합성 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2024-11-22 (금)

검색

[퓨처 Eyes(12)]액체 금속, 화학공학 공정 혁신 '녹색화' 기대

호주 시드니 대학교에서 저온에서 촉매 역할을 하는 액체 금속을 개발했다. 액체 금속은 말 그대로 액체 상태인 금속을 의미한다. 이러한 금속들은 특정 온도에서 액체 상태로 존재하며, 그 특성 때문에 로봇공학이나 인공 장기, 핵융합 등 여러 분야에서 다양한 용도로 활용된다. 과학 전문매체 사이키(phys.org)에 따르면 호주 시드니 대학교 화학·생명분자 공학부의 쿠로쉬 칼란타르-자데 교수와 시드니 대학교와 뉴사우스웨일스 대학교에서 활동하는 준마 탕 박사가 이끄는 연구팀은 에너지 대량 소비가 특징인 20세기 초반의 화학 공정을 대체할 새로운 기술인 액체 금속을 테스트했다고 발표했다. '네이처 나노테크놀로지'에 발표된 액체 금속에 대한 최신 연구는 화학 산업의 전환점을 제시하고 있다. 연구팀은 녹는점이 낮은 30도의 액체 갈륨에 녹는점이 높은 주석과 니켈을 용해해 액체 금속을 얻었다. 액체 금속은 높은 전도성, 낮은 점도, 그리고 가변적인 형태를 가지고 있다. 즉, 액체 금속은 고체 금속에 비해 이동성이 높고, 형태를 자유롭게 변형할 수 있다. 대표적인 액체 금속인 수은은 상온에서 액체 상태를 유지한다. 연구팀은 에너지를 대량 소비하는 전통적인 고체 촉매 대신 액체 금속을 사용하는 새로운 방법을 도입했다. 현재 화학 공정으로 금속을 생산하는 것은 전체 온실가스 배출의 약 10~15%를 차지하고 있다. 전 세계 에너지의 10% 이상을 화학 공정에서 사용하는 현재 상황에서 이번 액체 금속 기술 개발은 중요한 의미를 갖는다. 액체 금속을 사용하는 방법은 기존 고체 촉매 기반 공정에 비해 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다. 이는 환경에 미치는 부정적인 영향을 감소시키는 동시에 산업 효율성을 향상시킬 수 있다. 이 연구는 화학 산업의 지속 가능한 미래를 위한 중요한 단계로 여겨지며, 화학 공정의 혁신과 환경 보호라는 두 가지 주요 과제를 동시에 해결할 수 있는 가능성을 제시했다. 액체 금속의 특성 액체 금속은 독특한 물리적 성질과 화학적 안정성 덕분에 전자기기와 고체 배터리의 전극 소재, 냉각 시스템, 의료기기, 로봇공학 등 다양한 분야에서 적용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 액체 금속은 뛰어난 전기 전도성을 가지고 있어, 유연한 전자기기, 인쇄 회로, 연결기기, 센서, 안테나 설계 등에 사용된다. 또한, 액체 금속의 낮은 점도와 높은 표면 장력은 미세 전자기기의 제조에 이상적이다. 아울러 액체 금속은 높은 열 전도성과 낮은 점도를 가지고 있어, 고성능 컴퓨터, 레이저 시스템, 핵 융합 반응기 등에서 발생하는 열을 효과적으로 관리하고 분산시키는 데 사용된다. 액체 금속은 핵 융합 반응기에서 냉각재로 사용되며, 핵 연료 재처리와 폐기물 관리에도 적용될 수 있다. 더 나아가 액체 금속의 생체 적합성과 유연성으로 인해, 의료 장치, 인공 장기, 생체 센서, 약물 전달 시스템 등의 개발에 활용된다. 액체 금속은 유연한 로봇, 착용 가능한 로봇 기술, 소프트 로봇공학에서 구조 및 센서 재료로서의 가능성을 가지고 있다. 액체 금속의 특성은 에너지 저장 시스템, 특히 고온 배터리와 연료 전지에서의 응용에 유리하다. 이러한 다양한 응용 분야는 액체 금속의 유연성과 기능성을 강조하며 미래 기술 발전에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 화학 공정 혁신으로 '녹색화' 기대 연구자들은 액체 금속이 기존 화학 산업의 '녹색화'를 앞당겨 화학 공정 혁신을 가져올 것으로 전망했다. 액체 금속 공정은 에너지 집약적인 고체 공정과 달리, 녹는점이 낮은 주석과 니켈을 용해하여 액체 금속의 표면으로 이동시키고 입력 분자인 카놀라유와 반응시킨다. 이 과정을 통해 작은 유기 사슬을 형성하며, 이 중에는 많은 산업에서 중요한 고에너지 연료인 프로필렌도 포함된다. 칼란타르-자데 교수는 "우리의 방법은 화학 산업이 에너지 소비를 줄이고 화학 반응을 녹색화하는 데 전례 없는 잠재력을제공한다"며 "2050년까지 화학 부문의 탄소 배출이 20% 이상을 차지할 것으로 예상되는 가운데, 패러다임 전환이 필수적이다"라고 말했다. 사진=시드니 대학교 연구팀은 녹는점이 높은 니켈과 주석을, 녹는점이 30도인 액체 갈륨 기반의 액체 금속에 용해시켜 액체 금속이라는 새로운 공정을 개발했다. 탕 박사는 "액체 갈륨에 니켈을 용해함으로써, 우리는 매우 낮은 온도에서 '슈퍼' 촉매로 작용하는 액체 니켈을 활용할 수 있게 되었다"고 설명했다. 저온에서 '슈퍼' 촉매 역할 시드니 대학교 화학 및 생명분자 공학부의 아리푸르 라힘 박사와 준마 탕 박사 팀은 액체 금속을 만든 공식을 낮은 온도 공정을 사용하여 다른 금속을 혼합함으로써 다양한 화학 반응에도 적용할 수 있다고 밝혔다. 탕 박사는 "낮은 온도에서 촉매 작용이 이루어지므로 이론적으로 주방 가스레인지에서도 가능하지만, 집에서는 시도하지 않는 것이 좋다"고 권했다. 한편 액체 금속은 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 우선 냉각제다. 액체 금속은 열을 잘 전달하기 때문에, 반도체 제조 공정이나 레이저 제조 공정에서 냉각제로 활용된다. 또 액체 금속은 열을 잘 전달하기 때문에, 전자 제품이나 자동차의 냉각 시스템에서 열전도체로 활용된다. 전기를 잘 전달하기 때문에, 전기 회로나 센서의 전기 전도체로도 사용될 수 있다. 아직 연구 초기 단계에 있지만, 이러한 다양한 용도로 인해 액체 금속은 높은 잠재력을 지닌 신소재로 평가 받고 있다.
- 포커스온
2023-11-23
美 오크리지 연구소, 양자 생물학과 AI 결합으로 게놈 편집 향상

미국의 오크리지 국립연구소(ORNL)에서 양자 생물학과 인공지능(AI)을 결합한 새로운 크리스퍼(CRISPR, 유전자 '가위') 기술을 개발했다고 과학 전문매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'가 보도했다. 이 기술은 미생물의 유전체를 수정해 바이오연료의 생산 효율을 높이거나 새로운 바이오화학 물질을 만들 수 있게 해준다. 오크리지 국립연구소의 과학자들은 양자 생물학, 인공지능, 생물공학 분야의 전문 지식을 결합해 미생물의 유전자를 편집할 수 있는 크리스퍼 캐스9(CRISPR Cas9) 도구의 효율성을 크게 개선했다. '크리스퍼'는 유전자 코드를 변경하여 생물의 기능을 개선하거나 돌연변이를 바로잡는데 사용되는 강력한 생물공학 도구이다. 기존의 모델들은 특정 종에 대한 데이터에 기반을 두고 있어 미생물에 적용될 때 효율성과 일관성이 떨어지는 문제가 있었다. 크리스퍼 시스템은 대부분 크리스퍼 캐스9이라는 특정 유형과 연관되어 있으며, 이 시스템은 박테리아의 면역 체계에서 유래했다. 크리스퍼 캐스9는 가이드 RNA(gRNA)를 사용하여 DNA 내의 특정 위치를 찾고, 캐스9이라는 효소가 DNA를 절단한다. 이 절단은 세포의 자연적인 DNA 수리 메커니즘을 활용하여 유전자를 삭제하거나 수정하는 데 사용된다. 오크리지연구소의 합성 생물학 그룹 리더인 캐리 에커트는 이번 미생물 중심의 크리스퍼 연구에 대해서 "크리스퍼 도구의 많은 부분이 포유동물 세포, 과일파리 또는 다른 모델 종을 대상으로 개발됐다. 미생물과 같이 염색체 구조와 크기가 매우 다른 종에 사용되는 경우, 크리스퍼 캐스 9 기계를 설계하는 모델이 다르게 작동하는 것을 관찰했다. 이 연구는 크리스퍼가 예상대로 작동하는 지 확인하는 것이었다"라고 말했다. 이를 위해, 오크리지연구소의 과학자들은 양자 생물학을 활용하여, 세포 핵에서 유전자물질이 어떻게 동작하는지에 대해 더 깊이 연구했다. 이는 크리스퍼 캐스9 유전 편집 도구의 모델링과 가이드 RNA 설계를 개선하기 위한 노력의 일환이다. 양자 생물학은 DNA와 RNA의 구성 요소인 뉴클레오티드의 전자 구조가 화합물의 화학적 특성과 상호작용에 미치는 영향을 탐구하는 분야로서 분자 생물학과 양자화학을 연결하는 역할을 한다. 오크리지 국립 연구소의 계산 시스템 생물학자 에리카 프라테스에 따르면, 전자가 분자 내에서 어떻게 분포하는지는 캐스 9 효소와 가이드 RNA가 형성하는 복합체가 미생물의 DNA에 얼마나 효과적으로 결합하는지, 그리고 그 구조의 안정성과 반응성에 중요한 영향을 미친다. 과학자들은 여러 간단한 모델을 결합하여 '랜덤 포레스트'라는 강력한 인공지능 모델을 만들었다. 이 모델은 대략 5만 개의 대장균(E. coli) 유전체에 대한 가이드 RNA 데이터를 기반으로 구축되었으며, 양자 화학적 특성도 고려됐다. 이 방법은 '뉴클레익 에이시드 리서치(Nucleic Acids Research)' 저널에 소개됐다. 연구팀은 설명 가능한 인공 지능 모델을 확인하기 위해 E. coli에서 수많은 가이드를 선택한 후 크리스퍼 캐스 9 절단 실험을 수행한 결과 AI 모델이 기존 모델보다 훨씬 더 정확하게 가이드 RNA를 발견 할 수 있었다. ORNL의 연구자들은 인공지능 모델의 정확성을 검증하기 위해 대장균에서 다양한 가이드 RNA를 선택하고 크리스퍼 캐스 9를 사용한 절단 실험을 실시했습니다. 실험 결과, 이 AI 모델이 기존 모델보다 훨씬 더 정확하게 가이드 RNA를 예측할 수 있음을 확인했다. 이 연구의 제1저자인 오크리지 국립연구소의 계산시스템 생물학자인 자클린 노샤이는 "우리는 크리스퍼를 사용하여 특정 생물 영역을 대상으로 하는 의약품 개발 등에서 더 정확한 모델이 필요함을 알고 있었다. 또한, 다양한 미생물 종에 적용가능한 가이드 디자인 규칙을 개선하기 위해 노력했다"고 말했다. 이 연구에 사용된 인공지능 모델은 기능과 반복적 특성을 가지며, DOE 과학국의 오크리지 리더십 컴퓨터 시설(Oak Ridge Leadership Computer Facility/OLCF)에서 지원하는 '써미트(Summit)' 초고속 컴퓨터로 훈련됐다. 에리카 프라테스는 자신의 합성 생물학 팀이 새로운 미생물 크리스퍼 캐스9 모델로 얻은 지식을 가져와 실험실 실험 데이터나 다양한 미생물 종의 데이터를 사용하여 더 발전시키기 위해 오크리지의 계산 과학 동료들과 협력할 계획이라고 말했다. 이 크리스퍼 캐스9 모델의 개선은 유전형과 표현형, 즉 유전자와 생물학적 특성 사이의 연결을 위한 더 높은 처리량의 파이프라인을 제공한다. 이는 기능 유전체학이라고 하는 분야에 대한 함의를 가진다. 이 연구는 예를 들어 바이오에너지 원료 식물 및 바이오매스의 박테리아 발효를 개선하기 위한 ORNL 주도의 생물에너지 혁신 센터(CBI)의 작업과 관련이 있다. 캐리 에커트는 "이 연구의 주요 목표 중 하나는 크리스퍼 도구를 사용하여 더 많은 종의 DNA를 예측적으로 수정할 수 있는 능력을 향상시키는 것"이라고 말했다. 이 크리스퍼 연구는 미국 에너지부(DOE) 과학국이 지원하는 '시큐어 에코시스템 엔지니어링 앤 디자인 사이언스 포커스(SEED SFA)'와 CBI 프로젝트의 일부다. 이 프로젝트는 오크리지 국립 연구소의 안전 생태계 공학 및 설계과학 포커스 영역과 연관되어 있으며, DOE 유전체 과학 프로그램의 폴 아브라함 박사가 이끄는 연구비로 지원됐다. 이 연구는 크리스퍼 기술을 다양한 종에 적용할 수 있는 가능성을 크게 넓혀주었다는 점에서 의미가 있다. 이 기술은 재생 에너지 개발, 약물 개발, 농업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-11-22
도쿄대, 저렴하고 안정적인 나트륨 이온 배터리 음극 재료 개발

