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2024-11-22 (금)

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세상을 바꾼 일본의 혁신적인 발명품⋯안드로이드 로봇·QR코드 등 꼽혀

일본은 기술과 혁신의 선두주자로서, 많은 획기적인 발명품들을 세상에 선보였다. 이러한 발명품들은 우리 생활을 더욱 편리하고 풍성하게 만들어주는 데 크게 기여했다. 1979년 소니에서 워크맨(Walkman)을 출시한 것은 그 예 중 하나다. 워크맨은 당시에 젊은이들 사이에서 꼭 가지고 싶은 아이템으로 꼽혔으며, 현대의 스마트폰처럼 인기를 끌었다. 더불어 일본은 안드로이드 로봇 분야에서도 선구적인 역할을 하였다. 일본 매체 노피긱스(Noypigeeks)가 꼽은 월크맨을 포함해 QR코드와 셀카봉 같이 '세상을 바꾼 일본의 혁신적 발명품'을 소개한다. 워크맨(1979) 워크맨은 일본의 혁신적 발명품 중 대표적인 예로, 1979년 등장한 워크맨은 이동 중에도 원하는 음악을 들을 수 있는 새로운 방법을 제공해 큰 인기를 끌었다. 당시에는 휴대용 라디오로만 음악을 감상할 수 있었으며, 선택의 여지 없이 방송되는 음악만 들을 수 있었다. 그러나 워크맨은 사용자가 원하는 음악을 선택해서 들을 수 있는 새로운 경험을 제공했다. 이는 청취자 뿐만 아니라 음악 산업에도 혁신적 변화를 가져왔다. 워크맨 덕분에 사람들은 개인 취향에 맞는 음악을 자유롭게 선택할 수 있게 되었으며, 이는 음악 산업의 다양성을 증진시켰다. 또한, 워크맨은 음악 산업이 글로벌한 시장으로 확장되는 데에 기여했다. 워크맨은 일본의 혁신이 어떻게 세계에 긍정적인 영향을 끼쳤는지를 보여주는 사례 중 하나로, 우리의 삶을 보다 편리하고 풍요롭게 만드는 데 기여했다. 안드로이드 로봇 (1972년, 2000년대 초반) 휴머노이드 로봇이 인간처럼 말하고 행동하는 아이디어는 한 때 공상 과학의 영역에 머물렀다. 그러나 일본은 이러한 상상을 현실로 만들기로 결정했고, 그 결과를 세계에 보여주었다. 일본은 안드로이드 로봇 기술의 선구자로, 1967년 와세다 대학이 WABOT-1을 개발하여 이 분야의 혁신을 이끌었다. WABOT-1은 팔과 다리를 움직이며, 촉각 센서로 물체를 잡고 옮길 수 있는 최초의 기능적인 휴머노이드 로봇으로 평가받았다. 2003년에는 오사카 대학의 지능형 로봇 연구소가 DER 01 모델을 선보여 안드로이드 연구의 새로운 장을 열었다. 이 로봇은 인간처럼 말하고, 눈을 깜빡이며, 심지어 숨도 쉴 수 있었다. 현재 일본은 안드로이드 기술을 다양한 분야에서 활용하고 있으며, 로봇 기술을 통해 일부 시설이 완전히 자동화되기도 했다. 안드로이드는 고객 서비스, 의료, 교육 등 다양한 산업에서 활약하며 일본의 안드로이드 로봇 기술은 지속적으로 발전하고 있다. 전기 밥솥(1945년,1956년) 쌀은 아시아 국가들의 주요 식재료로, 아시아인의 식사와 조리법에 필수적이다. 밥솥은 쌀을 쉽고 효율적으로 조리할 수 있는 기기로, 발명되기 전에는 쌀을 불에 직접 올려놓고 지속적으로 주의를 기울여야 했다. 이 방법은 번거로웠으며 밥이 타거나 덜 익을 위험이 있었다. 최초의 밥솥은 1945년 일본의 미쓰비시 전기에서 발명했으나 이 밥솥은 자동 꺼짐 기능이 없었기 때문에 사용자 친화적이지 않았다. 1956년 일본의 미나미 요시타다는 자동 꺼짐 기능을 허용하는 온도 조절 장치가 포함된 밥솥을 고안했다. 이 밥솥은 도시바가 판매하기 시작했고, 4년 만에 대부분의 일본 가정에서 사용되기 시작했다. 이후 밥솥은 전 세계적으로 보급되기 시작했다. 현재의 밥솥은 다양한 추가 기능을 제공한다. 예를 들어, 밥의 종류에 따라 조리 방법을 선택할 수 있고, 밥을 보온하거나 다른 요리를 함께 할 수 있는 기능도 있다. 전기 밥솥은 아시아 음식 문화에 깊이 자리 잡아, 아시아인의 식생활을 획기적으로 개선시켜 주었다. 이로 인해 쌀 조리가 훨씬 간편해지고 효율적이게 되었다. 인스턴트 컵라면 (1958년, 1971년) 인스턴트 컵라면은 일본의 독특하고 자랑스러운 발명품 중 하나이다. 컵라면은 뜨거운 물만 있으면 어디서든 간편하게 조리할 수 있는 라면 제품이다. 1958년 일본의 닛신푸드 창업자 안도 모모후쿠가 개발한 치킨 라면이 최초의 인스턴트 컵라면으로 알려져 있다. 안도 모모후쿠는 전쟁 후 식량 부족을 해결하고자 치킨 라면을 개발했다. 당시 일본은 전쟁의 여파로 식량 부족에 시달리고 있었고, 사람들은 간편하고 저렴하게 먹을 수 있는 음식을 필요로 했다. 그는 국수가 뭉치지 않고, 부드럽게 조리될 수 있도록 많은 연구와 개발을 거친 후 튀김 기법을 적용해 컵라면이 탄생했다. 안도 모모후쿠의 노력 덕분에 치킨 라면은 일본뿐만 아니라 전 세계적으로도 큰 인기를 얻었고, 이후로도 다양한 맛과 종류의 인스턴트 컵라면이 세계 각지에 소개되었다. 인스턴트 컵라면은 일본의 혁신과 기술의 우수성을 대표하며, 일상 생활을 편리하게 만드는 데 큰 기여를 했다. QR코드 (1994년) QR코드는 1994년 일본에서 하라 마사히로에 의해 개발되어, 오랜 시간 동안 다양한 분야에서 활용되어왔다. 원래는 자동차 부품의 추적을 위해 개발되었으며, 바둑판 같은 흑백 패턴을 통해 기본의 바코드보다 많은 정보를 저장할 수 있다는 장점이 있다. 스마트폰의 보급과 함께 2000년대 초반부터 QR코드는 전 세계적으로 널리 사용되기 시작하였고, 모바일 결제, 광고, 마케팅 등 다양한 분야에서 활용되어 왔다. 최근의 글로벌 보건 위기, 즉 코로나19의 팬데믹 상황은 QR코드의 활용도를 더욱 높였다. 비대면 서비스의 중요성이 부각되면서, QR코드는 비접촉식 결제, 출입 인증, 정보 공유 등에 널리 사용되게 되었다. QR코드는 보건 위기가 완화된 이후에도 여전히 많이 사용되고 있으며, 이는 QR코드가 정보 전달에 있어 편리하고 안전한 수단이기 때문이다. QR코드의 다양한 활용 가능성은 앞으로도 계속해서 우리 삶을 풍요롭고 효율적으로 만들어 줄 것으로 예상된다. 셀카봉 (1983년) 필리핀은 셀카봉이 특히 인기 있는 나라 중 하나로, 다양한 색상과 디자인, 길이의 셀카봉을 거리의 노점상이나 전자제품 매장에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 셀카봉의 역사는 1983년으로 거슬러 올라간다. 일본의 발명가 우에다 히로시와 미마 유지로가 '컴팩트 카메라를 지지하기 위한 텔레스코픽 확장'에 대한 특허를 얻었는데, 이것이 바로 셀카봉의 초기 형태였다. 2010년대에 들어서 스마트폰이 널리 보급되면서 셀카봉은 전 세계적인 인기를 얻기 시작했다. 이 장치 덕분에 사람들은 다른 사람에게 부탁하지 않고도 셀카를 쉽게 찍을 수 있게 되었다. 셀카봉의 아이디어는 우에다 히로시가 루브르 박물관에서 겪은 일에서 시작되었다. 히로시는 사진을 찍어 달라고 부탁했던 한 소년이 그의 카메라를 가지고 도망간 후, 스스로 사진을 찍을 방법을 생각해냈다. 우에다 히로시는 자신의 아이디어를 '3AM 발명품'이라고 불렀으며 그는 밤늦게 잠자리에 들기 전에 갑자기 셀카봉을 만들 생각이 떠올랐다고 말했다. 현재 셀카봉은 전 세계적으로 널리 사용되는 액세서리로, 사람들이 생활하는 데 편리함과 즐거움을 더해주고 있다. 이모티콘 (20세기 말) 이모티콘은 '그림 문자'를 뜻하는 일본어에서 파생된 말로, 디지털 커뮤니케이션에서 감정과 아이디어를 표현하는 데 널리 사용되어 왔다. 1997년 12월 17일, 소프트뱅크(당시 J-Phone)는 이모티콘을 특징으로 한 최초의 휴대폰, SkyWalker DP-211SW를 시장에 선보였다. 