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2024-11-23 (토)

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[신소재 신기술(53)] 새로운 냉각 기술로 양자 컴퓨팅 시대 열린다

미국에서 획기적인 냉각 기술이 개발돼 절대 영도 도달 시간을 단축했다. 미국 정부기관인 국립 표준 기술 연구원(NIST) 연구팀은 획기적인 냉각 기술을 개발해 빅 칠(Big Chill)로 알려진 절대 영도에 근접한 초저온을 기존보다 훨씬 빠르고 효율적으로 달성할 수 있게 됐다고 라이브사이언스가 최근 보도했다. 이 기술은 양자 컴퓨팅, 천문학 등 중요 과학 실험에 필요한 준비 시간을 크게 단축 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 절대 영도는 -273.15℃ 또는 0켈빈으로 표시되는 가장 낮은 온도를 의미한다. 이 온도에서 원자와 분자는 완전히 정지 상태에 있으며, 열 에너지가 전혀 존재하지 않는다. 절대 온도는 이론적 개념이며 실제로 실험적으로 달성하기에는 어렵다. 현재까지 절대 온도에 가장 근접하게 도달한 온도는 1999년 로듐을 활용한 냉각 기법으로 기록한 약 100피코켈빈이다. 과학 실험에 사용되는 민감한 전기 장비는 온도 변동과 같은 외부 노이즈의 간섭을 받지 않도록 절대 영도 근처의 초저온을 유지해야 한다. 하지만 기존 냉장 장치는 이러한 온도를 달성하는 데 배우 비용이 많이 들고 비효율적이었다. NIST 과학자들은 훨씬 더 빠르고 효율적으로 절대 온도를 달성할 수 있는 새로운 프로토타입의 냉장고를 제작했다. 염구팀은 이를 사용하면 연간 2700만와트의 전력을 절약하고, 전세계 에너지 소비를 3000만달러까지 줄일 수 있다고 주장했다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 게재됐다. 기존PTR 설계 개선해 초저온 달성 기존 가정용 냉장고는 액체 냉매가 저압 파이트(증발기)를 통해 순환하면서 열을 흡수해 내부를 냉각시키는 방식으로 작동한다. 냉매는 압축기를 거쳐 다시 액체 상태로 변환되면서 온도가 상승하고 이 열은 냉장고 뒷면을 통해 방출된다. 과학자들은 40년 이상 펄스 튜브 냉장기(PTR)를 사용해 초저온을 달성해돴다. PTR은 헬륨 가스를 이용해 유사한 과정을 거치지만 열을 훨씬 더 잘 흡수한다. PTR은 효과적이긴 하지만 에너지 소비가 많고 비용이 많이 들며, 냉각 시간이 오래 걸리는 담점이 있다. NIST 연구팀은 기존 PTR 설계 개선을 통해 냉각 시간을 단축하고 전체 비용을 낮출 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 PTR은 기본 온도(보통 4 켈빈 근처)에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계되어 있어 전체 냉각 과정 중 상당 부분에서 비효율적으로 작동한다고 지적했다. 이에 NIST 연구팀은 압축기(컴프레서)와 냉장고 사이의 PTR 설계를 조정해 헬륨 가스 사용 효율을 높였다. 기존 방식에서는 헬륨 가스 일부가 순환 루트 대신 방출 밸브로 유출되면서 낭비됐다. 적은 비용으로 양자 컴퓨팅 구현 연구팀이 제안한 재설계에는 온도가 내려가면 수축하는 밸브가 포함돼 헬륨 가스 낭비를 방지할 수 있다. 이러한 개선으로 NIST 팀이 셜계를 수정한 PTR은 기존 방식보다 1.7배~3.5배 빠르게 초저온(빅 칠)을 달성했다. 연구팀은 이 새로운 기술을 통해 이탈리아의 희귀 현상 암흑 물질 연구소(CUORE)에서 수행한 실험 시간을 최소 1주일 단축할 수 있었다고 밝혔다. 이 연구소는 현재까지 이론상으로만 존재하는 방사성 붕괴 형태와 같은 희귀 현상을 연구하는데 사용된다. 정확한 연구 결과를 얻기 위해서 이러한 시설에서 배경 잡음을 최대한 줄여야 한다. 연구진은 이 새로운 방법을 사용하면 현재 이론적인 형태의 방사능 붕괴와 같은 희귀 사건을 찾는 데 사용되는 이탈리아의 극저온지하천문대(CUORE)에서의 실험 시간을 최소 일주일 이상 단축할 수 있다고 연구 결과에서 밝혔다. 이 시설에서 정확한 결과를 얻으려면 배경 소음을 최대한 줄여야 한다. 양자 컴퓨터도 비슷한 수준의 격리가 필요하다. 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐비트(qubit)를 사용한다. 기존 컴퓨터는 정보를 비트(bit) 단위로 저장하고 1 또는 0의 값으로 데이터를 인코딩하여 순차적으로 계산을 수행하지만 큐비트는 양자역학의 법칙에 따라 1과 0의 중첩을 차지하며 계산을 병렬로 처리하는 데 사용할 수 있다. 그러나 큐비트는 매우 민감하기 때문에 열 에너지의 미세한 변동을 포함해 최대한의 외부 노이즈(배경 잡음) 차단이 필요하다. 연구팀은 이론적으로 가까운 미래에 훨씬 더 효율적인 냉각 방법을 달성할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 분야에서 더 빠른 혁신으로 이어질 수 있다고 말했다. 또한, 연구팀은 이 기술이 초저온을 달성하면서도 동시에 훨씬 저렴한 비용으로 초저온 산업에 도움이 될 수 있으며, 시간 집약적이지 않은 실험 및 산업 응용 분야의 비용을 절감할 수 있다고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-06-03
최상목 부총리 "반도체 지원 26조, 세계 최고 수준"

최상목 부총리 겸 기획재정부 장관이 23일 발표한 반도체 지원 프로그램에 대해 "세계 어느 나라보다도 인센티브로서 손색이 없다고 자부할 수 있을 것 같다"고 말했다. 최 부총리는 이날 정부서울청사에서 안덕근 산업통상자원부 장관, 박상우 국토교통부 장관, 이종호 과학기술정보통신부 장관, 한화진 환경부 장관, 김주현 금융위원장 등 관계부처 장관들과 함께 '반도체 생태계 종합지원 방안'을 발표라며 이렇게 말했다. 이날 정부는 26조원 규모의 반도체 분야 지원 방안을 발표했다. 반도체 금융지원 프로그램으로 18조1000억원, 연구개발(R&D)·인력양성 등에 5조원 이상, 도로·용수·전력 공급 등 인프라에 2조원 이상을 각각 투입한다는 계획이다. 정부가 이날 발표한 26조원 규모의 반도체 산업 지원 계획의 70%는 우대금리 대출 등 금융 지원으로 채워졌다. 반도체 클러스터 조성을 위한 전력·용수 등 인프라 지원과 연구개발(R&D) 인력 양성을 위한 투자도 기존보다 대폭 확대하기로 했다. 산업 경쟁력을 높여 반도체 패권 경쟁이 심화하는 글로벌 시장에서 주도권을 확보하기 위한 취지다. 이는 윤석열 정부의 남은 임기인 3년간의 투자 규모다. 최 부총리는 "어떤 나라는 국가나 지방자치단체에서 지원해주는 경우들이 많이 있는 걸로 아는데 우리도 거기에 뒤떨어지지 않도록 인프라 지원을 확실히 하겠다는 것을 이번에 밝혔다"며 "산단을 조성하는 인프라 시간을 절반으로 단축하는 것도 어떻게 말하면 시간 보조금이라고 할 수 있을 것 같다"고 설명했다. 이중 재정지원은 산업은행 출자분 18조원 등을 뺀 8조원가량이다. 반도체 생태계 펀드 출자, 인프라 확충, R&D, 인력 양성 등이다. 최 부총리는 직접 보조금을 지급하는 방안이 제외된 점에 대해서 "제조 시설이 없고 새로 만들어야 하는 나라들이 인센티브를 주기 위해 투자 보조금이 있는 것"이라며 "제조 시설에 있어 세제지원은 보조금과 같은 성격이고 어느 나라보다 인센티브율이 높다"고 강조했다. 그러면서 "좀 더 인센티브가 될 수 있도록 (세제지원) 적용 범위를 확대했다"며 "저리 대출을 해서 지원을 받을 수 있게 됐기 때문에 투자 보조금까지는 아니더라도 유동성 등을 지원받을 수 있다"고 말했다. 앞으로 삼성전자, SK하이닉스와 같은 대기업에 대한 대규모 지원 여부에 대해서는 "지금 용인에 반도체 클러스터를 하고 있는데 가장 많이 요청하는 것이 인프라 지원"이라며 "(업계와) 소통을 해나가고 있고 현재로는 어느 정도 충족이 되지 않을까 생각한다"고 말했다. 최 부총리는 "R&D, 인력양성 등 5조원 이상의 재정 지원은 대부분 중소·중견기업한테 간다"고 설명했다. 박상우 국토교통부 장관은 "(용인 국가산업단지 관련) 특단의 조치를 가동해서 보상 기간과 협의 기간을 반으로 줄여서 2026년 말이면 부지 조성 공사에 착수하고 2028년 말이면 '팹(Fab) 1'의 부지 조성이 다 완료돼 공장 건설이 시작되도록 하겠다"며 "2030년 말에는 팹 1공장이 가동되도록 빠른 속도로 진행해 나가겠다"고 말했다. 한화진 환경부 장관은 "용인의 국가산단과 일반산단, 2개의 산단에서 용수를 함께 공급할 수 있는 복선화된 공동사용관로를 사용하려고 한다"며 "관로가 파손되거나 누수되는 비상사태가 발생할 경우에도 안정적으로 용수를 공급하는 강점이 있다"고 설명했다. 안덕근 산업통상자원부 장관은 용인 산단의 송전망과 관련해 "지금 가평까지 오는 1차 선로는 현재 인허가를 다 마쳤다"며 "나머지 용인 산단에 들어가고 있는 내륙 3개 선로와 서해안에서 올라오는 선로가 있는데, 비용 문제 등을 가지고 면밀히 검토하면서 태스크포스를 구성해 효율적인 방법을 모색하는 중"이라고 밝혔다. 안 장관은 향후 구체적 목표에 대해 "전 세계 반도체 분야에서 3분의 2 정도를 차지하는 시스템 반도체 분야에 우리가 특히 취약하다"며 "2030년까지 시스템 반도체 분야의 시장 점유율을 현재 2% 조금 넘는 수준에서 10% 정도로 키우는 목표치를 갖고 성장 전략을 만들어서 조만간 공개하겠다"고 말했다. 정부는 산업단지 착공에 드는 기간을 기존 7년에서 절반으로 단축할 방침이다. 특히 용인 반도체 메가클러스터의 국도 45호선 확장과 용수·전력 공급 문제는 사전 절차 간소화, 관계기관 비용 분담 등을 통해 적극적으로 해결하겠다고 약속했다. R&D 인력 양성 투자는 직전(2022∼2024년) 3년간 3조원 수준에서 향후 3년간(2025∼2027년) 5조원 이상으로 늘리기로 했다. 반도체 설계용 소프트웨어 구입비 등 R&D 세액공제 적용 범위를 확대하고 올해 말로 종료되는 국가전략기술 세액공제 적용기한 연장, 대상 범위 확대 등도 추진한다. 또한 정부는 반도체 관련 첨단 패키징, 미니팹 구축 등에 대한 R&D 사업 예비타당성 조사를 조속히 마무리해 내년 예산안에 반영할 계획이다. 반도체 특성화 대학·대학원 과정을 확대해 현장 수요에 맞는 전문 인력도 양성한다. 정부는 이번 계획의 70% 이상을 중소·중견기업에 지원한다는 방침이다. 윤 대통령이 지시한 시스템 반도체 성장 전략은 오는 8월까지 마련하기로 했다. 최부총리는 "오늘 발표한 반도체 생태계 지원 방은을 보다 구체화해 6월 중 확정하고 신속히 추진해 나가겠다"라고 말했다.
- IT/바이오
2024-05-23
[퓨처 Eyes(35)] 첨단 '고밀도 물 없는 수력' 에너지 플랜트 시연

기존 수력 발전의 한계를 극복하는 저지대 언덕을 활용한 고밀도(HD) '무수력(無水力·물 없는 수력) 발전' 시스템이라는 혁신적인 에너지 저장 기술이 개발됐다. 영국 스타트업 리에너자이즈(RheEnergise)가 개발한 무수력 발전 시스템은 물 대신 2.5배 더 높은 밀도의 액체를 사용해 기존 수력 발전소의 40% 용량으로 동일한 전력 저장 성능을 달성했다고 리차지뉴스와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 최근 보도했다. 리에너자이즈의 고밀도 무수력(HD Hydro) 기술은 물 대신 특수한 미네랄 분말과 혼합된 액체를 사용해 에너지 저장 효율이 높다. 이 무거운 유체를 사용하면 40%의 부피, 훨씬 작은 탱크 또는 상부 탱크와 하부 탱크 사이의 40%의 높이 차이를 사용해 기존의 양수 발전과 동일한 에너지 저장 성능을 얻을 수 있다. 에너지 수요가 낮을 때 HD Hydro 시스템은 올림픽 규격 수영장보다 큰 지하 저장 탱크로 오르막의 물보다 2.5배 더 밀도가 높은 특허 받은 유체를 펌핑한다. 프로젝트는 5MW에서 100MW까지 다양하며 100m 이하의 수직 높이에서 작업할 수 있다. 또한 이 에너지 저장 시스템은 풍력 및 태양열 시설에서 잉여 전력을 활용하는 데도 사용 가능하다. 기존의 수력 발전 시스템은 세계 최고의 친환경 전기 생산 수단으로, 생산량의 4300TWh, 즉 전체 전기의 15%를 차지한다. 수력 발전으로얻은 전기를 수력 전기라고 하며 일단 건설되면 더 이상 직접적인 폐기물은 발생하지 않으며, 이산화탄소 배출량도 적다. 최근 몇 년 동안 수력 발전이 확장되었음에도 불구하고 지형적인 제약 등으로 더 이상 확장할 여지가 많지 않다. 전통적인 수력 발전은 효율적인 전력 생산을 위해 가파르고 산이 많은 지형 등 충분히 높은 수위를 가진 큰 수역이 필요하다. 기존 수력발전은 지형적 제약을 받지만, 이 기술은 언덕이 훨씬 낮은 지역에도 에너지 저장 시설을 설치할 수 있어, 기존 방식으로는 사용할 수 없었던 전 세계 다양한 지역에 깨끗한 형태의 에너지를 제공할 수 있다. 현재 영국 정부는 이 혁신적인 물 없는 수력 발전소의 파일럿 플랜트 설립을 승인했다. 영국은 무수력 시범 발전소 건설을 통해 기술 검증 및 상업화 기반을 마련하고자 한다. 리에너자이즈의 HD Hydro 500kW 실증기는 영국 데번주의 플리머스 외곽 콘우드(Cornwood)에 있는 광산 회사 시벨코(Sibelco)에 오는 9월 건설을 시작할 예정이다. 영국 정부의 장기 에너지 저장 시범 프로그램 지원으로 무수력 시범 발전소가 건설되며, 성공 시 상업용 대규모 발전소 건설로 이어질 전망이다. 리에너자이즈에 따르면 영국에만 6500개의 무수력 발전소의 잠재적 부지가 있다고 한다. 이 회사는 또 유럽, 아프리카, 북미 및 호주 전역에서 10만개 이상의 잠재적인 부지가 있다고 덧붙였다. 이는 태양열이나 풍력 에너지 저장에도 활용될 수 있으며 리튬 이온 배터리 대비 저렴한 비용과 장기간 저장이 가능하다는 장점이 있다. HD Hydro 시스템은 기존 수력 발전 시설을 건설하는 데 평균 5년에서 10년이 걸리는 데 비해 단 몇 년 만에 건설할 수 있다고 한다. 리에너자이즈는 또한 계곡의 범람이 필요한 기존의 양수 저장 수력 발전 시설보다 설치 면적이 현저히 작기 때문에 몇 년이 아닌 몇 달 만에 계획 승인을 받을 수 있다고 밝혔다. 전 세계가 탈탄소화 경쟁에서 재생 에너지 그리드로 전환하고 있는 상황에서 이 프로젝트는 매우 중요한 소식이다. 무수력 파일럿 플랜트 시설은 시벨코의 콘우드 공장에서 도자기, 타일, 산업용 애플리케이션뿐만 아니라 위생 도기 용 카올린을 생산하는 공장에 설치되고 있다. 이 파일럿 플랜트는 영국 정부의 장기 에너지 저장(LoDES) 실증 프로그램(화장실 제조업체에 적합한 자금 출처)의 지원을 받고 있으며, 데본 카운티 의회의 지원을 받고 있다. 스테판 크로셔(Stephen Crosher) 최고경영자(CEO)는 "이 플랜트 시연은 장기 에너지 저장 부문의 '선구적인 프로젝트'이며 리에너자이즈는 영국과 해외에서 상업 규모의 프로젝트를 구축할 수 있는 강력한 위치에 놓이게 될 것"이라고 말했다. 그는 "호주와 칠레에 이르기까지 전 세계적으로 우리 기술에 관심을 가지고 있다. 우리는 2년 이내에 첫 번째 10MW 그리드 규모 프로젝트를 가동하고 싶다"고 포부를 밝혔다.
- 포커스온
2024-05-09
[신소재 신기술(42)] 플라스틱 폐기물 90% 분해하는 혁신 기술

