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2024-11-24 (일)

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애플워치 시리즈 10, 초대형 화면 제공

애플워치 10 시리즈의 디스플레이가 49mm로 커질 것이라고 애플 전문기자 마크 거먼이 블룸버그 보도를 통해 전했다. 거먼은 파워온 뉴스레터에서 차세대 애플워치가 AI 기능을 위해 더 얇은 케이스 및 새로운 고성능 칩을 채용하는 데 더해 더 큰 디스플레이를 제공할 것이라고 밝혔다. 지난달 시장에는 2인치 디스플레이가 장착된 시리즈 10 애플워치 CAD 렌더링 이미지가 유출됐다. 거먼의 보도는 이를 사실로 확인한 것이다. 거먼은 다만 애플워치에 다른 디자인 변경 사항은 적용되지 않을 것이라고 말했다. 새로운 센서의 경우, 애플은 당초 계획했던 혈압 모니터링 및 혈중 산소 농도 측정 등 두 가지 건강 기능 채용도 어려울 것이라는 지적이다. 한편 애플은 삼성의 199달러 갤럭시 워치 FE 가격에 맞추기 위해 더 저렴한 버전의 애플워치 SE도 출시할 계획이다. 가격을 낮추기 위해 케이스를 경화 플라스틱 자재를 채용한다. 가격이 저렴해짐은 물론 무게도 더 가벼워진다. 비전 프로도 같은 케이스를 채용할 가능성이 있다는 진단이다. 애플워치 울트라3도 출시하지만, 디자인상 큰 시각적 변화는 기대하기 어렵다고 거먼은 밝혔다.
- IT/바이오
2024-07-09
코가 차가우면 고혈압?…얼굴 열 패턴 분석해 건강 상태 예측

고혈압이 있는 남성들은 비교적 코가 차갑고, 대사 장애가 있는 사람들은 눈 주위 온도가 더 높은 등 얼굴의 열 패턴을 분석하면 노화 정도 및 특정 질병 발생 위험을 예측할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 중국 베이징 대학교 연구진은 코, 볼, 눈 주변의 열 방출량을 비교 분석해 건강한 노화를 모니터링하고 질병을 조기에 진단할 수 있는 잠재력을 확인했다고 사이언스얼러트가 4일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 21세부터 88세까지의 다양한 연령대의 중국인 2811명의 얼굴 온도 데이터를 활용해 인공지능(AI) 프로그램을 학습시켰고, 그 결과 개인의 '생체 시계'를 암시하는 다양한 얼굴 열 패턴을 식별했다. 연구 결과 코 온도는 얼굴 다른 부위보다 나이가 들수록 빠르게 감소하는 반면, 눈 주변 온도는 나이가 들수록 상승하는 경향을 보였다. 이는 코가 따뜻하고 눈 주변이 시원한 사람일수록 얼굴 열 시계가 느리게 움직일 수 있음을 시사한다. 예를 들어 40대 남성 A씨와 B씨 얼굴 열 분포를 비교했을 때, A씨는 코 온도가 상대적으로 낮고 눈 주변 온도가 높았던 반면, B씨는 코 온도가 높고 눈 주변 온도가 낮았다. 이러한 결과를 바탕으로 연구팀은 A씨의 생체 시계가 B씨보다 빠르게 움직이고 있을 가능성을 제시했다. 즉, A씨가 B씨보다 노화가 빠르게 진행되고 있거나 특정 질병에 걸릴 위험이 높을 수 있다는 것이다. 연구에 따르면 대사 장애가 있는 사람들은 건강하고 나이와 성별이 같은 사람들보다 눈 주위 온도가 높은 가능성이 더 컸다. 연구진은 개일의 열 프로파일이 특정 생활 방식 요인 및 대사 건강과 연관되어 있음을 발견했다. 예를 들어 당뇨병 환자는 일연 연령의 건강한 사람보다 얼굴 열 패턴이 6년 이상 노화된 것으로 나타났다. 이는 얼굴 열 분포가 단순히 노화 정도뿐만 아니라 건강 상태를 반영할 수 있음을 시사한다. 더 나아가 연구팀은 개발한 기계 학습(머신 러닝) 모델을 통해 얼굴 열 지도를 분석하여 지방간이나 당뇨병 같은 대사 장애가 있는 지 여부를 80% 이상의 정확도로 예측할 수 있었다. 또한 고혈압 참가자는 눈 주변 및 볼 온도가 높게 나타났고, 고혈압 남성은 상대적으로 코 온도가 낮은 경향을 보였다. 열 화상 이미지가 연령에 따라 변하는 이유를 조사하기 위해 연구팀은 중국 한 병원에서 건강한 사람 57명의 혈액 검사와, 이 그룹의 열 화상 및 3D 얼굴 판독 결과를 분석했다. 그 결과 눈과 볼 주변의 온도가 상승하면 염증과 관련된 세포 활동이 증가하는 것을 발견했다. 연구팀은 "이번 연구 결과는 얼굴 열 이미지가 기존의 얼굴 이미지 모델로는 예측할 수 없었던 대사 질환과의 연관성을 보여주었다는 점에서 의미가 크다"며 "향후 임상 환경에서 얼굴 열 이미지를 활용해 질병 조기 진단 및 예방에 기여할 수 있기를 기대한다"고 밝혔다. 얼굴에서 방출되는 열은 주변 환경 및 감정 상테에 영향을 받을 수있기 때문에 참가자들은 온도가 일정하게 유지되는 방에서 안정된 상태로 얼굴 열 패턴을 측정했다. 이번 연구 결과는 학술지 '셀 메타볼리즘(Cell Metabolism)'에 게재됐다. 그러나 이번 연구 결과는 중국인 데이터를 기반으로 했기 때문에 다른 인구 집단에도 동일하게 적용될 수 있을지는 추가 연구가 필요하다. 이러한 제한점에도 불구하고 이 연구는 얼굴 열 분석을 통해 개인의 건강 상태를 파악하고 질병을 예측할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다는 점에서 주목할만하다.
- IT/바이오
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
[먹을까? 말까?(33)] 아기 당근 주 3회 섭취, 피부 카로티노이드 수치 증가 확인

아기 당근(baby carrot)을 주 3회 간식으로 섭취하는 것만으로도 젊은 성인의 피부 카로티노이드 수치를 유의미하게 증가시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 베타카로틴이 함유된 종합 비타민과 함께 섭취할 경우 그 효과는 더욱 증대되는 것으로 나타났다. 폭스뉴스는 '뉴트리션(Nutrition) 2024' 컨퍼런스에서 발표된 새로운 연구를 인용해 아기 당근을 일주일에 세 번만 간식으로 먹어도 젊은 성인의 피부 카로티노이드가 증가했다며 4일(현지시간) 이같이 보도했다. 이전 연구에서도 하루 권장량의 3배에 해당하는 과일과 채소를 3주 동안 섭취하면 피부 카로티노이드 수치가 증가하는 것으로 밝혀졌지만, 이번 연구는 아기 당근 섭취라는 비교적 간단한 식습관 변화만으로도 피부 카로티노이드 축적을 크게 증가시킬 수 있음을 시사한다. 카로티노이드는 또한 피부를 자외선으로부터 보호해준다. 카로티노이드는 과일과 채소의 밝은 빨간색, 주황색, 노랑색을 담당하는 성분으로 식단을 통해서만 섭취할 수 있다. 따라서 피부 카로티노이드 수치는 과일 및 채소 섭취량을 나타내는 유용한 지표로 활용될 수 있다. 연구 결과에 따르면, 높은 피부 카로티노이드 수치는 항산화 보호 증가, 심장 질환 및 특정 암과 같은 만성 질환 위험을 감소시키는 효과가 있다. 그리고 피부건강과 면역 기능 향상과도 관련이 있다. 중간 크기의 당근은 약 25칼로리가 들어 있으며 약 2g의 섬유질이 포함됐다. 이번 연구는 60명의 젊은 성인을 무작위로 그룹에 배정해 4주 동안 각기 다른 식단을 제공하는 방식으로 진행됐다. 대조군은 녹색 사과 품종인 그래니 스미스(Granny Smith) 사과 조각을, 실험군은 100g(약 반컵)의 아기 당근과 베타카로틴이 함유된 종합비타민, 또는 아기 당근과 종합비타민을 함께 섭취했다. 연구진은 연구 전후에 비침습적 분광 기기인 배지미터(VeggieMeter)를 사용해 참가자들의 피부 카로티노이드 수치를 측정했다. 그 결과 아기 당근을 섭취한 그룹은 피부 카로티노이드 수치가 연구 전에 비해 10.8% 증가했으며, 베이비 당근과 종합비타민을 함께 섭취한 그룹은 21.6% 증가했다. 반면 대조군과 종합비타민만 섭취한 그룹에서는 유의미한 변화가 관찰되지 않았다. 이는 아기 당근 섭취가 피부 카로티노이드에 직접적인 영향을 미치며, 베타카로틴과 함께 섭취할 경우 그 효과가 강화될 수 있음을 시사한다. 하지만 연구진은 카로티노이드 흡수율은 식품 섭취와 보충제 섭취 간에 차이가 있을 수 있다는 점을 지적하며, 추가 연구의 필요성을 강조했다. 한편, 당근은 전반적으로 건강한 간식이지만 다른 야채에 비해 당분 함량이 높아 대량으로 섭취할 경우 혈당 수치에 영향을 미칠 수 있기 때문에 당뇨병 환자들은 주의해야 한다.
- 생활경제
2024-07-05
구글, AI 에너지 수요로 온실가스 배출량 5년간 48% 급증

