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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
- 미국 캘리포니아 공과대학교(칼텍·Caltech) 과학자들이 생체적합형 미세 하이브리드 마이크로 로봇을 개발해, 치료용 약물을 원하는 신체 부위에 주입하는 데 성공했다. 미래에는 치료용 약물을 체내 필요한 곳에 정확히 전달하는 것이 소형 로봇의 과제가 될 것이다. 금속 휴머노이드 로봇이나 생체를 모방한 로봇이 아니라 눈에 보이지 않을 정도로 작은 거품과 같은 구체가 될 것이다. 체내 실핏줄을 따라 이동해야 할 것이기 때문이다. 이러한 로봇의 개발은 까다롭다. 위산과 같은 체액으로부터 생존해야 하고 외부에서 제어가 가능해야 한다. 그래야 정확하게 목표 부위로 향할 수 있다. 또 목표에 도달했을 때만 치료제를 방출해야 하며, 그 후에는 인체에 해를 끼치지 않고 신체 내에서 흡수되어야 한다. 이런 모든 요건을 충족하는 마이크로 로봇이 칼텍(Caltech) 연구팀에 의해 개발되었다고 칼텍이 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 연구팀은 로봇을 사용해 쥐의 방광에 발생한 종양의 크기를 줄이는 치료제를 성공적으로 전달했다. 관련 논문은 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 게재됐다. 연구팀이 개발한 로봇은 '생체흡수성 음향 마이크로 로봇(BAM)'이라고 명명됐다. 연구팀의 레이 가오 박사는 "약물을 신체에 주입하면 신체 모든 곳으로 확산된다. 우리가 개발한 마이크로 로봇은 종양 등 치료 대상 부위로 직접 안내해 통제되고 효율적인 방식으로 약물을 방출할 수 있다"고 말했다. 마이크로 또는 나노 로봇 개념은 새로운 것은 아니다. 전문가들은 지난 20년 동안 마이크로 로봇을 개발해 왔다. 그러나 혈액, 소변 또는 타액과 같은 복합적인 생체 유체에서 로봇을 정밀하게 움직이는 것은 매우 어렵기 때문에 생물 대상 적용은 제한적이었다. 특히 생체적합성 및 생체흡수성으로 신체에 독성 물질을 남기지 않아야 하는데, 이 역시 난제였다. 칼텍에서 개발한 마이크로 로봇은 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트라는 하이드로겔로 만들어진 미세한 구체다. 하이드로겔은 액체 또는 수지 형태로 시작해 내부에 있는 폴리머 네트워크가 굳어지면 고체가 되는 재료이다. 이러한 특성으로 하이드로겔은 다량의 액체를 유지할 수 있고, 많은 하이드로겔이 생체적합성을 갖는다. 또한 적층 제조 방법을 통해 구체의 외부에 치료용 약물을 탑재, 신체 내 목표 부위로 운반할 수 있다. 하이드로겔 레시피를 만들기 위해 연구팀의 일원이었던 줄리아 그리어는 '2광자 중합(TPP) 리소그래피'라는 기술을 활용, 3D 프린팅을 연상시키는 방식으로 복잡한 형태의 구조를 층층이 쌓아 올려 완성했다. 이 기술은 적외선 레이저 펄스를 사용해 특정 패턴에 따라 매우 정밀한 방식으로 감광성 폴리머를 가교시키는 기술이다. 그리어 팀은 직경 30마이크론의 미세 구조를 인쇄하는 데 성공했다. 이는 사람의 머리카락 직경과 비슷하다. 최종적으로 마이크로 로봇은 구체의 바깥쪽 내부에 자성 나노 입자와 치료 약물을 넣었다. 자성 나노 입자는 외부에서의 통제를 위한 것으로, 외부 자기장을 사용해 로봇을 원하는 위치로 안내할 수 있게 한다. 로봇이 목표 부위에 도달하면 그 자리에 머무르고 약물을 주입하게 된다. 연구팀은 마이크로 로봇의 외부를 친수성으로 설계해 구형 로봇이 신체를 통과할 때 뭉치지 않도록 했다. 그러나 마이크로 로봇의 내부는 기포를 가두어야 하기 때문에 친수성이어서는 안 된다. 그렇지 않으면 기포는 쉽게 붕괴되거나 용해된다. 가두어진 기포는 로봇을 이동시키고 실시간 이미징으로 추적하기 위해 중요하다. 외부는 친수성이고 내부는 소수성, 즉 물에 대한 저항성을 모두 갖춘 하이브리드 마이크로 로봇을 만들기 위해 연구팀은 2단계 화학적 변형을 고안했다. 먼저, 하이드로겔에 긴 사슬 탄소 분자를 부착해 전체 구조를 소수성으로 만들었다. 그런 다음 산소 플라즈마 에칭 기술을 사용해 외부의 긴 사슬 탄소 구조 일부를 제거함으로써 외부는 친수성으로, 내부는 소수성으로 남겼다. 이것이 이번 연구 프로젝트의 핵심 혁신이었다. 가오는 "내부는 소수성이고 외부는 친수성인 비대칭 표면 변형을 통해 소변이나 혈청과 같은 생체 유체에 장시간 기포를 가둘 수 있게 됐다“고 설명했다. 구형 마이크로 로봇 안에 있는 기포는 초음파 영상 대조제 역할을 한다. 기포를 통해 생체 내에서 움직이는 로봇을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 연구팀은 마이크로 로봇이 목표 지점으로 이동하는 것을 추적하는 방법도 개발했다. 연구의 마지막 단계는 방광 부위에 종양이 있는 쥐에 대한 테스트였다. 연구팀은 21일 동안 마이크로 로봇을 통해 네 차례 치료제를 전달했다. 그 결과 로봇이 전달하지 않은 치료제보다 종양을 줄이는 데 더 효과적이라는 사실이 규명됐다. 연구팀은 이번 개발 결과는 환자에 대한 약물 전달 및 정밀 수술을 위한 매우 유망한 플랫폼이 될 것이라고 자평하고 사람에 대한 임상 실험을 거쳐 상용화가 필요하다고 주장했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
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마이크로스트래티지, 비트코인 21억달러 상당 추가 매수
- 미국 소프트웨어 기업 마이크로스트래티지(MicroStrategy)가 지난주까지 5주 연속 비트코인을 매수했다. 트럼프 미 대통령 당선인의 암호화폐에 대한 긍정적 시각을 반영한 것으로 풀이된다. 일론 머스크가 차기 행정부의 실세 중 한 명으로 등장한 것도 영향을 미치고 있다. 인베스토피디아에 따르면 마이크로스트래티지는 지난주 약 21억 달러를 투자해 2만1550개의 비트코인을 추가 매입했다. 이로써 회사가 보유한 비트코인은 현재 42만 3650개로 늘어났으며, 현재 가격 기준 총액은 무려 415억 달러에 달한다. 이 회사는 인플레이션 헤지(위험 분산) 수단으로 2020년부터 비트코인을 매수해왔으며, 미국 대선에서 도널드 트럼프 대통령 당선이후에도 10만개 이상의 비트코인을 매입하기도 했다. 마이클 세일러 회장은 지난 11월 25일 자신의 엑스(X, 옛 트위터)를 통해 11월 18일부터 24일까지 마이크로스트래티지가 5만5500개의 비트코인을 추가 매입했다고 밝혔다. 그 전주에 5만1780개를 매입한데 이어 또다시 5만개가 넘는 비트코인을 추가 매입한 것이다. 마이크로스트래티지는 현재 2100만 개의 비트코인 중 2% 이상을 보유하고 있다. 규제 기관에 제출된 보고서에 따르면, 이번 비트코인 매입은 21억 3000만 달러 규모의 주식 매각을 통해 조달됐으며, 이는 주식과 전환사채 발행을 통해 비트코인을 매입하려는 마이크로스트래티지의 420억 달러 투자 계획의 일부이다. 마이크로스트레티지가 이번에 인수한 비트코인의 평균 개당 가격은 9만 8783달러였다. 트럼프의 재선으로 인해 암호화폐에 친화적인 행정부에 대한 기대감이 작용, 비트코인 가격은 7만 달러 미만에서 최근 10만 달러 이상으로 상승했다. 새로 발표된 비트코인 입수에도 불구하고 마이크로스트래티지 주가는 이번 주초 거래에서 약 4% 하락했으며, 비트코인은 9만 8000달러 선 아래로 떨어졌다. 다른 많은 상장 기업들이 마이크로스트래티지의 비트코인 플레이북을 모방해 자체 계정에 암호화폐를 추가하고 있다. 비트코인 채굴업체 라이엇 플랫폼(Riot Platforms)도 이번 주초 비트코인을 더 매입하기 위해 5억 달러 규모의 전환사채를 발행했다. 이에 앞서 마라톤 홀딩스(Marathon Holdings)와 세블러 사이언티프(Semler Scientifc)도 더 많은 비트코인을 인수할 의향을 발표했다.
