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2024-11-22 (금)

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좀비사슴병(광록병), 사람에게도 전염되나…미국서 사냥꾼 2명 사망 '주목'

만성소모성질병(CWD: Chronic wasting disease), 즉 '좀비사슴병(광록병)'을 앓고 있던 사슴 고기를 먹은 사냥꾼 2명이 비슷한 신경 질환을 앓고 사망해 동물에서 인간으로 전염될 수 있다는 우려가 제기됐다고 USA투데이가 전했다. 미 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 1990년대 콜로라도 북부와 와이오밍 남부의 사슴에서 발견된 CWD는 미국 전체에 걸쳐 최소 32개 주에서 방목하는 사슴, 엘크, 무스에서 발생했다. CWD에 감염된 사슴은 체중 감소, 균형 조정력 상실, 무기력증, 체중 감소, 침흘림, 사람에 대한 두려움 부족 등의 현상이 나타나기 때문에 '좀비사슴병'이라고도 불린다. 과학자들과 보건 당국자들은 90년대 영국에서 광우병이 그랬던 것처럼, CWD가 인간에게 전염될 수 있다는 점을 우려해 왔다. 2022년 캐나다의 과학자들은 쥐를 대상으로 한 연구 결과를 발표하면서 CWD가 인간에게 전염될 위험이 있음을 시사했다. 그런데 실제로 유사한 사건이 벌어져 충격을 안겨주고 있다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강과학센터의 연구원들은 2022년 CWD를 앓고 있었던 사슴 고기를 먹은 두 명의 사냥꾼이 CWD와 같은 신경 질환인 산발성 크로이츠펠트야콥병(CJD) 발병한 후 어떻게 사망했는지를 보고했다. 연구진은 두 번째로 사망한 남성이 77세였으며 정신적인 혼란과 공격성을 나타냈고, 치료를 진행했지만 한 달 안에 사망했다고 밝혔다. 이달 초 미국 신경과 학회 연례 회의에서 발표된 사례 보고서에서 그들은 "사망한 환자의 병력은 CWD가 동물로부터 인간으로의 전염 가능성을 시사한다"라고 썼다. 연구 결과는 '뉴롤로지' 저널에 게재됐다. CDC에 따르면 CWD에 감염된 사슴은 캔자스, 네브래스카, 위스콘신, 와이오밍에서 가장 많이 발견된다. 연구진은 그러나 CWD는 판별하기 어렵기 때문에, 이번 사례가 사람에게 전염된다는 확실한 증거는 아니라고 말했다. 그러나 이 사례는 CWD에 감염된 사슴 고기를 먹는 잠재적 위험과 함께, 공중 보건에 미치는 영향에 대한 추가 조사의 필요성을 높이고 있다. CWD는 사슴, 엘크, 무스 및 기타 동물을 감염시키는 희귀한 치명적 신경퇴행성 질환인 프리온 질환(가족성 크로이츠펠트야콥병)이라고 CDC는 밝혔다. CDC에 따르면 프리온 질환은 특정 프리온 단백질의 비정상적인 접힘으로 인해 뇌 손상 및 기타 증상을 유발한다. 빠르게 진행되고 치명적이며 인간과 동물에 영향을 미칠 수 있다. 크로이츠펠트 야콥병(CJD)과 광우병의 일종인 변종 크로이츠펠트 야콥병(vCJD)은 사람에게서 발견되는 프리온 질환이다. 광우병은 소에서 인간으로 전파될 수 있는 프리온 질병의 한 예다. 미 식품의약국(FDA)은 광우병의 경우, 소가 감염되어 증상을 보이기까지 보통 4~6년이 걸린다고 밝혔다. 사슴의 경우 증상이 나타나기 전 최대 2년의 잠복기를 가질 수 있다고 한다. 동물이 질병에 걸릴 수 있지만 체중 감소와 같은 증상이 나타날 때까지는 정상적으로 보인다. CWD가 사슴에서 인간으로 전염되는 것으로 확인된 사례는 아직 없지만, 이번 발표에서 그 가능성이 커졌다는 점은 시사하는 바가 크다는 지적이다. 특히 지난해 11월 옐로스톤 국립공원의 죽은 사슴에서 CWD가 발견된 이후 우려가 커지고 있다. 메릴랜드대학교 야생동물 생태학 및 관리학 교수 제니퍼 멀리낙스는 BBC와의 인터뷰에서 "아직 사슴이나 엘크에서 인간으로 전염된 사례는 없다"면서도 "프리온의 특성을 고려하여 CDC 및 기타 관련 기관은 프리온 질환을 공급망에서 차단하기 위해 총력을 기울여 왔다"고 강조했다. 한편, CWD는 인디애나주를 포함해 더 많은 주로 계속 확산되고 있다. 감염병 연구 및 정책 센터에 따르면 최근에는 미시간주 인접 북동부 지역의 수컷 흰꼬리사슴에서도 같은 질병이 발견됐다.
- IT/바이오
2024-04-23
[신소재 신기술(32)] 획기적인 '종이 기반' 배터리 개발⋯"식물에서 영감 얻어"

일본에서 희귀 금속이 필요 없는 종이 기반의 물로 활성화되는 배터리가 개발됐다. 일본 도호쿠대학(東北大學)의 재료연구소(AIMR) 연구진은 GPS 센서나 맥박 산소 측정기 센서에 사용할 수 있는 종이 기반의 고성능 마그네슘-공기(Mg-air) 배터리를 개발했다고 오일 프라이스가 14일(현지시간) 보도했다. 이변 연구는 종이의 재활용성과 가벼운 특성을 활용해 보다 환경 친화적인 에너지원으로 발전할 수 있는 가능성을 제시했다. 연구 보고서 논문 '희귀 금속이 없는 고성능 물 활성화 종이 배터리: 웨어러블 센싱 장치를 위한 일회용 에너지원'은 'RSC 인터페이스 응용(RSC Applied Interfaces)' 저널에 게재됐다. 종이는 지난 2000년 동안 인류 문명의 필수품이었다. 종이는 일반적으로 중국 후한 시대 105년 경에 채륜이 발명했다고 알려져 있다. 하지만 최근 중국에서 기원전 2세기 경으로 거슬러 올라가는 종이가 발견되기도 해 종이의 정확한 기원은 알 수가 없다. 글 쓰기를 통해 그동안 인류 역사를 기록해온 종이가 이제는 배터리에 활용돼 친환경적인 미래를 여는 중요한 역할을 하게 됐다. 가볍고 얇은 종이 기반 디바이스는 금속이나 플라스틱 소재에 대한 의존도를 낮추는 동시에 폐기하기도 더 쉽다. 이 연구의 교신 저자인 히로시 야부(Hiroshi Yabu) 교수는 "우리는 식물의 호흡 메커니즘에서 이 장치에 대한 영감을 얻었다"고 말했다. 야부 교수는 "광합성은 배터리의 충전 및 방전 과정과 유사하다. 식물이 태양 에너지를 이용해 땅의 물에서 설탕을, 공기에서 이산화탄소를 합성하는 것처럼, 우리 배터리는 마그네슘을 기질로 활용해 산소와 물에서 전력을 생성한다"고 설명했다. 연구팀은 배터리를 제작하기 위해 마그네슘 호일을 종이에 접착하고 음극 촉매와 가스 확산층을 종이 반대편에 직접 추가했다. 종이 배터리는 1.8V(볼트)의 개방 회로 전압, 100mA/cm²의 1.0V 전류 밀도, 103mA/cm²의 최대 출력을 달성했다. 야부 교수는 " 이 배터리는 인상적인 성능 결과를 보여줬을 뿐 아니라 독성 물질을 사용하지 않고 엄격한 평가를 통과한 탄소 음극과 안료 전기 촉매를 사용해서 작동한다"라고 덧붙였다. 연구팀은 맥박 산소 측정기 센서와 GPS 센서에서 이 배터리를 테스트해 웨어러블 디바이스에 대한 다용도성을 입증했다.
- 포커스온
2024-04-16
왼손잡이, "희귀 유전자 변이가 연관되어 있다"는 주장 제기

특정 유전자의 변이체가 인간의 왼손잡이 발달과 연관되어 있다는 사실이 드러났다. 이러한 변이체가 왼손잡이와 같이 인간의 신체적 특성을 어떻게 바꾸는지를 알게 되면, 유전자가 어떻게 사람들을 신경발달 장애를 갖거나 신경퇴행성 질환을 일으키는지와 같은 수수께끼를 푸는 실마리를 제공할 수 있을 것이라고 사이언스 온라인판이 전했다. 네덜란드 막스 플랑크(Max Planck Institute) 심리언어학 연구소 팀이 35만 명 이상의 유전자 데이터를 분석한 결과 뇌 관련 신경퇴행성 장애나 왼손잡이를 결정짓는 희귀한 코딩 요소 사이의 몇 가지 가능한 연관성들을 발견했다. 이번 연구는 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다. 인간 손의 거울 반사와 같은 제한된 방향성은 생물학에서 흔한 현상이다. 즉, 좌우 개념으로 나타나는 1쌍의 거울 상체가 존재하는 물체의 특징이다. 분자조차도 종종 일관된 방향성을 가지고 있는데, 이를 키랄성(분자 비대칭성)이라고 한다. 예를 들어, 단백질의 구성 요소는 일반적으로 왼손잡이로 설명되는 구조를 가지고 있는 반면, 모든 생명체에서 자연적으로 발견되는 DNA는 오른손잡이 방식으로 꼬인다. 전체 인구 10%만 왼손잡이 그러나 자연이 왜 특정한 꼬임을 선호하는지는 명확한 것은 아니다. 똑같이 유용한 두 손과 팔을 갖고 있는 사람들은 오른손잡이이거나 왼손잡이일 가능성이 같아 보인다. 즉 50대 50이라는 얘기다. 그러나 전체 인구의 약 10%만이 왼손잡이다. 왼손잡이는 특정 신경발달 장애를 가진 사람들 사이에서 더 많이 발생하며, 왼손잡이와 언어는 밀접하게 관련되어 있다. 사람의 유전자와 관련된 증거가 점점 늘어나면서 광범위한 연구가 진행됐다. 쌍둥이를 대상으로 한 연구에 따르면 왼손잡이는 4명 중 1명꼴로 유전되는 것으로 나타났다. 왼손잡이냐 오른손잡이냐를 유발하는 뇌 비대칭은 어릴 때부터 형성되기 시작하며, 아기가 아직 자궁에 있는 동안에도 진행된다. '왼손잡이 결정' 유전자 탐구 연구팀은 왼손잡이 결정에 관여하는 유전자를 탐구했다. 2019년 40만 가지의 개인 기록에 대한 연구에서 왼손잡이와 관련된 첫 4개의 유전자 영역이 밝혀졌다. 2020년에는 170만 명이 넘는 사람들을 대상으로 한 게놈 연구에서 왼손잡이에 영향을 미치는 41개의 유전자 변이가 발견됐다. 연구팀은 희귀 유전자 변이가 왼손잡이에 미치는 영향을 확인하기 위해 영국 바이오뱅크에 있는 35만 명 이상의 유전 데이터를 조사했다. 왼손잡이 3만 8043명과 오른손잡이 31만 3271명을 대상으로 조사가 진행됐다. 팀은 왼손잡이와 관련된 특정 유전자를 검색하고, 희귀한 유전자 변화가 왼손잡이 결정에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지를 계산했다. 연구팀은 희귀한 코딩 변종을 가진 왼손잡이의 유전율이 약 1%라는 것을 발견했다. 연구팀은 또 왼손잡이가 미세소관을 만드는 튜불린을 코딩하는 TUBB4B라는 유전자에 희귀한 코딩 변이를 가질 확률이 2.7배 더 높다는 사실도 발견했다. 튜불린은 세포골격을 구성하는 미세소관의 단위체이며, 미세소관은 뉴런 발달, 이동 및 가소성에 중요하다. 자폐증, 왼손잡이 비율 더 높아 미세소관이 왼손잡이나 오른손잡이 결정에 어떻게 영향을 미치는지는 아직 불투명하다. 그러나 미세소관이 뇌 발달 초기에 세포 키랄성에 영향을 미치며, 이에 따라 뇌 왼쪽의 장기 내재적 형성에 기여할 수는 있다고 한다. 연구팀은 특히 자폐증과 관련된 두 유전자(DSCAM과 FOXP1)에 변이가 있는 사람들이 왼손잡이가 될 가능성이 훨씬 더 높다고 지적했다. 대부분의 왼손잡이는 자폐증이 없지만, 자폐증 중 왼손잡이의 비율이 더 높은 것은 드문 유전자 변화 때문일 수 있다는 설명이다. DSCAM 또는 FOXP1 유전자 돌연변이가 자폐증에 영향을 미치는 경우 뇌의 좌우 축 발달 변화가 원인의 일부일 가능성도 있다는 지적이다. 이 연구는 왼손잡이에서 희귀한 단백질 변형 변이의 역할을 밝혀 미세소관과 신경발달 장애 등과 관련한 유전자에 대한 추가 데이터를 제공한다는 데 의미가 크다는 평가다. 연구팀은 희귀 변이 연관 매핑이 왼손잡이에 더 많은 유전자를 포함할 가능성이 높다고 추정하고 있다.
- IT/바이오
2024-04-08
인위적인 재충전 필요 없는 전기자전거 첫 출시

