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[신소재 신기술(99)] 뇌파 읽는 로봇, 뇌졸중 환자 재활 돕는다
- 영국 스코틀랜드에서 로봇이 신경 활동을 감지하는 헤드셋을 사용해 환자와 소통하는 시스템을 개발 뇌졸중 환자의 재활 치료에 도움을 줄 전망이다. 뇌졸중에서 회복하는 과정은 오랜 시간이 걸릴 수 있으며, 마비된 팔다리의 기능을 회복하려면 수시간 동안 반복적인 훈련과 운동이 필요하다. 영국 스코틀랜드 에든버러에 있는 공립 종합대학 해리엇와트 대학교 연구팀 과학자들이 뇌파 감지 헤드셋을 통해 환자와 로봇이 소통할 수 있는 시스템을 개발했다고 과학전문매체 인터레스팅엔지니어링과 BBC 등 다수 외신이 전했다. 이 시스템은 '로봇 코치'가 환자의 뇌 신호를 해석하여 의도된 움직임을 이해하고 재활 운동을 돕는 역할을 수행할 수 있도록 한다. 연구팀은 AIT 오스트리아 기술연구소와 협력해 영국 국립로보타리움(National Robotarium)의 인간-로봇 상호작용(HRI) 팀이 주도하는 바이탈리스(VITALISE) 국제 파일럿 연구의 일환으로 이 시스템을 개발해, 오스트리아 수도 비엔나에서 성공적으로 시험된 바 있다. 이 로봇은 사용자의 뇌신호를 처리해 사용자의 의도된 움직임을 이해할 수 있다. 따라서 로봇 재활 코치 역할을 할 수 있다. 이러한 시스템은 노졸중 및 뇌 손상 환자의 팔다리 기능 회복에 활용될 수 있다. 연구진이 개발한 헤드셋은 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)기술을 사용해 수술 없이 뇌 활동을 읽을 수 있다. 뇌졸중 및 뇌 손상 환자의 약 80%가 팔다리 기능 장애를 겪는데, 이는 삶의 질에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이 헤드셋은 일론 머스크의 뇌과학 스타트업 뉴럴링크의 BCI 기술과 달리, 수술 없이 사용할 수 있다는 점이 장점이다. 연구에 사용된 로봇은 인간 의료 종사자의 개입 없이 환자가 재활 루틴을 실행하도록 돕기 위해 프로그래밍됐다. VITALISE 연구팀은 3개월동안 뇌졸중 및 뇌 손상 환자 16명을 대상으로 로봇 코치 시스템을 시험했다. 6명의 치료사가 참여해 로봇이 홤자의 의도를 이해하고 동기를 부여하는 능력을 평가했다. 또한 환자들에게 로봇의 효과에 대한 설문 조사를 진행했다. 이 프로젝트를 진행한 연구원에 따르면, 급성 뇌졸중과 뇌 손상 생존자의 약 80%가 상지(upper limb, 어깨와 손목 사이의 부분) 장애를 겪는다. 이는 삶의 질에 엄청난 영향을 미칠 수 있다. 그러나 팔다리 운동의 재활에는 오랜기간 반복적인 운동을 해야한다. 뇌손상 환자들은 종종 건망증으로 고통 받으며, 그로 인해 환자 중 약 70%가 처방된 재활 루틴을 완료하지 못한다. 인간-로봇 상호작용을 위한 영국 내셔널 로보타리움의 학술 책임자인 린 베일리(Lynne Baillie)는 보도자료에서 "환자가 개인화된 맞춤형 로봇 코치를 이용할 수 는 미래를 상상한다. 이 코치는 임상의와 전문가가 더욱 성공적인 재활 여정을 제공할 수 있도록 지원한다"고 말했다. AIT 오스트리아 공과대학 기술 경험 센터의 과학자이자 에이에이엘 오스트리아(AAL AUSTRIA)의 부사장인 마르쿠스 가르샬은 보도자료에서 "특히 e헬스 분야에서 공동 설계 방법은 매우 유용하고 효과적이다"라고 말했다. 가르샬은 또한 "반신 마비 환자와 물리 치료사 모두에게 사용자 경험과 접근 방식의 타당성을 검토하는 것이 중요했다"며 "동시에 스코틀랜드 과학자들과 국경을 넘나드는 협력도 매우 고무적이었다. 특히 의료 분야에서 훨씬 더 많은 유럽 협력과 교류가 필요하다"고 밝혔다. 이번 연구는 로봇이 뇌파를 읽고 실시간으로 환자에게 필요한 운동을 제시하며 재활 과정을 돕는 가능성을 보여줬다. 향후 추가 연구를 통해 시스템의 효과와 안전성을 검증하고, 실제 재활 현장에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(99)] 뇌파 읽는 로봇, 뇌졸중 환자 재활 돕는다
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[먹을까? 말까?(48)] 대마초 사용, 두경부암 발병 증가?⋯인과관계 규명 위한 연구
- 대마초를 자주 피우면 두경부암 발병 위험이 증가한다는 연구 결과가 나왔다. 미국 서던캘리포니아 대학교(USC) 케크(Keck) 의대와 USC 카루소 이비인후과-두경부외과 산하 USC 두경부 센터의 연구에 따르면, 대마초가 두경부암 발병을 높인다는 가능성이 제기됐다고 CNN과 메디컬 익스프레스 등 다수 외신이 전했다. USC 두경부 센터의 연구에 따르면, 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 불법 물질인 대마초가 두경부암 발생 증가와 연관될 수 있다는 가능성이 제기됐다. 8일(현지시간) JAMA 이비인후과학-두경부외과학(JAMA Otolaryngology—Head & Neck Surgery)에 발표된 대규모 다기관 연구 결과, 대마초 사용 장애를 가진 성인은 대마초를 사용하지 않는 사람들보다 두경부암 발생 위험이 3.5배에서 5배까지 높은 것으로 나타났다. 미국 질병통제예방센터에 따르면 '대마초 사용 장애'는 대마초 갈망, 대마초 효과에 내성화, 의도한 것보다 많이 사용, 생활에 문제를 일으키는데도 마리화나 사용, 고위험 상황에서 사용, 금단 증상 및 끊지 못하는 증상 중 두 가지 이상이 있는 경우 진단한다. 이 연구는 400만개의 전자 건강 기록 데이터베이스를 분석해 두경부암 환자 중 11만6000건 이상이 대마초 사용 장애와 연관됐음을 발견했다. 연구의 책임 저자인 USC 두경부 센터의 두경부 외과 의사 니엘스 코코트(Niels Kokot) 박사는 "이번 연구는 두경부암과 대마초 사용의 연관성을 밝힌 최초의 연구 중 하나이며, 현재까지 알려진 가장 큰 규모의 연구다. 사람들이 어떤 행동이 암 위험을 증가시키는지 알게 되면 두경부암을 예방할 수 있기 때문에 이러한 위험 요인을 파악하는 것이 중요하다"고 말했다. 코코트 박사는 USC 케크 의과대학의 이비인후과-두경부 외과 교수이기도 하다. 세계에서 여섯 번째로 흔한 암인 두경부암은 구강, 인두, 후두, 구인두(혀, 편도선, 목 뒤쪽 벽) 및 인접한 침샘의 암을 포함한다. 미국에서 두경부암은 전체 암의 4%를 차지한다. 미국 국립암연구재단에 따르면 2024년에는 7만1000건의 이상이 신규 발병하고, 1만6000건 이상의 사망이 예상된다고 CNN은 전했다. 미국 국립암연구소에 따르면 구강암 또는 인후암 진단을 받은 사람의 약 69%가 진단 후 5년 이상 생존한다. 그러나 암이 대사되면 그 비율은 14%로 떨어진다. 후두암 진단을 받은 사람의 약 61%는 5년 후에도 생존하지만, 암이 전이되면 그 비율은 16%로 떨어진다. 케크 의과대학의 MD/MPH 후보자이자 연구의 주 저자인 틸러 갈라거(Tyler Gallagher)를 포함한 연구진은 대마초 사용 장애를 가진 사람들이 모든 유형의 두경부암 발생률이 더 높다는 것을 발견했다. 또한, 대마초 사용 장애 환자의 두경부암 유병률은 연령, 성별, 인종 등 다른 요인과 무관하며, 두경부암과 관련이 있는 것으로 알려진 알코올 및 담배 사용도 이번 연구 결과에 영향을 미치지 않았다. 코코트 박사와 그의 동료 연구원들은 대마초가 두경부암 위험을 높이는 주된 이유는 연기의 해로운 영향 때문이라고 추정했다. 대마초는 주로 흡입을 통해 소비(이번 연구에서는 소비 방법을 구분하지 않았지만)된다. 연구에 따르면 담배 연기에는 DNA 손상 및 염증을 유발하는 수많은 화학 물질이 포함되어 있으며, 이러한 염증이 방치될 경우 암으로 이어질 수 있다. 연구진은 대마초 연기도 유사한 해를 끼칠 수 있다고 추측했다. 실제로 코코트 박사는 대마초 연기가 담배 연기보다 더 해로울 수 있다는 몇 가지 증거가 있다고 주장했다. 그는 "대마초 흡연은 일반적으로 필터 없이 이루어지며 담배보다 더 깊이 흡입하는 경향이 있다. 또한, 대마초는 담배보다 더 높은 온도에서 연소되어 암을 유발하는 염증 위험을 증가시킨다"라고 말했다. 코코트 박사는 대마초와 두경부암 사이의 연관성을 조사하는 추가 연구가 필요하다고 강조했다. 이번 연구가 사람들이 더 많은 정보를 바탕으로 선택하고 두경부암과 대마초 사용 사이의 연관성에 대한 인식을 높이는 데 도움이 되기를 기대한다. 연구진은 9000만 명 이상의 개인을 대상으로 하는 64개 의료 기관의 건강 연구 네트워크를 통해 20년간의 데이터를 수집하고, 대마초 사용 1년에서 5년 사이의 암 발생 사례를 추적해 이번 연구 결과를 도출했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(48)] 대마초 사용, 두경부암 발병 증가?⋯인과관계 규명 위한 연구
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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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[먹을까? 말까? (47)]틱톡에서 유행하는 '올챙이물', 체중 감량 효과 있을까?
