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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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- IT/바이오
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구글 딥마인드, 탁구 로봇 개발…인간 제압할까?
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구글, 애플에 앞서 스마트폰 '음성 AI 비서' 정식 출시
- 구글이 친구처럼 자연스러운 대화가 가능한 음성 인공지능(AI) 비서(assistant) 기능을 탑재한 스마트폰을 출시했다. 구글이 AI기능을 탑재한 스마트폰 픽셀 2종과 이어폰을 내놓으면서 애플의 아성에 도전장을 던진 셈이다. 구글은 13일(현지시간) 미 캘리포니아주 마운틴뷰 본사에서 신제품 공개 행사 '메이드 바이 구글 2024'를 열고 자사의 최신 스마트폰 픽셀 9시리즈와 함께 이에 탑재될 자사의 인공지능(AI) 모델인 '제미나이'의 새 기능을 공개했다. 구글은 통상 새로운 스마트폰을 10월에 공개해 왔지만 올해는 이보다 두 달 앞당겼다. 다음 달 예정된 애플의 아이폰16 출시보다 먼저 시장에 선보인 것이다. 미국 경제 매체 CNBC 방송은 "구글의 제미나이 AI 비서 도입은 애플보다 먼저 AI를 탑재하겠다는 구글의 의지를 보여주는 것"이라고 분석했다. 구글은 자유롭게 대화할 수 있는 음성 AI 비서인 '제미나이 라이브'(Gemini Live)를 선보이고, 이날부터 픽셀폰 등 안드로이드폰에서 제공한다고 밝혔다. '제미나이 라이브'는 구글이 지난 5월 연례 개발자 회의에서 공개한 이용자와 대화가 가능한 음성 기능이다. 이용자는 주머니 속 도우미처럼 언제 어디서나 묻고 답할 수 있고, 손을 사용하지 않아도 되는 핸즈프리 기능도 지원한다. 챗GPT 개발사 오픈AI가 지난 5월 선보인 GPT-4o(포오)와 같은 AI 기능이다. GPT-4o가 시범 활용되고 있고, 애플도 내달 출시하는 아이폰16에 음성 비서 '시리'를 업그레이드할 것으로 예상되는 가운데 정식 출시는 구글이 처음이다. 향후 GPT-4o 및 시리와의 경쟁도 예고하고 있다. 이 기능은 이날부터 안드로이드폰에서 월 19.99달러의 구독 서비스인 '제미나이 어드밴스드' 가입자를 대상으로 영어로 우선 출시된다. 구글 픽셀폰은 한국에서는 출시되지 않지만, 삼성 갤럭시폰 이용자들은 '제미나이 어드밴스드' 가입시 영어 버전으로 이용할 수 있다. 구글은 앞으로 수 주안에 아이폰 이용자들도 '제미나이 어드밴스드'에 가입할 경우 이용할 수 있도록 하는 것은 물론, 더 많은 언어로도 확대 제공할 예정이라고 설명했다. 한국어 제공 시점은 밝히지 않았다. 제미나이 라이브 음성은 10가지로 제공돼 이용자가 선택할 수 있다. 제미나이는 또 스마트폰에서 이미 사용 중인 메모 앱 킵(Keep)이나 업무 관리 앱인 태스크(Tasks) 등 구글 앱이나 도구와 결합해 기능이 확대된다. 조만간 출시될 캘린더(Calendar) 확장 기능을 사용하면 슈퍼마켓 전단 사진을 찍고 품목별 할인 일정을 알려주는 알림을 추가할 수도 있다. 제미나이는 특히 안드로이드 이용자 환경에 더 잘 통합돼 문맥을 이해하고 이용자가 필요한 순간에 바로 도움을 제공한다고 구글은 설명했다. 전원을 길게 누르거나 "헤이(Hey) 구글"이라고 말하면 제미나이가 나타나 도움을 주고 이미지나 시청 중인 동영상에 대해 질문할 수도 있다. 제미나이가 생성한 이미지를 지메일이나 구글 메시지로 바로 보내 사용할 수 있는 등 구글 앱들과도 호환된다. 아마르 수브라만야 구글 제미나이 엔지니어링 부사장은 "제미나이 라이브는 궁극적으로 'AI 어시스턴트' 기능을 구현하기 위한 것"이라고 설명했다. 구글은 이날 이런 제미나이 기능을 구현할 새로운 스마트폰 픽셀9 시리즈도 공개했다. 기본형, 프로, 프로 XL과 함께 접을 수 있는 프로 폴드 등 4가지 모델로 출시된 픽셀9 시리즈는 업그레이드된 카메라와 35% 더 밝아진 화면으로 직사광선 아래에서도 더 잘 볼 수 있는 기능을 갖췄다. 구글은 이날 행사에서 밤에 사진을 찍었을 때 아이폰15보다 픽셀9으로 찍은 사진이 더 환하게 보이는 장면을 비교해 시연하며 애플을 저격했다. 픽셀9 시리즈는 구글이 개발한 최신 텐서 G4 프로세서와 16GB 메모리 램(RAM)이 탑재돼 AI 사용을 지원한다. 구글은 메모리 용량이 스마트폰에서 AI를 실행할 수 있는지를 결정하는 주요 요소라고 밝혔다. 아이폰의 경우 지난해 이후 출시된 버전에서만 자사의 AI 시스템 '애플 인텔리전스'가 실행될 예정이다. 이는 구형 아이폰에 탑재된 메모리 용량이 적기 때문으로 전문가들은 보고 있다. 픽셀9 시리즈에는 같은 위치에서 다른 사진을 찍고 AI를 사용해 두 사진을 혼합할 수 있는 '애드 미'(Add Me), AI를 이용해 이미지를 편집할 수 있는 '매직 에디터'(Magic Editor), 텍스트를 기반으로 이미지 배경을 바꿀 수 있는 '리매진'(Reimagine) 등 새로운 카메라 기능도 탑재됐다. 픽셀9 시리즈는 이전 모델보다 100달러 더 비싼 799달러부터 시작한다. 구글은 이전보다 화면이 더 커진 픽셀 워치3도 공개했다.
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구글, 애플에 앞서 스마트폰 '음성 AI 비서' 정식 출시
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[신소재 신기술(95)] 옥스포드대, '초박막 태양전지' 개발⋯에너지 패러다임 전환 예고
- 영국 옥스포드 대학교 물리학과 연구팀이 기존 실리콘 태양광 패널을 대체할 수 있는 초박막 태양전지 기술을 개발해 에너지 패러다임 전환의 가능성을 제시했다. 이 기술의 핵심은 햇빛에 노출된 물체 외부에 부착할 수 있는 초박막 태양전지 필름이다. 이 필름은 빛을 흡수하는 페로브스카이트를 여러 겹으로 쌓아 1미크론 두께로 제작됐다. 기존 실리콘 웨이퍼보다 150배 얇으면서도 5% 더 높은 에너지 효율을 자랑한다. 특히, 일본 산업기술종합연구소(AIST)의 엄격한 인증을 통과하며 27% 이상의 에너지 효율을 공식적으로 인정받았다고 AZO클린테크가 전했다. 연구팀은 이 기술을 통해 태양광 장치의 에너지 효율을 궁극적으로 45% 이상까지 끌어올릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한, 매우 얇고 유연한 필름 형태로 제작되어 건물, 자동차, 심지어 휴대폰 뒷면 등 다양한 일상 생활에서 사용되는 사물의 표면에 부착 가능하다는 점에서 건설 및 설치 비용 절감 효과도 기대된다. 이는 태양광 발전소 보급 확대와 지속 가능한 에너지 사용 증진에 기여할 것으로 전망된다. 연구팀의 준케 왕 박사는 "이번 기술은 태양 에너지를 가장 지속 가능한 재생 에너지원으로 만들면서 비용 절감까지 가능하게 할 것"이라며 기대감을 드러냈다. 이번 연구는 옥스퍼드 대학교 물리학과 헨리 스나이스 교수의 지도 아래 약 30명의 전문가가 참여했다. 이들은 약 10년 전부터 박막 페로브스카이트 기술 개발에 주력해왔다. 스나이스 교수는 "우리 실험실에서 시연된 태양광 소재 및 기술의 최신 혁신은 기존 건물, 차량 및 물체를 사용하여 더욱 지속 가능하고 저렴하게 태양 에너지를 생성하는 재료를 제조하는 새로운 산업을 위한 플랫폼이 될 수 있다"고 말했다. 한편, 페로브스카이트 소재는 5년 만에 에너지 효율이 6%에서 27%로 비약적으로 발전했지만, 습기에 취약하여 안정성이 떨어지는 문제가 남아있다. 그럼에도 불구하고, 태양 에너지 가격은 지난 10년간 90% 하락하며 경제성을 확보했고, 이는 전 세계 태양광 발전소 증가에 기여했다. 최근 미국과 구글 등이 태양 에너지 인프라 확대에 적극적으로 나서고 있는 가운데, 옥스퍼드 대학교의 이번 연구는 태양 에너지 시대를 앞당기는 촉매제 역할을 할 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(95)] 옥스포드대, '초박막 태양전지' 개발⋯에너지 패러다임 전환 예고
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로봇개, 러-우크라 실전 투입…고위험 임무 수행
- 배드 원(BAD One)'이라는 모델로 알려진 로봇개가 우크라이나 전선에 실전 투입된다. 로봇개는 우쿠라이나 군인을 대체해 러시아 참호를 감시하거나 지뢰를 탐지하는 등 위험한 임무를 수행하게 된다. AFP 등 외신에 따르면, 우크라이나 군은 알려지지 않은 비밀 장소에서 로봇개의 실전 투입을 테스트했다. 배드 원 모델은 시연하는 동안 고도의 민첩성을 보여주었으며, 명령에 따라 서 있거나 웅크리고, 달리거나 점프하는 등 적절하게 응답했다고 한다. 로봇개는 인력 부족에 시달리고 있는 우크라이나 군대에서 게임체인저가 될 수 있을 것이라는 기대도 나온다. 낮은 위치에서 움직이고, 탐지 장비로 거의 감지되지 않는 이 첨단 로봇개는 열 화상 센서를 사용해 전투 지역에서 적의 참호와 건물을 정찰한다. 로봇개를 공급하는 영국의 군사 장비 운영업체인 유리(Yuri)에 따르면, 전통적인 정찰 임무는 고도로 훈련된 군인이 수행하며 때로 상당한 위험에 직면하게 된다. 유리 측은 "정찰 임무에 파견되는 군인은 대부분 고도로 훈련받고 경험이 풍부한 고급 인력이지만, 이들은 항상 위험에 노출되어 있다"고 말했다. 로봇개는 정착 임무에서 군인이 맞닥트리는 위험을 줄이면서 작전 역량은 오히려 강화한다. 우크라이나 군에서의 로봇개 투입도 이를 노린 것이다. 로봇개의 배터리 수명은 약 2시간이다. 로봇개는 특히 지뢰와 같은 폭발 장치를 감지하도록 설계되었으며, 전장의 중요한 지역에 최대 7kg의 탄약이나 의약품을 운반하는 수송병의 역할을 수행할 수도 있다. 유리는 우크라이나에 배치된 로봇개의 정확한 수를 공개하지 않았다. 다만 우크라이나 군이 로봇개를 투입해 군사 작전에 상당한 영향을 미치고 군인의 안전을 크게 강화할 것이라고 말했다. 안전 장치도 추가됐다. 로봇개가 러시아 군의 손으로 넘어가면 비상 스위치를 통해 운영자가 모든 데이터를 지우게 된다. 민감한 정보가 적군에게 넘어가지 않고 안전하게 유지된다는 것이다. 로봇견은 영국의 익명의 회사를 통해 우크라이나에 공급됐다. 더 진보된 모델인 '배드 투(BAD Two)' 모델이 있지만, 이는 보안상의 이유로 시연 중에 공개되지 않았다. 한편 미 육군도 보다 효과적이고 파괴력 있는 군대를 만든다는 취지로 로봇개를 테스트했다. 육군은 침입 드론을 무력화하기 위한 솔루션을 개발하기 위해 인공지능(AI)으로 제어되면서 소총을 발사할 수 있는 로봇개 등 첨단 장비를 연구해 왔다.
