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2024-11-13 (수)

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춤추는 휴머노이드 로봇, 인간과의 협업 강화 기대

캘리포니아 주립대학교 샌디에이고 캠퍼스(UC 샌디에이고)의 공학 연구팀이 간단한 댄스와 손 흔들기, 하이파이브, 포옹과 같은 행동을 포함, 다양한 표현과 동작을 쉽게 배우고 수행하는 동시에 다양한 지형에서 안정적인 보행을 유지하는 휴머노이드 로봇를 선보였다고 전문 매체 테크익스플로어가 전했다. UC 샌디에이고 연구팀이 선보인 휴머노이드 로봇은 과거에 비해 표현력이나 민첩성이 크게 향상됐다는 평가를 받고 있다. 이에 따라 공장 조립라인, 병원 및 가정과 같은 민감한 중요 환경하에서 인간과의 협업을 더욱 진전시킬 수 있을 것으로 기대된다. 실험실이나 재난 현장 등 위험한 환경에서 사람을 대체하거나 보조하는 방법도 더욱 다양하고 원활해질 것이라고 연구팀은 밝혔다. UC 샌디에이고 전기컴퓨터공학부 샤오룽 왕 교수는 "표현력이 풍부하고 인간과 더욱 유사한 신체 동작을 통해, 연구팀은 신뢰를 구축하고 인간과 조화롭게 공존할 수 있는 로봇을 개발하는 것을 목표로 하고 있다"면서 "우리는 로봇이 터미네이터처럼 무섭기보다는 친근하고 협력적이라는 방향으로 일반의 인식을 바꾸고자 한다"고 밝혔다. 왕 교수가 주도한 연구팀은 이달 15일(현지시간)부터 19일까지 네덜란드 델프트에서 개최되는 '2024 로봇공학: 과학 및 시스템 컨퍼런스(2024 Robotics: Science and Systems Conference)'에서 연구 결과를 발표한다. 개발된 휴머노이드 로봇은 다양한 인체 동작을 교육받아 훈련하고 이를 응용해 새로운 동작을 만들어 내거나 쉽게 모방할 수 있다는 점에서 표현력이 대단히 뛰어나다는 평가다. 댄스를 배우는 학생이 빠르게 배우는 것과 마찬가지로 이 휴머노이드 로봇도 새로운 춤과 동작을 매우 빠르게 배울 수 있다. 팀은 로봇을 훈련시키기 위해 다양한 모션 캡처 데이터들과 댄스 동영상을 활용했다. 특히 상체와 하체를 별도로 훈련하는 방법도 새로이 적용했다. 새로운 교육 방식을 통해 로봇의 상체는 춤, 하이파이브 등 다양한 동작을 복제할 수 있었고, 다리는 균형을 유지하고 다양한 지형을 걸어 이동할 수 있도록 안정적인 보행 동작에 집중했다. 왕교수는 이와 관련, "이런 로봇 상하 분리 교육의 주요 지향점은 로봇이 넘어지지 않고 이곳저곳을 걸으면서 다양한 일을 할 수 있는 능력을 보여주는 것"이라고 말했다. 작업장에서 할 로봇 작업을 캠퍼스에서 일상적인 춤과 행동을 통해 교육한다는 의미다. 상체와 하체가 별도로 훈련받지만 로봇은 전체 신체를 통합해 관리하는 프로그램과 통제 플랫폼에 따라 작동한다. 이를 통해 로봇은 자갈, 흙과 같은 오프로드는 물론 잔디나 경사진 콘크리트 길 등 거의 모든 표면을 안정적으로 걸으면서 복잡한 상체 동작을 수행할 수 있다. 휴머노이드 로봇은 가상 플랫폼에서 시뮬레이션으로 과제를 수행한 후 실제 로봇에 적용했다. 그 결과 로봇은 실제 조건에서도 시뮬레이션과 같이 이미 학습된 동작이나 새로운 동작 모두에서 안정적인 실행 능력을 보여주었다. 현재 로봇의 움직임은 속도, 방향 및 특정 동작을 지시하는 게임 컨트롤러를 사용해 인간 운영자에 의해 지시된다. 팀은 로봇이 작업을 수행하고 지형을 모두 자율적으로 탐색할 수 있도록 카메라가 장착된 미래 버전을 개발하고 있다. 연구팀은 앞으로 더 복잡하고 세밀한 작업을 수행할 수 있도록 휴머노이드 로봇 설계를 개선하는 데 중점을 둘 계획이다. 왕 교수는 "로봇 상체의 기능을 확장함으로써 로봇이 수행할 수 있는 동작의 범위를 크게 넓힐 것"이라고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-15
안전자산 금 인기, 상반기 거래 40%↑…개인 비중 최대

중동과 우크라이나 등 지정학적 위험 증가로 안전 자산에 대한 호도가 높아지면서 상반기 한국거래소(krx) 금시장 거래대금이 지난해보다 40% 늘어난 것으로 집계됐다. 15일 한국거래소에 따르면 올해 상반기 금 거래대금은 총 8793억원으로 지난해 같은 기간(6283억원)보다 40% 증가했다. 거래량은 8962킬로그램(kg)으로 작년(7786kg)eoql 15% 늘었다. 투자자별 거래비중은 개인이 42.9%로 가장 컸으며 기관(39.7%), 실물 사업자(15.7%)순이었다. 지난달 말 기준 KRX 금시장 내 금 1kg 종목 가격은 1g당 19만3410원으로 지난해 말(8만6340원)대비 20% 상승했다. 상반기 국제 금 시세 대비 KRX 금시장의 금 가격 괴리율은 월평균 100.6% 수준을 나타냈다. 1월 100.2% 수준이던 괴리율은 지난 4월 금값 랠리 및 금리 인하 전망 속에 국내 금 가격이 상승하면서 102%까지 증가했으나 점차 하락세를 보였다. 괴리율은 국제 금가격과 국내 금가격 두 가격의 차이를 백분율로 나타낸 것으로 100%를 초과한다는 것은 국내 가격이 국제 금값보다 높다는 것을 의미한다. 즉, 괴리율이 높다는 것은 국내 금가격이 상대적으로 고평가되었다는 의미이므로 투자시 신중하게 판단해야 한다. 반대로 괴리율이 낮아지거나 마이너스(-)가 된다면 국내 금 가격이 저평가되었다는 의미이므로, 투자 기회로 활용될 수 있다. 장내 금현물 시장을 운영 중인 중국 상하이와 튀르키예 이스탄불과 비교하면, 상반기 KRX 금시장 일평균 금 가격이 작년 대비 20% 상승한 가운데 상하이금거래소는 20%, 이스탄불은 14% 올랐다. 일평균 거래량의 경우 KRX 금시장이 작년보다 17% 증가하는 동안, 상하이금거래소는 38% 늘었다. 반면 이스탄불거래소는 59% 감소했나. 이는 중국 투자자들의 금 거래가 한국보다 더욱 활발해졌지만 튀르키예 금투자자의 거래는 크게 줄었음을 의미한다. 튀르키예 리라화 가치가 하락하고 인플레이션이 심화되면서, 투자자들이 금보다 달러 등 다른 안전자산으로 눈을 돌렸을 가능성이 있다. 또한 튀르키예 정부는 과도한 무역적자를 해소하기 위해 금 수입을 일시적으로 제한했는데, 이로 인해 금 공급이 부족해지고 가격이 상승하면서 투자 매력이 감소했을 수도 있다. 한편, 한국거래소는 미국 연방준비제도(연준·Fed)의 금리 인하 기대, 지정학적 위험 증가로 인해 각국 중앙은행의 금에 대한 수요가 증가했다고 설명했다. 거래소는 "KRX금시장 가격은 시장에서 형성된 공정한 가격으로 1g단위로 소액투자가 가능하고 낮은 거래 비용 및 세제 혜택으로 합리적인 가격에 투자할 수 있다"며 "향후 투자자별 홍보·강연확대 등을 통해 다양한 참가자가 시장에 참가할 수 있도록 노력해나갈 예정"이라고 밝혔다.
- 경제
2024-07-15
[기후의 역습(27)] 기후 변화로 북서 항로 운송 시즌 단축…"두꺼운 해빙 급증" 때문

