검색
-
-
[신소재 신기술(75)] 땀으로 혈당 측정하는 소형 레이저 장착 밴드, 당뇨 관리 혁신 이끌다
- 땀으로 혈당 등 건강상태를 측정할 수 있는 소형 레이저가 장착된 밴드(일종의 반창고)가 개발됐다. 싱가포르 난양공과대학(NTU) 연구진은 땀을 통해 건강 지표를 추적할 수 있는 혁신적인 미세 레이저 장착 밴드를 개발했다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 이 혁신적인 밴드는 마이크로레이저 기술을 부드러운 하이드로겔 필름에 통합해 실시간으로 정밀한 바아오마커(생체 지표)를 감지한다. 특히 이 기술은 당뇨병 환자의 경우, 채혈 없이 혈당 수치를 실시간으로 확인할 수 있어 편의성을 크게 높였다. NTU 전자전기공학부(EEE) 연구팀은 액정 방울에 마이크로레이저를 캡슐화하고 액체를 부드러운 하이드로겔 필름에 내장함으로써 석고처럼 작고 유연한 빛 기반 감지 장치를 만들어 팔에 부착함으로써 몇 분 안에 매우 정확한 바이오마커 판독값을 제공할 수 있었다. 인간의 땀에는 포도당, 젖산, 요소와 같은 건강 상태를 나타내는 바이오마커가 포함되어 있으며, 이를 통해 다양한 건강 상태를 파악할 수 있다. 기존에는 당뇨병 환자들이 혈당 수치를 모니터링하기 위해 손가락 채혈과 같은 침습적인 방법에 의존해 왔다. 하지만 이런 방법은 통증과 불편함을 야기할 수 있다. 센서 기반 장치도 있지만 비용이 많이 들고 장시간 피부에 부착하면 불편함을 느낄 수 있다는 단점이 있다. NTU 연구팀은 미세 레이저 기술을 부드러운 하이드로겔 필름에 통합하여 유연하고 컴팩트한 센서 장치를 개발했다. 이 장치는 땀 속 생체 지표 수준을 빠르고 정확하게 감지해 채혈 등의 침습적인 절차 없이 건강 상태를 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 이 밴드가 건강 모니터링 기술의 중요한 발전이라고 강조했다. 밴드의 각기 다른 색깔의 점들은 포도당, 젖산, 요소를 나타내며 동시에 세 가지를 모두 모니터링할 수 있도록 설계됐다. NTU의 EEE 조교수이자 바이오디바이스 및 바이오인포매틱스 센터 첸 유청 소장은 "저희의 혁신은 당뇨병 환자가 건강을 모니터링하는 비침습적이고 빠르고 효과적인 방법을 나타낸다. 마이크로레이저와 소프트 하이드로겔 필름을 결합함으로써 환자에게 보다 즐거운 건강 모니터링 경험을 제공하는 웨어러블 레이저의 실현 가능성을 입증했다"고 말했다. 실험 결과, 이 밴드는 기존 기술보다 100배 더 민감하게 0.001mm의 미세한 생체 지표 변화를 감지하는 놀라운 성능을 보였다. 이러한 정밀도는 생체 지표 추적 정확도를 높여 사용자의 건강 상태를 자세히 파악할 수 있게 한다. 연구의 제1저자인 NTU 박사 후보생 니 닝위안은 "저희 기기는 바이오마커 수치의 높고 낮은 범위를 모두 감지할 수 있다. 이는 현재 유사한 건강 모니터링 기기가 높은 포도당 수치만 추적하는 데 초점을 맞추고, 다른 건강 합병증을 나타낼 수 있는 비정상적이거나 낮은 포도당 수치는 추적하지 않기 때문에 당뇨병 환자에게 특히 유익하다. 기존 기기와 비교했을 때 저희 기기는 다양한 판독값을 나타내 사용자의 건강 상태를 명확하게 보여준다"고 설명했다. 연구팀은 이 장치를 더욱 발전시켜 땀에 존재하는 약물 및 기타 화학 물질과 같은 추가적인 물질을 감지하는 데에도 활용할 계획이다. 이번 연구 결과는 학술지 '분석 화학(Analytical Chemistry)에 게재됐다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(75)] 땀으로 혈당 측정하는 소형 레이저 장착 밴드, 당뇨 관리 혁신 이끌다
-
-
[퓨처 Eyes(43)] 일본, 도쿄-오사카 500km 컨베이어 벨트 건설...물류 혁신의 신호탄?
- 일본이 도쿄에서 오사카까지 무려 500km가 넘는 구간에 컨베이어 벨트를 건설해 물류 이동 속도를 획기적으로 높이겠다는 야심찬 계획을 발표했다. 전 세계 물류 회사들이 24시간 운행 가능한 완전 자율주행 트럭에 주목하는 가운데, 일본은 배달 기사 부족 문제에 대한 독특한 해결책을 제시한 셈이다. 참고로 서울에서 광주까지는 약 300km, 서울에서 부산까지는 약 400km임을 감안한다면, 도쿄-오사카 간 거리는 상당히 먼 거리다. 이러한 일본의 컨베이어 벨트 건설 계획은 슈퍼카블론디, 카스쿱스 등 다수 자동차 전문 매체의 주목을 받고 있다. 일본 국토교통성은 6월 보고서를 통해 트럭 운전사 부족 문제를 해결하기 위한 획기적인 계획을 발표했다. '오토플로우 로드(Autoflow Road, 자동 흐름 도로)'라는 이름의 이 컨베이어 벨트 시스템은 도쿄와 오사카를 연결하며, 대형 공항 수하물 컨베이어 벨트와 비슷한 형태로 주요 도로 옆이나 아래에 설치될 예정이다. 자동화된 전기 카트를 이용해 특수 제작된 경로를 따라 물품을 이동하는 방식도 대안으로 고려되고 있다. 24시간 쉬지 않고 운영되는 이 시스템은 이론적으로 매일 2만5000명의 트럭 운전사가 운송하는 것과 같은 양의 화물을 처리할 수 있다. 인구 감소와 운전 시간 규제 강화로 인해 2020년 66만 명이었던 일본 트럭 운전사 수는 2030년 48만 명으로 감소할 것으로 예상되기 때문에, 이러한 시스템은 일본 물류 산업에 큰 변화를 가져올 수 있다. 보고서에 따르면, 일본의 트럭 운전사 부족 현상은 일부 지역에서 41%에 달하며, 대책이 마련되지 않으면 2030년에는 배송 물량의 30%가 최종 목적지에 도달하지 못할 수도 있다. 아직 승인되지는 않았지만, 재팬타임스는 정부 보고서에는 컨베이어 벨트 계획이 2034년 출시를 목표로 하고 있다고 전했다. 2만5000대의 트럭이 도로에서 사라진다면 교통 체증 완화, 탄소 배출 감소, 트럭 운송 문제 해결에 도움이 될 수 있다. 컨베이어 벨트 시스템은 이미 전 세계 일부 지역에서 시험 운영되고 있어, 일본의 계획이 실현될 가능성은 충분하다. 일본의 리가타야마 석회석 광산에서는 이미 23km 길이의 컨베이어 벨트를 사용하고 있으며, 아프리카에서는 100km 길이의 시스템으로 광산과 항구 사이에 인산염을 운반하고 있다. 하지만 건설 비용은 막대할 것으로 예상된다. 일본 정부는 아직 공식적인 추정치를 제공하지 않았지만, 재팬타임스는 약 230억 달러(3조7000억 엔)에 달할 것으로 예상한다. 요미우리 신문은 오토플로우 로드 건설 비용이 10km 구간당 5800만 달러(약 93억 7000만엔, 약 800억원)에 달할 것으로 추산했다. 게다가 10년 후 인프라가 완공될 때쯤에는 자율주행 기술이 현재보다 훨씬 발전할 가능성이 높아, 컨베이어 벨트 건설의 실효성에 대한 의문도 제기된다. 컨베이어 벨트의 장점 컨베이어 벨트는 운송 효율성 증대와 인력 부족 문제 등을 해결할 수 있다. 또한 교통 체증 완화와 환경 문제 등에도 도움이 될 수 있다. 컨베이어 벨트는 자동화된 시스템으로 24시간 운영이 가능하며, 대량의 화물을 빠르고 효율적으로 운송할 수 있다. 일본의 경우처럼 트럭 운전사 부족 문제를 해결하고 인건비 절감 효과를 기대할 수 있다. 또한 도로 위 트럭 운행 감소로 교통 체증을 완화하고 탄소 배출량을 줄여 환경 보호에 기여할 수 있다. 자동화 시스템으로 유지 보수가 비교적 간편하며, 고장 발생 시 신속한 대응이 가능하다. 게다가 운전자의 피로, 부주의 등으로 인한 사고 위험을 줄이고, 안전한 운송 환경을 조성할 수 있다. 초기 비용과 기술적 한계 극복해야 컨베이어 벨트는 분명 물류 시스템에 혁신을 가져올 수 있는 잠재력을 지녔다. 하지만 동시에 극복해야 할 과제도 만만치 않다. 우선 막대한 금액의 초기 투자 비용과 높은 전력 소비, 기술적 한계 등의 단점도 있다. 컨베이어 벨트 시스템 구축에는 막대한 초기 투자 비용이 필요하다. 또한 시스템 유지 보수 및 전력 소비 등으로 인해 운영 비용이 높을 수 있다. 컨베이어 벨트는 주로 규격화된 화물 운송에 적합하며, 특수 화물이나 다양한 크기의 화물 운송에는 제약이 있을 수 있다. 폭설, 폭우 등 기상 악화 시 시스템 운영에 차질이 발생할 수 있으며, 야외에 설치된 경우 화물 손상 가능성도 있다. 현재 기술 수준으로는 완벽한 자동화 및 안전성 확보가 어려운 점 등 기술적 한계가 있을 수 있다. 일본 정부는 컨베이어 벨트 시스템을 통해 물류 효율성을 극대화하고, 배송 운전자 부족 문제와 늘어나는 화물 수요에 효과적으로 대응하며, 온실가스 배출량 감축에도 기여할 수 있을 것이라 기대한다. 하지만 10km 구간당 800억 엔이라는 막대한 건설 비용은 여전히 풀어야 할 숙제다. 컨베이어 벨트, 과연 물류 시스템의 구원투수가 될 수 있을까? 아니면 빛 좋은 개살구로 전락할까? 막대한 비용 문제를 해결하지 못한다면 장밋빛 미래는 요원할 수 있다. 일본 정부의 신중한 검토와 현명한 결정이 필요한 시점이다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(43)] 일본, 도쿄-오사카 500km 컨베이어 벨트 건설...물류 혁신의 신호탄?
