검색
-
-
[신소재 신기술(158)] 반도체 나노플레이트 약점 활용 나노스케일 조립 기술 혁신
- 카드뮴 셀레나이드(CdSe) 나노플레이트의 취약점을 활용한 혁신적인 반도체 나노스케일(구조체) 조립 기술이 개발됐다. 카드뮴 셀레나이드 나노판은 혁신적인 전자 소재 개발의 유망한 기반으로 주목받고 있다. 특히, 이 나노판은 원자 몇 개 두께에 불과한 초박형 구조로 뛰어난 광학적 특성을 제공해 전 세계 연구자들의 관심을 끌고 있다. 독일 헬름홀츠 드레스덴-로젠도르프 센터(HZDR), 드레스덴 공과대학교(TU Dresden), 라이프니츠 고체 및 재료 연구소 드레스덴(IFW) 공동 연구팀은 카드뮴 셀레나이드 나노판의 체계적인 생산을 위한 중요한 진전을 이루었다고 웹사이트 PHYS가 전했다. 카드뮴 셀레나이드 나노판은 빛이나 공기에 노출될 경우 표면 산화 또는 구조 변화가 발생해 광학적 특성이 저하될 수 있는 취약점이 있다. 특히 고온이나 습도가 높은 환경에서는 광학적 안정성이 더욱 떨어질 수 있다. 또한 제조 과정이 어려워 균일한 형태와 크기의 카드뮴 셀레나이드 나노판을 대량 생산하는 것은 기술적으로 힘들다. 게다가 카드뮴 셀레이트 나노판의 표면을 안정화하거나 다른 물질과 결합하는 과정에서도 어려움이 발생할 수 있다. 연구팀은 학술지 '스몰(Small)'에 카드뮴 셀레나이드 나노판 구조와 기능 간의 상호 작용에 대한 기초적인 통찰력을 얻었다고 발표했다. 연구에 따르면 카드뮴 기반 나노판은 근적외선(NIR)과 특정 상호 작용을 통해 빛을 흡수, 반사, 방출하거나 다른 광학적 특성을 나타내는 2차원 물질 개발에 적합하다. 이러한 스펙트럼 범위는 다양한 기술 분야에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 의료 진단에서는 NIR 빛이 가시광선보다 조직에서 산란이 적어 조직 내부를 더 깊이 관찰할 수 있다. 통신 기술에서는 고효율 광섬유 시스템에 NIR 물질이 사용되며, 태양 에너지 분야에서는 광전지 효율을 높일 수 있다. HZDR 이온빔 물리학 및 재료 연구소의 리코 프리드리히 박사 겸 드레스덴 공과대학교 이론 화학과 교수는 "원하는 광학적 및 전자적 특성을 나타내도록 물질을 특정하게 변형하는 능력은 이러한 모든 응용 분야에서 매우 중요하다"고 말했다. 드레스덴 공과대학교 물리 화학과의 알렉산더 아이히뮐러 교수는 "과거에는 나노 화학 합성이 시행착오를 통해 물질을 혼합하는 것에 가까웠기 때문에 어려움이 있었다"고 덧붙였다. 두 과학자는 공동으로 협력해 이번 연구 프로젝트를 이끌었다. 정밀한 나노 입자 생산을 위한 양이온 교환 여기서 특별한 과제는 나노 구조체의 폭과 길이를 변경하지 않고 원자층의 수와 조성을 특정하게 제어하여 두께를 조절하는 것이다. 이러한 복잡한 나노 입자 합성은 재료 연구의 핵심 과제이다. 양이온 교환은 이러한 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 했다. 이 방법에서는 나노 입자의 특정 양이온(양전하를 띤 이온)을 다른 이온으로 체계적으로 대체한다. 아이히뮐러 교수는 "이 과정은 조성과 구조를 정밀하게 제어하여 기존 합성 방법으로는 얻을 수 없는 특성을 가진 입자를 생산할 수 있게 한다. 그러나 이 반응의 정확한 작동 방식과 시작점에 대해서는 알려진 것이 거의 없다"고 설명했다. 이번 프로젝트에서 연구팀은 활성 모서리가 중요한 역할을 하는 나노판에 초점을 맞췄다. 이러한 모서리는 화학적으로 특히 반응성이 높아 판들을 조직화된 구조로 결합할 수 있다. 이러한 효과를 더 잘 이해하기 위해 연구팀은 정교한 합성 방법, 원자 분해능 (전자)현미경, 광범위한 컴퓨터 시뮬레이션을 결합했다. 나노 입자의 활성 모서리와 결함은 화학적 반응성뿐만 아니라 광학적 및 전자적 특성으로도 흥미롭다. 이러한 위치는 종종 전하 운반체의 농도가 높아 운반체의 이동과 빛의 흡수에 영향을 미칠 수 있다. 프리드리히 박사는 "단일 원자 또는 이온을 교환하는 능력과 결합하여 단일 원자 촉매에서 이러한 결함을 활용하여 개별 원자의 높은 반응성과 선택성을 활용하여 화학 공정의 효율성을 높일 수 있다"고 설명했다. 이러한 결함의 정밀한 제어는 나노 물질의 NIR 활성에도 중요하다. 이는 근적외선이 흡수, 방출 또는 산란되는 방식에 영향을 미쳐 광학적 특성을 체계적으로 최적화할 수 있는 방법을 제공한다. 나노 구조체 연결, 자기 조직화를 향한 발걸음 이 연구의 또 다른 결과는 활성 모서리를 통해 나노판을 체계적으로 연결하여 입자를 정렬되거나 자기 조직화된 구조로 결합할 수 있다는 것이다. 미래 응용 분야에서는 이러한 조직화를 활용하여 NIR 활성 센서 또는 새로운 유형의 전자 부품과 같은 통합 기능을 갖춘 복잡한 재료를 생산할 수 있다. 실제로 이러한 재료는 센서 및 태양 전지의 효율성을 높이거나 새로운 데이터 전송 방법을 용이하게 할 수 있다. 동시에 이 연구는 촉매 또는 양자 재료와 같은 나노 과학의 다른 분야에 대한 기초적인 통찰력을 제공한다. 연구팀의 이번 발견은 최첨단 합성, 실험 및 이론적 방법의 조합 덕분에 가능했다. 연구자들은 나노 입자의 구조를 정밀하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 활성 모서리의 역할을 자세히 조사할 수 있었다. 원자 결함 분포 및 조성 분석 실험은 재료 특성에 대한 포괄적인 이해를 얻기 위해 이론적 모델링과 결합됐다. ◇ 참고: 볼로디미르 샴라옌코 외, 반도체 나노판의 취약점: 격리된 결함에서 방향성 나노 스케일 어셈블리로, 스몰 (2024). DOI: 10.1002/smll.202411112
-
- IT/바이오
-
[신소재 신기술(158)] 반도체 나노플레이트 약점 활용 나노스케일 조립 기술 혁신
-
-
[퓨처 Eyes(73)] 시간의 미스터리, 양자 세계에서 새로운 해답을 찾다
- 시간은 과연 한 방향으로만 흐르는 것일까? 철학자와 과학자들이 오랫동안 탐구해온 이 질문에 대한 새로운 단서가 발견됐다. 영국 서리대학교(University of Surrey)의 최신 연구는 시간이 단순히 미래로만 향하는 선형적 흐름이 아닐 가능성을 제시하며, 기존의 통념을 흔들고 있다. 우리는 과거에서 미래로 흐르는 '시간의 화살'에 익숙하다. 현실 세계에서는 깨진 유리잔이 원래대로 돌아가지 않고, 엎질러진 물이나 우유가 저절로 컵에 다시 담기는 일은 결코 일어나지 않는다. 그러나 양자 세계에서는 상황이 달라진다. 물리학의 기본 방정식은 시간이 거꾸로 흘러도 동일하게 작동하는 대칭성을 갖는다. 즉, 시간이 앞으로 흐르든 뒤로 흐르든 법칙 자체는 변하지 않는다는 것이다. 서리대학교의 안드레아 로코 물리학 박사는 "엎질러진 우유가 테이블 위로 퍼지는 과정을 보면 시간이 앞으로 흐른다는 것을 알 수 있다. 하지만 영화처럼 되감아 보면 즉시 뭔가 잘 못 됐다는 것을 알 수 있다. 우유가 다시 유리 잔에 모일 것이라고 믿기 때문이다"라며 우리의 직관과 물리학 법칙 사이의 괴리를 지적했다. 이는 우리가 경험하는 거시 세계와 양자 세계 사이에는 분명한 간극이 존재한다는 것을 보여준다. 양자, 시간의 방향을 묻다 연구팀은 '개방 양자 시스템'이라는 개념에 주목했다. 양자 시스템(아원자 세계)이 주변 환경과 상호 작용하는 방식을 연구하는 분야다. 그들은 우리가 왜 시간을 한 방향으로만 인지하는 지, 그리고 이러한 인식이 양자 역학의 법칙에서 비롯되는 것인지, 아니면 환경과의 상호 작용의 결과인지 탐구했다. 연구팀은 환경을 외부 요인으로 취급하고 양자 시스템 자체에만 집중해 문제를 단순화했다. 그들은 우주 전체와 같은 환경이 너무 커서 에너지와 정보가 그 안으로 흩어져 다시는 시스템으로 돌아오지 않는다고 가정했다. 이러한 모델을 통해 시간이 이론적으로 양방향으로 흐를 수 있음에도 불구하고 양자 세계에서 시간의 방향이 어떻게 나타나는 지 탐구할 수 있었다. 이는 마치 우리가 우주라는 거대한 영화의 한 장면을 보고 있는 것과 같다고 볼 수 있다. 시간, 두 갈래 길에서 방황하다 놀랍게도 연구 결과는 기존의 통념을 완전히 뒤집었다. 환경과의 상호작용을 고려하더라도, 개방 양자 시스템을 설명하는 방정식은 시간이 앞으로 움직이든 뒤로 움직이든 동일하게 작용했다. 이는 시간이 반드시 한 방향으로만 흐른다는 가설이 절대적인 것이 아닐수도 있음을 시사한다. 토마스 구프 박사후 연구원은 "개방 양자 시스템을 설명하는 방정식에 표준적인 단순화 가정을 적용한 후에도 방정식이 시스템이 시간상 앞으로 움직이든 뒤로 움직이든 동일하게 작용했다는 것이 놀라웠다"며 뜻밖의 연구 결과가 나왔음을 강조했다. 이는 우리가 흔히 생각하는 '시간의 화살' 개념에 대한 근본적인 질문을 던지는 것이다. 시간이란 단순히 과거에서 미래로 흐르는 단일한 개념이 아닐 수 있다는 것을 시사한다. 이번 연구 결과는 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientic Reports)'에 게재됐다. 기억 커널, 시간 대칭의 열쇠 연구팀은 또 '기억 커널' 이라는 현상이 방정식의 시간 대칭을 유지한다는 사실을 발견했다. 이 커널은 양자 시스템의 진화 방식의 기본이며, 시간이 양방향으로 흐를 가능성을 설명할 수 있다. 즉, 과거의 정보가 현재의 시스템에 양향을 미치는 방식으로 시간이 흐를 수 있다는 것이다. 연구진은 '메모리 커널(memory kernel)' 이라 불리는 방정식의 핵심 부분이 시간에 대해 대칭적이라는 것을 발견했다. 또한 시간 불연속 요소가 발견되어 시간 대칭성을 유지하는 것으로 나타났다. 로코 박사는 "우리의 연구 결과는, 우리의 일반적인 경험은 시간이 한 방향으로만 움직인다고 말하지만, 우리는 반대 방향이 똑같이 가능했을 것이라는 점을 알지 못했던 것을 시사한다"며 이번 연구의 의의를 밝혔다. 이는 우리가 시간의 흐름을 단선적으로만 인식하는 것이 사실은 착각일 수 있음을 시사한다. 시간은 어쩌면 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 복잡하고 다중적인 개념일지도 모른다. 시간의 비밀, 우주론의 난제를 풀 열쇠 이번 연구는 기간과 물리학 전반에 대한 우리의 이해에 심오한 의미를 갖는다. 시간이 불가역적인 화살로 인식되는 것은 고유한 물리 법칙 때문이 아니라 환경과의 상호 작용 방식과 관련이 있을 수 있음을 시사한다. 