기후 변화에 따른 지구 온난화 영향으로 인해 북극 지역으로부터 두꺼운 해빙의 해양 유입이 급증하면서 북서 항로를 통과하는 운송 시즌이 크게 단축되고 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다고 더힐이 전했다. 이전의 분석들이 기후가 따뜻해짐에 따라 북서 항로가 전통적인 해운 항로에 대한 실행 가능한 대안이 될 수 있는지를 조사했지만, 이번 연구팀은 사실은 그 반대가 될 수 있다는 우려를 표명했다. 연구는 스코틀랜드와 캐나다 양국이 연합한 연구팀에 의해 수행됐다. 최근 지구&환경 커뮤니케이션(Communications Earth & Environment) 저널에 발표된 이 연구에 따르면, 북극해에서 남쪽으로 흘러 들어가는 해빙은 지난 2007년부터 2021년까지 수로의 여러 곳에 부유하며 선박 운송을 방해해 여러 곳의 얼음 없는 운송 시즌을 단축했다고 한다. 항로에 해빙이 떠다니면 운송을 방해하고 선박에 피해를 주기 때문에 이용할 수 없게 된다. 북서 항로는 북미 북쪽의 북극권을 통해 대서양과 태평양을 연결하는 상업 항로다. 이 항로는 캐나다 북극 군도에서 남쪽과 북쪽의 경로로 나뉜다. 스코틀랜드 해양과학협회(Scottish Association for Marine Science)에 속한 스코틀랜드-캐나다 연합 연구팀의 분석 결과에 따르면, 선박이 두 경로를 모두 항해할 수 있는 기간은 지구 온난화로 인해 계속 줄어들고 있다. 팀은 “선적 시즌의 변동성, 특히 시즌 단축은 국제 운송뿐만 아니라 많은 북극 지역 사회의 물품 및 식량 공급과 비용에도 영향을 미친다”라고 말했다. 결론을 도출하기 위해 팀은 캐나다 빙하 서비스(Canadian Ice Service)의 해빙 차트를 활용, 선박이 캐나다 북극 군도를 통과하는 항로를 10km 단위로 나누고, 각 단위마다 항해 가능한 상태로 유지되는 기간(주 수 기준)을 매년 계산했다. 항 가능성은 최대폭 70cm의 얼음 속을 안전하게 이동할 수 있는 선박인 ‘PC 7급 선박’이 통과할 수 있는 항로 영역으로 정의했다. 분석 결과 북쪽 항로의 3개 구간에서 운송 시즌이 단축되었으며, M'Clure 해협이 지역이 북서 항로의 관문 역할을 한다는 사실을 발견했다. 또한 북부 항로의 일부 경로에서는 온난화 영향이 너무 극심해 분석 기간인 15년 동안 항해 가능 기간이 최대 14주까지 감소한 것으로 나타났다. 연구팀은 항로를 떠다니는 두꺼운 해빙이 선박에 미치는 안전 위험은 항로에 흔히 보이는 얇은 얼음과는 비교할 수 없이 크다는 사실도 확인했다. 한편, 연구팀은 식량 및 기타 상품의 공급망과 관련, 운송 기간이 단축되는 경로와 접해 있는 해안 지역사회에도 견디기 어려운 심각한 연쇄 효과를 미칠 수 있다고 강조했다. 연구팀은 “캐나다 북쪽의 많은 북극 지역사회는 공산품이나 식품의 공급을 해상 교통에 거의 의존하고 있다”며 긴급한 정책 대응을 촉구했다. 보고서는 "기후 변화가 계속해서 식량에 대한 접근성을 줄이고 식량 불안을 가중시키기 때문에 지역사회 공급망의 영향은 매우 중요하다"라고 재삼 강조했다.
- 경제
2024-07-15
[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.
- 포커스온
2024-07-15
[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.
- 포커스온
2024-07-12
영국 어린이 암 환자, 로봇 덕분에 학교 수업 참여

암으로 투병 중인 영국 런던의 한 학생이 대화형 로봇의 도움을 받아 학교 수업을 따라가고 있다고 BBC가 전했다. 주인공은 12세의 하워드. 하워드는 지난해 12월 희귀암 중 하나인 팔암 진단을 받고 올 1월부터 집중적인 화학 치료를 시작했다. 이 때문에 학교 출석률은 50% 미만으로 떨어졌다. 트위크넘에 소재한 학교에 다니던 하워드는 학교 수업을 따라가기 위한 방법을 찾았고, 'AV 하워드'라는 대화형 아바타와 시청각 로봇을 소개받아 집과 병원에서 수업을 받을 수 있게 됐다. 하워드가 수업을 받을 수 있도록 교사 및 동료 학생들은 AV 하워드를 수업에 활용하는 교육도 받았다고 한다. 하워드는 AV 하워드에 부착된 카메라를 사용해 책과 워크시트를 읽을 수 있었으며, 내장 스피커를 통해 동료 학생들과 대화할 수 있었다. 동료 학생들은 수업 시간마다 교대로 로봇을 운반해 하워드가 나머지 수업에 참여할 수 있도록 지원했다. 동료 학생들에게도 새로운 방식의 로봇 협업 수업이 교육 효과를 높이는 것으로 평가됐다. 수업에 더 적극적으로 참여하고 로봇과의 대화에 더 큰 흥미를 느꼈다는 것이다. 마틴 오설리번 교장은 "암 치료를 받는 학생은 교육 현장에서 멀어질 수밖에 없고, 학습 진도를 따라가지 못하는 물리적인 측면은 물론 동료와의 사회 생활을 이어가지 못하는 정신적인 건강 측면에서도 큰 문제가 될 수 있다. AV 하워드를 활용한 교육은 다양한 이유로 현장에서 교육을 받을 수 없는 학생들에게 희망을 주는 미래가 될 것"이라고 기대했다. 이 로봇은 하워드 등 중환자 어린이와 그 가족을 지원하는 자선단체인 차트웰 어린이 암 신탁(Chartwell Children's Cancer Trust)에서 제공했다. 하워드 지원이 긍정적인 효과를 보임에 따라 차트웰 신탁은 더 많은 어린이들이 로봇의 도움을 받을 수 있도록 조치할 방침이다. 차트웰 신탁의 가족 지원 담당 엠마 설은 "어린이 환자를 돌보고 있는 가족이 필요로 하는 것은 무엇일까를 끊임 없이 고민한다. 하워드에게 가장 필요한 것은 교육에 접근하는 것이었고, AV 하워드를 통해 솔루션을 찾아 냈다”고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-12
바이든, 미국내 전기자동차 생산에 17억달러 지원 발표

