검색
-
-
인간 뇌 1㎣, 150억개 연결까지⋯초고해상도 뇌지도 나왔다
- 과학자들이 고해상도 전자현미경을 사용해 인간 뇌조직을 이미지화해 나노 스케일의 3D 지도를 제작했다. 미국 하버드대학교와 구글 연구팀이 인간 뇌 1㎣(1입방밀리미터)의 세포 연결까지 보여주는 초고해상도 뇌지도를 제작했다고 하버드 매거진과 사이테크 데일리 등 다수 외신이 전했다. 이 지도는 뇌의 복잡성을 보여주고, 뇌 기능 이해를 위한 새로운 가능성을 제시한다. 미국 국립보건원(NIH)이 자금을 지원한 이 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다. 하버드 대학교의 제프 리히트만 박사와 구글 리서치의 비렌 자인 박사가 이끄는 연구팀은 전자 현미경(EM)을 사용해 입방밀리미터(1㎣) 크기의 인간 뇌 조직 조각을 고해상도로 이미지화했다. 이 뇌 조직은 뇌전증 수술의 일환으로 환자의 대뇌 피질에서 제거한 것이다. 하버드 매거진에 따르면 리피트만 박사의 연구팀은 10년 동안 대뇌 피질 1㎣를 분석해 인간 뇌의 연결에 대한 최초의 정밀 지도를 제작했다. 뇌 조직 분석 결과 매우 아름답고 목적을 알 수 없는 수 많은 복잡한 구조가 밝혀졌다. 신경 섬유가 다른 세포와 연결되는 경로에 정착하기 전에 마치 제자리에서 맴돌고 있는 것처럼 소용돌이 모양으로 성장하는 모습, 정반대 방향이 두 개의 수용체(수상 돌기)만을 가리키고 연결되지 않은 백질 기저층의 신경 섬유와 연결된 새로운 종류의 뉴런, 신경 섬유가 단일 세포에 50개 이상 연결되는 드문 사례인 다중 시냅스 연결 등이 그것이다. 이들의 관찰은 뇌가 어떻게 연결 되었는지에 대한 가정을 뒤집었다. 리히트만은 "많은 사람들이 과학이 문제를 해결하고, 답을 찾고, 치료할 수 있기를 기대하지만 이 경우에는 단순히 자연을 설명하는 것만으로도 뇌가 '우리가 생각하는 것보다 더 복잡하다'는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 먼저 조직을 다이아몬드 칼을 사용해 인간 머리카락의 1천분의 1보다 얇은 5000개 이상의 슬라이스 또는 섹션으로 자른 다음 각 섹션을 EM으로 이미지화했다. 그 결과 약 1.4페타바이트, 즉 1400테라바이트의 데이터가 생성됐다. 팀은 뇌 조직을 5000개 이상의 얇은 조각으로 나누어 각 조각을 전자현미경으로 촬영했다. 이렇게 얻은 1.4페타바이트(PB, 1400테라바이트)의 데이터를 기반으로 3차원 뇌지도를 만들었다. 뇌지도는 5만 7000개 이상의 세포와 약 1억 5000만 개의 시냅스(신경세포 연결 부위)를 포함하며, 이전에는 볼 수 없었던 뇌 구조 세부 정보를 제공한다. 바렌 제인이 이끄는 구굴의 연구팀은 각 슬라이스 내의 객체를 감지하고 일르 연결해 3차원 공간을 렌더링하는 새로운 신경망 기술을 개발했다. 리히트만은 '플러드 필링 신경망' 기술을 사용해 세포, 신경 섬유 및 혈관을 색칠했으며 "기본적으로 여러 섹션에 걸쳐 이러한 객체에 페인트를 붓는 격"이라고 설명했다. 가장 흔한 신경교세포는 신경교세포에 구조적인 지원과 전기적 절연을 제공하는 과립세포였다. 1㎣ 샘플에는 약 230mm의 혈관 세포도 포함되어 있었다. 특히, 연구팀은 재구성을 통해 뇌의 가장 깊은 층에 있는 삼각형 세포들이 서로 마주 보는 두 가지 방향으로 배열되어 있음을 발견했다. 이러한 배열의 의미는 아직 밝혀지지 않았지만, 뇌 기능 이해에 중요한 단서가 될 수 있다. 이번 연구 결과는 뇌 연결체학(뇌 세포 간 연결을 종합적으로 분석하는 학문)의 중요성을 보여주고, 뇌 기능 연구에 새로운 자원을 제공한다. 연구팀은 데이터셋과 분석 도구를 공개하여 다른 연구자들도 이를 활용할 수 있도록 했다. 미국 국립보건원(NIH) BRAIN Initiative 책임자인 존 응아이 박사는 "이번 연구는 신경과학자, 컴퓨터 과학자, 엔지니어 간의 협력이 뇌 기능 이해를 위한 완전한 지도 구축에 얼마나 중요한지를 보여준다"고 말했다.
-
- IT/바이오
-
인간 뇌 1㎣, 150억개 연결까지⋯초고해상도 뇌지도 나왔다
-
-
[우주의 속삭임(40)] 달 대기 생성의 비밀, 마침내 풀렸다
- 달은 우주의 진공에 노출되어 있다. 그래도 달은 실제로 가스로 덮여 있다. 층이 얇고 미약하지만, 외기권이라고 불리는 일종의 대기로 간주될 만큼은 충분하다. 달이 어떻게 가스 대기권을 유지하는지는 수수께끼였다. 지구의 자기장은 대기에 제한적이지만 어느 정도 영향을 미친다. 그러나 달에는 그러한 자기장이 없다. 따라서 달의 외기권은 이미 오래 전 태양 활동으로 인해 없어졌어야 했다. 그런 점에서 달의 외기권에서 가스가 없어지는 만큼 끊임없이 보충되고 있다는 것은 분명하다. 이에 대한 연구가 계속돼 온 가운데, 이번에 메사추세츠 공과대학(MIT) 연구팀이 달 대기권에서의 가스 보충의 비밀을 풀어냈다고 사이언스얼라트가 전했다. 연구 결과에 따르면, 먼지 입자보다 더 작은 미세 유성이 끊임없이 달 표면에 부딪히고, 이를 통해 달에서 먼지를 일으켜 증발시키며, 달 주변 공간으로 원자를 방출해 대기를 유지한다는 것이다. 연구팀원인 MIT의 지구화학자 니콜 니 박사는 "미세 운석의 달 충돌과 이로 인한 증발이 달 대기를 만드는 주요 과정이라는 확실한 답을 얻었다"고 말했다. 달의 나이는 대략 45억 년으로 추정되며, 그동안 달 표면은 운석의 지속적 충돌이 이어졌는데, 결국 얇은 대기가 달 전체에 걸쳐 작은 충돌로 인해 지속적으로 보충돼 결국 안정 상태에 도달했다는 것이다. 미세 운석의 달 충돌은 태양풍으로 운반된 하전 입자에 의한 것이다. 달의 대기는 매우 분산돼 있기 때문에 연구하기 어렵다. 아폴로 임무에서 남긴 달 탐지기가 달에서 다양한 원자 성분을 감지했기 때문에 대기권을 대략 파악하고는 있었지만, 천문학자들은 지금까지 그것이 정확히 어떻게 만들어지고 유지됐는지 알아내는 데 어려움을 겪었다. 연구팀은 달 외기권의 생성과 유지의 근원과 미세 운석의 역할 등을 구체적으로 규명하기 위해 새로운 분석을 수행했다. 팀은 2013~2014년 사이 7개월 동안 운영된 궤도선인 달 대기 및 먼지 환경 탐사선(LADEE: Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer)의 데이터를 분석했다. 분석 결과 운석이 대량으로 충돌하는 동안에는 대기에 더 많은 원자가 존재했다. 즉, 미세 운석의 충격이 영향을 미쳤던 것이다. 동시에 일식과 같이 달이 태양의 영향에서 벗어날 때 대기 중 원자에도 변화가 발생했다. 이는 태양 역시 영향을 미친다는 것을 의미한다. 연구팀은 나아가 아폴로 프로그램 동안 수집한 실제 달 먼지 샘플도 조사했다. 그 결과 달에서 발견되는 것으로 알려진 칼륨과 루비듐이라는 두 가지 원소를 찾았는데, 이들 두 원소 모두 매우 쉽게 기화되어 증발하는 성질을 가지고 있다. 태양 입자나 미세 유성체가 달 표면에 부딪히면 루비듐과 칼륨은 증발한다. 다만 이들은 더 무겁기 때문에 빠르게 달 표면으로 떨어진다. 팀은 달 먼지를 미세한 가루로 분쇄하고 질량 분석기를 사용해 분석했다. 결과 두 가지 과정 모두 달 외기권을 생성하는 데 역할을 한다는 것을 발견했다. 다만 미세 유성체의 충돌 기여도가 태양풍에 비해 두 배 이상이었다. 충격 증발의 경우 대부분의 원자는 달 대기에 머무르지만, 태양풍에 의해 퍼지는 원자는 대부분 우주로 방출됐다. 연구를 통해 비로소 두 과정의 역할을 정량화할 수 있게 되었다는 평가다. 운석 충격 증발과 태양풍 이온의 달 대기권 유지에 대한 상대적 기여도는 약 70대 30 또는 그 이상이라고 말할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(40)] 달 대기 생성의 비밀, 마침내 풀렸다
-
-
삼성전자, 업계 최박형 12나노급 모바일 D램 양산 개시…초슬림 기기 설계 혁신 이끌어
- 삼성전자는6일 업계 최소 두께를 자랑하는 차세대 모바일 D램, 12나노급 LPDDR5X D램 12GB(기가 바이트) 및 16GB 패키지의 양산을 시작한다고 발표했다. 이번 신제품은 두께가 단 0.65mm에 불과해, 현존하는 12GB 이상 LPDDR D램 중 가장 얇은 초박형 솔루션이다. 삼성전자는 독보적인 반도체 기술력을 바탕으로 업계 최소 크기의 12나노급 LPDDR D램을 4단으로 적층하고, 첨단 패키지 기술 및 ECM 기술을 최적화해 이러한 혁신을 이뤄냈다. 이를 통해 기존 제품 대비 두께를 약 9% 감소시키고 열저항은 21.2% 개선하는 쾌거를 달성했다. 특히, 웨이퍼 박판화 기술인 백랩(Back-lap) 공정을 극대화해 궁극의 슬림함을 구현한 점이 주목할만하다. 모바일 D램은 저전력, 고성능, 고용량 특성은 물론, 얇은 패키징 기술 또한 중요한 경쟁력으로 꼽힌다. 최근 모바일 기기의 초슬림화 및 고성능화 추세에 발맞춰 모바일 D램 역시 점점 얇아지고 있다. 이는 곧 기기 내부 발열 관리에도 직결되는 문제다. 삼성전자의 이번 신제품은 얇아진 두께만큼 확보된 여유 공간을 통해 원활한 공기 흐름을 유도하고 기기 내부 온도를 효과적으로 제어한다. 일반적으로 고성능이 필요한 온디바이스 인공지능(AI)은 발열 때문에 기기 온도가 일정 구간을 넘기면 성능을 제한하는 온도 제어 기능이 작동한다. 이번 제품을 탑재하면 온디바이스 AI 구동 시 발생하는 발열 문제를 해결해, 속도와 화면 밝기 저하 등 기기 성능 저하를 최소화하고 사용자 경험을 극대화할 수 있다. 시장조사기관 옴디아는 고성능 스마트폰에 탑재되는 모바일 D램의 유닛당 용량이 2028년까지 약 2배 이상 증가할 것으로 전망했다. 이제 LPDDR D램은 모바일을 넘어 AI 가속기, PC, 전장 등 다양한 분야에서 핵심 메모리 솔루션으로 자리매김하고 있다. 삼성전자는 이번 0.65mm 모바일 LPDDR5X D램을 모바일 애플리케이션 프로세서 및 모바일 제조사에 신속하게 공급해 저전력 D램 시장의 지배력을 강화할 방침이다. 더 나아가, 6단 구조 기반 24GB 및 8단 구조 32GB 모듈 역시 업계 최박형 LPDDR D램 패키지로 개발해 기술 리더십을 공고하 할 계획이다. 배용철 삼성전자 메모리 사업부 상품기획실장은 "고성능 온디바이스 AI 시대의 도래와 함께 LPDDR D 램의 성능 향상 뿐만 아니라 효율적인 온도 제어 역량 또한 중요한 화두로 떠올랐다" 며 "삼성전자는 시장의 지석적인 초박형 저전력 D램 개발과 고객 맞춤형 솔루션 제공을 통해 시장의 요구에 부응하고 혁신을 선도해 나갈 것이다"라고 밝혔다.