지금까지의 전기자전거는 재활용이 불가능한 배터리를 장착하고 있었다. 그런데 이런 전기자전거의 시대가 끝날 것이라는 전망이 나왔다. 이러한 변화는 슈퍼커패시터(콘덴서)에 초점을 맞춘 프랑스 제조업체의 혁신 덕분이라고 한다. 프랑스의 루아레 주의 주도 오를레앙에서 인위적인 배터리 재충전이 필요 없는 세계 최초의 전기자전거가 등장했다고 보스턴 에머슨칼리지 학생들이 운영하는 독립 라디오방송국 WECB가 보도했다. 보도에 따르면 'PI-POP'이라는 브랜드의 이 전기자전거는 마이크로모빌리티 산업의 혁신적 변화다. 인위적인 배터리 충전 방식이 아니라면 어떻게 자전거가 전기로 작동할 수 있을까? 그 비밀은 바로 슈퍼커패시터로 구동되는 방식이다. 슈퍼커패시터는 콘덴서 가운데 전기 용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로, 전지 기능을 주 목적으로 사용하도록 만들어진 부품이다. 중요한 것은 외부로부터의 충전이 아니기 때문에 특히 기후 변화 대응력이 높다는 점이다. 이러한 친환경 전기자전거의 탄생은 7년간의 고민과 연구, 개발이 있기에 가능했다. 개발팀은 이 자전거가 "사람들에게 필요한 세계 최초의 전기 보조 자전거"라고 강조한다. 작동 원리는 간단하다. 페달을 밟으면 전기 에너지가 생성되고, 이 에너지는 슈퍼커패시터에 저장되며, 시스템이 빠르게 재충전될 때 마법이 일어난다. 평지나 내리막에서 페달을 돌리면 충전되고, 오르막길을 달릴 때는 저장된 전기를 사용해 올라간다. 충전을 위해 전원을 연결하지 않는다. 오직 페달링으로 재충전되는 것이다. 특히 좋은 점은 건강을 위한 운동도 수반한다는 점이다. 평지에서 페달을 돌리면 충전과 함께 신체적인 단련도 동시에 이루어진다. 운동이 필요한 장년 및 노년층에게 더 바람직한 이동성 옵션이 될 수 있다. 신진대사가 활발한 청소년층에게도 도움이 된다. 배터리 자체도 기후 변화에 더 잘 대응할 수 있는 솔루션이다. 전 세계적으로 희귀한 금속이며 재활용도 어려운 리튬에 의존하는 배터리 기반 기존 전기 자전거보다 훨씬 친환경적이다. PI-POP 자전거의 슈퍼커패시터는 재활용성이 높은 탄소, 알루미늄, 셀룰로오스, 폴리머로 구성된다. 배터리 수명도 표준 배터리의 3~5년에 비해 10~15년으로 3배 이상 길어졌다. 친환경 전기자전거의 가격은 2450유로(약 356만원)이다. 획기적인 발전으로 지속 가능하고 환경 친화적인 마이크로모빌리티 옵션을 통해 전기 이동성으로 전환할 수 있는 경계가 더욱 넓어지고 있다는 평가다.
- IT/바이오
2024-04-02
일본과 EU, 칩 및 전기차용 첨단 소재 개발 추진

일본과 유럽연합(EU)이 칩과 전기차 배터리 등의 분야에서 첨단 소재 개발을 위해 공식적으로 협력할 계획이라고 닛케이 아시아가 31일(현지시간) 보도했다. 이는 중국에 대한 의존도를 줄이기 위한 노력의 일환이다. 유럽집행위원회 연구혁신총국을 관할하는 일리아나 이바노바 집행위원은 닛케이와의 인터뷰에서 오는 4월 예정된 협력 프레임워크 구축 계획을 밝혔다. 이바노바 집행위원은 "우리는 같은 생각을 가진 파트너로서 협력을 확대하고, 각자의 연구 및 혁신 프로그램에 따라 진정한 협력과 호혜의 정신으로 협업 기회를 추구하는 것을 중요하게 생각한다"고 말했다. 이어 "일본과 EU는 여전히 첨단 소재 혁신 분야에서 세계를 선도하고 있다"고 덧붙이며, 2020년에 이 산업에 대한 투자가 EU에서는 198억 유로, 일본에서는 140억 유로에 달할 것이라고 언급했다. 양측은 '첨단 소재에 관한 대화'라는 이름으로 주로 사무국 간 협력 제안에 대한 정기적인 논의를 시작할 예정이다. 첨단 소재를 연구하는 일본과 유럽의 기관들도 참여할 예정이다. EU는 양측이 재생 에너지, 모빌리티, 건설 및 전자 제품 관련 소재 분야에서 협력할 것을 요청했다. 특히 전기 자동차의 차세대 동력원으로 부상하고 있는 나트륨 이온 배터리의 개발이 예상되는 분야 중 하나이다. 이 배터리는 중국이 장악하고 있는 희귀 금속을 사용하지 않으며 기존 배터리보다 저렴한 비용으로 생산할 수 있다. EU는 또한 태양전지 패널의 변환 효율을 향상시킬 수 있는 금속 나노 입자에 대한 일본의 지식을 활용하기를 희망한다. 스마트폰의 에너지 절약을 도울 수 있는 나노 입자도 논의 중인 소재 중 하나이다. EU는 앞으로 첨단 소재에 연구비를 집중하고 개발 및 대량 생산에 상당한 지원을 제공할 계획이다. 이바노바 집행위원은 일본과 EU가 첨단 소재에 대한 국제 표준을 만드는 데 협력할 수 있기를 희망한다고 밝혔다. 이바노바 집행위원은 또 "나노 정보학을 기반으로 나노 물질의 안전성 평가를 위한 표준 방법을 개발하는 데 함께 일하고 싶다. 이러한 표준 방법은 첨단 기술 응용 분야의 안전 및 환경 관리를 보장하기 위해 OECD 내에서도 논의되고 있다"고 덧붙였다.
- 경제
2024-03-31
[신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'

미국 과학자들이 자연에서 광물 형태로 발견된 세계 최초의 '비전통적인' 초전도체 미아사이트(Miassite)가 발견됐다고 밝혔다. 영국 과학 웹사이트 사이키(phys.org)는 지난 13일(현지시간) 미국 에너지부 국립연구소인 에임스 국립연구소(Ames National Laboratory)의 과학자들이 실험실이 아닌 자연에서도 화학 성분을 가진 최초의 비전통적 초전도체 '미아사이트'를 발견했다고 보도했다. 미아사이트는 자연에서 발견되는 광물 중 하나로, 실험실에서 성장시키면 초전도체 역할을 한다. 연구팀은 미아사이트를 관측한 결과 고온 초전도체와 유사한 특성을 가진 비전통적 초전도체라는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 '커뮤니케이션즈 머티리얼즈(Communications Meterials)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 미래의 지속 가능하고 경제적인 초전도체 기반 기술 개발에 기초 과학적 이해를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 초전도체란? 초전도는 물질이 전기를 에너지 손실 없이 전도할 수 있는 상태를 말한다. 이러한 초전도체는 의료용 MRI 기계, 전력 케이블, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 기존의 초전도체는 잘 알려져 있지만 임계 온도가 낮다. 여기서 임계 온도는 물질이 초전도체 상태를 유지할 수 있는 최고 온도를 말한다. 1980년대에 과학자들은 기존 것들보다 임계 온도가 훨씬 높은 비전통적인 초전도체들을 발견했다. 에임스 연구소의 과학자 루슬란 프로조로프에 따르면, 이러한 비전통적인 초전도체는 모두 실험실에서 만들어진다. 이로 인해, 비전통적 초전도는 자연에서 발생하지 않는다는 일반적인 인식이 형성됐다. 자연에서 발견된 희귀한 광물 프로조로프는 대다수의 초전도 원소와 화합물이 금속 성질을 가지고 산소와 같은 다른 원소와 반응하는 경향이 있어, 자연에서 초전도체를 찾는 것이 어렵다고 설명했다. 그는 특히 미아사이트(Rh17S15)가 복잡한 화학 구조를 가지고 있다는 점에서 흥미롭다고 말했다. 프로조로프는 미아사이트를 처음에는 자연에서 발견될 수 없는, 인공적으로 만들어졌을 것으로 추정했으나, "실제로 자연에서 존재한다는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 아이오와 주립대학교의 물리학 및 천문학 석좌교수이자 에임스 연구소의 과학자인 폴 캔필드는 새로운 결정체 물질의 설계와 발견, 성장 방법, 그리고 그 특성을 분석하는 데 깊은 전문 지식을 가지고 있다. 그는 이 프로젝트를 위해 고품질의 미아사이트 결정을 합성하는 작업을 수행했다. 캔필드는 "미아사이트가 러시아 첼랴빈스크주 미아스 강 근처에서 발견된, 일반적으로 잘 형성된 결정으로 자라지 않는 희귀한 광물"이라고 설명했다. 미아사이트 결정의 성장은 매우 높은 용융점을 가진 원소(Rh)와 휘발성이 높은 원소(S)의 결합으로 이루어진 화합물을 탐색하는 더 광범위한 연구 노력의 일부였다. 캔필드 박사는 "순수 원소들의 특성과는 달리, 우리는 이들 원소의 혼합을 통해 최소한의 증기압으로 결정이 저온에서 성장할 수 있도록 하는 기술을 개발했다"고 말했다. 캔필드 박사는 이번 미아사이트의 발견을 "숨겨진 낚시터에서 큰 물고기를 발견한 것과 같다"고 비유했다. 그는 "Rh-S 시스템에서, 우리는 세 가지 새로운 초전도체를 발견했다. 루슬란의 세밀한 측정 덕분에, 미아사이트가 비전통적 초전도체임을 확인할 수 있었다"고 설명했다. '자기장 침투 깊이' 실험 프로조로프의 연구 그룹은 저온에서 초전도체를 연구하기 위한 첨단 기술을 전문으로 한다. 그는 이 물질이 초전도 상태를 유지하기 위해 영하 50밀리켈빈(약 -460°F)까지 냉각되어야 한다고 말했다. 프로조로프 연구팀은 미아사이트의 초전도 특성을 분석하기 위해 세 가지 주요 실험을 실시했다. 가장 중요한 실험은 '자기장 침투 깊이(혹은 런던 침투 깊이, London penetration depth)'다. 이 실험은 약한 자기장이 초전도체 표면을 얼마나 깊게 관통하는지 측정해 초전도체 내부로의 자기장 침투 거리를 결정한다. 전통적인 초전도체의 경우, 자기장 침투 깊이는 저온에서 대체로 일정하게 유지된다. 반면, 비전통적 초전도체에서는 이 침투 깊이가 온도 변화에 따라 선형적으로 변화하는 경향을 보인다. 이러한 실험 결과는 미아사이트가 비전통적 초전도체의 성질을 갖는다는 것을 확인했다. 또 다른 실험은 재료 내에 결함을 주기 위해 고에너지 전자를 사용해 물질에 충격을 주는 방식이다. 프로조로프는 이 방법을 지난 10년 간 그의 연구팀이 주로 사용해온 대표적인 기술이라고 설명했다. 이 실험을 통해 재료의 초전도 특성에 미치는 결함의 영향을 관찰할 수 있다. 이 방법은 이온을 그들의 원래 위치에서 밀어내어 결정 구조 내에 결함을 생성하는 것이다. 이러한 결함은 재료의 임계 온도에 변화를 일으킬 수 있는 장애를 만든다. 전통적인 초전도체는 비자기적 장애에 대해 대체로 둔감하기 때문에, 이러한 테스트에서 임계 온도의 변화가 거의 또는 전혀 보이지 않는다. 반면, 비전통적 초전도체는 무질서에 더 민감해, 결함이 일어나면 임계 온도가 변화하거나 억제될 수 있다. 이러한 변화는 재료의 임계 자기장에도 영향을 미친다. 연구팀은 미아사이트에서 임계 온도와 임계 자기장이 비전통적 초전도체에서 예측한 대로 변화한다는 것을 확인했다. 비전통적 초전도체에 대한 이러한 연구는 초전도 현상의 작동 원리에 대한 과학자들의 이해를 심화시킬 수 있다. 프로조로프는 "비전통적 초전도의 메커니즘을 이해하는 것은 초전도 현상을 경제적으로 응용하는 데 있어 핵심적인 역할을 한다"고 강조했다. 이는 초전도 기술의 상용화 가능성을 높이는 데 중요한 기여를 할 수 있다.
- 포커스온
2024-03-15
목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?