- 최근 틱톡에서 젊은 세대를 중심으로 물에 불린 치아씨드를 섭취하는 '올챙이 물' 다이어트가 유행하고 있다. 젤리처럼 변한 치아씨 물을 마시면 포만감을 느끼고 체내 노폐물 배출을 도와 체중 감량에 효과적이라는 주장이다. 치아씨드(Chia seed)는 민트과에 속하는 치아(Salvia hispanica)라는 식물의 씨앗이다. 고대 아즈텍과 마야 문명에서 증요한 식량 자원으로 활용되었으며 최근에는 슈퍼푸드로 각광받고 있다. 작고 타원형의 씨앗으로 검은색, 흰색, 갈색 등 다양한 색상을 띠며, 물에 넣으면 젤리처럼 부풀어 오르는 특징이 있다. 따듯한 물 한 컵에 치아씨드 한 스푼을 넣고 10분 정도 두었다가 스푼으로 저으면 젤리 형태의 치아씨드 물이 만들어 진다. 완성된 치아씨드 물은 마치 개구리 알을 연상시켜 '올챙이 물'이라고 부른다. 치아씨드를 물에 불려 젤리 형태가 되면 약간의 톡톡 터지는 식감과 함께 미묘한 견과류 향을 느낄 수 있다. 치아씨드 물은 자체의 맛이 강하지 않아 거의 무(無) 맛에 가까우며, 취향에 따라 레몬이나 꿀, 과일 등을 첨가해서 마시기도 한다. 전문가들은 치아씨드가 건강에 좋고 소화에 도움을 줄 수 있지만, 과도하게 섭취하면 오히려 체중 증가를 초래할 수 있다고 경고했다고 데일리 메일은 지적했다. 료스 페리 의사는 "치아씨드는 지방 함량이 비교적 높기 때문에 과도하게 섭취하면 체중 증가로 이어질 수 있다"고 말했다. 치아씨드 100g에는 약 34g의 식이섬유가 들어 있어, 변비 예방과 장 건강 개선에 도움을 준다. 식물성 오메가-3 지방산인 알파-리놀렌산(ALA)이 풍부해 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추고 심혈관 질환 예방에 기여할 수 있다. 식물성 단백질 공급원으로 근육 생성과 유지에 도움을 준다. 폴리페놀, 플라보노이드 등 항산화 성분이 풍부해 세포 손상을 예방하고 노화 방지에 효과적이다. 그밖에 칼슘, 철분, 마그네슘, 아연 등 다양한 미네랄을 함유하고 있어 뼈 건강, 빈혈 예방, 신진대사 활성화에 도움을 줄 수 있다. 그러나 치아씨드 물이 체중 감량에 직접적인 영향을 미친다는 과학적인 근거는 부족하다. 리사 말리 영양 및 피트니스 코치는 "치아씨드 워터는 체중 감량 해결책이 아니다"라며 "치아씨드 물만 마셔도 마법처럼 날씬해지지는 않는다. 균형잡힌 식단, 규칙적인 운동, 건강한 생활 방식이 함께 이루어져야 체중 감량이 가능하다"고 강조했다. 비니 로빈슨 영양사는 "치아씨드는 포만감을 주지만, 체중 감량을 위해 한 가지 음식에만 의존하는 것은 지속 가능하지 않다"며 "다양한 영양소를 섭취하는 것이 중요하다"고 지적했다. 전문가들은 치아씨드를 물에 불려 먹는 것보다 스무디, 죽, 요거트 등에 첨가해 섭취하는 것이 더 효과적일 수 있다고 조언했다. 치아씨드는 건강에 좋은 식품이지만 '올챙이 물' 다이어트만으로 체중 감량을 기대하는 것은 무리가 있다는 것. 균형 잡힌 식단과 운동을 병행하며 치아씨드를 적절하게 섭취하는 것이 중요하다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까? (47)]틱톡에서 유행하는 '올챙이물', 체중 감량 효과 있을까?
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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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- 포커스온
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[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공
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뉴럴링크, 두 번째 뇌 임플란트 성공...머스크 "매우 잘 작동 중"
- 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 이끄는 뇌신경과학 스타트업 뉴럴링크가 두 번째 환자의 뇌에 컴퓨터 칩 이식 수술을 성공적으로 마쳤다고 밝혔다. 4일(현지시간) 로이터 통신 등 외신에 따르면, 머스크 CEO는 과학자 렉스 프리드먼과 팟캐스트 인터뷰에서 두 번째 환자 역시 첫 번째 환자와 마찬가지로 척추 손상을 입은 환자라고 전했다. 그는 이식된 칩의 전극 1024개 중 400개가 작동 중이며, "매우 잘 작동하고 있다"고 강조했다. 머스크 CEO는 구체적인 수술 시점과 환자 정보는 공개하지 않았지만, 지금까지 잘 되고 있다면서 "두 번째 임플란트도 매우 성공적인 것 같다"고 덧붙였다. 뉴럴링크는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 통해 신체 마비 환자들이 생각만으로 각종 기기를 제어할 수 있도록 돕는 것을 목표로 한다. 지난 1월 첫 번째 환자 이식에 성공한 데 이어 5월에는 두 번째 환자 모집에 나섰다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 인간의 생각을 이용해 컴퓨터와 소통할 수 있게 하는 전자 장치로, 흔히 공상 과학 소설에서나 등장하는 개념처럼 보이지만, 실제로 수십 년 전부터 연구되어 온 기술이다. BCI의 원리는 간단하다. 뇌 활동 시 발생하는 전기 신호를 기계가 측정하는 방식이다. FM 라디오가 특정 FM 신호를 해석해 다양한 방송을 내보내는 것처럼, 컴퓨터도 서로 다른 전기 신호를 각각의 명령으로 해석할 수 있다. BCI는 이러한 신호를 측정하고 전달하는 장치다. 외부에 착용하는 방식과 뉴럴링크처럼 수술로 뇌에 이식하는 방식이 있다. 뉴럴링크의 첫 번째 임상 시험 참가자인 놀런드 아르보는 이 장치가 자신의 삶을 바꿨다고 여러 차례 밝혔다. 그는 2016년 다이빙 사고로 잔신마비 판정을 받았지만, 뉴럴링크의 칩을 이식한 후 생각만으로 마우스 포인터를 조작해 비디오임을 즐기고, 문자 메시지를 보내고, 인터넷 서핑을 할 수 있게 됐다. 아르는 인터뷰에서 "칩 이식은 삶에 큰 변화를 가져왔다"며 "마비 환자들에게 희망을 주는 다음 단계로 나아가는 것"이라고 소감을 밝혔다. 머스크는 두 번째 칩 이식 후 뉴럴링크가 인간이 생각을 통해 컴퓨터 인터페이스를 작동할 수 있게 하는 것 외에도 인간에게 뛰어난 능력을 줄 것이라고 말했다. 그는 프리드먼과의 팟캐스트 인터뷰를 통해 '사람들에게 초능력을 주자'고 농담처럼 말했다. 또한 머크스는 자신의 뉴럴링크의 뇌 임플란트가 미래에 인간이 고급 인공지능(AI)와 경쟁하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 프리드만과의 대화에서 머스크는 뉴럴링크 칩이 AI가 인간을 능가하고 '터미네이터' 스타일로 궤도를 벗어나는 것을 막는 가장 좋은 방법이 될 수도 있다고 말했다. 머스크는 뉴럴링크 기기가 결국 손상된 신경세포를 복구해 실명이나 마비와 같은 문제를 겪는 사람들을 도울 수 있을 것이라고 설명했다.