인공지능(AI) 열풍으로 구글의 2023년 온실가스 배출량이 2019년보다 무려 48% 증가했다. BBC와 CNN 등 다수외신은 3일(현지시간) 거대 기술기업 구글은 AI의 폭발적인 성장으로 인해 데이터 센터가 필요로 하는 에너지 양이 급증하고 있는 점을 온실가스 배출 증가 원인으로 꼽았다며 이같이 보도했다. 구글은 지난 1일 공개한 '2024년 환경보고서'에서 AI 연산량 증가로 인해 에너지 수요가 늘어났다고 밝혔다. 데이터 센터는 대량의 컴퓨터 서버로 구성되며, AI는 막대한 양의 서버를 필요로 한다. 데이터 센터는 강력한 컴퓨팅 장치로 가득찬 일종의 창고이며, 데이터를 처리하고 컴퓨터가 생성하는 열을 관리하기 위해 엄청난 에너지를 사용한다. 구글은 다른 기술 경쟁업체와 마친가지로 생활, 업무, 정보 소비 방식을 변화시킬 차세대 주요 기술 혁명으로 널리 알려진 AI에 대한 투자에 올인하고 있다. 구글은 제미나이 생성형 AI 기술을 검색과 구글 어시스턴트를 비롯한 일부 핵심 제품에 통합했다. 순다르 피차이 CEO는 구글을 "AI 우선 기업"이라고 불렀다. AI 기반 서비스는 표준 온라인 활동에 비해 훨씬 더 많은 컴퓨팅 성능과 전기를 필요로 하기 때문에 이 기술이 환경에 미치는 영향에 대한 경고가 잇따르고 있다. 구글의 목표는 2030년까지 넷제로 배출을 달성하는 것이지만, "제품에 AI를 더욱 통합할수록 탄소 배출량을 줄이는 것이 어려울 수 있다"고 인정했다고 BBC는 전했다. 최근 연구에 따르면 챗GPT와 같은 생성형 AI 시스템은 특정 작업용 소프트웨어를 실행하는 기계보다 약 33배 더 많은 에너지를 사용할 수 있다. 구글 보고서는 또한 데이터 센터의 환경 영향에 있어서 지역별로 큰 차이를 보여준다. 유럽과 미주 지역 데이터 센터는 대부분 탄소 배출이 없는 에너지 원을 사용하는 반면, 중동과 아시아, 호주 지역 데이터 센터는 탄소 배출이 없는 에너지 사용량이 훨씬 적다. 구글은 전체적으로 에너지의 약 3분의 2를 탄소 배출이 없는 에너지원에서 얻고 있다고 밝혔다. 영국 러프러버 대학교 정보 및 지식 관리 톰 잭슨 교수는 데이터 센터의 에너지 소비와 관련해 "사람들은 클라우드에 저장하는 모든 것이 디지털 탄소 발자국에 영향을 미친다는 사실을 깨닫지 못한다"고 지적했다. 그는 데이터 사용의 탄소 발자국을 측정하고 줄이기 위한 솔루션을 찾는 디지털 탈탄소 디자인 그룹(Digital Decarbonisation Design Group)을 운영하고 있다. 잭슨 교수는 "데이터 제공 업체는 대규모 조직과 긴밀히 협력해 다크 데이터 저장을 줄이는 데 도움을 주어야 한다"고 강조했다. 다크 데이터는 한 번만 사용되거나 전혀 사용되지 않는 데이터를 의미하며, 저장된 데이터는 사용되지 않더라도 여전히 많은 에너지를 소비한다. 그는 구글이 2030년까지 데이터 센터에서 탄소 순 배출량 제로를 달성하겠다는 목표를 높이 평가하면서도, 정말 어려운 일이 될 것이라고 말했다. AI의 에너지와 물 사용량 증가는 특히 AI 분야의 급속한 성장 전망과 맞물려 여러가지 경고를 불러 일으켰다. 데이터 센터가 과열되는 것을 방지하기 위해 냉각수로 사용되는 대량의 물은 지속 가능성에 대한 과제이기도 하다. 구글은 2030년까지 사무실과 데이터 센터에서 소비하는 담수의 120%를 보충할 계획이라고 밝혔다. CNN에 따르면 구글은 지난해 그 물의 18%만 보충했으며, 그 양은 전년 대비 6%에서 크게 증가했다. 영국 에너지 기업 내셔널 그리드(Nation Grid)의 존 페티그루 CEO는 지난 3월 AI와 양자 컴퓨팅의 결합으로 향후 10년 동안 에너지 수요가 10배 이상 급증할 것이라고 예측했다. 반면, 마이크로소프트 공동 창업자 빌 게이츠는 최근 AI의 환경 영향을 경시하며 AI가 전력 수요를 2%에서 6% 사이로 증가시킬 것이라고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-07-04
[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.
- 포커스온
2024-07-04
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
[신소재 신기술(69)] AI, 당 분석으로 암 조기 진단 새지평 열다

스웨덴 예테보리 대학교 연구원들이 당 분석을 통해 암 발견 가능성을 획기적으로 높인 인공지능(AI) 모델을 개발했다. 세포 내 당 분자 구조인 글리칸을 활용하는 이 AI 모델은 현재의 반수동 방식보다 빠르고 정확하게 암 관련 이상을 감지한다고 메디컬 익스프레스가 지난 1일(현지시간) 보도했다. 글리칸(Glycan)은 탄수화물의 일종으로 당 분자(단당류)들이 사슬처럼 연결되어 있는 중합체다. 글리칸은 다양한 생물학적 기능을 수행하는데, 특히 세포 표면에 존재하는 당단백질이나 당지질의 구성 성분으로 매우 중요하다. 글리칸은 질량 분석법으로 측정 가능하며, 암의 종류를 나타내는 지표로 활용될 수 있다. 암 세포는 다른 글리칸 패턴을 가지고 있기 때문에 글리칸 분석은 암 진단 및 치료에 활용될 수 있다. 그러나 질량 분석 데이터는 글리칸 조각으로부터 구조를 파악하기 위해 전문가의 세심한 분석이 필요하며, 샘플 당 수 시간에서 수 일이 소요될 수 있다. 샘플 분석 작업은 마치 수년간의 경험을 통해 습득된 탐정 작업과 유사하기 때문이다. 따라서 수많은 샘플을 분석해야 하는 암 진단 등 글리칸 분석 활용에 있어 이 과정은 종종 병목 현상을 초래했다. 이에 예테보리 대학 연구팀은 샘플 분석 작업을 자동화하는 AI 모델인 '캔디크런치(Candycrunch)'를 개발했다. 이 모델은 테스트당 불과 몇 초만에 분석 작업을 해결하는 것으로 확인됐다. 연구 결과는 '네이처 메소드(Nature Methods)' 저널에 게재됐다. AI 모델 캔디크런치는 50만 개 이상의 다양한 조각화 및 관련 당 분자 구조 예시 데이터베이스를 통해 훈련됐다. 예테보리 대학교의 다니엘 보야르(Daniel Bojar) 생물정보학 부교수는 "캔디크런치는 샘플 내 정확한 당 구조를 90% 정도 계산할 수 있다"고 밝혔다. 이는 곧 AI 모델이 DNA, RNA 또는 단백질과 같은 다른 생물학적 서열 분석과 동일한 수준의 정확도에 도달할 수 있음을 의미한다. 이 AI 모델은 빠르고 정확안 답변을 제공하기 때문에 암 진단과 예후를 위한 글리칸 기반 바이오마커 발견을 더욱 가속화할 수 있다. 보야르 교수는 "가장 큰 병목 현상을 자동화함으로써 글리칸 분석이 생물학 및 임상 연구에서 더 큰 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다. AI 모델인 캔디크런치는 농도가 낮아 사람들이 분석할 때 놓치기 쉬운 구조도 식별할 수 있어 새로운 글리칸 기반 바이오마커 발견에 도움을 줄 수 있다는 평가다.
- 포커스온
2024-07-03
[먹을까? 말까?(32)] 뼈째 먹는 작은 생선, 암 위험 크게 줄여

