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[우주의 속삭임(109)] 우주여행, 뼈에 '치명적 구멍'…NASA의 실험쥐가 보여준 골다공증의 미래
- 인간의 우주여행이 점점 현실이 되고 있는 가운데, 장기간의 무중력 상태에 머무는 것이 심각한 골밀도 소실이 일어날 수 있다는 인체에 미치는 충격적 결과가 드러났다. 미 항공우주국(나사·NASA)이 국제우주정거장(ISS)에 37일간 실험쥐를 보내 수행한 골밀도 관련 연구에서, 뼛속이 '속부터 녹아내리는' 심각한 현상이 확인된 것이다. 특히 하중을 견디는 역할을 하는 대퇴골이 가장 큰 피해를 입었다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문매체 사이언스얼럿이 3월 31일(현지시간) 보도했다. NASA와 블루마블우주과학연구소가 공동 진행한 이번 연구는 미국 공공과학 도서관 온라인 학술 웹사이트 '플로스 원(PLOS ONE)'에 게재됐다. 뼈가 비어간다⋯"지구의 하중 잃은 뼈, 내부부터 무너져" 연구진은 쥐를 이용해 무중력 상태에서의 골다공증 진행 과정을 정밀 분석했다. 그 결과, 지구에 남아 있던 대조군 쥐들과 비교해 우주로 떠난 쥐들은 대퇴골 말단, 즉 엉덩이와 무릎 관절이 연결되는 부위에 커다란 공백(구멍)이 생긴 것으로 나타났다. 반면 척추 부위, 특히 요추는 비교적 온전하게 보존됐다. 이는 뼈가 단순히 전신적으로 약해지는 것이 아니라, 지구에서 체중을 지탱하던 부위일수록 미세중력에서 훨씬 더 빨리, 더 심하게 손상된다는 사실을 보여준다. 연구에 참여한 생체공학자 루크마니 케이힐 박사는 "우주에서는 신체의 하중을 지탱하는 기능이 사라지기 때문에 뼈가 쓰임을 잃고, 그 결과 구조 자체가 붕괴하기 시작한다"며 "이는 뇌과학에서 말하는 '사용하지 않으면 퇴화한다'는 개념과 유사하다"고 밝혔다. 우주골다공증, 지구보다 10배 빠른 속도로 진행 중력에서 자유로워지는 것이 인간의 몸에 꼭 유익한 것만은 아니다. 실제로 우주에 다녀온 우주비행사들은 평균적으로 한 달에 1% 이상, 지구 평균보다 10배 가까운 속도로 골밀도를 상실하는 것으로 보고됐다. 이는 골다공증 노인 환자보다 더 빠른 속도이며, 수개월만 우주에 머물러도 수십 년 치의 골소실이 일어날 수 있다. 심지어 이번 실험의 실험쥐들은 골격 성장이 마무리되지 않은 젊은 개체들이었음에도, 미세중력에서 대퇴골 내 연골이 조기 골화되는 현상이 나타났다. 이는 뼈의 성장이 멈추고, 오히려 발육이 저해될 수 있다는 신호다. 방사선 탓 아니다⋯"골 소실 문제는 중력 부재" 이번 연구의 핵심은, 우주 공간에서의 뼈 손상이 단순한 우주 방사선, 빛 부족 등의 전신적 요인이 아니라는 점이다. 연구진은 대조군 쥐에게도 로켓 발사 시의 진동과 비행 조건을 모사했지만, 유의미한 골소실은 나타나지 않았다. 또한, 우주에서 쥐가 받은 일일 방사선량은 극히 낮았으며, 과거 방사선 단독 실험에서 골소실을 유도한 수준과 비교해도 수십 분의 일에 불과했다. 결국, 골밀도 저하의 본질적인 원인은 '중력이 없는 환경' 그 자체라는 결론에 가까워지고 있다. 해답은 '운동'⋯식이요법은 한계 이러한 우주골다공증 현상을 막기 위해, NASA는 단순한 식단 조절이나 칼슘 보충제보다 무중력 환경에서도 하중을 시뮬레이션할 수 있는 운동 기기의 활용에 주목하고 있다. 실제로 ISS에서는 러닝머신에 몸을 고정해 사용하는 방식의 운동이 도입되어 있으며, 향후 중력 모사 웨이트 트레이닝 기기도 확대될 전망이다. 인류가 화성이나 그 너머로의 장기 우주여행을 본격적으로 준비하고 있는 지금, 우주에서 모무는 동안 인간의 '뼈'는 최대 약점이자 극복 과제로 떠오르고 있다. 우주에서의 '골다공증'을 극복하지 못한다면, 미래의 우주인들은 먼 별보다 지구의 중력을 그리워하게 될지도 모른다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(109)] 우주여행, 뼈에 '치명적 구멍'…NASA의 실험쥐가 보여준 골다공증의 미래
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[퓨처 Eyes(67)] 우주 농업, 달에서 희망을 싹틔우다
- 인류의 우주 진출이 가속화되면서, 우주에서의 식량 생산은 중요한 과제로 떠올랐다. 나사(NASA)는 달과 화성으로 향하는 미래의 우주 임무에서 우주인들이 신선한 식물을 포함한 영양가 있는 농산물을 섭취할 수 있는 방법을 검토하고 있다. 밀봉된 식품 포장은 시간이 지남에 따라 맛이 변하고 비타민이 분해되어 건강에 문제가 될 수 있다. 비타민C가 부족하면 우주인들은 괴혈병에 걸릴 수 있고, 비타민 결핍은 다른 여러 건강 문제를 일으길 수 있다고 나사는 설명했다. 또한 우주에 지구의 식물을 가져가는 것은 우주 개척자들에게 심리적 웰빙에 좋으며, 우주인의 장기 임무에서 건강을 유지하는 데 중요하다고 나사는 덧붙였다. 현재 지구 저궤도를 돌고 있는 국제 우주 정거장에는 우주인들이 다양한 동결 건조 식품이나 미리 포장된 식품을 정기적으로 공급받아 식단을 충족하고 있다. 나사는 무중력 상태에서 상추와 토마토, 무와 같은 식물을 재배하는 방법을 실험하고 있다. 이를 통해 우주 비행이 식물 유전학, 물 사용과 식품의 풍미 등에 어떤 영향을 미치는지를 연구하고 있는 것이다. 더 나아가 햇빛이나 지구 중력이 없는 심우주의 폐쇄된 환경에서 어떻게 식물을 생산할 수 있을 것인가?에 초점을 맞추고 있다. 그러면, 달과 화성 중 어디가 농작물 재배에 더 적합할까? 최근 연구 결과는 우리의 예상을 뒤엎고 달의 손을 들어주었다고 스페이스닷컴이 최근 보도했다. 달 vs 화성, 작물 성장의 승자는? 북애리조나대학교의 연구 조교 로라 리는 "흥미로운 점은 달에서 작물이 화성에서보다 더 잘 자랐다는 점입니다. 우리는 반대일 것이라고 예상했죠."라고 밝혔다. 2024년 미국 지구물리학연합(AGU) 가을 학술대회에서 발표된 이 연구는 달과 화성의 토양 조건이 작물 성장에 미치는 영향을 비교 분석한 최초의 실험 중 하나다. 연구 결과는 달 토양의 구조적 특징이 작물 생장에 더 유리함을 보여준다. 화성 토양은 질소가 풍부하지만, 점토처럼 밀도가 높아 뿌리 호흡에 필수적인 산소 공급을 제한한다. 반면, 달의 표면을 덮고 있는 흙과 암석 부스러기인 레골리스(regolith)는 상대적으로 느슨한 구조로 뿌리 성장에 더 적합한 환경을 제공한다. 마치 지구의 밭을 갈아 토양에 공기를 공급해주는 것과 같은 효과를 기대할 수 있다. 폐수 비료, 우주 농업의 해결사? 척박한 우주 환경에서 비료는 작물 재배의 필수 요소다. 하지만 지구에서 비료를 운송하는 것은 막대한 비용이 소요된다. 이에 대한 대안으로, 연구진은 우주인의 폐수에서 추출한 미생물을 열처리하여 만든 비료인 밀오르가나이트(Milorganite)를 사용했다. 