목성의 달 유로파(Europa)에 산소와 탄소가 있는 것이 알려지면서 지하 바다의 생명 존재에 대한 기대감도 더욱 커지고 있다. 태양계에서 목성의 위성 유로파만큼 사람들의 상상력을 사로잡는 곳은 거의 없다. 과학자들은 유로파에 외계 생명체가 존재할 수 있다고 오랫동안 의심해 왔다. 거대한 얼음덩어리를 닮은 '유로파'는 20~30km 두께의 얼음 껍질 아래에 액체 상태의 바닷물 바다가 존재하는 것으로 알려졌다. 이는 보이저호와 갈릴레오 우주 탐사선의 측정과 모델 계산에 의한 추정이다. 독일 매체 메르커닷컴(Merker)은 11일(현지시간) 몇 달 전, 연구자들은 '유로파'에서 생명체의 가장 중요한 구성 요소인 탄소를 발견했다고 전했다. 그러나 유로파에서 생명체를 가능하게 할 수 있는 또 다른 원소인 산소는 이전에 추정했던 것보다 훨씬 더 희귀할 것이라는 관측이 나왔다. 비즈니스 인사이더는 지난 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA·나사)의 주노(Juno) 탐사선은 목성의 얼음 위성 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 유로파에서 매일 발생하는 1000톤이라는 산소는 1백만 명의 사람이 하루 동안 숨을 쉴 수 있는 충분한 양이지만 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양이다. 이 새로운 데이터는 유로파가 광대한 지하 바다에서 생명체를 유지할 수 있는 확률이 낮아질 수 있다. NASA, 유로파 산소 생산량 현저히 낮아 NASA의 연구원들은 '유로파' 표면이 이전 연구에서 추정했던 것만큼 많은 산소를 생산하지 못한다고 계산했다. 지난 3월 4일, NASA는 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다며 이는 이전 추정치보다 86배 이상 적은 양이라고 발표했다. NASA에 따르면 유로파에 생명체가 존재한다면 미생물처럼 보일 수도 있고 더 복잡한 것일 수도 있다. 하지만 그것들은 얼어붙은 사막인 유로파 표면에서는 보이지 않을 수도 있다. 유로파 표면의 산소 생산량 데이터는 NASA의 주노(Juno) 탐사선에서 가져온 것이다. 목성의 위성인 유로파는 초당 12kg(킬로그램)의 산소를 생산하는데, 이는 이전에 생각했던 것보다 휠씬 적은 양이다. 이전 연구에서 추정치는 초당 몇 킬로그램에서 1000킬로그램 이상까지 다양했다. 유로파, 수중기도 탐지 NASA에 따르면 1979년 7월 9일 보이저(Voyager) 우주선은 목성의 위성 중 하나인 유로파(Europa)의 근접 촬영 이미지를 처음으로 촬영했다. 이를 통해 달의 얼음 표면을 자르는 갈색 균열이 드러났는데, 유로파는 마치 핏줄이 있는 눈알처럼 보였다. 그 이후로 수십 년 동안 외부 태양계에 대한 임무는 유로파에 대한 충분한 추가 정보를 축적하여 NASA의 생명체 탐색에서 최우선 조사 대상이 됐다. NASA는 2019년 11월 17일 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터 의 국제 연구팀이 유로파 표면 위에서 처음으로 수증기를 감지했다. 이 연구팀은 하와이에 있는 세계 최대 망원경 중 하나를 통해 유로파를 들여다보며 증기를 측정했다. 당시 유로파의 물 탐지 조사를 주도한 NASA 행성 과학자 루카스 파가니니는 “생명의 세 가지 요구 사항 중 두 가지인 필수 화학 원소(탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황)와 에너지원은 태양계 전체에서 발견된다. 그러나 세 번째인 액체 물은 지구 밖에서는 찾기가 다소 어렵다”라고 말했다. 유로파가 산소를 생산하는 방법 산소 생산은 지구와 유로파에서 매우 다르다. 지구는 광합성을 통해 산소를 얻는 반면, 유로파는 모행성인 목성으로부터 얻는다. 목성은 유로파에 고에너지 입자를 쏟아붓는 강력한 방사선을 방출한다. 이 입자들은 달 표면의 얼어붙은 얼음(H₂O)과 상호작용한다. 유로파에서 입자들의 상호 작용은 H₂O 분자를 수소와 산소 가스로 분리한다. 그러나 그 산소가 어디로 가는지는 아직 상세히 밝혀지지 않았다. 산소 중 일부는 얼음 속에 갇힐 수도 있고, 일부는 우주로 탈출할 수도 있으며, 일부는 유로파의 지하 바다로 내려가는 경우도 있다. 충분한 산소가 지하에 도달한다면, 이는 유로파의 바다가 우리가 알고 있는 생명체에 중요한 요소 중 하나를 가지고 있다는 것을 의미한다. 뉴저지 주 프린스턴 대학교의 과학자 제이미 샬레이는 "'유로파'는 목성의 알려진 95개 위성 중 네 번째로 큰 위성이며 목성의 방사선 벨트 중간에 있다. 이 거대 가스 행성은 위성에 하전 입자 또는 이온화 입자를 쏟아붓는다. 이것들은 물 분자를 두 부분으로 나누어 얼음 표면에 산소를 생성한다"고 말했다. 샬레이는 "유로파는 흐르는 시냇물 속에서 서서히 물을 잃어버리는 얼음 덩어리와 같다"면서, 입자들이 표면의 얼음을 분자 단위로 분해하는 과정을 비교했다. 그는 "어떤 면에서, 전체 얼음 표면은 해변으로 밀려온 하전 입자의 파도에 의해 지속적으로 침식된다"라고 말했다. NASA의 주노 탐사선은 유로파 표면에서 생성되는 총 산소량에 대해 더 많은 정보를 제공한다. 그러나 지하 바다로 얼마나 많은 양의 산소가 스며드는지는 아직 확실하지 않다. 유로파에서 산소 측정 유로파 표면에서 생성되는 산소의 양을 측정하기 위해 과학자들은 주노에 탑재된 목성 오로라 분포 실험(JADE) 장비를 사용했다. JADE는 목성의 오로라 영역 에서 하전 입자를 측정하도록 설계됐다. 그러나 2022년 9월 주노가 유로파를 비행했을 때 JADE는 최초로 달 대기에서 떨어져 나온 하전 입자를 성공적으로 측정했다. 과학자들은 JADE 데이터를 사용해 유로파의 얇은 대기에 있는 수소(산소 아님) 가스의 총량을 추정했다. 물 분자에는 수소(H) 원자 2개당 산소(O) 원자 1개가 있기 때문에 과학자들은 수소 가스 데이터를 사용해 표면에서 생성된 산소의 양을 계산할 수 있다. NASA의 과학자들은 이제 생산된 산소의 일부가 달 표면 아래로 떨어질 수 있다고 추정한다. 그곳에서 산소는 지하 소금 바다로 추정되는 곳에서 대사 에너지원이 될 수 있다. NASA에 따르면 연구원들은 "표면 아래에서 생명을 유지할 수 있는 조건의 잠재력에 대해 궁금해하고 있다"고 한다. 목성의 위성이 생명체가 거주 가능한지 아닌지에 대한 질문은 앞으로도 계속 될 것이다. 샌안토니오에 있는 사우스웨스트 연구소의 주노 수석 연구원인 스콧 볼튼은 "아직 끝나지 않았다. 더 많은 달 비행과 목성의 가까운 고리와 극지방의 대기에 대한 첫 번째 탐사는 아직 오지 않았다"고 말했다. NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선은 2024년 10월에 발사될 예정이다. 이 탐사선의 주요 목표는 유로파가 거주 가능한지 여부를 결정하는 것이다. 유로파에 도착하면 클리퍼 탐사선은 유로파 표면, 기;ㅍ은 ㅁ내부, 얇은 대기, 지하 바다와 잠재적으로 더 작은 활성 통풍구에 대해 자세한 조사를 수행항 계획이다.
- 산업
2024-03-12
[신기술 신소재(8)] 美 미시간대, 희토류 원소의 새로운 동위원소 발견

중원소 원자핵을 분열하는 획기적인 실험에서 이전에 관찰되지 않았던 입자 비율로 구성된 새로운 형태의 원자핵이 발견됐다. 과학 전문매체 사이언스얼럿에 따르면 미국 미시간 주립 대학 올렉 타라소프(Oleg Tarasov) 박사가 이끄는 물리학자들은 백금 원자핵을 분열해 처음으로 희토류 원소인 툴륨, 이터비움, 루테튬의 새로운 동위원소를 발견했다. 과학자들은 이번 연구를 통해 중성자가 풍부한 원자핵의 특성과 천체 충돌 과정에서 새로운 원소가 형성되는 과정을 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대했다. 아울러, 연구팀은 이 연구를 통해 2022년 6월 첫 실험을 수행한 미시간 주립 대학의 희귀 동위원소 빔 연구시설(FRIB)의 위력도 입증했다. 일반적으로 헬륨보다 무거운 원소를 중원소라고 한다. 대부분의 중원소는 별에서 일어나는 핵합성을 통해 생성된다. 즉, 초신성 폭발이나 중성자별 병합 등을 통해 중원소가 생성된다. 모든 원소는 완전히 동일한 형태로 존재하지 않는다. 각 원자핵은 양성자와 중성자라는 원자핵의 여러 하위입자로 구성되어 있다. 중원소 원자핵은 양성자와 중성자로 구성된다. 양성자와 중성자의 총 갯수를 핵자수라고 한다. 여기서 양성자의 갯수를 원자 번호라고 하며 원자번호는 원소를 구성하는 고유한 특징이다. 같은 원자번호지만 중성자 갯수가 다른 원자핵을 동위원소라고 한다. 모든 원소는 다양한 안정성 수준을 가진 여러 동위원소를 가지고 있다. 일부 동위원소는 극히 빠르게 붕괴해 이온화 복사 폭발과 함께 가벼운 원소로 분해된다. 반면 안정적으로 존재하는 동위원소도 있다. 과학자들은 다양한 동위원소와 그 행태를 이해함으로써 우주가 어떻게 원소를 만드는 지, 시간과 공간에 걸쳐 이러한 원소들이 얼마나 풍부한 지 추정할 수 있다. 타라소프 박사팀은 새로운 동위원소를 합성하기 위해 120개의 중성자를 가진 백금 동위원소 198Pt로 실험을 시작했다. 표준 백금은 117개의 중성자를 가지고 있으며, 더 무거운 동위원소를 사용하면 원자핵 분열 방식을 변경할 수 있다. 연구팀은 이 원자를 중이온가속기를 사용해 원자핵을 조각내는 FRIB에 배치했다. 희귀 동위원소 빔은 빛의 절반보다 빠른 속도로 표적에 발사된다. 이 동위원소가 표적에 부딪히면 더 가벼운 동위원소 핵으로 부서지고 물리학자들은 이 동위원소를 검출하고 연구할 수 있다. 타라소프 연구팀은 198Pt의 분열 과정에서 각각 113개와 114개의 중성자를 가진 182Tm과 183Tm을 발견했다. 표준 툴륨은 69개의 중성자를 가지고 있다. 또한 각각 116개와 117개의 중성자를 가진 186Yb과 187Yb도 발견했다. 표준 이터비움은 103개의 중성자를 갖는다. 마지막으로 119개의 중성자를 가진 190Lu를 발견했다. 표준 루테튬은 104개의 중성자를 가지고 있다. 이러한 동위원소는 모두 가속기에서 여러 번 반복되는 실험에서 관찰됐다. 이는 FRIB가 이전에는 거의 연구되지 않았던 영역, 즉 중성자 수 N=126 이상의 중원소 풍부 동위원소 합성 연구에 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 그동안의 연구 부진은 관심 부족 때문이 아니라 이러한 동위원소를 생성하고 검출하는 능력 때문이었다고 연구팀은 지적했다. 이는 우주 현상에서 가장 무거운 원소가 어떻게 형성되는지 이해하는 데 기여할 수 있다. 우주에서 철보다 무거운 모든 원소는 초신성 폭발이나, 중성자별 간의 충돌 등 극한의 조건에서만 생성될 수 있다. 중성자별 충돌에서 일어나는 핵합성 과정 중 하나는 급속 중성자 포획 과정(r-process)이다. 이는 킬로노바 폭발 과정에서 방출되는 자유 중성자를 원자핵이 빠르게 흡수하여 더 무거운 원소로 변환되기 시작할 때 발생한다. 이 과정을 통해 금, 스트론튬, 백금과 기타 중금속이 생성된다. 연구팀은 이번 실험을 통해 r-process를 재현하는 데 매우 가까이 다가갔다고 주장했다. 이는 곧 우주에서 가장 폭력적인 사건 중 일부에서 관찰되는 핵합성 경로 중 하나를 복제할 수 있는 도구를 갖게 될 가능성이 있다는 것을 뜻한다. 연구팀은 "국립 초전도 사이클로트론 연구소에서 사용가능했던 에너지를 능가하는 매우 강렬한 1차 빔을 포함해 FRIB의 독특한 기능은 중성자 수 N=126 이상 영역을 탐색하는 데 이상적인 시설이다"고 설명했다. 또한 "FRIB의 연구원들은 이러한 반응을 이용해 새로운 동위원소의 특성을 생성하고 식별 및 특성을 연구함으로써 핵물리학, 천체물리학 및 물질의 기본적 특성에 대한 이해를 향상시킬 수 있다"고 말했다. 이 연구는 지난 2월 미국 물리학회에서 발행하는 주간 학술지 'Physical Review Letters(PRL)'에 발표됐다.
- 포커스온
2024-03-05
중국, 달 탐사 꿈 실현 위한 유인 우주선 '멍저우' 공개!