-
-
[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
- 미국 스탠퍼드 대학교 연구팀이 칩 크기의 초소형 티타늄 사파이어(Ti:sapphire)레이저 개발에 성공했다. 이 레이저는 기존 티타늄 이온 도핑 사파이어 크리스탈로 만든 티타늄 사파이어 또는 Ti:사파이어 레이저보다 4배 작고 비용은 3배 더 저렴하며 효율성도 크게 향상되었다고 IFL이 3일(현지시간) 전했다. 기존 티타늄 사파이어 레이저는 높은 가격과 큰 부피, 그리고 구동을 위한 여러 대의 고출력 레이저가 필요하다는 단점이 있었따. 스탠퍼드리포트는 이번에 새로 개발 티타늄-사파이어 레이저에 대해 "'타의 추종을 불허하는 성능'을 가진 것으로 간주된다"고 전했다. 이어 "레이저는 최첨단 양자 광학, 분광학, 신경 과학을 포함한 많은 뷴야에서 없어서는 안 된다. 하지만 그 성능은 엄청난 대가를 치른다"면서 "Ti:sapphire는 부피가 입방 피트9볼링 공 4개 정도의 공간을 차지함)에 달할 정도로 크고 비용도 수십만 달러에 이른다. 또한 3만 달러 이상에 달하는 다른 고출력 레이저가 있어야 작동한다"며 기존 레이저의 단점을 지적했다. 스탠퍼드대 전기공학과 교수이자 칩 크기의 Ti:사파이어 레이저 논문의 시니어 저자인 옐레나 부치코비치(Jelena Vučković)는 "이것은 기존 모델에서 완전히 벗어난 것"리하고 말했다. 그는 "크고 값비싼 레이저 한 대가 아닌, 하나의 칩에 수백대의 레이저를 탑재할 수 있는 시대가 곧 올 것"이라고 전망했다. 연구팀은 티타늄 사파이어를 이산화규소(sio2) 절연체 위에 장착하고 수백 나노미터 두께의 티타늄 사파이어 층을 정밀하게 연마하고 에칭하여 소용돌이 모양의 융기, 즉 도파관을 형성했다. 이 도파관을 통과하는 빛은 소형 히터를 사용해 가열되며 사용자가 필요에 따라 레이저 파장을 조정할 수 있도록 한다. 즉, 연구팀은 마이크로스케일 히터를 통해 방출되는 빛의 파장을 변경해 빛의 색상을 700~1000나노미터(적색에서 적외선까지) 사이에서 원하는 대로 조절할 수 있었다. 또한 레이저 크기 축소는 강도를 높여 효율성을 향상시키는 효과도 있었다. 이 소형 레이저는 양자 광학, 분광학, 신경 과학 등 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 넓은 파장 범위에서 에너지를 방출하는 탁월한 이득 대역폭과 1000조 분의 1초마다 빛 펄스를 방출하는 초고속 특성을 가지고 있다. 이는 기존 레이저보다 약 14배 빠른 속도다. 부치코비치 교수와 공동 제1저자인 조슈아 양과 연구팀은 이 새로운 레이저가 다양한 분양에 미칠 영향에 대해 큰 기대를 걸고 있다. 양자 물리학 분야에서는 이 저렴하고 실용적인 레이저가 최첨단 양자 컴퓨터의 소형화를 획기적으로 앞당길 수 있을 것으로 예상된다. 신경 과학 분야에서는 광섬유를 통해 뇌 속 뉴런을 빛으로 조절하는 광유전적 연구에 즉각적인 활용이 가능할 것으로 보인다. 소형 레이저를 활용하면 더욱 작은 프로브(probe, 뇌 활동을 측정하고 자극하는 데 사용되는 도구)를 개발해 새로운 실험 방법을 모색할 수 있다. 안과 분야에서는 노밸상 수상 기술은 '처프 펄스 증폭(chirped pulse amplification)'을 이용한 레이저 수술에 새로운 방식으로 활용되거나, 망막 건강 평가에 사용되는 광 간섭 단층 촬영 기술을 더 저렴하고 작게 만들수 있을 것으로 기대된다. 칩 형태의 레이저는 기볍고 휴대성이 뛰어나며 저렴하고 효율적이다. 그리고 대량 생산이 가능하다. 양 연구원은 "우리는 단일 4인치 웨이퍼에 수 전개의 레이저를 놓을 수 있었다"며 그렇게 되면 레이저당 비용이 거의 0이 되기 시작한다. 이는 매우 흥미로운 일이다"고 말했다. 연구팀은 이번 연구 결과가 티타늄 사파이어 레이저의 대중화에 기여할 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
-
-
가정용 청소제품, 미세 플라스틱 방출 심각⋯환경과 인체 건강에 악영향
- 일상 생활에서 흔히 사용되는 가정용 청소제품에서 미세 플라스틱이 심각한 수준으로 방출되는 것이 확인됐다. 얼룩 등을 지울 때 주로 사용하는 멜라민 스펀지가 매월 수조개의 미세 플라스틱을 배출해 환경에 위험을 초래할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다고 사이테크 데일리가 지난 23일(현지시간) 보도했다. 멜라민 스펀지는 뛰어난 세척력으로 종종 '매직 스펀지'로 불린다. 주방과 욕실 등 다양한 곳에서 사용되지만 마모 과정에서 발생하는 미세 플라스틱 섬유는 환경과 인체 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 미세 플라스틱은 크기가 5mm 미만인 작은 플라스틱 조각으로, 자연 분해되지 않고 환경에 오랫동안 잔류하며 상태계를 교란시킨다. 특히, 미세 플라스틱 섬유는 강이나 바다로 흘러들어가 해양 생물이 섭취할 수 있으며, 먹이 사슬을 통해 결국 인간에게까지 영향을 미칠 수 있다는 점에서 심각성이 크다. 미세 플라스틱은 체내에 축적되어 염증, 호르몬 교한, 면역 체계 악화 등 다양한 문제를 일으킬 수 있다는 연구 결과도 보고 되고 있다. 멜라민 스펀지는 특유의 연마성 덕분에 별도의 세제 없이도 흰색 신발의 얼룩이나 벽에 묻은 크레파스 등을 손쉽게 제거하는 기능으로 소비자 수요가 높다. 하지만 이 마법의 스펀지는 마모되면 미세 플라스틱 섬유를 배출한다는 치명적인 단점이 있다. ACS의 '환경 과학 및 기술'에 발표된 연구에 따르면 멜라민 스펀지는 매달 전 세계적으로 1조 개 이상의 미세 플라스틱 섬유를 방출하는 것으로 추정된다. 멜라민 폼은 폴리(멜라민 포름알데히드) 폴리머로 만들어진 놀라울 정도로 연마성이 좋은 소재다. 연구 저자인 유 수, 바오산 싱, 롱 지와 동료들은 멜라민 스폰지의 밀도와 스폰지가 문지르는 표면의 거칠기가 거품이 얼마나 빨리 분해되는지, 그리고 스폰지가 얼마나 많은 미세 플라스틱 섬유를 배출하는지 계산하는 데 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 했다. 연구 저자는 중국 국립자연과학재단과 광둥성 중점 지역 연구 개발 프로그램의 지원을 받았다. 연구팀은 세 가지 유명 브랜드의 스펀지를 여러 개 구입한 후 질감이 있는 금속 표면에 반복적으로 문질러서 스펀지가 마모되도록 했다. 그 결과 밀도가 높은 폼으로 만든 스펀지가 밀도가 낮은 스펀지보다 더 천천히 마모되고 미세 플라스틱 섬유가 더 적게 생성된다는 사실을 발견했다. 다음으로 연구팀은 스펀지 한 개가 마모된 스펀지 1g당 약 650만 개의 섬유를 방출한다고 판단하고, 판매되는 모든 스펀지가 평균적으로 10%씩 마모된다고 가정했다. 한 달에 얼마나 많은 섬유가 방출될 수 있는지 대략적으로 파악하기 위해 2023년 8월 아마존의 월별 매출을 살펴봤다. 이 수치가 일정하게 유지된다고 가정했을 때, 연구팀은 멜라민 스펀지에서 매달 1조 5500억 개의 섬유가 방출될 수 있다고 계산했다. 그러나 이 수치는 온라인 소매업체 한 곳만을 고려한 것이므로 실제 방출되는 미세 플라스틱 섬유의 양은 훨씬 더 많을 수 있다. 연구팀은 미세 플라스틱 섬유의 방출을 최소화하기 위해 제조업체가 마모에 더 강하고 밀도가 높은 스펀지를 만들 것을 권장했다. 또한 소비자에게는 플라스틱을 사용하지 않는 천연 세제를 선택하고, 가정이나 폐수 처리장에서 미세 플라스틱 섬유를 포집할 수 있는 여과 시스템을 설치하도록 제안했다.
-
- 생활경제
-
가정용 청소제품, 미세 플라스틱 방출 심각⋯환경과 인체 건강에 악영향
-
-
질병 치료의 게임 체인저, 조절 T 세포의 재발견
- 면역세포인 조절 T 세포가 특정 신체 부위만이 아닌 다양한 조직에서 존재한다는 새로운 연구 결과가 발표됐다. 면역 반응을 억제하는 조절 T 세포에 대한 영국 케임브리지 대학의 이번 연구는 근육 손상 복구부터 모발 재생까지 다양한 질환 체료에 활용될 수 있는 가능성을 제시한다고 뉴아틀라스가 20일(현지시간) 보도했다. '조절 T 세포(Regulatory T cells, Tregs)'는 면역 체계의 과잉 반응을 억제하고 염증을 조절하며 자가면역 질환을 예방하는 백혈구의 일종이다. 기존에는 T 조절 세포가 특정 신체 부위에만 존재하는 특수 세포 집단으로 여겨졌다. 케임브리지 대학교 연구팀의 최근 연구는 이러한 통념을 뒤집었다. 연구팀은 T 조절 세포가 림프 조직 뿐만 아니라 다양한 조직에 존재하며 손상된 부위로 이동하여 복구 기능을 수행한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 면역 반응을 유발하는 광범위한 질병 및 부상 치료에 중요한 시사점을 제공한다. 조절 T 세포는 활성화된 면역 세포의 기능을 억제하며 과도한 면역 반응을 방지한다. 또한 자기 자신의 세포나 조직을 공격하는 자가면역 반응을 억제해 자가 면역 발병을 막는 중요한 역할을 한다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 특정 장기나 조직의 면역 반응을 억제하고 치유를 촉진하는 치료법 개발 가능성을 제시했다. 현재 사용되는 항염증제는 염증 부위 뿐만 아니라 전신 면역 체계를 억제하며 감염에 취약하게 만드는 단점이 있다. 하지만 이번 연구는 특정 부위의 면역 반응만을 조절하여 부작용을 줄이고 차료 효과를 높일 수 있는 가능성을 보여준다. 연구팀은 앞으로 인체 임상 시험을 통해 연구 결과를 검증하고, 궁극적으로는 다양한 질병 치료에 활용될 수 있는 치료법 개발을 목표로 하고 있다. 이번 연구 결과는 '이뮤니티(Immunity)' 저널에 게재됐다.