멸치나 빙어, 정어리 등 빼째 먹는 작은 생선이 암 위험을 크게 줄인다는 연구 결과가 발표됐다. 일본 나고야 대학교 의학대학원의 새로운 연구에 따르면 작은 생선을 통째로 섭취하는 것이 일본 여성의 암 및 기타 모든 원인으로 인한 사망 위험을 낮추는 것으로 나타났다고 사이테크데일리가 보도했다. 머리와 뼈. 내장을 포함한 작은 물고기를 통째로 먹는 것은 일본이나 한국에서 일반적이다. 이는 칼슘과 비타민 A와 같은 미량 영양소가 풍부하다. 최근 '공중보건영양' 저널에 「일본인의 작은 생선 섭취와 모든 원인에 의한 사망률 간의 연관성: 일본 다기관 협력 코호트 연구」라는 제목으로 발표된 이 연구 결과는 작은 생선을 식단에 포함시키는 것이 간단하지만 효과적인 수명 연장 방법이 될 수 있음을 시사한다. 수석 연구자인 치나츠 카사하라 박사는 "이전 연구에서는 생선 섭취가 사망 위험을 포함한 건강에 미치는 보호 효과가 밝혀졌다. 그러나 작은 생선 섭취가 건강에 미치는 영향에 초점을 맞춘 연구는 거의 없었다"고 말했다. 그는 "저는 어릴때부터 작은 생선을 먹는 습관이 있었기 때문에 이 주제에 관심이 많았다. 지금은 아이들에게도 작은 생선을 먹이고 있다"고 덧붙였다. 연구팀은 일본인의 작은 생선 섭취와 사망 위험 사이의 연관성을 조사했다. 이 연구에는 일본 전역의 36세~69세 사이의 8만802명(남성 3만4555명, 여성 4만6247명)이 참여했다. 연구 시작 시점에 참가자들의 작은 생선 섭취 빈도는 식품 섭취 빈도 설문지를 사용해 평가했다. 연구팀은 평균 9년 동안 이들을 추적 관찰했다. 이 기간 동안 연구에 참여한 사람 중에서 2482명이 사망했으며, 그 중 약 60%(1495명)가 암과 과련된 사망으로 기록됐다. 작은 생선을 습관적으로 먹는 여성은 모든 원인에 의한 사망률과 암 사망률이 크게 감소했다. 작은 생선을 한 달에 1~3회, 일주일에 1~2회, 일주일에 3회 이상 먹는 여성은 거의 먹지 않는 여성에 비해 모든 원인에 의한 사망 위험이 0.68배, 0.72배, 0.69배, 암 사망 위험은 0.72배, 0.71배, 0.64배로 나타났다. 연구팀은 참가자의 나이, 흡연 및 음주 슴관, 체질량지수(BMI), 다양한 영양소와 음식 섭취량 등 사망 위험에 영향을 미칠 수 있는 요인을 통제한 결과 작은 생선을 자주 먹는 여성은 모든 원인으로 사망할 확률이 낮다는 사실을 발견했다. 남성의 암 및 모든 원인으로 인한 사망 위험은 통계적으로 유의미하지는 않았지만 여성과 비슷한 경향을 보였다. 남성에게서 유의미한 차이가 나타나지 않은 이유는 아직 명확하지 않지만 연구팀은 남성 피험자의 수가 제한적이거나 연구에서 측정되지 않은 다른 요인(예: 작은 물고기의 크기)이 영향을 미쳤을 수 있다고 추정했다. 연구팀은 남녀 간 암 사망률을 유발하는 암 유형 차이가 성별에 따른 연관성과 관련이 있을 수 있다고 설명했다. 카사하라 박사는 "이번 연구 결과는 일본인을 대상으로 한 것이지만, 다른 국적의 사람에게도 중요할 것"이라고 말했다. 실제로 이전 연구에서는 특히 심각한 영양 결핍으로 고통받는 개발도상국에서 저렴한 소형 어류가 잠재적으로 중요한 영양 공급원이 될 수 있다고 강조한 바 있다. 카사하라는 "작은 물고기는 누구나 먹기 쉽고 머리, 뼈, 내장 등 통째로 섭취할 수 있다. 작은 물고기 특유의 영양소와 생리 활성 물질이 건강을 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 작은 생선 섭취와 여성의 사망 위험 사이의 반비례 관계는 사람들의 식단에서 이러한 영양이 풍부한 식품의 중요성을 강조한다"고 말했다. 공동 저자인 타무라 타카시 부교수는 "작은 생선을 먹는 습관은 일반적으로 일본과 같은 일부 해안 또는 해양 국가에 국한되어 있다"고 말했다. 그는 "그러나 우리는 어디에서나 작은 물고기를 섭취하는 것이 기대 수명을 연장하는 방법으로 밝혀질 수 있다고 생각한다"면서도 "사망 위험에서 작은 생선 섭취의 잠재적 역할을 밝히기 위해서는 더 많은 증거가 필요하다"고 덧붙였다.
- 생활경제
2024-07-02
스타링크 등 거대 인공위성, 오존층 파괴 심화 우려

오존층을 파괴하는 산화알루미늄 농도가 향후 수십 년 동안 650% 증가할 수 있다는 최초의 연구 결과가 발표돼 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 대기권에 재진입하는 과정에서 연소되는 위성의 수가 급증하기 때문이라는 지적이다. 게다가 저궤도 위성 인터넷 등 최소 수백 개 이상의 위성 군단을 쏘아 올리는 민간 기업이 급증하고 있어, 지구의 보호막인 오존층에 더욱 나쁜 영향을 미치고 있다는 우려다. 이는 로스앤젤레스의 서던캘리포니아대학교(USC) 연구진이 수행한 것으로, 대기 중 오염 물질의 발생을 모델링하고, 예상되는 위성 수 증가에 따른 산화알루미늄 농도의 변화를 추정한 최초의 연구다. 연구 결과는 '지구물리학연구(Geophysical Research Letters)' 저널 최신호에 발표됐다. 연구진은 위성으로 인한 산화알루미늄의 농도가 증가하면 심각한 오존층 파괴가 발생하며, 오존층의 회복도 크게 방해받을 것이라고 경고하고 무엇보다 우선적으로 오존층을 복구해야 한다고 주장했다. 우주선 본체는 알루미늄으로 만들어지며, 이는 소각될 때 오존을 파괴하는 산화알루미늄을 발생한다. 오존층은 1980년대 에어컨 냉매와 에어로졸 스프레이에 프레온 가스(염화 플루오린화 탄소)를 광범위하게 사용하면서 파괴됐고, 그 결과 남극 대륙 상공 오존층에 큰 구멍이 뚫렸다. 그러나 1987년 프레온 가스 등 오존층 파괴 물질 사용을 금지한 몬트리올 의정서 덕분에 상황은 호전되고 있었다. 그러나 이번 연구 결과대로라면 오존층의 회복은 인간이 만든 인공위성의 위협으로 인해 심각하게 방해받게 된다. 수백에서 수천 개에 이르는 거대 위성 군단들이 특히 문제가 될 것이라는 진단이다. 연구는 분자동역학 시뮬레이션을 이용해 모형 위성 재진입 과정에서 생성되는 산화알루미늄의 양을 측정한 뒤, 향후 계획된 초대형 위성의 지구 궤도 재진입에서 만들어질 산화알루미늄의 양을 예측하는 방법으로 진행됐다. 연구팀은 지난 2022년 약 332톤의 노후 위성이 대기 중에서 연소됐으며, 그 과정에서 17톤의 산화알루미늄 입자가 생성되었다는 것을 발견했다. USC의 조셉 왕 교수는 “2016~2022년 사이에 대기 중 산화알루미늄 농도는 8배 증가했으며, 발사 및 재진입 위성의 수가 증가함에 따라 농도는 계속해서 더 높아질 것”이라고 말했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 현재 약 1만 2540개의 위성이 지구 궤도를 돌고 있으며 그 중 약 9800개가 작동 중이다. 앞으로 10년 후 위성 숫자는 10배 이상으로 늘어날 전망이다. 민간 기업이 저궤도 위성 인터넷 서비스를 위해 수만 개의 위성 군단 네트워크를 구축할 것이기 때문이다. 예를 들어 일론 머스크의 스페이스X가 제공하는 위성 인터넷 스타링크는 현재 6000개 이상의 위성 군단으로 구성돼 있으며, 총 4만 개의 위성을 발사할 계획이다. 원웹(OneWeb), 아마존(Amazon), 중국 프로젝트인 G60 및 궈왕(Guowang) 둥 여러 유사 프로젝트가 진행되고 있다. 이들 프로젝트가 모두 실현되면 2030년대까지 매년 최대 3200톤에 달하는 위성체가 대기권에서 소각될 것이다. 연구진은 이로 인해 연간 630톤의 산화알루미늄이 상층 대기로 방출돼 입자 농도가 최대 650% 증가할 수 있다고 추정했다. 지구를 보호하는 오존층의 대부분은 고도 15~30km의 성층권에 집중돼 있다. 오존은 자외선(UV)을 흡수함으로써 지구 생명체를 보호한다. 연구팀은 위성 연소로 인해 증가하는 산화알루미늄은 오존층에 치명적이라고 강조했다. 다른 오존층 파괴 물질과 달리 산화알루미늄 입자는 소멸되지 않고 오존 파괴를 유발한다는 것이다. 따라서 산화알루미늄은 오존층을 통과해 밑으로 내려올 때까지 계속 오존층을 파괴하며, 파괴 과정은 최대 30년이 걸릴 수 있다. 매년 인공위성보다 훨씬 더 많은 운석이 지구 대기권으로 유입되지만, 운석에는 알루미늄이 없기 때문에 오존층을 위협하지 않는다. 연구팀은 연구 결과의 환경 영향과 관련된 어떤 결론도 시기상조라고 말하고 더 많은 분석이 진행되어야 하며 이번 연구가 동력이 되기를 희망한다고 덧붙였다.
- 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.
- 포커스온
2024-06-28
[기후의 역습(18)]이산화탄소 2배 증가하면 지구 온도 최대 14도 높아져