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로봇개, 러-우크라 실전 투입…고위험 임무 수행
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오픈AI, 챗GPT에 '고급 음성 모드' 도입⋯가을부터 유료사용자 대상 확대 적용
- 오픈AI가 새로운 '고급 음성 모드'를 30일(현지시간)부터 배포하기 시작했다고 IT전문매체 더 버지와 CNN 등 다수 외신이 이날 보도했다. 기존 알렉사나 시리 같은 디지털 비서의 기계적인 음성과 달리, 챗GPT의 고급 음성 모드는 실제 사람의 목소리처럼 자연스럽고 생동감있게 들린다. 실시간 응답, 대화중 끼어들기에 대한 적응, 농담에 대한 웃음 반응, 사용자의 음성 톤을 통한 감정 상태 파악까지 가능하다. 챗GPT의 고급 음성모드 지원은 지난 5월 첫 시연 당시 스칼렛 요한슨의 목소리와 유사하다는 비판이 제기되자 안전상의 이유로 출시를 연기했다. 오픈AI는 당초 6월에 고급 음성 모드 출시를 계획했지만, 안전성 테스트와 실시간 응답 유지 등의 문제로 출시 시기를 한 달 미룬 것. 고급 음성 모드는 챗봇의 가장 강력한 버전인 ChatGPT-4와 함께 작동하며, 30일부터 유료 사용자를 대상으로 점진적으로 출시될 예정이다. 먼저 소수의 챗GPT 플러스( ChatGPT Plus) 가입자들에게 제공되며, 올가을에는 모든 플러스 사용자에게 확대 적용될 계획이다. 챗GPT의 고급 음성 모드 도입은 오픈AI에게 중요한 전환점이 될 수 있다. 단순한 AI 챗봇에서 벗어나, 사용자들이 친구와 대화하듯 자연스러운 음성 대화를 나눌 수 있는 가상 개인 비서로 발돋움할 수 있기 때문이다. 이러한 편리성은 사용자들의 챗GPT 이용 빈도를 높이고, 애플, 아마존 등 기존 가상 비서 시장에 도전장을 내밀 수 있는 계기가 될 것이라고 CNN은 진단했다. 그러나 더욱 발전된 음성 모드 도입은 몇 가지 의문점을 제기한다. '챗GPT가 사용자의 발화를 정확하게 이해할 수 있을까?', '특히 발음이나 억양이 다를 경우에도? 또한, 사람처럼 말하는 AI 비서에게 사용자들이 더욱 맹목적으로 의존하게 되는 것은 아닐까? 특히 AI가 잘못된 정보를 제공할 때도 말이다. 그러나 고급 음성 모드 도입에도 챗GPT가 사용자가 말하는 의도를 정확하게 이해할 수 있을지, 특히 발음이나 억양이 다른 문제를 어떻게 받아들일지, 또는 사람처럼 말하는 AI 비서에게 사용자들이 더욱 맹목적으로 의존하게 되는 것은 아닌지, 특히 AI가 잘못된 정보를 제공할 경우 등의 여러 가지 우려가 제기됐다. 최근 몇 달 동안 오픈AI는 100명 이상의 테스터를 대상으로 AI 모델의 음성 기능을 시험하며 잠재적인 약점을 파악했다. 이들은 총 45개 언어를 사용하며 29개 지역에 분포되어 있다고 이날 발표에서 밝혔다.
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오픈AI, 챗GPT에 '고급 음성 모드' 도입⋯가을부터 유료사용자 대상 확대 적용
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[신소재 신기술(83)] 강도 조절 착용형 로보패브릭, 드론·의료기기 활용 기대
- 필요에 따라 강도가 350배까지 증가하는 특수 패브릭(직물)이 개발됐다. 싱가포르 냔양공대(NTU) 연구팀이 의료 기기와 드론, 로봇 팔 등 소프트 로봇에 활용 가능한, 필요에 따라 강도를 조절할 수 있는 직물 '로보패브릭(RoboFabric)'을 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 로보패브릭은 기하학적인 디자인과 3D 프린팅, 로봇 제어 기술을 결합하여 탄생했다. 특허 출원중인 로보패브릭 기술 천산갑과 아르마딜로의 비늘 등 자연에서 영감을 얻어 개발됐다고. 수석과학자인 난양대 기계항공공학부 왕이판 교수는 "문어의 모양 변형과 강성 변화처럼 동물이 복잡한 구조를 통해 팔다리에 다양한 기능을 부여하는 데서 영감을 받았다"고 말했다. 이 기술은 3D 프린팅된 타일들을 금속 섬유 또는 외부 연성 케이스를 통해 연결하고, 금속 섬유가 수축하면 타일들이 맞물려 견고해지는 원리를 활용했다. 이를 통해 로보패브릭 강성은 350배 이상 증가하며, 강도와 안정성이 향상된다. 로보패브릭은 의료 기기 외에도 구조 로봇이나 탐사 로봇 등 로봇 공학에도 적용될 수 있다. 연구팀은 로보패브릭을 활용해 무거운 짐을 들때 도움을 줄 수 있는 팔꿈치 지지대와 파킨슨병 환자의 손떨림 완화, 일상 활동에서 관절 안정에 도움을 줄 수 손목 지지대 시제품을 제작했다. 또한 연구팀은 얇고 물결 모양의 타일로 만들어진 작은 로봇을 시연했다. 로보페브릭은 진공 상태에서는 단단해지고, 진공이 해제되면 부드러워진다. 이같은 로보패브릭의 특성 때문에 이 직물로 제작된 로봇은 벌레처럼 기어오르거나 물속에서 헤엄치면서 작은 짐을 운반하거나, 딱딱한 껍질을 형성해 깨지기 쉬운 불건을 보호할 수 있다. 이러한 기능은 복잡한 지형에서 이동하고, 필요에 따라 보호 기능을 제공해야 하는 탐사 로봇이나 구조 로봇에게 매우 중요하다. 이번 연구 결과는 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)' 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(83)] 강도 조절 착용형 로보패브릭, 드론·의료기기 활용 기대
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[신소재 신기술(80)] 예일대, 팔 다리 절단 등 자유롭게 변형 가능한 로봇 개발
- 예일(Yale) 대학이 도마뱀이 스스로 꼬리를 자르는 것과 같이 자가 절단 기능을 갖춘 로봇이 개발했다고 발표하고 그 결과를 홈페이지에 공개했다. 예일대 연구팀이 개발한 로봇은 스스로 팔을 분리하거나 자유자재로 융합한다. 영화 '트랜스포머' 정도까지는 아니지만, 자신의 형태를 스스로 바꾸는 로봇은 오랫동안 로봇 공학계의 혁신적인 단계로 여겨져 왔다. 예일대 패브래토리(Faboratory) 로봇공학팀이 소프트 로봇 분야에서 이 같은 변신 로봇을 개발한 것은 사실상 이번이 처음이다. 연구팀은 "새롭지만 가능성이 희박했던 자가 절단 및 팔다리 재부착 기능을 적용해 성공했다"고 밝혔다. 도마뱀 등 일부 동물은 포식자를 피하고 살아있는 다리를 유지하기 위해 꼬리를 자르는 것의 이점을 입증했지만, 소프트 로봇이 사지 절단 가능이라는 새 챕터를 연 것은 이번이 처음이다. 도마뱀은 공학계에서도 연구 대상이었다. 포식자를 피하고 생명을 유지하기 위해 꼬리를 자르는 장점을 활용하자는 구상이었다. 붕괴된 건물 등 위험 환경에서 움직이는 로봇이 최우선 적용 대상이었다. 이번에 개발된 로봇도 그 일환이다. 연구팀은 새로 개발된 소프트 4족 로봇의 기능을 동영상으로 통해 시연했다. 동영상을 보면 로봇은 전류로 가열되는 가역적 관절 시스템을 선보이며, 자신의 팔다리를 스스로 절단해 함정으로부터 탈출하는 데 성공했다. 잘려진 팔다리는 나중에 다시 부착해 정상적으로 가동할 수 있었다. 로봇에 적용된 핵심 기술 중 하나는 점착성 고분자를 지지하는 새로운 소재인 2연속 열가소성 폼(BTF)이다. 이 조합을 사용하면 로봇의 구조적 무결성을 잃지 않으면서 관절을 녹이고 분리하며, 다시 연결해 현장에 투입할 수 있다. 사지 자가 절단 외에도 개발된 로봇은 서로 합쳐서 장애물을 극복할 수 있다. 연구진이 공개한 또 다른 동영상에서는 테이블 사이의 틈새를 건너지 못하는 단일 로봇이 다른 로봇과 합체해 더 큰 로봇으로 변신, 장애를 해결한다. BTF와 끈적이는 폴리머의 새로운 조합은 유연하면서도 강력한 연결 기능을 제공한다. 연결된 로봇은 내구성이 뛰어난 것으로 판명됐으며, 여러 번의 분리 및 재부착에도 문제가 발생하지 않아 소프트 로봇공학에 새로운 가능성을 열어주었다고 한다. 연구팀은 이런 로봇 기술이 자율 절단 및 상호 융합을 통해 형태 변화가 다양하게 가능한 로봇 개발로 이어질 수 있다고 밝혔다. 로봇공학의 혁명적인 변화를 예고하는 것이라고. 형태를 바꾸는 로봇은 로봇 공학의 혁명적인 단계로 여겨져 왔다. 그 꿈은 점점 현실화되고 있다. 로봇 기술의 도약은 로봇이 예측할 수 없고 익숙하지 않은 환경에서 원활하게 작동할 수 있는 세계로 더 가까이 다가가도록 만들어주고 있다. 언젠가 트랜스포머의 옵티머스 프라임이 실제로 등장할 지도 모른다.
