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AI 활용 알츠하이머 예측 모델, 82% 높은 정확성 기록
- 영국 과학자들이 인공지능(AI) 도구를 개발해 알츠하이머병을 정확하게 진단했다. 케임브리지 대학교 연구팀이 개발한 새로운 AI 도구는 인지 테스트와 MRI 스캔을 사용해 알츠하이머 진행을 82%의 정확도로 예측한다고 뉴로사이언스가 13일(현지시간) 보도했다. 케임브리지의 연구팀은 초기 치매 증상을 보이는 환자가 알츠하이머 병으로 발전할 지 또는 증상이 안정될지를 예측하는 머신 러닝 모델을 개발한 것. 이 도구는 기존 진단 도구보다 정확도가 높으며, 침습적이고 고비용 검사 없이 조기 진단을 가능하게 한다. 치매의 주요 원인은 알츠하이머병으로 전체 사례의 60~70%를 차지한다. 조기 발견은 치료 효과를 높일 수 있어 매우 중요하다. 그러나 양전자방출 단층 촬영(PET) 검사나 요추 전자와 같은 침습적이거나 값비싼 검사를 이용하지 않으면 조기 치매 진단이나 예후가 정확하지 않을 수 있다. 의학 분야의 오픈 액세스 저널 'e클리니컬 메디신(eClinicalMedicine)'에 게재된 연구에 따르면 이 기술은 현재의 임상 진단 도구보다 더 정확하다고 한다. 이 저널은 더 랜싯(The Lancet) 디지털 건강 저널 시리즈 중 하나로 2019년 설립됐다. 연구팀은 미국과 영국, 싱가포르의 환자 1900여 명의 데이터를 활용해 인공 지능 모델을 개발하고 후속 데이터를 통해 약 6년간 검증했다. 이 AI 모델은 3년 이내에 알츠하이머병으로 진행될 환자를 82%의 정확도로 예측했다. 이는 현재 표준 치료법, 즉 표준 임상 마커(회백질 위축이나 인지 점수 등)보다 정확도가 약 3배 정도 높다. 이 인공지능 도구는 환자를 증상이 안정적인 그룹(참가자의 약 50%), 알츠하이머로 천천히 진행되는 그룹(약 35%), 빠르게 진행되는 그룹(약 15%) 세 가지로 분류해 맞춤형 치료 계획 수립과 조기 개입을 가능하게 한다. 또한 치매가 아닌 다른 원인으로 인한 기억력 감퇴 환자를 식발해 불필요한 검사를 줄이고 적절한 치료를 받도록 돕는다. 아울러 기억 상실과 같은 증상이 있지만 상태가 안정된 50%의 사람은 치매가 아닌 불안이나 우울증과 같은 다른 원인으로 인한 증상일 수도 있으므로 다른 임상 경로를 찾는데 도움을 줄 수도 있다. 수석 저자인 케임브리지 대학교 심리학과 조이 쿠르치 교수는 "우리는 인지 테스트와 MRI 스캔 데이터만 사용했지만, 경미한 증상에서 알츠하이머로 진행될 지 여부와 진행이 빠를지 혹은 느릴지 예측하는 데 현재의 접근 방식보다 훨씬 더 정확한 도구를 만들었다"고 말했다. 연구팀은 이 도구가 실제 임상 환경에서 적용될 수 있도록 다양한 환자 데이터를 활용하여 검증했으며, 향후 다른 유형의 치매 예측에도 활용될 수 있도록 연구를 확장할 계획이다.
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AI 활용 알츠하이머 예측 모델, 82% 높은 정확성 기록
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[신소재 신기술(77)] 나사, 소변을 식수로! 혁신적인 새 우주복 개발
- 미국 과학자들이 소변을 식수로 5분만에 바꿀 수 있는 획기적인 우주복을 설계했다. 코넬 대학교 연구진은 영화 '듄'에 등장하는 전신 '스틸슈트'와 같은 공상 과학 기술을 현실로 구현하기 위한 우주복용 소변 수집 및 여과 시스템 시제품을 개발했다고 영국 일간지 더 가디언스와 과학 전문 웹사이트 PHYS.org, 라이스사이언스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 우주 유영중인 우주 비행사들이 우주복 안에서 용변을 해결해야 하는 것은 잘 알려진 사실이다. 이는 불편하고 비위생적일뿐만 아니라 ,국제 우주 정거장(ISS)내 폐수와 달리 우주 유영 중 발생하는 소변 속 물을 재활용할 수 없다는 점에서 낭비적인 측면도 있다. 스틸슈트는 땀과 소변을 통해 손실되는 수분을 흡수, 정화하여 식수로 재활용하는 기능이 있다. 나사의 새 우주복 디자인은 '프론티어스 인 스페이스 테크놀로지(Frontiers in Space Technology)' 저널에 게재됐다. 연구팀은 진공 기반 외부 도뇨관과 정삼투-역삼투 통합 장치를 통해 우주 비행사에게 지속적으로 식수를 공급하며, 다양한 안전 장치를 통해 안전을 보장한다고 밝혔다. 미국 나사가 2025년과 2026년에 예정된 유인 우주 탐사선 아르테미스 Ⅱ와 아르테미스 Ⅲ 임무를 위해 개발된 이 시스템은, 기존 우주복의 폐기물 관리 시스템인 MAG(Maximum Absorbency Garment)의 불편함과 비위생 문제를 해결하려고 했다. MAG는 1970년대 후반부터 사용된 일종의 성인용 기저귀로, 누출 및 요로 감염, 위장 장애 등 건강 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 연구팀이 개발한 소변 수집 장치는 유연한 직물로 만들어진 속옷과 실리콘으로 제작된 수집컵으로 구성된다. 수집 컵은 남녀 신체 구조에 맞게 설계되었으며, 내부에는 폴리에스터 극세사 또는 나일론-스판덱스 혼합 소재가 사용되어 소변을 흡수하고 진공 펌프를 통해 빨아들인다. 수집된 소변은 우주복 등에 부착된 여과 시스템으로 이동하며, 2단계 장삼투-역삼투를 통해 87% 효율로 재활용된다. 정제된 물은 전해질을 추가하여 식수로 사용 가능하다. 500ml 소변을 수집하고 정화하는 데는 5분이 소요된다. 이 시스템은 제어 펌프, 센서, 액정 디스플레이 화면을 포함하며, 20.5V, 40Ah 배터리로 작동한다. 크기는 38x23x23cm, 무게는 약 8kg으로 우주복 뒷면에 부착할 수 있도록 작고 가볍게 설계됐다. 현재 시제품이 완성됐으며, 향후 모의 환경 및 실제 우주 유영에서 테스트될 예정이다. 이를 통해 시스템의 기능성과 안전성을 검증하고 실제 우주 임무에 적용할 수 있을 것으로 보인다.