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- 금융/증권
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마이크로스트래티지, 비트코인 21억달러 상당 추가 매수
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
- 영국에서 자신의 혈액을 사용해서 재생 치유 능력을 60% 이상 높인 3D 프린팅 임플란트가 개발됐다. 우리 몸의 면역 체계는 재생 혈종(RH)을 조절하여 작은 파열이나 골절을 효과적으로 치료하는 능력을 가지고 있다. RH는 다양한 분자 및 세포 과정을 조율하는 복잡하고 역동적인 환경으로 완전한 조직 복구를 보장한다. 최근 영국 노팅엄 대학교 약학 및 화학 공학 연구팀은 이러한 자연 치유 과정을 활용하여 개인 맞춤형 재생 소재를 만드는 '생체협력적' 접근법을 제시했다. 혈액을 기반으로 하는 이 기술은 부상 및 질병 치료에 효과적인 맞춤형 재생 혈액 제품 개발로 이어질 수 있다. 해당 논문에 대해서는 테크 익스플로리스트와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 보도했다. 연구팀은 자연 조직 치유에 관여하는 필수 과정을 유도하는 펩타이드 분자 조직을 사용해 조직 재생을 촉진하는 생체 소재를 개발했다. 대부분의 신체 조직은 복잡한 치유 과정을 통해 작은 파열이나 골절을 효율적으로 재생시킬 수 있다. 초기 단계에서는 액체 혈액이 고체 RH를 형성하는 데, 이는 재생에 필수적인 세포, 거대 분자와 요소를 포함하는 살아 있는 미세 환경이라 할 수 있다. 팀은 합성 펩타이드와 환자의 혈액을 결합하는 자가 조립 기술을 개발해 자연 치유 과정의 핵심 분자, 세포 및 메커니즘을 포착하는 소재를 만들었다. 이를 통해 RH를 모방하고 구조적 및 기능적 특성을 향상시키는 재생 소재를 제작할 수 있었다. 이러한 소재는 정상적인 혈소판 행동, 성장 인자 생성, 치유에 필수적인 세포 모집 등 RH의 자연적 기능을 유지하면서 쉽게 조립하고 조작 및 3D 프린팅이 가능하다. 연구팀은 이 방법을 사용해 동물 모델에서 동물 자신의 혈액을 활용하여 뼈를 성공적으로 복구하는 것을 입증했다. 팀은 두개골에서 뼈 일부를 수술로 제거한 쥐를 대상으로 실험을 진행했다. 쥐의 혈액에서 새로운 RH 구조물을 배양해 제거된 두개골 뼈 틈새에 이식한 결과, 부상 부위가 재생의 징후를 보였다. 6주 후 새로운 RH 구조물이 투입된 쥐는 새로운 뼈가 최대 62% 생성됐다. 반면, 시중에서 판매되는 뼈 대체물을 사용한 쥐는 50%가 재생됐다. 아무 것도 처리하지 않은 대조군 쥐는 뼈가 30%만 재생되는 데 그쳤다. 알바로 마타 노팅엄 대학교 생체 의학 공학 및 생체 재료 교수는 "수년 동안 과학자들은 자연 재생 환경을 재현하기 위한 합성적 접근 방식을 연구해 왔지만, 고유한 복잡성으로 인해 어려움을 겪었다"며 "이번 연구에서는 재생 환경을 재현하는 대신 생물학적 시스템과 협력하는 방식을 택했다"고 설명했다. 코시모 리고리오 공학부 박사는 "사람들의 혈액을 고도로 재생 가능한 임플란트로 쉽고 안전하게 바꿀 수 있는 가능성은 매우 흥미롭다"며 "혈액은 사실상 무료이며 환자로부터 비교적 많은 양을 쉽게 얻을 수 있다. 우리의 목표는 환자의 혈액을 풍부하고 접근 가능하며 조정 가능한 재생 임플란트로 빠르고 안전하게 변화하기 위해 임상 환경에서 쉽게 접근하고 사용할 수 있는 도구 키트를 구축하는 것이다"라고 밝혔다. 이 연구는 어드밴스트 머티리얼(Advanced Materials) 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
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[신소재 신기술(130)] AI 기술 접목한 로봇, 비디오만 보고 외과 수술 성공
- 인공지능(AI) 기술을 접목한 로봇 시스템이 비디오 영상을 통해 외과 수술 방법을 훈련하고, 수술을 성공적으로 수행했다. 인간 의사가 수술을 집도하려면 수년간의 집중적인 연구와 꾸준한 노력이 필요하지만, 로봇은 오늘날의 AI 기술을 통해 이를 더 쉽게 습득할 수 있을 것으로 보인다. 미국 존스홉킨스 대학(JHU)과 스탠포드 대학의 연구진이 개발한 로봇 수술 시스템은 수술 과정을 담은 비디오를 통해 훈련하는 것만으로 인간 의사만큼 능숙하게 여러 수술 작업을 수행하도록 훈련된 것이다. 연구 결과는 JHU 공식 홈페이지에 소개됐다. 게시글에 따르면 연구진은 이 연구에서 다빈치 수술 시스템을 활용했다. 이는 일반적으로 해부, 흡입, 혈관 절단 및 봉합과 같은 작업을 위한 기구를 조작하는 팔이 달린 로봇을 외과 의사가 원격으로 조작하는 시스템이다. 이 시스템은 외과의에게 훨씬 더 큰 제어력과 정밀도를 확보하고, 수술대 위의 환자를 자세히 들여다볼 수 있는 기능을 제공한다. 최신 버전의 로봇 수술 시스템 가격은 200만 달러(약 28억원) 이상으로 추정되며, 액세서리, 멸균 장비 또는 훈련 등은 별도다. 연구진은 모방 학습이라고 알려진 머신러닝을 사용하여 다빈치 수술 시스템이 수술 과정과 관련된 세 가지 작업, 즉 바늘 조작, 신체 조직 리프팅, 봉합을 스스로 수행하도록 훈련했다. 이 외과 로봇 시스템은 인간 의사가 할 수 있는 것처럼 수술을 잘 수행했을 뿐만 아니라 스스로 실수를 바로잡는 법도 배웠다. 연구원인 악셀 크리거 JHU 교수는 "예컨대 바늘을 떨어뜨리면 자동으로 집어 올려 수술을 계속한다. 사람이 가르쳐서 한 게 아니다"라고 설명했다. 연구진은 챗GPT와 같은 생성형 AI 챗봇이 구축된 머신러닝 아키텍처와 모방 학습을 결합해 AI 모델을 훈련했다. 일반 챗봇은 텍스트로 작업하도록 설계된 반면, 이 모델은 숫자나 방정식과 같은 수학적 요소로 동작을 설명하는 데 사용되는 언어인 운동학을 통해 수술 시스템의 팔 동작을 지시한다. 모델은 수술 과정 중에 다빈치 로봇의 팔에 부착된 손목 카메라로 녹화된 수백 개의 비디오를 사용해 훈련됐다. 연구진은 이 모델이 수술 로봇의 동작을 지시하는 데 필요한 모든 단계를 수동으로 코딩하는 기존 방법보다 훨씬 더 빠르고 쉽게 모든 유형의 수술 절차를 수행하도록 로봇을 훈련시킬 수 있다고 주장했다. 이는 자동화된 수술을 더 빨리 현실화하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 크리거 교수는 "새로운 모델의 장점은 다양한 절차의 모방 학습만 수집하면 며칠 안에 로봇이 이를 학습하도록 훈련시킬 수 있다는 것"이라며 "이를 통해 의료 실수를 줄이고 더 정확한 수술을 수행하는 동시에 자율성이라는 목표를 가속할 수 있다"고 밝혔다. 이 연구는 최근 몇 년 동안 로봇 지원 수술 분야에서 가장 큰 혁신 중 하나로 꼽힌다. 복잡한 수술에 사용할 수 있는 자동화된 장치가 몇 가지 있는데, 예를 들어 심혈관 수술을 위한 코린더스(Corindus)의 코패스(CorPath) 시스템이 그렇다. 그 기능은 일반적으로 해당 수술의 특정 단계에만 제한된다. 크리거 연구팀은 과거 수술 작업을 자동화하는 다른 접근 방식도 연구했다. 연구진은 2022년, 스마트 조직 자율 로봇(STAR)을 개발했다. 구조적 광(光·빛) 기반 3차원 내시경과 머신러닝 기반 추적 알고리즘의 안내를 받는 로봇은 인간 의사의 개입 없이 돼지 장의 양쪽 끝을 봉합했다. JHU 연구진은 현재 모방 학습 방법으로 로봇이 전체 수술을 수행할 수 있도록 훈련시키는 작업을 진행하고 있다. 로봇이 외과의를 완전히 대체하는 데는 몇 년이 걸릴 수 있지만, 이와 같은 혁신을 통해 환자들은 복잡한 치료를 더 안전하고 쉽게 받을 수 있을 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(130)] AI 기술 접목한 로봇, 비디오만 보고 외과 수술 성공
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아마존, 테무의 아성에 도전! 20달러 쇼핑 서비스로 전자상거래 새 지평 열다
- 아마존이 최근 파격적인 가격 정책을 내세운 새로운 쇼핑 서비스 '아마존 하울(Amazon Haul)'을 선보이며 글로벌 전자상거래 시장의 지각 변동을 예고했다. 이 서비스는 모든 제품 가격을 20달러(약 2만8000원) 이하로 제한하고, 그중 절반 이상을 10달러(약 1만4000원) 이하에 판매하는 것이 특징이다. 현재 아마존 모바일 앱을 통해 베타 테스트 중이며, 패션, 홈, 전자제품 등 다양한 상품군을 만나볼 수 있다. 아마존 하울은 중국의 인기 쇼핑 플랫폼 테무(Temu)와 유사하게 1~2주 정도의 배송 시간을 제시하며, 25달러(약 3만5000원) 이상 구매 시 무료 배송 혜택을 제공한다. 한편, 아마존 주가는 11월 13일(현지시간) 전거래일 대비 2.5% 상승한 214.10달러로 마감하며 사상 최고치를 경신했다. 이는 최근 발표한 3분기 실적 호조와 더불어 시장의 긍정적인 반응이 반영된 결과로 분석된다. [미니 해설] 아마존 vs 테무, 글로벌 전자상거래 시장의 판도는? 아마존 하울의 등장은 글로벌 전자상거래 시장에서 아마존과 테무의 본격적인 경쟁을 의미한다. 테무는 중국 제조업체와 직접 협력을 통해 초저가 상품을 빠르게 공급하며 미국 시장에서 급성장해왔다. 특히 운영사인 판둬둬 홀딩스(PDD)가 본사를 아일랜드로 이전하며 글로벌 시장 진출에 박차를 가하고 있다. 반면, 아마존은 오랫동안 프라임 서비스를 통해 빠른 배송과 프리미엄 상품에 집중해왔다. 하지만 아마존 하울을 통해 초저가 시장에 진출하며 테무의 전략을 적극적으로 벤치마킹 하는 모습이다. 테무의 성공 전략, 아마존은 어떻게 맞설까? 테무의 성공은 크게 두 가지 요인으로 분석된다. 첫째, 중국 제조업체와의 직거래를 통해 유통 단계를 최소화하여 가격 경쟁력을 확보했다. 둘째, 낮은 가격에도 품질에 대한 신뢰를 잃지 않도록 간편한 쇼핑 경험을 제공했다. 아마존의 아마존 하울 역시 배송 기간을 프라임 서비스보다 늘리는 대신 가격을 낮추고 다양한 상품군을 확보하여 소비자 접근성을 높였다. 특히 '모든 제품 20달러 이하'라는 가격 정책은 테무의 핵심 전략과 유사하다. 전자상거래 시장, 승자는 누가 될 것인가? 아마존과 테무의 경쟁은 단순한 가격 경쟁을 넘어 물류, 마케팅, 브랜드 신뢰도 등 다양한 영역에서 펼쳐질 것으로 예상된다. 아마존은 기존의 글로벌 물류 네트워크와 높은 브랜드 인지도를 바탕으로 품질을 강조하며 소비자들을 안심시키려는 전략을 펼치고 있다. 반면 테무는 가격 경쟁력을 앞세운 공격적인 마케팅으로 젊은 소비자층을 사로잡고 있다. 물류 혁신과 비용 절감, 새로운 경쟁의 핵심 아마존은 아마존 하울을 통해 테무의 전략을 차용하면서도 기존 강점을 유지하기 위해 물류 시스템과 비용 구조를 재편할 가능성이 높다. 중국 제조업체와의 직접 협력을 강화하거나 새로운 물류 네트워크를 구축하여 비용 효율성을 높이는 것이 관건이다. 이를 통해 경쟁력 있는 가격을 유지하면서도 수익성을 확보해야 한다. 차별화된 전략으로 승부수를 던져라 테무는 중소 제조업체와의 긴밀한 렵력을 통해 다양한 상품을 확보하고, 젊은층을 겨냥한 마케팅으로 시장을 선점하고 있다. 반면, 아마존은 방대한 고객 기반과 높은 충성도를 자랑하는 프라임 회원을 기반으로 경쟁 우위를 확보하고 있다. 아마존 하울은 아마존이 테무의 성공 요인을 분석하고 이를 바탕으로 새로운 시장을 개척하려는 전략으로 해석된다. 단순히 테무를 모방하는 것이 아니라 아마존만의 강점을 결합하여 차별화된 서비스를 제공하려는 노력이 엿보인다. 앞으로 두 기업의 경쟁은 소비자들에게 더 나은 쇼핑 경험과 혜택을 제공하는 방향으로 이어질 것으로 기대된다.