미국 바이든 행정부가 전기자동차(EV) 생산을 지원하기 위해 17억 달러(약 2조3371억원)를 투입한다. 백악관은 11일(현지시간) 폐쇄 위기에 처한 자동차 제조 시설을 전기차 및 하이브리드 자동차 생산 시설로 전환하는 데 17억 달러(약 2조2000억원)를 지원하기로 밝혔다고 CNN이 이날 보도했다. 이번 지원은 최근 미국 내 전기차 판매 증가세가 둔화되는 가운데, 중국 전기차 산업의 급성장에 맞서 미국 전기차 제조업체의 경쟁력을 강화하기 위한 조치다. 조 바이든 대통령은 올해 초 중국산 전기차에 대한 관세를 4배 인상한 바 있다. 제니퍼 그랜홀름 에너지부 장관은 "이번 발표는 제조업 일자리를 미국으로 되돌리기 위한 바이든 행정부의 산업 전략의 일환"이라고 강조했다. 에너지부는 인플레이션 감소법(IRA)에 따라 확보된 자금을 활용하여 미시간, 펜실베니아 등 8개 주에 걸쳐 있는 자동차 제조 시설을 선정했다. 보조금은 오하이오, 일리노이, 인디애나, 메릴랜드, 버지니아의 EV 시설에도 지급된다. 바이든 대통령은 성명을 통해 "이번 투자는 미시간주 랜싱에서 조지아주 포트 밸리에 이르기까지 자동차 회사들이 기존 시설과 지역사회에서 재조정, 재부팅, 재고용을 통해 수천 개의 양질의 일자리를 창출하고 유지할 수 있도록 지원할 것"이라고 밝혔다. 미국 정부의 이번 지원을 통해 약 2900개의 새로운 일자리가 창출되고, 1만5000개의 일자리가 유지될 것으로 예상된다. 지원 대상에는 GM, 볼보 등 주요 자동차 제조업체뿐만 아니라 미국 자동차 부품과 같은 부품 공급업체도 포함된다. 행정부 고위 관계자에 따르면, 지원 대상 시설은 차량 부품 제조부터 완성차 조립까지 다양한 분야를 아우른다. 백악관에 따르면 이 보조금은 전기 오토바이 및 학교 버스 부품, 하이브리드 파워트레인, 대형 상용 트럭 배터리, 전기 SUV를 포함한 광범위한 자동차 공급망을 포괄한다. 이번 조치는 전체 전기차 판매량은 증가하고 있지만, 성장세가 둔화되는 상황에서 나온 것이다. 전문가들은 자동차 업계가 초기 수요층과 일반 소비자 간의 격차를 해소하는 데 어려움을 겪고 있다고 분석했다. 이에 따라 일부 자동차 제조업체들은 하이브리드 차량에 대한 관심을 높이고 있으며, GM과 포드는 하이브리드 차량 생산 확대 계획을 발표하기도 했다. 특히 11일 발표된 지원 대상 시설들은 전기차와 하이브리드 차량 모두를 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있다고 CNN은 전했다.
- 산업
2024-07-12
[신소재 신기술(75)] 땀으로 혈당 측정하는 소형 레이저 장착 밴드, 당뇨 관리 혁신 이끌다

땀으로 혈당 등 건강상태를 측정할 수 있는 소형 레이저가 장착된 밴드(일종의 반창고)가 개발됐다. 싱가포르 난양공과대학(NTU) 연구진은 땀을 통해 건강 지표를 추적할 수 있는 혁신적인 미세 레이저 장착 밴드를 개발했다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 이 혁신적인 밴드는 마이크로레이저 기술을 부드러운 하이드로겔 필름에 통합해 실시간으로 정밀한 바아오마커(생체 지표)를 감지한다. 특히 이 기술은 당뇨병 환자의 경우, 채혈 없이 혈당 수치를 실시간으로 확인할 수 있어 편의성을 크게 높였다. NTU 전자전기공학부(EEE) 연구팀은 액정 방울에 마이크로레이저를 캡슐화하고 액체를 부드러운 하이드로겔 필름에 내장함으로써 석고처럼 작고 유연한 빛 기반 감지 장치를 만들어 팔에 부착함으로써 몇 분 안에 매우 정확한 바이오마커 판독값을 제공할 수 있었다. 인간의 땀에는 포도당, 젖산, 요소와 같은 건강 상태를 나타내는 바이오마커가 포함되어 있으며, 이를 통해 다양한 건강 상태를 파악할 수 있다. 기존에는 당뇨병 환자들이 혈당 수치를 모니터링하기 위해 손가락 채혈과 같은 침습적인 방법에 의존해 왔다. 하지만 이런 방법은 통증과 불편함을 야기할 수 있다. 센서 기반 장치도 있지만 비용이 많이 들고 장시간 피부에 부착하면 불편함을 느낄 수 있다는 단점이 있다. NTU 연구팀은 미세 레이저 기술을 부드러운 하이드로겔 필름에 통합하여 유연하고 컴팩트한 센서 장치를 개발했다. 이 장치는 땀 속 생체 지표 수준을 빠르고 정확하게 감지해 채혈 등의 침습적인 절차 없이 건강 상태를 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 이 밴드가 건강 모니터링 기술의 중요한 발전이라고 강조했다. 밴드의 각기 다른 색깔의 점들은 포도당, 젖산, 요소를 나타내며 동시에 세 가지를 모두 모니터링할 수 있도록 설계됐다. NTU의 EEE 조교수이자 바이오디바이스 및 바이오인포매틱스 센터 첸 유청 소장은 "저희의 혁신은 당뇨병 환자가 건강을 모니터링하는 비침습적이고 빠르고 효과적인 방법을 나타낸다. 마이크로레이저와 소프트 하이드로겔 필름을 결합함으로써 환자에게 보다 즐거운 건강 모니터링 경험을 제공하는 웨어러블 레이저의 실현 가능성을 입증했다"고 말했다. 실험 결과, 이 밴드는 기존 기술보다 100배 더 민감하게 0.001mm의 미세한 생체 지표 변화를 감지하는 놀라운 성능을 보였다. 이러한 정밀도는 생체 지표 추적 정확도를 높여 사용자의 건강 상태를 자세히 파악할 수 있게 한다. 연구의 제1저자인 NTU 박사 후보생 니 닝위안은 "저희 기기는 바이오마커 수치의 높고 낮은 범위를 모두 감지할 수 있다. 이는 현재 유사한 건강 모니터링 기기가 높은 포도당 수치만 추적하는 데 초점을 맞추고, 다른 건강 합병증을 나타낼 수 있는 비정상적이거나 낮은 포도당 수치는 추적하지 않기 때문에 당뇨병 환자에게 특히 유익하다. 기존 기기와 비교했을 때 저희 기기는 다양한 판독값을 나타내 사용자의 건강 상태를 명확하게 보여준다"고 설명했다. 연구팀은 이 장치를 더욱 발전시켜 땀에 존재하는 약물 및 기타 화학 물질과 같은 추가적인 물질을 감지하는 데에도 활용할 계획이다. 이번 연구 결과는 학술지 '분석 화학(Analytical Chemistry)에 게재됐다.
- 포커스온
2024-07-11
[신소재 신기술(74)] 탄소 포집·저장 6배 높인 '하이드레이트'

