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[신소재 신기술(145)] 쥐도 VR 체험 시대? 뇌 연구 혁신 이끌 VR 헤드셋 개발
- 뇌 연구의 새로운 지평을 열 생쥐 전용 가상현실(VR) 헤드셋이 개발됐다. 메타(구 페이스북)의 메타 퀘스트(Meta Quest)나 애플 비전 프로(Apple Vision Pro)와 같은 가상현실(VR) 헤드셋은 인간 전용으로 이용되고 있다. 그런데 이번에 쥐에게 씌우는 VR 헤드셋이 개발돼 주목된다고 PHYS가 전했다. 코넬 대학교 연구진이 뇌 연구에 사용하기 위해 실험실 생쥐용 VR 헤드셋을 개발했다. 그 결과는 네이처 메서드(Nature Methods) 저널에 최근 게재됐다. 이 VR 고글을 사용하면 학자들이 실제 쥐에게 몰입형 경험을 제공하는 동시에 설치류의 뇌 활동에 대한 형광 이미지를 포착할 수 있다고 한다. 연구진은 작은 쥐보다 훨씬 큰 크기의 고글은 스마트워치 디스플레이와 작은 렌즈 등 저렴한 기성 부품을 사용해 제작됐다고 말했다. 코넬 대학교의 매튜 아이작슨 박사는 코넬 대학교 공식 보도 자료에서 "다른 용도로 제작된 기기의 부품을 가져와 새로운 생물학적 용도의 헤드샛을 만들게 됐다“고 밝혔다. 아이작슨은 "쥐를 위한 VR 헤드셋에 완벽하게 맞는 크기의 디스플레이는 검토 결과 스마트워치용으로 이미 만들어진 것으로 충분히 사용할 수 있었다"며 "모든 부품을 새로 만들거나 설계할 필요가 없이 기성품으로 활용했다. 필요한 모든 부품을 저렴하고 쉽게 조달할 수 있었다"고 설명했다. 쥐는 뇌 활동 연구에 가장 많이 사용되는 생체다. 약 10년 전, 학자들은 가상현실 환경을 만드는 수단으로 쥐를 위한 엉성한 프로젝터 스크린을 사용하기 시작했지만, 이들 장치는 너무 많은 빛과 소음을 발생시켜 적절한 실험을 진행할 수 없었다. 코넬 대학교의 생물의학 공학 교수 크리스 샤퍼는 "생쥐용 VR 헤드셋을 사용해 쥐의 행동을 더 몰입적으로 만들면, 더욱 자연스러원 뇌 기능을 연구할 수 있을 것”이라고 기대했다. 마우스고글이라는 이름의 새로운 VR 헤드셋은 쥐가 머리를 고정한 채 공 모양의 러닝머신 위에 서 있도록 한다. 헤드셋은 머리에 부착되어 막대로 고정되고 쥐는 러닝머신 위에서 빙빙 돌게 된다. 연구진은 이 헤드셋이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 쥐에게 접근하는 것처럼 보이도록 확장되는 어두운 얼룩의 이미지를 투영했다. 아이작슨은 "큰 화면이 있는 일반적인 VR 디스플레이에서 쥐를 대상으로 같은 테스트를 시도했을 때는 쥐가 전혀 반응하지 않았다. 그런데 개발된 VR 헤드셋을 이용한 시험에서는 거의 모든 쥐가 깜짝 놀라는 반응을 보였다. 쥐들은 그 이미지를 다가오는 포식자에게 공격당하는 것으로 인식하는 것 같았다“고 했다. 연구진은 또 VR 이미지가 제대로 작동하는지 확인하기 위해 쥐의 두 개의 주요 뇌 영역을 검사했다. 1차 시각 피질의 결과는 헤드셋이 쥐가 볼 수 있는 선명하고 대비가 높은 이미지를 형성한다는 것을 확인했으며, 두 번재 해마의 판독 결과는 쥐가 제공된 가상 환경을 성공적으로 매핑하고 있다는 것을 확인했다. 연구진은 이 VR 고글이 포유류(쥐든 인간이든)가 주변 환경을 돌아다닐 때 발생하는 뇌 활동을 연구하는 데 사용될 수 있으며, 연구자들에게 알츠하이머병과 같은 질환에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있다고 말했다. 연구진은 쥐와 같은 대형 실험용 설치류가 착용할 수 있는 경량의 모바일 버전을 포함해 헤드셋을 추가로 개발한다는 계획이다. 또한 VR 경험에 미각이나 후각과 같은 더 많은 감각을 통합할 수 있는지도 확인한다는 방침이다.
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[신소재 신기술(145)] 쥐도 VR 체험 시대? 뇌 연구 혁신 이끌 VR 헤드셋 개발
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[신소재 신기술(143)] 카이스트, 하반신 마비 환자 보행 돕는 '아이언맨' 로봇 개발
- 카이스트(한국과학기술원) 연구진이 하반신 마비 환자의 보행을 돕는 '아이언맨' 로봇을 개발했다고 미국 온라인 미디어 KSL닷컴이 전했다. 개발된 로봇은 환자에게 걸어가서 신체에 스스로를 고정시켜 환자를 걷게 하고 장애물을 피하며 계단까지 오를 수 있는 가벼운 웨어러블 시스템이다. 카이스트 외골격 연구실 팀은 로봇 개발과 관련, "신체 마비 장애인의 일상생활에 완벽하게 통합될 수 있는 로봇을 만드는 것이 목표였다"고 밝혔다. 하반신 마비 환자이자 연구실 팀원이었던 김승환 씨는 시속 2마일(3.2km)의 속도로 걷고, 계단을 오르며, 옆으로 걸어 벤치에 앉을 수 있도록 돕는 로봇의 프로토타입을 직접 시연했다. 로봇이 걷는 속도는 정상인이 걷는 것과 비슷한 속도다. 김 씨는 "개발된 아이언맨 로봇은 내가 휠체어에 앉아 어디에 있든 내게 다가와서 나를 일어설 수 있도록 돕는다. 이것이 이 로봇의 가장 뚜렷한 특징 중 하나"라고 말했다. 워크온 수트 F1(WalkON Suit F1)이라는 이름이 붙여진 이 전동 외골격 로봇은 알루미늄과 티타늄으로 만들어졌다. 무게는 110파운드(약 49.89kg)이며, 걷는 동안 인간의 관절 움직임을 시뮬레이션하는 12개의 전자 모터로 구동된다. 연구팀원 박정수 씨는 개발된 로봇은 영화 '아이언맨'에서 아이디어를 얻었다고 말했다. "아이언맨을 본 후 실제로 유사한 로봇으로 신체가 부자유한 장애인을 도울 수 있다면 좋겠다고 생각했다"고 했다. 사용자가 걷는 동안 균형을 유지할 수 있도록 로봇의 발바닥과 상체에는 센서가 장착되어 있다. 이 센서들은 초당 1000개의 신호를 모니터링하고 사용자의 의도된 움직임까지 예상해 대응한다. 로봇 전면에 탑재된 렌즈는 사람의 눈 역할을 하면서, 주변 환경을 분석하고 계단의 높이를 식별하며 장애물을 감지함으로써 하반신 마비 장애인의 감각 능력 부족을 보완한다. 한편 이 로봇은 국제사이보그올림픽 '사이배슬론 2024' 외골격 부문에서 금메달을 수상했다. 이 대회에서는 다양한 신체 장애가 있는 개발자들이 8개 부문에 참가해 장애인을 보조하는 로봇을 시연했다. 김승환 씨는 "주변 사람들에게 저도 걸을 수 있었다고 말하고 싶었다. 이들과 다양한 경험을 공유하고자 했다"라고 덧붙였다.
