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2025-04-04 (금)

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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.
- 포커스온
2025-04-02 09:58:00
[신소재 신기술(164)] "기술적 장애물 없다"…유럽, 17조원 규모 차세대 입자충돌기 건설 본격화

유럽입자물리연구소(CERN)는 2025년 3월 31일(이하 현지시간) 17조원 규모의 차세대 입자 충돌기 '미래 원형 충돌기(Future Circular Collider·FCC)' 건설과 관련해 "기술적 장애물은 없다"고 밝혔다. 이에 따라 세계 최대 규모의 입자가속기 건설 프로젝트가 본궤도에 오를 전망이다. CERN와 국제 협력 기관들은 이날 프랑스-스위스 국경을 관통하는 약 91km 길이의 순환형 가속기 터널 건설에 대한 다년간의 타당성 조사 결과를 발표하며, 기술적 측면에서 프로젝트 진행을 저해할 만한 중대한 문제는 발견되지 않았다고 전했다고 웹사이트 PHYS.org가 이날 보도했다. 이번 보고서는 전 세계 1000여명 이상의 물리학자와 공학자들이 참여했다. FCC 가속기는 현재 세계 최대 규모인 27km 길이의 대형강입자충돌기(LHC)의 세 배 이상 길이로, 평균 지하 200m에 위치하게 된다. LHC는 지난 2012년 '신의 입자'로 불리는 힉스 보손(Higgs boson)의 존재를 입증한 바 있다. 힉스 보손은 지금까지 발견된 입자 중 가장 단순하면서도 가장 난해한 성질을 지닌 입자로, 우리 존재의 근본을 이해하는 데 중대한 함의를 지닌다. 이 입자는 빅뱅 직후 극히 짧은 순간, 전자와 같은 기본 입자들이 질량을 얻게 한 메커니즘과 관련되어 있으며, 이를 통해 원자와 구조물 형성이 가능해졌다. 나아가, 우주의 운명과 현대 물리학의 미해결 문제들에 접근하는 실마리를 제공할 것으로 기대된다. 총 둘레 약 91km 규모로 설계된 FCC는 LHC보다 훨씬 높은 에너지에서 충돌 실험을 가능케 하며, 우주의 기원과 입자 질량 생성 메커니즘에 대한 과학적 탐구를 한층 진전시킬 것으로 기대된다. CERN에 따르면 FCC 연구 프로그램은 두 단계로 구성된다. 우선 힉스 보손, 약한 상호작용, 톱쿼크(Top quark)를 정밀 분석하기 위한 전자–양전자 충돌기 단계를 거쳐, 이후 약 100TeV의 전례 없는 충돌 에너지를 갖는 양성자–양성자 충돌기 단계로 발전한다. 이 두 단계는 2020년 개정된 유럽 입자물리학 전략의 최우선 과제에 부합하는 상호보완적인 물리학 프로그램으로 구성되어 있다. 파비올라 지아노티 CERN 사무총장은 AFP와의 인터뷰에서 "이번 프로젝트는 유럽이 기초과학 분야에서 글로벌 리더십을 유지하기 위해 반드시 필요하다"며 "특히 중국과의 경쟁이 현실화되고 있는 상황"이라고 강조했다. 이어 "FCC 프로젝트는 올바른 방향으로 잘 진행되고 있으며, 각국 정부의 자금 지원이 필요한 시점"이라고 덧붙였다. FCC는 LHC가 2041년 운용 종료 시점을 맞이함에 따라, 향후 유럽 내 기초과학 연구의 지속성과 선도성을 확보하기 위한 후속 프로젝트로 기획됐다. 현재 CERN은 23개 회원국과 이스라엘로 구성되어 있으며, 이들 국가가 오는 2028년까지 프로젝트 추진 여부 및 예산 배정을 결정할 예정이다. CERN은 모든 신규 프로젝트가 지속가능한 연구 인프라의 모범이 되도록 하겠다는 원칙을 천명했으며, 이에 따라 설계, 건설, 운영, 해체 전 단계에 생태설계(ecodesign) 원칙을 적용하겠다고 밝혔다. 보고서에는 FCC의 환경 영향을 최소화하는 동시에 사회에 이로운 신기술을 촉진하고, 에너지 재활용과 같은 지역 연계 시너지 개발 방안도 상세히 제시됐다. FCC 타당성 조사의 핵심은 충돌기 고리 및 관련 인프라의 배치에 있었다. 과학적 효용을 극대화하면서도 지역적 조화, 환경적 영향, 건설 여건 및 비용 등을 고려한 시뮬레이션이 진행되었으며, 무려 100개 이상의 시나리오가 개발 및 분석됐다. 그 결과로 선정된 최적안은 평균 깊이 200m, 총 둘레 90.7km의 원형 구조로, 지상에 8개의 지원 시설과 4개의 실험 구역이 포함된다. 하지만 일각에서는 프로젝트의 천문학적 비용과 환경적 영향에 대한 우려도 제기되고 있다. 전체 건설비는 150억 스위스프랑(약 17조 원)으로 추산되며, 독일 등 일부 회원국은 막대한 재정 투입에 부담을 느끼고 있는 것으로 알려졌다. 이에 대해 CERN 측은 전체 비용의 최대 80%까지 자체 예산으로 충당 가능하다고 설명했다. 환경 단체와 지역 주민들의 반대 목소리도 이어지고 있다. 프랑스 로슈쉬르포롱 지역의 낙농업자 티에리 페리야는 "충돌기 건설로 농장 부지 5헥타르가 수용될 위기"라며 반발했고, 프랑스·스위스 환경단체 연합 'CO-CERNes'는 "전기 소비량, 온실가스 배출량, 사업 규모 모두가 지나치다"며 부정적인 입장을 밝혔다. 그르노블 대학의 올리비에 세파스 박사는 "재정·생태·운영 면에서 모두 부담이 크다. 이보다는 소규모 과학 프로젝트에 대한 투자 확대가 바람직하다"고 지적했다. 반면, 툴루즈대 L2IT 연구소의 캐서린 비스카라 박사는 "우주의 기원과 힉스 입자의 역할 등 근본적 질문에 접근하기 위해서는 FCC 같은 장비가 필요하다"며 지지를 표명했다. 프랑스 페르네볼테르 지역에서는 FCC 건설로 인한 열 에너지 활용을 통한 도시 난방 계획이 거론되는 등, 지역 일자리 창출과 에너지 효율 개선 측면에서 긍정적 효과를 기대하는 시각도 존재한다. 다니엘 라포즈 시장은 "이 프로젝트가 중국이 아닌 유럽에서 진행되어야 한다. 그렇지 않으면 유럽의 과학 주도권이 약화될 것"이라고 말했다. FCC 프로젝트는 오는 수년간 각국의 정치적 결단과 사회적 합의, 그리고 기술적 세부 설계를 거쳐 최종 착수 여부가 결정될 예정이다. 유럽의 과학적 미래가 걸린 중대한 분기점이 도래한 셈이다.
- 산업
2025-04-01 11:19:00
[국제경제 흐름 읽기] 美 무역 압박에 맞선 EU의 생존 전략…유로화 강화와 美 국채 의존 탈피

미국 도널드 트럼프 대통령의 최근 무역 압박은 단순한 외교적 해프닝을 넘어선 심층적인 지정학경제적 움직임으로 풀이된다. 유럽산 제품 전반에 25% 관세, 특히 와인에 대해서는 200% 관세 부과 가능성을 언급하며, 미국은 무역 정책을 노골적인 경제적 무기로 활용하려는 의도를 드러내고 있다. 르몽드에 기고한 경제학자 나타샤 발라는 이러한 미국의 압박에 대해 유럽이 자기 파괴적인 확대로 이어지지 않으면서 효과적으로 대응할 수 있는 방안을 제시하며 주목을 받고 있다. 발라 경제학자는 기고문에서 "워싱턴의 관세 장벽 위협에 직면하여 여러 가지 가능한 방법이 있지만, 그중 하나는 매우 효과적일 것"이라며 유럽이 미국 부채에 대한 자금 지원을 줄이고 달러의 경쟁자로서 유로의 성장을 촉진하는 전략을 제안했다. 구체적으로 살펴보면, 2023년 프랑스는 항공, 제약, 와인, 화장품 분야에서 450억 유로(약 71조 2156억 원) 상당의 상품을 미국으로 수출했다. 유로뉴스에 따르면, 미국은 프랑스 샴페인 수출의 최대 고객으로, 작년에만 2500만 병이 수출되었으며, 2024년에는 와인과 주류 수출액이 38억 유로(약 6조 137억 원)에 달해 전체 수출의 4분의 1을 차지한다. 발라 경제학자는 "이러한 분야의 수출 기업들은 경쟁력에 타격을 입을 것"이라고 전망했다. 간단한 거시경제 시뮬레이션 결과, 약 10%의 수출 감소, 즉 연간 35억 유로(약 5조 5389억 원)에서 50억 유로(약 7조 9128억 원)의 잠재적 수출 손실이 예상되며, 특히 항공 산업과 와인 및 증류주 산업의 타격이 클 것으로 분석됐다. 유로뉴스에 따르면 트럼프 대통령의 200% 관세 위협에 프랑스 샴페인 산업은 이미 공황 상태에 빠졌으며, 판매 감소와 가격 상승으로 어려움을 겪는 상황에서 추가적인 타격에 대한 우려가 크다. 이러한 미국의 무역 압박에 대해 유럽은 여러 선택지를 고려할 수 있다. 발라 경제학자는 첫째로 세계무역기구(WTO) 제소를 언급하며 이는 "명백히 정당한 조치"이지만, WTO 분쟁 해결 절차의 장기성과 미국의 WTO 결정 무시 가능성을 지적하며 그 효과는 제한적일 수 있다고 평가했다. 둘째로 유럽이 미국의 관세에 상응하는 보복 관세를 부과하는 방안을 제시했지만, 이는 "즉각적인 효과를 가져올 수 있지만, 무역 전쟁의 위험을 증가시키고 결국 양측 모두에게 해를 끼칠 수 있다"고 경고하며 보호주의의 역사적 실패 사례를 강조했다. 대신 발라 경제학자는 미국의 무역 공격에 덜 직접적인 방식으로 대응하는 전략을 제안하며, 그 핵심 축으로 유럽 경제의 회복력 강화와 국제 통화 시스템에서 유로의 역할 강화를 꼽았다. 유럽 경제의 회복력 강화는 혁신, 투자, 경쟁력 향상을 위한 구조 개혁을 통해 가능하며, 더 강력한 경제는 외부 충격에 대한 저항력을 키울 수 있다. 또한 발라 경제학자는 현재 국제 무역과 금융 거래의 대부분이 달러로 이루어지는 상황을 지적하며 유로를 달러의 진정한 경쟁자로 만들기 위한 구체적인 조치들을 제시했다. 여기에는 유럽연합(EU)의 더 강력하고 통합된 경제 정책 추진, 유로 표시 채권 발행 장려, 국제 무역에서 유로 사용 적극 장려 등이 포함된다. 특히 발라 경제학자는 "장기적으로 가장 효과적인 대응책 중 하나는 미국 부채에 대한 유럽의 의존도를 줄이는 것"이라고 강조했다. 현재 유럽의 많은 기관 투자자들이 상당한 양의 미국 국채를 보유하고 있는 상황을 지적하며, 유럽이 점진적으로 미국 국채 보유를 줄이고 유로존 발행 채권에 대한 투자를 늘리는 방안을 제시했다. 이는 유로존의 자금 조달 비용을 낮추고 유로의 매력을 높이며, 미국에 대한 유럽의 경제적 영향력을 증대시킬 수 있다는 분석이다. 물론 이러한 조치들이 단기적으로 어려움을 수반할 수 있지만, 발라 경제학자는 "장기적으로 이는 유럽이 미국의 경제적 압력에 더 잘 대처하고 세계 경제에서 더 큰 역할을 수행할 수 있도록 해줄 것"이라고 전망했다. 나타샤 발라 경제학자는 미국의 무역 압박에 대한 유럽의 대응은 다각적이어야 하며, WTO 제소와 보복 관세도 고려될 수 있지만, 유럽 경제의 근본적인 경쟁력 강화와 유로의 국제적 위상 제고에 초점을 맞춘 장기적인 전략이 필수적이라고 강조했다. 프랑스 와인 및 주류 수출업체 연합은 "무역 전쟁의 여파로 체계적으로 희생당하는 데 지쳤다"고 밝혀, EU 차원의 단호한 대응 의지를 엿볼 수 있다. 또한 로랑 생 마르탱 프랑스 무역부 장관은 "우리는 위협에 굴복하지 않을 것이며 항상 우리 산업을 보호할 것"이라며, 프랑스 정부 역시 강력한 대응 의지를 표명했다. 유로뉴스에 따르면 샴페인 판매는 이미 2년 이상 감소 추세를 보이고 있으며, 이는 가격 상승과 인플레이션으로 인해 소비자들이 샴페인 구매를 줄이고 있기 때문이다. 더욱이 스파클링 부브레 와인과 같은 저렴한 대체재의 인기가 높아지면서 샴페인 산업의 위기감이 고조되고 있다는 분석이다. 특히 미국 국채에 대한 의존도를 줄이는 것이 "유럽이 자기 파괴적인 확대에 빠지지 않고 미국의 도전에 효과적으로 대응할 수 있는 핵심 요소가 될 것"이라고 발라 경제학자는 덧붙였다.
- 경제
2025-03-17 06:14:00
[기후의 역습(122)] 남극 오존층, 회복세 공식 확인…MIT, 완전 소멸 궤도 진입