즉, 우리가 시간을 인지하는 방식은 우리가 속한 환경에 의해 규정될 수 있다는 것이다. 이러한 발견은 우주론의 오랜 질문, 예를 들어 우주의 시작이나 블랙홀의 맥락에서 시간의 본질과 같은 질문에 새로운 시각을 제공할 수 있다. 또한 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 양자 역학을 통합하려는 물리학 분야인 양자 중력 이론에도 영향을 미칠 수 있다. 이 연구는 거시적 세계에서 우리가 경험하는 단방향적 시간의 흐름이 양자 세계에서는 양방향으로 가능할 수 있음을 시사하며, 양자역학, 우주론, 그리고 물리학의 근본 법칙에 대한 이해에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 안드레아 로코 박사는 "우리의 일상적인 경험은 시간이 한 방향으로만 흐른다고 말하지만, 사실 반대 방향도 똑같이 가능했다는 것을 우리가 모르고 있었을 뿐"이라고 설명했다. 이 연구는 시간의 화살표가 우리가 생각했던 것만큼 고정적이지 않을 수 있다는 가능성을 제시하며, 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나에 대한 새로운 시각을 제공한다. 시간은 단순한 흐름이 아니라 훨씬 더 복잡하고 다차원적인 현상일 수 있다. 이번 연구는 시간의 비밀을 풀고 우주의 미스터리를 밝히는 데 중요한 발걸음이 될 것이다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(73)] 시간의 미스터리, 양자 세계에서 새로운 해답을 찾다
-
-
[신소재 신기술(156)] 일반 암석을 탄소 포집 암석으로 변모시키는 신기술 개발
- 미국 스탠퍼드 대학교 화학과의 유슈안 첸 연구원이 매트 카난 교수옆에서 일반 암석이 굥정을 가해 CO₂ 포집 물질로 전환시킨 결과물을 들고 있다. 사진 출처=빌 리바드 / 프레코트 에너지 연구소 기후 변화로 지구가 몸살을 앓고 있는 가운데 일반 암석을 탄소를 포집하는 물질로 전환하는 혁신적인 신기술이 개발됐다. 인류 활동으로 대기 중에 배출되는 온실가스 중 이산화탄소(CO₂)는 지구 온난화의 주요 원인으로 지목된다. 이에 따라 전문가들은 화석 연료 사용량의 감축과 대기 중 이산화탄소를 적극적으로 제거하는 개술 개발의 필요성을 강조해왔다. 하지만 기존 탄소 포집 기술은 비용이 많이 들고 에너지 소모량이 많으며, 탄소 저장 솔루션 확보가 필수적이라는 한계점을 지니고 있다. 이런 가운데 미국 스탠퍼드 대학교 연구진은 암석을 활용한 혁신적인 탄소 포집 전략을 제시했다고 과학기술 전문 매체 기즈모도가 23일(현지시간) 보도했다. 스탠퍼드 대학교 매튜 카난(Mattew Kanan)과 유쉬안 첸 (Yuxuan Chen) 화학과 연구진은 열을 이용해 광물을 CO₂를 영구적으로 흡수하는 물질로 전환하는 공정을 개발했다. 지난 19일 학술지 '네이처(Nature)'에 발표된 연구 결과에 따르면, 이 공정은 실용적이고 저렴하며 일반적인 농업 관행의 요구 사항을 충족시켜 일석이조의 효과를 기대할 수 있다. 카난 교수는 "지구에는 대기 중 CO₂를 제거할 수 있는 광물이 무한정 존재하지만 인간의 온실 가스 배출을 상쇄시키기에는 반응 속도가 충분하지 않다"며 "이번 연구는 확장 가능한 방식으로 이러한 문제를 해결했다"고 밝혔다. 수십년 동안 과학자들은 암석의 자연적인 CO₂ 흡수 과정인 풍화 작용을 가속화하는 방법을 연구해왔다. 카난 교수와 첸 연구원은 풍화 속도가 느린 일반 규산염 광물을 풍화 속도가 빠른 광물로 전환함으로써 이 문제를 해결했다. 첸 연구원은 "단순한 이온 교환 반응을 통해 비활성 규산염 광물을 활성화하는 새로운 화학 반응을 구상했다"며 "이처럼 효과가 좋을 줄은 예상하지 못했다"고 설명했다. 이온은 전하를 띤 원자 또는 원자 그룹을 의미한다. 연두팀은 시멘트 생산 과정에서 영감을 얻었다. 시멘트 생산에서는 가마를 사용하여 석회석(퇴적암)을 산화칼슘이라는 반응성 화합물로 전환한 후 모래와 혼합한다. 연구진은 이 과정을 재현하되, 모래 대신 규산마그네숨이라는 물질을 사용했다. 규산마그네슘은 열을 가하면 이온 교환을 통해 산화마그네슘과 규산칼숨으로 전환되는 두 가지 광물을 포함한다. 이 광물들은 풍화 속도가 빠르다. 카난 교수는 "이 공정은 승수 역할을 한다"며 "반응성 광물인 산화칼슘과 비활성 규산마그네슘을 사용하여 두 가지 반응성 광물을 생성한다"고 설명했다. 연구진은 실험을 통해 습윤 규산칼슘과 산화마그네슘을 공기에 노출시킨 결과, 수 주에서 수개월 내에 풍화 작용의 결과물인 탄산염 광물로 전환되는 것을 확인했다. 카난 교수는 "산화마그네슘과 규산칼슘을 넓은 토지에 살포하여 대기 중 CO₂를 제거할 수 있다"며 "현재 시험 중인 흥미로운 응용 분야 중 하나는 농업 토양에 첨가하는 것"이라고 밝혔다. 이 방법은 토양이 너무 산성일 때 탄산칼슘을 첨가하는 농부들에게도 실용적일 수 있다. 이 과정을 석회 처리라고 한다. 카난 교수는 "이 제품을 첨가하면 두 광물 성분이 모두 알칼리성이므로 석회 처리가 필요하지 않다"며 "또한 규산칼슘이 풍화되면서 식물이 흡수할 수 있는 형태의 규소를 토양에 방출하여 작물 수확량과 회복력을 향상시킬 수 있다"고 설명했다. "이상적으로는 농부들이 농업 생산성과 토양 건강에 유익한 이 광물에 비용을 지불하고, 탄소 제거는 부가적인 효과로 얻을 수 있을 것이다." 약 1톤의 산화마그네슘과 규산칼슘은 대기 중 CO₂ 1톤을 흡수할 수 있으며, 이 추정치는 다른 탄소 포집 기술에 사용되는 에너지의 절반 미만을 사용하는 가마에서 배출되는 CO₂를 포함한다. 그러나 이 솔루션을 효과적인 수준으로 확장하려면 매년 수백만 톤의 산화마그네슘과 규산칼슘이 필요하다. 첸 연구원은 감람석이나 사문석과 같은 규산마그네슘의 천연 매장량 추정치가 정확하다면 인간이 배출한 모든 대기 중 CO₂를 제거하고도 남을 만큼 충분할 것이라고 지적했다. 또한 규산염은 광산 폐기물에서 회수할 수도 있다. 카난 교수는 "사람들은 이미 연간 수십억 톤의 시멘트를 생산하는 방법을 알고 있으며, 시멘트 가마는 수십 년 동안 작동한다"며 "이러한 학습과 설계를 활용하면 실험실 발견에서 의미 있는 규모의 탄소 제거로 이동하는 명확한 경로가 있다"고 강조했다.
-
- ESGC
-
[신소재 신기술(156)] 일반 암석을 탄소 포집 암석으로 변모시키는 신기술 개발
-
-
가상화폐 거래소 바이비트, 2조 원대 해킹 피해⋯북한 연루 의혹 증폭
- 세계 최대 규모의 가상화폐 거래소 중 하나인 바이비트가 사상 초유의 해킹 공격을 당해 2조 원이 넘는 가상화폐를 탈취당한 것으로 드러났다. 이번 사건은 가상화폐 역사상 최대 규모의 해킹으로 기록될 전망이며, 배후에 북한 해킹 조직이 있다는 의혹이 제기되고 있다. 21일(현지시간), 블룸버그통신은 바이비트 거래소가 해킹으로 인해 14억 6000만 달러(약 2조 1000억 원) 상당의 가상화폐를 도난당했다고 보도했다고 22일 연합뉴스가 전했다. 벤 저우 바이비트 최고경영자(CEO)는 21일 자신의 엑스(X, 구 트위터) 계정을 통해 "해커가 바이비트의 오프라인 이더리움 지갑 중 하나를 탈취했다"고 공식 발표했다. 바이비트는 2018년 3월 싱가포르에 설립된 가상화폐 파생상품 거래소다. 현재 글로벌 본사는 두바이에 있다. 블록체인 분석 전문가 잭엑스비티(ZachXBT)는 이번 해킹으로 인해 14억 6000만 달러 상당의 자산이 의심스러운 거래를 통해 지갑에서 유출되었다고 분석했다. 블록체인 데이터 추적 플랫폼 아캄 인텔리전스 역시 약 14억 달러 규모의 자금이 유출되었으며, "유출된 자금이 새로운 주소로 이동하며 매각되고 있다"고 엑스에 게시했다. 이번 해킹 사건은 2014년 파산한 일본 가상화폐 거래소 마운트곡스(4억 7000만 달러), 2021년 폴리 네트워크(6억 1100만 달러) 사건을 훨씬 능가하는 역대 최대 규모의 가상화폐 해킹으로 기록될 것으로 보인다. 바이비트는 일일 평균 거래량이 360억 달러(약 51조 7860억 원)를 상회하는 세계적인 가상화폐 거래소로, 한때 거래량 기준 세계 2위를 차지하기도 했다. 바이비트는 해킹 이전 약 162억 달러의 자산을 보유하고 있었다. 도난당한 이더리움은 총자산의 약 9%에 달하는 규모다. 블록체인 분석업체 난센에 따르면, 해킹당한 자금은 이더리움과 이더리움 파생상품으로 구성됐다. 탈취된 가상화폐는 먼저 하나의 지갑으로 이전된 후 40개 이상의 지갑으로 분산되었으며, 파생상품은 모두 이더리움으로 전환된 후 2700만 달러씩 10개 이상의 추가 지갑으로 옮겨졌다. 아캄 인텔리전스는 잭엑스비티가 이번 해킹이 북한 해킹 조직 라자루스의 소행임을 시사하는 증거를 제출했다고 밝혔다. 바이비트의 해킹 조사를 지원하고 있는 블록체인 보안 기업 파이어블록스 역시 "이번 해킹은 지난해 발생한 인도 가상화폐 거래소 와지르X와 대출 프로토콜 라디언트 캐피털 공격과 유사하다"며 "두 사건 모두 북한의 소행으로 밝혀졌다"고 설명했다. 북한 해커들은 와지르X에서 2억 3490만 달러, 라디언트 캐피털에서 5000만 달러 상당의 가상화폐를 해킹한 배후로 지목받고 있다. 북한은 최근 수년간 가상화폐 거래소 등을 해킹하여 가상화폐를 탈취하고, 이를 현금화하여 핵무기 개발 등에 사용하고 있다는 의혹을 받고 있다. 한미일 3국은 지난달 공동 성명을 통해 지난해 발생한 6억 6000만 달러(약 9600억 원) 규모의 암호화폐 탈취 사건을 북한의 소행으로 공식 지목한 바 있다. 또한, 대한민국 경찰청 국가수사본부는 2019년 11월 발생한 가상자산 거래소 '업비트'의 이더리움 34만 2000 개 탈취 사건에 북한 정찰총국 소속 해커 집단 '라자루스'와 '안다리엘'이 연루된 사실을 확인했다고 발표했다. 바이비트의 대규모 해킹 소식에 가상화폐 시장은 즉각적인 하락세를 보였다. 가상화폐 거래소 코인베이스에 따르면, 미국 동부 시간 기준으로 이날 오후 3시 45분 비트코인 1개당 가격은 24시간 전보다 2.42% 하락한 9만 6116달러에 거래되었다. 비트코인은 이날 장중 한때 9만 5000달러 아래로 떨어지기도 했다. 이더리움은 3.04% 하락한 2660달러, 엑스알피(XRP리플)는 4.62% 떨어진 2.57달러를 기록했으며, 솔라나와 도지코인 역시 각각 4.03%, 6.12% 내려 168달러와 0.24달러를 나타냈다.
