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[신소재 신기술(152)] 옥스포드대 연구진, 세계 최초로 양자 컴퓨터 간 순간이동 성공
- 옥스포드 대학교 물리학과 연구진이 세계 최초로 양자 컴퓨터 간 텔레포테이션(Teleportation·양자 순간이동)에 성공해 양자 기술 확장 가능성을 입증했다. 이번 연구는 2m 거리의 실험실 환경에서 진행됐지만, 양자 상태를 연결된 시스템의 '인터넷'을 통해 텔레포트함으로써 양자 모듈을 분산시키는 것이 가능하다는 점을 보여줬다. 해당 연구에 대해서는 과학전문 매체 사이언스 얼럿과 독립매체 인디펜던트 등이 심층 보도했다. 옥스포드 측은 연구팀이 광자 네트워크 인터스페이스를 사용해 두 개의 별도 양자 프로세서를 성공적으로 연결해 단일의 완전히 연결된 양자 컴퓨팅을 형성해 이전에 도달할 수 없었던 계산적 과제를 해결하는 길을 열었다고 평가했다. 양자 순간이동은 얽힘을 이용해 양자 정보를 장거리에 걸쳐 즉시 전송하는 기술이다. 즉 양자 순간이동은 양자역학적 현상으로, 측정 과정을 통해 특정 상태를 확정하기 전까지 여러 특성이 중첩된 상태로 존재하는 양자 특성을 이용한다. 얽힘(entanglement)이라는 과정을 통해 여러 양자의 중첩 상태를 결합한 후, 특정 양자에 대한 측정을 통해 얻은 정보를 바탕으로 다른 얽힌 양자를 원래 양자와 동일한 상태로 변화시키는 방식으로 순간이동이 이루어진다. 이번 실험에서 연구진은 양자 순간이동을 통해 물리적으로 분산된 시스템 간의 상호작용을 생성하는 데 성공했다. 기존의 양자 순간이동 연구는 물리적으로 분리된 시스템 간의 양자 상태 전송에 초점을 맞추었다. 즉 이전에는 큐비트를 이동하지 않고 한 위치에서 다른 위치로 데이터를 전송했다. 이번에 처음으로 네트워크 링크를 통해 논리 게이트(알고리즘의 최소 구성 요소)의 양자 순간이동을 처음으로 시연한 것이다. 옥스포드 대학교는 이전에도 양자 순간이동이 가능했지만, 이번 연구는 네트워크 링크에서 논리 게이트의 양자 순간이동을 최초로 입증한 것이라고 평가했다. 연구진은 이를 통해 멀리 떨어져있는 프로세서가 통신, 계산, 센싱을 의한 매우 안전한 네트워크를 형성할 수 있는 미래의 '양자 인터넷' 을 위한 토대를 마련할 수 있다고 말했다. 연구 책임자인 물리학부의 더갈 메인(Dougal Main) 박사는 "이전의 양자 순간 이동 시연은 물리적으로 분리된 시스템 간에 양자 상태를 전송하는 데 중점을 두었다. 우리 연구에서는 양자 순간이동을 사용하여 멀리 떨어진 시스템 간의 상호 작용을 생성한다. 이러한 상호 작용을 신중하게 조정함으로써, 우리는 양자 컴퓨팅의 기본 연산인 논리적 양자 게이트를 별도의 양자 컴퓨터에 저장된 큐비트 사이에서 수행할 수 있다. 이 획기적인 발견을 통해 우리는 서로 다른 양자 프로세서를 효과적으로 연결해 완전히 연결된 단일 양자 컴퓨터를 만들 수 있다"고 설명했다. 일반 컴퓨터가 0과 1의 이진법을 사용하는 것과 달리 양자 컴퓨터는 큐비트(qubit)라는 양자 정보 단위를 사용해 복잡한 계산을 수행한다. 큐비트는 일반적으로 전하를 띤 원자와 같은 미시적 입자의 특성으로 표현된다. 양자 컴퓨터의 실용화를 위해서는 수백, 수천 개의 입자를 얽히게 해야 하는데, 이는 오류 수정 과정이나 외부 간섭을 차단하는 기술이 필요하다. 소규모 프로세서들을 네트워크로 연결하여 양자 슈퍼컴퓨터를 구축하는 것도 한 가지 해결책이지만, 양자 정보를 빛의 파동 형태로 전송하는 경우 정보 손실의 위험이 존재한다. 순간이동은 기존 방식의 이진 데이터를 통해 측정값을 전달받는다. 이후 수신 측에서 얽힌 입자를 조작하여 원래 입자와 동일한 상태로 만든다. 이번 옥스포드 대학교 실험에서 텔레포트된 스핀 상태의 양자 중첩은 원래 상태와 86% 일치했으며, 이는 두 양자 프로세서에서 71%의 효율로 그로버 알고리즘(Grover algoritum)으로 알려진 간단한 연산의 논리 게이트 역할을 하기에 충분한 수치였다. 연구진은 "광자 링크를 사용하여 모듈을 상호 연결함으로써 시스템의 유연성을 확보하여 전체 아키텍처를 방해하지 않고 모듈을 업그레이드하거나 교체할 수 있다"고 설명했다. 양자 네트워크 재구성이 가능하다는 것은 양자 기술의 응용 분야를 다양화하여 컴퓨터 네트워크를 가장 기본적인 수준에서 물리학을 측정하고 테스트할 수 있는 도구로 전환할 수 있음을 의미한다. 인디펜던트는 연구팀은 또한 이미 이용 가능한 기술을 사용해 양자 시스템을 구축하고 확장할 수 있음을 보여줬다고 짚었다. 이번 연구 결과는 '광 네트워크를 통한 분산 양자 컴퓨팅'이라는 제목으로 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 영국 양자 컴퓨팅 및 시뮬레이션 허브의 수석 과학자이자 연구팀의 수석 연구원인 데이비드 루카스 교수는 "저희 실험은 네트워크 분산 양자 정보 처리가 현재 기술로 가능하다는 것을 보여준다. 양자 컴퓨터를 확장하는 것은 앞으로 몇 년 동안 새로운 물리학적 통찰력과 집중적인 엔지니어링 노력이 필요할 것으로 예상되는 어려운 기술적 과제로 남아 있다"고 말했다.
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[신소재 신기술(152)] 옥스포드대 연구진, 세계 최초로 양자 컴퓨터 간 순간이동 성공
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그린란드 빙하 흐름, 미세한 '얼음 지진'으로 움직인다
- 그린란드 빙하는 미세한 얼음 지진으로 움직이는 것으로 밝혀졌다. 취리히 공과대학(ETH Zurich) 연구진은 그린란드 빙하 흐름의 역동성을 밝혀내 해수면 상승 예측에 중요한 단서를 제공했다. 거대한 남극과 그린란드 빙하는 마치 얼어붙은 강처럼 내륙의 빙하를 바다로 운반하며, 그 움직임 변화는 해수면 상승에 큰 영향을 미친다. 기존 기후 연구자들은 빙하 흐름을 '끈적한 꿀'처럼 천천히, 꾸준히 바다로 흘러가는 것으로 가정하고 컴퓨터 시뮬레이션에 기반해 해수면 상승을 예측해 왔다. 하지만 위성 관측 결과, 이러한 시뮬레이션은 실제 빙하 흐름 속도를 정확히 반영하지 못해 빙하 질량 손실과 해수면 상승 속도 및 규모 예측에 상당한 불확실성을 초래했다. ETH 취리히의 안드레아스 피히트너(Andreas Fichtner) 교수 연구팀은 빙하 흐름 깊은 곳에서 수많은 미세한 '얼음 지진'이 발생하며 서로를 유발하고 수백 미터까지 전파된다는 사실을 발견했다. 이러한 발견은 기존 시뮬레이션과 위성 관측 사이의 격차를 설명하는 데 도움을 주며, 향후 빙하 흐름 시뮬레이션 방식에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 해당 연구에 대해서는 뉴욕타임스, 사이언스, PHYS.org등 다수 외신이 7일(현지시간) 보도했다. 피히트너 교수는 "빙하 흐름이 끈적한 꿀처럼 흐른다는 가정은 더 이상 유효하지 않다. 빙하 흐름은 끊임없이 미끄러짐과 멈춤을 반복하며 움직인다"고 말했다. 연구진은 이번 발견이 빙하 흐름 시뮬레이션에 통합되어 해수면 변화 예측의 정확성을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 깊은 곳에서 채취한 빙하 코어에서 발견되는 수많은 단층면의 기원을 설명해 준다. 이 단층면은 지각 변동의 결과로 알려져 있었지만, 그 원인은 지금까지 밝혀지지 않았었다. 알프레드 베게너 연구소(Alfred Wegener Institute)의 올라프 아이젠(Olaf Eisen) 교수는 "이번 얼음 지진 발견은 작은 규모에서 빙하 흐름의 변형을 더 잘 이해하기 위한 중요한 발걸음"이라고 설명했다. 연구팀은 빙하 표면 900m 아래에 위치한 화산재층 때문에 얼음 지진이 표면에서 관측되지 않아 지금까지 발견되지 않았다고 밝혔다. 빙하 코어 분석 결과, 이 화산재는 약 7,700년 전 미국 오리건 주 마자마 산의 대규모 폭발로 인해 발생한 것으로 밝혀졌다. 피히트너 교수는 "빙하 흐름의 역동성과 화산 폭발 사이에 이전에 알려지지 않은 관계를 발견한 것에 놀랐다"고 회상했다. 그는 얼음 지진이 얼음 속 불순물에서 시작된다는 사실도 발견했다. 이러한 불순물은 화산 폭발로 인해 대기 중으로 유입된 미량의 황산염으로, 눈과 함께 그린란드 빙상에 쌓였다. 이 황산염은 얼음의 안정성을 감소시키고 미세 균열 형성을 촉진하는 역할을 한다. 이번 연구는 ETH 취리히가 주도했으며, 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI), 스트라스부르 대학교, 닐스 보어 연구소(NBI), 스위스 연방 연구소 WSL 등 여러 대학의 연구진이 참여했다. 이번 연구 결과는 과학 저널 '사이언스'에 게재됐다.
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그린란드 빙하 흐름, 미세한 '얼음 지진'으로 움직인다
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[우주의 속삭임(93)] 외계 천체, 태양계 행성 궤도 바꿨다?