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[신소재 신기술(80)] 예일대, 팔 다리 절단 등 자유롭게 변형 가능한 로봇 개발
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피규어 휴머노이드 로봇, 미국 BMW 공장에서 자동차 조립 기술 선봬
- 휴머노이드 로봇 개발 스타트업 피규어(Figure)가 사우스캐롤라이나주 스파르탄버그에 소재한 BMW 공장에서 로봇을 투입해 자동차 생산을 시작했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 피규어는 지난 1월 BMW와 차 생산에 휴머노이드 로봇을 배치하기로 하는 최초의 상용화 계약을 체결했다. 피규어는 이와 관련, BMW 조립 공정에 투입돼 작업을 수행하는 휴머노이드 로봇을 촬영한 동영상을 공개했다. 동영상에서 휴머노이드 로봇은 완전히 자율적으로 움직이며 동영상에서 나타나는 로봇의 모든 조작은 픽셀을 행동에 직접 매핑하는 신경망에 의해 구동된다. 움직일 대상 이미지를 수신해 이를 손의 동작으로 매핑한 후 작업으로 이어지는 것이다. 수개월 전, 메르세데스-벤츠 역시 앱트로닉(Apptronik)의 아폴로 로봇을 사용해 부품 가져오기와 운반과 같은 간단한 작업을 수행하면서 사람들의 노동 부담을 덜어주었다고 발표한 바 있다. 피규어 로봇은 이보다 한 단계 진보된 동작과 작업을 보여주고 있다. 로봇 정밀도 향상 피규어의 휴머노이드 로봇은 판금 취급, 차체 작업장 운영, 창고 감독 등 광범위한 제조 작업을 수행할 수 있다고 한다. 전기로 작동되는 이 로봇은 높이 1.6m, 무게 60kg, 탑재량 20kg이며, 한 번 충전으로 5시간 동안 작동한다. 영상에서 로봇은 1cm 미만의 공차(기계부품 등을 제작할 때 설계상의 치수에 대해 실제에서 허용되는 범위의 오차) 내에서 판금을 정확하게 배치하는 정밀도를 보여주었다. 영상은 또 로봇이 정상 속도로 작동하는 상황에서 수행되는 기능을 보여주고 있으며, 신경망이 픽셀을 동작에 직접 매핑하여 모든 조작을 유도하는 방법을 강조해 설명하고 있다. 피규어는 이 로봇이 공장에 배치되면서 12~24개월 동안 훈련을 받을 것이며, 교육 기간이 끝나면 각 작업에 필요한 정확한 기술을 갖추고 공장에 투입될 것이라고 밝혔다. 로봇 신경망은 카메라로 들어온 이미지 픽셀을 로봇 동작으로 변환하여 객체 조작을 가능하게 한다. 피규어의 신경망은 로봇의 카메라를 통해 10Hz로 이미지를 수신해 처리하고, 200Hz에서 24DOF 동작(손목 자세 및 손가락 관절 각도)을 생성한다. 여기에는 피규어와 협력하고 있는 오픈AI의 비전 언어 모델이 들어갔다. 홈페이지 설명에 따르면 피규어에는 현재 오픈AI를 비롯해 베조스, 엔비디아 등이 투자하고 있으며, 투자 때 평가받은 회사 가치는 무려 26억 달러에 이른다. 인력 자동화의 미래 피규어의 목표는 10억 유닛의 휴머노이드 로봇을 관리할 수 있는 글로벌 모델을 만드는 것이다. 회사는 미국에만 약 1000만 개의 불안전한 일자리가 있다고 지적하고 이를 휴머노이드 로봇이 대체할 수 있다고 말한다. 또 인구의 노령화는 인력 수급을 악화시켜 노동력 공급 정체로 이어질 것이다. 지속적인 성장을 위해 더 많은 자동화가 필요하며 이를 휴머노이드 로봇이 해결할 수 있다는 것이다. 지난 2022년 브렛 애드콕(Brett Adcock)이 설립한 피규어는 보스턴 다이내믹스, 테슬라, 구글 딥마인드, 아처항공 등에서 우수 인력을 유치해 빠른 속도로 기술을 개발, 휴머노이드 로봇을 탄생시켰다. 회사의 로봇은 개념에서 상용화로 전환됐으며, 2023년 중반까지 기본적인 자율 기능을 시연했다. 지난해 말까지는 적응형 학습 능력 향상이 이루어졌고, 올 1월에는 BMW와의 상용화 계약이 성사됐다. 한편, 여러 자동차 제조업체들이 차 생산에 투입하기 위해 휴머노이드 로봇을 연구하고 있다. BMW, 메르세데스-벤츠와 함께 혼다 및 현대자동차는 조립 라인에서 반복적이고 위험한 작업을 자동화하기 위해 수년 동안 로봇을 실험해 왔다.
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피규어 휴머노이드 로봇, 미국 BMW 공장에서 자동차 조립 기술 선봬
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영국 스타트업, 5분 만에 충전 가능한 EV 배터리 기술 개발
- 영국의 스타트업이 5분 만에 충전이 거의 완료되는 전기자동차(EV) 배터리 신기술을 개발했다고 발표했다. 1일(현지시간) 미국 CNN 방송에 따르면 영국 케임브리지에 본사를 둔 배터리 업체 니오볼트(Nybolt)는 지난주 공개한 첫 번째 라이브 시연에서 4분30초만에 배터리 충전율을 10%에서 80%로 올리는 새 리튬 이온 배터리를 공개했다. 이 배터리 용량은 35kWh로, 일반 전기차에 들어가는 85kWh에 비해 작다. 그러나 앞으로 더 큰 용량 배터리에도 이 기술이 적용될 것으로 보인다. 충전 시간은 테슬라 급속충전기인 슈퍼차저를 이용해 전기차를 충전하는 데 걸리는 시간인 20분보다 훨씬 빠르다. 이는 내연기관 차량이 연료를 채우는데 평균적으로 소요되는 2분에 더 가깝다. 니오볼트의 사이 시바레이 공동 설립자 겸 최고경영자(CEO)는 성명에서 "영국과 미국에서 진행한 광범위한 연구를 통해 확장 가능한 새로운 배터리 기술을 개발했다"면서 "우리는 현재 불가능하거나 불가능한 것으로 여겨지는 새로운 제품과 서비스의 전기화를 가능하게 하고 있다"고 말했다 니오볼트의 기술은 케임브리지 대학교 배터리 과학자인 클레어 그레이(Clare Gray)물리학자와 케임브리지 출신의 시바레디 CEO가 주도한 10년 간의 연구를 바탕으로 구축되었다고 회사측은 설명했다. 클레어 그레이는 기존 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 고체 전지 개발의 선구자로 리튬 이온 배터리의 성능을 향상사키기 위한 연구를 진행하고 있다. 배터리 수명에 크게 영향을 미치지 않고 초고속 충전이 가능하도록 한 신기술의 핵심은 배터리가 열을 덜 발생시키도록 한 설계다. 신기술은 또 과열로 인한 화재나 폭발 위험도 줄여준다. 니오볼트는 현재 전기차 제조업체 8개 사와 배터리 납품을 협의 중이라고 밝혔다. 충전 시간이 오래 걸리는 것은 시중의 전기차 보급 확산에 주요 걸림돌이기 때문에 이 기술이 산업 현장에 적용되면 전기차 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 시바레디 CEO는 "우리는 배터리 충전 시간을 내연기관 차의 주유 시간과 같게 만드는 것을 목표로 테슬라나 다른 주요 제조업체와 협력하고자 한다"고 말했다. 그럼에도 불구하고 이 배터리의 대량생산은 아직 불확실하는 게 업계의 지적이다. 컨설팅 회사 P3의 전기차 전문가 윌리엄 케프하트 엔지니어는 "니오볼트가 개발한 종류의 전기차 배터리는 회사가 밝힌 것처럼 '이론상으로는' 빠르게 충전될 수 있지만 문제는 대량생산"이라고 밝혔다. 니오볼트의 배터리에서 중요한 화학 원료가 희토류인 니오븀이다. 니오븀은 지난해 전 세계에서 채굴량이 9만4500t에 불과했다. 리튬 이온 배터리의 음극재로 많이 쓰이는 흑연이 2023년에 180만t 생산된 것과 비교하면 극히 적은 양이다. 케프하트는 "니오븀 배터리 기술에 대해 현재 알 수 없는 것들이 많이 있다"면서 "산업이 발전하면 문제가 해결되겠지만 아직은 업계에 적용할 수 있는 기술로 평가되지 않고 있다"고 말했다. 게다가 미국과 유럽 등 세계 여러 나라에서 EV 판매를 가로 막는 요인중 하나로 소위 '주행 불안'이 있다. 주행 불안이란 차량 배터리가 목적지에 도달하기 전에 충분한 충전량이 없을 수 있다는 우려로 특히 장거리 주행 시 더욱 심각하다. 전기차 배터리 용량을 증대하거나, 고속도로 휴게소 혹은 도심 주요 거점 등에 급속 충전소를 늘려 충전 시간을 단축하는 방안 등이 주행 불안을 낮추는 방법이 될 수 있다.