한때 지구 생태계를 위협했던 남극 오존층 구멍이 국제 사회의 공동 노력으로 괄목할 만한 회복세를 보이며 완전 소멸을 향해 나아가고 있다는 고무적인 연구 결과가 발표됐다. 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 연구진은 5일(이하 현지시간) 국제 학술지 '네이처'에 게재한 논문에서 "남극 오존층이 95% 신뢰 수준으로 회복되고 있으며, 이는 자연적 기상 변동성이 아닌 오존층 파괴 물질 감축 노력의 직접적인 결과"라고 밝혔다. MIT 뉴스는 5일 "이러한 회복(오존층 구멍 회복)이 자연적인 기상 변화나 성층권으로의 온실가스 배출 증가와 같은 다른 영향보다는 오존 고갈 물질의 감소에 주로 기인환다는 것을 보여준 최초의 연구"라고 밝혔다. 수십 년간 과학계는 남극 오존층 구멍의 점진적 개선 징후를 관찰해 왔으나, 이번 연구는 장기간의 관측 데이터를 토대로 오존층 회복에 대한 확고한 과학적 증거를 제시했다는 점에서 의미가 깊다. 논문의 주저자인 MIT의 저명한 대기 화학자 수잔 솔로몬 교수는 성명을 통해 "남극 오존층 구멍이 개선되고 있다는 정성적 증거는 많았지만, 이번 연구는 오존층 회복에 대한 신뢰도를 처음으로 수치화했다"고 강조했다. 솔로몬 교수는 "95% 신뢰도로 회복되고 있다는 결론은 매우 놀라운 성과이며, 인류가 환경 문제 해결에 실제로 나설 수 있음을 보여준다"고 덧붙였다. CFCs 남용으로 오존층 구멍 형성 오존층은 지구 표면 15~30km 상공의 성층권에 위치하며, 대기 중 오존 농도가 높아 유해한 태양 자외선을 흡수하여 지구 생명체를 보호하는 역할을 한다. 그러나 1970년대와 80년대에 들어서면서 남극 상공의 오존층에 거대한 구멍이 형성되기 시작했다. 이는 에어로졸 스프레이, 용매, 냉매 등에 광범위하게 사용된 염화불화탄소(CFCs)와 같은 합성 화합물이 주범으로 지목됐다. CFCs는 성층권에 도달하면 염소 원자를 방출하여 오존 분자 분해를 촉진하는 것으로 알려져 있다. 특히 남극 지역은 극도로 낮은 기온, 극지방 성층권 구름의 존재, 그리고 오존층 파괴 화학 물질을 가두는 극 소용돌이와 같은 특수한 조건으로 인해 남반구의 봄철에 오존층 파괴가 더욱 심각하게 나타난다. 솔로몬 교수는 과거 미국해양대기청(NOAA) 소속으로 1986년 남극에 파견되어 CFCs가 오존층 파괴의 원인임을 입증하는 결정적인 증거를 수집하는 데 기여했다. 몬트리올 의정서 채택 이후 CFCs 단계적 폐지 이러한 과학적 근거를 바탕으로 국제 사회는 문제 해결을 위해 발 빠르게 움직였다. 1987년 몬트리올 의정서 채택 이후 197개국과 유럽연합(EU)은 냉장고와 에어로졸에 사용되는 CFCs와 같은 오존층 파괴 물질의 단계적 폐지에 합의했다. 지난 10년간 남극 오존층 구멍은 특히 9월, 남극이 온난해지기 시작하며 오존층 구멍이 가장 크게 열리는 시기에 매년 축소되는 긍정적인 신호가 나타났다. 그러나 대기 중 '혼란스러운 변동성' 때문에 과학자들은 섣불리 회복을 단정하기를 주저했으며, 일각에서는 회복 속도가 기대에 미치지 못한다는 주장이 제기되기도 했다. 하지만 15년간 축적된 관측 데이터를 분석한 결과, 연구진은 오존층이 확실히 회복되고 있다는 결론을 내렸다. 현재 추세가 유지된다면 남극 오존층은 약 10년 후 완전히 회복될 것으로 전망된다. 연구팀은 남극 오존 회복의 원인을 파악하기 위해 정량적 접근 방식을 취했다. 팀은 기후 변화 커뮤니티에서 '지문 분석(fingerprinting)'이라는 방법을 차용했다. 이는 클라우스 하셀만이 개발한 것으로, 그는 2021년 이 기술로 노벨물리학상을 수상했다. 기후의 맥락에서 지문 분석은 자연적 기상 노이즈와 별도로 특정 기후 요인의 영향을 분리하는 방법을 말한다. 하셀만은 지문 분석을 적용해 기후 변화의 인위적인 지문 식별, 확인 및 정량화했다. 솔로몬 교수 팀은 지문 분석법을 적용해 또 다른 인위적인 신호, 즉 사람들이 오존층 파괴 물질을 줄이는 것이 오존층 회복에 미치는 영향을 확인하고자 했다. 아울러 지구 대기의 시물레이션으로 시작해 서로 다른 시작 조건에서 동일한 지구 대기의 여러 '평행 세계' 또는 시뮬레이션을 생성했다. 연구팀은 예를 들어, 온실 가스나 오존층 파괴 물질의 증가가 없다고 가정한 조건에서 시뮬레이션을 실행했다. 또한 온실 가스만 증가하고 오존층 물질만 감소하는 시뮬레이션도 실행했다. 이러한 시뮬레이션을 통해 연구팀은 수십년에 걸쳐 오존이 매월 회복되는 시간과 고도를 매핑하고 오존 고갈 물질의 감소로 인한 오존 회복의 핵심 '지문' 또는 패턴을 식별했다. 그런 다음 연구팀은 2005년부터 현재까지 남극 오존층에 대한 실제 위성 관측에서 이 지문을 찾았다. 팀은 2018년에 이 지문이 가장 강했고, 오존 회복이 주로 오존층 파괴 물질의 감소 때문이라고 95%의 신뢰도로 확신했다. 솔로몬 교수는 "2035년쯤에는 남극 오존층에서 오존층 파괴가 전혀 나타나지 않는 해를 보게 될 수도 있다. 이는 매우 감격스러운 일"이라며 "우리 시대에 오존층 구멍이 완전히 사라지는 것을 목격하게 될 것"이라고 강조했다. 이번 연구는 인류가 국제적인 협력을 통해 심각한 환경 문제에 효과적으로 대응할 수 있음을 보여주는 대표적인 사례로 기록될 전망이다.
- 포커스온
2025-03-07 14:43:00
[글로벌 핫이슈] 반도체 2025, AI 엔진 쾌속 질주…'빛과 그림자' 엇갈린 전망

반도체 시장이 2025년 생성형 인공지능(AI)과 데이터센터 구축 확장에 힘입어 괄목할 성장을 거듭할 것이라는 장밋빛 전망이 나왔다. 딜로이트 기술·미디어·통신 센터가 발표한 '2025년 글로벌 반도체 산업 전망' 보고서는 2025년 칩 판매액이 6970억 달러(약 1017조 원)에 달하며 사상 최고치를 갈아치울 것으로 예측했다. 이는 2024년 예상 매출액 6270억 달러(약 915조 원)에서 더욱 증가한 수치이며, 2030년 칩 판매액 1조 달러(약 1459조 원) 달성 목표에도 청신호가 켜졌음을 분명히 했다. 보고서는 2025년부터 2030년까지 연평균 7.5%의 복합 성장률만 유지하면 목표 달성이 무난할 것으로 분석했다. 주식 시장, 반도체 호황 선반영⋯AI 칩 기업 '훨훨', 타 분야는 '글쎄' 주식 시장은 이미 반도체 산업의 밝은 미래를 기민하게 예측하고 있는 듯하다. 2024년 12월 중순, 글로벌 상위 10대 칩 기업의 시가총액 합계는 6조 5000억 달러(약 9485조 원)로 1년 만에 무려 93%나 급증하는 놀라운 성장세를 기록했다. 2022년 11월 중순과 비교하면 235%나 폭등한 수치다. 하지만 지난 2년간 칩 주식 시장은 '두 개의 시장'으로 명확히 나뉘는 씁쓸한 양극화 현상을 여실히 드러냈다. 생성형 AI 칩 시장에 과감하게 뛰어든 기업들은 평균 이상의 압도적인 성과를 거둔 반면, 자동차, 컴퓨터, 스마트폰 등 AI와 직접적인 연관성이 낮은 분야의 반도체 기업들은 상대적으로 부진한 흐름을 면치 못했다. 생성형 AI 칩 '폭풍 성장'⋯시장 규모 218조 원 전망 반도체 산업 성장의 일등 공신은 단연 생성형 AI 칩이다. CPU, GPU, 데이터센터 통신 칩, 메모리, 전력 칩 등 광범위한 영역을 포괄하는 생성형 AI 칩은 2024년 1250억 달러(약 182조 원)를 훌쩍 넘어선 시장 규모를 기록하며 전체 칩 판매액의 20% 이상을 책임지는 핵심 엔진으로 맹렬히 질주했다. 딜로이트는 2025년에는 생성형 AI 칩 시장 규모가 1500억 달러(약 218조 원)를 가뿐히 돌파할 것으로 장밋빛 전망을 내놓았다. AMD의 리사 수 CEO 역시 AI 가속기 칩 시장 규모가 2028년 5000억 달러(약 7296조 원)에 육박하는 천문학적인 규모로 성장할 것이라는 파격적인 전망을 제시하며 시장의 기대감을 한껏 고조시키기도 했다. 이는 2023년 전체 칩 산업 매출액을 훨씬 뛰어넘는 압도적인 규모다. PC·스마트폰 '주춤'⋯반도체, 최종 시장 다변화 절실 PC 판매량은 2025년 4% 수준의 미미한 증가세를 보이며 2억 7300만 대 수준에 머무를 것으로 예상되지만, 스마트폰 시장은 1%대의 낮은 한 자릿수 성장에 턱걸이하며 12억 4000만 대 수준에서 정체될 가능성이 높다. 2023년 기준으로 통신 및 컴퓨터 칩(데이터센터 칩 포함) 판매액은 전체 반도체 판매액의 57%를 점유했지만, 자동차 및 산업용 칩 판매액은 31%에 그쳤다. 결국 이는 반도체 산업이 지속적인 성장 궤도에 안착하기 위해서는 특정 시장에 대한 과도한 의존도를 탈피하고, 최종 시장을 전략적으로 다변화해야 한다는 절박한 과제를 던져준다. 웨이퍼 생산 '속 빈 강정'?⋯첨단 패키징 기술 중요성 증대 생성형 AI 칩이 눈부신 수익성을 견인하는 것은 분명한 사실이지만, 냉정히 뜯어보면 이는 극소수의 고부가치 칩에 지나치게 편중되어 나타나는 기형적인 현상이다. 2023년 한 해 동안 무려 1조 개에 달하는 칩이 평균 0.61달러(약 890원)라는 헐값에 판매되었지만, 놀랍게도 생성형 AI 칩은 매출액의 20%를 차지하면서도 웨이퍼 생산량의 0.2%에도 미치지 못하는 초라한 실적을 기록하는 데 그쳤다. 2024년 칩 매출액은 19%라는 경이로운 성장률을 기록했지만, 아이러니하게도 웨이퍼 출하량은 오히려 2.4%나 감소했다는 점은 곱씹어볼 만하다. 2025년 웨이퍼 출하량은 10% 가까이 증가할 것으로 조심스럽게 예측되지만, 이마저도 생성형 AI 칩에 특화되어 사용되는 칩렛 등 특정 기술에 대한 비정상적인 수요 증가에 기댄 일시적인 '착시 효과'일 수 있다는 분석에 무게가 실린다. 실리콘 웨이퍼에만 매몰될 것이 아니라 첨단 패키징 기술로 눈을 돌려야 한다는 업계의 자성론에 더욱 힘이 실리는 이유다. 실제로 TSMC의 CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 2.5D 첨단 패키징 생산 능력은 2024년 월 3만 5000 웨이퍼에서 2026년 말 9만 웨이퍼까지 2배 이상 폭증할 것으로 전망된다. R&D 투자 '고삐'⋯수익성은 '글쎄' 미래 기술 혁신을 위한 연구 개발(R&D) 투자 부담은 상상을 초월할 정도로 가파르게 증가하고 있다. 2015년 칩 산업의 평균 연구 개발비는 EBIT(이자 및 법인세 차감 전 이익)의 45% 수준이었지만, 2024년에는 52%까지 껑충 뛰었다. R&D 투자는 연평균 12%씩 '브레이크 없는 폭주'를 거듭하는 반면, 수익성 지표인 EBIT 증가율은 10%에 머무르며 제자리걸음을 하고 있어 반도체 기업들의 수익성 악화에 대한 깊은 고뇌는 더욱 심화될 것으로 우려된다. 반도체 경기 '롤러코스터'⋯2026년 '미지수' 반도체 산업은 예측 불허의 경기 순환적인 변동성에서 벗어나지 못하고 여전히 '롤러코스터'를 타고 있다. 지난 34년간 무려 9번이나 성장과 침체를 숨 가쁘게 반복했으며, 최근 14년간 변동폭이 겉으로 보기에는 다소 완만해진 것처럼 보이지만, 자세히 뜯어보면 경기 침체 빈도는 오히려 증가하는 기이한 추세를 나타내고 있다. 2025년 전망은 핑크빛으로 물들어 있지만, 2026년 이후는 한 치 앞도 내다볼 수 없는 '미지의 영역'이라는 신중론이 설득력을 얻고 있다. AI 칩, PC·폰 넘어 'IoT'까지? 딜로이트는 2025년 반도체 산업의 4가지 '게임 체인저'(game changer)로 PC·스마트폰·엔터프라이즈 엣지 시장을 정조준한 생성형 AI 가속기 칩, '시프트 레프트(Shift-Left)' 칩 설계 방식, 걷잡을 수 없이 심화되는 인력난, 점증하는 지정학적 리스크 심화에 따른 글로벌 공급망 재편 가능성을 날카롭게 지적했다. 현재 생성형 AI 칩은 고성능 데이터센터를 중심으로 폭발적인 수요 증가세를 보이고 있지만, 2025년부터는 엔터프라이즈 엣지, PC, 스마트폰, IoT(사물 인터넷) 기기 등 '빛의 속도'처럼 다양한 영역으로 빠르게 확산될 것으로 보인다. 특히 PC 시장에서는 2025년 생성형 AI PC 판매 비중이 무려 절반에 육박하고, 2028년에는 '대부분'의 PC가 생성형 AI 기능을 '기본 사양'으로 탑재할 것이라는 파격적인 전망도 제기됐다. 스마트폰 시장 역시 생성형 AI 칩 탑재 비중이 2025년 30% 수준까지 가파르게 증가할 것으로 예측된다. 데이터센터發 엣지 컴퓨팅 '격변' 클라우드 기반 생성형 AI가 거스를 수 없는 '대세'로 굳건히 자리매김했지만, 기업들은 데이터 주권 및 철통 보안 유지, 그리고 '쩐의 전쟁'이라 불리는 비용 절감 등을 절박하게 요구하며 사내 AI 데이터센터 인프라 구축에 사활을 걸고 '올인'(all-in)하고 있다. 이러한 흐름은 엔터프라이즈 엣지 컴퓨팅 시장의 폭풍 성장을 거침없이 견인하며, 마침내 AI 칩 시장의 새로운 성장 엔진으로 화려하게 부상하고 있다. 딜로이트는 엔터프라이즈 엣지 서버용 칩 시장 규모가 2025년 수백억 달러를 넘어설 것으로 보수적으로 추정했다. PC, 생성형 AI '프리미엄' 입는다⋯스마트폰, 교체 주기 단축 '변수' 생성형 AI PC는 일반 PC 대비 10~15%나 높은 '과도하게 비싼' 가격에 판매될 것으로 점쳐진다. 40 TOPS(초당 테라 연산) 이상의 압도적인 연산 능력을 '필수'로 장착한 PC만이 비로소 '진정한 AI PC'라는 '새로운 기준'도 새롭게 제시됐다. 하지만 좀처럼 지갑을 열지 않는 소비자들은 여전히 높은 가격에 부담을 느끼고 성능에 대한 '면밀한 조사'를 멈추지 않으며 신중한 태도를 견지하고 있으며, 2025년 하반기 화려하게 출격할 것으로 예상되는 고성능 NPU(신경망 처리 장치) 탑재 PC를 눈 빠지게 기다리는 불편한 진실과 마주하고 있다. 스마트폰 시장에서 생성형 AI 칩의 파괴력은 PC 시장보다는 다소 미미할 것이라는 예측이 우세하다. 하지만 '희미한 빛'처럼 생성형 AI 기능이 꽁꽁 얼어붙은 스마트폰 교체 수요 심리를 자극하여 교체 주기를 획기적으로 단축시키는 '촉매제' 역할을 톡톡히 해낼 수 있을지 여전히 미지수다. 만약 생성형 AI 스마트폰에 대한 소비자들의 '폭풍전야'와 같은 잠재된 기대감이 '봇물'처럼 터져 실제 구매로 이어진다면, 이는 생성형 AI 칩 제조사뿐만 아니라 스마트폰 칩 제조사 전반에 걸쳐 부인할 수 없는 이점으로 작용할 수 있다. IoT 시장, '저가형' AI 칩 개발 '관건' 데이터센터, PC, 스마트폰에 이어 IoT 시장까지 생성형 AI 칩 적용 범위가 확대될 가능성이 열려 있지만, 가장 큰 허들은 가격 경쟁력 확보에 있다. IoT 기기에 탑재될 AI 칩은 개당 0.3달러(약 437원) 수준의 초저가로 개발되어야만 시장 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 보인다. 하지만 IoT 시장은 장기적으로 AI 칩 시장의 새로운 성장 기회를 창출할 잠재력을 충분히 갖췄다는 평가가 지배적이다. AI 칩 시장, M&A·투자 '봇물' 생성형 AI 칩 시장의 폭발적인 성장 잠재력에 선제적으로 주목한 기업들의 인수합병(M&A) 및 투자가 2025년 더욱 활발하게 이루어질 것으로 예상된다. AI 칩 스타트업들은 이미 벤처 캐피탈 시장에서 '뜨거운 감자'로 떠올랐으며, 사모 펀드, 국부 펀드 등 다양한 투자 주체들의 러브콜이 쇄도하고 있다. 결국, AI 칩 시장의 주도권을 놓고 벌이는 기업들의 합종연횡은 더욱 가속화될 것으로 전망된다. 지속가능성·전력 효율성 '화두'⋯소형 폼팩터 AI 칩 개발 경쟁 '점화' AI 기술이 고도화될수록 전력 소비량 증가에 대한 우려 역시 커지고 있다. 특히 랩톱, 스마트폰, IoT 기기 등 소형 폼팩터 기기에서는 전력 효율성과 성능이라는 '두 마리 토끼'를 잡는 것이 중요한 과제로 부상하고 있다. 이에 따라 반도체 업계는 지속가능성을 최우선 가치로 두고 저전력·고성능 AI 칩 개발 경쟁에 더욱 박차를 가할 것으로 예상된다. AI, 칩 설계 판도 바꾼다⋯'시프트 레프트' 디자인 방식 '대세' AI는 복잡하기로 악명 높은 칩 설계 프로세스를 혁신적으로 변화시키고 있다. 생성형 AI는 기존 설계 개선 및 새로운 설계 아이디어 발굴에 필요한 시간을 획기적으로 단축시키고, PPA(전력·성능·면적) 최적화를 통해 칩 경쟁력 강화에 기여한다. 2025년부터는 칩 설계 초기 단계부터 테스트, 검증, 유효성 확인 등 검증 프로세스를 진행하는 '시프트 레프트' 디자인 방식이 칩 설계 업계의 새로운 트렌드로 자리매김할 것으로 보인다. 뿐만 아니라, 와트당 성능, 와트당 FLOPS(초당 부동 소수점 연산 횟수), 열적 요인 등 시스템 수준의 지표를 종합적으로 고려한 최적화 전략의 중요성이 더욱 부각될 것이다. 전문가들은 AI 기반 칩 설계가 향후 칩 전력 효율성을 획기적으로 높이는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 맞춤형 칩 시대 개막⋯특화된 칩 설계 경쟁 '본격화' 자동차, 특정 AI 워크로드 등 특정 산업 및 특정 분야에 최적화된 맞춤형 칩 수요가 점차 증가하면서, 범용 칩보다 도메인별·특수 칩의 중요성이 더욱 부각될 전망이다. 생성형 AI 도구는 기업들이 맞춤형 실리콘 설계를 통해 차별화된 경쟁력을 확보하는 데 핵심적인 역할을 할 수 있다. 3차원 집적 회로, 이종 아키텍처 등 첨단 기술이 빠르게 발전하면서 칩렛 설계, 조립, 검증, 테스트 등 전반적인 설계 프로세스의 복잡성 또한 가중되고 있다. 이에 따라 시스템 설계 단계부터 소프트웨어와 디지털 트윈 기술을 적극적으로 통합하는 것이 칩 설계 효율성을 높이는 데 중요한 요소로 작용할 전망이다. EDA 업계, AI 기반 설계 도구 개발 '총력'⋯설계·검증·보안 기능 '업그레이드' 칩 설계 프로세스 혁신의 중심에는 EDA(전자 설계 자동화) 업계가 있다. EDA 업계는 AI 기반 설계 도구 개발에 총력을 기울이고 있으며, 설계, 시뮬레이션, 검증, 유효성 확인 등 핵심 기능들을 AI 기술을 기반으로 대폭 업그레이드하는 추세다. 이와 함께 모델 기반 시스템 엔지니어링 도구를 '시프트 레프트' 접근 방식에 효과적으로 통합하는 방안에 대해서도 심도 있는 논의가 필요한 시점이다.
- IT/바이오
2025-03-07 09:35:00
[기후의 역습(121)] 남극 빙하 녹으며 '지구 심장' 남극 순환류 멈추나…전 지구적 재앙 우려

