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[핫 이슈] 혹등고래, 인간과 유사한 방식으로 울음소리 학습
- 혹등고래가 인간이 언어를 배우는 것과 유사한 방식으로 노래(울음소리)를 배우는 것으로 밝혀졌다. 인류 언어는 다양한 형태를 띠지만, 보편적인 패턴을 따른다. 이러한 패턴은 문법과 통사보다 더 깊은 곳에 자리 잡고 있으며, 특정 단어의 사용 빈도와 단어 길이를 예측하는 통계 법칙에 뿌리를 두고 있다. 언어를 배우고 사용하기 쉽게 만드는 일종의 안전 장치로 볼 수 있다. 이스라엘의 예루살렘 히브리대학교와 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 공동 연구팀은 고래의 울음소리에서도 이와 유사한 패턴을 발견했다. 이번 주 발표된 두 편의 새로운 연구는 인간과 고래가 먼 진화적 거리를 두고 있음에도 불구하고 소리를 통한 의사소통 문제에 대해 유사한 해결책을 찾아냈음을 보여준다. 해당 논문에 대해서는 사이언티픽 아메리칸, 뉴욕타임스, 더 타임스 등에서 심도 깊게 다루었다. 히브리대학교 심리학 교수이자 연구 논문의 공동 저자인 인발 아르논은 "이는 인간 언어를 다른 의사소통 체계와 완전히 다른 현상으로 생각할 것이 아니라, 공통점을 중심으로 사고해야 한다는 관점을 강화한다"고 말했다. 아르논 교수 팀은 남태평양 뉴칼레도니아에서 8년간 녹음된 혹등고래 노래를 분석한 결과, 인간 언어의 특징인 '지프(Zipf)의 빈도 법칙'을 따르는 것을 발견했다. 지프의 법칙은 단어 사용 빈도에 관한 수학적 법칙으로, 미국 언어학자인 조지 킹즐리 지프(George Kingsley Zipf, 1902~1950)이 제시한 것이다. 즉 가장 많이 사용하는 단어는 두 번째로 많이 쓰는 단어보다 두 배, 세 번째로 많이 쓰는 단어보다 세 배 더 많이 나타나는 식으로 빈도가 감소하는 현상이 지프의 법칙이다. 연구팀은 녹음 분석에 앞서 울음, 비명, 신음 등 다소 기이한 소리들의 연속에서 단어(의미는 없지만)와 유사한 부분을 식별해야 했다. 이는 마치 갓난아기가 겪는 어려움과 유사했다. 아르논 교수는 "인간 아기는 지속적인 음향 신호를 받으면 단어가 어디에 있는지 파악해야 한다"고 설명했다. 아기의 전략은 간단하다. 어른의 말에서 예상치 못한 소리 조합을 듣는 것이다. 그러한 조합을 발견할 때마다 단어 사이의 경계를 찾았을 가능성이 큰다. 이는 흔하지 않은 전환이 단어 내에서 발생할 가능성이 작기 때문이다. 놀랍게도 혹등고래는 아기가 말을 배우는 것과 동일한 방식을 사용하는 것으로 보인다. 연구진이 인간 아기와 마찬가지로 '전이 확률'을 기준으로 고래 노래를 분절했을 때, 지프의 빈도 법칙에 정확히 들어맞았다. 반면, 1,000개의 임의로 뒤섞인 데이터 요소는 일치하는 부분이 전혀 없어, 전이 확률 결과가 우연의 산물이 아님을 강력히 시사했다. 해당 연구 결과는 과학 저널 '사이언스'에 6일(현지시간) 게재됐다. 논문 공동 저자인 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 고래 노래 전문가 엘렌 갈랜드는 "우리 모두 어안이 벙벙했다. 이러한 동일한 구조를 발견할 가능성이 있었지만, 실제로 발견할 것이라고는 생각하지 못했다"고 말했다. "고래, 인간 의사 소통의 핵심 요소 공유" 약 1억 년 전 살았던 땃쥐와 비슷한 공통 조상을 가진 고래와 인간에게서 동일한 의사소통 행동이 독립적으로 진화한 이유는 무엇일까? 지프의 빈도 법칙에 따른 단어 분포는 아기가 언어를 파악하는 데 도움이 되는 것으로 보인다. 에든버러 대학교의 인지 과학자 사이먼 커비는 "입력된 내용이 그러한 방식으로 구성되어 있으면 더 잘 배울 수 있다"고 말한다. 다시 말해, 언어의 구조는 주로 세대 간에 전달되는 방식의 결과이다. 연구진은 지프의 빈도 법칙이 인간뿐만 아니라 순차적인 음성 신호가 문화적으로 학습되는(개인 간에 전송되는) 다른 모든 곳에서도 나타날 수 있다고 추론했다. 커비는 그러한 집단에 "노래하는 새, 박쥐, 인간 외 영장류, 코끼리, 물범, 돌고래, 고래를 포함하는 이상하고 다소 잡다한 종들"이 포함된다고 말한다. 개에서 개구리, 물고기에 이르기까지 다른 모든 동물들은 유전적으로 프로그램된 신호를 통해 의사소통하는 것으로 여겨진다는 것이다. 고래 울음소리의 두 가지 추가적 특징 발견 지난 5일 '사이언스 어드밴시스'에 발표된 별도의 논문에서 미국 뉴욕에 있는 스토니브룩 대학교의 박사후 연구원 메이슨 영블러드는 고래 울음소리에서 두 가지 추가적인 특징의 증거를 발견했다. 하나는 '간결성 법칙'으로, 인간 언어에 적용될 때 더 흔한 단어일수록 더 짧아지는 경향이 있고, 그 반대도 마찬가지라는 것을 나타낸다. 다른 하나는 '멘제라스 법칙'으로, 문장과 같은 언어 구성물이 길수록 구성 요소(예: 문장의 절)는 더 짧아진다는 것을 의미한다. 두 패턴 모두 혹등고래 노래에서 특히 강하게 나타났으며, 다른 다양한 종에서도 나타났다. 이러한 법칙들은 모두 효율성에 관한 것이다. 영블러드는 동물들이 "최소한의 시간과 에너지로 최대한 많은 정보를 전달하는 방법"을 설명한다고 말했다. 연구팀, 지나친 해석 경계 인간 언어와의 비교가 유혹적일 수 있지만, 연구진은 이러한 유사점을 지나치게 해석하는 것을 경계한다. 갈랜드는 "고래 노래는 언어가 아니다"라고 단호하게 선을 그으며, 대부분의 전문가들이 고래의 '단어'가 의미를 전달하지 않는다는 데 동의한다고 언급했다. (음악도 마찬가지다. 하지만 지프의 빈도 법칙은 거기에도 나타난다.) 혹등고래의 노래와 인간 언어의 유사점에 관해서는 놀라울 정도이다. 두 연구에 모두 참여하지 않은 세인트 앤드루스 대학교의 생물학자 루크 렌델은 이러한 발견이 "진화가 특정 유형의 학습에 수렴하거나 제약될 수 있다는 것에 대해 다소 심오한 것을 우리에게 말해주는 것일 수 있다"고 했다. 즉, 모든 종에서 복잡한 의사소통의 가능성 범위를 알려줄 수 있다는 것이다. 마찬가지로 커비는 지프의 빈도 법칙(그리고 아마도 다른 언어 법칙들)이 "문화적으로 진화한 시스템의 일종의 지문"일 수 있으며, 동물이 문화적 학습의 문턱을 넘은 곳이라면 어디든지 존재할 수 있다고 제안했다. 그는 "인지 시스템 조직의 매우 기본적인 특징일 가능성이 크다"고 덧붙였다.
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[핫 이슈] 혹등고래, 인간과 유사한 방식으로 울음소리 학습
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[퓨처 Eyes(70)] 두 아빠 쥐의 탄생⋯생명 과학의 새 지평 열다
- 2025년 새해 벽두 과학계는 '두 아빠 사이에서 태어난 쥐'라는 놀라운 소식을 접하며 경탄을 금치 못했다. 한때 공상 과학 소설 속 장면으로 여겨졌던 일이 현실로 성큼 다가온 것이다. 이 획기적인 연구는 베이징에 있는 중국과학원의 리 지쿤(Zhi-Kun Li) 박사와 그의 연구팀에 의해 주도됐으며 과학전문 매체 사이언스얼럿과 MIT 테크놀로지 리뷰(MIT Technology) 등에 의해 상세히 보도됐다. 두 매체의 보도에 따르면 이 연구는 정밀한 줄기세포 공학 기술과 크리스퍼(CRISPER) 유전자 편집 기술을 통해 생물학적 엄마 없이 두 아빠를 가진 쥐를 탄생시키고, 성체로 성장시키는데 성공했다. 크리스퍼 유전자 편집 기술은 DNA를 자르고 붙이는 기술로, 특정 유전자를 수정하는 데 사용된다. 과거 유사한 시도들이 번번이 실패로 끝난 것을 감안하면, 이번 성과는 그 의미가 남다르다. 이전 연구자들은 수컷 줄기세포로부터 난자를 생성하는 데 어려움을 겪었고, 설령 성공하더라도 모성 유전 물질의 부재로 인해 새끼들이 심각한 발달 장애를 겪거나 끝내 생존하지 못했다. 하지만 리 지쿤 박사 팀은 '각인'된 유전자를 표적화하는 새로운 접근 방식을 통해 이러한 문제들을 말끔히 해결했다. 각인(Imprinting)이란 특정 유전자가 어느 부모에게서 왔는지에 따라 다르게 발현되는 현상을 말한다. 리 박사 팀은 배아 발달에 핵심적인 것으로 알려진 20개의 각인 유전자를 CRISPR 기술로 정교하게 편집하여 두 아빠를 둔 쥐의 탄생을 현실로 만들었다. 각인 유전자는 부모 중 누구에게서 왔는지에 따라 발현 여부가 결정되는 유전자를 말한다. 사이언스 얼럿은 이 연구가 "줄기세포 및 재생 의학 연구의 여러 가지 제한점을 해결하는 데 도움이 될 것"이라는 중국과학원 웨이 리(Wei Li) 연구원의 말을 인용하며, 이 연구의 중요성을 재차 강조했다. 난관 극복, 새로운 가능성 제시 두 아빠 쥐의 탄생 과정이 순탄하지만은 않았다. 이번 연구는 아빠가 둘인 생쥐를 만들려는 이전 연구를 바탕으로 했다. 1980년대 영국 과학자들은 정자 세포의 DNA가 포함된 핵을 수정란 세포에 주입하려는 시도를 했다. 그 결과 배아는 난자의 세포질에 두 수컷의 DNA와 암컷의 소량의 DNA를 가지고 있었다. 그러나 이 배아를 대리모 쥐의 자궁으로 이식했을 때 어느 배아도 건강하게 태어나지 않았다. MIT 테크놀로지 리뷰는 이는 부계와 모계 유전체에서 모두 각인된 유전자가 발달에 필요하기 때문인 것으로 보인다고 짚었다. 리 박사 팀은 유전자 편집을 이용해 각인된 유전자를 완전히 제거하는 다른 접근 방식을 취했다. 약 200개의 쥐 유전자가 각인되어 있지만 연구팀은 배아 발달에 중요한 것으로 알려진 20개의 유전자에 초점을 맞춘 것. 팀은 실험실에서 줄기 세포를 수집하기 위해 정자 DNA로 세포를 배양했다. 그런 다음 CRISPR를 사용하여 표적으로 삼은 20개의 각인된 유전자를 파괴했다. 유전자 편집된 세포는 다른 정자 세포와 함께 핵이 제거된 난자 세포에 주입됐다. 그 결과 두 마리 수컷 쥐의 DNA가 있는 배아 세포가 탄생했다. 이 세포는 태반을 만드는 데 필요한 세포를 제공하는 연구에 사용되는 일종의 '배아 껍질'에 주입됐다. 그 결과 생성된 배아는 암컷 쥐의 자궁으로 이식됐다. 일부 배아는 살아 있는 새끼로 발달했고, 심지어 성체가 될 때까지 살아 남았다. 연구팀은 더 나아가 두 아빠 쥐를 만드는 두 번째 접근 방식을 발견했다. 이는 일본 오사카 대학의 카츠히코 하야시(Katsujiko Hayashi) 팀의 연구를 바탕으로 했다. 이 팀은 몇년 전 수컷 쥐의 꼬리에서 세포를 채취해 미성숙 난자로 만드는 방법을 발견했다. 이 난자는 정자와 수정돼 양부계 배아를 만들 수 있었다. 하야시는 그 배아는 번식 능력을 가져, 성체가 자신의 자손을 가질 수 있다고 말했다. MIT 테크놀로지 리뷰에 따르면, 중국과학원 연구팀은 164개의 유전자 편집된 배아를 이식했지만, 살아있는 새끼는 고작 7마리밖에 태어나지 않았다. 게다가 태어난 새끼들도 정상적인 쥐보다 크게 자라거나 장기가 비대해지는 등 몇 가지 문제점을 드러냈다. 수명도 일반 쥐보다 짧았고, 불임이라는 문제도 안고 있었다. 이러한 결과는 여전히 해결해야 할 과제가 산적해 있음을 보여준다. 리 지쿤 박사 역시 "각인 유전자에 대한 추가적인 수정은 생존 가능한 배우자를 생산할 수 있는 건강한 두 아빠 쥐의 생성을 촉진하고 각인 관련 질병에 대한 새로운 치료 전략으로 이어질 수 있다"고 말하며, 앞으로 연구가 더 필요함을 시사했다. 그럼에도 불구하고 두 아빠를 둔 쥐의 탄생은 생명 과학 연구에 지대한 의미를 갖는다. 펜실베이니아 대학의 발달 생물학자 코타로 사사키(Kotaro Sasaki)는 "흥미로운 연구"라며, 리 박사 팀이 "일련의 각인 결함을 피할 수 있었을 뿐만 아니라, 두 수컷의 DNA를 사용하여 쥐를 만드는 두 번째 방법을 발견했다"는 점을 높이 평가했다. 이 연구 결과는 학술지 '셀 스템 셀(Cell Stem Cell)'에 게재됐다. 각인 현상에 대한 새로운 통찰력 두 아빠 쥐 연구는 각인 현상에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있다는 점에서 더욱 주목받고 있다. 이전 연구에서는 두 엄마 쥐가 더 작고 오래 사는 것으로 밝혀진 반면, 이번 연구에서는 두 아빠 쥐가 과도하게 성장하고 더 빨리 죽는다는 사실이 새롭게 밝혀졌다. 코타로 사사키는 "아마도 부계 각인된 유전자는 성장을 지원하고 모계 유전자는 성장을 제한하며, 동물이 건강한 크기에 도달하려면 둘 다 필요할 것"이라고 추측했다. 물론, 이 연구 결과를 인간에게 적용하기까지에는 넘어야 할 산이 많다. 리 지쿤 박사는 "인간의 20개 각인된 유전자를 편집하는 것은 용납할 수 없으며, 건강하거나 생존 가능하지 않은 개체를 생산하는 것은 단순히 선택 사항이 아니다"라고 분명히 선을 그었다. 코타로 사사키 역시 "연구팀이 사용한 많은 실험실 기술 절차가 인간 세포에는 확립되지 않았고, 인간 유전자를 제거하면 예측할 수 없는 건강상의 결과를 초래할 수 있다"며 인간에게 적용하는 데에는 많은 어려움이 있을 것이라고 지적했다. 생명 과학의 새로운 지평 두 아빠를 둔 쥐의 탄생은 생명 과학 연구의 새로운 장을 열었으며, 앞으로 각인 현상과 유전 질환에 대한 이해를 넓히는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 비록 인간에게 직접 적용하기에는 아직 많은 과제가 남아 있지만, 이 연구가 제시하는 가능성은 무궁무진하며, 미래 생명 과학 발전에 중요한 토대가 될 것이다. 두 아빠 쥐의 탄생은 분명 획기적인 사건이지만, 아직 넘어야 할 산이 많다. 특히 인간에게 적용하기 위해서는 윤리적인 문제와 기술적인 난관을 극복해야 한다. 하지만 이 연구가 각인 현상에 대한 새로운 통찰력을 제공하고, 유전 질환 치료에 새로운 가능성을 제시했다는 점은 높이 평가할 만하다. 전문가들은 앞으로 두 아빠 사이에서 태어난 쥐 연구가 생명 과학 발전에 어떤 영향을 미칠지 주목할 필요가 있다고 지적한다.