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아마존, 테무의 아성에 도전! 20달러 쇼핑 서비스로 전자상거래 새 지평 열다
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MIT 기술과 만난 로봇개 '스팟', 진짜 강아지처럼 '가져오기 놀이' 성공
- 로봇개는 인공지능(AI) 및 컴퓨터 비전과의 조합으로 특정 물체에 집중할 수 있게 되면서 '가져오기 놀이'까지 가능한 수준으로 진화하고 있다. 최근 국제전기전자공학자협회(IEEE)의 로보틱스 및 자동화 저널(Robotics and Automation Letters)에 발표된 새로운 연구에 따르면, MIT 연구진은 로봇에 카메라를 부착해 전방 사물을 빠르게 파악하고, 3D로 매핑하며, 음성 명령을 통해 주어진 작업과 가장 관련성이 높은 대상을 식별할 수 있는 클리오(Clio)라는 방법을 개발했다고 라이브사이언스가 전했다. 클리오는 '정보 병목현상' 이론을 활용하는데, 이는 인간의 두뇌가 정보를 처리하는 방식을 모방한 것이다. 기계학습(머신러닝) 알고리즘 모음인 신경망(뉴럴 네트워크)은 목표 대상을 골라 저장하도록 정보를 압축한다. 이 시스템을 갖춘 로봇은 '구급상자 가져오기'와 같은 명령을 처리할 수 있다. 기계학습에 의해 구급상자를 스스로 식별하는 것이다. 연구진은 전방의 책 더미에서 특정한 책을 가져오는 과제를 예로 들었다. 시야에 보이는 쌓여 있는 책 가운데 특정한 녹색 책을 가져오는 것이 임무일 경우, 클리오는 병목현상을 활용해 전방에 대한 모든 시각 정보를 넣고 녹색 책을 나타내는 영역을 특정한다. 관련이 없는 다른 영역은 간단히 제거할 수 있는 그룹으로 세분화된다. 그러면 임무를 지원하는 데 필요한 적절한 객체가 남고, 주어진 명령을 수행한다. 클리오가 실제로 작동하는 것을 시연하기 위해 연구진은 클리오를 장착해 실행하는 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 4족 로봇개 스팟(Spot)을 사용해 사무실 건물을 탐색하고 일련의 임무를 수행했다. 클리오는 실시간으로 작업하면서 임무와 관련된 대상 객체만 보여주는 가상 지도를 만들어 냈고, 이를 통해 로봇개 스팟은 목표를 완수했다. 연구진은 모든 종류의 객체를 식별하도록 훈련된 인공지능 도구, 시스템 및 서비스를 뒷받침하는 가상 신경망인 대규모언어모델(LLM)과 컴퓨터 비전을 결합, 클리오를 통해 이러한 수준의 세분화를 달성했다. 클리오의 획기적인 기능은 할당된 특정 작업과 관련, 실시간으로 보는 것을 세분화할 수 있는 능력이다. 기술의 핵심은 눈으로 보이는 장면을 여러 개의 작은 영역으로 분할할 수 있는 매핑 도구를 클리오에 통합한 것이다. 세분화된 영역에 대해 신경망은 내려진 명령과 유사한 영역을 선택한다. 즉 명령과 유사한 객체를 형성하는 것이다. 연구진은 앞으로 클리오를 더 높은 수준의 작업을 처리할 수 있도록 개선한다는 계획이다. 실종자 수색이나 재해 현장에서의 인명 구조의 경우 '생존자 찾기'나 '전원 다시 켜기'와 같이 더 높은 수준의 작업을 수행해야 한다. 연구진은 인간과 가깝게 복잡한 작업을 수행하는 방법을 찾을 방침이다. 일단 클리오는 사용자가 실제로 물건을 던지고 이를 가져오는 놀이를 할 수 있는 로봇개를 탄생시킬 수 있다. 클리오를 적용함으로써 로봇개가 공원에서 사람과 놀 수 있는 동료가 되는 셈이다.
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MIT 기술과 만난 로봇개 '스팟', 진짜 강아지처럼 '가져오기 놀이' 성공
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EU, 중국 테무 가짜브랜드 방지위한 협정 참가 검토
- 유럽연합(EU)은 중국 전자상거래(EC)업체 테무에 대해 가짜브랜드 방지위한 협정에 협력하는 그룹에 참가를 검토하기로 했다. 로이터통신은 31일(현지시간) 입수한 EU회의 자료 EU가 PDD홀딩스가 운영하는 테무를 가짜 브랜드제품의 온라인 판매방지를 위해 협력하는 그룹에 참가를 검토키로 했다고 보도했다. '인터넷상의 모방품 판매에 관한 각서(MOU)'는 EU 집행위원회가 추진하는 자발적인 협정으로 미국 아마존닷컴, 중국 알리바바, 미국 이베이 뿐만 아니라 독일 스포츠용품업체 아디다스, 미국 스포츠업체 나이키, 프랑스 고급명품업체 에르메스, 이탈리아 몽클레어 등이 가입하고 있다. 테무는 오는 11월 11일 열리는 협정 멤버에 의한 회의에서 '새로운 가입후보'로 프리젠테이션을 실시할 예정이라는 사실이 회의자료를 통해 확인됐다. 테무측은 참가에 관해 협의중이라면서 가짜브랜드 제품에 대한 대응에 공동으로 대응하는 것이 불가피하다고 말했다. 익명의 업계관계자는 테무의 참가가 협정 자체의 신뢰성에 영향을 미치는 것을 우려하고 있다고 지적했다. 한편 EU집행위는 이날 디지털서비스법(DSA)에 근거해 위법한 상품을 유통한 혐의로 테무를 정식으로 조사키로 했다. EU내에서의 테무 이용자는 9월 시점에서 월간 9200만명인 것으로 나타났다. 저가를 무기로 한 글로벌EC인 테무는 저가제품을 면세대상으로 하는 관세시스템을 활용해 값싼 상품을 제공하는 것으로 유럽에서도 인기를 모으고 있다.
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EU, 중국 테무 가짜브랜드 방지위한 협정 참가 검토
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팔 3개 로봇 지휘자, 드레스덴에서 데뷔
- 로봇이 오케스트라를 지휘하는 시대가 더욱 가까워지고 있다. 지난 주말 독일 드레스덴에서 차세대 로봇 지휘자 '마이라 프로 에스(MAiRA Pro S)'가 데뷔 무대를 가졌다고 영국 일간지 가디언이 14일 보도했다. 동독 지역에서 열린 두 번의 공연은 최첨단 로봇 지휘 기술과 21세기 기술을 활용한 음악을 선보이기 위한 것이었다고 이 매체는 전했다. 드레스덴 진포니커(Sinfoniker)의 예술 감독 마르쿠스 린트는 "인간 지휘자를 대체하려는 것이 아니라 인간이 연주하기 불가능한 복잡한 음악을 수행하기 위한 것"이라고 로봇 지휘자를 무대에 올린 이유를 설명했다. 혁신과 정치적 메시지로 유명한 Sinforniker는 창립 25주년을 기념해 '헬러라우 홀'에서 '로봇 심포니'를 개최했다. 콘서트는 인간 지휘자와 로봇 지휘자의 연주로 나뉘어 진행됐다. 후반부에는 3개의 팔을 가진 로봇 MAiRA가 각기 다른 색깔의 짧은 광선검 모양의 지휘봉을 쥐고 박자를 맞추었다. 오케스트라는 3개의 파트로 나뉘어 각각의 지휘봉에 반응하며 교차 리듬을 만들어냈다. 작국가 안드레아스 군들라흐는 16명의 금관악기 연주자와 4명의 타악기 연주자가 서로 다른 박자로 연주하는 '반도체의 걸작'을 작곡했다. 일부는 느리게 시작하여 속도를 높이는 반면 다른 일부는 속도를 늦춘다. 군들라흐는 지역 공영 방송 MDR과의 인터뷰에서 "MAiRA의 기술 덕분에 음악이 '단일 소스에서 나온 것처럼' 부드럽게 들린다"고 말했다. 린트는 20년 전 복잡한 곡을 연습하면서 정교한 로봇이 지휘하는 모습을 꿈꿔왔다. 그는 드레스덴 공과대학교의 CeTI(인간 참여형 촉각 인터넷 센터) 전문가들과 협력하여 이 꿈을 실현했다. CeTI는 로봇과 인간이 경쟁하는 것이 아니라 협력할 수 있다는 원칙에 기반한 혁신을 추구한다. 린트는 MAiRA에게 인간 지휘자를 가르치듯 팔 동작을 40번까지 보여주면서 2년 동안 개발 과정을 거쳤다. MAiRA는 점점 복잡해지는 동작을 통합하고 습득했다. 각 팔에는 7개의 관절이 있어 모든 방향으로 움직이고 뻗을 수 있다. 하지만 지휘봉을 너무 세게 내리치는 경우 안전 메커니즘이 작동해 MAiRA 자신이나 연주자에게 피해를 주지 않도록 설계됐다. 린트는 23년 전 파곳(프랑스식 바순) 연주자로부터 "클라리넷은 3/4박자로 지휘하면서 저는 5/8박자로 연주해야 하는데 어떻게 해야 하나요? 아무도 저를 지휘하지 않아요"라는 질문을 받았고, 당시 "나는 로봇이 아니다"라고 답했던 일화를 MDR에 소개했다. 현지 언론은 토요일인 지난 12일 밤 로봇 지휘자의 세계 초연에 대한 열광적인 반응을 보도했다. 일요일인 13일에는 라이브 스트리밍 콘서트가 이어진다. 한편, MAiRA는 기술적으로 가장 진보된 로봇 지휘자이지만 최초는 아니다. 2008년에는 1.2m 크기의 지휘봉을 든 로봇이 디트로이트 심포니 오케스트라를 지휘하여 '맨 오브 라만차'의 '이룰 수 없는 꿈(The Impossible Dream)'을 연주했다. 9년 후 이탈리아 테너 안드레아 보첼리와 루카 필하모닉 오케스트라는 피사에서 '협업' 듀얼 암 로봇 지휘자 유미와 함께 공연했다. 2023년 7월 한국에서는 안드로이드 로봇이 서울 국립극장에서 지휘대에 올랐다. 당시 인간형 안드로이드 로봇 '에버(eVER)6'는 신장 180cm의 사람 모양으로 눈길을 끌었다. 2006년 한국생산기술연구원에서 탄생한 국내 최초 안드로이드 로봇 '에버'의 여섯번째 버전이다. '에버3'은 2009년 국립국악관현악단 공연에서 소리꾼으로 무대에 오르기도 했다. 단, 에버6는 청음 기능이 없어서 연주자들이 만들어내는 소리를 듣고 즉석에서 음의 강약과 빠르기를 지시하는 인간 지휘자와 달리 단원들과 소통하지 못하고 지취자의 움직임을 모방하는 데 그쳤다.