남극 주변을 도는 지구 최대 해류, '남극 순환류(ACC)'가 빙하 용해로 인해 속도를 잃을 위기에 처했다. 이는 걸프 해류의 5배, 아마존 강의 100배에 달하는 막강한 해류로, 지구 기후 조절과 해양 생태계 유지의 핵심 동력이다. 호주 멜버른대학교 연구팀은 최근 발표한 연구에서 지구 온난화로 남극 빙하에서 흘러나온 차가운 담수가 해수의 염도를 낮추면서 남극 순환류의 속도가 2050년까지 최대 20% 감소할 수 있다고 경고했다. 이는 단순한 해류 약화를 넘어 지구 전체에 심대한 영향을 미칠 수 있는 중대한 변화라고 과학 전문 매체 컨버세이션이 전했다. 기후 변화로 남극 얼음 녹아 염도·밀도 변화 남극 대륙을 서쪽에서 동쪽으로 흐르는 남극 순환류(ACC)는 전 세계 기후와 해양 순환을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 최근 기후 변화로 남극의 얼음이 녹으면서 엄청난 양의 담수가 남극해로 흘러들어 염도와 밀도가 변하고 있다. 이러한 변화는 ACC를 포함한 해류의 움직임에 영향을 미치며, ACC는 대서양, 태평양, 인도양에 열, 영양소, 이산화탄소를 분배하는 글로벌 해양 컨베이어 벨트의 중요한 원동력 역할을 한다. 연구팀은 슈퍼컴퓨터와 해류, 열 전달 등 다양한 요소에 대한 고해상도 해양 및 해빙 시뮬레이션을 통해 온도, 염도, 바람 조건 변화가 해류에 미치는 영향을 심층적으로 분석했다. 분석 결과, 남극 대륙을 감싸는 남극 순환류(ACC)는 전 세계 기후 및 해양 순환의 핵심 조절자로서, 빙하 용해로 인한 담수 유입은 ACC의 움직임을 급격히 변화시키며 전 지구적 해양 컨베이어 벨트 기능 약화를 초래할 수 있음이 밝혀졌다. 비샤크다타 가옌 멜버른대학교 부교수는 "남극 순환류는 매우 복잡하고 정밀한 균형을 유지하고 있다"며 "이 '엔진'이 멈추면 기후 변동성 심화, 극단적 기상 현상 증가, 해양의 탄소 흡수 기능 약화 등 심각한 결과를 초래해 지구 온난화를 가속화할 수 있다"고 우려했다. '지구 심장' 남극 순환류, 생태계 및 기후 조절의 핵심 남극 순환류는 따뜻한 해수의 유입을 막아 빙상을 보호하고, 남방 큰 다시마 같은 외래종 확산을 억제하며, 지구 기후 시스템을 안정화하는 핵심 역할을 수행한다. 그러나 접근이 어려운 지리적 특성으로 인해 다른 해류에 비해 연구가 미진한 상황이다. 연구팀은 슈퍼컴퓨터 '가디(GADI)'와 고해상도 기후 시뮬레이터, 'ACCESS-OM2-01' 모델을 활용해 남극 순환류를 정밀하게 분석했다. 이 모델은 소용돌이 같은 미세한 해류 움직임까지 포착해 미래 변화를 더욱 정확히 예측할 수 있도록 돕는다. 시뮬레이션 결과, 남극 빙하 용해수는 심해로 흘러들어 해양 밀도 구조를 변화시키고, 이는 해양 온난화 효과를 상쇄하며 2050년까지 해류 속도를 최대 20%까지 감소시킬 수 있음이 확인됐다. 해양 생태계 파괴, 해수면 상승⋯전 지구적 재앙 초래 가능성 남극 순환류 약화는 해양 생태계 파괴, 생물 다양성 감소, 어업 생산성 저하를 초래할 수 있다. 또한, 외래종 유입을 촉진하고 따뜻한 해수의 남극 유입을 증가시켜 빙붕 용해를 가속화, 해수면 상승을 심화시킬 수 있다. 이는 기후 패턴 변화, 해양의 탄소 흡수 능력 감소 등 전 지구적인 재앙으로 이어질 수 있다. 연구팀은 온실가스 감축 노력을 통해 남극 빙하 용해를 늦추고, 남극해 장기 연구를 통해 변화를 면밀히 관찰해야 한다고 강조한다. 국제적 협력을 통해 기후 변화가 해양에 미치는 영향을 최소화해야 한다는 것이다. 이 연구는 환경 과학 분야 국제 학술지, '환경 연구 레터스(Environmental Research Letters)'에 게재됐다. 이번 연구 결과는 위도 간 온도 차이로 인해 대류가 가속화될 수 있다는 기존 연구와 상반되는 결과이며, 얼음 용해가 해류 속도 감소에 주요 원인임을 분명히 했다.
- ESGC
2025-03-05 08:35:00
[우주의 속삭임(101)] 지구 궤도가 빙하 촉발⋯다음 빙하기 1만1천년 후 도래

지구의 궤도가 빙하기 주기와 연관성이 있으며 다음 빙하기는 1만1000년 후에 도래한다는 연구 결과가 발표됐다. 미국 캘리포니아 대학교(UC) 산타바바라 캠퍼스와 영국 카디프 대학을 포함한 국제연구팀은 지구 궤도의 미세한 변화가 수천 년에 걸쳐 지구 기후에 변화를 일으킨다는 새로운 해석을 바탕으로 이러한 예측을 제시했다고 과학전문 웹사이트 PHYS가 전했다. 해당 연구 결과는 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 연구팀은 지난 100만 년 동안의 기후 변화 기록을 분석해 북반구 육지 빙상 크기 변화와 심해 온도 변화를 지구 궤도의 형태, 자전축의 기울기와 같은 작은 주기적 변화와 일치시켰다. 이를 통해 빙하기와 간빙기 사이의 기후 변화 시기에 대한 예측 가능한 패턴을 발견했다. 연구 공동 저자인 UC 산타바바라 지구과학과 로레인 리시키에 교수는 "지난 100만 년 동안 지구 기후가 빙하기와 현재와 같은 온화한 간빙기 사이를 오가는 시기에 대한 예측 가능한 패턴을 발견했다"며 "지구 궤도 변화의 한 유형은 빙하기의 종말론을, 다른 유형은 빙하기의 복귀를 야기했다"고 설명했다. 영국 카디프대학의 스티븐 바커 교수는 "기후 기록에서 다양한 궤도 매개변수의 명확한 흔적을 발견하게 되어 놀랐다"며, "이러한 패턴이 이전에는 발견되지 않았다는 것이 믿기 어려울 정도"라고 덧붙였다. 연구팀은 인간의 온실가스 배출이 없는 자연적인 패턴을 기준으로 현재 안정적인 안빙기 중간에 있으며, 다음 빙하기는 약 1만년 후에 시작될 것으로 예측했다. 팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 향후 1만년~2만년 동안 지구 자연 기후의 기준선을 구축하고, 기후 모델 시뮬레이션과 결합하여 인간이 만든 기후 변화의 절대적인 영향력을 정량화할 계획이다. 바커 교수는 "이제 우리는 이러한 긴 시간 척도에서 기후가 대체로 예측하능하다는 것을 알게 되었으므로 과거 변화를 활용하여 미래에 발생할 수 있는 일을 알려줄 수 있다"며 "이는 온실 가스 배출에 대한 현재의 결정을 더 잘 알리는 데 필수적이며, 미래 기후 변화를 결정할 것"이라고 강조했다. 연구 결과는 스티븐 바커 외 연구진의 논문 "플라이스토세 10만 년 빙하기 주기에서 세차운동, 기울기, 이심률의 뚜렷한 역할(Distinct roles for precession, obliquity and eccentricity in Pleistocene 100kyr glacial cycles)'을 통해 확인할 수 있다.
- 포커스온
2025-03-04 10:30:00
[우주의 속삭임(100)] 화성의 붉은색, 냉수 속 철 산화물 '페리하이드라이트' 때문일 가능성 제기