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[퓨처 Eyes(70)] 두 아빠 쥐의 탄생⋯생명 과학의 새 지평 열다
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미래 반도체, 해법은 '지능형 소재'
- 인공지능(AI) 기술의 발전과 함께 데이터 사용량이 폭발적으로 증가하면서 반도체 산업은 새로운 도전에 직면했다. 기존 반도체 칩으로는 감당할 수 없는 수준의 데이터 처리 능력과 컴퓨팅 파워가 요구되면서, 반도체 업계는 '지능형 소재' 개발에 사활을 걸고 있다. 윌리엄 G. 웡은 일렉트로닉 디자인에 기고한 글에서 "AI의 영향으로 데이터와 컴퓨팅 성능에 대한 전례 없는 수요가 역량을 초과하고 있다"고 진단하며, "더 나은 칩과 원자 수준의 새로운 혁신 없이는 다음 단계의 발전이 이루어지지 않을 것"이라고 강조했다. 이러한 시대적 요구에 대응하기 위해 반도체 업계는 '재료 지능'에 주목하고 있다. '재료 지능'은 단순히 새로운 소재를 개발하는 것을 넘어, 원자 및 분자 수준에서 재료의 특성을 분석하고 디지털 기술을 융합하여 재료의 성능과 제조 공정을 최적화하는 것을 의미한다. 기존의 재료 개발 방식은 과학자들이 직접 재료를 합성하고 특성을 분석하는 데 오랜 시간과 노력이 소요되었다. 하지만 '재료 지능'은 AI와 머신러닝을 활용하여 재료 개발 과정을 혁신적으로 단축시킨다. AI는 방대한 데이터를 분석하여 재료의 특성을 예측하고 최적의 조합을 찾아내는 데 도움을 주며, 머신러닝은 실험 결과를 바탕으로 재료 모델을 고도화하여 더욱 정확한 예측을 가능하게 한다. 반도체 재료 공급업체인 EMD 일렉트로닉스의 가네쉬 파나만 사장은 "이제 우리는 AI와 머신러닝을 활용하여 더 높은 효율성을 위해 더 스마트한 재료를 식별하고 최적화할 수 있다"며, "AI 솔루션은 더 많은 전력과 스토리지를 필요로 하므로 칩을 더 작고, 더 빠르고, 더 강력하게 만드는 과제를 안게 된다"고 말했다. 반도체 업계는 이러한 과제를 해결하기 위해 AI, 머신러닝, 데이터 분석 등의 첨단 기술을 적극적으로 도입하고 있다. AI 알고리즘을 통해 재료의 특성을 예측하고 최적의 구성을 파악하는 것은 물론, 원자층 증착(ALD) 및 원자층 식각(ALE) 기술을 통해 원자 수준에서 재료의 특성을 정밀하게 제어하는 것이 가능해졌다. EMD 일렉트로닉스는 극자외선(EUV) 리소그래피 혁신, 최첨단 포토레지스트 및 패터닝 솔루션 개발, 3D NAND 및 실리콘 비아를 통한 후면 전력 공급과 같은 수직 적층 기술 등 다양한 혁신 기술을 통해 반도체 소형화 및 성능 향상을 이끌고 있다. 전문가들은 미래 반도체 산업이 '혁신의 가속화, 분산, 그리고 협력'이라는 특징을 가질 것으로 예측한다. 기술 혁신은 특정 분야에 국한되지 않고 산업 전반에 걸쳐 다양하게 일어날 것이며, 이러한 혁신을 극대화하기 위해서는 각 단계별 협력과 효과적인 데이터 교환이 필수적이다. 윌리엄 G. 웡은 "혁신은 더욱 역동적이고 불균등하며 간헐적으로 이루어지며, 개선 사항은 전체 스택에 분산될 것"이라며, "모든 단계의 혁신은 이점을 극대화하기 위해 조정될 것이며, 협력과 효과적인 데이터 교환을 중요한 요소로 강조할 것"이라고 말했다. 2025년 이후 반도체 산업은 AI, 재료 지능, 첨단 기술의 융합을 통해 더욱 빠르게 진화할 것으로 보인다. 이러한 변화 속에서 '협력과 데이터 중심 사고'를 통해 혁신을 이끌어내는 기업만이 미래 반도체 시장에서 성공을 거둘 수 있을 것이다.
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- IT/바이오
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미래 반도체, 해법은 '지능형 소재'
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인체 장기 내 미세 플라스틱 축적 심화, 뇌 조직에서 고농도 검출
- 미세플라스틱이 인체 내 뇌 조직에서 다른 장기보다 더 많이 발견돼 충격을 주고 있다. 미국 뉴멕시코대학 연구진의 최근 연구에 따르면, 인체 내 미세플라스틱 축적이 심화되고 있으며, 특히 뇌 조직에서 높은 농도의 미세플라스틱이 검출돼 우려가 커지고 있다고 과학전문매체 사이언스얼럿과 abc뉴스 등 다수 외신이 4일(현지시간) 보도했다. 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재된 이번 연구는 지난해 수거된 뇌 조직 샘플이 약 10년 전 수거된 유사 샘플보다 훨씬 더 많은 미세플라스틱을 함유하고 있음을 보여준다. 이는 미세한 합성 입자가 시간이 지남에 따라 인체의 주요 기관에 축적된다는 사실을 시사한다. 뉴멕시코대 보건과학자 알렉산더 니하트(Alexander Nihart)와 연구진은 뇌 샘플에서 신장 및 간 샘플보다 더 높은 농도의 미세플라스틱이 검출됐음을 확인했다. 뉴멕시코대 건강과학센터, 오클라호마주립대, 듀크대, 콜롬비아 라 유니버시다드 델 발레엔칼리의 연구원들은 47구의 시체에서 뇌, 간, 신장 샘플을 분석했다. 연구 결과에 따르면 뇌 조직에서 발견된 미세플라스틱의 평균 양은 1g당 4800마이크로 그램이었다. 이는 표준 플라스틱 숟가락 하나와 맞먹는 양이다. 연구에 따르면 사람의 혈류 내에 이 정도의 미세플라스틱이 존재할 경우 어떤 구체적인 건강 위험이 초래될지는 아직 알수 없다고 한다. 1950년부터 2019년까지 약 90억 톤의 플라스틱이 생산되었으며, 이 물질들은 시간이 지나면서 미세한 조각으로 분해돼 전 세계적으로 확산되고 있다. 플라스틱이 작은 조각으로 떨어져나간 미세플라스틱은 크기가 최대 5mm에 달하며, 나노플라스틱은 그보다 더 작은 크기로 10억분의 1미터 단위로 측정한다. 연구진은 논문에서 "인위적으로 생성된 미세플라스틱과 나노플라스틱의 환경 내 농도는 지난 반세기 동안 기하급수적으로 증가했다"고 밝혔다. 연구에 따르면 플라스틱 용기부터 바닥재, 의료기기에 이르기까지 모든 것에서 발견되는 가장 흔한 플라스틱인 폴리에틸렌이 뇌 샘플에서 발견된 미세 플라스틱의 75%를 차지했다. 미세플라스틱, 뇌 보호막도 침투 인체 조직에 축적된 플라스틱 입자의 장기적인 영향과 잠재적 누적 효과는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만, 우려할 만한 연구 결과들이 속속 제시되고 있다. 미발표 연구에서는 태반 내 미세플라스틱이 조산과 연관된 것으로 나타났으며, 쥐를 대상으로 한 연구에서는 미세플라스틱이 뇌 혈관을 막는 데 영향을 미칠 수 있다는 결과도 보고됐다. 또 다른 연구에서는 흔히 사용되는 플라스틱 첨가제 노출이 수백만 건의 사망과 관련이 있다는 사실이 밝혀졌다. 니하트 연구진은 2016년과 2024년 부검을 통해 확보한 52개의 인체 조직 샘플을 분석한 결과, 모든 샘플에서 플라스틱 입자가 검출됐다고 밝혔다. 간과 신장 샘플의 플라스틱 양은 유사했으나, 뇌 샘플에서는 최대 30배 높은 농도의 플라스틱이 발견됐다. 이는 간과 신장이 체내 노폐물을 걸러내고 분해하는 역할을 수행하면서 순환하는 입자와의 접촉이 많아질 수 있다는 점을 고려할 때 뜻밖의 결과다. 특히, 뇌에는 유해 물질을 차단하는 혈액뇌관문이 존재함에도 불구하고 미세플라스틱이 축적된 사실이 확인돼 충격을 주고 있다. 치매 환자 뇌에서 플라스틱 농도 더 높아 연구진은 1997년부터 2013년까지 확보한 초기 뇌 샘플 데이터와 비교한 결과, 시간이 지남에 따라 플라스틱 농도가 증가하는 명확한 추세를 발견했다. 이는 환경 내 미세플라스틱과 나노플라스틱 농도의 급격한 증가가 인체 내에서도 반영되고 있음을 시사한다. 분석된 조직의 플라스틱 농도는 연령, 인종, 사망 원인과 무관했지만, 치매 진단을 받은 사람들의 샘플에서는 그렇지 않은 사람들보다 높은 농도의 플라스틱이 검출됐다. 연구진은 "뇌 조직 위축, 혈액뇌관문 손상, 노폐물 제거 기능 저하는 치매의 주요 특징이며, 이는 미세플라스틱과 나노플라스틱 농도를 증가시킬 수 있다"고 설명했다. 다만, 플라스틱 물질 축적이 건강 악화에 직접적으로 영향을 미치는지는 아직 확실하지 않다고 덧붙였다. 니하트 연구진은 미세플라스틱의 건강 영향을 규명하기 위한 추가 연구가 필요하다는 점을 강조하며, 이에 대한 연구자들의 관심이 더욱 필요하다고 촉구했다. 한편, 플라스틱 생산량은 지속적으로 증가하고 있으며, 인간은 일상적으로 플라스틱 조각을 흡수하고 있다. 영국 엑서터대 글로벌 개발 연구원 아담 하니에(Adam Hanieh)는 "플라스틱은 석유와 가스로부터 추출된 석유화학 제품"이라며, 2040년에는 플라스틱이 석유 수요 증가의 95%를 차지할 것으로 예상된다고 경고했다.