-
- 금융/증권
-
가상화폐 거래소 바이비트, 2조 원대 해킹 피해⋯북한 연루 의혹 증폭
-
-
[신소재 신기술(155)] 험지 극복 소프트 로봇 '리프봇', 일본 연구진 개발
- 곡선이나 굴곡이 심한 반원형 지형 등 험난한 지형을 극복할 수 있는 소프트 로봇(연성 로봇) 리프봇(Leafbot)이 개발됐다. 소프트 로봇 공학은 비정형 환경에서 뛰어난 적응력을 보여주는 로봇 분야로 주목받고 있다. 기존 로봇이 예측 불가능한 지형에서 잘 올라가지 못하는 등 어려움을 겪는 반면, 소프트 로봇은 뛰어난 유연성을 바탕으로 험난한 지형에서도 이동 능력을 향상시키고 있다. 일본 호쿠리쿠첨단과학기술대학원대학(JAIST)의 호 반 안(Van Anh Ho) 교수 연구팀은 다양한 굴곡면과 지형에서 리프봇의 적응력을 탐구했다. 이 연구에는 JAIST의 박사 과정 학생인 린 비엣 응우옌(Linh Viet Nguyen)과 코이 탄 응우옌(Khoi Thanh Nguyen)이 참여했으며, 연구 결과는 전문 학술지인 'IEEE 로봇공학 트랜잭션(IEEE Transactions on Robotics)'에 게재됐다. 해당 로봇 기술에 대해서는 테크익스플로어가 지난 17일(현지시간) 상세히 전했다. 호 교수는 "소프트 로봇은 복잡하고 비정형적인 환경을 탐색하는 능력으로 점점 더 인정받고 있으며, 검사 및 탐사와 같은 분야에서 활용 가치가 높다"며 "우리는 진동 기반 운동을 활용하여 최소한의 제어 메커니즘으로 복잡한 장애물을 극복할 수 있는 로봇을 설계했다"고 밝혔다. 기존의 진동 기반 로봇은 불규칙한 지형을 처리하기 위해 복잡한 제어 알고리즘이 필요한 경우가 많았다. 반면 리프봇은 부드러운 소재의 유연한 구조와 단순하면서도 효과적인 이동 전략을 사용하여 경사면을 횡단하고 장애물을 탐색한다. 연구팀은 리프봇의 구조를 설계하기 위해 곡선형 돌출부가 있는 부드러운 일체형 실리콘 고무를 사용하여 기어가는 다리 형태를 모방했다. 소프트 로봇의 몸체는 진동 모터에 부착되어 이동을 위한 진동 메커니즘이 가능하다. 리프봇의 움직임에 대한 물리적 원리를 설명하기 위해 연구팀은 구심력, 비대칭 마찰 상호 작용, 다리 변형과 같은 요소를 통합하는 분석 모델을 개발했다. 또한 유한 요소 분석 시뮬레이션을 통해 소프트 구조가 다양한 지형과 상호 작용하는 방식에 대한 이해를 더욱 발전시켰다. 호 교수는 "우리는 형태가 이동에 어떤 영향을 미치는지 분석하고자 했다"며 "실험 결과는 예측을 검증했으며, 특정 다리 패턴이 까다로운 지형에서 리프봇의 성능을 어떻게 최적화하는지 보여주었다"고 덧붙였다. 연구팀은 계산 모델링 외에도 광범위한 실증 테스트를 수행했다. 경사면, 반원형 장벽, 계단식 지형 등 다양한 지형에서 서로 다른 다리 구성을 가진 세 가지 로봇 모델의 성능을 비교 분석했다. 그 결과 로봇의 곡선형 다리 형태가 장애물을 극복하는 데 중요한 역할을 하여 최대 30도의 경사면과 반원형 장벽을 횡단할 수 있음을 확인했다. 또한 이론적 모델링과 실험적 검증의 성공적인 통합을 통해 리프봇의 디자인이 효과적이고 확장 가능하도록 했다. JAIST 박사 과정 학생이자 공동 저자인 린 비엣 응우옌은 "정확한 작동에 의존하는 기존 로봇과 달리 리프봇의 적응력은 다양한 표면에서 자체 조정을 가능하게 한다"며 "이러한 능력은 좁고 울퉁불퉁한 공간에서 이동성이 요구되는 분야에 특히 유용하다"고 말했다. 이 혁신적인 로봇 연구의 의미는 실험실 실험에 국한되지 않고 다양한 분야의 실제 응용 분야로 확장된다. 리프봇은 잔해가 많고 울퉁불퉁한 땅 등으로 탐사에 어려움이 큰 재난 지역에서 특히 유용할 수 있다. 이 로봇은 좁은 공간에서도 탐색할 수 있으므로 파이프라인 검사, 지하 탐사, 자율 이동성이 필요한 기타 산업 환경에도 사용할 수 있다. 또한 농업 분야에도 응용할 수 있다. 토양 분석 및 작물 검사 등에 리프봇을 활용해 정밀 농업을 가능하게 한다. JAIST 박사 과정 학생이자 공동 저자인 코이 탄 응우옌은 이번 연구의 중요성에 대해 "우리의 연구 결과와 인공지능(AI) 및 머신러닝의 발전을 결합하면 최소한의 인간 개입으로 작업을 수행할 수 있을 것"이라며 "센서 피드백 시스템을 통합하고 에너지 효율성을 개선함으로써 리프봇이 실시간 지형 적응 및 의사 결정이 가능한 자율 시스템으로 진화하여 소프트 로봇 공학 분야를 혁신할 것으로 예상한다"고 기대했다. ◇ 참조: Linh Viet Nguyen et al, '진동 메커니즘으로 구동되는 단일 구조 소프트 로봇의 지면 역학(Terradynamics of Monolithic Soft Robot Driven by Vibration Mechanism)', IEEE Transactions on Robotics (2025). DOI: 10.1109/TRO.2025.3532499
-
- IT/바이오
-
[신소재 신기술(155)] 험지 극복 소프트 로봇 '리프봇', 일본 연구진 개발
-
-
[신소재 신기술(153)] 방사선 치료의 혁신, 암 정밀 타격 기술 개발…부작용 없이 종양 제거
- 건강한 조직은 살리면서 방사선으로 종양을 정확하게 표적으로 삼는 혁신적인 암 치료법이 개발됐다. 미국 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스(UCSF) 연구진이 건강한 조직 손상 없이 종양만을 정확히 표적 하는 혁신적인 암 치료법을 개발해 주목받고 있다고 사이테크데일리가 전했다. 이 치료법은 KRAS 표적 약물을 이용해 암세포를 표지한 뒤, 방사성 항체를 부착하여 종양을 제거하는 방식이다. 쥐 실험에서 기존 방사선 치료의 일반적인 부작용 없이 종양을 효과적으로 제거하는 성과를 거두었다. KRAS 표적 약물 치료, 암 치료의 새로운 가능성 제시 'KRAS 표적 약물 치료'는 암세포 성장의 주요 원인 중 하나인 KRAS 단백질의 변이를 직접 겨냥하여 암을 치료하는 방법이다. KRAS는 세포 성장과 분화를 조절하는 단백질로, 돌연변이가 발생하면 암세포가 비정상적으로 빠르게 증식할 수 있다. 특히 폐암, 췌장암, 대장암 등 다양한 암에서 KRAS 돌연변이가 발견된다. KRAS는 RAS 단백질 패밀리에 속하며, 정상적인 상태에서는 세포 성장 신호를 조절하는 역할을 한다. 그러나 돌연변이가 생기면 KRAS는 계속 활성화된 상태를 유지하며, 세포가 통제 없이 증식하게 된다. 과거에는 KRAS 단백질의 표면이 비교적 매끄러워 약물이 결합하기 어렵다는 이유로 '약물 개발이 불가능한(target undruggable)' 단백질로 여겨졌다. 그러나 2013년 이후, KRAS G12C 변이를 겨냥하는 약물들이 개발되면서 본격적인 치료 가능성이 열렸다. 정밀 방사선 치료-암 치료의 획기적 진전 방사선은 종양을 파괴하는 강력한 수단이지만, 기존 방사선 치료는 암세포와 정상 세포를 구분하지 못해 심각한 부작용을 유발해왔다. 이에 UCSF 연구진은 방사선 치료의 정확성을 극대화할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 연구진이 제안한 접근법은 암세포를 표지하는 특수 약물과 방사성 항체를 결합해 암세포를 직접 표적화하는 방식이다. 쥐를 대상으로 한 실험에서 이 치료법은 무기력증이나 체중 감소와 같은 방사선 치료의 대표적인 부작용 없이 방광 및 폐 종양을 효과적으로 제거하는 결과를 보였다. 찰리 크레이크 UCSF 제약화학과 교수이자 연구 공동 교신저자는 캔서 리서치(Cancer Research) 저널을 통해 "이 방법은 일석이조의 효과를 제공한다"며 "종양이 내성을 갖기 전에 효과적으로 제거할 가능성이 있다"고 설명했다. 암 치료제, '분자 깃발'로 변신하다 이번 연구의 토대는 10년 전 UCSF의 케반 쇼캇 박사가 암을 유발하는 주요 단백질인 KRAS를 표적화하는 방법을 발견하면서 마련됐다. KRAS 단백질이 돌연변이를 일으키면 세포가 통제되지 않은 상태로 증식하게 되며, 이는 전체 암의 약 3분의 1에서 발견된다. 쇼캇 박사의 연구를 바탕으로 암 KRAS에 결합하는 약물이 개발되었지만, 이 약물은 종양 크기를 수개월간 줄이는 데 그쳤으며, 이후 종양이 다시 성장하는 한계를 보였다. 그러나 크레이크 박사는 KRAS 표적 약물이 암세포를 면역 체계에 더 잘 노출시킬 가능성에 주목했다. 그는 "KRAS 약물이 암세포에 대한 영구적인 깃발 역할을 할 수 있을 것이라고 초기에 가정했다"고 밝혔다. 정밀 치료를 위한 방사선 활용 2022년, 크레이크 박사와 쇼캇 박사를 포함한 UCSF 연구팀은 이 가설을 실험적으로 입증하는 데 성공했다. 연구진은 KRAS에 결합한 약물을 이용해 면역 세포를 끌어들이는 항체를 설계했지만, 이 접근법은 면역 체계가 자체적으로 암을 제거할 수 있는 충분한 능력을 필요로 했기 때문에 실질적인 치료 효과를 내지 못했다. 이에 연구진은 방사선학 전문가인 마이크 에반스 UCSF 교수와 협력하여 보다 직접적인 암세포 제거 방안을 모색했다. 원자 수준의 방사선, 암세포를 정밀 타격 연구진은 기존과 마찬가지로 KRAS 표적 약물을 활용해 암세포를 식별했지만, 이번에는 항체에 방사성 물질을 탑재하는 전략을 도입했다. 이 접근법은 쥐의 폐암을 치료하는 데 높은 효과를 보였으며, 최소한의 부작용만을 동반했다. 에반스 박사는 "방사선은 암세포 제거에 매우 효과적이며, 이 방법을 통해 방사선을 종양에만 선택적으로 전달할 수 있음을 확인했다"고 강조했다. 크레이크 박사 또한 "이 접근법의 강점은 매우 안전한 방사선량을 계산할 수 있다는 점"이라며 "기존 외부 방사선 치료와 달리 필요한 만큼의 방사선만을 종양에 전달할 수 있다"고 설명했다. 맞춤형 치료로 더 많은 환자에게 적용 가능성 이 치료법을 보다 많은 환자에게 적용하려면, 연구진은 개별 환자의 KRAS 발현 방식에 최적화된 항체를 추가 개발해야 한다. 이에 UCSF 연구진은 이 기술이 실질적으로 효과를 발휘할 수 있다는 자체 증거를 바탕으로 연구를 지속하고 있다. UCSF 세포 및 분자약리학 조교수인 클리멘트 베르바 박사는 저온 전자현미경을 이용해 '방사선 샌드위치' 구조를 원자 수준에서 시각화함으로써 보다 정밀한 항체 개발에 필요한 기초 데이터를 제공했다. 베르바 박사는 "KRAS 펩타이드에 결합된 약물은 눈에 띄게 두드러지며, 항체가 이를 강하게 붙잡는다"면서 "이 기술은 맞춤형 방사선 치료의 중요한 전환점이 될 것이며, 향후 암 치료의 새로운 패러다임을 열어갈 것"이라고 평가했다.
-
- 생활경제
-
[신소재 신기술(153)] 방사선 치료의 혁신, 암 정밀 타격 기술 개발…부작용 없이 종양 제거
-
-
[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.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(152)] 옥스포드대 연구진, 세계 최초로 양자 컴퓨터 간 순간이동 성공
-
-
오픈AI, GPT4.5 출시 임박⋯"AI 모델 통합 가속화"
- 샘 올트먼 오픈AI 최고경영자(CEO)가 자사의 최신 인공지능(AI) 모델인 GPT4.5를 수주 내 출시할 계획이라고 밝혔다. 올트먼 CEO는 12일(현지시간) 자신의 소셜 미디어 엑스(X·옛 트위터)를 통해 'GPT-4.5 및 GPT-5에 대한 오픈AI 로드맵 데이터'라는 글을 게재해 "다음 모델은 내부적으로 '오리온(Orion)'이라는 코드명으로 개발한 GPT-4.5"라고 공개했다. 그는 "GPT-4.5는 오픈AI가 개발하는 마지막 비(非)추론 모델이 될 것"이라며 "향후 출시될 AI 모델은 추론 기능을 갖춘 일반 AI(AGI·범용인공지능) 모델로 전환할 계획"이라고 설명했다. AI 모델 통합 계획⋯GPT-4.5, 마지막 비추론 모델 올트먼 CEO는 GPT-4.5를 "우리가 개발하는 마지막 '비(非)사고의 사슬(chain-of-thought)' 모델"이라고 강조했다. '사고의 사슬'은 AI가 답을 도출하는 과정에서 논리적 추론을 거치는 방식을 의미한다. 즉, GPT-4.5는 이러한 사고 과정을 거치지 않는 마지막 모델이 될 것이라는 뜻이다. 오픈AI는 기존에 일반 AI 모델과 별도로 추론 모델 'o 시리즈'를 개발해 왔다. 지난해 9월 첫 번째 추론 모델 'o1'을 출시한 데 이어, 12월에는 'o3'를 선보인 바 있다. AI 제품군 단순화⋯GPT와 'o 시리즈' 통합 올트먼 CEO는 모델과 제품군이 지나치게 복잡해졌다는 점을 지적하며, 앞으로 제품 라인업을 단순화하는 데 집중할 것이라고 밝혔다. 그는 "GPT-시리즈와 'o 시리즈'를 통합하는 것이 주요 목표"라며, "이를 통해 AI가 상황에 따라 언제 깊이 사고해야 하는지 판단할 수 있도록 하고, 다양한 작업에서 유용하게 작동하는 시스템을 구축하겠다"고 설명했다. GPT-4.5 이후 출시될 차기 모델은 GPT-5로, 그는 "챗GPT 및 API(애플리케이션 프로그래밍 인터페이스)에서 GPT-5를 출시할 계획"이라며, "GPT-5는 'o3' 등 다양한 기술이 통합된 시스템이 될 것"이라고 밝혔다. 이와 함께 그는 "'o3'는 앞으로 독립적인 모델로 제공되지 않는다"고 덧붙였다. 무료 이용자도 GPT-5 사용 가능⋯출시 일정은? 올트먼 CEO는 "챗GPT 무료 이용자는 기본 지능 수준의 GPT-5를 무제한 사용할 수 있으며, 유료 서비스(플러스 구독자)는 더 높은 지능 수준의 GPT-5를 이용할 수 있다"고 밝혔다. 다만, 그는 구체적인 출시 일정은 공개하지 않았다. 다만, 관련 질문에 대해 "GPT-4.5는 수 주 내, GPT-5는 수개월 내 출시될 것"이라고 답했다. 한편, 오픈AI의 차기 AI 모델 출시는 지난해부터 예상됐지만 지연된 바 있다. 이에 대해 일각에서는 AI 모델 성능 향상이 정체된 것이 아니냐는 지적도 일고 있다.
