4차산업시대에서 미래는 항상 늦는 것처럼 느껴지지만 영화 속의 한 장면이 어느덧 우리 가까이 현실로 다가오고 있다. 인간의 창의적 상상력은 인간의 비즈니스보다 더 도전적이지만 주어진 순간에 과학자와 엔지니어는 미래 기술과 우리 주변의 지구를 크고 작은 방식으로 개조하고 있으며 끊임없이 연구개발 되어 진화하고 있다.
유망기술에는 코로나와 직결된 의료와 바이오산업만이 아니라, 자율주행 배송로봇, 유통-운송 시스템의 자동화 및 로봇기술 등이 떠오르고 있지만 그 외에도 우리가 생각지도 못한, 유망기술은 코로나 사태가 종식돼도 비대면·원격·자동화 등의 기술 흐름이 일반화할 것임을 알려준다.
영국 Science Focus는 '세상을 바꿀 22가지 아이디어'를 소개했다. 참신한 아이디어 에서 부터 연구 개발 중인 내용을 상,하 편으로 나누어서 정리해서 소개한다.
◇실험실에서 만든 유제품
실험실에서 배양된 "고기" 와 와규 스테이크를 발견했지만 다른 동물성 식품은 배양 할수 있다. 전 세계적으로 확대되고 있는 다양한 생명공학 사업은 우유, 아이스크림, 치즈 및 계란으로 구성된 실험실에서 만든 유제품을 연구하고 있다.
유제품 산업은 그리 환경 친화적이지 않는 산업이다. 유제품을 생산하려면 더 많은 세계 탄소 배출량의 4%를 담당하고 있기 때문이다, 친환경적인 유제품을 개발하는 필요성이 있다.
고기에 비해 우유는 실험실에서 만들기가 쉽다. 줄기 세포에서 성장시키는 것과는 대조적으로, 대다수의 연구자들은 건강한 우유 단백질인 유장과 카제인을 생산하기 위해 발효 과정에서 줄기 세포를 만들려고 한다. 퍼펙트 데이(Perfect Day)와 같은 회사의 일부 제품은 현재 미국에서 시판되고 있으며 일상적인 우유의 식감과 영양학적 이점을 재현하는 데 연구 개발중에 있다.
퍼펙트데이는 2019년 세계 최초로 소(牛)에서 추출한 단백질 유전자로 발효 유(乳)단백질 생산에 성공한 이후 확고한 기술적 우위와 상업화 성공으로 1조원 이상의 기업가치를 인정받은 글로벌 선도 발효 단백질 유니콘 기업이다. 그 외에도 연구원들은 피자, 아이스크림뿐만 아니라 다른 치즈도 완벽하게 해동하는 실험실 생산 모짜렐라로 연구하고 있다.
◇건강을 추적하는 디지털 "쌍둥이"
미래의 현대 기술에 대한 우리의 아이디어가 싹트고 있는 영화 스타트렉 (Celebrity Trek)에서 인간은 메디베이에 걸어 들어갈 수 있으며 또한 질병과 부상의 징후에 대해 전신을 디지털로 스캔 할 수 있다. 실제로 그렇게 하면 Q Biography의 제조업체가 건강 결과를 향상시킬 뿐만 아니라 동시에 의사의 부담을 덜어줄 수 있다.
미국 회사는 호르몬 제제의 정도에서 간에 축적되는 지방, 염증 또는 다양한 유형의 암에 이르기까지 수많은 바이오마커(biomarker/일반적으로 단백질이나 DNA, RNA, 대사물질 등을 이용해 몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표)를 약 1시간 만에 확실히 측정할 스캐너를 개발했다.
이 정보를 활용하여 디지털 트윈이라고 하는 환자 신체의 3D 디지털 캐릭터를 생성할 계획입니다. 이 캐릭터는 시간이 지남에 따라 추적할 수 있고 각각의 새로운 스캔으로 업그레이드할 수 있다.