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[신소재 신기술(77)] 나사, 소변을 식수로! 혁신적인 새 우주복 개발
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중국 과학자, 시각 장애인 위한 '6족 로봇 안내견' 테스트
- 시각 장애인을 위한 로봇 안내견에 대한 테스트가 진행돼 그 결과가 주목된다고 CNN 등 외신이 전했다. 안내견 로봇은 중국 상하이교통대(Jiao Tong University)가 개발했다. 개발팀에 따르면 안내견 로봇은 잉글리시 불독 크기에 다리가 6개 달린 6족 로봇으로, 리트리버 등 실제 안내견과는 시각적으로나 촉감적으로 사뭇 다르지만, 시각 장애자들에게 더 실용적인 도움을 줄 것으로 기대된다. 안내견 로봇은 현재 실제 현장에서 테스트 중에 있는데, 카메라와 센서를 통해 기존 안내견이 할 수 없는 신호등 신호 인식 등 다양한 환경을 탐색해 시각 장애인들을 안내하고 있다. 로봇은 음성 인식, 경로 계획 기능, 신호등 인식 기능에 AI 기술까지 접목돼 시각 장애인과 말하고 들으면서 의사소통할 수 있다. 또한 다리가 6개로 일반 반려견보다 2개가 많아 움직임이 부드럽고 최대한 안정적으로 걷는 데 도움이 된다. 로봇은 세 개의 다리를 딛고 나머지 3개를 들어 올리면서 이동한다. 이는 마치 카메라를 지지하는 삼각대와 같다. 개발팀을 이끈 교통대 기계공학부 가오 펑 교수는 삼각대 형식의 지지는 가장 안정적인 구조라고 설명했다. 안내견 로봇 실험은 시각 장애인 부부를 대상으로 했다. 한 사람은 완전한 시각 장애인, 배우자는 약간의 시력만 유지하는 장애인이었다. 로봇의 도움을 받은 부부는 결과에 대체로 만족했다고 한다. 상용화된다면 시각 장애인이 혼자 여행할 때 겪는 문제 중 일부를 충분히 해결할 수 있을 것이라는 평가다. 실제 안내견을 충분히 대체할 수 있다는 것이다. 안내견 로봇은 호주, 영국 등 다른 로봇 공학 선진국에서도 개발하고 있다. 중국도 그 중 하나로, 중국은 특히 안내견이 크게 부족한 실정이다. 중국에는 거의 2000만 명의 시각 장애인이 있지만, 이들을 위한 안내견은 400마리가 조금 넘는 수준이라고 한다. 애완동물 소유 및 도우미 동물은 미국에서도 여전히 사회에 정착되지 않은 생활 문화다. 많은 직장, 레스토랑 및 기타 공공장소에서 래브라도 리트리버와 같은 안내견 출입이 제한된다. 또 실제 안내견은 번식의 한계와 강한 훈련이 필요하기 때문에 항상 공급이 부족하다. 그런점에서 안내견 로봇은 대량 제조가 가능하므로 수요를 감당할 수 있다는 지적이다. 가오 펑은 “개발된 안내견 로봇은 자동차와 같다. 대량 생산이 가능해 가격이 더 저렴해질 수 있으며, 시각 장애인의 이동을 지원하는 도구”라며 ”전 세계적으로 안내견이 필요한 시각 장애인이 수천만 명에 달할 것이기 때문에, 안내견 로봇 시장은 상상 이상으로 크다“고 기대했다.
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중국 과학자, 시각 장애인 위한 '6족 로봇 안내견' 테스트
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세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발
- 미국 텍사스대 과학자들이 완전하고 기능적인 인간 면역체계를 가진 쥐 모델 개발에 성공했다. 이 모델은 또한 특정 항체 반응을 생성할 수 있는 인간과 유사한 장내 미생물군을 가지고 있는 것으로 보고됐다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 8일(현지시간) 보도했다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강 과학센터의 과학자들이 개발한 이 인간화된 쥐는 TruHuX(진정한 인간, 또는 THX)라는 이름을 가지고 있다. 텍사스 대학교 롱 의과대학 미생물학, 면역학 및 분자유전학과의 파울로 카살리(Paolo Casali) 교수 연구팀은 면역학 및 미생물학 분야에서 50년 이상의 경력을 지닌 연구자로, 항체 반응의 분자 유전학 및 후성유전학 분야의 전문가다. 연구팀은 기존 인간 모델의 한계를 극복하기 위해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 가진 인간화된 쥐 모델 개발을 목표로 했다. 쥐는 크기가 작고, 취급이 용이하며, 인간과 많은 면역 요소 및 생물학적 특성을 공유하고, 유전적 변형이 용이하기 때문에 생물학 및 생물 의학 연구에 널리 사용된다. 그러나 1600개 이상의 쥐 면역 반응 유전자 중 상당수는 인간 유전자와 일치하지 않아 인간 면역 반응 예측에 차이 또는 결함을 초래한다. 이러한 이유로 인간 면역 반응을 정확하게 재현하는 '인간화된 쥐' 모델 개발이 중요한 과제로 떠올랐다. 본 연구는 2024년 8월 '네이처 이뮤놀로지(Nature Immunology)' 저널에 게재될 예정이다. 탯줄 혈액서 분리한 인간 줄기세포 쥐 심장에 주입 연구팀에 따르면 이 TruHuX 쥐 모델에는 림프절, 생식 중심, 흉선 인간 상피 세포, 인간 T 림프구와 B 림프구, 기억 B 림프구, 그리고 인간에서 발견되는 것과 동일한 고도로 특이한 항체와 자가항체를 생성하는 형질 세포가 포함되어 있다. 1980년대에 인간 HIV 감염 및 면역 반응 모델링을 위해 처음으로 인간화된 쥐가 개발됐다. 이후 면역결핍 쥐에 인간 말초 림프구, 조혈모세포 또는 다른 인간 세포를 주입하는 방식으로 인간화된 쥐가 계속 개발되어 왔다. 그러나 기존 모델들은 완전히 기능하는 인간 면역 체계를 갖추지 못하고, 수명이 짧으며, 효과적인 면역 반응을 나타내지 못했다. 이로 인해 인간 면역 치료제 개발, 인간 질병 모델링 또는 인간 백신 개발에 적합하지 않았다. 카살리 교수 연구팀은 탯줄 혈액에서 분리한 인간 줄기세포를 면역결핍 NSG W41 돌연변이 쥐의 심장(좌심실)에 주입하는 방식으로 연구를 시작했다. 몇 주 후, 이식된 줄기세포가 안정화되면 쥐에게 17β-에스트라디올(E2)을 투여하여 호르몬 조절을 진행했다. 에스트로겐은 인체에서 가장 강력하고 풍부한 형태의 여성 호르몬이다. 에스트로겐을 통한 호르몬 조절은 이전 연구 결과에 근거하여 진행되었다. 이는 에스트로겐이 인간 줄기세포 생존율을 높이고, B 림프구 분화와 바이러스 및 박테리아에 대한 항체 생성을 촉진한다는 점을 시사한다. 카실리 박사는 "에스트로겐 활성을 중요하게 활용하여 인간 줄기세포와 인간 면역세포 분화 및 항체 반응을 지원함으로써 THX 쥐는 인간 면역계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 이렇게 개발된 TruHuX(THX) 쥐는 림프절, 배중심, 흉선 상피 세포, 인간 T 및 B 림프구, 기억 B 림프구 및 형질 세포를 포함해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 갖추고 있다. 프리스테인 주입시 루푸스 발현 THX 쥐는 실모넬라 편모 단백질 및 화이자 COVID-19 mRNA 백신 접종 후 각각 살모넬라 티피뮤리움 및 SARS-CoV-2 바이러스 스파이크 S1 RBD에 대한 성숙한 중화 항체 반응을 나타냈다. 또한 염증 반응을 유발하는 기름인 프리스테인 주입 후 전신성 호반성 루푸스 자가면역 질환을 발병할 수 있다. 카실리는 이 새로운 발견이 암 체크포인트 억제제와 같은 면역치료제, 인간 박테리아 및 바이러스 백신 개발, 다양한 인간 질병의 모델링 등 인간 생체 내 실험에 새로운 길을 열었다고 설명했다. 또한 이 새로운 접근 방식이 면역학 및 미생물학 연구에서 비인간 영장류 사용을 대체할 수 있다는 낙관적인 전망을 내놓고 있다. 에스트로겐과 면역 체계에 대한 이전 연구가 부족했기 때문에 카실리 교수는 이번 발견이 해당 주제에 대한 추가 연구를 촉진하기를 기대하고 있다. 카실리 교수는 "THX 쥐는 에스트로겐 활동을 활용해 인간 줄기세포 및 면역세포 분화와 항체 반응을 지원함으로써 인간 면역 체계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 연구팀은 현재 THX 쥐 모델을 사용하여 전신 및 국소 수준에서 SARS-CoV-2(COVID-19)에 대한 생체 내 인간 면역 반응, 인간 기억 B 림프구, 생성을 위한 핵 수용체 RORα 의존성, RORα 발현 및 조절 장애로 이어지는 사건을 조사하고 있다. 연구팀은 또한 인간 형질세포 생성을 매개하는 후성유전학 요인과 메커니즘을 탐구하고 있다. 형질세포는 박테리아, 바시리스 또는 암세포에 대한 항체를 초당 수천개씩 만드는 일종의 세포 공장이다.
