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2026-03-06 (금)

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[퓨처 Eyes(6)] SF가 현실로? 금속도 자가 치유한다

금속이 자체적으로 균열을 복구하는 모습이 관찰됐다. 10일(현지시간) 과학 전문 매체 '사이테크데일리'에 따르면, 텍사스 A&M대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 예측했던 금속의 자가 치유 현상이 올여름에 발견되어 세계 과학자들을 충격에 빠뜨렸다. 연구 과정에서 아주 작은 백금 조각에 지속적인 스트레칭을 가하자 미세한 균열이 형성됐다. 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어지는 '금속의 피로' 현상의 균열 성장을 살펴보기 위해 설계된 이 실험은 처음에는 과학자들의 예상대로 진행됐다. 견고한 금속은 외부의 힘이 반복해서 작용하면 눈에 보이지 않는 미세한 균열이 발생하고, 마침내 부러지게 된다. 그러나 실험도중 예기치 않게, 균열이 더 이상 커지지 않고 오히려 줄어들기 시작하는 금속이 스스로를 '치유 복구'하는 모습이 관찰됐다. 금속의 피로 현상은 교각이나 건축물이 망가지거나, 항공기의 부품 파손 등 기계가 손상되는 주요 원인으로 꼽힌다. 그로 인해 학계는 금속 피로 현상을 스스로 복구하는 소재 개발에 집중해왔다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 올 여름 나노 결정질 금속의 균열 실험 중 놀라운 금속 자가치유 현상을 발견했다. 그 결과는 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 이런 자가 복구 능력은 지금까지 공상 과학 소설에서나 나올 법한 이야기로 여겨졌다. 하지만, 텍사스 A&M 대학의 재료 과학 및 공학부 교수이자 이 연구의 공동 저자인 마이클 뎀코비츠 박사는 그런 가정을 뒤엎는 놀라운 발견을 했다. '금속 피로 복구' 10년 전 예측이 현실로 뎀코비츠 박사와 그의 팀은 10년 전 매사추세츠 공과대학의 조교수 시절 이미 금속의 자가 치유 현상을 예상했다. 당시 뎀코비츠 교수는 일정 조건이 갖춰지면 비록 나노 수준이지만 금속의 균열 복구가 이론적으로 가능하다고 주장했다. 뎀코비츠 박사는 "처음엔 금속의 치유나 복구를 목표로 한 것은 아니다. 저의 제자 구오샹 쉬가 골절에 관한 시뮬레이션을 진행 중이었다"며 회상했다. 이어 "우연히 시뮬레이션에서 금속의 자연 치유 현상을 발견, 이에 대한 추가 연구를 시작하기로 결정했다"고 덧붙였다. 2013년 당시의 연구 결과도 이번만큼이나 눈길을 끌었다. 특수 전자현미경인 투과형 전자 현미경기술이 발달하면서 금속의 나노 스케일 피로 균열 관찰이 가능해진 점도 이 현상을 발견하는 데 도움이 됐다. 뎀코비츠 박사의 공동 연구팀은 금속 피로현상 조사 과정에서 백금의 자가치유 능력을 발견했다. 뎀코비츠 박사는 "진공 상태의 백금 조각에 나노 스케일의 균열을 내고 이를 초당 200회 당겨 군열 변화를 관찰했다며 실험 시작 40분 뒤 백금 표면의 균열이 복구됐다"고 설명했다. 그는 "당시 나와 우리 팀, 동료들까지도 모두 이 이론에 대해 의구심을 가지고 있었다"고 회상했다. 