큐바이오 제미니 플랫폼(Q Bio Gemini) 의 제프 카디츠(Jeff Kaditz) 최고경영자(CEO)는 수집된 방대한 양의 데이터를 통해 의사가 가장 시급하게 진료를 받아야 하는 환자의 우선 순위를 정하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 보다 정교한 질병 진단 방법을 개발하는 데 도움이 되는 예방, 개인화 의료의 새로운 시대로 이끌기를 희망했다.
◇녹색 장례 서비스
지속 가능한 삶이 환경 딜레마의 진실에 맞서는 개인의 관심사가 되고 있지만 환경 친화적 인 녹색 장례서비스 도 좋은 예로 볼 수 있다. 죽음은 종종 우리의 생태학적 영향의 마지막 스탬프인 탄소가 많이 발생한다. 예를 들어, 평균적인 화장은 분명히 400kg의 이산화탄소를 환경으로 방출한다.
미국 워싱턴 주에서는 화장 대신 시신을 퇴비로 만들 수 있다. 시체는 나무 껍질, 흙, 짚뿐만 아니라 자연 분해를 알리는 다양한 기타 화합물이 있는 방에 안치된다. 한 달 안에 시신은 마당이나 산림으로 되돌릴 수 있는 흙으로 자연화 시킨다.
이 과정의 배후에 있는 회사인 리콤포즈(Recompose)는 화장에 사용되는 이산화탄소의 8분의 1을 사용한다고 주장했다. 리콤포즈는 자연 유기 환원 또는 퇴비화로 알려진 과정을 통해 인체를 토양으로 전환시키는 데스 케어 서비스를 제공하는 워싱턴 주 에 기반을 둔 회사다. 약 30일이 소요되는 이 프로세스는 화장과 매장의 기존 처리 옵션에 대한 친환경적인 대안으로 떠오르고 있다.
대체 기술은 곰팡이를 사용한다. 2019년, 고인이 된 루크 페리는 Coeio라는 신생 기업이 개발한 맞춤형 "버섯 시합"에 안장되었다. 이 회사는 버섯과 부패를 돕고 신체가 일반적으로 썩을 때 이해되는 독성 물질을 중화시키는 다른 미생물로 만들어졌다고 밝혔다.
◇인공 눈
생체 공학 눈은 수십 년 동안 공상 과학 영화의 필수 요소였으며 이제 현실 세계의 연구가 점차 가속화 되고 있다. 시각장애인 에게는 희소식으로 들린다.
2021년 1월, 이스라엘 하욤( Israel Hayom )의 보고서 에 따르면 신원이 확인되지 않은 환자는 이스라엘 기업인 코니트 비전(CorNeat Vision)이 인공 각막을 이식한 최초의 환자다.
이스라엘 외과의사는 세계 최초의 인공 각막을 양측 맹인인 78세 남성에게 이식했다. 붕대를 풀었을 때 환자는 즉시 가족 구성원을 읽고 알아볼 수 있었다. 임플란트는 또한 수용자의 신체가 거부하지 않고 인간 조직에 자연스럽게 융합되었다.
마찬가지로 2020년에 벨기에 과학자들은 여러 시력 장애를 교정하는 스마트 콘택트 렌즈에 맞는 인공 홍채를 개발했다. 과학자들은 눈을 완전히 우회하는 무선 뇌 임플란트에 대해서도 연구하고 있다.
호주 몬타시 대학교(Montash University)의 연구원들은 사용자가 카메라가 장착된 안경을 착용하는 시스템에 대한 시험을 진행하고 있다. 이것은 뇌 표면에 있는 임플란트로 직접 데이터를 전송하고 사용자에게 기본적인 시각 감각을 제공한다.
