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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(22)] 초전도체 온-오프 스위치 개발, 혁신적 전력·통신 기술 기대

미국 과학자들이 온-오프 스위치가 있는 획기적인 초전도체 발견해 에너지 소비 감소의 길을 열었다. 최근 사이테크데일리 보도에 따르면, 워싱턴 대학교와 미국 에너지부(DOE) 산하 아르곤 국립연구소의 물리학자들이 온-오프 스위치 기능을 갖춘 새로운 초전도체를 발견했다. 초전도체는 특정 온도 아래에서 전기 저항이 완전히 사라지는 물질이다. 이 특징은 실제로는 매우 낮은 온도, 즉 절대 온도에 가까운 온도에서 유지되는데, 이를 초전도 상태라고 한다. 초전도체는 일반적으로 금속, 합금, 반도체 등 다양한 물질로 만들어질 수 있으며, 소수의 원자 또는 분자 구조에서 유래하는 특정한 전자-전자 상호작용이 초전도 상태를 유발한다. 따라서 초전도는 물질이 전류를 제로 저항으로 전달할 수 있는 양자역학적 상태로, 완벽한 전기 전송 효율을 가능하게 한다. 초전도체는 자기공명영상(MRI), 입자 가속기, 핵융합 반응로, 자기부상열차(마그레브 열차)와 같은 다양한 첨단 기술에서 강력한 전자석으로 활용된다. 또한, 초전도체는 양자 컴퓨팅 분야에서도 중요한 역할을 한다. 이 연구팀은 외부 자극에 반응하여 조절 가능한 독특한 특성을 지닌 초전도 물질을 개발, 에너지 효율적인 컴퓨팅과 양자 기술 발전에 기여할 수 있는 가능성을 제시했다. 이러한 발견은 첨단 연구 기법을 활용하여 이루어졌으며, 초전도 특성을 미증유의 방식으로 제어할 수 있는 능력을 통해 다양한 산업 응용 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 해당 물질은 향후 산업용 전자제품에서 초전도 회로로의 응용 가능성을 지니고 있다. 연구팀은 고급 광자 소스를 사용해 이 물질의 희귀한 특성을 검증함으로써 효율적인 대규모 컴퓨팅을 위한 새로운 길을 열었다. 산업용 컴퓨팅에 대한 수요가 증가함에 따라, 이에 대응하는 하드웨어의 크기와 에너지 소비의 증가는 주요 과제로 남아 있다. 이러한 문제에 대한 해결책 중 하나로, 에너지 소비를 크게 줄일 수 있는 초전도 소재의 개발이 주목받고 있다. 거대한 데이터 센터를 운영하는 서버의 온도를 대폭 낮춤으로써, 에너지 효율성을 극대화하여 대규모 컴퓨팅 작업을 수행할 수 있는 가능성을 제시했다. 초전도체란 무엇인가? 초전도체는 저항이 완전히 사라지는 특별한 물질을 말한다. 일반적인 전도체에서는 전기가 흐를 때 내부의 불순물이나 결정 구조 때문에 전자가 충돌하며 에너지를 손실하게 되는데, 이를 전기 저항이라고 한다. 이 저항으로 인해 전기 에너지가 열로 변환되어 손실된다. 그러나 초전도체는 특정 온도(임계 온도) 이하에서 전기 저항이 사라져 전기가 전혀 손실 없이 흐를 수 있게 한다. 초전도 현상은 1911년 헤이케 캄링 온네스에 의해 처음 발견되었으며, 이후 다양한 물질에서 초전도 현상이 관찰됐다. 초전도체는 그 특성으로 인해 많은 고급 기술과 응용 분야에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 초전도체를 이용하면 에너지 손실 없이 전기를 전송할 수 있으며, 매우 강력한 자기장을 생성할 수 있어 자기공명영상(MRI) 장비나 입자 가속기, 초전도 자석 등에 활용된다. 초전도체를 만드는 데 필요한 임계 온도는 물질에 따라 다르며, 초기에 발견된 초전도체는 극저온에서만 초전도 현상을 보였다. 그러나 1986년에 발견된 고온 초전도체는 비교적 높은 온도에서도 초전도 현상을 나타내 연구와 응용의 범위를 크게 확장시켰다. 고온 초전도체의 발견 이후, 상온에서 초전도 현상을 나타내는 물질을 찾기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 오늘날의 전자제품은 반도체 트랜지스터를 사용하여 전류를 빠르게 켜고 끄는 방식으로 정보 처리에 사용되는 2진법과 0진법을 생성한다. 이러한 전류는 전기 저항이 유한한 물질을 통과해야 하므로 에너지의 일부가 열로 낭비된다. 이것이 바로 시간이 지남에 따라 컴퓨터가 뜨거워지는 이유다. 초전도에 필요한 낮은 온도(보통 화씨 영하 200도 이상)로 인해 이러한 소재는 휴대용 장치에 사용하기에는 실용적이지 않다. 하지만 산업적 규모에서는 유용할 수 있다. 워싱턴 대학교의 슈아 산체스가 이끄는 연구팀은 뛰어난 조정 능력을 가진 특이한 초전도 물질을 조사했다. 이 결정은 철, 코발트, 비소 원자로 이루어진 초전도 층 사이에 강자성 유로피움 원자가 평평한 시트를 끼워 만든 결정이다. 산체스에 따르면 자연에서 강자성과 초전도를 함께 발견하는 것은 극히 드문 일이며, 일반적으로 한 단계가 다른 단계를 압도하기 때문이다. 산체스는 "초전도 층이 주변 유로피움 원자의 자기장에 의해 뚫리기 때문에 실제로는 매우 불편한 상황"이라며 "이것은 초전도를 약화시키고 전기 저항을 유한하게 만든다"고 말했다. 초전도 기술의 도전과 혁신 산체스는 아르곤에 있는 DOE 과학부 사용자 시설인 미국 최고의 X-선 광원 중 하나인 APS(Advanced Photon Source)에서 1년간 레지던트로 근무했다. 그곳에서 그는 DOE의 과학 대학원생 연구 프로그램의 지원을 받았다. 산체스는 APS 빔라인 4-ID 및 6-ID의 물리학자들과 협력하여 복잡한 물질의 미세한 세부 사항을 조사할 수 있는 포괄적인 특성화 플랫폼을 개발했다. 산체스와 공동 연구자들은 X-선 기술을 조합해 결정에 자기장을 가하면 '유로피움 자기장 선(europium magnetic field line)'이 초전도 층과 평행하도록 방향을 바꿀 수 있다는 것을 보여줄 수 있었다. 이렇게 하면 길항 효과가 제거되고 저항이 0인 상태가 나타난다. 과학자들은 전기적 측정과 X-선 산란 기술을 사용하여 물질의 거동을 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. 논문의 공동 저자인 아르곤의 필립 라이언은 "초전도를 제어하는 독립적인 파라미터의 특성은 이 효과를 제어하는 완전한 방법을 계획할 수 있다는 점에서 매우 매력적"라고 말했다. 라이언은 "이 잠재력은 양자 장치의 전계 감도를 조절할 수 있는 능력을 포함하여 몇 가지 흥미로운 아이디어를 제시한다"고 설명했다. 그런 다음 연구팀은 결정에 응력을 가하여 흥미로운 결과를 얻었다. 연구팀은 자기장의 방향을 바꾸지 않고도 자성을 극복할 수 있을 정도로 초전도가 증가하거나 자기장의 방향을 바꾸어도 더 이상 제로 저항 상태를 만들 수 없을 정도로 약화될 수 있음을 발견했다. 이 추가 매개변수를 통해 자성에 대한 소재의 민감도를 제어하고 맞춤 설정할 수 있다. 산체스는 "이 물질은 여러 위상 간의 경쟁이 치열하고, 작은 응력이나 자기장을 가하면 한 위상을 다른 위상보다 높여서 초전도를 켜고 끌 수 있기 때문에 흥미롭다"고 말했다. 그는 "대부분의 초전도체는 쉽게 전환할 수 없다"고 강조했다. '전기의 고속도로' 초전도체 전기가 물을 통과하는 것처럼, 초전도체는 전기가 저항 없이 흐르도록 하는 '전기의 고속도로'라고 비유할 수 있다. 마찰 없이 움직이는 완벽한 롤러 스케이트처럼, 초전도체는 에너지 손실 없이 전기를 전달한다. 초전도체의 주요 특징은 다음과 같다. 초전도체는 전기 저항이 0이기 때문에 전류가 손실 없이 흐를 수 있다. 또한 초전도체는 외부 자기장을 완전히 배척하는 마이스너 효과를 나타내며, 외부 자기장에 반대되는 방향의 자기장을 형성하는 반자성을 띠고 있다. 앞으로 활용 분야가 다양한 초전도체는 전기 저항이 없기 때문에 전기를 손실 없이 먼 거리까지 효율적으로 송전하는 데 사용될 수 있다. 초전도체를 활용한 MRI 기계는 강력한 자기장을 생성하여 인체 내부를 상세히 이미징할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 또한, 초전도체를 사용한 마그레브 열차는 마찰이 없어 고속으로 운행될 수 있는 가능성을 제시한다. 마그레브 열차는 자기 부상 기술을 사용하여 레일과 접촉 없이 운행하는 열차다. '마그레브(Maglev)'는 '자기부상(Magnetic Levitation)'의 줄임말로, 강력한 자석을 사용하여 열차를 공중에 띄워 마찰을 거의 없애고 이동한다. 이 기술 덕분에 마그레브 열차는 기존의 바퀴를 사용하는 철도 시스템보다 훨씬 더 높은 속도로 운행할 수 있으며, 소음과 진동이 현저히 줄어들어 매우 부드럽고 조용한 탑승 경험을 제공한다. 마그레브 열차는 전기를 사용하여 강력한 전자기장을 생성하고, 이 전자기장이 열차를 들어 올리고, 추진하며, 안내하는 데 사용된다. 세계 여러 나라에서 이 기술을 연구하고 개발해 왔으며, 중국의 상하이 마그레브 열차와 일본의 초고속 마그레브 열차 시스템 등이 실제 운영되고 있는 대표적인 예다. 상하이 마그레브는 공항과 도심을 연결하는 노선으로 사용되며, 시속 430km에 달하는 속도로 운행된다. 양자 컴퓨팅 분야에서는 초전도체가 초전도 비트(큐비트·qubit)의 생성에 필수적인 역할을 한다. 큐비트 또는 퀀텀 비트는 양자 정보시스템에서 사용되는 최소 정보 단위로 0이나 1 뿐만 아니라 0과 1 어느 쪽도 확정 지을수 없는 상태까지 표현가능하다. 비록 초전도체 기술이 개발 초기 단계에 있지만, 이 기술은 미래 사회에 중대한 변화를 가져올 수 있는 높은 잠재력을 지니고 있다. 참조: '스트레인 전환 가능한 전계 유도 초전도' 작성자: Joshua J. Sanchez, Gilberto Fabbris, 최용성, Jonathan M. DeStefano, Elliott Rosenberg, Yue Shi, Paul Malinowski, Yina Huang, Igor I. Mazin, 김종우, 주준호 및 Philip J. Ryan, 2023년 11월 24일, 사이언스 어드밴시스. DOI: 10.1126/sciadv.adj5200
- 포커스온
2024-02-01
지구와 닮은 행성, 73광년 거리서 발견⋯가장 젊은 행성

지구와 닮은 행성이 73광년 거리에서 발견돼 천문학자들을 흥분시키고 있다. 이번에 새롭게 발견된 행성은 미국 항공우주국(NASA·나사)의 천체 탐사 위성 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)에 의해 감지됐다. TESS 위성은 태양계를 넘어서는 광대한 우주 공간에서 다수의 거대 행성들을 탐지해 왔다. 그 중에는 이번 발견을 포함해 같은 행성계 내에 위치한 두 개의 다른 행성들도 포함되어 있다. 영국 매체 인디펜던트(independent)는 나사의 TESS 위성이 발견한 HD 63433d로 명명된 이 신비한 행성이 지금까지 발견된 지구 크기 행성들 중에서 가장 젊고 가장 인접한 위치에 있다고 전했다. 이번 지구형 행성 발견의 의미는 매우 크다. 연구진은 이 행성의 근접성이 지구과학에 중대한 발견을 이끌어낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구의 공동 책임자 중 한 명인 위스콘신 매디슨 대학의 멜린다 소아레스-푸르타도(Melinda Soares-Furtado) 연구원은 "우리는 지구의 초기 모습을 닮은 이 신세계를 면밀히 관찰할 기회를 가질 것"이라며, "이 행성이 초기 지구의 특성을 갖고 있을 가능성이 있어, 그 가치가 매우 크다"고 말했다. 연구진은 이 행성에 대한 면밀한 관찰을 통해 내부적인 가스 배출 여부와 자기장 작동 메커니즘 등을 파악할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 소아레스-푸르타도 박사는 이 발견의 중요성을 강조하며, "이것은 우리 태양계와 가까운 공간에서 일어나는 매우 흥미로운 현상"이라고 말했다. 그러면서 "이렇게 가까이 있는 복잡한 천체 시스템이 우리에게 어떤 정보를 제공할 수 있을지, 또한 이 젊은 별 그룹에 속한 다른 유사한 별들 중에서 행성을 찾는 연구가 어떻게 우리의 지식을 확장하는데 도움이 될 수 있을지에 대해 깊이 고민하고 있다"고 전했다. 그러나 이 행성과 지구 간의 유사점은 한계가 있다. 이 행성은 별에 대해 조석 고정 상태로 존재하여, 항상 같은 면만을 향하고 있는 것으로 추정된다. 이로 인해 한쪽 면의 온도는 1260℃(화씨 2300도)에 이를 수 있으며, 이는 지표면이 용암으로 뒤덮여 있을 수 있음을 의미한다. 이 신비로운 행성은 HD 63433이라는 별 주변에서 발견된 세 번째 행성으로, 이에 따라 명명되었다. 이 행성은 우리의 태양과 크기와 종류가 유사하나, 연령 면에서 훨씬 젊은 특징을 지니고 있다. 게다가 불과 73광년 거리에 위치한 HD 63433d행성은 쌍안경을 통해서도 관찰이 가능하다는 점이 놀라움을 자아낸다. 이 행성은 지구의 크기와 유사하며, 지름은 지구의 1.1배 정도이다. 이 행성이 공전하는 별은 태양의 크기의 91%, 질량의 99%에 달해 태양과 상당히 유사한 특성을 보인다. 이번 행성 발견은 천문학 저널에 'TESS 젊은 외계 행성 탐사(THYME)'라는 제목의 논문으로 소개됐다. 이 연구는 천문학계에 새로운 지평을 열며, 우주에 대한 인류의 지식 확장에 중요한 기여를 하고 있다.
- 생활경제
2024-01-22
합금의 한계를 뛰어넘는 레이저 제작 금속