그렇지만, 그의 시뮬레이션은 이후 몇 년 간 여러 연구자들에게 검증되며 확장되어왔다. 뎀코비츠 박사는 "다른 연구자들도 같은 결과를 시뮬레이션에서 확인해, 우리의 모델링에 오류가 없다는 것이 확실해졌다"면서도 "그럼에도 불구하고, 지금까지 실제 실험은 이루어지지 않았다"고 덧붙였다. 2013년의 모델과 최근의 실험에서는 둘다 나노 단위로 결정 구조나 입자 크기가 측정되는 나노결정 금속이 사용됐다. 이 단위는 100만분의 1밀리미터(mm)를 의미한다. 뎀코비츠 박사에 따르면, 이러한 나노결정 금속은 엔지니어링에서는 널리 활용되지 않지만 대다수의 금속을 이 형태로 제작할 수 있다. 뎀코비츠는 나노 결정 금속의 작은 입자 크기 때문에 더 많은 미세 구조적 특징이 있어, 균열 사이의 상호작용이 쉽게 일어난다고 설명했다. 이는 자가 치유 연구를 용이하게 했다. 두 연구에서 모두 입자 경계의 이동 방향이 균열의 치유에 영향을 미친다는 공통점을 발견했다. 뎀코비츠 박사는 이런 특징이 다양한 금속과 합금에서도 확인될 수 있으며, 조절이 가능하다고 말했다. 진공 환경에서 실험 성공 뎀코비츠 박사는 "현재 연구의 주요 성과는 이론적 예측이 단순히 '도면 상의 아이디어'에서 벗어나 실제로 가능하다는 것을 입증한 것"이라고 강조했다. 그는 "아직 우리는 자가 치유를 위한 미세 구조의 최적화 작업에 발을 들이지도 않았다. 어떤 구조적 변화가 금속의 자가 치유를 더욱 촉진시킬지를 파악하는 것은 앞으로의 연구에서의 큰 도전"이라고 말했다. 이 연구의 발전 가능성은 매우 광범위하다. 뎀코비츠는 입자 크기의 더 큰 일반적인 금속에서도 이런 자가 치유 과정이 일어날 수 있을 것이라고 지적하면서, 그에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 밝혔다. 2013년의 이론과 최근 실험 사이의 주요 연결점은 둘 다 외부 물질이 혼입되지 않는 진공 상태에서 이루어졌다. 외부 요소는 금속의 균열 표면이 재결합하거나 냉간 용접 과정을 방해할 수 있기 때문이다. 이런 제한사항에도 불구하고, 이 기술은 우주선 혹은 외부 대기로부터 보호되는 내부 균열처럼 특정 환경에서는 유용하게 활용될 수 있다. 10년이 흐른 지금, 뎀코비츠의 금속 자가치유 초기 이론은 샌디아 국립연구소의 실험을 통해 그 가치가 입증됐다. 이번 연구를 통해, 뎀코비츠는 최근에 관찰된 결과가 그의 초기 시뮬레이션 모델과 일치함을 확인할 수 있었다. 뎀코비츠 박사는 "이 실험은 진정으로 놀랍다. 이론적 측면에서도 의미가 크다"고 말했다. 그는 "물질의 복잡한 특성으로 인해 자신있게 새로운 현상을 예측하는 것은 종종 매우 어려운 일이다. 이번 발견은 물질의 반응에 대한 우리의 이론적 접근이 옳은 방향을 향하고 있다는 확신을 갖게 해준다"고 말했다. '퓨처 아이즈(Future Eyes)'는 지금까지 경험하지 못한 혁신 기술이 어떻게 새로운 세상을 창조하는지 탐색한다. 애플의 아이폰은 휴대폰 산업의 판도를 바꾸었으며, 오픈AI의 챗GPT는 AI의 유행을 일으키며 우리의 일상과 기업 환경에 변화를 가져왔다. 메타버스부터 플라잉카, 휴머노이드 로봇, 양자 컴퓨팅, 핵 융합에 이르기까지, 이 시리즈는 혁신적인 기술과 그것이 우리 생활에 미치는 영향을 짚어본다.
