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• [글로벌 밀리터리] 대만 첫 자산잠수함 '하이쿤' 내부 결함 논란⋯"단순 마감 실수" vs "안전 우려"

  대만 최초의 자산 건조 잠수함인 '하이쿤(海鯤·Hai Kun, 일명 나르왈)'호가 내부 마감 불량 논란에 휩싸였다. 라이칭더(賴清德) 총통의 함내 시찰 영상에서 리벳이 빠진 패널과 물 얼룩 등이 포착되자, 야당이 건조 품질에 의문을 제기하고 나선 것이다. 시공사인 대만 국제조선공사(CSBC)는 즉각 "단순한 미관상의 문제"라고 해명했지만, 이미 여러 차례 인도가 지연된 상황이라 논란은 쉽게 가라앉지 않고 있다고 대만 중앙통신사(CNA) 등 현지 언론이 21일(현지시간) 보도했다. 총통 시찰 영상이 부른 화근…리벳 누락에 '물 얼룩'까지 포착 논란의 시작은 지난 목요일 총통실이 공개한 라이칭더 총통의 하이쿤호 함상 시찰 영상이었다. 제1야당인 국민당(KMT) 소속 마원쥔(馬文君) 입법위원이 소셜미디어를 통해 영상 속 문제점들을 조목조목 짚어내며 공세에 나선 것이다. 마 위원이 지적한 주요 결함은 ▲회의 탁자 뒤편 철제 패널의 고정 리벳 3개 누락 및 표면 불균형 ▲배기 덕트 케이스의 선명한 물 얼룩 ▲총통이 직접 열려다 뻑뻑하게 걸린 침대 칸막이 커튼 등이다. 특히 마 위원은 배기 덕트의 물 얼룩을 두고 "내부 누수가 발생한 것 아니냐"는 의혹을 제기하며 함정의 전반적인 완성도에 의문을 표했다. CSBC "테스트엔 지장 없어"…국방부 "인도 시점보다 안전이 우선" 이에 대해 CSBC는 금요일 성명을 내고 "지적된 사항들은 작업 완료 후 복구 과정에서 발생한 단순한 미관상의 문제"라고 일축했다. 리벳 누락이나 얼룩 등은 성능과 직결되지 않는 '코스메틱(Cosmetic) 이슈'이며, 즉시 수정 가능하다는 입장이다. 회사 측은 하이쿤호가 현재까지 6차례의 얕은 바다 잠수 테스트를 성공적으로 마쳤으며, 향후 해상 시험도 안전과 품질 원칙에 따라 단계적으로 진행될 것이라고 강조했다. 하지만 하이쿤호를 바라보는 대만 내 시선은 그리 곱지 않다. 당초 2024년 말 인도 예정이었던 이 잠수함은 기술적 문제로 이미 여러 차례 일정이 밀린 상태다. 특히 지난 2월에는 육상 전원 공급 장치의 전압 급상승으로 인해 주요 부품이 고장 나는 사고가 발생하며 2025년 11월 계약 마감 시한도 넘겼다. 당초 올해 6월 인도를 공언했던 국방부 역시 조심스러운 입장으로 선회했다. 구리슝(顧立雄) 국방부장은 금요일 "더 이상 구체적인 인도 시점을 설정하지 않겠다"며 "모든 안전 요구 사항이 충족되는지 확인하는 데 집중할 것"이라고 밝혔다.

• [주간 월가 레이더] 멈추지 않는 중동의 포화⋯'고유가·고금리' 먹구름에 갇힌 월가

  뉴욕 증시가 중동발 전쟁의 장기화와 이에 따른 에너지 가격 폭등이라는 '이중고'에 직면하며 퇴로 없는 하락세를 이어가고 있다. 이스라엘과 이란의 충돌이 3주차에 접어든 가운데, 국제 유가가 한 달 새 40% 이상 치솟으면서 인플레이션 재점화와 경기 침체가 동시에 들이닥치는 '스테그플레이션' 공포가 시장을 집어삼켰다. 로이터와 월스트리트저널(WSJ)에 따르면, 뉴욕 증시는 주간 기준으로 S&P 500 지수가 4주 연속 하락하며 6개월 만에 최저치를 경신했다. 특히 S&P 500은 장기 추세선인 200일 이동평균선 아래로 내려앉으며 기술적 지지선마저 상실했다. 나스닥 지수 역시 지난해 10월 고점 대비 10% 가까이 빠지며 조정 국면에 진입했다. 가장 큰 복병은 '인하'에서 '인상'으로 급격히 선회 중인 금리 전망이다. 제롬 파월 연준 의장이 중동 위기에 따른 경제 예측 불가능성을 토로한 가운데, 시장은 연내 금리 인하 기대를 완전히 접고 내년 추가 인상 가능성까지 반영하기 시작했다. 이번 주 발표될 3월 구매관리자지수(PMI)는 전쟁 발발 이후 미국 경제의 실질적인 타격을 확인하는 첫 번째 '진실의 순간'이 될 전망이다. [미니해설] 120달러 육박한 유가와 4.3% 국채 금리…월가, '공포의 터널' 진입 ① 호르무즈 해협 마비와 유가의 역습 현재 월가 트레이더들이 가장 주시하는 지표는 주가 지수가 아닌 유가다. 브렌트유가 배럴당 112달러, 서부텍사스산원유(WTI)가 98달러 선에서 마감하며 에너지 가격은 통제 불능 상태로 치닫고 있다. 특히 전 세계 원유 물동량의 20%가 지나는 호르무즈 해협의 통행 마비는 공급망 전체를 마비시키는 '혈전'과도 같다. 노스스타 투자운용의 에릭 쿠비 최고투자책임자(CIO)는 "현재 유가는 금융 시장이 중동 분쟁을 어떻게 바라보는지 보여주는 가장 확실한 선행 지표"라고 분석했다. LSEG 데이터에 따르면 S&P 500 지수와 유가의 상관계수는 -0.89에 달한다. 유가가 오르면 주가는 무조건 떨어진다는 강력한 역상관계가 형성된 것이다. 이란이 '유가 200달러 시대'를 경고하며 에너지 시설을 직접 타격하기 시작하면서, 시장은 최악의 에너지 쇼크 시나리오를 가격에 반영하기 시작했다. ② '인하' 꿈 깨진 연준…워시 체제 앞두고 '매파적' 본능 불과 몇 달 전까지 시장을 지탱했던 '연내 3회 인하' 낙관론은 이제 신기루처럼 사라졌다. 지난주 연준 회의에서 파월 의장이 보여준 깊은 불확실성은 시장의 불안을 가중시켰다. 인플레이션이 다시 고개를 들면서 시장은 이제 7월 인하 가능성마저 희박하게 보고 있으며, 오히려 차기 의장으로 지명된 케빈 워시(Kevin Warsh) 체제 하에서의 추가 인상 가능성을 경계하고 있다. ING의 제임스 나이틀리 이코노미스트는 "연준은 물가 안정과 고용 극대화라는 이중 책무 사이에서 거대한 도전에 직면했다"며 현재로서는 금리 인하보다는 동결 혹은 인상을 통해 물가 기대심리를 꺾는 데 집중할 가능성이 높다고 진단했다. ③ 4.38% 국채 금리 발작과 기술적 붕괴 에너지발 물가 상승 압력은 채권 금리를 사정없이 끌어올리고 있다. 미국 10년물 국채 금리는 지난주 4.38%를 기록하며 지난해 여름 이후 최고치를 찍었다. 트루이스트의 케이트 러너 CIO는 "금리 상승은 차입 비용 증가로 경제를 둔화시킬 뿐만 아니라, 주식 대비 채권의 상대적 매력도를 높여 자금 이탈을 가속화한다"고 경고하며 4.5%를 최종 저항선으로 제시했다. 여기에 S&P 500이 200일 이동평균선 아래로 추락한 것은 심리적 마지노선이 무너졌음을 의미한다. 커먼웰스 파이낸셜 네트워크의 크리스 파시아노 전략가는 "이번 하락은 지난 4월 트럼프 대통령의 관세 발표 당시처럼 무질서하지는 않지만, 장기화될수록 미국 경제의 펀더멘털을 잠식할 것"이라고 분석했다. ④ 24일 PMI 발표…전쟁 후 첫 '성적표' 이번 주 가장 중요한 일정은 화요일(24일) 발표되는 3월 PMI 지표다. 이는 중동 전쟁 발발 이후 기업들의 심리와 활동을 보여주는 첫 번째 거시 지표다. 도이체방크 이코노미스트들은 "전쟁 이후 미국 기업들이 고유가와 불확실성에 어떻게 대응하고 있는지 보여주는 최초의 척도가 될 것"이라고 강조했다. 또한 휴스턴에서 열리는 대규모 에너지 컨퍼런스(CERAWeek)에서 글로벌 석유 메이저 경영진들이 내놓을 공급망 안정 대책과 생산 전망 역시 월가의 핵심 관전 포인트다. 한편, 한국과 일본 등 에너지 수입 의존도가 높은 아시아 국가들은 유가 급등에 따른 무역 수지 악화와 인플레이션 전이 위험에 노출되어 있어, 글로벌 자금의 이탈 속도가 빨라질 수 있다는 점도 유의해야 할 대목이다. ◇ 내주 월가 주요일정] (현지 시간 기준) 3월 23일(월): 유로존 소비자신뢰지수(예비치), 일본 노동계급 임금 협상(춘투) 결과 발표 3월 24일(화): 미국 3월 S&P 글로벌 PMI(제조/서비스), 미국 4분기 생산성 수정치, 2년물 국채 입찰 3월 25일(수): 영국 2월 소비자물가지수(CPI), 호주 2월 CPI, 미국 5년물 국채 입찰 3월 26일(목): 멕시코·남아공·노르웨이 금리 결정, 미국 주간 실업수당 청구 건수, 7년물 국채 입찰 3월 27일(금): 미국 1·2월 산업이익(중국), 미시간대 소비자심리지수(확정치), 스페인 CPI

• [글로벌 밀리터리] 美 해병대, 중동 전선 추가 급파⋯'에픽 퓨리' 지상군 투입 임계점 오나

  이란과의 전운이 짙어지는 가운데 미 해병대의 핵심 타격 전력이 중동으로 추가 급파됐다. 미 국방부 관계자에 따르면 약 2200명의 해병대원과 군함 3척으로 구성된 '해병 원정대(MEU)'가 이번 주 초 캘리포니아를 출발해 작전 지역으로 이동 중이라고 CBS 뉴스가 20일(현지시간) 보도했다. 이는 이미 서태평양에서 이동 중인 첫 번째 원정대에 이은 추가 전개로, 중동 내 미군 전력 밀도는 개전 이후 최고조에 달할 전망이다. '소형 항모'급 트리폴리함의 위용…입체적 상륙 전력 결집 이번 전력 증강의 선봉은 앞서 급파된 강습상륙함 '트리폴리함(LHA-7)'이다. 일본 사세보를 모항으로 활동하던 트리폴리함은 아메리카급 강습상륙함 중에서도 최신 사양인 '빅 덱(Big Deck)' 구조를 갖춘 함정이다. 기존 상륙함과 달리 상륙정 진수용 갑판(Well Deck)을 과감히 없애는 대신, 항공기 격납고와 유류 저장 공간을 대폭 넓혔다. 이를 통해 차세대 스텔스 전투기인 F-35B와 수직이착륙기 MV-22 오스프리의 운용 효율을 극대화해 사실상 '경항공모함'의 역할을 수행한다. 해병 원정대는 지상 전투, 공중 지원, 군수 보급이 하나로 통합된 독립 작전 단위다. 과거 베네수엘라 니콜라스 마두로 정권 축출 작전이나 카리브해 내 유조선 차단 작전 등에서 검증됐듯, 해상 기지를 거점으로 한 신속한 목표 점령에 최적화되어 있다. 캘리포니아발 두 번째 원정대까지 합류할 경우, 미군은 이란 해안선 전역에 대해 동시다발적인 상륙 및 정밀 타격 옵션을 확보하게 된다. 전사자 13명 발생…'부츠 온 더 그라운드'의 딜레마 전력 증강이 가속화됨에 따라 이란 본토에 대한 '부츠 온 더 그라운드(Boots on the ground·지상군 투입)' 여부가 국제 안보의 초미의 관심사로 떠올랐다. 현재 미군 주도의 '에픽 퓨리(Epic Fury)' 작전 수행 중 전사한 미 서비스 멤버는 총 13명에 이르는 것으로 집계됐다. 인명 피해가 누적되면서 공습 위주의 작전에서 나아가 전략적 거점을 직접 장악해야 한다는 군 내부의 목소리도 커지는 양상이다. 그러나 도널드 트럼프 대통령은 지상군 투입 가능성에 대해 일단 강하게 선을 그었다. 트럼프 대통령은 백악관 집무실에서 기자들과 만나 "어디에도 지상군을 배치하지 않을 것"이라며 "설령 그런 계획이 있다 하더라도 언론에 미리 알리는 일은 없을 것"이라고 덧붙였다. 이는 대규모 전면전으로의 확전을 경계하는 미 국내 여론을 다독이는 동시에, 적대국에게는 작전 의도를 숨기려는 특유의 '전략적 모호성'을 유지하려는 포석으로 풀이된다.

• 국제유가, 이란전쟁 여파 원유수급 차질 장기화 우려 등 영향 급등세 지속

  국제유가는 20일(현지시간) 이란전쟁으로 인해 원유수급 차질 장기화 우려 등 영향으로 상승 마감했다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 뉴욕상업거래소에서 서부텍사스산중질유(WTI) 4월물 가격은 전거래일보다 2.3%(2.18달러) 오른 배럴당 98.32달러에 마감했다. WTI 선물은 장중에는 99.67달러까지 오르며 100달러선에 육박하기도 했다. 글로벌 벤치마크인 북해산 브렌트유 5월물은 런던 ICE선물거래소에서 3.2%(3.54달러) 상승한 배럴당 112.19달러로 거래를 마쳤다. 국제유가가 급등세를 지속한 것은 미국이 중동 지역에 추가로 병력을 보내고 있다는 소식에 지정학적 긴장이 한층 고조된 때문으로 분석된다. 미국·이스라엘과 이란간 군사충돌이 계속되는 가운데 이날에는 이란이 쿠웨이트 정유소를 공격했다고 전해졌다. 에너지 수송의 요충인 호르무즈해협이 사실상 봉쇄된 상황에선 이라크는 공급책임을 면하는 ‘불가항력선언(포스 마쥬 디클러레이션·Force Majeure Declaration)’을 외국석유업체에 의해 개발된 모든 유전에 대해 내려질 것으로 전해졌다. 이날 월스트리트저널(WSJ)은 미 국방부(전쟁부)가 캘리포니아 기지에 소속된 해병대원 약 2200~2500명을 중동을 담당하는 미국 중부사령부로 이동시키고 있다고 보도했다. 미국은 앞서 일본 오키나와에 주둔한 해병대원 2200명도 중동 지역으로 급파했다. 미국이 이란에 지상군을 투입할 가능성이 제기되는 대목이다 미국 매체 악시오스는 도널드 트럼프 미국 대통령이 이란의 하르그 섬을 점령 또는 봉쇄하는 방안을 검토하고 있다고 전했다. 하르그 섬은 이란 원유 수출의 90%를 차지하는 요충지로 꼽힌다. 미국과 이란이 종전 협상하기 어려운 환경이라는 평가도 나왔다. 트럼프 대통령은 이날 이란의 지도자가 모두 사망했다며 "우리는 그들과 대화하고 싶지만 대화할 사람이 없다"고 지적했다. 블룸버그통신은 미국 관료를 인용해 "이란 고위 당국자는 미국과 이스라엘의 맹공 속에서 생존에 집중하고 있기 때문에 호르무즈 해협 재개방 문제를 논의하는 것조차 꺼리게 됐다"고 전했다. UBS의 지오바니 스타우노보 원자재 담당 애널리스트는 "호르무즈 해협을 통한 원유의 흐름이 제한된 상태로 남아 있는 한, 유가는 구조적으로 올라가기 쉬운 방향에 놓여 있다"고 분석했다. RBC캐피털 마켓츠의 애널리스트인 헬리마 크로프트는 보고서에서 "미국 행정부 당국자들은 전쟁이 곧 끝나고 공급 차질이 단기에 그칠 것이라는 메시지를 시장 참가자들에게 전달하기 위해 상당한 시간을 들여왔다"면서 "그러나 현재로서는 제한적인 충돌에 그칠 것이라는 어떠한 선호도 없다"고 평가했다. 국제에너지기구(IEA)의 파티 비롤 사무총장은 이날 파이낸셜타임스(FT)와 인터뷰에서 전쟁이 종료되고 호르무즈 해협이 개방되더라도 "일부 시설은 가동까지 6개월이 걸릴 것이고, 다른 시설들은 그보다 훨씬 더 오래 걸릴 것"이라고 진단했다. 이날 오전장에는 미국 에너지장관 등의 발언에 국제유가가 하락하기도 했다. 크리스 라이트 미국 에너지장관은 이날 아침 폭스비지니스에 출연해 “제재가 해제된다면 이란산 원유가 3~4일내에 (아시아)항구에 도착하기 시작할 것”이라고 언급했다. 전날에는 스콧 베센트 미국 재무장관이 조만간 해상에 있는 이란산 석유에 대한 제재를 해제할 가능성을 나타냈다. 한편 대표적인 안전자산인 국제금값은 달러강세와 미국 장기금리 급등세 등에 3거래일 연속 하락했다. 이날 뉴욕상품거래소에서 4월물 금가격은 0.7%(30.8달러) 내린 온스당 4574.9달러에 거래를 마쳤다. 금선물은 시간외거래에서는 일시 온스당 4478달러에 거래되면서 지난 2월초 이래 최저수준을 나타냈다. 미국 10년물 국채는 이날 장중 일시 439%대를 기록하며 지난해 8월이래 최고치를 경신하기도 했다. 영국의 10년 만기 국채 금리는 이날 5.00%를 돌파하며 글로벌 금융위기 이후 가장 높은 수준을 기록했다.

• [월가 레이더] 이라크 불가항력·브렌트 112달러…나스닥 조정 문턱, 4주 연속 하락

  뉴욕증시가 이라크의 불가항력 선언이라는 새 충격에 오후 들어 낙폭을 키우며 4주 연속 하락으로 마감했다. 나스닥은 사상 최고 대비 9.5% 빠져 조정권역 문턱에 섰고, 소형주 지수 러셀2000은 이미 조정권역에 진입했다. 20일(현지시간) 뉴욕증시에서 S&P500지수는 1.51% 내린 6506.48로 마감했다. 나스닥은 2.01% 급락한 2만1647.61, 다우존스30산업평균지수는 443.96포인트(0.96%) 내린 4만5577.47에 장을 닫았다. S&P500은 6개월래 최저 수준으로 밀렸다. 다우지수는 2023년 이후 처음으로 4주 연속 하락을 기록했고, 3월 한 달 낙폭이 6%를 넘어 2022년 이후 최악의 월간 성과를 향해 가고 있다. 이날 오후 낙폭을 결정적으로 키운 것은 이라크의 전면 불가항력 선언이었다. 이라크 석유부는 호르무즈 해협 항행 방해로 원유를 수출할 수 없다는 이유로 외국계 기업이 운영하는 모든 유전에 불가항력을 선언했다. 쿠웨이트 미나 알-아흐마디·미나 압둘라 정유소가 드론 공격을 받았다는 소식도 겹쳤다. 브렌트유는 3.26% 뛴 배럴당 112.19달러에 마쳤으며, 장중 113달러를 돌파했다. 브렌트유는 이번 달에만 55%, 올해 들어 84% 폭등했다. 국채시장도 흔들렸다. 10년물 국채 금리가 4.39%까지 올랐고, 금리선물 시장에서는 올해 10월까지 연준이 최소 한 차례 금리를 인상할 가능성이 하루 만에 6%에서 30%로 급등했다. 금값은 이번 주 9.5% 급락해 2011년 이후 최악의 주간 하락을 기록했다. 인플레이션 재점화 우려에 채권이 팔리고 채권 대체 자산인 금까지 이탈 압력을 받은 것이다. S&P500 500개 종목 중 약 400개, 80%가 하락했다. 통상 방어주로 분류되는 유틸리티가 3.5% 넘게 떨어지며 낙폭을 주도했고, 리츠(부동산)와 IT도 2% 이상 밀렸다. 엔비디아와 테슬라는 각각 3% 내렸다. 수퍼마이크로컴퓨터는 미국 수출통제법 위반 관련 임직원 해임 및 공동창업자 기소 소식에 30% 폭락했다. [미니해설] 전쟁 3주 차, 시장이 새로 묻기 시작한 질문 "금리 인상 가능성" 이란 전쟁이 3주째로 접어들면서 시장의 공포 구조가 진화하고 있다. 초기에는 "유가가 오른다"가 핵심 공포였다. 그다음 주는 "유가가 스태그플레이션을 부를 것인가"였다. 이번 주 시장이 새로 꺼내 든 질문은 한 단계 더 위험하다. "연준이 금리를 올려야 하는 상황이 오는 것 아닌가." 금리선물 시장이 하루 사이에 금리 인상 확률을 6%에서 30%로 끌어올린 것은 단순한 투기적 베팅이 아니다. 유가 급등→물가 재점화→연준 정책 역전이라는 시나리오가 이제 '최악의 꼬리 리스크'가 아닌 '고려해야 할 현실 시나리오'로 격상됐다는 신호다. 모건스탠리는 "금리 인상 공포는 과도하다"고 진화에 나서며 연내 두 차례 인하 전망을 유지했다. 인하 시점은 기존 6·9월에서 9·12월로 미뤘다. UBS도 연말 증시 상승 전망을 유지하며 "지정학적 사건을 시장 타이밍에 활용하려는 시도는 역사적으로 실패한다"고 강조했다. 그러나 이 낙관론이 설득력을 가지려면 한 가지 전제가 필요하다. 에너지 충격이 일시적이어야 한다는 것이다. 충격이 이란 너머로 번지고 있다 이날 시장을 결정적으로 무너뜨린 것은 이라크의 불가항력 선언이었다. 이것이 중요한 이유는 이라크가 이란이 아니기 때문이다. 전쟁의 직접 당사국이 아닌 이라크마저 호르무즈 봉쇄 여파로 수출길이 막혀 불가항력을 선언했다는 것은, 이번 충격이 이란·이스라엘 분쟁의 틀을 넘어 중동 전역의 에너지 공급망 붕괴로 확산되고 있다는 신호다. 쿠웨이트 정유소 드론 공격까지 더해지면서 사우디, UAE, 카타르에 대한 이란의 보복 위협이 공허한 말이 아닐 수 있다는 공포가 되살아났다. 베어드의 로스 메이필드 전략가는 "지상군 파병이 현실화한다면 최소 몇 주 더 고유가·고휘발유 장세가 이어질 것"이라며 "솔직히 말해 주식시장은 이런 규모의 이벤트를 충분히 반영할 만큼 하락하지 않았다"고 짚었다. S&P500이 최고점 대비 7.3% 하락에 그쳐 다른 지수보다 선방한 것도 거꾸로 말하면 추가 하락 여력이 남아 있다는 의미다. 80%의 종목이 하락하고, 방어주인 유틸리티마저 3.5% 내린 이날 장세는 투자자들이 더 이상 안전지대를 찾지 못하고 있다는 것을 보여준다. 금값의 이례적 폭락도 주목해야 한다. 전쟁과 인플레이션 환경에서 금은 통상 가장 강한 피난처다. 그런데 이번 주 금은 9.5% 급락해 2011년 이후 최악의 주간 성과를 냈다. 이는 채권 금리 급등과 밀접하게 연결된다. 국채 금리가 오르면 이자를 주지 않는 금의 기회비용이 커진다. 다시 말해, 시장은 지금 전쟁의 공포보다 인플레이션 재점화와 금리 정책 불확실성을 더 큰 위험 요인으로 재평가하고 있는 것이다. 다음 주 관전 포인트—PMI·소비자심리·연준 발언이 방향을 가른다 다음 주 시장의 시선은 세 곳에 집중된다. 첫째, 화요일에 발표되는 구매관리자지수(PMI)다. 이란 전쟁 발발 이후 처음 나오는 주요 기업경기 설문인 만큼, 에너지 충격이 실물경제 체감에 얼마나 빠르게 전이됐는지를 보여줄 첫 번째 정량 신호가 된다. 둘째, 금요일 소비자심리지수다. 휘발유가 갤런당 3.91달러, 경유가 5.16달러로 오른 현실이 소비자 지갑과 심리를 얼마나 옥죄고 있는지 확인할 수 있다. 셋째, 한 주 내내 예정된 연준 위원들의 발언이다. 금리 인상 확률이 하루 만에 24%포인트나 뛴 상황에서 당국자들이 시장의 공포를 달랠지, 아니면 경계 발언을 추가할지가 증시 방향을 결정할 변수다. UBS와 뱅크오브아메리카는 연말 증시 상승 전망을 고수하며 장기 투자자에게 "시장을 지키라"는 조언을 유지했다. 유럽은 에너지 수입에서 중동 의존도가 10%에 불과해 충격에 상대적으로 더 강하다는 평가가 나왔다. 반면 중동산 원유 의존도가 높은 아시아 경제권은 "가격 급등과 공급 부족이 동시에 덮치는 이중 충격"에 직면했다고 뱅크오브아메리카는 분석했다. 페덱스는 3분기 매출 개선과 전망 상향으로 강세를 보였고, 룰루레몬은 실적 호조 흐름을 이어갔다.