미국 에너지부(DOE)의 오크리지 국립 연구소(ORNL) 연구팀은 레이저 기반 적층 제조(AM)를 사용하여 더 강하고 파손 가능성이 적은 고엔트로피 합금을 개발했다. 적층 제조는 금속 분말을 레이저나 열 등으로 녹여서 원하는 모양의 구조물을 만드는 공정으로, 3D 프린팅이라고도 한다. 미국의 과학기술 전문 매체인 사이테크데일리(SciTechDaily)에 따르면 연구원들은 다섯 가지 이상의 원소를 일정 비율로 혼합하여 고엔트로피 합금(HEA)이라는 내구성 있는 합금을 개발했다. 고엔트로피 합금은 심각한 마모 저항성, 극한의 온도와 방사선, 높은 응력을 견딜 수 있는 특성으로 인해 다양한 산업 분야의 사용이 기대된다. 그러나 기존의 3D 프린팅으로 만든 고엔트로피 합금은 강도는 높지만 연성이 부족해 성형하기 어렵고 하중이 가해질 때 쉽게 파손될 수 있다는 단점이 있다. 이는 합금의 응용 범위를 제한하는 문제점 중 하나다. 새로운 고엔트로피 합금의 특징 연구팀은 레이저 기반 적층 제조 공정을 활용하여 나노미터 두께의 나노 라멜라 구조를 가진 새로운 고엔트로피 합금을 개발했다. 이 나노 라멜라는 서로 다른 결정 구조를 가지고 있어 고강도를 제공한다. 또한, 이 판들의 명확한 가장자리는 일정 정도의 어느 정도의 미끄러짐을 허용하여 합금에 연성을 제공한다. 이것은 나노 라멜라가 여러 층으로 쌓인 판 구조와 유사하다는 것을 의미한다. 이러한 층과 층 사이에는 서로 다른 원소들이 포함되어 있다. 이 구조 덕분에 각 층이 서러 잘 붙어 강도가 높아지고, 판의 가장자리가 미끄러짐을 통해 연성이 향상되는 것이다. 새로운 고엔트로피 합금의 성능 새로운 고엔트로피 합금은 기존의 3D 프린팅 고엔트로피 합금에 비해 강도가 1.3배, 연성이 2배 이상 향상됐다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 오크리지 국립 연구소에 있는 파쇄 중성자 소스(Spallation Neutron Source)와 고급 광자 소스(Advanced Photon Source)를 활용하여 나노 라멜라의 구조와 특성을 분석했다. 파쇄 중성자 소스는 핵분열을 통해 생성된 중성자를 이용하여 물질의 내부 구조를 연구하는 장비이다. 반면, 고급 광자 소스는 고에너지의 광자를 사용하여 물질의 구조와 특성을 조사하는 장비다. 연구팀은 이러한 장비를 사용해 나노 라멜라의 두께와 결정 구조를 측정하고, 나노 라멜라가 합금의 강도와 연성에 미치는 영향을 연구했다. 연구 결과 나노 라멜라의 두께가 100나노미터(nm) 미만인 경우 강도가 가장 높고, 나노 라멜라의 결정 구조가 서로 다른 경우 연성이 가장 높다는 것을 발견했다. 고엔트로피 합금 응용 분야 연구팀은 이번 연구를 통해 레이저 기반 AM을 사용하여 고엔트로피 합금의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 예를 들어, 새로운 고엔트로피 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량, 더 강력하고 더 오래 지속되는 기계를 생산하는 데 사용될 수 있다. 새로운 고엔트로피 합금은 △더 가볍고 강한 항공기 및 우주선 제작, △더 안전하고 연료 효율적인 자동차 제작, △더 내구성이 뛰어난 풍력 터빈 및 태양광 패널 제작, △더 강하고 내식성이 뛰어난 의료 기기 제작 등에서 활용될 수 있다.
- 산업
2024-01-18
우주에서 쏟아지는 다이아몬드 비⋯자기장 형성 열쇠?

다이아몬드는 지구에서 가장 귀중한 보석 중 하나이지만, 천왕성과 해왕성과 같은 거대 얼음 행성에서는 대기 중에서 비처럼 쏟아져 내릴 것으로 예상된다는 가설이 제기됐다. 과학기술 전문 매체 ifl사이언스와 엔디티비(NDTV)에 따르면 전통적으로 다이아몬드 형성에는 매우 높은 온도와 압력이 필요하다고 여겨져 왔지만, 최근의 연구는 다이아몬드가 지구보다 낮은 온도와 압력 조건에서도 형성될 수 있음을 시사한다. 최근 미국 SLAC 국립가속기연구소와 독일의 DESY 연구소, 헬름홀츠 센터 드레스덴-로젠도르프와 같은 국제 연구팀이 천왕성과 해왕성의 대기권과 유사한 조건을 실험실에서 재현하여 다이아몬드 생성 실험을 진행했다. 연구팀은 폴리스티렌 필름에 다이아몬드 모루를 사용하여 2200℃(화씨 3992도) 이상의 온도와 지구의 해수면 대기압의 약 100만 배에 해당하는 압력을 가했다. 이 실험 조건은 천왕성과 해왕성의 대기권 깊은 곳에서 발견될 수 있는 조건과 유사한 것으로, 과학자들은 이를 통해 다이아몬드가 형성되는 과정을 연구했다. 이후, 고에너지 X선을 사용하여 폴리스티렌 필름을 가열했다. 이 X선은 필름 내의 탄소 원자를 활성화시켜 다이아몬드로 변환하는 데 중요한 역할을 했다. 이 과정을 통해 연구팀은 폴리스티렌 필름에서 다이아몬드를 형성하는 데 성공했다. 이 다이아몬드는 천왕성과 해왕성의 대기권에서 형성되는 다이아몬드와 같은 구조와 특성을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 이 연구 결과는 전통적인 다이아몬드 형성에 대한 이해를 바꾸는 중요한 발견이다. 기존에는 다이아몬드 형성에는 매우 높은 온도와 압력이 필요하다고 여겨졌었다. 그러나 이번 연구는 다이아몬드가 더 낮은 온도와 압력에서도 형성될 수 있음을 보여줬다. 이는 천왕성이나 해왕성과 같은 거대한 얼음 행성의 대기권에서 다이아몬드가 어떻게 형성되는지에 대한 새로운 통찰을 제공하며, 천문학과 우주 과학 분야에 중요한 영향을 미칠 것으로 기대된다. 다이아몬드 비가 형성되는 이유 천왕성과 해왕성의 대기권은 지구의 대기권보다 훨씬 깊고 뜨겁다. 이러한 조건에서는 수소, 헬륨, 메탄, 아르곤 등의 기체가 높은 압력과 온도에 의해 액체 상태로 변환된다. 이 액체 상태의 기체들은 천왕성과 해왕성의 내부에서 바깥쪽으로 이동하면서 점차 식게 된다. 이 과정에서 액체 상태의 기체들은 다시 고체 상태로 변하게 되는데, 이때 탄소 원자들이 모여 다이아몬드 결정을 형성한다. 이렇게 형성된 다이아몬드는 대기 중에서 무거운 물체처럼 가라앉게 되며, 이를 '다이아몬드 비'라고 부른다. 다이아몬드 비는 지구에서는 발생하지 않는다. 지구의 대기권은 천왕성이나 해왕성 대기권보다 훨씬 얇고 차가워 이러한 과정이 일어나지 않기 때문이다. 다이아몬드 비와 자기장 형성 연구팀의 수석 저자인 멍고 프로스트 박사는 "다이아몬드 비는 천왕성과 해왕성의 복잡한 자기장의 형성에 영향을 미쳤을 가능성이 있다"고 말했다. 프로스트 박사의 연구에 따르면, 천왕성과 해왕성의 대기권에는 다이아몬드가 풍부하게 존재할 것으로 추정된다. 다이아몬드는 전기를 잘 전달하는 성질을 가지고 있기 때문에, 이 물질이 대기권을 통해 이동하며 자기장 생성에 기여했을 가능성이 제기됐다. 프로스트 박사는 "이번 연구는 거대 얼음 행성에 대한 우리의 이해를 크게 확장시킬 것"이라고 말했다. 더 나아가, 다이아몬드 비와 자기장 형성에 대한 추가 연구는 이러한 거대 얼음 행성들의 신비를 더욱 깊게 탐구하는 데 도움이 될 것이다. 다이아몬드 비는 우주의 또 다른 매혹적인 현상으로, 향후 추가 연구를 통해 이 현상에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2024-01-18
레이저 가공 HEA, 3D 프린팅으로 강도·연성 향상

최근 레이저와 3D 프린팅 기술을 활용해 강도가 높고 유연성을 갖춘 새로운 형태의 합금을 개발하는 데 성공했다. 합금이란, 기본 금속에 다른 금속을 섞어 고온에서 녹인 후 식혀 만들어진, 원래 금속과는 다른 성질을 가진 새로운 금속 물질을 말한다. 이러한 합금을 제작하는 주된 목적은 기계적 성질을 개선하고, 부족한 특성을 보완하여 금속의 기능을 증진시키기 위함이다. 과학기술 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 레이저 기반 적층 제조 방식을 이용하여 더 강력하고 파손 가능성이 낮은 고엔트로피 합금(HEA)을 만드는 방법을 소개했다. '고엔트로피 합금(HEA:High entropy alloys)'은 기존의 합금 제조 방식과 비교했을 때 뛰어난 강도와 내구성을 제공하며, 합금의 적용 범위를 확장시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. HEA는 심각한 마모, 극한의 온도, 방사선 및 높은 압력과 관련된 응용 분야에서 사용가능하다. 3D 프린팅, 또는 적층 가공(AM)으로 알려진 기술을 사용해 만들 수 있는 합금은 일반적으로 연성이 부족하다는 단점을 가지고 있다. 이는 3D 프린팅을 통해 제작된 고엔트로피 합금이 형태를 유지하는 데 어려움을 겪고, 하중을 받을 때 충분히 변형되거나 늘어나지 않아 쉽게 파손될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 최근 과학자들은 레이저 기반의 적층 가공 방식을 사용하여, 이러한 연성 문제를 개선한 더욱 강하고 연성이 뛰어난 고엔트로피 합금을 개발하는 데 성공했다. 이들은 이러한 성능 향상의 기본 메커니즘을 더 깊이 이해하기 위해 중성자와 X선 산란, 그리고 전자 현미경과 같은 고급 분석 기술을 활용했다. 이러한 연구 결과는 3D 프린팅 합금의 사용 범위를 확장하고, 그것이 적용될 수 있는 산업 분야를 다양화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 연성과 강도가 모두 향상된 새로운 형태의 합금은 더욱 까다로운 응용 분야에서도 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 잠재적인 산업 응용과 에너지 효율성 산업계는 미래에 제조 과정에서 더욱 강력하고 형태를 쉽게 잡을 수 있는 고엔트로피 합금을 사용 가능할 것으로 기대하고 있다. 이러한 HEA를 산업 응용 분야에 사용하기 위해서는 가벼우면서도 복잡한 형태의 HEA 부품에 대한 높은 내구성, 신뢰성, 그리고 파손 저항성이 요구된다. 새로운 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량의 제조, 더 강한 제품의 생산, 그리고 더 오래 지속되는 기계의 개발을 가능하게 하여, 소비자와 산업계 모두에 혜택을 가져올 것으로 기대된다. 또한, 레이저를 사용하여 분말 합금을 고체 금속 형태로 융합하는 레이저 기반의 적층 가공 방식은 에너지 효율성이 매우 높다는 점에서, 새로운 유형의 HEA 생산에 있어 매력적인 방법으로 여겨진다. 이는 에너지 소비를 줄이면서도 고품질의 합금 부품을 생산할 수 있는 방법으로, 지속 가능한 제조 및 공정 효율성 측면에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 나노 라멜라 구조와 기계적 특성 레이저 기반 적층 가공 공정은 나노미터 두께의 나노 라멜라(얇은 판층) 구조를 생산할 수 있다. 이 공정은 높은 강도를 제공하면서도, 나노 라멜라의 뚜렷한 가장자리가 일정 수준의 미끄러짐(연성)을 허용하여 유연성을 보장한다. 이러한 나노 라멜라는 평균 약 150나노미터 두께의 면심 입방체(FCC) 결정 구조와 평균 약 65나노미터 두께의 체심 입방체(BCC) 결정 구조의 교차 층으로 구성된다. 개발된 새로운 고엔트로피 합금은 약 1.3기가파스칼(인장강도 단위)의 높은 항복 강도를 나타내며, 이는 가장 강한 티타늄 합금의 강도를 능가하는 수준이다. 또한, 이 HEA는 약 14%의 연신율을 제공하는데, 이는 동일한 항복 강도를 가진 다른 AM 금속 합금보다 높은 수치다. 연신율은 재료가 파손되지 않고 얼마나 많은 굽힘을 견딜 수 있는지를 나타내는 지표로, 재료의 유연성과 내구성을 측정하는 중요한 요소다. HEA 첨단 연구기술 및 시설 한편, 미국 테네시주에 위치한 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)의 연구원들은 에너지부(DOE) 산하 과학 사용자 시설인 파쇄 중성자원(Spallation Neutron Source)을 통해 변형 상태에서 HEA 샘플의 내부 기계적 부하 분배를 조사할 수 있었다. 이 시설의 중성자 데이터는 합금 내부의 상세한 구조적 정보를 제공함으로써 HEA의 기계적 특성에 대한 깊은 이해를 가능하게 했다. 또한, 연구팀은 ORNL 내의 다른 DOE 과학 사용자 시설인 나노입자 재료 과학(Nanophase Materials Sciences) 센터에 위치한 원자 프로브 장비를 활용하여, 교대로 층을 이루는 나노 라멜라 구조 및 미세 구조의 상세한 3D 이미지를 캡처했다. 이와 별개로, 미국 일리노이주에 위치한 시카고 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 첨단방사광가속기(Advanced Photon Source)는 어닐링 과정을 거친 다양한 HEA 샘플의 단계를 연구하는 데 사용되었다. 이 시설에서의 X선 회절 분석은 합금의 열처리 과정이 그 성질에 어떻게 영향을 미치는지를 평가하는 데 중요한 역할을 했다. 미국 내 첨단 연구기술 및 시설의 활용은 HEA의 개발과 응용에 있어 중요한 도약점을 제공하며, 합금의 구조적 및 기계적 특성에 대한 포괄적인 이해를 가능하게 한다. 이러한 첨단 연구는 HEA의 미래 적용 가능성을 확장하고, 재료 과학 분야에서의 혁신적 발전을 촉진할 것으로 기대된다. 연구소들의 고도화된 기술과 시설은 재료의 기본 구조부터 그 성능에 이르기까지 광범위한 분석을 허용함으로써, 합금의 특성을 극대화하고 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 새로운 기회를 열어준다.
- 산업
2024-01-16
NASA, 아르테미스 달 탐사선에 이름 보내기 이벤트 시작

