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2025-05-19 (월)

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[신소재 신기술(176)] MIT·하버드 연구팀, AI로 단일 세포 수준 단백질 위치 예측⋯질병 진단·신약 개발 새 길

미국 MIT, 하버드대, 브로드연구소 공동 연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 인간 세포 내 거의 모든 단백질의 위치를 예측할 수 있는 신기술을 개발했다. 이 기술은 단백질 이상 분포가 원인이 되는 알츠하이머병, 낭포성 섬유증, 암 등 다양한 질환 진단과 신약 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 15일(현지시간) MIT뉴스에 따르면 이번 연구는 단일 세포 수준에서 단백질 위치를 예측할 수 있는 AI 기반 모델 'PUPS(Protein localization Using Protein and cell representationS)'를 중심으로 소개됐다. 해당 연구는 15일 국제 학술지 네이처 메서즈(Nature Methods)'에 게재됐다. 단일 세포 내 단백질 분포 예측⋯기존 한계 돌파 단백질은 세포 내 위치에 따라 기능이 달라지며, 잘못된 위치에 존재할 경우 각종 질병을 유발할 수 있다. 하지만 인간 세포 하나에 존재하는 단백질과 그 변이 수는 7만여 개에 달하며, 실험실에서 이들을 일일이 검출하는 데는 시간과 비용이 과도하게 소요된다. 기존의 AI 기반 예측 모델들은 훈련 데이터로 활용된 단백질 및 세포에 국한된 분석만 가능하거나, 세포 단위 평균치만을 예측하는 데 그쳤다. 이에 반해 PUPS는 개별 단백질 서열 정보와 세포 염색 이미지를 결합해, 실험에 사용된 적이 없는 단백질과 세포에서도 단일 세포 수준의 위치 예측이 가능하다는 점에서 큰 진전을 이뤘다. 단백질 언어모델+영상 AI 결합⋯미지 영역 탐색 PUPS는 두 개의 AI 모델을 결합한 형태로 구성됐다. 첫 번째는 단백질 서열 기반 언어모델로, 아미노산 서열을 통해 3차원 구조와 세포 내 위치 결정에 영향을 미치는 특성을 분석한다. 두 번째는 '이미지 인페인팅(image inpainting)' 기법을 적용한 컴퓨터 비전 모델로, 세포의 핵, 미세소관, 소포체 등 세 가지 염색 이미지를 바탕으로 세포의 형태, 스트레스 상태 등 전반적 특성을 파악한다. 연구진은 이 두 모델이 생성한 정보 표현을 통합해 특정 단백질이 어느 세포 소기관에 위치할지를 시각적으로 예측하는 시스템을 구현했다. 사용자 입장에서는 아미노산 서열과 세포 염색 이미지를 입력하면, 단백질이 존재할 것으로 예상되는 세포 부위를 이미지로 출력받을 수 있다. 단백질-세포 간 조합 없이도 예측 가능⋯신규 치료 타깃 발굴 기대 PUPS의 강점은 기존 데이터에 포함되지 않은 단백질과 세포 간 조합에도 적용할 수 있다는 점이다. 이를 위해 연구진은 모델 학습 시 단백질의 위치를 예측하는 주된 작업 외에, 단백질이 속한 소기관의 이름을 직접 추론하도록 하는 ‘부가 학습 과제’를 부여해 정확도를 높였다. 공동 제1저자인 MIT 시스템생물학 대학원생 Yitong Tseo는 "이전에는 단백질에 직접 염색 시약을 붙이고 실험을 해야만 위치를 알 수 있었지만, 이제는 연구실 벤치에 손대지 않고도 그 과정을 컴퓨터에서 선별적으로 예측할 수 있다"며, 실험 설계의 효율성을 크게 높일 수 있다고 밝혔다. 실제 세포 실험으로 검증…"기존 AI보다 오차 작아" 연구팀은 PUPS의 예측 결과가 실제 단백질 위치와 얼마나 일치하는지를 검증하기 위해 실험실 실험을 병행했다. 비교 대상이 된 기존 AI 모델보다 평균적으로 오차가 적은 것으로 나타났다. 향후 연구진은 PUPS가 단일 단백질이 아닌 다중 단백질 상호작용을 반영할 수 있도록 모델을 확장할 계획이며, 궁극적으로는 배양 세포를 넘어 실제 조직 단위의 예측으로 발전시킬 수 있도록 연구를 지속할 방침이다. 이번 연구는 브로드연구소 산하 에릭 앤 웬디 슈미트 센터와 미국 국립보건원(NIH), 국립과학재단(NSF), 해군연구청(ONR), 에너지부(DOE) 등 주요 기관의 지원을 받아 진행됐다.
- IT/바이오
2025-05-17 11:20:00
[신소재 신기술(175)] 세계 최초 '1인 맞춤형 유전자 치료' 성공⋯미국 신생아, 정밀의학 새 지평 열어

미국 펜실베이니아주에서 태어난 한 신생아가 세계 최초로 '1인 전용' 유전자 치료를 받은 사례로 기록되며, 정밀의학의 새로운 지평을 열었다고 USA투데이가 15일(현지시간) 보도했다. 펜실베이니아대학교 병원에서 태어난 KJ 멀둔(KJ Muldoon)은 출생 직후부터 이상 증세를 보였다. 임신 35주, 예정일보다 약 5주 이르게 태어난 그는 팔을 들어올리면 경직되고, 다시 내릴 때는 이상한 떨림이 동반됐다. 의료진은 이례적인 증상을 포착하고 정밀 검사를 진행한 끝에, 혈중 암모니아 수치가 극단적으로 높다는 사실을 확인했다. 이후 KJ는 병원 맞은편에 위치한 필라델피아 아동병원(Children’s Hospital of Philadelphia)으로 긴급 이송됐으며, 의료진은 그의 몸이 단백질 대사 과정에서 생성되는 암모니아를 제대로 배출하지 못하는 희귀 유전 질환을 앓고 있다고 진단했다. 해당 질환은 암모니아가 체내에 축적돼 뇌를 포함한 주요 장기에 치명적인 손상을 입힐 수 있다. 'n-of-1(단일환자 맞춤형)' 치료법, 차세대 정밀의학의 상징적 모델 간주 이에 따라 KJ는 기존 의료계에 전례가 없는 실험적 치료를 받게 됐다. 바로 특정 환자 한 명을 위해 설계된 '단일 환자 맞춤형 유전자 치료(n-of-1 therapy)'였다. 치료 방식은 유전자를 교정하는 명령을 담은 나노 크기의 지질입자 수십억 개를 간세포에 주기적으로 주입하는 것이다. 이를 통해 간세포가 CPS1(Carbonyl Phosphate Synthetase 1)이라는 효소를 생산하도록 유전적 결함을 일부 복구해, 암모니아 분해 기능을 회복하는 데 성공했다. KJ는 생후 3개월 동안 매달 해당 치료를 받아왔으며, 현재 그의 암모니아 수치는 정상 범위에 근접한 것으로 알려졌다. 다만 의료진은 아직 '완치'라는 표현을 쓰기에는 이르다는 입장이다. 어머니 니콜(34)은 "출생 당시 의료진이 제시한 최선의 시나리오는 그저 고통을 덜어주는 것이 전부였다"며 "지금은 또래 아이들과 동일한 발달 단계를 밟아가는 모습을 보며 놀라움을 금치 못하고 있다"고 말했다. '간세포 유전자 편집' 기술로 'CPS1 결핍증' 극복 이번 치료는 KJ가 태어나기 전부터 펜실베이니아대학교 소속 심장학자 키란 무수누루(Kiran Musunuru) 박사 연구팀이 준비해온 접근법을 기반으로 한다. 무수누루 박사는 간세포 유전자 교정을 핵심으로 하는 정밀 치료법을 개발해왔으며, 관련 기술은 그가 공동 창립한 바이오기업을 통해 구현됐다. 치료의 핵심은 '간세포 유전자 편집(Gene Editing of Hepatocytes)' 기술이다. 인간의 간은 단백질을 에너지로 전환하는 과정에서 암모니아를 분해하는 기능을 수행하는데, 이때 필수적인 효소가 바로 CPS1이다. 이 효소는 간세포 내 특정 유전자에 의해 생성되며, 해당 유전자에 결함이 있을 경우 체내 암모니아가 축적돼 중증 대사성 질환으로 발전한다. KJ는 CPS1 유전자에 결함이 있는 채로 태어났으며, 이는 'CPS1 결핍증' 또는 '요소회로 장애(Urea Cycle Disorder, UCD)'로 분류되는 희귀 질환이다. 이 질환은 신생아기 발현 시 수 시간 내 의식 저하, 경련, 뇌 손상 등으로 이어질 수 있다. 지질 나노입자 활용⋯윤리적 논란도 적어 의료진은 이 유전적 결함을 교정하기 위해 지질 나노입자(Lipid Nanoparticle, LNP)를 활용했다. 이 입자에는 CPS1 유전자의 정상 설계도를 담은 전령 RNA(mRNA) 또는 CRISPR 유전자가위 시스템이 포함돼 있으며, 이를 간세포에 전달해 유전자 기능을 복구하는 방식이다. 이 치료는 체세포 유전자 치료(somatic gene therapy)의 일환으로, 생식세포나 수정란을 건드리지 않고 환자 본인의 특정 조직 세포만을 대상으로 하기 때문에 윤리적 논란도 상대적으로 적다. 세계 최초 인간 대상 임상 적용 해당 기술은 지금까지 동물실험 또는 실험실 단계에 머물러 있었으며, 인간을 대상으로 한 임상 적용은 이번이 세계 최초다. 특히 단 한 명의 유전형을 위해 개발된 치료법이라는 점에서, 희귀 질환 환자를 위한 정밀의학(personalized medicine)의 상징적인 사례로 평가된다. 무수누루 박사팀의 치료법은 기존의 유전자 대체요법(gene replacement therapy)보다 훨씬 정밀하며, 특정 유전자의 기능만을 선택적으로 조절할 수 있는 장점을 갖는다. 치료 효과가 장기적으로 유지된다면, 평생 지속 가능한 치료로 발전할 가능성도 제기된다. 이러한 방식은 향후 요소회로 결손(UCD)은 물론, 페닐케톤뇨증(PKU), 윌슨병 등 특정 효소 결핍에 기반한 다양한 간 유전 질환에도 응용될 수 있을 것으로 전망된다. 정밀 유전자 편집 기술의 발전은 이제 '한 사람을 위한 치료'가 이론을 넘어 실현 가능한 영역으로 진입했음을 보여준다. 의학계는 이번 KJ 사례가 향후 희귀 유전 질환 치료의 새로운 청사진이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다만 장기적인 안정성과 부작용 여부에 대한 지속적 추적이 필요하다는 점에서, 해당 치료법의 보편화까지는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다.
- IT/바이오
2025-05-16 14:20:00
애플, 뇌파로 아이폰 제어하는 기술 개발 박차⋯BCI 시장 본격 진출