대기 중 이산화탄소(CO₂) 양이 두 배 증가하면 지구의 평균 기온이 7도에서 최대 14도까지 높아질 수 있다는 연구 결과가 발표돼 주목된다고 PHYS가 전했다. 네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ)와 위트레흐트 대학교 및 브리스톨 대학교의 공동 연구팀은 캘리포니아 인근 태평양에서 드릴로 뚫어 채취한 코어 퇴적물을 분석한 결과 이 같은 사실을 발견했다고 밝혔다. 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구팀의 케이틀린 위트코프스키 박사는 "연구 결과 나타난 기온 상승 예상치는 유엔 기후변동에 관한 전부간 패널(IPCC)이 지금까지 추정해 온 2.3~4.5도 상승보다 무려 3배 가까이 높다"고 말했다. 연구팀은 태평양 해저 바닥에서 추출한 45년 된 퇴적물 드릴 코어를 사용해 분석했다. 팀은 "코어를 추출한 지점의 해저에는 수백만 년 동안 무산소 상태였다. 이 때문에 이 코어는 탄소를 측정하는 우리 연구에 매우 적합했다"고 말했다. 산소가 없었기 때문에 결과적으로 유기물은 미생물에 의해 잘 분해되지 않고 더 많은 탄소가 보존됐다는 것이다. 위트코프스키는 "지난 1500만 년 동안의 이산화탄소 상태를 단일 지점에서 조사한 연구는 없었다"며 "채취된 드릴 코어의 상부 1000m는 지난 1800만 년의 역사를 담고 있다"고 설명했다. 연구진은 새로운 접근 방식을 적용, 이 코어 기록에서 과거 해수 온도와 고대 대기의 이산화탄소 수준을 추출할 수 있었다. 연구진은 20년 전 NIOZ에서 개발된 'TEX86'이라는 방법을 사용하여 온도를 도출했다. TEX86은 특수한 종류의 미생물인 고세균 막에 존재하는 특정 물질을 사용하는 분석 방법이다. 고세균은 해양 상부 200m 수온에 따라 막의 구성을 화학적으로 최적화한다. 그 막의 화학 물질은 해양 퇴적물에서 분자화석으로 발견된다. 연구팀은 이를 채취해 분석했다. 연구진은 조류에서 흔히 발견되는 두 가지 물질인 엽록소와 콜레스테롤의 화학적 성분을 사용해 과거 대기의 이산화탄소 함량을 도출하는 새로운 접근 방식을 적용했다. 이는 정량적 이산화탄소 측정을 위해 콜레스테롤과 엽록소를 사용한 최초의 연구다. 이들 콜레스테롤과 엽록소를 생성하려면 조류는 물에서 이산화탄소를 흡수하고 광합성을 통해 고정(탄소 고정)해야 한다. 한편, 지구상의 탄소 중 아주 작게는 일반적인 12C가 아니라 다소 '무거운 형태'인 13C로도 발생한다. 이산화탄소 소비에 관한 한 조류는 분명히 12C를 선호한다. 그러나 물속의 이산화탄소 농도가 낮을수록, 많은 조류들이 드물게 발생하는 13C도 이용한다. 따라서 엽록소와 콜레스테롤 두 물질의 13C 함량은 바닷물의 이산화탄소 함량을 측정하는 척도가 되며, 이는 용해도 법칙에 따라 대기의 이산화탄소 함량도 연이어 측정할 수 있다. 연구진은 이 같은 새로운 방법을 사용해 이산화탄소 농도가 1500만 년 전 약 650ppm에서 산업 혁명 직전 280ppm으로 떨어진 것으로 추정된다고 밝혔다. 연구팀은 나아가 지난 1500만 년 동안 도출된 온도와 대기 이산화탄소 수준을 각각 그래프로 표시하고 비교했다. 그 결과 둘 관계가 밀접하게 관계됐다는 사실도 발견했다. 1500만 년 전의 지구 평균 기온은 18도가 넘었다. 이는 오늘날보다 4도 더 높은 것으로, IPCC가 가장 극단적인 시나리오에서 2100년을 예측하는 수준과 비슷하다. 연구팀은 "우리의 연구는 인류가 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 조치를 등한시하고 탄소 배출을 상쇄하기 위한 혁신을 이룩하지 않으면 미래가 어떻게 나빠질 수 있는지를 엿볼 수 있게 해 준다"라고 강조했다. 이산화탄소의 농도가 생각보다 더 온도에 더 큰 영향을 미칠 것이라는 경고다.
- 포커스온
2024-06-27
[신소재 신기술(63)] 양자 얽힘으로 지구 자전 측정 정밀도 획기적인 향상

