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2024-11-14 (목)

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인간 수명 "500세까지 가능"⋯미국 미래학자 커즈와일

미국 발명가 레이 커즈와일(76·Ray Kurzweil)은 10일(현지시간) 미국 기술 관련 행사에 참석해 "부지런하기만 하면" 현대인이 500세까지 살 수 있다고 말했다. 레이 커즈와일은 발명가이자 작가, 미래학자로 널리 알려져 있다. 그는 컴퓨터 과학, 인공지능(AI) 분야의 선구자 중 한 명으로, 기술의 미래와 인류에 미칠 영향에 대해 깊은 통찰력을 가지고 있다. 11일 일본매체 닛케이에 따르면 커즈와일은 의료 등 과학기술의 기하급수적인 발전으로 2029년쯤을 기점으로 인류의 수명이 비약적으로 늘어날 것이라고 전망했다. 커즈와일은 이날 미국 텍사스주 오스틴에서 열리고 있는 기술-음악-영화 축제 'SXSW(사우스바이사우스웨스트)'에서 강연했다. 그는 인공지능(AI)이 인간의 지능을 뛰어넘어 가속적 진화를 시작하는 전환점인 '싱귤래리티'가 2045년에 도래할 것이라고 예측한 것으로 유명하다. 그는 2045년이 되면 분자 나노기술을 통해 인체의 장기와 조직 재생이 가능할 것이라고 예측했다. '싱귤래리티(Singularity)'는 기술의 발전이 극단적으로 빠른 속도로 진행되어 인류의 생활, 사회 구조, 심지어 인간 자체의 본질까지 근본적으로 변화시키는 시점을 가리킨다. 가장 널리 알려진 형태는 커즈와일이 주장한 기술적 싱귤래리티(Technological Singularity)로, 이는 인공지능이 인간의 지능을 초월하고, 그 이후 스스로를 개선해 나가면서 인간이 예측하거나 이해할 수 없는 속도로 기술 발전이 이루어지는 시점을 의미한다. 이 개념은 미래학자와 기술 전문가들 사이에서 많은 논란를 불러일으키고 있다. 일부는 이러한 시점이 인류에게 큰 도약을 가져다 줄 것이라고 긍정적으로 보는 반면, 다른 사람들은 인공지능의 무제한적인 발전이 인류에게 예측 불가능한 위험을 초래할 수 있다고 경고하고 있다. 싱귤래리티에 대한 예측은 다양하지만, 그 정확한 시점이나 결과에 대해서는 여전히 큰 불확실성이 존재한다. 커즈와일은 2029년에는 1년이 지날 때마다 기술의 진화로 수명이 1년씩 늘어나기 때문에 계산상으로는 사람들의 수명이 줄어들지 않는 상태가 된다는 것이라고 밝혔다. 그는 "현재는 1년마다 4개월분의 수명을 되찾고 있다"고 말했다. 그러면서 불멸을 의미하는 것은 아니지만, 2029년 이후에는 현재보다 훨씬 더 오래 살 수 있게 될 것이라고 설명했다. 생성 AI와 그 기술 기반인 '대규모 언어 모델(LLM)'에 대해서 그는 "1~2년 후에 등장할 것으로 생각했다"며 예상보다 AI 기술이 빠르게 진화하고 있다고 밝혔다. 그는 싱귤래리티의 도래 등 AI를 둘러싼 자신의 많은 예측에서 시간축에 대한 견해는 바꾸지 않았다고 했다. 특정 정보처리뿐만 아니라 광범위한 작업을 수행하는 만능 AI '범용 인공지능(AI)'은 2029년에 한 대의 컴퓨터가 인간이 하는 모든 일을 모방하는 형태로 실현될 것으로 내다봤다. 그는 오래전부터 2029년이면 AI가 인간 수준의 지능을 갖게 될 것이라고 주장해왔다. 커즈와일은 기계가 인간과 같은 지능을 갖췄는지 여부를 판단하는 '튜링 테스트'를 29년에 AI가 통과할 것이라는 예측에는 변함이 없다고 밝혔다. 다만 모두가 '인간과 비슷하다'고 납득할 때까지는 시간이 걸릴 것으로 예상했다. 싱귤래리티가 실현되는 2045년에는 "사람의 뇌를 모두 (컴퓨터에) 저장해 두었다가 그 사람이 죽어도 전체를 복구할 수 있을 것"이라고 말했다. 그는 생성 AI의 급속한 보급에 대응하기 위해 1년 전 출간 예정이었던 저서 출간을 미뤘다고 전했다. 저서는 조만간 미국에서 출간할 예정이다. 커즈와일은 광학식 문자판독기(OCR)와 문장 음성변환 소프트웨어를 개발한 발명가로, 2005년 저서 '싱귤래러티 이즈 니어(The Singularity is Near)'에서 기계가 스스로 더 정교한 기계를 만들어내면서 AI가 가속적으로 진화할 것으로 전망했다.