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뉴럴링크, 두 번째 뇌 임플란트 성공...머스크 "매우 잘 작동 중"
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[먹을까? 말까?(45)] 퀴노아, 매일 먹으면 놀라운 효능 7가지
- 건강에 대한 관심이 높아지면서 퀴노아가 현대인의 식단에서 중요한 역할을 하고 있다. 퀴노아는 단백질, 섬유질, 항산화물질 등 다양한 영양소가 풍부해 '슈퍼 곡물'로 불리며 인기를 얻고 있다. 퀴노아는 남아메리카 안데스산맥 고산지대에서 약 5000년 전부터 재배되어온 곡물이다. 쌀보다 작고 둥근 모양이며 흰색, 붉은색, 검은색 등 다양한 색을 띤다. 잉카 문명에서는 '곡물의 어머니'라고 불릴 정도로 중요한 식량 자원이었다. 퀴노아는 비타민, 미네랄뿐만 아니라 9가지 필수 아미노산을 모두 함유한 완전 단백질 공급원이며, 글루텐이 없어 글루텐 불내증 환자도 섭취할 수 있다. 항암·혈당 조절 등 퀴노아의 7가지 효능 조리하기 쉽고 부드러운 식감으로 어떤 식사에도 잘 어울리는 퀴노아의 7가지 건강 효능은 다음과 같다. 먼저 퀴노아에 함유된 페놀 화합물, 다당류, 사포닌 등 생리활성 물질은 항염증 및 항산화 효과를 갖는다. 또한 세포 건강을 보호하고 간암, 자궁경부암 등 특정 암 예방에 도움을 줄 수 있다는 연구 결과가 있다. 퀴노아에는 플라보노이드, 폴리페놀 등 항산화 물질이 풍부해 세포 손상을 예방하고 염증을 줄이는데 도움을 줄 수 있다. 퀴노아의 단백질과 섬유질은 혈당 조절에 기여하며, 페놀 화합물은 탄수화물 소화 속도를 늦춰 식후 혈당 급증을 억제하는 데 도움을 줄 수 있다. 2022년 영약학 학술지 '뉴트리언트'에 따르면 혈당 수치가 100~125mg/dl인 65세 이상 참가자들이 4주 동안 퀴노아를 섭취한 결과 혈당이 현저히 감소했고 체중 감량 효과도 있었다고 한다. 또한 퀴노아에 풍부한 섬유질은 포만감을 높이며 소화를 돕고 장내 유익균 증식을 촉진할 수 있다. 게다가 퀴노아의 섬유질은 LDL 콜레스테롤 수치를 낮추는 데 도움을 줄 수 있으며, 풍부한 오메가-3 지방산 또한 심혈관 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 퀴노아는 글루텐이 없어 글루텐 불내증 환자에게 좋은 대안이 될 수 있다. 퀴노아 씨앗에는 필수 아미노산이 풍부한 글루텐 프리 단백질이 함유되어 있다. 또한 철분이 풍부해 철분 결핍성 빈혈 예방에 도움이 될 수 있다. 퀴노아의 영양 성분 퀴노아는 최근 전세계적으로 생산 및 소비가 증가하고 있다. 퀴노아에는 오메가-3 지방산, 아미노산, 단백질 등이 풍부하며, 세계 영양실조 문제 해결에 기여할 수 있다는 연구 결과도 있다. 퀴노아 1컵(조리된 상태)에는 222kcal(칼로리)가 들어 있고 영양 성분은 탄수화물 39g, 식이섬유 5g, 당 2g, 단백질 8g, 지방 4g, 포화지방 1g 미만, 나트륨 13mg 등이 들어 있다. 퀴노아는 또한 망간, 엽산, 아연, 철분, 인, 마그네슘, 비타민 B1 등 다양한 영양소도 풍부하게 함유하고 있다. 건강에 대한 관심이 높아지면서 퀴노아는 현대인의 식단에서 중요한 역할을 하고 있다. 퀴노아는 밥, 샐러드, 수프, 죽 등 다양한 요리에 활용할 수 있으며, 최근에는 퀴노아를 이용한 가공식품도 많이 출시되고 있다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(45)] 퀴노아, 매일 먹으면 놀라운 효능 7가지
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[신소재 신기술(85)] 해산물 껍질로 농산물 신선도 유지 및 잔류 농약 제거
- 게와 새우 껍질 등 해산물을 활용해 농산물의 신선도를 연장하는 기술이 개발됐다. 미국 메릴랜드 대학교 연구팀이 게 껍질을 활용해 농산물의 신선도를 유지하고 잔류 농약을 제거하는 기술을 개발했다고 PHYS.org가 전했다. 이 기술은 농산물 수확 후 보존에 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 연구팀은 게와 새우 껍질에서 추출한 케토산과 항균 특성을 가진 구리를 활용해 미세한 다공성 물질을 개발했다. 이 물질을 농산물 표면에 얇게 코팅하면 잔류 농약 제거 효과도 얻을 수 있다. 해당 연구 결과는 학술지 '매터(Matter)'에 게재됐다. 연구에 참여한 친 왕(Qin Wang) 영양 및 식품과학 교수는 "이 기술은 우리 일상생활에서 식품 안전을 향상시키는 실질적인 해결책을 제시한다"고 말했다. 농산물에 남아 있는 잔류 농약은 암, 주의력 결핍 과잉행동장애(ADHD), 알츠하이머병 등 심각한 건강 문제와 관련이 있다. 기존에는 식초, 베이킹소다, 과산화수소 등 다양한 방법으로 잔류 농약을 제거하려는 시도가 있었지만, 효과가 미흡하거나 농산물의 외관과 맛을 손상시키는 문제가 있었다. 또한 세척 과정에서 농산물에 대한 미세한 상처가 생겨 신선도가 떨어지는 경우도 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 이번 기술은 스마트폰 앱을 통해 잔류 농약 수준을 확인할 수 있도록 설계됐다. 또한 해산물 껍질에서 추출한 코팅은 물에 쉽게 씻겨져 나간다. 게다가 이 기술은 미국 식품의약국(FDA)에서 안전하다고 인정한 GRAS(Generally Recognized as Safe) 등급 물질만 사용해 안전성을 확보했으며, 대량 생산도 가능하다. 이번 연구는 농산물의 신선도 유지 및 잔류 농약제거 문제 해결에 기여할 것으로 기대되며, 향후 식품 안전 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(85)] 해산물 껍질로 농산물 신선도 유지 및 잔류 농약 제거
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글로벌 시스템장애로 포춘500대기업 손실 54억 달러 추산
- 지난주 전 세계를 혼돈으로 몰아넣은 글로벌 정보기술(IT) 시스템장애로 인해 마이크로소프트(MS) 등 미국 포춘 500대기업이 직면한 손실액이 54억 달러에 달한 것으로 추산됐다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 보험회사 파라메트릭은 24일(현지시간) 미국 사이버보안회사 클라우드스트라이크의 소프트웨어 업데이트 과정에서 발생한 시스템장애로 이같은 금전적 손실이 발생한 것으로 분석했다. 보험대상의 손실액은 모두 5억4000만~10억8000만 달러에 달할 것으로 예상된다. 파라메트릭의 조너던 하졸 최고경영자(CEO)는 "이번 시스템장애는 사이버보험 사상 최대규모가될 가능성이 있으며 매무 빠르게 전세계로 파급됐다"고 지적했다. 하졸 CEO는 대규모 시스템장애로 경제적 손실은 전세계에서 모두 약 150억 달러를 넘어서고 보험손실액은 약 15억~30억 달러에 달할 가능성이 있다고 설명했다. 파이낸셜타임스(FT)은 글로벌 보험 중개회사 에이온을 인용해 이번 사태에 대해 2017년 발생한 '낫페티야(NotPetya)' 바이러스 사태 이후 "가장 중대한" 사이버 보험 손실 사건이 될 것이라고 보도했다. 이와 관련해 번스앤드윌콕스의 배상책임보험 담당 중개사 데릭 킬머는 보험 손실 규모가 10억 달러(약 1조4000억 원) 이상이 될 것으로 예상하면서 "훨씬 더 클 수도 있다"고 말했다. PA 컨설팅의 보험 담당 총괄 윌 데이비스는 "보험금 청구 건수가 수천건은 아니더라도 수백건은 될 것"이라며 청구액도 수십억 달러에 달할 것으로 예상했다. 세계 최대 보험 중개회사인 마쉬의 영국 사이버 책임자 캘리 버틀러는 전체 손실 규모를 수치화하기는 아직 이르다면서도 글로벌 기업 고객 100여곳이 보험 청구 가능성을 알려왔으며, 이 중 대부분은 업무 중단이나 시스템 중단에 대한 것이라고 전했다. 보험금 청구 관리회사인 세드윅의 선임 손해사정인 티모시 워스는 이에 더해 "하드웨어가 손상됐을 경우 재산 피해에 대한 청구 가능성도 남아 있다"고 지적했다. 한편 크라우드 스트라이크의 소프트웨어 업데이트 과정에서 발생한 오류 여파로 국내 10개 기업에서 발생한 서버 불안정, 홈페이지 다운 등 현상이 24일 모두 해소됐다. 과학기술정보통신부는 글로벌 IT 대란으로 피해를 본 국내 업체가 저가 항공사(LCC) 3곳과 게임업체 2곳 등 모두 10곳이라고 밝혔다.
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- IT/바이오
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글로벌 시스템장애로 포춘500대기업 손실 54억 달러 추산
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[먹을까? 말까?(39)] 브라질너트, 꾸준히 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가?