미국 항공우주국(NASA·나사)은 바이퍼(VIPER: Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)라는 첫 번째 로봇 달 탐사선을 이용하여 사람들의 이름을 달 표면에 전송할 기회를 제공하고 있다. 나사에 따르면 이 탐사선의 주요 임무는 달 남극 지역에서 물의 존재와 그 비밀을 탐구하는 것이며, 이는 나사의 아르테미스 프로그램의 일환으로 진행된다. 이 프로그램은 최초로 여성과 유색 인종을 달에 착륙시키는 것을 목표로 하고 있다. 나사는 '바이퍼에 이름 보내기' 캠페인을 통해 2024년 3월 15일 동부 표준시 오후 11시 59분까지 이름을 접수받고, 수집된 이름들을 탐사선에 실어 달에 보낼 예정이다. 이 캠페인의 웹사이트에서 참가자들은 가상의 기념품인 바이퍼 임무 탑승권을 만들어 자신의 이름을 기념할 수 있으며, 이를 다운로드할 수도 있다. 참가자들은 소셜 미디어에서 '#SendYourName(#이름보내기)' 해시태그를 사용하여 소셩 미디어 참여 공유를 권장하고 있다. 나사 과학임무국의 니콜라 폭스(Nicola Fox) 관리자는 바이퍼 임무의 중요성을 강조하며, "바이퍼를 통해 우리는 인류가 이전에 가보지 않은 달 표면의 일부를 탐험하고 연구할 것이다. 이 캠페인을 통해 전 세계가 위험하지만 보람 있는 이 여정에 동참하게 된다"라고 말했다. 그는 또한 "바이퍼가 달 남극의 까다로운 지형을 탐색하고, 달의 역사와 아르테미스 우주 비행사를 위한 환경에 대한 이해를 높이는 중요한 데이터를 수집할 때, 우리의 이름이 함께할 것이라고 상상해보자"라고 덧붙였다. 이 캠페인은 나사의 여러 프로젝트와 유사하다. 아르테미스 1, 여러 마스(화성) 미션, 그리고 유로파 클리퍼 임무와 같은 이전 프로젝트들에서 수천만 명의 사람들이 자신의 이름을 우주선에 실어 보냈다. 이는 태양계와 그 너머를 탐험하는 우주선에 영감을 주는 메시지를 전달하는 나사의 오랜 전통에서 비롯된 것이다. 캘리포니아의 실리콘 밸리에 위치한 나사 에임스 연구 센터의 바이퍼 프로젝트 관리자인 다니엘 엔드류는 바이퍼의 중요성을 강조하며, "바이퍼는 게임 체인저다. 이 임무는 달에서 장기적인 인간 거주를 지원하기 위해, 달 자원이 어디에서 수확될 수 있는지에 대한 우리의 이해를 넓히는 첫 번째 단계다"라고 말했다. 2024년 말, 아스트로보틱 테크놀로지스의 그리핀 미션 원을 통해 플로리다 케이프 커내버럴의 우주군 기지에서 스페이스 엑스의 팰콘 헤비 로켓을 타고 발사된 후, 바이퍼는 달 표면으로 전달될 예정이다. 도착한 후, 바이퍼는 태양 전지판과 배터리를 사용하여 극한의 온도와 까다로운 조명 조건에서 약 100일 동안 생존하며 임무를 수행할 예정이다. 이 기간 동안, 바이퍼는 달 얼음의 특성, 농도 및 기타 잠재적 자원에 대한 데이터를 수집하도록 설계된 과학 장비에 전원을 공급한다. 나사의 바이퍼 임무는 아르테미스 프로그램에 의해 주도되는 상업적 달 탐사 서비스(CLP: Commercial Lunar Payload Services) 이니셔티브의 일부다. 이 프로그램을 통해 나사는 달 남극 근처의 인간 탐사를 지원할 뿐만 아니라, 최초의 화성 우주 비행사를 준비하는 데 필요한 달 탐사 임무의 기간을 설정할 것이다. 탐사 로봇은 탐사 과학 전략 통합 사무소에서 실행되며, 나사 본사의 과학 미션국이 관리하는 달 발견 및 탐험 프로그램(LDEP: Lunar Discovery and Exposition Program)의 일부다. 나사 에임스는 임무 관리 외에도 과학, 시스템 엔지니어링, 실시간 탐사 로봇 표면 작업 및 비행 소프트웨어 개발을 주도한다. 탐사 로봇 하드웨어는 나사의 휴스턴 존슨 우주 센터, 플로리다의 케네디 우주 센터, 그리고 캘리포니아 알타데나에 위치한 상업 파트너인 꿀벌 로보틱스(Bee Robotics)가 제공하며 설계 및 제작에 참여했다.
- 산업
2024-01-13
얼음 목욕과 사우나, 온도 자극이 건강 증진시키는 방법

추운 날씨에 건강을 증진하고 면역 체계를 강화할 수 있는 방법 중 하나는 얼음 목욕이 있다. 사진=티스/연합뉴스 겨울철 얼음 목욕과 사우나 중에서 어떤 방법이 건강 증진에 더 도움이 될까. 점차 많은 사람들이 추위에 자신을 노출시켜 면역 체계를 강화하려는 시도를 하고 있다. 추운 날씨에 찬물 샤워, 얼음 목욕, 또는 눈길을 걷는 등의 방법을 통해 면역 체계를 강화하고 전반적인 건강을 증진시키기를 원한다. 이러한 방법들은 체중 감소에도 도움이 될 수 있다고 알려져 있다. 독일 매체 메르커(Merkur)는 추운 날씨에 건강을 증진하고 면역 체계를 강화하는 방법들을 소개했다. 먼저 얼음 목욕, 즉 영하의 온도에서 차가운 물에 들어가는 것은 점점 인기를 얻고 있다. 이러한 방법이 면역 체계를 실제로 강화한다는 명확한 연구 결과는 아직 없지만, 찬물에 몸을 담그면 피부 혈관이 수축되어 심혈관계가 강화될 수 있다. 차가운 충격은 아드레날린과 엔돌핀을 방출하며, 이는 정신 건강에 긍정적인 영험을 미칠 수 있다. 그러나 훈련되지 않은 사람들은 이 같은 방법을 천천히 시도해야 한다. 다음으로 교대 샤워가 있다. 교대 샤워는 아주 차가운 물과 따뜻한 물을 번갈아 사용하는 것을 말한다. 교대 자극은 혈액 순환을 강화하여 면역 체계의 건강을 돕는다. 피부에 혈액 공급이 잘되면 입과 코의 점막에도 혈액 공급이 증가하여 바이러스와 박테리아에 대한 저항력을 높일 수 있다. 수치료는 약 130년 전, 세바스티안 크나이프 목사가 면역 체계를 강화하기 위해 개발했다고 알려져 있다. 이 치료법에는 신체나 얼굴의 특정 부위에 정기적으로 찬물 샤워를 하는 것이 포함된다. 이 방법은 신진대사를 촉진하고, 혈액 순환을 개선하며, 면역 체계를 활성화하는 것으로 알려져 있다. 이러한 수치료의 긍정적인 효과는 2022년 예나 대학교의 연구를 통해 입증됐다. 또 영하의 기온에서의 조깅은 면역 체계에 긍정적인 영향을 미친다고 알려져 있다. 심장 전문의이자 스포츠 의학 전문가인 헤르베르트 뢴겐(Herbert Löllgen) 교수는 차가운 공기가 기도 점막에 닿을 때 면역 자극이 증가하고 방어 세포의 형성이 촉진된다고 설명했다. 체중 감량을 원하는 사람들에게는 겨울 조깅이 추가적인 이점을 제공한다. 겨울에 조깅을 하면 평소보다 약 10~15% 더 많은 칼로리를 소모한다. 체중 감량에 성공하려면 식습관을 개선하고 특정 음식을 피하는 것이 필요하다. 눈 위를 맨발로 걷는 것, 즉 '눈 밟기'는 혈액 순환을 자극하고 면역 체계를 강화하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 얼음 목욕이나 콘트라스트 샤워와 같은 극한의 냉온 자극은 건강에 해로울 수도 있으므로 주의가 필요하다. 이러한 모든 방법에는 다양한 건강상의 이점이 있지만 수행하기 전에 고려해야 할 몇 가지 사항이 있다. 예를 들어, 얼음 목욕을 할 때는 냉감 쇼크의 위험이 있으므로 절대 혼자 있어서는 안 된다. 또한 얼음찜질은 일반적으로 2분 이상 지속되어서는 안 된다. 과거에 질병을 앓았던 사람들은 특별한 주의가 필요하다. 예를 들어, 순환계 문제가 있는 사람들에게는 갑작스러운 추위가 생명을 위협하는 혈관 수축을 유발하고 심장 부정맥이나 심장마비로 이어질 수 있다. 눈을 밟는 경우에도 주의가 필요하다. 과도한 시간 동안 걷는 것은 피해야 하며, 몇 분 이상 걷지 않는 것이 좋다. 감기에 쉽게 걸리거나 요로 감염이 자주 발생하는 사람은 이러한 방법을 피하는 것이 바람직하다. 조깅을 할 때는 시작하기 전에 충분한 준비 운동을 하는 것이 중요하다. 일반적인 규칙으로는, 추위에 노출되는 상황을 즐기는 사람들도 새로운 느낌에 먼저 익숙해져야 하며, 추위 노출 시간을 점차적으로 늘려가야 한다. 건강한 사람일지라도 과도한 추위 노출은 오히려 건강에 해를 끼칠 수 있음을 항상 기억해야 한다.
- 생활경제
2024-01-11
알루미늄 호일, 올바른 사용법은?

알루미늄 호일은 가정이나 음식점 등에서 식품 보관 등 다양한 용도로 자주 사용된다. 독일의 매체 루트비히스하펜(LUWIGSHAFEN)은 알루미늄 호일의 광택 있는 면과 무광택 면이 있는 이유와 어떤 면을 사용해야 하는지에 대해 소개했다. 알루미늄 호일에 광택 면과 무광택 면이 있는 이유는 제조 공정에서 비롯된다. 얇은 알루미늄 호일을 제작하기 위해, 압연 공정에서 두 개의 호일을 함께 압연한다. 이 과정에서 한쪽 면은 고광택 롤러와 접촉하며 광택을 띠게 되고, 반대편 면은 롤러와 접촉하지 않아 무광택이 된다. 알루미늄 호일, 광택 면과 무광택면 차이는? 알루미늄 호일은 주방에서 자주 사용되며, 음식을 따뜻하게 유지하거나 신선하게 보관하는 등 다양한 용도로 활용된다. 알루미늄 호일의 광택 있는 면과 무광택 면은 서로 다른 물리적 특성을 갖는다. 광택 있는 면은 빛과 열을 더 효과적으로 반사하기 때문에, 음식을 따뜻하게 유지하기 위해서는 이 면을 안쪽으로 하여 열을 유지하는 것이 좋다. 예를 들어, 알루미늄 호일로 닭고기나 고기를 구울 때 광택 있는 면을 안쪽으로 하면 음식의 수분을 유지하고, 열을 반사해 더 빠르게 익힐 수 있다. 반면에 음식을 시원하게 유지하려면 무광택 면을 안쪽으로 하여 외부 온도의 영향을 줄이는 것이 도움이 된다. 식품 포장의 경우 신선도 유지에는 어느 면을 사용해도 무방하다. 알루미늄 호일을 사용하면 안 되는 음식은? 알루미늄 호일은 산성 또는 염분이 높은 음식과 함께 사용하는 것을 피해야 한다. 산성 물질이나 소금과 알루미늄이 화학 반응을 일으킬 수 있으며, 이로 인해 알루미늄 입자가 음식에 섞일 수 있다. 이런 알루미늄 입자는 인체에 해로울 수 있기 때문에 주의가 필요하다. 오븐 사용 안전한가? 일반적으로 식품 등급 알루미늄 호일은 400°F(200°C)까지 안전하게 사용할 수 있다. 그러나 일부 저가 알루미늄 호일은 녹거나 벗겨질 수 있으므로 사용 전에 온도 제한을 확인하는 것이 좋다. 주방 용도 외에 알루미늄 호일을 다양하게 사용할 수 있는 방법은 다음과 같다. 다림질을 보다 효율적으로 하기 위해, 다림질할 옷 아래에 알루미늄 호일을 놓으면 열을 더 잘 반사해 다림질이 더 쉽고 빨라진다. 무광택 접시를 광택나게 하려면, 접시에 알루미늄 호일을 놓고 젖은 천으로 닦으면 광택이 난다. 난방 비용 절약을 위해서는, 라디에이터 뒤에 알루미늄 호일을 배치하여 열을 반사시켜 실내 온도를 유지하는 데 도움이 된다.
- 생활경제
2024-01-10
생수 속 나노플라스틱, 리터당 수천 개…체내 침범 우려