- IT/바이오
2024-03-11
암세포, 근적외선 분자에 99% 파괴

과학자들은 근적외선을 사용해 아미노시아닌 분자를 활성화시키면, 이 분자가 진동하여 암세포의 막을 파괴하는 방법을 개발했다. 이 기술은 라이스 대학교, 텍사스 A&M 대학교, 텍사스 대학교의 연구팀에 의해 개발되었으며, 과학 전문 매체 '사이언스얼럿(ScienceAlert)'을 통해 보도됐다. 이 연구는 학술지 '네이처 케미스트리(Nature Chemistry)'에 게재됐다. 아미노시아닌 분자는 이미 바이오이미징 분야에서 합성 염료로 사용되고 있다. 암 탐지를 위해 저용량으로 사용하는 이 물질은 물속에서 안정적으로 유지되고 세포 외부에 부착하는 데 효과적이다. 라이스 대학교의 화학자 제임스 투어(James Tour)는 이 기술을 "분자 착암기"라고 부르며, "완전히 새로운 세대의 분자 기계로 이전의 페링가형 모터보다 기계적 움직임이 100만 배 이상 빠르고, 가시광선이 아닌 근적외선으로 활성화할 수 있다"고 강조했다. 연구팀은 근적외선이 신체 깊은 부분까지 도달할 수 있어, 뼈나 장기의 암을 수술 없이 치료할 수 있는 가능성을 열어준다고 설명했다. 이러한 발견은 암 치료 분야에 중요한 발전을 의미한다. 실험실에서 배양된 암세포에 대한 실험 결과, '분자 착암기'라는 새로운 방법이 세포를 파괴하는 데 99%의 높은 효율을 보였다. 또한 흑색종 종양이 있는 쥐에게 테스트한 결과, 실험에 참여한 쥐의 절반에서는 암이 사라졌다. 아미노시아닌 분자의 구조와 화학적 특성은 근적외선과 같은 적절한 자극이 있을 때 유지된다는 것을 의미한다. 이 분자가 움직일 때, 내부의 전자들은 플라스몬을 형성하고, 이는 전체 분자에 걸쳐 이동을 유도하는 집합적으로 진동하는 실체를 만든다. 라이스 대학의 화학자 키케론 아얄라 오로즈코(Ciceron Ayala-Orozco)는 "중요한 점은 우리가 이 분자들이 어떻게 작동할 수 있는지에 대한 새로운 이해를 얻었다는 것"이라고 강조했다. 그는 또한 "이 방법으로 분자 전체를 흥분시켜 특정 목표를 달성하는 데 사용되는 기계적 작용을 생성하기 위해 분자 플라즈몬을 사용한 것은 이번이 처음이다. 이 경우에는 암세포의 막을 파괴하는 것이 목표였다"고 덧붙였다. 플라스몬은 분자의 한쪽에 있는 팔을 통해 진동의 움직임으로 인해 분자를 암세포의 막에 연결하는 데 도움을 준다. 이 연구는 아직 초기 단계에 있지만, 이와 같은 초기 발견들은 매우 희망적인 결과를 보여주고 있다. 이 기술은 암세포가 어떤 종류의 방어 메커니즘을 진화시키기 어렵게 만드는 간단하고 생체역학적인 접근법이다. 연구팀은 이와 유사하게 작동할 수 있는 다른 종류의 분자들을 탐색하는 것이 다음 목표다. 아얄라 오로즈코는 "이 연구는 분자 차원에서 기계적 힘을 활용하여 암을 치료하는 새로운 방법에 대한 것"이라고 말했다. 이러한 접근은 암 치료 분야에서 새로운 잠재력을 열어줄 수 있는 중요한 발전이다. 한편, 플라스몬(plasmon)은 금속에서 발견되는 자유 전자의 집합적인 진동을 나타내는 물리학적 개념이다. 금속의 전자들은 특정 조건에서 집단적으로 진동할 수 있으며, 이러한 진동은 전기장과 상호작용하여 플라스몬을 생성한다. 플라스모닉스(plasmonics)라는 분야에서는 이러한 플라스몬의 고유한 성질을 이용하여 다양한 응용을 연구하고 있다. 플라스몬은 나노기술, 광학, 센서 기술 등에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 플라스몬을 이용한 나노입자는 의료 영상, 암 치료, 화학 센서 등에서 사용된다. 특히, 플라스몬의 능력으로 빛의 파장보다 작은 구조에서도 빛을 조작하고 집중시킬 수 있기 때문에, 고해상도의 광학적 기술 개발에 중요한 기초가 된다.
- IT/바이오
2024-01-04
[퓨처 Eyes(15)] 20m 미만 소형 입자 가속기, 의료·반도체 혁신 예고

미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스 연구원들이 전자 에너지가 높고 공간도 적게 차지하는 소형 입자 가속기를 개발했다. '입자 가속기'는 우주를 구성하는 기본 입자들의 속성과 상호작용을 연구하는 데 필수적인 장치다. 현대 물리학의 중심에 서 있는 이 기술은 반도체 응용 분야, 의료 영상 및 치료, 재료, 에너지 및 의학 연구에 큰 잠재력을 가지고 있다는 평가다. 특히 기존 가속기는 수 킬로미터에 달하는 넓은 공간을 차지해 가격이 비싸고 소수의 국립연구소와 대학에서만 사용할 수 있었다. 미국 과학 기술 매체 사이테크데일리에 따르면, UT 연구팀이 개발한 소형 입자 가속기는 길이 20m 미만으로, 기존 가속기보다 훨씬 콤팩트하다. 또한, 100억 전자볼트(10 GeV)의 에너지를 가진 전자빔을 생성할 수 있어, 기존 가속기와 동일한 수준의 성능을 갖는다. 현재 미국 내에서 이와 같은 높은 전자 에너지 수준에 도달할 수 있는 가속기는 단 두 대에 불과하며, 둘 다 길이가 약 3km에 달한다. 이 연구의 공동 저자인 비요른 마누엘 헤겔리히(Bjorn "Manuel" Hegelich) UT 물리학 부교수는 "우리는 이제 이러한 에너지 수준에 매우 가까운 거리, 약 10cm 내에서 전자 빔에 도달할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 의미하며, 향후 다양한 과학적, 의료적 응용에 사용될 수 있다. 