화성을 상징하는 붉은 색은 건조 광물인 '적철석' 이 아닌, 물이 풍부한 철광물인 페리하이드라이트(ferrihydrite) 때문이라는 의견이 제기됐다. 화성은 특유의 붉은색으로 인해 오랜 기간 '붉은 행성'으로 불렸다. 최근 과학계는 이 독특한 색채의 기원을 밝혀낼 잠재적 단서를 발견해, 기존의 통념을 뒤집는 새로운 이론을 제시했다. 화성의 먼지는 산화철을 포함한 다양한 광물이 뒤섞인 것으로 알려져 있다. 새로운 연구에 따르면 산화철 중 하나인 물이 풍부한 페리하이드라이트가 화성의 붉은 색의 원인이라고 미국 항공우주국(나사·NASA)은 설명했다. 미국 브라운 대학교 지구·환경·행성 과학부의 박사후 연구원인 주저자 애덤 발란티나스는 "화성이 왜 붉은지에 대한 근본적인 질문은 아마도 수천 년에서 수백 년 동안 이어져 왔다"고 말했다. 발란티나스는 "저희 분석에 따르면 페리하이드라이트는 먼지의 모든 곳에 있으며 아마도 암석 형성에도 있을 것이다. 페리하이드라이트가 화성이 붉은 이유라고 생각한 것은 처음은 아니지만, 관찰 데이터와 새로운 실험 방법을 사용해 실험실에서 화성 먼지를 만들어 테스트할 수 있다"고 설명했다. 화성은 지구 가까이에 위치한 거리 상의 이점과 수십년 동안 탐사선을 보냄으로써 태양계에서 가장 광범위하게 연구된 행성 중 하나다. 궤도선과 착륙선은 화성의 붉은색이 행성을 뒤덮은 먼지 속 산화된 철 광물에서 비롯된다는 자료를 제공해 왔다. 과거 화성 암석 속 철은 물 또는 물과 대기 중 산소와 반응하여 지구에서 녹이 형성되는 것과 유사한 방식으로 산화철을 생성했다. 수십억 년에 걸쳐 산화철은 먼지로 분해되어 화성의 바람에 의해 이동하며 행성 전체에 퇴적되었고, 이는 현재에도 먼지 회오리와 대규모 먼지 폭풍을 일으키고 있다. 미국 브라운대학교 연구팀이 시뮬레이션된 화성 먼지를 보여주는 실험실 샘플. 황토색은 철분이 풍부한 페리히드라이트의 특징으로, 화성의 고대 물 활동과 환경 조건에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 광물이다. 이 미세 분말 혼합물은 페리히드라이트와 현무암으로 구성되어 있으며 입자 크기가 1마이크로미터(머리카락 지름의 1/100) 미만이다(샘플 규모: 가로 1인치). 사진=애덤 발란티나스 그동안 우주선의 관측에만 의존한 화성 산화철 분석에서는 물의 흔적이 감지되지 않아 연구자들은 산화철이 적철석(hematite)일 것이라는 가설을 세웠다. 철광석의 주요 구성 성분인 건조 광물 적철석은 수십억 년에 걸쳐 화성 대기와의 반응을 통해 형성되었을 것으로 추정됐다. 이는 적철석이 화성 표면에 호수와 강이 존재했던 것으로 추정되는 시기 이후에 형성되었음을 의미했다. 그러나 브라운대학교 연구팀은 다수의 탐사 임무에서 수집된 자료와 모사된 화성 먼지를 결합한 새로운 연구 결과는 적철석이 아닌 냉수 환경에서 형성되는 광물인 페리하이드라이트(ferrihydrite)가 붉은색의 원인일 수 있다는 가능성을 제시했다. 이는 수백만 년 전 화성의 환경과 잠재적 거주 가능성에 대한 과학적 이해를 변화시킬 수 있음을 시사한다. 해당 연구 결과는 지난 25일 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 연구를 주도한 애덤 발란티나스 박사후 연구원은 "화성은 여전히 붉은 행성이다. 다만, 화성이 왜 붉은색인지에 대한 우리의 이해가 변화했을 뿐이다"라고 밝혔다. 지구 실험실서 화성 먼지 재연 연구팀은 유럽우주국(ESA)의 화성 익스프레스 궤도선과 엑소마스 미량 가스 궤도선, 그리고 NASA의 화성 정찰 궤도선과 큐리오시티, 패스파인더, 오퍼튜니티 로버에서 수집된 자료를 활용했다. 미량 가스 궤도선의 CaSSIS 컬러 카메라는 화성 먼지 입자의 정확한 크기와 구성을 밝혀 연구자들이 지구에서 자체적으로 먼지를 제작할 수 있도록 했다. 연구진은 다양한 유형의 산화철을 사용하여 실험실에서 자체적인 화성 먼지를 만들었다. 모사된 먼지는 특수 분쇄기를 통해 화성의 먼지와 동일한 크기의 입자로 제작됐으며, 두께는 사람 머리카락의 1/100에 해당한다. 연구팀은 화성 궤도를 돌며 행성을 연구하는 궤도선에서 사용하는 기술과 유사한 X선 기계와 반사 분광계를 사용하여 먼지를 분석했다. 이후 실험실 자료와 우주선 자료를 비교했다. 발란티나스 연구원은 화성 익스프레스의 OMEGA 반사 분광계는 화성의 먼지가 가장 많은 지역에서도 물이 풍부한 광물의 증거를 보여주었으며, CaSSIS 자료는 실험실 시료와 비교했을 때 적철석이 아닌 페리하이드라이트가 화성 먼지와 가장 잘 일치한다는 것을 보여줬다고 밝혔다. CaSSIS 카메라 개발을 주도한 스위스 베른 대학교 물리학 연구소의 니콜라스 토마스 교수는 "우리는 현무암과 혼합된 페리하이드라이트가 화성에서 우주선이 관측한 광물과 가장 잘 일치한다는 것을 발견했다"고 말했다. 미량 가스 궤도선 자료를 사용하여 스위스 베른 대학교에서 연구를 시작한 발란티나스 연구원은 "주요 시사점은 페리하이드라이트가 표면에 물이 존재했을 때만 형성될 수 있기 때문에 화성이 우리가 이전에 생각했던 것보다 더 일찍 녹슬었다는 것이다. 또한 페리하이드라이트는 현재 화성의 조건에서도 안정적으로 유지된다"고 밝혔다. 물이 풍부했던 과거 화성 발란티나스 연구원은 화성의 붉은색에 대한 미스터리가 수천 년 동안 지속되어 왔다고 말했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 로마인들은 화성의 색이 피를 연상시킨다는 이유로 전쟁의 신의 이름을 따서 화성이라고 명명했으며, 이집트인들은 화성을 '헤르 데셰르(Her Desher)', 즉 "붉은 것"이라고 불렀다. 발란티나스 연구원은 화성의 색이 물이 없는 형태의 녹인 적철석이 아닌 페리하이드라이트와 같은 물을 함유한 녹슨 광물 때문일 수 있다는 사실이 연구진을 놀라게 했다고 말했다. 하지만 이는 화성의 지질학적, 기후학적 역사에 대한 흥미로운 단서를 제공한다고 그는 덧붙였다. 발란티나스는 "물이 함유된 녹이 화성 표면 대부분을 덮고 있다는 것은 화성의 고대 과거에 액체 상태의 물이 이전에 생각했던 것보다 더 광범위하게 존재했을 수 있음을 시사한다. 이는 화성이 한때 액체 상태의 물이 존재했던 환경을 가지고 있었음을 의미하며, 물은 생명체의 필수 조건이다. 우리 연구는 화성에서 페리하이드라이트 형성에 산소(대기 또는 다른 출처에서)와 철과 반응할 수 있는 물이 모두 필요했음을 보여준다"고 말했다. 페리하이드라이트, 30억년 전 생성 가능성 이번 연구는 광물이 정확히 언제 형성되었는지 밝히는 데 초점을 맞추지는 않았다. 하지만 페리하이드라이트는 냉수에서 형성되기 때문에 수백만 년 전 화성이 더 따뜻하고 습했던 시기가 아닌 약 30억 년 전에 생성되었을 가능성이 있다. 발란티나스는 "이 시기는 화성에서 격렬한 화산 활동이 일어나 얼음이 녹는 현상과 물과 암석 사이의 상호작용을 촉발하여 페리하이드라이트 형성에 유리한 조건을 제공했을 가능성이 높은 시기였다. 이 시기는 화성이 초기 습한 상태에서 현재의 사막 환경으로 전환되는 시기와 일치한다"고 말했다. 페리하이드라이트는 먼지뿐만 아니라 화성 암석층에도 존재할 가능성이 있다. 이를 확인하는 가장 좋은 방법은 붉은 행성에서 암석과 먼지 실제 표본을 확보하는 것이다. 퍼시비어런스 로버는 이미 암석과 먼지를 포함하는 여러 표본을 수집했으며, NASA와 ESA는 화성 표본 귀환 프로그램(Mars Sample Return program)을 통해 2030년대 초까지 지구로 가져오는 것을 목표로 하고 있다. ESA의 미량 가스 궤도선 및 화성 익스프레스 프로젝트 과학자인 콜린 윌슨은 "이 귀중한 표본을 실험실로 가져오면 먼지에 페리하이드라이트가 얼마나 포함되어 있는지, 그리고 이것이 화성의 물의 역사와 생명체 존재 가능성에 대한 우리의 이해에 어떤 의미를 갖는지 정확히 측정할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 한편 이번 연구 결과는 발란티나스 연구원과 동료들에게 먼지 폭풍을 통해 화성 전체로 퍼져나가기 전 페리하이드라이트의 원래 생성 위치와 페리하이드라이트가 형성되었을 때 화성 대기의 정확한 화학적 구성 성분 등 새로운 미스터리를 안겨주었다. 호건 교수는 먼지가 언제 어디서 형성되었는지 이해하는 것은 과학자들이 초기 지구와 유사한 행성의 대기가 어떻게 진화했는지에 대한 통찰력을 얻는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 호건 교수는 "페리하이드라이트는 눈이 녹거나 따뜻한 기후에서 짧은 기간 동안 강렬한 강우로 인해 단기간에 많은 물이 이동하는 지구의 토양에서 매우 흔하게 발견된다. 우리는 또한 (큐리오시티 로버가 탐사하고 있는 화성의) 게일 분화구의 호수 퇴적물에서도 페리하이드라이트의 증거를 발견했다. 이 퍼즐을 풀 수 있는 가장 좋은 방법은 화성 먼지 표본을 지구의 실험실로 가져오는 것이다"라고 덧붙였다.
- 포커스온
2025-02-28 14:48:00
[신소재 신기술(158)] 반도체 나노플레이트 약점 활용 나노스케일 조립 기술 혁신

카드뮴 셀레나이드(CdSe) 나노플레이트의 취약점을 활용한 혁신적인 반도체 나노스케일(구조체) 조립 기술이 개발됐다. 카드뮴 셀레나이드 나노판은 혁신적인 전자 소재 개발의 유망한 기반으로 주목받고 있다. 특히, 이 나노판은 원자 몇 개 두께에 불과한 초박형 구조로 뛰어난 광학적 특성을 제공해 전 세계 연구자들의 관심을 끌고 있다. 독일 헬름홀츠 드레스덴-로젠도르프 센터(HZDR), 드레스덴 공과대학교(TU Dresden), 라이프니츠 고체 및 재료 연구소 드레스덴(IFW) 공동 연구팀은 카드뮴 셀레나이드 나노판의 체계적인 생산을 위한 중요한 진전을 이루었다고 웹사이트 PHYS가 전했다. 카드뮴 셀레나이드 나노판은 빛이나 공기에 노출될 경우 표면 산화 또는 구조 변화가 발생해 광학적 특성이 저하될 수 있는 취약점이 있다. 특히 고온이나 습도가 높은 환경에서는 광학적 안정성이 더욱 떨어질 수 있다. 또한 제조 과정이 어려워 균일한 형태와 크기의 카드뮴 셀레나이드 나노판을 대량 생산하는 것은 기술적으로 힘들다. 게다가 카드뮴 셀레이트 나노판의 표면을 안정화하거나 다른 물질과 결합하는 과정에서도 어려움이 발생할 수 있다. 연구팀은 학술지 '스몰(Small)'에 카드뮴 셀레나이드 나노판 구조와 기능 간의 상호 작용에 대한 기초적인 통찰력을 얻었다고 발표했다. 연구에 따르면 카드뮴 기반 나노판은 근적외선(NIR)과 특정 상호 작용을 통해 빛을 흡수, 반사, 방출하거나 다른 광학적 특성을 나타내는 2차원 물질 개발에 적합하다. 이러한 스펙트럼 범위는 다양한 기술 분야에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 의료 진단에서는 NIR 빛이 가시광선보다 조직에서 산란이 적어 조직 내부를 더 깊이 관찰할 수 있다. 통신 기술에서는 고효율 광섬유 시스템에 NIR 물질이 사용되며, 태양 에너지 분야에서는 광전지 효율을 높일 수 있다. HZDR 이온빔 물리학 및 재료 연구소의 리코 프리드리히 박사 겸 드레스덴 공과대학교 이론 화학과 교수는 "원하는 광학적 및 전자적 특성을 나타내도록 물질을 특정하게 변형하는 능력은 이러한 모든 응용 분야에서 매우 중요하다"고 말했다. 드레스덴 공과대학교 물리 화학과의 알렉산더 아이히뮐러 교수는 "과거에는 나노 화학 합성이 시행착오를 통해 물질을 혼합하는 것에 가까웠기 때문에 어려움이 있었다"고 덧붙였다. 두 과학자는 공동으로 협력해 이번 연구 프로젝트를 이끌었다. 정밀한 나노 입자 생산을 위한 양이온 교환 여기서 특별한 과제는 나노 구조체의 폭과 길이를 변경하지 않고 원자층의 수와 조성을 특정하게 제어하여 두께를 조절하는 것이다. 이러한 복잡한 나노 입자 합성은 재료 연구의 핵심 과제이다. 양이온 교환은 이러한 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 했다. 이 방법에서는 나노 입자의 특정 양이온(양전하를 띤 이온)을 다른 이온으로 체계적으로 대체한다. 아이히뮐러 교수는 "이 과정은 조성과 구조를 정밀하게 제어하여 기존 합성 방법으로는 얻을 수 없는 특성을 가진 입자를 생산할 수 있게 한다. 그러나 이 반응의 정확한 작동 방식과 시작점에 대해서는 알려진 것이 거의 없다"고 설명했다. 이번 프로젝트에서 연구팀은 활성 모서리가 중요한 역할을 하는 나노판에 초점을 맞췄다. 이러한 모서리는 화학적으로 특히 반응성이 높아 판들을 조직화된 구조로 결합할 수 있다. 이러한 효과를 더 잘 이해하기 위해 연구팀은 정교한 합성 방법, 원자 분해능 (전자)현미경, 광범위한 컴퓨터 시뮬레이션을 결합했다. 나노 입자의 활성 모서리와 결함은 화학적 반응성뿐만 아니라 광학적 및 전자적 특성으로도 흥미롭다. 이러한 위치는 종종 전하 운반체의 농도가 높아 운반체의 이동과 빛의 흡수에 영향을 미칠 수 있다. 프리드리히 박사는 "단일 원자 또는 이온을 교환하는 능력과 결합하여 단일 원자 촉매에서 이러한 결함을 활용하여 개별 원자의 높은 반응성과 선택성을 활용하여 화학 공정의 효율성을 높일 수 있다"고 설명했다. 이러한 결함의 정밀한 제어는 나노 물질의 NIR 활성에도 중요하다. 이는 근적외선이 흡수, 방출 또는 산란되는 방식에 영향을 미쳐 광학적 특성을 체계적으로 최적화할 수 있는 방법을 제공한다. 나노 구조체 연결, 자기 조직화를 향한 발걸음 이 연구의 또 다른 결과는 활성 모서리를 통해 나노판을 체계적으로 연결하여 입자를 정렬되거나 자기 조직화된 구조로 결합할 수 있다는 것이다. 미래 응용 분야에서는 이러한 조직화를 활용하여 NIR 활성 센서 또는 새로운 유형의 전자 부품과 같은 통합 기능을 갖춘 복잡한 재료를 생산할 수 있다. 실제로 이러한 재료는 센서 및 태양 전지의 효율성을 높이거나 새로운 데이터 전송 방법을 용이하게 할 수 있다. 동시에 이 연구는 촉매 또는 양자 재료와 같은 나노 과학의 다른 분야에 대한 기초적인 통찰력을 제공한다. 연구팀의 이번 발견은 최첨단 합성, 실험 및 이론적 방법의 조합 덕분에 가능했다. 연구자들은 나노 입자의 구조를 정밀하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 활성 모서리의 역할을 자세히 조사할 수 있었다. 원자 결함 분포 및 조성 분석 실험은 재료 특성에 대한 포괄적인 이해를 얻기 위해 이론적 모델링과 결합됐다. ◇ 참고: 볼로디미르 샴라옌코 외, 반도체 나노판의 취약점: 격리된 결함에서 방향성 나노 스케일 어셈블리로, 스몰 (2024). DOI: 10.1002/smll.202411112
- IT/바이오
2025-02-28 13:43:00
[신소재 신기술(155)] 험지 극복 소프트 로봇 '리프봇', 일본 연구진 개발

