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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(93)] 미국 버팔로대학, 세계 최고 성능 초전도체 와이어 개발…에너지 혁신 앞당겨

미국에서 세계 최고 성능의 초전도체 와이어가 개발됐다. 미국 버팔로 대학교 화학생물공학과 아미트 고얄 교수 연구팀이 세계 최고 성능의 초전도(HTS) 와이어 개발에 성공했다고 Phys. org, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 이번에 개발된 와이어는 섭씨 영하 268도에서 영하 196도 사이의 온도에서 작동한다. 이는 다른 초전도체의 작동 온도인 절대 영도보다는 높지만 여전히 극저온 환경이다. HTS 와이어는 전력 손실 없이 전기를 전송할 수 있어 미래 에너지 시스템의 핵심 요소로 주목받고 있다. 해상 풍력 발전소의 전력 출력을 두 배로 높이고, 초전도 자기에너지 저장 시스템을 구축하는 등 에너지 인프라 분야에서 다양한 활용이 기대된다. 또한, 최근에는 핵융합 원자로, 차세대 이미징 및 분광 기술에도 적용되고 있다. HTS 와이어는 비교적 높은 온도에서 작동하는 장점이 있지만, 제조 비용이 높다는 단점이 있었다. 버팔로 대학교 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 이온 빔 보조 증착(IBAD) 기술과 나노기둥 결함 기술을 결합한 새로운 방식을 개발했다. 나노기둥 결함 기술은 절연 또는 초전도 물질을 초전도체에 통합하여 더 높은 초전류 흐름을 가능하게 하는 기술이다. 연구팀은 희토류 바륨 구리 산화물(REBCO) 와이어에 펄스 레이저 증착 시스템을 사용하여 HTS 필름을 제작했다. 또한 캐나다 맥마스터 대학교와 이탈리아 살레르노 대학교와의 협력을 통해 원자 해상도 현미경 및 초전도 특성 측정을 수행했다. 이번에 개발된 HTS 와이어는 5 켈빈(-268℃)에서 77 켈빈(-196℃)까지 모든 자기장 및 온도에서 최고의 임계 전류 밀도와 고정력을 달성했다. 특히, 4.2 켈빈에서 외부 자기장 없이 제곱센티미터당 1억 9000만 암페어의 전류를 전달했으며, 7 테슬라의 자기장에서는 제곱센티미터당 9000만 암페어를 전달했다. 또한, 상용 핵융합 반응 온도인 20 켈빈에서는 외부 자기장 없이 제곱센티미터당 1억 5000만 암페어, 7 테슬라 자기장에서는 제곱센티미터당 6000만 암페어 이상의 전류를 전달하는 데 성공했다. 이러한 성과는 0.2 마이크론 두께의 HTS 필름으로 달성되었다는 점에서 더욱 주목할 만하다. 일반적으로 이 정도의 전류를 전달하려면 10배 더 두꺼운 HTS 와이어가 필요하다. 이 연구의 책임 저자인 아미트 고얄 박사는 "이러한 결과는 산업이 상업용 코팅 도체의 가격 대비 성능 지표를 크게 개선하기 위해 증착 및 제조 조건을 더욱 최적화하는 데 도움이 될 것"이라면서 "가격 대비 성능 지표를 더욱 유리하게 만드는 것은 초전도체의 수많은 대규모 예상 응용 분야를 완전히 실현하는 데 필요하다"고 말했다. 이번 연구는 학술지 '네이처 커뮤니케이션'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-09
TSMC, 3나노·5나노 반도체 가격 곧 최대 8% 인상

세계 최대 반도체 위탁생산업체인 대만 TSMC가 주력 제품인 3나노(1㎚=10억분의 1m)와 5나노 공정 반도체 가격을 최대 8% 인상할 방침이다. 트렌드포스 등 외신들은 정통한 소식통을 인용해 TSMC가 고객사에 3나노 및 5나노 반도체 가격을 3~8%가량 올리겠다는 계획을 통보했다고 보도했다. TSMC는 가격 인상을 통해 안정적으로 장기적 이익 마진을 확보하겠다는 의도로 분석된다. TSMC는 장기적으로 매출 총이익률을 53% 이상으로 유지하는 걸 목표로 한다. TSMC의 3나노와 5나노 반도체의 경우 생산 용량을 뛰어넘을 정도로 주문이 밀려들고 있다. 3나노와 5나노의 공정 활용률은 100%에 달한다. TSMC의 시장 지배력을 보여준다는 평가다. 고객사들은 이미 가격 인상을 받아들일 준비가 돼 있는 것으로 보인다. 주요 고객사인 엔비디아의 젠슨 황 CEO는 TSMC의 반도체 가격이 너무 낮은 데 공감했으며 가격 인상 조치를 지지했다고 외신들은 전했다. 그 밖에도 TSMC는 '칩 온 웨이퍼 온 서브스트레이트'(CoWos)라는 첨단 패키징 공정을 적용한 제품 가격도 인상하는 안을 검토 중인 것으로 전해졌다. TMSC가 특허권을 가진 고유 공정인 CoWoS는 기존 방식보다 실장 면적이 줄고, 칩간 연결 속도를 높여 고성능 컴퓨팅(HPC) 업계에서 선호된다. 이 공정은 TSMC가 지난해 4분기 글로벌 파운드리 시장에서 61.2%의 점유율로 1위를 차지하는 데 큰 역할을 했단 평가를 받는다.
- IT/바이오
2024-08-09
[파이낸셜 워치(25)] 엔 캐리 규모, 최대 수조 달러 추산…시장 불안 요인 여전해

최근 글로벌 금융 시장을 뒤흔들고 있는 '엔 캐리 트레이드' 규모는 과연 얼마나 될까. 최근 월가 매도의 촉매가 된 엔 캐리 트레이드의 규모에 대해 적게는 수천억 달러(수백조 원)에서 많게는 수조원 달러(수천조원)에 이른다는 추정만 무성하다. '캐리 트레이드'란 이자율이 낮은 지역에서 돈을 빌려 금리가 더 높은 지역의 고수익 자산에 투자해 수익을 창출하는 것을 말한다. 특히 코로나19 이후 지난 3∼4년간 일본이 초저금리를 유지하면서 투자자들 사이에서 엔 캐리 트레이드가 대유행했다. 최근 수년 동안 일본의 이자율은 0%에 가깝거나, 거의 0%로 유지됐다. 앤 캐리 트레이드는 지난 4년 동안 특히 인기를 끌었다. CNN은 7일(현지시간) 투자자는 일본 엔을 소액 수수료로 빌려서 엔비디아 등 미국 기술 주식이나 정부 채권, 부동산 또는 멕시코 페소화 등 신흥시장 통화에 투자했다고 전했다. 이는 최근 몇 년 동안 탄탄한 수익을 제공했다. 이론적으로 엔이 달러에 비해 낮은 수준을 유지하는 한 빌린 돈을 갚지 않고도 여전히 수익을 낼 수 있었다. 일본은 세계 주요국 가운데 유일하게 거의 공짜로 돈을 빌려줬기 때문이라고 CNN은 지적했다. 미국과 유럽 등의 국가가 인플레이션과 싸우기 위해 금리를 인상하는 동안 일본은 경제 성장을 촉진하기 위해 차입 금리를 낮게 유지했다. CNN은 투자자들 사이에서는 이자를 거의 내지 않고 일본 엔화를 빌려서 미국 국채에 투자해 5%의 수익을 내는 것은 당연한 일처럼 여겨졌다고 전했다. 블룸버그 칼럼니스트 존 오서스는 빅 테이크 데일리 팟캐스트에서 "2000년 이후 스탠더드앤드푸어스(S&P)500지수 투자 수익보다 엔화를 빌려서 페소화에 투자한 경우 수익이 더 많았을 것"이라며 "정말 이상한 일"이라고 꼬집었다. 문제는 환율이었다. 몆 주 전부터 엔화 가치가 오르기 시작하면서 캐리 트레이드에서 얻을 수 있는 잠재적 수익이 줄어들기 시작했다. 일본은 지난 3월 금리를 올린데 이어 지난 주 두번째 금리 인상을 단행했다. 일본 중앙은행인 일본은행(BOJ)은 지난 7월 31일 금융정책결정회의에서 단기정책금리를 0.25%포인트(p) 인상했다. 이로써 일본의 단기금리는 0.25%로, 2008년 12월 이후 15개월만에 최고 수준으로 올라섰다. 이로 인해 엔화는 더욱 상승했고, 엔화 기반의 대출 상환 비용이 더 높아지면서 미국 경기 침체 우려와 함께 글로벌 금융시장을 흔들기 시작했다. 엔 캐리 트레이드 규모는 역대 최대인 것으로 보이지만 아무도 정확한 액수를 알지 못한다. 파이낸셜타임스(FT)는 전문가들은 헤지펀드, 패밀리 오피스, 민간 자본, 일본 기업까지 앤 캐리 트레이드 주체가 매우 다양한 것으로 보고 있다고 전했다. 그런데 지난 주 미국 연방준비제도(연준·Fed)가 금리 인하를 강력하게 암시하면서 달러는 약세를 보였고, 미국 기술 주식은 하락했다. 결국 5일 일본 주식 시장은 12.4% 하락해 글로벌 폭락을 촉발했다. 다음날인 6일 일본 주식은 손실의 일부를 회복했고, 미국 주식도 반등했다. 그러나 이러한 안도감은 일시적일 수 있다는 게 전문가들의 지적이다. JP모건 체이스의 글로벌 FX 전략 공동 책임자인 에린덤 산딜라는 "캐리 트레이드 정리는 50~60% 정도 완료됐다"고 말했다. UBS의 글로벌 전략가 제임스 말콤은 2011년 이후 누적된 달러-엔 캐리 트레이드 규모가 5000억달러(약 688조5000억원)에 이르며, 그 중 절반이 지난 2~3년간 추가된 것으로 추정했다. 그는 이 금액 중에서 지난 몇 주간 약 2000억달러(약 275조3200억원)가 청산됐으며, 이는 예상 청산 규모의 75%에 달한다고 밝혔다. 국제결제은행(BIS)에 따르면 국경간 엔화 대출은 2021년 말 이후 7420억달러(약 1021조2146억원)에 달했다. 다만, 이 금액이 전부 캐리 트레이드는 아니다. ING 은행의 분석에 따르면 일본에서 발생한 국경간 대출은 지난 3월 기준 157조엔(약 1477조3700억원)으로 3년 전에 비해 21%나 증가했다. 앞서 지적했듯이 캐리 트레이드에는 환율이 유리하게 작용해야 한다. 일본은행이 지난 주 금리 인상을 단행하고 추가 인상을 예고하자 앤 캐리 트레이드 우려로 글로벌 금융시장이 요동치기 시작했다. 엔화가치가 급등한 것은 지난주말에 발표된 7월 미국 고용통계에서 고용지수가 시장예상치를 훨씬 미치지 못한데다 실업률도 상승해 미국의 경기둔화(리세션) 우려가 부각된 때문으로 분석된다. 엔화 대출을 갚기 위해 투자를 회수하는 엔 캐리 트레이드 청산이 실제로 일부 이루어진 것으로 시장에서는 보고 있다. 그러나 투자자들이 서둘러 캐리 트레이드를 청산할 경우 금융 시장에 대혼란이 벌어질 수도 있다. 프랑스 금융 그룹 소시테에제네랄의 글로벌 매크로 전략가인 킷 주크스는 지난 5일 고객 서한에서 "세계가 본 적이 없는 가장 큰 캐리 트레이드를 마무리하려면 몇몇 사람의 머리가 깨질 수 밖에 없을 것"이라고 말했다. 로저스 인베스트먼트 어드바이저스의 에드 로저스는 주식 시장 매도가 심화되고 있음에도 불구하고 엔 캐리 트레이드는 아직 사라지지 않았다고 말했다. 그는 지난 5일 CNBC에 "확실히 엔 캐리 트레이드에 대한 순간적인 공황이 있을 거라고 생각한다. 저는 그것이 끝났다고 생각하지 않는다"고 말했다. 로저스는 "아직 활용할 수 있는 상당한 이자율 차이가 있지만, 많은 사람들이 기존 포지션을 커버하고자 하고 있고, 엔 캐리 트레이드가 사람들이 두려워하는 것 중 하나가 될 수도 있다"고 덧붙였다. RBC 캐피털 마켓의 글로벌 거시경제 전략가인 피터 샤프릭은 "지금은 조심해야 할 시점"이라고 말했다. 한편, 우치다 신이치 일본은행 부총재는 지난 7일 추가 금리 인상 가능성을 일축하는 발언을 해 시장 불안감을 일시적으로 진정시켰다. 지난주 금융정책결정회의에서의 매파적 발언과 대조되는 그의 발언은 이번 주 초 미국 경기침체 우려와 함께 금융시장을 혼란에 빠트린 '엔 캐리 트레이드 청산'에 대한 우려를 일시적으로 낮췄다. 엔/달러 환율은 우치다 부총재 발언 직후 144엔대 중반에서 147엔대 초반까지 급등하며 엔화 약세 기대감을 키웠다.
- 경제
2024-08-08
[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다