대기에서 포집한 이산화탄소(CO₂)를 6배나 빠르게 저장하는 새로운 하이드레이트 기술이 개발됐다. 미국 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스 연구진이 개발한 새로운 대기 중 탄소 포집 하이드레이트 기술은 기존 방식보다 약 6배 빠른 속도로, 유해 화학 촉진제 없이 탄소를 저장할 수 있다고 테크익스로어와 어스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 미국화학회(ACS) 학술지 '지속 가능 화학 및 공학'에 발표된 이 연구에서 연구팀은 이산화탄소 하이드레이트를 초고속으로 형성하는 기술을 개발했다. 이 독특한 얼음 형태의 물질은 이산화탄소를 해저에 저장하여 대기 중 방출을 막는 역할을 한다. 탄소 포집에서 하이드레이트는 이산화탄소를 물 분자와 함께 얼음과 비슷한 고체 상태로 만드는 기술을 의미한다. 하이드레이트는 자체 부피의 최대 180배에 달하는 이산화탄소를 저장할 수 있다. 아울러 일정한 온도와 압력 조건에서 안정적으로 유지되므로 이산화 탄소 누출 위험을 줄일 수 있다. 연구를 이끈 바이바브 바라두르(Vaibhav Bahadur) 교수는 "우리는 대기 중 수십억 톤의 탄소를 안전하게 제거하는 방법을 찾는 엄청난 과제를 안고 있다"며 "하이드레이트는 탄소 저장을 위한 보편적인 해결책을 제공하며, 탄소 저장 분야에서 중요한 역할을 하려면 빠르고 대규모로 성장시키는 기술이 필요하다. 우리는 환경친화적인 방법으로 하이드레이트를 빠르게 성장시킬 수 있음을 입증했다"고 말했다. 이산화탄소는 가장 흔한 온실가스이며, 기후 변화의 주요 원인이다. 탄소 포집 및 저장 기술은 대기 중 탄소를 제거하고 영구적으로 저장하는 기술로, 지구 탄탄소화의 핵심 요소로 간주된다. 현재 가장 일반적인 탄소 저장 방법은 이산화탄소를 지하 저류층이 주입하는 것이다. 이 기술은 탄소를 포집하고 석유 생산을 증가시키는 이중 효과를 갖는다. 그러나 이 기술은 이산화탄소 누출 및 이동, 지하수 오염, 탄소 주입 관련 시 지진 위험 등 심각한 문제를 안고 있다. 또한 지하 저류층 주입에 적절한 지질학적 특징이 부족한 지역도 많다. 바하두르 교수는 하이드레이트가 대규모 탄소 저장을 위한 '차선책'이지만 주요 문제를 극복하면 '최선책'이 될 수 있다고 강조했다. 지금까지 탄소를 포집하는 하이드레이트 형성 과정은 느리고 에너지 집약적이어서 대규모 탄소 저장 수단으로 활용되기 어려웠다.. 이번 연구에서 팀은 기존 방법보다 하이드레이트 형성 기술을 6배 증가시켰다. 이러한 속도와 화학 물질을 사용하지 않는 공정은 대규모 탄소 저장에 하이드레이트를 더 쉽게 활용할 수 있게 한다. 이 연구의 핵심은 마그네슙으로, 화학촉진제 없이도 촉매 역할을 한다. 특정 반응기에서 이산화탄소를 고속 버블링으로 추가하면 빠르고 친환경적인 하이드레이트를 형성할 수 있다. 게다가 해수에서도 잘 작동하기 때문에 복잡한 담수화 공정이 필요하지 않다. 바라두르 교수는 "해저가 안정적인 열역학 조건을 제공하여 하이드레이트 분해를 방지하기 때문에 매력적인 탄소 저장 옵션이다"라며 "우리는 해안선을 가진 모든 국가에 탄소 저장을 가능하게 만들고 있으며, 이는 전세계적으로 탄소 저장 접근성과 실현 가능성을 높여 지속 가능한 미래에 더 가까워지게 한다"고 설명했다. 이번 연구 성과는 탄소 포집뿐만 아니라 해수 담수화, 가스 분리와 저장 등 다양한 산업에도 적용될 수 있다. 연구팀과 텍사스 대학교는 관련 기술에 대한 특허를 출원했으며, 상용화를 위한 스타트업 설립도 고려하고 있다. 하이드레이트 기술은 탄소 포집 및 저장 분야에서 혁신적인 기술로 주목받고 있으며, 지속적인 ㅇ녀구 개발을 통해 미래 탄소 중립 목표 달성에 기여할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-07-10
한국, EV 배터리 분리 전 성능평가 도입…"신차에도 재제조 배터리 사용"

한국 정부가 전기자동차(EV) 배터리의 재활용과 재생산을 촉진하기 위해 배터리 분리 전(탈거 전) 성능검사를 도입한다. 또한 사용후 배터리 산업 발전을 지원하기 위한 '통합 법안' 제정도 연내 추진한다. 정부는 10일 경제관계장관회의에서 이러한 내용을 담은 '사용후 배터리 산업 육성을 위한 법·제도·기반 시설 구축 방안'을 발표했다. 이번 대책은 정부가 지난해 발표한 '이차전지 전주기 산업 경쟁력 강화 방안'의 후속 조치로 마련됐다. 즉, 사용 후 배터리 산업을 육성하고, 세계적인 통상 규제를 선제적으로 대응할 수 있도록 사용후 배터리 관리 체계를 강화하는 것이 주요 목표이다. 이를 위해 정부는 우선 '사용후 배터리 산업 육성 및 공급망 안정화 지원에 관한 법률안(이하 통합 법안) 제정'을 추진한다. 통합 법안에는 배터리 전주기 이력 관리 시스템, 재생 원료 인증제 등 주요 제도에 대한 규정이 포함된다. 관계 부처 협력이 필요한 주요 사항을 심의·조정하기 위한 정책 위원회도 새롭게 구성한다. 세부 운영 사항은 친환경 사업법과 전자제품 등 자원 순환법, 자동차 관리법 등 관계 부처 소관 개별 법 개정과 공동 고시 마련을 통해 정한다. 정부 관계자는 "현재는 사용후 배터리에 대한 법적 개념이 명확하지 않아 지원이나 관리를 위한 제도적 기반이 부족하다"며 "앞으로 체계적인 관리와 정책 추진을 위해 사용후 배터리를 위한 법률 개정을 추진하는것"이라고 설명했다. 2027년까지 배터리 생애주기 이력 관리 시스템을 구축하고, 관련 정보를 신청 공유할 수 있는 통합 플랫폼 개설도 추진한다. 배터리 생애주기 이력 시스템은 배터리 생산부터 전기차 운행, 폐차, 사용 후 배터리 재활용까지 전 과정의 이력 정보를 관리하고 민간과 공유하는 시스템이다. 정부는 이를 토대로 배터리 공급망 관리, 거래 활성화, 안전 관리 등을 위한 정책을 수립하고 투명한 거래 정보를 제공할 계획이다. 또한 '전기차 배터리 해체 전 성능 평가'를 도입해 사용후 배터리의 등급을 분류하고, 재제조 또는 재사용이 가능한 사용후 배터리는 최대한 산업적으로 활용될 수 있도록 지원할 방침이다. 소비자 입장에서는 전기차 폐차·판매 시 배터리 가치를 추가로 보상받거나, 재제조 배터리를 구매해 비용을 절감하는 등 다양한 선택권을 갖게 된다. 정부 관계자는 "신차에도 재제조 배터리가 사용될 수 있도록 정책 방향을 설정 중"이라며 "신품 배터리와 재제조 배터리 간 성능차이를 최소화하는 인증 기준을 마련할 것"이라고 밝혔다. 사용후 배터리에서 추출한 리튬, 니켈, 코발트 등 유가 금속이 신품 배터리 제조에 얼마나 사용되었는지를 확인하는 '재생 원료 인증제'도 내년 중 시행된다. 환경부는 재활용 기업이 배터리를 재활용하여 생산한 유가 금속을 재생 원료로 인증하고, 산업부는 신품 배터리 재생 원료 사용 비율을 확인하는 '한국형 재생 원료 인증제'를 도입할 방침이다. 정부는 사용후 배터리 관련 산업의 안전성·공정성·투명성을 강화하는 유통 체계 구축도 추진한다. 사용후 배터리 유통 전 안전 검사 및 사후 검사 도입 등 안전 관리 체계를 법제화하고, 사용후 배터리 거래 유통 과정에서의 안전성을 확보할 수 있는 세부 운송·보관 기준도 마련한다. 더불어 사용후 배터리 관련 불공정 행위를 방지하기 위해 '공정 거래 가이드라인'을 마련하고, 관련 사업자의 전문성과 책임성 확보를 위한 사업자 등록제도 도입할 계획이다. 한편, 전기차의 사용후 배터리 관련 규정은 여러 나라에서 도입하고 있다. 중국은 2018년부터 사용후 배터리 재활용 및 재사용을 위한 규정을 시행하고 있으며, 배터리 생산자에게 일정 비율 이상의 배터리를 회수 및 재활용하도록 의무화하고 있다. 유럽연합(EU)은 2023년부터 강화된 배터리 규정을 시행하고 있다. 이는 배터리 생산부터 재활용까지 전과정에 걸쳐 지속 가능성을 높이는 것을 목표로 한다. 미국은 연방 차원의 규정은 아지 없지만 캘리포니아 등 일부 주에서 자체적인 상요후 배터리 규정을 마련하고 있다. 한국 정부도 이번 발표를 통해 사용후 배터리 육성 및 관리를 위한 법적 기반을 마련하고, 글로벌 규제에 선제적으로 대응하려는 움직임을 보이고 있다.
- 산업
2024-07-10
세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발