과학자들은 우리 시대 가장 심각한 환경 문제 중 하나인 플라스틱 오염을 해결하기 위한 독창적인 방법을 제시했다. 미국 캘리포니아 대학교 연구팀이 플라스틱을 먹는 매우 강한 포자가 함유된 플라스틱이 매립지에서 스스로 분해되는 기술을 개발했다고 네이처닷컴과 BBC, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 집중 조명했다. 이 연구에서는 고온 용융 압출을 사용해 폴리머 분해 박테리아의 포자를 열가소성 폴리우레탄에 통합하는 바이오 복합재 제작을 시연했다. 플라스틱의 한 종류인 폴리우레탄은 강도와 탄성이 뛰어나 휴대폰 케이스부터 운동화까지 모든 제품에 사용되지만 재활용이 까다로워 주로 매립된다. 플라스틱에 첨가되는 박테리아의 종류는 식품 첨가물 및 프로바이오틱스로 널리 사용되는 고초균(枯草菌)으로 영문으로는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로 불린다. 고초균은 토양과 발효식품 등 다양한 환경에서 발견되는 세균이다. 또한 바실러스 서브틸리스 포자로 채워진 열가소성 폴리우레탄의 전반적인 인장 특성이 크게 개선되어 인성이 매우 향상됐다. 캘리포니아대학교 샌디에이고 라호야 캠퍼스의 김한솔 연구원은 "자연에서 플라스틱 오염을 완화할 수 있다는 희망이 있다"고 말했다. 공동 연구원 존 포코르스키는 "우리의 공정은 소재를 더욱 견고하게 만들어 플라스틱의 수명을 연장한다"고 말했다. 그는 "그리고 이 공정이 완료되면 폐기 방법에 관계없이 환경으로부터 플라스틱을 제거할 수 있다"고 설명했다. 포코르스키 연구원은 "이 플라스틱은 현재 실험실에서 연구 중이지만 제조업체의 도움을 받으면 몇 년 안에 실제 환경에 적용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 플라스틱은 강하고 다양한 용도로 사용되는 소재지만, 이러한 장점은 폐기 처리를 어렵게 만드는 요인이기도 하다. 플라스틱은 분해되는 데 수십 년 또는 수백 년이 걸리기 때문에 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 매립지와 바다를 오염시키고 있는 실정이다. 연구팀은 플라스틱에 플라스틱 분해 박테리아 포자를 넣어 매립지에 폐기될 때 활성화되도록 만들었다. 이를 통해 5개월 만에 플라스틱 물질의 90%가 생분해되는 것이 확인됐다. 게다가 '플라스틱 분해 박테리아 포자'를 넣은 플라스틱은 실제로 사용하는 동안 일반 플라스틱보다 더욱 견고하고 강했다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 플라스틱을 분해하는 능력을 갖춘 박테리아를 발견하고, 이 과정을 담당하는 효소를 분리하여 효율성을 높였다. 이를 통해 효소와 박테리아로 플라스틱을 처리하는 더 효율적인 재활용 시설이 구축될 수 있다. 하지만 재활용 시설로 옮겨지지 않는 플라스틱은 어떻게 될까. 앞서 지적했듯이 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 신발, 스포츠 용품, 휴대폰 케이스, 자동차 부품 등을 만드는데 일반적으로 사용되는 견고한 플라스틱 유형이지만 현재 재활용이 불가능하다. 연구팀은 TPU 폐기 처리를 위해 플라스틱 분해 박테리아 바실러스 서브틸리스의 포자를 플라스틱 자체에 직접 넣는 새로운 방법을 연구했다. 또한 연구팀은 포자를 넣은 플라스틱 제품이 너무 일찍 분해되지 않고, 정상적인 기간 동안 사용한 뒤 매립지나 자연 환경에서 폐기될 때만 생분해가 시작되도록 설계했다. 내열성 미생물로 온도 한계 극복 먼저 극복해야 할 문제는 플라스틱 제조에 사용되는 높은 온도였다. 플라스틱 가공시 사용되는 고온으로 인해 대부분의 박테리아 포자가 죽는다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 내열성 미생물을 유전공학적으로 제작했으며, 플라스틱 가공 온도인 135°C(275°F)에서 변형된 박테리아의 96~100%가 생존하는 것을 확인했다. 변형되지 않은 박테리아의 경우 생존율은 겨우 20%에 불과했다. 다음으로 연구팀은 박테리아가 플라스틱을 얼마나 잘 분해하는지 테스트했다. 이 과정은 토양의 영양분과 수분에 의해 시작된다. 플라스틱 무게의 최대 1% 농도에서 박테리아는 퇴비에 묻힌 후 5개월 이내에 플라스틱 물질의 90% 이상을 분해했다. 이 새로운 플라스틱은 사용 중 강도가 약화될 것으로 추정했지만, 실제로는 그 반대 효과가 나타났다. 포자를 넣어 만든 플라스틱은 일반 폴리우레탄(TPU)보다 최대 37% 더 강하고 인장 강도가 최대 30% 더 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 포자가 강화 충전재 역할을 하는 것으로 추정했다. 연구팀은 이 기술은 확장 가능성이 높으며, 사용 중 더욱 견고하고 강하면서 재활용이 불가능한 TPU를 폐기 처리하는 새로운 방법을 열 수 있다고 말했다. 이를 다른 몇 가지 방법과 함께 사용한다면 플라스틱 오염 문제 해결에 진전을 이룰 수 있을 것으로 보인다. 플라스틱의 약 80%가 재활용되지 않고 매립지나 자연 환경에 축적되고 있는 실정다. 또한 폴리우레탄(PU)은 세계에서 6번째로 많이 생산되는 플라스틱이지만 재활용을 위한 거버넌스는 없다. PU 폐기물은 수지 식별 코드의 카테고리 7(PETE, HDPE, PVC, LDPE, PP, PS 이외의 기타 플라스틱)에 따라 잠재적으로 수거될 수 있지만, 미국에서는 일반적으로 이 카테고리의 플라스틱 중 0.3%만이 재활용되고 있다. 플라스틱 분해 과정에 박테리아 포자를 결합시킨 것은 산업 공정에서 재생 가능한 폴리머 충전재로서 살아있는 세포를 도입할 수 있는 흥미로운 기회를 제공했다는 평가를 받고 있다. 연구진은 잠재적으로 확장 가능한 이 기술이 재활용할 수 없는 TPU를 폐기하는 새로운 방법을 제시하는 동시에 사용 중에 더 튼튼하고 강하게 만들 수 있다고 말했다. 이 기술을 다른 몇 가지 방법과 결합하면 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 어느 정도 진전을 이룰 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 발표됐다.
- 포커스온
2024-05-03
인공지능, 기후변화 대처하는 식물 설계에 활용

과학자들이 인공지능(AI)을 활용해 기후 변화에 견딜 수 있는 식물을 설계하고 있다. 인공지능은 과학자들이 기후변화와 싸우고 지구 온도 상승을 억제하기 위해 식물을 개량하는 데 도움을 주고 있다고 웹사이트 피지스(phys. org)와 어스닷컴 등이 전했다. 기후변화 패널(IPCC)은 기후변화와 지구 온도 상승을 제한하기 위해서는 대기 중 이산화탄소를 제거하는 것이 필수적이라고 밝혔다. 미국 캘리포니아 라호야에 위치한 생명과학연구기관 솔크 연구소(Salk Institute) 과학자들은 기후 변화에 대응하기 위해 식물의 뿌리 시스템을 최적화해서 더 많은 이산화탄소를 더 오랜 기간 저장할 수 있는 식물의 자연적인 이산화탄소 흡수 능력 활용에 주목했다. 이 연구소의 '식물 활용 이니셔티브(Harnessing Plants Initiative)' 소속 과학자들은 기후변화 완화 식물을 설계하기 위해 'SLEAP'이라는 첨단 연구 도구를 사용하고 있다. 인공지능 SLEAP, 뿌리 성장 특징 추적 SLEAP은 사용하기 쉬운 인공지능 소프트웨어로서 다양한 뿌리 성장 특징을 추적한다. 솔크의 펠로우인 탈모 페레이라(Talmo Pereira)가 개발한 SLEAP은 당초 실험실에서 동물의 이동을 추적하기 위해 설계됐다. 페레이라는 현재 식물 과학자인 동료 연구원 볼프강 부쉬(Wolfgang Busch) 교수와 협력해 SLEAP을 식물에 적용하고 있다. 최근 '식물 게놈연구(Plant Phenomics)' 저널에 발표된 연구에서 부쉬 박사와 페레이라는 SLEAP을 사용해 식물 뿌리 형태 분석을 위한 새로운 프로토콜을 선보였다. 이 프로토콜은 뿌리가 얼마나 깊고 넓게 자라고, 뿌리 시스템이 얼마나 커지는 등 이전에는 측정하기 어려웠던 기타 물리적 특징을 분석한다. SLEAP을 식물에 적용한 결과 연구원들은 현재까지 가장 광범위한 식물 뿌리 시스템 형태 카탈로그를 구축할 수 있었다. 더욱이, 이러한 물리적 뿌리 시스템 특징을 추적하면 과학자들이 해당 특징과 관련된 유전자를 찾는 데 도움이 되며, 여러 뿌리 특징이 동일한 유전자에 의해 결정되는지 아니면 독립적으로 결정되는지를 판단할 수 있다. 이를 통해 솔크 연구팀은 식물 설계에 가장 유익한 유전자를 결정할 수 있다. 페레이라는 "이번 협업은 솔크 연구소의 과학이 특별하고 영향력 있는 이유를 실제로 보여주는 좋은 예"라고 말했다. 그는 "우리는 단순히 다른 분야의 지식을 '빌려오는' 것이 아니라, 더 큰 성과를 창출하기 위해 서로 동등한 위치에서 연구하고 있다"고 전했다. SLEAP을 사용하기 전에는 식물과 동물 모두의 물리적 특징을 추적하는 데 많은 노동이 필요했으며 이는 과학적 과정을 지연시켰다. 이전에는 연구원들이 식물 이미지를 분석하기 위해서는 이미지에서 식물 부분과 그렇지 않은 부분을 프레임 단위, 부분 단위, 픽셀 단위로 수작업으로 표시해야 했다. 그래야만 이전의 AI 모델을 적용해 이미지를 처리하고 식물 구조에 대한 데이터를 수집할 수 있었다. SLEAP의 독특한 점은 컴퓨터 시각(컴퓨터가 이미지를 이해하는 능력)과 딥 러닝(AI가 인간 뇌처럼 배우고 작업하도록 컴퓨터를 훈련하는 방법)을 모두 활용한다는 점이다. 이러한 조합을 통해 연구원들은 픽셀 단위로 이동하지 않고도 이미지를 처리할 수 있으며, 중간에 노동 집약적인 단계를 건너뛰고 이미지 입력에서 정의된 식물 특징으로 바로 넘어갈 수 있다. 부쉬 연구실의 생물정보학 분석가인 엘리자베스 베리건(Elizabeth Berrigan) 제1 저자는 "우리는 다양한 식물 유형에서 검증된 강력한 프로토콜을 개발했다. 이 프로토콜은 분석 시간과 인적 오류를 줄이고 접근성과 사용 편의성이 크며 실제 SLEAP 소프트웨어를 변경할 필요가 없었다"고 말했다. SLEAP의 기본 기술을 수정하지 않고 연구원들은 슬립 루트(sleap-roots)라는 SLEAP용 다운로드 가능한 도구킷을 개발했다. 슬립 루트는 오픈 소스 소프트웨어로 무료로 사용 가능하다. 슬립 루트를 사용하면 SLEAP는 뿌리 깊이, 질량, 성장 각도와 같은 뿌리 시스템의 생물학적 특성을 처리할 수 있다. 연구팀은 슬립 루트(sleap-roots) 패키지를 다양한 식물에서 테스트했다. 여기에는 대두, 쌀, 카놀라와 같은 농작물뿐만 아니라 모델 식물 종인 아라비도프시스 탈리아나(Arabidopsis thaliana)도 포함된다. 깊은 뿌리 시스템을 만드는 유전자 이해 높여 다양한 식물에서 시험한 결과 이 새로운 SLEAP 기반 방법은 기존 방법보다 1.5배 빠르게 주석을 달고, AI 모델을 10배 빠르게 훈련하고, 새로운 데이터에 대한 식물 구조를 10배 빠르게 예측하며, 모두 동일하거나 더 나은 정확도를 제공했다. 이러한 표형 데이터(예: 식물의 뿌리 시스템이 유난히 깊게 자라는 것)는 대규모 게놈 시퀀싱 노력과 함께 많은 숫자의 작물 품종에서 유전형 데이터를 밝히는 데 사용해 특히 깊은 뿌리 시스템을 만드는 유전자를 이해할 수 있다. 표형과 유전형을 연결하는 이 단계는 솔크 연구소의 목표인 더 많은 이산화탄소를 더 오랫동안 유지하는 식물을 만드는 데 중요하다. 이러한 식물은 더 깊고 더 강력한 뿌리 시스템을 설계해야 한다. 이 정확하고 효율적인 소프트웨어를 구현하면 식물 활용 이니셔티브는 원하는 표형을 표적 유전자에 아주 쉽고 획기적인 속도로 연결할 수 있다. 솔크의 식물 과학 부문 헤스 의장인 부쉬 박사는 "우리는 현재까지 가장 광범위한 식물 뿌리 시스템 형태 카탈로그를 만들 수 있었다. 이는 기후 변화와 싸우는 탄소 포집 식물을 만드는 연구를 실제로 가속화하고 있다"라고 말했다. 부쉬 박사는 "SLEAP은 탈모의 전문적인 소프트웨어 설계 덕분에 적용하고 사용하기 매우 쉬웠으며 앞으로 제 연구실에서 필수적인 도구가 될 것이다"라고 말했다. 페레이라가 SLEAP과 슬립 루트(sleap-roots)를 만들 때 접근성과 재현성을 가장 중요하게 고려했다. 연구원들은 NASA 과학자들과 토론을 시작하여 슬립 루트를 사용해 지구에서 탄소 포집 식물을 안내할 뿐만 아니라 우주에서 식물을 연구하는 데 도움이 되기를 기대한다. 솔크 연구소에서는 이미 SLEAP를 사용해 3D 데이터를 분석하는 새로운 도전에 착수하고 있다. SLEAP 및 슬립루트(sleap-roots)를 개선하고 확장하며 공유하는 노력은 앞으로 수년 동안 계속될 것이다. 솔크 연구소의 식물 활용 이니셔티브에서의 활용은 식물 설계를 가속화하고 연구소가 기후 변화에 대응하는 데 도움이 되고 있다.
- IT/바이오
2024-04-27
엔화가치, 장중 일시 마지노선 달러당 155엔대 붕괴⋯시장개입 경계감 고조