애플은 '손쉬운 사용 인식의 날(Global Accessibility Awareness Day, GAAD)'을 기념해 하반기 출시될 새로운 손쉬운 사용 기능들을 13일(현지시간) 공개했다. 아울러 사람의 뇌파를 이용해 아이폰 등 자사 기기를 제어하는 기술 상용화에 본격적으로 나선다. 인공지능(AI)과 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)의 결합이 가속화되는 가운데, 애플이 접근성 강화와 신시장 개척을 동시에 꾀하고 있다는 분석이 나오고 있다. 이날 씨넷은 애플이 5월 15일 세계 손쉬운 사용 인식의 날을 앞두고 텍스트 읽기부터 실시간 자막 보기, 멀미 완화까지 모든 기능을 지원하도록 설계된 다양한 제품군에 대한 접근성 업데이트를 발표했다고 전했다. 애플의 접근성 업데이트는 아이폰(iPhone), 아이패드(iPad), 맥(Mac), 애플워치(Apple Watch), 애플 비전 프로(Apple Vision Pro)에 적용되며, 해당 기능은 올해말 출시될 예정이다. '손쉬운 사용 인식의 날'은 장애인이 디지털 기술에 더 쉽게 접근할 수 있도록 인식을 높이고 개선을 촉구하기 위해 2012년에 처음 지정해, 매년 5월 셋째 주 목요일을 이날로 기념하고 있다. 애플은 우선 아이폰 등 자사 기기에서 이용할 수 있는 음성 명령과 실시간 자막인 라이브 캡션(Live Captions)에서 한국어를 지원한다고 밝혔다. 음성 명령과 실시간 자막 기능은 2019년과 2022년 각각 처음 도입됐지만, 그동안 북미 지역에서 영어만 지원됐다. 올 하반기부터 라이브 캡션(Live Captions)에서는 한국어를 포함해 영어(인도, 호주, 영국, 싱가포르), 중국어(중국 본토), 광둥어(중국 본토, 홍콩), 스페인어(라틴 아메리카, 스페인), 프랑스어(프랑스, 캐나다), 일본어, 독일어(독일) 등이 지원된다. 또한 미국 월스트리트저널(WSJ)은 13일 "애플이 뇌파로 기기를 제어할 수 있는 기술의 초기 개발 단계에 돌입했다"며 "BCI 스타트업 싱크론(Synchron)과의 협력을 통해 손을 쓰지 못하는 장애인도 기기를 사용할 수 있도록 돕는 솔루션 개발에 착수했다”고 보도했다. 애플은 싱크론이 개발한 뇌 임플란트 장치인 '스텐트로드(Stentrode)'를 자사 기기와 연동시키기 위한 전용 기술 표준을 올해 말까지 마련할 계획이다. 스텐트로드는 뇌 운동 피질 인접 정맥에 삽입되는 스텐트형 장치로, 내부에 전극이 탑재돼 뇌파를 감지하고 이를 디지털 신호로 변환한다. 사용자는 물리적인 움직임 없이도 화면의 아이콘을 선택하는 등의 간단한 조작이 가능하다. 애플이 추진하는 이 신기술은 기존 스마트폰이 터치와 제스처를 입력으로 삼는 것과 달리, 뇌파를 직접 입력 수단으로 삼는 비접촉식 인간-기계 인터페이스라는 점에서 혁신적이라는 평가를 받는다. 다만, 현재 단계에서는 마우스처럼 커서를 자유롭게 이동시키는 수준에는 미치지 못하고, 단순한 화면 탐색 및 아이콘 선택 수준에 그치는 것으로 전해졌다. WSJ는 "애플이 올해 공개할 예정인 BCI 전용 인터페이스 표준은 이러한 제약을 극복할 수 있는 기반이 될 것"이라고 전망했다. 애플은 이미 2014년에도 블루투스 기반 보청기 연결 표준을 선도적으로 개발한 바 있다. 이번 뇌파 인터페이스 개발도 접근성(Accessibility) 확대 전략의 연장선상에서 이뤄지는 행보로 풀이된다. 시장에서는 이번 애플의 BCI 기술 진입이 일론 머스크가 이끄는 뇌과학 스타트업 뉴럴링크(Neuralink)와의 본격적인 기술 경쟁을 예고하는 신호탄으로 보고 있다. 뉴럴링크는 최근 사지마비 환자에게 뇌 칩을 이식해 화면 커서를 제어하고 의사소통까지 가능하게 한 사례를 공개했다. 애플은 이번 발표와 함께 청각, 시각, 인지 등 다양한 장애인을 위한 접근성 기능도 대거 강화했다. 대표적으로 '라이브 캡션(Live Captions)' 기능이 아이폰뿐만 아니라 애플워치까지 확대 적용된다. 주변 음성을 실시간으로 텍스트로 변환해 보여주는 기능으로, 청각장애인의 커뮤니케이션을 지원한다. 또한, 시각 장애인이나 시력이 약한 사람들을 위한 '돋보기(Magnifier)' 기능이 맥(Mac)에서도 사용 가능해진다. 돋보기는 아이폰이나 아이패드에서 화면을 확대하고, 텍스트를 읽고, 주변 사물을 감지할 수 있도록 해주는 도구로 이제 맥에서도 이 기능이 적용된다. '접근성 리더(Accessibility Reader)' 기능은 난독증이나 저시력을 가진 사용자를 위해 텍스트 크기와 색상, 간격 등을 자유롭게 조절할 수 있게 개선됐다. 이 외에도 AI 기반 개인 음성 복제 기능인 '퍼스널 보이스(Personal Voice)', 점자 사용자 지원 기능 '브라유 액세스(Braille Access)', 멀미를 줄이기 위한 '차량 모션 큐(Vehicle Motion Cues)' 등 다양한 기능이 공개됐다. 퍼스널 보이스는 언어 상실 위험이 있는 사람들이 AI와 기기내 머신 러닝을 활용해 자신과 비슷한 목소리를 만들 수 있도록 지원한다. 애플 팀 쿡 CEO는 "접근성은 애플 DNA의 일부”라며 “모든 사람을 위한 기술을 만들기 위해 지속적으로 혁신을 이어갈 것"이라고 강조했다. 이번 기술은 오는 6월 9일 열리는 세계 개발자 회의(WWDC)에서 애플이 발표할 iOS 19과 ‘애플 인텔리전스(Apple Intelligence)’ 기반 AI 전략의 핵심 축으로도 소개될 전망이다. 삼성전자, 구글 등 경쟁사가 AI 기능을 강화한 스마트폰을 속속 선보이는 가운데, 애플이 BCI 기반 접근성과 AI 융합 기술로 시장의 판을 다시 짤 수 있을지 주목된다.
- 포커스온
2025-05-14 14:05:00
[신소재 신기술(174)] '셀카' 한 장으로 건강 상태 가늠⋯AI 알고리즘 '페이스에이지' 개발

단순한 얼굴 사진 한 장으로 실제 생물학적 나이를 예측하는 인공지능(AI) 알고리즘이 개발됐다. 기존 의료진의 직관적 '눈대중' 판단에 과학적 정밀성을 더할 수 있다는 평가가 나온다. 영국 의학학술지 란셋 디지털 헬스(The Lancet Digital Health)에 따르면, 하버드대 부속 병원인 매사추세츠 브리검 헬스(Mass Brigham Health)의 연구진은 사람의 얼굴 사진을 분석해 생물학적 연령을 산출하는 딥러닝 모델 '페이스에이지(FaceAge)'를 공개했다. 이 알고리즘은 6만 명이 넘는 건강한 고령자의 얼굴 데이터를 학습한 뒤, 방사선 치료 직전 촬영된 암 환자 6000여 명의 사진으로 검증을 거쳤다. 연구 결과, 암 환자의 생물학적 나이는 평균적으로 실제 나이보다 4.79세 더 많은 것으로 나타났다. 이 수치는 기존 연령, 성별, 암 유형과 관계없이 환자의 예후를 유의미하게 예측하는 데 도움을 줬다. 연구진은 이를 바탕으로 향후 고강도 치료의 적절성과 생존 가능성 평가 등에 활용할 수 있을 것으로 보고 있다. 매사추세츠 브리검 헬스의 종양학자이자 공동 수석 저자인 레이먼드 막(Raymond Mak) 연구책임자는 "페이스에이지는 환자의 생물학적 나이를 정량화해 암 치료의 방향을 설정하는 데 도움이 될 수 있다"며 "예를 들어 75세지만 생물학적 나이가 65세인 건강한 노인은 고강도 방사선 치료가 가능하지만, 60세이면서 생물학적 나이가 70세인 허약한 환자에게는 위험할 수 있다"고 설명했다. 페이스에이지는 기존 안면 노화 인식과 달리 백발이나 탈모보다 얼굴 근육의 미세한 변화 등을 더 중요한 요소로 반영한다. 연구진은 또한, 여덟 명의 의사에게 말기 암 환자의 사진만을 보고 6개월 내 사망 가능성을 예측하게 한 실험에서, 페이스에이지 데이터를 함께 제공했을 때 예측 정확도가 눈에 띄게 향상됐다고 밝혔다. 다만 알고리즘이 조명, 화장, 성형 수술 등 외부 변수에 영향을 받을 수 있는 만큼, 연구진은 향후 약 2만 명 규모의 후속 학습을 통해 정확도를 높일 계획이다. 인종적 편향 여부에 대한 초기 점검에서는 유의미한 편향은 발견되지 않았다고 설명했다. 이 기술이 일반에 공개될 경우 생명보험사나 고용주 등에서 악용될 우려도 제기된다. 공동연구자 후고 에어츠(Hugo Aerts)는 "이 기술이 오로지 환자의 이익을 위해 사용되도록 윤리적 가이드라인 마련이 중요하다"고 강조했다. 연구진은 현재 일반 대중이 셀카를 업로드하고 생물학적 나이를 확인할 수 있는 공개 포털도 개발 중이다. 다만 상업적 의료 활용은 추가 검증 이후로 미뤄질 전망이다.
- IT/바이오
2025-05-14 09:53:00
[글로벌 핫이슈] '집중 포화' 속 美 방산주, 옥석 가리기 분주⋯AI 전쟁 승자는 누구?