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[신소재 신기술(143)] 카이스트, 하반신 마비 환자 보행 돕는 '아이언맨' 로봇 개발
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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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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
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11월 5대은행 가계대출 1.3조 증가⋯두달 연속 1조원대 기록
- 한국 금융당국의 주요은행의 대출 억제 조치가 11월에도 이어지면서 가계대출 증가 폭이 두 달 연속 1조원 대에 머물렀다. 2일 금융권에 따르면 5대 은행(KB국민·신한·하나·우리·NH농협)의 11월말 가계대출 잔액은 733조 3387억원으로, 10월말(732조 812억원)보다 1조 2575억원 증가했다. 가계대출 증가폭은 지난 8월 9조6259억원까지 늘었다가 9월 2단계 스트레스 총부채원리금 상환비율(DSR) 규제가 시작되고 은행권의 금리 인상과 취급 제한 등 가계대출 총량 관리도 더해지면서 5조 629억원으로 축소됐다. 이후 수도권 등 주택 거래 급등세까지 꺽이자 10월(+1조 1141억원)과 11월까지 2개월 연속 1조원대를 기록했다. 가계대출 종류 별로는 주택담보대출(전세자금대출 포함) 잔액은 576조 9937억원으로 10월 말(575조 6687억원)보다 1조3250억원 증가했다. 주담대 증가폭 또한 8월(+8조 9115억원), 9월(+5조 9148억원)과 비교하면 크게 감소했다. 그러나 신용대출의 경우 10월 말 103조 8451억원에서 11월말 104조 893억원으로 한달 사이에 2442억원 늘어나 4개월 연속 증가세를 유지했다. 5대은행의 정기예금은 지난달 6조 2068억원(942조 133억원→948조 2201억원) 증가했다. 반면, 대기성 자금인 요구불예금 잔액은 같은 기간 613조 3937억원에서 608조 2330억원으로 5조 1607억원 줄었다.
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11월 5대은행 가계대출 1.3조 증가⋯두달 연속 1조원대 기록
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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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트럼프 당선으로 미국 주택담보대출 금리 급등
- 미국 대선에서 도널드 트럼프 공화당 후보가 승리하면서 미국 10년물 국채 수익률이 상승했다. 기준 금리를 추종하는 모기지 금리도 상승세를 보이고 있다. 모기지뉴스데일리에 따르면 30년 고정 모기지의 평균 금리는 트럼프가 승리를 확정지은 수요일 9bp(베이시스 포인트: 금리를 나타내는 기본단위로 100분의 1%를 의미) 급등한 7.13%에 달했다. 이는 지난 7월 1일 이후 가장 높은 수치지만, 일각에서 예상했던 급등세에는 미치지 못한 것이다. 모기지뉴스데일리의 매튜 그레이엄 COO(최고운영책임자)는 "선거에 앞서 채권 트레이더(거래자)들은 트럼프가 승리하고 특히 레드 스윕(트럼프 승리+상하원 공화당 승리)이 실현될 경우 금리가 더 오를 것으로 예상했다. 후자는 아직 확실하지 않지만 실제로 벌어지면 트럼프가 사실상 대통령 당선인으로 확정되면서 급등한 금리를 또다시 끌어 올리기에 충분하다"라고 말했다. 주택 관련주들도 차례로 반응해 대형 공공 건설업체와 건축 자재 회사 주가가 모두 급락했다. 레나와 D.R. 호튼, 풀티그룹은 모두 수요일 정오 거래에서 4% 이상 하락했다. 소매업체 홈 디포와 로우스 역시 각각 3% 이상 떨어졌다. 존 번스 부동산 컨설팅의 CEO 존 번스는 "건설업체 주식은 모기지 금리와 및 그 예상 금리에 매우 민감하다. 현재 기대 인플레이션이 더 높아져 장기 금리에 영향을 미친다"고 말했다. 트럼프 당선인은 자세한 주택 공급 계획을 제시하지는 않았지만, 규제 완화 및 더 많은 주택 건설을 위해 연방 토지 개방에 대해 언급했다. 전미주택건설업협회(National Association of Home Builders) 회장 칼 해리스는 성명을 통해 트럼프의 대통령 당선을 축하하며 "NAHB는 새로운 트럼프 행정부와 양당 의회 지도자들과 협력해 전국의 주택 공급을 늘리는 주택 친화적 입법 및 규제 의제를 제정하기를 기대한다"라고 말했다. 대형 건설업체는 고객을 위해 모기지 금리를 낮추었지만, 그로 인해 마진은 줄어들었다. 주택담보대출 금리는 9월 11일 6.11%로 최근 최저치를 기록했지만, 연방준비제도이사회(FRB)의 최근 금리 인하에도 불구하고 꾸준히 상승하고 있다. 주택담보대출 금리는 연준을 따르지는 않지만, 경제에 대한 중앙은행의 판단에는 반응한다. 9월과 10월에 예상보다 강력한 경제 보고서가 나오면서 채권 수익률이 상승했고, 이에 따라 주택담보대출 금리도 올랐다. 소비자의 관점에서 보자면, 30년 고정 주택담보대출에 20%의 선불금(다운페이먼트)을 내고 40만 달러짜리 주택을 구입한 주택 구매자의 경우 9월 초 월 상환금이 1941달러였지만 현재 그 상환금은 2157달러로 216달러나 치솟았다. 기존 주택 매매는 올 가을 비정상적으로 급증했다. 전미부동산중개인협회에 따르면, 대기중인 매매는 지난 9월 전월에 비해 7% 증가했다. 당시는 금리가 크게 오르기 전이었다. 매매 증가는 주로 공급 증가 때문이다. 부동산 중개 사이트 리얼터닷컴에 따르면 지난 10월 판매된 주택이 전년 동월에 비해 29.2% 더 많았으며, 이는 2019년 12월 이후 가장 높은 수준이다.
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트럼프 당선으로 미국 주택담보대출 금리 급등
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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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나노 기술로 건물 안전 진단⋯한국기계연구원, 색상 변화 감지하는 센서 개발
- 한국기계연구원(이하 기계연)이 나노 기술을 이용하여 건축물의 노후화를 육안으로도 진단할 수 있는 혁신적인 센서를 개발했다. 4일 기계연에 따르면 나노융합연구본부 윤재성 책임연구원 연구팀은 건축물에 부착하는 나노 필름 형태의 센서를 통해 색상 변화를 감지하고, 이를 통해 건축물의 변형 정도를 정밀하게 측정하는 기술을 선보였다. 이 센서는 자연에서 관찰되는 '구조색'의 원리를 응용했다. 구조색은 색소가 아닌 물체의 미세 구조에 의해 빛이 반사되면서 나타나는 색상으로, 공작새 깃털이나 나비 날개에서 볼 수 있는 아름다운 색깔이 대표적인 예이다. 연구팀은 이러한 구조색의 원리를 이용하여 나노 패턴을 설계, 센서에 가해지는 기계적 변형량에 따라 색상이 변화하도록 했다. 육안으로 확인하는 건축물 안전 특히, 이번에 개발된 나노 패턴은 기존 기술의 한계였던 관찰 각도에 따른 색상 변화 문제를 해결하여, 어느 각도에서든 일정한 색상을 유지하도록 설계했다. 또한, 색상 변화 이미지를 인공지능 기술과 접목하여 위험 여부를 판단하는 모니터링 솔루션도 구축했다. 이 센서는 색소나 염료, 별도의 전원 없이 작동 가능하며, 패치 형태로 건축물에 부착하여 육안으로도 안전성을 쉽게 확인할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 이 기술과 관련하여 10건 이상의 국내 특허와 1건의 국제 특허를 출원했으며, 관련 기업과 기술이전을 추진 중이다. 윤재성 책임연구원은 "이번에 개발된 나노 필름 센서는 건축물의 변형 여부와 안전성을 간편하게 진단할 수 있는 획기적인 기술"이라며, "건축물 안전 관리 분야에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야의 권위 있는 국제 학술지 'ACS 어플라이드 나노 머티리얼즈' 9월 13일 자 표지논문으로 게재되어 그 우수성을 인정받았다. 한편, 나노 기술은 10억분의 1미터, 즉 나노미터 크기의 물질을 다루는 기술이다. 쉽게 말하면 머리카락 굵기의 10만분의 1정도에 해당하는 아주 작은 크기다. 이렇게 작은 크기에서는 물질의 성질이 완전히 달라지는 데, 나노 기술은 바로 이러한 특성을 이용해 새로운 물질이나 소재를 만들어 내는 가술이다. 이러한 나노 기술은 약물 전달이나 전자 기기, 섬유 제작,자어ㅣ선 차단제 등에 활용된다. 나노 기술로 제작된 섬유는 오염 물질이 묻지 않고 주름도 잘 생기지 않는 특징이 있다.