-
- 생활경제
-
질병 치료의 게임 체인저, 조절 T 세포의 재발견
-
-
[신소재 신기술(62)] '기적의 소재'로 만든 태양광 패널, 에너지 혁명 앞당긴다
- '기적의 소재'로 불리는 페로브스카이트 실리콘 소재로 태양광 패널의 효율을 30% 이상 높이는 신기록을 수립했다. 세계 최대 태양광 패널 제조업체인 중국 롱기(Longi)그린에너지기술(주)의 연구원들은 직렬형 페로브스카이트-실리콘 태양전지를 사용하여 34.6%의 전력 변환 효율을 달성했다고 인디펜던트가 보도했다. 이 새로운 기록은 또한 대부분의 상용 태양광 패널에서 볼 수 있는 표준 실리콘 태양전지의 기록보다 7% 이상 더 효율적이다. 페로브스카이트는 배터리부터 통신, 재생에너지에 이르기까지 모든 분야를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력으로 인해 차세대 태양광 소재로 주목받고 있다. 현재의 실리콘 태양전지 패널이 물리적 한계에 도달함에 따라 연구자들은 이제 태양 에너지를 더 잘 활용할 수 있는 차세대 직렬 전지를 찾고 있는 것. 페로브스카이트 실리콘 전지의 이론적 효율 한계는 43%로 표준 실리콘 전지의 한계인 29%를 훨씬 초과한다. 페로브스카이트 태양전지는 용액 공정을 통해 저온에서 제조 가능해 생산 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 짧은 시간 내에 실리콘 태양전지에 근접하는 효율성을 달성했으며, 이론적으로는 더 높은 효율을 달성할 수 있는 잠재력이 있다. 또한 유연하고 가벼운 특성으로 건물 외벽이나 창문, 휴대용 기기 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 최신 페로브스카이트-실리콘 태양전지 기록은 지난 3년 동안 태양전지 효율성 부문에서 세계 기록을 16번이나 깬 롱기(Longi)의 일련의 혁신에 이은 것이다. 회사 측은 중국 상하이에서 열린 제17회 국제 태양광 발전 및 스마트 에너지 컨퍼런스(SNEC)에서 사우디 에너지 기업인 ACWA 파워(Power)와 협력해 글로벌 에너지를 변화시키기 위한 새로운 '랜드마크' 계약과 함께 이번 신기록을 발표했다. 인디펜던트는 롱기는 현재 이 기술을 상용화하는 과정에 있는 여러 회사 중 하나이지만 신기술에 대해 더 자세한 내용은 공개되지 않았다고 전했다. 롱기는 성명에서 "전자 수송층의 박막 증착 공정 최적화, 고효율 결함 패시베이션 재료 개발 및 사용, 고품질 계면 패시베이션 구조 설계를 통해 신기록을 달성했다"고 밝혔다. 페로브스카이트에 대한 또 다른 업체로 영국의 옥스포드 PV는 독일에 생산 시설을 설립해, 올해 페로브스카이트 기반 태양전지 제품을 첫 고객에게 전달할 수 있기를 기대하고 있다. 한편, 페로브스카이트는 수분과 열, 빛 등 외부 환경에 취약해 장기적인 안정성 확보가 필요하다는 단점이 있다. 또한 대부분의 페로브스카이트 태양전지는 납을 함유하고 있어 환경과 건강 문제를 야기할 수 있다. 게다가 대면적화 기술 개발 및 상용화가 아직 미흡한 단계에 있다. 과학자들은 페로브스카이트의 이러한 문제를 해결하기 위해 관련 연구를 활발히 진행하고 있다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(62)] '기적의 소재'로 만든 태양광 패널, 에너지 혁명 앞당긴다
-
-
[퓨처 Eyes(40)] AI PC, 혁신인가 과장인가?…차세대 컴퓨팅의 가능성과 한계
- 생성형 인공지능(AI) 기술의 급속한 발전에 따라 차세대 컴퓨터로 불리는 AI PC에 업계의 관심이 쏠린다. 지난 2022년 메타버스에 이어 지난해에는 양자 컴퓨팅이 큰 주목을 받았다면, 올해는 AI가 전 산업 생태계를 휩쓸고 있다. 최근 AI는 기술 분야의 핵심 화두로 떠올랐으며, PC 업계는 이를 활용한 제품 개발에 열을 올리고 있다. 그렇다면 AI PC는 무엇일까? AI PC는 인공지능(AI) 작업에 특화된 개인용 컴퓨터다. 기존 PC와 마찬가지로 CPU와 GPU를 갖추고 있지만, AI 작업 가속화를 위한 NPU(신경망 처리 장치)가 추가로 탑재되어 있다. 미국 기술 전문매체 톰스 하드웨어에 따르면 AI PC에 대한 명확한 정의는 아직 없다. 마이크로소프트(MS)는 최신 NPU, CPU, GPU를 포함하고 마이크로소프트 코파일럿(Microsoft Copilot) 및 코파일럿 키를 탑재한 PC를 AI PC로 정의한다. 그러나 이 정의는 AMD와 인텔의 NPU와 코파일럿을 탑재했지만 코파일럿 키가 없는 일부 PC를 제외한다. 또한, 코파일럿 키는 단순히 코파일럿 실행 단축키 역할을 하므로 필수적인 요소는 아니라고 톰스 하드웨어는 전한다. 인텔과 AMD는 AI PC를 CPU, GPU, NPU를 통해 AI 작업을 최적으로 실행하도록 설계된 PC로 정의한다. 현재 대부분의 노트북 제조사는 인텔, AMD 또는 퀄컴 프로세서를 탑재한 AI PC를 생산한다. 그렇다면 NPU란 무엇일까? NPU는 '신경망 처리 장치(Neural Processing Unit)'의 약자로, AI 작업 부하를 위해 특별히 설계된 병렬 컴퓨팅 전문 프로세서다. NPU는 신경망, 딥러닝, 머신러닝 등 AI 연산에 특화된 프로세서로, AI 작업을 더욱 빠르고 효율적으로 처리할 수 있게 해준다. 선성전자는 인체가 신경계를 통해 자극을 감지하고 신호를 전달하며 적절한 판단을 내리고 자극에 반응하는 것처럼 NPU는 인간의 두뇌와 유사한 방식으로 작동한다고 설명했다. 즉 NPU는 인간의 뇌처럼 서로 동시에 신호를 주고 받는 수많은 신경셰포와 시냅스로 구성돼 있으며, AI가 탑재돼 스스로 학습하고 의사결정을 할 수 있다는 점에서 인공지능 칩이라고 할수 있다고 덧붙였다. 과학 전문 매체 안드로이드 오소리티에 따르면 NPU는 독립적으로 존재할 수도 있지만, 더욱 친숙한 CPU 및 GPU 구성 요소와 함께 SoC(시스템 온 칩)에 직접 통합되는 경우가 점점 더 늘어나고 있다. NPU는 다양한 형태와 크기로 제공되며 칩 설계자에 따라 조금씩 다른 명칭으로 불린다. 이미 스마트폰 곳곳에서 다양한 NPU 모델을 찾아볼 수 있다. 퀄컴은 스냅드래곤 프로세서에 헥사곤을, 구글은 클라우드와 모바일 텐서 칩에 TPU를, 삼성은 엑시노스에 자체 NPU를 탑재했다. NPU는 이제 노트북과 PC 분야에서도 활용된다. 예를 들어, 최신 애플 M4에는 뉴럴 엔진이, 스냅드래곤 X 엘리트 플랫폼에는 퀄컴의 헥사곤 기능이 탑재되어 있으며, AMD와 인텔은 최신 칩셋에 NPU를 통합하기 시작했다. 완전히 동일하지는 않지만, 엔비디아의 GPU는 인상적인 숫자 처리 능력으로 그 경계를 모호하게 한다. NPU는 점점 더 많은 곳에 사용되고 있다. AI PC가 정말 필요할까? 현재로서는 AI 기능은 아직 초기 단계이며, 많은 인기 있는 챗봇과 마이크로소프트 코파일럿의 기능은 클라우드 기반으로 제공된다. 일부 노트북 제조사는 독점적인 AI 기능을 제공하지만, 대부분의 AI 기능은 아직 개발 중이며 실제 활용도는 불분명하다. NPU는 비디오 재생과 같은 일반적인 작업을 훨씬 낮은 전력으로 수행하여 배터리 수명을 절약할 수 있다는 장점이 있다. 일부 웹 브라우저는 GPU를 사용하여 비디오의 AI 업스케일링을 수행하지만, 곧 NPU로 전환될 예정이다. NPU는 오디오, 비디오 또는 사진 편집과 같은 작업을 수행할 때 CPU 또는 GPU보다 훨씬 낮은 전력으로 백그라운드 노이즈 제거와 같은 작업을 처리할 수 있다. 결론적으로, AI PC의 핵심 기능은 배터리 수명 연장이 될 수 있다. NPU 사용으로 노트북 배터리 수명이 크게 향상될 수 있다. 그러나 AI 기능은 아직 초기 단계이므로, 현재 PC가 제 기능을 하고 보안 업데이트를 받고 있다면 더 강력한 기술과 다양한 AI 도구가 출시될 때까지 기다리는 것이 좋다고 톰스 하드웨어는 전한다. AI PC는 더 안전할까? AI PC는 클라우드 대신 로컬에서 AI 작업을 처리하므로 보안 측면에서 장점을 제공할 수 있다. 그러나 AI 기능 자체의 보안도 중요하다. 최근 마이크로소프트는 개인 정보 보호 문제로 인해 새로운 AI 기능인 리콜(Recall)을 코파일럿+ 기능에서 제외했다. 기업에서 중요한 데이터를 처리하는 경우 로컬에서 AI 작업을 처리하는 것이 더 안전할 수 있다. 그러나 현재 시장에 출시된 대부분의 AI 기능은 중요한 비즈니스 도구는 아니다. 현재 'AI PC'라는 용어는 아직 모호한 측면이 있다. CPU 제조업체와 마이크로소프트는 강력한 NPU를 탑재한 새로운 컴퓨터(현재는 노트북만 해당)를 판매하기 위해 이 용어를 사용한다. 사람들이 실제로 사용하는 대부분의 생성형 AI 기능(챗봇, 이미지 생성기)은 클라우드에서 무료로 사용할 수 있으므로 로컬 형태에서는 필수적인 기능은 아니다. 그러나 NPU는 비디오 재생과 같은 일반적인 작업을 훨씬 낮은 전력으로 수행하여 배터리 수명을 절약할 수 있다는 장점이 있다. 일부 웹 브라우저는 현재 GPU를 사용하여 비디오의 AI 업스케일링을 수행하지만, 곧 NPU로 전환될 예정이다. NPU는 오디오, 비디오 또는 사진 편집과 같은 작업을 수행할 때 CPU 또는 GPU보다 훨씬 낮은 전력으로 백그라운드 노이즈 제거와 같은 작업을 처리할 수 있다. AI PC는 분명히 미래 컴퓨팅의 가능성을 보여주지만, 아직 극복해야 할 과제도 많다. 소비자들은 AI PC 구매 시 이러한 단점들을 충분히 고려하고, 자신의 필요와 예산에 맞는 제품을 선택해야 한다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(40)] AI PC, 혁신인가 과장인가?…차세대 컴퓨팅의 가능성과 한계
-
-
[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수
- 이산화탄소(CO²)가 그 어느 때보다 빠르게 대기 중에 축적되고 있는 가운데 영국 과학자들이 전기 스펀지로 공기 중에서 직접 탄소를 포집하는 기술을 개발했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소가 마우나 로아 대기 관측소에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가를 고려하면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 이처럼 이산화탄소의 축적이 역대급인 가운데 에너지가 적게 느는 혁신적인 공기중 직접 탄소 포집 기술이 개발돼 주목을 끌고 있다. 케임브리지 대학 연구원들은 충전된 활성탄을 사용해 기존 방법보다 더 효과적으로 공기 중 이산화탄소를 직접 흡수할 수 있는 저에너지 탄소 포집 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 9일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 가정용 정수 필터에 일반적으로 사용되는 활성탄에 에너지를 공급하기 위해 배터리 충전 기술을 적용했다. 연구팀은 활성탄 '스폰지'를 CO₂와 가역적인 결합을 형성하는 이온을 충전함으로써, 이 충전된 물질이 공기에서 직접 CO₂를 성공적으로 포집할 수 있다는 사실을 발견했다. 연구를 주도한 유수프 하미드 화학과(Yusuf Hamied Department of Chemistry)의 알렉산더 포스 박사는 “대기 중 탄소 배출을 포집하는 것은 최후의 수단이지만 기후 위기의 심각성을 고려할 때 반드시 탐구해야 할 사항”이라고 말했다. 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술 스폰지와 같은 재료를 사용해 이산화탄소를 제거하는 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술은 탄소 포집을 위한 잠재적인 접근 방법 중 하나다. 