기초·응용과학 부터 ICT·로봇까지 최신 과학기술 정보

기초·응용과학, 보건·의학, 자연·환경·에너지, 신소재·신기술, ICT·로봇 과학기술 정보

 

오늘 포스팅에서는 생활 속에서 필요한 과학기술부터 미래 과학기술에 이르기까지 각 분야별 최신 과학기술 정보에 대해 알려드리겠습니다.

과학기술 - 과학에 눈뜨다!

 

 

기초 응용과학

 

KAIST의 새로운 광 결합 구조로 광 반도체 장치 집적도 100배 이상 향상

 

한국과학기술원(KAIST) 전기전자공학부 김상식 교수 연구팀이 획기적인 광결합 구조를 공개했습니다. 이 최첨단 기술은 광반도체 소자의 집적도를 100배 이상으로 비약적으로 향상했습니다. 광자 간의 혼선이라는 오랜 문제를 해결함으로써 이 발전은 광학 시스템 분야를 혁신할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 자율 주행 차량의 핵심 센서인 LiDAR에서 양자 센서 및 컴퓨터에 이르기까지 복잡한 광학 시스템을 하나의 작은 칩에 통합하는 것이 현실이 되었습니다.

 

KAIST 연구팀이 새로운 광결합 구조를 발견해 획기적인 이정표를 세웠습니다. 광반도체 소자의 혼선 한계를 극복함으로써 집적도를 100배 이상 높일 수 있는 가능성을 열었습니다. 이 성과는 광학 시스템의 성능, 비용 효율성 및 에너지 효율성 면에서 상당한 도약을 의미합니다. 이러한 발전의 영향은 자율 주행 차량용 LiDAR와 소형 고성능 양자 센서 및 컴퓨터의 실현을 비롯한 광범위한 응용 분야로 확장됩니다. 광 반도체 기술의 미래는 그 어느 때보다 밝아 보입니다.

 

 

보건·의학

 

1. 미국 특별위원회 젊은 성인, 특히 임산부 및 산후 여성의 불안 및 우울증에 대한 정기적인 검진 권장

 

미국 질병 예방 및 예방 특별위원회(USPSTF)는 임산부와 산후 여성에 초점을 맞춘 젊은 성인의 불안과 우울증을 선별하기 위해 정기적인 검진의 필요성을 강조하는 중요한 권고를 발표했습니다. 미국 의학 협회 저널(JAMA)에 게재된 위원회 보고서는 정신 건강 서비스에 대한 증가하는 수요를 해결하고 전반적인 웰빙을 개선하기 위한 적극적인 정신 건강 검진의 중요성을 강조합니다.

 

임산부와 산후 여성을 포함한 젊은 성인의 정기적인 불안 및 우울증 검사에 대한 USPSTF의 권장 사항은 적극적인 정신 건강 관리의 중요성을 강조합니다. 이 지침은 정기적인 검진의 필요성을 강조함으로써 불안과 우울증에 대한 조기 발견 및 개입을 보장하고 잠재적으로 증가하는 정신 건강 서비스에 대한 부담을 완화하고 전반적인 의료 결과를 향상시키는 것을 목표로 합니다. 정신 건강 검진의 우선순위를 정하는 것은 웰빙을 증진하고 인구 증가로 정신 건강 문제를 해결하기 위한 중요한 단계입니다.

 

 

2. 천산갑에서 영감을 받은 의료 로봇으로 인체 내부에 최소 침습적 시술 가능

 

국제 연구팀이 천산갑에서 영감을 받아 인체 내부에서 작동하는 초소형 의료로봇을 개발했습니다. 이 로봇은 몸 형태를 변형하면서 유연하게 움직일 수 있는 점에서 착안하여 만들어졌습니다.

 

바이오미메틱스에 기반을 두고 있는 이 로봇은 인체 내부의 다양한 질환과 상처에 대한 최소 침습적인 의료 시술을 수행합니다. 이 로봇은 천산갑의 비늘 구조에서 모티브를 얻어 만들어졌으며, 얇은 금속 판으로 이루어진 밀리로봇입니다. 자기장을 이용해 무선 조종이 가능합니다.

 

또한, 로봇에 의해 약물이 체내에 효과적으로 전달될 수 있습니다. 이 기술은 의료 기술의 혁신이라는 제목으로 개발됐습니다. 이러한 의료 로봇 기술은 앞으로 더욱 발전될 것으로 기대됩니다.

