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2024-11-22 (금)

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중국 과학자, 시각 장애인 위한 '6족 로봇 안내견' 테스트

시각 장애인을 위한 로봇 안내견에 대한 테스트가 진행돼 그 결과가 주목된다고 CNN 등 외신이 전했다. 안내견 로봇은 중국 상하이교통대(Jiao Tong University)가 개발했다. 개발팀에 따르면 안내견 로봇은 잉글리시 불독 크기에 다리가 6개 달린 6족 로봇으로, 리트리버 등 실제 안내견과는 시각적으로나 촉감적으로 사뭇 다르지만, 시각 장애자들에게 더 실용적인 도움을 줄 것으로 기대된다. 안내견 로봇은 현재 실제 현장에서 테스트 중에 있는데, 카메라와 센서를 통해 기존 안내견이 할 수 없는 신호등 신호 인식 등 다양한 환경을 탐색해 시각 장애인들을 안내하고 있다. 로봇은 음성 인식, 경로 계획 기능, 신호등 인식 기능에 AI 기술까지 접목돼 시각 장애인과 말하고 들으면서 의사소통할 수 있다. 또한 다리가 6개로 일반 반려견보다 2개가 많아 움직임이 부드럽고 최대한 안정적으로 걷는 데 도움이 된다. 로봇은 세 개의 다리를 딛고 나머지 3개를 들어 올리면서 이동한다. 이는 마치 카메라를 지지하는 삼각대와 같다. 개발팀을 이끈 교통대 기계공학부 가오 펑 교수는 삼각대 형식의 지지는 가장 안정적인 구조라고 설명했다. 안내견 로봇 실험은 시각 장애인 부부를 대상으로 했다. 한 사람은 완전한 시각 장애인, 배우자는 약간의 시력만 유지하는 장애인이었다. 로봇의 도움을 받은 부부는 결과에 대체로 만족했다고 한다. 상용화된다면 시각 장애인이 혼자 여행할 때 겪는 문제 중 일부를 충분히 해결할 수 있을 것이라는 평가다. 실제 안내견을 충분히 대체할 수 있다는 것이다. 안내견 로봇은 호주, 영국 등 다른 로봇 공학 선진국에서도 개발하고 있다. 중국도 그 중 하나로, 중국은 특히 안내견이 크게 부족한 실정이다. 중국에는 거의 2000만 명의 시각 장애인이 있지만, 이들을 위한 안내견은 400마리가 조금 넘는 수준이라고 한다. 애완동물 소유 및 도우미 동물은 미국에서도 여전히 사회에 정착되지 않은 생활 문화다. 많은 직장, 레스토랑 및 기타 공공장소에서 래브라도 리트리버와 같은 안내견 출입이 제한된다. 또 실제 안내견은 번식의 한계와 강한 훈련이 필요하기 때문에 항상 공급이 부족하다. 그런점에서 안내견 로봇은 대량 제조가 가능하므로 수요를 감당할 수 있다는 지적이다. 가오 펑은 “개발된 안내견 로봇은 자동차와 같다. 대량 생산이 가능해 가격이 더 저렴해질 수 있으며, 시각 장애인의 이동을 지원하는 도구”라며 ”전 세계적으로 안내견이 필요한 시각 장애인이 수천만 명에 달할 것이기 때문에, 안내견 로봇 시장은 상상 이상으로 크다“고 기대했다.
- IT/바이오
2024-07-10
세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발

미국 텍사스대 과학자들이 완전하고 기능적인 인간 면역체계를 가진 쥐 모델 개발에 성공했다. 이 모델은 또한 특정 항체 반응을 생성할 수 있는 인간과 유사한 장내 미생물군을 가지고 있는 것으로 보고됐다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 8일(현지시간) 보도했다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강 과학센터의 과학자들이 개발한 이 인간화된 쥐는 TruHuX(진정한 인간, 또는 THX)라는 이름을 가지고 있다. 텍사스 대학교 롱 의과대학 미생물학, 면역학 및 분자유전학과의 파울로 카살리(Paolo Casali) 교수 연구팀은 면역학 및 미생물학 분야에서 50년 이상의 경력을 지닌 연구자로, 항체 반응의 분자 유전학 및 후성유전학 분야의 전문가다. 연구팀은 기존 인간 모델의 한계를 극복하기 위해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 가진 인간화된 쥐 모델 개발을 목표로 했다. 쥐는 크기가 작고, 취급이 용이하며, 인간과 많은 면역 요소 및 생물학적 특성을 공유하고, 유전적 변형이 용이하기 때문에 생물학 및 생물 의학 연구에 널리 사용된다. 그러나 1600개 이상의 쥐 면역 반응 유전자 중 상당수는 인간 유전자와 일치하지 않아 인간 면역 반응 예측에 차이 또는 결함을 초래한다. 이러한 이유로 인간 면역 반응을 정확하게 재현하는 '인간화된 쥐' 모델 개발이 중요한 과제로 떠올랐다. 본 연구는 2024년 8월 '네이처 이뮤놀로지(Nature Immunology)' 저널에 게재될 예정이다. 탯줄 혈액서 분리한 인간 줄기세포 쥐 심장에 주입 연구팀에 따르면 이 TruHuX 쥐 모델에는 림프절, 생식 중심, 흉선 인간 상피 세포, 인간 T 림프구와 B 림프구, 기억 B 림프구, 그리고 인간에서 발견되는 것과 동일한 고도로 특이한 항체와 자가항체를 생성하는 형질 세포가 포함되어 있다. 1980년대에 인간 HIV 감염 및 면역 반응 모델링을 위해 처음으로 인간화된 쥐가 개발됐다. 이후 면역결핍 쥐에 인간 말초 림프구, 조혈모세포 또는 다른 인간 세포를 주입하는 방식으로 인간화된 쥐가 계속 개발되어 왔다. 그러나 기존 모델들은 완전히 기능하는 인간 면역 체계를 갖추지 못하고, 수명이 짧으며, 효과적인 면역 반응을 나타내지 못했다. 이로 인해 인간 면역 치료제 개발, 인간 질병 모델링 또는 인간 백신 개발에 적합하지 않았다. 카살리 교수 연구팀은 탯줄 혈액에서 분리한 인간 줄기세포를 면역결핍 NSG W41 돌연변이 쥐의 심장(좌심실)에 주입하는 방식으로 연구를 시작했다. 몇 주 후, 이식된 줄기세포가 안정화되면 쥐에게 17β-에스트라디올(E2)을 투여하여 호르몬 조절을 진행했다. 에스트로겐은 인체에서 가장 강력하고 풍부한 형태의 여성 호르몬이다. 에스트로겐을 통한 호르몬 조절은 이전 연구 결과에 근거하여 진행되었다. 이는 에스트로겐이 인간 줄기세포 생존율을 높이고, B 림프구 분화와 바이러스 및 박테리아에 대한 항체 생성을 촉진한다는 점을 시사한다. 카실리 박사는 "에스트로겐 활성을 중요하게 활용하여 인간 줄기세포와 인간 면역세포 분화 및 항체 반응을 지원함으로써 THX 쥐는 인간 면역계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 이렇게 개발된 TruHuX(THX) 쥐는 림프절, 배중심, 흉선 상피 세포, 인간 T 및 B 림프구, 기억 B 림프구 및 형질 세포를 포함해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 갖추고 있다. 프리스테인 주입시 루푸스 발현 THX 쥐는 실모넬라 편모 단백질 및 화이자 COVID-19 mRNA 백신 접종 후 각각 살모넬라 티피뮤리움 및 SARS-CoV-2 바이러스 스파이크 S1 RBD에 대한 성숙한 중화 항체 반응을 나타냈다. 또한 염증 반응을 유발하는 기름인 프리스테인 주입 후 전신성 호반성 루푸스 자가면역 질환을 발병할 수 있다. 카실리는 이 새로운 발견이 암 체크포인트 억제제와 같은 면역치료제, 인간 박테리아 및 바이러스 백신 개발, 다양한 인간 질병의 모델링 등 인간 생체 내 실험에 새로운 길을 열었다고 설명했다. 또한 이 새로운 접근 방식이 면역학 및 미생물학 연구에서 비인간 영장류 사용을 대체할 수 있다는 낙관적인 전망을 내놓고 있다. 에스트로겐과 면역 체계에 대한 이전 연구가 부족했기 때문에 카실리 교수는 이번 발견이 해당 주제에 대한 추가 연구를 촉진하기를 기대하고 있다. 카실리 교수는 "THX 쥐는 에스트로겐 활동을 활용해 인간 줄기세포 및 면역세포 분화와 항체 반응을 지원함으로써 인간 면역 체계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 연구팀은 현재 THX 쥐 모델을 사용하여 전신 및 국소 수준에서 SARS-CoV-2(COVID-19)에 대한 생체 내 인간 면역 반응, 인간 기억 B 림프구, 생성을 위한 핵 수용체 RORα 의존성, RORα 발현 및 조절 장애로 이어지는 사건을 조사하고 있다. 연구팀은 또한 인간 형질세포 생성을 매개하는 후성유전학 요인과 메커니즘을 탐구하고 있다. 형질세포는 박테리아, 바시리스 또는 암세포에 대한 항체를 초당 수천개씩 만드는 일종의 세포 공장이다.
- IT/바이오
2024-07-09
[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성