-
- IT/바이오
-
오픈AI, GPT4.5 출시 임박⋯"AI 모델 통합 가속화"
-
-
[우주의 속삭임(97)] 퍼시비어런스 화성 탐사선, '특별한 보물' 발견
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 퍼시비어런스 화성 탐사차가 화성의 '실버 마운틴' 지역에서 지금까지 수집한 것과는 전혀 다른 독특한 암석 표본을 발견했다. 퍼시비어런스는 화성 표면을 돌아다니며 탐사하도록 설계된 승용차 크기의 탐사차다. 퍼시비어런스는 현재 제제로 크레이터(Jezero Crater) 가장자리의 언덕과 암석 노두를 탐사하며, 이 지역의 지질학적 역사를 밝히기 위한 암석 표본을 수집하고 있다. 스페이스닷컴에 따르면 이번에 발견된 26번째 표본은 '실버 마운틴'으로 명명되었으며, 2.9cm 크기로 "지금까지 본 적 없는 독특한 질감"을 가지고 있다고 NASA는 밝혔다. NASA는 이 지역의 암석들이 "화성의 심층 과거를 엿볼 수 있는 희귀한 창"을 제공할 수 있다는 점에서 과학적 가치가 매우 높다고 설명했다. 이 암석들은 수십억 년 전 고대 충돌로 인해 화성 내부 깊은 곳에서 표면으로 솟아오른 것으로 추정된다. NASA 제트 추진 연구소(JPL)는 이 암석들이 초기 화성 지각의 일부이며, "태양계에서 발견된 가장 오래된 암석 중 하나일 수 있다"고 밝혔다. 이 암석 연구를 통해 화성과 지구를 비롯한 태양계 초기 형성 시기의 모습을 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. NASA는 이 표본이 약 40억 년 전 화성 지질학적 시대인 노아키안 시대(Noachian age)의 첫 번째 표본이라고 덧붙였다. 노아키안 시대는 잦은 소행성 및 혜성 충돌로 인해 오늘날 화성에서 볼 수 있는 많은 크레이터가 형성된 시기이다. 2021년 제제로 크레이터 근처에 착륙한 퍼시비어런스는 고대 생명체의 흔적을 찾고, '실버 마운틴'과 같은 암석 표본을 수집하여 지구로 가져와 연구하며, 새로운 탐사 기술을 시험하는 임무를 수행하고 있다. 화성에서 고대 생명체를 찾는 로버 중 하나는 헬리콥터 '인저뉴어티'였다. 5번의 시험 비행을 위해 설계된 인저뉴어티는 로터 손상으로 임무를 종료하기 전까지 총 72번의 화성 하늘을 비행했다. 화성에서 4년간 탐사를 진행한 퍼시비어런스는 지질학적 역사 속에서 물과 상호 작용한 화학적 증거를 보여주는 암석들을 발견했다. 물은 지구에서 생명체에 필수적이다. 과학자들은 이 표본과 다른 표본들을 지구로 가져와 심층적으로 연구하기를 열망하고 있지만, 화성 샘플 귀환 프로그램의 운명은 비용 상승과 임무 복잡성으로 인해 아직 불확실하다. 비용 추정치가 110억 달러까지 상승하고 샘플 반환 일정이 2040년 이후로 연장되자 NASA는 계획을 전면적으로 개편하기 시작했으며, 이후 업계와 학계의 새로운 제안을 모색해 왔다. NASA는 2026년에 새로운 전략을 결정할 예정이다. 한편, 중국은 2028년 화성 샘플 귀환 임무를 발사해 2031년까지 지구로 표본을 반환하는 것을 목표로 하고 있다.
-
- 포커스온
-
[우주의 속삭임(97)] 퍼시비어런스 화성 탐사선, '특별한 보물' 발견
-
-
인체 장기 내 미세 플라스틱 축적 심화, 뇌 조직에서 고농도 검출
- 미세플라스틱이 인체 내 뇌 조직에서 다른 장기보다 더 많이 발견돼 충격을 주고 있다. 미국 뉴멕시코대학 연구진의 최근 연구에 따르면, 인체 내 미세플라스틱 축적이 심화되고 있으며, 특히 뇌 조직에서 높은 농도의 미세플라스틱이 검출돼 우려가 커지고 있다고 과학전문매체 사이언스얼럿과 abc뉴스 등 다수 외신이 4일(현지시간) 보도했다. 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재된 이번 연구는 지난해 수거된 뇌 조직 샘플이 약 10년 전 수거된 유사 샘플보다 훨씬 더 많은 미세플라스틱을 함유하고 있음을 보여준다. 이는 미세한 합성 입자가 시간이 지남에 따라 인체의 주요 기관에 축적된다는 사실을 시사한다. 뉴멕시코대 보건과학자 알렉산더 니하트(Alexander Nihart)와 연구진은 뇌 샘플에서 신장 및 간 샘플보다 더 높은 농도의 미세플라스틱이 검출됐음을 확인했다. 뉴멕시코대 건강과학센터, 오클라호마주립대, 듀크대, 콜롬비아 라 유니버시다드 델 발레엔칼리의 연구원들은 47구의 시체에서 뇌, 간, 신장 샘플을 분석했다. 연구 결과에 따르면 뇌 조직에서 발견된 미세플라스틱의 평균 양은 1g당 4800마이크로 그램이었다. 이는 표준 플라스틱 숟가락 하나와 맞먹는 양이다. 연구에 따르면 사람의 혈류 내에 이 정도의 미세플라스틱이 존재할 경우 어떤 구체적인 건강 위험이 초래될지는 아직 알수 없다고 한다. 1950년부터 2019년까지 약 90억 톤의 플라스틱이 생산되었으며, 이 물질들은 시간이 지나면서 미세한 조각으로 분해돼 전 세계적으로 확산되고 있다. 플라스틱이 작은 조각으로 떨어져나간 미세플라스틱은 크기가 최대 5mm에 달하며, 나노플라스틱은 그보다 더 작은 크기로 10억분의 1미터 단위로 측정한다. 연구진은 논문에서 "인위적으로 생성된 미세플라스틱과 나노플라스틱의 환경 내 농도는 지난 반세기 동안 기하급수적으로 증가했다"고 밝혔다. 연구에 따르면 플라스틱 용기부터 바닥재, 의료기기에 이르기까지 모든 것에서 발견되는 가장 흔한 플라스틱인 폴리에틸렌이 뇌 샘플에서 발견된 미세 플라스틱의 75%를 차지했다. 미세플라스틱, 뇌 보호막도 침투 인체 조직에 축적된 플라스틱 입자의 장기적인 영향과 잠재적 누적 효과는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만, 우려할 만한 연구 결과들이 속속 제시되고 있다. 미발표 연구에서는 태반 내 미세플라스틱이 조산과 연관된 것으로 나타났으며, 쥐를 대상으로 한 연구에서는 미세플라스틱이 뇌 혈관을 막는 데 영향을 미칠 수 있다는 결과도 보고됐다. 또 다른 연구에서는 흔히 사용되는 플라스틱 첨가제 노출이 수백만 건의 사망과 관련이 있다는 사실이 밝혀졌다. 니하트 연구진은 2016년과 2024년 부검을 통해 확보한 52개의 인체 조직 샘플을 분석한 결과, 모든 샘플에서 플라스틱 입자가 검출됐다고 밝혔다. 간과 신장 샘플의 플라스틱 양은 유사했으나, 뇌 샘플에서는 최대 30배 높은 농도의 플라스틱이 발견됐다. 이는 간과 신장이 체내 노폐물을 걸러내고 분해하는 역할을 수행하면서 순환하는 입자와의 접촉이 많아질 수 있다는 점을 고려할 때 뜻밖의 결과다. 특히, 뇌에는 유해 물질을 차단하는 혈액뇌관문이 존재함에도 불구하고 미세플라스틱이 축적된 사실이 확인돼 충격을 주고 있다. 치매 환자 뇌에서 플라스틱 농도 더 높아 연구진은 1997년부터 2013년까지 확보한 초기 뇌 샘플 데이터와 비교한 결과, 시간이 지남에 따라 플라스틱 농도가 증가하는 명확한 추세를 발견했다. 이는 환경 내 미세플라스틱과 나노플라스틱 농도의 급격한 증가가 인체 내에서도 반영되고 있음을 시사한다. 분석된 조직의 플라스틱 농도는 연령, 인종, 사망 원인과 무관했지만, 치매 진단을 받은 사람들의 샘플에서는 그렇지 않은 사람들보다 높은 농도의 플라스틱이 검출됐다. 연구진은 "뇌 조직 위축, 혈액뇌관문 손상, 노폐물 제거 기능 저하는 치매의 주요 특징이며, 이는 미세플라스틱과 나노플라스틱 농도를 증가시킬 수 있다"고 설명했다. 다만, 플라스틱 물질 축적이 건강 악화에 직접적으로 영향을 미치는지는 아직 확실하지 않다고 덧붙였다. 니하트 연구진은 미세플라스틱의 건강 영향을 규명하기 위한 추가 연구가 필요하다는 점을 강조하며, 이에 대한 연구자들의 관심이 더욱 필요하다고 촉구했다. 한편, 플라스틱 생산량은 지속적으로 증가하고 있으며, 인간은 일상적으로 플라스틱 조각을 흡수하고 있다. 영국 엑서터대 글로벌 개발 연구원 아담 하니에(Adam Hanieh)는 "플라스틱은 석유와 가스로부터 추출된 석유화학 제품"이라며, 2040년에는 플라스틱이 석유 수요 증가의 95%를 차지할 것으로 예상된다고 경고했다.
-
- ESGC
-
인체 장기 내 미세 플라스틱 축적 심화, 뇌 조직에서 고농도 검출
-
-
[글로벌 핫이슈] 비트코인, 트럼프 관세 명령에 9만 3천달러 아래로 급락
- 대표적인 가상화폐 비트코인(BTC) 가격이 도널드 트럼프 미국 대통령의 수입 관세 부과 조치 이후 폭락해 9만3000달러 아래로 떨어졌다. 2일(현지시간) 암호화폐 데이터 분석업체 코인 메트릭스에 따르면 비트코인은 7% 하락한 93,768.66달러에 마감했다. 시가총액 기준 상위 20개 디지털 자산을 추적하는 코인데스크 20지수는 19% 급락했으며, 시총 2위 암호화폐인 이더리움(ETH)도 20% 하락하며 11월 이후 최저치를 기록했다. 암호화폐 전문매체 코인데스크는 이날 아시아 시장에서도 관세 우려가 확산되면서 비트코인(BTC), 이더리움(ETH), 솔라나(SOL), 리플(XRP), 도지코인(DOGE) 등 시가총액 상위권 암호화폐가 모두 하락했다고 보도했다. 트럼프 관련 암호화폐인 '트럼프 토큰(TRUMP)'은 12% 급락했다. 3일(한국시간) 오후 1시 37분(미국 동부시간 2일 오후 11시 47분) 현재 코인마켓캡에서 비트코인(BTC)은 24시간 전 대비 6.75% 급락해 92,991.22달러에 거래됐다. 비트코인은 장중 한때 최고 10만485.89달러에서 급락하기 시작해 장중 최저 91,242.89달러를 찍었다. 이더리움(ETH)은 20.18% 폭락해 2,471.82달러, 리플(XRP)은 24.43% 폭락해 2.16달러, 솔라나(SOL)는 8.66% 급락해 191.77달러, 도지코인(DOGE)은 25.26% 폭락해 0.2246달러를 기록했다. 비트코인, 트럼프 관세 명령 후 급락세 트럼프 대통령이 지난 1일(현지시간) 멕시코와 캐나다산 수입품에 25% 관세를 부과하는 명령과 4일 발효될 중국에 10% 관세를 부과하는 명령에 서명한 후 암호화폐 하락세가 시작됐다. 미국은 세 나라와 약 1.6조 달러의 교역을 하고 있다. CNBC에 따르면 비트와이즈 자산운용의 알파 전략 책임자인 제프 파크는 지속적인 관세 전쟁이 장기적으로 달러와 미국 금리의 약세로 이어져 비트코인에 '놀라운' 호재가 될 것이라고 말했다. 비트코인은 장기적으로 인플레이션과 불확실성에 대한 헤지 수단이라고 말하고 있지만, 단기적으로는 위험 자산처럼 거래된다. CNBC는 트럼프의 관세로 촉발된 무역 전쟁에 대한 불확실성으로 부정적으로 반응할 가능성이 높다고 짚었다. 투자자들은 비트코인의 주요 지지선으로 9만 달러를 주시하고 있으며, 일부는 암호화폐가 의미 있게 지지선을 하회할 경우 8만 달러까지 더 하락할 수 있다고 경고하고 있다. 비트코인은 2025년 1월 20일 사상 최고치인 10만9350.72달러에서 약 16% 하락한 가격이다. 도널드 트럼프 가족이 지원하는 암호화폐 프로젝트인 월드 리버티 파이낸셜(WLFI)도 시장 변동성의 타격을 입었는데, 스팟온체인(SpotOnChain)이 수집한 데이터에 따르면 1월 암호화폐 투자가 20% 감소했다. 13억 달러 매수 포지션 청산 코인글래스의 데이터에 따르면 지난 12시간 동안 약 13억 달러의 매수 포지션이 청산되었으며, 이더리움 매수 포지션은 약 4억 달러, 비트코인 매수 포지션은 약 3억 달러가 청산된 것으로 나타났다. 코인데스크는 이러한 시장 조정은 도널드 트럼프 미국 대통령이 캐나다와 멕시코에 25% 관세를 부과하면서 촉발된 무역 전쟁에서 비롯된 것으로 보인다고 전했다. 많은 시장 관찰자들은 관세의 이점에 대해 회의적이며, 월스트리트 저널 편집위원회는 주말에 '역사상 가장 멍청한 무역 전쟁'이라는 사설을 발표했다. 브뤼셀은 유럽 연합(EU)이 회원국에 부과되는 모든 관세에 단호하게 대응할 것이라고 말했다. 대변인은 "관세는 불필요한 경제 혼란을 야기하고 인플레이션을 유발합니다. 이는 모두에게 해롭다"고 말했다. BBC에 따르면 영국은 관세 유예를 받을 수 있는 유일한 국가로 보이며, 트럼프는 협상이 "해결될 수 있다"고 말했다. 트럼프는 주말 동안 트루스 소셜에 올린 일련의 글에서 비판자들이 중국의 자금을 지원받고 있다고 주장하며 비판을 일축했다. 단기적으로 무역 전쟁 불확실성이 높아지면서 비트코인 및 암호화폐 시장 변동성이 확대될 가능성이 크다. 일부 전문가들은 장기적으로 달러 약세와 인플레이션 상승이 비트코인 강세 요인이 될 수 있다고 전망했다. 향후 시장의 추가 변동성은 트럼프 전 대통령의 무역정책 전개 방향과 글로벌 투자자들의 위험 선호도 변화에 따라 달라질 것으로 예상된다.
