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[신소재 신기술(206)] 중국 휴머노이드 로봇, '非인간' 증명 위해 로봇 지퍼 열다
- 중국의 휴머노이드 로봇 기술이 놀라운 속도로 발전해 사람과 구별이 힘든 단계까지 올라왔다. 홍콩 매체 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면 중국 전기차 제조업체 샤오펑(Xpeng)의 창업자 허샤오펑(何小鵬)이 자사의 신형 휴머노이드 로봇 '아이언(Iron)'의 등을 직접 열어 보이며 "사람이 들어 있지 않다"는 사실을 공개했다. 실물처럼 자연스러운 동작을 구현한 시연 영상이 퍼지며 온라인상에서 "사람이 로봇 옷을 입은 것 같다"는 의심이 쏟아진 데 따른 것이다. 허샤오펑은 지난 7일(현지시간) 중국 SNS 웨이보(微博)에 "전날 밤 로봇 개발팀은 잠을 이루지 못했다. 수개월 준비 끝에 공개한 신세대 로봇의 실연 장면이 폭발적인 반응을 일으켰기 때문"이라며 "댓글에 답하고 반응을 지켜보느라 밤을 새웠다"고 밝혔다. 아이언은 시각 데이터를 직접 해석하는 '비전-언어-액션(VLA) 2.0' 인공지능 모델을 탑재해, 기존의 이미지-언어 변환 과정을 생략함으로써 정보 손실을 최소화하고 처리 효율을 높였다. 샤오펑은 아이언을 "내부에서 태어난 로봇"이라며 인간형 척추 구조, 생체 모방 근육, 유연한 인공피부 등을 갖춘 형태로 소개했다. 이 로봇은 신체 전반에 82개의 자유도를 구현해 춤, 런웨이 워킹 등 복잡한 인간 동작을 수행할 수 있다. 또 산업계에서 가장 작은 크기의 하모닉 조인트를 적용해 실물 크기의 손가락 움직임을 구현했다. 샤오펑은 내년 양산을 목표로 이미 첫 고객사를 확보했다. 중국 최대 철강업체 바오산강철(寶山鋼鐵·Baosteel)은 "정밀 검사 등 복합 산업 현장에 투입할 계획"이라고 밝혔다. 이번 모델은 남성형과 여성형 두 가지로 제작됐으며, 로봇센터 부사장 미량촨(米亮川)은 "여성형은 더 작은 체구 구조 때문에 설계 난도가 높았다"고 설명했다. 허샤오펑이 공개한 영상에서 아이언은 몇 걸음 걸은 뒤 동료가 인공피부의 지퍼를 열자 내부의 냉각 팬과 구동 시스템이 드러났다. "기계음이 들린다"며 허샤오펑이 직접 '진짜 로봇'임을 강조하는 장면은 즉시 바이럴됐다. 이 영상은 '#샤오펑로봇지퍼테스트영상'과 '#로봇피부벗긴모습' 등의 해시태그로 중국판 틱톡 '더우인(抖音)' 실시간 인기 1·2위를 차지했다. 한편 중국 로봇 산업은 최근 '육체를 가진 AI(Embodied AI)' 기술 상용화를 둘러싸고 경쟁이 치열하다. 선전(深圳) 소재 유비테크 로보틱스(UBTech)는 지난주 쓰촨(四川)성 데이터 수집 공장과 1억5900만 위안(약 2200만 달러) 규모의 휴머노이드 로봇 '워커 S2' 공급 계약을 체결했으며, 도봇(Dobot)은 애플 협력사 렌스테크놀로지(Lens Technology)에 올해 1000대 납품을 추진 중이다. 상하이에서 열린 정부 주최 '중국 로봇산업 발전회의'에 따르면, 중국의 로봇 산업 매출은 올해 1~3분기 동안 전년 대비 약 30% 증가했다. 단, 중국의 로봇 산업 규모에 대해 공식 발표된 통계는 다소 산발적이며, 세부 분야(산업용·서비스용)마다 추정치가 다르게 나타난다. 시장 분석 기업 그랜드 뷰 리서치(Grand View Research)에 따르면, 2024년 중국의 산업용 로봇 시장 매출은 약 97억 달러 수준으로 추정하고 있다. 반면 마켓 리서치 퓨처(Market Research Future)는 중국 로봇 기술 시장(제조업·서비스 포함) 규모를 2024년 약 71억 달러로 제시하고 있다. 로봇 실물 공개 후 하락세를 보이던 샤오펑의 주가는 검증 영상 공개 다음 날 1.4% 반등하며 기술력에 대한 신뢰가 회복되는 모습을 보였다. 이번 사건은 중국이 인간형 로봇 분야에서 얼마나 빠르게 진화하고 있는지, 그리고 인간과 기계의 경계가 얼마나 희미해졌는지를 상징적으로 보여줬다는 평가를 받고 있다.
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[신소재 신기술(206)] 중국 휴머노이드 로봇, '非인간' 증명 위해 로봇 지퍼 열다
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[신소재 신기술(205)] 케블라보다 강한 방탄섬유 개발⋯탄소나노튜브 결합 '초고강도 신소재' 등장
- 수십년 간 방탄복과 장갑차의 핵심 소재로 사용돼 온 케블라(Kevlar) 보다 더 강하고 유연한 소재가 개발됐다. 중국 베이징대 진장(靳章) 교수 연구팀이 케블라보다 강하고 유연하며, 총탄 저지 능력이 월등한 복합 신소재 섬유를 개발했다. 이번에 개발된 '초고강도 아라미드 복합섬유'는 기존 케블라에 사용되는 방향족 폴리아미드(아미드) 구조에 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 결합한 형태다. 연구팀은 이 두 소재를 단순히 혼합하는 대신 고분자 사슬과 탄소나노튜브를 직선적이고 평행하게 정렬시키는 '다단 신장(stretching)' 공정을 적용해 결합력을 극대화했다. 이 정렬 구조 덕분에 충격 시 섬유 내부 사슬이 미끄러지지 않아 훨씬 많은 에너지를 흡수할 수 있다. 연구팀은 "이번 연구는 초고강도와 초고인성을 동시에 구현한 아라미드 섬유 제작의 새로운 전략을 제시했다"며 "섬유 내 분자 정렬과 나노 결합 구조가 강도 향상의 핵심"이라고 밝혔다. 해당 연구는 국제 학술지 매터(Matter)에 게재됐다. 연구 내용은 웹사이트 PHYS와 과학기술 전문매체 뉴사이언티스트 등이 다루었다. 실험 결과, 새 소재의 '동적 강도(dynamic strength)'는 기존 아라미드 섬유보다 현저히 높았으며, 에너지 흡수 능력은 706.1메가줄/㎥로 기존 최고 기록을 두 배 이상 뛰어넘었다. 특히 두께 1.8mm의 이 섬유 시트는 총탄을 막아낼 만큼의 높은 방호력을 보였으며, 동일 두께의 케블라 섬유보다 약 3배 더 강한 것으로 평가됐다. 향후 방탄복, 헬멧, 군요 차량은 물론 항공우주용 보호소재로의 응용 가능성이 높다고 연구팀은 전망했다. 한편, 케블라는 1973년 미국 듀폰(DuPont)사가 아라미드 섬유의 상용화에 성공해 개발한 내열성 합성섬유다. 강철보다 5배 강한 인장력을 지녀 수십 년간 방호용 섬유의 표준으로 사용돼 왔다. 아라미드(Aramid)는 미국 듀폰의 케블라, 일본 테이진(帝人)의 트와론, 한국 코오롱의 헤라크론 등 소수의 기업만이 독점기술을 보유한 기술집약적 소재다. 현존하는 섬유 중 가장 강한 소재인 아라미드는 섭씨 500도(℃)에도 연소되지 않는 뛰어난 내열성과 화학약품에 대한 내약품성을 지닌다. 그러나 섬유를 더 강하게 만들면 취성이 커지는 한계가 있어 '강도와 인성의 동시 확보'는 오랜 숙제로 남아 있었다. 이번 연구는 그 난제를 해결한 것으로 평가된다. 과학계는 이번 성과가 "케블라 이후 50년 만의 혁신"이라며, 초경량·초내구 방호소재 시대의 개막을 예고했다. ◇ 참고 문헌: Jiajun Luo 외, 동적 강도 최대 10 GPa 및 동적 인성 최대 700 MJ m−3를 갖는 아라미드 섬유, Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102496
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[신소재 신기술(205)] 케블라보다 강한 방탄섬유 개발⋯탄소나노튜브 결합 '초고강도 신소재' 등장
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[신소재 신기술(203)] 비정질 소재도 '마찰발광' 구현⋯차세대 안전 소재 부상
- 기계적 자극으로 빛을 내는 '마찰발광(ML·Mechanoluminescence)' 기술이 결정 구조에 의존하지 않는 비정질(非結晶) 물질에서도 구현될 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 향후 산업 안전, 기계 설비 진단, 차세대 센서 분야에 응용될 수 있는 기반 기술로 평가된다. 오키나와과학기술대학원(OIST) 연구진은 광발광 특성으로 알려진 화학 화합물을 이용해 결정 구조가 없는 얇은 구리 복합체 필름을 제작하고, 접촉·분리, 비틀기, 마찰 등 다양한 기계적 자극을 가했을 때 발광 현상이 나타나는 것을 확인했다고 웹사이트 PHYS, 미라지뉴스 등이 28일(현지시간) 보도했다. 해당 내용은 국제 학술지 케미컬 사이언스(Chemical Science)에 발표됐다. 일반적으로 마찰발광은 결정체를 부수거나 파괴하는 과정에서 발생한다. 그러나 결정이 파쇄되면 발광 특성도 상실되는 한계가 지적돼 왔다. 이에 비해 비정질 소재는 구조적 제약이 적고 충격에도 안정성이 높아 실제 산업 적용 가능성을 넓힌다는 평가가 나온다. 연구를 이끈 줄리아 쿠스누트디노바 OIST 교수는 "결정 기반 발광 물질은 구조에 크게 의존해 설계가 복잡하고, 파손 시 성능이 빠르게 악화된다"며 "비정질 소재는 더 오래 지속되는 발광 구현에 유리하다"고 설명했다. 연구진은 비정질 필름을 보호 플라스틱으로 코팅한 상태에서도 비파괴적 발광이 유지되는 것을 확인했다. 마찰 과정에서 필름과 주변 기체 분자가 부분적으로 전기장을 띠며 들뜸 현상이 발생하고, 이 에너지가 발광으로 이어진다는 분석이다. 논문의 제1저자인 아유무 카리마타 박사는 "결정 파쇄 과정이 반드시 필요한 것이 아님을 증명했다"며 "결정 공학 설계 없이도 기계 자극 반응형 발광 소재를 구현할 수 있어 소재 과학의 가능성이 크게 확장된다"고 말했다. 연구진은 향후 유연 디스플레이, 구조물 균열 감지 센서, 야간 안전 장비 등 다양한 분야 적용성이 높을 것으로 전망했다.