이 초기 이모티콘은 단순한 흑백 디자인과 상징적인 똥 기호 문자로 구성되어 있었다. 1999년에는 쿠리타 시게타카가 도코모를 위해 12개의 칼라 이모티콘을 디자인했고, 이는 일본 내에서 큰 인기를 얻었다. 이러한 인기는 다른 회사들도 자체 이모티콘 컬렉션을 확장하게 만들었다. 2021년 기준으로, 이모티콘의 수는 약 3353개에 이르며, 이는 이모티콘이 새로운 형태의 언어로 인정받고 연구되고 있는 증거이다. 이모티콘은 애니메이션 영화로도 제작되어 커뮤니케이션과 디지털 표현의 중요한 부분이 되어 있다. 카 내비게이션 (1981년) 여행이나 운전을 할 때 빼놓을 수 없는 GPS 기술이 세상에 등장하기 전, 일본의 혼다(Honda) 연구원들은 이미 차량 내비게이션 시스템의 세계 최초의 지도 기반 프로토타입을 개발했다. 1981년 처음 사용된 Electro Gyrocator는 차량의 대시보드에 장착할 수 있도록 제작되었으며 이 장치는 차량의 위치를 파악하는 데 도움이 되는 내비게이션 위성처럼 보였다. 1981년에 처음 선보인 '일렉트로 기로케이터(Electro Gyrocator)'는 자동차 대시보드에 장착이 가능했으며, 차량의 현재 위치를 알려주는 초기 내비게이션 시스템처럼 작동했다. 하지만 이 기술은 현재의 GPS와 같은 위성 기술을 사용하지 않았다. 대신, 헬륨 가스 자이로스코프와 서보 기어를 활용하여 차량의 위치, 속도, 방향, 이동 거리를 추적했다. 운전자는 지속적으로 위치를 업데이트하기 위해, 투명한 지도를 기기 위에 수동으로 올려놓아야 했다. 이러한 초기 시스템들의 개발은 차량 내비게이션 기술을 보다 사용자 친화적으로, 그리고 컴팩트한 형태로 발전시키는 데 기여하였다. 2017년에는 이러한 내비게이션 기술의 발전은 전기 전자 엔지니어 연구소(Insitute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)에서 'IEEE 이정표'로 공식 인정받으며, 그 기술적 성취와 역사적 중요성이 확인됐다.
- 생활경제
2023-10-28
MIT, 태양광 발전으로 수소 효율성 향상

수소를 공해 없이 보다 효율적으로 생산할 새로운 방법이 연구되고 있다. 매사추세츠 공과대학(MIT)의 엔지니어들은 태양열을 이용하여 물을 분해하고, 이 과정에서 온실가스를 배출하지 않는 수소를 효율적으로 생산하는 '태양열화학수소' 시스템을 개발했다고 산업 전문매체 '오일프라이스(Oil Price)'가 보도했다. 기존의 태양열 열화학 수소 생산 시스템은 효율성이 낮았지만, MIT의 설계는 수소 생산에 태양열을 최대 40%까지 활용할 수 있다. '솔라 에너지 저널(Solar Energy Journal)'에 게재된 이 신기술은 태양열을 활용해 물을 분해하고, 그 과정에서 나온 수소를 청정 연료로 사용할 수 있는 시스템이다. 이렇게 생산된 수소는 장거리 트럭, 선박, 항공기의 연료로 사용될 수 있으며, 온실가스가 전혀 배출되지 않는다. 현재 대부분의 수소 생산 방법은 천연가스나 다른 화석 연료를 사용하는데, 이는 환경에 해를 끼치는 '회색' 에너지원에 가깝다. 그러나 태양열화학수소는 오로지 재생 가능한 태양 에너지만을 사용하여 수소를 생산하므로, 환경에 해롭지 않다. 기존의 태양열화학수소 시스템은 태양광의 약 7%만 수소 생산에 활용할 수 있었고, 이로 인해 효율이 낮고 비용이 높았다는 단점이 있었다. MIT 연구팀은 새로운 설계 방법을 도입하여 태양열의 최대 40%를 수소 생산에 활용할 수 있도록 개선시켰다. 이번 연구를 주도한 아흐메드 고니엠(Ahmed Ghoniem) 교수는 "미래의 주요 연료인 수소를 저렴하게 대량 생산할 방법을 찾아야 한다"고 말했다. 그는 "2030년까지 킬로그램당 1달러로 수소를 생산하는 것이 목표다. 경제성을 개선하려면 효율성을 높이고 수집한 태양 에너지의 대부분을 수소 생산에 활용해야 한다"고 덧붙였다. MIT의 새로운 시스템은 집중형 태양열 발전소(CSP) 방식을 사용하며, 여러 거울을 이용해 태양광을 한 곳에 모아 열을 생성한다. 이렇게 모아진 열은 수소를 생산하는데 사용된다. 이 시스템의 핵심은 2단계의 열화학 반응 과정이다. 첫번째 단계에서는 금속이 증기 형태의 물에 노출되며, 이 금속은 증기에서 산소를 제거하고 수소를 추출한다. 이 과정은 '산화'라고 하며, 물과 반응하여 금속이 산화되는 것과 유사하지만, 이 과정은 훨씬 빠르게 진행된다. 수소가 한 번 분리되고 나면, 산화된 금속은 진공 상태에서 재가열되어 원래 상태로 복원된다. 이 과정에서 금속은 산소를 잃게 되고, 다시 물 증기와 반응하여 추가적인 수소를 생산하게 된다. 이러한 과정을 수없이 반복해 수소를 생산하는 것이다. 이 시스템의 구조는 원형 트랙을 따라 달리는 상자 모양의 원자로 열차와 비슷하게 구성되어 있다. 이 원형 트랙은 태양열을 집중하는 CSP 타워 주변에 배치되어 있으며, 각 원자로는 높은 온도에서 산소를 제거하고, 증기와 반응하여 수소를 생산하는 산화환원 과정을 거친다. 원자로는 먼저 아주 뜨거운 스테이션을 통과하며, 금속은 최대 1500도의 태양열에 노출된다. 이 때 금속은 고온에서 산소를 빠르게 잃고, 이후 약 1000도 정도의 스테이션으로 이동해 증기와 반응하여 수소를 생산한다. 그러나, 이 시스템은 반응기가 냉각되는 과정에서 발생하는 열을 어떻게 효과적으로 관리하고 재활용할 것인지에 대한 과제를 안고 있다. 열 재활용 없이는 시스템의 전체 효율성이 떨어져 실제로 사용하기 어렵게 된다. 또 다른 과제는 금속을 녹을 제거할 수 있도록 에너지 효율적인 진공 상태를 유지하는 것이다. 초기 프로토타입에서는 기계식 펌프를 이용하여 진공을 생성했으나, 이 방법은 대량의 수소를 생산할 때 에너지 소비가 많고 비용이 높았다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 시스템 내에서 발생하는 열을 대부분 회수하는 방안을 마련했다. 원형 트랙의 원자로는 열을 상호 교환할 수 있도록 설계되었으며, 이를 통해 뜨거운 반응기는 냉각되고, 차가운 반응기는 가열되어 시스템 내의 열을 보존한다. 또한, 연구팀은 에너지 소비를 줄이기 위해 첫번째 원자로 열차 주위를 돌면서 반대 방향으로 움직이는 두 번째 원자로 세트를 추가 설치했다. 이 새로운 궤도의 원자로는 보다 낮은 온도에서 작동하며, 기계식 펌프의 도움 없이도 내부 궤도의 높은 온도에서 발생하는 산소를 제거하는 데 사용된다. 외부 반응기는 에너지 집약적인 진공 펌프 없이도 내부 반응기에서 산소를 흡수하여 금속의 원래 상태로 복원하는 데 효과적이다. 두 세트의 반응기는 연속적으로 운영되어, 순수한 수소와 산소를 분리하여 생성한다. 연구팀은 이러한 개념 설계에 대해 상세한 시뮬레이션을 수행했고, 그 결과 태양열을 이용한 열화학 수소 생산 효율이 이전의 7%에서 40%로 크게 향상될 수 있었다. 고니엠 교수는 "시스템의 에너지 효율을 극대화하고 비용을 최소화하기 위해 우리는 모든 에너지 소스와 그 활용 방법을 고려해야 한다"며, "이 새로운 설계를 통해 태양에서 발생하는 열의 대부분을 활용할 수 있음을 확인했다. 이를 통해 태양열의 40%를 수소 생산에 활용할 수 있다"고 설명했다. 연구팀은 내년에 에너지부 연구소의 집중형 태양광 발전 시설에서 테스트할 프로토타입 시스템을 구축할 계획이다. 한편, 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용하는 방법을 제공한다. 연구팀은 합성된 친환경 양자점을 광전기화학 소자에 적용하여 태양광 에너지의 전 영역을 효율적으로 이용, 수소를 생산할 수 있었다. 이 연구 결과는 '카본 에너지'라는 학술지에 게재됐다.