-
- IT/바이오
-
삼성전자, 업계 최박형 12나노급 모바일 D램 양산 개시…초슬림 기기 설계 혁신 이끌어
-
-
과학자들 "태양의 영향, 지구 깊숙한 곳까지 미친다"
- 지금까지의 통설은 화산 폭발이나 지각판 충돌과 같은 지구 내부의 변화가 지구 표면 환경에 영향을 미친다는 것이었다. 약 6600만 년 전의 대량 멸종과 빙하기 등은 주로 이러한 지구 내부의 변형에 의해 주도되는 것이라는 판단이었다. 그런데 태양의 복사열이 지구의 깊은 내부까지 영향을 미칠 수 있다는 새로운 연구 결과가 발표돼 주목된다고 PHYS, 신화통신 등이 전했다. 이는 중국과 루마니아 연구팀이 수행한 것으로, 보고서는 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 이 연구는 중국과학원, 중국 지질대학교, 부쿠레슈티 대학교의 지질학 및 지구물리학 연구소(IGG) 연구원들이 수행했다. 연구팀에 따르면 태양 복사열은 위도에 따라 달라지며, 해양 생물의 분포에 영향을 미치는 해수면의 온도 구배를 생성한다. 물체 내부를 열전도 할 때, 평행한 양면의 온도가 일정하고 물체 내부가 일정할 경우 물체 내부의 온도 분포는 직선이 되는데, 이 직선을 온도 구배라고 한다. 탄소가 풍부한 유기체는 해양판을 통해 지구 내부로 운반된다. 이 과정은 아크 마그마의 산화환원 상태에 큰 영향을 미친다. 아크 마그마의 산화환원 상태는 화산 아크에서 형성된 마그마 내 환원(산소를 잃거나 전자를 얻는 것)과 산화(산소를 얻거나 전자를 잃는 것) 상태 사이의 균형을 의미한다. 연구팀은 전 세계 지질학자들이 수집한 지구와 바다 깊은 곳의 마그마 샘플을 포함, 수천 개의 마그마 샘플에서 얻은 데이터를 분석했다. 팀은 아크 마그마의 산화환원 상태를 결정하기 위해 감람석 광물과 암석 내의 작은 용융물 함유물을 조사했다. 연구에 따르면 저위도 지역의 마그마는 고위도 지역보다 산화가 덜한 것으로 나타났다. 해저 연구의 추가 증거에 따르면 저위도 지역에서 탄소 퇴적물이 더 많이 감소한 것으로 나타났다. 이 탄소는 황과 상호작용하여 황화물을 형성한 다음 맨틀로 운반되어 관찰된 산화환원 패턴에 영향을 미쳤다. 연구팀원인 IGG 연구원 완 보는 "예상치 못한 이 패턴은 태양 복사열의 영향을 받는 지구 표면 환경과 기후가 맨틀과 같은 지구 깊은 곳에 직접적이고도 중요한 영향을 미친다는 것을 시사한다"라고 말했다. 구리, 주석, 리튬과 같은 많은 금속 광석은 산화환원 조건에 민감하다. 글로벌로 산화환원 상태의 공간적 및 시간적 분포를 이해하는 것은 이러한 중요한 자원의 위치와 가용성을 예측하는 데 중요한 의미를 갖는다. IGG 연구원인 휴 팽양은 "관찰된 패턴은 자원을 탐색하고 다양한 위도에서 지하 환경에 미치는 영향을 이해하는 데 새로운 방향을 제시한다"고 말했다.
-
- IT/바이오
-
과학자들 "태양의 영향, 지구 깊숙한 곳까지 미친다"
-
-
중국, 지구-달 연결 위성 정보 고속도로 건설 계획
- 중국이 지구와 달 사이(Cislunar, 시스루나)의 우주 공간 지배에 본격적으로 나섰다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 지구와 달 사이의 통신, 내비게이션 및 모니터링 기능을 혁신하기 위한 포괄적인 위성 네트워크 구축 계획을 공개한 것이다. 시스루나는 지구 주위의 위성 궤도, 달 궤도 내의 공간 및 그 사이의 영역을 포괄하는 ‘지구와 달 사이의 모든 영역’을 나타낸다. 지구와 달 사이에 고속도로를 건설하는 것과 유사한 개념의 통신 네트워크를 구축해 전 세계 사용자에게 서비스를 제공한다는 야심찬 계획이다. 이 아이디어는 중국 우주기술원(CAST)과 베이징 우주선 시스템 공학연구소(Institute of Spacecraft System Engineering)의 연구원들이 제시한 것이다. 목표는 20명 이상의 우주 여행자들이 이미지, 오디오 또는 동영상을 통해 지구와 동시에 통신할 수 있도록 하는 것이다. 또 지구-달 비행은 물론 달 표면에서의 작업을 위한 정확한 위치 확인, 내비게이션 및 타이밍을 제공하는 용도로도 이용한다. 사우스차이나모닝포스트 보도에 따르면, 지난 6월 중국 우주과학기술 저널에 실린 설명에서 연구원들은 이 네트워크를 통해 지구와 달 사이의 우주 공간에서 1m 정도로 작은 움직이는 표적까지도 관찰하고 추적할 수 있다고 한다. 중국 창어 5호 임무의 수석 설계자인 양밍페이 연구팀은 "시스루나 우주 공간은 인간 활동의 새로운 개척지로 부상하고 있다"고 말했다. 팀은 "이 지역에서의 인간 활동은 향후 10년 동안 급속히 확대돼 새로운 글로벌 경쟁의 물결을 불러일으킬 것"이라고 예상했다. 지구와 달 궤도에서의 무선 주파수 등 자원에 대한 경쟁은 이미 진행되고 있으며 상황은 더욱 치열해지고 있다. 그런 가운데 중국이 시스루나 우주 인프라를 개발하고 경쟁 우위를 확보하기 위한 로드맵 수립 및 실행에 나선 것이다. 게다가 이 공간은 군사적으로도 의미가 크다. 최근 몇 년 동안, 특히 군사 부문에서 시스루나 공간의 중요성이 더욱 커지고 있다. 예를 들어, 미국 공군은 지구에서 달까지의 43만 7000km를 순찰하면서 인공 물체를 탐지, 추적 및 식별하도록 설계된 위성 시스템을 개발하고 있다. 이 시스템은 기존 정지궤도 위성의 탐지 범위인 3만5785km를 10배 초과한다. 미국, 유럽, 일본의 민간 우주 기관들도 달에서의 과학적 탐사와 상업적 운영을 지원하기 위해 유사한 인프라를 제안했다. 중국은 달 및 심해 우주 탐사의 핵심 국가로 부상했다. 한편에서는 향후의 우주 임무를 위해 "중복 건설을 피하고 자원 할당을 최적화하기 위한 전략 계획이 필수적"이라고 지적하면서 기득권을 암시하고 있다. 여기에는 유인 달 착륙, 국제 달 연구 기지 건설, 외부 태양계 탐사가 모두 포함된다. 한편 양밍페이 팀에 따르면 중국의 시스루나 네트워크는 단계적으로 발전하게 된다. 첫 번째 단계에서는 최대 10명의 사용자와 통신할 수 있는 위성 2개와 달 제어 기지를 사용해 달 임무를 지원한다. 두 번째 단계에서는 10개의 위성과 두 번째 달 관측소를 추가해 데이터 속도를 초당 5GB(기가바이트)로 높이고 내비게이션 정확도를 100m로 향상시킨다는 계획이다.