엔화가치는 24일(현지시간) 장중 일시 심리적 마지노선인 달러당 155엔을 넘어섰다. 이에 따라 일본금융당국의 시장개입 경계감이 높아졌다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 엔화가치는 이날 뉴욕외환시장에서 장중 일시 달러당 155.37엔에 거래됐다. 엔화가치는 이후 곧바로 154엔대를 회복했지만 달러당 155엔을 넘어선 것은 1990년6월이후 34년 가까이만에 처음이다. 엔화가치가 장중 155엔대를 기록한 것은 미국 연방준비제도(연준∙Fed)의 조기 금리인하 전망이 후퇴되고 있는 반면 일본은행의 저금리정책은 지속될 것이라는 예상에 엔 매도/달러 매수 추세가 강화된 때문으로 분석된다. 엔화가치가 달러당 155엔이라는 심리적 마지노선이 무너지자 시장에서는 일본정부와 일본은행의 시장개입 경계감이 더욱 높아지고 있는 상황이다. 달러는 이번주 들어 154엔 후반대를 유지하며 역사적인 고수준을 지속해왔다. 전문가들은 미국 경기가 예상이상으로 견고해 빠르면 3월로 예상됐던 금리인하 예상시점이 크게 후퇴한 반면 3월에 마이너스 금리를 해제한 일본은행의 추가긴축 기대가 약화해 지금까지 크게 확대된 미일간 금리차가 축소될 가능성이 거의 없는 상황이라고 지적했다. 이같은 전망에 엔저/강달러 추세는 장기화할 것이라는 분석이 힘을 얻고 있다. 스즈키 순이치(鈴木俊一) 일본 재무상 등 일본 금융정책 관계자들은 연일 다양한 반응을 보이며 엔저에 대한 견제를 하고 있다. 스즈키 재무상은 지난 17일 미국에서 처음으로 개최된 한미일 재무장관회담에서 공동성명을 통해 “해외 외환시장의 동향에 관해 계속 긴밀하게 협의할 것”이라는 입장을 포함시켰다. 스즈키 재무상은 귀국후 성명에서 ‘큰 성과’였다면서 시장개입을 암시하는 적절한 대응으로 이어질 환경도 갖춰졌다고 강조했다. 인터치 캐피탈 마킷의 선임외환애널리스트 표토르 마티스는 "외환시장 개입보다도 예상외의 금리인상쪽이 훨씬 합리적일 것"이라고 견해를 나타냈다. 그는 금리인상 가능성은 낮다라는 판단을 하고 있지만 엔저를 저지하는 가장 효율적인 방법은 금리인상으로 시장을 놀라게 하는 것”이라고 지적했다. 반면 라보뱅크의 외환전략책임자 젠 포리는 "일본은행이 26일 열리는 정책회의후에 어떤 매파적인 발언을 해줄 것이라는 점을 재무성은 분명 바라고 있을 것이지만 정책회의 이후 발표될 미국 개인소비지출(PCE) 가격지수가 강한 내용이라면 강달러는 더욱 기세를 올릴 것"이라고 전망했다.
- 포커스온
2024-04-25
보스턴 다이내믹스, 은퇴 아틀라스 후속 '획기적인' 휴머노이드 로봇 공개

테크크런치의 추측이 맞았다. 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)가 1세대 유압식 휴머노이드 로봇 아틀라스(Atlas)를 중단한 것은 '2보 전진을 위한 1보 후퇴'였다. 보스턴 다이내믹스가 공상과학 또는 공포 영화에서나 나올 법한 기상천외의 움직임을 보여주는 아틀라스 휴머노이드 로봇의 새 버전을 공개했다고 메일온라인이 18일(현지시간) 전했다. 미국 매사추세츠에 본사를 둔 보스턴 다이내믹스는 최근 후속 휴머노이드 로봇 홍보 영상을 공개했는데, 영상은 로봇이 머리 뒤로 다리를 당겨 일어서는, '엑소시스트'와 같은 공포 영화에서 나오는 모습을 보여주었다고 한다. 새 아틀라스 버전은 춤과 파쿠르(장애물 통과)로 유명했던 종래의 아틀라스 로봇과 달리 인체가 할 수 없는 방식으로 구부러지고 움직일 수 있는 관절을 자랑한다. 회사는 최신형 휴머노이드 로봇도 판매할 계획이지만, 가격은 아직 공개되지 않았다. 우선 내년부터 현대차 공장에 투입돼 첫 작업을 시작할 예정이다. 공개된 영상 클립에서 새로운 아틀라스는 허리와 목을 180도 회전하며 바닥에서 부드럽게 일어나는 모습을 보인다. 카메라가 달린 머리는 360도 회전이 가능하다. 종래의 유압 방식을 전기 구동으로 바꾸었다. 과거의 유압식 아틀라스는 관절에 유압 액츄에이터가 있어서 가압 유체를 펌핑함으로써 강력한 점핑과 이동이 가능했었다. 그러나 매끄럽지 않고, 로봇이 각 관절을 약 20도 정도만 움직일 수 있었다. 인간의 팔꿈치는 약 130~153도 정도 구부릴 수 있다. 새로운 아틀라스는 더 넓은 동작 범위를 제공한다. 모든 관절이 360도로 회전할 수 있으며, 더 다양한 방법으로 로봇이 물체를 잡고 운반할 수 있다. 제조, 조립라인 사이의 부품 운반에 투입하기에 제격이라는 주장이다. 특히 다양한 모양과 크기의 부품을 운반할 수 있으며, 부피가 크거나 모양이 특이한 제품의 운반도 가능하다고 한다. 특히 인간이 가능한 동작 범위에 제약을 받지 않고, 가장 효율적인 방식으로 움직이도록 설계됐다. 업계에서는 아틀라스 첫 모델이 출시된 지 11년 만의 변신이 '괄목할 발전'이라고 평가했다. 회사의 로버트 플레이터 CEO는 보스턴글로브와의 인터뷰에서 "새로운 아틀라스 출시로 보스턴 다이내믹스는 휴머노이드 로봇의 기준을 새로 세웠다"고 자신했다. 한편 보스턴 다이내믹스 이후 여러 회사가 휴머노이드 로봇 분야에 뛰어들었다. 테슬라는 지난 2월 옵티머스 로봇이 부드러운 걸음걸이로 공장을 돌아다니는 영상을 공유했다. 지난해 10월 아마존은 창고에 휴머노이드 로봇을 사용할 계획임을 발표했다. 내년 현대차 공장 테스트가 순조롭게 진행되면 보스턴 다이내믹스는 다른 제조사로 사업을 확장할 예정이다. 아틀라스는 개를 형상화한 스팟(Spot)과 상자 하역 전문 스트레치(Stretch)에 이은 세 번째 상업용 로봇이다. 스팟은 2019년에 출시되었으며 2021년 뉴욕 경찰에 공급됐다. 뉴욕 경찰은 위험한 구조 임무에 스팟을 사용할 계획이었지만, 이 계획은 과도한 경찰 군사화라는 우려가 제기되자 무산됐다. 스트레치는 2021년 출시됐다.
- IT/바이오
2024-04-19
[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?

일본 오키나와 과학 기술 연구소(OIST) 양자 기계 연구팀은 흑연과 자석을 활용해 공중에 떠있는 '무중력' 흑연 플랫폼을 선보였다. 과학 전문 웹사이트 피지스(Phys. org)와 뉴아틀라스, 퓨처리즘 등 다수 외신은 "OIST 연구팀은 물리적 접촉이나 기계적 지지대 없이도 안정적으로 매달릴 수 있는 공중 부양 소재 개발에 힘쓰고 있다"며 이번 연구에 대해 집중 조명했다. 공중 부양 소재는 물리적 접촉이나 기계적 지지 없이도 자유롭게 공중에 떠 있는 특성을 지닌 물질을 일컫는다. 가장 흔히 접하는 공중 부양 현상은 자기력에 의해 발생한다. 초전도체나 반자성 물질(자기장에 밀리는 성질)과 같은 물체를 자석 위에 부유시켜 첨단 과학 센서와 일상 용품을 개발할 수 있다는 것이다. 본 연구실 책임자인 제이슨 트왐리(Jason Twamley) 교수는 국제 협력 기관과 함께 흑연과 자석을 활용한 진공 부상 플랫폼을 설계했다. 특기할 만한 점은 이 '부상 플랫폼(플로팅 플랫폼)'이 외부 전원 공급 없이 작동하며, 초고감도 센서 개발을 위한 매우 정밀하고 효율적인 측정 환경을 제공한다는 것이다. 본 연구 결과는 권위있는 학술지 '응용물리학 레터(Applied Physics Letters)'에 게재되었다. '반자성' 물질에 외부 자기장을 가하면 이 물질은 반대 방향의 자기장을 생성하여 반발력을 일으켜 자기장을 밀어낸다. 따라서 반자성 재료로 만든 물체는 강한 자기장 위에 떠 있을 수 있다. 예를 들어 자기부상열차에서는 강력한 초전도 자석이 반자성 물질로 강한 자기장을 만들어 중력을 거스르는 것처럼 보이는 공중부양을 실현한다. 연필심에서 추출되는 흑연(결정질 탄소)은 강력한 자기 반발력(높은 반자성)을 지닌다. 연구팀은 미세한 흑연 구슬 분말을 전기 절연성이 있는 실리카로 화학 코팅한 후 왁스와 혼합하여 그리드(격자) 패턴으로 배열된 자석 위에 부상시키는 1㎠ 크기의 얇은 정사각형 플랫폼을 제작했다. 이 과정에서 흑연은 반자성을 유지하지만 절연은 부양에 필요한 에너지 손실을 방지한다. 테스트 결과 실리카 코팅 흑연 플랫폼은 북극과 남극이 번갈아가며 자석으로 구성된 표면 위에서 장시간 공중에 떠 있을 수 있었다. 연구팀은 이 공중 부양 플랫폼 시스템은 힘, 가속도 및 중력을 측정하는 새로운 유형의 센서로 이어질 수 있다고 밝혔다. 더 정밀한 양자 센서를 위해 또 다른 버전은 피드백 자력을 사용해 플랫폼의 수직 움직임을 지속적으로 수정하고 플랫폼의 운동 에너지를 줄이기 위해 냉각시킨다. 그러나 여기서 단점은 외부 전원이 필요하다는 것이다. 외부 전력 공급 없이 작동하는 자력 부상 플랫폼 구현에는 몇 가지 기술적인 과제가 있다. 가장 큰 어려움은 '와류 감쇠(eddy damping)'로, 이는 진동 시스템이 시간 경과에 따라 외부 힘으로 인해 에너지를 손실하는 현상을 의미한다. 흑연과 같은 전도성 물질이 강력한 자기장을 통과할 때 발생하는 전류 흐름은 에너지 손실을 초래하며, 이는 첨단 센서 개발에 자력 부상 기술을 활용하는 데 있어 주요한 걸림돌이 된다. 이에 OIST 연구원들은 에너지 손실 없이 부유하고 진동할 수 있는 플랫폼, 즉 한 번 가동되면 추가적인 에너지 투입 없이도 장시간 지속적으로 진동을 유지할 수 있는 플랫폼을 설계하기 시작했다. 앞서 지적한 것처럼 이러한 '마찰 없는' 플랫폼은 힘, 가속도, 중력 측정을 위한 새로운 유형의 센서 개발뿐 아니라 다양한 분야에 활용될 수 있는 잠재력을 지닌다. 와류 감쇠 문제를 해결한다고 해도 진동 플랫폼의 운동 에너지 최소화라는 또 다른 과제가 남아 있다. 이 에너지 수준을 낮추는 것은 다음과 같은 두 가지 이유로 중요하다. 먼저, 플랫폼을 센서로 활용할 때 더욱 민감한 측정을 가능하게 한다. 다음으로, 양자 효과가 지배적인 양자 영역으로 진입하여 운동 에너지를 냉각시키면 정밀 측정의 새로운 가능성을 열 수 있다. 따라서 진정한 마찰 없는 자립형 플로팅 플랫폼을 구현하기 위해서는 와류 감쇠와 운동 에너지 문제를 모두 해결해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 흑연 기반의 새로운 물질 개발에 힘썼다. 화학적 변형을 통해 흑연을 전기 절연체로 변환함으로써 에너지 손실을 최소화하면서도 진공 상태에서 물질의 부상을 가능하게 했다. 과학자들은 실험 환경에서 플랫폼의 움직임을 지속적으로 추적하고 분석했다. 이러한 실시간 데이터를 활용하여 피드백 자기장을 적용하여 플랫폼의 진동을 감쇠시킴으로써 플랫폼의 운동을 냉각하고 속도를 크게 감소시켰다. 트왐리 교수는 "열은 진동을 야기하지만, 지속적인 모니터링과 시스템에 실시간 피드백을 제공함으로써 이러한 진동을 줄일 수 있다고 설명했다. 피드백은 시스템의 감쇠 속도, 즉 에너지 손실 속도를 조절하기 때문에 적극적인 감쇠 제어를 통해 시스템의 운동 에너지를 감소시켜 효과적으로 냉각할 수 있다"고 밝혔다. 트왐리 교수는 또한 "충분히 냉각된다면 이 공중 부상 플랫폼은 지금까지 개발된 가장 민감한 원자 중력계보다 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다"고 강조했다. 이어 "원자 중력계는 원자의 움직임을 이용하여 중력을 정밀하게 측정하는 최첨단 장치이다. 이러한 수준의 정밀도를 달성하기 위해서는 진동, 자기장, 전기 노이즈와 같은 외부 간섭으로부터 플랫폼을 격리하는 엄격한 엔지니어링이 필요하다. 현재 진행 중인 연구는 이러한 시스템을 개선하여 이 기술의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 초점을 맞추고 있다"고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-04-18
반도체 칩 실장하는 기판도 전기 변화에 반응…소재 연구 획기적 전기 마련