- 산업
2023-10-27
리튬이온전지보다 저렴하고 안전한 '수계이차전지' 개발

리튬이온 배터리는 현재 가장 널리 사용되는 에너지 저장 장치 중 하나이지만, 여러 문제점들이 도출되고 있다. 주요 원료의 비싼 가격과 한정된 매장량, 그리고 화재 위험성 등 다양한 문제점들이 제기되고 있어 대안이 필요하다. 이에, 많은 연구자들이 경제적이면서도 안전한 리튬이온 배터리의 대체품을 개발하기 위해 노력하고 있다. 과학기술·의학전문 매체 사이언스엑스(Science X)에 따르면, 한국과학기술원(KIST)의 오시형 박사팀은 비용과 안전을 충족하는 수계이차전지를 개발했다. 이 연구는 '에너지 스토리지 머티리얼(Journal Energy Storage Materials)' 저널에 게재됐다. 수계이차전지는 리튬이온전지에 비해 원재료 비용이 상당히 저렴하며, 경제적인 이점이 있다. 다만 물이 분해되면서 발생하는 수소 가스와 관련된 내부 압력 상승과 전해질 고갈 문제로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있었다. 과학자들은 지금까지 금속 음극과 전해질 사이에서 발생하는 수소를 줄이기 위해 표면 보호층을 개발하여 접촉 면적을 최소화하는 방법을 사용해왔다. 그럼에도 불구하고, 금속 음극의 부식과 그에 따른 부반응으로 인해 전해질의 물이 지속적으로 분해되어 수소 가스가 발생, 이로 인해 장기간 사용랑 경우 폭발 위험이 존재했다. 이 문제를 해결하기 위해 오시형 박사 연구팀은 전지 내에서 발생하는 수소 가스를 자동으로 물로 변환시키는 새로운 방법을 개발했다. 이산화망간과 팔라듐으로 구성된 복합촉매를 이용해 전지의 성능과 안전성을 동시에 향상시킨 것. 이산화망간은 일반적으로 수소 가스와 반응하지 않지만, 팔라듐을 약간 첨가하면 수소 가스가 촉매에 더 쉽게 흡수되어 물로 변환된다. 연구팀은 이번에 개발한 이 새로운 촉매를 사용한 프로토타입 셀에서는, 셀 내부 압력이 0.1기압으로 매우 안정적인 상태를 유지했으며, 전해질의 고갈 현상도 발견되지 않았다고 밝혔다. 이 연구는 수계 이차전지의 주요 안전 문제 중 하나를 효과적으로 해결해, 향후 에너지 저장 장치(ESS)의 상용화에 있어서 중요한 진전을 가져올 것으로 예상된다. 리튬이온전지를 더 경제적이고 안전한 수계이차배터리로 대체한다면, 글로벌 에너지 저장 시스템(ESS) 시장의 빠른 성장을 촉진할 가능성이 있다. KIST의 오시형 박사는 "이 기술은 수계이차전지에 적용될 수 있는 내장형 안전 메커니즘 기반의 맞춤형 안전 전략과 연관되어 있으며, 위험 요소를 자동으로 제어한다"고 말했다. 그는 또한 "이 기술은 수소 가스 누출이 큰 위험 요소인 수소 충전소와 원자력 발전소 등의 다양한 산업 시설에서도 활용될 수 있어 사람들의 안전을 더욱 보장할 수 있을 것"이라고 강조했다. 한편, 수계이차전지는 친환경적이고 안전한 특성을 가지고 있으며, 원재료 비용도 리튬이온전지에 비해 약 10분의 1 수준으로 경제적이라는 장점이 있다. 수계이차전지가 원료물질이 고가이면서 폭발 가능성이 높은 유기용매 전해질을 사용하는 리튬이온전지를 대체한다면 중대형 이차전지의 보급이 대규모로 확대될 수 있다. 이번 연구는 한국 과학기술정보통신부의 지원을 받아, 나노미래소재원천기술개발사업과 중견연구자지원사업을 통해 진행됐다.
- 산업
2023-10-24
NBA 스타 릭 폭스, 바하마에 '탄소 흡수 콘크리트' 주택 건축

전 NBA 레이커스의 전설이자 배우인 릭 폭스(54·Rick Fox)가 바하마에 환경친화적인 '탄소 흡수 콘크리트' 주택을 건축했다. 폭스는 총 1000채의 탄소배출 제로 주택을 건설할 계획이다. 미국 경제매체 더 버지(The Verge)는 최근 릭 폭스가 건설한 탄소 흡수 콘크리트 집은 기후 변화 문제 개선에 기여할 것으로 보인다며 이같이 보도했다. 폭스는 지속가능한 건축자재 스타트업 '파르타나(Partanna)'의 CEO이자 공동 창업자다. 벤처캐피털·사모펀드 체루빅 벤처스(Cherubic Ventures)가 파르타나에 투자했다. 체루빅 벤처스는 전 세계 제품 출시 전 단계의 기업에 투자하는 시드 단계 벤처캐피털 회사다. 현재 샌프란시스코, 타이페이, 워털루, 도쿄에 사무실을 두고 있으며, 4억 달러(약 5400억원)의 운용자산(AUM)을 관리하고 있다. 폭스는 바하마에서 탄소중립을 실현하는 이 프로젝트가 성공하면, 현재 대체재인 탄소 흡수 콘크리트를 일반적인 건축 자재로 도입해 건설 산업의 환경오염을 줄일 계획이다. 그는 "나는 헐리우드 경력을 일시 중단하고, 기후 변화에 대응하는 실질적인 해결책을 찾기로 결정했다"고 말했다. 폭스의 주장에 따르면, 콘크리트와 그 주요 성분인 시멘트는 전 세계적인 이산화탄소 배출량의 약 8%를 차지하며, 이는 기후 변화에 큰 영향을 미치고 있다. 폭스는 고향인 바하마에서 겪은 기후 변화의 영향 때문에 이 분야에 뛰어든 것이라고 설명했다. 2019년 허리케인 도리안은 바하마에 큰 피해를 주었으며, 아바코 섬의 주택 75%를 파괴하고 수천 명이 이재민이 되었다. 릭 폭스는 캘리포니아의 건축가 샘 마샬과 함께 과학자들과 협력하여, '파르타나(Partanna)'라는 회사를 공동 창업해, 탄소 집약적인 시멘트를 사용하지 않는 새로운 콘크리트 제조 방법을 개발했다. 파르타나에서 제작한 콘크리트는 전통적인 시멘트 대신 해수 정수 시설에서 얻은 염수와 강철 생산 부산물인 '슬래그'를 기반으로 한다. 이 혼합물은 상온에서도 경화될 수 있어 에너지 소비가 추가로 필요하지 않고, 콘크리트의 바인더 성분이 대기 중의 CO₂를 흡수해서 그 안에 가둔다. 이 콘크리트는 건물이 완공된 후에도 계속해서 CO₂를 흡수할 능력이 있으며, 건물이 철거될 경우에도 흡수된 CO₂를 유지하면서 재사용이 가능하다. 파르타나 측은 이런 유형의 콘크리트와 건물을 '카본 네가티브(carbon negative)'라고 말했다. 예를 들어 약 116m²(약 35평)의 탄소 흡수 콘크리트 건물은 연간 약 5200그루의 성숙한 나무가 흡수하는 양만큼의 CO₂를 흡수할 수 있다고 설명했다. 애리조나 주립 대학의 지속 가능한 공학 및 건축 환경 학교의 드와락 라비쿠마르(Dwarak Ravikumar) 조교수는 파르타나의 폐기물 활용방식 콘크리트에 대해 긍정적인 평가를 내렸다. 그는 "폐기물을 사용하는 것은 좋은 일"이라면서도 "이 기술이 기후에 어떤 전반적인 영향을 미치는지를 정확히 평가하려면, 시스템 전체를 상세하게 분석해야 한다"고 덧붙였다. 라비쿠마르는 파르타나가 탄소 흡수 콘크리트의 환경적 영향과 확장 가능성을 정확히 평가하기 위해 충분한 데이터를 공유해야 한다고 강조했다. 한편 바하마 정부는 파르타나와의 협력을 통해, 내년에 건설 예정인 29채의 주택으로 구성된 커뮤니티 프로젝트로 시작해 총 1000채의 주택을 건설하기로 합의했다. 바하마 나사우에 지어진 첫 번째 주택은 현재 프로토타입 단계로 아직 거주자가 없다. 하지만 앞으로 지어질 주택들은 생애 첫 주택 구매자들을 대상으로 입주자들을 선정할 예정이다. 파르타나의 건축 자재는 사우디아라비아의 홍해 관광 개발에도 사용될 예정으로 알려졌다. 한편, 국내에도 이산화탄소를 흡수할 수 있는 건축 자재를 개발 중인 기업들이 존재한다. 일례로 에코비오는 바다 생물의 껍질에서 추출한 키토산을 활용한 콘크리트를 개발했다. 또 에코콘크리트는 폐플라스틱을 재활용하여 콘크리트를 제작했고, 제이에스콘크리트는 폐석탄재를 재활용한 콘크리트를 개발하고 있다. 유엔은 2030년까지 43%의 탄소배출을 절감한다는 계획을 세웠다. 그러나 현실은 고작 7%의 탄소배출을 줄일 것이라는 전망이다. 그럼에도 기업들이 지속적인 노력을 펼친다면, 건설 분야에서의 온실가스 배출을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기후 변화에 대응하는 데에도 크게 기여할 것으로 예상된다.