 

천산갑에서 영감을 받은 의료 로봇의 성공적인 개발은 최소 침습 절차 영역에서 중요한 이정표를 세웠습니다. 천산갑 비늘의 고유한 특성을 활용하는 이 로봇 혁신은 까다로운 해부학적 위치 내에서 표적 약물 전달 및 제어된 열 치료를 가능하게 함으로써 의료 개입을 혁신할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 환자들의 치료 개선을 약속하고 미래 의료 발전의 가능성을 확장시켰습니다.

 

 

3. KAIST 기토산과 빌리루빈을 이용한 염증성 장질환 식용 치료제 개발

 

KAIST 생명과학과 연구팀은 키토산과 빌리루빈을 활용한 염증성 장 질환 치료제를 개발했습니다. 이 연구팀은 경구 투여가 가능하고 대식세포를 줄이는 효과가 있는 키토산·빌리루빈 나노입자를 만들었습니다. 항염증 효과가 뛰어난 빌리루빈은 물에 잘 녹지 않는 특성 때문에 직접적인 활용이 어려웠으나, 이번 연구를 통해 저분자량의 키토산과 결합해 나노입자를 만들어 그 문제점을 해결했습니다.

 

생쥐 모델 실험 결과로 기존 염증성 장 질환 치료제인 아미노살리실리산보다 나은 장 기능 정상화 효과를 보여주었습니다. 이 합성한 키토산·빌리루빈 나노입자들은 점막 부착성이 강하여 망가진 장내 면역 항상성을 되돌릴 수 있는 효능이 있습니다.

 

또한, 특정 염증성 박테리아를 억제하고 주요 유산균인 서터렐라, 오실로스피라, 락토바실루스의 수를 유지하는 효능도 확인되었습니다. 이렇게 개발된 염증성 장 질환 치료제는 다양한 경구용 치료제들보다 더 높은 효능을 보여주었으며, 기존의 치료법들에 비해 효과적일 것으로 예상됩니다.

 

KAIST 연구팀의 이러한 발견은 염증성 장 질환 치료에 큰 도움이 될 것으로 기대되며, 향후 이 기술을 바탕으로 개발되는 다양한 치료법들이 환자들의 삶의 질 향상에 기여할 것입니다. 이 연구 결과는 의학 분야에 큰 변화를 가져올 수 있는 것으로 평가되고 있습니다. 다양한 폭넓은 잠재력을 지닌 이 연구는 지속적인 관심과 지원이 필요하다고 강조할 수 있습니다.

 

KAIST 연구팀이 개발한 키토산과 빌리루빈 기반의 염증성 장 질환 치료제는 기존 치료법보다 높은 효능을 보여줍니다. 이 연구 결과는 향후 염증성 장 질환 치료에 큰 도움이 되고, 환자들의 삶의 질을 개선하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

 

 

자연·환경·에너지

 

1. 심각한 기후위기의 징후 - 기온 상승, 해수 온도 증가, 남극 빙하 감소의 위협

 

세계는 상황의 심각성을 강조하는 몇 가지 놀라운 지표와 함께 심화되는 기후 위기를 목격하고 있습니다. 기록적인 지구 기온과 치솟는 해수면 온도에서 남극 얼음 감소와 대기 중 이산화탄소 수준 상승에 이르기까지 과학자와 전문가들은 이러한 현상의 의미에 대해 점점 더 우려하고 있습니다.

 

1. 전 세계적으로 기록된 6월 최고 기온

 

코페르니쿠스 기후 변화 서비스(Copernicus Climate Change Service)의 최근 데이터에 따르면 6월의 지구 평균 기온은 산업화 이전 수준보다 섭씨 1.5도 이상 높아 사상 최고치를 기록했습니다. 특히 시베리아는 섭씨 37.9도로 최고기온을 기록했고, 중앙아메리카와 미국 일부 지역은 극심한 폭염으로 더위 관련 질병과 엄청난 산불이 발생했습니다.

 

2. 기록적인 해수면 온도

 

지구 해수면 온도에서 비정상적인 온난화 경향이 관찰되어 이전 기록을 능가합니다. University of Maine의 기후 변화 연구소 데이터를 기반으로 한 분석에 따르면 올해 해수면 온도는 엘니뇨 영향을 받은 2016년을 능가하는 전례 없는 수준에 도달했습니다.