- 브라질너트를 매일 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가 일어날까. 견과류는 섬유질, 건강한 지방(블포화 지방), 단백질을 모두 함유하고 있어 건강한 간식으로 인기가 높다. 그중에서도 브라질너트는 비타민과 풍부한 미네랄을 함유하고 있어 최근 SNS에서 화제가 되고 있다. 브라질너트는 알이 크고 크고 영양이 풍부할 뿐만 아니라 셀레늄이 많이 함유되어 있다. 이는 주로 아마존 강의 토양이 비옥하기 때문이다. 헬스에 따르면 아마존 강의 토양 셀레늄 함량은 브라질너트에 셀레늄 수치를 높여 건강을 개선하는 이점을 제공한다. 브라질너트는 장 건강부터 인지 기능 향상 등 뇌 건강까지 다양한 효능을 제공한다. 브라질너트의 영양 성분과 건강 효능, 섭취시 주의 사항은 다음과 같다. 셀레늄 함량 높아 브라질너트 단 한 알에는 셀레늄 하루 권장량의 175%가 들어 있다. 브라질너트 1알에는 96㎍(마이크로그램)이 들어 있다. 미국 성인의 셀레늄 1일 섭취량은 55㎍이다. 이는 브라질너트를 매일 단 한알만 먹어도 1일 필요한 셀레늄을 충분히 섭취할 수 있다는 뜻이다. 셀레늄은 면역체계와 갑상선 건강에 중요한 항산화제이며, 특히 T4 갑상선 호르몬을 T3 갑상선 호르몬으로 전환하는 데 중요하다. 셀레늄은 강력한 항산화력으로 세포막의 손상을 일으키는 과산화수소와 같은 활성 산소를 제거해 신체 조직의 노화를 방지하거나 그 속도를 지연시키는 효과가 있다. 또한 셀레늄은 생식 기능, DNA 합성, 갑상선 기능 등에 즁요한 역할을 한다. 셀레늄이 결핍되면 활성산소의 피해를 입어 신체 내장 기능이 저하된다. 그러나 셀레늄은 필수 미량 영양소이므로 고용량을 섭취하면 독성을 나타낼수도 있다. 과다 섭취를 피하기 위해 브라질너트는 하루 최대 3알 이내로 섭취량을 제한하는 것이 좋다. 면역력 강화 브라질너트에는 비타민E와 엘라그산이 풍부하다. 비타민E는 세포를 보호하고 시력, 심장, 피부 건강에 도움을 주는 항산화제다. 이팅웰에 따르면 엘라그산은 뇌 세포를 건강하게 유지하고 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 위험을 낮추는 데 도움이 된다. 또한 브라질너트는 아연의 좋은 공급원이다. 이연은 면역 체계 기능에 필수적인 미네랄로, 염증을 억제하고 상처 치유를 돕는 역할을 한다. 또한 브라질너트는 건강한 지방의 훌륭한 공급원으로, 지방 함량의 3분의 1 이상이 다중불포화지방산에서 나온다. 이는 흔히 '나쁜 콜레스테롤'로 불리는 LDL 콜레스테롤 수치를 낮춰 심장 질환 및 뇌종중 위험을 감소시킨다. 2022년에 발표된 연구에 따르면 6개월동안 브라질너트를 매일 1알씩 먹은 노인의 인지 기능이 향상됐다. 섭취시 주의사항 셀레늄을 과다 섭취하면 셀레노시스(selenosis)로 알려진 셀레늄 중독 현상이 나타날 수도 있다. 셀레늄 중독은 드물지만 과다 섭취시 손톱과 머리카락이 약해지고 피부 발진, 메스커움, 설사, 피로 등의 부작용이 나타날 수 있다. 심각한 경우 호흡 곤란이나 신부전으로 이어질 수 있다. 다시 한번 강조하지만, 1일 셀레늄 섭취 상한선은 400마이크로그램으로, 브라질너트 3알에 해당한다. 따라서 브라질너트는 하루 3알 이내로 섭취하는 것이 안전하다. 또한 브라질너트는 견과류 알레르기의 원인이 될 수 있다. 갼과류 알레르기가 있는 사람은 섭취에 주의해야 한다. 한 가지 견과류에 알레르기가 있다고 해서 다른 견과류에도 알레르기가 있는 것은 아니지만 부작용이 발생하면 반드시 의료진과 상담해야 한다. 브라질너트 섭취 방법 브라질너트는 간식으로 섭취하거나 에너지볼, 그래놀라 바, 스무디볼, 트레일 믹스 등에 넣어서 먹을 수 있다. 견과를 잘게 썰어서 샐러드나 볶음 요리에 넣어서 섭취할 수도 있다. 생으로 먹어도 되지만 오븐에 구우면 풍미를 더 높아진다. 한국인 영양섭취 기준에서 성인 남녀의 셀레늄 1일 권장섭취량은 50㎍이고, 상한섭취량은 400㎍이다. 브라질너트 외에 셀레늄의 공급원으로는 동물의 간, 육류, 생선, 곡류 달걀 등이 있다. 과일과 채소에는 셀레늄이 극히 적 함유되어 있다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(39)] 브라질너트, 꾸준히 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가?
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[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화
- 그래핀에서 파생된 신소재 EGNITE가 신경 보철 성능을 크게 향상시켰다는 연구 결과가 나왔다. 스페인 바르셀로나에 위치한 UAB 신경과학 연구소(INc-UAB) 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE 전극의 말초 신경 자극과 기록 능력을 장시간 연구해 이같은 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. EGNITE(Engineered Graphene for Neural interface) 전극은 그래핀 유래 신소재로 만들어진 차세대 신경 인터스페이스 기술이다. 기존의 금속 미세 전극보다 크기가 작고 유연하며, 우수한 전기적 특성과 생체 적합성을 가지고 있어 신경 자극 등의 효율을 높일 수 있다. 절단 또는 신경 손상 환자는 팔다리의 운동과 감각 기능을 상실해 일상 생활에 제약을 받는다. 이러한 기능 회복을 위한 유일한 방법은 신경 보철이다. 신경 보철은 특정 감각을 유도하기 위해 신경을 자극하고. 운동 신호를 기록해 생체 공학 보철물로 전송하는 전극으로 구성된다. 신경 보철 설계에서 전극은 신경 내 소수의 축삭과만 선택적으로 상호작용할 수 있도록 충분히 작아야 한다. 기존 신경 보철에는 금, 백금, 산화이리듐과 같은 금속이 주로 사용됐다. 그러나 더 작은 전극 접점을 만들기 위해 전도성이 향상된 새로운 소재 개발이 필요했다. 이러한 요구에 부응해 그래핀과 그 유도체는 탁월한 전기적 특성을 바탕으로 차세대 미세 전극 개발에 활용되고 있다. 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE의 말초 신경 자극 및 기록 능력을 연구하고, 장시간 기능 유지를 위한 생체 적합성을 검증했다. 연구 결과는 '어드밴스트 사이언스(Advanced Science)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 자비에 나바로 교수가 이끄는 INc-UAB의 신경 가소성 및 재생 연구팀과 INC2의 호세 가리도 연구팀의 협력으로 진행됐다. INC2는 신경 인터페이스와 함께 EGNITE 개발을 담당했다. 연구팀은 쥐 실험을 통해 쥐의 좌골 신경에 이식된 EGNITE 전극이 최대 60일 동안 선택적인 근육 활성화를 유도하는 것을 확인했다. 팀은 EGNITE 전극이 기존 금속 미세 전극보다 근육 활성화에 필요한 전류가 현저히 감소했다고 설명했다. EGNITE 전극은 크기가 작아 신경 내 특정 부위만 선택적으로 자극할 수 있어, 신경 보철 장치의 정확도와 효율성을 향상시켰다. 또한 그래핀의 우수한 전기 전도성을 바탕으로 신경 신호를 효과적으로 전달하고 기록할 수 있다. INc-UAB의 박사후 연구원이자 이 논문의 제1저자인 브루노 로드리게스-메이나는 "근육 활성화를 생성하는 데 필요한 전류의 감소는 다른 대형 금속 미세 전극과 비교할 때 현저한 차이가 있었다"고 말했다. 또한 EGINITE 전극은 생체 적합성이 우수해 이식된 인터페이스로 인한 기능 변화나 염증 반응이 관찰되지 않았다. 나바로 교수는 "이 연구의 다음 단계는 EGNITE 기반 기술의 최적화외 미주 신경 또는 척수 자극 시스템에 대한 임상 전 연구에의 적용으로 구성될 것이다"라고 말했다. 연구팀은 아울러 생체 전자 의학 분야에서 임상 적용을 위한 연구도 병행할 계획이다. EGNITE 전극은 신경 보철뿐만 아니라, 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 또한 팔다리 절단 환자나 신경 손상 환자의 운동 및 감각 기능 회복에 기여해 삶의 질을 높일 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화
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[퓨처 Eyes(43)] 일본, 도쿄-오사카 500km 컨베이어 벨트 건설...물류 혁신의 신호탄?