◇드론 및 비행 택시를 위한 공항(UAM)
하늘을 자유롭게 나는 '도심형 항공 모빌리티(UAM: Urban Air Mobility)'입니다. 빌딩 숲 사이를 비행하는 UAM을 타고 환승 거점인 허브(Hub)에 도착하면 곧바로 친환경 자율주행차로 갈아탈 수 있는 미래 도시가 현실로 다가오고 있다.
차세대 전기 및 자율 비행체를 가능하게 하는 항공 인프라 및 시스템을 개발하기 위해 영국 정부가 Urban Air Port Air-One을 선택한 Future Flight Challenge에 운송 허브가 현실화되고 있다.
현대차그룹 도시항공 모빌리티 사업부는 UAM(Urban Air Mobility) 부문의 글로벌 성장을 지원하기 위해 도시공항을 최우선 인프라 파트너로 선정했다. 한국 회사는 자체 eVTOL 항공기를 만들고 광범위한 도시 항공 모빌리티 생태계를 지원할 계획이다. 현대차그룹은 2028년까지 항공기 상용화를 목표로 에어원 개발을 지원하고 있다.
영국 코번트리(Coventry) 에서 UAM 공항이 건설 중이다. 허브는 파일럿 계획이 될 것이며 희망적으로 뒤에 있는 회사의 개념 증명이 될 것으로 내다봤다. 수소 발생기에 의해 전력망을 완전히 벗어나서 구동되는 아이디어는 도로에서 많은 배달 밴과 개인용 자동차의 필요성을 없애고 설계를 개발 중인 새로운 유형의 소형 항공기 형태의 깨끗한 대안으로 교체하는 것이다.
민간 항공국(Civil Aviation Authority)과 같은 조직은 도심과 지역 비행 터미널 또는 순환 센터를 연결할 수 있는 항공 회랑의 설치를 확인하고 있다.
◇감염을 찾아내는 스마트 봉합사
일부 아프리카 국가에서는 제왕 절개로 출산한 여성의 최대 20% 에서 수술 부위 감염이 발생한다. 의사는 사람의 상처가 감염되었을 때를 어떻게 이해할까. 의사는 환자가 감염의 징후를 보이기 시작할 때까지 기다릴 수도 있고, 실제로 혁신적이면서 동시에 생명을 구하는 발명품을 미국의 고등학교 학생이 개발했다.
아이오와주 아이오와시에 있는 Iowa City West High School의 17세 학생 'Dasia Taylor'는 상처가 오염되면 밝은 빨간색에서 어두운 자주색으로 색이 변하는 바늘땀을 개발하여 피부 pH 수준의 변화를 감지했다.
부상이나 외과적 치료로 상처가 오염되면 pH가 5에서 9로 상승한다. Taylor는 비트 주스가 pH 9에서 자연적으로 변하는 것을 발견하고 이를 봉합 제품의 염료로 사용했다.
전도성 제품으로 덮인 스마트 봉합사는 전기 저항을 조정하여 부상 상태를 감지하고 스마트 장치에 메시지를 보낼 수 있는 다른 솔루션을 쉽게 사용할 수 있지만 이러한 솔루션은 스마트폰 사용이 제한된 국가를 구축하는 데 훨씬 덜 도움이 됩니다.
◇에너지 저장 벽돌
미국에서 실제로 주택을 개발하는 데 사용되는 빨간 블록에 에너지를 저장하는 수단을 개발했다. 미국 미주리주 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학이 이끄는 과학자들은 저렴하고 일반적으로 사용 가능한 구조 제품을 배터리처럼 전력을 저장할 수 있는 "영리한 블록"으로 변환할 수 있는 접근 방식을 만들었다.
연구는 아직 개념 증명 단계에 있지만 연구원들은 이러한 벽돌로 구성된 벽면이 "상당한 양의 전력을 저장할 수 있을 뿐만 아니라 한 시간 내에 수천 번 충전할 수 있다"고 선언했다.
