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[신소재 신기술(189)] AI로 리튬이온 대체 물질 발견⋯美 NJIT, 차세대 전지 재료 개발에 돌파구
- 미국 뉴저지공과대학교(NJIT) 연구진이 인공지능(AI)을 활용해 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 차세대 에너지 저장 소재 탐색에 성공했다. 전통적인 실험 방식으로는 불가능했던 수천 개의 결정 구조를 AI가 빠르게 탐색하면서, 고용량 차세대 전지 개발에 실마리를 제공했다는 평가다. 이번 연구는 NJIT 기계·산업공학과 디바카르 다타(Dibakar Datta) 교수가 이끄는 연구팀에 의해 수행됐으며, 국제 학술지 '셀 리포트 물리과학(Cell Reports Physical Science)'에 최근 게재됐다. 7월 31일 NJIT에 따르면 다타 교수팀은 '생성형 AI(Generative AI)'를 도입해 다가이온(multivalent-ion) 배터리용 다공성 전이금속산화물 소재를 신속히 발굴했다. 다가이온 배터리는 기존 리튬이온 배터리와 달리 이온당 2~3개의 양전하를 지닌 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 아연 등 풍부한 원소를 활용한다. 이론상 동일한 공간에 더 많은 전하를 저장할 수 있어 에너지 밀도 측면에서 높은 잠재력을 지닌다. 다만, 이들 이온의 전하량과 크기가 커 소재 내부에서의 이동이 어려운 점이 상용화의 큰 장벽으로 작용해왔다. 연구은 이 문제를 해결하기 위해 새로운 AI 기반 탐색 프레임워크를 제안했다. 연구팀은 결정 확산 변분 오토인코더(Crystal Diffusion Variational Autoencoder, CDVAE)와 대형 언어모델(LLM)을 조합한 이중 AI 기법을 개발했다. CDVAE는 대규모 결정 구조 데이터셋을 학습해, 기존에 존재하지 않던 구조를 생성해냈으며, LLM은 열역학적으로 안정한 구조 후보를 정밀하게 선별하는 역할을 수행했다. 이 같은 AI 모델을 활용해 연구진은 수천 개의 새로운 다공성 결정 구조를 탐색했고, 이 중 다가이온 배터리용으로 적합한 5종의 새로운 전이금속산화물 구조를 도출했다. 해당 물질들은 이온 확산에 유리한 넓고 균일한 채널을 갖추고 있어, 고용량 저장과 안정성 확보 측면에서 유리한 것으로 나타났다. 연구팀은 이 구조들의 물리적 특성을 양자역학 기반 시뮬레이션을 통해 검증했으며, 실험적 합성 가능성도 확인했다. 다타 교수는 "문제는 유망한 전지 화학의 부재가 아니라, 수백만 개에 달하는 조합을 실험실에서 모두 검증하는 것이 현실적으로 불가능하다는 점이었다"며, "AI는 이 방대한 재료의 조합을 체계적으로 탐색하고 선별하는 데 가장 효율적인 수단"이라고 설명했다. 그는 이어 "이번 연구는 단순히 새로운 배터리 재료를 찾는 데 그치지 않고, 첨단 전자소자부터 청정에너지 소재까지 폭넓은 응용 분야에 걸쳐 고속 탐색 프레임워크를 제시했다는 데 의의가 있다"고 덧붙였다. 연구진은 향후 실험실 기반 공동 연구를 통해 AI 기반으로 설계한 소재의 실제 합성과 상용화 가능성 검증에 착수할 계획이다. 이번 연구는 AI 기반 재료 과학이 전통적인 실험 중심 연구방식을 보완하거나 대체할 수 있다는 점에서, 차세대 에너지 산업의 전환점을 이끌 수 있을지 주목된다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(189)] AI로 리튬이온 대체 물질 발견⋯美 NJIT, 차세대 전지 재료 개발에 돌파구
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[신소재 신기술(188)] 니켈-텅스텐 신합금 'Ni₄W', 차세대 전자기기 성능 대폭 개선 기대
- 미국 미네소타대학교 연구진이 스마트폰, 노트북, 데이터센터 등 전자기기의 에너지 효율과 정보 처리 속도를 크게 향상시킬 수 있는 신소재 합금 'Ni₄W'를 개발했다. 과학 전문 매체 사이테크데일리에 따르면 이번에 개ㅈ발된 Ni₄W는 니켈(Ni)과 텅스텐(W)으로 구성된 비정질 저대칭 구조의 합금으로, 기존 메모리 장치에서 자성 전환에 요구되던 외부 자기장을 사용하지 않고도 자성 상태를 바꿀 수 있는 '필드프리(field-free) 스위칭'이 가능한 것이 특징이다. 이 기술은 전자기기의 전력 소모를 획기적으로 줄이고, 차세대 스핀트로닉스 기반 메모리 개발에 활용될 수 있다. 해당 연구 결과는 과학저널 '첨단 소재(Advanced Materials)' 5월호에 게재됐으며, 관련 기술에 대한 특허도 출원 완료된 상태다. 연구를 주도한 미네소타대학교 전기전자컴퓨터공학과의 지앤핑 왕(Jian-Ping Wang) 교수는 "Ni₄W는 데이터 기록에 필요한 전력을 낮춰, 전체 전자기기의 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다"며 "스마트폰부터 초대형 데이터센터까지 적용 범위가 광범위하다"고 설명했다. 특히 이 합금은 복수 방향의 스핀 전류를 생성할 수 있어 기존 자성 소재에 비해 높은 수준의 스핀-궤도 토크(Spin-Orbit Torque, SOT) 효율을 구현할 수 있다. 이는 고속 동작과 저전력 소모를 동시에 요구하는 차세대 논리 소자와 메모리 기술의 핵심으로 꼽힌다. 왕 교수 연구팀의 박사과정 연구원인 양이페이(Yifei Yang)는 "Ni₄W는 단독으로 또는 텅스텐과의 적층 구조에서 높은 다방향 SOT 효율을 보여주었으며, 이는 고속 스핀트로닉스 소자 개발에 매우 유리한 조건"이라고 덧붙였다. 해당 연구는 이론적 예측과 실험적 관측을 통해 신뢰성을 확보했다. 이 연구에 공동 제1저자로 참여한 이승준(Seungjun Lee) 박사는 "계산 결과가 실험과 일치해 Ni₄W의 물리적 특성과 가능성을 확증했다"고 말했다. Ni₄W는 희귀 금속이 아닌 범용적인 원소로 구성돼 있어 상용 반도체 제조 공정에 쉽게 적용 가능하다는 장점도 있다. 고비용·고난이도 공정이 필요한 기존 자성 소재와 비교해 가격 경쟁력과 지속 가능성 면에서도 우위를 점할 수 있다는 평가다. 이번 연구는 미국 국가표준기술연구소(NIST)가 후원하고, 반도체연구공사(SRC)의 nCORE 프로그램 산하 첨단 스핀 기반 정보 기술 센터(SMART)가 주도한 국제 공동연구 프로젝트의 일환으로 수행됐다. 미네소타대학교 전자공학부, 화학공학·재료과학과, 나노센터 등이 참여했으며, 국내외 20여 명의 학제 간 연구진이 협업했다. 향후 연구진은 이 합금을 나노스케일 디바이스 수준으로 집적하고, 실제 동작 환경에서의 신뢰성과 내구성을 검증할 계획이다. 전문가들은 Ni₄W 기반 기술이 상용화에 성공할 경우, 기존 전자기기와 메모리 반도체 기술의 패러다임을 근본적으로 바꿀 가능성이 있다고 보고 있다. 이번 연구성과는 차세대 IT 인프라의 전력 효율성과 지속 가능성을 동시에 향상시키는 기반 기술로 주목받고 있다. Ni₄W가 향후 스핀트로닉스 메모리 상용화의 전환점을 마련할 수 있을지 귀추가 주목된다.
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- 산업
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[신소재 신기술(188)] 니켈-텅스텐 신합금 'Ni₄W', 차세대 전자기기 성능 대폭 개선 기대
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[신소재 신기술(187)] 상용 반도체 공정으로 세계 최초 '전자–광자–양자 통합칩' 구현
- 양자 기술의 상용화를 향한 중요한 진전을 알리는 연구 성과가 미국에서 나왔다. 미국 보스턴대학교, UC버클리, 노스웨스턴대학교 공동 연구진은 세계 최초로 전자 회로·광자 소자·양자 광원을 단일 칩 위에 통합한 양자-전자-광자 집적 칩(quantum–electronic–photonic chip)을 구현했다고 밝혔다. 이번 칩은 상용화된 45나노미터급 CMOS(상보성 금속산화막 반도체) 제조 공정을 활용해 제작된 것으로, 상업용 반도체 제조라인에서 양자광학 수준의 정밀성과 실시간 제어 기능을 구현했다는 점에서 주목된다. 이는 향후 양자 컴퓨팅, 양자 센싱, 양자 암호통신 등 다양한 응용 분야의 확장성을 크게 높일 것으로 기대된다. 해당 연구 결과는 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 게재됐으며, 과학 기술 전문 매체 인터레이스팅엔지니어링, 텍크 익스플로어 등 다수 외신이 14일(현지시간) 보도했다. 연구를 주도한 보스턴대학교 밀로시 포포비치 교수는 "양자 기술은 수십 년간 개념에서 현실로 나아가는 긴 여정을 걷고 있다"며, "이번 연구는 소규모지만, 상용 반도체 공정을 통해 재현 가능하고 제어 가능한 양자 시스템을 제작할 수 있음을 증명했다는 점에서 매우 중요한 발걸음"이라고 평가했다. 노스웨스턴 대학교 전기컴퓨터공학과 교수이자 양자 광학 분야의 선구자인 프렘 쿠마르는 "이 연구에 필요한 학제 간 협력은 바로 양자 시스템을 실험실에서 확장 가능한 플랫폼으로 옮기는 데 필요한 것"이라면서 "전자공학, 광자공학, 그리고 양자 측정 분야의 공동 노력이 없었다면 이 연구는 불가능했을 것"이라고 밝혔다. 이번에 개발된 칩은 가로세로 1㎟ 이하 면적에 독립된 12개의 양자광원을 탑재하고 있으며, 각 광원은 마이크로링 공진기를 통해 상관된 광자 쌍(photon pairs)을 생성한다. 이 광자 쌍은 양자 얽힘 기반 통신 및 계산, 고감도 센싱 등에 핵심적으로 활용된다. 다만 마이크로링 공진기는 온도 변화 및 제조 편차에 매우 민감해 광자 생성을 불안정하게 만드는 한계가 있었는데, 이를 해결하기 위해 연구팀은 칩 내부에 실시간 제어 회로 및 피드백 루프를 삽입했다. 광 다이오드가 레이저 정렬 오차를 감지하고, 내장된 히터와 제어 로직이 자동으로 온도 및 공진 조건을 보정해주는 방식이다. 이 과정을 이끈 노스웨스턴대 박사과정 아니루드 라메시는 "양자 시스템의 실시간 안정화 제어를 온칩(on-chip) 방식으로 구현한 것은 확장 가능한 양자 시스템을 향한 핵심 진전"이라며 기술적 의의를 강조했다. '온칩(on-chip)' 방식이란, 하나의 반도체 칩 내부에 다양한 기능이나 소자를 통합하여 구현하는 방식을 의미한다. 다시 말하면, 온칩 방식은 복잡한 기능을 하나의 칩에 통합해 고성능·소형화·자동화를 가능하게 하는 핵심 기술이다. 칩 설계 측면에서는 양자광학 소자의 고성능 요건을 충족하면서도 상업용 CMOS 플랫폼의 물리적·전기적 제약을 동시에 만족시키는 것이 가장 큰 도전이었다. 포토닉 설계를 주도한 보스턴대 임버트 왕 박사과정 연구원은 "기존 양자광학 설계방식을 넘어, CMOS 공정 한계 내에서 설계 최적화를 이뤄야 했다"고 설명했다. 이번 칩은 AI 연산 및 고속 데이터 전송을 위한 상용 집적 플랫폼으로도 알려진 45nm CMOS 공정을 활용해 제작됐다. 해당 공정은 보스턴대, UC버클리, 글로벌파운드리즈(GlobalFoundries), 아야랩스(Ayar Labs) 등이 공동 개발한 것으로, 이번에는 노스웨스턴대가 양자 시스템 통합에 협력하며 응용 범위를 한층 확장했다. UC버클리의 칩 설계를 총괄한 대니얼 크람닉 박사과정 연구원은 "양자 시스템, 전자 회로, 광학 설계라는 서로 다른 영역의 긴밀한 협력이 없었다면 불가능한 성과였다"고 말했다. 한편 이 연구에 참여한 일부 학생 연구원들은 이미 사이퀀텀(PsiQuantum), 아야랩스, 구글X 등 실리콘 포토닉스 및 양자컴퓨팅 스타트업과 연구소에 진출해 기술 상용화를 이어가고 있다. 이번 연구는 미국 국립과학재단(NSF), 패커드 펠로우십(Packard Fellowship), 글로벌파운드리즈의 지원을 받아 진행됐다.
