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[신소재 신기술(220)]"구리보다 3배 빠르다"⋯UCLA, AI 반도체 열 관리 바꿀 '초전도체급' 신소재 발견
- 인공지능(AI) 열풍으로 반도체 집적도가 극한에 달하며 '발열과의 전쟁'이 한창인 가운데, 기존 금속의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 신소재가 등장했다. 100년 넘게 방열 소재의 표준이었던 구리와 은을 대체할 강력한 후보의 등장에 산업계의 이목이 쏠리고 있다. 금속 열전도 한계치 400W/mK의 벽을 깨다 최근 캘리포니아대 로스앤젤레스(UCLA) 새뮤얼리 공과대학 용지에 후(Yongjie Hu) 교수팀은 국제 학술지 '사이언스(Science)'를 통해 금속성 '세타(θ)상 탄탈럼 나이트라이드(tantalum nitride)'가 상온에서 약 1,100W/mK(미터 켈빈)의 경이로운 열전도율을 기록했다고 발표했다. 이는 현재 전자기기 냉각의 핵심 소재인 구리(약 401W/mK)나 은보다 3배 가까이 높은 수치다. 그동안 학계와 산업계에서는 구리와 은을 금속 열전도의 '물리적 상한선'으로 간주해 왔다. '전자-포논' 상호작용 통제…열 전달의 고속도로 구축 연구팀이 발견한 신소재의 핵심 비결은 내부 입자 간의 상호작용 제어에 있다. 일반적인 금속에서는 열을 나르는 '전자'와 격자 진동인 '포논(Phonon)'이 서로 충돌하며 저항을 만들어낸다. 이 충돌이 열 흐름을 방해해 에너지 손실을 일으키는 것이다. 그러나 세타상 탄탈럼 나이트라이드는 전자와 포논 간의 상호작용이 매우 약하게 설계되어 있어, 열이 저항 없이 마치 고속도로를 달리는 차처럼 빠르게 전달된다. 연구팀은 싱크로트론 X선 산란 분석과 초고속 광학 분광 기법을 통해 이 메커니즘을 입증하는 데 성공했다. 구리 의존도 높은 AI 산업의 '구원투수' 될까 이번 연구 결과는 특히 발열 제어가 곧 성능인 AI 반도체와 데이터센터 시장에 시사하는 바가 크다. 현재 구리는 글로벌 방열판 시장의 약 30%를 차지하는 핵심 소재지만, AI 가속기와 고성능 스마트폰의 발열 밀도가 급격히 높아지면서 냉각 성능이 임계점에 도달했다는 지적이 끊이지 않았다. 연구를 이끈 용지에 후 교수는 "AI 기술의 비약적 발전으로 냉각 수요가 폭증하면서 기존 금속은 성능 한계에 직면했다"며, "반도체 칩과 AI 가속기 분야에서 구리에 대한 글로벌 의존도가 커지는 상황인 만큼, 이를 대체할 신소재의 확보는 산업적 필연"이라고 강조했다. 항공우주부터 양자컴퓨터까지…산업 전반 확산 기대 업계에서는 이 신소재가 차세대 히트싱크(방열판) 시장뿐만 아니라 고온 환경이 지속되는 항공우주 시스템, 정밀한 온도 제어가 필수적인 양자컴퓨터 분야에서도 '게임 체인저' 역할을 할 것으로 내다보고 있다. 전문가들은 "이번 UCLA의 발견은 수십 년간 정체되어 있던 금속 열전도 기술의 패러다임을 바꿀 것"이라며, 향후 양산 공정 최적화와 비용 효율성이 확보된다면 차세대 열 관리 솔루션의 표준이 바뀔 수 있다고 평가했다.
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- 산업
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[신소재 신기술(220)]"구리보다 3배 빠르다"⋯UCLA, AI 반도체 열 관리 바꿀 '초전도체급' 신소재 발견
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[신소재 신기술(219)] KAIST, 배터리 양극재 입자 크기 예측 AI 개발
- 한국과학기술원(KAIST)이 불완전한 데이터로 전기차 배터리 양극재 입자 크기를 예측하는 인공지능(AI)을 개발했다. 한국과학기술원은 신소재공학과 홍승범·조은애 교수 공동연구팀은 실험 데이터가 불완전한 상황에서도 배터리 양극재의 입자 크기를 정확하게 예측하고, 결과의 신뢰도까지 함께 제시하는 머신러닝 프레임워크를 개발했다고 26일 밝혔다. 연구팀은 전기차 배터리에 널리 쓰이는 니컬(N), 코발트(C), 망간(M)을 혼합한 NCM 계열 양극재에서 1차 입자 크기가 성능을 좌우하는 핵심 요소라는 점에 주목했다. 누락된 실험 데이터를 보완하고 예측 불확실성을 함께 계산하는 확률적 AI 모델을 적용한 결과, 입자 크기 예측 정확도는 약 86.6%에 달했다. [미니해설] KAIST, 불완전 데이터로 전기차 배터리 성능 예측 AI 개발 전기차 배터리 성능 경쟁의 핵심으로 꼽히는 양극재 개발 과정에 인공지능(AI)이 새로운 돌파구를 제시했다. 한국과학기술원 신소재공학과 홍승범·조은애 교수 공동연구팀은 실험 데이터가 충분하지 않은 현실적인 연구 환경에서도 양극재 입자 크기를 정밀하게 예측하고, 그 결과를 얼마나 신뢰할 수 있는지까지 함께 제공하는 머신러닝 프레임워크를 개발했다. 현재 전기차 배터리에 가장 널리 사용되는 양극재는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn)을 혼합한 NCM 계열 금속 산화물이다. 이 소재는 배터리의 수명과 충전 속도, 주행 거리, 안전성에 직결되는 특성을 지닌다. 특히 양극재를 구성하는 미세한 1차 입자의 크기는 충·방전 과정에서의 구조 안정성과 반응 속도를 좌우하는 결정적 요소로 꼽힌다. 문제는 이 입자 크기를 제어하고 최적화하는 과정이 매우 까다롭다는 점이다. 기존 연구 방식에서는 소결 온도와 시간, 조성 비율 등 공정 조건을 바꿔가며 수많은 실험을 반복해야 했다. 그러나 실제 연구 현장에서는 모든 조건을 빠짐없이 측정하기 어렵고, 실험 데이터가 누락되는 경우도 빈번하다. 이로 인해 공정 조건과 입자 크기 사이의 상관관계를 정밀하게 규명하는 데 한계가 있었다. KAIST 연구팀은 이러한 현실적인 제약을 AI로 극복하는 데 초점을 맞췄다. 연구진이 개발한 프레임워크는 화학적 특성을 반영해 누락된 실험 데이터를 보완하는 기술과, 예측 결과의 불확실성을 함께 계산하는 확률적 머신러닝 모델을 결합한 것이 특징이다. 단순히 ‘값’을 예측하는 데 그치지 않고, 해당 예측이 어느 정도 신뢰할 수 있는지까지 정량적으로 제시한다는 점에서 기존 AI 모델과 차별화된다. 연구팀은 실제 실험 데이터를 확장해 학습을 진행한 결과, 입자 크기 예측에서 약 86.6%의 높은 정확도를 달성했다고 밝혔다. 이는 불완전한 데이터 환경에서도 공정 조건과 물성 간 관계를 상당한 수준으로 재현할 수 있음을 의미한다. 특히 신뢰도 정보를 함께 제공함으로써 연구자들은 예측 결과를 실제 공정 설계에 적용할지 여부를 보다 합리적으로 판단할 수 있게 된다. 이 기술이 주는 가장 큰 의미는 배터리 소재 개발 방식의 전환 가능성이다. 모든 실험 조건을 처음부터 끝까지 탐색하는 대신, AI가 성공 가능성이 높은 조건을 선별해 제시함으로써 연구 효율을 크게 높일 수 있다. 불필요한 반복 실험과 비용을 줄이는 동시에 개발 기간을 단축할 수 있다는 점에서 산업적 파급 효과도 크다. 홍승범 교수는 "모든 실험을 수행하지 않아도 성공 가능성이 높은 조건을 먼저 찾을 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 크다"며 "배터리 소재 개발 속도를 높이고 연구 비용을 크게 절감할 수 있을 것"이라고 설명했다. 조은애 교수 역시 "예측 결과의 신뢰도를 함께 제공하는 AI는 실제 연구 현장에서 활용도가 높다"고 평가했다. 전문가들은 이번 연구가 배터리 양극재뿐 아니라 다른 기능성 소재 개발에도 적용될 수 있을 것으로 보고 있다. 실험 데이터가 제한적인 소재 연구 분야에서 AI 기반 예측과 불확실성 평가가 결합될 경우, 소재 개발 패러다임 자체가 바뀔 수 있다는 전망이다. 배터리 기술 경쟁이 국가 산업 경쟁력으로 직결되는 상황에서, 이번 KAIST 연구는 국내 배터리 소재 연구의 새로운 방향성을 제시한 성과로 평가된다.