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- 산업
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영국 스타트업, 5분 만에 충전 가능한 EV 배터리 기술 개발
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중국 AI 기반 로봇, 만리장성 등정…휴머노이드 로봇 보행 테스트 최초 실시
- 최근 휴머노이드 로봇(인간의 신체를 닮은 로봇) 분야 기술 개발이 빠르게 진행되면서 관련 산업이 눈부시게 발전하고 있다. 휴머노이드 로봇은 사람이 수행하는 다양한 작업에 탁월한 능력을 보여 주며, 가정용 및 산업용 모두에 매우 효과적이라는 게 입증되고 있다. 중국에 본사를 둔 스타트업 로봇 에라(Robot Era)가 자사의 휴머노이드 로봇으로 만리장성을 등반하는 보행 테스트를 최초로 실시해 주목받았다고 전문 매체인 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 로봇 에라가 공개한 유튜브 동영상에서는 신장 165cm로 인간의 신체와 비슷한 실제 크기의 휴머노이드 로봇 프로토타입 엑스봇-L(XBot-L)이 만리장성을 걷고, 사람들에게 인사하고, 무술 동작을 선보이고, 기타 다양한 동작을 수행하는 모습을 보여주고 있다. 로벳 에라 개발팀은 이번 테스트에서 엑스봇-L의 지각 강화 학습 AI 알고리즘을 실증하고, 강화된 운동 능력, 민첩성 및 자체 균형 조정 기능 등을 시연하는 것을 목표로 했다고 밝혔다. 운동을 위한 지각 알고리즘 만리장성의 풍화된 돌담, 울퉁불퉁한 포장도로, 어두운 아치형 입구 등은 이족보행 휴머노이드 로봇에게는 쉽지 않은 도전이다. 바퀴 달린 로봇이나 휴머노이드 로봇은 일반적으로 고르지 않은 지형이나 계단의 움푹 들어간 곳에서 곧잘 넘어진다. 울퉁불퉁한 표면에서 적응하는 능력이 부족해 당연히 이동이 어렵다. 동영상에서 보인 엑스봇-L은 만리장성에서 짧은 거리만 주행한 것으로 보인다. 자세히 보면 만리장성을 걷는 동안 몇 번 넘어졌을 가능성도 높다. 그러나 엑스봇-L이 고급 지각 강화 학습(RL) 알고리즘을 통해 장애물을 극복하는 모습은 긍정적이다. 휴머노이드 로봇은 이러한 혁신이 있어야 주변 환경을 느끼고, 균형을 유지하며, 걷는 속도와 단계를 조정하고, 까다로운 조건에서도 활동할 수 있다. 로봇 에라의 설립자 유이 시 대표는 “지각적인 RL 알고리즘은 익숙하지 않은 지형에서 로봇의 지각력과 의사 결정 능력을 강화할 수 있다. 로봇은 복잡한 도로 상황을 인식하고 적시에 보행 자세를 조정하며 적응할 수 있다”고 말했다. 로봇 에라는 이와 관련, AI 구현 애플리케이션 전용으로 설계된 손재주 뛰어난 엑스핸드(Xhand)도 최근 공개했다. 휴머노이드 로봇과 통합해 기능성을 대폭 확장한다는 계획이다. 로봇시대의 스마트한 발전 로봇 에라는 베이징 소재 칭화대학교 정보과학 연구소에서 인큐베이팅돼 탄생한 회사다. 회사는 웹사이트에서 고유 액추에이터 등 자체 기술에 기반한 휴머노이드 로봇 본체를 개발했으며, 일반 지능 분야에서 상당한 진전을 이루었다고 밝히고 있다. 이에 따르면 엑스봇-L은 자체 개발한 높은 토크의 모듈형 조인트(관절)와 통합 구조 설계를 특징으로 한다. 고강도 합금, 탄소섬유, 엔지니어링 플라스틱 등 첨단 소재를 사용해 로봇의 강도와 안정성을 높이는 동시에 매력적인 외관을 유지했다고 회사 측은 설명했다. 지능 측면에서 로봇 에라는 생성형 AI의 핵심인 대규모언어모델(LLM)과 고급 힘 제어 알고리즘을 로봇에 통합했다. 회사에 따르면 이런 기술을 통해 로봇 제품군은 높은 동적 성능을 발휘하고 인간을 더 잘 이해하며 대중에게 효과적으로 서비스를 제공할 수 있다. 인식 알고리즘 없이 계단을 오르내리도록 설계된 일부 다리 달린 로봇과 달리 로봇 에라의 휴머노이드 로봇은 환경의 실시간 변화를 파악하고 경로를 따라 장애물을 인식하도록 설계됐다. 시 대표는 "다른 제품과 달리 우리 로봇은 복잡한 표면에서 더 나은 이동성과 안정성을 보여준다"고 재차 강조했다. 그러나 엑스봇-L이 새로운 로봇 공학 스타트업에게는 인상적이지만, 중국의 로봇 대기업 유니트리(Unitree)나 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 아틀라스 휴머노이드 로봇의 신속함과 유연함을 따를 수 있을 지는 의문이라는 지적도 나온다.
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중국 AI 기반 로봇, 만리장성 등정…휴머노이드 로봇 보행 테스트 최초 실시
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우주정거장에서 최초로 금속 3D 프린팅 성공
- 국제우주정거장(ISS)에서 처음으로 금속 3D 프린팅에 성공했다고 ESA(유럽우주국)이 홈페이지를 통해 공개했다. 액화 스테인리스 스틸에 3D로 증착된 S-커브(사진)는 우주 궤도 내에서의 제조에 있어서 거대한 도약을 의미한다. ESA는 이것이 ESA의 콜럼버스 연구소 모듈에 탑승해 진행된 ISS에서의 최초의 금속 3D 프린팅이라고 밝혔다. ESA 기술 책임자 롭 포스테마(Rob Postema)는 "증착된 이 S-커브는 ESA의 금속 3D 프린터의 시운전을 성공적으로 마무리한 테스트 작품"이라고 말했다. 그는 "첫 번째 3D 프린팅의 성공으로 우리는 가까운 시일 내에 전체 부품을 프린팅할 수 있게 되었다”라며 “프린팅 작업을 현장에서 감독한 프랑스 카드모스(CADMOS: 프랑스 국립 우주연구센터 CNES의 R&D 센터) 내 사용자 지원 센터인 에어버스 방위 및 우주 SAS(Airbus Defense and Space SAS)의 산업 팀과 ESA 팀의 공동 노력으로 이룬 성과였다“고 설명했다. 컨소시엄을 이끈 에어버스 팀의 세바스찬 지롤트는 "ISS에서 만들어진 최초의 금속 3D 프린팅의 품질은 우리가 생각한 것 이상으로 좋았다"고 평가했다. 금속 3D 프린터 기술을 시연하기 위한 기기는 에어버스의 산업 팀에 의해 개발됐다. 에어버스는 ESA의 인간 및 로봇 탐사국과 계약을 맺고 프로젝트에 공동 자금을 지원했다. 개발된 시연기는 지난 1월 ISS에 도착했다. ESA 우주비행사 안드레아스 모겐센은 ESA의 콜럼버스 모듈의 일부인 유러피언 드로우랙 마크 II(European Draw Rack Mark II)에 약 180kg의 탑재체(페이로드)를 설치했다. 금속 3D 프린터의 디자인은 고출력 레이저에 의해 가열돼 프린팅 영역에 공급되는 스테인리스 스틸 와이어를 기반으로 한다. 고출력 레이저는 표준 레이저 포인터보다 약 100만 배 더 강력하다. 고출력에 의해 와이어 끝이 녹아서 인쇄물에 금속이 추가된다. 프린팅 과정은 전적으로 현장에서 관리 감독된다. 탑승한 승무원들이 해야 할 일은 인쇄가 시작되기 전에 질소와 배기 밸브를 여는 것뿐이다. 안전상의 이유로, 프린터는 완전히 밀봉된 상자 안에서 작동해 과도한 열이나 연기가 빠져나가는 것을 방지한다. 이후 후속 실물 크기의 3D 프린팅을 위해 네 가지 모양이 선택되었다. 이는 나중에 지구로 가져와 일반 중력 아래 지상에서 만들어진 참조 프린트물과 비교 분석을 거치게 된다. ESA의 기술, 엔지니어링 및 품질국은 프린팅된 부품 중 두 개는 네덜란드 ESTEC(유럽우주연구기술센터)의 재료 및 전기 부품 연구소로 보내져 분석을 거치게 되며, 장기간의 미세 중력이 금속 재료의 프린팅에 어떤 영향을 미치는지를 연구하게 될 것이라고 밝혔다. 나머지 두 개는 유럽 우주비행사 센터와 덴마크 기술대학교(DTU)로 보내질 예정이다. 미래 우주 개발을 위한 ESA의 목표 중 하나는 순환형 우주 경제를 창출하고 궤도에서 재료를 재활용해 새로운 도구나 구조물로 용도 변경하는 등 자원을 더 잘 활용할 수 있도록 하는 것이다. 이 금속 3D 프린터를 적절히 발전시키고 활용하면 로켓에 도구를 실어 우주로 쏘아 보낼 필요가 없어지고 우주 비행사들이 우주 궤도에서 필요한 부품을 직접 프린팅해 생산할 수 있게 될 것으로 기대된다.