곡선이나 굴곡이 심한 반원형 지형 등 험난한 지형을 극복할 수 있는 소프트 로봇(연성 로봇) 리프봇(Leafbot)이 개발됐다. 소프트 로봇 공학은 비정형 환경에서 뛰어난 적응력을 보여주는 로봇 분야로 주목받고 있다. 기존 로봇이 예측 불가능한 지형에서 잘 올라가지 못하는 등 어려움을 겪는 반면, 소프트 로봇은 뛰어난 유연성을 바탕으로 험난한 지형에서도 이동 능력을 향상시키고 있다. 일본 호쿠리쿠첨단과학기술대학원대학(JAIST)의 호 반 안(Van Anh Ho) 교수 연구팀은 다양한 굴곡면과 지형에서 리프봇의 적응력을 탐구했다. 이 연구에는 JAIST의 박사 과정 학생인 린 비엣 응우옌(Linh Viet Nguyen)과 코이 탄 응우옌(Khoi Thanh Nguyen)이 참여했으며, 연구 결과는 전문 학술지인 'IEEE 로봇공학 트랜잭션(IEEE Transactions on Robotics)'에 게재됐다. 해당 로봇 기술에 대해서는 테크익스플로어가 지난 17일(현지시간) 상세히 전했다. 호 교수는 "소프트 로봇은 복잡하고 비정형적인 환경을 탐색하는 능력으로 점점 더 인정받고 있으며, 검사 및 탐사와 같은 분야에서 활용 가치가 높다"며 "우리는 진동 기반 운동을 활용하여 최소한의 제어 메커니즘으로 복잡한 장애물을 극복할 수 있는 로봇을 설계했다"고 밝혔다. 기존의 진동 기반 로봇은 불규칙한 지형을 처리하기 위해 복잡한 제어 알고리즘이 필요한 경우가 많았다. 반면 리프봇은 부드러운 소재의 유연한 구조와 단순하면서도 효과적인 이동 전략을 사용하여 경사면을 횡단하고 장애물을 탐색한다. 연구팀은 리프봇의 구조를 설계하기 위해 곡선형 돌출부가 있는 부드러운 일체형 실리콘 고무를 사용하여 기어가는 다리 형태를 모방했다. 소프트 로봇의 몸체는 진동 모터에 부착되어 이동을 위한 진동 메커니즘이 가능하다. 리프봇의 움직임에 대한 물리적 원리를 설명하기 위해 연구팀은 구심력, 비대칭 마찰 상호 작용, 다리 변형과 같은 요소를 통합하는 분석 모델을 개발했다. 또한 유한 요소 분석 시뮬레이션을 통해 소프트 구조가 다양한 지형과 상호 작용하는 방식에 대한 이해를 더욱 발전시켰다. 호 교수는 "우리는 형태가 이동에 어떤 영향을 미치는지 분석하고자 했다"며 "실험 결과는 예측을 검증했으며, 특정 다리 패턴이 까다로운 지형에서 리프봇의 성능을 어떻게 최적화하는지 보여주었다"고 덧붙였다. 연구팀은 계산 모델링 외에도 광범위한 실증 테스트를 수행했다. 경사면, 반원형 장벽, 계단식 지형 등 다양한 지형에서 서로 다른 다리 구성을 가진 세 가지 로봇 모델의 성능을 비교 분석했다. 그 결과 로봇의 곡선형 다리 형태가 장애물을 극복하는 데 중요한 역할을 하여 최대 30도의 경사면과 반원형 장벽을 횡단할 수 있음을 확인했다. 또한 이론적 모델링과 실험적 검증의 성공적인 통합을 통해 리프봇의 디자인이 효과적이고 확장 가능하도록 했다. JAIST 박사 과정 학생이자 공동 저자인 린 비엣 응우옌은 "정확한 작동에 의존하는 기존 로봇과 달리 리프봇의 적응력은 다양한 표면에서 자체 조정을 가능하게 한다"며 "이러한 능력은 좁고 울퉁불퉁한 공간에서 이동성이 요구되는 분야에 특히 유용하다"고 말했다. 이 혁신적인 로봇 연구의 의미는 실험실 실험에 국한되지 않고 다양한 분야의 실제 응용 분야로 확장된다. 리프봇은 잔해가 많고 울퉁불퉁한 땅 등으로 탐사에 어려움이 큰 재난 지역에서 특히 유용할 수 있다. 이 로봇은 좁은 공간에서도 탐색할 수 있으므로 파이프라인 검사, 지하 탐사, 자율 이동성이 필요한 기타 산업 환경에도 사용할 수 있다. 또한 농업 분야에도 응용할 수 있다. 토양 분석 및 작물 검사 등에 리프봇을 활용해 정밀 농업을 가능하게 한다. JAIST 박사 과정 학생이자 공동 저자인 코이 탄 응우옌은 이번 연구의 중요성에 대해 "우리의 연구 결과와 인공지능(AI) 및 머신러닝의 발전을 결합하면 최소한의 인간 개입으로 작업을 수행할 수 있을 것"이라며 "센서 피드백 시스템을 통합하고 에너지 효율성을 개선함으로써 리프봇이 실시간 지형 적응 및 의사 결정이 가능한 자율 시스템으로 진화하여 소프트 로봇 공학 분야를 혁신할 것으로 예상한다"고 기대했다. ◇ 참조: Linh Viet Nguyen et al, '진동 메커니즘으로 구동되는 단일 구조 소프트 로봇의 지면 역학(Terradynamics of Monolithic Soft Robot Driven by Vibration Mechanism)', IEEE Transactions on Robotics (2025). DOI: 10.1109/TRO.2025.3532499
- IT/바이오
2025-02-19 14:35:00
[우주의 속삭임(98)] 100만 개 넘는 '성간 물체', 태양계 오르트 구름에 존재할 수도

우리 태양계의 가장 가까운 이웃 별인 알파 센타우리(Alpha Centauri·AC·센타우루스자리 알파) 항성계에서 방출된 100만 개 이상의 '성간 물체'가 태양계를 감싸고 있는 오르트 구름(Oort Cloud)에 이미 존재할 수 있다는 주장이 나왔다. 미국 우주 전문 매체 스페이스닷컴은 지난 5일(현지시간) arXiv에 게재된 새로운 연구 논문을 인용, 이같이 보도했다. 해당 논문은 아직 동료 평가를 거치지 않았으며, 추후 행성 과학 저널(The Planetary Science Journal)에 게재될 예정이라고 라이브사이언스가 17일(현지시간) 전했다. 캐나다 서부 온타리오 대학의 리 및 천문학과, 지구 및 우주 탐사 연구소의 콜 그렉과 폴 비거트가 주도한 이번 연구는 알파 센타우리(AC) 항성계에서 지난 1억 년 동안 방출된 성간 물질의 양을 시뮬레이션하여 진행됐다. 연구진은 이 계산을 바탕으로 현재 태양계 내에 센타우루스 알파에서 온 폭 100m 이상의 '성간 물체'가 약 100만 개 존재할 것으로 예측했다. 참고로 미국을 대표하는 자유의 여신상은 높이가 93.5m에 달한다. 이는 현재 태양계 내에 자유의 여신상 크기의 성간 물체가 약 100만 개가 떠돌아다니는 것으로 이해할 수 있다. 성간 물체 발견의 의의 '성간 물체(Interstellar Object)'는 태양계 외부에서 기원하여 태양계를 통과하는 천체를 의미한다. 2017년 발견된 '오무아무아(Oumuamua)'와 2019년 발견된 '보리소프 혜성(Borisov)'이 대표적인 사례다. 성간 물체는 다른 행성계에서 온 천체이므로, 이를 분석하면 태양계 외부의 물질 조성과 형성 과정을 연구할 기회를 제공한다. 특히, 보리소프 혜성은 태양계 혜성과 유사한 성질을 보여, 혜성이 우주적으로 공통된 형성과정을 가질 가능성을 시사했다. 성간 물체는 원래 있던 별 주위에서 방출된 후 우주를 떠돌다 태양계로 들어온 천체다. 이를 통해 다른 행성계의 형성 과정과 동역학적 진화를 연구할 수 있다. 예를 들어, 오우무아무아는 예상과 달리 혜성 활동 없이 가속하는 특성을 보여 기존 모델을 수정하는 계기가 되었다. 성간 물체는 '판스페르미아(Panspermia)' 이론, 즉 생명체의 씨앗이 우주에서 이동할 가능성을 탐구하는 데 중요한 역할을 한다. 만약 성간 물체에서 생명체의 기본 구성 요소(아미노산, 유기물 등)가 발견된다면, 생명체가 우주적 규모에서 이동할 가능성을 뒷받침하는 증거가 될 수 있다. 성간 물체는 자연적으로 태양계를 통과하는 천체이므로, 인류가 미래에 다른 별로 이동할 가능성을 연구하는 데 도움을 준다. 오우무아무아의 특이한 운동 방식 때문에 일부 과학자들은 외계 문명이 만든 탐사선 가능성도 제기했으며, 이는 외계 문명 탐색(SETI) 연구와 연결될 수 있다. 아울러 태양계와 은하 환경을 이해할 수 있다. 성간 물체의 존재 자체가 은하 내에서 천체들이 얼마나 자주 방출되고 이동하는지를 이해하는 데 도움을 준다. 이를 통해 태양계가 다른 항성계와 어떤 영향을 주고받는지를 파악할 수 있으며, 태양계가 속한 은하 환경의 역학을 연구할 수 있다. 오르트 구름은 어디에 위치하나? 연구팀은 이러한 가상의 성간 침입자(천체)들은 '오무아무아'나 '보리소프 혜성'과는 달리 태양의 중력에 영구적으로 붙잡혀 대부분 태양계 가장자리 근처의 거대한 혜성 및 소행성 저장소인 오르트 구름에 존재할 가능성이 높다고 봤다. 따라서 발견하기가 거의 불가능하다는 것. 지금은 사라진 오무아무아와 보리소프 혜성은 우리 우주 주변을 고속으로 항해하는 모습이 발견돼 성간 공간에서 유래했음을 확인했다. 오르트 구름(Oort Cloud)은 태양계를 둘러싸고 있는 가상의 천체 집합체로, 혜성의 기원지로 추정된다. 태양으로부터 약 2,000~100,000 AU(천문단위) 정도 떨어진 구간에 존재한다고 여겨지며, 이는 태양과 가장 가까운 별(프록시마 센타우리)까지 거리의 약 1/4에 해당한다. 이 개념은 1950년 네덜란드 천문학자 얀 오르트(Jan Oort)가 장주기 혜성(공전 주기 200년 이상)의 궤도를 분석하면서 제안했다. 오르트 구름은 구형의 구조로 태양을 중심으로 모든 방향에 퍼져 있기 대문에 혜성이 다양한 방향에서 태양계로 들어올 수 있다. 오르트 구름은 아직 직접 관측된 적은 없지만, 수많은 혜성이 태양계 바깥 먼 곳에서 유입되는 것으로 보아 존재할 가능성이 크다고 여겨진다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 지금은 사라진 카시니 탐사선을 포함한 여러 우주선도 이전에 태양계를 흐르는 작은 성간 먼지 입자를 감지했다. 카시니 탐사선은 나사와 유럽우주국(ESA)이 공동 개발한 토성 무인탐사선으로 2004년 7월 토성 궤도에 진입해 본격적으로 탐사를 시작했으며, 약 13년 동안 토성을 300여 차례 공전하면서 방대한 데이터를 보낸 뒤 2017년 7월 토성의 대기권으로 진입해 임무를 종료했다. 연구진은 또한 작은 입자들이 알파 센타우리에서 태양계로 이동하는 방식을 시뮬레이션했다. 연구진은 100마이크로미터(0.004인치) 이상의 입자는 이론적으로 두 항성계 사이를 이동할 수 있으며, 이 입자 중 약 10개가 매년 지구 대기에서 불타면서 유성으로 소멸할 것으로 추정했다. 태양계와 가까운 이웃, 알파 센타우리 알파 센타우리는 알파 센타우루스 A와 알파 센타우루스 B(두 별은 쌍성계를 이루며 서로 공전하는 태양과 유사한 별임), 그리고 이 쌍성계를 도는 더 작은 적색 왜성인 프록시마 센타우루스(Proxima Centauri)의 세 개의 별로 구성되어 있다. 프록시마 센타우루스는 지구에서 가장 가까운 별로 약 4.25광년 떨어져 있으며, 프록시마 센타우루스 b로 알려진 행성이 확인된 유일한 항성이다. 연구에 따르면 알파 센타우리에서 나온 물질이 잠재적으로 대량으로 존재한다. 그렉과 비거트는 "오르트 구름 내에 직경 100m 이상인 알파 센타우리 입자의 현재 수는 10⁶개 또는 100만 개"라고 적었다. 하지만 이런 물체들은 감지하기가 극히 힘들다. 두 연구원은 "이러한 천체의 관측 가능한 비율은 낮은 수준이며 태양으로부터 10AU 이내에 존재할 확률은 백만 분의 1에 불과하다"고 설명했다. 전체 항성계는 현재 우리를 향해 이동하고 있으며 약 28,000년 후에 태양에 가장 가까워진다. 연구진은 이때 두 항성계 사이의 간격이 크게 줄어들기 때문에 태양계로 들어오는 물체의 수가 기하급수적으로 증가할 것이라고 밝혔다. 연구진은 또한 우리 태양계에서 방출되는 물질의 비율이 알파 센타우리와 매우 유사할 것이라고 추정했다. 이는 우리 우주 이웃에서 유래한 비슷한 수준의 성간 물질이 우리 이웃 별들에 포획되고 있음을 의미한다. 연구진은 "알파 센타우리와 태양계 사이의 물질 전달 방식을 더 잘 이해하는 것은 항성계의 상호 연결성과 은하 전체의 물질 교환 가능성을 탐구하는 새로운 길을 열어준다"고 논문에 적었다. 이번 연구는 우리 태양계가 고립되어 있지 않다는 구체적인 예를 보여준다. 항성계의 물질이 서로 자유롭게 이동할 수 있다면 행성 형성 과정에 대한 또 다른 이해의 문을 열어줄 수 있다. 두 연구원은 논문에서 "알파 센타우리에서 태양계로 물질이 이동될 수 있는 메커니즘에 대한 철저한 이해는 항성 간 수송에 대한 우리의 지식을 심화시킬 뿐만 아니라 항성계의 상호 연결성과 은하계 전체에 걸친 물질 교환의 잠재력을 탐구하기 위한 새로운 경로를 열어준다"고 강조했다. 성간 물체의 발견은 태양계 외부 물질의 직접적인 연구 기회를 제공하며, 행성계 형성 과정, 우주 생명체 기원, 항성 간 여행 가능성, 외계 문명 탐색 등 다양한 분야에서 중요한 과학적 의미를 갖는다. 앞으로 더 많은 성간 물체가 발견된다면, 인류의 우주 이해는 더욱 깊어질 것으로 보인다.
- 포커스온
2025-02-18 11:05:00
[신소재 신기술(152)] 옥스포드대 연구진, 세계 최초로 양자 컴퓨터 간 순간이동 성공