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- 산업
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나노 기술로 건물 안전 진단⋯한국기계연구원, 색상 변화 감지하는 센서 개발
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건설 혁명! '임팩트 프린팅', 탄소 절감과 효율성을 동시에
- 3D 프린팅보다 탄소 집약도가 낮고 지속가능한 건설 방법인 '임팩트 프린팅'이 스위스에서 개발됐다. 건설 회사 아이콘(ICON)은 최근 텍사스주 조지타운에 세계 최대 규모의 3D 프린팅 주택을 완공할 예정이라고 발표했다. 물론 이것이 첫 3D 프린팅 주택 프로젝트는 아니다. 미국과 유럽에서는 이미 수백 개의 3D 프린팅 주택이 건설 중이며, 더 많은 주택 프로젝트가 예정돼 있다. 건설 산업에서 3D 프린팅의 성장을 촉진하는 요인은 여러 가지가 있다. 무엇보다 건설 시간을 단축한다. 몇 달이 걸릴 수 있는 주택 건축을 3D 프린터로 며칠 또는 몇 주 안에 건설할 수 있다. 또 기존 방식에 비해 3D 프린팅은 건설 중에 폐기물로 발생하는 재료의 양도 줄인다. 이러한 장점으로 인해 인건비와 자재비가 절감돼 3D 프린팅이 건설 회사의 매력적인 선택지가 되었다. 그런데 스위스 취리히 연방공과대학(ETH) 연구팀은 3D 프린팅보다 훨씬 더 나은 로봇 건설 방법을 개발했다고 밝혔다. ARS테크니카 홈페이지 게시글에 따르면 연구진은 이를 '임팩트 프린팅'이라고 부르는데, 일반 건축 자재 대신 모래, 미사, 점토, 자갈과 같은 자연 재료를 사용해 주택을 만든다. 연구진에 따르면 임팩트 프린팅은 3D 프린팅보다 탄소 집약도가 낮고 훨씬 더 지속 가능하며 저렴하다. 이는 자연 기반 재료가 풍부하고 재활용이 가능하며 저렴한 비용으로 구할 수 있고 건설 현장에서 발굴할 수도 있기 때문이다. 연구진의 일원인 로렌 베이시 박사는 "건설 현장에서 발굴한 일반적인 재료를 이용해 3D 프린팅을 포함한 기존의 건축 방법보다 훨씬 적은 탄소 배출로 저렴하고 효율적으로 사용 가능한 건축 제품으로 활용할 수 있는 로봇 도구와 방법을 개발했다"고 말했다. ◇ 임팩트 프린팅의 작동 원리 발굴된 자재는 건설에 직접 사용할 수 없다. 따라서 임팩트 프린팅 공정을 시작하기 전에 미세하고 거친 입자가 균형을 이루고 사용 편의성과 구조적 강도를 모두 보장하는 자연 재료 혼합물을 준비한다. 점토와 같은 미세한 재료는 바인더(결합제) 역할을 해 입자가 서로 달라붙도록 하고, 모래나 자갈과 같은 거친 재료는 혼합물을 더 안정적이고 강하게 만든다. 이렇게 해서 최적화된 혼합물은 특수하게 설계된 로봇 시스템이 쉽게 운반한다. 다음 단계에서는 디지털 청사진을 준비한다. 3D 프린터와 마찬가지로 로봇 임팩트 프린팅 시스템도 구조물 생산을 위한 디지털 모델이 필요하다. 디지털 청사진이 준비돼 시스템에 업로드되면 로봇 도구가 건설 현장에서 사용할 수 있도록 모바일 플랫폼에 장착된다. 그런 다음 자연 재료의 혼합물을 로봇 도구에 부착된 대형 용기에 넣는다. 용기가 채워지면 시스템이 작동을 시작하고 디지털 모델이 지정한 대로 구조물을 만드는 데 필요한 작업(재료 압출, 절단, 분무)을 수행한다. 이 작업은 구조물이 완성될 때까지 계속된다. 임팩트 프린팅의 건설 과정은 일반적인 건물의 3D 프린팅과는 매우 다르다. 재료 자체는 구조물을 지탱하기에 너무 약하다. 시멘트와 같은 첨가제는 최종 구조가 견딜 수 있는 응력을 두 배로 늘리기 위해 필요하다. 그러나 임팩트 프린팅에 사용되는 로봇 도구는 고속(초당 10m)으로 건축 자재를 증착한다. 그 결과 발생하는 고속 충격은 시멘트같은 결합 재료가 추가되기 전 자연 재료 층 간의 강력한 결합을 촉진한다. 베이시는 "개발된 방법에 따라 만들어진 소재는 이미 더 높은 강도를 가진다. 따라서 첨가제에 덜 의존한다"고 말했다. 연구진은 이 방식을 사용해 2m 높이의 벽을 성공적으로 만들었다. 시멘트와 같은 첨가제에 의존하지 않고도 비슷한 무게의 다른 구조를 지탱할 만큼 충분히 강한 것이 입증됐다. 그러나 더 높은 건물을 지을 경우에는 문제가 다르다. 그래서 현재로서는 최대 2층 정도 높이가 한계라고 한다. ◇ 지구 환경을 살리는 임팩트 프린팅 3D 프린팅은 기업의 인건비를 낮추고 저렴한 주택 건설을 가능하게 한다. 그러나 반드시 지속 가능하거나 환경 친화적인 것은 아니다. 시멘트를 첨가제로 사용하기 때문이다. 시멘트는 전 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지한다. 게다가 시멘트와 모르타르 등을 사용하기 때문에 3D 프린팅 구조물은 일반적으로 재활용할 수 없다. 임팩트 프린팅 방법으로 건설된 구조물의 경우는 시멘트와 같은 첨가제가 필요하지 않고 탄소 집약도가 낮은 자연 재료를 사용하기 때문에 친환경적이다. 연구진은 시멘트보다 덜 해롭고 재활용하기 쉬운 미네랄 안정제를 1~2% 사용한다. 연구진은 향후 첨가제나 안정제를 전혀 사용하지 않는 방법을 연구할 계획이다. 연구진은 이 기술을 조속히 상용화한다는 계획이다. 조립식 자재 제조 방식은 기술적으로 준비가 거의 되었기 때문에 충분히 가능하다는 입장이다. 내년에는 스타트업으로 출범한다는 로드맵도 마련했다. 3년 안에는 제품을 시장에 출시할 것으로 기대하고 있다.
