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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
- 심장에 붙일 수 있는 반창고가 3D 프린팅으로 제작돼 새로운 질병 치료의 길을 열었다. 미국 콜로라도 볼더 대학교(CU Boulder) 연구팀이 펜실베니아 연구팀과 공동으로 인체 조직의 강도와 신축성을 모두 갖춘 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다고 CU볼더 투데이, 기술 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링 등이 전했다. 가까운 미래에는 생명유지에 필수적인 기관인 심장의 결함이나 손상을 접착형 밴드를 통해 간단히 치료할 수도 있을 것으로 에상된다. 연구팀은 산화 환원 촉진을 통과한 광노출 후 연속 강화(CLEAR)라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발했다. 이 소재는 심장 박동을 견딜만큼 탄력적이면서도 관절에 가해지는 압력을 견딜만큼 강하다. 특히 환자 맞춤형으로 제작할 수 있어 다양한 의료 분야에 활용될 수 있다. 이번 연구 결과는 지난 2일 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 차세대 바이오 소재 연구팀은 이 기술이 심장에 약물을 직접 전달하는 내부 붕대, 연골 패치, 무바늘봉합 등 차세대 바이오 소재 개발의 토대가 될 것으로 기대한다. 연구 책임자인 제이슨 버딕 CU 볼더 바이오프론티어 연구소 교수는 "심장 조직과 연골 조직은 스스로 복구하는 능력이 매우 제한적이라는 점에서 비슷하다. 한 번 손상되면 회복이 어렵다"며 "더 탄력적인 소재를 개발해 복구 과정을 돕는다면 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 기존의 의료용 기기는 주로 몰딩이나 주조 방식으로 제작되어 대량 생산에는 적합하지만, 환자별 맞춤형 제작에는 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술은 다양한 형태와 구조의 소재로 제작할 수 있어 의료 분야에 새로운 가능성을 열고 있다. 3D 프린팅은 살아 있는 세포를 포함한 다양한 재료를 사용해 물체를 층층이 쌓아 물체를 만드는 기술이다. 특히 하이드로젤(콘택트렌즈 소재)은 인공 조직, 장기 임플란트 제[작에 유망한 소재로 주목받았지만, 기존 3D 프린팅 하이드로젤은 의료 분야에 필요한 강도와 유연성이 부족해 늘어나면서 쉽게 찢어지거나, 압력에 의해 깨지거나, 너무 뻣뻣해서 조직에 맞게 성형하기 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 버딕은 기존 3D 프린팅에 대해 "심장에 딱딱한 플라스틱을 붙였다고 상상해 보자. 심장이 뛰는 동안 변형되지 않고 그냥 부러질 것"이라고 설명했다. 새로운 3D 공정은 습한 조직에 붙을 수 있는 견고하고 유연한 소재를 생산해, 기존 프린팅의 문제점을 해결했다. 연구팀은 기존 하이드로젤의 한계를 극복하기 위해 'CLEAR'라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발하여 긴 분자들을 얽히게 만들었다. CLEAR(Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation)는 3D 프린팅 소재에 긴 분자를 얽어 넣어 작동하는 방식이다. 이렇게 제작된 소재는 기존의 DLP(Digital Light Processing, 디지털 광원 처리) 방식으로 제작된 소재보다 훨씬 강하고 동물 조직 및 장기에 잘 부착되는 것으로 나타났다. 장기에 부착 가능한 3D 프린팅 소재 연구팀은 강도와 탄성을 모두 갖춘 3D 프린팅 하이드로젤을 개발하기 위해 벌레의 움직임에서 영감을 얻었다. 벌레는 서로 얽히고 풀리는 과정을 반복하며 3차원 '웜 블롭(worm blob)'을 형성하는데, 이는 고체와 액체의 특성을 모두 가지고 있다. 새롭게 개발된 소재는 엄격한 인장 및 하중 지지 테스트를 거쳤다. 그 중에는 샘플 위에 자전거를 놓는 다소 특이한 절차도 포함됐다. 연구팀은 이러한 테스트를 통해 개발된 소재가 기존 소재보다 월등히 높은 강도와 탄성을 지녔음을 입증했다. 팀은 이 소재가 표준 3D 프린팅 공정을 사용해 만든 소재보다 엄청나게 튼튼하다는 것을 발견했다. 특히 이 소재는 동물 조직과 장기에 대한 호환성과 접착력도 입증했다. 공동 제1저자이자 버딕 연구소의 연구원인 맷 데이비슨은 "이제 우리는 조직을 기계적으로 지지할 만큼 강한 소재를 3D로 인쇄할 수 있다. 이전에는 한 번도 해 본 적이 없다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 심장 결함 복구, 조직 재생 약물 전달, 탈출된 디스크 고정, 수술 부위 봉합 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 특히, 이 기술은 개인 맞춤형 의료 기기 제작에 혁신을 가져올 것으로 예상된다. 또한 이 방법은 경화 과정에 추가 에너지가 필요하지 않아 친환경적이며, 의료 분야뿐만 아니라 연구 및 제조 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 버딕의 연구팀은 예비 특허를 출원했으며, 이들 물질에 대한 조직 반응을 조사하기 위해 추가 연구를 곧 수행할 예정이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
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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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테슬라, 차량 후드 열림 결함으로 185만대 리콜
- 미국 전기차업체 테슬라가 차량 후드가 열리는 문제를 해결하기 위해 미국에서 185만대에 대해 리콜을 실시했다. 30일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 도로교통안전국(NHTSA)는 테슬라가 일부 차량의 소프트웨어가 차량 후드가 열린 상태를 감지하지 못하는 문제를 확인하고 잠재적으로 해당 문제가 발생할 수 있는 차량 약 185만대를 리콜했다고 밝혔다. NHTSA는 "래치가 풀린 후드는 완전히 열릴 수 있어 운전자의 시야를 막고 충돌 위험을 높인다"고 지적했다. 테슬라 측은 리콜 대상 차량 중 1%에 결함이 있는 것으로 추정하고 있다. 테슬라는 이 문제를 해결하기 위해 소프트웨어 업데이트를 무선 통신(OTA) 방식으로 무료 배포했다. 테슬라의 리콜 보고서에 따르면 회사 측은 지난 3월 하순 중국에서 모델3와 모델Y의 후드가 저절로 열리는 현상에 대한 고객 불만을 접수하고 조사에 착수했으며 조사 결과 래치 스위치 변형으로 인해 후드가 열린 상태를 운전자에게 알리지 못하는 문제를 확인했다. 테슬라는 알 수 없는 이유로 유럽과 북미 시장보다 중국에서 이 문제가 발생하는 비율이 더 높았다고 전했다. 이후 회사 측은 지난 6월 후드 래치의 스위치 변형을 검사하는 연구를 시작했으며 안전을 위해 이 문제의 영향을 받는 차량을 자발적으로 리콜하기로 결정했다고 설명했다. 이달 20일 기준으로 해당 문제와 관련해 미국에서 3건의 보증 청구 또는 현장 신고를 확인했으며, 이 문제와 관련한 충돌이나 부상, 사망 사고는 인지한 바가 없다고 회사 측은 밝혔다. 이날 뉴욕증시에서 테슬라는 전장보다 4% 이상 하락했다.
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테슬라, 차량 후드 열림 결함으로 185만대 리콜
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세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발
- 미국 텍사스대 과학자들이 완전하고 기능적인 인간 면역체계를 가진 쥐 모델 개발에 성공했다. 이 모델은 또한 특정 항체 반응을 생성할 수 있는 인간과 유사한 장내 미생물군을 가지고 있는 것으로 보고됐다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 8일(현지시간) 보도했다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강 과학센터의 과학자들이 개발한 이 인간화된 쥐는 TruHuX(진정한 인간, 또는 THX)라는 이름을 가지고 있다. 텍사스 대학교 롱 의과대학 미생물학, 면역학 및 분자유전학과의 파울로 카살리(Paolo Casali) 교수 연구팀은 면역학 및 미생물학 분야에서 50년 이상의 경력을 지닌 연구자로, 항체 반응의 분자 유전학 및 후성유전학 분야의 전문가다. 연구팀은 기존 인간 모델의 한계를 극복하기 위해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 가진 인간화된 쥐 모델 개발을 목표로 했다. 쥐는 크기가 작고, 취급이 용이하며, 인간과 많은 면역 요소 및 생물학적 특성을 공유하고, 유전적 변형이 용이하기 때문에 생물학 및 생물 의학 연구에 널리 사용된다. 그러나 1600개 이상의 쥐 면역 반응 유전자 중 상당수는 인간 유전자와 일치하지 않아 인간 면역 반응 예측에 차이 또는 결함을 초래한다. 이러한 이유로 인간 면역 반응을 정확하게 재현하는 '인간화된 쥐' 모델 개발이 중요한 과제로 떠올랐다. 본 연구는 2024년 8월 '네이처 이뮤놀로지(Nature Immunology)' 저널에 게재될 예정이다. 탯줄 혈액서 분리한 인간 줄기세포 쥐 심장에 주입 연구팀에 따르면 이 TruHuX 쥐 모델에는 림프절, 생식 중심, 흉선 인간 상피 세포, 인간 T 림프구와 B 림프구, 기억 B 림프구, 그리고 인간에서 발견되는 것과 동일한 고도로 특이한 항체와 자가항체를 생성하는 형질 세포가 포함되어 있다. 1980년대에 인간 HIV 감염 및 면역 반응 모델링을 위해 처음으로 인간화된 쥐가 개발됐다. 이후 면역결핍 쥐에 인간 말초 림프구, 조혈모세포 또는 다른 인간 세포를 주입하는 방식으로 인간화된 쥐가 계속 개발되어 왔다. 그러나 기존 모델들은 완전히 기능하는 인간 면역 체계를 갖추지 못하고, 수명이 짧으며, 효과적인 면역 반응을 나타내지 못했다. 이로 인해 인간 면역 치료제 개발, 인간 질병 모델링 또는 인간 백신 개발에 적합하지 않았다. 카살리 교수 연구팀은 탯줄 혈액에서 분리한 인간 줄기세포를 면역결핍 NSG W41 돌연변이 쥐의 심장(좌심실)에 주입하는 방식으로 연구를 시작했다. 몇 주 후, 이식된 줄기세포가 안정화되면 쥐에게 17β-에스트라디올(E2)을 투여하여 호르몬 조절을 진행했다. 에스트로겐은 인체에서 가장 강력하고 풍부한 형태의 여성 호르몬이다. 에스트로겐을 통한 호르몬 조절은 이전 연구 결과에 근거하여 진행되었다. 이는 에스트로겐이 인간 줄기세포 생존율을 높이고, B 림프구 분화와 바이러스 및 박테리아에 대한 항체 생성을 촉진한다는 점을 시사한다. 카실리 박사는 "에스트로겐 활성을 중요하게 활용하여 인간 줄기세포와 인간 면역세포 분화 및 항체 반응을 지원함으로써 THX 쥐는 인간 면역계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 이렇게 개발된 TruHuX(THX) 쥐는 림프절, 배중심, 흉선 상피 세포, 인간 T 및 B 림프구, 기억 B 림프구 및 형질 세포를 포함해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 갖추고 있다. 프리스테인 주입시 루푸스 발현 THX 쥐는 실모넬라 편모 단백질 및 화이자 COVID-19 mRNA 백신 접종 후 각각 살모넬라 티피뮤리움 및 SARS-CoV-2 바이러스 스파이크 S1 RBD에 대한 성숙한 중화 항체 반응을 나타냈다. 또한 염증 반응을 유발하는 기름인 프리스테인 주입 후 전신성 호반성 루푸스 자가면역 질환을 발병할 수 있다. 카실리는 이 새로운 발견이 암 체크포인트 억제제와 같은 면역치료제, 인간 박테리아 및 바이러스 백신 개발, 다양한 인간 질병의 모델링 등 인간 생체 내 실험에 새로운 길을 열었다고 설명했다. 또한 이 새로운 접근 방식이 면역학 및 미생물학 연구에서 비인간 영장류 사용을 대체할 수 있다는 낙관적인 전망을 내놓고 있다. 에스트로겐과 면역 체계에 대한 이전 연구가 부족했기 때문에 카실리 교수는 이번 발견이 해당 주제에 대한 추가 연구를 촉진하기를 기대하고 있다. 카실리 교수는 "THX 쥐는 에스트로겐 활동을 활용해 인간 줄기세포 및 면역세포 분화와 항체 반응을 지원함으로써 인간 면역 체계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 연구팀은 현재 THX 쥐 모델을 사용하여 전신 및 국소 수준에서 SARS-CoV-2(COVID-19)에 대한 생체 내 인간 면역 반응, 인간 기억 B 림프구, 생성을 위한 핵 수용체 RORα 의존성, RORα 발현 및 조절 장애로 이어지는 사건을 조사하고 있다. 연구팀은 또한 인간 형질세포 생성을 매개하는 후성유전학 요인과 메커니즘을 탐구하고 있다. 형질세포는 박테리아, 바시리스 또는 암세포에 대한 항체를 초당 수천개씩 만드는 일종의 세포 공장이다.