중국 우주국은 2030년 말까지 중국 우주비행사를 달에 보내는 계획의 일환으로, 우주선의 이름을 발표했다. 26일(현지시간) 야후 뉴스는 중국 우주국이 지난 25일 '꿈의 배'를 뜻하는 '멍저우(Mengzhou 梦舟)' 우주선과 '달을 품다'의 의미를 가진 '란웨(lanyue 揽月)' 착륙선, 그리고 '장정 10호(Long March 10)'라 명명된 초중량급 로켓의 개발이 순조롭게 진행되고 있다고 보도했다. 이 프로젝트는 중국이 우주 분야에서 세계적인 강국으로서의 위치를 확립하려는 야심 찬 계획의 일부이다. 중국은 유인 달 탐사 임무를 위한 구체적인 일정은 공개하지 않았지만, 2030년까지 이를 수행하여 우주 비행사를 달에 착륙시키는 세계에서 두 번째 국가가 되겠다는 목표를 세웠다고 발표했다. 멍저우 우주선은 재돌입 모듈과 서비스 모듈로 구성되어 있다. 재돌입 모듈은 우주비행사들이 머무르고 통제 센터 역할을 하는 곳이며, 서비스 모듈은 전력과 추진 시스템을 담당하는 부분이다. 국영 매체에 따르면 이 우주선은 길이가 약 9미터, 무게는 22톤에 달한다. 보도에 따르면 란웨 착륙선은 2명의 우주비행사와 200kg 로버를 탑재할 수 있다. 중국 우주 항공국은 우주선의 이름이 약 2000개의 대중 제안 중 전문가 그룹에 의해 선정되었다고 밝혔다. 우주 항공국은 "란웨"라는 이름은 1965년 중화인민공화국 설립자인 마오쩌둥이 쓴 시에서 처음 등장하며 "우주 탐사와 달 탐사에 대한 중국인의 열망과 자신감을 상징한다"고 설명했다. 그리고 "멍저우"라는 이름은 "달 착륙의 꿈"과 연결되어 있다고 덧붙였다. 베이징의 우주 프로그램은 오랫동안 시진핑 주석의 "중국 꿈"과 긴밀하게 연결되어 있다. 이 꿈은 국가를 '젊게'하고 기술 능력을 포함하여 전 세계적으로 권력과 명성 향상을 목표로 한다. 중국의 달 탐사 프로그램은 과학적 가치, 국가적 명성, 자원 접근성 향상, 그리고 성공적인 달 탐사 임무를 통해 얻을 수 있는 깊은 우주 탐사의 기회 등을 추구하는 여러 국가들 사이에서 우주 프로그램 확장의 추세 속에서 강조되고 있다. . 미국도 달 탐사 프로그램을 강화하고 있으며, 우주항공국(NASA)은 지난달 2026년에 우주비행사를 달에 착륙시키겠다는 계획을 발표했다. 이 계획은 원래 예정보다 1년 늦어진 것으로, 1960년대 후반과 1970년대 초에 수행된 아폴로 임무 이후 미국이 달에 사람을 착륙시키는 첫 임무가 될 예정이다. 지난 주, 민간 우주기업 인투이티브 머신스가 개발한 상업용 오디세우스 달 착륙선은 약 50년 만에 달에 착륙한 최초의 미국 민간 우주선으로 기록됐다. 1월에 일본의 '문 스나이퍼' 로봇 탐사기가 달 표면에 착륙함으로써, 일본은 21세기에 달에 착륙한 세 번째 국가(역사적으로는 다섯 번째)가 됐다. 인도도 지난해 8월 찬드라얀3호의 달 착륙으로 이 목록에 이름을 올렸다. 중국은 무인 창(娥) 프로그램을 통해 달 탐사 분야에서 선두를 달리고 있다. 2019년 중국은 달의 뒷면에 착륙한 최초의 국가가 되어 역사를 새로 썼다. 올해 말 발사될 예정인 다음 무인 임무인 '창어 6호'는 달의 뒷면에서 처음으로 샘플을 채취해 지구로 가져올 계획이다. 또한, 중국은 2040년까지 달 남극에 영구적인 국제 연구 기지를 구축하기 위한 목표를 세우고 있으며, 이를 위해 다가오는 임무들을 통해 필요한 데이터를 수집할 것으로 예상된다. 전 세계가 달 탐사에 적극적으로 나서고 있는 배경에는 여러 가지 이유가 있다. 첫째로, 과학적 이익을 들 수 있다. 달은 지구의 유일한 자연 위성으로, 태양계의 형성과 초기 지구 역사에 대한 귀중한 정보를 제공할 수 있다. 달 탐사를 통해 달의 지질, 화학, 생물학 등을 연구함으로써 태양계의 기원과 진화에 대한 우리의 이해를 심화시킬 수 있다. 국가적 명성 또한 중요한 동기다. 달 탐사는 국가의 과학기술 능력을 상징하는 중요한 지표로, 성공적인 달 탐사는 국가의 명성을 높이고 국제사회에서의 경쟁력을 강화하는 데 기여할 수 있다. 또한, 자원 접근 면에서도 달 탐사는 중요한 의미를 갖는다. 달에는 희귀 광물, 물, 에너지 자원 등 다양한 자원이 존재할 가능성이 있어, 이를 확보하고 활용하는 것이 가능하다고 여겨진다. 마지막으로, 경제적 이익 역시 무시할 수 없는 요소다. 달 탐사는 우주 산업의 발전을 촉진하고, 새로운 일자리 창출, 기술 혁신을 통해 경제적 이익을 가져올 수 있다. 이와 같은 다양한 이유로, 전 세계는 달 탐사에 적극적으로 참여하고 있으며, 이러한 경쟁은 앞으로 더욱 치열해질 것으로 예상된다.
- 산업
2024-02-27
[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
파킨슨병, 단백질 응집체 분해 메커니즘 규명...치료제 개발 기대

독일 과학자들이 α-시누클레인 단백질의 분해 과정에 숨겨진 메커니즘을 발견함으로써 파킨슨병 치료에 새로운 가능성을 제시하고 있다. 독일에서는 약 20만 명이 파킨슨병을 앓고 있다. 이 병은 치매와 같이 퇴행성 신경 질환으로 분류되며, 현재까지는 완치가 어려운 것으로 알려져 있다. 그러나 최근 이루어진 과학적 진전은 파킨슨병을 이해하고 치료하는 데 있어 중요한 단계를 나타낸다고 볼 수 있다. 독일의 매체 24vita는 보흠 루르 대학교(Ruhr University Bochum·RUB)의 연구원들은 α-시누클레인 단백질이 분해되는 과정에서 중요한 메커니즘을 발견했다고 최근 보도했다. 파킨슨병의 주요 특징 중 하나는 특정 뇌 영역에서 단백질 응집체(주로 α-시누클레인 단백질로 구성)가 형성되는 것이다. 막스플랑크학회의 정보에 따르면, 인체 세포 내 노폐물을 처리하는 시스템에 결함이 발생하거나 과부하가 걸리면 이러한 응집체가 축적되기 시작한다. 이는 결국 신경 세포의 기능 상실과 사멸로 이어지며, 궁극적으로 파킨슨병을 유발한다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 실린 연구 보고서에 따르면, 콘스탄즈 윙클호퍼(Konstanze Winklhofer) 박사는 세포 내 단백질 분해 과정에 관여하는 유비퀴틴 분자 사슬의 존재를 밝혀냈다. 유비퀴틴이라는 작은 단백질이 특정 단백질에 부착되어 그것을 분해 대상으로 식별하는 데 중요한 역할을 한다는 것이다. 유비퀴틴은 76개 아미노산으로 구성된 단백질로, 세포 내에서 다양한 기능을 수행한다. 윙클호퍼 박사는 유비퀴틴 분자 사이의 연결 유형과 유비퀴틴 사슬의 길이 및 구조에 따라 세포의 폐기물 처리 시스템이 어떤 프로세스를 사용해야 할지 결정할 수 있다고 설명했다. 특히, 소위 선형 유비퀴틴 사슬은 신경세포 내 단백질 응집체에 풍부하게 존재하며, 이는 단백질 응집체의 독성을 줄이는 데 도움이 된다. 이러한 보호 메커니즘의 배경에는 과학자들이 밝혀낸 중요한 요소가 있다. 네모(NEMO) 단백질이 단백질 응집체에 존재하는 선형 유비퀴틴 사슬에 결합하여 α-시누클레인 단백질의 분해를 촉진하는 것으로 나타났다. 이러한 발견은 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환의 치료법 개발에 중요한 단서를 제공할 수 있다. 연구팀에 따르면, 네모(NEMO) 단백질의 보호 효과는 자가포식(autophagy)이라는 세포의 폐기물 처리 과정을 억제함으로써 제한될 수 있다. 자가포식은 세포 내 노폐물과 손상된 구성 요소를 제거하는 중요한 기능을 한다. 연구원들은 네모 단백질이 자가포식 과정에 관여하는 다른 단백질과 상호 작용하는 것을 발견했다. 윙클호퍼 박사는 이번 연구가 미국의 한 신경과 전문의가 치료한 환자의 사례에서 출발했다고 밝혔다. 해당 환자는 40대 초반에 진행성 파킨슨병을 진단받았다. 유전자 검사 결과, 이 환자의 네모 유전자에는 희귀한 돌연변이가 존재했으며, 이 변이된 네모는 선형 유비퀴틴 사슬과 결합할 수 없었다. 결과적으로, 이 돌연변이로 인해 환자의 뇌에서 α-시누클레인 단백질 응집체의 현저한 침착이 관찰됐다. 연구에 따르면, 네모(NEMO) 단백질은 알츠하이머병에서 발생하는 것과 유사한 다른 형태의 단백질 응집체도 감지할 수 있는 능력을 가지고 있다. 윙클호퍼 박사는 "이 발견은 네모와 관련된 질병의 병리학적 과정을 설명하고, 단백질 응집체의 품질 관리에서 네모가 수행하는 일반적인 역할을 강화한다"고 말했다. 한편, α-시누클레인은 140개의 아미노산으로 구성된 작은 단백질로, 주로 뇌에서 발견되며 심장과 근육을 비롯한 다른 조직에서도 소량 발견된다. 특히 파킨슨병이나 치매 환자의 뇌에서는 루이 소체라고 불리는 특정 부위에 섬유소의 형태로 집중되어 나타난다. 이러한 특성 때문에 과학자들은 α-시누클레인과 퇴행성 신경 질환 간의 연관성에 대해 적극적으로 연구를 진행하고 있다. 이 연구는 파킨슨병, 알츠하이머병, 그리고 기타 신경퇴행성 질환의 이해와 치료법 개발에 중요한 기여를 할 수 있다.
- 생활경제
2024-01-05
도시바, 코발트 대체 신형 리튬이온배터리 개발