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건설 혁명! '임팩트 프린팅', 탄소 절감과 효율성을 동시에
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[신소재 신기술(119)] 홍합에서 영감 얻은 접착 박테리아, 플라스틱 폐기물 분해 속도 높여
- 과학자들이 홍합의 자연적인 접착 특성을 활용해 플라스틱 폐기물 분해 속도를 높이고 있다는 희소식이 전해졌다. 미국 라이스 대학교 연구팀은 홍합의 접착력에서 영감을 얻어 플라스틱 표면에 강하게 달라붙는 미생물을 개발했다고 밝혔다. 이 미생물은 플라스틱 분해 효소와 결합하여 플라스틱 폐기물을 효율적으로 분해할 수 있는 가능성을 제시한다. 플라스틱 오염의 가장 큰 문제점은 자연적으로 분해되는 데 수 백년 이상 걸린다는 점이다. 또한 플라스틱은 완전히 분해되지 않고 미세 플라스틱이라는 작은 조각으로 분해된다. 이러한 미세 플라스틱은 토양과 바다를 오염시키고, 먹이 사슬을 통해 동물의 몸속에 축적된다. 결국 이러한 미세 플라스틱은 인간의 식탁까지 올라와 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 연구팀은 유전자 코드 확장 기술을 이용해 박테리아 유전자 코드에 홍합의 접착 단백질에 존재하는 도파(DOPA· 3, 4-디하이드록시페닐알라닌)라는 아미노산을 도입했다. 이를 통해 박테리아는 플라스틱의 주요 성분인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 표면에 강하게 부착하고, PET를 분해하는 효소와 함께 작용해 플라스틱 분해 효율을 높였다. 미국은 매년 최대 4천만톤의 플라스틱 폐기물을 배출한다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. PET는 플라스틱의 한 종류로 이 폐기물의 약 64%를 차지한다. PET는 분해되기까지 수 세기가 걸릴 수 있다. 이번 연구를 이끈 화학, 생명과학 및 생명공학 한 샤오(Han Xiao) 부교수는 "이 기술은 플라스틱 오염 문제 해결에 큰 도움이 될 것"이라며 "유전자 코드 확장 기술이 재료 및 세포 공학 분야에서 혁신적인 도구가 될 수 있음을 보여준다"고 설명했다. 생물 부착 방지 기술 활용성 가능성 제시 연구팀은 이 기술이 플라스틱 오염 문제 해결뿐만 아니라 선박, 해양 구조물, 물 처리 시설 등에서 발생하는 생물 부착 문제 해결에도 활용될 수 있다고 밝혔다. 도파를 이용해 변형된 단백질은 다양한 표면에 보호막을 형성해 미생물의 부착을 막는 효과를 나타냈다. 연구팀은 이 기술이 의료 기기, 조직 공학, 약물 전달 등 다양한 생물 의학 분야에도 응용될 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 재료 과학 분야 학술지 '스몰 메서드(Small Methods)'에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(119)] 홍합에서 영감 얻은 접착 박테리아, 플라스틱 폐기물 분해 속도 높여
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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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[신소재 신기술(117)] 오징어에서 영감 받은 온도 조절 의류
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[신소재 신기술(111)] 휴스턴 공대 개발 웨어러블 센서, 눈 움직임으로 뇌손상 진단
- 휴스턴 대학교(HU) 공학팀이 눈의 움직임을 검사해 뇌 질환이나 뇌 손상을 진단하는 웨어러블 센서를 개발했다고 메디컬익스프레스가 전했다. 많은 뇌 질환은 종종 다른 증상이 발현되기 전에 눈 이상으로 나타난다. 눈은 시인들의 표현과 같이 단순히 '영혼을 들여다보는 창'만은 아니다. 인간의 생활을 위해 가장 필요하고 소중한 눈은 또한 뇌의 연장선이며, 뇌 관련 질환의 조기 경고 신호와 그 원인에 대한 정보를 제공할 수 있다. 눈을 검사하면 뇌에 가해지는 신체적, 정신적 충격의 진행과 증상을 추적하는 데 도움이 될 수도 있다. 연구진은 현재의 시선 추적 시스템에는 결함이 있으며, 충분한 양의 데이터를 제공하지 못한다고 지적했다. 게다가 얼굴과 목에 여러 개의 전극이 부착돼 부피가 크고 비싸며 출력이 약하다. 기계공학과 류재현 교수의 UH 연구실에서 박사 후(포스트 닥터) 연구원인 김남인 박사의 도움을 받아 개발한 이 새로운 센서는 비침습적이고 편안하게 착용할 수 있으며 안전하다. 따라서 휴대용 디스플레이 및 컴퓨팅 장치와 결합하면 안구 움직임을 쉽게 지속적으로 측정하고 관찰할 수 있다. 개발된 센서는 특히 매끈하고 유연하며, 구부러지거나 움직일 때 전기를 생성하는 매우 얇은 수정과 같은 필름으로 만들어졌다. 이는 '압전 효과'라는 현상이며, 특정 물질이 적용된 기계적 응력에 반응하여 전하를 생성할 수 있다. 관자놀이 부위에 있는 상단, 중간 및 하단 센서 또는 변환기의 출력 전압은 식별 가능한 전압 패턴을 생성한다. 류 교수는 연구 결과가 실린 국제 학술지 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼스(Advanced Healthcare Materials)'에서 "활력 징후 및 생체 의학 매개변수를 관찰하기 위한 피부 부착형 웨어러블 센서는 개인 건강관리 및 휴대용 진단 시스템에서 매우 중요한 구성 요소"라고 보고했다. 이어 "그 중에서도 박막 압전 센서는 저렴한 비용으로 쉽게 제작할 수 있고, 다양한 크기, 경량, 뛰어난 기계적 유연성과 안정성, 빠른 반응 속도, 높은 감도, 높은 신호 대 잡음비, 우수한 장기 안정성과 내구성이라는 고유한 장점을 제공한다"라고 강조했다. 류 교수는 "새로운 센서는 착용하기 쉽고 뇌-눈 관계 연구에 사용해 뇌의 기능적 무결성을 평가할 수 있다"라고 부연했다. 눈 깜박임 패턴에 대한 안과적 평가는 뇌졸중, 다발성 경화증, 파킨슨병 및 알츠하이머병과 같은 질환의 조기 진단에 사용되었다. 또한 안구와 윗 눈꺼풀 조절은 뇌 기능에 영향을 받기 때문에 눈의 움직임은 다양한 뇌 질환과 밀접하게 연관되어 있다. 이전 연구에서는 주의력 결핍 과잉 행동 장애가 있는 어린이의 비정상적인 눈 깜박임 속도와 깜박임 조절을 측정했으며, 자발적인 깜박임은 뇌의 도파민 시스템의 무결성을 측정하는 척도였다. 눈 및 눈의 근육과 관련된 뇌의 운동 뉴런도 자폐증과 관련이 있다. 류 교수는 "우리가 새로 개발한 '유연한 압전 눈 움직임 센서 어레이(F-PEMSA: flexible piezoelectric eye movement sensor array)'가 ADHD(주의력결핍 과다행동장애), 자폐증, 알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 뇌 질환 상태뿐만 아니라 뇌진탕 후 증후군 및 외상 후 스트레스 장애와 같은 외상성 뇌 손상의 후유증에 관한 많은 임상 연구에 사용될 수 있다고 생각한다. 잠재적으로 조기에 정확한 진단과 개인화된 치료법의 개발 방향을 제시할 수 있다고 믿는다"고 말했다.