오스트리아 빈 대학교(University of Vienna) 연구팀이 양자 얽힘을 이용해 지구 자전 측정의 정밀도를 획기적으로 높이는 실험에 성공했다. 이 연구는 양자 얽힘을 활용해 전례 없는 정밀도로 회전 효과를 감지하는 향상된 광학 사그낙 간섭계(Sagnac interferometer)를 사용해 양자역학과 일반 상대성 이론 모두에서 잠재적인 돌파구를 제시한다고 사이테크 데일리가 전했다. 양자 얽힘은 두 개 이상의 입자가 서로 연결되어 있어 하나의 입자를 측정하면 다른 입자의 상태도 즉시 결정되는 현상이다. 빈 대학교의 필립 빌터(Philip Walther) 박사가 이끄는 연구팀은 지구 자전이 양자 얽힘 광자에 미치는 영향을 측정하는 실험을 성공적으로 수행했다. 이번 연구는 얽힘 기반 센서의 회전 감도 한계를 뛰어넘는 중요한 성과로 평가된다. 또한, 양자 역학과 일반 상대성 이론의 교차점에서 추가 연구의 발판을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 지난 6월 14일 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 저널에 게재됐다. 사그낙 간섭게의 발전 연구팀은 거대한 광섬유 사그낙(sagnac) 간섭계를 구축하고 몇시간 동안 낮은 노이즈를 유지하며 안정적인 실험 환경을 조성했다. 이를 통해 이전의 양자 광학 사그낙 간섭계보다 회전 정밀도를 1000배 향상시키는 고품질 얽힘 광자 쌍을 충분히 감지할 수 있었다. 사그낙 광학 간섭계는 회전에 가장 민감한 장치다. 사그낙 간섭계는 빛의 간섭 현상을 이용하여 회전 운동을 감지하는 광학 장치다. 1913년 프랑스 물리학자 조르주 사그낙이 고안했으며, 지난 세기 초부터 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 확립하는 데 기여해 기초 물리학을 이해하는 중추적인 역할을 해 왔다. 오늘날에는 광섬유 자이로스코프, 레이저 자이로스코프 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 이 장치는 오늘날에도 탁월한 정밀도 분석 덕분에 고전 물리학의 한계로만 제한되었던 회전 속도를 측정하는 최고의 도구로 사용되고 있다. 빈 대학교와 오스트리아 과학 아카데미가 주최하는 연구 네트워크 TURIS의 일환으로 수행된 이번 실험은 최대 얽힘 상태의 두 광자에 대한 지구 자전 효과를 성공적으로 관측했다. 연구팀은 아인슈타인의 특수 상대성 이론과 양자 역학에서 설명하는 회전 기준 시스템과 양자 얽힘 간의 상호 작용을 확인했다. 실제 실험에서 거대한 코일에 감겨진 2km 길이의 광섬유 내부에서 얽힌 광자 2개가 전파되면서 유효 면적이 700㎡가 넘는 간섭계가 구현됐다. 실험 과정에서 연구팀은 지구의 꾸준한 회전 신호를 분리하고 추출하는 데 어려움을 겪었다. 연구의 수석 저자인 라파엘레 실베스트리(Raffaele Silvestri)는 "문제의 핵심은 빛이 지구의 회전 효과에 영향을 받지 않는 측정 기준점을 설정하는 데 있다. 지구의 자전을 멈출 수 없다는 점을 고려하여 우리는 광섬유를 두 개의 동일한 길이 코일로 나누고 이를 광 스위치를 통해 연결하는 해결 방법을 고안했다"고 설명했다. 스위치를 켜고 끄는 방식으로 연구원들은 회전 신호를 마음대로 효과적으로 취소할 수 있었고, 이를 통해 대형 장치의 안정성도 확장할 수 있었다. 마리 퀴리 박사후 연구원으로 이 실험에 참여한 하오쿤 유(Haocun Yu)는 "빛으로 지구 자전을 처음 관측한 지 한 세기 만에 개별 빛의 양자의 얽힘이 마침내 동일한 감도 영역에 진입했다는 점에서 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다. 본 연구는 양자 얽힘 기반 센서의 회전 감도를 더욱 향상시킬 수 있는 토대를 마련했으며, 시공간 곡선을 통한 양자 얽힘의 행동을 테스트하는 미래 실험의 길을 열 것으로 기대된다. 참고 자료: '양자 얽힘을 이용한 지구 자전의 실험적 관측', Raffaele Silvestri, Haocun Yu, Teodor Strömberg, Christopher Hilweg, Robert W. Peterson 및 Philip Walther, 2024년 6월 14일, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.ado0215
- 포커스온
2024-06-24
미세 플라스틱, 발기 부전에도 영향

인간의 음경에서도 미세 플라스틱이 처음으로 발견됐다. 최근 연구에 따르면, 인간의 음경 조직에서 미세 플라스틱이 검출되었으며, 이는 발기부전과 연관될 가능성이 제기됐다. CNN과 네이처닷컴, 인디펜던트 등 다수 외신은 이에 대해 집중 보도했다. 19일(현지시간) 국제 성의학 저널인 IJIR에 발표된 연구의 일환으로 발기부전 관련 수술을 받은 5명의 남성의 음경 조직 샘플을 분석한 결과 7가지 종류의 미세 플라스틱이 검출됐다. 미세 플라스틱 조각은 0.2인치(5mm)미만에서 1/2만5000인치(1마이크로미터)에 이르는 고분자 조각이다. 그보다 작은 것은 나노 플라스틱이라고 하며, 10억분의 1미터 단위로 측정해야 한다. CNN에 따르면 나노 플라스틱은 큰 플라스틱이 화학적으로 분해되거나, 물리적으로 마모되어 작은 조각으로 분해될 때 형성된다. 이번 연구를 주도한 마이애미 대학에서 연구를 수행한 생식 비뇨기과 전문가인 란지스 라마사미(Ranjith Ramasamy) 박사는 인간의 심장에서 미세플라스틱의 증거를 발견한 이전 연구를 연구의 기초로 사용했다고 CNN에 말했다. 라마사미 박사는 "음경이 심장처럼 혈관이 매우 많은 기관이기 때문에 음경에서 미세 플라스틱이 발견된 것에 놀라지 않았다"고 말했다. 이전 연구에 따르면 표준 크기의 생수 2개에 해당하는 생수 1리터에는 평균 24만개의 플라스틱 입자가 포함된 것으로 나타났다. PET 가장 많이 검출돼 샘플은 발기부전(ED)진단을 받고 2023년 8월부터 9월 사이에 마이애미 대학교에서 이 잘환을 치료하기 위해 음경 임플란트 수술을 받기 위해 병원에 입원한 연구 참가자로부터 채취했다. 그런 다음 화학 이미징을 사용하여 샘플을 분석한 결과 남성 5명중 4명의 음경 조직에서 미세 플라스틱이 있는 것으로 나타났다. 이번 연구에서는 특히 폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)와 폴리프로필렌이 가장 많이 발견됐다. PET와 플로프로필렌은 주스 용기, 음료수 병 등 일상 생활에서 흔히 사용되는 플라스틱이다. 앞선 연구에서는 중국 공중보건 연구팀은 테스트한 모든 샘플의 정액에서 미세 플라스틱을 발견했으며, 정자 운동에도 영향을 미친다고 밝혔다. 해당 연구팀은 중국 동부 산동성의 성도인 지난(Jinan, 濟南)에 살고 있는, 플라스틱 산업에 종사하지 않는 건강한 성인 남성 36명으로부터 정액 샘플을 수집했다. 모든 정액 샘플에서 샘플당 평균 2개의 입자(0.72~7.02μm 범위)의 미세플라스틱을 발견했다. 또한 8개의 서로 다른 플라스틱 폴리머가 확인되었으며, 포장용 스티로폼에 흔히 사용되는 폴리스티렌(31%)이 가장 많이 발견됐다. 이전 연구에 따르면 미세 플라스틱은 산꼭대기, 대기 상층부, 깊은 해양과 남극 등 거의 모든 곳에 존재하는 것으로 나타났다. 또한 인간의 심장과 태반, 뇌, 고환 등 인체의 모든 기관에서도 미세 플라스틱이 검출됐다. 병리학 관련 추가 연구 필요 라마사미 박사는 "플라스틱 병과 용기에 들어 있는 물과 음식을 섭취하는 것에 주의를 기울여야 하며 병리학을 유발할 수 있는 수준을 확안하기 위한 더 많은 연구가 완료될 때까지 사용을 제한해야 한다고 생각한다"고 말했다. 연구팀은 발기 시 혈관 확장으로 인해 혈액 내 미세 플라스틱이 음경에 축적될 수 있다고 추정했다. 또한 미세 플라스틱이 성 건강에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요하다고 강조했다. 본 연구는 표본 크기가 작지만, 미세 플라스틱이 인체에 미치는 영향, 특히 남성 생식기에 대한 새로운 논의를 제기하는 중요한 의미를 지닌다. 라마사미 박사는 "이제 미세 플라스틱의 존재가 확인됐으며, ED와 같은 질환과의 잠재적 연관성을 조사하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다"고 말했다. 그는 "미세 플라스틱이 발가부전과 연관이 있는지, 병리학을 유발하는 수준 이상인지, 어떤 유형의 미세 플라스틱이 병리학적인지 파악해야 한다"고 덧붙였다.
- 생활경제
2024-06-20
후각 능력 탁월한 꿀벌, 폐암 조기 진단 가능성 제시