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- ESGC
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인체 장기 내 미세 플라스틱 축적 심화, 뇌 조직에서 고농도 검출
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[우주의 속삭임(96)] 달, 총알 속도 암석 충돌로 그랜드 캐니언 능가하는 협곡 생성
- 달에 있는 두 개의 협곡은 총알처럼 빠른 속도로 이동하는 암석 홍수에 의해 10분도 채 안 되는 시간에 형성된 것으로 밝혀졌다. 달의 두 협곡 모두 미국 애리조나 주에 있는 그랜드 캐니언보다 깊다. 미국 과학자들이 '발리스 슈뢰딩거(Vallis Schrödinger)'와 '발리스 플랑크(Vallis Planck)'로 명명된 이 달 협곡들을 분석한 결과, 이 거대한 계곡들이 각각 길이 270km, 깊이 2.7km, 그리고 길이 280km, 깊이 3.5km에 달한다는 사실을 발견했다고 과학 전문 매체 스페이스닷컴과 사이언스 등 다수 외신이 4일(현지시간) 보도했다. 연구진은 그랜드 캐니언의 길이가 446km이고 최대 깊이가 1.9km인 점을 감안할 때 달 협곡의 규모가 얼마나 큰 지 짐작할 수 있다고 설명했다. 미국 대학 우주 연구 협회 소속 달 및 행성 연구소의 지질학자 데이비드 크링은 스페이스닷컴과의 인터뷰에서 "달의 풍경은 극적"이라며, "달의 남극 지역에는 에베레스트산보다 높은 산과 그랜드 캐니언보다 깊은 협곡이 있다. 미래의 달 표면 탐험가들은 경외감을 느낄 것"이라고 말했다. 이 두 개의 달 협곡은 약 38억 1000만년 전 우주 충돌로 달의 지각에서 파편이 튕겨져 나가면서 생긴 폭 320km의 크레이터인 슈뢰딩거 분지에서 방사형으로 뻗어나가는 많은 계곡 중 두 곳을 말한다. 이 협곡은 약 42억 년에서 43억 년 전에 형성된 달에서 가장 오래된 충돌 크리에이터인 남극-에이킨 분지의 바깥쪽 가장자리에 위치해 있다. 크링을 비롯한 연구팀은 미래의 로봇 유인 달 탐사 임무를 위한 잠재적 착륙 지점을 찾기 위해 슈뢰딩거 분지를 조사했다. 그들은 미 항공우주국(나사·NASA)의 달 정착 궤도선에서 촬영한 사진을 분석해 발리스 슈뢰딩거와 발리스 플랑크가 어떻게 형성되었는지 더 잘 이해하기 위해, 이 이미지를 사용해 슈뢰딩거 분지를 만드는 충돌로 인해 방출된 파편의 방향과 속도를 계산한 달 표면 지도를 작성했다. 과학자들은 암석 파편이 충돌로 인해 시속 3420~4600km의 속도로 튕겨져 나갔을 것으로 추정했다. 참고로 9mm루거 권총의 총알은 시속 약 2200km의 속도로 날아간다. 연구팀은 이 두 협곡을 만드는 데 필요한 에너지가 현재 전 세계 핵무기 비축량의 에너지보다 130배 이상 클 것이라고 추정했다. 크링은 "우리가 설명하는 달 협곡은 암석의 흐름에 의해 생성된 반면, 그랜드 캐니언은 물이 흐르는 강에 의해 생성되었다"며, "암석의 흐름은 물이 흐르는 강보다 훨씬 더 강력했기 때문에 달 협곡은 몇 분 만에 생성되었고 그랜드 캐니언은 수백만 년에 걸쳐 생성됐다"고 설명했다. 충돌이 일어난 각도로 인해 생성된 파편은 슈뢰딩거 분지 주변에 불균등하게 흩어졌으며, 달 남극-에이킨 분지에 더 가까운 지역은 파편이 비교적 덜 덮여 있었다. 크링은 이 고대 지역을 덮고 있는 파편이 적기 때문에 그곳에 착륙하는 우주 비행사들은 "달의 초기 시대의 샘플을 더 쉽게 수집할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 2월 4일 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(96)] 달, 총알 속도 암석 충돌로 그랜드 캐니언 능가하는 협곡 생성
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[우주의 속삭임(95)] 맨틀 속 숨겨진 초대륙, 지구 역동성 비밀 밝히나
- 우리 행성 지구는 겉보기와는 달리 그 내부에서 끊임없이 역동적인 활동이 일어난다. 특히 지구의 얇은 지각과 액체 상태의 외핵 사이에 위치한 맨틀은 지구 전체 부피의 80% 이상을 차지하며, 그 비밀스러운 활동은 오래전부터 과학자들의 호기심을 자극해 왔다. 최근 CNN은 "지구 내부에 숨겨진 2개의 초대륙"에 대한 새로운 연구 결과를 보도하며 맨틀에 대한 우리의 이해를 한 단계 끌어올렸다. 맨틀, 단순한 공간 그 이상 맨틀은 지구 전체 부피의 약 84%를 차지하는 곳으로, 오랫동안 과학자들은 이곳이 '걸쭉한 캐러멜'과 같은 균일한 물질로 이루어져 있다고 믿었다. 하지만 실제 맨틀은 '초콜릿 칩이 박힌 쿠키'처럼 거대한 혼합되지 않은 영역들을 포함하고 있으며, 이 영역들이 지구의 역동성에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀지고 있다. 특히 주목받는 것은 지각 아래 깊숙이 자리 잡은 두 개의 거대한 '초대륙'이다. 하나는 아프리카 대륙 아래에, 다른 하나는 태평양 아래에 숨겨져 있는 이 초대륙들은 맨틀 깊숙한 곳에서 '닻'과 같은 역할을 하며 맨틀 전체의 움직임에 영향을 미칠 것으로 추정된다. 새로운 연구 결과는 이 초대륙들이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 더 오래되었을 가능성을 제시하며, 맨틀이 단순히 잘 섞인 공간이 아님을 보여준다. 이러한 숨겨진 구조들은 판의 움직임을 포함한 맨틀 활동을 조절하며, 이는 우리가 경험하는 지진이나 화산 활동과도 밀접한 관련이 있다. 애리조나 주립 대학의 클레어 리처드슨 박사는 "이러한 발견은 맨틀 대류와 판 구조론, 그리고 결과적으로 우리가 지표면에서 경험하는 지진 및 화산 활동과 같은 현상에 대한 더 나은 이해에 기여할 것"이라고 말하며 이번 연구의 중요성을 강조했다. 지진파를 이용한 심층부 탐사 연구자들은 지진파가 맨틀 내부를 통과하면서 속도나 감쇠(에너지 손실)가 어떻게 변하는지를 분석하여 초대륙의 비밀을 밝혀냈다. 지진파는 맨틀 내부의 밀도, 온도, 구성 물질에 따라 속도가 달라지는데, 초대륙은 주변보다 밀도가 낮고 온도가 높아 지진파의 속도를 느리게 만든다. 또한, 지진파의 감쇠 정도를 통해 맨틀 물질의 나이를 추정할 수 있다. 광물 결정 크기가 작을수록 파동 에너지를 더 많이 흡수하여 감쇠가 크게 일어나는데, 초대륙에서는 감쇠가 적게 일어나는 것으로 보아 주변보다 훨씬 오래된 물질로 이루어져 있음을 알 수 있다. 즉, 초대륙은 주변 맨틀보다 더 단단하고 안정적인 구조라는 의미다. 위트레흐트 대학의 아르웬 데우스 교수는 "우리는 지진파가 느려진다는 것만 알았다"라며 과거 연구의 한계를 지적하며, "이번 연구를 통해 초대륙이 맨틀 대류에 적극적으로 참여하는지, 아니면 단순히 '밀집된 더미'처럼 그 자리에 머물고 있는지에 대한 의문이 풀릴 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 오래된 닻, 판 구조론의 새로운 열쇠 이번 연구 결과는 판 구조론에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿀 수 있다. 초대륙이 맨틀 내부에서 '오래된 닻' 역할을 한다면, 이는 판의 움직임이 단순히 맨틀 대류에 의해 결정되는 것이 아니라 초대륙과 같은 고정된 구조에 의해서도 영향을 받을 수 있다는 것을 의미한다. 탈라베라-소자 박사는 "우리 연구는 LLSVP(큰 저속도 전단 영역)가 오래 지속되는 특징이며, 적어도 5억년 이상, 아마도 더 오래되었을 가능성을 지적한다"라며, "이는 그들이 핵-맨틀 경계의 바닥에서 닻 역할을 하며 맨틀 대류에서 살아남았다는 것을 의미하며, 맨틀이 잘 혼합되지 않았다는 것을 시사한다"라고 말했다. 또한, 초대륙은 지구 화학적 원소의 저장소일 가능성도 제기되고 있다. 특정 화산의 용암에서 발견되는 지구 생성 초기부터 존재했던 화학 원소들이 초대륙에 저장되어 있다가 분출될 수 있다는 것이다. 이는 초대륙이 단순한 암석 덩어리가 아니라 지구 화학 순환에 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 데우스 교수는 "이러한 LLSVP는 오랫동안 그곳에 있었다. 그들이 10억 년 동안 그곳에 있었다면 40억 년 동안 그곳에 있었을 수도 있다. 그들은 이러한 화학적 원시 원소가 위치할 수 있는 숨겨진 저장소일 가능성이 크다. 우리는 지금 그것을 증명할 수는 없지만 지구 화학자들이 이것을 조사할 수 있다"라고 말하며 앞으로의 연구에 대한 기대감을 나타냈다. 미래를 향한 발걸음 맨틀 내부에 숨겨진 초대륙의 발견은 지구의 역동성을 이해하는 데 중요한 발걸음이다. 이번 연구 결과는 맨틀 대류와 판 구조론에 대한 우리의 이해를 넓혀줄 뿐만 아니라, 지진이나 화산 활동과 같은 자연 현상을 예측하고 대비하는 데에도 기여할 수 있을 것이다. 리처드슨 박사는 "이 모델은 많은 지진학자들이 지구 내부의 다른 물리적, 화학적 특성을 이해하는 데 사용하는 측정에 궁극적으로 영향을 미치는 지진 에너지를 약화시키는 지구의 영역을 매핑한다"라며 이번 연구가 지진학 연구에 미칠 영향을 강조했다. 맨틀은 아직 풀리지 않은 수많은 비밀을 간직하고 있다. 하지만 과학자들의 끊임없는 노력과 새로운 기술 개발을 통해 우리는 지구 내부의 미스터리를 하나씩 풀어갈 수 있을 것이다. 해당 연구는 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(95)] 맨틀 속 숨겨진 초대륙, 지구 역동성 비밀 밝히나
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[기후의 역습(115)] 그레이트 배리어 리프, 7번째 '백화 현상'으로 붕괴 위기
- 호주 그레이트 배리어 리프에서 기록적인 해수 온도 상승으로 인해 산호 백화 현상이 심각한 수준에 이르렀다는 연구 결과가 발표됐다. 호주 과학자들로 구성된 연구팀은 지난해 그레이트 배리어 리프 남부 지역에서 발생한 대규모 백화 현상으로 인해 조사 대상 산호의 50% 이상이 폐사했다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 CNN과 가디언 등 주요 외신들이 심도 있게 다루었다. 세계 경제 포럼에 따르면 산호초는 연간 9조 9000억 달러(약 1경 4170조 8600억 원) 규모의 생계 서비스를 제공한다. 종종 자연계의 '수중 도시'로 불리는 산호초는 약 5억년 동안 존재해온 생태계다. 산호초는 전세계적으로 약 10억 명의 사람들의 생계에 필수적이며 세계 경제 산출의 상당 부분을 맡고 있다. 또한 산호초는 해양 생물 다양성의 25% 이상을 보유하고 있다. 현재 전 세계는 네 번째 대규모 백화 현상을 겪고 있으며, 지난 10년 동안 세 번째의 백화 현상을 경험했다 또한 전 세계 산호초의 약 80%가 열 스트레스로 인해 영향을 받고 있다고 세계경제포럼은 짚었다. 2024년, 기록적인 폭염과 엘니뇨 현상으로 산호 백화 심화 2024년, 그레이트 배리어 리프는 기록적인 폭염을 겪으며 해수 온도가 급상승하여 7번째 대규모 백화 현상을 맞았다. 해수 온도 상승은 산호에 스트레스를 유발하여 조직에서 조류를 방출시키고 색을 잃게 만드는 백화 현상을 일으킨다. 이러한 현상의 주요 원인은 지구 온난화를 가속화하는 화석 연료의 사용이며, 엘니뇨 현상 또한 해수 온도를 높여 산호 백화를 심화시켰다. 산호 군락 붕괴 시작 및 질병 감염 확인 시드니 대학교 연구팀은 지난해 2월 초 폭염이 절정에 달했을 때부터 5개월 동안 그레이트 배리어 리프의 원트리 섬에서 462개의 산호 군락을 추적 조사했다. '림놀로지와 해양학 편지(Limnology and Oceanography Letters)'에 발표된 동료 심사 연구에 따르면 5월까지 370개의 산호 군락에서 백화 현상이 나타났고, 7월까지 백화된 산호의 52%가 폐사한 것으로 확인됐다. 일부 산호 종은 95%의 사망률을 보였으며, 연구팀은 죽은 산호 골격이 암초에서 분리되어 잔해로 변하는 '군락 붕괴'가 시작되는 것을 관찰했다. 또한, '고니오포라'라는 산호 종은 산호 조직을 침범하여 죽음에 이르게 하는 '흑색 띠 병'에 감염됐다. 과학자들, 기후 변화 대응 위한 긴급 조치 촉구 연구를 이끈 마리아 번 시드니 대학교 생명환경과학대학 교수는 "이번 연구 결과는 생물 다양성의 보고일 뿐만 아니라 식량 안보와 해안 보호에도 중요한 산호초를 보호하기 위한 긴급 조치의 필요성을 강조한다"고 말했다. 번 교수는 연구 지역이 해안에서 멀리 떨어져 있고 채굴 활동이나 관광으로부터 자유로운 보호 구역임에도 불구하고 심각한 백화 현상을 피할 수 없었다는 점을 지적했다. 이어 "대규모 백화 현상이 2년마다 발생하고 있으며, 이는 기후 목표 달성과 탄소 배출 감축을 위한 긴급한 전 세계적 조치의 필요성을 강조한다"고 덧붙였다. 그레이트 배리어 리프, 잦은 백화 현상으로 심각한 위협에 직면 그레이트 배리어 리프는 약 34만 5000㎢(남한 면적의 약 3.45배)에 달하는 세계 최대의 산호초로, 1500종 이상의 어류와 411종의 경산호가 서식하고 있다. 이는 매년 관광을 통해 호주 경제에 수십억 달러를 기여하며, 호주와 세계의 가장 위대한 자연 wonders 중 하나로 외국인 관광객들에게 홍보되고 있다. 그러나 1998년, 2002년, 2016년, 2017년, 2020년, 2022년에 이어 2024년까지 잦은 백화 현상이 발생하면서 심각한 위협에 직면해 있다. 특히 2022년에는 냉각 효과를 가진 라니냐 현상 기간에도 백화 현상이 발생하여 우려를 더했다. "산호초 보호 위한 즉각적이고 효과적인 관리 개입 필요성" 강조 연구팀은 이번 연구가 생태학과 보존을 넘어 어업, 관광 및 해안 보호를 위해 산호초에 의존하는 지역 사회에도 영향을 미치는 만큼 정책 입안자와 환경 보호 활동가들에게 경종을 울리는 것이라고 강조했다. 아나 빌라 콘세호 시드니 대학교 지구과학대학 교수는 "산호초의 회복력이 전례 없는 시험대에 올랐으며, 기후 변화에 대한 저항력을 높이는 전략을 우선시해야 한다"며 "이러한 생태계를 보호하기 위한 즉각적이고 효과적인 관리 개입이 필요하다"고 강조했다.
