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[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.
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
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[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.
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[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공
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[우주의 속삭임(38)] 은하 나이, 기존 추정보다 수십억 년 더 많을 수도...가이아 망원경 관측 결과
- 가이아 우주 망원경을 이용한 연구 결과, 태양 근처 고대별의 존재가 밝혀져 우리 은하의 일부가 기존 예상보다 수십억년 더 오래되었을 가능성이 제기됐다. 태양 가까이 위치한 고대 별들은 빅뱅 이후 10억년도 채 되지 않아 형성됐으며, 이는 은하수의 일부가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 오래되었다는 것을 시사한다는 연구 결과가 발표됐다고 라이브사이언스가 보도했다. 독일 라이프니츠 포츠담 천체물리학 연구소(AIP)연구팀은 유럽우주국(ESA) 가이아 탐사선 데이터를 분석해 태양계 주변 약 3200광년 범위 내 80만개 이상의 별을 조사했다. 그 결과 이들 별 중 다수가 100억년 이상 되었으며, 일부는 130억년 이상 된 것으로 나타났다. 이는 기존에 은하 원반이 80~100억년 전에 형성됐다고 추정했던 것보다 훨씬 이른 시기다. 우주의 나이는 약 138억년이므로, 우리 은하의 원반에 130억년 된 별이 존재한다는 것은 우주 탄생 후 첫 10억년 동안 원반이 형성되었을 것임을 의미한다. 이는 우리 은하의 별 형성 연대 시기를 크게 앞당길수 있다는 것. 연구 책임자는 "원반에 있는 이 고대 별들은 은하수의 얇은 원반의 형성이 이전에 믿었던 것보다도 약 40~50억년 더 일찍 시작되었음을 시사한다"고 설명했다. AIP 연구팀은 유럽우주국의 가이아 우주선이 수집한 데이터를 연구하여 이 고대 별들의 연대를 측정하고 올해 초 사전 인쇄본 arXiv 서버에 연구 결과를 게시했다. AIP는 이번 발견에 대해 지난 7월 31일 발표했다. 특히 이 고대 별들 중 일부는 금속 함량이 높아 초기 은하의 빠른 금속 농축 과정을 시사한다. 이는 일반적인 고대 별들의 특징인 낮은 금속 함량과 대비되는 결과로, 은하 형성 초기 단계에 대한 새로운 시각을 제시한다. 이번 연구 결과는 은하 형성 과정에 대한 기존 이론을 수정하고 은하역사를 재구성하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 가이아 탐사선은 은하 병합 흔적, 초기 구성 요소 등 은하 역사에 대한 다양한 정보를 밝혀왔으며, 최근 운석 충돌로 인한 일시적인 데이터 수집 중단에도 불구하고 2025년말까지 임무를 수행할 예정이다.
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[우주의 속삭임(38)] 은하 나이, 기존 추정보다 수십억 년 더 많을 수도...가이아 망원경 관측 결과
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비트코인 급락, 5만4000달러 하회…4일 연속 하락세
- 5일(한국시간) 암호화폐 시장이 4일 연속 하락세를 이어가며 비트코인(BTC) 가격이 5만4000만 달러 선 아래로 떨어졌다. 이날 오전 10시 13분(미국 뉴욕시간 4일 오후 9시 13분) 현재 비트코인 가격은 24시간 전 대비 무려 12,85% 급락해 5만2749.09달러를 기록했다. 비트코인은 장중 한때 최저 5만2559.19달러까지 쩔어졌다. 비트코인은 지난 7일 동안 23.15% 폭락했다. 시총 2위 암호화폐 이더리움(ETH) 또한 24시간 전 대비 22.45% 떨어져 2248.22달러에 거래됐다. 솔라나(SOL), 도지코인(DOGE) 등 주요 알트코인들도 12% 이상 급락했으며, 바이낸스 코인(BNB), 리플(XRP), 카르다노(ADA) 등도 15% 이상 하락했다. 4일 현지시간 암호화폐 전문매체 코인데스크는 코인게코 데이터를 인용해 이날 초반 비트코인은 지난 24시간 동안 4% 하락하며 3주 만에 최저치인 5만9400달러를 기록했다고 전했다. 이더리움(ETH) 역시 2300달러 아래로 떨어지며 지난 7월 미국 현물 ETF 승인 이후 상승분을 모두 반납했다. SoSoValue 데이터에 따르면, ETH 현물 ETF는 출시 이후 9일 중 6일 동안 순유출을 기록하며 총 5억1000만 달러가 빠져나갔다. 코인데스크 20 지수도 5.73% 하락하는 등 시장 전반에 약세가 이어졌다. 코인글래스 데이터에 따르면, 지난 24시간 동안 9만7000명 이상의 트레이더들이 청산당하며 약 2억 달러 규모의 롱 포지션이 손실을 입었다. 이는 미국 경제 침체 우려와 인공지능(AI) 기술주의 약세를 반영한 것이라는 진단이다. 여기에 중동에서 지정학적 긴장이 고조되면서 투자자들의 불안이 더해지고 있다. 월스트리트저널(WSJ)은 4일(현지시간) 7월 실업률이 4.3%로 작년 초 최저치보다 약 1%포인트 상승했으며, 신규 일자리 증가 폭은 11만4000개로 2020년 말 이후 최소 수준을 기록했다고 보도했다. 이 매체는 미국 경제가 경기 침체 국면에 진입했다고 단정하기는 아직 이르지만, 고용 시장이 빠르게 위축되면서 코로나19 팬데믹 이후 나타났던 활력이 사라질 수 있다고 우려했다. 이에 앞서 지난 2일 일부 트레이더들은 중동 지정학적 긴장과 기술주 등 위험 자산에 대한 투자 심리 위축으로 비트코인 가격이 5만5000달러까지 하락할 수 있다고 경고한 바 있다. 비트코인은 지난 3월 7만3798달러로 최고치를 기록했다. 5일 오전 11시 05분 현재 24시간 전 대비 7.8% 하락해 5만3942달러에 거래되고 있다. 이는 최고치 대비 약 26% 하락한 가격이다. 이날 국내 가상자산 거레소 업베트에서 비트코인은 전일 대비 약 4.5% 하락해 약 7800만원에 거래되고 있다.