꿀벌이 폐암 조기 진단에 도움이 될 수 있다는 사실이 미시간 주립대학교(MSU) 연구진의 연구 결과 밝혀졌다. MSU는 연구 보고서 요약 글을 홈페이지에 게재했다. 이 소식은 폭스뉴스, 로이터 등 외신들도 주요 뉴스로 전했다. 홈페이지 게시글에 따르면 입에서 나오는 냄새를 꿀벌의 감각과 연결해 폐암을 조기 진단함으로써 인간의 생명을 구하는 새로운 방법이 될 수 있다는 것이다. MSU 연구진은 꿀벌이 인간이 호흡할 때 폐암과 관련된 화학 물질을 감지할 수 있다는 사실을 발견했다. 꿀벌이 82%의 높은 성공률로 인간 폐암 바이오마커를 탐지할 수 있었다는 것이다. 이 연구 결과는 '바이오센서&바이오일렉트로닉스' 저널에 발표됐다. 연구진은 "이번 연구 결과는 꿀벌의 후각 시스템이 인간의 폐암을 감지하는 생물학적 센서로 사용될 수 있음을 알려 주었다"고 밝혔다. 연구팀원인 MSU의 디베이트 사하 교수는 "곤충은 개와 마찬가지로 놀라운 후각을 가지고 있음이 확인됐다"고 말했다. 연구진은 꿀벌이 건강한 사람의 호흡과 폐암 환자의 호흡에서 화학 물질을 구별할 수 있는지의 여부를 확인하기 위해 폐암 환자의 호흡에서 검출되는 6가지 화합물과 건강한 사람의 호흡 화합물을 구별하는 발법론을 고안했다. 이를 통해 연구진은 약 20마리의 벌을 대상으로 건강한 인간 호흡 혼합물과 폐암 환자의 혼합 화합물 감응을 테스트했다. 연구진은 각각의 꿀벌의 활동을 측정하기 위해 뇌에 작은 전극을 부착했다. 그 후 암 환자와 정상인의 호흡을 꿀벌의 더듬이에 전달해 꿀벌 뇌의 신경 신호를 기록했다. 그 결과 꿀벌의 신경 반응에 변화가 발생했음을 확인했다. 연구팀은 꿀벌이 폐암을 나타내는 화합물이 비록 소량이라도 이를 탐지할 수 있다는 사실을 발견했다. 사하 교수는 "꿀벌은 매우 작은 농도의 화합물도 감지할 수 있었다. 호흡 혼합물의 화학적 농도의 미세한 변화를 10억 분의 1까지 구분할 수 있었다. 이는 매우 강력한 실험 결과였다"라고 강조했다. 꿀벌은 특히 합성 폐암 환자의 호흡과 건강한 사람의 호흡의 차이를 명확히 구분해 냈다. 연구진은 게시글에서 이 연구가 인간의 호흡을 테스트해 폐암의 여부를 알아낼 수 있는 '꿀벌 뇌 기반 센서'의 개발로 이어지기를 희망한다고 썼다. 꿀벌은 특히 암세포를 발견할 뿐만 아니라 다양한 유형의 폐암 세포주를 구별하는 능력도 갖고 있었다. 연구진은 "꿀벌 뇌 센서가 특정 암을 신속하게 진단하고 정확한 치료를 받을 수 있을 것이며, 궁극적으로 미래 암 치료 부문에 큰 영향을 미칠 것“이라고 강조했다. 폐암은 전 세계적으로 암 중에서도 높은 비중을 차지하며, 사망의 주 원인이기도 하다. 폐암연구재단(Lung Cancer Research Foundation)에 따르면 2024년 미국에서는 약 23만 5580명이 폐암 진단을 받을 것으로 예상된다. 흡연은 폐암 발생의 주요 위험 요인이며 폐암 사망의 80%를 차지한다. 고위험 폐암을 조기에 발견하면 사망 확률을 최대 20%까지 줄일 수 있다.
- IT/바이오
2024-06-19
MIT 휴대용 손톱 스캐너 포인트체크, 암 환자 입원 50% 감소

매년 미국에서만 백만 명이 암 진단을 받아 화학요법 치료를 받는다. 암은 전 세계적으로 여전히 주요 사망 원인이며, 2020년에는 1000만 명이 사망했다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구진이 암 치료를 개선하기 위한 한 가지 해결책을 찾아냈다. 암 환자가 백혈구 수를 추적할 수 있는 휴대용 모니터 포인트체크(PointCheck)를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 보도에 따르면 포인트체크는 지문 스캐너와 유사한 것으로, 이를 활용함으로써 암 환자 입원을 50%를 줄일 수 있다. 휴대용 모니터를 개발한 기관은 MIT 류코랩(Leuko Labs)이다. 류코랩은 수 년 전 스페인 마드리드-MIT M+ 비전 컨소시엄(MIT linQ)에서 시작됐다. 류코랩은 연구자와 MIT 교수진을 연결함으로써 암 치료를 위한 솔루션을 개발하는 ‘의료 기업가 정신’ 육성을 목표로 하고 있다. 이에 따라 류코랩은 암 치료를 위한 프로젝트를 진행해 왔다. 백혈구 수를 모니터링하는 유일한 방법은 혈액 채취를 통한 것이지만 정기적인 검사가 필요해 불편하다. 암 환자는 대략 21일마다 화학 치료를 받는다. 그러나 화학 치료는 백혈구 수를 낮추고 감염에 대한 취약성을 높인다. 위험성이 높다는 의미다. 류코랩 창업자 카를로스 카스트로-곤잘레스는 “화학 치료를 받는 암 환자 6명 중 1명은 백혈구 수치가 매우 낮아져 감염 위험이 높아진다”라며 "불행히도 감염은 암 환자의 사망으로 이어질 수 있으며, 이는 암 자체보다는 치료 과정에서 발생한 것이기 때문에 더 불행한 것“이라고 지적했다. 화학 치료를 받는 암 환자에게 발생하는 많은 감염은 백혈구 수를 모니터링하는 것만으로도 예방할 수 있다. 그러나 현재는 치료 전후에 백혈구 수준을 정확하게 평가할 수 있는 시스템이 부족하다. 류코랩이 개발한 포인트체크는 환자가 백혈구 수를 자주 확인할 수 있도록 함으로써 화학 치료의 정확성을 높일 수 있는 비침습적 솔루션이다. 포인트체크는 손톱을 통해 백혈구 수를 확인한다. 이 시스템은 피부를 통해 관찰할 수 있고 소형 렌즈를 통과해 흐르는 백혈구 수를 계산할 수 있는 광학 장치다. 손톱 밑 부분의 모세혈관은 매우 좁고 피부에 가깝기 때문에 백혈구가 하나씩 통과해야 하므로 쉽게 감지할 수 있다고 한다. MIT는 이 장치가 정확한 백혈구 수치를 제공하지는 못하지만, 가장 일반적인 유형의 백혈구가 위험한 수준을 넘는지, 또는 그 미만인지를 측정할 수 있다고 밝혔다. 류코랩은 앞으로 이 시스템을 활용해 다른 혈액 성분 측정 기능도 추가한다는 계획이다. 그러나 우선 미 식품의약국(FDA) 승인 절차를 거쳐야 한다. 현재 포인트체크는 조사용 장치로 등록돼 있다. 류코랩은 지난 4년 동안 제품을 개발해 왔으며, 올해 FDA에 제출할 수 있는 연구 결과를 얻었다. 지금까지의 연구 결과는 충분한 가능성을 보여주었다. 사이언티픽 리포트에 발표된 연구에 따르면 포인트체크는 95% 정확도를 나타냈다. 임상 시험에서는 포인트체크의 활용 결과 많은 암 환자가 더 높은 용량의 화학 치료를 견딜 수 있다는 점이 드러났다. 이로써 암 치료를 받고 있는 전 세계 수백만 환자에게 긍정적인 영향을 미칠 수 있으리라는 기대다.
- IT/바이오
2024-06-18
[기후의 역습(14)] 태평양 연안 회색 고래, 20년 새 13% 작아져