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우주정거장에서 최초로 금속 3D 프린팅 성공
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드림 체이서 우주선, 국제우주정거장 발사 앞두고 플로리다 도착…세계 첫 상업용 우주선
- 지구 저궤도 위성의 상업적 활용을 확대한다는 나사(NASA) 전략의 일환으로, 시에라 스페이스(Sierra Space)의 무인 우주선이 국제우주정거장으로의 발사를 앞두고 플로리다주에 있는 나사 케네디 우주센터에 도착했다. 22일(현지시간) 나사 홈페이지에 따르면 테나시티(Tenacity)라는 이름의 드림 체이서(Dream Chaser) 우주선은 오하이오주 샌더스키에 소재한 나사의 닐 암스트롱 시험시설에서 기후 제어 운송 컨테이너를 타고 18일 케네디 우주센터에 도착했으며, 지난 11일 이미 도착한 슈팅 스타 화물 모듈에 합류했다. 케네디 센터에 도착하기 전 우주선과 화물 모듈은 나사의 실험 시설에서 우주선 발사 및 대기권으로의 재진입 시 일어날 수 있는 진동 테스트를 받았다. 진동 테스트 후 모듈은 나사의 우주 추진 시설로 이동, 낮은 주변 압력과 화씨-150(섭씨 약 -101도)~300도(섭씨 약 149도)의 극한 온도에 노출하는 시험도 시행했다. 케네디에 도착한 드림 체이서 테나시티 우주선은 우주시스템 시설 내 고층으로 이동, 올해 하반기로 예정된 발사에 앞서 최종 테스트와 발사 전처리를 받게 된다. 우주선은 ULA(United Launch Alliance)의 벌칸 로켓을 타고 케이프커내버럴 우주 기지의 스페이스 론치 콤플렉스-41에서 발사돼 7800파운드(약 3538kg)의 화물을 궤도상의 연구소에 전달할 예정이다. 케네디 센에서의 비행 전 잔여 실험은 음향 및 전자기 간섭 및 호환성 테스트, 우주선의 열 보호 시스템 작업 완료 및 최종 페이로드 통합 등이다. 드림 체이서는 길이 30피트(9.144m), 폭 15피트(4.572m)의 승강체 디자인의 우주선이다. 독특한 날개 디자인으로 화물을 지구 저궤도로 수송할 수 있으며, 나사의 우주왕복선처럼 활주로에 착륙하는 능력을 갖고 있다. 15피트짜리 슈팅 스타 모듈은 내부적으로 최대 7000파운드의 화물을 운반할 수 있으며 3개의 비 가압 외부 페이로드 마운트를 갖추고 있다. 부분적으로 재사용 가능한 운송 시스템은 지구 저궤도에서의 상업용 재공급 서비스를 확대하려는 나사 전략의 핵심 중 하나다. 이를 통해 우주정거장까지 최소 7회의 화물수송 임무를 수행할 예정이다. 향후 임무는 최장 75일간 지속되며, 최대 1만 1500파운드( 6804kg)의 화물을 운반할 수 있다. 드림 체이서 우주선은 재사용이 가능하고 최대 3500파운드(약 1587kg)의 화물을 지구로 가져올 수 있다. 다만 슈팅 스타 모듈은 재진입 중에 버려져 소각된다. 각 임무마다 최대 8500파운드(약 3855kg)의 쓰레기를 처리하게 된다. 미래 나사의 재보급 임무를 수행하기 위한 과정의 일환으로, 나사와 시에라·스페이스는 저궤도에 진입한 우주선을 실제로 테스트할 예정이다. 드림 체이서 테나시티는 우주정거장에 접근하면서 자세 제어, 병진 및 중지 기능을 입증하는 일련의 시연을 수행할 예정이다. 기동성 시연을 마치면 우주정거장 우주비행사들은 카나담2(Canadarm2) 로봇 팔을 사용해 우주선을 잡고 지구를 향한 포트에 도킹한다. 우주선은 궤도상의 실험실에 약 45일간 머무른 후 우주정거장에서 지구로 향해 케네디 우주 시설로 다시 돌아온다. 착륙 후 시에라 스페이스는 필요한 검사를 하기 위해 드림 체이서를 처리 시설로 되돌려 나머지 나사 화물을 하역하고 다음 임무를 준비하는 프로세스를 시작한다.
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드림 체이서 우주선, 국제우주정거장 발사 앞두고 플로리다 도착…세계 첫 상업용 우주선
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[퓨처 Eyes(37)] 양자 컴퓨팅, 초순수 실리콘 개발로 큰 도약
- 과학자들이 실리콘 동위원소 제거를 통해 정제된 초순수 실리콘을 만들어 양자 컴퓨팅 구현에 한 발 더 다가섰다. 최근 영국과 호주의 과학자들이 고성능 큐비트 장치를 구성할 수 있는 초순수 실리콘을 생산해 양자 컴퓨팅 발전에 새로운 가능성을 열었다고 어스닷컴과 인디펜던스 등 다수의 외신이 보도했다. 이번 연구는 호주 멜버른 대학교와 영국 맨체스터 대학교의 첨단 전자 재료 그룹이 주도했다. 실리콘은 전자 제품과 컴퓨팅에서 매우 중요한 소재로, 반도체 기술의 동의어처럼 사용된다. '실리콘 밸리'라는 지명도 실리콘의 중요성을 반영한다. 실리콘은 다양한 조건에서 전기를 전도하도록 만들 수 있으며, 지각에서 두 번째로 풍부한 원소로 쉽게 구할 수 있는 장점이 있다. 지난 수십 년 동안 실리콘은 컴퓨터의 엄청난 확장을 촉진했지만, 실리콘의 순도 문제는 슈퍼컴퓨터 등 고급 시스템에서 제한 요소로 작용했다. 실리콘은 자연 상태에서 실리콘-28(Si-28), 실리콘-29(Si-29), 실리콘-30(Si-30) 등 세 가지 안정적인 동위원소로 존재한다. Si-28은 전체 실리콘의 약 92.23%를 차지하며, Si-29는 약 4.67%, 희귀한 Si-30은 약 3.10%를 차지한다. 이번 연구의 공동 감독자인 데이비드 제이미슨 교수는 "자연적으로 발생하는 실리콘은 대부분 Si-28이지만, 약 4.5% 존재하는 동위원소 Si-29가 문제를 일으킨다"고 지적했다. 그는 "실리콘-29는 각 원자의 핵에 여분의 중성자가 있어 작은 불량 자석처럼 작용해 양자 일관성을 파괴하고 컴퓨팅 오류를 일으킨다"고 설명했다. 연구팀은 이온 주입기를 사용해 컴퓨터 칩에 Si-28 빔을 발사해 Si-29의 불순물을 제거했다. 그 결과 Si-29 함량이 4.5%에서 0.0002%로 감소했다. 제이미슨 교수는 "이온 주입기를 조정해 실리콘을 이 수준으로 순수하게 정제할 수 있다"고 밝혔다. 이번 연구를 주도한 리처드 커리 교수는 "이 획기적인 발전으로 양자 컴퓨팅을 구축하는 작업이 상당히 가속화될 것"이라고 말했다. 커리 교수는 "우리는 실리콘 기반 양자 컴퓨터를 구성하는 데 필요한 중요한 ‘벽돌’을 효과적으로 만들었다"라고 비유하면서, "이 기술은 인류를 변화시킬 잠재력을 가진 기술(양자 컴퓨팅)을 실현 가능하게 만드는 중요한 단계"라고 덧붙였다. 