• [로컬 89_천안(3)] 밥심으로 올린 기억의 지붕⋯농기구 전시장에 깃든 양곡리 '어벤저스'의 협동 경제학

  마을의 '어벤저스', 낡은 쟁기의 집을 짓다 충남 천안시 동남구 북면 양곡리. 평소 고요하다 못해 적막하기까지 한 이 작은 마을이 지난 2026년 3월 14일과 15일, 양일간 생동감 넘치는 금속음과 활기찬 목소리로 가득 찼습니다. 잠자던 마을을 깨운 건 다름 아닌 '공동체'의 힘이었습니다. 마을 주민들의 쉼터이자 귀한 손님을 맞이하는 펜션 옆 빈터에, 우리 할아버지와 아버지가 쓰던 낡은 농기구들을 모아둘 '옛날 농기구 전시장'을 세우기 위해 마을의 '어벤저스'가 집결했기 때문입니다. 이름하여 양곡리 '어벤저스'. 이들은 평소에는 논밭에서 흙을 만지며 묵묵히 각자의 삶을 일구는 평범한 농부이자 이웃입니다. 하지만 마을 일에는 약속이라도 한 듯 낡은 작업복을 갖춰 입고 현장으로 모여듭니다. 이번 공사는 사라져가는 농촌의 유산을 지키기 위해 공터에 지붕을 올리고 전시 구조물을 세우는 대공사였습니다. 전문가를 불러도 족히 일주일은 걸릴 규모였지만, 양곡리 주민들에겐 불가능이란 없었습니다. 그 복잡한 공정의 중심에는 이장님의 리더십이 빛났습니다. 도면도 없이 머릿속에 설계도를 그린 듯, 이장님은 복잡한 작업 속에서도 누가 어디에서 무엇을 해야 할지를 정확히 짚어냈습니다. 주민들은 그 명쾌한 지시와 서로에 대한 깊은 신뢰를 바탕으로, 마치 정밀하게 설계된 기계의 톱니바퀴처럼 일사불란하게 움직이기 시작했습니다. 60평 지붕 아래 담긴 마을의 역사와 재능 기부 전시장이 들어설 부지의 지붕 면적은 약 60평(약 198㎡)에 달했습니다. 철골을 새로 세워 뼈대를 잡고, 그 위에 지붕재를 씌워 비바람으로부터 낡은 농기구들을 보호할 수 있는 튼튼한 집을 만드는 작업이 이어졌습니다. 게다가 전시물들을 돋보이게 할 전기 배선까지 새로 깔아야 하는 고난도의 공정이 병행되었습니다. 일반적인 공사 현장이라면 수천만 원의 견적서가 날아왔을 법한 일이지만, 이번 양곡리의 공사는 '최소 비용'으로 '최대의 가치'를 일궈냈습니다. 그 비결은 주민들의 '재능 기부'였습니다. 마을 안에 숨어있던 용접 전문가, 전기 기술자, 목수들이 제 일처럼 달려들었습니다. 자본의 논리나 시장의 가격표로는 도저히 설명할 수 없는, 오직 끈끈한 공동체만이 보여줄 수 있는 '협동 경제'의 살아있는 현장이었습니다. 열 명 남짓한 주민들이 쏟아낸 땀방울 덕분에, 60평의 지붕은 단 이틀 만에 웅장한 위용을 갖추고 농기구들을 맞이할 준비를 마쳤습니다. 기술자의 손발이 된 잡부, 그리고 부엌의 어벤저스 농막 생활을 하며 양곡리의 일원으로 살아가는 저 역시 이번 작업에 '잡부'라는 이름으로 동참했습니다. 전문 기술자들의 뒤편에서 무거운 자재를 나르고, 현장의 잔해를 부지런히 치우며, 그들이 필요로 하는 공구를 제때 건네주는 역할이었습니다. 기술자가 높은 곳에서 아찔한 불꽃을 튀기며 용접봉을 휘두를 때, 아래에서 지지대를 단단히 받쳐주는 잡부의 조력이 없다면 공정은 순식간에 멈추고 맙니다. 잡부는 단순히 보조자가 아니라 전체 공정의 흐름을 읽는 ‘현장의 윤활유’였습니다. 하지만 현장의 열기를 지탱해 준 또 다른 주인공들이 있었습니다. 바로 점심 식사를 준비해 준 마을 부녀회 회원들입니다. 밖에서 망치질 소리가 울려 퍼질 때, 부엌에서는 그에 못지않게 경쾌한 칼질 소리가 이어졌습니다. 부녀회 어머니들은 이른 아침부터 장을 봐오고, 솥뚜껑만 한 냄비에 정성을 가득 담아 국을 끓여냈습니다. 땀에 젖어 내려온 작업자들에게 내어준 갓 지은 밥과 김이 모락모락 나는 고기반찬, 그리고 직접 담근 아삭한 김치는 단순한 음식이 아니었습니다. 그것은 고된 노동을 위로하는 따뜻한 응원이었고, 멈췄던 기운을 솟게 하는 강력한 '밥심'이었습니다. "많이들 들어요, 힘 써야지!"라며 투박하게 건네는 말 한마디에 현장의 피로는 눈 녹듯 사라졌습니다. 지붕을 올린 것이 기술자의 손이었다면, 그 손에 힘을 불어넣은 것은 부녀회의 정성스러운 손맛이었습니다. 기억을 보관하는 공간, 미래를 비추는 등대 작업이 진행될수록 기술자와 잡부, 그리고 부녀회의 경계는 점차 희미해졌습니다. 서로가 서로의 안전을 살피고, 힘에 부쳐 숨을 몰아쉬는 이가 있으면 말없이 다가가 어깨를 내어주었습니다. 마지막 전등이 환하게 켜지고, 새롭게 단장된 지붕을 바라보는 주민들의 얼굴에는 피로감보다 깊은 자부심이 역력했습니다. 내 손으로 직접 세우고, 내 이웃이 지어준 밥으로 힘을 내어 만든 마을의 전시장. 이것은 단순한 건축 행위를 넘어, 농촌의 인구가 줄어들고 고령화가 진행되는 현실 속에서 '우리의 뿌리를 잊지 않겠다'는 강력한 의지의 표명이기도 했습니다. 이제 이곳은 단순히 낡은 도구를 모아둔 창고가 아니라, 세대와 세대를 잇고 마을의 자긍심을 일깨우는 교육의 장이자 화합의 상징이 될 것입니다. 양곡리가 가르쳐준 것들 양곡리에서의 뜨거웠던 이틀은 제게 묵직한 질문을 던집니다. "당신은 당신이 속한 공동체에서 어떤 역할을 하고 있는가?" 우리는 모두 각자의 삶이라는 현장에서 때로는 빛나는 기술자로, 때로는 묵묵히 뒤를 받치는 잡부로, 혹은 누군가를 위해 정성껏 밥을 짓는 이로 살아갑니다. 중요한 것은 그 역할에 매겨진 높낮이가 아닙니다. 우리가 하나의 목표를 향해 얼마나 진실하게 마음을 모으고, 얼마나 긴밀하게 연결되어 있느냐는 점입니다. 농기구 전시장이라는 '기억의 집'을 짓기 위해 모였던 양곡리 어벤저스의 협동심과 부녀회의 헌신은, 각자도생의 시대에 우리가 되찾아야 할 가장 소중한 가치가 무엇인지 똑똑히 보여주었습니다. 낡은 농기구에 쌓인 먼지를 털어내고 새 집을 마련해주었듯, 우리 마음속에 잠자고 있던 공동체의 가치도 다시금 빛을 발하길 소망합니다. 오늘 당신 곁에 있는 이웃에게 따뜻한 눈인사 한 번 건네보는 건 어떨까요? 그 작은 연결이 모여 우리 공동체를 지탱하는 가장 튼튼한 지붕이 될 것입니다.

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• [퓨처 Eyes(86)] 적외선을 가시광선으로⋯눈 감아도 보는 '초시력' 콘택트렌즈 개발

  눈을 감고도, 어둠 속에서도 볼 수 있는 공상 과학 영화에서나 나올 법한 '초능력'이 현실로 다가왔다. 중국 연구팀이 개발한 특수 콘택트렌즈를 끼면 맨눈으로 볼 수 없는 적외선 영역을 감지해, 마치 초능력처럼 어둠 속에서도 사물을 알아볼 수 있다. 이 렌즈는 따로 전원 장치나 부피 큰 장비 없이 작동하고, 투명해 일상생활에서도 불편 없이 사용할 수 있다는 점도 장점이다. 특히 눈을 감았을 때 적외선 투과율이 높아져 오히려 더 또렷하게 볼 수 있다는 점이 눈길을 끈다. 중국과학기술대학교의 톈쉐 교수(신경과학)가 이끄는 연구팀은 보이지 않는 적외선을 눈에 보이는 빛으로 바꾸는 획기적인 콘택트렌즈를 개발했다. 톈쉐 교수는 "우리 연구는 사람들에게 초시력을 주는 비침습 착용 기기의 가능성을 열어준다"며 "이 물질은 보안, 구조, 암호화 또는 위조 방지 환경에서 정보를 보내는 등 바로 쓸 수 있는 데가 많다"고 밝혔다. 이번 연구 결과는 2025년 5월 22일 국제학술지 '셀(Cell)'에 발표됐다. 나노기술, 보이지 않는 빛을 포착하다 사람이 볼 수 있는 빛의 파장은 400에서 700나노미터(nm, 1nm는 10억 분의 1미터)로, 전체 전자기 스펙트럼의 0.01%도 안 된다. 연구팀의 위첸 마 박사는 "적외선으로 존재하는 태양 복사 에너지의 절반 넘게 사람은 감지하지 못하고 있다"고 설명했다. 새와 벌, 순록, 쥐 등은 사람이 못 보는 자외선을 볼 수 있고, 일부 뱀이나 흡혈박쥐는 원적외선(열 방사선)을 감지해 사냥에 사용한다. 연구팀이 개발한 콘택트렌즈의 핵심 기술은 '상향변환 나노입자'다. 이 특수 제작 나노입자는 사람의 시각 범위를 바로 벗어난 800에서 1600nm 영역의 근적외선을 흡수한 뒤, 이를 우리 눈이 볼 수 있는 400에서 700nm 범위의 보이는 빛으로 바꿔준다. 앞선 연구에서 연구팀은 이 나노입자를 쥐의 망막 아래에 바로 넣어 근적외선 시력을 주는 데 성공했지만, 이 방식은 "사람이 쉽게 받아들이기 어려울 수 있다"는 한계가 있었다. 이번 연구에서는 나노입자를 표준 소프트 콘택트렌즈에 쓰는 부드럽고 독성 없는 중합체와 합쳐, 콘택트렌즈에 바로 심는 훨씬 덜 침습적인 방법을 썼다. 쥐·사람 실험으로 '적외선 시력' 확인 연구팀은 먼저 개발한 콘택트렌즈가 독성이 없음을 확인한 다음, 쥐와 사람을 대상으로 기능 실험을 했다. 렌즈를 낀 쥐는 적외선을 비추는 상자 대신 어두운 상자를 고르는 행동을 보였고, 적외선에 노출되자 동공이 줄어들었으며 뇌의 시각 처리 부분이 활성화하는 생리 신호도 나타났다. 이런 반응은 쥐가 적외선을 실제로 감지하고 있음을 시사한다. 사람 대상 실험에서도 좋은 결과가 나왔다. 참가자들은 적외선 콘택트렌즈를 끼자 깜빡이는 모스 부호 같은 적외선 신호를 정확히 알아채고, 적외선이 오는 방향을 알아볼 수 있었다. 톈쉐 교수는 "결과는 뚜렷하다. 콘택트렌즈 없이는 실험 참가자가 아무것도 볼 수 없었지만, 렌즈를 끼자 적외선의 깜빡임을 분명히 볼 수 있었다"고 힘주어 말했다. 톈쉐 교수는 이어 "실험 참가자가 눈을 감았을 때 이러한 깜빡이는 정보를 훨씬 더 잘 받는다는 사실도 알아냈다. 근적외선이 보이는 빛보다 눈꺼풀을 더 잘 뚫고 들어가서 보이는 빛에서 오는 간섭이 적기 때문"이라고 덧붙였다. 색깔로 구분하고 색맹도 돕는 '맞춤형 시각' 이 콘택트렌즈는 한 걸음 더 나아가 서로 다른 적외선 파장을 각기 다른 색깔의 보이는 빛으로 바꿔 사용자가 더 많은 세부 정보를 알아보게 한다. 예를 들어, 980nm의 적외선 파장은 파란색으로, 808nm는 녹색으로, 1532nm는 빨간색 빛으로 바뀐다. 이러한 색깔 넣기 기능은 적외선 스펙트럼 안의 세부 정보를 더 잘 파악하게 할 뿐 아니라, 특정 파장을 알아보지 못하는 색맹인 사람이 그 파장을 볼 수 있도록 돕는 데 응용할 수 있다. 톈쉐 교수는 "이 기술은 빨간색 가시광선을 녹색 가시광선과 비슷한 색으로 바꿔서 색맹인 사람에게 보이지 않는 것을 보이게 할 수 있다"고 설명했다. '초시력' 상용화 길, 감도 향상이 관건 다만 현재 나온 콘택트렌즈는 몇 가지 한계가 있다. 우선, 망막에 매우 가까이 있어서 빛이 바뀌는 과정에서 광입자가 흩어지면서 미세한 부분을 잡아내는 능력이 떨어진다. 이를 해결하려고 연구팀은 같은 나노입자 기술을 쓴 안경 형태 착용 시스템도 개발했는데, 이를 통해 참가자들은 더 높은 해상도의 적외선 정보를 알아볼 수 있었다. 또한 현재 렌즈는 LED 광원이 내보내는 비교적 강한 적외선만 감지할 수 있어서, 자연 상태의 약한 적외선이나 물체가 내뿜는 원적외선(열)을 감지하는 수준까지는 가지 못했다. 즉, 영화에서처럼 사람이나 동물의 체온을 감지하는 열 영상 시각 기능은 아직 없다. 연구팀은 앞으로 나노입자의 효율과 감도를 더욱 높여 주변의 약한 적외선 빛도 감지하도록 기술을 발전시킬 계획이다. 톈쉐 교수는 "재료 과학자들이 더 효율 높은 상향 변환 나노입자를 개발한다면 콘택트렌즈를 써서 주변 적외선을 보는 일이 가능해진다"며 "앞으로 재료 과학자와 광학 전문가와 힘을 합쳐 더욱 정밀한 공간 해상도와 더 높은 감도를 지닌 콘택트렌즈를 만들 수 있기를 바란다"고 밝혔다. 이처럼 적외선 감지 콘택트렌즈는 '초능력 시력'을 향한 인류의 꿈에 한 발짝 다가서는 동시에, 보안, 구조 활동에서 비밀 통신, 위조 막는 기술, 색맹 환자를 위한 시각 도움 등 여러 분야에 걸쳐 새로운 변화를 가져올 잠재력을 지녔다. 이 연구는 과학기술혁신 2030 주요 프로그램과 중국 국가중점연구개발계획 등의 지원으로 진행됐다.

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  • 퓨처 Eyes

  2025-05-29 16:45:19

• [퓨처 Eyes(85)] 꿈의 신소재 '슈퍼우드', 강철 10배 강도⋯건축 혁명 예고

  "쇠보다 강한 나무." 마치 공상 과학 영화에서나 나올 법한 이야기가 현실로 다가왔다. 미국의 한 연구실에서 평범한 나무를 강철보다 훨씬 강한 신소재로 탈바꿈시키는 놀라운 기술이 개발된 것이다. 메릴랜드에 위치한 생명 공학 스타트업인 인벤트우드(InventWood)는 수년 간의 연구 개발 끝에 '슈퍼우드(Superwood)'라는 혁신적인 목재를 세상에 선보이며 건축 산업의 판도를 뒤흔들 준비를 하고 있다. 이들이 개발한 슈퍼우드는 겉보기에는 일반 나무와 다를 바 없지만, 그 성능은 상상을 초월한다. 인벤트우드에 따르면, 슈퍼우드는 분자 수준의 변형을 통해 원래 나무보다 무려 12배나 더 강하고 10배나 더 단단한 강도를 자랑한다. 특히 주목할 점은 무게 대비 강도인데, 슈퍼우드는 강철보다 거의 10배나 더 뛰어난 성능을 보여준다. 가벼우면서도 튼튼한 건축 자재로서의 엄청난 잠재력을 보여주는 대목이다. 해당 내용은 과학 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링과 테크 크런치에 실렸다. 과학과 자연의 조화, 슈퍼우드 탄생 이 혁신적인 기술은 메릴랜드 대학교의 저명한 재료 과학자인 리앙빙 후(Liangbing Hu) 박사의 주도적인 연구에서 비롯됐다. 탄소 나노튜브 분야에서 혁혁한 공을 세웠던 그는 나무의 세포 구조를 정밀하게 제어하고 압축하는 독특한 방식을 통해 슈퍼우드를 개발하는 데 성공했다. 이 과정에서 나무가 가진 따뜻함, 질감, 가공성, 자연스러운 아름다움 등의 장점은 그대로 유지하면서도 강도, 내구성, 물을 막는 성질, 불에 견디는 성질, 해충에 견디는 성질 등 다양한 성능이 획기적으로 향상되었다. 인벤트우드의 알렉스 라우(Alex Lau) 최고경영자는 "슈퍼우드는 자연의 가장 고도로 진화된 구조와 혁명적인 과학 기술이 결합했을 때 무엇이 가능한지를 보여주는 사례"라며, 최근 확보한 1500만 달러(약 209억 4900만 원)의 시리즈 A 펀딩을 통해 슈퍼우드의 생산 규모를 확대할 계획이라고 밝혔다. 슈퍼우드의 잠재력에 대한 기대감은 전문가들 사이에서도 높다. 미국의 저명한 환경 운동가이자 기업가인 폴 호켄(Paul Hawken)은 슈퍼우드를 "자연 세계의 천재성을 칭송하는 놀라운 혁신"이라고 극찬하며, 전 세계 건축 산업의 미래를 만들어갈 소재가 될 것이라고 내다봤다. 인벤트우드는 이미 미국 에너지부, 국방부, 그랜섬 재단 등 주요 공공 및 민간 투자 기관으로부터 총 5000만 달러(약 698억 3000만 원)가 넘는 자금을 유치하며 기술력과 성장 가능성을 인정받았다. 이들은 확보한 자금을 바탕으로 첫 번째 상업 규모의 제조 공장을 건설하고, 주거 및 상업용 건축 시장을 겨냥한 슈퍼우드 생산에 박차를 가할 예정이다. 슈퍼우드 제조 과정과 뛰어난 성능 라우 최고경영자는 "슈퍼우드가 요구하는 엄격한 기준을 충족하기 위해 국내 생산을 우선시하고 있다"며, "올해 3분기부터 상업적 선적을 시작하여 숲에서 최종 제품에 이르기까지 모든 공정에서 타협 없는 품질을 제공하고 미국 제조업을 지원하는 데 집중할 것"이라고 강조했다. 인벤트우드는 슈퍼우드 생산을 통해 지역 경제 활성화는 물론, 해외 생산 때문에 발생하는 탄소 배출량과 물류 위험을 줄이는 데도 기여할 것으로 기대하고 있다. 북미 시장의 원활한 진출을 위해 최근에는 고성능 건축 자재 공급업체인 인텍추럴(Intectural)과 전략적 동반자 관계를 맺기도 했다. 인벤트우드는 슈퍼우드가 수입산 철강이나 알루미늄을 대체할 수 있는 지속 가능하고 현지 생산이 가능한 대안을 적극적으로 모색하고 있는 미국의 상황에 딱 맞는 해법이 될 것이라고 믿고 있다. 이들은 슈퍼우드가 아름다움, 강도, 디자인의 융통성을 모두 갖춘 친환경적인 고성능 건축 자재로서, 현대 건축의 중요한 요구 사항인 기후 변화에 대한 적응력과 경제성까지 충족시킬 수 있을 것으로 전망하고 있다. 강철을 넘어선 나무의 힘 슈퍼우드의 핵심 기술은 목재의 주성분인 셀룰로스와 리그닌 중 셀룰로스를 강화하는 데 있다. 라우 최고경영자는 "셀룰로스 나노크리스탈은 실제로 탄소 섬유보다 더 강하다"고 설명한다. 인벤트우드는 식품 산업에서 사용하는 안전한 화학 물질을 사용하여 목재의 분자 구조를 변형시킨 후, 압축 과정을 통해 셀룰로스 분자 사이의 수소 결합을 획기적으로 늘린다. 라우 최고경영자는 이 과정에 대해 "우리는 소재를 4배로 압축할 수 있다. 단순히 섬유가 4배 많아졌으니 4배 더 강해질 것이라고 생각할 수 있지만, 실제로 만들어지는 수많은 추가 결합 덕분에 약 10배나 더 강해진다"고 덧붙였다. 이러한 혁신적인 공정을 통해 탄생한 슈퍼우드는 인장 강도가 강철보다 50% 더 높으며, 무게 대비 강도는 무려 10배나 더 뛰어나다. 또한 클래스 A(Class A) 방화 등급을 받아 불에 매우 잘 견디며, 부패와 해충에도 뛰어난 저항력을 보인다. 여기에 특정 폴리머를 더하면 외부 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있어 건물 외벽, 데크, 지붕 등의 다양한 건축 자재로 활용될 수 있다. 인벤트우드의 초기 제품은 상업용 및 고급 주거용 건물의 외장재 시장을 겨냥할 예정이다. 건축 산업의 미래를 바꿀 혁신 압축 과정은 슈퍼우드의 색깔에도 독특한 변화를 가져온다. 라우 최고경영자는 "압축을 통해 색깔이 더욱 진해져 고급스러운 열대 경목과 같은 겉모습을 갖게 된다"고 설명한다. 실제로 인벤트우드가 공개한 슈퍼우드 견본품은 호두나무나 이페와 같은 고급 목재의 깊고 풍부한 색감을 그대로 보여준다. 놀라운 점은 이러한 아름다운 색깔이 어떠한 염색 과정 없이 자연적으로 만들어진 것이라는 사실이다. 인벤트우드의 궁극적인 목표는 나무 조각을 활용하여 어떤 크기로든 맞춤형 구조용 빔을 생산하는 것이다. 라우 최고경영자는 슈퍼우드 견본품을 들어 올리며 "우리의 I형 빔이 이렇게 생겼다고 상상해 보라. 호두나무나 이페처럼 아름다운 자연색 그대로이며, 어떠한 착색도 하지 않았다"고 말했다. 이는 슈퍼우드가 단순한 외장재를 넘어 건축물의 뼈대를 이루는 핵심 구조재로까지 활용될 수 있음을 시사한다. 강철보다 강하고, 불에도 잘 타지 않으며, 아름다운 겉모습까지 갖춘 슈퍼우드의 등장은 건축 산업에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 지속 가능한 친환경 건축에 대한 요구가 높아지는 가운데, 슈퍼우드는 환경 보호와 성능 향상이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 매력적인 대안이 될 수 있을 것이다. 인벤트우드가 곧 대량 생산 체제를 갖추게 되면, 우리는 머지않아 슈퍼우드로 지어진 건물들을 전 세계 곳곳에서 만나볼 수 있을지도 모른다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-05-22 13:03:33