태평양 북서부 연안의 얕은 바다에서 여름을 보내는 회색 고래의 몸 길이가 2000년 경부터 크게 줄었다는 사실이 오리건 주립대(OSU)의 새로운 연구에서 밝혀졌다. 오리건 주립대 홈페이지에 게재된 연구결과에 따르면, 회색 고래의 크기가 작아지면 고래의 건강과 번식에 중대한 영향을 미칠 수 있으며, 고래들이 공존하는 먹이사슬에 경종을 울린다고 연구팀은 지적했다. 연구팀을 이끈 OSU 해양 포유류 연구소의 K.C 비를리히 교수는 "이번 연구 결과는 회색 고래의 개체수가 감소하기 시작했거나 건강하지 않다는 조기 경고일 수 있다"고 말했다. "고래는 해양 생태계의 파수꾼으로 간주되는데, 고래 개체수가 유지되지 않으면 환경 자체에 위협이 될 수 있다"는 것이다. 이 연구는 '글로벌 생물학 변화(Global Change Biology)' 학술지에 발표됐다. 이 연구는 약 1만 4500마리의 동부 북태평양(ENP) 개체군 내 약 200마리의 하위 그룹인 PCFG(태평양 연안 섭식 그룹)를 조사한 결과다. 이 하위 그룹은 오리건 해안에 가까이 머물며 회색 고래 개체군이 1년의 대부분을 보내는 북극해보다 더 얕고 따뜻한 바다에서 먹이를 찾는다. OSU의 최근 연구는 이 하위 그룹에 속한 고래들이 ENP 고래들보다 더 작고 전반적으로 더 나쁜 신체 상태에 있다는 것을 보여주었다. 이들 고래의 크기가 최근 수십 년 동안 점점 작아지고 있는 것으로 나타난 것이다. 회색 고래 길이 13% 짧아져 해양 포유류 연구소는 2016년부터 회색 고래의 크기를 측정하기 위해 고래 위로 드론을 띄워 관측하는 등 회색 고래 하위 그룹을 연구해 왔다. 연구팀은 나이가 알려졌거나 추정되는 고래 130마리의 2016~2022년 이미지를 사용해 분석한 결과, 2020년에 태어난 성숙한 회색 고래의 몸 길이는 2000년 이전에 태어난 고래의 길이보다 1.65m 짧은 것으로 추정됐다. 완전히 성숙했을 때 고래의 길이가 11.58~12.5m로, 13% 이상이 줄어든 것이다. 연구팀원인 스코틀랜드 세인트앤드루스 대학의 엔리코 피로타 연구원은 "동물의 크기는 매우 중요하다. 그들의 행동, 생리, 생활사에 영향을 미치며, 그들이 속한 생태계에 연쇄적인 변화를 일으킨다"고 지적했다. 피로타는 ”젖을 뗄 시기의 작은 고래의 생존율에 영향을 미치며, 독립에 따르는 불확실성에 대처하지 못할 수도 있다"고 강조했다. 성체 회색 고래의 가장 큰 본능은 번식이다. 그런데 이 연구는 "PCFG 회색 고래가 몸체를 키우고 건강을 유지하기 위해 얼마나 효과적으로 에너지를 저장하고 활용할 수 있는지에 대한 의문이 있다"고 지적했다. 회색 고래가 개체수를 유지할 수 있는 충분한 에너지가 유지되기 어려울 수 있다는 것이다. 기후 변화 등 인간 활동에 기인 회색 고래의 크기가 줄어드는 것은 인간 활동으로 인한 것일 수도 있다. 선박 운전과 낚시 도구 등의 사용으로 PCFG 고래에 피해가 생기고, 그 결과 몸집이 작아지며, 에너지 비축량의 감소로 건강이 악화될 수 있다는 우려다. 특히 고래가 부상을 당하면 회복력이 약해질 수 있다. 연구는 또한 바다의 용승과 이완 주기를 추적함으로써 태평양 연안에서 회색 고래의 먹이 가용성을 변화시킬 수 있는 해양 환경의 패턴도 조사했다. 용승은 깊은 바다에서 표면으로 물을 밀어 올리는 현상이며 이완은 그 반대다. 용승은 영양분을 더 깊은 지역에서 얕은 지역으로 쓸어버리며, 이완 기간은 빛이 플랑크톤과 유기체가 얕은 지역에 남아 성장하도록 한다. 바다의 용승과 이완 사이의 균형은 회색 고래가 생존할 수 있는 생태계를 유지하는 핵심 중의 하나다. 그런데 연구 데이터는 용승과 이완 사이의 균형에 변화가 생겼으며, 이것이 고래 크기의 감소에도 영향을 미쳤음을 보여준다. 용승과 이완의 균형이 어긋난 것은 기후 변화 때문이다. 기후 변화는 바람 패턴과 수온의 변화를 일으켜 북동 태평양의 해양에 큰 영향을 미쳤다. 그리고 이러한 변화가 복합적으로 작용해 용승과 이완의 역학을 변화시켰다. 연구팀은 그간 축적된 데이터 세트를 활용, 현재 회색 고래 크기 감소와 환경적 인과관계를 추적하고 있다.
- 포커스온
2024-06-17
[먹을까? 말까?(24)] 카페인, 파킨슨병 환자의 뇌에 영향

카페인이 파킨슨병 환자의 도파민 수치에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. 핀란드 투르쿠 대학 연구팀의 새로운 연구에 따르면 하루에 3잔 이상의 커피를 마시는 것이 파킨슨병 환자의 뇌에서 도파민 수치를 높이는 것으로 나타났다고 사이테크데일리가 12일 보도했다. 투르쿠 대학과 투르쿠 대학 병원의 연구팀이 주도한 이 연구는 커피 섭취가 파킨슨병 진단을 받고 증상을 보이는 사람들에게 어떤 영향을 미치는지를 파악하기 위해 수행됐다. 파킨슨병의 증상은 흑질이라는 뇌 영역에서 도파민을 생성하는 세포의 현저한 손실로 인해 발생한다. 이전 연구에 따르면 커피를 마시면 파킨슨병 발병 위험을 줄일 수 있으며, 흑질의 수용체에 대한 카페인의 영향이 도파민 시스템에 관여할 수 있다. 투루쿠 대학의 신경학자인 발테리 카시넨 교수는 "역학 연구에서 높은 카페인 섭취와 파킨슨병 위험 감소 사이의 연관성이 관찰됐다"고 말했다. '신경학' 연보에 게재된 이 연구는 파킨슨병에서 도파민 기능과 관련해 카페인이 질병 진행 및 증상에 맞춘 최초의 연구다. 연구진은 초기 파킨슨병 환자 163명과 건강한 대조군 40명을 모집했다. 파킨슨병 환자 44명은 평균 6년 후 두 번째 평가를 요청했다. 커피 소비는 뇌에서 도파민을 운반하는 수송 분자와 비교되었다. 후속 평가에서 일반적으로 하루에 3잔 이상의 카페인 커피를 섭취하는 사람들(자가 보고 및 혈액 샘플을 통해 측정)은 3잔 미만을 마시는 사람들보다 도파민 수송체 결합이 8.3~15.4% 더 낮은 것으로 나타났다. 이는 도파민이 덜 생성된다는 것을 의미한다. 초기 위험 감소와의 연관성에도 불구하고 연구팀은 파킨슨병 증상이 진행 중인 사람들의 뇌에서 카페인의 회복 기능에 대한 징후를 발견하지 못했다. 게다가 연구진은 커피를 더 많이 마신 사람들에게서도 파킨슨병 증상이 개선되는 것을 관찰하지 못했다. 카시넨은 "카페인은 파킨슨병의 위험을 줄이는 데 특정 이점을 제공할 수 있지만, 우리 연구에서는 높은 카페인 섭취가 이미 진단받은 환자의 도파민 시스템에 아무런 이점이 없다는 것을 시사합니다"라고 말했다. 그러면서 "카페인을 많이 섭취한다고 해서 운동 기능이 향상되는 등 질병의 증상이 감소하지는 않는다"고 덧붙였다. 연구진은 커피를 많이 마시는 사람들에게서 나타나는 도파민 조절 저하가 건강한 사람의 뇌에서 일어나는 것과 같은 균형 잡기 효과라고 보고 있다. 이는 다른 정신 자극제에서도 볼 수 있는 현상이다. 특히 임상 도파민 수송체 영상 촬영과 가까운 시기에 커피를 섭취하면 검사 결과에 영향을 미칠 수 있으며, 잠재적으로 검사 결과를 해석하는 방식에 복잡성을 더할 수 있다. 연구팀은 “우리의 연구 결과는 새로 진단받은 파킨슨병 환자에게 카페인 치료나 커피 섭취량 증가를 옹호하는 것을 지지하지 않는다”고 말했다. 커피를 마시는 것이 파킨슨병 환자에게 변화를 가져온다는 극적인 발견은 없지만, 이 연구는 도파민과 파킨슨병의 관계에 관한 중요한 새로운 증거를 추가해 치료 방법에 더 가까이 다가갈 수 있게 해줄 것으로 보인다.
- 생활경제
2024-06-12
[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수

