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[퓨처 Eyes(69)] 화성까지 45일! '꿈의 엔진' 핵추진 로켓, SF영화 현실로 만든다
- "화성으로 가는 길, 이제 6개월이 아닌 45일이면 충분하다!" SF 영화 속에서나 가능했던 이야기가 현실이 될 날이 머지않았다. 미국 항공우주국(NASA)이 핵열 추진 로켓 연료 시험에 성공하며 인류를 화성으로 빠르게 실어 나를 '꿈의 엔진' 개발에 박차를 가하고 있다. 영화 '마션'의 주인공 마크 와트니처럼 화성에서 감자를 키우는 일도 더는 꿈같은 이야기만은 아닐지 모른다. 데일리 갤럭시, 뉴 아틀라스 등 외신에 따르면 NASA는 마셜 우주 비행 센터에서 제너럴 아토믹스 일렉트로매그네틱 시스템스(GA-EMS)와 공동 개발한 첨단 핵열 추진(NTP) 원자로 연료 시험에 성공했다. 이 기술은 현재 6개월이 걸리는 화성 여행 시간을 획기적으로 단축할 뿐 아니라 우주비행사 안전, 임무 효율, 심우주 탐사 등 다양한 과제를 해결할 핵심 기술로 주목받고 있다. 핵분열 에너지로 추진력⋯기존 로켓보다 2~3배 빨라 핵열 추진 로켓은 핵분열 에너지를 이용해 추진력을 얻는 차세대 우주선 기술이다. 액체 수소와 같은 추진제를 원자로 노심을 통해 펌핑하면 우라늄 원자의 핵분열로 발생하는 열이 추진제를 가열, 고온의 가스로 변환시킨다. 이 가스는 노즐을 통해 팽창하며 강력한 추력을 생성한다. 기존 화학 로켓의 연소 방식보다 훨씬 효율적이며, 2~3배 빠른 속도를 낼 수 있다. NASA는 이번 시험에서 연료가 2,727°C(4,940°F)가 넘는 극한의 온도와 수소가 풍부한 환경에서도 견딜 수 있음을 확인했다. 특히 이번 시험은 실제 우주 환경을 모사하기 위해 극저온, 고온 및 급격한 온도 변화를 포함한 다양한 조건에서 진행됐다. 시험 결과, 연료는 극한 환경에서도 균열이나 파편 발생 없이 안정적인 성능을 유지했다. GA-EMS 스콧 포니 사장은 "최근 시험 결과는 NTP 원자로용 연료 설계를 성공적으로 입증하는 데 중요한 이정표"라며 "연료는 극도로 높은 온도와 우주에서 작동하는 NTP 원자로가 일반적으로 겪는 뜨거운 수소 가스 환경에서 견뎌야 한다"고 강조했다. 핵열 추진 로켓의 핵심은 바로 이 연료에 있다. 극한의 온도와 부식성 환경에서 견딜 수 있는 연료 개발이 핵열 추진 로켓 실현의 가장 큰 난관이었기 때문이다. GA-EMS는 이번 시험을 통해 이 난관을 극복했을 뿐 아니라, 기존 화학 로켓 엔진보다 2~3배 더 효율적인 시스템을 구축할 수 있는 가능성을 보여줬다. GA-EMS 핵 기술 및 재료 부문 부사장인 크리스티나 백 박사는 "GA-EMS 실험실에서 비수소 환경 시험을 수행했으며, 연료가 최대 3,000K(4,940°F, 2,726°C)의 온도에서 매우 우수한 성능을 발휘함을 확인했다"고 설명했다. 화성 탐사 난제 해결⋯안전성·효율성↑ 화성 유인 탐사는 지구와 화성 사이의 엄청난 거리(평균 2억 2530만km), 장기간 우주 방사선 노출, 장비 고장 가능성, 제한적인 의료 지원 등 수많은 난제를 안고 있다. NASA 관계자는 "편도 최대 20분의 통신 지연, 장비 고장 또는 의료 응급 상황 발생 가능성, 식량 및 물자 배급의 중요성에 직면해 우주비행사는 지구 팀의 최소한의 지원으로 다양한 상황에 대처할 수 있어야 한다"고 설명했다. 핵열 추진 기술을 통해 이동 시간을 45일로 단축하면 이러한 위험을 크게 줄일 수 있다. 방사선 노출 시간, 필요한 소모품, 기술적 오작동 발생 가능성 모두 줄어들기 때문이다. 크리스티나 백 박사는 "NASA MSFC의 소형 연료 요소 환경 시험(CFEET) 시설을 사용하여 수소 대표 온도 및 램프 속도에서 열 순환 후 연료의 생존 가능성을 성공적으로 시험하고 입증한 최초의 기업"이라고 밝혔다. GA-EMS는 NASA의 CFEET 시설을 활용해 연료 시험에 성공한 최초의 기업이라는 점에서 핵열 추진 연료 개발의 선두 주자임을 다시 한번 증명했다. 심우주 탐사, 달·화성 거주지 건설⋯인류, 우주로 핵열 추진 기술은 화성 탐사를 넘어 심우주 탐사, 달 및 화성에 지속 가능한 인간 거주지 건설 등 인류의 우주 진출을 가속화할 핵심 기술로 평가받는다. 스콧 포니 GA-EMS 사장은 "더 빠른 추진 시스템은 외행성으로의 더 야심찬 임무를 가능하게 할 뿐 아니라 달과 화성에 지속 가능한 인간 거주지를 구축하는 데 중요한 역할을 할 수 있다"고 말했다. 핵열 추진 시스템은 이동 시간 단축과 우주선 탑재량 증가를 통해 인류의 지구 밖 존재를 확장하려는 우주 기관들의 장기적인 비전을 지원할 수 있다. NASA는 앞으로도 GA-EMS와 같은 업계 파트너와 협력하여 NTP 시스템을 최적화하고 아르테미스 프로그램, 2030년대 화성 유인 탐사 등 향후 우주 임무에 활용할 계획이다. 핵열 추진 연료 시험 성공은 단순한 기술적 성과를 넘어 인류의 우주 탐험 역사에 새로운 장을 여는 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. NASA와 GA-EMS는 이번 시험 결과를 바탕으로 핵열 추진 로켓 엔진 개발에 박차를 가할 계획이며, 향후 10년 안에 핵열 추진 로켓을 활용한 우주 탐사 임무가 시작될 것으로 예상된다. 인류는 오랫동안 우주를 향한 꿈을 꾸어왔다. 달에 첫 발을 내딛었던 순간부터 화성 유인 탐사, 더 나아가 심우주 탐사까지, 그 꿈은 끝없이 이어지고 있다. 이제 핵열 추진 로켓이라는 새로운 날개를 단 인류는 어떤 미래를 향해 나아갈까? 핵열 추진 로켓은 단순한 이동 수단을 넘어 인류의 꿈을 현실로 만들고, 우주 시대의 새로운 장을 열어갈 열쇠가 될 것이다.
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[퓨처 Eyes(69)] 화성까지 45일! '꿈의 엔진' 핵추진 로켓, SF영화 현실로 만든다
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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.
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- IT/바이오
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인체 주입형 나노봇부터 로봇 반려동물까지⋯로봇, 어디까지 진화할까?