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[신소재 신기술(203)] 비정질 소재도 '마찰발광' 구현⋯차세대 안전 소재 부상
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[신소재 신기술(202)] 표고버섯으로 구동되는 컴퓨터 메모리⋯'생체 기반 반도체' 가능성 열렸다
- 미국 오하이오주립대 과학자들이 표고버섯(Lentinula edodes)에서 자라는 균사체(mycelium)를 활용해 정보 저장 기능을 갖춘 컴퓨터 메모리 소자를 구현했다. 기존 실리콘 기반 메모리와 유사한 성능을 확보하면서도 저비용·고확장성과 친환경성을 갖춘 차세대 기술로 주목받는다. 연구팀은 버섯의 뿌리 역할을 하는 균사체 구조가 전기·화학 신호로 정보를 전달하는 신경망과 유사하다는 점에 착안했다. 균사체 조직을 건조해 회로에 연결한 뒤 전류를 흘려보내자, 이전의 전기적 상태를 기억하는 '멤리스터(memristor)' 특성이 나타났다. 이는 뇌 신경세포 사이의 시냅스 역할을 모사할 수 있는 핵심 기술이다. 해당 연구에 대해서는 오하이오 스테이트 뉴스, 사이언스 얼럿, IFL사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 연구팀은 새로운 멤리스터의 성능을 연구하기 위해 표고버섯과 양송이버섯 샘플을 배양했다. 배양을 완료한 뒤 장기 생존 가능성을 확보하기 이해 탈수 과정을 거친 후, 특수 전기 회로에 연결하고 다양한 전압과 주파수에 연결했다. 연구 결과에 따르면 '머쉬리스터(mushristor)'로 불린 이 소자는 초당 약 5850회(약 170마이크로초 간격)의 신호 전환 성능을 보여, 상용 저속 메모리와 비슷한 수준을 기록했다. 오하이오주립대 소속 연구자 존 라로코(John LaRocco) 박사는 "생물학적 신경활동과 유사한 방식으로 작동하는 칩은 대기전력 소모가 작아 경제적 이점이 크다"고 설명했다. 정확도는 약 90%로, 버섯을 사용한 특이한 시스템으로서는 놀라운 수치였지만 실용적인 저장 장치를 만들기 위해서는 개선해야 할 부분이 있음을 보여줬다. 연구팀은 내구성과 방사선 저항성이 뛰어난 표고버섯 종을 선택해, 페트리 접시에서 균사체를 성장시킨 뒤 자연 건조 과정을 거쳐 소자로 활용했다. 다만 전압이 높을수록 성능 저하가 나타나 추가 균사체를 병렬 연결해 보완하는 방식으로 실험을 이어갔다. 라로코 박사는 "균사체(곰팡이) 전자공학은 새로운 개념은 아니지만, 지속 가능한 컴퓨팅 시스템 개발에 이상적인 후보로 부상했다"고 말했다. 균사체 메모리스터는 생분해성으로, 기존 메모리스터나 반도체보다 제조 비용이 저렴해 전기 낭비를 최소화하기 때문이다. 기존 반도체는 종종 고가의 희토류 광물과 데이터 센터의 막대한 에너지를 필요로 한다. 그는 "균사체를 컴퓨팅 기판으로 활용한 연구는 직관적이지 않은 환경에서 이전에도 시도된 바 있으나, 우리의 연구는 이러한 메모리스티브 시스템 중 하나를 한계까지 끌어올리려 시도한 것"이라고 설명했다. 이번 기술이 즉각 대중용 컴퓨팅 장비에 적용되기에는 한계가 있으나, 연구진은 개인용 장치부터 항공우주 분야까지 다양한 응용 가능성을 제시했다. 표고버섯은 방사선에 강한 것으로 알려져 있다. 이에 연구팀은 표고버섯으로 만든 장치는 우주 탐사에 적합할 것이라고 말했다. 라로코 박사는 "필요한 것은 퇴비 더미와 간단한 전자장비 정도"라며 "균류 기반 컴퓨팅 연구는 지금 당장도 시작할 수 있는 영역"이라고 말했다. 유기 멤리스터는 아직 초기 개발 단계에 있지만 연구진은 논문에서 "컴퓨팅의 미래는 균류(fungal)일 수 있다"고 표현했다. 이번 연구 성과는 미국 공공과학 도서관 온라인 학술지 '플로스 원(PLOS One)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(202)] 표고버섯으로 구동되는 컴퓨터 메모리⋯'생체 기반 반도체' 가능성 열렸다
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구글 양자컴, 최강 슈퍼컴 1.3만배 성능 증명⋯양자칩 '윌로우' 공개 10개월만
- 구글이 양자(퀀텀) 컴퓨팅 분야에서 또 하나의 획기적인 이정표를 달성했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 구글은 22일(현지시간) 세계 최초로 '검증 가능한 양자 우위(Verifiable Quantum Advantage)'를 달성한 알고리즘을 구현했다고 밝혔다. '양자 우위'란 기존 컴퓨터가 현실적인 시간 안에 해결할 수 없는 문제를 양자 컴퓨터가 처리할 수 있는 능력을 의미한다. 구글은 자체 개발한 양자 칩 '윌로우(Willow)'를 이용해 구현한 알고리즘 '퀀텀 에코스(Quantum Echoes)'를 이날 세계적인 학술지 '네이처'에 게재했다. '윌로우'는 구글이 지난해 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프런티어가 10셉틸리언(10의 24제곱)년, 즉 1조와 1경, 1해보다 큰 10자년 걸려야 풀 수 있는 문제를 단 5분 안에 풀었다며 발표한 양자 칩이다. 윌로우를 이용한 '퀀텀 에코스'는 세계 최고 성능의 슈퍼컴퓨터가 실행하는 최상의 고전 알고리즘보다 연산 속도가 1만3000배 빠르다고 구글은 설명했다. 특히 이는 슈퍼컴퓨터의 능력을 넘어서면서도 전 세계적으로 처음 '검증 가능한' 알고리즘이라고 강조했다. 이는 다른 양자 컴퓨터로도 동일한 결과를 반복적으로 재현하고 검증할 수 있음을 의미한다. 구글은 2019년 첫 '양자 우위'를 달성했다고 발표했다. 그러나 당시 이를 검증할 수 있는 방법이 없어 일각에서는 구글 발표에 의문이 제기되기도 했다. 그러나 구글은 '퀀텀 에코스' 알고리즘을 통해 '양자 우위'가 검증 가능하다고 밝혔다. 또 2019년 당시에는 0.1%의 데이터만 정확해도 성과로 인정받았지만, 이번 '검증 가능한 양자 우위'를 위해서는 오류 데이터가 0.1% 미만이어야 한다고 설명했다. 구글은 연구 신뢰도를 높이기 위해 10인년(연구자 10명이 1년 동안 집중적으로 테스트한 수준의 검증 과정)에 달하는 엄격한 테스트를 통해 '윌로우' 칩의 성능을 슈퍼컴퓨터와 비교 검증했으며, 알고리즘 최적화를 위해 총 1조 회에 달하는 측정을 진행했다고 밝혔다. 구글은 이번 알고리즘이 이론적 성과를 넘어 신약 개발이나 신소재 과학 등 실제 산업에 적용될 구체적인 가능성을 제시하며, 특히 자기공명영상장치(MRI)의 기술적 기반이기도 한 핵자기 공명(NMR) 기술을 '분자 눈금자'로 활용해 분자 구조를 더 정밀하게 측정하는 길이 열렸다고 설명했다. 이를 통해 신약이나 차세대 배터리 및 신소재의 분자 구조를 특성화하는 등 첨단 산업에 혁신을 가져옴으로써 이번 성과가 향후 신약 개발, 배터리 설계, 핵융합 에너지 등 기존 슈퍼컴퓨터가 풀지 못했던 난제를 해결하는 중요한 이정표가 될 것이라고 기대했다. 구글은 이를 토대로 5년 이내에 양자 컴퓨터로만 가능한 실제 응용 사례가 등장할 것으로 전망했다. 또 대규모 오류 수정 양자 컴퓨터로 기술을 확장해 나가면서 더욱 유용한 활용 사례들을 발굴해 나갈 것이라고 밝혔다. 현재 구글 연구진은 양자 하드웨어 로드맵의 세 번째 이정표로, 양자 컴퓨터의 오류를 줄이고 안정성을 높이는 핵심 기술인 '오래 지속되는 논리 큐비트' 개발에 집중하고 있다. 이번 구글 발표는 올해 노벨 물리학상 수상으로 이어진 초전도 큐비트 기술 연구에 뿌리를 두고 있다. 이 분야의 세계적 석학이자 구글 퀀텀 AI 수석 과학자 미셸 드보레는 윌로우 양자 칩을 포함한 구글의 통합적인 양자 컴퓨팅 접근법 개발에 핵심적인 역할을 수행해왔다.
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구글 양자컴, 최강 슈퍼컴 1.3만배 성능 증명⋯양자칩 '윌로우' 공개 10개월만
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[신소재 신기술(201)] LED 빛으로 암세포만 선택적으로 제거⋯정상세포 손상 없는 치료법 개발
- 암세포만 골라 없애는 'LED 치료법'이 개발됐다. 미국 텍사스대학교 오스틴캠퍼스(UT Austin)와 포르투갈 포르투대학교 연구진이 LED 빛과 초박막 주석 조각을 활용해 암세포만 선택적으로 파괴하는 새로운 암 치료 기술을 개발했다고 UT뉴스와 사이테크데일리가 최근 보도했다. 이 기술은 고가의 장비와 강력한 레이저를 사용하는 기존 광열치료법보다 안전하고 저비용으로 구현 가능하다는 점에서 주목받고 있다. 연구는 'UT 오스틴-포르투갈 프로그램(UT Austin Portugal Program)'의 공동 연구로 수행됐다. 연구팀은 주석의 화학기호 'Sn'을 기반으로 한 SnOx 나노플레이크(nanoflakes)와 LED 조명을 결합해, 암세포를 정밀하게 표적하는 광열 반응을 유도하는 데 성공했다. 국제 학술지 ACS 나노(ACS Nano)에 게재된 논문에 따르면, 이 치료법은 LED 노출 30분 만에 피부암 세포의 92%, 대장암 세포의 50%를 파괴했으며, 건강한 인체 피부세포에는 손상을 주지 않았다. 연구 책임자인 진 앤 인코르비아(Jean Anne Incorvia) 교수는 "LED와 SnOx 나노플레이크의 조합으로 안전하면서도 정밀한 치료 효과를 달성했다"고 설명했다. 연구진은 이 기술이 기존 항암제나 방사선 치료처럼 통증과 부작용을 유발하지 않고, 빛을 이용해 암세포만 국소적으로 제거할 수 있는 차세대 광기반 암 치료법으로 발전할 가능성이 높다고 평가했다. 포르투대학교의 아르투르 핀투(Artur Pinto) 연구원은 "장비 접근성이 낮은 지역에서도 적용 가능한 저비용 치료로 발전시키는 것이 목표"라며, "특히 피부암의 경우 가정에서도 LED 장치를 이용해 재발 위험을 줄이는 치료가 가능할 것"이라고 밝혔다. 연구팀은 향후 동일 기술을 활용해 유방암 환자를 위한 삽입형 치료 장치(implant) 개발에도 나설 계획이다. 이번 연구는 개인 맞춤형·비침습형(非侵襲型) 암 치료의 새로운 전환점을 제시했다는 평가를 받고 있다. UT 오스틴-포르투갈 프로그램은 양국 정부가 공동으로 추진하는 과학기술 협력사업으로, 이번 연구는 그 성과의 대표적인 사례로 꼽힌다.