중국 과학자들이 젤라틴과 DNA로 이루어진 새로운 생분해성 에어로젤을 개발해 태양 반사율 100%를 달성했다. 에어로젤은 90% 이상 공기로 이루어진 매우 가벼운 고체 물질이다. 세상에서 가장 가벼운 고체 중 하나인 에어로젤은 공기보다 약간 무거운 정도이며, 뛰어난 단열성을 지녀 극한의 온도에서도 열 전달을 효과적으로 막을 수 있다. 최근 중국 쓰촨대학 연구팀은 젤라틴과 DNA로 구성된 에어로젤을 개발해 태양 반사율 104%와 뛰어난 복사 냉각 효과를 달성했다고 인터레스팅 엔지니어링이 보도했다. 미국 과학진흥협회(AAAS)의 공식 성명에 따르면, 이 에어로젤은 생분해성이며 탁월한 복사 냉각 효과를 제공한다. 연구팀은 새러운 에어로젤은 가시광선 영역에서 104%의 반사율을 달성했으며, 이는 광 발광 효과에 의한 것이라고 밝혔다. 에어로젤의 발광은 젤라틴과 DNA가 촘촘하게 연결된 네트워크에서 비롯되며, 이는 발색단들을 함께 모아 시스템의 비복사 전이를 억제하는 데 기여한다. 이 냉각 소재는 특수한 층상 디자인과 빛에 노출될 때 독특하게 빛나는 방식으로 인해 많은 태양광을 반사할 수 있다. 또한 생분해성일 뿐만 아니라 수리와 재활용이 가능해 기존 냉각 소재에 대한 친황경적인 대안을 제시한다. 바이오매스 원료의 냉각 소재 특히, 이 소재는 바이오매스 원료를 사용하여 '워터 용접'이라는 공정으로 제작됐다. 높은 태양 복사 조건에서 주변 온도를 섭씨 16도까지 낮출 수 있으며, 수리와 생분해가 가능하다. 이 연구의 제1저자인 지안웬 마(Jian-Wen Ma)는 젤라틴과 DNA는 구조적으로 균일한 에어로젤을 얻기 위해 동결 건조 공정을 통해 졸-겔 방식으로 설계됐다고 말했다. 마 연구원은 "에어로젤의 다층 구조는 햇빛의 다중 산란/반사를 허용하여 태양 반사율을 효과적으로 향상시킨다"고 말했다. 이 새로운 접근 방식은 에너지 소비가 많고 온실가스 배출량이 많은 기존 냉각 시스템의 문제를 극복하는 것을 목표로 한다. 바이오폴리머 기반 소재를 사용하여 장기적인 안정성과 최소한의 환경 영향을 제공한다. 냉각 소재는 맑음, 흐림 등 다양한 기상 조건에서 테스트에 성공했다. 또한 이 바이오매스 에어로젤은 자연 환경에서 미생물에 의해 생분해될 수 있으며, 고온 용해-재겔화-동결 건조 과정을 통해 재활용할 수 있다. 과학자들은 현재 에어로젤의 잠재적인 실용적인 응용 분야를 모색하고 있으며, 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성을 긍정적으로 전망하고 있다. 이 연구는 지난 7월 4일 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-07-08
[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.
- 생활경제
2024-07-08
[신소재 신기술(71)] 음식물 쓰레기 활용해 기존 소재보다 4배 강한 '식용 콘크리트' 개발

해초, 양배추와 오렌지 껍질 등 식물성 재료를 활용해 기존 콘크리트보다 3배 이상 강한 '식용 콘크리트' 건축 자재가 개발되어 주목받고 있다. 일본 도쿄대학 연구팀이 배추와 바나나,양파 껍질 등 식물성 유기물로 기존 콘크리트보다 4배 강한 콘크리트를 개발했다고 더쿨다운이 5일(현지시간) 전했다. 프린스턴 대학교에 따르면, 콘크리트는 물 다음으로 지구상에서 가장 많이 소비되는 제품이지만, 매년 44억 톤의 이산화탄소를 배출하며, 전 세계 오염의 8%를 차지한다. 이에 따라 기존 콘크리트 생산 과정의 대안을 모색하고, 건물의 내구성을 높여 콘크리트 사용량을 줄이는 노력이 중요해졌다. 이러한 맥락에서 도쿄 대학 연구팀이 개발한 '식용 콘크리트'는 기존 콘크리트보다 4배 강할 뿐 아니라 음식물 쓰레기 문제 해결에도 기여할 수 있어 더욱 주목받고 있다. 연구팀은 커피 찌꺼기, 바나나 껍질, 양배추, 오렌지 껍질, 양파 껍질, 호박 등 유기물을 건조 및 압축하고 물, 조미료와 혼합하여 고온 틀에서 압축하는 방식으로 친환경 콘크리트를 제작했다. 연구 수석 저자인 유야 사카이는 "저희의 목표는 해초와 일반 음식물 쓰레기를 사용하여 최소한 콘크리트만큼 튼튼한 재료를 만드는 것이었다"면서 "하지만 먹을 수 있는 음식물 쓰레기를 사용했기 때문에 재활용 과정이 원래 재료의 맛에 영향을 미치는지 확인하는 데도 관심이 있었다"라고 설명했다. 실험 결과, 이 식용 콘크리트는 굽힘 강도가 기존 콘크리트보다 훨씬 뛰어났으며, 소금이나 설탕을 첨가하여 맛을 개선해도 강도에는 영향을 미치지 않았다. 선임 연구원인 코다 마치타는 "호박에서 추출한 표본을 제외하고 모든 재료가 굽힘 강도 목표를 초과했다"며 "콘크리트보다 3배 이상 강한 재료를 생산한 배추 잎을 약한 호박 기반 재료와 섞어 효과적인 보강재를 제공할 수 있다는 것을 발견했다"고 말했다. 이 콘크리트는 또 부패, 곰팡이, 곤충에 강하며 4개월 동안 공기 중에 노출되어도 맛이나 강도가 변하지 않는 것으로 확인됐다. 이 연구는 더욱 견고한 건물을 위한 강력한 콘크리트를 개발하는 동시에, 지구 오염의 또 다른 원인인 음식물 쓰레기를 활용할 수 있는 방법을 제시했다. 미국 농무부에 따르면, 식량 손실 및 폐기물은 인간 소비를 위해 생산된 모든 식량의 3분의 1을 차지하며, 2021년 환경보호국 보고서에서는 식량 손실로 인한 1억 8700만 톤 이상의 이산화탄소 배출량이 석탄 화력 발전소 42개의 연간 오염량과 비슷하다고 밝혔다. 이 기술이 미래 건축물에 적용될지는 아직 미지수지만, 과학자들은 다양한 분야에 활용될 수 있다는 점에서 긍정적인 반응을 보이고 있다. 이는 기존의 틀을 벗어난 사고가 이산화탄소 배출과 환경오염 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있는 가능성을 보여주는 좋은 사례라는 평가다.
- 포커스온
2024-07-05
[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?

달의 표면은 회색의 여러 반점 모양으로 유명하다. 망원경을 들여다 보면 달의 표면에서는 또한 밝게 보이는 반점도 발견된다. 달 소용돌이로 알려진 이러한 특징적인 반점들이 지난 1600년대에 처음 발견된 이후, 천문학계는 그 기원이 무엇인지를 계속 탐구해 왔다. 학계에 잘 알려진 ‘라이너 감마’ 소용돌이와 같은 밝은색의 반점 영역은 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 라이너 감마는 달 표면 밝게 보이는 반점 형상의 평평한 지대다. 그런 가운데 스탠포드 대학교와 세인트루이스 워싱턴 대학교(WUSL) 과학자팀이 반점에 대한 새로운 연구 결과를 내놓아 주목된다고 사이언스얼라트가 전했다. 새로운 이론을 제시한 것이다. 이 연구는 '지구물리학 연구저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)'에 게재됐다. 지구와 달리 달은 태양의 하전 입자로부터 자신을 보호하기 위해 자기장을 발생시키지 않는다. 이는 태양풍이 달 표면과 충돌할 때 화학 반응을 일으켜 시간이 지남에 따라 암석이 더 어둡게 만든다. 즉, 달의 일부 반점처럼 보이는 주머니는 작은 자기장에 의해 보호되는 것으로 보인다. 지금까지 학자들이 발견한 모든 밝은 음영의 달 소용돌이는 이 지역의 자기장들 중 하나와 일치한다. 그러나 그 안에 있는 모든 암석이 반사되는 것은 아니며, 달의 모든 자기장이 소용돌이를 포함하는 것도 아니다. 그렇다면 여기에서는 무슨 일이 벌어지고 있는 것일까. 최근 일부 연구에서는 달과 미세 운석의 충돌이 하전된 먼지 입자를 일으킬 수 있으며, 이 입자가 표면에 도달하는 곳마다 국지적인 자기장이 생성되고 이로 인해 태양풍이 반사된다는 주장이 나왔다. 그러나 스탠포드와 WUSL의 연구팀은 그 가설에 대해 이의를 제기했다. 무언가 다른 힘이 달의 소용돌이를 자화시켜 태양풍 입자를 편향시켰다는 것이다. WUSL의 행성 과학자 미하일 크로친스키는 "충돌로 인해 이러한 유형의 자기 이상 현상이 발생할 수 있지만, 충격에 의한 것이라고 확신할 수 없는 모양과 크기의 소용돌이가 있다"고 지적했다. 크로친스키는 이에 대해 "지각 아래로부터의 힘도 작용할 수 있다"고 제안했다. "지하에 용암이 있다는 것이고, 자기장에서 천천히 냉각되면서 자기 이상 현상을 일으켰다"는 것이다. 연구팀은 그 근거로 달 표면 아래에서 한때 암석이 녹아 흐르고 있었던 레이더 영상 증거를 제시했다. 냉각된 마그마의 지하 흐름은 수십억 년 전의 화산 활동 시기를 나타낸다. 연구팀은 이 마그마 냉각 속도 모델을 사용, 달에 풍부하게 존재하고 화산암에서 흔히 발견되는 일메나이트라는 티타늄-산화철 광물이 어떻게 자화 효과를 낼 수 있는지 조사했다. 그들의 실험은 적절한 조건에서 일메나이트의 느린 냉각이 달의 지각과 상부 맨틀 내의 금속 철 및 철-니켈 합금 입자를 자극해 강력한 자기장을 생성할 수 있음을 보여준다. 팀은 "이 효과가 달 소용돌이와 관련된 강한 자기 영역을 설명할 수 있다"고 결론지었다. 이 결론이 입증되기 위해서는 지하 마그마에 티타늄 함량이 충분해야 한다. 그러나 지금까지 달의 국지적 자기장에 대해 알려진 대부분은 공중을 도는 우주선의 레이더를 사용해 얻은 데이터 측정에서 얻어진 것이다. 실제로 정확히 이해하려면 달 표면을 직접 시추해야 한다. 나사(NASA)는 이를 구체적으로 규명하기 위해 2025년 루나 버텍스(Lunar Vertex) 임무의 일환으로 라이너 감마 소용돌이에 탐사선을 직접 보낸다. 향후 수 년 안에 이 수수께끼를 해결할 증거가 수집될 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-07-05
미국 NIST-콜로라도주립대 JILA, 역대 최고 초정밀 원자시계 개발