헤겔리히 교수는 저널 '극한에서의 물질과 방사선(Matter and Radiation at Extremes)'에서 "우리의 가속기는 우주 장치의 방사선 내성 테스트, 새로운 반도체 칩의 3D 내부 구조 이미지화, 심지어 혁신적인 암 치료법과 고급 의료 영상 기술 개발에 활용될 수 있다"고 말했다. 또한, 이 가속기는 X선 자유 전자 레이저 구동에도 사용될 수 있다. 이 레이저는 원자나 분자 수준에서 일어나는 프로세스를 슬로우 모션으로 촬영하는 데 이용 가능하다. 가속기 기술의 혁신 '소형 입자 가속기' 입자 가속기는 원자와 같은 작은 입자들을 매우 높은 속도로 가속시켜, 이들을 서로 충돌시키거나 특정 표적에 충돌시킴으로써 그 속성을 탐구한다. 이러한 과정을 통해 과학자들은 입자들과 이를 구성하는 힘에 대해 깊이 있게 연구할 수 있다. 입자 가속기는 주로 하전 입자의 속도를 증가시키는 데 사용된다. 양성자, 원자핵, 전자와 같은 양전하나 음전하를 지닌 입자들이 이에 해당한다. 이 입자들은 때때로 빛의 속도에 근접한 속도로 가속된다. 입자가 표적 물질이나 다른 입자와 충돌할 때, 다양한 현상이 발생한다. 충돌로 인해 에너지가 방출되고, 핵 반응이 일어나며, 입자가 산란되고 새로운 입자가 생성된다. 예를 들어, 중성자와 같은 다른 입자들이 이러한 충돌에서 생겨날 수 있다. 이 과정을 통해 과학자들은 원자, 원자핵, 핵자를 결합하는 힘과 '하이그스 보손(Higgs boson)'과 같은 특별한 입자들의 성질을 연구할 수 있다. 하이그스 보손, 우주 기본 입자의 질량 부여하는 '신의 입자' '하이그스 보손'은 기본 입자 물리학의 중요한 개념 중 하나로, 입자들이 질량을 갖게 되는 메커니즘을 설명하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 입자는 1964년 물리학자 피터 하이그스와 다른 몇몇 이론 물리학자들에 의해 처음으로 제안됐다. 2012년 유럽입자물리연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기(LHC)에서 처음 발견됐다. 하이그스 보손은 매우 무거운 입자로, 질량은 약 125GeV이다. 이는 약 125억 전자볼트와 같다. 하이그스 보손은 또한 매우 불안정한 입자로, 평균 수명은 약 1.56x10¯²²초로 추정된다. 이는 하이그스 보손이 생성된 직후 거의 즉시 다른 입자들로 붕괴한다는 것을 의미한다. 하이그스 보손의 발견은 물리학 연구에 새로운 동력을 불어넣었다. 이로 인해 피터 하이그스와 프랑수아 앵글레르는 2013년 노벨 물리학상을 수상했다. 이 발견은 우주의 근본적인 성질에 대한 이해를 크게 향상시켰으며, 여전히 많은 연구가 진행 중이다. 입자 가속기 활용 분야 입자 가속기는 우주의 기원과 구조, 물질의 기본 구성 요소, 자연법칙 등을 연구하는 데 사용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 입자를 발견하거나, 기존 입자의 성질을 연구할 수 있다. 또한 입자 가속기는 생물학, 의학, 재료과학, 나노기술 등 다양한 분야의 응용과학 연구에 활용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 약물이나 치료법을 개발하거나, 새로운 재료나 소재를 개발할 수 있다. 예를 들어, 암 치료를 위한 정밀 방사선 요법이나 새로운 재료의 연구에 활용될 수 있다. 종양을 제거하거나 염증을 치료하는 방사선 치료를 수행할 수 있다. 입자 가속기를 사용하여 의료용 동위원소를 생산할 수도 있다. 의료용 동위원소는 암 진단, 치료, 방사선 치료 등 다양한 의학 분야에서 사용된다. 입자 가속기는 반도체 제조, 금속 재료 연구, 환경 오염 측정 등 산업 분야에도 다양한 용도로 활용되고 있다. 입자 가속기를 이용하여 반도체의 미세 회로를 제조할 수 있다. 또 식품이나 의약품을 살균하거나, 디스플레이 등을 제조할 수 있다. 아울러 새로운 물리학 이론을 탐구할 수 있다. 표준 모델 이외의 이론, 예를 들어 초대칭성, 여분의 차원, 양자 중력 이론 등을 실험적으로 탐구하는 것이 다음 세대 가속기의 중요한 목표 중 하나가 될 것이다. 또한 대규모 입자 가속기 프로젝트는 국제적 협력을 필요로 한다. 이러한 협력은 물리학뿐만 아니라 정치적, 경제적, 교육적 측면에서도 광범위한 영향을 미칠 것으로 보인다. 웨이크필드 레이저 가속기 웨이크필드 레이저 가속기는 1979년에 처음으로 개념이 제시된 이후 괄목할 만한 발전을 거듭해왔다. 이 기술은 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 지난 수십 년간 여러 연구 그룹이 이 기술을 발전시켜 더욱 강력한 버전을 개발했다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 이 과정은 보트가 호수를 가로질러 나아가며 남기는 항적과 유사하며, 전자는 서퍼가 파도를 타는 것처럼 이 플라즈마 파동을 타고 이동한다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 웨이크필드 레이저 가속기 기술의 효율성과 성능을 높이는 데 크게 기여하고 있다. 