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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(77)] 나사, 소변을 식수로! 혁신적인 새 우주복 개발

미국 과학자들이 소변을 식수로 5분만에 바꿀 수 있는 획기적인 우주복을 설계했다. 코넬 대학교 연구진은 영화 '듄'에 등장하는 전신 '스틸슈트'와 같은 공상 과학 기술을 현실로 구현하기 위한 우주복용 소변 수집 및 여과 시스템 시제품을 개발했다고 영국 일간지 더 가디언스와 과학 전문 웹사이트 PHYS.org, 라이스사이언스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 우주 유영중인 우주 비행사들이 우주복 안에서 용변을 해결해야 하는 것은 잘 알려진 사실이다. 이는 불편하고 비위생적일뿐만 아니라 ,국제 우주 정거장(ISS)내 폐수와 달리 우주 유영 중 발생하는 소변 속 물을 재활용할 수 없다는 점에서 낭비적인 측면도 있다. 스틸슈트는 땀과 소변을 통해 손실되는 수분을 흡수, 정화하여 식수로 재활용하는 기능이 있다. 나사의 새 우주복 디자인은 '프론티어스 인 스페이스 테크놀로지(Frontiers in Space Technology)' 저널에 게재됐다. 연구팀은 진공 기반 외부 도뇨관과 정삼투-역삼투 통합 장치를 통해 우주 비행사에게 지속적으로 식수를 공급하며, 다양한 안전 장치를 통해 안전을 보장한다고 밝혔다. 미국 나사가 2025년과 2026년에 예정된 유인 우주 탐사선 아르테미스 Ⅱ와 아르테미스 Ⅲ 임무를 위해 개발된 이 시스템은, 기존 우주복의 폐기물 관리 시스템인 MAG(Maximum Absorbency Garment)의 불편함과 비위생 문제를 해결하려고 했다. MAG는 1970년대 후반부터 사용된 일종의 성인용 기저귀로, 누출 및 요로 감염, 위장 장애 등 건강 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 연구팀이 개발한 소변 수집 장치는 유연한 직물로 만들어진 속옷과 실리콘으로 제작된 수집컵으로 구성된다. 수집 컵은 남녀 신체 구조에 맞게 설계되었으며, 내부에는 폴리에스터 극세사 또는 나일론-스판덱스 혼합 소재가 사용되어 소변을 흡수하고 진공 펌프를 통해 빨아들인다. 수집된 소변은 우주복 등에 부착된 여과 시스템으로 이동하며, 2단계 장삼투-역삼투를 통해 87% 효율로 재활용된다. 정제된 물은 전해질을 추가하여 식수로 사용 가능하다. 500ml 소변을 수집하고 정화하는 데는 5분이 소요된다. 이 시스템은 제어 펌프, 센서, 액정 디스플레이 화면을 포함하며, 20.5V, 40Ah 배터리로 작동한다. 크기는 38x23x23cm, 무게는 약 8kg으로 우주복 뒷면에 부착할 수 있도록 작고 가볍게 설계됐다. 현재 시제품이 완성됐으며, 향후 모의 환경 및 실제 우주 유영에서 테스트될 예정이다. 이를 통해 시스템의 기능성과 안전성을 검증하고 실제 우주 임무에 적용할 수 있을 것으로 보인다.
- 포커스온
2024-07-15
영국 어린이 암 환자, 로봇 덕분에 학교 수업 참여

암으로 투병 중인 영국 런던의 한 학생이 대화형 로봇의 도움을 받아 학교 수업을 따라가고 있다고 BBC가 전했다. 주인공은 12세의 하워드. 하워드는 지난해 12월 희귀암 중 하나인 팔암 진단을 받고 올 1월부터 집중적인 화학 치료를 시작했다. 이 때문에 학교 출석률은 50% 미만으로 떨어졌다. 트위크넘에 소재한 학교에 다니던 하워드는 학교 수업을 따라가기 위한 방법을 찾았고, 'AV 하워드'라는 대화형 아바타와 시청각 로봇을 소개받아 집과 병원에서 수업을 받을 수 있게 됐다. 하워드가 수업을 받을 수 있도록 교사 및 동료 학생들은 AV 하워드를 수업에 활용하는 교육도 받았다고 한다. 하워드는 AV 하워드에 부착된 카메라를 사용해 책과 워크시트를 읽을 수 있었으며, 내장 스피커를 통해 동료 학생들과 대화할 수 있었다. 동료 학생들은 수업 시간마다 교대로 로봇을 운반해 하워드가 나머지 수업에 참여할 수 있도록 지원했다. 동료 학생들에게도 새로운 방식의 로봇 협업 수업이 교육 효과를 높이는 것으로 평가됐다. 수업에 더 적극적으로 참여하고 로봇과의 대화에 더 큰 흥미를 느꼈다는 것이다. 마틴 오설리번 교장은 "암 치료를 받는 학생은 교육 현장에서 멀어질 수밖에 없고, 학습 진도를 따라가지 못하는 물리적인 측면은 물론 동료와의 사회 생활을 이어가지 못하는 정신적인 건강 측면에서도 큰 문제가 될 수 있다. AV 하워드를 활용한 교육은 다양한 이유로 현장에서 교육을 받을 수 없는 학생들에게 희망을 주는 미래가 될 것"이라고 기대했다. 이 로봇은 하워드 등 중환자 어린이와 그 가족을 지원하는 자선단체인 차트웰 어린이 암 신탁(Chartwell Children's Cancer Trust)에서 제공했다. 하워드 지원이 긍정적인 효과를 보임에 따라 차트웰 신탁은 더 많은 어린이들이 로봇의 도움을 받을 수 있도록 조치할 방침이다. 차트웰 신탁의 가족 지원 담당 엠마 설은 "어린이 환자를 돌보고 있는 가족이 필요로 하는 것은 무엇일까를 끊임 없이 고민한다. 하워드에게 가장 필요한 것은 교육에 접근하는 것이었고, AV 하워드를 통해 솔루션을 찾아 냈다”고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-12
[신소재 신기술(75)] 땀으로 혈당 측정하는 소형 레이저 장착 밴드, 당뇨 관리 혁신 이끌다

땀으로 혈당 등 건강상태를 측정할 수 있는 소형 레이저가 장착된 밴드(일종의 반창고)가 개발됐다. 싱가포르 난양공과대학(NTU) 연구진은 땀을 통해 건강 지표를 추적할 수 있는 혁신적인 미세 레이저 장착 밴드를 개발했다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 이 혁신적인 밴드는 마이크로레이저 기술을 부드러운 하이드로겔 필름에 통합해 실시간으로 정밀한 바아오마커(생체 지표)를 감지한다. 특히 이 기술은 당뇨병 환자의 경우, 채혈 없이 혈당 수치를 실시간으로 확인할 수 있어 편의성을 크게 높였다. NTU 전자전기공학부(EEE) 연구팀은 액정 방울에 마이크로레이저를 캡슐화하고 액체를 부드러운 하이드로겔 필름에 내장함으로써 석고처럼 작고 유연한 빛 기반 감지 장치를 만들어 팔에 부착함으로써 몇 분 안에 매우 정확한 바이오마커 판독값을 제공할 수 있었다. 인간의 땀에는 포도당, 젖산, 요소와 같은 건강 상태를 나타내는 바이오마커가 포함되어 있으며, 이를 통해 다양한 건강 상태를 파악할 수 있다. 기존에는 당뇨병 환자들이 혈당 수치를 모니터링하기 위해 손가락 채혈과 같은 침습적인 방법에 의존해 왔다. 하지만 이런 방법은 통증과 불편함을 야기할 수 있다. 센서 기반 장치도 있지만 비용이 많이 들고 장시간 피부에 부착하면 불편함을 느낄 수 있다는 단점이 있다. NTU 연구팀은 미세 레이저 기술을 부드러운 하이드로겔 필름에 통합하여 유연하고 컴팩트한 센서 장치를 개발했다. 이 장치는 땀 속 생체 지표 수준을 빠르고 정확하게 감지해 채혈 등의 침습적인 절차 없이 건강 상태를 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 이 밴드가 건강 모니터링 기술의 중요한 발전이라고 강조했다. 밴드의 각기 다른 색깔의 점들은 포도당, 젖산, 요소를 나타내며 동시에 세 가지를 모두 모니터링할 수 있도록 설계됐다. NTU의 EEE 조교수이자 바이오디바이스 및 바이오인포매틱스 센터 첸 유청 소장은 "저희의 혁신은 당뇨병 환자가 건강을 모니터링하는 비침습적이고 빠르고 효과적인 방법을 나타낸다. 마이크로레이저와 소프트 하이드로겔 필름을 결합함으로써 환자에게 보다 즐거운 건강 모니터링 경험을 제공하는 웨어러블 레이저의 실현 가능성을 입증했다"고 말했다. 실험 결과, 이 밴드는 기존 기술보다 100배 더 민감하게 0.001mm의 미세한 생체 지표 변화를 감지하는 놀라운 성능을 보였다. 이러한 정밀도는 생체 지표 추적 정확도를 높여 사용자의 건강 상태를 자세히 파악할 수 있게 한다. 연구의 제1저자인 NTU 박사 후보생 니 닝위안은 "저희 기기는 바이오마커 수치의 높고 낮은 범위를 모두 감지할 수 있다. 이는 현재 유사한 건강 모니터링 기기가 높은 포도당 수치만 추적하는 데 초점을 맞추고, 다른 건강 합병증을 나타낼 수 있는 비정상적이거나 낮은 포도당 수치는 추적하지 않기 때문에 당뇨병 환자에게 특히 유익하다. 기존 기기와 비교했을 때 저희 기기는 다양한 판독값을 나타내 사용자의 건강 상태를 명확하게 보여준다"고 설명했다. 연구팀은 이 장치를 더욱 발전시켜 땀에 존재하는 약물 및 기타 화학 물질과 같은 추가적인 물질을 감지하는 데에도 활용할 계획이다. 이번 연구 결과는 학술지 '분석 화학(Analytical Chemistry)에 게재됐다.
- 포커스온
2024-07-11
일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발