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[신소재 신기술(219)] KAIST, 배터리 양극재 입자 크기 예측 AI 개발
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[신소재 신기술(218)] 지진계로 우주 쓰레기 추적⋯소닉붐 데이터 분석 성공
- 지진계로 우주 쓰레기를 추적하는 새로운 기술이 개발됐다고 CNN이 22일(현지시간) 보도했다. 지구 궤도를 이탈한 인공위성과 우주선 잔해가 대기권으로 재진입하는 사례는 하루 평균 세 차례를 넘는다. 이 과정에서 우주쓰레기는 대부분 소실되지만, 일부는 유해 물질을 방출하거나 지표면까지 도달해 환경을 오염시키고 건물·인프라, 나아가 인명에 위협을 가할 수 있다. 문제는 추적의 어려움이다. 시속 2만9천㎞에 달하는 속도로 이동하는 우주쓰레기는 갑작스럽게 궤도를 이탈하는 경우가 많아, 기존의 레이더와 광학 관측 방식만으로는 낙하지점을 정확히 예측하기 어렵다. 특히 재진입 과정에서 물체가 여러 조각으로 분해될 경우, 위치 추정 오차는 더욱 커진다. 이로 인해 독성 잔해 회수나 환경 대응이 지연되는 사례도 적지 않다. 지진계로 '음속 돌파' 포착…전혀 다른 접근 이 같은 한계를 보완할 새로운 방법이 제시됐다. 미국 존스홉킨스대학과 영국 임페리얼 칼리지 런던 공동 연구진은 우주쓰레기가 대기권에 재진입할 때 발생하는 '소닉붐(음속 돌파 충격파)'을 지진계로 포착해 경로를 추정하는 방식을 개발했다. 지진계는 통상 지진을 감지하는 장비지만, 대기 중에서 발생한 강한 충격파가 지면으로 전달될 경우 이를 진동 신호로 기록할 수 있다. 연구진은 이 특성에 주목해, 대기권을 통과하는 우주쓰레기가 만들어내는 소닉붐 데이터를 분석하는 데 성공했다. 이번 연구의 공동 저자인 벤저민 페르난도 박사(존스홉킨스대)는 "대기권에 재진입하는 우주물체가 소닉붐을 발생시킨다는 사실은 오래전부터 알려져 있었다"며 "이를 지진학적 데이터로 체계적으로 활용한 것이 이번 연구의 핵심"이라고 설명했다. 연구 결과는 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 화성 탐사 경험의 지구 적용 이번 접근법의 토대는 NASA의 화성 탐사선 '인사이트(InSight)' 임무에서 축적된 경험이다. 인사이트 착륙선은 2018년 화성에 착륙한 이후 1300건이 넘는 화성 지진을 감지했다. 이 가운데 일부는 운석이 대기권을 통과하며 만든 충격파에 의해 발생한 것으로 분석됐다. 연구진은 당시 단일 지진계만으로도 운석 충돌 지점을 특정할 수 있었고, 이를 토대로 궤도선이 분화구를 촬영해 화성 표면 연구에 중요한 단서를 제공했다. 페르난도 박사는 "자연 운석을 연구하며 개발한 기법을 지구의 우주쓰레기 문제에 적용한 것이 이번 연구의 가장 큰 도약"이라고 말했다. 다만 우주쓰레기는 자연 운석과 다르다. 대기권 진입 속도가 상대적으로 느리고, 진입 각도가 얕으며, 분해 양상도 훨씬 복잡하다. 이로 인해 지상에 미치는 위험성은 오히려 더 크다는 것이 연구진의 설명이다. 중국 선저우-15 사례로 검증 연구진은 2024년 4월 캘리포니아 상공에서 발생한 중국 유인우주선 선저우-15의 비통제 재진입 사례를 분석 대상으로 삼았다. 폭 1m, 무게 1.5톤이 넘는 궤도 모듈이 대기권을 통과하며 발생시킨 소닉붐은 지상 125개의 지진계에 포착됐다. 연구진은 신호 강도를 토대로 물체의 이동 경로를 재구성했고, 미 우주군이 레이더로 예측한 궤적과 비교한 결과 약 40㎞ 남쪽으로 치우친 경로가 도출됐다. 실제 잔해가 회수되지 않아 어느 예측이 정확한지는 확인되지 않았지만, 기존 방식과 다른 결과를 제시했다는 점에서 의미가 있다는 평가다. 환경 대응 위한 '시민용 감시 도구' 목표 연구진은 추가 검증을 거쳐 이 방식을 민간 감시 체계에 통합하는 것을 목표로 하고 있다. 지진계 데이터는 대부분 공개돼 있어, 재진입 시작 후 수 초~수 분 내에 우주쓰레기 낙하를 감지하고 잠재적 대기 오염 위치를 신속히 추정할 수 있다는 설명이다. 우주쓰레기의 환경 영향에 대한 우려도 커지고 있다. 1978년 소련 위성 '코스모스 954'의 재진입 당시 캐나다 북부에 방사성 물질이 확산됐고, 최근에는 대형 로켓 폭발로 중금속 잔해가 해양과 주거 지역에 흩어진 사례도 보고됐다. 연구진은 "우주선에 포함된 화학 물질 상당수가 독성을 띠며 오존층 파괴 가능성도 있다"고 경고했다. "보완 수단으로서 가치"…한계도 명확 외부 전문가들은 이번 연구를 '저비용·확장 가능한 보완 수단'으로 평가한다. 영국 버밍엄대 휴 루이스 교수는 "기존 레이더가 포착하기 어려웠던 재진입 과정을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다"고 밝혔다. 다만 모든 우주쓰레기를 포착할 수 있는 만능 해법은 아니라는 지적도 나온다. 텍사스대 오스틴 캠퍼스의 모리바 자 교수는 "충격파가 충분히 강해야 지진계에 기록된다"며 "작거나 고고도에서 소실되는 잔해는 감지되지 않을 수 있다"고 말했다. 항공기나 폭발 등 다른 소음과의 구분도 과제로 남아 있다. 2024년 9월 발표된 유럽우주국(ESA)의 최신 수치에 따르면 현재 지구를 돌고 있는 활성 위성은 1만 개가 넘고, 수명이 다하거나 파괴되어 작동하지 않는 위성은 3000개가 넘는다. NASA에 따르면, 최소 야구공 크기의 물체 약 2만5000개와 훨씬 더 작은 물체인 연필심 크기를 포함하면 1억 개 이상이 지구 위 우주 상공을 돌고 있다. 그럼에도 전문가들은 레이더·광학 추적과 결합할 경우, 대기권 재진입에 대한 정보 수집 능력이 크게 향상될 것으로 보고 있다. 우주 활동이 지구 사회와 환경에 미치는 영향을 보다 정밀하게 이해하기 위한 새로운 도구가 될 수 있다는 평가다.
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[신소재 신기술(218)] 지진계로 우주 쓰레기 추적⋯소닉붐 데이터 분석 성공
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[신소재 신기술(217)] 유체 기어, 마모 없는 로봇 구동의 문을 열다
- 톱니가 맞물리는 것이 아닌, 물로 맞물리는 마모 없는 기어가 개발돼 로봇 구동이 한층 가속도가 붙을 것으로 보인다. 미국 연구진이 마모와 걸림 현상을 근본적으로 줄일 수 있는 '물 기반 기어(water-driven gear, 유체 기어)'를 개발했다고 인터레스팅언지니어링과 웹 사이트 Phys.org가 보도했다. 유체 기어는 고체 톱니 대신 유체의 흐름으로 동력을 전달하는 방식으로, 로봇과 기계 설계의 오랜 한계를 넘어설 수 있을지 주목된다. 미국 뉴욕대학교(NYU) 연구팀은 유체역학을 이용해 회전 속도와 방향을 제어하는 새로운 기어 메커니즘을 고안했다고 13일(현지시간) 밝혔다. 이 기어는 맞물리는 톱니가 없어 부품 간 직접 접촉이 발생하지 않으며, 마찰·마모·이물질로 인한 고장을 크게 줄일 수 있는 것이 특징이다. 연구를 이끈 준 장(Jun Zhang) 교수는 "고체 톱니를 맞물리게 하는 대신, 회전에 의해 형성된 유체의 흐름으로 동력을 전달하는 새로운 기어를 만들었다"며 "회전 속도는 물론 방향까지 제어할 수 있는 가능성을 확인했다"고 설명했다. 기어는 인류 문명과 함께해 온 대표적 기계 요소다. 기원전 3000년 무렵 청동기 시대부터 금속·목재·플라스틱 톱니가 동력을 전달해 왔고, 이는 고대 전차에서 현대 로봇에 이르기까지 동일한 원리로 작동해 왔다. 그러나 전통적인 기어는 정밀한 정렬이 요구되며, 작은 결함이나 모래 알갱이 하나에도 걸림이나 파손이 발생할 수 있다는 한계를 지닌다. NYU 연구팀은 이러한 취약점을 근본적으로 피하기 위해 '무접촉 기어' 개념을 제시했다. 공기와 물이 터빈을 구동하는 원리에 착안해, 정밀하게 설계된 유체 흐름이 물리적 톱니 역할을 대신할 수 있다는 가설에서 출발했다. 실험에서는 물과 글리세린을 섞은 점성이 높은 액체 속에 두 개의 원통을 담갔다. 첫 번째 원통을 회전시키자 주변 유체가 소용돌이치며 움직였고, 원통 간 거리와 회전 속도에 따라 두 가지 상반된 동작이 나타났다. 원통이 가까이 있을 때는 유체가 미세한 '가상 톱니'처럼 작용해 두 번째 원통을 반대 방향으로 회전시켰다. 반대로 거리를 벌리면 유체가 보이지 않는 벨트처럼 감기며 같은 방향 회전을 유도했다. 연구진은 이러한 특성이 기존 기계식 기어로는 구현하기 어려운 제어 자유도를 제공한다고 설명했다. 부품이 서로 닿지 않기 때문에 파손될 요소가 없고, 이물질이 유입되더라도 유체가 이를 감싸 흐르며 작동을 유지할 수 있다. NYU 레이프 리스트로프(Leif Ristroph) 교수는 "일반 기어는 톱니가 정확히 맞물려야 하며, 작은 결함이나 먼지 하나만으로도 작동이 멈춘다"며 "유체 기어는 이런 문제에서 자유롭고, 속도와 방향을 기존 기계식 기어로는 불가능한 방식으로 바꿀 수 있다"고 말했다. 연구진은 이 기술이 소프트 로보틱스 분야에서 특히 큰 잠재력을 지닌다고 보고 있다. 금속 부품을 유체 기반 구동으로 대체하면, 부드럽고 유연하며 환경에 적응하는 기계 설계가 가능해진다. 유체의 점성이나 흐름 조건을 조절하는 것만으로 기어비를 즉각적으로 바꿀 수 있다는 점도 장점으로 꼽힌다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 1월 13일자에 실렸다. 연구진은 향후 로봇, 마이크로 기계, 의료용 장치 등 다양한 분야로의 확장을 기대하고 있다.