 

3. 남극 얼음 감소

 

남극 대륙의 해빙 범위가 사상 최저치를 기록하며 기후 위기가 가속화되고 있음을 나타냅니다. NASA의 지구 관측소에 따르면 2월 2일의 해빙 범위는 위성 관측이 1979년에 시작된 이후 최저 수준에 도달했습니다. 빙하학자들은 이러한 현저한 감소는 예외적이고 예상치 못한 일이며 열과 얼음을 유지하는 남극 시스템의 능력에 문제가 되는 변화를 알리는 신호라고 경고합니다.

 

4. 대기 중 이산화탄소 농도 증가

 

주로 화석 연료의 연소로 인해 대기 중 이산화탄소 농도가 사상 최고치를 기록했습니다. 국립해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration)과 스크립스 해양학 연구소(Scripps Institute of Oceanography)의 최근 데이터는 이산화탄소 수준이 수백만 년 동안 목격되지 않은 전례 없는 수준인 424ppm을 초과했음을 강조합니다. 산업화 이전 수준보다 50% 이상 높은 이 증가는 지구 온난화의 주요 원인입니다.

 

날이 갈수록 기후 위기의 증거는 더욱 경악스럽습니다. 전례 없는 지구 기온, 감소하는 남극 얼음, 상승하는 해수면 온도 및 기록적으로 높은 이산화탄소 수준으로 인해 기후 변화의 해로운 영향을 완화하기 위한 긴급한 조치가 필요합니다. 과학계는 기후 위기의 결과가 우리 눈앞에 계속 펼쳐지고 있는 가운데 이러한 문제를 해결하기 위한 즉각적이고 조율된 노력의 필요성을 강조합니다.

 

 

2. 화석 증거로 확인된 타니스트로페우스(Tanystropheus)의 취약한 "긴 목"

 

연구를 통해 불균형적으로 긴 목으로 알려진 독특한 트라이아스기 파충류인 타니스트로페우스(Tanystropheus)의 취약성에 대해 밝혔습니다. 독일 슈투트가르트 국립 자연사 박물관의 스테판 스픽만(Stefan Spickmann) 박사가 이끄는 팀이 수행한 화석 분석은 포식자들이 타타타아해타니스트롶우스(Tanystropheus)의 길쭉한 목을 물어뜯고 절단함으로써 사냥했음을 확인했습니다.

 

1. 수수께끼의 Tanystropheus 공개

 

1852년 남유럽에서 발견된 타니스트로페우스는 독특한 신체 구조로 인해 거의 2세기 동안 연구자들의 흥미를 끌었습니다. 몸통과 꼬리 길이의 3배인 목을 가진 Tanystropheus는 2020년 Spickmann 박사 팀에 의해 2억~2억 5천만 년 전으로 거슬러 올라가 트라이아스기 시대의 고대 해양 파충류로 밝혀졌습니다.

 

2. 긴 목의 취약성

 

길쭉한 목이 결정적인 특징임에도 불구하고 Tanystropheus는 경추를 13개만 가지고 있었습니다. 이는 인간이나 기린보다 많지만 상대적으로 뻣뻣하고 유연하지 않습니다. 고생물학자들은 예외적으로 목이 긴 Tanystropheus를 포함한 해양 파충류가 포식에 더 취약하다고 오랫동안 추측해 왔습니다. 그러나 이 가설을 뒷받침하는 직접적인 증거는 지금까지 부족했습니다.

 

3. 화석 증거 조사

 

연구팀은 스위스 취리히 대학교 고생물학 박물관에 소장된 두 종의 T. hydroides와 T. longobardicus의 잘 보존된 목뼈와 두개골 화석을 꼼꼼하게 조사했습니다. 그들의 분석은 명확한 물린 자국과 잘린 목의 증거를 보여 포식 사건을 나타냅니다.

 

4. 포식자 물린 자국

 

두 Tanystropheus 종은 목 척추에 뚜렷한 물린 자국을 보여 다른 동물에 의해 완전히 절단되었음을 나타냅니다. 흥미롭게도, 보존된 화석은 목이 분리된 후에도 남아 있는 신체 부위가 부패하거나 묻혀 있는 상태로 대부분 온전한 상태로 남아 있음을 보여주었습니다.

 

5. 약탈 행위의 의미

 

스페인 카탈로니아 고생물학 연구소의 공동 연구원인 Yudald Mouzal 박사는 절단된 목의 물린 자국이 근육과 피부와 같은 연조직의 존재를 암시한다고 언급했습니다. 연구 결과에 따르면 포식자는 Tanystropheus의 연약한 목을 물어뜯어 타니스트로페우스를 목표로 삼았고 목과 머리는 상대적으로 건드리지 않은 채 살이 많은 몸통을 먹었습니다.