미국 텍사스대 과학자들이 완전하고 기능적인 인간 면역체계를 가진 쥐 모델 개발에 성공했다. 이 모델은 또한 특정 항체 반응을 생성할 수 있는 인간과 유사한 장내 미생물군을 가지고 있는 것으로 보고됐다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 8일(현지시간) 보도했다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강 과학센터의 과학자들이 개발한 이 인간화된 쥐는 TruHuX(진정한 인간, 또는 THX)라는 이름을 가지고 있다. 텍사스 대학교 롱 의과대학 미생물학, 면역학 및 분자유전학과의 파울로 카살리(Paolo Casali) 교수 연구팀은 면역학 및 미생물학 분야에서 50년 이상의 경력을 지닌 연구자로, 항체 반응의 분자 유전학 및 후성유전학 분야의 전문가다. 연구팀은 기존 인간 모델의 한계를 극복하기 위해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 가진 인간화된 쥐 모델 개발을 목표로 했다. 쥐는 크기가 작고, 취급이 용이하며, 인간과 많은 면역 요소 및 생물학적 특성을 공유하고, 유전적 변형이 용이하기 때문에 생물학 및 생물 의학 연구에 널리 사용된다. 그러나 1600개 이상의 쥐 면역 반응 유전자 중 상당수는 인간 유전자와 일치하지 않아 인간 면역 반응 예측에 차이 또는 결함을 초래한다. 이러한 이유로 인간 면역 반응을 정확하게 재현하는 '인간화된 쥐' 모델 개발이 중요한 과제로 떠올랐다. 본 연구는 2024년 8월 '네이처 이뮤놀로지(Nature Immunology)' 저널에 게재될 예정이다. 탯줄 혈액서 분리한 인간 줄기세포 쥐 심장에 주입 연구팀에 따르면 이 TruHuX 쥐 모델에는 림프절, 생식 중심, 흉선 인간 상피 세포, 인간 T 림프구와 B 림프구, 기억 B 림프구, 그리고 인간에서 발견되는 것과 동일한 고도로 특이한 항체와 자가항체를 생성하는 형질 세포가 포함되어 있다. 1980년대에 인간 HIV 감염 및 면역 반응 모델링을 위해 처음으로 인간화된 쥐가 개발됐다. 이후 면역결핍 쥐에 인간 말초 림프구, 조혈모세포 또는 다른 인간 세포를 주입하는 방식으로 인간화된 쥐가 계속 개발되어 왔다. 그러나 기존 모델들은 완전히 기능하는 인간 면역 체계를 갖추지 못하고, 수명이 짧으며, 효과적인 면역 반응을 나타내지 못했다. 이로 인해 인간 면역 치료제 개발, 인간 질병 모델링 또는 인간 백신 개발에 적합하지 않았다. 카살리 교수 연구팀은 탯줄 혈액에서 분리한 인간 줄기세포를 면역결핍 NSG W41 돌연변이 쥐의 심장(좌심실)에 주입하는 방식으로 연구를 시작했다. 몇 주 후, 이식된 줄기세포가 안정화되면 쥐에게 17β-에스트라디올(E2)을 투여하여 호르몬 조절을 진행했다. 에스트로겐은 인체에서 가장 강력하고 풍부한 형태의 여성 호르몬이다. 에스트로겐을 통한 호르몬 조절은 이전 연구 결과에 근거하여 진행되었다. 이는 에스트로겐이 인간 줄기세포 생존율을 높이고, B 림프구 분화와 바이러스 및 박테리아에 대한 항체 생성을 촉진한다는 점을 시사한다. 카실리 박사는 "에스트로겐 활성을 중요하게 활용하여 인간 줄기세포와 인간 면역세포 분화 및 항체 반응을 지원함으로써 THX 쥐는 인간 면역계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 이렇게 개발된 TruHuX(THX) 쥐는 림프절, 배중심, 흉선 상피 세포, 인간 T 및 B 림프구, 기억 B 림프구 및 형질 세포를 포함해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 갖추고 있다. 프리스테인 주입시 루푸스 발현 THX 쥐는 실모넬라 편모 단백질 및 화이자 COVID-19 mRNA 백신 접종 후 각각 살모넬라 티피뮤리움 및 SARS-CoV-2 바이러스 스파이크 S1 RBD에 대한 성숙한 중화 항체 반응을 나타냈다. 또한 염증 반응을 유발하는 기름인 프리스테인 주입 후 전신성 호반성 루푸스 자가면역 질환을 발병할 수 있다. 카실리는 이 새로운 발견이 암 체크포인트 억제제와 같은 면역치료제, 인간 박테리아 및 바이러스 백신 개발, 다양한 인간 질병의 모델링 등 인간 생체 내 실험에 새로운 길을 열었다고 설명했다. 또한 이 새로운 접근 방식이 면역학 및 미생물학 연구에서 비인간 영장류 사용을 대체할 수 있다는 낙관적인 전망을 내놓고 있다. 에스트로겐과 면역 체계에 대한 이전 연구가 부족했기 때문에 카실리 교수는 이번 발견이 해당 주제에 대한 추가 연구를 촉진하기를 기대하고 있다. 카실리 교수는 "THX 쥐는 에스트로겐 활동을 활용해 인간 줄기세포 및 면역세포 분화와 항체 반응을 지원함으로써 인간 면역 체계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 연구팀은 현재 THX 쥐 모델을 사용하여 전신 및 국소 수준에서 SARS-CoV-2(COVID-19)에 대한 생체 내 인간 면역 반응, 인간 기억 B 림프구, 생성을 위한 핵 수용체 RORα 의존성, RORα 발현 및 조절 장애로 이어지는 사건을 조사하고 있다. 연구팀은 또한 인간 형질세포 생성을 매개하는 후성유전학 요인과 메커니즘을 탐구하고 있다. 형질세포는 박테리아, 바시리스 또는 암세포에 대한 항체를 초당 수천개씩 만드는 일종의 세포 공장이다.
- IT/바이오
2024-07-09
삼성전자, '종합 반도체' 강점 앞세워 파운드리 생태계 확장…TSMC 추격 가속화