폐기물을 재활용하여 비료를 생산한다는 점에서 지속 가능한 우주 농업 시스템 구축에 필요한 아이디어지만, 아직까지는 해결해야 할 과제가 남아있다. 화성에서 밀오르가나이트를 사용한 옥수수 재배 실험 결과는 그다지 성공적이지 못했다. 지구에서 흔히 사용하는 질소 비료를 사용했을 때보다 옥수수 생존율이 현저히 낮았다. 이는 인간 폐수를 활용한 비료 생산 기술을 더욱 발전시켜야 할 필요성을 보여준다. 효율적인 폐기물 처리 시스템과 작물 생장에 최적화된 비료 생산 기술 개발, 그리고 옥수수 외에도 다양한 작물의 생장 특성을 연구하여 우주 환경에 적합한 작물을 선별하는 것은 우주 농업의 핵심 과제다. 다양한 작물, 우주 농업의 미래를 밝히다 연구진은 옥수수 외에도 브로콜리, 호박, 콩, 알팔파 등 다양한 작물을 대상으로 실험을 진행 중이다. 특히, 알팔파는 달과 화성 토양 모두에서 높은 생존율을 보이며 미래 우주 농업의 핵심 작물로 떠올랐다. 알팔파는 질소 고정 능력이 뛰어나 토양을 비옥하게 만드는 효과가 있다. 또한, 단백질 함량이 높아 영양학적으로도 우수하며, 가축 사료로도 활용 가능하다. 영화 '마션(The Martian)'에서 화성에 홀로 남겨진 식물학자이자 기계공학자인 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 생존하기 위해 감자를 재배했던 장면처럼, 감자는 향후 연구에서 다룰 중요한 작물 중 하나다. 감자는 탄수화물 함량이 높고 재배가 용이하여 우주 식량 자원으로서 큰 잠재력을 지니고 있다. 달, 자급자족 시대 앞당길까? 2019년 발표된 연구에 따르면, 화성이 자급자족 가능해지기까지는 약 100년이 소요될 것으로 예상된다. 반면, 나사의 연구에 따르면 달은 몇십 년 안에 자급자족이 가능할 수도 있다. 지구와의 거리가 짧아 물자 수송이 용이하다는 점이 달의 큰 장점이다. 하지만, 달에는 대기가 없어 소행성 충돌이나 태양 복사에 대한 대비책 마련이 필요하다. 화성은 방사선, 극저온, 독성 물질인 과염소산염 등 극복해야 할 환경적 난관이 많다. 특히, 토양의 유기물 부족은 작물 재배에 큰 어려움을 야기한다. 우주 농업, 지구 농업의 미래를 밝히다 우주 농업 연구는 단순히 우주 탐사를 위한 기술 개발을 넘어 지구 농업의 혁신에도 기여할 수 있다. 극한 환경에서 작물을 재배하는 기술은 기후 변화와 토지 황폐화 등으로 어려움을 겪는 지구 농업에 새로운 해결책을 제시할 수 있다. 예를 들어, 우주 농업 기술은 사막화 지역이나 척박한 토양에서의 작물 재배에 응용될 수 있다. 이번 연구는 인류의 우주 진출과 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음이다. 달과 화성의 토양 특성을 정확히 이해하고, 이에 맞는 작물 재배 기술을 개발하는 것은 우주 농업 성공의 핵심 열쇠다. 앞으로 더욱 활발한 연구를 통해 우주에서 인류가 자립할 수 있는 기반을 마련해야 한다. 특히, 우주 환경의 극심한 온도 변화, 방사선, 낮은 중력 등에 대응하기 위한 인공 환경 제어 기술 개발과 인력 부족 문제를 해결하고 효율성을 높이기 위한 자동화된 농작물 재배 시스템 구축도 중요한 과제다. 끊임없는 연구 개발과 투자를 통해 우주 농업의 꿈을 현실로 만들어 나가야 한다.
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[퓨처 Eyes(67)] 우주 농업, 달에서 희망을 싹틔우다
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[퓨처 Eyes(63)] 손가락 끝 재생, 비밀은 바로 '기계적 부하'?
- 인류는 오랫동안 상상 속에서 잃어버린 팔다리를 재생하는 능력을 꿈꿔왔다. 신화 속 영웅이나 SF 영화의 주인공처럼 말이다. 이러한 꿈이 현실에서 이루어질 가능성이 점점 커지고 있다. 텍사스 A&M 대학교의 켄 무네오카 박사 연구팀은 최근 '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치(Journal of Bone and Mineral Research)'와 '디벨롭멘탈 바이올로지(Developmental Biology)' 저널에 발표한 논문에서 신체 재생의 핵심 메커니즘을 밝혀냈다. 놀랍게도 그 핵심은 신경이 아닌 '기계적 부하', 즉 신체에 가해지는 물리적 힘이었다. 기계적 부하란 뼈에 가해지는 물리적인 힘으로, 압력, 장력, 전단력 등 다양한 형태로 작용한다. 걷거나 뛰는 등의 일상적인 활동은 물론, 운동이나 재활 치료를 통해서도 뼈에 기계적 부하가 가해진다. 기존의 재생 의학 연구는 주로 신경이나 성장 인자에 초점을 맞추었지만, 이번 연구는 기계적 부하의 중요성을 강조하며 새로운 치료법 개발에 대한 가능성을 제시한다. 무네오카 박사는 "부하가 없으면 아무 일도 일어나지 않지만, 부하가 다시 가해지면 짧은 지연 후 재생이 시작된다"고 설명했다. 이는 신경이 재생에 필수적인 요소가 아님을 명확히 보여준다. 포유류 재생의 미스터리⋯손가락 끝에 숨겨진 재생 능력 포유류의 뼈 재생은 복잡하고 제한적인 과정이다. 골절이 발생하면 골막에서 가골이 형성되어 손상 부위를 연결하지만, 큰 골절이나 복잡한 손상은 완전히 치유되지 않는 경우가 많다. 골 견인 신생술과 같은 수술적 기술은 뼈의 성장을 촉진하지만, 완전한 재생과는 거리가 멀다. 그러나 예외적인 사례가 있다. 바로 손가락 끝 재생이다. 인간과 쥐는 손가락 끝이 절단되면 놀라운 재생 능력을 보여준다. 절단된 뼈는 물론, 주변 조직까지 원래 상태로 복구되는 것이다. 이 독특한 현상은 오랫동안 과학자들의 호기심을 자극해 왔다. 무네오카 박사 연구팀은 손가락 끝 재생 과정을 면밀히 분석했다. 절단 후 초기에는 염증 반응과 함께 파골세포가 활성화되어 절단된 뼈의 추가적인 손실이 일어난다. 이후 배아형성체(blastema)라는 미분화 세포 덩어리가 형성되고, 여기서 다양한 세포들이 증식하며 새로운 뼈를 만들어낸다. 기계적 부하가 뼈 재생에 미치는 영향 흥미로운 점은 이 과정에서 기계적 부하가 결정적인 역할을 한다는 것이다. 물리적 힘이 부족하면 뼈 형성이 저하되는 현상이 관찰되었다. 무네오카 박사팀은 기계적 부하의 역할을 명확히 규명하기 위해 '후지 부하 모델'을 사용했다. '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치'에 게재된 연구에서, 실험 동물의 뒷다리를 특수 장치를 이용하여 들어올려 무중력 상태와 유사한 환경을 조성하여 기계적 부하를 제거한 것이다. 그 결과, 재생 과정이 완전히 멈추는 것을 확인했다. 반대로, 기계적 부하를 다시 가하자 재생이 다시 시작됐다. 텍사스 A&M 대학교의 수의생리학 및 약리학과 책임자인 래리 수바 박사도 이 연구 결과를 높이 평가하며, "기존의 재생 연구에서 기계적 부하를 고려하지 않았다는 점에서 큰 전환점이 될 것"이라고 말했다. 