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[신소재 신기술(111)] 휴스턴 공대 개발 웨어러블 센서, 눈 움직임으로 뇌손상 진단
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[신소재 신기술(109)] 나노실크 기반 여과 소재, 물속 화학물질과 중금속 제거 효과
- 화학 물질에 의한 물 오염은 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있는 심각한 문제다. 미국 질병통제예방센터(CDC)의 최근 연구에 따르면, 검사를 받은 사람의 98%가 혈류에서 '영원한 화학 물질'이라고 알려진 화합물 계열인 과불화화합물(PFAS)이 검출됐다. 이런 화학 물질과 중금속을 여과하는 효과가 큰 소재가 MIT 연구팀에 의해 개발됐다고 MIT 공식 홈페이지가 발표했다. 게시글에 따르면 연구팀이 개발한 여과 소재는 화학이나 중금속 오염에 대한 자연 기반 솔루션을 제공할 수 있다고 한다. 상수도 필터로의 우선 활용이 예상된다는 기대다. 이 소재는 천연 실크와 셀룰로오스를 기반으로 하고 있으며, 지속성 화학 물질과 중금속을 광범위하게 제거할 수 있다. 나아가 항균 특성도 강해 필터가 오염되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. PFAS 화학 물질은 화장품, 식품 포장, 방수 의류 소재, 소방용 거품, 조리도구용 코팅제 등 제품에 광범위하게 사용돼 오염을 일으킨다. 미국에서만 이 화학 물질로 오염된 5만 7000곳이 확인됐다. 미국 환경보호국(EPA)은 PFAS를 1조 분의 7 미만으로 제한하도록 규제하는 새로운 규정을 마련했으며, 이를 준수하기 위한 PFAS 정화에는 연간 15억 달러가 소요될 것으로 추정한다. 연구팀은 "PFAS 및 유사 화합물에 의한 오염은 실질적인 위협으로, 이번에 개발한 솔루션은 이를 효율적, 경제적으로 해결할 수 있다"라며 "연구팀이 단백질과 셀룰로오스 기반의 소재를 개발한 근본적인 이유"라고 설명했다. 이 연구는 우연히 이루어졌다. 초기 여과 소재 기술은 PFAS 제거와 전혀 관련 없는 목적을 위해 개발됐다. 당초에는 낮은 품질의 위조 종자 확산을 막기 위한 라벨링 시스템을 만드는 용도로 만들어졌다. 연구팀은 실온에서 환경친화적인 물 기반 드롭 캐스팅 방법을 통해 실크 단백질을 균일한 나노스케일 결정 또는 나노섬유로 가공하는 방법을 고안했다. 연구팀은 새로운 나노섬유 재료가 오염 물질을 걸러내는 데도 효과적일 것이라고 보았지만, 초기 시도에서는 효과를 보지 못했다. 그런데 여기에 셀룰로오스를 추가함으로써 해법을 찾아냈다. 팀은 얇은 막으로 형성될 수 있는 실크 기반 섬유에 셀룰로오스를 통합한 다음 셀룰로오스의 전하를 조정해 화학 물질과 중금속 오염 물질을 제거하는 데 매우 효과적인 재료를 생산하는 데 성공했다. 실험 결과 셀룰로오스의 전하는 강력한 항균 특성을 나타냈다. 이는 여과 필터의 주요 고장 원인 중 하나가 박테리아와 곰팡이에 의한 오염이라는 점에서 의미있는 발견이었다. 필터의 항균 특성이 오염 문제를 크게 줄일 수 있게 된 것이다. 실험실 테스트에서 이 여과 재료는 현재 사용되는 일반 재료인 활성탄 또는 과립 활성탄보다 물에서 훨씬 더 많은 오염 물질을 추출해 제거했다. 연구팀은 앞으로 원료의 내구성과 가용성을 개선하는 작업을 이어갈 계획이다. 연구에 활용된 실크 단백질은 실크 섬유 산업의 부산물로 이용할 수 있지만, 소재를 물 여과로 확장하면 공급이 부족할 수 있다. 대체 단백질 소재가 더 낮은 비용으로 같은 기능을 수행할 수도 있을 것이라는 기대다. 연구팀은 이 여과 소재가 주방 수도꼭지에 부착하는 필터로 우선 사용될 가능성이 높다고 말했다. 향후에는 거대 상수도 시설에서의 여과 용도로 확장될 것으로 예상했다. 물론 이는 오염 물질을 확실히 걸러준다는 사실이 입증된 후에 가능한 일이다. 연구팀은 이 소재의 큰 장점이 식품 성분이기 때문에 오염이 발생할 가능성은 매우 낮다고 자신했다. 한편 이 연구는 미국 해군연구소, 미국 국립과학재단, 싱가포르-MIT 연구기술연합의 지원을 받았다.
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[신소재 신기술(109)] 나노실크 기반 여과 소재, 물속 화학물질과 중금속 제거 효과
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[우주의 속삭임(52)] NASA, 목성 생명체 탐사 위해 유로파 클리퍼 임무 우주선 10월 발사
- 목성의 생명체 탐사를 위한 나사(NASA)의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 임무 우주선이 오는 10월 발사된다고 스페이스닷컴이 전했다. 이를 위해 현재 목성 위성 주변의 혹독한 방사선 환경을 견딜 수 있는지를 확인하는 테스트가 진행되고 있다. 유로파 클리퍼 우주선은 목성의 얼음 위성인 유로파(Europa)를 연구하는 것을 목표로 한다. 유로파는 지구의 모든 바다를 합친 것보다 두 배나 많은 물을 가진 지하 바다를 품고 있는 것으로 알려져 있다. 카메라, 지상 투과 레이더, 분광기 등 9개의 장비를 탑재한 이 우주선은 유로파를 여러 번 근접 비행하고, 유로파의 얼음 지각 아래 환경을 조사하며 생명체의 흔적을 찾을 계획이다. 우주선은 플로리다에 있는 나사 케네디 우주 센터의 39A 발사장에서 스페이스X(SpaceX) 팰컨 헤비(Falcon Heavy) 로켓에 실려 발사될 예정이다. 나사는 오는 10월 10일이 발사 목표일이라고 발표했다. 나사 관계자는 "유로파 클리퍼의 주요 탐사 목표는 유로파 위성의 표면 아래에 생명체가 살 수 있는 곳이 있는지 확인하는 것"이라고 밝혔다. 관계자는 또 "이 임무의 세 가지 주요 목표는 얼음 표면과 그 아래의 바다의 특성, 유로파 위성의 구성 및 지질을 이해하는 것이다. 유로파에 대한 우주선의 자세한 탐사는 과학자들이 지구 너머에 있는 거주 가능한 세계의 천체생물학적 가능성을 더욱 깊이 이해하는 데 도움이 될 것"이라고 부연했다. 이전에는 목성의 강력한 자기장으로 인해 생성된 높은 방사선 환경에서 우주선이 견딜 수 있는가에 대한 우려가 제기됐다. 이때 탐사선의 전기 흐름을 제어하는 장치인 트랜지스터가 예상보다 낮은 방사선량에서도 고장을 일으킨 바 있다. 10월 발사가 예정된 우주선에 대한 방사선 환경 테스트도 이 때문에 시행되고 있는 것. 나사 관계자는 최근의 테스트에서 우주선의 트랜지스터가 기본 임무를 지원할 수 있음이 확인되었다고 밝혔다. 이번에 발사되는 우주선은 2030년 목성에 도착할 예정이며, 2031~2034년 사이에 유로파를 약 50회 비행할 것으로 예상된다. 한편 나사는 오는 9일 실시될 핵심 검토를 통해 유로파 클리퍼 우주선이 최종 발사 준비에 들어갈 수 있는지의 여부를 판단할 방침이다.