이산화탄소(CO²)가 그 어느 때보다 빠르게 대기 중에 축적되고 있는 가운데 영국 과학자들이 전기 스펀지로 공기 중에서 직접 탄소를 포집하는 기술을 개발했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소가 마우나 로아 대기 관측소에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가를 고려하면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 이처럼 이산화탄소의 축적이 역대급인 가운데 에너지가 적게 느는 혁신적인 공기중 직접 탄소 포집 기술이 개발돼 주목을 끌고 있다. 케임브리지 대학 연구원들은 충전된 활성탄을 사용해 기존 방법보다 더 효과적으로 공기 중 이산화탄소를 직접 흡수할 수 있는 저에너지 탄소 포집 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 9일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 가정용 정수 필터에 일반적으로 사용되는 활성탄에 에너지를 공급하기 위해 배터리 충전 기술을 적용했다. 연구팀은 활성탄 '스폰지'를 CO₂와 가역적인 결합을 형성하는 이온을 충전함으로써, 이 충전된 물질이 공기에서 직접 CO₂를 성공적으로 포집할 수 있다는 사실을 발견했다. 연구를 주도한 유수프 하미드 화학과(Yusuf Hamied Department of Chemistry)의 알렉산더 포스 박사는 “대기 중 탄소 배출을 포집하는 것은 최후의 수단이지만 기후 위기의 심각성을 고려할 때 반드시 탐구해야 할 사항”이라고 말했다. 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술 스폰지와 같은 재료를 사용해 이산화탄소를 제거하는 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술은 탄소 포집을 위한 잠재적인 접근 방법 중 하나다. 그러나 현재의 접근 방식은 비용이 많이 들고 고온과 천연 가스 사용이 필요하며 안정성 부족 등의 단점이 잇다. 포스 박사는 "대기로부터 탄소 포집을 위해 다공성 물질을 사용하는 몇가지 유망한 연구가 진행됐다"며 "활성탄은 저렴하고 안정적이며 대량으로 생산되기 때문에 우리는 활성탄이 옵션이 될 수 있는 지 확인하고 싶었다"고 설명했다. 또한 충전된 활성탄 스폰지는 포집된 CO₂를 제거해 저장할 때 기존 방법보다 훨씬 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 현재의 탄소 포집 방법보다 더 에너지 효율적일 수 있다. 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다. 포스 박사는 "우리가 가장 시급하게 해야 할 일은 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이는 것이지만, 온실가스 순배출 제로를 달성하고 기후 변화의 최악의 영향을 제한하기 위해서는 온실가스 제거도 필요하다. 현실적으로 우리는 할 수 있는 모든 일을 해야 한다"고 말했다. 탄소 포집에서 활성탄의 역할 활성탄은 정수기 필터와 같은 많은 정제 응용 분야에서 사용되지만 일반적으로 공기 중에서 탄소를 흡수하고 보관하지는 못한다. 포스 박사 팀은 활성탄을 배터리처럼 충전할 수 있다면 탄소 포집의 적절한 재료가 될 수 있다고 제안했다. 연구팀은 활성탄을 수산화물이라는 화합물로 충전하면 이산화탄소와 가역 결합을 형성하기 때문에 탄소 포집에 적합할 것이라는 가설을 세웠다. 배터리를 충전할 때는 충전된 이온이 배터리 전극 중 하나에 삽입된다. 이후 연구팀은 배터리와 유사한 충전 프로세스를 사용해 저렴한 활성탄 천을 수산화물 이온으로 충전했다. 이 과정에서 천은 본질적으로 배터리의 전극과 같은 역할을 하며 수산화물 이온이 활성탄의 작은 기공에 축적된다. 충전 과정이 끝나면 활성탄을 배터리에서 제거해 세척해서 말린다. 연구팀은 충전된 활성탄 스폰지 테스트 결과 수산화물의 결합 메커니즘 덕분에 공기 중에서 직접 이산화탄소를 성공적으로 포집할 수 있는 것을 확인했다. 포스 박사는 "이것은 배터리와 같은 프로세스를 사용해 새로운 재료를 만드는 방법"이라면서 "CO₂ 포집 속도는 기존 방법과 비슷하다. 이 방법이 유망하다고 보는 것은 에너지를 훨씬 더 적게 사용한다는 점이다"라고 설명했다. 저온에서 수산화물-CO₂ 역전 포집된 CO₂를 정제하고 저장할 수 있도록 활성탄에서 탄소를 회수하기 위해서는 활성탄을 가열해 수산화물-CO₂를 역전시켜야 한다. 대기로부터 CO₂를 포집하는 데 현재 사용되는 대부분의 재료에서는 900°C와 같은 높은 온도까지 가열해야 하며 종종 천연 가스를 사용해야 한다. 그러나 케임브리지 팀이 개발한 충전된 활성탄 스폰지는 90~100°C만 가열하면 되며 이는 재생 에너지로 달성할 수 있는 온도다. 재료는 저항 가열을 통해 가열되며, 이는 본질적으로 재료를 안팎으로 가열해 프로세스를 더 빠르고 에너지 효율적으로 만든다. 하지만 아직 재료의 한계도 있다. 포스 박사는 "우리는 현재 포집할 수 있는 이산화탄소의 양을 늘리는 데 노력하고 있으며, 특히 성능이 저하되는 습한 조건에서 이산화탄소의 포집 양을 늘이기 위해 더욱 애쓰고 있다"고 말했다. 연구원들은 이 접근 방식이 탄소 포집 분야를 넘어 활용될 수 있다고 말했다. 기공과 활성탄에 삽입된 이온을 미세 조정해서 다양한 분자를 포집할 수 있기 때문이다.
- 포커스온
2024-06-10
[기후의 역습(12)] 이산화탄소 수치, 역대 최고치 기록…극한 기후 지속돼 가파르게 상승

이산화탄소가 그 어느 때보다 빠르게 대기에 축적되고 있다. 역대 최고 수준으로 가파른 상승세를 보이고 있다고 NOAA(미 국립해양대기청)와 캘리포니아 주립대 샌디에이고 캠퍼스 스크립스해양학연구소(Scripps Institution of Oceanography offsite link)의 연구진이 발표했다. NOAA에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소(Global Monitoring Laboratory)가 마우나 로아 대기 관측소(Mauna Loa Atmospheric Baseline Observatory)에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가와 맞물리면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 불길한 신호를 보내는 이산화탄소 측정 마우나 로아에서 1958년부터 이산화탄소 관측을 시작해 독립적으로 데이터를 축적해 분석해 온 스크립스연구소는 지난 5월 월 평균 이산화탄소 농도를 426.7ppm으로 측정했다. 이는 1년 전인 2023년 5월 측정치 423.78ppm보다 2.92ppm 증가한 수치다. 스크립스연구소에서 이산화탄소 수준이 2년 연속 가파르게 뛰어오른 것은 2020년에 세운 종전 기록에 이은 두 번째다. NOAA와 스크립스 연구진은 1~4월까지 이산화탄소 농도가 다른 해의 동기간 보다 더 빠르게 증가했다고 밝혔다. 최근 몇 년간 기후 변화에 대응하기 위해 화석연료 사용을 억제했고 이에 따른 탄소 배출이 정체 상태에 있다는 보고가 있었지만 실제 대기에서 이산화탄소 농도는 더 짙어진 것이다. NOAA의 릭 스핀래드 박사는 "지난 1년 동안 우리는 기록상 가장 더운 한 해, 기록상 가장 뜨거운 해수 온도, 끝없는 폭염, 가뭄, 홍수, 산불 및 폭풍을 경험했다"라며 "이번에 대기 중 이산화탄소 수준이 그 어느 때보다 빠르게 증가하고 있음이 드러났다. 우리는 이것이 이산화탄소 오염이 기후 시스템에 끼치는 피해를 보여주는 분명한 신호임을 인식하고 가능한 한 신속히 화석연료 사용을 줄이기 위한 조치를 취해야 한다”고 강조했다. 스크립스연구소의 탄소 프로그램 책임자 랄프 킬링 박사는 “이산화탄소의 현재 농도는 수백만 년 만에 최고 수준일 뿐만 아니라 어느 때보다 빨리 증가하고 있다. 화석연료 연소로 인해 매년 최고치를 달성하고 있는 것이다. 화석연료 오염은 마치 매립지의 쓰레기처럼 계속 쌓이고 있다"고 경고했다. 거대한 열을 가두는 담요 다른 온실 가스와 마찬가지로 이산화탄소는 대기에서 담요와 같은 작용을 한다. 지구 표면에서 방출되는 열이 우주로 빠져나가는 것을 막는 것이다. 온난화된 대기는 폭염, 가뭄, 산불은 물론 폭우와 홍수 등 극심한 기상 현상을 촉발한다. 인간이 공기 중으로 방출하는 이산화탄소의 약 절반이 대기 중에 남아 있다. 나머지 절반은 지구 표면에 흡수되어 육지와 바다에 나뉘어 축적된다. 2022~2024년까지 관찰된 2년간의 기록적인 이산화탄소 수준 급증은 2년 째 이어지는 화석연료 연소에 따른 대량의 방출과 엘니뇨 현상의 결합에 따른 것이라는 해석이 많다. NOAA의 글로벌 탄소순환 연구원인 존 밀러 박사는 이를 두고 지구의 자정 능력과 한계를 벗어났다고 진단했다. 이산화탄소의 과다 노출로 인해 해양의 화학적 성질이 변하고 있으며, 이는 해양 산성화와 함께 용존 산소량 감소로 이어져 일부 해양 생물의 생존까지 위협하고 있다. 해양 생태계 전반이 위기에 처하고 있는 것이다.
- 포커스온
2024-06-10

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