삼성전자가 파운드리(반도체 위탁 생산) 생태계 확장을 위해 다양한 파트너사와 협력을 강화하고 있다. 파운드리 후발주자인 삼성전자는 종합 반도체 회사의 강점을 살려 생태계를 키워 세계 파운드리 1위인 대만 TSMC 추격에 속도를 낸다는 전략이다. 삼성전자는 9일 서울 강남구 코엑스에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 및 SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 포럼 2024'에서 종합 반도체 기업으로서의 강점을 살려 디자인 솔루션, 설계자산(IP), 설계 자동화 툴(EDA), 테스트 및 패키징(OSAT) 등 다양한 분야의 100여 개 파트너사와 협력하며 파운드리 생태계를 구축하고 있다고 밝혔다. 특히 EDA 파트너사 수는 경쟁사인 TSMC를 넘어섰으며, 5300개 이상의 IP를 확보하는 등 빠른 속도로 성장하고 있다. 공정별 핵심 IP를 모두 보유하고 있으며, 파트너사들과 지속적으로 협력해 포트폴리오는 계속 성장 중이라는 게 회사 측 설명이다. 삼성전자 파운드리는 글로벌 EDA 기업인 시높시스, 케이던스 등 IP 파트너와 선제적이고 장기적인 파트너십을 구축하며 IP 개발에 노력 중이다. 그 결과 2017년 파운드리사업부 출범 당시 14곳이던 IP 파트너는 현재 3.6배인 50곳으로 늘어났다. 삼성전자는 2나노 반도체 설계를 위한 IP 확보 계획을 발표하고, 고성능컴퓨팅(HPC) 및 인공지능(AI) 분야의 폭발적인 수요 증가에 대응하여 디자인 서비스 업체(DSP)와의 협력을 강화하고 있다. 국내 DSP 업체와의 협력을 통해 턴키 솔루션을 제공하며, 한국 팹리스 기업들의 HPC 및 AI 시장 진출을 지원하고 있다. DSP 업체들은 팹리스가 설계한 반도체를 파운드리가 제조할 수 있게 돕는 회로 분석, 설계오류 수정, 설계 최적화 등 디자인 서비스를 제공한다. 고객들은 DSP와 같은 지역에 있으면 신속하고 밀접한 서비스를 받는 등 파운드리 이용 편의가 높아진다. 이번 파운드리 포럼에서 삼성전자는 국내 DSP 업체 가온칩스와 협력해 일본 프리퍼드 네트웍스(PFN)의 AI 가속기 반도체를 수주한 성과를 소개했다. 삼성전자는 PFN의 AI 가속기 반도체를 2나노 공정을 기반으로 양산하고 2.5D 패키지 기술까지 모두 제공하는 턴키 반도체 솔루션을 수주한 것. 기존 패키지가 단순히 칩을 외부와 전기적으로 연결하고 보호하는 역할이었다면, 최근에는 패키지의 역할이 칩으로 구현하기 어려운 부분의 보완으로까지 확대되는 양상이다. 이에 삼성전자는 기술적 한계를 넘어서기 위해 2.5D 및 3D 패키지 기술 등 새로운 융복합 패키지 개발에 주력하고 있다. 특히 삼성전자는 파운드리만 하는 TSMC와 달리 파운드리를 품은 종합 반도체 기업으로서 강점을 파운드리 생태계 구축을 부각하고 있다. AI 시대를 맞아 고객의 AI 아이디어 구현을 위해 파운드리 기술은 물론 메모리, 패키지 분야와의 협력을 통해 시너지를 창출하는 차별화 전략을 강조하고 있다. 고성능·저전력 반도체에 최적화한 차세대 트랜지스터 GAA(Gate-All-Around) 공정 기술, 적은 전력으로도 고속 데이터처리가 가능한 광학소자 기술 등을 활용한 '원스톱 AI 솔루션'을 내세웠다. 통합 솔루션을 활용하는 팹리스 고객은 파운드리, 메모리, 패키지 업체를 각각 사용할 때보다 칩 개발부터 생산에 걸리는 시간을 약 20% 단축할 수 있다는 게 삼성전자의 설명이다. 삼성전자는 2022년 6월 세계 최초로 GAA 구조를 적용한 3나노 양산을 시작했다. 올해 하반기에는 2세대 3나노 공정 양산에 돌입할 예정이다. TSMC는 GAA보다 한 단계 아래 기술로 평가받는 기존 핀펫(FinFET) 트랜지스터 구조를 3나노에 활용 중이며, 2나노 공정부터 GAA를 적용한다는 계획이다. 최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 이날 파운드리 포럼 기조연설에서 "삼성전자는 국내 팹리스 고객과의 긴밀한 협력을 위해 첨단 공정뿐만 아니라 AI, 고성능 저전력 반도체, 고감도 센서 등 다양한 분야의 특화된 공정 기술을 지원하고 있다"며, "AI 시대에 발맞춰 고객에게 최적화된 맞춤형 AI 솔루션을 제공하여 차별화된 가치를 창출해 나갈 것"이라고 강조했다.
- IT/바이오
2024-07-09
[신소재 신기술(73)] 물로 전기 생산하는 휴대용 발전기, 워터릴리 터빈

물을 전기로 바꿔주는 '수차(워터릴리 터빈)'가 개발돼 가정에서 지속가능한 에너지 생산에 힘을 보태고 있다. 태양광 패널만이 자가 발전의 유일한 수단은 아니다. 가정에서 에너지를 생산하는 방법은 점점 다양해지고 있으며, 그중 하나가 물을 전기로 바꾸는 '워터릴리 터빈(WaterLily Turbine)'이다. 워터릴리 터빈은 흐르는 물과 강에서 에너지를 쉽게 활용할 수 있는 휴대용 발전기다. 이 장치는 휴대폰 충전도 가능하며, 초기 투자 비용은 비교적 저렴하고 에너지 생산 과정은 무료라고 에코뉴스가 전했다. 물을 전기로 변환하는 이 바퀴는 캐나다에 본사를 둔 씨포매틱스(Seaformatics) 제품으로, 오지 등 전기가 없는 지역에서 전자 기기에 전력을 공급할 수 있다. 워터릴리 터빈의 주요 부품은 내구성 있는 케이스 안에 있는 프로펠러다. 이 장치를 물에 담그거나 바람이 불면 프로펠러가 회전해 전기를 생산한다. 생산된 전기는 방수 케이블을 통해 휴대폰, 카메라, 보조 배터리 등을 충전하는 데 사용된다. 물로 휴대폰 충전 가능 워터릴리 터빈은 악천후에도 발전을 멈추지 않는다. 비나 눈이 내리는 날, 흐린 날에도 꾸준히 물이 흐르기만 하면 전기를 생산할 수 있다. 따라서 야외 활동, 캠핑, 전기가 없는 오지 등에서도 유용하게 사용할 수 있다. 씨포매틱스는 최대한의 전력 생산과 휴대성을 고려해 프로펠러를 설계했다. 그 결과 약 1.4kg의 휴대용 터빈이 탄생했으며, 최대 15W의 전력을 생산할 수 있다. 이 정도 출력이면 휴대폰, 카메라, 소형 전자기기, 보조 배터리, 캠핑용 조명이나 스피커 등을 충전하기에 충분하다. 15W 에너지와 극한의 에너지 효율 워터릴리 터빈은 물의 흐름 속도에 따라 1mph에서 최대 7mph 이상의 흐름에서 최대 15W까지 에너지를 얻을 수 있다. 이러한 융통성 덕분에 완만한 개울부터 강이나 급류까지 다양한 환경에서 사용할 수 있다. 소규모로 전기를 생산하는 것은 쉽지 않지만 워터릴리 터빈과 같은 가정용 발전 장치는 에너지 생산과 자가 소비의 미래를 이끌어 갈 것으로 보인다. 이러한 기술은 탄소 배출량 감소에도 기여하며, 가정에서도 친환경 에너지 생산을 가능하게 할 것이다.
- 포커스온
2024-07-09
[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성