연구원들이 생수 속에서 이전 추정치보다 10~100배 더 많은 플라스틱 조각이 포함되어 있다는 사실을 발견했다고 CNN이 8일(현지시간) 보도했다. 미국 컬럼비아 대학의 연구원들은 생수에 있는 나노입자의 화학 구조를 보고, 계산하고, 분석할 수 있는 새로운 기술을 제시했다. 새로운 연구에 따르면, 표준 크기 생수 2개에 해당하는 1리터의 물에는 7가지 유형의 플라스틱에서 평균 24만 개의 플라스틱 입자가 포함되어 있으며, 이 중 90%는 나노플라스틱이고 나머지는 마이크로플라스틱인 것으로 확인됐다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 저널에 이날 발표됐다. 나노 입자는 너무 작아서 현미경으로 볼 수 없다. 전문가들은 인간 머리카락 평균 너비의 1000분의 1인 나노플라스틱은 너무 작기 때문에 소화관이나 폐 조직을 통해 혈류로 이동하여 잠재적으로 유해한 합성 화학 물질을 몸 전체와 세포에 퍼트릴 수 있다고 지적했다. 미세 플라스틱은 0.2인치(5mm) 미만에서 2만5000분의 1인치(1마이크로미터)에 이르는 폴리머 조각이다. 그보다 더 작은 것은 10억분의 1미터 단위로 측정해야 하는 나노 플라스틱이다. 이 연구를 주도한 연구팀은 미국에서 판매되는 인기 생수 브랜드 3곳의 실제 플라스틱 조각 수가 리터당 300개가 아니라 11만 개에서 37만 개 사이라는 사실을 발견했다. 단, 저자들은 어떤 브랜드의 생수를 연구했는지는 언급하지 않았다. 공동 저자이자 환경 화학자인 컬럼비아 대학교 라몬트-도허티 지구 천문대의 부교수인 베이잔 얀(Beizhan Yan)은 "이 새로운 기술은 실제로 물속에서 수백만 개의 나노 입자를 볼 수 있었으며, 이는 무기 나노 입자, 유기 입자 및 우리가 연구한 7가지 주요 플라스틱 유형이 아닌 다른 플라스틱 입자일 수 있다"고 말했다. 이 연구는 나노 플라스틱이 인간 건강에 미치는 잠재적 위험을 탐구하는 새로운 방향을 제시했다. '건강한 아기, 밝은 미래'라는 비영리단체의 연합체에서 일하는 연구 책임자 제인 헐리한은 이 연구에 직접 참여하지는 않았지만, 나노 플라스틱의 인간 건강에 대한 잠재적 위험을 더 깊이 이해하기 위한 추가적인 연구가 필요하다고 강조했다. 이 단체는 아기들이 신경독성 화학물질에 노출되는 것을 줄이기 위해 노력하는 과학자들과 기부자들로 구성되어 있다. 헐리한은 "이 연구는 미세 플라스틱 입자에 대한 광범위한 인체 노출이 거의 연구되지 않은 위험을 초래할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 그녀는 "특히 영유아가 이러한 위험에 가장 크게 노출될 수 있는데, 그 이유는 영유아의 발달이 더디기 때문"이라고 덧붙였다. 펜실베이니아주립대 베렌드 캠퍼스의 지속가능성 책임자인 셰리 '샘' 메이슨(Sherri 'Sam' Mason)은 이 연구에 참여하지 않았지만, "이 연구는 인상적이며, 투입된 노력이 매우 심오하다. 나는 이를 획기적이라고 부르고 싶다"라고 평가했다. 이 새로운 발견은 수돗물 유해 물질 노출을 줄이기 위해 유리나 스테인리스 스틸 용기에 담긴 수돗물을 마시라는 오랜 전문가의 조언을 강조한다고 메이슨은 말했다. 이러한 조언은 플라스틱으로 포장된 다른 음식과 음료에도 적용된다고 그녀는 덧붙였다. 메이슨은 9개국 11개 브랜드에서 판매되는 생수 샘플의 93%에서 마이크로플라스틱과 나노 플라스틱의 존재를 처음으로 발견한 2018년 연구의 공동 저자였다. 과거 연구에서 메이슨은 오염된 물 1리터에 인간의 머리카락보다 넓은 평균 10개의 플라스틱 입자와 300개의 작은 입자가 포함되어 있음을 발견했다. 그러나 5년 전인 2018년 기술로는 그 작은 입자를 분석하거나 더 많은 것이 있는지 알아낼 방법이 없었다. 메이슨은 "우리가 나노플라스틱의 존재를 몰랐던 것은 아니다. (당시) 우리는 그것들을 분석할 수 없었다"라고 설명했다. 나노 플라스틱, 인간 건강 위협 전문가들은 나노 플라스틱이 인류 건강에 가장 큰 위협을 주는 플라스틱 오염 유형 중 하나로 지목하고 있다. 이는 나노 플라스틱의 미세 입자가 주요 기관의 세포와 조직을 침입해 세포 활동을 방해하고, 비스페놀, 프탈레이트, 난연제, 과불소화 물질(PFAS), 중금속 등의 내분비 교란 화학물질을 축적할 수 있기 때문이다. 러트거스 대학교 어니스트 마리오 약학대학의 독성학 박사이자 약리학 부교수인 피오피 스태플튼(Phoebe Stapleton) 박사는 쥐를 대상으로 한 연구에서 임신한 쥐가 플라스틱 입자를 섭취하거나 흡입한 후 24시간 만에 그들의 태아의 뇌, 심장, 간, 신장 및 폐에서 플라스틱 화학물질을 발견했다고 보고했다. 스태플튼 박사는 "이 시점에서 인간 태반에서 마이크로플라스틱과 나노 플라스틱이 발견됐다"고 말했다. 그는 "인간의 폐 조직과 인간의 대변, 인간의 혈액에서 (미세 플라스틱이) 발견됐다"고 덧붙였다. 생수에서 나노입자를 식별하는 새로운 연구 방법은 라만 분광법의 개선된 형태에 기반을 두고 있다. 이 기술은 분자가 빛에 반응하여 진동하는 방식을 측정함으로써 세포의 화학적 구성을 분석한다. 이 기술의 공동 발명자이자 컬럼비아 대학교 화학과 교수인 웨이 민(Wei Min) 교수는 “이 변형된 라만 분광법, 자극 라만 산란 현미경(SRS)은 두 번째 레이저를 추가해 이전에는 감지하기 어려웠던 나노입자를 여러 자릿수로 증폭된 신호를 통해 탐지할 수 있다"고 말했다. 민 교수는 2008년 SRS를 공동 개발했다. 민 교수는 "이 연구는 자극 라만 산란 현미경을 나노플라스틱 세계에 적용한 최초의 연구"라고 말했다. SRS는 이미지를 획기적으로 향상시킴으로써 기존 기술에서 몇 시간이 걸리던 나노 입자의 이미지를 마이크로초 단위로 명확하게 식별하고 캡처할 수 있으며, 촬영 대상 조직에 손상을 주지 않고도 이미지를 캡처할 수 있다. 해당 연구에서 개발된 알고리즘은 출판 당시 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 그리고 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한 일곱 가지 주요 플라스틱 유형을 식별할 수 있었다. 컬럼비아 대학교 화학 박사과정 학생이자 이 연구의 수석 저자인 나이신 치안(Naixin Qian)은 "다른 연구들을 통해 우리는 생수에 존재하는 대부분의 미세 플라스틱이 주로 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 병에서 누출된 것으로 추정했다"고 말했다. 다양한 유형의 플라스틱 존재 연구팀의 발견에 따르면, 플라스틱 물병 안에는 예상과 달리 다양한 유형의 플라스틱이 존재하며, 각 플라스틱 유형마다 입자 크기가 다르다. 연구팀은 "PET 플라스틱 입자는 크기가 컸지만, 다른 플라스틱 입자는 200나노미터에 불과해 훨씬 더 작았다"고 밝혔다. 연구에 따르면, PET 입자는 병 뚜껑을 반복적으로 여닫거나, 병이 파손되거나, 자동차 안에서 높은 온도에 노출될 때 부서질 수 있는 것으로 밝혀졌다. 컬럼비아 대학교 연구팀은 앞으로 생수에 떠다니는 나노 플라스틱의 출처를 더 깊이 연구할 계획이다. 이들은 나노 플라스틱이 제조 과정 중 오염된 원수에서 유래했을 가능성을 조사하고 있다. 한편, '건강한 아기, 밝은 미래' 재단의 헐리안은 과학이 이와 같은 문제를 탐구하는 동안 사람들이 플라스틱 노출을 줄이기 위해 취할 수 있는 조치들에 대해서도 밝혔다. 그녀는 "플라스틱 용기에 담긴 음식과 음료 섭취를 피하고, 천연 직물로 만든 옷을 입으며, 천연 소재의 소비자 제품을 구매하는 것이 좋다. 일상에서 플라스틱 사용을 줄이고 대안을 찾는 것이 중요하다"고 말했다.
- 생활경제
2024-01-10
나사 주노 탐사선, 목성 위성 '이오' 초근접 비행…화산 활동 원인·패턴 규명 기대

미국 항공우주국(NASA·나사)의 주노 우주선이 목성의 위성 이오(Io)에 대한 대담한 초근접 비행을 통해 화산 활동의 원인과 패턴을 탐구할 수 있는 새로운 기회의 문을 열었다고 과학 기술 전문 매체 퓨처리즘이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 나사에 따르면 주노 우주선은 지난주 태양계에서 가장 활발한 화산 활동을 보이는 이오에 20년 만에 가장 근접한 비행을 실시했다. 이 과정에서 주노는 이오의 변화무쌍한 표면과 화산 활동의 새로운 이미지를 포착했다. 주노 우주선은 지구 저궤도를 벗어나 이오의 표면에서 약 930마일(약 1497미터) 이내까지 접근했을 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 나사는 이번의 드문 초근접 비행을 통해 주노 우주선의 장비가 아주 풍부한 데이터를 축적했을 것으로 기대하고 있다. 주노, 이오 위성 20년 만에 초근접 촬영 이미 주노가 포착한 사진들은 이오의 화산 활동의 실체를 드러내는 데 큰 도움이 될 것으로 보인다. 이 사진들에는 유황으로 덮인 평원과 드문드문 솟아 있는 이오의 산들이 선명하게 포착됐다. 이는 갈릴레이 위성의 노란색과 갈색 색조에 대한 이해를 높이는 데 기여할 것이다. 또한, 목성에서 반사된 햇빛 덕분에 달의 어두운 면도 관찰될 수 있었다. 이번 근접 비행은 태양계 탐사에서 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다. 사우스웨스트 연구소의 물리학자이자 주노 탐사선의 수석 연구원인 스콧 볼튼은 최근 뉴욕 타임스와의 인터뷰에서 이오 표면의 다양한 지형을 페퍼로니 피자에 비유하며 "경외감을 느꼈다"고 말했다. 이오, 뜨거운 용암 분출 위성 태양계에서 화산 활동이 가장 활발한 목성의 위성중 하나인 이오는 뜨거운 온도로 유명하다. 천문학자들은 이오의 지각 아래에 마그마의 바다가 존재한다고 믿고 있으며, 주노의 데이터를 통해 이를 확인할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이오의 열은 거대한 조석력에 의해 더욱 증폭되는 것으로 알려져 있다. 이오가 목성과 다른 위성들 사이의 중력적 힘겨루기의 중심에 위치해 마그마를 뒤흔들고, '조석 가열'이라는 현상을 통해 엄청난 마찰열을 생성한다고 한다. 이오는 갈릴레이 위성들과 달리 물이 존재하지 않지만, 그 대신 전혀 다른 형태의 액체인 용암이 흘러내린다. 이 용암의 흐름은 이오의 중요한 특징 중 하나이고, 때때로 수백 개의 화산이 장관을 이루며 분출하는 광경을 연출한다. 이 용암은 이오의 내부(마그마로 추정되는 바다)에서 끊임없이 표면으로 흘러나와 정기적으로 이전에 없던 완전히 새로운 표면을 만들고, 용암 호수로 메운다. 과학자들은 주노를 통해 이러한 화산 현상의 원인과 어떤 패턴이 있는 지를 탐구하고 있다. 볼튼은 비행 완료에 앞서 성명을 통해 "이번 비행에서 얻은 데이터와 이전 관측 자료를 결합하여 주도 과학팀은 이오의 화산이 어떻게 변화하는지 연구하고 있다"고 설명했다. 그는 "우리는 화산이 얼마나 자주 분출하는지, 얼마나 밝고 뜨거운지, 용암 흐름의 모양이 어떻게 변하는 지, 그리고 이오의 활동이 목성 자기권의 하전 입자의 흐름과 어떻게 연결되어 있는지 찾고 있다"고 말했다. 주노 우주선은 오는 2월 3일 목성을 다시 한번 '초근접' 촬영할 예정이다. 이는 7년 넘게 궤도를 돌면서 57번째로 목성을 근접 비행하는 임무가 될 것이다. 한편, 목성은 태양계의 다섯번째 행성이자 가장 큰 행성으로 종종 행성의 왕으로 불린다. 목성은 4개의 갈릴레이 위성을 포함해 최소 500개의 위성이 있는 것으로 알려져 있다. 일부 과학자들은 목성이 최대 600개의 위성을 가지고 있다고 추산하기도 한다. '갈릴레이 위성' 또는 '갈릴레오 위성'은 1610년 과학자 갈릴레이 갈릴레오가 목성 주변에서 발견한 4개의 위성을 말한다. 이들 위성은 이오, 에우로페, 가니메데, 칼리스토 등 제우스(목성의 이름)의 연인의 이름을 따서 지었다. 주노(Juno) 우주선은 나사의 목성 탐사선으로 2011년 8월 5일 뉴 프런티어의 일환으로 케이프커내버럴 공군 기지에서 발사됐다. 극 궤도에 존재하는 성분과 중력장, 자기장 등을 조사하는 임무를 맡았다. 그밖에 목성의 대기에 존재하는 물의 양과 바위 응어리 존재 여부, 행성의 질량 분포, 시속 600km에 도달할 수 있는 목성의 대기 조사 등의 임무를 수행하고 있다. 오는 2024년 2월 3일 58번째로 이오 위성을 근접 통과할 예정이며 2025년 9월 2차 탐사 확장 계획이 종료된다.
- IT/바이오
2024-01-09
북극 영구 동토층, 지구온난화로 메탄 바다 방출 위험