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세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발
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삼성전자, '종합 반도체' 강점 앞세워 파운드리 생태계 확장…TSMC 추격 가속화
- 삼성전자가 파운드리(반도체 위탁 생산) 생태계 확장을 위해 다양한 파트너사와 협력을 강화하고 있다. 파운드리 후발주자인 삼성전자는 종합 반도체 회사의 강점을 살려 생태계를 키워 세계 파운드리 1위인 대만 TSMC 추격에 속도를 낸다는 전략이다. 삼성전자는 9일 서울 강남구 코엑스에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 및 SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 포럼 2024'에서 종합 반도체 기업으로서의 강점을 살려 디자인 솔루션, 설계자산(IP), 설계 자동화 툴(EDA), 테스트 및 패키징(OSAT) 등 다양한 분야의 100여 개 파트너사와 협력하며 파운드리 생태계를 구축하고 있다고 밝혔다. 특히 EDA 파트너사 수는 경쟁사인 TSMC를 넘어섰으며, 5300개 이상의 IP를 확보하는 등 빠른 속도로 성장하고 있다. 공정별 핵심 IP를 모두 보유하고 있으며, 파트너사들과 지속적으로 협력해 포트폴리오는 계속 성장 중이라는 게 회사 측 설명이다. 삼성전자 파운드리는 글로벌 EDA 기업인 시높시스, 케이던스 등 IP 파트너와 선제적이고 장기적인 파트너십을 구축하며 IP 개발에 노력 중이다. 그 결과 2017년 파운드리사업부 출범 당시 14곳이던 IP 파트너는 현재 3.6배인 50곳으로 늘어났다. 삼성전자는 2나노 반도체 설계를 위한 IP 확보 계획을 발표하고, 고성능컴퓨팅(HPC) 및 인공지능(AI) 분야의 폭발적인 수요 증가에 대응하여 디자인 서비스 업체(DSP)와의 협력을 강화하고 있다. 국내 DSP 업체와의 협력을 통해 턴키 솔루션을 제공하며, 한국 팹리스 기업들의 HPC 및 AI 시장 진출을 지원하고 있다. DSP 업체들은 팹리스가 설계한 반도체를 파운드리가 제조할 수 있게 돕는 회로 분석, 설계오류 수정, 설계 최적화 등 디자인 서비스를 제공한다. 고객들은 DSP와 같은 지역에 있으면 신속하고 밀접한 서비스를 받는 등 파운드리 이용 편의가 높아진다. 이번 파운드리 포럼에서 삼성전자는 국내 DSP 업체 가온칩스와 협력해 일본 프리퍼드 네트웍스(PFN)의 AI 가속기 반도체를 수주한 성과를 소개했다. 삼성전자는 PFN의 AI 가속기 반도체를 2나노 공정을 기반으로 양산하고 2.5D 패키지 기술까지 모두 제공하는 턴키 반도체 솔루션을 수주한 것. 기존 패키지가 단순히 칩을 외부와 전기적으로 연결하고 보호하는 역할이었다면, 최근에는 패키지의 역할이 칩으로 구현하기 어려운 부분의 보완으로까지 확대되는 양상이다. 이에 삼성전자는 기술적 한계를 넘어서기 위해 2.5D 및 3D 패키지 기술 등 새로운 융복합 패키지 개발에 주력하고 있다. 특히 삼성전자는 파운드리만 하는 TSMC와 달리 파운드리를 품은 종합 반도체 기업으로서 강점을 파운드리 생태계 구축을 부각하고 있다. AI 시대를 맞아 고객의 AI 아이디어 구현을 위해 파운드리 기술은 물론 메모리, 패키지 분야와의 협력을 통해 시너지를 창출하는 차별화 전략을 강조하고 있다. 고성능·저전력 반도체에 최적화한 차세대 트랜지스터 GAA(Gate-All-Around) 공정 기술, 적은 전력으로도 고속 데이터처리가 가능한 광학소자 기술 등을 활용한 '원스톱 AI 솔루션'을 내세웠다. 통합 솔루션을 활용하는 팹리스 고객은 파운드리, 메모리, 패키지 업체를 각각 사용할 때보다 칩 개발부터 생산에 걸리는 시간을 약 20% 단축할 수 있다는 게 삼성전자의 설명이다. 삼성전자는 2022년 6월 세계 최초로 GAA 구조를 적용한 3나노 양산을 시작했다. 올해 하반기에는 2세대 3나노 공정 양산에 돌입할 예정이다. TSMC는 GAA보다 한 단계 아래 기술로 평가받는 기존 핀펫(FinFET) 트랜지스터 구조를 3나노에 활용 중이며, 2나노 공정부터 GAA를 적용한다는 계획이다. 최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 이날 파운드리 포럼 기조연설에서 "삼성전자는 국내 팹리스 고객과의 긴밀한 협력을 위해 첨단 공정뿐만 아니라 AI, 고성능 저전력 반도체, 고감도 센서 등 다양한 분야의 특화된 공정 기술을 지원하고 있다"며, "AI 시대에 발맞춰 고객에게 최적화된 맞춤형 AI 솔루션을 제공하여 차별화된 가치를 창출해 나갈 것"이라고 강조했다.