도시바가 코발트를 사용하지 않는 새로운 형태의 이차전지를 개발하는 데 성공했다. 일본 매체 이타임스(eetimes)는 도시바가 코발트를 사용하지 않는 5V급 고전위 양극재를 활용한 새로운 리튬이온 이차전지를 개발했다고 최근 보도했다. 코발트는 지각에서 주로 화합물 형태로 존재하며, 철운석에서 소량의 합금 형태로 발견된다. 코발트는 특히 배터리의 양극재 원료로 사용되며, 중국이 이를 가장 많이 생산하는 것으로 알려져 있다. 이러한 상황 속에서 일본의 도시바가 코발트를 사용하지 않는 신형 리튬이온 배터리 개발에 성공한 것은 주목할 만한 사건이다. 도시바는 오는 2028년 이 기술을 상용화해 미래 자동차 애플리케이션으로 확장하는 것을 목표로 하고 있다. 이 리튬이온 이차전지의 시제품은 3V 이상의 출력전압, 5분 만에 80%까지 충전할 수 있는 고속 충전 성능, 60°C의 고온에서 우수한 수명 특성을 보여준다고 회사 측은 밝혔다. 이러한 이차전지 개발 배경은 탄소 중립 달성을 위해 산업 장비와 상용차의 전기화가 시급한 상황이기 때문이다. 승용차와 달리, 버스, 트럭, 중장비와 같은 상용차량은 긴 운행 시간과 열악한 환경에서 사용된다. 기존의 리튬이온 배터리는 충전 시간이 짧다는 단점이 있고, 열악한 환경에서 수명이 단축되어 상용차의 전기화 요건을 만족시키기 어렵다. 또한, 기존의 리튬 이온 배터리는 재료 공급망에서도 문제를 가지고 있다. 코발트와 같은 희귀 금속은 수요 증가, 생산국의 불균형, 채굴 및 정제 과정에서의 환경적 문제로 인해 공급 부족과 비용 변동의 문제에 직면해 왔다. 이로 인해 세계 각국은 양극재의 코발트 사용을 줄이려고 노력하고 있다. 이러한 상황 속에서, 코발트를 사용하지 않는 5V급 고전위 양극재에 대한 관심이 높아지고 있다. 리튬 이온 배터리의 전압은 양극과 음극 사이의 전위차에 의해 결정되므로, 높은 양극 전위는 전압을 증가시키고 전력 성능을 향상시키는 데 기여할 수 있다. 그러나 높은 전극 전위는 실제로 몇 가지 문제를 야기한다. 이는 전해질과 반응하여 가스를 생성하는 것뿐만 아니라, 금속 이온이 양극에서 전해질로 용해되는 현상을 포함한다. 전해질의 내산화성을 개선하려는 시도들이 있었지만, 가스 생성을 억제하고 리튬 이온의 전도성을 유지하는 것 사이의 상충관계로 인해 이러한 문제를 해결하기 어려웠다. 5V급 고전위 음극 전해질 분해 메커니즘 밝혀 도시바는 5V급 고전위 양극이 전해질을 분해하는 메커니즘을 분석했다. 연구에서는 전해액이 음극 입자의 표면에서 분해되어 가스를 발생시키고, 음극에서 용출된 금속 이온이 음극 표면에 작용하여 가스 발생을 증가시키는 것을 발견했다. 이 연구를 바탕으로, 도시바는 양극의 입자 표면을 변형시켜 금속의 용출을 줄이는 기술과 음극 표면에서 용출된 이온을 중화하는 기술을 개발했다. 이 두 가지 기술의 결합을 통해, 기존 전해질을 사용하면서도 5V급 고전위 양극에서 발생하는 가스 문제를 크게 줄일 수 있었다. 니오븀-티타늄 산화물 양극과 결합 도시바는 이 음극을 니오븀-티타늄 산화물 양극과 결합하여 리튬 이온 이차전지를 개발했다. 산화물 음극은 수명이 길고 안전성이 높아 빠르게 충전할 수 있는 특징이 있어, 도시바는 이를 'SCiB'로 상품화했지만, 전위가 높기 때문에 배터리의 전압이 낮다는 단점이 있다. 이번 연구에서는 고전위 5V급 고전위 양극과 조합하여 양극과 음극의 전위차를 증가시켜 배터리 전압을 향상시켰다. 충방전 사이클 테스트에서의 도시바의 성능 시연은 흥미로운 결과를 보였다. 가스 발생 억제 기술이 적용되지 않은 배터리에서는 가스 발생으로 인한 팽창이 관찰되었으나, 가스 발생 억제 기술이 적용된 배터리에서는 팽창이 전혀 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 새로운 기술의 효과성을 입증하는 것으로 볼 수 있다. 평균 출력 전압이 3.15V인 이 배터리는 기존 SCiB보다 높은 전압을 제공한다. 또한, 이 배터리는 5분 만에 80%까지 급속 충전이 가능한 성능을 보유하고 있다고 한다. 고온 환경에서의 내구성 또한 뛰어나, 60°C의 환경에서 100회의 충방전 후에도 용량 유지율이 99.2%에 달했다. 도시바 나노소재 및 프론티어 연구소 R&D센터의 선임연구원 하라다 야스히로(原田康弘)는 "5V급 고전위 양극을 가진 기존 전해액을 사용하는 배터리로서는 탁월한 성능"이라며 고온 내구성에 대한 자신감을 드러냈다. 도시바는 이 기술을 2028년 실용화하는 것을 목표로 하고 있으며, 향후 용량을 더욱 늘리기 위해 검증을 실시할 예정이다.
- 산업
2024-01-03
AI, 심장 질환 조기 진단 '게임 체인저'⋯심장마비 예방 가능

의료 인공지능(AI)을 활용해 심장 마비를 조기 진단할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 의료 인공지능은 환자의 진단, 치료, 결과 개선을 위해 머신러닝, 자연어처리(NLP), 딥러닝 등의 AI 기술을 활용한다. 미국 폭스뉴스는 의료 인공지능 기술은 이미 미국에서 사용되고 있으며, 미네소타주 로체스터의 메이요 클리닉(Mayo Clinic)에서는 AI를 통한 심장 검사가 일부 생명을 구하는 데 활용되고 있다고 보도했다. 미네소타 덜루스 대학교의 축구팀의 리드 라이언(Reed Ryan)은 운동 후 2023년 11월 21일 심장마비를 겪었다. 당시 22세였던 라이언은 일주일도 채 지나지 않아 희귀 유전적 심장 질환으로 사망했다. 그에 앞서 농구 전설 르브론 제임스(LeBron James)의 아들이자 USC 트로이 목마 대학 농구 선수인 브로니 제임스(Bronny James)는 지난 2023년 7월 운동 연습 중 심장마비를 겪었다. 메이요 클리닉의 마이클 J. 애커먼(Michael J. Ackerman) 박사는 한 달 후 그를 담당한 의사 중 한 명이 되었다. 의료진은 브로니 제임스의 심장마비가 선천성 심장 결함과 관련이 있을 수 있다고 판단했다. 심장마비에 대한 대응의 중요성을 강조하는 옹호론자들은 이것이 공공 장소에서 자동심장충격기(AED)의 수를 늘리고 학교에서 심폐소생술(CPR) 교육을 요구하는 주된 이유라고 말한다. 그러나 선별검사로 심장 질환을 발견하지 못하는 경우에는 빠른 대응만으로는 한계가 있을 수 있다. 애커먼 박사는 "매년 1~35세 사이에서 약 1000~5000명이 급사한다"고 경고하며, "운동선수의 돌연사는 연간 100건 정도에 불과하다"고 말했다. 애커먼 박사는 심장 질환 치료에 사용될 인공지능의 도입이 "게임 체인저"가 될 것으로 기대하고 있다. 의사들은 심장의 전기 활동을 기록하기 위해 12리드 심전도(ECG/EKG)를 사용한다. 애커먼 박사는 인공지능을 훈련시켜 이러한 기록을 스캔하도록 도왔다. AI는 12가지 이상의 심장 상태를 찾을 수 있다. 예를 들어, 치료하지 않으면 심부전으로 이어질 수 있는 약한 심장 펌프를 감지할 수 있다. 애커먼 박사는 익명의 환자의 ECG와 AI 스캔 결과의 예를 폭스뉴스에 공개했다. 그는 일반 심전도 검사에서는 운동과 관련된 호흡 곤란을 호소하는 환자의 비후성 심근병증을 감지하지 못했지만, AI를 사용한 심전도 검사에서는 그 가능성을 확인할 수 있었다고 설명했다. 미국 의과대학 협회에서는 향후 10년 동안 12만 명 이상의 심장 전문의가 부족할 것으로 예측하고 있다. 이에 대해 애커먼 박사는 AI가 심장 문제를 더 빠르고 정확하게 감지함으로써 전문의 부족을 보완할 수 있다고 말했다. 그는 급성 심장사의 위험이 있는 환자를 식별할 수 있는 얼라이브코어(AliveCor)의 카디아모빌(KardiaMobile) 6L EKG 장치를 개발했다. 그는 이 장치는 다양한 심장 상태를 감지하고 긴 QT 증후군 탐지를 위해 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받았다고 말했다. 한편, 메이요 클리닉에서 개발한 AI 기술이 애플워치를 통해 심장의 약한 펌프 기능을 감지하는 데 사용되고 있다. 또한, AI를 지원하는 디지털 청진기를 통해 임신과 관련된 심장병을 감지할 수 있다는 사실도 발견됐다. 이러한 기술 개발은 심부전의 조기 발견과 치료에 중요한 진전을 나타낸다. 전 세계 연구자들과 의사, 그리고 기업은 인공 지능을 활용하여 심부전이 악화되어 병원 입원이 필요해지기 전에 이를 조기에 발견하기 위해 경쟁하고 있다. 이러한 기술은 심부전 환자의 삶의 질을 향상시키고 의료 비용을 절감하는 데 기여할 수 있다. 샌프란시스코의 소프트웨어 회사 비즈AI(Viz.ai)는 비대성 심근병증(HCM)을 탐지하는 AI 알고리즘에 대해 미국 식품의약국(FDA)으로부터 '드 노보(De Novo)' 승인을 받았다. 이는 AI 기반 심장 건강 모니터링 기술의 발전을 증명하는 중요한 이정표다. 피츠버그 대학 의료 센터에서 개발된 새로운 기계 학습 모델은 ECG 판독값을 사용하여 심장마비를 더 빠르고 정확하게 진단하고 분류한다. 이 기술은 아직 직접적인 환자 치료에 사용되지 않았지만, 연구 결과는 매우 희망적이다. 코디오메디컬(Cordio Medical)이 개발한 히어오(HearO) 앱은 최근 긍정적인 임상 연구 결과를 발표했다. 이 앱을 사용하면 환자가 스마트폰에 말하면 AI가 심부전의 악화를 나타낼 수 있는 음성 변화를 감지한다. 이 연구는 미국에서 내년 또는 2년 내에 사용 가능해질 것으로 기대된다. 메이요 클리닉은 12-리드 ECG를 받은 모든 환자가 사용할 수 있는 AI 유도 ECG 기술을 개발하고 있으며, 모바일 장치에서 ECG를 평가하기 위한 알고리즘을 개발하고 검증하는 작업을 진행 중이다. 이러한 기술들은 심장 건강 모니터링 분야에서 혁신을 가져오고 환자 치료에 큰 변화를 가져올 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2023-12-20
큰돌고래, '전기 감각'으로 사냥 성공률 높인다

