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[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.
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[퓨처 Eyes(41)] 세계 최초 치아 재생 약물, 9월 인체 임상 실험 돌입
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[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
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[신소재 신기술(63)] 양자 얽힘으로 지구 자전 측정 정밀도 획기적인 향상
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그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
- 지자기(지구의 자기장)가 없으면 지구상에 생명체는 존재할 수 없다. 지자기는 유해한 우주(방사)선이나, 태양에서 방사되는 태양풍으로부터 인류를 포함한 생물을 보호하고 있기 때문이다. 그러나 현재까지 지구에서 자기장이 처음 형성된 시기에 대한 신뢰성 높은 연대값은 밝혀지지 않았다. 영국 옥스퍼드대와 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀이 그린란드에서 지구 자기장의 역사를 한층 끌어올리는 명백한 증거를 발견했다고 포브스지가 보도했다. 연구팀은 그린란드 남서부 이스아 지역에 있는 태고의 바위 층을 조사했다. 이스아 바위 층에는 최초의 대륙군 경계를 따라 퇴적된 철을 많이 포함한 퇴적물과 마그마성 암석이 포함되어 있다. 철 입자는 매우 약한 자석으로 기능하며, 결정화 과정에 의해 고정화될 때 자기장의 강도와 방향을 모두 기록할 수 있다. 연구팀 분석 결과 이 암석에 37억 년 전 최소 15µT(마이크로테슬라) 이상의 자기장 강도가 기록돼 있는 것을 발견했다. 이는 현대의 자기장 강도인 30µT와 맞먹는다. 테슬라는 자기장의 세기를 나타내는 단위다. µT는 100만분의 1테슬라로 매우 미약한 자기장인데, 지구 자기장은 사람이 감지하지 못하는 매우 미약한 수준이다. 지구 자기장은 정확히 31.869µT이며 냉장고 모터 자석의 경우 5000µT에 달한다. 연구팀의 이번 분석 결과는 철을 포함한 암석 샘플 전체에서 얻은 가장 오래된 지자기 강도 추정치를 제공하고 있다. 이는 호주에서 채취된 34억~42억 년 전 암석에서 발견된 지르콘 결정만을 토대로 한 과거 연구에 비해 정확하고 신뢰성 있는 분석이라는 평가다. 팀을 이끌었던 옥스퍼드대 지구과학부 클레어 니콜스 교수는 “이렇게 오래된 암석에서 신뢰할 수 있는 기록을 추출하는 것은 매우 어려운 작업이었다. 오랜 시간 샘플을 분석해 자기장 신호가 나타난 것을 확인했다”면서 “이는 지구상에서 태고적 생명체가 처음 탄생할 무렵의 자기장 역할을 해명할 수 있는 중요한 진전”이라고 설명했다. 지자기는 내핵의 완만한 굳어짐에 따른 밀도 변화로 인해 유체의 외핵 속에서 녹은 철이 섞여 발전 작용이 생기면서 발생한다. 지구 형성 초기에는 고체 내핵이 아직 형성되지 않았기 때문에 초기 자기장이 어떻게 유지되었는지에 대해서는 여전히 밝혀지지 않았다. 그런데 이번 연구는 지구 초기의 발전을 구동하던 메커니즘이 현재의 지자기를 발생시키고 있는 고체화 과정과 같았음을 시사하고 있다. 또 이번 연구는 현재 알려진 형태의 지구 대기의 발달에서 지자기의 역할, 특히 가스의 대기 유출에 관한 새로운 정보를 제공할 가능성도 있다. 강한 자기장이 방패가 되어 대기가 태양풍에 의해 훼손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 전하 입자나 원자를 가속해 우주 공간에 방사하는 것도 가능해진다는 것이다. 연구팀은 앞으로 캐나다, 호주, 남아프리카에 있는 다른 태고의 바위 층을 추가 조사함으로써 지구 대기 중 산소가 급증하기 약 25억 년 이전 시대의 지자기에 대해 분석을 진행할 계획이다. 태고의 지자기 강도와 변동성에 관한 이해는 지구 자기장이 지표면에서 생명체가 살아가는 데 필수적인지의 여부와 대기의 진화에서의 역할을 규명하는 핵심이 된다. 지자기의 강도는 비교적 일정하게 유지된 반면, 태양이 젊어 더 활동적이었던 과거에는 태양풍이 지금보다 매우 강력했던 것으로 알려져 있다. 결국 시간이 지나면서 태양풍으로부터 지표를 보호하는 작용이 강화됐으며, 그 결과 생물이 해양에서 벗어나 대륙으로 이동해 오늘날의 생명 생태계가 만들어졌음을 시사한다. 연구 결과는 '지구물리연구저널(Journal of Geophysical Research)'에 발표됐다.
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그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
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영국 맨체스터 대학, 빅벤 높이 2배 120m 이상 점프하는 로봇 개발
- 영국 맨체스터 대학(University of Manchester)의 엔지니어들이 현재까지 설계된 점프 로봇 가운데 가장 높은 120m를 점프할 수 있는 로봇을 개발했다고 전문 매체 테크익스플로러가 전했다. 연구진은 수학, 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험실 테스트를 결합해 최적의 부품을 채용하고 크기, 모양을 최적화한 로봇을 설계하는 방법을 발견했다. 개발된 로봇은 자체 크기의 수십 배에 달하는 장애물을 넘을 수 있을 만큼 높이 점프할 수 있다. 현재까지 개발된 가장 높이 점프하는 로봇은 자기 몸 크기의 110배에 해당하는 33m까지 도약할 수 있다. 이번에 맨체스터 대학 연구진이 개발한 로봇은 공중에서 120m 이상, 중력이 약한 달에서는 빅벤 타워 높이의 무려 두 배 이상인 200m 이상 점프할 수 있다. 이 개발 결과는 '메커니즘 및 기계 이론(Mechanism and Machine Theory)' 저널 최근호에 발표됐다. 이 로봇은 행성 탐사부터 재난 구조, 위험하거나 접근하기 어려운 공간 탐사 및 모니터링에 이르기까지 다양한 응용 분야에 혁명을 일으킬 것으로 기대된다. 연구진의 일원인 맨체스터 대학교 우주 로봇공학 연구원 존 로 박사는 "로봇은 전통적으로 점프 대신 바퀴를 굴리거나 다리를 사용해 걷도록 설계되었지만, 점프는 우주 공간에서 이동할 수 있는 매우 효과적인 방법을 제공한다"라고 말했다. 지형이 고르지 않거나 동굴 내부, 숲 속, 바위 지대 표면, 심지어 우주의 다른 행성 표면과 같이 장애물이 많은 곳에 적합하다는 것이다. 로 박사는 "점핑 로봇이 이미 개발됐지만 이런 종류의 로봇을 설계하는 데는 몇 가지 큰 난제가 있다. 가장 중요한 것은 크고 복잡한 장애물을 극복할 수 있을 만큼 높이 점프하는 것이다"라며 "우리가 설계한 로봇은 스프링 구동 점핑의 에너지 효율성과 성능을 획기적으로 향상시킨다"고 설명했다. 연구진은 기존의 점핑 로봇이 스프링 에너지를 완전히 방출하기 전에 도약하는 경우가 많아 비효율적이고, 최대 점핑 높이도 제한한다는 사실을 발견했다. 또한 위로 똑바로 움직이는 대신 몸체가 좌우로 움직이거나 회전함으로써 도약 에너지를 낭비한다는 것도 밝혀냈다. 이에 따라 설계된 새로운 로봇 디자인은 필요한 구조적 강도와 강성을 유지하면서도 이 같은 바람직하지 않은 동작을 제거하는 데 중점을 두었다. 연구진인 항공우주공학 벤 파슬루 교수는 "캥거루처럼 땅을 밀어낼 수 있는 다리가 맞을지, 거대한 스프링을 갖춘 피스톤이 맞을지 등 로봇의 구조와 형태에 대해 결정할 사항이 매우 많았다"고 말했다. 다이아몬드처럼 마름모꼴의 대칭 모양이어야 할지, 곡선적이고 유기적인 형태를 갖출지도 연구 대상이었다. 로봇의 크기도 중요했다. 크기가 작으면 가볍고 민첩하지만, 대형 로봇은 더 강력한 점프를 위해 더 큰 모터를 운반할 수 있으므로 어느 정도의 크기로 할 것인지를 정해야 했다. 그래서 설계된 로봇은 로봇 질량을 위쪽으로 많이 분배하고 아래쪽으로 가늘게 만들어졌다. 프리즘 모양의 더 가벼운 다리와 신축성이 큰 스프링을 사용했다. 점프 성능을 향상시키고 점핑 로봇의 에너지 효율성을 극대화하기 위함이었다. 연구진은 후속 작업으로 점프 방향을 제어하고 착지 시의 운동 에너지를 활용해 로봇이 한 번에 수행할 수 있는 점프 횟수를 늘리는 방법을 찾고 있다. 또한 로봇을 달에 더 쉽게 운반하고 사용할 수 있도록 우주 임무를 위한 보다 효율적인 디자인을 모색하고 있다.