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세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발
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테슬라, 사이버트럭 2만3000여대 또 리콜⋯와이퍼∙짐칸 부품 결함 이유
- 테슬라가 와이퍼 등 일부 부품 결함을 이유로 전기 픽업트럭 '사이버트럭' 2만3000여대에 대해 리콜(회수∙무상수리)키로 했다. 25일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 테슬라는 앞유리 와이퍼와 짐칸 트림부품에 결함이 발견돼 사이버트럭을 리콜한다고 발표했다. 와이퍼 결함은 1만1688대, 짐칸 트림부품 결함은 1만1383대다. 미국 도로교통안전국(NHTSA)은 "테슬라의 사이버트럭 앞 유리창 와이퍼와 짐칸의 트림 부품에 결함이 발견됐다"면서 "일부 차량 앞 유리 와이퍼 모터 컨트롤러가 전기 과부하로 작동이 멈출 수 있으며 와이퍼가 작동하지 않으면 가시성이 저하돼 충돌 위험이 높아질 수 있다"고 지적했다. NHTSA는 또 짐칸 트림 부품과 관련해서는 "주행 중 풀리거나 떨어져 나갈 수 있다"며 "그럴 경우 다른 운전자들에게 위험을 초래해 부상이나 충돌 위험을 증가시킬 수 있다"고 설명했다. 리콜 대상은 작년부터 최근까지 인도된 사이버트럭 각각 1만1000대 등 모두 2만3000여대다. 이번 리콜은 사이버트럭이 지난해 11월 30일 처음 주문 고객에게 인도되기 시작한 이후 세 번째와 네 번째다. 테슬라는 앞서 지난 4월에는 가속 페달 패드 문제로 사이버트럭 약 4000대를 리콜한 바 있다. 지난 2월에는 경고등 계기판의 글자 크기가 규정보다 작은 문제를 시정하기 위해 모델S와 모델Y 등 219만대를 리콜했는데 이 리콜에도 사이버트럭이 포함됐다.
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테슬라, 사이버트럭 2만3000여대 또 리콜⋯와이퍼∙짐칸 부품 결함 이유
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[신소재 신기술(62)] '기적의 소재'로 만든 태양광 패널, 에너지 혁명 앞당긴다
- '기적의 소재'로 불리는 페로브스카이트 실리콘 소재로 태양광 패널의 효율을 30% 이상 높이는 신기록을 수립했다. 세계 최대 태양광 패널 제조업체인 중국 롱기(Longi)그린에너지기술(주)의 연구원들은 직렬형 페로브스카이트-실리콘 태양전지를 사용하여 34.6%의 전력 변환 효율을 달성했다고 인디펜던트가 보도했다. 이 새로운 기록은 또한 대부분의 상용 태양광 패널에서 볼 수 있는 표준 실리콘 태양전지의 기록보다 7% 이상 더 효율적이다. 페로브스카이트는 배터리부터 통신, 재생에너지에 이르기까지 모든 분야를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력으로 인해 차세대 태양광 소재로 주목받고 있다. 현재의 실리콘 태양전지 패널이 물리적 한계에 도달함에 따라 연구자들은 이제 태양 에너지를 더 잘 활용할 수 있는 차세대 직렬 전지를 찾고 있는 것. 페로브스카이트 실리콘 전지의 이론적 효율 한계는 43%로 표준 실리콘 전지의 한계인 29%를 훨씬 초과한다. 페로브스카이트 태양전지는 용액 공정을 통해 저온에서 제조 가능해 생산 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 짧은 시간 내에 실리콘 태양전지에 근접하는 효율성을 달성했으며, 이론적으로는 더 높은 효율을 달성할 수 있는 잠재력이 있다. 또한 유연하고 가벼운 특성으로 건물 외벽이나 창문, 휴대용 기기 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 최신 페로브스카이트-실리콘 태양전지 기록은 지난 3년 동안 태양전지 효율성 부문에서 세계 기록을 16번이나 깬 롱기(Longi)의 일련의 혁신에 이은 것이다. 회사 측은 중국 상하이에서 열린 제17회 국제 태양광 발전 및 스마트 에너지 컨퍼런스(SNEC)에서 사우디 에너지 기업인 ACWA 파워(Power)와 협력해 글로벌 에너지를 변화시키기 위한 새로운 '랜드마크' 계약과 함께 이번 신기록을 발표했다. 인디펜던트는 롱기는 현재 이 기술을 상용화하는 과정에 있는 여러 회사 중 하나이지만 신기술에 대해 더 자세한 내용은 공개되지 않았다고 전했다. 롱기는 성명에서 "전자 수송층의 박막 증착 공정 최적화, 고효율 결함 패시베이션 재료 개발 및 사용, 고품질 계면 패시베이션 구조 설계를 통해 신기록을 달성했다"고 밝혔다. 페로브스카이트에 대한 또 다른 업체로 영국의 옥스포드 PV는 독일에 생산 시설을 설립해, 올해 페로브스카이트 기반 태양전지 제품을 첫 고객에게 전달할 수 있기를 기대하고 있다. 한편, 페로브스카이트는 수분과 열, 빛 등 외부 환경에 취약해 장기적인 안정성 확보가 필요하다는 단점이 있다. 또한 대부분의 페로브스카이트 태양전지는 납을 함유하고 있어 환경과 건강 문제를 야기할 수 있다. 게다가 대면적화 기술 개발 및 상용화가 아직 미흡한 단계에 있다. 과학자들은 페로브스카이트의 이러한 문제를 해결하기 위해 관련 연구를 활발히 진행하고 있다.
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[신소재 신기술(62)] '기적의 소재'로 만든 태양광 패널, 에너지 혁명 앞당긴다
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미국 EV스타트업 피스커, 재무구조 악화에 결국 파산신청
- 미국 전기자동차(EV) 스타트업 피스커가 18일(현지시간) 첫 EV를 내놓은 지 약 1년 만에 파산을 신청했다. 월스트리트저널 등 외신들에 따르면 피스커는 이날 재무구조 악화로 델라웨어 파산법원에 미연방파산법11조에 근거한 파산보호를 신청했다. 피스커는 유일한 EV제품인 스포트유틸리티차량(SUV) 오션의 생산을 수개월전부터 중단한 상태다. 법원에 제출한 파산보호 신청서에는 피스커의 자산은 5억~10억 달러이며 부채는 1억~5억 달러라고 기재돼 있다. 피스커는 신종코로나바이러스감염증(코로나19) 위기시 기업인수목적회사(SPAC) 붐을 이용해 아폴로 글로벌 매니지먼트가 지원하던 SPAC과 합병해 지난 2020년 뉴욕증시에 상장했다. EV업계는 전반적으로 판매둔화 역풍에 직면하고 있지만 피스커의 좌초는 스스로 자초한 측면이 크다. SUV 오션 생산은 예정대로 지난해에 이루어졌지만 당초 크루즈컨트롤 등 기본적인 기능이 없었다. 고객들에게 무선에 의한 소프트웨어 경신으로 다음해 약속한 기능을 제공하겠다고 밝혔다. 피스커는 소프트웨어 결함으로 수개월간 생산지연이 발생했고, 이후 실적전망을 자주 하향수정했다. 피스커는 올해 3월 '대형 자동차 메이커'와 투자나 공동 개발 제휴의 가능성을 협상하고 있다고 말했지만 최종적으로 합의에는 이르지는 못했다. 외신은 소식통을 인용해 피스커가 닛산 자동차와 협상 중이라고 보도했다. EV스타트업 중 피스커이외에 로즈타운 모터스, 프로테라 등도 파산에 몰리고 있다. 피스커는 덴마크 출신 자동차 디자이너 헨리크 피스커가 설립한 전기차 스타트업이다. 그는 애스턴 마틴, BMW 등의 다수 프리미엄 스포츠카 디자인에 관여해 명성을 얻었다. 이에 앞서 피스커는 지난 2월 실적 발표에서 매출이 2억7300만 달러(약 3600억 원)이며, 약 10억 달러(약 1조3000억 원) 규모의 채무를 지고 있다고 실적을 밝혔다. 이후 파산설이 나돌던 가운데 주요 자동차 제조업체와의 투자 유치 논의가 결렬됐다는 소식에 주가가 급락해 지난 3월 뉴욕증시에서 상장 폐지됐다. 피스커는 SUV 전기차 '오션'을 선보였으며 내년 중 좀 더 저렴한 크로스오버 모델 '피어'를 출시한다는 계획이었다. 하지만 피스커가 지난해 생산한 오션도 제동장치 문제와 차량 출입문 결함 등으로 규제당국이 조사에 나선 상태다. 오션은 지난해 1만대 이상이 생산됐지만 고객 인도량은 절반에 못 미쳤다.