그는 "기계적 부하는 성장 인자만큼이나 중요하다. 이는 앞으로 과학자들이 문제를 해결하는 방식에 근본적인 변화를 가져올 것"이라고 덧붙였다. 신경보다 중요한 기계적 부하 이 실험은 기존 과학계의 통념을 뒤엎는 결과였다. 지금까지 신경이 재생에 필수적인 요소로 여겨졌지만, '디벨롭멘탈 바이올로지'에 발표된 후속 연구에서 무네오카 박사팀은 기계적 부하가 더 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 심지어 신경이 제거된 손가락 끝도 기계적 부하가 가해지면 재생이 가능했다. 무네오카 박사는 "신경은 재생의 필수 요소가 아니라, 여러 요소 중 하나일 뿐"이라고 강조했다. 재생 의학의 새로운 지평⋯분자 칵테일, 희망을 불어넣다 무네오카 박사팀의 발견은 인간 사지 재생이라는 오랜 꿈을 현실로 만들 가능성을 제시한다. 연구팀은 기계적 부하를 모방하는 '분자 칵테일' 개발을 통해 물리적 힘 없이도 재생을 유도할 수 있을 것으로 전망한다. 이 분자 칵테일은 세포 성장과 분화를 조절하는 다양한 성장 인자와 신호 물질로 구성될 것으로 예상된다. 예를 들어, 뼈 형성을 촉진하는 BMP(뼈 형성 단백질), 혈관 생성을 촉진하는 VEGF(혈관 내피 성장 인자) 등이 포함될 수 있다. 물론 인간의 완전한 사지 재생까지는 아직 넘어야 할 산이 많다. 현재까지는 동물 실험 단계이며, 인간에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 하지만 무네오카 박사팀의 연구는 중요한 돌파구를 마련했으며, 재생 의학 연구에 새로운 방향을 제시했다. 과학자들의 끊임없는 도전과 혁신이 계속된다면, 언젠가 인류는 사지 재생의 꿈을 이루고 질병과 사고로 고통받는 사람들에게 새로운 희망을 선사할 수 있을 것이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(63)] 손가락 끝 재생, 비밀은 바로 '기계적 부하'?
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
- 우주는 더 이상 단순한 탐험의 공간이 아니다. 국제우주정거장(ISS)과 민간 우주 임무에서 진행된 줄기세포 실험에서 의료 과학의 판도를 바꿀 혁신적인 결과가 나왔다. ISS의 미세중력 환경에서 배양된 줄기세포가 지구에서는 실현할 수 없었던 뛰어난 능력을 발휘한 것이다. 미국 플로리다 메이요 클리닉과 세다스-사이나이 연구진은 이번 실험 결과가 질병 치료와 재생의학 연구에 새로운 지평을 열 것이라고 최근 발표했다. 우주에서는 줄기세포가 스스로 3차원 구형 배열을 형성했다는 점이 연구진에게 가장 큰 놀라움을 안겨 주었다. 지구의 중력 때문에 평면 배양 접시 위에서만 자라던 줄기세포가 우주의 미세중력 아래에서는 스스로 진화하듯 3차원 조직 구조를 만들어 낸 것이다. 이는 인체 조직에 가까운 구조로, 면역 조절과 염증 완화 능력을 크게 향상시켰다. 플로리다 메이요 클리닉의 아바 주바이르 박사는 "우리는 세포가 3차원으로 자라리라고는 기대하지 않았다. 그러나 미세중력 환경은 세포가 자연스럽게 구형 배열을 형성하도록 했다. 이는 지구에서는 불가능했던 현상"이라고 설명했다. 이처럼 우주의 미세중력은 줄기세포의 자가 조립 능력을 활성화하며, 새로운 의료 혁신의 가능성을 열어주었다. 이번 연구는 NPJ 마이크로그래비티(NPJ Microgravity)에 게재됐으며, 우주 환경을 활용한 줄기세포 연구가 새로운 의료 혁신을 가져올 것으로 기대된다. [미니해설] 우주 실험이 밝혀낸 줄기세포의 비밀⋯불로장생의 꿈 '성큼' 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 줄기세포는 그 자체로 현대 의학의 혁신적인 가능성을 품고 있다. 복제와 분화 능력은 조직 재생과 질병 치료의 핵심 자원으로 평가받는다. 그러나 기존 기술은 여전히 복잡한 한계를 지니고 있다. 이런 상황에서 우주에서 진행된 줄기세포 배양 실험은 재샌의학 분야에 새로운 방향을 제시하며 주목받고 있다. 미세중력, 줄기세포 배양의 최적 환경 미세중력은 중력이 거의 없는 상태를 말한다. '무중력' 이라고도 불리지만, 중력이 완전히 없는 것은 아니고 지구 표면 중력의 100만분의 1 정도로 매우 작은 중력만 존재하는 환경이다. 지구 궤도를 도는 우주정거장에서는 지구 중력의 영향을 거의 받지 안항 미세중력 환경이 조성된다. 우주 환경에서 줄기세포를 배양하는 일은 간단하지 않았다. 미세중력 상태에서는 액체가 접시 밖으로 흘러나갈 위험이 있었기 때문이다. 하지만 연구진은 96웰 플레이트의 액체 표면 장력을 활용해 세포를 고정하는 기술을 개발하여, 성공적으로 배양 과정을 진행할 수 있었다. 아룬 샤르마 세다스-사이나이 연구소 박사는 "표면 장력을 활용한 이번 기술은 실험 성공의 핵심이었다. 맞춤형 장비 없이도 우주 실험을 가능하게 한 중요한 성과였다"라고 말했다. 우주에서의 새로운 가능성: 노화 관련 질환 치료 미세중력 환경은 줄기세포가 더 자연스러운 성장 상태를 유지하며, 면역 조절 능력과 염증 완화 효과를 향상시키는 데 기여했다. 이는 단순한 발견을 넘어, 줄기세포의 응용 가능성을 확장하는 중요한 과학적 단서를 제공한다. 연구진은 미세중력 환경에서 줄기세포를 대량으로 제조할 방법을 모색 중이다. 이는 줄기세포 기술의 상업적 생산과 재생의학 응용을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 이번 연구는 노화 관련 질환의 치료에 새로운 전환점을 마련했다. 줄기세포는 뇌졸중, 암, 치매와 같은 질환 치료에서 중요한 역할을 할 가능성을 보여주었다. 또한, 우주 환경에서 배양된 줄기세포는 지구로 돌아온 뒤에도 복제 안정성과 확장 능력을 유지하며 의료 응용 가능성을 높였다. 클라이브 스벤슨 세다스-사이나이 연구소 교수는 "우리가 수행한 연구는 시작에 불과하다. 우주에서 제조된 줄기세포는 재생의학을 혁신할 독특한 특성을 갖고 있다"고 말했다. 우주 시대의 의료 혁명: '불로장생'의 가능성 이번 연구 결과는 단순한 과학적 발견을 넘어, 재생의학의 새로운 장을 열었다. 우주라는 실험실은 줄기세포 기술의 대량 생산과 상업적 생산 가능성을 제시하며, 인류의 오랜 꿈인 '불로장생'을 현실로 만들 가능성을 보여준다. 우주에서 시작된 줄기세포 연구는 더 이상 공상과학의 영역이 아니다. 미세중력이라는 우주의 독특한 환경은 질병 치료와 장기 이식 기술에 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 미래의 어느 날, 우리는 줄기세포 기술 덕분에 질병의 고통에서 벗어나 건강하게 오래 사는 꿈을 이룰지도 모른다. 그리고 그 꿈을 현실로 만들 열쇠는 바로 우주에서 진화한 작은 세포들이 쥐고 있을 것이다.