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- IT/바이오
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팔 3개 로봇 지휘자, 드레스덴에서 데뷔
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[신소재 신기술(117)] 오징어에서 영감 받은 온도 조절 의류
- 기후 변화의 영향으로 계절의 경계가 모호해지면서, 옷차림에 대한 고민이 깊어지고 있다. 특히 간절기에는 일교차가 커서 옷을 선택하기가 쉽지 않다. 10월 초순의 서울만 하더라도 낮에는 섭씨 20도를 웃도는 온화한 날씨지만, 아침저녁으로는 10도 안팎의 쌀쌀함이 감돌아 옷 입기가 난감하다. 즉, 겉옷을 입고 있자니 덥고, 벗자니 춥다. 게다가 개인마다 추위나 더위를 느끼는 정도가 다르기 때문에, 모두를 만족시키는 의류 소재를 찾기란 더욱 어렵다. 일부 스포츠 의류나 기능성 이너웨어 브랜드에서 온도 조절 소재를 사용했다고 홍보하지만, 진정한 의미에서 개인의 열적 필요에 따라 능동적으로 온도를 조절하는 옷은 아직까지 존재하지 않았다. 그러나 최근 자연에서 영감을 얻은 혁신적인 기술이 개발돼 이러한 한계를 극복할 가능성을 제시했다. 미국 연구진이 오징어 피부에 착안해, 착용자의 체온에 따라 온도를 조절하는 혁신적인 의류 신소재를 개발한 것. 이는 단순한 온도 조절 기능을 넘어, 착용자 개개인의 열적 쾌적성을 극대화하는 '스마트 의류' 시대의 도래를 예고한다. 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(UCI) 연구팀은 오징어 피부의 색상 변화 메커니즘을 모방하여 통기성, 세탁성, 유연성을 갖춘 온도 조절 신소재를 개발했다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 어스닷컴과 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 오징어 피부는 여러 층으로 구성되어 있으며, 각 층이 빛을 조작하여 색상과 패턴을 바꾼다. 연구팀은 이러한 원리를 이용하여 적외선 스펙트럼에서 작동하는 복합소재를 만들었다. 사람의 몸에서 열이 방출될 때 적외선 복사 형태로 방출되는 데, 이 신소재는 이러한 적외선 방출을 조절해 온도 조절 기능을 한다. 연구 저자인 알론 고로데츠키는 "오징어 피부는 빛을 조작하고 동물의 전체적인 색상과 무늬를 변화시키기 위해 함께 작동하는 여러 층으로 구성된 복잡한 구조"라고 설명했다. 그는 "일부 층에는 발색단이라는 기관이 있는데, 이 기관은(근육의 작용에 따라) 확장된 상태와 수축된 상태를 전환하여 피부가 가시광선을 투과하고 반사하는 방식을 변화시킨다"고 부연했다. 이 복합 소재는 폴리머로 코팅된 구리 섬(copper islands)으로 구성되어 있다. 이 소재는 열카메라가 작동하는 방식처럼 적외선 스펙트럼을 기반으로 작동한다. 소재를 늘리면 구리 섬들이 분리되면서 적외선 투과 및 반사율이 변화한다. 이를 통해 의류의 온도를 미세하게 조절할 수 있다. 이전 연구에서 연구팀은 복합 소재의 적외선 특성을 모델링했으며, 이번 연구에서는 세탁성, 통기성, 직물 통합성을 향상시켰다. 얇은 필름을 추가하여 세탁 내구성을 높였고, 구멍을 뚫어 면직물과 비슷한 통기성을 확보했다. 또한 메쉬 소재에 부착해 직물에 쉽게 통합될 수 있도록 했다. 연구팀은 "이 소재는 스키 재킷, 양말, 장갑, 모자 등 추운 날씨 의류에 적합할 것"이라며 "세탁 가능한 유기 전자 장치, 신축성 있는 전자 섬유, 에너지 수확 마찰 전기 소재 등 다양한 웨어러블 기술에도 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다. 이번 연구 결과는 APL 바이오엔지니어링 저널에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(117)] 오징어에서 영감 받은 온도 조절 의류
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[신소재 신기술(114)] 상어 장 모방한 3D 프린팅 파이프, 역류 없는 액체 흐름 구현
- 미국 과학자들이 상어의 소화기관에서 영감을 얻어 한 방향으로만 흐르는 파이프를 3D 프린팅 기술로 제작했다. 워싱턴대학교(UW) 연구팀은 상어의 나선형 장 구조를 모방해 3D 프린팅 기술로 '한 방향 흐름 파이프'를 개발했다고 과학 전문매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 파이프는 액체가 역류하지 않고 한 방향으로만 흐르도록 설계되어, 상어의 소화기관처럼 효율적인 물질 이동을 가능하게 한다. 인간의 장은 속이 빈 튜브에 불과하지만 상어의 장은 아래쪽 부분에 나선형 판막이라는 것이 있다. 이 나선형 판막은 비교적 짧고 굵은 장의 일부로, 내부에 일종의 코르크 마개와 같은 나선형 구조가 있다. 이 구조는 음식물의 이동 속도를 늦추고 표면적을 넓혀 영양분 흡수 효율을 높이는 역할을 한다. 또한 나선형 장의 구조는 음식물의 역류를 방지하는 데도 도움이 된다. 연구팀은 다양한 형태의 나선형 구조를 가진 파이프를 제작하고 실험을 통해 최적의 구조를 찾아냈다. 그 결과 개발된 파이프는 기존의 무빙 파트가 없는 한 방향 흐름 장치인 태슬라 밸브보다 뛰어난 성능을 보였다. 테슬라 밸브(Tesla Valve)는 니콜라 테슬라가 1920년에 발명한 특수한 형태의 유체 흐름 제어 장치다. 움직이는 부품 없이 유체의 흐름을 제어하는 것이 특징이다. 여러 개의 물방울 모양 루프가 파이프 내부에 배열되어 유체가 순 방향으로 흘르 때는 루프를 따라 부드럽게 통ㅎ과하지만, 약방향으로 흐르려고 하면 루프에 의해 와류가 발생하고 흐름이 저항을 받아 통과가 어려워진다. 특히 부드러운 소재로 제작된 이 파이프는 테슬라 밸브보다 최소 7배 이상 효율적인 흐름을 보였다. 그러나 연구팀은 파이프가 상어의 장 조직보다 100배나 더 단단해 앞으로 개선의 여지가 있다고 밝혔다. 이번 연구는 부드럽고 강하며 프린팅 가능한 폴리머 개발에 대한 화학자들의 동기를 더욱 강화할 것으로 기대된다. 이러한 폴리머는 공학, 의학 등 다양한 분야에서 유체 흐름 제어에 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 이번 연구 결과는 미국 국립학회보(PNAS)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(114)] 상어 장 모방한 3D 프린팅 파이프, 역류 없는 액체 흐름 구현
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[퓨처 Eyes(52)] 인간 게놈, '5D 메모리 크리스탈'에 담겨 수십억 년 보존
- 영국 과학자들이 인간 게놈(유전자) 전체를 '5D 메모리 크리스털'에 저장하는 데 성공했다고 CNN과 파퓰러 사이언스, 라이브사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 미래에 인류 멸종 위기 극복에 기여할 수 있을 뿐만 아니라 멸종 위기 동식물 종 보존에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 사우스햄튼 대학교 연구팀은 열과 화학적으로 가장 안정적인 물질 중 하나인 거의 순수한 실리카로 만든 유리인 용융 석영의 특성을 모방한 합성 소재를 개발해 5D 메모리 크리스털을 만들었다. 이 특수 크리스털은 수십억 년 동안 최대 360테라바이트[Terabyte, 컴퓨터 데이터 저장 용량을 나타내는 단위 중 하나로, 1테라바이트(TB)=1000기가바이트(GB) 또는 약 1조 바이트에 해당]의 정보를 저장할 수 있다. 연구팀이 개발한 동전 크기의 이 메모리 크리스털은 현재 독일 할슈타트에 있는 버려진 소금 광산 깊숙한 곳에 있는 '인류 기억 기록 보관소'에 보관될 예정이다. 이 팀이 개발한 크리스털은 2014년에는 '가장 내구성 있는 디지털 저장 장치'로 기네스 세계 기록에 등재되기도 했다. 섭씨 1천도·우주 방사선 등 극한의 조건 견뎌 사우스햄튼 대학 측은 지난 19일 보도자료를 통해 5D 메모리 크리스털은 섭씨 1000도의 고온, 1제곱센티미터당 10톤(아프리카 코끼리 두 마리의 무게에 해당)의 압력이라는 극한의 환경 조건에서도 견딜 수 있다고 밝혔다. 또한 우주 방사선에 장기간 노출되어도 견딜 수 있어 우주를 통한 긴 여행에도 살아남을 수 있다. 또한 이 크리스털은 영구 보존이 가능하다. 현재 138억 년(우주의 나이와 비슷한 시간) 동안 데이터 유지가 가능한 것으로 알려졌다. 현재 우리가 살고 있는 지구는 50억년 후 태양이 파괴되면 사라질 것으로 추정된다. 단순 계산으로 이 메모리 크리스털은 지구가 파괴된 후에도 데이터 유지가 가능하다. 사우스햄튼 대학교 광전자공학 피터 카잔스키 교수가 주도한 연구팀은 크리스털 결정 내에 정보를 저장하기 위해 초고속 레이저를 사용해 5차원 매트릭스 내에 쌓인 수백만개의 20나노미터(0.0000008인치, 1나노 미터는 10억분의 1미터) 폭의 노드에 데이터를 새겨 넣었다. 정보는 나노 구조의 5가지 차원(높이, 길이, 너비, 방향, 위치)으로 변환되어 저장되므로 '5D'라고 불린다. 팀은 "두 개의 광학 차원과 세 개의 공간 좌표가 포함돼 있다"고 밝혔다. 유기체 복원 가능 게놈 영구 저장 5D 메모리 크리스털은 기존 3D 광학 저장 기술에 '복굴절' 현상을 추가하여 개발됐다. 복굴절은 빛이 매질을 통과할 때 편광 방향에 따라 굴절률이 달라지는 현상이다. 이를 이용해 각각의 미세한 데이터 저장 공간에 1비트가 아닌 8비트(1바이트)의 데이터를 저장할 수 있게 됐다. 카잔스키 교수는 "5D 메모리 크리스털은 미래에 과학 기술이 허락한다면 식물과 동물 등 복잡한 유기체를 복원할 수 있는 게놈 정보의 영구 저장소를 구축할 가능성을 열어준다"고 설명했다. 