• [퓨처 Eyes(84)] 양자 순간이동·통신망 현실화⋯미래 인터넷 혁명 '성큼'

  공상과학 영화의 단골 소재였던 '양자 순간이동'과 이를 바탕으로 한 '양자 통신망'이 현실로 다가오고 있다. 최근 미국 연구진들이 양자 입자를 기존 상용 통신망을 통해 장거리 전송하는 데 성공하고, 실제 캠퍼스 사이 양자 통신망을 구축하는 등 눈에 띄는 성과를 잇따라 발표하며 차세대 정보통신 혁명의 시작을 알리고 있다. 이들 연구는 미래 통신 보안을 크게 높이고, 상상하기 어려웠던 초고성능 컴퓨터 활용과 자료 전송을 가능하게 할 양자 통신망 시대로 가는 중요한 길잡이가 될 것으로 기대를 모은다. '양자 얽힘'으로 29km 전송…공용망 순간이동 시대 열다 먼저, 미국 노스웨스턴 대학교 맥코믹 공과대학 연구팀은 2024년 12월 과학 학술지 '옵티카(Optica)'에 약 18마일(약 29km)에 이르는 공용 인터넷 기반 시설을 통해 양자 입자를 순간이동시키는 데 성공했다고 발표했다. 이는 30년에 걸친 연구의 결실이며, 양자 순간이동이 실험실 수준을 넘어 실제 사용 중인 인터넷 자료 채널을 통해 이뤄진 첫 사례라는 점에서 큰 의미가 있다. 양자 순간이동의 핵심 원리는 '양자 얽힘'이다. 1930년대 알베르트 아인슈타인이 처음 그 개념을 제시한 양자 얽힘은 멀리 떨어진 두 입자가 마치 보이지 않는 끈으로 연결된 것처럼 서로 작용하는 아원자 세계의 기이한 현상이다. 한 입자의 양자 상태(위치, 방향 등)가 결정되면, 아무리 멀리 떨어져 있어도 다른 쪽 얽힌 입자의 상태가 즉시 똑같이 결정된다. 이때 정보가 전송되는 순간, 원본 입자는 사라지고 다른 곳에 완벽한 물리적 복제품이 생긴다. 이 원리를 큰 규모로 넓히면 상품이나 사람까지도 순간이동시킬 수 있다는 이론적 바탕이 된다. 1997년 첫 양자 순간이동 실험 성공 뒤 여러 연구가 진행됐지만, 양자 정보는 매우 취약해 외부 파형이나 자기장 등 미세한 흔들림에도 신호가 쉽게 약해지거나 '결어긋남(decoherence)' 현상으로 양자적 특성을 잃는 한계가 있었다. 이 때문에 이전까지 성공 사례는 대부분 독립된 전용 광섬유 채널을 통해서만 이뤄졌다. 연구팀은 "기존 통신망은 수많은 자료가 오가는 혼잡한 고속도로와 같아, 약한 양자 신호가 그 속에서 결맞음을 유지하며 전송되기는 거의 불가능하다고 여겼다"고 설명했다. 노스웨스턴 연구팀은 이 어려운 문제를 해결하려고 빛이 물질을 통과할 때 생기는 '빛 흩어짐' 현상을 제어하는 독창적인 방법을 생각해냈다. 특정 조건을 설정해 광자(빛의 입자)를 쏘아, 신호가 움직이는 길을 최소화하고 외부 간섭을 줄이는 데 성공했다. 이 방법으로 연구팀은 최대 400기가비트에 이르는 일반 인터넷 통행량 속에서도 양자 입자의 결맞음을 유지하며 정보를 전송할 수 있음을 증명했다. 이 성과는 양자 자료를 전송하려고 값비싼 전용 기반 시설을 새로 만들 필요 없이 기존 통신망을 활용할 수 있다는 가능성을 보여, 양자 통신망 상용화의 가장 큰 걸림돌 하나를 해결했다는 평가다. 단일 광자·칩 기술로 캠퍼스 연결…'RoQNET' 통신망 구축 다음으로, 미국 로체스터 대학교와 로체스터 공과대학교(RIT) 공동 연구팀은 최근 두 캠퍼스를 잇는 약 11마일(약 17.7km) 거리의 실험용 양자 통신망 'RoQNET(Rochester Quantum Network)'을 성공적으로 구축하고, 그 결과를 국제 학술지 '옵티카 퀀텀(Optica Quantum)'에 발표했다. 이 통신망은 보통 온도에서 빛 알갱이 하나하나를 이용해 광섬유 선을 따라 정보를 보내는 방식으로 구현했다. 양자 통신은 정보를 양자 비트, 곧 '큐비트(qubit)'에 담아 보낸다. 큐비트는 한번 보면 상태가 바뀌는 양자적 특성 때문에 다른 사람이 중간에 정보를 가로채려 하면 바로 드러난다. 따라서 이론적으로 복제나 도청이 불가능한, 궁극의 보안 통신을 이룰 수 있다. 큐비트는 원자, 초전도체, 다이아몬드 결함 등 여러 방식으로 만들 수 있지만, 먼 거리 통신에는 빛의 입자인 광자가 가장 알맞은 수단으로 꼽힌다. RoQNET 사업의 핵심 기술은 빛 알갱이 집적 회로(PICs)다. 연구팀은 고비선형 결정과 광섬유 배열 장치를 합친 빛 알갱이 칩을 개발해, 여기서 만든 '가시광선-통신 파장대역 얽힘 빛 알갱이 쌍'을 질화규소와 실리콘 바탕 빛 알갱이 집적 회로로 처리해 양자 정보를 보낸다. 가시광선 빛 알갱이는 작은 단일 광자 눈사태 다이오드(SPAD)로 효율 높게 찾아낼 수 있고, 통신 파장대역 빛 알갱이는 기존 광섬유에서 손실이 적어 먼 거리 전송에 유리하다. 로체스터 대학교의 니컬러스 바미바카스 교수는 "RoQNET은 통신을 보호하고 분산 컴퓨터 활용과 영상화에 대한 새로운 길을 열 양자 통신망을 만드는 흥미로운 단계"라며 "특히 양자 빛 생성과 고체 바탕 양자 기억 매듭(노드)을 위해 집적 양자 빛 알갱이 칩을 쓴다는 점에서 다른 실험용 양자 통신망과 다르다"고 강조했다. 현재 광섬유를 이용한 양자 통신 연구는 부피가 크고 값비싼 초전도 나노선 단일 광자 검출기(SNSPD)에 기대는 때가 많지만, 연구팀은 이러한 장벽을 넘어서려고 기술 개발에도 힘쓰고 있다. RIT의 스테판 프레블 교수는 "빛 알갱이는 빛의 속도로 움직이며 넓은 파장 범위를 통해 여러 종류 큐비트와 통신할 수 있다"면서 "RoQNET은 분산 양자 얽힘을 구현하기 위한 중요한 시험대"라고 밝혔다. 연구팀은 앞으로 RoQNET을 브룩헤이븐 국립 연구소, 스토니브룩 대학교, 공군 연구소, 뉴욕 대학교 등 뉴욕주 안 다른 연구 시설과 잇는 것을 목표로 한다. 궁극의 보안과 초고속 연산…양자 인터넷이 가져올 미래 이들 연구 성과는 '양자 통신망'이라는 궁극 목표를 향한 중요한 진일보로 평가된다. 양자 통신망이 이루어진다면, 현재 우리가 쓰는 인터넷과 견주어 그 성능과 가능성은 "일반 인터넷과 옛날 봉화의 차이만큼이나 클 것"이라고 전문가들은 내다본다. 양자 통신망은 우리가 아직 생각조차 하지 못하는 강력한 응용 프로그램을 가능하게 할 것으로 기대된다. 대표적으로 풀 수 없는 수준의 매우 강력한 암호 기술, 기하급수적으로 더 빠르고 정확하게 배우는 인공지능(AI), 그리고 현재 기술로는 분석이 불가능한 온 세상 날씨 변화나 복잡한 금융 체계 등을 정확하게 모형으로 만들고 내다보는 수단 등을 마련해 줄 것으로 보인다. 기존 통신망 활용 기대…상용화 향한 중요 이정표 오늘날 인터넷이 널리 흩어진 매듭(노드)과 전송 체계(공중파, 바닷속 케이블, 광섬유 등)로 정보를 주고받듯이, 양자 통신망 역시 비슷한 연결망 구조를 갖출 것이다. 지난날에는 양자 정보를 기존 자료 기반 시설과 함께 보내기가 불가능하다고 여겼지만, 노스웨스턴 대학 연구는 이 문제 해결의 실마리를 마련했다. 덕분에 양자 통신망 시대로 나아가기 위해 완전히 새로운 전선, 탑, 노드 체계를 만드는 데 드는 막대한 비용과 시간을 아낄 수 있게 됐다. 두 연구팀 성과는 저마다 다른 길을 따르지만, 궁극으로는 양자 정보를 더 안정적이고 효율적으로 보내 실용적인 양자 연결망과 양자 통신망을 만들려는 공동 목표를 향한다. 공상과학 영화 속에서나 가능했던 순간이동과 초지능형 연결망이 차츰 현실의 문을 두드리고 있다. 이러한 현실화는 단순한 기술 발전을 넘어, 인류의 소통 방식과 정보 처리 능력에 근본적인 변화를 가져올 '미래 통신망을 향한 거대한 도약'으로 기록될 전망이다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-05-15 10:15:12

• [퓨처 Eyes(83)] 초강력 자기장 별 '마그네타', 금 등 무거운 원소 새 기원으로 떠올라

  우리가 일상에서 사용하는 금이나 은, 백금 같은 귀금속은 과연 어디서 왔을까? 과학자들은 오랫동안 이 무거운 원소들이 우주의 장구한 역사 속, 아주 특별하고 강력한 사건을 통해 생겨났을 것이라고 추측해왔다. 최근까지 유력한 후보는 '중성자별'이라는 매우 무겁고 단단한 천체 두 개가 충돌하며 일으키는 거대한 폭발이었다. 그런데 최근, 과학자들이 금과 같은 무거운 원소를 만드는 또 다른 '공장' 후보를 발견했다는 연구 결과가 나왔다. 바로 '마그네타'라는 초강력 자기장을 가진 특별한 중성자별이 일으키는 거대한 우주 폭발이다. 무거운 원소 기원의 오랜 의문 138억 년 전 빅뱅으로 우주가 처음 탄생했을 때는 수소, 헬륨 같은 가벼운 원소들만 존재했다. 이후 별 내부 핵융합으로 탄소, 산소, 철 등 좀 더 무거운 원소가 생겨났다. 별이 수명을 다하고 폭발(초신성 폭발)할 때 이 원소들은 우주 공간으로 퍼져나가 새로운 별과 행성을 만드는 재료가 되었다. 그러나 금, 은, 백금, 우라늄처럼 철보다 훨씬 무거운 원소들은 일반적인 별의 핵융합이나 초신성 폭발만으로는 만들어지기 어렵다. 이들을 만들기 위해서는 훨씬 더 극한의 환경과 특별한 과정이 필요하다. 과학자들은 이 과정을 'r-과정(rapid neutron capture process)'이라고 부른다. 원자핵이 짧은 시간에 중성자를 빠르게 흡수하며 무거운 원소로 변신하는 과정이다. 이 r-과정이 정확히 우주 어디서 일어나는지가 오랜 숙제였다. 2017년, 천문학계는 큰 발견을 했다. 지구에서 약 1억 3000만 광년 떨어진 곳에서 두 개의 중성자별이 충돌하는 장면을 포착한 것이다. 중성자별은 태양보다 훨씬 무거운 별이 최후를 맞이할 때 남는 핵으로, 각설탕 한 조각 크기가 수억 톤에 달할 정도로 밀도가 높다. 이 두 개의 중성자별이 충돌하면서 시공간이 휘어지는 중력파와 함께 엄청난 빛과 에너지가 뿜어져 나왔다. 과학자들은 이 현상을 '킬로노바'라고 부른다. 이 킬로노바 현상 분석 결과, 금, 백금, 납 등 다양한 무거운 원소가 r-과정으로 대량 생성됨을 처음 확인했다. 마치 우주에 있는 거대한 '금 공장'과 같았다. 이 발견으로 중성자별 충돌은 무거운 원소의 주요 기원 중 하나로 확실하게 자리 잡았다. 그러나 킬로노바만으로는 모든 설명이 부족했다. 컬럼비아 대학교의 천문학자 아닐러드 파텔 박사는 "중성자별 합병은 우리 은하의 역사에서 비교적 후기에 발생하는 현상"이라고 지적한다. 우주 초기에 존재했던 무거운 원소까지 설명하기는 어려웠다. 과학자들은 r-과정이 일어날 수 있는 또 다른 장소를 찾아야 했다. 특별한 중성자별 '마그네타' 주목 새로운 연구는 바로 이 지점에서 출발한다. 연구팀이 주목한 것은 '마그네타'다. 마그네타는 중성자별 중에서도 지구 자기장의 수조 배에 이르는 초강력 자기장을 가진 특별한 천체다. 과학자들은 마그네타가 어떻게 형성되는지 정확히 밝히려고 노력 중이며, 우주 탄생 후 약 2억 년 안에 첫 별들과 함께 등장했을 것으로 추정한다. 마그네타는 때때로 표면에서 거대한 폭발을 일으키는데, 이를 '거대 플레어(giant flare)'라고 부른다. 이는 마치 지구에서 지진이 일어나듯, 중성자별 표면 아래의 움직임 때문에 지각에 쌓인 스트레스가 터져 나오며 발생하는 '별 지진(starquake)'과 비슷하다. 이 거대 플레어는 태양이 100만 년 동안 방출하는 것보다 더 많은 에너지를 단 몇 초 만에 쏟아낼 정도로 강력하며, 별 표면의 물질들을 고속으로 우주 공간에 내뿜는다. 연구팀은 2004년 12월, 인근 마그네타에서 관측된 거대 플레어 데이터에 주목했다. 당시 이 폭발 자체도 엄청났지만, 더 흥미로운 것은 폭발이 있고 약 10분 뒤 감지된 정체불명 희미한 '잔광(afterglow)' 신호에 있었다. 이 잔광 신호의 정체는 20년간 미스터리였다. '잔광' 신호에서 찾은 결정적 단서 컬럼비아 대학교와 플랫아이언 연구소의 브라이언 메츠거 교수 등 연구진은 마그네타의 거대 플레어가 r-과정을 통해 무거운 원소를 만들 수 있다는 이론 모델을 개발했다. 이 모델은 플레어로 분출된 뜨겁고 중성자가 풍부한 물질 속에서 r-과정이 일어나 금 같은 무거운 원소가 생성되며, 이 과정에서 특정 감마선이 나올 것으로 예측했다. 루이지애나 주립대학교의 에릭 번스 교수는 과거 데이터를 뒤져 2004년 마그네타 플레어의 잔광 신호를 찾아냈다. 놀랍게도 이 잔광 감마선 신호의 특징이 연구팀 이론 모델 예측과 거의 완벽히 일치했다. 마그네타 거대 폭발이 r-과정으로 무거운 원소를 생성했다는 강력한 증거가 될 수 있다. 나사의 인테그랄(INTEGRAL), 레시(RHESSI), 윈드(Wind) 위성 등 과거 임무 데이터들이 이 발견을 뒷받침했다. 파텔 박사는 "우리 중 누구도 20년 동안 데이터가 그냥 거기에 있었을 것이라고는, 그리고 우리의 이론 예측이 그렇게 완벽하게 일치할 것이라고는 상상하지 못했다"며 "우리 휴대폰이나 노트북 속 부품 일부가 우리 은하 역사 속 이런 극한의 폭발에서 만들어졌다고 생각하니 매우 흥미롭다"고 밝혔다. 새로운 가능성, 신중론 그리고 미래 이 연구 결과는 r-과정이 중성자별 충돌뿐 아니라 마그네타 거대 플레어 같은 다른 환경에서도 일어날 수 있음을 보여준다. 연구에 참여하지 않은 오클라호마 대학교의 존 카원 교수는 "r-과정이 다른 천체물리 현장에도 존재한다는 좋은 증거"라고 평가했다. 또한, 마그네타는 중성자별 충돌에 비해 우리 은하 내에서 더 가까이 발생할 수 있어, 앞으로 무거운 원소 생성 과정을 더 자세히 연구할 기회를 제공할 수 있다. 인디애나 대학교 블루밍턴의 찰스 호로위츠 박사는 "다음 마그네타 거대 플레어에서는 개별 원소를 직접 검출할 수도 있다는 점이 가장 흥미로운 가능성"이라고 기대감을 나타냈다. 그러나 아직 단정하기는 이르다는 신중론도 있다. 2017년 중성자별 충돌에서 방출된 엑스선 발견을 이끌었던 로마 대학교의 엘레오노라 트로야 박사는 이번 마그네타 플레어 증거가 "2017년에 수집된 증거와는 비교할 수 없다"고 지적했다. 그는 마그네타가 만드는 금 생산은 "가능한 설명 중 하나일 뿐이며, 마그네타는 복잡한 천체라 금 대신 다른 가벼운 금속을 만들 수도 있다"고 덧붙였다. 따라서 "금의 새로운 원천을 발견했다기보다는, 생산을 위한 대안 경로를 제안한 것으로 봐야 한다"고 강조했다. 연구팀은 마그네타 거대 플레어가 우리 은하에 있는 철보다 무거운 원소의 약 10% 정도를 설명할 수 있을 것으로 추정한다. 여전히 나머지 90%의 무거운 원소를 만드는 다른 과정이나 장소가 필요하다는 뜻이다. 빠르게 회전하는 중성자별을 탄생시키는 특별한 종류의 초신성 등 다른 후보들도 떠오른다. 파텔 박사는 "이번 발견은 우리를 올바른 그림에 더 가깝게 이끌지만, 다른 가능한 r-과정 장소와 결합해야 한다"고 말했다. 2027년 발사 예정인 나사의 새로운 감마선 망원경 COSI(콤프턴 분광계 및 영상장치)는 앞으로 마그네타 거대 플레어를 직접 관측하고 생성되는 원소를 식별하여 이 수수께끼를 푸는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모은다. 우리가 날마다 사용하는 일상 생활 속 금속들이 사실은 수십억 년 전, 상상조차 할 수 없는 우주의 격렬한 사건 속에서 태어났다는 사실이 경이롭다. 과학자들의 끈질긴 탐구를 통해 우리는 우주와 우리 자신의 기원을 조금씩 더 깊이 이해하게 될 것이다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-05-08 13:02:31

• [퓨처 Eyes(82)] 뇌 학습의 새로운 비밀⋯시냅스별 다른 규칙 따른다

  우리는 새로운 것을 어떻게 배울까? 최신 유행하는 K-팝 가사와 안무, 새로운 직장에서의 업무, SNS에서 핫한 카페나 레스토랑 가는 길 같은 정보는 어떻게 뇌에 인코딩될까? 이에 대한 넓은 의미의 답은 뇌가 새로운 정보를 수용하기 위해 적응 과정을 거친다는 것이다. 새로운 행동을 따르거나 새로 도입된 정보를 기억하기 위해 뇌의 회로는 변화한다. 이러한 변화는 수조 개의 시냅스, 즉 뉴런들이 서로 신호를 주고받는 연결 지점에서 세심하게 조율된 과정을 통해 일어난다. 새로운 정보는 특정 시냅스를 강화하는 반면 다른 시냅스는 약화시키는데, 이를 시냅스 가소성이라고 불리며 학습과 기억의 핵심 기전으로 여겨진다. 시냅스 가소성에는 시냅스가 강해지는 장기 강화(LTP, Long-Term Potentiation)와 약해지는 장기 억제(LTD, Long-Term Depression)가 대표적이다. 미국 UC샌디에이고대학 연구팀이 뇌가 새로운 정보를 학습할 때 신경세포(뉴런)의 연결 지점인 시냅스(synapse)가 기존 학설과 달리 위치에 따라 다양한 규칙을 적용하며 변화한다는 사실을 과학적으로 규명했다고 사이테크 데일리가 최근 보도했다. 미국 국립보건원(NIH)과 미국 국립과학재단(NSF) 등의 지원을 받은 이 연구는 뇌 학습 및 기억의 핵심 기전인 시냅스 가소성(synaptic plasticity)에 대한 이해를 근본적으로 변화시키는 발견이다. 차세대 인공지능(AI) 시스템 개발과 알츠하이머병 등 다양한 뇌 질환 치료 연구에 중요한 통찰을 제공할 전망이다. 과거 신경과학계는 뇌의 한 영역 또는 한 뉴런 안에서 시냅스 변화가 동일한 규칙에 따라 일어난다고 생각했다. 즉, 뉴런 전체가 같은 방식으로 정보를 저장하고 처리한다고 여겨졌다. 하지만 실제 뇌가 복잡한 정보를 매우 효율적으로 학습하고 기억하는 과정에서 어떤 시냅스가 변화해야 하는지, 어떤 규칙이 적용되는지에 대한 세부 원리는 명확하지 않았다. 특히 개별 시냅스가 전체 행동이나 결과에 대해 어떻게 '책임'을 배분받고 변화하는지 설명하기 어렵다는 난제인 '크레딧 할당 문제(credit assignment problem)'가 남아있었다. UC 샌디에이고 연구팀, 생쥐 뇌의 뉴런·시냅스 실시간 추적 UC샌디에이고 신경생물학자 윌리엄 '제이크' 라이트(William 'Jake' Wright), 네이선 헤드릭(Nathan Hedrick), 코미야마 타카키(Takaki Komiyama) 박사 연구팀은 국립보건원과 국립과학재단, 글로벌 브레인 시범상 사이먼스 협력, 에릭 및 웬디 슈미트 과학 분야 AI 펠로우십 등의 주요 재정 지원을 받아 수년간 이 연구를 수행했다. 연구 결과는 4월 17일 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 연구팀은 생쥐(mouse)를 실험 모델로 사용했다. 생쥐는 인간과 유사한 뇌 구조와 학습 능력을 가지고 있어 뇌과학 연구에 널리 활용된다. 연구팀은 2광자 현미경이라는 첨단 이미징 기술을 이용해 살아있는 생쥐의 뇌 속 개별 뉴런과 시냅스의 변화를 실시간으로 관찰했다. 이 기술은 뇌 깊숙한 곳까지 고해상도로 이미지를 얻을 수 있어 기존의 한계를 극복할 수 있었다. 연구 과정에서 생쥐에게 새로운 행동 과제(예: 특정 신호에 반응해 레버를 누르기 등)를 학습시키는 동안, 뇌의 특정 영역(대뇌 피질)에서 뉴런의 가지돌기(덴드라이트, dendrite)와 그 위의 시냅스(돌기, spine)를 실시간으로 추적했다. 시냅스의 크기, 모양, 신호 강도 변화 등을 시간에 따라 정밀하게 측정했다. 시냅스에서 획기적인 핵심 발견 이전에는 불가능했던 수준으로 개별 시냅스를 시각화한 결과, 뉴런이 학습 과정 중 기존 생각에서 가정했던 것처럼 하나의 규칙 세트만 따르지 않는다는 사실이 드러났다. 데이터는 개별 뉴런이 여러 규칙을 따르며, 특히 가지돌기의 서로 다른 구역에 위치한 시냅스가 서로 다른 학습 규칙(장기 강화 또는 장기 억제 등)에 따라 변화함을 보여줬다. 이는 뉴런 하나가 여러 '연산 모듈'을 병렬로 갖는다는 의미다. 뇌는 수많은 시냅스가 각자 '지역 정보'만 가지고 변화하지만, 전체적으로는 복잡한 행동을 학습한다. 연구팀은 뉴런이 서로 다른 규칙을 동시에 적용함으로써, 각 시냅스가 자신의 역할(크레딧)을 효율적으로 배분받아 변화할 수 있음을 확인하며 신경과학계의 난제였던 '크레딧 할당 문제'에 대한 새로운 해법을 제시했다. 연구진은 시냅스가 실제로 변화하는 순간, 그 주변 환경(자극의 종류, 시간, 위치 등)을 모두 기록하며 시냅스 변화의 '규칙성'과 '다양성'을 동시에 입증할 수 있었다. 뇌 학습 연구의 파급 효과와 의미 연구 책임 저자인 코미야마 타카키 교수는 "이번 연구는 뇌가 학습 과정에서 복잡한 신호를 어떻게 효율적으로 처리하는지, 그리고 그 과정에서 각 시냅스가 어떤 역할을 하는지를 근본적으로 새롭게 이해하게 해준다"며 "앞으로 뇌 질환 치료와 인공지능 발전에 큰 영향을 미칠 것으로 기대한다"고 강조했다. 그는 신경생물학 및 신경과학 부서의 교수이며, 할르지오글루 데이터 과학 연구소와 카블리 뇌-마음 연구소에서도 재직 중이다. 이번 발견은 인공지능과 뇌와 유사한 신경망 개발에 중요한 시사점을 던진다. 현재의 인공 신경망(딥러닝 등)은 보통 모든 노드(뉴런)가 동일한 학습 규칙을 따르지만, 이 연구 결과는 하나의 인공 뉴런에 여러 학습 규칙을 적용하는 새로운 설계 방식이 가능함을 시사한다. 이는 더 유연하고 효율적인 인공지능(AI), 즉 인간 뇌와 유사한 '적응형' 인공지능 개발로 이어질 전망이다. 건강 및 행동 측면에서 이번 발견은 중독, 외상 후 스트레스 장애(PTSD), 알츠하이머병은 물론 자폐증 등 다양한 신경 발달 장애 치료에 새로운 접근 방식을 제시할 수 있다. 알츠하이머병 등 다양한 뇌 질환은 시냅스 가소성의 이상과 밀접한 관련이 있는데, 이번 연구는 질환별로 영향을 받는 시냅스 규칙이 다를 수 있음을 시사하며, 특정 시냅스 영역만을 타겟으로 하는 맞춤형 치료법 개발에 새로운 길을 제시한다. 연구의 제1 저자인 라이트 박사는 "시냅스 가소성은 일반적으로 뇌 내에서 균일하다고 여겨졌지만, 우리 연구는 학습 중 시냅스가 어떻게 수정되는지 더 명확히 이해하게 해주고, 많은 뇌 질환이 어떤 형태의 시냅스 기능 장애를 포함하고 있기 때문에 건강에 잠재적으로 중요한 영향을 미칠 수 있다"고 덧붙였다. 그는 "이번 연구는 뇌가 정상적으로 작동하는 방식을 이해하는 잠재적 기초를 마련하며, 이는 다양한 질병에서 무엇이 잘못되는지를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다. 뉴련 관련 향후 연구 방향과 전망 이 새로운 발견은 이제 연구자들을 뉴런이 왜, 어떻게 여러 규칙을 동시에 사용할 수 있는지, 여러 규칙 사용이 에너지 효율성이나 정보 저장 용량 극대화 등 어떤 이점을 주는지, 그리고 질환별 시냅스 규칙 차이는 무엇인지 등 근본 원리에 대한 심층 후속 연구로 이끌고 있다. 이 연구는 뇌가 학습할 때 '한 개의 뉴런=하나의 규칙'이라는 기존 통념을 깨고, '한개의 뉴런=여러 규칙 병행'이라는 새로운 패러다임을 제시했다. 이는 뇌과학, 의학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적 영감을 주는 발견으로, 앞으로 관련 연구와 기술 발전에 중요한 이정표가 될 것이다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-05-01 10:53:01