앞으로도 이 분야의 연구와 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 헤겔리히 교수는 웨이크필드 가속기의 원리를 비유를 통해 설명했다. 그는 "웨이크 서핑을 하려면 큰 파도에 들어가기 어렵기 때문에 서퍼들은 제트 스키에 끌려들어간다"고 비유했다. 이어서 "우리 가속기에서는 제트 스키와 유사한 역할을 하는 것이 적절한 시간과 위치에서 전자를 방출하는 나노입자이다. 이를 통해 파도 위에 더 많은 전자를 끌어들여 가속하는 것이 우리의 '비밀 소스'"라고 부연했다. 이 실험을 위해 연구팀은 세계에서 가장 강력한 펄스 레이저 중 하나인 '텍사스 페타와트 레이저(Texas Petawatt Laser)'를 사용했다. 이 레이저는 UT에 설치되어 있으며, 매시간 한 번씩 초강력 빛 펄스를 발사한다. 단일 페타와트 레이저 펄스의 전력은 미국 전력의 약 1000배에 달하지만, 지속 시간은 150펨토초에 불과하다. 이는 번개 방전의 10억분의 1도 안 되는 짧은 시간이다. 웨이크필드 레이저 가속기는 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 전자는 이 플라즈마 파동을 타고 이동하면서 에너지를 얻게 된다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 소형 입자 가속기 연구의 의미와 전망 UT 연구팀의 이번 연구는 소형 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 이루었다는 점에서 의미가 있다. 소형 입자 가속기는 기존 가속기의 단점인 비용과 공간 제약을 극복할 수 있어 다양한 분야에서 활용될 가능성이 높다. 연구팀은 향후 현재 개발중인 소형 입자 가속기를 테이블 위에 올려 놓고 초당 수천 번 반복적으로 발사할 수 있는 레이저로 시스템을 구동하여 기존 가속기보다 훨씬 더 콤팩트하고 훨씬 더 넓은 환경에서 사용할 수 있는 가속기를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 한편 현재 세계 각국은 입자 가속기의 성능을 향상시키기 위한 연구에 박차를 가하고 있다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 현재 운영 중인 대형 강입자 충돌기(LHC)의 성능을 개선하기 위한 작업을 진행하고 있다. 또한, 미국, 중국, 일본 등에서도 새로운 입자 가속기의 건설을 추진하고 있다. 이러한 노력을 통해 입자 가속기는 우주와 물질의 기본 법칙을 이해하고 새로운 기술을 개발하는 데 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2023-12-14
[퓨처 Eyes(13)] 일론 머스크의 뇌 임플란트, 혁신일까?…안전성과 윤리성 논란

일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 운영하는 뇌신경과학 스타트업 뉴럴링크(Neuralink)의 뇌 임플란트와 관련해 안전성과 윤리성 문제가 또다시 불거졌다. 뉴럴링크는 두개골에 작은 구멍을 뚫고 뇌에 가는 실에 연결된 전극을 삽입하는 방식으로 소형 칩을 이식하는 기술을 개발하고 있다. 2016년에 설립된 이 회사는 뇌 임플란트 제조를 전문으로 하며, 환자의 뇌에 칩을 이식해 뇌파를 읽고 분석하여 다양한 기기를 제어할 수 있는 시스템을 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 현재 뉴럴링크는 첫 번째 임상 시험 단계에서 사지마비 환자들이 생각만으로 컴퓨터를 조작할 수 있도록 하는 기술에 중점을 두고 있다. 이 기술은 환자의 운동 피질에서 발생하는 신호를 측정해 컴퓨터로 전송함으로써, 환자가 마우스나 키보드를 사용하는 대신 단순히 생각하는 것으로도 컴퓨터를 조작할 수 있게 한다. 프랑스 매체 프레스사이트론((Press-citron)은 뉴럴링크에 대해 "뇌의 중심부에 임플란트를 심어 인위적으로 증강된 인간을 창조하는 것이 트랜스휴머니즘 운동의 궁극적인 목표 중 하나"라고 소개하며, 이 운동이 철학적·윤리적 논쟁을 불러일으키는 논란의 여지가 있다고 제기했다. 이 매체는 뉴럴링크의 초기 목표가 인간의 인지 기능을 개선하는 것이었으나, 이미 이 기술이 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점을 지적했다. 일론 머스크는 트랜스휴머니즘 사상과 관련이 있다고 종종 주장되지만, 자신을 트랜스휴머니스트라고 명시적으로 밝힌 적은 없다. 특히 뉴럴링크 설립 이후 머스크는 트랜스휴머니즘을 지지하는 발언을 자주 하며, 트랜스휴머니즘의 목표에 부합하는 기술을 개발하고 있다. 트랜스휴머니즘은 인간의 본질적 한계를 과학과 기술을 통해 극복하고자 하는 사상 혹은 운동이다. 이 이념은 인간의 수명 연장, 지능 향상, 건강 개선과 같은 목표를 추구하며, 이를 위해 유전 공학, 나노기술, 뇌-컴퓨터 인터페이스 등과 같은 첨단 기술을 활용한다. 뇌 임플란트에 대한 우려 지난해 뇌 임플란트 실험을 위해 동물을 학대했다는 비난을 받았던 뉴럴링크는 지난 9월 미국 식품의약국(FDA)으로부터 인간을 대상으로 한 임상 시험을 시작할 수 있도록 승인을 받았다. 이에 따라 이 스타트업은 뇌 영역에 매우 가늘고 유연한 실(N1)을 삽입하는 뇌 임플란트 시술에 참가할 최초의 지원자를 모집하는 캠페인을 진행 중이다. 