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

원격의료 분야 스타트업 엔디엑스(Endiatx)가 개발한 삼키는 알약 로봇 필봇(PillBot)이 임상 시험에 들어가 상용화에 성큼 다가섰다. 필봇은 사람이 알약을 먹듯이 삼켜 위장 상태를 점검하는 작은 로봇으로, 내시경과 같은 침습적 의료 시술을 피함은 물론 원격 제어의 길도 열어 줄 것으로 기대되고 있다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 필봇은 ‘위장 속에서 움직이는 눈’과 같은 역할을 한다. 로봇 내부에는 펌프젯 추진기가 장착돼 있으며, 필봇은 그 동력으로 멀티콥터 드론처럼 움직인다. 물론 로봇 경로는 외부에서 제어할 수 있다. 엔디엑스는 카메라와 센서가 부착된 알약 크기의 필봇을 사람이 복용하면 카메라가 찍은 영상을 전문의가 보고 위장 상태를 진단할 수 있다고 밝혔다. 특히 무선 통신도 가능하기 때문에 집에서 전문의와 원격 상담도 가능하다는 설명이다. 엔디엑스의 토레이 스미스 CEO는 “현재 알약 로봇인 필봇의 임상 시험을 진행하고 있다”고 말하고 3분기 중 미국의 주요 의료 기관에서 본격적인 시험을 시작할 예정이라고 덧붙였다. 위암 조기 진단 기대 위암은 치료하기에는 이미 늦은 상태에서 진단되는 경우도 많다. 위암은 매년 미국에서 1만1000건, 전 세계적으로 80만 건의 진단이 기록된다. 필봇은 이런 위암의 조기 진단에도 큰 효과를 보일 것으로 기대된다. 실리콘밸리에서 2019년 설립된 엔디엑스는 설립 이후 진단 및 치료 응용 분야에서 인체 속에서 움직이며 관찰하는 소형 로봇을 개발해 왔다. 필봇은 이 회사의 첫 번째 작품으로, 섭취 가능한 로봇 캡슐이다. 카메라, 센서 및 무선 통신 기술을 갖춘 필봇을 사용하면 의사는 높은 정밀도와 제어로 위장관을 검사할 수 있다. 필봇은 특히 별도의 의료 시설이 필요하지 않아 추가 투자 부담이 적다. 나아가 병원 접근이 제한된 계층을 위한 원격 의료도 활성화시킬 수 있다. 의료 사각지대의 위암 검사를 활성화하는 동시에 저소득층에 대한 의료 서비스 개선을 꾀할 수 있다. 엔디엑스 측은 필봇을 통해 원격 의료가 크게 발전할 것이며, 위암의 조기 진단으로 많은 사람의 생명을 구할 수 있을 것이라고 주장했다. 혁신적인 원격 진단 필봇은 상복부 내시경(EGD)을 대신한다. 위장 내부를 빠르게 관찰할 수 있다. 필봇을 삼키기 위해 사용자가 준비할 일은 식사를 건너뛰고 물을 많이 마시는 것 외에는 없다. 필봇의 크기는 13mm x 30mm로, 임상 시험에 들어간 프로토타입은 현재까지 인상적인 기능을 보여주고 있다고 한다. 고해상도 동영상을 초당 2.3메가픽셀로 전송하고 있는데, 회사는 곧 동영상 품질을 4배로 높인다는 계획이다. 원격으로 떨어져 있는 의사는 스마트폰 앱을 사용해 환자의 뱃속에서 움직이는 로봇을 조종한다. 필봇은 6~24시간 후 작동을 멈추고 자연적으로 몸 밖으로 배출된다. 회사 연구진은 현재 인공지능(AI)을 사용해 예비 진단을 수행하고, 의사가 치료 과정을 수립하는 작업을 진행하고 있다. 필봇은 현재 위장에서의 움직임과 카메라 작동을 수동으로 제어해야 하는데, 이를 AI 기술로 자동화한다는 것이다. 즉 위장에서의 자율주행 기능을 추가한다는 것. 연구팀은 나아가 필봇 기술을 위장은 물론, 대장, 혈관계, 심장, 간, 뇌 및 기타 신체 부위 검사까지 확장할 계획이다. 궁극적으로 병원은 이 기술을 이용해 보다 긴급한 진료와 수술에 집중할 수 있을 것이라는 기대다. 한편 진행 중인 임상 시험을 통해 엔디엑스는 미국 식품의약국(FDA) 승인을 받고 2026년 초 미국에서 상업적으로 출시하는 것을 목표로 하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-26
[신소재 신기술(64)] 자가 치유 젤, 의료·로봇 공학 등 응용 분야 다양

유리처럼 단단하면서도 길이를 최대 5배까지 늘릴 수 있는 새로운 자가 치유 젤이 개발됐다. 미국 노스캐롤라이나 주립대학교(NCSU) 연구진이 개발한 이 젤은 최근 발견된 물에 노출될 경우 자가 치유되는 유리와 유사한 특징을 보이며, 절단되거나 손상된 부분이 스스로 복구되는 놀라운 특성을 지나고 있다고 BGR이 전했다. 연구팀은 이 새로운 물질에 '유리 젤(glassy gel)'이라는 이름을 붙였다. 이는 기존에 없던 새로운 물질로 우연히 발견되었다고 한다. NCSU 연구원인 메이시앙 왕(Meixiang Wang)은 이온젤을 연구하던 중 우연히 유리 젤을 발견했다고. 이온젤은 전기를 전도할 수 있는 이온성 액체를 이용하여 팽창된 고분자로 구성된 물질이다. 왕 연구원은 의료 기기, 로봇 공학, 압력 센서 등에 활용될 수 있는 신축성 있고 착용 가능한 장치를 만들기 위해 이온젤을 연구하고 있었다. 그는 이온젤 구성을 변경하는 과정에서 투명하고 평범한 플라스틱처럼 보이는 새로운 유리 젤을 만들어냈다. 연구팀은 이 물질을 테스트 하는 과정에서 뛰어난 신축성 뿐만 아니라 높은 강도와 자가 치유 능력을 가지고 있다는 것을 발견했다. 특히 절단된 젤을 다시 붙이면 상온에서 몇 시간 안에 원래 상태로 복구되는 놀라운 자가 치유 능력은 기존의 자가 치유 물질과 차별화되는 특징이다. 이후 팀은 이 새로운 자가 치유 젤의 특성을 이해하기 위한 연구에 몰두했다. 유리 젤은 50~60%가 액체로 구성되어 있음에도 불구하고 건조되지 않는 특징을 보였다. 또한 매우 높은 파괴 강도를 가지고 있으며, 물체를 부착할 수 있을 뿐만 아니라 절단 후에도 스스로 복구될 수 있다. 심지어 특정 형태로 늘렸을 때 열을 가하기 전까지 해당 형태를 유지하는 '기억' 능력도 가지고 있었다. 신축성 있고 젤과 같은 물질에서 재생 특성이 발견되는 것은 새로운 일이 아니지만, 이번 유리 젤의 특별한 구성 성분은 연구자들에게 더욱 흥미로운 연구 주제를 제공했다. 연구팀은 실제 응용 분야에 활용되기 전에 추가적인 최적화 및 테스트가 필요하다고 밝혔다. 유리 젤은 실용화되기까지는 몇 년이 걸릴 수 있지만, 이러한 새로운 물질의 발견은 미래의 다른 소재 개발에 혁신적인 돌파구를 제공할 수 있다는 점에서 큰 기대를 모으고 있다. 특히, 자기 치유 능력을 가진 유리 젤은 의료, 로봇 공학이나 전자 기기 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-06-26
후각 능력 탁월한 꿀벌, 폐암 조기 진단 가능성 제시

꿀벌이 폐암 조기 진단에 도움이 될 수 있다는 사실이 미시간 주립대학교(MSU) 연구진의 연구 결과 밝혀졌다. MSU는 연구 보고서 요약 글을 홈페이지에 게재했다. 이 소식은 폭스뉴스, 로이터 등 외신들도 주요 뉴스로 전했다. 홈페이지 게시글에 따르면 입에서 나오는 냄새를 꿀벌의 감각과 연결해 폐암을 조기 진단함으로써 인간의 생명을 구하는 새로운 방법이 될 수 있다는 것이다. MSU 연구진은 꿀벌이 인간이 호흡할 때 폐암과 관련된 화학 물질을 감지할 수 있다는 사실을 발견했다. 꿀벌이 82%의 높은 성공률로 인간 폐암 바이오마커를 탐지할 수 있었다는 것이다. 이 연구 결과는 '바이오센서&바이오일렉트로닉스' 저널에 발표됐다. 연구진은 "이번 연구 결과는 꿀벌의 후각 시스템이 인간의 폐암을 감지하는 생물학적 센서로 사용될 수 있음을 알려 주었다"고 밝혔다. 연구팀원인 MSU의 디베이트 사하 교수는 "곤충은 개와 마찬가지로 놀라운 후각을 가지고 있음이 확인됐다"고 말했다. 연구진은 꿀벌이 건강한 사람의 호흡과 폐암 환자의 호흡에서 화학 물질을 구별할 수 있는지의 여부를 확인하기 위해 폐암 환자의 호흡에서 검출되는 6가지 화합물과 건강한 사람의 호흡 화합물을 구별하는 발법론을 고안했다. 이를 통해 연구진은 약 20마리의 벌을 대상으로 건강한 인간 호흡 혼합물과 폐암 환자의 혼합 화합물 감응을 테스트했다. 연구진은 각각의 꿀벌의 활동을 측정하기 위해 뇌에 작은 전극을 부착했다. 그 후 암 환자와 정상인의 호흡을 꿀벌의 더듬이에 전달해 꿀벌 뇌의 신경 신호를 기록했다. 그 결과 꿀벌의 신경 반응에 변화가 발생했음을 확인했다. 연구팀은 꿀벌이 폐암을 나타내는 화합물이 비록 소량이라도 이를 탐지할 수 있다는 사실을 발견했다. 사하 교수는 "꿀벌은 매우 작은 농도의 화합물도 감지할 수 있었다. 호흡 혼합물의 화학적 농도의 미세한 변화를 10억 분의 1까지 구분할 수 있었다. 이는 매우 강력한 실험 결과였다"라고 강조했다. 꿀벌은 특히 합성 폐암 환자의 호흡과 건강한 사람의 호흡의 차이를 명확히 구분해 냈다. 연구진은 게시글에서 이 연구가 인간의 호흡을 테스트해 폐암의 여부를 알아낼 수 있는 '꿀벌 뇌 기반 센서'의 개발로 이어지기를 희망한다고 썼다. 꿀벌은 특히 암세포를 발견할 뿐만 아니라 다양한 유형의 폐암 세포주를 구별하는 능력도 갖고 있었다. 연구진은 "꿀벌 뇌 센서가 특정 암을 신속하게 진단하고 정확한 치료를 받을 수 있을 것이며, 궁극적으로 미래 암 치료 부문에 큰 영향을 미칠 것“이라고 강조했다. 폐암은 전 세계적으로 암 중에서도 높은 비중을 차지하며, 사망의 주 원인이기도 하다. 폐암연구재단(Lung Cancer Research Foundation)에 따르면 2024년 미국에서는 약 23만 5580명이 폐암 진단을 받을 것으로 예상된다. 흡연은 폐암 발생의 주요 위험 요인이며 폐암 사망의 80%를 차지한다. 고위험 폐암을 조기에 발견하면 사망 확률을 최대 20%까지 줄일 수 있다.
- IT/바이오
2024-06-19
[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지

