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[우주의 속삭임(50)] 목성 위성 '가니메데' 고대 소행성 충돌로 자전축 이동
- 목성의 최대 위성인 가니메데가 과거 거대한 소행성 충돌로 자전축이 이동했다는 연구 결과가 나왔다. 목성은 태양계의 다섯번째이자 가장 큰 행성이다. 목성은 95개의 자연위성을 가지고 있으며 갈릴레이 위성으로 알려져 있는 이오, 유로파,가니메데, 칼리스토가 가장 큰 네 개의 위성이다. 최근 과학 학술지 '사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)'에 게재된 연구에 따르면, 약 40억년 전 가니메데에 충돌한 소행성은 지구에서 공룡 멸종을 초래한 소행성보다 20배 이상 컸던 것으로 추정된다. 이 충돌로 인해 가니메데 표면에는 거대한 고랑 지형이 형성되었으며, 위성의 자전축까지 변화시켰다는 것이 연구팀의 설명이다. 해당 내용에 대해서는 영국 일간지 가디언을 비롯해 뉴스위크, 기즈모도 등 다수 외신이 조명했다. 일본 고베 대학의 히라타 나오유키 연구원은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 가니메데 표면의 고랑 구조를 형성할 수 있는 소행성의 크기를 추정했다. 그 결과, 충돌 당시 생성된 임시 크레이터는 지름이 약 1400~1600km에 달했으며, 이는 가니메데의 자전축을 현재 위치로 이동시킬만큼 강력한 충돌이었음을 시사한다. 히라타 연구원은 "이 거대 충돌은 가니메데의 초기 진화에 상당한 영향을 미쳤을 것"이라며, "앞으로 얼음 위성의 내부 진화를 적용한 추가 연구가 필요하다"고 밝혔다. 한편, 유럽우주국(ESA)의 목성 얼음 위성 탐사선 '주스(JUICE)'가 2031년 목성계에 도착 후 2034년 가니메데를 6개월간 관측할 예정이다. 이를 통해 가니메데의 지질학적 역사는 물론, 생명체 존재 가능성에 대한 단서를 찾을 수 있을 것으로 기대된다. 가니메데와 유로파는 얼음 표면 아래 바다가 존재할 가능성이 제기되어 왔으며, 2021년에는 가니메데 대기에서 수증기가 발견되기도 했다. '주스' 미션은 이러한 얼음 위성들의 비밀을 밝히고, 태양계 내 생명체 존재 가능성을 탐색하는 중요한 역할을 수행 할 것이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(50)] 목성 위성 '가니메데' 고대 소행성 충돌로 자전축 이동
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[신소재 신기술(102)] 국내 연구진, 플라스틱 생산 미생물 개발⋯석유 기반 플라스틱 대체 가능성 열어
- 국내 연구진이 석유 기반 플라스틱 산업의 대안으로 생분해성 플라스틱을 생산하는 미생물 개발에 성공했다. 한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 플라스틱의 강성과 열 안정성을 높이는 고리형 구조의 폴리머를 생산하는 박테리아를 개발했다. 해당 기술에 대해서는 인터레스팅엔지니어링과 물리학org, 사이테크 데일리 등 다수 외신이 조명했다. 외신에서는 "한국 연구진이 개발한 새로운 '살아있는 플라스틱'은 버려지면 스스로 파괴된다"고 호평했다. 연구를 주도한 KAIST 화학 및 생물분자 연구 책임자인 이상엽 교수는 "(플라스틱) 바이오 제조는 기후 변화와 세계적인 플라스틱 위기를 완화하는 데 중요한 역할을 할 것"이라며 "미래를 위한 더 나은 환경을 보장하기 위해 국제적인 협력을 통해 바이오 기반 제조를 촉진해야 한다"고 강조했다. 일반적으로 고리형 분자는 미생물에 독성을 나타내기 때문에 연구진은 독특한 대사 경로를 설계했다. 이를 통해 대장균은 폴리머를 합성할 뿐만 아니라 폴리머와 그 전구체의 축적을 견딜 수 있게 되었다. 결과적으로 생성된 폴리머는 생분해성이며 약물 전달 시스템과 같은 생물 의학 분야에 유용하게 활용될 수 있는 물리적 특성을 가지고 있다. 최초의 미생물을 이용한 방향족 및 지방족 폴리머 생산 포장과 산업 분야에서 사용되는 대부분의 플라스틱(PET, 폴리스티렌 등)은 고리 모양의 '방향족' 구조를 포함하고 있다. 이전 연구에서는 미생물을 이용하여 방향족 및 지방족(비고리형) 단량체가 혼합된 폴리머를 생산하는 데 성공했지만, 이번 연구는 미생물이 방향족 측쇄(곁가지)를 가진 단량체로만 구성된 폴리머를 생산한 최초의 사례다. 이를 위해 연구팀은 다양한 미생물의 효소를 통합하여 새로운 대사 경로를 만들었고, 이를 통해 박테리아가 페닐락테이트라는 방향족 단량체를 생산할 수 있도록 했다. 그런 다음 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 이러한 페닐락테이트 단량체를 완전한 방향족 폴리머로 효율적으로 조립할 수 있는 폴리머라제 효소를 설계했다. 이상엽 교수는 보도 자료에서 "이 효소는 자연에 존재하는 어떤 효소보다 폴리머를 더 효율적으로 합성할 수 있다"고 설명했다. 산업용 생산을 위한 규모 확대 연구팀은 박테리아의 대사 경로와 폴리머라제 효소를 개선한 후, 6.6리터(1.7갤런) 발효조에서 미생물을 배양하여 실험 규모를 확대했다. 최적화된 균주는 리터당 12.3g의 폴리머(폴리-D-페닐락테이트)를 성공적으로 생산했다. 그러나 상용화를 위해서는 이 수율을 리터당 최소 100g까지 높이는 것을 목표로 하고 있다. 이 교수는 "그 특성에 근거해 우리는 이 폴리머가 특히 약물 전달에 적합할 것이라고 생각한다"며 "주로 분자량이 낮기 때문에 PET만큼 강하지는 않다"고 말했다. 향후 연구진은 다양한 화학적 및 물리적 특성을 가진 추가적인 방향족 단량체 및 폴리머를 개발할 계획이다. 특히 산업용으로 필요한 더 높은 분자량을 가진 폴리머 개발에 주력할 예정이다. 또한 대규모 생산을 가능하게 하기 위해 공정 최적화 작업도 계속 진행할 계획이다. 이상엽 교수는 "수율을 높이기 위해 더 많은 노력을 기울이면 이 방법을 더 큰 규모로 상용화할 수 있을 것"이라며 "생산 공정의 효율성뿐만 아니라 회수 공정도 개선해 생산된 폴리머를 경제적으로 정제할 수 있도록 노력하고 있다"고 밝혔다. 이 연구는 지난 8월 21일 생명공학 분야의 최신 동향과 미래 전망에 대한 리뷰 논문을 주로 다루는 학술지 '트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(102)] 국내 연구진, 플라스틱 생산 미생물 개발⋯석유 기반 플라스틱 대체 가능성 열어
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[기후의 역습(46)] 태양 복사열의 미세한 변화, 지구 기후 대변혁 일으켰다
- 지구의 주요 열원인 태양 복사열의 지속적 감소가 약 100만 년 전 지구 기후의 재편을 일으켰다는 연구 결과가 나왔다. 지구에 도달하는 태양 복사의 누적된 미세한 변화가 지구의 빙하기를 변화시키는 주요 기후 변화를 촉발하는 데 큰 영향을 미쳤다는 증거가 발견됐다고 SCMP(사우스차이나모닝포스트)가 전했다. 복사는 빛으로 열이 전달되는 것으로 태양이 지구에 열을 전달하는 방식이다. 따라서 태양이 지구로 보내는 빛은 지구 표면에서 복사열 또는 복사 에너지로 지구의 기후에 절대적인 영향을 미치게 된다. 중국 과학아카데미(CAS) 지구환경연구소의 진장둥 박사 연구팀이 수행한 이 연구는 지난 200만 년 동안 지구의 기후를 조사한 것으로, 지구로 유입된 태양 복사가 어떻게 바다를 가열하거나 냉각시켜 기후 변화를 촉진시켰는지의 내막을 밝힌 것이다. 분석 결과 지구로 유입된 태양 복사량은 93만 5000년 전까지 지속적으로 감소했다. 이는 당시 차가운 해수면 온도의 직접적인 원인일 가능성이 높으며, 지구가 더 춥고 더운 기간 사이의 순환 방식을 변화시킨 중요한 과도기적 기후 전환기였다. 일사량이라고 불리는 지구에 유입되는 태양 복사는 지구 기후 시스템의 주요 열원 역할을 한다. 연구팀은 "우리는 누적된 일사량 교란(감소)이 지구 기후 시스템 내의 열 균형을 깨뜨려 플라이스토세(홍적세)의 장기 기후 변화에 영향을 미쳤다고 본다"고 말했다. 플라이스토세는 지구 지질 시대에서 기원전 260만 년부터 기원전 9700년까지 약 257만 년 동안의 시기로, 신생대 제4기의 대부분의 시기를 말한다. 플라이스토세 시대에는 세계 많은 지역에 빙상과 빙하가 광범위하게 반복적으로 형성됐는데, 이것이 당시의 냉각 때문이라는 것이다. 일사량은 기후 변화를 주도하는 것으로 알려져 있지만, 일사량이 장기 기후 변화에 미치는 영향은 여전히 미지의 영역이다. 일사량은 플라이스토세 동안 해수면 온도가 섭씨 2.3도 하락한 것을 포함, 장기적인 냉각 추세의 주요인으로는 간주되지 않았었다. 냉각 추세는 중기 플라이스토세 전환으로 이어졌는데, 이는 전 세계 빙하기 사이의 기간을 의미하는 빙하기 주기의 길이를 약 4만 1000년에서 10만 년으로 연장한 주요 기후 사건이었다. 한편 사이언스 저널에 실린 또 다른 논문에서 중국 연구팀은 지구에 도달하는 태양 복사열의 감소에 따른 누적된 영향이 바다의 열을 크게 낮춰 빙상이 성장하는 데 필요한 조건을 만들었다고 밝혔다. 연구팀은 장기적인 기후 변화에 미치는 일사량의 영향을 조사하기 위해 전 세계 해수면 온도에 대한 26개의 기록을 수집하고 일사량 이상치를 정량화할 수 있는 새로운 지수를 도입했다. 연구팀은 일사량의 변화는 작았지만, 지구로 유입되는 태양 복사선의 작은 변화조차도 바다의 열 함량을 변화시켜 열 균형에 영향을 미칠 수 있으며, 누적된 변화는 큰 열 불균형을 초래할 수 있다고 말했다. 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있는 바다는 인간이 생성하는 열의 90% 이상을 흡수하는 주요 열 저장소다. 연구팀은 약 90만 년 전 일어난 '기후 시스템의 재편'으로 인해 지구상의 얼음 부피가 증가했다고 밝혔다. 연구팀은 "우리의 시뮬레이션 결과는 누적 일사량의 감소가 '냉각 사건'에 기여했음을 시사한다"고 말했다. 연구팀은 "대기 중 이산화탄소와 기타 측정치를 통합한 추가 시뮬레이션을 통해 장기적인 기후 추세에 대한 더 깊은 지식과 이해를 얻어야 할 것"이라고 지적했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(46)] 태양 복사열의 미세한 변화, 지구 기후 대변혁 일으켰다
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[우주의 속삭임(44)] 은하수와 안드로메다 은하, 충돌 확률은 얼마?
