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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(59)] 햇빛 먹는 동물? 광합성 동물 세포 탄생!

햇빛을 받아 에너지를 만드는 동물, 상상이나 해봤는가? '광합성을 하는 동물'은 마치 SF 영화 속 이야기 같지만, 이제 현실이 되고 있다. 일본 도쿄대학교 마츠나가 사치히로 교수 연구팀은 동물 세포에 조류(藻類)의 엽록체를 이식해 광합성을 가능하게 하는 혁신적인 기술을 개발했다. 이는 동물과 식물의 생물학적 경계를 허물며 의학, 식량 생산, 환경 개선 등 다양한 분야에서 획기적인 변화를 예고한다. 50년 넘는 난제, 마침내 해결! 광합성은 햇빛, 물, 이산화탄소를 이용해 산소와 포도당을 생성하는 과정으로, 지구 생태계를 유지하는 핵심이다. 식물, 조류, 일부 박테리아가 광합성을 통해 스스로 영양분을 만들고 산소를 생성한다. 이는 동물의 생존에 필수적인 요소다. 동물 세포에 광합성 기능을 도입하려는 시도는 1970년대부터 있었지만, 동물 세포가 엽록체를 이물질로 인식하고 파괴하는 면역 반응 때문에 번번이 실패했다. 마츠나가 교수 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 동물 세포의 고온 환경(37℃)에서도 생존 가능한 홍조류(紅藻類)인 시아니디오시존 메롤래(Cyanidiochyzon merolae) 엽록체를 선택하고, 동물 세포가 엽록체를 '먹이'로 섭취하도록 유도해 면역 반응을 우회하는 전략을 사용했다. 이 홍조류는 이탈리아의 화산 온천에서 자라고 37℃ 이상의 온도에서 광합성을 할 수 있었다. 연구팀은 이 엽록체를 동물 세포에 강제로 주입하는 대신 배양액에 첨가한 다음 중국 햄스터 난소 세포에 먹였다. 동물 세포, 엽록체와 공존하며 광합성하다! 그 결과, 동물 세포는 엽록체를 파괴하지 않고 최대 48시간 동안 공존하며 광합성 초기 반응을 성공적으로 나타냈다. 뿐만 아니라 엽록체로부터 추가적인 에너지를 공급받아 성장 속도가 증가하는 현상도 확인됐다. 연구팀은 이틀간의 공동 배양 직후 세포의 1%가 "엽록체가 풍부해졌다"고 밝혔다. 이는 엽록체를 7개 이상 흡수했다는 의미다. 추가로 20%의 세포는 엽록체가 1개에서 3개 사이인 것으로 밝혀졌다. 중요한 것은 이들 엽록체가 이틀 동안 더 활동했으며, 이 기간 동안 숙주 세포가 빠른 속도로 성장했다는 점이다. 이는 엽록체가 잠재적으로 탄소 공급원으로 작용하면서 광합성이 실제로 일어나고 있음을 나타난다고 IFL 사이언스가 전했다. 마츠나가 교수는 "50년 동안 모든 생물학 연구자들이 포기했던 일을 해냈다는 사실에 놀랐다"며 이번 연구 성과에 대한 소감을 밝혔다. 생물학의 경계를 허물다 연구팀은 이러한 동물-식물 잡종 세포를 영어의 식물(plant)과 동물(animal)을 합성한 신조어인 '플래니멀(planimal)' 세포라고 이름을 붙였다. 이 기술은 동물 세포가 스스로 에너지를 생성하는 가능성을 열며 생명과학의 패러다임을 바꾸고 있다. 엽록체를 통해 공급받은 에너지로 동물 세포의 성장 속도가 증가하는 현상이 확인되면서, 자율적인 에너지 생산 시스템 구축에 대한 기대감이 높아지고 있다. 의학·식량·환경, 응용의 무한 가능성 이번 기술은 바이오산업의 여러 분야에서 실질적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 먼저, 의료 분야에서는 심장병 환자의 손상된 심장에 광합성 세포를 이식하여 빛으로 산소를 공급, 회복을 돕는 치료법이 개발될 수 있다. 또한, 산소 공급의 한계를 극복해 대형 조직 배양 및 이식 기술을 크게 발전시킬 수 있다. 식량 생산 분야에서는 배양육 생산에 광합성 동물 세포를 활용하여 외부 산소 공급 없이 자체적으로 산소를 생성, 생산 비용을 절감하고 효율성을 극대화할 수 있다. 이는 지속 가능한 식량 생산의 돌파구가 될 전망이다. 환경 문제 해결에도 기여할 수 있다. 광합성 동물 세포는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하는 기능을 통해 탄소 배출 감소와 환경 복원에 기여할 수 있으며, 탄소 중립 목표를 추구하는 기업들에게 획기적인 솔루션을 제공할 수 있다. 남은 과제와 미래 전망 물론 아직 넘어야 할 산도 있다. 추가 관찰 결과 이 이식된 엽록체는 2일 후에 분해되기 시작해 4일째 완전히 파괴됐다. 이 기술을 완성하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 연구팀은 "이미 합성 생물학 기반 접근법이 인공 광합성 동물 세포를 만드는 데 기초가 될 수 있다"며 이번 연구 성과에 대해 기대감을 드러냈다. 그럼에도 불구하고 광합성 기능을 안정적으로 유지하려면 엽록체의 장기 생존 및 효율적인 공생 메커니즘 구축이 필수적이다. 또한, 이 기술이 대규모로 활용되기 위해서는 사회적 수용성과 윤리적 검토도 병행되어야 한다. 광합성 동물 세포 기술은 생명공학의 새로운 문을 열며, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 도구로 자리매김할 전망이다. 이 기술이 의학, 식량, 환경 등 다양한 분야에서 어떠한 변화를 가져올지, 앞으로의 발전이 더욱 기대된다. 이번 연구는 단순한 학문적 성과를 넘어, 미래 바이오산업의 초석이 될 기술적 기반을 제공했다는 점에서 주목할 만하다. "동물이 햇빛을 먹는다"는 발상이 이제는 더 이상 SF 영화 속 이야기가 아닌, 현실로 다가오고 있는 것이다. 이 연구 결과는 '일본 학술원 회보 B(proceedings of tje Japan Academy, Series B)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-11-21
[퓨처 Eyes(56)] 전기 농업, 식량 위기 극복할 미래 농업의 혁신

햇빛 없이도 식물을 키운다? 마치 공상과학 영화에서나 나올 법한 이야기지만, 현실이 될 날이 머지않았다. 광합성은 지구 생명체의 근원이지만 에너지 효율은 겨우 1%에 불과하다. 이 비효율을 극복하고 미래 식량 위기를 해결할 혁신적인 기술이 바로 '전기 농업(electro-agriculture)'이다. 최근 생명공학 학술지 줄(Joule)에 발표된 논문에서 생명공학자들은 전기 농업이라는 새로운 식량 생산 패러다임을 선보였다. 태양 에너지를 이용해 CO₂를 식물의 먹이로 바꾸는 이 기술은, 햇빛에 의존하는 광합성을 대체하며 농업에 필요한 토지는 94%로 감소해 농업의 미래를 뒤흔들 잠재력을 지녔다. 광합성을 대체하는 전기 농업 캘리포니아 리버사이드 대학교의 생물공학자 로버트 진커슨(Robert Jinkerson) 교수와 워싱턴대학교 세인트루이스 캠퍼스의 전기화학자인 펑 지아오(Feng Jiao) 교수는 새로운 전기 농업 기술을 통해 농작물이 빛이 없는 환경에서도 자랄 수 있는 가능성을 제안했다. 농업의 혁신을 가져올 수 있다고 확신하는 진커슨은 "더 이상 햇빛을 필요로 하지 않는다면, 우리는 농업을 환경으로부터 완전히 분리해 통제된 실내 환경에서 식량을 재배할 수 있다"고 강조한다. 이는 농업이 더 이상 기후나 조건에 영향을 받지 않고 언제 어디서든 필요한 식량을 생산할 수 있음을 의미한다. 전기 농업은 단순히 빛을 대체하는 것 이상의 의미를 갖는다. 진커슨 교수의 연구팀은 태양광 패널을 통해 태양 에너지를 흡수하고, 이 에너지를 CO₂와 물 사이의 화학 반응에 활용해 아세트산염을 생성한다. 이 아세트산염은 식물이 에너지와 탄소 공급원으로 사용하게 된다. 진커슨 교수는 "우리는 식물의 발아 과정에서 사용되는 대사 경로를 다시 활성화시켜, 식물이 광합성 없이 아세트산염만으로도 자랄 수 있도록 연구하고 있다"고 덧붙였다. 현재 토마토와 상추를 대상으로 실험 중이며, 향후 고구마나 곡물 등 주요 작물로도 확장할 계획이다. 이 기술이 상용화될 경우, 전통 농업에서 발생하는 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있다. 펑 자오 교수는 "현재 약 4%의 에너지 효율을 달성했으며, 이는 기존 광합성의 4배 수준이다. 이 방식이 더 효율적이기 때문에 식량 생산에 따른 CO₂ 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 것"이라고 전망했다. 이는 농업의 환경적 부담을 대폭 줄일 뿐만 아니라, 식량 생산의 새로운 장을 열 수 있음을 의미한다. 빛 없도 농사를 지을 수 있는 전기 농업은 우주에서의 까다로운 식량 생산 문제도 해결할 수 있다. 기존 농업은 심각한 삼림 벌채로 이어지는 경우가 많은 데, 이는 생물다양성 손실과 기후 변화의 주요 원인이 되도 한다. 전기 농업은 작물 생산에 필요한 토지의 양을 대폭 줄임으로써 토지 개간에 따른 생태적 피해의 일부를 회복시킬 수 있다. 아울러 수로를 오염시키고 수생태계에 영향을 미칠 수 있는 비료와 살충제에 대한 의존도를 낮추므로 지속 가능한 식량 생산에 대한 유망한 대안을 제시한다. 전기 자극을 통한 수확량 증대 전기 농업의 또 다른 중요한 연구는 전기를 이용해 농작물의 성장을 촉진하는 방법이다. 이 기술은 19세기 말에서 20세기 초에 잠시 유행했던 '전기 재배(electroculture)'의 현대적 버전으로 볼 수 있다. 당시에는 전기를 식물에 직접 적용해 수확량을 늘리거나 해충을 제거하려는 시도가 있었으나, 명확한 과학적 근거 없이 실패한 사례들이 많았다. 하지만 오늘날 연구자들은 더 정교한 방법으로 전기를 농업에 적용하고 있다. 미국 앨라배마주의 오크우드 대학교 생화학자인 알렉산더 볼코프(Alexander Volkov) 교수는 저온 플라즈마(Cold Plasma)를 이용해 씨앗을 자극하는 연구를 진행 중이다. 이 연구에서는 식물의 수확량이 20~75% 증가한 결과를 얻었으며, 감자의 경우 수확량이 40%까지 늘어났다. 볼코프 교수는 "우리는 씨앗을 플라즈마로 1분 미만 처리했을 때, 수확량이 눈에 띄게 증가하는 것을 확인했다. 양배추 수확량도 75% 증가했으며, 맛도 더 달았다"라고 밝혔다. 씨앗의 플라즈마 처리는 농업 분야에 떠오르는 기술로, ㅊ플라즈마를 이용해 씨앗의 발아율을 높이고 생장을 촉진하는 기술이다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체 상태 다음의 제4의 물질로, 이온, 전자, 중성 입자 등으로 구성된 이온화된 기체이다. 플라즈마는 씨앗 껍질의 표면을 변화시켜 물 흡수율을 높이고, 발아에 필요한 효소 활성을 증가시켜 발아율을 향상시킨다. 또한 플라즈마는 씨앗 내부의 생화학적 반응을 촉진해 뿌리와 씨앗의 생장을 촉진한다. 게다가 플라즈마는 씨앗 표면의 박테리아, 곰팡이 등 병원균을 살균해 씨앗의 건강을 증진시킨다. 저온 플라즈마는 단순히 씨앗의 수확량을 증가시키는 것뿐만 아니라 씨앗이 발아할 때 환경 스트레스를 덜 받게 만들어 준다. 셰튼홀 대학교의 호세 로페즈(Jose Lopez) 교수는 "씨앗이 처음 발아할 때는 외부 환경의 스트레스에 매우 취약하다. 플라즈마는 씨앗의 껍질을 미세하게 구멍을 내어. 씨앗이 물과 양분을 더 쉽게 흡수할 수 있도록 돋븐다"고 설명했다. 그 결과 플라즈마로 처리된 씨앗은 처리되지 않은 씨앗보다 훨씬 더 빠르게 자란다. 전기 농업의 미래 전기 농업을 도입한다면 자연 서식지의 점진적인 복원이 용이해지고, 생물 다양성이 향상되며 탄소 발자국을 줄일 수 있다. 이처럼 엄청난 잠재력에도 불구하고, 전기 농업은 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있다. 핵심 문제로는 태양열 화학 반응기의 초기 설치 비용과 유지 관리, 그리고 대규모 실내 농업시설을 지원하는 데 필요한 인프라를 꼽을 수 있다. 또한 아세트산을 주요 에너지 원으로 사용할 때 식물 생리학에 미치는 장기적인 영향을 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요하다. 진커슨은 "식물의 경우, 식물이 이런 방식으로 성장하도록 진화하지 않았기 때문에 아세트산염을 탄소원으로 활용하도록 하는 연구 개발 단계에 있다"고 말했다. 그는 "하지만 버섯과 효모, 해조류는 현재 이런 방식으로 재배할 수 있으므로 이러한 응용 분야가 먼저 상용화되고 식물은 나중에 상용화될 것으로 생각한다"고 덧붙였다. 전기 농업이 성공한다면 식량 생산 자체에 혁명을 일으킬 수 있는 환경 친화적이고 공간 효율적인 방법이 될 수 있다.
- 포커스온
2024-10-31
운동화 신은 로봇, 고비 사막 질주! 시속 13km 돌파