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[우주의 속삭임(52)] NASA, 목성 생명체 탐사 위해 유로파 클리퍼 임무 우주선 10월 발사
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[퓨처 Eyes(49)] 신개념 하이드로겔, 초기 관절염 치료 및 진행 억제 가능성 제시
- 중국 과학자들이 관절염 치료의 새로운 지평을 열 혁신적인 생체 재료 개발에 성공했다. 이번 연구는 퇴행성 관절염으로 고통받는 전 세계 수억 명 환자들에게 새로운 희망을 제시할 것으로 기대된다. 관절염은 뼈 사이의 완충 역할을 하는 연골이 점차 파괴되면서 발생하는 질환이다. 연골 손상은 윤활 감소와 마찰 증가를 초래하여 결국 관절에 돌이킬 수 없는 손상을 입힌다. 특히 성인의 연골은 자연적으로 치유되지 않아 치료가 어려운 난제로 꼽혀왔다. 관절염, 삶의 질 저하시키는 질환 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계 관절염 환자 수는 꾸준히 증가하여 1990년부터 2019년까지 113% 증가한 5억 2800만 명에 달한다. 인구 고령화와 현대인의 생활 방식 변화가 관절염 증가세를 부추기고 있다. 국내에서도 관절염 문제는 심각하다. 국민건강보험공단 통계에 따르면, 무릎 관절염 환자 수는 지난해 기준 4년간 6.7% 증가했다. 특히 60대 이상 노년층에서 무릎 관절염 발병률이 높게 나타났다. 무릎 관절염은 초기에는 간헐적인 통증으로 시작되지만, 방치할 경우 심각한 통증, 다리 변형, 보행 장애까지 이어질 수 있다. 손상된 연골, 정밀하게 치료한다 이번에 중국 연구팀이 개발한 기술은 '하이드로겔 마이크로스피어(HMS)'와 항체를 결합하여 연골 윤활을 회복시키는 획기적인 치료법이다. 홍콩 매체 사우스차이나 모닝 포스트(SCMP)에 따르면 상하이 고등 연구소와 창사 샹야 국립 병원 연구팀은 손상된 조직 복구에 널리 사용되는 '하이드로겔 마이크로스피어'를 활용하여 관절염 치료의 새로운 접근법을 제시했다. 이번 연구 결과는 첨단 소재 분야 학술지 '어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다. 이 혁신적인 마이크로스피어는 천연 단백질에서 추출한 젤라틴 메타크릴레이트와 합성 고분자인 폴리(설포베타인 메타크릴레이트)를 결합하여 만들어졌다. 이 두 물질의 조합은 세포 성장과 수분 공급에 이상적인 환경을 제공한다. 연구팀은 나아가 손상된 연골에 결합하고 마이크로스피어에 부착되는 표적 항체를 개발하여 치료 효과를 극대화했다. 이 새로운 치료법은 기존 생체 윤활제와 달리 염증 부위를 정확하게 표적하여 치료할 수 있다는 장점을 가진다. '하이드로겔 마이크로스피어'는 작고 균일한 구형의 하이드로겔 입자이다. 쉽게 말해, 아주 작은 크기의 물을 많이 머금을 수 있는 3차원 젤리 공을 떠올리면 된다. 크기는 일반적으로 마이크로미터(㎛) 단위로 매우 작다. 구조는 3차원 망상구조를 가진 친수성 또는 양친매성 고분자 사슬이 가교되어 형성된다. 쉽게 비유하자면, HMS는 작은 스펀지처럼 물을 흡수하여 촉촉함을 유지하고, 필요한 물질을 머금고 있다가 서서히 방출하는 역할을 한다. 이러한 특성 덕분에 약물 전달, 조직 공학, 세포 배양 등 의료 분야에서 다양하게 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 쥐 실험 통해 초기 골관절염 치료 효과 입증 연구팀은 개발한 생체 물질을 쥐에게 주입하여 초기 골관절염 치료 효과를 검증했다. 그 결과, 이 치료법은 골관절염 증상을 완화하고 추가적인 관절 손상을 예방하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 특히, 새로운 생체 재료는 표준 식염수 주입과 비교했을 때 마찰을 줄이고 관절 윤활을 개선하는 측면에서 기존 치료법보다 뛰어난 성능을 보였다. 보고에 따르면 마찰 계수는 표준 식염수 주입에 비해 '3분의 1' 이상 감소했다. 이번 연구는 특히 초기 단계 관절염 치료에 대한 유망한 접근 방식을 제시한다. 표적 윤활 제공과 추가적인 관절 손상 예방을 통해 관절염 치료의 새로운 패러다임을 열 것으로 기대된다. 연구팀은 "개발된 주입형 표적 윤활 HMS와 정밀 표적 윤활 HMS는 특히 초기 단계의 골관절염 진행을 늦추는 데 유망하고 편리한 기술"이라고 강조했다. 관절염 치료의 새 지평 열리나 앞서 미국 노스웨스턴대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 양을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다. 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. 노스웨스턴 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. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 관절은 일단 망가지면 자연적으로 재생되지 않아 그동안 치료의 한계가 있었다. 그러나 이처럼 연골을 재생시키기 위한 전 세계 과학자들의 노력이 합쳐지면 관절염 치료를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(49)] 신개념 하이드로겔, 초기 관절염 치료 및 진행 억제 가능성 제시
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[기후의 역습(51)] NASA, 남극 해저 탐사 로봇 개발⋯해수면 상승 예측 정확도 높인다
- 과학자들이 로봇으로 기후 변화로 예상보다 빨리 녹는 남극 빙붕 탐사에 나선다. 미국 항공우주국(나사·NASA) 산하 제트추진연구소(JPL)는 남극 빙붕 아래 심해를 탐사할 수 있는 자율주행 로봇을 개발 중이다. 이 로봇은 인간이 접근하기 어려운 극한 환경에서 빙하 해빙 속도와 해수면 상승 영향 등을 파악하는 데 활용될 예정이다. 나사는 홈페이지를 통해 '아이스노드(IceNode)' 프로젝트를 통해 인간이 접근하기 어려운 험지인 빙붕의 녹는 속도를 측정하기 위해 자율주행 로봇 함대 구축을 구상하고 있다고 밝혔다. 남극 대륙이 완전히 녹으면 전 세계 해수면이 약 60m(약 200피트) 상승할 것으로 추정된다. 남극 빙상의 녹는 속도는 해수면 상승 예측에서 가장 큰 불확실성 중 하나다. 기온이 따뜻해지면 표면이 녹는 것처럼 얼음도 아래에서 순환하는 따뜻한 바닷물과 접촉하면 녹는다. 바닷물 속의 빙하가 녹는 속도는 그동안 과학자들이 직접 관측하지 못해서 간과해왔던 부분이다. 나사는 "해수면 상승을 예측하는 컴퓨터 모델을 개선하기 위해서 과학자들은 특히 육지에서 뻗어나온 수마일 길이의 떠다니는 얼음판인 빙붕 아래에서 녹는 더 정확한 속도가 필요하다"면서 "빙붕(ice shleves)은 해수면 상승에 직접적으로 기여하지는 않지만 빙상(ice sheets)이 바다로 흘러들어가는 속도를 크게 낮춘다"고 설명했다. '아이스노드' 프로젝트, 알래스카 첫 실험 성공 아이스노드의 엔지니어들은 우주 탐사용 로봇 설계에 대한 전문성을 활용해 길이 약 2.4m(약 8피트), 지름 25cm(10인치)의 자율로봇 차량을 개발하고 있다. 