- 포커스온
2023-10-12 10:10:00
[퓨처 Eyes(1)] 가트너 선정, 미래를 바꾸는 7가지 기술

포커스온경제는 창간을 맞이하여 '퓨처 아이즈(Future Eyes)'를 통해 지금까지 경험하지 못한 혁신 기술이 어떻게 새로운 세상을 창조하는지 탐색한다. 애플의 아이폰은 휴대폰 산업의 판도를 바꾸었으며, 오픈AI의 챗GPT는 AI의 유행을 일으키며 우리의 일상과 기업 환경에 변화를 가져왔다. 메타버스부터 플라잉카, 휴머노이드 로봇, 양자 컴퓨팅, 핵 융합에 이르기까지, 이 시리즈는 혁신적인 기술과 그것이 우리 생활에 미치는 영향을 짚어본다. [편집자 주] 오픈AI에서 출시한 생성형AI의 일종인 챗GPT는 지난해 11월까지 존재하지 않았다. 2009년 출시된 블록체인 기술을 바탕으로 하는 가상화폐 비트코인은 불과 14년 만에 전통 금융 기관이 인정하는 투자 자산으로 자리잡았다. 가상 현실(VR) 기반의 메타버스, 하늘을 나는 자동차(플라잉 카), 그리고 디지털 휴먼과 같은 혁신적인 기술들이 현실 세계로 빠르게 진출하며 사람들의 일상을 바꾸기 시작했다. 플라잉 카와 디지털 휴먼은 공통점이 거의 없어 보이지만, 이들은 미래를 예측하며 세상에 큰 변화를 가져올 기술 혁신으로 평가받고 있다. 미래를 전망하는 전문 매체 '가트너'는 2023년에서 2028년에 이르는 5년 사이에 주목해야 할 기술 혁신 7가지를 발표해 관심을 모으고 있다. 1. 메타버스 메타버스는 가상 또는 초월을 의미하는 '메타(meta)'와 '유니버스(universe)'의 합성어로, 현실과 연동된 가상의 세계를 가리킨다. 컴퓨터 그래픽, 가상현실(VR), 증강현실(AR) 등의 첨단 기술로 구현된다. 메타버스는 현재 업무 환경을 재구성하고 있다. 이 디지털 세계는 사용자에게 몰입감 있는 경험을 제공하며, 재무모델부터 구매 및 판매, 조직의 운영 방식, 협업의 형태에 이르기까지 비즈니스의 다양한 영역에 변화를 가져오고 있다. 그러나 VR 기술이 미디어부터 업무 협업에 이르는 현실의 다양한 분야에 도전하면서 일부에서는 그 혁신적인 가능성에 대한 우려의 목소리도 높아지고 있다. IT 서비스 업체들은 이러한 VR의 잠재력을 실현하고 최대한 활용하기 위해, 고객들이 새로운 VR 환경에서의 업무 프로세스와 시스템을 재구성하고 최적화할 수 있도록 지원하는 다양한 컨설팅과 개발 제품을 선보이며 경쟁력을 강화하고 있다. 2. 플라잉 카, 곧 실현될 '미래의 교통수단' 영화에서나 볼 법했던 하늘을 나는 자동차 즉 플라잉 카가 현실로 다가오고 있다. 다양한 스타트업은 물론 대형 교통 관련 기관에서 이를 위한 연구와 시제품 개발에 속도를 내고 있다. 플라잉 카의 등장은 저고도 영공의 지형을 근본적으로 바꿀 전망이다. 이로 인해 지상 도로의 혼잡이 줄어들 것이며, 새로운 교통 패러다임이 형성될 것으로 예상된다. 플라잉 카가 가져올 간접적인 변화로는 △복잡해질 항공로에 따른 항공 교통 관제 시스템의 변화 △수직 도로가 도입될 도시 구조 △출퇴근 시간의 단축으로 교외 지역이 더 넓게 확장될 가능성 등이 대두되고 있다. 하지만 이런 혁신적인 변화를 위해서는 상당한 기술적 투자와 연구가 필요하다는 의견도 있다. 3. 디지털 휴먼, '가상과 현실의 경계' 허물다 '디지털 휴먼'이란 말 그대로 디지털로 재현된 인간의 모습과 행동을 의미한다. 이는 3D 가상 인간으로, 인공지능, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅과 같은 첨단 기술의 결합으로 탄생했다. 최근 디지털 휴먼 기술은 기하급수적으로 발전하며 실제 인간과 더욱 닮아가고 있다. 사용자와의 상호작용이 간편하게 이루어지며, 다양한 서비스 문제 해결부터 즉각적인 고객 서비스 제공에 이르기까지 그 활용범위가 넓어지고 있다. 특히, 자연어 처리와 로봇 프로세스 자동화 도구와의 통합으로 디지털 휴먼은 더욱더 강력한 존재감을 발휘할 전망이다. 디지털 휴먼의 활용 가능성은 의사와의 상담, 세무사와의 면담, 뉴스 시청, 연례 업무 평가 등 일상에서 인간 간의 상호작용이 이루어지는 거의 모든 분야에서 그 잠재력을 발휘할 수 있을 것으로 전망된다. 4. 블록체인 기반 '분산형 자율 조직(DAO)' 블록체인은 암호화폐의 기술적 기반일 뿐만 아니라 다양한 분야의 혁신을 주도하는 핵심 기술로 부상했다. 특히 이 중심에서 '분산형 자율 조직(DAO)'이 주목받고 있다. 