-
- 경제
-
[글로벌 핫이슈] 비트코인, 트럼프 관세 명령에 9만 3천달러 아래로 급락
-
-
[퓨처 Eyes(69)] 화성까지 45일! '꿈의 엔진' 핵추진 로켓, SF영화 현실로 만든다
- "화성으로 가는 길, 이제 6개월이 아닌 45일이면 충분하다!" SF 영화 속에서나 가능했던 이야기가 현실이 될 날이 머지않았다. 미국 항공우주국(NASA)이 핵열 추진 로켓 연료 시험에 성공하며 인류를 화성으로 빠르게 실어 나를 '꿈의 엔진' 개발에 박차를 가하고 있다. 영화 '마션'의 주인공 마크 와트니처럼 화성에서 감자를 키우는 일도 더는 꿈같은 이야기만은 아닐지 모른다. 데일리 갤럭시, 뉴 아틀라스 등 외신에 따르면 NASA는 마셜 우주 비행 센터에서 제너럴 아토믹스 일렉트로매그네틱 시스템스(GA-EMS)와 공동 개발한 첨단 핵열 추진(NTP) 원자로 연료 시험에 성공했다. 이 기술은 현재 6개월이 걸리는 화성 여행 시간을 획기적으로 단축할 뿐 아니라 우주비행사 안전, 임무 효율, 심우주 탐사 등 다양한 과제를 해결할 핵심 기술로 주목받고 있다. 핵분열 에너지로 추진력⋯기존 로켓보다 2~3배 빨라 핵열 추진 로켓은 핵분열 에너지를 이용해 추진력을 얻는 차세대 우주선 기술이다. 액체 수소와 같은 추진제를 원자로 노심을 통해 펌핑하면 우라늄 원자의 핵분열로 발생하는 열이 추진제를 가열, 고온의 가스로 변환시킨다. 이 가스는 노즐을 통해 팽창하며 강력한 추력을 생성한다. 기존 화학 로켓의 연소 방식보다 훨씬 효율적이며, 2~3배 빠른 속도를 낼 수 있다. NASA는 이번 시험에서 연료가 2,727°C(4,940°F)가 넘는 극한의 온도와 수소가 풍부한 환경에서도 견딜 수 있음을 확인했다. 특히 이번 시험은 실제 우주 환경을 모사하기 위해 극저온, 고온 및 급격한 온도 변화를 포함한 다양한 조건에서 진행됐다. 시험 결과, 연료는 극한 환경에서도 균열이나 파편 발생 없이 안정적인 성능을 유지했다. GA-EMS 스콧 포니 사장은 "최근 시험 결과는 NTP 원자로용 연료 설계를 성공적으로 입증하는 데 중요한 이정표"라며 "연료는 극도로 높은 온도와 우주에서 작동하는 NTP 원자로가 일반적으로 겪는 뜨거운 수소 가스 환경에서 견뎌야 한다"고 강조했다. 핵열 추진 로켓의 핵심은 바로 이 연료에 있다. 극한의 온도와 부식성 환경에서 견딜 수 있는 연료 개발이 핵열 추진 로켓 실현의 가장 큰 난관이었기 때문이다. GA-EMS는 이번 시험을 통해 이 난관을 극복했을 뿐 아니라, 기존 화학 로켓 엔진보다 2~3배 더 효율적인 시스템을 구축할 수 있는 가능성을 보여줬다. GA-EMS 핵 기술 및 재료 부문 부사장인 크리스티나 백 박사는 "GA-EMS 실험실에서 비수소 환경 시험을 수행했으며, 연료가 최대 3,000K(4,940°F, 2,726°C)의 온도에서 매우 우수한 성능을 발휘함을 확인했다"고 설명했다. 화성 탐사 난제 해결⋯안전성·효율성↑ 화성 유인 탐사는 지구와 화성 사이의 엄청난 거리(평균 2억 2530만km), 장기간 우주 방사선 노출, 장비 고장 가능성, 제한적인 의료 지원 등 수많은 난제를 안고 있다. NASA 관계자는 "편도 최대 20분의 통신 지연, 장비 고장 또는 의료 응급 상황 발생 가능성, 식량 및 물자 배급의 중요성에 직면해 우주비행사는 지구 팀의 최소한의 지원으로 다양한 상황에 대처할 수 있어야 한다"고 설명했다. 핵열 추진 기술을 통해 이동 시간을 45일로 단축하면 이러한 위험을 크게 줄일 수 있다. 방사선 노출 시간, 필요한 소모품, 기술적 오작동 발생 가능성 모두 줄어들기 때문이다. 크리스티나 백 박사는 "NASA MSFC의 소형 연료 요소 환경 시험(CFEET) 시설을 사용하여 수소 대표 온도 및 램프 속도에서 열 순환 후 연료의 생존 가능성을 성공적으로 시험하고 입증한 최초의 기업"이라고 밝혔다. GA-EMS는 NASA의 CFEET 시설을 활용해 연료 시험에 성공한 최초의 기업이라는 점에서 핵열 추진 연료 개발의 선두 주자임을 다시 한번 증명했다. 심우주 탐사, 달·화성 거주지 건설⋯인류, 우주로 핵열 추진 기술은 화성 탐사를 넘어 심우주 탐사, 달 및 화성에 지속 가능한 인간 거주지 건설 등 인류의 우주 진출을 가속화할 핵심 기술로 평가받는다. 스콧 포니 GA-EMS 사장은 "더 빠른 추진 시스템은 외행성으로의 더 야심찬 임무를 가능하게 할 뿐 아니라 달과 화성에 지속 가능한 인간 거주지를 구축하는 데 중요한 역할을 할 수 있다"고 말했다. 핵열 추진 시스템은 이동 시간 단축과 우주선 탑재량 증가를 통해 인류의 지구 밖 존재를 확장하려는 우주 기관들의 장기적인 비전을 지원할 수 있다. NASA는 앞으로도 GA-EMS와 같은 업계 파트너와 협력하여 NTP 시스템을 최적화하고 아르테미스 프로그램, 2030년대 화성 유인 탐사 등 향후 우주 임무에 활용할 계획이다. 핵열 추진 연료 시험 성공은 단순한 기술적 성과를 넘어 인류의 우주 탐험 역사에 새로운 장을 여는 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. NASA와 GA-EMS는 이번 시험 결과를 바탕으로 핵열 추진 로켓 엔진 개발에 박차를 가할 계획이며, 향후 10년 안에 핵열 추진 로켓을 활용한 우주 탐사 임무가 시작될 것으로 예상된다. 인류는 오랫동안 우주를 향한 꿈을 꾸어왔다. 달에 첫 발을 내딛었던 순간부터 화성 유인 탐사, 더 나아가 심우주 탐사까지, 그 꿈은 끝없이 이어지고 있다. 이제 핵열 추진 로켓이라는 새로운 날개를 단 인류는 어떤 미래를 향해 나아갈까? 핵열 추진 로켓은 단순한 이동 수단을 넘어 인류의 꿈을 현실로 만들고, 우주 시대의 새로운 장을 열어갈 열쇠가 될 것이다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(69)] 화성까지 45일! '꿈의 엔진' 핵추진 로켓, SF영화 현실로 만든다
-
-
[기후의 역습(115)] 그레이트 배리어 리프, 7번째 '백화 현상'으로 붕괴 위기
- 호주 그레이트 배리어 리프에서 기록적인 해수 온도 상승으로 인해 산호 백화 현상이 심각한 수준에 이르렀다는 연구 결과가 발표됐다. 호주 과학자들로 구성된 연구팀은 지난해 그레이트 배리어 리프 남부 지역에서 발생한 대규모 백화 현상으로 인해 조사 대상 산호의 50% 이상이 폐사했다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 CNN과 가디언 등 주요 외신들이 심도 있게 다루었다. 세계 경제 포럼에 따르면 산호초는 연간 9조 9000억 달러(약 1경 4170조 8600억 원) 규모의 생계 서비스를 제공한다. 종종 자연계의 '수중 도시'로 불리는 산호초는 약 5억년 동안 존재해온 생태계다. 산호초는 전세계적으로 약 10억 명의 사람들의 생계에 필수적이며 세계 경제 산출의 상당 부분을 맡고 있다. 또한 산호초는 해양 생물 다양성의 25% 이상을 보유하고 있다. 현재 전 세계는 네 번째 대규모 백화 현상을 겪고 있으며, 지난 10년 동안 세 번째의 백화 현상을 경험했다 또한 전 세계 산호초의 약 80%가 열 스트레스로 인해 영향을 받고 있다고 세계경제포럼은 짚었다. 2024년, 기록적인 폭염과 엘니뇨 현상으로 산호 백화 심화 2024년, 그레이트 배리어 리프는 기록적인 폭염을 겪으며 해수 온도가 급상승하여 7번째 대규모 백화 현상을 맞았다. 해수 온도 상승은 산호에 스트레스를 유발하여 조직에서 조류를 방출시키고 색을 잃게 만드는 백화 현상을 일으킨다. 이러한 현상의 주요 원인은 지구 온난화를 가속화하는 화석 연료의 사용이며, 엘니뇨 현상 또한 해수 온도를 높여 산호 백화를 심화시켰다. 산호 군락 붕괴 시작 및 질병 감염 확인 시드니 대학교 연구팀은 지난해 2월 초 폭염이 절정에 달했을 때부터 5개월 동안 그레이트 배리어 리프의 원트리 섬에서 462개의 산호 군락을 추적 조사했다. '림놀로지와 해양학 편지(Limnology and Oceanography Letters)'에 발표된 동료 심사 연구에 따르면 5월까지 370개의 산호 군락에서 백화 현상이 나타났고, 7월까지 백화된 산호의 52%가 폐사한 것으로 확인됐다. 일부 산호 종은 95%의 사망률을 보였으며, 연구팀은 죽은 산호 골격이 암초에서 분리되어 잔해로 변하는 '군락 붕괴'가 시작되는 것을 관찰했다. 또한, '고니오포라'라는 산호 종은 산호 조직을 침범하여 죽음에 이르게 하는 '흑색 띠 병'에 감염됐다. 과학자들, 기후 변화 대응 위한 긴급 조치 촉구 연구를 이끈 마리아 번 시드니 대학교 생명환경과학대학 교수는 "이번 연구 결과는 생물 다양성의 보고일 뿐만 아니라 식량 안보와 해안 보호에도 중요한 산호초를 보호하기 위한 긴급 조치의 필요성을 강조한다"고 말했다. 번 교수는 연구 지역이 해안에서 멀리 떨어져 있고 채굴 활동이나 관광으로부터 자유로운 보호 구역임에도 불구하고 심각한 백화 현상을 피할 수 없었다는 점을 지적했다. 이어 "대규모 백화 현상이 2년마다 발생하고 있으며, 이는 기후 목표 달성과 탄소 배출 감축을 위한 긴급한 전 세계적 조치의 필요성을 강조한다"고 덧붙였다. 그레이트 배리어 리프, 잦은 백화 현상으로 심각한 위협에 직면 그레이트 배리어 리프는 약 34만 5000㎢(남한 면적의 약 3.45배)에 달하는 세계 최대의 산호초로, 1500종 이상의 어류와 411종의 경산호가 서식하고 있다. 이는 매년 관광을 통해 호주 경제에 수십억 달러를 기여하며, 호주와 세계의 가장 위대한 자연 wonders 중 하나로 외국인 관광객들에게 홍보되고 있다. 그러나 1998년, 2002년, 2016년, 2017년, 2020년, 2022년에 이어 2024년까지 잦은 백화 현상이 발생하면서 심각한 위협에 직면해 있다. 특히 2022년에는 냉각 효과를 가진 라니냐 현상 기간에도 백화 현상이 발생하여 우려를 더했다. "산호초 보호 위한 즉각적이고 효과적인 관리 개입 필요성" 강조 연구팀은 이번 연구가 생태학과 보존을 넘어 어업, 관광 및 해안 보호를 위해 산호초에 의존하는 지역 사회에도 영향을 미치는 만큼 정책 입안자와 환경 보호 활동가들에게 경종을 울리는 것이라고 강조했다. 아나 빌라 콘세호 시드니 대학교 지구과학대학 교수는 "산호초의 회복력이 전례 없는 시험대에 올랐으며, 기후 변화에 대한 저항력을 높이는 전략을 우선시해야 한다"며 "이러한 생태계를 보호하기 위한 즉각적이고 효과적인 관리 개입이 필요하다"고 강조했다.