- 우리 태양계가 속해 있는 은하수와 안드로메다 은하가 충돌할 가능성은 얼마나 될까. 연구에 따르면 앞으로 100억 년 내에 은하수와 안드로메다가 충돌할 확률은 50%라고 한다. 50%의 확률은 매우 높아 보이지만, 실제 치명적인 충돌이 일어날 가능성은 대단히 낮은 것이라고 라이브사이언스가 전했다. 안드로메다(M31) 은하는 북반구에서 보이는 가장 밝은 나선은하로 우리 은하와 유사한 점이 많다. 약 250만 광년 떨어져 있으며, 초당 110km의 속도로 우리 은하에 접근하고 있다. 이 때문에 천문학자들은 두 은하가 앞으로 수십억 년 안에 필연적으로 치명적인 충돌을 맞이할 것이라고 예측해 왔다. 서로 나선형으로 충돌한 후 합쳐져 새로운 은하를 형성할 것이라는 예측이었다. 그러나 최근 인쇄 전 논문 발표 사이트인 arXiv에 발표된 새로운 연구에 따르면 두 은하는 오히려 서로 빗나갈 가능성이 있다고 한다. 게시된 논문은 "모든 은하의 현재 위치, 운동, 질량의 불확실성은 예상과는 완전히 다른 결과를 초래할 수 있으며, 향후 100억 년 동안 은하수와 안드로메다가 충돌해 합병되지 않을 확률은 50%에 가깝다"고 서술했다. 지난 1912년, 미국의 천문학자 베스토 슬리퍼는 1912년 안드로메다 은하가 우리 은하와 충돌할 가능성이 있음을 발견했다. 추가 연구에서는 향후 50억 년 안에 안드로메다가 우리 은하와 충돌하는 것은 불가피할 것이라고 예측했다. 충돌 과정에서 우리 태양계는 새로 합병되는 은하의 바깥쪽으로 튕겨져 나갈 것이라고 보았다. 그러나 이번 연구에 따르면, 지금까지의 연구에서는 은하수와 안드로메다가 속한 은하군 내의 다른 작은 은하의 중력 효과인 ‘교란 요인’을 고려하지 않았다. 작은 은하들이 일으키는 중력에 의한 교란 요인 때문에 충돌에서 완전히 벗어날 수 있다는 것이다. 연구팀은 가이아와 허블 우주 망원경의 관측 결과를 이용, 국부 은하군 중에서 가장 큰 네 개의 은하의 질량, 움직임 및 중력적 상호 작용을 추정했다. 그 후 이 데이터를 여러 가지 가능한 시나리오에 맞추어 시뮬레이션 모델에 입력해 결과를 추정했다. 네 개의 은하는 은하수, 안드로메다, 삼각형 은하 및 대마젤란운이었다. 이들의 상호 작용을 고려했을 때, 은하수와 안드로메다의 충돌 가능성은 종전에 비해 크게 낮아졌다. 충돌과 합병이 실제로 일어난다 해도 이는 적어도 80억 년 이후에나 가능한 일일 것으로 보인다. 물론 이 연구로 밀코메다에 대해 최종 결론을 내릴 수는 없다는 지적이다. '밀코메다'는 은하수와 안드로메다 은하가 합병해 생겨나게 될 새로운 은하의 이름을 말한다. 연구팀은 더 진보된 결론의 산출을 위해 최근 재보정된 가이아 우주 망원경의 새로운 데이터가 공개되기를 기다리고 있다. 보정된 가이아 망원경 데이터의 공개가 새로운 정보를 제공해 줄 것이라는 기대다. 은하 종말론은 아직 초기 단계이며, 국부 은하군의 운명을 확실하게 예측하기 위해서는 추가 연구가 필요하다는 지적이다. 다만 현재 상황에서 우리 은하의 멸망이 임박했다는 주장은 크게 과장된 것으로 보인다. 결론적으로 국부 은하군 내의 모든 은하가 언젠가는 충돌하고 합쳐지겠지만, 이 과정이 일어나기까지는 우주의 현재 나이보다 몇 배나 더 오래 걸릴 수 있다는 지적이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(44)] 은하수와 안드로메다 은하, 충돌 확률은 얼마?
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[기후의 역습(45)] "남극 대륙이 솟아오르고 있다"…해수면 상승 가속 우려
- 남극 대륙의 빙하가 녹으면서 무게가 가벼워지고 있다. 수축해 있던 스펀지가 다시 팽창하는 것처럼, 얼음에 눌려 있던 남극 대륙이 융기, 즉 바다에서 솟아오르고 있다고 사이언스얼라트가 경고했다. 이 과정은 빙하 후 융기(post-glacial uplift)라고 불린다. 새로운 연구에 따르면 이것이 미래의 전 세계 해수면 상승에 막대한 영향을 미칠 것으로 보인다. 이는 남극 대륙의 해수면 억제력을 최대 40%까지 줄일 수도 있고, 대기에 열을 가두고 남극의 빙하를 녹이는 화석연료 연소를 얼마나 계속 유지하느냐에 따라 상황은 훨씬 더 악화될 수도 있다는 우려다. 연구팀원인 캐나다 맥길 대학교 빙하학자 나탈리아 고메즈는 "바다에 접한 해안 지역에 사는 인구가 약 7억 명에 달하고, 금세기말까지 해수면 상승으로 인한 비용이 수조 달러에 달할 수 있기 때문에, 남극 빙하가 녹는 데 따르는 도미노 효과를 이해하는 것은 매우 중요하다"라고 말했다. 문제는 지난 몇 년 동안 남극 빙하가 최악으로 낮은 상태를 유지했다는 것. 고메즈와 연구팀은 남극 빙상 아래에 있는 지구의 맨틀을 조사했고, 일부 주요 지역에서 특히 찌그러지고 물렁해져 있는 것을 발견했다. 이곳의 지진 데이터는 높은 수준의 점도가 예상치 못할 정도로 빠르게 땅이 융기하고 있다는 것을 밝혀 냈다. 다른 연구원 오하이오 주립대학 지질학자 테리 윌슨은 "우리가 측정한 결과 남극 빙상의 기초를 형성하는 단단한 땅의 모양이 놀라울 정도로 빠르게 바뀌고 있다"고 말했다. "지표면의 얼음이 줄어들어 땅이 융기하는 것은 수천 년에 걸친 것이 아니라 지난 수십 년 만에 일어나고 있는 현상"이라는 것이다. 연구팀은 3D 모델링을 사용, 다양한 시나리오에서 남극 대륙의 육지 변화로 인한 해수면 상승을 시뮬레이션했다. 온난화 수준이 낮게 유지되면 2500년까지 해수면이 최대 1.7m 상승하지만, 지구 온난화가 계속 증가할 경우 최대 19.5m까지 치솟는다. 이는 빙하가 줄어드는 속도가 융기보다 빠를 때, 더 많은 물이 바다로 방출되기 때문이다. 그러나 우리가 빙하가 녹는 속도를 늦출 수 있다면, 융기하는 육지가 따뜻한 바닷물에서 얼음의 일부를 들어 올려 더 오래 보존할 수 있을 것이다. 매사추세츠 대학교 빙하학자 롭 디콘토는 "이 연구는 기후 변화가 해수면 상승에 미치는 영향을 더 잘 예측하고 효과적인 환경 정책을 수립할 수 있는 획기적인 진전"이라고 평가했다. 지구는 완벽하게 매끄러운 구체가 아니다. 그렇기 때문에 지구의 다른 부분은 중력, 회전 및 지질학적 특성으로 인해 독특한 해수면 영향을 받게 된다. 고메즈와 연구팀은 "이번 연구 결과는 이미 해수면 상승의 영향을 받고 있는 저위도 지역의 섬과 해안 지역이 남극 빙하 손실로 인해 평균보다 높은 해수면 상승을 겪을 것이라는 최근 연구 결과를 뒷받침한다"고 설명했다. 특히 "연구 결과는 해수면 상승에 대한 취약성이 높은 반면 배출량은 적은 국가에 대한 기후 불공평이 심각함을 드러낸다"고 지적했다. 연구팀은 연구 모델에 여전히 많은 불확실성이 있으며, 특히 서남극 대륙의 지진 데이터가 부족하기 때문에 그렇다고 밝혔다. 그리고 이러한 추정치는 그린란드의 빙하와 정상에 얼음을 안고 있는 전 세계 산에서 무슨 일이 일어나고 있는지 고려되지 않았다. 남극 대륙을 벗어나 지구 전체를 감안할 때 실상은 더욱 심각할 것이라는 의미다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(45)] "남극 대륙이 솟아오르고 있다"…해수면 상승 가속 우려
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[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도
- 자연은 종종 인류의 시급한 과제에 대한 해결책을 제시해 준다. 지구의 지질학적 역사도 마찬가지로 지구 온난화를 이해할 수 있는 정보와 장기적인 통찰력을 제공한다. 지구 역사를 통틀어 재앙을 몰고 온 대규모의 화산 폭발은 대기와 해양에 막대한 양의 탄소를 방출했다. 지구과학 소식을 전하는 어스닷컴은 화산의 엄청난 탄소 방출은 급격한 기후 온난화를 촉발해 육지와 해양 생태계의 대량 멸종으로 이어졌다고 전했다. 나아가 이러한 강력한 화산 활동 기간은 수백만 년 동안 지구의 ‘탄소 및 기후 조절 시스템’을 혼란에 빠뜨렸으며 지구 환경에 지속적인 영향을 미쳤을 가능성이 높다는 지적이다. 이는 취리히 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 환경 과학자팀이 진행한 최근 연구 결과다. 연구팀은 지구 역사상 주요 기후 변화에 직면했던 식물이 어떻게 반응하고 진화했는지를 분석했다. 또 이러한 변화가 지구의 자연적 탄소-기후 조절 시스템에 어떤 영향을 미쳤는지도 조사했다. 연구 결과는 사이언스 저널 최신호에 실렸다. 연구팀은 고대 퇴적물에서 발견된 동위원소에 대해 화학적 분석을 수행하는 한편, 분석 데이터를 지구의 지질학적 기후 체계를 조절하는 식물의 역할을 통합해 설계한 모델과 비교했다. 팀은 이 모델을 사용해 화산 활동으로 인한 강력한 탄소 방출에 지구 시스템이 어떻게 반응하는지도 시뮬레이션했다. 팀이 초점을 맞춘 시기는 약 2억 5200만 년 전 페름기-트라이아스기 ‘시베리아 트랩(Siberian Traps)’ 대량 멸종을 포함해 지구 지질학적 역사상 세 가지 중요한 기후 변화였다. 시베리아 트랩은 러시아의 초거대 현무암질 용암지대로, 거대 화산의 분화로 인해 엄청난 양의 용암과 화산재를 지표면에 뿌렸고 이로 인해 생물체가 대량으로 사멸했다고 한다. ETH 취리히의 타라스 게리아 교수는 "시베리아 트랩 형성기 20만 년 동안 약 4만기가톤(Gt)의 탄소를 방출했고, 그 결과 지구 평균 기온이 섭씨 5~10도 상승하면서, 기록상 지구에서 가장 심각한 멸종 사건이 발생했다"고 설명했다. 생물이 온도 상승에 적응하지 못하면서 급속한 생태계 파괴로 이어졌던 것. 연구팀원인 ETH 취리히의 줄리안 로거 박사는 "시베리아 트랩과 같은 재앙적인 사건이 터지면 식물이 원상회복되는 데 수백만 년이 걸릴 수 있다. 장기간 지구의 탄소-기후 조절 시스템은 심각하게 약화되고 비효율화돼 장기적인 기후 온난화가 초래된다"고 설명했다. 재앙적인 화산 폭발의 심각성은 방출된 탄소가 얼마나 빨리 지구 내부로 다시 격리될 수 있는지에 따라 결정된다. 탄소의 격리는 규산염 광물 풍화나 유기 탄소 생성 등의 메커니즘을 통해 발생하며, 이 과정을 통해 탄소는 대기에서 효과적으로 제거된다. 연구에 따르면 화산 폭발 후 기후가 안정화되고 새로운 평형 상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 식물이 온난화에 얼마나 빨리 적응할 수 있는지에 크게 좌우된다. 일부 식물 종은 더 시원한 지역으로 이동하는 방법을 택했지만 많은 경우 화산 폭발은 너무나 치명적이어서 식물 종은 지속적인 온도 상승에 적응할 시간이 충분하지 않았고 멸종의 길을 걸었다. 연구 결과는 현시대 인간이 유발한 기후 위기에 중대한 시사점을 보여준다. 연구에 따르면 식물의 교란은 화산 폭발과 같은 지질학적 변화와 마찬가지로 기후 온난화를 장기화하고 심화시킬 수 있다. 실제로 지구의 탄소 순환을 조절하는 식물의 능력이 떨어져 기후가 안정적인 평형을 이루는데 수백만 년이 걸린 사례도 있다. 연구팀은 지구가 글로벌 기후 위기에 처해 있다고 경고하면서 "이전의 어떤 화산 활동보다 더 빠른 속도로 온실가스를 방출하고 있다. 연구 결과는 갑작스러운 기후 변화에서 원상으로 회복하는데 기여하는 식물의 역할을 보여준다. 그런데 전 세계적으로 산림 벌채가 중단되지 않아 자연 생태계가 기후를 조절하는 능력을 잃고 있다"고 경고했다.