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[신소재 신기술(187)] 상용 반도체 공정으로 세계 최초 '전자–광자–양자 통합칩' 구현
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[신소재 신기술(186)] AI가 설계한 차세대 냉각 소재⋯실내 온도 낮추고 에너지 소비 줄인다
- 인공지능(AI)을 활용해 설계된 새로운 열 방출 소재가 개발돼 냉방 효율을 획기적으로 개선하고, 주거·의류 산업·우주 분야까지 폭넓은 적용 가능성을 제시하고 있다. 미국 텍사스대학교 오스틴캠퍼스 연구진은 중국 상하이교통대, 싱가포르국립대, 스웨덴 우메오대 등과 공동으로, AI 기반 머신러닝 기법을 활용해 3차원 열 메타 방출체(thermal meta-emitter)를 설계하는 프레임워크를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 국제학술지 네이처(Nature) 7월호에 게재됐다. 연구팀은 이를 통해 총 1,500종 이상의 독자적 소재를 설계했으며, 이러한 소재들은 복잡한 열 방출 특성을 조절함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있도록 고안됐다. 텍사스대 기계공학과의 유빙 정(Yuebing Zheng) 교수는 "기존 방식은 시도와 오류에 의존해 설계 속도와 정확도에 한계가 있었지만, 이번 프레임워크는 설계 공간을 비약적으로 확장함으로써 이전에는 상상조차 어려웠던 고성능 소재를 현실화했다"고 설명했다. 실제 냉각 실험에서도 효과가 입증됐다. 연구진은 설계된 4종의 메타 방출체 중 하나를 모형 주택의 지붕에 적용해 기존 상용 백색·회색 도료와 비교했다. 정오 기준 직사광선 하에서 4시간이 지난 뒤, 해당 메타 방출체를 적용한 지붕의 표면 온도는 기존 도료 대비 평균 5~20도 낮게 유지됐다. 이 같은 성능을 기반으로 연구진은, 고온 도시인 리우데자네이루나 방콕의 아파트에 적용할 경우 연간 약 1만5,800킬로와트시(kWh)의 에너지를 절감할 수 있을 것으로 추정했다. 이는 일반적인 에어컨 한 대가 연간 소비하는 전력량(약 1,500kWh)의 10배가 넘는 수치다. 연구진은 해당 소재의 활용 분야가 단순 주거·상업용 냉방을 넘어 도시환경, 항공우주, 섬유, 자동차 등 다방면으로 확장될 수 있다고 보고 있다. 예를 들어 도심 건축물에 적용할 경우 열섬현상을 줄이고, 우주선 외부에 활용하면 태양광 흡수와 복사열 방출을 동시에 조절해 내부 온도를 효과적으로 관리할 수 있다는 설명이다. 소비자용 제품에도 적용 가능성이 높다. 이 소재를 의류나 캠핑 장비에 접목하면 더운 환경에서도 착용자의 체온 상승을 억제할 수 있고, 차량 외장재나 내장재로 활용할 경우 햇빛 아래 장시간 주차된 차량의 내부 온도를 낮추는 데 기여할 수 있다. 정 교수는 "기존 자동화 설계 방식은 단층 박막 구조나 평면 패턴 등 단순한 형태만 구현 가능했으나, 이번 프레임워크는 다층적이고 입체적인 구조 설계가 가능해 실질적인 성능 향상이 가능하다"고 밝혔다. 해당 연구를 공동 주도한 카이 야오(Kan Yao) 박사는 "AI가 모든 문제의 해답은 아니지만, 열 방출체처럼 스펙트럼 조절이 핵심인 소재 설계에서는 머신러닝이 최적의 해법이 될 수 있다"고 강조했다. 연구진은 향후 이 프레임워크를 나노광학(nanophotonics) 분야 전반에 확장 적용할 계획이다. 나노광학은 빛과 물질이 나노미터 수준에서 상호작용하는 영역으로, 센서·이미징·에너지 기술 등 차세대 광학 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 이번 논문은 AI 기반 신소재 설계가 실험적 한계를 넘어 상용 기술로 이어질 수 있는 가능성을 제시한 사례로 평가된다. 향후 기후변화 대응 및 에너지 효율화 기술 발전의 새로운 전환점이 될 수 있을지 주목된다.
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[신소재 신기술(186)] AI가 설계한 차세대 냉각 소재⋯실내 온도 낮추고 에너지 소비 줄인다
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[신소재 신기술(185)] 공기만으로 움직이는 '무뇌 로봇 ' 개발⋯자율보행·수영까지 구현
- 디지털 회로나 연산 장치 없이, 오직 공기 흐름과 구조만으로 작동하는 자율 로봇이 네덜란드에서 개발됐다. '무뇌(brainless)' 로봇이라고 불리는 이 장치는 전통적인 로봇공학의 원리를 근본적으로 재해석하며, 로봇 설계의 새로운 방향을 제시하고 있다. 8일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 네덜란드 소재 AMOLF 연구소의 알베르토 코모레토(Alberto Comoretto) 연구원과 요하네스 오버펠데(Johannes Overvelde) 박사팀은 길이 조절이 가능한 실리콘 튜브, 간단한 펌프, 공기압만을 활용해 약 1kg(2파운드) 무게의 연성 로봇을 제작했다. 이 로봇은 실험실 탁자 위를 걷고, 책을 넘고, 수조에 들어가 개처럼 수영하는 등 다기능 동작을 구현했다. 로봇은 전통적인 마이크로컨트롤러나 프로그래밍된 코드가 아닌, 유체역학과 탄성 물성에 기반한 '구조 기반 지능(embodied intelligence)' 개념으로 작동한다. 팔다리는 실리콘 튜브로 구성되어 있으며, 내부로 공기가 주입되면 튜브가 주기적으로 꺾이고 펴지면서 자가 진동을 일으킨다. 이러한 운동은 최대 초당 300회의 진동수를 기록하며, 기존 연성 로봇의 한계였던 3Hz를 크게 뛰어넘는다. 흥미로운 점은 이 로봇이 지면 상태에 따라 걷는 방식이 자연스럽게 바뀐다는 것이다. 예를 들어 마찰력이 큰 카펫 위에서는 네 다리가 동시에 움직이며 전진하고, 물속에서는 마찰이 사라지며 다리가 교대로 움직이면서 수영 모드로 전환된다. 이러한 전환은 별도의 센서나 소프트웨어 제어 없이 공기압의 흐름과 구조의 상호작용만으로 이루어진다. 연구팀은 로봇의 다리를 하나의 공기 공급선으로 연결해, 한 쪽 다리의 압력 변화가 다른 다리에도 영향을 미치도록 설계했다. 이는 일종의 '동기화 메커니즘'으로 작용해, 각 팔다리의 운동이 자율적으로 조화롭게 일어난다. 연성 로봇은 복잡한 회로 없이 환경에 적ㅇ으해 움직이며, 전자기기 없이도 장애물을 피하거나 방향을 바꾸는 능력을 보여준다. 예를 들어 벽에 부딪히면 진동이 일시적으로 비대칭화되면서 로봇이 자동으로 방향을 틀고, 물속에 떨어지면 다리 움직임의 위상이 바뀌어 수영으로 전환된다. 이는 사전에 프로그래밍되지 않은, 물리적 조건에 기반한 자발적 반응이다. 이 로봇은 고작 0.12와트의 전력으로 작동하며, 휴대폰 크기의 배터리 하나로 30분 동안 작동할 수 있다. 간단한 광센서와 릴레이 회로를 장착하면 빛을 따라 이동하는 포토택시스(phototaxis) 기능도 구현된다. 플래시라이트를 비추면 로봇이 빛을 향해 이동하고, 장애물을 만나면 회피하는 행동을 스스로 수행한다. 이번 연구의 본질은 '소프트 로봇공학(soft robotics)'의 진보를 넘어, '소재와 형태만으로 구현되는 지능'에 있다. 이는 생물학적 신체의 반사작용이나 힘줄의 탄성처럼, 뇌가 아닌 신체 자체가 판단과 제어의 역할을 일부 담당하는 자연계의 원리와 닮아 있다. 산업적 활용 가능성도 주목된다. 구조적으로 간단하고 저전력으로 작동하는 이 로봇은 전기 회로가 위함할 수 있는 구조물 붕괴 현장이나 수중 환경 등에서 활용 가능성이 크다. 또한 펌프와 튜브, 재활용 가능항 엘라스토머로만 구성돼 전자폐기물 배출이 적고, 지속가능한 기술로 평가 받는다. 연구진은 향후 공기 배출을 이용해 튜브를 주기적으로 압축하는 수동 밸브 기술을 통해 펌프의 소형화를 꾀하고 있다. 동시에, 동일한 기술 원리를 적용해 혈압에 맞춰 동기화되는 인공 심장 개발도 병행 중이다. 다만 공기 기반 시스템의 약점으로 지적되는 고고도·진공 환경 문제에 대해 연구진은 압축가스와 화학 반응형 가스 발생기를 병행하는 하이브리드 방식으로 극복할 수 있다는 입장이다. 이는 우주 탐사 등 극한 환경을 위한 연성 로봇 기술의 확장을 시사한다. 이번 연구는 과학 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐으며, 족잡한 ㅇ녀산 없이도 정교한 운동을 구현하는 '물리 기반 로봇지능'이라는 새로운 패러다임을 제시했다. 로봇 공학이 전자회로에서 물리 구조로 무게 중심을 이동시키는 변곡점에 들어섰다는 평가가 나온다.