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[기후의 역습(115)] 그레이트 배리어 리프, 7번째 '백화 현상'으로 붕괴 위기
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[퓨처 Eyes(68)] 양자 컴퓨터, '슈뢰딩거의 고양이' 품다
- "어제의 꿈은 오늘의 희망이고, 내일의 현실이다." 20세기 초, 양자역학의 태동과 함께 등장한 '슈뢰딩거의 고양이'는 과학자들에게 끊임없는 탐구의 대상이었다. 죽어있는 동시에 살아있는 고양이라니! 이 기묘한 역설 속에 숨겨진 양자 세계의 비밀은 오랫동안 미지의 영역으로 남아있었다. 그러나 이제, 그 베일이 벗겨지려 한다. 호주 뉴사우스웨일스 대학교(UNSW) 연구팀이 안티몬 원자를 이용하여 양자 컴퓨터의 고질적인 문제였던 오류 발생 가능성을 획기적으로 줄이는 기술을 개발했기 때문이다. '슈뢰딩거의 고양이'를 현실 세계로 불러낸 이 연구는 양자 컴퓨터 개발에 있어 중대한 돌파구를 마련했으며, 인류에게 새로운 미래를 선사할 혁신의 씨앗이 될 것으로 기대된다. 지난 14일(현지시간) 네이처 피직스 저널에 게재된 이 연구는 1세기 넘게 과학계를 괴롭혀 온 양자역학의 난제인 '슈뢰딩거의 고양이'의 비밀을 밝히는 동시에, 양자 컴퓨팅의 가장 큰 걸림돌 중 하나였던 오류 수정 문제에 대한 새로운 해결책을 제시했다는 점에서 학계의 비상한 관심을 모으고 있다. 슈뢰딩거의 고양이, 현실이 되다 '슈뢰딩거의 고양이'는 양자역학의 불가사의한 특징을 설명하는 대표적인 사고 실험이다. 상자 속 고양이의 생사가 방사성 원자의 붕괴 여부에 따라 결정되는 이 실험에서, 양자역학적으로 고양이는 관찰되기 전까지 살아있는 상태와 죽은 상태가 중첩된 상태로 존재한다. 양자역학의 원리를 설명하기 위해 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 1935년에 고안한 사고 실험인 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학의 해석이 가진 불완전함을 드러내기 위해 설계됐다. 이 실험의 원리는 다음과 같다. 상상 속의 밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리가 들어 있다. 상자 안에는 방사성 물질과 연결된 독가스 장치가 함께 들어 있다. 방사성 물질은 1시간 내에 50% 확률로 붕괴할 수 있으며, 붕괴가 발생하면 독가스가 방출되어 고양이는 죽는다. 반대로 붕괴가 일어나지 않으면 고양이는 살아남는다. 이 실험의 핵심은 상자를 열기 전까지는 고양이가 살아 있는지, 죽어 있는지 알 수 없다는 점이다. 양자역학에 따르면, 상자를 열어보기 전까지 고양이는 살아 있는 상태와 죽어 있는 상태가 동시에 중첩되어 존재한다. 즉, 고양이는 동시에 살아 있으면서 죽어 있는 것이다. 슈뢰딩거는 이 사고 실험을 통해 양자역학의 '중첩' 개념에 의문을 제기했다. 거시세계에서 우리가 관찰할 수 있는 현실에서는 고양이가 죽었거나 살아 있거나 둘 중 하나의 상태만 존재한다. 중첩된 두 상태가 동시에 존재한다는 양자역학적 해석은 직관적으로 받아들이기 어렵기 때문이다. 연구팀은 안티몬 원자의 핵 스핀을 이용하여 이러한 '슈뢰딩거 고양이' 상태를 실제로 구현했다. 안드레아 모렐로 UNSW 교수는 "누구도 동시에 죽고 사는 상태의 실제 고양이를 본 적은 없지만, 슈뢰딩거의 고양이라는 비유는 큰 차이가 있는 양자 상태의 중첩을 설명하는 데 사용된다"고 설명했다. 안티몬(Sb, 원자번호 51)은 주기율표 15족에 속하는 준금속 원료로, 금속성과 비금속성을 모두 가진 독특한 특성이 있다. 기존 양자 컴퓨터는 '큐비트'라는 양자 정보 단위를 사용한다. 큐비트는 0 또는 1의 두 가지 상태를 갖는데, 외부 환경의 영향으로 쉽게 오류가 발생하는 문제점이 있었다. 하지만 안티몬 원자는 8개의 서로 다른 스핀 방향을 가질 수 있어 큐비트보다 훨씬 더 안정적인 양자 정보 저장 및 처리가 가능하다. 논문의 주 저자인 시 유(Xi Yu)는 "안티몬 원자는 '7개의 목숨'을 가진 슈뢰딩거 고양이와 같다"며 "0에서 1로 상태를 바꾸려면 7번의 연속적인 오류가 발생해야 하므로 양자 정보를 안전하게 보호할 수 있다"고 강조했다. 실리콘, 양자 컴퓨팅의 날개를 달다 연구팀은 안티몬 원자를 실리콘 양자 칩에 내장하여 양자 상태를 정밀하게 제어하는 데 성공했다. 다니엘 홈스 UNSW 박사는 "실리콘 기반 기술은 기존 컴퓨터 칩 제작 방식과 유사하게 확장될 수 있어 양자 컴퓨팅의 실용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 기대했다. 실리콘 기반 기술의 활용은 양자 컴퓨팅의 확장성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 기존 반도체 산업의 인프라를 활용할 수 있다는 점에서 양자 컴퓨터의 대량 생산 및 상용화 가능성을 높일 수 있기 때문이다. 좀 더 자세히 설명하면, 현재 양자 컴퓨터 개발에는 극저온 환경 유지, 복잡한 제어 시스템 구축 등 까다로운 조건들이 필요하다. 하지만 기존 반도체 제조 공정을 활용하면 양자 컴퓨터를 보다 쉽게 제작할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 위에 큐비트를 생성하고 제어하는 기술을 통해 대량 생산이 가능해지고, 이는 곧 양자 컴퓨터의 생산 비용 절감과 상용화 시기를 앞당길 수 있다는 것을 의미한다. 뿐만 아니라 실리콘은 이미 우리 주변의 전자 기기에 널리 사용되는 소재이기 때문에 안정성과 내구성이 검증되었다. 이러한 실리콘의 특징은 양자 컴퓨터의 안정적인 작동과 수명 연장에도 기여할 수 있다. 결과적으로 실리콘 기반 기술은 양자 컴퓨터를 연구실 밖으로 꺼내 우리 생활 속으로 가져올 수 있는 중요한 열쇠가 될 것으로 기대된다. 모렐로 교수는 "이번 연구는 양자 오류 감지 및 수정이라는 양자 컴퓨팅의 '성배'를 향한 중요한 발걸음"이라며 "앞으로 오류 수정 기술을 더욱 발전시켜 실용적인 양자 컴퓨터 개발에 박차를 가할 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 UNSW 시드니, 멜버른 대학교, 샌디아 국립 연구소, NASA 에임스 연구센터, 캘거리 대학교 등 다양한 기관의 국제 협력을 통해 이루어졌다. 모렐로 교수는 이를 "상호 보완적인 전문성을 갖춘 세계적 팀 간의 개방적 국경 협업의 훌륭한 사례"라고 평가했다. 양자 컴퓨터, 새로운 세상을 열다 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 '큐비트'라는 양자 정보 단위를 사용한다. 큐비트는 0과 1의 값을 동시에 가질 수 있는 '중첩' 상태를 통해 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 연산을 수행할 수 있다. 다만 큐비트는 외부 환경에 민감하게 반응하여 오류가 발생하기 쉽다는 단점이 있다. 이번 연구에서 UNSW 연구팀은 안티몬 원자의 핵 스핀을 이용하여 큐비트를 구성했다. 안티몬 원자는 핵 스핀이 8개의 다른 방향을 가질 수 있어 0과 1뿐만 아니라 그 사이의 6개 값을 추가로 저장할 수 있다. UNSW의 양자 정보 연구원 벤자민 빌헬름은 "기존 큐비트는 스핀 업(1)과 스핀 다운(0) 두 가지 상태만 가지므로 스핀 방향이 바뀌면 0이 1로, 혹은 1이 0으로 바뀌는 오류가 발생한다"며 "그러나 안티몬 원자는 8개의 상태를 가지므로 하나의 오류가 발생하더라도 정보가 즉시 손상되지 않는다"고 덧붙였다. 안티몬 원자, 큐비트의 수호자 연구팀은 이러한 안티몬 원자의 특성을 "마치 고양이가 목숨이 아홉 개인 것처럼, 한 번의 작은 긁힘으로는 죽일 수 없다"는 속담에 비유하며 "우리의 비유적인 '고양이'는 목숨이 일곱 개나 된다. 0을 1로 바꾸려면 7개의 연속적인 오류가 발생해야 한다"고 설명했다. 안드레아 모렐로 교수는 "단일 또는 몇 개의 오류가 발생하더라도 정보가 즉시 스크램블되지 않는다"며 "오류가 발생하면 즉시 감지하고 추가 오류가 누적되기 전에 수정할 수 있다. 슈뢰딩거의 고양이 비유를 계속하자면 마치 우리 고양이가 얼굴에 큰 긁힘을 입고 집에 오는 것을 본 것과 같다. 고양이는 죽지는 않았지만 싸움에 휘말렸다는 것을 알 수 있다. 우리는 다시 싸움이 일어나 고양이가 더 다치기 전에 누가 싸움을 일으켰는지 찾아낼 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 양자 컴퓨터의 오류 감지 및 수정 기술 개발에 중요한 발판을 마련했다는 평가를 받는다. 앞으로 더욱 안정적인 양자 컴퓨터 개발을 통해 의학, 재료 과학, 인공 지능 등 다양한 분야에서 혁신적인 발전이 이루어질 것으로 기대된다. 특히 신약 개발, 암 치료, 인공지능 개발 등 복잡한 문제 해결에 획기적인 전환점을 가져올 수 있을 것으로 전망된다. 양자 컴퓨터, 인류의 미래를 밝히다 이번 연구는 마치 판도라의 상자를 여는 열쇠처럼, 양자 컴퓨팅 시대의 문을 활짝 열었다. 안티몬 원자를 이용한 오류 수정 기술은 양자 컴퓨터 개발의 핵심 과제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 더욱 안정적이고 효율적인 양자 컴퓨터의 등장은 과학 기술 분야는 물론, 인류의 삶 전반에 걸쳐 혁명적인 변화를 가져올 것이다. 어쩌면 머지않아 우리는 양자 컴퓨터가 만들어낼 놀라운 미래를 직접 경험하게 될지도 모른다.
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[퓨처 Eyes(68)] 양자 컴퓨터, '슈뢰딩거의 고양이' 품다
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[국제 경제 흐름 읽기] "트럼프 2기, 다보스는 기회 vs 위기?"⋯'협력' 모색 속 '불안감' 여전
- 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼(WEF)에서 도널드 트럼프 전 미국 대통령의 2기 취임은 뜨거운 감자였다. 글로벌 엘리트들은 '트럼프 스타일'에 대한 새로운 이해를 바탕으로 협력과 기회 모색을 준비하는 모습이었지만, 그의 정책 방향에 대한 불안감도 여전했다. 노르웨이 에스펜 바르트 에이데 외교장관은 "이제 트럼프 전 대통령이 항상 최대한의 요구를 던진 후 협상을 시작한다는 점을 잘 이해하게 됐다"며 "트럼프를 진지하게 받아들이되 모든 발언을 그대로 해석하지는 않는 것이 중요하다"고 강조했다. IT 기업 휴렛팩커드 엔터프라이즈(HPE)의 안토니오 네리 CEO는 트럼프 행정부 2기에 대해 신중한 낙관론을 제시했다. 그는 "미국은 AI와 같은 대규모 전환점을 활용할 수 있는 좋은 위치에 있다"며 트럼프 행정부의 규제 완화 정책에 대한 기대감을 드러냈다. 한편, 트럼프 취임식은 다보스 회의 첫날 개최되었으며, 참석자들은 샴페인과 핑거푸드를 곁들이며 이를 지켜봤다. 스웨덴 통신 기업 에릭슨은 트럼프의 취임식 위원회에 50만 달러를 기부하며 트럼프 행정부와의 협력 의지를 드러냈다. 에릭슨 뵈르예 에크홀름 CEO는 "규제 완화는 단기적으로 경제에 긍정적 영향을 미칠 것"이라며 기대감을 표했다. [미니해설] 다보스, 트럼프 2기에 '신중 모드'⋯'협력'과 '견제' 사이 스위스 알프스의 작은 마을 다보스는 매년 세계경제포럼을 통해 글로벌 엘리트들이 한데 모이는 장소다. 이번 다보스 회의에서는 트럼프 대통령의 2기 행정부 출범이 주요 화두였다. 2017년 트럼프 1기 행정부 등장 당시 충격과 불안감을 보였던 다보스의 분위기와 달리, 이번에는 준비된 자세와 조심스러운 낙관론 속에서도 트럼프 정책에 대한 우려가 공존했다. 노르웨이 에이데 외교장관은 트럼프의 발언을 문자 그대로 해석하기보다는 상황에 맞게 이해하려는 태도가 필요하다고 강조했다. 그는 트럼프 행정부가 우크라이나 문제와 NATO 지원, 또 다른 팬데믹 대응에서 어떤 접근을 취할지에 대해 여전히 의문이 남아 있다고 덧붙였다. IT 기업 HPE의 안토니오 네리 CEO는 트럼프 행정부가 경제와 기술 혁신에 긍정적인 영향을 미칠 가능성을 언급했다. 그는 "미국은 AI와 같은 대규모 전환점을 활용할 준비가 잘 되어 있다"며, 트럼프 행정부가 기술 인재 유치와 같은 이민 정책에서 민간 기업의 요구를 적극 수용하길 희망한다고 말했다. 이는 기업과 행정부 간 협력이 경제 성장의 핵심이 될 수 있음을 시사한다. 한편, 워싱턴에서 열린 트럼프의 취임식 파티에는 주요 기업인들이 참석해 그의 2기 행정부를 직접 지켜봤다. 구글의 순다 피차이, 메타 플랫폼스의 마크 저커버그, 테슬라의 일론 머스크 등 글로벌 리더들이 이를 목격하며 트럼프와의 관계 강화를 꾀했다. 트럼프, '친기업' 행보?⋯"규제 완화" 득일까 독일까 트럼프 행정부는 1기 때와 달리 기업과의 직접적인 소통을 강조하고 있다. 에릭슨의 뵈르예 에크홀름 CEO는 "우리는 미국에서 중요한 인프라 제공자이기 때문에 어떤 행정부와도 자연스러운 관계를 유지하는 것이 중요하다"며 트럼프 행정부와의 협력 의지를 나타냈다. 그는 규제 완화가 단기적으로 경제에 긍정적인 영향을 미칠 것이라고 전망하면서도, 유럽과의 차이를 지적했다. "유럽은 규제가 강화되는 반면, 미국은 이를 완화하려는 의지가 크다"는 그의 말은 미국 경제의 경쟁력을 부각시켰다. 트럼프 대통령은 취임 첫날 에너지 생산 규제 완화와 전기차 생산 관련 기후 규제 철폐를 포함한 행정명령을 서명하며 경제 성장을 위한 규제 완화를 공언했다. 노르웨이 국부펀드를 운영하는 니콜라이 탕겐 CEO는 "단기적으로는 긍정적인 효과가 기대되지만, 기후 및 사회적 문제에 대한 트럼프의 접근은 실망스럽다"고 말했다. 그는 "ESG(환경, 사회, 지배구조) 투자에 대한 반발은 우려스럽다"며, 다양성과 같은 가치를 여전히 중요하게 생각하지만 이를 어떻게 실현할지는 전략적으로 접근해야 한다고 강조했다. 트럼프 행정부 2기는 다보스에서 신중한 기대 속에 출발선을 끊었다. 글로벌 엘리트들은 트럼프의 정책 방향과 실행 가능성을 주의 깊게 평가하며, 그와의 협력을 통해 새로운 기회를 모색하고 있다. 규제 완화와 기술 혁신은 미국 경제에 단기적인 활력을 불어넣을 것으로 보이지만, 기후와 사회적 문제에 대한 논란은 여전히 해결해야 할 중요한 과제로 남아 있다. 이번 다보스에서 형성된 트럼프와 글로벌 비즈니스 간의 새로운 협력의 장은 향후 국제 경제 지형에 큰 변화를 가져올 것으로 기대된다.