이번 발견은 과학 학술지 커뮤니케이션 머티리얼스-네이처에 게재됐다. 양자 컴퓨터는 큐비트 수가 많을수록 더 강력하지만, 오류에 더 취약하다. 양자 컴퓨팅의 구성 요소인 큐비트는 매우 민감하여 안정적인 환경이 필요하기 때문이다. 온도 변화 등 환경의 아주 미세한 변화도 컴퓨터 오류를 일으킬 수 있다. 다시 말하면, 양자 컴퓨터는 양자 물리학의 무한한 영역을 활용해 일반 컴퓨터가 할 수 없는 일을 수행할 수 있다. 그러나 정보를 처리하고 저장하는 양자 비트(큐비트)는 미세한 온도 변동이나 실리콘 불순물과 같은 사소한 간섭으로 인해 '일관성'을 잃을 수 있다. 그로 인해 오늘날 과학자들이 사용하는 양자 컴퓨터는 절대 온도(-273도)에 가까운 냉장고에 넣어 두는 경우에만 오류 없이 작동할 수 있다. 큐비트는 중첩과 얽힘 같은 고유한 특성을 가지며, 이를 통해 많은 계산을 병렬로 수행할 수 있다. 하지만 큐비트는 환경에 매우 민감하여 쉽게 양자 상태를 잃을 수 있다. 이를 디코히어런스라고 한다. 이러한 취약성 때문에 양자 오류 수정 기술이 필요하다. 실리콘은 기존 컴퓨팅의 기반이 되는 물질로, 연구자들은 실리콘이 확장 가능한 양자 컴퓨터의 해답이 될 것으로 기대하고 있다. 천연 실리콘의 동위원소 문제를 해결한 멜버른 대학교의 과학자들은 Si-29와 Si-30의 원자를 제거하여 양자 컴퓨터에 적합한 고품질의 초순수 실리콘을 만들어냈다. 슈퍼 컴퓨터를 능가하는 양자 컴퓨터는 단 30개의 큐비트로 작동된다. 이 프로젝트에서 실험을 수행한 라비 아차리아 박사는 "고품질 실리콘 큐비트를 생성하는 능력은 지금까지 사용된 실리콘의 순도에 의해 제한되었다. 우리가 보여준 획기적인 순도는 이 문제를 해결한다"고 설명했다. 제이미슨 교수는 "우리의 기술은 인공지능, 보안 데이터, 통신, 백신 및 의약품 설계, 에너지 사용, 물류 및 제조 등 사회 전반에 걸쳐 획기적인 변화를 약속하는 안정적인 양자 컴퓨터로 가는 길을 열어준다"고 밝혔다. 그는 "이제 우리는 매우 순수한 실리콘-28을 생산할 수 있게 됐다. 다음 단계는 많은 큐비트에 대해 동시에 양자 일관성을 유지할 수 있음을 입증하는 것이다. 큐비트가 30개에 불과한 양자 컴퓨터는 일부 응용 분야에서 오늘날의 슈퍼컴퓨터 성능을 능가할 것"이라고 덧붙였다. 새로운 의약품 설계나 정확한 일기 예보는 오늘날의 슈퍼 컴퓨터로는 계산이 너무 어려운 영역이다. 커리 교수는 "대규모 데이터를 처리할 수 있는 능력을 재고할 수 있는 기술을 통해 우리는 기후 변화의 영향을 해결하고, 보안 통신과 백신 설계 등 의료 문제를 해결하는 등 복잡한 현실 문제에 대한 솔루션을 찾을 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 1917년 어니스트 러더퍼드의 '원자 쪼개기' 발견, 1948년 '더 베이비'의 전자 저장 프로그램 컴퓨팅 최초 시연 등 맨체스터 대학교의 과학 혁신 역사와 맞물려 중요한 이정표가 될 것으로 보인다. 연구팀은 이번에 발견한 초순수 실리콘이 큐비트가 많은 양자 컴퓨터가 더 오랫동안 안정적으로 작동하는 데 도움이 될 것이며, 다음 단계는 이를 테스트하는 것이라고 말했다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(37)] 양자 컴퓨팅, 초순수 실리콘 개발로 큰 도약
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MS, 이번주 인공지능 PC비전 공개 예정
- 마이크로소프트(MS)가 이번주 열리는 개발자 콘퍼런스 '빌드 2024'에서 '인공지능(AI) PC' 비전을 공개할 예정이라고 미 경제매체 CNBC 등 다수 외신이 19일(현지시간) 보도했다. 이날 외신들에 따르면 오는 21~23일 미국 시애틀에서 개최되는 MS의 개발자 콘퍼런스에서 MS는 AI가 윈도우에 어떻게 내장되고 윈도우를 통해 AI PC를 어떻게 활성화할 것인지 등을 발표할 예정이다. AI PC는 인공지능과 머신러닝(기계학습)을 처리하는 데 적합한 하드웨어와 소프트웨어(SW)를 갖춘 PC를 가리킨다. MS의 이번 발표는 챗GPT 개발사 오픈AI가 새로운 AI 모델 'GPT-4o'(포오)를 선보이고 구글이 자사의 가장 강력한 AI 모델을 탑재한 새로운 기능을 공개한 지 약 일주일 만에 이뤄진다. MS는 오픈AI의 주요 투자자로서, 자사의 AI 모델인 코파일럿은 오픈AI의 AI 모델을 기반으로 하고 있다. 이에 앞서 지난 1월 사티아 나델라 MS 최고경영자(CEO)는 2024년은 AI가 모든 PC의 필수 기능이 되는 해가 될 것이라고 예고했다. CNBC는 "AI 경쟁에서 MS의 뚜렷한 강점 중 하나는 거대한 PC 사용자 기반을 제공하는 윈도우를 보유하고 있다는 점"이라며 "MS의 과제는 두 가지다. AI 부문에서 앞서가는 위치를 유지하고, 침체 상태인 PC판매를 강화하는 것"이라고 전했다. MS는 지난 3월 자체 AI 모델인 코파일럿을 키보드에 기본 버튼으로 탑재한 PC와 노트북을 출시하기도 했다. 특히 MS의 이번 발표는 구글이 '구글 I/O 2024'를 열고 최신 제미나이 AI 모델을 탑재한 검색 엔진 등을 공개한 지 얼마 안돼 이뤄져 눈길을 끈다. 구글에 앞서 챗GPT 개발사인 오픈AI 역시 새로운 AI 모델 'GPT-4o'(포오)를 선보였다. MS는 오픈AI의 주요 투자자이며 코파일럿 기술은 오픈AI의 모델을 기반으로 한다고 CNBC는 덧붙였다. 이와 함께 MS는 이번 콘퍼런스에서 퀄컴 칩을 기반으로 한 윈도우 다음 버전에 대해서도 다룰 전망이다. 퀄컴 칩은 인텔, AMD와 달리 영국 반도체 설계 기업 암(ARM) 기반 아키텍처로 구동된다. 아울러 자체 개발한 AI 반도체 '코발트 100'도 출시할 것으로 예상된다. 지난해 11월 처음 공개된 코발트100은 고성능 컴퓨팅 작업용 중앙처리장치(CPU)로 시장에 나와 있는 다른 암(ARM) 기반 칩보다 성능이 40% 더 뛰어나다는 평가를 받는다. 이밖에 주요 외신들은 MS가 이번 콘퍼런스에서 AI 전략을 소개하고 초거대언어모델(LLM)을 시연할 것이라고 보도했다. 이번 개발자 회의에서는 MS의 AI 사업 최고 책임자인 무스타파 술레이만이 무대에 나와 MS의 AI 전략에 관해 설명할 예정이다. 술레이만은 구글 딥마인드 최고경영자(CEO)인 데미스 허사비스와 함께 '알파고'로 잘 알려진 딥마인드 공동 창업자다. 또 다른 AI 스타트업 인플렉션 AI를 창업한 뒤 지난 3월 MS에 영입됐다.