- 태양계 궤도 형성에 외계 천체의 영향이 있었다는 주장이 제기됐다. 현재 태양계 행성의 궤도는 약간 기울어져 있고 원형보다는 타원형에 가깝다. 캐나다 토론토 대학의 물리학자 가렛 브라운과 하노 라인이 미국 애리조나 대학의 행성 과학자 레누 말호트라와 협력해 실시한 새로운 연구 결과, 과거 태양계를 스쳐 지나간 외계 천체가 목성형 행성 4개의 궤도를 영구적으로 변경했을 가능성이 제기됐다고 과학 전문 매체 라이브사이언스가 보도했다. 이는 태양계 행성 궤도의 특징을 설명하는 데 도움이 될 수 있는 분석이다. 지금까지 태양계 형성 과정에 대한 다양한 가설이 제시되었지만, 대부분 행성들은 태양 주위를 동심원 형태로 공전하며 동일 평면상에 위치해야 한다는 데 의견을 같이한다. 그러나 실제로 수성부터 해왕성까지 8개 행성 중 어느 것도 완벽한 원형 궤도를 가지고 있지 않으며, 궤도면 또한 완전히 일치하지 않는다. 특히 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 4개의 외행성은 이상적인 궤도에서 미세하게 벗어나 있다. 이러한 차이를 설명하기 위해 기존 연구들은 행성 간 상호 작용에 초점을 맞춰왔지만, 관측된 궤도의 특징을 완벽하게 설명하지 못했다. 애리조나 대학교의 레누 말호트라 교수 연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 약 40억 년 전 외계 천체가 태양계를 통과하면서 행성 궤도에 영향을 미쳤을 가능성을 제시했다. 태양계 밖의 천체들은 때때로 태양의 중력에 이끌려 태양계 안으로 진입한다. 이들은 일반적으로 천문학적 거리에서 충분한 속도를 얻어 태양계를 통과해 다시 우주로 나아간다. 2017년에는 소행성 오우무아무아(Oumuamua)가 우리 태양계를 스쳐 지나가면서 천문학자들에게 성간 방문객의 오랜 역사에 대해 고찰할 수 있는 기회를 제공했다. 연구팀원인 브라운, 라인, 말호트라는 목성 질량의 2~50배에 달하는 천체가 천왕성 궤도 안쪽 어딘가에서 태양 주위를 돌다가 탈출할 수 있는 속도를 얻는 상황을 가정해 시뮬레이션했다. 그리고 이 천체가 거대 행성들의 궤도를 현재와는 다른 궤도로 변경시킬 수 있다는 사실을 알아냈다. 팀은 컴퓨터 모델링을 통해 외계 천체의 질량, 속도, 태양과의 근접 거리 등 다양한 변수를 조정하며 5만 번의 시뮬레이션을 수행했다. 그 결과, 약 1%의 시뮬레이션에서 외계 천체가 통과하면서 4개 외행성의 궤도를 현재와 유사한 상태로 변화시키는 것으로 나타났다. 특히 목성 질량의 8배에 달하는 천체가 화성 궤도보다 약간 먼 1.69AU(약 2억 5000만km)까지 접근했을 때 가장 현실적인 결과를 얻었다. 1AU는 지구에서 태양까지의 평균 거리인 약 1억 5,000만 킬로미터다. 이번 연구는 아직 동료 평가를 거치지 않았지만, 외계 천체가 태양계 행성 궤도 형성에 영향을 미쳤을 가능성을 제시했다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 외계 천체의 방문이 기존에 생각했던 것보다 더 흔하게 발생할 수 있으며, 이러한 현상이 태양계 진화에 중요한 역할을 했을 가능성을 시사했다. 이 연구는 사전 인쇄 서버인 arXiv에서 확인할 수 있다.
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[우주의 속삭임(93)] 외계 천체, 태양계 행성 궤도 바꿨다?
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[우주의 속삭임(91)] 아마추어 천문학자, 목성 얼음층의 숨겨진 비밀 포착
- 아마추어와 프로 천문학자들이 협력해 연구한 결과, 목성의 구름이 지금까지 정설처럼 인식됐던 ‘암모니아 얼음으로 인해 형성’된 것이 아니라 안개성 스모그와 혼합된 황화수소암모늄으로 구성됐을 가능성이 높은 것으로 나타났다. 이는 옥스퍼드 대학교를 비롯한 연구진에 의해 수행됐으며, 지구물리학 연구 저널(Journal of Geophysical Research: Planets)에 게재됐다. 보고서의 요약 글은 옥스퍼드 대학교 홈페이지에 실렸다. 새로운 발견은 미국 콜로라도의 아마추어 천문학자 스티븐 힐 박사에 의해 시작됐다. 그는 우주 관측용 일반 망원경 및 특수 색상 필터를 사용해 목성 대기의 풍부한 암모니아와 구름 꼭대기 압력을 매핑(지도화)하는 데 성공했다. 힐 박사의 성과는 아마추어 천문학자가 목성 대기의 암모니아 풍부함을 지도화할 수 있음을 보여주었을 뿐만 아니라, 구름이 목성의 따뜻한 대기 속에 너무 깊이 자리 잡고 있어 암모니아 얼음이라고 볼 수 없다는 것을 보여주었다. 연구에서 옥스포드 대학 물리학과의 패트릭 어윈 교수는 칠레에 있는 유럽 남방 천문대 초대형 망원경(VLT)의 다중 유닛 분광 탐사기(MUSE)로 힐 박사의 분석 방법을 적용해 목성을 관찰했다. MUSE는 분광학을 이용해 목성의 가스가 다양한 파장의 가시광선에서 뚜렷한 지문을 만들어 가스 행성인 목성 대기의 암모니아와 구름 높이를 지도화했다. 어윈 교수 팀은 컴퓨터 모델에서 빛이 가스 및 구름과 어떻게 상호 작용하는지 시뮬레이션함으로써 목성의 주요 구름이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 깊고 압력과 온도가 더 높은 영역에 있어야 한다는 것을 발견했다. 사실 암모니아가 응축되기에는 너무 따뜻했다. 구름은 암모니아 대신 황화수소암모늄으로 만들어져야 했다. MUSE 관찰에 대한 이전 분석에서도 비슷한 결과가 나왔다. 그러나 이런 분석은 전 세계적으로 소수의 그룹에서만 수행할 수 있는 정교하고 매우 복잡한 방법이기 때문에 그 결과를 입증하기 어려웠다. 새로운 연구에서 어윈 교수 팀은 인접한 좁은 색상 필터의 밝기를 비교하는 힐 박사의 방법론이 동일한 결과를 도출한다는 사실을 발견했다. 그리고 이 새로운 방법은 훨씬 빠르고 간단하기 때문에 검증하기가 매우 쉽다. 따라서 연구팀은 목성의 구름은 실제로 700mb로 예상되는 암모니아 구름보다 더 깊은 압력을 갖고 있으며, 따라서 순수한 암모니아 얼음으로 구성될 수 없다는 결론을 내렸다. 어윈 교수는 "일반 천체 망원경과 특수 필터를 사용하는 아마추어 학자가 목성 대기에 대한 새로운 창을 열고, 목성의 오랫동안 신비로웠던 구름의 본질 및 대기가 어떻게 순환하는지를 이해하는 데 기여할 수 있음을 보여주었다"라고 말했다. 이는 시민 과학자들이 목성 대기의 특징, 목성의 띠, 작은 폭풍, 대적반과 같은 큰 소용돌이를 포함해 암모니아와 구름 압력 변화를 추적할 수 있음을 의미한다. 그렇다면 목성 구름이 암모니아가 응축돼 만들어지지 않은 이유는 무엇일까. 연구팀은 광화학(햇빛에 의해 유도되는 화학 반응)이 목성 대기에서 매우 활발하며, 습하고 암모니아가 풍부한 공기가 위로 올라가면서 암모니아가 파괴되거나, 암모니아 얼음이 형성되기도 전에 빠르게 광화학 생성물과 혼합됐기 때문이라고 추정했다. 따라서 목성의 주요 구름은 실제로 황화수소암모늄과 광화학, 스모그 생성물이 섞인 것으로, 이는 목성 이미지에서 볼 수 있는 붉은색과 갈색 색상을 생성한다는 것이다. 연구팀은 또 토성에 대한 VLT/MUSE 관측에도 이 방법을 적용했다. 그 결과 만들어진 암모니아 지도에서도 제임스웹 우주 망원경 관측에서 나온 것을 포함해 여러 연구와 유사하게 일치한다는 것을 발견했다. 이는 토성 대기에서도 유사한 광화학적 과정이 발생하고 있음을 시사한다.
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[우주의 속삭임(91)] 아마추어 천문학자, 목성 얼음층의 숨겨진 비밀 포착
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[기후의 역습(111)] 남극 대륙 빙하 녹으면 화산 100개 폭발 가능성 제기
- 남극 대륙의 광대한 빙상 아래에는 100개 이상의 화산이 숨어 있으며, 빙상이 녹으면 이들 화산이 활성화될 수 있다는 우려가 제기됐다고 라이브사이언스가 전했다. 남극 횡단 산맥에 의해 동서로 나뉜 이 대륙에는 에레부스 산이나 용암 호수와 같은 거대한 화산이 존재한다. 그런데 남극 대륙에는 빙상 아래 눈에 띄지 않는 화산이 100개 이상 있으며, 많은 화산이 서쪽 해안을 따라 모여 있다. 그 화산 중 일부는 표면 위로 솟아 오르지만, 다른 화산은 남극 빙상의 수km 아래에 숨겨져 있다. 기후 변화로 인해 빙상이 녹아 전 세계 해수면이 상승하고 있다. 빙상이 녹으면서 그 아래 암석 위에서 누르는 압력이 줄어들어 더 국지적인 결과를 낳는다. 빙상이 녹으면, 지구 다른 곳에 있는 빙하 아래 화산에서 화산 활동이 증가하는 것으로 나타났다. 빙상 전문가 쿠닌 박사 등은 빙상의 용융(녹아내림)이 남극 대륙에 묻힌 화산에 어떤 영향을 미치는지를 연구하기 위해 4000번의 컴퓨터 시뮬레이션을 실행했고, 그 결과 점진적으로 빙상이 녹는 것이 빙하 아래 화산 분출의 횟수와 규모를 증가시킬 수 있다는 것을 발견했다. 그 이유는 빙상이 녹아내리면 표면 아래의 마그마 챔버(일종의 가두리)에 가해지는 압력이 줄어들어 압축된 마그마가 팽창하기 때문이다. 팽창은 마그마 챔버 벽에 가해지는 압력을 증가시키고 화산 분출로 이어질 수 있다. 일부 마그마 챔버에는 일반적으로 마그마에 용해되는 휘발성 가스가 다량으로 포함되어 있다. 마그마가 냉각되고 과부하 압력이 감소하면 이 가스는 새로 연 소다 병에서 터져 나오는 탄산처럼 용액에서 빠르게 빠져나와 마그마 챔버의 압력을 증가시킨다. 이 압력은 얼음이 녹으면 빙하 하부 화산의 분출을 촉진할 수 있음을 의미한다. 빙하 하부 화산의 분출은 표면에서 보이지 않을 수 있지만, 빙하에 영향을 미친다. 분출로 인한 열은 표면 아래 깊은 곳에서 얼음을 더 빨리 녹이고, 위에 있는 빙하를 약화시킬 수 있다. 잠재적으로 표면에서 압력이 감소하고 추가로 화산이 분출하는 '피드백 루프'로 이어질 수 있다. 쿠닌 박사 팀은 이 같은 과정이 느리게 진행돼 수백 년에 걸쳐 발생한다고 지적했다. 그러나 이는 세계가 인류가 만들어낸 인위적인 지구 온난화를 억제하더라도 피드백이 계속될 수 있다는 것을 의미한다. 남극 대륙의 빙상은 마지막 빙하기 동안 훨씬 두꺼웠으며, 마그마와 가스의 방출 및 팽창 과정이 과거의 화산 분출에 영향을 주었을 것으로 보인다.
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- ESGC
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[기후의 역습(111)] 남극 대륙 빙하 녹으면 화산 100개 폭발 가능성 제기
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인체 주입형 나노봇부터 로봇 반려동물까지⋯로봇, 어디까지 진화할까?