국제해운선이 차지하는 세계 무역의 비중은 80%에 달한다. 해운 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 3%를 차지한다. 그러나 기후 변화가 심각한 현재 해운은 기후 목표를 달성할 수 있는 단계에 오르지 못하고 있다. 지난해, 해운을 규제하는 유엔 기관인 국제해사기구는 다른 산업들과 연계해 2050년까지 제로를 달성하는 것을 목표로 해운 산업의 탄소 배출을 강화했다. 그러나 메탄올, 수소, 암모니아 등 저배출 연료의 공급은 빠르지 않다. 캘리포니아 공과대학(칼텍)의 화학 해양학자 제스 애드킨스가 연료 연소로 인해 배출되는 탄소를 바닷물 소금으로 전환할 수 있는 원자로를 화물선에 장착함으로써 탄소 제로에 도움을 줄 수 있다는 아이디어를 제안했다고 CNN이 보도했다. 애드킨스는 이 방법으로 탄소를 10만 년 동안 가두어 둘 수 있다고 밝혔다. 이 아이디어는 바다에서 이미 자연적으로 일어나고 있는 현상과 비슷하다. 원자로를 설계하고 테스트하는 스타트업 칼캐리아(Calcarea)를 설립한 애드킨스는 이 방법이 지구가 수십억 년 동안 자연적으로 진행해 온 반응이라고 언급했다. 해수는 대기로 방출되는 탄소의 약 3분의 1을 자연스럽게 흡수해 물을 산성화하고 바다에 풍부한 탄산칼슘을 용해시킨다. 탄산칼슘은 산호의 뼈대, 조개 및 바다 바닥의 대부분의 퇴적물을 구성하는 모든 것들을 만든다. 용해된 탄산칼슘은 물 속의 탄소와 반응해 중탄산염을 형성하고 탄소를 가두어 둔다. 바닷물에는 현재 이미 3만8000기가톤(38조 톤)의 중탄산염이 존재한다. 칼캐리아는 선박의 배기 가스를 선체의 원자로로 흘려보내 이런 자연적 과정을 모방하고자 한다. 대부분 탄산칼슘으로 구성된 암석인 석회암과 배기 가스 속의 탄소는 혼합물과 반응, 탄소를 중탄산염의 형태로 가두는 짠 물을 만든다. 애드킨스는 원자로를 통해 선박의 탄소 배출량의 약 절반을 포집해 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 자연계에서는 이 반응이 1만 년 이상 걸리지만 칼캐리아의 원자로에서는 불과 1분이면 된다고 한다. 이는 탄소와 석회암을 서로 밀접하게 접촉시켜 이루어진다. 만들어진 짠 물은 바다로 방출되며, 이는 해양 생물이나 해수의 화학적 균형에 위협이 되지 않는다. 회사는 또 미립자 및 연소되지 않은 연료와 같은 다른 오염 물질과 기타 오염 물질을 제거하기 위해 필터를 추가하는 방안도 강구 중이라고 밝혔다. 애드킨스는 2년 동안 프로젝트를 진행한 후 2023년 1월 회사를 칼텍에서 분사했다. 칼텍의 학부생인 멜리사 구티에레즈, 엔지니어인 피에르 포린, 서던캘리포니아 대학교(USC) 교수이자 지구화학자인 윌 베렐슨 등 세 명이 공동 창립자로 참여했다. 회사는 350만 달러의 초기 자금을 조달하고 시스템 개발에 집중했다. 칼캐리아는 USC 주차장과 로스앤젤레스 항구에 각각 하나씩의 프로토타입 원자로를 건설했다. 5월 말, 칼캐리아는 국제 운송 회사인 로마(Lomar)와 연구개발 협력 계약을 맺었다고 발표했다. 애드킨스는 이를 통해 첫 번째 원자로가 선박에 장착될 것이라고 전했다. 애드킨스는 칼캐리아 솔루션이 해운 산업이 보다 친환경적인 연료로 전환하는 것과 함께, 해운의 탈탄소화에 도움을 줄 수 있다고 확신했다. 더 먼 미래에는 이 원자로가 대기에서 포집된 탄소를 지하에 저장하는 대안으로 활용될 수 있다고 부연했다.
- 산업
2024-08-08
[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어

심장에 붙일 수 있는 반창고가 3D 프린팅으로 제작돼 새로운 질병 치료의 길을 열었다. 미국 콜로라도 볼더 대학교(CU Boulder) 연구팀이 펜실베니아 연구팀과 공동으로 인체 조직의 강도와 신축성을 모두 갖춘 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다고 CU볼더 투데이, 기술 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링 등이 전했다. 가까운 미래에는 생명유지에 필수적인 기관인 심장의 결함이나 손상을 접착형 밴드를 통해 간단히 치료할 수도 있을 것으로 에상된다. 연구팀은 산화 환원 촉진을 통과한 광노출 후 연속 강화(CLEAR)라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발했다. 이 소재는 심장 박동을 견딜만큼 탄력적이면서도 관절에 가해지는 압력을 견딜만큼 강하다. 특히 환자 맞춤형으로 제작할 수 있어 다양한 의료 분야에 활용될 수 있다. 이번 연구 결과는 지난 2일 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 차세대 바이오 소재 연구팀은 이 기술이 심장에 약물을 직접 전달하는 내부 붕대, 연골 패치, 무바늘봉합 등 차세대 바이오 소재 개발의 토대가 될 것으로 기대한다. 연구 책임자인 제이슨 버딕 CU 볼더 바이오프론티어 연구소 교수는 "심장 조직과 연골 조직은 스스로 복구하는 능력이 매우 제한적이라는 점에서 비슷하다. 한 번 손상되면 회복이 어렵다"며 "더 탄력적인 소재를 개발해 복구 과정을 돕는다면 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 기존의 의료용 기기는 주로 몰딩이나 주조 방식으로 제작되어 대량 생산에는 적합하지만, 환자별 맞춤형 제작에는 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술은 다양한 형태와 구조의 소재로 제작할 수 있어 의료 분야에 새로운 가능성을 열고 있다. 3D 프린팅은 살아 있는 세포를 포함한 다양한 재료를 사용해 물체를 층층이 쌓아 물체를 만드는 기술이다. 특히 하이드로젤(콘택트렌즈 소재)은 인공 조직, 장기 임플란트 제[작에 유망한 소재로 주목받았지만, 기존 3D 프린팅 하이드로젤은 의료 분야에 필요한 강도와 유연성이 부족해 늘어나면서 쉽게 찢어지거나, 압력에 의해 깨지거나, 너무 뻣뻣해서 조직에 맞게 성형하기 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 버딕은 기존 3D 프린팅에 대해 "심장에 딱딱한 플라스틱을 붙였다고 상상해 보자. 심장이 뛰는 동안 변형되지 않고 그냥 부러질 것"이라고 설명했다. 새로운 3D 공정은 습한 조직에 붙을 수 있는 견고하고 유연한 소재를 생산해, 기존 프린팅의 문제점을 해결했다. 연구팀은 기존 하이드로젤의 한계를 극복하기 위해 'CLEAR'라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발하여 긴 분자들을 얽히게 만들었다. CLEAR(Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation)는 3D 프린팅 소재에 긴 분자를 얽어 넣어 작동하는 방식이다. 이렇게 제작된 소재는 기존의 DLP(Digital Light Processing, 디지털 광원 처리) 방식으로 제작된 소재보다 훨씬 강하고 동물 조직 및 장기에 잘 부착되는 것으로 나타났다. 장기에 부착 가능한 3D 프린팅 소재 연구팀은 강도와 탄성을 모두 갖춘 3D 프린팅 하이드로젤을 개발하기 위해 벌레의 움직임에서 영감을 얻었다. 벌레는 서로 얽히고 풀리는 과정을 반복하며 3차원 '웜 블롭(worm blob)'을 형성하는데, 이는 고체와 액체의 특성을 모두 가지고 있다. 새롭게 개발된 소재는 엄격한 인장 및 하중 지지 테스트를 거쳤다. 그 중에는 샘플 위에 자전거를 놓는 다소 특이한 절차도 포함됐다. 연구팀은 이러한 테스트를 통해 개발된 소재가 기존 소재보다 월등히 높은 강도와 탄성을 지녔음을 입증했다. 팀은 이 소재가 표준 3D 프린팅 공정을 사용해 만든 소재보다 엄청나게 튼튼하다는 것을 발견했다. 특히 이 소재는 동물 조직과 장기에 대한 호환성과 접착력도 입증했다. 공동 제1저자이자 버딕 연구소의 연구원인 맷 데이비슨은 "이제 우리는 조직을 기계적으로 지지할 만큼 강한 소재를 3D로 인쇄할 수 있다. 이전에는 한 번도 해 본 적이 없다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 심장 결함 복구, 조직 재생 약물 전달, 탈출된 디스크 고정, 수술 부위 봉합 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 특히, 이 기술은 개인 맞춤형 의료 기기 제작에 혁신을 가져올 것으로 예상된다. 또한 이 방법은 경화 과정에 추가 에너지가 필요하지 않아 친환경적이며, 의료 분야뿐만 아니라 연구 및 제조 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 버딕의 연구팀은 예비 특허를 출원했으며, 이들 물질에 대한 조직 반응을 조사하기 위해 추가 연구를 곧 수행할 예정이다.
- 포커스온
2024-08-08
[먹을까? 말까? (47)]틱톡에서 유행하는 '올챙이물', 체중 감량 효과 있을까?