휴머노이드 로봇 분야에서 부상하는 기업 로봇에라(Robot Era)가 새로운 달리기(스턴트) 로봇으로 기술 마니아들의 관심을 다시 사로잡았다고 엔지니어링 전문 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 수개월 전 만리장성을 따라 걷는 휴머노이드 로봇 XBot-L을 선보였던 로봇에라는 최근 두 대의 휴머노이드 로봇 Star1 모델이 고비 사막을 질주하는 영상을 공개했다. 달리는 로봇의 실연을 촬영해 발표한 것. 고속으로 사막을 달리는 로봇은 거친 실제 환경에 맞게 설계된 휴머노이드 로봇의 미래를 엿볼 수 있는 기회를 제공한다. 지난 9월 말 촬영된 이 영상은 두 대의 Star1 휴머노이드 로봇이 고비 사막의 다양한 지형을 질주하는 모습을 보여주고 있다. 영상에서 이 로봇들은 바위투성이의 길은 물론 풀밭이나 구불구불한 길을 질주하고 있다. 한 로봇은 맨발로 달리고 다른 한 로봇은 운동화를 신고 있었는데, 이 운동화가 로봇의 달리기 경주 결과에 중요한 역할을 한 것으로 나타났다. 로봇에라는 Star1 휴머노이드 로봇에 대한 자세한 내용을 공개하지 않았지만 몇 가지 주요 사양은 밝혀졌다. 로봇의 키는 한국 일반 사람들의 평균에 가까운 171cm이고 무게는 65kg으로 매우 독특한 걸음걸이로 움직인다. 등을 곧게 펴고 있는 똑바로 선 자세는 일정하게 유지되며, 관절이 있는 다리를 앞으로 미는 동작은 영국의 코미디 영화 몬티 파이튼의 ‘바보같은 걸음걸이’를 연상시킨다. 사막 경주에서 운동화를 신은 로봇은 맨발 로봇보다 뒤에서 출발했지만 빠르게 격차를 좁혔다. 로봇에라는 운동화를 신은 Star1은 신속하게 시속 8마일(초당 3.6m)의 속도에 도달했으며, 무려 34분 동안 선두를 유지했다. 신발을 신은 로봇이 고르지 않은 지형을 더 쉽게 달리는 능력을 보여주었다. 로봇에라의 휴머노이드 로봇은 최첨단 기술로 구동돼 다양한 환경에서 인상적인 성능을 발휘했다는 평가다. 두 Star1 모델 모두 ‘정밀 행성 감속기, 고정밀 인코더 및 드라이버’를 포함한 독자적인 295lb.ft(피트 파운드: 400Nm(뉴튼미터)에 해당) 모터를 장착하고 있다. 이 고급 모터는 고비 사막과 같은 험한 지형을 달리는 데 중요한, 부드럽고 효율적인 움직임을 보장한다고 한다. 또 로봇에는 실시간으로 정보를 처리할 수 있는 고속 통신 모듈이 장착돼 있다. 최대 275탑(초당 수조 건의 연산)의 AI 컴퓨팅 성능을 통해 로봇은 주변 환경을 인식하고 다양한 환경에 적응할 수 있다. 이는 휴머노이드 로봇이 균형이나 속도를 잃지 않고 다양한 지형에 대응할 수 있게 해주기 때문에 큰 장점이다. 고비 사막 경주는 이러한 로봇이 어떻게 어려운 조건에 적응할 수 있는지를 보여주는 시연이며, 실용적인 실제 환경에 휴머노이드 로봇을 배치하겠다는 로봇에라의 목표를 명확히 보여주고 있다. 로봇에라는 "이번 달리기 시연은 로봇이 여러 상황에 배치될 수 있는 길을 열어줄 것"이라고 밝혔다. 로봇에라는 가정이나 직장에서 AI로 구동되는 범용 휴머노이드 로봇 출시를 목표하고 있다. 로봇에라는 휴머노이드 로봇 산업에 뒤늦게 참여한 신입 업체이지만 이미 상당한 영향을 미치고 있다. 회사는 2023년 8월 칭화대학교에서 탄생했고, 단기간 내에 능숙하고 인간과 유사한 로봇 손을 포함해 여러 휴머노이드 로봇을 개발했다. 회사의 홍보 영상은 로봇의 역량에 대한 주목을 성공적으로 이끌어 냈으며, 이번 고비 사막에서의 달리기 경쟁도 예외는 아니다. 휴머노이드 로봇 시장 경쟁 치열 휴머노이드 로봇 시장을 장악하기 위한 경쟁은 치열하다. 테슬라(Tesla), 피규어(Figure), 유니트리(Unitree), 푸리에(Fourier)와 같은 회사들도 일상 업무에 적합하도록 설계된 휴머노이드 로봇을 개발하고 있다. 이들 회사는 로봇이 가정과 직장 환경 모두에 깊이 침투하면서, 수익성이 높을 것으로 예상되는 이 시장을 개척하기 위해 총력을 기울이고 있다. 로봇에라의 휴머노이드 로봇은 빠르게 성장하는 이 분야에서 가장 최근에 진입한 제품이며, 첨단 기술과 인간과 유사한 동작의 조합을 통해 강력한 경쟁자로 자리매김했다. 더 많은 휴머노이드 로봇이 시장에 진출하면서 경쟁은 더욱 치열해질 전망이다.
- IT/바이오
2024-10-21
[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착

수소와 산소를 결합하는 과정을 통해 나노크기의 물방울 생성 장면이 처음으로 포착됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀이 은백색 금속인 팔라듐(Pd)을 이용해 수소와 산소를 결합, 나노 크기의 물방울을 실시간으로 생성하는 과정을 세계 최초로 관찰하고 촬영하는 데 성공했다. 이 연구는 심우주 탐사에서 물을 생산하는 혁신적인 기술로 활용될 가능성을 제시하며 주목받고 있다. PHYS.org, IFL사이언스, 사이언스 얼러트 등 다수 외신이 이 같은 내용을 중점적으로 다루었다. 팔라듐 반응으로 나노 물방울 생성 물(H₂O)의 성분은 간단하다. 수소 원자 2개와 산소 원자 1개를 섞으면 지구 생명체 유지에 가장 중한 물 분자가 만들어진다. 연구팀은 팔라듐 반응을 직접 관찰하기 위해 20나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 너비의 팔라듐 조각 표면에 수소와 산소 원자를 추가하고 멤브레인을 사용해 이어지는 상호작용을 포착했다. 팔라듐은 수소를 흡수하고 저장하는 능력이 뛰어난 금속으로, 수소가 팔라듐 구조 내부로 들어가 산소와 빠르게 결합하면서 물을 생성한다. 이번 연구에서는 벌집 모양의 나노 반응기와 초박막 유리 멤브레인을 사용해, 팔라듐 표면에서 수소와 산소가 결합해 물방울을 형성하는 과정을 실시간으로 시각화했다. 연구팀은 고진공 투과 전자 현미경을 이용해 이 극미세 반응을 관찰했다. 벌집 모양의 나노 반응기는 기체 분자를 가두어 서로 반응하게 한 후, 그 과정을 초박막 멤브레인을 통해 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 구현했다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐이 수소와 산소를 빠르게 물로 변환하는 나노 단위의 과정을 확인했다. 전자 에너지 분광법을 통한 분석 연구팀은 팔라듐 표면에서 생성된 나노 크기의 물방울을 전자 에너지 분광법(EELS)을 사용해 분석했다. 이 방법은 전자를 시료에 쏘아 전자의 에너지 손실을 측정함으로써 시료의 화학적 결합 상태를 파악하는 기술이다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐 표면에서 발생하는 물 분자의 결합 상태와 생성 과정을 정밀하게 관찰할 수 있었다. 이는 또한 인도의 달 탐사선 찬드라얀 1호가 달에서 물의 존재를 확인하는데 사용된 것과 동일한 기술이기도 하다. 2008년 발사된 찬드라얀 1호는 얼름, 헬륨-3을 포함한 달의 자원을 조사했다. 물은 인류 생존에 중요한 요소로 과학자들은 달의 남극에서 상당한 양의 물을 발견했으며, 미래의 우주 임무에서 달의 물을 활용하는 점에 주목하고 있다. 게다가 지난 2023년 8월 23일 찬드라얀 3호가 달에서 물이 풍부한 지역으로 알려진 남극 지역에 세계 최초로 착륙해 달 탐사의 새로운 이정표를 세웠다. 우주에서 물 생성 응용 가능성 이번 연구는 심우주 탐사에서 물을 현지에서 생산할 수 있는 가능성을 열었다. 팔라듐을 이용해 수소를 미리 우주선에 저장해두면, 우주 비행사들은 산소만 추가해 식수를 생산할 수 있는 방법을 제시한 것이다. 이는 달, 화성,목성 탐사와 같은 장기 우주 미션에서 중요한 자원 확보 방식으로 활용될 수 있다. 연구의 시니어 저자인 노스웨스턴 대학교 비나약 드라비드 교수는 "나노 규모의 물방울을 직접 시각화함으로써, 극한의 반응 조건 없이도 가스와 금속 촉매를 사용해 빠르게 물을 생성할 수 있는 최적의 조건을 파악할 수 있었다"고 밝혔다. 그는 "이 기술은 우주 환경뿐만 아니라, 수소 연료 전지와 같은 에너지 생산 기술에도 중요한 영향을 미칠 것"이라고 덧붙였다. 팔라듐의 촉매 역할과 수소 에너지 팔라듐은 연성과 전성이 뛰어나 가공하기 쉽고, 내부식성이 강하며 고온에서도 안정적이다. 특히 촉매 활성이 뛰어나 다양한 화학 반응에 활용되며, 수소를 흡수하는 능력 덕분에 최근 수소 에너지와 연료 전지 분야에서 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 이번 연구는 팔라듐이 수소와 산소를 결합해 물을 생성하는 속도가 수소와 산소의 주입 순서에 따라 크게 달라진다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 공간과 같은 특수 환경에서 물을 효율적으로 생산하는 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다. 영화 '마션'의 현실화 연구팀은 영화 '마션'에서 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 로켓 연료를 태워 수소를 추출하고 산소와 결합해 물을 만든 장면을 언급하며, "우리 기술도 극한 환경 없이 팔라듐과 기체만으로 물을 생성할 수 있다"고 설명했다. 이는 우주 탐사에서 더 간단하고 효율적인 물 생산 방법을 제시한 것이다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재되었으며, 향후 우주 탐사 및 수소 에너지 분야에서 중요한 응용 가능성을 제시하고 있다.
- 포커스온
2024-10-11
[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.
- IT/바이오
2024-09-27
AI 시장 급성장, 4년만에 5배…2027년 1조 달러 돌파 전망