스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 연구팀이 최초로 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀에서 전자 소용돌이를 직접 검출하는 데 성공했다고 과학 웹사이트 phys.org가 지난 14일(현지시간) 보도했다. 금속 와이어와 같은 일반적인 전기 도체를 배터리에 연결하면 도체 내의 전자는 배터리가 생성하는 전기장에 의해 가속된다. 전자는 이동하는 동안 전선의 불순물 원자 또는 결정 격자의 빈 공간과 자주 충돌해 운동 에너지의 일부를 격자 진동으로 변환한다. 이 과정에서 손실되는 에너지는 예를 들어 백열전구를 만질 때 느낄 수 있는 열로 변환된다. 격자 불순물과의 충돌은 자주 발생하지만 전자 간의 충돌은 훨씬 드물다. 그러나 벌집 모양 격자로 배열된 탄소 원자 단일층인 그래핀을 일반적인 철 또는 구리 와이어 대신 사용하면 상황이 달라진다. 그래핀에서 불순물 충돌은 드물고 전자 간 충돌이 주요 역할을 한다. 이 경우 전자는 점성 액체처럼 행동한다. 따라서 잘 알려진 흐름 현상인 소용돌이(와류)가 그래핀 층에서 발생해야 한다. ETH 취리히의 크리스티안 데겐(Christian Degen) 연구원은 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀의 전자 소용돌이를 처음으로 직접 감지하는 데 성공했다고 '사이언스(Science)' 저널에 보고했다. 고감도 양자 감지 현미경 데겐과 그의 동료 연구원들은 제작 과정에서 폭 1㎛(마이크로미터) 너비의 전도성 그래핀 스트립에 부착한 작은 원형 디스크에 형성된 소용돌이를 연구했다. 디스크의 직경은 1.2㎛에서 3㎛사이였다. 이론적 계산에 따르면 작은 디스크에서는 전자 소용돌이가 형성되지만 큰 디스크에서는 형성되지 않아야 한다. 소용돌이를 가시화하기 위해 연구팀은 그래핀 내부에 흐르는 전자가 생성하는 미세한 자기장을 측정했다. 이를 위해 연구팀은 다이아몬드 바늘 끝에 질소-공동 센터(Nitrogen-vacancy center, NV 센터)가 내장된 양자 자기장 센서를 사용했다. 원자 결함인 NV 센터는 외부 자기장에 따라 에너지 레벨이 변하는 양자 물체처럼 작동한다. 레이저 빔과 마이크로웨이브 펄스를 사용하면 센터의 양자 상태를 자기장에 최대 감도를 갖도록 준비할 수 있다. 연구원들은 레이저를 사용해 양자 상태를 판독함으로써 이러한 자기장의 세기를 매우 정확하게 측정할 수 있었다. 데겐 연구팀의 박사 과정 학생이었던 마리우스 팜은 "다이아몬드 바늘의 크기가 작고 그래핀 층과의 거리가 약 70나노미터에 불과하기 때문에 100나노미터 미만의 해상도로 전자 전류를 볼 수 있었다"고 말했다. 이 분해능은 소용돌이를 관찰하기에 충분하다. 소용돌이 흐름 방향 반전 관찰 연구팀은 측정에서 더 작은 디스크에서 예상되는 소용돌이의 특징적인 징후, 즉 흐름 방향의 반전을 관찰했다. 일반(확산) 전자 수송에서는 스트립과 디스크의 전자가 같은 방향으로 흐르지만, 소용돌이의 경우 디스크 내부의 흐름 방향이 반전된다. 계산에서 예측한 대로 더 큰 디스크에서는 소용돌이가 관찰되지 않았다. 팜은 "매우 민감한 센서와 높은 공간 분해능 덕분에 그래핀을 냉각할 필요도 없었고 상온에서 실험을 수행할 수 있었다"고 말했다. 또한, 연구팀은 전자 와류뿐만 아니라 정공 캐리어에 의해 형성된 와류도 감지했다. 그래핀 아래에서 전압을 가함으로써, 연구원들은 전류 흐름이 더 이상 전자가 아닌 정공이라고도 하는 누락된 전자에 의해 전달되도록 자유 전자의 수를 변경했다. 전자와 정공이 모두 작고 균형 잡힌 농도가 있는 전하 중립점에서만 와류가 완전히 사라졌다. 팜은 "현재 전자 소용돌이의 탐지는 기초 연구이며 아직 미해결 과제가 많이 남아 있다"고 말했다. 연구팀은 전자와 그래핀의 경계면과의 충돌이 흐름 패턴에 어떤 영향을 미치는지, 더 작은 구조에서 어떤 효과가 발생하는지 추가 연구를 진행할 계획이다. 출처: Marius L. Palm 외, '상온에서 그래핀의 전류 소용돌이 관찰', Science (2024). DOI: 10.1126/science.adj2167
- IT/바이오
2024-05-16
[신소재 신기술(46)] 머리카락만큼 얇고 소리 75% 차단하는 '방음 커튼'

아파트 등 공동주택이 늘어나면서 한밤중에 들려오는 소리에 잠을 못 이루는 사람이 많다. 반대로 너무 예민해서 자신이 내는 소리에 옆방이나 옆집 사람이 잠 못 이루는 것을 걱정하는 경우도 있다. 머리카락만큼 얇지만 소리를 75% 차단하는 방음 커튼이 미국에서 개발돼 층간 소음 등 소음 문제 해결에 희소식을 전하고 있다. 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 요엘 핀크(Joel Fink) 등 연구팀은 머리카락처럼 가는 직물에 스피커 기술을 접목해 조용한 공간을 만들 수 있는 방음 커튼을 개발했다고 발표했다. 방음 실크, 노이즈 캔슬링 기능 과학 전문 매체 기가진(Gigazine)에 따르면 MIT가 개발한 '방음 실크(soundproof silk)'는 두 가지 방식으로 조용한 공간을 조성하고 소음을 억제한다. 첫 번째는 소리에 반응해 음파를 발생시켜 소음을 상쇄하는 노이즈 캔슬링(noise-canceling) 기능이다. 직물에 노이즈 캔슬링 기능을 부여하는 기술은 직물을 마이크로 만드는 데 사용되는 기술을 응용한 것이다. 이전 연구에서는 진동을 받으면 전기 신호를 방출하는 압전 섬유를 직물에 꿰매어 직물 마이크를 제작했다. 반면 방음 실크는 압전 섬유에 전기 신호를 통과시켜 소리를 생성했다. 연구팀은 심지어 방음 실크를 원형 프레임에 부착해 바흐 음악을 재생하는 스피커로 사용하는 데도 성공했다. 이 직물은 소음과 반대 위상의 음파를 방출해 소리를 상쇄시켜 소음 제거 방음 실크를 구현했다. MIT의 그레이스 양(Grace Yang) 연구원은 이번 연구에 대해 "직물을 이용해 소리를 낼 수도 있지만 우리가 사는 세상은 이미 소음으로 가득 차 있기 때문에 소리를 내는 것보다 침묵을 만드는 것이 더 가치 있다고 생각했다"고 설명했다. 그러나 이 소음 제거 기능은 헤드폰과 귀 사이의 공간과 같은 좁은 공간에서만 작동하며 큰 방과 같은 넓은 공간에서는 작동하지 않는다. 직물에 진동 제어 기능 삽입 따라서 연구팀은 방음 실크에 두 번째 기능을 삽입했다. 섬유의 진동을 제어하고 직물이 움직이지 않도록 해 소리가 직물을 통과하지 못하게 한 것이다. 예를 들어, 아파트에서 이웃이 한밤중에 소음을 낼 경우 소음으로 인해 벽이 진동해 방 안에 소리가 발생하기 때문에 소리가 다음 아파트로 전달된다. 연구팀은 직물을 가만히 잡고 있을 때 방음 실크가 거울처럼 작동해 소리를 반사하고, 소리가 직물을 통해 청취자에게 전달되는 것을 막는다는 것을 발견했다. 이러한 방음 효과는 방과 같은 넓은 공간에서도 작동한다. 실제로 연구팀은 위의 그림 왼쪽 하단의 '직접 억제 모드'와 함께 소음 제거 기능을 테스트했을 때 최대 65데시벨, 즉 사람이 큰 소리로 말하는 것과 같은 음량의 소리를 줄일 수 있다는 것을 발견했다. 또한 직물의 진동을 억제하는 '진동 억제 모드'(오른쪽 하단)는 최대 75%까지 소음 전달을 줄일 수 있었다. 연구팀은 앞으로 다중 주파수를 차단할 수 있는 직물을 연구하고 압전 섬유 개수, 봉제 방법 및 인가 전압을 변경하여 방음 성능을 더욱 향상시킬 계획이다. 연구팀은 "이 특수 커튼을 통해 '역위상을 통한 소리의 상쇄와 '직물의 진동을 억제해 소리를 반사하는 것'이 가능하다"고 밝혔다. 이번 연구 내용은 2024년 4월 1일자 과학저널 '언드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 게재됐다.
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2024-05-14
향유고래, 음성 알파벳 발견⋯인간 언어와 유사한 신호로 의사소통