• [퓨처 Eyes(81)] 물 분해 숨겨진 비용 규명⋯효율적인 수소 생산 청신호

  우리가 매일 사용하는 에너지, 그 뒤에는 지구를 뜨겁게 달구는 화석 연료의 그림자가 드리워져 있다. 멈추지 않는 지구 온난화의 시계 앞에서, 과학자들은 물에서 무한한 에너지를 얻는 꿈, 바로 '수소 에너지'에 주목해왔다. 마치 마법처럼 물을 분해해 깨끗한 연료를 얻는 기술, 하지만 오랫동안 이 꿈은 풀리지 않는 숙제처럼 에너지 낭비라는 숨겨진 비용에 발목이 잡혀 있다. 그런데 최근 한 대학 연구실에서 이 답답한 문제의 실마리를 찾아냈다. 물 분자 속에 숨겨진 놀라운 비밀, 그리고 더 깨끗한 미래를 향한 희망의 빛을 따라가 볼까? 지속 가능한 에너지 해결책에 대한 전 세계적인 염원이 뜨거운 가운데, 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 나누는 '물 분해' 기술은 오랫동안 유망한 대안으로 손꼽아 왔다. 하지만 이론적으로 예상했던 것보다 실제 물 분해 과정에서 훨씬 더 많은 에너지가 필요하다는 점이 과학자들의 오랜 고민이었다. 그런데 최근 미국 노스웨스턴 대학교 화학자들이 물 분해의 에너지 효율 저하의 원인을 분자 수준에서 밝혀내 과학계의 주목을 받고 있다. 연구팀은 산소 원자를 내노기 직전의 아주 짧은 순간에 물 분자가 예상치 못한 '뒤집힘'이라는 특별한 행동을 하며, 이 움직임 때문에 에너지 효율이 떨어진다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 이 연구 결과는 권위 있는 과학 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 실렸다. 에너지 효율을 갉아 먹는 주범 연구를 이끈 프란츠 가이거 교수는 물 분해 반응 중 산소를 만드는 과정이 마치 닫힌 자물쇠를 여는 것처럼 매우 까다롭다고 설명한다. 그는 이론적으로 1.23볼트의 에너지면 충분해야 하지만, 실제로는 1.5~1.6볼트나 더 많은 에너지가 필요하다고 지적하며, "물을 뒤집는 데 필요한 에너지가 바로 이 추가 에너지의 주요 원인"이라고 강조했다. 마치 보이지 않는 손이 에너지 효율을 붙잡고 있는 듯한 상황이었던 셈이다. 물 분자는 전기를 띤 작은 자석과 같다. 음(-)전하를 띤 전극 쪽으로 양(+)전하를 띤 수소 원자를 향하려는 성질이 있다. 하지만 이렇게 되면 물 분자의 산소 원자에서 전극으로 전자가 이동하는 길이 꽉 막혀 버린다. 연구팀은 아주 강력한 전기장이 걸리는 순간, 물 분자가 순식간에 회전하며 산소 원자가 전극 표면을 향하게 된다는 것을 알아냈다. 마치 굳게 닫혀 있던 문이 활짝 열리듯, 수소 원자가 비켜서면서 전자가 자유롭게 이동할 수 있게 되는 것이다. pH 농도 조절로 효율 높이기 연구팀은 이 신기한 물 분자의 '회전' 운동에 얼마나 많은 에너지가 숨어 있는지 정밀하게 측정했다. 그 결과는 놀라웠다. 물 분자가 액체 상태를 유지하도록 서로 끌어 당기는 에너지와 거의 같은 양이었던 것이다. 하지만 희소식도 있다. 물의 pH 농도를 높이면 이 회전에 필요한 에너지를 놀랍게도 줄일 수 있다는 사실을 발견한 것이다. pH 농도가 낮을 때는 물 분자를 올바르게 회전시키는 데 더 많은 힘이 필요했지만 pH 농도가 높아질수록 물 분해 과정이 훨씬 더 수월하게 진행됐다. 가이거 교수는 "pH9 이하에서는 전기가 거의 흐르지 않는다"며, 물 분자는 여전히 회전하지만, 그 과정에 너무 많은 에너지가 소모되어 전기화학 반응 자체가 멈춰버린다고 설명했다. 수소 경제와 우주 탐사에 밝은 전망 이번 연구는 오랫동안 과학자들을 괴롭혔던 물 분해의 숨겨진 에너지 비용 문제를 명쾌하게 해결했을 뿐만 아니라, 더 효율적인 물 분해 기술 개발의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다. 연구팀은 물 분자가 마치 숙련된 곡예사처럼 더 쉽고 빠르게 회전하도록 돕는 새로운 촉매를 설계한다면, 물 분해 기술을 우리의 삶에 더욱 가깝고 경제적인 방식으로 가져올 수 있을 것으로 기대하고 있다. 가이거 교수는 "우리의 궁극적인 목표는 지구를 병들게 하는 화석 연료에서 벗어나 깨끗한 에너지, 즉 수소 에너지를 주 에너지원으로 사용하는 '수소 경제' 사회를 건설하는 것"이라며, "태양 빛을 이용해 물을 분해하는 꿈은 더 이상 먼 미래의 이야기가 아닐지도 모른다"고 강조했다. 태양광 에너지를 활용하면 물 분해에 필요한 전기 에너지를 획기적으로 줄여 연료 생산 비용을 낮출 수 있기 때문이다. 또한, 이번 연구는 촉매 표면의 디자인을 물 분자 회전에 최적화하는 것이 마치 꽉 막힌 도로를 시원하게 뚫는 것처럼 전자 이동을 원활하게 시작하는 데 매우 중요하다는 점을 시사한다. 또한, 이 연구 결과는 미래에 있을 화성 탐사에서도 우주비행사들이 숨 쉴 공기와 깨끗한 에너지원을 확보하는 데 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 이번 연구에는 라이덴 스피먼, 에즈라 J. 마커 외에도 아르곤 국립 연구소의 알렉스 마틴슨과 퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소의 메이비스 보아마, 제이콥 쿠퍼버그, 마크 엥겔하르트, 야통 자오, 케빈 로소 등 여러 연구자가 공동으로 참여했다. 가이거 교수는 "이제 물 분자 회전이 금속 전극뿐만 아니라 반도체 전극에서도 일어난다는 것을 알게 되었다"며, "이는 우리가 처음 생각했던 것보다 훨씬 더 흔한 현상일 수 있다. 앞으로 물 분자 회전이 가장 쉽게 일어나는 최적의 조건을 찾아 최적화할 계획"이라고 밝혔다. 연구팀은 앞으로 니켈, 적철석과 같이 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 물질을 활용하여 더욱 효율적인 물 분해 기술을 개발하기 위한 연구를 꾸준히 이어갈 예정이다. 이 작은 물 분자의 숨겨진 움직임 속에서 과학자들은 인류의 미래를 바꿀 거대한 가능성을 발견했다. 수십 년간 풀리지 않던 에너지 효율의 비밀을 밝혀낸 끈기와 노력은, 깨끗한 에너지로 가득한 세상을 향한 밝은 희망을 쏘아 올리고 있다. 마치 지구라는 푸른 별을 넘어 더 넓은 우주로 나아가는 꿈처럼, 효율적인 물 분해 기술은 지속 가능한 미래를 향한 우리의 여정에 든든한 동반자가 되어줄 것이다. 묵묵히 연구에 매진하는 과학자들의 열정과 끊임없는 탐구 정신이 만들어낼 더 놀라운 발견들을 기대하며, 우리 모두 깨끗한 에너지로 빛나는 미래를 함께 만들어갈 수 있기를 바란다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-04-24 13:32:49

• [퓨처 Eyes(80)] 뇌 속 '디지털 쌍둥이' 탄생⋯AI 모델, 뇌 연구 혁명 예고

  눈을 감고 뇌 속을 탐험하는 상상을 해보자. 복잡하게 얽힌 신경망 속에서 수많은 정보들이 빛의 속도로 오간다. 인간은 오랫동안 이 미지의 세계를 이해하기 위해 노력해왔다. 그리고 마침내, 과학자들이 인공지능(AI)이라는 강력한 도구를 이용하여 뇌의 비밀을 풀 실마리를 찾아냈다. 마치 영화 속 한 장면처럼, 쥐의 뇌를 똑같이 복제한 가상 세계, 즉 '디지털 트윈'이 현실로 나타난 것이다. 최근 스탠퍼드 의과대학 연구진과 공동 연구팀은 AI 모델을 활용해 쥐 뇌의 시각 정보를 처리하는 특정 부위를 완벽하게 복제하는 데 성공하며 뇌 연구의 새로운 장을 열었다. 이 놀라운 디지털 쌍둥이는 실제 쥐들이 영화를 볼 때 뇌의 시각 피질에서 발생하는 방대한 양의 활동 데이터를 학습했다. 그 결과, 새로운 영상이나 사진이 주어졌을 때 수만 개에 달하는 뇌세포, 즉 뉴런들이 어떻게 반응할지 정확하게 예측할 수 있게 되었다. 이처럼 뇌의 작동 방식을 그대로 옮겨놓은 디지털 트윈은 과학자들이 뇌의 복잡한 내부 구조와 기능을 훨씬 쉽고 효율적으로 연구할 수 있도록 돕는다. 이번 연구의 핵심 인물이자 스탠퍼드 의과대학 안과 교수인 안드레아스 톨리아스 박사는 "만약 우리가 뇌의 모델을 아주 정확하게 만들 수 있다면, 이는 우리가 훨씬 더 많은 실험을 할 수 있다는 의미가 된다"고 설명했다. 그는 이어 "가장 유망한 결과를 보이는 실험들을 실제 뇌에서 다시 한번 확인해볼 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 이 연구 결과는 지난 4월 9일, 세계적인 과학 학술지 '네이처'에 발표되어 큰 주목을 받았다. 이번 연구의 주 저자는 베일러 의과대학의 의대생인 에릭 왕 박사다. 디지털 트윈, 뇌 연구의 새로운 가능성을 열다 지금까지 개발된 시각 피질 AI 모델들은 학습 데이터에서 보았던 특정 종류의 자극에 대해서만 뇌의 반응을 흉내 낼 수 있었다. 하지만 이번에 새롭게 개발된 모델은 이전 모델들과는 확연히 다르다. 이 모델은 다양한 종류의 새로운 시각 정보에 대해서도 뇌가 어떻게 반응할지를 예측할 수 있다. 심지어 각 뉴런의 미세한 해부학적 특징까지도 알아낼 수 있다는 점이 놀랍다. 톨리아스 박사는 "결국에는 인간 뇌의 적어도 일부분이라도 디지털 트윈으로 만들 수 있을 것이라고 믿는다"며 이번 연구의 잠재력을 강조했다. 이 새로운 모델은 '파운데이션 모델'이라는 비교적 새로운 종류의 AI 모델에 속한다. 파운데이션 모델은 엄청난 양의 데이터를 학습한 후, 습득한 지식을 새로운 작업이나 새로운 형태의 데이터에 적용할 수 있는 능력을 갖춘 모델을 말한다. 연구자들은 이러한 능력을 '훈련 분포 외부로 일반화'라고 표현한다. 우리에게 친숙한 예로는 챗GPT를 들 수 있다. 챗GPT는 방대한 텍스트 데이터를 학습하여 새로운 텍스트를 이해하고 생성하는 능력을 보여준다. 톨리아스 박사는 "여러 면에서 지능의 핵심은 강력하게 일반화하는 능력이다"라며, "궁극적인 목표, 즉 우리가 도달해야 할 성배는 바로 학습한 데이터의 범위를 넘어서는 상황에서도 일반화할 수 있는 능력을 갖추는 것"이라고 강조했다. 쥐의 뇌를 학습한 AI 모델, 비결은 '액션 영화' 새로운 AI 모델을 훈련시키기 위해 연구팀은 먼저 실제 쥐들이 영화를 시청하는 동안 뇌 활동을 기록했다. 흥미롭게도 쥐들에게 보여준 영화는 사람들이 보는 일반적인 영화였다. 연구팀은 이 영화들이 쥐가 실제 자연 환경에서 볼 수 있는 장면들과 최대한 비슷할 것이라고 생각했다. 톨리아스 박사는 "쥐에게 현실적인 영화를 보여주는 것은 매우 어렵다. 왜냐하면 쥐를 위한 할리우드 영화를 만드는 사람은 아무도 없기 때문이다"라고 말했다. 하지만 액션 영화가 그나마 쥐들이 볼 만한 움직임을 많이 담고 있어 선택되었다. 쥐는 사람의 주변 시야와 비슷한 저해상도 시력을 가지고 있어, 세부적인 모습이나 색깔보다는 주로 움직임을 감지한다. 톨리아스 박사는 "쥐는 움직임을 좋아하고, 움직임은 쥐의 시각 시스템을 매우 강하게 활성화시킨다. 그래서 우리는 액션이 많은 영화를 쥐들에게 보여주었다"고 설명했다. 연구팀은 짧은 시간 동안 여러 번의 영화 시청 실험을 진행하며, 총 8마리의 쥐가 '매드맥스'와 같은 액션 영화의 짧은 장면들을 시청하는 동안 900분 이상에 걸쳐 뇌 활동을 기록했다. 이 과정에서 카메라를 이용하여 쥐들의 눈 움직임과 행동 변화를 꼼꼼하게 관찰했다. 연구팀은 이렇게 모아진 방대한 데이터를 이용하여 핵심 AI 모델을 훈련시켰고, 이 모델에 약간의 추가 학습을 시키는 방식으로 각 개별 쥐의 특성을 반영하는 맞춤형 '디지털 트윈'을 만들 수 있었다. 정확한 예측 넘어 뇌 구조까지 파악 이렇게 만들어진 디지털 트윈들은 실제 쥐들이 새로운 영상이나 정지 이미지를 보았을 때 나타내는 신경 활동을 매우 흡사하게 흉내 낼 수 있었다. 톨리아스 박사는 이처럼 디지털 트윈이 성공적으로 작동할 수 있었던 가장 큰 이유는 바로 방대한 양의 학습 데이터 덕분이라고 말했다. 그는 "그들은 엄청나게 많은 데이터 세트로 훈련되었기 때문에 예측 정확도가 매우 인상적이었다"고 강조했다. 비록 신경 활동 데이터만을 이용하여 훈련되었지만, 이 새로운 모델들은 다른 종류의 데이터에도 적용될 수 있는 뛰어난 능력을 보여주었다. 특히 한 마리의 특정 쥐의 디지털 트윈은 시각 피질에 있는 수천 개의 뉴런들의 해부학적 위치와 세포 종류는 물론, 이들 뉴런 사이의 연결망까지 정확하게 예측해냈다. 연구팀은 이러한 예측 결과가 실제 쥐의 시각 피질을 초고해상도 전자현미경으로 촬영한 이미지와 얼마나 일치하는지 비교하여 검증했다. 이 전자현미경 이미지는 쥐의 시각 피질 구조와 기능을 전례 없는 수준으로 자세하게 매핑하는 대규모 프로젝트의 일부였다. 'MICrONS' 프로젝트로 알려진 이 연구 결과 역시 '네이처'에 동시에 발표되었다. 뇌 연구의 '블랙박스'를 열고 미래를 보다 디지털 트윈은 실제 쥐의 수명을 훨씬 뛰어넘어 존재하며 작동할 수 있기 때문에, 과학자들은 사실상 동일한 동물에 대해 횟수 제한 없이 무한에 가까운 실험을 수행할 수 있다. 기존에는 몇 년이 걸렸을 실험을 단 몇 시간 만에 완료할 수 있으며, 수백만 건의 실험을 동시에 진행하는 것도 가능해져 뇌가 정보를 어떻게 처리하고 지능이 작동하는 원리에 대한 연구 속도를 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대된다. 톨리아스 박사는 "우리는 말하자면 뇌라는 '블랙박스'를 열어 개별 뉴런 또는 뉴런 집단 수준에서 뇌가 어떻게 정보를 부호화하고 함께 작동하는지 이해하려고 노력하고 있다"고 말했다. 실제로 이 새로운 모델들은 이미 새로운 통찰력을 제공하고 있다. '네이처'에 동시에 발표된 또 다른 관련 연구에서 연구자들은 디지털 트윈을 이용하여 시각 피질의 뉴런들이 서로 연결을 형성할 때 어떤 기준으로 다른 뉴런들을 선택하는지 밝혀냈다. 과학자들은 이전부터 비슷한 기능을 하는 뉴런들이 마치 사람들이 친구를 사귀는 것처럼 서로 연결되는 경향이 있다는 것을 알고 있었다. 디지털 트윈 연구를 통해 어떤 유사성이 가장 중요한 역할을 하는지가 새롭게 밝혀졌다. 뉴런들은 시각 공간의 같은 영역에 반응하는 뉴런들보다, 예를 들어 파란색과 같은 동일한 시각적 자극에 반응하는 뉴런들과 더 잘 연결되는 것을 선호한다는 사실이 밝혀진 것이다. 톨리아스 박사는 "이는 마치 사람이 어디에 사는지보다 무엇을 좋아하는지를 기준으로 친구를 선택하는 것과 같다"며, "우리는 뇌가 어떻게 조직되는지에 대한 훨씬 더 정확한 규칙을 배우게 되었다"고 말했다. 연구팀은 앞으로 자신들의 모델링 기술을 다른 뇌 영역과 더 나아가 인지 능력이 더 발달한 영장류를 포함한 다른 동물들에게까지 확장할 계획이다. 톨리아스 박사의 말처럼, 인간의 복잡한 생각과 감정, 그리고 행동을 만들어내는 미지의 영역, 뇌. 이번 연구는 그 심연을 향해 내딛은 용감한 발걸음이다. 작은 쥐의 뇌에서 시작된 디지털 트윈 기술이 언젠가 인간의 뇌를 완벽하게 이해하고, 나아가 알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 난치병으로 고통받는 수많은 사람들에게 희망의 빛을 선사하는 날이 오기를 기대해본다. AI가 그려낼 뇌 연구의 눈부신 미래는 이미 우리 눈앞에 성큼 다가와 있는지도 모른다. 이번 연구에는 괴팅겐 대학교와 앨런 뇌 과학 연구소의 연구진도 참여했다. 이번 연구는 인텔리전스 고급 연구 프로젝트 활동(Intelligence Advanced Research Projects Activity), 국립 과학 재단 뉴로넥스 보조금(National Science Foundation NeuroNex grant), 국립 정신 건강 연구소(National Institute of Mental Health), 국립 신경 질환 및 뇌졸중 연구소(National Institute of Neurological Disorders and Stroke, 보조금 번호 U19MH114830), 국립 눈 연구소(National Eye Institute, 보조금 번호 R01 EY026927 및 시각 연구 핵심 보조금 T32-EY-002520-37), 유럽 연구위원회(European Research Council) 및 독일 연구 재단(Deutsche Forschungsgemeinschaft)의 지원을 받았다. 스탠퍼드 메디슨에 대하여 스탠퍼드 메디슨은 스탠퍼드 의과대학과 성인 및 소아 의료 서비스 시스템으로 이루어진 통합 학술 의료 시스템이다. 이들은 협력 연구, 교육 및 환자 진료를 통해 생물의학의 모든 잠재력을 활용하고 있다. 더 자세한 정보는 med.stanford.edu에서 확인할 수 있다.