군산 복합체에 격변이 닥치면서 방산주들이 어려움을 겪고 있다. 지난 한 해 미국 주요 방산 기업 주가는 하락세를 보였다. 그러나 새로운 전쟁 방식과 기술 변화 속에서 오히려 기회를 모색해야 한다는 분석이 나오고 있다. 지난 한 해 노스롭 그루먼, 록히드 마틴, 제너럴 다이내믹스 같은 방산업체는 두 가지 전선에서 격변과 마주했다. 첫째, 전쟁 양상이 급변했다. 우크라이나 전쟁에서는 값싼 드론이 인력과 장비 부족을 대체하는 무기로 등장했고, 중동에서는 무인 항공기가 공격, 정찰, 표적 지정 등 핵심 전투 도구로 자리를 잡았다. 130억 달러(약 18조 1805억 원) 규모의 항공모함 USS 제럴드 R. 포드조차 수백만 달러짜리 극초음속 미사일이나 자율 잠수함, 어뢰가 위협하는 시대다. 값싼 기술이 어떤 무기든 구식으로 만들 수 있게 되면서, 긴 개발 기간과 수십억 달러에 달하는 비용은 비효율적인 요소로 작용한다. 둘째, 미 행정부의 혼란도 영향을 미쳤다. 트럼프 행정부 초기는 예년보다 더 예측 불가능한 모습을 보였다. 피트 헵세스 국방부 장관 인준은 J.D. 밴스 부통령의 결정권 행사로 겨우 통과됐고, 트럼프 대통령은 C.Q. 브라운 합참의장을 전격 해임했다. 이런 지도부의 혼란과 함께, 일론 머스크 같은 인사들이 팔란티어 테크놀로지스, 안두릴 인더스트리즈 등 신생 기업의 AI 기술이 기존 군사 프로그램을 대체해야 한다고 주장하면서 상황은 더 복잡해졌다. 결과적으로 록히드, 노스롭, 제너럴 다이내믹스, L3해리스 주가는 선거 이후 평균 10% 하락하며 시가총액 약 250억 달러(약 34조 9625억 원)가 증발했다. 표면적으로 방산 부문은 수년 동안 후위 방어전을 치러야 할 것처럼 보인다. "격변 속 사라지지 않는다"…전통 강자들의 반격 하지만 속단은 이르다. 전통 방산업체도 변화에 적응하고 필요시 신무기 개발 능력을 입증해왔다. 군이 AI 기반 첨단 무기로 전환하더라도, 대형 전통 플랫폼의 수요는 여전히 존재한다. 노스롭과 록히드 같은 기업만이 제트기, 함선, 탱크, 미사일 시스템을 공급할 수 있기 때문이다. 투자 전문 매체 배런스에 따르면 현재 방산 주요 계약업체 주가는 2011년 예산 통제법 당시보다 낮은 밸류에이션에 거래되고 있다. 캐피털 알파 파트너스의 바이런 캘런 분석가는 파괴적 혁신 기업과 기존 기업의 경쟁 구도를 '아마존 대 반스앤노블이 아닌, 아마존 대 월마트'에 비유하며, 기존 기업의 저력을 강조했다. 값싼 기술의 역습…전쟁 양상 변화와 국방부의 고민 전쟁은 끊임없이 진화한다. 화살이 총알로, 나무 선체가 철갑함으로, 프로펠러기가 제트기로 바뀌었듯, 기술 발전과 함께 새로운 무기와 전략이 등장한다. 최근 전장은 신무기 실험실이다. 우크라이나는 해상 드론으로 러시아 전투기를 격추했다고 주장하고, 미국은 시스템 메이븐 AI로 후티 반군 표적을 추적한다. 후티 반군은 RTX가 제조한 패트리엇 미사일로 드론을 요격하지만, 수백만 달러 미사일로 값싼 드론을 잡는 것을 "퀸과 폰을 맞바꾸는 것과 같다"는 비유가 나온다. 값이 저렴한 무기가 중요해지면서 비용 절감 압박이 커진다. 기존 '원가 가산 계약'은 공급망 전반에서 비용을 부풀릴 잠재 문제를 안고 있다. 대신 회사가 가격을 제시하고 물품을 납품하는 '확정가 입찰 시스템'이 드론이나 탄약에는 더 적합할 수 있다는 논의가 제기된다. 국방부도 비용 효율성을 인지하고 있다. 미군은 이미 수십 개의 무인 시스템을 운용 중이며, 육군은 더 비싼 미래공격정찰기 프로그램(FARA)을 2024년에 취소했다. 트럼프 대통령도 무인 협업 전투기(CCA)를 지지하지만, 동시에 보잉에게 6세대 유인 전투기 프로그램 계약을 수여하는 등 다양한 방향을 모색하고 있다. 방산업체는 필요시 신속하게 움직일 수 있다. 제1차 걸프전 당시, 전통 방산업체와 미군은 사담 후세인의 지하 시설 파괴용 벙커 버스터 GBU-28을 한 달 내 개발·배치하며 전쟁을 조기에 끝내는 데 기여했다. 다만 트럼프 행정부는 정책 일관성이 부족하다는 지적도 있다. 대통령은 감찰관들을 해임하고, 내분으로 고위 관계자에게 거짓말 탐지기 테스트 위협까지 가해졌다는 보도도 나왔다. 그러나 트럼프의 목표는 분명하다. 신기술을 빠르게 배치하여 중국 등 위협에 맞서 미국의 군사 우위를 유지할 더 강력하고 효율적인 군사 기구를 원한다. 세계 평화가 오지 않는 한, 미국은 앞으로 수년 간 GDP의 약 3%를 국가 안보에 지출할 것으로 예상된다. 2026 회계연도 트럼프 행정부의 초기 국방 예산 요청은 1조 달러(약 1398조 5000억 원)를 약간 웃돌며, 2025년 대비 13% 증가했다. 전년 대비 1130억 달러(약 158조 305억 원) 증가한 예산에는 함선 건조 확대, F-47 차세대 전투기 자금, 핵무기 현대화, '골든 돔' 미사일 방어막 개발 등이 포함된다. 제안일 뿐이지만 방산 부문에는 긍정 신호로 해석된다. 판 흔드는 '아마존형 스타트업' 등장 세부 사항에 따라 그림은 달라진다. 투자자에게는 더 많은 자금이 스타트업으로 흘러가고 기존 대형사 비중이 줄어들 위험이 있다. 주목할 만한 비상장 스타트업으로 안두릴이 꼽힌다. 안두릴은 스페이스X가 우주 발사 산업에 했던 것처럼 방산 시장에 파괴적 혁신을 일으키려 2017년 설립됐다. 트레이 스티븐스 공동 창립자 겸 이사회 의장은 안두릴의 목표가 상용 기술에 소프트웨어와 AI를 결합해 더 저렴하고 유능한 제품을 더 빠르게 만드는 것이라고 밝혔다. 안두릴은 아직 작지만 성장세다. 계약 수주 총액은 약 40억 달러(약 5조 5940억 원), 비상장 시장 가치는 약 300억 달러(약 41조 9550억 원)로 평가된다. L3해리스 시가총액 410억 달러(약 57조 3385억 원), 수주 잔고 330억 달러(약 46조 1505억 원)와 비교하면 규모는 작지만, 안두릴은 "다양한 시장 부문에 많은 베팅을 하고 있다"는 점에서 다른 스타트업과 차별화된다고 바이런 캘런은 설명했다. 마크 인더스트리즈(저비용 공격 드론), 쉴드 AI(군용 하드웨어 AI) 등 다른 비상장 스타트업과, 상장사 에어로바이런먼트, 카르만 홀딩스, 크라토스 디펜스 앤 시큐리티 솔루션스(스마트 탄약과 드론 기술)도 주목해야 할 대상이다. 이들 신생 기업의 등장은 기존 방산업체들이 더 빠르고 저렴하게 움직이도록 압박하는 요인이 될 수 있다. 에어로다이내믹 어드바이저리의 리처드 아불라피아 상무이사는 "새로운 경쟁이 있다는 것은 환상적인 일"이라고 평가했다. 종목별 진단…옥석 가리기 나선 투자자들 투자자들은 안두릴 대신 에어로바이런먼트에 투자할 수 있다. 이 회사는 스위치블레이드 체공형 정밀유도탄과 푸마 정찰 드론을 만든다. 우크라이나 정책 변동성으로 주가가 타격을 입었다. 2024 회계연도 총매출 38% (약 2억 7400만 달러)가 우크라이나발이었으나 이후 줄었다. 주가는 11월 선거 후 29% 하락했다. 최근 자율 시스템 업체 블루헤일로와 합병하며 성장 동력을 확보했다. 제퍼리스 그렉 콘래드 분석가는 2026 회계연도 합산 매출 20억 달러(약 2조 7970억 원), EBITDA 약 3억 5000만 달러(약 4894억 7500만 원)를 예상한다. 그는 EBITDA가 25배 멀티플 또는 주가 190달러(최근 156달러 대비 22% 상승)를 정당화한다고 설명했다. 이어 콘래드 분석가는 "에어로바이런먼트가 수주 잔고, 파이프라인, 블루헤일로와의 기회 등 현재보다 좋은 위치에 있었던 적이 없다"고 강조했다. 배런스는 전통 방산업체 중에서는 L3해리스 테크놀로지스가 사업 다각화로 유망하다고 꼽았다. 통합 임무 시스템, 우주와 공중 시스템, 통신 사업 외 2023년 7월 에어로젯 로켓다인 인수로 로켓 엔진 사업까지 확장했다. 골드만삭스 노아 포포낙 분석가는 L3해리스가 특정 프로그램에 집중되지 않아 예산 변화로부터 잘 보호된다는 점을 강조했다. 그는 '매수' 등급과 283달러 목표 주가(최근 216달러 대비 약 31% 상승)를 제시했다. 노스롭도 또 다른 승자로 꼽힌다. 스텔스 폭격기로 유명하지만, 항공우주, 미사일 방어, 핵무기, 감시, 무인 시스템, 우주 등 광범위하게 다각화되어 있다. 해군 6세대 유인 전투기를 개발하는 차세대 공중 방어(NAGD) 프로그램 계약을 보잉으로부터 따내면 추가 모멘텀을 얻을 수 있다. 노스롭 주가는 2025년 예상 수익 19배로 록히드 마틴 대비 12% 프리미엄에 거래되지만, 모건스탠리 크리스틴 리와그 분석가는 정당한 프리미엄이라고 본다. 앞으로 3년 연간 9% 성장률은 록히드보다 2%포인트 빠르다. 리와그는 노스롭을 해당 부문 '최고 추천주'로 꼽으며, 570달러 목표 주가는 최근 467달러에서 22% 상승 여력을 시사한다고 밝혔다. 록히드 마틴은 더 어려운 상황에 처했다. 2024년 6월 배런스 추천주였으나, 11월 24일 일론 머스크의 유인 전투기 비난 트윗 이후 주가가 14% 하락하며 허리케인급 역풍을 맞았다. 현재 2026년 예상 수익 15.5배에 거래되며, S&P 500 지수 대비 15% 할인된 수준은 군사 지출 감소기였던 2011-2015년(10% 할인)보다 크다. 머스크의 트윗은 2조 달러(약 2797조 원) 규모의 국방 프로그램이자 회사 매출 4분의 1 이상을 차지하는 F-35 전투기에 문제를 제기했다. 1억 달러(약 1398억 5000만 원)짜리 F-35는 스텔스, 첨단 센서, 수직 이착륙 등 고기능으로 유지보수 비용도 막대하다. 머스크가 비난하더라도 F-35는 미국의 공중 우위를 상징하며 수십 년간 운용될 전망이다. 버티컬 리서치 파트너스 롭 스탤러드 분석가는 행정부와의 긴장이 당분간 주가를 억누를 것으로 본다. 스탤러드 분석가는 록히드 주식에 대해 "록히드는 적절한 멀티플에, 공정하게 평가됐다"고 진단하며, '보유' 등급과 505달러 목표 주가(최근 467달러 대비 8% 상승)를 제시했다. 큰 폭으로 하락한 부즈 앨런 해밀턴 홀딩은 저평가된 것으로 보인다. 지난해 11월 미국 대통령 선거 후 36% 급락했는데, 정부 효율성 부서의 정부 계약 손질 여파다. 회사 사업의 약 4분의 3이 국가 안보 관련이라 타격이 컸다. 하지만 부즈는 단순 컨설팅 기업 이상이다. 9·11 사태 후 미 안보 기관 정보 공유 시스템을 구축했고, 12월 팔란티어와 협력해 미군 전투원에게 AI 기반 소프트웨어와 하드웨어를 공급한다. 'AI'와 '국가 방위' 조합 덕에 팔란티어는 2026년 예상 수익 163배에 거래되지만, 부즈는 약 16.6배에 불과하다. 헤드라인 리스크는 있지만, 수익은 앞으로 수년 간 11% 성장 예상되며(S&P 500보다 약간 빠름), 밸류에이션은 지난 5년래 최저 수준이다. 전쟁 양상은 변하지만, 부즈 같은 방산 기업들은 언제나 변화 속에서 이익을 창출할 방법을 찾을 것이라는 전망이 나온다.
- IT/바이오
2025-05-12 06:10:00
[신소재 신기술(173)] MIT, 자유 상태 원자 상호작용 첫 관측⋯"양자현상 실시간 시각화 길 열려"

미국 매사추세츠공과대학(MIT) 연구진이 공중에 자유롭게 존재하는 원자 간 상호작용을 직접 촬영하는 데 성공하며, 양자역학적 현상을 실시간으로 시각화할 수 있는 길을 열었다. MIT 물리학과의 마틴 즈비얼라인(Martin Zwierlein) 박사가 이끄는 연구팀은 최근 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 발표한 논문에서, 기존 이론으로만 존재하던 '자유 상태 원자 상호작용'을 실공간에서 이미지화하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 원자가 움직일 수 있는 느슨한 레이저 트랩을 이용해 다양한 원자들을 자유롭게 상호작용하게 한 뒤, 광학 격자를 이용해 순간적으로 위치를 고정시키고 미세 조정된 레이저로 형광을 유도해 각각의 원자를 시각화하는 새로운 기법을 개발했다. 이를 통해 최초로 단일 원자들의 움직임과 상호작용을 '스냅샷' 형태로 포착하는 데 성공했다. 즈비얼라인 박사는 "이제 우리는 개별 원자들이 서로 어떤 관계를 맺고 있는지를 직접 볼 수 있게 됐다"며 "양자적 아름다움을 눈으로 확인할 수 있는 수준"이라고 설명했다. 이 연구는 특히 양자역학의 기본 원리인 '하이젠베르크 불확정성 원리'로 인해 그간 직접 관측이 어려웠던 미시 세계의 움직임을 한층 명확히 드러낸다는 점에서 주목된다. 기존 흡수 영상 기술은 원자 구름의 전체적인 윤곽만을 보여줄 뿐, 개별 원자의 구체적인 위치는 식별하지 못했다. 연구진은 이 기술을 활용해 보존입자(보존자)와 페르미입자(페르미온)의 양자 상태를 직접 관찰했다. 나트륨 원자로 구성된 보존자 구름은 극저온에서 '보스-아인슈타인 응축(BEC)' 상태를 형성하며, 입자들이 하나의 양자상태를 공유하는 모습이 포착됐다. 이는 루이 드브로이(Louis de Broglie)의 파동 이론이 예측한 바를 시각적으로 입증한 셈이다. 또한 서로 다른 두 종류의 리튬 원자를 이용해 페르미온의 상호작용을 관찰한 결과, 반대 성질을 가진 페르미온이 쌍을 이루는 모습이 촬영됐다. 이는 초전도 현상의 핵심 메커니즘을 드러내는 결정적인 장면으로 평가된다. 물리학자 루이 드브로이(1892~987)는 1924년 박사 학위 논문에서 모든 물질은 파동성을 가진다는 혁신적인 가설을 제안하며, 양자역학의 발전에 중대한 전환점을 마련했다. 이는 '물질파 이론(matter-wave theory)' 또는 드브로이 파동 이론이라 불린다. 당시까지는 빛은 파동이면서 입자라는 파동-입자 이중성 개념이 확립되어 있었으나, 전자나 원자 같은 입자가 파동의 성질을 가진다는 발상은 전무했다. 드브로이는 아인슈타인의 광양자 이론(빛은 입자처럼 행동함)에 착안해, 반대로 입자도 파동처럼 행동할 수 있다고 주장했다. 즈비얼라인 박사는 "양자 파동의 존재를 이처럼 직접 시각화한 적은 없었다"며 "이는 이론 물리학에서 예측에 그쳤던 복잡한 양자 상태들을 실험적으로 검증할 수 있는 강력한 도구"라고 강조했다. 연구진은 향후 이번 기술을 활용해 '양자 홀 효과(Quantum Hall effect)' 등 더 복잡하고 덜 탐구된 양자 상태들을 관찰할 계획이다. 양자 홀 현상은 자기장 아래 상호작용하는 전자들이 이상한 방식으로 정렬되는 특이한 현상으로, 현재까지도 완전한 이론적 설명이 어려운 영역으로 남아 있다. 즈비얼라인 박사는 "이제는 이론가들이 그림으로 그리던 복잡한 양자 상태들을 실제로 관측해 검증할 수 있다"며 "그간 '상상 속 세계'였던 양자 현상의 실체를 밝히는 데 한 걸음 다가섰다"고 밝혔다. 이번 연구는 양자 컴퓨팅, 정밀 센서 기술, 나노과학 등 다양한 분야에서의 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2025-05-09 09:51:00
애플, AI 조직 재편⋯시리·로봇 프로젝트 개발 체계 전환