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[신소재 신기술(201)] LED 빛으로 암세포만 선택적으로 제거⋯정상세포 손상 없는 치료법 개발
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[신소재 신기술(200)] 美 UC샌디에이고 연구진, 액정 고분자 기반 인공피부 개발
- 살아 있는 유기체처럼 구부러지고 휘어지는 차세대 소프트 로봇이 등장했다. 미국 캘리포니아대 샌디에이고(UC San Diego) 연구진이 액정 탄성중합체(liquid crystal elastomer·LCE)로 만든 초박형 인공피부를 개발해, 덩굴 형태의 로봇이 인체의 동맥이나 제트엔진 내부처럼 좁고 복잡한 공간을 통과할 수 있도록 했다고 인터레스팅엔지니어링이 보도했다. 이번 연구 성과는 정밀 수술용 내시경 장비나 산업용 정비 로봇 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 연구팀은 로봇 표면에 LCE 구동층을 전략적으로 배치하고, 내부 압력과 구동기의 온도를 정밀 제어해 로봇의 움직임을 조절했다. 이 로봇은 직경 3∼7mm, 길이 25cm 규모로, 끝부분이 뒤집히며 자라나는 구조를 통해 주변 환경에 마찰을 거의 주지 않고 전진한다. 실험에서 로봇은 사람의 대동맥과 연결 동맥을 모사한 구조물 안을 통과했으며, 제트엔진 모형 내부를 유연하게 이동하며 100도 이상의 곡선을 그리는 데 성공했다. 또 초소형 카메라를 장착해 접근이 어려운 엔진 내부를 정밀 촬영하는 데 성공, 항공우주 정비나 정밀 검사 등 다양한 산업 응용 가능성을 입증했다. 해당 연구는 과학저널 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재됐다. 논문의 교신저자인 타니아 모리모토(Tania K. Morimoto) 기계항공공학과 부교수는 "이번 연구는 섬세하고 제한된 환경에서 조향 가능한 초소형 소프트 로봇 개발로 가는 중요한 진전"이라며 "온도와 압력을 복합적으로 제어해 로봇을 정밀하게 움직일 수 있다"고 설명했다. 공동연구자인 김석준 박사후연구원은 "이번에 개발한 소프트 스킨은 덩굴형 로봇뿐 아니라 웨어러블 햅틱 장치, 연성 그리퍼, 이동형 소프트 로봇 등 다양한 시스템에도 적용할 수 있다"고 덧붙였다. 연구팀은 향후 이 덩굴형 로봇을 원격조종 혹은 자율형 시스템으로 발전시키고, 크기를 더 줄여 인체 혈관 속에서도 안전하게 작동할 수 있도록 개선할 계획이다. 이번 연구는 소프트 로보틱스 분야에서 "움직임의 생명성을 구현한 기술적 도약"으로 평가받고 있다.
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[신소재 신기술(200)] 美 UC샌디에이고 연구진, 액정 고분자 기반 인공피부 개발
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[신소재 신기술(199)] 中 인간처럼 표정 짓는 휴머노이드 로봇 공개⋯일상 속 인간-로봇 경계 허문다
- 피부 질감과 눈 깜빡임 등 표정 변화가 실제 사람의 얼굴과 구분되지 않는 휴머노이드 로봇이 중국에서 공개됐다. 중국 상하이에 본사를 둔 어헤드폼 테크놀로지(AheadForm Technology)가 사람과 흡사한 외형과 표정을 구현한 차세대 휴머노이드 로봇 '엘프 V1(Elf V1)'을 공개했다고 인터레스팅엔지니어링이 15일(현지시간) 보도했다. 이 로봇은 자율 학습형 인공지능(AI) 알고리즘을 탑재해 주변 환경을 인식하고, 사람과 대화하며 학습·적응할 수 있는 것이 특징이다. 엘프 V1은 최대 30개의 자유도를 가진 정밀 제어 시스템을 기반으로 작동하며, 인공지능 학습 알고리즘을 통해 감정 표현과 의사소통 능력을 동시에 구현한다. 로봇의 얼굴에는 30개의 미세 브러시리스 모터가 장착돼 눈의 움직임, 표정 변화, 입술 움직임이 실제 인간처럼 자연스럽게 연동된다. 특히 '바이오닉 스킨(Bionic Skin)' 기술이 적용돼 피부 질감과 표정 변화가 실제 사람의 얼굴과 거의 구분되지 않는다. CGTN에 따르면 이 로봇은 사용자의 표정과 감정을 실시간으로 인식하고 반응하는 기능을 갖추고 있으며, 표정 생성 및 감정 시뮬레이션 기술을 통해 '언캐니 밸리(Uncanny Valley)' 현상을 최소화했다. 언캐니밸리는 인간과 비슷해 보이는 로봇을 보면 생기는 불안감과 혐오감 및 두려움을 느끼는 현상을 의미한다. 엘프 V1은 대규모 언어모델(LLM)과 비전-언어모델(VLM)을 통합 적용해 인간의 언어, 표정, 시각적 단서를 실시간으로 분석·해석할 수 있다. 이를 통해 인간과 유사한 수준의 반응성과 학습 능력을 발휘하며, 복잡한 대화나 행동 상황에도 자연스럽게 대응한다. 어헤드폼 테크놀로지는 "현실감 있고 감정을 표현할 수 있는 로봇의 얼굴을 개발함으로써 인간과 기계 간의 경계를 허물고, 상호작용의 새로운 시대를 열겠다"고 밝혔다. 회사는 이 로봇이 향후 가정, 의료, 서비스, 교육 등 다양한 산업 분야에서 조력자와 동반자의 역할을 수행할 수 있을 것으로 전망했다. 업계에서는 엘프 V1이 휴머노이드 로봇의 실용화 경쟁에서 중국 기술력의 진전을 보여주는 상징적 성과로 평가했다. 인간의 감정 이해, 사회적 상호작용, 자연스러운 외형 표현 등 기존 로봇이 넘지 못했던 한계를 돌파한 것이다. 전문가들은 이번 기술이 향후 돌봄 서비스, 감정 상담, 맞춤형 고객 응대 등에서 새로운 시장을 열 것으로 전망하면서도, 인간과 구분되지 않는 외형이 초래할 윤리적 논란과 사회적 수용성 문제에 대한 논의도 필요하다고 지적한다.
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[신소재 신기술(199)] 中 인간처럼 표정 짓는 휴머노이드 로봇 공개⋯일상 속 인간-로봇 경계 허문다
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[퓨처 Eyes(106)] 스위스 로잔 공대, 젤리로 20배 강한 금속 만드는 3D 프린팅 신기술 개발
- 말랑말랑한 젤리로 단단한 금속 부품을 만드는 공상과학 영화에서나 볼 법한 기술이 현실로 다가왔다. 스펀지처럼 말랑한 하이드로젤을 이용해 기존보다 20배나 강한 압력을 견디는 금속 부품을 만드는 3D 프린팅 신기술을 스위스 로잔 연방 공과대학교(EPFL) 연구진이 개발했다. 이들은 재료를 선택한 뒤 인쇄하던 기존의 틀을 깨고, 먼저 젤리 형태의 '틀'을 인쇄한 뒤 원하는 금속이나 세라믹을 '성장'시키는 혁신적인 공정으로 재료 공학의 새로운 지평을 열었다. 이 기술은 미래 에너지, 의료, 센서 같은 첨단 산업의 판도를 바꿀 핵심 기술로 주목받는다. 젤리로 틀 만들고 금속 채우는 '역발상' 기존 금속 3D 프린팅 기술은 흔히 '건포도 빵' 만드는 과정에 비유한다. 밀가루 반죽(레진)에 건포도(금속 분말)를 미리 섞은 뒤, 빵 모양을 만들며 레이저로 굳히는 방식이다. 하지만 이 방식은 반죽에 건포도를 너무 많이 넣으면 빵이 제대로 부풀지 않고 부서지듯, 금속 함량을 높이는 데 한계가 명확했다. 또한, 주로 폴리머 소재에 한정되며, 이렇게 만든 금속·세라믹 소재는 내부가 다공성이어서 강도가 약했다. 무엇보다 굳히는 과정에서 부피가 60%에서 많게는 90%까지 줄어, 10cm짜리 부품이 1~4cm 크기로 쪼그라드는 심각한 수축 문제도 안고 있었다. 이렇게 엄청난 수축률은 비현실적으로 큰 초기 모형을 요구할 뿐 아니라, 완성품에 심각한 뒤틀림(warping) 현상을 동반해 정밀 부품 제작의 가장 큰 걸림돌이었다. EPFL 연구진은 이 문제를 풀기 위해 완전히 새로운 접근법을 고안했다. 건포도 빵 대신, 먼저 아무것도 넣지 않은 '스펀지 케이크'를 굽는다는 역발상이다. 여기서 스펀지 케이크 역할을 하는 것이 바로 하이드로젤(hydrogel)이다. 연구진은 먼저 표준 '액조 광중합(vat photopolymerisation)' 3D 프린팅 기술로 빛에 반응하는 하이드로젤을 원하는 모양의 3차원 지지체(scaffold)로 만들었다. 지지체란 건축 현장의 '비계'나 우리 몸의 '뼈대'처럼 전체 구조를 받치는 틀을 뜻한다. 이렇게 완성한 말랑한 하이드로젤 지지체를 원하는 금속 성분이 녹아있는 특별한 용액, 즉 금속염 용액에 푹 담근다. 연구에 따르면 섭씨 65도 용액에서 60분간 담가두는 과정을 거친다. 그러면 스펀지가 물을 빨아들이듯 하이드로젤 지지체 전체에 금속염이 고르고 깊숙하게 스며든다. 구체적으로 철(Fe³⁺), 은(Ag⁺), 구리(Cu²⁺) 같은 금속 이온이 녹아있는 용액에 담그면, 금속 이온들이 하이드로젤 내부의 빈 공간과 고분자 사슬 사이로 균일하게 퍼진다. 이후 침전제를 써서 화학적 침전(coprecipitation) 반응으로 이 이온들을 금속 나노입자나 금속 산화물 입자로 바꾼다. 이 과정의 반응 속도, 온도, pH 등을 조절해 입자의 크기와 분산을 정밀하게 제어할 수 있다. 연구진은 이 '담그고 바꾸는' 주입-침전 과정을 5번에서 10번 반복해 지지체 내부의 금속 함량을 원하는 만큼 매우 촘촘하게 높였다. 마지막으로, 금속을 가득 품은 하이드로젤을 고온의 용광로에서 열처리하면 스펀지 케이크에 해당하는 유기물(하이드로젤)은 모두 태워 없애고, 그 안에 자리 잡고 있던 금속 나노입자들이 서로 엉겨 붙어 순수한 금속 구조물만 남긴다. 