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미국 EV스타트업 피스커, 재무구조 악화에 결국 파산신청
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MIT 휴대용 손톱 스캐너 포인트체크, 암 환자 입원 50% 감소
- 매년 미국에서만 백만 명이 암 진단을 받아 화학요법 치료를 받는다. 암은 전 세계적으로 여전히 주요 사망 원인이며, 2020년에는 1000만 명이 사망했다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구진이 암 치료를 개선하기 위한 한 가지 해결책을 찾아냈다. 암 환자가 백혈구 수를 추적할 수 있는 휴대용 모니터 포인트체크(PointCheck)를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 보도에 따르면 포인트체크는 지문 스캐너와 유사한 것으로, 이를 활용함으로써 암 환자 입원을 50%를 줄일 수 있다. 휴대용 모니터를 개발한 기관은 MIT 류코랩(Leuko Labs)이다. 류코랩은 수 년 전 스페인 마드리드-MIT M+ 비전 컨소시엄(MIT linQ)에서 시작됐다. 류코랩은 연구자와 MIT 교수진을 연결함으로써 암 치료를 위한 솔루션을 개발하는 ‘의료 기업가 정신’ 육성을 목표로 하고 있다. 이에 따라 류코랩은 암 치료를 위한 프로젝트를 진행해 왔다. 백혈구 수를 모니터링하는 유일한 방법은 혈액 채취를 통한 것이지만 정기적인 검사가 필요해 불편하다. 암 환자는 대략 21일마다 화학 치료를 받는다. 그러나 화학 치료는 백혈구 수를 낮추고 감염에 대한 취약성을 높인다. 위험성이 높다는 의미다. 류코랩 창업자 카를로스 카스트로-곤잘레스는 “화학 치료를 받는 암 환자 6명 중 1명은 백혈구 수치가 매우 낮아져 감염 위험이 높아진다”라며 "불행히도 감염은 암 환자의 사망으로 이어질 수 있으며, 이는 암 자체보다는 치료 과정에서 발생한 것이기 때문에 더 불행한 것“이라고 지적했다. 화학 치료를 받는 암 환자에게 발생하는 많은 감염은 백혈구 수를 모니터링하는 것만으로도 예방할 수 있다. 그러나 현재는 치료 전후에 백혈구 수준을 정확하게 평가할 수 있는 시스템이 부족하다. 류코랩이 개발한 포인트체크는 환자가 백혈구 수를 자주 확인할 수 있도록 함으로써 화학 치료의 정확성을 높일 수 있는 비침습적 솔루션이다. 포인트체크는 손톱을 통해 백혈구 수를 확인한다. 이 시스템은 피부를 통해 관찰할 수 있고 소형 렌즈를 통과해 흐르는 백혈구 수를 계산할 수 있는 광학 장치다. 손톱 밑 부분의 모세혈관은 매우 좁고 피부에 가깝기 때문에 백혈구가 하나씩 통과해야 하므로 쉽게 감지할 수 있다고 한다. MIT는 이 장치가 정확한 백혈구 수치를 제공하지는 못하지만, 가장 일반적인 유형의 백혈구가 위험한 수준을 넘는지, 또는 그 미만인지를 측정할 수 있다고 밝혔다. 류코랩은 앞으로 이 시스템을 활용해 다른 혈액 성분 측정 기능도 추가한다는 계획이다. 그러나 우선 미 식품의약국(FDA) 승인 절차를 거쳐야 한다. 현재 포인트체크는 조사용 장치로 등록돼 있다. 류코랩은 지난 4년 동안 제품을 개발해 왔으며, 올해 FDA에 제출할 수 있는 연구 결과를 얻었다. 지금까지의 연구 결과는 충분한 가능성을 보여주었다. 사이언티픽 리포트에 발표된 연구에 따르면 포인트체크는 95% 정확도를 나타냈다. 임상 시험에서는 포인트체크의 활용 결과 많은 암 환자가 더 높은 용량의 화학 치료를 견딜 수 있다는 점이 드러났다. 이로써 암 치료를 받고 있는 전 세계 수백만 환자에게 긍정적인 영향을 미칠 수 있으리라는 기대다.
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- IT/바이오
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MIT 휴대용 손톱 스캐너 포인트체크, 암 환자 입원 50% 감소
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AI 통한 채용, 인간 선택보다 공평할까?
- 인공지능(AI) 혁명은 사람들의 직업은 물론 개인 삶 모두로 파고 들고 있다. 채용 역시 마찬가지다. 예술가들은 저작권 침해나 작업의 대체를 두려워한다. 기업과 경영진은 공급망 관리, 고객 서비스, 제품 개발, 인적자원(HR) 관리 등 다양한 분야에서 AI를 활용한 효율성 제고를 꾀하고 있다. 지금까지의 추세로 볼 때 거의 모든 사업 분야와 운영은 어떤 형태로든 AI를 도입해야 한다는 압박을 피할 수 없게 될 것이다. 그러나 AI의 본질과 그 결과물의 기반이 되는 데이터는 인간의 편견이 내재된다. 그렇다면 채용 및 고용에서 AI를 사용하는 것은 어떨까. 채용 분야에서는 이미 이력서 검토를 자동화하고 구직자의 비디오 인터뷰를 평가하기 위해 AI를 널리 도입하고 있다. 채용 분야의 AI는 인간의 편견을 없애고 의사 결정의 공정성과 일관성을 강화함으로써, 채용 과정의 객관성과 효율성을 약속한다. 과연 그럴까. 그러나 뉴질랜드 매시 대학교와 호주 퀸즐랜드 대학교 분석팀의 연구에 따르면 AI는 채용 과정에서 미묘하게, 때로는 노골적으로 편견을 심화시킬 수 있는 것으로 나타났다고 더컨버세이션이 전했다. 또한 HR 전문가의 참여는 이러한 역효과를 완화하기보다는 악화시킬 수 있다. 이는 사람이 AI를 관리할 수 있다는 믿음에 혼란을 가져온다. 인간의 편견 확대 채용에 AI를 사용하는 이유 중 하나는 더 객관적이고 일관성을 꾀하기 위함이다. 그러나 여러 연구에 따르면 AI 기술은 실제로 편향될 가능성이 매우 높다. 이는 AI가 훈련에 사용된 데이터 세트로 학습하기 때문이다. 데이터에 결함이 있으면 AI도 결과적으로 결함을 보인다. 그런데 데이터는 인간의 편견이 상당히 포함되며, AI를 지원하는 인간이 만든 알고리즘으로 인해 더욱 악화될 수 있다. 22명의 HR 전문가와의 인터뷰에서는 채용에서 두 가지 일반적인 편견이 확인된다. '고정관념 편향'과 '나와 비슷한 편향'이다. 고정관념 편향은 특정 그룹에 대한 고정관념(예컨대 같은 성별의 후보자 선호)의 영향을 받아 의사 결정이 이루어질 때 발생하며, 이는 성 불평등으로 이어진다. 나와 비슷한 편향은 채용 담당자가 자신과 비슷한 배경이나 관심사를 공유하는 후보자를 선호할 때 발생한다. 채용 과정의 공정성에 상당한 영향을 미칠 수 있는 이러한 편향은 과거 채용 데이터에 내재되어 AI 시스템을 훈련하는 데 사용된다. 이로 인해 편향된 AI가 발생하는 것이다. 따라서 과거 채용 관행이 특정 계층이나 인물을 선호했다면 AI도 계속 그렇게 할 것이다. AI 알고리즘도 이러한 편향을 완화하는 것이 어렵다. 이러한 편향의 지속성은 인간과 AI 주도 채용 과정 모두에서 공정성을 보장하기 위해 신중한 계획과 모니터링이 필요함을 강조한다. 인간의 지원 가능성 조사는 HR 전문가뿐만 아니라 17명의 AI 개발자도 인터뷰했다. 채용 편향을 완화하는 AI 채용 시스템을 개발하는 방법을 조사하고자 함이었다. 인터뷰를 바탕으로, 분석팀은 HR 전문가와 AI 프로그래머가 데이터 세트를 살펴보고 알고리즘을 개발하면서 정보를 교환하고 선입견에 의문을 제기하는 모델을 개발했다. 그러나 조사 결과에 따르면 이러한 모델을 구현하는 데는 어려움이 따른다. 이는 HR 전문가와 AI 개발자 간에 존재하는 교육적, 전문적, 인구통계적 차이 때문이다. 이러한 차이는 효과적인 의사소통, 협력, 심지어 서로에 대한 이해까지 방해한다. HR 전문가는 전통적으로 사람 관리와 조직 행동을 중시하는 반면, AI 개발자는 데이터 과학과 기술에 능숙하다. 이처럼 서로 다른 배경은 함께 일할 때 오해와 불일치로 이어질 수 있다. 이는 특히 자원이 제한적이고 전문가 네트워크가 다양하지 않은 소규모 국가에서 문제가 된다. HR과 AI 연결 기업과 HR 업계가 AI 기반 채용의 편향 문제를 해결하려면 몇 가지 변경 사항이 필요하다. 첫째, 정보 시스템 개발과 AI에 초점을 맞춘 HR 전문가를 위한 체계적인 교육 프로그램을 구현하는 것이 중요하다. 이 교육에서는 AI의 기본, AI 시스템의 편향 파악, 편향을 완화하기 위한 전략을 다루어야 한다. 또한 HR 전문가와 AI 개발자 간의 협업을 촉진하는 것도 중요하다. 기업은 HR 및 AI 전문가를 모두 포함하는 팀을 만들어야 한다. 이를 통해 의사소통 차이를 해소하고 팀을 조정할 수 있다. 나아가 문화적으로 관련성 있는 데이터 세트를 개발하는 것은 AI 시스템의 편견을 줄이는 데 필수다. HR 전문가와 AI 개발자는 AI 기반 채용 과정에 사용되는 데이터가 다양한 그룹을 대표하도록 협력해야 한다. 이를 통해 보다 공평한 채용을 기할 수 있다. 마지막으로, 국가는 채용에 AI를 사용하는 규정과 윤리 기준을 만들어야 한다. 조직은 AI 기반 의사 결정 과정에서 투명성과 책임감을 높이는 정책을 구현해야 한다. 이러한 단계를 거치면 HR 전문가와 AI 개발자의 강점을 모두 포괄하는 보다 공정한 채용 시스템을 만들 수 있다.