그러나 현재의 접근 방식은 비용이 많이 들고 고온과 천연 가스 사용이 필요하며 안정성 부족 등의 단점이 잇다. 포스 박사는 "대기로부터 탄소 포집을 위해 다공성 물질을 사용하는 몇가지 유망한 연구가 진행됐다"며 "활성탄은 저렴하고 안정적이며 대량으로 생산되기 때문에 우리는 활성탄이 옵션이 될 수 있는 지 확인하고 싶었다"고 설명했다. 또한 충전된 활성탄 스폰지는 포집된 CO₂를 제거해 저장할 때 기존 방법보다 훨씬 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 현재의 탄소 포집 방법보다 더 에너지 효율적일 수 있다. 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다. 포스 박사는 "우리가 가장 시급하게 해야 할 일은 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이는 것이지만, 온실가스 순배출 제로를 달성하고 기후 변화의 최악의 영향을 제한하기 위해서는 온실가스 제거도 필요하다. 현실적으로 우리는 할 수 있는 모든 일을 해야 한다"고 말했다. 탄소 포집에서 활성탄의 역할 활성탄은 정수기 필터와 같은 많은 정제 응용 분야에서 사용되지만 일반적으로 공기 중에서 탄소를 흡수하고 보관하지는 못한다. 포스 박사 팀은 활성탄을 배터리처럼 충전할 수 있다면 탄소 포집의 적절한 재료가 될 수 있다고 제안했다. 연구팀은 활성탄을 수산화물이라는 화합물로 충전하면 이산화탄소와 가역 결합을 형성하기 때문에 탄소 포집에 적합할 것이라는 가설을 세웠다. 배터리를 충전할 때는 충전된 이온이 배터리 전극 중 하나에 삽입된다. 이후 연구팀은 배터리와 유사한 충전 프로세스를 사용해 저렴한 활성탄 천을 수산화물 이온으로 충전했다. 이 과정에서 천은 본질적으로 배터리의 전극과 같은 역할을 하며 수산화물 이온이 활성탄의 작은 기공에 축적된다. 충전 과정이 끝나면 활성탄을 배터리에서 제거해 세척해서 말린다. 연구팀은 충전된 활성탄 스폰지 테스트 결과 수산화물의 결합 메커니즘 덕분에 공기 중에서 직접 이산화탄소를 성공적으로 포집할 수 있는 것을 확인했다. 포스 박사는 "이것은 배터리와 같은 프로세스를 사용해 새로운 재료를 만드는 방법"이라면서 "CO₂ 포집 속도는 기존 방법과 비슷하다. 이 방법이 유망하다고 보는 것은 에너지를 훨씬 더 적게 사용한다는 점이다"라고 설명했다. 저온에서 수산화물-CO₂ 역전 포집된 CO₂를 정제하고 저장할 수 있도록 활성탄에서 탄소를 회수하기 위해서는 활성탄을 가열해 수산화물-CO₂를 역전시켜야 한다. 대기로부터 CO₂를 포집하는 데 현재 사용되는 대부분의 재료에서는 900°C와 같은 높은 온도까지 가열해야 하며 종종 천연 가스를 사용해야 한다. 그러나 케임브리지 팀이 개발한 충전된 활성탄 스폰지는 90~100°C만 가열하면 되며 이는 재생 에너지로 달성할 수 있는 온도다. 재료는 저항 가열을 통해 가열되며, 이는 본질적으로 재료를 안팎으로 가열해 프로세스를 더 빠르고 에너지 효율적으로 만든다. 하지만 아직 재료의 한계도 있다. 포스 박사는 "우리는 현재 포집할 수 있는 이산화탄소의 양을 늘리는 데 노력하고 있으며, 특히 성능이 저하되는 습한 조건에서 이산화탄소의 포집 양을 늘이기 위해 더욱 애쓰고 있다"고 말했다. 연구원들은 이 접근 방식이 탄소 포집 분야를 넘어 활용될 수 있다고 말했다. 기공과 활성탄에 삽입된 이온을 미세 조정해서 다양한 분자를 포집할 수 있기 때문이다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수
-
-
누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
- 태평양의 외딴 섬에서만 자라는 작은 양치류가 지구상 존재하는 유기체 가운데 가장 큰 게놈을 보유, 기네스 세계 기록에 선정됐다고 사이언스얼라트가 전했다. 남태평양의 누벨칼레도니(영어명 뉴칼레도니아)에 서식하는 양치류(Tmesipteris oblanceolata)의 일종인 고사리가 그 주인공으로, 이 양치류는 세포액에 인간보다 무려 50배 이상 많은 DNA를 가지고 있는 것으로 나타났다. 연구팀의 분석에 따르면 폭이 1mm에 불과한 고사리 세포 중 하나의 DNA를 실처럼 풀면 길이가 106m까지 늘어난다. 이 DNA를 똑바로 세우면 런던의 명물 빅벤 타워(높이 96m)보다 더 높이 올라간다. 양치류의 게놈 무게는 무려 160기가염기쌍(Gbp)에 달했는데, 염기쌍(bp)은 DNA 길이를 측정하는 수치다. 즉 염기쌍은 수소 결합에 의해 서로 결합되는 2개의 핵염기로 이루어진 두 가닥 핵산의 기본 단위다. 종전까지 최장 기록 보유자는 일본의 혼슈가 원산지이며, 영국의 정원 등에서도 발견되는 화초인 파리 자포니카(Paris japonica)였다. 이번에 발견된 고사리 게놈은 이보다 7% 더 길다고 한다. 인간 게놈은 상대적으로 작은 3.1Gbps이다. 인간 DNA를 풀어낸다면 길이는 약 2m 정도 된다. 연구를 주도한 영국 왕립식물원 큐(Royal Botanic Gardens Kew) 연구원인 일리아 리치는 "이 분야에서는 이미 생물학적인 한계에 도달했다고 생각했지만, 발견된 고사리의 DNA가 파리 자포니카보다 더 큰 것을 확인하고 한계를 확장할 수 있었다"고 말했다. 키가 5~10cm까지 자라는 이 양치류는 프랑스령 태평양 지역인 뉴칼레도니아에서만 발견된다. 연구팀은 2023년 본섬인 그랑테르(Grand Terre)를 여행하고 현지 과학자들과 협력해 연구를 진행하고 '아이사이언스(iScience)' 저널에 결과를 게재했다. 인간의 몸에는 30조 개 이상의 세포가 있는 것으로 추정된다. 각 세포 안에는 DNA를 포함하는 핵이 존재한다. 이는 유기체가 어떻게 생존하는지 알려주는 지침서라고 할 수 있다. 유기체의 모든 DNA를 게놈이라고 한다. 지금까지 과학자들은 약 2만 종의 유기체의 게놈 크기를 추정했다. 숫자는 많아 보이지만, 사실 이는 지구상에 존재하는 생명체의 극히 일부에 불과하다. 동물 중에서는 표범 폐어(렁피시: 폐를 가진 물고기)의 DNA가 130Gbp로 가장 크다. 식물은 가장 큰 게놈을 가지고 있지만 믿기 어려울 정도로 작은 게놈을 가진 경우도 있다. 육식성 식물 겐리세아 속에서 가장 큰 종인 겐리세아 아우레오(Genlisea aurea)의 게놈은 0.06Gbp에 불과하다. 그러나 게놈의 길고 짧음에 비례해 우위가 나뉘는 것은 아니다. 모든 연구 결과는 거대한 게놈을 갖는 것이 오히려 단점이라는 사실을 보이고 있다. DNA가 많을수록 DNA를 모두 집어넣어야 할 세포의 크기는 커져야 한다. 식물의 경우 세포가 크다는 것은 잎의 구멍이 더 커야 한다는 것을 의미하며, 이는 잎이 천천히 자랄 수 있다는 것을 뜻한다. 또한 DNA의 새로운 복제가 더 까다로워 생식 능력이 제한된다. 이는 가장 거대한 게놈이 환경에 쉽게 적응하지 못하고 경쟁에 효과적으로 맞서 싸울 수 없는, 느리게 자라는 다년생 식물에서 발견된다는 것을 의미한다. 따라서 게놈 크기는 식물이 기후 변화, 토지 이용 변화 및 인간으로 인한 기타 환경 문제에 대응하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 DNA가 유기체에서 실제로 어떻게 기능하는지 이해하기는 어렵다. 현재까지는 이번에 발견된 양치류처럼 거대한 게놈에서 DNA가 어떤 역할을 하는지 알 수 없다. 일부 학계에서는 이를 '정크 DNA(아무런 유전 정보를 갖고 있지 않은 쓰레기 DNA)'라고 무시하지만, 기능을 갖고 있는데 과학이 찾아내지 못했을 가능성도 크다. 따라서 이번 발견은 새로운 단계로의 출발을 의미한다고 아이오와 주립대 식물학자 조너선 웬델은 지적했다.
-
- IT/바이오
-
누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
-
-
"전립선암, 피 한 방울로 진단·치료 예측"
- 국내 과학자 팀이 피 한 방울로 전립선암 재발부터 치료 반응까지 예측할 수 있는 검사 기술을 개발했다. 한국연구재단은 3일 인제대 정재승·한기호 교수와 서울대 변석수 교수 공동연구팀이 혈중암세포의 전립선특이막항원(PSMA) 메신저리보핵산(mRNA) 농도를 측정해 전립선암을 진단할 수 있는 검사 방법을 개발했다고 발표했다. 전립선암은 남성의 생식기관인 전립선에 생기는 암으로, 최근 발생률과 사망률이 급격히 증가하고 있다. PSMA는 전립선 세포 표면에 주로 존재하는 단백질이다. PSA(전립선특이항원) 검사, 조직생검 등 방식이 전립선암 진단에 사용되고 있지만 PSA 검사는 특이성이 낮고 조직생검은 감염 우려가 있으며 반복 검사가 어렵다는 단점이 있다. 또한 PSMA 양전자방출단층촬영(PET-CT) 방식은 장비가 고가인 데다 운용에는 전문 인력이 필요해 자주 사용하기 어려운 것이 단점이다. 연구팀은 6년 동안 추적·관찰해온 전립선암 환자 247명의 혈액을 채취, 혈중암세포(CTC)를 분리했다. 이어 이 암세포들이 발현하는 PSA·PSMA 등 6가지 전사체(mRNA)의 발현량을 측정했다. 그 결과 혈중암세포에서 발현되는 PSMA mRNA 농도가 수술 후 전립선암 환자의 생화학적 재발과 밀접한 관련이 있다는 사실을 확인했다. 연구팀은 이 새로운 바이오마커(질병의 진행 정도를 진단하는 생물학적 지표)를 활용해 단순한 혈액 검사만으로 전립선암의 재발과 진행, 약물 치료 반응성을 예측할 수 있다고 설명했다. 연구를 주도한 정재승 교수는 "종양의 위치에 대한 공간적인 정보를 제공하는 PSMA 영상과 혈중암세포 기반 PSMA 검사를 결합하면 PSMA PET-CT의 위양성(가짜 양성) 오류 문제를 해결하고 전립선암 진단 치료 정확성을 높일 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 미국암연구회(AACR)의 '임상암연구회지'(Clinical Cancer Research) 지난 6월 1일 온라인판에 게재됐다.
-
- IT/바이오
-
"전립선암, 피 한 방울로 진단·치료 예측"
-
-
[신소재 신기술(48)] 해킹 불가능한 양자 항법 시스템, 영국에서 최초 비행 테스트