-
- IT/바이오
-
중국, 지구-달 연결 위성 정보 고속도로 건설 계획
-
-
[먹을까? 말까?(38)] 우주 식량, 맛없는 이유는 외로움 때문?
- 우주라는 고립된 환경에서 오는 외로움이 우주 비행사들의 식사 만족도에도 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 호주의 로열멜버른공과대학(RMIT)의 연구팀은 우주 비행사들이 우주 식량을 즐기지 못하는 이유가 음식 향과 관련이 있을 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 우주에서는 장기 보관을 위해 동결 건조 또는 탈수 처리된 인스턴트 식품 위주로 섭취하는데, 이는 우주 비행사들이 영양 섭취 부족 문제와 연결되어 왔다. RMIT 연구팀은 이번 연구를 통해 우주 환경 자체가 음식 향에 대한 인식을 변화시킬 수 있으며, 외로움과 고립감 역시 식사 만족도에 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 수석연구원인 줄리아 로우는 "외로움과 고립감도 영향을 미칠 수 있으며, 이번 연구는 고립된 사람들이 음식 냄새를 맡고 맛보는 방식에 관한 시사점이 있다"고 말했다. 후각은 미각의 큰 부분을 차지한다는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 이에 연구팀은 54명의 참가자를 대상으로 VR을 이용해 국제우주정거장(ISS)환경을 시뮬레이션하고, 바닐라, 아몬드, 레몬 향에 대한 인식 변화를 관찰했다. 그 결과, 시뮬레이션된 우주정거장 환경에서 바닐라와 아몬드 향은 더 강하게 느껴졌지만, 레몬 향은 변화가 없었다. 연구팀은 이러한 현상의 원인으로 벤즈알데히드라는 화학 물질과 개인별 향 민감도 차이를 제시했다. 연구팀은 무중력 상태에서 체액이 상체로 이동하면서 발생하는 코막힘 등의 현상도 우주인의 미각과 후각을 둔하게 만들 수 있다고 설명했다. 중력이 부족하면 체액이 하체에서 상체로 끌려간다. 이로 인해 얼굴 붓기와 코막힘 현상 등이 나타난다. 이는 심한 감기에 걸린 것과 비슷하다. 그러나 이러한 체액 이동 효과는 일시적인 것이며, 우주정거장에 머무르는 동안 몇주 이내에 사라진다. 로우는 보도자료에서 "우주인들이 체액 이동 효과가 사라진 후에도 여전히 음식을 즐기지 못하는 데. 이는 다른 더 큰 이유가 있을 수 있음을 시사한다"고 밝혔다. 한편, 우주 식량은 모든 사람들이 먹을 수 있는 일반적인 음식은 아니다. 또한 우주 식량은 단순한 식사를 넘어 우주 탐사의 성공과 우주인의 건강을 책임지는 핵심요소라고 할 수 있다. 우주 식량은 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민, 무기질 등 필수 영양소를 골고루 함유해 균형잡힌 식단을 제공한다. 극한의 우주 환경을 극복하기 위해 특별히 개발된 우주 식량은 뛰어난 보존성과 간편 요리 등의 특징을 지니고 있다. 냉장 시설이 부족한 우주에서는 장기간 보관이 필수다. 우주 식량은 동결 건조, 탈수, 레토르트 살균 등 첨단 기술을 통해 부패 걱정 없이 오랫동안 신선함을 유지한다. 아울러 우주선은 공간이 한정적이기 때문에 우주 식량은 부피와 무게를 최소화해 효율적인 운반과 보관을 가능하게 한다. 또 우주에서는 조리 환경이 열악하고 무중력 상태에서는 조리하기가 어렵다. 그 때문에 우주 식량은 뜨거운 물이나 차가운 물, 전자레인지만으로도 간편하게 조리할 수 있도록 설계됐다. 우주 식량 개발 과정에서 얻은 기술은 식품 가공, 포장, 보존 기술 발전에 기여해 일반인의 식탁에도 긍정적인 영향을 미치고 있다. 이번 연구는 장기 우주 임무를 수행하는 우주 비행사들을 위한 맞춤형 식단 뿐만 아니라 요양원 등 고립된 환경에 있는 사람들의 식단 개선에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 로우는 "이 연구의 장기적인 목표 중 하나는 우주비행사뿐만 아니라 고립된 환경에 있는 다른 사람들에게 더 나은 맞춤형 식품을 만들어 영양 섭취량을 100%에 가깝게 늘리는 것"이라고 말했다.
-
- 생활경제
-
[먹을까? 말까?(38)] 우주 식량, 맛없는 이유는 외로움 때문?
-
-
금속 3D 프린팅, 우주에서 비상 우주선·의료용품에 적용 가능
- 3D 프린팅은 지상에서 이미 우주 산업에서 로켓 엔진과 부품을 제작하는 데 많이 사용되고 있다. 전문가들은 3D 프린팅 기술을 지상뿐만 아니라 우주 공간에서도 활용하는 방법을 모색하고 있다. 전문 매체 디지털트렌드에 따르면, 유럽은 최근 국제우주정거장(ISS: International Space Station)에 최초로 금속 3D 프린터를 올려 보냈다. ISS에서는 지난 10년 동안 일반 3D 프린터를 사용해 왔다. 3D 프린터 기술이 더욱 발전함에 따라 과학자들은 최신 금속 3D 프린터가 우주에서도 사용될 수 있는지를 테스트하고 있다. 최근 캘리포니아 주립대학교 버클리 캠퍼스(UC 버클리) 연구팀이 버진 그룹의 우주 관광 프로젝트인 버진 갤럭틱(Virgin Galactic) 임무를 위해 새로운 금속 3D 프린터를 우주로 보냈다. 스페이스CAL(SpaceCAL)이라고 불리는 이 프린터는 극미중력 환경에서 작동할 수 있도록 특별히 설계됐다. 연구팀은 이 프린터로 우주 공간에서 단 몇 분 동안 4개의 테스트 부품을 인쇄해 냈다고 밝혔다. 만들어 낸 테스트 부품에는 PEGDA라는 액체 플라스틱 재료로 만든 작은 모형 우주 왕복선도 포함됐다. 연구팀의 구상은 필요한 도구나 소모품을 만드는 미래의 우주 임무에 금속 3D 프린팅 기술을 사용하겠다는 것이다. 연구원인 테일러 와델은 "언젠가 우주선용 부품과 도구는 물론 콘택트 렌즈나 승무원용 치아 크라운(치아 머리 부분 전체를 감싸는 보철)에 이르기까지 모든 것을 제조하는 데 3D 프린팅 기술이 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 그렇게 되면 우주선이 고장나더라도 3D 프린터로 O-링이나 기계식 마운트 또는 도구까지 인쇄할 수 있다. 우주인들이 사용하는 생활 도구의 제작이나 수리도 가능하다. 치과 교체품, 피부 이식편, 안경 렌즈, 응급 의료용 맞춤 물품 등도 만들어 낸다. 우주에서의 임무에서 이는 매우 중요하다. 금속 3D 프린터는 플라스틱 소재만 인쇄하는 것이 아니기 때문이다. 실리콘, 유리 합성물, 생체 재료로도 인쇄할 수 있기 때문에 승무원과 우주선을 위한 응급 대처가 가능해진다. 지상과 우주공간을 오가며 중요 부품이나 소모품을 조달하는 시대가 마감될 수 있다. 연구팀은 언젠가 인간 장기나 보조 기구까지 인쇄하는 시대가 올 것으로 예상한다. 이미 ISS에서 기술을 테스트하고 있다. 우주인에게 발생할 수 있는 사고와 이에 따른 상처를 봉합하는 도구 등을 프린팅하는 것이다. 이 기술은 지구상의 극한 환경이나 원격 환경에서도 다른 용도로 사용될 수 있다. 와델은 "우주뿐만 아니라 지구상에 거주하는 특수한 환경의 사람들에게까지 혜택을 줄 수 있는 솔루션으로 이어질 수 있다”고 기대했다.
-
- IT/바이오
-
금속 3D 프린팅, 우주에서 비상 우주선·의료용품에 적용 가능
-
-
한화오션, 스마트 선박 조명 제어로 탄소 배출량 절반 감축
- 한화오션은 선박에 적용하는 '스마트 조명 제어 시스템'에 대한 개념승인(기술 타당성 검증)을 한국선급(KR)으로부터 인정받았다고 12일 밝혔다. 이 시스템은 선박 구역별로 조명 밝기를 능동적으로 조절하여, 내부 복도에서는 움직임 감지 센서를 통해 사람이 지나갈때만 불이 켜지도록 한다. 엔진룸에는 시간대별 조명 제어를 적용해 근무 시간 외에는 밝기를 평소의 5% 수준으로 낮춘다. 식당 등 공용 공간에는 밝기 조절 스위치를 설치해 사용자 선택의 폭을 넓혔다. 한화오션은 조선업계 최초로 선박에 조명 중앙제어 프로그램을 도입했다고 밝혔다. 조타실에 설치된 이 프로그램을 통해 선박 조명을 제어할 뿐만 아니라 조명 상태 확인과 고장 알림 기능도 제공한다. 17만4000㎡급 액화천연가스(LNG) 운반선을 기준으로 스마트 조명 제어 시스템의 경제성을 분석한 결과, 연간 이탄화탄소 배출량이 기존 조명 대비 최대 45% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 연료 및 전력 소비량은 44% 줄었고, 조명 수명은 48% 연장됐다. 향후 한화오션은 스마트 조명 제어 시스테ㅐㅁ을 자체 스마트십 플랫폼인 'HS4'와 연동하여 통합 관리 기능을 제공할 예정이다. 서행명 한화오션 상무는 "앞으로도 고객의 요구에 부응하는 친환경 제품 및 개술 개발에 적극적으로 노력하겠다"고 말했다.