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[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도
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구글 딥마인드, 탁구 로봇 개발…인간 제압할까?
- 탁구는 빠른 판단력과 순발력, 신속한 몸놀림이 필요한 운동이다. 탁구는 생활 운동으로, 또는 올림픽과 같은 대회의 공식 종목으로 인기를 끌어 왔다. 탁구는 로봇이 도전하기 어려웠던 부문이었고, 지난 40년 동안 개발이 진행됐음에도 불구하고 인간을 뛰어넘지 못했다. 그런데 구글 딥마인드(Google DeepMind)가 탁구 로봇을 선보여 주목된다. 이로 인해 탁구에서 인간이 차지했던 우위의 시대가 끝날 지도 모른다고 퍼퓰러사이언스가 전했다. 구글 AI 개발자 팀은 최근 발표된 논문에서 아마추어 수준의 탁구 실력을 발휘하는 탁구 로봇 시스템을 설계했다고 밝혔다. 또한 탁구 로봇 프로토타입도 만들어 시연하는 동영상도 제작해 공개했다. 지금까지 AI 개발자들은 체스나 바둑 등 두뇌를 사용하는 정적인 게임 부분에서 AI 역량을 극대화했다. 이미 오래전 이야기지만 한국 이세돌 9단과의 바둑 대결은 세기의 관심을 끌었었다. 그러나 로봇 산업에서 미래 전략과 실시간의 물리적 동작을 결합하는 측면에서의 표준은 탁구다. 개발자들은 40년 이상 탁구 로봇을 개발하면서 인간과의 경쟁을 무수히 많이 진행해 왔다. 탁구는 동적인 변수, 복잡한 동작, 타이밍에 대한 빠른 적응 등 막대한 연산 및 물리적 요구 사항이 수반되기 때문에 진행은 더뎠다. 탁구 경기에서도 알 수 있듯이 작은 공은 사람 눈으로 따라가기 어려울 정도로 빨리 튀어오른다. 구글 딥마인드는 X(구 트위터)에 올린 게시글에서 "탁구 로봇은 공을 되받아치는 가장 기본적인 기술은 물론 상대편을 꺾기 위한 전략 수립, 스코어에 맞는 장기 계획 수립 등 고수준 기술까지 능숙해야 한다“고 설명했다. 구글 엔지니어들은 고도로 발전된 탁구 로봇을 개발하기 위해 먼저 위치, 스핀, 속도에 대한 정보를 포함한 탁구공 상태의 대규모 데이터 세트를 모아 조합했다. 그리고 물리적으로 정확한 가상 시뮬레이션에서 AI 시스템에 이 데이터 세트를 사용, 서브 반환, 백핸드 조준, 포핸드 탑스핀 등의 기술을 학습하도록 했다. 그런 다음 학습된 AI 시스템을 복잡하고 빠른 움직임이 가능한 로봇 팔과 연계해 사람과 대결시켰다. 로봇에 탑재된 카메라로 촬영한 탁구공의 시각 정보를 포함한 데이터는 시뮬레이션에서 다시 분석해 학습의 ‘지속적인 피드백 루프’를 만들었다. 구글 딥마인드는 이 로봇을 실전에 투입해 토너먼트를 개최했다. 구글은 초보자, 중급자, 고급 실력자, 선수급 등 네 가지 기술 수준에 맞추어 29명의 탁구 선수를 모집해 트랙에 장착된 로봇과 경기를 가졌다. 연구원들에 따르면, 탁구 로봇은 전체 중 총 13경기, 즉 게임의 45%에서 승리, ‘아마추어 수준으로는 훌륭한 수준의 성과’를 보여주었다. 그러나 탁구 로봇의 실력이 매우 우수하다는 평가는 내려지지 않았다. 탁구 로봇은 모든 초보자 수준의 선수들을 이겼지만 중급 상대자와의 경기에서는 55%만 이겼고, 두 명의 고급 실력자를 대상으로는 한 번도 이기지 못했다. 물론 이 정도 수준의 탁구 로봇이 개발된 것은 큰 의미를 갖는다는 평가다. 토너먼트에 참여한 사람들은 향후 개선된 차세대 로봇과의 재경기에 대해 압도적인 관심을 표명했다.
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구글 딥마인드, 탁구 로봇 개발…인간 제압할까?
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[우주의 속삭임(42)] 금성 대륙, 초기 지구와 유사점 암시
- 현재의 금성과 지구는 완전히 다른 환경이다. 지구는 풍부한 자원과 부드럽고 안전한 대기, 출렁이는 바다, 온화한 기온, 식물로 뒤덮인 육지가 있다. 반면 금성은 독가스 구름에 산성비가 내리고, 기압이 강하며, 단테의 지옥이라고 하는 것이 어울릴 만큼 섭씨 수백 도에 달하는 고온으로 타오른다. 이러한 차이는 행성의 표피뿐 아니라 내부까지 이어진다. 금성은 지구의 지각 구조와 다르다. 금성에는 지구처럼 서로 마찰하고 안정적인 기후를 유지하는 데 도움이 되는 지각판 영역이 없다. 금성에 지각판이 없다는 것은 지구와 많은 차이를 나타내는 강력한 요인으로 생각되지만, 금성의 과거가 지질학적인 면에서 어떻게 전개되었는지는 실제로 잘 알려지지 않았다. 대표적으로, 테세라(tesserae)로 알려진 금성 표면의 가장 오래된 광대한 고원은 지각적 특징이 있는 것처럼 보이지만, 그것이 어떻게 생겨났는지는 수수께끼로 남아 있다. 그런데 호주 모나시대학교 연구팀의 새로운 분석에 따르면, 금성의 테세라는 수십억 년 전 지구에 최초의 대륙이 만들어진 것과 매우 유사한 과정을 통해 형성되었을 수 있다고 사이언스얼라트가 전했다. 이 연구는 네이처 지오사이언스에 실렸다. 모나시대학교의 파비오 카피타니오 교수는 "이 연구는 금성이 어떻게 진화하는지에 대한 이해를 높이기 위해 진행됐다. 결과는 의외였다. 우리는 섭씨 460도의 뜨거운 표면 온도와 함께 지각판 구조가 없는 금성이 그렇게 복잡한 지질학적 특징을 가지고 있을 것이라고는 예상하지 못했다"고 밝혔다. 지구와 유사한 면이 발견됐다는 것이다. 지구의 지각판은 다른 행성에 비해 매우 복잡하다. 지각판은 여러 조각으로 나뉘어 있고, 조각들은 느슨한 상태에서 서로 마찰하고, 섭입(한쪽 판이 다른 판의 아래로 밀려 들어가는 현상) 과정에서 서로 아래로 미끄러지고 재배열될 수 있다. 지진도 그 과정에서 일어나며 대륙의 재구성도 이로 인해 이루어진다. 지구 대륙 지각의 가장 오래된 부분은 크레이튼(분화구)으로 알려진 지역이다. 대륙 지각판은 일반적으로 해양판보다 약하지만, 암석이 더 오래되고 밀도가 높으며 강한 지역이 있다. 알려진 크레이튼은 약 35개이며, 지질학자들은 이것이 먼저 형성되어 지구의 용융된 내부를 통해 위로 밀려 올라와 굳어지면서 대륙이 형성되었을 것으로 추정한다. 금성에 대한 우리의 지식은 제한적이다. 금성은 인간의 탐사를 허용하지 않지만, 1989~1994년 사이의 15년 동안 나사(NASA)의 마젤란 우주선은 레이더로 황산 구름 아래 금성의 표면을 자세히 지도화했다. 카피타니오 연구팀은 이 데이터를 활용, 금성에서 이슈타르 테라(Ishtar Terra)로 알려진 테세라 지역을 중점적으로 조사했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용, 수십억 년 전 태양계가 아직 형성의 초기 단계에 있을 때 테세라 지역이 어떻게 형성되었는가를 탐구했다. 분석 결과 테세라는 크레이튼과 같은 방식으로 형성됐을 가능성이 있는 것으로 나타났다. 즉, 금성의 용융된 내부에서 위로 솟아올라 표면으로 분출돼 금성 지각으로 굳어졌을 수 있다는 것이다. 카피타니오는 "이 발견은 금성과 초기 지구와의 연관 가능성에 대한 새로운 관점을 제공한다"라며 "금성에서 발견된 특징은 지구의 초기 대륙 형성과 놀라울 정도로 유사하며, 이는 금성의 과거 역학이 이전에 생각했던 것보다 지구의 역학과 더 유사했을 수 있음을 시사한다"고 말했다. 이는 금성의 진화를 이해할 수 있는 실마리를 제공한다. 지구와 금성이 별도의 지각 활동에 따라 갈라졌다 해도, 크레이튼 형성 과정 이후 판구조론이 형성되기 전에 일어났다는 것을 보여준다. 이 시기가 중요한 이유는, 언제 그리고 어떻게 서로 다른 행성 특성이 나타나는지가 지구와 같은 암석 행성에서 생명체 거주 가능성이 어떻게 발전했는지에 대한 큰 단서가 될 수 있기 때문이다. 금성과 지구가 언제 어디에서 일치했는지를 찾는 등 두 행성의 유사한 특징을 연구함으로써 지구의 초기 역사에 대한 비밀을 풀 수 있을 것이라는 기대다.