- 영국에서 해킹이 불가능한 항공기 양자 기술 시험 비행이 성공했다. 영국 항공기에서 획기적인 양자 기술 시험 비행이 성공적으로 진행되어 기존 GPS 시스템을 보완하는 견고한 백업 시스템 개발에 새로운 가능성을 제시했다고 BBC가 최근 보도했다. 이번 연구 개발을 지원한 영국 정부는 공개적으로 인정된 최초의 양자 기술 항공기 시험 비행이라고 밝혔다. 앤드류 그리피스 과학부장관은 지난 9일(현지시간) 시험 비행 후 "영국이 세계 양자 기술 선두 국가임을 다시 한 번 증명하는 사례"라고 밝혔다. 양자 기술 기업인 인플렉션(Infleqtion)이 주도하고 업계 및 학계 파트너와 협력한 이 프로젝트는 정부로부터 약 800만 파운드(약 137억원)의 지원을 받았다. 25억 파운드(약 4조 2947억원) 규모의 국가 양자 전략(National Quantum Strategy) 및 국가 양자 기술 프로그램(National Quantum Technologies Programme)과 함께 이 자금 지원은 선도적인 양자 기반 경제로서 영국의 입지를 확고히 하는 것이 목표라고 영국 국방 기술업체 키네틱(QinetiQ)은 밝혔다. 인플렉션이 이끄는 틈은 일련의 시험 비행 동안 두 가지 획기적인 양자 기술, 즉 기술 기업 티커(Tiqker) 광학 원자 시계와 밀폐된 초저온 원자 기반 양지 시스템을 키네틱의 개조 항공기인 RJ100에 탑재해 시연했다. 현재 주로 사용되고 있는 GPS는 위성 기반 시스템이지만, 이번 시험에 사용된 것은 양자 기반 시스템이다. 양자 기술은 매우 미세한 단위의 물질 특성을 이용하는 기술을 말한다. GPS는 항공기, 선박, 자동차 운행뿐만 아니라 군사 분야에서도 중요하게 사용되며, 스마트폰의 위치 정보에도 활용된다. 하지만 GPS 신호는 간섭(재밍, jamming) 또는 위장(스푸핑, spoofed)을 통해 오류를 발생시킬 수 있다. 실제로 지난 3월 그랜트 샤프스 영국 국방장관이 탑승한 RAF 항공기의 GPS 신호가 러시아 영토 인근을 비행하는 동안 간섭을 받았던 사례가 있다. 핀란드 항공사인 핀에어 또한 항공기 2대가 GPS 간섭을 받은 후 매일 운항하던 에스토니아 타르투(Tartu) 행 운항을 한 달 동안 중단해야 했다. 전문가들은 러시아가 위성 항법 시스템에 장애를 일으켜 수천 건의 민간 항공편에 영향을 미쳤다고 비난했다. 드론과 미사일을 포함한 많은 군사 기술에도 GPS가 사용된다. 하지만 GPS 간섭은 소규모로도 진행될 수 있다. 예를 들어 고용주가 차량에 GPS 추적 장치를 설치한 경우 운전자가 이를 차단하는 데에도 사용될 수 있다. 전문가들은 GPS가 우주에서 수신되는 신호에 의존하기 때문에 자동차 헤드라이트 정도의 출력만을 갖춘 GPS 위성은 쉽게 간섭을 받을 수 있다고 지적했다. 영국에서 이번에 시험 운행한 새로운 시스템은 -273°C(절대 영도 근처)까지 냉각된 원자 군을 사용한다. 원자 군은 항공기 자체에 탑재되기 때문에 스푸핑이나 전파 방해의 영향을 받지 않는다. 새로운 시스템은 매우 작은 입자를 다루는 과학 용어로 ‘양자 시스템’이라고 부른다. 개별 원자는 엄청나게 작으며(머리카락 한 가닥은 약 100만 개의 원자로 이루어져 있음), 이러한 미세한 양자 단위에서 작업하는 것은 지상에서도 매우 어렵다. 원자를 사용하는 이 시스템은 항공기의 방향과 가속도 측정을 목표로 한다. 이를 종합적으로 활용하면 비행기의 정확한 위치를 정밀하게 파악하는 데 사용할 수 있다. 이번 시험 비행은 이처럼 미세한 원자를 매우 제한된 공간인 까다로운 항공기 환경에서도 사용할 수 있음을 보여주었다. 영국 정부는 이번 시험 비행이 "영국 내 최초의 항공기 탑재 양자 기술 시험"이자 "공개적으로 알려진 전 세계 최초의 시험 비행"이라고 밝혔다. 이달 초 마무리된 이번 시험 비행에는 양자 기술 기업인 인플렉션(Infleqtion)과 항공 우주 기업 BAE 시스템스(BAE Systems), 영국의 방 및 안보 과학 기술 연구 기관 키네틱(QinetiQ)이 참여했다. 하지만 양자 기술 자체는 매우 미세하지만 현재까지 개발된 장비는 여전히 사이즈가 크다는 단점이 있다. 이 프로젝트에 참여했던 BAE 시스템스 팀의 헨리 화이트(Henry White)는 이러한 이유로 "더 넓은 공간을 확보할 수 있는 선박"에 처음으로 적용될 가능성이 있다고 언급했다. 이번 시험 비행에서는 GPS 신호가 차단된 경우 백업으로 사용할 수 있는 양자 시계도 항공기에 탑재됐다. 실험실에서 최고의 양자 시계는 놀라운 정확도를 자랑했다. 화이트는 "우주 초기부터 작동하기 시작했다면 지금까지 1초도 늦지 않았을 것"이라고 말했다. 그는 이번 시험 비행이 "중대한 이정표"라고 평가하면서도 실제 활용까지는 시간이 걸릴 것이라고 인정했다. 항공 보안 분야의 사이버 보안 회사인 펜 테스트 파트너스(Pen Test Partners)의 켄 문로(Ken Munro)는 이번 시험 비행이 "올바른 방향으로 나아가는 중요한 발걸음"이라고 평가하면서도 "영국 상용 항공 분야에서 실제로 적용되기까지는 10~20년이 걸릴 것"이라고 예상했다. 영국 항공기에서 진행된 양자 기술 시험 비행은 GPS 시스템에 대한 의존도를 높일 수 있는 획기적인 기술 개발에 중요한 진전을 보여주었다. BBC는 아직 초기 단계이지만, 이번 시험 비행은 미래 항공 및 해양 운송 분야에 혁신을 가져올 수 있는 문을 열었다고 평가했다. 향후 연구 개발을 통해 양자 기술 기반 항법 시스템의 정확도, 효율성, 실용성을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(48)] 해킹 불가능한 양자 항법 시스템, 영국에서 최초 비행 테스트
-
-
미국 최초의 나트륨 이온 배터리 공장, 미시간주 홀랜드에 건설
- 미국 최초의 나트륨 이온 배터리 공장이 미시간주 홀랜드에 건설됐다고 클린테크니카가 최근 보도했다. 리튬 이온 배터리는 2000년대 초반부터 재생 에너지 전환의 주력원이 되어왔지만 현재 에너지 저장 시징은 나트륨 이온 배터리를 주목하고 있다. 연구원들은 공급망 문제를 야기할 수 있는 기존 리튬 이온 배터리와 달리 높은 성능을 제공하는 새로운 나트륨 이온 배터리를 연구해왔다. 미국 스타트업 나트론 에너지(Natron Energy)는 지난 4월 29일 미시간 주 홀랜드에 위치한 공장 가동을 시작하면서 미국 최초의 상업용 규모 나트륨 이온 배터리 생산을 시작했다. 이 새로운 공장은 리튬 이온 배터리 공장을 개조했다. Natron은 이 공장을 통해 연간 600메가와트 규모의 나트륨 이온 배터리를 생산할 예정이다. 600메가와트는 1시간 동안 테슬라 모델 3과 같은 전기차를 약 1만800대를 충전할 수 있는 규모다. 이는 각 차량의 배터리 용량이 50kw이고 충전 효율이 90% 일 때의 계산 결과다. 다만, 이 공장은 초기에 급격히 증가하는 데이터 센터의 에너지 저장 요구를 충족시킬 예정이다. 나트론은 특히 인공지능 기술의 폭발적인 성장이 미국 데이터 센터에서 24시간 전력 공급 및 에너지 저장에 대한 더 큰 수요를 유발할 것으로 예상한다. 나트론은 홀랜드 공장이 향후 기가와트 규모 공장의 모델이 될 것으로 예상하며, 오프로드 산업용 차량, EV 고속 충전소 및 통신 분야 등 추가 시장을 목표로 하고 있다. 미 정부, 나트륨 이온 배터리 개발 지원 미국 에너지부(DOE)가 나트론의 새로운 나트륨 이온 배터리 공장 건설에 기여했다. 2020년 9월, 나트은 고위험 고수익 프로젝트 지원을 위한 에너지부 ARPA-E 사무소로부터 1990만 달러(약 274억원)의 지원금을 받았다. 이 지원금은 새로운 공장 건설을 목표로 하며, 6개월 동안 지속적인 생산 및 판매를 통해 공급망 및 제품의 완전한 위험 제거를 목표로 한다. ARPA-E는 회사의 8킬로와트 50볼트 배터리 트레이가 주로 데이터 센터의 최대 부하량 관리 및 비상 백업 전력 공급을 위해 설계되었지만, EV 고속 충전소 및 그리드 규모 저장과 같은 신흥 시장도 타겟으로 하고 있다고 말했다. ARPA-E는 또한 "나트론의 트레이는 기존 제품에 비해 데이터 센터 운영자에게 최대 2배 높은 출력 밀도와 10배 긴 수명주기를 제공하며 우수한 안전 성능을 보유하고 있다"고 덧붙였다. 은백색 금속 원소인 나트륨(라틴어 natrium에서 유래된 화학 기호 Na)의 지속 가능성 요인은 나트륨 이온 배터리에 대한 관심을 끌고 있다. 하지만 미래의 배터리로 주목받아온 나트륨 이온 배터리는 최근 몇 년 전까지도 쉽게 구현되지 못했다. 나트륨은 리튬보다 훨씬 풍부하지만 무게도 훨씬 무겁다. 전기차용 에너지 저장 측면에서 리튬은 주행 거리 면에서 나트륨보다 유리하다. 반면 나트륨과 리튬 간의 화학적 친밀감은 배터리 연구에 도움이 된다. '피직스 매거진(Physics Magazine)'은 지난 주 "나트륨은 주기율표에서 리튬 바로 아래에 위치하여 화학적 특성이 매우 유사하다"고 설명했다. 나트륨 이온 배터리의 과제 나트륨 이온 배터리는 아직 초기 개발 단계이지만, 리튬 이온 배터리의 단점을 보완할 수 있는 차세대 배터리 기술로 주목받고 있다. 특히 대규모 에너지 저장 시스템(ESS), 저가형 전기 자동차, 항공 우주 분야 등에 활용될 가능성이 높다. 리튬 이온 배터리는 충전과 방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하지만 나트륨 이온 배터리는 나트륨 이온이 음극과 양극 사이를 이동하는 것이 차이점이다. 나트륨 이온 배터리를 리튬보다 풍부하고 저렴하다. 또한 우수한 저온 성능(영하 20°C에서도 90% 이상의 용량 유지)을 제공하고 안전성이 높다. 반면 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높아 휴대폰, 노트북 등 소형 전자 기기에 적합하다. 단, 고온에서 성능 저하 및 안전 문제가 발생할 수 있다. 나트륨 이온 배터리는 에너지 말도가 낮으며 아직 초기 개발 단계라서 상용화에 시간이 걸릴 수 있다. 게다가 나트륨 이온을 전달하는데 적합한 전해질과 음극 재료 개발이 필요하다. 향후 지속적인 연구개발을 통해 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도를 높이고 상용화에 필요한 기술을 개발한다면 리튬 이온 배터리의 강력한 경쟁자가 될 것으로 예상된다.
-
- 산업
-
미국 최초의 나트륨 이온 배터리 공장, 미시간주 홀랜드에 건설
-
-
줄자 다리를 사용해 빠르게 기어오르는 등산 로봇 등장
- 줄자 다리를 이용해 스마트하고 독특한 방법으로 금속 구조물을 올라갈 수 있는 새로운 바퀴 달린 로봇이 등장해 주목된다고 온라인 매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 로봇은 줄자로 거리를 측정해 길이를 늘리거나 줄이면서 이동할 수 있는 팔다리로 만들어졌다. 기능이 개선되면 타워, 다리, 발전소, 선박과 같은 구조물이나 제품을 검사하거나 수리하는 용도로 발전할 가능성이 농후하다는 진단이다. 수직으로 곧추선 금속 표면 위로 오르내릴 수 있는 로봇은 다수 등장했지만, 이들 대부분은 진공 시스템과 바퀴의 조합, 또는 자석 발을 가진 다리들을 사용한다. 그러나 이 로봇들은 느리게 움직이고 기계적으로 복잡하며 상대적으로 작은 장애물들을 통과하지 못한다는 단점이 있었다. 이런 단점을 개선해 새로 선보인 로봇은 EEWOC(Extended-reach Enhanced Wheeled Orb for Climbing), 즉 기어오르는 확장 가능한 바퀴 구조로 설계됐다. 팔다리에 줄자가 들어가 늘이거나 줄일 수 있는 것. 로봇 프로토타입은 UCLA 로봇 공학 및 메커니즘 연구소(RoMeLa)의 저스틴 콴, 밍장 주, 데니스 홍 연구팀이 개발, 국제 디자인 엔지니어링 기술 컨퍼런스에서 발표됐다. 로봇은 땅이나 금속 등 수평 표면에 있을 때는 두 개의 바퀴로 굴러간다. 그러나 가파른 경사면을 오르게 되면 EEWOC는 EEMMa(이동 및 조작을 위한 탄력적 확장 메커니즘)로 개발된 팔다리를 수직으로 뻗는다. 이 장치는 로봇의 몸 안에 전동 스풀이 탑재된 줄자 구조다. 줄자는 로봇의 외부로 뻗어나가 거꾸로 된 U자 모양을 만들고, 다시 아래로 내려가 로봇의 꼭대기에 고정된다. 그리고 이동하고자 하는 곳에 전자석이 장착된 도구(엔드 이펙터)를 보내 고정시키고 줄자를 당겨 이동하게 된다. 작동 원리는 어렵지 않다. 상상하자면 세계적으로 흥행한 영화 ‘인디애나 존스’에서 존스 박사가 채찍을 던져 끝을 고정시키고 타잔처럼 이동하는 모습과 유사하다. EEMMMa 장치는 줄자를 늘리면서 시작한다. 그러면 줄자가 늘어나 사지가 길어지고(최대 1.2m 길이), 자석이 달린 엔드 이펙터는 역 U자 상단에 위치해 부착된다. 로봇은 줄자를 다시 스풀에 감으면서 본체를 이동한다. 이 같은 작업을 반복 수행해 경사진 어떤 방향이든 줄자 최대 거리 이내에서 표면 또는 공간 이동이 가능하다. 엔드 이펙터에는 브레이크가 포함돼 있어 로봇 본체의 이동을 조정할 수 있도록 해 원하는 이동 목표 지점에 대한 접근성을 높였다. 구형으로 만들어진 로봇의 지름은 260mm이고, 무게는 2.1kg에 불과하다. 로봇은 또한 초당 0.24m의 최대 등반 속도를 낸다. 이는 지금까지 만들어진 로봇 가운데 가장 빠른 등반 로봇 중 하나다. 연구팀은 다양한 방향으로 이동할 수 있는 발전된 EEMMMa 장치를 로봇에 적용할 방침이다. 그렇게 되면 전후좌우 가리지 않고 이동하는 것이 가능하다고. 연구팀은 나아가 나무나 콘크리트 벽과 같은 표면에서도 이동할 수 있는 비자성 EEMMMa 개발도 구상하고 있다.