팀은 DNA의 뉴클레오타이드 또는 염기를 나타내는 네 글자, 즉 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G) 티민(T)을 사용해 전체 인간 게놈을 설명했다. 국립인간게놈 연구소에 따르면 전체 게놈은 약 30억 글자 길이이다. 또한 연구팀은 먼 미래에 정보를 해독할 존재를 고려하여 시각적 키를 메모리 크리스털에 포함시켰다. 팀은 먼 미래에 누가, 또는 무엇이 정보를 검색할지 고려했다. 그것은 지능(종 또는 기계)일 수도 있고, 너무 먼 미래에 발견되어 참조 프레임이 존재하지 않을 수도 있기 때문이다. 카잔스키는 "크리스탈에 새겨진 시각적 열쇠는 발견자에게 내부에 어떤 데이터가 저장되어 있고 어떻게 사용할 수 있는지에 대한 지식을 제공한다"고 말했다. 현재 과학 기술로는 단일 게놈만으로 종을 부활시키는 것은 불가능하다. 그러나 연구팀은 인간에서 진화했거나 외계에서 온 진보된 문명이 이를 달성하는 데 필요한 지식과 기술을 보유하고 있을 것으로 예상하고 있다. 이번에 사우스햄튼 대학교 연구팀이 개발한 메모리 크리스탈은 5D 메모리 크리스탈의 잠재력을 보여주는 중요한 이정표다. 현재 실험 단계에 있는 이 메모리 크리스탈은 상용화를 위해서는 추가적인 연구 개발이 필요하다. 상용화될 경우, 우리가 데이터를 저장하고 활용하는 방식을 근본적으로 바꿀 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 외부 전문가들은 이 연구에 대해 "매우 인상적"이라면서도 미래에 데이터를 읽는 방법에 대한 의문을 제기했다. 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 토마스 헤이니스는 CNN에 "수백 년 후에도 데이터를 읽을 수 있는 장치를 만들 수 있을지, 그 장치가 여전히 작동할지 의문"이라고 지적했다. 이 기술은 2016년 세계인권선언, 대헌장, 킹 제임스 성경과 같은 중요 문서 저장에 사용된 바 있다. 지구의 멸종 위기 종, 달에 보관 지구 종말에 대비해 인류의 유산을 남기려는 과학자들의 노력은 이어지고 있다. 올해 초 과학자들은 지구의 멸종 위기 종을 달에 보관하여 보호하는 계획을 발표하기도 했다. 이는 지구에 대재앙이 발생할 경우를 대비한 것이다. 스미소니언 국립 동물원 및 보존 생물학 연구소의 메리 하게돈 연구팀은 지구상 생물종의 멸종에 대비해 달에 멸종 위기 생물 샘플 저장소를 만드는 것이 가능한가를 탐구했다. 새로운 개념의 냉동 세포 저장소는 궁극적으로 섬유질 세포로 동물 피부 샘플을 냉동 보존해 섬유아세포라고 하는 세계의 멸종 위기종의 다른 조직이나 기관을 연결하는 것이다. 달 생물 저장소는 '냉동 보존'을 통해 가능하다는 주장이다. 달의 극지방에는 20억 년 이상 햇빛이 비치지 않는 분화구 바닥과 같은 영구적으로 그늘진 지역이 있다. 이 지역의 온도는 대개 섭씨 영하 196도 이하로 유지된다. 연구팀은 달의 이러한 낮은 온도를 활용해 장기 냉동보존 저장 시설을 건설하고 샘플을 수동 냉각할 것을 제안했다. 물론 이를 실현하는 데는 앞으로도 수십 년이 걸릴 것으로 예상된다. 이처럼 과학자들은 현재에도 일어나고 있는 멸종 위기 동식물 보존을 위해 다각적인 노력을 기울이고 있다. 또한 DNA 타임 캡슐 역할을 할 것으로 보이는 5D 메모리 크리스털은 인류의 지식과 생물 다양성을 보존하며, 먼 미래 세대에게까지 그 유산을 전달할 수 있는 혁신적인 기술로 기대된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(52)] 인간 게놈, '5D 메모리 크리스탈'에 담겨 수십억 년 보존
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화성 '거미' 지형, NASA 실험실서 최초 재현 성공
- 미 항공우주국(나사·NASA) 과학자들이 실험실에서 화성의 거미 지형 재현에 성공했다고 나사가 지난 11일(현지시간) 홈페이지를 통해 밝혔다. 2003년 궤도선 이미지를 통해 발견된 이후, 화성 남반구에 펼쳐진 거미 모양의 지형은 그동안 과학자들의 호기심을 자극해 왔다. 각각의 가지 형태는 길이가 1km 이상 뻗어 있으며 수백 개의 가느다란 '다리'를 포함하고 있다. '아라네이폼 지형'이라고 불리는 이 지형은 종종 군집을 이루어 표면에 주름진 모습을 띠고 있다. 지금까지는 지구에는 자연적으로 존재하지 않는 이산화탄소 얼음과 관련된 과정을 통해 이 '거미' 지형이 생성된다는 이론이 지배적이었다. 하지만 최근 '행성과학저널(The Planetary Science Journal)'에 발표된 논문에 따르면, 과학자들은 화성의 온도와 기압을 모방한 환경에서 처음으로 이러한 형성 과정을 재현하는 데 성공했다. NASA 제트추진연구소(JPL)의 로렌 맥키온은 "이 거미들은 그 자체로도 기이하고 아름다운 지질적 특징"이라며 "이번 실험은 거미 지형이 어떻게 형성되는 지에 대한 모델을 개선하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다. 이번 연구는 '키퍼 모델(Kieffer model)'에서 설명하는 몇 가지 형성 과정을 확인했다. 키퍼 모델은 화성의 남반구에서 발견되는 독특한 거미 모양 지형 즉 '아라네이폼' 지형의 형성 과정을 설명하는 이론이다. 이 모델은 햇빛, 이산화탄소 얼음, 그리고 토양 사이의 상호 작용을 통해 이러한 지형이 만들어진다고 설명한다. 화성의 거미 지형이 만들어지는 원리는 다음과 같다. 먼저 겨울마다 화성 표면에 쌓이는 투명한 이산화탄소 얼음층을 통해 햇빛이 토양을 가열한다. 토양은 위의 얼음보다 어둡기 때문에 열을 흡수하고, 그 결과 가장 가까운 얼음이 액체 상태를 거치지 않고 바로 가스로 변하는 '승화' 과정이 발생한다. 드라이아이스가 액체가 아닌 기체 상태로 바로 변하는 것이 승화다. 다음으로 가스 압력이 증가하면 화성의 얼음에 균열이 생기고 가스가 빠져나갈 수 있게 된다. 가스가 위로 스며 나오면서 토양에서 나온 어두운 먼지와 모래를 함께 끌고 올라가 얼음 표면에 쌓이면서 거미 다리와 같은 모양이 생성된다. 즉, 키퍼 모델 이론에 따르면 겨울이 봄으로 바뀌고 남은 얼음이 승화하면 가스 분출로 인해 거미 모양 지형이 남게 된다. 실험실에서 화성 재현 연구팀에게 가장 아려운 부분은 화성 극지 표면의 조건, 즉 극도로 낮은 기압과 영하 185도에 이르는 낮은 온도를 재현하는 것이었다. 이를 위해 맥키온은 JPL의 액체 질소 냉각 테스트 챔버인 DUSTIE((Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments)를 사용했다. 맥키온은 "DUSTIE를 좋아한다. 역사적인 장비다"라며 와인통 크기의 이 챔버가 NASA의 화성 탐사선 피닉스 착륙용으로 설계된 긁는 도구 프로토타입을 테스트하는 데 사용되었다고 밝혔다. 이 도구는 탐사선이 화성 북극 근처에서 물로된 얼음을 깨고 물을 퍼올려 분석하는 데 사용됐다. 이번 실험에서 연구원들은 액체 질소 욕조에 담긴 용기에 화성 토양 시뮬레이션 물질을 넣고 냉각했다. 그런 다음 이를 DUSTIE 챔버에 넣고 화성 남반구와 유사한 기압으로 낮췄다. 이후 이산화탄소 가스를 챔버에 주입하고 3~%시간 동안 기체에서 얼음으로 응축시켰다. 맥키온은 실험에 적합할 만큼 충분히 두껍고 투명한 얼음을 얻기 위해 여러번 시도해야 했다. 화성 남반구와 적절한 특성을 가진 얼음을 얻은 후에는 챔버 내부 시뮬레이션 물질 아래에 히터를 놓고 가열해 얼음 균열을 일으켰다. 맥키온은 마침내 분말 시뮬레이션 물질 내부에서 이산화탄소 가스 기둥이 분출되는 것을 보고 기뻐했다. 그는 "금요일 늦은 저녁이었는데, 실험실 관리자가 제 비명 소리를 듣고 뛰어왔다"며 5년 동안 이런 기둥을 만들기 위해 노력해왔다고 말했다. 어두운 기둥은 시뮬레이션 물질에서 구멍을 뚫고 뿜어져 나왔고, 모든 압축 가스가 배출될 때까지 10분 동안 시뮬레이션 물질을 분출했다. 실험 결과, 키퍼 모델에는 반영되지 않은 놀라운 사실이 발견됐다. 시뮬레이션 물질 알갱이 사이에 얼음이 형성된 후 균열이 생긴 것이다. 이러한 과정은 왜 '거미 지형'이 더 갈라진 모습을 갖는 지 설명했다. 갈라짐 현상 발생 여부는 토양 알갱이의 크기와 지하에 얼음이 얼마나 묻혀 있는지에 따라 달라지는 것으로 보인다. JPL의 세리나 디니에가는 "이것은 자연이 교과서 이미지보다 조금 더 복잡하다는 것을 보여주는 세부 사항 중 하나"라고 말했다. 향후 거미 지형 기둥 테스트 계획 기둥 형성 조건을 찾은 연구팀은 다음 단계로 아래의 히터 대신 위에서 인공 태양을 비추는 실험을 시도할 계획이다. 이를 통해 연구팀은 기둥과 토양 분출이 발생할 수 있는 조건의 범위를 좁힐 수 있을 것으로 보인다. 그럼에도 실험실에서는 답할 수 없는 거미 지형에 대한 많은 질문이 남아 있다. △왜 화성의 특정 지역에서만 거미 지형이 형성되었을까? △계절 변화의 결과로 나타나는 것으로 보이는 거미 지형은 왜 시간이 지나도 그 수나 크기가 증가하지 않는 것일까? 등이다. 거미 지형은 화성의 기후가 달랐던 먼 과거에 형성되었을 가능성도 있으며, 화성의 과거를 들여다 볼 수 있는 독특한 창을 제공할 수도 있다. 과학자들은 당분간 실험실 실험을 통해서만 화성의 거미 지형에 가까이 다가갈 수 있을 것으로 보인다. 화성 탐사선 큐리오시티와 퍼시비어런스 로버는 화성 남반구에서 멀리 떨어진 곳을 탐사하고 있다. 이 지역에는 아직 어떤 우주선도 착륙한 적이 없다. 2007년 8월 발사돼 2008년 5월 25일 화성 북반구에 착륙한 피닉스 우주선은 극심한 추위와 제한된 햇빛으로 같은해 11월 10일 임무가 종료됐다. 피닉스 탐사선은 물과 생명체를 탐사하는 두 가지 목표를 가졌지만 화성의 극한의 기온을 견디지 못했다.