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영국 맨체스터 대학, 빅벤 높이 2배 120m 이상 점프하는 로봇 개발
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[신소재 신기술(58)] 차세대 나트륨-황산 배터리, 20% 비용 절감 및 성능 향상 달성
- 세계적으로 널리 활용되는 비-리튬 전기화학 에너지 저장 기술의 하나인 나트륨-황(NSA) 배터리가 한층 업그레이드된 모델이 출시됐다. 일본 산업용 세라믹 기업인 NGK와 독일 화학 회사인 BASF 자회사 BASF 고정식 에너지 스토리지(BASF Stationary Energy Storage)는 협력을 통해 기존 NAS 배터리 대비 총비용을 20% 절감하고 성능을 향상시킨 NAS 모델 L24를 선보였다고 에너지스토리지가 12일(현지시간) 보도했다. NAS 모델 L24는 연간 1% 미만의 셀 성능 저하율과 향상된 열 관리 시스템을 통해 장시간 안정적인 방전이 가능하며, 설치 공간 및 유지 관리 비용 절감 효과를 제공한다. 현재까지 전 세계적으로 약 720MW/5000MWh의 NAS 배터리 시스템이 구축됐다. 이는 일반 가정에서 사용되는 전력량(kW)의 7200억 배에 해당하는 대규모 전력량이다. MW(메가와트)sms kW(킬로와트)보다 1000배 더 큰 단위이다. kW는 일반 가정에서 사용하는 전력량을 나타내는 단위로 표시된다. 반면 MW는 대규모 시설이나 산업체에서 사용하는 전력량을 나타내는 데 사용된다. 최근에는 독일, 불가리아, 호주, 일본 등 다양한 국가에서 NAS 모델 L24 주문 및 프로젝트 계약이 체결됐다. 특히 6시간 이상의 저장 용량이 요구되는 중장기 에너지 저장(LDES) 분야에서 NAS 배터리는 대용량 전력 저장 솔루션으로 주목받고 있다. NAS 배터리는 고유한 세라믹 전해질을 사용하여 300℃의 고온에서 작동한다. 낮은 저하율은 NGK 제품의 오랜 강점 중 하나다. 이번에 출시된 NAS 모델 L24는 더욱 개선된 저하율을 자랑하며, 관련 에너지 저장 산업 안전 기준 인증을 획득했다. NGK와 BASF는 2019년부터 NAS 기술 개발 및 판매를 위한 파트너십을 이어오고 있으며, 이번 신제품 출시는 양사의 긴밀한 협력의 결과다. NGK 에너지 저장 부문 부사장 겸 총괄 관리자인 다케다 류고는 "연간 1% 미만의 낮은 저하율은 에너지 저장 산업에서 주목할 만한 성과"라고 강조했다. BASF Stationary Energy Storage의 프랑크 프레히틀 전무 이사는 "NAS 모델 L24를 통해 고객들은 초기 투자 비용 절감뿐만 아니라 장기적으로 약 20%의 프로젝트 비용 절감 효과를 누릴 수 있을 것"이라고 밝혔다.
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[신소재 신기술(58)] 차세대 나트륨-황산 배터리, 20% 비용 절감 및 성능 향상 달성
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구글, 새 안드로이드 운영체제 도난 방지 AI 기능 테스트
- 구글(Google)이 지난 5월 'I/O 개발자 컨퍼런스'에서 발표한 스마트폰 운영체제 안드로이드 15(Android 15)의 자동 도난 감지 기능을 테스트하고 있다고 ICT 전문 매체 더버지가 12일(현지시간) 전했다. 구글은 스마트폰 ‘도난의 온상’ 국가로 세계적으로 유명한 브라질 사용자들의 현지 반응을 고려해 초기 테스트 장소로 브라질을 선정했다. 브라질에 거주하는 안드로이드 스마트폰 사용자의 경우 바로 등록해 도난 방지 기능을 사용해 볼 수 있다. 도난 방지 잠금(Theft Protection Lock)은 AI 기술을 적용, 특정한 갑작스러운 움직임이 감지될 때 이것이 도난 시도를 의미하는 것인지의 여부를 결정한다. 움직임에 의존하는 것 외에도 누군가가 다른 네트워크에서 스마트폰을 해킹 또는 사용하려고 시도하거나, 오랫동안 자주 사용하는 네트워크에서 장기간 벗어난 것을 알아차린 경우와 같은 다른 이상 신호에도 반응할 수 있다. 구글은 안드로이드 15에 계획 중인 대규모 개인정보보호 및 보안 개선의 일환으로 자동 도난 방지 기능을 발표했다. 여기에는 민감한 앱과 데이터를 저장하는 ‘개인 공간(프라이빗 스페이스)’라고 부르는, 비밀번호로 잠긴 저장소도 포함된다. 도난 방지 기능은 이전 버전의 안드로이드에도 확대 적용될 전망이다. 한편 도난 감지 기능 테스트 외에도 브라질의 안드로이드 스마트폰 사용자들은 추가로 몇 가지의 테스트를 진행하게 된다. 그중 하나는 기업에 쉽게 연락하는 기능이다. 기업의 검색 목록에 나타나는 전용 버튼을 탭하면 왓츠앱(WhatsApp)을 통해 직접 메시지를 보낼 수 있다. 또한 검색 결과에서 바로 의사, 미용사 등과 같은 지역 서비스 업자와 약속을 잡을 수도 있다. 현재 두 기능 모두 미국내에서만 사용할 수 있다.
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구글, 새 안드로이드 운영체제 도난 방지 AI 기능 테스트
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애플, 개인정보 걱정없는 맞춤형 AI '애플 인텔리전스' 공개
- 애플 아이폰 사용자들은 개인정보 유출 걱정 없이 AI 글쓰기를 하고 이미지를 생성할 수 있는 개인 맞춤형 인공지능(AI) ‘애플 인텔리전스(Apple Intelligence)’를 제공받게 된다. 애플은 10일(현지시간) 미국 캘리포니아주 쿠퍼티노 본사 애플파크에서 온라인으로 연례 ‘세계개발자회의(WWDC) 2024′를 열고 독자 생성형 AI 시스템 ‘애플 인텔리전스’를 발표했다. 팀 쿡 애플 최고경영자(CEO)는 "생성형 AI와 초거대언어모델(LLM)의 발전은 애플 제품의 사용 경험을 새로운 차원으로 끌어올릴 수 있는 강력한 기능을 제공할 것"이라며 "이 새로운 기능을 애플 제품의 핵심 원칙에 반영할 것으로, 무엇보다도 사용자의 일상, 관계, 의사소통 등 개인적 맥락에 기반해야 한다"고 밝혔다. 그러면서 애플 인텔리전스를 발표하면서 AI가 구동되는 과정에서 개인정보가 침해받는 일은 없다는 것을 강조했다. 애플에 따르면 애플 인텔리전스는 아이폰·아이패드·맥스 모두 사용할 수 있는 온디바이스(내장형) AI와 클라우드(가상저장공간) AI를 결합했다. 온디바이스는 인터넷 연결 없이 기기 자체적으로 업무를 처리하는 만큼 개인정보 문제에서 상대적으로 자유롭다. 애플은 '애플 인텔리전스'를 통해 개인의 스케쥴 관리를 비롯해 수많은 이메일을 분류하고 대신 작성해주는 기능과 텍스트 보완 및 분석, 각종 데이터화 작업 등 여러 활용 사례를 소개했다. 자사 음성 비서 '시리'를 개선해 이 기능들을 활용할 수 있다. 애플의 음성 서비스 시리는 생성형 AI 기술이 접목돼 더 자연스러운 대화가 가능해졌다. 오픈AI와의 협력으로 시리를 통해 바로 챗GPT에 질문도 할 수 있다. 예를 들면 이메일 내용을 분석해 관련된 연락처와 파일을 찾아내고 지시를 내릴 수 있다. 또 일부 사진을 보고 원본 이미지를 생성하거나 스스로 일러스트레이션, 스케치, 애니메이션을 만들 수 있다. 메일, 노트, 페이지 등 텍스트를 입력하는 앱에선 '쓰기 기능'을 통해 글을 다듬어주거나 요약해주는 기능을 제공한다. 자신이 쓴 글을 상황에 맞는 어조로 바꿔주고, 문법이나 단어, 문장 구조 등을 검사해 수정 사항을 제시해준다. 메시지 앱에서 '이미지 놀이터' 기능을 활용해 애니메이션, 일러스트레이션, 스케치 등 3가지 스타일 중 하나를 골라 이미지를 생성할 수 있다. 이 기능을 활용하면 대화 상대방의 얼굴 사진을 찾아 문맥에 맞는 상황 설정을 반영한 캐릭터를 생성해 문자 메시지로 보내준다. 또 노트 앱에서는 '이미지 요술봉' 기능으로 스케치를 이미지로 변환하거나 빈 공간에 이미지를 생성할 수 있다. 특정 작업에서 LLM이 필요한 경우 외부 서버의 도움이 필요한 만큼 애플은 애플 기기를 사용하는 이용자들만을 위한 '프라이빗 클라우드 컴퓨팅'도 구축했다. 올 가을 베타 버전으로 출시 예정인 애플 인텔리전스는 M1칩 이상이 들어간 기기에서만 사용할 수 있다. 아이폰의 경우 지난해 하반기 출시한 아이폰15 프로·프로맥스와 올해 출시될 예정인 아이폰16 시리즈부터 사용 가능하다. 생성형 AI 서비스나 개발 계획이 아닌 기존 스마트 기능의 업그레이드 수준에 머물렀다는 지적에 발표 이후 주가는 하락세를 면치 못했다. 이날 애플 주가는 발표가 이뤄진 이후 2% 가까이 하락했다. 당초 애플의 생성형 AI 개발 서비스나 계획을 기대했던 투자자들로부터는 적잖은 실망감이 작용한 것으로 풀이된다.