글로벌 컨설팅 기업 베인앤드컴퍼니(이하 베인)은 25일(현지시간) 인공지능(AI) 관련 시장이 해마다 40~55%씩 빠르게 성장해 3년 후인 2027년에는 시장 규모가 1조 달러(약 1330조원)에 기까워질 것이라고 예측했다. 이날 연합뉴스는 불룸버그 통신을 인용해 세계 3대 컨설팅 기업 중 하나인 베인은 이날 발표한 연례 글로벌 기술 보고서에서 서비스 및 하드웨어를 포함하는 AI 시장 규모가 작년 1850억 달러(약 246조원)에서 급속한 성장을 지속해 2027년에는 7800억~9900억 달러(약 1037조원~1316조원)에 이를 것이라고 전망했다고 전했다. 기업들과 각국 정부가 효율성을 높이기 위해 AI 기술을 활용하면서 더 큰 AI 시스템과 이를 학습시키고 운영하기 위한 더 큰 데이터센터가 필요해져서 성장이 가속화될 것으로 베인은 추정했다. 아울러 AI 관련 수요가 급증해 서비스 실행에 필요한 칩을 포함해 부품 공급망에 부담이 가중될 수 있으며, 이는 지정학적 긴장과 결합될 경우 반도체와 pc, 스마트폰의 공급 부족을 초래할 수 있다고 경고하기도 했다. 게다가 베인은 직접회로 설계와 관련 IP와 같은 첨단 반도체 부품에 대한 수요는 2026년까지 30% 이상 증가해 제조업체에 생산 압박을 가할 수 있다고 분석했다. 대형 데이터센터의 용량이 현재 50~200MW에서 1GW 이상으로 확대됨에 따라 건설 비용도 현재 10억~40억 달러 수준에서 5년 후에는 100억~250억 달러로 급격히 증가할 수 있다고 예상했다. 베인은 "이러한 변화는 인프라 엔지니어링, 전력 생산, 냉각 등 데이터센터 구축을 지원하는 산업 생태계에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다"고 밝혔다. 또한 기업들이 단순히 생성형 AI를 시험하는 단계를 넘어, 실제 운영 전반에 걸쳐 이를 적극적으로 활용하기 시작했다고 진단했다. 특히 오픈AI의 챗GPT를 탄생시킨 대규모 언어모델과 비슷하면서도 더 가볍고 효율적인 소규모 언어모델은 비용과 정보 보안 측면에서 우수해 기업과 정부가 선호할 가능성이 높다고 전망했다. 현재 캐나다, 프랑스, 인도, 일본, 아랍에미리트 등의 정부는 자국내 컴퓨팅 인프라와 자국내 데이터를 기반으로 학습된 이른바 '국가 주도 AI 모델'을 구축하기 위해 수십억달러의 재원을 제공하고 있다. 베인의 글로벌 기술 부문 책임자인 앤 호커는 성공적인 자국 AI 생태계를 구축하는 데는 막대한 시간과 비용이 필요할 것이라고 강조했다.
- IT/바이오
2024-09-25
세레스 보고서…글로벌 식품사들, 온실가스 배출 감축 노력 불구 "성과는 지지부진"

글로벌 식품 회사, 특히 북미 대기업들은 정부의 강력한 정책에 부응해 온실가스 배출량을 줄이기 위한 노력을 배가하고 있다. 그러나 일부가 온실가스 배출량을 약간 줄이고 있고 소비자와 정부 규제 기관이 강하게 밀어붙이고 있음에도 불구하고 대부분은 실질적으로 의미 있는 감축을 이루지 못하고 있는 것으로 나타났다. 그런 가운데 투자자 옹호 단체인 세레스(Ceres)가 관련 조사 결과를 진행해 주목받고 있다고 기후 변화에 대응하는 비영리기관 ICN이 홈페이지를 통해 전했다. 세레스가 북미 50대 식품 및 농업 기업들이 온실가스 배출량을 공개하고, 이를 줄이기 위한 목표를 설정했는지의 여부를 추적한 것. 사실상 글로벌 식품사를 대상으로 한 조사로 해석할 수 있다. 세레스는 온실가스 감축 목표를 설정한 회사들이 실제로 배출량을 줄였는지를 분석해 보고서에 담았다. 세레스의 메릴 리처드 총괄은 "이 부문의 기업 배출량이 실제로 감소하고 있는지를 평가한 것은 이번이 처음"이라고 밝히고, 조사 결과에 따르면 대답은 "그렇다"는 결론이었다고 한다. 기업이나 다른 기관에서 배출하는 온실가스 배출은 몇 가지의 범위로 그룹화된다. 범위 1의 배출은 기업의 직접 운영에서 발생하는 온실가스다. 범위 2는 에너지 사용에 따른 배출이다. 그런데 식음료 기업과 관련된 대부분의 온실가스 배출은 공급망으로 알려진 범위 3에서 발생한다. 이는 기업이 최종 제품을 생산하기 위해 의존하는 작물을 재배하거나 가축을 기르는 농부들로부터 기인한다. 예를 들어, 기업의 공급업체가 삼림이 벌채된 땅에서 농작물이나 가축을 기르는 경우, 숲을 벌목할 때 방출되는 엄청난 양의 탄소로 인해 배출량이 더 높아진다. 이것이 전 세계 식량 시스템이 온실가스 배출량의 최대 40%를 차지하는 이유 중 하나다. 식품 산업에서 이 범위 3은 기업 전체 배출량의 약 90%를 차지한다. 리처드는 "시사점은 범위 1과 2, 즉 운영 배출량과 전기 사용으로 인한 배출량에 대해서는 감축의 진전이 이루어지고 있지만, 범위 3에서는 진전이 거의 없다는 것이다"라며 "이러한 공급 및 가치 사슬에서의 온실가스 배출은 배출 감축의 진전에 큰 걸림돌이 되고 있다"고 말했다. 세레스가 추적한 50개 식품 회사 중 23개 회사가 지난 2년 동안 범위 1 및 2에서 배출량을 줄였지만, 범위 3에서 배출량을 줄인 회사는 12개에 불과하다는 사실을 발견했다. 기업은 범위 1 및 2에서 배출을 잘 통제해 재생 에너지로의 전환이나 보다 에너지 효율적인 생산 프로세스 조치를 취함으로써 배출량을 줄일 수 있지만, 공급망에서 발생하는 배출은 처리하기가 더 어렵다. 범위 3에서 배출량을 낮출 수 있었던 기업은 온실가스 감축 목표를 설정한 기업들이었다. 회사 유형 간에 큰 차이는 없었지만, 온실가스 감축을 우선시하는 기업들이 진전을 이루고 있었다는 의미다. 세레스는 그런 기업으로 크래프트 하인즈(Kraft Heinz), 맥도날드(McDonald's), 허쉬(Hershey), 제너럴 밀스(General Mills), 스타벅스(Starbucks), 곡물 거래 대기업 ADM 등을 거론했다. 이들은 범위 3에서의 배출량을 줄이기 위한 목표를 세운 기업들이었다. 연구 결과에 따르면 범위 3에서 배출량을 줄이는 것은, 온실가스를 배출하는 육류와 같은 탄소 집약적 상품이나 산림 벌채 또는 토지 이용 변화와 관련된 작물의 공급망에 의존하는 기업에게 특히 어려운 과제다. 이 문제는 글로벌 농업에 투자하는 은행과 금융 기관에까지 확대되고 있다. 지난 3월, 미국 증권거래위원회(SEC)는 기업이 기후 리스크를 규제 당국에 공개하도록 요구하는 규칙을 확정했다. 2023년 유럽연합(EU)에서 발효된 유사한 보고 의무는 기업이 배출량 감축을 위한 계획을 공개하도록 강제한다. 새로운 규정은 식품 및 농업 기반 기업이 누적 탄소 발생을 줄이도록 더 많은 압력을 가할 것이다. 이들 기업의 상품은 날씨에 매우 의존적이다. 그렇기 때문에 식품 및 농업 기업은 기후 변화로 인한 극단적인 날씨에 매우 취약하다. 결국, 스스로 감축하지 않으면 악순환의 고리에 빠져들 것이라는 경고다. 리처드는 "식품 기업들이 이러한 온실가스 배출량을 해결하지 못한다면, 그들은 결국 자신들의 무덤을 스스로 파는 격이 될 것"이라고 강조했다.
- 산업
2024-09-25
[기후의 역습(57)] 과학자들, 기후 변화 대응에 기여할 새로운 목재 유형 발견