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[우주의 속삭임(42)] 금성 대륙, 초기 지구와 유사점 암시
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중국 유니트리, 바퀴 달린 4족 보행 로봇 'Go2-W'로 보스턴 다이내믹스에 도전장
- 중국 로봇 회사 유니트리(Unitree)는 보스턴 다이내믹스와 같은 미국의 경쟁사에 맞서 4족 보행 로봇 Go2의 업데이트 버전 Go2-W를 출시했다. Go2-W는 Go2 시리즈의 변형 모델로, 발에 패드 대신 모터 구동 바퀴(휠)를 단 것이 특징이라고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 유니트리가 유튜브에 올린 최근 동영상에서 새로운 바퀴 달린 로봇은 다른 로봇에 대해 다소 공격적인 태도를 보이며, 달리기 경주에서 더 빠른 속도를 내고 있다. 다만 유니트리 웹사이트에 게재된 로봇의 공식 사양에는 여전히 최고 속도가 기존 Go2와 동일한 5.6mph(2.5m/s)로 나와 있다. 유니트리는 새로운 Go2-W 업그레이드 모델의 가격을 공개하지 않았지만 가격은 약 2800달러가 될 것으로 예상된다. 이 4족 보행 로봇의 바퀴에는 지름 7인치의 공압 타이어가 달려 있다. 바퀴의 특성상 계단을 오르기는 어려울 것으로 생각되지만, 계단 오르기와 같은 정적 기동을 위해 바퀴를 잠글 수 있도록 되어 있다. 로봇은 바퀴를 잠그고 걷기 모드로 전환해 어려운 지형을 탐색하고, 계단을 오르고, 장애물을 넘거나 앞다리로 균형을 잡는 것과 같은 기술도 수행할 수 있다. 초광각 라이더(Lidar)와 광각 비전 카메라를 사용해 주변을 탐색하며 정확한 장애물을 감지한다. 라이더는 자율주행 기술에 많이 사용하는 레이더 장치로, 전파를 발사해 장애물에 반사돼 돌아오는 시간을 측정, 정확한 거리와 형태를 3차원으로 인식하는 고도 기술이다. 두뇌는 옥타코어 프로세서로 구동되며, 무선 연결을 위해 와이파이, 4G 및 블루투스까지 지원한다. 로봇은 한 번 충전으로 최대 4시간 동안 작동할 수 있는 15,000mAh 배터리를 장착하고 있으며, 빠른 충전을 지원한다. 유니트리에 따르면 이 로봇은 약 3kg의 짐을 운반할 수 있으며, 일어서면 Go2보다 약간 더 높은 70cm에 무게는 약 18kg이다. 야간 작업을 위해 전면 조명이 달려 있는 것이 특징이며, 자연어 GPT 엔진과 유사한 음성 기능이 포함되어 있다. 유니트리는 지난 2021년 6월 첫 바이오닉 로봇인 Go1을 공개했다. 출시 이후 Go1은 뛰어난 성능, 접근성, 다른 유사 로봇에 비해 비교적 낮은 가격으로 소형 4족 로봇 시장에 큰 영향을 미쳤다. 2년 후 유니트리는 15kg의 로봇개 Go2를 출시했다. 이 로봇은 사각지대를 크게 줄이고 0.05m의 낮은 최소 감지 거리로 인해 모든 지형에 적합한 로봇개라는 평가를 받았다. Go2 본체는 알루미늄 합금과 고강도 엔지니어링 플라스틱으로 만들어졌다. 자체 개발한 4D 라이다 L1과 360×90 반구형 초광각 인식 기술을 적용했다. 특히 광범위한 언어 기반과 강력한 언어 능력 덕분에 Go2는 생성형 AI 부문의 글로벌 최강자인 오픈AI의 GPT를 통합해 사용자의 의도와 주변 환경을 완벽하게 이해할 수 있다고 한다. 이는 로봇이 인간과 소통하고 무엇이 필요한지를 파악해 더 나은 지원을 제공할 수 있으며, 대화도 가능함을 의미한다. 유니트리 웹사이트에 따르면 Go2 로봇은 대규모 AI 시뮬레이션 훈련을 통해 거꾸로 걷기, 장애물 넘기와 같은 고급 보행을 뛰어난 유연성과 안정성으로 학습했다고 주장한다. 출시 당시에는 Go2 에어, Go2 프로, Go2 에듀 등 세 가지 버전으로 나왔다. 표준 모델은 1600달러에 별도의 배송비 399달러였다.
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중국 유니트리, 바퀴 달린 4족 보행 로봇 'Go2-W'로 보스턴 다이내믹스에 도전장
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[기후의 역습(33)] 기후 변화로 북반구 항공편 '맑은 공기 난기류' 심화
- 지구 온난화에 따라 북반구에서 보이지 않고 예측할 수도 없는 '맑은 공기 난기류'가 더 자주 발생할 것으로 예상된다. 연구에 따르면 맑은 공기 난기류 현상은 1980~2021년 사이 북반구에서 증가한 것으로 나타났다고 PHYS가 전했다. 이 연구는 광범위한 데이터 세트 분석과 시뮬레이션을 실행해 심각한 맑은 공기 난류의 증가를 예측한 최근 연구에 대한 후속 분석이다. 이 연구는 영국 국립 레딩 대학교 연구팀이 주도했으며, ‘지구물리학연구지: 대기(Journal of Geophysical Research: Atmospheres)’에 게재됐다. 연구에 따르면 제트기류의 영향을 받는 대부분 지역, 특히 북아프리카, 동아시아, 중동에서 맑은 공기 난기류가 증가할 것이며, 그 빈도와 확률은 온난화 정도에 따라 증가할 것이다. 난기류는 일반적으로 비행기가 뇌우 속이나 산맥을 지날 때 발생하며, 대부분 예측 가능하고 대처할 수 있다. 그러나 맑은 공기 난류는 정상적인 대기 상태에서 예상치 못하게 발생하기 때문에 항공기에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 맑은 공기 난기류를 감지하고 피할 수 있는 방법은 없기 때문이다. 연구팀을 이끈 영국 레딩 대학교 모하메드 파우다드 교수는 "맑은 공기 난기류가 항공 난류의 주요 원인이 되고 있으며, 이는 미국 전역에서 발생하는 모든 기상 관련 사고의 약 70%를 차지한다"고 말했다. 최근 맑은 공기 난기류를 만난 싱가포르 항공과 에어 유로파 항공편에서 부상자가 발생하기도 했다. 파우다드 교수는 앞으로 항공 엔지니어는 항공기를 설계할 때 정상 상태의 대기에서 난기류가 증가할 수 있음을 고려해야 한다고 지적했다. 기후 변화가 심화될 수록 일부 지역에서 맑은 공기 난기류가 증가할 것이 명확하기 때문이다. 대부분의 맑은 공기 난기류는 제트기류 근처에서 발생한다. 제트기류는 상업용 항공기가 비행하는 상층 대류권의 서쪽에서 동쪽으로 빠르게 흐르는 기류다. 지구 표면에서 약 10~12km 상공에 존재한다. 맑은 공기 난기류 현상은 때로 제트기류를 통과하는 항공기가 '수직 바람 전단'으로 불리는 상층으로 불안정하게 움직이는 공기의 스파이크를 만날 때 발생한다. 기후가 따뜻해지면 대기 중 에너지의 양이 증가해 제트기류의 속도와 수직 바람 전단의 빈도가 모두 증가한다. 이는 현재 북반구에서 항공기가 약 1% 정도 마주치던 맑은 공기 난기류가 앞으로 더욱 흔해질 것임을 의미한다. 현재 맑은 공기 난기류는 동아시아에서 가장 빈번하게 발생한다. 아열대 제트기류가 가장 강하고, 항공기가 비행하는 시간의 약 7.5% 동안 맑은 공기 난기류를 만날 것으로 예상할 수 있다. 이번 연구에서 파우다드 팀은 11개의 기후 모델을 사용해 과거와 미래의 맑은 공기 난기류 변화를 파악했다. 연구팀은 미래 추세를 파악하기 위해 현재의 온난화 상태인 섭씨 1도에서 4도 상승까지 20개의 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했다. 분석 결과는 제트기류의 영향을 받는 북반구 대부분 지역에서 맑은 공기 난기류가 증가할 것임을 보여 주었다. 검증 결과 정확도가 높은 것으로 나타났다. 팀은 1980~2021년까지의 대기 데이터를 재분석, 심각한 맑은 공기 난기류가 조사 기간 동안 북아프리카, 동아시아, 중동, 북대서양 및 북태평양에서 60~155% 증가했다는 사실을 발견했다. 북아프리카, 동아시아, 중동에서 과거에 증가한 것은 기후 변화 때문일 수 있지만, 북대서양과 북태평양에서 증가한 것은 온난화 때문이라고 단정지을 수 없었다. 이들 지역은 기후 변동성 영향이 더 클 수 있다. 연구팀은 추가 분석을 통해 미래의 비행이 현재보다 맑은 공기 난기류에 안전할 수 있는지를 확인할 수 있다고 언급했다. 물론 현대 항공기는 강한 난기류를 견딜 수 있도록 제작되지만, 승객들의 불안감은 커질 것이라는 지적이다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(33)] 기후 변화로 북반구 항공편 '맑은 공기 난기류' 심화
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[기후의 역습(32)] NASA, 미국 탄소 배출량 실태 보여주는 위성사진 공개
- 나사(NASA)가 지구에서 엄청난 양의 이산화탄소가 발생해 대기 중에서 소용돌이치며 움직이는 모습을 보여주는 새로운 영상 자료를 공개했다고 전문 매체 퓨처리즘이 전했다. 이 영상은 2020년 1월부터 3월까지 바람과 대기 순환에 따라 지구 전체로 이동하는 이산화탄소의 농도를 보여주고 있다. 영상에서는 특히 미국에서의 이산화탄소 발생이 많아, 미국이 이산화탄소의 주요 배출원임을 드러내고 있다. 2021년에 미국은 전 세계 배출량의 12% 이상을 차지했으며, 33%에 약간 못 미치는 중국에 이어 두 번째를 기록했다. 나사가 공개한 영상 데이터의 세부적인 이산화탄소 흐름은 놀라운 고화질 수준이다. 발전소, 화재, 도시에서 발생하는 이산화탄소 배출은 물론 이것이 대륙과 바다로 확산되는 모습이 그대로 나타난다. 전문가들은 이 영상 데이터를 활용해 인간 활동에서 비롯된 기후 변화에 직접적으로 영향을 미치는 온실가스의 주요 출처를 식별하는 것 외에도 이러한 다양한 출처가 어떻게 상호 작용하는지를 연구할 수 있다고 지적했다. 나사의 고다드 우주비행센터 기후 과학자 레슬리 오트는 "정책 입안자이자 과학자로서 우리는 탄소가 어디에서 나오는지, 그리고 그것이 지구에 어떤 영향을 미치는지 파악하려고 노력하고 있다“면서 ”이 영상을 통해 이산화탄소가 다양한 기상 패턴에 의해 어떻게 상호 연결되어 있는지 알 수 있다"고 설명했다. 미국과 중국의 경우 중공업, 발전소, 자동차, 트럭 등 인간이 주도하는 활동이 여전히 이산화탄소 배출의 중요한 원인이다. 나사에 따르면 아프리카와 남미에서는 토지 관리 및 산림 벌채를 위해 일부러 일으키는 화재가 이산화탄소 발생의 주요 원인이다. 이 영상 데이터는 시간이 따라 불길이 잦아들고 불타오르는 듯한 매혹적인 패턴의 이산화탄소 방출 및 확산을 보여주고 있다. 식물과 나무도 광합성을 할 때 이산화탄소를 흡수하고 호흡할 때 이를 방출하는 시각적 효과의 역할을 담당한다. 나사는 고다드 지구 관측 시스템(GEOS)이라는 슈퍼컴퓨터 기반 모델을 사용하여 시각 영상을 만들었다. 나사에 따르면 이 기상 모델의 해상도는 일반 기상 모델보다 100배 이상 크다고 밝혔다. 영상은 특히 과학자들에게 전례 없는 모습을 보여주고 있다. 오트는 "이제는 말 할 수 있다. 우리는 정밀 고해상도로 이산화탄소의 발생과 흐름을 따라다니며 지켜볼 수 있다“라며 "종래의 기상 영상 시뮬레이션으로는 결코 볼 수 없었던 것들을 보게 됐다”고 말했다. 이산화탄소의 흐름이 얼마나 지속되는지, 기상 시스템과 어떻게 상호 작용하는지를 보는 것은 놀라운 결과라는 지적이다.