북극 영구 동토층 아래에 봉인되어 있는 메탄가스가 기후 변화로 인해 바다로 방출될 위험이 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 매체 스페이스(space)에 따르면 노르웨이 스발바르 대학 센터의 지질학자 토마스 버철(Thomas Birchall)과 연구팀은 두꺼운 영구 동토층이 수백만 입방 피트의 메탄이 뿜어져 나오는 것을 지금까지 막아왔지만, 기후 변화로 인해 영구동토층이 계속 녹으면 메탄이 바다로 흘러 나갈 수 있는 상황이 될 수 있다고 지구 과학 프론티어 저널에 발표했다. 연구팀은 이 영구 동토층이 붕괴되면 메탄의 강력한 온난화 효과로 인해 더 많은 영구 동토층이 녹고 더 많은 가스가 방출되는 연쇄 반응을 일으킬 수 있다며 이 악순환의 고리는 온난화, 해빙, 메탄 배출을 더욱 가속화할 것이라고 경고했다. 스발바르는 북극권 깊숙한 곳에 위치한 노르웨이 군도로, 북극에서 불과 500마일(800km) 떨어져 있다. 이곳은 지구온난화의 영향을 크게 받고 있으며, 영구 동토층이 광범위하게 분포하고 있다. 연구팀은 상업 및 과학 시추공의 과거 데이터를 분석해 스발바르 전역의 영구 동토층을 매핑하고, 그 안에 갇힌 천연 가스 매장량을 정확히 집계했다. 연구 결과, 스발바르의 영구 동토층에는 메탄이 풍부한 퇴적물이 생각보다 훨씬 많이 분포하고 있는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면, 스발바르의 영구 동토층은 해안, 저지대, 고지대로 세 가지로 구분된다. 해안 지역의 영구 동토층은 해류가 이동시킨 따뜻함으로 인해 얼어붙은 토양의 지각이 얇다. 반면, 저지대의 영구 동토층은 두껍고 얼음으로 포화되어 있어 매우 우수한 밀봉 특성과 자가 치유 능력을 가지고 있다. 그러나 현재 누출이 없는 영구 동토층도 지구 온난화로 인해 누출이 발생할 수 있다. 스발바르는 지구상에서 가장 빠르게 온난화되는 곳 중 하나이며, 그곳의 "활성" 영구 동토층(위쪽 몇 피트는 계절에 따라 녹았다가 다시 얼어붙고 있음)은 지구 온도가 상승함에 따라 더 깊어지고 있다. 영구 동토층 아래에 얼마나 많은 메탄이 갇혀 있는지 추정하는 것은 쉽지 않다. 연구진은 가스의 흐름이 측정된 한 위치를 근거로 수백만 입방 피트 정도일 수 있다고 추정한다. 연구진은 "북극 영구 동토층이 녹으면서 메탄이 방출되면, 기후 변화가 더 가속화될 수 있다"고 말했다. 메탄은 이산화탄소보다 25배 강력한 온실 가스이기 때문이다. 만약 이 메탄이 모두 방출된다면, 지구 온도는 약 0.5도 상승할 것으로 추산된다. 이는 빙하와 해빙을 가속화하고, 해수면 상승을 일으키는 등 심각한 기후 변화를 초래할 수 있다. 연구팀은 "영구 동토층 해빙을 막기 위해서는 기후 변화에 대응해야 한다"고 강조했다. 이를 위해서는 화석 연료 사용을 줄이고 재생 에너지를 확대하는 등 온실 가스 배출을 감축해야 한다. 또한 영구 동토층 온도 상승을 막기 위한 대책도 마련해야 한다. 연구팀은 "영구 동토층 온도 상승을 막기 위해서는 해안 지역 개발 제한, 삼림 보호 등의 조치를 취해야 한다"고 제안했다. 북극 영구 동토층 아래에 갇힌 메탄은 지구 기후에 큰 영향을 미칠 수 있는 위험 요소이다. 이를 방지하기 위해서는 세계 각국이 협력하여 기후 변화 대응에 적극적으로 나서야 한다.
- 생활경제
2024-01-08
탄소 질화물, 다이아몬드를 뛰어넘는 초강력 물질 탄생

과학자들이 수십 년의 연구 끝에 다이아몬드에 필적하는 새로운 초경도 물질을 개발했다는 연구 결과가 공개됐다. 과학 전문매체 '사이테크데일리(scitechdaily)'에 따르면, 영국 에든버러 대학교(University of Edinburgh)를 포함한 국제 연구팀은 탄소와 질소를 혼합한 물질을 극한의 압력과 열에 노출시킴으로써, 다이아몬드보다 더 단단한 새로운 물질을 창출했다. 연구팀은 탄소와 질소를 혼합한 물질을 지구 내부와 유사한 약 100만 배의 대기압 압력에 노출시켰다. 더불어, 섭씨 150만 도 이상의 고온에서 가열하는 실험을 진행했는데, 이는 태양 표면의 온도에 가까운 극한의 조건이다. 이러한 극한 조건에서 탄소와 질소 원자는 강력하게 결합하여 '탄소 질화물(carbon nitride)'을 형성한다. 연구팀은 이 새로운 물질의 경도를 측정하기 위해 여러 강도 시험을 수행했다. 그 결과 이 탄소 질화물이 현재 알려진 물질 중 두 번째로 단단한 '입방정 질화붕소(cubic boron nitride)'보다 더 단단한 것으로 밝혀졌다. 이번 연구는 재료 과학 분야에 있어 중대한 발견으로, 특히 항공우주, 군사, 산업 분야 등에서의 응용 가능성이 높은 새로운 초경도 물질의 개발을 의미한다. 연구팀은 프랑스의 유럽 싱크로트론 연구 시설(European Synchrotron Radiation Facility, ESRF), 독일의 독일 전자 싱크로트론(Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY), 미국에 기반을 둔 고에너지 물리학 연구소(Advanced Photon Source, APS)에 있는 세 개의 입자 가속기를 이용하여 강렬한 X선 빔을 이용해 샘플을 조사했다. 이 X선 빔은 샘플 내의 원자 구조와 전자 분포를 산란시켜, 물질의 내부 구조를 세밀하게 분석할 수 있게 해준다. 연구 결과는 세 가지 다른 질화탄소 화합물이 초경도를 달성하기 위한 필수 구성 요소들을 보유하고 있다는 것을 보여준다. 특히 놀라운 점은, 이 세 화합물이 모두 일반적인 압력 및 온도 조건으로 돌아갔을 때도 다이아몬드와 유사한 특성을 유지한다는 것이다. 이러한 발견은 물질의 안정성과 내구성에 대한 새로운 이해를 제공하며, 과학 및 산업 분야에서의 응용 가능성을 확대한다. 추가적인 계산과 실험에 따르면 이 새롭게 개발된 물질이 광발광과 높은 에너지 밀도와 같은 여러 특별한 특성을 가지고 있음이 밝혀졌다. 이는 물질이 매우 적은 질량으로 상당한 양의 에너지를 저장할 수 있음을 의미한다. 연구팀은 이러한 초비압축성 탄소 질화물이 다양한 응용 분야에 적용될 잠재력이 크다고 지적했다. 그들은 이 물질이 다이아몬드와 비견될 수 있는 궁극적인 공학 재료로 자리 잡을 수 있다고 전망했다. 연구를 주도한 에든버러 대학교의 도미니크 라니엘(Dominique Laniel) 박사는 "이 새로운 질화탄소 물질 중 첫 번째 질화탄소 물질이 발견되었을 때, 우리는 지난 30년 동안 과학자들이 꿈꿔온 물질을 만들어낸 것이 믿기 어려웠다. 이러한 재료는 고압 재료 합성과 산업적 응용 사이의 간극을 메우는 데 강력한 동기를 제공한다."라고 말했다. 린셰핑 대학 플로리안 트리벨(Florian Trybel) 박사는 "이 물질은 다기능성이 탁월할 뿐만 아니라 지구 내부 깊숙한 곳에서 발견되는 조건과 유사한 극한의 합성 압력에서도 안정한 상태를 유지할 수 있다는 점을 보여준다. 우리는 이 공동 연구를 통해 이 분야에서 새로운 가능성을 열 것이라고 확신한다"라고 말했다. 이번 연구는 깨지지 않는 초단단 재료 개발 분야에서 중요한 진전을 이루었다. 이 새로운 재료는 자동차와 우주선의 보호 코팅, 내구성이 뛰어난 절삭 공구, 태양 전지판, 광검출기 등과 같은 다양한 산업 분야에 응용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 이는 기술적인 혁신 뿐만 아니라 산업 전반에 걸친 여러 응용 분야에도 중대한 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2024-01-04
[퓨처 Eyes(18)] 지구 온난화, 폭주 온실 효과로 '금성化' 위기⋯시뮬레이션 결과 '지옥 방불'

기후 변화로 인한 폭주 온실 효과로 지구가 금성화 위기에 처했다는 연구 결과가 나왔다. 제네바대학교(UNIGE)의 천문학자 연구팀은 파리와 보르도의 프랑스 국립과학연구소(CNRS)의 지원을 받아 온실효과 폭주의 모든 단계를 시뮬레이션 한 최초의 연구 결과를 발표했다고 과학 매체 '사이언스얼랏'이 최근 보도했다. 연구원들은 처음으로 온실 효과의 모든 단계를 시뮬레이션하여 앞으로 몇 세기 안에 우리의 녹색 행성을 사람이 살 수 없는 '지옥'으로 만들 수 있다는 사실을 발견했다. 미국 우주항공국(NASA)에 따르면 지구는 폭주 온난화를 촉진하기 위해 수십도만 가열하면 평균 표면 온도가 섭씨 464도(화씨 867도)인 금성만큼 살기 어려운 행성이 될 것이라고 한다. 온실 효과는 지구 대기의 특정 가스가 태양의 열을 가두는 과정을 말한다. 폭주 온실 효과란? 일부 온실 가스는 수증기처럼 자연적으로 발생한다. 이산화탄소와 같은 다른 온실가스는 인간이 석탄, 석유, 가스 등 오염 물질인 화석 연료를 태울 때 생성될 수도 있다. UNIGE-CNRS 연구에서 조사된 폭주 온실 효과는 태양 조사가 증가하여 지구의 온도가 눈덩이처럼 급격하게 상승할 때 발생한다. 천문학자들은 성명에서 "이 과정의 초기 단계부터 대기 구조와 구름의 범위가 크게 변화하여 거의 멈출 수 없고 되돌리기 매우 복잡한 폭주 온실 효과를 초래한다"라고 말했다. 돌이킬 수 없는 기후 변화 이 연구는 부분적으로 다른 행성, 특히 소위 외계 행성의 기후를 연구하는 도구를 제공하기 위해 설계됐다. 또한 앞으로 수 세기 동안 지구 기후에 미칠 위험에 대한 통찰력도 제공한다. 연구진은 바다와 생명체로 뒤덮인 멋진 파란색과 녹색 점인 지구와 태양계에서 가장 뜨거운 무균 상태의 유황 행성인 금성의 차이점을 강조했다. 그러나 천문학 및 천체물리학 리뷰에 게재된 이 연구에 따르면 "지구 온도를 수십도만 상승시키는 아주 작은 태양 복사량 증가만으로도 지구에서 돌이킬 수 없는 폭주 과정을 촉발하고 지구를 금성처럼 살기 힘든 곳으로 만들 수 있다"는 사실이 밝혀졌다. 온실 효과의 폭주라는 개념은 새로운 것이 아니다. 이 개념은 지구와 같은 온대 상태에서 표면 온도가 섭씨 1000℃(화씨 1832℃)가 넘는 행성으로 진화하는 것을 상상한다. 연구진은 온실 효과가 없다면 지구의 평균 기온은 영하로 떨어지고 지구는 생명체에 적대적인 얼음으로 덮인 공이 될 것이라고 지적하면서 어느 정도의 온실 효과는 유용하다고 말했다. 그러나 이 효과가 너무 크면 해양의 증발이 증가하여 대기 중 천연 온실가스인 수증기의 양이 증가하여 구조 담요처럼 열에 갇히게 된다. 임계값 전 UNIGE 박사후 연구원이며 이 연구의 수석 저자인 기욤 샤베로(Guillaume Chaverot)는 "이 정도의 수증기에는 지구가 더 이상 식을 수 없는 임계점이 있다"라고 말했다. 샤베로는 "거기서부터 바다가 완전히 증발하고 온도가 수백도에 도달할 때까지 모든 것이 사라진다"라고 설명했다. 이전의 시뮬레이션은 폭주 효과가 시작되기 전의 온화한 상태나 폭주 후의 사람이 살 수 없는 상태에만 초점을 맞췄지만, 연구진은 전체 과정을 시뮬레이션 한 것은 이번이 처음이라고 말했다. 전체 과정을 보여줌으로써 처음부터 높은 대기에서 폭주 효과를 증가시키고 그 과정을 되돌릴 수 없게 만드는 매우 특이하고 밀도가 높은 구름 패턴이 어떻게 나타나는지 설명할 수 있었다. 차베로는 "대기의 구조가 크게 바뀌었다"고 했다. 그는 현재 인간이 배출하는 온실 가스가 태양 광도의 약간의 증가와 동일한 폭주 과정을 유발할 수 있는지 여부를 조사하고 있다고 성명을 통해 밝혔다. 기후 과학자들은 지구의 평균 기온이 산업화 이전 수준보다 1.5°C 이상 상승하면 통제할 수 없는 기후 변화를 촉발할 위험이 있다고 경고했다. 이는 온실 폭주 과정과는 다르지만, 연구자들은 지구가 '종말 시나리오'에서 멀지 않았다고 경고했다. 한편, 3일 기상청 기상자료개방포털 자료에 따르면 지난해 한국의 전국 평균기온은 13.7℃를 기록, 전국에 기상관측망이 대폭 확충돼 각종 기상기록의 기준으로 삼는 시점인 1973년 이후 가장 높았다. 지난해 제주도의 평균기온은 역대 두 번째로 높았던 것으로 나타났다. 제주도의 연평균 최고기온은 20.4℃로, 2021년(20.6℃)에 이어 두 번째로 높았다. 게다가 지난 12월 공개된 해양기후예측센터의 자료에 따르면 지난 8월 동아시아 해역의 해면 수온은 평년보다 0.9℃높아 역대 2위를 기록했으며, 전 지구 해역의 해면 수온은 평년보다 0.6℃높아 역대 최고치였다. 올해 전 지구 표면온도가 사상 최고치를 기록할 것이라는 전망은 이젠 '기정사실'로 받아들여지고 있다. 엘니뇨는 적도 부근 동태평양 해수면 온도가 비정상적으로 상승하는 현상으로, 지구의 평균 온도를 높이며 폭풍우, 가뭄 등의 기상 이변을 유발한다. 엘리뇨는 2월께 최고조에 이르며 6개월은 더 갈 것이라는 예측이다.
- 포커스온
2024-01-04
'로스 드롭렛' 기법, 커피의 맛과 추출량 극대화