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삼성전자, '종합 반도체' 강점 앞세워 파운드리 생태계 확장…TSMC 추격 가속화
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[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성
- 중국 과학자들이 젤라틴과 DNA로 이루어진 새로운 생분해성 에어로젤을 개발해 태양 반사율 100%를 달성했다. 에어로젤은 90% 이상 공기로 이루어진 매우 가벼운 고체 물질이다. 세상에서 가장 가벼운 고체 중 하나인 에어로젤은 공기보다 약간 무거운 정도이며, 뛰어난 단열성을 지녀 극한의 온도에서도 열 전달을 효과적으로 막을 수 있다. 최근 중국 쓰촨대학 연구팀은 젤라틴과 DNA로 구성된 에어로젤을 개발해 태양 반사율 104%와 뛰어난 복사 냉각 효과를 달성했다고 인터레스팅 엔지니어링이 보도했다. 미국 과학진흥협회(AAAS)의 공식 성명에 따르면, 이 에어로젤은 생분해성이며 탁월한 복사 냉각 효과를 제공한다. 연구팀은 새러운 에어로젤은 가시광선 영역에서 104%의 반사율을 달성했으며, 이는 광 발광 효과에 의한 것이라고 밝혔다. 에어로젤의 발광은 젤라틴과 DNA가 촘촘하게 연결된 네트워크에서 비롯되며, 이는 발색단들을 함께 모아 시스템의 비복사 전이를 억제하는 데 기여한다. 이 냉각 소재는 특수한 층상 디자인과 빛에 노출될 때 독특하게 빛나는 방식으로 인해 많은 태양광을 반사할 수 있다. 또한 생분해성일 뿐만 아니라 수리와 재활용이 가능해 기존 냉각 소재에 대한 친황경적인 대안을 제시한다. 바이오매스 원료의 냉각 소재 특히, 이 소재는 바이오매스 원료를 사용하여 '워터 용접'이라는 공정으로 제작됐다. 높은 태양 복사 조건에서 주변 온도를 섭씨 16도까지 낮출 수 있으며, 수리와 생분해가 가능하다. 이 연구의 제1저자인 지안웬 마(Jian-Wen Ma)는 젤라틴과 DNA는 구조적으로 균일한 에어로젤을 얻기 위해 동결 건조 공정을 통해 졸-겔 방식으로 설계됐다고 말했다. 마 연구원은 "에어로젤의 다층 구조는 햇빛의 다중 산란/반사를 허용하여 태양 반사율을 효과적으로 향상시킨다"고 말했다. 이 새로운 접근 방식은 에너지 소비가 많고 온실가스 배출량이 많은 기존 냉각 시스템의 문제를 극복하는 것을 목표로 한다. 바이오폴리머 기반 소재를 사용하여 장기적인 안정성과 최소한의 환경 영향을 제공한다. 냉각 소재는 맑음, 흐림 등 다양한 기상 조건에서 테스트에 성공했다. 또한 이 바이오매스 에어로젤은 자연 환경에서 미생물에 의해 생분해될 수 있으며, 고온 용해-재겔화-동결 건조 과정을 통해 재활용할 수 있다. 과학자들은 현재 에어로젤의 잠재적인 실용적인 응용 분야를 모색하고 있으며, 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성을 긍정적으로 전망하고 있다. 이 연구는 지난 7월 4일 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성
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[기후의 역습(22)] 기후 변화로 상어 알 부화 둔화, 2100년까지 알 부화율 90% 급락 우려
- 상어 알 부화율이 금세기 말, 즉 2100년까지 최대 90%까지 급락할 수 있으며, 이는 상어 종의 생존이 위험에 처해 있음을 시사한다는 연구 결과가 발표돼 충격이다. 해양 온난화와 산성화가 증가하면서 배아가 상당수 사망함에 따라 전 세계의 알을 낳는 상어는 세기말까지 개체 수에 큰 타격을 입을 수 있으며, 100종 이상의 상어 종이 그 영향을 받는다는 것이다. 이는 프랑스 국립 자연사박물관의 노에미 쿨롱(Noémie Coulon) 박사팀이 발견했다. 지중해와 북동 대서양에서 관찰되는 작은 점박이 고양이상어(Scyliorhinus canicula)에 대한 연구에 기초한 것으로 뉴사이언티스트가 보고서 내용을 요약해 전했다. 작은 점박이 고양이상어는 배아가 들어 있는 튼튼한 가죽 알통을 낳아 번식하는 상어 종의 약 40%를 차지한다. 이 상어 배아는 해수 온도와 산도를 의미하는 pH 수치 등 해양 조건 변화에 매우 민감하다. 기후 변화와 지구 온난화에 따라 바다는 과거에 비해 대기로부터 과도한 이산화탄소를 흡수하고 있으며, 이로 인해 바다는 더욱 더워지고 더 산성화되고 있다. 박물관 연구팀은 바다 환경을 재현한 실험실 수조에서 월별 온도 변화를 포함한 다양한 해양 조건에 작은 점박이 고양이상어 알을 넣었다. 연구팀이 이 종을 선택한 이유는 유럽에서 가장 풍부한 상어 중 하나이기 때문이었다. 첫 번째 테스트에서는 산업화 이전 수준보다 온도가 섭씨 2.7도 상승하고 2100년까지 pH가 0.2로 떨어지는 '중간 수준 기후 시나리오'에서 예상되는 수질 조건을 만들었다. 두 번째 시나리오는 세계가 계속해서 화석연료 연소에 크게 의존하는 '악화 상황'을 가정해 금세기 말까지 기온이 섭씨 4.4도 상승하고 pH가 0.4로 하락할 것으로 예측했다. 세 번째는 1995년부터 2014년까지 상어 서식지의 수온과 pH를 그대로 유지하는 '기본 수준의 시나리오'로 정했다. 연구팀은 배아가 발달하는 4개월 동안 세 가지 시나리오 각각의 조건에서 시뮬레이션을 실행했다. 그 결과 세 가지 실험 조건에 따라 배아 부화 성공에 극적인 차이가 있음을 발견했다. 기본 시나리오와 중간 시나리오에서는 약 82%의 알이 성공적으로 부화했다. 그러나 가장 따뜻한 수온의 시나리오에서는 배아 45개 중 5개만 살아남았다. 이는 거의 90%가 손실된 것이다. 쿨롱 박사는 "좋지 않은 시나리오이기는 하지만 배아의 높은 사망률에 큰 충격을 받았다"며 "기후 변화 대응을 적절하게 하지 못해 이런 조건이 만들어지면 상어 종은 멸종으로까지 이어질 수 있다"고 우려했다. 특히 8월과 같이, 상대적으로 따뜻한 기간이 짧아도 부화 실패를 야기하기에 충분했다고 한다. 이러한 결과를 바탕으로 쿨롱 박사는 돔발상어(너스하운드)와 같이 멸종 위기에 처해 있는 취약한 종을 포함, 다른 산란 상어도 마찬가지로 멸종 위기에 처할 것으로 예상했다. 쿨롱 박사는 다만 "아직 온난화에 대처할 수 있기 때문에 속단할 수는 없다"면서 "금세기 말까지 온도 상승을 섭씨 2도 정도만 유지한다면 상어 종은 살아남을 수 있다"고 지적했다.
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[기후의 역습(22)] 기후 변화로 상어 알 부화 둔화, 2100년까지 알 부화율 90% 급락 우려
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
- 중국 연구진이 인공 칩 위에서 배양한 뇌세포를 로봇에 연결하여 로봇을 제어하는 획기적인 시스템인 '메타복(MetaBOC)' 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 뉴아틀라스, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 이는 인간의 뇌와 기계를 연결하는 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술의 새로운 지평을 열었을 뿐만 아니라, 인공지능(AI)과 생물학적 지능의 융합 가능성을 보여주는 중요한 성과로 기록됐다. 메타복은 뇌세포를 이용하여 로봇을 제어하고 학습시키는 시스템으로, 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받는다. 텐진대학교와 남방과학기술대학교 연구팀이 개발한 메타복은 뇌-칩 생체 컴퓨터와 다른 전자 장치의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 인공적으로 배양된 뇌 오가노이드(미니 뇌)가 전기 신호를 통해 외부 환경을 인지하고, 로봇을 제어해 특정 작업을 수행하도록 돕는 것이다. 이는 인간의 뇌세포를 인공 신체에 이식하는 것을 목표로 하는 '바이오 컴퓨팅' 분야의 혁신적인 발전을 의미한다. 바이오 컴퓨팅은 생물학적 시스템, 즉 뇌세포를 이용하여 정보를 처리하고 계산하는 기술이다. 기존의 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 바이오 컴퓨터는 뇌세포의 벙렬 처리 능력과 에너지 효율성을 활용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 메타복은 이러한 바이오 컴퓨팅 기술을 로봇 제어에 적용함으로써, 로봇의 학습 능력과 지능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기능성을 제시했다. 