도쿄 이과대학 연구팀이 현재 주류인 리튬 이온 배터리보다 저렴하고 안정적인 고성능 나트륨 이온 배터리 음극 재료를 개발해 상용화에 한 걸음 다가섰다고 피씨 워치(PC WATCH)가 최근 보도했다. 이번에 개발된 새로운 음극 재료는 아연산화물(ZnO) 주형 하드 카본(HC-Zn)으로, 리튬이나 코발트와 같은 고가의 원소를 사용하지 않아 리튬 이온 배터리의 대안으로 기대된다. 리튬 이온 배터리는 휴대폰, 노트북, 전기차 등에 사용되는 가장 일반적인 배터리다. 리튬 이온을 저장하는 음극과 리튬 이온을 이동시키는 전해질로 구성된다. 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 수명으로 인해 널리 사용되고 있지만, 리튬이나 코발트와 같은 고가의 원소를 사용한다는 단점이 있다. 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리의 대안으로 개발되고 있는 배터리다. 나트륨 이온을 저장하는 음극과 나트륨 이온을 이동시키는 전해질로 구성된다. 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 유사한 성능을 가지고 있지만, 리튬이나 코발트와 같은 고가의 원소를 사용하지 않아 저렴한 비용으로 생산할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 마그네슘, 아연, 칼슘의 글루코니움 염산을 출발 원료로 하여 기존과 동일한 주형법으로 각 하드 카본을 합성했다. 다양한 평가를 실시한 결과, HC-Zn이 가장 우수한 전극 성능을 나타냈다고 한다. 또한 글루코늄산 아연과 아세트산 아연의 비율이 75:25인 것을 음극 재료로 사용한 나트륨 이온 배터리를 제작하고 배터리 성능을 평가한 결과, 에너지 밀도는 312Wh/kg에 이르렀다. 이는 현재 널리 사용되고 있는 리튬 이온 배터리와 비교하여 동등한 수준이다. 이번 연구로 개발된 HC-Zn 음극 재료는 기존의 그래핀 음극 재료보다 저렴하고 안정적이며, 에너지 밀도도 동등한 수준으로 나타났다. 이는 휴대폰, 노트북, 전기차 등 다양한 전자기기의 배터리 대용량화를 가능하게 할 것으로 기대된다. 또한, 리튬이나 코발트와 같은 고가의 원소를 사용하지 않아 환경 친화적인 배터리의 개발에도 기여할 것으로 전망된다.
- 생활경제
2023-11-20
호주 산호초 명소 '그레이트배리어리프' 오염 주범은?

호주의 대표적인 자연 명소인 '그레이트배리어리프(Great Barrier Reef)'가 오염과 기후 변화의 영향으로 심각한 위협에 직면해 있다. 세계 최대의 산호초 지대인 그레이트배리어리프는 호주 북동부 퀸즈랜드 주 해안을 따라 약 2600km에 걸쳐 펼쳐져 있으며, 총 면적은 20만 7000㎢에 달한다. 여러 개의 암초와 약 900여 개의 섬으로 이루어진 이 지역은 그 폭이 500~2000미터에 이르는 방대한 규모로, 유네스코 세계자연문화유산으로 지정되어 보호되고 있다. 하지만 최근 기후 변화로 인한 바다의 온도 상승으로 대규모 백화 현상과 함께 다른 오염 요인들로 인해 이 세계 최대 산호초 생태계가 파괴되고 있다는 사실이 알려져 전 세계의 관심을 끌고 있다. 일본 여성지 타비라보(tabilabo)는 '환경과학기술(Environment Science & Technology)' 학술지의 발표를 인용해, 세계 최대의 산호초 생태계 그레이트배리어리프의 중대한 오염원이 '지하수'라고 전했다. 이 연구는 호주의 서던크로스대학교(Southern Cross University)의 해양과학 연구소와 CSIRO(오스트레일리아 연방 과학 산업 연구 기관)의 과학자들이 공동으로 10년에 걸쳐 수행한 결과다. 이들 연구진은 그레이트배리어리프로 유입되는 오염물질에 대한 철저한 조사와 분석을 진행했다. 호주 정부와 관련 기관들은 산호초로 유입되는 오염물질을 제어하는 것을 주요한 관심사로 삼고 있다. 이에 따라 그동안 리프로 유입되는 농업 폐수와 같은 오염원들에 대한 대책을 지속적으로 수립하고 실행해 왔다. 그러나 최근의 연구에 의하면, 과학자들은 대량의 오염물질이 지하수를 통해 그레이트배리어리프로 유입되고 있다는 사실을 발견했다. 연구진은 수질 개선을 통해 산호의 건강을 회복시키고, 이를 통해 지구 온난화로 인한 백화 현상으로부터의 회복 가능성을 높일 수 있다고 언급했다. 유엔의 과학자들은 그레이트배리어리프의 수질 개선이 충분히 빠르게 진행되지 않고 있다고 지속적으로 지적하고 있다. 이들은 현재의 속도로 대처할 경우, 리프가 세계 유산 위기 목록에 올라갈 가능성이 있다고 경고하고 있다. 이와 관련하여 연구진은 물 샘플을 채취하고 오염의 지표가 되는 라듐 동위체를 분석했다. 이 연구를 통해 구체적인 오염원은 밝혀지지 않았지만, 오염물질이 산호초에 도달하는 경로는 특정됐다는 보고가 있었다. 오염물질이 지하수를 통과할 수 있는 경로는 다양하며, 이 과정을 효과적으로 관리하기 위해서는 더욱 깊은 이해가 필요하다. 따라서 호주 정부와 여러 기관이 대책을 강구해 온 대책에 추가해 “관리 접근법의 전략적 전환의 필요성이 있다”는 의견을 제시했다. 연구진은 오염물질이 지하수를 통해 이동하는 경로가 다양하다고 밝혔으며, 이러한 과정을 효과적으로 관리하기 위해서는 보다 심층적인 이해가 필요하다. 이에 따라 호주 정부와 관련 기관들은 기존의 대책을 재검토하고, 새로운 관리 전략을 수립할 필요성을 있다고 제기했다. 호주의 주정부와 연방 정부는 그레이트배리어리프의 수질 개선에 수억 달러를 투입하겠다고 약속했다. 이 소중한 자연유산의 위협에 대한 이해가 깊어 질수록 보호와 회복을 위한 노력이 더욱 중요해지고 있다. 이와 별개로, 바다 온도 상승은 산호들이 광합성을 하는 작은 조류를 배출하게 만들고, 이것이 백화현상의 원인이 되고 있다고 알려져 있다. 환경단체 그린피스의 보고에 따르면, 지난 20년 동안 그레이트배리어리프의 약 91%의 산호초가 백화현상을 경험했다고 한다. 이러한 상황은 산호초 보호 및 복원 노력의 중요성을 더욱 부각시키고 있다.
- 생활경제
2023-11-13
제2형 당뇨병 치료제 메트포르민, 수명 연장 효과도?

, 제2형 당뇨병에 널리 처방되는 약물인 메트포르민이 수명을 연장한다는 연구 결과가 나왔다. 메트포르민은 1920년대에 당뇨병 치료제로 개발됐다. 현존하는 당뇨약 중에서는 효과와 부작용을 고려할 때 여전히 최고 수준이라는 평가를 받고 있다. 과학기술 전문매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'에 따르면, 매사추세츠 종합병원(MGH)의 연구진은 메트포르민이 예쁜꼬마선충(C. elegans)의 수명을 늘린다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 '이라이프(eLife)'에 게재됐다. 예쁜꼬마선충(C. elegans)은 인간과 유사한 대사 시스템을 공유하고 종종 인간 질병을 모델링하는 데 사용되는 동물이다. 평균 수명 3일인 예쁜꼬마선충은 인간과 단백질의 80% 이상을 공유한다. 새로운 연구에 따르면, 메트포르민은 세포막의 핵심 구성 요소인 에테르 지질의 생성을 촉진하여 장수에 기여한다고 밝혀졌다. 이는 인간에서 에테르 지질(알킬글리세롤과 알케닐글리세롤을 포함한 글리세롤지질)의 생성을 증가시킴으로써 건강한 노화를 지원하고 노화 관련 질병의 위험을 감소시킬 수 있다는 가능성을 제시한다. 과학자들은 메트포르민과 관련 약물인 펜포르민(혈당 감소 효과가 있는 비구아나이드 계열의 약물)에 대한 반응으로 수명 연장에 필요한 유전자를 찾기 위해 예쁜꼬마선충의 개별 유전자를 차단하고 약물에 노출한 후 변형된 벌레의 반응을 관찰했다. 이 실험은 에테르지질 생산을 증가시키는 유전자가 펜포르민 반응에 의해 수명 연장에 중요하다는 것을 밝혀냈다. 이러한 효소를 생성하는 유전자의 비활성화는 펜포르민의 장수 촉진 효과를 완전히 억제했다. 중요한 것은 이 유전자의 비활성화가 식이 제한을 포함한 여러 수명 연장 방법들의 효과를 방해한다는 점이다. 이는 이 유전자가 수명 연장 과정에서 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 연구팀은 또한 'fard-1'이라는 주요 에테르 지질 생합성 효소의 과발현만으로도 예쁜꼬마선충의 수명을 늘릴 수 있음을 발견했다. 또한, 연구팀은 포유류에서 Nrf 단백질에 해당하는 벌레의 SKN-1 인자를 통해 대사 스트레스 방어 반응을 조절하고, 이를 통해 대사를 변화시켜 수명을 연장시켰다. 이 연구의 선임 저자인 알렉산더 A. 사우카스 박사는 "이 연구가 에테르지질 생합성을 촉진하는 것이 건강한 노화를 위한 새로운 치료 목표가 될 수 있음을 의미한다"고 말했다. 그는 "이러한 발견이 노화 및 노화 관련 질병을 치료하기 위한 식이 또는 약물 개입 전략으로 발전될 수 있음을 시사한다"고 덧붙였다. 사우카스 박사는 이어서, "우리의 연구는 현재까지 예쁜꼬마선충에 대한 연구에 국한되어 있기 때문에, 인간 세포나 쥐 등을 대상으로 한 추가적인 역학 연구 및 철저한 임상 실험이 필요하다"고 강조했다. 또한, 메트포르민은 당뇨병 치료에 효과적인 약물로 잘 알려져 있지만, 위장관계 문제(예: 설사, 구역질, 구토, 복부 팽만감, 식욕 부진), 간 기능 이상, 저혈당과 같은 부작용이 발생할 수 있으므로, 복용하기 전에 의사와 상의하는 것이 중요하다. 한편, 김광준 세브란스병원 노년내과 교수에 따르면, 수명 연장을 위한 전 세계적인 연구 방향은 세 가지 주요 분야로 나눌 수 있다. 첫째는 '웰 에이징(well-aging)', 즉 약물을 사용하여 건강하게 늙는 방법을 찾는 것이다. 둘째는 '항노화(anti-aging)' 연구이며, 셋째는 '웰 에이징이 조기에 이루어져야 한다'는 관점이다. 이 중에서 특히 웰 에이징을 위한 약물 개발에 주목하고 있다. 대표적인 약물로는 라파마이신과 앞서 언급한 메트포르민이 있다. 라파마이신은 원래 장기 이식 환자의 면역 거부 반응을 억제하는데 사용되는 면역억제제이다. 하지만 최근 이 약물이 수명 연장에도 효과가 있다는 것이 발견다. 하버드 대학교의 싱클레어 교수의 연구에 따르면, 효모에 라파마이신을 주입하면 통상 생존하는 효모의 수보다 훨씬 많은 수가 살아남는 것으로 나타났다. 예를 들어, 효모 2000마리 중에서 보통 6주 후에 살아남는 효모는 소수에 불과하지만, 라파마이신을 주입한 경우 절반이 생존했다. 초파리의 경우 라파마이신을 투여하면 수명이 5% 증가했고, 늙은 생쥐에서는 9~14% 수명 연장 효과가 관찰됐다. 이는 인간에게 적용하면 약 5~10년의 수명 연장에 해당하는 것으로 추정된다.
- IT/바이오
2023-11-08
리튬이온 전지, 저온 합성법 리튬 세라믹 개발