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공
- 유럽우주국(ESA)이 국제우주정거장(ISS)에서 금속 3D 프린터로 부품을 제작하는 데 성공했다. 이는 우주 공간에서 금속 3D 프린팅 기술을 활용한 최초의 사례로, 미래 우주 탐사에 새로운 가능성을 제시했다. ESA는 에어버스와 협력하여 개발한 '금속 3D 프린팅 기술 시연기'를 올해 초 ISS에 발사했다. ESA 우주비행사 안드레아스 모겐센은 이 장비를 ESA 콜럼버스 모듈에 설치했고, 지난 8월, 마침내 우주에서 최초의 3D 금속 형상을 성공적으로 인쇄했다. 미국과 러시아, 유럽연합(EU) 등이 참여한 닥구적 우주 정거장인 국제우주정거장은 1998년 건설이 시작됐으며, 지구 상공에서 400km 떨어진 저궤도를 돌고 있다. 이번 성공은 기존 ISS에서 플라스틱 3D 프린터만 사용되었던 것과 비교하면 획기적인 발전이다. 3D 금속 프린팅 기술은 무중력 상태에서도 필요한 부품을 즉시 제작하고 장비를 수리할 수 있게 해, 장기 우주 탐사 임무의 자율성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 일반적으로 3D 금속 프린터는 금속 합금 분말을 바닥에 깔고 전자빔이나 레이저로 디지털 파일에 기반한 패턴을 소결하는 방식으로 작동한다. 무중력 상태에서 금속을 녹이는 것도 문제지만, 금속 가루를 다루는 것은 위험할 뿐만 아니라 완전히 비현실적이다. 에어버스와 영국 크랜필드 대학이 개발한 금속 3D 프린터는 플라스틱 프린터를 모방해 이 문제를 해결했다. 스테인리스 스틸 와이어를 워크헤드에 공급하고 레이저로 그 자리에서 녹인 다음, 녹은 강철이 즉시 냉각되고, 굳어지도록했다. 안전성을 높이기 위해 전체 작업은 밀폐된 금속 상자에서 원격으로 수행됐ESA에 따르면 이 프린터는 지난 8월 4개의 테스트 형상 중 첫번째 형상을 완성했다. 이에 대해 과학 전문 매체 뉴아틀라스는 "외관상으로는 크게 칭찬할 수준은 아니었다"며 "사실 다소 투박하지만 이 프린터는 승무원이 예비 부품이나 득수 장비를 직접 제작할 수 있도록 함으로써 미래의 임무가 지구로부터 더 독립적으로 수행되는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여주는 기술 시연기"라고 전했다. 이번에 제작된 금속 부품은 품질 분석을 위해 다른 3가지 샘플과 함께 지구로 반환될 예정이다. 샘플 중 2개는 네덜란드에 있는 ESA의 기술 심장부(ESTEC)로, 다른 1개는 쾰른에 있는 우주비행사 훈련 센터(EAC)로 보내져 LUNA 시설에 사용되고, 나머지 1개는 덴마크 공과대학교(DTU) 등으로 보내져 추가 연구에 활용될 계획이다. ESA의 인간 및 로봇 탐사 책임자인 다니엘 노이엔슈반더는 "우주에서 최초의 금속 3D 형상을 프린팅한 것은 우주 탐사에 있어 중요한 이정표"라며, "국제적이고 다양한 분야의 팀이 이루어낸 이 성과는 장거리 및 장기 임무에서 필요한 부품을 현장에서 제작할 수 있는 가능성을 열었다"고 평가했다.
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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공
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[먹을까? 말까?(38)] 우주 식량, 맛없는 이유는 외로움 때문?