-
- 산업
-
한화오션, 스마트 선박 조명 제어로 탄소 배출량 절반 감축
-
-
[기후의 역습(26)] 1960년대 항공 사진으로 붕괴 이전 남극 빙하 재구성
- 수십 년 전의 항공 사진을 이용해 빙하 붕괴 이전의 남극 빙하를 재구성한 보고서가 발표돼 주목된다고 더컨버세이션이 전했다. 남극의 무너지기 전 라슨 B 빙붕(Larsen B Ice Shelf)을 재현하고 효과를 분석한 이 연구 보고서는 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'에 발표됐다. 지난 2002년 3월, 라슨 B 빙붕이 붕괴돼 호주 태즈매니아 섬의 약 6분의 1 정도 크기가 파괴됐다. 빙붕은 남극 대륙과 이어져서 바다에 떠 있는 얼음덩어리를 말하며, 그 두께는 300~900m에 달하고 남극 전체 얼음 면적의 10%를 차지한다. 발표된 논문에서는 1960년대 찍은 약 1000장의 남극 필름 사진을 사용, 라슨 B 빙붕이 붕괴되기 수십 년 전 5개의 빙하의 모습을 정확히 재구성했다. 이를 통해 빙붕 붕괴 후 해수면 상승 정도를 정확하게 계산할 수 있었다고 한다. 남극 대륙의 변화는 지구와 인류에게 막대한 영향을 미친다. 빙붕이 사라지면 빙하가 빨리 녹아 전 세계 해수면을 끌어올린다. 라슨 B 빙붕도 당시 수년간 비정상적으로 따뜻한 기온이 이어진 후 무너진 것이다. 이로 인해 빙하에도 극적인 변화가 일어났다. 그러나 그 이전의 과거 빙하 정보는 많지 않았다. 연구팀이 주목한 것은 과거의 필름 사진 정보였다. 30만 개 이상의 역사 이미지로 구성된 사진 아카이브에는 1968년부터 남극에 대한 기록이 포함되어 있었다. 이 이미지들은 과거와 현재의 차이를 측정하는 데이터를 제공했다. 빙붕은 해수면 상승과는 직접적인 관계는 없지만, 빙하의 흐름을 막는 중요한 역할을 담당하고 있다. 즉, 빙붕이 없어지면 대륙의 빙하는 빠르게 바다로 녹아 들어간다. 육지의 빙하가 바다로 이동하면 해수면은 당연히 상승하게 된다. 보고서는 남극의 빙하가 미래의 기후 변화에 어떻게 반응할지 정확하게 예측하려면 과거에 빙하가 어떠했는지 이해해야 한다고 강조했다. 남극 대륙의 일부 지역은 매우 험난하기 때문에 직접 방문해 데이터를 수집하는 것이 어렵다. 학자들이 위성이나 항공 데이터를 찾는 이유이기도 하다. 1946~2000년 사이, 미국 해군 지도 제작자들은 남극 대륙 지도를 작성하기 위해 대륙 전역을 비행하며 33만 장에 달하는 고품질 대형 필름 사진을 찍었다. 사진 스캔본은 미네소타 대학교 극지공간센터(Polar Geospatial Center)에 보관됐으며 무료로 내려받을 수 있다. 이 스캔 사진들은 현대 위성이 포착할 수 있는 만큼 고해상도이다. 연구진은 사진 측량 기술을 적용해 라슨 B 지역 빙하 5개의 3D 모델을 만들었다. 전통적인 사진 측량법에 따라 서로 다른 각도에서 찍은 두 장의 겹치는 사진을 사용해 3D 표면을 만들었다. 이를 컴퓨터로 고속 작업하면 수백 장의 겹치는 사진을 쉽게 결합해 모델링할 수 있다. 겹치는 사진의 일치점을 자동으로 감지하고 해당 3D 위치를 기하학적으로 계산하면 수백만 개의 일치점으로 정확한 빙하 표면이 만들어질 수 있다. 1968년과 빙붕 붕괴 수 개월 전인 2001년 다섯 개의 빙하를 비교한 결과, 연구팀은 빙하 모양이 크게 변하지 않았음을 발견했다. 그러나 빙하 붕괴 이후 350억 톤의 육지 빙하가 상실됐다. 하나의 큰 빙하에서만 280억 톤이 손실됐다. 이는 전 세계 해수면을 약 0.1mm 상승시켰다. 빙하 하나의 붕괴가 일으킨 큰 변화다. 다르게 말하면 지구상의 모든 사람이 10년 동안 매일 1리터의 물을 쏟아 부은 양과 같다. 기후 변화가 가속화됨에 따라 대기와 해양의 온난화는 남극 반도에 남아 있는 빙붕을 위협하고 있다. 사진 아카이브는 변화의 기록을 확장하고 상황이 얼마나 변화하고 있는지 확인하는 데 요긴하게 쓰일 것으로 기대된다. 같은 방법으로 다른 빙붕이나 빙하, 해안선의 변화, 펭귄 서식지, 식생의 확장 또는 직접적인 인간에의 영향을 조사하는 데도 사용할 수 있다.
-
- 포커스온
-
[기후의 역습(26)] 1960년대 항공 사진으로 붕괴 이전 남극 빙하 재구성
-
-
[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
- 미국 스탠퍼드 대학교 연구팀이 칩 크기의 초소형 티타늄 사파이어(Ti:sapphire)레이저 개발에 성공했다. 이 레이저는 기존 티타늄 이온 도핑 사파이어 크리스탈로 만든 티타늄 사파이어 또는 Ti:사파이어 레이저보다 4배 작고 비용은 3배 더 저렴하며 효율성도 크게 향상되었다고 IFL이 3일(현지시간) 전했다. 기존 티타늄 사파이어 레이저는 높은 가격과 큰 부피, 그리고 구동을 위한 여러 대의 고출력 레이저가 필요하다는 단점이 있었따. 스탠퍼드리포트는 이번에 새로 개발 티타늄-사파이어 레이저에 대해 "'타의 추종을 불허하는 성능'을 가진 것으로 간주된다"고 전했다. 이어 "레이저는 최첨단 양자 광학, 분광학, 신경 과학을 포함한 많은 뷴야에서 없어서는 안 된다. 하지만 그 성능은 엄청난 대가를 치른다"면서 "Ti:sapphire는 부피가 입방 피트9볼링 공 4개 정도의 공간을 차지함)에 달할 정도로 크고 비용도 수십만 달러에 이른다. 또한 3만 달러 이상에 달하는 다른 고출력 레이저가 있어야 작동한다"며 기존 레이저의 단점을 지적했다. 스탠퍼드대 전기공학과 교수이자 칩 크기의 Ti:사파이어 레이저 논문의 시니어 저자인 옐레나 부치코비치(Jelena Vučković)는 "이것은 기존 모델에서 완전히 벗어난 것"리하고 말했다. 그는 "크고 값비싼 레이저 한 대가 아닌, 하나의 칩에 수백대의 레이저를 탑재할 수 있는 시대가 곧 올 것"이라고 전망했다. 연구팀은 티타늄 사파이어를 이산화규소(sio2) 절연체 위에 장착하고 수백 나노미터 두께의 티타늄 사파이어 층을 정밀하게 연마하고 에칭하여 소용돌이 모양의 융기, 즉 도파관을 형성했다. 이 도파관을 통과하는 빛은 소형 히터를 사용해 가열되며 사용자가 필요에 따라 레이저 파장을 조정할 수 있도록 한다. 즉, 연구팀은 마이크로스케일 히터를 통해 방출되는 빛의 파장을 변경해 빛의 색상을 700~1000나노미터(적색에서 적외선까지) 사이에서 원하는 대로 조절할 수 있었다. 또한 레이저 크기 축소는 강도를 높여 효율성을 향상시키는 효과도 있었다. 이 소형 레이저는 양자 광학, 분광학, 신경 과학 등 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 넓은 파장 범위에서 에너지를 방출하는 탁월한 이득 대역폭과 1000조 분의 1초마다 빛 펄스를 방출하는 초고속 특성을 가지고 있다. 이는 기존 레이저보다 약 14배 빠른 속도다. 부치코비치 교수와 공동 제1저자인 조슈아 양과 연구팀은 이 새로운 레이저가 다양한 분양에 미칠 영향에 대해 큰 기대를 걸고 있다. 양자 물리학 분야에서는 이 저렴하고 실용적인 레이저가 최첨단 양자 컴퓨터의 소형화를 획기적으로 앞당길 수 있을 것으로 예상된다. 신경 과학 분야에서는 광섬유를 통해 뇌 속 뉴런을 빛으로 조절하는 광유전적 연구에 즉각적인 활용이 가능할 것으로 보인다. 소형 레이저를 활용하면 더욱 작은 프로브(probe, 뇌 활동을 측정하고 자극하는 데 사용되는 도구)를 개발해 새로운 실험 방법을 모색할 수 있다. 안과 분야에서는 노밸상 수상 기술은 '처프 펄스 증폭(chirped pulse amplification)'을 이용한 레이저 수술에 새로운 방식으로 활용되거나, 망막 건강 평가에 사용되는 광 간섭 단층 촬영 기술을 더 저렴하고 작게 만들수 있을 것으로 기대된다. 칩 형태의 레이저는 기볍고 휴대성이 뛰어나며 저렴하고 효율적이다. 그리고 대량 생산이 가능하다. 양 연구원은 "우리는 단일 4인치 웨이퍼에 수 전개의 레이저를 놓을 수 있었다"며 그렇게 되면 레이저당 비용이 거의 0이 되기 시작한다. 이는 매우 흥미로운 일이다"고 말했다. 연구팀은 이번 연구 결과가 티타늄 사파이어 레이저의 대중화에 기여할 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
-
-
미국 NIST-콜로라도주립대 JILA, 역대 최고 초정밀 원자시계 개발