올 여름 역대급 폭염이 이어진 가운데 튤립나무가 기후 변화에 직접적인 영향을 미치는 탄소 포집 효과가 탁월하다는 연구 결과가 나왔다. 한국 기상청에 따르면 지난 8월 폭염일수는 16일로, 2016년 16.6일에 이어 관련 통계를 집계한 1973년 이래 두 번째로 많았다. 또한 지난달 열대야 수는 11.3일로 통계 집계 이후 처음으로 두자릿수를 기록했다. 오래된 나무와 숲이 이산화탄소를 더 많이 흡수하고, 저장한다는 것은 이전의 여러 연구에서 확인됐다. 튤립나무에 대한 연구에서 탄소포집 잠재력이 큰 새로운 목재 구조가 확인됐다고 사이테크데일리가 11일(현지시간) 보도했다. 폴란드 야기에우워 대학교(Jagiellonian University)와 영국 케임브리지 대학교 연구진은 세계적으로 유명한 나무와 관목들의 목재 미세 구조를 진화적으로 조사하던 중 튤립나무에 대한 연구에서 탄소 포집 잠재력이 큰 새로운 목재 구조가 확인됐다고 사이테크데일리가 11일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 목련과의 친척이자 30미터 이상 자라는 튤립나무가 활엽수와 침엽수 어느 쪽에도 속하지 않는 독특한 목재를 가지고 있음을 확인한 것이다. 이 획기적인 발견은 빠르게 성장하는 튤립나무를 조림지에 심어 탄소 격리 효율을 높이는 새로운 가능성을 제시한다. 목재 구조의 새로운 발견 최근 국제학술지 '신식물학자(New Phytologist)'에 발표된 연구에서 연구진은 저온 주사 전자 현미경(cryo-SEM)을 사용하여 수분이 함유된 상태의 목재 세포벽 나노 구조를 이미지화했다. 그 결과, 튤립나무(Liriodendron tulipifera)와 중국 튤립나무(Liriodendron chinense) 두 종의 고대 리리오덴드론(Liriodendron) 속 나무들이 활엽수 친척들보다 훨씬 더 큰 마크로피브릴을 가지고 있음을 발견했다. 마크로피브릴은 2차 세포벽 내 층에 정렬된 긴 섬유를 말한다. 탄소 포집에 대한 함의 연구 책임자인 야기에우워 대학교의 얀 우이차코프스키(Jan Łyczakowski) 박사는 "튤립나무는 침엽수나 할엽수와는 구별되는 중간적인 마크로피브릴 구조를 가지고 있다"며 "튤립나무는 약 300만~5000만년 전 목련나무에서 분기되었는데, 이 시기는 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 감소하던 시기와 일치한다. 이는 튤립나무가 탄소 저장에 매우 효율적인 이유를 설명하는 데 더움이 될 수 있다"고 말했다. 연구팀은 이 '중간 목재' 또는 '축적 목재'의 더 큰 마크로피브릴이 튤립나무의 빠른 성장 뒤에 있는 원인이라고 추측한다. 우이차코프스키는 " 두 종의 툴립나무는 탄소를 매우 효율적으로 포집하는 것으로 알려져 있으며, 확대된 마크로피브릴 구조는 대기 중 탄소 이용 가능성이 감소했을 때 더 많은 양의 탄소를 쉽게 포집하고 저장하도록 돕는 적응일 수 있다"며 "튤립나무는 탄소 포집 조림에 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 일부 동남아 국가에서는 이미 튤립나무 조림을 통해 효율적으로 탄소를 포집하고 있으며, 이제 우리는 이것이 튤립나무의 새로운 목재 구조와 관련이 있을 수 있다고 생각한다"고 덧붙였다. 케임브리지 대학교 식물원에서 얻은 진화적 통찰 이 발견은 케임브리지 대학교 식물원의 살아있는 컬렉션에서 33종의 나무를 조사하여 침엽수(소나무, 침엽수 등 겉씨식물)와 활엽수(참나무, 물푸레나무, 자작나무, 유칼립투스 등 속씨식물)에서 목재 초미세구조가 어떻게 진화했는지 탐구하는 과정에서 이루어졌다. 우이차코프스키는 "목재 구조가 어떻게 진화하고 외부 환경에 적응하는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없다"며 "이번 조사에서 우리는 이전에 관찰된 적이 없는 완전히 새로운 목재 초미세구조외 전형적인 겉씨식물 침엽수 대신 속씨식물과 유사한 활엽수를 가진 겉씨식물 계통을 발견하는 등 몇 가지 중요한 새로운 발견을 했다"고 말했다. 그는 이어 "목재의 주요 구성 요소는 2차 세포벽이, 건축에 의존하는 목재의 밀도와 강도를 부여하는 것은 바로 이 세포벽의 구조다. 2차 세포벽은 또한 샐물권에서 가장 큰 탄소 저장소이므로, 기후 변화 완화를 돕는 탄소 포집 프로그램을 발전시키기 위해서는 2차 세포벽의 다양성을 이해하는 것이 중요하다"고 덧붙였다. 목재 초미세 구조 목재 초미세구조는 목재의 미세한 구조, 즉 재료 구성 요소의 배열과 조직을 의미한다. 저온 주사 현미경을 사용한 이번 목재 조사는 2차 세포벽, 마크로피브릴 등에 초점을 맞췄다. 2차 세포벽은 주로 셀룰로오스와 기타 복합 당으로 구성되며, 리그닌이 함침되어 전체 구조를 단단하게 만든다. 이러한 구성 요소들은 마크로피브릴을 형성하며. 2차 세포벽 내에 뚜렷한 층으로 배열된 긴 정렬 섬유를 만든다. 마크로피브릴은 현재 저온 주사 현미경으로 측정할 수 있는 가장 작은 구조이며, 두께는 약 10~40나노미터이다. 셀룰로오스 마크로피브릴(3~4나노미터)과 기타 구성 요소로 이루어져 있다. 목재 초미세 구조 연구는 목재 가공, 재료 과학, 나무의 생태 및 진화적 측면 이해 등 다양한 분야에 중요하다. 나무 성장과 목재 침착 뒤에 숨은 생물학적 메커니즘을 이해하는 것은 탄소 포집량 계산에도 유용한 정보를 제공한다. 목재 샘플은 케임브리지 대학교 식물원 컬렉션 코디네이터 마르고 애플(Margeaux Apple)과 협력하여 식물원 내 나무에서 채취했다. 겉씨식물과 속씨식물 개체군이 분기하고 진화함에 따라 그 진화 역사를 반영하기 위해 선별된 나무에서 지난 봄 성장기에 침착된 신선한 목재 샘플을 수집했다. 저온 전자 현미경 사용한 역대 최대 목본 식물 조사 케임브리지 대학교 세인즈버리 연구소 현미경 핵심 시설 관리자인 레이먼드 와이트먼(Raymond Wightman) 박사는 "우리는 자이언트 세쿼이아, 울레미 소나무, 그리고 모든 꽃 피는 식물과 분리되어 진화한 가장 오래된 현존 식물군의 유일한 생존 종인 암보렐라 트리코포다(Amborella trichopoda)와 같은 '살아있는 화석'을 비롯하여 세계에서 가장 상징적인 나무들을 분석했다"고 말했다. 와이트만 박사는 "우리의 조사 데이터는 목재 나노 구조와 세포벽 구성 사이의 진화적 관계에 대한 새로운 통찰력을 제공했으며, 이는 속씨식물과 겉씨식물 계통에 따라 다르다. 속씨식물 세포벽은 겉씨식물에 비해 마크로피브릴이라고 불리는 더 좁은 기본 단위를 가지고 있으며, 이 작은 마크로피브릴은 암보렐라 트리코포다 조상에서 분기된 후 등장했다"고 덧붙였다. 우이차코프스키와 와이트먼은 또한 마황류(Gnetophytes) 계통의 두 겉씨식물인 그네툼속(Gnetum gnemon, 그네툼 그네몬)과 그네툼 에둘레(Gnetum edule)의 세포벽 마크로피브릴을 분석하여 둘 다 속씨식물의 활엽수 세포벽 구조와 동일한 2차 세포벽 초미세 구조를 가지고 있음을 확인했다. 이는 마황류가 일반적으로 속씨식물에서만 볼 수 있는 활엽수 유형 구조를 독립적으로 진화시킨 수렴 진화의 한 예이다. 이 조사는 2022년 영국에서 네 번째로 더운 여름으로 기록된 기간 동안 진행됐다. 와이트먼은 "저온 전자 현미경을 사용한 목본 식물 조사 중 역대 최대 규모일 것"이라며, "세인즈버리 연구소가 케임브리지 대학교 식물원 부지 내에 위치하고 있기 때문에 이처럼 많은 신선한 수화된 목재에 대해 대규모 조사를 할 수 있었다. 우리는 2022년에 모든 샘플을 수집했다. 이른 아침에 샘플을 수집하고, 샘플을 초저온 슬러시 질소에 동결시킨 다음 자정까지 샘플을 이미징했다"고 설명했다. 그는 "이 연구는 식물원이 현대 연구에 기여하는 데 지속적인 가치와 영향을 보여준다. 이 연구는 케임브리지 대학교 식물원 컬렉션에서 같은 장소에서 함께 자라는 진화적 시간을 통해 표현된 다양한 식물이 없었다면 불가능했을 것이다"라고 말했다. 참고문헌: Jan J. Lyczakowski와 Raymond Wightman의 「수렴 및 적응 진화가 종자 식물의 현존 계통에서 2차 세포벽 미세 구조의 변화를 주도했다」, New Phytologist .DOI: 10.1111/nph.19983
- IT/바이오
2024-09-12
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.
- IT/바이오
2024-09-04
[신소재 신기술(104)] 빛으로 암 쫓는다⋯새 광기반 기술, 전립선암 조기 발견 정확도 90%

