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2025-05-21 (수)

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생체공학 로봇 손, 절단 부위 재건 수술 혁신

약 20년 전 농사 중 사고로 오른팔을 잃은 스웨덴 여성 카린(Karin)은 의수 보조 장치를 사용해왔지만, 그 장치의 불편함으로 인해 큰 스트레스와 고통을 겪어야 했다. 그녀는 의수 보조 장치를 사용하면서도 팔의 통증으로 많은 어려움과 스트레스를 겪었고, 다양한 진통제를 복용해야만 했다. 하지만 최근 새로운 생체공학 수술 방법의 개발로 인해, 절단된 신체 부위를 가진 사람들에게 희망의 빛이 보이기 시작했다. 영국 야후 뉴스(yahoo news)에 따르면 이 새로운 수술 방법은 전극을 이용해 의수와 신경계를 연결하는 것으로, 절단된 신체 부위를 가진 사람들의 삶에 큰 변화를 가져올 것으로 보인다. 연구팀은 인간과 기계를 연결하는 새로운 인터페이스 기술을 개발했다. 이는 '골집합술'이라 불리는 기술로 스켈레톤(skeleton, 뼈대)에 영구적인 임플란트를 부착하는 수술과, 절단된 부위와 신경계를 직접 연결하는 재건 수술을 결합했다. 연구팀은 카린의 팔을 재건하기 위해 티타늄 임플란트를 이용하여 반두근과 요골 뼈에 수술했다. 그 후 절단된 신경을 수술로 자유 근육 이식을 통해 이식했고, 이를 전극과 연결해 자체 근육과 자유 근육 이식물, 그리고 요골 신경에도 이식했다. 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 게재된 논문에서 카린은 "일상생활에서 계속해서 보철물을 사용하고 있다"며 "나에게 이 연구는 더 나은 삶을 제공했기 때문에 많은 의미가 있다"고 말했다. 논문에서는 기존의 인공 의수나 의족이 사용하기 불편하고, 기능이 제한적이며 신뢰성이 떨어진다고 지적했다. 새로운 신경-근골격 인터페이스 기술은 이런 문제점들을 해결하며, 신경적 제어가 가능한 보철 장치의 일상적인 사용을 가능하게 하는 새로운 방법을 제시했다. 호주 생체공학 연구소의 신경 보철 연구 책임자이자 스웨덴 생체공학 및 통증 연구 센터(CBPR)의 설립자인 맥스 오리츠 카탈란(Max Ortiz Catalan) 교수는 " 카린은 팔꿈치 아래 부분이 절단된 환자 중 이 새로운 기술을 처음으로 받아들인 사람이다"라며 "이것은 일상에서 독립적이고 안정적으로 사용할 수 있는 고도로 통합된 첨단 생체공학적 손이다"라고 밝혔다. 또한 그는 "카린이 이 보철물을 수년 동안 일상 활동에서 편안하고 효과적으로 사용했다는 것은, 이 새로운 기술이 사지를 잃은 많은 사람들의 삶에 변화를 가져올 큰 잠재력을 가지고 있다는 확실한 증거"라고 덧붙였다. 이번 수술은 MIT 연구협력교수겸 예테보리대학교 부교수이자 인테그럼 최고경영자(CEO)인 리카드 브레네마크(Rickard Branemark) 교수가 주도했다. 브레네마크 교수는 "티타늄 임플란트를 뼈에 생물학적으로 통합함으로써, 절단된 부위의 치료와 재활을 혁신적으로 발전시킬 수 있는 새로운 기회를 열었다"며, "골집합술과 재건 수술, 임플란트 전극, 그리고 인공 지능을 결합함으로써 인간의 기능을 전례 없이 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다"고 설명했다. 그는 "팔꿈치 아래 절단에 대한 치료는 특별한 도전과제를 가지고 있으며, 이러한 신기술의 성공적 적용은 상지 재건 분야에서의 중요한 발전을 의미한다"고 덧붙였다. 이에 앞서 약 10년 전인 지난 2013년 2월 미국 보스턴에서 개최된 미과학증진협회 연례총회에 참석한 스위스 로잔공대의 실베스트로 미체라 신경 엔지니어링 연구소장은 로마에 거주하는 20대 남성에게 '바이오닉 핸드' 이식을 계획하고 있음을 밝혔다. 외신 보도에 따르면, 이 바이오닉 핸드는 팔의 신경과 뇌가 연결되어 있어 환자가 손의 감촉을 느끼고, 더욱 정교한 동작을 수행할 수 있게 설계됐다. 그러나 당시의 임상 실험에서는 바이오닉 핸드가 절단된 환자의 신경과 완벽하게 연결되지 않아, 기본적인 움직임인 주먹 쥐기나 물병 잡기 등만 가능했다고 전해졌다. 지난 10년 동안 엄청난 기술 발전을 보인 카린이 이식한 이 로봇 손은 '미아 핸드(Mia Hand)'로 불리며, 프렌실리아(Prensilis)에서 개발됐다. 프란체스코 클레멘테(Francesco Clemente) 프렌실리아 전무이사는 "보철물을 성공적으로 사용하려면 사용자의 적극적인 수용이 중요하다"며 "기술적 성능을 넘어, 프렌실리아는 사용자의 미적 취향에 따라 완벽하게 맞춤 설정이 가능한 보철 손을 개발하는 데 주력했다"고 밝혔다. 그는 "사용자들이 자신의 보철물에 자부심을 가질 수 있도록 하고, 잃어버린 신체 부위에 대해 부끄러워하지 않도록 하는 것이 우리의 목표였다"라고 설명했다.