우리 말로 '물돼지'라고도 알려진 돌고래, 특히 큰돌고래에 대한 흥미로운 연구 결과가 미국의 유명 매거진 스미스소니안(Smithsonian)을 통해 보도됐다. 큰돌고래는 지능이 높고 긴 주둥이를 가지고 있으며, 머리의 정수리 부분에 있는 '멜론'이라는 지방 기관을 통해 다양한 초음파를 생성하여 의사소통을 한다고 알려져 있다. 이 돌고래는 예리한 시력과 청각, 그리고 반향정위라는 고유한 음파 탐지 시스템으로 먹이를 사냥한다. 최근 익스페어리멘탈 바이올로지 저널(Journal of Experimental Biology)에 게재된 연구에 따르면, 큰돌고래는 전기펄스 감지라는 또 다른 감각을 활용하고 있는 것으로 밝혀졌다. 연구에 따르면, 큰돌고래의 주둥이에는 전기를 감지할 수 있는 '진동 구덩이'라는 보조개가 존재하며, 이는 물고기 사냥과 바다 주변 탐색에 큰 도움을 주고 있다. 더욱이, 갓 태어난 돌고래의 이 구덩이에는 수염이 있는데, 이는 기존 연구자들이 생각했던 것과 달리 중요한 기능을 할 수 있다는 새로운 관점을 제공한다. 이번 발견은 큰돌고래가 희귀한 전기 수용 능력을 가진 작은 포유류 그룹에 포함될 수 있음을 시사한다. 현재까지 이 특이한 감각을 지닌 것으로 알려진 포유류는 오리너구리와 바늘두더지 뿐이다. 반면, 상어와 같은 연골 어류 그룹은 전기장에 대한 민감성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 특히 일부 상어 종은 ㎠당 50억분의 1볼트 정도의 매우 약한 전류도 감지할 수 있는 능력을 가지고 있다. 해양 포유류의 이러한 능력을 테스트하기 위해, 연구자들은 조련사와 협력하여 돌리(Dolly)와 도나(Donna)라는 두 마리의 포획된 큰돌고래에게 금속 막대에 대한 전기 충격을 감지하는 방법을 가르쳤다. 이를 위해 연구원들은 맞춤형 전기장 발생기에 연결된 전극을 사용하여 다양한 강도의 전기장을 전달했다. 독일 뉘른베르크 동물원의 생물학자 팀 휘트너(Tim Hüttner)는 "이것은 인간이 청력 검사를 받는 것과 유사하며, 돌고래들은 실험에서 정확하게 반응했다"고 말했다. 도나는 더 높은 감도를 보여주었다. 도나는 ㎝당 2.4㎶ 만큼 낮은 직류(DC)를 감지할 수 있었다. 반면 돌리의 임계값은 ㎝당 5.5㎶에 그쳤다. 바이오로지스(The Company of Biologists)는 돌고래에 대한 직류(DC) 전기장 실험에 이어, 교류(AC) 전기장을 인지하는 능력도 테스트했다. 연구에 따르면, 모든 수중 유기체는 정적인 직류 장을 생성하지만, 물고기와 같은 일부 유기체는 아가미 움직임에 따라 펄스 형태의 교류 장을 생성한다고 한다. 연구 팀은 초당 1회, 5회, 그리고 25회의 펄스를 가진 다양한 주파수의 AC 전기장을 실험했다. 연구 결과, 두 돌고래 모두 DC 전기장에 대해 더 민감한 반응을 보였으나, 저주파 AC 전기장에도 잘 반응하는 것으로 나타났다. 독일 로스토크 대학의 해양 생물학자인 귀도 덴하르트(Guido Dehnhardt)는 "약한 전기장에 대한 돌고래의 민감성이 물고기를 사냥할 때, 특히 퇴적물에 숨어 있는 먹이를 찾는 데 도움이 될 수 있다"고 말했다. 하지만, 큰돌고래가 이 능력을 실제로 야생에서 어떻게 활용하는지는 아직 명확히 알려지지 않았다. 이 전기 감각은 먹이 사냥뿐만 아니라, 지구 자기장의 변화를 감지해 탐색하는 데에도 유용할 수 있다. 연구팀은 앞으로 돌고래의 움직임과 이 감각 사이의 관계를 더 연구할 계획이다. 이전의 연구에서는 태양 폭풍이 일으키는 행성 자기장의 변화와 돌고래 및 고래의 대량 좌초 사이의 연관성을 제시했다. 새로운 연구는 이 현상에 대한 설명을 시작할 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-12-15
도시바, 코발트 프리 5V급 리튬 이온 배터리 개발

도시바에서 코발트 사용을 배제한 코발트 프리 5V급 리튬이온 배터리를 개발했다. 리튬 이온 배터리는 휴대폰, 노트북 등의 다양한 전자기기의 저원으로 널리 사용되고 있다. 전기차에도 사용되면서 리튬 이온 배터리 시장은 꾸준하게 성장을 하고 있다. 최근에는 코발트 프리 배터리, 실리콘 음극 배터리, 고속 충전 배터리 등 새로운 기술이 개발되고 있다. 폴란드 매체 메디아24(M'edia24)에 따르면 도시바가 코발트 프리 5V(볼트)급 리튬 이온 배터리를 최근 개발했다. 이 배터리는 코발트와 니켈이 함유되지 않아 희귀 금속에 대한 의존도를 줄이고 비용을 절감할 수 있다. 또한, 5분 만에 80%까지 충전할 수 있는 고속 충전 성능을 갖추고 있다. 코발트는 고성능 배터리 제작에 필수적이지만 채굴 과정에서 환경적, 윤리적 문제가 발생할 수 있다. 코발트 프리 배터리는 이러한 문제를 해결하기 위해 개발됐다. 도시바에서 개발한 배터리는 5볼트급 고전압을 제공해 기존 배터리보다 더 높은 에너지 밀도와 효율성을 달성할 수 있다. 이는 장거리 주행이 필요한 전기차나 고성능을 요구하는 전자 기기에 유리하다. 도시바의 새로운 리튬 이온 배터리는 음극에 코발트가 없는 니켈 환원 물질을 사용한다. 기존의 리튬 이온 배터리에서 음극에 코발트가 사용되는 이유는 코발트가 음극을 안정화하고 전압을 높이는 역할을 하기 때문이다. 하지만 코발트는 희귀 금속이며 가격이 비싼 편이다. 도시바는 음극 표면에 전해액과 반응을 억제하는 기술과 부극 표면에서 용출 이온을 무해화하는 기술을 개발하여 일반적으로 사용되는 전해액에서 가스 발생을 억제했다. 이를 통해 코발트 없이도 안정적인 고전압 배터리를 만들 수 있었다. 도시바는 1.5Ah급의 라미네이트형 배터리 프로토타입을 제작하여 성능을 테스트한 결과 이 배터리는 3V 이상의 고전압, 5분간 80% 급속 충전 성능, 그리고 6000회 이상의 충전·방전을 반복해도 초기 상태에 비해 80% 이상의 용량을 유지하는 내구성을 입증했다. 도시바는 새로 개발된 리튬 이온 배터리를 2028년 실용화하는 것을 목표로 하고 있다. 전동 공구나 산업 기기 등 소형으로 고전압을 필요로 하는 용도부터 장차 자동차용 배터리까지 다양한 분야에 적용할 계획이다. 한국, 코발트 프리 배터리 개발 박차 한국에서도 코발트 프리 배터리 개발에 박차를 가하고 있다. 삼성SDI는 니켈·망간·코발트(NMC) 배터리에서 코발트 함량을 50%까지 낮춘 'NCM523' 배터리를 개발했다. 이 배터리는 기존 NMC 배터리 대비 코발트 사용량을 30% 줄일 수 있다. LG에너지솔루션은 코발트 함량을 10% 이하로 줄인 'NCM811' 배터리를 개발하고 있다. 이 배터리는 기존 NMC 배터리 대비 코발트 사용량을 90% 줄일 수 있다. SK이노베이션은 코발트 없이 니켈과 망간만을 사용한 'NMx' 배터리를 개발 중이다. 이 배터리는 코발트 사용량을 100% 없앨 수 있다. 이번 도시바의 코발트 프리 배터리 개발은 리튬 이온 배터리의 성능과 지속 가능성을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다. 희귀 금속에 대한 의존도를 줄이고 고속 충전 성능을 향상시킴으로써 전기차 등 친환경 자동차의 보급을 촉진할 수 있을 것으로 보인다.
- 산업
2023-12-13
[퓨처 Eyes(14)] 메타버스, 과대광고의 실패인가, 부활신호인가?