옥스포드 대학교 물리학과 연구진이 세계 최초로 양자 컴퓨터 간 텔레포테이션(Teleportation·양자 순간이동)에 성공해 양자 기술 확장 가능성을 입증했다. 이번 연구는 2m 거리의 실험실 환경에서 진행됐지만, 양자 상태를 연결된 시스템의 '인터넷'을 통해 텔레포트함으로써 양자 모듈을 분산시키는 것이 가능하다는 점을 보여줬다. 해당 연구에 대해서는 과학전문 매체 사이언스 얼럿과 독립매체 인디펜던트 등이 심층 보도했다. 옥스포드 측은 연구팀이 광자 네트워크 인터스페이스를 사용해 두 개의 별도 양자 프로세서를 성공적으로 연결해 단일의 완전히 연결된 양자 컴퓨팅을 형성해 이전에 도달할 수 없었던 계산적 과제를 해결하는 길을 열었다고 평가했다. 양자 순간이동은 얽힘을 이용해 양자 정보를 장거리에 걸쳐 즉시 전송하는 기술이다. 즉 양자 순간이동은 양자역학적 현상으로, 측정 과정을 통해 특정 상태를 확정하기 전까지 여러 특성이 중첩된 상태로 존재하는 양자 특성을 이용한다. 얽힘(entanglement)이라는 과정을 통해 여러 양자의 중첩 상태를 결합한 후, 특정 양자에 대한 측정을 통해 얻은 정보를 바탕으로 다른 얽힌 양자를 원래 양자와 동일한 상태로 변화시키는 방식으로 순간이동이 이루어진다. 이번 실험에서 연구진은 양자 순간이동을 통해 물리적으로 분산된 시스템 간의 상호작용을 생성하는 데 성공했다. 기존의 양자 순간이동 연구는 물리적으로 분리된 시스템 간의 양자 상태 전송에 초점을 맞추었다. 즉 이전에는 큐비트를 이동하지 않고 한 위치에서 다른 위치로 데이터를 전송했다. 이번에 처음으로 네트워크 링크를 통해 논리 게이트(알고리즘의 최소 구성 요소)의 양자 순간이동을 처음으로 시연한 것이다. 옥스포드 대학교는 이전에도 양자 순간이동이 가능했지만, 이번 연구는 네트워크 링크에서 논리 게이트의 양자 순간이동을 최초로 입증한 것이라고 평가했다. 연구진은 이를 통해 멀리 떨어져있는 프로세서가 통신, 계산, 센싱을 의한 매우 안전한 네트워크를 형성할 수 있는 미래의 '양자 인터넷' 을 위한 토대를 마련할 수 있다고 말했다. 연구 책임자인 물리학부의 더갈 메인(Dougal Main) 박사는 "이전의 양자 순간 이동 시연은 물리적으로 분리된 시스템 간에 양자 상태를 전송하는 데 중점을 두었다. 우리 연구에서는 양자 순간이동을 사용하여 멀리 떨어진 시스템 간의 상호 작용을 생성한다. 이러한 상호 작용을 신중하게 조정함으로써, 우리는 양자 컴퓨팅의 기본 연산인 논리적 양자 게이트를 별도의 양자 컴퓨터에 저장된 큐비트 사이에서 수행할 수 있다. 이 획기적인 발견을 통해 우리는 서로 다른 양자 프로세서를 효과적으로 연결해 완전히 연결된 단일 양자 컴퓨터를 만들 수 있다"고 설명했다. 일반 컴퓨터가 0과 1의 이진법을 사용하는 것과 달리 양자 컴퓨터는 큐비트(qubit)라는 양자 정보 단위를 사용해 복잡한 계산을 수행한다. 큐비트는 일반적으로 전하를 띤 원자와 같은 미시적 입자의 특성으로 표현된다. 양자 컴퓨터의 실용화를 위해서는 수백, 수천 개의 입자를 얽히게 해야 하는데, 이는 오류 수정 과정이나 외부 간섭을 차단하는 기술이 필요하다. 소규모 프로세서들을 네트워크로 연결하여 양자 슈퍼컴퓨터를 구축하는 것도 한 가지 해결책이지만, 양자 정보를 빛의 파동 형태로 전송하는 경우 정보 손실의 위험이 존재한다. 순간이동은 기존 방식의 이진 데이터를 통해 측정값을 전달받는다. 이후 수신 측에서 얽힌 입자를 조작하여 원래 입자와 동일한 상태로 만든다. 이번 옥스포드 대학교 실험에서 텔레포트된 스핀 상태의 양자 중첩은 원래 상태와 86% 일치했으며, 이는 두 양자 프로세서에서 71%의 효율로 그로버 알고리즘(Grover algoritum)으로 알려진 간단한 연산의 논리 게이트 역할을 하기에 충분한 수치였다. 연구진은 "광자 링크를 사용하여 모듈을 상호 연결함으로써 시스템의 유연성을 확보하여 전체 아키텍처를 방해하지 않고 모듈을 업그레이드하거나 교체할 수 있다"고 설명했다. 양자 네트워크 재구성이 가능하다는 것은 양자 기술의 응용 분야를 다양화하여 컴퓨터 네트워크를 가장 기본적인 수준에서 물리학을 측정하고 테스트할 수 있는 도구로 전환할 수 있음을 의미한다. 인디펜던트는 연구팀은 또한 이미 이용 가능한 기술을 사용해 양자 시스템을 구축하고 확장할 수 있음을 보여줬다고 짚었다. 이번 연구 결과는 '광 네트워크를 통한 분산 양자 컴퓨팅'이라는 제목으로 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 영국 양자 컴퓨팅 및 시뮬레이션 허브의 수석 과학자이자 연구팀의 수석 연구원인 데이비드 루카스 교수는 "저희 실험은 네트워크 분산 양자 정보 처리가 현재 기술로 가능하다는 것을 보여준다. 양자 컴퓨터를 확장하는 것은 앞으로 몇 년 동안 새로운 물리학적 통찰력과 집중적인 엔지니어링 노력이 필요할 것으로 예상되는 어려운 기술적 과제로 남아 있다"고 말했다.
- 포커스온
2025-02-14 14:35:00
그린란드 빙하 흐름, 미세한 '얼음 지진'으로 움직인다

그린란드 빙하는 미세한 얼음 지진으로 움직이는 것으로 밝혀졌다. 취리히 공과대학(ETH Zurich) 연구진은 그린란드 빙하 흐름의 역동성을 밝혀내 해수면 상승 예측에 중요한 단서를 제공했다. 거대한 남극과 그린란드 빙하는 마치 얼어붙은 강처럼 내륙의 빙하를 바다로 운반하며, 그 움직임 변화는 해수면 상승에 큰 영향을 미친다. 기존 기후 연구자들은 빙하 흐름을 '끈적한 꿀'처럼 천천히, 꾸준히 바다로 흘러가는 것으로 가정하고 컴퓨터 시뮬레이션에 기반해 해수면 상승을 예측해 왔다. 하지만 위성 관측 결과, 이러한 시뮬레이션은 실제 빙하 흐름 속도를 정확히 반영하지 못해 빙하 질량 손실과 해수면 상승 속도 및 규모 예측에 상당한 불확실성을 초래했다. ETH 취리히의 안드레아스 피히트너(Andreas Fichtner) 교수 연구팀은 빙하 흐름 깊은 곳에서 수많은 미세한 '얼음 지진'이 발생하며 서로를 유발하고 수백 미터까지 전파된다는 사실을 발견했다. 이러한 발견은 기존 시뮬레이션과 위성 관측 사이의 격차를 설명하는 데 도움을 주며, 향후 빙하 흐름 시뮬레이션 방식에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 해당 연구에 대해서는 뉴욕타임스, 사이언스, PHYS.org등 다수 외신이 7일(현지시간) 보도했다. 피히트너 교수는 "빙하 흐름이 끈적한 꿀처럼 흐른다는 가정은 더 이상 유효하지 않다. 빙하 흐름은 끊임없이 미끄러짐과 멈춤을 반복하며 움직인다"고 말했다. 연구진은 이번 발견이 빙하 흐름 시뮬레이션에 통합되어 해수면 변화 예측의 정확성을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 깊은 곳에서 채취한 빙하 코어에서 발견되는 수많은 단층면의 기원을 설명해 준다. 이 단층면은 지각 변동의 결과로 알려져 있었지만, 그 원인은 지금까지 밝혀지지 않았었다. 알프레드 베게너 연구소(Alfred Wegener Institute)의 올라프 아이젠(Olaf Eisen) 교수는 "이번 얼음 지진 발견은 작은 규모에서 빙하 흐름의 변형을 더 잘 이해하기 위한 중요한 발걸음"이라고 설명했다. 연구팀은 빙하 표면 900m 아래에 위치한 화산재층 때문에 얼음 지진이 표면에서 관측되지 않아 지금까지 발견되지 않았다고 밝혔다. 빙하 코어 분석 결과, 이 화산재는 약 7,700년 전 미국 오리건 주 마자마 산의 대규모 폭발로 인해 발생한 것으로 밝혀졌다. 피히트너 교수는 "빙하 흐름의 역동성과 화산 폭발 사이에 이전에 알려지지 않은 관계를 발견한 것에 놀랐다"고 회상했다. 그는 얼음 지진이 얼음 속 불순물에서 시작된다는 사실도 발견했다. 이러한 불순물은 화산 폭발로 인해 대기 중으로 유입된 미량의 황산염으로, 눈과 함께 그린란드 빙상에 쌓였다. 이 황산염은 얼음의 안정성을 감소시키고 미세 균열 형성을 촉진하는 역할을 한다. 이번 연구는 ETH 취리히가 주도했으며, 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI), 스트라스부르 대학교, 닐스 보어 연구소(NBI), 스위스 연방 연구소 WSL 등 여러 대학의 연구진이 참여했다. 이번 연구 결과는 과학 저널 '사이언스'에 게재됐다.
- 포커스온
2025-02-09 09:27:00
[우주의 속삭임(93)] 외계 천체, 태양계 행성 궤도 바꿨다?