- IT/바이오
2023-10-24 16:36:00
삼성전자·LG전자, '한국전자전'서 가전스마트홈 혁신 제품 선보여

삼성전자와 LG전자가 24일부터 27일까지 4일 일정으로 서울 코엑스에서 개최되는 '한국전자전(KES 2023)'에 참가해 가전스마트홈 등 최신 제품과 기술을 선보인다. 삼성전자는 24일 한국전자전에서 혁신적인 가전과 모바일 제품과 함께 스마트싱스 연결성을 경험하는 '스마트 타운'을 조성한다고 밝혔다. 스마트 타운은 '스마트 홈'과 '스마트 파크'로 구성된다. 관람객들은 스마트 홈에서 에너지, 펫 케어, 게임, 헬스 등 가족 취향에 맞춘 스마트싱스 기반 생활을 직접 체험할 수 있다. 스마트 파크에서는 갤럭시 Z 플립5과 폴드5, 갤럭시 탭 S9 시리즈, 갤럭시 워치6 시리즈, 마이크로 LED TV, 비스포크 그랑데 AI 세탁건조기 등 삼성전자 최신 제품을 만나볼 수 있다. 김성욱 삼성전자 한국총괄 부사장은 "삼성전자의 제품과 스마트싱스의 연결성을 소비자의 관심사와 취향이 반영된 일상에서 자연스럽고 강렬한 경험을 할 수 있도록 했다"고 말했다. LG전자는 한국전자전에서 '더 나은 고객의 삶'에 중심을 맞춘 혁신 기술을 공개한다. 특히 관람객이 미술관에서 예술 작품을 감상하듯 프리미엄 제품을 체험하도록 약 890㎡ 규모 전시관을 'LG 갤러리'로 꾸몄다. 'LG 갤러리' 중앙에는 세계 최초 무선 올레드 TV 'LG 시그니처 올레드 M', 세탁부터 건조까지 한 번에 해결하는 'LG 시그니처 세탁건조기' 등 초프리미엄 가전 라인업을 전시한다. Z세대(GenZ) 맞춤 공간으로 신발관리 솔루션 스타일러 슈케어와 슈케이스, 씽큐 앱에서 원하는 색상으로 바꿀 수 있는 무드업 냉장고 등을 만날 수 있다. 또 LG전자가 한국 브랜드 최초로 내놓은 폴더블 노트북 '그램 폴드'도 체험할 수 있다. 한편, '한국전자전(KES 2023)'은 국내 최대 전자·IT 산업 전시회이다. 산업통상자원부와 한국전자정보통신산업진흥회(KEA)가 주관하는 올해 한국전자전에는 한국과 미국, 일본, 독일, 중국 등 10개국에서 약 480개사가 참가한다. 참가사들은 가전스마트홈을 비롯해 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 로보틱스, 딥러닝, 모빌리티, 드론, 메타버스, 자율 주행, 웹 3.0 등의 혁신 기술과 생태계를 선보인다. 올해 54회를 맞은 한국전자전에는 세계 최대 IT·가전 전시회 미국 CES 주관사인 미국소비자기술협회(CTA)의 게리 샤피로 회장이 처음으로 참석한다. 샤피로 회장은 'CES 2024 프리뷰 & 테크트렌드'를 주제로 첫 번째 기조연설자로 나선다. 박청원 KEA 부회장은 "스스로 알아서 해주는 '앰비언트 인텔리전스'로 새로운 패러다임에 직면하는 전자·IT 산업을 직접 확인할 수 있다"며 "가까운 미래를 준비하고 비즈니스 모델을 발굴하는 계기가 될 것"이라고 말했다.