- 생활경제
2023-10-23
청색 OLED, 고효율 상향변화 ⋯전력 수요 대폭 낮춰

새로운 OLED(유기발광다이오드) 전력 절감 기술이 세상에 나왔다. OLED는 색상 왜곡 없이 정확하게 표현 가능하며, LCD(액정디스플레이) 대비 낮은 전력 소모와 빠른 응답 속도로 잔상 없이 동영상 재생이 가능한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 이번에 개발된 기술은 OLED를 훨씬 적은 전력으로 원하는 밝기까지 높일 수 있게 만드는 것으로, 디스플레이 산업에서 큰 혁신으로 평가받고 있다. 미국의 산업 전문지 '핵스터(Hackster)'는 최근에 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재된 연구를 인용, 청색 OLED가 100cd/m²(칸델라 매 제곱미터)의 밝기를 얻기 위해 필요한 전력이 기존의 절반만으로도 가능하다는 내용의 에너지 효율적인 OLED 개발 사례를 전하며, 이 기술의 중요성을 강조했다. 도쿄공업대학과 오사카대학, 일본과학기술진흥원(JST), 도야마대학, 시즈오카대학, 분자과학연구소의 연구팀이 함께 연구한 결과, 청색 OLED의 전력 효율성이 크게 개선되었다. 이 연구팀은 청색 OLED가 100cd/m²의 밝기를 얻기 위해 오직 1.47V의 전력만 필요로 하는 에너지 효율적인 기술을 선보였다. 이 수치는 다른 경쟁사 제품의 요구 전력의 절반에 불과하다. 휘도를 나타내는 국제 단위인 칸델라 매 제곱미터(cd/m²)는 단위 면적당 빛의 양을 측정할 때 주로 사용되며, 디스플레이의 밝기를 표현하는 데 핵심적인 역할을 한다. OLED는 선명하고 밝은 화면 표현으로 큰 인기를 얻고 있지만, 비용이 많이 드는 문제점이 있었다. 특히 빨간색과 녹색 OLED의 제작은 상대적으로 용이했으나, 청색은 그렇지 않았는데, 이번 연구로 그 문제점이 해결될 수 있을 것으로 보인다. 연구팀은 "풀 컬러 디스플레이를 위해서는 청색 OLED가 필수적이며, 이는 빨간색과 녹색 기기보다 전력 소모가 월등히 높다"라고 설명했다. 또한 "일반적으로 100cd/m²의 밝기를 달성하기 위해 약 4V의 전압이 필요하지만, 대다수 스마트폰과 태블릿의 배터리는 3.7V의 출력만을 제공하는 상황이다. 우리 연구팀은 이 문제점을 극복했다"고 덧붙였다. 최근에 개발된 청색 OLED 프로토타입은 전원 공급 전압이 단지 1.47V에 불과하며, 기존 설계에 비해 훨씬 낮은 1.97V만으로도 100cd/m²의 밝기를 달성할 수 있다는 것이 특징이다. OLED의 효율성 향상의 비결은 특정 재료의 선별적 사용을 통한 상향 변환 원리에 있다. 이 방식에서는 정공과 전자가 주체 및 수용체 층으로 주입되며, 이후 인터페이스에서 다시 결합하여 전하를 전달한다. 이번 연구를 주도한 도쿄공과대학과 오사카대학의 세이치로 이자와 교수는 "CT 상태의 에너지가 방광체의 밴드갭 에너지보다 낮아, 삼중항(TTA)과 결합된 상향 변환(UC) 메커니즘이 발광체를 구동하는 데 필요한 전압을 크게 줄여준다"고 말했다. 개선된 UC-OLED는 단지 1.97V에서 상업용 디스플레이와 동등한 100cd/m²의 밝기에 도달했다. 그렇지만 이 연구의 세부 로드맵은 아직 공개되지 않았다. 인하대, 고품위 진청색 OLED 소자 개발 한편, 한국 인하대학교의 신소재공학과 이정환 교수 연구팀은 최근 고색순도 및 고효율의 청색 발광 OLED 소자를 성공적으로 개발했다. 이 기술은 발광체 간의 상호작용을 최소화함으로써 진청색을 표현하는 것에 중점을 둔 것이다. 연구 결과, 에너지 전달 효과는 8분의 1로 크게 감소하였으며, 외부 발광 효율은 최대 29%에 도달한 것으로 알려졌다. 연구팀은 발광체 간의 상호작용을 최소화하는 접근법을 통해 진청색을 구현하고자 했다. 이 목적을 달성하기 위해, 트립티센(Triptycene) 분자를 다중 공명 구조를 가진 DABNA 분자에 도입함으로써 고색순도 및 고효율 발광체 특성을 동시에 가진 Tp-DABNA를 개발했다. 이번 연구를 통해 구현된 Tp-DABNA를 기존 DABNA-1 발광체와 비교했을 때 덱스터(Dexter) 에너지 전달 효과를 8분의 1 이하로 줄일 수 있다는 결과를 도출했다. 연구팀은 이를 기반으로 29%의 최대 외부발광효율, 462nm 발광스펙트럼 피크·30nm 이하의 발광 반치폭을 가진 고품위 진청색 OLED 소자를 개발했다고 설명했다. 결국 고색순도를 바탕으로 색공간 CIE1931에서 표현 가능한 색의 범위를 넓혀, 생동감 있는 이미지를 전달할 수 있는 차세대 디스플레이 패널에 적용 가능하다. 이정환 교수는 "최근 융합연구와 공동연구의 중요성이 대두되는 시점에서 울산대 연구팀과 공동연구를 진행해 OLED 디스플레이 분야에서 좋은 연구 성과를 거둬 기쁘다"며 "앞으로도 인하대학교의 우수한 학생들과 차세대 디스플레이·반도체 분야 발전에 도움이 되는 기술 개발에 매진할 계획"이라고 말했다. 한편, OLED시장 세계 1~2위를 달리고 있는 한국의 뒤를 이어, 중국과 대만, 일본이 기술 격차를 줄이며 바짝 추격하고 있다. 이에 한국은 차세대 디스플레이 OLED를 뛰어 넘어 iLED(무기발광) 디스플레이 연구개발에도 힘쏟고 있다.