컴퓨터 칩 설계에서 크게 고려되지 않는 재료가 실제 정보 처리에서는 중요한 역할을 하며, 이는 더 빠르고 효율적인 디바이스로 이어질 수 있다는 연구 결과가 나와 주목된다고 기술 전문지 테크익스플로어가 전했다. 펜실베이니아 주립대 연구진이 이끈 국제 연구팀은 반도체 칩을 실장하는 기판이 기판에 꽂히는 반도체 칩과 마찬가지로 전기 변화에 반응한다는 사실을 발견했다. 연구팀이 분석에 적용한 것은 고급 이미징 기술과 반도체 재료인 이산화바나듐이었다. 이산화바나듐은 바나듐과 산소가 1대 2 배율로 결합된 산화물 반도체 재료로, 전자 스위치로서 큰 가능성을 보여주었다. 팀은 또 이산화바나듐이 기판을 구성하는 물질인 이산화티타늄과 어떻게 상호작용하는지를 분석했는데, 그 결과는 놀라운 것이었다. 반도체가 전기가 흐르지 않게 하는 절연체와 전기가 흐르게 하는 금속 사이로 전환할 때 기판이 반도체 칩과 유사한 동작을 보여, 기판 자체에도 활성층이 있을 가능성이 높다는 사실을 발견한 것. 연구 책임자 펜실베이니아 대학 벤카트라만 고팔란 교수는 "기판이 반도체 공정에서 적극적인 역할을 할 수 있다는 사실은 미래의 재료와 장치를 설계하는 데 매우 중요하다"고 말했다. 이 연구 결과는 '어드밴스트머티리얼즈'에 실렸다. 고팔란은 "무어의 법칙을 극복하기 위해서는 더 작고 빠른 디바이스에 대한 새로운 아이디어가 필요하다"며 "주목되는 아이디어는 1조분의 1초 안에 금속(디지털 신호 1의 상태)과 절연체(0의 상태) 사이를 전환할 수 있는 이산화바나듐과 같은 물질이다"라고 설명했다. 금속-절연체 트랜지스터로서의 이산화바나듐의 가능성은 이미 밝혀졌으며, 이 물질은 에너지 소비가 특히 적어 반도체 기술에 유망하다. 그러나 이산화바나듐의 특성은 아직 완전히 풀리지 않았으며, 지금까지는 실제 디바이스에서 작동하기 보다는 격리된 상태에서 관찰하는 것이 일반적이었다. 이산화바나듐은 전자 효과와 밀접한 상관관계가 있다. 전자 사이의 반발력이 디바이스를 방해하기 때문에 현재의 실리콘계 디바이스에서 발생하는 것처럼 무시할 수 없다. 이런 특성 때문에 고온 초전도 및 강화된 자기 특성과 같은 새로운 기능의 재료를 만들 수 있다. 고팔란은 "이산화바나듐의 근본적인 물리적 성질은 아직 충분히 이해되지 않았으며 디바이스의 기하학적 구조에서의 성능도 마찬가지"라고 말했다. 그는 "만약 우리가 이산화바나듐을 제대로 동작시킬 수만 있다면, 전자공학의 르네상스가 일어날 것이다. 특히 신경망 컴퓨터인 뉴로모픽 컴퓨팅은 이 디바이스를 사용함으로써 엄청난 성과를 거둘 수 있다"고 강조했다. 연구팀은 이산화바나듐을 디바이스에 전압을 가하여 절연 상태에서 전도성 상태로 전환하는 과정에서의 변화를 조사했다. 이를 위해 강력한 X선 빔을 주사할 수 있는 아르곤 국립연구소의 첨단 광자원(APS: Advanced Photon Source)를 사용했다. 절연-전도성 전환에 대한 재료의 공간적, 시간적 반응을 매핑하면서 연구팀은 기판의 구조에 대한 예상치 못한 변화가 일어난 것을 관찰했다. 이산화바나듐 필름이 금속으로 변하면서 전체 필름 채널이 부풀어 오른 것. 일반적으로는 축소되어야 했는데, 반대 현상이 일어나 필름 구조에서 뭔가 다른 일이 벌어지고 있었던 것이다. APS X선은 이산화바나듐 필름을 통과하여 전기적, 기계적으로 수동적 물질인 이산화티타늄 기판에서 박막을 성장시켰다. 기판은 전기 펄스를 받아 이산화바나듐 필름이 절연체에서 금속으로 전환될 때 매우 활동적이고 완전히 새로운 방식으로 움직이고 반응했다. 펜실베이니아 대학 수학 및 공학팀은 이에 대한 이론 정립을 위해 시뮬레이션과 함게 이론적인 프레임워크도 개발했다. 연구진은 과거 수동적으로 반도체 칩만 실장하는 용도로 사용됐던 이산화티타늄 기판에서 아직 발견되지 않은 잠재적인 현상을 포함해 이산화바나듐의 숨겨진 기능을 파악하는 데도 큰 도움이 될 것이라고 기대했다. 이 연구는 10년에 걸쳐 진행됐는데, 앞으로도 추가 연구와 분석을 진행할 계획이다.
- IT/바이오
2024-04-08
[신소재 신기술(22)] 유럽 최장 하이퍼루프 센터 개장

유럽에서 가장 긴 하이퍼루프 터널이 네덜란드에서 개통됐다. '하이퍼루프(Hyperloop)'는 진공 튜브 안에서 고속 이동하는 차량을 이용한 미래형 교통 시스템이다. 마치 SF 영화에서 나온 것처럼 빠르고 효율적인 이동을 가능하게 하는 것으로 기대된다. 26일(현지시간) 테크 익스플로어에 따르면 네덜란드에서 개장한 유럽 하이퍼루프 센터(European Hyperloop Center)는 하이퍼루프 기술 시험을 위한 터널로 길이 420m(미터)에 달한다. 하이퍼루프 차량은 이론적으로 저압 상태의 진공 튜브 안에서 이동한다. 이를 통해 공기 저항을 최소화해 매우 빠른 속도를 낼 수 있다. 또한 자기부상 기술을 사용해 마찰 없이 튜브 안을 이동하며, 차량 추진 방식은 전자기력, 팬, 압축 공기 등 다양한 방법이 있다. 네덜란드 북부 빈담(Veendam) 근처의 지금은 사용되지 않는 철도 센터에는 폭 약 2.5m의 상호 연결된 34개의 파이프로 구성된 길이 420m(1380피트)의 매끈한 Y자형 하이퍼루프 용 흰색 터널이 있다. 이 센터는 세계 최초로 고속 주행로 변경 시험을 위한 분기선로를 갖추고 있다. 유럽 하이퍼 루프 센터는 공기 저항을 줄이기 위해 터널 내 공기를 거의 모두 배출하고 자석을 사용해 최대 시속 1000km에 도달할 수 있는 속도로 캡슐을 추진한다. 네덜란드에 본사를 둔 하르트 하이퍼루프(Hardt Hyperloop)는 앞으로 몇 주 안에 초기 차량 테스트를 실시할 계획이다. 최초의 유인 운행은 2030년까지 가능할 것으로 예상된다. 하이퍼루프는 처음에는 공항과 도시 연결 등 5km 정도의 짧은 노선에서 운영될 계획이다. 센터 디렉터인 사샤 라메(Sascha Lamme)는 2050년까지 유럽 전역을 연결하는 1만km의 하이퍼루프 터널 네트워크가 세워질 것으로 예측했다. 그는 하이퍼루프 운항에 대해 "비행기와 비슷하지만 번거로움이 전혀 없다"면서 "우리는 확장성이 매우 뛰어난 것을 만들었다. 매우 빠르게 이동할 수 있다. 암스테르담 역에 탑승해 2시간 안에 바르셀로나와 같은 도시로 이동하는 것이 실제로 가능할 것"이라고 말했다. 하지만 과학자들은 하이퍼루프 기술 완성까지는 시간이 오래 걸리고 실제 승객 실험까지는 더 많은 시간이 필요하다고 전망했다. 지지자들에 따르면 하이퍼루프 기술은 환경 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 지상 또는 지하에 쉽게 설치할 수 있어 기존 교통망보다 낮은 인프라 설치 면적을 요구한다. 그러나 일부 전문가들은 실용성에 의문을 제기하며, 고속 캡슐 이동 시 승객이 느끼는 승차감에 대해 우려했다. 비평가들은 좁은 터널을 통해 음속에 가까운 속도로 발사되는 하이퍼루프의 승객 이동의 경험에 대해 의문을 제기했다. 반면, 개발자들은 가속도는 고속열차와 크게 다르지 않을 것이며, 쾌적한 승차감을 제공할 것이라고 말했다. 또한 하이퍼루프가 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 도시와 시골 환경 모두에서 배경과 조화를 이룬다고 주장한다. 하르트 하이퍼루프의 기술 및 엔지니어링 이사인 마리누스 반 데르 메이(Marinus Van der Meijs)는 "교통 수단으로서 하이퍼루프의 에너지 소비는 다른 것보다 훨씬 낮다"고 말했다. 한편, 기술 억만장자인 일론 머스크 스페이스X와 테슬라의 최고경영자(CEO)는 2013년 샌프란시스코와 로스앤젤레스를 연결하는 '다섯번째 교통수단(fifth mode of transport)'을 제안하는 논문을 통해 하이퍼루프를 대중에게 알렸다. 머스크는 하이퍼루프 튜브를 이용하면 LA와 샌프란시스코를 단 30분 만에 연결할 수 있다고 말했다. 이는 자동차를 타고 도로를 주행하면 최장 6시간, 비행기로 최대 1시간 걸리는 것에 비해 엄청난 시간 절약이다. 이후 세계 각국에서는 하이퍼루프 아이디어에 착안해 치열한 연구 경쟁을 펼치고 있다. 영국 사업가 리처드 브랜슨(Richard Branson)은 2020년 네바다 사막에 두 명의 승객을 500미터 떨어진 곳으로 보냈다. 그러나 이후 하이퍼루프 원(Hyperloop One)으로 바뀐 그의 버진 하이퍼루프(Virgin Hyperloop) 회사는 지난해 말 문을 닫았다. 중국은 시속 700km에 달하는 속도에 도달할 수 있는 더 긴 터널 시설을 보유하고 있는 것으로 알려졌다. 하이퍼루프는 시속 1200km 이상의 속도를 낼 수 있으며 서울에서 부산까지 16분 만에 갈 수 있는 것으로 추정된다. 전 세계 여러 도시에서 미래형 교통 시스템 연구 프로젝트에 수백만 달러를 투자했지만 미래 교통 시장을 바꿀 잠재력이 있는 하이퍼루프 사업은 아직 본격적으로 시작되지 않았다.
- 포커스온
2024-03-28
[신소재 신기술(15)] 배터리 스타트업 코어셸, 주행거리 희생 없는 저렴한 LFP배터리 선봬

배터리 소재 스타트업인 코어쉘(Coreshell)은 저렴한 리튬 이온 배터리 제조 기술을 개발했다고 발표했다. 미국 기술전문매체 티크크런치는 15일(현지시간) 코어쉘이 야금용 실리콘을 활용한 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극으로 만든 전기차 배터리를 내년부터 양산에 들어간다 보도했다. 회사에 따르면 kWh당 최대 30% 저렴한 비용으로 비교할 수 없는 충전 성능과 안전성을 갖춘 배터리를 만들 수 있다. 야금 등급 실리콘은 고순도 실리콘보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다는 설명이다. 현재 전기자동차(EV) 보급의 가장 큰 장애물 중 하나는 비용이다. 소비자들은 현재 대부분의 전기자동차는 휘발유 차량보다 가격이 높아 구매를 망설이고 있다. 실리콘은 리튬이온배터리의 음극 단자인 양극에서 흑연을 대체할 수 있는 잠재력이 있다. 실리콘과 흑연 모두 배터리가 충전 중일 때 리튬 이온을 받아들이고 저장한다. 실리콘은 훨씬 더 많은 양의 전기를 저장할 수 있지만 단점이 있다. 충전할 때 양극이 부풀어 오르는 경향이 있다. 흑연 음극은 약간 부풀뿐 크게 팽창하지는 않는다. 하지만 실리콘 양극은 충전할 때 풍선처럼 부풀어 원래 크기의 몇 배까지 팽창할 수 있다. 이를 보완할 수 있는 소재가 없으면 충전과 방전을 반복하면 양극이 무너질 수 있다. 실리콘 음극 기술 개발 경쟁 이에 실리콘의 배터리 성능 향상 잠재력을 인식한 여러 스타트업은 실리콘의 팽창 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 대부분의 접근 방식은 실리콘의 팽창 특성을 수용하기 위해 특수한 미세 구조를 사용한다. 이들 기업은 자체 개발 배터리를 제조하기 위해 더욱 정제되고 비용이 높은 실리콘을 사용한다. 결과적으로 실리콘 음극은 현재까지 가격 프리미엄을 보다 쉽게 흡수할 수 있는 소비자 전자 제품 및 고급 전기자동차 시장을 타겟으로 했다. 코어쉘은 이전에는 다양한 배터리 재료의 성능 저하를 늦추는 코팅 기술에 주력했지만, 현재는 실리콘 전문 기업으로 전환했다. 조나단 탄 코어쉘 공동 설립자 겸 최고경영자(CEO)는 테크크런치와의 인터뷰에서 "우리는 2년 전 야금용 실리콘 분야에서 획기적인 발전을 이루었다"라고 말했다. 그는 야금용 실리콘 코팅은 충전 및 방전 사이클을 통해 재료를 유지하는 데 도움이 되는 탄력적인 특성을 가지고 있으며 표면 저하도 방지한다고 강조했다. 탄 CEO는 "시장에 출시한 이 기술은 내년부터 상용화에 집중할 것"이라고 밝혔다. 야금 등급 실리콘, 흑연 비용의 절반 탄 CEO는 지난 14일(현지시간) 국제 배터리 세미나의 프레젠테이션에서 야금 등급 실리콘은 고순도 옵션보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다고 말했다. 코어쉘은 이번 주 금속 생산업체인 페로글로브와 야금용 실리콘 공급 계약을 체결했다. 야금용 실리콘은 전 세계 흑연 공급망을 쥐고 있는 중국을 벗어날 수 있는 지정학적 파급 효과도 있다. 벤치마크 미네랄 인텔리전스에 따르면 전 세계 흑연 음극 공급망의 4분의 3이 중국을 통과한다. 이로 인해 배터리 제조업체와 자동차 제조업체는 곤경에 처해 있다. 미국에서 전기차에 대한 세금 공제 혜택을 받으려면 인플레이션 감축법(IRA)에 따라 배터리 소재의 최소 비율을 미국산 또는 미국과 자유무역협정을 맺은 국가에서 조달해야 한다. 이 비율은 2028년에 90%까지 늘어날 예정이다. 실리콘은 훨씬 더 많은 에너지를 저장할 수 있기 때문에 동일한 용량의 배터리는 흑연에 비해 재료가 더 적게 들어간다. 코어쉘은 이를 감안해 미국이 수요를 충족하기에 충분한 금속 실리콘을 보유해야 한다고 추정했다. 또한 금속 실리콘은 흑연보다 가격이 저렴하기 때문에 중국산 흑연을 완전히 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극 코어쉘이 생산하는 첫 번째 제품은 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극이 될 예정이다. LFP 음극은 니켈-망간-코발트(NMC) 등 전기차에 사용되는 다른 화학 물질보다 저렴하고 안전하며, 중국 외 지역에서 쉽게 구할 수 있다. 이러한 이점에도 불구하고, 자동차 제조업체들은 NMC에 비해 에너지 밀도가 낮다는 점 때문에 LFP의 광범위한 적용을 망설여 왔다. 그러나 실리콘 음극과의 결합은 이러한 에너지 밀도의 차이를 해결할 것으로 보인다. 코어쉘은 실리콘 음극을 사용함으로써, 흑연 음극을 사용하는 기존의 NMC 배터리에 비해 LFP 배터리가 경쟁 우위를 가질 수 있다고 전망했다. 한편, 코어쉘은 기술을 확장하고 상용화해야 하는 과제가 있다. 이 과정은 쉽지 않으며, 초기 시장은 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 듄 버기 같은 e-모빌리티 분야가 될 것으로 보인다. 이와 관련해, 코어쉘은 1960년대 상징적인 듄 버기를 제작한 마이어스 맨스(Meyers Manx)와 파트너십을 체결했다. 현재는 자체적으로 재료를 생산하고 있으나, 기술을 라이선스하고 공급업체와 더 긴밀히 협력하는 방안에도 열려 있다. 이 회사는 2025년까지 파트너사에 첫 번째 샘플(A-샘플)을 제공할 계획이다. 또한 10년 내에 자사의 기술이 전기차에 탑재되기를 기대하고 있다. 경쟁 업체인 실라(Sila)와 그룹 14(Group14)도 2025년까지 상업 생산을 목표로 하고 있다. 실리콘 음극 재료는 현재 비용이 더 높지만, 대량 생산과 축적된 경험을 통해 비용을 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 자동차 제조업체들에게 이는 매력적인 옵션이 될 수 있다. 모든 배터리 혁신이 시장의 요구를 충족시키는 것은 아니지만, 리튬 이온 배터리 기술이 비용 효율적으로 계속 발전하려면, 다양한 접근 방식이 필요하다. 코어쉘의 기술이 성공적으로 입증된다면, 중국에 대한 의존도를 줄이면서도 비용 효율적인 배터리 개발로 나아가는 새로운 방향을 제시할 수 있다.
- 포커스온
2024-03-16
[퓨처 Eyes(27)] 로봇 선박, 바다를 지배하다…무인 운항 시대의 도래