- 미국표준기술연구소(NIST)와 콜로라도주립대 볼더 캠퍼스가 합작해 설립한 물리학 연구소 JILA의 연구진이 아인슈타인의 일반 상대성이론이 예측한 대로 미세한 효과까지 측정할 수 있는 초정밀 빛 기반 원자시계를 개발했다고 NIST가 발표했다. NIST 홈페이지에 실린 게시글에 따르면 제작된 시계는 1초를 보다 정확하게 나타내게 되며, 심지어는 새로운 지하 광물 매장지의 발견으로까지 이어질 수도 있다고 한다. 원자시계는 일반적으로 마이크로파를 사용해 1초의 길이를 결정한다. 이번 연구는 여기에서 발전한 것으로, 가시광선으로 원자를 비추면 광파의 주파수가 마이크로파보다 훨씬 높아 초를 더욱 정확하게 계산해 낸다. 빛 기반 광학 원자시계는 마이크로파 시계에 비해 더욱 정밀해 300억 년에 1초 정도의 오차가 생길 수 있다. 다만 이 정도의 정확도에 도달하려면 시계의 정밀도 역시 높아져야 한다. 즉 극히 정밀한 초까지 측정할 수 있어야 한다. 원자시계의 정밀도 향상 JILA 연구진은 가시광선을 사용하는 대신 광학 격자로 알려진 빛의 그물을 사용해 수만 개의 원자를 동시에 측정했다. 이는 원자시계에 초를 정확하게 측정할 수 있는 더 많은 데이터를 제공했다. 과거에는 광학 격자 접근 방식이 사용됐지만, JILA 연구진은 측정을 위해 상대적으로 더 부드러운 접근 방식을 사용했다. 이로 인해 레이저 자체가 원자를 측정하거나 원자가 서로 충돌하는 효과 등 두 가지 오류 가능성을 줄일 수 있었다. 상대성과 그 이상의 효과 측정 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 중력은 시간에 영향을 미친다. 중력장이 강할수록 시간의 흐름이 느려진다. JILA가 개발한 시계는 밀리미터 미만 규모의 시간 기록에 대한 중력의 영향을 감지할 수 있을 만큼 민감하다. JILA와 NIST의 물리학자인 준 예 교수는 이번 원자시계 제작과 관련, 시간 기록으로 가능한 한계를 돌파하고 있다면서 시계 설계가 측정을 넘어 양자 영역까지 확장됐다고 말했다. 양자 컴퓨터는 원자와 분자의 특성을 활용해 복잡한 계산을 수행한다. JILA 시계는 정밀한 측정이 가능하기 때문에, 일반 상대성이론과 양자역학 이론이 교차하는 미시적 영역에서 중력에 의한 시간 흐름의 왜곡까지 측정할 계획이다. 시계의 정확성은 과학자들이 매우 먼 거리에 떨어진 우주 공간에서도 정확한 시간을 유지하는 데 도움이 된다. 이와 관련, 예 교수는 "예컨대 정밀한 정확도로 화성에 우주선을 착륙시키려면 현재 GPS에 있는 것보다 훨씬 더 정확한 시계가 필요하다"고 덧붙였다. 보고서는 "과학은 측정 영역의 미개척지를 탐구하고 있다. 높은 수준의 정밀도로 사물을 측정할 수 있게 되면 지금까지 이론으로만 가능했던 현상이 실제로 보이기 시작한다"고 강조했다. 연구 결과는 '피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)' 저널에 게재될 예정이다.
-
- IT/바이오
-
미국 NIST-콜로라도주립대 JILA, 역대 최고 초정밀 원자시계 개발
-
-
[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.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴⋯방사선 노출 위험 고조
-
-
[신소재 신기술(68)] MIT 생체공학 다리, 신경계 직접 연결로 생체 모방 보행 가능
- 미국 메사추세츠 공과대학교(MIT) 연구팀은 두뇌의 신경계와 완전히 연결된 새로운 생체공학적 인공다리(의족)를 개발해, 절단 환자들에게 자연스러운 보행 능력을 회복하는 데 성공했다고 발표했다. 해당 연구에 대해서 CNN과 네이처닷컴 등 다수 외신이 1일(현지시간) 보도했다. 이번 연구는 절단 환자들의 삶을 획기적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 지닌 것으로 평가받고 있다. 연구에 참여한 절단 환자들은 기존의 인공다리 사용보다 보행 속도가 월등하게 향상되었으며, 일반인들의 보행과 비슷한 수준으로 걸을 수 있었다. 테스트에 참여한 매사추세추 출신의 47세인 남성은 "다리가 절단된 것 같지 않았다"며 "제 인생에 가장 행복한 순간이었다"고 말했다. 이 연구의 책임 연구원이자 수석 저자인 MIT의 양 바이오닉스 센터의 공동 책임자 휴 허(Huge Herr) 박사는 "이 의족은 인간의 신경계에 의해 완전히 제어되어 자연스러운 보행 속도와 보행 패턴을 보여주는 최초의 생체공학 다리"라고 설명했다. 허 박사는 "마치 팔다리가 살과 뼈로 만들어진 것처럼 자연스럽게 느껴진다. 뇌가 정상적인 감각을 느끼기 때문에 중뇌가 사지가 절단된 사실을 인지하지 못하는 것 같다"고 말했다. 최근 인공다리는 기능적 측면에서 상당한 발전을 이루고 있지만, 여전히 자연스러운 보행을 제공하는 데는 한계가 있었다. 기존 인공 다리는 센서와 알고리즘을 사용하여 움직임을 제어하지만 신경계와의 직접적인 연결이 부족해 불편함과 불안정성을 유발할 수 있다. MIT 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 신경계와 연결된 생체공학적 인공다리를 개발했다. 이 인공다리는 절단된 근육과 뇌 사이의 신호 전달을 유지하는 새로운 근육 연결 기법인 'AMI(agonist-antagonist myoneural interface, 길항근 근신경 인터스페이스)'를 사용해 절단 수술을 실시했다. 이후 절단 부위와 인공 다리 사이에 센서를 장착해 뇌로부터 오는 전기 신호를 전달하는 방식으로 의족이 자신의 위치와 움직임을 인식하고 이 정보를 다시 환저에게 보내 '몸의 위치 감각(proprioception)'을 가능하게 했다. 허 박사는 보철물이 인간의 신경계 보다는 로봇 알고리즘에 의해 제어되는 추세를 관찰한 후 이 프로젝트에 착수했다. 신경보철물은 제건된 절단 부위와 생체 다리 사이에 배치된 센서를 사용해 뇌에서 전기 신호를 전송한다. 이를 통해 보철물이 위치와 움직임을 감지하고 이 정보를 환자에게 다시 보내어 고유한 감각을 느낄 수 있다. 고유 감각은 뇌가 공간에서 자기 움직임과 위치를 감지하는 능력이다. 허 박사는 "우리는 인간의 몸을 제건하고 싶다"며 "우리는 재건하고 사람들이 원하는 것을 둘려주고 싶다. 우리는 그저 점점 더 호화로운 로봇 도구나 장치를 만들고 싶지 않다"고 말했다. 연구팀은 인터스페이스를 테스트 하기 위해 14명의 참가자를 두 그룹으로 나누어 생체의료용 의족을 착용하게 했다. 7명은 AMI 수술을 받았고, 7명은 수술을 받지 않았다. 연구 결과에 따르면 AMI 절단 수술을 받은 사람들은 경사로, 계단, 방해가 되는 경사로 등 다양한 난코스를 포함한 실제 환경을 더 잘 탐색하는 것으로 나타났다. 연구팀은 AMI 수술과 신경 제어 인공다리를 사용한 7명의 절단 환자를 대상으로 연구를 진행했다. 연구 결과 참가자들의 보행 속도는 기존 인공 다리를 사용할 때보다 41% 향상되었으며, 절단을 겪지 않은 일반 사람들의 보행 능력과 유사한 수준에 도달했다. 연구 결과는 지난 1일 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재됐으며, 특수 절단 수술(AMI)과 신경 제어 인공 다리를 사용한 참가자들의 보행 속도가 향상되었음을 보여줬다. 연구팀은 인공 다리 제어에 실제 몸의 위치 감각의 18%만 사용되었을 가능성이 있다고 밝혀 향후 더 큰 기능을 발휘할 수 있음을 시사했다. 이번 연구는 신경계를 이용해 자연스러운 보행 속도와 걸음걸이 패턴을 보여준 최초의 사례라는 점에서 큰 의의를 지닌다. 또한 AMI 수술과 신경 제어 바이오닉 다리가 절단 환자들의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있다는 가능성을 제시했다. 책임 연구원인 휴 허 박사는 절단 환자가 인공 다리를 착용하는 데 따른 불편감을 최소화하기 위해 다양한 속도에 맞게 조절이 가능하다고 강조했다. 휴 허 박사는 인공 다리 분야의 선구적인 연구로 유명한 인물이다. 그는 1982년 등반 사고로 양쪽 다리를 절단한 후 인공 다리 기술 개발에 헌신하며 절단 환자들의 삶의 질을 개선하는 데 앞장서고 있다. 허 박사는 인공 다리가 단순히 걷는 기능을 넘어 자연스럽고 편안한 보행을 가능하게 하는 데 초점을 맞추고 있다. 허 박사에 따르면 AMI 신경 보철물은 일반인에게 제공되지는 않지만, 전 세계에서 약 60명에게 AMI 수술을 시행했다. 한편, 연방 의료 연구 및 품질 기관에서 발표한 2018년 보고서에 따르면 미국인 190만 명이 사지가 절단된 채 살아가고 있다. 이는 알려진 위험 요인인 당뇨병 발병률 증가로 인해 2050년까지 두 배로 증가할 것으로 예상된다. 현재 미국에서 절단 환자의 절반 이상이 인공 다리 처방을 받지 못하고 있으며, 보험 적용 범위 문제 등으로 인해 최신 기술을 갖춘 인공 다리 사용이 어려운 실정이다. MIT 연구팀은 향후 5년 안에 신경 제어 인공 다리를 상용화할 계획으로, 이 기술이 절단 환자들의 사회 복귀에도 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