- 로봇은 주로 제조 및 물류 분야의 일상적인 작업에 사용되었지만, 이제는 기계적 팔다리를 펼치고 생명과 과학의 다른 많은 영역으로 확장되고 있다. 최신 로봇 중 대다수가 유용하지만, 일부는 다소 생소하고 이상하다. 고급 알고리즘을 사용해 인간과 비슷하게 만들고, 일부는 특정 작업을 목표로 하는 이상한 디자인도 보인다. 라이브사이언스가 독특한 모양 또는 기능의 로봇을 소개했다. ◆ 주사 가능한 나노봇 인체 주입형 나노봇은 이미 현실화됐다. 에든버러 대학교 공과대학 연구진은 특수 코팅으로 특정 온도에서 녹도록 혈액 응고제로 만들어진 작은 로봇을 개발했다. 적혈구의 약 12분의 1 크기인 이 로봇은 외부 자석과 의료 영상을 이용, 혈관을 통과해 약물을 투여해야 하는 신체 부위로 안내된다. 목표 위치에 도달하면 자석이 나노봇을 가열하고 녹여 약물을 방출한다. ◆ 보스턴 다이내믹스의 아틀라스 보스턴 다이내믹스의 아틀라스 2족 보행 로봇은 계속 진화하고 있다. 아틀라스는 초기에 초보적인 파쿠르 기술과 우수한 손재주를 보여주었다. 이제는 엎드려 잠든 자세에서 ‘깨어나는’ 방법을 배웠다. 엎드린 자세에서 시작해, 로봇은 다리를 엉덩이 뒤로 구부린 다음 회전 가능한 고관절을 사용해 힘을 가하고 바닥에서 일어난다. 부자연스러운 움직임처럼 보일 수 있지만, 아틀라스의 관절과 유연한 움직임을 잘 보여주며 다양한 분야에서 더 잘 작동할 수 있다. ◆ 아메카 '세계에서 가장 진보된 로봇'이라는 별칭을 얻은 2세대 아메카는 질문에 대한 응답을 기반으로 해 매우 사실적인 표정을 지을 수 있는 기능을 제공한다. 아메카의 얼굴을 덮고 있는 가단성 소재는 생성형 AI와 결합돼 봇이 모든 종류의 질문에 응답한 다음 손 움직임과 함께 얼굴 표정을 지어 답변을 보완할 수 있도록 한다. 얼굴 움직임은 유압 장치가 있는 골격 프레임을 사용하며, 로봇의 나머지 부분과 함께 놀라울 정도로 인간과 비슷하다. 아메카는 아직 상업화되지는 않았지만 엔지니어링 아트의 제작자는 휴머노이드 로봇의 미래가 사회 복지에 도움이 되거나 실제 인간과 함께 접수원 역할을 할 것으로 생각한다. ◆ 클론 로보틱스의 토르소 배터리로 작동하는 물 펌프와 밸브 시스템으로 구동되는 토르소 로봇은 이상하지는 않지만 생소하고 다소는 불안하다. 이 시스템을 사용해 다양한 인공 뼈와 근육을 움직이고, 골반 위쪽으로 인간의 몸통을 복제하기 때문이다. 로봇은 유령 같은 흰색 피부로 덮여 있다. 인간과 비슷한 골격에도 불구하고, 몸통의 움직임은 다소 불안정하지만, 자연스럽게 움직이도록 훈련되고 있다. 로봇을 개발한 클론 로보틱스는 이 기술이 조립 라인에서 일하거나, 집안일을 하거나, 심지어 원격 진료를 돕는 휴머노이드 로봇으로 사용될 것을 기대하고 있다. ◆ 맥클라리(mCLARI) 거미는 스파이더맨과 같은 영화나 SF 소설을 통해 로봇에 영감을 주었지다. 그 결과 탄생한 것이 맥클라리다. 길이가 2cm에 불과한 맥클라리는 두 가지 방법으로 움직일 수 있는 네 개의 다리 모듈을 사용하는 작은 '거미 로봇(스파이더 봇)'으로, 로봇이 좁은 공간을 통과하고 장애물을 우회하기 위해 모양을 효과적으로 바꿀 수 있다. 로봇에는 고급 AI 처리 기능이 없고 원격으로 제어해야 하지만, 적응형 형태는 무너진 건물의 잔해나 자연재해 파괴 현장을 기어다니며 접근하기 어려운 지역에서 생존자를 찾을 수 있는 길을 열어줄 수 있다. ◆ 데스데모나 데스데모나는 2017년에 세계 최초로 사우디아라비아의 '로봇 시민'이 된 '소피아 더 로봇(Sophia the Robot)'의 모회사 핸슨 로보틱스가 개발한 휴머노이드 로봇이다. 데스데모나는 뇌에 대규모 언어 모델(LLM)을 사용해 사실적인 얼굴 표정을 재현할 수 있는 합성 피부를 가지고 있다. 특히 일반 휴머노이드 로봇과 달리 데스데모나는 단순한 기술 시연이 아니라 고유한 스타일과 개성을 가진 로봇 음악 스타이기도 하다. 데스데모나는 기술이라기 보다는 로봇이 어떻게 인간과 같은 사회적, 문화적 인물이 될 수 있는지에 대한 비전에 관한 것이다. ◆ 멘티봇 관절이 있는 손을 가진 다소 복고적인 로봇처럼 보일 수 있지만, 멘티봇에는 눈에 보이는 것 이상의 많은 기능이 있다. 구체적으로, 휠체어를 탄 사람을 위해 카트를 미는 등 다양한 상황과 작업에 대응하기 위해 AI 모델을 활용해 학습하도록 설계되었다. 멘티봇은 시뮬레이션된 작업에서 실제 작업으로 이동하는 데 걸리는 시간을 줄여주는 '심2리얼(Sim2Real)' 시스템을 갖추고 있다. 이를 강화 학습 기술, 센서 제품군 및 액추에이터의 조합으로 백업하면 2025년에는 창고 자동화에서 가정 환경 지원에 이르기까지 다양한 작업을 도울 수 있는 로봇이 탄생할 수 있다. ◆ 카시오 모플린 로봇 반려동물은 새로운 것이 아니지만 카시오 모플린은 사용자와 껴안고 유대감을 형성하는 것을 목표로 하는 최초의 반려동물 로봇 중 하나다. 햄스터와 닮은 모플린은 주인의 목소리를 인식하고 사용자의 성격을 시뮬레이션해 스스로 맞추어 성격을 개발할 수 있는 기술을 가지고 있다. 소니의 아이보와 같은 다른 로봇 반려동물과 달리 모플린은 공을 쫓거나 활동적인 반려동물은 아니다. 오히려 인간에게 위안을 주는 동반자 역할을 제공하고 인간과 관계를 형성하도록 만들어졌다. 모플린은 먹이를 줄 필요가 없지만, 정기적인 관심을 받지 못하면 슬프거나 불안한 감정을 나태내고 이러한 관계 설정이 모플린의 성격을 개발한다.
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인체 주입형 나노봇부터 로봇 반려동물까지⋯로봇, 어디까지 진화할까?
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글로벌 기술기업들, AI 다음 먹거리 로봇시장 참여 본격화
- 생성형 인공지능(AI) 분야의 성장으로 인해 휴머노이드(인간형) 로봇 등 관련 시장이 함께 커지자 빅테크 간의 '로봇 경쟁'이 본격화하는 양상이다. 파이낸셜타임스(FT)는 29일(현지시간) 엔비디아가 내년 상반기 중 휴머노이드 로봇용 소형 컴퓨터의 최신 버전 '젯슨 토르(Jetson Thor)'를 출시할 예정이라고 보도했다. AI 반도체 선두 주자인 엔비디아도 차세대 성장 동력으로 로봇 분야를 주목하고 나선 것이다. 엔비디아는 AI 로봇에 들어가는 반도체에서부터 로봇 훈련에 사용되는 소프트웨어에 이르기까지 전체적인 설루션을 공급해 다가오는 로봇 혁명 시대에 선도적인 플랫폼으로 자리매김하겠다는 심산이다. 엔비디아의 로봇 부문 부사장 디푸 탤러는 "(챗GPT 출시 이후 AI 산업이 급성장한 것과 같이) 물리적(피지컬) AI와 로봇 부문에서 '챗GPT 순간'을 눈앞에 두고 있다"면서 시장이 티핑 포인트(tipping point·급격한 변화 시점)에 도달했다고 평가했다. AI 모델의 폭발적 증가, 가상 상황에서의 로봇 훈련 능력 발전 등이 시장 변화를 주도하고 있다는 게 탤러 부사장의 설명이다. 엔비디아가 로봇 산업으로 눈을 돌린 데는 AI 칩 제조업계의 경쟁 격화도 영향을 끼쳤다는 평가가 나온다. AMD·브로드컴 등이 엔비디아의 대항마로 나섰고 주요 고객사인 아마존 등 클라우드 서비스 업체들도 엔비디아 의존도를 줄이려 하고 있다. 이런 배경에서 엔비디아는 피지컬 AI 부문 투자에 나서고 있으며 지난 2월에는 휴머노이드 로봇 업체 '피겨 AI' 투자에 참여했다. 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 지난달 "AI 혁신은 디지털에서 피지컬로 확산할 것"이라며 로봇과 AI를 조합한 기술 혁신을 전망했다. 로봇 분야는 아직 유의미한 매출을 올리지 못하고 있지만 주요 기술업체들은 로봇 산업에 앞다퉈 뛰어들고 있다. 일론 머스크가 이끄는 테슬라는 2026년 휴머노이드 로봇 '옵티머스' 출시를 목표로 하고 있다. 보스턴다이내믹스는 AI를 활용한 휴머노이드 로봇 개발에 속도를 내기 위해 도요타와 협력하고 있다. 아마존 창업자 제프 베이조스와 챗GPT 개발사 오픈AI는 로봇 스타트업 '피지컬 인텔리전스'에 나란히 투자한 것으로 지난달 전해져 눈길을 끌기도 했다. 샌프란시스코에 기반한 피지컬 인텔리전스는 인간 수준 또는 그 이상의 AI인 범용인공지능(AGI)을 로봇에 적용하는 기술을 개발하는 스타트업으로 로봇에 탑재할 대규모 AI 모델과 알고리즘을 개발하고 있다. 아마존·도요타·보스턴다이내믹스 등은 로봇 개발에 엔비디아의 시뮬레이션 기술과 훈련 소프트웨어 등을 사용하고 있다. 세계 최대 파운드리(반도체 수탁생산) 업체 TSMC의 웨이저자(魏哲家) 회장은 최근 "며칠 전 세계 최고 갑부와 이야기를 나눴는데 앞으로 힘써야 할 분야는 자동차가 아닌 다기능 로봇이라고 했다"고 소개하기도 했다. 웨이 회장은 '세계 최고 갑부'의 이름을 직접 언급하지는 않았지만, 중화권 매체들은 웨이 회장이 머스크와 만나 대화했다고 전했다. 미국 시장조사업체 BCC는 현재 780억 달러(약 114조5000억 원) 규모인 세계 로봇 산업 규모가 2029년 말 1650억 달러(약 242조2000억 원) 수준으로 커질 것으로 보고 있다.