과학자들이 인공지능(AI)에 사용되는 머신러닝 기술을 통해 향유고래(sperm whale)의 의사소통 과정을 일부 밝혀냈다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 컴퓨터 과학 및 인공지능 연구소(CSAIL)와 국제 향유고래 언어 연구 덴체인 프로젝트 CETI(Cetacean Translation Initiative)의 연구원들은 최근 알고리즘을 사용해 '향유고래 음성 알파벳'을 해독함으로써 인간의 음성학 및 다른 동물 종의 의사소통 시스템과 유사한 향유고래 의사소통의 정교한 구조를 밝혀냈다고 MIT뉴스와 테크크런치 등 다수 외신이 7일(이하 현지시간) 보도했다. 향유고래는 이빨고래 중에서 가장 큰 종으로 몸길이는 수컷 17~21m, 암컷 18m에 달하며 몸무게는 수컷 35~74t, 암컷 20~36t이다. 머리에 밀랍으로 가득찬 경랍기관이 있으며 거대한 사각형 머리가 특징이다. 제이컵 앤드리아 교수팀은 7일 과학 저널 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에서 카리브해에 서식하는 향유고래의 소리를 분석, 짧은 클릭 소리인 코다(coda, 악곡 종결부)가 대화와 맥락에 따라 구조가 크게 달라지는 것을 발견했다고 밝혔다. 이 연구는 다양한 언어적 기능을 수행하는 일련의 클릭음인 코다에 대해 다룬다. 도미니카 향유고래 프로젝트를 통해 관찰된 동부 카리브해 향유고래과에서 수집된 약 9000개의 코다는 이 생물의 복잡한 의사소통 시스템을 밝혀내는 데 중요한 출발점이었다. 연구팀은 지난해 6월 세상을 떠난 선구적인 해양 생물학자 로저 페인의 연구를 참고했다. 페인의 가장 영향력 있는 연구는 혹등고래의 노래에 관한 것이었다. 페인은 1971년 과학 기사인 '혹등고래의 노래'에서 고래가 노래하는 방법을 기록했다. 그의 작업은 나중에 '고래 구하기' 운동을 촉진했다. 연구팀은 카리브해 동부의 작은 섬 도미니카 해안에서 연구원 셰인 게로가 수집한 8719개의 향유고래 코다 데이터 세트를 분석하기 위해 머신러닝 솔루션을 배포했다. 이들은 연구자들이 '리듬', '템포', '루바토', '장식'이라고 부르는 다양한 요소가 상호 작용하여 구별 가능한 방대한 코다를 형성하는 '향유고래 음성 알파벳'이라는 것을 발견했다. 연구팀은" 향유고래가 다양한 클릭 소리와 리듬을 만들고 이를 조합, 변조할 수 있다"며 "이를 활용한 의사소통 체계가 이전에 생각했던 것보다 더 복잡하고 정보전달 능력도 뛰어난 것으로 나타났다"고 말했다. 이 실험은 동부 카리브해의 고래류에 부착된 음향 바이오 로깅 태그(특히 'D-태그'라고 불리는)를 사용하여 수행됐다. 이 태그는 고래의 발성 패턴의 복잡한 세부 사항을 포착했다. 새로운 시각화 및 데이터 분석 기술을 개발함으로써 CSAIL 연구진은 향유고래 개체가 같은 코다를 반복하는 것뿐만 아니라 오랫동안 다양한 코다 패턴을 낼 수 있다는 사실을 발견했다. 연구팀은 향유고래는 클릭 소리 중 코다로 불리는 부분을 통해 자기 신원을 알리는 것으로 밝혀졌지만 의사소통 시스템에 대해서는 밝혀진 게 거의 없다고 말했다. 이들은 이 연구에서 향유고래 자료가 가장 많은 도미니카 향유고래 프로젝트(Dominica Sperm Whale Project) 데이터 가운데 카리브해 동부에 서식하는 향유고래 60여 마리가 다른 개체와 사이에서 내는 소리를 녹음한 데이터를 분석했다. 이 과정에서 향유고래가 다양한 클릭 소리와 리듬을 만들고 이를 조합, 변조할 수 있으며, 클릭 소리 순서의 구조와 조합이 개체 간 대화 맥락에 따라 달라진다는 사실을 발견했다. 다니엘라 루스(Daniela Rus) CSAIL의 책임자이자 MIT의 전기공학 및 컴퓨터과학(EECS) 교수는 "우리는 기존의 실측 데이터 없이 향유고래 통신의 신비를 해독하기 위해 미지의 세계로 모험을 떠난다"라고 말했다. 루스 교수는 "머신러닝을 사용하는 것은 고래의 통신 특징을 파악하고 다음에 무엇을 말할지 예측하는 데 중요하다. 우리의 연구 결과는 구조화된 정보 콘텐츠가 존재한다는 것을 나타내며, 복잡한 의사소통은 인간에게만 있다는 많은 언어학자들의 통념에 도전하는 것이다. 이는 다른 종들도 지금까지 밝혀지지 않은 수준의 의사소통 복잡성을 가지고 있으며, 행동과 깊은 관련이 있음을 보여주는 한 걸음이다라고 말했다. 그는 이어 "우리의 다음 단계는 이러한 커뮤니케이션의 의미를 해독하고 말하는 내용과 집단 행동 사이의 사회적 수준의 상관관계를 탐구하는 것"이라고 덧붙였다.
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2024-05-08
인공감미료 네오탐, 장벽 손상 가능성 밝혀져

차세대 인공감미료 중 하나인 네오탐(neotame)이 사람의 장을 손상시키고 질병을 유발할 수 있다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 의학 매체 메디컬익스프레스가 전했다. 네오탐은 아스파탐을 개선한 것으로 단맛이 설탕의 7000~1만 배나 강한 인공감미료다. 이 연구는 네오탐이 건강했던 장내 세균을 병들게 하고 장벽을 침범해 과민성 대장 증후군과 패혈증 등 다양한 건강 문제를 야기할 수 있음을 보여준다. 연구는 또한 장벽의 일부를 형성하는 상피 세포층의 파괴를 유발할 가능성을 알려주는 첫 번째 성과이기도 하다. 이번 연구는 영국 케임브리지 소재 공립 종합대학인 앵글리아러스킨대학(ARU) 연구팀이 수행했으며, 결과는 '프런티어 인 뉴트리션(Frontiers in Nutrition)' 저널에 실렸다. 이 연구에는 방글라데시의 자한기르나가르 대학도 참여했다. 연구 결과는 다소 충격적이다. 네오탐이 직접적으로 장 상피 세포의 사망을 유발함으로써 직접적으로 장을 손상시킬 수 있으며, 장에서 흔히 발견되는 박테리아를 병들게 해 간접적으로 장을 손상시킬 수 있다는 것이다. 실험실 연구에서는 음료, 식품 및 츄잉껌 등에서 발견되는 네오탐에 이.콜리(E.coli: Escherichia coli) 및 이.파이칼리스(E.faecalis: Enterocococcus faecalis)가 노출된 후, ▲생물막 형성 ▲병든 박테리아에 의한 세포 부착 ▲병든 박테리아 침입 증가 등 다양한 병원성 반응이 확인됐다. 이.콜리나 이.파이칼리스 등은 장내 감염을 일으키는 세균의 일종이다. 최신 인공감미료 중 일부는 설탕에 비해 1000배 이상 달콤한 맛을 가지고 있어 음식과 음료에 첨가하는 양을 줄인다. 비록 사용되는 양은 적지만, 상피-미생물군 관계에 대한 네오탐의 영향은 장 건강을 악화시킬 가능성이 있으며, 이는 다시 과민성 대장 질환 또는 인슐린 저항성과 같은 대사 및 염증성 질환으로 이어질 수 있다. 네오탐에 대한 이 새로운 연구는 가장 널리 사용되는 인공감미료 중 일부인 사카린, 수크랄로스, 아스파탐이 내장에 손상을 일으킬 수 있다는 사실을 발견한 과거 연구 결과의 연장선상에서 이루어진 것이다. 이전 연구도 ARU 하보비 칙저 박사팀이 수행했다. 인공감미료는 당 섭취를 줄여 줌으로써 체중 감량을 돕고 혈당 저항성과 제2형 당뇨병을 앓고 있는 사람을 도울 수 있다는 점에서 널리 사용되어 왔다. 그러나 이번에 발표된 새로운 연구는 최근 개발된 일부 인공감미료의 독성 유발 효과 또는 악영향에 대한 추가 연구가 필요함을 시사한다. 연구팀을 이끈 칙저 박사는 "사카린, 수크랄로스 및 아스파탐과 같은 감미료가 인체 건강에 미치는 좋지 않은 영향에 대한 인식이 증가하고 있다. 이는 장벽에 발생할 수 있는 손상과 장에서 형성되는 '좋은 박테리아'에 대한 손상을 보여준다“고 말했다. 그는 또 "이는 설사, 장염, 심지어 박테리아가 혈류로 들어갈 경우 패혈증과 같은 감염 등 심각한 건강 문제로 이어질 수 있다. 그러므로 최신 감미료에 대한 추가 연구는 중요하다"고 강조하고 "장 미생물군에서 일어나는 병원성 영향을 이해하는 것은 중요하다. 일반적인 식품 첨가물을 더 광범위하게 이해하고 건강에 부정적인 영향을 미치는 분자 메커니즘을 더 잘 이해할 필요가 있음을 보여준다"고 부연했다.
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2024-04-29
줄자 다리를 사용해 빠르게 기어오르는 등산 로봇 등장