태양계 궤도 형성에 외계 천체의 영향이 있었다는 주장이 제기됐다. 현재 태양계 행성의 궤도는 약간 기울어져 있고 원형보다는 타원형에 가깝다. 캐나다 토론토 대학의 물리학자 가렛 브라운과 하노 라인이 미국 애리조나 대학의 행성 과학자 레누 말호트라와 협력해 실시한 새로운 연구 결과, 과거 태양계를 스쳐 지나간 외계 천체가 목성형 행성 4개의 궤도를 영구적으로 변경했을 가능성이 제기됐다고 과학 전문 매체 라이브사이언스가 보도했다. 이는 태양계 행성 궤도의 특징을 설명하는 데 도움이 될 수 있는 분석이다. 지금까지 태양계 형성 과정에 대한 다양한 가설이 제시되었지만, 대부분 행성들은 태양 주위를 동심원 형태로 공전하며 동일 평면상에 위치해야 한다는 데 의견을 같이한다. 그러나 실제로 수성부터 해왕성까지 8개 행성 중 어느 것도 완벽한 원형 궤도를 가지고 있지 않으며, 궤도면 또한 완전히 일치하지 않는다. 특히 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 4개의 외행성은 이상적인 궤도에서 미세하게 벗어나 있다. 이러한 차이를 설명하기 위해 기존 연구들은 행성 간 상호 작용에 초점을 맞춰왔지만, 관측된 궤도의 특징을 완벽하게 설명하지 못했다. 애리조나 대학교의 레누 말호트라 교수 연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 약 40억 년 전 외계 천체가 태양계를 통과하면서 행성 궤도에 영향을 미쳤을 가능성을 제시했다. 태양계 밖의 천체들은 때때로 태양의 중력에 이끌려 태양계 안으로 진입한다. 이들은 일반적으로 천문학적 거리에서 충분한 속도를 얻어 태양계를 통과해 다시 우주로 나아간다. 2017년에는 소행성 오우무아무아(Oumuamua)가 우리 태양계를 스쳐 지나가면서 천문학자들에게 성간 방문객의 오랜 역사에 대해 고찰할 수 있는 기회를 제공했다. 연구팀원인 브라운, 라인, 말호트라는 목성 질량의 2~50배에 달하는 천체가 천왕성 궤도 안쪽 어딘가에서 태양 주위를 돌다가 탈출할 수 있는 속도를 얻는 상황을 가정해 시뮬레이션했다. 그리고 이 천체가 거대 행성들의 궤도를 현재와는 다른 궤도로 변경시킬 수 있다는 사실을 알아냈다. 팀은 컴퓨터 모델링을 통해 외계 천체의 질량, 속도, 태양과의 근접 거리 등 다양한 변수를 조정하며 5만 번의 시뮬레이션을 수행했다. 그 결과, 약 1%의 시뮬레이션에서 외계 천체가 통과하면서 4개 외행성의 궤도를 현재와 유사한 상태로 변화시키는 것으로 나타났다. 특히 목성 질량의 8배에 달하는 천체가 화성 궤도보다 약간 먼 1.69AU(약 2억 5000만km)까지 접근했을 때 가장 현실적인 결과를 얻었다. 1AU는 지구에서 태양까지의 평균 거리인 약 1억 5,000만 킬로미터다. 이번 연구는 아직 동료 평가를 거치지 않았지만, 외계 천체가 태양계 행성 궤도 형성에 영향을 미쳤을 가능성을 제시했다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 외계 천체의 방문이 기존에 생각했던 것보다 더 흔하게 발생할 수 있으며, 이러한 현상이 태양계 진화에 중요한 역할을 했을 가능성을 시사했다. 이 연구는 사전 인쇄 서버인 arXiv에서 확인할 수 있다.
- 포커스온
2025-01-22 14:21:00
[우주의 속삭임(91)] 아마추어 천문학자, 목성 얼음층의 숨겨진 비밀 포착

아마추어와 프로 천문학자들이 협력해 연구한 결과, 목성의 구름이 지금까지 정설처럼 인식됐던 ‘암모니아 얼음으로 인해 형성’된 것이 아니라 안개성 스모그와 혼합된 황화수소암모늄으로 구성됐을 가능성이 높은 것으로 나타났다. 이는 옥스퍼드 대학교를 비롯한 연구진에 의해 수행됐으며, 지구물리학 연구 저널(Journal of Geophysical Research: Planets)에 게재됐다. 보고서의 요약 글은 옥스퍼드 대학교 홈페이지에 실렸다. 새로운 발견은 미국 콜로라도의 아마추어 천문학자 스티븐 힐 박사에 의해 시작됐다. 그는 우주 관측용 일반 망원경 및 특수 색상 필터를 사용해 목성 대기의 풍부한 암모니아와 구름 꼭대기 압력을 매핑(지도화)하는 데 성공했다. 힐 박사의 성과는 아마추어 천문학자가 목성 대기의 암모니아 풍부함을 지도화할 수 있음을 보여주었을 뿐만 아니라, 구름이 목성의 따뜻한 대기 속에 너무 깊이 자리 잡고 있어 암모니아 얼음이라고 볼 수 없다는 것을 보여주었다. 연구에서 옥스포드 대학 물리학과의 패트릭 어윈 교수는 칠레에 있는 유럽 남방 천문대 초대형 망원경(VLT)의 다중 유닛 분광 탐사기(MUSE)로 힐 박사의 분석 방법을 적용해 목성을 관찰했다. MUSE는 분광학을 이용해 목성의 가스가 다양한 파장의 가시광선에서 뚜렷한 지문을 만들어 가스 행성인 목성 대기의 암모니아와 구름 높이를 지도화했다. 어윈 교수 팀은 컴퓨터 모델에서 빛이 가스 및 구름과 어떻게 상호 작용하는지 시뮬레이션함으로써 목성의 주요 구름이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 깊고 압력과 온도가 더 높은 영역에 있어야 한다는 것을 발견했다. 사실 암모니아가 응축되기에는 너무 따뜻했다. 구름은 암모니아 대신 황화수소암모늄으로 만들어져야 했다. MUSE 관찰에 대한 이전 분석에서도 비슷한 결과가 나왔다. 그러나 이런 분석은 전 세계적으로 소수의 그룹에서만 수행할 수 있는 정교하고 매우 복잡한 방법이기 때문에 그 결과를 입증하기 어려웠다. 새로운 연구에서 어윈 교수 팀은 인접한 좁은 색상 필터의 밝기를 비교하는 힐 박사의 방법론이 동일한 결과를 도출한다는 사실을 발견했다. 그리고 이 새로운 방법은 훨씬 빠르고 간단하기 때문에 검증하기가 매우 쉽다. 따라서 연구팀은 목성의 구름은 실제로 700mb로 예상되는 암모니아 구름보다 더 깊은 압력을 갖고 있으며, 따라서 순수한 암모니아 얼음으로 구성될 수 없다는 결론을 내렸다. 어윈 교수는 "일반 천체 망원경과 특수 필터를 사용하는 아마추어 학자가 목성 대기에 대한 새로운 창을 열고, 목성의 오랫동안 신비로웠던 구름의 본질 및 대기가 어떻게 순환하는지를 이해하는 데 기여할 수 있음을 보여주었다"라고 말했다. 이는 시민 과학자들이 목성 대기의 특징, 목성의 띠, 작은 폭풍, 대적반과 같은 큰 소용돌이를 포함해 암모니아와 구름 압력 변화를 추적할 수 있음을 의미한다. 그렇다면 목성 구름이 암모니아가 응축돼 만들어지지 않은 이유는 무엇일까. 연구팀은 광화학(햇빛에 의해 유도되는 화학 반응)이 목성 대기에서 매우 활발하며, 습하고 암모니아가 풍부한 공기가 위로 올라가면서 암모니아가 파괴되거나, 암모니아 얼음이 형성되기도 전에 빠르게 광화학 생성물과 혼합됐기 때문이라고 추정했다. 따라서 목성의 주요 구름은 실제로 황화수소암모늄과 광화학, 스모그 생성물이 섞인 것으로, 이는 목성 이미지에서 볼 수 있는 붉은색과 갈색 색상을 생성한다는 것이다. 연구팀은 또 토성에 대한 VLT/MUSE 관측에도 이 방법을 적용했다. 그 결과 만들어진 암모니아 지도에서도 제임스웹 우주 망원경 관측에서 나온 것을 포함해 여러 연구와 유사하게 일치한다는 것을 발견했다. 이는 토성 대기에서도 유사한 광화학적 과정이 발생하고 있음을 시사한다.
- IT/바이오
2025-01-09 15:16:00
[기후의 역습(111)] 남극 대륙 빙하 녹으면 화산 100개 폭발 가능성 제기

남극 대륙의 광대한 빙상 아래에는 100개 이상의 화산이 숨어 있으며, 빙상이 녹으면 이들 화산이 활성화될 수 있다는 우려가 제기됐다고 라이브사이언스가 전했다. 남극 횡단 산맥에 의해 동서로 나뉜 이 대륙에는 에레부스 산이나 용암 호수와 같은 거대한 화산이 존재한다. 그런데 남극 대륙에는 빙상 아래 눈에 띄지 않는 화산이 100개 이상 있으며, 많은 화산이 서쪽 해안을 따라 모여 있다. 그 화산 중 일부는 표면 위로 솟아 오르지만, 다른 화산은 남극 빙상의 수km 아래에 숨겨져 있다. 기후 변화로 인해 빙상이 녹아 전 세계 해수면이 상승하고 있다. 빙상이 녹으면서 그 아래 암석 위에서 누르는 압력이 줄어들어 더 국지적인 결과를 낳는다. 빙상이 녹으면, 지구 다른 곳에 있는 빙하 아래 화산에서 화산 활동이 증가하는 것으로 나타났다. 빙상 전문가 쿠닌 박사 등은 빙상의 용융(녹아내림)이 남극 대륙에 묻힌 화산에 어떤 영향을 미치는지를 연구하기 위해 4000번의 컴퓨터 시뮬레이션을 실행했고, 그 결과 점진적으로 빙상이 녹는 것이 빙하 아래 화산 분출의 횟수와 규모를 증가시킬 수 있다는 것을 발견했다. 그 이유는 빙상이 녹아내리면 표면 아래의 마그마 챔버(일종의 가두리)에 가해지는 압력이 줄어들어 압축된 마그마가 팽창하기 때문이다. 팽창은 마그마 챔버 벽에 가해지는 압력을 증가시키고 화산 분출로 이어질 수 있다. 일부 마그마 챔버에는 일반적으로 마그마에 용해되는 휘발성 가스가 다량으로 포함되어 있다. 마그마가 냉각되고 과부하 압력이 감소하면 이 가스는 새로 연 소다 병에서 터져 나오는 탄산처럼 용액에서 빠르게 빠져나와 마그마 챔버의 압력을 증가시킨다. 이 압력은 얼음이 녹으면 빙하 하부 화산의 분출을 촉진할 수 있음을 의미한다. 빙하 하부 화산의 분출은 표면에서 보이지 않을 수 있지만, 빙하에 영향을 미친다. 분출로 인한 열은 표면 아래 깊은 곳에서 얼음을 더 빨리 녹이고, 위에 있는 빙하를 약화시킬 수 있다. 잠재적으로 표면에서 압력이 감소하고 추가로 화산이 분출하는 '피드백 루프'로 이어질 수 있다. 쿠닌 박사 팀은 이 같은 과정이 느리게 진행돼 수백 년에 걸쳐 발생한다고 지적했다. 그러나 이는 세계가 인류가 만들어낸 인위적인 지구 온난화를 억제하더라도 피드백이 계속될 수 있다는 것을 의미한다. 남극 대륙의 빙상은 마지막 빙하기 동안 훨씬 두꺼웠으며, 마그마와 가스의 방출 및 팽창 과정이 과거의 화산 분출에 영향을 주었을 것으로 보인다.
- ESGC
2025-01-09 09:53:00
인체 주입형 나노봇부터 로봇 반려동물까지⋯로봇, 어디까지 진화할까?

로봇은 주로 제조 및 물류 분야의 일상적인 작업에 사용되었지만, 이제는 기계적 팔다리를 펼치고 생명과 과학의 다른 많은 영역으로 확장되고 있다. 최신 로봇 중 대다수가 유용하지만, 일부는 다소 생소하고 이상하다. 고급 알고리즘을 사용해 인간과 비슷하게 만들고, 일부는 특정 작업을 목표로 하는 이상한 디자인도 보인다. 라이브사이언스가 독특한 모양 또는 기능의 로봇을 소개했다. ◆ 주사 가능한 나노봇 인체 주입형 나노봇은 이미 현실화됐다. 에든버러 대학교 공과대학 연구진은 특수 코팅으로 특정 온도에서 녹도록 혈액 응고제로 만들어진 작은 로봇을 개발했다. 적혈구의 약 12분의 1 크기인 이 로봇은 외부 자석과 의료 영상을 이용, 혈관을 통과해 약물을 투여해야 하는 신체 부위로 안내된다. 목표 위치에 도달하면 자석이 나노봇을 가열하고 녹여 약물을 방출한다. ◆ 보스턴 다이내믹스의 아틀라스 보스턴 다이내믹스의 아틀라스 2족 보행 로봇은 계속 진화하고 있다. 아틀라스는 초기에 초보적인 파쿠르 기술과 우수한 손재주를 보여주었다. 이제는 엎드려 잠든 자세에서 ‘깨어나는’ 방법을 배웠다. 엎드린 자세에서 시작해, 로봇은 다리를 엉덩이 뒤로 구부린 다음 회전 가능한 고관절을 사용해 힘을 가하고 바닥에서 일어난다. 부자연스러운 움직임처럼 보일 수 있지만, 아틀라스의 관절과 유연한 움직임을 잘 보여주며 다양한 분야에서 더 잘 작동할 수 있다. ◆ 아메카 '세계에서 가장 진보된 로봇'이라는 별칭을 얻은 2세대 아메카는 질문에 대한 응답을 기반으로 해 매우 사실적인 표정을 지을 수 있는 기능을 제공한다. 아메카의 얼굴을 덮고 있는 가단성 소재는 생성형 AI와 결합돼 봇이 모든 종류의 질문에 응답한 다음 손 움직임과 함께 얼굴 표정을 지어 답변을 보완할 수 있도록 한다. 얼굴 움직임은 유압 장치가 있는 골격 프레임을 사용하며, 로봇의 나머지 부분과 함께 놀라울 정도로 인간과 비슷하다. 아메카는 아직 상업화되지는 않았지만 엔지니어링 아트의 제작자는 휴머노이드 로봇의 미래가 사회 복지에 도움이 되거나 실제 인간과 함께 접수원 역할을 할 것으로 생각한다. ◆ 클론 로보틱스의 토르소 배터리로 작동하는 물 펌프와 밸브 시스템으로 구동되는 토르소 로봇은 이상하지는 않지만 생소하고 다소는 불안하다. 이 시스템을 사용해 다양한 인공 뼈와 근육을 움직이고, 골반 위쪽으로 인간의 몸통을 복제하기 때문이다. 로봇은 유령 같은 흰색 피부로 덮여 있다. 인간과 비슷한 골격에도 불구하고, 몸통의 움직임은 다소 불안정하지만, 자연스럽게 움직이도록 훈련되고 있다. 로봇을 개발한 클론 로보틱스는 이 기술이 조립 라인에서 일하거나, 집안일을 하거나, 심지어 원격 진료를 돕는 휴머노이드 로봇으로 사용될 것을 기대하고 있다. ◆ 맥클라리(mCLARI) 거미는 스파이더맨과 같은 영화나 SF 소설을 통해 로봇에 영감을 주었지다. 그 결과 탄생한 것이 맥클라리다. 길이가 2cm에 불과한 맥클라리는 두 가지 방법으로 움직일 수 있는 네 개의 다리 모듈을 사용하는 작은 '거미 로봇(스파이더 봇)'으로, 로봇이 좁은 공간을 통과하고 장애물을 우회하기 위해 모양을 효과적으로 바꿀 수 있다. 로봇에는 고급 AI 처리 기능이 없고 원격으로 제어해야 하지만, 적응형 형태는 무너진 건물의 잔해나 자연재해 파괴 현장을 기어다니며 접근하기 어려운 지역에서 생존자를 찾을 수 있는 길을 열어줄 수 있다. ◆ 데스데모나 데스데모나는 2017년에 세계 최초로 사우디아라비아의 '로봇 시민'이 된 '소피아 더 로봇(Sophia the Robot)'의 모회사 핸슨 로보틱스가 개발한 휴머노이드 로봇이다. 데스데모나는 뇌에 대규모 언어 모델(LLM)을 사용해 사실적인 얼굴 표정을 재현할 수 있는 합성 피부를 가지고 있다. 특히 일반 휴머노이드 로봇과 달리 데스데모나는 단순한 기술 시연이 아니라 고유한 스타일과 개성을 가진 로봇 음악 스타이기도 하다. 데스데모나는 기술이라기 보다는 로봇이 어떻게 인간과 같은 사회적, 문화적 인물이 될 수 있는지에 대한 비전에 관한 것이다. ◆ 멘티봇 관절이 있는 손을 가진 다소 복고적인 로봇처럼 보일 수 있지만, 멘티봇에는 눈에 보이는 것 이상의 많은 기능이 있다. 구체적으로, 휠체어를 탄 사람을 위해 카트를 미는 등 다양한 상황과 작업에 대응하기 위해 AI 모델을 활용해 학습하도록 설계되었다. 멘티봇은 시뮬레이션된 작업에서 실제 작업으로 이동하는 데 걸리는 시간을 줄여주는 '심2리얼(Sim2Real)' 시스템을 갖추고 있다. 이를 강화 학습 기술, 센서 제품군 및 액추에이터의 조합으로 백업하면 2025년에는 창고 자동화에서 가정 환경 지원에 이르기까지 다양한 작업을 도울 수 있는 로봇이 탄생할 수 있다. ◆ 카시오 모플린 로봇 반려동물은 새로운 것이 아니지만 카시오 모플린은 사용자와 껴안고 유대감을 형성하는 것을 목표로 하는 최초의 반려동물 로봇 중 하나다. 햄스터와 닮은 모플린은 주인의 목소리를 인식하고 사용자의 성격을 시뮬레이션해 스스로 맞추어 성격을 개발할 수 있는 기술을 가지고 있다. 소니의 아이보와 같은 다른 로봇 반려동물과 달리 모플린은 공을 쫓거나 활동적인 반려동물은 아니다. 오히려 인간에게 위안을 주는 동반자 역할을 제공하고 인간과 관계를 형성하도록 만들어졌다. 모플린은 먹이를 줄 필요가 없지만, 정기적인 관심을 받지 못하면 슬프거나 불안한 감정을 나태내고 이러한 관계 설정이 모플린의 성격을 개발한다.
- IT/바이오
2025-01-03 14:07:00
글로벌 기술기업들, AI 다음 먹거리 로봇시장 참여 본격화