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- IT/바이오
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글로벌 기술기업들, AI 다음 먹거리 로봇시장 참여 본격화
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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(142)] 난임 치료의 혁신-나팔관 막힘 제거하는 '자성 로봇 나사' 개발
- 난임 치료 분야에서 기존의 수술법을 대체할 수 있는 획기적인 기술이 등장했다. 자성으로 구동되는 마이크로 로봇 나사가 나팔관 막힘을 제거하는 방식으로, 난임의 주요 원인 중 하나를 해결하는 새로운 가능성을 열었다. 중국 선전 첨단기술연구원(SIAT) 자성 소프트 마이크로로봇 연구실은 나팔관 폐쇄로 인한 여성 난임 치료를 위해 '자성 마이크로 로봇(magnetic microrobot)' 나사를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 이는 전 세계 수백만명의 여성에게 영향을 미치는 나팔관 폐쇄 문제를 해결할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 자성 로봇은 회전하는 자기장을 이용해 기계적인 움직임을 발생시키며, 기존의 카테터와 유도 와이어를 이용한 수술적 방식보다 덜 침습적인 치료법으로 기대를 모은다. 연구진은 이번 기술이 난임 치료 방법을 개선하고, 나팔관 폐쇄로 임신에 어려움을 겪는 여성들에게 새로운 희망을 제공할 것이라고 밝혔다. 정밀한 로봇 기술로 나팔관 폐쇄 난임 해결 전 세계적으로 약 1억8600만명이 난임을 겪고 있으며, 여성 난임 사례의 11~67%가 나팔관 폐쇄로 인한 것이다. 전통적인 치료법은 카테터와 유도 와이어를 사용해 나팔관을 뚫는 방식이지만, 이러한 절차는 환자의 몸에 기기를 삽입해야 하며 침습적이고 불편함을 유발할 수 있다. 이에 연구팀은 기존 수술법보다 덜 침습적인 대안을 개발하고자 했다. 연구팀이 개발한 마이크로 로봇은 비자성 감광성 수지로 제작된 후, 표면에 얇은 철층을 입혀 자성을 부여했다. 로봇은 자기장에 반응해 회전하며, 이를 통해 나팔관을 모사한 유리 채널을 통과한다. 실험 결과 이 로봇은 여성 생식 기관에서 발생하는 막힘을 모방한 세포 덩어리를 성공적으로 제거했다. 자성 마이크로 로봇은 섬세하고 좁은 나팔관 구조를 정확하게 통과하며, 정확한 내비게이션이 가능함을 입증했다. 로봇이 회전하는 동안 소용돌이장을 형성해 막힌 찌꺼기를 뒤쪽으로 밀어내며 막힘을 효과적으로 제거한다. 이 같은 특별한 움직임과 설계는 나팔관 내 장애물을 효율적이고 정밀하게 제거하는 데 기여한다. 마이크로 로봇, 다양한 실험 통해 효과 입증 연구팀은 다양한 실험을 통해 시스템의 유효성을 입증했다. 회전하는 로봇 나사가 장벽에 쌓인 찌꺼기를 밀어내며, 시뮬레이션된 나팔관 막힘을 효과적으로 제거하는 모습을 보였다. 팀은 향후 더 정교하고 소형화된 로봇을 개발할 계획이며, 실제 장기 모델에서의 테스트와 실시간 위치 추적을 위한 생체 내 이미징 시스템 통합을 목표로 하고 있다. SIAT 염구팀의 하이펑 쉬(Xu Haifeng)는 "이번 기술은 기존의 카테터와 유도 와이어를 이용한 수술 방식부다 덜 침습적인 대안이 될 수 있다"며 "환자의 부담을 덜고 치료효과를 높이는 데 기여할 것"이라고 밝혔다. 연구팀은 자동 제어 시스템을 개발해 막힘 제거의 효율성을 높이고, 수술 등 다양한 의료 분야에 이 기술을 확대 적용할 계획이다. 쉬 박사는 "궁극적으로 난임을 겪는 환자들에게 더 효과적이고 최소 침습적인 솔루션을 제공하는 것이 목표"라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 학술지 'AIP 어드밴시스(AIP Advances)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(142)] 난임 치료의 혁신-나팔관 막힘 제거하는 '자성 로봇 나사' 개발
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[윌로우 양자 혁명의 시작(7·끝)] 윌로우, 양자 도약과 인류의 미래⋯기술 철학의 새로운 미래를 열다
- 양자 컴퓨터는 이제 공상 과학이 아닌 현실이다. 구글이 개발한 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 계산 능력의 한계를 넘어 새로운 가능성의 문을 열었다. 하지만 기술의 발전은 단순히 효율성과 성능의 문제로 끝나지 않는다. 윌로우는 인간의 윤리와 사회적 책임, 기술과 철학의 경계선에서 중요한 질문을 던지고 있다. 이번 회에서는 윌로우가 인류의 미래에 제시하는 철학적·사회적 의미를 탐구하며, 기술의 진정한 의미를 되짚어본다. [편집자 주] 자연의 언어를 읽다…양자역학의 운영체제 양자 컴퓨팅은 자연의 언어, 즉 양자역학을 기반으로 작동한다. 고전 컴퓨터가 0과 1의 이진법으로 정보를 처리한다면, 양자 컴퓨터는 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 활용하여 훨씬 더 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 윌로우는 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 중 하나가 10의 25제곱년 걸리는 계산을 5분 이내에 수행했다. 10의 25제곱년은 글로 표현하면 10,000,000,000,000,000,000,000,000년이다. 이 엄청난 숫자는 물리학에서 알려진 시간 척도를 넘어 우주의 나이를 크게 넘어선다. 이처럼 윌로우는 인간이 과거에는 상상조차 하지 못했던 문제를 해결할 수 있는 능력을 제공하지만 이와 동시에 윤리적 문제를 동반한다. 양자 컴퓨터가 기존 암호학 기술을 무력화하는 것처럼, 윌로우의 기술은 오용될 경우 사회적 갈등을 유발하거나 개인의 프라이버시를 침해할 가능성이 있다. 양자 컴퓨터는 RSA, ECC와 같은 기존 암호 체계를 빠르게 해독할 수 있다. 이로 인해 양자 내성 암호(Quantum-Resistant Crystography) 개발이 중요해 지고 있다. 아울러 양자 컴퓨팅 기술과 함께 양자 암호학(QKD)을 활용해 해킹에 강한 통신 네트워크 구축이 가능하다. 이처 양자 기술의 발전에는 책임감 있는 사용과 윤리적 가이드라인이 필수적이다. 기술의 목적이 무엇인지, 그리고 이를 통해 어떤 가치를 실현할 것인지에 대한 사회적 논의가 필요하다. 신약 개발 등 첨단 기술 앞당겨 양자 컴퓨터는 분자의 복잡한 상호작용을 시뮬레이션할 수 있어 신약 개발 시간을 단축하고 성공률을 높일 수 있다. 아울러 방대한 유전체 데이터를 효율적으로 분석하여 맞춤형 치료제 개발에 기여할 수 있다. 양자 시뮬레이션을 통해 신소재 개발에 기여할 수 있다. 예를 들어 초전도체나 고성능 배터리 소재 등 새로운 물질의 특성을 정확히 예측하고 최적화된 재료를 설계할 수 있다. 양자 컴퓨터는 기존의 머신러닝 알고리즘보다 더 빠르고 효율적으로 대규모 데이터를 설계할 수 있다. 그로 인해 데이터 분류, 클러스터링, 강화 학습 등에서 혁신적인 성능을 발휘할 수 있다. 금융 시장에서 복잡한 위험 요소를 더 정밀하게 분석해 투자 전략을 최적화할 수 있다. 양자 알고리즘을 활용해 금융 데이터의 패턴을 더 정교하게 분석하고 시장 예측력을 높일 수 있다. 아울러 기후 변화의 다양한 변수를 빠르게 분석해 더 정교한 모델을 제공할 수 있다. 국방 및 안보 분야에서 방대한 정보를 빠르게 분석해 전략적 의사 결정을 할 수 있다. 기존 레이더보다 월씬 더 정교하고 감지 능력이 뛰어난 시스템 개발이 가능하다. 그밖에 우주선의 최적 항로를 계산해 연료를 절약하고 탐사 효율을 극대화하며, 복잡한 천체 물리학 문제를 더 정확하게 해결할 수 있다. 이처럼 양자 컴퓨팅은 현재 초기 단계에 있지만 앞으로 기술이 성숙함에 따라 더 다양한 산업에서 응용될 가능성이 크다. 협력과 공유 통한 기술의 민주화 구글 퀀텀 AI는 윌로우의 기술을 독점하지 않고, 오픈소스 소프트웨어와 교육 자료를 통해 전 세계 연구자들과 공유하고 있다. 이러한 협력적 접근은 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고, 기술 발전의 혜택을 전 세계적으로 분배하는 데 기여한다. 이는 기술 민주화의 본보기가 될 수 있으며, 기술 발전이 일부 계층이나 국가에만 국한되지 않도록 하는 중요한 사례로 평가받고 있다. 기술과 철학, 새로운 질문을 던지다 윌로우는 단순히 계산 속도를 높이는 도구가 아니라, 인간 존재와 기술의 관계에 대한 새로운 질문을 던진다. 기술이 인간의 한계를 초월할 때, 우리는 무엇을 추구해야 할까? 기술 발전이 인류의 이익을 넘어선 순간, 우리는 어떤 선택을 해야 할까? 이러한 질문은 단지 과학자나 기술 전문가들만의 것이 아니다. 사회 전체가 윌로우와 같은 기술이 가져올 변화를 논의하고, 이를 바람직한 방향으로 이끌어야 한다. 미래를 여는 윌로우, 새로운 시작의 문을 열다 윌로우는 단순한 양자 컴퓨팅 칩이 아니다. 이는 기술과 윤리, 사회적 책임과 인간의 한계를 넘어 새로운 미래를 열어가는 첫걸음이다. 의약품 개발, 기후 변화 대응, 에너지 혁신 등 다양한 분야에서 윌로우는 인류가 직면한 난제를 해결할 수 있는 도구로 자리잡고 있다. 하지만 그와 동시에 윌로우는 우리에게 기술의 본질과 목표에 대해 다시금 생각해보게 만든다. 양자 컴퓨팅은 이제 막 시작됐다. 그리고 그 여정은 인간의 창의성과 협력을 바탕으로 계속 이어질 것이다. <윌로우, 양자 혁명의 시작> 시리즈는 양자 컴퓨팅 기술의 선두 주자인 윌로우를 통해, 기술이 인간과 사회에 미치는 영향과 가능성을 탐구하는 여정을 담아냈다. 구글의 윌로우가 열어갈 새로운 세계는 단순히 기술 혁신을 넘어, 인간 존재의 의미와 미래를 재정의하는 데 기여할 것이다. 이제 윌로우는 우리 모두에게 새로운 가능성의 문을 활짝 열어 보이고 있다.