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[신소재 신기술(185)] 공기만으로 움직이는 '무뇌 로봇 ' 개발⋯자율보행·수영까지 구현
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[신소재 신기술(184)] 세계 최초 하루 200톤 수소 생산 SMR 시뮬레이터, 미국서 가동
- 미국이 원자력을 활용한 대규모 수소 생산의 실현 가능성을 입증하는 세계 최초의 시뮬레이터를 공개했다. 소형모듈원자로(SMR) 전문기업 누스케일파워(NuScale Power)는 GSE 솔루션즈(GSE Solutions)와 협력해 하루 200톤 이상 수소 생산이 가능한 고온 수전해 시스템을 통합한 원자로 시뮬레이터를 미국 오리건주 코발리스 본사에 구축했다고 지난 2일(현지시간) 밝혔다. 과학기술 전문매체 인터레스팅엔지니어링에 따르면 이 시뮬레이터는 단순한 개념적 모델이 아니라 실시간으로 작동하며, SMR에서 생성된 고온 증기를 활용한 수소 생산 공정 전반을 정밀하게 재현한다. 이를 통해 원자력을 기반으로 한 탈탄소 산업 솔루션의 실증과 전문 인력 양성이라는 이중 목적을 동시에 추구한다. 시뮬레이터에는 GSE의 'JTopmeret' 및 '제이로직(JLogic)' 등 고도화된 디지털 도구가 적용돼, 원자로와 수소 생산 공정 간의 열역학 및 공정 상호작용을 전범위적으로 구현한다. 핵심 기술은 '가역형 고체산화물 연료전지(RSOFCs)'로, 전기·수소·담수 생산을 동시에 수행할 수 있는 이중 기능 시스템이다. 이를 통해 누스케일은 전력 외에도 수소, 담수 등 다양한 청정 자원을 동시에 공급할 수 있는 멀티에너지 플랫폼 구축을 목표로 한다. 이번 개발은 향후 SMR이 단순한 전력 공급원이 아닌 수소경제 및 청정 연료 생산의 중심축으로 재정의될 수 있음을 시사한다. 누스케일 측은 "SMR의 안정적인 출력 특성은 간헐적인 재생에너지와 달리 고온 수전해 방식에 적합한 운전 조건을 제공한다"고 밝혔다. 그동안 재생에너지가 주도해온 녹색수소 생산에서 SMR이 새로운 대안으로 부상할 수 있는 배경이다. 누스케일은 해당 시뮬레이터를 대학 및 산업계에 개방해 운전 인력 양성과 커리큘럼 개발에 활용할 계획이다. 실제 현장 운영 환경에 근접한 교육 시스템은 수소 분야에서도 드물며, 원자력과의 통합은 유례없는 시도다. 이를 통해 통합 원자력-수소 생산 플랫폼을 운영할 전문 인력 생태계를 조성하겠다는 구상이다. 한편, 누스케일은 SMR의 응용 범위를 지속적으로 확장 중이다. 앞서 열린 세계석유화학회의(WPC)에서는 누스케일파워모듈(NPM) 1기만으로도 역삼투 방식으로 하루 1억 5000만 갤런의 담수 생산이 가능하며, 온실가스 배출 없이 12기 구성 시 약 230만 명의 식수를 제공하고 40만 가구에 전력을 공급할 수 있다는 연구 결과를 발표한 바 있다. 또한 미국 에너지부 산하 태평양북서국립연구소(PNNL)와의 공동 연구를 통해 해수담수화 부산물인 염수를 수소 원료로 전환하는 수열화학 공정도 개발 중이다. 이로써 담수화와 수소 생산을 연계한 폐자원 활용형 순환 에너지 시스템 구축에도 박차를 가하고 있다. 이번 시뮬레이터의 구축은 단순한 기술 시연을 넘어, SMR 기반 다중 에너지 생산 체계를 실증하고 글로벌 분산형 청정 에너지 수요에 대응할 수 있는 솔루션으로서의 가능성을 제시했다는 점에서 주목된다. SMR이 수소경제와 산업 탈탄소화, 물 부족 해결 등 복합 위기를 동시에 해결할 수 있는 핵심 인프라로 떠오르고 있다.
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[신소재 신기술(184)] 세계 최초 하루 200톤 수소 생산 SMR 시뮬레이터, 미국서 가동
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[신소재 신기술(183)] 마이크로로봇으로 부비동염 치료⋯중국·홍콩, 약물 없는 신기술 개발
- '마이크로로봇 군단'이 코 막힘 치료에 나섰다. 중국과 홍콩의 연구진이 비강을 통해 투입되는 초소형 로봇 군단을 이용해 농과 점액을 녹이고 부비동염을 치료하는 신개념 비침습 의료기술을 개발했다고 과학 전문 매체 ZME가 보도했다. 해당 기술은 약물을 투입하는 대신 로봇 자체의 표면에서 박테리아를 분해하는 화학반응을 유도해 감염 부위를 직접 타격하는 방식이다. 현재 동물실험 단계에 있으며, 향후 임상시험을 거쳐 인체 적용 가능성을 타진할 계획이다. 비강 투입형 로봇, '현장 생성 무기'로 박테리아 제거 이 치료법은 길이 수 마이크로미터(μm)에 불과한 마이크로로봇을 전자기 유도 방식으로 조종해 콧속 부비강에 투입하고, 로봇 표면에서 광촉매 반응을 유도해 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)을 생성한다. 이 산화물은 박테리아 생물막을 분해하고, 점액을 녹이며, 감염 부위를 정화하는 데 사용된다. 기존 마이크로로봇이 항생제를 실어 나르던 방식과 달리, 이번 기술은 로봇 자체가 화학 무기 역할을 하며 약물 내성의 우려를 줄이고, 인체에 약물을 축적시키지 않는다는 장점이 있다. 연구진은 이를 "비침습적이고, 내성 우려가 낮으며, 약물 비의존적인 치료 플랫폼"이라 표현했다. 동물실험에서 효과 입증…향후 인체 적용 과제가 관건 중국 광시성, 선전(심천), 장쑤성(강소성), 양저우(장쑤성에 위치한 도시), 마카오 등의 공동 연구진은 이 기술을 돼지와 토끼의 부비강에 적용한 결과, 점액층과 농, 박테리아 생물막을 효과적으로 제거하는 데 성공했다. 다만, 현재까지는 동물실험에 국한되며, 인체 대상 임상시험은 아직 이뤄지지 않았다. 향후 과제는 ▲로봇의 정확한 위치 조종, ▲치료 후 로봇의 완전한 회수 또는 생분해 보장, ▲인체 안전성 검증, ▲대중 수용성 확보 등이다. 관련 기술이 임상 승인과 시장 출시까지는 보통 5~10년의 시간이 소요된다. "약물 도달률 극대화…코뿐 아니라 방광·장기 감염에도 적용 가능" 연구진은 이번 기술이 비단 비염이나 부비동염뿐 아니라 방광염, 장내 감염 등 전신 투약으로 치료하기 어려운 감염 부위에도 적용 가능할 것으로 기대하고 있다. 기존 항생제는 전신에 분산돼 일부만 감염 부위에 도달하지만, 마이크로로봇은 감염 부위에 직접 도달해 치료 효율을 극대화할 수 있다는 점이 핵심이다. '로봇 체내 주입 불안…대중 수용성 과제도 남아 한편, 로봇을 체내에 삽입한다는 점에서 대중의 거부감이나 음모론 확산 가능성에 대한 우려도 제기된다. 캐나다 몬트리올 폴리테크닉의 나노로보틱스 연구소장 실뱅 마르텔 교수는 영국 일간지 '가디언'과의 인터뷰에서 "대중은 초기에 거부감을 보일 수 있지만, 익숙해지는 데는 그리 오래 걸리지 않는다"고 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(183)] 마이크로로봇으로 부비동염 치료⋯중국·홍콩, 약물 없는 신기술 개발
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[신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발
- [신소재 신기술(182)] CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재, 스위스 연구진 개발 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 광합성 '생체 건축 소재' 개발…건축 외피 활용 가능성 제시 스위스 연방취리히공과대학(ETH 취리히) 연구진이 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수해 고체 무기물로 전환하는 광합성 기반 '생체(living) 소재'를 개발해 주목받고 있다. 이 소재는 향후 건축물 외벽에 적용돼 건축물 자체가 탄소를 흡수·저장하는 구조물로 기능할 가능성을 제시한다. 과학 기술 전문 매체 라이브사이언스에 따르면 이 소재는 청록색조류(시아노박테리아, cyanobacteria)를 고수분 젤(hydrogel) 기반의 3D 프린팅 소재 내부에서 배양한 구조로, 빛, 물, CO₂를 흡수해 산소와 유기물을 생성하는 광합성 기능을 갖췄다. 특히, 칼슘 및 마그네슘 등 영양분이 공급될 경우, CO₂를 흡수해 탄산염 결정체(예: 석회석)로 전환해 무기 탄소 형태로 고정하는 특성이 있다. ETH 취리히 고분자공학과 마크 티빗(Mark Tibbitt) 교수는 "이 소재는 바이오매스뿐 아니라 무기질 형태로도 탄소를 저장할 수 있어, 건축물의 외피에 적용될 경우 건물 자체가 탄소저장고 역할을 할 수 있다"고 설명했다. 실험에 따르면, 해당 소재는 400일 동안 CO₂를 지속적으로 흡수해 1g당 약 26mg의 이산화탄소를 고정하는 성과를 냈다. 이는 기존의 생물학적 탄소 포집 방식보다 효율성이 높은 것으로 평가된다. 소재는 시간이 흐를수록 구조가 단단해지고 색도 짙어지며, 초기에는 젤 형태였지만 무기질 격자가 형성되며 기계적 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 연구진은 이러한 자가 강화 성질이 건축 재료로의 적용 가능성을 뒷받침한다고 분석했다. 해당 연구는 4월 23일자 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. 이 소재의 기반은 다공성 하이드로겔로, 내부에서 청록색조류가 광합성을 지속할 수 있도록 빛과 기체 투과성을 확보한 구조다. 연구팀은 해수 성분의 인공 용액으로 영양분을 공급해 광합성과 무기화 반응이 동시에 이뤄지는 조건을 조성했고, 가장 적합한 생존 환경을 구현하기 위해 다양한 3D 구조를 실험했다. 공동 연구자인 ETH 취리히 박사과정 연구원 이판 추이(Yifan Cui)는 "시아노박테리아는 지구상에서 가장 오래된 생명체 중 하나로, 미약한 빛만으로도 이산화탄소와 수분을 활용해 바이오매스를 생성할 수 있다"고 밝혔다. 향후 연구는 해당 소재를 실제 건물 외피에 적용하기 위한 영양분 공급 방식과 유전적 개량을 통한 광합성 효율 제고 방안 등에 초점을 둘 예정이다. 특히 연구진은 베니스 비엔날레 건축 전시회에서 이 소재를 1년간 최대 18kg의 CO₂를 흡수하는 나무 모양의 구조물로 구현해 시연한 바 있다. 티빗 교수는 "이번 생체 소재는 저에너지·친환경적 탄소 고정 방식으로, 기존의 화학적 포집 기술을 보완할 수 있는 가능성을 갖고 있다"며 "도시 환경에서의 탄소저감 수단으로 충분한 잠재력을 지닌다"고 덧붙였다.
