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삼성전자, 우수 AI 논문 세계 14위⋯특허량은 4위
- 삼성전자가 세계 주요 기업 중 14번째로 많은 AI(인공지능) 논문을 발표했다는 조사 결과가 나왔다. 12일(현지시간) AI 및 금융투자 업계에 따르면 미국 조지타운대의 '안보 및 유망기술 센터(CSET)'는 최근 세계 민간 기업들의 각종 AI 실적을 정리한 결과를 공개했다. CSET 측은 작년 말 기준으로 최근 10년 동안 기업들이 내놓은 AI 논문 중 인용이 많이 된 우수 논문을 따로 추려 업체별 실적을 집계했다. 해당 순위에서 미국 구글의 모기업 알파벳은 해당 기간 3374건의 피인용 우수 논문을 발표해 수가 가장 많았다. 마이크로소프트(MS)가 2762건, 페이스북 운영사 메타는 1120건, IBM이 963건을 내놓아 그 뒤를 이었다. 삼성전자는 293건으로 14위였다. AI 논문의 100위권 순위에 포함된 한국 업체는 삼성전자가 유일했다. 논문 100위권 랭킹은 미국 기업이 61곳으로 절반이상을 차지했으며 중국은 텐센트(5위·948건)와 알리바바(6위·731건) 등 21곳이 포함됐다. 일본은 도요타(13위·313건)와 미쓰비시상사(20위·110건) 등 7곳이 100위권에 진입했다. 삼성전자는 최상위 AI 학술대회에 채택된 논문 수를 집계한 순위에서는 525건으로 세계 11위였다. AI 논문은 연구 전산 설비 등의 비용이 매우 많이 들어 대학보다는 큰 자본을 동원할 수 있는 기업이 주도하는 경우가 많다. 이 때문에 AI 업계에서는 이런 논문 실적이 기업의 AI 연구개발(R&D) 역량을 판단하는 주요 지표로 통한다. AI 분야는 연구 발표 속도가 빠른 특성 때문에 논문이 주요 학술대회에 채택됐는지 여부를 피인용도만큼 중요한 지표로 본다. 최상위 학술대회 논문을 가장 많이 낸 곳은 MS(4305건)였고, 알파벳(4194건)과 중국 텐센트(1880건)가 그 다음이었다. 최근 10년 사이 등록한 AI 관련 특허 수는 삼성전자가 6032건으로 중국 바이두·텐센트와 미국 IBM에 이어 세계 4위였다. 정상 위치의 바이두는 AI 특허가 1만182건에 달했고, 텐센트와 IBM은 각각 9702건과 8724건이었다. 그 외 AI 특허를 많이 보유한 업체로는 화웨이(4220건), 알파벳(3859건), MS(3천728건), 독일 지멘스(2603건) 등이 있었다.
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- IT/바이오
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삼성전자, 우수 AI 논문 세계 14위⋯특허량은 4위
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애플, 자사 AI모델에 엔비디아 대신 구글 AI칩 선택
- 애플이 29일(현지시간) 자사 인공지능(AI) 모델에 구글 AI칩을 이용했다고 발표했다. 이에 따라 시장에서는 AI반도체업계에 지각변동이 일어나고 있다고 분석이 제기되고 있다. 애플은 이날 자사 리서치 블로그에 공개한 ‘애플 인텔리전스 파운데이션 언어모델(AFM)’ 논문을 통해 자사 AI모델 학습에 구글 AI칩을 사용했음을 시사했다. 애플은 논문에서 "AFM 서버 모델을 '클라우드 텐서프로세서유닛(TPU) 클러스터'로 학습시켰다"고 했다. AFM은 지난달 애플이 발표한 AI 시스템의 기반이 되는 AI 모델을, TPU는 구글이 AI 학습을 위해 자체 설계한 반도체를 말한다. 머신러닝을 가속화하기 위해 개발된 TPU는 엔비디아 등이 제조하는 그래픽처리장치(GPU)보다 전력 효율이 뛰어나다. 애플은 지난달 애플 인텔리전스가 작동되는 ‘애플 클라우드 컴퓨트’에 직접 설계한 M시리즈 반도체를 쓴다고 밝혔다. 외신들은 이번 발표가 엔비디아의 AI칩 독점에 균열을 일으켰다고 평가했다. 애플이라는 빅테크 기업이 현재 시장에서 압도적인 점유율을 자랑하는 엔비디아 칩 대신 구글의 AI칩을 선택했다는 점을 주목하고 있다. CNBC는 애플이 자체 AI 모델 훈련에 구글 AI칩을 사용한 것은 "빅테크 기업들이 최첨단 AI 훈련과 관련해 엔비디아의 대안을 찾고 있다는 신호"라고 분석했다. 최근 엔비디아 GPU 가격은 개당 3만~4만달러에 달할 만큼 천정부지로 치솟았다. 엔비디아 독점을 깨기 위한 빅테크들의 합종연횡에도 속도가 붙었다. 지난 5월 구글·마이크로소프트(MS)·메타·인텔·AMD·브로드컴·시스코·HP엔터프라이즈 등 8개 정보기술(IT) 기업이 결성한 울트라 가속기 링크(UA링크)가 대표 사례다. UA링크는 엔비디아의 AI 전용 통신 규격 ‘NV링크’에 대항하는 새로운 AI 가속기 표준을 올 3분기에 확정할 계획이다. 개별 기업들도 자체 AI칩을 만들기 위해 박차를 가하고 있다. MS는 자체 설계한 AI반도체 마이아100을 인텔의 1.8나노미터 파운드리로 양산하겠다고 예고했다.
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애플, 자사 AI모델에 엔비디아 대신 구글 AI칩 선택
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[우주의 속삭임(31)] 화성 지진 활동, 운석 충돌과의 연관성 확인
- 화성에서 일어나는 지진이 대부분 화성 지하의 지각운동에 의해 일어나지만, 많은 경우 운석 충돌의 여파로 인해 발생한다는 주장이 국제 천문학 연구팀에 의해 제기됐다고 ARS테크니카가 전했다. 이 연구 논문은 학술지 '네이처'에 발표됐다. 국제 연구팀은 지난 2019년 화성에 도착해 탐사를 이어온 나사(NASA)의 인사이트(InSight) 착륙선 데이터를 분석, 인사이트의 지진계 SEIS가 인근에서 6건의 지진을 감지했음을 발견했다. 특히 이 지진은 운석이 화성 대기를 통과하면서 발생한 음향 신호와 연결되어 있었다. 연구팀은 6개 지진 모두가 VF(초고주파) 신호의 완전히 새로운 종류의 지진임도 확인했다. 화성에서 VF 지진을 야기하는 충돌은 불과 몇 초 안에 발생한다. 이는 지각 활동으로 일어나는 것보다 훨씬 짧은 시간이다. 이 데이터는 화성에 유성이 충돌하면서 발생하는 지진을 이해하는 중요한 지진학 정보다. 지진 데이터를 이용해 운석 충돌에 의한 분화구가 얼마나 많이 생기는지를 파악한 것도 이번 연구가 처음이라고 한다. 연구팀은 화성 표면에 있는 분화구와 운석에 의해 만들어진 달의 분화구를 비교 분석하는 방법을 사용했다. 이를 비교함으로써 화성에서의 대략적인 운석 영향을 추정했다. 달 분화구의 모델은 화성의 조건에 맞게 조정됐다. 운석이 화성에 충돌하면 지각 변동에 의한 지진과 마찬가지로 지진파가 생성되며, 파동은 맨틀과 지각을 통과할 때 지진계로 감지할 수 있다. SEIS 지진계가 포착한 큰 파동의 지진은 폭 150m의 분화구와 연결되었다. 운석 충돌과의 연관성이 확인된 것이다. 인사이트 착륙선의 다른 센서에 의해 감지된 다른 음향 신호와 함께 SEIS는 5개의 화성 지진을 더 감지해 냈다. 데이터를 통해 감지된 6개의 운석 충돌에 의한 지진은 초당 3km 이상의 고속인 운석 하강 속도로 인해 지각 변동에 의한 지진보다 훨씬 빠르게 발생했다. 특히 일반 지진에서 나타나는 고주파(HF) 등급보다 훨씬 더 높은 VF파 지진이었다. 연구팀이 화성 궤도관측선 MRO(Mars Reconnaissance Orbiter)의 카메라(CTX)를 사용해 SEIS가 포착한 지진 위치를 이미지화한 결과 새로운 분화구가 인지됐다. 농구공만한 크기의 작은 운석에 의해 형성된 소규모 지진과 작은 분화구도 있을 것으로 추정됐지만 MRO로 관측하기는 어려웠다. 화성에는 거의 매일 운석이 충돌하지만, 대부분은 크기가 작아 관측선에 기록될 정도의 지진으로 연결되지는 않는다. 연구팀은 SEIS 데이터를 사용해 지진파가 인사이트 우주선에 도달하는 데 걸리는 시간과 VF 지진의 크기에 따라 분화구의 직경을 추정하는 한편 SEIS가 포착한 지진의 빈도도 도출할 수 있었다. 이 결과를 화성 표면 전체에 적용하면 매년 약 280~360회의 VF 지진이 발생하는 것으로 밝혀졌다. 운석 충돌 속도를 파악하면 우주선의 화성 탐사 위험을 방지할 수 있으며, 미래에 이루어질 화성의 유인 탐사와 우주비행사를 보호할 수 있다. 화성에서 운석 충돌이 다소 빈번하게 발생하는 기간이 있으므로, 이 시기를 미션 기간에서 제외하는 것이 가능하다. 지구의 경우 운석은 대부분 대기권에서 타버리기 때문에 그다지 위험하지 않다. 반면 화성은 대기가 지구에 비해 훨씬 얇아 더 많은 운석이 대기권을 통과할 수 있다. 유성우를 피할 수 있는 우산도 없어 운석 충돌에 대비하는 것은 화성 관측에 매우 중요하다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(31)] 화성 지진 활동, 운석 충돌과의 연관성 확인
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[기후의 역습(28)] 지구, 극지방 녹는 빙하로 하루가 더 길어져