브레인 온 칩 기술, 로봇 학습 능력 향상:인간 뇌 기능 모방 연구팀은 '브레인 온 칩(Brain-on-chip)' 기술을 활용해 로봇의 학습 능력을 획기적으로 향상시켰다. 브레인 온 칩은 작은 칩 위에 살아있는 뇌세포를 배양하고, 이를 통해 뇌의 복잡한 구조와 기능을 연구하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 통해 로봇이 물체를 잡고 장애물을 피하는 등 다양한 작업을 수행하도록 훈련시키는 데 성공했다. 특히, 뇌세포를 3차원 구형 오가노이드 형태로 배양해 더욱 복잡한 신경 연결을 형성하도록 유도했다. 또한 저강도 집속 초음파(LIFU) 자극을 통해 뇌 오가노이드의 지능적 기반을 강화해 뇌세포가 더욱 효과적으로 학습하고 정보를 처리할 수 있도록 했다. 이러한 기술적 진보는 로봇이 인간의 뇌처럼 학습하고 문제를 해결하는 능력을 갖추는 데 기여할 것으로 기대된다. 인공지능과 생물학적 지능의 융합: 새로운 지능 시스템의 탄생 메타복 시스템의 가장 큰 특징은 인공지능 알고리즘을 활용하여 뇌세포의 생물학적 지능과 효과적으로 소통한다는 점이다. 이러한 인공지능과 생물학적 지능의 융합은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 새로운 가능성을 제시하며, 인간과 기계의 상호 작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 인공지능은 데이터 학습을 통해 스스로 문제 해결 능력을 향상시키는 반면, 생물학적 지능은 직관, 창의성, 감정 등 인간 고유의 능력을 발휘한다. 메타복 시스템은 이 두 가지 지능을 결합하여 새로운 형태의 지능 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 이러한 시스템은 기존의 인공지능이나 인간의 지능만으로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다. 시뮬레이션 환경에서의 로봇 학습: 안전하고 효율적인 학습 환경 제공 메타복 시스템을 통해 뇌 오가노이드는 시뮬레이션 환경에서 로봇을 제어하고, 장애물 회피, 목표 추적, 물체 파지 등의 작업을 학습하는 데 성공했다. 시물레이션 환경에서의 학습은 실제 뇌세포 손상 없이 효율적인 학습을 가능하게 하며, 다양한 시나리오에서의 학습을 통해 로봇의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 시뮬레이션 기반 학습은 로봇이 실제 환경에 배치되기 전에 다양한 상황에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 하며, 로봇의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경에서의 학습 데이터를 분석하여 로봇의 성능을 개선하고 새로운 기능을 추가하는 데 활용할 수 있다. 윤리적 문제와 기술적 과제: 인간 존엄성과 안전성 확보 하지만 이러한 뇌-칩 인터페이스 기술은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 접시에서 배양되는 뇌세포는 과연 의식이 있는 것인가. 인공지능 또한 의식이 있다고 봐야 하는가. 생물학적 지능과 실리콘 기반 지능의 윤리는 다르다고 봐야 하는가 등의 의문을 제기한다. 이러한 시스템이 의식을 발달시킨다고 가정해 보면, 실제로 이 시스템으로 테스트 하는 것이 윤리적으로 옳은 일인지, 아닌지를 결정해야 할 수도 있다. 인공 뇌세포를 이용한 로봇 제어가 인간의 존엄성을 침해할 수 있다는 우려와 함께 뇌세포의 생존 유지 및 시스템 안정성 확보 등 해결해야 할 과제도 많다. 또한 뇌-칩 인터페이스 기술이 발전함에 따라 인공지능과 인간 지능의 경계가 모호해지면서 철학적인 논쟁도 불가피할 것으로 보인다. 따라서 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 과정에서는 윤리적 문제와 기술적 과제를 충분히 고려해야 한다. 인공 뇌세포 사용에 대한 명확한 윤리적 지침을 마련하고, 뇌세포의 안전한 관리 및 시스템의 안정성 확보를 위한 기술 개발에 힘써야 한다. 또한 인공지능과 인간 지능의 한계에 대한 사회적 논의를 통해 기술 발전에 따른 잠재적 문제점을 예방하고 해결 방안을 모색해야 한다. 미래 사회 변화의 촉매제: 의료, 로봇 공학, 인공지능 분야의 혁신 그럼에도 불구하고, 이번 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과다. 앞으로 메타복 시스템과 같은 기술은 의료, 로봇공학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 뇌졸중이나 착수 손상 환자의 제활 치료, 인공지능 로봇 개발, 뇌 질환 연구 등에 활용될 수 있다. 특히, 메타복 시스템은 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 인간의 뇌는 정교한 정보 처리 시스템으로, 현재의 인공지능 기술로는 완벽하게 모방하기 어렵다. 하지만 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 통해 인간의 뇌 기능을 더욱 심층적으로 이해하고 이를 인공지능 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 인간과 기계의 융합이라는 새로운 시대를 앞당기는 중요한 발걸음이 될 것이다. 앞으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 어떻게 발전하고 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
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[바이오] 영양소 기반 나노의학으로 암 치료 효율 높여
- 국제 연구진이 영양소를 활용해 암세포에서 휴면 중인 대사 경로를 재활성화함으로써 암을 치료하는 새로운 방법을 개발했다고 과학 전문 매체 사이테크데일리가 전했다. 연구팀은 나노의약 형태로 전달되는, 널리 사용되는 아미노산인 티로신을 활용해 피부암의 심각한 형태인 흑색종의 신진대사를 변화시킴으로써 암 성장을 억제했다고 한다. 이 연구는 중국 상하이 소재 국립 푸단대학교의 웬보 부 교수와 호주 시드니 공과대학의 다용 진 교수가 주도해 수행했으며 연구 결과는 권위 있는 학술 저널인 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 최신호에 게재됐다. 호주는 세계에서 피부암 발병률이 가장 높은 나라다. 이번에 개발된 새로운 접근법은 현재의 치료법과 결합해 흑색종을 더 온전하게 치료할 수 있다고 보고서는 밝혔다. 이 기술은 또한 다른 유형의 암을 치료할 가능성도 있다. 티로신 나노셀의 개발 티로신은 살아있는 유기체에서 생물학적 이용 가능성이 제한되어 있다. 그러나 연구진은 새로운 나노 기술을 사용해 티로신을 암 세포막에 유인되고 쉽게 분해돼 흡수를 촉진하는 나노미셀이라는 작은 입자로 포장했다. 연구팀은 그 후 실험실에서 쥐와 인간에서 채취한 흑색종 세포를 대상으로 개발된 치료법을 테스트했다. 그 결과 티로신 나노미셀이 휴면 대사 경로를 재활성화하고 멜라닌 합성을 유발하며 종양 성장을 억제한다는 사실을 발견했다. 진 교수는 "통제되지 않은 급속한 성장은 암세포와 정상 세포를 구별하는 핵심 특징이다. 암세포에서는 일부 대사 경로가 과활성화되고, 일부 대사 경로는 억제돼 급속한 확산에 필요한 환경이 조성된다"고 설명했다. 그는 또 "과거에 유방암에서 에스트로겐 합성을 방해하는 아로마타제 억제제와 다양한 암에서 대사 과정을 표적으로 하는 HK2 억제제 등 몇 가지 대사 기반 암 약물이 개발되었지만, 이러한 약물은 과도하게 활성화되는 대사 경로를 억제함으로써 작용한다"고 말했다. 부 교수는 "우리의 연구는 휴면 중인 대사 경로를 재활성화함으로써 암 성장을 멈출 수 있다는 사실을 처음으로 보여준 결과다. 이는 안전하고 쉽게 이용 가능하며 내약성이 좋은 아미노산, 설탕, 비타민 등 간단한 영양소를 사용해 시행할 수 있다"고 의미를 부여했다. 다양한 유형의 암은 다양한 영양소에 반응한다. 흑색종 세포는 멜라닌을 생성하는 피부 세포인 멜라닌 세포에서 발생한다. 티로신은 멜라닌 생성에 필요하며 멜라닌 생성을 자극할 수 있으므로 흑색종에 효과가 있다. 멜라닌 합성의 재활성화는 흑색종 세포가 당분을 에너지로 변환하는 과정인 대사 과정을 감소시키도록 하며, 이는 항암 효과의 메커니즘으로 여겨진다. 흑색종 세포는 또한 열 스트레스에 취약하다. 연구진은 티로신 나노미셀 치료와 근적외선 레이저 치료를 결합함으로써 테스트 6일 후에 생쥐의 흑색종을 박멸했으며, 연구 기간 동안 재발하지 않았다는 사실도 확인했다. 이번 연구 결과는 암 치료를 위한 나노의학 부문에서 새로운 진전을 이루었음을 시사한다는 평가다.