- 우주라는 고립된 환경에서 오는 외로움이 우주 비행사들의 식사 만족도에도 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 호주의 로열멜버른공과대학(RMIT)의 연구팀은 우주 비행사들이 우주 식량을 즐기지 못하는 이유가 음식 향과 관련이 있을 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 우주에서는 장기 보관을 위해 동결 건조 또는 탈수 처리된 인스턴트 식품 위주로 섭취하는데, 이는 우주 비행사들이 영양 섭취 부족 문제와 연결되어 왔다. RMIT 연구팀은 이번 연구를 통해 우주 환경 자체가 음식 향에 대한 인식을 변화시킬 수 있으며, 외로움과 고립감 역시 식사 만족도에 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 수석연구원인 줄리아 로우는 "외로움과 고립감도 영향을 미칠 수 있으며, 이번 연구는 고립된 사람들이 음식 냄새를 맡고 맛보는 방식에 관한 시사점이 있다"고 말했다. 후각은 미각의 큰 부분을 차지한다는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 이에 연구팀은 54명의 참가자를 대상으로 VR을 이용해 국제우주정거장(ISS)환경을 시뮬레이션하고, 바닐라, 아몬드, 레몬 향에 대한 인식 변화를 관찰했다. 그 결과, 시뮬레이션된 우주정거장 환경에서 바닐라와 아몬드 향은 더 강하게 느껴졌지만, 레몬 향은 변화가 없었다. 연구팀은 이러한 현상의 원인으로 벤즈알데히드라는 화학 물질과 개인별 향 민감도 차이를 제시했다. 연구팀은 무중력 상태에서 체액이 상체로 이동하면서 발생하는 코막힘 등의 현상도 우주인의 미각과 후각을 둔하게 만들 수 있다고 설명했다. 중력이 부족하면 체액이 하체에서 상체로 끌려간다. 이로 인해 얼굴 붓기와 코막힘 현상 등이 나타난다. 이는 심한 감기에 걸린 것과 비슷하다. 그러나 이러한 체액 이동 효과는 일시적인 것이며, 우주정거장에 머무르는 동안 몇주 이내에 사라진다. 로우는 보도자료에서 "우주인들이 체액 이동 효과가 사라진 후에도 여전히 음식을 즐기지 못하는 데. 이는 다른 더 큰 이유가 있을 수 있음을 시사한다"고 밝혔다. 한편, 우주 식량은 모든 사람들이 먹을 수 있는 일반적인 음식은 아니다. 또한 우주 식량은 단순한 식사를 넘어 우주 탐사의 성공과 우주인의 건강을 책임지는 핵심요소라고 할 수 있다. 우주 식량은 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민, 무기질 등 필수 영양소를 골고루 함유해 균형잡힌 식단을 제공한다. 극한의 우주 환경을 극복하기 위해 특별히 개발된 우주 식량은 뛰어난 보존성과 간편 요리 등의 특징을 지니고 있다. 냉장 시설이 부족한 우주에서는 장기간 보관이 필수다. 우주 식량은 동결 건조, 탈수, 레토르트 살균 등 첨단 기술을 통해 부패 걱정 없이 오랫동안 신선함을 유지한다. 아울러 우주선은 공간이 한정적이기 때문에 우주 식량은 부피와 무게를 최소화해 효율적인 운반과 보관을 가능하게 한다. 또 우주에서는 조리 환경이 열악하고 무중력 상태에서는 조리하기가 어렵다. 그 때문에 우주 식량은 뜨거운 물이나 차가운 물, 전자레인지만으로도 간편하게 조리할 수 있도록 설계됐다. 우주 식량 개발 과정에서 얻은 기술은 식품 가공, 포장, 보존 기술 발전에 기여해 일반인의 식탁에도 긍정적인 영향을 미치고 있다. 이번 연구는 장기 우주 임무를 수행하는 우주 비행사들을 위한 맞춤형 식단 뿐만 아니라 요양원 등 고립된 환경에 있는 사람들의 식단 개선에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 로우는 "이 연구의 장기적인 목표 중 하나는 우주비행사뿐만 아니라 고립된 환경에 있는 다른 사람들에게 더 나은 맞춤형 식품을 만들어 영양 섭취량을 100%에 가깝게 늘리는 것"이라고 말했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(38)] 우주 식량, 맛없는 이유는 외로움 때문?
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우주경제 시대 성큼…우주 여행이 인체 건강에 미치는 영향은?
- 우주 여행은 인체의 건강에 어떤 영향을 미칠까. 이 질문은 전문 우주 비행사뿐만 아니라 돈만 지불하면 누구나 지구 궤도에 진입할 수 있는 우주 관광을 계획하거나 우주를 관광하려는 사람들에게도 매우 중요한 문제다. 지난 2021년 최초의 민간인 궤도 비행에 탑승한 스페이스X(SpaceX) 관광객 4명의 비행 데이터를 사용, 우주가 인체 건강에 미치는 영향을 포괄적으로 조사 분석한 연구 결과 보고서가 출판돼 주목된다고 PHYS가 전했다. 이 보고서는 '네이처' 저널에 게재됐다. 전 세계 100개 이상의 기관에서 온 연구팀은 데이터 조사를 통해 인간의 신체가 우주에 도달하면 다양한 방식으로 변화하지만, 대부분의 변화는 지구로 돌아온 후 수 개월 안에 정상으로 돌아간다는 사실을 보여주었다. 인체는 우주에 머무르는 동안 방사선에 노출되는 것부터 무중력으로 인한 방향 감각 상실 효과까지 엄청난 스트레스를 받는다는 것. 우주 비행은 뼈 질량 손실은 물론 심장, 시력 및 신장 이상 등 건강 문제를 일으킬 수 있다. 물론 우주를 비행한 사람은 700명 미만이기 때문에 표본 크기는 매우 작다. 분석은 인스퍼레이션 4(스페이스X가 운영하는 우주 여행용 유인 우주선) 미션으로 우주에서 3일을 보낸 4명의 미국인 관광객을 대상으로 이루어졌다. 억만장자 재러드 아이작먼(Jared Isaacman)이 자금을 지원한 인스퍼레이션 4 임무는 수년간 훈련을 받지 않은 일반인들도 우주를 비행할 수 있음을 보여주었다. 이를 위해 4명의 민간 우주 비행사들은 다수의 의료 검사를 받았다. 이들 데이터는 64명의 다른 우주 비행사의 데이터와 비교됐다. 연구진은 사람들이 우주에 머물 때 혈액, 심장, 피부, 단백질, 신장, 유전자, 미토콘드리아, 텔로미어(염색체의 말단 소립), 사이토카인(단백질 면역조절제) 및 기타 건강 지표에 변화가 일어나는 것을 발견했다. 한 연구에서는 네 명의 피험자 모두가 우주에 도착했을 때 텔로미어의 길이가 이례적으로 길어졌다는 사실을 발견했다. 그러나 건강 지표의 약 95%는 3개월 이내에 이전 수준으로 돌아왔다. 연구팀원인 웨일 코넬 메디신(Weill Cornell Medicine)의 크리스토퍼 메이슨은 "사람들이 대부분 우주 비행 후 빠르게 회복한다는 것이 의미 있는 발견"이라고 말했다. 메이슨은 "우주인에 대한 심층적 조사를 통해 미래에 우주로 진출하는 사람들을 보호하기 위해 어떤 약물이나 조치가 필요할지 이해할 수 있다“고 덧붙였다. 콜로라도 주립대학교의 수잔 베일리 교수는 텔로미어는 나이가 들수록 길어지기 때문에 이를 해결하는 것은 노화 방지 연구에 큰 진전이 될 수 있다고 말했다. 그는 "'텔로미어 함유 페이스 크림"과 같은 노화 방지 제품 개발로 이어질 수도 있다”고 기대했다. 그러나 장기간의 우주 여행은 신장 손상을 유발할 위험이 높다고 한다. 한 연구에서는 방사능이 많은 우주에서 2년 6개월 동안 방사선에 노출된 생쥐가 영구적인 신장 손상을 입은 것으로 나타났다. 보고서는 신장을 보호할 수 있는 새로운 방법을 개발하지 않는다면 우주 비행사가 화성에 갈 수는 있지만 돌아오는 길에 투석이 필요할 수 있다고 지적한다. 한편, 확증 데이터는 불충분하지만 여성 우주 비행사가 남성에 비해 우주 비행의 스트레스를 더 잘 견디는 것으로 나타났다. 메이슨은 이에 대해 아기를 낳는 여성의 몸이 환경의 큰 변화에 더 익숙하다는 의미라고 말했다.
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- IT/바이오
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우주경제 시대 성큼…우주 여행이 인체 건강에 미치는 영향은?
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[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?