이번 임상 시험 대상은 경추 척수 부상이나 근위축성측삭경화증(ALS·루게릭병) 등으로 인한 사지마비 환자라고 회사 측은 밝혔다. 아울러 완전히 이식 가능한 무선 뇌-컴퓨터 인터스페이스(BCI)의 초기 목표는 사람들에게 자신의 생각만으로 컴퓨터 커서나 키보드를 제어할 수 있는 능력을 부여하는 것이라고 설명했다. 뉴럴링크는 2018년부터 뇌 임플란트 실험을 위해 동물을 이용해 왔다. 연합뉴스가 인용한 로이터통신이 지난해 12월 뉴럴링크 전·현직 직원 20여명의 인터뷰 내용과 내부 문서를 인용해 뉴럴링크의 실험으로 죽은 양과 돼지, 원숭이 등 동물이 총 1500마리로 추정된다고 보도했다. 보도에 따르면, 뉴럴링크의 실험 과정에서 동물들이 극도의 고통을 겪었고, 그 결과 15마리의 원숭이가 폐사한 것으로 알려졌다. 이에 따라 뉴럴링크는 동물복지법 위반 혐의로 미국 농무부로부터 조사를 받았다. 뉴럴링크의 동물 학대 논란은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 윤리적 논쟁을 불러일으켰다. 일부 전문가들은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 인간의 정신적 능력을 향상시키고 장애를 극복하는 데 도움이 될 수 있지만, 동물 실험의 윤리적 문제에 대한 심각한 고려가 필요하다고 지적했다. 또 의사들의 단체인 '책임 있는 의학을 위한 의사위원회'도 지난 9월 뉴럴링크 실험 대상 원숭이들의 건강 이상과 안락사 문제를 고발하며 SEC에 조사를 촉구하는 서한을 보냈다. 하지만 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)로 알려진 이러한 유형의 임플란트를 사용하는 회사는 뉴럴링크만이 아니다. 건강 생명공학 분야의 다른 기업들도 이미 파킨슨병과 같은 질환을 퇴치하기 위해 이러한 유형의 장치를 사용하고 있다. 미국 매체 인사이더(Insider)는 이미 이러한 유형의 임플란트로 인한 우려스러운 주변 영향에 대해 보도한 바 있다. 펜실베니아 대학교의 철학 교수인 안나 웩슬러는 이러한 임플란트를 받은 파킨슨병 환자들과 접촉해 왔다. 그녀는 그들과 이야기를 나눌 수 있었고 "많은 사람들이 질병으로 인해 자신을 잃어버린 느낌을 받았다"는 관찰 결과를 공유했다. 뇌 임플란트로 인한 개인 정체성의 변화는 단순한 허구가 아니라는 주장이다. 태즈매니아 대학교의 신경윤리 전문가이자 철학 강사인 프레데릭 길버트는 한 걸음 더 나아갔다. 그는 특정 환자에 대한 BCI의 부작용을 보고하는 연구를 발표했다. 길버트 박사는 "인격, 정체성, 주체성, 진정성, 자율성, 자아에 대한 개념"과 관련된 심각한 장애라며 이는 단순한 두통이나 손에 바늘이 꽂힌 것과는 거리가 멀기 때문에 전문가들의 이러한 피드백은 주의를 기울여야 한다고 촉구했다. 정체성과 행동에 미치는 영향 프레데릭 길버트는 이러한 임플란트가 환자에게 다소 심각한 정신적 부조화를 일으킬 수 있다고 지적했다. 이러한 부조화는 일종의 비인격화 또는 비현실화로 비유될 수 있는 현상이다. 그는 "이 사람들은 자신이 자신이라는 것을 알고 있지만 임플란트 전과는 완전히 다른 존재가 되었다"고 설명했다. 그는 또한 자살 시도와 같은 심각한 사례도 다루었다고 언급했다. 인사이더는 50대 여성 환자의 사례를 전했다. 이 여성은 뉴럴링크 임플란트를 이식한 후 자신의 체력이 실제 능력에 비해 불균형하다고 느꼈다. 어느 날, 이 여성은 너무 무거운 짐을 들어 올리려다 실패했다. 다행히 이 여성은 다치지는 않았지만, 강한 실패감에 직면해야 했다. 뉴럴링크의 목표 중 하나는 BCI 임플란트를 통해 마비된 환자의 뇌를 재활성화하여 제2의 삶을 살 수 있도록 하는 것이다. 이 프로젝트는 많은 전문가들이 우려와 기대를 동시에 품고 있는 이니셔티브다. 현재로서는 이러한 임플란트의 위험성을 완전히 배제할 수 없으며, 현재의 지식으로는 너무 앞서가는 기술일 수도 있다는 의견이 있다. 한편, 뉴럴링크 임플란트는 장애를 극복하고 인간의 잠재력을 향상시킬 수 있는 잠재력이 있지만, 그만큼 위험성도 내포하고 있다. 따라서 임상 시험을 통해 임플란트의 안전성과 효과를 철저히 검증하고, 윤리적·사회적 논의도 충분히 이루어져야 할 것이다.
- 포커스온
2023-11-30
[퓨처 Eyes(11)] 나노와이어 '두뇌' 네트워크, "즉시 학습하고 기억" 가능성 입증

최근 '나노와이어 두뇌' 등 물리적 신경망의 혁신적인 발전이 주목을 받고 있다. 뇌의 뉴런이 작동하는 방식에서 영감 받은 물리적 신경망은 최근 실험에서 처음으로 즉석에서 학습하고 기억하는 것이 확인되는 단계에 이르렀다. 나노와이어 두뇌는 인공 지능(AI)과 기계 학습 분야에서 사용되는 혁신적인 기술 중 하나다. 이 개념의 핵심은 미세한 나노스케일의 와이어를 사용하여 인간 두뇌의 작동 방식을 모방하는 것이다. 다시 말하면, 나노와이어 두뇌 또는 나노와이어를 사용하는 인공 신경망은 뇌의 구조와 기능을 모방하기 위해 나노스케일의 전도성 와이어를 사용하는 첨단 기술이다. 이 기술은 신경과학과 나노기술의 교차점에 있으며, 인공 지능과 머신 러닝 분야에서 혁신적인 발전을 가져올 가능성이 크다. 