줄자 다리를 이용해 스마트하고 독특한 방법으로 금속 구조물을 올라갈 수 있는 새로운 바퀴 달린 로봇이 등장해 주목된다고 온라인 매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 로봇은 줄자로 거리를 측정해 길이를 늘리거나 줄이면서 이동할 수 있는 팔다리로 만들어졌다. 기능이 개선되면 타워, 다리, 발전소, 선박과 같은 구조물이나 제품을 검사하거나 수리하는 용도로 발전할 가능성이 농후하다는 진단이다. 수직으로 곧추선 금속 표면 위로 오르내릴 수 있는 로봇은 다수 등장했지만, 이들 대부분은 진공 시스템과 바퀴의 조합, 또는 자석 발을 가진 다리들을 사용한다. 그러나 이 로봇들은 느리게 움직이고 기계적으로 복잡하며 상대적으로 작은 장애물들을 통과하지 못한다는 단점이 있었다. 이런 단점을 개선해 새로 선보인 로봇은 EEWOC(Extended-reach Enhanced Wheeled Orb for Climbing), 즉 기어오르는 확장 가능한 바퀴 구조로 설계됐다. 팔다리에 줄자가 들어가 늘이거나 줄일 수 있는 것. 로봇 프로토타입은 UCLA 로봇 공학 및 메커니즘 연구소(RoMeLa)의 저스틴 콴, 밍장 주, 데니스 홍 연구팀이 개발, 국제 디자인 엔지니어링 기술 컨퍼런스에서 발표됐다. 로봇은 땅이나 금속 등 수평 표면에 있을 때는 두 개의 바퀴로 굴러간다. 그러나 가파른 경사면을 오르게 되면 EEWOC는 EEMMa(이동 및 조작을 위한 탄력적 확장 메커니즘)로 개발된 팔다리를 수직으로 뻗는다. 이 장치는 로봇의 몸 안에 전동 스풀이 탑재된 줄자 구조다. 줄자는 로봇의 외부로 뻗어나가 거꾸로 된 U자 모양을 만들고, 다시 아래로 내려가 로봇의 꼭대기에 고정된다. 그리고 이동하고자 하는 곳에 전자석이 장착된 도구(엔드 이펙터)를 보내 고정시키고 줄자를 당겨 이동하게 된다. 작동 원리는 어렵지 않다. 상상하자면 세계적으로 흥행한 영화 ‘인디애나 존스’에서 존스 박사가 채찍을 던져 끝을 고정시키고 타잔처럼 이동하는 모습과 유사하다. EEMMMa 장치는 줄자를 늘리면서 시작한다. 그러면 줄자가 늘어나 사지가 길어지고(최대 1.2m 길이), 자석이 달린 엔드 이펙터는 역 U자 상단에 위치해 부착된다. 로봇은 줄자를 다시 스풀에 감으면서 본체를 이동한다. 이 같은 작업을 반복 수행해 경사진 어떤 방향이든 줄자 최대 거리 이내에서 표면 또는 공간 이동이 가능하다. 엔드 이펙터에는 브레이크가 포함돼 있어 로봇 본체의 이동을 조정할 수 있도록 해 원하는 이동 목표 지점에 대한 접근성을 높였다. 구형으로 만들어진 로봇의 지름은 260mm이고, 무게는 2.1kg에 불과하다. 로봇은 또한 초당 0.24m의 최대 등반 속도를 낸다. 이는 지금까지 만들어진 로봇 가운데 가장 빠른 등반 로봇 중 하나다. 연구팀은 다양한 방향으로 이동할 수 있는 발전된 EEMMMa 장치를 로봇에 적용할 방침이다. 그렇게 되면 전후좌우 가리지 않고 이동하는 것이 가능하다고. 연구팀은 나아가 나무나 콘크리트 벽과 같은 표면에서도 이동할 수 있는 비자성 EEMMMa 개발도 구상하고 있다.
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2024-04-26
[신소재 신기술(36)] 완두콩 크기 뇌 임플란트 장치 개발

미국 라이스 대학 엔지니어들은 인간 환자에게 시연된 가장 작은 이식형 뇌 자극기를 개발했다. 이 완두콩 크기의 뇌 임플란트 장치는 '오버 브레인 테라퓨틱(DOT, Digitally programmable Over-brain Therapeutic)'이라고 불리며, 경추막(두개골 바닥에 연결된 보호막)을 통해 뇌를 자극하는데 사용된다고 사이테크데일리가 22일(현지시간) 보도했다. 제이콥 로빈슨의 라이스 연구실과 신경 공학회사 모티프 뉴로테크(Motif Neurotech), 임상의 사미르 셰스(Sameer Sheth) 박사와 수닐 셰스(Sunil Sheth) 박사가 공동으로 개발한 혁신적인 장치 DOT는 선구적인 자기전기 전력 전송 기술 덕분에 외부 송신기를 통해 무선으로 전력을 공급받을 수 있다. 이 장치는 두개골 바닥에 부착된 보호막을 통해 뇌 자극에 사용될 수 있어 의료 분야에 큰 가능성을 보여주고 있다. 디지털 프로그래밍이 가능한 DOT 장치는 현재의 신경 자극 기반 치료법보다 환자의 자율성과 접근성이 뛰어나고 다른 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)보다 덜 침습적인 치료 대안을 제공함으로써 약물 내성 우울증 및 기타 정신과적 또는 신경학적 장애 치료에 혁명을 일으킬 수 있다. 이 연구는 최근 '사이언스 어드밴시즈(Science Advances)' 저널에 게재됐다. 이 뇌 임플란트 장치의 폭은 9mm(밀리미터)이며 14.5v(볼트)의 자극을 전달할 수 있다. 라이스 바이오테크 런치 패드를 통해 설립된 스타트업 모티프 뉴로테크의 설립자이자 CEO인 로빈슨은 "우리의 뇌 임플란트는 이 자기 전기 효과를 통해 모든 에너지를 얻는다"고 말했다. 모티프 뉴로테크는 신경 장애 치료법을 혁신할 수 있는 BCI의 잠재력을 연구하는 여러 신경공학 회사 중 하나다. 로빈슨은 "신경 자극은 약물 부작용과 효능 부족으로 적절한 치료 옵션이 없는 사람들이 많은 정신 건강 분야에서 치료를 가능하게 하는 핵심 기술"이라고 말했다. 연구팀은 이 장치를 인간 환자에게 일시적으로 테스트하여 운동 피질(운동을 담당하는 뇌 부분)을 자극하고 손의 움직임 반응을 생성하는 데 사용했다. 그 다음 연구팀은 돼지를 대상으로 30일 동안 이 장치가 뇌와 안정적으로 상호작용하는 것을 보여주었다. 향후에는 우울증이나 다른 질환을 가진 환자의 실행 기능을 향상시킬 수 있도록 이 장치를 전두엽피질과 같은 뇌의 다른 부위 위에 삽입할 수도 있다. 기존 삽입형 뇌 자극 기술은 피부 아래 다른 부위에 삽입되어야 하는 상대적으로 큰 배터리로 구동되며, 긴 전선을 통해 자극 장치에 연결된다. 이러한 설계상의 한계로 인해 더 많은 수술이 필요하며, 개인에게 더 많은 하드웨어 삽입 부담, 전선 파손 또는 고장 위험, 그리고 향후 배터리 교체 수술이 필요했다. 라이스대학 연구팀은 외부 송신기를 사용하여 무선으로 장치에 전원을 공급함으로써 배터리를 아예 없앴다. 임상 테스트 및 향후 연구 방향 우즈 박사는 "이전에는 이 정도 크기의 임플란트에는 무선 전력 전송이 불가능했기 때문에 경막을 통해 뇌를 자극하는 데 필요한 신호의 품질과 강도가 불가능했다"고 설명했다. 로빈슨 박사는 이 기술을 집에서 편안하게 사용할 수 있을 것으로 기대했다. 의사가 치료를 처방하고 장치 사용에 대한 지침을 제공하지만, 환자가 치료 방법을 완전히 통제할 수 있다는 것. 로빈슨은 "환자가 집에서 모자를 쓰거나 웨어러블을 착용하여 임플란트에 전원을 공급하고 통신하고, 아이폰이나 스마트워치에서 '이동'을 누르면 임플란트의 전기 자극이 뇌 내부의 신경 네트워크를 활성화할 것"이라고 설명했다. 이 장치를 이식하려면 뇌의 뼈에 장치를 삽입하는 최소 침습 30분의 시술이 필요하다. 임플란트와 절개 부위는 거의 보이지 않으며 환자는 수술 당일 퇴원해서 집으로 돌아갈 수 있다. 베일러 의과대학의 교수이자 연구 부의장, 맥에어 장학생, 컬렌 재단 신경외과 기부 석좌인 셰스 박사는 "심장 박동조율기는 심장 치료의 매우 일상적인 부분"이라면서 "신경 및 정신 질환의 경우 무섭고 침습적일 것 같은 뇌심부자극술(DBS)이 이에 해당한다"고 비유했다. 셰스 박사는 "DBS는 실제로 상당히 안전한 시술이지만 여전히 뇌 수술이며, 그 위험성으로 인해 이를 기꺼이 받아들이고 혜택을 받을 수 있는 사람의 수가 매우 제한적이다. 그래서 이런 기술이 필요한 것이다. 외래 수술 센터에서 피부 수술에 지나지 않는 30분 정도의 간단한 뇌 임플란트 시술은 DBS보다 훨씬 더 많은 사람들이 받아들일 가능성이 높다라고 설명했다. 그는 "따라서 이 치료법이 더 침습적인 대안만큼 효과적이라는 것을 보여줄 수 있다면 정신 건강에 훨씬 더 큰 영향을 미칠 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 예를 들어 간질과 같은 일부 질환의 경우 장치를 영구적으로 또는 대부분의 시간 동안 착용해야 할 수도 있지만, 우울증이나 강박증과 같은 장애의 경우 하루에 단 몇 분의 자극만으로도 표적 신경 네트워크의 기능에 원하는 변화를 가져올 수 있다. 로빈슨은 다음 단계에 대해 연구 측면에서 "임플란트 네트워크를 만들고, 자극하고 기록할 수 있는 임플란트를 만들어 자신의 뇌 신호를 기반으로 적응형 개인 맞춤형 치료를 제공할 수 있다는 아이디어에 정말 관심이 있다"고 말했다. 한편, 모티프 뉴로테크는 치료법 개발의 관점에서 사람을 대상으로 한 장기 임상시험에 대한 미 식품의약국(FDA) 승인을 받기 위한 절차를 진행 중이다. 이 연구는 로버트 및 제니스 맥네어 재단, 맥네어 의학 연구소, DARPA 및 국립과학재단의 일부 지원을 받았다. ※ 출처: "미니어처 배터리 없는 경막외 피질 자극기" Joshua E. Woods, Amanda L. Singer, Fatima Alrashdan, Wendy Tan, Chunfeng Tan, Sunil A. Sheth, Sameer A. Sheth 및 Jacob T. Robinson, 2024년 4월 12일, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adn0858
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2024-04-23
미 플로리다 주 주택에 우주 쓰레기 추정 물질 추락