-
- IT/바이오
-
줄자 다리를 사용해 빠르게 기어오르는 등산 로봇 등장
-
-
일본 야마다, 현대자동차 전기차 직접 공급
- 현대자동차가 일본의 가전제품 판매 최대기업 야마다에 전기차(EV)를 직접 공급하는 계약을 체결했다. 닛케이(日本經濟新聞)는 25일(현지시간) 현대자동차가 야마다에 직접 EV를 공급하는 계약을 체결했다고 보도했다. 야마다는 현대자동차와 직접 거래를 함으로써 매입 가격을 낮추고 저렴하게 현지에서 EV를 판매할 수 있는 루트를 확보하게 됐다. 또한 현대자동차는 2022년 온라인 판매로 12년 만에 일본 자동차 시장에 재진입한 데 이어, 판매 루트를 다양화하게 됐다. 이번 계약은 일본 현지 소비자와 접점을 늘리고자 하는 현대자동차와 주택-EV판매를 함께 성장시키고자 하는 야마다의 니즈가 맞아 떨어졌기 때문으로 분석된다. 자동차산업 정보 분석 기업 마크라인스(Marklines)는 현대기아차 그룹이 지난해 전기차 부문에서 세계 7위의 점유율을 차지하고 있다고 전했다. 그러나 일본에서의 판매는 고전을 면치 못하고 있는 것으로 나타났다. 일본자동차수입조합은 현대기아차그룹의 EV를 포함한 2023년 판매량은 600대에도 미치지 못한다고 집계했다. 두 회사의 이해관계가 맞아 떨어지면서 이례적인 직접 거래 계약이 이루어진 셈이다. 이에 따라 야마다는 오는 27일 군마현에 개설하는 주택 모델하우스와 가전제품 매장을 겸한 시설에 현대자동차 차량을 전시하고 판매를 시작할 예정이다, 이 자리에 현대자동차의 전기차 '코나' 등 2개 차종이 들어설 예정이다. 또 전국에 100개 이상 있는 야마다의 주택 전시장에서도 순차적으로 주문을 받는다. 야마다는 자동차 회사가 판매하지 않는다는 것에 거부감을 느끼는 소비자들도 있을 것으로 판단하고 이 단점을 현대자동차의 공식 딜러라는 점을 어필해 상쇄해 나간다는 복안이다. 일본전기공업회(JEMA)에 따르면 일본의 2023년 백색가전 출하액은 전년도 대비 2.4% 감소한 2조 5244억 엔이었다. 가전제품의 교체 주기가 장기화되고 있어 중장기적으로 일본 가전 시장의 확대는 어려울 것으로 전망되고 있다. 이번 제휴를 통해 야마다는 계속해서 감소하고 있는 자국 내 백색가전 시장의 부진을 메운다는 계획이다. 한편 야마다는 EV, 주택, 가구 등 비가전 분야 개척으로 재성장을 노리고 있으며, 지난 3월에는 보안 대기업인 종합보안보안(ALSOK)과 업무 제휴를 맺었다.
-
- 산업
-
일본 야마다, 현대자동차 전기차 직접 공급
-
-
[신소재 신기술(33)] 원자 1개 두께의 이상한 형태의 금
- 스웨덴 과학자들은 단일 원자층으로 구성된 아주 얇은 박막의 금 소재를 개발했다. 이 새로운 물질은 '골덴'이라고 명명되었으며 반도체 특성을 지니고 있다. 과학 전문매체 사이언스 얼럿은 스웨덴 린쇼핑 대학교(Linköping University) 연구원들은 금을 더 이상 얇아질 수 없는 원자 1개 두께의 납작한 박막 시트 형태로 만들어내는 새로운 방법을 개발했다며 지난 16일(현지시간) 이같이 보도했다. 재료 과학의 명명 관습에 따라 연구팀은 이 새로운 2차원 물질에 '골덴(goldene)'이라는 이름을 붙였다. 골덴은 3차원 형태의 금에서는 볼 수 없는 몇 가지 흥미로운 특성을 가지고 있다. 스웨덴 린쇼핑 대학교의 재료 과학자 슌 카시와야는 "그래핀처럼 물질을 매우 얇게 만들면 놀라운 일이 일어난다"며 "금도 마찬가지다. 아시다시피 금은 보통 금속이지만, 단일 원자층 두께로 만들면 금이 반도체가 될 수 있다"라고 설명했다. 금은 서로 뭉치는 경향이 있기 때문에 2차원 구조로 동축하는 것은 매우 어렵다. 이전의 시도는 몇 원자 두께의 얇은 시트를 만들거나 다른 물질 사이에 또는 그 위에 단층을 끼워 분리할 수 없는 결과를 낳았다. 카시와야와 연구팀은 금을 만들려고 시작한 것이 아니라 우연히 공정의 첫 단계를 발견하게 됐다고 전했다. 린쇼핑 대학교의 나노 공학 분야의 연구를 이끌고 있는 재료 물리학자 라르스 튈트만(Lars Hultman)은 "우리는 완전히 다른 응용 분야를 염두에 두고 기본 재료를 만들었다"면서 "우리는 실리콘이 얇은 층으로 이루어진 티타늄 실리콘 카바이드라는 전기 전도성 세라믹으로 시작했다. 그런 다음 이 소재를 금으로 코팅해 접촉을 만드는 것이 아이디어였다. 하지만 부품을 고온에 노출시켰을 때 실리콘 층이 기본 재료 내부의 금으로 대체됐다"라고 설명했다. 튈트만 교수는 금속 나노구조의 합성 및 특성 연구에 선구자적인 역할을 했다. 특히, 금속 나노입자, 나노선, 나노막 등 다양한 금속 나노구조를 합성하고, 그들의 광학적, 전기적, 촉매적 특성을 연구해 다양한 응용 분야에 활용 가능한 새로운 재료를 개발하는 데 기여했다. 앞서 연구팀은 단층 금을 만들려는 시도에서 중요한 단계에서 한계에 도달해 연구 과정이 중단됐다. 몇 년 동안 연구팀이 만든 인터칼레이티드 티타늄 금 카바이드는 티타늄과 탄소 층 사이에 있는 초박막 금 층을 추출할 방법이 없어 그냥 그 상태로 남아있었다. 이에 연구팀은 무라카미 시약이라는 에칭 용액에 기반한 기술을 사용해 지난 연구의 한계를 돌파했다. 무라카미 시약은 금속 가공에 사용되는 화학 물질의 혼합물로, 탄소를 에칭하고 강철을 얼룩지게 하여 일부 일본 칼에서 볼 수 있는 무늬를 만들어낸다. 연구팀은 혼합물의 농도와 에칭 공정이 금을 둘러싼 티타늄과 탄소를 부식시키는 시간대를 다르게 시도했다. 무라카미 시약의 에칭 효과는 페로시아나이드 칼륨이라는 부산물을 생성한다. 이 화합물은 빛에 노출되면 시안화물을 방출하여 금을 녹이기 때문에 연구팀은 에칭 공정을 완전히 어둠 속에서 진행해야 했다. 게다가 얇은 금 시트는 말리거나 뭉치는 경향이 있었다. 이에 연구팀은 층이 접히거나 달라붙는 것을 방지하는 계면활성제를 추가해 금의 단일 원자층의 무결성을 유지했다. 연구팀은 이론적 시뮬레이션에서 예측한 대로 이 까다로운 단계를 거쳐 마침내 안정적인 금을 형성하는 데 성공했다. 이번 연구는 학술지 '네이처 신티시스(Nature Synthesis)'에 게재됐다. 일반적으로 금은 우수한 전기 전도성 물질이다. 원소가 2차원 시트 형태를 취할 때 원자는 두 개의 자유 결합을 가지며 도체와 절연체 사이의 전도 특성을 가진 반도체로 변모한다. 이는 전도도를 조절할 수 있기 때문에 유용하다. 다시 말하면, 전기 전도성이 우수하고 부식에 강한 금은 반도체 소자의 접점, 연결 부품, 패키징 등에 사용된다. 금은 나노 크기의 입자로 제조될 수 있으며, 이러한 금 나노 입자는 차세대 반도체 소자의 제작에 활용될 수 있다. 예를 들어, 금 나노 입자는 트랜지스터의 게이트 전극, 메모리 소자의 저장 매질, 광전자 소자의 광 감지 소자 등으로 사용될 수 있다. 게다가 금은 생체 적합성이 우수하고 전기 전도성이 높기 때문에 생체 의료 분야에서 사용되는 뇌-컴퓨터 인터페이스, 심장 박동기 리드, 인공 근육 등의 전극 소재로 활용될 수 있다. 그러나 금은 높은 비용과 가공의 어려움, 제한된 반도체 특성 등의 단점도 존재한다. 금은 반도체 특성이 제한적이기 때문에 고성능 트랜지스터 제작에는 적합하지 않다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(33)] 원자 1개 두께의 이상한 형태의 금
-
-
[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?
- 일본 오키나와 과학 기술 연구소(OIST) 양자 기계 연구팀은 흑연과 자석을 활용해 공중에 떠있는 '무중력' 흑연 플랫폼을 선보였다. 과학 전문 웹사이트 피지스(Phys. org)와 뉴아틀라스, 퓨처리즘 등 다수 외신은 "OIST 연구팀은 물리적 접촉이나 기계적 지지대 없이도 안정적으로 매달릴 수 있는 공중 부양 소재 개발에 힘쓰고 있다"며 이번 연구에 대해 집중 조명했다. 공중 부양 소재는 물리적 접촉이나 기계적 지지 없이도 자유롭게 공중에 떠 있는 특성을 지닌 물질을 일컫는다. 가장 흔히 접하는 공중 부양 현상은 자기력에 의해 발생한다. 초전도체나 반자성 물질(자기장에 밀리는 성질)과 같은 물체를 자석 위에 부유시켜 첨단 과학 센서와 일상 용품을 개발할 수 있다는 것이다. 본 연구실 책임자인 제이슨 트왐리(Jason Twamley) 교수는 국제 협력 기관과 함께 흑연과 자석을 활용한 진공 부상 플랫폼을 설계했다. 특기할 만한 점은 이 '부상 플랫폼(플로팅 플랫폼)'이 외부 전원 공급 없이 작동하며, 초고감도 센서 개발을 위한 매우 정밀하고 효율적인 측정 환경을 제공한다는 것이다. 본 연구 결과는 권위있는 학술지 '응용물리학 레터(Applied Physics Letters)'에 게재되었다. '반자성' 물질에 외부 자기장을 가하면 이 물질은 반대 방향의 자기장을 생성하여 반발력을 일으켜 자기장을 밀어낸다. 따라서 반자성 재료로 만든 물체는 강한 자기장 위에 떠 있을 수 있다. 예를 들어 자기부상열차에서는 강력한 초전도 자석이 반자성 물질로 강한 자기장을 만들어 중력을 거스르는 것처럼 보이는 공중부양을 실현한다. 연필심에서 추출되는 흑연(결정질 탄소)은 강력한 자기 반발력(높은 반자성)을 지닌다. 연구팀은 미세한 흑연 구슬 분말을 전기 절연성이 있는 실리카로 화학 코팅한 후 왁스와 혼합하여 그리드(격자) 패턴으로 배열된 자석 위에 부상시키는 1㎠ 크기의 얇은 정사각형 플랫폼을 제작했다. 이 과정에서 흑연은 반자성을 유지하지만 절연은 부양에 필요한 에너지 손실을 방지한다. 테스트 결과 실리카 코팅 흑연 플랫폼은 북극과 남극이 번갈아가며 자석으로 구성된 표면 위에서 장시간 공중에 떠 있을 수 있었다. 연구팀은 이 공중 부양 플랫폼 시스템은 힘, 가속도 및 중력을 측정하는 새로운 유형의 센서로 이어질 수 있다고 밝혔다. 더 정밀한 양자 센서를 위해 또 다른 버전은 피드백 자력을 사용해 플랫폼의 수직 움직임을 지속적으로 수정하고 플랫폼의 운동 에너지를 줄이기 위해 냉각시킨다. 그러나 여기서 단점은 외부 전원이 필요하다는 것이다. 외부 전력 공급 없이 작동하는 자력 부상 플랫폼 구현에는 몇 가지 기술적인 과제가 있다. 가장 큰 어려움은 '와류 감쇠(eddy damping)'로, 이는 진동 시스템이 시간 경과에 따라 외부 힘으로 인해 에너지를 손실하는 현상을 의미한다. 흑연과 같은 전도성 물질이 강력한 자기장을 통과할 때 발생하는 전류 흐름은 에너지 손실을 초래하며, 이는 첨단 센서 개발에 자력 부상 기술을 활용하는 데 있어 주요한 걸림돌이 된다. 이에 OIST 연구원들은 에너지 손실 없이 부유하고 진동할 수 있는 플랫폼, 즉 한 번 가동되면 추가적인 에너지 투입 없이도 장시간 지속적으로 진동을 유지할 수 있는 플랫폼을 설계하기 시작했다. 앞서 지적한 것처럼 이러한 '마찰 없는' 플랫폼은 힘, 가속도, 중력 측정을 위한 새로운 유형의 센서 개발뿐 아니라 다양한 분야에 활용될 수 있는 잠재력을 지닌다. 와류 감쇠 문제를 해결한다고 해도 진동 플랫폼의 운동 에너지 최소화라는 또 다른 과제가 남아 있다. 이 에너지 수준을 낮추는 것은 다음과 같은 두 가지 이유로 중요하다. 먼저, 플랫폼을 센서로 활용할 때 더욱 민감한 측정을 가능하게 한다. 다음으로, 양자 효과가 지배적인 양자 영역으로 진입하여 운동 에너지를 냉각시키면 정밀 측정의 새로운 가능성을 열 수 있다. 따라서 진정한 마찰 없는 자립형 플로팅 플랫폼을 구현하기 위해서는 와류 감쇠와 운동 에너지 문제를 모두 해결해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 흑연 기반의 새로운 물질 개발에 힘썼다. 화학적 변형을 통해 흑연을 전기 절연체로 변환함으로써 에너지 손실을 최소화하면서도 진공 상태에서 물질의 부상을 가능하게 했다. 과학자들은 실험 환경에서 플랫폼의 움직임을 지속적으로 추적하고 분석했다. 이러한 실시간 데이터를 활용하여 피드백 자기장을 적용하여 플랫폼의 진동을 감쇠시킴으로써 플랫폼의 운동을 냉각하고 속도를 크게 감소시켰다. 트왐리 교수는 "열은 진동을 야기하지만, 지속적인 모니터링과 시스템에 실시간 피드백을 제공함으로써 이러한 진동을 줄일 수 있다고 설명했다. 피드백은 시스템의 감쇠 속도, 즉 에너지 손실 속도를 조절하기 때문에 적극적인 감쇠 제어를 통해 시스템의 운동 에너지를 감소시켜 효과적으로 냉각할 수 있다"고 밝혔다. 트왐리 교수는 또한 "충분히 냉각된다면 이 공중 부상 플랫폼은 지금까지 개발된 가장 민감한 원자 중력계보다 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다"고 강조했다. 이어 "원자 중력계는 원자의 움직임을 이용하여 중력을 정밀하게 측정하는 최첨단 장치이다. 이러한 수준의 정밀도를 달성하기 위해서는 진동, 자기장, 전기 노이즈와 같은 외부 간섭으로부터 플랫폼을 격리하는 엄격한 엔지니어링이 필요하다. 현재 진행 중인 연구는 이러한 시스템을 개선하여 이 기술의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 초점을 맞추고 있다"고 덧붙였다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?