무인 거대 로봇 선박이 인공지능(AI)의 지휘 아래 처음으로 항해를 시작했다. 이는 인간의 개입 없이 자율적으로 운영되는 선박이라는 점에서 혁신적인 사건이라 할 수 있다. 첨단 센서를 통해 주변 환경을 인식하고 정교한 알고리즘을 기반으로 경로를 계획하는 로봇 선박은 미래 해양 운송의 새로운 장을 열 것으로 기대된다. 영국 방송국 BBC는 지난 6일 무인 선박의 시대가 도래했다고 보도하며, 공상 과학 소설처럼 보였던 무인 항해가 현실이 되고 있다고 강조했다. 다채로운 로봇 선박, 바다를 지배하다 크기, 기능, 용도에 따라 다양한 유형으로 분류되는 로봇 선박은 미래 해양 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 수중에서 작동하도록 설계된 '자율 수중 차량(AUV)'은 과학 연구, 해양 탐사, 군사 작전 등에 활용된다. 첨단 센서를 탑재한 AUV는 인간의 개입 없이 자율적으로 임무를 수행하며, 해양 환경에 대한 귀중한 데이터를 수집한다. '무인 지표면 선박(Unmanned Surface Vehicle·USV)'은 해양 측량, 범위 안전, 감시 등을 담당한다. USV는 다양한 크기로 제작되어 다양한 환경에 적응하며, 효율적인 운영을 가능하게 한다. '대형 무인 선박(Large Unmanned Surface Vehicle·LUSV)'은 해양 순찰, 화물 운송, 인명 구조 등의 임무를 수행한다. 강력한 추진력과 넓은 탑재 공간을 갖춘 대형 LUSV는 높은 효율성과 안전성을 자랑하며, 해양 운송의 새로운 지평을 열 것이다. 반면, 공중 드론선(Unmanned Aerial Vehicle·UAV)은 해양 감시, 맵핑, 통신 등을 수행하며, 광범위한 시야를 확보하여 효과적인 정보 수집을 가능하게 한다. 뛰어난 기동성을 바탕으로 빠르게 변화하는 환경에도 유연하게 대응하며, 미래 해양 감시의 핵심으로 주목받고 있다. 녹색 선박 아르마다…미래 해양 운송의 선구자 노르웨이 피오르드를 가로지르는 거대한 녹색 선박 아르마다(Armada, 위의 사진)는 단순한 배가 아니다. 길이 78m, 높이 약 78m(255피트)에 달하는 이 거대한 배는 원격 조종으로 작동하는 첨단 로봇 선박이며, 미래 해양 운송의 새로운 가능성을 보여준다. 카메라, 마이크, 레이더, GPS, 위성 통신 등 최첨단 장비를 갖춘 아르마다에는 선원이 단 16명만 탑승한다. 이는 기존 선박의 3분의 1 수준이다. 아르마다는 수백 마일 떨어진 육지에서도 원격 조종이 가능하며, 해양 작업의 효율성을 극대화한다. 아르마다 프로그램은 해상 풍력 발전소 운영 및 수중 인프라 점검을 위한 다국적 기업인 오션 인피니티(Ocean Infinity)의 야심찬 프로젝트이다. 이 회사는 23척의 아르마다가 완성되면 해양 산업의 새로운 지평을 열 것으로 기대하고 있다. 영국 사우샘프턴에 있는 오션 인피니티의 원격 운영 센터는 마치 미래 영화 세트장을 연상시킨다. 20개의 브리지 스테이션에는 게임과 같은 컨트롤과 터치스크린이 장착되어 있으며, 실시간 스트림을 통해 해저 상황을 파악할 수 있다. 원격조종 수중로봇(Remotely Operated Vehicle, ROV) 훈련생 조종사 마리안 메자 차비는 "모든 것이 자동화되어 있어 놀랍다"며 "해상 작업보다 더 쉽고 효율적"이라고 강조했다. 오션 인피니티는 지난 2월 초 호주 태즈매니아에 로봇 선박 운영 센터를 개설했다. 이 회사의 호주 및 뉴질랜드 상무이사인 데비이드 필드는 "태즈매니아에 있는 이 새로운 운영센터는 정부에 수로학 서비스를 제공할 수 있는 보다 확고한 인프라를 제공할 것"이라고 말했다. 그는 "최근 정부를 위한 프로젝트에서 우리 로봇 선박은 전체 데이터의 58%를 수집했지만 연로 CO₂의 배출량은 4%에 불과했다"고 덧붙였다. 자율성, 로봇 공학, 원격 조작 기술은 인공 지능과 함께 해상 운송을 혁신할 것으로 기대된다. 노르웨이, 벨기에, 일본, 중국 등 전 세계에서 다양한 실험이 진행되고 있으며, 아르마다는 이러한 변화를 주도하는 선구자인 존재다. 친환경적인 로봇 선박 로봇 선박은 '친환경성'이라는 탁월한 장점을 지닌다. 탑승 인원 감소는 선박 크기 축소로 이어지며, 연료 소비량 감소와 탄소 발자국 대폭 축소를 가능하게 한다. 네덜란드 델프트 공과대학교의 루디 네겐본 교수는 자율운항 선박 연구를 통해 이러한 혁신을 주도하고 있다. 그는 선원을 완전히 대체할 첨단 기술의 발전 속도가 빠르지만, 아직 해결해야 할 과제가 남아 있다고 지적한다. 자동 조종 장치를 통해 선박의 자율적인 경로 추종은 가능하지만, 다른 교통과의 상호 작용, 항구 입출항, 예기치 못한 상황이나 악천후 대응 등은 여전히 어려움으로 남아 있다. 하지만 네겐본 교수는 지속적인 기술 발전을 통해 안전성, 효율성, 지속가능성을 극대화한 미래 해상 운송 시대를 열 수 있을 것이라고 확신한다. 무인 선박, 수중 화산 폭발 맵핑 등에 투입 일부 소형 선박은 이미 인간의 개입 없이 다양한 임무를 수행하고 있다. 영국 선박 제조업체 씨킷 인터내셔널(Sea-Kit International)은 이러한 무인 선박의 설계 및 건조를 선도하며 해양 산업의 새로운 지평을 열고 있다. 2022년 씨킷 인터내셔널의 무인 선박은 화려하게 폭발한 활화산 수중 화산을 지도화(맵핑)하기 위해 남태평양 섬 통가에 파견되었다. 인간의 접근이 불가능했던 위험한 환경에서 이 무인 선박은 성공적으로 임무를 수행하며 첨단 기술의 가능성을 증명했다. 영국 플리머스 항구에서 출항한 길이 12m(39피트) 크기의 무인 선박 바키타 호는 또 다른 주목할 만한 사례이다. 밝은 빨간색의 이 배는 네덜란드 측량 회사 푸그로(Fugro)를 위해 건조되었으며, 2차 세계대전 난파선을 조사하는 임무를 수행하고 있다. 475마일(약 764km) 떨어진 스코틀랜드 해안도시 애버딘에 위치한 사무실에서 승무원들은 바키타 호를 완벽하게 통제하며, 인간과 기술의 융합을 통해 새로운 가능성을 창출하고 있다. 위성 통신을 통해 전달되는 푸그로 함장 드미트리 다디친의 명령에 따라 바키타 호는 민첩하게 방향을 제어하며 탐사 임무를 수행한다. 침몰한 구축함을 탐사하기 위해 원격조종 수중로봇(ROV)이 해저로 내려가는 동안, 수면의 카메라는 360도 파노라마 영상을 촬영하여 주변 해역을 감시한다. 수년간 바다에서 근무해 온 드미트리는 "이런 방식으로 작업하는 것이 더 즐겁다"고 말하며 첨단 기술의 장점을 강조했다. 그는 "파도와 흔들림을 느끼지 못하는 것이 아쉽지만, 근무 후 집으로 돌아갈 수 있다는 점은 큰 장점"이라고 덧붙인다. 무인 자동차, 기차, 드론 등의 등장과 마찬가지로 원격 조종 및 자율 운항 기술은 해양 산업의 근본적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 인간의 개입 없이 운영되는 선박은 작업 방식을 혁신하고 새로운 일자리를 창출할 수 있지만, 동시에 안전성과 신뢰성에 대한 의문도 제기된다. 씨킷의 운영 디렉터 애슐리 스켓은 "안전은 우리가 가장 중요하게 생각하는 가치"라고 강조하며, 자율 운항 선박의 개발 과정에서 안전을 최우선으로 고려한다고 설명한다. 스켓은 "선원 없이 운영되는 선박은 문제 발생 시 직접 해결할 사람이 없기 때문에 완벽한 대체 시스템이 필요하다"고 말한다. 씨킷의 자율 운항 선박은 두 개의 독립적인 시스템으로 구성되어 있으며, 상황에 따라 원활하게 전환할 수 있는 첨단 소프트웨어를 탑재하고 있다. 국제해사기구, 자율운항 규범 도입 앞장서다 국제해사기구(IMO)는 해상 자율운항을 둘러싼 문제 해결을 위해 적극 나서고 있다. 2028년까지 자발적 규범을 도입하여 모범 사례를 정의하고, 궁극적으로는 의무화를 추진할 계획이다. 현재 대형 선박은 선장 또는 선원의 동승을 의무화하고 있지만, IMO는 원격 제어 센터에서 운영되는 선박의 경우 선장과 선원의 역할을 새롭게 정의할 예정이다. 헤이케 데김 IMO 이사는 "원격 제어 운영자를 선박의 선장과 동등한 위치로 간주할 수 있는지에 대한 연구가 필요하다"며, "자율운항 시대에 맞는 새로운 규범을 마련해야 한다"고 강조했다. 영국 정부는 이미 원격 선장 개념을 법률에 반영하려는 움직임을 보이고 있으며, 해운 변호사 피오나 케인은 "정부는 이 거대한 산업의 기회를 놓치지 않고 기업들의 투자를 유치하기 위해 노력할 것"이라고 예상했다. 오션 인피니티의 선장 사이먼 맥컬레이는 "한 명의 선장이 여러 척의 선박을 원격으로 관리하는 미래를 상상할 수 있다"며, "이를 위해서는 법 개정과 지식 및 안전 사례 구축이 필요하다"고 강조했다. 그는 탐사선과 위성을 이용한 원격 운영 기술의 발전 가능성을 언급하며, 해양 산업의 혁신에 대한 기대감을 드러냈다. 현대중공업, 자율선박 시스템으로 대서양 최초 횡단 한편, 한국의 현대중공업그룹 산하의 자율운항 기술 전문회사인 아비커스는 2022년 5월, 세계 최초로 대형 선박의 자율운항을 통한 대양 횡단에 성공했다. 아비커스는 2022년 6월 2일, SK해운과 협력하여 18만㎥급 초대형 LNG운반선 '프리즘 커리지' 호의 자율운항 대양 횡단을 성공적으로 완료했다고 발표했다. 아비커스는 HD현대의 사내 벤처로, 이번 성공은 아비커스가 개발한 2단계 자율운항 솔루션인 '하이나스(HiNAS) 2.0'을 선박에 탑재해 달성한 것이다. 이 항해는 자율운항 기술을 이용해 대양을 횡단한 최초의 사례로 기록됐다. 해당 선박은 2022년 5월 1일 미국 남부의 멕시코만 연안에 위치한 프리포트(Freeport)에서 출발해, 파나마 운하를 통과하고 태평양을 횡단하는 등 총 33일간의 운항을 마치고 충남 보령의 LNG터미널에 도착했다. 총 약 2만 km의 운항 거리 중 절반에 해당하는 1만km를 하이나스 2.0을 활용하여 자율운항했다. 아비커스가 개발한 하이나스 2.0은 현대글로벌서비스의 통합스마트십솔루션(ISS, Integrated Smartship Solution)에 기반을 둔 고급 2단계 자율운항 시스템이다. 이 시스템은 최적의 항로와 항속을 계산하고, 인공지능을 활용하여 날씨, 파도 등 주변 환경을 실시간으로 분석해 선박의 항해와 조타 명령을 자동으로 제어한다. 하이나스 2.0의 2단계 자율운항 기술은 선박의 인지와 판단 능력에 조종 및 제어 기능을 추가한 것으로, 기존 1단계 기술을 한층 발전시킨 형태다. 당시 대양 횡단에서 하이나스 2.0을 탑재한 선박은 최적화된 경로를 통해 자율운항을 진행, 연료 사용 효율을 약 7% 향상시키고 온실가스 배출량을 약 5% 줄였다. 뿐만 아니라, 운항 중 다른 선박과의 충돌 위험을 인지하여 100여 차례 이상 회피하는 뛰어난 성능을 보여줬다. 이에 한국선급은 2023년 2월, 자율운항시스템 하이나스 2.0에 대해 개념승인을 부여했다. 이 시스템은 항해 보조 기능을 통해 선장과 항해사의 운항 관련 피로도를 줄여줌으로써, 선박의 안전한 운항을 지원하고 해양 사고 발생률을 낮추는 데 기여할 것으로 보인다. 또한, 하이나스 2.0은 연료 효율성을 개선하여 대기 오염 물질의 배출을 줄이는 데도 도움을 줄 수 있다. 이러한 이유로 한국선급은 이 시스템이 선박의 안전 운항 및 환경 보호에 중요한 역할을 할 것으로 전망했다.
- 포커스온
2024-03-14
[신소재 신기술(5)] 미국 스타트업 H2MOF, 상온 수소 저장 솔루션 개발