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AI 통한 채용, 인간 선택보다 공평할까?
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미국, 자동차 연비 규제강화 기존안보다 크게 후퇴
- 미국 정부는 당초 제시한 자동차 연비 규제강화안에서 대폭 후퇴한 최종안을 발표했다. 10일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 운수부 도로교통안전국(NHTSA)는 자동차업계의 강한 요구를 받아들여 ‘기업별 평균연비기준(CAFE)’ 최종안에서 2031년까지 승용차와 소형트럭은 갤런당 현행 39.1마일에서 약 50.4마일로 연비기준치를 상향조정했다. 이는 2026년 시점에서 의무화되고 있는 49마일을 약간 웃도는 정도에 불과하며 2032년까지 58마일로 정한 당초안보다 크게 후퇴했다. 기존안은 CAFE 기준치를 2027년부터 2032년까지 승용차는 매년 2%, 소형 트럭은 매년 4% 개선하는 내용을 담고 있었다. 소형 트럭은 2027년과 2028년이 개선 의무 없음, 2029년부터 2031년까지는 매년 2% 개선에 그쳤다. NHTSA가 당초안 발표시 기준 미달인 경우 2032년까지 5년간 140억 달러로 시산했던 업계에 부과되는 벌금 총액도 18억3000만 달러로 감소될 것으로 추산됐다. 당초안은 달성 불가능하고 벌금 부담으로 인해 자동차 가격의 극적인 상승을 가져올 것이라고 경고했던 자동차 업계는 이번 최종안을 환영했다. 11월 대통령 선거에서 재선을 목표로 하는 조 바이든 미국 대통령으로서도 당초안에 반발하던 업계와 노동조합의 지지를 얻기 위해 기준안을 재검토한 것으로 분석된다.
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미국, 자동차 연비 규제강화 기존안보다 크게 후퇴
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[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지
- 스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 연구팀이 최초로 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀에서 전자 소용돌이를 직접 검출하는 데 성공했다고 과학 웹사이트 phys.org가 지난 14일(현지시간) 보도했다. 금속 와이어와 같은 일반적인 전기 도체를 배터리에 연결하면 도체 내의 전자는 배터리가 생성하는 전기장에 의해 가속된다. 전자는 이동하는 동안 전선의 불순물 원자 또는 결정 격자의 빈 공간과 자주 충돌해 운동 에너지의 일부를 격자 진동으로 변환한다. 이 과정에서 손실되는 에너지는 예를 들어 백열전구를 만질 때 느낄 수 있는 열로 변환된다. 격자 불순물과의 충돌은 자주 발생하지만 전자 간의 충돌은 훨씬 드물다. 그러나 벌집 모양 격자로 배열된 탄소 원자 단일층인 그래핀을 일반적인 철 또는 구리 와이어 대신 사용하면 상황이 달라진다. 그래핀에서 불순물 충돌은 드물고 전자 간 충돌이 주요 역할을 한다. 이 경우 전자는 점성 액체처럼 행동한다. 따라서 잘 알려진 흐름 현상인 소용돌이(와류)가 그래핀 층에서 발생해야 한다. ETH 취리히의 크리스티안 데겐(Christian Degen) 연구원은 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀의 전자 소용돌이를 처음으로 직접 감지하는 데 성공했다고 '사이언스(Science)' 저널에 보고했다. 고감도 양자 감지 현미경 데겐과 그의 동료 연구원들은 제작 과정에서 폭 1㎛(마이크로미터) 너비의 전도성 그래핀 스트립에 부착한 작은 원형 디스크에 형성된 소용돌이를 연구했다. 디스크의 직경은 1.2㎛에서 3㎛사이였다. 이론적 계산에 따르면 작은 디스크에서는 전자 소용돌이가 형성되지만 큰 디스크에서는 형성되지 않아야 한다. 소용돌이를 가시화하기 위해 연구팀은 그래핀 내부에 흐르는 전자가 생성하는 미세한 자기장을 측정했다. 이를 위해 연구팀은 다이아몬드 바늘 끝에 질소-공동 센터(Nitrogen-vacancy center, NV 센터)가 내장된 양자 자기장 센서를 사용했다. 원자 결함인 NV 센터는 외부 자기장에 따라 에너지 레벨이 변하는 양자 물체처럼 작동한다. 레이저 빔과 마이크로웨이브 펄스를 사용하면 센터의 양자 상태를 자기장에 최대 감도를 갖도록 준비할 수 있다. 연구원들은 레이저를 사용해 양자 상태를 판독함으로써 이러한 자기장의 세기를 매우 정확하게 측정할 수 있었다. 데겐 연구팀의 박사 과정 학생이었던 마리우스 팜은 "다이아몬드 바늘의 크기가 작고 그래핀 층과의 거리가 약 70나노미터에 불과하기 때문에 100나노미터 미만의 해상도로 전자 전류를 볼 수 있었다"고 말했다. 이 분해능은 소용돌이를 관찰하기에 충분하다. 소용돌이 흐름 방향 반전 관찰 연구팀은 측정에서 더 작은 디스크에서 예상되는 소용돌이의 특징적인 징후, 즉 흐름 방향의 반전을 관찰했다. 일반(확산) 전자 수송에서는 스트립과 디스크의 전자가 같은 방향으로 흐르지만, 소용돌이의 경우 디스크 내부의 흐름 방향이 반전된다. 계산에서 예측한 대로 더 큰 디스크에서는 소용돌이가 관찰되지 않았다. 팜은 "매우 민감한 센서와 높은 공간 분해능 덕분에 그래핀을 냉각할 필요도 없었고 상온에서 실험을 수행할 수 있었다"고 말했다. 또한, 연구팀은 전자 와류뿐만 아니라 정공 캐리어에 의해 형성된 와류도 감지했다. 그래핀 아래에서 전압을 가함으로써, 연구원들은 전류 흐름이 더 이상 전자가 아닌 정공이라고도 하는 누락된 전자에 의해 전달되도록 자유 전자의 수를 변경했다. 전자와 정공이 모두 작고 균형 잡힌 농도가 있는 전하 중립점에서만 와류가 완전히 사라졌다. 팜은 "현재 전자 소용돌이의 탐지는 기초 연구이며 아직 미해결 과제가 많이 남아 있다"고 말했다. 연구팀은 전자와 그래핀의 경계면과의 충돌이 흐름 패턴에 어떤 영향을 미치는지, 더 작은 구조에서 어떤 효과가 발생하는지 추가 연구를 진행할 계획이다. 출처: Marius L. Palm 외, '상온에서 그래핀의 전류 소용돌이 관찰', Science (2024). DOI: 10.1126/science.adj2167
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[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지
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"시각 민감도 검사만 제대로 해도 최대 12년 전에 치매 예측"
- 눈은 인간의 뇌 건강에 대해 많은 것을 알려준다. 시력 문제는 인지 저하의 가장 초기 징후일 수 있다. 최신 연구에 따르면 시각 민감도 상실 정도를 측정해 치매 진단 최대 12년 전에 이를 예측할 수 있는 것으로 나타났다고 컨버세이션이 전했다. 연구는 영국 노퍽에 거주하는 8623명의 건강한 사람들을 대상으로 수년 동안 추적 관찰됐다. 연구가 끝날 무렵 537명의 참가자가 치매에 걸렸다. 연구팀은 이들이 치매 진단을 받기 전에 어떤 일이 벌어졌는지를 추적했다. 연구 착수 당시 팀은 참가자들에게 시각 민감도 테스트를 받도록 요청했다. 움직이는 점들로 이루어진 필드에 삼각형이 형성되는 것을 보면 즉시 버튼을 누르는 테스트다. 녹내장 진단 시 받는 시야각 테스트와 같은 원리다. 치매에 걸린 사람은 걸리지 않은 사람에 비해 화면에서 이 삼각형을 보는 속도가 훨씬 느렸다. 치매를 일으키는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환인 알츠하이머병을 유발하는 독성 아밀로이드 플라크는 기억 기능보다 '먼저' 시신경과 연결되는 뇌 영역에 영향을 미칠 수 있다. 그렇기 때문에 시각 민감도 저하는 인지 저하의 초기 지표일 수 있다. 따라서 시력 검사를 통해 기억력 검사보다 먼저 치매를 발견할 수 있다는 것이다. 알츠하이머병에서 영향을 받는 시각 부문은 물체의 윤곽을 보는 능력(대조 민감도)과 특정 색상을 구별할 수 있는 능력(청록색 스펙트럼을 보는 능력은 치매 초기에 영향을 받음) 등 몇 가지가 있는데, 이들 능력의 감퇴는 사람들이 즉시 인식하지 못한다. 알츠하이머병의 중요한 또 다른 초기 징후는 산만한 자극이 더 쉽게 주의를 끄는 것처럼 보이는 안구 운동의 '억제 제어'의 결함이다. 알츠하이머 환자는 주의를 산만하게 하는 자극을 무시하는 데 문제가 있는 것으로 보이는데, 이는 안구 운동 조절 문제로 나타날 수 있다. 주의를 산만하게 하는 자극을 피하는 것이 더 어려워지면 운전 사고 등의 위험이 높아질 수 있다. 현재 러프버러 대학교에서 이를 연구하고 있다. 치매 환자가 새로운 사람의 얼굴을 시각적으로 정상인과 같이 처리하지 못하는 경향이 있다는 여러 증거가 있다. 즉, 그들은 대화 상대의 얼굴을 스캔하는 일반적인 패턴을 따르지 않는다. 건강한 사람의 경우 상대방의 얼굴을 볼 때 눈에서 코로, 다시 입으로 진행된다. 그 과정을 통해 얼굴을 각인하고 기억한다. 그러나 치매 환자들은 다르다. 치매 환자는 때로 길을 잃은 것처럼 보일 수 있는데, 이는 그들이 방금 만난 사람들의 얼굴을 포함해 주변 환경을 스캔하기 위해 의도적으로 눈을 움직이지 않기 때문이다. 시각적 민감도가 기억력과 관련이 있기 때문에, 연구팀은 현재 안구 운동을 더 많이 하는 것이 기억력 향상에 도움이 되는 지의 여부도 테스트하고 있다. 일부 과거 연구에서는 안구 운동이 기억력을 향상시킬 수 있다고 주장했다. 이는 TV를 더 많이 시청하고 책을 많이 읽는 사람들이 그렇지 않은 사람들보다 기억력이 더 좋고 치매 위험이 더 낮다는 사실을 뒷받침한다. TV를 보거나 책을 읽는 동안 우리의 눈은 페이지와 TV 화면 상하좌우로 움직인다. 다른 연구에서는 왼쪽에서 오른쪽으로, 그리고 오른쪽에서 왼쪽으로 빠르게 수행되는 안구 움직임(초당 2번의 안구 움직임)이 자서전적 기억(인생 이야기)을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 그러나 일부 연구에 따르면 안구 운동의 유익한 효과는 오른손잡이에게만 도움이 된다고 하지만 그 근거는 제시되지 않았다. 그러나 안구 운동을 이용한 고령자들의 기억 문제 치료는 아직 많이 이루어지지 않았다. 또한 안구 운동의 가능성에도 불구하고, 안구 운동 결함을 의료계에서 이용하는 것은 일반적이지 않다. 시선 추적 기술에 대한 접근도 비용이 많이 들고 사전 교육이 필요해 쉽지 않다. 저렴하고 사용하기 쉬운 안구 추적기가 등장할 때까지는 안구 운동을 초기 알츠하이머병의 진단 도구로 사용하는 것은 당분간 어려울 것이라는 지적이다.