미국표준기술연구소(NIST)와 콜로라도주립대 볼더 캠퍼스가 합작해 설립한 물리학 연구소 JILA의 연구진이 아인슈타인의 일반 상대성이론이 예측한 대로 미세한 효과까지 측정할 수 있는 초정밀 빛 기반 원자시계를 개발했다고 NIST가 발표했다. NIST 홈페이지에 실린 게시글에 따르면 제작된 시계는 1초를 보다 정확하게 나타내게 되며, 심지어는 새로운 지하 광물 매장지의 발견으로까지 이어질 수도 있다고 한다. 원자시계는 일반적으로 마이크로파를 사용해 1초의 길이를 결정한다. 이번 연구는 여기에서 발전한 것으로, 가시광선으로 원자를 비추면 광파의 주파수가 마이크로파보다 훨씬 높아 초를 더욱 정확하게 계산해 낸다. 빛 기반 광학 원자시계는 마이크로파 시계에 비해 더욱 정밀해 300억 년에 1초 정도의 오차가 생길 수 있다. 다만 이 정도의 정확도에 도달하려면 시계의 정밀도 역시 높아져야 한다. 즉 극히 정밀한 초까지 측정할 수 있어야 한다. 원자시계의 정밀도 향상 JILA 연구진은 가시광선을 사용하는 대신 광학 격자로 알려진 빛의 그물을 사용해 수만 개의 원자를 동시에 측정했다. 이는 원자시계에 초를 정확하게 측정할 수 있는 더 많은 데이터를 제공했다. 과거에는 광학 격자 접근 방식이 사용됐지만, JILA 연구진은 측정을 위해 상대적으로 더 부드러운 접근 방식을 사용했다. 이로 인해 레이저 자체가 원자를 측정하거나 원자가 서로 충돌하는 효과 등 두 가지 오류 가능성을 줄일 수 있었다. 상대성과 그 이상의 효과 측정 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 중력은 시간에 영향을 미친다. 중력장이 강할수록 시간의 흐름이 느려진다. JILA가 개발한 시계는 밀리미터 미만 규모의 시간 기록에 대한 중력의 영향을 감지할 수 있을 만큼 민감하다. JILA와 NIST의 물리학자인 준 예 교수는 이번 원자시계 제작과 관련, 시간 기록으로 가능한 한계를 돌파하고 있다면서 시계 설계가 측정을 넘어 양자 영역까지 확장됐다고 말했다. 양자 컴퓨터는 원자와 분자의 특성을 활용해 복잡한 계산을 수행한다. JILA 시계는 정밀한 측정이 가능하기 때문에, 일반 상대성이론과 양자역학 이론이 교차하는 미시적 영역에서 중력에 의한 시간 흐름의 왜곡까지 측정할 계획이다. 시계의 정확성은 과학자들이 매우 먼 거리에 떨어진 우주 공간에서도 정확한 시간을 유지하는 데 도움이 된다. 이와 관련, 예 교수는 "예컨대 정밀한 정확도로 화성에 우주선을 착륙시키려면 현재 GPS에 있는 것보다 훨씬 더 정확한 시계가 필요하다"고 덧붙였다. 보고서는 "과학은 측정 영역의 미개척지를 탐구하고 있다. 높은 수준의 정밀도로 사물을 측정할 수 있게 되면 지금까지 이론으로만 가능했던 현상이 실제로 보이기 시작한다"고 강조했다. 연구 결과는 '피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)' 저널에 게재될 예정이다.
- IT/바이오
2024-07-04
[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴…방사선 노출 위험 고조

핀란드와 영국, 미국 등 국제 연구팀이 태양에서 발생하는 강력한 입자 폭발 현상이 지구의 오존층을 심각하게 파괴해 장기간 지구 표면에 방사선 노출량을 증가시킬 수 있음을 밝혔다고 PHYS.org가 2일(현지시간) 보도했다. 올해 5월초 발생한 강력한 오로라는 태양 폭풍이 방출하는 방사선 에너지를 보여주는 사례였다. 태양은 때때로 더 파괴적인 현상을 일으키기도 한다. '태양 입자 방출(solar particle events)'이라고 알려진 이 현상은 태양 표면에서 직접 방출되는 양성자 폭발로, 마치 탐조등처럼 우주 공간으로 뻗어 나갈 수 있다. 연구에 따르면, 지구는 약 1000년마다 극심한 태양 입자 방출 현상에 노출되며, 이는 오존층에 심각한 손상을 입히고 지표면의 자외선(UV) 복사량을 증가시킬 수 있다. 지난 7월 1일 미국 국립과학원 아카데미 회보에 게재된 논문에서 연구팀은 이러한 극한 상황이 발생했을 때 나타나는 현상을 분석했다. 또한 지구 자기장이 약화되었을 때 이러한 현상이 지구 생명체에 미치는 영향이 매우 클 수 있음을 보여줬다. 이 논문의 주저자는 판란드 오울루대학교(University of Oulu)의 프레이드리그 아르세노비치(Predrag Arsenovic)이며, 공동 저자는 영국 레딩대학교(University of Reading)의 매튜 오웬스(Mathew Owens), 미국 콜로라도대학교 볼더(University of Colorado Boulder)의 마이크 록우드(Mike Lockwood), 오울루대학교의 일리야 우소스킨(Ilya Usoskin), 레딩대학교의 루크 바나드(Luke Barnard) 등이다. 극지방 자기장, 오로라 형성 지구 자기장은 태양에서 방출되는 전하를 띤 방사선을 막아주는 중요한 보호막 역할을 한다. 일반적인 상태에서 지구 자기장은 거대한 막대 자석처럼 기능하며, 한쪽 극에서 나온 자기장 선이 다른 극으로 돌아가는 형태를 띠고 있다. 극지방에서는 자기장 선이 수직으로 배열되어 일부 이온화된 우주 방사선이 상층 대기까지 침투해 공기 분자와 상호작용하며 오로라를 생성한다. 그러나 지구 자기장은 시간이 지남에 따라 크게 변화한다. 지난 세기 동안 북극 자기는 연간 약 40km 속도로 캐나다 북부를 가로질러 이동했으며, 자기장 강도는 6% 이상 약화됐다. 지질학적 기록에 따르면, 지구 자기장이 매우 약하거나 완전히 사라진 시기가 수백년 또는 수천 년 지속된 경우도 있었다. 고대에 자기장을 잃고 그 결과 대기의 대부분을 잃은 화성을 살펴보면 지구 자기장이 없다면 어떤 일이 일어날지 알 수 있다. 지난 5월 지구에 오로라 발생 직후 강력한 태양 입자 방출 현상이 화성을 강타했다. 이로 인해 화성 탐사선 오디세이의 작동이 중단됐고, 화성 표면의 방사선 수치가 흉부 X선 촬영시 받는 방사션보다 약 30배나 높은 수준을 기록했다. 태양의 외기는 '태영풍'이라고 알려진 전자와 양성자의 끊임없이 변동하는 흐름을 방출한다. 그러나 태양 표면은 태양 입자 방출 현상에서 에너지, 주로 양성자인 에너지 폭발을 산발적으로 방출한다. 이는 종종 태양 플레어와 관련 있다. 오존 감소, 방사선 증가 양성자는 전자보다 훨씬 무겁고 더 많은 에너지를 가지고 있기 때문에 지구 대기의 더 낮은 고도애 도달해 공기 중의 기체 분자를 들뜨게 자극한다. 그러나 이러한 들뜬 분자는 육안으로 볼 수 없는 X선만 방출한다. 매 태양 주기(약 11년)미디 수 백건의 약한 태양 입자 방출 현상이 발생하지만, 과학자들은 지구 역사 전체에 걸쳐 훨씬 더 강력한 사건의 흔적을 발견했다. 가장 극단적인 것 중 일부는 현대 장비로 기록된 것보다 수전 배 더 강했다. 이러한 극단적인 태양 압자 방출 현상은 대략 수천 년마다 발생한다. 가장 최근의 사건은 993년 경에 발생했다. 즉각적인 영향 외에도 태양 입자 방출 현상은 상층 대기에서 오존을 고갈시킬 수 있는 일련의 화학 반응을 일으킬 수도 있다. 오존은 유해한 태양 자외선을 흡수해 시력과 DNA를 손상시킬 수 있으며, 피부암 위험을 증가시키고 기후에도 영향을 미친다. 새로운 연구에서 연구팀은 극심한 태양 입자 방출 현상의 영향을 조사하기 위해 대규모 컴퓨터 모델을 사용했다. 연구팀은 이러한 사건이 1년 정도 오존층을 고갈시켜 지표면의 자외선 수치를 높이고 DNA 손상을 증가시킬 수 있음을 발견했다. 그러나 지구 자기장이 매우 약한 시기에 태양 양성자 사건이 발생하면 오존 손상이 6년 동안 지속되어 자외선 수치가 25% 증가하고 태양에 의한 DNA 손상률이 최대 50%까지 증가할 수 있다. 진화와 자가장과의 상관관계 그렇다면 약한 자기장과 극심한 태양 양성자 사건의 이러한 치명적인 조합은 얼마나 자주 일어날까. 이 두 현상은 상대적으로 자주 함께 발생할 가능성이 크다. 실제로 이러한 사건의 조합은 과거 지구의 여러 가지 미스터리한 사건을 설명할 수 있다. 가장 최근의 약한 자기장 기간(북극과 남극의 일시적인 전환 포함)은 4만2000년 전에 시작되어 약 1000년 동안 지속됐다. 유럽에서 마지막 네안데르탈인의 멸종과 호주에서 거대 웜뱃과 캥거루를 포함한 유대류 거대 동물군의 멸종과 같은 몇가지 주요 진화 사건이 이 시기에 발생했다. 훨씬 더 큰 진화적 사건 또한 지구의 자기장과 관련이 있다. 남호주 플린더스 산맥의 화석에 기록된 에디아카라기 말(약 5억6500만년) 다세포 동물의 기원은 2600만 년 동안 자기장이 약하거나 없는 시기 이후에 발생했다. 마찬가지로 캄브리아기 대폭발(약 5억3900만년 전)에서 다양한 동물 그룹의 급속한 진화는 지자기 및 높은 자외선 수준과 관련이 있다. 관련 없는 여러 그룹에서 눈과 단단한 몸 껍질의 동시 진화는 '빛으로부터의 도피'에서 유해한 자외선 유입을 감지하고 피하는 가장 좋은 수단으로 설명됐다. 이제 막 첫발을 뗀 진화와 자기장과의 연구는 지구 생명체의 역사와 미래에 대한 이해를 넓히는 데 중요한 영향을 미칠 수 있다. 아울러 지구 온난화로 인한 자기장 변화가 생태계에 미칠 영향을 예측하고 대비하는 데 도움을 줄 수 있다.
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2024-07-03
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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2024-07-02
운석 가루 이용해 제작한 우주 벽돌, 미래 달 기지 활용 기대