- 기후 위기에서 시간은 매우 중요하다. 일반적으로 이는 기후 위기에 대처하는 데 남아 있는 시간이 많지 않다는 의미로 받아들여진다. 그런데 최근 기후 위기와 시간과의 관계에서 새로운 내용이 추가돼 관심을 끌고 있다고 사이언스얼라트가 전했다. 기후 위기로 하루 시간이 길어지고 있다는 것이다. 최근 발표된 연구에 따르면, 극지방의 빙하와 만년설이 녹아 바다로 흘러들면서 지구 자전 속도가 더 느려졌으며, 이 때문에 "전례 없는 속도"로 하루의 길이가 늘어나고 있는 것으로 나타났다. 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 이 논문은 그린란드와 남극 대륙에서 빙하가 녹아 바다로 유입된 물이 적도 주변에서 더 많은 질량을 생성(물의 양이 늘어남)하고 있음을 보여준다. 그리고 늘어난 해양수가 자전 속도를 늦추고 있다는 것. 연구팀원인 나사(NASA) 제트추진연구소 수렌드라 아디카리 박사와 ETH 취리히의 베네딕트 소야 박사는 이에 대해 "피겨 스케이터가 피루엣을 할 때 먼저 팔을 몸 가까이에 붙인 다음 쭉 뻗는 것과 같다"라고 비유했다. 질량이 늘어나면 지구 중심 회전축에서 멀어져 물리적 관성이 증가하기 때문에 회전 속도가 느려진다는 것이다. 지구는 일반적으로 구형으로 생각되지만, 정확하게는 적도 주위로 약간 튀어나온 '편원 타원체'다. 게다가 지구의 모양은 해양과 지각에 영향을 미치는 매일의 조수의 영향에서 지각판의 표류로 인한 장기적인 영향, 지진과 화산으로 인한 갑작스럽고 격렬한 변화에 이르기까지 끊임없이 변화한다. 연구는 과학자들이 우주에서 온 전파가 지구상의 여러 지점에 도달하는 데 걸리는 시간의 차이를 측정하고 이를 이용해 행성의 방향과 하루 길이의 변화를 추론할 수 있는 '초장기선 간섭계(Very Long Baseline Interferometry)' 등의 관측 기술을 적용했다. 또 지구의 자전을 약 100분의 1밀리초까지 매우 정확하게 측정하는 GPS를 사용했으며, 심지어 수천 년 전의 고대 일식 기록도 검증했다. 자전 속도가 늦어지면 지구의 하루의 길이는 표준 측정치인 8만 6400초보다 몇 밀리초 정도 늘어나게 된다. 현재까지 알려진 지구 자전 속도 저하의 가장 중요한 원인은 달의 중력이었다. 이는 수백만 년에 걸쳐 세기당 2.40밀리초의 점진적 감속을 야기한 '조석 마찰'이라는 과정에서 발생한다. 그러나 이번 연구는 인간이 계속해서 높은 비율로 온실가스를 배출한다면 21세기 말에는 하루를 늘리는 기후 온난화의 영향이 달의 중력보다 더 클 것이라고 설명한다. 달의 조석 마찰 효과보다 온난화에 따른 해양 부피 증가로 인한 지구 자전 감속이 더 클 것이라는 경고다. 보고서는 1900년과 현재까지의 사이에 기후로 인해 하루가 약 0.8밀리초 길어졌다고 측정했다. 높은 온실가스 배출이라는 최악의 시나리오를 적용할 경우, 2100년까지 기후로 인해 하루는 2.2밀리초 길어지게 된다. 숫자만으로 보면 그다지 대단할 일처럼 느껴지지 않는다. 인간이 실제로 인지할 수 있는 시간도 아니다. 그러나 천문학에서는 큰 영향을 받는다. 보이저 탐사선과 같은 우주선과 교신할 때 어떤 순간에도 지구의 정확한 방향을 아는 것은 중요하다. 센티미터의 편차는 수 킬로미터의 차이로 벌어질 수 있다.
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[기후의 역습(28)] 지구, 극지방 녹는 빙하로 하루가 더 길어져
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[우주의 속삭임(30)] 까마귀자리에서 새로운 저질량 은하 발견
- 천 천문학자들은 까마귀자리(Corvus)에서 새로운 은하가 발견됐다고 물리학 전문 PHYS가 전했다. 까마귀자리는 봄철 남쪽 하늘에 보이는 별자리로, 아폴론을 화나게 한 거짓말쟁이 까마귀 카라스의 신화에서 지어졌다. 새로 발견된 은하는 ‘까마귀 A’로 명명됐는데, 상대적으로 질량이 낮고 가스가 풍부하며 고립되어 있다. 은하 발견과 관련된 연구 논문은 이달 초 arXiv에 발표됐다. 낮은 질량의 은하를 다수 발견한 프로젝트 중 하나는 '저해상도 은하에 대한 반자동 기계학습 탐색(SEAMLESS: 심리스)'이라는 이름의 프로젝트였다. 이 프로젝트는 별과 밝은 은하에서 나오는 밝은 빛의 방출을 가리고 다양한 이미지를 필터링함으로써 희미하게 확장된 광원을 식별해 냈다. 까마귀 A 은하는 DESI(암흑에너지 분광장비) 영상 조사에서 처음으로 확인됐다. 최근 투산에 소재한 애리조나 주립대학교의 마이클 존스 천문학자 팀은 마젤란 클레이 망원경(Magellan Clay Telescope) 또는 칼 G. 얀스키 VLA(초거대배열) 시설을 이용해 이 은하에 대한 후속 관찰을 진행했고, 이를 통해 까마귀 A의 저질량 은하 상태를 확인할 수 있었다. 연구진은 논문에서 "까마귀 A는 심리스 프로젝트의 초기 단계에서 확인된 새로 발견된 저질량 은하"라고 썼다. 관측 결과 까마귀 A 항성체는 불규칙한 구조를 가지고 있었으며, 발산하는 빛은 동쪽의 젊은 푸른 별들의 영역에 의해 지배되고 있다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 까마귀 A 은하의 푸르고 덩어리진, 불규칙한 모습이 '사자자리 P'를 연상시킨다고 말했다. 사자자리를 구성하는 불규칙 은하인 사자자리 P는 약 56만 태양질량(태양 1개의 질량값)으로, 국부 은하에서 가장 질량이 작은 은하로 추정된다. 논문에 따르면 반광 반경이 834광년인 까마귀 A는 사자자리 P보다 질량이 몇 배 더 크고, 나이가 2억 년을 넘지 않는 젊은 별들을 많이 포함하고 있다. 연구에 따르면 까마귀 A는 이온화된 성간 원자 수소 영역(소위 H II 영역)이 없는, 가스가 풍부한 은하라는 사실이 밝혀졌다. 까마귀 A까지의 거리는 약 1130만 광년으로 측정되었다. 또한 까마귀 A로부터 약 330만 광년 이내에는 다른 은하가 없다는 것도 밝혀졌다. 까마귀 A는 주변으로부터 고립된 은하였던 것이다. 천문학자들은 까마귀 A가 전파 및 광학 파장 모두에서 고해상도 후속 관찰의 훌륭한 대상이 될 수 있다고 지적했다. 특히 새로 발견된 저질량 은하의 운동학에 대한 더 많은 정보를 제공해 줄 것이라고 기대했다.
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[우주의 속삭임(30)] 까마귀자리에서 새로운 저질량 은하 발견
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[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화
- 그래핀에서 파생된 신소재 EGNITE가 신경 보철 성능을 크게 향상시켰다는 연구 결과가 나왔다. 스페인 바르셀로나에 위치한 UAB 신경과학 연구소(INc-UAB) 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE 전극의 말초 신경 자극과 기록 능력을 장시간 연구해 이같은 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. EGNITE(Engineered Graphene for Neural interface) 전극은 그래핀 유래 신소재로 만들어진 차세대 신경 인터스페이스 기술이다. 기존의 금속 미세 전극보다 크기가 작고 유연하며, 우수한 전기적 특성과 생체 적합성을 가지고 있어 신경 자극 등의 효율을 높일 수 있다. 절단 또는 신경 손상 환자는 팔다리의 운동과 감각 기능을 상실해 일상 생활에 제약을 받는다. 이러한 기능 회복을 위한 유일한 방법은 신경 보철이다. 신경 보철은 특정 감각을 유도하기 위해 신경을 자극하고. 운동 신호를 기록해 생체 공학 보철물로 전송하는 전극으로 구성된다. 신경 보철 설계에서 전극은 신경 내 소수의 축삭과만 선택적으로 상호작용할 수 있도록 충분히 작아야 한다. 기존 신경 보철에는 금, 백금, 산화이리듐과 같은 금속이 주로 사용됐다. 그러나 더 작은 전극 접점을 만들기 위해 전도성이 향상된 새로운 소재 개발이 필요했다. 이러한 요구에 부응해 그래핀과 그 유도체는 탁월한 전기적 특성을 바탕으로 차세대 미세 전극 개발에 활용되고 있다. 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE의 말초 신경 자극 및 기록 능력을 연구하고, 장시간 기능 유지를 위한 생체 적합성을 검증했다. 연구 결과는 '어드밴스트 사이언스(Advanced Science)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 자비에 나바로 교수가 이끄는 INc-UAB의 신경 가소성 및 재생 연구팀과 INC2의 호세 가리도 연구팀의 협력으로 진행됐다. INC2는 신경 인터페이스와 함께 EGNITE 개발을 담당했다. 연구팀은 쥐 실험을 통해 쥐의 좌골 신경에 이식된 EGNITE 전극이 최대 60일 동안 선택적인 근육 활성화를 유도하는 것을 확인했다. 팀은 EGNITE 전극이 기존 금속 미세 전극보다 근육 활성화에 필요한 전류가 현저히 감소했다고 설명했다. EGNITE 전극은 크기가 작아 신경 내 특정 부위만 선택적으로 자극할 수 있어, 신경 보철 장치의 정확도와 효율성을 향상시켰다. 또한 그래핀의 우수한 전기 전도성을 바탕으로 신경 신호를 효과적으로 전달하고 기록할 수 있다. INc-UAB의 박사후 연구원이자 이 논문의 제1저자인 브루노 로드리게스-메이나는 "근육 활성화를 생성하는 데 필요한 전류의 감소는 다른 대형 금속 미세 전극과 비교할 때 현저한 차이가 있었다"고 말했다. 또한 EGINITE 전극은 생체 적합성이 우수해 이식된 인터페이스로 인한 기능 변화나 염증 반응이 관찰되지 않았다. 나바로 교수는 "이 연구의 다음 단계는 EGNITE 기반 기술의 최적화외 미주 신경 또는 척수 자극 시스템에 대한 임상 전 연구에의 적용으로 구성될 것이다"라고 말했다. 연구팀은 아울러 생체 전자 의학 분야에서 임상 적용을 위한 연구도 병행할 계획이다. EGNITE 전극은 신경 보철뿐만 아니라, 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 또한 팔다리 절단 환자나 신경 손상 환자의 운동 및 감각 기능 회복에 기여해 삶의 질을 높일 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화
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[기후의 역습(26)] 1960년대 항공 사진으로 붕괴 이전 남극 빙하 재구성