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- ESGC
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[신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발
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[신소재 신기술(181)] 근적외선으로 머리 전체 투과 성공⋯차세대 뇌 진단 기술 주목
- 인간의 머리를 관통하는 빛을 이용한 새로운 뇌영상 기법이 개발됐다. 22일(현지시간) 과학 기술 전문매체 사이언스 얼럿에 따르면 영국 글래스고 대학교 연구팀은 기존 기술의 한계를 넘는 방식으로, 인체에 해를 주지 않는 근적외선을 머리 한쪽에서 쏘아 다른 쪽에서 감지하는 데 성공했다고 밝혔다. 현재 이동성과 비용 측면에서 가장 유용한 비침습 뇌영상 기술은 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)이다. 그러나 이 기술은 두개골 아래 수 센티미터까지만 탐지할 수 있어, 보다 깊은 뇌 영역을 관찰하기 위해선 부피가 크고 고가인 자기공명영상(MRI) 장비에 의존해왔다. 연구진은 빛이 머리 전체를 통과할 수 있도록 fNIRS의 민감도를 크게 확장했다. 레이저의 출력을 인체 안전 기준 내에서 상향 조정하고, 수광 장치의 민감도도 개선했다. 그 결과, 실험 참가자의 머리를 한쪽에서 비춘 근적외선이 반대쪽에서 포착됐다. 다만 이번 실험은 공정 조건이 까다로웠다. 전체 8명의 실험 참가자 중 한 명에게서만 성공적인 결과가 도출됐으며, 해당 피험자는 피부가 밝고 머리카락을 싹 밀어버린다는 조건을 갖췄다. 측정 시간도 약 30분에 달했다. 연구진은 "이번 연구는 비침습 광학 뇌영상 기술을 통해 성인의 두개골 내부 깊은 부위의 생물학적 지표를 탐지할 수 있는 가능성을 보여준다"고 밝혔다. 또한 3D 머리 모델을 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션에서 예측된 광자의 이동 경로가 실제 측정 결과와 일치해 실험의 신뢰도를 높였다. 빛은 무작위로 흩어지기보다 뇌척수액 등 상대적으로 투명한 경로를 따라 이동했다. 이는 향후 뇌영상 기술의 정밀도를 높이는 데 활용될 수 있을 것으로 보인다. 연구팀은 "빛을 쏘는 위치를 조절함으로써 특정 뇌 부위를 선택적으로 관찰하는 것도 가능해질 수 있다"고 설명했다. fNIRS는 EEG보다 해상도는 낮지만 저비용·경량이라는 장점을 지니며, fMRI보다는 접근성이 높다. EEG는 뇌파 검사를 뜻하는 Electroencephalography(뇌전도)의 약자로, 뇌에서 발생하는 전기 신호를 측정하는 방법이다. EEG는 뇌의 전기적 활동을 실시간으로 측정해 뇌 상태를 파악하는 기술이다. fMRI는 기능적 자기공명영상(functional Magnetic Resonance Imaging)의 약자로, 뇌의 활동을 실시간으로 관찰할 수 있는 신경영상 기술이다. fMRI는 뇌에서 활동이 증가하면 해당 부위로 산소가 풍부한 혈액(BOLD: Blood Oxygen Level Dependent)이 더 많이 공급되는 현상을 이용한다. 이 산소 농도 차이를 자기공명영상(MRI)으로 측정하여 뇌의 활동 상태를 간접적으로 보여준다. 연구진은 이번 연구가 뇌졸중, 뇌손상, 종양 등 다양한 질환 진단에서 보다 실용적인 뇌영상 기기의 개발로 이어질 수 있다고 전망했다. 이번 연구는 국제학술지 '신경광자학(Neurophotonics, 뉴로포토닉스)'에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(181)] 근적외선으로 머리 전체 투과 성공⋯차세대 뇌 진단 기술 주목
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[신소재 신기술(180)] MIT, 손상된 명화 복원 방식 혁신⋯디지털 아닌 실물 회복 가능하게 해
- 미국 MIT 공과대학에서 손상된 고전 회화를 되살리는 인공지능(AI) 기반 새로운 기술이 개발돼 주목받고 있다. 15일(현지시간) 뉴아틀라스는 기존 인공지능(AI) 기반 복원 방식이 디지털 이미지로의 복제에 그친 것과 달리, 이번 기술은 실물 회화 자체에 가역적인 복원 조치를 적용하는 방식이라며 이같이 보도했다. 핵심은 손쉽게 제거 가능한 투명 마스크를 활용한 '물리적 복원'이라는 점이다. 이 기술은 MIT 기계공학과 대학원생 알렉스 카치킨(Alex Kachkine)이 개발했다. 그는 취미로 고전 회화의 수작업 복원을 해오던 중, 미술관에는 복원이 시급하지만 시간과 비용 문제로 전시되지 못하는 작품이 많다는 점에 주목했다. 그가 고안한 방식은 수년이 걸릴 복원 작업을 단 몇 시간 안에 마칠 수 있도록 한다. 카치킨은 자신이 소장하던 15세기 유화 작품을 실험 대상으로 삼았다. 기존에 덧칠된 복원 흔적을 제거한 후 고해상도로 스캔했고, AI 알고리즘을 활용해 원래의 모습을 디지털로 복원했다. 이어 자체 개발한 소프트웨어로 원작의 손상 부위와 필요한 색상을 정밀하게 파악하고, 이를 바탕으로 복원 지도를 제작했다. 이 디지털 복원 지도는 상업용 고정밀 잉크젯 프린터로 투명 고분자 필름에 두 겹의 마스크로 출력된다. 하나는 색상층, 다른 하나는 백색층이다. 이 마스크는 원화 위에 정밀하게 정렬돼 부착되며, 얇은 바니시 코팅으로 고정된다. 바니시와 마스크 모두 기존 보존 화학제로 손쉽게 제거 가능하며, 원작에는 손상이 없다. 실제 복원 과정에서는 5612개의 손상 영역에 총 5만7314가지의 색상이 사용됐으며, 전체 복원 시간은 3시간 30분에 불과했다. 수작업으로 복원할 경우보다 약 66배 빠른 속도다. 복원 지도는 향후 보존 전문가가 참고할 수 있도록 영구 기록으로 남는다. 카치킨은 "보존 창고 속 많은 예술 작품이 빛을 보지 못하고 있다"며 "이 새로운 기술이 더 많은 예술품을 세상에 다시 선보일 수 있는 계기가 되기를 바란다"고 말했다. 관련 논문은 최근 국제학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(180)] MIT, 손상된 명화 복원 방식 혁신⋯디지털 아닌 실물 회복 가능하게 해
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[신소재 신기술(179)] 이산화탄소를 시멘트로⋯친환경 건설을 향한 새로운 전환점
- 이산화탄소를 오염물질로만 여겨온 기존 인식에 도전하는 획기적인 연구 결과가 나왔다. 10일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 미국 미시간대학교를 중심으로 UC 데이비스와 UCLA 연구진이 참여한 공동 연구팀은 이산화탄소(CO₂)를 금속 옥살레이트(metal oxalates)로 전환해 시멘트 제조 원료로 활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스 화학과 조교수이자 이 연구의 공동 주저자인 헤수스 벨라스케스는 "금속 옥살산염은 아직 충분히 탐구되지 않은 분야로, 대체 시멘트 재료, 합성 전구체, 심지어 이산화탄소 저장 솔루션으로 활용될 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 미국 에너지부(DOE)가 후원하는 '탄소 순환 종결 센터(Center for Closing the Carbon Cycle, 4C)'의 일환으로 수행됐다. 4C의 주요 목표는 대기 중 배출되는 이산화탄소를 포집해 활용 가능한 물질로 전환하는 실용적인 방안을 찾는 데 있다. 연구팀은 시멘트의 주원료인 포틀랜드 시멘트 제조 과정에서 대규모 이산화탄소가 배출된다는 점에 주목, 발상을 전환해 이산화탄소를 투입해 새로운 시멘트 성분을 만들어내는 방식으로 접근했다. 팀은 이산화탄소를 금속 이온과 결합시켜 금속 옥살레이트 형태의 고체를 생성한 뒤, 이를 시멘트 제조에 활용할 수 있다는 점에서 의미 있는 진전을 이뤘다. 특히 이번 연구의 핵심은 극미량의 납(lead)을 촉매로 활용하면서도 높은 반응 효율을 달성했다는 데 있다. 기존 기술은 다량의 납을 필요로 해 환경과 건강에 대한 부담이 컸다. 연구팀은 고분자 물질을 이용해 납의 화학적 환경을 정밀 제어함으로써 필요한 납의 양을 "10억 분의 1(ppb)' 수준으로 낮췄다. 이는 상업용 재료에 존재하는 불순물 수준에 불과해 산업적 확장 가능성을 높인 성과다. 미시간대 찰스 맥크로리(Charls McCrory) 교수는 "이번 연구는 이산화탄소라는 가치 없는 폐기물을 고부가가치 재료로 '업사이클링'하는 혁신적인 사례"라며 "이산화탄소를 단순히 매립하거나 제거하는 것을 넘어 건설 자재로 활용함으로써 실질적인 기후 대응 수단으로 삼을 수 있다"고 강조했다. 실제로 이 기술은 두 개의 전극을 활용한 전기화학 반응으로 작동된다. 한쪽 전극은 이산화탄소를 옥살레이트 이온으로 환원시키고, 다른 금속 전극에서는 금속 이온이 방출되어 옥살레이트와 결합해 고체 금속 옥살레이트를 생성한다. 이 고체는 침전 후 수거돼 시멘트 제조에 사용될 수 있다. UC 데이비스의 공동저자 헤수스 벨라스케스(Jesus Velasquez) 박사는 "금속 옥살레이트는 아직 충분히 연구되지 않은 영역으로, 시멘트 대체재는 물론 이산화탄소 저장 소재로도 잠재력을 가진다"고 평가했다. 공동저자인 아나스타샤 알렉산드로바(Anastassia Alexandrova) UCLA 교수는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 촉매 역할을 하는 납의 메커니즘을 이론적으로 검증했다. 그녀는 "산업계에서 유용한 촉매는 종종 우연히 발견되며, 이번 연구처럼 극미량의 불순물이 핵심적인 역할을 하는 사례는 앞으로도 더 많을 것"이라고 내다봤다. 무엇보다 이산화탄소를 고체화해 안정적으로 저장할 수 있다는 점은 환경적으로도 주목할만하다. "이것은 단순한 포집을 넘어 실제로 유용한 고체 재료를 만들어낸다는 점에서 기후 변화 대응에 실질적인 효과를 갖는다"고 맥크로리 교수는 설명했다. 연구팀은 향후 산업화 가능성을 염두에 두고 최종 생산물의 품질과 수율을 높이기 위한 최적화 작업을 지속할 계획이다. "아직 갈 길은 멀었지만, 납 함량을 ppb 수준으로 낮춘 것은 친환경 확장을 위한 중요한 이정표"라며 "상업적 스케일로의 확대 가능성은 충분하다"고 덧븉였다. 이 연구 결과는 국제 과학 저널 '첨단 재료(Advanced Materials, 어드밴스트 머티리얼)'에 정식 게재됐다.