- 일본이 도쿄에서 오사카까지 무려 500km가 넘는 구간에 컨베이어 벨트를 건설해 물류 이동 속도를 획기적으로 높이겠다는 야심찬 계획을 발표했다. 전 세계 물류 회사들이 24시간 운행 가능한 완전 자율주행 트럭에 주목하는 가운데, 일본은 배달 기사 부족 문제에 대한 독특한 해결책을 제시한 셈이다. 참고로 서울에서 광주까지는 약 300km, 서울에서 부산까지는 약 400km임을 감안한다면, 도쿄-오사카 간 거리는 상당히 먼 거리다. 이러한 일본의 컨베이어 벨트 건설 계획은 슈퍼카블론디, 카스쿱스 등 다수 자동차 전문 매체의 주목을 받고 있다. 일본 국토교통성은 6월 보고서를 통해 트럭 운전사 부족 문제를 해결하기 위한 획기적인 계획을 발표했다. '오토플로우 로드(Autoflow Road, 자동 흐름 도로)'라는 이름의 이 컨베이어 벨트 시스템은 도쿄와 오사카를 연결하며, 대형 공항 수하물 컨베이어 벨트와 비슷한 형태로 주요 도로 옆이나 아래에 설치될 예정이다. 자동화된 전기 카트를 이용해 특수 제작된 경로를 따라 물품을 이동하는 방식도 대안으로 고려되고 있다. 24시간 쉬지 않고 운영되는 이 시스템은 이론적으로 매일 2만5000명의 트럭 운전사가 운송하는 것과 같은 양의 화물을 처리할 수 있다. 인구 감소와 운전 시간 규제 강화로 인해 2020년 66만 명이었던 일본 트럭 운전사 수는 2030년 48만 명으로 감소할 것으로 예상되기 때문에, 이러한 시스템은 일본 물류 산업에 큰 변화를 가져올 수 있다. 보고서에 따르면, 일본의 트럭 운전사 부족 현상은 일부 지역에서 41%에 달하며, 대책이 마련되지 않으면 2030년에는 배송 물량의 30%가 최종 목적지에 도달하지 못할 수도 있다. 아직 승인되지는 않았지만, 재팬타임스는 정부 보고서에는 컨베이어 벨트 계획이 2034년 출시를 목표로 하고 있다고 전했다. 2만5000대의 트럭이 도로에서 사라진다면 교통 체증 완화, 탄소 배출 감소, 트럭 운송 문제 해결에 도움이 될 수 있다. 컨베이어 벨트 시스템은 이미 전 세계 일부 지역에서 시험 운영되고 있어, 일본의 계획이 실현될 가능성은 충분하다. 일본의 리가타야마 석회석 광산에서는 이미 23km 길이의 컨베이어 벨트를 사용하고 있으며, 아프리카에서는 100km 길이의 시스템으로 광산과 항구 사이에 인산염을 운반하고 있다. 하지만 건설 비용은 막대할 것으로 예상된다. 일본 정부는 아직 공식적인 추정치를 제공하지 않았지만, 재팬타임스는 약 230억 달러(3조7000억 엔)에 달할 것으로 예상한다. 요미우리 신문은 오토플로우 로드 건설 비용이 10km 구간당 5800만 달러(약 93억 7000만엔, 약 800억원)에 달할 것으로 추산했다. 게다가 10년 후 인프라가 완공될 때쯤에는 자율주행 기술이 현재보다 훨씬 발전할 가능성이 높아, 컨베이어 벨트 건설의 실효성에 대한 의문도 제기된다. 컨베이어 벨트의 장점 컨베이어 벨트는 운송 효율성 증대와 인력 부족 문제 등을 해결할 수 있다. 또한 교통 체증 완화와 환경 문제 등에도 도움이 될 수 있다. 컨베이어 벨트는 자동화된 시스템으로 24시간 운영이 가능하며, 대량의 화물을 빠르고 효율적으로 운송할 수 있다. 일본의 경우처럼 트럭 운전사 부족 문제를 해결하고 인건비 절감 효과를 기대할 수 있다. 또한 도로 위 트럭 운행 감소로 교통 체증을 완화하고 탄소 배출량을 줄여 환경 보호에 기여할 수 있다. 자동화 시스템으로 유지 보수가 비교적 간편하며, 고장 발생 시 신속한 대응이 가능하다. 게다가 운전자의 피로, 부주의 등으로 인한 사고 위험을 줄이고, 안전한 운송 환경을 조성할 수 있다. 초기 비용과 기술적 한계 극복해야 컨베이어 벨트는 분명 물류 시스템에 혁신을 가져올 수 있는 잠재력을 지녔다. 하지만 동시에 극복해야 할 과제도 만만치 않다. 우선 막대한 금액의 초기 투자 비용과 높은 전력 소비, 기술적 한계 등의 단점도 있다. 컨베이어 벨트 시스템 구축에는 막대한 초기 투자 비용이 필요하다. 또한 시스템 유지 보수 및 전력 소비 등으로 인해 운영 비용이 높을 수 있다. 컨베이어 벨트는 주로 규격화된 화물 운송에 적합하며, 특수 화물이나 다양한 크기의 화물 운송에는 제약이 있을 수 있다. 폭설, 폭우 등 기상 악화 시 시스템 운영에 차질이 발생할 수 있으며, 야외에 설치된 경우 화물 손상 가능성도 있다. 현재 기술 수준으로는 완벽한 자동화 및 안전성 확보가 어려운 점 등 기술적 한계가 있을 수 있다. 일본 정부는 컨베이어 벨트 시스템을 통해 물류 효율성을 극대화하고, 배송 운전자 부족 문제와 늘어나는 화물 수요에 효과적으로 대응하며, 온실가스 배출량 감축에도 기여할 수 있을 것이라 기대한다. 하지만 10km 구간당 800억 엔이라는 막대한 건설 비용은 여전히 풀어야 할 숙제다. 컨베이어 벨트, 과연 물류 시스템의 구원투수가 될 수 있을까? 아니면 빛 좋은 개살구로 전락할까? 막대한 비용 문제를 해결하지 못한다면 장밋빛 미래는 요원할 수 있다. 일본 정부의 신중한 검토와 현명한 결정이 필요한 시점이다.
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[퓨처 Eyes(43)] 일본, 도쿄-오사카 500km 컨베이어 벨트 건설...물류 혁신의 신호탄?
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
- 중국 연구진이 인공 칩 위에서 배양한 뇌세포를 로봇에 연결하여 로봇을 제어하는 획기적인 시스템인 '메타복(MetaBOC)' 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 뉴아틀라스, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 이는 인간의 뇌와 기계를 연결하는 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술의 새로운 지평을 열었을 뿐만 아니라, 인공지능(AI)과 생물학적 지능의 융합 가능성을 보여주는 중요한 성과로 기록됐다. 메타복은 뇌세포를 이용하여 로봇을 제어하고 학습시키는 시스템으로, 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받는다. 텐진대학교와 남방과학기술대학교 연구팀이 개발한 메타복은 뇌-칩 생체 컴퓨터와 다른 전자 장치의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 인공적으로 배양된 뇌 오가노이드(미니 뇌)가 전기 신호를 통해 외부 환경을 인지하고, 로봇을 제어해 특정 작업을 수행하도록 돕는 것이다. 이는 인간의 뇌세포를 인공 신체에 이식하는 것을 목표로 하는 '바이오 컴퓨팅' 분야의 혁신적인 발전을 의미한다. 바이오 컴퓨팅은 생물학적 시스템, 즉 뇌세포를 이용하여 정보를 처리하고 계산하는 기술이다. 기존의 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 바이오 컴퓨터는 뇌세포의 벙렬 처리 능력과 에너지 효율성을 활용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 메타복은 이러한 바이오 컴퓨팅 기술을 로봇 제어에 적용함으로써, 로봇의 학습 능력과 지능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기능성을 제시했다. 브레인 온 칩 기술, 로봇 학습 능력 향상:인간 뇌 기능 모방 연구팀은 '브레인 온 칩(Brain-on-chip)' 기술을 활용해 로봇의 학습 능력을 획기적으로 향상시켰다. 브레인 온 칩은 작은 칩 위에 살아있는 뇌세포를 배양하고, 이를 통해 뇌의 복잡한 구조와 기능을 연구하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 통해 로봇이 물체를 잡고 장애물을 피하는 등 다양한 작업을 수행하도록 훈련시키는 데 성공했다. 특히, 뇌세포를 3차원 구형 오가노이드 형태로 배양해 더욱 복잡한 신경 연결을 형성하도록 유도했다. 또한 저강도 집속 초음파(LIFU) 자극을 통해 뇌 오가노이드의 지능적 기반을 강화해 뇌세포가 더욱 효과적으로 학습하고 정보를 처리할 수 있도록 했다. 이러한 기술적 진보는 로봇이 인간의 뇌처럼 학습하고 문제를 해결하는 능력을 갖추는 데 기여할 것으로 기대된다. 인공지능과 생물학적 지능의 융합: 새로운 지능 시스템의 탄생 메타복 시스템의 가장 큰 특징은 인공지능 알고리즘을 활용하여 뇌세포의 생물학적 지능과 효과적으로 소통한다는 점이다. 이러한 인공지능과 생물학적 지능의 융합은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 새로운 가능성을 제시하며, 인간과 기계의 상호 작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 인공지능은 데이터 학습을 통해 스스로 문제 해결 능력을 향상시키는 반면, 생물학적 지능은 직관, 창의성, 감정 등 인간 고유의 능력을 발휘한다. 메타복 시스템은 이 두 가지 지능을 결합하여 새로운 형태의 지능 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 이러한 시스템은 기존의 인공지능이나 인간의 지능만으로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다. 시뮬레이션 환경에서의 로봇 학습: 안전하고 효율적인 학습 환경 제공 메타복 시스템을 통해 뇌 오가노이드는 시뮬레이션 환경에서 로봇을 제어하고, 장애물 회피, 목표 추적, 물체 파지 등의 작업을 학습하는 데 성공했다. 시물레이션 환경에서의 학습은 실제 뇌세포 손상 없이 효율적인 학습을 가능하게 하며, 다양한 시나리오에서의 학습을 통해 로봇의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 시뮬레이션 기반 학습은 로봇이 실제 환경에 배치되기 전에 다양한 상황에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 하며, 로봇의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경에서의 학습 데이터를 분석하여 로봇의 성능을 개선하고 새로운 기능을 추가하는 데 활용할 수 있다. 윤리적 문제와 기술적 과제: 인간 존엄성과 안전성 확보 하지만 이러한 뇌-칩 인터페이스 기술은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 접시에서 배양되는 뇌세포는 과연 의식이 있는 것인가. 인공지능 또한 의식이 있다고 봐야 하는가. 생물학적 지능과 실리콘 기반 지능의 윤리는 다르다고 봐야 하는가 등의 의문을 제기한다. 이러한 시스템이 의식을 발달시킨다고 가정해 보면, 실제로 이 시스템으로 테스트 하는 것이 윤리적으로 옳은 일인지, 아닌지를 결정해야 할 수도 있다. 인공 뇌세포를 이용한 로봇 제어가 인간의 존엄성을 침해할 수 있다는 우려와 함께 뇌세포의 생존 유지 및 시스템 안정성 확보 등 해결해야 할 과제도 많다. 