이 과정을 소결(sintering)이라 부르며, 작은 입자들이 서로 융합해 고밀도의 단단한 구조를 만드는 원리다. 강도 20배 높이고 뒤틀림 문제 해결 이 새로운 공정으로 만든 금속 구조물은 성능이 획기적으로 향상됐다. 이 연구의 제1 저자인 이밍 지 박사과정생은 "우리가 만든 소재는 기존 방법으로 생산한 것과 비교해 20배 더 강한 압력을 견딜 수 있다"고 밝혔다. 강도뿐 아니라 정밀도 문제도 해결했다. 그는 "수축률 역시 기존의 60~90%가 아닌, 20%에 불과했다"고 강조했다. 무엇보다 완성된 구조물이 열처리 뒤에도 뒤틀림 없이 거의 평평한 상태를 유지했다. 연구팀은 이 기술의 우수성을 증명하려고 철, 은, 구리 같은 다양한 금속으로 자이로이드(gyroid)라는 특수한 구조를 만들었다. 자이로이드는 산호나 해면처럼 매우 복잡하게 얽힌 3차원 격자 구조로, 가벼우면서도 모든 방향에서 가해지는 힘을 효과적으로 분산시켜 구조적 안정성이 매우 높다. '선 제작, 후 결정'…3D 프린팅 패러다임 전환 이번 연구는 3D 프린팅의 생각의 틀을 바꾸는 중요한 뜻을 지닌다. 스위스 로잔 연방 공과대학교(EPFL) 재료화학제조연구소의 대릴 이(Daryl Yee) 책임자는 "우리 연구는 접근하기 쉽고 저렴한 3D 프린팅 공정으로 고품질 금속 및 세라믹을 만들 수 있게 할 뿐 아니라, 3D 프린팅 전에 재료를 선택하는 것이 아니라 프린팅 뒤에 선택하는 적층 제조의 새로운 길을 제시한다"고 말했다. 즉, 값싼 하이드로젤로 수많은 '틀'을 미리 만들어 둔 뒤, 필요에 따라 어떤 틀은 금으로, 어떤 틀은 의료용 티타늄으로, 또 다른 틀은 특수 세라믹으로 바꿀 수 있는 '맞춤형 후처리'가 가능하다. 이 방식은 단순히 재료 선택의 순서를 바꾸는 데 그치지 않는다. 하나의 하이드로젤 출력물에 철, 은, 세라믹 등 전혀 다른 재료를 필요에 따라 선택적으로 적용하는 길을 열었다는 점에서 더욱 혁신적이다. 시제품 제작, 맞춤형 신소재 개발, 나아가 재활용 측면에서도 큰 잠재력을 보여준다. 첨단 부품부터 기능성 소재까지…무한한 가능성 이 기술은 강력함, 가벼움, 복잡한 설계라는 세 마리 토끼를 동시에 잡아야 하는 여러 첨단 분야에서 무한한 가능성을 보여준다. 단순한 격자 구조를 넘어, 실제 산업 부품 제작으로 그 가능성이 넓어졌다. 실제로 연구진은 이 기술로 머리카락 몇 올 두께의 아주 작은 평면 철제 기어(gear)와 혈관 내부에 삽입하는 관 모양의 스텐트(stent)를 만드는 데 성공했다. 실제 산업 현장에서 요구하는 정밀 부품을 만들 수 있다는 잠재력을 증명한 셈이다. 연구진은 여기서 한 걸음 더 나아가, 구조적 역할을 넘어 기능성을 갖춘 소재 제작에도 성공했다. 강력한 자석의 일종인 스트론튬 헥사페라이트(Strontium Hexaferrite, SrFe₁₂O₁₉)라는 세라믹으로 자이로이드 구조를 만든 뒤, 산화철 가루를 뿌려 그 주위에 형성된 자기장을 눈으로 보여주는 데 성공했다. 이로써 앞으로 고성능 모터나 데이터 저장 장치 같은 기능성 부품을 제작할 길도 열렸다. 다만 이 기술이 산업계에 널리 퍼지기까지 풀어야 할 과제도 남아있다. 금속 함량을 높이려고 주입과 침전 과정을 여러 차례 반복해야 하므로 전체 공정 시간이 기존 방식에 견줘 길다. 연구진은 이 문제를 풀기 위해 현재 자동화 로봇을 도입해 주입과 세척 단계를 서두르는 연구를 진행하고 있으며, 가까운 미래에 소재의 밀도를 더욱 높이면서도 처리 시간을 줄일 수 있을 것으로 기대한다. 국제 저명 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표된 이번 연구는 저렴한 하이드로젤과 간단한 후처리 공정으로 기존의 값비싼 장비와 복잡한 공정으로만 가능했던 고성능·고밀도 금속 및 세라믹 부품 제작의 대중화를 앞당겼다는 평을 얻었다. 젤리에서 강철을 뽑아내는 현대판 연금술이 미래 산업의 지도를 어떻게 바꿀지, 앞으로 자동화 공정 최적화를 통해 실용화의 문턱을 넘을 수 있을지 이목이 집중되고 있다.
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[퓨처 Eyes(106)] 스위스 로잔 공대, 젤리로 20배 강한 금속 만드는 3D 프린팅 신기술 개발
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[신소재 신기술(198)] 실온에서도 얼어붙는 '아이스 XXI' 발견⋯韓 연구진 참여로 얼음의 비밀 한층 더 풀렸다
- 유럽의 대형 X선 레이저 실험에서 실온에서도 고체 상태로 존재하는 완전히 새로운 형태의 신종 얼음 ice XXI(아이스 21)이 발견됐다. 한국표준과학연구원(KRISS) 등 연구팀은 해당 얼음을 ice XXI(아이스 21)로 명명하고, 이 얼음이 4각형 결정 구조(tetragonal crystal) 로 구성되며 단위구조에 무려 152개의 물 분자가 반복되는 독특한 특성을 지닌다고 밝혔다. 연구진은 독일의 유럽 X선 자유전자레이저(European XFEL) 시설에서 다이아몬드 앤빌 셀(DAC) 을 활용해 물을 최대 약 2기가파스칼(gPa) 수준까지 빠르게 압축하고 이후 완만하게 감압하면서, 초당 백만 장 이상의 X선 이미지를 연속 촬영해 결정 구조 변화를 추적했다. 이 과정을 수백 차례 반복한 끝에 아이스 XXI의 존재가 확인됐다. 이 같은 발견은 얼음의 다양한 결정형이 아직 더 존재할 가능성을 시사하는 것으로, 특히 태양계의 얼음 위성이나 극저온 환경의 천체에서 아직 알려지지 않은 얼음 상이 존재할 가능성이 열렸다는 점에서 의미가 깊다. 해당 연구는 학술지 네이처 머티리얼스(Nature Materials)에 게재됐다. 실온 얼음의 발견이 남긴 과학적 함의 얼음이라 하면 흔히 얼음결정(ice I)을 떠올리지만, 물은 온도·압력 조건에 따라 현재까지 20여 개의 얼음 상이 알려져 있다. 이번 ice XXI의 발견은 그 경계선을 또 한 차례 확장한 성과다. 한국표준과학연구원 연구팀은 유럽 XFEL 시설을 활용해 물을 극한 압력 환경에 노출한 뒤 감압하는 방식으로 실험을 수행했다. 다이아몬드 앤빌 셀을 통해 물을 최대 약 2gPa(지구 대기압 대비 약 2만 배)까지 압축하고, 천천히 감압하는 과정을 반복하며 물의 결정 전이 경로를 정밀하게 관찰했다. 이 과정에서 ice XXI라는 과도 준안정(metastable) 구조가 확인된 것이다. 아이스 XXI(ice XXI)는 4각형 구조의 결정 격자를 갖고 있으며, 하나의 반복 단위(unit cell)에 152개의 물 분자가 포함된다. 이는 기존에 알려진 얼음 상들과는 다른 규모와 대칭성을 지니는 구조다. 또한 ice XXI는 일종의 과도 상(transition intermediate)으로 판단되며, 얼음 VI 상이 형성되는 경로 중 하나의 숨겨진 전이(intermediate pathway)로 존재하는 것으로 보인다. 한국표준과학연구원 물리학자 이근우 박사는 "유럽 XFEL의 독특한 X선 펄스를 활용해, 동적 다이아몬드 압착 셀을 통해 1000회 이상 급속히 압축 및 감압된 H₂O에서 다중 결정화 경로를 규명했다"고 밝혔다. 이 발견은 과학적으로 다음과 같은 의의를 지닌다. △ 얼음 상 구조 다양성 확대 지금까지 알려진 얼음 상보다 더 복잡한 구조가 존재할 수 있음을 보여준다. 특히 준안정 상태의 결정 구조가 존재할 수 있다는 점은 얼음 전이 과정을 이해하는 데 중요한 단서다. △ 천체·우주 환경과의 연계 얼음 위성이 존재하는 태양계 외곽 천체들-예를 들어 목성의 위성, 토성의 위성, 혹은 혜성의 얼음층-은 극저온·고압 환경이 존재할 수 있다. 이러한 환경에서는 ice XXI 같은 미지의 얼음 상이 자연적으로 형성될 가능성이 있다. 따라서 이번 발견은 천체 물리·우주 과학 분야에도 영향력을 미친다. △ 물-얼음 상전이 경로 연구의 진전 얼음이 형성되는 경로, 즉 물 분자들이 어떻게 배열을 바꾸며 고체 상태로 전이하는지가 결정 과학 및 응집물리학의 핵심 과제 중 하나다. 이번 실험은 압축과 감압을 매우 빠른 시간 단위로 반복하면서 그 미세한 경로를 X선으로 실시간 기록한 점에서 기술적으로 진보한 접근법이다. △ 신소재 및 극한 물질 연구의 가능성 복잡한 결정 구조를 갖는 얼음 상은 다른 물성(예: 열전도성, 비열, 강도 등)에서 특이한 특성을 보일 가능성이 있다. 이는 극한 환경 소재나 고압 물질 연구에 있어서도 새로운 응용 지평을 제공할 여지다. △ 이론·모델 정교화 압력 기존의 이론 모델이나 시뮬레이션은 일정한 온도·압력 범위에서 알려진 얼음 상 전환만을 고려해 왔다. ice XXI의 존재는 이론 모델을 더욱 확장하고, 미지 결정형을 예측할 수 있는 모델링에 대한 요구를 강화한다. 다만, 일상적인 냉동고나 가정 환경에서 ice XXI를 구현하는 것은 여전히 불가능하다. 매우 높은 압력과 빠른 압축·감압 과정을 요구하며, 안정화되지 않는 준안정 상태이기 때문이다. 이번 발견은 국제 공동 연구의 결과로, 향후 추가 실험을 통해 ice XXI의 안정 영역을 규명하고, 또 다른 미지의 얼음 상을 찾기 위한 촉매가 될 전망이다. 물과 얼음, 그리고 그 변이형에 내재한 복잡성과 아름다움이 다시 한번 과학계에 새로운 질문을 던지고 있다.