리튬이온 배터리는 에너지 저장장치의 최정점에 서 있지만, 고비용과 화재 위험이 단점으로 지적된다. 특히 원자재 가격의 상승이 이어지면서, 보다 경제적이고 효율적인 리튬이온배터리의 연구개발이 가속화되고 있다. 과학기술·의학전문 매체 '사이언스엑스(Science X)'는 최근 화학 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)'에 게재된 고체 전해질 역할을 대신할 수 있는 경제적인 저온 합성법 리튬 세라믹 개발 소식을 전했다. 이 연구는 전기자동차의 배터리 개발에 있어서 큰 전환점이 될 것으로 보이며, 기존의 문제점들을 해결하는 데 일조할 것으로 보인다. 전기 자동차용 배터리 개발을 좌우하는 두 가지 요소는 차량 범위를 결정하는 '전력'과 '비용'으로, 이는 내연기관과의 경쟁에서 매우 중요하다. 미국 에너지부는 2030년까지 전기자동차의 배터리 생산 비용을 절감하고, 에너지 밀도를 높이는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 내연기관 차량에서 전기 차량으로의 전환이 가속화될 것으로 전망되고 있다. 그러나 기존의 리튬이온 배터리만으로는 이 목표를 달성하기 어려울 것으로 보인다. 훨씬 더 작고, 더 가볍고, 강력하며 안전한 배터리를 제작하기 위한 새로운 접근 방식은 흑연 대신 금속 리튬을 사용한 양극 고체 셀을 사용하는 것이다. LLZO합성법 혁신 LLZO를 사용한 리튬이온 배터리 제조 과정에서는 일반적으로 이 물질을 1050°C 이상에서 음극과 함께 소결하여 급속한 리튬 전도성 입방 결정상을 형성하고, 전극에 강력하게 결합시켜야 한다. 그러나 600°C 이상의 고온 조건은 지속 가능한 저코발트 또는 무코발트 양극재의 안정성을 해치며, 생산비용과 에너지 소비 또한 상승시킨다. 이런 문제점을 해결하고자, 보다 경제적이며 지속 가능한 새로운 리튬이온 배터리 생산 방법의 필요성이 대두됐다. 이러한 배경 속에서 미국 케임브리지 MIT와 독일 뮌헨 TU의 연구팀이 새로운 합성 공정을 선보였다. 제니퍼 엘엠 루프(Jennifer LM Rupp) 박사가 이끄는 이 팀은 세라믹 전구체 화합물을 기반으로 하지 않는 새로운 방법을 개발했다. 이 공정은 LLZO를 형성하기 위해 순차적 분해 합성을 통해 직접 치밀화하는 액체 공정을 사용한다. 이를 통해 기존 방법보다 낮은 온도에서도 효율적으로 LLZO를 합성할 수 있게 되어, 생산 과정에서의 에너지 소비와 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 루프 박사와 그의 연구팀은 LLZO의 무정형 형태에서 결정질 형태(cLLZO)로의 다단계 상변환을 분석하기 위해 다양한 방법(라만 분광법, 동적 시차 주사 열량계 등)을 활용했다. 이를 통해 시간-온도-변환 다이어그램을 제작하며, 합성 경로의 조건을 최적화하는데 성공했다. 500도 이하에서 합성 성공 연구팀은 이러한 분석을 바탕으로 500°C라는 상대적으로 낮은 온도에서 10시간 동안 어닐링 과정을 거친 후, cLLZO를 조밀하고 견고한 필름 형태로 만드는 새로운 기술을 선보였다. 이 최적화된 합성 방법을 통해 미래의 배터리 설계에서는 코발트와 같은 사회 경제적으로 중요한 자원을 사용하지 않아도 되며, 지속 가능한 음극과 고체 LLZO 전해질을 통합할 수 있게 됐다. 연구팀은 최근의 연구 성과를 바탕으로 "전고체 배터리의 상용화가 한 걸음 더 가까워졌다"며 "앞으로의 연구를 통해 리튬 세라믹의 성능을 더욱 향상시키고, 다양한 종류의 전고체 배터리에 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 한편, 한국원자력연구원 창업기업 내일테크놀로지는 나노 신소재를 이용하여 리튬이온전지의 성능과 안정성을 향상시키는 새로운 기술을 선보였다. 질화붕소 나노튜브(BNNT)를 활용한 이 기술은, 900도 이상의 고온에서도 안정성을 유지하며, 화학적 반응성이 낮은 것이 특징이다. 내일테크놀로지의 이러한 기술은 배터리 제작 공정에 무리 없이 적용될 수 있으며, 배터리의 출력과 용량, 충전과 방전, 그리고 안전성 등 전반적인 성능 향상에 기여할 것으로 예상된다. 이로써, 배터리 관련 기술 분야에서의 혁신과 더불어 에너지 저장장치의 성능 향상이 기대된다.
- 산업
2023-11-01
MIT, 태양광 발전으로 수소 효율성 향상

수소를 공해 없이 보다 효율적으로 생산할 새로운 방법이 연구되고 있다. 매사추세츠 공과대학(MIT)의 엔지니어들은 태양열을 이용하여 물을 분해하고, 이 과정에서 온실가스를 배출하지 않는 수소를 효율적으로 생산하는 '태양열화학수소' 시스템을 개발했다고 산업 전문매체 '오일프라이스(Oil Price)'가 보도했다. 기존의 태양열 열화학 수소 생산 시스템은 효율성이 낮았지만, MIT의 설계는 수소 생산에 태양열을 최대 40%까지 활용할 수 있다. '솔라 에너지 저널(Solar Energy Journal)'에 게재된 이 신기술은 태양열을 활용해 물을 분해하고, 그 과정에서 나온 수소를 청정 연료로 사용할 수 있는 시스템이다. 이렇게 생산된 수소는 장거리 트럭, 선박, 항공기의 연료로 사용될 수 있으며, 온실가스가 전혀 배출되지 않는다. 현재 대부분의 수소 생산 방법은 천연가스나 다른 화석 연료를 사용하는데, 이는 환경에 해를 끼치는 '회색' 에너지원에 가깝다. 그러나 태양열화학수소는 오로지 재생 가능한 태양 에너지만을 사용하여 수소를 생산하므로, 환경에 해롭지 않다. 기존의 태양열화학수소 시스템은 태양광의 약 7%만 수소 생산에 활용할 수 있었고, 이로 인해 효율이 낮고 비용이 높았다는 단점이 있었다. MIT 연구팀은 새로운 설계 방법을 도입하여 태양열의 최대 40%를 수소 생산에 활용할 수 있도록 개선시켰다. 이번 연구를 주도한 아흐메드 고니엠(Ahmed Ghoniem) 교수는 "미래의 주요 연료인 수소를 저렴하게 대량 생산할 방법을 찾아야 한다"고 말했다. 그는 "2030년까지 킬로그램당 1달러로 수소를 생산하는 것이 목표다. 경제성을 개선하려면 효율성을 높이고 수집한 태양 에너지의 대부분을 수소 생산에 활용해야 한다"고 덧붙였다. MIT의 새로운 시스템은 집중형 태양열 발전소(CSP) 방식을 사용하며, 여러 거울을 이용해 태양광을 한 곳에 모아 열을 생성한다. 이렇게 모아진 열은 수소를 생산하는데 사용된다. 이 시스템의 핵심은 2단계의 열화학 반응 과정이다. 첫번째 단계에서는 금속이 증기 형태의 물에 노출되며, 이 금속은 증기에서 산소를 제거하고 수소를 추출한다. 이 과정은 '산화'라고 하며, 물과 반응하여 금속이 산화되는 것과 유사하지만, 이 과정은 훨씬 빠르게 진행된다. 수소가 한 번 분리되고 나면, 산화된 금속은 진공 상태에서 재가열되어 원래 상태로 복원된다. 이 과정에서 금속은 산소를 잃게 되고, 다시 물 증기와 반응하여 추가적인 수소를 생산하게 된다. 이러한 과정을 수없이 반복해 수소를 생산하는 것이다. 이 시스템의 구조는 원형 트랙을 따라 달리는 상자 모양의 원자로 열차와 비슷하게 구성되어 있다. 이 원형 트랙은 태양열을 집중하는 CSP 타워 주변에 배치되어 있으며, 각 원자로는 높은 온도에서 산소를 제거하고, 증기와 반응하여 수소를 생산하는 산화환원 과정을 거친다. 원자로는 먼저 아주 뜨거운 스테이션을 통과하며, 금속은 최대 1500도의 태양열에 노출된다. 이 때 금속은 고온에서 산소를 빠르게 잃고, 이후 약 1000도 정도의 스테이션으로 이동해 증기와 반응하여 수소를 생산한다. 그러나, 이 시스템은 반응기가 냉각되는 과정에서 발생하는 열을 어떻게 효과적으로 관리하고 재활용할 것인지에 대한 과제를 안고 있다. 열 재활용 없이는 시스템의 전체 효율성이 떨어져 실제로 사용하기 어렵게 된다. 또 다른 과제는 금속을 녹을 제거할 수 있도록 에너지 효율적인 진공 상태를 유지하는 것이다. 초기 프로토타입에서는 기계식 펌프를 이용하여 진공을 생성했으나, 이 방법은 대량의 수소를 생산할 때 에너지 소비가 많고 비용이 높았다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 시스템 내에서 발생하는 열을 대부분 회수하는 방안을 마련했다. 원형 트랙의 원자로는 열을 상호 교환할 수 있도록 설계되었으며, 이를 통해 뜨거운 반응기는 냉각되고, 차가운 반응기는 가열되어 시스템 내의 열을 보존한다. 또한, 연구팀은 에너지 소비를 줄이기 위해 첫번째 원자로 열차 주위를 돌면서 반대 방향으로 움직이는 두 번째 원자로 세트를 추가 설치했다. 이 새로운 궤도의 원자로는 보다 낮은 온도에서 작동하며, 기계식 펌프의 도움 없이도 내부 궤도의 높은 온도에서 발생하는 산소를 제거하는 데 사용된다. 외부 반응기는 에너지 집약적인 진공 펌프 없이도 내부 반응기에서 산소를 흡수하여 금속의 원래 상태로 복원하는 데 효과적이다. 두 세트의 반응기는 연속적으로 운영되어, 순수한 수소와 산소를 분리하여 생성한다. 연구팀은 이러한 개념 설계에 대해 상세한 시뮬레이션을 수행했고, 그 결과 태양열을 이용한 열화학 수소 생산 효율이 이전의 7%에서 40%로 크게 향상될 수 있었다. 고니엠 교수는 "시스템의 에너지 효율을 극대화하고 비용을 최소화하기 위해 우리는 모든 에너지 소스와 그 활용 방법을 고려해야 한다"며, "이 새로운 설계를 통해 태양에서 발생하는 열의 대부분을 활용할 수 있음을 확인했다. 이를 통해 태양열의 40%를 수소 생산에 활용할 수 있다"고 설명했다. 연구팀은 내년에 에너지부 연구소의 집중형 태양광 발전 시설에서 테스트할 프로토타입 시스템을 구축할 계획이다. 한편, 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용하는 방법을 제공한다. 연구팀은 합성된 친환경 양자점을 광전기화학 소자에 적용하여 태양광 에너지의 전 영역을 효율적으로 이용, 수소를 생산할 수 있었다. 이 연구 결과는 '카본 에너지'라는 학술지에 게재됐다.
- 산업
2023-10-27
독일 스타트업, 시리즈 생산용 고체 전지 세계 최초 개발

독일의 스타트업이 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 신형 고체 전지의 개발에 성공해, 상용화를 앞두고 있다. 스페인 에너지 전문 매체 '리뉴어블 에너지 매거진'에 따르면, 독일 HPB(High Performance Battery)의 귄터 햄비처 박사 연구팀이 세계 최초의 시리즈 생산용 고체 전지를 선보였다. 이번 고체 전지 개발은 배터리 및 에너지 저장 분야에서 높은 성과를 거두며, 가정용부터 산업용, 자동차 산업에 이르기까지 광범위한 분야에 적용될 전망이다. 특히 HPB의 고체 전지는 기존 리튬이온 배터리보다 월등한 성능을 자랑한다. 내구성 면에서도 1250회 충전이 가능한 리튬이온 배터리에 비해, 이 신형 고체 전지는 최소 1만2500회의 충전이 가능하며, 불연성이라는 높은 안전성도 갖췄다. 또한, 환경 친화적인 면에서도 기존 기술에 비해 50% 이상 우수한 성능을 보이고 있어 에너지 및 이동성 분야에서 '녹색 혁명'을 주도할 기술로 평가받고 있다. HPB 고체 전해질은 현재 널리 사용되고 있는 액체 전해질에 비해 뛰어난 전도성이 특징으로, 이는 전지 셀에서 사용 가능한 전력에 큰 영향을 준다. 실제로, 영하 40°C에서도 HPB 고체 전해질은 기존 액체 전해질이 영상 60°C에서 보이는 최적의 전도성보다도 더 높은 성능을 나타냈다. 자동차 산업에 적용될 고성능 충전식 배터리 개발을 위해 HPB는 이 고체 전해질을 활용한다. 이로 인해 극한의 낮은 온도 환경에서도 배터리가 안정적으로 작동할 수 있으며, 따라서 겨울철에 배터리를 예열하는 작업이 필요 없게 되었다. 또한, HPB 고체 배터리의 수명이 더 길어져 교체 주기가 늘어나 원자재 소비도 줄어든다. 사용되는 주요 원자재들은 전 세계적으로 안정적으로 확보가 가능해, 현존하는 지정학적 의존성 문제도 해결할 수 있을 것으로 보인다. 플래시 배터리 테크(Flash Battery Tech)는 "최근 고체 전지 연구 결과, 현재 리튬 이온 기술보다 2-2.5배 더 높은 에너지 밀도를 가진 것으로 확인되었다"고 밝혔다. 그는 "이러한 고체 배터리의 도입은 더 가볍고 컴팩트한 배터리를 가능하게 해, 전기자동차의 주행 거리를 크게 늘릴 수 있다"고 덧붙였다. 기술의 실제 적용을 통해 그 효과를 확실히 알 수 있을 것으로 보인다. 이론적으로, 54Kwh의 전기자동차(EV) 배터리 용량이 108-135Kwh로 증가할 경우, 한 번의 완전 충전으로 64만4805km(40만500마일)를 주행할 수 있을 것으로 예상된다. HPB의 세바스찬 하인즈(Sebastian Heinz) CEO는 "우리 기술은 단순히 배터리 기술의 새로운 장을 여는 것이 아니라, 전세계적인 에너지 전환과 기후 보호에도 중요한 역할을 하고 있다"며, "독일과 유럽, 인도 등 여러 국가에서 이미 우리 기술에 큰 관심을 보이고 있으며, 스위스에서는 이 기술을 활용한 기가팩토리 설립도 계획 중에 있다"고 설명했다. 한편, 한국에서도 전고체 배터리 분야에서 주목할 만한 성과가 나왔다. 김현우 한국기초과학지원연구원(KBSI) 선임연구원과 김영식 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수가 이끄는 팀은 산화물 기반 'LATP' 고체 전해질막을 개발했다. 이 전해질막은 높은 온도에서 소멸하는 탄소 재질의 '희생 템플레이트' 합성법을 사용하여 만들어졌으며, 이를 통해 상업적으로 사용될 수 있을 만큼 충분한 이온 전도도를 가지고 있다. 또한, 이용민 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수와 한국전자통신연구원(ETRI)의 연구팀은 흑연-실리콘 기반의 전극에 사전 리튬화 기술을 도입하여, 더 높은 에너지 밀도와 안정성을 가진 전고체 전지용 전극을 개발했다. 이로 인해 전극의 초기 충방전 효율이 개선되었으며, 전기화학적 성능도 향상됐다. 특히, 리튬화 과정에서 일어나는 전극의 부피 팽창이 약 40% 감소하여, 전극의 수명이 더욱 연장되었다는 결과가 나왔다.
- 산업
2023-10-19
삼성SDI‧한국산업기술평가관리원, 리튬이온배터리용 내화성 젤 공개