최근 틱톡에서 젊은 세대를 중심으로 물에 불린 치아씨드를 섭취하는 '올챙이 물' 다이어트가 유행하고 있다. 젤리처럼 변한 치아씨 물을 마시면 포만감을 느끼고 체내 노폐물 배출을 도와 체중 감량에 효과적이라는 주장이다. 치아씨드(Chia seed)는 민트과에 속하는 치아(Salvia hispanica)라는 식물의 씨앗이다. 고대 아즈텍과 마야 문명에서 증요한 식량 자원으로 활용되었으며 최근에는 슈퍼푸드로 각광받고 있다. 작고 타원형의 씨앗으로 검은색, 흰색, 갈색 등 다양한 색상을 띠며, 물에 넣으면 젤리처럼 부풀어 오르는 특징이 있다. 따듯한 물 한 컵에 치아씨드 한 스푼을 넣고 10분 정도 두었다가 스푼으로 저으면 젤리 형태의 치아씨드 물이 만들어 진다. 완성된 치아씨드 물은 마치 개구리 알을 연상시켜 '올챙이 물'이라고 부른다. 치아씨드를 물에 불려 젤리 형태가 되면 약간의 톡톡 터지는 식감과 함께 미묘한 견과류 향을 느낄 수 있다. 치아씨드 물은 자체의 맛이 강하지 않아 거의 무(無) 맛에 가까우며, 취향에 따라 레몬이나 꿀, 과일 등을 첨가해서 마시기도 한다. 전문가들은 치아씨드가 건강에 좋고 소화에 도움을 줄 수 있지만, 과도하게 섭취하면 오히려 체중 증가를 초래할 수 있다고 경고했다고 데일리 메일은 지적했다. 료스 페리 의사는 "치아씨드는 지방 함량이 비교적 높기 때문에 과도하게 섭취하면 체중 증가로 이어질 수 있다"고 말했다. 치아씨드 100g에는 약 34g의 식이섬유가 들어 있어, 변비 예방과 장 건강 개선에 도움을 준다. 식물성 오메가-3 지방산인 알파-리놀렌산(ALA)이 풍부해 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추고 심혈관 질환 예방에 기여할 수 있다. 식물성 단백질 공급원으로 근육 생성과 유지에 도움을 준다. 폴리페놀, 플라보노이드 등 항산화 성분이 풍부해 세포 손상을 예방하고 노화 방지에 효과적이다. 그밖에 칼슘, 철분, 마그네슘, 아연 등 다양한 미네랄을 함유하고 있어 뼈 건강, 빈혈 예방, 신진대사 활성화에 도움을 줄 수 있다. 그러나 치아씨드 물이 체중 감량에 직접적인 영향을 미친다는 과학적인 근거는 부족하다. 리사 말리 영양 및 피트니스 코치는 "치아씨드 워터는 체중 감량 해결책이 아니다"라며 "치아씨드 물만 마셔도 마법처럼 날씬해지지는 않는다. 균형잡힌 식단, 규칙적인 운동, 건강한 생활 방식이 함께 이루어져야 체중 감량이 가능하다"고 강조했다. 비니 로빈슨 영양사는 "치아씨드는 포만감을 주지만, 체중 감량을 위해 한 가지 음식에만 의존하는 것은 지속 가능하지 않다"며 "다양한 영양소를 섭취하는 것이 중요하다"고 지적했다. 전문가들은 치아씨드를 물에 불려 먹는 것보다 스무디, 죽, 요거트 등에 첨가해 섭취하는 것이 더 효과적일 수 있다고 조언했다. 치아씨드는 건강에 좋은 식품이지만 '올챙이 물' 다이어트만으로 체중 감량을 기대하는 것은 무리가 있다는 것. 균형 잡힌 식단과 운동을 병행하며 치아씨드를 적절하게 섭취하는 것이 중요하다.
- 생활경제
2024-08-08
심해 플라스틱 오염, 식량 사슬 위협…인류 건강까지 위태롭다

오염원인 플라스틱이 생태계와 먹이사슬을 위협하고 있다. 버려진 플라스틱은 수백 년 동안 바다에 머물러 바다를 오염시키고 있으며, 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근하지 못했던 심해의 일부에서도 커지고 있다. 사람들은 대부분 자신이 생명 유지를 위해 무엇을 먹고 있는지에 대해서는 심각하게 생각하지 않는다. 전문가들이 사람이 섭취하는 해산물들 상당수가 사람들에게 새로운 위험으로 다가오고 있다고 우려하고 있다고 PHYS가 전했다. 엑서터 대학교의 연구팀은 해저에서 수집된 동물 종에 대한 플라스틱의 영향을 연구한 결과 플라스틱이 해양 환경에 큰 위험을 미치며, 인간 건강까지 위태롭게 하고 있다고 밝혔다. 모든 플라스틱은 결국 지구상에서 최고의 생물적 다양성을 갖고 있는 해저로 가라앉아 바다를 오염시키게 된다. 이 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Communications) 저널에 발표됐다. 보고서는 해양 생물이 폐 플라스틱에 노출되는 위험 수준이 지역적인 오염을 그대로 반영할 뿐만 아니라, 생물 종이 주변 환경과 작용하는 먹이사슬 관계도 변화시킨다고 지적하고 있다. 엑서터 대학의 애덤 포터 박사는 "우리는 지구 해저와 그곳에 사는 종에 대해 거의 알지 못한다. 하지만 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근한 적이 없는 심해의 일부 지역에서도 커지고 있다"고 경고했다. 연구팀은 황해나 지중해와 같이 플라스틱 오염 수준이 높은 지역에 사는 동물이 가장 많은 플라스틱을 몸에 포함하고 있다는 것을 발견했다. 미세플라스틱은 93%가 해저 동물에서 발견되었으며, 포식자, 잡식 동물, 청소부로 불리는 퇴적물 섭식자(게, 성게, 오징어 등) 등이 플라스틱을 섭취할 가능성이 가장 높았다. 연구팀원 재스민 가드볼드 교수는 조개, 벌레, 새우와 같은 해저에 사는 유기체는 환경적으로 특별히 중요하지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 바다를 넘어 지구의 전체 자원을 조절하고 재활용하는 데 필수적이며 해양 생태계 먹이 사슬의 기반을 형성한다고 밝혔다. 해산물이 미세플라스틱을 섭취한다면, 해산물을 섭식하는 사람들도 결국은 미세플라스틱을 먹는 것과 다름 없다. 미세플라스틱은 인체 건강에 큰 영향을 미치며 그 중에서도 특정 유형의 암, 심장병, 신장병, 알츠하이머병, 생식 문제 등과 관련이 있다고 보고 있다. 연구 결과는 과학계와 정책입안자가 첫 번째 글로벌 플라스틱 조약을 체결하기에 앞서 행동하고 지식 격차를 메우는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 사람이 몇 초 사용하고 버리는 플라스틱이 수백 년 동안 바다에 남아 먹이 사슬을 타고 결국 인간의 생명을 위협하는 것임을 인지해야 한다는 경고다. 엑서터 대학 타마라 갤러웨이 교수는 "유일한 진정한 보존 전략은 플라스틱, 특히 일회용 플라스틱 생산과 사용을 중단하는 것"이라고 지적했다. 일회용 물병과 플라스틱 비닐 봉지를 버리고, 일회용 건강 및 미용 제품을 교체하고, 플라스틱이 없는 포장으로 브랜드를 지원하는 등의 조치를 취함으로써 바다로 유입되는 플라스틱의 양을 줄이는 노력을 기울여야 한다는 지적이다.
- 생활경제
2024-08-08
[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공