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  • 퓨처 Eyes

  2025-04-17 15:30:10

• [퓨처 Eyes(79)] 꿈의 양자 컴퓨터 현실로 성큼⋯안정성과 혁신 향상 기대

  미래를 혁신할 핵심 기술로 주목받는 양자 컴퓨터는 뛰어난 잠재력에도 불구하고 극도로 민감한 특성 때문에 '믿을 수 없는' 존재로 여겨져 왔다. 하지만 최근 과학계에서는 이러한 한계를 극복하고 꿈의 양자 컴퓨터를 현실로 만들기 위한 획기적인 연구 결과들이 잇따라 발표되고 있다. 주변 환경의 미세한 방해에도 안정적인 연산을 가능하게 하는 '마법 입자'에 대한 연구와, 기존 물리학의 상식을 뛰어넘는 특이한 성질을 가진 새로운 물질을 합성한 연구는 양자 컴퓨터 상용화의 길을 더욱 밝히고 있다. 불안정이라는 꼬리표를 떼고, 인류의 난제를 해결할 열쇠가 될 양자 컴퓨터. 그 꿈을 현실로 성큼 다가서게 만든 두 가지 혁신적인 연구 결과를 따라가 보자. 기존의 컴퓨터는 0과 1, 두 가지 상태만으로 정보를 처리하는 반면, 양자 컴퓨터는 큐비트라는 특별한 단위를 사용한다. 큐비트는 0과 1은 물론, 0과 1이 동시에 존재하는 '중첩'이라는 신비한 상태를 가질 수 있어 기존 컴퓨터로는 풀기 어려웠던 복잡한 문제들을 훨씬 빠르게 해결할 것으로 기대된다. 하지만 큐비트는 주변의 아주 작은 소리나 빛, 온도 변화에도 쉽게 영향을 받아 그 상태가 깨져버리는, 마치 모래성 같은 존재다. 과학자들은 오랫동안 이 불안정성을 극복하고 안정적인 양자 컴퓨터를 만드는 방법을 찾아왔다. 마요라나 입자, 양자 안정성의 새로운 희망 최근 옥스퍼드 대학교, 델프트 공과대학교, 아인트호벤 공과대학교 연구팀과 퀀텀 머신즈 등 국제 공동 연구팀은 '마요라나 영 모드(Majorana zero modes, MZM)'라는 특별한 입자를 이용하여 양자 컴퓨터의 안정성을 획기적으로 높일 수 있는 방법을 찾아냈다. 마요라나 영 모드는 주변 환경의 방해에도 강하게 저항하는 특이한 준입자로, 마치 옷감처럼 튼튼하게 얽혀 있어 외부의 간섭에도 쉽게 그 상태가 변하지 않아 이론적으로 오랫동안 안정적인 양자 정보를 저장하고 처리하는 데 매우 적합한 후보로 여겨져 왔다. 하지만 실제로 이 입자를 안정적으로 구현하는 것은 매우 어려운 과제였다. 연구팀은 양자점과 초전도 물질을 연결하여 만든 '3-사이트 기타예프 사슬'이라는 특별한 구조를 아주 정밀하게 설계했다. 이 특별한 사슬 구조는 마요라나 영 모드들을 마치 안전한 방에 격리시키듯, 서로 멀리 떨어뜨려 외부의 불안정한 요소로부터 보호하는 역할을 한다. 이 구조 안에서 마요라나 영 모드들이 서로 멀리 떨어져 안정적으로 존재할 수 있는 최적의 지점, 즉 '스위트 스폿'을 찾아낸 것이다. 이렇게 분리된 마요라나 영 모드들은 원치 않는 상호 작용을 줄이고 외부 노이즈에 대한 저항력을 크게 높여준다. 해당 연구 결과는 학술지 네이처 나노테크놀로지에 게재됐다. 연구를 이끈 옥스퍼드 대학교 재료학과의 그레그 매주어 박사는 "이번 연구 결과는 기타예프 사슬을 확장하는 것이 마요라나 안정성을 유지할 뿐만 아니라 향상시킨다는 것을 증명하는 중요한 진전"이라며, "옥스퍼드에 새로 설립한 연구 그룹을 통해 이 연구를 더욱 발전시켜 더욱 확장 가능한 양자점 플랫폼을 만드는 데 집중할 것"이라고 밝혔다. 앞으로 연구팀은 이 사슬을 더 길게 늘려 마요라나 영 모드들이 외부 환경으로부터 더욱 완벽하게 격리되어 안정성이 기하급수적으로 높아질 것으로 기대하고 있다. 이는 실용적인 양자 컴퓨터 개발에 중요한 발걸음이다. 새로운 물질의 탄생, 양자 기술의 혁신을 이끌다 한편, 러트거스 대학교 연구팀이 주도하는 국제 연구팀은 최근 기존의 양자 물리학으로는 이해하기 어려웠던 두 가지 특별한 물질을 결합하여 새로운 인공 구조를 만드는 데 성공했다. 마치 샌드위치처럼 얇게 쌓아 올린 이 구조는 미래 양자 컴퓨터의 핵심 재료가 될 수 있을 것으로 주목받고 있다. 연구팀이 결합한 두 가지 물질은 각각 독특한 성질을 가지고 있어 오랫동안 '불가능한 물질'로 여겨져 왔다. 하나는 원자력 발전소에서 방사성 물질을 가두는 데 사용되는 다이스프로슘 티타네이트로, 자연계에서 찾기 어렵다는 '자기 홀극(자기 단극)'이라는 특별한 입자를 붙잡아 둘 수 있는 성질을 가지고 있다. 마치 물 분자처럼 특별한 배열을 가진 이 물질은 내부에 작은 자석들이 갇혀 있어, 특정 조건에서 마치 N극만 있거나 S극만 있는 자석처럼 행동하는 자기 홀극을 만들어낼 수 있다. N극과 S극이 항상 함께 있는 일반적인 자석과 달리, 자기 홀극은 N극 또는 S극 중 하나만 가진 자석과 같은 입자다. 노벨상 수상자인 폴 디랙이 1931년에 그 존재를 예측했지만, 우주에서는 아직 발견되지 않았다. 다른 하나는 파이로클로어 이리데이트라는 새로운 자기 반금속으로, 독특한 전자적, 위상적, 자기적 특성 때문에 주로 실험 연구에 사용된다. 이 물질 안에는 빛처럼 빠르게 움직이고 회전 방향도 다른 '바일 페르미온(Weyl Fermions)'이라는 아주 작은 입자가 들어있다. 이 입자들은 마치 빛과 같은 속도로 움직이며, 전자의 흐름을 제어하는 데 매우 유용하여 미래의 초고속 전자 소자나 양자 컴퓨터의 재료로 주목받고 있다. 1929년 헤르만 바일에 의해 예측된 이 입자는 2015년에 처음으로 결정 형태로 발견되었으며, 전기를 매우 잘 통하게 하고 자기장이나 전자기장에 특별하게 반응하는 성질을 가지고 있어 전자 장치의 재료로 사용될 때 매우 안정적이다. 러트거스 대학교 물리학 및 천문학과의 자크 차칼리안 교수는 "이번 연구는 이전에는 불가능했던 방식으로 완전히 새로운 인공 2차원 양자 물질을 설계하는 새로운 방법을 제시하며, 양자 기술을 발전시키고 그 기본 속성에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 잠재력을 가지고 있다"고 말했다. 연구팀은 'Q-DiP'라는 새로운 장비를 직접 제작하여 이 두 가지 '불가능한' 물질을 원자 수준에서 정밀하게 쌓아 올리는 데 성공했다. 이 새로운 물질은 양자 컴퓨터는 물론, 차세대 양자 센서와 같은 첨단 기술에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 미래를 바꿀 양자 기술, 우리의 삶에 미칠 영향 지금까지 우리는 양자 컴퓨터라는 꿈을 향한 두 갈래의 획기적인 발걸음을 지켜보았다. 한 연구는 양자 컴퓨터의 안정성을 높이는 데 초점을 맞추었고, 다른 연구는 혁신적인 특성을 가진 새로운 물질을 제시했다. 극미의 세계에서 펼쳐지는 과학자들의 끊임없는 탐구는, 한때 공상과학 소설 속 이야기로만 여겨졌던 양자 컴퓨터를 현실의 문턱 앞으로 데려왔다. 양자컴퓨팅 기술이 상용화되면 신약 개발과 의학 연구에 혁신을 일으키고, 금융 , 물류, 제조 분야 등에서 비용을 획기적으로 절감해 일상 생활에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 과학자들은 양자기술이 머신러닝 알고리즘에도 혁신을 일으켜 인공지능(AI) 시스템을 더욱 강력하게 만들 것으로 기대하고 있다. 불안정성을 극복하려는 노력과 상상조차 어려웠던 새로운 물질의 탄생은, 앞으로 우리가 경험하게 될 미래 컴퓨팅의 혁신을 예고하는 듯하다. 어쩌면 가까운 미래에는 지금은 상상할 수조차 없는 놀라운 능력으로 인류의 숙제를 해결하는 양자 컴퓨터가 우리 곁에 함께하게 될지도 모른다. 우리가 상상하는 미래는 과연 어떤 모습일까? 과학의 발걸음이 멈추지 않는 한, 꿈은 현실이 될 날을 기다리고 있다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-04-10 13:08:43

• [퓨처 Eyes(78)] 중국, '칩 혁명' 쏘아 올릴 레이저 개발⋯ASML 독주 시대 '흔들'

  손톱보다 작은 반도체 칩, 그 안에는 세상을 움직이는 빛이 새겨져 있다. 바로 극자외선(DUV) 레이저 광선이다. 현재 이 빛을 다루는 기술은 네덜란드의 거대 기업 ASML이 굳건히 움켜쥐고 있다. 그러나 최근, ASML의 아성에 도전하는 한줄기 빛이 포착됐다. 중국과학원(CAS)의 연구자들이 기존과는 전혀 다른 방식으로, 차세대 반도체 생산의 판도를 뒤흔들 '꿈의 레이저' 개발에 성공한 것이다. 국제광공학회(SPIE)는 지난 3월 22일, CAS 연구진이 실험실 환경에서 반도체 포토리소그래피에 사용되는 193nm 파장의 빛을 방출하는 고체 심자외선(DUV) 레이저를 개발했다고 발표했다. 이는 기존의 가스 기반 엑시머 레이저 방식과는 완전히 다른 접근 방식으로 더욱 주목받고 있다. 심자외선 레이저는 매우 짧은 파장에서 고에너지 빛을 방출하며, 반도체 제조, 고해상도 분광법, 정밀 소재 개공과 양자 기술 분야에서 중요한 역할을 한다. 기존의 엑시머 또는 가스 방전 레이저와 비교하면 DUV 레이저는 응집성이 더 낮고 더 낮은 전력 소비를 제공해 더 작고 효율적인 시스템을 구축할 수 있다. 만약 이 새로운 극자외선 레이저 광원 기술이 실제 대량 생산에 적용될 수 있다면, 이는 곧 첨단 공정 기술을 활용한 차세대 반도체 칩 생산 장비 개발의 가능성을 열어젖히는 혁신적인 성과로 평가받을 수 있다. 하지만 고체 레이저의 성능을 대규모 생산에 필요한 수준으로 끌어올릴 수 있을지는 아직 미지수다. 기존 DUV 레이저 기술의 한계 현재 ASML, 캐논, 니콘 등 주요 반도체 장비 기업들은 193nm 파장의 DUV 레이저를 만들기 위해 주로 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저를 사용한다. 이 방식은 아르곤과 플루오린 가스를 혼합한 챔버에 고전압 전기 펄스를 가해 불안정한 ArF 분자를 만들고, 이 분자가 다시 안정화되면서 193nm 파장의 빛을 방출하는 원리를 이용한다. 이 레이저는 짧고 강한 에너지 펄스 형태로 최대 100~120W의 출력을 내며, 최신 액침 DUV 장비의 경우 초당 8000~9000번(8~9kHz)의 빠른 속도로 빛을 쏜다. 이 빛은 복잡한 광학 시스템을 거쳐 반도체 웨이퍼에 회로 패턴이 담긴 마스크를 통과하며 미세한 회로를 새기는 데 사용된다. 중국과학원의 새로운 해법 '고체 레이저' 하지만 CAS 연구팀은 이러한 기존 방식 대신 완전히 새로운 고체 방식을 택했다. 이들은 자체 제작한 이터븀(Yb)이 첨가된 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 결정 증폭기를 이용해 1030nm 파장의 레이저 빔을 먼저 만든다. 이 빔을 두 갈래로 나눈 뒤, 각각 다른 광학 과정을 거쳐 최종적으로 193nm 파장의 빛을 얻는 방식이다. 첫 번째 경로에서는 1030nm 빔을 비선형 광학 과정인 4차 조화파 발생(FHG)을 통해 원래 파장의 1/4인 258nm 빔으로 변환시킨다. 이 과정에서 약 1.2W의 출력이 발생한다. 두 번째 경로에서는 나머지 1030nm 빔을 광학 파라메트릭 증폭기에 넣어 1553nm 파장의 빔을 만들고, 이 빔은 약 700mW의 출력을 갖는다. 최종적으로 이 두 개의 빔, 즉 258nm와 1553nm 파장의 빔을 직렬로 연결된 리튬 삼붕산염(LBO) 결정에 통과시켜 평균 전력 70mW, 6kHz의 주파수, 그리고 880MHz보다 좁은 선폭을 가진 193nm 파장의 결맞는 빛을 얻게 된다. CAS 측은 이 테스트 시스템의 스펙트럼 순도가 현재 상용 시스템과 견줄 만한 수준이라고 밝혔다. CAS 시스템이 만들어낸 193nm 파장의 빛은 고체 레이저 방식으로 얻어진 것으로, 평균 전력은 70mW, 주파수는 6kHz, 선폭은 880MHz 미만이다. 이는 ASML의 ArF 엑시머 기반 생산 시스템이 제공하는 100~120W 출력, 9kHz 주파수와 비교하면 아직 성능 면에서 크게 뒤처지는 수준이다. 과학기술 전문매체 톰스 하드웨어는 "ASML의 제품보다 훨씬 낮은 성능"이라고 지적했다. 그럼에도 불구하고 이번 CAS의 성과는 매우 중요한 의미를 갖는다. 기존의 가스 기반 방식이 아닌 고체 방식으로 193nm 파장의 레이저를 만들었다는 점 자체가 혁신적인 시도이기 때문이다. 특히 CAS 연구팀은 여기서 한발 더 나아가 1553nm 빔에 나선형 위상판을 적용하여 궤도 각운동량을 갖는 소용돌이 빔을 생성하는 데 성공했다. 사이테크 데일리는 이를 두고 "최초로 고체 레이저에서 193nm 소용돌이 빔이 생성된 것"이라고 강조하며, "이러한 빔은 하이브리드 ArF 엑시머 레이저의 시딩에 유망하며 웨이퍼 처리, 결함 검사, 양자 통신 및 광학 미세 조작에 중요한 응용 분야를 가질 수 있다"라고 보도했다. 소용돌이 빔은 빛이 진행하면서 회전하는 독특한 형태를 띠는데, 이는 물질을 아주 정밀하게 제어하거나 정보를 담아 전달하는 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 첨단 기술이다. 특히 양자 기술 분야에서는 소용돌이 빔이 양자 통신이나 양자 컴퓨팅의 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 미래 반도체 기술의 판도 바꿀까 비록 현재 CAS 시스템의 출력은 상업용 반도체 생산에 필요한 수준에 크게 못 미치지만, 이번 연구는 고체 레이저 기반의 새로운 DUV 광원 개발 가능성을 열었다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 높은 처리량과 안정적인 공정이 필수적인 반도체 제조 분야에서 CAS의 기술이 상용화되기까지는 앞으로 여러 세대의 추가적인 개발이 필요할 것으로 예상된다. 사이테크 데일리는 "이 혁신적인 레이저 시스템은 반도체 리소그래피의 효율성과 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 첨단 제조 기술을 위한 새로운 길을 열어준다. 193nm 소용돌이 빔을 생성하는 능력은 해당 분야에서 더 큰 발전을 이끌어 전자 장치 생산 방식을 혁신할 가능성이 있다"라고 전망했다. 이번 연구를 이끈 쉬안훙원 박사를 비롯한 중국과학원 연구팀의 작은 빛줄기가 미래 반도체 산업의 거대한 지각 변동을 일으킬 수 있을지, ASML이 굳건히 지켜온 빛의 성채에 균열을 낼 수 있을지 귀추가 주목된다. ◇ 참고 문헌: 『광학 파라메트릭 증폭기를 이용한 소형 협대역 선폭 고체 193nm 펄스 레이저 광원 및 그 소용돌이 빔 생성』 저자: 장지타오, 헝샤오보, 왕준우, 천성, 왕샤오지에, 퉁천, 리정, 쉬안훙원, 2025년 3월 9일, 어드밴스드 포토닉스 넥서스. DOI: 10.1117/1.APN.4.2.026011

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-04-03 13:20:52

• [퓨처 Eyes(77)] 지구 자전=무한 동력?⋯멈추지 않는 에너지의 비밀

  지구가 팽이처럼 끊임없이 회전하는 힘, 그 속에 숨겨진 무한한 에너지를 인류가 사용할 수 있을까? 최근 미국의 과학자들이 지구 자기장과 특별한 물질의 '마법' 같은 만남을 통해 극미량이지만 전기를 생성하는 데 성공하며 오랫동안 잊혀졌던 아이디어를 다시금 뜨거운 논쟁의 중심으로 불러왔다. 과연 지구 자전 에너지는 미래를 밝힐 새로운 희망이 될 수 있을까? 미국 프린스턴 대학교의 크리스토퍼 치바를 비롯해 CIT의 제트추진연구소, 스펙트럴 센서 솔루션스(Spectral Sensor Solutions)의 물리학자 3명이 지구 자전 에너지로부터 전기를 생산할 수 있다는 혁신적인 아이디어를 제시하며 과학계의 이목을 집중시키고 있다고 사이언티픽 아메리칸, PHYS.org, 인터레스팅 엔지니어링 등 과학 전문 매체들이 최근 잇따라 보도했다. 이들은 지구 자기장과 특별한 장치의 상호작용을 통해 극미량이지만 실제로 전기가 생성되는 것을 실험적으로 확인하며 오랜 논쟁에 새로운 불씨를 지폈다. 과학 전문 학술지 '피지컬 리뷰 리서치'에 발표된 이 연구 결과는 지구라는 거대한 발전기의 잠재력을 엿볼 수 있게 해준다. 사실 지구의 회전 에너지를 활용하려는 시도는 과거에도 있었지만, 대부분 이론적인 가능성에 머물렀다. 기존의 과학적 이해로는 지구 자기장 내에서 움직이는 도체가 전기를 발생시키더라도 곧바로 전자의 재배열로 인해 전압이 상쇄되어 실제 에너지로 이어질 수 없다는 것이 일반적인 견해였다. 하지만 이번 연구팀은 이러한 기존 이론의 틀을 깨고 새로운 접근 방식을 제시했다. 상쇄되지 않는 미세한 전류, 실험으로 확인 연구팀은 전압 상쇄 현상을 막고 대신 미세한 전압을 포착하기 위해 특별한 장치를 고안했다. 핵심은 망간-아연 페라이트라는 특수한 물질로 만든 원통이었다. 이 물질은 약한 도체이면서 동시에 자기장을 특정한 방식으로 제어하는 역할을 한다. 팀은 이 원통(실린더)을 지구 자전 방향과 지구 자기장에 특정 각도(57도) 기울여 북쪽-남쪽 방향으로 배치했다. 이는 지구의 자전 운동과 지구 자기장에 수직이 되는 각도이다. 다음으로 전압을 측정하기 위해 연구팀은 실린더의 양쪽 끝에 전극을 배치한 다음 광전 효과를 방지하기 위해 불을 껐다. 놀랍게도 연구팀은 실린더 양 끝에서 18마이크로볼트라는 아주 작은 전압이 발생하는 것을 확인했다. 이는 단일 뉴런이 발화할 때 방출되는 전압의 극히 일부에 불과하지만, 다른 외부 요인으로는 설명하기 어려운 지구의 자전에서 나오는 에너지임을 강력하게 시사했다. 연구팀은 실린더 끝 사이의 온도 차이로 인해 발생할 수 있는 전압을 고려했다면서 각도를 변경하거나 제어 실린더를 사용했을때는 그러한 전압이 측정되지 않았다고 설명했다. 이러한 결과에 대해 연구를 이끈 크리스토퍼 치바는 "아이디어 자체는 직관에 어긋나지만, 실험은 매우 신중하게 진행됐다"며 "매우 설득력 있고 놀라운 결과"라고 평가했다. 하지만 모든 과학자가 그의 의견에 동의하는 것은 아니다. 암스테르담 자유대학교의 은퇴한 물리학자 링커 와인하르덴은 이 연구에 대해 여전히 회의적인 입장을 표하며, 자신의 실험에서는 동일한 효과를 발견하지 못했다고 밝혔다. 그는 "치바 등의 이론이 옳을 수 없다고 여전히 확신한다"고 단언하며, 추가적인 검증의 필요성을 강조했다. 지구 자기장과 특수 물질의 절묘한 조화 그렇다면 지구의 자전 에너지가 어떻게 미세한 전류로 바뀔 수 있었을까? 연구팀은 발전소의 원리와 유사하다고 설명했다. 발전소에서는 자기장 속에서 도체가 움직이면 전자가 이동해 전류가 발생한다. 지구도 마찬가지로 자전하면서 지구 자기장의 일부를 통과하는 도체가 있다면 전기가 발생할 수 있다. 하지만 지구 자기장은 비교적 균일하기 때문에 통상적인 도체에서는 전자가 스스로 배열되어 전기적인 힘이 상쇄된다. 그러나 연구팀이 사용한 망간-아연 페라이트 원통은 이러한 균일한 지구 자기장을 특정한 형태로 왜곡시키는 역할을 한다. 복잡한 계산을 통해 연구팀은 이 특수한 물질과 원통형 구조가 지구 자기장을 예상치 못한 형태로 만들어내고, 이로 인해 발생하는 자기적인 힘이 내부의 전기적인 힘으로 상쇄되지 않아 전류가 흐르게 된다는 것을 밝혀냈다. 이는 마치 좁은 길목을 통과하는 물줄기가 압력을 받아 더 강하게 흐르는 것과 비슷한 원리라고 할 수 있다. 넘어야 할 과제와 미래 에너지 혁명의 가능성 이번 연구는 지구 자전이라는 거대한 에너지원을 활용할 수 있는 새로운 가능성을 열었다는 점에서 매우 고무적이다. 하지만 아직 실용적인 에너지원으로 발전하기 위해서는 해결해야 할 과제가 많다. 우선 다른 연구팀의 독립적인 검증이 필수적이다. 링커 와인하르덴의 지적처럼, 다양한 환경과 조건에서 동일한 실험을 반복하여 일관된 결과를 얻어야만 이 현상이 실제로 지구 자전에 의한 것임을 확신할 수 있다. 만약 추가 검증을 통해 이 연구 결과가 확증된다면, 다음 단계는 장치의 규모를 확대하여 실제로 유용한 수준의 에너지를 생산하는 것이다. 크리스토퍼 치바 역시 "우리 방정식은 규모 확대가 어떻게 가능한지 보여주지만, 실제로 그것이 가능하다는 것을 입증하는 것은 완전히 다른 문제"라며 신중한 입장을 보였다. 현재까지 생성된 전압은 매우 미미한 수준이기 때문에, 실생활에 활용하기 위해서는 엄청난 규모의 장치 개발과 효율 증대 노력이 필요할 것이다. 더욱이 이 기술은 지구의 운동 에너지를 사용하는 것이기 때문에, 장기적으로 지구 자전 속도에 아주 미미한 영향을 줄 수 있다는 점도 고려해야 한다. 연구팀의 계산에 따르면, 만약 전 세계의 모든 전력을 이 방식으로 생산한다면 1세기 동안 지구의 자전 속도는 7밀리초 느려질 것으로 예상된다. 이는 달의 인력과 같은 자연 현상에 의한 변화와 비슷한 수준이지만, 지구 자전에 미치는 장기적인 영향에 대한 심층적인 연구가 필요할 것이다. 이번 연구는 아직 초기 단계이지만, 인류가 오랫동안 꿈꿔왔던 무한한 에너지원, 지구 자전 에너지 활용의 작은 씨앗을 뿌렸다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 마치 팽이가 멈추지 않고 돌아가듯, 지구의 자전은 영원히 계속될 것이다. 이 영원한 움직임 속에 숨겨진 에너지를 우리가 현실로 만들 수 있을지는 아직 미지수다. 하지만 이번 연구는 불가능해 보였던 꿈에 한 걸음 더 다가섰음을 보여준다. 앞으로 과학자들의 끊임없는 탐구와 혁신적인 기술 개발을 통해, 지구 자전 에너지가 정말로 우리의 미래를 밝혀줗 새로운 희망이 될 수 있을지 흥미진진한 여정을 함께 지켜보자