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[신소재 신기술(179)] 이산화탄소를 시멘트로⋯친환경 건설을 향한 새로운 전환점
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[신소재 신기술(178)] 핵추진 기술, 심우주 탐사의 새로운 문을 열다
- 태양계 외곽과 심우주 탐사를 위한 '핵분열 기반 전기추진(nuclear electric propulsion)' 기술이 우주항행의 새로운 전기를 예고하고 있다. 1950년대 처음 개념이 제안된 이 기술은 최근 화성 너머로 탐사영역을 확장하려는 인류의 흐름과 맞물려 다시금 주목받고 있다고 과학전문 매체 인터레스팅엔지니어링이 3일(현지시간) 보도했다. 인도 방갈로르에 본사를 둔 두 민간 우주기업 최고경영자들은 '제56회 달·행성과학 콘퍼런스(LPSC 2025)'에서 핵열 전기추진 기술의 가능성과 한계를 다룬 공동연구를 발표했다. 연구팀은 화학추진과 태양광 기반 시스템이 장기 심우주 탐사에는 한계가 있다고 지적하며, 핵분열 기반 전기추진 기술이 이러한 제약을 돌파할 열쇠가 될 수 있다고 강조했다. 인도 민간 우주항공 기업 액셀러론 에어로스페이스(Acceleron Aerospace) 말라야 쿠마르 비스왈 최고경영자(CEO)과 그라하 스페이스(Grahaa Space) 라메시 쿠마르(CEO)는 "핵분열 추진은 높은 에너지 밀도와 태양광에 의존하지 않는 자립적 전력공급이 가능해, 수십 년간 안정적인 탐사 운용이 가능하다"고 밝혔다. 이들은 기존 추진체 대비 핵분열 추진의 주요 장점으로 △ 추진력과 생명 유지 장치 구동을 위한 안정적 전력 제공 △ 탐사 시간 단축 △ 대형 탑재체 수송 가능성 등을 꼽았다. 미 항공우주국(나사·NASA)에 따르면 핵 추진은 화학 로켓보다 추진제 효율이 더 높다. 화성으로의 유인 및 화물 임무와 태양계 외곽으로의 과학 임무에 활용될 수 있는 잠재적 기술로, 많은 경우 더 빠르고 강력한 임무를 수행할 수 있다. 핵추진 시스템은 특히 태양빛이 닿지 않는 그림자 지형이나 태양계 외곽과 같은 저광량 환경에서도 운용이 가능하다는 점에서 활용성이 높다. 이번 연구는 핵추진의 장점 외에도 방사선 차폐, 시스템 중량, 안전성 확보 등 기술적 난제도 조명했다. 비스왈은 미국 과학 매체와의 인터뷰에서 "NASA의 '킬로파워(Kilopower)' 프로젝트와 같은 연구는 핵분열 기술의 실현 가능성을 뒷받침하는 긍정적 신호"라고 평가했다. 특히 이 기술이 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 물론, 태양계 너머 카이퍼벨트까지의 접근을 가능케 할 것이라는 분석도 내놓았다. 그러나 현실적인 과제는 여전히 남아 있다. 바로 '예산'이다. 핵추진 로켓은 1950년대에도 제안된 바 있으나, 당시 NASA의 로켓용 핵추진 엔진 NERVA(너바) 프로그램은 1973년 예산 삭감과 스페이스 셔틀 집중정책으로 폐기됐다. 기술적 가능성에도 불구하고 투자 수익이 단기간에 나타나지 않는다는 점이 지속적인 자금 확보의 걸림돌로 작용하고 있다. NERVA(너바, Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) 프로그램은 1955년부터 1973년까지 미국이 추진한 핵열추진 로켓 개발 프로젝트로, NASA와 미국 원자력위원회(AEC)가 공동으로 주도했다. 이 프로그램은 기존 화학로켓보다 높은 추진 효율을 제공하여, 심우주 탐사와 유인 화성 탐사 임무를 위한 핵심 기술로 여겨졌다. NERVA는 액체 수소를 추진제로 사용하며, 고온의 핵분열 반응로에서 수소를 가열하여 노즐을 통해 분사함으로써 추진력을 얻는 방식이다. 이러한 핵열추진 방식은 기존 화학로켓보다 약 23배 높은 비추력(약 800~900초)을 제공하여, 더 무거운 탑재물을 더 먼 거리로 운반할 수 있는 잠재력을 지녔다. 1973년, NERVA 프로그램은 여러 요인으로 인해 종료됐다. 우선, 아폴로 프로그램 이후 우주 탐사에 대한 정치적·사회적 관심이 감소하면서, 유인 화성 탐사와 같은 장기 계획에 대한 지원이 줄어들었다. 또한, 환경 및 안전에 대한 우려, 예산 삭감, 무인 탐사선의 발전 등도 프로그램 종료에 영향을 미쳤다. 2023년, NASA 우주비행사 출신이자 민간 우주기업 '애드 아스트라(Ad Astra)'를 설립한 프랭클린 창 디아즈는 "핵 전기추진 엔진(VASIMR)을 우주에서 시험 운용하기 위한 기술은 이미 준비됐지만, 상용화를 위한 수백만 달러 규모의 자금 확보가 관건"이라고 말한 바 있다. 비용과 시간, 기술적 장벽을 넘어설 수 있다면 핵추진 기술은 단순한 대안이 아닌 '심우주 탐사의 새로운 시대'를 여는 열쇠가 될 수 있다. 우주 기술이 지닌 상징성과 전략적 가치가 커지는 지금, 이 고전적이지만 혁신적인 접근법이 재조명받고 있다.
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[신소재 신기술(178)] 핵추진 기술, 심우주 탐사의 새로운 문을 열다
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[신소재 신기술(177) 폐건설자재·유리로 만든 '비시멘트 고강도 고결제'⋯日 연구진, 160kN/㎡ 압축력 확보
- 일본 연구진이 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업 폐기물만으로 고강도의 토양 고결제를 개발했다. 이 신소재는 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)에 비해 탄소배출과 비용을 획기적으로 줄이면서도 건설용 기준 강도를 충족해, 차세대 친환경 인프라 소재로 주목받고 있다. 해당 내용에 대해서는 인터레스팅엔지니어링, 데일리 갤럭시 등 다수 외신이 보도했다. 일본 오사카 외곽의 대학 실험실에서 시이나 이나즈미(Shinya Inazumi) 교수가 이끄는 연구팀은 건설현장의 먼지와 분쇄 유리를 주원료로 한 지오폴리머 기반 고결제를 개발했다. 해당 소재는 110도~200도의 저온 열처리를 통해 활성화되며, 지반 보강에 요구되는 압축강도 160kN/㎡ 이상을 확보했다. 이는 도로, 건물, 교량 등의 기초 지반 안정화에 충분한 수준이다. 고결제는 일반 시멘트의 생산 과정에서 필연적으로 발생하는 이산화탄소(CO₂) 배출 문제를 회피할 수 있어 지속가능한 건설소재로 주목받고 있다. 국제기후변화위원회(IPCC)에 따르면, 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 7~8%가 OPC 생산에서 발생한다. 연구팀은 초기 실험에서 소량의 비소(As) 용출이 확인됐으나, 이에 대해서는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 첨가해 안정화를 유도함으로써 환경 안정성까지 확보했다고 밝혔다. 이나즈미 교수는 "지속가능성은 환경안전을 희생해서는 안 된다"며, "건설폐기물과 탄소배출이라는 이중 과제를 동시에 해결할 수 있는 대안 기술이 될 것"이라고 강조했다. 이 고결제는 빠른 경화성과 우수한 작업성은 물론, 염해·황산·동결융해 등 외부 화학적 스트레스에도 강해, 재난 대응 등 긴급 보강 용도로도 활용 가능성이 높다. 특히 점토층이 많은 일본 일부 지역에서는 기존 시멘트보다 낮은 비용과 탄소부담으로 안정적인 지반 강화를 실현할 수 있다는 평가다. 해당 연구 성과는 국제 학술지 '클리너 엔지니어링 앤 테크놀로지(Cleaner Engineering and Technology)'에 게재됐으며, 건설·토목 분야에서 새로운 대체재로 적용 가능성을 넓히고 있다. 연구팀은 향후 벽돌형 블록 생산 등 농촌 개발용 건축재로의 확장도 가능하다고 내다보고 있다. 2024년 기준 세계 시멘트 생산량은 약 44억 톤에 달하며, 시장 규모는 약 3,850억 달러(약 560조 원)에 이른다. 이처럼 대규모이면서 환경 부담이 큰 산업 내에서, 일본발 친환경 고결제 기술이 시장의 균형을 바꿀 수 있을지 주목된다.
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[신소재 신기술(177) 폐건설자재·유리로 만든 '비시멘트 고강도 고결제'⋯日 연구진, 160kN/㎡ 압축력 확보
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[퓨처 Eyes(85)] 꿈의 신소재 '슈퍼우드', 강철 10배 강도⋯건축 혁명 예고
- "쇠보다 강한 나무." 마치 공상 과학 영화에서나 나올 법한 이야기가 현실로 다가왔다. 미국의 한 연구실에서 평범한 나무를 강철보다 훨씬 강한 신소재로 탈바꿈시키는 놀라운 기술이 개발된 것이다. 메릴랜드에 위치한 생명 공학 스타트업인 인벤트우드(InventWood)는 수년 간의 연구 개발 끝에 '슈퍼우드(Superwood)'라는 혁신적인 목재를 세상에 선보이며 건축 산업의 판도를 뒤흔들 준비를 하고 있다. 이들이 개발한 슈퍼우드는 겉보기에는 일반 나무와 다를 바 없지만, 그 성능은 상상을 초월한다. 인벤트우드에 따르면, 슈퍼우드는 분자 수준의 변형을 통해 원래 나무보다 무려 12배나 더 강하고 10배나 더 단단한 강도를 자랑한다. 특히 주목할 점은 무게 대비 강도인데, 슈퍼우드는 강철보다 거의 10배나 더 뛰어난 성능을 보여준다. 가벼우면서도 튼튼한 건축 자재로서의 엄청난 잠재력을 보여주는 대목이다. 해당 내용은 과학 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링과 테크 크런치에 실렸다. 과학과 자연의 조화, 슈퍼우드 탄생 이 혁신적인 기술은 메릴랜드 대학교의 저명한 재료 과학자인 리앙빙 후(Liangbing Hu) 박사의 주도적인 연구에서 비롯됐다. 탄소 나노튜브 분야에서 혁혁한 공을 세웠던 그는 나무의 세포 구조를 정밀하게 제어하고 압축하는 독특한 방식을 통해 슈퍼우드를 개발하는 데 성공했다. 이 과정에서 나무가 가진 따뜻함, 질감, 가공성, 자연스러운 아름다움 등의 장점은 그대로 유지하면서도 강도, 내구성, 물을 막는 성질, 불에 견디는 성질, 해충에 견디는 성질 등 다양한 성능이 획기적으로 향상되었다. 인벤트우드의 알렉스 라우(Alex Lau) 최고경영자는 "슈퍼우드는 자연의 가장 고도로 진화된 구조와 혁명적인 과학 기술이 결합했을 때 무엇이 가능한지를 보여주는 사례"라며, 최근 확보한 1500만 달러(약 209억 4900만 원)의 시리즈 A 펀딩을 통해 슈퍼우드의 생산 규모를 확대할 계획이라고 밝혔다. 슈퍼우드의 잠재력에 대한 기대감은 전문가들 사이에서도 높다. 미국의 저명한 환경 운동가이자 기업가인 폴 호켄(Paul Hawken)은 슈퍼우드를 "자연 세계의 천재성을 칭송하는 놀라운 혁신"이라고 극찬하며, 전 세계 건축 산업의 미래를 만들어갈 소재가 될 것이라고 내다봤다. 인벤트우드는 이미 미국 에너지부, 국방부, 그랜섬 재단 등 주요 공공 및 민간 투자 기관으로부터 총 5000만 달러(약 698억 3000만 원)가 넘는 자금을 유치하며 기술력과 성장 가능성을 인정받았다. 이들은 확보한 자금을 바탕으로 첫 번째 상업 규모의 제조 공장을 건설하고, 주거 및 상업용 건축 시장을 겨냥한 슈퍼우드 생산에 박차를 가할 예정이다. 슈퍼우드 제조 과정과 뛰어난 성능 라우 최고경영자는 "슈퍼우드가 요구하는 엄격한 기준을 충족하기 위해 국내 생산을 우선시하고 있다"며, "올해 3분기부터 상업적 선적을 시작하여 숲에서 최종 제품에 이르기까지 모든 공정에서 타협 없는 품질을 제공하고 미국 제조업을 지원하는 데 집중할 것"이라고 강조했다. 인벤트우드는 슈퍼우드 생산을 통해 지역 경제 활성화는 물론, 해외 생산 때문에 발생하는 탄소 배출량과 물류 위험을 줄이는 데도 기여할 것으로 기대하고 있다. 북미 시장의 원활한 진출을 위해 최근에는 고성능 건축 자재 공급업체인 인텍추럴(Intectural)과 전략적 동반자 관계를 맺기도 했다. 인벤트우드는 슈퍼우드가 수입산 철강이나 알루미늄을 대체할 수 있는 지속 가능하고 현지 생산이 가능한 대안을 적극적으로 모색하고 있는 미국의 상황에 딱 맞는 해법이 될 것이라고 믿고 있다. 이들은 슈퍼우드가 아름다움, 강도, 디자인의 융통성을 모두 갖춘 친환경적인 고성능 건축 자재로서, 현대 건축의 중요한 요구 사항인 기후 변화에 대한 적응력과 경제성까지 충족시킬 수 있을 것으로 전망하고 있다. 강철을 넘어선 나무의 힘 슈퍼우드의 핵심 기술은 목재의 주성분인 셀룰로스와 리그닌 중 셀룰로스를 강화하는 데 있다. 라우 최고경영자는 "셀룰로스 나노크리스탈은 실제로 탄소 섬유보다 더 강하다"고 설명한다. 