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- IT/바이오
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[바이오] 영양소 기반 나노의학으로 암 치료 효율 높여
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[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.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(69)] AI, 당 분석으로 암 조기 진단 새지평 열다
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[신소재 신기술(68)] MIT 생체공학 다리, 신경계 직접 연결로 생체 모방 보행 가능
- 미국 메사추세츠 공과대학교(MIT) 연구팀은 두뇌의 신경계와 완전히 연결된 새로운 생체공학적 인공다리(의족)를 개발해, 절단 환자들에게 자연스러운 보행 능력을 회복하는 데 성공했다고 발표했다. 해당 연구에 대해서 CNN과 네이처닷컴 등 다수 외신이 1일(현지시간) 보도했다. 이번 연구는 절단 환자들의 삶을 획기적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 지닌 것으로 평가받고 있다. 연구에 참여한 절단 환자들은 기존의 인공다리 사용보다 보행 속도가 월등하게 향상되었으며, 일반인들의 보행과 비슷한 수준으로 걸을 수 있었다. 테스트에 참여한 매사추세추 출신의 47세인 남성은 "다리가 절단된 것 같지 않았다"며 "제 인생에 가장 행복한 순간이었다"고 말했다. 이 연구의 책임 연구원이자 수석 저자인 MIT의 양 바이오닉스 센터의 공동 책임자 휴 허(Huge Herr) 박사는 "이 의족은 인간의 신경계에 의해 완전히 제어되어 자연스러운 보행 속도와 보행 패턴을 보여주는 최초의 생체공학 다리"라고 설명했다. 허 박사는 "마치 팔다리가 살과 뼈로 만들어진 것처럼 자연스럽게 느껴진다. 뇌가 정상적인 감각을 느끼기 때문에 중뇌가 사지가 절단된 사실을 인지하지 못하는 것 같다"고 말했다. 최근 인공다리는 기능적 측면에서 상당한 발전을 이루고 있지만, 여전히 자연스러운 보행을 제공하는 데는 한계가 있었다. 기존 인공 다리는 센서와 알고리즘을 사용하여 움직임을 제어하지만 신경계와의 직접적인 연결이 부족해 불편함과 불안정성을 유발할 수 있다. MIT 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 신경계와 연결된 생체공학적 인공다리를 개발했다. 이 인공다리는 절단된 근육과 뇌 사이의 신호 전달을 유지하는 새로운 근육 연결 기법인 'AMI(agonist-antagonist myoneural interface, 길항근 근신경 인터스페이스)'를 사용해 절단 수술을 실시했다. 이후 절단 부위와 인공 다리 사이에 센서를 장착해 뇌로부터 오는 전기 신호를 전달하는 방식으로 의족이 자신의 위치와 움직임을 인식하고 이 정보를 다시 환저에게 보내 '몸의 위치 감각(proprioception)'을 가능하게 했다. 허 박사는 보철물이 인간의 신경계 보다는 로봇 알고리즘에 의해 제어되는 추세를 관찰한 후 이 프로젝트에 착수했다. 신경보철물은 제건된 절단 부위와 생체 다리 사이에 배치된 센서를 사용해 뇌에서 전기 신호를 전송한다. 이를 통해 보철물이 위치와 움직임을 감지하고 이 정보를 환자에게 다시 보내어 고유한 감각을 느낄 수 있다. 고유 감각은 뇌가 공간에서 자기 움직임과 위치를 감지하는 능력이다. 허 박사는 "우리는 인간의 몸을 제건하고 싶다"며 "우리는 재건하고 사람들이 원하는 것을 둘려주고 싶다. 우리는 그저 점점 더 호화로운 로봇 도구나 장치를 만들고 싶지 않다"고 말했다. 연구팀은 인터스페이스를 테스트 하기 위해 14명의 참가자를 두 그룹으로 나누어 생체의료용 의족을 착용하게 했다. 7명은 AMI 수술을 받았고, 7명은 수술을 받지 않았다. 연구 결과에 따르면 AMI 절단 수술을 받은 사람들은 경사로, 계단, 방해가 되는 경사로 등 다양한 난코스를 포함한 실제 환경을 더 잘 탐색하는 것으로 나타났다. 연구팀은 AMI 수술과 신경 제어 인공다리를 사용한 7명의 절단 환자를 대상으로 연구를 진행했다. 연구 결과 참가자들의 보행 속도는 기존 인공 다리를 사용할 때보다 41% 향상되었으며, 절단을 겪지 않은 일반 사람들의 보행 능력과 유사한 수준에 도달했다. 연구 결과는 지난 1일 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재됐으며, 특수 절단 수술(AMI)과 신경 제어 인공 다리를 사용한 참가자들의 보행 속도가 향상되었음을 보여줬다. 연구팀은 인공 다리 제어에 실제 몸의 위치 감각의 18%만 사용되었을 가능성이 있다고 밝혀 향후 더 큰 기능을 발휘할 수 있음을 시사했다. 이번 연구는 신경계를 이용해 자연스러운 보행 속도와 걸음걸이 패턴을 보여준 최초의 사례라는 점에서 큰 의의를 지닌다. 또한 AMI 수술과 신경 제어 바이오닉 다리가 절단 환자들의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있다는 가능성을 제시했다. 책임 연구원인 휴 허 박사는 절단 환자가 인공 다리를 착용하는 데 따른 불편감을 최소화하기 위해 다양한 속도에 맞게 조절이 가능하다고 강조했다. 휴 허 박사는 인공 다리 분야의 선구적인 연구로 유명한 인물이다. 그는 1982년 등반 사고로 양쪽 다리를 절단한 후 인공 다리 기술 개발에 헌신하며 절단 환자들의 삶의 질을 개선하는 데 앞장서고 있다. 허 박사는 인공 다리가 단순히 걷는 기능을 넘어 자연스럽고 편안한 보행을 가능하게 하는 데 초점을 맞추고 있다. 허 박사에 따르면 AMI 신경 보철물은 일반인에게 제공되지는 않지만, 전 세계에서 약 60명에게 AMI 수술을 시행했다. 한편, 연방 의료 연구 및 품질 기관에서 발표한 2018년 보고서에 따르면 미국인 190만 명이 사지가 절단된 채 살아가고 있다. 이는 알려진 위험 요인인 당뇨병 발병률 증가로 인해 2050년까지 두 배로 증가할 것으로 예상된다. 현재 미국에서 절단 환자의 절반 이상이 인공 다리 처방을 받지 못하고 있으며, 보험 적용 범위 문제 등으로 인해 최신 기술을 갖춘 인공 다리 사용이 어려운 실정이다. MIT 연구팀은 향후 5년 안에 신경 제어 인공 다리를 상용화할 계획으로, 이 기술이 절단 환자들의 사회 복귀에도 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(68)] MIT 생체공학 다리, 신경계 직접 연결로 생체 모방 보행 가능
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운석 가루 이용해 제작한 우주 벽돌, 미래 달 기지 활용 기대