삼성SDI와 한국산업평가관리원 과학자들이 화재 위험이 낮은 리튬이온배터리용 내화성 젤을 개발했다. 호주 매체 미라지뉴스는 17일(현지시간) 한국의 유니스트(UNIST) 에너지·화학공학부의 송현곤 교수, 한국화학연구원 첨단특수화학연구센터의 정서현 박사, 한국에너지기술연구원 울산에너지기술연구센터의 김태희 박사가 이끄는 공동 연구팀이 배터리 기술의 획기적인 이정표를 세웠다며 불연성 젤 고분자 전해질(GPE)을 개발해 리튬이온 배터리(LIB)의 열 폭주와 화재 사고 위험을 완화해 안전성을 획기적으로 개선했다고 보도했다. 리튬이온 배터리의 잠재적인 가연성은 특히 지하 주차장에 있는 전기 자동차(EV)에서 심각한 화재 우려가 제기됐다. 연구팀은 이 문제를 해결할 새로운 방법을 찾았다. 그들은 불연성 고분자 반고체 전해질을 성공적으로 개발해 배터리 화재를 효과적으로 줄일 수 있는 방안을 제시했다. 기존에는 불연성 전해질을 만들기 위해 난연성 첨가제나 끓는점이 매우 높은 용매를 주로 사용해 왔다. 그러나 이러한 방법은 종종 이온 전도도가 크게 감소해 전해질의 전반적인 성능을 저하시켰다. 연구팀은 전해질에 미량의 폴리머를 도입하여 반고체 전해질을 만들었다. 이 새로운 접근법은 기존 액체 전해질에 비해 리튬 이온 전도도를 33%까지 획기적으로 높였다. 또한 이 불연성 반고체 전해질을 적용한 파우치형 배터리는 고체-전해질 간상(SEI) 층을 형성하고 작동하는 동안 불필요한 전해질 반응을 효과적으로 방지해 수명 특성이 110% 향상됐다. 이 혁신적인 전해질의 주요 장점은 탁월한 성능과 불연성이다. 고분자 반고체 전해질은 배터리 화재 발생을 줄이기 위해 연소 중 연료 화합물과의 라디칼 연쇄 반응(Radical Chain Reaction)을 억제한다. 연구팀은 이러한 라디칼 반응의 안정화와 억제 능력을 정량적으로 분석하여, 개발된 고분자가 얼마나 우수한지를 입증했다. 정지홍 교수(UNIST 에너지·화학공학부)는 "배터리 내부의 고분자 물질과 휘발성 용매의 상호작용을 통해 라디칼 연쇄 반응을 효과적으로 억제할 수 있다"고 강조했다. 정 교수는 "전기화학적 정량화를 통해 불연성 전해질의 메커니즘을 이해하는 데 크게 기여할 것"이라고 말했다. 공동 제1저자인 김미금 UNIST 에너지·화학공학부 석사과정과 한국화학연구원의 연구팀은 다양한 실험을 통해 배터리 자체의 뛰어난 안전성을 추가로 확인했다. 그들은 그림 2와 같이 불연성 반고체 전해질을 파우치형 배터리에 적용, 실제 배터리 응용 분야에서 전해질의 불연성을 평가했고, 이를 통해 배터리의 종합적인 안전성을 검증했다. 송현곤 교수는 "UNIST의 전기화학, 한국화학연구원 첨단특수화학연구센터의 고분자 합성, 한국에너지기술연구원 울산첨단에너지기술연구센터의 배터리 안전성 시험 등 연구팀의 다학제적 구성이 이번 성과에 큰 힘이 됐다"고 말했다. 이어 "기존 배터리 조립 공정에 바로 적용할 수 있는 불연성 반고체 전해질을 사용함으로써 향후 보다 안전한 배터리 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 이번 연구는 국내 5건, 해외 2건의 특허를 출원해 그 의의를 더하고 있다. 또한 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'의 표지 논문으로 선정되어 2023년 10월 13일 온라인에 게재됐다. 이 연구는 한국연구재단(NRF), 과학기술정보통신부(과기정통부), 한국산업기술평가관리원(KEIT), 한국화학연구원(KRICT), 삼성SDI(주)의 지원으로 수행됐다.
- 산업
2023-10-18
이스라엘-하마스 전쟁, 중동 확전 우려로 국제 유가 급등

이스라엘과 팔레스타인 무장 정파 하마스 간의 전쟁으로 국제 유가 상승 가능성이 커지고 있다. 미국 매체 폭스비즈니스는 15일(현지시간) 중동 지역의 긴장이 고조되면서 투자자들이 다른 국가들이 이스라엘과 하마스의 전쟁에 개입할 경우 지정학적 리스크로 유가가 상승할 수 있다고 보도했다. 15일 연합뉴스는 블룸버그를 인용, 이스라엘과 하마스 간 무력 충돌이 이스라엘·이란전으로 확전하면 유가가 배럴당 150달러를 넘고 내년도 세계 경제성장률(GDP)이 예상치보다 1.0％포인트(p) 낮아질 수 있다는 예측이 나왔다고 전하기도 했다. 보고서에 따르면 최악의 시나리오라고 할 수 있는 이란 참전이 현실화하면 국제 유가는 현재보다 배럴당 무려 64달러가 올라 150달러 선을 넘어서는 '오일쇼크'가 올 것으로 전망했다. 이란은 주요 산유국이기도 하지만 무엇보다 세계 원유 수송량의 20%를 지나는 호르무즈 해협을 통제해 세계 경제를 압박할 가능성이 크다는 것. 이란이 전쟁에 참여해 서방과 등을 돌리고 이 해협을 봉쇄한다면 사우디아라비아나 아랍에미리트가 지닌 예비 산유능력만으론 유가 급등을 막는 데 역부족이라는 지적이다. 이스라엘은 지난 주말 이스라엘인 1300여 명이 사망한 하마스의 전례 없는 테러 공격에 대응해 이스라엘 방위군이 지상 공격을 준비하는 가운데 하마스가 통제하는 가자지구 주민들이 남쪽으로 대피하는 것을 계속 허용할 것이라고 15일 밝혔다. 중동 확전 우려로 유가 6% 급등 지난주 금요일인 10월 13일 유가는 투자자들이 중동 분쟁 확대에 따른 리스크를 가격에 반영하면서 6% 가까이 상승했다. 반면 뉴욕증시의 3대 지표중 하나인 스탠더드 앤드 푸어스(S&P 500) 지수는 0.5% 하락했다. 이집트와 요르단에 공급하는 이스라엘 가스전이 일시적으로 폐쇄되어 공급에 대한 우려가 커지면서 유럽 천연가스 가격도 3월 이후 최고 수준으로 치솟았다. 전략 및 국제 연구 센터(CSIS)의 에너지 안보 및 기후 변화 프로그램 선임 연구원 벤 케이힐(Ben Cahill)은 "가자지구에 대한 대규모 지상 침공과 대규모 인명 손실로 향하고 있는 것 같다"며 "이 정도 규모의 분쟁이 발생할 때마다 시장의 반응이 있을 것"이라고 말했다. 투자자들이 안전자산으로 몰리면서 금값이 3% 이상 상승했고, 미국 달러는 1주일 만에 최고치로 강세를 보였으며 국채 가격도 상승했다. 이스라엘 셰켈은 달러 대비 7년 만에 최저치인 3.87에 거래되고 있지만, 전쟁 첫 주에는 시장 반응이 비교적 조용했다. 이스라엘 중앙은행은 통화 안정을 위해 지난주 최대 300억 달러의 외환 보유고를 매각했다. 이코노믹 아웃룩 그룹의 수석 글로벌 이코노미스트인 버나드 바우몰은 분쟁이 확대되면 인플레이션이 상승할 가능성이 높으며, 이로 인해 중앙은행이 물가 급등을 억제하기 위해 금리 인상을 가속화할 것이라고 말했다. 그는 이 시나리오에서 다른 국가들은 금리가 상승할 가능성이 높지만, 투자자들이 국채에 자본을 쏟아 부어 금리가 하락하고 달러가 강세를 보일 경우 미국은 예외가 될 수 있다고 지적했다. 유니크레딧의 그룹 수석 경제학 고문인 에릭 닐슨은 "시장이 상대적으로 양호한 흐름을 유지할지 여부는 알 수 없다"며 "이 최근의 분쟁이 국지적으로 유지될지 아니면 더 광범위한 중동 전쟁으로 확대될지 여부에 따라 달라질 것"이라고 말했다. '안전자산' 금 ETF 상승 한편, 중동 지역의 지정학적 위기가 격화되면서 금 관련 상품이 16일 장 초반 상승세다. 이날 오전 9시 15분 현재 유가증권시장에서 'ACE KRX 금 현물'은 전 거래일 대비 2.27% 오른 1만1960원에 거래되고 있다. 이 상품은 한국거래소(KRX)가 발표하는 KRX 금 현물 지수를 기초지수로 하는 상장지수펀드(ETF)다. 'KODEX 골드선물(H)'은 2.55% 상승한 1만2275원에, 'ACE 골드선물 레버리지(합성H)'는 5.00% 뛰어 1만5635원에, 'TIGER 골드선물(H)'은 2.54% 올라 1만3125원에 각각 거래되고 있다. 앞서 뉴욕상품거래소(COMEX)에서 12월 인도분 금 선물은 13일(현지시간) 온스당 3.11% 오른 1941.50달러에 마감했다. 반면, 16일 아시아 증시는 동반 약세를 보이고 있다. 한국시간 이날 오전 10시 35분 기준 코스피(-0.60%)를 비롯해 일본 닛케이225 평균주가(닛케이지수·-1.66%), 대만 자취안지수(-0.80%), 호주 S&P/ASX 200지수(-0.24%) 등이 일제히 하락세를 나타냈다. 홍콩 항셍지수는 전일 대비 0.08%, 홍콩에 상장된 중국 본토 기업들로 구성된 홍콩H지수(HSCEI)는 0.08% 내린 약보합세다. 중국본토주가지수인 상하이종합지수(-0.14%)와 선전성분지수(-0.23%), 상하이·선전증시 시가총액 상위 300개 종목으로 구성된 CSI 300 지수(-0.18%)도 대부분 하락했다.
- 경제
2023-10-16
챗GPT, 음성↔텍스트 상호 변환...소통 능력 향상 기대