미국 플로리다 주에 거주하는 알레한드로 오테로(Alejandro Otero)의 집에 의문의 물체가 떨어졌다. 이 물체는 지난달 플로리다 주 네이플스에 있는 알레한드로 오테로의 집 지붕과 이층 바닥을 뚫고 떨어져 그의 아들을 놀라게 했다고 과학 뉴스 전문 매체 라이브사이언스가 전했다. 이 정체불명의 물체는 국제우주정거장(ISS: the International Space Station)에서 나온 잔해일 가능성이 높은 것으로 점쳐지고 있다. 미 우주사령부도 우주 정거장에서 잔해 조각이 대기권에 진입했음을 기록했는데, 당시 이 물체는 멕시코만을 지나 플로리다 남서쪽을 향하고 있었다. 떨어진 물체는 원통형 튜브 형태로, 길이가 수 인치에 달하고 무게는 거의 2파운드(0.9kg)에 달했다. 이 물체의 출처는 아직 밝혀지지 않았지만, 오테로는 이 물체가 ISS에서 폐기한 방전된 배터리 9개 중 하나일 가능성이 있다고 생각하고 있다. 우주사령부가 포착한 것과 같은 시각, 배터리를 실은 일본 우주국 JAXA 소속의 대형 화물 팔레트가 멕시코 만 상공에서 플로리다 대기권으로 다시 진입했던 것이다. 지난 2021년 우주정거장에서 버려진 잔해는 대기권에서 소각될 것으로 예상됐지만, 그 잔해 중 하나가 재진입하여 떨어졌을 수도 있다. 오테로는 집을 파괴한 잔해를 나사(NASA) 관계자에게 인도했다. 나사 대변인 조슈아 핀치(Joshua Finch)는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "나사는 주택 소유자 오테로와 협력해 물체를 수거했으며, 가능한 한 빨리 플로리다에 있는 나사의 케네디 우주 센터에서 물체를 분석하여 그 출처를 확인할 것"이라고 말했다. 엔지니어가 물체의 출처를 확인하면 오테로는 미 정부를 상대로 집 수리 비용을 청구할 계획이다. 하지만 해당 물체가 JAXA에서 나온 것으로 간주되는 경우 이 프로세스는 복잡할 수 있다. 이 우주 쓰레기는 지구로 돌아올 예정이었던 화물 팔레트에 부착된 ISS의 고갈된 배터리로 구성됐다. 그러나 일련의 사정으로 인해 이 화물 팔레트가 지구로 돌아갈 수 없게 되자 나사는 무유도 재진입을 위해 2021년에 우주정거장에서 배터리를 버렸다. 미시시피 대학 항공우주법 센터의 전무이사인 마이클 핸런에 따르면 물체가 나사 소유인 경우 오테로 또는 그가 가입한 보험 회사는 연방 불법 행위 청구법에 따라 연방 정부를 상대로 청구를 제기할 수 있다. 그러나 문제 발생 소지는 있다. 배터리는 나사 소유였지만 일본 우주국이 발사한 팔레트 구조에 부착됐다. 오테로의 집에 피해를 입힌 폐기물이 다른 나라에서 발사된 것이라면 미국은 면책되고, 발사한 나라가 피해에 대해 전적으로 책임을 져야 하는 상황이 된다는 것이다. 떨어지는 우주 쓰레기로 피해를 입은 곳은 플로리다만은 아니다. 지난 2020년에서 2022년 사이에 중국의 창정 5B 부스터중 4대가 지구에 떨어져 코트디부아르, 보르네오, 인도양으로 잔해가 쏟아졌다. 2021년과 2022년에는 스페이스X 로켓에서 떨어져 나온 잔해가 워싱턴 주의 한 농장을 덮쳤고 호주의 양 농장에도 떨어졌다. 전 세계 우주국에서는 3만 개가 넘는 쓰레기 조각들을 감시하고 있지만, 모니터링할 수 없을 정도의 수많은 작은 파편 조각이 훨씬 더 많아 골치를 앓고 있다. 과학자들은 그물에 쓰레기를 모으는 것과 같이 지구의 하늘을 정리하는 여러 가지 방법을 제안했다. 발톱 로봇으로 수집하거나, 또는 다른 우주선에서 0.8km 길이의 밧줄을 발사하여 수거하는 방법 등이 있다.
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2024-04-04
미세 플라스틱, 세포 분열 중에 딸세포로 전달

미세 플라스틱이 세포 분열 중에 전달된다는 충격적인 사실이 밝혀졌다. 케미스트리월드닷컴 뉴스는 지난 25일(현지시간) 오스트리아와 독일 연구진의 새로운 연구에 따르면 위암 세포가 흡수한 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 세포 분열 중에 전달된다고 보도했다. 또한 0.25μm(마이크로미터) 크기의 미세 플라스틱 입자는 세포의 이동 속도를 증가시키고 암세포의 전이 촉진 효과가 있는 것으로 추정된다. 0.25μm는 초미세먼지의 기준이다. 이 프로젝트를 공동 주도한 비엔나 의과대학의 병리학자 루카스 케너(Lukas Kenner) 박사는 "세포가 플라스틱을 흡수할 뿐만 아니라 세포 분열 후에도 플라스틱이 남아 있다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 연구진은 4개의 위장암 세포주를 0.25, 1, 10μm의 다양한 농도의 폴리스티렌 입자에 노출시켰다. 위장관은 마이크로 및 나노 플라스틱에 매일 노출되는 주요 진입점 중 하나이기 때문에 이 세포들을 연구한 것. 연구팀의 분석에 따르면 0.25μm와 1μm의 작은 입자는 모든 세포주에서 흡수된 반면, 큰 입자는 세포층에 부착되지 않고 세포 주변에만 분포되어 있어 더 큰 미세 플라스틱이 세포에 덜 해로울 수 있다는 이전 연구 결과에 무게를 실어줬다. 연구팀은 또한 나노 플라스틱이 세포 과정에 어떤 영향을 미칠 수 있는지도 조사했다. 미세 플라스틱이 몸 전체에 퍼져 세포를 손상시킬 수 있다는 사실은 널리 알려져 있지만, 과학자들은 아직 그 메커니즘을 완전히 이해하지 못하고 있다. 의학자 푸야 욘템(Fulya Yöntem)은 "지금 우리는 그(미세 플라스틱) 영향을 보고 있고, 그 끝을 보고 있지만, 어떻게 그것이 거기에 도달하는지는 알지 못한다"라고 말했다. 케너의 연구팀은 폴리스티렌 입자가 세포 이동에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 세포 전이는 (암 세포)전이의 첫 단계이므로 케너는 이러한 플라스틱이 암 세포의 공격성에 영향을 미칠 수 있는지 알아보려고 했다. 연구팀은 0.25μm 입자가 나노 플라스틱에 노출되지 않은 세포에 비해 세포 이동 속도를 증가시킨다는 사실을 발견했다. 플라스틱이 세포 골격의 변화를 유도하고 이러한 변화가 세포 이동에 영향을 미칠 수 있다는 것이 연구팀의 이론이다. 또한 연구팀은 세포 분열 과정에서 나노 플라스틱 입자가 모세포와 딸세포 사이에 분포하는 것을 확인했다. 연구팀은 플라스틱 입자가 세포 분열을 가속화하고 모세포에서 딸 세포로 전달되기 때문에 이러한 플라스틱이 (암세포) 전이 촉진 효과를 가질 수 있다고 말했다. 이 아이디어는 암세포가 증식에 도움이 되는 물질을 보유하는 경향이 있다는 관찰에서 비롯됐다. 케너 박사는 "종양 세포는 항상 복제를 원하고 더 악성화되기를 원한다"라고 설명했다. 그는 "따라서 세포 내에 유지되는 모든 물질은 이론적으로는 이를 달성하는 데 도움이 된다"고 부연했다. 미국 빙엄턴 대학교의 유체-고체 인터페이스 전문가인 신 용(Xin Yong)은 이 연구가 귀중한 모델을 제공하지만 미세 플라스틱이 실험실 외부의 생물학적 세포와 어떻게 상호작용하는지에 대한 완전한 그림을 제공하지는 못한다고 지적했다. 그는 "이 결과는 매우 중요함에도 불구하고 이번 연구는 플라스틱의 주요 특성을 나타내지 않는 상업적으로 이용 가능한 폴리스티렌 나노 및 마이크로 플라스틱에 국한되어 있다"고 말했다. 환경 속의 마이크로 플라스틱과 나노 플라스틱은 플라스틱 물체가 분해되어 형성되거나 산업 제품에서 직접 방출된다. 신 용은 "결과적으로 이러한 입자는 매우 불규칙한 모양을 가지고 있으며, 연구자들은 이러한 다양한 형태가 플라스틱이 세포와 상호 작용하는 방식에 어떤 영향을 미치는지 이해해야 한다"고 설명했다. 그는 "우리는 이제 겨우 표면을 긁었을 뿐이다"라면서 "폴리스티렌은 다양한 입자 중 하나일 뿐이다. 실제 세계에서는 한 입자뿐만 아니라 여러 입자의 영향을 동시에 받는다"라고 지적했다. 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 세포 건강에 미치는 영향에 대한 욘템의 새로운 메타 분석에서도 미세 플라스틱에 대한 연구는 특정 유형의 플라스틱에만 집중하는 경향이 있는 것으로 나타났다. 욘템은 플라스틱 종류와 플라스틱 농도 측면에서 실제 환경을 더 잘 모방하는 실험이 시급히 필요하다고 설명했다. 그녀는 "연구자들은 일상적인 플라스틱 병에서 나오는 미세 플라스틱과 나노 플라스틱을 사용해 연구를 시작해야 한다"고 말했다. 참고 자료: 브린작-슈라이버 외, 화학, 2024, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141463 F D 옌템과 M A 아바브, 캠브리지 프리즘: 플라스틱, 2024, DOI: 10.1017/plc.2024.6
- 생활경제
2024-03-27
[신소재 신기술(21)] 홍게껍질로 반도체 및 에너지 저장 기능 갖춘 나노시트 개발