유럽우주국(ESA) 연구팀이 조립식으로 기구를 만드는 레고(LEGO)에서 영향을 받아 달 표면의 물질 또는 운석의 먼지를 이용해 미래의 달 기지를 건설하는 방법을 찾아냈다고 ESA가 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 레고 블록에서 영감을 받은 연구팀은 이 아이디어를 실증하기 위해 운석의 먼지를 사용해 3D 프린팅 기술을 사용해 '우주 벽돌'을 만들었다. ESA의 우주 벽돌은 지난달 20일부터 오는 9월 20일까지 레고 스토어에 전시돼 차세대 우주 엔지니어들과 의견을 주고 받는 과정을 거친다. 아이디어는 간단했다. 로켓에 탑재해 달까지 무거운 건축 자재를 가져가는 대신, 우주에 이미 존재하는 재료를 사용해 달 기지를 건설할 수 있지 않겠느냐는 생각에서 출발했다. 달의 표면은 달 표토라고 알려진 암석과 광물 조각의 층으로 덮여 있다. 이 재료는 우주 벽돌을 만드는 데 사용될 수 있다. 유일한 문제는 실험할 수 있는 달의 표토가 지구에 많지 않다는 점이었다. 연구를 거듭한 결과 ESA 팀은 적절한 해결책을 생각해 냈다. 그들은 45억 년 된 운석을 갈아서 달 표토와 유사한 재료를 만들었다. 운석에서 나온 먼지는 혼합물의 기초를 형성했고 레고 스타일의 우주 벽돌을 3D 프린팅하는 데 사용되었다. ESA의 우주 벽돌은 일반 레고 벽돌과 같은 방식으로 결합된다. 다만 레고에 비해 조금 더 거칠고, 다양한 색상이 아닌 단일 색상으로만 만들어진다. 연구팀은 이를 미화해 '스타일리시한 스페이스 그레이'라고 표현했다. 우주 벽돌은 ESA의 우주 엔지니어에게 새로운 재료를 사용해 다양한 구조물을 구축하고 테스트할 수 있는 유연성을 제공했다고 ESA는 긍정적으로 평가했다. . 연구팀은 우주 벽돌 조립을 아이들처럼 놀이를 통해 배울 수 있다. 레고와 같이 유연한 모듈식 건축 자재는 창의력을 키워주고, 건축 아이디어를 빠르고 간단하게 시험해 볼 수 있도록 한다. ESA의 아이던 코레이 연구원은 "아무도 달에 구조물을 건설한 적이 없기 때문에, 현지에서 제작하는 우주 벽돌로 모든 건축 디자인과 기술을 시험해 볼 수 있는 유연성을 갖게 된 것은 의미가 크다“면서 ”기술적 경계를 허물어 달을 과학적으로 이해하는 데도 유용했다"라고 말했다. ESA 우주 벽돌 중 일부는 선정된 레고 스토어에 전시돼 어린이들에게도 공개된다. 어린이들이 우주 벽돌로 자신들의 레고 달 기지를 만든다. ESA는 어린이들이 우주 엔지니어를 꿈꾸는 동기가 될 것이라고 기대했다. ESA는 과학자와 엔지니어는 오래 전부터 레고 블록으로 아이디어를 시험해 왔다며 “ESA의 우주 벽돌은 실제 달 기지 건설 아이디어 수립에 큰 도움을 줄 것”이라고 밝혔다.
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2024-07-02
[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장

중국 달 탐사선이 달에서 채취한 샘플에서 자체 토착 탄소인 그래핀이 발견돼 달의 기원에 도전장을 내밀고 있다. 달의 기원에 대해서는 여러 가지 가설이 존재하지만, 현재 가장 유력한 가설은 '거대 충돌설'이다. 약 45억년 전 원시 지구와 화성 크기의 천체 테이아(Theia)가 충돌해 두 천체가 합쳐지고, 그, 충격으로 떨어져 나간 파편들이 지구 주위를 돌며 뭉쳐져 달이 형성됐다는 이론이다. 이 가설은 달 샘플의 화학적 구성, 달 공전 궤도, 지구와 달의 자전축 기울기 등 여러 증거를 통해 뒷받침되고 있다. 중국 지린 대학교 과학자들은 2020년 12월 창어 5호가 달 표면에서 채취한 샘플을 분석하는 과정에서 특이하게 그래핀을 발견했다. 연구팀은 자연 상태에서 생성된 '소수층 그래핀(few-layer graphene)'을 달 샘플에서 처음으로 발견했다고 국영 통신사 글로벌 타임스가 보도했다. 이는 향후 인류가 달 현지 자원을 활용하는 계획에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 욱각형 벌집 모양으로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 소재다. 그래핀은 원자 한 층으로 이루어져 세상에서 가장 얇은 물질이다. 쉽게 말하면 연필심에 사용되는 흑연을 아주 얇게 한 겹만 떼어낸 것으로 볼 수 있다. 이번 발견은 달의 초기 지질학적 진화 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있으며, 달이 지구와 소행성의 충돌로 형성되었고 탄소 대부분이 이 충돌에서 유래했다는 기존 이론에 의문을 제기할 수 있다고 퓨처리즘은 전했다. 연구팀은 "널리 받아들여지는 '거대 충돌 이론'은 (미국 우주선) 아폴로 샘플의 초기 분석에서 파생된 '탄소 결핍 달'이라는 개념에 의해 강력하게 뒷받침되어 왔다"고 논문에서 밝혔다. 그러나 이번 연구 결과는 달에서 '탄소 포집 과정'이 존재하며, '토착 탄소의 점진적 축적'이 일어났음을 시사한다. 이는 '달의 화학 성분 및 역사에 대한 이해를 재정립할 수 있는 발견'이라는 점에서 중요하다. 연구팀은 비파괴 화학 분석 방법인 '라만 분광법'을 사용하여 소수층 그래핀의 존재를 확인했다. 소수층 그래핀은 2~10개 층으로 이루어진 그래핀으로, 실험실에서도 제조될 수 있다. 연구팀은 이 물질이 태양풍이 달 표면을 강타하고 초기 화산 폭발이 일어나는 과정에서 형성되었을 가능성을 제시했다. 순수한 '토착 탄소'의 존재는 약 44억 5000만 년 전 화성 크기의 소행성이 지구와 충돌하여 달이 형성되었다는 기존 가설에 배치되는 점이다. 그러나 연구팀은 이전 연구 결과와 마찬가지로 운석 충돌이 달에서 흑연 탄소 형성에 기여했을 가능성도 인정했다. 연구팀은 "자연 그래핀의 특성에 대한 심층적인 연구는 달의 지질학적 진화에 대한 더 많은 정보를 제공할 것"이라고 말했다. 한편, 중국은 무인 달 탐사선 창어-6호가 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 채취해 지난 6월 25일 내몽골에 성공적으로 착륙했다. 창어-6호는 달 뒷면에 있는 거대한 분화구인 남극 에이컨 분지(South Pole-Aitken Basin) 분지에서 달 토양을 수집해 지구로 53일만에 귀환한 것. 최대 2kg(4.4 파운드)에 달하는 이 샘플은 지난 26일 새벽 베이징으로 공수돼 중국 우주 기술 아카데미(CAST)로 이송됐다. 스페이스닷컴에 따르면 중국이 달 뒷면에처 채취한 샘플은 2020년 창어-5호가 수집한 샘플과 마찬가지로 재료를 분류한 다음 중국 전역의 과학자 및 기관의 연구에 사용할 수 있도록 제공될 예정이다. 이 자료는 2년 후 국제 그룹과 연구자들의 응용 프로그램에 제공될 가능성이 높다고 한다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 자금 지원을 받은 연구원들은 지난해 말 달 샘플에 대한 접근을 신청할 수 있는 특별 허가를 받았다. 과학자들은 이 샘플이 달, 지구, 태양계의 형성에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 중국은 우주 강국으로 자리매김하기 위해 2026년 창어-7호를 달 남극에 발사하고, 2028년에는 창어-8호를 발사해 자원 활용에 집중할 계획이다. 아울러 중국은 2030년까지 우주비행사를 달 남극에 보낼 계획이다. 달 남극은 인간의 생존에 필수적인 물과 각종 희토류 등이 있는 것으로 알려져 인도와 미국 등 세계 각국의 탐사 목표지로 급부상했다.
- IT/바이오
2024-07-01
[신소재 신기술(66)] 혁신적인 '빛 수확 시스템', 태양 전지 효율 38% 개선