대화형 인공지능(AI) 서비스 챗GPT가 텍스트를 통해 사용자와 소통했던 단계를 벗어나 사진을 인식하고 음성을 텍스트로 변환하고, 텍스트를 다시 음성으로 합성할 수 있는 버전을 도입한다고 밝혀 이전보다 더 인간다운 모습을 보일 전망이다. 기술 과학 전문매체 기즈모도(GIZMODO)에 따르면, 챗GPT 제조사인 오픈AI는 챗GPT에 도입될 프로모션 비디오를 통해 사용자에게 이미지 인식 기능에 대해 선보이고 있다고 전했다. 예를 들어, 사용자가 챗GPT에게 자전거 좌석을 낮춰달라고 요청하면 챗봇은 먼저 모든 종류의 좌석을 낮추기 위한 일반적인 조언을 했다. 위의 사진에서 볼수 있듯이 처음 자전거 좌석을 사용하는 이용자가 자전거 좌석 캐치 주위에 원을 그린 후 더 자세한 도움을 요청하면, 챗GPT는 해당 볼트 유형을 인식하고 엘렌 렌치가 필요하다고 답했다. 이 시스템은 사용자 설명서와 공구 상자의 사진을 보고 올바른 크기의 렌치가 있는지도 확인할 수 있다고 기즈모도는 설명했다. 음성 인식 시스템 적용 물론, 이미지 인식은 많은 챗봇 서비스에서 실험한 것이 아니지만 음성 인식 시스템과 음성 합성에 대한 최신 기술을 보유하고 있다는 것이 오픈AI 측의 설명이다. 오픈AI는 챗봇의 새로운 음성 서비스를 사용자에게 소개하기 위해 '어머니가 챗GPT에게 특정 숲에 살고 있는 고슴도치에 대한 이야기를 자녀들에게 읽어 달라'고 요청하는 비디오를 공개했다. 비디오의 말투는 자연스러웠지만, 그림책의 캐릭터들이 각각의 고유한 목소리를 내지는 않았다. 캐릭터의 음성은 시스템에 라이선스를 부여한 성우의 목소리를 기반으로 하기 때문이다. 이는 일레븐랩스(ElevenLabs)와 같은 다른 AI 음성 합성과 유사하다. 해당 서비스는 처음에는 딥페이크(인공지능을 기반으로 활용한 인간 이미지 합성 기술)나 괴롭힘에 사용돼 비판을 받았다. 오픈AI는 자사의 첫 번째 음성 서비스가 챗GPT 음성 채팅에서만 적용된다고 밝혔고, 최근 새로운 팟캐스트 음성 번역 기능을 발표한 스포티파이(Spotify)에 음성 시스템 라이선스를 제공하고 있다. 이로써 스페인어, 프랑스어, 독일어로 인기 팟캐스터의 목소리를 모방할 수 있게 될 예정이다. 물론 이 새로운 기능은 챗GPT의 '플러스(Plus)' 또는 '엔터프라이즈(Enterprise)' 서비스 비용을 지불한 사용자에게만 제공되며 두 기능 모두 10월 중순께 iOS와 안드로이드(Android)에서 사용할 수 있게 된다. 챗GPT 웹 버전 사용자도 곧 이미지 기능을 이용할 수 있게 될 전망이다. 다만, 이 시스템은 프로모션 비디오에서 제안하는 것처럼 빠르거나 능숙하지는 않을 것으로 보인다. 과학 기술매체 와이어드(Wired)에 따르면, 챗GPT 시험용 버전을 기반으로 음성 인식이 응답하는 데 몇 초가 걸렸다. 이 매체는 이미지 시스템이 사진 속 사람을 식별하려고 시도하지 않을 것이며, 사생활을 어떻게 보호할지 두고 봐야 할 것이라고 지적했다. 오픈AI 대변인은 기즈모도에 "시간이 지나면서 점진적으로 개선하고 위험을 줄일 수 있는 세부 사항들을 다듬는 것이 중요하다"며 "이 새로운 기능을 최소화하기 위해 '레드팀'을 구성했다"고 밝혔다. 그러나 사용자들이 다시 한번 챗봇의 윤리적 경계를 넘어서는 것은 시간문제다. 챗GPT는 지난 2022년 11월 공개 직후 대대적으로 인기를 끈 이후 사용자 수가 감소했다. 이는 일부 사용자들이 오픈AI가 챗봇의 기능을 제한했다고 느꼈기 때문이다. 오픈AI는 피해를 최소화하고 챗봇 사용자들이 자유롭게 활용할 수 있는 윤리적 균형을 찾는 데 어려움을 겪고 있다. 한국어 개인정보 방침 제공 한편, 오픈AI는 지난 2023년 9월 비영어 국가 중 처음으로 한국어로 된 개인정보 처리방침을 제공하고 국내 이용자를 위한 개인정보 가이드라인을 마련했다. 회사 서비스를 통해 수집되는 개인정보를 추가로 이용하기 위한 조건과 아동의 기준이 상향된 것으로, 국내 이용자 687명의 개인정보 유출 건에 대한 개인정보보호위원회의 개선 권고 일환이다. 오픈AI가 대한민국 이용자로부터 수집한 개인정보를 활용하기 위해서는 먼저 수집된 개인정보의 추가적인 이용·제공이 당초 수집 목적과 관련성이 있어야 한다. 동시에 수집한 데이터를 추가로 이용·제공할 수 있다는 예측도 가능해야 한다. 또 대한민국 '아동'의 연령기준을 13세에서 14세로 상향했다. 이밖에도 '처리 위탁 및 국외 이전'의 기준을 마련하고 '개인정보 파기 절차 및 방법', '정보주체와 법정대리인의 권리', '연락처', '국내대리인'을 명시했다.
- IT/바이오
2023-10-11
고인과 대화하는 디지털 네크로맨시, 구원일까 모독일까

인공지능(AI) 기술이 발달하면서 고인을 디지털 방식으로 소생시키는 기술에 사회의 이목이 집중되고 있다. 일본매체 나조로지(nazology)에 따르면 이른바 '디지털 네크로맨시(digital necromancy, 디지털 강령술)'라 불리는 이 기술은 고인의 텍스트 기록과 이미지를 기반으로 그들과의 상호작용을 구현한다. 일기나 편지와 같은 기록을 활용해 실제 인간과 같은 대화를 가능하게 하는 챗GPT(ChatGPT)와 같은 언어 모델, 또는 생성형 AI(인공지능)를 통해 실존하지 않는 이미지와 영상을 합성하는 기술이 결합된 것이다. 일본에서는 '가상의 고인'이라는 이름으로 이 기술이 큰 주목을 받고 있으며, 해외에도 '실제로 고인과 대화 가능한 AI' 서비스가 속속 등장하고 있다. 특히 2019년 일본 NHK 홍백전에서 'AI 미소라 히바리'의 무대가 큰 화제가 되었다. 약 34년 전인 1989년 세상을 떠난 국민 가수 미소라 히바리의 목소리와 노래 스타일을 야마하의 'VOCALOID: AI' 기술로 완벽하게 재현한 것이었다. 이 같은 기술의 등장은 사회적으로 큰 관심사로 자리잡았지만 윤리적 논란도 동반되고 있다. AI를 활용한 '미소라 히바리'의 재현에 대한 반응은 엇갈렸다. 일부는 감동으로 눈물을 흘렸으나, 다른 이들은 이를 기묘하게 여기거나 죽은 이에 대한 무례로 비판했다. 죽은 이의 부활은 정말로 기술의 금기인가? 이러한 질문에 따른 답을 찾기 위한 프로젝트가 2020년 한국에서 진행되어 전세계적인 주목을 받았다. 해당 프로젝트는 가상현실을 재현하는 VR(Virtual Reality) 기술을 활용하여 어린 나이에 사망한 딸과 어머니의 재회를 진정성 있게 재현했다는 평을 받았다. 장모 씨는 2016년 희귀 난치병으로 7세 딸 나연이를 잃었다. 그러나 3년 후, 텔레비전 다큐멘터리를 통해 나연이가 다시 재현되었다. 나연이의 실제 모습과 행동, 목소리를 재현하기 위해 모션 캡처와 딥 러닝 기술이 병행되었고, 장씨는 VR 고글을 통해 딸과의 감동적인 재회를 했다. 이 프로그램을 시청한 많은 사람들이 어머니와 딸의 VR 재회 장면에 감동을 받았다. 다수의 시청자들은 이 감동적인 순간을 칭찬했지만, 동시에 VR 기술을 통한 재회가 어머니의 상처를 더 깊게 할 수도 있다는 우려의 목소리도 커지고 있다. 이와 관련하여 AI 기술의 발전이 죽은 이를 디지털로 재현, 상호 작용하는 것의 윤리적 측면에 대한 논란이 계속되고 있다. 고인을 추모하며 묘소에 찾아가 그들에게 이야기하는 것과 같이, AI를 통해 사망한 이와의 상호작용은 어떻게 받아들여져야 할까? 특히 가장 가까운 가족들에게는 이러한 기술이 어떤 의미를 지니는지가 중요한 문제이다. 이러한 윤리적 논점은 기술 발전의 속도와 사회의 가치 사이에서의 균형을 찾아야 하는 어려운 과제로 떠오르고 있다.
- IT/바이오
2023-10-06
신비한 핑크 다이아몬드, 희귀한 이유는?

누구나 한 번쯤은 사랑하는 연인이나 결혼 기념일 또는 특별한 순간을 기념하기 위해 다이아몬드를 선물하거나, 혹은 선물 받고 싶다는 생각을 한다. 다이아몬드는 그 자체로 귀중한 보석으로 알려져 있지만, 그 중에서도 핑크 다이아몬드는 특별한 가치를 지닌다. 최근 프랑스의 매체 푸투라(FUTURA)는 이 희귀한 핑크 다이아몬드의 신비한 기원에 대한 연구결과를 보도했다. 다이아몬드의 희소성은 그것이 형성되는 극도의 환경 때문이다. 이런 보석은 지구 내부 약 140~190km 깊이에서 극도의 온도와 압력 속에서 수십억 년 동안 천천히 형성된다. 푸투라에 따르면, 이러한 고유한 형성 과정이 다이아몬드의 가치를 높여준다. 특히, 핑크 다이아몬드는 10만 개의 다이아몬드 중 단 하나만이 가지는 독특한 색상으로, 그것만으로도 특별한 보석임을 확인시켜 준다. 핑크 다이아몬드는 전 세계 몇 안 되는 광산에서만 발견되며, 그 중 호주의 아가일 광산은 시장에 공급되는 핑크 다이아몬드의 약 90%를 생산하고 있다. 호주에 위치한 이 고대 화산에는 특별한 특징이 있다. 이 광산은 일반적인 경우처럼 킴벌라이트[반상조직의 초고철질(ultramafic) 화성암으로 칼륨의 함량이 매우 높다]가 아니라 램프로이트(150km를 초과하는 깊이에서 부분적으로 녹은 맨틀에서 형성되는 암석) 화산 도관에서 채취된 것이다. 이 화산암이 형성된 지질과정은 아직 미스터리한 채로 남아 있다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 등재된 연구 결과에 따르면, 아가일 램프로이트는 약 13억년 전 형성됐을 것으로 추정된다. 이는 이전까지 추정되던 시기보다 1억년 앞선 것이며, 바로 이 점이 광산의 형성 이해에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 아가일이 위치한 지구상에서 가장 오래된 대륙 중 하나인 킴벌리 대륙과 북부 오스트레일리아 대륙의 접합 지대는 오래전부터 알려진 지역이다. 이 지점은 약 18억년 전, 세계에서 가장 고대의 대륙 중 하나인 누나(Nuna) 형성 과정에서 생겨났다. 핑크 다이아몬드의 형성에는 극도의 지각압이 필요하다고 여겨진다. 이러한 조건은 아가일 지역에서 충족됐을 것이다. 그렇지만, 이 귀한 다이아몬드가 어떻게 지표면까지 올라왔는지는 아직 풀리지 않았다. 최근 연구에 따르면, 아가일 램프로이트는 대략 13억년 전에 형성되었을 것으로 추정되며, 이는 초대륙 분열의 시작과 일치한다. 그러나 아가일 지역의 분열은 완전히 이루어지지는 않았다. 지각이 매우 얇아진 결과로 마그마가 지표로 상승했고, 이 과정에서 지구 깊은 곳에서 형성된 핑크 다이아몬드가 표면으로 올라 온 것으로 추정된다. 이런 지리적 특징은 앞으로 전 세계에서 새로운 광산 위치를 파악하는 데 중요한 단서가 될 수 있다. 한편, 다이아몬드 산업은 광업에서 더 넓은 제조업 영역으로 확장되고 있다. 금속 촉매제인 철과 니켈을 탄소 파우더에 첨가하여 고온 및 고압에서 다이아몬드 '씨앗'을 합성하는 방법이 개발됐다. 이 합성 다이아몬드 제조 기술을 보유한 국가로는 인도, 중국, 한국 등 총 8개국이 있다. '랩그로운 다이아몬드'라는 이름으로 알려진 이 인공 다이아몬드는 천연 다이아몬드보다 가격이 경제적이다. 환경에 미치는 영향도 크게 줄일 수 있어서 인공 다이아몬드에 대한 수요가 크게 증가하고 있다.
- 생활경제
2023-10-05
폐플라스틱 업사이클링 비누 제작 성공