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[윌로우 양자 혁명의 시작(7·끝)] 윌로우, 양자 도약과 인류의 미래⋯기술 철학의 새로운 미래를 열다
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(6)] 새로운 시대를 여는 양자 컴퓨팅…윌로우가 제시하는 미래
- 구글의 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 단순한 기술적 진보를 넘어, 인류 문명과 기술의 관계를 재정의하고 있다. 에너지, 의료, 환경 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌며 양자 컴퓨팅 시대의 가능성을 열어가고 있는 윌로우, 이번 회에서는 윌로우가 만들어갈 미래의 모습과 함께, 기술 발전이 가져올 윤리적 질문과 사회적 영향을 깊이 있게 탐구한다. [편집자 주] 양자 컴퓨팅이 가져올 기회와 도전 양자 오류를 극복한 윌로우는 에너지 혁신, 신약 개발, 환경 문제 해결 등 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 강력한 도구로 주목받고 있다. 예를 들어, 윌로우는 복잡한 기후 모델링과 도시 설계 시뮬레이션을 통해 더 지속 가능한 미래를 설계하는 데 기여할 수 있다. 또한, 약물 개발 속도를 대폭 향상시켜 난치병 치료제 개발에도 새로운 가능성을 열어 준다. 그러나 이러한 기술적 가능성은 새로운 문제를 동반한다. 양자 컴퓨터는 RSA 암호화를 비롯한 기존 보안 체계를 무력화할 수 있는 능력을 가짐으로써 금융, 국방, 개인 정보 보호 등 다양한 분야에서 심각한 위협을 가할 수 있다. 양자 컴퓨팅과 윤리…기술의 목적은 무엇인가? 기술 발전은 인간 삶의 질을 높이는 데 기여해야 한다는 점에서 윌로우의 사회적 역할은 매우 중요하다. 양자 컴퓨팅의 막대한 계산 능력이 잘 못 사용될 경우, 악의적인 해커나 권위주의적인 정부에 의해 사회적 통제를 강화하는 도구로 변질될 위험이 있다. 따라서 윌로우와 같은 양자 컴퓨팅 기술이 윤리적으로 활용될 수 있도록 투명한 정책과 규제가 필요하다. 예를 들어, 구글 퀀텀 AI는 오픈소스 플랫폼을 통해 기술을 공개하며, 학계 및 산업계와 협력하여 기술 발전의 윤리적 기준을 세우고 있다. 환경과 지속 가능성에 대한 윌로우의 기여 윌로우는 에너지 산업에서 혁신적인 역할을 할 잠재력을 가지고 있다. 예를 들자면 윌로우는 전기차 배터리와 태양광 패널의 설계를 최적화함으로써 에너지 효율성을 극대화하고 지속 가능한 에너지 전환을 가속화할 수 있다. 또한 복잡한 기후 모델링과 탄소 배출 감소 시뮬레이션을 통해 기후 변화 대응에 실질적인 도움을 줄 수 있다. 하지만 양자 컴퓨터의 운영에는 극저온 환경을 유지하는 데 상당한 에너지가 소모된다. 이는 에너지 효율성 측면에서 개선해야 할 중요한 과제로 남아 있다. 기술 민주화…협력과 공유의 필요성 구글은 윌로우 칩의 기술적 성과를 전 세게적으로 공유하며, 기술의 민주화를 실현하고자 한다. 오픈소스 소프트웨어와 교육 자료를 제공함으로써 연구자와 개발자들이 윌로우를 활용한 응용 프로그램 개발에 참여할 수 있도록 장려하고 있다. 이러한 협력은 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고, 기술 발전의 이점을 전 세계적으로 공유하는 데 기여할 것이다. 양자 컴퓨팅이 만들어낼 미래의 가능성 윌로우는 인류가 직면한 복잡한 문제를 해결할 강력한 도구로 에너지, 신약 개발 등 의료, 환경, 보안 등 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 하지만 그와 동시에 윤리적 논의와 사회적 협의가 반드시 동반되어야 하며, 기술 발전이 모든 사람에게 공평하게 혜택을 줄 수 있도록 해야 한다. 다음 회에서는 양자 컴퓨팅과 철학적 관점을 중심으로 윌로우가 인류 사회에 제시하는 새로운 가능성과 도전을 다룬다. [윌로우, 양자 혁명의 시작(7·끝)]에서 이어진다.
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(6)] 새로운 시대를 여는 양자 컴퓨팅…윌로우가 제시하는 미래
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(3)] 윌로우, 양자 컴퓨팅의 미래를 펼치다
- 구글의 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 단순한 기술 발전을 넘어, 인류가 풀지 못한 문제들을 해결할 열쇠로 주목받고 있다. 에너지, 의료, 암호화 등 다양한 분야에서 그 가능성은 무한하며, 상상조차 할 수 없던 변화를 가져올 준비를 하고 있다. 이번 회에는 윌로우가 제시하는 기술적 가능성과 이를 활용해 만들어갈 미래의 모습을 구체적으로 탐구한다. [편집자 주] 양자 컴퓨팅의 본질: 슈퍼컴퓨터를 넘어선 도구 윌로우는 기존 컴퓨터가 수천년이 걸려도 풀기 어려운 문제를 단 몇 분 만에 해결할 수 있는 능력을 입증했다. 랜덤 회로 샘플링(RCS) 벤치마크를 통해 윌로우는 슈퍼컴퓨터조차 10해년(10의 25제곱 년) 걸리는 연산을 단 5분 만에 처리하며 양자 컴퓨팅의 우위를 확실히 보여주었다. 이처럼 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터와는 완전히 다른 방식으로 작동한다. 큐비트(양자 컴퓨터의 기본 단위)의 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 활용해 더 많은 정보를 동시에 처리할 수 있기 때문에, 기존 방식으로는 불가능했던 계산이 가능해진다. 에너지 혁명: 지속 가능한 미래의 도구 윌로우는 에너지 효율화와 신재생에너지 최적화에서도 중요한 역할을 할 가능성이 크다. 예를 들어, 전기차 배터리 설계에서 윌로우는 분자 수준의 화학 반응을 시뮬레이션하여 더 효율적이고 오래 지속되는 배터리 재료를 개발하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 풍력 터빈의 최적 배치, 태양광 패널의 효율성 개선 등 재생에너지 활용도를 높이는 데도 기여할 수 있다. 이는 탄소배출 감소와 지속 가능한 에너지 전환을 가속화하는 데 결정적인 역할을 할 것이다. 의료 혁명: 신약 개발의 속도와 효율성을 높이다 의료 분야에서 윌로우는 분자 상호작용 시뮬레이션을 통해 기존 신약 개발 과정을 혁신적으로 단축할 가능성을 열었다. 예를 들어, 항암제나 희귀 질환 치료제 개발을 위한 분자 구조 분석은 기존 기술로는 수년이 걸리는 작업이었지만, 윌로우는 이를 몇 주 또는 며칠로 단축할 수 있다. 또한 단백질 접힘 현상을 시뮬레이션하여 새로운 치료제를 설계하거나 약물과 수용체의 결합 방식을 정밀하게 분석할 수 있어, 난치병 치료제 개발에서도 중요한 도구로 자리잡을 수 있다. AI와 양자의 융합: 초지능으로 나아가는 길 양자 컴퓨팅은 인공지능(AI)과의 융합을 통해 새로운 혁신을 이끌 것이다. 기존 컴퓨터로는 처리하기 어려운 대규모 데이터 분석과 고속 학습 모델 훈련을 지원하며, AI가 더욱 효율적이고 정교하게 작동할 수 있도록 돕는다. 예를 들어, 자율주행차의 실시간 데이터 분석, 금융 시장의 예측 모델링, 의료 영상 분석 등 다양한 AI 응용 분야에서 윌로우의 능력이 발휘될 수 있다. 환경 보호: 복잡한 생태계 모델링과 기후 변화 대응 윌로우는 기후 변화와 환경 문제 해결에도 강력한 도구가 될 것이다. 산림 복원 프로젝트에서 탄소 흡수량을 최적화하거나 복잡한 생태계 상호작용을 시뮬레이션하여 환경 보전 정책의 효율성을 높일 수 있다. 또한 더 정교한 기후 모델링을 통해 재난 예측의 정확성을 높이고, 지속 가능한 도시 계획을 세우는 데 기여할 것이다. 무한한 가능성을 향한 윌로우의 도전 윌로우는 단순한 양자 컴퓨팅 칩 이상의 의미를 지닌다. 구글 퀀텀 AI는 오픈소스 플랫폼과 협업을 통해 학계와 산업계의 연구자들이 윌로우를 활용할 수 있도록 지원하며, 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고 있다. 이러한 협력을 통해 윌로우는 에너지, 의료, 환경 등 다양한 분야에서 인류가 직면한 난제를 극복하는 데 기여할 것이다. 다음 회에서는 윌로우가 암호화 기술과 보안 패러다임에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 중점적으로 다룬다. [윌로우, 양자 혁명의 시작(4)]에서 이어진다.
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(3)] 윌로우, 양자 컴퓨팅의 미래를 펼치다
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(2)] 윌로우, 30년 난제 깨고 양자 컴퓨팅 시대 앞당기다
- 양자 컴퓨터는 인류가 해결하지 못했던 문제들을 해결할 열쇠를 가지고 있다. 구글이 개발한 혁신적인 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 그 열쇠를 단단히 쥔 채, 30년간 학계를 괴롭혀 온 난제를 해결하며 양자 컴퓨팅의 상용화를 앞당기고 있다. 이번 회에서는 윌로우가 어떻게 양자 오류 정정의 난제를 해결했는지, 그리고 이를 통해 어떤 가능성이 열렸는지 심층적으로 살펴본다. [편집자 주] 양자 오류 정정, 꿈을 현실로 만들다 양자 컴퓨터는 큐비트(Quantum Bit·양자 역학의 원리를 기반으로 정보를 저장하고 처리하는 단위)를 사용하여 기존 컴퓨터보다 훨씬 더 많은 데이터를 동시에 처리할 수 있지만, 큐비트는 외부 환경에 매우 민감해 오류가 발생하기 쉽다. 이 때문에 과학게에서는 "큐비트를 늘릴수록 오류도 증가한다"는 문제가 걸림돌로 여겨졌다. 그러나 윌로우는 이를 뒤집었다. 구글 퀀텀 인공지능(AI) 팀은 큐비트를 3x3, 5x5, 7x7로 배열하고, 표면 코드(surface code)라는 기술을 통해 오류를 단계적으로 절반씩 줄이는 데 성공했다. 구글은 2019년 '시커모어(Sycamore)' 칩으로 양자 우월성을 처음 달성했으며, 이번에 윌로우는 이를 더욱 확장하고 복잡한 문제를 해결할 수 있는 능력을 입증했다. 이는 1985년 피터 쇼어가 이론화한 양자 오류 정정의 한계를 실질적으로 극복한 사례로, 양자 컴퓨터의 상용화를 향한 거대한 도약을 의미한다. 윌로우, 전설적 성과로 기록되다 윌로우는 단순히 연구 단계에서 멈추지 않았다. 랜덤 회로 샘플링(RCS) 실험에서 윌로우는 기존 슈퍼컴퓨터가 10해년(10septillion·10의 25제곱 년) 걸리는 계산을 단 5분 만에 완료하며 압도적인 성능을 입증했다. 이는 양자 컴퓨터가 단순한 이론이 아닌 실질적인 응용 가능성을 지니고 있음을 보여주는 획기적인 사건이다. 이번에 해결된 문제는 양자 역학 시스템의 시뮬레이션과 같은 분야에서 고전 컴퓨터로는 계산 불가능한 영역에 속한다. 예를 들어 고체 물질 내 전자의 움직임을 계산하거나, 화학 반응의 정확한 에너지 상태를 예측하는 문제처럼 기존의 컴퓨터로는 수십년 걸릴 계산을 단 시간에 수행했다. 3D 큐비트 배열과 초전도 기술의 진화 윌로우의 성공 뒤에는 초전도 큐비트와 3D 큐비트 배열 기술이 있었다. 기존의 평면적 큐비트 배열은 외부 간섭에 취약했지만, 윌로우는 큐비트를 3D 구조로 배치하여 안정성을 극대화했다. 또한 초전도 회로를 활용하여 큐비트 간의 신호 간섭을 줄이고 계산 정확도를 높였다. 이는 윌로우가 기존 양자 컴퓨터와 차별화된 이유 중 하나다. 실시간 오류 정정, 양자 컴퓨팅의 문을 열다 윌로우는 새로운 디코딩 알고리즘을 통해 실시간으로 오류를 감지하고 수정하는 기술적 성과를 달성했다. 이는 양자 컴퓨터가 단순히 이론적 실험을 넘어, 실질적인 응용 분야에서도 신뢰할 수 있는 시스템으로 자리 잡을 수 있는 기반을 마련한 혁신적인 변화다. 양자 컴퓨팅 시대를 앞당기다 구글 퀀텀 AI 팀은 윌로우의 성공을 기반으로 양자 컴퓨팅 상용화의 속도를 더욱 높이고 있다. 구글은 연구 성과를 오픈소스 플랫폼을 통해 공개하며, 전 세계의 연구자와 협력해 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고 있다. 특히 윌로우는 의약품 개발, 에너지 혁신, AI 알고리즘 등 다양한 분야에서 상상 이상의 가능성을 제시하며, 인류가 직면한 난제를 해결하는 데 중요한 도구가 될 것이다. 다음 회에서는 윌로우가 슈퍼컴퓨터를 넘어선 연산 능력을 어떻게 활용할 수 있을지 구체적으로 분석한다. [윌로우, 양자 혁명의 시작(3)]에서 이어진다.