- 수십 년 전의 항공 사진을 이용해 빙하 붕괴 이전의 남극 빙하를 재구성한 보고서가 발표돼 주목된다고 더컨버세이션이 전했다. 남극의 무너지기 전 라슨 B 빙붕(Larsen B Ice Shelf)을 재현하고 효과를 분석한 이 연구 보고서는 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'에 발표됐다. 지난 2002년 3월, 라슨 B 빙붕이 붕괴돼 호주 태즈매니아 섬의 약 6분의 1 정도 크기가 파괴됐다. 빙붕은 남극 대륙과 이어져서 바다에 떠 있는 얼음덩어리를 말하며, 그 두께는 300~900m에 달하고 남극 전체 얼음 면적의 10%를 차지한다. 발표된 논문에서는 1960년대 찍은 약 1000장의 남극 필름 사진을 사용, 라슨 B 빙붕이 붕괴되기 수십 년 전 5개의 빙하의 모습을 정확히 재구성했다. 이를 통해 빙붕 붕괴 후 해수면 상승 정도를 정확하게 계산할 수 있었다고 한다. 남극 대륙의 변화는 지구와 인류에게 막대한 영향을 미친다. 빙붕이 사라지면 빙하가 빨리 녹아 전 세계 해수면을 끌어올린다. 라슨 B 빙붕도 당시 수년간 비정상적으로 따뜻한 기온이 이어진 후 무너진 것이다. 이로 인해 빙하에도 극적인 변화가 일어났다. 그러나 그 이전의 과거 빙하 정보는 많지 않았다. 연구팀이 주목한 것은 과거의 필름 사진 정보였다. 30만 개 이상의 역사 이미지로 구성된 사진 아카이브에는 1968년부터 남극에 대한 기록이 포함되어 있었다. 이 이미지들은 과거와 현재의 차이를 측정하는 데이터를 제공했다. 빙붕은 해수면 상승과는 직접적인 관계는 없지만, 빙하의 흐름을 막는 중요한 역할을 담당하고 있다. 즉, 빙붕이 없어지면 대륙의 빙하는 빠르게 바다로 녹아 들어간다. 육지의 빙하가 바다로 이동하면 해수면은 당연히 상승하게 된다. 보고서는 남극의 빙하가 미래의 기후 변화에 어떻게 반응할지 정확하게 예측하려면 과거에 빙하가 어떠했는지 이해해야 한다고 강조했다. 남극 대륙의 일부 지역은 매우 험난하기 때문에 직접 방문해 데이터를 수집하는 것이 어렵다. 학자들이 위성이나 항공 데이터를 찾는 이유이기도 하다. 1946~2000년 사이, 미국 해군 지도 제작자들은 남극 대륙 지도를 작성하기 위해 대륙 전역을 비행하며 33만 장에 달하는 고품질 대형 필름 사진을 찍었다. 사진 스캔본은 미네소타 대학교 극지공간센터(Polar Geospatial Center)에 보관됐으며 무료로 내려받을 수 있다. 이 스캔 사진들은 현대 위성이 포착할 수 있는 만큼 고해상도이다. 연구진은 사진 측량 기술을 적용해 라슨 B 지역 빙하 5개의 3D 모델을 만들었다. 전통적인 사진 측량법에 따라 서로 다른 각도에서 찍은 두 장의 겹치는 사진을 사용해 3D 표면을 만들었다. 이를 컴퓨터로 고속 작업하면 수백 장의 겹치는 사진을 쉽게 결합해 모델링할 수 있다. 겹치는 사진의 일치점을 자동으로 감지하고 해당 3D 위치를 기하학적으로 계산하면 수백만 개의 일치점으로 정확한 빙하 표면이 만들어질 수 있다. 1968년과 빙붕 붕괴 수 개월 전인 2001년 다섯 개의 빙하를 비교한 결과, 연구팀은 빙하 모양이 크게 변하지 않았음을 발견했다. 그러나 빙하 붕괴 이후 350억 톤의 육지 빙하가 상실됐다. 하나의 큰 빙하에서만 280억 톤이 손실됐다. 이는 전 세계 해수면을 약 0.1mm 상승시켰다. 빙하 하나의 붕괴가 일으킨 큰 변화다. 다르게 말하면 지구상의 모든 사람이 10년 동안 매일 1리터의 물을 쏟아 부은 양과 같다. 기후 변화가 가속화됨에 따라 대기와 해양의 온난화는 남극 반도에 남아 있는 빙붕을 위협하고 있다. 사진 아카이브는 변화의 기록을 확장하고 상황이 얼마나 변화하고 있는지 확인하는 데 요긴하게 쓰일 것으로 기대된다. 같은 방법으로 다른 빙붕이나 빙하, 해안선의 변화, 펭귄 서식지, 식생의 확장 또는 직접적인 인간에의 영향을 조사하는 데도 사용할 수 있다.
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[기후의 역습(26)] 1960년대 항공 사진으로 붕괴 이전 남극 빙하 재구성
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[우주의 속삭임(24)] 달의 시간은 지구보다 얼마나 빠를까?
- 달에서는 지구보다 시간이 더 빨리 흐르는 것으로 확인됐다. 미 항공우주국(나사·NASA) 과학자들의 새로운 연구에 따르면 달에서의 시간은 지구보다 하루에 약 5700만분의 1초(57마이크로초) 빨리 흐르는 것으로 나타났다고 사이언스얼러트, IFL사이언스, ZME 사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 이는 아폴로 우주선의 조종사들이 달에 마지막으로 발은 디딘 후 52년 동안 달의 시간은 지구보다 약 1.1초 더 길어졌다는 뜻이다. 1.1초는 큰 차이처럼 보이지 않을 수 있으며, 매일 달의 시간이 지구보다 5700만분의 1초씩 더 늘어나는 것도 마찬가지일 것이다. NASA)의 새로운 연구 결과에 따르면, 이 작은 차이는 나사가 오랫동안 기다려온 달 유인 탐사 임무를 시작할 때 항법 시스템 동기화에 영향을 미칠 수 있다. 나사 등 우주 기관은 달과 화성에 기지를 건설하는 것을 목표로 하고 있기 때문이다. 현재 달에는 합의된 표준 시간대가 없다. IFL사이언스에 따르면 무인 임무는 일반적으로 우주선의 원주국에 해당하는 시간을 사용하는 반면, 유인 아폴로 임무는 발사 순간부터 계산하는 지상 경과 시간(GET)를 사용했다. 달에 로봇, 그리고 언젠가는 인간이 거주하게 되면 이러한 시간 차이로 인한 문제가 발생할 수 있으며, 미국은 이를 해결하기 위해 달 표준시를 설정하려고 한다. 사람들은 그것을 달의 시간대라고 부르기도 한다. 아직 동료 심사를 거치지 않은 arXiv 프리프린트 서버에 게시된 새로운 논문은 "달 표준시 설정은 달에서의 활동 및 작업을 동기화하는 데 필수적"이라고 설명했다. 논문에는 "여러 착륙선, 로버 및 궤도선이 관련된 임무에서 공통 시간 기준을 갖는 것은 모든 장치가 효과적으로 조정하고 충돌을 피하며 협력을 강화하는 데 도움이 된다. 정확한 시간은 지구와 달 임무 간 통신에 매우 중요하며, 안정적인 데이터 송수신을 가능하게 하고 자율 시스템이 원활하게 작동하도록 보장한다"고 명시되어 있다. 연구팀은 이 논문에서 달 표면, 지구 표면, 그리고 태양계 질량 중심에서의 상대적인 시간 속도를 계산했다. 연구팀은 "태양계 질량 중심(SSB) 좌표 기준 프레임과 지구 표면 간의 상대론적 시간 변환은 잘 알려져 있지만, 달 표면에 대한 유사한 변환은 확립되지 않았다"고 언급하며, "특히 두 시간 척도의 시간 경과에 따른 변화를 설명하는 상수가 필요하다"고 덧붙였다. 시간 팽창과 원자 시계 아인슈타인의 일반 상대성 이론 후 중력이 시간을 늦출 수 있다는 사실은 알려져 있었다. 하지만 지구와 달의 중력 차이로 인한 시간 왜곡을 측정하는 것은 쉽지 않았다. 최근 10여년 동안에야 서로 상대적으로 움직이거나 다른 중력에서 두 물체 간의 작은 시간 차이를 감지할 수 있을만큼 민감한 원자 시계가 개발됐다. 약 50년 동안 유인 달 탐사가 중단되면서 과학자들은 지구와 달 사이의 미세한 시간 차이에 대해 연구할 필요성을 느끼지 못했다. 달의 중력은 지구의 6분의 1에 불과하지만 우주 비행사들이 잠시 머물렀기 때문에 문제가 되지 않았다. 그러나 이제 미국은 2026년 유인 달 탐사선 아르테미스 임무를 앞두고 달의 시간대 설정에 민감하게 움직이고 있다. 5700만분의 1초 차이는 크게 걱정할 정도는 아니지만, 고려하지 않을 경우 달 탐사 작전에 문제를 일으킬 수 있기 때문이다. 백악관의 최근 메모에는 NASA에 올해 12월 31일까지 새로운 시간 촉도에 대한 계획을 수립하라고 지시했다. 과학기술 대통령 보좌관이자 백악관 과학기술정책실(OSTP) 실장인 Arati Prabhakar는 NASA와 다른 기관들에게 새로운 달 시간 시스템 개발 협력을 지시하는 메모에서 "지구의 송신기 시계와 달의 수신기가 인식하는 시간 차이를 고려하지 않으면 거리 측정 오류가 발생할 수 있다"고 밝혔다. 이어 "우주선 도킹이나 착륙과 같은 정밀 작업에는 현재 방법보다 더 높은 정확도가 필요하다"고 했다. NASA는 늦어도 2026년 말까지, 또는 우주 비행사를 다시 달에 보내는 아르테미스 첫 번째 임무가 발사되기 전까지 이러한 시스템을 구현해야 한다. NASA는 아르테미스 임무를 통해 달 가지 건설 가능성을 탬색할 계호기이며, 이는 언젠가는 화성 탐사의 발판이 될 수도 있다. 슬라바 투리셰프가 이끄는 NASA 제트 추진 연구소의 물리학자들은 태양계의 공통 질량 중심과 관련하여 지구와 달의 시간 변화를 계산해 57마이크로초(5700만분의 1초)라는 수치를 도출했다. 미국 국립표준기술연구소의 다른 팀이 지난 2월 발표한 연구에 따르면 시간 스트레칭의 상대적 차이는 56.02마이크로초였다. 두 결과 모두 동료 검토를 거치지 않았기 때문에 음력 시간에 대한 최종값은 아직 결정되지 않았다. 달 시간의 최종 정의는 여러 기관과 국제기구의 검증을 거쳐야 한다. 예를 들어, 국제 도량형국과 국제 천문 연맹은 8월에 회의를 가질 예정이다. 달 표준시 설정 전에 더 많은 논의와 계산이 이루어질 것이며, NASA와 다른 우주 기관들이 어떤 시스템을 제시할지 지켜봐야 한다. 그러나 NASA는 이미 달에는 29.5일 주기의 낮과 밤이 있기 때문에 일광 절약 시간제는 적용되지 않을 것이라고 명확히 밝혔다. 또한, 지구 자전 속도가 이상하게 느려져 하루가 약간 길어지는 현상과 인간의 활동이 지구 자전에 미치는 영향도 주목해야 한다. 이 논문은 arXiv 프리프린트 서버에 게시됐다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(24)] 달의 시간은 지구보다 얼마나 빠를까?
