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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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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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- IT/바이오
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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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[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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[퓨처 Eyes(99)] 스웨덴 린셰핑대, 원자 한 겹 '2차원 금' 세계 최초 개발
- 인류의 역사를 관통하며 부와 권력의 상징으로 여겨졌던 금(金). 그 영원할 것 같던 가치의 근원이 이제 원자 단위에서 새롭게 쓰이고 있다. 스웨덴 린셰핑 대학교 연구진이 주축이 된 국제 공동 연구팀이 두께가 원자 한 겹에 불과한 2차원 형태의 금, '골딘(Goldene)'을 세계 최초로 합성하는 데 성공했다. 이 이름은 탄소 원자 한 층 물질인 '그래핀(graphene)'의 명명법을 따라 '금(gold)'과 접미사 '-ene'을 결합한 것이다. 이는 2004년 '꿈의 신소재' 그래핀의 등장 이후 재료과학계에 또 하나의 거대한 이정표를 세운 것으로 평가된다. 물질을 극한의 두께로 제어할 때 그 본성이 어떻게 변모하는지를 극명하게 보여주는 이번 발견은 전자, 에너지, 의료 등 미래 산업의 패러다임을 바꿀 잠재력을 품고 있다. 난제 중의 난제, '2차원 금'을 향한 도전 물질을 원자 한 겹 수준으로 얇게 펴면, 3차원 덩어리 상태에서는 볼 수 없었던 놀라운 특성들이 나타난다. 원자들의 궤도가 바뀌면서 전자의 움직임이 자유로워지고 전기적 특성을 마음대로 조절할 수 있게 되며, 빛과 상호작용하는 능력이 극대화된다. 또한, 거의 모든 원자가 표면에 노출되면서 촉매 반응의 효율이 비약적으로 상승한다. 인류가 원자 두께의 금에 주목하는 이유다. 하지만 금속 원자는 평평하게 퍼지기보다 서로 뭉쳐 구슬 같은 입자를 형성하려는 성질이 매우 강해, 지지대 없이 독립적으로 존재하는 2차원 금속판을 만드는 것은 오랫동안 재료과학계의 난제로 남아있었다. 연구팀은 이 난제를 해결하기 위해 완전히 새로운 접근법을 고안했다. 마치 샌드위치처럼 서로 다른 원자층이 겹겹이 쌓인 'MAX상(MAX phase)'이라는 특수한 세라믹 결정 구조에서 해법을 찾은 것이다. MAX상은 M(전이금속), A(A족 원소), X(탄소 또는 질소) 원자로 구성된 층상 세라믹 물질로, 특정 층만 선택적으로 제거하기 용이한 구조를 가지고 있다. 연구팀은 먼저 티타늄(Ti), 규소(Si), 탄소(C)로 이루어진 결정(Ti₃SiC₂)에 금을 코팅한 뒤 670°C의 고온으로 가열했다. 그러자 금 원자들이 결정 내부로 스며들어 규소 원자의 자리를 밀어내고 차지하면서, 티타늄-탄소 층 사이에 원자 한 겹의 금 층이 삽입된 새로운 물질(Ti₃AuC₂)이 탄생했다. 샌드위치 속 금 꺼내기…'선택적 식각'의 묘수 이번 연구의 수석 저자인 린셰핑 대학교의 라르스 훌트만 재료과학자는 "좋은 소식은 원자 한 개 두께의 금 층을 얻었다는 것이고, 나쁜 소식은 그것이 모체 결정 내부에 갇혀 있었다는 것"이라며 당시의 상황을 설명했다. 연구의 가장 핵심적인 과제는 이 샌드위치 구조에서 금 층은 손상시키지 않으면서 주변의 티타늄-탄소 층만을 깨끗하게 제거하는 것이었다. 연구팀은 이를 위해 '무라카미 시약'이라는 고전적인 식각액을 활용했다. 이 시약은 특정 조건에서 티타늄과 탄소에는 강하게 반응해 녹여내지만, 금에는 거의 영향을 주지 않는다는 특성을 지닌다. 하지만 공정은 생각처럼 간단하지 않았다. 식각액의 농도가 너무 강하면 골딘 구조 전체가 나노입자로 부서져 버렸고, 너무 약하면 공정이 한없이 길어지며 오히려 골딘 판이 손상되었다. 연구팀은 수많은 실험 끝에 낮은 농도의 식각액을 사용하되, 식각 과정 동안 골딘이 말리거나 덩어리로 뭉치는 것을 막기 위해 계면활성제를 투입하는 최적의 조건을 찾아냈다. 부피가 큰 양쪽성 분자인 CTAB과 황(S)을 포함해 금과 잘 결합하는 시스테인 같은 분자로 구성된 계면활성제는 갓 노출된 골딘 표면에 달라붙어 교통 통제관처럼 서로 뭉치지 않고 평평한 구조를 유지하도록 도왔다. 또한, 빛이 금을 녹일 수 있는 시안화물을 생성하는 부가 반응을 막기 위해 모든 공정은 철저히 빛이 차단된 암실에서 진행됐다. 베일 벗은 골딘, 새로운 물질의 증거들 이렇게 탄생한 골딘을 전자 현미경으로 관찰한 결과, 연구팀은 마침내 원자 한 겹 두께의 독립적인 금 판을 확인했다. 그 크기는 수 나노미터에서 최대 100나노미터에 불과했지만, 이는 분명 지지체 없이 스스로 존재하는 최초의 2차원 금이었다. 흥미롭게도 골딘의 원자 구조는 일반적인 3차원 금과 미묘한 차이를 보였다. 이웃한 금 원자 사이의 거리가 일반 금보다 약 9% 더 짧아진 것이다. 이는 원자들이 2차원 평면에 갇히면서 서로 더 강하게 결합했음을 의미하는 구조적 증거다. 관찰된 표면의 자연스러운 물결무늬와 가장자리 말림 현상은 그래핀에서도 나타나는 2D 구조 고유의 불안정성을 반영한다. X선 광전자 분광법 분석에서도 골딘의 전자가 일반 금보다 약 0.88전자볼트(eV) 더 높은 결합 에너지를 갖는다는 사실이 밝혀졌다. 이는 골딘이 단순히 얇은 금박이 아니라, 덩어리 금과는 완전히 다른 고유한 전자 환경을 지닌 새로운 물질임을 명확히 입증하는 결과다. 원소 분석 결과 역시 티타늄이나 탄소 같은 불순물이 없는 순수한 금 원자 층임이 확인되었고, 시뮬레이션에서는 골딘이 상온에서도 구조적으로 안정할 수 있음이 증명됐다. 반도체부터 암 치료까지…무한한 가능성의 문 골딘의 등장은 다양한 산업 분야에 혁신을 예고한다. 기존에도 금은 뛰어난 전도성과 안정성 덕분에 차세대 반도체 및 포토닉스 소자 등 전자, 광학, 센서, 의료 분야에서 핵심 소재로 사용되어 왔다. 골딘은 모든 원자가 표면에 노출된 구조 덕분에 기존의 금 나노입자보다 훨씬 적은 양으로도 월등한 촉매 효율을 낼 수 있다. 이는 CO₂ 전환이나 고부가가치 화합물 합성 등 친환경 화학 공정의 비용을 획기적으로 낮출 수 있음을 의미한다. 태양광 부품에 적용하면 빛을 수확하는 효율을 높일 수 있고, 암세포에 선택적으로 붙어 빛을 열에너지로 바꿔 종양만 정밀하게 파괴하는 광열 치료의 효과를 극대화할 수도 있다. 이는 곧 값비싼 금의 사용량을 줄이면서도 성능은 향상시켜, 귀금속의 채굴 및 정제 과정에서 발생하는 환경 부담까지 덜 수 있다는 뜻이다. 연구팀은 층상 결정 내부에 단일 원자층의 금을 가둔 뒤, 주변부를 섬세하게 녹여내면서 동시에 계면활성제로 금을 보호해 평평한 상태를 유지하는 독창적인 방법론을 확립했다. 이는 금으로 만든 최초의 독립적인 2차원 물질이자, 오랜 시간 과학자들의 희망 목록에만 머물러 있던 개념을 마침내 현실의 물질로 구현해낸 쾌거다. 만약 그래핀처럼 넓은 면적으로 안정적인 합성이 가능해진다면, 차세대 양자소자, 나노광학 분야까지 그 파급력은 상당할 것이다. 다만 현재는 나노미터 수준의 미세한 크기로만 제작이 가능해, 향후 수율과 안정성 확보라는 기술적 난제를 해결하는 것이 상용화의 핵심 과제로 남아있다. 그래핀이 탄소 소재의 역사를 새로 썼듯, 골딘은 금속 소재의 새로운 장을 열 준비를 마쳤다. 한편 이번 연구는 네이처 신세시스(Nature Synthesis) 저널에 게재되었다.