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"시각 민감도 검사만 제대로 해도 최대 12년 전에 치매 예측"
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[신소재 신기술(41)] 극한의 강도와 인성 가진 혁신적인 합금
- 미국 버클리 국립연구소 과학자들은 원자 수준에서 합금 결정의 꼬임이나 굽힘으로 인해 극한의 온도에서도 균열이 발생하지 않는 특별한 금속 합금을 발견했다. 과학 전문매체 사이테크데일리는 지난 4월 29일(현지시간) 로렌스 버클리 국립연구소와 UC 버클리의 연구원들이 개발한 신소재에 대해 거의 불가능에 가까운 강도와 인성으로 재료 과학자들에게 충격을 주는 혁신적인 새로운 합금이라고 전했다. 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄으로 구성된 금속 합금은 지금까지 거의 달성하기 불가능해 보였던 극한의 고온과 저온 모두에서 놀라운 강도와 인성을 보여주었다고 한다. 여기서 강도는 재료가 원래 모양에서 영구적으로 변형되기 전에 견딜 수 있는 힘의 양으로 정의되며, 인성은 파단(균열)에 대한 저항력을 의미한다. 광범위한 조건에서 굽힘과 파단에 대한 합금의 복원력은 더 높은 효율로 작동할 수 있는 차세대 엔진을 위한 새로운 종류의 재료에 대한 문을 열 수 있다고 평가된다. 이전에는 이러한 특성을 동시에 달성하는 것이 거의 불가능하다고 여겨졌다. 이 연구는 로버트 리치(Robert Ritchie) 박사가 이끄는 로렌스 버클리 국립연구소(Berkeley Lab)와 UC 버클리 팀과 디란 아펠리안(Diran Apelian) 교수가 이끄는 UC 어바인 팀, 엔리케 라베르니아(Enrique Lavernia) 교수가 이끄는 텍사스 A&M 대학교 팀의 협력으로 진행됐다. 이 연구는 최근 '사이언스(Science)' 저널에 게재됐다. 이 합금의 특징은 넓은 온도 범위에서 강도과 파손에 대한 놀라운 저항성을 가지고 있다는 것이다. 이는 차세대 엔진을 위한 새로운 소재 개발에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 열어준다. 새로운 금속 합금 RHEA/RMEA 연구팀은 이 합금의 놀라운 특성을 발견하고 원자 구조에서 발생하는 상호 작용으로 인해 이러한 특성이 어떻게 발생하는지 밝혀냈다. 이들은 특히 RHEA/RMEA(Refractory High or Medium Entropy Alloys)라고 불리는 새로운 금속 합금 계열에 속하는 합금에 집중했다. 리치 연구실의 박사 과정 학생인 제1저자 데이비드 쿡(David Cook)은 "열을 전기 또는 추력으로 변환하는 효율은 연료가 연소되는 온도에 따라 결정되며, 온도가 높을수록 더 좋다. 그러나 작동 온도는 이를 견뎌야 하는 구조 재료에 의해 제한된다"고 설명했다. 쿡 연구원은 "우리는 현재 고온에서 사용하는 재료를 더욱 최적화할 수 있는 새로운 금속 재료가 절실히 필요하다. 이 합금이 바로 그 가능성을 보여주는 것"이라고 덧붙였다. 기존 RMEA의 한계 돌파한 뛰어난 인성 대부분의 상업용 또는 산업용 응용 분야에서 사용되는 금속은 하나의 주요 금속에 소량의 다른 원소를 혼합하여 만든 합금이지만, RHEA/RMEA는 매우 높은 녹는점을 가진 금속 원소를 거의 동일한 비율로 혼합해서 만든다. 이로 인해 RHEA/RMEA는 과학자들이 아직 밝혀내지 못한 독특한 특성을 가지고 있다. 리치 박사 팀은 고온 응용 분야의 잠재력으로 인해 수년 동안 이러한 합금을 연구해 왔다. 해당 논문의 공동 저자인 푸닛 쿠마르(Punit Kumar)박사는 "저희 팀은 이전에 RHEA/RMEA에 대한 연구를 진행했으며 이러한 재료가 매우 강하지만 일반적으로 극도로 낮은 인성을 가지고 있다는 것을 발견했다. 따라서 이 합금이 예외적으로 높은 인성을 보이는 것을 발견했을 때 매우 놀랐다"고 말했다. 극한의 온도에서도 강도와 인성 유지 쿡에 따르면 대부분의 RMEA는 파단 인성이 10MPa√m 미만으로, 기록상 가장 부서지기 쉬운 금속 중 하나다. 골절에 견디도록 특별히 설계된 최고의 극저온 강은 이 소재보다 약 20배 더 강하다. 하지만 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄(Nb45Ta25Ti15Hf15) RMEA 합금은 상온에서 일반적인 RMEA보다 25배 이상의 강도를 기록하여 극저온 강철을 능가할 수 있었다. 연구팀은 -196°C(액체 질소 온도), 25°C(실온), 800°C, 950°C 및 1200°C의 총 5가지 온도에서 새로운 합금의 강도와 인성을 평가했다. 마지막 온도인 1200°C는 태양 표면 온도의 약 1/5에 해당한다. 마침내 연구팀은 합금이 추위에서는 가장 강도가 높고 온도가 상승함에 따라 다소 약해졌지만 여전히 넓은 범위에서 인상적인 수치를 자랑한다는 것을 발견했다. 인성은 기존 균열에 얼마나 많은 힘이 필요한지 계산해서 산출되며 모든 온도에서 높았다. 원자 배열의 비밀 풀기 거의 모든 금속 합금은 결정질이며, 이는 재료 내부의 원자가 반복 단위로 배열되어 있음을 의미한다. 그러나 완벽한 결정은 없으며 모두 결함을 포함하고 있다. 가장 눈에 띄는 결함은 결정 내 원자의 미완성 평면인 전위라고 불리는 결함이다. 금속에 힘이 가해지면 모양 변화를 수용하기 위해 많은 전위가 움직이게 된다. 예를 들어 알루미늄으로 만든 종이 클립을 구부리면 종이 클립 내부의 전위가 움직이면서 모양이 변한다. 그러나 낮은 온도에서는 전위의 움직임이 더 어려워지고, 그 결과 많은 재료가 저온에서 전위가 움직이지 못해 부서지기 쉽다. 타이타닉의 강철 선체가 빙산에 부딪혔을 때 부서진 것도 바로 이 때문이다. 녹는 온도가 높은 원소와 그 합금은 이러한 현상을 극한으로 끌어올려 800°C까지 부서지기 쉽다. 하지만 이 RMEA는 액체 질소(-196°C)와 같은 낮은 온도에서도 잘 깨지지 않는 특성을 보이고 있다. 공동 연구자인 앤드류 마이너와 연구팀은 이 놀라운 금속 내부 특성을 이해하기 위해 버클리 랩 분자 파운드리의 일부인 국립 전자 현미경 센터의 4차원 주사 투과 전자 현미경(4D-STEM)과 주사 투과 전자 현미경(STEM)을 사용해 응력을 받은 샘플과 구부러지지 않고 금이 가지 않은 대조 샘플을 분석했다. 전자 현미경 데이터에 따르면 합금의 특이한 인성은 '꼬임 밴드(kink band)'라는 희귀 결함의 예상치 못한 부작용에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 꼬임 밴드는 가해진 힘으로 인해 결정 조각이 스스로 붕괴되어 갑작스럽게 구부러질 때 결정에 형성된다. 연구팀은 이전 연구를 통해 RMEA에서 꼬임 밴드가 쉽게 형성된다는 사실을 알고 있었지만 연화 효과가 격자를 통해 균열이 퍼지기 쉽게 만들어 재료의 강도를 낮출 것이라고 가정했다. 하지만 실제로는 그렇지 않았다. 쿡은 "우리는 원자 사이에 날카로운 균열이 있는 경우 꼬임 밴드가 실제로 손상을 멀리 분산시켜 균열의 전파에 저항하여 균열을 방지하고 매우 높은 파괴 인성을 이끌어 낸다는 것을 처음으로 보여주었다"라고 말했다. 한편, 리치는 "기계 엔지니어는 실제 세계에서 사용하기 전에 재료의 성능에 대한 깊은 이해가 당연히 필요하기 때문에 Nb45Ta25Ti15Hf15 합금을 제트기 터빈이나 스페이스X 로켓 노즐과 같은 것을 만들기 전에 훨씬 더 근본적인 연구와 엔지니어링 테스트를 거쳐야 한다"고 지적했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(41)] 극한의 강도와 인성 가진 혁신적인 합금
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[먹을까? 말까?(8)] 블레스드 시슬, 신경 재생 특성 발견