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비트코인 급락, 5만4000달러 하회…4일 연속 하락세
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7월 외환보유액 넉 달 만에 증가…외평채 발행 효과 톡톡
- 2024년 7월말 기준 한국의 외화보유액은 4135억1000만달러로 6월말보다 13억달러 증가했다. 사진=연합뉴스 우리나라 7월 외환보유액이 외국환평형기금채권(외평채) 발행과 달러 약세 등의 영향으로 4개월 만에 증가했다. 한국은행이 5일 공개한 외환보유액 통계에 따르면 7월 말 기준 외환보유액은 4135억1000만달러(약 563조원)로, 6월 말(4122억1000만달러)보다 13억달러 늘었다. 올해 4월 이후 3개월 연속 이어진 감소세가 멈춘 것이다. 한은 관계자는 "분기 말 효과 소멸로 금융기관 외화예수금은 줄었지만, 외국환평형기금채권 신규 발행과 미국 달러화 약세에 따른 기타통화 외화자산의 달러 환산액 증가 등이 겹쳐 외환보유액이 증가했다"고 밝혔다. 지난 6월 27일 발행된 10억달러 규모의 외국환평형기금채권 발행 대금이 7월 중 납입된 데다, 미국 달러화가 약 1.3%(미국 달러화 지수 기준) 평가 절하(가치 하락)되자 반대로 달러로 환산한 기타 통화 외화자산 금액은 증가했다. 외환보유액을 자산별로 나눠보면 국채·회사채 등 유가증권(3670억5000만달러)이 30억7000만달러, IMF(국제통화기금)에 대한 특별인출권(SDR·149억5000만달러)이 3억달러 각각 늘었다. 하지만 예치금(223억5000만달러)은 전월보다 20억8000만달러 감소했다. 금의 경우 시세를 반영하지 않고 매입 당시 가격으로 표시하기 때문에 6월과 같은 47억9000만달러를 유지했다. 한편, 한국의 외환보유액 규모는 6월 말 기준(4122억달러)으로 세계 9위 수준이다. 1위는 중국으로 3조2224억달러로 가장 많았고, 일본(1조2315억달러)과 스위스(8838억달러), 인도(6520억달러), 러시아(5935억달러), 대만(5733억달러), 사우디아라비아(4677억달러), 홍콩(4163억달러) 순이었다.
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7월 외환보유액 넉 달 만에 증가…외평채 발행 효과 톡톡
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[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.
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[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발
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[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.
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[퓨처 Eyes(45)] 美 유타대, 공기 중 수분으로 식수 만드는 '마법 장치' 개발
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[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.
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[신소재 신기술(86)] MIT, 전자 산업 혁신 이끌 초박형 강유전체 트랜지스터 개발
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[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.
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- IT/바이오
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[기후의 역습(32)] NASA, 미국 탄소 배출량 실태 보여주는 위성사진 공개
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[신소재 신기술(85)] 해산물 껍질로 농산물 신선도 유지 및 잔류 농약 제거
- 게와 새우 껍질 등 해산물을 활용해 농산물의 신선도를 연장하는 기술이 개발됐다. 미국 메릴랜드 대학교 연구팀이 게 껍질을 활용해 농산물의 신선도를 유지하고 잔류 농약을 제거하는 기술을 개발했다고 PHYS.org가 전했다. 이 기술은 농산물 수확 후 보존에 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 연구팀은 게와 새우 껍질에서 추출한 케토산과 항균 특성을 가진 구리를 활용해 미세한 다공성 물질을 개발했다. 이 물질을 농산물 표면에 얇게 코팅하면 잔류 농약 제거 효과도 얻을 수 있다. 해당 연구 결과는 학술지 '매터(Matter)'에 게재됐다. 연구에 참여한 친 왕(Qin Wang) 영양 및 식품과학 교수는 "이 기술은 우리 일상생활에서 식품 안전을 향상시키는 실질적인 해결책을 제시한다"고 말했다. 농산물에 남아 있는 잔류 농약은 암, 주의력 결핍 과잉행동장애(ADHD), 알츠하이머병 등 심각한 건강 문제와 관련이 있다. 기존에는 식초, 베이킹소다, 과산화수소 등 다양한 방법으로 잔류 농약을 제거하려는 시도가 있었지만, 효과가 미흡하거나 농산물의 외관과 맛을 손상시키는 문제가 있었다. 또한 세척 과정에서 농산물에 대한 미세한 상처가 생겨 신선도가 떨어지는 경우도 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 이번 기술은 스마트폰 앱을 통해 잔류 농약 수준을 확인할 수 있도록 설계됐다. 또한 해산물 껍질에서 추출한 코팅은 물에 쉽게 씻겨져 나간다. 게다가 이 기술은 미국 식품의약국(FDA)에서 안전하다고 인정한 GRAS(Generally Recognized as Safe) 등급 물질만 사용해 안전성을 확보했으며, 대량 생산도 가능하다. 이번 연구는 농산물의 신선도 유지 및 잔류 농약제거 문제 해결에 기여할 것으로 기대되며, 향후 식품 안전 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.
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[신소재 신기술(85)] 해산물 껍질로 농산물 신선도 유지 및 잔류 농약 제거
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[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해