- 유럽우주국(ESA) 연구팀이 조립식으로 기구를 만드는 레고(LEGO)에서 영향을 받아 달 표면의 물질 또는 운석의 먼지를 이용해 미래의 달 기지를 건설하는 방법을 찾아냈다고 ESA가 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 레고 블록에서 영감을 받은 연구팀은 이 아이디어를 실증하기 위해 운석의 먼지를 사용해 3D 프린팅 기술을 사용해 '우주 벽돌'을 만들었다. ESA의 우주 벽돌은 지난달 20일부터 오는 9월 20일까지 레고 스토어에 전시돼 차세대 우주 엔지니어들과 의견을 주고 받는 과정을 거친다. 아이디어는 간단했다. 로켓에 탑재해 달까지 무거운 건축 자재를 가져가는 대신, 우주에 이미 존재하는 재료를 사용해 달 기지를 건설할 수 있지 않겠느냐는 생각에서 출발했다. 달의 표면은 달 표토라고 알려진 암석과 광물 조각의 층으로 덮여 있다. 이 재료는 우주 벽돌을 만드는 데 사용될 수 있다. 유일한 문제는 실험할 수 있는 달의 표토가 지구에 많지 않다는 점이었다. 연구를 거듭한 결과 ESA 팀은 적절한 해결책을 생각해 냈다. 그들은 45억 년 된 운석을 갈아서 달 표토와 유사한 재료를 만들었다. 운석에서 나온 먼지는 혼합물의 기초를 형성했고 레고 스타일의 우주 벽돌을 3D 프린팅하는 데 사용되었다. ESA의 우주 벽돌은 일반 레고 벽돌과 같은 방식으로 결합된다. 다만 레고에 비해 조금 더 거칠고, 다양한 색상이 아닌 단일 색상으로만 만들어진다. 연구팀은 이를 미화해 '스타일리시한 스페이스 그레이'라고 표현했다. 우주 벽돌은 ESA의 우주 엔지니어에게 새로운 재료를 사용해 다양한 구조물을 구축하고 테스트할 수 있는 유연성을 제공했다고 ESA는 긍정적으로 평가했다. . 연구팀은 우주 벽돌 조립을 아이들처럼 놀이를 통해 배울 수 있다. 레고와 같이 유연한 모듈식 건축 자재는 창의력을 키워주고, 건축 아이디어를 빠르고 간단하게 시험해 볼 수 있도록 한다. ESA의 아이던 코레이 연구원은 "아무도 달에 구조물을 건설한 적이 없기 때문에, 현지에서 제작하는 우주 벽돌로 모든 건축 디자인과 기술을 시험해 볼 수 있는 유연성을 갖게 된 것은 의미가 크다“면서 ”기술적 경계를 허물어 달을 과학적으로 이해하는 데도 유용했다"라고 말했다. ESA 우주 벽돌 중 일부는 선정된 레고 스토어에 전시돼 어린이들에게도 공개된다. 어린이들이 우주 벽돌로 자신들의 레고 달 기지를 만든다. ESA는 어린이들이 우주 엔지니어를 꿈꾸는 동기가 될 것이라고 기대했다. ESA는 과학자와 엔지니어는 오래 전부터 레고 블록으로 아이디어를 시험해 왔다며 “ESA의 우주 벽돌은 실제 달 기지 건설 아이디어 수립에 큰 도움을 줄 것”이라고 밝혔다.
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운석 가루 이용해 제작한 우주 벽돌, 미래 달 기지 활용 기대
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애플, 아이폰 16 디자인 중요한 업그레이드…새 배터리 탑재
- 오는 9월 발표할 예정인 차세대 스마트폰 아이폰 16 시리즈는 완전히 새로운 배터리 디자인을 채용한 모델을 포함할 것으로 예상된다고 전문 매체 더인포메이션이 전했다. 이는 여러 가지로 큰 의미를 가지며, 아이폰을 더 오래 보유하고 싶어하는 사용자 모두에게 희망적인 소식이라는 보도다. 최근 유출된 아이폰 16 예상 정보에 따르면, 배터리 케이스의 외부 소재가 현재의 호일에서 다른 금속 케이스로 대체할 것이라는 종래 정보와 부합한다. 이는 빠르면 올 연말에 출시될 아이폰 16 시리즈가 종전 모델보다 더 나은 열 관리 기능을 수행할 수 있음을 의미하며, 소프트웨어 업데이트로 빠르게 수정되었지만 출시 당시 애플을 괴롭혔던 아이폰 시리즈의 과열 논란을 피할 수 있다. 이는 또 다른 중요한 변화로 사용자를 지원한다: 아이폰 배터리를 교체하는 것이 훨씬 더 쉬워졌다는 것을 의미하기 때문이다. 현재 아이폰 배터리를 교체하는 것은 지극히 까다롭다. 핀셋을 사용해 접착 스트립을 조심스럽게 제거해야 하고, 제거 시 스트립이 끊어지면, 작업을 끝내기 위해 열을 가하거나 용매가 필요한 등 더욱 복잡해진다. 배터리를 교체하는 절차도 복잡하다. 새로운 배터리는 새로운 금속 케이스와 전기 유도 접착 분리 기술을 사용함으로써 저전압의 전기를 적용함으로써 배터리를 몸체에서 더 쉽게 분리할 수 있게 된 것이다. 배터리 교체 과정이 더 쉽고 저렴해지면 사용자들은 새 스마트폰을 사는 것보다 새 배터리로 아이폰을 더 오래 보유하는 옵션을 선택할 수 있다. 실제로 배터리 수명의 단축으로 아이폰을 교체하는 사용자도 많다. 2025년 가을에나 출시될 아이폰 17 제품군은 모든 모델에 새로운 배터리 디자인이 적용될 것으로 예상된다. 아이폰 16 시리즈의 경우 전체는 아니지만 일부 모델이 이를 채택할 것이라는 예상이다. 새로운 배터리의 채용은 EU 정책 변경의 영향도 컸다고 한다. EU는 고객 친화적인 배터리 교체를 요구하고 있다. 500회 완충 후 83%, 또는 1000회 완충 후 80% 용량에 도달하지 못하면 배터리 교체를 쉽게 하도록 규정하고 있다. 최신 아이폰 15 모델은 1000회 충전 테스트를 충족하지만 이전 모델은 그렇지 않다. 새로운 배터리 기술의 도입은 결국 아이폰이 내구성을 더 강화하고 있음을 보여주는 애플의 강력한 메시지라는 지적이다.
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애플, 아이폰 16 디자인 중요한 업그레이드…새 배터리 탑재
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일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발
- 일본 과학자들이 살아 있는 인간 피부를 로봇 얼굴에 붙여 웃는 모습이 사람과 같이 자연스러운 로봇을 개발했다고 BBC방송이 전했다. 로봇 개발은 도쿄 대학 연구팀이 수행했으며 그 결과는 '셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)' 저널에 실렸다. 이에 따르면 일반 상식을 뛰어넘는 획기적인 방법의 로봇 개발은 사람의 피부 세포조직을 복제하는 것에서 비롯됐다고 한다. 개발된 프로토타입 로봇은 사람처럼 보인다기보다는 하리보에 더 가깝게 느껴진다. 하리보는 일본의 젤리 브랜드다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 이번 로봇의 개발은 쉽게 파손되지 않는 자가 치유 피부를 가진, 설득력 있고 현실적인, 움직이는 휴머노이드 로봇을 만드는 길을 열어줄 것이라고 기대했다. 인공 피부는 인간의 살아있는 세포를 사용하여 실험실에서 복제해 만들어졌다. 연구팀은 만들어진 피부가 진짜처럼 부드러울 뿐만 아니라, 상처가 나거나 심지어 잘리더라도 스스로 복구할 수 있다고 설명했다. 과거에도 인공 피부를 부착하려고 시도했지만 쉽지 않았다. 당시 개발팀은 작은 고리(미니 후크)를 앵커로 사용하려고 시도했지만, 로봇이 움직일 때 부착한 피부가 손상되는 결과를 가져왔다. 사람의 경우 피부는 인대(유연한 콜라겐과 엘라스테인으로 이루어진 작은 밧줄)로 묶여 있다. 연구진은 이 같은 기본 구조를 재현하기 위해 로봇에 많은 작은 구멍을 뚫고, 콜라겐이 포함된 젤을 적용한 다음, 그 위에 인공 피부층을 접합했다. 젤은 로봇에 뚫린 구멍을 막고 피부를 로봇에 결합한다. 연구팀의 수석 연구원인 다케우치 쇼지 교수는 "인간의 피부 및 인대 구조를 모방하고 고체 물질에 특수 제작된 V자형 천공을 사용함으로써 피부와 로봇을 결합하는 방법을 발견했다"고 설명했다. 다케우치 교수는 이어 "피부의 자연스러운 유연성과 강력한 접착 방법을 통해 피부가 찢어지거나 벗겨지지 않고 로봇과 결합해 일체가 되어 움직일 수 있다"고 부연했다. 연구원들은 이 기술이 상용화되기 위해서는 앞으로도 수년 동안의 테스트가 필요할 것이라고 말했다. 특히 중요한 과제는 로봇 피부 내부에 정교한 작동기, 즉 근육을 통합해 인간과 같은 표정을 만드는 것이라고 연구진은 밝혔다. 이 연구는 앞으로 사람들의 실제 성형 수술을 포함해 피부 노화 방지, 화장품 개발 등의 분야에서도 유용할 수 있다는 기대다.