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[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
- 미국 스탠퍼드 대학교 연구팀이 칩 크기의 초소형 티타늄 사파이어(Ti:sapphire)레이저 개발에 성공했다. 이 레이저는 기존 티타늄 이온 도핑 사파이어 크리스탈로 만든 티타늄 사파이어 또는 Ti:사파이어 레이저보다 4배 작고 비용은 3배 더 저렴하며 효율성도 크게 향상되었다고 IFL이 3일(현지시간) 전했다. 기존 티타늄 사파이어 레이저는 높은 가격과 큰 부피, 그리고 구동을 위한 여러 대의 고출력 레이저가 필요하다는 단점이 있었따. 스탠퍼드리포트는 이번에 새로 개발 티타늄-사파이어 레이저에 대해 "'타의 추종을 불허하는 성능'을 가진 것으로 간주된다"고 전했다. 이어 "레이저는 최첨단 양자 광학, 분광학, 신경 과학을 포함한 많은 뷴야에서 없어서는 안 된다. 하지만 그 성능은 엄청난 대가를 치른다"면서 "Ti:sapphire는 부피가 입방 피트9볼링 공 4개 정도의 공간을 차지함)에 달할 정도로 크고 비용도 수십만 달러에 이른다. 또한 3만 달러 이상에 달하는 다른 고출력 레이저가 있어야 작동한다"며 기존 레이저의 단점을 지적했다. 스탠퍼드대 전기공학과 교수이자 칩 크기의 Ti:사파이어 레이저 논문의 시니어 저자인 옐레나 부치코비치(Jelena Vučković)는 "이것은 기존 모델에서 완전히 벗어난 것"리하고 말했다. 그는 "크고 값비싼 레이저 한 대가 아닌, 하나의 칩에 수백대의 레이저를 탑재할 수 있는 시대가 곧 올 것"이라고 전망했다. 연구팀은 티타늄 사파이어를 이산화규소(sio2) 절연체 위에 장착하고 수백 나노미터 두께의 티타늄 사파이어 층을 정밀하게 연마하고 에칭하여 소용돌이 모양의 융기, 즉 도파관을 형성했다. 이 도파관을 통과하는 빛은 소형 히터를 사용해 가열되며 사용자가 필요에 따라 레이저 파장을 조정할 수 있도록 한다. 즉, 연구팀은 마이크로스케일 히터를 통해 방출되는 빛의 파장을 변경해 빛의 색상을 700~1000나노미터(적색에서 적외선까지) 사이에서 원하는 대로 조절할 수 있었다. 또한 레이저 크기 축소는 강도를 높여 효율성을 향상시키는 효과도 있었다. 이 소형 레이저는 양자 광학, 분광학, 신경 과학 등 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 넓은 파장 범위에서 에너지를 방출하는 탁월한 이득 대역폭과 1000조 분의 1초마다 빛 펄스를 방출하는 초고속 특성을 가지고 있다. 이는 기존 레이저보다 약 14배 빠른 속도다. 부치코비치 교수와 공동 제1저자인 조슈아 양과 연구팀은 이 새로운 레이저가 다양한 분양에 미칠 영향에 대해 큰 기대를 걸고 있다. 양자 물리학 분야에서는 이 저렴하고 실용적인 레이저가 최첨단 양자 컴퓨터의 소형화를 획기적으로 앞당길 수 있을 것으로 예상된다. 신경 과학 분야에서는 광섬유를 통해 뇌 속 뉴런을 빛으로 조절하는 광유전적 연구에 즉각적인 활용이 가능할 것으로 보인다. 소형 레이저를 활용하면 더욱 작은 프로브(probe, 뇌 활동을 측정하고 자극하는 데 사용되는 도구)를 개발해 새로운 실험 방법을 모색할 수 있다. 안과 분야에서는 노밸상 수상 기술은 '처프 펄스 증폭(chirped pulse amplification)'을 이용한 레이저 수술에 새로운 방식으로 활용되거나, 망막 건강 평가에 사용되는 광 간섭 단층 촬영 기술을 더 저렴하고 작게 만들수 있을 것으로 기대된다. 칩 형태의 레이저는 기볍고 휴대성이 뛰어나며 저렴하고 효율적이다. 그리고 대량 생산이 가능하다. 양 연구원은 "우리는 단일 4인치 웨이퍼에 수 전개의 레이저를 놓을 수 있었다"며 그렇게 되면 레이저당 비용이 거의 0이 되기 시작한다. 이는 매우 흥미로운 일이다"고 말했다. 연구팀은 이번 연구 결과가 티타늄 사파이어 레이저의 대중화에 기여할 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
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[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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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴…방사선 노출 위험 고조
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[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.
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
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미세 플라스틱, 밝은 색상 제품이 더 빨리 분해된다
- 빨간색과 파란색 등 밝은 색상의 플라스틱 제품이 더 빨리 분해되는 것으로 나타났다. 대부분의 플라스틱 제품은 자연 환경에서 분해되지 않고, 아주 작은 플라스틱 조각인 미세플라스틱으로 분해돼 토양과 바다를 오염시키는 주범으로 작용하고 있다. 플라스틱 품목의 색상이 마세플라스틱으로 분해되는 속도에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 입증되었다고 영국 일간지 더 가디언이 최근 보도했다. 영국과 남아프리카 과학자들은 다양한 색상의 플라스틱을 영국 레스터 지역의 지붕 쥐에 3년 동안 방치해 둔 뒤 남아프리카 해변에서 발견된 플라스틱 품목과 비교 분석했다. 실험 결과 빨간색, 파란색, 녹색 플라스틱은 다른 색상보다 더 빨리 분해되는 것으로 알려졌다. 논문의 수석 연구원인 사라 키(Sarah Key) 박사는 가디언에 "영국 레스터의 옥상에 방치된 샘플과 아프리카 대륙 남단의 바람이 많이 부는 해변에서 수집한 샘플이 비슷한 결과를 보여주는 것은 놀랍다"라고 말했다. 최근 연구에 따르면 미세플라스틱은 외딴 산꼭대기와 대기 상층부, 심해, 심지어 남극 대륙 등 지구 구석구석에서 발견되고 있다. 대기 중의 미세플라스틱은 호흡을 통해 인체 내부로 들어오고 있으며, 인간의 뇌와 태반, 고환과 정액에서도 미세플라스틱이 검출돼 충격을 안겼다. 최근 '전체 환경과학' 저널에 따르면 중국에서 진행된 실험 결과 건강한 남성 36명의 모든 정액 샘플에서 미세 플라스틱이 발견됐다는 충격적인 결과가 보고됐다. 연구팀은 사람들이 플라스틱 물병에 든 물을 마시거나 공기 입자를 흡입하거나, 플라스틱 용기에 담긴 가열된 음식을 먹는 등 다양한 방법을 통해 미세플라스틱이 몸 안으로 들어갈 수 있다고 지적했다. 그들은 또한 사람들이 이제 미세플라스틱 섭취를 피하는 것은 사실상 불가능하다고 말했다. 연구팀은 폴리염화비닐 플라스틱 조각이 포함된 정액 샘플에서 정자의 운동성이 낮다는 사실을 발견했다. 이는 출산율 감소를 설명하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다. 특히 재활용되지 않고 바다로 흘러들어가는 플라스틱과, 비닐 포장재 등을 통해 식품 시스템에서 플라스틱과 미세 플라스틱 오염이 더욱 심각해지고 있다. UN 환경프로그램(UNEP)의 보고서는 미세플라스틱이 환경에 미치는 영향과 해양, 토양, 담수, 수돗물 등 어디에나 존재하고 있다고 강조했다. UNEP에 따르면 이러한 미세 플라스틱은 동물과 인간에게 염증을 유발하고 신경계를 뱅해하는 등 건강에 해를 끼치고 있다. MIT 테크놀로지 리뷰에 다르면 매년 생산되는 플라스틱의 5~6%만이 재활용되고 있는 실정이다. 이번 연구 결과 빨간색과 파란색, 녹색 플라스틱 제품이 더 빨리 분해된다는 점은 해당 색상의 플라스틱 사용을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 실제로 페기물 방지 자선 단체인 Wrap은 플라스틱을 더 쉽게 재활용할 수 있도록 제조업체에 색소 사용을 피해달라고 이미 조언하고 있다고 가디언은 전했다. 일반적으로 플라스틱의 재활용율이 낮다는 점을 고려하면 플라스틱 포장재로 된 제품 구매나 사용을 피하는 방법도 있다. 여기서는 청소용품을 가정용으로 대체하거나 재사용 가능한 품목의 우선 순위를 정하는 것도 포함된다.