- 레이저를 활용해 플라스틱 오염을 해결할 수 있는 방법이 개발됐다. 미국 텍사스 대학교 연구진이 주도하는 국제 연구팀은 레이저를 이용해 플라스틱 분자를 기본 요소로 분해해 재활용하는 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 매년 수백만톤의 플라스틱 폐기물이 매립지와 바다에 쌓이는 등 플라스틱 오염은 전세계적인 환경 문제로 떠올랐다. 기존의 플라스틱 분해 방법은 에너지 집약적이고 환경적으로 유해해 비효율적인 경우가 많았다. 연구팀은 분해하려는 물질을 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)라는 2차원 물질 위에 놓고 빛을 비추는 방식을 활용했다. 이는 기존 기술로는 분해가 어려운 플라스틱 폐기물 해결에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이 기술을 통해 플라스틱의 화학 결합을 끊고 새로운 화학 결합을 형성해 발광 탄소점(carbon dot)을 생성했다. 탄소 기반 나노 물질은 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 이 발광 탄소점은 차세대 컴퓨터 메모리 소자로 활용될 가능성도 있다. 텍사스 오스틴 캠퍼스(UT Austin)의 18개 단과대학 중 하나인 콕렐 공과대학 워커 기계공학부 교수이자 프로젝트 리더 중 한 명인 유빙 정은 "이러한 독특한 반응을 활용하면 환경 오염 물질을 가치있고 재사용 가능한 화학물질로 전환하는 새로운 경로를 탐색해 보다 지속 가능한 순환 경제 발전에 기여할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 새로운 발견은 환경 문제를 해결하고 친환경 화학 분야를 발전시키는 데 중요한 의미가 있다"고 덧붙였다. 또한 이번 연구는 탄소-수소 결합 활성화(C-H activation)라는 특정 반응을 이용했다. 이 반응은 유기 분자 내 탄소-수소 결합을 선택적으로 분해해 새로운 화학 결합을 형성하는 과정이다. 연구팀은 TMD를 촉매로 사용해 수소 분자를 가스 형태로 변환시키고, 탄소 분자들이 서로 결합해 정보 저장 점을 형성하도록 유도해 플라스틱 분해를 높였다. 이번 연구는 플라스틱 폐기물 문제 해결을 위한 지속 가능한 방안 모색에 중요한 발걸음을 내디뎠다는 평가를 받고 있다. 하지만 산업적 응용을 위해서는 빛 기반 C-H 활성화 공정의 최적화 및 확장에 대한 추가 연구 개발이 필요하다. 빛 기반 C-H 활성화 공정은 플라스틱 외에도 폴리에틸렌, 계면활성제 등 다양한 고분자 유기화합물에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 최근 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구에는 텍사스대학교를 포함해 버클리 캘리포니아 대학교, 일본 도호쿠 대학교, 로렌스 버클리 국립 연구소, 베일리 대학교, 펜실베니아 주립대학교의 연구진이 참여했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해
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[신소재 신기술(77)] 나사, 소변을 식수로! 혁신적인 새 우주복 개발
- 미국 과학자들이 소변을 식수로 5분만에 바꿀 수 있는 획기적인 우주복을 설계했다. 코넬 대학교 연구진은 영화 '듄'에 등장하는 전신 '스틸슈트'와 같은 공상 과학 기술을 현실로 구현하기 위한 우주복용 소변 수집 및 여과 시스템 시제품을 개발했다고 영국 일간지 더 가디언스와 과학 전문 웹사이트 PHYS.org, 라이스사이언스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 우주 유영중인 우주 비행사들이 우주복 안에서 용변을 해결해야 하는 것은 잘 알려진 사실이다. 이는 불편하고 비위생적일뿐만 아니라 ,국제 우주 정거장(ISS)내 폐수와 달리 우주 유영 중 발생하는 소변 속 물을 재활용할 수 없다는 점에서 낭비적인 측면도 있다. 스틸슈트는 땀과 소변을 통해 손실되는 수분을 흡수, 정화하여 식수로 재활용하는 기능이 있다. 나사의 새 우주복 디자인은 '프론티어스 인 스페이스 테크놀로지(Frontiers in Space Technology)' 저널에 게재됐다. 연구팀은 진공 기반 외부 도뇨관과 정삼투-역삼투 통합 장치를 통해 우주 비행사에게 지속적으로 식수를 공급하며, 다양한 안전 장치를 통해 안전을 보장한다고 밝혔다. 미국 나사가 2025년과 2026년에 예정된 유인 우주 탐사선 아르테미스 Ⅱ와 아르테미스 Ⅲ 임무를 위해 개발된 이 시스템은, 기존 우주복의 폐기물 관리 시스템인 MAG(Maximum Absorbency Garment)의 불편함과 비위생 문제를 해결하려고 했다. MAG는 1970년대 후반부터 사용된 일종의 성인용 기저귀로, 누출 및 요로 감염, 위장 장애 등 건강 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 연구팀이 개발한 소변 수집 장치는 유연한 직물로 만들어진 속옷과 실리콘으로 제작된 수집컵으로 구성된다. 수집 컵은 남녀 신체 구조에 맞게 설계되었으며, 내부에는 폴리에스터 극세사 또는 나일론-스판덱스 혼합 소재가 사용되어 소변을 흡수하고 진공 펌프를 통해 빨아들인다. 수집된 소변은 우주복 등에 부착된 여과 시스템으로 이동하며, 2단계 장삼투-역삼투를 통해 87% 효율로 재활용된다. 정제된 물은 전해질을 추가하여 식수로 사용 가능하다. 500ml 소변을 수집하고 정화하는 데는 5분이 소요된다. 이 시스템은 제어 펌프, 센서, 액정 디스플레이 화면을 포함하며, 20.5V, 40Ah 배터리로 작동한다. 크기는 38x23x23cm, 무게는 약 8kg으로 우주복 뒷면에 부착할 수 있도록 작고 가볍게 설계됐다. 현재 시제품이 완성됐으며, 향후 모의 환경 및 실제 우주 유영에서 테스트될 예정이다. 이를 통해 시스템의 기능성과 안전성을 검증하고 실제 우주 임무에 적용할 수 있을 것으로 보인다.
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[신소재 신기술(77)] 나사, 소변을 식수로! 혁신적인 새 우주복 개발
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[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화