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[퓨처 Eyes(99)] 스웨덴 린셰핑대, 원자 한 겹 '2차원 금' 세계 최초 개발
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[신소재 신기술(191)] 중국 칭화대, '투명 뇌' 기술 개발⋯정밀 3D 이미징 새 시대 연다
- 중국 칭화대학 연구진이 뇌와 심장을 비롯한 장기를 투명하게 만들어 내부 구조를 정밀하게 관찰할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 홍콩 매체 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 지난 17일(현지시간) 보도했다. 이번 연구는 학술지 셀(Cell)에 게재됐으며, 생체 조직을 원형 그대로 보존하면서도 고해상도 3차원 이미지를 구현할 수 있다는 점에서 주목된다. VIVIT, 조직을 '이온 유리 상태'로 전환 연구진은 이번 기술을 'VIVIT(vitreous ionic-liquid-solvent-based volumetric inspection of trans-scale biostructure)'라고 명명했다. 이는 생체 조직을 ‘이온 유리 상태(ionic glassy state)’로 전환해 조직을 투명화하는 방식이다. 이 과정을 거친 장기는 팽창이나 수축 같은 손상 없이 원래의 형태와 미세 구조를 유지하면서 빛을 투과한다. 이 기술 덕분에 이제 희미한 신호(희귀 단백질이나 미묘한 뉴런 연결 등)도 볼 수 있게 됐다. VIVID 기술은 3D 이미징과 같은 응용 분야에 엄청난 파급력을 미칠 수 있으며, 연구자들은 이제 미세한 규모에서 전체 장기를 더욱 정확하게 매핑할 수 있게 됐다고 인터레스팅엔지니어링은 평가했다. 특히 VIVIT 기법은 기존의 '조직 투명화(optical clearing)' 방식이 갖고 있던 문제-심각한 조직 변형, 동결·해동 과정에서의 손상-을 극복했다. VIVIT 처리된 조직은 저온에서 장기간 저장이 가능하며, 얼음 결정이 생기지 않고 유리 상태로 굳어 안정성이 높다. 형광 신호 강화, 미세 신경망까지 포착 이 기술은 형광 염색 효과를 2~30배 증폭시켜 희귀 단백질이나 세포 간 미세 연결까지 뚜렷하게 드러낸다. 연구진은 이를 활용해 생쥐의 시상(thalamus) 신경세포 간 연결망을 3차원으로 정밀하게 규명했으며, 인간 뇌 조직에서도 개별 신경세포의 미세 연결성을 분석하는 데 성공했다. 칭화대는 공식 성명을 통해 이번 기술을 "내부 구조를 보여주는 X선 시야와 같은 해부학적 투명성, 그리고 샘플 준비·형광 염색·3D 재구성을 관리하는 내비게이션 엔진을 동시에 갖춘 혁신적 솔루션"이라고 설명했다. 의학·생명과학 전반에 파급력 기대 전문가들은 VIVIT 기술이 뇌과학, 심혈관 연구, 정밀 의학 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 보고 있다. 특히 뇌 신경망의 3차원 지도 제작, 퇴행성 뇌질환 원인 규명, 신약 개발 등에서 큰 진전을 이끌 수 있다는 평가다. 이번 성과는 중국이 생명과학과 의료기기 분야에서 세계적 경쟁력을 높이고 있음을 보여주는 사례로도 주목된다. 연구팀은 "향후 비장, 간, 심장 등 다양한 장기에 적용해 인체 전반의 미세 구조를 규명하는 데 기여하겠다"고 밝혔다.