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[신소재 신기술(217)] 유체 기어, 마모 없는 로봇 구동의 문을 열다
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[신소재 신기술(216)] 화성으로 가는 엔진, 핵열추진이 깨어난다
- 화성 유인 탐사를 향한 인류의 다음 도약을 앞두고, 기존 화학 로켓을 대체할 차세대 추진 기술에 대한 연구가 본격화되고 있다. 미국 항공우주국(나사·NASA)의 지원을 받아 핵열추진(Nuclear Thermal Propulsion·NTP) 기술을 연구 중인 매사추세츠공과대(MIT) 석사 과정 학생인 테일러 햄프슨은 이러한 흐름의 최전선에 서 있는 젊은 연구자다. 달까지의 거리와 달리 화성은 지구에서 최소 3300만 마일, 최대 2억4900만 마일 떨어져 있다. 아폴로 시대의 화학 추진 시스템으로는 화성까지의 장거리·장기 비행을 감당하기 어렵다는 것이 항공우주 분야의 공통된 인식이다. 11일(현지시간) MIT뉴스에 따르면 햄프슨이 주목하는 핵열추진은 원자로에서 발생한 핵에너지를 이용해 수소와 같은 추진제를 초고온으로 가열한 뒤 분사해 추력을 얻는 방식이다. 동일한 추력 기준으로 화학 로켓 대비 두 배 이상의 효율을 낼 수 있어 비행 시간을 크게 단축할 수 있다는 장점이 있다. 햄프슨은 "미세중력 환경에 장기간 노출되는 것은 우주비행사에게 큰 부담"이라며 "탑승 시간을 줄일 수 있다는 점만으로도 핵열추진은 충분한 동기를 제공한다"고 설명했다. 그는 미국 내 대표적인 핵공학·항공우주 연구 거점인 MIT 원자력공학과 대학원생으로, 핵연료 거동과 로켓 시스템 전체를 아우르는 통합 모델링 연구를 수행하고 있다. 로켓 추진 기술은 크게 화학, 전기, 핵 추진으로 나뉜다. 이 가운데 핵 추진은 우주 공간에서만 사용되며, 다시 핵전기추진과 핵열추진으로 구분된다. 핵전기추진은 원자로로 전기를 생산해 이온을 가속하는 방식인 반면, 핵열추진은 핵반응에서 발생한 열을 직접 추진제로 전달한다. 높은 효율이 장점이지만, 비용과 규제 부담으로 그간 실증 기회가 제한돼 왔다. 그러나 NASA가 2030년대 화성 유인 탐사를 공식 목표로 제시하면서 상황은 달라지고 있다. 햄프슨은 "이제는 핵열추진이 실제 임무 요구 조건에 부합하는 기술로 재조명받고 있다"고 말했다. 햄프슨의 연구 핵심은 핵열추진 엔진의 '시동과 정지' 과정이다. 화학 로켓과 달리 핵열추진 엔진은 급격한 온도 상승이 재료 손상을 초래할 수 있고, 정지 이후에도 핵분열 생성물의 붕괴열로 인해 장시간 냉각이 필요하다. 그는 연료 탱크, 펌프, 노즐을 포함한 엔진 전체를 1차원 모델로 단순화해 온도·압력·중성자 거동을 동시에 계산하고, 각 요소가 전체 성능에 미치는 영향을 분석하고 있다. "열역학적 현상과 중성자 거동을 하나의 모델 안에서 결합하는 것이 가장 큰 난제"라는 설명이다. 이러한 연구는 향후 실제 비행 시험 전 단계에서 엔진 안정성과 운용 전략을 검증하는 데 필수적인 기초 자료로 활용될 전망이다. 플로리다 스페이스코스트에서 성장하며 우주왕복선 발사를 지켜본 햄프슨은 조지아공대에서 항공우주공학을 전공한 뒤, 블루 오리진과 스토크 스페이스 등 민간 우주기업에서 인턴십을 거치며 추진 기술에 대한 관심을 확고히 했다. 이후 핵공학과 항공우주공학을 결합할 수 있는 연구 환경을 찾아 MIT로 진학했다. 그는 "핵추진은 이미 첨단 기술이지만, 내가 다루는 영역은 그 다음 단계"라며 "아직 풀리지 않은 문제가 많다는 점이 연구자로서의 도전 의식을 자극한다"고 말했다. 햄프슨은 박사 과정 진학을 통해 핵열추진 연구를 이어갈 계획이다. 화성 탐사를 향한 인류의 여정은 여전히 기술적 난제가 산적해 있다. 그러나 핵열추진을 둘러싼 연구가 속도를 내면서, '달 이후의 우주'로 나아가기 위한 추진 기술의 패러다임 전환도 서서히 가시권에 들어오고 있다.
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[신소재 신기술(216)] 화성으로 가는 엔진, 핵열추진이 깨어난다
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[신소재 신기술(215)] 문어처럼 변신하는 신소재 등장⋯색·질감 동시에 바꾼다
- 미국 스탠퍼드대 연구진이 문어처럼 색과 표면 질감을 빠르게 바꾸는 신소재를 개발했다. 이 소재는 물을 흡수하면 수초 만에 표면이 부풀어 오르며 미세한 요철과 색상 패턴을 만들어내는 것이 특징으로, 위장 기술과 로보틱스, 웨어러블 디스플레이, 나노 바이오공학 등 다양한 분야로의 응용 가능성이 제시된다. 7일(현지시간) 스탠퍼드리포트에 따르면, 스탠퍼드대학교 공대 연구팀은 전자빔 리소그래피와 수분 흡수 시 팽창하는 고분자 필름을 결합해, 사람 머리카락보다 미세한 해상도의 질감과 색상 패턴을 구현하는 데 성공했다. 필름은 건조 상태에서는 평평하지만 물이 닿는 즉시 설계된 형태로 솟아오르며, 용매를 사용하면 다시 원래 상태로 되돌릴 수 있어 가역성이 뛰어나다. 해당 내용은 같은날 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 논문 제1저자인 시다르트 도시는 "문어와 갑오징어는 미크론 수준에서 몸의 형태를 바꾸며 시각·촉각적 인상을 동시에 조절한다"며 "이번 기술은 소재의 지형(topography)과 그에 따른 시각적 특성을 같은 해상도에서 동적으로 제어할 수 있게 했다"고 설명했다. 공동 교신저자인 니컬러스 멜로시 교수는 "이처럼 부드럽고 팽윤 가능한 소재를 나노스케일에서 정밀 패터닝할 수 있는 시스템은 전례가 없다"며 폭넓은 응용 가능성을 강조했다. 연구팀은 전자빔 조사로 고분자 필름의 흡수도를 국부적으로 조절해, 물을 흡수할 때 영역별로 서로 다른 높이와 질감이 나타나도록 설계했다. 이 과정은 우연한 관찰에서 출발했다. 기존 실험에서 전자현미경으로 관찰한 필름이 이후 다른 색으로 변하는 현상을 확인했고, 이를 계기로 전자빔을 '형태 제어 도구'로 활용할 수 있음을 발견했다고 설명했다. 응용 시연도 다양하다. 연구진은 요세미티 국립공원의 엘 캐피탄 암벽을 나노스케일로 복제해, 물을 더하면 암벽 형상이 표면 위로 떠오르는 모습을 구현했다. 또 빛의 산란을 조절하는 미세 질감을 설계해 광택에서 무광까지 다양한 표면 마감을 만들었으며, 얇은 금속층을 결합해 파브리–페로 공진 구조를 구성함으로써 팽윤 정도에 따라 색상이 바뀌는 효과도 입증했다. 여러 필름을 적층한 장치에서는 색과 질감을 동시에 독립 제어하는 것도 가능했다. 연구진은 향후 컴퓨터 비전과 신경망을 결합해, 주변 배경을 인식하고 팽윤 정도를 자동으로 조절하는 '실시간 위장' 시스템으로 발전시키겠다는 계획이다. 이 밖에도 미세 질감 변화를 활용한 마찰 제어, 소형 로봇의 주행·부착 성능 향상, 세포 반응을 조절하는 바이오공학 응용, 예술 전시 등으로의 확장이 기대된다. 멜로시 교수는 "연성 소재의 물성을 미크론 단위로 정밀 제어하는 길이 열렸다"며 "시각적 표현을 넘어 기능적 표면을 설계하는 새로운 가능성이 본격적으로 펼쳐질 것"이라고 전망했다.
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[신소재 신기술(215)] 문어처럼 변신하는 신소재 등장⋯색·질감 동시에 바꾼다
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[신소재 신기술(215)] 중국, 세계 최고 성능 초중력 원심분리기 완공⋯'공간·시간 압축' 실험 현실화
- 중국이 초중력(超重力, hypergravity) 연구 분야에서 다시 한 번 자체 기록을 경신했다. 수백 톤급 원심분리기를 활용해 공간과 시간을 압축하는 실험 장비를 완공하며, 실험실 환경에서 수십 년·수백 미터 규모의 물리적 현상을 며칠 만에 재현할 수 있는 기반을 마련했다. 초중력은 지구 중력(1g)보다 훨씬 강한 중력이 작용하는 상태를 말한다. 여기서 g는 지구 표면에서의 중력가속도(약 9.8m/s²)를 기준으로 한 단위다. 초중력은 자연적으로는 거의 만들어지지 않기 때문에 대형 원심분리기를 이용해 인위적으로 만든다. 중국 국영 기업인 상하이전기 원자력 그룹(Shanghai Electric Nuclear Power Group)은 2025년 12월 22일 세계 최고 성능의 초중력 원심분리기 'CHIEF1900'의 구축을 완료했다고 밝혔다. CHIEF1900은 올해 9월 가동에 들어간 'CHIEF1300'을 불과 수개월 만에 넘어선 최신 장비로, 최대 1900 g톤(g-tonnes)의 초중력 환경을 구현할 수 있다. g톤은 중력가속도(g)에 회전 질량(톤)을 곱한 개념으로, 가정용 세탁기 탈수조가 만들어내는 중력이 2 g톤 수준에 불과한 것과 비교하면 압도적인 수치다. 이 장비는 중국 동부 저장성에 위치한 저장대학교(Zhejiang University)의 초중력·융합실험시설(CHIEF)에 설치됐다. 해당 시설은 진동을 최소화하기 위해 캠퍼스 지하 약 15미터 깊이에 조성됐으며, 총 사업비는 20억 위안(약 2억8500만 달러)에 달한다. 연구시설은 해외 연구자들에게도 개방돼 국제 공동연구의 거점 역할을 하도록 설계됐다. 초중력 연구의 목적은 우주비행과 같은 특수 환경에 국한되지 않는다. 강력한 중력장을 인위적으로 만들어 실제 자연·사회 기반시설에서 수십 년에 걸쳐 발생하는 변형과 응력을 축소된 모형에서 단기간에 재현하는 데 핵심 가치가 있다. 예를 들어 높이 3미터의 댐 모형을 100g 조건에서 회전시키면, 실제 높이 300미터 댐이 받는 응력과 유사한 물리적 조건을 만들어낼 수 있다. 이는 지구 중력과 자전에서 발생하는 원심력이 구조물에 작용한다는 원리를 극대화한 방식이다. 이 같은 '공간과 시간의 압축'은 토양 내 오염물질의 수천 년에 걸친 이동 경로, 고속철도 선로와 지반 간 공진 현상, 대형 토목 구조물의 장기 피로 누적 등을 실험실 수준에서 검증할 수 있게 한다. 현실 세계에서 실시간 관측이 사실상 불가능한 현상을 정밀하게 분석할 수 있다는 점에서 산업·환경·토목 분야 전반에 활용 가능성이 크다는 평가다. 다만 이 같은 대형 설비 구축은 기술적으로도 상당한 도전이었다. 초고속 회전 과정에서 발생하는 막대한 열을 제어하지 못하면 실험 자체가 불가능하기 때문이다. 연구진은 냉각재와 공기 환기를 결합한 진공 기반 온도 제어 시스템을 새로 개발해 열 방출 문제를 해결했다. 관련 내용은 홍콩 매체 사우스 차이나 모닝 포스트(South China Morning Post)를 통해 전해졌다. 앞서 미국 미시시피주 빅스버그에 위치한 미 육군 공병단 소속 1200g톤 용량의 미국산 원심분리기는 올해 9월 CHIEF 1300이 가동되기 전까지 초중력 연구 분야에서 세계 최고를 유지해왔다. 전문가들은 CHIEF1900의 완공이 중국이 초중력 연구에서 미국을 포함한 기존 선도국을 단기간에 추월했음을 상징적으로 보여주는 사례라고 평가한다. 초중력 기술이 기초과학을 넘어 대형 인프라 안전성 평가와 환경·에너지 연구로 확장될 경우, 향후 산업 경쟁력에도 적지 않은 영향을 미칠 것으로 전망된다.