- 일본 오키나와 과학 기술 연구소(OIST) 양자 기계 연구팀은 흑연과 자석을 활용해 공중에 떠있는 '무중력' 흑연 플랫폼을 선보였다. 과학 전문 웹사이트 피지스(Phys. org)와 뉴아틀라스, 퓨처리즘 등 다수 외신은 "OIST 연구팀은 물리적 접촉이나 기계적 지지대 없이도 안정적으로 매달릴 수 있는 공중 부양 소재 개발에 힘쓰고 있다"며 이번 연구에 대해 집중 조명했다. 공중 부양 소재는 물리적 접촉이나 기계적 지지 없이도 자유롭게 공중에 떠 있는 특성을 지닌 물질을 일컫는다. 가장 흔히 접하는 공중 부양 현상은 자기력에 의해 발생한다. 초전도체나 반자성 물질(자기장에 밀리는 성질)과 같은 물체를 자석 위에 부유시켜 첨단 과학 센서와 일상 용품을 개발할 수 있다는 것이다. 본 연구실 책임자인 제이슨 트왐리(Jason Twamley) 교수는 국제 협력 기관과 함께 흑연과 자석을 활용한 진공 부상 플랫폼을 설계했다. 특기할 만한 점은 이 '부상 플랫폼(플로팅 플랫폼)'이 외부 전원 공급 없이 작동하며, 초고감도 센서 개발을 위한 매우 정밀하고 효율적인 측정 환경을 제공한다는 것이다. 본 연구 결과는 권위있는 학술지 '응용물리학 레터(Applied Physics Letters)'에 게재되었다. '반자성' 물질에 외부 자기장을 가하면 이 물질은 반대 방향의 자기장을 생성하여 반발력을 일으켜 자기장을 밀어낸다. 따라서 반자성 재료로 만든 물체는 강한 자기장 위에 떠 있을 수 있다. 예를 들어 자기부상열차에서는 강력한 초전도 자석이 반자성 물질로 강한 자기장을 만들어 중력을 거스르는 것처럼 보이는 공중부양을 실현한다. 연필심에서 추출되는 흑연(결정질 탄소)은 강력한 자기 반발력(높은 반자성)을 지닌다. 연구팀은 미세한 흑연 구슬 분말을 전기 절연성이 있는 실리카로 화학 코팅한 후 왁스와 혼합하여 그리드(격자) 패턴으로 배열된 자석 위에 부상시키는 1㎠ 크기의 얇은 정사각형 플랫폼을 제작했다. 이 과정에서 흑연은 반자성을 유지하지만 절연은 부양에 필요한 에너지 손실을 방지한다. 테스트 결과 실리카 코팅 흑연 플랫폼은 북극과 남극이 번갈아가며 자석으로 구성된 표면 위에서 장시간 공중에 떠 있을 수 있었다. 연구팀은 이 공중 부양 플랫폼 시스템은 힘, 가속도 및 중력을 측정하는 새로운 유형의 센서로 이어질 수 있다고 밝혔다. 더 정밀한 양자 센서를 위해 또 다른 버전은 피드백 자력을 사용해 플랫폼의 수직 움직임을 지속적으로 수정하고 플랫폼의 운동 에너지를 줄이기 위해 냉각시킨다. 그러나 여기서 단점은 외부 전원이 필요하다는 것이다. 외부 전력 공급 없이 작동하는 자력 부상 플랫폼 구현에는 몇 가지 기술적인 과제가 있다. 가장 큰 어려움은 '와류 감쇠(eddy damping)'로, 이는 진동 시스템이 시간 경과에 따라 외부 힘으로 인해 에너지를 손실하는 현상을 의미한다. 흑연과 같은 전도성 물질이 강력한 자기장을 통과할 때 발생하는 전류 흐름은 에너지 손실을 초래하며, 이는 첨단 센서 개발에 자력 부상 기술을 활용하는 데 있어 주요한 걸림돌이 된다. 이에 OIST 연구원들은 에너지 손실 없이 부유하고 진동할 수 있는 플랫폼, 즉 한 번 가동되면 추가적인 에너지 투입 없이도 장시간 지속적으로 진동을 유지할 수 있는 플랫폼을 설계하기 시작했다. 앞서 지적한 것처럼 이러한 '마찰 없는' 플랫폼은 힘, 가속도, 중력 측정을 위한 새로운 유형의 센서 개발뿐 아니라 다양한 분야에 활용될 수 있는 잠재력을 지닌다. 와류 감쇠 문제를 해결한다고 해도 진동 플랫폼의 운동 에너지 최소화라는 또 다른 과제가 남아 있다. 이 에너지 수준을 낮추는 것은 다음과 같은 두 가지 이유로 중요하다. 먼저, 플랫폼을 센서로 활용할 때 더욱 민감한 측정을 가능하게 한다. 다음으로, 양자 효과가 지배적인 양자 영역으로 진입하여 운동 에너지를 냉각시키면 정밀 측정의 새로운 가능성을 열 수 있다. 따라서 진정한 마찰 없는 자립형 플로팅 플랫폼을 구현하기 위해서는 와류 감쇠와 운동 에너지 문제를 모두 해결해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 흑연 기반의 새로운 물질 개발에 힘썼다. 화학적 변형을 통해 흑연을 전기 절연체로 변환함으로써 에너지 손실을 최소화하면서도 진공 상태에서 물질의 부상을 가능하게 했다. 과학자들은 실험 환경에서 플랫폼의 움직임을 지속적으로 추적하고 분석했다. 이러한 실시간 데이터를 활용하여 피드백 자기장을 적용하여 플랫폼의 진동을 감쇠시킴으로써 플랫폼의 운동을 냉각하고 속도를 크게 감소시켰다. 트왐리 교수는 "열은 진동을 야기하지만, 지속적인 모니터링과 시스템에 실시간 피드백을 제공함으로써 이러한 진동을 줄일 수 있다고 설명했다. 피드백은 시스템의 감쇠 속도, 즉 에너지 손실 속도를 조절하기 때문에 적극적인 감쇠 제어를 통해 시스템의 운동 에너지를 감소시켜 효과적으로 냉각할 수 있다"고 밝혔다. 트왐리 교수는 또한 "충분히 냉각된다면 이 공중 부상 플랫폼은 지금까지 개발된 가장 민감한 원자 중력계보다 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다"고 강조했다. 이어 "원자 중력계는 원자의 움직임을 이용하여 중력을 정밀하게 측정하는 최첨단 장치이다. 이러한 수준의 정밀도를 달성하기 위해서는 진동, 자기장, 전기 노이즈와 같은 외부 간섭으로부터 플랫폼을 격리하는 엄격한 엔지니어링이 필요하다. 현재 진행 중인 연구는 이러한 시스템을 개선하여 이 기술의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 초점을 맞추고 있다"고 덧붙였다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?