이 차량은 한쪽 끝에서 튀어나와 로봇을 얼음 아랫면에 부착하는 3개 다리의 랜딩 기어가 있다. 로봇에는 어떠한 형태의 추진력이 없으며, 대신 해류 모델의 정보를 사용하는 새로운 소프트웨어의 도움으로 자율적으로 위치를 잡을 수 있다. JPL 연구팀은 지난 3월 알래스카 북부 보퍼트 해에서 원통형 로봇을 수심 30m까지 내려 더이터를 수집하는 데 성공했다. 당시 보퍼트 기온은 섭씨 영하 45도(화씨 영하 50도)로 인간과 로봇 모두에게 도전이었다. 이는 '아이스노드' 프로젝트의 첫 번째 단계로, 궁극적으로는 남극 빙붕에 로봇들을 부착해 장기간 데이터를 수집하는 게 목표다. 로봇의 센서는 따뜻하고 짠 바닷물이 얼마나 빨리 순환해 얼음을 녹이는 지, 그리고 더 차갑고 신선한 녹을 물이 얼마나 빨리 가라앉는지 측정할 것이다. 남극 빙붕 해빙, 해수면 상승 가속 우려 최근 연구들은 남극 빙하가 예상보다 빠르게 녹고 있음을 시사하며, 해수면 상승 예측이 과소 평가됐음을 제기했다. 남극 빙상 전체가 녹을 경우 해수면은 약 60m 상승해 해안 도시들을 위협할 수 있다. 과학자들은 특히 빙하 유출을 막는 '코르크' 역할을 하는 빙붕의 해빙 메커니즘을 이해하는 데 주력하고 있다. 아이스노드 로봇 함대는 최대 1년 동안 운영되며, 계절적 변동을 포함한 데이터를 지속적으로 수집한다. 그런 다음 로봇은 얼음에서 분리되어 위성을 통해 데이터를 전송한다. JPL 로봇 공학자이자 아이스노드의 수석 연구원인 폴 글릭은 "이 로봇은 지구상에서 가장 접근하기 어려운 곳에 과학 장비를 가져다주는 플랫폼"이라며 "어려운 문제에 대한 안전하고 비교적 저렴한 솔루션이 되도록 고안됐다"고 설명했다. 이번 로봇 개발은 접근 불가능한 지역의 데이터 수집을 가능하게 해 해수면 상승 예측 정확도를 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.
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[기후의 역습(51)] NASA, 남극 해저 탐사 로봇 개발⋯해수면 상승 예측 정확도 높인다
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[기후의 역습(50)] 작년 캐나다 산불, 인도 1년치 탄소 배출량과 맞먹어 '충격'
- 작년에 캐나다를 강타한 기록적인 산불은 지구상의 거의 모든 나라에서 배출한 탄소보다 더 많은 탄소를 대기 중에 방출했다고 영국 독립 미디어 인디펜던트가 전했다. 캐나다의 단일 산불이 지구 온난화의 가장 큰 원인을 제공했다는 분석이다. 나사(NASA)의 제트 추진 연구소가 지난주 말 발표한 분석에 따르면, 미국 노스다코타와 거의 같은 면적의 산림을 태운 캐나다 산불은 약 6억 4000만 톤의 이산화탄소를 방출한 것으로 추정됐다. 이 분석 결과는 '네이처' 저널에 발표됐다. 연구에 따르면 캐나다 산불로 배출된 탄소보다 많은 양을 배출한 나라는 중국, 미국, 인도뿐이었다. 3개국의 화석 연료 연소가 다른 국가를 압도하고 있는데, 캐나다 산불이 이에 버금갔다는 얘기다. 전 세계적인 탄소 배출로 인해 지구의 대기 중 온실가스 농도는 2023년에 인류 역사상 가장 높은 수준에 도달했다. 캐나다 산불은 2023년 5월에 발생해 기록적으로 높은 기온과 건조한 기상 조건으로 수개월 동안 꺼지지 않고 퍼지면서 캐나다 인근 전역에 걸쳐 맹위를 떨쳤다. 역대 최대 규모의 산불로 기록되기도 했다. 산불은 캐나다 브리티시 컬럼비아에서 노바스코샤까지 4500만 에이커 이상을 태웠다. 연기는 캐나다 전역으로 퍼져 국경 남쪽까지 도달했으며, 뉴욕을 비롯한 미국 대도시의 하늘을 노랑 또는 주황색으로 물들였다. 지역 주민들은 불길한 대기를 온몸으로 겪어야 했다. 캐나다에서 소방관 8명이 사망하고 수만 명이 대피했다. 나사는 연구에서 위성 관측과 슈퍼컴퓨터를 사용해 화재의 영향을 파악했다. 특히, 2017년부터 지구를 공전하고 있는 유럽우주국(ESA)의 센티넬 5P 위성에 부착된 대류권 관측 장비(TROPOspheric Monitoring Instrument)를 이용해 대기 중의 가스와 미세 입자를 측정하고 매핑할 수 있었다. 한편 기후 위기로 인해 급등하는 기온과 극심한 가뭄으로 인해 발생하는 산불의 빈도와 심각성은 날로 증가할 것으로 예상된다. 캐나다를 포함한 세계 북부 산림에 대한 위협은 심각하다는 지적이다. 산림은 일반적으로 주요 탄소 흡수원 역할을 하며, 일부에서는 특히 배출하는 탄소보다 더 많은 양을 대기 중에서 흡수한다. 그러나 미국 해양대기청(NOAA)은 극심해지는 산불로 탄소 흡수원으로서의 산림의 효과는 갈수록 약해지고 있다고 우려했다.
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[기후의 역습(50)] 작년 캐나다 산불, 인도 1년치 탄소 배출량과 맞먹어 '충격'
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워런 버핏, 애플 팔고 '울타뷰티' 투자⋯한국화장품제조 20% 급등
- 워런 버핏이 이끄는 버크셔 해서웨이가 화장품 소매업체 '울타뷰티(Ulta Beauty Inc)'에 투자했다는 소식에 16일 국내 화장품 관련 주식들이 큰 폭으로 상승했다. 한국거래소에 따르면 이날 한국화장품제조 주가는 전 거래일보다 20.34% 오른 7만400원에 거래를 마감했다. 장 초반에는 29.91%까지 급등하며 52주 신고가를 경신하기도 했다. 한국화장품제조는 기초화장품과 색조화장품을 비롯해 1600여 종류를 생산하는 OEM 및 ODM 화장품 제조 전문 기업으로 한국화장품 등 6개의 계열사를 가지고 있다. 이 외에도 토니모리, 마녀공장, 코스메카코리아, 한국화장품, 브이티, 삐아, 한국콜마, 아모레퍼시픽, 잉글우드랩, 에이블씨엔씨, 코리아나, 뷰티스킨 등 다수의 화장품 관련 주식들이 동반 상승했다. 울타뷰티는 국내의 '올리브영'과 유사한 뷰티 판매·유통 기업으로, 국내 화장품 브랜드도 다수 입점해 있다. 버크셔 해서웨이가 지난 14일 미국 증권거래위원회(SEC)에 제출한 최신 공시를 통해 올해 2분기 애플 지분을 대폭 줄이고 울타뷰티 주식을 매수했다고 밝혔다. 버크셔는 2분기에 3억8900만주 이상의 애플 주식을 매각했다. 그럼에도 불구하고 버크셔는 여전히 애플 주식 4억주를 보유하고 있다. 버핏이 애플 주식 상당 부분을 매각했다는 소식은 8월 초 버크셔 해서웨이의 실적 보고에서 밝혀졌지만, 정확한 매각 주식수는 지난 14일 확인됐다. 버크셔는 울타 뷰티 주식 69만106주를 투자한 것으로 알려졌다. 이에 울타뷰티 주가는 15일(현지시간) 11% 급등하는 등 투자자들의 관심을 끌었다. 국내 증시에서는 울타뷰티 입점 브랜드의 매출 성장 기대감이 커지면서 해당 브랜드뿐 아니라 이들의 주문자 상표 부착 생산(OEM), 제조업자 개발 생산(ODM) 업체까지 주가가 상승했다.