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
- 영국에서 자신의 혈액을 사용해서 재생 치유 능력을 60% 이상 높인 3D 프린팅 임플란트가 개발됐다. 우리 몸의 면역 체계는 재생 혈종(RH)을 조절하여 작은 파열이나 골절을 효과적으로 치료하는 능력을 가지고 있다. RH는 다양한 분자 및 세포 과정을 조율하는 복잡하고 역동적인 환경으로 완전한 조직 복구를 보장한다. 최근 영국 노팅엄 대학교 약학 및 화학 공학 연구팀은 이러한 자연 치유 과정을 활용하여 개인 맞춤형 재생 소재를 만드는 '생체협력적' 접근법을 제시했다. 혈액을 기반으로 하는 이 기술은 부상 및 질병 치료에 효과적인 맞춤형 재생 혈액 제품 개발로 이어질 수 있다. 해당 논문에 대해서는 테크 익스플로리스트와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 보도했다. 연구팀은 자연 조직 치유에 관여하는 필수 과정을 유도하는 펩타이드 분자 조직을 사용해 조직 재생을 촉진하는 생체 소재를 개발했다. 대부분의 신체 조직은 복잡한 치유 과정을 통해 작은 파열이나 골절을 효율적으로 재생시킬 수 있다. 초기 단계에서는 액체 혈액이 고체 RH를 형성하는 데, 이는 재생에 필수적인 세포, 거대 분자와 요소를 포함하는 살아 있는 미세 환경이라 할 수 있다. 팀은 합성 펩타이드와 환자의 혈액을 결합하는 자가 조립 기술을 개발해 자연 치유 과정의 핵심 분자, 세포 및 메커니즘을 포착하는 소재를 만들었다. 이를 통해 RH를 모방하고 구조적 및 기능적 특성을 향상시키는 재생 소재를 제작할 수 있었다. 이러한 소재는 정상적인 혈소판 행동, 성장 인자 생성, 치유에 필수적인 세포 모집 등 RH의 자연적 기능을 유지하면서 쉽게 조립하고 조작 및 3D 프린팅이 가능하다. 연구팀은 이 방법을 사용해 동물 모델에서 동물 자신의 혈액을 활용하여 뼈를 성공적으로 복구하는 것을 입증했다. 팀은 두개골에서 뼈 일부를 수술로 제거한 쥐를 대상으로 실험을 진행했다. 쥐의 혈액에서 새로운 RH 구조물을 배양해 제거된 두개골 뼈 틈새에 이식한 결과, 부상 부위가 재생의 징후를 보였다. 6주 후 새로운 RH 구조물이 투입된 쥐는 새로운 뼈가 최대 62% 생성됐다. 반면, 시중에서 판매되는 뼈 대체물을 사용한 쥐는 50%가 재생됐다. 아무 것도 처리하지 않은 대조군 쥐는 뼈가 30%만 재생되는 데 그쳤다. 알바로 마타 노팅엄 대학교 생체 의학 공학 및 생체 재료 교수는 "수년 동안 과학자들은 자연 재생 환경을 재현하기 위한 합성적 접근 방식을 연구해 왔지만, 고유한 복잡성으로 인해 어려움을 겪었다"며 "이번 연구에서는 재생 환경을 재현하는 대신 생물학적 시스템과 협력하는 방식을 택했다"고 설명했다. 코시모 리고리오 공학부 박사는 "사람들의 혈액을 고도로 재생 가능한 임플란트로 쉽고 안전하게 바꿀 수 있는 가능성은 매우 흥미롭다"며 "혈액은 사실상 무료이며 환자로부터 비교적 많은 양을 쉽게 얻을 수 있다. 우리의 목표는 환자의 혈액을 풍부하고 접근 가능하며 조정 가능한 재생 임플란트로 빠르고 안전하게 변화하기 위해 임상 환경에서 쉽게 접근하고 사용할 수 있는 도구 키트를 구축하는 것이다"라고 밝혔다. 이 연구는 어드밴스트 머티리얼(Advanced Materials) 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
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해양 오염 해결? 생분해 플라스틱, 종이보다 빠른 분해 속도
- 바다에서 종이보다 더 빨리 분해되는 새로운 생분해성 플라스틱이 개발됐다. 미국 과학자들이 개발한 셀룰로오스 다이아세테이트(CDA)로 만들어진 플라스틱이 해양 환경에서 종이보다 빠르게 생분해되는 것으로 밝혀졌다고 뉴아틀라스가 전했다. 이는 매년 수백만톤의 플라스틱이 바다로 유입되는 문제에 대한 해결책이 될 수 있을 것으로 기대된다. CDA는 면이나 목재 펄프에서 추출한 셀룰로오스를 가공하여 만든 생분해성 플라스틱으로, 1800년대 후반부터 선글라스 프레임, 담배 필터, 사진 필름 등 다양한 제품에 사용되어 왔다. 플라스틱 오염의 가장 큰 문제점은 자연적으로 분해되는 데 수백년이 걸린다는 점이다. 또한 플라스틱은 완전히 분해되지 않고 미세 플라스틱이라는 작은 조각으로 쪼개진다. 미세 플라스틱이 더 잘게 쪼개지면 나노 플라스틱이 된다. 크기가 최대 5mm에 달하는 이들 미세 플라스틱은 토양과 바다를 오염시키고 먹이 사슬을 통해 동물의 몸에 축적되며, 결국 인간의 식탁에 올라 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 플라스틱, 특히 폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 전세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%가 여기에 속한다. 참고로 미국에서 매년 최대 4000만톤의 플라스틱 폐기물을 배출한다. CDA, 발포 공정 통해 분해 속도 높여 미국 우즈홀 해양연구소(WHOI) 연구팀은 CDA가 해수에서 가장 빠르게 분해되는 플라스틱임을 확인했다. 특히, '발포'라는 공정을 통해 CDA를 다공성으로 만들면 분해 속도가 최대 15배까지 빨라져 종이보다도 빠르게 분해된다. 연구팀은 36주간의 실험을 통해 해수 탱크에 담긴 CDA 발포체가 기존 질량의 65~70%를 손실하는 것을 확인했다. 반면, 스티로폼(폴리스틸렌)은 같은 기간 동안 전혀 분해되지 않았다. 이번 연구는 매사추세츠 주 케이프 코드 근처의 마사드 빈야드 사운드의 실험실 환경에서 진행되었으며, 빛, 온도 등 다양한 변수를 제어하여 실제 해양 조건을 구현했다. 실험 결과 CDA 발포체는 기존 CDA보다 190% 빠른 분해 속도를 보였다. 이는 종이 빨대보다도 더 빠른 분해 속도다. 다행인 점은 CDA 발포체의 성공적인 결과를 바탕으로, 이미 생분해성 및 퇴비화 가능한 포장재가 개발되어 기존 스티로폼 육류 포장재를 대체하고 있다. 이번 연구 결과는 해양 플라스틱 오염 문제 해결에 중요한 발걸음이 될 것으로 평가된다. 해당 연구 논문은 저널 ACS 퍼블리케이션스(ACS Publications)에 게재됐다.
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해양 오염 해결? 생분해 플라스틱, 종이보다 빠른 분해 속도
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현대차-도요타, AI 휴머노이드 개발 가속화 위해 손잡았다
- 도요타자동차의 미국 연구개발 자회사 도요타 리서치 인스티튜트(TRI)와 현대자동차 산하 보스턴다이내믹스는 인공지능(AI)을 탑재한 휴머노이드 개발을 가속화하기 위해 제휴한다. 블룸버그통신 등 외신들에 따르면 TRI와 보스턴다이내믹스 양사는 16일(현지시간) 이같은 내용을 담은 제휴를 발표했다. 이번 양사의 제휴로 TRI가 가진 대규모행동모델(LBM) 개발에 관한 전문지식과 보스턴다이내믹스의 휴머로이드 '아틀라스'를 결합하게 된다. 보스턴을 거점으로 한 양사의 휴머노이드개발 팀은 인간과 로봇의 상호작용 등 분야에 있어서 AI탑재 로봇의 활용사례에 관한 연구를 진행하게 된다. TRI는 지금까지 생성AI를 사용한 로봇 교육용 LBM에서 획기적인 진전을 이루었다고 밝히고 있다. 한편 보스턴다이내믹스는 로봇개와 창고용 화물정리 로봇에서 상업적 성공을 거두고 있다. 이번 양사의 제휴는 테슬라가 개발한 ‘옵티머스’와 같은 다른 AI탑재로봇으로서는 위협이 될 가능성이 있다. 휴머노이드를 개발하는 스타트업도 주목을 받고 있으며 이 분야에는 대규모 자금이 투입되고 있는 상황이다. TRI와 보스턴다이내믹스의 제휴는 최종적인 상업적 이용을 시야에 둔 기초연구에 초점을 맞추고 있다. 양사의 고위관계자들은 프로젝트의 스케줄와 예산에 관해서는 구체적인 내용을 밝히지 않고 있다. 도요타자동차에서 수석과학자 지위를 맡고 있는 길 프랫은 "이런 유형의 기술은 앞으로 큰 가능성을 내포하고 있다"고 언급했다. 그는 "우리들이 추진하고 있는 생성AI의 연구는 보스턴다이내믹스가 진행해온 연구를 크게 보완할 수 있다"고 덧붙였다. 그는 이와 함께 최종적으로는 공장 조립라인과 가정에서의 고령자 보호에 로봇을 도입하는 것이 목표라고 지적했다. 현대자동차는 지난 2020년에 보스턴다이내믹스를 소프트뱅크로부터 인수했다. 현대차그룹이 지분을 인수할 당시 소프트뱅크그룹과 2025년 6월까지 상장을 약속했다. 현대차는 상장하지 못하면 소프트뱅크의 지분 20%를 되사와야 한다.