생성형 인공지능(AI) 분야의 성장으로 인해 휴머노이드(인간형) 로봇 등 관련 시장이 함께 커지자 빅테크 간의 '로봇 경쟁'이 본격화하는 양상이다. 파이낸셜타임스(FT)는 29일(현지시간) 엔비디아가 내년 상반기 중 휴머노이드 로봇용 소형 컴퓨터의 최신 버전 '젯슨 토르(Jetson Thor)'를 출시할 예정이라고 보도했다. AI 반도체 선두 주자인 엔비디아도 차세대 성장 동력으로 로봇 분야를 주목하고 나선 것이다. 엔비디아는 AI 로봇에 들어가는 반도체에서부터 로봇 훈련에 사용되는 소프트웨어에 이르기까지 전체적인 설루션을 공급해 다가오는 로봇 혁명 시대에 선도적인 플랫폼으로 자리매김하겠다는 심산이다. 엔비디아의 로봇 부문 부사장 디푸 탤러는 "(챗GPT 출시 이후 AI 산업이 급성장한 것과 같이) 물리적(피지컬) AI와 로봇 부문에서 '챗GPT 순간'을 눈앞에 두고 있다"면서 시장이 티핑 포인트(tipping point·급격한 변화 시점)에 도달했다고 평가했다. AI 모델의 폭발적 증가, 가상 상황에서의 로봇 훈련 능력 발전 등이 시장 변화를 주도하고 있다는 게 탤러 부사장의 설명이다. 엔비디아가 로봇 산업으로 눈을 돌린 데는 AI 칩 제조업계의 경쟁 격화도 영향을 끼쳤다는 평가가 나온다. AMD·브로드컴 등이 엔비디아의 대항마로 나섰고 주요 고객사인 아마존 등 클라우드 서비스 업체들도 엔비디아 의존도를 줄이려 하고 있다. 이런 배경에서 엔비디아는 피지컬 AI 부문 투자에 나서고 있으며 지난 2월에는 휴머노이드 로봇 업체 '피겨 AI' 투자에 참여했다. 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 지난달 "AI 혁신은 디지털에서 피지컬로 확산할 것"이라며 로봇과 AI를 조합한 기술 혁신을 전망했다. 로봇 분야는 아직 유의미한 매출을 올리지 못하고 있지만 주요 기술업체들은 로봇 산업에 앞다퉈 뛰어들고 있다. 일론 머스크가 이끄는 테슬라는 2026년 휴머노이드 로봇 '옵티머스' 출시를 목표로 하고 있다. 보스턴다이내믹스는 AI를 활용한 휴머노이드 로봇 개발에 속도를 내기 위해 도요타와 협력하고 있다. 아마존 창업자 제프 베이조스와 챗GPT 개발사 오픈AI는 로봇 스타트업 '피지컬 인텔리전스'에 나란히 투자한 것으로 지난달 전해져 눈길을 끌기도 했다. 샌프란시스코에 기반한 피지컬 인텔리전스는 인간 수준 또는 그 이상의 AI인 범용인공지능(AGI)을 로봇에 적용하는 기술을 개발하는 스타트업으로 로봇에 탑재할 대규모 AI 모델과 알고리즘을 개발하고 있다. 아마존·도요타·보스턴다이내믹스 등은 로봇 개발에 엔비디아의 시뮬레이션 기술과 훈련 소프트웨어 등을 사용하고 있다. 세계 최대 파운드리(반도체 수탁생산) 업체 TSMC의 웨이저자(魏哲家) 회장은 최근 "며칠 전 세계 최고 갑부와 이야기를 나눴는데 앞으로 힘써야 할 분야는 자동차가 아닌 다기능 로봇이라고 했다"고 소개하기도 했다. 웨이 회장은 '세계 최고 갑부'의 이름을 직접 언급하지는 않았지만, 중화권 매체들은 웨이 회장이 머스크와 만나 대화했다고 전했다. 미국 시장조사업체 BCC는 현재 780억 달러(약 114조5000억 원) 규모인 세계 로봇 산업 규모가 2029년 말 1650억 달러(약 242조2000억 원) 수준으로 커질 것으로 보고 있다.
- IT/바이오
2024-12-31 06:35:00
[신소재 신기술(143)] 카이스트, 하반신 마비 환자 보행 돕는 '아이언맨' 로봇 개발

카이스트(한국과학기술원) 연구진이 하반신 마비 환자의 보행을 돕는 '아이언맨' 로봇을 개발했다고 미국 온라인 미디어 KSL닷컴이 전했다. 개발된 로봇은 환자에게 걸어가서 신체에 스스로를 고정시켜 환자를 걷게 하고 장애물을 피하며 계단까지 오를 수 있는 가벼운 웨어러블 시스템이다. 카이스트 외골격 연구실 팀은 로봇 개발과 관련, "신체 마비 장애인의 일상생활에 완벽하게 통합될 수 있는 로봇을 만드는 것이 목표였다"고 밝혔다. 하반신 마비 환자이자 연구실 팀원이었던 김승환 씨는 시속 2마일(3.2km)의 속도로 걷고, 계단을 오르며, 옆으로 걸어 벤치에 앉을 수 있도록 돕는 로봇의 프로토타입을 직접 시연했다. 로봇이 걷는 속도는 정상인이 걷는 것과 비슷한 속도다. 김 씨는 "개발된 아이언맨 로봇은 내가 휠체어에 앉아 어디에 있든 내게 다가와서 나를 일어설 수 있도록 돕는다. 이것이 이 로봇의 가장 뚜렷한 특징 중 하나"라고 말했다. 워크온 수트 F1(WalkON Suit F1)이라는 이름이 붙여진 이 전동 외골격 로봇은 알루미늄과 티타늄으로 만들어졌다. 무게는 110파운드(약 49.89kg)이며, 걷는 동안 인간의 관절 움직임을 시뮬레이션하는 12개의 전자 모터로 구동된다. 연구팀원 박정수 씨는 개발된 로봇은 영화 '아이언맨'에서 아이디어를 얻었다고 말했다. "아이언맨을 본 후 실제로 유사한 로봇으로 신체가 부자유한 장애인을 도울 수 있다면 좋겠다고 생각했다"고 했다. 사용자가 걷는 동안 균형을 유지할 수 있도록 로봇의 발바닥과 상체에는 센서가 장착되어 있다. 이 센서들은 초당 1000개의 신호를 모니터링하고 사용자의 의도된 움직임까지 예상해 대응한다. 로봇 전면에 탑재된 렌즈는 사람의 눈 역할을 하면서, 주변 환경을 분석하고 계단의 높이를 식별하며 장애물을 감지함으로써 하반신 마비 장애인의 감각 능력 부족을 보완한다. 한편 이 로봇은 국제사이보그올림픽 '사이배슬론 2024' 외골격 부문에서 금메달을 수상했다. 이 대회에서는 다양한 신체 장애가 있는 개발자들이 8개 부문에 참가해 장애인을 보조하는 로봇을 시연했다. 김승환 씨는 "주변 사람들에게 저도 걸을 수 있었다고 말하고 싶었다. 이들과 다양한 경험을 공유하고자 했다"라고 덧붙였다.
- IT/바이오
2024-12-27 07:28:00
[신소재 신기술(142)] 난임 치료의 혁신-나팔관 막힘 제거하는 '자성 로봇 나사' 개발

난임 치료 분야에서 기존의 수술법을 대체할 수 있는 획기적인 기술이 등장했다. 자성으로 구동되는 마이크로 로봇 나사가 나팔관 막힘을 제거하는 방식으로, 난임의 주요 원인 중 하나를 해결하는 새로운 가능성을 열었다. 중국 선전 첨단기술연구원(SIAT) 자성 소프트 마이크로로봇 연구실은 나팔관 폐쇄로 인한 여성 난임 치료를 위해 '자성 마이크로 로봇(magnetic microrobot)' 나사를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 이는 전 세계 수백만명의 여성에게 영향을 미치는 나팔관 폐쇄 문제를 해결할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 자성 로봇은 회전하는 자기장을 이용해 기계적인 움직임을 발생시키며, 기존의 카테터와 유도 와이어를 이용한 수술적 방식보다 덜 침습적인 치료법으로 기대를 모은다. 연구진은 이번 기술이 난임 치료 방법을 개선하고, 나팔관 폐쇄로 임신에 어려움을 겪는 여성들에게 새로운 희망을 제공할 것이라고 밝혔다. 정밀한 로봇 기술로 나팔관 폐쇄 난임 해결 전 세계적으로 약 1억8600만명이 난임을 겪고 있으며, 여성 난임 사례의 11~67%가 나팔관 폐쇄로 인한 것이다. 전통적인 치료법은 카테터와 유도 와이어를 사용해 나팔관을 뚫는 방식이지만, 이러한 절차는 환자의 몸에 기기를 삽입해야 하며 침습적이고 불편함을 유발할 수 있다. 이에 연구팀은 기존 수술법보다 덜 침습적인 대안을 개발하고자 했다. 연구팀이 개발한 마이크로 로봇은 비자성 감광성 수지로 제작된 후, 표면에 얇은 철층을 입혀 자성을 부여했다. 로봇은 자기장에 반응해 회전하며, 이를 통해 나팔관을 모사한 유리 채널을 통과한다. 실험 결과 이 로봇은 여성 생식 기관에서 발생하는 막힘을 모방한 세포 덩어리를 성공적으로 제거했다. 자성 마이크로 로봇은 섬세하고 좁은 나팔관 구조를 정확하게 통과하며, 정확한 내비게이션이 가능함을 입증했다. 로봇이 회전하는 동안 소용돌이장을 형성해 막힌 찌꺼기를 뒤쪽으로 밀어내며 막힘을 효과적으로 제거한다. 이 같은 특별한 움직임과 설계는 나팔관 내 장애물을 효율적이고 정밀하게 제거하는 데 기여한다. 마이크로 로봇, 다양한 실험 통해 효과 입증 연구팀은 다양한 실험을 통해 시스템의 유효성을 입증했다. 회전하는 로봇 나사가 장벽에 쌓인 찌꺼기를 밀어내며, 시뮬레이션된 나팔관 막힘을 효과적으로 제거하는 모습을 보였다. 팀은 향후 더 정교하고 소형화된 로봇을 개발할 계획이며, 실제 장기 모델에서의 테스트와 실시간 위치 추적을 위한 생체 내 이미징 시스템 통합을 목표로 하고 있다. SIAT 염구팀의 하이펑 쉬(Xu Haifeng)는 "이번 기술은 기존의 카테터와 유도 와이어를 이용한 수술 방식부다 덜 침습적인 대안이 될 수 있다"며 "환자의 부담을 덜고 치료효과를 높이는 데 기여할 것"이라고 밝혔다. 연구팀은 자동 제어 시스템을 개발해 막힘 제거의 효율성을 높이고, 수술 등 다양한 의료 분야에 이 기술을 확대 적용할 계획이다. 쉬 박사는 "궁극적으로 난임을 겪는 환자들에게 더 효과적이고 최소 침습적인 솔루션을 제공하는 것이 목표"라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 학술지 'AIP 어드밴시스(AIP Advances)'에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-12-24 15:34:00