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무중력 상태서 소행성 탐사 가능한 3족 소형 로봇 개발
- 소행성이나 위성 등 무중력 또는 저중력 환경에서 탐사할 수 있는 세 발 달린 소형 로봇이 개발됐다고 우주항공 전문 매체 스페이스닷컴이 전했다. 스페이스호퍼(SpaceHopper)라는 이름의 이 로봇은 행성 등 우주 탐험과 관측에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 스페이스호퍼는 스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 학생 연구 프로젝트로 2년 6개월 동안 진행된 결과 도출된 성과다. 최근 연구팀은 유럽우주국의 포물선 비행 동안, 모의 무중력 환경에서 로봇을 테스트했다. 로봇은 3개의 발을 이용해 깡충깡충 뛰며(호핑) 표면을 이동한다. 로봇의 이동 방식이 스페이스호퍼라는 이름의 유래인 셈이다. 로봇은 각 모서리에 관절이 있는 다리가 달린 삼각형의 몸체로 구성되어 있다. 세 개의 다리에는 각각 무릎과 엉덩이 관절이 있다. 관절을 이용해 로봇의 발이 표면을 밀어내고 지면을 차서 스스로를 밀고 나아가면서 지정된 지역 내에 착륙하는 것을 제어할 수 있다. 스페이스호퍼는 중력이 거의 또는 전혀 없는 소행성이나 달과 같은 비교적 작은 천체들을 탐험하도록 특별히 설계됐다. 연구팀은 "(소행성들은) 미래에 인류에게 유용하게 쓰일 수 있는 귀중한 광물 자원을 포함하고 있을 것이며, 개발된 로봇은 이런 탐사에 활용될 수 있다"면서 "행성 또는 위성 탐사는 또한 우주에 대한 지식을 풍부하게 할 것"이라고 기대했다. 물론 천체 탐사에 어려움은 많다. 기본적으로 중력이 거의 없는 환경에서는 우주선의 바퀴와 그 바퀴가 지나가는 표면 사이에 견인력이 없다. 우주선이 통과할 수 있는 대기도 거의 없다. 스페이스호퍼가 바퀴 대신 위 또는 옆으로 이동하기 위해 '톡톡' 짧게 튀도록 개발된 이유도 거기에 있다. 유럽우주국의 포물선 비행은 연구팀이 스페이스호퍼를 배치할 수 있는 저중력 상태에서의 모의 실험을 충실히 수행할 수 있도록 지원했다. 모의실험 중 촬영된 비디오는 스페이스호퍼가 약 30번에 걸쳐 발생했던 무중력 상태에서 각각 약 20~25초 동안 세 다리를 발로 차면서 작동하는 모습을 보여주었다. 연구팀은 "실험은 성공적이었다. 로봇은 세 다리를 사용해 자세를 바로잡고 특정 방향으로 점프할 수 있음을 보여주었다"고 밝혔다.
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- IT/바이오
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무중력 상태서 소행성 탐사 가능한 3족 소형 로봇 개발
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NASA 차세대 경량 우주복, 무중력 테스트 통과
- 미 항공기업 콜린스 에어로스페이스(Collins Aerospace)는 국제 우주 정거장(ISS) 활동에 사용 예정인 차세대 경량 우주복이 무중력(Zero-G) 시험을 성공적으로 완료했다고 밝혔다. 우주과학 전문매체 스테이스닷컴(SPACE.COM)에 따르면 현재 개발 과정에 있는 차세대 우주복의 무중력 시험은 항공기가 큰 각도로 이륙해 최정점에서 하강하는 과정에서 약 30초간 무중력 상태를 시뮬레이션하는 곡선비행을 이용했다. 콜린스 에어로스페이스는 1월 말까지 진행된 40회의 곡선비행 테스트에서 새로운 우주복을 입은 승무원의 움직임을 관찰했다. 이 회사의 우주 시스템 총괄 책임자 페기 구이르기스는 "진입 및 탈출 작업, 승무원 이동성 평가, 우주복 착용 등 일련의 과정을 통해 설계대로 작동하며 더 넓은 움직임 범위와 편안한 이동성을 제공하는 것으로 확인됐다"고 말했다. 콜린스 에어로스페이스는 레이시온 테크놀로지스(Raytheon Technologies)의 사업부로 항공우주 및 방산 산업에 대한 항공 전자 제품, 통신, 항공 우주 시스템 및 구조물을 제공한다. 이 회사는 1932년에 설립되었으며 본사는 미국 코네티컷주 윈체스터에 위치하고 있다. 현재 ISS에서 사용되는 우주복은 1970년대 설계됐으며 당시 남성만 우주 비행을 했던 점을 반영한 한계가 있다. 현재 우주복은 크고 뻣뻣한 편이며 모든 체형에 적합하지 않았다. 미 항공우주국(NASA·나사)은 2022년 콜린스 에어로스페이스와 액시엄 스페이스(Axiom Space) 등의 파트너들에게 더 유연하고 가벼우며 다양한 체형에 맞는 차세대 우주복(EMU) 개발 계약을 체결했다. 차세대 우주복, 즉 우주 유영 활동 장치는 우주 비행사가 우주선 외부에서 활동할 때 착용하는 완전한 우주복 시스템으로 호흡과 온도 조절을 지원한다. 즉 우주 공간의 극한 온동에서 온도 조절이 가능하며, 진공 상태에서 압력을 유지하며, 우주선 외부의 위험으로부터 보호하기 위한 방사선 차폐, 운석 충돌 방지 등의 기능을 갖추고 있다. 콜린스 에어로스페이스는 이번 제로-G 비행 테스트를 통해 우주 비행사의 도달 범위, 작업 공간 접근성, 편안함, 사용 편의성과 부상 감소 조치 등을 평가했다. 또한, 우주 유영 중 요구 사항에 대해 우주 비행사들과 상담하고 있다. 새로운 우주복은 2020년대 중반 달 착륙 예정인 아르테미스 프로그램뿐만 아니라 현재 운영 중인 ISS 임무에도 사용될 계획이다. 콜린스 에어로스페이스는 "최근 완료된 무중력 시험은 ISS 에어록과 유사한 환경에서 진행됐으며 도달 범위, 작업 공간 접근, 편안함, 사용 편의성, 부상 방지 조치 등 승무원 입장에서 중요한 평가 항목을 검토했다"고 설명했다. 또한 이전과 현재 우주 비행사들의 경험을 반영하여 지속적인 상담을 통해 우주복 개선에 노력하고 있다. 콜린스 에어로스페이스는 현재 설계 검토를 마무리하고 시뮬레이션된 진공 환경 및 NASA 중성 부력 연구소(Neutral Buoyancy Laboratory, NBL)에서 수중 테스트를 진행해 차세대 우주복인 우주 유영 활동 장치 설계를 최종 확정할 예정이다.