- 산업
2023-10-05
파나소닉 HD, 전기 없이 '수소 생성기' 연구 착수

일본의 대표 리튬이온 배터리 제조사인 '파나소닉 홀딩스(HD)'가 전기 없이 수소를 생성하는 기술 연구에 본격적으로 착수했다. 이와 함께, 한국도 탄소배출을 하지 않고 수소를 만드는 '수전해' 기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 일본 산업 전문 매체 '뉴스위치(Newswith)'에 따르면, 파나소닉 HD는 '메조결정(mesocrystal)'이라는 특별한 규칙적인 결정 구조를 가진 금속 산화물을 활용하면, 태양광만으로 광촉매의 원리로 물을 분해, 수소를 생산할 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 이로써 앞으로 수소 에너지 활용 시, 전기를 사용하는 문제를 극복할 수 있을 것이라는 전망이 나왔다. 메조결정(mesocrystal)은 아주 작은 단위결정들이 결합해 큰 구조를 형성하는 특징을 가진다. 직경이 수백 나노미터(나노는 1/10억)에서 수 마이크로미터(마이크로는 1/1백만) 크기이며, 규칙적이고 조밀한 방식으로 축적된다. 표면적이 증가하기 때문에 특성이 향상되고 광촉매 작용의 효율을 기대할 수 있다는 장점이 있다. 파나소닉 HD는 "소자 표면에 금속 산화물의 메조결정질 용액으로 코팅된 기판을 부착해 빛을 통한 광촉매 반응으로 수분을 분해하는 기술을 개발했다"고 밝혔다. 그러면서 "현재 초소형 실험 장비에서는 이 기술의 기본 작동 원리가 확인됐다"고 덧붙였다. 파나소닉은 2030년까지 이 기술의 프로토타입을 완성하는 것을 목표로, 메조 결정 구조를 더욱 정밀하게 제어하고 장치의 크기를 확장하는 연구에 주력할 계획이다. 또한, 태양광과 물을 분리해 얻은 수소로부터 추가 에너지를 얻기 위해 태양 전지판과 함께 사용하는 등의 응용 방법을 검토하고 있는 것으로 알려졌다. 한편, 한국은 탄소배출을 최소화한 수소생산 기술, 즉 '녹색 수소' 생산에 집중하고 있다. 이를 위한 핵심 기술로는 신재생에너지와 수전해가 대표적이다. 수전해 기술은 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 과정이다. 이 중, 두산퓨얼셀은 양성자 교환막 기반의 고분자 전해질막(PEM) 수전해 시스템을 2023년 하반기에 상용화할 방침이다. 세계 1위의 선박평형수 전기분해 처리장치 제조사 테크로스는 알카라인 방식의 수전해 시스템 개방 중인 것으로 알려졌다. 이밖에도 SK E&S는 미국의 수소 전문 기업 플러그파워와 손잡고 수전해 분야로의 진출을 준비하고 있다.
- IT/바이오
2023-09-25
전기차 시장, '전고체 배터리'가 뜬다…10대 리드 기업 어디?

최근 전기차 업계가 주목하는 기술 중 하나는 '전고체 배터리'다. 이 기술은 기존 리튬 이온 배터리보다 에너지 저장 용량이 뛰어나고, 충전 시간도 단축되는 등 탁월한 성능을 자랑한다. 그렇다면 이 전고체 배터리는 기존 배터리와 다른 점은 무엇일까. 전고체 배터리는 이름에서도 알 수 있듯이 액체 전해질이 아닌 고체 전극과 고체 전해질을 사용한다. 이로 인해 배터리의 누출이나 열 문제가 크게 줄어들어 사용자의 안전을 더욱 보장한다. 게다가 작은 크기로도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 휴대성과 효율성 모두에서 높은 점수를 받는다. 시장의 변화에 민감하게 반응하는 글로벌 자동차 기업들도 전고체배터리 개발에 발빠르게 뛰어들었다. 토요타와 폭스바겐은 이미 전고체 배터리 기술 개발에 속도를 내고 있다. 이러한 대기업들이 전고체 배터리의 선봉에 서게 될 것인가, 아니면 다른 참여 기업들이 이를 따라잡거나 앞질러 나갈 것인가. 전기차 시장의 미래는 어떻게 전개될지 기대된다. 폭스바겐과 퀀텀스케이프는 전기 자동차용 고체 상태 배터리 기술 개발에 손을 잡았다. 전기차의 두 가지 큰 걸림돌인 '주행 거리'와 '충전 시간'을 해결하기 위해서는 향상된 '에너지 저장 능력'과 '빠른 충전'이 선결과제다. 이 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 전고체 배터리는 소비자의 전기차에 대한 인식을 크게 바꿔놓을 것으로 보인다. 전고체 배터리 개발 진행중인 선도적인 10개 기업은 다음과 같다. 1. 도요타 토요타는 21세기 자동차 혁신의 핵심으로 전고체 배터리를 지목하며, 2027년까지 상용화를 목표로 연구개발을 가속화하고 있다. 도요타의 이러한 움직임은, 배터리가 전기차 업계의 핵심 부품임을 감안하면, 전기차 시장에서의 선두 주자로의 복귀를 알리는 신호로 해석된다. 그들은 이미 2012년부터 전고체 배터리 기술 개발에 뛰어들었고, 현재 200명 이상의 전문가로 구성된 팀이 이를 주도하고 있다. 그 결과, 토요타는 1000개 이상의 특허를 보유하게 되었다. 이 기업의 최종 목표는 전고체 배터리의 장점을 살려 완충 상태에서 약 700km (435마일)의 주행 거리를 달성하는 전기차와 하이브리드 차량을 출시하는 것이다. 2. 폭스바겐(Volkswagen) 폭스바겐은 전고체 배터리 연구의 선구자 중 하나인 퀀텀스케이프와 파트너십을 맺고 전기 자동차용 고에너지 밀도 배터리를 개발하고 있다. 2018년 폭스바겐은 퀀텀스케이프와 함께 전기차용(EV) 배터리 기술 개발을 추진했고, 2020년 추가적으로 2억 달러의 투자를 통해 이 연구의 가속화를 선언했다. 퀀텀스케이프는 기존 배터리 대비 전고체 배터리가 약 80% 더 긴 주행 거리와 80% 더 많은 충전량을 제공한다고 주장했다. 2022년 말 현재, 퀀텀스케이프는 전고체 배터리 셀의 시험을 진행 중이다. 폭스바겐은 다른 기업들과 협업하여 고체 상태 기술 및 전극 건조 코팅 공정과 같은 다양한 배터리 기술을 연구 중이며, 이를 2030년에 대량 생산에 투입할 계획이다. 3. 파나소닉(Panasonic) 전세계적인 전기차 시장의 확대와 함께 배터리 기술의 중요성이 강조되는 가운데, '파나소닉'과 '도요타'의 조합이 눈길을 끈다. 두 기업은 2020년 '프라임 플래닛 에너지 솔루션(Prime Planet Energy & Solutions, Inc.)'이라는 이름의 합작기업을 설립, 생산성과 용량 모두에서 우수한 배터리 솔루션을 제공하기 위해 노력하고 있다. 도요타는 이미 전고체 배터리 기술 관련 1000개 이상의 특허를 보유하고 있으며, 파나소닉도 445개의 특허로 그 기술력을 과시하고 있다. 파나소닉은 지난 수십 년 동안 배터리 기술을 선도해 왔다. 특히 전고체 배터리 기술 연구에 주력하며, 액체 전해질로 인한 화재, 폭발 위험 등의 문제점을 해결하고자 고체 상태 배터리로의 전환에 큰 희망을 걸고 있다. 파나소닉은 기술에 대한 구체적인 일정을 제공하지는 않았지만, 연구 및 개발에 적극적으로 투자하고 있다. 특히 도요타, 테슬라, 포드와 같은 국제적인 자동차 기업들과의 협력은, 전고체 배터리의 시장 출시 때 그들이 이 분야의 혁신을 주도할 가능성을 제시한다. 4. 