또한 뇌-칩 인터페이스 기술이 발전함에 따라 인공지능과 인간 지능의 경계가 모호해지면서 철학적인 논쟁도 불가피할 것으로 보인다. 따라서 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 과정에서는 윤리적 문제와 기술적 과제를 충분히 고려해야 한다. 인공 뇌세포 사용에 대한 명확한 윤리적 지침을 마련하고, 뇌세포의 안전한 관리 및 시스템의 안정성 확보를 위한 기술 개발에 힘써야 한다. 또한 인공지능과 인간 지능의 한계에 대한 사회적 논의를 통해 기술 발전에 따른 잠재적 문제점을 예방하고 해결 방안을 모색해야 한다. 미래 사회 변화의 촉매제: 의료, 로봇 공학, 인공지능 분야의 혁신 그럼에도 불구하고, 이번 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과다. 앞으로 메타복 시스템과 같은 기술은 의료, 로봇공학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 뇌졸중이나 착수 손상 환자의 제활 치료, 인공지능 로봇 개발, 뇌 질환 연구 등에 활용될 수 있다. 특히, 메타복 시스템은 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 인간의 뇌는 정교한 정보 처리 시스템으로, 현재의 인공지능 기술로는 완벽하게 모방하기 어렵다. 하지만 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 통해 인간의 뇌 기능을 더욱 심층적으로 이해하고 이를 인공지능 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 인간과 기계의 융합이라는 새로운 시대를 앞당기는 중요한 발걸음이 될 것이다. 앞으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 어떻게 발전하고 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
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[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴⋯방사선 노출 위험 고조
- 핀란드와 영국, 미국 등 국제 연구팀이 태양에서 발생하는 강력한 입자 폭발 현상이 지구의 오존층을 심각하게 파괴해 장기간 지구 표면에 방사선 노출량을 증가시킬 수 있음을 밝혔다고 PHYS.org가 2일(현지시간) 보도했다. 올해 5월초 발생한 강력한 오로라는 태양 폭풍이 방출하는 방사선 에너지를 보여주는 사례였다. 태양은 때때로 더 파괴적인 현상을 일으키기도 한다. '태양 입자 방출(solar particle events)'이라고 알려진 이 현상은 태양 표면에서 직접 방출되는 양성자 폭발로, 마치 탐조등처럼 우주 공간으로 뻗어 나갈 수 있다. 연구에 따르면, 지구는 약 1000년마다 극심한 태양 입자 방출 현상에 노출되며, 이는 오존층에 심각한 손상을 입히고 지표면의 자외선(UV) 복사량을 증가시킬 수 있다. 지난 7월 1일 미국 국립과학원 아카데미 회보에 게재된 논문에서 연구팀은 이러한 극한 상황이 발생했을 때 나타나는 현상을 분석했다. 또한 지구 자기장이 약화되었을 때 이러한 현상이 지구 생명체에 미치는 영향이 매우 클 수 있음을 보여줬다. 이 논문의 주저자는 판란드 오울루대학교(University of Oulu)의 프레이드리그 아르세노비치(Predrag Arsenovic)이며, 공동 저자는 영국 레딩대학교(University of Reading)의 매튜 오웬스(Mathew Owens), 미국 콜로라도대학교 볼더(University of Colorado Boulder)의 마이크 록우드(Mike Lockwood), 오울루대학교의 일리야 우소스킨(Ilya Usoskin), 레딩대학교의 루크 바나드(Luke Barnard) 등이다. 극지방 자기장, 오로라 형성 지구 자기장은 태양에서 방출되는 전하를 띤 방사선을 막아주는 중요한 보호막 역할을 한다. 일반적인 상태에서 지구 자기장은 거대한 막대 자석처럼 기능하며, 한쪽 극에서 나온 자기장 선이 다른 극으로 돌아가는 형태를 띠고 있다. 극지방에서는 자기장 선이 수직으로 배열되어 일부 이온화된 우주 방사선이 상층 대기까지 침투해 공기 분자와 상호작용하며 오로라를 생성한다. 그러나 지구 자기장은 시간이 지남에 따라 크게 변화한다. 지난 세기 동안 북극 자기는 연간 약 40km 속도로 캐나다 북부를 가로질러 이동했으며, 자기장 강도는 6% 이상 약화됐다. 지질학적 기록에 따르면, 지구 자기장이 매우 약하거나 완전히 사라진 시기가 수백년 또는 수천 년 지속된 경우도 있었다. 고대에 자기장을 잃고 그 결과 대기의 대부분을 잃은 화성을 살펴보면 지구 자기장이 없다면 어떤 일이 일어날지 알 수 있다. 지난 5월 지구에 오로라 발생 직후 강력한 태양 입자 방출 현상이 화성을 강타했다. 이로 인해 화성 탐사선 오디세이의 작동이 중단됐고, 화성 표면의 방사선 수치가 흉부 X선 촬영시 받는 방사션보다 약 30배나 높은 수준을 기록했다. 태양의 외기는 '태영풍'이라고 알려진 전자와 양성자의 끊임없이 변동하는 흐름을 방출한다. 그러나 태양 표면은 태양 입자 방출 현상에서 에너지, 주로 양성자인 에너지 폭발을 산발적으로 방출한다. 이는 종종 태양 플레어와 관련 있다. 오존 감소, 방사선 증가 양성자는 전자보다 훨씬 무겁고 더 많은 에너지를 가지고 있기 때문에 지구 대기의 더 낮은 고도애 도달해 공기 중의 기체 분자를 들뜨게 자극한다. 그러나 이러한 들뜬 분자는 육안으로 볼 수 없는 X선만 방출한다. 매 태양 주기(약 11년)미디 수 백건의 약한 태양 입자 방출 현상이 발생하지만, 과학자들은 지구 역사 전체에 걸쳐 훨씬 더 강력한 사건의 흔적을 발견했다. 가장 극단적인 것 중 일부는 현대 장비로 기록된 것보다 수전 배 더 강했다. 이러한 극단적인 태양 압자 방출 현상은 대략 수천 년마다 발생한다. 가장 최근의 사건은 993년 경에 발생했다. 즉각적인 영향 외에도 태양 입자 방출 현상은 상층 대기에서 오존을 고갈시킬 수 있는 일련의 화학 반응을 일으킬 수도 있다. 오존은 유해한 태양 자외선을 흡수해 시력과 DNA를 손상시킬 수 있으며, 피부암 위험을 증가시키고 기후에도 영향을 미친다. 새로운 연구에서 연구팀은 극심한 태양 입자 방출 현상의 영향을 조사하기 위해 대규모 컴퓨터 모델을 사용했다. 연구팀은 이러한 사건이 1년 정도 오존층을 고갈시켜 지표면의 자외선 수치를 높이고 DNA 손상을 증가시킬 수 있음을 발견했다. 그러나 지구 자기장이 매우 약한 시기에 태양 양성자 사건이 발생하면 오존 손상이 6년 동안 지속되어 자외선 수치가 25% 증가하고 태양에 의한 DNA 손상률이 최대 50%까지 증가할 수 있다. 진화와 자기장과의 상관관계 그렇다면 약한 자기장과 극심한 태양 양성자 사건의 이러한 치명적인 조합은 얼마나 자주 일어날까. 이 두 현상은 상대적으로 자주 함께 발생할 가능성이 크다. 실제로 이러한 사건의 조합은 과거 지구의 여러 가지 미스터리한 사건을 설명할 수 있다. 가장 최근의 약한 자기장 기간(북극과 남극의 일시적인 전환 포함)은 4만2000년 전에 시작되어 약 1000년 동안 지속됐다. 유럽에서 마지막 네안데르탈인의 멸종과 호주에서 거대 웜뱃과 캥거루를 포함한 유대류 거대 동물군의 멸종과 같은 몇가지 주요 진화 사건이 이 시기에 발생했다. 훨씬 더 큰 진화적 사건 또한 지구의 자기장과 관련이 있다. 남호주 플린더스 산맥의 화석에 기록된 에디아카라기 말(약 5억6500만년) 다세포 동물의 기원은 2600만 년 동안 자기장이 약하거나 없는 시기 이후에 발생했다. 마찬가지로 캄브리아기 대폭발(약 5억3900만년 전)에서 다양한 동물 그룹의 급속한 진화는 지자기 및 높은 자외선 수준과 관련이 있다. 관련 없는 여러 그룹에서 눈과 단단한 몸 껍질의 동시 진화는 '빛으로부터의 도피'에서 유해한 자외선 유입을 감지하고 피하는 가장 좋은 수단으로 설명됐다. 이제 막 첫발을 뗀 진화와 자기장과의 연구는 지구 생명체의 역사와 미래에 대한 이해를 넓히는 데 중요한 영향을 미칠 수 있다. 아울러 지구 온난화로 인한 자기장 변화가 생태계에 미칠 영향을 예측하고 대비하는 데 도움을 줄 수 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴⋯방사선 노출 위험 고조
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일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발
- 일본 과학자들이 살아 있는 인간 피부를 로봇 얼굴에 붙여 웃는 모습이 사람과 같이 자연스러운 로봇을 개발했다고 BBC방송이 전했다. 로봇 개발은 도쿄 대학 연구팀이 수행했으며 그 결과는 '셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)' 저널에 실렸다. 이에 따르면 일반 상식을 뛰어넘는 획기적인 방법의 로봇 개발은 사람의 피부 세포조직을 복제하는 것에서 비롯됐다고 한다. 개발된 프로토타입 로봇은 사람처럼 보인다기보다는 하리보에 더 가깝게 느껴진다. 하리보는 일본의 젤리 브랜드다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 이번 로봇의 개발은 쉽게 파손되지 않는 자가 치유 피부를 가진, 설득력 있고 현실적인, 움직이는 휴머노이드 로봇을 만드는 길을 열어줄 것이라고 기대했다. 인공 피부는 인간의 살아있는 세포를 사용하여 실험실에서 복제해 만들어졌다. 연구팀은 만들어진 피부가 진짜처럼 부드러울 뿐만 아니라, 상처가 나거나 심지어 잘리더라도 스스로 복구할 수 있다고 설명했다. 과거에도 인공 피부를 부착하려고 시도했지만 쉽지 않았다. 당시 개발팀은 작은 고리(미니 후크)를 앵커로 사용하려고 시도했지만, 로봇이 움직일 때 부착한 피부가 손상되는 결과를 가져왔다. 사람의 경우 피부는 인대(유연한 콜라겐과 엘라스테인으로 이루어진 작은 밧줄)로 묶여 있다. 연구진은 이 같은 기본 구조를 재현하기 위해 로봇에 많은 작은 구멍을 뚫고, 콜라겐이 포함된 젤을 적용한 다음, 그 위에 인공 피부층을 접합했다. 젤은 로봇에 뚫린 구멍을 막고 피부를 로봇에 결합한다. 연구팀의 수석 연구원인 다케우치 쇼지 교수는 "인간의 피부 및 인대 구조를 모방하고 고체 물질에 특수 제작된 V자형 천공을 사용함으로써 피부와 로봇을 결합하는 방법을 발견했다"고 설명했다. 다케우치 교수는 이어 "피부의 자연스러운 유연성과 강력한 접착 방법을 통해 피부가 찢어지거나 벗겨지지 않고 로봇과 결합해 일체가 되어 움직일 수 있다"고 부연했다. 연구원들은 이 기술이 상용화되기 위해서는 앞으로도 수년 동안의 테스트가 필요할 것이라고 말했다. 특히 중요한 과제는 로봇 피부 내부에 정교한 작동기, 즉 근육을 통합해 인간과 같은 표정을 만드는 것이라고 연구진은 밝혔다. 이 연구는 앞으로 사람들의 실제 성형 수술을 포함해 피부 노화 방지, 화장품 개발 등의 분야에서도 유용할 수 있다는 기대다.