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화성 '거미' 지형, NASA 실험실서 최초 재현 성공
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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공
- 유럽우주국(ESA)이 국제우주정거장(ISS)에서 금속 3D 프린터로 부품을 제작하는 데 성공했다. 이는 우주 공간에서 금속 3D 프린팅 기술을 활용한 최초의 사례로, 미래 우주 탐사에 새로운 가능성을 제시했다. ESA는 에어버스와 협력하여 개발한 '금속 3D 프린팅 기술 시연기'를 올해 초 ISS에 발사했다. ESA 우주비행사 안드레아스 모겐센은 이 장비를 ESA 콜럼버스 모듈에 설치했고, 지난 8월, 마침내 우주에서 최초의 3D 금속 형상을 성공적으로 인쇄했다. 미국과 러시아, 유럽연합(EU) 등이 참여한 닥구적 우주 정거장인 국제우주정거장은 1998년 건설이 시작됐으며, 지구 상공에서 400km 떨어진 저궤도를 돌고 있다. 이번 성공은 기존 ISS에서 플라스틱 3D 프린터만 사용되었던 것과 비교하면 획기적인 발전이다. 3D 금속 프린팅 기술은 무중력 상태에서도 필요한 부품을 즉시 제작하고 장비를 수리할 수 있게 해, 장기 우주 탐사 임무의 자율성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 일반적으로 3D 금속 프린터는 금속 합금 분말을 바닥에 깔고 전자빔이나 레이저로 디지털 파일에 기반한 패턴을 소결하는 방식으로 작동한다. 무중력 상태에서 금속을 녹이는 것도 문제지만, 금속 가루를 다루는 것은 위험할 뿐만 아니라 완전히 비현실적이다. 에어버스와 영국 크랜필드 대학이 개발한 금속 3D 프린터는 플라스틱 프린터를 모방해 이 문제를 해결했다. 스테인리스 스틸 와이어를 워크헤드에 공급하고 레이저로 그 자리에서 녹인 다음, 녹은 강철이 즉시 냉각되고, 굳어지도록했다. 안전성을 높이기 위해 전체 작업은 밀폐된 금속 상자에서 원격으로 수행됐ESA에 따르면 이 프린터는 지난 8월 4개의 테스트 형상 중 첫번째 형상을 완성했다. 이에 대해 과학 전문 매체 뉴아틀라스는 "외관상으로는 크게 칭찬할 수준은 아니었다"며 "사실 다소 투박하지만 이 프린터는 승무원이 예비 부품이나 득수 장비를 직접 제작할 수 있도록 함으로써 미래의 임무가 지구로부터 더 독립적으로 수행되는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여주는 기술 시연기"라고 전했다. 이번에 제작된 금속 부품은 품질 분석을 위해 다른 3가지 샘플과 함께 지구로 반환될 예정이다. 샘플 중 2개는 네덜란드에 있는 ESA의 기술 심장부(ESTEC)로, 다른 1개는 쾰른에 있는 우주비행사 훈련 센터(EAC)로 보내져 LUNA 시설에 사용되고, 나머지 1개는 덴마크 공과대학교(DTU) 등으로 보내져 추가 연구에 활용될 계획이다. ESA의 인간 및 로봇 탐사 책임자인 다니엘 노이엔슈반더는 "우주에서 최초의 금속 3D 형상을 프린팅한 것은 우주 탐사에 있어 중요한 이정표"라며, "국제적이고 다양한 분야의 팀이 이루어낸 이 성과는 장거리 및 장기 임무에서 필요한 부품을 현장에서 제작할 수 있는 가능성을 열었다"고 평가했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공
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중국, 미국의 대중 견제에도 AI 최강국 눈앞
- 미국이 그동안 인공지능(AI) 분야에서 중국의 발전을 저지하기 위해 국가안보를 명분으로 수출 규제를 강화했지만, 중국이 조만간 미국을 넘어 세계 최고의 AI 강국으로 부상할 수 있다는 예상치 못한 전망이 제기되었다. 미국의 경제 및 혁신 정책 연구 기관인 정보혁신재단(ITIF)은 지난 26일(현지시간) 발표한 보고서에서 "중국이 AI에 대한 지속적인 노력과 전략적인 투자를 통해 미국을 따라잡거나 뛰어넘는 것은 시간 문제일 뿐"이라고 예측했다. 보고서는 "수출 규제를 통해 중국의 첨단 기술 접근을 차단하려는 미국의 광범위한 시도는 효과를 거두지 못했다"면서 "이러한 조치들은 오히려 부정적인 결과를 초래하여 중국이 자체 기술 생태계를 구축하도록 유도했다"고 분석했다. 더불어, 미국의 AI 관련 논문이 더 많은 인용과 민간 부문의 참여로 더 큰 파급력을 지니고 있지만, AI 연구 논문 수는 중국이 가장 많고 경쟁력이 높다고 평가했다. 예를 들어, 2023년 기준 AI 연구 논문 발표 건수에서는 중국 정부 소속 연구 기관인 중국과학원과 칭화대가 스탠퍼드대와 구글의 모회사 알파벳을 제치고 각각 1위와 2위를 차지했다. 논문 인용 순위에서는 알파벳과 버클리대가 1위와 2위를 기록했고, 중국과학원은 9위에 머물렀다. 서울대는 7위에 올랐다. AI 특허 보유 건수에서도 중국은 미국을 크게 앞질렀다. 2010년부터 2022년까지 중국은 총 11만 5천 개의 특허를 출원하여 이 중 3만 5천여 개의 특허를 획득했다. 반면 미국은 2만 7천여 개의 특허를 출원하여 1만 2천여 개의 특허를 보유했다. 중국이 미국의 약 3배 수준이었다. 2023년 생성형 AI 관련 특허 보유 순위에서도 중국의 IT 기업인 텐센트가 2천 개 이상의 특허를 보유하는 등 중국 기업과 연구 기관이 1위부터 4위까지를 석권했다. 중국 기업과 연구 기관은 특허 보유 상위 20위 중 13곳을 차지했다. 반면, 미국은 IBM과 알파벳이 각각 500개 정도의 특허를 보유하며 5위와 8위에 머무는 등 상위 20곳 중 단 4곳만 포함되었다. 삼성전자는 알파벳보다 한 단계 높은 7위를 기록했다. 보고서는 특히 칭화대를 중국의 주요 AI 스타트업의 산실로 지목했으며, 투자자들로부터 수십억 달러를 유치하여 연구에 몰두하는, 이른바 중국의 'AI 4대 강자'로 지푸AI, 문샷AI, 미니맥스, 바이촨 등의 AI 스타트업을 주목했다. 또한, 알리바바의 큐원(Qwen) 1.5와 지푸AI의 챗GLM3 등의 AI 모델이 성능 면에서 미국의 일부 모델을 뛰어넘는 등 중국의 거대언어모델(LLM) 생태계가 빠르게 성장하고 있다고 강조했다. 뿐만 아니라, "중국은 미국에 비해 민간 AI 투자가 부족하지만, 사우디아라비아 아람코 등 해외 투자가 증가하고 있다"면서 "정부 주도의 자금 및 재정 지원 또한 민간 투자가 부족한 유망 스타트업을 지원하는 데 효과적인 것으로 나타나고 있다"고 역설했다. 보고서를 작성한 호단 오마르 수석 정책 분석관은 "중국이 단순히 기술을 모방한다는 주장은 틀렸으며 시대착오적인 생각"이라며 "이제 중국은 미국에 버금가는 AI 혁신 생태계를 구축하여 세계적인 경쟁 국가들을 뛰어넘는 최첨단 모델을 개발하고 있다"고 말했다. 그는 "이러한 추세가 지속된다면 미국은 오히려 중국을 따라잡는 입장이 될 수도 있다"며 "AI 연구 및 개발에 대한 민간 투자를 활성화하고, 연방 정부의 자금 지원 절차를 간소화하며, 포괄적인 국가 AI 전략을 수립해야 한다"고 제안했다.