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[신소재 신기술(198)] 실온에서도 얼어붙는 '아이스 XXI' 발견⋯韓 연구진 참여로 얼음의 비밀 한층 더 풀렸다
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[신소재 신기술(197)] 테라헤르츠 빛으로 '차세대 비휘발성 메모리' 가능성 열다
- 과학자들이 원형 테라헤르츠 빛을 이용해 초안정성 페로액셜(ferroaxial) 물질을 전환하는 방법을 발견해, 차세대 비휘발성 데이터 저장 기술의 길을 열었다. 독일 막스플랑크연구소(MPSD)와 옥스퍼드대 공동 연구진이 원형 편광 테라헤르츠(THz) 빛을 이용해 초안정 '페로액셜' 물질을 제어하는 데 성공했다고 사이테크 데일리가 지난 11일(현지시간) 보도했다. 현대 사회의 모든 디지털 정보는 0과 1의 이진 코드로 저장된다. 물리적으로 두 가지 안정된 상태를 오가는 물질이라면, 이론적으로는 데이터 저장 장치로 활용할 수 있다. 원형 편광 테라헤르츠 빛을 이용한 이번 연구는 기존 하드디스크나 메모리 반도체의 한계를 넘어서는 차세대 비휘발성 메모리로 이어질 가능성을 제시했다. 자성·전기장 영향 받지 않는 새로운 물질 기존 페로자성체나 강유전성체는 외부 자극에 의해 자기나 전기 분극이 쉽게 바뀌어 정보 저장에 활용돼 왔지만, 강한 자기장 등 외부 환경에 취약하고 장기 안정성에도 한계가 있었다. 반면 새롭게 주목받는 페로액셜 물질은 전기 쌍극자들이 소용돌이 형태로 배열돼 시계 방향과 반시계 방향 두 상태를 가질 수 있다. 이러한 구조는 외부 자기장이나 전기장의 영향을 거의 받지 않아 매우 안정적이지만, 제어가 어려워 응용 연구는 제한적이었다. 연구진은 루비듐 철 이몰리브데이트[RbFe(MoO₄)₂] 결정에 원형 편광된 테라헤르츠 펄스를 가해 전기 쌍극자의 회전 방향을 자유롭게 바꾸는 데 성공했다. 주저자인 치양 젱(Zhiyang Zeng)은 "테라헤르츠 펄스가 결정 격자 내 이온을 원형으로 진동시키며 인공적인 '유효장'을 만들어낸다"며 "이 장이 페로액셜 상태를 자석이나 전기장처럼 전환시킨다"고 설명했다. 초고속·고안정 데이터 저장의 새 가능성 공동 연구자인 미하엘 페르스트(Michael Först)는 "원형 편광의 방향(헬리시티)을 조절함으로써 전기 쌍극자의 회전 상태를 선택적으로 안정화할 수 있다"며 "이는 두 가지 상태를 이용한 정보 저장을 가능하게 한다"고 밝혔다. 그는 "페로액셜 물질은 전기 탈분극이나 누설 자기장 문제에서 자유롭기 때문에 안정적이고 비휘발성 데이터 저장 매체로서 매우 유망하다"고 강조했다. 연구를 총괄한 안드레아 카발레리(Andrea Cavalleri) 박사는 "이번 성과는 초고속 정보 저장을 위한 새로운 물리적 플랫폼을 제시한 것"이라며 "2017년 우리 연구진이 처음 구현한 '원형 포논장(circular phonon field)'이 이처럼 새로운 물질 제어 자원으로 발전하고 있다"고 말했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 사이언스(Science) 10월 9일자에 '빛으로 제어하는 비휘발성 재기록형 페로액셜 전환 기술(Photo-induced nonvolatile rewritable ferroaxial switching)'(DOI: 10.1126/science.adz5230)이라는 제목으로 게재됐다. 연구는 막스플랑크양자물질대학원과 옥스퍼드대의 협력으로 진행됐으며, 독일연방연구재단(DFG)의 'CUI: 첨단 물질 영상화(Advanced Imaging of Matter)' 프로젝트와 자유전자레이저과학센터(CFEL)의 지원을 받았다.
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[신소재 신기술(197)] 테라헤르츠 빛으로 '차세대 비휘발성 메모리' 가능성 열다
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[퓨처 Eyes(104)] 워싱턴대, '플라스마'로 탄소 업사이클링 신기술 개발
- 기후 변화의 주범인 온실가스와 처치 곤란한 폐플라스틱을 고부가가치 자원으로 재탄생시키는 '탄소 업사이클링(버려지는 탄소를 유용한 자원으로 재활용하는 기술)' 기술의 판도를 바꿀 핵심 주자로 플라스마가 떠오르고 있다. '제4의 물질 상태'로 불리는 플라스마를 이용해 기존 화학 공정의 한계를 뛰어넘는 친환경적이고 효율적인 해결책들이 나오고 있는 것. 특히 미국 세인트루이스 워싱턴대학교 매켈비 공과대학 연구진이 일산화탄소(CO)를 원료로 유기산을 만드는 획기적인 성과를 발표하면서, 플라스마 기술은 탄소 중립 시대를 이끌 핵심 동력이라는 평가를 받는다. 고체·액체·기체 아닌 '제4의 물질' 플라스마는 고체, 액체, 기체에 이어 네 번째인 '제4의 물질' 상태다. 일반적으로 기체에 높은 에너지를 가해 원자핵과 전자가 분리된 이온화 상태를 말하며, 수만 도 이상의 고온에서 생긴다. 쉽게 말해, 기체 알갱이들이 너무 뜨거워져서 겉돌던 '전자'라는 옷을 벗어던지고 제멋대로 돌아다니는 활발한 상태라고 생각할 수 있다. 이렇게 분리된 입자들은 에너지가 매우 높아 주변 물질과 아주 쉽게 반응하는데, 과학자들은 바로 이 성질을 이용한다. 산업 현장에서는 전기 방전 장치 등으로 인공 플라스마를 만들며, 반도체 제조, 신소재 합성, 폐기물 분해 등 다양한 분야에 응용하고 있다. 밤하늘의 오로라나 번개, 태양 역시 자연적인 플라스마 현상이다. 비밀은 '플라스마-액체 시스템'…반응 온도·pH가 수율 좌우 이러한 흐름 속에서 워싱턴대학교 매켈비 공대의 엘리야 팀슨(Elijah Thimsen) 교수 연구팀은 플라스마 기술을 탄소 업사이클링에 적용해 큰 성과를 거뒀다. 연구팀은 지난 2025년 8월 5일 국제 학술지 'RSC 그린 케미스트리'에 발표한 논문에서, 온실가스의 주성분인 이산화탄소(CO₂) 대신 일산화탄소(CO)를 출발 물질로 쓸 때 산업적으로 유용한 옥살산과 폼산의 생산 수율을 획기적으로 높일 수 있음을 입증했다. 이 기술의 핵심은 '플라스마-액체 시스템'이다. 상온·상압 조건에서 만든 비열(非熱) 플라스마(전체 기체는 뜨겁지 않고 전자만 높은 에너지를 가져, 적은 에너지로도 효율적인 반응을 일으킬 수 있는 플라스마)를 물이 담긴 반응기에 주입해 일산화탄소가 물과 효율적으로 반응하도록 유도한다. 이 접근법은 이산화탄소를 먼저 일산화탄소로 바꾼 뒤, 다시 유기산으로 전환하는 '2단계 공정'이 훨씬 더 경제적이고 매력적인 대안임을 보여준다. 연구에 참여한 알시나 존슨 수다가르(Alcina Johnson Sudagar)연구원은 "플라스마-액체 시스템은 고압과 고온을 피할 수 있고, 촉매나 화학적 활성제가 필요 없어 더욱 친환경적"이라며 "우리 연구는 이산화탄소 고정과 지속 가능한 유기산 생산을 위한 효율적이고 비용 효과적인 경로를 제시한다"고 밝혔다. 연구팀은 일산화탄소가 수용액 속 플라스마와 반응할 때 '수성가스 전환 반응'을 거쳐 유기산이 '중간체'로 생긴다는 사실을 규명했다. 수다르 연구원은 "열역학적 계산 결과, 유기산의 생성을 늘리려면 반응 온도를 낮춰야 한다"고 말했다. 유기산이 만들어질 때는 열이 발생하지만(발열 반응), 반대로 분해될 때는 열을 흡수하기(흡열 반응) 때문이다. 따라서 주변이 너무 뜨거우면 애써 만든 유기산이 다시 쉽게 분해될 수 있어, 온도를 낮게 유지하는 것이 생산량을 늘리는 비결이다. 또한, 용액이 강한 알칼리성(염기성)을 띨 때 유기산 생산이 크게 늘어난다는 점도 발견했다. 온실가스 넘어 폐플라스틱까지…넓어지는 플라스마의 활약 플라스마의 활약은 기체 상태의 온실가스에만 머무르지 않는다. 탄소 업사이클링은 대기 중 이산화탄소뿐만 아니라 폐플라스틱 같은 탄화수소 계열 폐기물을 유용한 화학 원료로 바꾸는 기술을 포괄한다. 이 분야에서 국내 연구진의 성과도 두드러진다. 최근 국내 한 연구팀은 1,000℃가 넘는 초고온 수소 플라스마를 이용해 폐플라스틱에서 에틸렌, 벤젠 등(다른 플라스틱이나 합성섬유의 원료가 되는 물질) 고부가가치 화학 원료를 70%가 넘는 높은 수율로 추출하는 데 성공했다. 이는 기존 열분해 방식보다 원료의 순도가 월등히 높고 화학적 잔존물이 적어 친환경 자원 순환 기술이라는 평가를 받는다. 또한, 플라스마는 반도체 제조 공정에서 나오는 온실가스를 줄이는 데 이미 널리 쓰이고 있으며, 다양한 산업 분야에서 환경오염을 줄이고 자원을 순환시키는 핵심 해결책으로 자리 잡고 있다. CCU 핵심 기술 부상…상용화 과제는? 플라스마를 활용한 탄소 업사이클링은 '탄소 포집·활용(CCU: Carbon Capture and Utilization)' 기술의 핵심 분야 가운데 하나다. CCU는 공장이나 발전소에서 나오는 이산화탄소를 모아(포집) 그냥 땅에 묻는 대신, 유용한 제품으로 만들어(활용) 자원 순환과 탄소 감축을 동시에 이루는 기술을 말한다. 플라스마는 그중에서도 가장 혁신적인 공정이라는 평가가 나온다. 물론 상용화를 위해서는 풀어야 할 과제도 남아있다. 기술의 경제성과 에너지 효율을 더욱 높이고, 대규모 공정에 안정적으로 적용하기 위한 추가 연구가 필요하다. 특히, 플라스마 생성에 필요한 전력을 태양광이나 풍력 같은 재생에너지로 공급하면 공정 전체의 친환경성을 극대화할 수 있어 관련 기술 융합이 중요한 과제로 떠오르고 있다.