- 국화과에 속하는 블레스드 시슬(Blessed Thistle)이 신경 재생 특성이 있다는 연구 결과가 나왔다. 우럽에서 '축복받은 엉겅퀴'라고 불리는 블레스드 시슬(학명: Cnicus benedictus) 국화과에 속하는 식물이다. 이 식물은 수백 년 동안 소화기 기능을 돕는 약초로 추출물이나 차 형태로 이용되어 왔다. 중세 시대에 종교적인 사용되어 '홀리 시슬(Holy thistle)', '홀리 고스트 허브(holy ghost herb)'라는 별명이 있다. 블레스드 시슬은 노란색 꽃이 피고 잎에는 가시가 있어 엉겅퀴를 연상시킨다. 참고로 엉컹퀴(밀크시슬)는 보라색 꽃이 피는 식물이다. 독일 쾰른 대학교 병원 약리학 센터와 쾰른 대학교 의학부 연구팀은 최근 필립 고브레흐트 박사와 디트마르 피셔 교수의 주도 하에 블레스드 시슬의 활성 성분인 치니신(Cnicin)이 신경 기능 재생을 촉진한다는 완전히 새로운 활용법을 발견했다고 사이테크데일리가 보도했다. 연구팀은 동물 모델과 인체 세포 연구 등 임상 연구를 통해 치니신이 축삭(신경 섬유) 성장을 현저하게 촉진한다고 밝혔다. 이 연구 결과는 식물 기반 의학 학술지 '피토메디신(Phytomedicine)'에 게재됐다. 신경 손상 치료 기대 인간과 동물의 경우 긴 축삭을 가진 손상된 신경은 재생 경로가 길기 때문에 치유 과정이 길고, 때로는 축삭이 목적지에 제때 도달하지 못해 회복이 불가능하기도 하다. 따라서 빠른 신경 재생 속도는 매우 중요하다. 치니신은 축삭이 돌이킬 수 없는 기능 장애가 발생하기 전에 원래 목적지에 제때 도달하도록 해 신경섬유가 회복 불가능한 기능적 결함이 발생하지 않도록 하는 데 도움이 될 수 있다. 연구팀은 동물 모델과 환자의 망막으로부터 채취한 인체 세포에서 치니신 투여 시 축삭 재생이 일어난다는 것을 확인했다. 쥐 실험을 통해 쥐에게 매일 치니신을 투여한 결과 마비와 신경병증 호전 속도가 더욱 빨랐다. 특히 다른 화합물과 비교할 때 치니신의 장점은 입(경구)을 통해 투여가 가능하다. 따라서 주사를 통한 투여가 필요하지 않다. 또한 치니신은 정확한 복용량을 지켜야 한다. 피셔 교수는 "치니신은 특정 치료 기간 내에서만 효과가 있기 때문에 정확한 용량이 매우 중요하다. 복용량이 너무 적거나 너무 많으면 효과가 없다"고 말했다. 그는 "따라서 인체를 대상으로 한 추가적인 임상 연구가 필요하다"라고 덧붙였다. 쾰른 대학교 연구팀은 현재 관련 연구를 계획하고 있다. 약리학센터는 손상된 신경계를 복구하는 약물 연구 개발에 주력하고 있다. 한편, 블레스드 시슬은 대부분 안전하게 섭취할 수 있지만 일부 사람에게는 부작용을 일으킬 수 있다. 과다한 복용은 구토를 유발할 수 있다. 일부 부작용 증상으로는 메스꺼움과 설사 등이 포함된다. 몇몇 국가에서는 이 식물의 이용을 규제하기도 한다. 특히 데이지과에 알레르기가 있는 사람은 사용에 주의해야 한다. 또한 특정 약물과 상호작용할 수 있으므로 복용하기 전에 의사와 상담해야 한다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(8)] 블레스드 시슬, 신경 재생 특성 발견
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임신 중 타이레놀 복용, "자폐증이나 지적 장애와 관련 없어"
- 타이레놀은 해열진통제로 널리 복용되는 유명 브랜드다. 타이레놀의 주요 성분은 아세트아미노펜이다. 이 약물은 효과가 뚜렷하지만, 이로 인한 부작용에 대한 논란도 많다. 임신 중 타이레놀의 활성 성분인 아세트아미노펜을 복용해도 괜찮을까? 최신 연구에 따르면 임신 중 아세트아미노펜 복용은 어린이의 자폐증, ADHD(주의력 결핍 과잉행동장애) 또는 지적 장애 위험 증가와는 관련이 없다는 결과가 나왔다고 CNN이 보도했다. 이 연구는 JAMA(The Journal of the American Medical Association) 저널 최신호에 발표됐다. 새로운 연구는 임신 중 아세트아미노펜 사용이 자폐증, ADHD 및 지적 장애의 위험을 증가시킨다는 최근 연구 논문 및 주장을 반박한 것으로 의미가 크다는 평가다. 이 연구는 스웨덴 카롤린스카 연구소(Karolinska Institute)와 드렉셀 대학교(Drexel University)가 수행한 것으로, 1995~2019년 사이 스웨덴에서 태어난 약 250만 명의 어린이의 출생 전 및 의료 기록을 분석한 것이다. 임신 중 아세트아미노펜을 복용한 상황에서 태어난 어린이와 노출되지 않은 어린이를 비교한 통계 분석 결과, 노출된 그룹에서 자폐증, ADHD 및 지적 장애의 위험이 ‘약간’ 증가한 것으로 나타났다. 그러나 친부모가 동일한 형제자매 분석에서는 임신 중 아세트아미노펜 사용이 관련된 자폐증, ADHD 또는 지적 장애의 위험을 증가시키는 증거는 나타나지 않았다. 연구는 형제자매가 유전적, 환경적 요인을 공유하기 때문에 임상시험에서 잘 못된 결과를 도출할 가능성이 있는 혼란스러운 변수 중 일부가 제거된다고 밝혔다. 듀크대학교 소아과 에릭 브레너 박사는 친부모가 동일한 형제 대조군은 같은 공간에서 성장할 가능성이 높으며, 비슷한 식습관을 갖고 유사한 환경에서 생활하므로, 연구 과정에서 환경 요인을 더 잘 제어할 수 있다고 밝힌다. 브레너는 특히 이번 연구가 분석 대상 참가자 수가 많다는 점, 형제자매 분석을 같이 수행했다는 점 등을 강점으로 꼽았다. 브레너는 이 연구가 아세트아미노펜 사용과 자폐증 및 ADHD를 포함한 신경발달 장애 사이의 연관성을 발견하지 못한 ‘매우 잘 설계된 연구’라고 평가하고, “모든 약물은 항상 산부인과 의사와 상담해 신중하게 사용해야 하지만, 아세트아미노펜은 안전한 것으로 보인다”고 말했다. 미국 식품의약국(FDA)과 유럽 의약청(EMA: European Medicines Agency)은 아세트아미노펜이 임신 중에 위험을 거의 주지 않는다고 보지만, 국제 과학자 및 의사 그룹은 지난 2021년 예방 조치를 촉구하며, 임신한 사람들은 아세트아미노펜을 사용하지 않는 것이 좋다고 권고한 바 있다. 임신 중 아세트아미노펜 사용이 ADHD 및 기타 신경발달 장애의 위험 증가와 관련이 있다는 수많은 의학적 연구가 논문에 명시되어 있다는 것이다. 이는 종래와 상반된 주장으로 의학계에 혼란과 논란을 불러 일으켰다. 이로 인해 잘못된 결과 도출도 종종 발생했다. 예컨대, 유전성이 강한 신경발달 장애가 있는 부모는 임신 중에 아세트아미노펜과 같은 진통제를 사용할 가능성이 더 높고, 이런 관계로 인해 임신 중에 아세트아미노펜에 노출된 어린이는 신경발달 장애가 발생할 가능성이 더 높은 것처럼 보일 수 있지만, 실제로 위험 증가는 유전적 요인으로 인한 것으로 보고 있다. 또한 형제자매 분석 연구에서는 아스피린, 기타 NSAID (비스테로이드성 항염증제) 및 아편유사제와 같은 다른 진통제가 신경발달 장애의 위험 증가와 관련이 없다는 사실도 발견했다. 각각의 진통제는 선천적 결함과 관련이 있었다. 이번 연구에서 아스피린 사용은 오히려 신경발달 장애의 위험을 줄이는 것과 관련이 있었다. 다만 이 결과는 초기 연구이며, 더 많은 분석이 필요하다는 지적이다. 브레너는 현재 임신 중 일상적 아스피린 사용은 권장되지 않는다며, 산모들은 산부인과 의사와 아스피린 사용에 관해 논의하는 것이 바람직하다고 말했다. FDA는 아스피린과 이부프로펜을 포함한 NSAI(비스테로이드성 항염증제)를 임신 3기에는 사용하지 말 것을 권장하고 있다. 이러한 약물은 태아의 혈관을 조기에 닫을 우려가 있기 때문이다. 연구에 참여하지 않은 UCLA 얄다 아프샤르 산부인과 교수는 임신 중 처방약과 일반의약품의 사용 또는 중단에 대해 의료 전문가와 상담할 것을 권고하며, 이 연구는 건강을 최적화하기 위해 아세트아미노펜을 복용해야 하는 임산부에게 도움이 될 것이라고 부연했다.