- 그래핀에서 파생된 신소재 EGNITE가 신경 보철 성능을 크게 향상시켰다는 연구 결과가 나왔다. 스페인 바르셀로나에 위치한 UAB 신경과학 연구소(INc-UAB) 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE 전극의 말초 신경 자극과 기록 능력을 장시간 연구해 이같은 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. EGNITE(Engineered Graphene for Neural interface) 전극은 그래핀 유래 신소재로 만들어진 차세대 신경 인터스페이스 기술이다. 기존의 금속 미세 전극보다 크기가 작고 유연하며, 우수한 전기적 특성과 생체 적합성을 가지고 있어 신경 자극 등의 효율을 높일 수 있다. 절단 또는 신경 손상 환자는 팔다리의 운동과 감각 기능을 상실해 일상 생활에 제약을 받는다. 이러한 기능 회복을 위한 유일한 방법은 신경 보철이다. 신경 보철은 특정 감각을 유도하기 위해 신경을 자극하고. 운동 신호를 기록해 생체 공학 보철물로 전송하는 전극으로 구성된다. 신경 보철 설계에서 전극은 신경 내 소수의 축삭과만 선택적으로 상호작용할 수 있도록 충분히 작아야 한다. 기존 신경 보철에는 금, 백금, 산화이리듐과 같은 금속이 주로 사용됐다. 그러나 더 작은 전극 접점을 만들기 위해 전도성이 향상된 새로운 소재 개발이 필요했다. 이러한 요구에 부응해 그래핀과 그 유도체는 탁월한 전기적 특성을 바탕으로 차세대 미세 전극 개발에 활용되고 있다. 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE의 말초 신경 자극 및 기록 능력을 연구하고, 장시간 기능 유지를 위한 생체 적합성을 검증했다. 연구 결과는 '어드밴스트 사이언스(Advanced Science)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 자비에 나바로 교수가 이끄는 INc-UAB의 신경 가소성 및 재생 연구팀과 INC2의 호세 가리도 연구팀의 협력으로 진행됐다. INC2는 신경 인터페이스와 함께 EGNITE 개발을 담당했다. 연구팀은 쥐 실험을 통해 쥐의 좌골 신경에 이식된 EGNITE 전극이 최대 60일 동안 선택적인 근육 활성화를 유도하는 것을 확인했다. 팀은 EGNITE 전극이 기존 금속 미세 전극보다 근육 활성화에 필요한 전류가 현저히 감소했다고 설명했다. EGNITE 전극은 크기가 작아 신경 내 특정 부위만 선택적으로 자극할 수 있어, 신경 보철 장치의 정확도와 효율성을 향상시켰다. 또한 그래핀의 우수한 전기 전도성을 바탕으로 신경 신호를 효과적으로 전달하고 기록할 수 있다. INc-UAB의 박사후 연구원이자 이 논문의 제1저자인 브루노 로드리게스-메이나는 "근육 활성화를 생성하는 데 필요한 전류의 감소는 다른 대형 금속 미세 전극과 비교할 때 현저한 차이가 있었다"고 말했다. 또한 EGINITE 전극은 생체 적합성이 우수해 이식된 인터페이스로 인한 기능 변화나 염증 반응이 관찰되지 않았다. 나바로 교수는 "이 연구의 다음 단계는 EGNITE 기반 기술의 최적화외 미주 신경 또는 척수 자극 시스템에 대한 임상 전 연구에의 적용으로 구성될 것이다"라고 말했다. 연구팀은 아울러 생체 전자 의학 분야에서 임상 적용을 위한 연구도 병행할 계획이다. EGNITE 전극은 신경 보철뿐만 아니라, 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 또한 팔다리 절단 환자나 신경 손상 환자의 운동 및 감각 기능 회복에 기여해 삶의 질을 높일 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화
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[파이낸셜 워치(17)]비트코인, 5만5천달러 하회…독일·마운트 곡스 영향 하락세
- 대표적인 가상화폐 비트코인(BTC) 가격이 독일 정부 보유분과 10년 전 파산한 일본의 가상화폐 거래소 마운트 곡스(Mt. Gox)가 80억 달러(약 11조원) 상당을 반환하기 시작함에 따라 하락세를 면치 못하고 있다. · 8일 암호화폐 전문매체 코인데스크에 따르면, 비트코인은 지난주 13% 하락하며 FTX 파산 당시와 비슷한 수준의 낙폭을 기록했다. 9월 미국 연방준비제도이사회(연준·Fed)의 금리 인하 기대감이 커지면서 추가 하락이 발생하기도 했다. 8일 블룸버그통신에 따르면 비트코인은 싱가포르 시장에서 이날 한때 5.2%까지 하락했으나 이후 일부 낙폭을 만회해 한국 시간으로 오후 4시5분 현재 전일 대비 3.60% 하락해 5만5623달러에서 거래되고 있다. 비트코인은 장중 한때 최저 5만4321달러, 까지 떨어졌다. 이는 지난 3월 최고치보다 약 1만9000달러 낮은 가격이며, 이더리움(ETH)과 리플(XRP)도 24시간 전 대비 각각 4.02%(2910달러)와 4.54%(0.4211달러) 하락하는 등 약세를 보이고 있다. 한때 세계 최대 비트코인 거래소였던 일본 도쿄 소재 마운트 곡스 거래소는 2011년 해킹 사건 이후 2014년 파산했으며, 최근 고객들에게 비트코인 반환을 시작하면서 시장에 대규모 매도 물량이 출회될 가능성이 다시금 주목 받고 있다. 암호화폐 분석기업 아캄 인텔리전스(Arkham Intelligence)에서 추적한 데이터에 따르면 유로존 최대 경제국인 독일은 여전히 22억 달러 상당의 3만9826개의 BTC를 보유하고 있는 것으로 나타났다. 올해 초, 독일 연방 형사 경찰청(BKA)은 2013년 마지막으로 활동했던 개인 정보 보호 웹사이트 Movie2k.to의 운영자로부터 4만9857개의 BTC를 압수했다. 6월 중순 이후 독일 정부는 1만개 이상의 BTC를 청산해 암호화폐 가격 하락에 영향을 미쳤다. 코인데스크 데이터에 따르면 BTC의 현물 가격은 4주 동안 20% 가까이 하락해 5만5490달러까지 떨어졌으며, 지난 7일 동안만 가격이 13% 가까이 하락했다. 게다가 지난 주말 프랑스 총선 결 등으로 암호화폐 시장 전번이 걸쳐 신중론이 일고 있다. 지난 7일 치러진 프랑스 충선 결선투표 결과 과반 정당이 없는 '헝 의회(Hung Parliament)로 향하면서 프랑스 경제가 불확실설이라는 심각한 리스크를 안게 됐다. 특히 좌파연합인 신만중전선(NFP)이 예상을 뒤엎고 1당으로 급부상해, 향후 정부 지출이 크게 늘 수 있다는 투자자들의 우려가 주식과 채권 등 금융 시장에도 부정적으로 작용할 것이라는 분석이다. 가상화폐 시장은 이번 주도 약세가 이어지면 2022년 약세장 이후 최장인 5주 연속 하락세를 기록하게 된다. 비트코인 가격은 올해 들어 미국에서 현물 상장지수펀드(ETF) 승인의 영향으로 70% 가까이 상승하며 주식 등 기존 자산 시장을 크게 능가했으나, 최근 약세를 보이며 기술주 중심의 나스닥 100 지수와의 격차가 줄어들었다. 싱가포르 가상화폐 플랫폼 OSL SG Pte의 트레이딩 책임자인 스테판 폰 해니쉬는 미 연준이 금리 인하를 시작할 때까지 비트코인 가격이 점차 더 하락할 가능성이 있다고 예측했다. 그러나 옵션 시장에서는 비트코인 하락을 일시적인 현상으로 보는 시각이 우세하다. 가상화폐 옵션·선물 거래소 데리빗(Deribit)에 따르면, 많은 투자자들이 비트코인이 올해 10만 달러까지 상승할 것이라는 기대감을 가지고 투자하고 있다. 블룸버그는 이러한 현상이 향후 몇 달 안에 예상되는 연준의 통화 완화 정책과 가상화폐에 우호적인 도널드 트럼프 전 미국 대통령의 재선 가능성 등을 반영한 것이라고 분석했다.