인벤트우드는 식품 산업에서 사용하는 안전한 화학 물질을 사용하여 목재의 분자 구조를 변형시킨 후, 압축 과정을 통해 셀룰로스 분자 사이의 수소 결합을 획기적으로 늘린다. 라우 최고경영자는 이 과정에 대해 "우리는 소재를 4배로 압축할 수 있다. 단순히 섬유가 4배 많아졌으니 4배 더 강해질 것이라고 생각할 수 있지만, 실제로 만들어지는 수많은 추가 결합 덕분에 약 10배나 더 강해진다"고 덧붙였다. 이러한 혁신적인 공정을 통해 탄생한 슈퍼우드는 인장 강도가 강철보다 50% 더 높으며, 무게 대비 강도는 무려 10배나 더 뛰어나다. 또한 클래스 A(Class A) 방화 등급을 받아 불에 매우 잘 견디며, 부패와 해충에도 뛰어난 저항력을 보인다. 여기에 특정 폴리머를 더하면 외부 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있어 건물 외벽, 데크, 지붕 등의 다양한 건축 자재로 활용될 수 있다. 인벤트우드의 초기 제품은 상업용 및 고급 주거용 건물의 외장재 시장을 겨냥할 예정이다. 건축 산업의 미래를 바꿀 혁신 압축 과정은 슈퍼우드의 색깔에도 독특한 변화를 가져온다. 라우 최고경영자는 "압축을 통해 색깔이 더욱 진해져 고급스러운 열대 경목과 같은 겉모습을 갖게 된다"고 설명한다. 실제로 인벤트우드가 공개한 슈퍼우드 견본품은 호두나무나 이페와 같은 고급 목재의 깊고 풍부한 색감을 그대로 보여준다. 놀라운 점은 이러한 아름다운 색깔이 어떠한 염색 과정 없이 자연적으로 만들어진 것이라는 사실이다. 인벤트우드의 궁극적인 목표는 나무 조각을 활용하여 어떤 크기로든 맞춤형 구조용 빔을 생산하는 것이다. 라우 최고경영자는 슈퍼우드 견본품을 들어 올리며 "우리의 I형 빔이 이렇게 생겼다고 상상해 보라. 호두나무나 이페처럼 아름다운 자연색 그대로이며, 어떠한 착색도 하지 않았다"고 말했다. 이는 슈퍼우드가 단순한 외장재를 넘어 건축물의 뼈대를 이루는 핵심 구조재로까지 활용될 수 있음을 시사한다. 강철보다 강하고, 불에도 잘 타지 않으며, 아름다운 겉모습까지 갖춘 슈퍼우드의 등장은 건축 산업에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 지속 가능한 친환경 건축에 대한 요구가 높아지는 가운데, 슈퍼우드는 환경 보호와 성능 향상이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 매력적인 대안이 될 수 있을 것이다. 인벤트우드가 곧 대량 생산 체제를 갖추게 되면, 우리는 머지않아 슈퍼우드로 지어진 건물들을 전 세계 곳곳에서 만나볼 수 있을지도 모른다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(85)] 꿈의 신소재 '슈퍼우드', 강철 10배 강도⋯건축 혁명 예고
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[신소재 신기술(176)] MIT·하버드 연구팀, AI로 단일 세포 수준 단백질 위치 예측⋯질병 진단·신약 개발 새 길
- 미국 MIT, 하버드대, 브로드연구소 공동 연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 인간 세포 내 거의 모든 단백질의 위치를 예측할 수 있는 신기술을 개발했다. 이 기술은 단백질 이상 분포가 원인이 되는 알츠하이머병, 낭포성 섬유증, 암 등 다양한 질환 진단과 신약 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 15일(현지시간) MIT뉴스에 따르면 이번 연구는 단일 세포 수준에서 단백질 위치를 예측할 수 있는 AI 기반 모델 'PUPS(Protein localization Using Protein and cell representationS)'를 중심으로 소개됐다. 해당 연구는 15일 국제 학술지 네이처 메서즈(Nature Methods)'에 게재됐다. 단일 세포 내 단백질 분포 예측⋯기존 한계 돌파 단백질은 세포 내 위치에 따라 기능이 달라지며, 잘못된 위치에 존재할 경우 각종 질병을 유발할 수 있다. 하지만 인간 세포 하나에 존재하는 단백질과 그 변이 수는 7만여 개에 달하며, 실험실에서 이들을 일일이 검출하는 데는 시간과 비용이 과도하게 소요된다. 기존의 AI 기반 예측 모델들은 훈련 데이터로 활용된 단백질 및 세포에 국한된 분석만 가능하거나, 세포 단위 평균치만을 예측하는 데 그쳤다. 이에 반해 PUPS는 개별 단백질 서열 정보와 세포 염색 이미지를 결합해, 실험에 사용된 적이 없는 단백질과 세포에서도 단일 세포 수준의 위치 예측이 가능하다는 점에서 큰 진전을 이뤘다. 단백질 언어모델+영상 AI 결합⋯미지 영역 탐색 PUPS는 두 개의 AI 모델을 결합한 형태로 구성됐다. 첫 번째는 단백질 서열 기반 언어모델로, 아미노산 서열을 통해 3차원 구조와 세포 내 위치 결정에 영향을 미치는 특성을 분석한다. 두 번째는 '이미지 인페인팅(image inpainting)' 기법을 적용한 컴퓨터 비전 모델로, 세포의 핵, 미세소관, 소포체 등 세 가지 염색 이미지를 바탕으로 세포의 형태, 스트레스 상태 등 전반적 특성을 파악한다. 연구진은 이 두 모델이 생성한 정보 표현을 통합해 특정 단백질이 어느 세포 소기관에 위치할지를 시각적으로 예측하는 시스템을 구현했다. 사용자 입장에서는 아미노산 서열과 세포 염색 이미지를 입력하면, 단백질이 존재할 것으로 예상되는 세포 부위를 이미지로 출력받을 수 있다. 단백질-세포 간 조합 없이도 예측 가능⋯신규 치료 타깃 발굴 기대 PUPS의 강점은 기존 데이터에 포함되지 않은 단백질과 세포 간 조합에도 적용할 수 있다는 점이다. 이를 위해 연구진은 모델 학습 시 단백질의 위치를 예측하는 주된 작업 외에, 단백질이 속한 소기관의 이름을 직접 추론하도록 하는 ‘부가 학습 과제’를 부여해 정확도를 높였다. 공동 제1저자인 MIT 시스템생물학 대학원생 Yitong Tseo는 "이전에는 단백질에 직접 염색 시약을 붙이고 실험을 해야만 위치를 알 수 있었지만, 이제는 연구실 벤치에 손대지 않고도 그 과정을 컴퓨터에서 선별적으로 예측할 수 있다"며, 실험 설계의 효율성을 크게 높일 수 있다고 밝혔다. 실제 세포 실험으로 검증…"기존 AI보다 오차 작아" 연구팀은 PUPS의 예측 결과가 실제 단백질 위치와 얼마나 일치하는지를 검증하기 위해 실험실 실험을 병행했다. 비교 대상이 된 기존 AI 모델보다 평균적으로 오차가 적은 것으로 나타났다. 향후 연구진은 PUPS가 단일 단백질이 아닌 다중 단백질 상호작용을 반영할 수 있도록 모델을 확장할 계획이며, 궁극적으로는 배양 세포를 넘어 실제 조직 단위의 예측으로 발전시킬 수 있도록 연구를 지속할 방침이다. 이번 연구는 브로드연구소 산하 에릭 앤 웬디 슈미트 센터와 미국 국립보건원(NIH), 국립과학재단(NSF), 해군연구청(ONR), 에너지부(DOE) 등 주요 기관의 지원을 받아 진행됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(176)] MIT·하버드 연구팀, AI로 단일 세포 수준 단백질 위치 예측⋯질병 진단·신약 개발 새 길
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[신소재 신기술(175)] 세계 최초 '1인 맞춤형 유전자 치료' 성공⋯미국 신생아, 정밀의학 새 지평 열어
- 미국 펜실베이니아주에서 태어난 한 신생아가 세계 최초로 '1인 전용' 유전자 치료를 받은 사례로 기록되며, 정밀의학의 새로운 지평을 열었다고 USA투데이가 15일(현지시간) 보도했다. 펜실베이니아대학교 병원에서 태어난 KJ 멀둔(KJ Muldoon)은 출생 직후부터 이상 증세를 보였다. 임신 35주, 예정일보다 약 5주 이르게 태어난 그는 팔을 들어올리면 경직되고, 다시 내릴 때는 이상한 떨림이 동반됐다. 의료진은 이례적인 증상을 포착하고 정밀 검사를 진행한 끝에, 혈중 암모니아 수치가 극단적으로 높다는 사실을 확인했다. 이후 KJ는 병원 맞은편에 위치한 필라델피아 아동병원(Children’s Hospital of Philadelphia)으로 긴급 이송됐으며, 의료진은 그의 몸이 단백질 대사 과정에서 생성되는 암모니아를 제대로 배출하지 못하는 희귀 유전 질환을 앓고 있다고 진단했다. 해당 질환은 암모니아가 체내에 축적돼 뇌를 포함한 주요 장기에 치명적인 손상을 입힐 수 있다. 'n-of-1(단일환자 맞춤형)' 치료법, 차세대 정밀의학의 상징적 모델 간주 이에 따라 KJ는 기존 의료계에 전례가 없는 실험적 치료를 받게 됐다. 바로 특정 환자 한 명을 위해 설계된 '단일 환자 맞춤형 유전자 치료(n-of-1 therapy)'였다. 치료 방식은 유전자를 교정하는 명령을 담은 나노 크기의 지질입자 수십억 개를 간세포에 주기적으로 주입하는 것이다. 이를 통해 간세포가 CPS1(Carbonyl Phosphate Synthetase 1)이라는 효소를 생산하도록 유전적 결함을 일부 복구해, 암모니아 분해 기능을 회복하는 데 성공했다. KJ는 생후 3개월 동안 매달 해당 치료를 받아왔으며, 현재 그의 암모니아 수치는 정상 범위에 근접한 것으로 알려졌다. 다만 의료진은 아직 '완치'라는 표현을 쓰기에는 이르다는 입장이다. 어머니 니콜(34)은 "출생 당시 의료진이 제시한 최선의 시나리오는 그저 고통을 덜어주는 것이 전부였다"며 "지금은 또래 아이들과 동일한 발달 단계를 밟아가는 모습을 보며 놀라움을 금치 못하고 있다"고 말했다. '간세포 유전자 편집' 기술로 'CPS1 결핍증' 극복 이번 치료는 KJ가 태어나기 전부터 펜실베이니아대학교 소속 심장학자 키란 무수누루(Kiran Musunuru) 박사 연구팀이 준비해온 접근법을 기반으로 한다. 무수누루 박사는 간세포 유전자 교정을 핵심으로 하는 정밀 치료법을 개발해왔으며, 관련 기술은 그가 공동 창립한 바이오기업을 통해 구현됐다. 치료의 핵심은 '간세포 유전자 편집(Gene Editing of Hepatocytes)' 기술이다. 인간의 간은 단백질을 에너지로 전환하는 과정에서 암모니아를 분해하는 기능을 수행하는데, 이때 필수적인 효소가 바로 CPS1이다. 이 효소는 간세포 내 특정 유전자에 의해 생성되며, 해당 유전자에 결함이 있을 경우 체내 암모니아가 축적돼 중증 대사성 질환으로 발전한다. KJ는 CPS1 유전자에 결함이 있는 채로 태어났으며, 이는 'CPS1 결핍증' 또는 '요소회로 장애(Urea Cycle Disorder, UCD)'로 분류되는 희귀 질환이다. 이 질환은 신생아기 발현 시 수 시간 내 의식 저하, 경련, 뇌 손상 등으로 이어질 수 있다. 지질 나노입자 활용⋯윤리적 논란도 적어 의료진은 이 유전적 결함을 교정하기 위해 지질 나노입자(Lipid Nanoparticle, LNP)를 활용했다. 이 입자에는 CPS1 유전자의 정상 설계도를 담은 전령 RNA(mRNA) 또는 CRISPR 유전자가위 시스템이 포함돼 있으며, 이를 간세포에 전달해 유전자 기능을 복구하는 방식이다. 이 치료는 체세포 유전자 치료(somatic gene therapy)의 일환으로, 생식세포나 수정란을 건드리지 않고 환자 본인의 특정 조직 세포만을 대상으로 하기 때문에 윤리적 논란도 상대적으로 적다. 세계 최초 인간 대상 임상 적용 해당 기술은 지금까지 동물실험 또는 실험실 단계에 머물러 있었으며, 인간을 대상으로 한 임상 적용은 이번이 세계 최초다. 특히 단 한 명의 유전형을 위해 개발된 치료법이라는 점에서, 희귀 질환 환자를 위한 정밀의학(personalized medicine)의 상징적인 사례로 평가된다. 무수누루 박사팀의 치료법은 기존의 유전자 대체요법(gene replacement therapy)보다 훨씬 정밀하며, 특정 유전자의 기능만을 선택적으로 조절할 수 있는 장점을 갖는다. 치료 효과가 장기적으로 유지된다면, 평생 지속 가능한 치료로 발전할 가능성도 제기된다. 이러한 방식은 향후 요소회로 결손(UCD)은 물론, 페닐케톤뇨증(PKU), 윌슨병 등 특정 효소 결핍에 기반한 다양한 간 유전 질환에도 응용될 수 있을 것으로 전망된다. 정밀 유전자 편집 기술의 발전은 이제 '한 사람을 위한 치료'가 이론을 넘어 실현 가능한 영역으로 진입했음을 보여준다. 의학계는 이번 KJ 사례가 향후 희귀 유전 질환 치료의 새로운 청사진이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다만 장기적인 안정성과 부작용 여부에 대한 지속적 추적이 필요하다는 점에서, 해당 치료법의 보편화까지는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다.