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- IT/바이오
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중국, 미국의 대중 견제에도 AI 최강국 눈앞
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[신소재 신기술(101)] 버섯 곰팡이 전기 자극으로 바이오하이브리드 로봇 제어
- 코넬 대학교 연구진이 곰팡이 균사체를 배양해 여기서 나오는 전기 신호를 활용, 일반 로봇보다 환경에 더 잘 반응하는 '바이오 하이브리드' 로봇 제어 방법을 새로 발견했다고 테크익스플로러가 전했다. 로봇 제조에 시간과 기술, 재료 정도가 필요했다면, 이제는 곰팡이까지 더해질 수 있게 됐다. 로봇 제어 기술 개발은 코넬 대학교 롭 셰퍼드 교수가 이끄는 유기로봇연구실의 아난드 미슈라 박사팀이 주도했으며, 「곰팡이 균사의 전기 생리학적 측정을 통해 매개되는 로봇의 감각 운동 제어」라는 제목의 논문은 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 발표했다. 셰퍼드 교수는 "이 연구는 곰팡이가 내는 생체 전기를 사용해 로봇에 환경 감지 및 명령 신호를 제공, 자율성 수준을 향상시키는 첫 번째 성과"라며 "로봇의 전자 장치에 균사체를 배양함으로써, 바이오 하이브리드 로봇이 환경을 감지하고 이에 대응할 수 있도록 할 수 있었다. 이번에는 입력원으로 빛을 사용했지만, 미래에는 화학 물질이 될 것이다. 개발할 미래 로봇은 작물에서 토양의 화학적 성질을 감지하고 비료를 뿌릴 시기를 결정할 수 있을 것"이라고 말했다. 엔지니어들은 로봇을 설계하면서 동물계에서 많은 단서를 얻었다. 동물이 움직이는 방식을 모방하고, 환경을 감지하고, 심지어 땀을 통해 내부 온도를 조절하는 기계를 만들었다. 일부 로봇은 근육 조직 세포와 같은 살아있는 조직을 통합했지만, 이러한 복잡한 생물학적 로봇 시스템은 기능적으로 유지하기 어렵다. 로봇의 성능과 기능을 살리는 작업은 쉽지 않다. 균사체는 버섯의 지하 식물체이며, 여러 가지 장점이 있다. 혹독한 환경에서도 자랄 수 있다. 또 화학적 및 생물학적 신호를 감지하고 여러 입력에 반응할 수 있다. 미슈라 박사는 "기존의 수동 센서는 한 가지 목적으로만 사용되지만 살아있는 시스템은 촉각에 반응하고, 빛에 반응하고, 열에 반응하고, 신호와 같은 알려지지 않은 것에도 반응한다"면서 "미래 로봇 제작은 예상치 못한 환경에서 어떻게 작동할 수 있을까에 초점이 맞추어질 것이다. 우리 연구팀이 찾아낸 ‘살아있는 시스템’을 활용하면 알려지지 않은 입력이 들어와도 로봇이 그에 반응할 것"이라고 밝혔다. 그러나 버섯과 로봇의 통합에는 기술에 대한 지식 이상이 필요하다. 기계나 전자공학뿐 아니라 균류학, 신경 생물학, 신호 처리에 대한 배경 지식 등도 요구된다. 이 모든 분야가 모여야 시스템을 구축할 수 있다. 그래서 연구팀은 신경 생물학 및 행동 분야(브루스 존슨 연구원)의 자문을 구해 균사체 막의 뉴런과 같은 이온 채널로 전달되는 전기 신호를 기록하는 방법을 배웠다. 농업 및 생명 과학 대학의 통합 식물 과학부(캐시 호지 박사)는 균류에 전극을 붙일 때 우려되는 오염을 방지하기 위해 깨끗한 균사체 배양 방법을 전달했다. 미슈라가 개발한 시스템은 △ 진동과 전자기 간섭을 차단하고 균사체의 전기 생리학적 활동을 실시간으로 정확하게 기록하고 처리하는 전기 인터페이스 △ 일종의 신경 회로인 중앙 패턴 생성기에서 영감을 받은 컨트롤러로 구성되어 있다. 기본적으로 이 시스템은 원시 전기 신호를 읽고, 이를 처리하고, 균사체의 리드미컬한 스파이크를 식별한 다음, 해당 정보를 디지털 제어 신호로 변환해 로봇의 액추에이터로 전송한다. 이를 바탕으로 연구팀은 거미 모양의 소프트 로봇과 바퀴 달린 로봇 등 두 가지 바이오 하이브리드 로봇을 제작했다. 개발된 로봇은 세 가지 실험을 완료했다. 첫 번째 실험에서 로봇은 균사체 신호에서 자연스럽고 연속적으로 급증하는 스파이크에 대한 응답으로 걷고 구르는 동작을 시연했다. 그런 다음 연구팀은 자외선으로 로봇을 자극하여 보행 패턴을 변화시켜 균사체가 환경에 반응하는 능력을 입증했다. 세 번째로 연구팀은 균사체의 원래 신호를 완전히 무시할 수 있었다. 이는 로봇 공학과 균류학 분야를 훨씬 넘어섬을 의미한다고 연구팀은 전했다. 신호를 받아들이면 무슨 일이 일어나고 있는지도 이해할 수 있다는 점에서, 이는 로봇을 제어하는 것만이 아니라 생명체와 진정한 연결을 만드는 것이라는 지적이다. 사람이 시각화할 수 없는 신호를 로봇은 시각화하고 있다는 것이다. 한편, 이 연구에는 이탈리아 피렌체 대학교의 김재석 연구원도 참여했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(101)] 버섯 곰팡이 전기 자극으로 바이오하이브리드 로봇 제어
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일라이 릴리 비만치료제, 당뇨병 발병 위험 최대 94% 감소
- 일라이 릴리는 20일(현지시간) 자사의 체중감량약물이 성인의 2형 당뇨병 발병 위험을 94%까지 감소시키는 것으로 나타났다고 밝혔다. CNBC와 로이터통신 등 외신들에 따르면 일라이 릴리는 이날 발표한 3년간의 장기 임상시험연구 결과에서 인기있는 비만치료제의 활성성분인 티르제파티드에 대한 후기임상시험결과 이같이 나타났다고 밝혔다. 티르제파티드를 당뇨병 전단계인 비만 또는 과체중 성인에게 3년에 걸쳐 투여한 결과 위약과 비교해 2형 당뇨병 발병 위험이 94% 줄었다는 것이다. 또 이 약물을 주간 단위로 복용한 성인은 176주후에 평균 22.9% 체중 감소를 보인 반면 위약을 투여받은 집단은 2.1% 체중이 줄었다. 임상시험 결과 일라이 릴리의 치료법은 당뇨병 전단계 환자(혈당 수치가 정상 수준보다 높지만 2형 당뇨병으로 분류되기에는 너무 낮은 환자)가 당뇨로 진단받는 것을 의미있게 늦추는 것으로 확인됐다. 새로운 임상결과는 GLP-1이라는 비만 및 당뇨병 약물을 장기적으로 복용하는 것이 건강에 도움이 된다는 것을 보여준다. GLP-1은 장에서 생성되는 호르몬을 모방하여 식욕을 억제하고 혈당을 조절한다. 이 시험중 티르제파티드의 부작용은 이전 연구와 일치했다. 가장 흔한 부작용은 설사, 메스꺼움, 변비 및 구토와 같은 위장관 부작용이며 일반적으로 경미하거나 중간 정도의 심각성을 보였다. 미국 정부의 데이터에 따르면 미국인 3명 중 1명 이상이 당뇨병 전단계에 있으며 과체중이나 비만인 경우 당뇨병 전단계로 들어설 위험성이 더 높다. 이 회사의 비만치료제인 젭바운드와 당뇨병치료제 마운자로, 경쟁사인 노보 노르디스크의 주사제인 오젬픽과 위고비는 최근 전세계적으로 수요가 크게 늘고 있다. 일라이 릴리 주가는 20일 뉴욕증시에서 전날보다 3% 이상 상승했다.
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일라이 릴리 비만치료제, 당뇨병 발병 위험 최대 94% 감소
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생체모방 로봇 물고기 '이브', DNA 수집으로 해양 연구 새 지평
- 스위스 취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)의 공학과 학생들이 세계 해양 연구 방식을 바꿀 수 있는 최첨단 로봇 시제품을 개발해 주목된다고 CNN 등 외신이 밝혔다. 로봇 물고기 형태의 자율주행 수중탐사기(AUV: Autonomous Underwater Vehicle)를 개발한 것. 개발된 로봇 물고기 '이브(Eve)'는 몸체 내부에 펌프를 장착해 동력을 생성하고 이를 실리콘 꼬리로 전달, 꼬리를 좌우로 흔들며 이동한다. 취리히 호수에서의 실험 결과 이브는 차가운 물 속을 부드럽게 미끄러지듯 이동했다. 학생들이 이끄는 개발 그룹은 지난 2년 동안 로봇 물고기 개발에 주력했으며, 이브는 그 가운데 가장 최신 로봇이다. 개발팀의 데니스 바우만은 CNN에 "이브를 물고기처럼 보이게 한 것이 이번 개발의 특장점"이라며, "생체를 모방한 설계로 이브는 다른 물고기나 해양 생물이 놀라지 않도록 하면서 그들의 생태계 속에 들어갈 수 있다"고 설명했다. 물고기로 위장하는 방식 외에도 이브의 유용성은 많다. 이브에는 수중을 촬영하는 카메라는 물론 장애물을 피할 수 있는 소나(레이더를 이용한 수중 음파 탐지기)가 장착돼 있다. 이브에는 또 해저를 유영하면서 eDNA 환경에서 해저 생물체의 DNA를 수집하는 필터도 장착돼 있다. eDNA는 물, 토양, 대기 등 다양한 환경에서 생물의 유전자를 채취하거나 채취한 유전자를 분석하는 기술을 말한다. 채집된 eDNA 입자는 실험실로 보내져 수역에 어떤 생물 종이 살고 있는지 확인하는 작업을 진행하게 된다. 자연에 생존하는 모든 동물은 DNA를 배출하고, 그 DNA는 주변에 떠다니기 때문에 이를 채취해 분석할 수 있다. 개발팀은 이브가 해양학자들에게 바다 전반에 대한 자세한 모습을 제공할 수 있을 것으로 기대했다. 바다는 지구의 70% 이상을 덮고 있음에도 불구하고 해저의 대부분의 영역은 여전히 수수께끼로 남아 있다. 이브를 비롯한 AUV 장치는 바다를 탐험하고 수중 생태계 탐사에 많이 사용된다. 예를 들어 캘리포니아에 설립된 스타트업 아쿠아AI(Aquaai)는 수로의 산소, 염도, pH 수치와 같은 정보를 수집할 수 있는 클라운피시(자리돔과의 흰동가리)와 유사하게 생긴 드론을 개발했다. 이 장치는 지난해 8300m라는 역대 가장 깊은 곳에서 물고기를 포착해 촬영했다. 한편 생물다양성을 관측하는 데 eDNA를 사용하는 것이 증가하고 있지만, 샘플 채취는 아직 초보 수준이다. 대부분은 여전히 컵에 물을 떠서 샘플을 수집하고 있다. 이브와 같은 진보된 도구는 해양 생물 서식지가 기후 변화, 과도한 어획 및 기타 인간 활동으로 인해 전례 없는 위협에 직면해 있는 요즘, 해양을 더 잘 보호하는 데 필수적일 수 있다. 바우만은 "생물학자를 위한 신뢰할 수 있는 도구를 만들고 싶다"면서 "첨단 기기를 이용한 해양 탐사호가 멸종 위기에 처한 어종을 보호할 수 있을 것"이라고 지적했다.