영국에서 빛을 활용해 전립선암을 90%의 정확도로 조기 진단하는 기술이 개발됐다. 의학 전문매체 메디컬 익스프레스는 2일(현지시간) 영국 애스턴 대학교 연구팀이 새로운 광기반 기술로 암을 더 빠르고, 저렴하며, 덜 고통스럽게 진단할 수 있는 기술 개발의 첫 걸음을 내디뎠다며 이같이 보도했다. 애스턴대 광기술연구소의 이고르 메글린스키 교수 연구 팀은 빛을 기반으로 탈수된 혈액 내 결정체를 분석하는 새로운 방법을 개발했다. 이 연구는 「3D 뮬러 매트릭스 이미징 접근법을 사용한 혈액막의 다결정 미세구조에 대한 통찰력」이라는 제목의 논문으로 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 저널에 게재됐다. 메글린스키 교수는 새로운 편광 기반 이미지 재구성 기술을 사용해 건조 혈액 샘플의 다결정 구조를 분석했다. 암 초기 단계에 단백질 모양 변화 연구팀은 건강한 지원자, 전립선암 환자, 공격적인 암세포를 가진 환자 등 세 그룹으로 나뉜 크기가 동일한 그룹에서 108개의 혈액 도말 샘플을 분석했다. 암과 같은 질병 초기 단계에서는 혈액 내 단백질의 모양과 결합 방식이 변화하는데, 연구팀은 이러한 단백질의 3차 구조 또는 고유한 3D 모양의 변화와 4차 구조(여러 단백질이 결합되는 방식) 변화를 이용해 세포를 감지하고 분류했다. 이 기술을 통해 팀은 건조 혈액 도말 표본을 상세하게 분석해 건강한 표본과 암 표본 간의 중요한 차이를 식별할 수 있었다. 메글린스키 교수는 "이번 연구는 액체 생검 분야에 획기적인 기술을 도입해 비침습적이고 신뢰할 수 있으며 효율적인 진단 방법을 위한 노력에 부합한다"고 말했다. 이 연구 결과는 조기 진단 및 암 분류 모두에서 90%의 정확도를 보였다. 이는 기존 스크리닝 검사 방법보다 훨씬 높은 수치이다. 또한 조직 생검보다 혈액 샘플을 사용하기 때문에 환자에게 덜 침습적이고 위험성이 낮다. 메글린스키는 "이러한 높은 정확도와 비침습적인 특성은 액체 생검 기술의 중요한 발전을 의미한다"며 "암 진단, 조기 발견, 환자 분류, 모니터링 분야에 혁신을 가져와 종양학 분야와 환자 치료를 크게 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 기대했다.
- IT/바이오
2024-09-03
[파이낸셜 워치(28)] 연일 사상최고치 경신 금가격 어디까지 치솟을까

금가격이 연일 사상최고치를 경신하면서 어디까지 오를지 국제금융시장의 최대관심사중 하나로 떠올랐다. 21일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 12월물 금가격은 이번주 온스당 2526.07달러로 기록해 또다시 사상최고치를 경신했다. 올해초 이후 금가격 상승폭이 이미 460달러를 넘어서 상승률이 20%를 돌파했다. 이에 따라 올해 가장 효율적인 운용자산중 하나로 떠올랐다. 금가격의 고공행진 지속 전망이 강해지고 있다. 중동 등 지정학적 긴장과 함께 오는 11월 5일 미국 대통령 선거 전망 불투명, 미국 연방준비제도(연준∙Fed)의 금리인하 개시 예상 등 금 매수 요인이 넘쳐나고 있다. 금은 통상 정치와 경제전망 불투명이 강해지면 안전자산으로서 자금 회피처로 활용된다. 최근에는 러시아의 우크라이나 침공과 중동의 군사적 충돌로 금에 대한 수요가 강해지며 금가격이 치솟고 있는 상황이다. 뱅크오브차이나인터내셔널(BOCI)의 아멜리아 샤오 푸 원자재시장 전략부문장은 미국 대통령선거 결과가 내다볼 수 없는 점을 금가격 고공행진 요인으로 꼽았다. 그는 "연말까지 금가격은 온스당 2600달러나 2700달러까지 오를 가능성이 있다"고 진단했다. 미국 골드만삭스의 상품전략가 라니 토마스는 "미국 금리인하 결정과 동반해 서방측 국가들의 투자자금이 금시장으로 끌어당겨질 것"이라고 분석했다. 토마스는 "우리는 금의 롱포지션(미래에 더 높은 가격으로 되팔 수 있다는 기대를 가지고 매입하는 시장거래)에 매우 큰 가치가 있다고 생각하고 있으며 2025년에 2700달러대로 뛸 것”이라는 강세 전망을 유지하고 있다"고 지적했다. 중국인민은행은 현재 가격 고공행진으로 금매입을 보류하고 있지만 4월까지 18개월 연속으로 외화준비금 확대를 위해 금을 구매하고 있는 것은 금 가격 시세를 지지하는 요인으로 작용하고 있다. 골드만삭스의 토마스는 "대신 금이 대폭 하락할 것으로 상정하는 경우에도 중국은 가격변화에 민감하기 때문에 왕성한 매수롤 보일 가능성이 높다"고 전망했다. 금 현물가격에 연동하는 상장투자신탁(ETF)으로의 투자자금 유입도 금가격 고공행진의 순풍으로 작용하고 있다. 금관련 국제적인 조사기관 월드 골드 카운실(WGC)에 따르면 지난주 금 순매입량은 8.5톤에 달했다. 덴마크 삭소뱅크의 상품전략 책임자인 올레 한센은 "중앙은행의 금리인하에 따라 금리에 민감한 투자자들이 ETF를 통해 금시장으로 되돌아올 가능성이 있다"고 분석했다.
- 포커스온
2024-08-21
삼성전자, 업계 최박형 12나노급 모바일 D램 양산 개시…초슬림 기기 설계 혁신 이끌어

삼성전자는6일 업계 최소 두께를 자랑하는 차세대 모바일 D램, 12나노급 LPDDR5X D램 12GB(기가 바이트) 및 16GB 패키지의 양산을 시작한다고 발표했다. 이번 신제품은 두께가 단 0.65mm에 불과해, 현존하는 12GB 이상 LPDDR D램 중 가장 얇은 초박형 솔루션이다. 삼성전자는 독보적인 반도체 기술력을 바탕으로 업계 최소 크기의 12나노급 LPDDR D램을 4단으로 적층하고, 첨단 패키지 기술 및 ECM 기술을 최적화해 이러한 혁신을 이뤄냈다. 이를 통해 기존 제품 대비 두께를 약 9% 감소시키고 열저항은 21.2% 개선하는 쾌거를 달성했다. 특히, 웨이퍼 박판화 기술인 백랩(Back-lap) 공정을 극대화해 궁극의 슬림함을 구현한 점이 주목할만하다. 모바일 D램은 저전력, 고성능, 고용량 특성은 물론, 얇은 패키징 기술 또한 중요한 경쟁력으로 꼽힌다. 최근 모바일 기기의 초슬림화 및 고성능화 추세에 발맞춰 모바일 D램 역시 점점 얇아지고 있다. 이는 곧 기기 내부 발열 관리에도 직결되는 문제다. 삼성전자의 이번 신제품은 얇아진 두께만큼 확보된 여유 공간을 통해 원활한 공기 흐름을 유도하고 기기 내부 온도를 효과적으로 제어한다. 일반적으로 고성능이 필요한 온디바이스 인공지능(AI)은 발열 때문에 기기 온도가 일정 구간을 넘기면 성능을 제한하는 온도 제어 기능이 작동한다. 이번 제품을 탑재하면 온디바이스 AI 구동 시 발생하는 발열 문제를 해결해, 속도와 화면 밝기 저하 등 기기 성능 저하를 최소화하고 사용자 경험을 극대화할 수 있다. 시장조사기관 옴디아는 고성능 스마트폰에 탑재되는 모바일 D램의 유닛당 용량이 2028년까지 약 2배 이상 증가할 것으로 전망했다. 이제 LPDDR D램은 모바일을 넘어 AI 가속기, PC, 전장 등 다양한 분야에서 핵심 메모리 솔루션으로 자리매김하고 있다. 삼성전자는 이번 0.65mm 모바일 LPDDR5X D램을 모바일 애플리케이션 프로세서 및 모바일 제조사에 신속하게 공급해 저전력 D램 시장의 지배력을 강화할 방침이다. 더 나아가, 6단 구조 기반 24GB 및 8단 구조 32GB 모듈 역시 업계 최박형 LPDDR D램 패키지로 개발해 기술 리더십을 공고하 할 계획이다. 배용철 삼성전자 메모리 사업부 상품기획실장은 "고성능 온디바이스 AI 시대의 도래와 함께 LPDDR D 램의 성능 향상 뿐만 아니라 효율적인 온도 제어 역량 또한 중요한 화두로 떠올랐다" 며 "삼성전자는 시장의 지석적인 초박형 저전력 D램 개발과 고객 맞춤형 솔루션 제공을 통해 시장의 요구에 부응하고 혁신을 선도해 나갈 것이다"라고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-08-06
[먹을까? 말까?(38)] 우주 식량, 맛없는 이유는 외로움 때문?

우주라는 고립된 환경에서 오는 외로움이 우주 비행사들의 식사 만족도에도 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 호주의 로열멜버른공과대학(RMIT)의 연구팀은 우주 비행사들이 우주 식량을 즐기지 못하는 이유가 음식 향과 관련이 있을 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 우주에서는 장기 보관을 위해 동결 건조 또는 탈수 처리된 인스턴트 식품 위주로 섭취하는데, 이는 우주 비행사들이 영양 섭취 부족 문제와 연결되어 왔다. RMIT 연구팀은 이번 연구를 통해 우주 환경 자체가 음식 향에 대한 인식을 변화시킬 수 있으며, 외로움과 고립감 역시 식사 만족도에 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 수석연구원인 줄리아 로우는 "외로움과 고립감도 영향을 미칠 수 있으며, 이번 연구는 고립된 사람들이 음식 냄새를 맡고 맛보는 방식에 관한 시사점이 있다"고 말했다. 후각은 미각의 큰 부분을 차지한다는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 이에 연구팀은 54명의 참가자를 대상으로 VR을 이용해 국제우주정거장(ISS)환경을 시뮬레이션하고, 바닐라, 아몬드, 레몬 향에 대한 인식 변화를 관찰했다. 그 결과, 시뮬레이션된 우주정거장 환경에서 바닐라와 아몬드 향은 더 강하게 느껴졌지만, 레몬 향은 변화가 없었다. 연구팀은 이러한 현상의 원인으로 벤즈알데히드라는 화학 물질과 개인별 향 민감도 차이를 제시했다. 연구팀은 무중력 상태에서 체액이 상체로 이동하면서 발생하는 코막힘 등의 현상도 우주인의 미각과 후각을 둔하게 만들 수 있다고 설명했다. 중력이 부족하면 체액이 하체에서 상체로 끌려간다. 이로 인해 얼굴 붓기와 코막힘 현상 등이 나타난다. 이는 심한 감기에 걸린 것과 비슷하다. 그러나 이러한 체액 이동 효과는 일시적인 것이며, 우주정거장에 머무르는 동안 몇주 이내에 사라진다. 로우는 보도자료에서 "우주인들이 체액 이동 효과가 사라진 후에도 여전히 음식을 즐기지 못하는 데. 이는 다른 더 큰 이유가 있을 수 있음을 시사한다"고 밝혔다. 한편, 우주 식량은 모든 사람들이 먹을 수 있는 일반적인 음식은 아니다. 또한 우주 식량은 단순한 식사를 넘어 우주 탐사의 성공과 우주인의 건강을 책임지는 핵심요소라고 할 수 있다. 우주 식량은 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민, 무기질 등 필수 영양소를 골고루 함유해 균형잡힌 식단을 제공한다. 극한의 우주 환경을 극복하기 위해 특별히 개발된 우주 식량은 뛰어난 보존성과 간편 요리 등의 특징을 지니고 있다. 냉장 시설이 부족한 우주에서는 장기간 보관이 필수다. 우주 식량은 동결 건조, 탈수, 레토르트 살균 등 첨단 기술을 통해 부패 걱정 없이 오랫동안 신선함을 유지한다. 아울러 우주선은 공간이 한정적이기 때문에 우주 식량은 부피와 무게를 최소화해 효율적인 운반과 보관을 가능하게 한다. 또 우주에서는 조리 환경이 열악하고 무중력 상태에서는 조리하기가 어렵다. 그 때문에 우주 식량은 뜨거운 물이나 차가운 물, 전자레인지만으로도 간편하게 조리할 수 있도록 설계됐다. 우주 식량 개발 과정에서 얻은 기술은 식품 가공, 포장, 보존 기술 발전에 기여해 일반인의 식탁에도 긍정적인 영향을 미치고 있다. 이번 연구는 장기 우주 임무를 수행하는 우주 비행사들을 위한 맞춤형 식단 뿐만 아니라 요양원 등 고립된 환경에 있는 사람들의 식단 개선에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 로우는 "이 연구의 장기적인 목표 중 하나는 우주비행사뿐만 아니라 고립된 환경에 있는 다른 사람들에게 더 나은 맞춤형 식품을 만들어 영양 섭취량을 100%에 가깝게 늘리는 것"이라고 말했다.
- 생활경제
2024-07-17
[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해