미국 오레곤 대학의 연구에 따르면 '로스 드롭렛' 기법은 커피의 맛과 향을 더욱 높이는 것으로 나타났다. 사진=픽사베이 커피 맛과 추출량을 극대화하는 새로운 추출 기법이 주목받고 있다. 바로 '로스 드롭렛' 기법이다. 로스 드롭렛 기법은 물방울을 이용하여 커피를 추출하는 방식이다. 일반적인 추출 방식은 뜨거운 물을 한 번에 부어 커피를 추출하는 방식이지만, 로스 드롭렛 기법은 물방울을 조금씩 떨어뜨려 커피를 추출한다. 커피 애호가들은 원두를 갈기 전에 약간의 물을 첨가하면 더 맛있는 커피를 만들 수 있다고 오랫동안 믿어왔다. 미국 CNN 방송은 최근 미국 오레곤 대학의 연구원들이 발표한 연구 결과를 인용, 이러한 믿음을 뒷받침하는 것으로 나타났다고 보도했다. 연구팀은 그라인더에서 먼지가 뿜어져 나오는 등 종종 지저분한 커피 제조 과정을 해결하기 위한 시도로 시작된 이 기술이 커피 맛에도 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 오레곤 대학의 전산 재료 화학 부교수인 연구 공동 저자 크리스토퍼 헨던(Christopher Hendon)은 커피 원두를 갈 때 가루가 흩어져 주변에 묻는 것에 대해, 약간의 물을 넣으면 그라인더에서 나오는 먼지가 뭉치지 않고 원두에 달라붙어 흩어지는 것을 방지할 수 있다고 말했다. 연구팀은 커피 원두를 갈 때 먼지가 흩어지는 이유는 정전기 때문이라는 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 커피 원두를 갈 때 콩이 서로 부딪힐 때 마찰에 의해 정전기가 발생한다고 설명했다. 이 정전기는 분쇄 커피 입자를 같은 극성의 자석처럼 서로 밀어내어 사방으로 흩어지게 한다. '로스 드롭렛' 기술로 정전기 방지 물은 절연체와 같은 역할을 하여 이 정전기를 약화시킨다. 따라서 커피 원두에 물을 첨가하면 먼지가 뭉치는 것을 방지할 수 있다. 연구팀은 물 한 방울에서 위쪽에 이르는 소량의 물을 첨가하면 정전기를 부동태화하여 먼지가 뭉치는 것을 방지할 수 있다고 하며, 이 과정을 '로스 드롭렛' 기법이라고 한다. 연구팀은 물을 넣기 전에, 마이크로그램 단위까지 정밀하게 피펫을 사용해 커피의 무게를 정확하게 측정한 후 전문 그라인더를 사용하여 분쇄했다. 헨던 교수는 “커피 원두에 물을 첨가하면 정전기가 약해져 커피 가루가 뭉치지 않고 그라인더를 빠져나간다”라고 말했다. 물이 정확히 어떻게 작용하는지는 아직 밝혀지지 않았지만, 전하를 흡수하거나 그라인더 내부의 온도를 변화시켜 마찰을 줄이는 것으로 추측된다. 그는 또 “커피 원두에 물을 많이 넣으면 뭉치지 않고 더 잘 추출된다. 또한, 폐기물이 적어질 수도 있다. 그 이유는 물이 커피 가루의 표면적을 넓혀주기 때문이다라고 설명했다. 커피의 맛에 미치는 영향 커피 원두의 로스팅 유형과 분쇄도의 거칠기 등 여러 가지 요인에 따라 물이 커피의 맛에 미치는 영향은 달라질 수 있다. 하지만 연구에 따르면 일반적으로 물을 추가하면 추출 수율이 약 10% 증가하는 것으로 나타났다. 헨던 교수는 이 결과가 '로스 드롭렛' 기술의 이점을 확인하는 것으로 볼 수 있지만, 반드시 맛의 차이로 이어지는 것은 아니라고 지적했다. 이번 연구 결과는 지난 12월 6일 학술지 '매터(Matter)'에 기록됐다. 이 연구는 아직 초기 단계이며, 더 많은 연구가 필요하다. 특히, 다양한 로스팅 유형과 분쇄도의 거칠기에 따른 로스 물방울 기술의 효과에 대한 연구가 필요하다. 또한, 로스 드롭렛 기술이 커피의 맛에 미치는 영향에 대한 보다 구체적인 연구도 필요하다. 전반적으로, 로스 드롭렛 기술은 커피 추출을 개선하고 더 나은 맛을 내는 데 도움이 될 수 있는 잠재력이 있다. 그러나 더 많은 연구를 통해 기술의 효과와 한계를 보다 명확히 밝혀야 할 것이다.
- 생활경제
2024-01-02
미국 과학자, 남극서 150만년 전 얼음 탐사

미국 과학자들이 남극에서 약 150만년 전에 형성된 얼음을 탐사하고 있다. 이들은 과거의 기후와 생태계 비밀을 탐구하며, 특히 대기 중 온실가스 농도가 높았던 시기를 연구하는 것을 목표로 하고 있다. 미국 방송매체 CBS뉴스는 미국 과학자들은 기후변화 이해에 도움이 될 수 있는 가장 오래된 얼음 샘플을 찾고 있다고 보도했다. 남극 대륙은 지구에서 가장 건조하고 추운 곳으로, 강한 바람이 불기로 유명하다. 한국, 미국, 유럽, 호주 등 여러 나라의 과학자들이 남극에 연구기지를 설립하고 이곳의 신비를 탐구하고 있다. 이번 남극 탐험은 미국 대학과 과학 기관이 연방 자금을 지원받는 협력 단체인 콜덱스(COLDEX)의 일환으로 진행되고 있다. 콜덱스 팀들은 남극 근처에서 7주 동안 화장실 없이 샤워도 하지 못하고 얼음 위에서 캠핑하며 연구를 수행한다. 연구팀이 남극에서 수집한 얼음 샘플을 통해 미국 과학자들은 수십만 년 전의 기후 상태에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 콜덱스의 에드 브룩(Ed Brook) 이사는 "얼음 연구는 인간이 지구 환경에 어떠한 영향을 미치고 있는지를 명확하게 보여주는 중요한 역할을 한다"고 말했다. 이러한 연구를 통해 과거 기후 변화의 패턴을 이해함으로써 현재와 미래의 기후 변화에 대한 이해를 높일 수 있다. 얼음 트랩 온실가스의 기포 확인 눈이 내리면서 남극의 얼음 속에 작은 기포들이 갇히게 되는데, 이 지역의 추운 날씨로 인해 눈이 녹지 않고 얼음으로 변환되어 층을 이룬다. 이 얼음 속에 갇힌 기포들은 과거 온실가스의 수준을 담고 있어, 과학자들은 이를 분석하여 과거의 기후 변화를 재구성할 수 있다. 콜덱스의 현장 연구 책임자 피터 네프(Peter Neff)는 "빙하 코어에서 얻은 정보가 지구 기후의 작동 원리를 이해하는데 매우 중요하다"고 강조했다. 현재까지 발견된 가장 오래된 빙하 코어는 약 80만 년 전의 것으로, 이를 분석함으로써 과학자들은 기후 변화의 주요 원인인 이산화탄소 수준의 변화를 확인할 수 있었다. 특히 산업 혁명 이후 이산화탄소 수준이 급격히 증가하여 지구 온난화를 가속화시키고 있음을 알 수 있다. 빙하서 온실가스 수준 높았던 시기 탐사 콜덱스의 주요 목표는 현재의 80만년 전으로 거슬러 올라가는 빙하 코어 기록을 150만년 전으로 확장하여, 과거에 대기 중 온실가스 수준이 더 높았던, 지구가 지금보다 더 따뜻했던 시기를 연구하는 것이다. 브룩 이사는 "과거를 연구한다고 해서 현재의 상황과 똑같은 결과를 얻을 것이라고 주장하는 것은 아니다"라며, "우리가 찾고 있는 것은 지구의 기후 시스템이 따뜻한 날씨에서 어떻게 작동하는지에 대한 다양한 가능성들이다"라고 설명했다. 콜덱스 팀은 150만년 동안 잘 보존된 얼음층이 형성될 가능성이 높은 남극 대륙의 특정 지점을 식별하는 데 수년이 걸릴 수 있다. 일단 얼음층이 확인되면, 연구팀은 드릴을 사용하여 얼음 코어를 추출할 계획이다. 얼음 샘플은 녹지 않도록 온도 조절이 가능한 포장재에 담겨 미국 콜로라도의 국립 과학 재단 아이스 코어 시설로 운송될 예정이다. 만약 콜덱스의 임무가 성공한다면, 발견된 얼음 샘플은 콜덱스 현장 연구원인 사라 샤클레톤(Sarah Shackleton)이 근무하는 프린스턴 대학을 비롯한 여러 대학 연구실로 전송될 예정이다. 또한, 가장 오래된 얼음 탐사 임무는 미국 과학자들만의 도전이 아니다. 다른 여러 국가의 팀들도 남극 대륙에서 같은 목표를 가지고 자체적인 탐사 임무를 수행하고 있다. 유럽과 호주의 연구 팀들은 남극 대륙의 다양한 지역에서 시추 작업을 진행 중이다. 이들 중 먼저 얼음 샘플을 발견하는 팀은 국제적인 주목을 받을 것으로 예상된다.
- 생활경제
2024-01-02
美 MIT, 미생물 비료 코팅 개발…재생농업 촉진

미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학자들은 지속 가능한 대안으로 질소 고정 박테리아를 사용해 화학 비료의 탄소 배출량을 줄이고 있다. 과학 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 MIT 화학 엔지니어들이 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 세포를 손상으로부터 보호하는 금속-유기 코팅을 개발해 종자 발아율을 크게 향상시켰다고 보도했다. 이러한 혁신은 미생물 비료의 접근성을 높이고 재생 농업을 촉진할 수 있다. 이 코팅은 박테리아 세포의 표면에 금속과 폴리페놀로 구성된 삼각형 모양의 구조를 형성한다. 이러한 구조는 박테리아 세포를 둘러싸고 보호막을 형성하여 열이나 습도, 건조 등의 손상으로부터 박테리아 세포를 보호해주어 미생물 비료의 안정성을 향상시킬 수 있다. 화학 비료 생산은 전 세계 온실 가스 배출량의 약 1.5%를 차지한다. MIT 화학자들은 일부 화학 비료를 보다 지속 가능한 공급원인 박테리아로 대체하여 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 되기를 기대하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환할 수 있는 박테리아는 식물에 필요한 영양분을 제공할 뿐만 아니라 토양을 재생하고 해충으로부터 식물을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 이러한 박테리아는 열과 습도에 민감하기 때문에 대량 생산해서 농장으로 배송하기가 어렵다. 박테리아 민감성 극복 이러한 장애물을 극복하기 위해 MIT 화학 엔지니어들은 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 손상으로부터 세포를 보호하는 금속-유기 코팅을 개발했다. 새로운 연구에서 MIT 연구진은 이러한 코팅 박테리아가 옥수수와 청경채와 같은 채소를 포함한 다양한 종자의 발아율을 향상시킨다는 사실을 발견했다. 코팅된 박테리아로 처리한 씨앗은 코팅되지 않은 신선한 미생물로 처리한 씨앗에 비해 발아율이 150% 증가했다. 연구를 주도한 MIT 화학 공학과 아리엘 퍼스트(Ariel Furst) 박사는 "이 코팅은 농부들이 미생물을 비료로 배치하는 것을 훨씬 쉽게 만들 수 있다. 건조 공정으로부터 박테리아를 보호하고, 액체가 아닌 건조 분말이기 때문에 훨씬 더 쉽고 더 적은 비용으로 유통할 수 있다. 또한 섭씨 55.55도(화씨 132도)까지 견딜 수 있으므로 이러한 미생물을 냉장 보관을 사용할 필요가 없다"라고 말했다. 연구진은 이 기술은 화학 비료 사용을 줄여 환경 오염을 감소시킬 수 있고 토양의 영양분을 보충하고 토양을 건강하게 유지하는 데 도움이 될 수 있어 농업의 지속 가능성을 높이기를 기대한다. 이번 연구는 최근 '미국 화학학회지 Au'에 게재됐다. 미생물 보호 코팅 화학 비료는 공기 중의 질소와 수소를 결합하여 암모니아를 만드는 데 매우 높은 압력을 사용하는 에너지 집약적인 하버-보쉬 공정을 통해 제조된다. 화학 비료의 또 다른 단점으로는 이 과정에서 상당한 탄소 발자국이 발생한다는 점 외에도 장기간 사용하면 결국 토양의 영양분이 고갈된다는 것이다. 토양을 복원하기 위해 일부 농부들은 작물 순환과 퇴비화 등 다양한 전략을 사용해 토양을 건강하게 유지하는 '재생 농업'으로 전환하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환하는 질소 고정 박테리아가 이러한 접근 방식에 도움이 될 수 있다. 퍼스트 박사는 열과 동결 건조로부터 미생물을 보호하기 위해 이전에 소화관으로 전달되는 치료용 박테리아를 보호하는 등 다른 용도로 미생물을 캡슐화하기 위해 개발한 금속-페놀 네트워크(MPN)라는 코팅을 적용하기로 결정했다. 이 코팅에는 금속과 폴리페놀이라는 두 가지 유기 화합물 성분이 포함되어 있어 스스로 조립되어 보호막을 형성할 수 있다. 철, 망간, 알루미늄, 아연 등 코팅에 사용되는 금속은 식품첨가물로서 안전한 것으로 간주된다. 식물에서 흔히 발견되는 폴리페놀은 탄닌과 오트 등의 분자를 포함한다. 퍼스트 박사는 "우리는 그 자체로 효능이 있는 것으로 알려진 천연 식품 등급의 화합물을 사용하여 미생물을 보호하는 작은 갑옷을 만들고 있다라고 말했다. 이 연구를 위해 연구팀은 12가지 MPN을 만들어 유해한 곰팡이와 기타 해충으로부터 식물을 보호하는 질소 고정 박테리아인 슈도모나스 클로로라피스를 캡슐화하는 데 사용했다. 연구진은 모든 코팅이 최대 섭씨 50도(화씨 122도)의 온도와 최대 48%의 상대 습도로부터 박테리아를 보호한다는 사실을 발견했다. 또한 코팅은 동결 건조 과정에서도 미생물의 생존을 유지했다. 종자 발아 향상 연구팀은 망간과 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)라는 폴리페놀의 조합인 가장 효과적인 MPN으로 코팅된 미생물을 사용하여 실험용 접시에서 종자 발아를 돕는 능력을 테스트했다. 또 연구팀은 코팅된 미생물을 접시에 넣기 전에 50°C로 가열한 후 코팅되지 않은 신선한 미생물과 동결 건조된 코팅되지 않은 미생물을 비교했다. 연구 결과 코팅된 미생물은 발아율을 150% 향상 시켰다. 퍼스트 박사는 "기술을 개발할 때는 의도적으로 저렴하고 접근하기 쉽도록 설계해야 하는데, 이 기술이 바로 그런 기술이다. 이 기술은 재생 농업의 대중화에 도움이 될 것이다라고 말했다. 퍼스트 박사는 이 기술을 상용화하기 위해 세이아 바이오(Seia Bio)라는 회사를 설립했다. 세이아 바이오는 현재 이 코팅을 적용한 미생물 비료를 농업 현장에 적용하는 데 대한 연구를 진행하고 있다.
- 산업
2023-12-28
양자컴퓨터, 실용화까지 '멀고 험난한 길'