현실과 가상을 연결한 가상 세계를 의미하는 메타버스는, 최근 몇 년 동안 빠르게 성장하고 있는 기술이다. 특히, 지난해 11월 출시된 오픈AI의 생성형 인공지능(AI) 챗GPT가 열풍을 일으키면서 메타버스에 대한 관심이 다시 높아졌다. 메타버스(metaverse)는 가상 혹은 초월을 의미하는 메타(meta)와 세계나 우주를 의미하는 유니버스(universe)를 합성한 신조어다. 기본적으로 집을 떠나지 않고도 학교에 가고, 직장에 출근하고, 게임을 하고, 콘서트를 보고, 쇼핑을 하는 등의 활동을 할 수 있는 온라인 세계를 의미한다. 영화 '매트릭스'의 거울 세계처럼 2차원의 텍스트와 이미지로 이루어진 인터넷이 현실로 다가온 것이다. 미국 IT 전문매체 쿼츠에 따르면 2022년 전 세계는 '메타버스'라는 단어를 배웠다. 메타버스는 현실과 인터넷의 경계가 모호해질 때 발생하는 현상을 가리키는 말이다. 메타버스의 개념은 1992년 출간된 닐 스티븐슨의 소설 '스노 크래시'에서 처음 등장했다. 소설 속 메타버스는 가상현실과 증강현실을 결합한 상위 개념으로서, 현실을 디지털 기반의 가상 세계로 확장해 가상 공간에서 모든 활동을 할 수 있게 만드는 시스템이다. 구체적으로 정치와 경제, 사회, 문화 전반적 측면에서 현실과 비현실이 공존하는 생활형, 게임형 가상 세계라는 의미로 폭넓게 사용한다. 이 책에서 말하는 메타버스는 가상 경제와 외부 기술을 통해 오프라인 세계와 통합된 고도로 맞춤화된 아바타와 강력한 경험 생성 도구를 통해 수백만 명이 동시에 접속할 수 있는 광활하고 몰입감 넘치는 가상 세계다. 다시 말해, 수천만 명의 활성 사용자를 보유한 플랫폼인 로블록스(Roblox)나 포트나이트(Fortnite)와 비슷하다고 볼 수 있다. 미국전기전자학회의 표준에 따르면 메타버스는 "지각되는 가상세계와 연결된 영구적인 3차원 가상 공간들로 구성된 진보된 인터넷"이라는 의미를 지닌다. 메타버스, 빛을 잃다 IT 전문 매체 게임즈비트(Games Beat)는 지난 12월 1일 페이스북이 메타(Meta)로 사명을 변경한 지 2년이 지난 지금, 공상과학 소설에 나오는 개념인 '메타버스'에 대한 짧지만 뜨거운 열광을 불러일으키며 차세대 기술 도약의 신호탄이 될 것처럼 보였던 '메타'는 이제 그 빛을 잃었다며 광대광고의 실패작으로 몰아갔다. 메타버스는 대부분의 기술 업계 종사자들에게 메타 이후 빛을 잃고 '인공 지능(AI)'이라는 단어가 붙은 모든 제품으로 대체된 것처럼 보인다고 게임즈비트는 지적했다. 약 2년 전에만 해도 메타버스는 IT 기술 집약체를 상징하는 화두의 중심에 있었다. 지난 2021년 11월 가상화폐 대장격인 비트코인이 약 6만9000달러로 사상 최고치를 기록하면서 메타버스와 NFT(대체 불가능한 토큰)도 덩달아 열풍을 일으켰다. 특히 세계 5대 정보기술통신 기업인 빅테크 중 하나인 메타(Meta, 구 '페이스북')는 2021년 10월 28일 현재 사명으로 변경했다. 2004년 설립된 이 회사는 당시 메타버스 육성을 신사업의 주요 목표로 본 것이 사명 변경의 주요인이었다. 게임즈비트는 메타 경영진이 이미 성공한 플랫폼에서 반복되는 메타버스에 대한 비전을 세우기보다는 이질적인 제품들을 뒤섞어 놓은 채로 메타의 비전을 세웠다며 메타의 사명이 잘못됐다고 전했다. 이어 심지어 2020년 IPO 신청서에서 스스로를 메타버스라고 표현하기도 했다고 꼬집었다. 또한 VR 헤드셋을 통한 원격 작업과 같은 대부분의 제품은 아직 검증되지 않은 상태이며, 내부 블라인드 설문조사에 따르면, 메타의 직원 대다수는 마크 저커버그가 메타버스의 의미를 직원들에게도 제대로 설명하지 않았다고 응답했다. 또 다른 IT전문 매체 쿼츠는 "메타버스의 경제는 과연 실재할까?"라고 반문했다. 가상 세계의 과대 광고는 AI의 과열로 식어가고 있다는 지적이다. 메타의 리얼리티 랩스(Reality Labs) 사업부는 2019년 설립 이래로 465억 달러(약 61조 원) 이상의 손실을 입었다. 메타는 투자자들에게 상황이 나아지기 전에 더 악화될 것이라고 이 매체는 경고했다. 대부분의 경우, 메타버스가 이미지화되고 활용되는 과정은 아직 시작되지 않았다. 정책과 거버넌스는 어떤 모습일지, 어린이는 어떻게 보호될지, 가상 신발의 실제 가치는 얼마인지 등 질문은 너무 많지만 해답은 충분하지 않다. 이러한 질문에 대한 답을 찾으려면 시간과 비용이 필요하다. 전문가들은 완전한 몰입형 가상 세계가 가능한지에 대해 의견이 분분하다. 하지만 '메타버스'가 과대광고라는 지적을 받으며 주춤거리는 동안 실제 메타버스 플랫폼은 계속 성장했다. 로블록스는 현재 월간 활성 사용자 수가 3억 명을 넘어 미국 전체 인구와 맞먹는 규모를 자랑한다. 포트나이트는 6년 만에 최고 사용량을 기록했다. 메타버스 시장의 성장은 여러 분야에서 나타나고 있다. 게임, 교육, 엔터테인먼트, 커머스, 소셜 등 다양한 산업에서 메타버스 기술을 활용한 신규 서비스와 제품이 출시되고 있다. 특히 노련하고 성공적인 게임 개발자들이 이끄는 새로운 메타버스 플랫폼의 물결이 새롭게 시작될 준비를 하고 있다. 메타버스 게임 선두주자인 플레이어블 월드(Playable Worlds)의 미국 게임 디자이너 라프 코스터(Raph Koster), 메타버스 경험에 일찍이 뛰어들어 성공을 거둔 미국 게임 디자이너 제노바 첸(Jenova Chen), 그랜드 테프트 오토(Grand Theft Auto) 프랜차이즈의 베테랑이 개발한 메타버스 플랫폼 선두주자 에브리웨어(Everywhere)가 메타버스 부활 신호탄의 주인공이다. 서울·두바이·산타모니카, 메타버스 선도 도시 그 가운데 한국의 서울, 아랍에미리트의 두바이, 미국의 산타모니카가 국제 메타버스 부문의 선도 도시로 선정됐다. 가젯360에 따르면 세계경제포럼(WEF)은 2030년까지 거의 700개 도시가 일종의 메타버스 인프라를 갖게 될 것으로 예상했다. 메타버스 부문은 점진적이기는 하지만 세계 여러 지역에서 성장과 채택의 조짐을 보이고 있다는 것이다. WEF는 메타버스를 탐구하는 도시의 이점을 나열하면서 이 가상 세계 생태계가 도시 인프라의 설계, 운영 및 유지 관리와 관련된 비용 절감을 가져오는 동시에 도시 인구가 기술 친화적이 되면 도시 지도자들이 '정치적 자본'을 확보하는 데 도움이 될 것이라고 말했다. 보고서는 "도시가 탈탄소화를 모색함에 따라 디지털 트윈 기술은 시뮬레이션, 계획 및 최적화를 통해 도시 설계를 향상시켜 도움을 줄 수 있다"라고 강조했다. 미국 산타모니카는 플릭(Flick)이라는 메타버스 지원 소셜 미디어 앱을 통해 사용자가 도시를 돌아다닐 수 있는 최초의 도시다. WEF 보고서는 "플릭플레이(FlickPlay)는 사람들이 실제 장소를 돌아다니며 희귀한 디지털 토큰을 찾도록 권장한다. 디지털 토큰은 수집한 다음 친구에게 자랑할 수 있는 희귀한 필터가 포함된 동영상을 잠금 해제하는 데 사용할 수 있다. 플릭 플레이는 여행이 적은 도시 지역으로 사람들을 이동시킴으로써 범죄를 줄이면서 새로운 경제 활동을 창출할 수도 있다"라고 설명했다. 두바이는 GDP 측면에서 세계 최고의 도시 중 하나가 될 것으로 예상되는 경제 성장 캠페인의 필수 부분으로 메타버스를 보고 있다. 두바이는 해당 부문에서의 입지를 강화하기 위해 블록체인 및 메타버스 부문에서 일하는 1000개 기업을 유치할 계획이다. 향후 7년 동안 두바이는 4만 명이 넘는 웹3(Web3) 전문가의 본거지가 되는 것을 목표로 하고 있다. WEF의 조사에 따르면 두바이 소비자의 50% 이상이 메타버스에서 콘텐츠를 만들고 수익을 창출하기를 기대한다고 보고서는 밝혔다. 60%의 소비자가 메타버스를 비즈니스 기회로 보고 있는 반면, 78%의 브랜드는 웹3에 더 많이 참여하기를 원한다. 보고서는 "두바이는 관광, 교육, 소매, 의료 및 원격 근무 분야에서 새로운 작업 방식을 향상시키기 위해 웹3 기술과 해당 애플리케이션을 개발할 것이다. 도시는 이를 어떻게 달성할 것인가? 혁신을 촉진하고 연구 개발을 늘리는 동시에 개발자, 콘텐츠 제작자 및 디지털 플랫폼 사용자가 메타버스에 관한 모든 것에 대한 교육 지원을 받을 수 있도록 지원함으로써 인재와 투자를 강화한다"라고 언급했다. 가젯360은 한국의 메타버스 성장은 전적으로 정부의 지원을 받고 있다고 전했다. 한국은 이미 국가 메타버스 생태계 개발에 1억 8000만 달러(약 2363억 원)를 투자했다. 메타버스 서울의 1단계에서는 주민들이 세계 최초의 도시 메타버스 앱을 다운로드하여 게임을 즐기고, 도시 명소를 경험하고, 일상적인 작업을 완료하는 데 사용할 수 있다. WEF 보고서는 "메타버스 서울 2단계에서는 2024년부터 국내 산업과 외국인 투자자를 연결하는 등 더 많은 서비스를 제공할 것이며, 마지막 단계에서는 가상 및 증강 현실 기술을 도시 인프라의 일상적인 운영에 통합할 것"이라고 밝혔다. 메타버스 적용 분야 교육 분야에서는 메타버스 플랫폼을 활용한 가상 학습 환경이 도입되고 있다. 대표적인 예로, 마이크로소프트의 홀로렌즈를 활용한 교육 솔루션 등이 있다. 이러한 솔루션은 이용자들이 가상 세계에서 실감 나는 학습 경험을 할 수 있도록 제공하고 있다. 엔터테인먼트 분야에서는 메타버스 플랫폼을 활용한 가상 콘서트와 팬미팅 등이 개최되고 있다. 대표적인 예로, BTS의 메타버스 콘서트 등이 있다. 이러한 콘서트는 이용자들이 가상 세계에서 아티스트와 함께 공연을 즐길 수 있도록 제공하고 있다. 커머스 분야에서는 메타버스 플랫폼을 활용한 가상 쇼핑몰과 가상 쇼룸이 등장하고 있다. 대표적인 예로, 네이버의 제페토를 활용한 가상 쇼핑몰이 있다. 이러한 쇼핑몰은 이용자들이 가상 세계에서 다양한 상품을 둘러보고 구매할 수 있다. 스태티스타(Statista)에 따르면 2022년 글로벌 메타버스 시장 규모는 655억 달러(약 86조 원)로 추산됐다. 올해 메타버스 시장은 820억 달러(약 107조 6500억 원)까지 성장할 것으로 예상된다. 2030년까지 9366억 달러(약 1229조 5684억 원)로 급증할 것으로 전망된다. 메타버스는 아직 초기 단계에 있지만, 위에서 살펴보았듯이 다양한 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있다. 교육, 게임, 엔터테인먼트, 커뮤니케이션 등 다양한 분야에서 새로운 경험을 제공할 수 있으며, 가상과 현실을 연결하는 새로운 플랫폼으로서 사회, 경제, 문화에 큰 변화를 가져올 수 있다. 그러나, 메타버스의 가능성만큼이나 우려도 존재한다. 가상 세계에 몰입하면서 현실 세계와 단절될 수 있다는 우려가 있다. 또한, 사이버 폭력, 가상 자산의 불법 거래 등 다양한 문제점이 발생할 수 있다는 지적도 있다. 결국, 메타버스가 과대광고의 실패작이 될지, 새로운 기술의 가능성을 열어줄지는 아직 알 수 없다. 분명한 건 메타버스의 가능성을 최대한 활용하면서, 그로 인한 부작용을 최소화하기 위한 노력이 필요하다는 점이다.
- 포커스온
2023-12-07
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
자작나무 잎에서 나노입자 추출…지속가능한 반도체 소재 개발

스웨덴 과학자들이 자연 재료로 만든 나노입자를 이용하여 유기 반도체 물질을 개발하는데 성공했다. 과학 기술 전문 매체 테크놀러지 네트웍스는 지난 11월 29일(현지시간) 압력으로 조리된 잎으로 만든 나노입자는 유기 반도체에 사용되는 희귀 원소를 대체할 수 있다며 자작나무 잎에서 나노입자를 추출했다고 보도했다. 이 연구는 덴마크와 중국의 연구자들과의 협업을 통해 진행됐다. 연구진은 고압 가열 방식을 통해 식물 생체질을 나노 크기의 탄소 입자, 즉 탄소 양자점으로 전환하는 데 성공했다. 이 연구 결과는 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 '그린 케미스트리(Green Chemistry)' 저널에 게재됐다. 이번 연구 결과는 유기 전자 제품 분야에서 획기적인 발전으로 기대된다. 이 매체에 따르면 스웨덴 우메아(Umeå) 대학의 물리학자들이 중국과 덴마크의 연구원들과 협력하여 식물 생물질을 나노 크기의 탄소 입자, 이른바 '탄소 양자점'으로 분해하는 새로운 압력 조리 방법을 개발했다. 이 탄소 양자점은 유기 전자 제품에 사용되는 유기 반도체 물질의 일부 희귀 원소를 대체할 수 있을 만큼 좋은 광학 특성을 가지고 있다. 연구원들은 또한 자작 나무잎에서 유래한 탄소 양자점을 사용하여 생물 기반 반도체 물질을 생산하는 데 성공했다고 보고했다. 유기 반도체의 지속가능성 유기 반도체는 전자 장치에 있어 가장 중요한 기능성 재료 중 하나로, 특히 유기 발광 다이오드(OLED)에서 주목받고 있다. 광전자 분야에서 이러한 반도체는 초박형 밝은 텔레비전과 휴대 전화 화면에 사용되는 유기 발광 다이오드(OLED)를 전원 공급하는 데 가장 유명하다. 그러나 유기 반도체 기술에 대한 수요가 증가함에 따라 큰 문제가 발생한다. 대부분의 유기 반도체는 대부분 지속 가능하지 않은 원료인 석유 화학 물질과 플래티넘, 인듐, 인과 같은 희귀 원소를 사용하여 제조된다. 이러한 소위 '핵심 원료'는 환경에 특히 좋지 않다는 점에서 문제가 있다. 반도체 산업의 지속가능성을 높이기 위해 연구원들은 이러한 핵심 원료를 대체할 수 있는 대체 원료를 조사하기 시작했다. 우메아 대학 물리학과 연구원 지아 왕(Jia Wang) 박사는 "우리 연구의 핵심은 인근 재생 가능 자원을 활용하여 유기 반도체 물질을 생산하는 것이다"라고 말했다. 새로운 연구에서 왕 박사와 그녀의 동료들은 생물 기반 탄소 양자점을 유일한 원료로 사용하는 반도체의 성공적인 생성을 보고했다. 자작나무 잎에서 양자 물질까지 이 새로운 반도체의 합성은 매우 간단하다. 우메아 대학 캠퍼스에서 자라는 자작나무에서 잎을 딴 후, 연구원들은 에탄올 용액을 사용하여 용매열 반응 과정을 통해 잎을 효과적으로 압력 조리했다. 이 용액을 건조하고 추출하면 크기가 약 2나노미터인 탄소 나노 물질로 구성된 양자점인 '탄소 양자점'이 생성된다. 신선한 에탄올 용액에 용해되면 탄소 양자점은 좁은 밴드의 깊은 붉은 빛을 방출한다. 연구원들은 탄소 양자점을 사용하여 새로운 발광 전기 화학 장치를 제조할 수 있었으며, 최대 100 坎델라/제곱미터(cd/m2)의 밝기를 생성할 수 있다. 이것은 일반 컴퓨터 화면에서 발산되는 광량과 동일하다. 왕 박사는 "우리의 방법은 자작 나무잎에 국한되지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요하다"라고 덧붙였다. 그는 "우리는 동일한 압력 조리 방법으로 다른 식물 잎을 테스트했으며 모두 유사한 빨간색 방출 탄소 양자점을 생성했다. 이러한 다양성은 이 변환 과정이 다른 위치에서 사용될 수 있음을 시사한다"고 말했다. 상업용 양자점과는 달리, 새롭게 개발된 바이오 기반 탄소점은 석유화학 화합물, 중금속, 또는 중요한 원재료를 포함하지 않는다. 왕 박사는 이러한 바이오매스 기반 탄소점이 고갈되는 석유 화합물 대신 유기 반도체의 원료로 사용될 수 있음을 시사한다고 말했다. 연구팀은 이 바이오 기반 탄소점이 발광 소자를 넘어 다양한 분야에서 응용될 수 있다고 기대했다. 왕 박사는 "이 카본닷은 바이오 이미징, 센싱, 위조 방지 등 여러 응용 분야에서 유망한 소재다. 우리는 이러한 지속 가능하고 발광성 있는 탄소점의 새롭고 흥미로운 용도를 탐구하기 위해 협력을 기대하고 있다'라고 말했다.
- IT/바이오
2023-12-01
美 콜럼비아대, 합성 초원자 신소재 발견⋯"세계 최고의 반도체"