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애플, 개인정보 걱정없는 맞춤형 AI '애플 인텔리전스' 공개
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희귀 뇌전증(간질) 발작 감지하는 새로운 AI 시스템 개발
- USC(서던 캘리포니아 대학교) 연구진이 희귀한 형태의 뇌전증(간질)을 포함한 발작 유형을 식별하는 AI 기술을 개발, 조기 치료의 기회를 확대할 수 있게 됐다. 관련 소식을 올린 USC 홈페이지 게시글에 따르면, 미국에서 340만 명 이상, 전 세계적으로는 6500만 명 이상이 뇌전증을 앓고 있는데, 이는 신경계에 영향을 미치고 발작을 일으키는 신경 질환이다. 26명 중 1명은 평생 어느 시점에 뇌전증이 발병하고, 매년 뇌전증 환자 1000명 중 1명은 예상치 못하게 사망한다. 많은 질환과 마찬가지로, 뇌전증 치료도 조기 발견에서 시작된다. 세계보건기구(WHO)는 적절한 진단과 치료를 받으면 뇌전증 환자의 70%가 발작 없이 살 수 있다고 추정한다. 의학계에서는 수년에 걸쳐 전극을 사용해 캡처한 뇌파(EEG) 신호에서 발작을 감지하고 분류하는 기계 학습 기술이 개발돼, 인간이 단독으로 다루기에는 너무 복잡한 상관관계를 찾고 있다. 그러나 이 시스템은 희귀한 형태의 뇌전증 발작을 감지하는 데 어려움을 겪는다. 그 이유는 AI가 패턴을 학습하고 예측하기 위해 데이터에 의존하기 때문이다. 이러한 희귀한 발작의 불충분한 예는 예측 능력을 떨어뜨린다. 이번에 USC 연구진은 뇌 상호 작용을 분석하여 간질을 식별하고, 희귀하고 복잡한 사례의 진단을 개선하는 AI 시스템을 개발했다. 최근 PAKDD(고급 지식 검색 및 데이터 마이닝) 컨퍼런스에서 발표된 이 시스템은 종래에 비해 12% 향상된 성능을 보여주었다. 적은 데이터로 정확한 결과 생성 뇌파 전극의 위치와 그들이 추적 관찰하는 뇌 영역을 포함, 뇌전증 감지에서 AI 시스템이 일반적으로 간과하는 여러 정보 소스를 통합함으로써, AI는 발작이 발생할 가능성이 있는 시기를 보이는 패턴이나 특징을 식별할 수 있다. 또 이 기술은 훈련 데이터 사례가 적은 희귀한 발작 유형에서도 적은 데이터로 정확한 결과를 생성하도록 한다. 연구진인 USC 사이러스 샤하비 교수는 "간단한 경우 AI 시스템은 단순한 이진 분류이기 때문에 발작을 일으켰는 지의 여부를 알 수 있지만, 분류하기 쉽지 않은 다양하고 희귀한 유형의 발작이 있고, 이 경우 기존 기술은 정확도가 낮다"고 지적했다. 어린이들에게 종종 영향을 미치고 갑작스러운 근육 조절 상실을 유발하는 희귀한 형태의 발작인 ‘무긴장 발작’이 대표적인 예다. 이 경우, 새로 개발된 시스템은 뇌 영역의 공간적 관계를 조사하고 운동 피질, 기저 신경절, 소뇌 및 뇌간과 같은 근육 조절에 관여하는 뇌 영역의 우선 순위를 지정해 무긴장 발작을 나타내는 활동 패턴을 식별한다. 연구진의 아라시 하지사피는 "개발된 시스템의 AI 모델에는 희귀한 유형의 발작과 관련된 특징을 나타내는 모든 정보가 수집된다. 따라서 소량의 샘플로도 학습이 가능하다”고 밝혔다. 연구진은 시스템 개발의 목표는 인간 의사를 대체하는 것이 아니라 발견하기 어려운 경우에 의사의 지식을 보충하는 것이라고 말했다. USC의 신경학 교수 폴 톰슨 박사는 이번 시스템 개발이 '신경학계의 게임 체인저'가 될 반가운 돌파구라고 평가했다. "이번 성과는 인간이 식별하기 어려운 패턴을 감지하는 AI를 활용함으로써 임상의가 작업을 더 쉽고 빠르며 안정적으로 수행할 수 있게 해준다"는 것이다. 한편 연구진은 이 기술이 언젠가 스마트폰에 정보를 제공하는 웨어러블 센서에 통합될 것으로 예상했다. 샤하비 교수는 "뇌 발작은 갑자기 발생하므로 이를 조기에 발견하면 실제로 생명을 구할 수 있다"며 "시스템은 뇌파의 불규칙성을 감지하면 미리 경고할 수 있으며, 이는 뇌전증 진단과 치료에 큰 기회를 열어줄 것"이라고 강조했다.
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- IT/바이오
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희귀 뇌전증(간질) 발작 감지하는 새로운 AI 시스템 개발
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[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?
- 화성 표면에 신비한 구멍이 포착돼 우주 과학자들의 주목을 받고 있다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선이 화성에서 신비한 구멍을 포착했다고 사이언스얼럿과 위온 등 다수 외신이 최근 보도했다. 위의 이미지는 NASA의 화성 정찰 궤도선 MRO에 있는 HiRISE(고해상도 이미징 과학 실험) 카메라로 캡처됐다. 신비한 구덩이 폭은 몇 미터에 불과하며 화성의 아르시아 몬스(Arsia Mons) 지역에 위치하고 있다. 아르시아 몬스는 3개의 화산으로 구성된 타르시스 몬테스(Tharsis Montes)군에 속한 휴화산 중 하나다. 타르시스 벌지(Tharsis Bulge)의 타르시스 지역은 수천 킬로미터에 이르는 광활한 화산 평원이다. 화성의 다른 지역에 비해 고도가 높으며 평균적으로 화성의 평균 고도보다 약 10km(3만3000피트) 높다. 이 지역은 과거에 화산 활동이 활발했던 곳으로, 이번에 포착된 구덩이와 같은 지형은 고대 화산 활동의 직접적인 결과물이다. 구덩이에 대한 과학자들의 다양한 추측 중에 하나는 지하 용암 동굴로 가는 채광창이 될 수도 있다는 것이다. 이 이론은 지구상의 하와이 같은 화산 지역에서 유사한 지형이 목격 되었다는 사실에 근거한다. 이러한 유형의 채광창은 옹암 동굴의 지붕이 무너지고 구멍이 생길 때 형성된다. 화성의 구덩이가 과학자들의 추정과 같이 실제로 채광창이라면 미래에 우주 비행사들에게 자연적인 피난처가 될 수 있다. 이 구덩이는 방사선과 극한 온도, 먼지 폭풍과 같은 극한의 우주 환경에서 우주 비행사들을 보호해 줄 수 있다. 구멍이 지각이나 화산 활동에 의해 형성되었을 가능성도 있다. 이러한 구덩이는 지구에서 흔히 발견되며, 화산 활동으로 생긴 공극(토양이나 암석 속의 비어 있는 부분) 뒤에 있는 땅이 붕괴된 후에 만들어진다. 아르시아 몬스 지역의 몇몇 구덩이는 지하 용암 동굴로 이어지는 것일 수도 있지만 불확실하다. 지하 훨씬 더 깊은 곳에서 일어난 붕괴의 결과일 수도 있다. 화성에 용암동굴이 존재하지 않을 이유는 없다. 화성의 중력은 지구보다 훨씬 약하기 때문에 더욱 큰 용암 동굴이 존재할 수도 있다. 화성 화산의 구덩이 중 하나인 파비스 몬스는 더욱 특이하다. 구덩이 아래에는 일종의 빈 공간이 있지만 그 정체를 파악하기는 어렵다. 용암 동굴로 보기에는 지구상 대부분의 용암 동굴보다는 왜소하다는 지적이다. 앞에서 설명했듯이 구멍이 실제로 용암 동굴로 이어진다면 미래의 우주 탐험가들을 위해 이상적인 거주 가능 지역이 될 가능성이 있다. 더 큰 용암 동굴은 영구 기지 건설에 가장 적합한 광대하고 안정적인 환경을 제공할 가능성이 높다. 또 농업에 적합한 환경을 제공하고 화성에서 인간이 장기적으로 거주하는 데 중요한 생명 시스템을 지원할 수도 있다. 과학자들은 화성에 용암 동굴이 풍부하다는 형태학적 증거를 많이 발견했지만 이번에 발견된 신비한 구덩이가 구체적으로 어떤 것인지는 아직 미스터리로 남아있다고 말했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?
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"전립선암, 피 한 방울로 진단·치료 예측"
- 국내 과학자 팀이 피 한 방울로 전립선암 재발부터 치료 반응까지 예측할 수 있는 검사 기술을 개발했다. 한국연구재단은 3일 인제대 정재승·한기호 교수와 서울대 변석수 교수 공동연구팀이 혈중암세포의 전립선특이막항원(PSMA) 메신저리보핵산(mRNA) 농도를 측정해 전립선암을 진단할 수 있는 검사 방법을 개발했다고 발표했다. 전립선암은 남성의 생식기관인 전립선에 생기는 암으로, 최근 발생률과 사망률이 급격히 증가하고 있다. PSMA는 전립선 세포 표면에 주로 존재하는 단백질이다. PSA(전립선특이항원) 검사, 조직생검 등 방식이 전립선암 진단에 사용되고 있지만 PSA 검사는 특이성이 낮고 조직생검은 감염 우려가 있으며 반복 검사가 어렵다는 단점이 있다. 또한 PSMA 양전자방출단층촬영(PET-CT) 방식은 장비가 고가인 데다 운용에는 전문 인력이 필요해 자주 사용하기 어려운 것이 단점이다. 연구팀은 6년 동안 추적·관찰해온 전립선암 환자 247명의 혈액을 채취, 혈중암세포(CTC)를 분리했다. 이어 이 암세포들이 발현하는 PSA·PSMA 등 6가지 전사체(mRNA)의 발현량을 측정했다. 그 결과 혈중암세포에서 발현되는 PSMA mRNA 농도가 수술 후 전립선암 환자의 생화학적 재발과 밀접한 관련이 있다는 사실을 확인했다. 연구팀은 이 새로운 바이오마커(질병의 진행 정도를 진단하는 생물학적 지표)를 활용해 단순한 혈액 검사만으로 전립선암의 재발과 진행, 약물 치료 반응성을 예측할 수 있다고 설명했다. 연구를 주도한 정재승 교수는 "종양의 위치에 대한 공간적인 정보를 제공하는 PSMA 영상과 혈중암세포 기반 PSMA 검사를 결합하면 PSMA PET-CT의 위양성(가짜 양성) 오류 문제를 해결하고 전립선암 진단 치료 정확성을 높일 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 미국암연구회(AACR)의 '임상암연구회지'(Clinical Cancer Research) 지난 6월 1일 온라인판에 게재됐다.