캘리포니아 스타트업이 인공지능(AI)을 활용해 상온 수소 저장 솔루션을 개발했다. 세계 각지에서 전 세계 수소 생산 능력 확대를 위한 투자가 이루어지고 있다. 특히 탄소 배출 없는 재생 에너지 사용을 통해 생산되는 녹색 수소에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 수소 활용의 주요한 어려움 중 하나는 저장 과정에 있다. 수소는 기체 또는 액체 상태로 저장할 수 있으며, 기존 저장 방법에는 많은 문제점들이 있다. 미국 과학 기술 전문매체 오일프라이스는 지난 24일(현지시간) 캘리포니아 스타트업 H2MOF가 AI와 첨단 연구를 활용하여 효율적인 상온 수소 저장 솔루션을 개발함으로써 다양한 산업에 혁신을 불러일으키고 있다고 전했다. 대표적인 수소 저장 기술 수소 저장 기술의 발전은 수소 및 연료전지 기술의 발전에 필수적이다. 수소는 모든 연료 중에서 질량당 에너지 밀도가 가장 높지만, 이를 연료나 가스로서 효율적으로 활용하기 위해서는 고도의 저장 기술이 요구된다. 먼저 압축 수소 저장은 현재 가장 널리 사용되는 수소 저장 방식 중 하나다. 이 방식은 수소를 높은 압력에서 저장하는 방법으로, 주로 수소 연료 전지 차량에 적용되고 있다. 액체 수소 저장 기술은 수소를 극저온에서 액화하여 저장하는 방식이다. 이 기술은 높은 에너지 밀도를 가지며 우주항공 분야 등에서 활용된다. 고체 수소 저장 기술은 금속 수소화물, 화학 수소 저장 매체 등을 활용하여 수소를 고체 형태로 저장하는 방법이다. 이 기술은 상대적으로 낮은 압력과 온도에서 수소를 저장할 수 있어 안전성이 높고, 수소 탱크의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 미국에서는 수소 및 연료전지 기술 사무소(HFTO)가 바이든 행정부의 2022 인플레이션 감축법(IRA)으로부터 자금을 지원 받아 수소 저장 시스템 기술 발전을 위한 연구 개발 활동을 진행하고 있다. 현재까지 수소 저장 기술 개발은 다양한 도전으로 인해 진전이 더디게 이루어지고 있다. 수소 저장 기술의 중요성 수소 연료 셀 기술 발전을 위해서는 효과적인 수소 저장 기술 개발이 필수적이다. 수소는 단위 질량당 가장 높은 에너지를 가지고 있지만, 에너지 손실 없이 연료를 효과적으로 활용하기 위해서는 첨단 저장 기술이 필요하다. 앞서 밝혔듯이 수소는 기체 또는 액체로 저장할 수 있다. 기체 상태에서는 고압 탱크에 저장할 수 있고, 액체 상태에서는 기체로 다시 끓는 것을 방지하기 위해 극저온(약 -252.8°C)에 저장할 수 있다. 또한 흡수 과정을 통해 고체 물질에 저장할 수도 있다. 그러나 실제 사용을 위한 수소 저장과 관련된 몇 가지 과제가 있다. 예를 들어, 현재 수소를 사용하는 운송수단은 장거리 이동에 필요한 대량의 압축 연료를 저장할 수 없다. 또한 현재의 저장 기술은 매우 비효율적이어서 이 과정에서 많은 양의 에너지가 손실된다. 상온 수소 저장 기술 2021년 설립된 캘리포니아의 스타트업 H2MOF는 이러한 문제를 해결한 상온 수소 저장이라는 혁신적인 수소 저장 기술을 개발했다고 발표했다. 이 기술은 고압 또는 저온을 사용하지 않고 압축 상태의 수소를 저온에서 안정적으로 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 상용화에 성공한다면 차량 연료 공급 등 다양한 분야에서 수소를 실온 보관할 수 있게 된다. H2MOF는 인공지능과 컴퓨터 생성 모델을 활용하여 연구 속도를 가속화했다. 이 회사는 수소를 녹색 전환의 핵심 기술로 보고 있으며, 전기와 달리 수소는 산업 운영, 조리 및 난방과 같은 분야에서 연료로 사용될 수 있다고 강조했다. 또한 실온 저장 수소는 대용량 전지를 필요로 하는 선박이나 항공기와 같은 대형 운송 수단의 전기 동력 대체에도 사용될 것으로 기대된다. H2MOF 기술은 친환경 에너지원으로서 수소 활용을 확대하고 탄소 배출 감소에 기여할 것으로 보인다. 또한, 수소 연료 셀 자동차 보급을 촉진하고 새로운 에너지 시장을 창출할 수 있다. 그러나 H2MOF만이 유일한 수소 저장 혁신 사례는 아니다. 2023년 네덜란드의 에인트호벤 공과대학 학생 그룹은 철 펠렛(작은 철구)을 이용한 수소 저장 방법을 제안했다. 연구팀은 이를 실현하기 위해 스팀 다리미 공정을 개발했다. 이 방법은 수소와 철 산화물을 생성하는 증기 철 공정을 기반으로 한다. 생성된 철 산화물은 다시 수소와 결합하여 철로 재생되고, 이 과정을 통해 수소를 반복적으로 저장 및 방출할 수 있다. 현재 수소 저장 기술은 아직 초기 개발 단계에 있으며, 실제 산업 규모로 적용하기 위한 과제들이 남아 있다. 하지만 전 세계적인 투자 및 연구 개발 활동을 통해 수소 활용의 장애물을 극복하고 미래 에너지 전환에 기여할 것으로 기대된다. 2016년 노벨 화학상 수상자이자 H2MOF의 공동 설립자인 프레이저 스토다트는 상온 수소 저장 기술에 대해 "내가 아는 한 수소 생산은 이미 해결된 문제"라고 말했다. 그는 "수소를 생산할 수 있는 효율적인 방법은 충분히 많다. 남은 큰 과제는 저압과 상온에서 많은 양을 저장하는 방식으로 수소를 저장하는 것이다"라면서 "어떤 식으로든 우리는 당연히 거기에 도달할 것이라고 확신한다"라고 말했다.
- 포커스온
2024-02-26
단식, 염증 예방 효과 입증

단식은 염증 감소에 도움이 될 수 있다는 연구결과가 발표됐다. 케임브리지의 과학자들은 단식이 많은 만성 질환의 근본 원인인 염증을 감소시키는 데 유용한 새로운 방법을 제시할 수 있다는 것을 발견했다. 이는 신체 면역 체계의 잠재적으로 해로운 부작용을 줄일 수 있는 가능성을 나타낸다. 미국 건강 의학 매체 메디컬익스프레스(MedicalXpress)는 단식이 아라키돈산이라고 알려진 혈액 내의 화학 물질 수치를 증가시키는 방식으로 염증을 억제한다는 연구 논문을 소개했다. 이 연구는 'NLRP3 인플라마솜의 아라키돈산 억제가 단식의 항염 효과를 설명하는 메커니즘'이라는 제목으로 국제 저명 학술지 '셀 리포트(Cell Reports)'에 실렸다. 연구원들은 아스피린과 같은 약물의 유익한 효과 일부를 설명하는 데 이 연구가 도움이 될 수도 있다고 지적했다. 과학자들은 오랫동안 고칼로리 서구식 식단이 비만, 제2형 당뇨병, 심장병 등 만성 염증과 관련된 질병의 위험을 증가시킬 수 있다는 사실을 인식해 왔다. 이러한 식단은 우리의 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 염증은 우리 몸이 부상이나 감염에 대응하는 자연스러운 방식이다. 그러나 이 반응은 인플라마솜(염증 조절 복합체)을 포함한 여러 메커니즘을 통해 촉발될 수 있으며, 이는 세포 내에서 경보 역할을 하여 신체가 손상을 감지하고 염증을 유발하여 보호하도록 한다. 그러나 인플라마솜은 의도치 않게 염증을 유발할 수 있으며, 그 중 하나의 기능은 원하지 않는 세포를 제거하고 세포 내용물을 방출하여 염증을 유발하는 것이다. 케임브리지 대학교 의과대학의 클레어 브라이언트(Clare Bryant) 교수는 많은 인간 질병에서 만성 염증의 원인과 특히 인플라마솜의 역할에 대한 깊은 관심을 표했다. 브라이언트 교수는 "최근 몇 년 동안 드러난 바에 따르면, NLRP3 인플라마솜은 비만, 죽상동맥경화증, 알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 다양한 주요 질병뿐만 아니라 서구 세계에서 노년층에게 흔한 여러 질병에서 매우 중요한 역할을 한다는 것이다"라고 말했다. 단식이 염증 감소에 도움을 줄 수 있다는 것은 알려져 있지만, 그 이유는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 이러한 질문에 답하기 위해, 브라이언트 교수의 연구팀은 케임브리지 대학교와 미국 국립 보건원과 함께 24시간 동안 단식한 후 500kcal의 식사를 한 사람과 단식하지 않고 500kcal의 식사를 한 21명의 참가자들의 혈액 샘플을 분석하는 연구를 진행했다. 연구팀은 칼로리 섭취를 제한할 때 아라키돈산(일종의 다불포화지방산)이라는 지질 수치가 상승한다는 것을 발견했다. 지질은 에너지 저장, 세포 간 정보 전달 등 우리 몸에서 중요한 기능을 수행하는 분자다. 참가자들이 식사를 재개하자 아라키돈산 수치가 감소하는 현상도 관찰했다. 이 연구진은 아라키돈산이 면역 세포의 NLRP3 인플라마좀 활동을 억제한다는 사실을 실험실에서의 연구를 통해 발견했다. 이러한 발견은 연구팀에게 큰 놀라움을 주었는데, 이전에는 아라키돈산이 염증을 감소시키는 것이 아니라 증가시킨다고 추정했기 때문이다. 하지만 단식은 모든 사람에게 적합한 것은 아니다. 특히 당뇨병 환자나 저혈당증 환자는 단식을 하지 않도록 주의해야 한다. 그러므로 단식을 시작 하기 전 의사와 상담하는 것이 중요하다. 한편, 간헐적 단식은 건강 유지에 도움을 줄 수 있다. 우리 몸은 주로 포도당을 주요 에너지 원으로 활용하지만, 음식 섭취가 없는 긴 시간 동안에는 지방 조직에 저장된 지방산을 에너지로 사용하기 시작한다. 이는 간헐적 단식이 몸을 지방 사용에 더 효율적인 상태로 전환시키는 주요 효과 중 하나다. 이 방법은 또한 인슐린 저항성 개선에도 효과적이다. 단식을 함으로써 인슐린 분비가 쉬어 혈당 조절에 필요한 인슐린의 양이 감소하므로, 공복 상태에서도 혈당 조절이 필요 없게 되고, 이는 인슐린 민감도를 향상시켜 인슐린 저항성을 개선할 수 있다고 알려져 있다. 단식 시 주의해야 할 사항도 있다. 의료 전문가들은 단식이 근육 손상을 초래할 수 있기 때문에, 충분한 단백질 섭취와 함께 근력 운동을 병행할 것을 권장하고 있다.
- 생활경제
2024-02-08
러시아, 2미터 거리 탐지 불가능한 '투명 망토' 개발⋯군사 작전 활용

러시아가 군대를 위해 투명 망토라는 혁신적인 위장술을 개발했다. 이 투명 망토는 영화 '해리포터와 죽음의 성물'에서 등장한 것과 유사하게 몸을 가려주는 기능을 갖추고 있다. 매국 매체 뉴욕포스트는 전략 군사 정보 분석가이자 푸틴 플레이북의 저자인 레베카 코플러(Rebekah Koffler)가 러시아의 이 혁신적인 망토 '네비딤카'에 대한 인터뷰를 최근 소개했다. 코플러는 "네비딤카는 러시아 및 이전 소련의 '마스키로프카' 교리(문자 그대로 '변장'을 뜻하나, 개념적 어원은 '가장 무도회')의 일부이며, 이는 러시아 군대의 기본 원칙 중 하나로서 당신이 하는 모든 일에 대해 적을 속이는 것이다"라고 설명했다. 그는 이어 "적에게 병력의 존재, 위치, 규모, 공격 시기, 그리고 장소에 대한 오도하고, 군사 하드웨어 유형을 식별하지 못하도록 하는 것이 목표"라며 "그들은 전장에서 일어나고 있는 사건에 대한 적의 인식을 통제하고 조작하는 데 중점을 둔다"고 덧붙였다. 러시아인들은 '마스키로프카' 활동을 실행하는데 엄청난 양의 자원을 투입한다. 예를 들어, 군인들을 따뜻하게 유지하기 위해 적절한 군복을 디자인하지 않을 수도 있지만 투명망토 '네비딤카에는 돈을 쓸 것'이라는게 코플러의 주장이다. 러시아 매체 타스(TASS)는 지난 1월 19일 이 투명 망토를 제작한 러시아 기업 하이더엑스(HiderX)와의 인터뷰를 공개했다. 이 인터뷰에서 하이더엑스는 망토 네비딤카는 350그램(약 3/4 파운드)의 무게로 접어서 사람의 주머니에 넣을 수 있고 열 신호를 숨겨서 작동한다는 점 등 새로운 군사 기술의 여러 측면을 설명했다. 회사 측에 따르면, 투명 망토는 물체의 주변 온도를 차단해 열을 추적하는 적군으로부터 러시아 군인을 효과적으로 위장한다. 하이더엑스는 타스에 새로운 망토에 대해 "우리는 완전히 새로운 제품, 즉 실루엣을 희석시키는 위장복을 디자인했다"라며 "특정 혼합물로 직물을 코팅하는 것은 완전히 러시아 기술이다"라고 말했다. 또한 "우리의 노하우이며 자세한 내용은 공개하지 않겠다"며 "이 슈트는 물체의 주변 온도를 감지한다. 적대적인 열 추적자로부터 러시아 군인을 효과적으로 위장할 수 있다"라고 주장했다. 당시 하이더엑스는 "시험이 진행 중이며 1월 말까지 완료해야 한다"고 말했다. 하이더엑스에 따르면 현재 기술로는 러시아 군대가 열을 차단할 순 있지만 비효율적인 것으로 입증됐다며 그들의 기술은 "직물이 숨을 쉬면서 자연스럽게 발생하는 열 교환을 통해 작동한다"고 말했다. 코플러는 "이 소재 자체는 세 가지 층으로 구성되어 있는데, 첫째는 사용자 몸에서 나오는 적외선(IR)을 반사하는 내부 층, 둘째는 IR 복사를 흡수하는 중간 층, 그리고 외부 환경에서 나오는 IR 복사를 반사하는 외부 층이다"라면서 "클로크-네비딤카는 방사능 화학 생물학 방어를 뜻하는 RKhBZ 아카데미에서 개발됐다"고 설명했다. 한편, 2019년에는 캐나다의 군수 기업이 군인을 위해 '퀀텀 스텔스'라는 특별한 소재로 제작된 투명 망토를 개발했다. 이 망토는 뒤에 가려진 대상 주위의 빛을 조작하여 대상을 사라지게 하고 배경만 보이도록 하는 뛰어난 위장 효과를 자랑한다. 한국의 연구진도 2021년에 이미 투명 망토 제작과 관련된 메타 물질 구현에 성공했다. 이 메타 물질은 벽돌처럼 찍어서 잘라내어 빛의 경로를 조절할 수 있게 만들었다. 이를 통해 모든 방향에서 들어오는 빛을 일반적인 굴절 방향과는 다른 방향으로 휘도록 조절하며, 파장대도 정밀하게 조절할 수 있는 특징을 갖추고 있다.
- 산업
2024-02-06
삼성전자 이재용 회장, '경영권 불법 승계' 1심서 전부 무죄…"범죄증명 없어"