연골을 성공적으로 재생하는 새로운 생리활성 소재가 개발됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 대형 동물 모델을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 위의 사진에 보이는 것처럼 연구팀이 개발한 물질은 젤리처럼 보이지만, 실제로는 연골의 자연 환경을 모방하는 복잡한 분자 구성 요소들로 이루어진 네트워크다. 나노섬유는 분홍색, 히알루론산은 보라색으로 표시되어 있다. 연구팀은 새로운 생체 재료 물질을 동물 모델인 양의 손상된 무릎 연골에 적용한 결과, 6개월 이내에 새로운 연골이 생성되는 것을 확인했다. 새로 생성된 연골은 통증 없는 기계적 탄력성을 가능하게 하는 천연 생체 고분자인 콜라겐 II와 프로테오글리칸을 포함하고 있었다. 팀은 이번 연구 결과가 앞으로 무릎 전치환술을 예방하고, 골관절염과 같은 퇴행성 질환이나 스포츠 관련 부상 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 연골 재생 복구 유도 기대 연구를 이끈 노스웨스턴 대학교의 사무엘 스텁 교수는 "연골은 우리 관절의 중요한 구성 요소"라며 "연골이 손상되거나 시간이 지남에 따라 분해되면 사람들의 전반적인 건강과 이동성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 문제는 성인의 연골은 자연적으로 치유되는 능력이 없다는 것이다. 우리의 새로운 치료법은 자연적으로 재생되지 않는 조직의 복구를 유도할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 스텁 교수 연구팀이 최근 발표한 '춤추는 분자'를 사용해 인간 연골 세포를 활성화시키고 조직 매트릭스를 구축하는 단백질 생산을 촉진하는 연구 결과에 이어 진행됐다. 새로운 연구에서는 '춤추는 분자' 대신 스텁 교수 연구실에서 개발된 하이브리드 생체 재료를 사용했다. 이 새로운 생체 재료는 연골 성장 및 유지에 필수적인 단백질인 TGFb-1에 결합하는 생체 활성 펩타이드와 연골 및 관절의 윤활 활액에 존재하는 천연 다당류인 히알루론산으로 구성되어 있다. 스텁 교수 연구팀은 생체 활성 펩타이드와 화학적으로 변형된 히알루론산 입자를 통합하여 나노 섬유가 연골의 자연 구조를 모방하는 다발로 자가 조직화되도록 유도했다. 목표는 신체 자체 세포가 연골 조직을 재생할 수 있도록 매력적인 골격을 만드는 것이었다. 나노 섬유의 생체 활성 신호를 사용하여 이 물질은 비계를 채우는 세포에 의한 연골 복구를 촉진한다. 슬개골 결함 있는 양 실험 연구팀은 이 물질의 연골 성장 촉진 효과를 평가하기 위해 슬개골에 연골 결함이 있는 양을 대상으로 실험했다. 양의 슬개골은 인간의 무릎과 유사한 복잡한 관절이다. 스텁 교수에 따르면 양 모델 실험은 매우 중요하다. 양의 연골은 인간과 마찬가지로 완고하고 재생하기가 매우 어렵다. 양의 슬개골과 인간의 무릎은 또한 체중 부하, 크기 및 기계적 부하와 유사하다. 이 연구에서 연구진은 걸쭉한 페이스트 같은 물질을 연골의 결함 부위에 주입했고, 이 물질은 고무 같은 매트릭스로 변형됐다. 스캐폴드(Scaffold)가 분해되면서 결함 부위를 채우기 위해 새로운 연골이 자랐을 뿐만 아니라 복구된 조직은 대조군에 비해 품질이 지속적으로 더 높았다. 스텁 교수는 미래에 이 새로운 물질이 개방형 관절 수술 또는 관절경 수술에 적용될 수 있다고 예상한다. 현재 표준 치료법은 미세 골절 수술로, 외과의사가 기저 뼈에 작은 골절을 만들어 새로운 연골 성장을 유도하는 것이다. 스텁 교수는 "미세 골절 접근 방식의 주요 문제점은 기능적인 관절을 위해 필요한 히알라인(유리질) 연골이 아니라 귀에 있는 연골과 같은 섬유 연골이 형성되는 경우가 많다는 것이다. 유리질 연골을 재생함으로써 우리의 접근 방식은 마모에 대한 저항력을 높여야 하며, 장기적으로 이동성 저하와 관절 통증 문제를 해결하고 동시에 대형 하드웨어를 사용한 관절 재건 필요성을 피할 수 있어야 한다"고 말했다.
- 포커스온
2024-08-07
[먹을까? 말까? (46)] 피스타치오, 혈압 건강에 도움 되는 이유는?

견과류가 몸에 좋다는 것을 잘 알려진 사실이다. 피스타치오는 특유의 고소한 맛과 풍부한 영양으로 사랑받는 견과류다. 중앙아시아와 서아시아가 원산지이며, 터키, 이란, 이탈리아에서 주로 생산된다. 피스타치오는 9가지 필수아미노산을 모두 함유한 완전 단백질의 공급원이다. 또한 불포화 지방산이 풍부하고, 섬유질과 항산화제가 들어 있다. 샐러드와 과자, 케이크, 피자 등 다양한 요리와 아이스크림 등 디저트에 활용된다. 피스타치오에는 칼슘, 마그네슘 등 혈압 건강에 도움이 되는 영양소가 풍부하게 함유되어 있다. 또한 나트륨의 영향을 상쇄하고 혈관 기능을 개선해 정상 혈압 수치를 유지하는 데 도움이 되는 칼륨도 풍부하다. 캘리포니아 등록 영양사인 테일러 버그렌에 따르면 피스타치오는 혈압을 조절하고, 눈 건강과 체중 관리에 도움이 된다. 껍질을 벗기지 않은 무염 피스타치오 1인분(1온스, 약 28g)에는 165kal의 열량이 들어 있다. 그리고 단백질 6g, 총 지방 13g, 포화지방 2g, 탄수화물 8g, 식이섬유 3g, 총 당 2g, 콜레스테롤 0mg, 나트륨 1.7mg, 마그네슘 30mg, 엽산 14mg, 칼륨 277mg이 함유되어 있다. 혈압 건강에 도움 피스타치오는 불포화 지방산과 항산화 성분이 풍부해 콜레스테롤 수치를 낮추고 혈관 건강을 증진시키는 데 도움을 줄 수 있다. 낮은 혈당 지수와 풍부한 식이섬유로 혈당 조절에 도움을 줄 수 있으며 당뇨병 예방에도 효과적일 수 있다. 피스타치오의 녹색과 보라색은 루테인과 제아잔틴이라는 두 가지 카로티노이드 성분 때문이다. 이들은 눈을 보호하는 중요한 역할을 하며, 노화 관련 황반 변성이나 백내장과 같은 시력 손실을 유발하는 안과 질환 예방에 도움을 줄 수 있다. 단백질과 섬유질이 풍부해 포만감을 높여 과식을 예방하는 데 도움이 된다. 또한 피스타치오는 장 건강에도 도움을 줄 수 있다. 섬유질은 규칙적인 배변 활동을 돕고, 장내 유익균 증식을 촉진하는 부티르산 생성을 돕는 것으로 알려져 있다. 피스타치오 섭취시 주의점 하지만 견과류 알레르기가 있는 경우 피스타치오 섭취는 피해야 한다. 다른 견과류 알레르기가 있는 경우 전문가와 상담후 피스타치오 섭취 여부를 결정해야 한다. 소화기 문제를 겪는 사람들도 피스타치오의 높은 섬유질 함량으로 인해 불편함을 느낄 수 있다. 또한 신장 결석이나 높은 칼륨 수치를 가진 사람들은 피스타치오 섭취 전 의료 전문가와 상담해야 한다. 피스타치오는 지방 함량이 높아 과다 섭취하면 체중 증가의 원인이 될 수 있으므로 적당히 섭취하는 것이 좋다.
- 생활경제
2024-08-06
[신소재 신기술(90)] 사람 대신 로봇이 간다!⋯위험 지역 누빌 AI 로봇, 영국서 개발

영국 스타트업 옥스포드 다이내믹스(Oxford Dynamics)가 인간이 접근하기 위험한 지역이나 재난 현장에 투입될 수 있는 인공지능(AI) 로봇 '스트라이더(Strider)' 개발에 나섰다. 이 회사는 영국 국방부와 100만 파운드(약 17억4900만원) 규모의 계약을 체결하고 화학, 생물학, 핵, 치명적인 방사능 사고 현장에서 활용 가능한 스트라이더 로봇을 개발 중이라고 BBC가 전했다. 2020년 설립된 옥스포드 다이내믹스는 영국 옥스포드 하웰에 위치한 스타트업으로 인공지능 기반 로봇을 개발하고 있다. 이 회사는 지난해 11월부터 스트라이더 로봇 개발을 시작했으며, 오는 9월까지 영국 국방과학기술연구소(DSTL)에 납품할 예정이다. 이 로봇은 2018년 발생한 솔즈베리 노비촉 독극물 공격과 같은 사건 현장에서 오염된 물체를 밀봉된 용기에 담거나, 사람이 방호복을 입고 수행하기 어려운 작업을 수행할 수 있도록 설계됐다. '솔즈베리 노비촉 독극물' 사건은 2018년 3월 4일 영국 솔즈베리에서 발생한 것으로, 러시아 이중 스파이였던 세르게이 스크리팔과 그의 딸 율리아 스크리팔이 러시아에서 개발된 군사용 신경작용제인 노비촉에 중독되어 의식 불명인 상태로 발견된 것을 말한다. 당시 영국 정부는 이 사건을 러시아 소행으로 규정하고, 러시아 외교관 23명을 추방하는 등 강력한 제재 조치를 취했다. 당시 이 사건은 국제 사회에 큰 충격을 안겨 주었으며, 영국과 러시아 간의 외교 관계를 악화시키는 발단이 됐다. 또한 화학무기 사용에 대한 국제사회의 경각심을 높이고, 화학무기금지기구(OPCW)의 역할이 부각되는 계기가 됐다. 옥스포드 다이내믹스의 마이크 로튼 이사는 로봇 현장 투입에 대해 "잠재적으로 치명적인 물질을 처리하기 위해 사람 대신 기계를 보낼 수 있다"고 말했다. 스트라이더 로봇은 적외선, 레이더, 라이다(LiDAR, 빛 감지 및 거리 측정) 시스템을 활용해 험난하고 알려지지 않은 지형에서도 작동 가능하다. 또한 향후에는 영화 '아이언맨'에 등장하는 자비스에서 영감 받은 '매우 지능적인 시스템'이라는 뜻의 AVIS AI 소프트웨어를 탑재해 더욱 지능적인 임무 수행을 가능하게 할 계획이다. 옥스포드 다이내믹스는 이 기술을 잠수함이나 전투기에도 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 궁극적으로 수천 대의 스트라이더 로봇을 생산해 전 세계에 공급하는 것을 목표로 하고 있다. 영국 환경식품농무부(Defra)의 이완 데이비스는 "오랫동안 내부적으로 논의해온 개념이 매우 유능하고 유연한 플랫폼 형태로 빠르게 구체화되는 것을 보는 것은 매우 흥미롭다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-08-06
[우주의 속삭임(39)] 달, 지구 멸종 위기종의 '노아의 방주' 될까?