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- 경제
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[국제 경제 흐름 읽기] "트럼프 2기, 다보스는 기회 vs 위기?"⋯'협력' 모색 속 '불안감' 여전
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[우주의 속삭임(93)] 외계 천체, 태양계 행성 궤도 바꿨다?
- 태양계 궤도 형성에 외계 천체의 영향이 있었다는 주장이 제기됐다. 현재 태양계 행성의 궤도는 약간 기울어져 있고 원형보다는 타원형에 가깝다. 캐나다 토론토 대학의 물리학자 가렛 브라운과 하노 라인이 미국 애리조나 대학의 행성 과학자 레누 말호트라와 협력해 실시한 새로운 연구 결과, 과거 태양계를 스쳐 지나간 외계 천체가 목성형 행성 4개의 궤도를 영구적으로 변경했을 가능성이 제기됐다고 과학 전문 매체 라이브사이언스가 보도했다. 이는 태양계 행성 궤도의 특징을 설명하는 데 도움이 될 수 있는 분석이다. 지금까지 태양계 형성 과정에 대한 다양한 가설이 제시되었지만, 대부분 행성들은 태양 주위를 동심원 형태로 공전하며 동일 평면상에 위치해야 한다는 데 의견을 같이한다. 그러나 실제로 수성부터 해왕성까지 8개 행성 중 어느 것도 완벽한 원형 궤도를 가지고 있지 않으며, 궤도면 또한 완전히 일치하지 않는다. 특히 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 4개의 외행성은 이상적인 궤도에서 미세하게 벗어나 있다. 이러한 차이를 설명하기 위해 기존 연구들은 행성 간 상호 작용에 초점을 맞춰왔지만, 관측된 궤도의 특징을 완벽하게 설명하지 못했다. 애리조나 대학교의 레누 말호트라 교수 연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 약 40억 년 전 외계 천체가 태양계를 통과하면서 행성 궤도에 영향을 미쳤을 가능성을 제시했다. 태양계 밖의 천체들은 때때로 태양의 중력에 이끌려 태양계 안으로 진입한다. 이들은 일반적으로 천문학적 거리에서 충분한 속도를 얻어 태양계를 통과해 다시 우주로 나아간다. 2017년에는 소행성 오우무아무아(Oumuamua)가 우리 태양계를 스쳐 지나가면서 천문학자들에게 성간 방문객의 오랜 역사에 대해 고찰할 수 있는 기회를 제공했다. 연구팀원인 브라운, 라인, 말호트라는 목성 질량의 2~50배에 달하는 천체가 천왕성 궤도 안쪽 어딘가에서 태양 주위를 돌다가 탈출할 수 있는 속도를 얻는 상황을 가정해 시뮬레이션했다. 그리고 이 천체가 거대 행성들의 궤도를 현재와는 다른 궤도로 변경시킬 수 있다는 사실을 알아냈다. 팀은 컴퓨터 모델링을 통해 외계 천체의 질량, 속도, 태양과의 근접 거리 등 다양한 변수를 조정하며 5만 번의 시뮬레이션을 수행했다. 그 결과, 약 1%의 시뮬레이션에서 외계 천체가 통과하면서 4개 외행성의 궤도를 현재와 유사한 상태로 변화시키는 것으로 나타났다. 특히 목성 질량의 8배에 달하는 천체가 화성 궤도보다 약간 먼 1.69AU(약 2억 5000만km)까지 접근했을 때 가장 현실적인 결과를 얻었다. 1AU는 지구에서 태양까지의 평균 거리인 약 1억 5,000만 킬로미터다. 이번 연구는 아직 동료 평가를 거치지 않았지만, 외계 천체가 태양계 행성 궤도 형성에 영향을 미쳤을 가능성을 제시했다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 외계 천체의 방문이 기존에 생각했던 것보다 더 흔하게 발생할 수 있으며, 이러한 현상이 태양계 진화에 중요한 역할을 했을 가능성을 시사했다. 이 연구는 사전 인쇄 서버인 arXiv에서 확인할 수 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(93)] 외계 천체, 태양계 행성 궤도 바꿨다?
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[신소재 신기술((149)] 플라스틱 폐기물을 지속가능한 제트 연료로 전환
- 플라스틱 폐기물에서 탄소 발자국을 줄이는 지속가능한 항공유 추출 기술이 개발됐다. 미국 연구진이 폐폴리스티렌을 활용하여 지속가능한 항공유에 필수적인 첨가제인 에틸벤젠을 생산하는 획기적인 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 이는 항공 산업의 탄소 발자국을 줄이고 화석 연료 의존도를 낮추는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 일리노이 대학교 연구팀은 최근 'ACS 지속가능한 화학 및 공학 저널(ACS Sustainable Chemistry and Engineering)' 저널에 발표된 연구에서 폐폴리스티렌을 열분해와 수소화 과정을 거쳐 에틸벤젠으로 전환하는 기술을 소개했다. 에틸벤젠은 항공유 시스템의 성능 유지를 위해 필수적인 방향족 탄화수소로 윤활 및 밀봉 기능을 수행한다. 에틸벤젠으로 연료 성능 개선 기존의 지속 가능한 항공유는 폐지방, 오일, 동물성 지방인 그리스(grease), 식물 바이오매스 등 비석유 자원으로 만들었다. 그러나 이는 방향족 탄화수소 함량이 부족해 기존 항공기 및 인프라 와의 호환성을 유지하기 위해서는 최소 8.4% 이상의 방향족 탄화수소를 혼합해야 한다. 현재 지속 가능한 항공유의 방향족 탄화수소 함량은 약 0.5%에 불과하며, 이는 지속 가능한 항공유 사용 확대에 걸림돌로 작용해왔다. 일리노이 지속 가능한 기술 센터(ISTC)의 연구 과학자 홍 루는 "방향족 탄화수소는 기계 부품을 윤활하고 씰을 팽창시켜 정상 작동 중 누출을 방지함으로써 연료 시스템 성능을 유지하는 데 필수적이다"라고 설명했다. 연구팀이 개발한 기술은 폐폴리스티렌을 에틸벤젠으로 전환하여 기존 항공유 사용 걸림돌을 해결할 수 있는 가능성을 제시한다. 폐폴리스티렌은 탄화수소가 풍부하고 매립지에 막대한 양이 폐기되고 있어 지속가능한 에틸벤젠 생산에 적합한 원료로 평가된다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 재활용율이 겨우 10% 미만에 불과하다. 2025년에는 플라스틱 폐기물이 400억톤에 이를 것으로 예상된다. 특히 포장재와 건축 자재에 널리 사용되는 폴리스티렌(PS)은 매립지에 버려지는 폐기물의 약 33%를 차지하지만, 재활용율은 1%에 불과하다. 2022년 폴리스티렌의 전 세계 생산량은 1540만톤에 달했다. 그 중에서 재활용된 폴리스티렌은 겨우 15만4000톤에 불과했다. 탄소 배출량 60% 감축 연구팀은 폐폴리스티렌에서 추출한 에텔벤젠을 지속가능한 항공유에 혼합하여 성능을 평가한 결과, 화석 연료에서 추출한 에틸벤젠과 거의 동일한 성능을 보이는 것으로 확인했다. 또한, 폐폴리스티렌 유래 에틸벤젠은 생산 비용이 저렴하고 탄소 배출량을 최대 60%까지 감축할 수 있는 것으로 나타났다. 이번 연구는 지속가능한 항공유 생산 및 활용 확대에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 미국 에너지부는 2030년까지 지속가능한 항공유 생산량을 연간 30억 갤런으로 늘리고, 2050년까지 항공유 사용량(연간 350억 갤런)의 100%를 지속가능한 항공유로 대체하는 것을 목표로 하고 있다. 폐플라스틱을 활용한 에틸벤젠 생산 기술은 이러한 목표 달성에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 폐기물 문제 해결과 탄소 배출 감축에도 효과적인 방안으로 주목받고 있다.
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- ESGC
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[신소재 신기술((149)] 플라스틱 폐기물을 지속가능한 제트 연료로 전환
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[신소재 신기술(148)] "뇌 자극으로 촉각 되살린다"⋯의수 혁명 이끌 신기술
- 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 통해 촉각을 되살리는 기술이 개발됐다. 미국 시카고대학은 홈페이지를 통해 피츠버그 대학교를 포함한 공동 연구팀이 뇌에 직접 전기 자극을 주어 의수에 촉각을 느끼게 하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 뇌에 작은 전극을 이식해 로봇 팔을 움직이고, 로봇 팔의 센서가 감지한 촉각 정보를 다시 뇌로 전달하는 방식이다. 이 연구는 시카고 대학, 피츠버그 대학, 노스웨스턴 대학, 케이스 웨스턴 리저브 대학, 블랙록 뉴로테크의 과학자와 엔지니어들의 협력으로 수행됐다. 연구팀은 사지 기능을 상실한 사람들의 운동 제어 및 감각 회복을 목표로 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)와 로봇 의수를 설계, 제작, 구현 및 개선하고 있다. 시카고 대학의 신경과학자 찰스 그린스폰 박사는 "사람들은 타이핑, 걷기, 컵 잡기 등 시각 대신 촉각에 의존하는 경우가 얼마나 많은지 인지하지 못한다"며 "촉각을 느낄 수 없다면 어떤 일을 할 때도 손을 계속 봐야 하고, 물건을 쏟거나 깨뜨리거나 떨어뜨릴 위험이 있다"고 말했다. 그린스폰 박사 연구팀은 최근 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'과 '사이언스'에 해당 기술에 대한 논문을 게재했다. 인공 촉각 구현, 어디까지 왔나 연구팀은 손을 움직이고 느끼는 뇌 부위에 작은 전극 배열을 이식하는 방법을 사용했다. 참가자는 움직임을 생각하는 것만으로 로봇 팔을 움직일 수 있고, 로봇 팔의 센서는 촉각 담당 뇌 부위에 '피질 내 미세 자극(ICMS)'이라는 전기 활동 펄스를 유발한다. 약 10년 동안 이러한 촉각 중추 자극은 손의 여러 부위에서 단순한 접촉 감각만 제공할 수 있었다. 그린스폰 박사는 "무언가를 만지고 있다는 느낌을 불러일으킬 수는 있었지만, 대부분 단순한 온/오프 신호였고, 종종 매우 약하고 손의 어느 부분에서 접촉이 발생했는지 알기 어려웠다"고 설명했다. 정확하고 안정적인 촉각, 그리고 움직임까지 네이처 바이오메디컬 엔지니어링에 발표된 첫 번째 연구에서 연구팀은 전기적으로 유발된 촉각이 안정적이고 정확하게 위치하며 일상적인 작업에 유용할 만큼 강력한지 확인하는 데 중점을 두었다. 테스트 참가자들의 촉각 중추에 있는 개별 전극에 짧은 펄스를 전달하고 각 감각을 어디에서 얼마나 강하게 느끼는지 보고하게 함으로써 연구원들은 손의 특정 부분에 해당하는 뇌 영역의 상세한 '지도'를 만들었다. 테스트 결과 두 개의 가까운 전극을 함께 자극하면 참가자는 더 강하고 명확한 촉각을 느껴 손의 정확한 부분에 대한 압력을 더 잘 파악할 수 있었다. 또한 연구팀은 동일한 전극이 지속적으로 특정 위치에 해당하는 감각을 생성하는지 확인하기 위해 철저한 테스트를 수행했다. 그린스폰 박사는 "첫날 전극을 자극했을 때 참가자가 엄지손가락에서 느꼈다면, 100일, 1,000일, 심지어 몇 년 후에도 동일한 전극을 테스트했을 때 여전히 거의 같은 지점에서 느낀다"고 말했다. 사이언스에 발표된 두 번째 연구에서는 인공 촉각을 더욱 몰입적이고 직관적으로 만들기 위해 노력했다. 연구팀은 촉각 영역이 겹치는 전극 쌍이나 클러스터를 식별한 후, 감각 지도에서 감각이 진행되도록 신중하게 조정된 패턴으로 활성화했다. 참가자들은 자극이 작고 불연속적인 단계로 전달되었음에도 불구하고 손가락 위로 부드럽게 미끄러지는 듯한 촉각을 느꼈다고 보고했다. 연구팀은 이 결과를 뇌가 감각 입력을 연결하고 '지각의 틈을 채워' 일관된 움직임으로 해석하는 놀라운 능력 덕분이라고 설명했다. 전극을 순차적으로 활성화하는 방식은 참가자가 복잡한 촉각 모양을 구별하고 만지는 물체의 변화에 반응하는 능력을 크게 향상시켰다. 참가자들은 손가락 끝에 전기적으로 '그려진' 알파벳을 식별할 수 있었고, 바이오닉 팔을 사용하여 손에서 미끄러지기 시작하는 스티어링 휠을 안정시킬 수 있었다. 더욱 실감나는 신경 보철 기술 기대 연구팀은 전극 설계와 수술 방법이 계속 개선됨에 따라 손 전체에 대한 범위가 더욱 정밀해져 더욱 실감 나는 피드백을 제공할 수 있기를 기대한다. 피츠버그 대학의 재활의학과 부교수이자 자극 연구 책임자인 로버트 건트 박사는 "이 두 연구 결과를 로봇 시스템에 통합하여 단순한 자극 전략으로도 사람들이 뇌로 로봇 팔을 제어하는 능력을 향상시킬 수 있음을 보여주었다"고 말했다. 그린스폰 박사는 이 연구의 동기가 사지 절단이나 마비로 고통받는 사람들의 독립성과 삶의 질을 향상시키는 것이라고 강조했다. 그는 "우리 모두는 부상을 입고 사지를 사용할 수 없게 된 사람들을 돕고 싶어한다"며 "이 연구는 그들을 위한 것이다. 이것이 우리가 사람들에게 촉각을 되돌려주는 방법이다. 복원 신경 기술의 최전선이며 뇌의 다른 영역으로 접근 방식을 확장하기 위해 노력하고 있다"고 말했다. 연구팀은 "촉각을 느끼는 뇌 부위를 정확히 파악하고, 전기 자극을 미세하게 조절하는 게 관건"이라며 "앞으로 전극 설계와 수술 방법을 개선해 더욱 실감나는 촉각을 구현할 수 있도록 노력할 것"이라고 밝혔다. 이 접근 방식은 다른 유형의 감각 상실이 있는 사람들에게도 희망을 준다. 연구팀은 유방 절제술 후 촉각을 회복할 수 있는 이식형 장치를 개발하는 '바이오닉 유방 프로젝트'를 위해 시카고 대학의 외과 의사 및 산부인과 의사와 협력하고 있다. 아직 많은 과제가 남아 있지만, 이러한 최신 연구는 촉각을 회복하는 길이 점점 더 명확해지고 있음을 보여준다.