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- IT/바이오
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임신 중 타이레놀 복용, "자폐증이나 지적 장애와 관련 없어"
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애플, 항소법원에 ITC 애플워치 수입금지 결정 파기 요구
- 미국 애플이 미국 국제무역위원회(ITC)의 애플워치 수입금지 결정을 취소해줄 것을 미국 연방항소법원에 요구했다. 7일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 애플은 스마트워치인 애플워치 2기종이 의료기기제조업체 마시모의 특허를 침해했다는 이유로 ITC가 결정한 애플워치 수입금지 결정을 파기해줄 것을 호소했다. 애플은 연방항소법원에 ITC의 결정이 '실질적으로 결함이 있는 일련의 특허판결'에 근거한 결정이라고 주장했다. 마시모는 수입금지를 정당화하는 경쟁하는 미국제품의 제조에 투자했다는 점을 증명하지 못하고 있다고 밝혔다. 애플은 이와 함께 마시모가 지난 2021년에 ITC에 특허침해 혐의로 제소했을 당시 특허의 대상이 된 마시모가 제조한 웨어러블 단말기는 '단순히 가상의 얘기'였다고 주장하며 애플워치의 수입금지는 성립되지 않는다고 지적했다. 애플과 마시모 두 회사는 이에 대한 질의에 응답하지 않았다. 캘리포니아주 어바인에 본사를 두고 있는 마시모는 애플이 제휴 가능성에 관한 협의 후 마시모 직원을 빼내 혈중산소농도 측정기능에 관한 기술을 훔쳤다고 주장했다. 애플은 2020년에 내놓은 애플워치 시리즈6에서 처음으로 이 기능을 도입했다. ITC의 수입금지명령은 지난해 12월 26일에 발효됐으며 혈중산소농도를 계측하는 기능을 채택한 '시리즈9'와 '울트라2'의 수입, 판매가 금지됐다. 애플은 ITC의 결정에 불복, 상고해 법적 절차를 진행하면서 수입금지 조치 중지를 요구했다. 연방항소법원은 지난해 12월 27일 애플의 항소내용을 검토하는 동안 수입금지를 일시 중지해 애플은 판매를 재개했다. 애플은 법정다툼은 1년 정도 걸릴 가능성이 있다면서 올해 1월에 애플워치 두 기종에서 혈중산소농도 측정기능를 삭제했다.
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- IT/바이오
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애플, 항소법원에 ITC 애플워치 수입금지 결정 파기 요구
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미-영, 'AI 안전성' 서명…양국간 세계 최초 협정 체결
- 미국과 영국이 인공지능(AI) 기술의 안전성을 점검하는 데 서로 협력하기로 합의하고 양국 간 협정에 서명했다. 1일(현지시간) 파이낸셜타임스(FT)와 타임 등 외신에 따르면 지나 러몬도 미국 상무부 장관과 미셸 도넬란 영국 과학혁신기술부 장관은 이날 미국 워싱턴DC에서 만나 AI 관련 협정에 서명했다. 해당 협정은 양국 정부가 AI 안전에 대한 기술적 지식과 정보, 인재를 어떻게 공유할지 등에 대해 명시하고 있다. 이 협정은 세계 최초의 AI 안전에 대한 양자 간 합의로, AI 신기술이 사이버 공격이나 생화학적 무기 설계 등에 사용되는 등의 실존적 위험이 될 가능성에 대한 규제강화 차원에서 이루어졌다. 이는 세계 최초로 AI 안전을 주제로 한 양국 간 합의로, AI 기술이 사이버 공격이나 생화학적 무기 설계 등에 악용될 가능성에 대한 대응책 마련을 위해 체결됐다. 도넬란 장관은 FT와의 인터뷰에서 차세대 AI 모델이 게임 체인저가 될 가능성이 있으며, 이에 대응하기 위해 신속한 행동이 필요하다고 강조했다. 그는 "아직 새 모델이 어떠한 역할을 할 수 있을지 알지 못한다"고 말했다. 지난해 11월 설립된 영국의 AI안전연구소(AISI)와 미국이 곧 설립할 관련 연구소는 이 협정을 통해 양국 연구원들을 상호 파견하는 등의 방법으로 전문 지식을 공유할 예정이다. 이 협정에 따라, 오픈AI와 구글 같은 민간 기업이 개발한 AI 모델을 독립적으로 평가하는 작업에도 양국이 협력하게 된다. 이 파트너십은 영국 정부 커뮤니케이션 본부(GCHQ)와 미국 국가안보국(NSA) 간의 정보 및 보안 문제에 대한 긴밀한 협력을 모델로 삼고 있다. 도넬란 장관은 미국이 이 협정을 체결함으로써 영국이 AI 안전 분야에서 어떻게 리더십을 발휘하고 있는지를 보여주는 것이라고 평가했다. 그는 AI 분야의 주요 기업들이 미국에 위치해 있기 때문에 미국 정부의 전문성은 AI의 위험성을 이해하고 기업들로 하여금 약속을 이행하도록 하는 데 중요하다고 강조했다. 러몬도 장관은 이 협정을 통해 양국이 국가 안보와 사회 전반에 걸친 모든 AI 위험 영역에서 협력을 가속화할 것이라고 밝혔다. 러몬도 장관은 "이는 양국 기관이 AI 시스템을 더 잘 이해하고, 더 정확하게 평가하며, 더 엄격한 지침을 마련하는 데 기여할 것"이라고 덧붙였다.
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미-영, 'AI 안전성' 서명…양국간 세계 최초 협정 체결
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홍콩대, 파킨슨병(PD) 신경퇴행 강력 억제하는 식이요법 보충제 발견
- 홍콩대(HKU) 생명과학부 차오구 정 교수팀이 진행한 연구에서 짧은사슬 지방산(SCFA: 탄소 수 6개 이하의 지방산)인 프로피오네이트가 장과 뇌 사이의 기관 간 신호전달을 조절해 파킨슨병(PD) 신경퇴행을 강하게 억제한다는 사실이 밝혀졌다고 과학 전문 매체 사이테크데일리가 전했다. 프로피오네이트 분해를 억제하거나 식이요법을 통해 프로피오네이트를 보충하면, PD와 관련된 지표가 개선되고 장에서 에너지 생산이 향상돼 단백질 응집체를 분산시킬 필요 없이 신경 건강이 촉진된다는 것이다. 프로피오네이트 수치를 증가시켜 신경퇴행을 대사적으로 막는 것은, 파킨슨 등 신경퇴행성 질환의 치료에 대한 새로운 가능성을 제시한다는 점에서 주목받고 있다. 이 연구 결과는 최근 선도적인 생물학 저널인 '셀리포트(Cell Reports)'에 발표됐다. 연구 배경 뇌의 단백질 응집체를 표적으로 삼아 PD와 알츠하이머병(AD)과 같은 신경퇴행성 질환을 치료하는 전통적인 방법은 지금까지 성공 가능성이 매우 낮았다. 그러나 이번 새로운 연구는 장내 세균에서 유래한 대사산물이 신경퇴행을 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여 준다. PD는 도파민성 신경세포에 알파시누클레인(알파-신: 뇌세포 사이에 신경 전달을 돕는 단백질로 PD를 일으키는 주요 원인) 단백질이 비정상적으로 축적되고 응집되는 것을 특징으로 하며, 이는 단백질 독성 스트레스와 신경 세포 사망을 유발한다. 실험용 쥐를 대상으로 한 PD 모델에 대한 이전 연구에서는 장내 미생물군이 알파-신 병리학의 운동 결핍 및 신경 염증을 유발하는 것으로 나타났다. 그러나 어떤 미생물이 숙주 신경퇴행에 영향을 미치는지는 대부분 불분명하다. 최근 몇 년 동안 관심을 끌고 있는 박테리아 대사산물의 한 종류는 식이섬유의 발효를 통해 혐기성 박테리아가 생산하는 SCFA(초산, 프로피온산 및 부티르산)이다. 그러나 SCFA가 신경 퇴행에 미치는 영향은 논란의 여지가 있다. 일부 연구에서는 SCFA가 신경 퇴행을 악화시키고 염증을 증가시키는 것으로 나타났다. 반면 다른 연구에서는 SCFA가 신경 퇴행을 방지한다는 사실이 밝혀졌다. 정 교수팀은 이전에 흙 속에 사는 1mm정도 크기의 작은 선형동물(C. elegans) PD 모델을 사용해 전체 게놈을 검사, 여기에서 38개의 신경퇴행성 유전자를 확인했다. 이 박테리아 유전자 중 일부는 숙주에서 프로피오네이트의 분해를 유도하는 비타민 B12의 생합성에 필수적이다. 이에 따라 연구팀은 프로피오네이트의 수치를 높이면 신경퇴행을 억제할 수 있다고 가정했다. 주요 조사 결과 정 교수팀은 PD 질환 동물이 정상 동물보다 프로피오네이트 수치가 낮았으며, 프로피오네이트 분해를 유도하는 식이성 비타민 B12를 제거하거나 프로피오네이트를 직접 보충하면 프로피오네이트 수치를 높이고, 알파-신으로 유발된 신경 세포 사망 및 운동 장애를 막는다는 사실을 발견했다. 놀랍게도 프로피오네이트의 신경보호 효과는 뉴런과 장 사이의 기관 간 신호 전달에 의해 매개됐다. 알파-신의 신경 세포 응집은 장에서 미토콘드리아 전개 단백질 반응(mitoUPR)을 유발해 프로피오네이트 생산을 줄였다. 낮은 프로피오네이트 수치는 지방산 및 아미노산 대사에 관여하는 수많은 프로피오네이트 반응 유전자의 하향 조절을 유발했고, 결국 장의 에너지 생산 결함을 초래했으며, 이는 젖산 및 신경펩티드와 관련된 장-뇌 통신을 통해 신경퇴행을 더욱 악화시켰다. 장에서 프로피오네이트 생산을 유전적으로 강화하거나 프로피오네이트 하류의 주요 대사 조절 인자의 장 발현을 복원하면 신경퇴행이 개선됐다. 이는 장의 대사 상태가 알파-신 유도 신경퇴행을 조절할 수 있음을 시사한다. 중요한 것은 프로피오네이트 보충이 알파-신 응집을 감소시키지 않고 신경퇴행을 억제해 단백질 응집체 하류의 신경 단백질 독성의 대사 구조를 입증한다는 것이다. 이 새로운 연구는 신경퇴행성 질환의 장-뇌 상호작용에 소분자 대사산물이 관여한다는 점을 강조한다. 건강 영향에 미칠 가능성 이 연구는 PD 질환 동물 모델의 실험 결과와 임상 관찰을 연결한다는 점에서 흥미롭다. PD 동물과 마찬가지로 인간 PD 환자도 SCFA를 생성하는 공생 박테리아의 양이 감소하기 때문에 건강한 개인보다 SCFA 수준이 감소한다. 따라서 PD 환자의 낮은 양의 SCFA는 실제로 질병 진행 및 중증도를 초래할 수 있으며, 식이요법을 통해 프로피오네이트를 보충하면 질병을 치료하고 증상을 개선하는 데 도움이 될 수 있다고 정 교수는 강조했다. 정 교수는 SCFA가 장내 식이섬유의 혐기성 발효에 의해 생성되기 때문에 섬유질이 풍부한 식품, 예컨대 씨앗, 견과류, 과일, 야채 등을 식단에 추가하면, 장내 세균에 의한 SCFA 생성도 증가할 수 있으며 뇌 건강에 유익하다고 제안했다.