- IT/바이오
2023-10-24 10:35:00
'한국전자전 2023', 전자·IT 신기술 생태계 24일 개막

국내 최대 전자·IT 산업 전시회인 '한국전자전(KES 2023)'이 오는 24∼27일 4일동안 서울 코엑스에서 열린다. 23일 주최 측에 따르면, 산업통상자원부와 한국전자정보통신산업진흥회(KEA)가 주관하는 올해 한국전자전에는 한국과 미국, 일본, 독일, 중국 등 10개국에서 480개사가 참가한다. 올해 54회를 맞은 한국전자전에는 세계 최대 IT·가전 전시회 미국 CES 주관사인 미국소비자기술협회(CTA)의 게리 샤피로 회장이 처음으로 참석한다. 샤피로 회장은 'CES 2024 프리뷰 & 테크트렌드'를 주제로 첫 번째 기조연설자로 나선다. 게리 샤피로 회장은 "아시아 거점전략 전시회로 거듭 나고 있는 한국전자전과의 전략적 파트너십을 통해 상호발전하는 전시회로 거듭 나기를 희망한다"고 밝혔다. 참가사들은 모빌리티, 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 메타버스, 웹 3.0 등의 혁신 기술과 생태계를 선보인다. 기업의 마케팅 지원을 위해 국내외 벤처캐피털(VC) 투자 상담회, 해외 바이어 상담회, 내수 구매 상담회 등도 마련다. 아울러 창의적이고 혁신적인 전자 제품에 수여하는 제12회 'KES 이노베이션 어워즈' 수상 제품도 소개한다. 또한 '제18회 전자·IT의 날 유공자 포상식'도 함께 열려, 산업훈포장, 대통령표창, 국무총리표창, 장관표창 등 시상식도 진행된다. 이번에 첫 참가하는 통신사 KT의 송재호 부사장도 기조 연설자로 나선다. 송 부사장은 '변화의 시대, AI라는 파도에 올라타려면'이라는 주제로 AI를 통한 일상과 산업의 변화상을 고객 가치 혁신 사례를 중심으로 소개하고, 사업 추진 경험에 기반해 성공적인 혁신을 위한 조건들을 전할 예정이다. 박청원 KEA 부회장은 "스스로 알아서 해주는 '앰비언트 인텔리전스'로 새로운 패러다임에 직면하는 전자·IT 산업을 직접 확인할 수 있는 자리"라며 "가까운 미래를 준비하고 비즈니스 모델을 발굴하는 좋은 계기가 될 것"이라고 기대했다.
- 산업
2023-10-23 13:43:00
지구 내부 핵 신비 밝히다

지구는 여러 층으로 구성되어 있으며, 이는 바깥층의 지각에서 시작해 상부 맨틀, 하부 맨틀, 외부 핵, 그리고 내부 핵으로 이어진다. 기존의 연구에서는 지구의 내부 핵은 엄청난 온도와 압력 때문에 매우 단단하다고 여겨졌다. 그러나 독일 매체 프랑크푸르트 런스차우(Frankfurter Rundschau)에 따르면, 이러한 견해는 부분적으로만 옳다는 새로운 사실이 발견됐다. 지구 어디에서도 내부 핵만큼의 극단적인 온도와 압력을 찾아볼 수 없다. 이러한 강한 압력은 철 원자를 굳게 압축하여 지구의 내부 핵을 형성하게 한다. 미국과 중국의 연구원들이 지구 중심부의 철 원자 일부가 놀랄 만큼 빠르게 이동할 수 있다는 사실을 발견했다. 이들 원자는 기본 금속 구조를 유지하면서도 단 몇 초 만에 위치를 바꿀 수 있다. 이런 현상은 '집단 운동'이라고 알려져 있으며, 새 떼나 동물 무리의 움직임에서 볼 수 있다. 지구 코어 원자의 빠른 이동 연구원들은 지구 내부 핵의 고온과 고압 때문에 직접 조사할 수 없다고 말했다. 그러나 실험실 실험과 이론 모델을 통해, 연구원은 지구 중심부의 원자들이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 더 활발하게 움직이고 있음을 발견했다. 이러한 발견은 지구의 자기장 형성 등, 지구 핵에 관한 수많은 신비를 이해하는데 도움이 될 것으로 보인다. 텍사스 대학교의 주 연구원 정-후 린은 "이제 우리는 지구 내부의 동적 과정과 발전을 이해하는데 도움이 될 기본적인 메커니즘을 파악했다"고 말했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표됐다. 