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-03-27 13:02:59

• [퓨처 Eyes(76)] 뇌파로 움직이는 '꿈의 팔', 마비 환자에 희망 심다

  마비 환자가 뇌파로 팔을 움직였다. 과거에는 그저 공상 과학 소설 속 이야기로 여겨졌던 일이 현실로 성큼 다가왔다. 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스(UC San Francisco, UCSF)의 연구진이 최근 인공지능(AI) 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 통해 마비 환자가 오직 생각만으로 로봇 팔을 움직이는 데 성공했다는 획기적인 소식을 전해왔다. 이는 마비로 고통받는 환자들의 삶의 질을 근본적으로 개선할 수 있는 혁신적인 진전으로 평가된다. 이번 연구는 특히 BCI 기술의 장기적 안정성과 적응형 학습 능력을 뚜렷하게 입증했다는 점에서 전 세계의 이목을 집중시키고 있다. 기존 BCI 장치들은 기술적 한계로 인해 며칠 이상 안정적인 작동을 담보하기 어려웠으나, UCSF 연구진이 개발한 AI 강화 BCI는 무려 7개월이라는 놀라운 기간 동안 안정적으로 작동했다. 더욱 획기적인 것은 이 장치가 뇌 활동의 일일 변화에 스스로 적응하는 능력을 갖춰, 시간이 흐르더라도 초기와 같은 높은 수준의 정확도를 꾸준히 유지한다는 점이다. 연구를 총괄 지휘한 UCSF 웨일 신경과학 연구소의 신경과 교수 카루네시 강굴리(Karunesh Ganguly) 박사는 "인간의 학습 능력과 AI의 강력한 데이터 처리 능력을 융합하는 것은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 다음 단계로 나아가기 위한 필수적인 과정"이라며, "이번 연구는 BCI 기술이 궁극적으로 인간의 정교하고 자연스러운 움직임을 구현하는 수준까지 발전하는 데 중요한 발판이 될 것"이라고 강조했다. 가상 훈련 거쳐 '현실' 로봇 팔 제어 성공 강굴리는 동물의 뇌활동 패턴이 특정 움직임을 어떻게 나타내는지 연구했고, 동물이 학습함에 따라 이러한 패턴이 매일 변하는 것을 확인했다. 그는 인간에게도 같은 일이 일어나고 있다고 추정했다. 연구진은 뇌졸중 발병 후 수년 동안 마비 상태로 지내온 남성 환자를 대상으로 이번 실험을 진행했다. 환자의 뇌 표면에 아주 작은 센서들을 심어, 그가 움직임을 상상할 때 발생하는 미세한 뇌 활동 신호를 감지하도록 설계했다. 연구진은 참가자에게 2주 동안 손가락, 손 또는 엄지손가락으로 간단한 동작을 하는 자신의 모습을 상상해 보라고 요청하고 센서가 뇌 활동을 기록하여 AI를 훈련시켰다. 그런 다음 참가자는 로봇 팔과 손을 제어하려고 시도했다. 하지만 여전히 움직임이 정확하지 않았다. 그래서 강굴리는 참가자에게 가상의 로봇 팔로 연습하게 하고 시각화의 정확도에 대한 피드백을 제공했다. 참가자가 실제 로봇 팔로 연습을 시작한 후 몇 번의 연습 세션만 거치면 자신의 기술을 실제 세계로 옮길 수 있었다. 그는 로봇 팔로 블록을 집어 돌리고 새로운 위치로 옮길 수 있었다. 심지어 캐비닛을 열고 컵을 꺼내 정수기까지 들어올릴 수 있었다. 연구 초기 단계에서 환자는 시각화 훈련을 통해 가상 로봇 팔을 정확하게 제어하는 연습에 집중했다. 강굴리 박사는 "환자가 가상 환경에서 자신의 의도대로 팔을 움직이는 방법을 완전히 숙달하자, 놀랍게도 실제 로봇 팔을 제어하는 데에는 단 몇 번의 훈련 세션만으로 충분했다"고 당시 상황을 설명했다. 실제 로봇 팔을 이용한 실험에서 환자는 단순히 생각만으로 물건을 집어, 옮기고, 원하는 장소에 내려놓는 등 섬세한 동작들을 막힘없이 수행해냈다. 심지어 컵을 집어 들고 물 디스펜서에서 물을 받아 마시는, 비교적 복잡한 일상생활 동작까지 성공적으로 해내는 모습을 보여주었다. 이러한 결과는 AI 기반 BCI 기술이 더 이상 실험실 안의 몽상이 아닌, 실제 삶의 영역에서 마비 환자들에게 실질적인 도움을 줄 수 있는 혁신적인 기술임을 분명하게 보여주었다. AI, 뇌파 변화 '실시간'으로 읽는다 이번 연구의 핵심 성공 요인은 개발된 AI 모델이 인간 뇌 활동 패턴의 미묘한 변화를 스스로 학습하고 적응하는 데 있다. 강굴리 박사는 이전 연구에서 동물이 새로운 동작을 학습하는 과정에서 뇌 활동 패턴이 매일매일 미세하게 변화한다는 사실에 주목했다. 그는 이러한 뇌 활동의 '변동성'이 BCI 기술이 장기적으로 안정적인 성능을 유지하는 데 가장 큰 걸림돌이라고 판단했다. 연구진은 환자가 특정 동작을 반복적으로 상상하는 동안 뇌 활동이 시간의 흐름에 따라 어떻게 변화하는지 면밀하게 분석했다. 그리고 이러한 분석 결과를 토대로, 뇌 활동의 변화 패턴을 실시간으로 반영하여 BCI 시스템의 성능을 최적화하는 AI 모델을 개발하는 데 성공했다. 이처럼 뛰어난 적응 능력을 갖춘 AI 덕분에 개발된 BCI는 장기간 사용에도 불구하고 놀라운 안정성을 유지할 수 있었으며, BCI 기술의 상용화 가능성을 한층 끌어올렸다는 평가를 받고 있다. 연구에 핵심적인 역할을 담당한 니킬레스 나타라즈(Nikhilesh Natraj) 박사는 "AI는 뇌 활동의 변화를 정확하게 예측하고 그 변화에 맞춰 시스템을 자동으로 보정함으로써 BCI의 성능을 극대화하는 데 결정적인 역할을 했다"며, "이번 연구 결과는 BCI 기술이 실험실을 넘어 실제 의료 현장과 일상생활에 적용될 수 있는 시점을 앞당기는 획기적인 전환점이 될 것"이라고 기대감을 내비쳤다. "마비 환자 삶, BCI로 바꿀 수 있다" 현재 강굴리 박사 연구팀은 개발된 AI 모델을 더욱 고도화하여 로봇 팔의 움직임을 지금보다 훨씬 빠르고 부드럽게 만들 수 있도록 연구에 박차를 가하고 있다. 뿐만 아니라, BCI 기술을 환자의 가정 환경에 적용했을 때의 실효성과 안전성을 검증하기 위한 후속 연구도 계획 중이다. 강굴리 박사는 "마비 환자들이 BCI 기술을 통해 스스로 식사를 하고, 목마를 때 물을 마실 수 있게 된다면, 그들의 삶은 상상하기 어려울 정도로 크게 바뀔 것"이라며, "이번 연구를 통해 우리는 드디어 BCI 시스템을 실용화할 수 있다는 확신을 얻었으며, 머지않아 이 기술이 실제 환자들의 삶 속에 깊숙이 들어올 수 있도록 최선을 다할 것"이라고 힘찬 포부를 밝혔다. NIH 지원, '셀' 논문 게재 '주목' 이번 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 전폭적인 지원을 받아 진행되었으며, 연구 성과는 세계 최고 권위의 과학 학술지 중 하나인 '셀(Cell)' 2025년 3월 6일자에 정식 게재되어 전 세계 과학계의 뜨거운 주목을 받고 있다. 논문에는 UCSF의 사라 세코(Sarah Seko)와 아델린 투-찬(Adelyn Tu-Chan), 그리고 로드아일랜드대학교의 레자 아비리(Reza Abiri) 박사 등이 공동 저자로 이름을 올렸다. 이번 연구는 더 이상 치료가 불가능하다고 여겨졌던 마비 질환 환자들에게 AI 기반 BCI 기술이 새로운 희망의 빛을 비춰줄 수 있음을 분명히 보여주는 기념비적인 성과다. 향후 BCI 기술이 지속적인 연구 개발을 통해 더욱 발전하여, 마비로 고통받는 수많은 환자들이 불편함 없이 로봇 팔을 자유롭게 사용하고, 보다 인간다운 삶을 되찾을 수 있기를 간절히 기대해 본다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-03-20 13:17:51

• [퓨처 Eyes(75)] 액체처럼 흐르는 황금빛 고체, '초고체' 탄생

  레이저 빛을 초고체로 만드는 혁신적인 기술이 처음으로 개발됐다. 마법은 더 이상 동화속 이야기가 아니었다. 한 줄기 레이저 광선이 불가능을 현실로 바꾸며, 액체와 고체의 낯선 경계를 허무는 '황금빛 고체'를 눈 앞에 펼쳐냈다. 물리학자와 나노 기술자들로 구성된 국제 공동 연구팀이 마치 연금술같은 놀라운 기술로 레이저 빛을 '초고체(supersolid)'라는 미지의 물질 상태로 변환하는 데 세계 최초로 성공하며 오랫동안 과학계가 품어온 꿈을 마침내 실현했다. 이번 쾌거는 응축 물질 물리학의 오랜 숙원을 해결했을뿐 아니라, 상상조차 어려웠던 양자역학의 새로운 가능성을 활짝 열어젖힌 역사적인 순간으로 기록될 것이다. 해당 연구에 대해서는 네이처닷컴, 웹사이트 PHYS.org와 뉴사이언티스트, 퍼퓰러메카닉스 등 다수 외신이 심층적으로 다루었다. 일반적으로 양자 초고체는 양자 세계에서만 존재하는 실체로, 초저온 원자를 통해서만 형성되었지만 이탈리아 레체에 있는 국립연구위원회 나노기술 연구소(CNR Nanotec)의 과학자들이 이끄는 새로운 연구에서는 처음으로 빛을 사용하여 이 양자 물질 상태를 만들었다. 이전 연구에 따르면 초고체는 점도가 0이고 소금 결정에서 원자가 배열되는 방식과 유사한 결정과 같은 구조로 형성된다는 것이 밝혀졌다. 저명 학술지 '네이처'에 실린 이번의 놀라운 연구는 이탈리아 국립연구위원회(CNR)의 디미트리오스 트리포게오르고스 연구원의 지휘 아래 나노기술, 공학, 물리학 등 여러 분야의 국제적인 전문가들이 머리를 맞대 융합 연구를 거듭한 끝에 이룩한 값진 결실이다. 연구팀은 '빛의 연금술'이라고도 불러도 좋을만큼 혁신적인 접근 방식을 통해, 레이저 빛을 영원히 도달할 수 없는 꿈만 같았던 초고체로 완전히 탈바꿈시키는 기적을 만들어냈다. 레이저광으로 초고체 최초 구현 먼저 팀은 초고체를 만들기 위해 특수한 능선으로 형성된 갈륨 비소화물 조각에 레이저를 발사했다. 빛이 능선에 부딪히면서 빛과 재료 사이의 상호작용으로 플라리톤(polariton)이 형성됐다. 폴라리톤은 미리 설계된 방식으로 능선에 의해 제한됐고, 그로 인해 폴라리톤은 스스로 초고체를 형성했다. 그런 다음 연구팀은 만들어진 결과물이 진짜 초고체인지를 테스트했다. 이는 빛으로 만들어진 초고체가 이전에 생성된 적이 없다는 사실 때문에 매우 힘들었다. 그럼에도 연구팀은 초고체가 고체이자 유체이며 점성이 없다는 것을 확인했다. 트리포게오르고스 연구원은 감격에 찬 목소리로 "우리는 실제로 빛을 고체로 만들었다. 정말이지 믿기 어려울 정도로 놀라운 성취다"라고 외쳤다. 그의 목소리에는 이번 연구가 과학 역사의 새로운 장을 여는 기념비적인 사건이라는 평가가 충분히 담겨 있다. 미지의 물질 초고체, 과학계의 오랜 염원 초고체, 이름만 들어도 왠지 모르게 신비로운 느낌을 주는 이 물질은 마치 두 개의 얼굴을 가진 야누스와 같다. 점성이 전혀 없는 '초유동성'과, 원자들이 규칙적으로 빽빽하게 들어선 고체의 결정 구조를 동시에 지니고 있기 때문이다. 흐르는 액체의 자유로움과 단단한 고체의 견고함을 동시에 가진 초고체는 오랫동안 과학자들의 상상력을 자극하며, 미지의 영역 속에 머물러 있었다. 소금 결정처럼 질서 정연하게 늘어선 원자들 사이를 액체처럼 자유롭게 움직이는 초고체의 기묘한 이중성은, 현대 과학의 오랜 난제 중 하나였다. 특히 초고체는 극도로 낮은 기온, 즉 일반적인 상상으로는 가늠하기 어려운 극한 환경에서, 그것도 원자라는 극히 제한적인 재료로만 만들수 있었기에, 그 심오한 비밀을 파헤치는 것은 마치 별을 헤는 것만큼이나 어려운 일이었다. 반도체, 레이저 그리고 '폴라리톤'⋯빛의 마법이 현실이 되다 하지만 '불가능은 없다'는 인간의 불굴의 의지와 끊임없는 탐구 정신은, 마침내 과학의 역사를 진전시키는 놀라운 결과를 낳았다. 이번 연구팀은 오랫동안 굳어져 왔던 기존 연구의 틀을 과감하게 부수고, 완전히 새로운 길을 개척했다. 극저온, 원자라는 낡은 공식을 과감히 버리고, '알루미늄 갈륨비소' 반도체와 레이저 빛의 절묘한 조합을 통해 초고체 창조라는 꿈을 마침내 현실로 불러왔다. 연구진은 나노미터(10억분의 1미터) 수준의 초정밀 기술을 동원해 좁고 규칙적인 능선 패턴을 새겨 넣은 특별한 알루미늄 갈륨비소 웨이퍼를 제작하고, 이 혁신적인 반도체 구조에 레이저를 정밀하게 쏘았다. 레이저 빛이 능선에 부딪히는 찰나, 빛과 물질 사이에서 지금껏 상상 속에서만 가능했던 마법과 같은 상호작용이 눈앞에서 펼쳐졌다. 그 결과, '폴라리톤'이라는, 이전에는 알려지지 않았던 새로운 종류의 혼성 입자가 마치 마법처럼 탄생했다. 능선 패턴이라는 특수한 환경은 폴라리톤의 움직임과 에너지 레벨을 숙련된 조련사처럼 정교하게 통제했고, 마침내 폴라리톤들은 스스로 응축하며 꿈에서 그리던 물질, 초고체로 변신했다. 양자 기술 혁명의 도화선, 빛 기반 초고체의 무한한 가능성 이번 연구가 더욱 값진 이유는 단순히 빛을 초고체로 바꾸는 데 성공한 것을 넘어, 빛으로 만들어진 초고체의 놀라운 특성을 과학적인 실험으로 명확하게, 그리고 최초로 입증했다는 점이다. 공동 연구팀의 핵심 연구자인 다니엘레 산비토 CNR 연구원은 "빛으로 초고체를 만들고, 실제로 존재한다는 것을 실험적으로 증명하는 것은 과거에는 상상조차 할 수 없었던 미지의 영역에 발을 내딛는 것과 같았다. 우리 손으로 만들어낸 초고체가 과연 고체와 액체의 성질을 모두 가진 진정한 초고체인지, 아무도 걸어보지 않은 길을 걸으며 확인하는 과정은 마치 미지의 대륙을 탐험하는 것만큼이나 험난하고 가슴 뛰는 여정이었다"며 연구 과정 당시의 숨 막힐 듯한 긴장감을 전했다. 수많은 밤을 지새우는 실험과 고도의 분석을 거듭한 끝에, 연구진은 빛으로 빚어낸 초고체가 고체와 액체의 이중적인 모습을 완벽하게 드러내며, 점성이 '0'이라는 믿기 힘든 특성을 가지고 있음을 전 세계 과학계에 당당히 선언하는 데 성공했다. 프랑스 소르본 대학교의 알베르토 브라마티 교수는 "이번 연구는 응축 물질 물리학 분야의 오랜 숙제를 마침내 해결했을 뿐 아니라, 물질의 상전이, 특히 양자 물질이 그 상태를 변화시키는 근본 원리에 대한 깊이 있는 통찰력을 인류에게 선사하는 획기적인 과학적 성취"라고 극찬하며, "빛 기반 초고체 연구는 앞으로 양자 기술 분야에 지금껏 상상조차 할 수 없었던 혁신적인 응용 가능성을 활짝 열어줄 것이다"라고 밝은 미래를 예견했다. 트리포게오르고스 연구원은 "빛으로 만든 초고체는 기존의 원자 초고체에 비해 훨씬 정밀하게 제어할 수 있고, 훨씬 더 편리하게 다룰 수 있는 엄청난 잠재력을 품고 있다"고 강조하며, "이번 연구를 기회 삼아, 이제까지는 그 누구도 감히 상상하지 못했던 미지의 물질 세계를 탐험하고, 궁극적으로 우리 인류의 미래를 획기적으로 바꿀 양자 기술 발전에 작게나마 기여할 수 있기를 간절히 희망한다"는 뜨거운 열정을 내비쳤다. 한 줄기 빛에서 시작된 작은 불꽃이, 마침내 과학 역사의 거대한 불꽃으로 타오르기 시작했다. 빛의 연금술로 빚어낸 꿈의 물질, 초고체가 우리에게 선사할 미래는 과연 어떤 모습일까? 응축 물질 물리학은 물론, 양자 컴퓨팅, 양자 센서 등 모든 첨단 기술 분야를 뿌리부터 뒤흔들 혁명의 드라마가, 바로 지금, 눈앞에서 펼쳐지려 하고 있다. ◇ 참조: Dimitrios Trypogeorgos et al, Emerging supersolidity in photonic-crystal polariton condensates, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08616-9 광자를 사용하여 만든 초고체, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-00637-8

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-03-13 13:51:43

• [퓨처 Eyes(74)] 핵폐기물, 미래 에너지의 '황금알'로 부활하나?

  인류는 오랫동안 '양날의 검'과 같은 존재와 함께해 왔다. 바로 '핵에너지'다. 막대한 에너지를 제공하지만, 동시에 감당하기 힘든 '핵폐기물'이라는 부산물을 남긴다. 그런데 최근, 이 '골칫덩이' 폐기물이 인류의 미래를 밝혀줄 '황금알'로 탈바꿈할 가능성이 열렸다. 미국 오하이오 주립대학교 연구진이 방사성 폐기물을 활용해 전기를 생산하는 핵 배터리 개발에 성공하며, 에너지 저장 분야에 획기적인 전환점을 마련한 것이다. 이 연구는 단순한 기술적 진보를 넘어, 인류가 오랫동안 골머리를 앓아온 핵폐기물 처리 문제에 대한 혁신적인 해결책을 제시했다는 점에서 더욱 의미가 크다. 연구진은 사용후 핵연료에서 방출되는 감마 방사선을 섬광 결정과 태양 전지를 통해 전기로 변환하는 기술을 개발했다. 섬광 결정은 방사선에 노출되면 빛을 방출하는 특성을 지닌 고밀도 물질로, 이 빛을 태양 전지가 흡수해 전기로 변환하는 원리다. 감마 방사선은 X선이나 CT 촬영에 쓰이는 방사선보다 훨씬 높은 에너지를 지녀 투과력이 매우 강하다. 감마 방사선의 높은 투과력은 곧 물질을 뚫고 지나가는 능력이 뛰어나다는 뜻이기도 한데, 이러한 특성 때문에 감마 방사선을 효과적으로 제어하고 에너지로 변환하는 것이 핵 배터리 기술의 핵심으로 꼽힌다. 이 배터리는 충전이나 유지 보수 없이 수십 년간 전력 생산이 가능하며, 특히 우주나 심해 탐사와 같이 장기간 안정적인 에너지 공급이 필요한 분야에서 혁신적인 역할을 할 것으로 기대된다. 손 안의 '원자력 발전소'⋯작지만 '강력한' 에너지, 무한한 가능성 제시 연구진이 개발한 프로토타입 배터리는 4cm³ 크기로, 세슘-137을 사용했을 때 288나노와트, 코발트-60을 사용했을 때 1.5마이크로와트의 전력을 생산했다. 이는 마이크로칩과 같은 소형 전자 기기를 작동시키기에 충분한 수준이다. 물론, 가정이나 산업 현장에서 사용하는 전력량에 비하면 아직 미미한 수준이지만, 레이먼드 카오 교수는 "적절한 전력원을 사용하면 와트 수준 이상의 전력 생산도 가능할 것"이라며 기술 확장 가능성을 시사했다. 특히 그는 "우리는 폐기물로 간주되는 것을 수확하고 본질적으로 보물로 바꾸려고 노력하고 있다"며 핵폐기물 배터리 개발의 의의를 강조했다. 핵 배터리는 방사성 물질을 포함하지 않아 안전하며, 핵 폐기물 저장 시설이나 우주, 심해 등 방사선 수치가 높은 환경에서 활용될 수 있다. 또한, 장기간 작동이 가능해 유지 보수가 어려운 환경에도 적합하다. 사이테크 데일리는 "이 배터리는 일반적인 X선이나 CT 스캔보다 100배나 투과력이 강한 감마 방사선을 이용했지만, 배터리 자체는 방사성 물질을 포함하지 않기 때문에 만져도 안전하다"고 보도했다. 오하이오 주립대학교 연구진이 개발한 핵폐기물 배터리는 감마 방사선을 빛으로, 다시 빛을 전기로 바꾸는 두 단계를 거쳐 작동한다. 먼저, 신틸레이터 결정이 감마 방사선을 흡수해 빛을 낸다. 마치 반딧불이가 빛을 내는 것과 같은 원리다. 이렇게 발생한 빛은 태양 전지에 의해 포착되어 전기로 변환된다. 이는 태양광 발전과 유사한 방식이다. 이 배터리는 몇 가지 핵심적인 특징을 갖는다. 설탕 한 스푼 크기인 약 4cm³의 작은 크기에도 불구하고, 세슘-137을 사용했을 때 288 나노와트, 코발트-60을 사용했을 때 1.5 마이크로와트의 전력을 생산한다. 또한, 방사성 물질이 배터리 자체에 포함되지 않아 안전하게 사용할 수 있다는 장점이 있다. 이 혁신적인 배터리는 앞으로 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 고준위 방사성 폐기물 저장소에서 폐기물 저장 시설의 전력 공급원으로 활용될 수 있으며, 심해 탐사나 우주 탐사와 같이 극한 환경에서 장기간 작동하는 전력원으로도 유용하다. 또한, 작고 안전한 전력원이 필요한 소형 센서나 마이크로 전자 기기 분야에도 적용 가능하다. 물론, 연구진은 상용화를 위해 몇 가지 중요한 과제를 해결해야 한다. 더 많은 전력을 생산할 수 있도록 출력 규모를 확대하고, 에너지 변환 효율을 높여 배터리의 성능을 향상시켜야 한다. 또한, 대량 생산을 위한 안정적인 제조 공정을 확립하고, 장기간 사용 시 배터리의 성능과 안전성을 검증해야 한다. 레이먼드 카오 교수는 "우리는 폐기물로 여겨지던 것을 보물로 바꾸려 노력하고 있다"고 강조하며, 이 기술의 잠재력을 높이 평가했다. 이 연구는 미국 에너지부의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 '옵티컬 머티리얼즈: X(Optical Materials: X)' 저널에 발표됐다. 상용화까지 넘어야 할 '산 넘어 산'⋯인류, '무한 에너지 시대' 열 수 있을까 핵 배터리 기술은 중국에서도 활발히 연구되고 있다. 베타볼트(Betavolt)는 휴대폰, 드론, 의료 기기 등 상업적 응용 분야를 위한 핵 배터리 대량 생산을 목표로 하고 있다. 이 회사는 이미 14차 5개년 계획에 따라 이 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 이브라힘 옥수즈 연구원은 "핵 배터리 개념은 매우 유망하며, 앞으로 에너지 생산 및 센서 산업에서 중요한 역할을 할 것"이라고 전망했다. 특히 그는 "전력 출력 측면에서 획기적인 결과"라며 "아직 개선의 여지가 많지만, 앞으로 이 접근 방식이 에너지 생산 및 센서 산업 모두에서 중요한 공간을 차지할 것"이라고 강조했다. 하지만 상용화를 위해서는 제조 비용 절감, 효율성 향상, 안전성 검증 등 해결해야 할 과제가 남아있다. 섬광 결정의 효율성을 높이는 것도 중요한 과제다. 연구진은 "결정의 모양과 크기가 최종 전기 출력에 영향을 미치며, 더 큰 부피는 더 많은 방사선을 흡수하고 더 많은 빛을 생성한다"고 밝혔다. 또한 "더 큰 표면적은 태양 전지가 더 많은 전력을 생성하는 데 도움이 된다"고 덧붙였다. 이는 섬광 결정의 미세 구조를 최적화하는 연구가 핵 배터리 성능 향상에 필수적임을 보여준다. 다시 말해, 섬광 결정의 효율을 극대화하기 위해서는 결정의 크기, 모양, 표면적 등을 정밀하게 제어하는 기술이 필요하다는 뜻이다. 레이먼드 카오 교수는 "핵 배터리 기술이 미래 에너지 시장을 선도할 수 있도록 지속적인 연구 개발을 이어갈 것"이라고 밝혔다. 그는 "이 기술을 확장하는 데 비용이 많이 들 수 있지만, 안정적으로 제조할 수 있다면 충분히 경쟁력이 있을 것"이라고 전망했다. 또한, "안전하게 구현된 후 얼마나 오래 지속될 수 있는지 등 배터리의 유용성과 한계를 평가하기 위해 추가 연구가 필요하다"고 강조했다. 인류는 오랫동안 에너지 문제 해결을 위해 끊임없이 노력해 왔다. 핵폐기물 배터리 기술은 이러한 노력의 결실 중 하나로, 아직은 초기 단계이지만 무한한 잠재력을 지니고 있다. 이 기술이 상용화되어 인류에게 무한한 에너지를 제공하는 '약속의 땅'으로 우리를 인도할 수 있을지, 앞으로의 연구 결과에 귀추가 주목된다. 폐기물을 에너지로 바꾸는 이 '연금술'은 인류의 오랜 숙원을 해결하고 지속 가능한 미래를 여는 열쇠가 될 수 있을 것이다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-03-06 09:58:56