"양자컴퓨터의 성능은 과장됐고, 실용화는 아직 요원하다"는 지적이 나왔다. 일본 기술 전문 매체 기가진에 따르면 일본의 양자컴퓨터의 성능과 실용화 가능성에 대한 과장된 기대감이 있으며, 실제 실용화까지는 여전히 멀고 험난한 길이 남아 있다는 지적이 제기됐다. 마이크로소프트와 인텔을 포함한 여러 기업들이 양자 역학의 원리를 활용한 양자 컴퓨터 개발에 박차를 가하고 있다. 이들 기업은 양자 컴퓨터가 일반 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 복잡한 계산을 수행할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 그러나 일부 전문가들은 양자 컴퓨터의 실현이 대중적인 예상보다 훨씬 더 미래의 일이 될 수 있다고 경고하고 있다. 양자 컴퓨터는 소립자의 세계에서 발견되는 '중첩'과 '양자 얽힘' 등의 특성을 활용하여, 기존 컴퓨터로는 불가능한 처리를 수행할 수 있다고 여겨진다. 이는 금융 모델링, 물류 최적화, 머신러닝 가속화 등 다양한 실제 문제 해결에 응용될 수 있는 잠재력을 지니고 있어 주목받고 있다. 그러나 이러한 가능성에도 불구하고, 양자컴퓨터의 실용화에는 아직 많은 연구와 개발이 필요한 상황이다. 양자 컴퓨터를 개발하고 있는 IBM과 같은 일부 회사는 양자 컴퓨터가 몇 년 안에 실제 문제에 영향을 미칠 것이라는 낙관적인 전망을 제시하고 있다. 하지만 이와 동시에 일부 전문가들은 양자 컴퓨팅 기술이 현실적인 적용에 회의적인 입장을 보이고 있다. 메타의 AI 연구 책임자인 양루쿤은 양자 컴퓨팅 기술에 대해 "매력적인 과학적 주제이지만 실제로 유용한 양자 컴퓨터를 생산할 가능성에 대해 확신하기 어렵다"고 말했다. 이는 양자 컴퓨터의 실용화에 대한 기대와 불확실성을 동시에 나타내는 발언으로 해석될 수 있다. 아마존웹서비스(AWS)의 양자 하드웨어 책임자인 오스카 페인터는 양자 컴퓨터 산업에 대해 "엄청난 양의 과대 광고가 존재한다. 현재 상황에서 낙관적인 접근과 비현실적인 기대를 구분하기가 점점 어려워지고 있다"고 지적했다. 이는 양자컴퓨터 분야의 빠른 발전과 그에 따른 과대 광고의 증가가 업계 내에서 어떻게 인식되고 있는지를 보여준다. 결과적으로, 양자 컴퓨터 개발은 과학과 기술의 빠른 발전 속에서도 여전히 현실과 기대 사이의 간극을 좁히는 데 어려움을 겪고 있는 분야로 여겨진다. 현재 양자컴퓨터 개발의 근본적인 문제 중 하나는 오류 발생의 취약성이다. 대다수의 현재 개발 중인 양자컴퓨터들은 '노이즈(잡음)가 있는 중간 규모 양자 컴퓨터'(NISQ)로 분류되며, 이들은 몇 년에서 수십 년 내에 개발될 것으로 예상된다. 일부 전문가들은 이러한 컴퓨터들이 오류에도 불구하고 유용한 기능을 제공할 수 있을 것으로 보고 있다. 그러나 오스카 페인터 박사는 이러한 가능성에 대해 회의적인 입장을 보이며, 실용적인 양자 컴퓨터의 실현은 오류 처리 능력에 달려있다고 강조했다. 아울러 페인터 박사는 또한 "수천 개의 큐비트를 갖춘 대규모 양자 컴퓨터 구현을 위해서는 아직 해결해야 할 기술적 과제가 많다"며 "개발 완료까지 최소 10년이 소요될 것으로 예상한다"고 말했다. 양자컴퓨터의 발전과 관련하여, 마이크로소프트의 양자 컴퓨팅 부문 책임자인 마티아스 트로이어(Matthias Troyer)는 양자 컴퓨터가 실제로 유용한 결과를 제공할 수 있는 애플리케이션의 범위가 일반적으로 생각하는 것보다 훨씬 제한적일 수 있다고 지적했다. 이러한 견해는 양자 컴퓨터의 실용적인 적용과 관련하여 여전히 많은 도전과제가 존재한다는 것을 시사한다. 양자컴퓨터는 복잡한 문제를 기존의 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그로 인해 양자 컴퓨터는 암호 해독, 물질과 분자의 구조 예측, 최적화 문제 등 기존 컴퓨터로는 해결하기 어려운 복잡한 문제들을 효과적으로 처리할 수 있다. 또 분자와 화학 반응을 시뮬레이션하는 데 양자 컴퓨터가 사용될 경우, 약물 개발과 재료 과학 분야에서 혁신적인 발전을 이룰 수 있다. 현재 양자컴퓨터는 오류률이 높은 편이다. 양자 상태는 매우 불안정하며 외부 환경의 영향을 쉽게 받기 때문에, 정확한 계산을 위한 오류 수정이 어렵다. 아울러 양자컴퓨터는 극도로 낮은 온도에서 작동해야 하며, 이를 위한 복잡하고 비용이 많이 드는 냉각 시스템이 필요하다. 또한 양자컴퓨터를 위한 프로그래밍 언어와 알고리즘은 전통적인 컴퓨터 시스템과는 매우 다르다. 이로 인해 새로운 종류의 전문 지식과 기술이 필요하다. 그로 인해 현재로서는 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 우월한 실용적인 성능을 보이는 분야가 제한적이다. 양자 우위를 달성하려면 아직 많은 연구와 개발이 필요하다. 트로이어에 따르면, 양자 컴퓨팅이 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠른 것으로 알려진 응용 프로그램에는 '큰 숫자의 인수분해'와 '제약 설계 및 유체 역학 시뮬레이션' 등이 포함된다. 그러나 이러한 응용 프로그램의 가속화가 항상 효과적인 것은 아니며, 경우에 따라 기존 컴퓨터가 더 빠를 수도 있다고 한다. 트로이어는 양자컴퓨터가 복잡한 연산 과정을 수행함에 따라 큐비트의 연산이 매우 복잡해지며, 이는 기존 컴퓨터의 '트랜지스터 스위칭' 속도보다 느릴 수 있다고 설명했다. 실제로, 그는 '엔비디아(NVIDIA) A100'을 사용하는 컴퓨터와 10,000 큐비트를 탑재한 양자 컴퓨터의 성능을 비교하는 이론적 실험을 수행했다. 그 결과 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터의 성능을 능가하기 위해서는 수백 년 또는 수천 년에 걸친 연구가 필요할 것으로 나타났다. 이러한 분석을 바탕으로, 트로이어는 "양자컴퓨터는 소규모 데이터 문제에서 기하급수적으로 빨라질 수 있지만, 현재의 양자 컴퓨터는 실용적이지 않다"고 지적했다. 이는 양자컴퓨터 개발의 현실적인 한계를 드러내며, 향후 연구와 개발이 직면한 도전과제를 보여주는 중요한 지표로 여겨진다. 스타트업 퀀텀에라(QuEra)의 최고 마케팅 책임자인 유발 보시어(Yuval Bossier)에 따르면, 회사의 큐비트 개발을 포함한 양자 컴퓨팅 분야는 현재 많은 변화를 겪고 있다. 보시에는 "일부 기업들이 양자 컴퓨팅 연구에서 AI 연구로 리소스를 전환하고 있다"고 말했다. 이는 양자 컴퓨팅 분야에 대한 투자와 관심이 AI 분야로 이동하는 현상을 반영한 것으로 보인다. 보시에는 또한 양자 컴퓨팅에 대한 과대 광고가 많은 재능 있는 사람들을 분야로 끌어들였지만, 현재 양자 컴퓨터가 세계의 다양한 문제를 해결하기 어렵다는 사실이 밝혀지면서 실망감을 불러일으키고 있다고 지적했다. 그 결과, 많은 연구자들이 이 분야를 떠나고 있다는 것이다. 이러한 현상은 양자 컴퓨팅 기술의 발전과 실용화에 대한 과도한 기대가 현실과 맞닥뜨리면서 생기는 문제로, 연구자들과 투자자들 사이에서 재평가가 필요한 시점임을 시사한다. 양자 컴퓨팅의 발전은 여전히 중요하지만, 그 기대치와 현실 사이의 균형을 찾는 것이 중요해 보인다. 독일의 유명 제약회사 '머크 KGaA'의 디지털 혁신 그룹 글로벌 책임자 필립 헤르바흐(Philip Herbach)는 양자 컴퓨터에 대해 현실적인 견해를 제시했다. 그는 "양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터로는 해결할 수 없는 문제들을 해결할 수 있을 것으로 기대되지만, 실제로는 새로운 지평을 여는 것보다는 기존 프로세스의 속도를 개선하는 데 더 자주 사용된다"고 언급했다. 이는 양자 컴퓨터의 실질적인 활용 가능성에 대한 보다 현실적인 평가를 나타낸다. 마이크로소프트의 마티아스 트로이어도 양자컴퓨터에 대한 회의론적인 견해를 표명했다. 그는 "이 분야에 대한 관심을 줄이려는 것이 아니라, 연구자들이 양자 컴퓨팅의 가장 유망한 응용 분야에 자원을 집중할 수 있도록 하기 위함"이라고 말했다. 트로이어의 이러한 발언은 양자 컴퓨팅 분야의 연구와 개발이 실질적인 결과를 낳기 위해서는 목표와 방향성을 명확히 하는 것이 중요함을 시사한다. 이러한 전문가들의 견해는 양자 컴퓨팅 기술의 미래가 여전히 불확실성을 내포하고 있으며, 실용화를 향한 길이 단순하지 않음을 보여준다.
- IT/바이오
2023-12-26
무알코올 맥주, 알코올 함량 낮으면 식중독 위험 높다

알코올 성분이 부족한 무알코올 맥주는 식중독 위험이 증가할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 프랑스 의학 전문 사이트 뿌르꾸와독퇴르(pourquoidocteur)는 코넬 대학의 연구 결과를 인용해 무알코올 또는 저알코올 맥주에 알코올이 부족하면 음료 내에 병원균과 박테리아가 번성할 수 있는 환경이 조성될 가능성이 있다고 소개했다. 무알코올 맥주는 도수 1% 미만인 비알코올 음료와 알코올이 포함되지 않은 도수 0%의 무알코올 음료를 통칭해서 부르는 말이다. 이 연구 결과는 '식품 보호 저널(Journal of Food Protection) '에 발표됐다. 연구에 따르면, 무알코올 맥주는 알코올이 없음에도 불구하고 건강에 위험을 초래할 수 있는 것으로 나타났다. 연구자들은 제조 및 보관 과정 중에 알코올이 부재한 상태에서 식인성 박테리아와 병원균이 번식할 수 있는 환경이 조성될 수 있음을 발견했다. 박테리아에 더 취약한 무알코올 맥주 무알코올 맥주의 맛을 향상시키기 위해 양조업자는 종종 홉과 같은 풍미 재료를 음료에 첨가한다. 그러나 이러한 과정 또한 병원균의 증식 가능성이 있다. 그럼에도 불구하고, 코넬 대학의 연구원들은 알코올 및 전통적인 맥주와 관련된 다른 요소인 낮은 산소 공급 또는 낮은 pH 등이 발달을 촉진할 수 있다고 말했다. 무알코올 맥주와 관련된 위험을 이해하기 위해 과학자들은 E-박테리아를 도입하는 실험을 수행했다. 무알코올 맥주 샘플에는 대장균 O157 :H7, 살모넬라 엔테리카, 그리고 리스테리아 모노사이토제네스와 같은 병원균을 두 가지 다른 온도(3.8도와 13도)에서 두 달 동안 보관했다. 후속 분석 결과, 병원균은 무알코올 맥주에서 생존 및 번식이 가능함을 확인했다. 구체적으로, 대장균 O157:H7과 살모넬라 엔테리카를 13도에서 보관할 경우 번식이 두 배로 증가했다. 반면 리스테리아균은 어떠한 온도와 조건에서도 감지되지 않았다. 연구를 주도한 랜디 워로보 교수는 "알코올을 제거하면, 그것은 더 이상 전통적인 맥주가 아니다"라며 "우리는 알코올 부재 시에도 식인성 병원균이 발생할 수 있다고 예상했다. 이 시점에서, 무알코올 맥주를 식품으로 취급하고 제품의 안전성을 확인하기 위해 모든 매개변수를 검토해야 한다"라고 지적했다. 무알콜 맥주, 제조 및 보관 방법 주의 이러한 우려를 고려하여, 연구원들은 무알코올 맥주를 안전하게 제조하기 위해 특수 처리 과정을 권장하고 있다. 연구자들은 "저알코올 및 무알코올 맥주는 상업적인 무균 상태를 유지하기 위해 저온 살균 처리가 필요하며, 멸균 여과와 방부제 추가도 미생물 위험을 줄이는 추가 단계로 고려되어야 한다"라고 설명했다. 또한, 이러한 맥주를 제공하는 데 사용되는 장비를 정기적으로 청소하고 소독하여 가능한 식품 병원균을 제거하는 것 역시 중요하다. 워로보 교수는 "멕주에 알코올이 없으면 식인성 병원균에 대한 안전장치가 부족해진다"며, "알코올이 제공하는 이러한 방어 기능이 없으면 제조업체는 원재료에서 병원균이 통합될 가능성을 고려해야 한다"라고 강조했다.
- 생활경제
2023-12-22
입자물리학, 양자 우주 탐사 위한 10개년 계획 공개