지구 핵의 축소판 재현 미국과 중국 연구팀은 지구 핵의 미니 버전을 실험실에서 재현하여 철 원자의 집합적 움직임을 관찰했다. 연구팀은 먼저 빠르게 움직이는 발사체를 가진 작은 철판을 사용했으며, 여기서 온도, 압력, 속도와 관련된 데이터를 획득했다. 이 데이터는 기계 학습에 사용되어 지구 내부 원자의 시뮬레이션을 위한 컴퓨터 모델을 구축하는데 적용됐다. 연구팀은 인공지능(AI)을 활용하여 약 3만 개의 원자로 구성된 '슈퍼 셀'을 생성하고, 이를 통해 원자의 행동을 보다 정확하게 예측할 수 있었다. 예상보다 더 유연한 코어 이번 연구 결과로 인해 지구의 내부 핵이 예상보다 더 부드럽고 유연하다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 이러한 철 원자의 놀라운 움직임이 지구의 내부 핵의 지진 측정값이 고압 상태에서 예상보다 더 부드러움과 유연함을 보이는 이유를 설명할 수 있을 것이라고 말했다. 이 연구의 공동저자인 장유준(Suchan University) 교수는 "지구 깊은 곳의 철이 놀라울 정도로 부드럽게 움직이는 것이 가장 큰 발견이다. 원자가 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 활발하게 움직이기 때문이다. 이런 활발한 움직임은 내부 핵을 덜 단단하게 만들어 전단력에 대해 더 약하게 만든다"라고 설명했다. 이번 연구는 지구 내부 핵에 대한 이해를 한 단계 더 발전시키는 결과를 가져왔으며, 지구의 자기장 형성과 내부 구조 및 작동 방식에 중요한 영향을 미치는 핵심 요소로 평가되고 있다. 이번 연구는 지구 내부 핵에 대한 이해를 크게 발전시킨 것으로 평가된다. 지구 내부 핵은 지구의 자기장을 형성하고, 지구의 내부 구조와 작동 방식에 중요한 역할을 미치는 핵심 부분이다. 이로써 지구의 자기장 변화와 지구의 내부 구조 변화를 더 잘 예측할 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2023-10-12 16:22:00
인터넷이 사용하는 전기량은 얼마?

영화를 스트리밍하거나 사진을 소셜미디어에 올리거나 메시지를 보내는 일상이 환경에 부담을 준다는 것을 알고 있는 사람은 드물다. 그러나 실제로 대형 데이터 센터들은 이러한 업무를 처리하면서 에너지를 대량으로 소비하고 있다. 디지털화는 종종 건축이나 산업, 교통 분야에서 에너지 절약을 가능하게 함으로써 에너지 전환의 전제 조건으로 이해된다. 그러나 디지털화는 경제와 사회 발전을 촉진하는 동시에 많은 전력을 소비하는 데이터 센터의 급증을 동반한다. 독일 매체 타게샤우(tagesschau)는 보더스텝 연구소(Borderstep Institute)의 최근 연구 결과를 인용해 데이터 센터의 에너지 수요 급증으로 2010년 이후 에너지 소비가 두 배 이상 증가했다고 전했다. 랄프 힌테만(Ralph Hintermann) 보더스텝 혁신 및 지속가능성 연구소(Borderstep Institute for Innovation and Sustainability)의 연구원은 "새로 건설된 데이터 센터 중 일부는 독일의 주요 도시보다 훨씬 더 많은 전기를 필요로 한다"고 설명했다. 이 또한 환경에 영향을 미친다. 사를랜드 대학교에는 복잡한 연구 계산에 사용되는 강력한 컴퓨터가 설치돼 캠퍼스의 IT 인프라 측면에서 전기 소비량이 가장 크다. 이 대학 디지털 책임자인 크리스티안 바그너는 "대부분의 계산이 이뤄지는 고성능 컴퓨터는 우리 데스크톱 컴퓨터보다 약 3배 더 많은 전기를 소비한다"고 말했다. 스트리밍 서비스도 탄소 배출 전기는 복잡한 연구에만 소비되는 것이 아니다. 