애플이 인공지능(AI) 전략을 전면 재조정하고 있다. 수년간 AI 부문을 하나의 리더십 하에 통합하려던 기존 방침을 접고, 기능별 조직 재편에 나선 것이다. 이번 조치는 애플의 음성비서 '시리(Siri)' 개발 방향부터 로봇 프로젝트 추진 방식까지 전방위적으로 영향을 미칠 전망이라고 과학 기술 전문 매체 폰 아레나(PR)가 27일(현지시간) 보도했다. 2018년 애플은 구글 출신 AI 전문가 존 지안안드레아(John Giannandrea, JG)를 영입하며, 시리, 연구개발(R&D), 하드웨어 기반 AI 기능, 자율주행차 프로젝트 등 흩어져 있던 AI 관련 활동을 통합 관리하기 시작했다. 당시 아마존 알렉사와 구글 어시스턴트에 비해 뒤처졌다는 평가를 받던 시리의 경쟁력을 끌어올리기 위한 전략적 결정이었다. 그러나 블룸버그에 따르면, 기대했던 만큼의 속도와 혁신은 실현되지 못했다. 애플은 주요 경쟁사들이 AI 기능을 빠르게 상용화하는 가운데, '애플 인텔리전스(Apple Intelligence)' 등의 신기술 출시가 지연되거나 제한되는 상황에 직면했다. 내부적으로도 중앙집중식 체계가 충분한 실행력을 확보하지 못했다는 평가가 나왔다. 이에 따라 애플은 최근 AI 조직을 해체하고, 소프트웨어, 하드웨어 등 기존 기능별 조직으로 역할을 재분배하고 있다. 시리 개발 부문은 소프트웨어 엔지니어링을 총괄하는 크레이그 페더리기(Craig Federighi) 부사장 산하로 이관되며, 로봇 프로젝트는 하드웨어 엔지니어링 부문을 이끄는 존 터너스(John Ternus) 부사장 쪽으로 옮겨졌다. 전문가들은 이번 조직 개편이 단순한 조정 차원을 넘어, 근본적인 경쟁력 강화 필요성에 따른 결정이라고 진단했다. 한편, 지안안드레아는 여전히 AI 핵심 기술, 즉 '애플 인텔리전스'의 기본 모델과 연구·데이터 작업을 총괄하고 있다. 다만, 제품 적용 및 서비스화는 각 기능 조직이 담당하게 되어 역할이 보다 축소된 형태로 변모했다. 일각에서는 지안안드레아가 퇴사할 경우 별도의 AI 총괄직을 두지 않고 기존 기능 조직 체제로 완전히 복귀할 가능성도 거론되고 있다. 현재 글로벌 IT 업계는 AI 기술을 둘러싼 경쟁이 치열하다. 구글은 '제미나이(Gemini)' AI를 검색, 픽셀폰, 삼성 갤럭시 시리즈 등 다양한 제품에 적용하고 있으며, 마이크로소프트는 '코파일럿(Copilot)'을 윈도우와 오피스 전반에 통합하고 있다. 메타 역시 AI를 자사 앱과 레이밴 메타(Ray-Ban Meta) 스마트 글래스에 적극적으로 도입하고 있다. 애플의 조직 개편이 빠르게 변화하는 AI 시장에서 경쟁력을 끌어올릴 '현명한 전환'이 될지, 아니면 '전략 수정이 불가피할 정도로 뒤처졌다는 방증'이 될지는 앞으로의 행보에 달려 있다. 다만 애플 내부에서는 기존 체제의 한계를 인정하고, 보다 민첩하고 기능별 특화된 전략으로 전환할 필요성을 명확히 인식하고 있다는 점이 확인됐다.
- IT/바이오
2025-04-28 14:10:00
[신소재 신기술(172)] MIT, '벌' 닮은 초소형 비행로봇 개발⋯자율 수분·정밀 비행 가능성 열어

미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진이 벌의 날갯짓을 모사한 초소형 비행로봇을 개발해, 농업 분야에서의 자율 수분 등 응용 가능성을 제시했다. 이번 성과는 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다. MIT 테크놀로지 리뷰에 따르면 전기전자공학과 케빈 천(Kevin Chen) 교수팀은 기존 설계보다 100배 이상 긴 비행 시간을 기록한 새로운 비행로봇을 공개했다. 이 로봇은 종이클립보다 가벼운 무게(1g 미만)로, 1000초(약 17분) 동안 연속 비행이 가능하며, 체공 중에서도 정밀한 자세 조종과 공중제비(더블 플립), 곡선 비행을 수행할 수 있다. 날개 구조 개선으로 비행 효율·안정성 획기적 향상 기존 로봇은 두 쌍의 날개가 서로 간섭하면서 상승력을 충분히 확보하지 못하는 한계를 지녔다. 이에 연구진은 날개를 로봇 중심에서 바깥 방향으로 배치해 간섭을 줄이고, 각 날개가 독립적으로 움직일 수 있도록 개별 조정 장치를 적용했다. 또한 인공 근육 역할을 하는 액추에이터와 날개를 연결하는 히지(hinge) 구조를 길게 개선해, 고주파 구동 시 발생하는 구조적 변형(buckling)을 최소화했다. 이를 통해 비행 중 기계적 응력은 감소하고, 추진력은 더욱 강화됐다. 실험을 주도한 천 교수는 "이번 로봇은 기존 설계 대비 비행 시간에서 비약적인 성과를 냈다"며 "학생이 실험 중 1000초가 인생에서 가장 긴 순간처럼 느껴졌다고 말할 정도로 긴장된 시도였다"고 밝혔다. 농업·환경 모니터링 등 실용화 단계로 이번에 개발된 로봇은 초속 35cm의 비행 속도와 함께 정해진 경로(M-I-T)를 따라 움직이는 정밀 유도 비행까지 구현해냈다. 연구진은 향후 1만초(약 164분 40초, 2시간 46분 40초) 이상 비행 시간 확보와 꽃 중심 착륙 및 이륙 기능 개발을 목표로 삼고 있다. 특히 구조를 간소화해 전자 부품 탑재 공간을 확보함에 따라, 소형 배터리와 센서 장착을 통한 실외 비행 및 자율 내비게이션 구현 가능성도 열렸다. 이는 다층형 수직 농장 등 폐쇄형 농업 시스템에서의 정밀 수분 작업, 환경 모니터링, 방제 로봇 등 다양한 실용적 활용을 기대하게 한다. "실제 벌 수준에는 못 미치지만, 상용화 가까워져" 천 교수는 "아직 실제 벌처럼 섬세한 움직임은 구현하지 못했지만, 비행 시간과 정밀도가 향상되면서 보조 수분 등 구체적인 응용 가능성에 한 걸음 다가섰다"고 말했다. 이번 연구는 자연 생물의 기계적 특성을 복제하려는 생체모사공학(biomimetics) 분야에서 주목할 만한 진전으로 평가된다. 초소형 로봇이 가진 기술적 한계를 극복함으로써, 앞으로의 스마트 농업·도심 생태계 유지·기후 대응 등 다양한 영역에서 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 보인다.
- IT/바이오
2025-04-28 11:30:00
[신소재 신기술(171)] 포스텍 연구진, 극한 온도 변화 견디는 '하이퍼어댑터' 초고성능 합금개발

국내 연구진이 영하 196도부터 영상 600도까지, 총 800도에 이르는 극한 온도 변화에도 강도와 연성을 유지하는 차세대 금속 합금을 개발했다. 포항공과대학교(POSTECH) 김형섭 교수 연구팀은 철, 니켈, 코발트, 크롬, 알루미늄, 티타늄 등을 조합해 새로운 고엔트로피 합금(High Entropy Alloy, HEA)을 제작하고, 이를 '하이퍼어앱터(Hyperadaptor)'라는 이름을 붙였다고 코스모스매거진과 사이테크데일리가 22일(현지시간) 보도했다. 새로 개발된 HEA는 -196°C(77K)의 극저온 조건에서 600°C(873K)의 고온에 이르는 넓은 온도 범위에서 거의 일정한 기계적 성능을 보여준다. 이러한 놀라운 안정성은 합금 내에 균일하게 분포된 나노 크기의 L1₂ 석출물이 존재하기 때문이다. 이 미세 입자는 변형을 억제하는 보강재 역할을 하며, 금속 내부의 미끄럼 변형(slip)을 조절함으로써 외부 환경 변화에도 소재의 강도와 연성(유연성)을 유지하게 한다. 이번 연구는 학술지 '머티리얼스 리서치 레터스(Materials Research Letters)'에 게재됐다. 포스텍이 개발한 고엔트로피 합금은 5종 이상의 원소를 거의 동일한 비율로 혼합한 소재로, 기존 금속보다 강도, 인성, 내열성, 내식성 등이 우수하다는 평가를 받고 있다. 특히 다양한 원소가 무작위로 결합하면서 오히려 구조적 안정성이 향상된다는 점에서 '엔트로피의 역설'로 주목받아 왔다. 김형섭 교수는 "이번에 개발한 HEA는 기존 합금의 온도 의존적 성능 한계를 극복한 최초의 소재"라며 "극한 환경에서도 일정한 기계적 거동을 유지하는 새로운 물질군의 등장을 의미한다"고 밝혔다. 이번에 개발된 HEA는 니켈 35%, 철·코발트·크롬 53%, 알루미늄 7%, 티타늄 5%로 구성됐으며, 구조는 FCC(면심입방체) 형태다. 이는 각 입방체의 꼭짓점과 면 중심에 원자가 배치된 형태로, 높은 연성과 강도를 동시에 지닌 것이 특징이다. 연구팀은 여기에 알루미늄과 티타늄을 '구조 보강재'처럼 첨가해 고온에서도 형태와 기능이 변형되지 않도록 했다. 논문의 제1저자인 박효진 박사는 "일반적인 금속은 특정 온도 범위에 최적화되어 있지만, 이 HEA는 극저온과 고온을 넘나드는 환경에서도 성능 저하 없이 상요할 수 있다"며 "가스터빈, 항공기 제트엔진, 로켓추진체, 원자력 발전소 등 극한 환경의 금속 소재로 활용도가 높을 것"이라고 설명했다. 이번 연구 성과는 고온과 저온을 오가는 극한 산업 현장에 새로운 가능성을 제시하는 한편, 미래 항공우주 및 자동차, 에너지 산업의 핵심 소재 기술로 자리매김할 것으로 기대된다. ◇ 참고문헌: 박효진, 손수정, 안성열, 하효정, 김래언, 이재흥, 주효문, 김정기, 김형섭 공저, '하이퍼어앱터(Hyperadaptor); 넓은 온도 범위에서 Ni 기반 고엔트로피 합금의 온도 비감응성 인장 특성', Materials Research Letters 2025년 2월 6일 . DOI: 10.1080/21663831.2025.2457346
- 포커스온
2025-04-23 11:05:00
[신소재 신기술(170)] 경희대, '2차원 바일 준금속'서 원형 감광 기전 효과 세계 첫 입증