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일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발
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[신소재 신기술(64)] 자가 치유 젤, 의료·로봇 공학 등 응용 분야 다양
- 유리처럼 단단하면서도 길이를 최대 5배까지 늘릴 수 있는 새로운 자가 치유 젤이 개발됐다. 미국 노스캐롤라이나 주립대학교(NCSU) 연구진이 개발한 이 젤은 최근 발견된 물에 노출될 경우 자가 치유되는 유리와 유사한 특징을 보이며, 절단되거나 손상된 부분이 스스로 복구되는 놀라운 특성을 지나고 있다고 BGR이 전했다. 연구팀은 이 새로운 물질에 '유리 젤(glassy gel)'이라는 이름을 붙였다. 이는 기존에 없던 새로운 물질로 우연히 발견되었다고 한다. NCSU 연구원인 메이시앙 왕(Meixiang Wang)은 이온젤을 연구하던 중 우연히 유리 젤을 발견했다고. 이온젤은 전기를 전도할 수 있는 이온성 액체를 이용하여 팽창된 고분자로 구성된 물질이다. 왕 연구원은 의료 기기, 로봇 공학, 압력 센서 등에 활용될 수 있는 신축성 있고 착용 가능한 장치를 만들기 위해 이온젤을 연구하고 있었다. 그는 이온젤 구성을 변경하는 과정에서 투명하고 평범한 플라스틱처럼 보이는 새로운 유리 젤을 만들어냈다. 연구팀은 이 물질을 테스트 하는 과정에서 뛰어난 신축성 뿐만 아니라 높은 강도와 자가 치유 능력을 가지고 있다는 것을 발견했다. 특히 절단된 젤을 다시 붙이면 상온에서 몇 시간 안에 원래 상태로 복구되는 놀라운 자가 치유 능력은 기존의 자가 치유 물질과 차별화되는 특징이다. 이후 팀은 이 새로운 자가 치유 젤의 특성을 이해하기 위한 연구에 몰두했다. 유리 젤은 50~60%가 액체로 구성되어 있음에도 불구하고 건조되지 않는 특징을 보였다. 또한 매우 높은 파괴 강도를 가지고 있으며, 물체를 부착할 수 있을 뿐만 아니라 절단 후에도 스스로 복구될 수 있다. 심지어 특정 형태로 늘렸을 때 열을 가하기 전까지 해당 형태를 유지하는 '기억' 능력도 가지고 있었다. 신축성 있고 젤과 같은 물질에서 재생 특성이 발견되는 것은 새로운 일이 아니지만, 이번 유리 젤의 특별한 구성 성분은 연구자들에게 더욱 흥미로운 연구 주제를 제공했다. 연구팀은 실제 응용 분야에 활용되기 전에 추가적인 최적화 및 테스트가 필요하다고 밝혔다. 유리 젤은 실용화되기까지는 몇 년이 걸릴 수 있지만, 이러한 새로운 물질의 발견은 미래의 다른 소재 개발에 혁신적인 돌파구를 제공할 수 있다는 점에서 큰 기대를 모으고 있다. 특히, 자기 치유 능력을 가진 유리 젤은 의료, 로봇 공학이나 전자 기기 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(64)] 자가 치유 젤, 의료·로봇 공학 등 응용 분야 다양
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[기후의 역습(17)] 기후 변화, 어린이 뇌 손상에 영향⋯가난한 어린이 위험 더 커
- 기후 변화의 가장 불평등한 측면은 지구를 달구는 탄소 배출에 가장 책임이 없는 사람들, 특히 빈곤층에게 불균형적으로 영향을 미친다는 것이다. 전문가들은 지구 온난화로 인해 노동 인구의 70%가 건강 위험에 노출되고 궁극적으로 약 10억 명이 사망할 수 있다고 예측한다. 이들 중 대부분은 빈곤층이다. 영향을 받는 것은 환경뿐만 아니라 사람들의 신체 자체라는 게 심각한 문제다. '네이처 기후변화(Nature Climate Change)' 저널에 실린 최신 연구는 기후 변화가 빈곤한 개인에게 불균형적으로 영향을 미치는 대표적인 사례로, 태어나기도 전인 태아의 뇌까지 변화시킨다는 사실을 보여준다. 네덜란드, 미국, 스페인 전문가로 구성된 연구팀은 '네덜란드 R세대 출생 집단(Netherlands Generation R birth cohort)'로 알려진 환자 그룹에서 2681명의 어린이를 12년 이상 동안 관찰했다. ‘네덜란드 R세대 출생 집단’은 로테르담의 다민족 도시 인구를 대상으로 태아 생활에서 태어나 자라기까지의 예비 인구 집단에 대한 연구다. R세대 연구 결과는 임산부와 어린이의 건강 및 의료를 최적화하는 전략 개발에 활용된다. 이 연구는 처음에는 9896명의 임산부가 참여했지만 수년에 걸쳐 다수가 제외됐다. 연구는 특히 태아기에 겪는 극심한 더위와 추위가 신경 발달에 영향을 미치는지 여부를 모니터링했다. 참가자 중 절반 이상이 네덜란드 출신이었으며, 10%는 수리남 또는 네덜란드령 안틸레스 출신이고 나머지는 튀르키예, 모로코 및 기타 다양한 국가 출신이었다. 참가자 75% 이상이 자녀가 9~12세가 되기 전에 실험 그룹에서 이탈했다. 남은 사람들은 대부분 가구 소득이 월 2200유로를 초과하고 이전 자녀가 없는, 높은 교육 수준의 네덜란드 부모 출신이었다. 연구진은 이런 인구 통계학적 동질성이 연구 결과를 다소 왜곡할 수 있다고 밝혔지만, 결과는 대단히 고무적이라는 평가다. 수년간 자기공명영상(MRI)으로 환자를 검사한 결과, 더위와 추위에 노출된 임신 초기 태아와 영유아는 청소년기 이전에 뇌의 미엘린(뉴런을 둘러싼 절연체)과 백질에 구조적 문제가 생길 가능성이 더 높았다. 또 이들의 뇌는 평균 확산도(MD), 즉 뇌 조직에서 물 분자가 쉽게 이동하는 정도가 감소했다. 그리고 이렇게 고통받는 아이들은 불균형적으로 저소득층 출신이었다. 연구팀은 "연구 결과는 두뇌 발달이 왕성한 유년기에 추위와 열에 노출되면 백질 미세 구조에 지속적인 영향을 미칠 수 있으며, 이는 현재 심각하게 진행 중인 기후 변화의 맥락에서 고려해야 할 큰 위험임을 시사한다"고 강조했다. 팀은 보고서에서 "임신, 유아기 및 9~12세 어린이에게서 추위와 열 노출 사이의 연관성을 발견했다. 예상되는 지구 온도 상승과 극심한 한파의 증가 추세를 고려할 때, 현재 진행 중인 기후 변화 비상 상황에서 이러한 영향은 더욱 악화될 수 있다"라고 썼다. 태아기나 초기 유아기 동안 극심한 더위나 추위에 노출된 어린이들이 건강한 백질, 즉 지적 활동, 신체 균형 유지 등을 담당하는 뇌 부분이 발달하지 못한다는 것을 의미한다는 지적이다. 이번 연구는 온도와 관련된 뇌의 물리적 구조를 조사한 최초의 분석이기 때문에 특히 중요하다는 평가다. 지금까지는 온도에 따라 어린이의 행동이 어떻게 변하는지를 조사했을 뿐, 행동 관찰을 뇌의 물리적 구조에 직접적으로 연관시킨 연구는 없었다. 연구팀은 가속하는 위기를 완화할 수 있는 방법을 시급히 개발해야할 것이라고 강조했다.