독일 과학자들이 태양 전지의 효율성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 혁신적인 광 수확 시스템을 개발했다. 율리우스 막시밀리안 대학교(JMU) 연구팀은 전체 가시광선 스펙트럼을 흡수하여 태양 에너지를 보다 효율적으로 활용할 수 있는 새로운 시스템을 설계했다고 인터레스팅엔지니어링과 인티펜던트 등 다수 외신이 27일(현지시간) 보도했다. 연구 환경에서 실험 결과, 이 시스템은 입사광의 38%를 형광으로 변환하여, 기존 시스템 대비 비약적인 발전을 이루었다. 현재 상용화된 태양 전지에 사용되는 광 수집 시스템은 효율성이 낮다. 실리콘 등 무기 반도체 재료로 제작되어 가시광선 전체 스펙트럼을 흡수할 수 있지만, 흡광도가 매우 낮아 더 많은 빛을 흡수하기 위해 두꺼운 실리콘 층이 필요하며, 이는 태양 전지의 무게 증가로 이어진다. 연구팀은 광합성을 통해 넓은 스펙트럼의 빛을 활용하는 식물과 박테리아 등 자연 시스템에서 영감을 얻어, 네 가지 메로시아닌 염료를 사용하여 빛 수확 안테나를 설계했다. 이 염료들은 정교하게 접히고 쌓여 초고속으로 에너지를 효율적으로 전달할 수 있다. 이 혁신적인 빛 수확 시스템 프로토타입은 네 가지 염료 성분이 흡수하는 파장(자외선 U, 적색 R, 보라색 P, 청색 B)을 따서 URPB라고 명명됐다. 보도자료에 따르면 연구팀은 광 수확 시스템 성능을 검증하기 위해 형광 양자 수율(시스템이 형광 형태로 방출하는 에너지의 양)을 측정했다. 네 가지 염료를 개별적으로 사용할 경우, 빛 에너지의 약 1~3%만 수집할 수 있다. 하지만 새로운 시스템에서는 이들을 통합적으로 활용하여 빛의 38%를 유용한 에너지로 변환하는 데 성공했다. JMU의 프랑크 뷔르트너 박사는 "이 시스템이 무기 반도체와 유사한 구조를 가지고 있어 '가시광선 범위 전체에 걸쳐' 빛을 흡수할 수 있다"고 설명했다. 또한 유기 염료의 높은 흡수율을 기반으로 자연광 수확 시스템처럼 얇은 층을 사용하여 상당한 양의 빛 에너지를 수집할 수 있다고 강조했다. 이변 연구 결과는 '헤테로메릭 염료 폴더머를 위한 초분자 엑시톤 밴드 엔지니어링에 의한 범색광 수확 안테나'라는 제목으로 '화학 저널(Chem)'에 게재됐다.
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2024-06-28
[퓨처 Eyes(41)] 세계 최초 치아 재생 약물, 9월 인체 임상 실험 돌입

일본에서 세계 최초로 임상 시험 승인을 받은 치아 재생 약물이 오는 9월 인체를 대상으로 한 임상 실험에 들어간다. 뼈는 부러져도 다시 붙지만 치아는 그러지 못한다. 이 때문에 전 세계 수백만 명이 치아가 없어 고통받고 있다. 어른 몸의 뼈는 평균 206개로 칼슘, 미네랄, 콜라겐이 섞여 있으며 매우 탄력적이다. 뼈는 부러져도 스스로 다시 붙는 놀라운 능력을 가지고 있지만 치아는 뼈가 아니다. 치아는 뼈와 비슷한 성분으로 이루어져 있고 몸에서 가장 단단한 물질이지만, 스스로 치유하고 다시 자라는 능력은 없다. 그로 인해 충치나 사고 등으로 치아를 상실한 성인은 의치(틀니)를 끼우거나, 치아 임플란트를 시술하는 방법 외에는 선택지가 없었다. 일본 오사카 기타노 병원과 교토 대학병원 연구팀은 사람 치아를 다시 자라게 하는 실험용 약물을 개발했고, 9월에 임상 실험을 시작한다고 로스앤젤레스타임스, 스트레이츠 타임스, 야후 등이 보도했다. 현재 일본 연구팀은 치아 성장 치료제를 사람에게 적용하는 실험을 진행 중이며, 올해 9월에 첫 번째 환자가 정맥 주사를 맞는다. 이 약은 태어날 때부터 치아가 부족한 치아 무형성증 치료를 위해 만들어졌다. 선천적 치아 결손인 치아 무형성증은 태어날 때부터 영구치 씨앗(치배)이 만들어지지 않아 영구치가 나지 않는다. 보통 유치가 빠지면 그 자리에 영구치가 나야 하는데, 선천적 치아 결손이 있으면 영구치가 나지 않고 빈 공간으로 남는다. 주로 유전 때문에 발생하며, 결손되는 치아 개수나 위치는 사람마다 다르다. 선천적 치아 결손은 조기에 발견해 적절한 치료를 받는 것이 중요하다. 방치하면 치열이 삐뚤어지거나 턱뼈 성장에 문제가 생길 수 있다. 연구팀은 충치 등으로 치아를 잃은 건강한 남성 30명에게 치아 성장 치료제를 투여해 안전성을 확인한 뒤 2~7세 어린이 환자들을 대상으로 시험을 확대할 예정이다. 만약 임상 실험이 성공하면 연구팀은 2030년쯤에는 모든 형태의 치아 결손에 이 약을 사용할 수 있을 것으로 기대한다. 연구를 주도한 오사카 기타노 병원 의료 연구소 치과 책임자 카츠 타카하시 박사는 "치아 결손으로 고통받는 사람들을 돕고 싶다. 아직 영구적인 치료법은 없지만, 치아 재생에 대한 사람들의 기대가 높다는 것을 느낀다"고 말했다. 이번 개발은 'USAG-1(Uterine sensitization-associated gene-1)'이라는 특정 항체에 대한 수년간의 연구를 바탕으로 이루어졌다. 이 항체는 흰족제비와 쥐의 치아 성장을 억제하는 것으로 나타났다. 2021년, 교토 대학 과학자들은 USAG-1과 BMP(뼈 형성 단백질) 분자 사이의 상호 작용을 방해하는 단일 클론 항체를 발견했다. 카츠 타카하시는 당시 성명에서 "USAG-1을 억제하면 치아 성장에 도움이 된다는 것을 알고 있었다. 하지만 그것으로 충분할지는 알 수 없었다. 흰족제비는 인간과 비슷한 치아 패턴을 가진 동물이다"라고 설명했다. 연구팀은 생쥐 실험에서 치아 성장을 억제하는 단백질을 발견했다. 해당 단백질을 차단하는 항체를 만들어 치아가 나지 않는 생쥐와 개에게 투여했고, 그 후 치아가 자라는 것을 확인했다. 단백질 때문에 성장이 멈춘 치아 발달에 필요한 조직에서 치아가 자라는 것으로 추정된다. 올해 9월부터 사람을 대상으로 비슷한 실험을 진행한다. 11개월 동안 진행되는 이 연구는 30세에서 64세 사이의 최소 1개의 치아를 잃은 남성 30명을 대상으로 한다. 이들에게 정맥 주사로 약이나 위약을 투여해 효과와 안전성을 입증할 예정이다. 이전 동물 연구에서는 부작용이 보고되지 않았다. 임상 실험이 순조롭게 진행되면 기타노 병원은 2026년쯤 4개 이상의 치아가 결손된 2세~7세 어린이 환자 약 50명을 대상으로 치료를 제공할 예정이다. 현재는 선천적 치아 결손 환자에게 초점을 맞추지만, 타카하시는 치아를 잃은 모든 사람에게 치료가 가능해지기를 희망한다. 치료 비용은 약 150만 엔(약 1300만 원)으로 예상된다. 연구팀은 선천적 치아 결손 뿐만 아니라 충치나 기타 이유로 치아를 잃은 사람들의 치료에 주목하면서 연구를 계속할 예정이다. 타카하시 박사는 "우리는 계속해서 연구를 추진하고 틀니와 치과 임플란트에 이어 세 번째 옵션을 만들고 싶다"고 말했다. 치아 재생 약이 상용화된다면 치아 손실로 고통 받은 성인들과 노년 층의 삶의 질을 높여줄 것으,로 기대된다.
- 포커스온
2024-06-27
일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발