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[퓨처 Eyes(104)] 워싱턴대, '플라스마'로 탄소 업사이클링 신기술 개발
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국내 주요 그룹 총수 3분기 주식재산 4조원 증가⋯이재용 회장 3조7천억원↑ '1위'
- 올해 3분기 국내 주요 그룹 총수들의 주식재산이 2분기 말보다 4조원 넘게 증가한 것으로 나타났다. 1일 한국CXO연구소가 공정거래위원회가 지정한 대기업 집단 중 주식평가액이 1000억원을 초과한 총수 45명을 분석한 결과, 9월 말 기준 총 주식평가액은 78조3004억원으로 6월 말보다 4조2715억원(5.8%) 늘었다. 증가폭이 가장 큰 인물은 이재용 삼성전자 회장으로, 3개월 사이 3조7223억원(24.4%)이 증가해 주식가치 18조9760억원을 기록했다. 주가 상승률 기준으로는 이용한 원익 회장이 93.8% 증가(1684억→3263억원)하며 1위를 차지했다. 반면 방시혁 하이브 의장은 5655억원 감소, 장병규 크래프톤 의장은 5550억원 감소했다. [미니해설] '이재용 효과'로 재계 주식가치 4조2천억 늘어…AI·반도체 훈풍 속 양극화 뚜렷 올해 3분기 국내 주요 그룹 총수들의 주식가치가 일제히 요동쳤다. 한국CXO연구소 분석에 따르면 9월 말 기준 총수 45명의 주식평가액은 78조3000억원으로, 6월 말 대비 5.8%(4조2천715억원) 증가했다. 삼성전자 등 반도체·AI 관련주의 상승세가 전체 자산가치를 끌어올렸으나, 콘텐츠·게임·건설 업종 중심의 총수들은 오히려 자산이 줄며 명암이 갈렸다. 이재용 회장, 3개월 만에 3조7천억↑ 이재용 삼성전자 회장은 15조2537억원에서 18조9760억원으로 늘며 증가액 기준 1위를 차지했다. AI 서버용 반도체와 HBM(고대역폭 메모리) 수요가 폭발하며 삼성전자 주가가 반등한 영향이다. 이 회장의 주식재산은 국내 재계 총수 중 단연 독보적이다. 2위는 서정진 셀트리온 회장(11조1255억원), 3위는 김범수 카카오 창업자(6조2828억원) 순이었다. 원익·파라다이스 등 중견그룹 총수들 급등 주가 상승률 기준으로는 이용한 원익 회장의 약진이 두드러졌다. 원익홀딩스가 3개월 새 5470원에서 1만4650원으로 167.8% 상승하면서 주식평가액은 1684억원에서 3263억원으로 93.8% 급증했다. 원익QNC의 주가도 32% 이상 오르며 상승세를 거들었다. 전필립 파라다이스 회장 역시 3개월 만에 주식가치가 3638억원에서 5026억원으로 38.2% 증가했다. 카지노·호텔업 회복세와 관광 수요 확대가 주가에 반영된 결과다. 방시혁·장병규 등 콘텐츠·게임 분야는 '하락세' 반면 일부 콘텐츠·플랫폼 업계 총수들은 자산이 급감했다. 방시혁 하이브 의장은 5655억원 감소하며 감소액 1위를 기록했다. 주가가 팬덤 플랫폼 경쟁 심화와 미국 시장 불확실성으로 하락한 영향이다. 장병규 크래프톤 의장도 5550억원 넘게 감소해 2위였다. 크래프톤 주가가 3개월 사이 19.4% 하락하며 주식재산이 2조8578억원에서 2조3028억원으로 줄었다. 이밖에 정몽규 HDC 회장(-24.6%), 이순형 세아 회장(-23.1%), 김홍국 하림 회장(-22.9%), 박정원 두산 회장(-17.1%)도 두 자릿수 하락률을 기록했다. '6대4' 비율로 하락 종목 우세 CXO연구소에 따르면 총수들이 보유한 140여 개 상장 종목 중 60%가량은 하락한 것으로 나타났다. AI·반도체 관련 종목을 보유한 총수는 주식 가치가 상승했지만, 전통 제조·서비스·소비 업종 총수들은 여전히 약세를 보였다. 오일선 한국CXO연구소장은 "상반기 대비 시장 반등이 있었으나 업종별 온도차가 뚜렷했다"며 "AI·첨단소재 관련주는 급등세를 이어갔지만, 부동산·소비·엔터 분야는 여전히 조정 국면"이라고 분석했다. 주식가치 '양극화' 심화 주식재산 1위 이재용 회장은 전체 총수 자산의 24%를 차지했고, 상위 5명의 보유액이 전체의 절반 이상을 차지해 재계 내 자산 집중도가 더욱 높아진 것으로 나타났다. 반면 중견그룹 총수 20여 명은 주식가치가 평균 8% 감소했다. 특히 하림·HDC·세아 등 일부 그룹은 본업 경기 부진과 건설·식품 원가 부담이 겹쳐 주가 약세를 면치 못했다. "AI와 신성장 산업이 자산 격차 키워" 전문가들은 3분기 총수 주식가치 격차가 산업 구조 재편의 방향을 보여준다고 진단했다. 하나증권 관계자는 "AI 반도체, 바이오, 2차전지, 신소재 등 미래산업 중심의 그룹들이 주가 상승을 주도했다"며 "기술 중심의 그룹이 자산 가치에서 우위를 점하는 현상이 더욱 뚜렷해지고 있다"고 말했다. 3분기 그룹 총수 주식재산은 전반적으로 늘었지만, AI 산업 수혜 여부에 따라 희비가 극명하게 갈린 한 분기였다. 이재용 회장의 3조7000억원 증가는 한국 증시의 핵심 성장축이 여전히 반도체임을 보여주고, 방시혁·장병규의 하락은 K-콘텐츠·게임 업종이 단기 조정기에 들어섰음을 시사한다. 한국 재계의 자산 흐름은 산업 패러다임 전환의 방향과 궤를 같이하고 있다.
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- 경제
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국내 주요 그룹 총수 3분기 주식재산 4조원 증가⋯이재용 회장 3조7천억원↑ '1위'
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[신소재 신기술(196)] 차세대 나노 스위치 개발⋯전자기기 발열 줄여 반도체 효율 혁신 기대
- 전자기기 발열 문제를 근본적으로 줄일 수 있는 차세대 나노공학 스위치가 개발돼 반도체 및 전자산업 전반에 큰 파급력을 미칠 전망이다. 미국 미시간대 연구팀은 실온에서 '엑시톤(exciton·전자와 정공이 결합한 중성 입자)'의 흐름을 제어하는 최초의 트랜지스터형 나노 스위치를 제작했다고 미시간엔지니어링뉴스와 웹사이트 Phys.org, 과학 전문매체 인터레스팅엔지니어링 등이 전했다. 해당 연구는 나노과학회 대표 국제학술지 ACS Nano(미국화학회)에 발표했다. 엑시톤은 전하 없이 에너지를 운반하는 양자 준입자이다. 다시 말하면 엑시톤은 빛이 반도체 내 전자를 자극하여 양전하를 띤 정공을 남길 때 형성된다. 전자와 정공은 한 쌍으로 함께 이동하며 중성 에너지 패킷을 형성한다. 연구팀이 개발한 엑시톤 나노스위치는 궁극적으로 기존 전자기기를 엑시토닉스(excitonics)로 대체하는 길을 열 수 있다. 연구팀은 텅스텐 다이셀레나이드(WSe₂) 단원자층을 이산화규소(SiO₂) 기반 나노 리지 구조와 결합한 '나노공학 광-엑시토닉(NEO) 장치'를 통해 기존 전자 스위치 대비 열 손실을 66% 줄였다. 또한 상온에서 19데시벨(dB) 이상의 온·오프 비율을 달성, 현존 상용 최고 수준을 넘어서는 성능을 입증했다. 엑시톤은 전하를 띠지 않기 때문에 전하 이동에 따른 저항과 발열을 최소화해 차세대 반도체·전자소자의 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있는 대안으로 주목받아 왔다. 그러나 제어가 어렵다는 한계로 상용화가 지연돼 왔다. 이번 연구는 빛을 방출하지 않는 '다크 엑시톤'과의 상호작용을 활용해 엑시톤 이동 거리를 최대 400%까지 늘리고 방향성을 확보하는 데 성공했다. 엑시톤은 이미 태양 전지와 유기 LED를 가능하게 하고, 식물의 광합성을 촉진하는 등 여러 기술에서 중요한 역할을 하고 있다. 업계 전문가들은 이번 성과가 반도체 집적도 한계와 전력 효율 문제를 동시에 해소할 수 있는 '게임체인저'가 될 수 있다고 평가했다. 고성능 연산용 반도체, 모바일 기기, 데이터센터 등 전력 소모와 발열 억제가 핵심인 산업 분야에 곧바로 응용될 수 있다는 것이다. 연구진은 "맞춤형 구조 설계를 통해 엑시톤 수송을 제어할 수 있음을 입증했다"며 "전자와 광자의 장점을 결합한 차세대 소자 상용화를 앞당기는 기반 기술이 될 것"이라고 설명했다.