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[신소재 신기술(191)] 중국 칭화대, '투명 뇌' 기술 개발⋯정밀 3D 이미징 새 시대 연다
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[신소재 신기술(190)] 중국군, '로봇 늑대' 첫 실전 훈련 공개⋯무인 병력 전장 배치 본격화
- 중국이 전장 환경에서 인간과 무인 병력이 협력하는 새로운 형태의 군사 작전을 시연했다. 이번 훈련에서 공개된 핵심 기술은 '로봇 늑대'로 불리는 4족 보행 무장 로봇으로, 중국군 정규 훈련에 처음으로 모습을 드러냈다. 지난 7일(현지시간) 중국 관영 CCTV는 인민해방군(PLA) 76집단군의 보병 2개 중대가 로봇 늑대와 함께 실시한 훈련 영상을 보도했다고 과학 기술전문매체 인터레스팅엔지니어링이 이날 전했다. 훈련은 무인 장비를 전통 병력 운용에 통합하는 것을 목적으로 하며, '로봇 늑대'와 공중 드론이 합동 정찰, 정밀 타격, 고지 돌파 작전에 투입됐다. 영상에는 QBZ-191 소총과 휴대용 로켓 발사기를 장비한 병사들이 로봇과 나란히 진격하는 장면이 담겼으며, 로봇은 등 부위에 화기를 탑재한 채 보행·등반·진형 유지 등 인간 병력과 유기적 협조 능력을 보여주었다. 로봇 주변에는 FPV(1인칭 시점) 드론이 비행하며 정찰 및 자폭공격 훈련도 실시됐다. 훈련에 참여한 여단 소속인 후터(胡特) 병사는 "이번 훈련은 로봇 늑대를 처음으로 직접 조종·운용한 사례"라며 "기초 전투단위부터 인간과 무인 전력을 융합한 운용 체계를 정립해나가고 있다"고 밝혔다. 인간-로봇 협동 전장 실험, 中 '하이브리드 병력' 전략화 가속 '로봇 늑대'는 중국 남방공업그룹(China South Industries Group Corporation)이 개발한 군용 4족 보행 로봇으로, 지난해 2024년 주하이 에어쇼에서 처음 공개됐다. 무게는 약 70kg으로, 정찰·타격·화물 운반·지원 등 다기능 임무 수행을 목표로 설계됐다. 특히 계단 오르기, 장애물 극복 등 복합 지형 대응 능력이 높고, 인간 병력과의 혼성 편대 운용에 최적화된 점이 특징이다. 중국군은 이번 훈련을 통해 '로봇 늑대'가 도시, 고산, 고원지대 등 다양한 환경에서 기존 보병의 임무를 보조하거나 대체할 수 있음을 입증하려는 의도를 드러냈다. 중국군사평론가 푸첸사오(傅前哨)는 "공중 드론보다도 지상 로봇이 실제 전장에서 더 큰 심리적·전술적 효과를 낼 수 있다"며 "로봇은 타격을 받아도 멈추지 않고 계속 전진하기 때문에 적군의 사기를 약화시키는 효과도 있다"고 분석했다. '강철 병사'의 시대…중국, 무인 전투체계 패러다임 전환 선언 이번 훈련은 단순 기술 실험을 넘어, 실질적인 전투 편제 내 로봇 배치를 목표로 한 전략적 전환점으로 평가된다. 특히 최근 우크라이나 전장에서 드론과 지상 로봇을 활용한 러시아군 사례와 유사한 맥락에서 중국도 전장 자동화 및 무인화에 본격 나섰다는 분석이 나온다. 중국은 최근 수년간 AI 기반의 무인 병기, 자율 로봇 전투체계, 로봇-드론 연계 작전술 등에 대한 국방 투자를 확대해 왔다. 로봇 늑대와 같은 무장형 보행 로봇은 기존의 '탐색-보고' 임무를 넘어 '탐색-타격'까지 전환되는 상시 전장 자동화 체계를 가능케 한다. 한편, 향후 이 같은 무기체계의 실전 배치 여부와 관련해 국제사회에서는 전쟁윤리·로봇 자율성 한계·AI 통제 시스템의 투명성 등 여러 이슈가 제기될 것으로 보인다. [Key Insight] 중국의 '로봇 늑대' 실전 훈련은 인간과 무인 병력이 융합된 전투 양상의 새로운 전기를 열었다. 이는 단순한 기술 과시를 넘어 미래 전장의 병력 구조 개편을 암시하며, 로봇 전쟁의 실체가 점점 현실로 다가오고 있음을 시사한다. [Summary] 중국군이 베이징 인민해방군 훈련에서 무장형 4족 로봇 '로봇 늑대'를 실전에 처음으로 투입하며 인간-무인 융합 작전 체계를 실험했다. 이는 복합지형 대응, 병력 보호, 전술 유연성 강화 등 다양한 군사적 함의를 내포하고 있으며, 향후 중국의 AI 기반 전투체계 전략을 본격화하는 분기점이 될 전망이다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(190)] 중국군, '로봇 늑대' 첫 실전 훈련 공개⋯무인 병력 전장 배치 본격화
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[신소재 신기술(189)] AI로 리튬이온 대체 물질 발견⋯美 NJIT, 차세대 전지 재료 개발에 돌파구
- 미국 뉴저지공과대학교(NJIT) 연구진이 인공지능(AI)을 활용해 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 차세대 에너지 저장 소재 탐색에 성공했다. 전통적인 실험 방식으로는 불가능했던 수천 개의 결정 구조를 AI가 빠르게 탐색하면서, 고용량 차세대 전지 개발에 실마리를 제공했다는 평가다. 이번 연구는 NJIT 기계·산업공학과 디바카르 다타(Dibakar Datta) 교수가 이끄는 연구팀에 의해 수행됐으며, 국제 학술지 '셀 리포트 물리과학(Cell Reports Physical Science)'에 최근 게재됐다. 7월 31일 NJIT에 따르면 다타 교수팀은 '생성형 AI(Generative AI)'를 도입해 다가이온(multivalent-ion) 배터리용 다공성 전이금속산화물 소재를 신속히 발굴했다. 다가이온 배터리는 기존 리튬이온 배터리와 달리 이온당 2~3개의 양전하를 지닌 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 아연 등 풍부한 원소를 활용한다. 이론상 동일한 공간에 더 많은 전하를 저장할 수 있어 에너지 밀도 측면에서 높은 잠재력을 지닌다. 다만, 이들 이온의 전하량과 크기가 커 소재 내부에서의 이동이 어려운 점이 상용화의 큰 장벽으로 작용해왔다. 연구은 이 문제를 해결하기 위해 새로운 AI 기반 탐색 프레임워크를 제안했다. 연구팀은 결정 확산 변분 오토인코더(Crystal Diffusion Variational Autoencoder, CDVAE)와 대형 언어모델(LLM)을 조합한 이중 AI 기법을 개발했다. CDVAE는 대규모 결정 구조 데이터셋을 학습해, 기존에 존재하지 않던 구조를 생성해냈으며, LLM은 열역학적으로 안정한 구조 후보를 정밀하게 선별하는 역할을 수행했다. 이 같은 AI 모델을 활용해 연구진은 수천 개의 새로운 다공성 결정 구조를 탐색했고, 이 중 다가이온 배터리용으로 적합한 5종의 새로운 전이금속산화물 구조를 도출했다. 해당 물질들은 이온 확산에 유리한 넓고 균일한 채널을 갖추고 있어, 고용량 저장과 안정성 확보 측면에서 유리한 것으로 나타났다. 연구팀은 이 구조들의 물리적 특성을 양자역학 기반 시뮬레이션을 통해 검증했으며, 실험적 합성 가능성도 확인했다. 다타 교수는 "문제는 유망한 전지 화학의 부재가 아니라, 수백만 개에 달하는 조합을 실험실에서 모두 검증하는 것이 현실적으로 불가능하다는 점이었다"며, "AI는 이 방대한 재료의 조합을 체계적으로 탐색하고 선별하는 데 가장 효율적인 수단"이라고 설명했다. 그는 이어 "이번 연구는 단순히 새로운 배터리 재료를 찾는 데 그치지 않고, 첨단 전자소자부터 청정에너지 소재까지 폭넓은 응용 분야에 걸쳐 고속 탐색 프레임워크를 제시했다는 데 의의가 있다"고 덧붙였다. 연구진은 향후 실험실 기반 공동 연구를 통해 AI 기반으로 설계한 소재의 실제 합성과 상용화 가능성 검증에 착수할 계획이다. 이번 연구는 AI 기반 재료 과학이 전통적인 실험 중심 연구방식을 보완하거나 대체할 수 있다는 점에서, 차세대 에너지 산업의 전환점을 이끌 수 있을지 주목된다.