일본 과학자들이 살아 있는 인간 피부를 로봇 얼굴에 붙여 웃는 모습이 사람과 같이 자연스러운 로봇을 개발했다고 BBC방송이 전했다. 로봇 개발은 도쿄 대학 연구팀이 수행했으며 그 결과는 '셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)' 저널에 실렸다. 이에 따르면 일반 상식을 뛰어넘는 획기적인 방법의 로봇 개발은 사람의 피부 세포조직을 복제하는 것에서 비롯됐다고 한다. 개발된 프로토타입 로봇은 사람처럼 보인다기보다는 하리보에 더 가깝게 느껴진다. 하리보는 일본의 젤리 브랜드다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 이번 로봇의 개발은 쉽게 파손되지 않는 자가 치유 피부를 가진, 설득력 있고 현실적인, 움직이는 휴머노이드 로봇을 만드는 길을 열어줄 것이라고 기대했다. 인공 피부는 인간의 살아있는 세포를 사용하여 실험실에서 복제해 만들어졌다. 연구팀은 만들어진 피부가 진짜처럼 부드러울 뿐만 아니라, 상처가 나거나 심지어 잘리더라도 스스로 복구할 수 있다고 설명했다. 과거에도 인공 피부를 부착하려고 시도했지만 쉽지 않았다. 당시 개발팀은 작은 고리(미니 후크)를 앵커로 사용하려고 시도했지만, 로봇이 움직일 때 부착한 피부가 손상되는 결과를 가져왔다. 사람의 경우 피부는 인대(유연한 콜라겐과 엘라스테인으로 이루어진 작은 밧줄)로 묶여 있다. 연구진은 이 같은 기본 구조를 재현하기 위해 로봇에 많은 작은 구멍을 뚫고, 콜라겐이 포함된 젤을 적용한 다음, 그 위에 인공 피부층을 접합했다. 젤은 로봇에 뚫린 구멍을 막고 피부를 로봇에 결합한다. 연구팀의 수석 연구원인 다케우치 쇼지 교수는 "인간의 피부 및 인대 구조를 모방하고 고체 물질에 특수 제작된 V자형 천공을 사용함으로써 피부와 로봇을 결합하는 방법을 발견했다"고 설명했다. 다케우치 교수는 이어 "피부의 자연스러운 유연성과 강력한 접착 방법을 통해 피부가 찢어지거나 벗겨지지 않고 로봇과 결합해 일체가 되어 움직일 수 있다"고 부연했다. 연구원들은 이 기술이 상용화되기 위해서는 앞으로도 수년 동안의 테스트가 필요할 것이라고 말했다. 특히 중요한 과제는 로봇 피부 내부에 정교한 작동기, 즉 근육을 통합해 인간과 같은 표정을 만드는 것이라고 연구진은 밝혔다. 이 연구는 앞으로 사람들의 실제 성형 수술을 포함해 피부 노화 방지, 화장품 개발 등의 분야에서도 유용할 수 있다는 기대다.
- IT/바이오
2024-06-27
[먹을까? 말까?(30)] 플라스틱 물병 사용, 제2형 당뇨병 위험 증가

플라스틱 물병으로 물을 마시면 제2형 당뇨병 발병 위험이 증가할 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학자들은 오랫동안 플라스틱 물병에 사용되는 산업용 화학물질이 인체 호르몬을 교란시킬 수 있다고 의심해왔다. 지금까지의 증거는 관찰 연구에 기반한 것으로, 플라스틱 노출과 특정 질병과의 연관성은 보여주지만 인과 관계를 입증하지는 못했다. 그런데 미국 캘리포니아 폴리테크닉 주립대학 연구진이 최근 진행한 연구를 통해서 비스페놀 A(BPA)라는 식품 및 음료 포장에 사용되는 화학물질이 인슐린 민감성을 감소시킬 수 있다는 직접적인 증거를 제시했다고 비즈니스 인사이더가 전했다. 인술린은 혈당 조절을 돕는 호르몬이다. 인술린 저항성으로 알려진 인슐린 반응 능력 저하는 만성적으로 높은 혈당 수치와 제2형 당뇨병 위험으로 이어질 수 있다. 연구팀은 건강한 성인 40명을 대상으로 무작위로 위약 또는 소량의 BPA를 매일 투여하는 실험을 진행했다. 그로부터 4일 후, BPA를 투여받은 참가자들은 인슐린 반응이 감소한 반면, 위약 그룹에서는 변화가 없었다. 참가자들이 투여받은 BPA 용량은 하루 체중 1kg 당 50마이크로그램으로, 현재 EPA에서 안전하다고 분류하는 양이다. 연구 결과는 2024년 미국당뇨병협회(ADA) 학술회의에서 발표됐다. 연구팀은 이번 연구를 통해 미국 환경보호국(EPA)이 플라스틱 병, 식품 용기 및 기타 용기에 대한 BPA 노출 안전 기준을 재검토해야 한다는 필요성을 제기했다. 현재 안전하다고 간주되는 BPA 수치 조차도 건강 문제를 유발할 수 있다는 것이다. 이 연구의 책임저자인 토드 하고비안 교수는 보도자료를 통해 " 이 결과는 미국 EPA의 안전 용량을 재고해야 할 수도 있으며, 의료 전문가들이 환자에게 플라스틱 용기 사용을 줄이도록 권고할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 미국 식품의약국(FDA)은 식품 용기에 함유된 낮은 수준의 BPA는 안전하다고 간주하며, 하루 체중 1kg당 5mg까지 허용하고 있다. 이는 이번 연구에서 위험하다고 밝혀진 양의 100배에 달하는 수치다. 일부 연구자들은 FDA 지침이 시대에 뒤떨어졌다고 지적했다. 전세계 다른 규제 기관들은 BPA에 더욱 엄격한 입장을 취하고 있다. 유럽연합(EU) 집행위원회는 2024년말까지 식품 또는 음료와 접촉하는 제품에 BPA 사용을 금지할 것을 제안했다. BPA에 대한 우려는 인체 건강에 해로울 수 있는 물질에 대한 일상적인 노출에 경각심을 높이는 계기가 됐다. 최근 연구에서는 미세 플라스틱이 인체 세포에 침투해 건강에 악영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제기했다. 미세 플라스틱은 인체의 폐와 뇌세포, 태아의 태반, 생식 기관에 이르기까지 모든 곳에서 발견되고 있다. 일상 생활에서 매일 접하는 물질이 장기적으로 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하는 것은 제2형 당뇨병과 같은 만성 질환의 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 하고비안 교수는 "당뇨병이 미국에서 주요 사망 원인 중 하나라는 점을 고려할 때, 질병에 미치는 아주 작은 요인까지도 이해하는 것이 중요하다. 스테인리스 스틸 또는 유리병, BPA 프리 캔을 사용하는 등 BPA 노출을 줄이는 것이 당뇨병 위험을 낮출 수 있다"고 말했다.
- 생활경제
2024-06-26
중국 달 탐사선 창어 6호, 세계 최초 달 뒷면 샘플 채취 후 귀환

중국의 창어 6호 달 탐사선은 25일(현지시간), 세계 최초로 달 뒷면의 암석 및 토양 샘플을 싣고 지구로 귀환했다고 CBS 등 다수 외신이 보도했다. 탐사선은 이날 오후 중국 북부 내몽골 지역에 착륙했다. 중국국가항천국 장커젠 국장은 착륙 직후 TV 기자회견에서 "창어 6호 달 탐사 임무가 완전한 성공을 거두었다고 선언한다"고 발표했다. 중국 과학자들은 이번에 가져온 샘플에는 250만 년 전 화산암 등 달의 양면 간 지리적 차이에 대한 의문을 해결해 줄 자료가 포함되어 있을 것으로 기대하고 있다. 달의 앞면은 지구에서 볼 수 있는 면이고, 뒷면은 우주를 향하고 있다. 달 뒷면은 앞면의 비교적 평탄한 지형과 대조적으로 산과 충돌 분화구가 많은 것으로 알려져 있다. 과거 미국과 소련의 임무는 달 앞면에서 샘플을 수집했지만, 중국은 이번 임무를 통해 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 수집했다. 이번 달 탐사 프로그램은 우주 탐사 선두 주자인 미국을 비롯해 일본, 인도 등과의 경쟁 심화 속에서 진행됐다. 중국은 이미 자체 우주 정거장을 건설하여 운영 중이며, 정기적으로 우주 비행사를 파견하고 있다. 시진핑 중국 국가주석은 창어 팀에게 축하 메시지를 보내 "우리나라가 우주 및 기술 강국이 되기 위한 노력에 있어 획기적인 성과"라고 밝혔다. 창어 6호는 지난 5월 3일에 지구를 떠나 53일간의 여정을 마치고 돌아왔다. 탐사선은 달 표면을 드릴로 뚫고 암석을 채취했다. 또한, 귀환 모듈이 달 표면에서 이륙하기 전, 창어 6호는 세계 최초로 달 뒷면에 중국 국기를 펼쳤다. 중국과학원 지질학자 종규 위에(Zongyu Yue)는 "이번 샘플은 달 과학 연구에서 가장 근본적인 질문 중 하나인 '달 양면의 지질 활동 차이를 유발하는 원인은 무엇인가?'에 대한 답을 줄 것으로 기대된다"라고 중국과학원과 협력해서 발행되는 '이노베이션 먼데이(Innovation Monday)' 저널에 발표한 성명에서 밝혔다. 중국은 최근 몇 년 동안 달 탐사에 여러 차례 성공했으며, 이전에는 창어 5호 탐사선을 통해 달 앞면에서 샘플을 수집한 바 있다. 중국과 미국은 달의 뒷면에 있는 ㄴ마극에 기지를 건설하겠다는 계획이다. 달 남극은 물을 비롯해 희토류 등 인류의 기지 건설을 위한 자원이 있는 것으로 알려져 있다.
- IT/바이오
2024-06-26
'오픈AI 공동 창립자' 수츠케버, AI 스타트업 설립…"안전한 초지능 구축"