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[기후의 역습(32)] NASA, 미국 탄소 배출량 실태 보여주는 위성사진 공개
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구글, AI 날씨 및 기후 모델 정확도 향상
- 구글이 주축이 된 연구팀이 개발한 AI(인공지능) 적용 날씨 및 기후 예측 모델이 기존의 물리학 기반 기후 모델과 융합함으로써 중장기 기상 예측 정확도를 대폭 향상시켰다고 악시오스가 보도했다. 분석 결과 보고서는 '네이처' 저널에 발표됐다. 발표에 따르면 구글 리서치와 구글 딥마인드, MIT, 하버드 대학교 및 유럽 일기예보 센터 연구팀이 협력해 개발한 기계 학습과 신경망을 사용하는 기후 모델 '뉴럴GCM(NeuralGCM)'이 현재 사용되는 모델 및 1~10일의 중단기 일기 예보에 대한 다른 기계 학습 기반 모델보다 더 정확한 것으로 나타났다. 또한 수십 년에 걸쳐 장기적인 기후 조건을 예측하는 데서도 탁월한 기술임을 입증했다. 이 발전은 AI 기반 기상 및 기후 예측 분야가 얼마나 빠르게 발전하고 있는지를 보여준다는 지적이다. AI 모델은 기존 컴퓨터 분석 모델에 비해 엄청난 컴퓨팅 성능과 시기적인 적절성을 제공한다는 것이다. 개발에 참여한 구글 리서치의 스티픈 호이어 박사는 "새로운 AI 기반 기후 모델은 오픈소스이며, 노트북에서 상대적으로 빠르게 실행되도록 설계됐다"고 밝혔다. 그러나 전통적인 기상 예측 모델은 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터를 사용하는데, 그럼에도 불구하고 대기와 해양의 작동에 대한 물리적 법칙을 설명하는 수만 줄의 코드를 처리하는 데 몇 시간이 걸린다. 개발된 AI 모델은 수십년 동안의 과거 날씨 데이터를 기계 학습으로 훈련했다. 대규모 날씨 패턴을 설명하는 물리 방정식을 사용했으며, 본질적으로 글로벌 순환 모델과 물리 집약적 접근 방식, AI 기반 작업을 결합하고 있다. 오클라호마 대학의 아론 힐 기상학 교수는 "새 기후 모델의 가장 큰 참신함 중 하나는 기후 예측에서 사용하는 대규모 물리학을 그대로 유지하면서 모델링을 AI로 대체한 방법"이라고 설명했다. 엔비디아나 마이크로소프트 등 다른 회사가 만든 AI 기후 예측 모델은 전통 물리학을 완전히 배제하고 있다는 것이다. 힐은 AI와 기계 학습 기술이 기상 및 기후 연구에서 빠르게 뿌리내리고 있다고 부연했다. 그러나 AI 예측 모델은 여전히 NOAA(국립해양대기청) 등 국제적인 기관에서 운영하지 않고 있다. 이는 기상 예측 전문가들이 AI 기반 예측 시스템에 대해 아직 온전히 신뢰하지 못하기 때문이다. 현재는 AI 예측 결과의 정확도를 확인하는 단계에 있다. 호이어는 "공공 기후 예측 관련 기관의 시스템이 빠르게 발전하고 AI 기후 모델 채택 가능성을 보여주고는 있지만, 아직 전통적인 날씨 및 기후 모델을 대체하지는 못하고 있다"면서도 "AI 기후 예측 시스템에 더 적극적인 투자가 이루어져야 한다"고 강조했다. 호이어는 최근의 연구에 대해 "날씨와 기후 시뮬레이션 엔진에 AI를 사용할 수 있다는 사실 자체는 현장의 많은 사람들에게 확인됐다"며 기후 예측에 AI가 깊이 개입할 시점이 다가오고 있다고 전망했다.
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구글, AI 날씨 및 기후 모델 정확도 향상
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[우주의 속삭임(32)] 태양계 최대 소용돌이 '목성 대적반', 크기가 점점 줄어드는 이유는?
- 태양계에서 가장 큰 소용돌이 폭풍인 목성의 대적반(Great Red Spot: 대적점이라고도 함)의 크기는 지속적으로 줄어들고 있다. 그런데 이번에 대적반에 대한 연구와 함께 대적반이 줄어드는 이유에 대한 설득력 있는 주장이 나왔다고 PHYS가 전했다. 목성 대적반은 목성 표면의 적갈색 소용돌이로, 6일 동안 1회의 비율로 반시계방향으로 회전한다. 목성의 남반구에 위치한 대적반은 폭이 1만 6000km가 넘는 고압의 붉은 오렌지색 타원형 소용돌이다. 시계 반대 방향으로 시속 320km 이상으로 불고 있다. 기술적으로는 안티사이클론이라고 부른다. 지구의 북반구에서 사이클론은 반시계방향으로 불고 남반구에서는 시계방향으로 회전하는데 목성 대적반은 반대로 돌기 때문이다. 목성 대적반은 과거 한 세기 동안, 특히 지난 50년 동안 지속적으로 줄어들었다. 나사(NASA)의 주노 궤도 우주선 측정 결과, 위도는 상대적으로 일정하게 유지됐지만 경도는 19세기 후반 40도에서 2016년 14도로 축소됐다. 연구는 예일대, 노스캐롤라이나 주립대 등 연합팀이 수행했으며, '이카루스(Icarus)' 저널에 실렸다. 재미있는 것은 이번 연구팀원의 다수는 전문 천문학자가 아니고 예술 등 다양한 분야였다는 사실이다. 대적반에 대한 연구는 광범위하게 진행됐지만, 여전히 핵심 미스터리는 풀리지 않았다. 천문학자들은 대적반이 언제 형성되었는지, 어떻게 형성되었는지, 왜 붉은색을 띄는지, 그 이유를 정확히 파악하지 못했다. 연구팀원인 예일대 칼렙 캐벤니 박사, 노스캐롤라이나 대학 개리 랙크만 박사, 루이빌 대학 티모시 다우링 박사 등은 빈번하게 발생하며 일시적인 작은 폭풍들이 대적반에 미치는 영향에 초점을 맞췄다. 팀은 다우링이 1990년대에 개발한 행성 대기 모델(EPIC)을 사용해 대적반에 대한 일련의 3D 시뮬레이션을 수행했다. 대적반과 다양한 작은 폭풍 사이의 상호 작용에 대한 시뮬레이션 비교 결과, 다른 다양한 폭풍의 존재가 대적반의 크기에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 캐벤니 박사는 "연구팀은 수치 시뮬레이션을 통해 목성에서 발생하는 작은 폭풍이 대적반에 직접적인 영향을 미치면서 크기를 조절할 수 있다는 것을 발견했다"라고 말했다. 연구팀은 부분적으로, 지구 대기권에서 도심지에서 발생하는 '열돔(히트돔)' 현상도 모델링했다. 열돔은 5~7km 상공의 대기권에서 발달한 고기압이 정체해 뜨거운 공기를 지면에 가둬 더위가 극심해지는 현상을 말한다. 열돔 시스템은 지구 중위도를 순환하는 서쪽 제트기류에서 정기적으로 발생해 폭염 및 가뭄과 같은 극심한 기상 현상을 일으키는 중요한 요인이 된다. 이런 열돔 현상은 목성의 대적반과도 밀접한 관련이 있다. 고압 소용돌이 및 고기압의 기상 메커니즘과의 상호 작용 때문이다. 캐벤니 박사는 "지구에서 인근 기상 시스템과의 상호 작용은 열돔을 유지하거나 증폭시키는 것으로 나타났는데, 이는 목성의 유사한 상호 작용이 대적반의 유지에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다"고 지적했다. 연구팀은 향후 대적반에 대한 추가 모델링을 통해 새로운 정보를 축적하고 대적반이 초기에 형성된 과정을 밝힐 수 있을 것이라고 기대했다.
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[우주의 속삭임(32)] 태양계 최대 소용돌이 '목성 대적반', 크기가 점점 줄어드는 이유는?
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[먹을까? 말까?(38)] 우주 식량, 맛없는 이유는 외로움 때문?