구글 검색 한 번만으로도 대략 0.15g의 이산화탄소가 배출된다. 또한 다양한 스트리밍 서비스 목록에 올라와 있는 모든 시리즈는 배후에서 작동하는 거대한 데이터 센터로 인해 상당한 양의 이산화탄소가 배출된다. 바그너는 "자동차로 비디오 대여점에 가던 과거와 비교하면, 오늘날은 분명히 더 적은 이산화탄소를 배출하고 있다고 생각한다"고 말했다. 그러나 현실에서 사람들은 저녁에 여러 편의 영화를 연달아 시청하는 경향이 있어 과거보다 더 많은 이산화탄소를 배출하고 있다. 여기서 핵심은 IT 기술이 이산화탄소 배출을 줄여 더 지속 가능하게 하는 것이다. 힌테만은 "하드웨어는 항상 개선되고 있다. 자신의 스마트폰에서도 이를 확인할 수 있다. 스마트폰은 더 강력해지고 충전 시간은 더 짧아졌다"고 말했다. 그는 "그러나 소프트웨어도 업그레이드되어야 한다. 또 친환경 에너지로 데이터 센터를 운영하거나 폐열 활용을 넓혀야 한다"고 덧붙였다. 데이터 센터 폐열 재활용 확대 프랑크푸르트에 있는 구글 데이터 센터의 경우, 이 센터의 폐열을 이용해 1300가구에게 난방용 열을 제공한다. 폐열을 이용하는 또 다른 방법으로는 히트 펌프(heat pump, 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로, 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치)와 유사한 프로세스 매체(process medium)를 사용하는 방식으로 프로세스 열에서 전기를 생산할 수 있다. 독일 정보통신산업협회(Bitkom)에 따르면 독일의 데이터 센터 용량의 약 3분의 1이 프랑크푸르트에 집중되어 있다. 힌테만은 "데이터 센터 산업의 성장 예측이 정확하다면 이론적으로는 2035년까지 데이터 센터에서 나오는 폐열을 프랑크푸르트의 모든 가구에 공급할 수 있을 것"이라고 전망했다. 그러나 현재는 인프라가 없기 때문에 데이터 센터 폐열 재활용 실현은 갈 길이 멀다. 2027년부터 독일에서 문을 여는 새로운 데이터 센터는 법적으로 기후 중립적으로 운영해야 한다. Bitkom에 따르면 현재 독일에는 약 5만 개의 데이터 센터가 있으며 애플이나 구글과 같은 대형 공급업체는 이미 탄소 중립을 실현하고 있다. 전문가들은 디지털화 때문에 에너지 수요가 증가할 것으로 예상하지만, 이산화탄소 배출을 줄이는 디지털화의 긍정적인 효과가 그 단점을 상쇄할 것으로 본다.
- 생활경제
2023-09-27 11:29:00
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 08:48:00
미로 자율 탐색하는 '뇌 없는 로봇' 탄생

미로를 탐색할 수 있는 뇌가 없는 소프트 로봇이 탄생했다. 과학 전문 매체 뉴로사이언스에 의하면, 노스캐롤라이나 주립대학(NCSU)의 연구원들은 물리적 지능을 사용해 미로와 같은 복잡한 환경을 자율적으로 탐색할 수 있는 '뇌 없는' 소프트 로봇을 설계했다. NCSU가 유튜브를 통해 공개한 '뇌 없는' 소프트 로봇의 모습은 팔이나 다리 머리가 없으며, 나선형 파스타 '로티니(Rotini)'를 연상시키는 정교하게 꼬인 생소한 이미지로 눈길을 사로잡았다. 이전 모델과는 달리 이 로봇은 장애물이 없어도 자체적으로 회전할 수 있다. 이러한 독특한 움직임은 한쪽 절반이 지면에 더 많은 힘을 가하도록 설계된 비대칭적인 디자인 덕분이다. 그로 인해 이 로봇은 둥글게 호를 그리며 움직이고 동적 미로를 횡단하며 평행한 물체 사이에 끼이지 않고 피해 갈 수 있다. 이 소프트 로봇은 '물리적 지능'을 통해 작동한다. 이는 구조적 설계와 재료에 따라 동작이 결정되므로 컴퓨터나 사람의 지시가 필요하지 않다. 이 로봇은 리본 모양의 '액정 엘라스토머'로 만들어져 있으며, 주변 공기보다 더 뜨거운 표면에 놓이면 움직이기 시작한다. 