-
- ESGC
-
[기후의 역습(115)] 그레이트 배리어 리프, 7번째 '백화 현상'으로 붕괴 위기
-
-
['우주의 속삭임(94)] 지구 자기 북극 이동 가속화⋯5년 만에 위치 업데이트
- 지구 자기 북극의 위치가 변화함에 따라 선박, 항공기 등의 항법 시스템을 재조정해야 할 필요성이 제기되고 있다. 자기 북극은 현재 캐나다에서 시베리아 방향으로 이동하고 있으며, 그 속도가 가속화되고 있는 것으로 관측됐다고 CNN과 사이테크데일리 등 외신이 전했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)과 영국 지질조사국(BGS)은 5년마다 갱신되는 세계 자기 모델(WMM)의 최신 버전을 발표했다. 지리적 북극은 지구 자전축의 최북단에 고정되어 있는 반면, 자기 북극은 지구 자기장이 수직으로 향하는 지점으로, 지구 내부의 철과 니켈의 이동에 따라 끊임없이 변화한다. 따라서 나침반이나 GPS 시스템을 사용하는 경우 정확한 자기 북극의 위치 정보가 필수적이다. BGS의 지구 자기장 모델링 전문가인 윌리엄 브라운은 "현재 자기 북극의 이동은 전례 없는 현상"이라고 말했다. 그는 "1500년대 이후 자기 북극은 캐나다 주변에서 천천히 움직였지만, 지난 20년 동안 시베리아를 향해 가속도가 붙었고, 5년 전까지 매년 속도가 증가했다"며 "최근에는 연간 50km에서 35km로 속도가 감소했는데, 이는 관측 사상 가장 큰 감속"이라고 설명했다. 연구 결과에 따르면, 캐나다와 시베리아 지하에 있는 두 개의 거대한 자기 엽이 자기 북극의 이동을 주도하는 것으로 추정된다. 이러한 이동은 때때로 급격하게 발생하여 5년 주기의 정기적인 업데이트 외에 긴급 업데이트가 필요한 경우도 있다. 이번에 발표된 새로운 WMM은 향후 5년간 자기 북극의 위치를 정확하게 제공할 것으로 예상된다. 특히 이번에는 해상도가 10배 이상 향상된 고해상도 지도가 함께 제공되어, 적도에서 약 300km의 공간 해상도를 제공한다. 이전 모델의 해상도는 3,300km였다. BGS 연구팀은 남아프리카에서 영국까지 8,500km를 직선으로 이동하는 경우, 이전 WMM을 사용하면 새로운 WMM에 비해 최종 목적지에서 150km 벗어나게 된다고 밝혔다. 이는 WMM의 정확도가 항법에 미치는 영향을 보여주는 사례이며, 지도 제작 및 물류 회사, 정부 기관 등은 이러한 업데이트를 적용해야 한다. 브라운은 CNN과의 인터뷰에서 "주요 항공사들은 전체 항공기의 항법 소프트웨어를 업그레이드하여 새로운 모델을 적용할 것이며, NATO 회원국들은 다양한 장비의 복잡한 항법 시스템 소프트웨어를 업그레이드해야 할 것"이라고 말했다. 다만, 개인이 사용하는 휴대폰이나 차량용 내비게이션의 경우 자동으로 업데이트가 진행될 예정이다. 한편, 자기 북극은 1831년 제임스 클라크 로스 경에 의해 캐나다 북부에서 처음 발견됐다. 이후 연구자들은 전 세계 지상 측정 및 위성 데이터를 활용하여 자기 북극의 위치를 추적해 왔으며, 그 정확도를 점차 높여왔다.
-
- IT/바이오
-
['우주의 속삭임(94)] 지구 자기 북극 이동 가속화⋯5년 만에 위치 업데이트
-
-
[퓨처 Eyes(68)] 양자 컴퓨터, '슈뢰딩거의 고양이' 품다
- "어제의 꿈은 오늘의 희망이고, 내일의 현실이다." 20세기 초, 양자역학의 태동과 함께 등장한 '슈뢰딩거의 고양이'는 과학자들에게 끊임없는 탐구의 대상이었다. 죽어있는 동시에 살아있는 고양이라니! 이 기묘한 역설 속에 숨겨진 양자 세계의 비밀은 오랫동안 미지의 영역으로 남아있었다. 그러나 이제, 그 베일이 벗겨지려 한다. 호주 뉴사우스웨일스 대학교(UNSW) 연구팀이 안티몬 원자를 이용하여 양자 컴퓨터의 고질적인 문제였던 오류 발생 가능성을 획기적으로 줄이는 기술을 개발했기 때문이다. '슈뢰딩거의 고양이'를 현실 세계로 불러낸 이 연구는 양자 컴퓨터 개발에 있어 중대한 돌파구를 마련했으며, 인류에게 새로운 미래를 선사할 혁신의 씨앗이 될 것으로 기대된다. 지난 14일(현지시간) 네이처 피직스 저널에 게재된 이 연구는 1세기 넘게 과학계를 괴롭혀 온 양자역학의 난제인 '슈뢰딩거의 고양이'의 비밀을 밝히는 동시에, 양자 컴퓨팅의 가장 큰 걸림돌 중 하나였던 오류 수정 문제에 대한 새로운 해결책을 제시했다는 점에서 학계의 비상한 관심을 모으고 있다. 슈뢰딩거의 고양이, 현실이 되다 '슈뢰딩거의 고양이'는 양자역학의 불가사의한 특징을 설명하는 대표적인 사고 실험이다. 상자 속 고양이의 생사가 방사성 원자의 붕괴 여부에 따라 결정되는 이 실험에서, 양자역학적으로 고양이는 관찰되기 전까지 살아있는 상태와 죽은 상태가 중첩된 상태로 존재한다. 양자역학의 원리를 설명하기 위해 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 1935년에 고안한 사고 실험인 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학의 해석이 가진 불완전함을 드러내기 위해 설계됐다. 이 실험의 원리는 다음과 같다. 상상 속의 밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리가 들어 있다. 상자 안에는 방사성 물질과 연결된 독가스 장치가 함께 들어 있다. 방사성 물질은 1시간 내에 50% 확률로 붕괴할 수 있으며, 붕괴가 발생하면 독가스가 방출되어 고양이는 죽는다. 반대로 붕괴가 일어나지 않으면 고양이는 살아남는다. 이 실험의 핵심은 상자를 열기 전까지는 고양이가 살아 있는지, 죽어 있는지 알 수 없다는 점이다. 양자역학에 따르면, 상자를 열어보기 전까지 고양이는 살아 있는 상태와 죽어 있는 상태가 동시에 중첩되어 존재한다. 즉, 고양이는 동시에 살아 있으면서 죽어 있는 것이다. 슈뢰딩거는 이 사고 실험을 통해 양자역학의 '중첩' 개념에 의문을 제기했다. 거시세계에서 우리가 관찰할 수 있는 현실에서는 고양이가 죽었거나 살아 있거나 둘 중 하나의 상태만 존재한다. 중첩된 두 상태가 동시에 존재한다는 양자역학적 해석은 직관적으로 받아들이기 어렵기 때문이다. 연구팀은 안티몬 원자의 핵 스핀을 이용하여 이러한 '슈뢰딩거 고양이' 상태를 실제로 구현했다. 안드레아 모렐로 UNSW 교수는 "누구도 동시에 죽고 사는 상태의 실제 고양이를 본 적은 없지만, 슈뢰딩거의 고양이라는 비유는 큰 차이가 있는 양자 상태의 중첩을 설명하는 데 사용된다"고 설명했다. 안티몬(Sb, 원자번호 51)은 주기율표 15족에 속하는 준금속 원료로, 금속성과 비금속성을 모두 가진 독특한 특성이 있다. 기존 양자 컴퓨터는 '큐비트'라는 양자 정보 단위를 사용한다. 큐비트는 0 또는 1의 두 가지 상태를 갖는데, 외부 환경의 영향으로 쉽게 오류가 발생하는 문제점이 있었다. 하지만 안티몬 원자는 8개의 서로 다른 스핀 방향을 가질 수 있어 큐비트보다 훨씬 더 안정적인 양자 정보 저장 및 처리가 가능하다. 논문의 주 저자인 시 유(Xi Yu)는 "안티몬 원자는 '7개의 목숨'을 가진 슈뢰딩거 고양이와 같다"며 "0에서 1로 상태를 바꾸려면 7번의 연속적인 오류가 발생해야 하므로 양자 정보를 안전하게 보호할 수 있다"고 강조했다. 실리콘, 양자 컴퓨팅의 날개를 달다 연구팀은 안티몬 원자를 실리콘 양자 칩에 내장하여 양자 상태를 정밀하게 제어하는 데 성공했다. 다니엘 홈스 UNSW 박사는 "실리콘 기반 기술은 기존 컴퓨터 칩 제작 방식과 유사하게 확장될 수 있어 양자 컴퓨팅의 실용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 기대했다. 실리콘 기반 기술의 활용은 양자 컴퓨팅의 확장성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 기존 반도체 산업의 인프라를 활용할 수 있다는 점에서 양자 컴퓨터의 대량 생산 및 상용화 가능성을 높일 수 있기 때문이다. 좀 더 자세히 설명하면, 현재 양자 컴퓨터 개발에는 극저온 환경 유지, 복잡한 제어 시스템 구축 등 까다로운 조건들이 필요하다. 하지만 기존 반도체 제조 공정을 활용하면 양자 컴퓨터를 보다 쉽게 제작할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 위에 큐비트를 생성하고 제어하는 기술을 통해 대량 생산이 가능해지고, 이는 곧 양자 컴퓨터의 생산 비용 절감과 상용화 시기를 앞당길 수 있다는 것을 의미한다. 뿐만 아니라 실리콘은 이미 우리 주변의 전자 기기에 널리 사용되는 소재이기 때문에 안정성과 내구성이 검증되었다. 이러한 실리콘의 특징은 양자 컴퓨터의 안정적인 작동과 수명 연장에도 기여할 수 있다. 결과적으로 실리콘 기반 기술은 양자 컴퓨터를 연구실 밖으로 꺼내 우리 생활 속으로 가져올 수 있는 중요한 열쇠가 될 것으로 기대된다. 모렐로 교수는 "이번 연구는 양자 오류 감지 및 수정이라는 양자 컴퓨팅의 '성배'를 향한 중요한 발걸음"이라며 "앞으로 오류 수정 기술을 더욱 발전시켜 실용적인 양자 컴퓨터 개발에 박차를 가할 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 UNSW 시드니, 멜버른 대학교, 샌디아 국립 연구소, NASA 에임스 연구센터, 캘거리 대학교 등 다양한 기관의 국제 협력을 통해 이루어졌다. 모렐로 교수는 이를 "상호 보완적인 전문성을 갖춘 세계적 팀 간의 개방적 국경 협업의 훌륭한 사례"라고 평가했다. 양자 컴퓨터, 새로운 세상을 열다 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 '큐비트'라는 양자 정보 단위를 사용한다. 큐비트는 0과 1의 값을 동시에 가질 수 있는 '중첩' 상태를 통해 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 연산을 수행할 수 있다. 다만 큐비트는 외부 환경에 민감하게 반응하여 오류가 발생하기 쉽다는 단점이 있다. 이번 연구에서 UNSW 연구팀은 안티몬 원자의 핵 스핀을 이용하여 큐비트를 구성했다. 안티몬 원자는 핵 스핀이 8개의 다른 방향을 가질 수 있어 0과 1뿐만 아니라 그 사이의 6개 값을 추가로 저장할 수 있다. UNSW의 양자 정보 연구원 벤자민 빌헬름은 "기존 큐비트는 스핀 업(1)과 스핀 다운(0) 두 가지 상태만 가지므로 스핀 방향이 바뀌면 0이 1로, 혹은 1이 0으로 바뀌는 오류가 발생한다"며 "그러나 안티몬 원자는 8개의 상태를 가지므로 하나의 오류가 발생하더라도 정보가 즉시 손상되지 않는다"고 덧붙였다. 안티몬 원자, 큐비트의 수호자 연구팀은 이러한 안티몬 원자의 특성을 "마치 고양이가 목숨이 아홉 개인 것처럼, 한 번의 작은 긁힘으로는 죽일 수 없다"는 속담에 비유하며 "우리의 비유적인 '고양이'는 목숨이 일곱 개나 된다. 0을 1로 바꾸려면 7개의 연속적인 오류가 발생해야 한다"고 설명했다. 안드레아 모렐로 교수는 "단일 또는 몇 개의 오류가 발생하더라도 정보가 즉시 스크램블되지 않는다"며 "오류가 발생하면 즉시 감지하고 추가 오류가 누적되기 전에 수정할 수 있다. 슈뢰딩거의 고양이 비유를 계속하자면 마치 우리 고양이가 얼굴에 큰 긁힘을 입고 집에 오는 것을 본 것과 같다. 고양이는 죽지는 않았지만 싸움에 휘말렸다는 것을 알 수 있다. 우리는 다시 싸움이 일어나 고양이가 더 다치기 전에 누가 싸움을 일으켰는지 찾아낼 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 양자 컴퓨터의 오류 감지 및 수정 기술 개발에 중요한 발판을 마련했다는 평가를 받는다. 앞으로 더욱 안정적인 양자 컴퓨터 개발을 통해 의학, 재료 과학, 인공 지능 등 다양한 분야에서 혁신적인 발전이 이루어질 것으로 기대된다. 특히 신약 개발, 암 치료, 인공지능 개발 등 복잡한 문제 해결에 획기적인 전환점을 가져올 수 있을 것으로 전망된다. 양자 컴퓨터, 인류의 미래를 밝히다 이번 연구는 마치 판도라의 상자를 여는 열쇠처럼, 양자 컴퓨팅 시대의 문을 활짝 열었다. 안티몬 원자를 이용한 오류 수정 기술은 양자 컴퓨터 개발의 핵심 과제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 더욱 안정적이고 효율적인 양자 컴퓨터의 등장은 과학 기술 분야는 물론, 인류의 삶 전반에 걸쳐 혁명적인 변화를 가져올 것이다. 어쩌면 머지않아 우리는 양자 컴퓨터가 만들어낼 놀라운 미래를 직접 경험하게 될지도 모른다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(68)] 양자 컴퓨터, '슈뢰딩거의 고양이' 품다