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- 생활경제
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미세 플라스틱, 밝은 색상 제품이 더 빨리 분해된다
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잡초 제거 로봇, 탁월한 자동 제초 기능 발휘
- 핀란드 VVT 기술 연구센터가 개발한 잡초 제거 로봇이 탁월한 성능을 발휘한 것으로 밝혀졌다고 전문 매체 테크익스플로러가 전했다. 로봇 시스템은 이미 전 세계적으로 다양한 산업에 배포돼 여러 작업을 수행함으로써 인간을 지원하고 있다. 로봇 투입이 특히 유리할 수 있는 분야 중 하나는 농업이다. 농업에서는 사람이 수행하기 어렵거나 까다로운 작업을 더 빠르고 효율적으로 완료할 수 있다. 잡초 제거는 로봇이 처리할 수 있는 많은 농업 작업 중에서도 대표적인 일로 꼽힌다. 잡초는 가축과 농작물 모두에 심각한 피해를 줄 수 있다. 실제로, 빠르게 자라는 침입성 잡초는 작물 수확량을 감소시키고 말, 양, 소를 포함한 가축에게 독성 중독을 일으킬 수도 있다. VVT 기술 연구센터의 연구진은 최근 일부 가축에 유독할 수 있는 화합물 옥살산염이 매우 풍부한 소리쟁이속 개대황(Rumex longifolius 또는 longleaf Dock)으로 알려진 침입성 잡초를 자동으로 제거할 수 있는 새로운 로봇을 개발했다. 이 소식은 사전 출판 사이트 arXiv에 소개됐다. 연구진인 야르코 코타니에미, 니코 칸세코스키, 타피오 헤이킬래는 게재된 논문에서 "자동 제초 기술이 최근 많은 주목을 받고 있다"라고 썼다. 이들은 "경량 이동식 농지 로봇 기술을 활용해 개방형 목초지에서 자동 및 기계식으로 침입성 잡초 제초 작업을 목표로 하고 있다"면서 "논문은 GNSS(인공위성을 이용해 지상 물건의 위치, 고도, 속도 정보를 제공하는 시스템) 내비게이션이 적용된 이동식 제초 로봇, 잡초 탐지를 위한 3D 컴퓨터 비전, 기계식 제초 도구가 있는 로봇 팔에 대해 설명하고 있다"고 기술했다. 연구진이 개발한 잡초 제거 로봇은 침입성 잡초가 아직 어릴 때 기계적으로 제거하도록 설계됐다. 이러한 침입성 잡초를 어릴 때 뿌리째 제거하는 것은 제초제를 사용하는 것보다 매우 바람직한 일이다. 제초제 사용을 피하면 작물을 소비하는 인간의 건강과 환경에 대한 피해를 크게 줄일 수 있기 때문이다. 종전 논문에서 연구진은 침입성 잡초를 탐지하고 위치를 파악하기 위해 컴퓨터 비전 기술의 접근 방식을 도입했다. 이번 논문은 컴퓨터 비전 모델로 식별된 잡초를 제거할 수 있는 로봇 플랫폼 개발로 발전한 것이다. 로봇의 잡초 제거 임무를 위해 연구원들은 다층 제어 접근 방식을 활용했다. 이 접근법은 로봇이 △ 잡초를 탐색하고 △ 잡초를 감지하며 △ 궁극적으로는 잡초를 제거하는 세 가지 작업 세트로 나누어진다. 연구진은 논문에서 "로봇의 임무는 플랫폼 이동, 잡초 감지, 잡초 지도에 나열된 모든 잡초에 대한 제초 작업 수행 등으로 구성된다"고 밝히고 "각 작업은 로봇 팔 동작, 이미지 획득, 내비게이션 동작으로 구성된다"고 밝혔다.
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- IT/바이오
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잡초 제거 로봇, 탁월한 자동 제초 기능 발휘
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일본 도쿄대 개발 휴머노이드 로봇, 자동차 운전 '일단 성공'
- 운전자가 조작하지 않는 자율주행차(AV)의 안전성 논란은 현재까지 이어지고 있는 논란거리다. 보행자를 치지 않고 장애물을 피해 달리는 자율주행차의 목표는 아직도 실험 중이다. 그렇다면 인간 운전자 대신 운전석에 앉아 자동차를 조작하는 휴머노이드 로봇은 어떨까. 일본 도쿄 대학의 연구진이 새로 출판된 기술 논문에서 휴머노이드 로봇의 자동차 운전 시스템 및 로봇 개발 결과를 발표해 주목된다고 테크크런치가 전했다. 보도에 따르면 글로벌 자동차 그룹 도요타에 컨설팅을 제공하는 도쿄 대학 연구진은 소형 전기 자동차를 운전할 수 있는 무사시(Musashi)라는 '근골격 휴머노이드'를 개발하고 자동차 테스트 트랙을 통해 훈련시켰다. 무사시는 인간의 눈을 대신하는 두 대의 카메라를 장착하고 있으며, 자동차 사이드 미러에 반사되는 풍경뿐만 아니라 전방 도로도 관측할 수 있다. 로봇 팔을 사용하면 자동차 키를 돌려 시동을 걸고, 핸드 브레이크를 당기며 방향 지시등을 켤 수 있다. 무사시의 다리에는 미끄럼 방지 기능이 있어 가속 페달과 브레이크 페달을 실수 없이 밟을 수 있다. 연구팀은 센서 데이터를 제공해 무사시에게 자동차 핸들 사용법을 교육한 후 신호등의 신호를 지키면서 로봇이 교차로에서 모퉁이를 돌도록 하는 데 성공했다고 밝혔다. 그러나 무사시의 운전은 아직 인간의 운전에 비해 많이 서투른 것으로 알려졌다. 이는 특히 코너를 도는 기능에서 차이가 두드러졌다. 무사시는 코너를 돌기 위해 브레이크 페달을 지나치게 조심스럽게 조작하고 가속기 페달을 밟지 않았다. 이는 휴머노이드 로봇의 기술적 한계와 많은 주의를 기울인 때문이었지만, 결과적으로 자동차가 코너를 회전하는 데는 약 2분이 소요됐다고 한다. 무사시는 별도의 실험에서 가속기 페달을 사용해 진전된 운전기술을 선보였다고 연구진은 말했다. 그러나 도로 경사가 가파른 곳에서는 일정한 속도를 유지하는 데 어려움을 겪었다. 연구진은 자동차 운전을 위한 차세대 휴머노이드 로봇과 소프트웨어를 개발할 계획이다. 상당 기간이 소요되겠지만 언젠가는 무사시가 도쿄 택시를 운전하게 될 것이라고 연구진은 기대했다.
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- IT/바이오
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일본 도쿄대 개발 휴머노이드 로봇, 자동차 운전 '일단 성공'
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[먹을까? 말까?(21)] 저칼로리 감미료, 심장마비·뇌졸중 발병 위험 2배 증가
- 껌이나 치약 등 저당식품에 흠히 사용되는 저칼로리 감미료 자일리톨(Xylitol)이 심장마비와 뇌졸중 위험을 증가시킨다는 연구 결과가 나왔다. 미국 오하이오주 클리블랜드 클리닉의 최근 연구에 따르면 자일리톨을 많이 섭취하면 심장 마비, 뇌졸중, 사망 위험 등이 최대 두 배 가까이 높아질 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다고 CNN와 워싱턴 타임스 등 다수 외신이 보도했다. '유럽 심장학 저널(European Heart Journal)'에 발표된 이번 연구는 향후 3년 내 심장 마비, 뇌졸중, 사망 위험을 예측할 수 있는 새로운 혈액 성분을 찾는 과정에서 발견됐다. 이 연구의 수석 저자이자 클리블랜드 클리닉 레너 연구소의 심혈관 진단 및 예방 센터 소장인 스탠리 헤이젠 박사는 "건강한 지원자에게 자일리톨이 든 음료를 마시게 한 결과 수치가 1000배까지 올라갔다"고 말했다. 헤이젠 박사는 "설탕을 먹으면 포도당 수치가 10%에서 최대 20%까지 올라갈 수 있지만 1000배 가까이 올라가는 것은 아니다"라고 말했다. 혈전 발생의 위험 연구팀은 2004년과 2011년 사이에 수집된 심장 질환 위험을 평가 중이던 1157명의 혈약 샘플과 추가로 고위험군에 속할 수 있는 2100여명의 혈액 샘플을 분석했다. 연구 결과, 자일리톨을 포함한 여러 알코올 당류가 심혈관 기능에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이 연구팀은 2023년 스테비아, 몽크푸르트, 케토 환원당 제품에서 벌크당으로 사용되는 에리스리톨(Erythritol)이라는 또 다른 저칼로리 감미료에서도 비슷한 결과를 발견했다. 두 논문에서 발표된 추가 실험과 동물 연구에 따르면 에리스리톨과 자일리톨은 혈소판을 더 쉽게 응고시키는 것으로 밝혀졌다. 떨어져 나온 혈전은 심장으로 이동해 심장마비를 유발하거나 뇌로 이동해 뇌졸중을 일으킬 수 있다는 것. 콜로라도주 덴버의 국립유대인 건강의 심혈관 예방 및 책임자인 앤드류 프리먼 박사는 응고 활동을 줄이는 것은 심장 전문의가 사용하는 주요 치료법이기 때문에 혈소판의 추가 응고는 나쁜 신호라고 말했다. 