버지니아 공대에서 플라스틱 폐기물로 비누를 만드는 기술이 개발됐다. 폐플라스틱을 비누와 세제와 같은 계면활성제로 재활용하는 방법이 개발됐다. 미국 과학 전문매체 사이테크데일리에 따르면 버지니아 공대의 연구원들은 플라스틱을 비누, 세제 등을 만드는 데 사용되는 계면활성제라는 귀중한 화학 물질로 업사이클링하는 새로운 기술을 개발했다. 플라스틱과 비누는 질감, 모양, 사용 방법면에는 공통점이 거의 없다. 하지만 분자 수준에서 이 둘 사이에는 놀라운 연관성이 있다. 오늘날 세계에서 가장 일반적으로 사용되는 플라스틱 중 하나인 폴리에틸렌의 화학 구조는 비누의 화학 전구체로 사용되는 지방산의 화학 구조와 놀랍도록 유사하다. 두 물질 모두 긴 탄소 사슬로 이루어져 있지만 지방산은 사슬 끝에 원자 그룹이 하나 더 있다. 버지니아 공과대학의 류궈량(Guoliang 'Greg' Liu) 화학 부교수는 폴리에틸렌의 구조와 지방산의 유사성에 주목했다. 그는 이러한 유사성을 기반으로 폴리에틸렌을 지방산으로 변환하면, 몇 가지 추가 과정을 통해 비누를 제조할 수 있을 것이라는 아이디어를 장기간 갖고 있었다. 문제는 긴 폴리에틸렌 사슬을 적절한 길이의 여러 사슬로 분리하고, 그 과정을 효율적으로 진행하는 것이었다. 류 교수는 이 방법을 통해 저렴한 플라스틱 폐기물을 가치 있는 제품으로 업사이클링하는 높은 잠재력을 인식했다. 류 교수는 벽난로 앞에서 겨울 저녁을 즐기다가 벽난로에서 나오는 연기가 나무 연소 중 생성되는 작은 입자로 이루어져 있다는 점에 착안했다. 안전과 환경상의 이유로 플라스틱을 벽난로에서 태워서는 안 되지만, 류 교수는 안전한 실험실 환경에서 폴리에틸렌을 태울 수 있다면 어떤 일이 일어날지 궁금해지기 시작했다. 폴리에틸렌이 불완전 연소하면 나무를 태울 때처럼 '연기'가 발생할까. 만약 누군가가 그 연기를 포집한다면, 그 연기는 무엇으로 만들어질까. 화학과 블랙우드 생명과학 주니어 교수 펠로우십의 류 교수는 "장작은 주로 셀룰로오스 같은 폴리머로 구성되어 있다. 연소 시 이 폴리머는 짧은 사슬로 분해되며, 결국 작은 기체 분자로 변한 뒤 이산화탄소로 완전히 산화된다"고 말했다. 그는 또 "합성 폴리에틸렌 분자도 비슷한 방식으로 분해할 수 있는데, 작은 기체 분자로 완전히 분해되기 전 단계에서 그 과정을 멈추면 짧은 사슬의 폴리에틸렌과 유사한 분자를 얻을 수 있다"고 덧붙였다. 연구실의 화학과 박사과정 학생인 젠 쉬(Zhen Xu)와 에릭 무냐네자(Eric Munyaneza)의 도움으로 류 박사는 온도 구배 열분해라는 공정으로 폴리에틸렌을 가열할 수 있는 오븐과 같은 작은 반응기를 만들었다. 아래쪽의 오븐은 폴리머 사슬을 끊을 수 있을 만큼 충분히 높은 온도를 유지하고, 위쪽의 오븐은 더 이상의 분해를 멈출 수 있을 만큼 낮은 온도로 냉각되는 구다. 열분해가 끝난 후 잔여물을 확인하니 '단쇄 폴리에틸렌', 더 정확하게는 왁스로 구성되어 있었다. 류 박사는 이것은 플라스틱을 비누로 업사이클링하는 방법을 개발하는 첫 번째 단계였다고 말했다. 비누화 등 몇 가지 단계를 더 추가한 후, 연구팀은 세계 최초로 플라스틱으로 비누를 만들었다. 이 과정을 계속 진행하기 위해 연구팀은 컴퓨터 모델링, 경제 분석 등의 전문가들의 도움을 받았다. 이들 전문가 중 일부는 버지니아 공대의 고분자 혁신 연구소와의 연계를 통해 팀에 합류했다. 이 그룹은 함께 업사이클링 프로세스를 문서화하고 개선해 과학계와 공유할 준비가 될 때까지 연구를 진행했다. 이 연구는 최근 사이언스 저널에 게재됐다. 논문의 수석 저자인 젠 쉬는 "우리 연구는 새로운 촉매나 복잡한 절차를 사용하지 않고도 플라스틱 업사이클링을 위한 새로운 경로를 보여준다. 이 연구에서 우리는 플라스틱 재활용을 위한 탠덤 전략의 잠재력을 보여주었다"고 말했다. 그는 "앞으로 사람들이 더 창의적인 업사이클링 절차를 개발할 수 있는 계기를 마련할 것"이라고 기대했다. 비록 폴리에틸렌이 이 프로젝트에 영감을 준 플라스틱이었지만, 이 업사이클링 방법은 다른 유형의 플라스틱인 폴리프로필렌에도 작용할 수 있다. 이 두 재료는 제품 포장, 식품용기, 직물 등 일상에서 소비자가 많이 접하는 플라스틱의 대부분을 차지한다. 업사이클링 기술의 또 다른 장점은 플라스틱과 열이라는 매우 간단한 재료만 있으면 가능하다는 점이다. 공정의 후반 단계에서는 왁스 분자를 지방산과 비누로 전환하기 위해 몇 가지 추가 성분이 필요하지만, 플라스틱의 초기 변형은 간단한 반응이다. 따라서 이 방법은 비용 효율성이 높고 환경에 미치는 영향이 비교적 적다. 업사이클링이 대규모로 효과적으로 이루어지려면 최종 제품이 공정 비용을 감당할 수 있을 만큼 가치가 있어야 하며, 다른 재활용 옵션보다 경제적으로 더 매력적이어야 한다. 대규모로 업사이클링이 효과적으로 이루어지려면 최종 제품은 프로세스 비용을 상환하고 대안 재활용 옵션보다 경제적으로 더 유리하게 만들 수 있을 정도로 가치 있어야 한다. 비록 비누가 처음에는 특별히 비싼 상품으로 보이지 않을 수 있지만, 실제로 무게로 비교할 때 플라스틱의 두 배 이상의 가치가 있을 수 있다. 현재 비누와 세제의 평균 가격은 톤 당 약 3550달러(약 478만원)이고 폴리에틸렌은 톤 당 약 1150달러(약 155만원)다. 류 교수는 이 연구는 사용한 플라스틱을 다른 유용한 재료의 생산으로 전환하여 폐기물을 줄일 수 있는 새로운 방법의 토대를 마련했다고 말했다. 그는 시간이 지나면 전 세계의 재활용 시설에서 이 기술을 도입할 수 있기를 기대했다. 젠 쉬는 "플라스틱 오염은 특정 국가의 문제가 아니라 전 세계적인 과제임을 인지해야 한다. 복잡한 촉매나 시약 대신 간단한 공정은 많은 나라에서 더 쉽게 적용될 수 있다"라며, "이 방법이 플라스틱 오염 문제 해결의 좋은 시작이 되길 바란다"고 말했다.
- 산업
2023-09-27
美 스탠퍼드대, 세계 최강 'X선 자유전자 레이저' 개발

미국 에너지부 소속 스탠퍼드 대학교 SLAC 국립 가속기 연구소에서 세계에서 가장 강력한 X-선 레이저를 발사할 수 있는 업그레이드된 'X선 자유전자 레이저(XFEL)'를 선보였다고 더 레지스터가 최근 보도했다. 11억 달러(약 1조 4680억 원)의 비용을 들여 10년의 노력 끝에 4세대 X선 자유전자 레이저인 이 연구소의 LCLS(Linac Coherent Light Source ) 원자 X-선 자유전자 레이저가 업그레이드(LCLS-II) 되어 초당 최대 백만 펄스를 전달할 수 있게 됐다. 이번에 업그레이드된 LCLS-II는 이전 제품보다 8000배 더 많은 초당 최대 100만 개의 X선 플래시를 통해 양자 물질부터 청정 에너지 기술, 의학 분야에 이르기까지 광범위한 응용 분야의 핵심인 원자 규모의 초고속 현상을 탐구할 수 있는 문이 열렸다. 미국 정부는 각 펄스는 이전 기기에서 방출되는 것보다 최대 1만배 밝아졌으며, 이는 이전 모델보다 8000배 강력하다고 밝혔다. LCLS의 책임자인 마이크 듄(Mike Dunne)과 LCLS-II 프로젝트 리더인 그렉 헤이즈(Greg Hays)는 "이 X-선의 파장은 원자 크기와 유사해, 이를 통해 분자의 내부 구조를 분석할 수 있다. 또한, 이 X-선이 초고속 펨토초(십억분의 일초) 버스트로 방출되기 때문에, 움직이는 것들을 마치 '정지화면'처럼 디스코 라이트와 비슷한 효과로 촬영할 수 있다"라고 말했다. 펨토초 레이저는 매우 짧은 진동 폭을 가진 펄스를 연속적으로 낼 수 있는 레이저로 수백 킬로미터(km)의 거리에서 1 나노미터(㎚, 10억 분의 1 미터)의 차이까지 정밀 측정이 가능해 행성 탐사를 비롯해 통신이나 기상, 환경 측정 등에 활용된다. 연구원들은 "우리는 주변 세계가 원자 분자 규모에서 어떻게 작동하는지에 대한 스톱모션 영화를 만들어 낸다. 화학 반응을 실시간으로 추적하거나 초전도와 같은 양자 현상의 발생을 관찰하는 것과 유사하다"고 덧붙였다. 새로운 LCLS-II는 자외선 빛의 펄스를 생성하여 포토캐소드(광전음극, 광선에 노출될 때 광전자를 생성)와 충돌시켜 광전자를 방출한다. 이 전자들은 섭씨 마이너스 271도로 냉각된 37개의 크라이오젠 모듈(극저온 환경에서 사용되는 모듈)을 통해 이동하게 되는데, 이 모듈 안에는 초전도자석이 포함되어 있어 전자가 광속에 근접한 속도로 가속된다. X-선은 분자를 관통하며, 이때의 굴절을 통해 그 구조의 세부적인 패턴이 만들어진다. 더 강한 X-선 레이저를 활용하면, 과학자들은 물질이나 화학 반응의 실시간 변화를 더욱 빠르고 상세하게 캡처할 수 있게 되어, 해당 과정을 직접 관찰하는 능력을 갖게 된다. 제니퍼 그랜홈(Jennifer Granholm) 미국 에너지부 장관은 "SLAC의 LCLS-II 빛은 우주의 가장 작고 빠른 현상들을 탐색하며, 건강부터 양자 재료 과학에 이르기까지 다양한 학문에서 중요한 발견을 이끌 것"이라고 전했다. 이 개선된 X-선 레이저는 두 개의 크라이오플랜트(액체 냉매를 생성하고 저장하기 위해 사용되는 설비)가 장착됐다. 이 장비는 전자로부터 X-선을 생성하는 데 필요한 언듈레이터(undulator, 자기장과 전기장을 사용하여 입자를 진동시키고 광자를 방출) 두 개를 탑재했고, 더 민감한 감지기와 센서를 포함하고 있다. 또한 이러한 데이터를 신속하게 처리하는 능력도 갖추고 있다. 과학자들은 이 레이저를 사용하여 광합성이나 응축 물질 내 원자 간 상호 작용과 같은 과정을 조사할 예정이다. 듄과 헤이즈는 "소프트 X-선은 분자 내 전자의 위치를 파악하는 데에 유용해, 에너지와 전하의 움직임을 이해하는 데 도움을 준다. 예컨대, 태양에서 에너지를 어떻게 효율적으로 활용할 수 있는지를 알려주게 된다. 반면 하드 X-선은 원자의 위치를 표현해줘서 물질의 구조를 나타낸다. 이는 주변 환경의 구성 방식을 이해하는 데 유용하다. 특히 단백질 구조나 질병 치료에 쓰이는 의약품이 좋은 예시"라고 말했다. 과학자들은 몇 주 안에 이 장비로 실험을 시작할 계획이며, 다른 연구자들도 레이저를 사용하기 위해 시간을 신청할 수 있다. 아스메렛 아세포 베르헤(Asmeret Asefaw Berhe) DOE 과학국 국장 "LCLS-II와 연구자 공동체가 국가 과학의 우선 순위에 어떤 영향을 미칠지 기대하고 있다. 화학, 재료, 생물학 등의 기본 과학 연구부터 청정 에너지연구와 양자 정보 과학과 같은 프로젝트를 통한 국가 안보 확보에 이르기까지 다양한 분야에서 중요한 발견을 이끌어 낼 것"이라고 강조했다.
- 산업
2023-09-25
[퓨처 Eyes(4)] 2023년 이후 주목받는 AI 트렌드 5가지