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[신소재 신기술(196)] 차세대 나노 스위치 개발⋯전자기기 발열 줄여 반도체 효율 혁신 기대
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[글로벌 핫이슈] 구리, AI·군비경쟁 업고 '슈퍼사이클' 진입
- 친환경 에너지 전환의 핵심 원자재로 주목받던 구리가 인공지능(AI)과 군비 증강이라는 새로운 거대 흐름을 만나며 시장이 들끓고 있다고 월스트리트저널(WSJ)이 지난 10일(현지시간) 보도했다. 수년간 이어진 수요 증가세를 공급이 따라가지 못할 것이라는 전망이 지배적인 가운데, 최근 추진되는 530억 달러(약 73조 원) 규모의 앵글로 아메리칸과 텍 리소시스 합병은 에너지·디지털·방산 등 다방면에 걸쳐 급증하는 미래 수요를 겨냥한 광산업계의 거대한 베팅으로 해석된다. 이 합병안은 광산 부문에서 10년 만의 최대 규모 거래다. AI와 군비경쟁, 수요의 판을 바꾸다 인공지능(AI) 기술의 부상은 구리 수요를 폭발적으로 늘리는 새로운 동력이다. 막대한 전력을 소비하는 AI 데이터센터 서버 팜을 구축하고, 전력을 공급하며, 냉각하는 과정에서 엄청난 양의 구리가 필수적이기 때문이다. 특히 AI 특화 데이터센터는 전통적인 시설보다 3배에서 8배 더 많은 구리를 사용한다. 단일 AI 데이터센터는 한 해 수십만 대의 전기차와 맞먹는 전력을 소비한다. 금융정보업체 블룸버그NEF는 앞으로 10년간 데이터센터에만 매년 40만~57만 톤, 누적으로 430만 미터톤 이상의 구리가 필요할 것으로 내다봤다. 이는 세계 최대 구리 공급국인 칠레의 한 해 생산량에 육박하는 규모다. 일부에서는 2050년 데이터센터용 구리 수요가 연평균 300만 톤까지 급증할 수 있다는 예측도 나온다. BHP의 애나 와일리 남호주 구리 사업 책임자는 지난달 콘퍼런스에서 "데이터센터 건설, 전력 공급, 냉각에 상당량의 구리가 필요하다"고 강조했다. BHP는 2050년까지 구리 수요가 현재보다 70% 증가할 것으로 예측한다. 이러한 수요 폭증 탓에 2035년에는 구리 공급 부족량이 600만 톤에 이를 수 있다는 경고도 나온다. 세계적인 군비 경쟁 또한 구리 수요를 부채질하고 있다. 각국 정부가 국방 예산을 경쟁적으로 늘리면서 총알 탄피부터 전투기, 미사일 시스템, 군용 전력망에 이르기까지 구리의 쓰임새가 크게 늘었다. 트럼프 행정부는 나토(NATO) 동맹국에 국방비 증액을 압박하고 있으며, 중국 역시 군비 지출을 확대하고 있다. 군수 산업이 경제의 핵심 동력으로 자리 잡은 러시아의 상황도 마찬가지다. 소시에테 제네랄의 마이클 헤이그 원자재 리서치 책임자는 "잠재적인 군비 지출 증가라는 새로운 관점에서 구리를 봐야 한다"고 분석했다. 그는 전 세계 군비 지출이 세계 국내총생산(GDP)의 2.5%에서 냉전 시대 수준인 4%로 증가할 경우, 한 해 17만 톤의 추가 구리 수요가 발생할 것으로 추산했다. 여기에 미·중 갈등과 러시아-우크라이나 전쟁 등 지정학적 불안이 각국의 구리 비축과 공급망 확보 경쟁을 심화시키고 있다. 구리 공급난 현실화, 가격 상승과 M&A 촉발 이처럼 전통적인 산업 수요에 더해 AI와 안보라는 새로운 축이 가세하면서 구리 공급망은 전례 없는 압박에 직면하고 있다. 이러한 수요 급증 전망에 힘입어 구리 가격은 상승세를 타고 있다. 헤이그 책임자는 구리 시장이 2026년에 소폭의 공급과잉을 보이겠지만, 국방 부문 추가 수요를 고려하지 않더라도 국제 기준 가격이 현재 톤당 약 9800달러(약 1362만 원)에서 2026년과 2027년 평균 1만 1500달러(약 1598만 원)까지 오를 것으로 전망했다. 트럼프 행정부의 무역 정책이 촉발한 변동성에도 올해 구리 가격은 상승 흐름을 유지했다. 백악관에 따르면 구리는 미 국방부에서 두 번째로 많이 사용하는 핵심 자재로, 트럼프 대통령은 자국 내 생산 확대를 공언한 바 있다. 공급 부족 우려는 광산업계의 지형마저 바꾸고 있다. 신규 광산을 개발하는 데 막대한 비용과 시간이 들자, 기업들은 기존 광산을 인수하는 쪽으로 눈을 돌리고 있다. 앵글로 아메리칸과 텍 리소시스의 합병 추진 역시 이러한 배경에서 비롯됐다. 두 회사는 지난 2년간 각각 BHP와 글렌코어의 수십억 달러 규모 인수 제안을 거부한 바 있다. 증권사 판뮤어 리베룸의 덩컨 헤이 분석가는 "칠레, 페루 등 상대적으로 안정적인 지역에 있는 우량 구리 자산은 모두가 탐내는 대상"이라고 말했다. 실제로 미국 애리조나의 한 거대 구리 광산은 지역 사회의 반대로 20년째 개발에 난항을 겪고 있다. 물론 초전도체 등 구리의 아성을 위협하는 신소재 기술도 개발 중이다. 그러나 이들 신소재가 시장에서 차지하는 비중은 아직 미미하다. AI와 군비 경쟁이 새로운 수요처로 떠올랐지만, 구리 시장의 가장 큰 흐름은 여전히 친환경 에너지 전환과 경제 전반의 전력화다. 국제에너지기구(IEA)는 2025년 저탄소 에너지와 전력화 부문에 화석 연료의 두 배인 2조 2000억달러(약 3058조 원)가 투자될 것으로 예측했다. 벤치마크 미네랄 인텔리전스는 전기차용 구리 수요가 2025년 130만 톤에서 2030년 230만 톤으로 증가하고, 전력망 개선과 풍력·태양광 발전에만 추가로 2400만 톤 이상이 필요할 것으로 분석했다. 전체 구리 수요의 20%를 웃도는 물량이 에너지 전환 부문에서 발생할 전망이다. 헤이그 책임자는 "에너지 전환이라는 거대 흐름은 여전히 유효하다. 단지 최근에 덜 회자될 뿐"이라고 덧붙였다.
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[글로벌 핫이슈] 구리, AI·군비경쟁 업고 '슈퍼사이클' 진입
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[신소재 신기술(195)] 알루미늄보다 150% 강력한 붕소 연료 개발⋯우주 탐사 효율 혁신 기대
- 우주 탐사의 새로운 전기가 될 수 있는 차세대 로켓 연료가 등장했다. 미국 올버니대(University of Albany) 연구진이 기존 알루미늄 기반 연료보다 에너지 밀도가 150% 높은 붕소 기반 화합물을 합성하는 데 성공했다고 유니버스 스페이스텍과 에너지 리포트 등 다수 외신이 전했다. 붕소의 잠재력 붕소는 오래전부터 높은 에너지 밀도로 주목받아 왔다. 일반 탄화수소 연료의 에너지 밀도(30.7~36.6kJ/㎤)를 크게 웃도는 136.4kJ/㎤를 기록하며 로켓 추진체 후보군으로 거론돼 왔다. 이번에 연구진이 주목한 화합물은 '망간 다이보라이드(MnB₂)'다. 불안정한 구조와 비대칭성이 결합해 폭발적인 에너지 방출 가능성을 갖춘 것으로 분석됐다. 구조적 특성과 합성 방법 연구진은 MnB₂의 원자 배열을 컴퓨터 모델로 분석한 결과, 육각 격자가 비대칭적으로 배열된 구조가 스프링처럼 에너지를 저장하는 효과를 낸다는 사실을 확인했다. 불이 붙으면 긴장이 풀리듯 강력한 에너지가 방출되는 것이다. 연구팀은 섭씨 3,000도의 전류를 가하는 '아크 멜터(arc melter)' 장비로 망간과 붕소 분말을 합성해 이 독특한 구조를 구현했다. 이 화합물은 같은 질량 기준으로 알루미늄보다 20% 더 많은 에너지를, 같은 부피 기준으로는 150% 더 높은 에너지를 내는 것으로 확인됐다. 이 물질은 보관시 안전성을 갖추고 있어 점화제(등유 등)가 있어야만 연소가 시작된다. 우주 탐사와 산업적 의미 MnB₂가 상용화될 경우, 연료가 차지하는 비중을 줄이고 그만큼 더 많은 탑재체를 실을 수 있게 된다. 현재 스페이스X의 '팰컨 헤비' 로켓은 약 411톤을 연료로 사용해 저궤도에 64톤가량의 탑재체를 올릴 수 있다. 하지만 MnB₂가 도입되면 같은 공간에서 훨씬 많은 연료 효율을 기대할 수 있어 달 기지 건설이나 화성 탐사 같은 중장기 목표에도 탄력이 붙을 전망이다. 또한 MnB₂는 로켓 연료를 넘어 자동차 촉매 변환기, 플라스틱 분해 촉매 등 다양한 산업적 활용 가능성도 제시된다. 연구를 주도한 마이클 영(Michael Yeung) 올버니대 교수는 "연료 저장 공간을 줄여 로켓의 효율을 높이는 것이 핵심"이라며 "MnB₂는 그 가능성을 실질적으로 보여주는 사례"라고 평가했다. 붕소 기반 연료는 오랫동안 이론적 가능성에 머물렀지만, 이번 연구로 실험실 수준의 합성이 가능해지면서 새로운 도약의 기회를 맞았다. 전문가들은 MnB₂의 상용화가 실현된다면 우주 탐사의 효율성을 획기적으로 높이고, 우주 산업의 판도를 바꾸는 계기가 될 것으로 보고 있다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 지오사이언스(Geosciences), 미국 화학학지(Journal of the American Chemical Society) 등에 게재됐다.