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- IT/바이오
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[파이낸셜 워치(17)]비트코인, 5만5천달러 하회…독일·마운트 곡스 영향 하락세
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코가 차가우면 고혈압?…얼굴 열 패턴 분석해 건강 상태 예측
- 고혈압이 있는 남성들은 비교적 코가 차갑고, 대사 장애가 있는 사람들은 눈 주위 온도가 더 높은 등 얼굴의 열 패턴을 분석하면 노화 정도 및 특정 질병 발생 위험을 예측할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 중국 베이징 대학교 연구진은 코, 볼, 눈 주변의 열 방출량을 비교 분석해 건강한 노화를 모니터링하고 질병을 조기에 진단할 수 있는 잠재력을 확인했다고 사이언스얼러트가 4일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 21세부터 88세까지의 다양한 연령대의 중국인 2811명의 얼굴 온도 데이터를 활용해 인공지능(AI) 프로그램을 학습시켰고, 그 결과 개인의 '생체 시계'를 암시하는 다양한 얼굴 열 패턴을 식별했다. 연구 결과 코 온도는 얼굴 다른 부위보다 나이가 들수록 빠르게 감소하는 반면, 눈 주변 온도는 나이가 들수록 상승하는 경향을 보였다. 이는 코가 따뜻하고 눈 주변이 시원한 사람일수록 얼굴 열 시계가 느리게 움직일 수 있음을 시사한다. 예를 들어 40대 남성 A씨와 B씨 얼굴 열 분포를 비교했을 때, A씨는 코 온도가 상대적으로 낮고 눈 주변 온도가 높았던 반면, B씨는 코 온도가 높고 눈 주변 온도가 낮았다. 이러한 결과를 바탕으로 연구팀은 A씨의 생체 시계가 B씨보다 빠르게 움직이고 있을 가능성을 제시했다. 즉, A씨가 B씨보다 노화가 빠르게 진행되고 있거나 특정 질병에 걸릴 위험이 높을 수 있다는 것이다. 연구에 따르면 대사 장애가 있는 사람들은 건강하고 나이와 성별이 같은 사람들보다 눈 주위 온도가 높은 가능성이 더 컸다. 연구진은 개일의 열 프로파일이 특정 생활 방식 요인 및 대사 건강과 연관되어 있음을 발견했다. 예를 들어 당뇨병 환자는 일연 연령의 건강한 사람보다 얼굴 열 패턴이 6년 이상 노화된 것으로 나타났다. 이는 얼굴 열 분포가 단순히 노화 정도뿐만 아니라 건강 상태를 반영할 수 있음을 시사한다. 더 나아가 연구팀은 개발한 기계 학습(머신 러닝) 모델을 통해 얼굴 열 지도를 분석하여 지방간이나 당뇨병 같은 대사 장애가 있는 지 여부를 80% 이상의 정확도로 예측할 수 있었다. 또한 고혈압 참가자는 눈 주변 및 볼 온도가 높게 나타났고, 고혈압 남성은 상대적으로 코 온도가 낮은 경향을 보였다. 열 화상 이미지가 연령에 따라 변하는 이유를 조사하기 위해 연구팀은 중국 한 병원에서 건강한 사람 57명의 혈액 검사와, 이 그룹의 열 화상 및 3D 얼굴 판독 결과를 분석했다. 그 결과 눈과 볼 주변의 온도가 상승하면 염증과 관련된 세포 활동이 증가하는 것을 발견했다. 연구팀은 "이번 연구 결과는 얼굴 열 이미지가 기존의 얼굴 이미지 모델로는 예측할 수 없었던 대사 질환과의 연관성을 보여주었다는 점에서 의미가 크다"며 "향후 임상 환경에서 얼굴 열 이미지를 활용해 질병 조기 진단 및 예방에 기여할 수 있기를 기대한다"고 밝혔다. 얼굴에서 방출되는 열은 주변 환경 및 감정 상테에 영향을 받을 수있기 때문에 참가자들은 온도가 일정하게 유지되는 방에서 안정된 상태로 얼굴 열 패턴을 측정했다. 이번 연구 결과는 학술지 '셀 메타볼리즘(Cell Metabolism)'에 게재됐다. 그러나 이번 연구 결과는 중국인 데이터를 기반으로 했기 때문에 다른 인구 집단에도 동일하게 적용될 수 있을지는 추가 연구가 필요하다. 이러한 제한점에도 불구하고 이 연구는 얼굴 열 분석을 통해 개인의 건강 상태를 파악하고 질병을 예측할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다는 점에서 주목할만하다.
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- IT/바이오
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코가 차가우면 고혈압?…얼굴 열 패턴 분석해 건강 상태 예측
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5월 경상수지, 수출 호조에 89.2억 달러 흑자...2년 8개월 만에 최대 기록 경신
- 한국의 5월 경상수지는 반도체 등 주요 수출 품목의 호조에 힘입어 2년 8개월만에 최대 규모 흑자를 달성했다. 한국은행이 5일 발표한 국제수지 잠정통계에 따르면 지난 5월 경상수지는 89억2000만달러(약 12조3270억원) 흑자로 집계됐다. 4월에는 외국인 배당 증가 등의 요인으로 1년 만에 적자(-2억9000만달러)를 기록했으나, 한 달 만에 흑자 전환에 성공하며2021년 9월(95억1000만 달러) 이후 최대 규모를 기록했다. 이로써 1~5월 누적 경상수지는 254억7000만 달러로 전년 동기(-50억3000만달러) 대비 305억달러 개선됐다. 한국은행은 상반기 경상수지 흑자가 지난 5월 전망치(279억달러)를 상회할 것으로 내다봤다. 송재창 한국은행 금융통계부장은 "6월 경상수지는 상품수지와 본원소득수지를 중심으로 상당한 흑자를 기록할 것"이라며 "무역수지 흑자가 상품수지에 반영되고, 5월 분기 배당 영향이 약화하면서 본원소득수지도 확대될 것"이라고 밝혔다. 산업통상자원부에 따르면 6월 통관기준 무역수지는 80억달러 흑자로 2020년 9월 이후 최대 흑자를 기록했다. 한은 금융통계부장은 "상반기 경상수지가 당초 예상보다 빠른 개선세를 보이고 있으며, 5월 전망치를 상회할 것"이라고 덧붙였다. 송 부장은 "상반기 전망치 상회가 연간 전망치 상향 요인으로 작용할 수 있다"면서도 "하반기에는 서계 경제 성장률, 세계 교역 신장률, 국제유가 등 여러 전망 수치 전체를 고려해야 하기 때문에 8월 경지 전망을 참고해 달라"고 전했다. 5월 경상수지를 항목별로 살펴보면, 상품수지는 87억5000만달러 흑자를 기록하며 2021년 9월 이후 최대 규모를 달성했다. 이는 작년 4월 이후 14개월 연속 흑자 기조를 이어온 결과다. 수출은 589억5000만달러로 전년 동기 대비 11.1% 증가했다. 지난해 10월 반등 이후 8개월 연속 오름세를 유지하며 호조를 보였다. 품목별로는 반도체(53.0%), 정보통신기기(18.0%), 석유제품(8.2%), 승용차(5.3%) 등이 수출 중가를 견인했다. 반면, 철강 제품(-10.9%) 등은 감소세를 보였다. 지역별로는 동남아(30.4%), 미국(15.6%), 중국(7.6%) 등으로 수출이 활발했다. 수입은 502억달러로 전년 동기 대비 1.9% 감소했다. 원유 도입 단가 상승, 산업 발전용 가스 수요 확대 등으로 에너지 수입은 증가했고, 비에너지 수입은 축소됐다. 특히 반도체 제조용 장비의 경우, 지난해 업황 부진으로 설비 투자가 지연되고 일부 업체의 생산라인 증설 공사가 일시 중단됐다가 올해 5~6월 재개되면서 수입이 즐었다. 또한 배터리 수요 둔화 등으로 화공품 수입이 감소했고, 항공기 공급 차질로 수송 장비 수입도 축소됐다. 승용차 역시 판매 부진으로 수입량이 줄었다. 서비스수지의 경우 12억9000만달러 적자로 나타났다. 적자 규모는 1년 전(-9억1000만달러)과 비교하면 커졌지만, 한 달 전(-16억6000만달러)보다는 감소했다. 서비스수지 가운데 특히 여행수지가 8억6000만달러 적자였다. 한은은 내국인의 해외 출국 증가로 적자 폭이 4월(-8억2000만달러) 보다 늘었다고 설명했다. 같은 서비스수지 내 지적재산권수지는 특허권·상표권 사용료 수입이 증가하면서 한 달 사이 3억1000만달러 적자에서 1억달러 흑자로 전환했다. 4월 33억7000만달러 적자였던 본원소득수지 역시 5월에는 17억6000만달러 흑자로 돌아섰다. 4월에 국내 기업이 외국인에게 집중적으로 배당금을 지급하는 계절적 요인이 사라진데 기인한다. 금융계정 순자산(자산-부채)은 5월 중 75억8000만달러 증가했다. 4월의 경우 66억달러 감소했지만, 1개월 만에 반등에 성공했다. 직접투자의 경우 내국인의 해외투자가 63억3000만달러, 외국인의 국내 투자가 7억9000만달러로 각각 늘었다. 증권투자에서는 내국인의 해외투자가 주식을 중심으로 71억달러 증가했고, 외국인의 국내 투자도 채권 위주로 23억2000만달러 늘었다.