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(2)] 윌로우, 30년 난제 깨고 양자 컴퓨팅 시대 앞당기다
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[신소재 신기술(140)] 일본 연구진, 햇빛·물로 수소 연료생산하는 새로운 개념 반응기 시연
- 일본 연구진이 햇빛과 물을 이용해 재생 가능한 수소 연료를 생산할 수 있는 새로운 개념 증명 반응기를 시연했다. 특수 광촉매를 이용하는 이 기술은 저렴하고 풍부하며 지속 가능한 수소 연료 생산에 기여할 것으로 기대된다고 라이브사이언스, 인터레스팅엔지니어링등 다수 외신이 전했다. 현재 수소는 대부분 천연 가스에서 추출되기 때문에 화석 연료 의존도를 낮추는 데 한계가 있다. 하지만 이번에 개발된 기술은 햇빛을 이용해 수소를 생산할 수 있어, 향후 수소 에너지 시대를 앞당기는 데 중요한 역할을 할 것으로 전망된다. 새로운 100㎡(1076제곱피트) 규모의 반응기는 광촉매 시트를 사용하여 물 분자에 있는 산소와 수소 원자를 분리하고, 이를 통해 수소를 추출해 연료로 사용한다. 신슈대학교의 카즈나리 도멘 교수 연구팀은 이번 연구 결과를 국제 학술지 '프론티어스 인 사이언스'에 발표했다. 도멘 교수는 "광촉매를 이용한 햇빛 기반 물 분해는 태양 에너지를 화학 에너지로 변환하고 저장하는 이상적인 기술"이라며 "최근 광촉매 소재 및 시스템의 발전으로 실현 가능성이 높아졌지만, 여전히 많은 과제가 남아 있다"고 밝혔다. 이 기술의 핵심 원리는 물을 산소와 수소로 분해하는 것이다. 간단해보이지만 이는 에너지 집약적인 과정이며, 특수광촉매가 필요하다. 광촉매는 빛에 노출되면 물을 구성 요소로 분해하는 화학 반응을 촉진한다. 이러한 개념은 새로운 것이 아니지만 기존의 '1단계' 광촉매는 효율이 낮고 태양 에너지-수소 전환율이 미미했다. 연구팀은 '2단계'로 구성된 더 효율적인 물 분해 과정을 선택했다. 이 시스템에는 하나의 광촉매가 첫단계에서는 물에서 산소를 분리하고 다음 단계에서는 수소를 제거한다. 팀은 이 과정을 위한 광촉매를 개발함으로써 3년 동안 작동한 시제품 반응기를 제작할 수 있었고, 연구실에서 사용하는 자외선보다 실제 햇빛을 사용했을 때 더 잘 작동하는 것을 확인했다. 연구팀의 하사토미 타카시 박사는 "태양 에너지 변환 기술은 밤이나 악천후에서는 작동할 수 없지만, 햇빛 에너지를 연료의 화학 에너지로 저장하면 언제 어디서근 사용할 수 있다"고 설명했다. 팀은 100㎡ 규모의 반응기를 3년간 운영해 개념 증명에 성공했다. 이 반응기는 실제 햇빛에서 실험실 조건보다 더 나은 성능을 보였다. 하사토미 박사는 "자외선에서 반응하는 광촉매를 사용하는 우리 시스템에서 태양 에너지 변환 효율은 자연광에서 약 1.5배 높았다"고 설명했다. 그러나 현재 시뮬레이션된 햇빛에서의 효율은 최대 1%이며 자연광에서는 5% 효율에 도달하지 못하는 한계가 있었다. 연구팀은 5% 효율 장벽을 깨기 위해 더 많은 연구자들이 더 효율적인 광촉매를 개발하고 더 큰 실험 반응기를 구축해야 한다고 강조했다. 아직 초기 단계인 이 기술이 상용화되면 수소 에너지 생산 비용을 낮추고, 친환경 에너지 구축에 크게 기여할 것으로 예상된다.
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[신소재 신기술(140)] 일본 연구진, 햇빛·물로 수소 연료생산하는 새로운 개념 반응기 시연
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[기후의 역습(96)] "얼음 없는 북극해가 온다", 카운트다운
- 북극의 해빙이 거의 모두 녹는 여름이 2027년에 발생할 수 있으며, 이렇게 되면 기록상 첫 번째가 될 것이라고 PHYS가 전했다. 이는 지구에 불길한 전조다. 미국 콜로라도 볼더 대학교의 기후학자 알렉산드라 얀과 스웨덴 예테보리 대학교의 셀린 호이제 등 국제 연구팀은 컴퓨터 모델을 적용해 지구의 최북단 바다에서 '처음으로 얼음이 없는 날'이 언제 발생할 수 있을지 예측했다. 얼음이 없는 북극은 날씨 패턴을 변화시켜 생태계와 지구 기후에 큰 영향을 미칠 수 있다. 얀 박사는 "북극에 얼음이 없는 날이 온다고 해서 상황이 극적으로 바뀌지는 않을 것"이라면서도 "그러나 온실가스 배출로 인해 북극해의 특성 중 하나인 해빙과 연중 눈으로 덮여 있는 자연환경이 근본적으로 바뀌었다는 점을 보여줄 것"이라고 말했다. 연구팀의 결과는 이달 초 네이처커뮤니케이션즈 저널에 게재됐다. 얀 박사는 오는 9일 워싱턴 D.C.에서 열리는 미국지구물리학회 연례회의에서 이를 발표할 예정이다. 지구 온난화로 '푸른 북극' 온실가스 배출 증가로 기후가 따뜻해지면서, 북극의 해빙은 10년마다 12% 이상이라는 전례 없는 속도로 사라지고 있다. 지난 9월, 미국 국립빙설데이터센터는 올해 북극 해빙 최소치(북극에서 동결된 바닷물의 양이 가장 적은 날)가 1978년 이후 가장 낮은 수준 중 한 해라고 보고했다. 올해 최소치는 428만㎢로 2012년 9월에 관측된 역대 최저치를 약간 웃돌았다. 그러나 1979~1992년 사이의 평균 최소 면적인 685만㎢에 비하면 여전히 뚜렷한 감소를 나타내고 있다. 과학자들은 북극해의 얼음 면적이 100만㎢ 미만일 때 북극에 얼음이 없다고 말한다. 북극 해빙 변화에 대한 이전의 예측은 바다가 한 달 동안 얼음이 없는 상태가 되는 시점을 예측하는 데 초점을 맞췄다. 얀 박사의 종전 연구에 따르면 얼음 없는 달은 거의 필연적으로 발생할 것이며, 그 시기는 2030년대가 될 것임을 시사했다. 기후 변화에서의 티핑 포인트(임계점)가 다가오면서 얀 박사는 북극의 해빙이 녹는 속도에 관심을 가졌다. 특히 첫 번째 얼음 없는 달의 발생 가능성을 예측하고, 북극해의 모든 해빙을 녹일 수 있는 사건이 무엇인지에 대해서도 파악하고자 연구팀을 구성해 분석에 나섰다. 해빙이 완전히 사라질 가능성 얀과 호이제 박사는 300개 이상의 컴퓨터 시뮬레이션에서 얻은 결과를 사용해 북극에서 처음으로 얼음이 없는 날이 언제가 될 것인지를 예측/추정했다. 대부분의 모델은 인간이 온실가스 배출량을 어떻게 변경하든 관계없이 첫 번째 얼음 없는 날이 2023년 이후 9~20년 사이에 발생할 수 있다고 예측했음을 발견했다. 가장 빠른 예측은 3년 안에 발생할 수 있다는 것이었다. 극단적인 시나리오이지만, 모델은 가능성이 있음을 시사하고 있다. 총 9개의 시뮬레이션에서 얼음 없는 날이 3~6년 안에 발생할 수 있다고 추정했다. 연구진은 일련의 극심한 기상 현상이 단시간에 200만㎢ 이상의 해빙을 녹일 수 있다는 것을 발견했다. 비정상적으로 따뜻한 가을이 먼저 해빙을 약화시키고, 그 다음에는 따뜻한 북극의 겨울과 봄이 이어지면서 해빙이 형성되지 않는다. 북극이 3년 이상 연속으로 극심한 온난화를 겪으면 첫 번째 얼음이 없는 날은 늦여름에 발생할 수 있다. 그런 따뜻한 해는 이미 일어났다. 예를 들어, 2022년 3월에 북극 지역은 평균보다 화씨 50도(섭씨 10℃) 더 따뜻했고, 북극 주변 지역은 거의 녹고 있었다. 호이제 박사에 따르면 기후 변화로 인해 이러한 기상 현상의 빈도와 강도는 증가한다. 해빙은 지구로 들어오는 햇빛을 우주로 반사해 북극이 온난화되는 것을 방지한다. 얼음이 녹아 반사율이 낮아지면 어두운 바닷물이 태양으로부터 더 많은 열을 흡수함으로써 북극과 전 세계의 기온을 더 끌어올린다. 또한 북극의 온난화는 바람과 해류 패턴을 변화시켜 전 세계적으로 더 극심한 기상 현상을 초래할 수 있다. 하지만 좋은 소식도 있다. 연구에 따르면, 탄소 배출량을 크게 줄일 경우 얼음 없는 북극의 타임라인을 크게 늦출 것이다. 얀 박사는 "배출량을 줄이면 해빙을 보존하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 강조했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(96)] "얼음 없는 북극해가 온다", 카운트다운
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[기후의 역습(94)] 그린란드 빙상 해빙 가속화, 해안선 1m 상승 가능성