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- 산업
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NASA 차세대 경량 우주복, 무중력 테스트 통과
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우주에서 기른 양상추, 식중독 위험 높아
- 우주 무중력 환경에서 재배한 상추가 지구에서보다 대장균 등 세균에 감염되기 쉬워 식중독 위험이 놓다는 충격적인 연구 결과가 발표됐다. 미국 델라웨어 대학 연구팀은 우주 공간에서 자란 상추가 지구의 상추보다 대장균과 살모넬라 같은 박테리아 감염에 더 취약하다고 발표했다고 포브스 재팬(Forbes JAPAN)이 최근 보도했다. 지난 1월 9일 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'와 'npj 극미세중력(npj Microgravity)'에 게재된 이 연구는 국제우주정거장(ISS)의 무중력 환경을 모방한 조건에서 재배한 상추가 박테리아에 감염되기 쉽다는 것을 보여주었다. 상추는 지금까지 ISS의 수경재배실에서 3년 이상 재배되어 우주비행사들의 식량으로 사용되어 왔다. 하지만 연구진은 식중독이 발생하면 임무가 중단될 수 있다고 우려하고 있다. 델라웨어대 연구팀은 ISS의 무중력 환경을 모방한 조건에서 양상추를 재배했다. 그 결과 식물이 숨을 쉬기 위해 잎과 줄기에 있는 기공은 박테리아와 같은 스트레스 요인을 감지하면 보통 식물을 보호하기 위해 닫힌다는 것을 발견했다. 그러나 미세중력 시뮬레이션을 통해 상추에 박테리아를 넣었을 때 잎채소는 기공을 닫는 대신 크게 열어놓는 것으로 나타났다. 델라웨어대 식물토양과학과 졸업생이자 논문의 주저자인 노아 토트라인(Noah Totline)은 "스트레스라고 생각되는 것을 주었음에도 불구하고 (상추의 기공이) 열려 있었다는 것은 정말 예상치 못한 일이었다"고 말했다. 연구팀은 결국 살모넬라균이 지구상의 일반적인 조건보다 극미세중력 조건에서 잎 조직에 더 쉽게 침투할 수 있다는 것을 발견했다. 델라웨어대학교 생명공학연구소의 미생물 식품안전학 교수인 칼리 쿠니엘(Kari Knier)은 "우리는 현재 ISS에 살고 있는 사람들과 미래에 우주정거장에서 살게 될 사람들을 위해 우주에서의 위험을 줄여야 한다"고 말했다. 그는 "우리는 우주에서 재배되는 식물과 인간 병원균의 상호작용을 더 잘 이해할 필요가 있다"고 덧붙였다. 연구팀에 따르면 가까운 미래에 더 많은 사람들이 우주에서 생활하게 될 것이지만, 수경재배로 상추를 재배하는 것은 비교적 쉬운 일로 여겨진다. 쿠니엘 교수는 "이 위험을 줄이기 위해 멸균된 종자를 사용하는 것이 한 가지 대책으로 생각된다. 하지만 미생물이 우주 재배 공간에도 존재하고, 식물에 부착될 가능성도 있다"고 지적했다. 이번 연구 결과는 우주에서 식량을 생산하는 데 있어 새로운 과제를 제시한다. 무중력 환경에서 식물이 박테리아에 감염되기 쉽다는 사실은 우주 식량 생산의 안전성을 높이기 위한 새로운 기술 개발이 필요하다는 것을 의미한다. 연구팀은 앞으로 우주 환경에서 식물의 면역 체계를 강화하는 방법, 우주 재배 공간의 미생물 오염을 줄이는 방법 등에 대한 연구를 진행할 계획이다.
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- 산업
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우주에서 기른 양상추, 식중독 위험 높아
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블루 오리진, 15개월 만에 뉴 셰퍼드 로켓 무인 임무 성공
- 미국의 민간 우주기업 블루 오리진의 24번째 미션이 성공했다고 엔가젯과 CNN 등 다수 외신이 20일(현지시간) 보도했다. 우주 관광 사업을 주력으로 하는 블루 오리진(Blue Origin)은 미국의 민간 우주기업으로, 2000년 아마존의 창업자 제프 베이조스가 설립했다. 블루 오리진은 15개월만인 19일(현지시간) 오전 10시 42분 미 텍사스주 밴 혼 발사장에서 뉴 셰퍼드(New Shepard) 로켓을 발사했다. 뉴 셰퍼드는 발사 후 우주의 경계로 여겨지는 약 107km(약 66.5마일) 고도에 도달한 뒤 부스터와 승무원 캡슐은 안전하게 분리되어 지구로 성공적으로 귀환했다. 로켓은 발사 후 7분 30초 만에 수직으로 착륙했고, 승무원 캡슐은 발사 후 10분 만에 낙하산을 펼치고 성공적으로 착륙했다. 이번 뉴 셰퍼드 로켓 발사는 2022년 9월 이후 15개월 만에 이루어졌다. 앞서 무인 캡슐을 장착한 23번째 뉴 셰퍼드는 텍사스에서 발사된 지 1분 만에 약 8㎞ 상공에서 부스터 엔진이 갑자기 불꽃을 내뿜으며 추락했다. 지난 3월 블루오리진은 해당 로켓 엔진 노즐의 '구조적 결함'이 원인이라고 발표했다. 한편, 이번 임무는 승무원 없이 진행되었지만 33개의 과학 탑재체를 저궤도로 운반했다. 그 중 절반 이상이 미국 항공우주국(NASA)에서 가져온 것이었다. 이번 발사를 통해 연구원들은 몇 분 동안 무중력 상태에서 이러한 탑재체(payload·페이로드)에 대한 원격 연구를 수행할 수 있었다. 예를 들어 허니비 로보틱스의 탑재체는 다양한 중력 조건에서 행성 토양의 강도를 연구했다. 또한 '미래를 위한 클럽' 이니셔티브의 학생 엽서 3만 만8000장도 발송 목록에 포함됐다. 이날 뉴 셰퍼드 로켓은 지상 시스템 문제로 원래 발사가 취소될 예정이었으나 결국 발사에 성공했다. 이날 비행과 관련하여 보고된 문제는 없었지만, 카운트다운이 몇 분간 지연됐다. 이번 임무는 사실상 뉴셰퍼드 부스터의 수소 기반 로켓 엔진의 오작동으로 인해 조기에 종료된 2022년 9월 비행을 재실행하는 것이었다. 이 이상 현상으로 인해 미국 연방항공청(FAA)의 조사가 완료될 때까지 블루 오리진 발사가 중단됐다. FAA의 조사는 지난 9월 종료됐다. 이에 블루 오리진은 기관에서 요구한 일련의 시정 조치를 처리한 후 발사를 재개할 수 있게 됐다. 여기에는 부스터 엔진과 노즐의 재설계, 일부 절차적 변경 등이 포함됐다. 이번 성공으로 블루 오리진은 우주 관광사업 재개에 속도를 낼 계획이다. 블루 오리진은 그동안 여러 차례 상업 비행에 성공했으며, 제프 베이조스도 2021년 7월 이 로켓을 타고 우주 관광을 다녀왔다. 블루 오리진은 향후 승무원 탑승 비행에 대한 공식적인 계획을 발표하지 않았지만 최근 발사 타워에 엘리베이터를 설치했다. 발사 해설자 에리카 와그너는 이날 라이브 스트리밍에서 이는 향후 발사에 "장애인과 더 많은 사람들이 더 쉽게 접근할 수 있도록 하기 위한 것"이라고 말했다. 이를 위해 블루 오리진은 승무원 탑승 항공편의 고객 유치를 위한 프로모션을 강화하기 시작했다. 향후 발사에 페이로드 추가를 신청할 수도 있다. 블루 오리진 뉴 셰퍼드 프로그램 수석부사장인 필 조이스는 "내년에 로켓 발사 횟수를 늘릴 것"이라며 "뉴 셰퍼드에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 더 자주 비행할 수 있기를 기대하고 있다"고 말했다. 블루 오리진의 수석 이사인 에리카 와그너도 "우리는 곧 다음 승무원들이 탑승하는 모습을 볼수 있기를 기대하고 있다"고 말했다.
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