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[신소재 신기술(189)] AI로 리튬이온 대체 물질 발견⋯美 NJIT, 차세대 전지 재료 개발에 돌파구
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[신소재 신기술(188)] 니켈-텅스텐 신합금 'Ni₄W', 차세대 전자기기 성능 대폭 개선 기대
- 미국 미네소타대학교 연구진이 스마트폰, 노트북, 데이터센터 등 전자기기의 에너지 효율과 정보 처리 속도를 크게 향상시킬 수 있는 신소재 합금 'Ni₄W'를 개발했다. 과학 전문 매체 사이테크데일리에 따르면 이번에 개ㅈ발된 Ni₄W는 니켈(Ni)과 텅스텐(W)으로 구성된 비정질 저대칭 구조의 합금으로, 기존 메모리 장치에서 자성 전환에 요구되던 외부 자기장을 사용하지 않고도 자성 상태를 바꿀 수 있는 '필드프리(field-free) 스위칭'이 가능한 것이 특징이다. 이 기술은 전자기기의 전력 소모를 획기적으로 줄이고, 차세대 스핀트로닉스 기반 메모리 개발에 활용될 수 있다. 해당 연구 결과는 과학저널 '첨단 소재(Advanced Materials)' 5월호에 게재됐으며, 관련 기술에 대한 특허도 출원 완료된 상태다. 연구를 주도한 미네소타대학교 전기전자컴퓨터공학과의 지앤핑 왕(Jian-Ping Wang) 교수는 "Ni₄W는 데이터 기록에 필요한 전력을 낮춰, 전체 전자기기의 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다"며 "스마트폰부터 초대형 데이터센터까지 적용 범위가 광범위하다"고 설명했다. 특히 이 합금은 복수 방향의 스핀 전류를 생성할 수 있어 기존 자성 소재에 비해 높은 수준의 스핀-궤도 토크(Spin-Orbit Torque, SOT) 효율을 구현할 수 있다. 이는 고속 동작과 저전력 소모를 동시에 요구하는 차세대 논리 소자와 메모리 기술의 핵심으로 꼽힌다. 왕 교수 연구팀의 박사과정 연구원인 양이페이(Yifei Yang)는 "Ni₄W는 단독으로 또는 텅스텐과의 적층 구조에서 높은 다방향 SOT 효율을 보여주었으며, 이는 고속 스핀트로닉스 소자 개발에 매우 유리한 조건"이라고 덧붙였다. 해당 연구는 이론적 예측과 실험적 관측을 통해 신뢰성을 확보했다. 이 연구에 공동 제1저자로 참여한 이승준(Seungjun Lee) 박사는 "계산 결과가 실험과 일치해 Ni₄W의 물리적 특성과 가능성을 확증했다"고 말했다. Ni₄W는 희귀 금속이 아닌 범용적인 원소로 구성돼 있어 상용 반도체 제조 공정에 쉽게 적용 가능하다는 장점도 있다. 고비용·고난이도 공정이 필요한 기존 자성 소재와 비교해 가격 경쟁력과 지속 가능성 면에서도 우위를 점할 수 있다는 평가다. 이번 연구는 미국 국가표준기술연구소(NIST)가 후원하고, 반도체연구공사(SRC)의 nCORE 프로그램 산하 첨단 스핀 기반 정보 기술 센터(SMART)가 주도한 국제 공동연구 프로젝트의 일환으로 수행됐다. 미네소타대학교 전자공학부, 화학공학·재료과학과, 나노센터 등이 참여했으며, 국내외 20여 명의 학제 간 연구진이 협업했다. 향후 연구진은 이 합금을 나노스케일 디바이스 수준으로 집적하고, 실제 동작 환경에서의 신뢰성과 내구성을 검증할 계획이다. 전문가들은 Ni₄W 기반 기술이 상용화에 성공할 경우, 기존 전자기기와 메모리 반도체 기술의 패러다임을 근본적으로 바꿀 가능성이 있다고 보고 있다. 이번 연구성과는 차세대 IT 인프라의 전력 효율성과 지속 가능성을 동시에 향상시키는 기반 기술로 주목받고 있다. Ni₄W가 향후 스핀트로닉스 메모리 상용화의 전환점을 마련할 수 있을지 귀추가 주목된다.
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[신소재 신기술(188)] 니켈-텅스텐 신합금 'Ni₄W', 차세대 전자기기 성능 대폭 개선 기대
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[신소재 신기술(187)] 상용 반도체 공정으로 세계 최초 '전자–광자–양자 통합칩' 구현
- 양자 기술의 상용화를 향한 중요한 진전을 알리는 연구 성과가 미국에서 나왔다. 미국 보스턴대학교, UC버클리, 노스웨스턴대학교 공동 연구진은 세계 최초로 전자 회로·광자 소자·양자 광원을 단일 칩 위에 통합한 양자-전자-광자 집적 칩(quantum–electronic–photonic chip)을 구현했다고 밝혔다. 이번 칩은 상용화된 45나노미터급 CMOS(상보성 금속산화막 반도체) 제조 공정을 활용해 제작된 것으로, 상업용 반도체 제조라인에서 양자광학 수준의 정밀성과 실시간 제어 기능을 구현했다는 점에서 주목된다. 이는 향후 양자 컴퓨팅, 양자 센싱, 양자 암호통신 등 다양한 응용 분야의 확장성을 크게 높일 것으로 기대된다. 해당 연구 결과는 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 게재됐으며, 과학 기술 전문 매체 인터레이스팅엔지니어링, 텍크 익스플로어 등 다수 외신이 14일(현지시간) 보도했다. 연구를 주도한 보스턴대학교 밀로시 포포비치 교수는 "양자 기술은 수십 년간 개념에서 현실로 나아가는 긴 여정을 걷고 있다"며, "이번 연구는 소규모지만, 상용 반도체 공정을 통해 재현 가능하고 제어 가능한 양자 시스템을 제작할 수 있음을 증명했다는 점에서 매우 중요한 발걸음"이라고 평가했다. 노스웨스턴 대학교 전기컴퓨터공학과 교수이자 양자 광학 분야의 선구자인 프렘 쿠마르는 "이 연구에 필요한 학제 간 협력은 바로 양자 시스템을 실험실에서 확장 가능한 플랫폼으로 옮기는 데 필요한 것"이라면서 "전자공학, 광자공학, 그리고 양자 측정 분야의 공동 노력이 없었다면 이 연구는 불가능했을 것"이라고 밝혔다. 이번에 개발된 칩은 가로세로 1㎟ 이하 면적에 독립된 12개의 양자광원을 탑재하고 있으며, 각 광원은 마이크로링 공진기를 통해 상관된 광자 쌍(photon pairs)을 생성한다. 이 광자 쌍은 양자 얽힘 기반 통신 및 계산, 고감도 센싱 등에 핵심적으로 활용된다. 