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- IT/바이오
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"전립선암, 피 한 방울로 진단·치료 예측"
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4족 로봇 개 오로라, 야생동물의 비행장 접근 막아
- 개나 여우, 또는 코요테를 연상시키는 4족 로봇이 비행장에서 비행기와 야생동물을 안전하게 보호하기 위해 현장에 투입됐다. ICT 전문 매체 더버지에 따르면 오로라(Aurora)라는 이름의 이 4족 로봇은 야생에서 상위 포식자를 모방해 만들어졌으며, 알래스카의 페어뱅크스 공항에서 항공기와 동물을 보호하는 중요한 작업을 곧 시작할 예정이다. 언론에 자주 오르지는 않지만, 공항에서 비행기와 동물의 충돌은 사소한 문제가 아니다. 2023년 알래스카 인근 공항에서만 92건의 비행기-야생동물 충돌 사고가 FAA(미연방항공청)에 공식 보고됐다. 이는 오로지 알래스카에서만 발생한 사고 건수다. 야생동물을 해치지 않고 충돌을 줄이기 위한 창의적인 아이디어가 속출했음은 물론이다. 그리고 최종적으로 4족 로봇 오로라가 등장했다. 오로라는 래브라도 리트리버 크기의 개를 닮은 머리 없는 로봇이다. 오로라는 바위와 계단을 오를 수 있고 심지어 어설프게나마 춤도 출 수 있다. 이는 움직임을 보여 야생동물을 겁주기 위한 것이다. 오로라는 로봇 전문 업체인 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)가 공급한 것으로, 비행장 활주로에 야생동물, 특히 가을철 철새가 들어오지 못하도록 하기 위한 전략적 배치다. 우습게 보일 수 있지만 이러한 움직임은 여우나 코요테와 같은 포식자의 움직임을 모방한 것이다. 오로라는 여우나 코요테처럼 행동할 수도 있는데, 이는 새와 다른 야생동물에게 공포 반응을 불러일으킬 수 있을 것이라는 기대다. 교통부(DOT)는 오로라가 곰과 같은 더 큰 동물까지 방어하는 역할을 희망하고 있다. 오로라는 공항의 조류 및 야생동물 충돌 문제에 대한 최신 솔루션이다. 또다른 한 가지 제안은 드론을 날려 포도 주스 등 야생동물 억제재를 뿌리자는 방안이 있었지만, 평가 결과 이는 매우 위험한 것으로 분석됐다. 1990년대에는 앵커리지 공항에 돼지 떼를 풀어 새들을 퇴치하는 시도도 있었다. 같은 실험이 2021년 암스테르담 스키폴 공항에서도 반복됐다. 그러나 현재까지는 오로라가 최고의 안전 솔루션이라는 평가다. 오로라의 가격이 약 7만 달러(약 9600만원)에 달함에도 불구하고 로봇이 실제 개보다 더 유용하다는 것이다. 실제 개는 음식, 훈련, 따뜻한 공간 등이 필요하며, 로봇처럼 데이터를 수집하지 못한다. 오로라에는 또한 재미를 불러일으킬 요소도 적지 않다. 춤을 추는 댄서일 수도 있고, 새를 쫓는 로봇의 개념일 수도 있다. 어떤 경우든 오로라가 공항을 사람과 동물 모두에게 좀 더 안전하게 만들 수 있을 것이라는 기대다.
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- IT/바이오
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4족 로봇 개 오로라, 야생동물의 비행장 접근 막아
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[우주의 속삭임(9)] 허블 망원경, 태양과 같은 별의 탄생 포착
- 나사(NASA)의 허블 우주 망원경이 반사 성운에 있는 변광성 HP 타우(Tau)를 포함, 세 개의 별의 이미지를 포착했다고 과학 전문매체 사이테크데일리가 전했다 아직 핵융합 과정을 거치지 않은 '티 타우리 별(T Tauri stars)'들은 먼지와 가스 구름의 잔재에 둘러싸여 있으며, 별 형성과 원형 행성 발달의 초기 단계를 형성하고 있다. ‘티 타우리 별’은 정식 항성이 되기 직전, 별의 생성 및 진화 단계를 말한다. 젊은 별 또는 아기별이라고도 표현한다. 그리고 변광성은 시간에 따라 밝기가 변하는 별이다. 나사의 허블 우주 망원경이 포착한 새로운 별 이미지에서는 반짝이는 우주의 정동석(돌맹이 안에 보석이 박혀 있는 결정)을 닮은 세 개의 별이 반사 성운의 빈 공간에서 밝게 빛나고 있다. 이 삼중성계는 변광성 HP 타우, HP 타우 G2, 그리고 HP 타우 G3로 구성되어 있다. HP 타우는 아직 핵융합을 시작하지 않았지만, 수소로 핵분열하는 태양과 비슷한 별로 진화하기 시작하는 티 타우리 별로 알려져 있다. 티 타우리 별들은 일반적으로 나이가 1000만 년에 미치지 못한다. 이에 비해, 지구가 속해 있는 태양계의 태양은 나이가 무려 46억 년에 달한다. 이들 젊은 별들은 종종 그들이 형성된 먼지와 가스 구름에 싸여 있는 것으로 발견된다. 모든 변광성과 마찬가지로 HP 타우의 밝기도 시간에 따라 변한다. 티 타우리 별은 밝기가 주기적으로 변하거나 무작위적으로 변하는 것으로 알려져 있다. 무작위적인 변화는 별 주변에 강하게 밀착한 먼지와 가스 원반의 불안정성, 별 위로 떨어져 소모되는 원반의 물질, 별 표면의 플레어와 같은 성장 중인 어린 별의 혼돈스러운 특성으로 인해 발생할 수 있다. 주기적인 변화는 거대한 흑점이 시야에 들어오고 나가면서 회전하기 때문일 수 있다. 가스와 먼지 구름은 별 주위를 휘감으며 반사된 빛으로 빛난다. 반사 성운은 그 자체로는 눈에 보이는 빛(가시광선)을 방출하지 않지만, 근처 별에서 나오는 빛이 가스와 먼지에 반사되면서 빛나게 된다. 마치 자동차 전조등 불빛으로 비춰지는 안개처럼 빛나는 것이다. HP 타우는 황소자리 방향으로 약 550광년 떨어져 있다. 허블 망원경은 수백만 년에 걸쳐 행성으로 합쳐지는 별 주변의 물질 원반인 '원시 행성 원반'에 대한 조사의 일환으로 HP 타우를 연구했다고 한다.