입자 물리학 프로젝트 우선 순위 지정 패널(Particle Physics Projects Prioritization Panel·P5)은 최근 향후 5년에서 10년 간의 연구 자금 지원에 대한 권장 사항을 담은 상세한 보고서를 발표했다. 입자물리학은 기본입자의 특성과 상호작용을 탐구하는 물리학의 한 분야이다. 이 권고안은 뮤온, 중성미자, 암흑물질, 힉스 입자 등의 연구를 포함하고 있으며, 비록 구속력은 없지만 미국 입자 물리학 커뮤니티의 의견을 반영한다. 이는 물리학 연구 분야에서 가장 창의적인 아이디어 중 일부를 제시하는 것으로, 해당 분야의 발전 방향을 제안하고 있다. 인터넷 포럼 빅씽크(Big Think)는 최근 보도를 통해 미국 입자 물리학 커뮤니티가 다년간의 검토를 거쳐 향후 5년에서 10년간의 연구 비전을 발표했다고 전했다. 이들은 다양한 프로젝트들이 자금을 지원받을 경우, 연구자들이 자연의 법칙을 더 깊이 이해하는 데 크게 기여할 수 있을 것이라고 강조했다. 이번 권고안은 '양자 우주 탐사: 입자 물리학의 혁신과 발견을 위한 길'이라는 제목의 보고서에서 발표됐다. 이 보고서는 고에너지 물리학 자문 패널(HEPAP)의 하위 패널인 입자 물리학 프로젝트 우선순위 지정 패널(P5)에 의해 작성됐다. 이 권고안은 미국 에너지부 과학국과 국립과학재단 등 자금 지원 기관에 제출되어 향후 10년간의 자금 지원 결정을 안내하는 데 사용될 예정이다. 입자 물리학자들은 실험실에서 달성 가능한 최극단의 조건에서 물질의 거동을 연구한다. 이들은 양성자와 전자와 같은 아원자 입자를 거의 광속에 가까운 속도로 가속시키고, 크고 강력한 입자 가속기를 사용하여 이들을 충돌시킨다. 세계에서 가장 강력한 가속기를 사용하는 과학자들은 약 섭씨 7조도에 달하는, 상상하기 어려운 극도의 고온에 도달할 수 있다. 이는 태양의 핵심보다도 10만 배 더 뜨겁고, 초신성의 중심보다 약 100배 더 뜨겁다. 빅뱅 직후 1조분의 1초도 안 되는 시점부터 우주 전체에 걸쳐 온도가 균일하지 않았다. 미국 입자 물리학 커뮤니티는 약 5년마다 지난 5년 동안의 진전을 평가한다. 이 정보를 바탕으로, 단기적으로 진전을 이룰 가능성이 높은 연구에 우선 순위를 둔다. 커뮤니티는 예산, 필요한 기술의 존재 여부 및 개발 상황과 같은 실질적인 사항을 고려해야 한다. 과학적 영향력도 중요한 고려 대상이다. P5와 HEPAP는 모두 어떤 프로젝트를 추진해야 할지에 대한 권고를 제시하는 자문 및 정부 자금 지원 기관에 불과하다. P5 보고서는 다양한 규모와 영향력을 가진 프로젝트를 권장한다. 이 중 더 큰 프로젝트 중 하나는 우주의 우주 마이크로파 배경을 연구하기 위한 4세대 노력이다. 이 마이크로파는 빅뱅 이후 남은 가장 오래된 탐지 가능한 잔해로, 초기 우주의 모습을 직접 관찰할 수 있게 해 준다. 또 다른 주요 프로젝트는 세계적 수준의 중성미자 연구 프로그램을 강화하기 위해 페르미랩(Fermilab) 가속기 단지를 업그레이드하는 것이다. 페르미랩은 미국의 주요 입자물리학 연구소로, 지구 전체를 통과할 수 있는 드물게 상호작용하는 중성미자의 행동을 연구하기 위해 특별한 노력을 기울이고 있다. 중성미자 연구는 우주가 왜 물질로만 보이는지에 대한 해답을 찾는 데 중요한 역할을 할 수 있으며, 우리가 가진 최고의 이론은 반물질도 동등하게 존재해야 한다고 가정한다. P5 보고서는 또한 일반 물질보다 약 5배 더 널리 퍼져 있을 것으로 추정되는, 형태가 알려지지 않은 암흑물질을 찾기 위한 3세대 실험을 권장하고 있다. 만약 암흑물질이 실제로 존재한다면, 그것은 거의 상호작용 없이 지구를 통과할 것으로 예상된다. 이러한 이론적 형태의 물질을 탐지하기 위해서는 집중적인 연구 노력과 첨단 기술이 필요하다. 보고서는 또한 미국이 유럽이나 아시아에서 개발될 힉스 입자에 대한 심층 연구를 수행할 미래의 가속기 프로젝트에 참여하는 것을 권장한다. 이는 2012년에 발견된 힉스 입자가 다른 아원자 입자에 질량을 부여하는 역할을 한다는 것을 더 상세히 연구하는 데 중요하다. 또한, 고에너지 뮤온 충돌기의 개발 가능성을 탐구하는 것도 야심 찬 제안 중 하나다. 뮤온은 전자보다 무겁고, 빠르게 붕괴하는 특성을 가지고 있다. 뮤온 충돌기를 만들기 위해서는 연구자들이 뮤온을 생성하고 포획한 후, 매우 짧은 시간 내에 가속하고 충돌시켜야 한다. 이러한 시설의 구현 가능성은 아직 확실하지 않지만, 국가 가속기 과학 커뮤니티가 협력하여 이를 확인하는 것이 중요하다. 더 적당한 가격의 미래 시설에는 아이스큐브(IceCube) 감지기의 업그레이드가 포함된다. 아이스큐브는 남극 대륙의 입방 킬로미터 규모의 얼음을 활용하여, 현재까지 발견된 가장 강력한 에너지를 가진 우주 중성미자를 포함해 우주 중성미자를 연구한다. 이러한 연구는 초신성, 중성자별 충돌, 거대한 블랙홀 주변에서 가속되는 물질과 같은 격렬한 천문학적 현상에 대한 중요한 통찰력을 천문학자들에게 제공할 수 있다. 2세대 아이스큐브는 10배 더 많은 얼음을 사용하여 훨씬 더 정밀한 측정이 가능하다. P5 위원회의 권고안은 구속력은 없지만, 미국 입자물리학 커뮤니티의 판단을 반영하고 있다. P5 소집 전에는 수천 명의 물리학자들이 스노우매스 프로세스(Snowmass Process)를 통해 함께 작업했다. 여러 해에 걸쳐 이들은 최고의 아이디어를 제안하고, 이에 대한 토론을 위해 대규모 회의에 모였다. 토론, 비평 및 개선을 거쳐 스노우매스의 제안은 자연 법칙에 대한 우리의 이해를 향상시키는 가장 창의적인 아이디어 중 일부를 제시한다. P5 위원회는 스노우매스의 제안을 검토하여 일부는 개선하고, 나머지는 자금 지원 기관에 제출할 예정이다. 이 과정의 다음 단계는 미국 DOE(에너지부) 및 NSF(국립과학재단)와 같은 기관들이 국제적 차원의 협력을 고려하고 재정적 실제 상황을 반영하는 것이다. 2024년이 되면 미국 입자물리학 연구의 미래 방향이 더욱 명확해질 것으로 기대된다. 반면, 한국의 경우 연구 지원금이 끊기면서 연구진이 어려움을 겪고 있다. 한국의 연구팀은 우주에서 가장 높은 에너지를 가진 것으로 알려진 우주선(cosmic ray) 관측에 성공한 '텔레스코프 어레이(TA) 코퍼레이션' 국제 공동 연구에 참여 하고 있었다. 박일흥 성균관대 물리학과 교수가 이끄는 연구팀은 지난 연구 최종 평가에서 최우수 등급을 받았음에도 불구하고 한국연구재단의 우수연구자교류지원사업에서 탈락하여 연구 중단 위기에 직면했다. 이 연구팀이 관측하는 우주선은 우주공간에서 지구로 끊임없이 도달하는 다양한 입자와 방사선으로, 이를 통해 암흑물질을 비롯한 미지의 우주 구성물질을 규명하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 그러나 아쉽게도 2023년 1월, 연구비 확보의 불확실성으로 인해 박 교수 연구팀의 연구가 중단됐다. 결과적으로 한국 연구팀은 최소 1~2년 동안 TA 코퍼레이션 국제 공동 연구에 기여할 수 없게 됐다.
- 산업
2023-12-21
맥주의 두 종류, 에일과 라거 차이점은?

연말이 다가오면서 송년회와 같은 모임에서 맥주를 즐기는 사람들이 늘고 있다. 맥주는 다양한 종류와 맛을 자랑하며, 취향에 맞게 선택할 수 있는 폭이 넓다는 점에서 인기를 얻고 있다. 또한, 맥주는 가격이 비교적 저렴해 부담 없이 즐길 수 있어 많은 이들에게 사랑받고 있다. 남성 전문지 더 메뉴얼(THE MANUAL)에 따르면, 맥주는 주로 발효 방식에 따라 에일(ale)과 라거(lager)로 구분된다. 이 발효 방식은 맥주의 맛과 풍미에 중요한 영향을 미친다. 상면발효맥주(上面醱酵麥酒)라고도 하는 에일은 상온에 가까운 15~25℃의 온도에서 상면 발효 효모를 사용하는 반면, 라거는 좀 더 낮은 7~15℃에서 하면 발효 효모를 사용한다. 이러한 차이는 에일과 라거 각각의 독특한 특성과 맛을 만들어낸다. 에일은 높은 온도에서 발효되기 때문에 라거에 비해 더 많은 에스테르를 생성한다. 에스테르는 과일과 같은 풍미를 내는 화합물로, 이로 인해 에일은 라거보다 일반적으로 더 밝고 과일 향이 나는 특징적인 풍미를 가진다. 반면, 라거는 에일에 비해 발효 시간이 더 오래 걸린다. 에일은 보통 2~3주 만에 발효가 완료되는 것에 비해 라거는 발효에 4~6주가 소요된다. 이처럼 발효 시간이 길어지면 맥주의 맛을 더 부드럽고 균형잡힌 풍미를 만들어 준다. 라거의 경우 상대적으로 에일보다 더 맑은 특성을 가지는데, 이는 종종 콜드 컨디셔닝 과정을 거치기 때문이다. 콜드 컨디셔닝은 발효가 완료된 맥주를 저온에서 숙성시키는 과정으로 맥주의 탁한 성분을 제거하는 과정으로, 라거의 맑고 깨끗한 외관을 만들어낸다. 이처럼 발효 방식과 과정의 차이는 에일과 라거 각각의 독특한 맛과 특성을 만들어내며, 맥주 애호가들에게 다양한 선택의 폭을 제공한다. 대표적인 에일과 라거 종류 에일은 다양한 스타일과 맛을 가진 맥주로, 대표적인 종류에는 IPA(인디아 페일 에일), 스타우트, 포터, 고스, 사워 에일, 밀 맥주 등이 있다. IPA는 홉의 강한 풍미와 쓴맛이 특징인 맥주이며, 스타우트는 짙은 색과 깊은 풍미로 잘 알려져 있다. 포터는 스타우트보다 색이 밝고 쓴맛이 덜하며, 고스는 말린 과일이나 허브를 첨가해 독특한 맛을 낸다. 사워 에일은 발효 과정에서 생성되는 젖산 덕분에 신맛이 나고, 밀 맥주는 밀을 사용하여 부드럽고 약간 달콤한 맛이 난다. 라거의 대표적인 종류로는 필스너, 헬레스(Helles) 라거, 멕시코 라거, 쾰쉬(Kölsch) 스타일 맥주, 비엔나 라거 등이 있다. 라거는 또 다른 인기 있는 맥주 종류로, 필스너, 헬레스(Helles) 라거, 멕시코 라거, 쾰쉬(Kölsch) 스타일 맥주, 비엔나 라거 등이 대표적이다. 이들 라거는 발효 과정과 숙성 기간의 차이로 인해 각기 다른 풍미와 특성을 지니고 있다. 필스너는 1842년 체코에서 처음 양조된 맥주로, 맑은 황금색과 깔끔한 맛이 특징이다. 헬레스 라거는 필스너보다 색이 더 밝고 풍미가 더 가볍다. 멕시코 라거는 옥수수가 함유된 맥주로, 상쾌한 맛과 톡 쏘는 탄산이 특징이다. 쾰쉬 스타일 맥주는 독일 코블렌츠 지역에서 유래한 맥주로, 맑은 황금색과 홉의 풍미가 특징이다. 비엔나 라거는 독일 비엔나 지역에서 유래한 맥주로, 붉은빛을 띠는 황금색과 홉의 풍미가 독특하다. 한국, 에일과 라거 양극화 한국의 맥주는 라거가 주류를 이루고 있다. 대표적인 라거 맥주로는 오비맥주의 카스, 하이트진로의 하이트, 롯데칠성음료의 클라우드 등이 있다. 이 맥주들은 모두 맑고 상쾌한 맛을 특징으로 한다. 반면, 에일은 아직까지 소수의 마니아층을 중심으로 사랑받고 있다. 대표적인 에일 맥주로는 제주맥주의 제주 위트, 칭따오, 카프리, 에델바이스 등이 있다. 연말 술자리에서 맥주를 즐길 때는 적당히 마시고, 물을 자주 마셔주는 것이 좋다. 과음은 건강을 해칠 수 있으므로, 주의해야 한다.
- 생활경제
2023-12-20

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