-
-
보스턴 다이내믹스의 유압식 휴머노이드 로봇 '아틀라스' 은퇴한다
- 휴머노이드 로봇(인간 신체를 닮은 로봇)이 로보틱스 산업에서 대세를 이루고 있는 가운데, 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)는 자사의 유압식 휴머노이드 로봇 아틀라스(Atlas)가 은퇴할 것이라고 공식 발표했다. 이 소식은 테크크런치 등 정보기술 매체에 주요 뉴스로 실렸다. 현대차 그룹이 소유한 것으로도 잘 알려진 보스턴 다이내믹스가 이 같은 결정을 내린 것에 대해 의문도 쏟아지고 있다. 경영과 개발 부문에서 독자적인 전략과 방향을 유지해 온 회사가 현재 뜨겁게 부상하면서 수억 달러씩 투자가 집중되는 휴머노이드 로봇을 은퇴시키기 때문에 이상한 결정이라는 것이다. 이와 관련, 테크크런치는 아틀라스의 은퇴는 마지막이 아니라 새로운 차세대 로봇 시대를 위한 시작을 알리는 것일 수도 있다고 보도했다. 보스턴 다이내믹스는 수년 동안 휴머노이드 로봇 기술 상용화에 주력해 왔다. 현대차가 지난 2021년 회사를 인수하고 롭 플레이터가 회사의 두 번째 CEO로 임명되면서, 개발은 더욱 가속화됐다. 애질리티, 피규어, 1X, 앱트로닉 등과 같은 유사한 회사들에 대한 큰 관심을 고려할 때, 보스턴 다이내믹스가 상업용 휴머노이드 로봇에 매진한 것은 당연한 것이었다. 회사는 매사추세츠주 월섬에 본사를 두고 있다. 물론 보스턴 다이내믹스는 현재 휴머노이드 로봇 공학 기술 면에서는 시장을 크게 앞서 있는 것이 사실이다. 아틀라스가 데뷔한 지도 지난해 7월로 10주년을 넘겼다. 회사는 DARPA(미국 고등방위연구계획국)의 자금을 지원받아 아틀라스를 개발했으며, 이를 통해 휴머노이드 로봇 시대를 이끌었다. 백덤블링, 춤추기 등 사람과 유사하게 움직이는 모습으로 대중의 큰 관심과 인기를 끌었다. DARPA는 "아틀라스는 데뷔 당시 그때까지 제작됐던 것 중 가장 진보된 휴머노이드 로봇이었다. 특히 아틀라스에 탑재된 소프트웨어 두뇌와 신경 기술은 독보적이었다. 아틀라스 로봇은 이런 소프트웨어를 담는 물리적인 껍질이었다"고 말했다. 당시 DARPA 프로그램 관리자였던 길 프래트는 로봇을 실제 1살 짜리 인간 어린이에 비유하기도 했다. 두 다리로 움직이는 2족 보행 로봇 아틀라스는 보스턴 다이내믹스의 연구 및 홍보 자료에 지속적으로 등장하면서 지난 10년 동안 많은 발전을 이루었다. 아틀라스가 은퇴를 결정하게 된 결정적인 이유는 유압 장치에 있다는 지적이 많다. 로봇의 이동에 대한 시스템은 인상적으로 큰 발전을 이루었지만, 유압 장치와 같은 특정 부분은 현대 로봇 공학 표준을 감안하면 '이제는 구식'이라는 것이다. 유압식 휴머노이드 로봇은 유압 시스템을 사용하여 움직이는 인간형 로봇이다. 유압 시스템은 압력을 가한 액체(보통 오일)를 사용하여 동력을 전달한다. 유압 시스템은 전기 모터보다 강력한 토크를 제공해 무거운 물건을 들어 올리거나 힘든 작업을 수행하는 데 적합하다. 또한 비교적 간단한 구조로 되어 있어 제작 및 유지 관리가 용이하다. 방수성이 있어 습한 환경에서도 작동할 수 있는 등의 장점이 있다. 반면, 유압 시스템은 많은 양의 액체를 필요로 하기 때문에 로봇 자체가 무겁고, 작동시 소음이 발생하며, 정밀 제어가 어렵다는 등의 단점이 있다. 최근에는 전기 구동 방식의 휴머노이드 로봇이 개발되면서 유압식 로봇의 사용이 감소하고 있는 추세다. 회사 측은 최근까지도 아틀라스의 상용화를 꾀했던 것으로 보인다. 지난 2월에도 보스턴 다이내믹스는 아틀라스를 대대적으로 홍보하는 영상을 내보내고 있었다. 이 영상의 공식 캡션은 "아틀라스는 넘어뜨릴 수 없다!"였다. 휴머노이드 로봇 아틀라스가 힘, 지각력, 이동성을 결합해 실제 작업을 수행할 준비가 되어 있다는 것이었다. 이 영상에서는 또 증강 현실 기술과 공장 현장 작업을 위해 특별히 설계된 새로운 그래퍼도 선보였다. 현대차가 회사를 소유하고 있다는 점을 감안할 때, 궁극적으로 아틀라스 또는 그 후속 모델이 현대차의 미래 자동차를 제작하는 데 도움을 줄 것이라는 기대도 있었다. 그러나 이 홍보물은 아틀라스의 은퇴와 함께, 불투명한 아틀라스의 미래의 길로 들어갈 것으로 보인다.
-
- IT/바이오
-
보스턴 다이내믹스의 유압식 휴머노이드 로봇 '아틀라스' 은퇴한다
-
-
[신소재 신기술(29)] 물 엔진, 역사적 첫 작동! 수소 엔진 능가하는 성능 기록
- 역사상 최초로 움직이는 물 엔진(Water engine·수력 엔진)이 오스트리아에서 개발됐다. 오스트리아의 레이싱 기업 AVL 레이스텍(AVL Racetech)은 물을 주입하는 분사 시스템을 통해 강력한 수소 연소 엔진을 개발했다고 에코뉴스가 전했다. 최근 수소는 경제의 탈탄소화 과정에서 주목받는 대안 에너지원으로 부상하고 있다. 수소 생산에 대한 투자는 전 세계적으로 증가하고 있으며, 스페인의 경우 2022년 1분기에 세계 신규 수소 프로젝트의 20%를 차지했다. 하지만 기존 수소 연소 엔진은 출력 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 AVL 레이스텍은 헝가리의 훔브다(HUMDA) 연구소와 협력해 혁신적인 수소 연소 엔진을 개발했다. 이 엔진은 물 분사 시스템을 통해 기존 수소 연소 엔진의 문제점을 개선했다. 이 수소 연소 엔진은 더 나아가 레이싱카에 사용될 가능성도 있다. 물 분사 시스템 통한 성능 향상 AVL 레이스텍은 기존의 물 주입 방식인 PFI(포트 액체 분사)를 사용해 엔진의 공기 흡입 시스템에 물을 주입했다. 이를 통해 부품 손상을 유발할 수 있는 조기 점화를 방지하고 안정적인 연소를 촉진한다. 회사 측은 이는 '린번 엔진(lean-burn engine)'의 잠재적인 단점을 보완할 수 있다고 설명했다. 린번 엔진은 공연비(공기와 연료의 비율)가 일반적인 엔진보다 훨씬 높다. 이는 엔진이 연료 대비 더 많은 양의 공기를 사용해 연소시키는 것을 의미하며, 결과적으로 연료 효율이 개선되고 배출가스 중 일부 오염 물질의 양이 줄어든다. 린번 방식은 특히 질소산화물(NOx) 같은 오염물질의 배출을 줄이는 데 효과적일 수 있으며, 이는 환경에 미치는 부정적 영향을 감소시키는 데 도움이 된다. 하지만 이 기술은 연소 과정에서 고온이 발생할 수 있어, 질소산화물의 생성을 억제하기 위한 추가적인 기술이나 장치가 필요할 수 있다. 린번 엔진은 주로 가솔린 엔진에 적용되지만, 디젤 엔진에서도 유사한 원리의 연소 방식이 사용된다. 수소 연소 엔진의 미래 물 주입 방식인 PFI분사와 같은 개선을 통해 분당 3000~4000회 회전에서 410hp(마력)과 500Nm(뉴터 미터)의 토크를 내는 2리터 수소 엔진이 탄생했다. 이 엔진 리터당 약 205마력(리터당 150kW)의 특정 출력 밀도를 달성했다. 실제 테스트 결과 이 엔진은 하이 레벨 모터 레이싱 대회에서도 경쟁력을 갖출 것으로 예상된다. 모터스포츠 AVL 디렉터이자 전 프로 레이싱 드라이버인 엘렌 로어(Ellen Lohr)는 "H2 레이싱 엔진으로 얻은 결과는 이 기술로 매우 경쟁력 있는 패키지를 제공할 수 있다는 것을 확인시켜 주었다"고 설명했다. AVL 레이스텍은 이번 개발을 통해 모터스포츠의 지속 가능성 확보에도 기여하고자 한다. 이 수소 연소 엔진은 레이싱뿐만 아니라 일반 자동차의 탈탄소화 전환에도 활용될 수 있으며, 수소 에너지의 자동차 산업 활용 가능성을 한층 더 높였다. 이처럼 수소의 잠재력은 지금까지 우리가 가지고 있었던 자동차의 수소 개념을 바꾸고 있다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(29)] 물 엔진, 역사적 첫 작동! 수소 엔진 능가하는 성능 기록
-
-
[신소재 신기술(15)] 배터리 스타트업 코어셸, 주행거리 희생 없는 저렴한 LFP배터리 선봬
- 배터리 소재 스타트업인 코어쉘(Coreshell)은 저렴한 리튬 이온 배터리 제조 기술을 개발했다고 발표했다. 미국 기술전문매체 티크크런치는 15일(현지시간) 코어쉘이 야금용 실리콘을 활용한 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극으로 만든 전기차 배터리를 내년부터 양산에 들어간다 보도했다. 회사에 따르면 kWh당 최대 30% 저렴한 비용으로 비교할 수 없는 충전 성능과 안전성을 갖춘 배터리를 만들 수 있다. 야금 등급 실리콘은 고순도 실리콘보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다는 설명이다. 현재 전기자동차(EV) 보급의 가장 큰 장애물 중 하나는 비용이다. 소비자들은 현재 대부분의 전기자동차는 휘발유 차량보다 가격이 높아 구매를 망설이고 있다. 실리콘은 리튬이온배터리의 음극 단자인 양극에서 흑연을 대체할 수 있는 잠재력이 있다. 실리콘과 흑연 모두 배터리가 충전 중일 때 리튬 이온을 받아들이고 저장한다. 실리콘은 훨씬 더 많은 양의 전기를 저장할 수 있지만 단점이 있다. 충전할 때 양극이 부풀어 오르는 경향이 있다. 흑연 음극은 약간 부풀뿐 크게 팽창하지는 않는다. 하지만 실리콘 양극은 충전할 때 풍선처럼 부풀어 원래 크기의 몇 배까지 팽창할 수 있다. 이를 보완할 수 있는 소재가 없으면 충전과 방전을 반복하면 양극이 무너질 수 있다. 실리콘 음극 기술 개발 경쟁 이에 실리콘의 배터리 성능 향상 잠재력을 인식한 여러 스타트업은 실리콘의 팽창 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 대부분의 접근 방식은 실리콘의 팽창 특성을 수용하기 위해 특수한 미세 구조를 사용한다. 이들 기업은 자체 개발 배터리를 제조하기 위해 더욱 정제되고 비용이 높은 실리콘을 사용한다. 결과적으로 실리콘 음극은 현재까지 가격 프리미엄을 보다 쉽게 흡수할 수 있는 소비자 전자 제품 및 고급 전기자동차 시장을 타겟으로 했다. 