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[신소재 신기술(175)] 세계 최초 '1인 맞춤형 유전자 치료' 성공⋯미국 신생아, 정밀의학 새 지평 열어
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[신소재 신기술(174)] '셀카' 한 장으로 건강 상태 가늠⋯AI 알고리즘 '페이스에이지' 개발
- 단순한 얼굴 사진 한 장으로 실제 생물학적 나이를 예측하는 인공지능(AI) 알고리즘이 개발됐다. 기존 의료진의 직관적 '눈대중' 판단에 과학적 정밀성을 더할 수 있다는 평가가 나온다. 영국 의학학술지 란셋 디지털 헬스(The Lancet Digital Health)에 따르면, 하버드대 부속 병원인 매사추세츠 브리검 헬스(Mass Brigham Health)의 연구진은 사람의 얼굴 사진을 분석해 생물학적 연령을 산출하는 딥러닝 모델 '페이스에이지(FaceAge)'를 공개했다. 이 알고리즘은 6만 명이 넘는 건강한 고령자의 얼굴 데이터를 학습한 뒤, 방사선 치료 직전 촬영된 암 환자 6000여 명의 사진으로 검증을 거쳤다. 연구 결과, 암 환자의 생물학적 나이는 평균적으로 실제 나이보다 4.79세 더 많은 것으로 나타났다. 이 수치는 기존 연령, 성별, 암 유형과 관계없이 환자의 예후를 유의미하게 예측하는 데 도움을 줬다. 연구진은 이를 바탕으로 향후 고강도 치료의 적절성과 생존 가능성 평가 등에 활용할 수 있을 것으로 보고 있다. 매사추세츠 브리검 헬스의 종양학자이자 공동 수석 저자인 레이먼드 막(Raymond Mak) 연구책임자는 "페이스에이지는 환자의 생물학적 나이를 정량화해 암 치료의 방향을 설정하는 데 도움이 될 수 있다"며 "예를 들어 75세지만 생물학적 나이가 65세인 건강한 노인은 고강도 방사선 치료가 가능하지만, 60세이면서 생물학적 나이가 70세인 허약한 환자에게는 위험할 수 있다"고 설명했다. 페이스에이지는 기존 안면 노화 인식과 달리 백발이나 탈모보다 얼굴 근육의 미세한 변화 등을 더 중요한 요소로 반영한다. 연구진은 또한, 여덟 명의 의사에게 말기 암 환자의 사진만을 보고 6개월 내 사망 가능성을 예측하게 한 실험에서, 페이스에이지 데이터를 함께 제공했을 때 예측 정확도가 눈에 띄게 향상됐다고 밝혔다. 다만 알고리즘이 조명, 화장, 성형 수술 등 외부 변수에 영향을 받을 수 있는 만큼, 연구진은 향후 약 2만 명 규모의 후속 학습을 통해 정확도를 높일 계획이다. 인종적 편향 여부에 대한 초기 점검에서는 유의미한 편향은 발견되지 않았다고 설명했다. 이 기술이 일반에 공개될 경우 생명보험사나 고용주 등에서 악용될 우려도 제기된다. 공동연구자 후고 에어츠(Hugo Aerts)는 "이 기술이 오로지 환자의 이익을 위해 사용되도록 윤리적 가이드라인 마련이 중요하다"고 강조했다. 연구진은 현재 일반 대중이 셀카를 업로드하고 생물학적 나이를 확인할 수 있는 공개 포털도 개발 중이다. 다만 상업적 의료 활용은 추가 검증 이후로 미뤄질 전망이다.
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[신소재 신기술(174)] '셀카' 한 장으로 건강 상태 가늠⋯AI 알고리즘 '페이스에이지' 개발
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[신소재 신기술(173)] MIT, 자유 상태 원자 상호작용 첫 관측⋯"양자현상 실시간 시각화 길 열려"
- 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 연구진이 공중에 자유롭게 존재하는 원자 간 상호작용을 직접 촬영하는 데 성공하며, 양자역학적 현상을 실시간으로 시각화할 수 있는 길을 열었다. MIT 물리학과의 마틴 즈비얼라인(Martin Zwierlein) 박사가 이끄는 연구팀은 최근 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 발표한 논문에서, 기존 이론으로만 존재하던 '자유 상태 원자 상호작용'을 실공간에서 이미지화하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 원자가 움직일 수 있는 느슨한 레이저 트랩을 이용해 다양한 원자들을 자유롭게 상호작용하게 한 뒤, 광학 격자를 이용해 순간적으로 위치를 고정시키고 미세 조정된 레이저로 형광을 유도해 각각의 원자를 시각화하는 새로운 기법을 개발했다. 이를 통해 최초로 단일 원자들의 움직임과 상호작용을 '스냅샷' 형태로 포착하는 데 성공했다. 즈비얼라인 박사는 "이제 우리는 개별 원자들이 서로 어떤 관계를 맺고 있는지를 직접 볼 수 있게 됐다"며 "양자적 아름다움을 눈으로 확인할 수 있는 수준"이라고 설명했다. 이 연구는 특히 양자역학의 기본 원리인 '하이젠베르크 불확정성 원리'로 인해 그간 직접 관측이 어려웠던 미시 세계의 움직임을 한층 명확히 드러낸다는 점에서 주목된다. 기존 흡수 영상 기술은 원자 구름의 전체적인 윤곽만을 보여줄 뿐, 개별 원자의 구체적인 위치는 식별하지 못했다. 연구진은 이 기술을 활용해 보존입자(보존자)와 페르미입자(페르미온)의 양자 상태를 직접 관찰했다. 나트륨 원자로 구성된 보존자 구름은 극저온에서 '보스-아인슈타인 응축(BEC)' 상태를 형성하며, 입자들이 하나의 양자상태를 공유하는 모습이 포착됐다. 이는 루이 드브로이(Louis de Broglie)의 파동 이론이 예측한 바를 시각적으로 입증한 셈이다. 또한 서로 다른 두 종류의 리튬 원자를 이용해 페르미온의 상호작용을 관찰한 결과, 반대 성질을 가진 페르미온이 쌍을 이루는 모습이 촬영됐다. 이는 초전도 현상의 핵심 메커니즘을 드러내는 결정적인 장면으로 평가된다. 물리학자 루이 드브로이(1892~987)는 1924년 박사 학위 논문에서 모든 물질은 파동성을 가진다는 혁신적인 가설을 제안하며, 양자역학의 발전에 중대한 전환점을 마련했다. 이는 '물질파 이론(matter-wave theory)' 또는 드브로이 파동 이론이라 불린다. 당시까지는 빛은 파동이면서 입자라는 파동-입자 이중성 개념이 확립되어 있었으나, 전자나 원자 같은 입자가 파동의 성질을 가진다는 발상은 전무했다. 드브로이는 아인슈타인의 광양자 이론(빛은 입자처럼 행동함)에 착안해, 반대로 입자도 파동처럼 행동할 수 있다고 주장했다. 즈비얼라인 박사는 "양자 파동의 존재를 이처럼 직접 시각화한 적은 없었다"며 "이는 이론 물리학에서 예측에 그쳤던 복잡한 양자 상태들을 실험적으로 검증할 수 있는 강력한 도구"라고 강조했다. 연구진은 향후 이번 기술을 활용해 '양자 홀 효과(Quantum Hall effect)' 등 더 복잡하고 덜 탐구된 양자 상태들을 관찰할 계획이다. 양자 홀 현상은 자기장 아래 상호작용하는 전자들이 이상한 방식으로 정렬되는 특이한 현상으로, 현재까지도 완전한 이론적 설명이 어려운 영역으로 남아 있다. 즈비얼라인 박사는 "이제는 이론가들이 그림으로 그리던 복잡한 양자 상태들을 실제로 관측해 검증할 수 있다"며 "그간 '상상 속 세계'였던 양자 현상의 실체를 밝히는 데 한 걸음 다가섰다"고 밝혔다. 이번 연구는 양자 컴퓨팅, 정밀 센서 기술, 나노과학 등 다양한 분야에서의 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(173)] MIT, 자유 상태 원자 상호작용 첫 관측⋯"양자현상 실시간 시각화 길 열려"
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[단독] 英 나노코, LG에 특허소송·아시아 화학사와 JDA 체결⋯"공격적 아시아 공략"
- 영국의 퀀텀 닷(Quantum Dot·양자 점) 기술 전문기업 '나노코(Nanoco)'가 LG전자를 상대로 미국 텍사스 법원에 특허침해 소송을 제기했다고 디렉터스 토크 인터뷰가 7일(현지시간) 보도했다. 이 매체는 나노코는 동시에 아시아의 두 번째 주요 화학 기업과 새로운 공동개발협약(JDA) 을 체결하며 상업화 전략에 박차를 가하고 있다고 전했다. 퀀텀 닷(Quantum Dot, QD)은 나노미터(10억분의 1미터) 크기의 반도체 입자로, 입자의 크기에 따라 빛의 색을 조절할 수 있는 특성을 지닌 첨단 소재다. 주로 디스플레이, 조명, 센서, 바이오이미징 등에서 활용되며, 차세대 광소재로 각광받고 있다. 나노코가 최근에 체결한 두 번째 아시아 주요 화학 기업과의 공동개발협약(JDA)에 대한 파트너사의 명확한 명칭은 공식적으로 공개되지 않았다. 나노코는 해당 기업을 '두 번째 아시아 화학 고객' 또는 '중요한 아시아 화학 기업'으로만 언급하고 있으며, 구체적인 기업명은 밝히지 않고 있다. 나노코는 이번 JDA를 통해 디스플레이를 넘어 자율주행차, 국방, 고급 이미징 분야 등에서 수요가 커지고 있는 단파장 적외선(SWIR) 센서용 무연 나노소재 최적화에 나선 것으로 알려졌다. 구체적인 용도는 공개되지 않았지만, 협약 1단계는 12개월간 진행되며 성공 시 2027년부터 산업 규모의 양산이 가능할 것으로 보인다. 이 회사는 앞서 1년 전 아시아의 다른 파트너사와도 유사한 2년짜리 JDA를 맺었으며, 1단계 목표를 모두 달성한 상태다. 해당 프로젝트는 오는 2025년 가을 2단계에 돌입할 예정으로, 나노코는 아시아 지역에서 신뢰할 수 있는 기술 파트너로서 입지를 다지고 있다. 현재 나노코는 다양한 응용 분야에서 약 10개 기업과도 협의를 진행 중인 것으로 알려졌다. 법적 측면에서도 공격적인 행보가 이어지고 있다. 나노코는 LG전자가 자사 고유의 양자점 합성 기술을 무단으로 사용했다고 주장하고 있으며, 이 기술은 과거 삼성전자와의 특허 분쟁에서 성공적인 합의로 이어졌던 바 있다. 비록 LG전자의 QD TV 시장 점유율이 삼성전자보다는 낮지만, 이번 소송은 나노코의 특허 포트폴리오 가치와 협상력을 재확인하는 계기가 될 전망이다. 회사 측은 이번 소송과 새로운 JDA에서 발생할 비용과 수익이 대체로 상쇄돼, 현재 월 50만 파운드 수준의 현금 소진율은 유지될 것이라고 밝혔다. 한편 나노코는 기존 무역 사업 매각을 추진 중이며, 거래 협상도 본격화되고 있다. 퀀텀 닷은 입자의 크기가 작아질수록 에너지 간격이 넓어져 짧은 파장(푸른 색) 빛을 방출하고, 커질수록 긴 파장(붉은 색) 빛을 낸다. 이로 인해 정확하고 더선명한 색 표현이 가능하다. 기존 LED나 OLED 보다 더 밝고 순도 높은 색상 구현이 가능하며 에너지 효율도 우수해 친환경적이다. 초기 퀀텀 닷은 카드뮴(Cd)을 사용해 독성문제가 제기됐지만 나노코와 같은 기업이 카드뮴 프리(Cd-free) 퀀텀 닷을 개발해 환경 규제를 통과할 수 있는 친환경 QD 솔루션을 제공하고 있다. 디스플레이는 물론 센서, 바이오 이미징, 태양광, 스마트팜 조명 등으로 퀀텀 닷 수요가 확장되는 가운데, 나노코는 독자 기술력을 바탕으로 중장기적 시장 가치를 확보할 준비를 마쳤다는 평가다.