레이저를 활용해 플라스틱 오염을 해결할 수 있는 방법이 개발됐다. 미국 텍사스 대학교 연구진이 주도하는 국제 연구팀은 레이저를 이용해 플라스틱 분자를 기본 요소로 분해해 재활용하는 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 매년 수백만톤의 플라스틱 폐기물이 매립지와 바다에 쌓이는 등 플라스틱 오염은 전세계적인 환경 문제로 떠올랐다. 기존의 플라스틱 분해 방법은 에너지 집약적이고 환경적으로 유해해 비효율적인 경우가 많았다. 연구팀은 분해하려는 물질을 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)라는 2차원 물질 위에 놓고 빛을 비추는 방식을 활용했다. 이는 기존 기술로는 분해가 어려운 플라스틱 폐기물 해결에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이 기술을 통해 플라스틱의 화학 결합을 끊고 새로운 화학 결합을 형성해 발광 탄소점(carbon dot)을 생성했다. 탄소 기반 나노 물질은 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 이 발광 탄소점은 차세대 컴퓨터 메모리 소자로 활용될 가능성도 있다. 텍사스 오스틴 캠퍼스(UT Austin)의 18개 단과대학 중 하나인 콕렐 공과대학 워커 기계공학부 교수이자 프로젝트 리더 중 한 명인 유빙 정은 "이러한 독특한 반응을 활용하면 환경 오염 물질을 가치있고 재사용 가능한 화학물질로 전환하는 새로운 경로를 탐색해 보다 지속 가능한 순환 경제 발전에 기여할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 새로운 발견은 환경 문제를 해결하고 친환경 화학 분야를 발전시키는 데 중요한 의미가 있다"고 덧붙였다. 또한 이번 연구는 탄소-수소 결합 활성화(C-H activation)라는 특정 반응을 이용했다. 이 반응은 유기 분자 내 탄소-수소 결합을 선택적으로 분해해 새로운 화학 결합을 형성하는 과정이다. 연구팀은 TMD를 촉매로 사용해 수소 분자를 가스 형태로 변환시키고, 탄소 분자들이 서로 결합해 정보 저장 점을 형성하도록 유도해 플라스틱 분해를 높였다. 이번 연구는 플라스틱 폐기물 문제 해결을 위한 지속 가능한 방안 모색에 중요한 발걸음을 내디뎠다는 평가를 받고 있다. 하지만 산업적 응용을 위해서는 빛 기반 C-H 활성화 공정의 최적화 및 확장에 대한 추가 연구 개발이 필요하다. 빛 기반 C-H 활성화 공정은 플라스틱 외에도 폴리에틸렌, 계면활성제 등 다양한 고분자 유기화합물에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 최근 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구에는 텍사스대학교를 포함해 버클리 캘리포니아 대학교, 일본 도호쿠 대학교, 로렌스 버클리 국립 연구소, 베일리 대학교, 펜실베니아 주립대학교의 연구진이 참여했다.
- 포커스온
2024-07-17
[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.
- 포커스온
2024-07-04
[기후의 역습(19)] 건물을 더욱 친환경적으로 만드는 것이 중요한 이유

도시 소음에는 건설 노동자들이 새 건물을 건설하면서 드릴로 뚫고, 망치질하고, 땅을 파는 소음이 포함돼 있다. 전 세계는 매 5일마다 파리 크기 정도의 건축물을 건설하고 있다. 문제는 건물을 건설하고 운영하는 방식이 지속가능하지 않다는 데 있다. 유엔환경계획(UNEP)의 최근 보고서에 따르면 2022년 건물 운영 및 건설로 인한 에너지 관련 탄소 배출량은 10기가톤으로 증가해 역대 최고치를 기록했다. 이는 전 세계 탄소 배출량의 37%에 해당한다. UNEP의 기후 완화 책임자인 루스 쿠토(Ruth Coutto)는 UNEP 공식 홈페이지에 게재한 글에서 “가정, 사무실 및 기타 건물의 탄소 배출을 줄이는 것은 파리 협정의 목표를 달성하고 기후 재앙을 피하는 데 필수적”이라며, 건물 탄소 배출을 줄이는 것이 기후 변화에 대응하기 위한 글로벌 노력의 핵심이 되어야 한다고 강조했다. 홈페이지에 실린 쿠토의 게시글을 요약해 소개한다. 사람들이 살고, 자고, 일하고, 노는 장소인 건물은 탄소의 주요 공급원이다. 이 온실가스는 지구의 대기에 열을 가두어 지구를 달구면서 기후 변화를 주도한다. 건물이 탄소 배출의 주요 원인이 되는 이유는 두 가지가 있다. 첫째, 건물은 난방, 냉방, 조명을 위해 막대한 양의 에너지를 사용한다. UNEP의 건물 및 건설에 대한 글로벌 현황 보고서에 따르면 2022년 건축 부문은 전 세계 전력 소비의 34%를 차지했다. 많은 국가에서 에너지는 연소 시 탄소를 방출하는 석탄이나 석유와 같은 화석연료로 만들어진다. 둘째, 건물은 강철, 시멘트, 알루미늄, 유리로 가득 차 있다. 이들을 제작, 운반, 설치하는 데 많은 에너지가 필요하고, 여기서 다량의 탄소가 배출된다. 여전히 건물 부문의 탈탄소화 길은 멀다. 전 세계 건축 부문 배출은 여전히 증가하고 있으며 보고서는 2021년에서 2022년 사이에 배출이 1% 증가할 것이라고 밝혔다. 별것 아닌 것처럼 보이지만 이는 전 세계 도로에 자동차 1000만 대를 추가하는 것과 같다. 2022년 건물에 사용된 에너지의 6%만이 재생 가능한 에너지원에서 나왔다. 이는 국제에너지기구(IEA)가 구상한 '2030년까지 18%' 목표와는 거리가 멀다. 따라서 건물을 더욱 친환경적으로 만드는 것은 매우 긴급한 현안이다. 2050년까지 존재할 건물의 절반은 아직 건설되지 않은 상태다. 세상이 건물을 짓고 사용하는 방식을 바꾸지 않는 한, 기후 변화에 의미 있게 대처할 가능성은 거의 없을 것이며, 이는 특히 극단적인 날씨로 이어질 것이다. 이는 지구가 감당할 수 없다. 이것이 바로 탄소 배출이 거의 없는 건물이 2030년까지 새로운 표준이 되어야 하는 이유다. 이는 UNEP가 주도하는 건축 부문의 배출을 억제하기 위한 국제적 노력인 건물 혁신(Buildings Breakthrough)의 주요 목표 중 하나다. 인류는 건축 부문 전반에서 발생하는 배출을 모두 줄여야 한다. 운영에서 탄소 배출을 줄이려면 건물의 효율성을 높이고 난방 및 냉방 등에 사용되는 에너지량을 줄여야 한다. 새 건물에 대한 더 높은 에너지 성능 표준 채택, 기존 건물의 개조, 보다 효율적인 기기 사용, 더 나은 에너지 계획 및 시스템 통합이 필요하다. 재생 에너지 사용도 늘려야 한다. 그런 점에서 인류는 건물을 기후 친화적으로 만드는 데 지출하는 투자도 늘려야 한다. 건물 및 건설의 탈탄소 구조에 대한 투자는 2850억 달러에 달했지만, 목표에는 미치지 못했다. 2023년에는 투자가 오히려 소폭 감소했다. UNEP는 탄소 발생 회피, 구조 전환 및 개선이라는 세 가지 솔루션을 제안한다. 먼저 건축 자재를 재사용하고, 더 적은 자재로 건물을 짓고, 보다 순환적인 접근 방식으로 기존 건물의 용도를 변경함으로써 탄소 배출을 회피할 수 있다. 둘째, 목재나 대나무 등 재생 및 지속 가능한 바이오 기반 건축 자재로 전환하는 것이 중요하다. 셋째, 콘크리트, 강철, 알루미늄 등 기존 건축 자재의 탄소 배출을 개선하고 줄여야 한다. 제조 과정에서 재생 에너지를 사용하면 가능하다. 이러한 모든 조치를 결합하면 2050년까지 건물 및 건설 부문에서 탄소 배출 순 제로 달성이 가능해진다. 정부 및 지자체의 역할도 중요하다. 정부는 건물과 건설에 대한 기후 행동 로드맵을 개발하고 시행할 수 있다. 전 세계 161개 국가가 아직 이 작업을 수행하지 않았다. 탈탄소화 구축 투자를 장려하고 지속 가능한 관행과 재료를 통해 탄소를 줄이기 위한 정책을 개발할 수 있다. 또한 오래된 건물의 개조를 촉진할 수도 있다. 국제 협력도 강화해야 한다. 그러면 국가는 건물 부문의 지속 가능한 전환을 달성하고 더 광범위하게는 기후 변화에 관한 파리 협약의 목표를 달성하는 데 결정적인 역할을 할 수 있다.
- 경제
2024-06-28
영국 맨체스터 대학, 빅벤 높이 2배 120m 이상 점프하는 로봇 개발