 

6. 포식 패턴의 일관성

 

Spickmann 박사는 두 Tanystropheus 표본이 서로 다른 포식자에 의해 같은 방식으로 죽었다는 흥미로운 발견을 강조했습니다. 이 드문 증거는 Tanystropheus에 대한 포식 행동의 일관성을 강조합니다.

 

7. 긴 목의 장점과 단점

 

연구 결과에 따르면 긴 목은 포식 측면에서 Tanystropheus에게 불리한 위치를 차지했지만 1억 7,500만 년 동안 긴 목을 가진 해양 파충류의 지속성은 확장된 목이 추가적인 생존 이점을 제공했을 수 있음을 시사합니다. Spickmann 박사는 더 긴 목이 먹이를 잡거나 다른 생태학적 기능을 하는 데 이점을 제공했을 수 있다고 제안합니다.

 

이 연구는 Tanystropheus의 긴 목이 약탈 공격에 취약하다는 것을 확인하는 강력한 화석 증거를 제공합니다. 이 발견은 고대 해양 파충류가 직면한 독특한 적응과 생존 문제에 대한 우리의 이해를 향상시켰습니다. Tanystropheus의 미스터리를 풀면서 과학자들은 선사 시대 생태계의 역동성과 해부학적 특징의 진화적 중요성에 대한 귀중한 통찰력을 얻었습니다.

 

 

3. 동족 포식하는 섬모충 발견 - 수렴진화로 해석

 

환경부 국립낙동강생물자원관은 지난 21일 생존전략으로 동족을 먹는 섬모충 '텟메메나 폴리모르파'를 발견했다고 발표했습니다. 이 신종 섬모충은 강원도 강릉 남대천에서 채집되었으며, 먹이가 부족한 경우 거대한 세포로 변해 동족의 소형 세포를 포식합니다.

 

이러한 동족 포식은 독포아강 섬모충류에서는 확인되었으나 텟메메나 폴리모르파가 속한 하모충아강에서는 처음 확인된 것으로 전문가들은 이를 수렴진화의 결과로 해석하고 있습니다.

 

수렴진화란 서로 다른 종류의 동물이 같은 환경에 적응하면서 외형이나 습성이 비슷해지는 현상입니다. 국립낙동강생물자원관은 텟메메나 폴리모르파를 국가생물종목록에 등재할 예정입니다.

 

이번에 발견된 텟메메나 폴리모르파는 생존을 위해 동족 포식하는 섬모충으로 수렴진화의 결과로 간주되어 관심을 모으고 있습니다. 연구를 통해 더 큰 생물학적 이해를 기대할 수 있을 것입니다.

 

 

신소재·신기술

 

보다 빠른 혈관 봉합 수술 및 향상된 안전성을 위해 개발된 혁신적인 생체 재료

 

안전평가원(KIT)이 카이스트(KAIST)와 성균관대 연구진과 공동으로 키토산갈롤(chitosan-galol)이라는 유연하고 접착력 있는 생체재료를 성공적으로 개발했습니다. 이 생체 재료는 혈관을 독립적으로 감쌀 뿐만 아니라 수술 중 실시간 가시성을 제공하여 수술 시간을 단축하고 결과를 개선합니다. 이 돌파구는 다양한 의료 분야에 잠재적으로 응용할 수 있는 중환자 및 긴급 수술 절차에 대한 가능성을 가지고 있습니다.

 

안전평가원(KIT)이 혈관수술 분야의 괄목할 만한 발전을 공개했습니다. KAIST 이해신 교수팀과 성균관대 신미경 교수팀이 키토산갈롤이라는 안정적인 생체재료를 공동 개발했습니다. 이 혁신적인 소재는 유연성과 접착 특성을 가지고 있어 자율적으로 혈관을 감쌀 수 있습니다. 또한 투명도가 높아 외과의사가 시술 중 출혈과 혈류를 직접 관찰할 수 있습니다.

 

필름의 강도를 향상시키기 위해 키토산-붕산과 키토산-갈롤의 융합이 사용됩니다. 이 조합은 혈관이 재생될 때까지 필름의 충분한 부착을 촉진하여 생체 재료의 효능을 극대화합니다. 혈우병, 혈소판감소증 등 혈액응고 장애가 있는 동물 모델에서 다기능 필름은 필요한 봉합사 수를 10개에서 4개 또는 5개로 줄여 수술 시간을 30% 단축했습니다. 또한 수술 후 분석에서 기존 문합 기술에 비해 혈관 개통률이 개선되고 혈관벽 비후가 감소한 것으로 나타났습니다.