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[신소재 신기술(215)] 중국, 세계 최고 성능 초중력 원심분리기 완공⋯'공간·시간 압축' 실험 현실화
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[신소재 신기술(214)] 신경계 닮은 로봇 피부 현실화⋯스파이크 신호로 감각 처리
- 신경계의 정보 전달 방식을 모방한 '뉴로모픽(neuromorphic, 신경모사형)' 인공 피부 기술이 로봇 분야에서 현실화되고 있다. 감각 신호를 연속적인 수치 데이터가 아닌 신경 활동과 유사한 '스파이크(spike)' 신호로 전달하는 방식으로, 에너지 효율이 높은 차세대 로봇 제어 기술로 주목받는다. 중국 연구진은 최근 압력 감지를 중심으로 한 뉴로모픽 로봇 전자피부(e-skin)를 개발했다고 아르스 테크니카가 29일(현지시간) 보도했다. 이 기술은 인간 피부의 신경계가 자극을 감지하고 처리하는 원리를 참고해, 압력 정보뿐 아니라 자극의 위치와 손상 여부까지 스파이크 신호를 통해 전달·통합하도록 설계됐다. 해당 내용은 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS)에 게재됐다. 연구진이 구현한 인공 피부는 유연한 고분자 소재 위에 압력 센서를 내장한 구조로, 각 센서에서 발생한 신호는 짧은 전기 펄스 형태의 스파이크로 변환된다. 이 스파이크는 빈도, 크기, 길이, 파형 등의 조합을 통해 압력의 강도와 센서 위치를 동시에 표현한다. 특히 스파이크 발생 빈도를 압력 세기 전달의 핵심 수단으로 삼은 점은 생물학적 신경계와 유사한 접근이다. 또한 각 센서는 일정 주기로 '정상 작동 중'임을 알리는 신호를 보내며, 이 신호가 사라질 경우 시스템은 센서 손상이나 이상 상태로 인식한다. 이를 통해 로봇은 단순한 촉각 인식을 넘어, 특정 부위의 손상이나 과도한 압력까지 실시간으로 감지할 수 있다. 이 신호들은 피부 바로 아래 단계에서 1차적으로 처리된다. 압력이 일정 기준을 넘으면 '통증 신호'에 해당하는 스파이크 패턴이 생성돼 상위 제어 시스템으로 전달되며, 이 과정에서 즉각적인 반사 반응도 가능하다. 실제 실험에서 연구진은 인공 피부를 장착한 로봇 팔이 손상 위험 수준의 압력을 감지하면 자동으로 팔을 움직여 회피 동작을 수행하도록 구현했다. 상위 제어 단계에서는 여러 센서에서 들어온 신호를 통합·필터링해 보다 복합적인 반응을 유도한다. 동일한 시스템을 적용한 로봇 얼굴은 팔에 가해지는 압력 강도에 따라 표정을 변화시키는 동작을 보이기도 했다. 다만 이 기술은 생물학적 신경계를 그대로 재현한 것은 아니다. 실제 인간의 신경계는 신체 전체에 대한 공간 지도를 유지하며 감각 정보를 처리하지만, 이번 인공 피부는 스파이크 신호의 특성 조합을 통해 위치 정보를 부호화하는 방식을 택했다. 연구진 역시 이를 '완전한 신경 모사'라기보다는 생물학적 원리를 차용한 공학적 설계로 설명하고 있다. 현재 구현된 감각은 압력에 한정돼 있으며, 온도나 화학 자극 등 다양한 감각을 처리하려면 병렬적인 신호 처리 체계가 추가로 필요하다. 그럼에도 불구하고 스파이크 기반 뉴로모픽 프로세서는 신경망 구동 시 전력 소모가 매우 적어, 향후 인공지능(AI) 기반 로봇 제어와의 결합 가능성이 크다는 평가를 받는다. 연구진은 이 기술을 '뉴로모픽 로봇 전자피부(NRE-skin)'로 명명했다. 손상 시에는 자석식 결합 구조로 개별 피부 모듈을 손쉽게 교체할 수 있도록 설계돼 유지·보수 측면에서도 실용성을 높였다. 전문가들은 이번 연구가 로봇이 외부 환경을 보다 섬세하고 효율적으로 인식하는 데 중요한 전환점이 될 수 있다고 평가한다. 잎서 일본 도쿄대 과학자들은 2024년 6월 살아 있는 인간 피부의 세포 조직을 복재해 로봇 얼굴에 붙여 웃는 모습이 사람과 같은 로봇을 개발했다. 당시 연구팀은 자신들이 만들어낸 인공 피부가 진짜 사람 피부처럼 부드러울 뿐만 아니라 상처가 나거나 심지어 잘려도 스스로 복구할 수 있다고 설명했다. 이번에 개발된 생물학적 신경계에서 영감을 받은 스파이크 기반 정보 처리 방식이 향후 에너지 효율적인 지능형 로봇 기술의 핵심 축으로 자리 잡을지 주목된다.
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[신소재 신기술(214)] 신경계 닮은 로봇 피부 현실화⋯스파이크 신호로 감각 처리
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[신소재 신기술(213)] 플라스틱병, 진통제로 되살아나다⋯미생물 공정의 도전
- 플라스틱 폐기물을 일상 의약품으로 전환하는 새로운 생물공정 기술이 제시됐다. 영국 연구진이 플라스틱병의 주원료를 미생물을 이용해 일반 진통제로 널리 쓰이는 파라세타몰(아세트아미노펜)로 전환하는 데 성공하면서, 화석연료 의존적인 의약품 생산 구조에 변화를 가져올 가능성이 제기되고 있다. 21일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 영국 에든버러대 스티븐 월리스 교수 연구팀은 플라스틱병에 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 분해해 얻은 화합물을 대장균(E. coli)에 공급한 뒤, 이를 파라세타몰로 전환하는 데 성공했다고 밝혔다. 실험실 조건에서의 전환 수율은 약 92%에 달했다. 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 파라세타몰은 세계보건기구(WHO)가 지정한 필수의약품으로, 전 세계에서 가장 널리 사용되는 진통제 중 하나다. 현재 산업용 파라세타몰의 대부분은 석유화학 공정을 통해 생산되며, 핵심 원료 역시 원유에서 추출된다. 연구진은 이러한 기존 구조를 벗어나 폐플라스틱을 원료로 활용할 수 있음을 실험적으로 입증했다. 연구팀은 먼저 폐PET를 미세 조각으로 분쇄한 뒤, 비교적 온화한 화학 반응을 통해 미생물이 흡수할 수 있는 수용성 분자로 전환했다. 이후 특정 대사 경로가 결핍된 대장균을 유전적으로 설계해, 해당 플라스틱 유래 분자를 영양원으로 삼지 않으면 생존할 수 없도록 했다. 이 과정에서 세포 내부의 인산염을 이용한 비효소적 화학 반응이 핵심 역할을 했다. 특히 이번 연구의 주목할 만한 점은 '로센 전위(Lossen rearrangement)'로 알려진 화학 반응이 효소가 아닌 살아 있는 세포 내부에서 자연스럽게 진행됐다는 점이다. 이 반응을 통해 생성된 파라아미노벤조산(PABA)은 미생물이 엽산과 DNA를 합성하는 데 필수적인 물질이다. 연구진은 여기에 토양 미생물과 곰팡이에서 유래한 유전자를 추가 도입해, PABA가 최종적으로 파라세타몰로 전환되도록 경로를 확장했다. 최적의 실험 조건에서는 플라스틱 기반 분자에서 파라세타몰로 전환되는 전 과정이 하루 이내에 완료됐다. 이는 기존 플라스틱 재활용이 저부가가치 소재로의 '다운사이클링'이나 단순 소각에 머물러 왔던 것과 대비된다. 연구진은 이 기술이 상용화될 경우 플라스틱 폐기물을 의약품 원료로 재활용함으로써 화석연료 의존도를 낮추고 탄소 배출을 줄이는 데 기여할 수 있을 것으로 보고 있다. 다만 실제 산업 적용을 위해서는 대규모 발효 공정에서의 안정성, 경제성, 생애주기 평가(LCA) 등을 면밀히 검증해야 한다는 점도 분명히 했다. 수천 톤 규모의 배양 시스템으로 확장할 경우 온도·산소 공급·불순물 관리 등 공정 제어가 핵심 과제가 될 전망이다. 또한 미생물 기반으로 생산된 파라세타몰이 기존 석유화학 공정 제품과 동일한 순도와 안전성을 충족하는지에 대한 규제 당국의 검증도 필요하다. 연구진은 이번 실험에 사용된 대장균이 폐쇄된 실험 환경에서만 운용되는 안전한 균주이며, 외부 환경에 방출될 가능성은 없다고 설명했다. 또 해당 경로에서 생성되는 파라세타몰은 화학적으로 기존 제품과 동일해, 임상적 평가 기준 역시 같다는 점을 강조했다. 이번 연구는 폐기물로 인식돼 온 플라스틱을 필수 의약품의 원료로 재정의할 수 있음을 보여주는 사례로 평가된다. 연구진은 "화학과 생물학을 분리된 영역이 아닌 통합된 도구로 활용할 때, 폐기물 문제와 의약품 공급이라는 두 과제를 동시에 해결할 실마리를 찾을 수 있다"고 밝혔다.