미국 콜롬비아 대학교(Columbia University)의 화학자 팀은 기존 반도체인 실리콘보다 훨씬 빠른 속도로 정보를 전달할 수 있는 새로운 반도체 물질을 발견했다고 과학 전문매체 톰스하드웨어(Tomshardeware)가 최근 보도했다. 이 물질은 'Re6Se8Cl2'로 명명되며, 레늄(Re), 셀레늄(Se), 염소(Cl)로 이루어진 합성 물질이다. 이 매체는 새로 발견된 신소재가 실리콘을 대체하지는 못하겠지만, 아마도 실리콘을 대체할 길을 열어줄 수도 있다고 전했다. 기존 반도체에는 실리콘이 사용됐다. 실리콘(Si)은 주기율표에 나열된 원소 중 가장 흥미로운 원소 중 하나다. 실리콘은 집적회로(IC)가 존재하는 거의 모든 곳에 존재한다. 실리콘이 없다면 우리가 세상을 이해하고 작동하는 데 사용하는 대부분의 도구와 함께 가상의 모든 것을 잃을 수도 있다고 톰스 하드웨어는 평가했다. 반면, Re6Se8Cl2는 합성 초원자 물질로 자연계에서는 찾을 수 없다. Re6Se8Cl2는 논문 공동저자 중 한 명인 자비에 로이의 실험실에서 제조됐다. Re6Se8Cl2는 기존 반도체와 달리 '엑시톤-폴라론'이라는 새로운 준입자를 이용해 정보를 전달한다. 엑시톤-폴라론은 전자와 포논(원자 구조 진동으로 생성되는 입자)이 결합해서 형성된 입자다. Re6Se8Cl2 내부에서는 엑시톤-폴라론이 거의 산란을 거의 일으키지 않고 직진 경로로 이동한다. 이는 기존 반도체에의 전자 이동 방식, 즉 산란을 일으키며 움직이는 것과는 대조적이다. 이러한 특성 덕분에 Re6Se8Cl2는 기존 반도체보다 훨씬 빠른 속도로 정보를 전달할 수 있다. 연구팀에 따르면 Re6Se8Cl2를 통한 전자의 이동 속도는 실리콘을 통과하는 전자보다 약 2배 빠른 속도로 정보를 전달할 수 있다. Re6Se8Cl2의 발견은 반도체 기술의 미래에 중요한 의미를 갖는다. 이 새로운 물질은 기존 반도체보다 훨씬 빠른 속도로 정보를 전달할 수 있기 때문에, 향후 컴퓨터, 스마트폰, 통신 장비 등의 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한, Re6Se8Cl2는 기존 반도체와는 다른 물리적 특성을 가지고 있어, 새로운 형태의 전자 장치를 개발에도 활용될 가능성이 있다. 그러나 Re6Se8Cl2의 제조 과정은 레늄, 셀레늄, 염소를 고온에서 반응시켜야 하며, 이는 복잡하고 비용이 많이 드는 작업이다. 특히, 반응에 필요한 레늄은 희귀 금속으로 가격이 높아 대규모 제조에 어려움이 있다. 이에 연구팀은 추후 연구를 통해 Re6Se8Cl2의 제조 효율을 개선하고, 이를 다양한 전자 장치에 적용할 수 있는 방법을 개발할 계획이다. 이번 연구는 과학 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 향후 Re6Se8Cl2의 제조 과정이 개선되고, 이 물질을 다양한 전자 장치에 적용할 수 있는 방법이 개발된다면, Re6Se8Cl2는 기존 반도체를 대체할 수 있는 차세대 반도체로서의 위치를 확보할 수 있을 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2023-11-23
일본, 세계 최대 핵융합로 'JT-60SA' 첫 플라즈마 발생 성공

일본이 최근 핵융합 연구의 새로운 이정표를 세웠다. 초전도 자석을 활용해 도넛 모양의 챔버 내에 고온의 플라즈마를 안정적으로 유지하는 새로운 핵융합로 'JT-60SA'가 성공적으로 가동 됐다. 일본의 새 핵융합로 'JT-60SA'는 세계 최대 규모의 융합로로, 프랑스에서 진행중인 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트의 연구를 지원하는 것을 목적으로 한다. 에너지 전문매체 인터레스팅 엔지니어링에 따르면 15년이 넘는 건설 기간과 테스트를 거친 JT-60SA가 지난 2023년 10월 26일, 첫 플라즈마 발생에 성공했다. 플라즈마는 기체가 초고온 상태로 가열되어 전자와 양전하를 가진 이온으로 분리된 상태를 말한다. JT-60SA는 일본의 국립 양자과학기술연구소(QST)가 개발한 핵융합로로, 섭씨 2억도까지 가열된 플라즈마를 약 100초 동안 유지할 수 있었다. 이는 이전의 핵융합로에 비해 상당한 개선으로, 핵융합 반응을 일으키기 위한 충분한 온도와 지속 시간을 달성할 수 있는 가능성을 보여준다. 에너지 핵융합 프로젝트 매니저 샘 데이비스는 "이 기계가 기본적인 기능을 성공적으로 수행했다는 것을 전 세계에 증명한 것"이라고 평가했다. 이 프로젝트는 유럽연합(EU) 기관과 일본 국립 양자과학기술연구소(QST) 간의 협력을 바탕으로 진행되었으며, JT-60SA 및 관련 프로그램을 통해 양 기관은 지속적인 연구 협력을 이어갈 예정이다. 핵융합 작동 방식 핵융합은 태양이 에너지를 만드는 원리와 유사한 방식으로 에너지를 생성한다. 이 과정에서 두 개의 수소 원자핵이 융합해 헬륨 원자핵을 형성하며, 이때 질량의 일부가 에너지로 전환된다. 이 방법은 화석 연료와 같은 전통적인 에너지원에 비해 훨씬 더 청정하고 지속 가능한 대안으로 여겨진다. 핵융합 반응에서는 두 원자핵이 결합하여 더 큰 원자핵을 만들며, 이 과정에서 발생하는 질량 손실이 상당한 에너지를 방출한다. 태양의 중심에서는 핵융합을 통해 수소 원자핵이 헬륨 원자핵으로 변환되며, 이때 방출되는 에너지가 태양의 빛과 열의 원천이 된다. 지구에서도 핵융합을 통해 에너지를 생산할 수 있다. 핵융합로에서는 수소와 중수소를 주입해 융합 반응을 일으키고, 이 과정에서 방출되는 에너지를 전기로 변환해 사용한다. 이를 통해 얻어진 에너지는 청정하고 지속 가능한 에너지원으로, 환경에 미치는 영향이 적은 특징을 가지고 있다. 희귀 동위원소 중수소 사용 연기 JT-60SA는 토카막(Tokamak)이라는 형태의 핵융합로다. 토카막은 핵융합 연구에서 일반적으로 사용되는 디자인으로 도넛 모양의 초전도 자석을 사용하여 플라즈마를 가두는 방식이다. JT-60SA의 첫 번째 플라즈마 실험에서는 희귀 동위원소인 중수소 대신 수소를 사용했다. 중수소는 핵융합 반응을 일으키는 데 더 효율적이지만, 희귀하고 비용이 많이 들기 때문에 충분한 양을 확보하기가 어렵다. QST는 2024년 말부터 중수소를 사용한 플라즈마 실험을 시작할 계획이다. 중수소 사용 실험을 통해 핵융합 반응의 효율성을 높이고, 핵융합로의 안정성을 평가할 예정이다. 중수소 사용의 기대 효과 중수소 사용 실험에서 예상되는 주요 효과는 다음과 같다. 첫째, 중수소는 일반 수소에 비해 핵융합 반응을 더 효율적으로 일으키기 때문에, 중수소를 사용할 경우 핵융합로에서 생성되는 에너지의 양이 증가할 수 있다. 이는 핵융합 반응의 전반적인 효율성을 향상시킬 것이다. 둘째, 중수소는 안정적인 핵 구조를 가지고 있어 핵융합로의 안정성 평가에 기여할 수 있다. 셋째, 중수소를 사용하면 일반 수소에 비해 적은 양으로도 핵융합 반응을 유도할 수 있으므로, 핵융합로의 크기와 운영 비용을 줄일 수 있다. /이러한 특성 덕분에 중수소 사용은 핵융합 기술 발전에 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다./킬 일본 QST의 향후 계획 QST는 2024년 말부터 중수소를 사용한 플라즈마 실험을 시작할 계획으로 중수소 사용 실험을 통해 핵융합 반응의 효율성을 높이고, 핵융합로의 안정성을 평가할 예정이다. 일본의 국립 양자과학기술연구소(QST)는 2024년 말부터 중수소를 활용한 플라즈마 실험을 시작할 계획이다. 이 실험을 통해 QST는 핵융합 반응의 효율성을 향상시키고 핵융합로의 안정성을 평가하려고 한다. 더 나아가, QST는 중수소 사용 실험을 통해 2030년까지 핵융합로에서 전력 생산에 필요한 핵심 기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 연구와 개발 작업은 핵융합 에너지의 상용화를 향한 중요한 단계로, 장기적으로는 지속 가능하고 청정한 에너지원의 확보에 기여할 것으로 기대된다. 일본은 2050년까지 핵융합 에너지 상용화를 목표로 하고 있다. JT-60SA의 성공적인 가동은 이러한 목표 달성에 중요한 기여를 할 것으로 보인다. JT-60SA 성공의 의의 JT-60SA의 성공은 핵융합 에너지의 실현에 한 걸음 더 가까워졌다는 것을 의미한다. JT-60SA는 프랑스에서 건설중인 국제핵융합실험로(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) 프로젝트를 지원하기 위해 개발됐다. ITER는 핵융합 에너지의 상용화를 목표로 하는 국제 협력 프로젝트다. 주요 참여 국가로는 유럽연합, 미국, 러시아, 중국, 일본, 대한민국, 인도 등이 있으며, 이들 국가들이 자원, 기술, 재정을 공동으로 제공한다. JT-60SA의 데이터는 ITER의 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. ITER의 성공적인 가동은 지구에서 핵융합 에너지를 실용적인 에너지원으로 만드는 데 기여할 것으로 전망된다.
- 산업
2023-11-13