중국 과학자들이 젤라틴과 DNA로 이루어진 새로운 생분해성 에어로젤을 개발해 태양 반사율 100%를 달성했다. 에어로젤은 90% 이상 공기로 이루어진 매우 가벼운 고체 물질이다. 세상에서 가장 가벼운 고체 중 하나인 에어로젤은 공기보다 약간 무거운 정도이며, 뛰어난 단열성을 지녀 극한의 온도에서도 열 전달을 효과적으로 막을 수 있다. 최근 중국 쓰촨대학 연구팀은 젤라틴과 DNA로 구성된 에어로젤을 개발해 태양 반사율 104%와 뛰어난 복사 냉각 효과를 달성했다고 인터레스팅 엔지니어링이 보도했다. 미국 과학진흥협회(AAAS)의 공식 성명에 따르면, 이 에어로젤은 생분해성이며 탁월한 복사 냉각 효과를 제공한다. 연구팀은 새러운 에어로젤은 가시광선 영역에서 104%의 반사율을 달성했으며, 이는 광 발광 효과에 의한 것이라고 밝혔다. 에어로젤의 발광은 젤라틴과 DNA가 촘촘하게 연결된 네트워크에서 비롯되며, 이는 발색단들을 함께 모아 시스템의 비복사 전이를 억제하는 데 기여한다. 이 냉각 소재는 특수한 층상 디자인과 빛에 노출될 때 독특하게 빛나는 방식으로 인해 많은 태양광을 반사할 수 있다. 또한 생분해성일 뿐만 아니라 수리와 재활용이 가능해 기존 냉각 소재에 대한 친황경적인 대안을 제시한다. 바이오매스 원료의 냉각 소재 특히, 이 소재는 바이오매스 원료를 사용하여 '워터 용접'이라는 공정으로 제작됐다. 높은 태양 복사 조건에서 주변 온도를 섭씨 16도까지 낮출 수 있으며, 수리와 생분해가 가능하다. 이 연구의 제1저자인 지안웬 마(Jian-Wen Ma)는 젤라틴과 DNA는 구조적으로 균일한 에어로젤을 얻기 위해 동결 건조 공정을 통해 졸-겔 방식으로 설계됐다고 말했다. 마 연구원은 "에어로젤의 다층 구조는 햇빛의 다중 산란/반사를 허용하여 태양 반사율을 효과적으로 향상시킨다"고 말했다. 이 새로운 접근 방식은 에너지 소비가 많고 온실가스 배출량이 많은 기존 냉각 시스템의 문제를 극복하는 것을 목표로 한다. 바이오폴리머 기반 소재를 사용하여 장기적인 안정성과 최소한의 환경 영향을 제공한다. 냉각 소재는 맑음, 흐림 등 다양한 기상 조건에서 테스트에 성공했다. 또한 이 바이오매스 에어로젤은 자연 환경에서 미생물에 의해 생분해될 수 있으며, 고온 용해-재겔화-동결 건조 과정을 통해 재활용할 수 있다. 과학자들은 현재 에어로젤의 잠재적인 실용적인 응용 분야를 모색하고 있으며, 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성을 긍정적으로 전망하고 있다. 이 연구는 지난 7월 4일 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-07-08
맥도날드 5달러, 스타벅스 6달러 세트 출격...전 세계 외식업계, '런치플레이션'과의 전쟁 선포

전 세계 외식업계에 '가성비' 바람이 거세게 불고 있다. 미국, 중국, 일본 등 주요 국가의 대표적인 외식 브랜드들이 잇따라 저가 메뉴를 출시하며 치솟는 물가와 경기 침체로 위축된 소비 심리를 되살리기 위한 총력전에 나섰다. 글로벌 패스트푸드 업계의 선두주자인 맥도날드는 지난 6월 말 미국 뉴욕 시내 매장에서 기간 한정 '5달러 세트' 판매를 시작했다. 맥치킨, S 사이즈 감자튀김, 치킨 너겟, 음료로 구성된 이 세트는 개별 구매 시보다 무려 40% 이상 저렴한 가격으로 소비자들의 뜨거운 호응을 얻고 있다. 맥도날드 미국 부문 사장 조 알링거는 "고물가 시대에 소비자들의 부담을 덜어주기 위해 파격적인 할인 행사를 준비했다"며 "앞으로도 가격 경쟁력을 강화하는 데 주력할 것"이라고 밝혔다. 커피 전문점 스타벅스도 가성비 경쟁에 합류했다. 6월 중순부터 6달러에 빵과 커피를 제공하는 '6달러 메뉴'를 선보인 것이다. 이는 최소 8달러 62센트에 달하는 기존 메뉴보다 30% 이상 저렴한 가격으로, 스타벅스를 애용하는 직장인과 학생들에게 큰 인기를 끌고 있다. 버거킹, 웬디스, 어비스 등 다른 패스트푸드 업체들도 잇따라 한 자릿수 달러대 세트 메뉴를 출시하며 '5달러 전쟁'에 뛰어들었다. 이른바 '런치플레이션(점심+인플레이션)'으로 불리는 외식 물가 상승에 지친 소비자들은 저렴하면서도 든든한 한 끼를 해결할 수 있는 이러한 메뉴에 열광하고 있다. 일본에서도 가격 인하 움직임이 활발하다. 일본 KFC는 지난 5월 말부터 점심 시간대 한정 세트 메뉴 가격을 일괄적으로 40엔(약 343원) 내렸다. 작년 3월과 10월에 주요 메뉴 가격을 인상한 후 매출 감소를 겪었던 KFC는 가격 인하를 통해 고객 발길을 되돌리는 데 성공했다. 패밀리 레스토랑 체인 스카이락 홀딩스도 작년 11월 '가스트'의 일부 메뉴 가격을 인하했다. 물가 상승에도 불구하고 가격을 동결한 사이제리야는 오히려 매출이 21.9% 증가하는 등 가성비 전략의 효과를 톡톡히 누리고 있다. 중국에서는 청년 실업률 증가로 인해 저가 메뉴에 대한 수요가 급증하고 있다. 훠궈 체인 대기업 하이디라오는 저가형 브랜드 '샤오하이 훠궈'를 출시하며 젊은 층을 공략하고 있다. 샤오하이 훠궈는 배식 로봇을 활용해 인건비를 절감하고, 기존 매장보다 최대 80% 저렴한 가격으로 훠궈를 제공한다. 패스트푸드 체인 영화대왕(永和大王)도 '아침 식사 6위안부터'라는 파격적인 가격을 내세우며 시장 점유율 확대에 나섰다. 전문가들은 각국의 경제 상황에 따라 저가격화 움직임이 나타나고 있다고 분석한다. 미국은 인플레이션으로 인해 중산층 이하의 소비 여력이 감소했고, 중국은 디플레이션 우려가 커지고 있다. 일본은 실질임금 상승이 더뎌 소비자들이 가격에 민감하게 반응하고 있다. 하지만 식재료 가격 상승세가 지속되는 상황에서 가격 인하 경쟁은 기업의 수익성 악화로 이어질 수 있다는 우려도 나온다. 가격 경쟁에 뛰어든 기업들은 고객 이탈을 막기 위해 출혈 경쟁을 감수해야 하는 상황에 직면할 수도 있다. 따라서 외식업계는 단순히 가격을 낮추는 것뿐만 아니라 메뉴 구성, 서비스 개선 등 다양한 방면에서 경쟁력을 강화해야 할 필요가 있다.
- 생활경제
2024-07-07
[신소재 신기술(71)] 음식물 쓰레기 활용해 기존 소재보다 4배 강한 '식용 콘크리트' 개발