경희대학교 연구진이 차세대 양자소자 구현을 위한 중요한 단서를 세계 최초로 규명했다. 경희대는 21일 최석호 응용물리학과 고황 명예교수 연구팀이 '2차원 바일(Weyl) 준금속'에서 원형 감광 기전 효과(Circular Photogalvanic Effect, CPGE)가 발생한다는 사실을 입증했다고 밝혔다. 최교수 팀은 세계 최초로 금을 이온주입해 '위상 준금속(Topological semimetal)'인 '디락 준금속(Dirac semimetal)'을 '바일 준금속(Weyl semimetal)으로 영구상전이(phase transition)하는 방법을 개발했다. 바일 준금속(Weyl semimetal)은 최근 몇 년 사이 물리학과 재료과학 분야에서 주목받고 있는 차세대 양자 물질로, 고체 내 전자의 움직임이 고에너지 물리학의 이론적 입자 중 하나인 '바일 페르미온(Weyl fermion)'과 유사한 특성을 보이는 물질이다. 바일 준금속은 결정 구조 안에서 전자의 에너지와 운동량이 특정한 점(바일 노드)에서 선형적으로 교차하는 특성을 갖는다. 이 선형 교차점은 고체 내에서 마치 '질량이 없는 입자'처럼 움직이는 전자를 만들어낸다. 이러한 입자는 이론상 고에너지 물리에서 제안된 바일 페르미온에 해당한다. 다시 말하면, 바일 준금속은 내부 전자가 거의 질량이 없는 상태처럼 움직이며, 자기장의 세기와 방향에 극도로 민감한 양자물질이다. 이러한 전자 이동 특성 덕분에 정밀 자기장 센서, 초고속 전자소자, 나노소자 등 차세대 전자·광전자 기술에서 그래핀을 이을 유력한 후보로 주목받고 있다. 이 물질은 스마트폰과 자기공명영상(MRI) 장치 등 다양한 뷴야에 쓰이는 자기 측정 센서를 정밀하게 만들 수 있다. 특히 바일 준금속은 고유한 양자 역학적 현상들을 기반으로 양자소자 구현 가능성이 제기되며 세계 각국의 연구 경쟁이 치열하게 전개되는 분야다. '위상 물질'은 2차원 물질인 '그래핀'을 대용할 물질로 세계 연구자들의 이목을 집중시키고 있다. 이를 위한 기초 연구는 호라발히 ㅈ니행됐지만 으용ㅇ 연구는 상대적으로 저조한 실정이다. 또한 디락 준금속의 온도를 저온으로 낮추거나 압력을 크게 올릴 경우, 바인 준금속으로 상전이 된다는 연구 결과는 많이 보도횄지만, 소자활용에는 별다른 도움이 되지 못했다. 온도나 압력이 이전으로 바뀌면 원래의 디락 준금속 상태로 돌아갔기 때문이다. 연구팀은 이 가운데 바일 준금속의 핵심 양자 특성 중 하나인 원형 감광 기전 효과에 주목했다. 이 효과는 회전 편광된 빛이 특정한 방향의 전류를 유도하는 현상으로, 지금까지는 오직 3차원 바일 준금속에서만 실험적으로 확인된 바 있다. 경희대 연구진은 이를 2차원 구조로 구현하고자, 두께가 10나노미터(㎚) 이하인 초박막 위상 준금속을 제작해 2차원 바일 준금속으로 활용했다. 이후 회전하는 빛을 비추는 실험을 통해, 빛의 편광 방향에 따라 전류 흐름이 달라지는 CPGE 현상이 명확히 관측됐다. 최 교수는 "기존 3차원 구조는 부피가 크고 두꺼워 소형화와 집적화에 한계가 있었지만, 2차원 구조는 얇고 유연해 초소형 소자 개발에 유리하다"며, "이번 연구는 향후 양자정보처리, 스핀 기반 광전소자 등 핵심 기술 구현에 결정적 기초를 제공할 것"이라고 강조했다. 위상 물질인 디락 준금속을 간단하게 바일 준금속으로 영구상전이 시키고, 같은 물질의 다른 상들이 계면 등을 형성해 소자응용이 가능해졌다는 것이 이번 연구의 핵심 내용이다. 연구팀은 위상물질의 양자물성을 기반으로 실용적인 소자를 개발하려는 목표도 갖고 있다. 연구팀은 이번 성과가 고성능 에너지 변환 장치, 고감도 광전자 센서, 양자컴퓨팅 소자 개발 등 미래 지향적 기술의 실용화에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업 지원을 통해 진행됐으며, 경희대 최석호 교수, 이원준 석사과정생(공동 제1저자)을 중심으로 울산대학교, 호주국립대학교(ANU), 호주 울런공대학교(University of Wollongong) 등의 공동 연구진이 참여했다. 연구 결과는 재료물리 분야의 권위 있는 국제 학술지 '머터리얼스 투데이 피직스(Materials Today Physics)' 최신호에 게재됐다.
- IT/바이오
2025-04-21 14:06:00
[신소재 신기술(169)] 빗방울로 전기 생산…싱가포르 연구진, '빗물 발전 시스템' 개발

빗방울이 전기를 생산하는 재생에너지 자원으로 주목받고 있다. 싱가포르국립대학교(NUS) 연구팀은 빗방울이 떨어지는 과정에서 발생하는 전하 분리를 이용해 LED 전구 12개를 밝힐 수 있는 전기를 생산하는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 연구에 대해서는 뉴사이언티스트, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 지난 16일(현지시간) 보도했다. 연구 책임자인 시오링 소(Siowling Soh) 교수는 "지구에는 매일 비가 내리지만 이를 활용한 에너지 수확 시스템이 부재해 에너지가 그대로 낭비되고 있다"며 "이번 연구는 빗물을 통해 전기를 수확하는 새로운 가능성을 보여준다"고 설명했다. 기존 수력발전은 강, 바다, 수로 등에서 대규모 수량의 운동 에너지를 터빈으로 변환하는 방식이다. 반면 이번 연구는 '전하 분리(charge separation)' 현상을 이용한다. 이는 물 분자의 양성자(proton)는 액체 내에 남고, 전자는 도전성 표면에 전달되는 원리로, 마치 머리카락에 풍선을 문질러 정전기를 발생시키는 것과 유사하다. 하지만 일반적으로 이 방식은 접촉면에만 전하가 형성되며, 표면적을 넓히기 위해 마이크로 채널을 사용할 경우 오히려 에너지 손실이 발생해 비효율적이다. 이번 연구는 중력과 단순한 기하 구조를 활용해 이러한 한계를 극복했다. 연구진은 높이 32cm, 내경 2mm의 수직 튜브를 설치하고, 금속 바늘을 통해 유사 빗방울을 형성했다. 물방울이 튜브 상단과 충돌하면서 공기 방울과 함께 '플러그 흐름(plug flow)' 형태로 낙하하도록 설계됐다. 이 흐름은 물과 공기가 분리된 덩어리 형태로 이동하며, 내부에서 전하가 효과적으로 분리된다. 튜브 상단과 하단에 설치된 전선이 이를 수확해 전기를 생산하는 구조다. 연구 결과, 단일 튜브에서 440마이크로와트(μW)의 전력이 생산됐으며, 4개 튜브를 동시 운용하면 LED 12개를 20초간 점등할 수 있었다. 소 교수는 "이번 실험은 고정된 물줄기보다 플러그 흐름 방식이 약 5배 더 높은 효율을 보였다"며 "총 낙하 에너지의 10% 이상을 전기로 전환하는 데 성공했다"고 밝혔다. 이번 발전 시스템은 단순 구조에 중력을 이용한 수직 흐름만으로 작동해 추가적인 펌프 동력이 필요 없다는 점도 장점이다. 연구진은 도시의 옥상 등에 대량 설치해 실제 빗물 환경에서도 유의미한 발전이 가능할 것으로 보고 있다. 미국 비영리 단체 '저영향 수력 발전소 인증 기관(Low Impact Hydropower Institute)의 섀넌 에임스(Shannon Ames)는 "개별 가정 단위로 적용 가능성이 있다면 매우 유용한 기술이 될 것"이라고 평가했다. 다만, 현재 수준에서 생산 가능한 전력은 제한적이다. 연구팀은 실험에서 사용한 물방울 속도가 실제 강수량보다 느렸기 때문에 실제 빗줄기 환경에서는 발전 효율이 더욱 높아질 수 있다고 전망했다. 이 연구 결과는 미국화학회(ACS)의 오픈 액서스 국제 학술지 'ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)'에 게재됐다(DOI: 10.1021/acscentsci.4c02110).
- 산업
2025-04-18 10:08:00
3월 ICT 수출 9.4% 증가한 206억 달러…반도체·휴대전화 견인

3월 한국의 ICT(정보 통신기술) 수출이 지난해 같은 달보다 9.4% 증가한 205억8000만달러를 기록했다. 메모리 반도체 수요 회복과 인공지능(AI)용 고부가 메모리 수출이 18.4% 증가하며 반도체 전체 수출을 11.8% 끌어 올렸다. 휴대전화는 부품 수출 증가에 힘입어 14.5% 늘었으며, 디스플레이 수출도 8개월만에 상승 전환했다. [미니해설] 미국 관세 부과 직전 3월 ICT 수출 깜짝 증가⋯반도체 중심 회복세 뚜렷 미국 트럼프 행정부의 관세 부과 본격화를 앞둔 2025년 3월, 한국의 ICT 수출이 예상 밖의 상승세를 나타냈다. 과학기술정보통신부가 14일 발표한 '3월 ICT 수출입 동향'에 따르면, 지난달 ICT 분야 수출은 205억8000만달러로 지난해 같은달보다 9.4% 증가했다. 이는 글로벌 경기 침체 우려에도 불구하고 핵심 품목인 반도체와 휴대전화 등이 회복세를 나타냈기 때문이다. 품목별로는 반도체 수출 증가세가 가장 두드러졌다. 특히 메모리 반도체가 기업들의 재고 감소 움직임과 AI·데이터센터 시장의 수요 확대에 힘입어 전년 동월 대비 18.4% 늘어난 88억2000만달러를 기록했다. 고부가가치 반도체인 고대역폭메모리(HBM), DDR5 등 차세대 메모리에 대한 수요 증가가 반도체 업계의 실적 회복을 견인한 것으로 분석된다. 반면 시스템 반도체 수출액은 37억4000만 달러로 전년 대비 1.5% 감소했다. 파운드리(위탁생산) 부문 수출은 증가했으나 팹리스(설계전문업체) 및 패키징 등 후공정 부문의 수요가 감소한 탓이다. 하지만 전체 반도체 수출이 두 자릿수 증가율을 보이면서, 반도체 업계의 하반기 실적 전망에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다. 휴대전화, 공급 부품 증가로 14.5%↑ 휴대전화 수출도 중국과 베트남 등 글로벌 스마트폰 생산 기지로 부품 공급이 늘어난 덕분에 14.5% 증가한 10억 달러를 기록했다. 글로벌 스마트폰 시장에서 삼성전자가 올해 1분기 출하량 점유율 19.3%를 기록하며 애플(17.2%)과 샤오미(14.6%)를 제치고 1위를 유지했으나, 애플과 샤오미와의 격차가 줄어든 점은 우려 요인으로 꼽힌다. 디스플레이 분야는 최근 수개월간 감소세에서 벗어나 16억4000만 달러로 전년 대비 1.3% 증가하며 반등했다. 신제품 출시 효과와 더불어 미국의 관세 시행 전 재고 확보 수요가 디스플레이 산업의 수출 반등을 도운 것으로 보인다. AI데이터센터 저장장치 SSD 수요급증 컴퓨터·주변기기 분야도 주목할만한 성장세를 보였다. 특히 미국과 유럽의 데이터센터 투자 확대와 AI 데이터센터용 저장장치인 SSD 수요급증으로 수출액이 13억1000만 달러를 기록, 28.1% 증가했다. SSD 수출은 15개월 연속 상승세를 유지하며 ICT 수출을 견인하고 있다. 국가별로는 미국으로의 ICT 수출이 27억7000만달러로 전년 대비 19.4% 증가한 반면, 중국으로의 수출은 73억5000만달러로 12.2% 감소하며 양극화 현상이 나타났다. 미국이 트럼프 정부의 관세 정책으로 인해 무역 환경이 악화딜 것으로 예상되면서 한국 ICT 기업들의 선제적 대응이 반영된 결과로 분석된다. ICT 수입액, 전년 동월 대비 6.8% 증가 이와 함께 ICT 수입액은 122억1000만 달러로 전년 동월 대비 6.8% 증가했다. 특히 최근 AI 가속기 도입이 본격화되면서 시스템 반도체 수입이 23.1% 늘어난 점이 주목된다. AI 산업 성장과 함께 첨단 패키징 관련 부품 수입이 증가하고 있어, 이는 국내 반도체 산업의 고부가가치화와 맞물려 수출입 구조의 고도화를 이끌고 있다는 평가다. 무역수지 역시 흑자를 기록했다. 3월 ICT 부문 무역수지는 83억7000만 달러의 흑자를 달성하며, 무역전쟁 여파에도 견고한 무역 흑자 기조를 유지하고 있다. 전문가들은 미국발 무역전쟁이 본격화되면 ICT 업계에 다시 부담이 될 수 있지만, 반도체와 SSD 등 고부가가치 품목의 수요 증가가 이를 일정 부분 상쇄할 것으로 전망하고 있다. 향후 글로벌 무역 환경 변화에 따른 기업들의 전략적 대응이 수출 지속 여부를 결정할 전망이다.
- IT/바이오
2025-04-14 11:37:00
[신소재 신기술(168)] "쌀알만 한 뇌, 우주만큼 정밀하게 해부됐다"