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[신소재 신기술(213)] 플라스틱병, 진통제로 되살아나다⋯미생물 공정의 도전
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삼성전자, CES 2026서 '삼성 테크 포럼' 개최⋯AI·디자인·스트리밍 미래 제시
- 삼성전자는 다음 달 6~9일(현지시간) 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 가전·IT 전시회 'CES 2026' 기간에 '삼성 테크 포럼(Samsung Tech Forum)'을 열고, 최신 산업 흐름과 핵심 기술 방향을 집중 조명할 계획이라고 22일 밝혔다. 삼성 테크 포럼은 다음 달 5~6일(현지시간) 라스베이거스 윈 호텔(Wynn and Encore Las Vegas)에 마련되는 삼성전자 단독 전시 공간에서 진행된다. 포럼은 인공지능(AI), 가전, 디자인 등을 주제로 한 4개 세션으로 구성되며, 각 세션은 전문가 패널 토론 방식으로 운영된다. 삼성전자 소속 전문가를 비롯해 협력사, 학계, 미디어, 애널리스트 등 다양한 분야의 인사들이 토론자로 참여한다. 첫날인 5일에는 '효율적인 AI 서비스 구현을 위한 개방형 생태계'를 주제로, 삼성전자 DA사업부 최윤호 프로와 스마트홈 분야 협력사 최고경영자(CEO)들이 함께해 일상 속 혁신을 이끄는 스마트홈 기술과 산업 간 협업의 중요성을 짚는다. 이어 'AI 시대의 보안과 개인정보 보호'를 주제로 삼성전자 AI플랫폼센터 백신철 그룹장을 포함한 보안 분야 전문가들이 참여해, 개인의 일상을 안전하게 지키는 보안 기술의 역할과 기본 원리를 논의한다. 또한 삼성전자 VD사업부 새렉 브로드스키 상무와 TV·엔터테인먼트 업계 주요 리더들이 모여 FAST(광고 기반 무료 스트리밍 TV)와 크리에이터 중심 채널 등 차세대 스트리밍 서비스의 방향성과 가능성을 살펴보는 '스트리밍을 통한 TV 시청 경험의 재구성' 세션도 마련된다. 6일에는 '인간 중심 기술 디자인'을 주제로 한 세션이 열리며, 삼성전자 DX부문 최고디자인책임자(CDO) 마우로 포르치니 사장과 글로벌 디자인 리더들이 AI와 창의성, 신소재를 접목한 사람 중심 디자인 혁신에 대해 의견을 나눈다. 한편 삼성전자는 CES 2026 기간 중인 다음 달 4~7일 라스베이거스에서 '더 퍼스트 룩(The First Look)' 행사를 개최하고, 자사의 AI 비전과 중장기 비즈니스 전략을 공개할 예정이다.
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삼성전자, CES 2026서 '삼성 테크 포럼' 개최⋯AI·디자인·스트리밍 미래 제시
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[신소재 신기술(212)] 미국 연구진, 인체 이동 가능한 초소형 로봇 개발
- 미국 연구진이 인체 내부를 이동할 수 있을 만큼 작은 초미세 로봇을 개발해 차세대 의료기술의 새로운 가능성을 제시했다. 펜실베이니아대와 미시간대 공동 연구팀은 컴퓨터와 센서, 추진 장치를 모두 내장한 서브밀리미터(sub-millimeter) 크기의 마이크로 로봇을 구현하는 데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 워싱턴포스트와 퓨처리즘, 스터디파인즈 등 주요 외신을 통해 소개됐다. 이번에 개발된 로봇은 소금 한 알보다 작은 단세포 생물 수준의 크기로, 실제 나노미터 단위에는 이르지 않지만 스스로 주변 환경을 감지하고 판단해 움직일 수 있는 '자율형 초소형 로봇'이라는 점에서 기술적 의미가 크다. 폭이 210~340마이크로미터(약 짚신벌레 1마리, 또는 사람 머리카락 두 가닥을 나란히 놓은 크기)에 불과한 이 로봇에는 초소형 프로세서와 온도 센서, 메모리, 통신 장치, 추진 시스템이 집적돼 있다. 구동에 필요한 전력은 약 100나노와트로, 일부 미생물의 에너지 소비량과 비슷한 수준이다. 기존 마이크로 로봇은 외부 자기장이나 원격 장비에 의존하거나, 사전에 입력된 제한된 동작만 수행하는 경우가 대부분이었다. 이로 인해 주변 환경을 인식하고 상황에 맞게 반응하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 제약을 극복하기 위해 로봇 내부에 연산·판단 기능을 직접 탑재해 자율성을 확보했다. 제작 과정 역시 기존 반도체 공정을 활용했다. 1㎜ 크기의 칩 하나에 약 100개의 로봇을 집적할 수 있으며, 각 로봇에는 태양전지를 통한 에너지 수집 장치와 온도 감지 센서, 움직임 제어 회로, 무선 프로그래밍을 위한 광 수신기가 포함돼 있다. 외부는 유리와 유사한 보호층으로 밀봉돼 액체 환경에서도 안정적으로 작동한다. 연구팀은 실험을 통해 이 로봇이 단세포 생물의 행동을 모방해 자율적으로 움직일 수 있음을 입증했다. 로봇은 온도 구배가 없는 환경에서는 제자리 회전을 하다가, 주변 온도가 낮아지면 탐색 운동으로 전환해 따뜻한 영역을 찾아 이동했다. 이후 온도 조건이 바뀌자 이동 방향을 조정하는 등 실시간 센서 입력에 따라 행동을 바꾸는 모습을 보였다. 이는 사전에 정해진 동작이 아니라 환경 변화에 능동적으로 반응한다는 점을 보여준다. 초소형 로봇에 명령을 전달하기 위해 연구진은 발광다이오드(LED)를 활용한 광통신 방식을 적용했다. 이를 통해 로봇에 전력을 공급하는 동시에 프로그래밍과 데이터 송수신이 가능하다. 로봇의 연산 속도는 최신 노트북에 비해 현저히 느리지만, 온도 변화 등 환경 신호를 감지하고 반응하는 데는 충분한 성능을 갖췄다는 설명이다. 연구 성과는 국제 학술지 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 최신호에 게재됐다. 공동 저자인 마크 미스킨 펜실베이니아대 교수는 "감지와 판단, 행동을 모두 수행하는 최초의 초소형 로봇"이라고 평가했다. 또 다른 공동 저자인 데이비드 블라우 미시간대 교수는 "아직은 실험 단계지만, 10년 안에 실질적인 활용 사례가 등장할 가능성도 있다"고 내다봤다. 연구진은 이 기술이 향후 인체 내부에서 조직을 복구하거나 외과적 접근이 어려운 부위에 약물을 전달하는 등 의료 분야에서 혁신적인 응용으로 이어질 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다음 목표는 초미세 로봇 간의 상호 통신이다. 블라우 교수는 "로봇들이 서로 정보를 교환하며 협력하는 단계가 차세대 기술 도약의 분기점이 될 것"이라고 말했다.
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[신소재 신기술(212)] 미국 연구진, 인체 이동 가능한 초소형 로봇 개발
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[신소재 신기술(211)] 열은 차단하고 시야는 유지⋯차세대 투명 창호 단열 소재 개발
- 미국 콜로라도대 볼더(CU Boulder) 연구진이 건물의 에너지 효율을 크게 높일 수 있는 투명 창호용 단열 신소재를 개발했다. 11일(현지시간) CU 볼더 투데이에 따르면 이 소재는 열 이동을 효과적으로 차단하면서도 시야를 거의 방해하지 않는 것이 특징으로, 전 세계 건물 에너지 소비 구조를 개선할 수 있는 기술로 평가된다. 이번 연구를 주도한 CU 볼더 물리학과 연구진은 해당 소재를 '메조다공성 광학 투명 단열재(Mesoporous Optically Clear Heat Insulator, MOCHI)'로 명명했다. 모치(MOCHI)는 얇은 시트 또는 판 형태로 제작돼 기존 창문 내부에 부착할 수 있으며, 현재는 실험실 단계에 머물러 있으나 내구성이 높고 투명도가 매우 우수한 것으로 확인됐다. 연구 책임자인 이반 스말류크(Ivan Smalyukh) 교수는 "벽은 단열재를 두껍게 쌓을 수 있지만, 창문은 투명해야 한다는 근본적인 제약이 있다"며 "투명성과 단열 성능을 동시에 만족시키는 소재를 찾는 일은 매우 어렵다"고 설명했다. 연구 결과는 12월 11일 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 국제에너지기구(IEA) 등에 따르면 주거용 주택부터 초고층 오피스 빌딩에 이르기까지 건물은 전 세계 에너지 소비의 약 40%를 차지한다. 특히 창문은 겨울철에는 열 손실의 주요 경로가 되고, 여름철에는 외부 열을 내부로 유입시키는 취약 지점으로 작용한다. 연구진은 MOCHI를 통해 이러한 열 교환을 근본적으로 줄이는 것을 목표로 했다. MOCHI의 핵심은 실리콘 젤 내부에 형성된 초미세 공기 구조에 있다. 이 소재는 사람 머리카락 굵기보다 훨씬 작은 수많은 기공에 공기를 가두는 구조로, 전체 부피의 90% 이상이 공기로 채워져 있다. 연구진에 따르면 두께 5밀리미터의 MOCHI 시트만으로도 손바닥 위에서 불꽃의 열을 차단할 수 있을 정도의 단열 성능을 보였다. 열 전달은 일반적으로 기체 분자 간 충돌을 통해 이뤄지는데, MOCHI 내부의 기공은 너무 작아 분자들이 자유롭게 충돌하지 못한다. 대신 분자들은 기공의 벽에 부딪히며 에너지 전달이 크게 제한된다. 그 결과 열 흐름이 효과적으로 억제된다. 동시에 이 소재는 입사광의 약 0.2%만 반사해, 시각적 투명성을 유지한다. MOCHI는 기존의 고성능 단열재로 활용돼 온 에어로젤(aerogel)과 유사한 개념을 갖지만, 구조적 차별성이 있다. 에어로젤은 기공이 무작위로 분포돼 빛을 산란시키는 경우가 많아 시야가 흐려지는 반면, MOCHI는 기공 구조를 정밀하게 제어해 빛 투과성을 대폭 개선했다. 제조 과정에서는 계면활성제 분자가 실처럼 응집된 구조를 형성한 뒤, 그 외부를 실리콘 분자가 감싸도록 유도한다. 이후 계면활성제 구조를 공기로 치환하면, 실리콘으로 둘러싸인 초미세 공기 통로 네트워크가 완성된다. 연구진은 이를 "공기로 채워진 미세 관이 얽힌 구조"라고 설명했다. 연구진은 이 소재가 창호 단열뿐 아니라 태양열 포집 장치 등에도 활용될 수 있을 것으로 보고 있다. 햇빛의 열을 가두면서도 투과된 빛을 활용해 건물 난방이나 온수 공급에 적용할 수 있다는 설명이다. 다만 상용화까지는 시간이 필요할 전망이다. 현재 MOCHI는 공정이 복잡해 실험실에서만 소량 생산되고 있다. 그러나 사용되는 원재료가 비교적 저렴하고, 제조 공정 역시 단순화가 가능하다는 점에서 장기적으로는 상업적 활용 가능성이 크다는 평가다. 연구진은 "에너지를 낭비하지 않으면서도 쾌적한 실내 환경을 유지하는 것이 목표"라며 "MOCHI는 투명성과 단열이라는 두 가지 요구를 동시에 충족하는 새로운 대안이 될 수 있다"고 밝혔다. 이번 연구에는 아밋 바르드와지, 블레즈 플뢰리, 엘도 아브라함, 이태우 박사후연구원 등이 공동 참여했으며, 보흐단 세뉴크, 얀 바르트 텐 호버, 블라디슬라프 체르파크 전 박사후연구원도 공저자로 이름을 올렸다.