달이 지구에서 멸종 위기에 처한 생물의 생물학적 냉동 샘플을 보관하는 장소가 될 수 있을까. 수십억 년 동안 햇빛을 받지 못한 달의 극저온 암흑 지역이 멸종 위기종 샘플을 보관할 적당한 장소로 사용될 수 있다는 새로운 연구가 발표돼 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 지구에는 최대 800만 종의 생물이 존재하며, 이 중 100만 종 이상이 멸종 위기에 처해 있을 것으로 추정된다. 그러나 더 우려되는 것은 이 추정치가 빙산의 일각일 수 있다는 점이다. 인간이 찾아내 공개되기도 전에 멸종되는 종이 많을 수도 있기 때문이다. 실제로 생물 도감에 올라 있는 종은 전체 종의 적은 비중이라는 주장도 많다. 스미소니언 국립 동물원 및 보존 생물학 연구소의 메리 하게돈 연구팀은 지구상 생물종의 멸종에 대비해 달에 멸종 위기 생물 샘플 저장소를 만드는 것이 가능한가를 탐구했다. 새로운 개념의 냉동 세포 저장소는 궁극적으로 섬유질 세포로 동물 피부 샘플을 냉동 보존해 섬유아세포라고 하는 세계의 멸종 위기종의 다른 조직이나 기관을 연결하는 것이다. 달 생물 저장소는 '냉동 보존'이라는 공정을 사용한다. 이는 본질적으로 세포 물질을 심층 동결하고 달의 영구적인 자연 환경을 이용해 생물학적 정지 상태를 유지하는 것이다. 연구팀은 "지상의 경우 수많은 인위적 요인으로 인해 많은 종과 생태계가 불안정하고, 환경 악화로 멸종 위협에 직면해 있다. 종의 위기는 자연 환경에서 회복될 수 있는 능력보다 더욱 빠른 속도로 진행되고 있다"고 우려했다. 연구팀은 위기에 처한 생물 종을 구할 수 없다면, 적어도 냉동 보존을 통해 일부 생물을 구할 수 있다고 주장했다. 또한 보관하는 샘플을 이용해 복제할 수도 있다고 했다. 팀은 "우리는 이미 지구상에서 생물학적 샘플을 냉동 보존할 수 있는 기술과 능력을 보유하고 있지만, 장기적인 보관은 어려운 것으로 판명됐다"고 말했다. 그 이유는 지구에는 냉동 보관하기에 충분한 자연적 장소가 없고, 따라서 샘플을 냉동 보관하기 위해 기술과 돈에 의존해야 하기 때문이다. 반면 달의 극지방에는 20억 년 이상 햇빛이 비치지 않는 분화구 바닥과 같은 영구적으로 그늘진 지역이 있다. 이 지역의 온도는 대개 섭씨 영하 196도 이하로 유지된다. 연구팀은 달의 이러한 낮은 온도를 활용해 장기 냉동보존 저장 시설을 건설하고 샘플을 수동 냉각할 것을 제안했다. 물론 이를 실현하는 데는 앞으로도 수십 년이 걸릴 것으로 예상된다. 프로젝트가 실행돼도 극복해야 할 물류적인 장애물이 적지 않다. 샘플은 우주로의 수송을 위해 적절하게 포장되어야 하며, 달의 높은 수준의 방사선으로부터 보호되어야 한다. 여기에 더해 국제 협력과 자금 조달 문제도 있다. 그래도 달은 생물 저장소로서 적절한 장소라는 지적이다. 연구팀은 이미 육식성 푸른 반점 물고기인 청별망둑(Asterropteryx semipunctata)으로 이 프로젝트를 진행하기 위한 연구를 시작했다. 이 연구 보고서는 '바이오사이언스(BioScience)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-08-06
[먹을까? 말까?(45)] 퀴노아, 매일 먹으면 놀라운 효능 7가지

건강에 대한 관심이 높아지면서 퀴노아가 현대인의 식단에서 중요한 역할을 하고 있다. 퀴노아는 단백질, 섬유질, 항산화물질 등 다양한 영양소가 풍부해 '슈퍼 곡물'로 불리며 인기를 얻고 있다. 퀴노아는 남아메리카 안데스산맥 고산지대에서 약 5000년 전부터 재배되어온 곡물이다. 쌀보다 작고 둥근 모양이며 흰색, 붉은색, 검은색 등 다양한 색을 띤다. 잉카 문명에서는 '곡물의 어머니'라고 불릴 정도로 중요한 식량 자원이었다. 퀴노아는 비타민, 미네랄뿐만 아니라 9가지 필수 아미노산을 모두 함유한 완전 단백질 공급원이며, 글루텐이 없어 글루텐 불내증 환자도 섭취할 수 있다. 항암·혈당 조절 등 퀴노아의 7가지 효능 조리하기 쉽고 부드러운 식감으로 어떤 식사에도 잘 어울리는 퀴노아의 7가지 건강 효능은 다음과 같다. 먼저 퀴노아에 함유된 페놀 화합물, 다당류, 사포닌 등 생리활성 물질은 항염증 및 항산화 효과를 갖는다. 또한 세포 건강을 보호하고 간암, 자궁경부암 등 특정 암 예방에 도움을 줄 수 있다는 연구 결과가 있다. 퀴노아에는 플라보노이드, 폴리페놀 등 항산화 물질이 풍부해 세포 손상을 예방하고 염증을 줄이는데 도움을 줄 수 있다. 퀴노아의 단백질과 섬유질은 혈당 조절에 기여하며, 페놀 화합물은 탄수화물 소화 속도를 늦춰 식후 혈당 급증을 억제하는 데 도움을 줄 수 있다. 2022년 영약학 학술지 '뉴트리언트'에 따르면 혈당 수치가 100~125mg/dl인 65세 이상 참가자들이 4주 동안 퀴노아를 섭취한 결과 혈당이 현저히 감소했고 체중 감량 효과도 있었다고 한다. 또한 퀴노아에 풍부한 섬유질은 포만감을 높이며 소화를 돕고 장내 유익균 증식을 촉진할 수 있다. 게다가 퀴노아의 섬유질은 LDL 콜레스테롤 수치를 낮추는 데 도움을 줄 수 있으며, 풍부한 오메가-3 지방산 또한 심혈관 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 퀴노아는 글루텐이 없어 글루텐 불내증 환자에게 좋은 대안이 될 수 있다. 퀴노아 씨앗에는 필수 아미노산이 풍부한 글루텐 프리 단백질이 함유되어 있다. 또한 철분이 풍부해 철분 결핍성 빈혈 예방에 도움이 될 수 있다. 퀴노아의 영양 성분 퀴노아는 최근 전세계적으로 생산 및 소비가 증가하고 있다. 퀴노아에는 오메가-3 지방산, 아미노산, 단백질 등이 풍부하며, 세계 영양실조 문제 해결에 기여할 수 있다는 연구 결과도 있다. 퀴노아 1컵(조리된 상태)에는 222kcal(칼로리)가 들어 있고 영양 성분은 탄수화물 39g, 식이섬유 5g, 당 2g, 단백질 8g, 지방 4g, 포화지방 1g 미만, 나트륨 13mg 등이 들어 있다. 퀴노아는 또한 망간, 엽산, 아연, 철분, 인, 마그네슘, 비타민 B1 등 다양한 영양소도 풍부하게 함유하고 있다. 건강에 대한 관심이 높아지면서 퀴노아는 현대인의 식단에서 중요한 역할을 하고 있다. 퀴노아는 밥, 샐러드, 수프, 죽 등 다양한 요리에 활용할 수 있으며, 최근에는 퀴노아를 이용한 가공식품도 많이 출시되고 있다.
- 생활경제
2024-08-02
[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발

영국에서 화장품 미세플라스틱을 대체할 수 있는 신소재가 개발됐다. 미세플라스틱은 크기가 5mm 이하인 작은 플라스틱 조각으로, 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱의 두 가지 경로로 생성된다. 1차 미세플라스틱은 처음부터 작은 크기로 만들어진 플라스틱이다. 예를 들어 세안제와 치약 등에 들어 있는 미세플라스틱 알갱이, 화장품에 사용되는 마이크로비즈, 플라스틱 제품 제조 과정에서 발생하는 작은 플라스틱 조각 등이 있다. 2차 미세플라스틱은 큰 플라스틱 제품이 자외선이나 파도 등에 의해 작게 쪼개지면서 생긴 것을 말한다. 예를 들면 비닐봉투, 플라스틱 페트병, 합성섬유 의류 등이 2차 미세플라스틱이 생기는 원인이 될 수 있다. 미세플라스틱은 너무 작아서 하수 처리 시설에서 걸러지지 않고 강이나 바다 등으로 흘러들어가 환경 오염을 일으킨다. 또한 먹이 사슬을 통해 물고기, 조개 등 해양 생물의 몸 속에 축적되어 결국 우리 식탁까지 위협할 수 있다. 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)' 개발 이러한 환경 오염 문제를 해결하기 위해 생분해성 폴리머 전문 기업인 테이샤 테크놀로지스(Teysha Technologies)는 유럽 화장품 산업에서 사용되는 미세 플라스틱을 대체할 수 있는 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)'을 개발했다고 프로페셔널 뷰티가 전했다. 테이샤는 글로벌 기업들과 협력해 아기풀을 석유 기반 폴리카보네이트 플라스틱 대체제로 활용해 화장품 산업의 미세플라스틱 폐기물을 크게 줄일 계획이다. 영국 소비자들은 65% 이상이 지속 가능한 대안을 찾기 위해 화장품 구매 시 '클린 성분'을 중요하게 여기는 것으로 나타났다. 영국은 2018년에 화장품 미세 플라스틱 사용을 금지했지만, 여전히 증점제(액체의 점성을 높여서 걸쭉하게 만드는 물질), 필름 형성제, 안정제 등 다른 성분을 통해 미세플라스틱이 배출되고 있다. 유럽화학물질청(ECHA)에 따르면 매년 화장품에서 발생하는 미세플라스틱 약 8700톤 중 절반 가량이 환경으로 유출되고 있다. 인류가 화석 연료로 만든 플라스틱을 사용하기 시작한 것은 1세기가 조금 넘었다. 2차 세계 대전 이후 수천 개의 새로운 플라스틱 제품의 생산과 개발이 가속화되면서 오늘날 플라스틱이 없는 삶은 상상할 수도 없게 됐다. 오늘날 일회용 플라스틱은 매년 생산되는 플라스틱의 40%를 차지하고 있다. 세계 각국은 급속히 늘어난 일회용 플라스틱 제품을 처리하기 위해 골머리를 앓고 있다. 테이샤가 개발한 아기풀은 생분해성 바이오 플라스틱 신소재다. 농업 부산물이나 식품 폐기물 등 천연 원료에서 추출되며, 미세플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적인 소재로 주목받고 있다. OECD 생분해성 인증 획득 아기풀은 자연 분해돼 무해한 당 성분으로 변하며, OECD 310 테스트를 통과해 생분해성 인증을 획득했다. 테이샤 테크놀로지스는 다양한 제품 라인, 생산 기술 및 고객 요구 사항에 맞춰 아기풀 화학물 및 제형 테스트를 진행했다. 아기풀 성분은 테이샤의 천연 제품 폴리카보네이트 플랫폼을 통해 추출된다. 이 플랫폼은 다양한 용도에 맞게 특성을 조절할 수 있는 폴리머를 생산할 수 있다. 재생 가능한 자원으로 만들어진 이 폴리머는 강도와 유연성을 모두ㅠ 갖추고 있으며, 가수분해를 통해 환경에 유익한 부산물로 분해된다. 구체적으로 말하자면, 폴리하이드록실 천연 재료는 단량체 구성 요소로 활용되고, 일반적인 엔지니어링 재료에서 발견되는 탄산염은 연결체로 사용된다. 폴리카보네이트의 구성에는 당류와 퀴닌산이라는 두 가지 폴리하이드록실 천연 단량체가 사용되었으며, 이를 변형하여 다양한 다양한 선형 및 초분지 폴리머와 공중합체를 생산할 수 있다. 다양한 내구성을 갖춘 '맞춤형' 플랫폼 테이샤의 플랫폼은 다양한 천연 단량체와 티올 공단량체를 조합하여 최종 제품의 강도, 열 안정성, 분해 속도를 조절할 수 있는 '맞춤형' 시스템이다. 또한 다양한 용매와 첨가제를 사용해 최종 폴리머 네트워크의 특성을 변경할 수 있다. 이를 통해 다양한 최종 제품을 만들 수 있으며, 각 제품은 사용 기간 동안 환경에 안정적으로 유지되도록 설계된다. 또한 특정 자연 조건에 장기간 노출될 때 무해한 물질로 분해되도록 설계할 수 있다. 테이샤 테크놀로지스의 최고기술책임자(CTO)인 카렌 울리 박사는 "아기풀과 같은 생분해성 소재를 화장품에 적용하는 것은 지속 가능한 제품에 대한 소비자들의 요구를 충족시킬 뿐만 아니라 업계의 새로운 기준을 제시하는 것"이라며 "소비자와 환경 모두를 위해 더 안전한 미용 제품을 만드는 데 앞장서게 되어 기쁘다"고 말했다.
- 생활경제
2024-08-02
[기후의 역습(36)] 남극 빙붕 아래서 특이한 눈물방울 패턴 발견