그는 이번 연구에 참여하지는 않았다. 미국심장협회(AHA)의 최근 연구에 따르면 2050년까지 미국 성인의 약 61%가 샘혈관 질환을 앓을 것으로 예측했다. 자일리톨이란 무엇인가? 자일리톨은 콜리플라워, 가지, 양상추, 버섯, 시금치, 자두, 라즈베리, 딸기 등의 식품에서 자연적으로 발견되는 탄수화물인 당 알코올이다. 그러나 이런 천연 공급원에서 발견되는 자일리톨은 극소량에 불과하다. 상업용으로 활용되는 자일리톨은 옥수수 속대, 자작나무, 또는 유전자 조작 박테리아로 만들어진다. 설탕만큼 달콤하면서도 칼로리는 절반 이하인 자일리톨은 무설탕 껌, 가글 민트, 치약, 구장청결제, 기침 시럽, 츄어블 비타민에 흔히 사용된다. 사탕, 제과류, 케이크 믹스, 바베큐 소스, 케첩, 땅콩버터, 푸딩, 팬케이크 시럽 등에 대량으로 첨가되는 경우도 많다. 헤이젠 박사는 "일반적인 표시량의 9g인 자일리톨을 함유한 당뇨 쿠키 1개에 해당하는 양을 과일로 섭취하려면 말 그대로 1톤의 과일이 필요하다"며 천연 자일리톨의 양은 아주 극소량에 불과하다고 설명했다. 그는 "자일리톨은 소위 천연 감미료로 판매되고 있으며, 혈당 수치를 급상승시키지 않기 때문에 저탄수화물 및 케토 친화적인 제품으로도 판매되고 있다"고 말했다. 헤이젠 박사는 또한 많은 전문 협회에서도 비만, 당뇨병 또는 당뇨병 전증 환자의 혈당 조절을 개선하기 위해 설탕 대용품으로 자일리톨을 권장하고 있다고 덧붙였다. 그러나 연구팀은 혈액 내 자일리톨의 수치가 가장 높은 집단은 가장 낮은 집단에 비해 심장 마비와 뇌졸중, 사망 위험이 거의 2배가 높았다고 보고했다. 뉴욕 마운트 시나이 퍼스터 심장병원의 심장전문의 매튜 토레이 박사는 자일리톨에 대한 새로운 연구에 대해 "샐생활에서 흔히 마시는 음료에 소량의 자일리톨을 섭취한 후에도 혈소판 행동의 차이가 관찰됐다"고 말했다. 그는 이번 연구에는 참여하지 않았다. 마운트 시나이 아이칸 의과대학의 조교수이기도 한 토메이 박사는 "이 실험은 흥미롭지만 이것만으로는 혈소판 이상이 자일리톨과 임상적 연관성을 설명할 수 없다"고 말했다. 이번 연구는 자일리톨 섭취와 심혈관 질환 간의 연관성을 완전히 입증하지는 못했지만, 감미료의 안전성에 대한 추가 연구 필요성을 제기했다는 평가를 받고 있다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(21)] 저칼로리 감미료, 심장마비·뇌졸중 발병 위험 2배 증가
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스위스 과학자, 카카오 과육 활용해 지속가능한 초콜릿 생산
- 스위스 과학자들이 벌레로 인해 고사 위기에 처한 카카오 나무 열매를 최대한 활용할 수 있는 기술을 개발했다고 예루살렘포스트가 26일(현지시간) 보도했다. 전 세계 초콜릿의 50%는 서아프리카 코트디부아르와 가나에 있는 카카오나무에서 생산된다. 하지만 이 지역 카카오나무는 '카카오 새싹 팽창 바이러스 감염병'이 빠르게 확산되면서 코코아 공급과 가격 급등에도 큰 영향을 미치고 있다. 코코아 콩(cocoa bean)은 건조된, 그리고 부분적으로 발효된 카카오나무 열매의 씨앗으로 초콜릿의 원료가 된다. 카카오의 꼬투리는 3cm 두께의 거칠고 가죽과 같은 외피를 가지고 있다. 이 꼬투리는 단 맛을 내는 점액질의 펄프로 가득차 있으며, 그 안에 30~50개의 아몬드처럼 생긴 큰 씨앗들이 담겨 있다. 세계적으로 인기 있는 간식인 초콜릿의 주성분은 카카오 열매에서 추출한 코코아 매스(카카오를 발효해서 만드는 초콜릿의 원료)와 코코아 버터다. 스위스 연방공립대학 ETH 취리히의 연구원들은 초콜릿 업계와 협력해 코코아 열매를 최대한 활용함으로써 코코아 재배의 수익성을 높이는 동시에 초콜릿을 더 건강한 기호식품으로 만들 수 있는 가능성을 조사하고 있다. 에리히 빈드하브 교수와 그의 연구팀은 지속 가능한 코코아 열매 재배에 전념하는 스트트업인 코아(Koa), 스위스 초콜릿 제조업체 펠클린(Felchlin)과 협력해 카카오 과육을 활용한 새로운 코코아 열매 초콜릿 레시피를 개발했다. 전 세계가 순환적이고 지속가능한 경제를 중심으로 재편성되면서 식품 분야에도 혁신적인 기술이 요구되고 있다. 식품 활용도를 극대화하여 관련 환경 부담을 줄이는 쪽으로 향하고 있는 것. 이는 코코아 재품과 같이 환경에 미치는 영향이 큰 식품의 경우 특히 중요하다. 이번 논문은 저명한 학술지 '네이처 푸드(Nature Food)'에 게재됐다. 「코코아 꼬투리 측면 스트림의 가치화로 초콜릿의 영양 및 지속 가능성 측면 개선」이라는 이번 논문의 주저자인 킴 미쉬라는 코코아 열매가 허니듀 멜론과 비슷하다고 말했다. 연구팀은 "카카오 열매와 허니듀는 구조가 비슷하다. 둘다 딱딱한 껍질을 가지고 있어 자르면 과육이 드러나고 안쪽에는 코코아 콩이나 멜론 씨앗과 같은 과육이 들어 있다"고 설명했다. 기존 초콜릿은 카카오 꼬투리 안에 들어 있는 코코아 콩만 사용하지만 연구팀은 '코코아 과일 초콜릿 레시피'에 과육과 과육의 속껍질을 사용했다. 연구팀은 이를 분말로 가공하고, 과육의 일부와 섞어 코코아 젤을 만들었다. 이 젤 물질은 매우 달콤하며 일반적으로 초콜릿에 첨가되는 가루 설탕을 대체할 수 있다. 연구팀은 완벽한 레시피를 찾기 위해 실험실에서 다양한 구성의 질감을 체계적으로 테스트한 끝에 이같은 결과물을 내놓았다. 과육에서 추출한 과즙을 너무 많이 넣으면 초콜릿이 덩어리가 졌고., 너무 적게 넣으면 단맛이 부족했다. 연구팀은 단맛과 식감 사이의 완벽한 균형을 찾기 위해 노력했다. 가루 설탕을 사용할 때는 덩어리 문제가 발생하지 않았다. 실험 결과 초콜릿에는 과육 젤이 최대 20% 함유될 수 있으며, 이는 5~10%의 가루 분말 설탕(이하 가루 설탕)이 함유된 초콜릿의 맛과 같았다. 일반 다크 초콜릿에는 가루 설탕이 30~40% 정도 함유돼 있다. 새로운 레시피를 테스트하기 위해 스위스의 베른 응용과학대학의 패널들은 각 5g 무게의 초콜릿 조각을 다양한 양의 가루 설탕이 함유된 초콜릿과 코코아 젤로 단맛을 낸 새로운 제품으로 나누어 데트스를 진행했다. 미쉬라 연구원은 "이를 통해 동일한 양의 가루 설탕으로 표현되는 우리 레시피의 단맛을 경험작으로 확인할 수 있었다"고 말했다. 새로 개발된 레시피는 코코아 젤을 감미료로 사용함으로써 코코아 과일 초콜릿은 일반 유럽산 다크 초콜릿보다 섬유질 함량(100g당 15g대 12g)이 더 높다. 유럽산 일반 다크 초콜릿에는 섬유질이 100g당 12g이 들어있지만 새로운 레시피에는 15g이 함유됐다. 또한 포화지방 함량도 일반 초콜릿의 33g에 비해 23g에 불과하다. ETH 연구팀은 포화 지방산을 약 30% 줄이면서 섬유질 함량을 약 20% 늘릴 수 있었다. 미쉬라 연구원은 "섬유질은 장 활동을 자연스럽게 조절하고 초콜릿 섭취시 혈당 수치가 너무 급격히 상승하는 것을 방지하기 때문에 생리학적 측면에서 가치가 있다. 포화 지방도 너무 많이 섭취하면 건강에 위험을 초래할 수 있다. 포화 지방의 섭취 증가와 심혈관 질환의 위험 증가 사이에는 관계가 있다고 말했다. 그는 "농부들이 코코아 콩을 판매할 수 있을 뿐만 아니라 과육과 과피에서 나오는 주스를 말려서 분말로 갈아서 판매할 수도 있다는 것을 의미한다"면서 "이렇게 하면 코코아 재배 농가의 수입을 더 많이 창출할 수 있으며, 코코아 열매의 가치 창출이 많아지면 지속 가능한 코코아 생산이 가능해진다"고 덧붙였다. 그렇다고 해서 코코아 열매 초콜릿이 곧 식료품점에 출시되는 의미는 아니다. 미쉬라는 "우리 초콜릿이 매력적이고 일반 초콜릿과 비슷한 감각적 경험을 제공한다는 것을 보여주었지만, 건조 시설이 필요한 코코아 농부부터 시작해 전체 가치 창출 사슬을 조정해야 할 것"이라고 말했다. ETH는 코코아 과육 초콜릿 레시피에 대한 특허를 출원했다. 코코아 과일 초콜릿의 개발은 기술, 영양, 친환경성, 소규모 농가를 위한 소득 다각화가 어떻게 코코아 공장의 전체 가치 창출 사슬을 개선할 수 있는지를 보여주는 유망한 사례다.
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스위스 과학자, 카카오 과육 활용해 지속가능한 초콜릿 생산
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똑똑한 까마귀…숫자까지 알아보고 큰 소리로 센다고?