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MS, 이번주 인공지능 PC비전 공개 예정
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[신소재 신기술(48)] 해킹 불가능한 양자 항법 시스템, 영국에서 최초 비행 테스트
- 영국에서 해킹이 불가능한 항공기 양자 기술 시험 비행이 성공했다. 영국 항공기에서 획기적인 양자 기술 시험 비행이 성공적으로 진행되어 기존 GPS 시스템을 보완하는 견고한 백업 시스템 개발에 새로운 가능성을 제시했다고 BBC가 최근 보도했다. 이번 연구 개발을 지원한 영국 정부는 공개적으로 인정된 최초의 양자 기술 항공기 시험 비행이라고 밝혔다. 앤드류 그리피스 과학부장관은 지난 9일(현지시간) 시험 비행 후 "영국이 세계 양자 기술 선두 국가임을 다시 한 번 증명하는 사례"라고 밝혔다. 양자 기술 기업인 인플렉션(Infleqtion)이 주도하고 업계 및 학계 파트너와 협력한 이 프로젝트는 정부로부터 약 800만 파운드(약 137억원)의 지원을 받았다. 25억 파운드(약 4조 2947억원) 규모의 국가 양자 전략(National Quantum Strategy) 및 국가 양자 기술 프로그램(National Quantum Technologies Programme)과 함께 이 자금 지원은 선도적인 양자 기반 경제로서 영국의 입지를 확고히 하는 것이 목표라고 영국 국방 기술업체 키네틱(QinetiQ)은 밝혔다. 인플렉션이 이끄는 틈은 일련의 시험 비행 동안 두 가지 획기적인 양자 기술, 즉 기술 기업 티커(Tiqker) 광학 원자 시계와 밀폐된 초저온 원자 기반 양지 시스템을 키네틱의 개조 항공기인 RJ100에 탑재해 시연했다. 현재 주로 사용되고 있는 GPS는 위성 기반 시스템이지만, 이번 시험에 사용된 것은 양자 기반 시스템이다. 양자 기술은 매우 미세한 단위의 물질 특성을 이용하는 기술을 말한다. GPS는 항공기, 선박, 자동차 운행뿐만 아니라 군사 분야에서도 중요하게 사용되며, 스마트폰의 위치 정보에도 활용된다. 하지만 GPS 신호는 간섭(재밍, jamming) 또는 위장(스푸핑, spoofed)을 통해 오류를 발생시킬 수 있다. 실제로 지난 3월 그랜트 샤프스 영국 국방장관이 탑승한 RAF 항공기의 GPS 신호가 러시아 영토 인근을 비행하는 동안 간섭을 받았던 사례가 있다. 핀란드 항공사인 핀에어 또한 항공기 2대가 GPS 간섭을 받은 후 매일 운항하던 에스토니아 타르투(Tartu) 행 운항을 한 달 동안 중단해야 했다. 전문가들은 러시아가 위성 항법 시스템에 장애를 일으켜 수천 건의 민간 항공편에 영향을 미쳤다고 비난했다. 드론과 미사일을 포함한 많은 군사 기술에도 GPS가 사용된다. 하지만 GPS 간섭은 소규모로도 진행될 수 있다. 예를 들어 고용주가 차량에 GPS 추적 장치를 설치한 경우 운전자가 이를 차단하는 데에도 사용될 수 있다. 전문가들은 GPS가 우주에서 수신되는 신호에 의존하기 때문에 자동차 헤드라이트 정도의 출력만을 갖춘 GPS 위성은 쉽게 간섭을 받을 수 있다고 지적했다. 영국에서 이번에 시험 운행한 새로운 시스템은 -273°C(절대 영도 근처)까지 냉각된 원자 군을 사용한다. 원자 군은 항공기 자체에 탑재되기 때문에 스푸핑이나 전파 방해의 영향을 받지 않는다. 새로운 시스템은 매우 작은 입자를 다루는 과학 용어로 ‘양자 시스템’이라고 부른다. 개별 원자는 엄청나게 작으며(머리카락 한 가닥은 약 100만 개의 원자로 이루어져 있음), 이러한 미세한 양자 단위에서 작업하는 것은 지상에서도 매우 어렵다. 원자를 사용하는 이 시스템은 항공기의 방향과 가속도 측정을 목표로 한다. 이를 종합적으로 활용하면 비행기의 정확한 위치를 정밀하게 파악하는 데 사용할 수 있다. 이번 시험 비행은 이처럼 미세한 원자를 매우 제한된 공간인 까다로운 항공기 환경에서도 사용할 수 있음을 보여주었다. 영국 정부는 이번 시험 비행이 "영국 내 최초의 항공기 탑재 양자 기술 시험"이자 "공개적으로 알려진 전 세계 최초의 시험 비행"이라고 밝혔다. 이달 초 마무리된 이번 시험 비행에는 양자 기술 기업인 인플렉션(Infleqtion)과 항공 우주 기업 BAE 시스템스(BAE Systems), 영국의 방 및 안보 과학 기술 연구 기관 키네틱(QinetiQ)이 참여했다. 하지만 양자 기술 자체는 매우 미세하지만 현재까지 개발된 장비는 여전히 사이즈가 크다는 단점이 있다. 이 프로젝트에 참여했던 BAE 시스템스 팀의 헨리 화이트(Henry White)는 이러한 이유로 "더 넓은 공간을 확보할 수 있는 선박"에 처음으로 적용될 가능성이 있다고 언급했다. 이번 시험 비행에서는 GPS 신호가 차단된 경우 백업으로 사용할 수 있는 양자 시계도 항공기에 탑재됐다. 실험실에서 최고의 양자 시계는 놀라운 정확도를 자랑했다. 화이트는 "우주 초기부터 작동하기 시작했다면 지금까지 1초도 늦지 않았을 것"이라고 말했다. 그는 이번 시험 비행이 "중대한 이정표"라고 평가하면서도 실제 활용까지는 시간이 걸릴 것이라고 인정했다. 항공 보안 분야의 사이버 보안 회사인 펜 테스트 파트너스(Pen Test Partners)의 켄 문로(Ken Munro)는 이번 시험 비행이 "올바른 방향으로 나아가는 중요한 발걸음"이라고 평가하면서도 "영국 상용 항공 분야에서 실제로 적용되기까지는 10~20년이 걸릴 것"이라고 예상했다. 영국 항공기에서 진행된 양자 기술 시험 비행은 GPS 시스템에 대한 의존도를 높일 수 있는 획기적인 기술 개발에 중요한 진전을 보여주었다. BBC는 아직 초기 단계이지만, 이번 시험 비행은 미래 항공 및 해양 운송 분야에 혁신을 가져올 수 있는 문을 열었다고 평가했다. 향후 연구 개발을 통해 양자 기술 기반 항법 시스템의 정확도, 효율성, 실용성을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(48)] 해킹 불가능한 양자 항법 시스템, 영국에서 최초 비행 테스트
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애플, 내달 한국 등 미국 이외의 나라에 비전프로 출시
- 애플은 미국 이외에서 가상현실(VR)과 확장현실(AR)을 융합시킨 고글형 기기 '비전프로' 출시에 착수했다. 블룸버그통신은 13일(현지시간) 소식통을 인용해 이같이 보도했다. 애플은 일본과 중국, 독일, 프랑스, 호주, 한국, 싱가포르의 매장에서 수백명의 직원을 미국 캘리포니아주 쿠퍼티노 본사에 불러들여 비전프로의 고객용 시연행사를 가졌다. 소식통은 애플이 오는 6월 10일~14일 개최될 연례 전세계 개발자회의 후에 미국이외 시장에서 비전프로를 투입할 계획이라고 전했다. 애플은 미국에서는 비전프로를 지난 2월 2일 발매했다. 가격은 3499달러(약 478만원)부터 매겨진다. VR헤드세트시장을 독점하는 메타플랫폼을 추격하고 있지만 이 가격은 메타제품의 고가격대 헤드세트의 3배 이상이다. 팀 쿡 최고경영자(CEO)는 지난 3월 중국 방문 당시 관영 매체 CCTV와 인터뷰에서 올해 안에 비전프로를 중국에 출시할 계획이라고 밝혔다. 비전프로의 해외 시장 출시는 애플의 가장 인기 있는 제품인 아이폰의 판매가 둔화하고 있는 시기에 매출 증대에 도움이 될 수 있다고 블룸버그 통신은 내다봤다. 다만 비전프로는 3499달러에 달하는 가격 등으로 출시 초기 판매에 어려움을 겪는 것으로 알려져 있다. 쿡 CEO는 지난 2일 실적 발표 후 전화회의(콘퍼런스콜)에서 "기업 고객들이 다양한 용도로 사용하고 있다"며 "우리는 비전프로의 생태계를 성장시키고 더 많은 앱을 확보하는 데 주력하고 있다"고 설명했다.
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애플, 내달 한국 등 미국 이외의 나라에 비전프로 출시
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일론 머스크의 바이오 스타트업 뉴럴링크, 뇌 임플란트 첫 오작동
- 일론 머스크(Elon Musk)의 스타트업인 뉴럴링크(Neuralink)가 최근 인간에게 임플란트(이식)한 바이오 칩 일부가 오작동, 뇌에서 캡처할 수 있는 데이터의 양이 줄어들었다는 사실을 밝혔다고 CNBC 등 외신이 보도했다. 뉴럴링크는 신체 마비 환자가 자신의 생각만으로 외부 장치, 즉 컴퓨터 커서를 제어할 수 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 구축했다. 뉴럴링크의 웹사이트에 따르면 링크(Link)라고 불리는 이 회사의 시스템은 인간의 머리카락보다 가는 64개의 ‘실’에 1024개의 전극을 사용하여 신경 신호를 기록한다. 임플란트는 두개골에서 잘라낸 비슷한 크기의 구멍에 심어진 4분의 1 크기의 작은 퍽(puck) 같은 용기 안에 프로세싱 칩, 배터리, 통신 기능 등을 삽입한다. 퍽은 64개의 실을 가지고 있는데, 각각은 16개의 전극을 갖는다. 마지막 몇 mm의 실을 뇌의 운동 피질에 삽입하는데, 여기서 전극은 사람의 의도를 추론하기 위해 해독될 수 있는 신경 신호를 읽고 중계한다. 지난 1월, 뉴럴링크는 안전성을 테스트하기 위한 연구의 일환으로 29세 환자 놀랜드 아르보(Noland Arbaugh)에게 이 장치를 이식했다. 회사는 아르보가 3월에 BCI를 사용하는 동안 라이브 비디오를 스트리밍했으며, 뉴럴링크는 4월 블로그 게시물에서 “수술이 매우 잘 진행됐다"고 밝힌 바 있다. 그러나 뉴럴링크는 최근 블로그 게시물에서 ”이후 몇 주 동안 아르보의 뇌에서 수많은 실이 오작동해 명령을 수행하지 못했다“고 적었다. 이는 유효 전극 수가 크게 줄어들어 링크가 커서를 움직이는 속도와 정확성 측정 능력이 떨어졌음을 의미한다. 뉴럴링크는 뇌 조직에서 얼마나 많은 양의 실이 용도 폐기되었는지 공개하지 않았다. 다만 임플란트의 성능이 저하되었음에도 불구하고 뉴럴링크는 아르보가 체스를 두는 모습을 실시간으로 시연할 수 있었으며, 이는 BCI 기술의 도약을 의미하는 것으로 해석됐다. 회사 측은 환자를 대상으로 한 첫 번째 테스트였기 때문에 어려움은 예상됐던 일이었다고 밝히고, 이 문제는 해결될 것이며 향후 임플란트가 더 많은 데이터를 가져오고 환자에게 더 큰 기능과 혜택을 제공할 수 있을 것이라고 자신했다. 블로그 게시물에서는 또 오작동에 대한 해결 방법으로, 회사가 녹음 알고리즘을 수정하고 사용자 인터페이스를 향상했으며 신호를 커서 움직임으로 변환하는 기술을 개선하는 데 주력했다고 소개했다. 뉴럴링크는 한때 임플란트한 시스템의 제거까지도 고려한 것으로 알려졌으나, 월스트리트저널에 따르면 발생한 문제가 아르보의 안전에 직접적인 위험을 초래하지 않았기 때문에 실행되지는 않았다. 뉴럴링크도 이 부분을 블로그 게시물에 언급했다. 뉴럴링크는 아르보가 뇌 조직에서 일부 실이 제거됐지만 주중에는 하루 약 8시간 동안 회사의 BCI 시스템을 사용하고 있으며 주말에는 하루 최대 10시간까지 사용하고 있다고 말했다. 아르보도 블로그에서 링크가 "명품 과부하"와 같으며, 링크가 "세계와 다시 연결하는 데 도움이 되었다”고 말했다. 한편 BCI 시스템을 구축하는 경쟁사는 뉴럴링크 외에도 여럿 존재하는 것으로 알려졌다. 이 기술은 사실 수십 년 전부터 학문적으로 탐구되어 왔다. 뉴럴링크의 경우 미국 식품의약국(FDA)의 기술 상용화 승인을 받기 전에 안전성과 효능 테스트를 거쳐야 한다. 회사는 FDA에 발생한 오작동 문제를 해결하고, 두 명의 환자에 대한 추가 이식을 희망했다고 부연했다. 올해 말까지 10명에게 시스템을 이식한다는 계획이다.