과학전문 매체 사이키(phys.org)에 따르면 호주 시드니 대학교와 미국 로스앤젤레스 캘리포니아 대학교의 과학자들이 주도한 최근 연구에서 나노와이어 네트워크(신경망)가 뇌의 뉴런처럼 작동하여 '즉석에서 학습하고 기억'하는 능력을 보여주었다. 나노와이어 신경망이란? 나노와이어 네트워크는 직경이 불과 10억 분의 1미터인 미세한 와이어들로 구성되어 있다. 이 와이어들은 어린이 게임 '나무 블록 빼기 놀이'(Pick Up Sticks, 쌓아 올려져 있는 나무 조각들의 밑창 빼기)와 유사한 패턴으로 배열되어 있으며, 인간 뇌의 신경망을 모방한다. 이는 복잡한 실제 학습과 기억 작업을 수행할 수 있는 저에너지 기계 지능 개발의 가능성을 열어주고 있다. 논문 제1저자인 루오민 주(Ruomin Zhu) 시드니대학교 나노연구소 및 물리학과 박사과정 연구원은 "나노와이어 네트워크를 사용해 뇌에서 영감을 받은 학습·기억 기능을 동적 스트리밍 데이터 처리에 활용할 수 있다"고 설명했다. 기억과 학습 작업은 나노와이어가 교차하는 접점에서 발생하는 전자 저항의 변화를 이용한 간단한 알고리즘을 통해 이루어진다. 이 기능은 '저항성 메모리 스위칭'으로 알려져 있으며, 전기적 입력이 전도성 변화와 맞닥뜨릴 때 발생한다. 이는 인간 뇌의 시냅스에서 일어나는 현상과 유사하다. 이 연구는 인공 지능과 기계 학습 분야에서 새로운 장을 열고 있으며, 향후 더욱 효율적이고 지능적인 기계 시스템의 개발로 이어질 것으로 기대된다. 이 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 11월 1일 게재됐다. 이 연구에서 과학자들은 이미지에 해당하는 전기 펄스 시퀀스를 인식하고 기억하는 방법으로 나노와이어 네트워크를 활용했다. 이는 인간 뇌의 정보 처리 방식에서 영감을 얻은 것으로, 뇌과학과 인공 지능의 접목을 시도한 중요한 연구 사례로 평가된다. 전화번호 기억과 비슷 연구 책임자인 즈덴카 쿤치치 교수는 이 기억 과제가 전화번호를 기억하는 것과 비슷하다고 설명했다. 그는 이 네트워크가 MNIST 데이터베이스의 필기 숫자 이미지, 즉 머신 러닝에서 사용되는 7만개의 작은 회색조 이미지 컬렉션을 활용하여 벤치마크 이미지 인식 작업을 수행했다고 말했다. 쿤치치 교수는 "과거 연구에서 나노와이어 네트워크가 간단한 작업을 기억하는 능력을 증명했다. 이번 연구는 온라인으로 접근 가능한 동적 데이터를 활용하여 작업을 수행함으로써 이러한 연구 결과를 확장했다"고 덧붙였다. 그는 "지속적으로 변경되는 대량의 데이터를 처리할 때 온라인 학습 기능을 달성하는 것은 어려운 과제다. 표준 방식은 데이터를 먼저 메모리에 저장한 후 이를 활용해 머신 러닝 모델을 훈련하는 것이지만, 이 방법은 광범위한 적용에는 너무 많은 에너지를 소모한다"고 설명했다. 이어 "우리의 새로운 접근 방식을 통해 나노와이어 신경망은 데이터 샘플마다 즉시 학습하고 기억함으로써 온라인으로 데이터를 추출할 수 있으며, 이는 메모리와 에너지 사용을 크게 줄여준다"고 말했다. 루오민 주 연구원은 온라인 정보 처리의 추가적인 장점을 언급했다. 그는 "예를 들어, 센서에서 데이터가 지속적으로 스트리밍되는 상황에서는, 인공 신경망을 활용한 머신 러닝이 실시간으로 적응할 수 있어야 한다. 하지만 현재 기술은 이에 최적화되어 있지 않다"고 부연했다. 이 연구에서 나노와이어 신경망은 테스트 이미지를 93.4%의 정확도로 식별하며 벤치마크 머신 러닝 성능을 입증했다. 연구에 포함된 기억 과제는 최대 8자리 숫자 시퀀스를 재생하는 것이었다. 두 과제 모두에서, 데이터를 네트워크로 스트리밍하여 온라인 학습 능력을 증명하고, 메모리가 학습을 어떻게 향상시키는지를 보여주었다. 나노와이어 두뇌 특징 나노와이어 두뇌의 특징으로는 나노스케일 구조와 전도성, 플라스틱성, 저에너지 소비 등이 있다. 먼저 나노와이어는 극도로 작은 크기(일반적으로 나노미터 단위)를 가지고 있어, 매우 높은 밀도의 신경망을 구현할 수 있다. 이는 인간 두뇌의 복잡한 신경망을 모방하는 데 유리하며, 여러 신경망의 연결을 통해 복잡한 계산을 수행할 수 있다. 전통적인 전자 기기에 비해 에너지 효율이 높아 저에너지를 사용한다. 또한 나노와이어는 전기 신호를 효율적으로 전달할 수 있어, 뇌의 신경 전달 방식을 모방하는 데 적합하다. 나노와이어 기반 신경망은 플라스틱성(학습과 기억에 필요한 구조적, 기능적 변화)을 통해 새로운 정보를 학습하고 저장할 수 있다. 나노와이어는 전기화학적 신호를 사용하여 정보를 처리하고 저장한다. 뉴런과 같이 동적으로 연결되며, 학습과 기억 과정에서 이들 연결이 강화되거나 약화된다. 나노와이어 두뇌 응용 분야 나노와이어 두뇌는 인간 두뇌와 유사한 방식으로 정보를 처리하고 학습하는 AI 시스템에 활용된다. 데이터 스트리밍과 실시간 학습 능력을 통해 기계 학습 모델을 개선하는 데 사용될 수 있다. 자율적인 의사결정과 복잡한 환경에서의 적응력을 갖춘 로봇에 적용될 수 있다. 나노와이어 기반 기술은 미래의 AI 및 컴퓨팅 분야에서 중요한 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그러나 이 기술은 아직까지 연구 개발 단계에 있으며, 상용화까지는 추가 연구와 발전이 필요하다. 이러한 나노와이어 두뇌 기술은 빠르게 진화하고 있는 분야로, 그 개발과 응용은 향후 몇 년 동안 상당한 관심을 끌 것으로 예상된다.