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워런 버핏, 애플 팔고 '울타뷰티' 투자⋯한국화장품제조 20% 급등
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[신소재 신기술(95)] 옥스포드대, '초박막 태양전지' 개발⋯에너지 패러다임 전환 예고
- 영국 옥스포드 대학교 물리학과 연구팀이 기존 실리콘 태양광 패널을 대체할 수 있는 초박막 태양전지 기술을 개발해 에너지 패러다임 전환의 가능성을 제시했다. 이 기술의 핵심은 햇빛에 노출된 물체 외부에 부착할 수 있는 초박막 태양전지 필름이다. 이 필름은 빛을 흡수하는 페로브스카이트를 여러 겹으로 쌓아 1미크론 두께로 제작됐다. 기존 실리콘 웨이퍼보다 150배 얇으면서도 5% 더 높은 에너지 효율을 자랑한다. 특히, 일본 산업기술종합연구소(AIST)의 엄격한 인증을 통과하며 27% 이상의 에너지 효율을 공식적으로 인정받았다고 AZO클린테크가 전했다. 연구팀은 이 기술을 통해 태양광 장치의 에너지 효율을 궁극적으로 45% 이상까지 끌어올릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한, 매우 얇고 유연한 필름 형태로 제작되어 건물, 자동차, 심지어 휴대폰 뒷면 등 다양한 일상 생활에서 사용되는 사물의 표면에 부착 가능하다는 점에서 건설 및 설치 비용 절감 효과도 기대된다. 이는 태양광 발전소 보급 확대와 지속 가능한 에너지 사용 증진에 기여할 것으로 전망된다. 연구팀의 준케 왕 박사는 "이번 기술은 태양 에너지를 가장 지속 가능한 재생 에너지원으로 만들면서 비용 절감까지 가능하게 할 것"이라며 기대감을 드러냈다. 이번 연구는 옥스퍼드 대학교 물리학과 헨리 스나이스 교수의 지도 아래 약 30명의 전문가가 참여했다. 이들은 약 10년 전부터 박막 페로브스카이트 기술 개발에 주력해왔다. 스나이스 교수는 "우리 실험실에서 시연된 태양광 소재 및 기술의 최신 혁신은 기존 건물, 차량 및 물체를 사용하여 더욱 지속 가능하고 저렴하게 태양 에너지를 생성하는 재료를 제조하는 새로운 산업을 위한 플랫폼이 될 수 있다"고 말했다. 한편, 페로브스카이트 소재는 5년 만에 에너지 효율이 6%에서 27%로 비약적으로 발전했지만, 습기에 취약하여 안정성이 떨어지는 문제가 남아있다. 그럼에도 불구하고, 태양 에너지 가격은 지난 10년간 90% 하락하며 경제성을 확보했고, 이는 전 세계 태양광 발전소 증가에 기여했다. 최근 미국과 구글 등이 태양 에너지 인프라 확대에 적극적으로 나서고 있는 가운데, 옥스퍼드 대학교의 이번 연구는 태양 에너지 시대를 앞당기는 촉매제 역할을 할 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(95)] 옥스포드대, '초박막 태양전지' 개발⋯에너지 패러다임 전환 예고
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[신소재 신기술(94)] 물로 작동하는 스마트 붕대, 치료 효과 30% 향상
- 전자 부품이 없이 물 한 방울로 작동하는 스마트 붕대(드레싱)가 개발돼 당뇨병 환자 등의 만성 상처 치유 효과를 높일 것으로 보인다. 미국 노스캐롤라이나 주립대(NCSU) 과학자들이 전기장을 이용해 만성 상처의 치유 속도를 높이는 저렴한 스마트 드레싱(WEPDs)을 개발했다고 메디컬 익스프레스와 데일리 메일 등 다수 외신이 보도했다. '만성 상처'는 치유가 더디거나 아예 치유되지 않는 상처를 말한다. 예를 들어 일부 당뇨병 환자에게서 발생하는 상처는 만성 상처라고 할 수 있다. 이러한 상처는 치유 후에도 종종 재발하고 절단 및 사망 위험을 크게 증가시키기 때문에 문제가 된다. 만성 상처는 또한 치료비가 매우 비싸서 환자에게 추가적인 문제를 일으킬 수 있다. 연구팀이 개발한 '물로 작동하는 전자 부품 없는 드레싱(WPEDs)'은 일회용 붕대로, 한쪽 면에는 전극이, 다른 면에는 작고 생체 적합성이 뛰어난 배터리가 부착돼 있다. 이 드레싱을 상처에 붙인 후 물 한 방울을 떨어뜨리면 배터리가 활성화되어 몇 시간 동안 치유를 촉진하는 전기장이 생성된다. 동물 실험 결과 이 붕대로 치료한 상처는 기존 붕대보다 30% 빠르게 치유됐다. 이번 연구를 주도한 NCSU 전기 및 컴퓨터 공학 아마이 반도드카 교수는 "우리의 목표는 만성 상처 환자의 치유를 가속화하면서도 훨씬 저렴한 기술을 개발하는 것이었다"며 "환자들이 병원 뿐만 아니라 집에서도 쉽게 사용할 수 있도록 하는데 중점을 두었다"고 설명했다. 연구의 공동 1저자이자 NC 주립대의 박사후 연구원인 라자람 카베티는 "이 드레싱에서 전기장은 매우 중요하다. 전기장이 만성 상처의 치유를 가속화한다는 것은 잘 알려진 사실이기 때문이다"라고 말했다. 연구팀은 당뇨병 쥐를 대상으로 WPEDs의 효과를 실험했다. 그 결과, WPEDs를 사용한 쥐들은 일반 붕대를 사용한 쥐보다 약 30% 빠르게 치유됐으며, 새로운 혈관 형성 촉진 및 염증 감소 효과도 확인됐다. WPEDs의 전극은 붕대와 함께 구부러지고 만성 상처의 표면에 맞춰질 수 있도록 설계됐다. 그로 인해 WPEDs는 빠르고 쉽게 부착할 수 있으며, 환자들은 붕대를 붙인 상태에서 자유롭게 움직이며 일상 생활을 할 수 있다. 이는 환자들이 집에서 편리하게 치료 받을 수 있게 해 치료 순응도를 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 향후 WPEDs의 인체 적용 가능성을 확인하기 위해 추가 연구를 진행할 계획이다. 연구 결과는 「상처를 전기적으로 자극하여 상처를 빠르게 봉합하는 물로 구동되는 전자 장치 없는 드레싱」이라는 논문으로 지난 8월 7일 오픈 액세스 저널인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 개재됐다.
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[신소재 신기술(94)] 물로 작동하는 스마트 붕대, 치료 효과 30% 향상
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