일본 과학자들이 홍게의 껍질에 포함된 키토산으로 만든 나노섬유에서 반도체와 에너지 저장 특성을 발견했다. 26일(이하 현지시간) 뉴스마이네비에 따르면 일본 도호쿠대학(東北大學) 연구팀은 홍게 껍질에 포함된 불용성 식이섬유의 일종인 '키토산'으로 만든 나노섬유(ChNF) 조직을 제어해 만든 나노미터 두께의 시트 소재에서 반도체 특성과 에너지 저장 특성을 나타내는 것을 발견했다고 25일 밝혔다. 이번 성과는 도호쿠대 미래과학기술공동연구센터 후쿠하라 미키오 학술연구원, 동 대학 하시타 토시유키 특임교수, 도쿄대 이소카이 아키라 특임교수 등의 공동연구팀에 의해 이루어졌다. 연구 결과는 미국 물리학 협회에서 발행하는 학술지 'AIP-Advances'에 게재됐다. 이번 연구는 친환경적인 반도체와 에너지 저장 소재 개발에 기여할 것으로 기대된다. 반도체는 실리콘으로 대표되는 원소 반도체와 갈륨비소(GaAs) 및 '파이(π) 공액 고분자'와 같은 화합물 반도체로 크게 두 가지로 분류된다. 두 반도체 모두 광물이나 인공 화합물에서 금속을 정제해 만드는데, 생산 과정에서 많은 양의 에너지가 필요하고 환경에 미치는 영향이 크다. 연구팀은 절연체로 인식되는 종이와 셀룰로오스의 나노 크기 미세 구조체인 케나프 식물에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nanofibers·CNF)를 이용해 전하 분포와 전자 이동을 측정했다. 그 결과, '템포 산화 CNF(TEMPO-oxidized CNF, TEMPO 촉매를 사용해 산화 처리된 셀룰로오스 나노섬유)'는 고전압 단시간 충전 특성을, CNF는 n형 음의 저항을 나타내는 n형 반도체의 다양한 특성을 발견했다. 이 연구에서는 식물 셀룰로오스와 분자 구조가 유사하고 지구상에서 두 번째로 풍부한 바이오매스 화합물인 동물성 키토산에 초점을 맞췄다. 연구팀에 따르면, 키토산에는 케나프(CNF)에서 발현되지 못했던 고속 충전 특성이 발견됨과 동시에 액체 누출 등의 문제를 극복할 수 있는 고체형 축전지를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 키토산과 같은 자연 유래의 해양 바이오매스 소재를 반도체, 에너지 저장 분야에 활용할 수 있다면 폐기물을 줄여 자원순환형 사회 조성에 기여할 수 있다. 이번 연구에서는 홍게 껍질로 만든 키토산 나노섬유(ChNF)를 대표적인 동물성 소재로 활용하고, 섬유 길이를 300nm 이하로 제어한 ChNF 시트에 Al 전극을 부착한 소자를 제작했다. ChNF 시트 소자의 I(전류)-V(전압) 특성, AC(교류) 임피던스, 주파수 분석, 축전성을 측정한 결과, 전압 제어에 의한 전압 유도 반도체와 같은 특성이 나타나는 것을 확인했다. 또한, ChNF 시트의 -210~+80V 범위에서 동작 속도 1.24V/s의 승강 전압에 대한 I-V 특성에서 음전압 영역에서 전류의 전압 의존성이 역전되는 거동, 이른바 n형 반도체 특성을 보였다. 즉, I-V 특성은 옴의 법칙을 따르지 않고, 전압 상승에 따라 일정 전압 이상에서 전류가 감소하는 음극 저항이 발현된 것이다. 반면, R(저항)-V(전압) 특성을 분석한 결과, 승압 -1V~0V, 강압 +2V~0V 사이에서 3자리 스위칭 효과를 보이는 특성이 관찰됐다. 또한 10~500V에서 2mA의 전류로 5초간 충전한 후 1μA의 정전류로 방전했을 때 충전 전압 대비 저장 용량의 변화를 조사한 결과, 전압 증가에 따라 저장 용량이 선형적으로 증가하며 450V부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 다음으로 ChNF 시트의 AC 임피던스 특성을 측정한 결과, 저저항과 고저항의 두 개의 반원을 가진 나이키스트 선도(The Nyquist diagram)를 얻었다. 두 개의 반원은 원자간력 현미경 이미지 관찰을 통해 각각 120~350nm의 바늘 모양과 구형으로 이루어진 갑각류 외골격과 세포벽 조직의 기여하는 것으로 추론했다, 이 나이키스트 선도의 특성으로부터 ChNF 시트는 직류와 교류 영역에서 동일한 회로를 가질수 있음을 시사했다. 연구팀은 또한, 반도체 특성의 전자의 기원을 규명하기 위해 ESR 분석을 시도했다. 전자의 기원을 결정하는 단수 대칭의 피크를 관찰했고, 스펙트럼 강도의 선도가 횡축과 교차하는 자기장의 g값을 통해 키토산의 생성 전자는 비정질 키토산에서 발생하는 아미닐 라디칼(NH¯₂)에서 생성된 전자임을 확인했다. 연구팀은 이번 성과에 대해 "저밀도 경량 반도체 및 에너지 저장 장치 제작을 통해 천연 유래의 바이오 소재 자원을 활용함으로써 지구의 생물 순환 시스템을 활용한 바이오 일렉트로닉스가 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-03-27
[신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기

건축 자재에 이산화탄소(CO₂)를 저장해 보다 친환경적인 건축 자재를 만드는 혁신적인 기술이 개발됐다. 건물과 건축에 사용되는 자재의 생산은 일반적으로 지구 온난화와 기후 변화에 영향을 미치는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 다량 배출한다. 기술 전문매체 테크익스플로어는 18일(현지시간) 과학자들이 새로 개발한 복합 데크는 제조 과정에서 배출되는 이산화탄소보다 더 많은 이산화탄소를 저장함으로써 탄소 네거티브 특성을 구현했다고 보도했다. 이는 기존 복합 데크의 한계를 극복하는 중요한 성과다. 연구팀은 미국 화학회(ACS) 춘계 회의에서 이번 연구 결과를 발표했다. 이 프로젝트의 수석 연구자 중 한 명인 유기 화학자 데이비드 헬데브란트에 따르면 페록 등 몇 가지 유형의 시멘트를 제외하고는 탄소 네거티브 복합재가 거의 없는 상태다. '페록'은 돌과 철을 결합한 것으로 콘크리트 보다 강도가 5배 높은 친환경 차세대 건축자재다. 시멘트 대용품으로 사용되는 친환경 건축 자재인 페록은 주로 폐철강 분진과 유리 분쇄물에서 나온 실리카 등 재활용 재료로 생산된다. 철강 분진은 이산화탄소와 반응해 탄산철을 생성하고, 이것이 응고되면 페록이 된다. 건축, 전체 탄소 배출량의 11% 차지 헬데브란트는 그의 팀이 개발한 복합 데크는 "사용 기간 동안 이산화탄소를 배출하지 않는 최초의 복합 재료 중 하나"라고 말했다. 데이비드 힐데브란트는 미국 태평양 북서부 국립연구소(PNNL)에서 일하며 CO₂ 포집을 위한 특수 액체를 개발하고 있다. 세계그린빌딩위원회에 따르면 건물 건설에 사용되는 자재와 공정은 전체 에너지 관련 탄소 배출량의 11%를 차지한다. 그로 인해 업계에서는 재활용 또는 식물 유래 제품을 사용하는 등 탄소 배출량을 상쇄할 수 있는 건축 자재를 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 대부분의 경우 이러한 지속 가능한 건축 자재는 기존 자재보다 비싸거나 강도나 내구성과 같은 특성을 따라갈 수 없는 경우가 많다. 건축 자재의 한 유형인 데크는 수십억 달러 규모의 산업이다. 목재 플라스틱 합성물로 만든 데크 보드는 자외선에 의한 손상이 적고 오래 사용할 수 있기 때문에 목재 보드의 대안으로 인기가 높다. 합성 데크는 일반적으로 목재 칩 또는 톱밥과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱을 혼합하여 제작한다. 이러한 복합재를 보다 지속가능하게 만들기 위한 대안은 폐기물 또는 태워버릴 수 있는 필러를 사용하는 것이다. 헬데브란트의 동료인 키르티 카파간툴라가는 저품질의 갈탄과 제지 과정에서 남은 목재 유래 제품인 리그닌을 데크 합성물의 충전재로 사용했다. 연구팀은 석탄과 리그닌 입자를 플라스틱과 혼합하여 플라스틱에 부착되게 하기 위해 입자의 표면에 에스테르 기능기를 첨가했다. 헬데브란트는 "에스테르는 본질적으로 카복실산이며, 이는 CO₂가 포집된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 이 과정을 검증하기 위해 CO₂와 석탄, 리그닌과 같은 목재 제품에 풍부한 페놀 사이에 새로운 화학 결합을 형성하는 고전적인 화학 반응으로 전환했다. 이 반응을 거친 후 리그닌과 석탄 입자는 무게 기준으로 2~5%의 CO₂를 함유했다. 이어서 연구팀은 이 입자들을 다양한 비율로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 혼합해 갈색을 띠는 검은색 복합재를 제작하고 그 성질을 평가했다. 필러를 80%까지 포함한 복합재는 CO₂ 함량을 최대화하면서도 국제적인 건축 자재 규정에 부합하는 강도와 내구성을 보였다. 이 소재는 PNNL의 전단 보조 가공 및 압출(ShAPETM) 기계를 사용해 마찰 압출 공정으로 제조됐다. 연구원들은 이 기술을 이용해 데크나 야외 가구에 적합한, 표준 목재 복합재와 유사한 외형과 질감을 지닌 10피트(약 3m) 길이의 복합재 패널을 제작했다. 이 새로운 합성 데크 재료는 우수한 물리적 성질뿐만 아니라, 상당한 경제적 및 환경적 이점을 제공한다. 이 데크는 표준 합성 데크 재료보다 18% 더 저렴하다. 헬데브란트는 이 데크가 제조 과정과 사용 기간 동안 발생하는 이산화탄소 양보다 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있다고 말했다. 미국, 1년간 목재 데크 판매량은? 미국에서 매년 판매되는 데크의 양은 35억 5000만피트(약 108만 2040km)에 달한다. 헬데브란트는 연구팀이 개발한 CO₂ 네거티브 복합 데크가 이를 대체하게 되면, 연간 약 25만 톤의 CO₂를 격리할 수 있으며, 이는 5만4000대의 자동차가 1년 동안 배출하는 CO₂량과 맞먹는다고 설명했다. 연구팀은 향후 더 다양한 복합재 조합을 개발하고 그 특성을 실험할 계획이다. 또한 울타리나 사이딩(건물 외벽 마감재)과 같은 여러 건축 자재에 대한 탄소 네거티브 복합재를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 동시에, 연구팀은 이 새로운 탄소 네거티브 데크의 상용화를 위해 노력 중이다. 이 혁신적인 데크는 이르면 내년 여름부터 건축 자재 전문 매장에서 판매될 수 있을 것으로 예상된다.
- 포커스온
2024-03-20
구글, AI 챗봇 제미나이에 선거 관련 질문 유형 제한