- 포커스온
2023-11-16
AI 에너지 효율성 100배 개선⋯클라우드 의존 없는 실시간 나노전자소자 개발

노스웨스턴 대학교 엔지니어들은 가장 에너지 효율적인 방식으로 정확한 머신러닝 분류 작업을 수행할 수 있는 새로운 나노 전자 장치를 개발했다. 12일(현지시간) 미국 매체 노스웨스턴나우(northwestern now)에 따르면 기존 기술보다 100배 적은 에너지를 사용하는 방식으로 실시간으로 인공지능(AI) 작업을 수행할 수 있다. 이 장치의 가장 큰 특징은 클라우드를 이용하지 않고도 대용량 데이터를 실시간으로 처리하고 분석할 수 있는 점이다. 따라서 설치 공간이 협소하고 전력 소비가 적은 웨어러블 기기, 예를 들어 스마트 시계나 피트니스 트래커에 적용하기에 이상적이다. 연구 팀은 이 새로운 나노전자소자의 성능을 확인하기 위해 심전도(ECG) 데이터를 활용해 불규칙한 심장 박동인 부정맥을 진단하는 실험을 진행했다. 실험 결과, 이 장치는 다양한 부정맥 유형을 거의 95%의 높은 정확도로 판별할 수 있었다. 이번 연구 결과는 공학과 의학 분야에서 큰 파장을 일으킬 것으로 보이며, 관련 논문은 12일 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)' 저널에 게재됐다. '개인화된 서포트 벡터 머신 분류를 위한 재구성 가능한 혼합 커널 이종 접합 트랜지스터'라는 제목의 이 연구는 미국 에너지부, 국립과학재단, 육군 연구소의 지원을 받아 진행됐다. 이 연구의 선임 저자인 노스웨스턴의 마크 허삼(Mark C. Hersam) 박사는 "오늘날 대부분의 센서는 데이터를 수집한 다음 클라우드로 전송하고, 분석은 에너지 소모가 많은 서버에서 수행된 후 최종적으로 사용자에게 결과를 전송한다"며 "이 접근 방식은 엄청나게 비싸고 상당한 에너지를 소비하며 시간이 많이 걸린다"고 성명했다. 이어 "우리 장치는 에너지 효율이 매우 높아 웨어러블 전자기기에 직접 배치하여 실시간 감지 및 데이터 처리를 할 수 있으므로 건강 응급상황에 보다 신속하게 개입할 수 있다"고 말했다. 나노기술 전문가로 유명한 허삼 박사는 노스웨스턴 맥코믹 공과대학에서 월터 머피 재료과학 및 공학 교수로 활약하고 있다. 또한 재료 과학 및 공학과 학과장, 재료 연구 과학 및 공학 센터 소장, 그리고 국제 나노기술연구소 회원 등 왕성한 역할을 하고 있다. 허삼 박사는 이번 연구를 서던캘리포니아 대학교의 한 왕(Han Wang) 교수, 노스웨스턴 대학교의 비노드 상완(Vinod Sangwan) 연구 조교수와 공동으로 주도했다. 머신러닝 툴은 신규 데이터를 분석하기 전에, 먼저 학습 데이터를 다양한 카테고리에 정확하게 분류하는 과정을 거쳐야 한다. 예를 들어, 사진을 색상별로 분류하는 도구의 경우, 빨간색이나 노란색, 파란색 등 각 사진의 색상을 정확히 식별할 수 있어야 한다. 이러한 작업은 인간에게는 간단하지만, 기계에게는 상당한 에너지를 소모하는 복잡한 작업이다. 현재 실리콘 기반 기술로 심전도와 같은 대규모 데이터 세트를 분류하려면 100개 이상의 트랜지스터를 필요로 한다.이러한 각각의 트랜지스터는 작동과정에서 에너지를 소비한다. 하지만 노스웨스턴의 나노 전자 장치는 단 두 개의 장치로 동일한 머신러닝 분류를 수행할 수 있다. 연구진은 디바이스 수를 줄임으로써 전력 소비를 획기적으로 줄이고 표준 웨어러블 기기에 적용 가능한 훨씬 더 작은 크기의 디바이스를 개발했다. 이 새로운 디바이스의 비결은 다양한 소재를 혼합하여 전례 없는 조정성을 구현한 것이다. 기존 기술은 실리콘을 사용하지만 연구진은 2차원 이황화몰리브덴과 1차원 탄소 나노튜브로 소형화된 트랜지스터를 제작했다. 따라서 데이터 처리 단계마다 하나씩 많은 실리콘 트랜지스터가 필요한 대신, 재구성 가능한 트랜지스터는 다양한 단계 간에 전환할 수 있을 만큼 동적이다. 이번 새로운 디바이스의 성공 비결은 다양한 소재의 혼합과 창의적인 조절 능력에 있다. 기존에는 실리콘을 주로 사용했으나, 이번 연구에서는 2차원 이황화몰리브덴과 1차원 탄소 나노튜브를 활용하여 소형화된 트랜지스터를 구현했다. 이러한 혁신적 접근 방법 덕분에, 각 데이터 처리 단계에 여러 개의 실리콘 트랜지스터를 사용하는 것이 아니라, 하나의 재구성 가능한 트랜지스터만으로도 다양한 단계를 동적으로 전환할 수 있게 되었다. 허삼 박사는 이에 대해 "두 가지 서로 다른 재료를 하나의 디바이스에 통합함으로써, 전류 흐름을 강력하게 조절할 수 있는 동적 재구성이 가능하다"며 "이런 방식으로 단일 디바이스에서도 높은 수준의 조절이 가능해져, 작은 공간과 적은 에너지만을 소비하면서도 정교한 분류 알고리즘 실행이 가능하다"고 덧붙였다. 연구진은 장치를 테스트하기 위해 공개적으로 사용가능한 의료 데이터 세트를 찾았다. 먼저 심전도 데이터를 해석하도록 디바이스를 훈련시켰는데, 이는 일반적으로 숙련된 의료진이 상당한 시간을 들여야 하는 작업이다. 