-
- IT/바이오
-
[신소재 신기술(68)] MIT 생체공학 다리, 신경계 직접 연결로 생체 모방 보행 가능
-
-
[퓨처 Eyes(41)] 세계 최초 치아 재생 약물, 9월 인체 임상 실험 돌입
- 일본에서 세계 최초로 임상 시험 승인을 받은 치아 재생 약물이 오는 9월 인체를 대상으로 한 임상 실험에 들어간다. 뼈는 부러져도 다시 붙지만 치아는 그러지 못한다. 이 때문에 전 세계 수백만 명이 치아가 없어 고통받고 있다. 어른 몸의 뼈는 평균 206개로 칼슘, 미네랄, 콜라겐이 섞여 있으며 매우 탄력적이다. 뼈는 부러져도 스스로 다시 붙는 놀라운 능력을 가지고 있지만 치아는 뼈가 아니다. 치아는 뼈와 비슷한 성분으로 이루어져 있고 몸에서 가장 단단한 물질이지만, 스스로 치유하고 다시 자라는 능력은 없다. 그로 인해 충치나 사고 등으로 치아를 상실한 성인은 의치(틀니)를 끼우거나, 치아 임플란트를 시술하는 방법 외에는 선택지가 없었다. 일본 오사카 기타노 병원과 교토 대학병원 연구팀은 사람 치아를 다시 자라게 하는 실험용 약물을 개발했고, 9월에 임상 실험을 시작한다고 로스앤젤레스타임스, 스트레이츠 타임스, 야후 등이 보도했다. 현재 일본 연구팀은 치아 성장 치료제를 사람에게 적용하는 실험을 진행 중이며, 올해 9월에 첫 번째 환자가 정맥 주사를 맞는다. 이 약은 태어날 때부터 치아가 부족한 치아 무형성증 치료를 위해 만들어졌다. 선천적 치아 결손인 치아 무형성증은 태어날 때부터 영구치 씨앗(치배)이 만들어지지 않아 영구치가 나지 않는다. 보통 유치가 빠지면 그 자리에 영구치가 나야 하는데, 선천적 치아 결손이 있으면 영구치가 나지 않고 빈 공간으로 남는다. 주로 유전 때문에 발생하며, 결손되는 치아 개수나 위치는 사람마다 다르다. 선천적 치아 결손은 조기에 발견해 적절한 치료를 받는 것이 중요하다. 방치하면 치열이 삐뚤어지거나 턱뼈 성장에 문제가 생길 수 있다. 연구팀은 충치 등으로 치아를 잃은 건강한 남성 30명에게 치아 성장 치료제를 투여해 안전성을 확인한 뒤 2~7세 어린이 환자들을 대상으로 시험을 확대할 예정이다. 만약 임상 실험이 성공하면 연구팀은 2030년쯤에는 모든 형태의 치아 결손에 이 약을 사용할 수 있을 것으로 기대한다. 연구를 주도한 오사카 기타노 병원 의료 연구소 치과 책임자 카츠 타카하시 박사는 "치아 결손으로 고통받는 사람들을 돕고 싶다. 아직 영구적인 치료법은 없지만, 치아 재생에 대한 사람들의 기대가 높다는 것을 느낀다"고 말했다. 이번 개발은 'USAG-1(Uterine sensitization-associated gene-1)'이라는 특정 항체에 대한 수년간의 연구를 바탕으로 이루어졌다. 이 항체는 흰족제비와 쥐의 치아 성장을 억제하는 것으로 나타났다. 2021년, 교토 대학 과학자들은 USAG-1과 BMP(뼈 형성 단백질) 분자 사이의 상호 작용을 방해하는 단일 클론 항체를 발견했다. 카츠 타카하시는 당시 성명에서 "USAG-1을 억제하면 치아 성장에 도움이 된다는 것을 알고 있었다. 하지만 그것으로 충분할지는 알 수 없었다. 흰족제비는 인간과 비슷한 치아 패턴을 가진 동물이다"라고 설명했다. 연구팀은 생쥐 실험에서 치아 성장을 억제하는 단백질을 발견했다. 해당 단백질을 차단하는 항체를 만들어 치아가 나지 않는 생쥐와 개에게 투여했고, 그 후 치아가 자라는 것을 확인했다. 단백질 때문에 성장이 멈춘 치아 발달에 필요한 조직에서 치아가 자라는 것으로 추정된다. 올해 9월부터 사람을 대상으로 비슷한 실험을 진행한다. 11개월 동안 진행되는 이 연구는 30세에서 64세 사이의 최소 1개의 치아를 잃은 남성 30명을 대상으로 한다. 이들에게 정맥 주사로 약이나 위약을 투여해 효과와 안전성을 입증할 예정이다. 이전 동물 연구에서는 부작용이 보고되지 않았다. 임상 실험이 순조롭게 진행되면 기타노 병원은 2026년쯤 4개 이상의 치아가 결손된 2세~7세 어린이 환자 약 50명을 대상으로 치료를 제공할 예정이다. 현재는 선천적 치아 결손 환자에게 초점을 맞추지만, 타카하시는 치아를 잃은 모든 사람에게 치료가 가능해지기를 희망한다. 치료 비용은 약 150만 엔(약 1300만 원)으로 예상된다. 연구팀은 선천적 치아 결손 뿐만 아니라 충치나 기타 이유로 치아를 잃은 사람들의 치료에 주목하면서 연구를 계속할 예정이다. 타카하시 박사는 "우리는 계속해서 연구를 추진하고 틀니와 치과 임플란트에 이어 세 번째 옵션을 만들고 싶다"고 말했다. 치아 재생 약이 상용화된다면 치아 손실로 고통 받은 성인들과 노년 층의 삶의 질을 높여줄 것으,로 기대된다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(41)] 세계 최초 치아 재생 약물, 9월 인체 임상 실험 돌입
-
-
[신소재 신기술(63)] 양자 얽힘으로 지구 자전 측정 정밀도 획기적인 향상
- 오스트리아 빈 대학교(University of Vienna) 연구팀이 양자 얽힘을 이용해 지구 자전 측정의 정밀도를 획기적으로 높이는 실험에 성공했다. 이 연구는 양자 얽힘을 활용해 전례 없는 정밀도로 회전 효과를 감지하는 향상된 광학 사그낙 간섭계(Sagnac interferometer)를 사용해 양자역학과 일반 상대성 이론 모두에서 잠재적인 돌파구를 제시한다고 사이테크 데일리가 전했다. 양자 얽힘은 두 개 이상의 입자가 서로 연결되어 있어 하나의 입자를 측정하면 다른 입자의 상태도 즉시 결정되는 현상이다. 빈 대학교의 필립 빌터(Philip Walther) 박사가 이끄는 연구팀은 지구 자전이 양자 얽힘 광자에 미치는 영향을 측정하는 실험을 성공적으로 수행했다. 이번 연구는 얽힘 기반 센서의 회전 감도 한계를 뛰어넘는 중요한 성과로 평가된다. 또한, 양자 역학과 일반 상대성 이론의 교차점에서 추가 연구의 발판을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 지난 6월 14일 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 저널에 게재됐다. 사그낙 간섭게의 발전 연구팀은 거대한 광섬유 사그낙(sagnac) 간섭계를 구축하고 몇시간 동안 낮은 노이즈를 유지하며 안정적인 실험 환경을 조성했다. 이를 통해 이전의 양자 광학 사그낙 간섭계보다 회전 정밀도를 1000배 향상시키는 고품질 얽힘 광자 쌍을 충분히 감지할 수 있었다. 사그낙 광학 간섭계는 회전에 가장 민감한 장치다. 사그낙 간섭계는 빛의 간섭 현상을 이용하여 회전 운동을 감지하는 광학 장치다. 1913년 프랑스 물리학자 조르주 사그낙이 고안했으며, 지난 세기 초부터 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 확립하는 데 기여해 기초 물리학을 이해하는 중추적인 역할을 해 왔다. 오늘날에는 광섬유 자이로스코프, 레이저 자이로스코프 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 이 장치는 오늘날에도 탁월한 정밀도 분석 덕분에 고전 물리학의 한계로만 제한되었던 회전 속도를 측정하는 최고의 도구로 사용되고 있다. 빈 대학교와 오스트리아 과학 아카데미가 주최하는 연구 네트워크 TURIS의 일환으로 수행된 이번 실험은 최대 얽힘 상태의 두 광자에 대한 지구 자전 효과를 성공적으로 관측했다. 연구팀은 아인슈타인의 특수 상대성 이론과 양자 역학에서 설명하는 회전 기준 시스템과 양자 얽힘 간의 상호 작용을 확인했다. 실제 실험에서 거대한 코일에 감겨진 2km 길이의 광섬유 내부에서 얽힌 광자 2개가 전파되면서 유효 면적이 700㎡가 넘는 간섭계가 구현됐다. 실험 과정에서 연구팀은 지구의 꾸준한 회전 신호를 분리하고 추출하는 데 어려움을 겪었다. 연구의 수석 저자인 라파엘레 실베스트리(Raffaele Silvestri)는 "문제의 핵심은 빛이 지구의 회전 효과에 영향을 받지 않는 측정 기준점을 설정하는 데 있다. 지구의 자전을 멈출 수 없다는 점을 고려하여 우리는 광섬유를 두 개의 동일한 길이 코일로 나누고 이를 광 스위치를 통해 연결하는 해결 방법을 고안했다"고 설명했다. 스위치를 켜고 끄는 방식으로 연구원들은 회전 신호를 마음대로 효과적으로 취소할 수 있었고, 이를 통해 대형 장치의 안정성도 확장할 수 있었다. 마리 퀴리 박사후 연구원으로 이 실험에 참여한 하오쿤 유(Haocun Yu)는 "빛으로 지구 자전을 처음 관측한 지 한 세기 만에 개별 빛의 양자의 얽힘이 마침내 동일한 감도 영역에 진입했다는 점에서 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다. 본 연구는 양자 얽힘 기반 센서의 회전 감도를 더욱 향상시킬 수 있는 토대를 마련했으며, 시공간 곡선을 통한 양자 얽힘의 행동을 테스트하는 미래 실험의 길을 열 것으로 기대된다. 참고 자료: '양자 얽힘을 이용한 지구 자전의 실험적 관측', Raffaele Silvestri, Haocun Yu, Teodor Strömberg, Christopher Hilweg, Robert W. Peterson 및 Philip Walther, 2024년 6월 14일, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.ado0215