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- IT/바이오
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현대차-도요타, AI 휴머노이드 개발 가속화 위해 손잡았다
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[신소재 신기술(114)] 상어 장 모방한 3D 프린팅 파이프, 역류 없는 액체 흐름 구현
- 미국 과학자들이 상어의 소화기관에서 영감을 얻어 한 방향으로만 흐르는 파이프를 3D 프린팅 기술로 제작했다. 워싱턴대학교(UW) 연구팀은 상어의 나선형 장 구조를 모방해 3D 프린팅 기술로 '한 방향 흐름 파이프'를 개발했다고 과학 전문매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 파이프는 액체가 역류하지 않고 한 방향으로만 흐르도록 설계되어, 상어의 소화기관처럼 효율적인 물질 이동을 가능하게 한다. 인간의 장은 속이 빈 튜브에 불과하지만 상어의 장은 아래쪽 부분에 나선형 판막이라는 것이 있다. 이 나선형 판막은 비교적 짧고 굵은 장의 일부로, 내부에 일종의 코르크 마개와 같은 나선형 구조가 있다. 이 구조는 음식물의 이동 속도를 늦추고 표면적을 넓혀 영양분 흡수 효율을 높이는 역할을 한다. 또한 나선형 장의 구조는 음식물의 역류를 방지하는 데도 도움이 된다. 연구팀은 다양한 형태의 나선형 구조를 가진 파이프를 제작하고 실험을 통해 최적의 구조를 찾아냈다. 그 결과 개발된 파이프는 기존의 무빙 파트가 없는 한 방향 흐름 장치인 태슬라 밸브보다 뛰어난 성능을 보였다. 테슬라 밸브(Tesla Valve)는 니콜라 테슬라가 1920년에 발명한 특수한 형태의 유체 흐름 제어 장치다. 움직이는 부품 없이 유체의 흐름을 제어하는 것이 특징이다. 여러 개의 물방울 모양 루프가 파이프 내부에 배열되어 유체가 순 방향으로 흘르 때는 루프를 따라 부드럽게 통ㅎ과하지만, 약방향으로 흐르려고 하면 루프에 의해 와류가 발생하고 흐름이 저항을 받아 통과가 어려워진다. 특히 부드러운 소재로 제작된 이 파이프는 테슬라 밸브보다 최소 7배 이상 효율적인 흐름을 보였다. 그러나 연구팀은 파이프가 상어의 장 조직보다 100배나 더 단단해 앞으로 개선의 여지가 있다고 밝혔다. 이번 연구는 부드럽고 강하며 프린팅 가능한 폴리머 개발에 대한 화학자들의 동기를 더욱 강화할 것으로 기대된다. 이러한 폴리머는 공학, 의학 등 다양한 분야에서 유체 흐름 제어에 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 이번 연구 결과는 미국 국립학회보(PNAS)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(114)] 상어 장 모방한 3D 프린팅 파이프, 역류 없는 액체 흐름 구현
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[우주의 속삭임(56)] 다양한 대기 현상을 보여주는 화성의 구름 지도 '환상'
- 행성 대기권을 탐구하는 천문학자들이 붉은 행성 화성의 하늘을 심층 조사할 수 있는 새로운 도구를 갖게 되었다. 베를린에 소재한 독일 항공우주센터(DLR)에서 만든 20년 치의 구름과 폭풍 이미지로 구성된 데이터베이스가 공개됐기 때문이라고 PHYS가 전했다. 이 데이터베이스는 천문학자들이 화성 대기의 특징이 어디에서 어떻게 유래했는지를 파악하고, 이를 통해 화성과 다른 행성의 기후에 대한 이해와 지식의 깊이를 더하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. '클라우드 아틀라스(Cloud Atlas)'라는 이름의 화성 이미지 데이터베이스는 이번 주 베를린에서 개최된 유로플래닛 사이언스 콩그레스(EPSC: Europlanet Science Congress) 2024에서 DLR에 의해 대중에 공개됐다. 클라우드 아틀라스의 이미지는 2005년부터 유럽우주국(ESA)의 마스 익스프레스 우주선에 탑재되어 궤도를 돌고 있는 고해상도 스테레오 카메라(HRSC) 장비로 촬영했다. 화성의 대기는 매우 얇지만, 물과 이산화탄소 얼음 결정, 그리고 먼지 입자로 인해 수많은 구름 형태와 먼지 폭풍 현상이 발생할 수 있고, 이런 다양한 모습이 데이터베이스에 담겼다. DLR의 다니엘라 타르쉬 박사는 "화성의 구름은 지구의 하늘에서 보는 구름만큼이나 다양하고 매혹적이며, 화성에서만 볼 수 있는 고유의 특징이 있다. 그중 가장 흥미로운 것은 아름다운 구름의 띠로, 거대한 화산 타르시스의 융기와 북부 저지대 주변에서 봄과 여름에 발달하는 양털 구름이 선형으로 일렬로 늘어선 모습이다. 지구의 적운과 비슷하지만, 서로 다른 대기 조건에서 형성된다"고 설명했다. 그는 또 "수백 km까지 퍼질 수 있는 인상적인 먼지 구름도 볼 수 있는데, 이는 지구에서는 볼 수 없는 현상이다"라고 부연했다. 먼지는 화성의 대기와 기후에서 중요한 역할을 한다. 드물게 일어나는 상승류 현상으로 인해 대기 중에 베이지색의 먼지가 묻은 얼룩이 떠있을 수 있다. 특정 계절에 온도와 기압이 크게 달라지면 평소보다 강한 바람이 불어 화성 표면에서 많은 양의 먼지가 일어난다. 거대한 화산의 꼭대기에서 퍼져 나가는 먼지 구름은 분출 구름의 모습을 띄고 있다. 화성 북극 근처에서는 매년 거대한 나선형 먼지 폭풍과 사이클론 시스템도 관찰할 수 있다. 이러한 현상을 연구하는 것은 학자들이 화성의 대기와 기단 순환을 이해하는 데 매우 중요하다. 잔물결 모양의 '중력 구름'은 화성과 지구에서 일어나는 가장 흔한 형태 중 하나다. 이는 겨울에는 화성의 양쪽 반구 모두의 중위도에서 볼 수 있으며, 남부의 겨울에는 타르시스 화산 고원에서도 볼 수 있다. 특수한 유형의 중력 구름인 '리 웨이브'는 능선, 산 및 기타 장애물의 바람이 부는 쪽에 쌓여 반복적인 능선 형상을 만들 수 있다. 연구된 일부 유형의 구름은 위치와 계절에 따라 다르다. '황혼 구름' 등은 연중 어느 장소에서나 시간에나 이른 아침에 나타날 수 있다. 클라우드 아틀라스는 구름과 폭풍의 물리적 특성과 모양, 발생 시간 및 위치에 대한 귀중한 정보를 제공한다. 이러한 지식은 화성의 대기 역학과 기후 주기를 깊이 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 지구나 금성 등 다른 행성의 기후 연구를 위한 정보도 제공하게 된다. DLR 팀은 이미 이 데이터베이스를 사용, 계절과 위치에 따라 다양한 유형의 구름 발생을 보여주는 글로벌 지도를 만들었다. 타르쉬는 "ESA가 마스 익스프레스를 최소 2026년까지 연장했기 때문에 이미지 데이터베이스는 계속 늘어나고, 화성 대기에 대한 이해를 더욱 구체화할 수 있을 것"이라고 말했다. 그는 현재 데이터베이스와 과학적 응용 프로그램에 대한 논문을 준비 중이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(56)] 다양한 대기 현상을 보여주는 화성의 구름 지도 '환상'
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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공