남극 해안에 떠다니는 빙붕의 아래쪽에서 전에 본 적이 없는 눈물방울 모양의 패턴이 발견됐다고 라이브사이언스가 전했다. 연구 결과는 최근 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 발표됐다. 이 패턴은 스웨덴 예테보리(Gothenburg) 대학 해양학 안나 볼린(Anna Wåhlin) 교수팀의 주도 아래 수행된 탐사 도중 서남극의 닷슨(Dotson) 빙붕 아래에서 발견됐다. 탐사 당시 일종의 수중 로봇(드론)인 원격조종차량(ROV)은 빙하 아래 17km까지 잠수해 얼음 밑면을 따라 1000km 이상을 이동하며 조사 중이었다. 닷슨 빙붕은 뉴욕시의 7배 크기인 50km 폭의 떠다니는 얼음덩어리로, 서남극의 마리버드랜드(Marie Byrd Land) 해안에 위치해 있다. 이곳은 서남극 빙상의 일부로, 빙하 붕괴로 전체 빙상이 붕괴되면 전 세계 해수면은 무려 3.4m나 상승할 수 있는 민감한 곳이다. 연구팀은 ROV를 얼음 아래로 내려보내 소나(수중음파탐지기)로 빙하의 아랫면을 스캔함으로써 빙하 아랫면의 가장 광범위하고 완전한 그림을 만들어 냈다. 이는 350m 두께의 빙붕을 위협하는 요인들을 더 자세히 조사하기 위함이었다. 이전의 연구에서는 꾸준한 침식이 빙상 가장자리를 갉아내고 있으며, 따뜻한 바닷물이 빙상 밑면으로 스며들고, 결국 빙상은 육지에서 떨어져 나가 붕괴가 불가피하다는 사실이 밝혀졌다. 이번 연구는 그 후속으로 실제 빙붕 상황을 조사한 것이다. 학계에서 예상했던 대로, 연구팀 조사 결과 빙하는 수중 해류가 바닥을 침식하는 지점에서 가장 빨리 녹고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 빙하를 가로지르는 균열은 얼음이 녹은 물이 표면으로 이동하도록 유도한다는 것도 보여주었다. 연구팀은 "남극의 얼음 순환과 얼음이 대륙에서 바다로 이동하는 과정을 이해하려면 얼음이 아래에서 어떻게 녹는지 이해해야 한다. 이는 육지의 얼음을 바다로 밀어내는 중요한 과정이다"라고 설명했다. 탐사 과정에서 연구팀은 예상과 달리 빙하의 바닥이 매끄럽지 않고, 얼음의 봉우리와 골짜기에서 나오는 눈물방울 모양으로 얼룩덜룩하다는 것을 발견했다. 이러한 모양 중 일부는 길이가 최대 400m에 달하는 것도 있었다. 연구팀은 이 패턴이 지구의 자전에 따라 물이 빙하 아랫면을 가로질러 이동하면서 고르지 않게 녹아 발생한 모양이라고 추정했다. 지구에서 움직이는 물은 '코리올리 효과'의 영향을 받는데, 이 효과는 남반구에서 지구 운동 방향의 왼쪽으로 작용한다. 그 결과 '에크만 나선'이라는 나선 흐름 패턴이 나타난다. 이는 바람이 바다 표면 수역을 지날 때 흔히 나타나지만, 물이 얼음 위를 지날 때도 나타날 수 있다. 팀은 "얼음을 녹이려면 많은 에너지가 필요하다. 따라서 남극의 모든 빙하는 거대한 지구의 온도 안정제와 같다. 즉 남극은 지구 기후 시스템을 유지하는 핵심이다"라며 "남극 빙상이 높은 속도로 바다로 흘러 들어가면 해수면 상승에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 남극 지방에서의 빙붕 탐사는 미래의 해수면 상승 억제에 기여할 수 있다"고 지적했다.
- 포커스온
2024-08-02
[신소재 신기술(88)] 플라스마 처리 목재에서 빛 흡수율 99% 이상 '슈퍼블랙' 신소재 탄생

캐나다 과학자들이 목재를 이용해 거의 모든 빛을 흡수하는 '슈퍼블랙' 신소재 개발에 성공했다. 브리티시컬럼비아 대학교(UBC) 필립 에반스 교수 염구팀은 목재의 방수성을 높이기 위해 고에너지 플라즈마를 처리하는 과정에서 우연히 슈퍼블랙 물질을 개발했다고 뉴아틀라스가 7월 31일(현지시간) 보도했다. '닉실론(Nxylon)'이라는 상표가 붙은 이 소재는 그리스 신화의 밤의 여신인 '닉스(Nyx)'와 그리스어로 나무를 뜻하는 '그쉴론(xylon)'에서 이름을 따왔다. 에반스 교수와 박사과정 학생 케니 정은 방수성을 높이기 위해 톱질한 린든나무 샘플의 표면을 플라즈마 처리했을 때 목재를 구성하는 다공성 세포의 잘린 끝부분의 구조가 바뀐 것을 발견했다. 신소재 '닉실론'은 빛을 1% 미만으로 반사하며, 일반 검은색 페인트(최소 2.5% 반사)보다 빛 반사율이 훨씬 낮다. 또한 린든나무 외의 여러 종류의 나무에서 0.5~1mm두께의 얇은 닉실론 시트를 생산할 수 있어서 횰용도가 높을 것으로 기대된다. 닉실론은 망원경, 태양광 전지, 보석, 시계 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 특히 고가의 흑단이나 장미목을 대체할 저렴하고 지속 가능한 대안으로 주목받고 있다. 현재 닉실론은 반타블랙(Vantablack) 보다 빛을 조금 더 많이 반사하지만, 에반스는 닉실론 기술이 더 발전하면 상황이 바뀔 것이라고 말했다. 또한 반타블랙은 깨지기 쉽고 비용이 많이 드는 수직 방향의 탄소 나노튜브로 구성되어 있는 반면, 닉실론은 그렇지 않다. 2014년 대중에게 공개된 반타블랙은 빛을 99.965% 흡수하는 가장 검은 물질 중 하나다. 서레이 나노시스템(Surrey NanoSystem)이라는 영국 회사에서 상용화했으며, 탄소 나노튜브를 수직으로 배열해 빛이 물질에 갇히도록 만드는 원리로 작동한다. 에반스는 "닉실론은 재생 가능한 목재로 만들어지며, 참피나무 한 그루로 약 20만개의 시계 화면을 만들 수 있다"며 "우리는 표면을 덜 깨지게 만드는 방법을 찾아냈다. 닉실론 시트는 30분 만에 만들 수 있다. 상업적 생산을 위해 설계된 장치를 사용하면 공정 속도를 높일 수 있다고 확신한다"고 설명했다. 연구팀은 앞으로 닉실론의 빛 반사율을 더욱 낮추고 내구성을 강화할 연구를 이어갈 계획이다. 또한 스핀오프 회사인 닉실론 코퍼레이션 오브 캐나다를 통해 상용화를 추진할 예정이다. 이번 연구 결과는 최근 '어드밴스드 지속가능 시스템((Advanced Sustainable Systems)' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-01
[퓨처 Eyes(45)] 美 유타대, 공기 중 수분으로 식수 만드는 '마법 장치' 개발