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[기후의 역습(17)] 기후 변화, 어린이 뇌 손상에 영향⋯가난한 어린이 위험 더 커
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질병 치료의 게임 체인저, 조절 T 세포의 재발견
- 면역세포인 조절 T 세포가 특정 신체 부위만이 아닌 다양한 조직에서 존재한다는 새로운 연구 결과가 발표됐다. 면역 반응을 억제하는 조절 T 세포에 대한 영국 케임브리지 대학의 이번 연구는 근육 손상 복구부터 모발 재생까지 다양한 질환 체료에 활용될 수 있는 가능성을 제시한다고 뉴아틀라스가 20일(현지시간) 보도했다. '조절 T 세포(Regulatory T cells, Tregs)'는 면역 체계의 과잉 반응을 억제하고 염증을 조절하며 자가면역 질환을 예방하는 백혈구의 일종이다. 기존에는 T 조절 세포가 특정 신체 부위에만 존재하는 특수 세포 집단으로 여겨졌다. 케임브리지 대학교 연구팀의 최근 연구는 이러한 통념을 뒤집었다. 연구팀은 T 조절 세포가 림프 조직 뿐만 아니라 다양한 조직에 존재하며 손상된 부위로 이동하여 복구 기능을 수행한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 면역 반응을 유발하는 광범위한 질병 및 부상 치료에 중요한 시사점을 제공한다. 조절 T 세포는 활성화된 면역 세포의 기능을 억제하며 과도한 면역 반응을 방지한다. 또한 자기 자신의 세포나 조직을 공격하는 자가면역 반응을 억제해 자가 면역 발병을 막는 중요한 역할을 한다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 특정 장기나 조직의 면역 반응을 억제하고 치유를 촉진하는 치료법 개발 가능성을 제시했다. 현재 사용되는 항염증제는 염증 부위 뿐만 아니라 전신 면역 체계를 억제하며 감염에 취약하게 만드는 단점이 있다. 하지만 이번 연구는 특정 부위의 면역 반응만을 조절하여 부작용을 줄이고 차료 효과를 높일 수 있는 가능성을 보여준다. 연구팀은 앞으로 인체 임상 시험을 통해 연구 결과를 검증하고, 궁극적으로는 다양한 질병 치료에 활용될 수 있는 치료법 개발을 목표로 하고 있다. 이번 연구 결과는 '이뮤니티(Immunity)' 저널에 게재됐다.
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질병 치료의 게임 체인저, 조절 T 세포의 재발견
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[신소재 신기술(60)] 자가 치유 유리, 물과 펩타이드 혼합으로 새로운 가능성 제시
- 물과 펩타이드를 조합해 자가 조립 뿐만 아니라 자가 치유되는 유리가 개발돼 관련 업계의 이목을 집중시키고 있다. 이스라엘 텔아비브 대학교 및 네게브 벤구리온 대학교의 재료과학자 팀은 미국 캘리포니아 공과 대학 소속 연구팀과 협력해 특정 펩타이드와 물을 혼합하면 자가 조립 및 자가 치유가 가능한 유리가 생성되는 것을 발견했다고 PHYS가 전했다. '자가 치유 유리'는 외부 충격이나 손상으로 균열이나 파손됐을 경우, 특별한 조치를 취하지 않고도 스스로 원래 상태로 복구되는 능력을 가진 유리를 말한다. 마치 살아있는 생명체가 스스로 상처를 치유하는 것과 비슷한 개념이다. 자가 치유 유리는 특수한 화학 물질이나 구조를 활용해 개발된다. 예를 들면, 특정 물질이 균열 부위로 이동해 틈을 메우거나, 미세한 캡슐에 담긴 치유 물질이 파손시 방출돼 손상 부위를 복구하는 방식 등이 있다. 연구팀은 다른 단백질의 특성을 조사하던 중 우연히 자가 치유 유리를 발견한 것으로 알려졌다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 이탈리아 트리에스테 대학교의 실비아 마르케산(Silvia Marchesan)은 같은 저널에서 해당 유리의 특성과 잠재적 응용 분야를 설명하는 기고글을 실었다. 연구팀은 짧은 펩타이드를 복잡한 거대 분자의 기존 구성 요소와의 대체 가능성을 조사하던 중, 두 개의 페닐알라닌 잔기로 구성된 디펩타이드 분자와 물을 혼합했을 때, 상온에서 물이 증발하면서 스스로 조립(자가 조립)되는 초분자 비정질 유리가 생성되는 것을 발견했다. 이 발견은 과거 펩타이드 자가 조립 연구에서 주로 결정질 구조의 물질이 생성되었던 것과는 달리, 투명하고 유리와 유사한 특성을 보였다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 이 새로운 유리의 특성을 분석하여 높은 강성과 더불어 자가 치유 및 접착력을 가지고 있음을 확인했다. 또한, 기존 유리와 동일한 수준의 투명도를 나타냈으며, 유리창이나 친수성 표면 코팅, 다양한 배율의 광학 렌즈 제작 등 정밀한 용도에도 활용될 수 있음을 밝혀냈다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 이 유리의 다양한 응용 분야를 탐색할 수 있을 것으로 기대했다. 특히 기존 상용 유리 제조 과정에서 요구되는 많은 에너지가 필요하지 않다는 점을 강조했다. 한편, 지난해 여름에는 자가 치유되는 금속이 발견됐다. 진공 환경에서 백금 나노 결정이 균열을 자가 복구하는 과정이 실험실에서 처음으로 관찰된 것. 미국 텍사스 A&M 대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 2013년 에측했던 금속의 자가 치유 현상이 10년만에 발견되는 영화와 같은 일이 실제로 일어난 갓이다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 지난해 여름 나노 결정의 균열 실험 중 금속의 자가 치유 현상을 발견했으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 자가 복구는 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어질 수 있는 '금속의 피로' 현상을 막을 수 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(60)] 자가 치유 유리, 물과 펩타이드 혼합으로 새로운 가능성 제시
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[우주의 속삭임(16)] 나사 화성 탐사선 퍼시비어런스, 고대 지질 밝히는 새로운 암석 발견
- 화성 탐사선이 바위 지대를 우회하는 경로라고 생각했던 화성의 네레트바 계곡(Neretva Vallis)이 연구팀에 새로운 지질학적 정보를 다수 제공했다고 나사(NASA)가 홈페이지를 통해 밝혔다. 홈페이지에 따르면 나사의 퍼시비어런스(Perseverance) 화성 탐사선은 바위를 피하기 위해 모래 언덕으로 우회, '브라이트 엔젤(밝은 천사)'이라는 별명을 가진 조사 대상 지역에 도착했다. 탐사선의 바퀴가 바위로 인해 손상될 것을 우려한 우회 조치였던 것. 그런데 경로 변경으로 인해 의외의 성과를 거두는 행운이 따라왔다. 브라이트 엔젤에 도달하는 예상 소요 시간을 몇 주 단축했을 뿐만 아니라, 고대 강 수로에서 지금까지 나타나지 않았던 암석을 찾아 새로운 지질학적 특징을 발견할 수 있었던 것이다. 퍼시비어런스는 '예제로 분화구(Jezero Crater)'의 가장자리 안쪽 지역인 '마진 유닛(Margin Unit)'에서 탄산염과 감람석(마그네슘-철 성분의 규산염광물) 퇴적물 증거를 찾고 있다. 북쪽 강 기슭에 위치한 브라이트 엔젤은 강 침식으로 노출됐거나 수로를 채운 퇴적물일 가능성이 있는 밝은 톤의 고대 암석 표면을 특징으로 한다. 연구팀은 탄산염과 감람석이 풍부한 마진 유닛 지역의 암석들을 찾고 예제로 분화구의 역사를 규명하는 작업을 진행하고 있다. 브라이트 엔젤로 가는 길에 퍼시비어런스 탐사선은 수십억 년 전 예제로 분화구로 많은 양의 물을 공급했던 네레트바 계곡 강 수로를 따라 운전했다. 나사의 퍼시비어런스 경로 계획 책임자 에반 그레이서는 "수로를 따라 이동하는 중 바위군이 장애물로 나타났고 이로 인해 하루 평균 100m를 넘던 주행 거리가 불과 수십 미터로 줄었다. 이에 따라 탐사선의 자동경로 탐색기(AutoNav)는 우회 경로를 찾게 됐고, 팀은 강 수로에 있는 400m 길이의 모래 언덕을 횡단하는 새로운 길을 찾았다“고 말했다. '아토코 포인트(Atoko Point)' 최초 발견 퍼시비어런스 연구팀은 그 과정에서 과거에는 관찰된 적이 없었던 바위로 뒤덮인 언덕 '워시번 산(Mount Washburn)'을 탐사할 수 있는 기회를 얻었다. 워시번 산의 질감과 구성의 다양성은 연구팀으로서는 흥미로운 발견이었다. 특히 이곳의 다양한 암석들 중 연구팀의 관심을 사로잡은 바위가 하나 발견됐다. 연구팀은 이곳을 '아토코 포인트(Atoko Point)'라고 명명했다. 발견된 바위는 넓이 45cm, 높이 35ccm로 얼룩덜룩하고 밝은 톤이었고, 어두운 주변의 바위들 사이에서 뚜렷이 구분됐다. 퍼시비어런스는 이 바위를 대상으로 슈퍼캠(SuperCam) 및 마스터캠-Z(Mastcam-Z) 장비를 사용해 분석에 나섰고, 결과 이 암석은 휘석과 장석 광물로 구성돼 있는 것으로 나타났다. 광물 알갱이와 결정의 크기, 모양, 배열, 그리고 화학적 구성 요소 면에서 아토코 포인트는 그 자체로 독보적이었다. 이에 대한 퍼시비어런스 과학자들의 의견은 갈린다. 일부는 아토코 포인트를 구성하는 광물이 분화구 가장자리에 노출된 지하 마그마 몸체에서 생성되었다고 추측했다. 다른 일부는 그 바위가 예제로 분화구의 훨씬 멀리에서 오래전 생성돼 화성의 수로를 따라 이동해 이곳으로 옮겨졌을 가능성을 점쳤다. 어느 쪽이든 연구팀은 아토코 포인트가 최초의 발견이며, 앞으로 이와 유사한 것을 더 찾을 수 있을 것으로 기대했다. 워시번 산을 떠난 퍼시비어런스 탐사선은 응회암 절벽의 지질을 조사하기 위해 북쪽으로 132m 떨어진 곳을 향했고, 605m 길이의 브라이트 엔젤 여정을 시작했다. 퍼시비어런스는 이 지역의 암석을 분석해 샘플을 수집할 것인지 평가하고 있다.
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[우주의 속삭임(16)] 나사 화성 탐사선 퍼시비어런스, 고대 지질 밝히는 새로운 암석 발견
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