- 유럽우주국(ESA)이 국제우주정거장(ISS)에서 금속 3D 프린터로 부품을 제작하는 데 성공했다. 이는 우주 공간에서 금속 3D 프린팅 기술을 활용한 최초의 사례로, 미래 우주 탐사에 새로운 가능성을 제시했다. ESA는 에어버스와 협력하여 개발한 '금속 3D 프린팅 기술 시연기'를 올해 초 ISS에 발사했다. ESA 우주비행사 안드레아스 모겐센은 이 장비를 ESA 콜럼버스 모듈에 설치했고, 지난 8월, 마침내 우주에서 최초의 3D 금속 형상을 성공적으로 인쇄했다. 미국과 러시아, 유럽연합(EU) 등이 참여한 닥구적 우주 정거장인 국제우주정거장은 1998년 건설이 시작됐으며, 지구 상공에서 400km 떨어진 저궤도를 돌고 있다. 이번 성공은 기존 ISS에서 플라스틱 3D 프린터만 사용되었던 것과 비교하면 획기적인 발전이다. 3D 금속 프린팅 기술은 무중력 상태에서도 필요한 부품을 즉시 제작하고 장비를 수리할 수 있게 해, 장기 우주 탐사 임무의 자율성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 일반적으로 3D 금속 프린터는 금속 합금 분말을 바닥에 깔고 전자빔이나 레이저로 디지털 파일에 기반한 패턴을 소결하는 방식으로 작동한다. 무중력 상태에서 금속을 녹이는 것도 문제지만, 금속 가루를 다루는 것은 위험할 뿐만 아니라 완전히 비현실적이다. 에어버스와 영국 크랜필드 대학이 개발한 금속 3D 프린터는 플라스틱 프린터를 모방해 이 문제를 해결했다. 스테인리스 스틸 와이어를 워크헤드에 공급하고 레이저로 그 자리에서 녹인 다음, 녹은 강철이 즉시 냉각되고, 굳어지도록했다. 안전성을 높이기 위해 전체 작업은 밀폐된 금속 상자에서 원격으로 수행됐ESA에 따르면 이 프린터는 지난 8월 4개의 테스트 형상 중 첫번째 형상을 완성했다. 이에 대해 과학 전문 매체 뉴아틀라스는 "외관상으로는 크게 칭찬할 수준은 아니었다"며 "사실 다소 투박하지만 이 프린터는 승무원이 예비 부품이나 득수 장비를 직접 제작할 수 있도록 함으로써 미래의 임무가 지구로부터 더 독립적으로 수행되는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여주는 기술 시연기"라고 전했다. 이번에 제작된 금속 부품은 품질 분석을 위해 다른 3가지 샘플과 함께 지구로 반환될 예정이다. 샘플 중 2개는 네덜란드에 있는 ESA의 기술 심장부(ESTEC)로, 다른 1개는 쾰른에 있는 우주비행사 훈련 센터(EAC)로 보내져 LUNA 시설에 사용되고, 나머지 1개는 덴마크 공과대학교(DTU) 등으로 보내져 추가 연구에 활용될 계획이다. ESA의 인간 및 로봇 탐사 책임자인 다니엘 노이엔슈반더는 "우주에서 최초의 금속 3D 형상을 프린팅한 것은 우주 탐사에 있어 중요한 이정표"라며, "국제적이고 다양한 분야의 팀이 이루어낸 이 성과는 장거리 및 장기 임무에서 필요한 부품을 현장에서 제작할 수 있는 가능성을 열었다"고 평가했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공
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[신소재 신기술(107)] AI 모델 활용한 대규모 지진 예측⋯윤리적 문제는 숙제
- 과학자들이 인공지능(AI) 모델 기술을 활용해 지진 사전 예측 가능성을 제시했다. 알래스카 페어뱅크스 대학(UAF) 연구팀이 AI 기계 학습을 활용해 조기 징후를 감지해 대규모 지진 발생 몇 달 전에 예측할 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 사이테크데일리가 7일(현지시간) 전했다. 연구팀은 알래스카와 캘리포니아에서 발생했던 두 차례의 대규모 지진 사례를 분석, 지진 발생전 광범위한 지역에서 발생하는 미세한 지각 활동을 감지해 며칠에서 몇 달전 지진 발생 가능성을 예측할 수 있음을 시사했다. 팀은 기계 학습 기반 탐지 방법을 개발하고, 컴퓨터 알고리즘을 통해 데이터에서 비정상적인 지진 활동을 탐색했다. 특히 2018년 11월 일어난 규모 7.1 강도의 앵커리지 지진과 2019년 규모 6.4~7.1의 캘리포니아 릿지크레스트 지진 발생 전 약 3개월동안 해당 지역의 15~25%에 걸쳐 비정상적인 저강도 지진이 발생했음을 확인했다. 이를 바탕으로 앵커리지 지진 발생 3개월 전부터 30일 이내에 대규모 지진이 발생한 확률이 최대 80%까지 급증했으며, 릿지크레스트 지진 발생 40일전부터 유사한 확률 증가 패턴이 나타났음을 밝혀냈다. 연구에 따르면 대지진이 발생하기 전 대부분 규모 1.5 미만의 지진 활동이 포착됐다. 연구팀은 이러한 저강도 전조 활동의 원인으로 단층 내 공극 유체 압력의 증가를 제시했다. 공극 유체 압력은 암석 내부의 유체 압력을 말한다. 높은 공극 유체 압력은 단층의 기계적 특성을 변화시켜 지역 응력장의 불균일한 변화를 초래하고, 이것이 비정상적인 저강도 지진 활동을 유발한다는 것이다. 연구팀은 기계 학습이 지진 연구에 긍정적인 영향을 미치고 있으며, 방대한 지진 데이터 분석을 통해 지진 발생 전조를 파악하는 데 중요한 역할을 할 수 있다고 강조했다. 그러나 연구팀은 알고리즘의 실시간 적용 및 새로운 지역에서의 활용을 위해 추가적인 검증이 필요하며, 지진 예측의 불확실성으로 인한 윤리적, 실질적인 문제들을 해결해야 한다고 지적했다. 특히 잘못된 예측으로 인한 사회적 혼란과 경제적 손실 가능성을 경고하며, 정확한 예측을 통한 인명 및 재산 피해 최소화와 균형을 맞추는 것이 중요하다고 말했다. 머신 러닝을 기반으로 한 지진 감지 방법은 8월 28일 학술 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다. 이 연구는 UAF 지구물리학 연구소의 타르실로 지로나 조교수가 주도했다. 독일 뮌헨의 루트비히 막시밀리안 대학교의 지질학자 키리아키 드리모니가 연구 공동 저자이다. 지로나는 "저희 논문은 고급 통계 기법, 특히 머신 러닝이 지진 카탈로그에서 얻은 데이터 세트를 분석해 대규모 지진의 전조 현상을 식별할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여준다"고 말했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(107)] AI 모델 활용한 대규모 지진 예측⋯윤리적 문제는 숙제
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초고층 빌딩 창문 청소 로봇, 뉴욕에 세계 최초 배치
- 뉴욕의 45층짜리 초고층 오피스 타워가 세계 최초로 스카이라인 로보틱스(Skyline Robotics)의 오즈모(Ozmo) 자동 창문 청소 로봇을 배치했다고 뉴아틀라스가 전했다. 지붕에 매달린 플랫폼에 로봇이 달려 있어 사람이 하는 창문 청소보다 3배 빠르게 유리창을 닦는다고 한다. 오즈모 청소 로봇은 빌딩 옥상에 매달려 있는 청소 플랫폼에 쿠카(Kuka) 로봇 팔 한 쌍을 장착하고 각각의 팔에 브러시 헤드(청소용 솔)와 물 뿌리개를 장착한 것이다. 특히 이 청소 로봇에는 창문 유리창의 취약성을 판단하고 효율적인 세척을 위해 물을 뿌릴 때 적절한 압력을 가할 수 있도록 내압력을 측정하는 센서가 달려 있다. 회사는 창문 청소 로봇이 위치 설정과 이동을 위해 라이다(LiDAR) 센서를 사용하며, 인공지능(AI) 알고리즘은 돌풍이 부는 등 악조건에서도 안정성을 보장한다고 밝혔다. 라이다 센서는 자율주행 차량에 일반적으로 사용되는 것으로, 레이저를 발사해 사물에 반사되어 돌아오는 시간을 측정, 사물까지의 거리를 계산한 후 주변 모습을 3차원으로 매핑하는 기술로, 이는 청소 로봇에 다양한 최신 기술이 접목되어 있음을 시사한다. 현재 오즈모 팀은 건물 옥상에 있는 시스템 운영자를 통해 로봇이 제어되므로 인간 근로자의 역할이 여전히 존재하지만, 미래에는 로봇에 의한 완전한 자율주행 청소가 이루어질 것이라고 밝혔다. 또 이는 창문 청소 인력 부족을 해소하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 인간을 작업의 위험에서 보호할 것이라고 부연했다. 스카이라인은 지난 몇 년 동안 이 시스템을 개발하고 테스트해 왔다. 이번에 실제 배치한 오피스 타워는 더스트(Durst Organization)가 소유하고 관리하는 빌딩으로, 자동 창문 청소 로봇 글로벌 출시의 첫출발이다. 두 번째 청소 로봇은 영국 런던에 등장할 것으로 보인다. 스카이라인은 영국에서의 로봇 공급을 위해 프린시플클리닝서비스(Principle Cleaning Services)와 협력키로 했다. 일본과 싱가포르에서도 특허를 확보, 아시아 지역의 진출을 노리고 있다. 스카이라인의 마이클 브라운 CEO는 "스카이라인은 파트너인 팔라디움 윈도우 솔루션(Palladium Window Solutions) 및 더스트와 함께 첨단 기술로 수세기 동안 이어져 온 맨해튼의 풍경을 바꾸고 있다"라며 "오즈모는 기존 빌딩 창문 청소 솔루션보다 더 빠르고 안전하게 건물과 인간을 보호하면서 외벽 유지 관리의 미래를 제공하고 있다"고 강조했다.