표면이 더 뜨거울수록 로봇은 더 빨리 움직인다. 역동적인 환경 탐색 가능 이 연구팀은 인간이나 컴퓨터의 지시 없이 간단한 미로를 탐색할 수 있는 소프트 로봇을 이미 제작했다. 이들은 이제 그 작업을 기반으로 더 복잡하고 역동적인 환경을 탐색할 수 있는 '두뇌가 없는' 소프트 로봇을 만들었다. '뇌 없는' 소프트 로봇에 관한「물리적으로 지능적인 자율 로봇 미로 탈출기」라는 논문은 사이언스 어드밴스(Science Advances) 저널에 지난 8일 게재됐다. 이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)이 지원했다. 이 논문의 공동 저자이자 노스캐롤라이나 주립대학교 기계 및 항공우주 공학부의 지에 인(Jie Yin) 교수는 "우리의 초기 연구에서 소프트 로봇이 매우 간단한 장애물 코스를 통해 비틀거나 돌릴 수 있다는 것을 보여주었다"며 "그러나 이전 모델은 장애물에 부딪히지 않으면 회전하지 못했다. 실용적인 측면에서 이는 로봇이 때때로 평행한 장애물 사이에 갇혀서 앞뒤로 튕길 수 있음을 의미한다"고 말했다. 그는 "이번에 우리는 스스로 회전할 수 있는 새로운 소프트 로봇을 개발했다. 이 로봇은 구불구불한 미로를 통과할 수 있으며, 움직이는 장애물을 우회할 수도 있다. 이런 모든 행동은 컴퓨터의 안내가 아닌 물리적 지능을 사용해서 이루어진다"고 설명했다. 여기서 물리적 지능은 소프트 로봇과 같은 역동적인 물체를 말하며, 그 동작은 컴퓨터나 인간의 개입으로 지시되지 않고 구조 설계와 구성 재료에 의해 제어되는 것을 의미한다. 온도에 반응하는 로봇 새로운 소프트 로봇은 이전 버전과 마찬가지로 리본 모양의 액정 엘라스토머로 제작됐다. 이 로봇을 주변 공기보다 뜨거운 섭씨 55도(화씨 131도) 이상의 표면에 놓아두면 움직이기 시작한다. 작동 원리는 표면에 닿는 리본 부분은 수축하지만 공기에 노출된 리본 부분은 수축하지 않는 것을 이용했다. 이것은 롤링 모션을 유도하며 표면이 따뜻할수록 로봇이 더 빨리 굴러간다. 이전 버전의 소프트 로봇은 대칭 디자인이지만 새 로봇에는 두 개의 별개의 반쪽이 있다. 다시 말하면, 로봇의 절반은 직선으로 뻗어 있는 꼬인 리본 모양이고 나머지 절반은 나선형 계단처럼 더 촘촘하게 꼬인 리본 모양이다. 이 비대칭적인 디자인 때문에 로봇의 한쪽 끝이 다른 쪽 끝보다 표면에 더 많은 힘을 가할 수 있다. 연구진은 바닥보다 입구가 넓은 플라스틱 컵을 예로 들었다. 이 컵은 테이블을 가로질러 굴리면 직선으로 구르지 않고 둥글게 호를 그리며 굴러가는 데, 컵이 비대칭적인 모양을 하고 있기 때문이다. 비대칭 디자인이 특징 논문의 제 1 저자이자 NCSU의 야오 자오(Yao Zhao) 연구원은 "우리의 새로운 로봇이 탄생한 배경에 있는 개념은 꽤 간단하다. 비대칭적인 디자인 덕분에 물체에 접촉하지 않고도 회전할 수 있다"고 말했다. 그는 "따라서 물체와 접촉할 때는 방향을 바꾸어 미로를 탐색할 수 있지만 평행한 물체 사이에 갇히지는 않는다. 대신, 호를 그리며 움직일 수 있는 능력은 본질적으로 자유롭게 움직일 수 있게 해준다"고 설명했다. 연구진은 비대칭 소프트 로봇 설계가 움직이는 벽이 있는 미로를 포함하여 더 복잡한 미로를 탐색하고 신체 크기보다 좁은 공간을 통과할 수 있는 능력 등을 테스트했다. 더 나아가 이들 연구원은 새로운 로봇 디자인을 서로 다른 환경인 금속 표면과 모래에서도 테스트했다. Yin은 "이 작업은 소프트 로봇 설계에 대한 혁신적인 접근법을 개발하는 데 도움이 되는 또 다른 진전이다. 특히 소프트 로봇이 환경에서 열에너지를 얻을 수 있는 응용 프로그램에 대한 것이다"라고 말했다. 로봇이 사람처럼 머리가 있고 팔과 다리가 있어야 한다는 선입견을 깬 이번 연구는 다양한 형태의 무궁무진한 로봇의 탄생을 예고했다.