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- 경제
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5월 경상수지, 수출 호조에 89.2억 달러 흑자...2년 8개월 만에 최대 기록 경신
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[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
- 미국 스탠퍼드 대학교 연구팀이 칩 크기의 초소형 티타늄 사파이어(Ti:sapphire)레이저 개발에 성공했다. 이 레이저는 기존 티타늄 이온 도핑 사파이어 크리스탈로 만든 티타늄 사파이어 또는 Ti:사파이어 레이저보다 4배 작고 비용은 3배 더 저렴하며 효율성도 크게 향상되었다고 IFL이 3일(현지시간) 전했다. 기존 티타늄 사파이어 레이저는 높은 가격과 큰 부피, 그리고 구동을 위한 여러 대의 고출력 레이저가 필요하다는 단점이 있었따. 스탠퍼드리포트는 이번에 새로 개발 티타늄-사파이어 레이저에 대해 "'타의 추종을 불허하는 성능'을 가진 것으로 간주된다"고 전했다. 이어 "레이저는 최첨단 양자 광학, 분광학, 신경 과학을 포함한 많은 뷴야에서 없어서는 안 된다. 하지만 그 성능은 엄청난 대가를 치른다"면서 "Ti:sapphire는 부피가 입방 피트9볼링 공 4개 정도의 공간을 차지함)에 달할 정도로 크고 비용도 수십만 달러에 이른다. 또한 3만 달러 이상에 달하는 다른 고출력 레이저가 있어야 작동한다"며 기존 레이저의 단점을 지적했다. 스탠퍼드대 전기공학과 교수이자 칩 크기의 Ti:사파이어 레이저 논문의 시니어 저자인 옐레나 부치코비치(Jelena Vučković)는 "이것은 기존 모델에서 완전히 벗어난 것"리하고 말했다. 그는 "크고 값비싼 레이저 한 대가 아닌, 하나의 칩에 수백대의 레이저를 탑재할 수 있는 시대가 곧 올 것"이라고 전망했다. 연구팀은 티타늄 사파이어를 이산화규소(sio2) 절연체 위에 장착하고 수백 나노미터 두께의 티타늄 사파이어 층을 정밀하게 연마하고 에칭하여 소용돌이 모양의 융기, 즉 도파관을 형성했다. 이 도파관을 통과하는 빛은 소형 히터를 사용해 가열되며 사용자가 필요에 따라 레이저 파장을 조정할 수 있도록 한다. 즉, 연구팀은 마이크로스케일 히터를 통해 방출되는 빛의 파장을 변경해 빛의 색상을 700~1000나노미터(적색에서 적외선까지) 사이에서 원하는 대로 조절할 수 있었다. 또한 레이저 크기 축소는 강도를 높여 효율성을 향상시키는 효과도 있었다. 이 소형 레이저는 양자 광학, 분광학, 신경 과학 등 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 넓은 파장 범위에서 에너지를 방출하는 탁월한 이득 대역폭과 1000조 분의 1초마다 빛 펄스를 방출하는 초고속 특성을 가지고 있다. 이는 기존 레이저보다 약 14배 빠른 속도다. 부치코비치 교수와 공동 제1저자인 조슈아 양과 연구팀은 이 새로운 레이저가 다양한 분양에 미칠 영향에 대해 큰 기대를 걸고 있다. 양자 물리학 분야에서는 이 저렴하고 실용적인 레이저가 최첨단 양자 컴퓨터의 소형화를 획기적으로 앞당길 수 있을 것으로 예상된다. 신경 과학 분야에서는 광섬유를 통해 뇌 속 뉴런을 빛으로 조절하는 광유전적 연구에 즉각적인 활용이 가능할 것으로 보인다. 소형 레이저를 활용하면 더욱 작은 프로브(probe, 뇌 활동을 측정하고 자극하는 데 사용되는 도구)를 개발해 새로운 실험 방법을 모색할 수 있다. 안과 분야에서는 노밸상 수상 기술은 '처프 펄스 증폭(chirped pulse amplification)'을 이용한 레이저 수술에 새로운 방식으로 활용되거나, 망막 건강 평가에 사용되는 광 간섭 단층 촬영 기술을 더 저렴하고 작게 만들수 있을 것으로 기대된다. 칩 형태의 레이저는 기볍고 휴대성이 뛰어나며 저렴하고 효율적이다. 그리고 대량 생산이 가능하다. 양 연구원은 "우리는 단일 4인치 웨이퍼에 수 전개의 레이저를 놓을 수 있었다"며 그렇게 되면 레이저당 비용이 거의 0이 되기 시작한다. 이는 매우 흥미로운 일이다"고 말했다. 연구팀은 이번 연구 결과가 티타늄 사파이어 레이저의 대중화에 기여할 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
- 중국 연구진이 인공 칩 위에서 배양한 뇌세포를 로봇에 연결하여 로봇을 제어하는 획기적인 시스템인 '메타복(MetaBOC)' 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 뉴아틀라스, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 이는 인간의 뇌와 기계를 연결하는 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술의 새로운 지평을 열었을 뿐만 아니라, 인공지능(AI)과 생물학적 지능의 융합 가능성을 보여주는 중요한 성과로 기록됐다. 메타복은 뇌세포를 이용하여 로봇을 제어하고 학습시키는 시스템으로, 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받는다. 텐진대학교와 남방과학기술대학교 연구팀이 개발한 메타복은 뇌-칩 생체 컴퓨터와 다른 전자 장치의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 인공적으로 배양된 뇌 오가노이드(미니 뇌)가 전기 신호를 통해 외부 환경을 인지하고, 로봇을 제어해 특정 작업을 수행하도록 돕는 것이다. 이는 인간의 뇌세포를 인공 신체에 이식하는 것을 목표로 하는 '바이오 컴퓨팅' 분야의 혁신적인 발전을 의미한다. 바이오 컴퓨팅은 생물학적 시스템, 즉 뇌세포를 이용하여 정보를 처리하고 계산하는 기술이다. 기존의 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 바이오 컴퓨터는 뇌세포의 벙렬 처리 능력과 에너지 효율성을 활용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 메타복은 이러한 바이오 컴퓨팅 기술을 로봇 제어에 적용함으로써, 로봇의 학습 능력과 지능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기능성을 제시했다. 브레인 온 칩 기술, 로봇 학습 능력 향상:인간 뇌 기능 모방 연구팀은 '브레인 온 칩(Brain-on-chip)' 기술을 활용해 로봇의 학습 능력을 획기적으로 향상시켰다. 