• [퓨처 Eyes(73)] 시간의 미스터리, 양자 세계에서 새로운 해답을 찾다

  시간은 과연 한 방향으로만 흐르는 것일까? 철학자와 과학자들이 오랫동안 탐구해온 이 질문에 대한 새로운 단서가 발견됐다. 영국 서리대학교(University of Surrey)의 최신 연구는 시간이 단순히 미래로만 향하는 선형적 흐름이 아닐 가능성을 제시하며, 기존의 통념을 흔들고 있다. 우리는 과거에서 미래로 흐르는 '시간의 화살'에 익숙하다. 현실 세계에서는 깨진 유리잔이 원래대로 돌아가지 않고, 엎질러진 물이나 우유가 저절로 컵에 다시 담기는 일은 결코 일어나지 않는다. 그러나 양자 세계에서는 상황이 달라진다. 물리학의 기본 방정식은 시간이 거꾸로 흘러도 동일하게 작동하는 대칭성을 갖는다. 즉, 시간이 앞으로 흐르든 뒤로 흐르든 법칙 자체는 변하지 않는다는 것이다. 서리대학교의 안드레아 로코 물리학 박사는 "엎질러진 우유가 테이블 위로 퍼지는 과정을 보면 시간이 앞으로 흐른다는 것을 알 수 있다. 하지만 영화처럼 되감아 보면 즉시 뭔가 잘 못 됐다는 것을 알 수 있다. 우유가 다시 유리 잔에 모일 것이라고 믿기 때문이다"라며 우리의 직관과 물리학 법칙 사이의 괴리를 지적했다. 이는 우리가 경험하는 거시 세계와 양자 세계 사이에는 분명한 간극이 존재한다는 것을 보여준다. 양자, 시간의 방향을 묻다 연구팀은 '개방 양자 시스템'이라는 개념에 주목했다. 양자 시스템(아원자 세계)이 주변 환경과 상호 작용하는 방식을 연구하는 분야다. 그들은 우리가 왜 시간을 한 방향으로만 인지하는 지, 그리고 이러한 인식이 양자 역학의 법칙에서 비롯되는 것인지, 아니면 환경과의 상호 작용의 결과인지 탐구했다. 연구팀은 환경을 외부 요인으로 취급하고 양자 시스템 자체에만 집중해 문제를 단순화했다. 그들은 우주 전체와 같은 환경이 너무 커서 에너지와 정보가 그 안으로 흩어져 다시는 시스템으로 돌아오지 않는다고 가정했다. 이러한 모델을 통해 시간이 이론적으로 양방향으로 흐를 수 있음에도 불구하고 양자 세계에서 시간의 방향이 어떻게 나타나는 지 탐구할 수 있었다. 이는 마치 우리가 우주라는 거대한 영화의 한 장면을 보고 있는 것과 같다고 볼 수 있다. 시간, 두 갈래 길에서 방황하다 놀랍게도 연구 결과는 기존의 통념을 완전히 뒤집었다. 환경과의 상호작용을 고려하더라도, 개방 양자 시스템을 설명하는 방정식은 시간이 앞으로 움직이든 뒤로 움직이든 동일하게 작용했다. 이는 시간이 반드시 한 방향으로만 흐른다는 가설이 절대적인 것이 아닐수도 있음을 시사한다. 토마스 구프 박사후 연구원은 "개방 양자 시스템을 설명하는 방정식에 표준적인 단순화 가정을 적용한 후에도 방정식이 시스템이 시간상 앞으로 움직이든 뒤로 움직이든 동일하게 작용했다는 것이 놀라웠다"며 뜻밖의 연구 결과가 나왔음을 강조했다. 이는 우리가 흔히 생각하는 '시간의 화살' 개념에 대한 근본적인 질문을 던지는 것이다. 시간이란 단순히 과거에서 미래로 흐르는 단일한 개념이 아닐 수 있다는 것을 시사한다. 이번 연구 결과는 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientic Reports)'에 게재됐다. 기억 커널, 시간 대칭의 열쇠 연구팀은 또 '기억 커널' 이라는 현상이 방정식의 시간 대칭을 유지한다는 사실을 발견했다. 이 커널은 양자 시스템의 진화 방식의 기본이며, 시간이 양방향으로 흐를 가능성을 설명할 수 있다. 즉, 과거의 정보가 현재의 시스템에 양향을 미치는 방식으로 시간이 흐를 수 있다는 것이다. 연구진은 '메모리 커널(memory kernel)' 이라 불리는 방정식의 핵심 부분이 시간에 대해 대칭적이라는 것을 발견했다. 또한 시간 불연속 요소가 발견되어 시간 대칭성을 유지하는 것으로 나타났다. 로코 박사는 "우리의 연구 결과는, 우리의 일반적인 경험은 시간이 한 방향으로만 움직인다고 말하지만, 우리는 반대 방향이 똑같이 가능했을 것이라는 점을 알지 못했던 것을 시사한다"며 이번 연구의 의의를 밝혔다. 이는 우리가 시간의 흐름을 단선적으로만 인식하는 것이 사실은 착각일 수 있음을 시사한다. 시간은 어쩌면 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 복잡하고 다중적인 개념일지도 모른다. 시간의 비밀, 우주론의 난제를 풀 열쇠 이번 연구는 기간과 물리학 전반에 대한 우리의 이해에 심오한 의미를 갖는다. 시간이 불가역적인 화살로 인식되는 것은 고유한 물리 법칙 때문이 아니라 환경과의 상호 작용 방식과 관련이 있을 수 있음을 시사한다. 즉, 우리가 시간을 인지하는 방식은 우리가 속한 환경에 의해 규정될 수 있다는 것이다. 이러한 발견은 우주론의 오랜 질문, 예를 들어 우주의 시작이나 블랙홀의 맥락에서 시간의 본질과 같은 질문에 새로운 시각을 제공할 수 있다. 또한 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 양자 역학을 통합하려는 물리학 분야인 양자 중력 이론에도 영향을 미칠 수 있다. 이 연구는 거시적 세계에서 우리가 경험하는 단방향적 시간의 흐름이 양자 세계에서는 양방향으로 가능할 수 있음을 시사하며, 양자역학, 우주론, 그리고 물리학의 근본 법칙에 대한 이해에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 안드레아 로코 박사는 "우리의 일상적인 경험은 시간이 한 방향으로만 흐른다고 말하지만, 사실 반대 방향도 똑같이 가능했다는 것을 우리가 모르고 있었을 뿐"이라고 설명했다. 이 연구는 시간의 화살표가 우리가 생각했던 것만큼 고정적이지 않을 수 있다는 가능성을 제시하며, 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나에 대한 새로운 시각을 제공한다. 시간은 단순한 흐름이 아니라 훨씬 더 복잡하고 다차원적인 현상일 수 있다. 이번 연구는 시간의 비밀을 풀고 우주의 미스터리를 밝히는 데 중요한 발걸음이 될 것이다.

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  • 퓨처 Eyes

  2025-02-27 12:58:38

• [퓨처 Eyes(72)] 주사 공포 끝?⋯피부에 '바르는' 백신 탄생

  미국 스탠퍼드대학교 연구팀이 피부에 서식하는 무해한 박테리아를 이용해 강력한 면역 반응을 유도하는 새로운 백신 기술을 개발했다. 연구팀은 이 박테리아의 특정 단백질을 변형해 생백신으로 전환시켰고, 이를 통해 면역 체계를 훈련시켜 파상풍과 디프테리아 같은 질병을 예방하는 데 성공했다. 백신 접종이 크림을 피부에 바르는 것만으로 가능해지는 상상이 현실로 다가오고 있는 것. 스탠퍼드리포트에 따르면 생체공학적으로 개량된 이 박테리아를 접종받은 실험용 쥐는 치명적인 독소 투여에도 생존할만큼 면역력을 형성했다. 현재 인간 대상 임상시험이 진행중이며, 피부에 바르는 방식으로 백신 접종의 새로운 패러다임을 만들 가능성이 크다. 기존의 주사 방식과 달리 이 기술은 간편한 접종 방식으로 통증이나 발열 부기 등 부작용이 적은 장점을 갖추고 있어 대중 보급이 빠르게 진행될 수 있다. 피부 박테리아의 놀라운 발견 피부에 바르는 생백신은 주사로 인한 통증과 부작용이 없으며, 병원 방문 없이 간편하게 접종할 수 있어 의료 비용 절감에도 기여할 것으로 보인다. 특히 예방접종을 두려워하는 어린이나 주사를 기피하는 성인들에게 긍정적인 변화를 줄 수 있다. 스탠퍼드대학교 연구진은 거의 모든 사람의 피부에 존재하는 박테리아를 활용해 새로운 백신 접종 방식을 연구하고 있다. 마이클 피시바흐 스탠퍼드대학교 생명공학 교수는 "주삿바늘을 좋아하는 사람은 아무도 없다. 주사 대신 크림을 바르는 방식으로 예방 접종을 할 수 있다면 누구나 환영할 것이다"라고 말했다. 이러한 방식은 특히 의료 인프라가 부족한 개발도상국에서도 백신 접종 접근성을 개선하는 데 기여할 수 있다. 피부 박테리아, 면역 반응 촉진 역할 피시바흐 교수에 따르면 인간 피부는 대부분의 미생물에게는 가혹한 환경이다. 건조하고 염도가 높으며, 영양분도 부족하기 때문에 미생물이 살아가기 쉽지 않다. 하지만 표피포도상구균(Staphylococcus epidermidis)과 같이 척박한 환경에서도 살아남은 강한 미생물들이 존재한다. 이 박테리아는 인간의 모낭에 서식하며, 우리 몸과 공생 관계를 유지한다. 지금까지 면역학자들은 피부에 서식하는 박테리아가 인체 면역 체계에 큰 영향을 미치지 않는다고 생각해 왔다. 하지만 최근 연구 결과, 표피포도상구균이 예상보다 훨씬 강한 면역반응을 유도한다는 사실이 밝혀졌다. 이는 피부 박테리아가 단순한 공생 미생물이 아니라 면역 체계의 중요한 일부라는 점을 보여준다. 항체 반응과 백신 효과 피시바흐 교수 연구팀은 최근 학술지 네이처(Nature)에 발표한 논문에서 면역 반응의 핵심 요소인 항체 생성이 주목했다. 항체는 특정 미생물의 단백질에 달라붙어 감염을 막는 단백질이다. 연구팀은 쥐의 피부에 표피포도상구균을 도포했을 때 면역 반응이 어떻게 나타나는 지 실험했다. 실험 결과, 쥐의 항체 수치가 점짐적으로 증가해 6주 후에는 일반적인 백신 접종보다 높은 수준에 도달했다. 이는 쥐들이 마치 백신을 접종받은 것과 같은 효과를 나타냈다. 피시바흐 교수는 "인간 역시 자연적으로 표피포도상구균에 대한 항체를 형성하며, 그 수치는 일반적인 백신 접종으로 얻는 항체 수치와 비슷하다"고 설명했다. 생백신 개발과 적용 가능성 연구팀은 표피포도상구균을 활용하여 피부에 바르는 형태의 생백신 개발에 성공했다. 생백신은 약한 독소가 있는 살아있는 병원체를 사용하여 면역 반응을 유도하는 백신이다. 이 백신의 핵심은 Aap이라는 단백질이다. 이 단백질은 표피포도상구균의 세포벽에서 돌출된 형태로, 면역 감시 세포가 항원을 인식하고 면역 반응을 유도하는 데 중요한 역할을 한다. 연구팀은 Aap 단백질의 유전자를 조작하여 파상풍 독소의 일부를 발현하도록 만들었다. 실험 쥐에게 이 박테리아를 도포한 결과, 높은 수준의 파상풍 항체가 생성되는 것을 확인했다. 이와 같은 방식으로 디프테리아 항체 생성에도 성공해, 다양한 질병을 예방하는 백신 개발 가능성을 열었다. 연구진은 박테리아 배양액에서 Aap 단백질을 대량 생산한 후, 파상풍 독소 단편을 화학적으로 결합하는 방식을 시도하기도 했다. 놀랍게도 이 방식으로 만든 백신 역시 강력한 면역 반응을 유도했으며, 실험용 쥐를 치사량의 6배에 달하는 독소로부터 보호하는 효과를 보였다. 이는 백신의 효능을 높이고 지속성을 유지하는 데 중요한 의미를 가진다. 임상시험과 미래전망 피시바흐 교수는 "쥐 실험을 통해 효과를 확인했으며, 이제 원숭이 실험을 거쳐 인간 임상 시험을 진행할 계획"이라고 밝혔다. 연구팀은 2~3년 안에 임상 시험을 시작할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 이 기술이 인간에게도 효과적인 것으로 밝혀질 경우, 백신 접종 방식에 획기적인 변화가 일어날 가능성이 크다. 기존 백산과 달리 염증 반응을 유발하지 않아 부작용이 거의 없을 것으로 보이며, 장기적으로는 다양한 질병 예방을 위한 백신 플랫폼으로 발전할 수 있을 것이다. 이 연구는 미국 국립보건원(NIH), 빌&멜린다 게이츠 재단, 찬 저커버그 바이오허브, 스탠퍼드 미생물 치료 이니셔티브 등의 지원을 받았다. 캘리포니아대학교 데이비스 캠퍼스, 미국 국립인간게놈연구소, 국립알레르기 및 감염병연구소, 국립관절염 및 근골격계 및 피부질환 연구소의 연구자들이 이 연구에 기여했다.

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  • 퓨처 Eyes

  2025-02-20 14:23:42

• [퓨처 Eyes(71)] 노화의 시계를 멈추는 열쇠?

  "노화는 그저 멈출 수 없는 마모 과정일 뿐일까?" 영국 킹스 칼리지 런던 연구진은 크로마틴이 노화로 인한 손상에도 놀라운 회복력을 보인다는 획기적인 발견을 발표하며, 이 묵묵부답의 질문에 강렬한 물음표를 던졌다. 크로마틴은 DNA와 단백질의 복합체로, 세포의 유전 정보를 담고 있는 핵심 물질이다. 이 연구 결과는 노화 과정에 대한 기존의 통념을 뒤집고, 노화 방지 치료의 새로운 가능성을 제시하며, 노화의 비밀을 풀 수 있는 열쇠를 우리 손에 쥐여주고 있다고 사이테크 데일리와 뉴스 메디컬 등 다수 외신들이 최근 보도했다. 크로마틴은 진핵세포에서 발견되는 DNA와 히스톤 단백질로 구성된 복합체로, 우리 몸의 모든 세포 안에 존재하며 유전 정보를 담고 있다. 쉽게 설명하면 DNA는 마치 책 속의 내용과 같고, 크로마틴은 책을 정리해 놓은 책장과 같다고 볼 수 있다. 크로마틴, 노화의 마모에도 강하다 연구진은 '노화는 필연적인 마모 과정'이라는 기존의 통념에 의문을 제기했다. 노화가 진행됨에 따라 단백질은 변형되고 손상되며, 이는 다양한 질병으로 이어질 수 있다. 하지만 이번 연구 결과, 크로마틴은 이러한 단백질 손상에도 불구하고 놀라운 회복력을 보이는 것으로 나타났다. 킹스 칼리지 런던의 루이스 게라 박사는 "여러 실험 결과, 크로마틴이 이러한 '마모'의 존재를 상당히 잘 견뎌낸다는 사실이 밝혀졌다"며 놀라움을 금치못했다. 마치 굳건한 성벽처럼, 외부의 공격에도 쉽게 무너지지 않는 크로마틴의 모습은 노화에 대한 우리의 기존 관념을 완전히 뒤흔드는 것이었다. 크로마틴은 DNA 구조를 설정하는 핵심적인 역할을 한다. 게라 박사는 "이는 DNA 구조를 설정하는 크로마틴이 우리가 생각했던 것보다 더 강력하다는 것을 시사한다"며, 크로마틴의 중요성을 강조했다. 크로마틴은 마치 오래된 컴퓨터와 같다. 최신 부품은 없더라도 기본적인 기능은 유지되는 것처럼, 크로마틴 역시 손상된 부분을 수리하거나 교체할 때까지 기능적 무결성을 유지할 수 있다는 것이다. 아무리 오래되고 낡은 컴퓨터라도 핵심 부품인 코어가 제대로 작동한다면 기본적인 기능은 수행할 수 있는 것처럼, 크로마틴 역시 DNA 구조의 핵심 역할을 수행하며 세포의 생명 유지를 가능하게 한다. 단백질 노화의 미스터리 연구진은 단백질이 노화 과정에서 변형되지만, 크로마틴 전체 구조는 유지되는 현상을 발견했다. 단백질은 수명 동안 늘어나고 왜곡되거나 녹슬기와 유사한 과정을 겪는다. 이러한 손상은 단백질에 자연적으로 발생하는 화학적 변화인 번역 후 변형(Post-Translational Modification, PTM)을 초래한다. PTM은 단백질이 만들어진 후에도 다양한 화학적 변화를 겪는 것을 의미하며, 단백질의 기능과 수명을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 연구팀은 이러한 PTM을 포함하는 인공적으로 노화된 크로마틴을 구축하여 실험했다. 그 결과, 노화 관련 PTM으로 인해 단백질에 극심한 국소적 변화가 일어났음에도 불구하고 크로마틴의 전반적인 구조와 무결성은 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 하지만, 크로마틴과 상호 작용하는 효소들이 노화된 크로마틴을 인식하지 못하고 기능을 상실하는 새로운 취약점 또한 발견됐다. 마치 견고한 성벽에도 예상치 못한 균열이 존재하는 것처럼, 크로마틴 역시 완벽한 존재는 아니었던 것이다. 게라 박사는 "하지만 우리가 확대해서 우리가 도입한 이 노화된 부위를 직접 표적으로 삼는 생화학적 과정을 조사했을 때, 우리는 엄청난 효과를 보았다"며, 효소 상호 작용의 중요성을 강조했다. 미래 노화 방지 치료의 실마리 이번 연구 결과는 미래 노화 방지 치료에 중요한 시사점을 던져준다. 크로마틴의 회복력과 취약점에 대한 이해는 맞춤형 노화 방지 치료의 개발로 이어질 수 있다. 게라 박사는 "이는 신체의 특정 부분의 기능적 무결성이 결함이 있는 부분을 수리하거나 교체할 때까지 유지될 수 있음을 의미할 수 있다"며, 개인 맞춤형 치료 시대의 가능성을 열었다. 마치 환자 개개인의 특성에 맞춰 맞춤형 약을 처방하는 것처럼, 크로마틴 연구는 개인의 노화 정도와 취약점을 파악하여 그에 맞는 맞춤형 치료법을 개발하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 단백질과 같은 노화된 생체 분자를 화학적으로 구성하고, 마모로 인해 크로마틴 및 기타 복잡한 세포 구성 요소의 기능이 돌이킬 수 없을 정도로 방해받는 '전환점'을 식별하기 위한 연구를 진행하고 있다. 이러한 연구는 미래 세대 약사들이 더욱 효과적인 노화 방지 치료법을 개발하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 게라 박사는 "이는 DNA 구조를 설정하는 크로마틴이 우리가 생각했던 것보다 더 강력하다는 것을 시사한다"고 말하며, 크로마틴 연구가 노화 방지 치료의 새로운 지평을 열어줄 것이라는 기대감을 표현했다. 킹스 칼리지 런던 연구진의 이번 연구는 노화 과정에 대한 우리의 이해를 넓히고, 노화 방지 치료의 새로운 가능성을 제시했다. 마치 노화라는 미로의 지도를 새롭게 그린 것과 같다. 크로마틴 연구는 앞으로 더욱 활발하게 진행될 것이며, 개인 맞춤형 노화 방지 치료 시대를 앞당기는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-02-13 15:12:01