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[신소재 신기술(148)] "뇌 자극으로 촉각 되살린다"⋯의수 혁명 이끌 신기술
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[기후의 역습(113)] "기후변화, LA 산불 영향 미쳐" UCLA 연구 결과 발표
- 미국 캘리포니아주 로스앤젤레스(LA) 지역에서 발생한 대형 산불이 기후변화로 인해 규모가 커지고 강도가 강해졌다는 연구 결과가 발표됐다. UCLA(캘리포니아대학교 로스앤젤레스) 과학자들은 최근 분석에서 지구온난화를 유발하는 화석연료로 인한 오염이 이번 산불의 연료 역할을 했으며, 이로 인해 산불의 크기와 강도가 증가했다고 밝혔다고 CNN과 BBC 등 다수 외신이 전했다. 지난 7일 서부 LA 서부 해변과 동부 내륙에서 각각 발생한 대형 산불로 최고 25명이 사망했고, 1만2000채 이상의 건물이 잿더미로 변했다. 16일(현지시간) 캘리포니아 산림·소방국과 LA 카운티에 따르면 서부 해변에서 진행 중인 '팰리세이즈 산불'의 진압률이 22%, 동부 내륙 '이튼 산불'의 진압률이 55%를 기록했다. 두 산불의 피해 면적은 각각 96㎢(여의도 면적의 약 33배), 57.1㎢에 달한다. 열흘째 이어지고 있는 산불의 피해 면적은 나흘째 같은 수치를 유지하고 있다. 현재 이들 두 지역에는 소방 인력이 각각 5천여명, 3천여명이 투입돼 진화 작업을 이어가고 있다. 애큐웨더(AccuWeather)의 예비 추산에 따르면 피해 규모는 최대 1500억달러(약 177조 원)에 달할 것으로 예상된다. 이는 미국 역사상 가장 큰 산불 피해액이다. 캐런 베이스 LA 시장은 지난 15일 "아직 위험에서 벗어나지 못했다"고 밝혔다. 기후변화가 산불에 25% 추가 연료 제공 전문가들은 강풍과 가뭄 외에도 기후변화가 이번 산불의 근본적인 원인이라고 지적했다. 캘리포니아를 포함한 미국 서부 지역은 수십 년간 가뭄을 겪었으며, 최근 몇 년간 건조기와 우기가 반복되는 현상으로 인해 산불에 취약한 환경이 조성됐다. 미국 국립해양대기청(NOAA)은 "기온 상승, 가뭄 장기화, 대기 건조 등 기후변화는 미국 서부 지역의 산불 위험과 규모를 증가시키는 주요 원인"이라고 밝혔다. 연구에 따르면 기후변화는 이번 산불에서 약 25%의 추가 연료를 제공한 것으로 분석됐다. 연구진은 기후변화가 없더라도 산불은 발생했을 가능성이 높지만, 현재보다 "규모가 작고 강도가 약했을 것"이라고 강조했다. 이는 기후변화가 산불 통제 가능성을 약화시켰는지에 대한 논의로 이어질 수 있다며, 이번 연구를 심화 연구의 출발점으로 제시했다. "12건의 산불, 60제곱마일 이상 소실" 2024년 1월 7일, 10년에 한 번 오는 강한 산타아나 바람이 남부 캘리포니아의 건조한 지형을 강타하면서 산불이 시작됐다. 이후 LA 지역에서는 12건의 산불이 발생해 60제곱마일(약 155㎢) 이상의 면적이 소실됐고, 주택과 상업시설 등 1만2000개 이상의 건물이 불에 탔다. 이 중 이튼(Eaton) 지역과 팰리세이즈(Palisades) 산불은 캘리포니아 역사상 가장 파괴적인 산불 1위와 2위로 기록됐다. 16일(현지시간) 캘리포니아 산림·소방국 당국은 피해 지역 일대에 여전히 남아 있을 위험을 고려해 주만 8만2400명에 대피 명령을, 9만400명에게 대피 준비 경고를 계속 발령중이다. 특히 지대가 높은 펠리세이즈 산불 지역에서는 불에 그을린 지반의 약화로 일부 산사태가 일어날 수 있다고 경고했다. "극단적 날씨 변화가 산불 원인" 지목 연구진은 이번 산불의 주요 원인으로 비정상적인 날씨 패턴을 지목했다. 최근 몇 년간 겨울철 강수량이 평년 대비 두 배 이상 많아 잔디와 관목이 평소보다 무성하게 자랐다. 그러나 지난 여름 이후 비가 거의 내리지 않으면서 초목이 급격히 건조됐고, 이는 산불의 연료를 크게 증가시켰다. 특히 2024년 5월부터 2025년 1월까지 LA 강수량은 0.29인치(약 7.3mm)에 불과해, 1962~1963년 이후 두 번째로 건조한 시기로 기록됐다. 연구진은 이러한 극단적 가뭄과 강수 패턴의 변화를 '기후변화로 인한 날씨 급변 현상(Weather Whiplash)'으로 설명하며, 이는 산불과 홍수 같은 재난의 가능성과 심각성을 더욱 악화시킨다고 경고했다. 기후변화와 산불, 새로운 도전에 직면 산불은 화재 발생 내내 '악마의 바람'으로 불린 강한 산타아나 바람의 영향으로 더욱 확산됐다. 연구에 따르면 이번 산타아나 바람은 극히 이례적이었으나, 기후변화와 직접적인 연관성은 발견되지 않았다. 다만 연구진은 기후변화가 산불의 규모와 강도를 키운 만큼, 향후 고위험 지역 개발 제한, 주택 방화 예방 조치 강화, 산불 위험 시기의 적극적인 진압 전략 등이 필요하다고 강조했다. 1월은 남부 캘리포니아에서 두 번째로 강수량이 많은 달로 알려져 있지만, 올해는 이례적으로 건조한 상태가 지속되고 있다. 2월에도 강수량이 평년보다 적을 것으로 예상되면서 산불 발생 가능성은 여전히 높다. UCLA 연구진은 기후변화가 산불의 심각성을 키우는 중요한 요인으로 작용하고 있음을 다시 한번 강조하며, 산불 예방과 기후 변화 대응의 필요성을 촉구했다.
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[기후의 역습(113)] "기후변화, LA 산불 영향 미쳐" UCLA 연구 결과 발표
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[우주의 속삭임(92)] 화성서 포착된 '강낭콩' 형상, 생명체 존재 가능성 시사
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선(MRO)이 화성 북반구의 모래 언덕에서 '얼어붙은 강낭콩'을 연상시키는 독특한 형상을 포착했다고 라이브사이언스가 보도했다. 이 위성 사진은 2022년 9월 촬영되어 2024년 12월 공개됐으며, 과학자들이 과거 화성에 물과 생명체가 존재했을 가능성을 탐구하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 얼어붙은 모래 언덕, 이산화탄소 서리로 화성의 겨울 입증 포착된 모래 언덕들은 화성 북반구의 겨울철 특유의 이산화탄소 서리에 덮여 움직임 없이 고정된 상태를 보여준다. 지구와 화성의 모래 언덕은 일반적으로 바람에 의해 이동하며 형상을 바꾸는 것으로 알려져 있지만, 화성의 겨울에는 서리가 이를 덮어 고요한 모습을 유지한다. 봄이 되어 서리가 녹기 전까지 이러한 상태는 지속된다. 화성의 온도는 극히 낮으며 평균적으로 약 -60℃(-80℉)로 추정된다. 극지방은 겨울 철에 약 -125℃(-193℉)까지 떨어질 수 있다. 이산화탄소(CO₂)는 대기압에 따라 어는 온도가 달라진다. 지구의 대기압(1기압)에서 이산화탄소는 -78.5℃(-109.3℉)에서 고체(드라이아이스)로 변한다. 화성의 대기압(약 0.006기압)에서는 이산화탄소가 더 높은 온도에서 어는 경향이 있으며 일반적으로 약 -123℃(-189℉)에서 고체 상태가 형성된다. 과거 물의 흔적 암시하는 단서 과학자들은 서리로 덮인 이 독특한 지형을 통해 화성 표면에 물이 장기간 존재했을 가능성을 연구하고 있다. 비록 서리 자체는 물이 아닌 이산화탄소로 이루어져 있지만, 과거의 화성 환경이 액체 상태의 물을 유지할 수 있는 기후 조건을 제공했을 가능성을 엿볼 수 있는 단서를 담고 있다. 화성의 자전축은 지구보다 훨씬 극적으로 변화하며, 이는 계절적 변화뿐만 아니라 이산화탄소의 생성과 소멸 과정에도 큰 영향을 미친다. 자전축이 크게 기울어진 시기에는 이산화탄소 얼음이 승화하여 대기 밀도가 증가했다. 이는 액체 상태의 물이 안정적으로 존재할 수 있는 환경을 조성했을 가능성이 있다. 화성 기후 변화의 퍼즐을 맞추다 현재 과학자들은 화성의 이산화탄소 서리 형성과 계절적 변화를 연구하며 과거 화성의 기후를 재구성하고 있다. 이러한 연구는 서리가 형성한 지질학적 구조를 통해 화성의 기후와 환경 변화를 이해하는 데 기여할 것으로 보인다. 만약 화성의 과거에 물이 장기간 존재했던 시기가 있었다면, 이는 화성에서 미생물이 진화하고 생존했을 가능성을 높이는 증거가 될 수 있다. 심지어 현재에도 특정 환경에서 미생물이 생존하고 있을 가능성을 배제할 수 없다. 화성의 '강낭콩' 모래 언덕은 단순한 시각적 신비를 넘어, 화성 탐사의 새로운 가능성을 열어줄 중요한 단서를 제공하고 있다. 과거와 현재를 아우르는 화성의 환경 연구는 인류가 우주에서 생명체의 흔적을 찾는 여정에서 새로운 돌파구를 마련할 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(92)] 화성서 포착된 '강낭콩' 형상, 생명체 존재 가능성 시사
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[기후의 역습(112)] 세계에서 가장 더운 해 2024년, 지구 온난화 1.5도 통과한 해
- 2024년은 이류 역사상 가장 더운 해로 밝혀졌다. 유럽의 코페르니쿠스 기후서비스는 2024년이 인류 역사상 가장 더운 해로 기록되었으며, 평균 기온이 산업화 이전 대비 약 1.6℃ 상승했다고 지난 10일 발표했다. 이는 2023년의 기록을 약 0.1℃ 초과한 수치로, 지난 10년이 모두 역사상 가장 더운 10년으로 확인됐다. 지난해 더위는 주로 이산화탄소와 같은 온실 가스를 배출했기 때문이며, 이는 여전히 사상 최고치를 기록했다. 코페르니크수의 부국장인 사만다 버지스는 BBC에 "기후에 영향을 미치는 가장 큰 원인은 대기 중 온실가스"라고 밝혔다. 1.5℃ 목표와 현재 상황 1.5℃는 2015년 파리기후협정에서 설정된 국제적 기후 목표로, 이를 초과할 경우 극심한 폭염, 해수면 상승, 생물 다양성 손실 등의 위험이 대폭 증가할 것으로 전망된다. 그러나 이 목표는 수십 년에 걸친 장기 평균치를 기준으로 하며, 현재 단기적 변동으로 인해 이를 공식적으로 초과한 것은 아니다. 마일스 앨런 옥스퍼드대 교수는 "언제 1.5℃를 넘어설지 정확히 예측하기 어렵지만, 현재 매우 가까운 상황임은 분명하다"고 지적했다. 현재 추세로는 2030년대 초반에 장기적 1.5℃ 임계점을 초과할 가능성이 크다고 한다. 2024년, 극단적인 기후 현상 발생 2024년에는 서아프리카의 폭염, 남미의 장기 가뭄, 유럽 중부의 집중호우, 북미와 남아시아를 강타한 강력한 열대성 폭풍 등 극단적인 기후 현상이 발생했다. 세계기상귀속협회(World Weather Attribution)는 이러한 현상이 기후변화로 더욱 심화된 것으로 분석했다. 엘니뇨 현상 또한 2024년 기온 상승에 일부 영향을 미쳤으나, 대기 중 온실가스 농도가 여전히 기록적인 수준을 유지하며 주된 원인으로 지목됐다. 기후 과학자들은 최근 몇 년간 예상보다 더 높은 온도 상승이 관찰됐다고 밝혔다. 알프레드 베게너 연구소의 헬게 괴슬링 박사는 "2023년 이후 약 0.2℃의 추가 온난화가 발생했으며, 이는 기후변화와 엘니뇨 효과만으로 설명하기 어렵다"고 전했다. 그는 구름 감소나 엘니뇨 이후 지속적인 해양 열 축적과 같은 요인이 추가적인 온난화를 유발했을 가능성을 제시했다. "인간 노력으로 온난화 억제" 가능 기후 과학자들은 인간의 노력에 따라 온난화를 억제할 수 있다고 강조했다. 버클리 어스의 지크 하우스파더 박사는 "1.5℃를 초과하더라도 1.6℃, 1.7℃, 1.8℃ 수준에서 억제하는 것이 가능하다"고 전망하며, "이는 3℃ 또는 4℃에 이르는 것보다 훨씬 나은 결과를 가져올 것"이라고 강조했다. 유엔 사무총장 안토니우 구테흐스는 지난주 메시지에서 최근의 기록적인 기온 상승을 "기후 붕괴"라고 표현했다. 구테흐스는 "파괴로 가는 길에서 벗어나야 하며, 더 이상 시간을 낭비할 여유가 없다"며 2025년까지 온실가스 배출 감축을 촉구했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(112)] 세계에서 가장 더운 해 2024년, 지구 온난화 1.5도 통과한 해