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(63)] 양자 얽힘으로 지구 자전 측정 정밀도 획기적인 향상
-
-
그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
- 지자기(지구의 자기장)가 없으면 지구상에 생명체는 존재할 수 없다. 지자기는 유해한 우주(방사)선이나, 태양에서 방사되는 태양풍으로부터 인류를 포함한 생물을 보호하고 있기 때문이다. 그러나 현재까지 지구에서 자기장이 처음 형성된 시기에 대한 신뢰성 높은 연대값은 밝혀지지 않았다. 영국 옥스퍼드대와 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀이 그린란드에서 지구 자기장의 역사를 한층 끌어올리는 명백한 증거를 발견했다고 포브스지가 보도했다. 연구팀은 그린란드 남서부 이스아 지역에 있는 태고의 바위 층을 조사했다. 이스아 바위 층에는 최초의 대륙군 경계를 따라 퇴적된 철을 많이 포함한 퇴적물과 마그마성 암석이 포함되어 있다. 철 입자는 매우 약한 자석으로 기능하며, 결정화 과정에 의해 고정화될 때 자기장의 강도와 방향을 모두 기록할 수 있다. 연구팀 분석 결과 이 암석에 37억 년 전 최소 15µT(마이크로테슬라) 이상의 자기장 강도가 기록돼 있는 것을 발견했다. 이는 현대의 자기장 강도인 30µT와 맞먹는다. 테슬라는 자기장의 세기를 나타내는 단위다. µT는 100만분의 1테슬라로 매우 미약한 자기장인데, 지구 자기장은 사람이 감지하지 못하는 매우 미약한 수준이다. 지구 자기장은 정확히 31.869µT이며 냉장고 모터 자석의 경우 5000µT에 달한다. 연구팀의 이번 분석 결과는 철을 포함한 암석 샘플 전체에서 얻은 가장 오래된 지자기 강도 추정치를 제공하고 있다. 이는 호주에서 채취된 34억~42억 년 전 암석에서 발견된 지르콘 결정만을 토대로 한 과거 연구에 비해 정확하고 신뢰성 있는 분석이라는 평가다. 팀을 이끌었던 옥스퍼드대 지구과학부 클레어 니콜스 교수는 “이렇게 오래된 암석에서 신뢰할 수 있는 기록을 추출하는 것은 매우 어려운 작업이었다. 오랜 시간 샘플을 분석해 자기장 신호가 나타난 것을 확인했다”면서 “이는 지구상에서 태고적 생명체가 처음 탄생할 무렵의 자기장 역할을 해명할 수 있는 중요한 진전”이라고 설명했다. 지자기는 내핵의 완만한 굳어짐에 따른 밀도 변화로 인해 유체의 외핵 속에서 녹은 철이 섞여 발전 작용이 생기면서 발생한다. 지구 형성 초기에는 고체 내핵이 아직 형성되지 않았기 때문에 초기 자기장이 어떻게 유지되었는지에 대해서는 여전히 밝혀지지 않았다. 그런데 이번 연구는 지구 초기의 발전을 구동하던 메커니즘이 현재의 지자기를 발생시키고 있는 고체화 과정과 같았음을 시사하고 있다. 또 이번 연구는 현재 알려진 형태의 지구 대기의 발달에서 지자기의 역할, 특히 가스의 대기 유출에 관한 새로운 정보를 제공할 가능성도 있다. 강한 자기장이 방패가 되어 대기가 태양풍에 의해 훼손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 전하 입자나 원자를 가속해 우주 공간에 방사하는 것도 가능해진다는 것이다. 연구팀은 앞으로 캐나다, 호주, 남아프리카에 있는 다른 태고의 바위 층을 추가 조사함으로써 지구 대기 중 산소가 급증하기 약 25억 년 이전 시대의 지자기에 대해 분석을 진행할 계획이다. 태고의 지자기 강도와 변동성에 관한 이해는 지구 자기장이 지표면에서 생명체가 살아가는 데 필수적인지의 여부와 대기의 진화에서의 역할을 규명하는 핵심이 된다. 지자기의 강도는 비교적 일정하게 유지된 반면, 태양이 젊어 더 활동적이었던 과거에는 태양풍이 지금보다 매우 강력했던 것으로 알려져 있다. 결국 시간이 지나면서 태양풍으로부터 지표를 보호하는 작용이 강화됐으며, 그 결과 생물이 해양에서 벗어나 대륙으로 이동해 오늘날의 생명 생태계가 만들어졌음을 시사한다. 연구 결과는 '지구물리연구저널(Journal of Geophysical Research)'에 발표됐다.
-
- IT/바이오
-
그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
-
-
영국 맨체스터 대학, 빅벤 높이 2배 120m 이상 점프하는 로봇 개발
- 영국 맨체스터 대학(University of Manchester)의 엔지니어들이 현재까지 설계된 점프 로봇 가운데 가장 높은 120m를 점프할 수 있는 로봇을 개발했다고 전문 매체 테크익스플로러가 전했다. 연구진은 수학, 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험실 테스트를 결합해 최적의 부품을 채용하고 크기, 모양을 최적화한 로봇을 설계하는 방법을 발견했다. 개발된 로봇은 자체 크기의 수십 배에 달하는 장애물을 넘을 수 있을 만큼 높이 점프할 수 있다. 현재까지 개발된 가장 높이 점프하는 로봇은 자기 몸 크기의 110배에 해당하는 33m까지 도약할 수 있다. 이번에 맨체스터 대학 연구진이 개발한 로봇은 공중에서 120m 이상, 중력이 약한 달에서는 빅벤 타워 높이의 무려 두 배 이상인 200m 이상 점프할 수 있다. 이 개발 결과는 '메커니즘 및 기계 이론(Mechanism and Machine Theory)' 저널 최근호에 발표됐다. 이 로봇은 행성 탐사부터 재난 구조, 위험하거나 접근하기 어려운 공간 탐사 및 모니터링에 이르기까지 다양한 응용 분야에 혁명을 일으킬 것으로 기대된다. 연구진의 일원인 맨체스터 대학교 우주 로봇공학 연구원 존 로 박사는 "로봇은 전통적으로 점프 대신 바퀴를 굴리거나 다리를 사용해 걷도록 설계되었지만, 점프는 우주 공간에서 이동할 수 있는 매우 효과적인 방법을 제공한다"라고 말했다. 지형이 고르지 않거나 동굴 내부, 숲 속, 바위 지대 표면, 심지어 우주의 다른 행성 표면과 같이 장애물이 많은 곳에 적합하다는 것이다. 로 박사는 "점핑 로봇이 이미 개발됐지만 이런 종류의 로봇을 설계하는 데는 몇 가지 큰 난제가 있다. 가장 중요한 것은 크고 복잡한 장애물을 극복할 수 있을 만큼 높이 점프하는 것이다"라며 "우리가 설계한 로봇은 스프링 구동 점핑의 에너지 효율성과 성능을 획기적으로 향상시킨다"고 설명했다. 연구진은 기존의 점핑 로봇이 스프링 에너지를 완전히 방출하기 전에 도약하는 경우가 많아 비효율적이고, 최대 점핑 높이도 제한한다는 사실을 발견했다. 또한 위로 똑바로 움직이는 대신 몸체가 좌우로 움직이거나 회전함으로써 도약 에너지를 낭비한다는 것도 밝혀냈다. 이에 따라 설계된 새로운 로봇 디자인은 필요한 구조적 강도와 강성을 유지하면서도 이 같은 바람직하지 않은 동작을 제거하는 데 중점을 두었다. 연구진인 항공우주공학 벤 파슬루 교수는 "캥거루처럼 땅을 밀어낼 수 있는 다리가 맞을지, 거대한 스프링을 갖춘 피스톤이 맞을지 등 로봇의 구조와 형태에 대해 결정할 사항이 매우 많았다"고 말했다. 다이아몬드처럼 마름모꼴의 대칭 모양이어야 할지, 곡선적이고 유기적인 형태를 갖출지도 연구 대상이었다. 로봇의 크기도 중요했다. 크기가 작으면 가볍고 민첩하지만, 대형 로봇은 더 강력한 점프를 위해 더 큰 모터를 운반할 수 있으므로 어느 정도의 크기로 할 것인지를 정해야 했다. 그래서 설계된 로봇은 로봇 질량을 위쪽으로 많이 분배하고 아래쪽으로 가늘게 만들어졌다. 프리즘 모양의 더 가벼운 다리와 신축성이 큰 스프링을 사용했다. 점프 성능을 향상시키고 점핑 로봇의 에너지 효율성을 극대화하기 위함이었다. 연구진은 후속 작업으로 점프 방향을 제어하고 착지 시의 운동 에너지를 활용해 로봇이 한 번에 수행할 수 있는 점프 횟수를 늘리는 방법을 찾고 있다. 또한 로봇을 달에 더 쉽게 운반하고 사용할 수 있도록 우주 임무를 위한 보다 효율적인 디자인을 모색하고 있다.