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[우주의 속삭임(9)] 허블 망원경, 태양과 같은 별의 탄생 포착
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[신소재 신기술(48)] 해킹 불가능한 양자 항법 시스템, 영국에서 최초 비행 테스트
- 영국에서 해킹이 불가능한 항공기 양자 기술 시험 비행이 성공했다. 영국 항공기에서 획기적인 양자 기술 시험 비행이 성공적으로 진행되어 기존 GPS 시스템을 보완하는 견고한 백업 시스템 개발에 새로운 가능성을 제시했다고 BBC가 최근 보도했다. 이번 연구 개발을 지원한 영국 정부는 공개적으로 인정된 최초의 양자 기술 항공기 시험 비행이라고 밝혔다. 앤드류 그리피스 과학부장관은 지난 9일(현지시간) 시험 비행 후 "영국이 세계 양자 기술 선두 국가임을 다시 한 번 증명하는 사례"라고 밝혔다. 양자 기술 기업인 인플렉션(Infleqtion)이 주도하고 업계 및 학계 파트너와 협력한 이 프로젝트는 정부로부터 약 800만 파운드(약 137억원)의 지원을 받았다. 25억 파운드(약 4조 2947억원) 규모의 국가 양자 전략(National Quantum Strategy) 및 국가 양자 기술 프로그램(National Quantum Technologies Programme)과 함께 이 자금 지원은 선도적인 양자 기반 경제로서 영국의 입지를 확고히 하는 것이 목표라고 영국 국방 기술업체 키네틱(QinetiQ)은 밝혔다. 인플렉션이 이끄는 틈은 일련의 시험 비행 동안 두 가지 획기적인 양자 기술, 즉 기술 기업 티커(Tiqker) 광학 원자 시계와 밀폐된 초저온 원자 기반 양지 시스템을 키네틱의 개조 항공기인 RJ100에 탑재해 시연했다. 현재 주로 사용되고 있는 GPS는 위성 기반 시스템이지만, 이번 시험에 사용된 것은 양자 기반 시스템이다. 양자 기술은 매우 미세한 단위의 물질 특성을 이용하는 기술을 말한다. GPS는 항공기, 선박, 자동차 운행뿐만 아니라 군사 분야에서도 중요하게 사용되며, 스마트폰의 위치 정보에도 활용된다. 하지만 GPS 신호는 간섭(재밍, jamming) 또는 위장(스푸핑, spoofed)을 통해 오류를 발생시킬 수 있다. 실제로 지난 3월 그랜트 샤프스 영국 국방장관이 탑승한 RAF 항공기의 GPS 신호가 러시아 영토 인근을 비행하는 동안 간섭을 받았던 사례가 있다. 핀란드 항공사인 핀에어 또한 항공기 2대가 GPS 간섭을 받은 후 매일 운항하던 에스토니아 타르투(Tartu) 행 운항을 한 달 동안 중단해야 했다. 전문가들은 러시아가 위성 항법 시스템에 장애를 일으켜 수천 건의 민간 항공편에 영향을 미쳤다고 비난했다. 드론과 미사일을 포함한 많은 군사 기술에도 GPS가 사용된다. 하지만 GPS 간섭은 소규모로도 진행될 수 있다. 예를 들어 고용주가 차량에 GPS 추적 장치를 설치한 경우 운전자가 이를 차단하는 데에도 사용될 수 있다. 전문가들은 GPS가 우주에서 수신되는 신호에 의존하기 때문에 자동차 헤드라이트 정도의 출력만을 갖춘 GPS 위성은 쉽게 간섭을 받을 수 있다고 지적했다. 영국에서 이번에 시험 운행한 새로운 시스템은 -273°C(절대 영도 근처)까지 냉각된 원자 군을 사용한다. 원자 군은 항공기 자체에 탑재되기 때문에 스푸핑이나 전파 방해의 영향을 받지 않는다. 새로운 시스템은 매우 작은 입자를 다루는 과학 용어로 ‘양자 시스템’이라고 부른다. 개별 원자는 엄청나게 작으며(머리카락 한 가닥은 약 100만 개의 원자로 이루어져 있음), 이러한 미세한 양자 단위에서 작업하는 것은 지상에서도 매우 어렵다. 원자를 사용하는 이 시스템은 항공기의 방향과 가속도 측정을 목표로 한다. 이를 종합적으로 활용하면 비행기의 정확한 위치를 정밀하게 파악하는 데 사용할 수 있다. 이번 시험 비행은 이처럼 미세한 원자를 매우 제한된 공간인 까다로운 항공기 환경에서도 사용할 수 있음을 보여주었다. 영국 정부는 이번 시험 비행이 "영국 내 최초의 항공기 탑재 양자 기술 시험"이자 "공개적으로 알려진 전 세계 최초의 시험 비행"이라고 밝혔다. 이달 초 마무리된 이번 시험 비행에는 양자 기술 기업인 인플렉션(Infleqtion)과 항공 우주 기업 BAE 시스템스(BAE Systems), 영국의 방 및 안보 과학 기술 연구 기관 키네틱(QinetiQ)이 참여했다. 하지만 양자 기술 자체는 매우 미세하지만 현재까지 개발된 장비는 여전히 사이즈가 크다는 단점이 있다. 이 프로젝트에 참여했던 BAE 시스템스 팀의 헨리 화이트(Henry White)는 이러한 이유로 "더 넓은 공간을 확보할 수 있는 선박"에 처음으로 적용될 가능성이 있다고 언급했다. 이번 시험 비행에서는 GPS 신호가 차단된 경우 백업으로 사용할 수 있는 양자 시계도 항공기에 탑재됐다. 실험실에서 최고의 양자 시계는 놀라운 정확도를 자랑했다. 화이트는 "우주 초기부터 작동하기 시작했다면 지금까지 1초도 늦지 않았을 것"이라고 말했다. 그는 이번 시험 비행이 "중대한 이정표"라고 평가하면서도 실제 활용까지는 시간이 걸릴 것이라고 인정했다. 항공 보안 분야의 사이버 보안 회사인 펜 테스트 파트너스(Pen Test Partners)의 켄 문로(Ken Munro)는 이번 시험 비행이 "올바른 방향으로 나아가는 중요한 발걸음"이라고 평가하면서도 "영국 상용 항공 분야에서 실제로 적용되기까지는 10~20년이 걸릴 것"이라고 예상했다. 영국 항공기에서 진행된 양자 기술 시험 비행은 GPS 시스템에 대한 의존도를 높일 수 있는 획기적인 기술 개발에 중요한 진전을 보여주었다. BBC는 아직 초기 단계이지만, 이번 시험 비행은 미래 항공 및 해양 운송 분야에 혁신을 가져올 수 있는 문을 열었다고 평가했다. 향후 연구 개발을 통해 양자 기술 기반 항법 시스템의 정확도, 효율성, 실용성을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(48)] 해킹 불가능한 양자 항법 시스템, 영국에서 최초 비행 테스트
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[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지
- 스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 연구팀이 최초로 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀에서 전자 소용돌이를 직접 검출하는 데 성공했다고 과학 웹사이트 phys.org가 지난 14일(현지시간) 보도했다. 금속 와이어와 같은 일반적인 전기 도체를 배터리에 연결하면 도체 내의 전자는 배터리가 생성하는 전기장에 의해 가속된다. 전자는 이동하는 동안 전선의 불순물 원자 또는 결정 격자의 빈 공간과 자주 충돌해 운동 에너지의 일부를 격자 진동으로 변환한다. 이 과정에서 손실되는 에너지는 예를 들어 백열전구를 만질 때 느낄 수 있는 열로 변환된다. 격자 불순물과의 충돌은 자주 발생하지만 전자 간의 충돌은 훨씬 드물다. 그러나 벌집 모양 격자로 배열된 탄소 원자 단일층인 그래핀을 일반적인 철 또는 구리 와이어 대신 사용하면 상황이 달라진다. 그래핀에서 불순물 충돌은 드물고 전자 간 충돌이 주요 역할을 한다. 이 경우 전자는 점성 액체처럼 행동한다. 따라서 잘 알려진 흐름 현상인 소용돌이(와류)가 그래핀 층에서 발생해야 한다. ETH 취리히의 크리스티안 데겐(Christian Degen) 연구원은 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀의 전자 소용돌이를 처음으로 직접 감지하는 데 성공했다고 '사이언스(Science)' 저널에 보고했다. 고감도 양자 감지 현미경 데겐과 그의 동료 연구원들은 제작 과정에서 폭 1㎛(마이크로미터) 너비의 전도성 그래핀 스트립에 부착한 작은 원형 디스크에 형성된 소용돌이를 연구했다. 디스크의 직경은 1.2㎛에서 3㎛사이였다. 이론적 계산에 따르면 작은 디스크에서는 전자 소용돌이가 형성되지만 큰 디스크에서는 형성되지 않아야 한다. 소용돌이를 가시화하기 위해 연구팀은 그래핀 내부에 흐르는 전자가 생성하는 미세한 자기장을 측정했다. 이를 위해 연구팀은 다이아몬드 바늘 끝에 질소-공동 센터(Nitrogen-vacancy center, NV 센터)가 내장된 양자 자기장 센서를 사용했다. 원자 결함인 NV 센터는 외부 자기장에 따라 에너지 레벨이 변하는 양자 물체처럼 작동한다. 레이저 빔과 마이크로웨이브 펄스를 사용하면 센터의 양자 상태를 자기장에 최대 감도를 갖도록 준비할 수 있다. 연구원들은 레이저를 사용해 양자 상태를 판독함으로써 이러한 자기장의 세기를 매우 정확하게 측정할 수 있었다. 