그런 다음 장치에 정상, 심방 조기 박동, 심실 조기 수축, 속도 박동, 왼쪽 다발 분기 블록 박동, 오른쪽 다발 분기 블록 박동 등 6가지 유형의 심장 박동을 분류하도록 요청했다. 연구팀은 장치의 성능을 테스트하기 위해 공개적으로 접근 가능한 의료 데이터 세트를 활용했다. 첫 단계에서 연구팀은 디바이스를 훈련시켜 심전도 데이터를 해석할 수 있도록 하였는데, 이는 일반적으로 전문 의료인력이 상당한 시간을 투입해야 해결할 수 있는 문제였다. 연구팀은 이어서 장치에게 정상 심장 박동, 심방 조기 박동, 심실 조기 수축, 속도 박동, 왼쪽 번치 가지 블록, 오른쪽 번치 가지 블록 등 총 6가지 유형의 심장 박동 패턴을 구분하도록 요청했다. 이렇게 개발된 나노전자 장치는 1만 개의 심전도 샘플을 분석하며 각각의 부정맥 유형을 정확하게 식별할 수 있었다. 또한, 이 장치는 데이터를 클라우드로 전송할 필요가 없어, 환자의 소중한 시간을 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 환자의 개인 정보 보호도 가능하다. 허삼 박사는 "데이터가 전송될 때마다 도난당할 위험이 증가한다"고 주장했다. 그는 "개인 건강 정보가 손목 시계와 같은 웨어러블 장치에서 로컬로 처리될 경우, 정보의 도난 위험이 크게 감소한다"고 덧붙였다. 그러면서 이런 방법으로 이 장치가 개인 정보의 보호를 강화하고 정보 유출의 위험을 줄일 것이라고 강조했다. 그는 이러한 나노전자 장치가 향후 웨어러블 기기에 통합되어, 각 사용자의 건강 상태에 맞춰 개인화되며 실시간 애플리케이션에 적용될 것으로 전망했다. 이를 통해 사용자들은 추가적인 전력 소모 없이도 기존에 수집된 데이터를 최적화하여 활용할 수 있을 것으로 보인다고 말했다. 허삼 박사는 "AI 도구들이 전력 소비의 큰 부분을 차지하고 있는 상황"이라며 "현재의 컴퓨터 하드웨어에 계속 의존하는 것은 지속 가능하지 않다"라고 경고했다.
- IT/바이오
2023-10-14
나노기술 적용된 획기적 여드름 치료제 개발

사춘기 청소년들의 가장 큰 고민인 여드름. 연고를 발라보고, 약도 복용해보고, 깨끗이 세안도 해 보지만 크게 나아지지 않아 애를 먹인다. 사춘기 청소년의 85%에서 발견되고, 후유증으로 흉터가 남기도 하는 여드름은 한국 청소년들만의 문제가 아니다. 전 세계적으로 약 8억명, 미국에서만 4500만 명이 여드름과 전쟁을 벌이고 있다. 과학기술 매거진 '뉴 아틀라스(NEW ATLAS)'는 「나노스케일(Nanoscale)」저널에 게재된 남호주 대학(University of South Australia) 연구팀이 개발한 나노 기술을 사용한 여드름 치료제에 대해 소개했다. 여드름의 원인은 여드름 미생물(Cutibacterium acnes)이라고 불리는 피부 박테리아의 과도한 증식으로 발생한다. 일종의 만성 염증질환으로 면포, 구진, 고름물집, 결절, 거짓낭 등의 병변이 나타난다. 연구팀은 여드름을 유발하는 박테리아를 제거하기 위해 미세바늘과 초음파를 결합한 나노 기술을 통해 피부 병원균에 치명타를 줄 수 있었다. 사람의 머리카락 굵기보다 5만 배 더 작은 부드러운 나노입자를 사용해 일반적으로 나라신(Narasin)으로 알려진 항균 화합물(항생제)를 여드름의 주요 발병 지점인 탈피지샘단위(Pilosebaceous unit)에 전달했다. 모낭과 모간, 피지선은 여드름 미생물(Cutibacterium acnes)이 번식하는 곳이다. 또한 현재의 경구 및 국소 약물은 다양한 성분이 혼합되어 장기간 사용하면 세균 내성이 발생할 수 있어 치료하기가 매우 어려운 것으로 알려졌다. 이번에 개발된 치료법은 새로운 항생제를 표적에 직접 전달함으로써 다른 방법보다 목적지에 도달하는 데 100배 더 효과적인 것으로 입증됐다. 파티마 아비드(Fatima Abid) 연구원은 "여드름에 처방되는 경구용 약물은 다양하지만 부작용이 많고, 물에 잘 녹지 않아 대부분의 환자와 의사는 국소 치료를 선호한다"고 말했다. 아비드의 연구팀은 돼지 귀 피부를 모델로 사용해 나노 스케일 전달 수단을 NAR[농업 분야에서 기생충 질병 콕시디아증(coccidiosis) 예방을 포함한 다양한 용도의 폴리에테르 항생제]로 알려진 나라신을 적용했다. 나라신(NAR)은 지난 1986년 처음으로 닭에 대한 사용이 승인됐다. 이전에도 항원충제, 항진균제와 항바이러스제 효능이 있는 것으로 나타났다. 여드름 치료제로 나라신이 연구된 것은 이번이 처음이며, 표적에 집중된 전달 방법과 함께 여드름 미생물이 약물 내성을 발생시킬 위험을 줄인다. 남호주 대학 약학 연구자이자 교수인 산자이 가르그(Sanjay Garg)는 "미셀 제형은 나라신을 여드름 목표 지점에 전달하는 데 효과적이었으며, 화합물 용액은 피부층을 통과하지 못했다"고 말했다. 현재까지는 여드름을 치료하기 위해 피지분비의 조절, 털집과다각질화의 교정, 여드름 미생물 집락수 감소, 염증반응 억제 등의 방법을 사용해 왔다. 이번 연구는 나노기술을 사람을 위한 치료법으로 발전시킬 수 있는 문을 열었다는 평가를 받고 있다.
- IT/바이오
2023-09-23