- 우주라는 고립된 환경에서 오는 외로움이 우주 비행사들의 식사 만족도에도 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 호주의 로열멜버른공과대학(RMIT)의 연구팀은 우주 비행사들이 우주 식량을 즐기지 못하는 이유가 음식 향과 관련이 있을 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 우주에서는 장기 보관을 위해 동결 건조 또는 탈수 처리된 인스턴트 식품 위주로 섭취하는데, 이는 우주 비행사들이 영양 섭취 부족 문제와 연결되어 왔다. RMIT 연구팀은 이번 연구를 통해 우주 환경 자체가 음식 향에 대한 인식을 변화시킬 수 있으며, 외로움과 고립감 역시 식사 만족도에 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 수석연구원인 줄리아 로우는 "외로움과 고립감도 영향을 미칠 수 있으며, 이번 연구는 고립된 사람들이 음식 냄새를 맡고 맛보는 방식에 관한 시사점이 있다"고 말했다. 후각은 미각의 큰 부분을 차지한다는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 이에 연구팀은 54명의 참가자를 대상으로 VR을 이용해 국제우주정거장(ISS)환경을 시뮬레이션하고, 바닐라, 아몬드, 레몬 향에 대한 인식 변화를 관찰했다. 그 결과, 시뮬레이션된 우주정거장 환경에서 바닐라와 아몬드 향은 더 강하게 느껴졌지만, 레몬 향은 변화가 없었다. 연구팀은 이러한 현상의 원인으로 벤즈알데히드라는 화학 물질과 개인별 향 민감도 차이를 제시했다. 연구팀은 무중력 상태에서 체액이 상체로 이동하면서 발생하는 코막힘 등의 현상도 우주인의 미각과 후각을 둔하게 만들 수 있다고 설명했다. 중력이 부족하면 체액이 하체에서 상체로 끌려간다. 이로 인해 얼굴 붓기와 코막힘 현상 등이 나타난다. 이는 심한 감기에 걸린 것과 비슷하다. 그러나 이러한 체액 이동 효과는 일시적인 것이며, 우주정거장에 머무르는 동안 몇주 이내에 사라진다. 로우는 보도자료에서 "우주인들이 체액 이동 효과가 사라진 후에도 여전히 음식을 즐기지 못하는 데. 이는 다른 더 큰 이유가 있을 수 있음을 시사한다"고 밝혔다. 한편, 우주 식량은 모든 사람들이 먹을 수 있는 일반적인 음식은 아니다. 또한 우주 식량은 단순한 식사를 넘어 우주 탐사의 성공과 우주인의 건강을 책임지는 핵심요소라고 할 수 있다. 우주 식량은 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민, 무기질 등 필수 영양소를 골고루 함유해 균형잡힌 식단을 제공한다. 극한의 우주 환경을 극복하기 위해 특별히 개발된 우주 식량은 뛰어난 보존성과 간편 요리 등의 특징을 지니고 있다. 냉장 시설이 부족한 우주에서는 장기간 보관이 필수다. 우주 식량은 동결 건조, 탈수, 레토르트 살균 등 첨단 기술을 통해 부패 걱정 없이 오랫동안 신선함을 유지한다. 아울러 우주선은 공간이 한정적이기 때문에 우주 식량은 부피와 무게를 최소화해 효율적인 운반과 보관을 가능하게 한다. 또 우주에서는 조리 환경이 열악하고 무중력 상태에서는 조리하기가 어렵다. 그 때문에 우주 식량은 뜨거운 물이나 차가운 물, 전자레인지만으로도 간편하게 조리할 수 있도록 설계됐다. 우주 식량 개발 과정에서 얻은 기술은 식품 가공, 포장, 보존 기술 발전에 기여해 일반인의 식탁에도 긍정적인 영향을 미치고 있다. 이번 연구는 장기 우주 임무를 수행하는 우주 비행사들을 위한 맞춤형 식단 뿐만 아니라 요양원 등 고립된 환경에 있는 사람들의 식단 개선에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 로우는 "이 연구의 장기적인 목표 중 하나는 우주비행사뿐만 아니라 고립된 환경에 있는 다른 사람들에게 더 나은 맞춤형 식품을 만들어 영양 섭취량을 100%에 가깝게 늘리는 것"이라고 말했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(38)] 우주 식량, 맛없는 이유는 외로움 때문?
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[우주의 속삭임(27)] '어두운 혜성', 과거 지구에 물 공급 가능성 제기
- 지구 근처에서 혜성처럼 움직이며 물과 얼음을 포함할 수 있는 소행성인 '어두운(Dark) 혜성'은 대부분 화성과 목성 사이에서 왔으며 지구 근처에 있는 모든 물체의 최대 60%를 차지할 수 있다는 연구 결과가 나왔다고 스페이스닷컴이 전했다. 더불어 이들 어두운 혜성이 과거 지구에 물을 공급했을 가능성도 제기됐다. 어두운 혜성은 2023년 코넬 대학의 대릴 셀리그먼이 이끄는 연구팀이 6개를 식별하면서 처음으로 드러났다. 소행성은 태양의 중력에 따라 궤도를 돈다. 그러나 여섯 개의 어두운 혜성은 태양의 중력만으로는 설명할 수 없는 궤도를 나타낸다. 일반적으로 혜성은 가열될 때 얼음이 승화되어 추진력을 받아 속도를 높이며 가스를 방출해 궤도를 변경할 수 있다. 방출된 가스는 혜성을 안개와 같은 물질로 덮고 꼬리를 형성한다. 그러나 셀리그먼 팀이 발견한 6개의 어두운 혜성은 가스 방출로 인한 안개나 꼬리가 없다. 눈에 보이는 가스 방출이 없음에도 불구하고, 혜성의 얼음이 승화되는 방출은 있을 것으로 추정됐고, 이 때문에 어두운 혜성이라는 별명이 붙었다. 셀리그먼 교수가 포함된 미시간 대학의 아스터 테일러 교수 연구팀은 계속해서 컴퓨터 시뮬레이션에 동적 모델링 기술을 적용함으로써 어두운 혜성의 궤도를 추적, 이 혜성이 어디에서 왔는지를 알아냈다. 이 어두운 혜성이 지구 근처 궤도에 도달할 수 있음도 확인했다. 연구 결과는 이카루스 저널에 발표됐다. 연구 결과, 어두운 혜성은 거의 화성과 목성 사이의 소행성대에서 유래한 것으로 나타났다. 또한 이번 연구는 소행성대에 있는 어두운 혜성 표면 아래에 많은 얼음이 존재할 것이라고 예측했던 1980년대의 초기 이론을 증명했다. 나사의 다운(Dawn) 임무는 왜행성 세레스에서 얼음을 발견했고 소행성 베스타에서 얼음이 있을 것이라는 강한 증거를 발견했는데, 이들 둘 다 주요 소행성대다. 그러나 세레스와 베스타는 대부분의 소행성보다 훨씬 크며, 태양계 초기에 완전한 행성으로 성장하지 못한 원시행성의 잔해로 추정된다. 훨씬 더 작은 소행성에도 얼음이 존재하는지 여부는 확실하지 않았지만, 이번 어두운 혜성 연구에 따르면 실제로 얼음이 존재하는 것으로 나타났다. 활성 소행성(꼬리까지 달려 혜성처럼 움직이는 소행성대의 물체)과 어두운 혜성 사이의 연관성에 대해서는 여전히 논쟁이 있지만, 테일러 박사는 어두운 혜성 및 활성 소행성이 지구의 물 공급원이었을 가능성이 있다고 추정했다. 테일러는 "어두운 혜성이 지구에 물을 공급했는지를 확신할 수는 없지만, 지구의 물 공급에 대한 논쟁이 여전히 남아 있으며, 우리의 연구는 어두운 혜성이 태양계의 나머지 부분 어딘가에서 지구가 얼음을 얻는 또 다른 경로라는 것을 보여준다"고 말했다. 연구팀의 계산과 모델링에 따르면 지구 근처 물체의 최대 60%가 어두운 혜성일 수 있다. 나사의 오시리스 렉스(OSIRIS-REx) 탐사선이 최근 샘플을 채취했던 소행성 베누(Bennu)도 가스 방출 활동을 했음이 드러났으며, 이는 지구에서는 볼 수 없지만 미세한 가스를 방출하는 소행성이 흔할 수 있음을 암시한다. 지구 근처를 공전하는 물체의 수명은 중력에 의해 태양이나 목성 또는 행성으로 흩어지기까지 약 1000만 년 정도다. 따라서 지구 근처의 물체가 현재 숫자를 유지하려면 어두운 혜성이 소행성대에서 나오는 새로운 물체로 지속적으로 보충되어야 한다. 테일러는 "우리가 생각했던 것보다 소행성대에 더 많은 얼음이 있을 수 있다"고 말했다. 어두운 혜성은 '2003 RM'을 제외하고 일반적으로 크기가 수십m 정도에 불과하며 빠르게 회전하고 있다. 파악하지 못하는 상당히 적은 양의 가스 방출은 어두운 혜성의 빠른 회전과 작은 크기의 원인이다. 얼음 조각이 승화하기 시작하면 생성된 증기가 소행성 표면을 통해 폭발하며 가스 방출 기둥을 생성한다. 가스 방출에 의해 전달된 추진력은 소행성을 결국에는 부서질 만큼 빠르게 회전하도록 한다. 그 결과 생성된 파편도 가스를 배출하면서 회전하기 시작하고 점차 오늘날 우리가 볼 수 있는 작은 어두운 혜성의 크기로 작아진다고 연구팀은 밝혔다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(27)] '어두운 혜성', 과거 지구에 물 공급 가능성 제기
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춤추는 휴머노이드 로봇, 인간과의 협업 강화 기대
- 캘리포니아 주립대학교 샌디에이고 캠퍼스(UC 샌디에이고)의 공학 연구팀이 간단한 댄스와 손 흔들기, 하이파이브, 포옹과 같은 행동을 포함, 다양한 표현과 동작을 쉽게 배우고 수행하는 동시에 다양한 지형에서 안정적인 보행을 유지하는 휴머노이드 로봇를 선보였다고 전문 매체 테크익스플로어가 전했다. UC 샌디에이고 연구팀이 선보인 휴머노이드 로봇은 과거에 비해 표현력이나 민첩성이 크게 향상됐다는 평가를 받고 있다. 이에 따라 공장 조립라인, 병원 및 가정과 같은 민감한 중요 환경하에서 인간과의 협업을 더욱 진전시킬 수 있을 것으로 기대된다. 실험실이나 재난 현장 등 위험한 환경에서 사람을 대체하거나 보조하는 방법도 더욱 다양하고 원활해질 것이라고 연구팀은 밝혔다. UC 샌디에이고 전기컴퓨터공학부 샤오룽 왕 교수는 "표현력이 풍부하고 인간과 더욱 유사한 신체 동작을 통해, 연구팀은 신뢰를 구축하고 인간과 조화롭게 공존할 수 있는 로봇을 개발하는 것을 목표로 하고 있다"면서 "우리는 로봇이 터미네이터처럼 무섭기보다는 친근하고 협력적이라는 방향으로 일반의 인식을 바꾸고자 한다"고 밝혔다. 왕 교수가 주도한 연구팀은 이달 15일(현지시간)부터 19일까지 네덜란드 델프트에서 개최되는 '2024 로봇공학: 과학 및 시스템 컨퍼런스(2024 Robotics: Science and Systems Conference)'에서 연구 결과를 발표한다. 개발된 휴머노이드 로봇은 다양한 인체 동작을 교육받아 훈련하고 이를 응용해 새로운 동작을 만들어 내거나 쉽게 모방할 수 있다는 점에서 표현력이 대단히 뛰어나다는 평가다. 댄스를 배우는 학생이 빠르게 배우는 것과 마찬가지로 이 휴머노이드 로봇도 새로운 춤과 동작을 매우 빠르게 배울 수 있다. 팀은 로봇을 훈련시키기 위해 다양한 모션 캡처 데이터들과 댄스 동영상을 활용했다. 특히 상체와 하체를 별도로 훈련하는 방법도 새로이 적용했다. 새로운 교육 방식을 통해 로봇의 상체는 춤, 하이파이브 등 다양한 동작을 복제할 수 있었고, 다리는 균형을 유지하고 다양한 지형을 걸어 이동할 수 있도록 안정적인 보행 동작에 집중했다. 왕교수는 이와 관련, "이런 로봇 상하 분리 교육의 주요 지향점은 로봇이 넘어지지 않고 이곳저곳을 걸으면서 다양한 일을 할 수 있는 능력을 보여주는 것"이라고 말했다. 작업장에서 할 로봇 작업을 캠퍼스에서 일상적인 춤과 행동을 통해 교육한다는 의미다. 상체와 하체가 별도로 훈련받지만 로봇은 전체 신체를 통합해 관리하는 프로그램과 통제 플랫폼에 따라 작동한다. 이를 통해 로봇은 자갈, 흙과 같은 오프로드는 물론 잔디나 경사진 콘크리트 길 등 거의 모든 표면을 안정적으로 걸으면서 복잡한 상체 동작을 수행할 수 있다. 휴머노이드 로봇은 가상 플랫폼에서 시뮬레이션으로 과제를 수행한 후 실제 로봇에 적용했다. 그 결과 로봇은 실제 조건에서도 시뮬레이션과 같이 이미 학습된 동작이나 새로운 동작 모두에서 안정적인 실행 능력을 보여주었다. 현재 로봇의 움직임은 속도, 방향 및 특정 동작을 지시하는 게임 컨트롤러를 사용해 인간 운영자에 의해 지시된다. 팀은 로봇이 작업을 수행하고 지형을 모두 자율적으로 탐색할 수 있도록 카메라가 장착된 미래 버전을 개발하고 있다. 연구팀은 앞으로 더 복잡하고 세밀한 작업을 수행할 수 있도록 휴머노이드 로봇 설계를 개선하는 데 중점을 둘 계획이다. 왕 교수는 "로봇 상체의 기능을 확장함으로써 로봇이 수행할 수 있는 동작의 범위를 크게 넓힐 것"이라고 말했다.