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[신소재 신기술(211)] 열은 차단하고 시야는 유지⋯차세대 투명 창호 단열 소재 개발
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[신소재 신기술(210)] "세균의 언어 해독"⋯잇몸병 막는 새 치료법 제시
- 과학자들이 구강 내 세균이 서로 정보를 주고받는 '화학적 대화'를 차단함으로써, 플라크(치석) 형성을 억제하고 잇몸병을 예방할 수 있는 가능성을 제시했다. 이는 항생제 남용으로 내성 세균이 확산되는 가운데, 세균의 '행동'을 바꾸는 새로운 치료 접근법으로 주목받고 있다. 미국 미네소타대학교 생명과학대학 및 치의학대학 공동연구팀은 구강 내 세균이 사용하는 통신 체계를 규명하고 이를 조절해 플라크 생성을 억제할 수 있는 방법을 밝혀냈다. 연구 결과는 국제 학술지 NPJ 바이오필름스 앤드 마이크로바이옴스(NPJ Biofilms and Microbiomes) 최신호(2025년 11월 17일자)에 게재됐다. 연구진은 구강 세균들이 '쿼럼 센싱(quorum sensing)'이라 불리는 화학 신호를 통해 서로 정보를 교환한다는 사실에 주목했다. 이들은 'N-아실 호모세린 락톤(N-acyl homoserine lactones, AHLs)'이라는 신호 분자를 이용해 군집 내 행동을 조정하는데, 이 과정이 구강 질환과 밀접히 연관되어 있다. 미네소타대 연구팀은 플라크가 형성되는 환경에서 AHL 신호가 산소가 풍부한 잇몸 위쪽에서 방출되며, 이 신호가 산소가 부족한 잇몸 아래 세균에게도 전달된다는 사실을 확인했다. 연구이 락토네이스(lactonase)라는 효소를 사용해 이러한 AHL 신호를 제거하자, 건강한 구강 상태와 연관된 세균이 우세하게 번식하는 변화를 관찰했다. 미카엘 엘리아스(Mikael Elias) 생명과학대학 부교수는 "플라크는 마치 숲의 생태계처럼 순차적으로 형성된다"며 "스트렙토코커스(Streptococcus)나 악티노마이세스(Actinomyces) 같은 초기 정착 세균은 대체로 무해하지만, 포르피로모나스 진지발리스(Porphyromonas gingivalis) 등 후기 정착 세균은 잇몸병을 유발한다"고 설명했다. 그는 "세균 간 화학적 신호를 차단함으로써, 플라크를 질병 이전의 건강한 상태로 되돌릴 수 있다"고 덧붙였다. 주저자인 라케시 식다르(Rakesh Sikdar)는 "산소의 유무가 세균 생태계의 균형을 완전히 바꾼다"며 "산소가 있는 조건에서는 AHL 신호를 차단할 경우 건강한 세균이 늘었지만, 무산소 환경에서는 오히려 질병 관련 세균의 성장이 촉진됐다"고 밝혔다. 그는 "잇몸 위와 아래의 환경에서 쿼럼 센싱이 전혀 다르게 작용한다는 점은 향후 잇몸병 치료 접근법에 중대한 시사점을 준다"고 말했다. 연구팀은 향후 구강 내 다양한 부위와 치주질환 단계별로 세균 간 신호 체계를 비교 분석할 계획이다. 엘리아스 교수는 "세균 군집이 어떻게 조직되고 소통하는지를 이해하면, 모든 세균을 없애는 대신 균형 잡힌 미생물 환경을 유지하는 방식으로 치주질환을 예방할 수 있을 것"이라고 강조했다. 이번 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 지원으로 수행됐으며, 향후 장내 미생물 불균형이나 특정 암 등 미생물 관련 질환에도 응용 가능성이 제시됐다. 과학자들은 이번 발견이 "세균을 파괴하는 대신, 그들의 대화를 '해킹'해 질병을 통제하는 새로운 치료 패러다임"의 서막이 될 수 있다고 평가하고 있다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(210)] "세균의 언어 해독"⋯잇몸병 막는 새 치료법 제시
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[신소재 신기술(209)] 중국, '비 오는 날도 발전하는 태양광 패널' 개발⋯재생에너지의 한계 넘는다
- 중국 연구진이 비가 오거나 흐린 날씨에서도 발전할 수 있는 새로운 형태의 태양광 패널을 개발해, 기존 태양광 기술의 한계를 극복할 가능성을 제시했다고 에너지 미디어와 에코포털닷넷이 보도했다. 전통적인 태양광 패널은 햇빛이 강할수록 효율이 높지만, 구름이 끼거나 비가 내리면 발전량이 급격히 떨어진다. 이로 인해 일조량이 일정치 않은 지역에서는 효율적인 전력 생산이 어려웠다. 그러나 중국에서 개발 중인 차세대 패널은 이러한 약점을 보완해 흐린 날씨나 비가 오는 동안에도 전력을 생산할 수 있다. 중국 쑤저우대 연구팀은 비가 내리거나 흐린 날에도 전기를 생산할 수 있는 하이브리드 태양 전지를 개발했다. 이 기술의 핵심은 태양전지 표면에 투명한 '트리보일렉트릭(triboelectric) 필름'을 덧입힌 구조에 있다. '트리보일렉트릭(Triboelectric)'은 '마찰전기'라는 뜻을 가진 과학 개념으로, 두 물질이 접촉하고 떨어질 때 전하가 이동하며 전기가 발생하는 현상을 말한다. 이 원리를 응용한 기술이 바로 트리보일렉트릭 발전(Triboelectric Nanogenerator, TENG)이다. 방울이 표면을 치며 트리보일렉트릭 효과를 일으켜 추가 전력을 생산하는 방식이다. 다시 말하면, 빗방울이 트리보일렉트릭 필름 표면에 닿아 퍼지고 흘러내릴 때, 전하가 이동하면서 미세한 전류가 발생한다. 패널은 이러한 전하 변화를 포착해 전기로 전환하며, 수많은 빗방울이 모여 일정한 전력을 만들어낸다. 태양광이 비칠 때는 일반적인 태양전지로 작동하고, 비가 내릴 때는 트리보일렉트릭 모드로 전환돼 이중 발전이 가능하다. 이 기술은 런던이나 밴쿠버처럼 구름이 잦은 도시에서도 안정적인 전력 생산을 가능하게 할 것으로 기대된다. 물론 맑은 날의 발전량에는 미치지 못하지만, 기존 태양광 설비가 무용지물이 되던 시간대에도 전력을 생산할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 비가 내리는 동안에도 발전이 가능한 태양광 패널은 기후 변화와 날씨 불확실성이 커지는 시대에 보다 지속 가능하고 회복력 있는 에너지 공급원으로 주목받고 있다. 이번 연구는 완벽한 기상 조건에 의존하지 않는 새로운 재생에너지 기술의 방향을 제시했다는 평가를 받고 있다.
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- 산업
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[신소재 신기술(209)] 중국, '비 오는 날도 발전하는 태양광 패널' 개발⋯재생에너지의 한계 넘는다
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[신소재 신기술(208)] AI, 박테리아 유전체 학습으로 '완전히 새로운 단백질' 창조
- 인공지능(AI)이 박테리아 유전체 데이터를 학습해 지금껏 알려지지 않은 새로운 단백질을 만들어내는 데 성공했다. 미국 스탠퍼드대 연구팀은 박테리아 유전자 배열이 특정 기능을 중심으로 군집한다는 점에 착안해 '에보(Evo)'라는 새로운 AI 게놈 언어모델을 개발했다. 연구 결과는 국제학술지 네이처(Nature) 최신호(2025년 11월 20일자)에 실렸다. 연구팀은 박테리아 유전체 수백만 건을 학습시켜, 염기서열의 규칙성과 유전자 간 상관관계를 인식하도록 했다. 에보는 대형 언어모델(LLM)처럼 특정 염기서열을 입력받으면 그다음 염기를 예측하고, 그 결과를 기반으로 새로운 유전자 조합을 생성한다. 팀은 기존 단백질의 일부분을 입력하자 에보가 나머지 서열을 80~85% 정확도로 완성하는 능력을 확인했다. 더 나아가 완전히 새로운 유전자를 생성하도록 훈련하자, 실험 결과 생성된 단백질 중 일부가 실제 생물학적 기능을 수행했다. 예를 들어 연구팀은 박테리아 독소 유전자를 입력한 뒤 이에 대응하는 항독소 유전자를 생성하도록 에보를 훈련시켰다. 테스트 결과, 생성된 항독소 중 절반이 실제 독성을 완화했고, 두 종류는 박테리아의 생장을 완전히 회복시켰다. 이들 항독소는 기존 단백질과 25% 미만의 유사도를 보여 '자연계에 존재하지 않는 단백질'로 평가됐다. 또한 연구진은 CRISPR 시스템을 억제하는 단백질 생성 실험에서도 17%가 실제 기능을 수행했으며, 일부 단백질은 기존 구조 예측 소프트웨어가 해석하지 못할 정도로 새로운 형태를 보였다. 스탠퍼드대 연구팀은 "Evo는 단백질의 3차원 구조를 고려하지 않고도 유전자 수준에서 기능적 단백질을 만들어낼 수 있음을 보여줬다"며 "이는 진화가 작동하는 핵심 단계인 '핵산 수준'에서 단백질 생성을 재현한 사례"라고 설명했다. 이번 연구는 AI가 단백질 설계뿐 아니라 유전자 진화 과정을 이해하고, 생물학적 창조력을 확장할 수 있는 가능성을 열었다는 점에서 주목받는다. 다만 연구진은 "포유류처럼 복잡한 유전체에는 적용이 쉽지 않다"며 "현재 단계에서는 박테리아 수준의 단순한 유전자 구조에서만 실험적으로 검증됐다"고 밝혔다. 이번 성과는 AI가 단백질 구조 예측(알파폴드) 단계에서 나아가, 생명체의 새로운 진화 가능성을 탐색하는 '유전체 기반 단백질 생성 시대'를 열었다는 평가를 받고 있다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(208)] AI, 박테리아 유전체 학습으로 '완전히 새로운 단백질' 창조