코어쉘은 이전에는 다양한 배터리 재료의 성능 저하를 늦추는 코팅 기술에 주력했지만, 현재는 실리콘 전문 기업으로 전환했다. 조나단 탄 코어쉘 공동 설립자 겸 최고경영자(CEO)는 테크크런치와의 인터뷰에서 "우리는 2년 전 야금용 실리콘 분야에서 획기적인 발전을 이루었다"라고 말했다. 그는 야금용 실리콘 코팅은 충전 및 방전 사이클을 통해 재료를 유지하는 데 도움이 되는 탄력적인 특성을 가지고 있으며 표면 저하도 방지한다고 강조했다. 탄 CEO는 "시장에 출시한 이 기술은 내년부터 상용화에 집중할 것"이라고 밝혔다. 야금 등급 실리콘, 흑연 비용의 절반 탄 CEO는 지난 14일(현지시간) 국제 배터리 세미나의 프레젠테이션에서 야금 등급 실리콘은 고순도 옵션보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다고 말했다. 코어쉘은 이번 주 금속 생산업체인 페로글로브와 야금용 실리콘 공급 계약을 체결했다. 야금용 실리콘은 전 세계 흑연 공급망을 쥐고 있는 중국을 벗어날 수 있는 지정학적 파급 효과도 있다. 벤치마크 미네랄 인텔리전스에 따르면 전 세계 흑연 음극 공급망의 4분의 3이 중국을 통과한다. 이로 인해 배터리 제조업체와 자동차 제조업체는 곤경에 처해 있다. 미국에서 전기차에 대한 세금 공제 혜택을 받으려면 인플레이션 감축법(IRA)에 따라 배터리 소재의 최소 비율을 미국산 또는 미국과 자유무역협정을 맺은 국가에서 조달해야 한다. 이 비율은 2028년에 90%까지 늘어날 예정이다. 실리콘은 훨씬 더 많은 에너지를 저장할 수 있기 때문에 동일한 용량의 배터리는 흑연에 비해 재료가 더 적게 들어간다. 코어쉘은 이를 감안해 미국이 수요를 충족하기에 충분한 금속 실리콘을 보유해야 한다고 추정했다. 또한 금속 실리콘은 흑연보다 가격이 저렴하기 때문에 중국산 흑연을 완전히 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극 코어쉘이 생산하는 첫 번째 제품은 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극이 될 예정이다. LFP 음극은 니켈-망간-코발트(NMC) 등 전기차에 사용되는 다른 화학 물질보다 저렴하고 안전하며, 중국 외 지역에서 쉽게 구할 수 있다. 이러한 이점에도 불구하고, 자동차 제조업체들은 NMC에 비해 에너지 밀도가 낮다는 점 때문에 LFP의 광범위한 적용을 망설여 왔다. 그러나 실리콘 음극과의 결합은 이러한 에너지 밀도의 차이를 해결할 것으로 보인다. 코어쉘은 실리콘 음극을 사용함으로써, 흑연 음극을 사용하는 기존의 NMC 배터리에 비해 LFP 배터리가 경쟁 우위를 가질 수 있다고 전망했다. 한편, 코어쉘은 기술을 확장하고 상용화해야 하는 과제가 있다. 이 과정은 쉽지 않으며, 초기 시장은 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 듄 버기 같은 e-모빌리티 분야가 될 것으로 보인다. 이와 관련해, 코어쉘은 1960년대 상징적인 듄 버기를 제작한 마이어스 맨스(Meyers Manx)와 파트너십을 체결했다. 현재는 자체적으로 재료를 생산하고 있으나, 기술을 라이선스하고 공급업체와 더 긴밀히 협력하는 방안에도 열려 있다. 이 회사는 2025년까지 파트너사에 첫 번째 샘플(A-샘플)을 제공할 계획이다. 또한 10년 내에 자사의 기술이 전기차에 탑재되기를 기대하고 있다. 경쟁 업체인 실라(Sila)와 그룹 14(Group14)도 2025년까지 상업 생산을 목표로 하고 있다. 실리콘 음극 재료는 현재 비용이 더 높지만, 대량 생산과 축적된 경험을 통해 비용을 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 자동차 제조업체들에게 이는 매력적인 옵션이 될 수 있다. 모든 배터리 혁신이 시장의 요구를 충족시키는 것은 아니지만, 리튬 이온 배터리 기술이 비용 효율적으로 계속 발전하려면, 다양한 접근 방식이 필요하다. 코어쉘의 기술이 성공적으로 입증된다면, 중국에 대한 의존도를 줄이면서도 비용 효율적인 배터리 개발로 나아가는 새로운 방향을 제시할 수 있다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(15)] 배터리 스타트업 코어셸, 주행거리 희생 없는 저렴한 LFP배터리 선봬
-
-
[신소재 신기술(13)] 암치료용 새로운 AI 개발
- 미국 메이요 클리닉의 연구원들이 암 치료를 위해 새로운 인공지능(AI) 알고리즘을 개발했다. 메디컬 익스프레스는 지난 12일(현지시간) 메이요 클리닉 연구원들은 메이요 클리닉 연구원들이 기존 AI 모델이 주로 사용하는 데이터 학습 방식을 넘어서는 '가설 기반 AI'라는 독창적인 인공지능 알고리즘을 개발했다고 보도했다. 이번 연구는 학술지 캔서(Cancers)에 게재됐다. 이 혁신적인 AI는 암과 같은 복잡한 질병의 원인을 파악하고 치료 전략을 개선하는 데 사용될 수 있는 새로운 접근 방식을 제공한다. 메이요 클리닉의 시스템 생물학 및 분자 약리학, 실험 치료학 부서에서 AI 연구를 담당하는 수석 저자이자 공동 개발자인 후 리(Hu Li) 박사는 이 AI가 과학적 질문에 답하고, 질병을 더 깊이 이해하며, 개인화된 의학을 지원하기 위해 설계된 표적 정보 기반 알고리즘이라고 밝혔다. 리 박사는 이 기술이 기존 AI에서 간과되었던 중요한 통찰을 발견할 가능성이 있다고 강조했다. 기존 AI는 주로 얼굴 인식, 임상 진단 이미지 분류와 같은 분류 및 인식 작업에 활용되어 왔으며, 사람처럼 텍스트를 생성하는 등의 생성 작업에도 점점 더 많이 쓰이고 있다. 하지만, 연구팀은 기존 학습 알고리즘이 과학적 지식이나 가설을 충분히 통합하지 못한다고 지적했다. 이는 AI가 편향되지 않은 대규모 데이터 세트에 과도하게 의존하게 만들고, 그런 데이터 세트를 구하는 것이 어려울 수도 있기 때문이다. 특히, 리 박사는 이러한 제약이 의학과 같이 새로운 지식을 발견해야 하는 분야에서 AI의 활용도와 유연성을 크게 제한한다고 밝혔다. 이는 AI 기술의 발전 방향에 대해 중요한 고려사항을 제시한다. AI는 암 연구와 같이 방대하고 복잡한 데이터 세트에서 패턴을 찾아내는 데 매우 유용한 도구다. 이러한 경우에서 기존 AI 사용의 주요 목표는 해당 데이터 세트의 정보를 최대한 활용하는 것이다. 리 박사는 기존 지식과 가설을 통합하지 못하는 것이 문제가 될 수 있다고 지적했다. 그는 "AI 모델이 연구자와 임상의의 신중한 설계 없이 결과를 도출할 수 있으며, 이런 접근 방식을 '쓰레기 속의 쓰레기' 문제라고 부른다"고 밝혔다. 그러므로, 그는 과학적 질문에 대한 안내 없이는 AI가 덜 효과적인 분석을 제공하고, 테스트 가능한 가설을 형성하며, 의학 발전에 기여할 수 있는 중요한 통찰을 놓칠 수 있다고 설명했다. 이러한 관점은 AI의 효율성과 유용성을 극대화하기 위한 설계와 개발 과정에서 고려해야 할 핵심 요소다. ‘가설 기반 AI’를 통해 연구자들은 알려진 병원성 유전자 변종과 암의 특정 유전자 간의 상호작용을 학습 알고리즘 설계에 통합하는 등 질병에 대한 이해를 통합하는 방법을 모색할 수 있다. 이를 통해 연구자와 임상의는 어떤 구성 요소가 모델 성능에 기여하는지 파악하여 해석 가능성을 높일 수 있다. 또한, 이 전략은 데이터 세트 문제를 해결하고 열린 과학적 질문에 대한 집중을 촉진할 수 있다. 메이요 클리닉의 면역학과 교수인 다니엘 빌라도(Daniel Billadeau) 박사는 "이 새로운 종류의 AI는 암과 면역 체계 간의 상호작용을 더 잘 이해할 수 있는 새로운 길을 열었으며, 의학적 가설을 테스트할 뿐만 아니라 환자가 면역 요법에 어떻게 반응할지 예측하고 설명하는 데 큰 가능성을 제시한다"고 말했다. 빌라도 박사는 이 연구의 공동 저자이자 공동 발명가이며 암 면역학에 오랫동안 관심을 가지고 연구해 왔다. 연구팀은 가설 기반 AI가 종양 분류, 환자 계층화, 암 유전자 발견, 약물 반응 예측, 종양 공간 조직 등 모든 종류의 암 연구 애플리케이션에 활용될 수 있다고 말했다. 기계 기반 추론은 과학자들이 가설 및 생물학적, 의학적 지식을 학습 알고리즘 설계에 통합함으로써 가설을 시험하고 검증하는 데 중요한 역할을 한다. 리 박사는 이러한 유형의 알고리즘 개발이 전문성과 깊은 지식을 요구하기 때문에 접근성이 제한될 수 있다는 단점을 지적했다. 그는 또한 편향의 가능성에 대해 경고하며, 연구자들이 다양한 정보를 적용할 때 이를 신중히 고려해야 한다고 조언했다. 이 방법은 일반적으로 범위가 제한적이며 모든 가능한 시나리오를 포괄하지 못할 수 있기 때문에, 예상치 못한 중요한 관계를 간과할 위험이 있다. 리 박사는 "그럼에도 불구하고 가설 기반 AI는 인간 전문가와 AI 간의 활발한 상호 작용을 촉진하여 AI가 일부 전문직 일자리를 대체할 것이라는 우려를 완화해준다"고 말했다. 이러한 상호작용은 AI의 발전과 활용에 있어 인간의 역할이 여전히 중요함을 강조한다. 가설 기반 AI는 아직 초기 단계이기 때문에 편향을 최소화하고 해석을 향상시키기 위해 어떻게 지식과 생물학적 정보를 최적으로 통합할 수 있는지와 같은 중요한 질문들이 남아 있다. 리 박사는 이러한 과제에도 불구하고 가설 기반 AI는 한 걸음 더 나아간 것이라고 평가했다. 리 박사는 이런 도전에도 불구하고, 가설 기반 AI가 의미 있는 진전을 이루었다고 평가했다. 그는 이 기술이 더 깊은 이해와 개선된 치료 방법을 가능하게 하여 의학 연구를 크게 앞당길 수 있으며, 결국 환자들에게 보다 나은 치료 옵션을 제공하는 새로운 방향을 제시할 수 있다고 말했다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(13)] 암치료용 새로운 AI 개발
검색 결과가 없습니다.