오픈AI의 공동 창립자이자 전 수석 과학자인 일리야 수츠케버(Ilya Sutskever)가 안전에 초점을 맞춘 새로운 인공지능(AI) 스타트업을 시작한다고 발표했다고 ICT전문매체 더 버지와 더 타임스 오브 이스라엘 등 다수 외신이 보도했다. 지난해 오픈AI의 샘 올트먼 최고경영자(CEO) 축출 사태를 주도했던 수츠케버는 20일(현지시간) 엑스(X, 구 '트위터') 게시물에서 안전하고 강력한 AI 시스템을 만드는 "하나의 목표와 하나의 제품"을 가진 스타트업인 'Safe Superintelligence Inc.(이하 SSI)'라는 새로운 회사 이름을 공개했다. 이 계정에 게시된 글에서 수츠케버는 "안전한 초지능(safe superintelligence, SSI)을 구축하는 것은 우리 시대의 가장 중요한 기술적 문제"라며 "우리는 안전한 초지능이라는 하나의 목표와 제품(안전한 초지능)으로 세계 최초의 SSI 연구소를 시작했다"고 밝혔다. 이어 "SSI는 우리의 임무이자 이름이며 전체 제품 로드맵이기도 하다"며 "우리 팀, 투자자, 사업 모델은 모두 SSI를 달성하기 위해 정렬돼 있다"고 덧붙였다. 또한 오픈AI, 구글이나 마이크로소프트와 같은 회사의 AI 팀이 종종 직면하는 외부 압력을 언급하며 "우리의 단일한 초점은 경영진이나 제품 주기로 인한 방해가 없으며 우리의 사업 모델과 안전·보안과 기술 진보가 모두 단기적인 상업적 압력으로부터 분리돼 있음을 의미한다"고 강조했다. SSI는 수츠케버 외에도 애플의 전 AI 리더인 대니엘 그로스와 이전에 오픈AI에서 기술 직원으로 일했던 대니엘 레비가 공동 창립했다. 러시아 태생으로 캐나다 토론토대에서 컴퓨터 신경망 연구를 시작해 구글 연구소에서도 일했던 수츠케버는 2015년 올트먼 등과 함께 오픈AI를 설립하고 이사 겸 수석과학자 역할을 맡아 챗GPT 개발에도 핵심적인 역할을 했다. 수츠케버는 지난해 6월 "AI는 질병을 치료하는 놀라운 응용 프로그램에 사용되는 매우 강력한 기술이 될 것이지만 시간이 지남에 따라 질병을 만드는 데에도 사용될 수 있으며 그 능력은 증가할 것"이라고 말했다. 이어 "우리가 제어하는 방법을 모르는 초지능 AI를 구축하는 것은 큰 실수가 될 것"이라고 경고했다. 진나해 수츠케버는 오픈AI의 CEO인 샘 올트먼 축출에 앞장섰다. AI 개발 속도와 안전성 문제 등을 두고 올트먼과 이견을 보이면서 지난해 11월 오픈AI 이사회가 올트먼을 CEO에서 해임을 주도한 것. 이후 닷새 만에 올트먼이 CEO로 복귀한 뒤 수츠케버는 이사회에서 물러났으며, 그는 지난 5월에 오픈AI를 떠나 새로운 프로젝트의 시작을 암시했다. 지난달 14일에는 엑스를 통해 오픈AI를 떠난다고 알렸다. 수츠케버가 떠난 직후, AI 연구원 잔 레이크(Jan Leike)는 "반짝이는 제품 때문에 안전 프로세스가 뒷전으로 밀렸다"는 이유로 오픈AI에서 사임한다고 발표했다. 오픈AI의 정책 연구원인 그레첸 크루거도 퇴사를 발표하면서 안전 문제를 언급했다고 더 버지가 전했다. 당시 그는 "오픈AI가 올트먼 등의 리더십 아래 안전하고 유익한 AGI(범용인공지능)를 구축할 것으로 확신한다"며 AI 개발의 안전성을 거듭 강조했다. 수츠케버 외에도 작년의 '쿠데타' 사태 이후 오픈AI를 떠난 옛 지도부 인사들은 마이크로소프트에서 대규모 투자를 받은 오픈AI가 제품의 빠른 상용화를 우선하면서 안전 문제를 도외시하고 있다는 비판의 목소리를 내고 있다. 미국 회사인 SSI는 팔로알토와 이스라엘 텔아비브에 지사를 둘 예정으로 알려졌다. 한편, 오픈AI가 애플 및 마이크로소프트와의 파트너십을 추진하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-21
[기후의 역습(16)] 바다 기후 위기의 심화…산호 백화 등 해양 생태계 붕괴 초비상

혹독한 더위가 지구촌을 달구고 있다. 더위로 인한 온열 환자와 사망자가 속출하고 있다. 기후 변화로 인한 기상 이변이라는 것이 기후 학자들의 공통된 견해다. 기후 변화가 전 세계적인 관심사로 부상하고 있는 가운데, 해양에서의 기후 위기 우려도 고조되고 있다. 해양은 지구 표면적의 70% 이상을 차지하고 있다. 기후 변화로 해양이 받는 영향과 함께, 그 영향이 인류에게 부여하는 의미에 대한 검증은 그 어느 때보다 활발하게 이루어지고 있다. 환경 관련 NPO(비영리기구) 오세아나(Oceana)의 수석 과학자 캐서린 매튜 박사는 프브스와의 인터뷰에서 "해양은 화석연료를 태움으로써 전 세계에서 발생하는 여분의 열의 90% 이상을 흡수하고 있는데, 지구 온난화로 인해 해양이 흡수하는 열이 지속적으로 증가하고 있는 것이 심각한 문제"라고 지적했다. 이로 인해 해양의 수온이 급등하고 있다는 것이다. 해양의 수온이 전체적으로 상승함에 따라 많은 해양생물이 생존의 위협을 받게 됐다. 섬세하게 균형을 이루고 있는 해수면 아래의 심해 생태계마저 붕괴될 수 있다는 것이 매튜 박사의 우려다. 일례로 산호는 몸속에 품고 있는 작은 조류가 없으면 생존에 필요한 양분을 확보할 수 없다. 그런데 수온이 너무 높아지면 산호는 공생하고 있는 조류를 내뿜는다. 이는 산호의 백화현상으로 불리는 과정이다. 수온이 떨어지지 않는 상태가 계속되면, 조류와 공생하지 못하는 산호는 백화돼 사멸한다. 현재 해양은 대기 중으로 배출된 탄소를 과도하게 흡수하고 있으며, 이는 많은 해역에서 해수의 산성화 진행으로 이어지고 있다. 산성화는 탄산칼슘으로 된 껍질을 가진 해양 생물에게 직접적인 영향을 준다. 이들 생물은 산성화가 진행된 바다에서는 껍질을 형성하기가 어려워지기 때문이다. 매튜 박사는 해양에 대한 적절하고 신속한 개입과 함께, 어업 활동의 유예 등 생태계를 회복하기 위한 조치가 절실하다고 주장했다. 오세아나의 이사회 멤버이자 저명한 수산자원 연구가인 대니얼 폴리 박사는 해양 열파로 불리는 현저한 수온 상승은 온실가스에 의한 탄소 배출과 기후 변화로 인해 빈발하고 있다고 말했다. 해양 열파는 멕시코 만류 등 해류나 엘니뇨 등 기후 패턴의 변화에 의해 일어날 수 있다. 해양의 특정 구역에서 수온이 상승하면 물속에 포함된 산소의 양이 줄어든다. 이에 따라 어류 종은 필요한 산소를 얻기 어려워질 수 있다. 게다가 수온이 올라가면 물고기는 생존을 위해 더 많은 산소를 필요로 한다. 필요한 산소는 많아지는데 절대적인 양은 줄어드는 악순환이 일어나는 것이다. 수온 상승이 완만하면 어류도 온도 변화에 적응할 수 있다. 그러나 갑작스런 열파는 어류의 질식사로 이어질 위험이 있다 수온의 급격한 상승이 미치는 다른 치명적 영향은 해양생물의 생명을 지탱하는 많은 해조류와 플랑크톤이 사망과 개체수 감소다. 그렇게 되면 바다는 산소 농도가 지극히 낮은 '죽음의 해역(데드 존)'으로 전락한다. 멕시코만의 미시시피강 하구 부근에는 이미 이러한 해역이 생겨나고 있다. 심해 산소가 부족해지면 많은 어류 종이 지금의 서식지보다 훨씬 해수면에 가까운 곳까지 부상하게 된다. 이는 어업으로 희생될 확률이 높아짐을 의미한다. 단기적으로 보면 수산업에 긍정적인 효과를 가져올 수 있다. 예를 들어 저산소 해역이 늘어남에 따라 수면으로 부상하는 참치 어획량이 늘어날 것이다. 그러나 길게 보면 공멸의 길이다. 미 해양보호단체인 오션 컨서번시(Ocean Conservancy)의 수석 과학자인 조지 레너드 박사는 기후 변화는 해양 열파를 더욱 격화시킬 것이라고 지적했다. 열파는 따뜻한 바다에 사는 산호 등 움직이지 못하는 생물에게는 죽음을 의미한다. 움직일 수 있는 생물은 남북 양극으로 점차 이동한다. 기후 변화의 영향으로 일부 해양계는 티핑 포인트(임계점)에 도달하고 있다. 해양계를 근본부터 바꾸는 급속한 변화가 일어나고 있다는 것이다. 그렇게 되면 해양계는 예전의 안정된 상태로 돌아가기 어려워진다.
- 포커스온
2024-06-21
[신소재 신기술(62)] '기적의 소재'로 만든 태양광 패널, 에너지 혁명 앞당긴다