극심한 물 부족 문제를 해결할 혁신적인 기술이 등장했다. 미국 유타 대학교 공학 연구팀은 공기 중의 수분을 포집하여 깨끗한 식수를 생산하는 소형 장치 개발에 성공했다고 테크익스플로어와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 지난 7월 26일 학술지 '셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)'에 게재된 연구 내용에 따르면, 연구팀은 연료를 사용하는 흡착식 대기 중 물 포집(AWH) 장치를 개발했다. 이 장치는 특수 흡착제를 이용해 공기 중 수분을 흡수한 후, 열을 가해 물 분자를 액체 상태로 변환시키는 방식으로 작동한다. 현재 물 부족으로 어려움을 겪는 나라가 많다. 특히 중동과 북아프리카, 남아시아 지역은 극심한 물 부족에 시달리고 있다. 중동 및 북아프리카 지역은 전 세계에서 물 부족이 가장 심각한 지역으로, 인구의 83%가 물 부족에 시달리고 있다. 그중 예멘, 리비아, 요르단, 이란, 이라크 등이 심각한 물 부족 국가로 꼽힌다. 남아시아 인구의 74%도 물 부족에 노출되어 있으며, 인도, 파키스탄, 아프가니스탄 등이 대표적인 물 부족 국가다. 사하라 이남 아프리카 지역은 극심한 가뭄으로 인해 식수와 생활용수 부족 문제가 심각하며, 에티오피아, 케냐, 소말리아 등이 큰 어려움을 겪고 있다. 지구 대기에는 유타 주의 그레이트 솔트 호수를 800번 채울 수 있는 엄청난 양의 물이 존재한다. 대기 중에서 수분을 추출하는 기술은 만성적인 물 부족에 시달리는 전 세계 수십억 명에게 깨끗한 식수를 공급할 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 다공성 물질을 흡착제로 사용 기존의 대기 중 수분 포집(AWR) 기술은 크기, 비용, 효율성 측면에서 여러 단점을 가지고 있었다. 그러나 유타대 공학 연구팀은 건조한 지역에서도 공기를 식수원으로 활용하는 데 한 걸음 더 다가갈 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 연구팀은 개발한 최초의 소형 급속 순환 연료 기반 AWH 장치를 공개했다. 이 2단계 프로토타입은 흡습성 물질을 사용해 습하지 않은 공기에서 물 분자를 끌어낸 다음, 열을 가해 물 분자를 액체 상태로 방출한다. 연구팀은 '금속 유기 골격체(MOF)'라는 다공성 물질을 흡착제로 활용했다. MOF는 레고 블록처럼 다양한 구조로 재배열할 수 있으며, 연구팀은 알루미늄 푸마레이트를 이용해 물 분자만 선택적으로 흡착하도록 설계된 MOF를 개발했다. 이 MOF는 흡착 과정에서 열을 방출하는 발열 특성을 가지고 있어, 열을 가하면 흡착된 물 분자를 쉽게 방출할 수 있다. 연구를 주도한 유타대 사마르 라오 기계공학과 조교수는 "공기 중의 수증기만 흡착하고 다른 것은 흡착하지 못하도록 만들 수 있다. 정말 선택적이다"라고 설명했다. 물, 하루 5리터 생산 이 연구의 수석 저자인 대학원생 네이션 오티즈와 함께 개발한 시제품은 1kg의 흡착제로 하루 5리터의 물을 생산할 수 있다. 즉, 3일 만에 15리터의 물을 생산할 수 있으며, 이는 일반적인 물 휴대량을 넘어서는 수준이다. 연구팀은 흡착제로 대기 중의 수분을 추출한 뒤 군용 캠핑 스토브를 활용해 열을 가하고 물을 응축시켜키는 방식을 채택했다. 이는 에너지 밀도가 높은 연료를 사용해 건조한 환경에서도 물을 효율적으로 생산할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이번 연구는 미국 국방부가 지원하는 DEVCOM 솔저 센터(Soldier Center) 프로그램의 일환으로 진행됐다. 군은 물 공급이 제한적인 외딴 지역에서 작전하는 병사들에게 수분을 공급하기 위한 기술 개발에 관심을 가지고 있다. 연구팀은 이 장치가 병사들이 큰 물통을 휴대하지 않고도 필요할 때마다 물을 생산할 수 있도록 해줄 것으로 기대하고 있다. 라오 교수는 "우리는 군인들이 작고 컴팩트한 물 생성 장치를 갖고 물이 가득 찬 큰 물통을 갖고 다닐 필요가 없도록 방위용 애플리케이션에 대해 특별히 살펴보았다"며 "이것은 말 그대로 수요에 따라 물을 생산할 것"이라고 말했다. 민간 활용 위해 특허 출원 중 연구팀은 이 기술을 군사용뿐만 아니라 일반 가정에서도 활용할 수 있도록 특허 출원을 진행 중이다. 특히 물 부족 문제를 겪는 지역에서 식수 공급에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 "기존 대기 중 물 포집 기술은 크기, 비용, 효율성 문제로 실용화에 어려움을 겪었지만, 이번에 개발한 장치는 이러한 문제를 해결하고 실용성을 높였다"며 "물 부족 문제를 겪는 전 세계 수십억 명에게 깨끗한 식수를 공급할 수 있는 잠재력을 지니고 있다"고 강조했다. 특히 가정에서 하루 평균 15~20리터의 식수를 소비한다는 점을 고려할 때, 이 장치가 가정용 식수 문제 해결에도 크게 기여할 것으로 기대된다. 하지만 아직 시제품 단계이며, 태양광 대신 연료를 사용하는 방식이기 때문에 환경 문제를 고려해야 한다는 지적도 있다. 연구팀은 앞으로 효율성과 안전성을 높이고, 실제 환경에서의 성능을 검증하는 추가 연구를 진행할 계획이다.
- 포커스온
2024-08-01
[신소재 신기술(87)] 하버드 중퇴생 출신 개발자, AI 목걸이 'Friend'로 외로움 해소 나서

대화형 인공지능(AI)이 목걸이 형태로 출시돼 사람들의 외로움 달래기에 나선다. 코로나19 추적 웹사이트를 개발해 웹비 어워드(Webby Award)를 수상한 아비 쉬프만(Avi Schiffmann, 21)이 이번에는 AI 기반 목걸이 형태의 기기 '친구(Friend)'를 선보였다고 테크크런치가 30일(현지시간) 보도했다. 쉬프만은 카페인 캐피털의 레이몬드 톤싱, Z 펠로우즈 설립자 코리 레비, 솔라나 설립자 아나톨리 야코벤코와 라지 고칼, 모닝 브루 CEO 오스틴 리프 등으로부터 5000만달러의 기업 가치 평가를 받으며 250만달러의 투자금을 유치했다. 회사는 30일 99달러에 판매되는 기본 흰색 버전의 Friend 사전 예약을 시작했으며, 2025년 1월 배송될 것이라고 밝혔다. Friend는 생산성 향상 보다는 외로움 해소에 초점을 맞춘 제품이다. 블루투스를 통해 스마트폰과 연결되어 사용자의 음성을 상시 듣고 반응한다. 사용자는 기기의 버튼을 눌러 대화를 시작할 수 있으며 Friend는 앱을 통해 문자 메시지 형태로 응답한다. 또한 Friend는 사용자의 음성을 계속 듣고 있기 때문에 면접 전 행운을 빌어주는 등 능동적인 메시지도 전송할 수 있다. 쉬프만은 앱을 사용하는 것보다 목걸이 형태의 기기를 통해 AI 동반자와 대화하는 것이 더욱 쉽다고 말했다. 그는 "Friend는 감정적인 장난감과 같다. 대규모 언어모델의 성공적인 활용사례는 인공지능 가빈 챗봇 앱 리플리카(Replika)나 캐릭터 AI(Character AI)와 같은 도구에 자신의 하루와 감정을 이야기하는 것이라고 생각한다. 하지만 하드웨어가 존재하면 감정적인 연결이 더 잘 이루어진다고 믿는다"고 말했다. 쉬프만은 Friend가 치료사나 업무 보조 도구가 아닌, 대화를 나눌 수 있는 AI 친구라고 강조하며, 지속적인 동반 관계가 AI의 핵심 활용 사례 중 하나라고 덧붙였다. Friend가 처음부터 외로움 해소를 목표로 한 것은 아니었다. 작년에 쉬프만은 사람들을 추적하고 회의하는 내용을 기록하는 데 도움을 주는 600달러짜리 펜던트 '탭(Tab)'을 개발하려 했으며, 약 10만달러의 사전 주문을 받았다. 그러나 그는 올해 초 Friend 개발로 방향을 전환했다. Tab 사전 예약자들에게는 Friend 사전 예약 또는 환불 옵션을 제공하고 있다. 쉬프만은 '항상 듣고 있다'는 슬로건을 내세우며 AI 동반자 입장을 강조하고 있다. 하지만 그는 회사가 어떤 녹음도 저장하지 않으며 사용자가 언제든지 문자를 삭제할 수 있다고 밝혔다. 아비 쉬프만은 미국의 개발자이자 기업가로, 특히 공익과 기술을 결합한 프로젝트로 잘 알려져 있다. 2020년 초, 당시 고등학생이었던 쉬프만은 코로나19 팬데믹 초기 단계에서 전 세계 확진자 수를 실시간으로 추적하는 웹사이트(ncov2019.live)를 개발했다. 이 웹사이트는 정확하고 신뢰할 수 있는 정보를 제공해 큰 호응을 얻었고, 언론의 주목을 받았다. 그는 하버드 대학교에 입학했지만 중퇴하고 자신의 사업에 집중하고 있으며, 여러 투자자들로부터 투자를 유치하는 등 기업가로서의 역량도 인정받고 있다. 그러나 코로나19 추적 웹사이트 개발 과정에서 다른 개발자들의 기여를 제대로 인정하지 않았다는 비판을 받기도 했다. 또한, 'Friend'와 같은 AI 기반 제품이 개인 정보 보호 및 윤리적인 문제를 야기할 수 있다는 우려도 제기되고 있다. 오픈AI는 지난 30일 대화형 인공지능 챗GPT에 고급 음성 지원을 시작한다고 밝혔다. 외로움 해소용 AI 목걸이까지 등장해 대화형 인공지능이 어디까지 발전할지 귀추가 주목된다.
- 포커스온
2024-07-31
[신소재 신기술(86)] MIT, 전자 산업 혁신 이끌 초박형 강유전체 트랜지스터 개발