다만 마이크로링 공진기는 온도 변화 및 제조 편차에 매우 민감해 광자 생성을 불안정하게 만드는 한계가 있었는데, 이를 해결하기 위해 연구팀은 칩 내부에 실시간 제어 회로 및 피드백 루프를 삽입했다. 광 다이오드가 레이저 정렬 오차를 감지하고, 내장된 히터와 제어 로직이 자동으로 온도 및 공진 조건을 보정해주는 방식이다. 이 과정을 이끈 노스웨스턴대 박사과정 아니루드 라메시는 "양자 시스템의 실시간 안정화 제어를 온칩(on-chip) 방식으로 구현한 것은 확장 가능한 양자 시스템을 향한 핵심 진전"이라며 기술적 의의를 강조했다. '온칩(on-chip)' 방식이란, 하나의 반도체 칩 내부에 다양한 기능이나 소자를 통합하여 구현하는 방식을 의미한다. 다시 말하면, 온칩 방식은 복잡한 기능을 하나의 칩에 통합해 고성능·소형화·자동화를 가능하게 하는 핵심 기술이다. 칩 설계 측면에서는 양자광학 소자의 고성능 요건을 충족하면서도 상업용 CMOS 플랫폼의 물리적·전기적 제약을 동시에 만족시키는 것이 가장 큰 도전이었다. 포토닉 설계를 주도한 보스턴대 임버트 왕 박사과정 연구원은 "기존 양자광학 설계방식을 넘어, CMOS 공정 한계 내에서 설계 최적화를 이뤄야 했다"고 설명했다. 이번 칩은 AI 연산 및 고속 데이터 전송을 위한 상용 집적 플랫폼으로도 알려진 45nm CMOS 공정을 활용해 제작됐다. 해당 공정은 보스턴대, UC버클리, 글로벌파운드리즈(GlobalFoundries), 아야랩스(Ayar Labs) 등이 공동 개발한 것으로, 이번에는 노스웨스턴대가 양자 시스템 통합에 협력하며 응용 범위를 한층 확장했다. UC버클리의 칩 설계를 총괄한 대니얼 크람닉 박사과정 연구원은 "양자 시스템, 전자 회로, 광학 설계라는 서로 다른 영역의 긴밀한 협력이 없었다면 불가능한 성과였다"고 말했다. 한편 이 연구에 참여한 일부 학생 연구원들은 이미 사이퀀텀(PsiQuantum), 아야랩스, 구글X 등 실리콘 포토닉스 및 양자컴퓨팅 스타트업과 연구소에 진출해 기술 상용화를 이어가고 있다. 이번 연구는 미국 국립과학재단(NSF), 패커드 펠로우십(Packard Fellowship), 글로벌파운드리즈의 지원을 받아 진행됐다.
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[신소재 신기술(187)] 상용 반도체 공정으로 세계 최초 '전자–광자–양자 통합칩' 구현
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[신소재 신기술(186)] AI가 설계한 차세대 냉각 소재⋯실내 온도 낮추고 에너지 소비 줄인다
- 인공지능(AI)을 활용해 설계된 새로운 열 방출 소재가 개발돼 냉방 효율을 획기적으로 개선하고, 주거·의류 산업·우주 분야까지 폭넓은 적용 가능성을 제시하고 있다. 미국 텍사스대학교 오스틴캠퍼스 연구진은 중국 상하이교통대, 싱가포르국립대, 스웨덴 우메오대 등과 공동으로, AI 기반 머신러닝 기법을 활용해 3차원 열 메타 방출체(thermal meta-emitter)를 설계하는 프레임워크를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 국제학술지 네이처(Nature) 7월호에 게재됐다. 연구팀은 이를 통해 총 1,500종 이상의 독자적 소재를 설계했으며, 이러한 소재들은 복잡한 열 방출 특성을 조절함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있도록 고안됐다. 텍사스대 기계공학과의 유빙 정(Yuebing Zheng) 교수는 "기존 방식은 시도와 오류에 의존해 설계 속도와 정확도에 한계가 있었지만, 이번 프레임워크는 설계 공간을 비약적으로 확장함으로써 이전에는 상상조차 어려웠던 고성능 소재를 현실화했다"고 설명했다. 실제 냉각 실험에서도 효과가 입증됐다. 연구진은 설계된 4종의 메타 방출체 중 하나를 모형 주택의 지붕에 적용해 기존 상용 백색·회색 도료와 비교했다. 정오 기준 직사광선 하에서 4시간이 지난 뒤, 해당 메타 방출체를 적용한 지붕의 표면 온도는 기존 도료 대비 평균 5~20도 낮게 유지됐다. 이 같은 성능을 기반으로 연구진은, 고온 도시인 리우데자네이루나 방콕의 아파트에 적용할 경우 연간 약 1만5,800킬로와트시(kWh)의 에너지를 절감할 수 있을 것으로 추정했다. 이는 일반적인 에어컨 한 대가 연간 소비하는 전력량(약 1,500kWh)의 10배가 넘는 수치다. 연구진은 해당 소재의 활용 분야가 단순 주거·상업용 냉방을 넘어 도시환경, 항공우주, 섬유, 자동차 등 다방면으로 확장될 수 있다고 보고 있다. 예를 들어 도심 건축물에 적용할 경우 열섬현상을 줄이고, 우주선 외부에 활용하면 태양광 흡수와 복사열 방출을 동시에 조절해 내부 온도를 효과적으로 관리할 수 있다는 설명이다. 소비자용 제품에도 적용 가능성이 높다. 이 소재를 의류나 캠핑 장비에 접목하면 더운 환경에서도 착용자의 체온 상승을 억제할 수 있고, 차량 외장재나 내장재로 활용할 경우 햇빛 아래 장시간 주차된 차량의 내부 온도를 낮추는 데 기여할 수 있다. 정 교수는 "기존 자동화 설계 방식은 단층 박막 구조나 평면 패턴 등 단순한 형태만 구현 가능했으나, 이번 프레임워크는 다층적이고 입체적인 구조 설계가 가능해 실질적인 성능 향상이 가능하다"고 밝혔다. 해당 연구를 공동 주도한 카이 야오(Kan Yao) 박사는 "AI가 모든 문제의 해답은 아니지만, 열 방출체처럼 스펙트럼 조절이 핵심인 소재 설계에서는 머신러닝이 최적의 해법이 될 수 있다"고 강조했다. 연구진은 향후 이 프레임워크를 나노광학(nanophotonics) 분야 전반에 확장 적용할 계획이다. 나노광학은 빛과 물질이 나노미터 수준에서 상호작용하는 영역으로, 센서·이미징·에너지 기술 등 차세대 광학 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 이번 논문은 AI 기반 신소재 설계가 실험적 한계를 넘어 상용 기술로 이어질 수 있는 가능성을 제시한 사례로 평가된다. 향후 기후변화 대응 및 에너지 효율화 기술 발전의 새로운 전환점이 될 수 있을지 주목된다.