쌀알만 한 생쥐 뇌 조직의 정밀 해부를 통해 신경세포 8만4000개와 5억 개의 시냅스, 5.4㎞에 달하는 신경망이 드러났다. 9년에 걸쳐 진행된 국제 공동 연구가 포유류 뇌를 가장 정밀하게 해부한 커넥톰을 완성 한 것이다. 인공지능(AI) 기술과 인간의 손길이 결합된 이번 프로젝트는 뇌과학의 디지털 전환을 본격화하는 전환점이 될 전망이다. 미국 프린스턴대학교, 스탠퍼드대학교, 텍사스 베일러 의과대학, 시애틀 앨런 뇌과학연구소 등 22개 연구기관 소속 150명 이상이 참여한 국제 공동연구팀은 생쥐 뇌의 1㎣도 채 되지 않는 부위에서 8만4000개의 신경세포와 5억 개 이상의 시냅스 연결, 5.4㎞ 길이의 신경망 구조를 밝혀냈다. 이는 현재까지 포유류 뇌를 대상으로 한 가장 정밀하고 방대한 커넥톰(connectome·신경연결지도)으로 기록됐다. 연구팀은 뇌 지도를 만들면서 수만 개의 개별적인 나무 모양의 뉴런을 디지털 방식으로 풀어내고, 각 뉴런의 고유한 가지 시스템을 추적한 다음, 이를 하나하나 재구성해 광대한 회로 네트워크를 만들었다. 이를 커넥톰이라고 부른다. 프린스턴 대학교는 이번 연구는 9년간 진행됐으며 22개 기관의 150명 이상의 연구자들이 이 프로젝트에 참여했다고 밝혔다. 이번 연구는 미국 베일러 의과대학에서 시작됐다. 과학자들은 특수 현미경을 사용해 생쥐가 러닝머신 위에서 10초 동안 베이스점프, 루지 등 다양한 익스트림 스포츠, 애니메이션, 영화 매트릭스, 매드맥스: 분노의 도로 등의 비디오 영상을 보는 동안 쥐의 시각 피질 1㎣(세제곱밀리미터) 부분의 뇌 활동을 기록하는 방식으로 진행됐다. 이후 앨런 연구소 연구팀은 생쥐 뇌를 2만8000개 층으로 절단하고, 인공지능(AI) 분석과 인간의 수작업 검수를 결합해 신경세포 간 연결망을 일일이 추적해 재구성했다. 연구팀이 진행한 코티컬 네트워크(Cortical Networks)의 머신 인텔리전스인 MICrONS 프로젝트는 지금까지 포유류 뇌의 가장 자세한 배선도를 구축했으며, 이 배선도는 온라인에서 무료로 이용할 수 있다. 이번 연구를 총괄한 데이비드 마코위츠 박사는 "인간 게놈 프로젝트에 비유되는 신경과학의 분수령"이라고 평가했다. 이어 프린스턴 대학교의 또 다른 연구팀은 인공지능과 머신러닝을 사용하여 세포와 연결망을 3D 입체로 재구성했다. 뇌 활동 기록과 함께, 이 입체에는 5억 2300만 개의 시냅스(20만 개의 세포를 연결하는 연결점)와 4km 길이의 축삭(다른 세포로 뻗어 나가는 가지)이 포함되어 있다. 스탠퍼드대학교 신경과학자 안드레아스 톨리아스 교수는 "이 연구는 구조와 기능을 동시에 기록한 최초의 사례"라며 "우리가 세계를 인식하고 감정을 느끼고 결정을 내리는 뇌의 생물학적 구조를 데이터로 포착한 것"이라고 강조했다. 연구팀은 이를 통해 단순한 신경 배치도뿐 아니라, 각 신경세포 간 상호작용과 정보 전달 방식까지 시각화해냈다. 과거 곤충의 뇌를 대상으로 한 연결지도는 존재했지만, 이번처럼 포유류 뇌의 고도 복잡성을 구현한 사례는 처음이다. 프린스턴대 신경과학자 세바스찬 승 교수는 "이번 연구를 통해 구현한 커넥톰(connectome)은 뇌과학의 디지털 전환을 여는 출발점"이라며 "이 기술은 신경 연결의 이상 패턴을 식별하고, 치매 등 뇌 질환의 원인을 규명하는 데 획기적인 전기를 마련할 것"이라고 말했다. 이 연구는 뇌의 새로운 특성, 유형, 조직 및 기능 원리, 세포 분류의 새로운 방식을 밝혀냈다. 특히 뇌 안의 새로운 억제 원리를 발견한 것은 이번 연구의 가장 큰 성과로 평가된다. 과학자들은 이전에 신경 활동을 억제하는 억제 세포를 다른 세포의 활동을 약화시키는 단순한 힘으로 생각했다. 반면 연구팀은 훨씬 더 정교한 수준의 의사소통을 발견했다. 억제 세포는 무작위로 행동하는 것이 아니라, 어떤 흥분 세포를 표적으로 삼을지 매우 선택적으로 결정하여 네트워크 전체에 걸친 조정 및 협력 시스템을 구축한다. 어떤 억제 세포는 함께 작용하여 여러 흥분 세포를 억제하는 반면, 어떤 억제 세포는 특정 유형의 세포만을 표적으로 삼아 더욱 정밀하게 작용한다. 뇌의 형태와 기능을 이해하고, 뉴런 간의 세부적인 연결을 전례 없는 규모로 분석할 수 있는 능력은 뇌와 지능 연구에 새로운 가능성을 열어준다. 또한 알츠하이머병, 파킨슨병, 자폐증, 조현병과 같이 신경 전달 장애를 수반하는 질환에도 영향을 미칠 수 있다. 공개된 이번 데이터는 인공지능 연구는 물론, 뇌 질환 조기 진단, 치료법 개발 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 특히 인간의 뇌가 정보 처리 속도나 효율성 측면에서 현존하는 어떤 AI보다도 앞선 이유를 설명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 앨런 연구소 부연구원인 누노 다 코스타 박사는 "고장 난 라디오가 있는데 회로도를 가지고 있다면 수리하기가 더 수월할 것"이라고 이번 연구의 성과를 비유했다. 그는 "우리는 이 모래알(뇌 세포)에 대한 일종의 구글 지도 또는 청사진을 제시하고 있다. 앞으로 이를 활용하여 건강한 쥐의 뇌 배선과 질병 모델의 뇌 배선을 비교할 수 있을 것이라고 강조했다. 이 연구 결과는 과학저널 '네이처(Nature)'에 일련의 논문으로 발표됐다.
- IT/바이오
2025-04-14 09:53:00
[신소재 신기술(167)] 빛으로 유방암만 골라 제거…부작용 줄인 '스마트 폭탄' 美서 개발

미국 과학자들이 빛을 이용해 공격적인 유방암 세포만 선택적으로 파괴하는 신개념 치료법을 개발했다. 피부나 정상 장기에는 거의 영향을 주지 않아 기존 광역학 치료보다 부작용이 크게 줄어든 점이 특징이다. 미시간주립대학교(MSU)와 캘리포니아대학교 리버사이드(UC 리버사이드) 공동연구팀은 최근 암세포에 선택적으로 흡수되고, 빛에 반응해 세포를 파괴하는 '사이아닌-카보레인 염(cyanine-carborane salt)' 계열의 차세대 광역학 치료제 후보를 개발했다고 사이테크데일리가 보도했다. 사이아닌 카보레인 염은 빛에 반응하고 암세포에 선택적으로 흡수되는 새로운 화합물이다. 연구 결과는 독일 화학회 국제학술지 '앙게반테 케미 인터내셔널 에디션(Angewandte Chemie International Edition)'에 게재됐다. 이번 연구는 생화학자 소피아 런트(Sophia Lunt) 교수와 화학공학자 리처드 런트(Richard Lunt) 교수 부부 연구진이 주도했으며, UC 리버사이드의 화학자 빈센트 라발로(Vincent Lavallo) 교수와 협력해 진행됐다. 이들이 개발한 신소재는 기존 광역학 치료(PDT, photodynamic therapy)의 한계를 극복한 것이 핵심이다. PDT는 암세포 내에 축적된 광민감성 물질을 빛으로 활성화해 암세포를 파괴하는 방식이다. 그러나 기존 승인된 치료물질은 체내에 오래 남아 일상생활에 불편을 주며, 햇빛 노출 시 피부 화상을 유발하는 부작용도 있었다. 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해, 근적외선에 반응하면서도 암세포에만 선택적으로 흡수되는 사이아닌-카보레인 염을 설계했다. 근적외선은 눈에는 보이지 않지만 인체 조직을 깊이 통과할 수 있어, 피부나 장기 깊숙한 암세포까지 타격이 가능하다. MSU 박사후연구원 힐리아나 메데이로스(Hyllana Medeiros)는 "전통적 광역학 치료를 받은 환자는 치료 후 수개월간 햇빛을 피해야 하는 부담이 있었지만, 새 물질은 부작용이 대폭 줄어들어 환자의 삶의 질 향상에 기여할 수 있다"고 설명했다. 광역학 치료(PDT)는 광민감제(빛에 반응하는 약물)를 주입하고, 특정 파장 빛을 쬐어 암세포만 선택적으로 파괴하는 치료 방식이다. 실제 이번 연구에서 해당 물질을 적용한 생쥐의 전이성 유방암 종양은 효과적으로 제거됐으며, 정상 세포에는 거의 영향을 주지 않았다. 이 같은 정밀 타격성 덕분에 '스마트 폭탄(smart bomb)'이라는 별칭도 붙었다. 연구 제1저자인 아미르 로샨자데(Amir Roshanzadeh) 박사과정생은 "이번 기술은 전이성 유방암뿐 아니라 향후 다양한 암종에도 확장 가능성이 있다"며 "정밀 약물전달 플랫폼으로의 발전도 기대된다"고 말했다. 리처드 런트 교수는 "이 같은 성과는 암생물학, 화학, 소재공학 등 서로 다른 분야의 과학자들이 협업할 때 가능하다"며 "학제간 융합연구가 미래 의학 혁신의 열쇠"라고 강조했다.
- IT/바이오
2025-04-09 18:35:00
KDI "한국경제 하방 위험 4개월째 확대" 진단