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[신소재 신기술(195)] 알루미늄보다 150% 강력한 붕소 연료 개발⋯우주 탐사 효율 혁신 기대
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[신소재 신기술(194)] AI 로봇개, 인간과 배드민턴 랠리 성공⋯로보틱스 기술 진화 가속
- 인공지능(AI)을 탑재한 4족 보행 로봇 개가 인간과 실제 배드민턴 랠리를 이어가는 데 성공했다고 라이브 사이언스가 3일(현지시간) 보도했다. 단순한 반복 동작이 아니라 역동적이고 예측 불가능한 스포츠 상황에 대응할 수 있는 능력을 확보했다는 점에서 로봇공학 발전의 새로운 이정표로 평가된다. 연구진이 활용한 로봇은 스위스 취리히 연방공과대학(ETH) 연구진이 개발한 '애니멀(ANYmal)'이다. 체중 50kg, 높이 50cm 안팍의 개 모양 4족 보행 로봇인 애니멀은 원래는 험지를 이동하거나 물건을 운반하도록 설계됐다. 4족 보행 로봇 '애니멀'의 진화 이번 연구에서는 라켓을 장착한 로봇 팔을 부착해 키 1.6m, 4개 다리에 각각 3개씩, 팔에 6개인 총 18개 관절을 가진 '배드민턴 선수 로봇'으로 변신시켰다. 애니멀은 머신러닝을 통해 전신 동작과 시각적 인식을 결합해 배드민턴 채에 셔틀콕이 닿아 그물 위로 성공적으로 되돌려 보내는 방식을 적응시키는 법을 배웠다. 앞부분에는 스테레오 카메라가 설치돼 셔틀콕의 궤적을 실시간으로 추적하고, 이를 토대로 로봇의 전신 움직임과 라켓 스윙을 제어할 수 있도록 했다. 즉, 로봇 본체 정면 중앙에서 오른쪽에 두 개의 렌즈가 겹친 스테레오 카메라를 추가한 것. 두 개의 렌즈 덕분에 로봇은 자신을 향해 날아오는 셔틀콕의 시각 정보를 실시간으로 처리하고 셔틀 콕의 방향을 파악할 수 있었다. 연구진은 "시각 인식과 전신 운동을 결합한 사례"라며 "스포츠라는 복잡한 환경에서 로봇의 잠재력을 실험하기 적합하다"고 설명했다. 5천만 번의 시뮬레이션 학습 애니멀은 단기간에 경기력을 갖춘 것이 아니다. 연구진은 먼저 가상 배드민턴 코트를 구현한 뒤, 가상 셔틀콕을 무작위로 발사해 로봇이 이를 쫒고 타격하도록 훈련시켰다. 보상 기반 강화학습 방식이 적용돼, 라켓의 각도·스윙 속도·타이밍·코트 내 이동 효율 등이 일정 기준에 부합할 때마다 '보상'을 받도록 설계됐다. 이 과정에서 무려 5천만 번의 시뮬레이션이 이뤄졌고, 그 결과 모든 관절의 움직임을 통합적으로 제어하는 신경망 모델이 완성됐다. 이후 실제 환경에 이 신경망을 이식한 결과, 로봇은 인간이 쳐낸 셔틀콕을 10회 이상 정확히 주고받는 수준에 도달했다. 실제 경기장에서의 성과 현실에서 로봇은 주황색 셔틀콕을 추적하며 초당 최대 12m 속도로 라켓을 휘둘렀다. 이는 아마추어 배드민턴 선수 스윙 속도의 절반 수준이지만, 정교한 타이밍 조절 덕분에 네트를 넘기는 데 무리가 없었다. 또한 로봇은 셔틀콕의 낙하 지점에 따라 움직임을 달리했다. 가까운 거리는 발을 거의 움직이지 않고 타격했고, 1.5m 이상 떨어지면 네 발을 빠르게 움직여 셔틀콕에 접근했다. 2m 이상 떨어질 경우에는 전속력으로 뛰어 올라 팔의 도달 범위를 확장하는 등 인간 선수와 흡사한 전략적 움직임을 보였다. 타격 후에는 자연스럽게 코트 중앙으로 복귀해 다음 샷에 대비하는 습관까지 형성됐다. 남은 한계와 과제 다만 한계도 분명하다. 현재 로봇은 상대 선수의 움직임을 고려하지 못하고 단순히 셔틀콕의 위치만 추적한다. 연구진은 "인간 선수들은 상대의 몸짓을 보고 셔틀콕 궤적을 예측한다"며 "향후 인간 자세 인식 기능을 추가하면 더 자연스럽고 효과적인 경기 운영이 가능할 것"이라고 설명했다. 또한 로봇의 시야 확보 문제도 남아 있다. 연구진은 "셔틀콕을 보면서 움직이면 속도가 느려지고, 속도를 높이면 셔틀콕을 놓친다"며 "이 균형을 맞추는 것이 AI의 핵심 과제"라고 밝혔다. 향후 목관절을 추가해 시야를 넓히는 방안도 검토 중이다. 스포츠를 넘어선 응용 가능성 연구진은 이번 성과가 단순히 '로봇 스포츠 쇼케이스'에 머물지 않는다고 강조한다. 재난 현장에서 잔해를 치우거나 위험 지역에서 신속히 움직이며 임무를 수행하는 데 활용할 수 있기 때문이다. 로봇이 동적 시각 인식과 기민한 움직임을 동시에 수행할 수 있다면, 구조 활동이나 군사·산업 현장 등 응용 범위는 더욱 넓어진다. 공동 저자인 마 윤타오(Ma Yuntao) 박사는 "스포츠는 연구 난이도를 점차 높여가기에 적합한 훈련장"이라며 "이번 배드민턴 실험을 통해 로봇이 복잡한 환경에서도 학습을 통해 동작을 최적화할 수 있음을 입증했다"고 말했다. 로봇공학의 새로운 전환점 로봇공학계는 이번 연구를 4족 보행 로봇의 진화 단계를 한층 끌어올린 사건으로 평가한다. 기존에는 문을 열거나 물건을 집는 등 정적인 작업 중심이었다면, 이제는 인간과 실시간으로 상호작용하는 수준으로 발전했기 때문이다. 학계에서는 "애니멀의 성과는 AI와 로보틱스 융합이 가져올 미래의 가능성을 보여준다"며 "스포츠뿐 아니라 물류, 국방, 구조 현장 등 다양한 영역에서 인간을 보조할 수 있는 길을 열었다"고 분석했다. 이번 연구 결과는 지난 5월 28일자 학술지 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 게재됐다. 로봇이 스포츠라는 역동적 무대에서 인간과 호흡을 맞춘 사례는 향후 로보틱스 연구가 지향해야 할 새로운 방향성을 제시하고 있다.
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[신소재 신기술(194)] AI 로봇개, 인간과 배드민턴 랠리 성공⋯로보틱스 기술 진화 가속
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[신소재 신기술(193)] 세계 최초 '올주파수' 6G 칩 개발⋯중국 연구진, 100Gbps 속도 구현
- 차세대 통신인 6세대(6G) 이동통신 시대가 성큼 다가왔다. 중국 베이징대와 홍콩시립대 공동 연구팀이 초당 100기가비트(Gbps)를 구현할 수 있는 세계 최초의 '올주파수(all-frequency)' 6G 칩을 개발했다고 국제 학술지 네이처(Nature)가 2025년 최신호를 통해 전했다. 연구팀에 따르면 이번에 개발된 칩은 11mm × 1.7mm 크기의 손톱만 한 초소형 반도체로, 0.5GHz부터 115GHz까지 폭넓은 주파수 대역을 아우른다. 기존 기술이 동일한 범위를 커버하기 위해 아홉 개의 개별 무선 시스템을 필요로 했던 것과 달리, 단일 칩으로 모든 대역을 처리할 수 있다는 점이 최대 강점이다. 연구진은 논문에서 "제안한 시스템은 미래 전 주파수·전 시나리오 무선 네트워크로 가는 중요한 도약"이라며 "기존 포토닉스 기반 무선통신 대비 대역폭·데이터 전송 속도·시스템 기능이 크게 향상됐다"고 설명했다. 이번 성과의 핵심은 무선 시스템의 핵심 부품을 '박막 리튬 나이오베이트(TFLN, thin-film lithium niobate)' 소재의 칩 하나에 집적한 점이다. 또 무선 신호를 광 신호로 변환하는 초광대역 전기광 변조기와, 이를 이용해 안정적이고 깨끗한 전파 신호를 만들어내는 광전자 발진기 기술을 접목해 6GHz 대역의 주파수 튜닝 속도를 180마이크로초로 끌어올렸다. 이는 기존 기술 대비 월등히 빠른 속도다. 6G는 5G의 후속 세대로 초고속 데이터 전송과 초저지연, 인공지능(AI) 기반 네트워크 최적화 기능을 통해 통신 환경에 혁신을 가져올 것으로 전망된다. 이를 위해 마이크로파에서 테라헤르츠(THz) 대역까지 전 주파수 활용이 필수적이며, 이번 칩 개발로 6G 상용화의 핵심 기술 장벽이 하나씩 허물어지고 있다는 평가다. 전문가들은 이번 칩 개발이 상징적인 진전임에도 불구하고 상용화까지는 여전히 시간이 필요하다고 본다. 본격적인 6G 상용 서비스는 2030년 전후로 예상되며, 인프라 구축과 단말기 호환성 확보, 표준화 작업이 선행돼야 한다. 초고속·초저지연 통신이 실현되면 스마트시티, 자율주행, 원격의료 등 혁신 서비스가 본격화되며, "인터넷 활용의 패러다임이 근본적으로 바뀔 것"이라는 전망이 나온다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(193)] 세계 최초 '올주파수' 6G 칩 개발⋯중국 연구진, 100Gbps 속도 구현
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[신소재 신기술(192)] AI 청진기, 15초 만에 심장질환 조기 진단⋯英 임상시험서 효과 입증
- 인공지능(AI) 기술을 접목한 청진기가 심부전과 심장판막질환, 부정맥 등 3가지 주요 심장질환을 15초 만에 조기 진단할 수 있다는 임상 결과가 공개됐다. 이 기술은 기존 청진기 발명 이후 200여 년 만에 이뤄진 혁신으로, 환자의 조기 치료와 생존율 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 1만2천여 명 대상 임상…진단 정확도 높여 영국 임페리얼 칼리지 런던과 임페리얼 칼리지 헬스케어 NHS 트러스트 연구팀은 AI 청진기를 활용한 대규모 임상 결과를 유럽심장학회(ESC) 연례 학술대회에서 발표했다. 연구는 서·북서 런던 지역 205개 일반의원(GP)과 약 150만 명의 환자를 대상으로 진행됐다. 연구진은 1만2725명의 환자를 AI 청진기로 검사하고, 동일 조건의 일반 청진기 사용 환자군과 비교했다. 그 결과, AI 청진기를 활용한 환자군은 12개월 내 심부전 진단 확률이 2.33배 높았다. 또한 뇌졸중 위험을 높이는 심방세동 진단률은 3.45배, 심장판막질환 진단률은 1.92배로 나타났다. 청진기는 1816년 발명됐으며, 체내 소리를 들을 수 있는 의사들의 필수도구다. 이후 약 200년 만에 개발된 AI 청진기는 신용카드 크기 크기의 본체에 내장 마이크와 심전도(ECG) 측정 기능을 결합했다. 환자 흉부에 부착하면 심장 박동과 혈류 음향을 기록하고, 데이터를 클라우드로 전송해 AI가 분석한다. AI는 수만 명의 건강 데이터를 학습한 알고리즘으로 미세한 이상 신호를 감지하며, 결과는 즉시 의료진의 스마트폰으로 전송된다. 조기 진단으로 생존율 향상 기대 영국심장재단(BHF)의 임상 책임자이자 심장 전문의인 소니아 바부-나라얀 박사는 "200년 넘게 형태가 바뀌지 않았던 청진기가 21세기 기술로 진화했다"며 "이제 환자들이 응급실에 실려오기 전에 문제를 발견해 치료할 수 있는 가능성이 열렸다"고 평가했다. 임페리얼 칼리지 런던의 패트릭 벡티거 박사는 "AI 청진기는 진료 현장에서 단 15초 만에 심장질환 위험을 확인할 수 있는 도구"라며 "빠른 진단과 의료진의 조기 개입으로 환자의 치료 기회를 넓힐 것"이라고 설명했다. 영국 내 심부전 환자는 100만 명을 넘어섰으며, 이 중 70% 이상은 응급 상황에서야 진단받는 것으로 알려졌다. 연구팀은 AI 청진기가 증상 초기 단계에서 질환을 파악해 치료 시점을 앞당길 수 있을 것으로 기대하고 있다. 한계와 과제도 존재 그러나 연구에 따르면 AI 청진기로 고위험군으로 분류된 환자 중 약 3분의 2는 추가 혈액검사와 심장 초음파에서 심부전으로 확진되지 않았다. 이로 인해 일부 환자에게는 불필요한 불안과 추가 검사가 발생할 수 있다는 지적도 제기됐다. 또한 시범 도입된 의원 중 70%는 12개월 내 기술 활용 빈도가 낮아졌다는 점도 과제로 꼽힌다. 연구진은 "AI 청진기를 기존 진료 프로세스에 안정적으로 통합할 수 있는 시스템 개선이 필요하다"고 강조했다. 이 연구 결과는 학술지 BMJ 오픈(BMJ Open)에도 게재됐다. 연구진은 남부 런던, 서식스, 웨일스 지역으로 기술 적용 범위를 확대할 계획이다. 전문가들은 "AI 청진기는 심장질환 조기 진단 분야의 패러다임을 바꿀 잠재력을 지닌 혁신"이라면서도, "의료 현장에서의 안정적 활용을 위해 추가 연구와 프로토콜 보완이 병행돼야 한다"고 평가했다.
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[신소재 신기술(192)] AI 청진기, 15초 만에 심장질환 조기 진단⋯英 임상시험서 효과 입증
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