나노초 단위로 양극 및 음극 전하를 전환할 수 있는 혁신적인 초박형 트랜지스터가 개발됐다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구팀은 2021년 개발한 강유전체 물질을 사용해 나노초 속도로 스위칭하는 트랜지스터 만들었다고 IT 전문 매체 톰스 하드웨어와 테크 익스플로어 등 다수 외신이 보도했다. 강유전체 물질은 외부 전기장 없이도 스스로 양극(+) 과 음극(-)으로 나뉘어 전기적 분극을 갖는 특별한 물질이다. 외부 전기장을 가하면 분극 영향이 바뀌는 특징이 있으며 이러한 특징을 활용해 정보 저장, 센서, 엑추에이터 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 2021년 MIT 물리학자들이 개발한 새로운 초박형 강유전체는 양극 및 음극 전하가 서로 다른 층으로 분리되는 획기적인 특징을 가지고 있어 컴퓨터 메모리 분야 등 다양한 홯용 가능성이 제시된 바 있다. 최근 동일 연구팀은 해당 소재를 활용해 초박형 트랜지스터를 제작하고, 기존 전자기기 산업을 변화시킬 수 있는 혁신적인 특성을 입증했다. MIT 연구팀은 강유전체 소재 트랜지스터가 전자공학에 혁명을 일으킬 수 있다고 말했다. 연구팀은 실험실에서 단일 트랜지스터를 기반으로 연구를 진행했지만, 해당 트랜지스터가 현재 생산되는 강유전체 트랜지스터의 산업 표준을 여러 측면에서 충족하거나 능가하는 것으로 나타났다고 밝혔다. 연구를 주도한 파블로 자릴로-헤레러 MIT 물리학 교수는 "이번 연구는 기초 과학이 응용 분야에 매우 중대한 영향을 미칠 수 있는 극적인 사례 중 하나"라고 강조했다. 새로운 트랜지스터는 1나노초(10억분의 1초) 단위로 양극 및 음극 전하를 전환할 수 있을 정도로 매우 빠른 속도를 자랑하며, 1000억회 이상 스위칭 후에도 성능 저하 없이 작동할만큼 내구성이 뛰어나다. 또한 10억분의 1미터 두께로 세계에서 가장 얇은 소재 중 하나다. 이는 컴퓨터 메모리 용량을 크게 늘리고 에너지 효율성을 향상 시킬 수 있음을 시사한다. 현재 트랜지스터 기술은 수백나노초 단위로 상태를 전환한다. 연구팀은 붕소 질화물(BN) 원자층을 평행으로 쌓아 새로운 강유전체를 개발했다. 외부 전기장을 가하면 층이 미세하게 이동하며 붕소 및 질소 원자의 위치가 바뀌고, 이러한 슬라이딩 현상을 통해 전자기적 특성이 급격하게 변화한다. 개발된 새로운 트랜지스터는 기존 플래시 메모리와 달리 반복적 쓰기 및 삭제 과정에서도 성능 저하가 없다는 점에서 혁신적이다. 연구팀은 앞으로 대량 생산 기술 개발 등 해결해야 할 과제가 남아 있지만, 이번 연구 결과가 미래 전자기기 산업에 폭 넓게 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 연구 결과는 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-07-30
[기후의 역습(32)] NASA, 미국 탄소 배출량 실태 보여주는 위성사진 공개

나사(NASA)가 지구에서 엄청난 양의 이산화탄소가 발생해 대기 중에서 소용돌이치며 움직이는 모습을 보여주는 새로운 영상 자료를 공개했다고 전문 매체 퓨처리즘이 전했다. 이 영상은 2020년 1월부터 3월까지 바람과 대기 순환에 따라 지구 전체로 이동하는 이산화탄소의 농도를 보여주고 있다. 영상에서는 특히 미국에서의 이산화탄소 발생이 많아, 미국이 이산화탄소의 주요 배출원임을 드러내고 있다. 2021년에 미국은 전 세계 배출량의 12% 이상을 차지했으며, 33%에 약간 못 미치는 중국에 이어 두 번째를 기록했다. 나사가 공개한 영상 데이터의 세부적인 이산화탄소 흐름은 놀라운 고화질 수준이다. 발전소, 화재, 도시에서 발생하는 이산화탄소 배출은 물론 이것이 대륙과 바다로 확산되는 모습이 그대로 나타난다. 전문가들은 이 영상 데이터를 활용해 인간 활동에서 비롯된 기후 변화에 직접적으로 영향을 미치는 온실가스의 주요 출처를 식별하는 것 외에도 이러한 다양한 출처가 어떻게 상호 작용하는지를 연구할 수 있다고 지적했다. 나사의 고다드 우주비행센터 기후 과학자 레슬리 오트는 "정책 입안자이자 과학자로서 우리는 탄소가 어디에서 나오는지, 그리고 그것이 지구에 어떤 영향을 미치는지 파악하려고 노력하고 있다“면서 ”이 영상을 통해 이산화탄소가 다양한 기상 패턴에 의해 어떻게 상호 연결되어 있는지 알 수 있다"고 설명했다. 미국과 중국의 경우 중공업, 발전소, 자동차, 트럭 등 인간이 주도하는 활동이 여전히 이산화탄소 배출의 중요한 원인이다. 나사에 따르면 아프리카와 남미에서는 토지 관리 및 산림 벌채를 위해 일부러 일으키는 화재가 이산화탄소 발생의 주요 원인이다. 이 영상 데이터는 시간이 따라 불길이 잦아들고 불타오르는 듯한 매혹적인 패턴의 이산화탄소 방출 및 확산을 보여주고 있다. 식물과 나무도 광합성을 할 때 이산화탄소를 흡수하고 호흡할 때 이를 방출하는 시각적 효과의 역할을 담당한다. 나사는 고다드 지구 관측 시스템(GEOS)이라는 슈퍼컴퓨터 기반 모델을 사용하여 시각 영상을 만들었다. 나사에 따르면 이 기상 모델의 해상도는 일반 기상 모델보다 100배 이상 크다고 밝혔다. 영상은 특히 과학자들에게 전례 없는 모습을 보여주고 있다. 오트는 "이제는 말 할 수 있다. 우리는 정밀 고해상도로 이산화탄소의 발생과 흐름을 따라다니며 지켜볼 수 있다“라며 "종래의 기상 영상 시뮬레이션으로는 결코 볼 수 없었던 것들을 보게 됐다”고 말했다. 이산화탄소의 흐름이 얼마나 지속되는지, 기상 시스템과 어떻게 상호 작용하는지를 보는 것은 놀라운 결과라는 지적이다.
- IT/바이오
2024-07-29
구글 딥마인드 AI 시스템, 수학 올림피아드 은메달 수준 달성

AI 모델은 에세이를 비롯한 다양한 유형의 텍스트를 쉽게 생성할 수 있지만 논리적 추론을 포함한 수학 문제를 해결하는 데는 그다지 능숙하지 않다. 그러나 AI 모델이 그 벽을 넘어서기 시작했다고 MIT테크놀로지리뷰가 전했다. 구글 딥마인드(Google DeepMind)가 고급 추론을 포함하는 복잡한 수학 문제를 해결하기 위해 훈련한 두 개의 AI 시스템 알파프루프(AlphaProof)와 알파지오메트리2(AlphaGeometry2) 연합 팀이 올해의 국제 수학 올림피아드(IMO)에서 6개 문제 중 4개를 푸는 데 성공했다. IMO는 고등학생을 위한 권위 있는 대회로, 이들의 셩과는 은메달에 해당한다. AI 시스템이 수학 문제를 해결하는 데에서 이렇게 높은 성공률을 달성한 것은 처음이다. 이 프로젝트에 참여한 구글 딥마인드의 푸시미트 콜리 부사장은 "이는 머신러닝과 AI 분야에서 큰 진전이다. 지금까지 이 정도의 성공률로 문제를 해결할 수 있는 시스템은 개발되지 않았다"라고 말했다. AI 시스템이 고급 추론을 포함하는 수학 문제를 풀기 어려운 이유가 몇 가지 있다. 이런 유형의 문제는 종종 추상이 필요하고 이를 활용해야 한다. 또 복잡한 계층적 계획과 하위 목표 설정, 역추적, 새로운 경로 시도가 필요하다. 이 모든 것이 AI에게는 어려운 일이다. 온라인에 공식 수학 데이터가 적기 때문에 수학 모델을 훈련하는 것도 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 구글 딥마인드는 수학적 진술을 증명하도록 스스로 훈련하는 강화 학습 기반 시스템 알파프루프를 개발했다. 시스템의 핵심은 자연스럽고 비공식적인 언어로 표현된 수학 문제를 AI가 처리하기 쉬운 공식 표현으로 자동 번역하도록 조정된 제미니(Gemini) AI 버전이다. 이를 통해 다양한 난이도의 공식 수학 문제 라이브러리가 대량으로 생성되었다. 에든버러 대학교의 웬다 리 AI 담당 교수는 “수학 데이터를 공식 언어로 번역하는 프로세스를 자동화하는 것은 수학계의 큰 진전”이라고 평가했다. 제미니 모델은 구글 딥마인드가 바둑이나 체스와 같은 게임을 훈련시킨 강화 학습 모델 알파지로(AlphaZero)와 함께 작동해 수백만 개의 수학 문제를 증명하거나 반증한다. 성공적으로 해결한 문제가 많아질 수록 알파프루프는 더욱 복잡한 문제를 능숙하게 해결할 수 있게 된다. 올해 기능을 개선해 발표한 알파지오메트리2는 각도, 비율, 거리를 포함하는 물체의 움직임과 방정식과 관련된 문제를 해결하도록 최적화되었다. 이전 모델보다 훨씬 더 많은 합성 데이터로 훈련되었기 때문에 더욱 어려운 기하학 문제를 처리할 수 있었다. 올해 IMO에서 부여된 6가지 문제를 두 시스템에 과제로 부여한 결과 알파프루프는 대수 문제 2개와 수론 문제 1개를 풀었다. 그중 하나는 대단히 어렵다고 평가된 문제였다. 알파지오메트리2는 기하 문제를 성공적으로 풀었지만, 조합론에서 출제된 2개의 문제는 풀지 못했다. 알파프루프 팀의 엔지니어인 알렉스 데이비스는 알파프루프의 경우 조합론보다는 대수와 수론에서 더 나은 성과를 보였다고 설명했다. 그리고 그 이유를 분석하고 있으며, 이를 통해 시스템을 개선할 수 있을 것이라고 밝혔다. 두 명의 수학자가 답안지를 검토했으며, 4개의 정답에 각각 만점(7점)을 주었고 42점 만점 중 28점을 받았다. 같은 점수를 받은 IMO 참가자는 은메달을 받았다. 채점을 담당했던 고워스는 "수학자로서 매우 인상적이었다. 시스템의 능력이 상당히 도약한 것 같다"라고 말했다. 다른 채점자 마이어스 역시 수학 부문에서 AI가 이전에 달성할 수 있었던 것보다 상당히 발전했다는 데 동의했다. 인간이 아직 모르는 복잡하고 어려운 수학 문제를 해결할 수 있는 AI 시스템에 대한 기대감도 높이고 있다. 인간-AI 협업의 길을 열어 수학 발전에 기여할 수 있을 것이라는 기대다.
- IT/바이오
2024-07-29

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