한국개발연구원(KDI)이 7일 발표한 '경제동향 4월호'에서 우리 경제가 4개월 연속 하방 위험이 커지고 있다고 진단했다. 특히 미국의 관세 인상 등으로 대외 여건이 악화돼 기업 심리 위축과 수출 둔화가 지속되는 것으로 분석됐다. 1분기 수출은 전년 대비 2.1% 감소했고, 건설업 생산은 2월에도 21% 급감했다. 소비와 고용 부진 역시 계속되고 있다. [미니해설] 미국 관세와 내수 침체 등으로 하방 압력 확대 한국 경제가 최근 대외 여건 악화와 내수 침체로 하방 압력이 점점 커지고 있다. 국책연구기관인 한국개발연구원(KDI)은 7일 발표한 '경제동향 4월호'에서 경제 회복에 불확실성이 높아졌다고 평가하며 경기 둔화를 우려했다. 이번 보고서에서 KDI는 미국의 관세 인상 조치 등 글로벌 통상 환경 악화로 인해 국내 기업들의 심리가 위축되고 있다고 분석했다. 특히, 이러한 관세 인상 조치가 본격화될 경우 기업들의 심리는 더욱 급속히 악화될 것으로 전망했다. 실제로 1분기 수출은 정보통신기술(ICT) 부문의 증가세가 둔화하면서 전년 대비 2.1% 감소했다. 3월 수출이 전월 대비 3.1% 증가하며 일부 회복되었지만, 근본적인 흐름은 여전히 부진하다는 것이다. 설비투자는 반도체 부문을 중심으로 비교적 양호한 모습을 유지했으나, 이 또한 대외 통상 불확실성이 지속될 경우 하방 위험이 확대될 가능성이 크다. 특히 미국의 무역정책 변화가 국내 주요 산업인 반도체와 자동차 등 수출 중심 업종에 부정적 영향을 미칠 가능성이 높다. 국내 내수 시장 역시 부진이 계속되고 있다. 정부의 자동차 개별소비세 인하 정책으로 내구재 소비는 일시적으로 개선됐지만, 준내구재와 비내구재의 소비는 여전히 위축됐다. 1~2월 평균 소매 판매는 전년 대비 1.1% 감소했으며, 숙박·음식점업(-3.7%), 예술·스포츠·여가서비스업(-5.6%), 교육서비스업(-1.8%) 등 서비스업 전반에서도 감소세가 뚜렷했다. 특히 소비자들의 심리지수도 낮은 수준에서 벗어나지 못했다. 3월 소비자심리지수는 93.4로 기준치(100)를 계속 하회하며 소비 회복의 불확실성을 더하고 있다. 건설업 부진 또한 심각한 수준이다. 2월 건설기성은 전년 대비 21% 감소하며, 지난해부터 이어진 건설경기 침체가 장기화될 조짐을 보이고 있다. 더불어 고용시장도 제조업과 건설업을 중심으로 악화됐다. 2월 제조업 취업자는 전년 대비 7만4000명 감소했고, 건설업 취업자 역시 16만7000명 급감하며 전반적인 고용 둔화 추세가 계속되고 있다. 모든 연령대에서 실업률이 상승했고, 고용률 증가세 또한 완만해져 향후 일자리 시장 회복에도 어려움이 예상된다. KDI는 이 같은 경제 전반의 하방 위험이 지속될 경우 경제성장률 전망 하향 조정이 불가피할 것으로 내다봤다.
- 경제
2025-04-07 14:01:00
[신소재 신기술(166)] 쌀알 크기 AI 칩, 소형 드론의 비행 범위와 성능 혁신 기대

인간의 뇌를 모방해 전력 사용량을 획기적으로 줄인 쌀알 크기의 소형 인공지능(AI) 칩이 개발됐다. 인공지능(AI) 기술은 방대한 연산 능력을 요구하며, 엄청난 양의 에너지를 필요로 한다. 반면 놀라울 정도로 강력한 컴퓨터인 인간의 뇌는 에너지를 거의 소모하지 않는다. 배터리 전원으로 작동하는 소형 드론은 에너지 제약으로 인해 AI 기능을 구현하는 데 어려움을 겪어왔다. 이러한 한계로 인해 소형 드론이 자율 비행, 물체 인식, 복잡한 의사 결정 등의 고도화된 기능을 수행하는 데 제약이 따랐다. 하지만 최근 미국 텍사스 A&M 대학교 연구팀이 이러한 난제를 해결할 혁신적인 접근 방식을 제시했다. 연구진은 인간 뇌의 작동 방식을 모방한 '뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing)' 기술을 기반으로 쌀알 크기의 뉴런과 비슷한 나노 디바이스라는 초소형 AI 칩을 개발하고 있다고 밝혔다. 이 연구는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재됐다. 해당 연구에 대해서는 과학 기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링, 퓨처리스트 등 다수 외신이 전했다. 뉴로모픽 컴퓨팅은 생물학적 뉴런의 작동 방식을 모방하여 정보를 효율적으로 처리하는 시스템이다. 이 시스템은 필요할 때만 활성화되어 에너지를 소비하는 방식으로, 기존 AI 기술의 고질적인 문제였던 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있다. 연구팀은 얇은 고분자 필름을 이용하여 인공 뉴런을 개발하는 데 주력하고 있다. 이 필름은 생물학적 뉴런의 전기적 신호 전달 및 정보 처리 방식을 유사하게 구현할 수 있는 것으로 알려졌다. 또한, 연구진은 이러한 인공 시스템 내에서 학습 및 의사 결정과 같은 핵심 기능을 재현하는 데에도 힘쓰고 있다. 이는 뇌의 에너지 효율성을 모방하여 필요시에만 정보를 처리하고 전송하는 인공 뉴런을 설계함으로써 가능해진다. 이번 연구를 이끄는 텍사스 A&M 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과 조교수인 이수인(Suin Yi) 박사는 “이번 프로젝트를 통해 무인 항공기는 기계적으로 유연하고 뇌의 뉴런처럼 스파이크 및 진동할 수 있는 전도성 고분자 재료 시스템 통합을 통해 더욱 지능화될 수 있을 것”이라고 말했다. 이 박사는 또한 “궁극적으로 인공 시냅스와 함께 이러한 유연한 인공 뉴런은 지능형 소형 드론을 구현할 수 있는 완전한 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 구성할 수 있을 것”이라고 덧붙였다. '슈퍼 튜링 AI'란 무엇인가? 이수인 박사는 인간의 뇌와 더 비슷하게 작동하는 '슈퍼 튜링 AI'를 개발한 연구진에 속해있다. 이 새로운 AI는 현재 시스템처럼 각 프로세스를 분리한 다음 엄청난 양의 데이터를 이전하는 대신 특정 프로세스를 통합한다. 시스템 이름의 튜링은 AI 선구자 앨런 튜링에서 따온 것이다. 오픈 AI의 챗GPT와 같은 대규모 언어모델(LLM)을 포함한 오늘날의 AI 시스템은 엄청난 컴퓨팅 능력이 필요하며, 막대한 양의 전기를 소비하는 광대한 데이터 센터에 보관된다. 이 바ㅣ사는 "이러한 데이터 센터는 기가와트 단위로 전력을 소비하는 반면우리의 뇌는 20와트를 소비한다고 설명했다. 막대한 에너지를 소비하는 데이터 선테는 현재의 컴퓨팅 방법으로 지속 가능하지 않고, 탄ㅁ소 발자국을 감안할 때 환경 문제도 야기한다. 이에 연구팀은 강력한 컴퓨터 기능을 하면서도 에너지는 거의 소비하지 않는 인간 뇌의 신경 과정에 주목했다. 뇌에서 학습과 기억의 기능은 분리되지 않고 통합되어 있다. 학습과 기억은 신호가 전달되는 "시냅스"라는 뉴런 간의 연결에 의존한다. 학습은 "시냅스 가소성"이라는 과정을 통해 시냅스 연결을 강화하거나 약화시켜 새로운 회로를 형성하고 기존 회로를 변경하여 정보를 저장하고 검색한다. 대조적으로, 현재의 컴퓨팅 시스템에서는 훈련(AI가 가르쳐지는 방식)과 메모리(데이터 저장)가 컴퓨터 하드웨어 내의 두 개의 별도 장소에서 이루어진다. 슈퍼 튜링 AI는 이러한 효율성 격차를 메우기 때문에 혁신적입니다. 따라서 컴퓨터는 하드웨어의 한 부분에서 다른 부분으로 엄청난 양의 데이터를 마이그레이션할 필요가 없다. 드론 성능 향상 및 다양한 분야 활용 기대 연구진의 계획대로 쌀알 크기의 차세대 AI 칩이 개발된다면, 소형 드론은 자체 배터리 용량 내에서 복잡한 의사 결정, 물체 식별, 자율 항법, 주변 환경 인식 등의 고난도 작업을 수행할 수 있게 된다. 이 박사는 "소형 드론은 엔진이 없어 에너지 예산이 매우 적다. 그렇기 때문에 배터리 구동 드론이 AI 없이 비행하는 시간과 동일하게 AI를 탑재하고도 비행할 수 있도록 디지털 컴퓨터를 뛰어넘는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템과 같은 획기적인 기술이 필요한 것"이라고 강조했다. 그는 "챗GPT와 같은 현대 AI는 비용이 너무 많이 든다. 우리는 지속 가능한 AI를 만들 것이다"라면서 "슈퍼 튜링 AI는 AI가 구축되고 사용되는 방식을 재편해 AI가 계속 발전함에 따라 사람과 지구 모두에게 이로운 방식으로 발전할 수 있도록 보장할 수 있다"고 덧붙였다. 이번 연구는 소형 드론의 활용 가능성을 크게 확장할 것으로 기대된다. 에너지 효율적인 AI 기반 드론은 감시, 구조 작전, 환경 연구 등 다양한 분야에서 복잡한 임무를 수행하는 데 활용될 수 있을 전망이다.
- IT/바이오
2025-04-07 11:13:00
[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생

국제 공동연구진이 기존 과학 이론으로는 공존하기 어려웠던 두 가지 물질을 원자 단위에서 결합해, 새로운 양자 인공 구조체를 구현하는 데 성공했다. 이 연구는 향후 양자컴퓨팅과 차세대 센서 기술에 중요한 기반이 될 수 있다는 평가를 받고 있다. 미국 러트거스대학교 뉴브런즈윅 캠퍼스 물리천문학과 자크 차칼리안(Prof. Jak Chakhalian) 교수 연구팀이 주도한 이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 나노 레터스(Nano Letters)에 표지 논문으로 게재됐다고 웹사이트 PHYS.org가 1일(현지시간) 보도했다.. 연구진은 약 4년에 걸친 실험을 통해 원자 단위에서 '디스프로슘 타이타네이트(dysprosium titanate)'와 '피로클로르 이리데이트(pyrochlore iridate)'라는 두 인공 물질을 결합한 초미세 '양자 샌드위치 구조'를 개발했다. 이 두 물질은 각각 특이한 전자기 및 양자역학적 성질로 인해 기존에는 서로 결합이 불가능한 것으로 여겨졌다. 한쪽 층을 이루는 디스프로슘 타이타네이트는 일명 '스핀 아이스(spin ice)'라고 불리는 물질로, 내부 스핀 배열이 물의 얼음 구조를 닮았다. 이 구조는 자연계에서는 존재하지 않는 것으로 알려진 '자기 홀극(magnetic monopole, 자기 단극)'을 유사 입자로 출현시킬 수 있다. 자기 홀극은 1931년 노벨물리학상 수상자인 폴 디랙이 예언했으나 자유 상태에서는 존재가 확인되지 않았다. 다른 쪽 층은 피로클로르 이리데이트라는 자성 준금속으로, 생다론적 입자인 '바일 페르미온(Weyl fermion)'을 포함하고 있다. 바일 페르미온은 1929년 헤르만 바일이 처음 제안했으며, 2015년에야 결정 구조 내에서 실험적으로 확인된 바 있다. 빛처럼 빠르게 움직이며 좌·우 회전을 구분할 수 있는 이 입자는 외부 잡음이나 불순물에 강한 전자적 안정성을 갖는다. 이처럼 각기 다른 특성을 지닌 두 물질을 원자 수준에서 안정적으로 접합한 것은 기존의 재료과학이 풀지 못한 난제를 해결한 것으로 평가된다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 인공 양자 물질 설계의 새로운 지평을 열었으며, 이전에는 상상할 수 없었던 방식으로 양자 기술의 본질을 탐구할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 실험을 위한 결정적 전환점은 연구팀이 자체 제작한 '양자현상 탐색 플랫폼(Q-DiP, Quantum phenomena Discovery Platform)'이라는 장비였다. 이 장치는 적외선 레이저 가열기와 정밀 레이저 빔 조합을 통해 초정밀 원자층 증착이 가능하며, 절대온도에 가까운 극저온에서도 물질의 양자 상태를 탐색할 수 있도록 설계됐다. 현재 이 장비는 미국 내 유일한 장비로, 실험 장비 자체로도 과학적 성과로 평가받는다. 이 연구에는 박사과정의 마이클 테릴리(Michael Terilli), 우총치(Tsung-Chi Wu), 학부생 시절부터 참여한 도로시 도티(Dorothy Doughty), 재료과학자 미하일 카리예프(Mikhail Kareev) 등이 핵심 기여자로 참여했다. 이번에 개발된 양자 구조체는 향후 양자컴퓨팅의 핵심 구성 요소로 활용될 가능성이 크다. 특히 특정 양자 상태를 안정적으로 유지하는 데 필요한 전자 및 자기적 특성이 우수하다는 점에서, 차세대 양자센서와 스핀트로닉스(spintronics) 장치 개발에 직접적인 응용이 가능하다. 양자컴퓨팅은 정보를 처리하는 데 있어 기존 컴퓨터의 이진 논리를 뛰어넘는 '중첩' 상태를 활용한다. 이는 한 번에 여러 연산을 동시에 수행할 수 있게 해 신약 개발, 금융 알고리즘, 인공지능(AI) 처리 등 다양한 분야에서 혁신적인 성과를 기대하게 한다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 단순한 물질 합성의 진보를 넘어, 양자 기술을 위한 물질 설계의 새로운 시대를 여는 첫걸음"이라며 "향후 양자 센서 기술을 포함한 응용과학 분야에 중대한 영향을 미칠 것"이라고 강조했다.
- IT/바이오
2025-04-03 09:53:00
[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
[신소재 신기술(163)] 美 연구진, '인공 태양'으로 그린수소 생산량 2배 높였다