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[우주의 속삭임(91)] 아마추어 천문학자, 목성 얼음층의 숨겨진 비밀 포착
- 아마추어와 프로 천문학자들이 협력해 연구한 결과, 목성의 구름이 지금까지 정설처럼 인식됐던 ‘암모니아 얼음으로 인해 형성’된 것이 아니라 안개성 스모그와 혼합된 황화수소암모늄으로 구성됐을 가능성이 높은 것으로 나타났다. 이는 옥스퍼드 대학교를 비롯한 연구진에 의해 수행됐으며, 지구물리학 연구 저널(Journal of Geophysical Research: Planets)에 게재됐다. 보고서의 요약 글은 옥스퍼드 대학교 홈페이지에 실렸다. 새로운 발견은 미국 콜로라도의 아마추어 천문학자 스티븐 힐 박사에 의해 시작됐다. 그는 우주 관측용 일반 망원경 및 특수 색상 필터를 사용해 목성 대기의 풍부한 암모니아와 구름 꼭대기 압력을 매핑(지도화)하는 데 성공했다. 힐 박사의 성과는 아마추어 천문학자가 목성 대기의 암모니아 풍부함을 지도화할 수 있음을 보여주었을 뿐만 아니라, 구름이 목성의 따뜻한 대기 속에 너무 깊이 자리 잡고 있어 암모니아 얼음이라고 볼 수 없다는 것을 보여주었다. 연구에서 옥스포드 대학 물리학과의 패트릭 어윈 교수는 칠레에 있는 유럽 남방 천문대 초대형 망원경(VLT)의 다중 유닛 분광 탐사기(MUSE)로 힐 박사의 분석 방법을 적용해 목성을 관찰했다. MUSE는 분광학을 이용해 목성의 가스가 다양한 파장의 가시광선에서 뚜렷한 지문을 만들어 가스 행성인 목성 대기의 암모니아와 구름 높이를 지도화했다. 어윈 교수 팀은 컴퓨터 모델에서 빛이 가스 및 구름과 어떻게 상호 작용하는지 시뮬레이션함으로써 목성의 주요 구름이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 깊고 압력과 온도가 더 높은 영역에 있어야 한다는 것을 발견했다. 사실 암모니아가 응축되기에는 너무 따뜻했다. 구름은 암모니아 대신 황화수소암모늄으로 만들어져야 했다. MUSE 관찰에 대한 이전 분석에서도 비슷한 결과가 나왔다. 그러나 이런 분석은 전 세계적으로 소수의 그룹에서만 수행할 수 있는 정교하고 매우 복잡한 방법이기 때문에 그 결과를 입증하기 어려웠다. 새로운 연구에서 어윈 교수 팀은 인접한 좁은 색상 필터의 밝기를 비교하는 힐 박사의 방법론이 동일한 결과를 도출한다는 사실을 발견했다. 그리고 이 새로운 방법은 훨씬 빠르고 간단하기 때문에 검증하기가 매우 쉽다. 따라서 연구팀은 목성의 구름은 실제로 700mb로 예상되는 암모니아 구름보다 더 깊은 압력을 갖고 있으며, 따라서 순수한 암모니아 얼음으로 구성될 수 없다는 결론을 내렸다. 어윈 교수는 "일반 천체 망원경과 특수 필터를 사용하는 아마추어 학자가 목성 대기에 대한 새로운 창을 열고, 목성의 오랫동안 신비로웠던 구름의 본질 및 대기가 어떻게 순환하는지를 이해하는 데 기여할 수 있음을 보여주었다"라고 말했다. 이는 시민 과학자들이 목성 대기의 특징, 목성의 띠, 작은 폭풍, 대적반과 같은 큰 소용돌이를 포함해 암모니아와 구름 압력 변화를 추적할 수 있음을 의미한다. 그렇다면 목성 구름이 암모니아가 응축돼 만들어지지 않은 이유는 무엇일까. 연구팀은 광화학(햇빛에 의해 유도되는 화학 반응)이 목성 대기에서 매우 활발하며, 습하고 암모니아가 풍부한 공기가 위로 올라가면서 암모니아가 파괴되거나, 암모니아 얼음이 형성되기도 전에 빠르게 광화학 생성물과 혼합됐기 때문이라고 추정했다. 따라서 목성의 주요 구름은 실제로 황화수소암모늄과 광화학, 스모그 생성물이 섞인 것으로, 이는 목성 이미지에서 볼 수 있는 붉은색과 갈색 색상을 생성한다는 것이다. 연구팀은 또 토성에 대한 VLT/MUSE 관측에도 이 방법을 적용했다. 그 결과 만들어진 암모니아 지도에서도 제임스웹 우주 망원경 관측에서 나온 것을 포함해 여러 연구와 유사하게 일치한다는 것을 발견했다. 이는 토성 대기에서도 유사한 광화학적 과정이 발생하고 있음을 시사한다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(91)] 아마추어 천문학자, 목성 얼음층의 숨겨진 비밀 포착
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[퓨처 Eyes(66)] '투시의 마법' X선, 120년 만에 혁명⋯'안전'과 '정확성' 두 마리 토끼 잡다
- 고감도 접이식 X선 검출기가 개발돼 인체의 방사선 노출 우려가 대폭 줄어들 것으로 보인다. 우리 몸속을 꿰뚫어보는 '마법의 빛' X선. 뼈가 부러졌는지, 인대가 늘어났는지, 폐렴에 걸렸는지, 심지어 공항에서 가방 속에 뭐가 들었는지까지… X선은 우리 생활 곳곳에서 '투시'의 마법을 부리고 있다. 하지만 이 편리한 기술에는 치명적인 약점이 숨어 있다. 바로 '방사선 피폭'의 위험이다. 하지만 이제, 과학계가 X선 촬영의 안전성을 획기적으로 높일 새로운 기술을 개발했다. 더 적은 방사선으로 더 선명한 이미지를 얻을 수 있는 미래가 눈앞에 다가온 것이다. X선 기술의 놀라운 진화는 우리 삶을 어떻게 바꿀까? 사우디아라비아의 킹 압둘라 과학기술대학교(KAUST) 오마르 모하메드 교수 연구팀이 개발한 새로운 X선 검출기는 기존 검출기보다 감도가 훨씬 뛰어나다. 특수 페로브스카이트 결정을 '캐스케이드'라는 독특한 전기적 구성으로 연결해 암전류를 절반으로 줄이고 X선 검출 한계를 5배 향상시켰다. 모하메드 교수는 "이러한 발전은 검출 한계를 낮추고 더 안전하고 에너지 효율적인 의료 영상 및 산업 모니터링의 길을 열어준다"고 강조했다. 또한 "캐스케이드 엔지니어링 장치가 X선 검출에서 단결정의 기능을 향상시킨다는 것을 보여준다"고 덧붙였다. 이 새로운 검출기는 더 적은 X선량으로도 고품질의 이미지를 생성할 수 있다. 연구팀은 "라즈베리를 뚫는 금속 바늘과 USB 케이블의 내부 구성 요소와 같은 미세한 세부 사항을 보여주는" 고품질 방사선 사진을 얻는 데 성공했다. X선 노출량↓, 화질↑⋯진단 정확성·안전성 'UP' X선 촬영은 의료 진단에 필수적인 도구이지만, 전리 방사선 노출에 대한 우려는 늘 존재했다. 특히 어린이나 임산부, 또는 만성 질환으로 인해 X선 촬영이 잦은 환자들의 경우 누적된 방사선량이 건강에 악영향을 미칠 수 있다는 점은 심각한 문제였다. 하지만 이번 연구 결과는 이러한 우려를 불식시키는 데 큰 도움이 될 것으로 보인다. 모하메드 교수는 "단일 스캔 중 환자가 노출되는 방사선량은 위험하지 않으며, 악영향을 느끼려면 수천 번의 스캔을 받아야 한다"고 설명했다. 하지만 "고에너지 X선에 반복적으로 노출되면 전자 장비가 손상되거나 X선 기사와 같은 사람에게 위험을 초래할 수 있다"고 경고하며 "스캔 중에 사용되는 X선이 적을수록 좋다"고 강조했다. 새로운 X선 검출기 기술은 의료 현장에서 더욱 안전한 X선 촬영을 가능하게 할 뿐만 아니라 환자들에게 심리적인 안정감까지 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 의료 진단 분야의 큰 진전이며, 더 나아가 X선 기술이 인류의 건강 증진에 더욱 기여할 수 있도록 하는 발판이 될 것이다. 접이식 X선 검출기, 의료·산업 현장 누빈다 이번 연구에서 개발된 X선 검출기는 '접이식'이라는 또 다른 장점을 가지고 있다. 이는 X선 장비의 휴대성과 활용도를 획기적으로 높일 수 있는 혁신적인 특징이다. 기존의 X선 장비는 크고 무거워 이동과 설치가 어려웠다. 하지만 접이식 X선 검출기를 사용하면 X선 장비를 소형화하고 유연하게 만들 수 있다. 이는 응급 상황, 재난 현장, 또는 의료 시설이 부족한 오지에서 X선 촬영을 가능하게 하여 의료 접근성을 향상시키는 데 크게 기여할 것이다. 이번에 개발된 X선 검출기는 기존 검출기보다 5배 향상된 X선 검출 한계를 보여준다. 즉, 훨씬 적은 X선량으로도 동일한 품질의 이미지를 얻을 수 있다는 의미다. 이는 환자의 방사선 피폭량을 줄이는 동시에 더욱 선명하고 정확한 진단 이미지를 얻을 수 있게 해준다. 모하메드 교수는 "새로운 검출기로 촬영한 X선 사진은 라즈베리를 관통하는 금속 바늘이나 USB 케이블의 내부 구성 요소와 같은 미세한 부분까지 선명하게 보여주었다"고 밝혔다. X선 기술의 미래, 그리고 숙제 X선 기술은 120여 년 동안 끊임없이 발전해 왔다. 초기의 단순한 X선 촬영에서부터 CT, MRI 등 다양한 영상 진단 기술이 개발되었으며, 최근에는 인공지능 기술과의 결합을 통해 더욱 정확하고 빠른 진단이 가능해졌다. 하지만 X선 기술은 여전히 '방사선 피폭'이라는 딜레마를 안고 있다. 이번 연구는 X선의 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 가능성을 제시했지만, 상용화까지는 넘어야 할 산이 많다. 첫째, 새로운 검출기의 생산 비용을 낮춰야 한다. 혁신적인 기술이라 하더라도, 높은 비용은 상용화의 걸림돌이 될 수 있다. 둘째, 다양한 의료 장비 및 산업 현장에 적용 가능하도록 기술을 고도화해야 한다. 이를 위해서는 크기, 모양, 성능 등 다양한 측면에서 개선이 필요하다. 셋째, 장기간 사용에 대한 안전성을 철저하게 검증해야 한다. 새로운 기술의 안전성은 무엇보다 중요하다. 이러한 과제들을 해결한다면, 이번 연구는 X선 기술의 새로운 전환점을 마련할 수 있을 것이다. 더 안전하고 정확하며, 휴대하기 간편한 X선 장비는 의료 및 산업 현장에 혁신을 가져올 것이다. 특히 의료 접근성이 낮은 저개발 국가나 재난 현장에서 X선 기술의 혜택을 더 많은 사람들에게 제공할 수 있을 것으로 기대된다. X선 기술은 인공지능, 빅데이터 등 다른 첨단 기술과의 융합을 통해 더욱 발전할 것으로 기대된다. 예를 들어, AI 기반 X선 영상 분석 기술은 의료 진단의 정확성과 효율성을 더욱 높일 수 있다. 또한, X선 영상 데이터를 빅데이터 기술과 결합하면 질병 예측 및 예방에도 활용할 수 있을 것이다. X선 기술의 미래는 밝다. 끊임없는 혁신과 발전을 통해 X선 기술은 인류의 삶을 더욱 풍요롭고 건강하게 만드는 데 기여할 것이다. 그리고 그 선두에는 더 안전하고 선명한 미래를 향한 과학자들의 끊임없는 도전이 있을 것이다.