- 까마귀가 창의적이고 지능적인 새라는 사실은 이미 비밀이 아니다. 여러 연구를 통해 까마귀가 대단히 똑똑하다는 결과가 발표됐다. 그런데 이번에 새로 발견된 까마귀의 숫자를 세는 능력은 사람들을 더욱 놀라게 하기에 충분하다고 PHYS, 사이언스얼러트 등이 전했다. 독일 튀빙겐 대학 신경생물학 연구소의 안드레아스 니더 교수와 다이애나 A. 리아오 박사가 주도하고 카타리나 F. 브레히트 박사, 레나 베이트 교수 등이 참가한 연구팀이 행동 실험을 통해 까마귀가 소리를 내 숫자를 셀 수 있다는 사실을 보여주었다. 꿀벌 등 다른 동물이나 곤충이 숫자를 이해하는 능력을 보인 경우는 있지만, 이번 까마귀 실험에서처럼 인간 이외의 다른 종이 구체적인 숫자를 읽을 수 있는 능력을 발휘한 경우는 없었다고 한다. 까마귀에게 숫자로 3이 써진 판을 보여주면 까마귀는 10초 이내에 "깍, 깍, 깍" 하고 세 번을 외친다. 그 다음 그 판으로 다가가 부리로 판을 쫀다. 그렇게 하면 성공으로 간주하는 데, 이를 까마귀가 수행했다는 것이다. 연구팀은 "어떤 목적을 가지고 특정한 숫자를 외치려면 숫자 인식 능력과 발성을 제어하는 정교한 조합이 필요한데 까마귀는 그 조합이 가능한 것으로 보인다"라고 썼다. 보고서는 "이러한 능력이 인간 이외의 동물에 존재하는지 여부는 아직 알려져 있지 않다. 그런데 행동 실험에서 까마귀는 숫자에 반응해 1~4개의 다양한 발성을 정확하게 만들어 낼 수 있음을 보여주었다"고 밝혔다. 큰 소리로 셀 수 있는 능력은 숫자를 이해하는 능력과 다르다. 숫자의 이해뿐만 아니라 의사소통을 목적으로 하는 의도적인 발성 조절도 필요하다. 인간은 말을 사용해 숫자를 세고 전달하는데, 이는 어릴 때부터 배우는 능력이다. 기호 계산의 생물학적 기원은 알려져 있지 않지만 까마귀는 0과 같은 어려운 수치 개념을 이해하는 것으로 알려져 있다. 이에 착안해 연구팀은 세 마리의 캐리온 까마귀(중간 정도 크기의 까마귀 종류)를 대상으로 연구를 수행했다. 까마귀들에게는 1~4까지의 임의의 아라비아 숫자를 보거나 오디오 신호를 듣고 숫자에 해당하는 만큼의 소리를 외치도록 훈련했다. 까마귀들은 필요한 수 만큼 울고 숫자판을 쪼아 작업이 끝났음을 스스로 선언해 마무리해야 했다. 놀랍게도 까마귀 세 마리 모두 신호에 반응해 정확한 수의 소리를 외쳤다. 간헐적으로 오류가 발생했는데 숫자가 너무 많거나 너무 적을 때 발생했다. 숫자 발성은 쪼거나 머리를 움직이는 것보다 훨씬 어렵고 반응 시간이 더욱 길다. 그래서 까마귀가 이 정도의 성취를 보여 준 것은 대단히 인상적이라는 분석이다. 연구팀은 어린 유아가 숫자를 세는 방식과 유사하다고 말했다. 연구팀은 까마귀의 이런 능력은 야생 조류 세계에서 지금까지 알려지지 않았던 의사 소통 채널일 수도 있다고 추정했다. 예를 들어 특정한 숫자나 독특한 외침은 자신들을 위협하는 포식자가 접근하고 있음을 경고할 때 내는 소리일 수 있다는 것이다. 연구진은 논문에서 "우리의 행동 실험 결과는 까마귀가 인간과 동물이 공유하는 비기호 숫자 추정 시스템을 사용해 지시된 수의 발성을 유연하고 의도적으로 생성할 수 있음을 보여준다“라고 썼다. 이 연구는 '사이언스(Science)' 지에 게재됐다.
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- IT/바이오
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똑똑한 까마귀…숫자까지 알아보고 큰 소리로 센다고?
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[신소재 신기술(50)] 항공우주·운송 변화시킬 내열성 알루미늄 합금 탄생
- 중국 과학자들이 섭씨 500도까지 견딜 수 있는 내열성 알루미늄 합금을 개발했다. 텐진 대학교 연구팀은 미래 항공우주 설계에 큰 영향을 미칠 알루미늄의 내열성을 높이는 새로운 기술을 개발했다고 과학 기술 전문매체 인터레스팅엔지니어링이 최근 보도했다. 이번 연구 결과는 지난달 '네이처 머티리얼스'에 게재됐다. 새로 개발된 신소재는 산화 분산 강화 알루미늄 합금으로 최대 섭씨 500도까지 견딜 수 있다. 이는 섭씨 400도 이상에서 빠르게 분해되어 항공우주 산업이나 운송 등의 여러 분야에서 사용이 제한되는 기존 알루미늄 합금의 한계를 해결할 수 있다. 알루미늄 합금은 낮은 밀도, 높은 비강도와 우수한 내식성으로 인해 그동안 높은 평가를 받아왔다. 그러나 높은 온도에서 이러한 특성을 유지하기 힘들어 사용이 제한됐다. 특히 높은 온도가 일반적인 항공우주 응용 분야에서 더욱 그러하다. 연구팀은 알루미늄 합금에 고밀도, 초미세, 균일하게 분산된 나노 입자를 투입해 신소재를 제작했다. 톈진 대학교의 발표에 따르면 이 방법을 통해 합금의 고온 저항성을 크게 개선해 섭씨 500도에서 200 메가파스칼 이상의 인장 강도를 입증했으며, 기존 알루미늄 합금보다 6배 이상 뛰어난 안정성을 나타냈다. 게다가 텐진 대학교 재료과학 및 공학부의 허 춘니안 교수와 그의 팀이 개발한 기술은 일루미눔에만 국한되지 않고 여러 금속을 강화하는 데도 사용할 수 있다. 논문 저자들은 "우리의 공정 방식은 고온 관련 응용 분야를 위한 광범위한 합금에 초미세 나노 입자를 분산시킬 수 있다"고 말했다. 이 공정에는 분말 야금을 사용해 매우 안정적인 산화마그네슘 나노 입자를 알루미늄 매트릭스에 통합하는 것이 포함된다. 이 기술은 재료의 내열성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조 공정이 간단하고 비용 효율적이며 대량 생산에 적합하다. 허 교수는 항공우주 엔진 및 핵심 부품을 위한 내열 알루미늄 합금의 개발을 가속화하기 위해 업계 리더 및 연구 기관과 협력하고 있다며 이 혁신적인 알류미늄 소재의 실질적인 의미를 강조했다. 그는 이 소재가 곧 다양한 고온 함금 응용분야에 적용될 것으로 예상하면서 산업적 적용을 기대했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(50)] 항공우주·운송 변화시킬 내열성 알루미늄 합금 탄생
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[기후의 역습(8)] 남극 대륙의 '지구종말(둠스데이) 빙하' 해빙 취약성 심각
- 바닷물이 남극 대륙의 "지구종말(둠스데이) 빙하" 아래로 수km를 밀고 들어가고 있어 지금까지 생각했던 것보다 해빙의 취약성이 더욱 심각해지고 있다는 사실이 우주 인공위성에서 레이더로 촬영한 빙하 데이터 연구에서 밝혀졌다고 CNN 등 외신들이 전했다. 둠스데이 빙하는 남극의 서남쪽 지대 스웨이츠 빙하를 달리 부르는 것으로 지구상에서 가장 빠르게 온난화되고 있는 빙하 지대를 일컫는다. 이 연구는 캘리포니아 주립대 어바인 캠퍼스(UC 어바인) 빙하학자 팀이 중심이 되어 수행했다. 연구 결과는 '국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)'에 발표됐다. 연구에 따르면 짜고 상대적으로 따뜻한 바닷물이 서남극 빙하와 만나면서 빙하 하부를 녹이는 현상이 심화되고 있으며, 이는 과거의 예측보다 전 세계 해수면 상승을 가속시키고 있다. 이미 2021년 4월 사이언스어드밴스지에 게재된 논문에서는 서남쪽 스웨이츠 빙하의 해빙으로 전 세계 해수면이 4% 상승했다는 연구 결과가 발표되기도 했다. 붕괴로 인해 재앙적인 해수면 상승이 발생할 수 있어 ‘둠스데이 빙하’라는 별명이 붙은 스웨이츠 빙하는 세계에서 가장 넓은 빙하 지대이며 대략 플로리다 정도의 크기다. 그러나 이 빙하는 남극 대륙에서 가장 취약하고 불안정한 빙하이기도 하다. 빙하가 위치한 땅이 아래쪽으로 경사져 있어 바닷물이 얼음을 갉아먹기 때문이다. 스웨이츠 빙하는 전 지구 해양의 해수면을 60cm 이상 올릴 수 있을 만큼 거대하다. 이 빙하는 서남극의 주변 얼음에 대한 천연 댐 역할도 한다. 이 때문에 과학자들은 댐이 완전히 붕괴되면 주변 빙하까지 휩쓸어 궁극적으로 해수면이 약 3m 이상 상승할 수 있다고 추정한다. 이는 세계 해안 도시에 재앙이 된다. 이번 연구는 스웨이츠 빙하의 암울한 미래에 대한 우려를 더한다. 연구팀은 작년 3월부터 6월 사이에 수집된 고해상도 위성 레이더 데이터를 사용해 빙하 맵을 만들었다. 이를 통해 연구팀은 스웨이츠 방하의 접지선 변화를 그림으로 그렸다. 접지선은 빙하가 해저에서 솟아올라 떠다니는 빙붕이 되는 지점을 말한다. 접지선은 빙상의 안정에 필수적이지만 연구하기도 어려운 부분이었다. UC 어바인의 에릭 리그노트 교수는 "몇 달에 걸쳐 생성한 새로운 데이터 세트를 통해 스웨이츠 빙하의 접지선에 무슨 일이 일어나고 있는지를 확실하게 관찰할 수 있었다"고 말했다. 연구팀은 바닷물이 수km에 걸쳐 빙하 아래로 밀고 들어갔다가 조수의 리듬에 따라 다시 밖으로 나가는 것을 관찰했다. 이렇게 되면 빙하는 더욱 취약해지고 붕괴의 위험이 높아진다. 접지선은 12시간의 조석 주기 동안 거의 6km 이상을 이동할 수 있다. 리그노트 교수는 단시간에 긴 거리를 이동하는 바닷물의 속도로 인해 빙하가 녹으면 담수가 씻겨 나가고 그 자리를 따뜻한 바닷물이 대체하게 되기 때문에 빙하가 녹는 속도는 크게 증가한다고 말했다. 콜로라도 볼더 대학교의 빙하학자인 테드 스캄보스 교수는 연구 결과가 대단히 중요하다고 강조했다. 연구는 빙하의 특정 지역만 적용헸지만 얼음 손실 속도를 더 정밀하게 예측할 수 있는 방법론을 제공했다는 것이다. 영국 남극조사국의 해양 지질학자 제임스 스미스는 스웨이츠 빙하 아래로 밀려드는 바닷물이 새로운 현상인지, 아니면 오랫동안 알려지지 않았던 지속적인 현상이었는지를 추가로 조사해야 할 것이라고 지적했다. 우주에서 촬영한 레이더 데이터를 사용한 것은 남극 빙하 조사에 대한 새로운 방법의 제시라는 평가다. 위성을 활용해 빙하에 대해 더 많은 지식을 얻을 수 있을 것이라는 기대다. 남극은 기후 위기에 점점 더 취약해지고 있다. 최근 발표된 별도의 연구에서 영국 남극조사국의 연구팀은 지난해 남극 대륙 주변의 해빙(바다 위 빙하)이 기록적으로 줄어든 이유를 조사했다. 해안 빙상과 빙하가 파도와 따뜻한 바닷물에 노출돼 녹고 부서지는 현상이 심하게 발생했다. 현재까지 일어난 해빙 손실은 앞으로 가능한 회복 속도를 적용해도 20년 이상이 걸릴 것이라는 추정이다. 물론 이 역시 매우 낙관적인 시나리오가 적용될 경우이다. 20년 넘게 남극 해빙이 낮게 유지되면 전 세계 날씨에 심각한 영향을 미칠 것이라는 경고다.