-
-
[신소재 신기술((149)] 플라스틱 폐기물을 지속가능한 제트 연료로 전환
- 플라스틱 폐기물에서 탄소 발자국을 줄이는 지속가능한 항공유 추출 기술이 개발됐다. 미국 연구진이 폐폴리스티렌을 활용하여 지속가능한 항공유에 필수적인 첨가제인 에틸벤젠을 생산하는 획기적인 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 이는 항공 산업의 탄소 발자국을 줄이고 화석 연료 의존도를 낮추는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 일리노이 대학교 연구팀은 최근 'ACS 지속가능한 화학 및 공학 저널(ACS Sustainable Chemistry and Engineering)' 저널에 발표된 연구에서 폐폴리스티렌을 열분해와 수소화 과정을 거쳐 에틸벤젠으로 전환하는 기술을 소개했다. 에틸벤젠은 항공유 시스템의 성능 유지를 위해 필수적인 방향족 탄화수소로 윤활 및 밀봉 기능을 수행한다. 에틸벤젠으로 연료 성능 개선 기존의 지속 가능한 항공유는 폐지방, 오일, 동물성 지방인 그리스(grease), 식물 바이오매스 등 비석유 자원으로 만들었다. 그러나 이는 방향족 탄화수소 함량이 부족해 기존 항공기 및 인프라 와의 호환성을 유지하기 위해서는 최소 8.4% 이상의 방향족 탄화수소를 혼합해야 한다. 현재 지속 가능한 항공유의 방향족 탄화수소 함량은 약 0.5%에 불과하며, 이는 지속 가능한 항공유 사용 확대에 걸림돌로 작용해왔다. 일리노이 지속 가능한 기술 센터(ISTC)의 연구 과학자 홍 루는 "방향족 탄화수소는 기계 부품을 윤활하고 씰을 팽창시켜 정상 작동 중 누출을 방지함으로써 연료 시스템 성능을 유지하는 데 필수적이다"라고 설명했다. 연구팀이 개발한 기술은 폐폴리스티렌을 에틸벤젠으로 전환하여 기존 항공유 사용 걸림돌을 해결할 수 있는 가능성을 제시한다. 폐폴리스티렌은 탄화수소가 풍부하고 매립지에 막대한 양이 폐기되고 있어 지속가능한 에틸벤젠 생산에 적합한 원료로 평가된다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 재활용율이 겨우 10% 미만에 불과하다. 2025년에는 플라스틱 폐기물이 400억톤에 이를 것으로 예상된다. 특히 포장재와 건축 자재에 널리 사용되는 폴리스티렌(PS)은 매립지에 버려지는 폐기물의 약 33%를 차지하지만, 재활용율은 1%에 불과하다. 2022년 폴리스티렌의 전 세계 생산량은 1540만톤에 달했다. 그 중에서 재활용된 폴리스티렌은 겨우 15만4000톤에 불과했다. 탄소 배출량 60% 감축 연구팀은 폐폴리스티렌에서 추출한 에텔벤젠을 지속가능한 항공유에 혼합하여 성능을 평가한 결과, 화석 연료에서 추출한 에틸벤젠과 거의 동일한 성능을 보이는 것으로 확인했다. 또한, 폐폴리스티렌 유래 에틸벤젠은 생산 비용이 저렴하고 탄소 배출량을 최대 60%까지 감축할 수 있는 것으로 나타났다. 이번 연구는 지속가능한 항공유 생산 및 활용 확대에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 미국 에너지부는 2030년까지 지속가능한 항공유 생산량을 연간 30억 갤런으로 늘리고, 2050년까지 항공유 사용량(연간 350억 갤런)의 100%를 지속가능한 항공유로 대체하는 것을 목표로 하고 있다. 폐플라스틱을 활용한 에틸벤젠 생산 기술은 이러한 목표 달성에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 폐기물 문제 해결과 탄소 배출 감축에도 효과적인 방안으로 주목받고 있다.
-
- ESGC
-
[신소재 신기술((149)] 플라스틱 폐기물을 지속가능한 제트 연료로 전환
-
-
[기후의 역습(114)] 지구온난화 주범 이산화탄소 농도, 2024년 최고치 경신
- 지난해 대기 중 이산화탄소 농도 증가 속도가 역대 최고치를 기록하며 지구온난화 억제 목표 달성에 대한 우려가 커지고 있다. 영국 기상청(Met Office)은 2024년 대기 중 이산화탄소 농도가 산업화 이전 대비 50% 이상 증가했으며, 이는 2015년 파리협정에서 설정한 지구 온도 상승폭 1.5℃ 제한 목표 달성에 심각한 위협이 된다고 밝혔다고 BBC가 전했다. 지난해 화석연료 사용량 증가로 이산화탄소 배출량이 역대 최고치를 기록한 반면, 산불과 가뭄 등의 영향으로 자연계의 이산화탄소 흡수 능력은 저하되어 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 증가했다. 전문가들은 이러한 추세가 지속될 경우 지구 온도 상승폭 1.5℃ 제한 목표 달성이 어려울 것으로 전망하고 있다. 실제로 2024년은 연평균 기온이 산업화 이전 대비 1.5℃를 초과한 첫 해로 기록됐다. 영국 기상청의 리차드 베츠 교수는 "지구 온도 상승폭을 1.5℃로 제한하려면 이산화탄소 증가 속도가 둔화되어야 하지만, 현실은 정반대"라고 지적했다. 이산화탄소 농도 증가의 주요 원인은 석탄, 석유, 가스 등 화석연료 사용과 삼림 벌채 등 인간 활동으로 지목된다. 유엔에 따르면 현재 대기 중 이산화탄소 농도는 최소 200만 년 만에 최고 수준이다. 엘리뇨·대규모 산불, 이산화탄소 농도 증가에 기여 지난해 엘니뇨 현상과 대규모 산불 발생 또한 이산화탄소 농도 증가에 영향을 미쳤다. 동쪽 열대 태평양의 표층수가 따뜻해지는 엘니뇨 현상으로 인한 기온 상승은 자연계의 이산화탄소 흡수 능력을 저하시켰으며, 산불은 추가적인 이산화탄소 배출을 야기했다. 이러한 요인들로 인해 2023년에서 2024년 사이 대기 중 이산화탄소 농도는 3.6ppm 증가해 424ppm을 넘어서는 등 새로운 최고치를 기록했다. 이는 1958년 하와이 마우나 로아 관측소에서 측정을 시작한 이래 최대 연간 증가폭이다. 하와이 화산 측면 고지대에 위치한 마우나 로아 연구소는 주요 오염원에서 멀리 떨어져 있어 전 세계 CO₂ 수준을 모니터링하는 데 이상적이다. 전문가들은 자연계의 이산화탄소 흡수 능력 저하에 대한 우려를 표명하며, 북극 툰드라와 아마존 열대우림의 이산화탄소 흡수량 감소 추세에 주목해야 한다고 강조했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면 지구 온난화와 잦은 산불로 북극 툰드라가 전반적인 CO₂ 발생원으로 변하고 있다. 아마존 열대 우림 또한 가뭄과 산불, 의도적인 삼림 벌채 등으로 인해 CO₂ 흡수 능력에 타격을 입었다. 영국 기상청은 2025년 이산화탄소 농도 증가폭이 2024년보다 낮아질 것으로 예상하지만, 여전히 1.5℃ 목표 달성에는 미흡할 것으로 전망했다. 라니냐 현상으로 인해 자연계의 이산화탄소 흡수량이 증가할 수 있지만, 대기 중 이산화탄소 농도는 계속해서 증가하고 있어 지구온난화는 지속될 것으로 예상된다.
-
- ESGC
-
[기후의 역습(114)] 지구온난화 주범 이산화탄소 농도, 2024년 최고치 경신
-
-
[우주의 속삭임(92)] 화성서 포착된 '강낭콩' 형상, 생명체 존재 가능성 시사
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선(MRO)이 화성 북반구의 모래 언덕에서 '얼어붙은 강낭콩'을 연상시키는 독특한 형상을 포착했다고 라이브사이언스가 보도했다. 이 위성 사진은 2022년 9월 촬영되어 2024년 12월 공개됐으며, 과학자들이 과거 화성에 물과 생명체가 존재했을 가능성을 탐구하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 얼어붙은 모래 언덕, 이산화탄소 서리로 화성의 겨울 입증 포착된 모래 언덕들은 화성 북반구의 겨울철 특유의 이산화탄소 서리에 덮여 움직임 없이 고정된 상태를 보여준다. 지구와 화성의 모래 언덕은 일반적으로 바람에 의해 이동하며 형상을 바꾸는 것으로 알려져 있지만, 화성의 겨울에는 서리가 이를 덮어 고요한 모습을 유지한다. 봄이 되어 서리가 녹기 전까지 이러한 상태는 지속된다. 화성의 온도는 극히 낮으며 평균적으로 약 -60℃(-80℉)로 추정된다. 극지방은 겨울 철에 약 -125℃(-193℉)까지 떨어질 수 있다. 이산화탄소(CO₂)는 대기압에 따라 어는 온도가 달라진다. 지구의 대기압(1기압)에서 이산화탄소는 -78.5℃(-109.3℉)에서 고체(드라이아이스)로 변한다. 화성의 대기압(약 0.006기압)에서는 이산화탄소가 더 높은 온도에서 어는 경향이 있으며 일반적으로 약 -123℃(-189℉)에서 고체 상태가 형성된다. 과거 물의 흔적 암시하는 단서 과학자들은 서리로 덮인 이 독특한 지형을 통해 화성 표면에 물이 장기간 존재했을 가능성을 연구하고 있다. 비록 서리 자체는 물이 아닌 이산화탄소로 이루어져 있지만, 과거의 화성 환경이 액체 상태의 물을 유지할 수 있는 기후 조건을 제공했을 가능성을 엿볼 수 있는 단서를 담고 있다. 화성의 자전축은 지구보다 훨씬 극적으로 변화하며, 이는 계절적 변화뿐만 아니라 이산화탄소의 생성과 소멸 과정에도 큰 영향을 미친다. 자전축이 크게 기울어진 시기에는 이산화탄소 얼음이 승화하여 대기 밀도가 증가했다. 이는 액체 상태의 물이 안정적으로 존재할 수 있는 환경을 조성했을 가능성이 있다. 화성 기후 변화의 퍼즐을 맞추다 현재 과학자들은 화성의 이산화탄소 서리 형성과 계절적 변화를 연구하며 과거 화성의 기후를 재구성하고 있다. 이러한 연구는 서리가 형성한 지질학적 구조를 통해 화성의 기후와 환경 변화를 이해하는 데 기여할 것으로 보인다. 만약 화성의 과거에 물이 장기간 존재했던 시기가 있었다면, 이는 화성에서 미생물이 진화하고 생존했을 가능성을 높이는 증거가 될 수 있다. 심지어 현재에도 특정 환경에서 미생물이 생존하고 있을 가능성을 배제할 수 없다. 화성의 '강낭콩' 모래 언덕은 단순한 시각적 신비를 넘어, 화성 탐사의 새로운 가능성을 열어줄 중요한 단서를 제공하고 있다. 과거와 현재를 아우르는 화성의 환경 연구는 인류가 우주에서 생명체의 흔적을 찾는 여정에서 새로운 돌파구를 마련할 것으로 기대된다.