이재용 삼성전자 회장이 경영권 승계와 관련한 '부당 합병·회계 부정' 혐의에 대해 1심에서 무죄를 선고받았다. 연합뉴스는 5일 이재용 회장은 검찰 기소 후 1252일, 약 3년 5개월 만에 경영권 승계 과정에 불법행위가 없었다는 법원 판단을 받아냈다고 전했다. 서울중앙지법 형사합의25-2부(박정제 지귀연 박정길 부장판사)는 5일 삼성전자 이재용 회장에 대한 자본시장법상 부정거래행위, 시세조종, 업무상 배임 등의 혐의로 진행된 1심에서 무죄 판결을 내렸다. 이는 이 회장이 2015년 제일모직-삼성물산 합병 과정에서 불법적인 행위를 통해 경영권을 승계하고 지배력을 강화했다는 검찰의 주장을 인정하지 않은 결과이다. 이 회장은 2020년 9월 검찰로부터 기소된 이후 3년 5개월 만에 1심에서 무죄 판결을 받았다. 이는 이른바 국정농단 사건 이후 거듭된 '사법 리스크'로부터 일정 정도 해소될 가능성이 있음을 의미한다. 재판부는 "이 사건 공소사실 모두 범죄의 증명이 없다"고 판단하며 이 회장의 무죄를 선고했다. 이와 함께 최지성 전 삼성그룹 미래전략실 실장, 김종중 전 미전실 전략팀장, 장충기 전 미전실 차장 등 나머지 피고인 13명에게도 모두 무죄 판결을 내렸다. 검찰은 이 회장 등이 2015년 제일모직-삼성물산 합병 과정에서 최소비용으로 경영권 승계와 지배력 강화를 위해 미전실이 추진한 각종 부정 거래, 시세 조종, 회계 부정 등에 관여했다고 주장하며 징역 5년과 벌금 5억원을 구형했다. 조사 결과에 따르면, 당시 그룹 승계와 지배력 강화를 위해 지주회사 격인 합병 삼성물산의 지분을 안정적으로 확보하고자 제일모직의 주가는 올리고 삼성물산의 주가는 낮추기 위한 다양한 부정행위가 이루어졌다는 의혹이 제기됐다. 구체적으로는 이 회장에게 유리한 합병비율을 만들어내기 위해 거짓 정보 유포, 중요 정보 은폐, 허위 호재 공표, 주요 주주 매수, 국민연금 의결권 확보를 위한 불법 로비, 계열사인 삼성증권 조직 동원, 자사주 집중매입을 통한 시세조종 등의 행위가 있었다는 것이 검찰의 주장이었다. 이번 1심 판결은 이 회장의 경영권 승계 과정에 대한 법적 평가에 있어 중요한 의미를 지닌다. 하지만 검찰은 1심 판결에 불복하여 항소할 가능성이 있으며, 2심 판결을 통해 최종적인 판단이 내려질 예정이다. 법원은 두 회사의 합병이 이 회장의 승계나 지배력 강화가 유일한 목적이 아니라고 판단하며, 전체적으로 불공정해 주주에게 손해를 끼쳤다고 보기에는 증거가 없다고 결정했다. 검찰이 대주주 이익을 위한 약탈적이고 불법적인 승계 계획으로 주장한 '프로젝트-G' 문건에 대해서도 재판부는 "기업 집단 차원에서 계열사 지배력을 강화하거나 효율적인 사업 조정 방안을 검토하는 것은 자연스럽고 필요한 업무"라며 "이 문건은 미전실 자금파트에서 다양한 지배구조 개선과 관련한 종합적인 검토를 담은 보고서일 뿐"이라고 판단했다. 삼성바이오로직스와 관련한 거짓공시와 분식회계 혐의에 대해서도 재판부는 무죄를 선고했다. "삼성바이오에피스의 성공 여부가 불확실했던 상황 등을 고려하면 바이오젠이 보유한 콜옵션에 대한 검찰의 주장을 받아들이지 않는다"고 판시하며 "분식회계 혐의도 회계사들이 올바른 회계처리를 한 것으로 보여 의도를 단정할 수 없다"고 설명했다. 이날 선고공판은 오후 2시1분에 시작해 51분 동안 진행됐다. 재판부는 검찰이 제기한 주요 공소사실에 대해 "증거가 부족하다", "달리 인정할 증거가 없다"는 입장을 표명하며 검찰의 주장을 물리쳤다. 이에 대해 회장은 법정에서 입장을 밝히지 않았다. 대신 그의 변호인은 "이번 판결로 삼성물산 합병과 삼성바이오로직스 회계처리가 적법하다는 점이 분명히 확인됐다"며 "현명한 판단을 내려주신 재판부에 진심으로 감사드린다"고 전했다. 업계에서는 그 동안 삼성을 압박하고 있던 '사법 리스크' 부담이 상당 부분 경감될 것으로 전망하고 있다. 검찰의 항소 가능성은 남아 있지만, 실형이든 집행유예든 총수가 유죄 판결을 받는 상황과 비교하면, 그룹의 대외 이미지 관리나 경영 수행에 대한 영향이 크게 덜어질 것으로 예상된다.
- 산업
2024-02-05
UNIST, 실시간 변형 가능 메타 물질 개발

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 실시간으로 모양과 성질을 바꿀 수 있는 물질을 개발했다. 5일 UNIST 발표에 따르면, 신소재공학과 김지윤 교수와 제1저자 최준규 연구원 등 연구팀은 세계 최초로 실시간으로 물질의 모양과 특성을 조절할 수 있는 메타 물질을 개발했다. 기존 메타 물질은 설계된 모양과 특성을 바꿀 수 없거나 제한적으로만 변화할 수 있었지만, 이번 연구에서 개발된 메타 물질은 실시간으로 적재적소에 사용할 수 있다는 점이 특징이다. 메타 물질은 자연에 존재하는 물질과는 달리 특별한 물리적 특성을 가지도록 설계된 인공 물질이다. 예를 들어, 젤리와 같은 일반적인 물질은 세로 방향으로 누르면 가로가 늘어나지만, 메타 물질은 세로 방향으로 눌러도 가로가 줄어들 수 있다. 이러한 특성은 건축, 항공, 로봇 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 다시 말하면, '메타 물질'은 일반적인 물질과는 다르게 극미세한 구조나 특수한 물성을 가진 물질을 지칭하는 용어다. 이러한 물질은 전자파 등의 에너지를 특별한 방식으로 상호 작용하거나 제어할 수 있는 특성을 갖고 있다. 최근의 연구에서는 메타 물질을 사용하여 광학 장치, 플렉서블 전자기기, 에너지 효율적인 소자 등의 다양한 응용 분야에서 혁신적인 기술이 개발되고 있다. 메타 물질은 주로 나노 기술이나 메타물질 공학을 통해 디자인되며, 다양한 형태와 특성을 갖추고 있다. UINST 연구팀은 메타 물질의 기본 단위 구조인 메타 픽셀에 액체 또는 고체로 변하게 만드는 녹는 점이 낮은 합금을 융합했다. 이어 융합된 합금의 상태가 변화하는 것을 픽셀 단위로 조절하면서 메타 물질의 다양한 성질을 구현했다. 또한, 융합된 합금을 활용하여 디지털 패턴의 정보(0=액체, 1=고체)를 표현하며, 사용자는 실시간으로 디지털 패턴 명령어를 입력할 수 있도록 설계됐다. 입력된 디지털 패턴을 통해 메타 물질의 모양, 강도, 변형 비율 등이 실시간으로 조절된다. 연구팀은 개발한 메타 물질의 활용하여 '적응형 충격 에너지 흡수 물질'을 시연했다. 이 물질은 예측하지 못한 상황에서 발생하는 충격에 따라 성질을 적절히 변형하고, 보호하는 대상에 전달되는 힘을 최소화해 손상이나 부상의 가능성을 줄였다. 연구팀은 또 메타 물질을 원하는 장소와 시간에 힘을 전달할 수 있는 '힘 전달 재료'로 성공적으로 활용했다. 김지윤 교수는 "개발한 메타 물질은 기존의 다양한 디지털 기술과 기기뿐만 아니라 딥러닝 등 인공지능 기술과도 원활하게 호환될 수 있다"며 "스스로 학습하고 주변 환경에 적응할 수 있는 혁신적인 신소재의 첫걸음이 될 것"이라고 말했다. 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 표지 논문으로 선정돼 지난달 25일 정식 출판됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 한국재료연구원 지원을 받았다.
- IT/바이오
2024-02-05
[퓨처 Eyes(22)] 초전도체 온-오프 스위치 개발, 혁신적 전력·통신 기술 기대