데겐 연구팀의 박사 과정 학생이었던 마리우스 팜은 "다이아몬드 바늘의 크기가 작고 그래핀 층과의 거리가 약 70나노미터에 불과하기 때문에 100나노미터 미만의 해상도로 전자 전류를 볼 수 있었다"고 말했다. 이 분해능은 소용돌이를 관찰하기에 충분하다. 소용돌이 흐름 방향 반전 관찰 연구팀은 측정에서 더 작은 디스크에서 예상되는 소용돌이의 특징적인 징후, 즉 흐름 방향의 반전을 관찰했다. 일반(확산) 전자 수송에서는 스트립과 디스크의 전자가 같은 방향으로 흐르지만, 소용돌이의 경우 디스크 내부의 흐름 방향이 반전된다. 계산에서 예측한 대로 더 큰 디스크에서는 소용돌이가 관찰되지 않았다. 팜은 "매우 민감한 센서와 높은 공간 분해능 덕분에 그래핀을 냉각할 필요도 없었고 상온에서 실험을 수행할 수 있었다"고 말했다. 또한, 연구팀은 전자 와류뿐만 아니라 정공 캐리어에 의해 형성된 와류도 감지했다. 그래핀 아래에서 전압을 가함으로써, 연구원들은 전류 흐름이 더 이상 전자가 아닌 정공이라고도 하는 누락된 전자에 의해 전달되도록 자유 전자의 수를 변경했다. 전자와 정공이 모두 작고 균형 잡힌 농도가 있는 전하 중립점에서만 와류가 완전히 사라졌다. 팜은 "현재 전자 소용돌이의 탐지는 기초 연구이며 아직 미해결 과제가 많이 남아 있다"고 말했다. 연구팀은 전자와 그래핀의 경계면과의 충돌이 흐름 패턴에 어떤 영향을 미치는지, 더 작은 구조에서 어떤 효과가 발생하는지 추가 연구를 진행할 계획이다. 출처: Marius L. Palm 외, '상온에서 그래핀의 전류 소용돌이 관찰', Science (2024). DOI: 10.1126/science.adj2167
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[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지
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[퓨처 Eyes(36)] 세계 최대 탄소 제거 공장, 아이슬란드에서 가동 시작
- 세계 최대 탄소 포집 공장 '매머드'가 아이슬란드에서 가동을 시작했다. 아이슬란드 헬리셰이디에 위치한 세계 최대 규모의 이산화탄소 제거 시설 '매머드(Mammoth)'가 가동을 시작했다고 더 버지, CNN, 패스트컴퍼니 등 다수 외신들이 보도했다. 매머드는 스위스 기후 기술 기업 클라임웍스(Climeworks)가 아이슬란드에 설립한 두 번째 상업용 '직접 공기 포집(DAC, Direct Air Capture)' 플랜트로, 2021년 가동을 시작한 이전 모델인 오르카(Orca)보다 10배 향상된 처리 능력을 갖추고 있다. 직접 공기 포집은 대기 중에서 직접적으로 이산화탄소를 포집하는 기술로, 화학 물질을 사용하여 공기로부터 탄소를 제거한 후 땅속 깊은 곳에 안전하게 저장하거나 재활용 또는 고체 제품으로 전환하는 방식으로 운영된다. 매머드는 클라임웍스가 운영하며, JP모건 체이스, 마이크로소프트, 스트라이프(Stripe), 쇼피파이(Shopify) 등 글로벌 기업들이 탄소 중립 실현을 위해 투자와 운영에 참여하고 있다. 아이슬란드에서 클라임웍스의 DAC 시설은 공기를 빨아들이는 팬이 달린 모듈식 '수집기 컨테이너'로 구성되어 있다. 이 발전소의 컨테이너 크기의 상자 안에는 팬이 이산화탄소(CO₂)를 직접 포집(DAC)하는 필터를 통해 외부 공기를 끌어들인다. 전체 작업은 아이슬란드의 풍부하고 깨끗한 지열 에너지로 구동된다. 외부에서 팬으로 끌어들인 이 공기는 이산화탄소를 흡수하는 특수 필터를 통과한다. 필터가 완전히 포화 상태가 되면 섭씨 약 100도(화씨 212도)까지 가열하여 이산화탄소를 방출한다. 클라임웍스는 포집된 탄소를 지하로 운반해 자연적으로 돌로 변형시켜 탄소를 영구적으로 가둘 계획이다. 이러한 CO₂ 격리 과정을 위해 클라임웍스는 아이슬란드 기업인 카브픽스(Carbfix)와 파트너십을 체결했다. CO₂를 포집한 후 카브픽스가 이를 물에 녹여 지하 깊은 곳으로 펌핑하면 현무암 암석과 자연적으로 반응해 대기 중으로 다시 유출되는 것을 방지한다. 이들은 CO₂를 물과 혼합한 다음 그 슬러리(고체와 액체의 혼합물 또는 미세한 고체입자가 물 속에 현탁된 현탁액)를 지하 깊은 곳으로 펌핑하여 결국 단단한 암석이 되게 한다. 화석 연료를 계속 사용함에 따라 DAC와 같은 차세대 기후 솔루션은 정부와 민간 기업에게 더 많은 관심을 받고 있다. CNN에 따르면 지구를 온난화시키는 대기 중 이산화탄소 농도는 2023년 사상 최고치를 기록했다 DAC 기술은 대기 중에 축적된 온실가스 배출을 제거해 기후 변화에 대응할 수 있는 방법 중 하나로 여겨지지만, 실질적인 영향을 미칠 만큼 규모를 확대할 수 있는지 여전히 검증 과정에 있다. DAC와 같은 탄소 제거 기술은 비용이 많이 들고, 에너지를 많이 소비한다는 비판을 받아왔다 국제환경법센터의 화석 경제 프로그램 디렉터인 릴리 푸어(Lili Fuhr)는 탄소 포집 기술에 대해 "불확실성과 생태학적 위험으로 가득 차 있다"고 말했다. 최근 가동된 매머드는 현재 가동 중인 DAC 공장 중 가장 큰 규모다. 하지만 큰 틀에서 보면 현재 진행 중인 다른 프로젝트에 비하면 상대적으로 작은 규모다. 아이슬란드에서의 클라임웍스의 운영은 이 기술이 작동할 수 있다는 것을 전 세계에 보여주기 위한 것이었다. 이제 미국 시장 성장에 발맞춰 이 초기 성공 사례를 재현할 수 있을지가 관건이라고 더 버지는 지적했다. 2017년 클라임웍스는 공기 중에서 이산화탄소를 빨아들여 탄산음료와 온실에서 사용하는 제품으로 판매한 최초의 기업이 되었다. 클라임웍스는 4년 후인 2021년에는 아이슬란드에 이산화탄소 포집 공장 오르카(Orca)를 설립해 마이크로소프트를 비롯한 고객을 위해 이산화탄소를 포집하고 지하에 영구적으로 격리하기 시작했다. 오르카는 지금까지 운영 중인 DAC 플랜트 중 가장 큰 규모였다. 매머드가 완전히 가동되면 오르카의 10배에 가까운 연간 약 3만6000톤의 이산화탄소를 포집할 수 있게 된다. 그러나 2022년 마이크로소프트에서만 약 1300만 톤의 이산화탄소를 배출한 것을 고려하면 클라임웍스의 탄소 제거량은 여전히 많은 양은 아니다. 클라임웍스는 2022년 6월부터 매머드 건설을 시작했으며, 세계 최대 규모의 플랜트라고 밝혔다. 공기에서 탄소를 포집하는 기계의 진공 부품인 72개의 '컬렉터 컨테이너'를 위한 공간이 있는 모듈식 설계로, 서로 쌓아 올려 쉽게 이동할 수 있다. 현재 12개가 설치되어 있으며 앞으로 몇 달 동안 더 추가될 예정이다. 앞서 ㅅ밝혔듯이 매머드는 최대 용량으로 연간 3만6000톤의 탄소를 대기에서 끌어낼 수 있을 것으로 클라임웍스는 예상했다. 이는 약 7800대의 가스 구동 자동차를 1년 동안 도로에서 퇴출시키는 것과 같은 효과다. 클라임웍스는 제거된 탄소 1톤당 정확한 비용은 밝히지 않았지만, 톤당 1000달러에 가까운 것으로 시사했다. 이는 이 기술을 저렴하고 실용적으로 만드는 데 중요한 임계값으로 널리 알려져 있다. 클라임웍스의 공동 설립자이자 공동 CEO인 얀 뷔르츠바허는 공장 규모를 확대하고 비용을 낮추면서 2030년까지 톤당 300~350달러에 이르고 2050년경에는 톤당 100달러를 달성하는 것이 목표라고 CNN에 말했다. 에든버러 대학교의 탄소 포집 및 저장 교수인 스튜어트 하젤딘은 "이 새로운 공장은 기후 변화와의 싸움에서 중요한 단계"라고 말했다. 탄소 오염을 포집하는 장비의 규모가 커질 것이라는 설명이다. 하젤딘은 그러나 이는 여전히 필요한 것의 극히 일부에 불과하다고 경고했다. 국제에너지기구에 따르면 전 세계의 모든 탄소 제거 장비는 연간 약 0.01만 미터톤의 탄소만 제거할 수 있다. 이는 2030년까지 세계 기후 목표를 달성하기 위해 필요한 연간 7000만 톤 제거와는 거리가 멀다. 한편, 매머드는 아직 진행 중인 프로젝트다. 현재 매머드에는 12개의 모듈형 컨테이너만 설치되어 있으며, 클라임웍스는 올해 안에 60개를 더 설치해 공사를 완료할 계획이라고 밝혔다. 클라임웍스 외에 다른 기업들도 대기 중 이산화탄소를 제거하기 위해 다양한 기술적 접근 방식을 취하고 있다. 2020년에 설립된 미국 기후 기술 스타트업인 헤어룸(Heirloom)은 암석 가루를 사용해 탄소를 빨아들인다. 헤어룸은 이산화탄소를 석회암과 같은 자연 광물에 결합시켜 영구적으로 저장하는 탄소 광화 기술을 사용한다. 헤어룸의 기술은 다른 '직접 공기 포집' 기술보다 저렴하도록 설계됐다. 이는 탄소 제거 기술을 더 저렴하고 확장 가능하게 만들 수 있음을 의미한다. 일부 연구자들은 많은 양의 에너지를 사용하지 않고도 CO₂를 포집해 저장할 수 있는 패시브 시스템을 연구하고 있다.