베이징 웨이란신에너지기술(Beijing WeLion New Energy Technology) 중국 기업 니오(Nio)는 배터리 제조업체인 중국 베이징 웨이란신에너지기술(北京卫蓝新能源科技·Beijing WeLion New Energy Technology, 이하 '웨이란'-WeLion)과 파트너십을 맺어 새로운 배터리 기술을 선보였다. 이들 두 기업은 전기 자동차에 대한 반고체 상태 배터리 셀을 생산했다. 반고체 상태 배터리는 리튬 이온 배터리의 젤 전해질과 고체 전해질을 결합한 것이다. 니오는 특히 이번 파트너십을 통해 웨이란으로부터 150 kWh 용량의 반고체 배터리 셀을 공급받게 되었으며, 이 배터리는 'Nio ET7' 전기자동차에 적용될 예정이다. 이러한 혁신적인 기술을 탑재한 세단 'Nio ET7'은 CLTC 기준으로 약 1000킬로미터(621 마일), EPA 기준으로는 740킬로미터(460 마일)의 높은 주행 거리를 자랑한다. 또한, 이 배터리는 'Nio ES6 SUV'에도 적용되어, 약 689킬로미터(428 마일)의 주행 거리를 제공하게 된다. 5. 중국 CATL(Amperex Technology Co. Limited) 중국 배터리 대기업 CATL은 2023년 4월 전기 항공기 전동화를 향한 새로운 움직임을 위해 고체 상태 배터리 기술의 한 형태인 압축형 배터리 셀을 출시했다. 이 배터리 셀은 에너지 밀도가 500 Wh/kg로 매우 높다. 중국의 배터리 대기업 'CATL'은 2023년 4월 전기 항공기의 전동화를 목표로 고채 상태 배터리 기술의 한 형태인 압축형 배터리 셀을 출시했다. 이번에 선보인 배터리 셀은 무려 500 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 자랑한다. 반면, 테슬라가 자랑하는 4680 배터리 셀의 에너지 밀도는 244 Wh/kg에 불과하다. 이를 비교하면 CATL의 신제품은 기존 리튬 이온 배터리에 비해 약 두 배의 충전량을 가지고 있음을 알 수 있다. 이렇게 혁신적인 배터리 기술은 중국 지리자동차(Geely)의 2023년 형 전기차 '지커-001(Zeekr-001 EV)'에도 적용될 수 있으며, 해당 차량은 CLTC 기준으로 641 마일의 주행 거리를 달성할 수 있다. CATL의 압축형 배터리 셀은 이보다 훨씬 더 긴 주행 거리를 제공할 전망이다. 6. 혼다 혼다는 2050년까지 탄소 중립을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 제너럴 모터스(GM)와 소니 같은 기업들과 파트너십을 맺어 고체 상태 배터리 기술을 연구하고 있다. 또한 혼다는 일본의 사쿠라에 4300억 엔 (약 2950만 달러)을 투자해 2028년까지 전기 자동차에 고체 상태 배터리 셀을 도입하는 생산 라인을 구축하는 작업을 진행 중이다. 고체 상태 배터리 기술의 가장 큰 단점은 세포의 무결성을 위협하는 덴드라이트(dendrites)의 존재다. 혼다는 덴드라이트 문제를 해결하기 위한 새로운 연구를 진행하고 있다. 이를 통해 2030년까지 연간 200만 대의 배터리 전기 자동차 생산을 목표로 하고 있다. 7. 닛산 닛산은 2028년까지 고체 상태 배터리로 구동되는 차량을 시장에 선보이기 위한 연구를 본격화했다. 가나가와에 위치한 닛산의 연구 센터에서는 2024년까지 고체 상태 셀 프로토타입을 생산하기 위한 공장 건립 작업이 진행 중이다. 고체 상태 배터리 기술 도입 후, 닛산은 EV 배터리 비용을 최소 50% 절감하며, 충전 능력을 현존하는 기술의 세 배로 향상시키고, 에너지 밀도를 두 배로 늘리는 것을 목표로 삼고 있다. 시장에서 현재 주목받는 최고 성능의 배터리 셀은 에너지 밀도 240 Wh/kg을 제공하는데, 닛산의 목표는 이를 480~500 Wh/kg로 높이는 것이다. 이외에도 닛산은 액체 전해질을 사용하지 않는 올 고체 상태 배터리와 나트륨을 활용한 셀에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다. 8. 솔리드에너지시스템(SolidEnergy Systems) 솔리드에너지시스템(SES)은 치차오 후 박사(Dr. Qichao Hu)가 2012년에 매사추세츠주 워본(Woburn)에 설립했다. 이 회사는 리튬 금속 기술을 사용하며, 리튬 이온 배터리 셀에서 발견되는 전통적인 젤 대신 분리 막으로 사용한다. SES 리튬 금속 배터리 셀은 에너지 밀도가 400 Wh/kg이며, 전통적인 리튬 이온 배터리 셀의 주행 거리를 두 배로 늘릴 수 있다. SES는 안전하고 효율적인 배터리 개발에 중점을 둔다. 인공 지능 알고리즘을 활용해 배터리의 안전성을 향상시켰고, 가볍고 비용 효율적으로 제작될 수 있다. 게다가 15분만에 배터리의 80%까지 빠르게 충전할 수 있다는 것은 큰 강점이다. 차량 제조업체들과의 협력도 활발한 편이다. 제너럴 모터스(GM), 혼다, 현대자동차, 지리, 기아와 같은 주요 자동차 기업들과 파트너십을 체결하고 있다. 특히 2021년에는 GM이 SES에 1억 3900만 달러를 투자했으며, 2025년부터는 SES의 리튬 금속 배터리 셀을 자동차에 적용할 계획이다. 9. 솔리드 파워(Solid Power) 솔리드 파워는 2011년 콜로라도 대학의 스핀오프로 탄생했으며 현대자동차, BMW, 포드와 같은 글로벌 자동차 제조업체들의 후원을 받으며 빠르게 성장했다. 2021년에는 콜로라도 주의 손턴(Thornton)에 7만5000평방 피트(약 6967제곱미터) 규모의 최첨단 생산 공장을 설립했다. 솔리드 파워의 주요 기술은 전통적인 리튬 이온 배터리의 액체 전해질을 황화물 기반의 고체 전해질로 교체하는 것이다. 이 고체 전해질은 액체 전해질보다 안전하며, 안정적인 성능을 제공한다. 이 회사는 2028년까지 연간 80만 대의 전기차 배터리 셀 생산을 목표로 하고 있으며, 그를 위한 생산 확장 계획을 세우고 있다. 또한, 솔리드 파워는 미국 에너지부의 "전기 자동차를 위한 미국 저탄소 생활 (EVs4ALL)" 프로그램에서 총 4200만 달러 중 560만 달러의 지원을 받아 연구 및 개발 활동을 지속적으로 진행하고 있다. 10. 실라 나노 테크놀로지스(Sila Nanotechnologies) 실라 나노 테크놀로지스는 BMW, 다임러 AG(Daimler AG), 지멘스(Siemens), CATL과 같은 세계적인 기업들과 전략적 파트너십을 체결해 전기 자동차용 고체 상태 배터리의 상용화를 위한 강력한 투자 지원을 확보했다. 산업 내 주요 플레이어들의 지원 아래, 이 회사는 2028년까지 150 GWh 이상의 대규모 배터리 셀 생산을 목표로 하는 로드맵을 구축하고 있다. 특히, 실라 나노는 20% 더 긴 주행 거리와 20분만에 10-80%까지 충전이 가능한 타이탄 실리콘(Titan Silicon) 배터리 셀을 선보였다. 이 기술은 메르세데스-벤츠의 EQG 모델에 적용될 예정이다. 더욱이, 회사는 기존 고체 상태 배터리 기술의 덴드라이트 현상과 부피가 큰 세라믹 전해질의 한계를 극복하기 위한 방안으로, 중간 온도에서 다공성 분리막-양극 스택에 고체 전해질을 용융 침투시키는 방식을 도입할 계획이다.