• [퓨처 Eyes(70)] 두 아빠 쥐의 탄생⋯생명 과학의 새 지평 열다

  2025년 새해 벽두 과학계는 '두 아빠 사이에서 태어난 쥐'라는 놀라운 소식을 접하며 경탄을 금치 못했다. 한때 공상 과학 소설 속 장면으로 여겨졌던 일이 현실로 성큼 다가온 것이다. 이 획기적인 연구는 베이징에 있는 중국과학원의 리 지쿤(Zhi-Kun Li) 박사와 그의 연구팀에 의해 주도됐으며 과학전문 매체 사이언스얼럿과 MIT 테크놀로지 리뷰(MIT Technology) 등에 의해 상세히 보도됐다. 두 매체의 보도에 따르면 이 연구는 정밀한 줄기세포 공학 기술과 크리스퍼(CRISPER) 유전자 편집 기술을 통해 생물학적 엄마 없이 두 아빠를 가진 쥐를 탄생시키고, 성체로 성장시키는데 성공했다. 크리스퍼 유전자 편집 기술은 DNA를 자르고 붙이는 기술로, 특정 유전자를 수정하는 데 사용된다. 과거 유사한 시도들이 번번이 실패로 끝난 것을 감안하면, 이번 성과는 그 의미가 남다르다. 이전 연구자들은 수컷 줄기세포로부터 난자를 생성하는 데 어려움을 겪었고, 설령 성공하더라도 모성 유전 물질의 부재로 인해 새끼들이 심각한 발달 장애를 겪거나 끝내 생존하지 못했다. 하지만 리 지쿤 박사 팀은 '각인'된 유전자를 표적화하는 새로운 접근 방식을 통해 이러한 문제들을 말끔히 해결했다. 각인(Imprinting)이란 특정 유전자가 어느 부모에게서 왔는지에 따라 다르게 발현되는 현상을 말한다. 리 박사 팀은 배아 발달에 핵심적인 것으로 알려진 20개의 각인 유전자를 CRISPR 기술로 정교하게 편집하여 두 아빠를 둔 쥐의 탄생을 현실로 만들었다. 각인 유전자는 부모 중 누구에게서 왔는지에 따라 발현 여부가 결정되는 유전자를 말한다. 사이언스 얼럿은 이 연구가 "줄기세포 및 재생 의학 연구의 여러 가지 제한점을 해결하는 데 도움이 될 것"이라는 중국과학원 웨이 리(Wei Li) 연구원의 말을 인용하며, 이 연구의 중요성을 재차 강조했다. 난관 극복, 새로운 가능성 제시 두 아빠 쥐의 탄생 과정이 순탄하지만은 않았다. 이번 연구는 아빠가 둘인 생쥐를 만들려는 이전 연구를 바탕으로 했다. 1980년대 영국 과학자들은 정자 세포의 DNA가 포함된 핵을 수정란 세포에 주입하려는 시도를 했다. 그 결과 배아는 난자의 세포질에 두 수컷의 DNA와 암컷의 소량의 DNA를 가지고 있었다. 그러나 이 배아를 대리모 쥐의 자궁으로 이식했을 때 어느 배아도 건강하게 태어나지 않았다. MIT 테크놀로지 리뷰는 이는 부계와 모계 유전체에서 모두 각인된 유전자가 발달에 필요하기 때문인 것으로 보인다고 짚었다. 리 박사 팀은 유전자 편집을 이용해 각인된 유전자를 완전히 제거하는 다른 접근 방식을 취했다. 약 200개의 쥐 유전자가 각인되어 있지만 연구팀은 배아 발달에 중요한 것으로 알려진 20개의 유전자에 초점을 맞춘 것. 팀은 실험실에서 줄기 세포를 수집하기 위해 정자 DNA로 세포를 배양했다. 그런 다음 CRISPR를 사용하여 표적으로 삼은 20개의 각인된 유전자를 파괴했다. 유전자 편집된 세포는 다른 정자 세포와 함께 핵이 제거된 난자 세포에 주입됐다. 그 결과 두 마리 수컷 쥐의 DNA가 있는 배아 세포가 탄생했다. 이 세포는 태반을 만드는 데 필요한 세포를 제공하는 연구에 사용되는 일종의 '배아 껍질'에 주입됐다. 그 결과 생성된 배아는 암컷 쥐의 자궁으로 이식됐다. 일부 배아는 살아 있는 새끼로 발달했고, 심지어 성체가 될 때까지 살아 남았다. 연구팀은 더 나아가 두 아빠 쥐를 만드는 두 번째 접근 방식을 발견했다. 이는 일본 오사카 대학의 카츠히코 하야시(Katsujiko Hayashi) 팀의 연구를 바탕으로 했다. 이 팀은 몇년 전 수컷 쥐의 꼬리에서 세포를 채취해 미성숙 난자로 만드는 방법을 발견했다. 이 난자는 정자와 수정돼 양부계 배아를 만들 수 있었다. 하야시는 그 배아는 번식 능력을 가져, 성체가 자신의 자손을 가질 수 있다고 말했다. MIT 테크놀로지 리뷰에 따르면, 중국과학원 연구팀은 164개의 유전자 편집된 배아를 이식했지만, 살아있는 새끼는 고작 7마리밖에 태어나지 않았다. 게다가 태어난 새끼들도 정상적인 쥐보다 크게 자라거나 장기가 비대해지는 등 몇 가지 문제점을 드러냈다. 수명도 일반 쥐보다 짧았고, 불임이라는 문제도 안고 있었다. 이러한 결과는 여전히 해결해야 할 과제가 산적해 있음을 보여준다. 리 지쿤 박사 역시 "각인 유전자에 대한 추가적인 수정은 생존 가능한 배우자를 생산할 수 있는 건강한 두 아빠 쥐의 생성을 촉진하고 각인 관련 질병에 대한 새로운 치료 전략으로 이어질 수 있다"고 말하며, 앞으로 연구가 더 필요함을 시사했다. 그럼에도 불구하고 두 아빠를 둔 쥐의 탄생은 생명 과학 연구에 지대한 의미를 갖는다. 펜실베이니아 대학의 발달 생물학자 코타로 사사키(Kotaro Sasaki)는 "흥미로운 연구"라며, 리 박사 팀이 "일련의 각인 결함을 피할 수 있었을 뿐만 아니라, 두 수컷의 DNA를 사용하여 쥐를 만드는 두 번째 방법을 발견했다"는 점을 높이 평가했다. 이 연구 결과는 학술지 '셀 스템 셀(Cell Stem Cell)'에 게재됐다. 각인 현상에 대한 새로운 통찰력 두 아빠 쥐 연구는 각인 현상에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있다는 점에서 더욱 주목받고 있다. 이전 연구에서는 두 엄마 쥐가 더 작고 오래 사는 것으로 밝혀진 반면, 이번 연구에서는 두 아빠 쥐가 과도하게 성장하고 더 빨리 죽는다는 사실이 새롭게 밝혀졌다. 코타로 사사키는 "아마도 부계 각인된 유전자는 성장을 지원하고 모계 유전자는 성장을 제한하며, 동물이 건강한 크기에 도달하려면 둘 다 필요할 것"이라고 추측했다. 물론, 이 연구 결과를 인간에게 적용하기까지에는 넘어야 할 산이 많다. 리 지쿤 박사는 "인간의 20개 각인된 유전자를 편집하는 것은 용납할 수 없으며, 건강하거나 생존 가능하지 않은 개체를 생산하는 것은 단순히 선택 사항이 아니다"라고 분명히 선을 그었다. 코타로 사사키 역시 "연구팀이 사용한 많은 실험실 기술 절차가 인간 세포에는 확립되지 않았고, 인간 유전자를 제거하면 예측할 수 없는 건강상의 결과를 초래할 수 있다"며 인간에게 적용하는 데에는 많은 어려움이 있을 것이라고 지적했다. 생명 과학의 새로운 지평 두 아빠를 둔 쥐의 탄생은 생명 과학 연구의 새로운 장을 열었으며, 앞으로 각인 현상과 유전 질환에 대한 이해를 넓히는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 비록 인간에게 직접 적용하기에는 아직 많은 과제가 남아 있지만, 이 연구가 제시하는 가능성은 무궁무진하며, 미래 생명 과학 발전에 중요한 토대가 될 것이다. 두 아빠 쥐의 탄생은 분명 획기적인 사건이지만, 아직 넘어야 할 산이 많다. 특히 인간에게 적용하기 위해서는 윤리적인 문제와 기술적인 난관을 극복해야 한다. 하지만 이 연구가 각인 현상에 대한 새로운 통찰력을 제공하고, 유전 질환 치료에 새로운 가능성을 제시했다는 점은 높이 평가할 만하다. 전문가들은 앞으로 두 아빠 사이에서 태어난 쥐 연구가 생명 과학 발전에 어떤 영향을 미칠지 주목할 필요가 있다고 지적한다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-02-06 14:03:37

• [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.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-01-31 15:49:07

• [퓨처 Eyes(68)] 양자 컴퓨터, '슈뢰딩거의 고양이' 품다

  "어제의 꿈은 오늘의 희망이고, 내일의 현실이다." 20세기 초, 양자역학의 태동과 함께 등장한 '슈뢰딩거의 고양이'는 과학자들에게 끊임없는 탐구의 대상이었다. 죽어있는 동시에 살아있는 고양이라니! 이 기묘한 역설 속에 숨겨진 양자 세계의 비밀은 오랫동안 미지의 영역으로 남아있었다. 그러나 이제, 그 베일이 벗겨지려 한다. 호주 뉴사우스웨일스 대학교(UNSW) 연구팀이 안티몬 원자를 이용하여 양자 컴퓨터의 고질적인 문제였던 오류 발생 가능성을 획기적으로 줄이는 기술을 개발했기 때문이다. '슈뢰딩거의 고양이'를 현실 세계로 불러낸 이 연구는 양자 컴퓨터 개발에 있어 중대한 돌파구를 마련했으며, 인류에게 새로운 미래를 선사할 혁신의 씨앗이 될 것으로 기대된다. 지난 14일(현지시간) 네이처 피직스 저널에 게재된 이 연구는 1세기 넘게 과학계를 괴롭혀 온 양자역학의 난제인 '슈뢰딩거의 고양이'의 비밀을 밝히는 동시에, 양자 컴퓨팅의 가장 큰 걸림돌 중 하나였던 오류 수정 문제에 대한 새로운 해결책을 제시했다는 점에서 학계의 비상한 관심을 모으고 있다. 슈뢰딩거의 고양이, 현실이 되다 '슈뢰딩거의 고양이'는 양자역학의 불가사의한 특징을 설명하는 대표적인 사고 실험이다. 상자 속 고양이의 생사가 방사성 원자의 붕괴 여부에 따라 결정되는 이 실험에서, 양자역학적으로 고양이는 관찰되기 전까지 살아있는 상태와 죽은 상태가 중첩된 상태로 존재한다. 양자역학의 원리를 설명하기 위해 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 1935년에 고안한 사고 실험인 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학의 해석이 가진 불완전함을 드러내기 위해 설계됐다. 이 실험의 원리는 다음과 같다. 상상 속의 밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리가 들어 있다. 상자 안에는 방사성 물질과 연결된 독가스 장치가 함께 들어 있다. 방사성 물질은 1시간 내에 50% 확률로 붕괴할 수 있으며, 붕괴가 발생하면 독가스가 방출되어 고양이는 죽는다. 반대로 붕괴가 일어나지 않으면 고양이는 살아남는다. 이 실험의 핵심은 상자를 열기 전까지는 고양이가 살아 있는지, 죽어 있는지 알 수 없다는 점이다. 양자역학에 따르면, 상자를 열어보기 전까지 고양이는 살아 있는 상태와 죽어 있는 상태가 동시에 중첩되어 존재한다. 즉, 고양이는 동시에 살아 있으면서 죽어 있는 것이다. 슈뢰딩거는 이 사고 실험을 통해 양자역학의 '중첩' 개념에 의문을 제기했다. 거시세계에서 우리가 관찰할 수 있는 현실에서는 고양이가 죽었거나 살아 있거나 둘 중 하나의 상태만 존재한다. 중첩된 두 상태가 동시에 존재한다는 양자역학적 해석은 직관적으로 받아들이기 어렵기 때문이다. 연구팀은 안티몬 원자의 핵 스핀을 이용하여 이러한 '슈뢰딩거 고양이' 상태를 실제로 구현했다. 안드레아 모렐로 UNSW 교수는 "누구도 동시에 죽고 사는 상태의 실제 고양이를 본 적은 없지만, 슈뢰딩거의 고양이라는 비유는 큰 차이가 있는 양자 상태의 중첩을 설명하는 데 사용된다"고 설명했다. 안티몬(Sb, 원자번호 51)은 주기율표 15족에 속하는 준금속 원료로, 금속성과 비금속성을 모두 가진 독특한 특성이 있다. 기존 양자 컴퓨터는 '큐비트'라는 양자 정보 단위를 사용한다. 큐비트는 0 또는 1의 두 가지 상태를 갖는데, 외부 환경의 영향으로 쉽게 오류가 발생하는 문제점이 있었다. 하지만 안티몬 원자는 8개의 서로 다른 스핀 방향을 가질 수 있어 큐비트보다 훨씬 더 안정적인 양자 정보 저장 및 처리가 가능하다. 논문의 주 저자인 시 유(Xi Yu)는 "안티몬 원자는 '7개의 목숨'을 가진 슈뢰딩거 고양이와 같다"며 "0에서 1로 상태를 바꾸려면 7번의 연속적인 오류가 발생해야 하므로 양자 정보를 안전하게 보호할 수 있다"고 강조했다. 실리콘, 양자 컴퓨팅의 날개를 달다 연구팀은 안티몬 원자를 실리콘 양자 칩에 내장하여 양자 상태를 정밀하게 제어하는 데 성공했다. 다니엘 홈스 UNSW 박사는 "실리콘 기반 기술은 기존 컴퓨터 칩 제작 방식과 유사하게 확장될 수 있어 양자 컴퓨팅의 실용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 기대했다. 실리콘 기반 기술의 활용은 양자 컴퓨팅의 확장성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 기존 반도체 산업의 인프라를 활용할 수 있다는 점에서 양자 컴퓨터의 대량 생산 및 상용화 가능성을 높일 수 있기 때문이다. 좀 더 자세히 설명하면, 현재 양자 컴퓨터 개발에는 극저온 환경 유지, 복잡한 제어 시스템 구축 등 까다로운 조건들이 필요하다. 하지만 기존 반도체 제조 공정을 활용하면 양자 컴퓨터를 보다 쉽게 제작할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 위에 큐비트를 생성하고 제어하는 기술을 통해 대량 생산이 가능해지고, 이는 곧 양자 컴퓨터의 생산 비용 절감과 상용화 시기를 앞당길 수 있다는 것을 의미한다. 뿐만 아니라 실리콘은 이미 우리 주변의 전자 기기에 널리 사용되는 소재이기 때문에 안정성과 내구성이 검증되었다. 이러한 실리콘의 특징은 양자 컴퓨터의 안정적인 작동과 수명 연장에도 기여할 수 있다. 결과적으로 실리콘 기반 기술은 양자 컴퓨터를 연구실 밖으로 꺼내 우리 생활 속으로 가져올 수 있는 중요한 열쇠가 될 것으로 기대된다. 모렐로 교수는 "이번 연구는 양자 오류 감지 및 수정이라는 양자 컴퓨팅의 '성배'를 향한 중요한 발걸음"이라며 "앞으로 오류 수정 기술을 더욱 발전시켜 실용적인 양자 컴퓨터 개발에 박차를 가할 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 UNSW 시드니, 멜버른 대학교, 샌디아 국립 연구소, NASA 에임스 연구센터, 캘거리 대학교 등 다양한 기관의 국제 협력을 통해 이루어졌다. 모렐로 교수는 이를 "상호 보완적인 전문성을 갖춘 세계적 팀 간의 개방적 국경 협업의 훌륭한 사례"라고 평가했다. 양자 컴퓨터, 새로운 세상을 열다 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 '큐비트'라는 양자 정보 단위를 사용한다. 큐비트는 0과 1의 값을 동시에 가질 수 있는 '중첩' 상태를 통해 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 연산을 수행할 수 있다. 다만 큐비트는 외부 환경에 민감하게 반응하여 오류가 발생하기 쉽다는 단점이 있다. 이번 연구에서 UNSW 연구팀은 안티몬 원자의 핵 스핀을 이용하여 큐비트를 구성했다. 안티몬 원자는 핵 스핀이 8개의 다른 방향을 가질 수 있어 0과 1뿐만 아니라 그 사이의 6개 값을 추가로 저장할 수 있다. UNSW의 양자 정보 연구원 벤자민 빌헬름은 "기존 큐비트는 스핀 업(1)과 스핀 다운(0) 두 가지 상태만 가지므로 스핀 방향이 바뀌면 0이 1로, 혹은 1이 0으로 바뀌는 오류가 발생한다"며 "그러나 안티몬 원자는 8개의 상태를 가지므로 하나의 오류가 발생하더라도 정보가 즉시 손상되지 않는다"고 덧붙였다. 안티몬 원자, 큐비트의 수호자 연구팀은 이러한 안티몬 원자의 특성을 "마치 고양이가 목숨이 아홉 개인 것처럼, 한 번의 작은 긁힘으로는 죽일 수 없다"는 속담에 비유하며 "우리의 비유적인 '고양이'는 목숨이 일곱 개나 된다. 0을 1로 바꾸려면 7개의 연속적인 오류가 발생해야 한다"고 설명했다. 안드레아 모렐로 교수는 "단일 또는 몇 개의 오류가 발생하더라도 정보가 즉시 스크램블되지 않는다"며 "오류가 발생하면 즉시 감지하고 추가 오류가 누적되기 전에 수정할 수 있다. 슈뢰딩거의 고양이 비유를 계속하자면 마치 우리 고양이가 얼굴에 큰 긁힘을 입고 집에 오는 것을 본 것과 같다. 고양이는 죽지는 않았지만 싸움에 휘말렸다는 것을 알 수 있다. 우리는 다시 싸움이 일어나 고양이가 더 다치기 전에 누가 싸움을 일으켰는지 찾아낼 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 양자 컴퓨터의 오류 감지 및 수정 기술 개발에 중요한 발판을 마련했다는 평가를 받는다. 앞으로 더욱 안정적인 양자 컴퓨터 개발을 통해 의학, 재료 과학, 인공 지능 등 다양한 분야에서 혁신적인 발전이 이루어질 것으로 기대된다. 특히 신약 개발, 암 치료, 인공지능 개발 등 복잡한 문제 해결에 획기적인 전환점을 가져올 수 있을 것으로 전망된다. 양자 컴퓨터, 인류의 미래를 밝히다 이번 연구는 마치 판도라의 상자를 여는 열쇠처럼, 양자 컴퓨팅 시대의 문을 활짝 열었다. 안티몬 원자를 이용한 오류 수정 기술은 양자 컴퓨터 개발의 핵심 과제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 더욱 안정적이고 효율적인 양자 컴퓨터의 등장은 과학 기술 분야는 물론, 인류의 삶 전반에 걸쳐 혁명적인 변화를 가져올 것이다. 어쩌면 머지않아 우리는 양자 컴퓨터가 만들어낼 놀라운 미래를 직접 경험하게 될지도 모른다.

  • IT·과학
  • 퓨처 Eyes

  2025-01-23 14:45:57

• [퓨처 Eyes(67)] 우주 농업, 달에서 희망을 싹틔우다

  인류의 우주 진출이 가속화되면서, 우주에서의 식량 생산은 중요한 과제로 떠올랐다. 나사(NASA)는 달과 화성으로 향하는 미래의 우주 임무에서 우주인들이 신선한 식물을 포함한 영양가 있는 농산물을 섭취할 수 있는 방법을 검토하고 있다. 밀봉된 식품 포장은 시간이 지남에 따라 맛이 변하고 비타민이 분해되어 건강에 문제가 될 수 있다. 비타민C가 부족하면 우주인들은 괴혈병에 걸릴 수 있고, 비타민 결핍은 다른 여러 건강 문제를 일으길 수 있다고 나사는 설명했다. 또한 우주에 지구의 식물을 가져가는 것은 우주 개척자들에게 심리적 웰빙에 좋으며, 우주인의 장기 임무에서 건강을 유지하는 데 중요하다고 나사는 덧붙였다. 현재 지구 저궤도를 돌고 있는 국제 우주 정거장에는 우주인들이 다양한 동결 건조 식품이나 미리 포장된 식품을 정기적으로 공급받아 식단을 충족하고 있다. 나사는 무중력 상태에서 상추와 토마토, 무와 같은 식물을 재배하는 방법을 실험하고 있다. 이를 통해 우주 비행이 식물 유전학, 물 사용과 식품의 풍미 등에 어떤 영향을 미치는지를 연구하고 있는 것이다. 더 나아가 햇빛이나 지구 중력이 없는 심우주의 폐쇄된 환경에서 어떻게 식물을 생산할 수 있을 것인가?에 초점을 맞추고 있다. 그러면, 달과 화성 중 어디가 농작물 재배에 더 적합할까? 최근 연구 결과는 우리의 예상을 뒤엎고 달의 손을 들어주었다고 스페이스닷컴이 최근 보도했다. 달 vs 화성, 작물 성장의 승자는? 북애리조나대학교의 연구 조교 로라 리는 "흥미로운 점은 달에서 작물이 화성에서보다 더 잘 자랐다는 점입니다. 우리는 반대일 것이라고 예상했죠."라고 밝혔다. 2024년 미국 지구물리학연합(AGU) 가을 학술대회에서 발표된 이 연구는 달과 화성의 토양 조건이 작물 성장에 미치는 영향을 비교 분석한 최초의 실험 중 하나다. 연구 결과는 달 토양의 구조적 특징이 작물 생장에 더 유리함을 보여준다. 화성 토양은 질소가 풍부하지만, 점토처럼 밀도가 높아 뿌리 호흡에 필수적인 산소 공급을 제한한다. 반면, 달의 표면을 덮고 있는 흙과 암석 부스러기인 레골리스(regolith)는 상대적으로 느슨한 구조로 뿌리 성장에 더 적합한 환경을 제공한다. 마치 지구의 밭을 갈아 토양에 공기를 공급해주는 것과 같은 효과를 기대할 수 있다. 폐수 비료, 우주 농업의 해결사? 척박한 우주 환경에서 비료는 작물 재배의 필수 요소다. 하지만 지구에서 비료를 운송하는 것은 막대한 비용이 소요된다. 이에 대한 대안으로, 연구진은 우주인의 폐수에서 추출한 미생물을 열처리하여 만든 비료인 밀오르가나이트(Milorganite)를 사용했다. 폐기물을 재활용하여 비료를 생산한다는 점에서 지속 가능한 우주 농업 시스템 구축에 필요한 아이디어지만, 아직까지는 해결해야 할 과제가 남아있다. 화성에서 밀오르가나이트를 사용한 옥수수 재배 실험 결과는 그다지 성공적이지 못했다. 지구에서 흔히 사용하는 질소 비료를 사용했을 때보다 옥수수 생존율이 현저히 낮았다. 이는 인간 폐수를 활용한 비료 생산 기술을 더욱 발전시켜야 할 필요성을 보여준다. 효율적인 폐기물 처리 시스템과 작물 생장에 최적화된 비료 생산 기술 개발, 그리고 옥수수 외에도 다양한 작물의 생장 특성을 연구하여 우주 환경에 적합한 작물을 선별하는 것은 우주 농업의 핵심 과제다. 다양한 작물, 우주 농업의 미래를 밝히다 연구진은 옥수수 외에도 브로콜리, 호박, 콩, 알팔파 등 다양한 작물을 대상으로 실험을 진행 중이다. 특히, 알팔파는 달과 화성 토양 모두에서 높은 생존율을 보이며 미래 우주 농업의 핵심 작물로 떠올랐다. 알팔파는 질소 고정 능력이 뛰어나 토양을 비옥하게 만드는 효과가 있다. 또한, 단백질 함량이 높아 영양학적으로도 우수하며, 가축 사료로도 활용 가능하다. 영화 '마션(The Martian)'에서 화성에 홀로 남겨진 식물학자이자 기계공학자인 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 생존하기 위해 감자를 재배했던 장면처럼, 감자는 향후 연구에서 다룰 중요한 작물 중 하나다. 감자는 탄수화물 함량이 높고 재배가 용이하여 우주 식량 자원으로서 큰 잠재력을 지니고 있다. 달, 자급자족 시대 앞당길까? 2019년 발표된 연구에 따르면, 화성이 자급자족 가능해지기까지는 약 100년이 소요될 것으로 예상된다. 반면, 나사의 연구에 따르면 달은 몇십 년 안에 자급자족이 가능할 수도 있다. 지구와의 거리가 짧아 물자 수송이 용이하다는 점이 달의 큰 장점이다. 하지만, 달에는 대기가 없어 소행성 충돌이나 태양 복사에 대한 대비책 마련이 필요하다. 화성은 방사선, 극저온, 독성 물질인 과염소산염 등 극복해야 할 환경적 난관이 많다. 특히, 토양의 유기물 부족은 작물 재배에 큰 어려움을 야기한다. 우주 농업, 지구 농업의 미래를 밝히다 우주 농업 연구는 단순히 우주 탐사를 위한 기술 개발을 넘어 지구 농업의 혁신에도 기여할 수 있다. 극한 환경에서 작물을 재배하는 기술은 기후 변화와 토지 황폐화 등으로 어려움을 겪는 지구 농업에 새로운 해결책을 제시할 수 있다. 예를 들어, 우주 농업 기술은 사막화 지역이나 척박한 토양에서의 작물 재배에 응용될 수 있다. 이번 연구는 인류의 우주 진출과 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음이다. 달과 화성의 토양 특성을 정확히 이해하고, 이에 맞는 작물 재배 기술을 개발하는 것은 우주 농업 성공의 핵심 열쇠다. 앞으로 더욱 활발한 연구를 통해 우주에서 인류가 자립할 수 있는 기반을 마련해야 한다. 특히, 우주 환경의 극심한 온도 변화, 방사선, 낮은 중력 등에 대응하기 위한 인공 환경 제어 기술 개발과 인력 부족 문제를 해결하고 효율성을 높이기 위한 자동화된 농작물 재배 시스템 구축도 중요한 과제다. 끊임없는 연구 개발과 투자를 통해 우주 농업의 꿈을 현실로 만들어 나가야 한다.

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  • 퓨처 Eyes

  2025-01-16 13:23:49