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홍콩대, 파킨슨병(PD) 신경퇴행 강력 억제하는 식이요법 보충제 발견
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[신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'
- 미국 과학자들이 자연에서 광물 형태로 발견된 세계 최초의 '비전통적인' 초전도체 미아사이트(Miassite)가 발견됐다고 밝혔다. 영국 과학 웹사이트 사이키(phys.org)는 지난 13일(현지시간) 미국 에너지부 국립연구소인 에임스 국립연구소(Ames National Laboratory)의 과학자들이 실험실이 아닌 자연에서도 화학 성분을 가진 최초의 비전통적 초전도체 '미아사이트'를 발견했다고 보도했다. 미아사이트는 자연에서 발견되는 광물 중 하나로, 실험실에서 성장시키면 초전도체 역할을 한다. 연구팀은 미아사이트를 관측한 결과 고온 초전도체와 유사한 특성을 가진 비전통적 초전도체라는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 '커뮤니케이션즈 머티리얼즈(Communications Meterials)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 미래의 지속 가능하고 경제적인 초전도체 기반 기술 개발에 기초 과학적 이해를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 초전도체란? 초전도는 물질이 전기를 에너지 손실 없이 전도할 수 있는 상태를 말한다. 이러한 초전도체는 의료용 MRI 기계, 전력 케이블, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 기존의 초전도체는 잘 알려져 있지만 임계 온도가 낮다. 여기서 임계 온도는 물질이 초전도체 상태를 유지할 수 있는 최고 온도를 말한다. 1980년대에 과학자들은 기존 것들보다 임계 온도가 훨씬 높은 비전통적인 초전도체들을 발견했다. 에임스 연구소의 과학자 루슬란 프로조로프에 따르면, 이러한 비전통적인 초전도체는 모두 실험실에서 만들어진다. 이로 인해, 비전통적 초전도는 자연에서 발생하지 않는다는 일반적인 인식이 형성됐다. 자연에서 발견된 희귀한 광물 프로조로프는 대다수의 초전도 원소와 화합물이 금속 성질을 가지고 산소와 같은 다른 원소와 반응하는 경향이 있어, 자연에서 초전도체를 찾는 것이 어렵다고 설명했다. 그는 특히 미아사이트(Rh17S15)가 복잡한 화학 구조를 가지고 있다는 점에서 흥미롭다고 말했다. 프로조로프는 미아사이트를 처음에는 자연에서 발견될 수 없는, 인공적으로 만들어졌을 것으로 추정했으나, "실제로 자연에서 존재한다는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 아이오와 주립대학교의 물리학 및 천문학 석좌교수이자 에임스 연구소의 과학자인 폴 캔필드는 새로운 결정체 물질의 설계와 발견, 성장 방법, 그리고 그 특성을 분석하는 데 깊은 전문 지식을 가지고 있다. 그는 이 프로젝트를 위해 고품질의 미아사이트 결정을 합성하는 작업을 수행했다. 캔필드는 "미아사이트가 러시아 첼랴빈스크주 미아스 강 근처에서 발견된, 일반적으로 잘 형성된 결정으로 자라지 않는 희귀한 광물"이라고 설명했다. 미아사이트 결정의 성장은 매우 높은 용융점을 가진 원소(Rh)와 휘발성이 높은 원소(S)의 결합으로 이루어진 화합물을 탐색하는 더 광범위한 연구 노력의 일부였다. 캔필드 박사는 "순수 원소들의 특성과는 달리, 우리는 이들 원소의 혼합을 통해 최소한의 증기압으로 결정이 저온에서 성장할 수 있도록 하는 기술을 개발했다"고 말했다. 캔필드 박사는 이번 미아사이트의 발견을 "숨겨진 낚시터에서 큰 물고기를 발견한 것과 같다"고 비유했다. 그는 "Rh-S 시스템에서, 우리는 세 가지 새로운 초전도체를 발견했다. 루슬란의 세밀한 측정 덕분에, 미아사이트가 비전통적 초전도체임을 확인할 수 있었다"고 설명했다. '자기장 침투 깊이' 실험 프로조로프의 연구 그룹은 저온에서 초전도체를 연구하기 위한 첨단 기술을 전문으로 한다. 그는 이 물질이 초전도 상태를 유지하기 위해 영하 50밀리켈빈(약 -460°F)까지 냉각되어야 한다고 말했다. 프로조로프 연구팀은 미아사이트의 초전도 특성을 분석하기 위해 세 가지 주요 실험을 실시했다. 가장 중요한 실험은 '자기장 침투 깊이(혹은 런던 침투 깊이, London penetration depth)'다. 이 실험은 약한 자기장이 초전도체 표면을 얼마나 깊게 관통하는지 측정해 초전도체 내부로의 자기장 침투 거리를 결정한다. 전통적인 초전도체의 경우, 자기장 침투 깊이는 저온에서 대체로 일정하게 유지된다. 반면, 비전통적 초전도체에서는 이 침투 깊이가 온도 변화에 따라 선형적으로 변화하는 경향을 보인다. 이러한 실험 결과는 미아사이트가 비전통적 초전도체의 성질을 갖는다는 것을 확인했다. 또 다른 실험은 재료 내에 결함을 주기 위해 고에너지 전자를 사용해 물질에 충격을 주는 방식이다. 프로조로프는 이 방법을 지난 10년 간 그의 연구팀이 주로 사용해온 대표적인 기술이라고 설명했다. 이 실험을 통해 재료의 초전도 특성에 미치는 결함의 영향을 관찰할 수 있다. 이 방법은 이온을 그들의 원래 위치에서 밀어내어 결정 구조 내에 결함을 생성하는 것이다. 이러한 결함은 재료의 임계 온도에 변화를 일으킬 수 있는 장애를 만든다. 전통적인 초전도체는 비자기적 장애에 대해 대체로 둔감하기 때문에, 이러한 테스트에서 임계 온도의 변화가 거의 또는 전혀 보이지 않는다. 반면, 비전통적 초전도체는 무질서에 더 민감해, 결함이 일어나면 임계 온도가 변화하거나 억제될 수 있다. 이러한 변화는 재료의 임계 자기장에도 영향을 미친다. 연구팀은 미아사이트에서 임계 온도와 임계 자기장이 비전통적 초전도체에서 예측한 대로 변화한다는 것을 확인했다. 비전통적 초전도체에 대한 이러한 연구는 초전도 현상의 작동 원리에 대한 과학자들의 이해를 심화시킬 수 있다. 프로조로프는 "비전통적 초전도의 메커니즘을 이해하는 것은 초전도 현상을 경제적으로 응용하는 데 있어 핵심적인 역할을 한다"고 강조했다. 이는 초전도 기술의 상용화 가능성을 높이는 데 중요한 기여를 할 수 있다.
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[신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'
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현대차·기아 전기차 17만대 리콜…역대 최대 전기차 리콜 규모
- 17만대에 가까운 현대차·기아의 전기차가 자발적 시정조치(리콜)에 들어간다. 이는 역대 전기차 리콜 사례 중 가장 큰 규모다. 국토교통부는 현대차, 기아, 스텔란티스코리아, 테슬라코리아 등 4개사의 12개 차종 23만2천대에서 제작결함이 발견돼 리콜에 돌입한다고 14일 밝혔다. 이번에 리콜 대상이 된 현대차·기아 전기차 16만9932대는 통합충전제어장치(ICCU) 소프트웨어에서 오류가 발견됐다. 현대차 아이오닉5, 아이오닉6, 제네시스 GV60, GV70·GV80 EV 전동화 모델 등 5개 차종 11만3916대와 기아 EV6 5만6016대가 이러한 이유로 오는 18일부터 리콜된다. 국토부는 "ICCU 소프트웨어 오류로 저전압 배터리 충전이 불가하고 이에 따라 주행 중 차량이 멈출 가능성이 있다"고 설명했다. 이밖에 현대차 아반떼 6만1131대는 전조등 내구성이 부족해 상향등 상태로 고정되는 문제가 발견돼 오는 19일부터 시정조치에 들어간다. 기아 레이 126대는 햇빛가리개에 에어백 경고문구가 표기되어 있지 않아 안전기준 부적합 판정을 받았다. 오는 20일부터 시정조치에 들어간다. 스텔란티스 지프 체로키 527대는 후진 방향등이 기준보다 높게 설치돼있어 안전기준에 부합하지 않았다. 지프 랭글러 플러그인하이브리드차(PHEV) 148대는 고전압 배터리 제조 불량이 발견됐다. 이들 차종은 오는 25일부터 시정조치된다. 테슬라 모델3 등 2개 차종 136대는 저속 주행 및 후진 시 보행자 경고음이 울리지 않는 문제가 발생해 오는 21일부터 시정조치에 들어간다. 차의 리콜 대상 여부와 구체적인 결함 사항은 자동차리콜센터(car.go.kr)에서 차량번호 및 차대번호를 입력하고 확인할 수 있다.
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