- IT/바이오
2023-09-14
발각시 액화되는 '스파이 로봇' 개발

서울대 재료공학부 강승균 교수팀 연구원들이 자외선(UV)과 열에 반응해 자가 붕괴하는 '에퍼멀 로봇(Ephemeral Robot)'의 프로토타입(본격적인 상품화에 앞서 성능을 검증 및 개선하기 위해 간단히 핵심 기능만 넣어 제작한 기본모델)을 개발했다. 연구원들이 개발한 이번 에퍼멀 로봇은 자외선(UV)과 열에 접촉하면 스스로 분해 될 수 있는 실리콘 엘마스토머(silicone elastomer)를 이용해 제작했다. 임무 중에는 기능을 유지하고 필요에 따라 액화해 수명 주기를 제어하여 중요한 데이터의 보안을 유지 할 수 있다. 이 로봇은 적에게 노출되면 스스로 녹아 사라질 수 있는 장점을 보유하고 있어 정찰 로봇 등 군사적 활용도가 높을 것으로 기대된다. 그러나 애퍼멀 로봇의 대표적인 소재인 열경화 실리콘은 내열성 및 내화학성이 강해 소재 분해에 적합하지 않는 지적이다. 열경화 실리콘 기반의 소프트 로봇의 분해를 위해서는 300°C까지의 극한 온도와 유사한 극단적인 pH 수준에 견뎌야 하는 문제를 먼저 해결해야 한다. 서울대 연구팀은 자외선 감응형 소재를 활용해 본연의 장점을 유지하면서 강한 자외선을 통해 가교 고분자를 쉽고 빠르게 분해할 수 있으며, 큰 열에너지나 극단적인 pH 조건이 갖춰지지 않아도 로봇이 스스로 액화될 수 있다고 말했다. 개발 소재를 소프트 로봇에 적용해 분해를 쉽게 함으로써 다양한 분야로의 응용 가능성을 열었다. 광 감응형 플루오린 발생제를 첨가한 실리콘 탄성 복합체 기반 자외선 감응형 소재는 복구할 수 없는 분해 가능한 소재다. 기존 실리콘과 같은 간단한 합성 프로세스와 뛰어난 기계적 특성을 가졌으며, 가교 구조의 고분자를 쉽고 빠르게 분해할 수 있도록 설계됐다. 연구팀은 해당 재료 시스템을 기반으로 소프트 로봇을 제작하고 주위 환경을 정찰할 수 있는 초박형 전자소자를 제작·탑재해 자외선, 온도, 로봇의 움직임까지 실시간으로 측정하는 로봇 시스템을 구현했다. 프로젝트 주요 저자인 서울대학교 재료과학 및 공학부의 오민하 박사는 "유연한 로봇이 주어진 미션을 완료 후에 붕괴가 필요한 상황이 되면, 로봇이 스스로 붕괴 절차를 밟으며 2시간 이내에 붕괴된다"고 설명했다. 이번에 개발한 로봇의 소재는 경직되지 않은 실리콘 엘라스토머(실리콘 수지)를 기반으로 한다. 내부에는 자외선으로 활성화되는 디페닐요오노늄 플루오라이드(DPI-HFP) 생성기가 분산되어 있으면서, 작은 LED를 통해 자외선 빛에 노출되면 실리콘 소재는 플루오라이드 이온(F −)을 방출하여 구조 전체가 즉시 붕괴된다. 자외선 자극에 반응해 Si-O-Si 결합이 F− 이온을 통해 균열되며 전체 구조가 파괴된다. 연구자들은 이 장치를 테스트하기 위해 다양한 전자 기기(온도 및 자외선을 측정하는 응력 센서 등)에 장착해 테스트를 진행했다. 로봇의 형태는 생분해성 폴리락틱 애씨드(생분해성 폴리머) 형태의 몰드 내에서 DPI-HFP-실리콘 혼합물을 60°C에서 30분 동안 경화시켰으며, 자가파괴 과정은 자외선을 활성화하고 60분 동안 120°C로 녹이는 것으로 시작된다. 이 시스템이 적용돼 파괴된 로봇은 실리콘 복합물과 기능이 없는 얇은 전자 부품을 포함한 오일 형태의 잔여물만 남긴다. 연구팀은 이 기술이 로봇 폐기물을 줄이는 데 도움을 주는 것뿐만 아니라 군사 작전과 접근하기 힘든 지역의 탐사 로봇에도 적용될 수 있다고 예상하고 있다. 연구원들은 사용자 안전을 고려한 액화 로봇 후속 연구를 계속 진행할 계획이라고 전했다.
- IT/바이오
2023-09-12
진화하는 로봇 개, '스팟' 이후 무슨 일이?…인간과 감정 교류 단계

보스턴 다이내믹스에서 2019년 공개한 네 발로 걷는 로봇 '스팟(Spot)'이후, 전 세계적으로 사족 보행 로봇개의 개발이 속속 진행되고 있다. 세계적인 IT 전문 매체 기즈모도(GIZMODO)은 최근 취리히 공과대학(ETH Zurich)의 연구팀이 '애니멀(ANYmal)'이라는 사족 보행 로봇개를 개발, 우주 탐사 프로젝트에 활용할 계획이라고 전했다. 중국 로봇 기업 '유니트리 로보틱스(Unitree Robotics: 宇树科技)'는 '유니트리 고2(Unitree Go2)'라는 로봇을 선보였다. 이 로봇은 최소 감지 거리 0.05m, 좁은 사각지대를 피하는 능력, 반구형 초광각 인식 기능을 제공한다. 또한 '유니트리 고2'는 자연어 명령을 처리하며, 영상 실시간 전송과 레이더 고도 지도 제공으로 어디에서나 주변 상황을 모니터링할 수 있다. 이처럼 뛰어난 기능을 갖춘 이 로봇은 산업 운송 수단부터 위험한 환경에서의 작업, 건설 현장, 지하 환경 탐사 등 다양한 임무 수행이 가능할 것으로 기대된다. 중국의 IT 기업 샤오미도 로봇 개 '사이버 독2(CyberDog 2)'를 지난 8월 출시했다. 이 로봇 개는 실제 개의 모습을 똑닮은 디자인과 함께 높은 운동 능력을 자랑한다. 특히 '사이버독 2'는 강화된 운동 능력을 통해 공중제비를 할 수 있으며 넘어져도 손쉽게 일어날 수 있고, 음악에 맞춰 춤을 출 수 있다. 특히, 샤오미의 사이버독 2는 AI 카메라, TOF(Time of Flight, 비행 시간) 센서, 라이다(LiDAR, 레이저 펄스를 발사하여 그 빛이 대상 물체에 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지 거리 등을 측정하고 물체 형상까지 이미지화하는 기술), 초음파 센서 등 총 19 종류의 센서를 탑재해 주인의 얼굴 표정을 인식하고 AI 음성 대화 시스템을 활용해 주인의 감정을 파악하는 등 인간과 상호작용할 수 있다. 이처럼 로봇개의 진화는 인간의 일상생활에 다양한 변화를 가져올 것으로 예상되며, 로봇 기술의 발전은 미래에 더욱 혁신적인 역할을 해낼 것으로 보인다. 한편, '스팟(Spot)'은 미국 공학회사 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)가 개발한 사족 보행 로봇이다. 스팟의 프로토타입은 2015년에 처음 공개됐다. 이후 보스턴 다이내믹스는 스팟의 기능과 성능을 계속 개선했고, 다양한 버전의 스팟이 나왔다. 2019년에는 스팟의 상업용 버전이 출시됐다.
