한 로봇의 소재는 경직되지 않은 실리콘 엘라스토머(실리콘 수지)를 기반으로 한다. 내부에는 자외선으로 활성화되는 디페닐요오노늄 플루오라이드(DPI-HFP) 생성기가 분산되어 있으면서, 작은 LED를 통해 자외선 빛에 노출되면 실리콘 소재는 플루오라이드 이온(F −)을 방출하여 구조 전체가 즉시 붕괴된다. 자외선 자극에 반응해 Si-O-Si 결합이 F− 이온을 통해 균열되며 전체 구조가 파괴된다. 연구자들은 이 장치를 테스트하기 위해 다양한 전자 기기(온도 및 자외선을 측정하는 응력 센서 등)에 장착해 테스트를 진행했다. 로봇의 형태는 생분해성 폴리락틱 애씨드(생분해성 폴리머) 형태의 몰드 내에서 DPI-HFP-실리콘 혼합물을 60°C에서 30분 동안 경화시켰으며, 자가파괴 과정은 자외선을 활성화하고 60분 동안 120°C로 녹이는 것으로 시작된다. 이 시스템이 적용돼 파괴된 로봇은 실리콘 복합물과 기능이 없는 얇은 전자 부품을 포함한 오일 형태의 잔여물만 남긴다. 연구팀은 이 기술이 로봇 폐기물을 줄이는 데 도움을 주는 것뿐만 아니라 군사 작전과 접근하기 힘든 지역의 탐사 로봇에도 적용될 수 있다고 예상하고 있다. 연구원들은 사용자 안전을 고려한 액화 로봇 후속 연구를 계속 진행할 계획이라고 전했다.
- IT/바이오
2023-09-12