해초, 양배추와 오렌지 껍질 등 식물성 재료를 활용해 기존 콘크리트보다 3배 이상 강한 '식용 콘크리트' 건축 자재가 개발되어 주목받고 있다. 일본 도쿄대학 연구팀이 배추와 바나나,양파 껍질 등 식물성 유기물로 기존 콘크리트보다 4배 강한 콘크리트를 개발했다고 더쿨다운이 5일(현지시간) 전했다. 프린스턴 대학교에 따르면, 콘크리트는 물 다음으로 지구상에서 가장 많이 소비되는 제품이지만, 매년 44억 톤의 이산화탄소를 배출하며, 전 세계 오염의 8%를 차지한다. 이에 따라 기존 콘크리트 생산 과정의 대안을 모색하고, 건물의 내구성을 높여 콘크리트 사용량을 줄이는 노력이 중요해졌다. 이러한 맥락에서 도쿄 대학 연구팀이 개발한 '식용 콘크리트'는 기존 콘크리트보다 4배 강할 뿐 아니라 음식물 쓰레기 문제 해결에도 기여할 수 있어 더욱 주목받고 있다. 연구팀은 커피 찌꺼기, 바나나 껍질, 양배추, 오렌지 껍질, 양파 껍질, 호박 등 유기물을 건조 및 압축하고 물, 조미료와 혼합하여 고온 틀에서 압축하는 방식으로 친환경 콘크리트를 제작했다. 연구 수석 저자인 유야 사카이는 "저희의 목표는 해초와 일반 음식물 쓰레기를 사용하여 최소한 콘크리트만큼 튼튼한 재료를 만드는 것이었다"면서 "하지만 먹을 수 있는 음식물 쓰레기를 사용했기 때문에 재활용 과정이 원래 재료의 맛에 영향을 미치는지 확인하는 데도 관심이 있었다"라고 설명했다. 실험 결과, 이 식용 콘크리트는 굽힘 강도가 기존 콘크리트보다 훨씬 뛰어났으며, 소금이나 설탕을 첨가하여 맛을 개선해도 강도에는 영향을 미치지 않았다. 선임 연구원인 코다 마치타는 "호박에서 추출한 표본을 제외하고 모든 재료가 굽힘 강도 목표를 초과했다"며 "콘크리트보다 3배 이상 강한 재료를 생산한 배추 잎을 약한 호박 기반 재료와 섞어 효과적인 보강재를 제공할 수 있다는 것을 발견했다"고 말했다. 이 콘크리트는 또 부패, 곰팡이, 곤충에 강하며 4개월 동안 공기 중에 노출되어도 맛이나 강도가 변하지 않는 것으로 확인됐다. 이 연구는 더욱 견고한 건물을 위한 강력한 콘크리트를 개발하는 동시에, 지구 오염의 또 다른 원인인 음식물 쓰레기를 활용할 수 있는 방법을 제시했다. 미국 농무부에 따르면, 식량 손실 및 폐기물은 인간 소비를 위해 생산된 모든 식량의 3분의 1을 차지하며, 2021년 환경보호국 보고서에서는 식량 손실로 인한 1억 8700만 톤 이상의 이산화탄소 배출량이 석탄 화력 발전소 42개의 연간 오염량과 비슷하다고 밝혔다. 이 기술이 미래 건축물에 적용될지는 아직 미지수지만, 과학자들은 다양한 분야에 활용될 수 있다는 점에서 긍정적인 반응을 보이고 있다. 이는 기존의 틀을 벗어난 사고가 이산화탄소 배출과 환경오염 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있는 가능성을 보여주는 좋은 사례라는 평가다.
- 포커스온
2024-07-05
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.
- IT/바이오
2024-07-05
[먹을까? 말까?(33)] 아기 당근 주 3회 섭취, 피부 카로티노이드 수치 증가 확인

아기 당근(baby carrot)을 주 3회 간식으로 섭취하는 것만으로도 젊은 성인의 피부 카로티노이드 수치를 유의미하게 증가시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 베타카로틴이 함유된 종합 비타민과 함께 섭취할 경우 그 효과는 더욱 증대되는 것으로 나타났다. 폭스뉴스는 '뉴트리션(Nutrition) 2024' 컨퍼런스에서 발표된 새로운 연구를 인용해 아기 당근을 일주일에 세 번만 간식으로 먹어도 젊은 성인의 피부 카로티노이드가 증가했다며 4일(현지시간) 이같이 보도했다. 이전 연구에서도 하루 권장량의 3배에 해당하는 과일과 채소를 3주 동안 섭취하면 피부 카로티노이드 수치가 증가하는 것으로 밝혀졌지만, 이번 연구는 아기 당근 섭취라는 비교적 간단한 식습관 변화만으로도 피부 카로티노이드 축적을 크게 증가시킬 수 있음을 시사한다. 카로티노이드는 또한 피부를 자외선으로부터 보호해준다. 카로티노이드는 과일과 채소의 밝은 빨간색, 주황색, 노랑색을 담당하는 성분으로 식단을 통해서만 섭취할 수 있다. 따라서 피부 카로티노이드 수치는 과일 및 채소 섭취량을 나타내는 유용한 지표로 활용될 수 있다. 연구 결과에 따르면, 높은 피부 카로티노이드 수치는 항산화 보호 증가, 심장 질환 및 특정 암과 같은 만성 질환 위험을 감소시키는 효과가 있다. 그리고 피부건강과 면역 기능 향상과도 관련이 있다. 중간 크기의 당근은 약 25칼로리가 들어 있으며 약 2g의 섬유질이 포함됐다. 이번 연구는 60명의 젊은 성인을 무작위로 그룹에 배정해 4주 동안 각기 다른 식단을 제공하는 방식으로 진행됐다. 대조군은 녹색 사과 품종인 그래니 스미스(Granny Smith) 사과 조각을, 실험군은 100g(약 반컵)의 아기 당근과 베타카로틴이 함유된 종합비타민, 또는 아기 당근과 종합비타민을 함께 섭취했다. 연구진은 연구 전후에 비침습적 분광 기기인 배지미터(VeggieMeter)를 사용해 참가자들의 피부 카로티노이드 수치를 측정했다. 그 결과 아기 당근을 섭취한 그룹은 피부 카로티노이드 수치가 연구 전에 비해 10.8% 증가했으며, 베이비 당근과 종합비타민을 함께 섭취한 그룹은 21.6% 증가했다. 반면 대조군과 종합비타민만 섭취한 그룹에서는 유의미한 변화가 관찰되지 않았다. 이는 아기 당근 섭취가 피부 카로티노이드에 직접적인 영향을 미치며, 베타카로틴과 함께 섭취할 경우 그 효과가 강화될 수 있음을 시사한다. 하지만 연구진은 카로티노이드 흡수율은 식품 섭취와 보충제 섭취 간에 차이가 있을 수 있다는 점을 지적하며, 추가 연구의 필요성을 강조했다. 한편, 당근은 전반적으로 건강한 간식이지만 다른 야채에 비해 당분 함량이 높아 대량으로 섭취할 경우 혈당 수치에 영향을 미칠 수 있기 때문에 당뇨병 환자들은 주의해야 한다.
- 생활경제
2024-07-05
[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.
- 포커스온
2024-07-04
[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.
- 포커스온
2024-07-04

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