미국 과학자들이 온-오프 스위치가 있는 획기적인 초전도체 발견해 에너지 소비 감소의 길을 열었다. 최근 사이테크데일리 보도에 따르면, 워싱턴 대학교와 미국 에너지부(DOE) 산하 아르곤 국립연구소의 물리학자들이 온-오프 스위치 기능을 갖춘 새로운 초전도체를 발견했다. 초전도체는 특정 온도 아래에서 전기 저항이 완전히 사라지는 물질이다. 이 특징은 실제로는 매우 낮은 온도, 즉 절대 온도에 가까운 온도에서 유지되는데, 이를 초전도 상태라고 한다. 초전도체는 일반적으로 금속, 합금, 반도체 등 다양한 물질로 만들어질 수 있으며, 소수의 원자 또는 분자 구조에서 유래하는 특정한 전자-전자 상호작용이 초전도 상태를 유발한다. 따라서 초전도는 물질이 전류를 제로 저항으로 전달할 수 있는 양자역학적 상태로, 완벽한 전기 전송 효율을 가능하게 한다. 초전도체는 자기공명영상(MRI), 입자 가속기, 핵융합 반응로, 자기부상열차(마그레브 열차)와 같은 다양한 첨단 기술에서 강력한 전자석으로 활용된다. 또한, 초전도체는 양자 컴퓨팅 분야에서도 중요한 역할을 한다. 이 연구팀은 외부 자극에 반응하여 조절 가능한 독특한 특성을 지닌 초전도 물질을 개발, 에너지 효율적인 컴퓨팅과 양자 기술 발전에 기여할 수 있는 가능성을 제시했다. 이러한 발견은 첨단 연구 기법을 활용하여 이루어졌으며, 초전도 특성을 미증유의 방식으로 제어할 수 있는 능력을 통해 다양한 산업 응용 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 해당 물질은 향후 산업용 전자제품에서 초전도 회로로의 응용 가능성을 지니고 있다. 연구팀은 고급 광자 소스를 사용해 이 물질의 희귀한 특성을 검증함으로써 효율적인 대규모 컴퓨팅을 위한 새로운 길을 열었다. 산업용 컴퓨팅에 대한 수요가 증가함에 따라, 이에 대응하는 하드웨어의 크기와 에너지 소비의 증가는 주요 과제로 남아 있다. 이러한 문제에 대한 해결책 중 하나로, 에너지 소비를 크게 줄일 수 있는 초전도 소재의 개발이 주목받고 있다. 거대한 데이터 센터를 운영하는 서버의 온도를 대폭 낮춤으로써, 에너지 효율성을 극대화하여 대규모 컴퓨팅 작업을 수행할 수 있는 가능성을 제시했다. 초전도체란 무엇인가? 초전도체는 저항이 완전히 사라지는 특별한 물질을 말한다. 일반적인 전도체에서는 전기가 흐를 때 내부의 불순물이나 결정 구조 때문에 전자가 충돌하며 에너지를 손실하게 되는데, 이를 전기 저항이라고 한다. 이 저항으로 인해 전기 에너지가 열로 변환되어 손실된다. 그러나 초전도체는 특정 온도(임계 온도) 이하에서 전기 저항이 사라져 전기가 전혀 손실 없이 흐를 수 있게 한다. 초전도 현상은 1911년 헤이케 캄링 온네스에 의해 처음 발견되었으며, 이후 다양한 물질에서 초전도 현상이 관찰됐다. 초전도체는 그 특성으로 인해 많은 고급 기술과 응용 분야에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 초전도체를 이용하면 에너지 손실 없이 전기를 전송할 수 있으며, 매우 강력한 자기장을 생성할 수 있어 자기공명영상(MRI) 장비나 입자 가속기, 초전도 자석 등에 활용된다. 초전도체를 만드는 데 필요한 임계 온도는 물질에 따라 다르며, 초기에 발견된 초전도체는 극저온에서만 초전도 현상을 보였다. 그러나 1986년에 발견된 고온 초전도체는 비교적 높은 온도에서도 초전도 현상을 나타내 연구와 응용의 범위를 크게 확장시켰다. 고온 초전도체의 발견 이후, 상온에서 초전도 현상을 나타내는 물질을 찾기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 오늘날의 전자제품은 반도체 트랜지스터를 사용하여 전류를 빠르게 켜고 끄는 방식으로 정보 처리에 사용되는 2진법과 0진법을 생성한다. 이러한 전류는 전기 저항이 유한한 물질을 통과해야 하므로 에너지의 일부가 열로 낭비된다. 이것이 바로 시간이 지남에 따라 컴퓨터가 뜨거워지는 이유다. 초전도에 필요한 낮은 온도(보통 화씨 영하 200도 이상)로 인해 이러한 소재는 휴대용 장치에 사용하기에는 실용적이지 않다. 하지만 산업적 규모에서는 유용할 수 있다. 워싱턴 대학교의 슈아 산체스가 이끄는 연구팀은 뛰어난 조정 능력을 가진 특이한 초전도 물질을 조사했다. 이 결정은 철, 코발트, 비소 원자로 이루어진 초전도 층 사이에 강자성 유로피움 원자가 평평한 시트를 끼워 만든 결정이다. 산체스에 따르면 자연에서 강자성과 초전도를 함께 발견하는 것은 극히 드문 일이며, 일반적으로 한 단계가 다른 단계를 압도하기 때문이다. 산체스는 "초전도 층이 주변 유로피움 원자의 자기장에 의해 뚫리기 때문에 실제로는 매우 불편한 상황"이라며 "이것은 초전도를 약화시키고 전기 저항을 유한하게 만든다"고 말했다. 초전도 기술의 도전과 혁신 산체스는 아르곤에 있는 DOE 과학부 사용자 시설인 미국 최고의 X-선 광원 중 하나인 APS(Advanced Photon Source)에서 1년간 레지던트로 근무했다. 그곳에서 그는 DOE의 과학 대학원생 연구 프로그램의 지원을 받았다. 산체스는 APS 빔라인 4-ID 및 6-ID의 물리학자들과 협력하여 복잡한 물질의 미세한 세부 사항을 조사할 수 있는 포괄적인 특성화 플랫폼을 개발했다. 산체스와 공동 연구자들은 X-선 기술을 조합해 결정에 자기장을 가하면 '유로피움 자기장 선(europium magnetic field line)'이 초전도 층과 평행하도록 방향을 바꿀 수 있다는 것을 보여줄 수 있었다. 이렇게 하면 길항 효과가 제거되고 저항이 0인 상태가 나타난다. 과학자들은 전기적 측정과 X-선 산란 기술을 사용하여 물질의 거동을 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. 논문의 공동 저자인 아르곤의 필립 라이언은 "초전도를 제어하는 독립적인 파라미터의 특성은 이 효과를 제어하는 완전한 방법을 계획할 수 있다는 점에서 매우 매력적"라고 말했다. 라이언은 "이 잠재력은 양자 장치의 전계 감도를 조절할 수 있는 능력을 포함하여 몇 가지 흥미로운 아이디어를 제시한다"고 설명했다. 그런 다음 연구팀은 결정에 응력을 가하여 흥미로운 결과를 얻었다. 연구팀은 자기장의 방향을 바꾸지 않고도 자성을 극복할 수 있을 정도로 초전도가 증가하거나 자기장의 방향을 바꾸어도 더 이상 제로 저항 상태를 만들 수 없을 정도로 약화될 수 있음을 발견했다. 이 추가 매개변수를 통해 자성에 대한 소재의 민감도를 제어하고 맞춤 설정할 수 있다. 산체스는 "이 물질은 여러 위상 간의 경쟁이 치열하고, 작은 응력이나 자기장을 가하면 한 위상을 다른 위상보다 높여서 초전도를 켜고 끌 수 있기 때문에 흥미롭다"고 말했다. 그는 "대부분의 초전도체는 쉽게 전환할 수 없다"고 강조했다. '전기의 고속도로' 초전도체 전기가 물을 통과하는 것처럼, 초전도체는 전기가 저항 없이 흐르도록 하는 '전기의 고속도로'라고 비유할 수 있다. 마찰 없이 움직이는 완벽한 롤러 스케이트처럼, 초전도체는 에너지 손실 없이 전기를 전달한다. 초전도체의 주요 특징은 다음과 같다. 초전도체는 전기 저항이 0이기 때문에 전류가 손실 없이 흐를 수 있다. 또한 초전도체는 외부 자기장을 완전히 배척하는 마이스너 효과를 나타내며, 외부 자기장에 반대되는 방향의 자기장을 형성하는 반자성을 띠고 있다. 앞으로 활용 분야가 다양한 초전도체는 전기 저항이 없기 때문에 전기를 손실 없이 먼 거리까지 효율적으로 송전하는 데 사용될 수 있다. 초전도체를 활용한 MRI 기계는 강력한 자기장을 생성하여 인체 내부를 상세히 이미징할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 또한, 초전도체를 사용한 마그레브 열차는 마찰이 없어 고속으로 운행될 수 있는 가능성을 제시한다. 마그레브 열차는 자기 부상 기술을 사용하여 레일과 접촉 없이 운행하는 열차다. '마그레브(Maglev)'는 '자기부상(Magnetic Levitation)'의 줄임말로, 강력한 자석을 사용하여 열차를 공중에 띄워 마찰을 거의 없애고 이동한다. 이 기술 덕분에 마그레브 열차는 기존의 바퀴를 사용하는 철도 시스템보다 훨씬 더 높은 속도로 운행할 수 있으며, 소음과 진동이 현저히 줄어들어 매우 부드럽고 조용한 탑승 경험을 제공한다. 마그레브 열차는 전기를 사용하여 강력한 전자기장을 생성하고, 이 전자기장이 열차를 들어 올리고, 추진하며, 안내하는 데 사용된다. 세계 여러 나라에서 이 기술을 연구하고 개발해 왔으며, 중국의 상하이 마그레브 열차와 일본의 초고속 마그레브 열차 시스템 등이 실제 운영되고 있는 대표적인 예다. 상하이 마그레브는 공항과 도심을 연결하는 노선으로 사용되며, 시속 430km에 달하는 속도로 운행된다. 양자 컴퓨팅 분야에서는 초전도체가 초전도 비트(큐비트·qubit)의 생성에 필수적인 역할을 한다. 큐비트 또는 퀀텀 비트는 양자 정보시스템에서 사용되는 최소 정보 단위로 0이나 1 뿐만 아니라 0과 1 어느 쪽도 확정 지을수 없는 상태까지 표현가능하다. 비록 초전도체 기술이 개발 초기 단계에 있지만, 이 기술은 미래 사회에 중대한 변화를 가져올 수 있는 높은 잠재력을 지니고 있다. 참조: '스트레인 전환 가능한 전계 유도 초전도' 작성자: Joshua J. Sanchez, Gilberto Fabbris, 최용성, Jonathan M. DeStefano, Elliott Rosenberg, Yue Shi, Paul Malinowski, Yina Huang, Igor I. Mazin, 김종우, 주준호 및 Philip J. Ryan, 2023년 11월 24일, 사이언스 어드밴시스. DOI: 10.1126/sciadv.adj5200
- 포커스온
2024-02-01
다이어트와 근육량 증가 위한 효과적인 운동 루틴

새해를 맞이하여, 건강과 웰빙을 위한 운동을 시작하는 사람들이 점차 증가하고 있다. 체중 조절, 근육량 증가, 심혈관 건강 증진 등, 다양한 목표를 실현하기 위한 첫걸음으로 운동이 필수적인 선택이 되고 있다. 하지만 효과적인 운동 루틴을 설계하기 위해서는 주간 운동 횟수에 대한 명확한 이해가 선행되어야 한다. 미국의 건강 전문 매체 '잇 디스, 낫 댓(Eat This, Not That)'에 따르면, 전문 트레이너 타일러 리드(Tyler Read)는 개인의 목표와 체력 수준, 운동 유형에 따라 적절한 운동 빈도가 달라질 수 있다고 밝혔다. 일반적으로 성인에게 권장되는 것은 주당 최소 150분의 중간 강도 유산소 운동 혹은 75분의 고강도 유산소 운동, 그리고 주 2회 이상의 근력 운동이다. 체중 감량과 근육량 증가는 모두 건강한 신체 구축에 있어 중대한 목표들이다. 이 두 목표를 동시에 달성하기란 간단치 않다는 점을 주목할 필요가 있다. 체중을 줄이기 위해서는 칼로리 소모를 증가시켜야 하며, 근육량을 늘리기 위해서는 근육에 손상을 주고 이를 통한 회복 과정을 통해 근육을 강화시켜야 한다. 이러한 명확한 이해를 바탕으로 한 효율적인 운동 계획은 새해 건강 목표 달성의 핵심이 될 수 있다. 체중 감량을 위한 운동 체중 감량을 위한 핵심 전략은 칼로리 소모를 극대화하는 것이다. 이를 위한 방법은 크게 두 가지로 나뉜다. 첫째, 유산소 운동을 통한 직접적인 칼로리 소모, 둘째, 근육량 증가를 통해 기초 대사량을 상승시키는 것이다. 유산소 운동은 칼로리 소모에 효과적인 운동 방식으로 널리 알려져 있다. 달리기, 자전거 타기, 수영, 에어로빅 등과 같은 다양한 유산소 운동은 신체의 대사 활동을 촉진하며, 이는 궁극적으로 칼로리 소모를 증가시킨다. 한편, 근육량의 증가는 기초 대사량을 높여 하루 동안의 칼로리 소모량을 증가시킨다. 따라서 체중 감량을 목표로 한다면, 유산소 운동뿐만 아니라 근력 운동도 병행하는 것이 바람직하다. 근력 운동 근력 운동은 근육의 발달과 강화에 필수적인 운동 방식이다. 근육을 효과적으로 만들기 위해서는 근육에 약간의 손상을 주어야 하는데, 이는 근육 섬유의 재생과 성장을 촉진한다. 근육 손상을 일으키는 다양한 방법 중에서도 저항 운동이 가장 효과적인 방법으로 꼽힌다. 저항 운동에는 역도, 맨몸 운동, 웨이트 트레이닝 등 다양한 형태가 있으며, 이러한 운동을 통해 근육에 적절한 자극을 주면 근육이 손상되고 이후 회복 과정에서 근육이 성장하며 강화된다. 따라서 근력 운동은 단순히 근육을 만드는 것을 넘어서, 건강한 신체 구조와 기능을 유지하는 데 있어 중요한 역할을 한다. 전략적인 운동 루틴 체중 감량과 근육량 증가라는 두 목표를 동시에 달성하기 위한 운동 루틴은 전략적인 접근이 필요하다. 권장되는 방법으로는, 일주일에 3~5일 동안 30~60분간 중등도 이상의 강도로 유산소 운동을 실시하는 것이다. 이러한 유산소 운동은 러닝머신, 사이클, 수영 등 다양한 활동으로 구성될 수 있다. 근력 운동의 경우, 일주일에 2~3일, 각 운동을 1~2세트씩, 8~12회 반복하는 루틴이 권장된다. 이는 헬스장이나 집에서 손쉽게 실시할 수 있는 운동들로 구성되어 있으며, 근육의 성장과 강화에 중점을 둔다. 특히 운동 초보자의 경우, 일주일에 2~3일, 20~30분 동안 가벼운 운동으로 시작하여, 점차 운동 강도와 시간을 늘려나가는 것이 바람직하다. 무엇보다 운동 전후의 충분한 스트레칭은 부상 방지에 있어 중요하므로 이를 게을리하지 말아야 한다. 운동과 식단 관리 병행 체중 감량과 근육량 증가를 위한 목표를 달성하기 위해서는 운동뿐만 아니라 식단 관리도 매우 중요하다. 체중 감량을 위해서는 전반적인 칼로리 섭취를 줄이는 것이 필수적이며, 근육의 손상을 최소화하고 회복을 촉진하기 위해서는 단백질 섭취를 늘리는 것이 중요하다. 체중 감량과 근육량 증가는 동시에 이루기 어려운 목표일 수 있지만, 꾸준한 노력을 통해 원하는 결과를 얻을 수 있다. 이 과정에서 일관된 운동 루틴과 영양가 있는 식단을 병행한다면, 더욱 효과적인 결과를 기대할 수 있다. 운동은 단순히 체중 관리에만 도움이 되는 것이 아니라, 다양한 건강상의 이점을 제공한다. 이는 칼로리 소모와 체지방 감소에 기여할 뿐만 아니라, 심혈관 건강 개선, 만성 질환 위험 감소, 정신 건강 향상에도 중요한 역할을 한다. 따라서 건강한 생활을 유지하고자 한다면, 일주일에 적어도 몇 번의 운동을 규칙적으로 실시하는 것이 권장된다.
- 생활경제
2024-01-24
'해상 혼잡도 예측모델' 국내 최초 개발…선박 사고 위험 감소

행정안전부 통합데이터분석센터는 한국해양교통안전공단과 협력하여 국내 최초로 '해상 혼잡도 예측분석 모델' 개발을 완료하고, 이를 대국민 서비스로 제공하기 시작했다고 24일 발표했다. 이 새로운 시스템은 해상의 선박 위치 데이터를 분석해 바다 위 선박들의 혼잡도를 지도상에 표시하는 것으로, 해상 교통 안전 관리에 크게 기여할 것으로 기대된다. 선박의 체류시간과 제원 정보를 기반으로 특정 지역 내 선박의 면적을 계산하고, 해상 기상 상황도 함께 고려하여 혼잡도를 예측한다. 예측된 혼잡도는 '낮음', '보통', '높음', '매우 높음'의 네 가지 단계로 표시되며, 이는 해상 교통의 효율성 및 안전성을 높이는 데 중요한 정보를 제공한다. 이 모델은 배타적 경제수역(EEZ) 전체는 물론, 중국, 일본 등 동아시아 일부 해역의 혼잡도를 현재 조회일로부터 72시간(3일) 앞까지 1시간 단위로 예측할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 이는 해상 교통 관리와 안전을 위한 중요한 도구로 활용될 전망이다. 행안부와 한국해양교통안전공단은 지난해 7월부터 공공데이터 분석을 통해 해상 혼잡도 예측 모델 개발을 진행해왔다. 이 과정에서 선박의 위치(위도, 경도, 속도) 데이터와 선박의 제원(길이, 너비, 종류) 정보 등 약 9억 건의 대규모 데이터를 활용했다. 행안부는 이번에 개발한 모델이 해양 사고 예방 및 관련 기관의 해양 정책 추진에 크게 기여할 것으로 기대하고 있다. 특히, 육로와 달리 장거리 이동이 빈번한 해상에서는 이 모델을 활용해 항로 설정 시 혼잡한 해수역을 피해 우회하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 또한, 낚시, 스노클링 등 해양 레저 활동을 계획할 때 안전한 정박 위치 선정에도 이 모델이 유용하게 사용될 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 다양한 활용 가능성은 해양 안전 및 효율적인 해상 교통 관리에 중요한 역할을 할 것으로 기대되며, 해상 활동에 관련된 다양한 분야에 긍정적인 영향을 끼칠 것으로 전망된다. 해상 안전관리 기관은 해상 혼잡도 예측 모델을 활용하여 혼잡도를 상시 모니터링하고, 이를 바탕으로 여객선 등 운행 중인 선박에 대한 선제적인 상황 전파와 조치를 취할 수 있게 됐다. 특히, 이 모델의 활용은 해양 사고 중 두 번째로 사상자 수가 많은 선박 충돌 사고 예방에 매우 유용할 것으로 예상된다. 이를 통해 해상 안전 관리 및 사고 예방에 새로운 전환점이 마련될 것으로 보인다. 해양수산부와 한국해양교통안전공단은 1월 중에 공단이 운영하는 해양교통안전정보시스템(MTIS)에 이 혼잡도 예측 모델을 통합하여 일반 대중에게 개방할 계획이다. 이를 통해 누구나 해상 혼잡도 정보를 접근하고 활용할 수 있게 된다. 또한, 상반기 중에는 공단의 선박모니터링시스템(VMS)과의 연계를 통해 여객선의 안전 운항 관리 업무에도 이 모델을 활용할 예정이다. 이러한 통합적인 접근은 해상 교통의 안전성과 효율성을 더욱 증진시킬 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-01-24