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[기후의 역습(8)] 남극 대륙의 '지구종말(둠스데이) 빙하' 해빙 취약성 심각
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미세 플라스틱, 인간과 개 고환 조직에서도 발견⋯생식 기능 저하 우려
- 미세 플라스틱이 인간 태반과 생쥐의 뇌뿐만 아니라 인간과 개의 생식기에서도 발견됐다. 미국 뉴멕시코주 앨버커키에 있는 뉴멕시코대학(UNM) 연구팀은 인간과 개의 고환 조직에서 미세 플라스틱을 다량 검출했다고 밝혀 미세 플라스틱이 인간의 생식 건강에 미칠 수 있는 영향에 대한 우려가 커지고 있다. 앞서 수행된 연구에서 미세 플라스틱은 인간의 태반과 장기, 생쥐의 뇌에서도 검출됐다. 지난 4월 10일 '환경 건강 관점(Environmental Health Perspectives)'에 발표된 연구 중 하나는 건강한 쥐에게 폴리스티렌 마이크로스피어(polystyrene microspheres)를 4~8주 동안 먹이는 실험이었다. 이후 과학자들은 폴리스티렌 마이크로스피어를 섭취한 쥐의 경우 뇌, 간, 신장 등의 조직에서 미세 플라스틱 조각이 검출된 것을 확인했다. 또한 미세 플라스틱을 먹은 쥐에게서 담석증 형성이 가속화됐다는 연구 결과도 나왔다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 미세 플라스틱은 일반적으로 크기가 5mm 이하인 불용성 고체 고분자 입자를 말한다. 그보다 더 작은 1㎛(마이크로미터) 이하의 입자는 일반적으로 미세 플라스틱이 아닌 나노 플라스틱으로 불린다. UNM 간호대학 교수인 샤오중 '존' 유(Xiaozhong 'John' Yu) 박사가 이끄는 연구팀은 '독성 과학(Toxicological Sciences)' 저널에 발표한 새로운 논문에서 사람 23명과 개 47마리의 고환에서 12종의 미세 플라스틱을 발견했다고 보고했다. 유 박사는 "우리 연구에서는 모든 인간과 개의 고환에 미세플라스틱이 존재한다는 사실이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 새로운 분석 방법을 사용해 조직 검체에서 미세 플라스틱의 양을 정량화할 수 있었으며, 특정 플라스틱 종류와 개의 정자 수 감소 간의 상관관계를 밝혀냈다. 인체 생식계에 미치는 다양한 환경 요인을 연구하는 유 박사는 최근 들어 중금속, 농약, 내분비계 교란 물질 등이 전 세계적으로 사람들의 정자 수 및 질적 저하에 관련이 있다고 말했다. 유 박사는 인간 태반에서 미세 플라스틱 존재를 입증한 매튜 캠펜 박사(뉴멕시코 대학교 약대 교수)와의 대화를 통해 미세 플라스틱의 인체 검출에 다른 원인이 있을지도 모른다는 의문을 갖게 됐다고 한다. 이를 계기로 유 박사는 캠펜 박사의 연구실에서 태반 연구에 사용했던 것과 동일한 실험 방법을 사용해 연구를 설계했다. 연구팀은 뉴멕시코 검시관 사무소로부터 익명 처리된 인체 조직(7년 보관 후 폐기)을 입수했으며, 개 조직은 앨버커키시 동물 보호소와 중성화 수술을 시행하는 사설 동물 병원에서 제공했다. 연구팀은 시료를 화학적으로 처리해 지방과 단백질을 분해하고 각 시료를 초원심 분리기로 회전시켜 플라스틱 덩어리를 얻었다. 그런 다음 금속 컵에 담긴 플라스틱 펠릿을 섭씨 600도까지 가열했다. 연구팀은 질량 분석기를 사용해 특정 온도에서 다양한 종류의 플라스틱이 연소할 때 배출되는 가스를 분석했다. 개의 경우 고환 조직에서 미세 플라스틱의 평균 농도는 1g당 122.63μg(마이크로그램, 1g의 백만분의 1)였다. 인체 조직에서는 329.44μg/g으로 개보다 거의 3배 높았다. 이는 캠펜 박사가 태반 조직에서 발견한 미세 플라스틱 평균 농도보다도 훨씬 높았다. 유 박사는 "처음에는 미세 플라스틱이 생식 기관에 침투할 수 있을지 의문이 들었다"라면서도 "개에 대한 결과를 처음 받았을 때 저도 놀랐다. 인간에 대한 결과를 받았을 때는 더욱 놀랐다"고 말했다. 폴리에틸렌(PE) 최다 검출 연구팀에 따르면 인간과 개의 조직에서 가장 흔하게 발견되는 폴리머는 폴리에틸렌(PE)이었다. 이는 플라스틱 가방과 병 제조에 사용된다. 개에게는 산업, 도시 및 가정용 배관과 여러 다른 용도로 사용되는 PVC가 그 뒤를 이어 검출됐다. 유 박사는 연구팀은 화학적으로 보존된 인간 시료에서는 정자 수를 세어볼 수 없었지만, 개의 경우 시료의 정자 수를 셀 수 있었으며, 조직 내 PVC 농도가 높을수록 정자 수가 적다는 상관관계를 발견했다고 말했다. 하지만 PE 조직 농도와는 관련성이 없었다. 그는 "플라스틱 종류에 따라 잠재적인 기능과 상관관계가 있을 수 있다"며 "PVC는 정자 생성을 방해하는 많은 화학물질을 방출할 수 있으며, 내분비계 교란을 일으키는 화학물질을 포함하고 있다"고 말했다. 이 연구는 몇 가지 이유로 인간과 개의 조직을 비교했는데, 그 중 하나는 개가 사람과 함께 살고 환경을 공유하기 때문이다. 또한 개와 사람은 생물학적 특징도 일부 공유하고 있다. 유 박사는 "쥐나 다른 동물에 비해 개는 인간에 더 가깝다"고 말했다. 이어 "생리적으로 그들의 정자 생성은 인간에 더 가깝고 농도도 인간과 더 유사하다"면서 개의 정자 수도 감소하는 것으로 보인다고 전했다. 그는 "개와 인간이 정자 수 감소에 기여하는 공통적인 환경 요인을 공유하고 있는 것 같다"고 부연했다. 미세플라스틱은 플라스틱이 햇빛의 자외선에 노출되어 매립지에서 분해될 때 발생한다. 바람에 날리거나 인근 수로로 운반될 수 있으며, 일부 조각은 나노미터(10억 분의 1미터) 단위로 측정될 정도로 매우 작다. 매년 강과 바다호 흟러드는 플라스틱 폐기물은 800만톤에 달하는 것으로 알려졌다. 전 세계적으로 플라스틱 사용이 계속 증가함에 따라 플라스틱은 이제 환경에 어디에나 존재한다. 심지어 남극 대륙의 크릴 새우에도 미세 플라스틱이 발견됐다. 유 박사는 OMI 부검 시료에 포함된 남성의 평균 연령이 35세로, 플라스틱 유통량이 적었던 수십 년 전부터 플라스틱에 노출되기 시작했다는 점에 주목했다. 그는 "그 어느 때보다 많은 플라스틱이 환경에 존재하는 지금이 젊은 세대에게 더 큰 악 영향을 미칠까 우려스럽다"고 말했다. 그는 이번 연구 결과가 미세 플라스틱이 고환의 정자 생산에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하기 위한 추가 연구의 길을 제시한다고 말했다. 유 박사는 "아직 밝혀지지 않은 것이 많다. 우리는 잠재적인 장기적인 영향이 무엇인지 살펴볼 필요가 있다"면서 "미세 플라스틱이 정자 감소에 기여하는 요인 중 하나인 걸까요?"라고 반문했다. 유 박사는 "우리는 사람들을 겁주고 싶지 않다"며 이번 연구 결과에 대해 사람들이 당황하지 않기를 바란다고 밝혔다. 그는 "우리는 과학적으로 데이터를 제공하고 사람들에게 미세 플라스틱이 많다는 사실을 알리고 싶다. 우리는 플라스틱 노출을 피하고, 생활 방식을 바꾸고, 행동을 바꾸기 위해 스스로 선택할 수 있다"며 플라스틱의 폐해를 줄이자고 강조했다.
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미세 플라스틱, 인간과 개 고환 조직에서도 발견⋯생식 기능 저하 우려
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