'기적의 소재'로 불리는 페로브스카이트 실리콘 소재로 태양광 패널의 효율을 30% 이상 높이는 신기록을 수립했다. 세계 최대 태양광 패널 제조업체인 중국 롱기(Longi)그린에너지기술(주)의 연구원들은 직렬형 페로브스카이트-실리콘 태양전지를 사용하여 34.6%의 전력 변환 효율을 달성했다고 인디펜던트가 보도했다. 이 새로운 기록은 또한 대부분의 상용 태양광 패널에서 볼 수 있는 표준 실리콘 태양전지의 기록보다 7% 이상 더 효율적이다. 페로브스카이트는 배터리부터 통신, 재생에너지에 이르기까지 모든 분야를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력으로 인해 차세대 태양광 소재로 주목받고 있다. 현재의 실리콘 태양전지 패널이 물리적 한계에 도달함에 따라 연구자들은 이제 태양 에너지를 더 잘 활용할 수 있는 차세대 직렬 전지를 찾고 있는 것. 페로브스카이트 실리콘 전지의 이론적 효율 한계는 43%로 표준 실리콘 전지의 한계인 29%를 훨씬 초과한다. 페로브스카이트 태양전지는 용액 공정을 통해 저온에서 제조 가능해 생산 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 짧은 시간 내에 실리콘 태양전지에 근접하는 효율성을 달성했으며, 이론적으로는 더 높은 효율을 달성할 수 있는 잠재력이 있다. 또한 유연하고 가벼운 특성으로 건물 외벽이나 창문, 휴대용 기기 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 최신 페로브스카이트-실리콘 태양전지 기록은 지난 3년 동안 태양전지 효율성 부문에서 세계 기록을 16번이나 깬 롱기(Longi)의 일련의 혁신에 이은 것이다. 회사 측은 중국 상하이에서 열린 제17회 국제 태양광 발전 및 스마트 에너지 컨퍼런스(SNEC)에서 사우디 에너지 기업인 ACWA 파워(Power)와 협력해 글로벌 에너지를 변화시키기 위한 새로운 '랜드마크' 계약과 함께 이번 신기록을 발표했다. 인디펜던트는 롱기는 현재 이 기술을 상용화하는 과정에 있는 여러 회사 중 하나이지만 신기술에 대해 더 자세한 내용은 공개되지 않았다고 전했다. 롱기는 성명에서 "전자 수송층의 박막 증착 공정 최적화, 고효율 결함 패시베이션 재료 개발 및 사용, 고품질 계면 패시베이션 구조 설계를 통해 신기록을 달성했다"고 밝혔다. 페로브스카이트에 대한 또 다른 업체로 영국의 옥스포드 PV는 독일에 생산 시설을 설립해, 올해 페로브스카이트 기반 태양전지 제품을 첫 고객에게 전달할 수 있기를 기대하고 있다. 한편, 페로브스카이트는 수분과 열, 빛 등 외부 환경에 취약해 장기적인 안정성 확보가 필요하다는 단점이 있다. 또한 대부분의 페로브스카이트 태양전지는 납을 함유하고 있어 환경과 건강 문제를 야기할 수 있다. 게다가 대면적화 기술 개발 및 상용화가 아직 미흡한 단계에 있다. 과학자들은 페로브스카이트의 이러한 문제를 해결하기 위해 관련 연구를 활발히 진행하고 있다.
- 포커스온
2024-06-21
[우주의 속삭임(18)] 토성 최대 위성 타이탄, 바다 파도로 해안선 침식 가능성 확인

토성 궤도를 도는 위성(달) 가운데 가장 큰 타이탄(Titan)은 활동적인 강, 호수 및 바다를 포함하는 태양계의 유일한 행성체이다. 타이탄의 강 시스템은 액체 메탄과 에탄으로 가득 찬 가운데 넓은 호수와 바다로 흘러 들어가며, 일부 호수는 지구의 오대호만큼이나 큰 것으로 추정된다. 타이탄의 넓은 바다와 호수는 지난 2007년 나사(NASA)의 카시니 우주선이 촬영한 이미지를 통해 확인됐다. 그 이후 천문학자들은 달의 신비한 환경에 대한 단서나 증거를 찾기 위해 수집된 이미지를 연구해 왔다. 그런 가운데, MIT 지질학자 연구팀이 타이탄의 해안선에 대한 최신 연구 결과를 발표했다고 PHYS가 전했다. 시뮬레이션을 통해 이루어진 연구는 타이탄의 넓은 바다가 파도에 의해 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다. 연구팀은 타이탄 표면의 원격 이미지를 기반으로 파도 활동의 징후를 발견했다. MIT 팀은 먼저 지구에서 호수가 침식되는 방식을 모델링하고, 이 모델링을 카시니의 타이탄의 바다 이미지와 접목, 어떤 형태의 침식으로 인해 해안선이 생성되었는지를 확인했다. 그 결과 파도가 가장 합리적인 답이라는 사실을 발견했다. 물론 연구팀의 결과는 100% 확증은 아니다. 타이탄에 파도가 있다는 사실을 확인하려면 타이탄 표면의 파도 활동을 직접 관찰해야 한다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 타이탄 바다의 해안선 침식의 가장 큰 원인은 파도라고 말할 수 있다고 밝혔다. "액체 메탄과 에탄의 파도가 해안에 부딪히고 폭풍이 몰아쳐 해안을 구성하는 물질을 침식한 것으로 추정된다"는 것이다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스'에 발표됐다. 타이탄에 파도가 존재한다는 사실은 카시니가 달 표면에서 액체 덩어리를 발견한 이후 논란이 된 주제였다. 파도의 증거를 찾기 위한 노력도 꾸준히 진행됐다. 일부 과학자들은 바다 표면에서 약간의 거친 면을 보았지만, 그것이 파도인지의 여부는 확인할 수 없었다. 타이탄의 바다에 파도 활동이 일어나는지 여부를 알면, 파도를 일으킬 수 있는 바람의 세기 등 타이탄의 기후에 대한 정보도 얻을 수 있다. 또한 타이탄의 바다가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화할지 예측할 수 있다. 타이탄의 바다는 강이 흐르는 계곡이 교차하는 곳에서 액체의 양이 늘어나면서 형성된 것으로 보인다. 연구팀은 △ 해안 침식 없음 △ 파도에 의한 침식 △ 해안 물질을 용해시키는 '용해' 또는 해안의 자체 무게로 인해 일어나는 '균일한 침식' 등 세 가지 시나리오에 초점을 맞췄다. 그리고 시나리오 각각에 대해 시뮬레이션을 실시했다. 그리고 수백 가지의 다양한 해안선 모양에 대해 모델링을 반복하고 비교했다. 연구팀은 시뮬레이션 결과를 지구상의 실제 호수와 비교해 확인했다. 특히 타이탄에서 가장 크고 지도가 가장 잘 그려져 있는 네 개의 바다에 초점을 맞췄다. 카스피해와 유사한 크라켄 마레(Kraken Mare), 슈피리어호보다 다소 큰 리게이아 마레(Ligeia Mare), 빅토리아 호수보다 긴 풍가 마레(Punga Mare), 온타리오 라쿠스(Ontario Lacus) 등이다. 팀은 카시니 탐사선에서 촬영한 레이더 이미지를 사용해 이들 4개 바다의 해안선을 매핑하고 각 바다의 해안선에 모델링을 적용, 어떤 침식 메커니즘이 타이탄의 바다 해안선 모양을 가장 잘 설명하는지 확인했다. 그 결과, 4개의 바다가 모두 파도에 의한 침식 모델에 들어맞는다는 것을 발견했다. 이는 파도가 타이탄의 4개의 바다와 가장 유사한 해안선을 생성한다는 것을 의미한다. 연구팀은 현재 해안에서 반복적으로 부서질 수 있는 파도를 일으키려면 타이탄의 바람이 얼마나 강해야 하는지를 규명하는 데 주력하고 있다. 또한 타이탄의 해안선 모양을 통해 바람이 불어오는 방향을 파악하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-21

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