미국 연구진이 인공 태양을 활용한 신소재를 개발해 친환경 수소 생산 효율을 두 배 이상 높이는 데 성공했다. 미국 노스캐롤라이나 농공대학(North Carolina Agricultutal and Technical State University) 비슈누 바스타코티((Bishnu Bastakoti) 박사팀은 최근 태양에너지를 활용한 친환경 수소(그린수소)의 생산량을 기존 상용 소재 대비 약 2배 가까이 늘리는 신소재 개발 성과를 발표했다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링이 지난 26일(현지시간) 보도했다. 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면, 2023년 미국의 1차 에너지 생산량 중 석유, 천연가스, 석탄 등 화석연료의 비중은 약 84%에 달했다. 이처럼 높은 화석연료 의존도는 온실가스 배출을 가속화하며 기후변화를 심화시키고 있어, 지속 가능한 대체 에너지원의 개발이 시급한 과제로 떠오른 상태다. 기존의 갈색 수소, 회색 수소, 청색 수소 생산 방식은 모두 온실 가스를 배출하는 반면, 그린 수소는 태양광을 에너지 원으로 사용해 더옥 깨끗한 에너지 생산 방식으로 주목 받고 있다. 바스타코티 박사 연구팀은 태양광 시뮬레이터를 활용해 수소 생산 과정에서 발생하는 빛의 강도 변동성 문제를 극복했다. 팀은 빛에 노출된 물 분자의 에너지 전달과 분리 과정을 정밀하게 측정해 수소 생성량의 일관성과 신뢰성을 확보했다. 연구의 핵심은 철 타이타네이트(iron titanate)를 기반으로 한 신소재로, 연구팀은 이 물질을 벌집 모양(honeycomb)의 구조로 설계하여 효율성을 극대화했다. 특히 다공성 벌집 구조는 넓은 표면적 덕분에 전하와 물질 전달을 최적화할 수 있어 촉매 반응을 크게 개선하는 데 기여했다. 연구팀이 개발한 이 소재는 2~50나노미터(㎚) 크기의 기공을 가진 메조포러스(mesoporus) 범위에 속하며, 기존의 상용 촉매 소재 대비 수소 생상량이 약 2배 가까이 증가한 것으로 나타났다. 바스타코티 박사는 "효율적이고 재상 가능한 에너지원으로 미래 에너지 수요를 충족할 수 있음을 널리 알리는 것이 중요하다"며 "석탄에서 천연가스로 전환했듯이 화석연료에서 그린수소로의 전환이 필요하다"고 강조했다. 연구팀의 이번 성과는 재료과학 및 광촉매 분야의 국제 학술지 '스몰(Small)'에 게재됐다. 또한 최근 네팔에서 열린 '과학자와의 만남(Meet the Scientist)' 컨퍼런스에서도 경제성 측면의 논의와 함께 큰 관심을 받았다.
- ESGC
2025-03-28 21:50:00
[신소재 신기술(162)] 국내 연구진, 박테리아 이용한 친환경 플라스틱 생산 기술 개발

국내 연구진이 최근 박테리아를 활용해 기존 플라스틱 생산 방식의 한계를 극복하고 친환경적인 폴리머 생산 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표해 학계의 주목을 받고 있다. 플라스틱은 현대 사회에 필수적인 소재이지만, 생산 과정에서 화학 연료 기반 화학 물질 사용으로 인한 환경 문제와 폐기할 때 자연적으로 분해되지 않아 발생하는 환경 오염 문제가 지속적으로 제기되어 왔다. 이러한 가운데, 한국과학기술원(KAIST)의 생물분자공학자이자 공동저자인 이상엽 박사 연구팀은 포도당만을 연료로 사용해 유용한 폴리머를 생산할 수 있도록 박테리아는 유전자 조작하는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 시스템은 박테리아가 특이한 영양 조건이 직면했을 때 사용하는 효소를 기반으로 하며, 다양한 종류의 폴리머를 생산할 수 있도록 조절이 가능하다. 해당 연구에 대해서는 과학기술 전문매체 아르스 테크니카, 네이처닷컴, PHYS.org 등 다수 매체가 17일(현지시간) 보도했다. 네이처 닷컴에 따르면, 매년 전세계적으로 약 4억 톤의 분해 불가능한 석유 기반 플라스틱 폐기물과 미세 플라스틱이 생산되어 야생동물과 인간의 건강을 위협하고 지구를 오염시키고 있다. 탄소 과잉 상태를 활용한 폴리머 합성 메커니즘 연구진은 박테리아 세포가 폴리하이드록시알카노에이트(PHA·폴리에스테르)를 생성하는 시스템에 주목했다. PHA는 박테리아 세포가 탄소원과 에너지를 충분히 공급받지만, 성장과 분열에 필요한 특정 영양소가 부족할 때 생성되는 화학 물질이다. 이러한 환경에서 박테리아 세포는 탄소 원자를 포함하는 작은 분자들을 연결하여 거대한 폴리머를 형성한다. 이후 영양 조건이 개선되면, 박테리아는 이 폴리머를 분해하여 개별 분자들을 에너지원으로 활용할 수 있다. 이 시스템의 핵심적인 특징은 폴리머를 구성하는 단량체의 종류에 크게 구애받지 않는다는 점이다. 지금까지 150가지 이상의 다양한 작은 분자들이 PHA에 통합될 수 있음이 확인됐다. 폴리머를 합성하는 효소인 PHA 합성 효소는 분자가 에스터 결합을 형성할 수 있는지 여부와 세포 내 생화학 반응의 중간체로 흔히 사용되는 코엔자임 A에 결합될 수 있는지 여부만을 중요하게 고려하는 것으로 나타났다. 일반적으로 PHA 합성 효소는 산소 원자를 통해 분자들을 연결하지만, 아미노산에서 발견되는 것과 같이 질소 원자를 통해 연결되는 유사한 화학 결합을 형성하는 것도 가능하다. 그러나 이러한 반응을 촉매하는 효소는 지금까지 알려진 바가 없었다. 이에 연구진은 기존 효소들이 통상적으로 수행하지 않는 반응을 유도할 수 있는지 실험하기로 결정했다. 연구진은 클로스트리디움(Clostridium) 속 박테리아에서 유래한 효소를 활용했는데, 이 효소는 다양한 화학 물질과 상호작용하는 것으로 알려져 있다. 실험 결과, 이 효소는 아미노산을 코엔자임 A에 비교적 효과적으로 결합시켰다. 아미노산들을 서로 연결하기 위해 연구진은 슈도모나스(Pseudomonas) 속 박테리아에서 유래한 효소에 네 가지 돌연변이를 도입하여 반응 물질의 범위를 넓혔다. 시험관 내 실험에서 이 시스템은 성공적으로 작동하여 아미노산들이 폴리머 형태로 연결되는 것을 확인했다. 세포 내 발현 및 생산량 증대 노력 다음 과제는 이 시스템이 실제 세포 내에서도 작동하는 지 확인하는 것이었다. 불행히도 사용된 두 효소 중 하나가 대장균(E. coli)에 약한 독성을 나타내 성장을 저해하는 것으로 밝혀졌다. 이에 연구팀은 해당 단백질을 내성적으로 발현하는 대장균 균주를 개발했다. 이 두 단백질을 모두 발현시킨 결과, 세포는 소량의 아미노산 폴리머를 생산했다. 배지에 특정 아미노산을 과량으로 첨가하면, 생성되는 폴리머에 해당 아미노산의 함량이 높아지는 경향을 보였다. 하지만 박테리아 무게 대비 폴리머 생산량은 다소 낮은 수준이었다. 연구팀은 "이러한 [아미노산]들은 적절한 탄소원으로부터 세포 내에서 생성될 경우 폴리머에 보다 효율적으로 통합될 수 있을 것"이라고 판단했다. 이에 특정 아미노산(라이신) 생산에 필요한 유전자 복제본을 추가적으로 도입했다. 그 결과 더 많은 폴리머가 생산됐으며, 폴리머 내 라이신 함량 비율도 높아졌다. 생성된 폴리머 대부분에는 에스터 결합을 형성할 수 있는 젖산이 상당량 포함되어 있었다. 젖산은 포도당 대사 과정의 잠재적 산물 중 하나이므로 세포 내에 자연적으로 많이 존재한다. 이에 연구팀은 젖산 생성의 주요 효소를 암호화하는 유전자를 제거해 폴리머에 통합되는 젖산의 양을 현저히 줄였다. 연구진은 다양한 조건에서 실험을 진행하여 두 가지 다른 아미노산 단량체의 혼합물로 이루어진 폴리머를 만들 수 있음을 입증했으며, 혼합물에 비아미노산 물질을 통합하는 데에도 성공했다. 대장균 균주에 몇 가지 추가적인 효소를 도입함으로써 박테리아 무게 대비 폴리머 생산량을 50% 이상으로 끌어올렸다. 또한, 중합 반응을 담당하는 효소에 돌연변이를 도입하여 특정 아미노산이 생성되는 폴리머에 선택적으로 더 많이 통합되도록 조절할 수 있음을 확인했다. 다양한 물성 조절 및 생분해 가능성 제시 연구팀이 개발한 시스템은 매우 유연하여 광범위한 학 물질을 폴리머에 통합할 수 있다는 점이 가장 큰 특성이다. 이는 생성되는 플라스틱의 다양한 물성을 조절할 수 있도록 해줄 것으로 기대된다. 또한, 효소를 통해 결합이 형성되었으므로 생성된 폴리머는 거의 확실하게 생분해될 가능성이 높다. 다만 몇가지 한계점도 존재한다. 폴리머에 통합되는 물질을 완전히 통제할 수는 없다는 것이다. 특정 아미노산 또는 기타 화학 물질의 혼합 비율을 높일 수는 있지만, 효소가 세포 내 대사 과정에서 생성되는 임의의 하학 물질을 어느 정도 수준으로 통합하는 것을 완전히 막을 수는 ㅇ첪다. 또한 생산된 폴리머를 제조 공정에 적용하기 전에 다른 세포 구성 성분으로 정제해야 하는 문제와 대규모 산업 생산에 비해 생산 속도가 느리다는 점도 해결해야 할 과제다. 비록 이 기술이 당장 전 세계 플라스틱 생산을 대체할 수 있는 수준은 아니지만, 생물 기반 제조의 잠재력을 훌륭하게 보여주는 연구 결과라는 평가를 받고 있다. 본 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)' 2025년 3월 18일 자 온라인판에 게재됐다. ◇ 참고 문헌: Tong Un Chae et al, Biosynthesis of poly(ester amide)s in engineered Escherichia coli, Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-01842-2
- ESGC
2025-03-18 14:25:00

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