구글이 자사의 인공지능(AI) 챗봇 '제미나이'(Gemini)에 답변을 요구할 수 있는 선거 관련 질문을 제한하기로 했다. 구글은 12일(현지시간) 블로그를 통해 "이용자들이 제미나이 챗봇에 물어볼 수 있는 선거 관련 질의 유형을 제한할 것"이라며 "올봄 선거가 있는 인도에서는 이미 시행했다"고 밝혔다. 인도는 오는 4∼5월 약 10억명에 이르는 유권자를 상대로 실시되는 세계 최대 규모의 총선을 앞두고 있다. 구글은 "중요한 문제에 대한 경계심을 높이기 위해 제미나이가 답변할 선거 관련 질의 유형에 대한 제한 조치를 시작했다"며 "이런 질의에 대해 양질의 정보를 제공할 책임을 무겁게 받아들이고 있다"고 설명했다. 구글 대변인은 "올해 전 세계에서 치러지는 많은 선거에 대비하고 많은 주의를 기울이기 위한 것"이라고 말했다. 구글의 이날 발표는 올해 미국 대선 등 전 세계 40여개국에서 중요한 선거가 예정된 가운데 AI 기술을 이용한 가짜뉴스 확산에 대한 우려가 커지는 가운데 나왔다. 최근 온라인상에는 수갑을 찬 트럼프 전 대통령, 기관총을 쏘는 바이든 대통령, 백악관에서 프란치스코 교황을 만나는 트럼프 전 대통령 등 AI로 생성된 이미지가 속속 올라오며 이용자에게 큰 혼란을 주기도 했다. 이에 구글과 페이스북 모회사 메타는 앞서 자사의 AI로 생성된 이미지에 라벨을 부착해 이미지 출처를 구별할 수 있게 하겠다고 밝힌 바 있다. 오픈AI도 챗GPT가 제공하는 뉴스·정보와 함께 이미지 생성 도구 '달리'가 제공하는 이미지가 어디에서, 누구에 의해 만들어졌는지 등의 출처를 제공하기로 했다. 이와 함께 현재 구글은 최근 발생한 제미나이의 이미지 생성 기능 오류로 곤욕을 치르기도 했다. 구글은 지난달 1일 제미나이에 이미지 생성 기능을 추가했지만 20여일만인 지난달 22일에 이 서비스를 중단했다. 미국 건국자나 아인슈타인 등 역사적 인물을 유색인종으로 묘사하고, 독일 나치군을 아시아인종으로 생성하는 등 오류가 발견됐기 때문이다. 이 오류로 인해 구글 AI가 신뢰할 수 없는 소스라는 이미지를 심어주고 경쟁 업체에 기회를 제공할 수 있다는 비판도 제기됐다. 구글은 "앞으로 몇 주 안에 이 기능을 재활성화할 계획"이라고 밝혔지만, 아직 기능은 회복되지 않았다.
- IT/바이오
2024-03-13
중국 BYD, 일본시장 개척 위해 2~3년내 신형EV 출시

중국 전기자동차(EV)업체 비야디(BYD)는 1일(현지시간) 일본시장에서 2025년, 2026년에 각각 한 종류 이상의 신형EV를 출시할 것이라고 발표했다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 BYD는 지난해 진출한 일본의 승용차시장에 신형모델을 계속 투입해 시장개척을 속도를 낼 것이라며 이같이 밝혔다. BYD는 내년말까지 일본에서 영업점 100곳을 운영할 예정이며 현재는 오픈을 준비하는 영업점을 포함해 51곳까지 확대하고 있다. BYD는 지난해 EV 전세계 판매실적에서 미국 테슬라를 누르고 1위 자리에 올랐다. BYD 아시아태평양 대표이며 비야디재팬시장인 류수에량(劉学亮)은 "탈탄소화를 추진하는 하나의 수단으로서 EV가 보급되는 이 흐름은 바뀌지 않을 것"이라고 지적했다. 그는 "일본소비자가 EV를 거부하지 않고 (BYD)의 전체 모델에서 선택하게 될 것"이라며 판매를 늘릴 방침을 나타냈다. 하지만 앞으로 투입될 차량 모델에 대해서 구체적인 내용 설명을 회피했다. 일본에서는 지난해 1월에 중형 스포츠유틸리티(SUV) '아토(ATTO)3'를 ,지난해 9월에는 소형차 '돌핀(海豚)'을 출시했다. BYD의 지난해 승용차 판매실적은 1446대(2022년에는 11대)를 기록했다. BYD는 일부 개량한 아토3를 지난 1일 발매했다, 아토3와 돌핀의 판매강화를 우선하는 전략 변화에 따라 지난해 공개 예정이었던 고급세단 '씰' 출시를 올해 중반으로 연기했다. 당초 올해까지 일본에서 연간 2만대 정도의 판매를 목표로 하고 있었지만 현재는 판매목표를 발표하지 않고 있다. 돌핀은 올해 3월까지 1100대의 판매를 목표로 내세우고 있지만 일본에서의 승용차 판매회사 BYD재팬의 토후쿠지 아츠키(東福寺厚樹) 사장은 "유감이지만 여전히 (목표에는) 미칠 것 같지도 않다는 것이 솔직한 상황"이라면서 "형식지정 취득이 늦춰지고 많은 차량을 동시기에 일본 전국에 공급할 수 없는 상태가 지속되고 있는 점도 목표미달의 주요 요인"이라고 설명했다.
- 산업
2024-03-01
일본 르네사스, AI반도체 처리능력 16배 높인 기술 개발⋯소비전력 줄여

일본 반도체업체 르네사스 일렉트로닉스(이하 르네사스)는 22일(현지시간) 인공지능(AI)용 반도체 처리능력을 최대 16배로 높인 기술을 개발했다고 23일 발표했다. 닛케이(日本經濟新聞) 등 외신들에 따르면 르네사스는 자사가 개발한 이 기술이 전략 1와트당 1초간에 10조회의 연산이 가능하다고 설명했다. 소비전력도 8분의 1이하로 억제된다. 르네사스는 AI를 탑재한 산업로봇 등에서 수요가 있을 것으로 보고 있다. 공장과 물류시설, 매장에서의 인력 감축 등을 위해 보다 고성능의 로봇을 요구하는 기업들이 증가하고 있다. 처리능력이 높은 반도체를 사용하면 AI와 로봇 성능도 향상할 수 있다. 르네사스는 처리내용마다 하드웨이 회로를 유연하게 대체할 수 있는 '동적 재구성 프로세스(DRP)' 기술을 AI용으로 특화시켰다. AI의 인식정밀도에 영향이 적은 연산을 줄여 소비전력을 억제했다. 고객들은 인식정밀도와 동작속도, 소비전력의 균형을 조절할 수 있다. AI의 계산처리를 맡는 반도체의 소비전력이 커져서 열이 발생하면 기기 전체의 고장으로 이어진다든지 동작불량이 야기될 우려가 있다. 르네사스는 이번에 전력효율을 높여 발열량을 억제시키는데 성공했다. 냉각용 팬 등을 부착할 필요가 없게 돼 기존보다 반도체 기반을 소형화할 수 있다고 설명했다.
- IT/바이오
2024-02-23