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춤추는 휴머노이드 로봇, 인간과의 협업 강화 기대
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[먹을까? 말까?(34)] 베이컨·가공육 줄이면 당뇨병·심장질환 위험 감소
- 소시지와 베이컨 등 가공육 섭취를 줄이면 암을 비롯한 심각한 질병 위험을 감소시킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 영국과 미국 과학자들의 연구에 따르면, 미국인들이 가공육 섭취를 30% 줄일 경우 향후 10년 동안 당뇨병, 심장병, 대장암 발병 건수가 약 50만 건 감소할 것으로 예상된다고 메디컬 익스프레스와 비즈니스 인사이더 등 다수 외신이 전했다. 영국 에든버러 대학교 글로벌 농업 및 식품 시스템 아카데미와 미국 노스캐롤라이나 대학교 채플 힐 연구팀은 미국 질병통제예방센터(CDC)의 건강 데이터를 기반으로 가공육과 가공되지 않은 붉은 고기의 소비를 줄이는 식단 변화가 미국 질병 발생률에 미치는 영향을 추정하는 시뮬레이션 도구를 개발했다. 오랫동안 가공육은 심장병과 같은 만성 질환의 원인으로 지목되어 왔다. 베이컨, 소시지, 햄 등에는 질산염이라는 방부제가 함유되어 있으며, 이는 이전 연구에서 특정 암 발생 위험 증가와 관련이 있는 것으로 나타났다. 또한, 붉은 육류 및 가공육은 당뇨병 위험 증가와도 연관성이 있다. 연구팀은 육류 소비의 변화가 성인의 당뇨병, 심혈관 질환 , 대장암 및 사망 위험에 어떤 영향을 미치는지 추정했다. 육류 소비 변화가 미치는 영향은 전체 인구를 대상으로 평가됐다. 또한 연령, 성별, 가구 소득 및 민족에 따라 별도로 평가했다. 이번 연구의 시뮬레이션은 미국에서 가공육과 가공되지 않은 붉은 고기 소비를 5~100% 줄이는 것이 건강에 미치는 효과를 추정한 최초의 사례다. 연구 결과는 의학 학술지 '란셋 플래니터리 헬스(The Lancet Planetary Health)'에 게재됐다. 연구팀은 미국인들이 가공육 섭취를 약 3분의 1(일주일에 베이컨 약 10조각에 해당) 줄이면 향후 10년 동안 주요 사망 원인 질병 발병수가 크게 감소할 것으로 추정했다. 구체적으로 당뇨병이 약 35만2900건, 심장병 약 9만200건, 대장암 약 5만3300건 감소할 것으로 예상된다. 붉은 육류 섭취 감소 또한 질병 발병률을 더욱 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 스테이크와 같은 비가공 붉은 육류는 적당히 섭취하면 가공육보다 덜 해로울 수 있다는 연구 결과도 있어 추가 연구가 필요하다. 가공육과 가공되지 않은 붉은 고기 두 가지 식품의 소비를 30% 줄이면 당뇨병 환자가107만3400명, 심혈관 질환자가 38만2400명, 대장암 환자가 8만4400명 감소하는 효과가 있었다. 가공되지 않은 붉은 고기 섭취량을 30%(일주일에 약 113g의 쇠고기 패티 버거 1개 정도 덜 먹는 것)만 줄였을 때도 당뇨병 사례가 73만2000건 이상 감소했다. 또한 심혈관 질환 사례는 29만1500건 줄었고, 대장암도 3만2200건 감소했다. 가공육에 비해 가공되지 않은 붉은 고기를 섭취하는 것을 줄임으로써 질병 발생을 더 많이 예방할 수 있다는 연구 결과는 가공되지 않은 붉은 고기의 일일 평균 섭취량이 가공육의 일일 평균 섭취량인 29g 대비 47g으로 더 높기 때문인 것으로 나타났다. 이번 연구의 중요한 한계점은 가공육을 대체하는 식품에 따라 건강상 이점이 달라질 수 있다는 점이다. 일부는 육류 대체품을 포함한 식물성 가공 식품 또한 질병 및 조기 사망 위험 증가와 관련이 있음을 시사한다. 반면 곡물, 채소, 콩류, 과일, 견과류, 씨앗류 등 비가공 완전식품 위주의 식단은 건강한 장수와 연관되어 있다. 이번 연구의 공동 저자인 에든버러 대학교 린제이 잭스 교수는 "우리의 식습관은 환경에도 영향을 미친다"고 강조했다. 육류 생산은 온실가스 배출의 주요 원인이며 토지와 물과 같은 막대한 양의 자연 자원을 사용한다. 이번 연구 결과는 지속 가능한 식습관이 인간 건강에도 좋다는 증거를 더욱 뒷받침한다. 잭스 교수는 이를 "사람과 지구 모두에게 명백한 윈윈"이라고 표현했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(34)] 베이컨·가공육 줄이면 당뇨병·심장질환 위험 감소
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[기후의 역습(22)] 기후 변화로 상어 알 부화 둔화, 2100년까지 알 부화율 90% 급락 우려
- 상어 알 부화율이 금세기 말, 즉 2100년까지 최대 90%까지 급락할 수 있으며, 이는 상어 종의 생존이 위험에 처해 있음을 시사한다는 연구 결과가 발표돼 충격이다. 해양 온난화와 산성화가 증가하면서 배아가 상당수 사망함에 따라 전 세계의 알을 낳는 상어는 세기말까지 개체 수에 큰 타격을 입을 수 있으며, 100종 이상의 상어 종이 그 영향을 받는다는 것이다. 이는 프랑스 국립 자연사박물관의 노에미 쿨롱(Noémie Coulon) 박사팀이 발견했다. 지중해와 북동 대서양에서 관찰되는 작은 점박이 고양이상어(Scyliorhinus canicula)에 대한 연구에 기초한 것으로 뉴사이언티스트가 보고서 내용을 요약해 전했다. 작은 점박이 고양이상어는 배아가 들어 있는 튼튼한 가죽 알통을 낳아 번식하는 상어 종의 약 40%를 차지한다. 이 상어 배아는 해수 온도와 산도를 의미하는 pH 수치 등 해양 조건 변화에 매우 민감하다. 기후 변화와 지구 온난화에 따라 바다는 과거에 비해 대기로부터 과도한 이산화탄소를 흡수하고 있으며, 이로 인해 바다는 더욱 더워지고 더 산성화되고 있다. 박물관 연구팀은 바다 환경을 재현한 실험실 수조에서 월별 온도 변화를 포함한 다양한 해양 조건에 작은 점박이 고양이상어 알을 넣었다. 연구팀이 이 종을 선택한 이유는 유럽에서 가장 풍부한 상어 중 하나이기 때문이었다. 첫 번째 테스트에서는 산업화 이전 수준보다 온도가 섭씨 2.7도 상승하고 2100년까지 pH가 0.2로 떨어지는 '중간 수준 기후 시나리오'에서 예상되는 수질 조건을 만들었다. 두 번째 시나리오는 세계가 계속해서 화석연료 연소에 크게 의존하는 '악화 상황'을 가정해 금세기 말까지 기온이 섭씨 4.4도 상승하고 pH가 0.4로 하락할 것으로 예측했다. 세 번째는 1995년부터 2014년까지 상어 서식지의 수온과 pH를 그대로 유지하는 '기본 수준의 시나리오'로 정했다. 연구팀은 배아가 발달하는 4개월 동안 세 가지 시나리오 각각의 조건에서 시뮬레이션을 실행했다. 그 결과 세 가지 실험 조건에 따라 배아 부화 성공에 극적인 차이가 있음을 발견했다. 기본 시나리오와 중간 시나리오에서는 약 82%의 알이 성공적으로 부화했다. 그러나 가장 따뜻한 수온의 시나리오에서는 배아 45개 중 5개만 살아남았다. 이는 거의 90%가 손실된 것이다. 쿨롱 박사는 "좋지 않은 시나리오이기는 하지만 배아의 높은 사망률에 큰 충격을 받았다"며 "기후 변화 대응을 적절하게 하지 못해 이런 조건이 만들어지면 상어 종은 멸종으로까지 이어질 수 있다"고 우려했다. 특히 8월과 같이, 상대적으로 따뜻한 기간이 짧아도 부화 실패를 야기하기에 충분했다고 한다. 이러한 결과를 바탕으로 쿨롱 박사는 돔발상어(너스하운드)와 같이 멸종 위기에 처해 있는 취약한 종을 포함, 다른 산란 상어도 마찬가지로 멸종 위기에 처할 것으로 예상했다. 쿨롱 박사는 다만 "아직 온난화에 대처할 수 있기 때문에 속단할 수는 없다"면서 "금세기 말까지 온도 상승을 섭씨 2도 정도만 유지한다면 상어 종은 살아남을 수 있다"고 지적했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(22)] 기후 변화로 상어 알 부화 둔화, 2100년까지 알 부화율 90% 급락 우려
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
- 중국 연구진이 인공 칩 위에서 배양한 뇌세포를 로봇에 연결하여 로봇을 제어하는 획기적인 시스템인 '메타복(MetaBOC)' 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 뉴아틀라스, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 이는 인간의 뇌와 기계를 연결하는 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술의 새로운 지평을 열었을 뿐만 아니라, 인공지능(AI)과 생물학적 지능의 융합 가능성을 보여주는 중요한 성과로 기록됐다. 메타복은 뇌세포를 이용하여 로봇을 제어하고 학습시키는 시스템으로, 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받는다. 텐진대학교와 남방과학기술대학교 연구팀이 개발한 메타복은 뇌-칩 생체 컴퓨터와 다른 전자 장치의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 인공적으로 배양된 뇌 오가노이드(미니 뇌)가 전기 신호를 통해 외부 환경을 인지하고, 로봇을 제어해 특정 작업을 수행하도록 돕는 것이다. 이는 인간의 뇌세포를 인공 신체에 이식하는 것을 목표로 하는 '바이오 컴퓨팅' 분야의 혁신적인 발전을 의미한다. 바이오 컴퓨팅은 생물학적 시스템, 즉 뇌세포를 이용하여 정보를 처리하고 계산하는 기술이다. 기존의 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 바이오 컴퓨터는 뇌세포의 벙렬 처리 능력과 에너지 효율성을 활용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 메타복은 이러한 바이오 컴퓨팅 기술을 로봇 제어에 적용함으로써, 로봇의 학습 능력과 지능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기능성을 제시했다. 브레인 온 칩 기술, 로봇 학습 능력 향상:인간 뇌 기능 모방 연구팀은 '브레인 온 칩(Brain-on-chip)' 기술을 활용해 로봇의 학습 능력을 획기적으로 향상시켰다. 