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- IT/바이오
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[단독] 英 나노코, LG에 특허소송·아시아 화학사와 JDA 체결⋯"공격적 아시아 공략"
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[글로벌 핫이슈] 148조 R&D 초대형 프로젝트 '호라이즌 유럽', 일본 합류 초읽기?
- 148조 원 규모의 유럽연합(EU) 초대형 연구개발(R&D) 프로젝트 '호라이즌 유럽'. 일본이 이 거대한 기회의 문을 두드리고 있다. 성사된다면 침체된 일본 과학기술계에 지각변동을 일으킬 '게임 체인저'가 될 수 있을지, 전 세계의 이목이 쏠리고 있다. EU, '2026년부터 함께하자'…일본, 연내 타결 목표 7일(현지시간) 닛케이 등 외신에 따르면, 유럽연합(EU)은 일본 측에 2026년부터 '호라이즌 유럽(Horizon Europe)' 프로그램 합류를 공식 제안했으며, 양측은 올해 말까지 최종 합의 도출을 목표로 숨 가쁜 협상을 이어가고 있다. 이에 앞서 지난 2월, 도쿄대학교, 교토대학교, 와세다대학교를 포함한 일본 내 11개 주요 대학 연합체(컨소시엄)는 "호라이즌 유럽 참여는 일본 과학기술에 헤아릴 수 없는 이익을 가져다줄 것"이라며 정부의 적극적인 참여를 촉구하는 성명을 발표, 일본 내 기대감을 한껏 끌어올린 바 있다. '호라이즌 유럽'은 무엇? 왜 지금 주목받나? '호라이즌 유럽'은 EU가 2021년부터 2027년까지 총 935억 유로(약 148조 7192억 원)를 투입하는 그야말로 초대형 연구 개발 사업이다. 유럽을 넘어 전 세계 최고 수준의 연구 인력을 결집해 환경, 디지털, 보건·의료 같은 핵심 분야의 기술 혁신을 선도하겠다는 야심 찬 구상이다. 참여 기업과 대학은 공개 경쟁을 통해 연구비를 지원받을 수 있다. 특히 이 프로그램은 EU 회원국이 아니더라도 '준회원국' 자격으로 참여할 수 있다는 점에서 글로벌 과학기술계의 뜨거운 관심을 받고 있다. 실제로 한국은 지난 1월 이 협정을 통해 프로그램에 합류, 유럽과의 공동 연구개발에 본격적으로 뛰어들었다. 싱가포르 역시 참여 절차를 진행 중인 것으로 알려졌다. 로런스웡 싱가포르 총리는 지난 4월 15일 우르줄라 폰데어라이엔 EU 집행위원장과 전화 통화로 관련 내용을 논의했다. 만약 일본이 준회원국으로 프로그램에 정식 참여하게 되면, 그 파급력은 상당할 것으로 예상된다. 현재 유럽에 현지 법인을 둔 일부 일본 기업은 개별 사업 단위로 호라이즌 유럽에 참여하고 있지만, 일본 내에만 거점을 둔 기업이나 대학은 자체적으로 연구비를 확보해야 하는 어려움이 있었다. 정식 합류 시, 이들 기업과 대학의 재정적 부담이 크게 완화될 뿐만 아니라, 27개 EU 회원국의 방대한 연구 개발 연결망(네트워크)에 대한 접근성이 높아져 유럽의 선진 전문 지식을 습득하는 데도 유리한 고지를 점할 수 있을 것이다. EU의 야심, "세계 최고 두뇌는 유럽으로" EU의 이러한 적극적인 문호 개방은 전 세계 우수 연구자 유치 경쟁과도 맥을 같이 한다. EU는 최근 "유럽을 연구자들의 자석으로 만들겠다"고 선언하며, 5억 유로(약 7952억 원) 규모의 파격적인 과학 연구 지원책(패키지)을 공개했다. 여기에는 전 세계 최고 수준의 과학자들을 유치하기 위한 새로운 7년 만기 '우수 연구자 지원금(슈퍼그랜트)'이 포함되어 있다. 우르줄라폰데어라이엔 EU 집행위원장은 지난 5일 파리 소르본 대학 연설에서 "유럽연구위원회(ERC)의 새로운 7년 보조금이 최고 중의 최고에게 장기적인 전망을 제공할 것"이라고 강조하며, "EU는 연구와 혁신, 과학과 기술을 우리 경제의 중심에 두기로 선택했다"고 힘주어 말했다. 이는 도널드 트럼프 전 미국 대통령 시절 과학 연구 예산 삭감 및 최근 미국 내 일부 대학의 다양성 프로그램 축소 등 학문적 환경 변화에 실망한 연구자들을 겨냥한 발언으로도 해석된다. 실제로 EU는 지난달 유럽 외부에서 연구실이나 연구팀을 꾸리는 연구자에게 제공되는 최대 보조금을 200만 유로(약 31억 8246만 원)로 두 배 인상하는 등 공격적인 투자에 나서고 있다. 폰데어라이엔 위원장은 미국을 직접 언급하지는 않았지만, "불행하게도…오늘날 세계에서 과학의 역할이 의문시되고 있다"며 "기초적이고, 자유로우며, 개방적인 연구에 대한 투자가 의문시되고 있다. 이는 얼마나 거대한 오산인가. 나는 과학이 여기 유럽에서 우리 미래의 열쇠를 쥐고 있다고 믿는다"고 역설했다. 그는 또한 ERC를 위한 2년간의 5억 유로(약 7956억 1500만 원) 지원책을 발표하며, 2030년까지 국내총생산(GDP)의 3%를 연구 개발에 지출하겠다는 EU의 목표를 재확인했다. 윈윈(Win-Win) 전략? EU는 일본의 '이것'에 주목 EU가 일본의 합류를 반기는 데에는 특히 일본의 첨단 소재 분야 연구 역량에 대한 큰 기대감이 작용하고 있다. 전기차용 차세대 배터리 및 신재생에너지 설비 효율을 높이는 신소재 상용화에 박차를 가하고 있는 EU로서는, 이 분야에서 세계적 경쟁력을 갖춘 일본과의 협력이 절실한 상황이다. 실제로 EU와 일본은 지난해 첨단 소재 분야에 대한 양자 간 대화 통로(채널)를 구축하기로 합의했는데, 이는 핵심 소재 및 부품에 대한 중국 의존도를 낮추려는 EU 전략의 일환으로도 해석된다. 학계의 목소리, "연구·혁신 투자는 미래의 초석" 유럽 학계에서도 호라이즌 유럽을 통한 국제 협력 강화에 대한 기대가 높다. 유럽대학협회(EUA) 아만다 크로풋 사무총장은 폰데어라이엔 위원장의 연설이 "경쟁력 강화를 향한 EU의 변화하는 이야기(서사)"를 보여준다며, 이것이 2027년 호라이즌 유럽 종료 후 연구 지원 방식에 대한 EU 집행위원회 계획에도 반영될 가능성이 높다고 전망했다. EU의 차기 다년도 재정 계획 틀(MFF) 세부 내용은 오는 7월 발표될 예정이다. EUA는 "EU의 장기적인 경쟁력뿐만 아니라 녹색 및 사회적 회복력과 지속 가능성에 필수적인 기여로서 연구와 혁신, 교육 및 기술에 대한 추가 투자의 중요성을 강조했다"며, 연구자 이동성을 위한 에라스무스 플러스(Erasmus+) 프로그램의 중요성도 언급했다. 유럽연구중심대학연맹(Leru) 쿠르트 데케텔라에르 사무총장 역시 "연구, 혁신 및 교육에 대한 투자는 선택 사항이 아니라 유럽 미래의 기초"라고 역설하며 정치적 의지를 촉구했다. 한편, 캐나다 오타와에서 열린 회의 후 Leru를 비롯한 세계 연구중심대학 연결망(네트워크)들은 "점증하는 국제적 혼란과 불확실성 속에서 국제 연구 협력 강화"를 촉구하는 공동 선언문을 발표하기도 했다. 남은 과제는 '분담금 협상'…순항할까? 장밋빛 전망에도 불구하고, 일본이 호라이즌 유럽에 최종 합류하기까지는 넘어야 할 산도 남아있다. 가장 큰 관건은 EU와의 협정 체결 및 프로그램 분담금 납부 문제다. 이를 위해 일본 정부는 관련 예산을 확보해야 하며, 분담금 규모를 둘러싼 양측의 협상이 난항을 겪을 가능성도 배제할 수 없다. 첨단 기술 동맹을 향한 양측의 의지가 마지막 관문을 순조롭게 통과할 수 있을지 귀추가 주목된다.
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[글로벌 핫이슈] 148조 R&D 초대형 프로젝트 '호라이즌 유럽', 일본 합류 초읽기?
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