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초고층 빌딩 창문 청소 로봇, 뉴욕에 세계 최초 배치
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[먹을까? 말까?(54)] 마누카 꿀, 유방암 세포 성장 84% 억제…천연 항암치료 가능성 제시
- 호주와 뉴질랜드 특산물인 마누카 꿀이 유방암 세포 성장을 억제하는 것으로 나타났다. 미국 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 연구팀의 예비 연구 결과, 마누카 꿀이 유방암 세포 성장을 84% 억제하는 효과를 보였다고 메디컬 익스프레스와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 전했다. 특히 마누카 꿀은 에스트로겐 수용체 양성 유방암 세포에 대한 억제 효과가 뛰어났으며, 건강한 세포에는 영향을 미치지 않았다. 이번 연구는 마누카 꿀이 기존 항암 치료의 부작용을 줄이고, 새로운 천연 항암치료제 개발의 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 마누카 꿀은 뉴질랜드와 호주 남동부에서 자생하는 마누카 나무의 꽃에서 채취한 꿀로 항균, 항산화, 치유 효과 등이 있는 것으로 알려져 있다. UCLA 연구팀은 이번 연구를 통해 마누카 꿀이 유방암 예방 및 치료에도 도움이 될 수 있다는 가능성을 확인했다. 연구팀은 실험실에서 에스트로겐 수용체 양성 유방암 세포와 삼중 음성 유방암 세포를 배양하고, 마누카 꿀 또는 탈수 마누카 꿀 분말을 처리했다. 그 결과 에스트로겐 수용체 양성 유방암 세포에서 꿀의 농도에 따라 암세포 증식이 억제되는 것을 관찰했다. 또한 마누카 꿀을 항에스트로겐 치료제인 티옥시펜과 함께 사용했을 때, 암세포 증식 억제 효과가 더욱 강력하게 나타났다. 동물 실험에서도 마누카 꿀은 인간 유방암 세포를 이식한 쥐의 종양 성장을 억제하는 효과를 보였다. 특히 건강한 세포에는 영향을 미치지 않으면서 종양 성장을 84%까지 억제하는 결과를 나타냈다. 이번 연구는 마누카 꿀이 유방암 치료에 새로운 가능성을 제시했다는 점에서 주목할 만하다. 하지만 아직 예비 연구 단계이며, 추가적인 연구를 통해 안전성과 효능을 검증해야 한다. 해당 연구는 학술지 '뉴트리언트(Nutrients)'에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(54)] 마누카 꿀, 유방암 세포 성장 84% 억제…천연 항암치료 가능성 제시
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전자동 치과 로봇, 세계 최초로 인간 대상 수술 실시
- AI 제어 자율 로봇이 치과계에서 처음으로 인간 환자를 대상으로 치과 시술을 성공적으로 수행했다. 특히 인간 치과의사가 할 수 있는 것보다 약 8배 빠른 속도로 해 냈다고 뉴아틀라스가 전했다. 미국 보스턴에서 설립된 스타트업 퍼셉티브(Perceptive)가 만든 이 치과 로봇은 휴대용 3D 체적 스캐너와 광간섭 단층촬영(OCT) 장치를 사용해 치아, 잇몸, 심지어 치아 아래의 신경까지 포함한 입의 자세한 3D 모델을 구축한다. 입의 체적 모델을 구축하는 OCT는 광선만 사용하므로 인체에 유해한 X선 방사선이 전체 과정에서 배제되고, 고해상도 촬영이 가능하며, 충치의 상태까지 약 90%의 정확도로 자동으로 감지된다고 한다. 물론 치과의사와 환자와의 상담과 시술에 대한 의사결정 과정은 거친다. 일단 결정이 내려지면 로봇 치과 의사가 수술을 인계받는다. 로봇 치과 의사에 수술 계획과 과정이 전달되면 로봇이 수술을 진행한다. 치과 로봇의 첫 번째 전문 분야는 치과 크라운(인공 금속관을 씌우는 치과 시술)을 위한 치아 준비다. 퍼셉티브는 인간 의사 시술의 경우 크라운은 일반적으로 두 번으로 나뉘어 시행되며 총 두 시간 정도 걸리는 과정이라고 밝혔다. 그러나 로봇 치과의사는 이를 15분에 안에 마친다고 한다. 퍼셉티브는 치과 로봇이 '움직임이 매우 많은 조건에서도' 안전하게 업무를 처리할 수 있다고 주장하며, 움직이는 인간 환자에 대한 시술은 모두 성공적이었다고 밝혔다. 퍼셉티브의 설립자 겸 CEO 크리스 시리엘로는 "세계 최초의 완전 자동화된 로봇 치과 시술을 성공적으로 완료했다"며 "이 의학적 혁신은 치과 시술의 정밀성과 효율성을 높이고, 더 나은 치과 치료에 대한 접근성을 높여 환자 경험과 임상 결과를 개선한다. 우리는 시스템을 발전시키고 환자를 위한 확장 가능하고 완전 자동화된 치과 의료 솔루션을 개척하기를 희망한다"고 말했다. 퍼셉티브의 임상 자문위원회 위원 카림 자클라마는 "퍼셉티브의 AI 기반 로봇 시스템은 치의료계를 혁신할 것이다. 절차를 간소화하고 환자에게 편안함을 더할 것이며, 특히 구강 내 스캐너와 같은 고급 이미징 기능은 종전과 비교할 수 없는 세부 정보를 제공해 문제를 더 정확하게 조기 진단하고 환자와 더 효과적으로 소통할 수 있게 해준다. 이러한 효율성 덕분에 개인화된 환자 치료에 더 집중하고 의자에 앉아 있는 시간을 줄여 더 많은 환자를 효과적으로 치료할 수 있다"고 설명했다. 고정밀 인간 제어 로봇 수술은 이미 빠른 속도로 발전하고 있다. 인간 의사의 안정적인 손에 대한 전통적인 필요성은 사라지고 있다. 휴머노이드 분야에서 보듯, 로봇을 원격 조작하기 시작하는 순간, 로봇이 언젠가는 인간과 동일한 작업을 수행하도록 훈련될 것이며, 치과 분야도 마찬가지다. 크라운과 같이 60분짜리 마라톤 시술을 두 번 하는 대신 15분 만에 로봇 치과의사의 시술로 끝낼 수 있다면, 그것은 엄청난 개선이다. 시스템은 비용이 들겠지만, 많은 시간을 절약하기 때문에 충분히 상쇄할 수 있다. 환자 입장에서는 오히려 치료비가 줄어드는 효과가 크다. 그러나 이 치과 로봇은 아직 FDA 승인을 받지 못했다. 퍼셉티브는 로봇 치과의사의 출시 일정을 정하지 않았다. 대중이 로봇 치료를 받을 수 있기까지는 몇 년이 걸릴 수 있다. 퍼셉티브는 로봇의 기능을 확장하고 치료 범위를 넓한다는 계획이다.
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전자동 치과 로봇, 세계 최초로 인간 대상 수술 실시
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[신소재 신기술(88)] 플라스마 처리 목재에서 빛 흡수율 99% 이상 '슈퍼블랙' 신소재 탄생
- 캐나다 과학자들이 목재를 이용해 거의 모든 빛을 흡수하는 '슈퍼블랙' 신소재 개발에 성공했다. 브리티시컬럼비아 대학교(UBC) 필립 에반스 교수 염구팀은 목재의 방수성을 높이기 위해 고에너지 플라즈마를 처리하는 과정에서 우연히 슈퍼블랙 물질을 개발했다고 뉴아틀라스가 7월 31일(현지시간) 보도했다. '닉실론(Nxylon)'이라는 상표가 붙은 이 소재는 그리스 신화의 밤의 여신인 '닉스(Nyx)'와 그리스어로 나무를 뜻하는 '그쉴론(xylon)'에서 이름을 따왔다. 에반스 교수와 박사과정 학생 케니 정은 방수성을 높이기 위해 톱질한 린든나무 샘플의 표면을 플라즈마 처리했을 때 목재를 구성하는 다공성 세포의 잘린 끝부분의 구조가 바뀐 것을 발견했다. 신소재 '닉실론'은 빛을 1% 미만으로 반사하며, 일반 검은색 페인트(최소 2.5% 반사)보다 빛 반사율이 훨씬 낮다. 또한 린든나무 외의 여러 종류의 나무에서 0.5~1mm두께의 얇은 닉실론 시트를 생산할 수 있어서 횰용도가 높을 것으로 기대된다. 닉실론은 망원경, 태양광 전지, 보석, 시계 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 특히 고가의 흑단이나 장미목을 대체할 저렴하고 지속 가능한 대안으로 주목받고 있다. 현재 닉실론은 반타블랙(Vantablack) 보다 빛을 조금 더 많이 반사하지만, 에반스는 닉실론 기술이 더 발전하면 상황이 바뀔 것이라고 말했다. 또한 반타블랙은 깨지기 쉽고 비용이 많이 드는 수직 방향의 탄소 나노튜브로 구성되어 있는 반면, 닉실론은 그렇지 않다. 2014년 대중에게 공개된 반타블랙은 빛을 99.965% 흡수하는 가장 검은 물질 중 하나다. 서레이 나노시스템(Surrey NanoSystem)이라는 영국 회사에서 상용화했으며, 탄소 나노튜브를 수직으로 배열해 빛이 물질에 갇히도록 만드는 원리로 작동한다. 에반스는 "닉실론은 재생 가능한 목재로 만들어지며, 참피나무 한 그루로 약 20만개의 시계 화면을 만들 수 있다"며 "우리는 표면을 덜 깨지게 만드는 방법을 찾아냈다. 닉실론 시트는 30분 만에 만들 수 있다. 상업적 생산을 위해 설계된 장치를 사용하면 공정 속도를 높일 수 있다고 확신한다"고 설명했다. 연구팀은 앞으로 닉실론의 빛 반사율을 더욱 낮추고 내구성을 강화할 연구를 이어갈 계획이다. 또한 스핀오프 회사인 닉실론 코퍼레이션 오브 캐나다를 통해 상용화를 추진할 예정이다. 이번 연구 결과는 최근 '어드밴스드 지속가능 시스템((Advanced Sustainable Systems)' 저널에 게재됐다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(88)] 플라스마 처리 목재에서 빛 흡수율 99% 이상 '슈퍼블랙' 신소재 탄생
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[먹을까? 말까?(43)] 비건 식단, 단 2개월만에 생물학적 노화 늦춰