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- IT/바이오
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일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발
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[신소재 신기술(64)] 자가 치유 젤, 의료·로봇 공학 등 응용 분야 다양
- 유리처럼 단단하면서도 길이를 최대 5배까지 늘릴 수 있는 새로운 자가 치유 젤이 개발됐다. 미국 노스캐롤라이나 주립대학교(NCSU) 연구진이 개발한 이 젤은 최근 발견된 물에 노출될 경우 자가 치유되는 유리와 유사한 특징을 보이며, 절단되거나 손상된 부분이 스스로 복구되는 놀라운 특성을 지나고 있다고 BGR이 전했다. 연구팀은 이 새로운 물질에 '유리 젤(glassy gel)'이라는 이름을 붙였다. 이는 기존에 없던 새로운 물질로 우연히 발견되었다고 한다. NCSU 연구원인 메이시앙 왕(Meixiang Wang)은 이온젤을 연구하던 중 우연히 유리 젤을 발견했다고. 이온젤은 전기를 전도할 수 있는 이온성 액체를 이용하여 팽창된 고분자로 구성된 물질이다. 왕 연구원은 의료 기기, 로봇 공학, 압력 센서 등에 활용될 수 있는 신축성 있고 착용 가능한 장치를 만들기 위해 이온젤을 연구하고 있었다. 그는 이온젤 구성을 변경하는 과정에서 투명하고 평범한 플라스틱처럼 보이는 새로운 유리 젤을 만들어냈다. 연구팀은 이 물질을 테스트 하는 과정에서 뛰어난 신축성 뿐만 아니라 높은 강도와 자가 치유 능력을 가지고 있다는 것을 발견했다. 특히 절단된 젤을 다시 붙이면 상온에서 몇 시간 안에 원래 상태로 복구되는 놀라운 자가 치유 능력은 기존의 자가 치유 물질과 차별화되는 특징이다. 이후 팀은 이 새로운 자가 치유 젤의 특성을 이해하기 위한 연구에 몰두했다. 유리 젤은 50~60%가 액체로 구성되어 있음에도 불구하고 건조되지 않는 특징을 보였다. 또한 매우 높은 파괴 강도를 가지고 있으며, 물체를 부착할 수 있을 뿐만 아니라 절단 후에도 스스로 복구될 수 있다. 심지어 특정 형태로 늘렸을 때 열을 가하기 전까지 해당 형태를 유지하는 '기억' 능력도 가지고 있었다. 신축성 있고 젤과 같은 물질에서 재생 특성이 발견되는 것은 새로운 일이 아니지만, 이번 유리 젤의 특별한 구성 성분은 연구자들에게 더욱 흥미로운 연구 주제를 제공했다. 연구팀은 실제 응용 분야에 활용되기 전에 추가적인 최적화 및 테스트가 필요하다고 밝혔다. 유리 젤은 실용화되기까지는 몇 년이 걸릴 수 있지만, 이러한 새로운 물질의 발견은 미래의 다른 소재 개발에 혁신적인 돌파구를 제공할 수 있다는 점에서 큰 기대를 모으고 있다. 특히, 자기 치유 능력을 가진 유리 젤은 의료, 로봇 공학이나 전자 기기 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(64)] 자가 치유 젤, 의료·로봇 공학 등 응용 분야 다양
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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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- 포커스온
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[신소재 신기술(63)] 양자 얽힘으로 지구 자전 측정 정밀도 획기적인 향상
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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.
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- 생활경제
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미세 플라스틱, 발기 부전에도 영향
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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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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.
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후각 능력 탁월한 꿀벌, 폐암 조기 진단 가능성 제시
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테슬라, 중국 상하이 FSD 테스트 승인받아
- 미국 전기차업체 테슬라가 중국 상하이(上海)에서 자율운전지원시스템인 FSD(Full Self-Driving)를 테스트할 수 있는 승인을 받았다. 블룸버그 통신은 17일(현지시간) 복수의 소식통을 인용해 테슬라가 중국에서 자율운전 지원시스템 서비스를 제공하는 첫 걸음을 밟는 실증실험을 상하이에서 실시하는 FSD 테스트 승인을 받았다고 보도했다고 연합뉴스가 18일 전했다. 또한 소식통들은 저장성 항저우(杭州)시에도 승인이 날 수 있다고 전했다. 익명을 요구한 소식통은 초기 테스트는 테슬라 직원이 실시할 것이라고 말했다. 중국에서는 자율운전 지원시스템이 보급되고 있으며 샤오펑(小鵬)과 샤오미(小米) 등 중국 현지업체들이 관련상품을 판매하고 있다. 테슬라는 중국에서 6만4000 위안(약 1210만원) 일시불로 FSD의 주문을 받고 있다. 하지만 중국에서는 FSD를 구동할 수 없기 때문에 FSD 옵션을 구입하고 있는 테슬라차 소유자는 매우 소수에 그치고 있다. 이에 앞서 지난 4월 28일 테슬라는 해외 기업으로는 처음으로 중국 당국으로부터 데이터 안전 검사에서 '적합' 판정을 받으며 중국 내 FSD 기능 도입과 관련한 주요한 장애물을 넘어섰다. 테슬라는 FSD 소프트웨어를 4년 전에 출시했지만 중국에선 당국의 데이터 규제 때문에 내놓지 못한 상태다. 그런데 이와 관련해 중국 당국이 요구하는 데이터 안전 및 개인 정보 보호와 관련한 심사를 통과, 데이터 보안 문제를 둘러싼 우려도 완화할 수 있게 됐다. 이어 다음날인 29일에는 중국 포털업체 바이두와 완전자율주행 기능 적용을 위한 지도 제작 및 내비게이션 부문에서 협력하기로 합의하며 FSD 기능의 중국 도입과 관련한 2개 주요 장애물을 모두 뛰어넘었다. 중국 관련 규정에 따르면 모든 자율주행 시스템은 일반도로 운행에 앞서 지도 제작 관련 자격을 얻어야 하고, 외국기업의 경우 허가받은 중국 기업과 파트너십을 맺어야 한다. 바이두는 중국 당국으로부터 지도 제작 자격을 얻은 12개 회사 중 하나다. FSD 서비스가 중국에서 출시되면 테슬라는 고전하는 중국 시장에서 매출을 확대할 기회가 생길 뿐 아니라 중국에서 수집한 방대한 주행 데이터로 완전 자율주행 기술을 향한 FSD 개발에 진전을 이룰 수 있을 것으로 기대된다. 이 같은 소식에 17일 뉴욕증시에서 테슬라의 주가는 5%대로 급상승했다. 전기차 시장의 수요 둔화, 세계 최대 전기차 시장인 중국에서의 매출 부진 속 테슬라의 주가는 지난 1년 32%가량 하락했다. 시장에서는 중국에서의 FSD 출시가 본격화되며 테슬라가 주가 반등의 계기를 마련할 수 있을지 주목하고 있다.
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테슬라, 중국 상하이 FSD 테스트 승인받아
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