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[퓨처 Eyes(36)] 세계 최대 탄소 제거 공장, 아이슬란드에서 가동 시작
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[신소재 신기술(46)] 머리카락만큼 얇고 소리 75% 차단하는 '방음 커튼'
- 아파트 등 공동주택이 늘어나면서 한밤중에 들려오는 소리에 잠을 못 이루는 사람이 많다. 반대로 너무 예민해서 자신이 내는 소리에 옆방이나 옆집 사람이 잠 못 이루는 것을 걱정하는 경우도 있다. 머리카락만큼 얇지만 소리를 75% 차단하는 방음 커튼이 미국에서 개발돼 층간 소음 등 소음 문제 해결에 희소식을 전하고 있다. 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 요엘 핀크(Joel Fink) 등 연구팀은 머리카락처럼 가는 직물에 스피커 기술을 접목해 조용한 공간을 만들 수 있는 방음 커튼을 개발했다고 발표했다. 방음 실크, 노이즈 캔슬링 기능 과학 전문 매체 기가진(Gigazine)에 따르면 MIT가 개발한 '방음 실크(soundproof silk)'는 두 가지 방식으로 조용한 공간을 조성하고 소음을 억제한다. 첫 번째는 소리에 반응해 음파를 발생시켜 소음을 상쇄하는 노이즈 캔슬링(noise-canceling) 기능이다. 직물에 노이즈 캔슬링 기능을 부여하는 기술은 직물을 마이크로 만드는 데 사용되는 기술을 응용한 것이다. 이전 연구에서는 진동을 받으면 전기 신호를 방출하는 압전 섬유를 직물에 꿰매어 직물 마이크를 제작했다. 반면 방음 실크는 압전 섬유에 전기 신호를 통과시켜 소리를 생성했다. 연구팀은 심지어 방음 실크를 원형 프레임에 부착해 바흐 음악을 재생하는 스피커로 사용하는 데도 성공했다. 이 직물은 소음과 반대 위상의 음파를 방출해 소리를 상쇄시켜 소음 제거 방음 실크를 구현했다. MIT의 그레이스 양(Grace Yang) 연구원은 이번 연구에 대해 "직물을 이용해 소리를 낼 수도 있지만 우리가 사는 세상은 이미 소음으로 가득 차 있기 때문에 소리를 내는 것보다 침묵을 만드는 것이 더 가치 있다고 생각했다"고 설명했다. 그러나 이 소음 제거 기능은 헤드폰과 귀 사이의 공간과 같은 좁은 공간에서만 작동하며 큰 방과 같은 넓은 공간에서는 작동하지 않는다. 직물에 진동 제어 기능 삽입 따라서 연구팀은 방음 실크에 두 번째 기능을 삽입했다. 섬유의 진동을 제어하고 직물이 움직이지 않도록 해 소리가 직물을 통과하지 못하게 한 것이다. 예를 들어, 아파트에서 이웃이 한밤중에 소음을 낼 경우 소음으로 인해 벽이 진동해 방 안에 소리가 발생하기 때문에 소리가 다음 아파트로 전달된다. 연구팀은 직물을 가만히 잡고 있을 때 방음 실크가 거울처럼 작동해 소리를 반사하고, 소리가 직물을 통해 청취자에게 전달되는 것을 막는다는 것을 발견했다. 이러한 방음 효과는 방과 같은 넓은 공간에서도 작동한다. 실제로 연구팀은 위의 그림 왼쪽 하단의 '직접 억제 모드'와 함께 소음 제거 기능을 테스트했을 때 최대 65데시벨, 즉 사람이 큰 소리로 말하는 것과 같은 음량의 소리를 줄일 수 있다는 것을 발견했다. 또한 직물의 진동을 억제하는 '진동 억제 모드'(오른쪽 하단)는 최대 75%까지 소음 전달을 줄일 수 있었다. 연구팀은 앞으로 다중 주파수를 차단할 수 있는 직물을 연구하고 압전 섬유 개수, 봉제 방법 및 인가 전압을 변경하여 방음 성능을 더욱 향상시킬 계획이다. 연구팀은 "이 특수 커튼을 통해 '역위상을 통한 소리의 상쇄와 '직물의 진동을 억제해 소리를 반사하는 것'이 가능하다"고 밝혔다. 이번 연구 내용은 2024년 4월 1일자 과학저널 '언드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(46)] 머리카락만큼 얇고 소리 75% 차단하는 '방음 커튼'
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[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?
- 행성을 연구하는 콜로라도대학 볼더 캠퍼스(University of Colorado Boulder)의 과학자들이 뜨겁고 사람이 살 수 없는 지구의 이웃 금성이 건조해진 이유를 밝혀 냈다고 PHYS가 보도했다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 행성 대기의 수소 원자가 ‘해리성 재결합(dissociative recombination)’이라고 알려진 화학반응을 통해 우주로 수분을 날려버렸다는 사실을 발견했다. 이로 인해 금성은 과거의 추정치에 비해 매일 약 두 배의 물을 잃게 됐다고 한다. ‘해리’는 전자의 충돌에 의해 분자가 작게 분해되는 현상이며 해리성 재결합은 그 역작용을 말한다. 이번 연구 결과로 은하계 전역의 수많은 행성에서 물이 어떤 현상을 일으키는지 설명할 수 있다는 평가다. 이 연구 결과는 최신 '네이처' 저널에 발표됐다. 지구상의 모든 물을 토스트에 잼을 바르듯 지구 전체에 뿌리면 약 3km 깊이의 물 층이 생긴다. 같은 방식을 금성에 적용하면 금성은 발가락이 젖을 정도인 3cm 정도가 된다. 연구팀원이었던 대기 및 우주 물리학 연구소(LASP) 연구원 마이클 채핀 박사에 따르면 금성은 크기와 질량이 지구와 같지만, 물은 지구보다 10만 배 적다고 한다. 연구팀은 컴퓨터 모델을 사용해 금성을 거대한 화학 실험실로 가정하고 행성의 소용돌이치는 대기에서 발생하는 다양한 반응을 관측했다. 관측에서 금성 대기층에 있는 HCO+(수소, 탄소, 산소 각각의 원자 하나로 구성된 이온)라는 분자가 금성의 물 상실의 원인일 수 있다는 결과가 나왔다. 연구팀원인 LASP 에린 캔지 박사는 ”이번 발견을 통해 한때 지구와 거의 동일한 것으로 보였던 금성이 오늘날 이처럼 마른 이유에 대한 새로운 힌트를 제시했다“고 말했다. 캔지는 금성이 과거에도 사막이었던 것은 아니라고 지적했다. 과학자들은 수십억 년 전 금성이 형성될 때 금성에도 지구만큼 많은 물이 있었을 것으로 추정하고 있다. 그러나 어느 순간 재앙이 닥쳤다. 금성 대기의 이산화탄소 구름은 태양계에서 가장 강력한 온실효과를 일으켰고, 결국 표면 온도를 섭씨 480도까지 올렸다. 그 과정에서 금성의 모든 물은 증발했고 대부분 우주로 날아갔다. 그러나 당시의 증발은 금성이 오늘날처럼 완전히 건조한 이유나 계속해서 우주로 물을 상실하는 이유는 설명해 주지 못한다. 물병에 담긴 물을 버려도 여전히 일부 물기는 남아 있는데, 금성의 경우 지금은 남은 물방울도 거의 모두 사라졌다. 새로운 연구에 따르면 그 범인은 바로 HCO+라는 것이다. 연구팀은 금성의 상층 대기에서 물이 이산화탄소와 혼합되어 HCO+ 분자를 형성한다고 설명했다. 이전 연구에서도 연구원들은 HCO+가 화성이 많은 양의 물을 잃는 원인일 수 있다고 발표한 바 있다. 금성에서 HCO+는 대기에서 지속적으로 생성되지만, 오랫동안 잔존하지 못한다. 대기 중의 전자는 이러한 HCO+ 이온을 찾아 재결합하여 원자들을 분리한다. 그 과정에서 수소 원자는 우주로 빠르게 빠져나갈 가능성이 높아진다. 즉, 금성에서 물의 두 가지 구성 요소인 수소와 산소 중 하나인 수소를 빼앗아 가는 것이다. 물이 줄어들 수밖에 없는 상황이다. 연구팀은 금성의 건조 상태를 확실하게 설명할 수 있는 유일한 방법은 금성이 대기에 예상보다 많은 양의 HCO+를 보유하고 있는지의 여부라고 판단한다. 아직 금성 주변에서 HCO+의 양을 관측한 사례는 없다. 이번 연구 결과가 사실임이 증명되려면 HCO+가 실제로 금성 대기에서 가장 풍부한 이온이라는 것을 증명하는 것이라고 채핀은 말했다. 화성으로 향했던 우주 미션은 또 다른 변화를 맞이하고 있다. 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 우주 프로젝트가 금성을 목표로 하고 있다. 나사(NASA)가 계획한 비활성 가스, 화학 및 이미징에 대한 금성 대기 조사(다빈치, DAVINCI) 임무는 탐사선을 금성의 대기를 통해 금성 표면에 착륙시키는 것이다. 캔지는 "금성에 대한 프로젝트는 많지 않았지만 새로 계획된 임무들은 수십 년의 경험을 활용해 극한의 행성 대기, 진화 및 생명체 거주 가능성을 탐구할 것”이라고 기대했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?