- 식물성 식단을 단 두달 동안만 섭취해도 건강의 주요 지표 중 하나인 생물학적 나이에 유의미한 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. 스탠포드 트윈 연구소는 8주 간의 채식 위주의 식단이 노환 관련 생체 지표에 긍정적인 변화를 가져올 수 있는 것으로 나타났다고 뉴욕포스트와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 전했다. 이 연구 결과는 지난 28일(현지시간) 'BMC 메디슨' 저널에 발표됐다. 이 최신 연구에서 과학자들은 단기 비건 식단이 잡식성 라이프스타일과 비교했을 때 신체의 생물학적 노화 징후를 어떻게 바꿀 수 있는지 측정했다. 연구팀은 평균 연령 40세의 일란성 쌍둥이 21쌍을 모집해 한쌍에게는 8주간의 건강한 비건 식단을, 다른 한 쌍에게는 같은 기간 동안 건강한 잡식성 식당을 제공했다. 연구의 핵심 지표는 DNA 메탈화 변화였다. DNA 메탈화는 메탈기라고 하는 작은 분자가 DNA나 단백질에 추가돼 유전자 발현을 억제하거나 촉발하는 과정이다. DNA 메탈화는 노화 과정과도 깊은 관련이 있으며, 나일가 들수록 증가한다. 연구팀은 두 그룹으로 나뉜 쌍둥이가 모두 비슷한 기준 점수로 임상 실험을 시작했지만. 비건 채식을 한 쌍둥이 그룹은 8주째에 생물학적 나이를 나타내는 지표에 상당한 변화가 있다는 것을 발견했다. 이 연구는 지난해 11월 동일한 시험 기간 동안 참가자들의 HDL-C, 포도당, 인슐린, TMAO, 비타민 B12 및 체중 마커를 평가한 이전 연구를 기반으로 했다. 연구진은 "건강한 일란성 쌍둥이의 후생유전학적 연령 시계를 사용해 유의미한 변화를 관찰한 결과, 잡식성 식단에 비해 칼로리 제한 비건 식단이 단기적으로 노화에 유리한 이점이 있음을 시사한다"면서 "이러한 연구 결과는 풍부한 항산화 성분과 항염증 특성으로 알려진 식물성 식단의 잠재적인 노화 방지 효과를 강조하는 이전 연구와 일치한다"고 설명했다. 연구팀은 식단과 후생유전학의 상호작용을 평가하기 위해 심장, 폐, 신장, 간, 뇌, 면역, 혈액, 근골격계, 호르몬, 신진대사 등 11개 장기 시스템의 개별 연령을 평가했다. 비건 그룹에서는 염증, 심장, 호르몬, 간, 신진대사 등 5개 기관의 노화가 현저히 감소한 반면, 잡식성 식단을 섭취한 그룹의 경우 후생유전학적 시계가 움직이지 않은 것으로 나타났다. 연구진은 채식 위주의 식단이 항산화 성분과 항염증 특성으로 인해 노화 방지 효과를 나타낼 수 있다고 분석했다. 그러나 이번 연구에는 몇 가지 한계점도 존재한다. 잡식성 식단을 따른 참가자들은 매일 일정량의 육류(170~225g), 계란1개, 유제품 1.5인분을 섭취해야 했다. 첫 4주 동안 모든 참가자는 특별히 준비된 식사를 섭취했고, 연구 후반부에는 자유롭게 먹었다. 비건 그룹은 첫 4주 동안 200칼로리를 더 적게 섭취했다. 실험이 끝날 무렵 비건 그룹은 잡식성 그룹보다 약 2kg 감량했다. 따라서 추가 연구를 통해 식단 변화와 체중 감소중 어떤 요인이 더 큰 영향을 미쳤는지 밝혀낼 필요가 있다. 또한 영국영양사협회(BDA)는 이번 연구 결과가 채식 식단이 잡식성 식단보다 건강하다는 것을 의미하지는 않는다고 강조했다. BDA의 대변인인 듀안 멜러 박사는 "전반적으로 DNA 메탈화를 변화사키는 측변에서의 이점은 이론적이며, 장수와 직접적인 연관이 없으며, 식단으로 인한 변화는 비건 그룹이 더 많은 식물을 섭취하기 때문일수 있으며 비건 식단이 혼합 식단보다 건강하는 것은 아니다"라고 말했다. 멜러 박사는 "모든 식단의 핵심은 채소, 과일, 연과류, 씨앗, 콩, 완두콩, 렌틸콩 등 다양한 식품과 통곡물로 구성되어야 하며, 채식을 선택하는 경우에는 요오드, 철분, 칼슘, 비타민B12, 비타민D와 같은 대체 영양소와 오메가 3 지방산 공급원을 식단에 포함시켜야 한다"고 덧붙였다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(43)] 비건 식단, 단 2개월만에 생물학적 노화 늦춰
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[먹을까? 말까?(42)] 귀리 속 식이섬유, 비만 치료제와 유사한 효과
- 귀리의 식이섬유가 비만을 치료하는 약물과 동일한 체중 감량 효과가 있는 것으로 나타났다. 미국 애리조나 대학교 연구팀은 귀리에 풍부한 베타글루칸이라는 섬유가 비만 치료제와 유사한 효과를 낸다는 연구 결과를 발표했다고 뉴아틀라스가 전했다. 연구팀은 고지방·고당분 식단을 섭취하는 쥐들을 대상으로 다섯 그룹으로 나누어 셀룰로오스, 펙틴, 베타글루칸, 밀 덱스트린, 저항성 전분 등 5가지 식이섬유를 각각 10%씩 추가해 18주 동안 관찰했다. 연구팀은 실험 쥐의 체중 증가, 지방량 및 순수 근육량의 백분율을 평가했다. 또한 섭취후 최대 2시간까지 혈당 수치에 미치는 영향을 살표봤다. 연구 결과 베타글루칸을 섭취한 쥐 그룹은 고지방, 고당분 식단에도 불구하고 체중 증가가 현저히 적었다. 또한 체지방량은 현저히 적었지만 순수 근육량 유지율은 월등히 높았다. 베타글루칸 섭취 그룹은 또한 18주 동안 인슐린 민감성과 혈당 조절 능력도 향상된 것으로 나타났다. 연구팀은 이러한 효과가 베타글루칸이 장내 미생물 군집을 변화시켜 부티르산(butyrate)이라는 대사산물을 증가시키기 때문이라고 분석했다. 부티르산은 뇌에 포만감 신호를 전달하는 호르몬인 GLP-1 분비를 촉진하고 갈색 지방 연소를 유도해 체중 감소에 도움을 준다. 이러한 작용 기전은 최근 비만 치료제로 주목받는 세마글루타이드(Ozempic)와 유사하지만, 베타글루칸은 식품을 통해 섭취할 수 있고 부작용이 적다는 장점이 있다. GLP-1(Glucagon-Like Peptide-1)은 우리 몸에서 자연적으로 생성되는 호르몬이다. 주로 음식 섭취 후 소장에서 분비되며, 혈당 조절, 식욕 억제, 위 배출 지연 등 다양한 기능을 수행한다. GLP-1의 작용을 모방하거나 GLP-1 수용체를 활성화하는 GLP-1 유사체 및 GLP-1 수용체 작용제(GLP-1 RA)가 개발되어 제2형 당뇨병 및 비만 치료에 사용되고 있다. 대표적인 GLP-1 RA 약물로는 삭센다(Saxenda), 오젬픽(Ozempic), 위고비(Wegovy) 등이 있다. 연구팀은 귀리 이외에도 보리, 쌀, 버섯, 해조류 등에 베타글루칸이 함유되어 있으며, 특히 귀리는 1컵당 3~5%의 베타글루칸을 함유하고 있다고 밝혔다. 연구를 이끈 프랭크 듀카 교수는 "이번 연구 결과는 베타글루칸이 체중 감소 및 혈당 조절에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다"며 "앞으로 베타글루칸을 강화한 식품 개발을 통해 비만 및 대사 질환 예방에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 이 연구는 '더 저널 오브 뉴트리션(The Journal of Nutrition)'에 게재됐다.
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[먹을까? 말까?(42)] 귀리 속 식이섬유, 비만 치료제와 유사한 효과
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[먹을까? 말까?(41)] 탈모 치료의 열쇠, 설탕 성분에서 찾았다!
- 천연 설탕에서 탈모 치료제 성분이 발견돼 탈모인들에게 희소식을 전해주고 있다. 탈모는 다양한 원인에 의해 발생할 수 있다. 가장 흔한 탈모 유형인 남성형 탈모는 유전적인 요인과 남성호르몬(안드로겐)이 주요 원인으로 작용한다. 이 질환은 전 세계 남성의 최대 50%에 영향을 미친다. 남성형 탈모는 테스토스테론이 5알파-훤원효소(5α-reductase)라는 효소에 의해 DHT(디하이드로테스토스테론)로 변환되는데, 이 DHT가 모낭을 위축시키고 모발 성장 주기를 단축시켜 탈모를 유발한다. 영국과 파키스탄 과학자들이 남성형 탈모 치료에 새로운 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표했다. 2-데옥시-D-리보스(2dDR)라는 천연 당 성분이 모발 성장을 촉진할 수 있다는 것이다. 셰필드 대학교와 파키스탄 COMSATS 대학교 연구팀은 2dDR이 새로운 혈관 생성을 촉진해 모낭에 영양분을 공급하고 새로운 모발 생성을 돕는다는 사실을 발견했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 셰필드 대학의 명예 조직공학 교수인 쉴라 맥닐은 "남성형 탈모는 전 세계적으로 흔한 질환이지만, 현재 FDA 승인을 받은 치료제는 두 가지 뿐"이라며 "이번 연구는 탈모 치료의 해답이 자연 발생 당 성분인 데옥시 리소브 당을 사용해 모낭으로의 혈액 공급을 늘리는 것처럼 간단할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 리보스와 데옥시 리보스는 모두 생명체에서 발견되는 단당류로 분류된다. 이들은 핵산의 필수 구성 요소로, 리보스는 RNA에서, 데옥시 리보스는 DNA에서 발견된다. 연구팀은 8년 동안의 상처 치유 연구 과정에서 2dDR이 혈관 성장을 촉진하고 뜻밖에도 모발 성장에도 영향을 미치는 것을 발견했다. 이를 확인하기 위해 테스토스테론에 의한 탈모를 유도한 쥐 모델을 개발해 실험한 결과, 2dDR이 혈류 증가를 통해 모발 재성장을 촉진하는 것을 확인했다. 설탕 분자는 혈관 내피 성장 인자(VEGF)의 합성을 증가시켜 새로운 모발 성장을 촉진시키는 것으로 추정된다. 연구 결과에 따르면 데옥시 리보스 설탕은 모발 성장을 촉진시키는 데 있어서 미녹시딜과 동일한 효능을 보였으며, 유망한 치료 옵션으로 제시됐다. 로게인 및 테녹시딜로 판매되는 미녹시딜은 FDA에서 승인한 단 두가지 탈모치료제 중 하나다. 뉴아틀라스에 따르면 이 약은 자극과 빛에 대한 민감성 같은 부작용을 유발하는 것으로 알려져 있다. 또한 40대 이상의 헤어라인이 후퇴한 사람에게는 효과가 떨어진다. 그리고 혈압 약을 복용중인 사람에게는 권장되지 않는다. 한편, 이번 연구 결과는 남성형 탈모 치료에 대한 새로운 가능성을 제시하지만, 아직 초기 단계이며 추가 연구가 필요하다. 맥닐 교수는 "이번 연구는 남성의 자존감에 영향을 미칠 수 있는 탈모 치료에 대한 새로운 접근법을 제시할 수 있다"며 "향후 추가 연구를 통해 이 저렴하고 비침습적인 치료법을 환자에게 제공할 수 있기를 기대한다"고 말했다. 이번 연구 결과는 "프론티어스 인 파마콜로지(Frontiers in Pharmacology)' 저널에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(41)] 탈모 치료의 열쇠, 설탕 성분에서 찾았다!