 

이 생물막의 잠재적인 응용 분야는 특히 긴급한 수술 시나리오 및 중환자 치료 환경에서 광범위합니다. 안전성연구소 차세대의약품평가연구센터 김기석 소장은 중증환자에 대한 활용 확대를 위한 추가 연구가 중요하다고 강조했습니다.

 

키토산-갈롤 생체 재료의 개발은 혈관 봉합 수술의 상당한 발전을 나타내며 더 빠르고 안전한 시술을 가능하게 합니다. 자동 포장 기능과 실시간 가시성을 갖춘 이 혁신적인 필름은 수술 기술을 혁신하고 환자 결과를 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

 

ICT·로봇

 

획기적인 AI기술로 촉매 안정성 예측 시간을 수천 시간에서 단 70초로 단축

 

한국과학기술연구원(KIST)과 KAIST 연구진이 나노입자 백금 촉매 안정성 예측을 혁신하는 AI 기반 기술 개발을 위해 협력했습니다. "Coupling Embedding-Determination Graph Convolutional Neural Network"(BE-CGCNN) 모델을 사용하여 팀은 신속하고 정확한 표면 Pubei 다이어그램 구성을 달성하여 계산 시간을 수천 시간에서 단 70초로 대폭 단축했습니다. 이 돌파구는 촉매 개발에 중요한 영향을 미치며 오래 지속되는 물질 촉매의 생성을 약속합니다.

 

한국과학기술연구원(KIST)과 KAIST가 인공지능의 힘을 통해 촉매 안정성 예측을 획기적으로 발전시켰습니다. KIST 전산과학센터 한상수·김동훈 선임연구원 연구팀이 KAIST 신소재공학과 이혁모 교수팀과 공동으로 빠른 시간 내에 구축할 수 있는 AI 기술 개발에 성공했습니다.

 

나노 입자 백금 촉매에 대한 표면 Pubei 다이어그램

 

전통적으로 이러한 다이어그램을 얻으려면 밀도 함수 이론(DFT)을 사용한 시뮬레이션 계산이 필요했습니다. 이 접근 방식은 특히 나노미터 크기의 촉매에 대해 계산 시간이 오래 걸렸습니다. 그러나 연구팀은 촉매 표면에 흡착된 물질의 결합 에너지를 예측하고 표면 상태를 파악하는 혁신적인 '커플링 임베딩-결정 그래프 컨볼루션 신경망(BE-CGCNN)' 모델을 도입했습니다. 연구팀은 새로운 AI 모델로 5nm 크기의 백금 나노입자에 대한 푸베이 다이어그램을 높은 정확도를 유지하면 단 70초 만에 얻는 놀라운 결과를 얻었습니다.

 

이 개발의 의미는 백금 촉매를 넘어 확장됩니다. BE-CGCNN 모델을 적용하여 다양한 금속 및 합금 나노입자의 안정성을 예측할 수 있어 수명이 연장된 신소재 촉매 개발이 용이합니다. 삼성미래기술개발사업의 지원을 받아 연구 결과는 권위 있는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈에 게재돼 그 의미를 더욱 실감케 했습니다.

 

BE-CGCNN 모델의 출현은 촉매 안정성 예측의 주요 이정표를 세웠으며 계산 시간을 수천 시간에서 단 70초로 크게 단축할 수 있었습니다. 이 AI 기반 기술은 프로세스를 간소화할 뿐만 아니라 백금 나노입자의 영역을 초월하여 내구성 있는 소재 촉매 개발의 문을 열어줍니다. 이 연구는 촉매 설계를 혁신하고 전반적인 성능을 향상시킬 것을 약속하면서 다양한 산업에서 발전할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

 

 

마치며...

과학이라고 하면 복잡하고 어렵다고 생각하는 게 보통 사람들의 생각입니다. 하지만 과학이야말로 나의 생활과 밀접하고 가까이에서 실제로 접하고 있는 것이 과학입니다. 미래에 사람들을 이롭게 하기 위해 발전하고 개발하는 과학기술들을 즐기면서 배워간다면 보다 더 발전적인 방향으로 갈 수 있을 거라 생각됩니다.