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[신소재 신기술(186)] AI가 설계한 차세대 냉각 소재⋯실내 온도 낮추고 에너지 소비 줄인다
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[신소재 신기술(185)] 공기만으로 움직이는 '무뇌 로봇 ' 개발⋯자율보행·수영까지 구현
- 디지털 회로나 연산 장치 없이, 오직 공기 흐름과 구조만으로 작동하는 자율 로봇이 네덜란드에서 개발됐다. '무뇌(brainless)' 로봇이라고 불리는 이 장치는 전통적인 로봇공학의 원리를 근본적으로 재해석하며, 로봇 설계의 새로운 방향을 제시하고 있다. 8일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 네덜란드 소재 AMOLF 연구소의 알베르토 코모레토(Alberto Comoretto) 연구원과 요하네스 오버펠데(Johannes Overvelde) 박사팀은 길이 조절이 가능한 실리콘 튜브, 간단한 펌프, 공기압만을 활용해 약 1kg(2파운드) 무게의 연성 로봇을 제작했다. 이 로봇은 실험실 탁자 위를 걷고, 책을 넘고, 수조에 들어가 개처럼 수영하는 등 다기능 동작을 구현했다. 로봇은 전통적인 마이크로컨트롤러나 프로그래밍된 코드가 아닌, 유체역학과 탄성 물성에 기반한 '구조 기반 지능(embodied intelligence)' 개념으로 작동한다. 팔다리는 실리콘 튜브로 구성되어 있으며, 내부로 공기가 주입되면 튜브가 주기적으로 꺾이고 펴지면서 자가 진동을 일으킨다. 이러한 운동은 최대 초당 300회의 진동수를 기록하며, 기존 연성 로봇의 한계였던 3Hz를 크게 뛰어넘는다. 흥미로운 점은 이 로봇이 지면 상태에 따라 걷는 방식이 자연스럽게 바뀐다는 것이다. 예를 들어 마찰력이 큰 카펫 위에서는 네 다리가 동시에 움직이며 전진하고, 물속에서는 마찰이 사라지며 다리가 교대로 움직이면서 수영 모드로 전환된다. 이러한 전환은 별도의 센서나 소프트웨어 제어 없이 공기압의 흐름과 구조의 상호작용만으로 이루어진다. 연구팀은 로봇의 다리를 하나의 공기 공급선으로 연결해, 한 쪽 다리의 압력 변화가 다른 다리에도 영향을 미치도록 설계했다. 이는 일종의 '동기화 메커니즘'으로 작용해, 각 팔다리의 운동이 자율적으로 조화롭게 일어난다. 연성 로봇은 복잡한 회로 없이 환경에 적ㅇ으해 움직이며, 전자기기 없이도 장애물을 피하거나 방향을 바꾸는 능력을 보여준다. 예를 들어 벽에 부딪히면 진동이 일시적으로 비대칭화되면서 로봇이 자동으로 방향을 틀고, 물속에 떨어지면 다리 움직임의 위상이 바뀌어 수영으로 전환된다. 이는 사전에 프로그래밍되지 않은, 물리적 조건에 기반한 자발적 반응이다. 이 로봇은 고작 0.12와트의 전력으로 작동하며, 휴대폰 크기의 배터리 하나로 30분 동안 작동할 수 있다. 간단한 광센서와 릴레이 회로를 장착하면 빛을 따라 이동하는 포토택시스(phototaxis) 기능도 구현된다. 플래시라이트를 비추면 로봇이 빛을 향해 이동하고, 장애물을 만나면 회피하는 행동을 스스로 수행한다. 이번 연구의 본질은 '소프트 로봇공학(soft robotics)'의 진보를 넘어, '소재와 형태만으로 구현되는 지능'에 있다. 이는 생물학적 신체의 반사작용이나 힘줄의 탄성처럼, 뇌가 아닌 신체 자체가 판단과 제어의 역할을 일부 담당하는 자연계의 원리와 닮아 있다. 산업적 활용 가능성도 주목된다. 구조적으로 간단하고 저전력으로 작동하는 이 로봇은 전기 회로가 위함할 수 있는 구조물 붕괴 현장이나 수중 환경 등에서 활용 가능성이 크다. 또한 펌프와 튜브, 재활용 가능항 엘라스토머로만 구성돼 전자폐기물 배출이 적고, 지속가능한 기술로 평가 받는다. 연구진은 향후 공기 배출을 이용해 튜브를 주기적으로 압축하는 수동 밸브 기술을 통해 펌프의 소형화를 꾀하고 있다. 동시에, 동일한 기술 원리를 적용해 혈압에 맞춰 동기화되는 인공 심장 개발도 병행 중이다. 다만 공기 기반 시스템의 약점으로 지적되는 고고도·진공 환경 문제에 대해 연구진은 압축가스와 화학 반응형 가스 발생기를 병행하는 하이브리드 방식으로 극복할 수 있다는 입장이다. 이는 우주 탐사 등 극한 환경을 위한 연성 로봇 기술의 확장을 시사한다. 이번 연구는 과학 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐으며, 족잡한 ㅇ녀산 없이도 정교한 운동을 구현하는 '물리 기반 로봇지능'이라는 새로운 패러다임을 제시했다. 로봇 공학이 전자회로에서 물리 구조로 무게 중심을 이동시키는 변곡점에 들어섰다는 평가가 나온다.