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해변 담배꽁초 청소하는 로봇 개 첫선…네 발에 진공청소기 노즐 부착
- 이탈리아기술원(IIT: Italian Institute of Technology) 연구팀이 발목에 노즐을 묶고 등에 진공청소기 본체를 달아 쓰레기를 청소하는 4족 로봇개를 개발했다고 뉴아틀라스가 전했다. 이 로봇개는 중국 로봇 개발 회사인 유니트리(Unitree)의 에일리언고(AlienGo) 로봇개를 모델로 해 제작됐다. 베로(VERO: Vacuum-cleaner Equipped RObot)라고 명명된 이 진공청소 로봇개는 해변에서 가장 흔한 쓰레기인 담배꽁초를 주로 제거한다. 베로는 정해진 청소 구역에서 자율적으로 이동하면서 한 쌍의 카메라와 신경망을 이용해 담배꽁초를 찾고, 진공청소기를 켜 이를 빨아들인다. 계획된 경로를 따라 움직이면서 담배꽁초 및 유사한 모양의 쓰레기도 함께 청소한다. 개발된 4족 진공청소 로봇개는 연구 등급의 로봇으로서 현 수준에서는 상대적으로 비싸다고 한다. 대략 5만 달러 정도로 1600달러 수준인 에일리언고에 비해 비싸다. 또한 에일리언고만큼 민첩하거나 빠르게 움직이지 못한다. 다만, 걷거나 뛰는 등 이동의 용도로만 사용되던 로봇의 발을 다른 작업으로 전환할 수 있는 단초를 마련했다는 점에서 의미가 크다. 담배꽁초를 찾아내도 발끝에 부착된 노즐을 꽁초 쪽으로 가져가 빨아들이는 것은 어려운 작업이다. 네 발에 부착한 네 개의 노즐이 두 개 또는 한 개보다 생산적인 청소 작업을 수행할 수 있는 지도 검증되지 않았다. 나아가 해변에서 담배꽁초를 제거할 때 엄청난 양의 모래를 같이 빨아들일 수도 있다. 따라서 개발된 진공청소 로봇개는 현시점에서는 실용적이지 않다는 지적이다. 다만 로보틱스 산업에서 아이디어 측면에서는 크게 발전된 모습이라는 평가다. 다른 분야로의 확대 응용도 기대된다. 즉, 다리 끝에 진공 노즐만 고집할 필요가 없다는 것이다. 정원 가꾸기나 농장 잡초 제거, 건설 현장에서 못질하기 등의 용도로도 활용할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 진공청소 로봇개 개발 소식은 '필드 로보틱스 저널(Journal of Field Robotics)'에 발표됐다.
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- IT/바이오
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해변 담배꽁초 청소하는 로봇 개 첫선…네 발에 진공청소기 노즐 부착
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
- 중국 연구진이 인공 칩 위에서 배양한 뇌세포를 로봇에 연결하여 로봇을 제어하는 획기적인 시스템인 '메타복(MetaBOC)' 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 뉴아틀라스, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 이는 인간의 뇌와 기계를 연결하는 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술의 새로운 지평을 열었을 뿐만 아니라, 인공지능(AI)과 생물학적 지능의 융합 가능성을 보여주는 중요한 성과로 기록됐다. 메타복은 뇌세포를 이용하여 로봇을 제어하고 학습시키는 시스템으로, 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받는다. 텐진대학교와 남방과학기술대학교 연구팀이 개발한 메타복은 뇌-칩 생체 컴퓨터와 다른 전자 장치의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 인공적으로 배양된 뇌 오가노이드(미니 뇌)가 전기 신호를 통해 외부 환경을 인지하고, 로봇을 제어해 특정 작업을 수행하도록 돕는 것이다. 이는 인간의 뇌세포를 인공 신체에 이식하는 것을 목표로 하는 '바이오 컴퓨팅' 분야의 혁신적인 발전을 의미한다. 바이오 컴퓨팅은 생물학적 시스템, 즉 뇌세포를 이용하여 정보를 처리하고 계산하는 기술이다. 기존의 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 바이오 컴퓨터는 뇌세포의 벙렬 처리 능력과 에너지 효율성을 활용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 메타복은 이러한 바이오 컴퓨팅 기술을 로봇 제어에 적용함으로써, 로봇의 학습 능력과 지능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기능성을 제시했다. 브레인 온 칩 기술, 로봇 학습 능력 향상:인간 뇌 기능 모방 연구팀은 '브레인 온 칩(Brain-on-chip)' 기술을 활용해 로봇의 학습 능력을 획기적으로 향상시켰다. 브레인 온 칩은 작은 칩 위에 살아있는 뇌세포를 배양하고, 이를 통해 뇌의 복잡한 구조와 기능을 연구하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 통해 로봇이 물체를 잡고 장애물을 피하는 등 다양한 작업을 수행하도록 훈련시키는 데 성공했다. 특히, 뇌세포를 3차원 구형 오가노이드 형태로 배양해 더욱 복잡한 신경 연결을 형성하도록 유도했다. 또한 저강도 집속 초음파(LIFU) 자극을 통해 뇌 오가노이드의 지능적 기반을 강화해 뇌세포가 더욱 효과적으로 학습하고 정보를 처리할 수 있도록 했다. 이러한 기술적 진보는 로봇이 인간의 뇌처럼 학습하고 문제를 해결하는 능력을 갖추는 데 기여할 것으로 기대된다. 인공지능과 생물학적 지능의 융합: 새로운 지능 시스템의 탄생 메타복 시스템의 가장 큰 특징은 인공지능 알고리즘을 활용하여 뇌세포의 생물학적 지능과 효과적으로 소통한다는 점이다. 이러한 인공지능과 생물학적 지능의 융합은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 새로운 가능성을 제시하며, 인간과 기계의 상호 작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 인공지능은 데이터 학습을 통해 스스로 문제 해결 능력을 향상시키는 반면, 생물학적 지능은 직관, 창의성, 감정 등 인간 고유의 능력을 발휘한다. 메타복 시스템은 이 두 가지 지능을 결합하여 새로운 형태의 지능 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 이러한 시스템은 기존의 인공지능이나 인간의 지능만으로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다. 시뮬레이션 환경에서의 로봇 학습: 안전하고 효율적인 학습 환경 제공 메타복 시스템을 통해 뇌 오가노이드는 시뮬레이션 환경에서 로봇을 제어하고, 장애물 회피, 목표 추적, 물체 파지 등의 작업을 학습하는 데 성공했다. 시물레이션 환경에서의 학습은 실제 뇌세포 손상 없이 효율적인 학습을 가능하게 하며, 다양한 시나리오에서의 학습을 통해 로봇의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 시뮬레이션 기반 학습은 로봇이 실제 환경에 배치되기 전에 다양한 상황에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 하며, 로봇의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경에서의 학습 데이터를 분석하여 로봇의 성능을 개선하고 새로운 기능을 추가하는 데 활용할 수 있다. 윤리적 문제와 기술적 과제: 인간 존엄성과 안전성 확보 하지만 이러한 뇌-칩 인터페이스 기술은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 접시에서 배양되는 뇌세포는 과연 의식이 있는 것인가. 인공지능 또한 의식이 있다고 봐야 하는가. 생물학적 지능과 실리콘 기반 지능의 윤리는 다르다고 봐야 하는가 등의 의문을 제기한다. 이러한 시스템이 의식을 발달시킨다고 가정해 보면, 실제로 이 시스템으로 테스트 하는 것이 윤리적으로 옳은 일인지, 아닌지를 결정해야 할 수도 있다. 인공 뇌세포를 이용한 로봇 제어가 인간의 존엄성을 침해할 수 있다는 우려와 함께 뇌세포의 생존 유지 및 시스템 안정성 확보 등 해결해야 할 과제도 많다. 또한 뇌-칩 인터페이스 기술이 발전함에 따라 인공지능과 인간 지능의 경계가 모호해지면서 철학적인 논쟁도 불가피할 것으로 보인다. 