- 그린란드의 빙하가 녹는 속도가 빨라지고 있다. 세 가지 기후 모델에 따르면 온실가스 배출이 높은 시나리오의 경우 2100년까지 연간 964~1735기가톤(Gt)의 얼음이 손실될 것으로 추정된다. 이렇게 빙하가 녹으면 해수면이 최대 1m까지 상승해 해안 지역의 수백만 명을 위협할 것이라고 PHYS가 전했다. 이 연구는 벨기에 공립 리에주 대학이 NIC5 슈퍼컴퓨터의 지원을 받아 수행했으며, 연구 결과는 향후 IPCC(기후 변화에 관한 정부간 협의체) 평가에 반영된다. 북극해에 위치한 그린란드의 빙하는 현재 놀라운 속도로 녹고 있다. '지구물리학 연구지(Geophysical Research Letters)'에 실린 리에주 대학 보고서는 이를 극명하게 보여주고 있다. 세 가지 지역 기후 모델(RACMO, MAR 및 HIRHAM)은 빙하가 녹는 것에 대해 다양한 예측을 내놓지만, 그린란드는 2100년까지 엄청난 양의 얼음을 잃어 해수면 상승이 가속화될 것이라는 한 가지 결론에 모두 동의하고 있다. 리에주 대학교의 쿠엔틴 글라우드 박사는 "예측에 따르면, 빙하는 사용된 모델에 따라 세기말까지 매년 964~1735기가톤의 얼음을 잃을 수 있다"며 "온실가스 배출을 급격하게 줄이지 않으면 빙하가 녹는 것을 되돌릴 수 없다"고 설명했다. 연구팀은 모델별 차이는 각 모델이 빙하가 녹은 물의 흐름을 처리하는 방식에서 비롯된다고 지적했다. 예를 들어, 눈이 녹으면 일부 물은 침투해 다시 얼고 나머지는 바다로 직접 흘러 들어간다. 표면 반사율과 관련된 피드백의 영향을 받는 이 복잡한 과정은 모델 간 불일치의 핵심 요인이다. 리에주 대학교 기후학자 자비에 페트바이스는 "그린란드는 현재 전 세계 해수면 상승의 25%, 즉 연간 0.6mm를 차지하고 있다. 현재의 녹는 속도가 유지된다면 2100년까지 최대 1m에 이를 수 있다"고 우려했다. 이는 전 세계 해안 지역의 수백만 생명을 위협하고 홍수와 침수 위험을 높인다. 이번에 발표된 연구 결과는 슈퍼컴퓨터를 활용한 분석이었으며, 이를 통해 빙하, 대기 및 해양 간의 상호 작용을 시뮬레이션하여 복잡한 기후 시나리오를 탐색할 수 있었다. 연구진은 기후 예측의 발전에도 불구하고, 기후 모델을 개선할 필요가 있다고 주장했다. 눈 속의 물을 유지하는 데 관련된 프로세스를 더 깊이 이해하고, 빙하의 고도 변화와 같은 동적 매개변수를 통합하는 것은 불확실성을 줄이는 데 필수적이라는 주장이다. 유럽 기관 간 협력의 결실인 이번 연구는 글로벌 기후 문제에 직면한 협력의 중요성을 보여준다. 연구에서 얻은 결과는 향후 IPCC 평가에 반영되어 해수면 상승에 대한 예측을 구체화하는 데 기여하게 된다. 그린란드 빙하가 급속히 녹고 있다는 사실은 무시할 수 없는 경종이다. 연구는 지구 온난화를 억제하고, 취약한 지역 사회를 보호하며, 전 세계 생물 생태계를 보존하기 위한 즉각적인 조치를 촉구하고 있다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(94)] 그린란드 빙상 해빙 가속화, 해안선 1m 상승 가능성
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[신소재 신기술(139)] 중국, 소행성 탐사용 고양이 닮은 4족 로봇 개 개발
- 중국 연구원들이 소행성의 울퉁불퉁하고 중력이 낮은 표면을 뛰어넘을 수 있는 인공지능(AI) 기반 로봇 개를 제작했다. 하얼빈 공업대학 연구진은 고양이가 몸을 비틀고 발로 착지하는 능력에 영감을 받아 강화 학습을 이용한 소행성 탐사용 4족 로봇 개를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 보도했다. 중국의 한 온라인 매체에 따르면 이 로봇은 네 다리를 무거운 안정화 하드웨어에 의존하는 대신 '모델 없는' 제어 시스템을 사용해 동작을 조정한다. 이러한 설계 덕분에 로봇은 공중에서 자세를 조정하고 기울기를 수정하며 방향을 바꿀 수 있다. 이는 작은 천체를 탐사하는 방식을 변화시켜 우주 탐사의 새로운 가능성을 제시하고 멀리 떨어진 천체에 대한 이해를 높일 수 있다. 저중력 혁신 저중력은 현재 연구중인 소행성 탐사에서 로봇이 해결해야 할 중요한 난제다. 태양계 생성의 유물인 이 행성들은 백금과 같은 자원이 풍부해 미래 우주 연구에 도움이 될 수 있다. 또한 태양계의 기원에 대한 중요한 통찰력을 제공할 수 있다. 그러나 기존의 바퀴 달린 탐사선은 중력이 지구의 수천 분의 1에 불과해 견인력을 얻기 어렵기 때문에 큰 어려움에 직면해 있다. 연구팀은 충돌, 제어할 수 없는 회전 또는 로봇이 땅에서 튕겨져 나갈 수 있는 다리 힘의 불균형 문제를 해결하는 데 집중했다. 에어 서스펜션 기술을 사용하여 미세중력 시뮬레이션 플랫폼을 개발하여 제어 기술을 테스트하고 로봇이 안전하게 착륙하고, 후속 도약을 위해 요(yaw)를 수정하거나 자유 낙하 중 고도 편차를 수정할 수 있는지 확인했다. 그동안 우주 기관이 소행성에 우주선을 착륙시켜 샘플을 채취하는 데 성공한 적은 있지만, 장기적으로 표면 탐사를 수행할 수 있는 탐사선을 보낸 임무는 아직 없다. 홍콩 매체 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면 이 점핑 로봇의 성공은 소행성 탐사를 변화시켜 소멸 소행성에 대한 새로운 연구의 길을 열고 우주 자원 활용을 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 점프 안정화 연구팀은 중력이 낮은 천체에서 점프하는 동안 스스로 안정화할 수 있는 로봇을 개발했다. 이러한 환경에서는 점프할 때마다 로봇이 최대 10초 동안 공중에 떠 있는 상태가 유지되는 데, 이는 다리 힘의 불균형으로 인해 로봇이 제어되지 않고 회전하거나 심지어 우주로 표류하고도 남는 시간이다. 이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 강화 학습, 특히 근거리 정책 최적화를 사용해 가상 시뮬레이션에서 로봇을 훈련시켰다. 7시간에 걸쳐 AI는 안정적인 착륙을 위해 움직임을 개선하고 몇 초 내에 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw)를 수정하는 방법을 학습했다. 예를 들어 140도의 가파른 전방 기울기로 발사했을 때 로봇은 단 8초만에 안정화되었고, 공중에서는 최대 90도까지 회전해 방향을 바꿀 수 있었다. 저중력을 이겨내고 점프 동작을 안정화시킨 중국의 로봇 개가 소행성 탐사 현장에 언제 투입될지 귀추가 주목된다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(139)] 중국, 소행성 탐사용 고양이 닮은 4족 로봇 개 개발
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[기후의 역습(93)] AI, 역사적 기후 극단 현상 발견
- 인공지능(AI)으로 지구의 극한 기온을 분석한 연구 결과가 나왔다. 전 세계에는 3만 개가 넘는 기상 관측소가 있다. 관측소는 매일 기온, 강수량 및 기타 기상 관련 지표를 측정한다. 이 자료는 기상학자들이 월별 및 연간 기후 정보를 생성하기 위해 분석해야 할 엄청난 양의 데이터이다. 기상학자들이 최근 기상 데이터 세트에 AI 기술을 적용해 유럽의 극한 기온을 분석했다. 이를 기존의 분석과 비교한 결과 일치도가 탁월한 것으로 나타났다. 나아가 AI 분석은 과거에 알려지지 않은 기후 극한 현상도 추가로 발견했다고 PHYS가 전했다. 기상학자들의 이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다. 기후 변화로 인해 일부 지역에서는 비가 더 많이 내리거나 더위의 극한도 증가하고 있다. 현재 전 세계 육지 면적의 30% 이상이 매년 2-시그마 통계 수준을 넘는 월별 기온을 기록하고 있으며, 이는 1950년의 약 1%에서 대폭 증가한 수치다. 기온을 분석하는 데 있어 중요한 문제는 일부 기상 관측소의 데이터가 부족하다는 것이다. 유인 기상 관측소는 손상되거나, 관측자가 바뀌거나 교체되지 않는 등 연속성이 떨어진다. 관측 기술은 이전 계측과 상관관계가 있어야 하는데, 예컨대 아프리카와 극지방 등의 지역은 충분한 정보를 제공하지 않는다. 함부르크 소재 독일 기후 컴퓨팅 센터의 연구팀은 극한 기온이 AI의 신경망 기술을 적용하기에 적합한 영역이라고 판단했다. 연구팀은 전 세계 다른 곳보다 더 오래 전부터 기상 관측소가 밀집된 유럽에 초점을 맞췄다. 연구진은 AI를 사용해 유럽의 기후 극한 상황에 대한 기상 관측치를 재구성했다. 유럽의 기온 관측소는 밀도가 높기 때문에 기존의 통계적 방법은 효과적일 수 있다. 한 관측소에 온도계가 없어도 인근의 관측소를 통해 예측할 수 있기 때문이다. 관심 지점에서 인근 관측소까지의 거리와 함께 측정된 값을 사용해 관심 위치의 온도를 예측하는 방법이며, 계산에서 거리나 각도에 가중치를 부여해 산정한다. 그러나 근처 관측소의 데이터가 부족하거나 누락되면 성능이 떨어진다는 문제가 있다. 연구팀이 적용한 AI 방법론은 지난 몇 년 동안 누락된 기후 정보를 적정 가중치를 적용해 재구성하고 불확실성을 정량화해 빈 데이터 공간을 채우는 것이었다. 그 결과 기존의 통계 방법에 의한 채우기보다 성능이 우수한 것으로 나타났다. 연구팀이 사용한 AI 모델은 CMIP6 아카이브(결합 모델 상호 비교 프로젝트: 과거 기후, 현재 기후 및 미래 기후를 계산하는 대기와 해양을 결합한 기후 모델의 글로벌 협업)의 지구 시스템 모델을 사용, 과거 시뮬레이션을 통해 훈련을 받고 비교했다. 연구팀은 CRAI(기후 재구성 AI)라고 부르는 딥러닝 기술이 따뜻한 날(일일 최고 기온이 90번째 백분위수보다 높은 날의 비율), 시원한 날(일일 최고 기온이 10번째 백분위수보다 낮은 날의 비율)을 계산하는 데 여러 기존의 방법보다 성능이 뛰어나다는 것을 발견했다. 따뜻한 밤과 시원한 밤에 대해서도 마찬가지였다. 연구진은 또 이를 유럽 도메인의 HadEX3 데이터 세트에 있는 모든 필드를 재구성하는 데 적용했다. HadEX3는 1901~2018년까지 격자로 구분한 지구 표면의 극한 기온과 강수량에 대한 80개 이상의 지수로 구성되어 있다. 여기에서도 AI 기술은 과거의 극단적인 기상을 재구성하고, 소위 '재분석 데이터 세트'에서 다루지 않은 시간 간격에 걸친 공간적 추세를 드러내는 능력을 보여주었다. 기후 재분석은 기후 모델과 사용 가능한 관측치를 함께 활용해 관측 데이터베이스의 격차를 메워주었다. CRAI는 1929년의 한파와 1911년의 폭염 등 이전에는 알려지지 않았던 유럽의 극단적인 기상 상황도 밝혀냈다. 연구팀은 "우리의 연구는 이 접근법을 글로벌 규모 또는 데이터가 부족한 지역에 적용해야 할 필요성과 장점을 모두 보여준다"라며 "실제로 우리의 AI 기반 재구성은 특히 데이터 부족이 심한 지역에서 기존 통계적 방법보다 더 높은 정확도를 보여주었다"라고 셜명했다. 연구팀은 이러한 CRAI 모델을 학습하면 더 많은 양의 정보를 활용할 때 정확도가 향상될 것이라고 덧붙였다.