영국 맨체스터 대학(University of Manchester)의 엔지니어들이 현재까지 설계된 점프 로봇 가운데 가장 높은 120m를 점프할 수 있는 로봇을 개발했다고 전문 매체 테크익스플로러가 전했다. 연구진은 수학, 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험실 테스트를 결합해 최적의 부품을 채용하고 크기, 모양을 최적화한 로봇을 설계하는 방법을 발견했다. 개발된 로봇은 자체 크기의 수십 배에 달하는 장애물을 넘을 수 있을 만큼 높이 점프할 수 있다. 현재까지 개발된 가장 높이 점프하는 로봇은 자기 몸 크기의 110배에 해당하는 33m까지 도약할 수 있다. 이번에 맨체스터 대학 연구진이 개발한 로봇은 공중에서 120m 이상, 중력이 약한 달에서는 빅벤 타워 높이의 무려 두 배 이상인 200m 이상 점프할 수 있다. 이 개발 결과는 '메커니즘 및 기계 이론(Mechanism and Machine Theory)' 저널 최근호에 발표됐다. 이 로봇은 행성 탐사부터 재난 구조, 위험하거나 접근하기 어려운 공간 탐사 및 모니터링에 이르기까지 다양한 응용 분야에 혁명을 일으킬 것으로 기대된다. 연구진의 일원인 맨체스터 대학교 우주 로봇공학 연구원 존 로 박사는 "로봇은 전통적으로 점프 대신 바퀴를 굴리거나 다리를 사용해 걷도록 설계되었지만, 점프는 우주 공간에서 이동할 수 있는 매우 효과적인 방법을 제공한다"라고 말했다. 지형이 고르지 않거나 동굴 내부, 숲 속, 바위 지대 표면, 심지어 우주의 다른 행성 표면과 같이 장애물이 많은 곳에 적합하다는 것이다. 로 박사는 "점핑 로봇이 이미 개발됐지만 이런 종류의 로봇을 설계하는 데는 몇 가지 큰 난제가 있다. 가장 중요한 것은 크고 복잡한 장애물을 극복할 수 있을 만큼 높이 점프하는 것이다"라며 "우리가 설계한 로봇은 스프링 구동 점핑의 에너지 효율성과 성능을 획기적으로 향상시킨다"고 설명했다. 연구진은 기존의 점핑 로봇이 스프링 에너지를 완전히 방출하기 전에 도약하는 경우가 많아 비효율적이고, 최대 점핑 높이도 제한한다는 사실을 발견했다. 또한 위로 똑바로 움직이는 대신 몸체가 좌우로 움직이거나 회전함으로써 도약 에너지를 낭비한다는 것도 밝혀냈다. 이에 따라 설계된 새로운 로봇 디자인은 필요한 구조적 강도와 강성을 유지하면서도 이 같은 바람직하지 않은 동작을 제거하는 데 중점을 두었다. 연구진인 항공우주공학 벤 파슬루 교수는 "캥거루처럼 땅을 밀어낼 수 있는 다리가 맞을지, 거대한 스프링을 갖춘 피스톤이 맞을지 등 로봇의 구조와 형태에 대해 결정할 사항이 매우 많았다"고 말했다. 다이아몬드처럼 마름모꼴의 대칭 모양이어야 할지, 곡선적이고 유기적인 형태를 갖출지도 연구 대상이었다. 로봇의 크기도 중요했다. 크기가 작으면 가볍고 민첩하지만, 대형 로봇은 더 강력한 점프를 위해 더 큰 모터를 운반할 수 있으므로 어느 정도의 크기로 할 것인지를 정해야 했다. 그래서 설계된 로봇은 로봇 질량을 위쪽으로 많이 분배하고 아래쪽으로 가늘게 만들어졌다. 프리즘 모양의 더 가벼운 다리와 신축성이 큰 스프링을 사용했다. 점프 성능을 향상시키고 점핑 로봇의 에너지 효율성을 극대화하기 위함이었다. 연구진은 후속 작업으로 점프 방향을 제어하고 착지 시의 운동 에너지를 활용해 로봇이 한 번에 수행할 수 있는 점프 횟수를 늘리는 방법을 찾고 있다. 또한 로봇을 달에 더 쉽게 운반하고 사용할 수 있도록 우주 임무를 위한 보다 효율적인 디자인을 모색하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-20
[퓨처 Eyes(39)] 유전자 편집 기술 eePASSIGE, 인간 세포 치료 효율 극대화

혁신적인 유전자 편집 기술이 최근 개발돼 낭포성 섬유증 등 수백, 수천 개의 돌연변이 유형으로 발생하는 난치성 유전 질환 치료에 새로운 가능성을 제시했다. 기존 유전자 편집 기술은 제한적인 범위 내에서만 변화를 줄 수 있었지만, 이번에 개발된 신기술은 건강한 유전자 복사본을 원래 위치에 직접 삽입해 치료 효과를 극대화할 수 있다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)과 하버드 브로드 연구소 연구팀은 인간 세포에서 전체 유전자를 삽입하거나 대체할 수 있는 획기적인 유전자 편집 시스템인 'eePASSIGE'를 개발했다. 해당 내용은 네이처와 PHYS등 다수 외신이 지난 10일(현지시간) 집중 조명했다. 이번 연구는 브로드 연구소의 데이비드 리우(David Liu) 박사가 이끌었으며, 단일 유전자 치료법 개발에 중요한 발판을 마련할 것으로 전망된다. 'eePASSIGE'로 명명된 이 프라임 편집 시스템은 기존 유사 방식보다 몇 배 더 효율적인 유전자 전체 치료를 가능하게 하여, 유전 질환 치료의 새 지평을 열 것으로 기대된다. 이 신기술은 최대 100~200개 염기쌍까지 다양한 변화를 유도하는 프라임 편집과 함께 개발된 재조합 효소를 활용한다. 이 재조합 효소는 수천 염기쌍에 달하는 큰 DNA 조각을 유전자(게놈)의 특정 위치에 효율적으로 삽입할 수 있다. 다시 말하면, eePASSIGE는 기존의 유전자 편집 기술보다 훨씬 더 효율적이고 정확하게 유전자를 조작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 특히 기존 기술에서는 어려웠던 대규모 유전자 편집이 가능해, 수천 염기쌍 길이의 대규모 유전자 삽입도 가능하다. 따라서 이 기술은 낭포성 섬유증처럼 수백 또는 수천 개의 돌연변이 유형 중 하나에 의해 발생하는 질병 치료에 혁신적인 변화를 가져올 수 있다. eePASSIGE는 또 다른 유전자 편집 기술에 비해 오류율이 낮아 정확하게 원하는 유전자 변형을 일으킬 수 있다. 게다가 손상된 유전자를 교체하거나 정상적인 유전자를 삽입하는 방식으로 다양한 유전자 질횐을 치료할 수 있는 잠재력이 있다. 이번 연구 결과는 유전자 편집 기술이 단순히 유전자 일부를 수정하는 것을 넘어 전체 유전자를 효과적으로 치료하는 단계로 진입했음을 보여준다. 이는 난치성 유전 질환 치료에 새로운 희망을 제시하며, 향후 유전자 치료 분야의 발전을 가속화할 것으로 보인다. 연구 결과는 저명한 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)'에 게재되어 학계의 주목을 받고 있다. 유전자 편집 기술 유전자 편집은 살아있는 유기체의 DNA를 직접 수정하여 질병을 치료하거나 원하는 특성을 부여하는 기술로, 유전자 보강과 유전자 치료라는 두 가지 방식으로 구현된다. 1970년대 시작된 유전자 조작 기술은 '유전자 가위' 크리스퍼(CRISPER)의 등장과 함께 혁명적인 발전을 이루었다. 특히 3세대 유전자 가위인 크리스퍼-Cas9는 DNA를 정교하게 자르고 붙이는 기술로, 생명과학 분야의 '게임 체인저'로 평가받는다. CRISPER-Cas9는 Cas9 단백질과 CRISPR RNA를 이용해 특정 DNA 부위를 정확하게 절단하고, 원하는 유전자를 삽입하거나 삭제할 수 있다. 이 기술은 유전 질환 치료, 농작물 개량 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 크리스퍼-Cas9 이전에도 다양한 유전자 편집 기술이 개발되었다. 2009년에서 2010년 사이에 개발된 '탈렌(TALENs)'은 염기 서열을 인식하는 단백질을 사용하여 DNA를 절단하고 변형하는 기술이다. 또한, '징크 핑거(ZFN)' 기술은 인간 게놈 유전자의 3%에서 발견되는 아연 집게 단백질을 이용하여 DNA를 인식하고 절단한다. 최근에는 CRISPR-Cas9 기술을 변형하여 DNA 염기 서열을 직접 변형하는 '베이스 편집' 기술도 등장했다. 유전자 가위 크리스퍼(CRISPER) 지난 10년 동안 크리스퍼(CRISPER)는 DNA를 쉽고 정확하게 편집할 수 있는 능력으로 생물의학계와 생명과학계에 큰 반향을 일으켰다. 크리스퍼는 인체의 DNA 조각이나 그 화학(소위 후생 유전학)을 정확하게 수정할 수 있으므로 생명의학 과학에서 임상 용도로 사용할 수 있는 잠재적인 도구가 된다. 스탠포드 대학교 생명공학부 부교수이자 사라판 ChEM-H연구소의 스탠리 치 교수는 "크리스퍼는 단순한 도구가 아니다. 기초 과학, 의학, 환경 분야의 오랜 난제를 해결할 수 있는 학문이자 원동력이 되고 있다"고 설명했다. 치 교수는 "최근 미국 식품의약국(FDA)이 겸상 적혈구 빈혈과 베타 지중해빈혈을 치료하는 최초의 크리스퍼 약물인 캐스게비(Casgevy)를 승인한 것은 다른 질병에 대한 안전성과 잠재력을 말해준다"고 부연했다. 캐스게비는 2021년 10월 FDA로부터 승인된 암 치료제로 특정 유형의 혈액암 치료에 사용되고 있다. '겸상 적혈구 빈혈'은 적혈구에 있는 돌연변이가 있는 질병이다. 일반적으로 잦은 수혈이나 일치하는 기증자의 골수 이식 외에는 치료법이 없다. 이는 비용이 많이 들고 환자의 전반적인 건강에 해를 끼친다. 크리스퍼를 사용하면 일회성 치료를 수행해 돌연변이를 영구적으로 교정하는 것이 가능하다. 크리스퍼를 사용해 잠재적으로 치료를 고려할 수 있는 유전병은 8000가지가 넘는다. 현재 크리스퍼는 설정하는 데 몇 주 밖에 걸리지 않으며, 설정 비용은 수 백달러가 조금 넘는다. 연구진은 유전자 편집 기술의 효율성을 높이기 위해 끊임없이 노력하고 있다. 기존 프라임 편집 기술은 수십 염기쌍까지 변화를 유발하는 데 효과적이었지만, 수천 염기쌍에 이르는 전체 유전자를 원래 위치에 삽입하는 데에는 한계가 있었다. 이러한 한계를 극복하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 머지않아 유전자 편집 기술은 더욱 정교하고 효율적인 도구로 발전할 것으로 전망된다. eePASSIGE 유전자 편집 기술 이번 연구는 유전자 질환 치료에 있어 돌연변이 유형에 상관없이 치료 가능성을 높이고, 주변 DNA 서열을 보존하여 유전자 발현 조절을 정확하게 유도할 수 있다. 앞서 2021년 리우 박사 연구팀은 이러한 목표 달성을 위한 중요한 단계를 발표했다. 연구팀은 '트위핀(twinPE)'이라는 프라임 접근 방식을 개발해 게놈에 재조합 효소 '착륙 지점'을 설치하고, 천연 재조합 효소인 Bxb1을 사용하여 새로운 DNA를 프라임 편집된 표적 위치에 삽입하는 방법을 제시했다. 하지만 PASSIGE(prime-editing-assisted site-specific integrase gene editing)라고 불리는 이 기술은 일부 유전자 질환 치료에만 효과적이며 대부분의 질환 치료에는 적용하기 어려운 한계가 있었다. 따라서 이번 연구에서는 PASSIGE의 편집 효율을 높이는 데 초점을 맞췄다. 연구 결과, 재조합 효소 Bxb1이 PASSIGE의 효율성을 제한하는 요인임을 확인했다. 연구팀은 실험실에서 더 효율적인 Bxb1 변형체를 빠르게 진화시키기 위해 이전에 개발한 PACE(phage-assisted continuous evolution) 도구를 사용했다. 개발된 새로운 변형체(eeBxb1)는 'PASSIGE' 시스템을 개선해 실험 쥐 및 인간 세포에서 평균 30%의 유전자 크기 통합할 수 있게 했다. eePASSIGE 기술을 적용한 이 수치는 기존 기술의 4배, 최근 발표된 PASTE라는 다른 방법보다 약 16배 더 효율적이다. 연구팀은 "eePASSIGE와 개조된 바이러스 유사 입자(eVLPs)와 같은 전달 시스템을 결합해 유전자 편집제의 치료 전달을 제한하는 기존 장애물을 극복하기 위한 연구를 진행하고 있다"고 말했다. 이러한 노력은 유전자 질환 치료에 있어 새로운 가능성을 열 수 있다. 향후 임상 연구를 통해 안전성과 효능을 검증해야 하는 것이 과제다. 이번 연구는 유전자 편집 기술의 발전을 보여주는 중요한 성과다. eePASSIGE 시스템은 다양한 유전자 질환 치료에 효과적인 새로운 치료법 개발에 기여할 수 있으며, 향후 지속적인 연구를 통해 더욱 안전하고 효과적인 유전자 치료법 개발이 기대된다. 하지만 동시에 유전자 편집 기술의 윤리적 문제 또한 해결해야 할 중요한 과제다. 유전자 편집 기술은 인간 유전자를 영구적으로 변화시킬 수 있는 강력한 도구다. 따라서 이 기술을 사용하기 전에 신중한 윤리적 논의와 규제가 필요하다. 또한 유전자 편집 기술의 오남용 가능성도 고려해야 한다. 지속적인 연구와 사회적 논의를 통해 유전자 편집 기술을 안전하고 책임감 있는 방식으로 활용해 인류 건강 증진에 기여해야 할 것이다.
- 포커스온
2024-06-13
[신소재 신기술(55)] 재활용 플라스틱으로 지속가능한 '냉각 페인트' 개발