-
- IT/바이오
-
영국 맨체스터 대학, 빅벤 높이 2배 120m 이상 점프하는 로봇 개발
-
-
[신소재 신기술(58)] 차세대 나트륨-황산 배터리, 20% 비용 절감 및 성능 향상 달성
- 세계적으로 널리 활용되는 비-리튬 전기화학 에너지 저장 기술의 하나인 나트륨-황(NSA) 배터리가 한층 업그레이드된 모델이 출시됐다. 일본 산업용 세라믹 기업인 NGK와 독일 화학 회사인 BASF 자회사 BASF 고정식 에너지 스토리지(BASF Stationary Energy Storage)는 협력을 통해 기존 NAS 배터리 대비 총비용을 20% 절감하고 성능을 향상시킨 NAS 모델 L24를 선보였다고 에너지스토리지가 12일(현지시간) 보도했다. NAS 모델 L24는 연간 1% 미만의 셀 성능 저하율과 향상된 열 관리 시스템을 통해 장시간 안정적인 방전이 가능하며, 설치 공간 및 유지 관리 비용 절감 효과를 제공한다. 현재까지 전 세계적으로 약 720MW/5000MWh의 NAS 배터리 시스템이 구축됐다. 이는 일반 가정에서 사용되는 전력량(kW)의 7200억 배에 해당하는 대규모 전력량이다. MW(메가와트)sms kW(킬로와트)보다 1000배 더 큰 단위이다. kW는 일반 가정에서 사용하는 전력량을 나타내는 단위로 표시된다. 반면 MW는 대규모 시설이나 산업체에서 사용하는 전력량을 나타내는 데 사용된다. 최근에는 독일, 불가리아, 호주, 일본 등 다양한 국가에서 NAS 모델 L24 주문 및 프로젝트 계약이 체결됐다. 특히 6시간 이상의 저장 용량이 요구되는 중장기 에너지 저장(LDES) 분야에서 NAS 배터리는 대용량 전력 저장 솔루션으로 주목받고 있다. NAS 배터리는 고유한 세라믹 전해질을 사용하여 300℃의 고온에서 작동한다. 낮은 저하율은 NGK 제품의 오랜 강점 중 하나다. 이번에 출시된 NAS 모델 L24는 더욱 개선된 저하율을 자랑하며, 관련 에너지 저장 산업 안전 기준 인증을 획득했다. NGK와 BASF는 2019년부터 NAS 기술 개발 및 판매를 위한 파트너십을 이어오고 있으며, 이번 신제품 출시는 양사의 긴밀한 협력의 결과다. NGK 에너지 저장 부문 부사장 겸 총괄 관리자인 다케다 류고는 "연간 1% 미만의 낮은 저하율은 에너지 저장 산업에서 주목할 만한 성과"라고 강조했다. BASF Stationary Energy Storage의 프랑크 프레히틀 전무 이사는 "NAS 모델 L24를 통해 고객들은 초기 투자 비용 절감뿐만 아니라 장기적으로 약 20%의 프로젝트 비용 절감 효과를 누릴 수 있을 것"이라고 밝혔다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(58)] 차세대 나트륨-황산 배터리, 20% 비용 절감 및 성능 향상 달성
-
-
구글, 새 안드로이드 운영체제 도난 방지 AI 기능 테스트
- 구글(Google)이 지난 5월 'I/O 개발자 컨퍼런스'에서 발표한 스마트폰 운영체제 안드로이드 15(Android 15)의 자동 도난 감지 기능을 테스트하고 있다고 ICT 전문 매체 더버지가 12일(현지시간) 전했다. 구글은 스마트폰 ‘도난의 온상’ 국가로 세계적으로 유명한 브라질 사용자들의 현지 반응을 고려해 초기 테스트 장소로 브라질을 선정했다. 브라질에 거주하는 안드로이드 스마트폰 사용자의 경우 바로 등록해 도난 방지 기능을 사용해 볼 수 있다. 도난 방지 잠금(Theft Protection Lock)은 AI 기술을 적용, 특정한 갑작스러운 움직임이 감지될 때 이것이 도난 시도를 의미하는 것인지의 여부를 결정한다. 움직임에 의존하는 것 외에도 누군가가 다른 네트워크에서 스마트폰을 해킹 또는 사용하려고 시도하거나, 오랫동안 자주 사용하는 네트워크에서 장기간 벗어난 것을 알아차린 경우와 같은 다른 이상 신호에도 반응할 수 있다. 구글은 안드로이드 15에 계획 중인 대규모 개인정보보호 및 보안 개선의 일환으로 자동 도난 방지 기능을 발표했다. 여기에는 민감한 앱과 데이터를 저장하는 ‘개인 공간(프라이빗 스페이스)’라고 부르는, 비밀번호로 잠긴 저장소도 포함된다. 도난 방지 기능은 이전 버전의 안드로이드에도 확대 적용될 전망이다. 한편 도난 감지 기능 테스트 외에도 브라질의 안드로이드 스마트폰 사용자들은 추가로 몇 가지의 테스트를 진행하게 된다. 그중 하나는 기업에 쉽게 연락하는 기능이다. 기업의 검색 목록에 나타나는 전용 버튼을 탭하면 왓츠앱(WhatsApp)을 통해 직접 메시지를 보낼 수 있다. 또한 검색 결과에서 바로 의사, 미용사 등과 같은 지역 서비스 업자와 약속을 잡을 수도 있다. 현재 두 기능 모두 미국내에서만 사용할 수 있다.
-
- IT/바이오
-
구글, 새 안드로이드 운영체제 도난 방지 AI 기능 테스트
-
-
애플, 개인정보 걱정없는 맞춤형 AI '애플 인텔리전스' 공개
- 애플 아이폰 사용자들은 개인정보 유출 걱정 없이 AI 글쓰기를 하고 이미지를 생성할 수 있는 개인 맞춤형 인공지능(AI) ‘애플 인텔리전스(Apple Intelligence)’를 제공받게 된다. 애플은 10일(현지시간) 미국 캘리포니아주 쿠퍼티노 본사 애플파크에서 온라인으로 연례 ‘세계개발자회의(WWDC) 2024′를 열고 독자 생성형 AI 시스템 ‘애플 인텔리전스’를 발표했다. 팀 쿡 애플 최고경영자(CEO)는 "생성형 AI와 초거대언어모델(LLM)의 발전은 애플 제품의 사용 경험을 새로운 차원으로 끌어올릴 수 있는 강력한 기능을 제공할 것"이라며 "이 새로운 기능을 애플 제품의 핵심 원칙에 반영할 것으로, 무엇보다도 사용자의 일상, 관계, 의사소통 등 개인적 맥락에 기반해야 한다"고 밝혔다. 그러면서 애플 인텔리전스를 발표하면서 AI가 구동되는 과정에서 개인정보가 침해받는 일은 없다는 것을 강조했다. 애플에 따르면 애플 인텔리전스는 아이폰·아이패드·맥스 모두 사용할 수 있는 온디바이스(내장형) AI와 클라우드(가상저장공간) AI를 결합했다. 온디바이스는 인터넷 연결 없이 기기 자체적으로 업무를 처리하는 만큼 개인정보 문제에서 상대적으로 자유롭다. 애플은 '애플 인텔리전스'를 통해 개인의 스케쥴 관리를 비롯해 수많은 이메일을 분류하고 대신 작성해주는 기능과 텍스트 보완 및 분석, 각종 데이터화 작업 등 여러 활용 사례를 소개했다. 자사 음성 비서 '시리'를 개선해 이 기능들을 활용할 수 있다. 애플의 음성 서비스 시리는 생성형 AI 기술이 접목돼 더 자연스러운 대화가 가능해졌다. 오픈AI와의 협력으로 시리를 통해 바로 챗GPT에 질문도 할 수 있다. 예를 들면 이메일 내용을 분석해 관련된 연락처와 파일을 찾아내고 지시를 내릴 수 있다. 또 일부 사진을 보고 원본 이미지를 생성하거나 스스로 일러스트레이션, 스케치, 애니메이션을 만들 수 있다. 메일, 노트, 페이지 등 텍스트를 입력하는 앱에선 '쓰기 기능'을 통해 글을 다듬어주거나 요약해주는 기능을 제공한다. 자신이 쓴 글을 상황에 맞는 어조로 바꿔주고, 문법이나 단어, 문장 구조 등을 검사해 수정 사항을 제시해준다. 메시지 앱에서 '이미지 놀이터' 기능을 활용해 애니메이션, 일러스트레이션, 스케치 등 3가지 스타일 중 하나를 골라 이미지를 생성할 수 있다. 이 기능을 활용하면 대화 상대방의 얼굴 사진을 찾아 문맥에 맞는 상황 설정을 반영한 캐릭터를 생성해 문자 메시지로 보내준다. 또 노트 앱에서는 '이미지 요술봉' 기능으로 스케치를 이미지로 변환하거나 빈 공간에 이미지를 생성할 수 있다. 특정 작업에서 LLM이 필요한 경우 외부 서버의 도움이 필요한 만큼 애플은 애플 기기를 사용하는 이용자들만을 위한 '프라이빗 클라우드 컴퓨팅'도 구축했다. 올 가을 베타 버전으로 출시 예정인 애플 인텔리전스는 M1칩 이상이 들어간 기기에서만 사용할 수 있다. 아이폰의 경우 지난해 하반기 출시한 아이폰15 프로·프로맥스와 올해 출시될 예정인 아이폰16 시리즈부터 사용 가능하다. 생성형 AI 서비스나 개발 계획이 아닌 기존 스마트 기능의 업그레이드 수준에 머물렀다는 지적에 발표 이후 주가는 하락세를 면치 못했다. 이날 애플 주가는 발표가 이뤄진 이후 2% 가까이 하락했다. 당초 애플의 생성형 AI 개발 서비스나 계획을 기대했던 투자자들로부터는 적잖은 실망감이 작용한 것으로 풀이된다.
-
- IT/바이오
-
애플, 개인정보 걱정없는 맞춤형 AI '애플 인텔리전스' 공개
검색 결과가 없습니다.