인공지능(AI) 시장은 지난 몇 년 동안 기하급수적인 속도로 성장했다. 전 세계적으로 널리 알려진 챗GPT(ChatGPT)와 구글 바드(Bard), IBM의 왓슨(Watson), 네이버의 클로바X와 같은 제품 덕분에 이런 성장이 가능했다. 글로벌 경영 컨설팅 회사인 맥킨지(McKinsey)는 현재 전체 조직의 50~60%가 이미 AI 기반 도구를 사용하고 있으며, 이 비율은 가까운 미래에 더욱 늘어날 것으로 추정된다. 포브스 보고에 따르면, AI는 현재 세계에서 가장 빠르게 성장하고 있는 산업 중 하나이다. 이 분야의 시장 가치는 10년 내로 연평균 37.3%의 성장률을 기록하며, 같은 기간 동안 약 1조 8100억 달러의 누적 가치에 이를 것으로 전망된다. 이러한 증가세는 근거가 없는 것이 아니며, 실제로 많은 전문가들이 2030년까지 AI가 세계 경제에 기여할 가치가 15조 7000억 달러에 이를 것으로 예측한다. 이는 현재 인도와 중국의 GDP를 합한 것보다도 더 큰 금액이다. 이러한 예상은 생성형 AI)와 자연어 처리(NLP) 같은 특정 기술 트렌드의 발전 덕분이라고 할 수 있다. 기술의 중요성이 점점 부각됨에 따라, 시장 및 기술 전문가들은 AI가 주도하거나 영향을 미칠 주요 트렌드들에 주목하고 있다. AI 어시스턴트의 성장부터 생성형 AI의 부상까지 코인텔레그래프가 진단한 '2023년 이후 주목받는 AI트렌드 5가지'를 소개한다. AI 어시스턴트 사용 증가 기술이 지속적으로 발전하며 확장되면서, AI 어시스턴트는 다양한 서비스 분야의 자동화와 디지털화를 가능하게 하는 준비 상태에 있다. AI 기반 디지털 서비스 개발사 VAIOT의 최고 운영 책임자 파베 안드루슈키에비츠는 법률 서비스, 공공 행정, 시민 서비스 등이 AI의 도움으로 크게 향상될 수 있는 몇몇 분야라고 지적했다. 그는 "AI 어시스턴트는 사용자에게 더 나은 접근성과 비용 절감, 사용의 편리성을 제공한다. 법률 서비스의 경우, 많은 사람들이 비용 문제나 접근성의 어려움으로 인해 이용하는데 어려움을 겪기도 한다. AI 어시스턴트는 24시간 연중무휴로 모바일 기기에서 접근 가능한 '자연스러운 사용자 인터페이스'를 제공함으로써, 이런 부분의 장벽을 낮추어 누구나 쉽게 법률 지원을 받을 수 있도록 도와준다"고 설명했다. 포춘 500대 기업에서 AI 도입 선호도 상승 AI 컨설팅 전문 회사 킨포크스(Keenfolks)의 미구엘 마차도 CEO이자 공동 창립자는 최근 사람들이 AI 제품의 빠른 확장 속도와 폭넓은 접근성에 대해 놀라게 될 것이라고 전망했다. 그는 오픈AI의 챗GPT 인터페이스가 2022년 3월에 출시된 후 현재 사용자 수가 1억 명이 넘는 것을 예로 들었다. 그는 "다양한 파일럿 실험을 통해, 포춘 500대 기업은 AI 전략을 더 빠르게 조정하고 향상시킬 수 있을 것이며, 커뮤니티는 언어 모델에 대한 지식을 활용하여 협동 학습과 기술 개발을 추진하는 플랫폼 구축에 핵심 역할을 할 것"이라고 강조했다. 마차도는 법률, 인사, 재무 등의 분야에서 최고 경영진이 비즈니스를 혁신하기 위해 AI를 적극 도입하는 추세가 확산되고 있다고 지적했다. 그는 "노코드(Nocode) 솔루션의 등장은 AI도입을 대중화해서 기술적 전문성이 부족한 브랜드들도 첨단 기술을 그들의 운영체계에 손쉽게 통합하게 만들어줄 것"이라고 덧붙였다. 생성형 AI 급성장 최근 몇 년 간 많은 AI 기반 애플리케이션은 기존 데이터를 활용하여 예측하거나 인사이트를 추출하는 예측 모델에 주로 의존했다. 이렇게 생성된 결과는 기존 데이터에서 파생되며 실제로 새로운 내용을 제공하지 않는다. 반면, 생성형 AI는 머신러닝과 딥러닝을 사용해 기존 학습 데이터 위에 구축된 새로운 패턴을 사용하여 독립적으로 계산된 독창적인 정보를 생성한다. 지난 한 해 동안 이러한 모델은 텍스트, 이미지, 오디오 및 비디오 콘텐츠를 생성하는 데 광범위하게 사용됐다. 메타와 언스트앤영의 생성형 AI 전문가이자 기술 자문인 헨리 아더(Henry Ajder)는 이 기술의 미래 가능성에 대해 "우리는 현재 생성형 기술의 초기 단계에 있으며, 앞으로 합성 미디어는 단순한 신기함에서 벗어나 엔터테인먼트, 교육, 접근성 등의 분야에서 큰 발전을 이끌 것"이라고 전망했다. 자연어 처리(NLP) 시스템의 성장 가까운 미래에 큰 관심을 받을 것으로 예상되는 AI 분야 중 하나는 자연어 처리(NLP)이다. 이 기술은 검색 엔진부터 음성 인식 시스템까지, 많은 사람들이 일상적으로 의존하는 다양한 기술 제품의 핵심이다. NLP를 통해, 기계는 사람의 언어를 보다 자연스럽게 이해하고 해석하여 대응할 수 있다. 실제로, 언어 모델링, 구문 분석, 감정 분석, 기계 번역, 음성 인식 등의 방식을 활용하여 이 기술은 다양한 비즈니스 환경에서 사용자에게 현실적인 대응을 제공한다. 아직 초기 단계이 이 분야의 잠재력을 강조하는 그랜드 뷰 리서치(Grand View Research)의 최신 보고서에 따르면, 2023년에서 2030년 사이에 연평균 40.4%의 성장률을 보일 것으로 예상되며, 10년 후에는 약 4385억 달러의 시장 규모를 이룰 것으로 전망된다. 의료 분야의 AI 활용 확대 포브스에 따르면, 의료 분야에서 AI의 활용은 질병을 진단하고 치료하는 의사의 방식을 혁신적으로 바꿀 것으로 보인다. 또한 신약 개발과 의학 연구 분야에서도 머신 러닝의 적용이 확대될 것이다. 2027년까지 신약 개발에 AI가 사용되는 규모는 40억 달러에 달할 것으로 예상된다(45.7%의 연평균 성장률로 성장). 마찬가지로 미국 의료 서비스 제공업체의 50% 이상이 내부 의료 프로세스의 일부로 로보틱스 프로세스 자동화와 같은 AI 도구를 도입했거나 도입할 계획이다. 2027년까지 AI가 신약 개발에서 차지하는 부분은 약 40억 달러로 추정되며, 이는 45.7%의 연평균 성장률로 성장할 것으로 예측된다. 또한, 미국의 의료 서비스 제공자 중 절반 이상이 로보틱스 프로세스 자동화 등의 AI 도구를 의료 프로세스에 통합하거나 도입 계획을 세우고 있다. 결과적으로 AI, 머신러닝, 딥러닝, 자연어 처리와 같은 첨단 기술이 주도하는 디지털 시대로 전환하면서 다양한 산업에서 이러한 기술의 적용이 확대되어, 보다 디지털화되고 자동화된 미래를 구축하는 데 큰 역할을 할 것으로 예상된다.
- 포커스온
2023-09-21
플라스틱 먹는 '효소' 연구 활성화⋯고비용 과제

플라스틱을 먹는 효소가 개발이 활성화돼 폐플라스틱 처리에 힘을 보탤 전망이다. 환경오염 주범으로 꼽히는 지구를 뒤덮은 폐플라스틱을 재활용하기 위해 수 많은 연구팀들은 다양한 해결책을 찾고 있다. 특히, 벌집나방 애벌레와 같은 생물학적 자원 활용은 소각이나 매립보다 환경친화적으로 플라스틱을 처리하는 유용한 도구가 될 수 있다. 미국 생화학·분자 생물학 매거진 'ASBMB 투데이'에 따르면, 스페인 생물학자 페데리카 베르토치니(Federica Bertocchini)는 약 10년 전 벌집나방의 애벌레가 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌을 먹어 치운다는 사실을 발견했다. 폴리에틸렌은 플라스틱 용기 등을 만드는 데 흔하게 이용되지만, 잘 분해 되지 않는 특성이 있어 폐기가 어렵다는 단점이 있다. 최근 과학자들은 매립지나 자동차폐차장 등을 찾아다니면서 플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 찾고 있다. 이를 채취해 플라스틱의 구성 요소를 회수하는 효율적인 방법을 찾길 기대하고 있는 것. 이후 새로운 재료를 조합해 ‘무한 재활용’이 가능하도록 한다는 계획이다. 영국 포츠머스대 효소혁신센터 존 맥기한(John McGeehan)은 "놀랍게도 전 세계의 수백 개 그룹과 수천 명의 과학자들이 이 문제를 연구하고 있다"고 설명했다. 폐플라스틱, 환경오염 주범 플라스틱은 1950년대 들어 본격적으로 생산됐고 생산량도 급증했다. 매년 약 4억6000만 톤에 가까운 플라스틱이 생산되는 것으로 추정된다. 하지만 이렇게 생산된 플라스틱은 아쉽게도 소각하거나 매립지에 묻히고 있다. 플라스틱은 지구상의 심해나 극지방을 비롯해 비를 타고 내려오거나, 심지어 태반이나 모유, 사람의 혈액에서도 흔적이 보고 되는 등 우리 눈에 보이지 않는 구석구석까지 침투했다. 이처럼 플라스틱은 건강과 환경 문제와 직접 연결되어 있다. 그럼에도 수요는 줄어들지 않고 있으며, 생산량은 오는 2050년까지 10억 톤을 넘길 것으로 예상된다. 플라스틱은 가볍고, 형태를 잡기 쉬운 특성 때문에 이를 대체할 마땅한 소재가 없기 때문이다. 현실적으로 모든 플라스틱을 교체하거나 재활용할 수 없다는 점에서 차선책은 덜 만드는 것이다. 또 약 9%에 불과한 전 세계 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 하지만, 재활용 과정에서 유해한 화학물질을 흡수할 수 있으며, 수천 가지의 플라스틱 유형에는 각각 고유한 구성과 화학 첨가물이나 착색제가 들어 있어 대다수는 재활용할 수 없는 것이 문제다. 효소 재활용 회사 버치 바이오사이언스(Birch Biosciences) 공동 창립자이자 합성 생물학자인 요한 커스(Johan Kers)는 "우리는 심각한 플라스틱 순환성 문제를 안고 있다"며 "알루미늄과 종이 등은 재활용할 수 있지만 플라스틱 재활용은 힘들다"고 지적했다. '자연'에서 착안한 '효소' 주목 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 고분자 과학자 팅 쉬(Ting Xu)는 "효소를 통한 접근법은 폐플라스틱을 폐기물의 원천이 아닌 귀중한 자원으로 전환시킬 수 있다"고 설명했다. 이미 1970년대에 플라스틱을 먹는 효소에 대한 연구가 시작됐다. 그러다가 2016년 일본 과학자팀이 사이언스 학술지에 플라스틱을 먹는 획기적인 박테리아의 새로운 변종에 대한 논문을 발표하면서 효소 연구에 다시 불을 지폈다. 교토공과대학 미생물학자 코헤이 오다(Kohei Oda)가 이끄는 연구팀은 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis) 201-F6이라고 불리는 미생물이 음료수병과 섬유에 널리 사용되는 폴리에스터인 PET 플라스틱을 주요 에너지와 식품 공급원으로 사용한다는 사실을 발견했다. 그 이후로 과학자들은 독일 라이프치히 묘지의 퇴비 더미, 그리스 하니아(Chania) 해변 등 전 세계 여러 장소에서 플라스틱을 먹는 미생물을 발견했다. 그리고 바다, 북극 툰드라 표토, 사바나 및 다양한 숲을 포함한 환경에서 자유롭게 떠다니는 DNA에서 발견된 2억 개 이상의 유전자에 대한 대규모 분석을 통해 플라스틱 분해 가능성이 있는 3만 개의 다양한 효소가 있다는 것을 찾아냈다. 맥기한은 콜로라도를 포함해 다른 지역의 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 동료들과 함께 이데오넬라 사카이엔시스의 플라스틱 섭취 능력을 담당하는 두 가지 효소를 조작해 성능을 높이고 연결해 플라스틱을 분해할 수 있는 효소 칵테일을 만들었다. 그 결과 이전보다 6배 더 빠르게 PET를 분해할 수 있었다. 최근 과학자들은 인공지능(AI)을 사용해 플라스틱을 더 빠르게 해중합[해중합은 유색 페트(PET)병이나 폴리에스터 섬유 등 플라스틱 분자를 화학적으로 분해하는 기술]하고, 표적 기질에 대해 덜 까다롭고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 효소를 찾아내고 있다. 초기 데이터에 따르면 생물학적 효소를 이용한 재활용은 플라스틱을 새로 만드는 것보다 탄소 배출량이 더 적은 것으로 알려졌다. 탄소와 산소가 얽혀 있는 PET 재활용 플라스틱은 생물학적 재활용에 가장 적합하다. 영국 포츠머스 대학교의 분자 생물물리학자 앤디 픽포드(Andy Pickford)는 이 물질이 '일종의 아킬레스건'이라고 말했다. PET은 탄소가 산소와 얽혀 있다. 직물과 음료수병에서 흔히 발견되며 매년 생성되는 플라스틱의 약 5분의 1을 차지하는 PET는 생물학적 재활용 업체들 사이에서 인기 있는 대상이자 상업적으로 이용 가능한 제품이기도 하다. 실제로 프랑스 회사 카르비오(Carbios)는 연간 5만 톤의 PET 폐기물을 재활용하는 것을 목표로 2025년 프랑스 북부에 바이오 재활용 공장을 열 계획이다. 호주에 본사를 둔 삼사라에코(Samsara Eco)는 2024년 멜버른에 PET에 초점을 맞춘 2만 톤 규모의 재활용을 계획하고 있다. 플라스틱 유형을 연구하고 있는 픽퍼드(Pickford)는 "PET와 유사한 화학적 구성을 가진 폴리아미드와 폴리우레탄도 본질적으로 효소에 의해 분해되기 쉬워 효소 재활용의 유망한 대상"이라고 말했다. 삼사라에코는 합성 폴리아미드의 일종인 나일론을 연구하고 있다. 지난 5월 버려진 옷으로 '세계 최초의 무한 재활용' 나일론-폴리에스테르 의류를 생산하기 위해 인기 운동복 브랜드 룰루레몬(Lululemon)과 다년간의 파트너십을 발표했다. 아직은 연구가 미진하지만 연구원들은 폴리우레탄을 분해하는 미생물에 대해서도 연구 중이다. '슈퍼웜' 유충 활용 기술 향상 효소 재활용은 순수 탄소 골격을 가진 플라스틱의 경우 전망은 흐리다. 비닐봉지를 만드는 데 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 제품은 기름기가 많아 투입된 효소를 붙잡을 수 없기 때문이다. 그런데 페데리카 베르토치니는 데메트라(Demetra)와 세레스(Ceres)라는 이름을 붙인 왁스 벌레 타액에서 플라스틱 분해 효소를 확인했다. 이 효소는 탄소 골격에 산소를 주입해 실온에서 몇 시간 내에 폴리에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 폴리스티렌을 연구하는 호주 퀸즈랜드 대학교의 미생물학자 크리스 린케(Chris Rinke) 박사는 '슈퍼웜(Superworm)'이라고 불리는 미국왕딱지벌레(Zophobas morio) 유충을 발견했다. 플라스틱을 기계적으로 작은 조각으로 파쇄하고 산소 원자를 투입해 '노화'한 다음 특수 기술을 사용해 해당 조각을 해중화하는 두 가지 과정을 통해 폴리스티렌을 분해한다. 린케 박사는 "곤충에서 발견되는 효소가 열쇠를 쥐고 있을 수 있다"고 말했다. 반면, 일부 전문가들은 생물학적 재활용 전망에 대해 낙관적이지 않다. 픽포드는 "아직 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC와 같은 폴리올레핀이 대규모 효소 재활용을 위한 현실적인 목표가 될 것이라고 확신하지 못했다"며 "이런 경우 재활용이 가능한 새로운 플라스틱을 만드는 방향으로 전환하는 것이 더 현실적"이라고 말했다. 한국의 경우, 2020년 포스텍의 차형준 교수 팀은 '산맴돌이거저리(Plesiophthalmus davidis)'라고 불리는 검은 딱정벌레의 유충에서 폴리스티렌 소화 능력을 부여한 장내 세균인 '세라티아 폰티콜라(Serratia Fonticola)'에 대해 보고했다. 또 다른 그룹은 PLA를 포함한 특정 유형의 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 두 가지 저온 적응성 곰팡이 균주[고산 토양과 북극 해안에서 분리된 라크네룰라(Lachnellula)와 네오데브리에시아(Neodevriesia)]를 발견했다고 보고했다. 하지만 효소를 활용하는 프로세스를 확장하는 것이 얼마나 쉬울지, 그리고 확장된 환경이 어떤 모습일지는 불분명하다. 한편, UN은 오는 2024년 세계 최초의 글로벌 플라스틱 오염 조약을 만들 예정이다. 플라스틱 오염을 억제하는 것을 목표로 하며, 특히 재활용을 더 쉽게 하기 위해 플라스틱 제품의 생산 과 설계에 대한 새로운 규칙을 도입할 것으로 예상된다. 다음 해에는 워싱턴과 캘리포니아, EU에서 플라스틱 용기와 음료수병 재료의 25%를 재활용 플라스틱으로 규정하는 법률이 시행될 예정이다. 그러나 추가적인 변화와 인센티브가 없다면 이러한 노력은 물거품이 될 수도 있다는 지적이다. 화석 연료의 저렴한 가격으로 인해 순수 플라스틱이 저렴하게 유지되는 한 생물학적 효소 활용은 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문이다. 맥기한은 "과거 석유 및 가스 산업이 혜택을 누렸던 방식으로 PET 또는 기타 생분해성 공정에 인센티브를 부여해야 한다"며 "생물학적 재활용 기술이 향상되면 새로운 플라스틱과 경쟁할 수 있을 만큼 비용면에서 효율적일 것"이라고 강조했다. 그럼에도 그는 "효소가 전체 플라스틱 문제를 해결하지 못하지만 이제 막 첫 걸음을 뗐다"며 향후 발전에 기대감을 드러냈다.
- IT/바이오
2023-09-21
美 샌디아 국립연구소, 내구성 높인 분자 개발 성공⋯장단점은?