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삼성전자, '전영현-노태문' 투톱 확립⋯기술 중심 안정 경영 강화
- 삼성전자가 반도체(DS) 부문의 전영현 부회장과 모바일·가전(DX) 부문의 노태문 사장 체제를 확립하며 기술 중심의 안정 경영에 나섰다. 삼성전자는 21일 '2026년 정기 사장단 인사'를 통해 노태문 사장을 대표이사 겸 DX부문장으로 공식 선임했다고 밝혔다. 노 사장은 지난 3월부터 DX부문장 직무대행을 맡아왔으며, 이번 인사로 정식 부문장에 올랐다. 전영현 부회장은 DS부문장과 메모리사업부장으로 유임됐다. 이날 인사에서는 삼성벤처투자 윤장현 부사장이 삼성전자 DX부문 CTO 사장 겸 삼성리서치장으로 승진했으며, 삼성미래기술연구원(SAIT) 원장에는 하버드대 출신의 글로벌 석학 박홍근 사장이 새로 위촉됐다. 삼성전자는 "투톱 대표이사 체제를 복원해 핵심 사업 경쟁력을 강화하고 미래 기술 선점을 가속화할 것"이라고 밝혔다. [미니해설] 삼성전자, 전영현·노태문 투톱 체제 복원⋯"기술 중심·미래 혁신 역량" 강화 삼성전자가 21일 발표한 2026년 정기 사장단 인사는 '안정 속 혁신'이라는 두 단어로 요약된다. 반도체 부문을 이끄는 전영현 부회장의 유임과 함께, 그동안 직무대행 체제로 운영돼온 DX(디바이스 경험) 부문에 노태문 사장이 정식 부문장으로 복귀하며 경영 구도가 완전히 정비됐다. 이번 인사는 반도체와 모바일·가전 부문을 양축으로 한 '전영현-노태문 투톱 체제' 복원을 통해 불확실한 대외 환경 속에서도 기술 중심의 안정 경영을 이어가겠다는 의지로 해석된다. 삼성전자는 "2인 대표이사 체제를 복원하고 핵심사업 경쟁력을 지속 강화해 미래 기술 선점의 발판을 마련할 것"이라고 밝혔다. 노태문 사장은 3월 DX부문장 직무대행으로 임명된 뒤 8개월간 스마트폰·가전 사업의 내실을 다져왔다. 이번 정식 선임으로 모바일(MX)사업부장을 겸직하며 DX부문의 혁신 전략을 총괄하게 됐다. 업계에서는 노 사장이 갤럭시 브랜드의 글로벌 시장 경쟁력 강화와 AI폰 전환 전략을 주도하며 조직의 안정화를 이끌었다는 평가가 나온다. 전영현 부회장은 DS부문장과 메모리사업부장으로 유임됐다. 그는 HBM(고대역폭메모리)·첨단 패키징 등 메모리 기술 혁신을 이끌며 글로벌 반도체 시장 변곡점에서 삼성전자의 주도권 회복을 책임지고 있다. 업계 관계자는 "TSMC·SK하이닉스 등 경쟁사와의 격차가 기술력으로 좁혀지고 있는 만큼, 전 부회장의 유임은 메모리 경쟁력 강화와 수율 안정에 초점을 맞춘 결정"이라고 말했다. 이번 인사의 또 다른 축은 기술 리더십의 강화다. 삼성미래기술연구원(SAIT) 원장에 새로 위촉된 박홍근 사장은 하버드대 교수 출신으로, 25년간 화학·물리·전자공학 분야를 넘나드는 기초과학 연구를 이끌어온 글로벌 석학이다. 삼성전자는 박 사장을 통해 차세대 반도체, 신소재, 양자 기술 등 미래 원천기술 확보에 속도를 낼 계획이다. 삼성벤처투자 윤장현 부사장이 DX부문 CTO 사장 겸 삼성리서치장으로 승진한 것도 눈에 띈다. 윤 사장은 AI·로봇·차량용 전장 등 신성장 분야의 연구개발 전략을 총괄하며, DX부문 기술 방향을 이끌 핵심 인물로 평가된다. 이번 사장단 인사는 규모 면에서는 4명으로 비교적 소폭이지만, 삼성의 경영 기조가 '격변기 대응'에서 '기술 안정화'로 전환되고 있음을 보여준다. 메모리 시장의 가격 변동성, 글로벌 IT 수요 둔화, AI 반도체 경쟁 격화 등 불확실성이 상존하는 상황에서, 삼성은 내부 역량 결집과 기술 리더십 확보를 최우선 과제로 삼은 것이다. 재계 안팎에서는 이번 인사를 '조직의 숨 고르기이자 다음 세대를 위한 기술 포석'으로 본다. 한 재계 관계자는 "전영현 부회장은 글로벌 반도체 생태계의 복원력을, 노태문 사장은 소비자 접점에서의 브랜드 경쟁력을 대표한다"며 "두 인물의 투톱 체제는 삼성의 핵심 사업 균형을 유지하면서 장기적 혁신 구조를 공고히 하려는 포석"이라고 말했다. 한편 삼성전자는 내년부터 'AI 퍼스트(AI First)' 전략을 전사 차원으로 확대하며, 반도체·모바일·가전·서비스 전반에 걸쳐 통합 생태계를 구축할 예정이다. 이를 통해 '메모리-프로세서-디바이스' 간 기술 연계를 강화하고, 글로벌 시장에서의 초격차 전략을 이어간다는 방침이다.
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삼성전자, '전영현-노태문' 투톱 확립⋯기술 중심 안정 경영 강화
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IBM-시스코, 2030년 후반까지 '양자 인터넷' 공동개발
- IBM과 시스코(CISCO)가 '양자 인터넷'이라는 야심 찬 목표를 세우고 손을 맞잡았다. 단순한 인공지능 기술을 넘어 미래 컴퓨팅의 패러다임을 뒤바꿀 양자컴퓨팅을 중심으로 새로운 인터넷 인프라를 구축하겠다는 계획입다. 로이터통신에 따르면 IBM과 시스코는 20일(현지시간) 2030년대 후반까지 수천 대의 양자 컴퓨터를 연결하는 '양자 인터넷'을 공동 개발한다고 밝혔다. 첫 번째 단계는 서로 다른 환경에 설치된 두 양자 컴퓨터 간의 큐비트(양자 비트) 얽힘 시연이다. 이들은 개별적으로 냉각된 시스템 내에서 큐비트를 연결해 기존의 비트 기반 컴퓨팅에서는 불가능한 수준의 연산을 가능케 하려는 구상을 제시하고 있다. 시스코는 이 과정을 위해 극도로 취약한 양자 상태를 보존하며 큐비트 전송 및 동기화를 가능하게 하는 신규 하드웨어 및 프로토콜 개발에 착수했다. IBM은 신개념 양자 네트워크 장치 'QNU(Quantum Networking Unit)'를 개발 중이다. 이 장치는 양자 처리 장치(QPU) 사이의 연결을 담당하게 되며, 정적인 양자 정보를 외부로 전송 가능한 '플라잉 큐비트'로 변환하는 기능을 갖춘다. 이를 통해 다수의 양자 컴퓨터를 하나의 분산 클러스터로 묶는 것이 가능해진다. 시스코는 여기에 더해 동적 재구성이 가능한 고속 양자 네트워킹 소프트웨어 프레임워크도 개발 중이다. 이 기술은 양자 노드 간의 전국적 데이터센터 연결을 위해 중요하며, 향후에는 대륙간 양자 네트워크 확장에도 사용될 전망이다. 특히 시스코는 전 세계 수백 개의 IBM QPU를 하나의 유기적 네트워크로 묶기 위한 새로운 형태의 '네트워크 브리지' 구조도 연구하고 있다고 밝혔다. 이번 아키텍처가 실현되면 IBM의 양자 컴퓨터는 전 세계 모든 기존 컴퓨터를 합쳐도 처리할 수 없는 규모의 연산을 수행할 수 있게 된다. 이는 수천 조 개의 양자 게이트 연산을 기반으로 한 신소재 개발, 차세대 의약품 설계, 기후변화 예측 등 다양한 분야에서 혁신적인 성과를 낳을 수 있다. IBM과 시스코는 초기 개념 검증을 2030년까지 마친 뒤, 2030년대 후반까지는 수천 대의 분산형 양자 컴퓨터가 연결된 양자 인터넷의 구축 가능성을 점치고 있다. 이 네트워크는 극한 보안 통신은 물론, 전 지구적 센서 네트워크, 초정밀 지질 모니터링 등으로도 활용될 수 있다.