브레인 온 칩은 작은 칩 위에 살아있는 뇌세포를 배양하고, 이를 통해 뇌의 복잡한 구조와 기능을 연구하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 통해 로봇이 물체를 잡고 장애물을 피하는 등 다양한 작업을 수행하도록 훈련시키는 데 성공했다. 특히, 뇌세포를 3차원 구형 오가노이드 형태로 배양해 더욱 복잡한 신경 연결을 형성하도록 유도했다. 또한 저강도 집속 초음파(LIFU) 자극을 통해 뇌 오가노이드의 지능적 기반을 강화해 뇌세포가 더욱 효과적으로 학습하고 정보를 처리할 수 있도록 했다. 이러한 기술적 진보는 로봇이 인간의 뇌처럼 학습하고 문제를 해결하는 능력을 갖추는 데 기여할 것으로 기대된다. 인공지능과 생물학적 지능의 융합: 새로운 지능 시스템의 탄생 메타복 시스템의 가장 큰 특징은 인공지능 알고리즘을 활용하여 뇌세포의 생물학적 지능과 효과적으로 소통한다는 점이다. 이러한 인공지능과 생물학적 지능의 융합은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 새로운 가능성을 제시하며, 인간과 기계의 상호 작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 인공지능은 데이터 학습을 통해 스스로 문제 해결 능력을 향상시키는 반면, 생물학적 지능은 직관, 창의성, 감정 등 인간 고유의 능력을 발휘한다. 메타복 시스템은 이 두 가지 지능을 결합하여 새로운 형태의 지능 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 이러한 시스템은 기존의 인공지능이나 인간의 지능만으로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다. 시뮬레이션 환경에서의 로봇 학습: 안전하고 효율적인 학습 환경 제공 메타복 시스템을 통해 뇌 오가노이드는 시뮬레이션 환경에서 로봇을 제어하고, 장애물 회피, 목표 추적, 물체 파지 등의 작업을 학습하는 데 성공했다. 시물레이션 환경에서의 학습은 실제 뇌세포 손상 없이 효율적인 학습을 가능하게 하며, 다양한 시나리오에서의 학습을 통해 로봇의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 시뮬레이션 기반 학습은 로봇이 실제 환경에 배치되기 전에 다양한 상황에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 하며, 로봇의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경에서의 학습 데이터를 분석하여 로봇의 성능을 개선하고 새로운 기능을 추가하는 데 활용할 수 있다. 윤리적 문제와 기술적 과제: 인간 존엄성과 안전성 확보 하지만 이러한 뇌-칩 인터페이스 기술은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 접시에서 배양되는 뇌세포는 과연 의식이 있는 것인가. 인공지능 또한 의식이 있다고 봐야 하는가. 생물학적 지능과 실리콘 기반 지능의 윤리는 다르다고 봐야 하는가 등의 의문을 제기한다. 이러한 시스템이 의식을 발달시킨다고 가정해 보면, 실제로 이 시스템으로 테스트 하는 것이 윤리적으로 옳은 일인지, 아닌지를 결정해야 할 수도 있다. 인공 뇌세포를 이용한 로봇 제어가 인간의 존엄성을 침해할 수 있다는 우려와 함께 뇌세포의 생존 유지 및 시스템 안정성 확보 등 해결해야 할 과제도 많다. 또한 뇌-칩 인터페이스 기술이 발전함에 따라 인공지능과 인간 지능의 경계가 모호해지면서 철학적인 논쟁도 불가피할 것으로 보인다. 따라서 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 과정에서는 윤리적 문제와 기술적 과제를 충분히 고려해야 한다. 인공 뇌세포 사용에 대한 명확한 윤리적 지침을 마련하고, 뇌세포의 안전한 관리 및 시스템의 안정성 확보를 위한 기술 개발에 힘써야 한다. 또한 인공지능과 인간 지능의 한계에 대한 사회적 논의를 통해 기술 발전에 따른 잠재적 문제점을 예방하고 해결 방안을 모색해야 한다. 미래 사회 변화의 촉매제: 의료, 로봇 공학, 인공지능 분야의 혁신 그럼에도 불구하고, 이번 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과다. 앞으로 메타복 시스템과 같은 기술은 의료, 로봇공학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 뇌졸중이나 착수 손상 환자의 제활 치료, 인공지능 로봇 개발, 뇌 질환 연구 등에 활용될 수 있다. 특히, 메타복 시스템은 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 인간의 뇌는 정교한 정보 처리 시스템으로, 현재의 인공지능 기술로는 완벽하게 모방하기 어렵다. 하지만 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 통해 인간의 뇌 기능을 더욱 심층적으로 이해하고 이를 인공지능 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 인간과 기계의 융합이라는 새로운 시대를 앞당기는 중요한 발걸음이 될 것이다. 앞으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 어떻게 발전하고 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
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스타링크 등 거대 인공위성, 오존층 파괴 심화 우려
- 오존층을 파괴하는 산화알루미늄 농도가 향후 수십 년 동안 650% 증가할 수 있다는 최초의 연구 결과가 발표돼 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 대기권에 재진입하는 과정에서 연소되는 위성의 수가 급증하기 때문이라는 지적이다. 게다가 저궤도 위성 인터넷 등 최소 수백 개 이상의 위성 군단을 쏘아 올리는 민간 기업이 급증하고 있어, 지구의 보호막인 오존층에 더욱 나쁜 영향을 미치고 있다는 우려다. 이는 로스앤젤레스의 서던캘리포니아대학교(USC) 연구진이 수행한 것으로, 대기 중 오염 물질의 발생을 모델링하고, 예상되는 위성 수 증가에 따른 산화알루미늄 농도의 변화를 추정한 최초의 연구다. 연구 결과는 '지구물리학연구(Geophysical Research Letters)' 저널 최신호에 발표됐다. 연구진은 위성으로 인한 산화알루미늄의 농도가 증가하면 심각한 오존층 파괴가 발생하며, 오존층의 회복도 크게 방해받을 것이라고 경고하고 무엇보다 우선적으로 오존층을 복구해야 한다고 주장했다. 우주선 본체는 알루미늄으로 만들어지며, 이는 소각될 때 오존을 파괴하는 산화알루미늄을 발생한다. 오존층은 1980년대 에어컨 냉매와 에어로졸 스프레이에 프레온 가스(염화 플루오린화 탄소)를 광범위하게 사용하면서 파괴됐고, 그 결과 남극 대륙 상공 오존층에 큰 구멍이 뚫렸다. 그러나 1987년 프레온 가스 등 오존층 파괴 물질 사용을 금지한 몬트리올 의정서 덕분에 상황은 호전되고 있었다. 그러나 이번 연구 결과대로라면 오존층의 회복은 인간이 만든 인공위성의 위협으로 인해 심각하게 방해받게 된다. 수백에서 수천 개에 이르는 거대 위성 군단들이 특히 문제가 될 것이라는 진단이다. 연구는 분자동역학 시뮬레이션을 이용해 모형 위성 재진입 과정에서 생성되는 산화알루미늄의 양을 측정한 뒤, 향후 계획된 초대형 위성의 지구 궤도 재진입에서 만들어질 산화알루미늄의 양을 예측하는 방법으로 진행됐다. 연구팀은 지난 2022년 약 332톤의 노후 위성이 대기 중에서 연소됐으며, 그 과정에서 17톤의 산화알루미늄 입자가 생성되었다는 것을 발견했다. USC의 조셉 왕 교수는 “2016~2022년 사이에 대기 중 산화알루미늄 농도는 8배 증가했으며, 발사 및 재진입 위성의 수가 증가함에 따라 농도는 계속해서 더 높아질 것”이라고 말했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 현재 약 1만 2540개의 위성이 지구 궤도를 돌고 있으며 그 중 약 9800개가 작동 중이다. 앞으로 10년 후 위성 숫자는 10배 이상으로 늘어날 전망이다. 민간 기업이 저궤도 위성 인터넷 서비스를 위해 수만 개의 위성 군단 네트워크를 구축할 것이기 때문이다. 예를 들어 일론 머스크의 스페이스X가 제공하는 위성 인터넷 스타링크는 현재 6000개 이상의 위성 군단으로 구성돼 있으며, 총 4만 개의 위성을 발사할 계획이다. 원웹(OneWeb), 아마존(Amazon), 중국 프로젝트인 G60 및 궈왕(Guowang) 둥 여러 유사 프로젝트가 진행되고 있다. 이들 프로젝트가 모두 실현되면 2030년대까지 매년 최대 3200톤에 달하는 위성체가 대기권에서 소각될 것이다. 연구진은 이로 인해 연간 630톤의 산화알루미늄이 상층 대기로 방출돼 입자 농도가 최대 650% 증가할 수 있다고 추정했다. 지구를 보호하는 오존층의 대부분은 고도 15~30km의 성층권에 집중돼 있다. 오존은 자외선(UV)을 흡수함으로써 지구 생명체를 보호한다. 연구팀은 위성 연소로 인해 증가하는 산화알루미늄은 오존층에 치명적이라고 강조했다. 다른 오존층 파괴 물질과 달리 산화알루미늄 입자는 소멸되지 않고 오존 파괴를 유발한다는 것이다. 따라서 산화알루미늄은 오존층을 통과해 밑으로 내려올 때까지 계속 오존층을 파괴하며, 파괴 과정은 최대 30년이 걸릴 수 있다. 매년 인공위성보다 훨씬 더 많은 운석이 지구 대기권으로 유입되지만, 운석에는 알루미늄이 없기 때문에 오존층을 위협하지 않는다. 연구팀은 연구 결과의 환경 영향과 관련된 어떤 결론도 시기상조라고 말하고 더 많은 분석이 진행되어야 하며 이번 연구가 동력이 되기를 희망한다고 덧붙였다.
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스타링크 등 거대 인공위성, 오존층 파괴 심화 우려
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