-
- 포커스온
-
[우주의 속삭임(92)] 화성서 포착된 '강낭콩' 형상, 생명체 존재 가능성 시사
-
-
[신소재 신기술(147)] 극저온 양자 냉장고, 신뢰성 높은 양자 컴퓨터 시대 열다
- 양자 컴퓨터의 신뢰할 수 있는 계산 수행을 위해 필수적인 극저온 기술에 새로운 진전이 이루어졌다. 스웨덴 샬머스 공과대학과 미국 메릴랜드 대학 연구진은 초전도 양자비트를 자율적으로 기록적인 저온까지 냉각시킬 수 있는 새로운 유형의 양자 냉장고를 개발했다고 밝혔다. 이 혁신적인 기술은 양자 컴푸터의 오류율을 줄이고 계산 신뢰성을 크게 높이는 기반을 마련했다. 해당 연구에 대해서는 네이처닷컴, Phys, 뉴 사이언티스트 등 다수 외신이 보도했다. 양자 컴퓨터는 의학, 에너지, 암호화, 인공지능(AI), 물류 등 다양한 분야에서 기존 기술을 혁신할 잠재력을 가지고 있다. 양자 컴퓨터의 기본 단위인 '양자비트(Qubit)'는 기존 컴퓨터의 비트처럼 0 또는 1의 값을 가지는 대신, 0과 1을 동시에 가질 수 있는 '중첩(superposition)' 상태를 통해 병렬 계산이 가능하다. 이는 양자 컴퓨터가 방대한 계산 잠재력을 발휘할 수 있는 주요 원인이다. 하지만 양자비트는 외부 환경에 극도로 민감하다. 샬머스 공과대학의 양자 기술 연구 전문 연구원 아미르 알리는 "약한 전자기 간섭도 양자비트의 값을 무작위로 바꿔 오류를 일으킬 수 있다"며, 이를 방지하기 위해 비트를 절대영도(섭씨 -273.15도)근처의 상태로 냉각해야 한다고 설명했다. 현재 사용되는 희석 냉장고는 양자비트를 약 50밀리켈빈(절대 온도에서 약간 높은 온도)까지 냉각할 수 있지만, 이를 더 낮추는 것은 열역학법칙에 따라 어려움이 따른다. 이에 따라 연구진은 기존 냉각 기술을 보완하는 자율형 양자 냉장고를 개발했다. 이 냉장고는 초전도 회로를 기반으로 하며, 환경에서 발생하는 열을 동력으로 삼아 외부 제어 없이 작동한다. 새로운 냉장고는 목표 양자비트를 22밀리켈빈까지 냉각할 수 있으며, 계산 전 양자비트가 '기저 상태(ground state)'에 있을 확률을 99.97%까지 높였다. 이는 기존 기술 대비 성능을 한층 끌어올린 결과다. 연구를 이끈 아미르 알리는 "미세한 차이처럼 보일 수 있지만, 반복적인 계산에서는 큰 효울성 향상을 가져온다"고 강조했다. 양자 냉장고는 두 개의 양자 비트간 상호 작용을 활용해 목표 양자 비트의 열을 제거한다. 한 비트는 열 환경에서 에너지를 받아 들이고, 다른 비트는 이 에너지를 냉각된 환경으로 전달한다. 이 과정은 완전히 자율적으로 이루어진다. 이번 연구는 자율형 양자 열기계가 실제로 유용한 작업을 수행한 첫 사례로 평가된다. 샬머스 공과대학의 시모네 가스파리네티 교수는 "초기에는 개념 증명 정도로 생각했지만, 이 기계의 성능이 기존의 냉각 프로토콜을 뛰어넘는다는 사실이 놀랐다"고 말했다. 이 기술은 스웨덴 샬머스 공과대학의 나노 제작실 마이팹(Myfab)에서 개발됐다. 이번 연구는 학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 게재됐다. 연구진은 향후 이 기술이 양자 컴퓨터의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대하고 있다. ◇ 참고 논문: "Thermally driven quantum refrigerator autonomously resets a superconducting qubit", Nature Physics (2025), DOI: 10.1038/s41567-024-02708-5
-
- IT/바이오
-
[신소재 신기술(147)] 극저온 양자 냉장고, 신뢰성 높은 양자 컴퓨터 시대 열다
-
-
[퓨처 Eyes(65)] 한쪽으로는 질량 없는 기이한 입자, 첨단 기술 혁신의 열쇠 될까?
- 과학계가 술렁이고 있다. 마치 SF 영화에서나 나올 법한, 한 쪽 방향으로는 질량이 전혀 없지만 다른 한 쪽으로는 질량을 가진 기묘한 입자가 발견되었기 때문이다. '세미－디랙 페르미온(semi-Dirac fermions)'이라 불리는 이 준입자는 16년전 이론적으로 예측되었지만, 실제 물질에서 관측된 것은 이번이 처음이다. 이 획기적인 발견은 배터리, 센서 등 첨단 기술에 혁명적인 변화를 가져올 수 있다는 기대를 모으고 있다. 우연에서 탄생한 획기적 발견 이번 발견은 미국 펜실베이니아주립대학교(Penn State)와 컬럼비아대학교(Columbia University) 연구팀이 플로리다 국립 고자기장 연구소(National High Magnetic Field Laboratory)에서 수행한 실험 중 이루어졌다. 연구진은 지르코늄 실리사이드 설파이드(ZrSiS)라는 반금속 결정체를 -452℉(-269℃)로 냉각시키고 지구 자기장보다 90만 배 강력한 자기장을 적용해 광학적 반응을 조사하던 중 예상치 못한 신호를 관찰했다. 연구 논문의 주저자인 샤오 인밍(Yinming Shao) 펜실베이니아주립대학교 물리학 조교수는 "처음에는 우리가 무엇을 보고 있는지 몰랐다. 세미－디랙 페르미온을 찾으려던 것도 아니었다. 그런데 이해할 수 없는 신호를 발견했고, 결과적으로 이론적으로만 존재하던 준입자를 최초로 관찰하게 된 것"이라고 말했다. 플로리다 국립 고자기장 연구소의 하이브리드 자석은 세계에서 가장 강력한 지속형 자기장을 생성하는 데, 지구 자기장보다 약 90만배 강하다. 이 자기장은 너무 강해서 물방울과 같은 작은 물체를 공중에 띄울 수 있다. 연구진은 ZrSiS 결정체가 예상 밖의 특성을 보여준다고 강조했다. 그들은 "우리가 관찰한 신호는 기존의 준입자나 전자 행동과 완전히 다른 것이었다. 이는 물질 내 전자 구조가 상호작용하는 방식에 대한 새로운 시각을 제공한다"고 설명했다. 입자의 에너지가 전적으로 운동에서 비롯된 경우, 즉 본질적으로 빛의 속도로 이동하는 순수한 에너지인 경우 입자는 질량을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어 광자나 빛의 입자는 광속으로 움직이기 때문에 질량이 없는 것으로 간주된다. 알버트 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 빛의 속도로 이동하는 물체는 질량을 가질 수 없다. 고체 물질에서는 준입자(quasiparticles)라고도 하는 많은 입자의 집단적 행동이 개별 입자와 다른 행동을 보일 수 있으며, 이 경우 한 방향으로만 질량을 갖는 입자가 발생한다고 샤오는 설명했다. 샤오는 "어떤 물질에 자기장을 가하면 그 물질 내부의 전자 레벨이 란다우 준위(Landau levels)라는 불연속 레벨로 양자화된다"고 설명했다. 이 레벨은 마치 계단을 오를 때 중간에 작은 계단이 없는 것처럼 고정된 값만 가질 수 있다. 이 레벨 사이의 간격은 전자의 질량과 자기장의 세기에 따라 달라지므로 자기장이 증가하면 전자의 에너지 준위는 전적으로 질량에 따라 정해진 양만큼 증가해야 하지만 이 경우에는 그렇지 않다. 즉, 세미－디랙 페르미온은 방향에 따라 질량이 존재하거나 사라지는 독특한 행동을 한다. 연구팀은 적외선을 비춰 반사된 빛의 신호를 분석하는 자기-광학 분광법(mganeto-optical spectroscopy)을 통해 이 현상을 확인했다. 전자의 에너지 상태가 특정 조건에서 기존 물질과는 전혀 다른 패턴을 보이며 이 준입자의 존재를 증명했다. 질행 행동성과 독특한 행동 '발견' 일반적인 입자는 모든 방향에서 질량을 갖지만, 세미－디랙 페르미온은 특정 방향에서만 질량을 갖는다. 이는 결정체의 전자 구조와 깊은 관련이 있다. ZrSiS의 경우 층상 구조를 가지고 있어 전자가 특정 경로로는 질량 없는 상태로 이동하고, 교차점에서 질량을 얻는다. 연구진은 이를 마치 "기차가 선로를 따라 이동하다가 교차점에서 방향을 바꿀 때 갑자기 저항 받는 상황"에 비유했다. 샤오는 "이 물질은 독특한 전자 구조를 가지고 있어 기존 물리학 이론으로는 완전히 설명되지 않는 행동을 보인다. 이 때문에 우리가 연구를 계속해야 하는 이유이기도 하다"라고 말했다. 이 현장은 란다우 준위(Landau levels)로 알려진 전자의 에너지 단계에서 관찰됐다. 일반적으로 전자의 에너지 단계는 자기장 강도에 따라 증가하지만. ZrSiS에서는 세미－디랙 페르미온만이 보여주는 'B^(2/3) 법칙'을 따른 패턴이 발견됐다. 이는 기존의 물질에서는 볼 수 없는 독특한 특성이다. 이러한 특징은 세미－디랙 페르미온이 지닌 독특한 에너지 분산 관계 때문이다. 그래핀의 전자와 같은 기존의 디렉 페르미온은 에너지가 운동량에 선형적으로 비례하지만, 세미－디랙 페르미온은 특정 방향에서는 에너지가 운동량의 제곱에 비례한다. 이러한 차이가 란다우 준위에서 독특한 에너지 패턴을 만들어내는 것이다. 란다우 준위는 자기장이 존재하는 2차원 전자 시스템에서 전자들이 특정 에너지 준위를 형성하는 양자역학적 현상을 말한다. 이 개념은 프랑스 물리학자 레프 란다우(Lev Landau)가 1930년에 제안했다. 세미-디랙 페르미온은 2008년과 2009년 프랑스 파리 쉬드 대학과 미국 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스의 과학자들을 포함한 여러 연구팀에 의해 처음으로 이론화됐다. 연구팀은 운동 방향에 따라 질량 이동 특성을 가진 준입자가 있을 수 있다고 예측했다. 즉, 한 방향으로는 무질량으로 보이지만 다른 방향으로는 질량이 있을 것으로 본 것이다. 과학과 기술의 개로운 가능성 제시 세미－디랙 페르미온의 발견은 단순한 이론 검증을 넘어, 첨단 기술로의 응용 가능성을 제시한다. 연구팀은 ZrSiS와 같은 층상 구조를 지닌 물질이 그래핀처럼 단일 층으로 분리될 경우, 전자 특성을 정밀하게 제아할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이는 새로운 이론적 모델을 필요로 하며, 앞으로의 연구가 이를 밝혀낼 것"이라고 덧붙였다. 이처럼 세미－디랙 페르미온은 전자의 이동성과 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 이는 차세대 전자 소자 및 에너지 저장 장치 개발에 새로운 돌파구를 마련할 수 있음을 의미한다. 세미-디랙 페르미온 미래 연구와 방향성 세미－디랙 페르미온은 기존 물리학의 틀을 확장시키는 동시에 양자 연구에 새로운 방향성을 제시한다. 이번 발견은 물질 내 전자의 상호작용, 길량의 생성 및 소멸, 에너지 흐름에 대한 이해를 심화시키는 데 중요한 기여를 할 것으로 보인다. 또한 준입자의 행동과 특성을 기반으로 새로운 재료 과학과 응용 기술 개발의 가능성을 열었다. 이 연구는 학술지 '피지컬 리뷰 엑스(Physical Review X)'에 개재됐으며, 과학계는 앞으로 더 많은 실험과 이론적 분석을 통해 이 준입자의 비밀을 밝혀낼 것으로 기대하고 있다. 한 방향으로 질량 없는 빛의 속도로 움직이고, 다른 방향으로는 무거운 질량을 지니는 세미－디랙 페르미온. 이 입자의 발견은 물리할뿐만 아니라 인류의 기술적 진보에도 깊은 영향을 미칠 것으로 보인다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(65)] 한쪽으로는 질량 없는 기이한 입자, 첨단 기술 혁신의 열쇠 될까?
검색 결과가 없습니다.