미국 샌디아 국립연구소(Sandia National Laboratories)의 연구팀이 내구성을 높인 획기적인 분자 구조를 개발했다. 일반적으로 열을 가하면 팽창하는 대부분의 재료와 달리, 이 새로운 분자는 열을 가할 경우 수축한다는 놀라운 특성을 보인다. 과학 및 기술 전문 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'에 따르면, 이 연구팀이 개발한 분자는 폴리머와 결합될 경우 뛰어난 내구성을 발휘한다. 이러한 특성 덕분에 휴대폰 케이스부터 미사일에 이르기까지 다양한 분야에서 활용 가능성이 높아 보인다. 폴리머는 작은 분자들이 결합해 만들어진 고분자로, 섬세한 구성 요소를 보호하는 이상적인 재료로 알려져 있다. 그러나 재료가 오래 사용되거나 다양한 환경에 노출될 경우 성능이 저하되는 문제가 있다. 이와 관련해 대부분의 물질이 가열될 때 팽창하고, 냉각될 때 수축하는 반면, 이 새로운 분자는 그렇지 않다. 일반적으로 폴리머는 가장 높은 팽창률과 수축률을 보이며, 금속이나 세라믹은 상대적으로 낮은 수준을 보인다. 샌디아 연구팀의 이번 발견은 물질의 온도에 따른 변화율을 조절할 수 있는 새로운 가능성을 열어놓았다. 이로써 다양한 산업 분야에서의 응용이 기대된다. 샌디아 연구팀을 이끄는 재료 과학자 에리카 레드라인(Erica Redline)은 "많은 제품들이 플라스틱, 유리, 금속 등 여러 재료로 구성되어 있는데, 이 재료들이 서로 다른 속도로 팽창하거나 수축하기 때문에 시간이 지날수록 제품이 갈라지거나 뒤틀리는 현상이 발생한다"고 지적했다. 레드라인은 이 문제점을 극복하기 위한 새로운 아이디어를 생각하게 되었고, 그 아이디어를 팀원들과 함께 실제로 구현하는 데 성공했다고 말했다. 그는 "우리 팀은 고분자와 잘 결합하면서 그 특성을 바꿀 수 있는 새로운 분자를 개발했다. 이 분자는 흥미롭게도 가열될 때 팽창하는 대신 수축하는 특징을 가진다"고 설명했다. 레드라인은 "이 분자를 폴리머에 첨가하면, 폴리머의 팽창과 수축이 금속과 유사한 수준으로 조절되게 된다. 실제로 금속과 같은 특성을 갖게 만든 이 분자의 개발은 큰 도전이었다"고 강조했다. 이 새로운 분자는 다양한 방식으로 활용될 수 있는 잠재력을 보여주고 있다. 폴리머는 전자부터 통신 시스템, 태양광 패널, 자동차 부품, 인쇄 회로 기판, 항공우주 응용, 국방 시스템, 바닥재 보호 코팅에 이르기까지 광범위한 분야에서 사용되는데, 이 분자가 그 활용성을 더욱 확장시킬 것으로 보인다. 화학 엔지니어인 제이슨 더거(Jason Dugger)는 "이 분자는 국방 시스템에서 특히 큰 잠재력을 발휘할 것"이라며 미래의 혁신을 위한 길을 열 것으로 기대하고 있다. 더거는 또 3D 프린팅 분야에서의 활용성에 대해서도 언급했다. 그는 "하나의 영역에서는 특정한 열적 반응을 보이는 반면, 다른 영역에서는 다른 열적 반응을 보이게끔 인쇄하는 것이 가능하다"며 "재료의 무게를 줄일 수 있어 위성 등에도 적용될 수 있다"고 덧붙였다. 또한, 한 에폭시 제조 회사가 이 분자를 접착제로 활용하려는 시도를 했다는 소식이 전해졌다. 물론, 이 기술에도 단점이 있다. 유기 화학자 샤드 스티커(Chad Staiger)에 따르면, 7~10그램(g)의 분자를 합성하는데 약 10일이 소요된다. 이런 점은 대량 합성 시에 추가적인 시간과 비용이 들 수 있다는 것을 의미한다. 현재 연구팀은 시장에 출시될 제품을 준비하는 과정에서 10만 달러(한화 약 1억3276만원)를 투자해 분자 합성 시간을 단축시키는 연구에 집중하고 있다. 이 분자의 활용 가능성은 무궁무진해 보인다.
- 산업
2023-09-14
발각시 액화되는 '스파이 로봇' 개발

서울대 재료공학부 강승균 교수팀 연구원들이 자외선(UV)과 열에 반응해 자가 붕괴하는 '에퍼멀 로봇(Ephemeral Robot)'의 프로토타입(본격적인 상품화에 앞서 성능을 검증 및 개선하기 위해 간단히 핵심 기능만 넣어 제작한 기본모델)을 개발했다. 연구원들이 개발한 이번 에퍼멀 로봇은 자외선(UV)과 열에 접촉하면 스스로 분해 될 수 있는 실리콘 엘마스토머(silicone elastomer)를 이용해 제작했다. 임무 중에는 기능을 유지하고 필요에 따라 액화해 수명 주기를 제어하여 중요한 데이터의 보안을 유지 할 수 있다. 이 로봇은 적에게 노출되면 스스로 녹아 사라질 수 있는 장점을 보유하고 있어 정찰 로봇 등 군사적 활용도가 높을 것으로 기대된다. 그러나 애퍼멀 로봇의 대표적인 소재인 열경화 실리콘은 내열성 및 내화학성이 강해 소재 분해에 적합하지 않는 지적이다. 열경화 실리콘 기반의 소프트 로봇의 분해를 위해서는 300°C까지의 극한 온도와 유사한 극단적인 pH 수준에 견뎌야 하는 문제를 먼저 해결해야 한다. 서울대 연구팀은 자외선 감응형 소재를 활용해 본연의 장점을 유지하면서 강한 자외선을 통해 가교 고분자를 쉽고 빠르게 분해할 수 있으며, 큰 열에너지나 극단적인 pH 조건이 갖춰지지 않아도 로봇이 스스로 액화될 수 있다고 말했다. 개발 소재를 소프트 로봇에 적용해 분해를 쉽게 함으로써 다양한 분야로의 응용 가능성을 열었다. 광 감응형 플루오린 발생제를 첨가한 실리콘 탄성 복합체 기반 자외선 감응형 소재는 복구할 수 없는 분해 가능한 소재다. 기존 실리콘과 같은 간단한 합성 프로세스와 뛰어난 기계적 특성을 가졌으며, 가교 구조의 고분자를 쉽고 빠르게 분해할 수 있도록 설계됐다. 연구팀은 해당 재료 시스템을 기반으로 소프트 로봇을 제작하고 주위 환경을 정찰할 수 있는 초박형 전자소자를 제작·탑재해 자외선, 온도, 로봇의 움직임까지 실시간으로 측정하는 로봇 시스템을 구현했다. 프로젝트 주요 저자인 서울대학교 재료과학 및 공학부의 오민하 박사는 "유연한 로봇이 주어진 미션을 완료 후에 붕괴가 필요한 상황이 되면, 로봇이 스스로 붕괴 절차를 밟으며 2시간 이내에 붕괴된다"고 설명했다. 이번에 개발한 로봇의 소재는 경직되지 않은 실리콘 엘라스토머(실리콘 수지)를 기반으로 한다. 내부에는 자외선으로 활성화되는 디페닐요오노늄 플루오라이드(DPI-HFP) 생성기가 분산되어 있으면서, 작은 LED를 통해 자외선 빛에 노출되면 실리콘 소재는 플루오라이드 이온(F −)을 방출하여 구조 전체가 즉시 붕괴된다. 자외선 자극에 반응해 Si-O-Si 결합이 F− 이온을 통해 균열되며 전체 구조가 파괴된다. 연구자들은 이 장치를 테스트하기 위해 다양한 전자 기기(온도 및 자외선을 측정하는 응력 센서 등)에 장착해 테스트를 진행했다. 로봇의 형태는 생분해성 폴리락틱 애씨드(생분해성 폴리머) 형태의 몰드 내에서 DPI-HFP-실리콘 혼합물을 60°C에서 30분 동안 경화시켰으며, 자가파괴 과정은 자외선을 활성화하고 60분 동안 120°C로 녹이는 것으로 시작된다. 이 시스템이 적용돼 파괴된 로봇은 실리콘 복합물과 기능이 없는 얇은 전자 부품을 포함한 오일 형태의 잔여물만 남긴다. 연구팀은 이 기술이 로봇 폐기물을 줄이는 데 도움을 주는 것뿐만 아니라 군사 작전과 접근하기 힘든 지역의 탐사 로봇에도 적용될 수 있다고 예상하고 있다. 연구원들은 사용자 안전을 고려한 액화 로봇 후속 연구를 계속 진행할 계획이라고 전했다.
- IT/바이오
2023-09-12
장수효과 입증된 '스페르미딘' 대체 뭐길래

건강한 삶을 추구하는 인간의 노력이 계속되는 가운데, '슈퍼 푸드'가 최근 건강 트렌드의 중심에 섰다. 지난 몇 년 동안, 학자들은 구기자 열매, 퀴노아, 밀순 등을 주요 슈퍼 푸드로 지목했지만, 이들의 실제 효능이 모두 입증된 것은 아니다. 그러나 통곡류와 빵, 사과 등에 함유된 '스페르미딘'의 경우는 이야기가 다르다. 주로 정액에서 발견되는 이 화합물은 폴리아민 중 하나로 알려져 있으며, 노화한 쥐를 이용한 실험에서 학습 능력의 향상과 수명 연장과의 관련성이 확인되었다. 폴리아민은 단백질과 핵산 합성이 활발한 조직에서 많이 발견되며, 종양 지표로도 사용된다. 독일 일간지 VNP의 보도에 따르면, 인스브루크 대학의 연구에서 '스페르미딘'이 풍부한 식단을 섭취한 참가자들의 사망률이 낮았음이 확인됐다. 이 대학의 연구팀은 20년 이상 800명 이상의 참가자를 대상으로 실험하여 인체 세포의 노화 과정과 관련된 연구 결과를 밝혀냈다. 폴리아민은 세포가 스스로 정화하며 젊어지는 '자가포식'을 촉진하는 물질이다. 그러나 나이가 들면서 이 과정의 효율성이 감소하고, 세포 내에 침전물이 축적되어 치매, 당뇨병, 종양 등의 질병을 유발할 수 있다. 하지만 '스페르미딘'은 자가포식 과정에 긍정적으로 작용한다. 스페르미딘을 음식을 통해 충분히 섭취하면, 세포는 이를 인지하게 되고 자가정화 과정이 재개되어 질병 유발 침전물로부터 세포를 보호하며 노화를 지연시킨다. '스페르미딘'의 인지 능력 개선에 대한 긍정적인 효과는 처음으로 늙은 쥐의 실험에서 확인됐다. 스페르미딘을 함유한 음식과 물을 섭취한 쥐들은 다른 쥐들에 비해 기억력 테스트에서 뛰어난 성과를 보였다. 이러한 결과는 파리와 사람에서도 동일하게 나타났다. 폴리아민의 전체적인 효과는 추가적인 연구가 필요하겠지만, VNP에 따르면 '스페르미딘'의 긍정적인 효과는 명백해 보인다. 스페르미딘은 밀 배아, 건조 대두, 호박씨에서 특히 농도가 높게 측정되었으며, 버섯과 완두콩에도 풍부하게 함유돼 있다.
- 생활경제
2023-09-10

1 2 3 4 5 6 7 8 9