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일론 머스크의 바이오 스타트업 뉴럴링크, 뇌 임플란트 첫 오작동
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[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.
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[퓨처 Eyes(35)] 첨단 '고밀도 물 없는 수력' 에너지 플랜트 시연
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[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.
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[신소재 신기술(42)] 플라스틱 폐기물 90% 분해하는 혁신 기술
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[퓨처 Eyes(34)] 펭귄처럼 헤엄치는 수중 로봇, 쿼드로인 2세대 출시
- 인간 형태를 닮은 휴머노이드 로봇, 하늘을 나는 드론이 농업에 활용되며 속속 출시되는 가운데, 펭귄의 유영 방식을 모방한 수중 로봇이 공개됐다. 독일 수중 기술 기업 에보로직스(EvoLogics)는 최근 펭귄의 유영 방식을 모방한 개선된 수중 자율 운항체(AUV) 쿼드로인(Quadroin) 2세대를 출시했다고 뉴아틀라스가 보도했다. 에보로직스는 독일 베를린에 본사를 둔 수중 로봇 공학 기업으로, 혁신적이고 고성능의 수중 로봇, 데이터 네트워크, 센서 기술 개발에 주력하고 있다. 2005년 설립된 이 회사는 해양 연구, 오프쇼어 산업, 국방 분야에서 활용되는 다양한 제품과 솔루션을 제공하며 전 세계적인 명성을 얻었다. 쿼드로인은 2020년 에볼로지스가 헬름홀츠 센터 헤레온(Helmholtz-Zentrum Hereon) 연구소의 부르카르트 바셰크(Burkard Baschek) 교수와 협력하여 개발한 핑귄(PingGuin) 실험 AUV의 후속 제품이다. 핑귄의 디자인은 이 회사의 창업자인 루돌프 바나쉬(Rudolf Bannasch) 박사의 아델리(Adelie) 펭귄 운동 연구를 기반으로 구현됐다. 저항을 최소화하도록 설계된 쿼드로인은 최대 10노트(Knot)의 속도를 달성해 에너지 효율성을 극대화하고 다양한 현장 배치를 가능하게 한다. 노트는 해양에서 배의 속도를 나타내는 단위로, 1시간에 1해리(1.85km)를 가는 속도를 의미한다. 따라서 10노트는 1시간에 18.5km의 거리를 이동하는 속도에 해당한다. 일반적으로 선박의 느린 속도는 5노트 미만이며, 보통 속도는 5~10노트, 빠른 속도는 10노트 이상으로 분류된다. 물론 선박의 종류, 엔진 성능, 해양 환경 등에 따라 10노트의 속도는 느리거나 빠르게 느껴질 수 있다. 예를 들어 소형 요트의 경우 10노트는 상당히 빠른 속도이지만, 대형 컨테이너 선의 경우 10노트는 비교적 느린 속도에 해당한다. 펭귄 모방 수중 로봇 퀘드로인 사실 펭귄 모방 수중 로봇의 개념은 2009년까지 거슬러 올라간다. 당시 에보로직스는 독일 전기 자동화 기업 페스토(Festo)와 협력하여 펭귄과 유사한 아쿠아펭귄(AquaPenguin) 시연용 모델을 개발했다. 실제 쿼드로인은 2021년 5월 처음 공개되었는데, 펭귄의 유영 방식을 모방하여 제작되었으며, 헬름홀츠 센터 헤레온 연구소의 MUM(Modifiable Underwater Mothership) 프로젝트에 활용되고 있다. 이 프로젝트에서 쿼드로인은 다양한 센서를 탑재하고 무리를 지어 해류 데이터를 수집했다. 탑재된 센서는 수심별 온도, 압력, 용존 산소량, 전기 전도도, 형광 등을 정밀하게 측정할 수 있다. 다른 AUV와 마찬가지로 쿼드로인은 선박이나 해안에서 투입된 후 사전 프로그래밍된 수중 경로를 따라 자율적으로 이동하며 데이터를 수집한다. 수집된 데이터는 쿼드로인이 수면으로 올라갈 때 무선 전송되거나 기지로 돌아와 직접 다운로드받을 수 있다. 쿼드로인은 데이터를 와이파이(Wi-Fi) 또는 옵션인 이리듐 위성 모듈을 통해 전송한다. 이 두 시스템과 탑재된 글로벌 네비게이션 위성 시스템(GNSS)은 쿼드로인이 수면에 올라올 때 자동으로 뒤집히는 아치형 다기능 안테나를 사용한다. 추가적인 장점으로 안테나에는 빨간색과 초록색 LED 점멸등이 장착되어 사용자가 로봇을 회수할 때 쉽게 찾을 수 있도록 한다. 에보로직스 대표는 "새로운 쿼드로인이 올해 4분기에 양산에 돌입할 예정이며, 상업 고객들에게는 요청 시 가격 정보를 제공한다"고 밝혔다. 쿼드로인 활용 방안 쿼드로인은 다양한 해양 생물의 행동과 서식지를 관찰하고 데이터를 수집하는 데 활용될 수 있다. 이를 통해 해양 생태계에 대한 이해를 높이고 효과적인 보호 전략을 수립하는 데 기여할 수 있다. 또한, 해양 환경을 효과적으로 모니터링하는 데에도 활용될 수 있다. 쿼드로인은 수온, 염도, 용존 산소량 등 해양 환경 변수를 정밀하게 측정하고 실시간으로 데이터를 전송할 수 있다. 이를 통해 해양 오염, 기후 변화 등 해양 환경 문제를 파악하고 해결책을 모색하는 데 도움이 될 수 있다. 쿼드로인은 해저 지형을 정밀하게 측량하고 3D 모델을 구축하는 데 활용될 수 있다. 그로 인해 해양 자원 탐사, 해저 케이블 및 파이프라인 설치, 해양 구조 작업 등에 크게 활용될 수 있다. 또한, 쿼드로인은 해저 석유 및 가스 매장지를 효율적으로 탐색하고 개발 계획을 수립하는 데 활용될 수 있으며, 이를 통해 오프쇼어 에너지 개발의 효율성을 높이고 환경 영향을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 쿼드로인은 해저 사고 현장을 탐사하고 생존자를 구조하는 데 활용될 수 있으며, 해저 침몰선 및 잔해물을 탐색하고 인양하는 데에도 활용될 수 있다. 해양 국방 분야에도 활용 쿼드로인은 적군 함정 및 해양 활동을 정밀하게 정찰하고 정보를 수집하는 데 활용될 수 있으며, 이는 해상 작전의 효율성을 획기적으로 높이고 적의 위협을 사전에 예측하는 데 크게 기여할 수 있다. 또한, 쿼드로인은 해저 지뢰를 효과적으로 탐지하고 제거하는 데 활용될 수 있으며, 이를 통해 해상 통로의 안전을 확보하고 군함 및 상선의 안전을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 쿼드로인은 해저 침몰선을 탐색하고 인양하는 데 활용될 수 있으며, 이를 통해 해양 역사 연구를 체계적으로 수행하고 침몰선에서 귀중한 유물을 발견하는 데 기여할 수 있다. 최근 미국 농업 분야에서는 드론과 인공지능(AI) 로봇 등 첨단 기술 도입이 활발하게 이루어지고 있다. 드론, 레이저 제초기, 로봇 손 등은 농작물 재배 및 가공 과정의 일부를 자동화할 수 있으며, AI 기반 시스템의 활용은 미래 농업의 새로운 가능성을 열어주고 있다. 수중 로봇 기술의 발전과 더불어 쿼드로인 또한 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망된다. 하늘을 나는 드론이 다방면에서 활용되고 있는 것처럼, 쿼드로인 2세대는 아직 개발 초기 단계이지만, 앞으로 해양 분야뿐만 아니라 국방, 농업, 과학 연구, 레저 및 관광, 교육 등 다양한 분야에 새로운 변화를 가져올 것으로 기대된다. 한편 해양 강국인 한국은 한국해양과학기술원(KIOST), 한국해양연구원(KORDI), 한국과학기술원(KAIST), 포항공과대학교(POSTECH), 한화오션, HD현대중공업, 삼성중공업 등을 중심으로 자율 운항, 인공지능, 센서 기술, 통신기술, 로봇 공학 등의 핵심기술을 보유하고 있다. 특히 정부는 '해양 4.0' 산업 육성을 위해 수중 로봇 개발을 핵심 전략 분야로 지정하고 적극적으로 지원하고 있다.
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[퓨처 Eyes(34)] 펭귄처럼 헤엄치는 수중 로봇, 쿼드로인 2세대 출시
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