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LG전자 로봇·메타버스 AI 기술, 국제 학회서 최상위 논문 선정
- LG전자의 논문이 세계적으로 권위 있는 인공지능(AI) 학술대회인 '표현 학습 국제 학회(ICLR) 2024'에서 최상위 논문으로 선정됐다. 30일 LG전자에 따르면 이 논문은 '공간 인식률을 향상시킨 AI 기술'에 대해 다루며, 전체 제출된 논문 중 상위 1% 안에 들어 구두 발표 대상으로 선택됐다. 오는 5월 7일부터 11일까지 오스트리아 빈에서 열리는 ICLR은 구글 스칼라가 발표하는 엔지니어링 및 컴퓨터 과학 분야에서 전 세계적으로 세 번째로 큰 AI 학술대회로, 매년 선정된다. 이 대회는 논문 채택률이 25%에 불과할 만큼 치열한 경쟁을 보여준다. LG전자의 해당 논문은 AI로 두 이미지 간의 유사성과 차이점을 분석하고 이미지에서 물체의 위치와 형태를 파악하고 예측하는 기술을 설명한다. 특히 이 기술은 로봇 분야에서 공간 인식률을 높이는 것으로 중요하며, 사람이나 동물이 움직임에 따라 위치가 변하거나 조명 변화에도 불구하고 로봇이 정확히 위치를 인식하고 이동할 수 있는 지도를 생성하는 데 중점을 두고 있다. 또한 LG전자가 메타버스의 핵심 기술을 주제로 한 '2D 이미지 기반 3D 공간 재현 기술' 논문은 상위 5% 이내에 선정됐다. 이 논문은 AI가 2D 이미지에서 벽, 천장, 기둥과 같은 실내 구조물 전체를 학습해, 가구나 가전제품과 같은 개별 물체의 세부적인 형태까지 학습하는 방식을 다룬다. 이 기술은 복잡한 공간과 물체의 표면 디테일을 3D 가상 공간으로 재현한다. 이 기술은 스마트팩토리의 '디지털 트윈' 개발이나 메타버스 환경 구축에 활용될 수 있으며, 실제 공간을 정밀하게 재현한 가상 공간에서의 스마트홈 서비스 구현도 가능하다. 김병훈 LG전자 최고기술책임자(CTO) 부사장은 "LG전자의 세계적인 AI 기술을 제품과 서비스에 적용하여 실생활부터 미래의 가상 공간에 이르기까지 다양한 영역에서 고객의 삶을 편리하고 즐겁게 변화시킬 것"이라고 밝혔다. LG전자는 학술대회 기간 글로벌 AI 우수 인재 확보에도 나선다. 행사에 참가한 석·박사 학생들을 대상으로 LG전자 최신 AI 기술 현황을 공유하고 채용 상담 등을 진행한다. LG전자는 이번 학술대회 기간 동안 글로벌 AI 인재를 확보하기 위해 노력할 예정이다. 석사 및 박사 학생들을 대상으로 최신 AI 기술을 소개하고 채용 상담을 진행할 계획이다.
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LG전자 로봇·메타버스 AI 기술, 국제 학회서 최상위 논문 선정
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줄자 다리를 사용해 빠르게 기어오르는 등산 로봇 등장
- 줄자 다리를 이용해 스마트하고 독특한 방법으로 금속 구조물을 올라갈 수 있는 새로운 바퀴 달린 로봇이 등장해 주목된다고 온라인 매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 로봇은 줄자로 거리를 측정해 길이를 늘리거나 줄이면서 이동할 수 있는 팔다리로 만들어졌다. 기능이 개선되면 타워, 다리, 발전소, 선박과 같은 구조물이나 제품을 검사하거나 수리하는 용도로 발전할 가능성이 농후하다는 진단이다. 수직으로 곧추선 금속 표면 위로 오르내릴 수 있는 로봇은 다수 등장했지만, 이들 대부분은 진공 시스템과 바퀴의 조합, 또는 자석 발을 가진 다리들을 사용한다. 그러나 이 로봇들은 느리게 움직이고 기계적으로 복잡하며 상대적으로 작은 장애물들을 통과하지 못한다는 단점이 있었다. 이런 단점을 개선해 새로 선보인 로봇은 EEWOC(Extended-reach Enhanced Wheeled Orb for Climbing), 즉 기어오르는 확장 가능한 바퀴 구조로 설계됐다. 팔다리에 줄자가 들어가 늘이거나 줄일 수 있는 것. 로봇 프로토타입은 UCLA 로봇 공학 및 메커니즘 연구소(RoMeLa)의 저스틴 콴, 밍장 주, 데니스 홍 연구팀이 개발, 국제 디자인 엔지니어링 기술 컨퍼런스에서 발표됐다. 로봇은 땅이나 금속 등 수평 표면에 있을 때는 두 개의 바퀴로 굴러간다. 그러나 가파른 경사면을 오르게 되면 EEWOC는 EEMMa(이동 및 조작을 위한 탄력적 확장 메커니즘)로 개발된 팔다리를 수직으로 뻗는다. 이 장치는 로봇의 몸 안에 전동 스풀이 탑재된 줄자 구조다. 줄자는 로봇의 외부로 뻗어나가 거꾸로 된 U자 모양을 만들고, 다시 아래로 내려가 로봇의 꼭대기에 고정된다. 그리고 이동하고자 하는 곳에 전자석이 장착된 도구(엔드 이펙터)를 보내 고정시키고 줄자를 당겨 이동하게 된다. 작동 원리는 어렵지 않다. 상상하자면 세계적으로 흥행한 영화 ‘인디애나 존스’에서 존스 박사가 채찍을 던져 끝을 고정시키고 타잔처럼 이동하는 모습과 유사하다. EEMMMa 장치는 줄자를 늘리면서 시작한다. 그러면 줄자가 늘어나 사지가 길어지고(최대 1.2m 길이), 자석이 달린 엔드 이펙터는 역 U자 상단에 위치해 부착된다. 로봇은 줄자를 다시 스풀에 감으면서 본체를 이동한다. 이 같은 작업을 반복 수행해 경사진 어떤 방향이든 줄자 최대 거리 이내에서 표면 또는 공간 이동이 가능하다. 엔드 이펙터에는 브레이크가 포함돼 있어 로봇 본체의 이동을 조정할 수 있도록 해 원하는 이동 목표 지점에 대한 접근성을 높였다. 구형으로 만들어진 로봇의 지름은 260mm이고, 무게는 2.1kg에 불과하다. 로봇은 또한 초당 0.24m의 최대 등반 속도를 낸다. 이는 지금까지 만들어진 로봇 가운데 가장 빠른 등반 로봇 중 하나다. 연구팀은 다양한 방향으로 이동할 수 있는 발전된 EEMMMa 장치를 로봇에 적용할 방침이다. 그렇게 되면 전후좌우 가리지 않고 이동하는 것이 가능하다고. 연구팀은 나아가 나무나 콘크리트 벽과 같은 표면에서도 이동할 수 있는 비자성 EEMMMa 개발도 구상하고 있다.
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줄자 다리를 사용해 빠르게 기어오르는 등산 로봇 등장
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[신소재 신기술(37)] 레이저로 구동되는 초고속 잠수함 개발
- 중국 하얼빈 공업대학 연구팀은 레이저를 사용해 잠수함을 제트 엔진과 거의 동등한 속력으로 추진하는 기술을 개발 중이라고 주장했다. 하얼빈은 중국 최초의 실험 잠수함 개발 지역이다. 홍콩 매체 사우스 차이나 모닝 포스트(SCMP) 보도에 따르면, 하얼빈 공대 연구팀은 중국의 군사력이 이 획기적인 기술 개발에 임박했다고 밝혔다. 레이저 추진 잠수함 기술의 핵심 원리는 독창적이다. 레이저가 수중에서 플라즈마를 생성해 소위 '폭발 파(detonation wave)'를 만들어 잠수함을 앞으로 나아가게 하는 아이디어가 이 기술의 핵심이다. SCMP에 따르면 일본 연구팀은 20년 전 처음으로 이러한 레이저 추진 방식을 제안했다. 이후 중국에서는 과학자들이 최소 10년 이상 이 기술을 실용화하기 위해 노력해 왔다. 지금까지 레이저 추진 기술의 시도는 대부분 실패했다. 과학자들은 잠수함을 특정 방향으로 밀 수 있는 레이저 출력 실현이 거의 불가능하다는 것을 알게됐다. 하지만 하얼빈 공대 연구팀은 이제 해답을 찾았다고 말했다. SCMP는 이 기술을 사용하는 잠수함은 레이저 출력을 방출하는 아주 얇은 광섬유(머리카락 한 가닥보다 얇은 광섬유)로 코팅되어 있다고 전했다. 연구팀은 중국 광학회에서 발간하는 영문 학술지 '중국 광학학보(Acta Optica Sinica)'의 최근 논문에서 이같이 밝혔다. 연구팀은 코팅 광섬유를 사용하면 단 2메가와트의 레이저 출력만으로 상업용 제트 엔진보다 약간 적은 수치인 최대 7만 뉴턴의 추력을 생성할 수 있다고 주장했다. 추진력 제공 외에도 지향성 레이저 에너지는 수중 투사체 표면을 기포로 덮어 속도를 높이는 '슈퍼 캐비테이션(supercavitation, 고속으로 움직이는 물체 주변에 형성되는 기포로 가득찬 공간)' 현상을 유발할 수 있다. 이론적으로 이를 통해 잠수함은 음속보다 빠르게 이동하고 소나(음파탐지기·SONAR)에 감지되지 않게 할 수 있다. 기계 동력이 없기 때문에 기계적인 소음 진동도 발생하지 않기 때문이다. 소나(SONAR)는 'Sound Navigation And Ranging'의 약자로, 음파탐지기, 음향탐지기 혹은 음탐기라고도 불리며, 음파를 이용해 수중 목표의 방위와 거리를 측정하는 장비이다. 이 소식은 미국이 새로운 수중 무기 기술 연구에 막대한 투자를 하고 있는 중국에게 잠수함 군비 경쟁에서 밀릴 것을 우려하고 있다는 지난해 보도 이후 나온 것이다. 레이저 추진 잠수함이라는 개념은 SF 영화를 떠올리게 하지만, 이러한 기술의 군사적 활용은 주목할 만한 가치가 있다. 퓨처리즘은 이러한 이론적 발전 소식은 미국이 잠수함 개발 경쟁에서 중국에 뒤쳐질 수 있다는 우려를 낳고 있다고 전했다. 중국은 최근 새로운 수중 무기 기술 연구에 많은 투자를 하고 있다. 논문의 프로젝트 리더인 게 양(Ge Yang)은 SCMP가 인용한 논문에서 "이 방법은 수중 무기에도 적용할 수 있으며, 슈퍼 캐비테이션 현상을 일으켜 수중 투사체, 수중 미사일 또는 어뢰의 수중 사거리를 크게 향상시킬 수 있다"고 밝혔다.
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[신소재 신기술(37)] 레이저로 구동되는 초고속 잠수함 개발
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