블록체인이란, 데이터를 '블록'이라는 작은 단위로 나누고 이를 전체 네트워크에 참여하는 사용자들과 공유하는 기술을 의미한다. 이로 인해 데이터 조작이 어렵게 되어 투명하고 안전한 거래 기록이 가능하다. 그 가능성은 암호화폐뿐만 아니라 음악, 보험, 정부, 게임 등 광범위한 영역으로 확장되고 있다. DAO는 블록체인 위에서 운영되는 디지털 조직이다. 기존의 인적 관리가 필요 없이 다른 DAO, 디지털 에이전트, 심지어 기업과도 자동으로 상호 작용을 이어간다. DAO는 게임, 투자, 수집, 소셜 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 특히 근로자들에게 오픈소스 스타일의 창작 활동으로 수익 창출의 새로운 기회를 제공한다. 이는 기존의 비즈니스 방식과 커뮤니케이션 구조에 변화를 가져올 것으로 보인다. 이러한 DAO의 접근방식은 고객의 다양한 요구에 빠르게 대응하려는 기업과 조직에게 큰 매력으로 작용하고 있다. 5. 무선충전 전기 자동차 전기 자동차(EV)는 최근 몇 년 동안 엄청난 속도로 성장해 전 세계 신차 판매량의 약 4.6%를 차지하고 있다. 하지만 충전 시설의 부족은 여전히 전기차 보급의 큰 장벽이다. 무선 충전 기술은 전기차가 도로에 설치된 코일이나 충전 상태가 좋은 다른 차량으로부터 전력을 공유받아 이동 중에도 충전할 수 있게 해준다. 이는 전기차의 운행 거리를 늘리고, 배터리 용량을 줄여 차량의 중량과 비용을 낮출 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 무선 충전 기술을 보급하기 위해서는 '스마트' 도로와 자동차 소프트웨어의 개선이 필요하다. 도로에는 전력을 공급하고 관리할 수 있는 코일과 센서가 설치되어야 하며, 자동차에는 무선 충전을 인식하고 조절할 수 있는 소프트웨어가 탑재되어야 한다. 6. 컴퓨팅 분야에서 실리콘 대체하는 그래핀(Graphene) 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양의 2차원 구조를 이룬 나노 소재로, 열과 전기를 매우 효율적으로 전도한다. 그래핀은 컴퓨팅 및 전자 기술을 향상시키기 위한 소재로서 많은 장점을 가지고 있다. 그래핀은 실리콘과 같은 기존 반도체 소재보다 저렴하고 성능이 뛰어나며, 무어의 법칙을 따르는 고밀도 집적 회로의 발전을 이끌 수 있다. 그래핀은 이미 투명전극과 에너지 저장소재 등의 분야에서 상용화 단계에 접어들었으며, 앞으로도 다양한 응용 분야에서 활용될 가능성이 높다. 이에 IT 및 비즈니스 컨설팅 회사의 총괄 관리자는 그래핀이 반도체 기술에 미칠 영향을 파악해야 한다. 또한 고객이 공급업체의 최신 기술을 평가하고 활용할 수 있도록 지원하는 것도 중요하다. 7. 일회용 기술로 교환 가능한 IT IT 분야에서는 컴포저블(composable)과 디스포저블(disposable)이라는 개념이 빠르게 부상하고 있다. 이는 기술 혁신을 가속화하고 사용자 수요를 충족하기 위해 기술을 서로 교체하거나 폐기할 수 있도록 하는 방식이다. 일회용 기술은 모든 기술에 영향을 미치지만, 특히 소비자나 고객의 요구에 따라 변화하는 기술에 적용될 수 있다. 일회용 기술은 제품과 서비스를 장기적으로 판매하고자 하는 모든 기술 공급업체에게도 영향을 준다. 복잡한 기술을 위한 비즈니스 모델이나 유지보수 비용 등이 변화할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 일회용 원심분리기는 바이오의약품 제조 과정에서 교차 오염을 예방하고, 에너지 사용을 줄이고, 공정 유연성을 갖출 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 이러한 일회용 원심분리기를 공급하는 업체는 장비의 설계, 제작, 배송, 폐기 등의 과정에서 새로운 비즈니스 모델을 개발해야 할 수 있다. 가트너는 미래의 가장 큰 디지털 혁신 중 일부는 오늘날에는 멀게만 느껴지거나 터무니없어 보이는 기술에서 비롯될 가능성이 높다고 전망했다. 벤 프링 가트너 부사장 겸 애널리스트는 "지각 변동은 하루 아침에 일어나지 않는다"면서 "초기 단계에서 혁신을 무시하면 일반적으로 혁신의 개발 주기 후반에 진입 비용이 더 많이 들기 때문에 전략적, 재정적, 존재론적으로 더 많은 비용이 든다"고 말했다.
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2023-09-01 07:14:00