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[퓨처 Eyes(66)] '투시의 마법' X선, 120년 만에 혁명⋯'안전'과 '정확성' 두 마리 토끼 잡다
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국내 ICT 산업, CES 2025서 AI 기술로 글로벌 시장 공략…삼성·LG 차세대 TV 공개
- 과학기술정보통신부와 국내 주요 ICT 기업들이 CES 2025에서 디지털 기술의 글로벌 사업화와 인공지능(AI) 기술을 통한 시장 경쟁력 강화에 나선다. 과기정통부는 오는 7일부터 10일(현지시간)까지 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 가전·IT 전시회 CES 2025에 ‘정책조사단’을 파견해 국내 디지털 기업의 글로벌 진출을 지원할 계획이라고 6일 밝혔다. 이번 행사에는 삼성전자, LG전자, 현대모비스, SKT 등 대기업을 비롯해 디지털 혁신 중소·벤처기업 약 800개 사가 참여한다. 과기정통부는 CES 첫날 삼성전자, LG전자, SKT 등 주요 ICT 기업 관계자들과 간담회를 열어 글로벌 진출 전략과 정책 건의 사항을 청취할 예정이다. 이와 함께 ‘디지털 청년 인재 토크콘서트’를 개최해 청년 인재들의 도전을 독려한다. 둘째 날에는 CES 혁신상을 수상한 AI, 스마트시티, XR(확장현실) 분야 국내 기업들과 간담회를 열고, 글로벌 기술 사업화 과정에서의 어려움과 유니콘 기업으로 성장하기 위한 정부의 지원 방향을 논의한다. 한편, CES 2025에서는 국내 대표 기업인 삼성전자와 LG전자가 AI 기반의 차세대 TV를 공개하며 기술 경쟁력 강화에 나섰다. 삼성전자는 CES 개막에 앞서 5일(현지시간) ‘삼성 퍼스트 룩 2025’ 행사를 개최하고 '삼성 비전 AI'를 적용한 신형 TV를 선보였다. 삼성 비전 AI가 탑재된 TV는 사용자가 시청 중 원하는 정보를 원클릭으로 제공하며, 외국어 콘텐츠의 자막을 실시간으로 번역하는 기능을 갖췄다. 또한 사용자 생활 패턴과 집안 환경을 분석해 가족과 반려동물 상태를 확인하는 케어 기능도 지원한다. LG전자는 프리미엄 라인업 '2025년형 LG 올레드 에보'를 선보이며 AI 기술을 통해 사용자 맞춤형 경험을 제공한다. LG의 새로운 webOS 25는 대형언어모델(LLM)을 적용해 사용자 발화를 이해하고, 복합적인 요구에도 정확하게 응답할 수 있도록 설계됐다. 매직 리모컨의 AI 버튼을 통해 날씨와 시간에 맞춰 맞춤형 인사를 전하며, 시청 이력을 분석해 콘텐츠를 추천하는 기능도 강화됐다. 초대형 TV 시장에서도 양사의 경쟁이 두드러진다. 삼성전자는 CES 2025에서 115형과 100형 네오 QLED 모델을 최초 공개하며, 98형 네오 QLED 8K, 85형 네오 QLED 4K, 83형 OLED 등 다양한 라인업을 선보였다. LG전자는 최대 밝기가 일반 OLED TV 대비 3배 향상된 97형 ‘LG 올레드 에보’를 공개해 시장의 주목을 받았다. 이외에도 LG전자는 지난해 CES에서 공개했던 세계 최초 무선·투명 TV '77형 LG 시그니처 올레드 T'와 '65형 올레드 오브제컬렉션 포제'를 다시 선보이며 관람객들의 관심을 끌었다. 과기정통부는 CES 기간 동안 북미 지역 한인 과학자들과 간담회를 통해 한미 간 글로벌 연구개발(R&D) 활성화 방안과 국내 기술의 글로벌 사업화 전략을 모색할 예정이다. 이번 CES 2025는 국내 디지털 산업이 AI 기술을 중심으로 글로벌 시장에서 경쟁력을 강화하고, 새로운 사업 기회를 모색하는 중요한 무대가 될 전망이다.
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- IT/바이오
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국내 ICT 산업, CES 2025서 AI 기술로 글로벌 시장 공략…삼성·LG 차세대 TV 공개
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[신소재 신기술(146)] 국내 연구진, 고체 내 전자의 양자 기하학 첫 측정⋯양자역학 새 지평 열다
- 국내 연구진이 포함된 국제 공동 연구팀이 고체 내에서 움직이는 단일 전자의 기하학적 '형태'를 최초로 즉정하는 데 성공했다. 이번 연구는 결정질 고체의 양자적 거동을 연구하는 새로운 방법을 제시하는 획기적인 성과로 평가된다고 사이언스 얼럿이 5일(현지시간) 전했다. 과학자들은 전자의 에너지와 운동을 계산하는 방법을 알고 있었지만, 전자의 양자 모양을 이해하는 것은 지금까지 이론적으로만 가능했다고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. 미국 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 리카르도 코인(Riccardo Comin) 물리학과 교수는 "우리는 이전에는 얻을 수 없었던 새로운 정보를 얻는 방법을 개발했다"고 밝혔다. 이번 연구는 MIT에서 박사후 연구원으로 재직했으며 현재 코넬 대학교에 있는 강민구 박사와 서울대학교 김선제 교수가 주도했다. 물리학에서 물질은 고전 물리학으로 설명되는 방식으로 주로 이해된다. 그러나 입자 간 상호 작용이나 측정이 이루어지는 근본적인 수준에서는 고전 물리학과 달리 양자역학의 원리에 따라 움직인다. 전자는 입자와 파동, 두 가지로 행동할 수 있다. 전자를 입자라고 부르지만, 이는 작은 콩과 같은 이미지를 연상시키기 쉽다. 그러나 전자의 크기와 그 양자적 특성은 파동의 형태로 설명하는 게 훨씬 더 정확하다. 물리학자들은 전자의 파동적 측면을 설명하기 위해 파동함수를 사용한다. 파동함수는 특정 위치에서 특정 상태의 입자가 존재할 확률을 기술하는 수학적 모델로, 전자의 양자적 특성을 표현한다. 이러한 파동함수의 일부 특징은 기하학적 형태로 해석될 수 있으며, 이는 곡선이나 구와 같이 무한한 방향으로 회전하는 구조를 갖는다. 원자 격자 내 전자의 양자 기하학은 클라인 병이나 뫼비우스 띠처럼 복잡한 형태로 나타나기도 한다. 연구 저자들은 "지금까지의 파동함수의 양자 기하학은 이론적으로만 추론될 수 있었거나 전혀 추론될 수 없었다"고 말했다. 그들은 그러나 "물리학자들이 양자 컴퓨터부터 고급 전자 기기 및 장치에 이르기까지 모든 것에 잠재적으로 적용할 수 있는 양자 물질은 점점 더 많이 발견함에 따라 이 속성은 점점 더 중요해지고 있다"라고 덧붙였다. 고체 내 전자의 복잡한 양자 기하학의 일부를 결정하는 것은 물리학자들이 간접적으로 추론하는 방식에 의존해왔다. 강민구 박사와 김선진 교수 연구팀은 전자의 양자 기하학을 직접 측정하기 위해 '양자 기하학적 텐서(QGT)'라는 물리량을 활용했다. QGT는 2차원 홀로그램이 3차원 공간의 정보를 인코딩하는 것과 유사하게, 양자 상태의 전체 기하학적 정보를 담고 있다. 연구팀은 '각도 분해 광전자 분광법(ARPES)'을 사용해 전자의 양자 기하학을 측정했다. 이 기술은 물질에 광자를 조사해 전자를 방출시키고, 전자의 편광, 스핀, 방출 각도 등 다양한 특성을 분석하는 방식이다. 이번 연구는 코발트-주석 합금 단결정을 대상으로 진행했다. 이 물질은 '카고메 금속(kagome metal)'으로 알려져 있으며, 연구팀은 앞선 연구에서도 동일한 물질의 특성을 조사한 바 있다. 연구 결과 고체 내에서 QGT를 최초로 측정했으며, 이를 통해 금속 내 전자의 나머지 양자 기하학적 특성을 유추할 수 있었다. 연구팀은 이 결과를 이론적으로 도출된 양자기하학과 비교해 즉접 측정과 추론 방식의 유효성을 검증했다. 팀은 이번 기술이 코발트-주석 합금뿐 아니라 다양한 재료에 적용 가능하다고 밝혔다. 특히, 초전도성이 발견되지 않은 물질에서 초전도성을 발견하는 등 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다. 익명을 요한 한 전문가는 '양자역학의 기하학적 해석은 최근 응집물질 물리학 분야에서 많은 진전을 이루는 데 중요한 역할을 했다"며 "연구팀은 양자 상태의 기하학적 특성을 근본적으로 규명하는 QGT에 실험적으로 접근하는 방법을 개촉했다"고 평가했다. 그는 이어 "이번 연구에서 개발된 방법은 간단하고, 다양한 고체 재료에 적용할 수 있어 새로운 양자 현상에 대한 기하학적 이해를 이끌어낼 잠재력이ㅐ 크다"고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(146)] 국내 연구진, 고체 내 전자의 양자 기하학 첫 측정⋯양자역학 새 지평 열다
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우주쓰레기-케슬러 증후군이 위협적인 이유는?
- 현재 약 1만 3000개의 위성이 우주를 질주하며 지구를 초속 10km의 맹렬한 속도로 지구 궤도를 돌고 있다. 이는 전투기보다 14배 이상 빠른 것이다. 지난 세기 동안 인류가 이룩한 과학적 진보를 보여주는 매우 인상적인 업적이지만, 우주 쓰레기라는 적지 않게 큰 문제를 야기하고 있다. 이로 인한 케슬러 증후군(Kessler Syndrome)이 우려되고 있다고 IFL사이언스가 전했다. 이는 너무 많은 물체를 우주로 보내면 충돌 가능성이 높아지고, 그 결과 다시 더 많은 우주 쓰레기가 생성되며, 미래의 충돌 가능성이 높아진다는 생각을 말한다. 이는 본질적으로 도미노 효과이며, 일부 과학자들은 우리가 돌이킬 수 없는 임계 질량에 도달할 수 있다고 주장한다. 저궤도에 축적되는 우주 쓰레기 이 개념은 70년대에 미국의 천체물리학자 돈 케슬러가 처음 제안했다. 그 이후 지구의 저궤도에는 점점 더 많은 쓰레기가 쌓였다. 지난 2024년 9월 발표된 유럽우주국(ESA)의 최신 수치에 따르면 현재 지구를 돌고 있는 활성 위성은 1만 개가 넘고, 수명이 다하거나 파괴되어 작동하지 않는 위성은 3000개가 넘는다. 수치에서 짐작할 수 있듯이 많은 우주 물질이 사용 기한이 지난 후에도 대기에 남아 문제를 악화시키고, 특히 저궤도(LEO)에 축적되고 있다. 최근 몇 년 동안 우주로 발사된 위성의 수도 크게 증가했다. 스페이스X가 저궤도 위성 인터넷 서비스인 스타링크 프로젝트로 6800개 이상의 위성을 발사했다. 우려하는 과학자 연합(Union of Concerned Scientists)에 따르면 2022년에만 추가로 2000개가 우주로 발사됐다. 1cm 우주 쓰레기 타격, 치명적 텍사스 오스틴 대학의 모리바 자 교수는 2023년 팟캐스트에서 "몇 년 전에는 한 달에 한 번 발사하는 것도 빈번한 것으로 인식됐다. 그런데 지금은 일주일 평균 12개 이상의 위성을 발사하고 있다"며 "이 속도대로라면 이렇게 많은 위성을 자주 발사하는 것이 어떤 의도치 않은 결과를 가져올지 알 수 없다"라고 우려했다. 인간이 개발한 우주 기술의 발전은 지구를 도는 수백만 개의 미세 유성체에 더해진다. 요컨대, 지구의 천체 고속도로가 매우 혼잡해지고 있는 것이다. 그런데 속도를 방정식에 포함시키면 물체의 엄청난 수는 더 큰 문제가 된다. 1cm의 페인트 얼룩은 무해한 것으로 보일 수 있지만, 우주에 떠 있을 때는 강력한 타격을 줄 수 있다. 나사(NASA)에 따르면, 지구에서 시속 60마일(97km)로 움직이는 250kg 물체(돼지 한 마리 정도)와 같은 양의 피해를 입힐 수 있다. 우주 비행사가 우주 쓰레기와 충돌하면 치명적일 수 있다. 또 지구에서 살아가는 인간의 삶의 방식을 바꿀 수 있고, 지구로 돌아가는 우주선을 위협할 수도 있다. 위성은 항해에서 통신에 이르기까지 모든 면에서 중요한 역할을 한다. '순환 우주 경제' 모색해야 그렇다면 이에 대해 어떤 조치를 취할 수 있을가. 많은 과학자들은 '순환 우주 경제'를 요구하고 있다. 재사용 및 재활용이 가능한 우주 기술로 전환하고 폐기된 우주 쓰레기를 보다 책임감 있게 수거하거나 완벽히 폐기하는 방법이 포함된다. 한 가지 예로 국제우주정거장(ISS)에 있는 우주 비행사가 시험하는 나무 위성을 사용하는 방법이 있다. 한편 ESA와 같은 기관은 미래 우주 임무에서 생산될 쓰레기의 양을 줄이고 현재 유통 중인 일부 파편을 제거해 현실에서 발생할 수 있는 악몽 같은 시나리오를 막기 위한 자체 프로그램을 시작하고 있다.
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