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[신소재 신기술(185)] 공기만으로 움직이는 '무뇌 로봇 ' 개발⋯자율보행·수영까지 구현
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[신소재 신기술(184)] 세계 최초 하루 200톤 수소 생산 SMR 시뮬레이터, 미국서 가동
- 미국이 원자력을 활용한 대규모 수소 생산의 실현 가능성을 입증하는 세계 최초의 시뮬레이터를 공개했다. 소형모듈원자로(SMR) 전문기업 누스케일파워(NuScale Power)는 GSE 솔루션즈(GSE Solutions)와 협력해 하루 200톤 이상 수소 생산이 가능한 고온 수전해 시스템을 통합한 원자로 시뮬레이터를 미국 오리건주 코발리스 본사에 구축했다고 지난 2일(현지시간) 밝혔다. 과학기술 전문매체 인터레스팅엔지니어링에 따르면 이 시뮬레이터는 단순한 개념적 모델이 아니라 실시간으로 작동하며, SMR에서 생성된 고온 증기를 활용한 수소 생산 공정 전반을 정밀하게 재현한다. 이를 통해 원자력을 기반으로 한 탈탄소 산업 솔루션의 실증과 전문 인력 양성이라는 이중 목적을 동시에 추구한다. 시뮬레이터에는 GSE의 'JTopmeret' 및 '제이로직(JLogic)' 등 고도화된 디지털 도구가 적용돼, 원자로와 수소 생산 공정 간의 열역학 및 공정 상호작용을 전범위적으로 구현한다. 핵심 기술은 '가역형 고체산화물 연료전지(RSOFCs)'로, 전기·수소·담수 생산을 동시에 수행할 수 있는 이중 기능 시스템이다. 이를 통해 누스케일은 전력 외에도 수소, 담수 등 다양한 청정 자원을 동시에 공급할 수 있는 멀티에너지 플랫폼 구축을 목표로 한다. 이번 개발은 향후 SMR이 단순한 전력 공급원이 아닌 수소경제 및 청정 연료 생산의 중심축으로 재정의될 수 있음을 시사한다. 누스케일 측은 "SMR의 안정적인 출력 특성은 간헐적인 재생에너지와 달리 고온 수전해 방식에 적합한 운전 조건을 제공한다"고 밝혔다. 그동안 재생에너지가 주도해온 녹색수소 생산에서 SMR이 새로운 대안으로 부상할 수 있는 배경이다. 누스케일은 해당 시뮬레이터를 대학 및 산업계에 개방해 운전 인력 양성과 커리큘럼 개발에 활용할 계획이다. 실제 현장 운영 환경에 근접한 교육 시스템은 수소 분야에서도 드물며, 원자력과의 통합은 유례없는 시도다. 이를 통해 통합 원자력-수소 생산 플랫폼을 운영할 전문 인력 생태계를 조성하겠다는 구상이다. 한편, 누스케일은 SMR의 응용 범위를 지속적으로 확장 중이다. 앞서 열린 세계석유화학회의(WPC)에서는 누스케일파워모듈(NPM) 1기만으로도 역삼투 방식으로 하루 1억 5000만 갤런의 담수 생산이 가능하며, 온실가스 배출 없이 12기 구성 시 약 230만 명의 식수를 제공하고 40만 가구에 전력을 공급할 수 있다는 연구 결과를 발표한 바 있다. 또한 미국 에너지부 산하 태평양북서국립연구소(PNNL)와의 공동 연구를 통해 해수담수화 부산물인 염수를 수소 원료로 전환하는 수열화학 공정도 개발 중이다. 이로써 담수화와 수소 생산을 연계한 폐자원 활용형 순환 에너지 시스템 구축에도 박차를 가하고 있다. 이번 시뮬레이터의 구축은 단순한 기술 시연을 넘어, SMR 기반 다중 에너지 생산 체계를 실증하고 글로벌 분산형 청정 에너지 수요에 대응할 수 있는 솔루션으로서의 가능성을 제시했다는 점에서 주목된다. SMR이 수소경제와 산업 탈탄소화, 물 부족 해결 등 복합 위기를 동시에 해결할 수 있는 핵심 인프라로 떠오르고 있다.
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- 산업
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[신소재 신기술(184)] 세계 최초 하루 200톤 수소 생산 SMR 시뮬레이터, 미국서 가동
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[신소재 신기술(183)] 마이크로로봇으로 부비동염 치료⋯중국·홍콩, 약물 없는 신기술 개발
- '마이크로로봇 군단'이 코 막힘 치료에 나섰다. 중국과 홍콩의 연구진이 비강을 통해 투입되는 초소형 로봇 군단을 이용해 농과 점액을 녹이고 부비동염을 치료하는 신개념 비침습 의료기술을 개발했다고 과학 전문 매체 ZME가 보도했다. 해당 기술은 약물을 투입하는 대신 로봇 자체의 표면에서 박테리아를 분해하는 화학반응을 유도해 감염 부위를 직접 타격하는 방식이다. 현재 동물실험 단계에 있으며, 향후 임상시험을 거쳐 인체 적용 가능성을 타진할 계획이다. 비강 투입형 로봇, '현장 생성 무기'로 박테리아 제거 이 치료법은 길이 수 마이크로미터(μm)에 불과한 마이크로로봇을 전자기 유도 방식으로 조종해 콧속 부비강에 투입하고, 로봇 표면에서 광촉매 반응을 유도해 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)을 생성한다. 이 산화물은 박테리아 생물막을 분해하고, 점액을 녹이며, 감염 부위를 정화하는 데 사용된다. 기존 마이크로로봇이 항생제를 실어 나르던 방식과 달리, 이번 기술은 로봇 자체가 화학 무기 역할을 하며 약물 내성의 우려를 줄이고, 인체에 약물을 축적시키지 않는다는 장점이 있다. 연구진은 이를 "비침습적이고, 내성 우려가 낮으며, 약물 비의존적인 치료 플랫폼"이라 표현했다. 동물실험에서 효과 입증…향후 인체 적용 과제가 관건 중국 광시성, 선전(심천), 장쑤성(강소성), 양저우(장쑤성에 위치한 도시), 마카오 등의 공동 연구진은 이 기술을 돼지와 토끼의 부비강에 적용한 결과, 점액층과 농, 박테리아 생물막을 효과적으로 제거하는 데 성공했다. 다만, 현재까지는 동물실험에 국한되며, 인체 대상 임상시험은 아직 이뤄지지 않았다. 향후 과제는 ▲로봇의 정확한 위치 조종, ▲치료 후 로봇의 완전한 회수 또는 생분해 보장, ▲인체 안전성 검증, ▲대중 수용성 확보 등이다. 관련 기술이 임상 승인과 시장 출시까지는 보통 5~10년의 시간이 소요된다. "약물 도달률 극대화…코뿐 아니라 방광·장기 감염에도 적용 가능" 연구진은 이번 기술이 비단 비염이나 부비동염뿐 아니라 방광염, 장내 감염 등 전신 투약으로 치료하기 어려운 감염 부위에도 적용 가능할 것으로 기대하고 있다. 기존 항생제는 전신에 분산돼 일부만 감염 부위에 도달하지만, 마이크로로봇은 감염 부위에 직접 도달해 치료 효율을 극대화할 수 있다는 점이 핵심이다. '로봇 체내 주입 불안…대중 수용성 과제도 남아 한편, 로봇을 체내에 삽입한다는 점에서 대중의 거부감이나 음모론 확산 가능성에 대한 우려도 제기된다. 캐나다 몬트리올 폴리테크닉의 나노로보틱스 연구소장 실뱅 마르텔 교수는 영국 일간지 '가디언'과의 인터뷰에서 "대중은 초기에 거부감을 보일 수 있지만, 익숙해지는 데는 그리 오래 걸리지 않는다"고 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(183)] 마이크로로봇으로 부비동염 치료⋯중국·홍콩, 약물 없는 신기술 개발
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[신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발