- IT/바이오
2023-09-08
소형 곤충 로봇 '클라리', 좁은 틈새서 형태 변형…재난 대응 혁신 기대

미국 콜로라도 대학교 엔지니어들이 곤충처럼 모양을 바꾸고 좁은 틈새를 통과할 수 있는 로봇 '클라리(CLARI)'를 개발했다. 미국 기술 전문매체 인터레스팅엔지니어링은 곤충의 끈기와 적응력에서 영감을 받은 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스(CU 볼더)의 엔지니어 팀이 좁은 공간에서 움직일 수 있도록 형태를 바꿀 수 있는 획기적인 소형 로봇인 클라리(CLARI, Compliant Legged Articulated Robotic Insect)를 개발했다고 최근 보도했다. 사람 손바닥보다 작고 탁구공보다 가벼운 클라리는 정사각형에서 좁고 길쭉한 형태로 모양을 바꿀 수 있어 좁은 공간도 거뜬히 통과할 수 있다. 휴대하기 쉽고 형태 변형 능력을 갖춘 이 작은 로봇은 재난 대응 작업에 혁신을 가져올 것으로 보인다. CU 볼더의 폴 M. 레이디 기계공학과 박사과정에 재학 중인 하이코 카부츠는 보도자료를 통해 "주변 환경에 수동적으로 적응할 수 있는 클라리의 능력은 우리가 미처 생각지도 못한 엄청난 역할을 앞으로 담당할 수 있다"고 말했다. 연구진은 지난 8월 30일 학술지 「고급 지능형 시스템(Advanced Intelligent Systems)」 에 로봇 클라리의 혁신적인 설계를 게재했다. 모듈식 설계 구조로 유연성 갖춰 현재 클라리는 4개의 다리를 가진 모듈식 구조로 설계되었다. 이런 설계 덕분에 다리를 추가하거나 구조를 다양하게 조정하는 것이 가능하다. 카부츠는 거미에서 영감을 받아 거미줄을 통과할 수 있는 8개의 다리를 가진 로봇을 구상하고 있다. 그는 "모듈식 설계는 다양한 용도로 활용 가능한 다용도 도구로의 변신을 가능하게 한다"고 말했다. 클라리는 막대한 잠재력을 가지고 있지만, 현재는 전원과 기본 명령을 전달하는 전선에 의존하고 있다. 이 연구의 공동 저자인 카우식 자야람 조교수는 클라리가 자율적으로 돌아다니기를 기대하고 있다. 자야람은 "클라리는 초기 단계이지만, 제트 엔진 내부나 무너진 건물 잔해 아래와 같이 기계가 접근하기 어려웠던 곳에도 들어갈 수 있는 로봇의 개발이 목표"라고 밝혔다. 동물의 왕국을 모델로 한 로봇을 디자인한 경력이 있는 자야람은 기존의 큐브형 로봇 구조에 도전하고 있다. 그는 "동물들의 다양한 형태처럼 로봇도 다양한 형태를 가질 수 있지 않을까요?"라고 반문했다. 곤충 특성 모방 로봇 자야람은 클라리 개발 이전, 버클리 캘리포니아 대학교에서 바퀴벌레가 좁은 수직 공간을 통과하는 능력을 모방한 로봇을 설계했다. 그는 이런 작업이 시작 단계에 불과하다고 여긴다. 자야람은 "동물의 세계는 디자인에 대한 무한한 영감을 제공합니다. 동물들이 좁은 공간을 통과하는 다양한 방법이 있는데, 왜 단 하나의 방식만을 참고할까요?"라고 질문을 던졌다. 클라리는 기존의 디자인을 발전시켜 수평 간격을 좁히는 데 중점을 뒀다. 이 로봇은 폭이 34mm(약 1.3인치)에서 21mm(약 0.8인치)까지 조절 가능해, 다양한 환경에 적응하며 움직일 수 있다. 장애물 자율 감지 지원 자야람과 카부츠는 클라리의 단순한 형태 변형 능력만으로 만족하지 않고, 센서를 통합하여 클라리가 장애물을 자울적으로 감지하고 회피할 수 있게 만들 계획이다. 특히 로봇에 다리가 추가되면서, 유연성과 힘의 균형을 찾기 위한 연구도 진행하고 있다. 카부츠는 "고르지 못한 울퉁불퉁한 자연 지형을 넘나들거나, 풀잎 같은 장애물을 피하거나, 바위 틈을 기어다닐 수 있는 로봇을 상상해 보세요. 이것이 우리가 목표로 하는 미래 곤충 로봇의 모습이다"라고 말했다. 클라리는 작은 크기, 높은 적응성, 그리고 유연한 모듈식 설계를 통해 로봇공학의 새로운 지평을 열 예정이다. 이러한 특성들은 재난 발생 지역의 구조 활동이나 엔진 내부 점검과 같은 복잡한 작업에 매우 유용하게 사용될 수 있다. 카부츠는 "거미나 파리처럼 움직이는 로봇을 구현한다면, 지금까지 접근하기 어려웠던 지역까지 탐험하게 될 것이다. 말 그대로 하늘도 그 한계가 아니라는 것이죠"라고 말했다. 클라리는 현재 엄청난 잠재력을 갖춘 프로토타입 단계에 있다. 생물체의 독특한 움직임을 모방한 로봇은 미래의 로봇 기술의 가능성을 활짝 열어주고 있다.
- IT/바이오
2023-09-04
블록체인, 금융에서 공급망까지 일상생활에 적극 활용

'블록체인'은 단순히 금융 분야나 암호화폐의 기술로 국한되지 않는다. 최근에는 다양한 산업에서 그 가치와 실용성을 입증하며, 사회 전반의 혁신적 변화를 주도하고 있다. 블록체인 기술은 분산 원장 기술(Distributed Ledger Technology, DLT)의 한 형태로, 거래의 기록이나 데이터를 연결된 '블록'들의 체인으로 저장하는 시스템이다. 한번 기록된 정보는 변경이 불가능하여 높은 투명성과 신뢰성을 제공하며, 사기나 해킹의 위험도 줄여준다. 이 기술은 암호화폐뿐만 아니라, 음악 스트리밍 서비스 스포티파이에서의 라이선스 계약 관리, 보험, 부동산, 정부에서의 도입 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 애널리스틱스인사이트는 블록체인의 다양한 활용 분야 10가지를 집중 조명했다. 1. 공급망 관리 블록체인 기술은 물품의 이동을 추적하고, 제품의 품질과 출처를 확인하며, 사기와 오류를 줄임으로써 공급망의 효율성, 투명성, 보안을 강화할 수 있다. 최고의 기술 기업 중 하나인 IBM은 여러 공급망 관리 블록체인 프로젝트에 참여하고 있다. IBM 공급망용 블록체인은 공급망 참여자들이 블록체인 기술을 통해 신뢰할 수 있는 데이터를 전달할 수 있도록 지원하는 제품 중 하나다. 2. 디지털 ID 디지털 ID는 인터넷 사용자 수가 증가함에 따라 신원을 확인하고 보안을 유지하기 위한 중요한 다음 단계다. 블록체인 기술을 통한 디지털 신분증 발급은 네트워크에 보관되는 데이터의 보안과 개방성을 높인다. 공식 문서가 부족하거나 차별을 경험한 사람들에게 블록체인 기술은 디지털 신원을 생성하고 확인하는 데 더 접근하기 쉽고 안전한 방법을 제공할 수 있다. 마이크로소프트는 노숙자와 난민에게 블록체인 기반 ID를 부여하는 프로젝트를 개발 중이다. 3. 의료 블록체인 기술은 의료 기록의 배포, 데이터 보안 및 개인정보 보호 강화, 임상시험 간소화, 원격 진료의 용이성 등 의료산업의 다양한 분야에 기여할 수 있다. 메디레저 프로젝트는 제넨텍, 화이자, 아메리소스버겐, 맥케슨 코퍼레이션과 같은 주요 제약 회사들이 주도하고 있다. 이들은 블록체인에 의약품을 안전하게 등록하고 인증하는 시스템의 작동하는 프로토타입을 만들었다. 이는 블록체인이 어떻게 의료 안전을 개선하고 위조 의약품의 글로벌 공급을 차단할 수 있는지 보여준다. 4. 상속 블록체인 기술은 중개인 없이 자동으로 유언장이나 상속을 실행하는 스마트 계약을 활용하여 사망 후 자산과 재산을 이전하는 과정을 간소화할 수 있다. 5. 식품의 안전성 블록체인 기술은 식품의 출처와 품질을 추적하고, 사기와 오염을 발견하며, 규제 준수를 보장함으로써 식품 안전을 개선할 수 있다. 6. 디지털 투표 블록체인 기술은 단순히 사기를 방지하고, 신원을 확인하며, 익명성을 유지하는 것 외에도 더욱 안전하고 투명하며 효과적인 디지털 투표 시스템을 구축하는 데 도움이 될 수 있다. 7. 부동산 블록체인의 불변성으로 인해 물리적 자산과 불가역적으로 연결된 고유 토큰을 생성할 수 있다. 이는 사기를 방지하기 위해 소유권 기록과 거래에 대한 스마트 계약을 유지하는 데 도움이 된다. 블록체인 기술은 중개인을 없애고, 서류 작업을 줄이고, 소유권을 확인하고, 결제를 용이하게 함으로써 부동산 거래의 비용과 복잡성을 낮출 수 있다. 8. 데이터 공유 블록체인 기술은 사람, 기업, 디바이스 간에 탈중앙화되고 신뢰가 필요 없는 데이터 공유를 가능하게 함으로써 협력, 창의성, 수익 창출의 새로운 가능성을 열어준다. 9. 대체 불가능한 토큰(NFT) 블록체인 기술을 사용하여 게임, 수집품, 음악, 예술 및 기타 형태의 창의적 표현을 나타내는 고유한 디지털 자산인 대체불가능한 토큰(NFT)을 생성할 수 있다. 여러 플랫폼에서 암호화폐를 사용하여 대체 불가능한 토큰을 구매, 판매, 거래할 수 있다. 10. 정부 블록체인 기술은 관료주의를 줄이고, 사기와 부패를 방지하며, 시민 참여를 높이고, 국제 협업을 촉진함으로써 정부 서비스의 효율성, 투명성, 책임성을 높일 수 있다.
- 경제
2023-09-02