- IT/바이오
2023-09-20 11:45:00
달, 고대 얼음 없다..."달 탐사 전략 수정"

달의 영구음영 지역에 존재하는 것으로 알려진 얼음이 탄생 초기에 생성된 '고대 얼음'이 아니라는 연구 결과가 공개됐다. 달의 영구음영 지역(permanently shadowed regions, PSR)은 달의 남극과 북극 등 햇빛이 전혀 들지 않는 영원한 음지를 말한다. 과학 기술 전문 매체 인터레스팅엔지니어링에 따르면 행성과학연구소의 새로운 연구 결과, 달의 얼음이 우리가 알고 있는 것보다 훨씬 '젊다'는 사실이 밝혀졌다. 이번 발견으로 달 탐사 전략이 크게 수정될 전망이다. 행성과학연구소의 노버트 쇼르호퍼 선임 연구원이 이끄는 연구팀은 최근 '사이언스 어드밴스(Science Advances)' 학술지에 발표한 논문에서 달의 영구음영 지역(PSR)에 저장된 얼음은 약 34억년 전에 형성된 것으로 기존 추정치인 45억년보다 훨씬 '젊다'는 연구 결과를 공개했다. 쇼르호퍼 박사는 "이번 연구 결과로 달의 지질학적 이해뿐만 아니라 얼음 발견 예측에 대한 전략도 크게 수정될 것"이라고 말했다. 특히, 이 얼음은 달에서의 인간 생명 유지와 연료 생산 자원으로의 활용 가능성 때문에 많은 주목을 받고 있다. 달은 지구로부터 점점 멀어지면서 중요한 스핀 축 방향의 변화를 겪었다. 이 변화 이후에 영구적으로 그림자가 드리운 지역(PSR)이 등장하고 확장됐다. 달의 얼음은 수십억 년에 걸쳐 보존된 것으로 알려져 왔으며, 이로 인해 태양빛에서 가려진 PSR 지역은 여러 탐사 임무의 핵심으로 여겨져 왔다. 그러나 이번 연구 결과는 달 탐사의 궤도를 크게 변경할 필요가 있다는 점이 밝혀졌다. 지난해 발표된 프랑스의 한 연구와도 일치하는 이번 연구 결과는 지구와 달 사이의 거리 변화를 중심으로 진행됐다. 쇼르호퍼 박사는 이에 대한 깊은 통찰을 얻고 즉각 이를 달의 얼음 탐사에 반영하기 위한 조사를 시작했다고 밝혔다. 랄루카 루푸 공동 저자와 논문 작업을 협업한 쇼르호퍼는 지구와 달 사이의 거리 변화 모델을 바탕으로 달의 스핀 축 방향을 추정하고 PSR 지역을 정확하게 매핑했다. 11억년 '젊은' PSR 얼음 일반적으로는 달이 45억 년 전 초기에 혜성과 화산 활동으로 물이 생기거나 수증기를 내뿜었다고 믿어져 왔다. 그러나 이 연구에서는 PSR이 실제로는 약 34억 년 전에 형성되기 시작했다는 사실을 밝혀냈다. 쇼르호퍼는 "현재 극지방에서 발견되는 물은 달 초기의 물이 아니다. 데이터를 기반으로 PSR의 평균 연령은 최대 18억 년으로 추정된다. 따라서 달에는 실제로 '고대 얼음 저장소'가 없다"라고 강조했다. 또한 2009년에 달의 분화구 관측 및 감지 위성을 통해 발견된 물이 위치한 지점의 PSR은 10억 년보다 더 젊다. 쇼르호퍼는 이것이 긍정적인 발견이라고 지적하며, 젊은 PSR에도 얼음이 있을 가능성이 높다는 것을 시사했다. 한편, 이 연구는 얼음이 풍부하게 있는 것으로 보이는 수성의 극지방에 대한 관심을 증대시키고 있다. 쇼르호퍼는 "수성의 PSR이 오래되었을 것이며, 초기에 물을 포착했을 수 있다. 이것이 두 행성 간의 불일치를 설명할 수 있을 것"이라고 추측했다. 쇼르호퍼의 이번 연구는 NASA의 달 데이터 분석 프로그램 보조금과 태양계 탐사 연구 가상 연구소(SSERVI)의 GEODES 노드 지원을 받아 진행했다. 한국 달 탐사선 '다누리' 한편, 한국 달 탐사선 '다누리'도 달의 영구음영 지역 사진을 전송해 우리나라 달 탐사 위상을 높이고 있다. 