브레인 온 칩은 작은 칩 위에 살아있는 뇌세포를 배양하고, 이를 통해 뇌의 복잡한 구조와 기능을 연구하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 통해 로봇이 물체를 잡고 장애물을 피하는 등 다양한 작업을 수행하도록 훈련시키는 데 성공했다. 특히, 뇌세포를 3차원 구형 오가노이드 형태로 배양해 더욱 복잡한 신경 연결을 형성하도록 유도했다. 또한 저강도 집속 초음파(LIFU) 자극을 통해 뇌 오가노이드의 지능적 기반을 강화해 뇌세포가 더욱 효과적으로 학습하고 정보를 처리할 수 있도록 했다. 이러한 기술적 진보는 로봇이 인간의 뇌처럼 학습하고 문제를 해결하는 능력을 갖추는 데 기여할 것으로 기대된다. 인공지능과 생물학적 지능의 융합: 새로운 지능 시스템의 탄생 메타복 시스템의 가장 큰 특징은 인공지능 알고리즘을 활용하여 뇌세포의 생물학적 지능과 효과적으로 소통한다는 점이다. 이러한 인공지능과 생물학적 지능의 융합은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 새로운 가능성을 제시하며, 인간과 기계의 상호 작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 인공지능은 데이터 학습을 통해 스스로 문제 해결 능력을 향상시키는 반면, 생물학적 지능은 직관, 창의성, 감정 등 인간 고유의 능력을 발휘한다. 메타복 시스템은 이 두 가지 지능을 결합하여 새로운 형태의 지능 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 이러한 시스템은 기존의 인공지능이나 인간의 지능만으로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다. 시뮬레이션 환경에서의 로봇 학습: 안전하고 효율적인 학습 환경 제공 메타복 시스템을 통해 뇌 오가노이드는 시뮬레이션 환경에서 로봇을 제어하고, 장애물 회피, 목표 추적, 물체 파지 등의 작업을 학습하는 데 성공했다. 시물레이션 환경에서의 학습은 실제 뇌세포 손상 없이 효율적인 학습을 가능하게 하며, 다양한 시나리오에서의 학습을 통해 로봇의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 시뮬레이션 기반 학습은 로봇이 실제 환경에 배치되기 전에 다양한 상황에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 하며, 로봇의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경에서의 학습 데이터를 분석하여 로봇의 성능을 개선하고 새로운 기능을 추가하는 데 활용할 수 있다. 윤리적 문제와 기술적 과제: 인간 존엄성과 안전성 확보 하지만 이러한 뇌-칩 인터페이스 기술은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 접시에서 배양되는 뇌세포는 과연 의식이 있는 것인가. 인공지능 또한 의식이 있다고 봐야 하는가. 생물학적 지능과 실리콘 기반 지능의 윤리는 다르다고 봐야 하는가 등의 의문을 제기한다. 이러한 시스템이 의식을 발달시킨다고 가정해 보면, 실제로 이 시스템으로 테스트 하는 것이 윤리적으로 옳은 일인지, 아닌지를 결정해야 할 수도 있다. 인공 뇌세포를 이용한 로봇 제어가 인간의 존엄성을 침해할 수 있다는 우려와 함께 뇌세포의 생존 유지 및 시스템 안정성 확보 등 해결해야 할 과제도 많다. 또한 뇌-칩 인터페이스 기술이 발전함에 따라 인공지능과 인간 지능의 경계가 모호해지면서 철학적인 논쟁도 불가피할 것으로 보인다. 따라서 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 과정에서는 윤리적 문제와 기술적 과제를 충분히 고려해야 한다. 인공 뇌세포 사용에 대한 명확한 윤리적 지침을 마련하고, 뇌세포의 안전한 관리 및 시스템의 안정성 확보를 위한 기술 개발에 힘써야 한다. 또한 인공지능과 인간 지능의 한계에 대한 사회적 논의를 통해 기술 발전에 따른 잠재적 문제점을 예방하고 해결 방안을 모색해야 한다. 미래 사회 변화의 촉매제: 의료, 로봇 공학, 인공지능 분야의 혁신 그럼에도 불구하고, 이번 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과다. 앞으로 메타복 시스템과 같은 기술은 의료, 로봇공학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 뇌졸중이나 착수 손상 환자의 제활 치료, 인공지능 로봇 개발, 뇌 질환 연구 등에 활용될 수 있다. 특히, 메타복 시스템은 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 인간의 뇌는 정교한 정보 처리 시스템으로, 현재의 인공지능 기술로는 완벽하게 모방하기 어렵다. 하지만 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 통해 인간의 뇌 기능을 더욱 심층적으로 이해하고 이를 인공지능 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 인간과 기계의 융합이라는 새로운 시대를 앞당기는 중요한 발걸음이 될 것이다. 앞으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 어떻게 발전하고 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
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[신소재 신기술(69)] AI, 당 분석으로 암 조기 진단 새지평 열다
- 스웨덴 예테보리 대학교 연구원들이 당 분석을 통해 암 발견 가능성을 획기적으로 높인 인공지능(AI) 모델을 개발했다. 세포 내 당 분자 구조인 글리칸을 활용하는 이 AI 모델은 현재의 반수동 방식보다 빠르고 정확하게 암 관련 이상을 감지한다고 메디컬 익스프레스가 지난 1일(현지시간) 보도했다. 글리칸(Glycan)은 탄수화물의 일종으로 당 분자(단당류)들이 사슬처럼 연결되어 있는 중합체다. 글리칸은 다양한 생물학적 기능을 수행하는데, 특히 세포 표면에 존재하는 당단백질이나 당지질의 구성 성분으로 매우 중요하다. 글리칸은 질량 분석법으로 측정 가능하며, 암의 종류를 나타내는 지표로 활용될 수 있다. 암 세포는 다른 글리칸 패턴을 가지고 있기 때문에 글리칸 분석은 암 진단 및 치료에 활용될 수 있다. 그러나 질량 분석 데이터는 글리칸 조각으로부터 구조를 파악하기 위해 전문가의 세심한 분석이 필요하며, 샘플 당 수 시간에서 수 일이 소요될 수 있다. 