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IBM-시스코, 2030년 후반까지 '양자 인터넷' 공동개발
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[신소재 신기술(207)] AI, 33억만년 된 암석에서 지구 최초의 생명 흔적 발견
- 과학자들이 인공지능(AI)을 활용한 분석으로 약 33억년 된 암석에서 '지구 생명'의 가장 오래된 화학 흔적을 확인했다. 지구에서 생명이 언제 시작됐는지에 대한 오랜 질문에 새로운 답이 제시된 것이다. 미국 카네기과학연구소 연구팀이 남아프리카공화국 음푸말랑가(Mpumalanga) 지역의 '요제프스달 처트(Josefsdal Chert)'에서 약 33억 3천만 년 전(3.33 Ga) 형성된 암석 속 탄소 잔류물에서 현재까지 확인된 가장 이른 생명 화학 흔적을 검출했다고 사이언스얼럿이 전했다. 연구팀은 정교한 분광 분석법을 활용해 각 시료에 갇힌 화학적 파편을 분리해냈다. 이후 '랜덤 포레스트(random forest)'라 불리는 특정 유형의 기계 학습 모델을 적용했다. 이 모델은 수백 개의 의사 결정 트리를 구축해 데이터를 분류하고 잠재된 생태학적·분류학적 패턴을 추출한다. 수십억 년 된 암석에서 생물학적 흔적을 식별하기 위해 이 유형의 데이터와 지도형 기계 학습을 결합한 연구는 이번이 처음이다. 이번 연구는 인공지능(AI) 기반 분석을 활용해, 생명 활동이 남긴 미세한 유기 패턴을 기존 방법보다 높은 신뢰도로 판별해낸 것이 특징이다. 생명체가 남긴 흔적은 시간이 흐를수록 지질 변화로 손실되는데, 이를 '화학적 메아리(chemical echoes)'라고 한다. 로버트 헤이즌(Robert Hazen) 카네기연구소 연구원은 "AI가 처음으로 이 미세한 신호를 신뢰도 높게 해석할 수 있게 됐다"고 설명했다. 고대 탄소가 보여준 생명 흔적…AI가 '생물 기원' 판별 연구팀은 먼저 생물 기원의 유기물에서 공통적으로 나타나는 미세한 화학 패턴을 정의한 뒤, 이를 학습한 머신러닝 모델을 구축했다. 이후 현대 생물에서부터 고대 스트로마톨라이트, 흑색 처트, 탄소 잔류물 등 총 406개 표본을 열분해-기체크로마토그래피-질량분석(Py-GC-MS)으로 분석했다. Py-GC-MS는 시료를 가열해 유기물을 조각으로 분해하고, 이 조각들을 분리한 후 질량 특징을 측정하는 과정이다. 헤이즌 연구원은 "컴퓨터에 수천 개의 퍼즐 조각을 보여주고 원래 그림이 꽃인지, 운석인지 묻는 것과 같다"면서 "개별 분자에 집중하기 보다는 화학적 패턴을 찾았는데, 그 패턴은 다른 우주에서도 동일할 수 있다"고 설명했다. AI 모델은 이들 데이터를 바탕으로 약 90% 이상의 정확도로 생물·비생물을 구분했다. 샘플의 연대는 현재부터 약 38억년 전까지 다양했으며, 여기에는 약 37억년 전의 그린란드 탄소와 호주 사막의 35억 년 된 스트로마톨라이트가 포함됐다. 약 5억 년 미만의 비교적 젊은 표본들은 강렬하고 명확한 생물학적 특징을 나타냈다. 반면 표본이 오래될수록 지질학적 과정으로 인해 화학적 세부 정보가 사라지면서 생물학적 신호가 더욱 희미해졌다. 그 결과 가장 오래된 '생물 신호 양성' 표본이 33억 3천만 년 전의 요제프스달 처트에서 나왔다. 광합성의 기원도 8억 년 앞당겨 연구팀은 생명 화학 흔적뿐 아니라, 25억 2천만~23억 년 전 암석에서 광합성의 증거도 확인했다. 이는 기존에 알려진 광합성 등장 시점보다 8억 년 이상 빠르다. 캐나다·남아프리카의 고대 암석에서 포착된 이 패턴은, 초기 광합성 생물들이 이미 지구 곳곳에 분포했음을 시사한다. "지구 생명의 기원을 다시 그릴 시점" 연구팀은 "33억 년 전이면 이미 생명이 지구에 널리 퍼져 있었다고 판단할 수 있다"며 "AI 기반 분석은 그동안 불확실했던 고대 생명 흔적을 해석하는 새로운 기준점을 제시한다"고 강조했다. 고대 생명의 흔적은 시간이 지날수록 지질 변형으로 사라지지만, 이번 연구는 생체 분자의 남은 '패턴'만으로도 생명 기원을 추적할 수 있음을 입증했다. 헤이즌 연구원은 "지구에서 가장 오래된 암석들은 여전히 이야기를 들려주고 있다"며 "AI 분석은 그 속삭임을 들을 수 있게 해주는 새로운 도구"라고 말했다. 이번 연구는 미 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(207)] AI, 33억만년 된 암석에서 지구 최초의 생명 흔적 발견
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[신소재 신기술(206)] 중국 휴머노이드 로봇, '非인간' 증명 위해 로봇 지퍼 열다
- 중국의 휴머노이드 로봇 기술이 놀라운 속도로 발전해 사람과 구별이 힘든 단계까지 올라왔다. 홍콩 매체 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면 중국 전기차 제조업체 샤오펑(Xpeng)의 창업자 허샤오펑(何小鵬)이 자사의 신형 휴머노이드 로봇 '아이언(Iron)'의 등을 직접 열어 보이며 "사람이 들어 있지 않다"는 사실을 공개했다. 실물처럼 자연스러운 동작을 구현한 시연 영상이 퍼지며 온라인상에서 "사람이 로봇 옷을 입은 것 같다"는 의심이 쏟아진 데 따른 것이다. 허샤오펑은 지난 7일(현지시간) 중국 SNS 웨이보(微博)에 "전날 밤 로봇 개발팀은 잠을 이루지 못했다. 수개월 준비 끝에 공개한 신세대 로봇의 실연 장면이 폭발적인 반응을 일으켰기 때문"이라며 "댓글에 답하고 반응을 지켜보느라 밤을 새웠다"고 밝혔다. 아이언은 시각 데이터를 직접 해석하는 '비전-언어-액션(VLA) 2.0' 인공지능 모델을 탑재해, 기존의 이미지-언어 변환 과정을 생략함으로써 정보 손실을 최소화하고 처리 효율을 높였다. 샤오펑은 아이언을 "내부에서 태어난 로봇"이라며 인간형 척추 구조, 생체 모방 근육, 유연한 인공피부 등을 갖춘 형태로 소개했다. 이 로봇은 신체 전반에 82개의 자유도를 구현해 춤, 런웨이 워킹 등 복잡한 인간 동작을 수행할 수 있다. 또 산업계에서 가장 작은 크기의 하모닉 조인트를 적용해 실물 크기의 손가락 움직임을 구현했다. 샤오펑은 내년 양산을 목표로 이미 첫 고객사를 확보했다. 중국 최대 철강업체 바오산강철(寶山鋼鐵·Baosteel)은 "정밀 검사 등 복합 산업 현장에 투입할 계획"이라고 밝혔다. 이번 모델은 남성형과 여성형 두 가지로 제작됐으며, 로봇센터 부사장 미량촨(米亮川)은 "여성형은 더 작은 체구 구조 때문에 설계 난도가 높았다"고 설명했다. 허샤오펑이 공개한 영상에서 아이언은 몇 걸음 걸은 뒤 동료가 인공피부의 지퍼를 열자 내부의 냉각 팬과 구동 시스템이 드러났다. "기계음이 들린다"며 허샤오펑이 직접 '진짜 로봇'임을 강조하는 장면은 즉시 바이럴됐다. 이 영상은 '#샤오펑로봇지퍼테스트영상'과 '#로봇피부벗긴모습' 등의 해시태그로 중국판 틱톡 '더우인(抖音)' 실시간 인기 1·2위를 차지했다. 한편 중국 로봇 산업은 최근 '육체를 가진 AI(Embodied AI)' 기술 상용화를 둘러싸고 경쟁이 치열하다. 선전(深圳) 소재 유비테크 로보틱스(UBTech)는 지난주 쓰촨(四川)성 데이터 수집 공장과 1억5900만 위안(약 2200만 달러) 규모의 휴머노이드 로봇 '워커 S2' 공급 계약을 체결했으며, 도봇(Dobot)은 애플 협력사 렌스테크놀로지(Lens Technology)에 올해 1000대 납품을 추진 중이다. 상하이에서 열린 정부 주최 '중국 로봇산업 발전회의'에 따르면, 중국의 로봇 산업 매출은 올해 1~3분기 동안 전년 대비 약 30% 증가했다. 단, 중국의 로봇 산업 규모에 대해 공식 발표된 통계는 다소 산발적이며, 세부 분야(산업용·서비스용)마다 추정치가 다르게 나타난다. 시장 분석 기업 그랜드 뷰 리서치(Grand View Research)에 따르면, 2024년 중국의 산업용 로봇 시장 매출은 약 97억 달러 수준으로 추정하고 있다. 반면 마켓 리서치 퓨처(Market Research Future)는 중국 로봇 기술 시장(제조업·서비스 포함) 규모를 2024년 약 71억 달러로 제시하고 있다. 로봇 실물 공개 후 하락세를 보이던 샤오펑의 주가는 검증 영상 공개 다음 날 1.4% 반등하며 기술력에 대한 신뢰가 회복되는 모습을 보였다. 이번 사건은 중국이 인간형 로봇 분야에서 얼마나 빠르게 진화하고 있는지, 그리고 인간과 기계의 경계가 얼마나 희미해졌는지를 상징적으로 보여줬다는 평가를 받고 있다.
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[신소재 신기술(206)] 중국 휴머노이드 로봇, '非인간' 증명 위해 로봇 지퍼 열다
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[신소재 신기술(205)] 케블라보다 강한 방탄섬유 개발⋯탄소나노튜브 결합 '초고강도 신소재' 등장
- 수십년 간 방탄복과 장갑차의 핵심 소재로 사용돼 온 케블라(Kevlar) 보다 더 강하고 유연한 소재가 개발됐다. 중국 베이징대 진장(靳章) 교수 연구팀이 케블라보다 강하고 유연하며, 총탄 저지 능력이 월등한 복합 신소재 섬유를 개발했다. 이번에 개발된 '초고강도 아라미드 복합섬유'는 기존 케블라에 사용되는 방향족 폴리아미드(아미드) 구조에 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 결합한 형태다. 연구팀은 이 두 소재를 단순히 혼합하는 대신 고분자 사슬과 탄소나노튜브를 직선적이고 평행하게 정렬시키는 '다단 신장(stretching)' 공정을 적용해 결합력을 극대화했다. 이 정렬 구조 덕분에 충격 시 섬유 내부 사슬이 미끄러지지 않아 훨씬 많은 에너지를 흡수할 수 있다. 연구팀은 "이번 연구는 초고강도와 초고인성을 동시에 구현한 아라미드 섬유 제작의 새로운 전략을 제시했다"며 "섬유 내 분자 정렬과 나노 결합 구조가 강도 향상의 핵심"이라고 밝혔다. 해당 연구는 국제 학술지 매터(Matter)에 게재됐다. 연구 내용은 웹사이트 PHYS와 과학기술 전문매체 뉴사이언티스트 등이 다루었다. 실험 결과, 새 소재의 '동적 강도(dynamic strength)'는 기존 아라미드 섬유보다 현저히 높았으며, 에너지 흡수 능력은 706.1메가줄/㎥로 기존 최고 기록을 두 배 이상 뛰어넘었다. 특히 두께 1.8mm의 이 섬유 시트는 총탄을 막아낼 만큼의 높은 방호력을 보였으며, 동일 두께의 케블라 섬유보다 약 3배 더 강한 것으로 평가됐다. 향후 방탄복, 헬멧, 군요 차량은 물론 항공우주용 보호소재로의 응용 가능성이 높다고 연구팀은 전망했다. 한편, 케블라는 1973년 미국 듀폰(DuPont)사가 아라미드 섬유의 상용화에 성공해 개발한 내열성 합성섬유다. 강철보다 5배 강한 인장력을 지녀 수십 년간 방호용 섬유의 표준으로 사용돼 왔다. 아라미드(Aramid)는 미국 듀폰의 케블라, 일본 테이진(帝人)의 트와론, 한국 코오롱의 헤라크론 등 소수의 기업만이 독점기술을 보유한 기술집약적 소재다. 현존하는 섬유 중 가장 강한 소재인 아라미드는 섭씨 500도(℃)에도 연소되지 않는 뛰어난 내열성과 화학약품에 대한 내약품성을 지닌다. 그러나 섬유를 더 강하게 만들면 취성이 커지는 한계가 있어 '강도와 인성의 동시 확보'는 오랜 숙제로 남아 있었다. 이번 연구는 그 난제를 해결한 것으로 평가된다. 과학계는 이번 성과가 "케블라 이후 50년 만의 혁신"이라며, 초경량·초내구 방호소재 시대의 개막을 예고했다. ◇ 참고 문헌: Jiajun Luo 외, 동적 강도 최대 10 GPa 및 동적 인성 최대 700 MJ m−3를 갖는 아라미드 섬유, Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102496
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