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생체모방 로봇 물고기 '이브', DNA 수집으로 해양 연구 새 지평
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[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다
- 국제해운선이 차지하는 세계 무역의 비중은 80%에 달한다. 해운 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 3%를 차지한다. 그러나 기후 변화가 심각한 현재 해운은 기후 목표를 달성할 수 있는 단계에 오르지 못하고 있다. 지난해, 해운을 규제하는 유엔 기관인 국제해사기구는 다른 산업들과 연계해 2050년까지 제로를 달성하는 것을 목표로 해운 산업의 탄소 배출을 강화했다. 그러나 메탄올, 수소, 암모니아 등 저배출 연료의 공급은 빠르지 않다. 캘리포니아 공과대학(칼텍)의 화학 해양학자 제스 애드킨스가 연료 연소로 인해 배출되는 탄소를 바닷물 소금으로 전환할 수 있는 원자로를 화물선에 장착함으로써 탄소 제로에 도움을 줄 수 있다는 아이디어를 제안했다고 CNN이 보도했다. 애드킨스는 이 방법으로 탄소를 10만 년 동안 가두어 둘 수 있다고 밝혔다. 이 아이디어는 바다에서 이미 자연적으로 일어나고 있는 현상과 비슷하다. 원자로를 설계하고 테스트하는 스타트업 칼캐리아(Calcarea)를 설립한 애드킨스는 이 방법이 지구가 수십억 년 동안 자연적으로 진행해 온 반응이라고 언급했다. 해수는 대기로 방출되는 탄소의 약 3분의 1을 자연스럽게 흡수해 물을 산성화하고 바다에 풍부한 탄산칼슘을 용해시킨다. 탄산칼슘은 산호의 뼈대, 조개 및 바다 바닥의 대부분의 퇴적물을 구성하는 모든 것들을 만든다. 용해된 탄산칼슘은 물 속의 탄소와 반응해 중탄산염을 형성하고 탄소를 가두어 둔다. 바닷물에는 현재 이미 3만8000기가톤(38조 톤)의 중탄산염이 존재한다. 칼캐리아는 선박의 배기 가스를 선체의 원자로로 흘려보내 이런 자연적 과정을 모방하고자 한다. 대부분 탄산칼슘으로 구성된 암석인 석회암과 배기 가스 속의 탄소는 혼합물과 반응, 탄소를 중탄산염의 형태로 가두는 짠 물을 만든다. 애드킨스는 원자로를 통해 선박의 탄소 배출량의 약 절반을 포집해 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 자연계에서는 이 반응이 1만 년 이상 걸리지만 칼캐리아의 원자로에서는 불과 1분이면 된다고 한다. 이는 탄소와 석회암을 서로 밀접하게 접촉시켜 이루어진다. 만들어진 짠 물은 바다로 방출되며, 이는 해양 생물이나 해수의 화학적 균형에 위협이 되지 않는다. 회사는 또 미립자 및 연소되지 않은 연료와 같은 다른 오염 물질과 기타 오염 물질을 제거하기 위해 필터를 추가하는 방안도 강구 중이라고 밝혔다. 애드킨스는 2년 동안 프로젝트를 진행한 후 2023년 1월 회사를 칼텍에서 분사했다. 칼텍의 학부생인 멜리사 구티에레즈, 엔지니어인 피에르 포린, 서던캘리포니아 대학교(USC) 교수이자 지구화학자인 윌 베렐슨 등 세 명이 공동 창립자로 참여했다. 회사는 350만 달러의 초기 자금을 조달하고 시스템 개발에 집중했다. 칼캐리아는 USC 주차장과 로스앤젤레스 항구에 각각 하나씩의 프로토타입 원자로를 건설했다. 5월 말, 칼캐리아는 국제 운송 회사인 로마(Lomar)와 연구개발 협력 계약을 맺었다고 발표했다. 애드킨스는 이를 통해 첫 번째 원자로가 선박에 장착될 것이라고 전했다. 애드킨스는 칼캐리아 솔루션이 해운 산업이 보다 친환경적인 연료로 전환하는 것과 함께, 해운의 탈탄소화에 도움을 줄 수 있다고 확신했다. 더 먼 미래에는 이 원자로가 대기에서 포집된 탄소를 지하에 저장하는 대안으로 활용될 수 있다고 부연했다.
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[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다
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[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공
- 연골을 성공적으로 재생하는 새로운 생리활성 소재가 개발됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 대형 동물 모델을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 위의 사진에 보이는 것처럼 연구팀이 개발한 물질은 젤리처럼 보이지만, 실제로는 연골의 자연 환경을 모방하는 복잡한 분자 구성 요소들로 이루어진 네트워크다. 나노섬유는 분홍색, 히알루론산은 보라색으로 표시되어 있다. 연구팀은 새로운 생체 재료 물질을 동물 모델인 양의 손상된 무릎 연골에 적용한 결과, 6개월 이내에 새로운 연골이 생성되는 것을 확인했다. 새로 생성된 연골은 통증 없는 기계적 탄력성을 가능하게 하는 천연 생체 고분자인 콜라겐 II와 프로테오글리칸을 포함하고 있었다. 팀은 이번 연구 결과가 앞으로 무릎 전치환술을 예방하고, 골관절염과 같은 퇴행성 질환이나 스포츠 관련 부상 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 연골 재생 복구 유도 기대 연구를 이끈 노스웨스턴 대학교의 사무엘 스텁 교수는 "연골은 우리 관절의 중요한 구성 요소"라며 "연골이 손상되거나 시간이 지남에 따라 분해되면 사람들의 전반적인 건강과 이동성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 문제는 성인의 연골은 자연적으로 치유되는 능력이 없다는 것이다. 우리의 새로운 치료법은 자연적으로 재생되지 않는 조직의 복구를 유도할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 스텁 교수 연구팀이 최근 발표한 '춤추는 분자'를 사용해 인간 연골 세포를 활성화시키고 조직 매트릭스를 구축하는 단백질 생산을 촉진하는 연구 결과에 이어 진행됐다. 새로운 연구에서는 '춤추는 분자' 대신 스텁 교수 연구실에서 개발된 하이브리드 생체 재료를 사용했다. 이 새로운 생체 재료는 연골 성장 및 유지에 필수적인 단백질인 TGFb-1에 결합하는 생체 활성 펩타이드와 연골 및 관절의 윤활 활액에 존재하는 천연 다당류인 히알루론산으로 구성되어 있다. 스텁 교수 연구팀은 생체 활성 펩타이드와 화학적으로 변형된 히알루론산 입자를 통합하여 나노 섬유가 연골의 자연 구조를 모방하는 다발로 자가 조직화되도록 유도했다. 목표는 신체 자체 세포가 연골 조직을 재생할 수 있도록 매력적인 골격을 만드는 것이었다. 나노 섬유의 생체 활성 신호를 사용하여 이 물질은 비계를 채우는 세포에 의한 연골 복구를 촉진한다. 슬개골 결함 있는 양 실험 연구팀은 이 물질의 연골 성장 촉진 효과를 평가하기 위해 슬개골에 연골 결함이 있는 양을 대상으로 실험했다. 양의 슬개골은 인간의 무릎과 유사한 복잡한 관절이다. 스텁 교수에 따르면 양 모델 실험은 매우 중요하다. 양의 연골은 인간과 마찬가지로 완고하고 재생하기가 매우 어렵다. 양의 슬개골과 인간의 무릎은 또한 체중 부하, 크기 및 기계적 부하와 유사하다. 이 연구에서 연구진은 걸쭉한 페이스트 같은 물질을 연골의 결함 부위에 주입했고, 이 물질은 고무 같은 매트릭스로 변형됐다. 스캐폴드(Scaffold)가 분해되면서 결함 부위를 채우기 위해 새로운 연골이 자랐을 뿐만 아니라 복구된 조직은 대조군에 비해 품질이 지속적으로 더 높았다. 스텁 교수는 미래에 이 새로운 물질이 개방형 관절 수술 또는 관절경 수술에 적용될 수 있다고 예상한다. 현재 표준 치료법은 미세 골절 수술로, 외과의사가 기저 뼈에 작은 골절을 만들어 새로운 연골 성장을 유도하는 것이다. 스텁 교수는 "미세 골절 접근 방식의 주요 문제점은 기능적인 관절을 위해 필요한 히알라인(유리질) 연골이 아니라 귀에 있는 연골과 같은 섬유 연골이 형성되는 경우가 많다는 것이다. 유리질 연골을 재생함으로써 우리의 접근 방식은 마모에 대한 저항력을 높여야 하며, 장기적으로 이동성 저하와 관절 통증 문제를 해결하고 동시에 대형 하드웨어를 사용한 관절 재건 필요성을 피할 수 있어야 한다"고 말했다.
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[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공
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[먹을까? 말까?(42)] 귀리 속 식이섬유, 비만 치료제와 유사한 효과
- 귀리의 식이섬유가 비만을 치료하는 약물과 동일한 체중 감량 효과가 있는 것으로 나타났다. 미국 애리조나 대학교 연구팀은 귀리에 풍부한 베타글루칸이라는 섬유가 비만 치료제와 유사한 효과를 낸다는 연구 결과를 발표했다고 뉴아틀라스가 전했다. 연구팀은 고지방·고당분 식단을 섭취하는 쥐들을 대상으로 다섯 그룹으로 나누어 셀룰로오스, 펙틴, 베타글루칸, 밀 덱스트린, 저항성 전분 등 5가지 식이섬유를 각각 10%씩 추가해 18주 동안 관찰했다. 연구팀은 실험 쥐의 체중 증가, 지방량 및 순수 근육량의 백분율을 평가했다. 또한 섭취후 최대 2시간까지 혈당 수치에 미치는 영향을 살표봤다. 연구 결과 베타글루칸을 섭취한 쥐 그룹은 고지방, 고당분 식단에도 불구하고 체중 증가가 현저히 적었다. 또한 체지방량은 현저히 적었지만 순수 근육량 유지율은 월등히 높았다. 베타글루칸 섭취 그룹은 또한 18주 동안 인슐린 민감성과 혈당 조절 능력도 향상된 것으로 나타났다. 연구팀은 이러한 효과가 베타글루칸이 장내 미생물 군집을 변화시켜 부티르산(butyrate)이라는 대사산물을 증가시키기 때문이라고 분석했다. 부티르산은 뇌에 포만감 신호를 전달하는 호르몬인 GLP-1 분비를 촉진하고 갈색 지방 연소를 유도해 체중 감소에 도움을 준다. 이러한 작용 기전은 최근 비만 치료제로 주목받는 세마글루타이드(Ozempic)와 유사하지만, 베타글루칸은 식품을 통해 섭취할 수 있고 부작용이 적다는 장점이 있다. GLP-1(Glucagon-Like Peptide-1)은 우리 몸에서 자연적으로 생성되는 호르몬이다. 주로 음식 섭취 후 소장에서 분비되며, 혈당 조절, 식욕 억제, 위 배출 지연 등 다양한 기능을 수행한다. GLP-1의 작용을 모방하거나 GLP-1 수용체를 활성화하는 GLP-1 유사체 및 GLP-1 수용체 작용제(GLP-1 RA)가 개발되어 제2형 당뇨병 및 비만 치료에 사용되고 있다. 대표적인 GLP-1 RA 약물로는 삭센다(Saxenda), 오젬픽(Ozempic), 위고비(Wegovy) 등이 있다. 연구팀은 귀리 이외에도 보리, 쌀, 버섯, 해조류 등에 베타글루칸이 함유되어 있으며, 특히 귀리는 1컵당 3~5%의 베타글루칸을 함유하고 있다고 밝혔다. 연구를 이끈 프랭크 듀카 교수는 "이번 연구 결과는 베타글루칸이 체중 감소 및 혈당 조절에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다"며 "앞으로 베타글루칸을 강화한 식품 개발을 통해 비만 및 대사 질환 예방에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 이 연구는 '더 저널 오브 뉴트리션(The Journal of Nutrition)'에 게재됐다.
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