샘플 분석 작업은 마치 수년간의 경험을 통해 습득된 탐정 작업과 유사하기 때문이다. 따라서 수많은 샘플을 분석해야 하는 암 진단 등 글리칸 분석 활용에 있어 이 과정은 종종 병목 현상을 초래했다. 이에 예테보리 대학 연구팀은 샘플 분석 작업을 자동화하는 AI 모델인 '캔디크런치(Candycrunch)'를 개발했다. 이 모델은 테스트당 불과 몇 초만에 분석 작업을 해결하는 것으로 확인됐다. 연구 결과는 '네이처 메소드(Nature Methods)' 저널에 게재됐다. AI 모델 캔디크런치는 50만 개 이상의 다양한 조각화 및 관련 당 분자 구조 예시 데이터베이스를 통해 훈련됐다. 예테보리 대학교의 다니엘 보야르(Daniel Bojar) 생물정보학 부교수는 "캔디크런치는 샘플 내 정확한 당 구조를 90% 정도 계산할 수 있다"고 밝혔다. 이는 곧 AI 모델이 DNA, RNA 또는 단백질과 같은 다른 생물학적 서열 분석과 동일한 수준의 정확도에 도달할 수 있음을 의미한다. 이 AI 모델은 빠르고 정확안 답변을 제공하기 때문에 암 진단과 예후를 위한 글리칸 기반 바이오마커 발견을 더욱 가속화할 수 있다. 보야르 교수는 "가장 큰 병목 현상을 자동화함으로써 글리칸 분석이 생물학 및 임상 연구에서 더 큰 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다. AI 모델인 캔디크런치는 농도가 낮아 사람들이 분석할 때 놓치기 쉬운 구조도 식별할 수 있어 새로운 글리칸 기반 바이오마커 발견에 도움을 줄 수 있다는 평가다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(69)] AI, 당 분석으로 암 조기 진단 새지평 열다
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
- 중국 달 탐사선이 달에서 채취한 샘플에서 자체 토착 탄소인 그래핀이 발견돼 달의 기원에 도전장을 내밀고 있다. 달의 기원에 대해서는 여러 가지 가설이 존재하지만, 현재 가장 유력한 가설은 '거대 충돌설'이다. 약 45억년 전 원시 지구와 화성 크기의 천체 테이아(Theia)가 충돌해 두 천체가 합쳐지고, 그, 충격으로 떨어져 나간 파편들이 지구 주위를 돌며 뭉쳐져 달이 형성됐다는 이론이다. 이 가설은 달 샘플의 화학적 구성, 달 공전 궤도, 지구와 달의 자전축 기울기 등 여러 증거를 통해 뒷받침되고 있다. 중국 지린 대학교 과학자들은 2020년 12월 창어 5호가 달 표면에서 채취한 샘플을 분석하는 과정에서 특이하게 그래핀을 발견했다. 연구팀은 자연 상태에서 생성된 '소수층 그래핀(few-layer graphene)'을 달 샘플에서 처음으로 발견했다고 국영 통신사 글로벌 타임스가 보도했다. 이는 향후 인류가 달 현지 자원을 활용하는 계획에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 욱각형 벌집 모양으로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 소재다. 그래핀은 원자 한 층으로 이루어져 세상에서 가장 얇은 물질이다. 쉽게 말하면 연필심에 사용되는 흑연을 아주 얇게 한 겹만 떼어낸 것으로 볼 수 있다. 이번 발견은 달의 초기 지질학적 진화 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있으며, 달이 지구와 소행성의 충돌로 형성되었고 탄소 대부분이 이 충돌에서 유래했다는 기존 이론에 의문을 제기할 수 있다고 퓨처리즘은 전했다. 연구팀은 "널리 받아들여지는 '거대 충돌 이론'은 (미국 우주선) 아폴로 샘플의 초기 분석에서 파생된 '탄소 결핍 달'이라는 개념에 의해 강력하게 뒷받침되어 왔다"고 논문에서 밝혔다. 그러나 이번 연구 결과는 달에서 '탄소 포집 과정'이 존재하며, '토착 탄소의 점진적 축적'이 일어났음을 시사한다. 이는 '달의 화학 성분 및 역사에 대한 이해를 재정립할 수 있는 발견'이라는 점에서 중요하다. 연구팀은 비파괴 화학 분석 방법인 '라만 분광법'을 사용하여 소수층 그래핀의 존재를 확인했다. 소수층 그래핀은 2~10개 층으로 이루어진 그래핀으로, 실험실에서도 제조될 수 있다. 연구팀은 이 물질이 태양풍이 달 표면을 강타하고 초기 화산 폭발이 일어나는 과정에서 형성되었을 가능성을 제시했다. 순수한 '토착 탄소'의 존재는 약 44억 5000만 년 전 화성 크기의 소행성이 지구와 충돌하여 달이 형성되었다는 기존 가설에 배치되는 점이다. 그러나 연구팀은 이전 연구 결과와 마찬가지로 운석 충돌이 달에서 흑연 탄소 형성에 기여했을 가능성도 인정했다. 연구팀은 "자연 그래핀의 특성에 대한 심층적인 연구는 달의 지질학적 진화에 대한 더 많은 정보를 제공할 것"이라고 말했다. 한편, 중국은 무인 달 탐사선 창어-6호가 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 채취해 지난 6월 25일 내몽골에 성공적으로 착륙했다. 창어-6호는 달 뒷면에 있는 거대한 분화구인 남극 에이컨 분지(South Pole-Aitken Basin) 분지에서 달 토양을 수집해 지구로 53일만에 귀환한 것. 최대 2kg(4.4 파운드)에 달하는 이 샘플은 지난 26일 새벽 베이징으로 공수돼 중국 우주 기술 아카데미(CAST)로 이송됐다. 스페이스닷컴에 따르면 중국이 달 뒷면에처 채취한 샘플은 2020년 창어-5호가 수집한 샘플과 마찬가지로 재료를 분류한 다음 중국 전역의 과학자 및 기관의 연구에 사용할 수 있도록 제공될 예정이다. 이 자료는 2년 후 국제 그룹과 연구자들의 응용 프로그램에 제공될 가능성이 높다고 한다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 자금 지원을 받은 연구원들은 지난해 말 달 샘플에 대한 접근을 신청할 수 있는 특별 허가를 받았다. 과학자들은 이 샘플이 달, 지구, 태양계의 형성에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 중국은 우주 강국으로 자리매김하기 위해 2026년 창어-7호를 달 남극에 발사하고, 2028년에는 창어-8호를 발사해 자원 활용에 집중할 계획이다. 아울러 중국은 2030년까지 우주비행사를 달 남극에 보낼 계획이다. 달 남극은 인간의 생존에 필수적인 물과 각종 희토류 등이 있는 것으로 알려져 인도와 미국 등 세계 각국의 탐사 목표지로 급부상했다.
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
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