- [신소재 신기술(182)] CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재, 스위스 연구진 개발 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 광합성 '생체 건축 소재' 개발…건축 외피 활용 가능성 제시 스위스 연방취리히공과대학(ETH 취리히) 연구진이 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수해 고체 무기물로 전환하는 광합성 기반 '생체(living) 소재'를 개발해 주목받고 있다. 이 소재는 향후 건축물 외벽에 적용돼 건축물 자체가 탄소를 흡수·저장하는 구조물로 기능할 가능성을 제시한다. 과학 기술 전문 매체 라이브사이언스에 따르면 이 소재는 청록색조류(시아노박테리아, cyanobacteria)를 고수분 젤(hydrogel) 기반의 3D 프린팅 소재 내부에서 배양한 구조로, 빛, 물, CO₂를 흡수해 산소와 유기물을 생성하는 광합성 기능을 갖췄다. 특히, 칼슘 및 마그네슘 등 영양분이 공급될 경우, CO₂를 흡수해 탄산염 결정체(예: 석회석)로 전환해 무기 탄소 형태로 고정하는 특성이 있다. ETH 취리히 고분자공학과 마크 티빗(Mark Tibbitt) 교수는 "이 소재는 바이오매스뿐 아니라 무기질 형태로도 탄소를 저장할 수 있어, 건축물의 외피에 적용될 경우 건물 자체가 탄소저장고 역할을 할 수 있다"고 설명했다. 실험에 따르면, 해당 소재는 400일 동안 CO₂를 지속적으로 흡수해 1g당 약 26mg의 이산화탄소를 고정하는 성과를 냈다. 이는 기존의 생물학적 탄소 포집 방식보다 효율성이 높은 것으로 평가된다. 소재는 시간이 흐를수록 구조가 단단해지고 색도 짙어지며, 초기에는 젤 형태였지만 무기질 격자가 형성되며 기계적 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 연구진은 이러한 자가 강화 성질이 건축 재료로의 적용 가능성을 뒷받침한다고 분석했다. 해당 연구는 4월 23일자 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. 이 소재의 기반은 다공성 하이드로겔로, 내부에서 청록색조류가 광합성을 지속할 수 있도록 빛과 기체 투과성을 확보한 구조다. 연구팀은 해수 성분의 인공 용액으로 영양분을 공급해 광합성과 무기화 반응이 동시에 이뤄지는 조건을 조성했고, 가장 적합한 생존 환경을 구현하기 위해 다양한 3D 구조를 실험했다. 공동 연구자인 ETH 취리히 박사과정 연구원 이판 추이(Yifan Cui)는 "시아노박테리아는 지구상에서 가장 오래된 생명체 중 하나로, 미약한 빛만으로도 이산화탄소와 수분을 활용해 바이오매스를 생성할 수 있다"고 밝혔다. 향후 연구는 해당 소재를 실제 건물 외피에 적용하기 위한 영양분 공급 방식과 유전적 개량을 통한 광합성 효율 제고 방안 등에 초점을 둘 예정이다. 특히 연구진은 베니스 비엔날레 건축 전시회에서 이 소재를 1년간 최대 18kg의 CO₂를 흡수하는 나무 모양의 구조물로 구현해 시연한 바 있다. 티빗 교수는 "이번 생체 소재는 저에너지·친환경적 탄소 고정 방식으로, 기존의 화학적 포집 기술을 보완할 수 있는 가능성을 갖고 있다"며 "도시 환경에서의 탄소저감 수단으로 충분한 잠재력을 지닌다"고 덧붙였다.
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- ESGC
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[신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발
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[신소재 신기술(181)] 근적외선으로 머리 전체 투과 성공⋯차세대 뇌 진단 기술 주목
- 인간의 머리를 관통하는 빛을 이용한 새로운 뇌영상 기법이 개발됐다. 22일(현지시간) 과학 기술 전문매체 사이언스 얼럿에 따르면 영국 글래스고 대학교 연구팀은 기존 기술의 한계를 넘는 방식으로, 인체에 해를 주지 않는 근적외선을 머리 한쪽에서 쏘아 다른 쪽에서 감지하는 데 성공했다고 밝혔다. 현재 이동성과 비용 측면에서 가장 유용한 비침습 뇌영상 기술은 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)이다. 그러나 이 기술은 두개골 아래 수 센티미터까지만 탐지할 수 있어, 보다 깊은 뇌 영역을 관찰하기 위해선 부피가 크고 고가인 자기공명영상(MRI) 장비에 의존해왔다. 연구진은 빛이 머리 전체를 통과할 수 있도록 fNIRS의 민감도를 크게 확장했다. 레이저의 출력을 인체 안전 기준 내에서 상향 조정하고, 수광 장치의 민감도도 개선했다. 그 결과, 실험 참가자의 머리를 한쪽에서 비춘 근적외선이 반대쪽에서 포착됐다. 다만 이번 실험은 공정 조건이 까다로웠다. 전체 8명의 실험 참가자 중 한 명에게서만 성공적인 결과가 도출됐으며, 해당 피험자는 피부가 밝고 머리카락을 싹 밀어버린다는 조건을 갖췄다. 측정 시간도 약 30분에 달했다. 연구진은 "이번 연구는 비침습 광학 뇌영상 기술을 통해 성인의 두개골 내부 깊은 부위의 생물학적 지표를 탐지할 수 있는 가능성을 보여준다"고 밝혔다. 또한 3D 머리 모델을 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션에서 예측된 광자의 이동 경로가 실제 측정 결과와 일치해 실험의 신뢰도를 높였다. 빛은 무작위로 흩어지기보다 뇌척수액 등 상대적으로 투명한 경로를 따라 이동했다. 이는 향후 뇌영상 기술의 정밀도를 높이는 데 활용될 수 있을 것으로 보인다. 연구팀은 "빛을 쏘는 위치를 조절함으로써 특정 뇌 부위를 선택적으로 관찰하는 것도 가능해질 수 있다"고 설명했다. fNIRS는 EEG보다 해상도는 낮지만 저비용·경량이라는 장점을 지니며, fMRI보다는 접근성이 높다. EEG는 뇌파 검사를 뜻하는 Electroencephalography(뇌전도)의 약자로, 뇌에서 발생하는 전기 신호를 측정하는 방법이다. EEG는 뇌의 전기적 활동을 실시간으로 측정해 뇌 상태를 파악하는 기술이다. fMRI는 기능적 자기공명영상(functional Magnetic Resonance Imaging)의 약자로, 뇌의 활동을 실시간으로 관찰할 수 있는 신경영상 기술이다. fMRI는 뇌에서 활동이 증가하면 해당 부위로 산소가 풍부한 혈액(BOLD: Blood Oxygen Level Dependent)이 더 많이 공급되는 현상을 이용한다. 이 산소 농도 차이를 자기공명영상(MRI)으로 측정하여 뇌의 활동 상태를 간접적으로 보여준다. 연구진은 이번 연구가 뇌졸중, 뇌손상, 종양 등 다양한 질환 진단에서 보다 실용적인 뇌영상 기기의 개발로 이어질 수 있다고 전망했다. 이번 연구는 국제학술지 '신경광자학(Neurophotonics, 뉴로포토닉스)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(181)] 근적외선으로 머리 전체 투과 성공⋯차세대 뇌 진단 기술 주목
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