싱가포르의 과학자들이 재활용 플라스틱을 활용해 새로운 '냉각 페인트(cool paint)'를 개발했다. 난양이공대학교(NTU) 연구팀은 재활용 플라스틱(아크릴, 폐 PVC 파이프, 폴리스티렌 폼)과 황산바륨(BaSO4)을 이용해 새로운 유형의 '냉각 페인트'를 제조하는 방법을 개발했다고 PHYS가 5일(현지시간) 보도했다. 이 페인트는 신규 플라스틱 사용을 대체하는 지속 가능하고 효율적인 방법을 제공한다. 난양이공대학교는 싱가포르 난양에 위치한 연구집약형 공립 종합대학으로 이공계 분야 세계적인 명문대학이다. NTU 연구팀은 '솔-겔(sol-gel)'과 '상 분리(phase inversion)' 등 두 가지 방법을 사용해 냉각 페인트를 개발했다. 먼저 솔-겔 방법으로, 연구팀은 재활용 플라스틱과 황산바륨을 혼합해서 페인트를 제조했다. 싱가포르 건물 옥상에서 실시된 24시간 테스트 결과, 이 페인트는 직사광선에 노출되었을 때 주변 기온보다 최대 1.2°C 낮은 온도를 유지했다. 야간에는 주변 온도보다 최대 3°C 낮은 온도를 유지했다. 이 페인트는 태양열 반사율이 약 97.7%이며 적외선 영역에서 열 방출율이 95%에 달하는 것으로 나타났다. 두 번째인 상 분리 방법 역시 재활용 플라스틱과 황산바륨을 사용하지만, 제조 과정에서 공기가 들어갈 수 있는 미세 기공을 형성시켜 재활용 플라스틱을 다공성으로 만드는 데 중점을 두었다. 이러한 기공은 햇빛을 스펙트럼 전체에 걸쳐 산란시키는 데 도움을 준다. 테스트 결과, 이 페인트로 코팅된 표면은 정오에는 거의 주변 기온과 동일한 온도를 유지했으며 야간에는 주변 온도보다 최대 2.5°C 낮았다. 두 방법 모두를 사용해 개발된 냉각 페인트는, 일반적으로 표면 온도를 주변 온도 이하로 낮추지 못하는 시판용 냉각 페인트보다 성능이 뛰어났다. 또한 분류되지 않은 플라스틱 폐기물(아크릴, PVC 파이프, 폴리스티렌 폼 혼합물)을 사용한 추가 연구에서도 단일 종류의 플라스틱 폐기물만 사용해서 개발된 냉각 페인트와 비슷한 결과를 얻었다. 이는 NTU 연구팀의 접근 방식이 다양한 종류의 플라스틱 분류 필요성을 줄여준다는 것을 시사한다. NTU 방식은 열대 환경의 온도를 낮추는 데 도움이 될 뿐만 아니라 효과적인 플라스틱 폐기물 관리에도 기여할 수 있다. 한편, 모든 플라스틱이 재활용 되는 것은 아니다. 플라스틱 액션 플랫폼인 리퍼포스 글로벌(rePurpose Global)에 따르면 실제로 재활용된 플라스틱은 10% 미만이다. 약 12%는 소각되었으며, 나머지는 매립되거나 바다로 버려졌다. 씨넷에 따르면 플라스틱의 약 91%는 재활용되지 않았다. 실제로 재활용할 수 없는 유형의 플라스틱이 많이 있지만 소비자의 부주의로 인해 재사용에 적합하지 않은 플라스틱도 있다. 예를 들어 플라스틱 용기에 잔여물이나 쓰레기, 또는 기타 물질이 들어 있으면 재활용을 할 수 없다. 따라서 재활용하려는 픍라스틱 용기를 깨끗하게 청소해서 분리수거 통에 버리는 것이 재활용 율을 높일 수 있는 가장 기본적이면서도 제일 중요한 방법이다.
- 포커스온
2024-06-07
희토류 원소 방사성 '프로메튬' 비밀 80년 만에 밝혀져

특수 용도로 사용되는 희토류 원소인 방사성 물질 프로메튬(promethium)이 발견된 지 80년 만에, 과학자들이 처음으로 프로메튬의 신비하고도 중요한 특성을 밝혀내 주목된다고 라이브사이언스가 전했다. 프로메튬은 주기율표의 맨 아래 15개의 란타넘족에 속해 있는 원자번호 61번의 원소다. 희토류로 알려진 프로메튬은 강한 자성과 특이한 광학 특성을 포함해 여러 가지 유용한 특성을 나타내 현대 전자 장치 소재로 중요하게 사용된다. 프로메튬은 안정된 동위원소는 없고 방사성 동위원소들만 존재한다. 프로메튬은 미국 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)가 지난 1945년 처음으로 발견했다. ORNL 연구원들이 발견한 프로메튬 자체는 원자 배터리 및 암 진단 분야에서 적용됐다. 그러나 이 원소의 화학적 성질은 지극히 일부만 알려졌고, 이 때문에 더 널리 사용되는 것은 지금까지 불가능했다. 방사성 원소를 연구하는 것 자체가 적합한 샘플 확보의 어려움으로 인해 수십 년 동안 높은 장벽으로 작용했던 것. 연구팀인 ORNL의 알렉산더 이바노프는 "프로메튬에는 안정된 동위원소가 없고 모두가 방사성이기 때문에 시간이 지남에 따라 다른 원소로 붕괴된다. 프로메튬은 핵분열 과정을 통해 얻어지기 때문에 특히 희소하고 연구하기 어렵다"고 말했다. 그런데 작년에 개발된 프로메튬 생산 방법을 사용, ORNL 연구팀은 이 동위원소를 원자로 폐기물로부터 분리, 연구를 위한 가장 순수한 샘플을 만들어내는 데 성공했다. 그 후 연구팀은 이 샘플을 금속 원자를 가두기 위해 특별히 고안된 분자인 리간드(수용체에 결합하는 항체·호르몬·약제 등의 분자)와 결합해 물속에서 안정적인 복합체를 형성했다. PyDGA로 알려진 배위 분자(리간드 배위 결합을 통해 형성된 분자)는 9개의 프로메튬-산소 결합을 형성했다. 이 결합은 연구팀에 프로메튬 복합체의 결합 특성을 분석할 수 있는 기회를 처음으로 제공했다. 그러나 분석하는 일도 쉽지는 않았다. 프로메튬이 방사성이었기 때문에 일단 붕괴되면, 주기율표상 인접 원소인 사마륨으로 변환된다. 사마륨 형태로 소량의 오염이 발생하게 됐던 것이다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 ‘싱크로트론 기반 X선 흡수 분광법’이라는 극도로 전문화된 기술을 사용했다. 입자 가속기에 의해 생성된 고에너지 광자는 프로메튬 복합체에 충격을 가해 원자의 위치와 결합 길이의 그림을 만들었다. 금속-산소 결합 길이의 미묘한 차이를 통해 팀은 오염된 사마륨과 관계없이 주요 프로메튬-산소 결합 분석에 집중할 수 있었다. 결국 이런 방식을 통해 연구팀은 처음으로 프로메튬의 특성을 다른 희토류 복합체와 비교할 수 있었다. 리간드는 모든 란타넘족 원소에 안정적인 복합체를 형성할 수 있는 방법을 제공했다. 동일한 원소 비율과 동일한 종류의 기하학적 구조를 가질 수 있게 된 것이다. 이로써 복합체의 기본적인 물리적 화학적 특성을 연구할 수 있었다. 란타넘족은 자연적인 원소들의 혼합물로 발견되므로, 결합 길이 및 복합체 형성과 같은 주기적인 경향을 이해하는 것은 과학자들이 금속을 분리하는 새롭고 보다 효율적인 방법을 개발하는 데 도움이 된다. ORNL의 연구원이자 '네이처' 지에 발표된 새로운 연구를 이끈 일자 포포브스는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "프로메튬은 레이저에 사용되며 스마트폰 화면에도 일부 들어간다. 또한 풍력 발전을 위한 풍력터빈과 전기자동차의 자석에도 쓰인다"고 말하고, 프로메튬에 대한 추가 연구가 이루어지면 응용을 대폭 확대할 수 있다고 설명했다. 현재 ORNL 연구팀은 프로메튬 원소의 화학적 움직임과 배위 환경에 대한 보다 명확한 그림을 만들기 위해 물속의 프로메튬 연구를 확대하고 있다. 포포브스는 "우리의 연구가 다른 과학자들에게 더 나은 분리 기술을 설계하는 방법을 알려주고, 다른 응용 분야 연구에 더 많은 관심을 불러일으킬 수 있기를 바란다"고 말했다.
- 경제
2024-06-03