따라서 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 과정에서는 윤리적 문제와 기술적 과제를 충분히 고려해야 한다. 인공 뇌세포 사용에 대한 명확한 윤리적 지침을 마련하고, 뇌세포의 안전한 관리 및 시스템의 안정성 확보를 위한 기술 개발에 힘써야 한다. 또한 인공지능과 인간 지능의 한계에 대한 사회적 논의를 통해 기술 발전에 따른 잠재적 문제점을 예방하고 해결 방안을 모색해야 한다. 미래 사회 변화의 촉매제: 의료, 로봇 공학, 인공지능 분야의 혁신 그럼에도 불구하고, 이번 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과다. 앞으로 메타복 시스템과 같은 기술은 의료, 로봇공학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 뇌졸중이나 착수 손상 환자의 제활 치료, 인공지능 로봇 개발, 뇌 질환 연구 등에 활용될 수 있다. 특히, 메타복 시스템은 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 인간의 뇌는 정교한 정보 처리 시스템으로, 현재의 인공지능 기술로는 완벽하게 모방하기 어렵다. 하지만 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 통해 인간의 뇌 기능을 더욱 심층적으로 이해하고 이를 인공지능 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 인간과 기계의 융합이라는 새로운 시대를 앞당기는 중요한 발걸음이 될 것이다. 앞으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 어떻게 발전하고 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
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질병 치료의 게임 체인저, 조절 T 세포의 재발견
- 면역세포인 조절 T 세포가 특정 신체 부위만이 아닌 다양한 조직에서 존재한다는 새로운 연구 결과가 발표됐다. 면역 반응을 억제하는 조절 T 세포에 대한 영국 케임브리지 대학의 이번 연구는 근육 손상 복구부터 모발 재생까지 다양한 질환 체료에 활용될 수 있는 가능성을 제시한다고 뉴아틀라스가 20일(현지시간) 보도했다. '조절 T 세포(Regulatory T cells, Tregs)'는 면역 체계의 과잉 반응을 억제하고 염증을 조절하며 자가면역 질환을 예방하는 백혈구의 일종이다. 기존에는 T 조절 세포가 특정 신체 부위에만 존재하는 특수 세포 집단으로 여겨졌다. 케임브리지 대학교 연구팀의 최근 연구는 이러한 통념을 뒤집었다. 연구팀은 T 조절 세포가 림프 조직 뿐만 아니라 다양한 조직에 존재하며 손상된 부위로 이동하여 복구 기능을 수행한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 면역 반응을 유발하는 광범위한 질병 및 부상 치료에 중요한 시사점을 제공한다. 조절 T 세포는 활성화된 면역 세포의 기능을 억제하며 과도한 면역 반응을 방지한다. 또한 자기 자신의 세포나 조직을 공격하는 자가면역 반응을 억제해 자가 면역 발병을 막는 중요한 역할을 한다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 특정 장기나 조직의 면역 반응을 억제하고 치유를 촉진하는 치료법 개발 가능성을 제시했다. 현재 사용되는 항염증제는 염증 부위 뿐만 아니라 전신 면역 체계를 억제하며 감염에 취약하게 만드는 단점이 있다. 하지만 이번 연구는 특정 부위의 면역 반응만을 조절하여 부작용을 줄이고 차료 효과를 높일 수 있는 가능성을 보여준다. 연구팀은 앞으로 인체 임상 시험을 통해 연구 결과를 검증하고, 궁극적으로는 다양한 질병 치료에 활용될 수 있는 치료법 개발을 목표로 하고 있다. 이번 연구 결과는 '이뮤니티(Immunity)' 저널에 게재됐다.
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질병 치료의 게임 체인저, 조절 T 세포의 재발견
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중국 AI 기반 로봇, 만리장성 등정…휴머노이드 로봇 보행 테스트 최초 실시
- 최근 휴머노이드 로봇(인간의 신체를 닮은 로봇) 분야 기술 개발이 빠르게 진행되면서 관련 산업이 눈부시게 발전하고 있다. 휴머노이드 로봇은 사람이 수행하는 다양한 작업에 탁월한 능력을 보여 주며, 가정용 및 산업용 모두에 매우 효과적이라는 게 입증되고 있다. 중국에 본사를 둔 스타트업 로봇 에라(Robot Era)가 자사의 휴머노이드 로봇으로 만리장성을 등반하는 보행 테스트를 최초로 실시해 주목받았다고 전문 매체인 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 로봇 에라가 공개한 유튜브 동영상에서는 신장 165cm로 인간의 신체와 비슷한 실제 크기의 휴머노이드 로봇 프로토타입 엑스봇-L(XBot-L)이 만리장성을 걷고, 사람들에게 인사하고, 무술 동작을 선보이고, 기타 다양한 동작을 수행하는 모습을 보여주고 있다. 로벳 에라 개발팀은 이번 테스트에서 엑스봇-L의 지각 강화 학습 AI 알고리즘을 실증하고, 강화된 운동 능력, 민첩성 및 자체 균형 조정 기능 등을 시연하는 것을 목표로 했다고 밝혔다. 운동을 위한 지각 알고리즘 만리장성의 풍화된 돌담, 울퉁불퉁한 포장도로, 어두운 아치형 입구 등은 이족보행 휴머노이드 로봇에게는 쉽지 않은 도전이다. 바퀴 달린 로봇이나 휴머노이드 로봇은 일반적으로 고르지 않은 지형이나 계단의 움푹 들어간 곳에서 곧잘 넘어진다. 울퉁불퉁한 표면에서 적응하는 능력이 부족해 당연히 이동이 어렵다. 동영상에서 보인 엑스봇-L은 만리장성에서 짧은 거리만 주행한 것으로 보인다. 자세히 보면 만리장성을 걷는 동안 몇 번 넘어졌을 가능성도 높다. 그러나 엑스봇-L이 고급 지각 강화 학습(RL) 알고리즘을 통해 장애물을 극복하는 모습은 긍정적이다. 휴머노이드 로봇은 이러한 혁신이 있어야 주변 환경을 느끼고, 균형을 유지하며, 걷는 속도와 단계를 조정하고, 까다로운 조건에서도 활동할 수 있다. 로봇 에라의 설립자 유이 시 대표는 “지각적인 RL 알고리즘은 익숙하지 않은 지형에서 로봇의 지각력과 의사 결정 능력을 강화할 수 있다. 로봇은 복잡한 도로 상황을 인식하고 적시에 보행 자세를 조정하며 적응할 수 있다”고 말했다. 로봇 에라는 이와 관련, AI 구현 애플리케이션 전용으로 설계된 손재주 뛰어난 엑스핸드(Xhand)도 최근 공개했다. 휴머노이드 로봇과 통합해 기능성을 대폭 확장한다는 계획이다. 로봇시대의 스마트한 발전 로봇 에라는 베이징 소재 칭화대학교 정보과학 연구소에서 인큐베이팅돼 탄생한 회사다. 회사는 웹사이트에서 고유 액추에이터 등 자체 기술에 기반한 휴머노이드 로봇 본체를 개발했으며, 일반 지능 분야에서 상당한 진전을 이루었다고 밝히고 있다. 이에 따르면 엑스봇-L은 자체 개발한 높은 토크의 모듈형 조인트(관절)와 통합 구조 설계를 특징으로 한다. 고강도 합금, 탄소섬유, 엔지니어링 플라스틱 등 첨단 소재를 사용해 로봇의 강도와 안정성을 높이는 동시에 매력적인 외관을 유지했다고 회사 측은 설명했다. 지능 측면에서 로봇 에라는 생성형 AI의 핵심인 대규모언어모델(LLM)과 고급 힘 제어 알고리즘을 로봇에 통합했다. 회사에 따르면 이런 기술을 통해 로봇 제품군은 높은 동적 성능을 발휘하고 인간을 더 잘 이해하며 대중에게 효과적으로 서비스를 제공할 수 있다. 인식 알고리즘 없이 계단을 오르내리도록 설계된 일부 다리 달린 로봇과 달리 로봇 에라의 휴머노이드 로봇은 환경의 실시간 변화를 파악하고 경로를 따라 장애물을 인식하도록 설계됐다. 시 대표는 "다른 제품과 달리 우리 로봇은 복잡한 표면에서 더 나은 이동성과 안정성을 보여준다"고 재차 강조했다. 그러나 엑스봇-L이 새로운 로봇 공학 스타트업에게는 인상적이지만, 중국의 로봇 대기업 유니트리(Unitree)나 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 아틀라스 휴머노이드 로봇의 신속함과 유연함을 따를 수 있을 지는 의문이라는 지적도 나온다.
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중국 AI 기반 로봇, 만리장성 등정…휴머노이드 로봇 보행 테스트 최초 실시
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