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[기후의 역습(93)] AI, 역사적 기후 극단 현상 발견
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[기후의 역습(92)] 지구 온난화로 전 지구적 해양 순환 시스템 붕괴
- 전 세계의 해양 순환, 즉 해류는 해양 생태계는 물론 지구 환경의 지속가능성에 막대한 영향을 미친다. 작게는 해안가에도 해류가 있을 수 있으며, 지구 전체로 끊임없이 물을 이동시키는 거대한 해류 네트워크, 즉 대규모 '글로벌 해양 컨베이어 벨트'도 있다. 이 거대한 해류 시스템은 전 세계적으로 열을 분배하여 기온에서 강수량에 이르기까지 지구의 모든 것에 영향을 미친다. 그런데 안타깝게도 이 해류 시스템이 속도가 느려지고 완전히 붕괴될 위기에 처해 있다고 어스닷컴이 전했다. 이는 네이처 지오사이언스에 발표됐는데, 연구에 따르면 이런 붕괴는 우리가 예상했던 것보다 더 큰 문제로 다가오고 있다. ◆ 해양 순환과 AMOC AMOC(대서양 해류 순환)는 대서양 주변에서 따뜻한 물과 차가운 물을 이동시키는 거대한 해양 컨베이어 벨트다. 멕시코만에서 시작하여 따뜻하고 짠물이 미국 동부 해안을 따라 북쪽으로 흐르고 대서양을 건너 유럽으로 향한다. 따뜻한 물은 북대서양에 도달하면 차가워지고 밀도가 높아지며, 따라서 바다 깊숙이 가라앉는다. 이 가라앉는 과정은 더 많은 따뜻한 물을 북쪽으로 끌어당겨 대체하고, 지구 전체에 열을 분산시켜 기후를 조절하는 데 결정적 역할을 하는 연속적인 루프(고리)를 만든다. ◆ AMOC가 인간에게 미치는 영향 인간은 몇 가지 중요한 면에서 AMOC에 의존한다. AMOC 덕분에 서유럽은 온화한 겨울을 지낼 수 있다. AMOC는 특히 지구 온도를 조절함으로써 농업, 생태계 및 일상생활에 필수적인 안정적인 기상 패턴을 유지하는 데 큰 도움을 준다. 그런 AMOC가 지난 1000년 이래 그 어느 때보다 약해졌다고 이번 연구는 지적하고 있다. 연구진은 이 둔화의 주된 원인이 지구 온난화라고 설명한다. 연구팀의 새로운 모델링은 그린란드 빙상과 캐나다 빙하에서 녹은 물이 퍼즐의 빠진 조각일 수 있음을 시사한다. ◆ 해양 순환에 관심을 가져야 하는 이유 연구팀은 "연구 결과에 따르면 지구 온난화가 섭씨 2도 진행되면 대서양의 해류 흐름이 70년 전에 비해 3분의 1 정도 약화될 가능성이 높다"고 말했다. 또 "이는 남반구의 더 빠른 온난화, 유럽의 더 혹독한 겨울, 북반구의 열대성 몬순의 약화를 포함해 기후와 생태계에 큰 변화를 가져올 것이다"라고 우려했다. 해류가 약해지면 유럽의 겨울이 더 추워지고 강우 패턴이 바뀌어 수백만 명에게 큰 영향을 미치게 된다. 그것은 비단 바다에만 국한된 문제가 아니다. 사람의 일상생활에 대한 심각한 위협이다. ◆ 녹은 물과 해양 순환 산업혁명 이후 지구는 이미 섭씨 1.5도 뜨거워졌고, 북극은 지구의 다른 지역보다 거의 4배 더 빨리 뜨거워지고 있다. 그 모든 열은 북극의 해빙, 빙하, 그린란드 빙상을 녹이고 있다. 연구팀은 "2002년 이후로 그린란드는 5조 9000억 톤의 얼음을 잃었다. 녹은 얼음은 텍사스주 전체를 26피트 두께의 얼음으로 뒤덮을 수 있는 양"이라고 추정했다. 아북극해로 흘러드는 이 신선한 녹은 물은 염분이 많은 바닷물보다 가벼워서 가라앉는 정도가 그리 크지 않다. 이로 인해 대서양에서 깊고 차가운 바닷물이 남쪽으로 흐르는 것을 방해하고 걸프 스트림(맥시코 만류)을 약화시킨다. 걸프 스트림은 영국에 온화한 겨울을 가져다주는 해류이다. ◆ 전 세계적으로 파급 효과 그렇다면 걸프 스트림이 느려지는 것이 무슨 큰 문제일까. 우선, 유럽은 더 혹독한 겨울을 맞이할 수 있다. 영국과 같은 지역은 캐나다 일부 지역처럼 같은 위도에 있는 추운 지역과 더 비슷해질 수 있다. 연구진은 "새로운 연구에 따르면 그린란드 빙상과 캐나다의 북극 빙하에서 녹은 물이 기후 퍼즐의 빠진 조각임을 보여준다"라고 설명했다. 그들이 이 빙하가 녹은 물을 시뮬레이션에 포함시켰을 때, 해양 순환이 느려지는 것이 이치에 맞았다. 연구는 AMOC가 20세기 중반 이래 느려지고 있음을 확인시켜 준다. 또 앞으로 무슨 일이 일어날지 엿볼 수 있게 해준다. ◆ 북대서양과 남대서양 순환 연구팀은 "새로운 연구는 북대서양과 남대서양이 이전에 생각했던 것보다 더 깊이 연결되어 있음을 보여준다"고 밝혔다. 해양의 한 부분에서 일어나는 변화는 먼 지역에 빠르게 영향을 미칠 수 있다. 해양 순환이 강하면 많은 열을 북대서양으로 전달한다. 그러나 순환이 약해지면 그린란드 남쪽의 해양 표면은 그만큼 따뜻해지지 않아 '온난화 구멍(워밍 홀)'이라고 하는 현상이 발생한다. 한편, 남대서양은 더 많은 열과 소금을 저장하게 된다. ◆ 시간은 우리 편이 아니다 연구진은 "우리의 시뮬레이션은 북대서양의 극지방에서 일어나는 변화는 20년도 채 안 되어 남대서양에서 느껴진다는 것을 보여준다"라고 말했다. 둔화의 영향이 우리가 생각했던 것보다 더 빨리 확산되고 있다는 의미다. 기후 예측에 따르면 AMOC는 2060년까지 약 30% 약화될 것으로 예상된다. 그런데 이는 추가로 녹는 물을 고려하지 않은 것이다. 연구는 "그린란드 빙상은 앞으로 1세기 동안 계속 녹아 지구 해수면이 약 4인치 상승할 가능성이 있다"라고 언급했다. "이 추가 융해수가 기후 예측에 포함된다면 AMOC는 더 빨리 약화될 것이다. 2040년까지 30% 정도 약화될 수 있다. 이는 처음 예측보다 20년 앞당겨진 것"이라는 설명이다. ◆ 무엇을 할 수 있을까 AMOC가 이렇게 빨리 약화하면 상황은 뒤바뀔 것이다. 유럽은 더 추운 겨울을 맞이할 수 있고, 북부 열대 지방은 더 건조해질 수 있으며, 미국 남부와 같은 지역은 더 따뜻하고 습한 여름을 겪을 수 있다. 연구진은 "지난 20년 동안 우리의 기후는 극적으로 변했다.빙상이 더 빨리 녹으면 기후 체계가 더욱 파괴될 것"이라고 경고했다. 그렇다면 이 모든 것이 인류에게 무슨 의미가 있을까. 이는 우리가 행동할 시간이 더욱 부족해진다는 것을 의미한다. 배출량을 줄이는 것은 필수적이다. 지구 시스템은 상호 연결되어 있다. 상황의 악화를 막고자 한다면 지금 당장 행동해야 한다고 연구진은 강조한다.
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[기후의 역습(92)] 지구 온난화로 전 지구적 해양 순환 시스템 붕괴
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[기후의 역습(89)] 나사 슈퍼컴퓨터, 인류 위협하는 탄소 배출량 3D 모델 공개
- 나사(NASA)가 슈퍼컴퓨터를 이용해 데이터를 분석, 인류에게 위협이 되는 기후 변화의 주범인 전 세계 탄소 배출량을 보여주는 3D 모델을 공개했다고 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 메릴랜드주에 소재한 나사 고다드 우주비행센터의 게시글에 따르면, 고다드 산하 기후 시뮬레이션 센터는 3D 모델링 및 애니메이션과 같은 할리우드 영화 제작 도구를 사용해 디스커버(Discover) 슈퍼컴퓨터로 데이터 세트를 분석, 자세하고 정확한 탄소 배출량의 시각화에 성공했다. 이 애니메이션 프로젝트는 슈퍼컴퓨팅 파워와 SVS(고다드 센터의 과학시각화 스튜디오) 장비로 수행됐다. 대량의 데이터를 슈퍼컴퓨터로 분석하고, 이를 SVS에서 애니메이션과 같은 시각화 데이터로 변환해 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 한 것이다. 애니메이션 모델은 전 세계 발전소, 대형 화재, 도시 활동의 영향으로 인해 배출돼 지구 대기권으로 진입하는 탄소 배출량을 그림으로 나타낸다. 또 탄소 배출이 대기권의 기류와 다양한 기상 패턴을 통해 지구 전체에 어떻게 퍼져 나가는지도 보여준다. 고다드의 기후 과학자 레슬리 오트는 게시글에서 "정책 입안자와 과학자 모두 탄소가 어디서 배출되는지, 그것이 지구에 어떤 영향을 미치는지를 이해하고자 노력했으며, 결국 3D 애니메이션 모델로 탄생했다"고 말했다. 오트는 "이 모델을 활용하면 탄소 발생이 다양한 기상 패턴을 통해 대기권과 어떻게 상호 연결되어 있는지를 확인할 수 있다"고 부연했다. 3D로 만들어진 탄소 발생 애니메이션을 보면 미국, 남아시아, 중국의 경우 탄소 배출의 대부분은 발전소, 자동차, 트럭, 산업 시설에서 발생한다. 반면 아프리카와 남미에서는 토지 관리, 산림 벌채, 농업을 위한 인위적인 화재, 석유와 석탄 등 화석연료 연소와 관련된 탄소 배출이 주로 이루어진다. 만들어진 탄소 발생 시각 자료는 지구 전역에서 '맥박이 뛰는 것처럼' 동적으로 발생하는 탄소 배출 현황을 역력히 보여준다. 맥박처럼 뛰는 모양은 불꽃이 위아래로 타오르는 것과 함께, 나무와 식물이 광합성을 할 때 탄소가 흡수 및 방출되는 것을 나타낸다. 이 모델은 기후 변화의 악화에 결정적인 영향을 미치는 엄청난 양의 탄소 배출을 보여준다는 점에서 의미가 크다. 탄소 배출량이 많을수록 대기는 더 따뜻해진다. 2023년은 역대 가장 가장 더운 해로 기록됐으며, 지난 10년 모두 역사상 가장 더운 상위 10개 연도였다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC)에 따르면, 인간 활동은 명백하게 지구 온난화를 일으켰으며, 이로 인해 더 강렬한 열파, 폭풍, 산불, 해수면 상승을 포함한 심각한 기상 이변이 일어나고 있다.
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[기후의 역습(89)] 나사 슈퍼컴퓨터, 인류 위협하는 탄소 배출량 3D 모델 공개
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