다누리가 담은 달의 북극 지역 관측 사진은 지난 8월 7일 공개됐다. 달의 북극 지역에 있는 직경 약 20km의 분화구 에르미트-A는 내부에 영원히 태양빛이 닿지 않는 영구음영 지역을 포함하고 있다. 아울러 다량의 물이 얼음 형태로 존재할 것으로 예상되는 지역이기도 하다. 이외에도 다누리는 지구에서 관측하기 쉽지 않은 남극 지역 대형 분화구 드라이갈스키, 미국 아르테미스 III 계획의 착륙 후보지 중 하나인 아문센 분화구 영역 등의 고해상도 이미지를 담아 달의 민낯을 적극 탐사하고 있다. 이들 사진은 지난 8월 7일 대전 한국항공우주연구원에서 열린 '다누리 발사 1주년 기념식 및 우주탐사 심포지엄'에서 공개됐다. 다누리는 작년 8월 5일 오전 8시 8분 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지에서 발사된 후, 145일 간의 지구-달 항행을 통해 2022년 12월 27일 달 임무궤도에 진입했다. 이후 약 1개월의 시운전을 거쳐 2월 4일 정상 임무운영에 들어갔다. 다누리는 6개의 탑재체로 달 착륙후보지 탐색, 달 과학연구, 우주인터넷기술 검증 등 과학기술 임무를 수행 중이다. 지난 3월에는 우리나라 최초로 달 뒷면 촬영 사진을 전송하기도 했다. 지난 6월 다누리는 잔여 연료량과 본체 영향성 분석을 거쳐 임무운영기간을 2025년까지 연장했다.
- 포커스온
2023-09-19 10:25:00
단백질바 포함 초가공식품, 재료 건강해도 가공 과정 '문제'

최근 건강 웰빙 열풍에 힘입어 초가공식품(Ultra-Processed Food) 선호도가 높아지고 있는 가운데, 해당 식품의 건강 위험성도 도마 위에 오르고 있다. 초가공식품은 복잡한 가공 과정을 거쳐 원래의 원재료 특성이 상실되고, 대신 추출물을 주재료로 사용하는 식품을 말한다. 현미빵, 건강 시리얼, 요거트 등이 대표적이다. 영국 언론매체 메일온라인에 따르면, 호주 시드니대학의 연구 결과 초가공식품을 주로 섭취하는 그룹은 이들 식품을 자주 섭취하지 않는 그룹에 비해 심장 발작이나 뇌졸중 위험이 25%나 높을 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 특히 고혈압 발병 확률은 최대 39%까지 증가했다. 요거트는 원래 장 건강에 이로운 음식으로 알려져 있으나, 많은 제품에는 아스파탐 같은 인공 감미료, 안정제, 방부제 등이 첨가돼 있다. 건강 과일 단백질 바, 건강에 안 좋을 수도 또한, 요즘 트렌드인 건강 과일 단백질 바는 편리한 대용 식사로 인기를 얻고 있지만, 이 제품도 초가공식품의 일종이다. 건강 바를 만들기 위해 사용되는 성분에는 농축제나 감미료, 유화제, 식품 착색제 등이 포함되어 있어 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 그렇다고 모든 초가공식품이 나쁜 것만은 아니다. 예를 들면 통밀빵 같은 경우는 섬유질이 풍부해 소화를 도와주며, 흰빵에 비해 비타민과 미네랄이 풍부하다. 소비자들이 초가공식품을 선별하고 건강을 위한 올바른 선택을 하기 위해서는, 기업들이 제품 정보를 투명하게 제공해야 한다. 이는 소비자가 자산의 건강을 고려해 식품 선택을 하는데 결정적인 역할을 한다. 건강과 식품의 균형을 맞추기 위해서는 기업의 더 큰 책임이 요구된다.
- 생활경제
2023-09-03 11:08:00

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