과학자들은 적색 블록을 슈퍼커패시터라고 하는 일종의 축전 장치로 변환하는 기술을 개발했다. 여기에는 Pedot라고 하는 전도성 마감재를 벽돌 샘플에 적용하는 것과 관련이 있습니다. 벽돌 샘플은 그 후 종단 블록의 다공성 구조를 통해 침투하여 "에너지 유지 전극"으로 바로 변환됩니다. 벽돌의 붉은 색소인 산화철이 이 과정을 도왔다고 연구진은 주장했다.
◇땀으로 구동되는 웨어러블 스마트워치
글래스고 대학의 설계자들은 실제로 에너지를 저장하고 기존 배터리에 있는 전해질을 땀으로 대체하는 완전히 새로운 종류의 유연한 슈퍼커패시터를 만들었다.
20마이크로리터의 액체로 완전히 충전될 수 있으며 사용되는 굴곡 및 굴곡의 종류를 4,000번 견딜 수 있을 만큼 충분히 견고하다. 이 장치는 슈퍼커패시터(SC)의 전극 역할을 하는 얇은 폴리머 층으로 폴리에스터 셀룰로오스 직물을 덮음으로써 견고했다.
이 장치는 슈퍼커패시터의 전극 역할을 하는 폴리머의 얇은 층에 폴리에스터 셀룰로오스 직물을 코팅하여 작동한다. 직물이 착용자의 땀을 흡수함에 따라 땀에 있는 양이온과 음이온이 폴리머 표면과 상호 작용하여 에너지를 생성하는 전기화학 반응을 생성한다.
University of the University의 구부릴 수 있는 전자 및 감지 기술(Bendable Electronics and Sensing Technologies/Best) 그룹 책임자인 라빈더 다히야(Ravinder Dahiya) 교수 는 "기존 배터리는 그 어느 때보다 저렴하고 풍부하지만 환경에 유해한 지속 불가능한 재료를 사용하여 제작되는 경우가 많습니다.
"그러므로 배터리가 파손되면 유독성 액체가 피부에 쏟아질 수 있는 웨어러블 장치에서 안전하고 잠재적으로 유해한 폐기를 어렵게 만듭니다.
“우리가 처음으로 할 수 있었던 것은 인간의 땀이 우수한 충전 및 방전 성능으로 독성 물질을 완전히 제거할 수 있는 진정한 기회를 제공한다는 것입니다.
◇자가치유 '리빙콘크리트'
연구원들은 실제로 모래, 젤 및 박테리아를 사용하여 살아있는 콘크리트를 만들었다. 연구원들은 이 건축 제품이 건축적 하중 지지 기능을 가지고 있으며, 자가 치유가 가능하며, 물 다음으로 세계에서 가장 많이 소비되는 제품인 콘크리트보다 환경 친화적이라고 밝혔다.
콜로라도 대학 볼더(University of Colorado Boulder)의 팀은 자신들의 일이 "자신의 분할을 복구하고, 공중에서 위험한 오염 물질을 빨아들이며 명령에 따라 빛을 발할 수 있는" 미래의 구조 프레임워크를 위한 길을 닦을 것이라고 주장했다.
◇살아있는 로봇
개구리 배아의 줄기 세포를 사용하는 작은 하이브리드 로봇은 결국 약이 필요한 특정 지역으로 몸을 헤엄치거나 바다에서 미세 플라스틱을 수집하는 데 사용할 수 있다.
제노봇(xenobots)으로 알려진 밀리미터 너비의 봇을 공동 개발한 버몬트 대학의 컴퓨터 과학자이자 로봇 공학 전문가인 조슈아 봉가드( Joshua Bongard ) 는 “이것은 새로운 살아있는 기계”라 언급했다.
“그들은 전통적인 로봇도 아니고 알려진 동물의 변종도 아닙니다. 이것은 완전히 새로운 인공물 과정입니다. 살아 있고 프로그래밍 가능한 미생물입니다.”고 설명했다.
(사진=Douglas Blackiston/터프츠 대학교/PA)
◇촉각 가상 현실
노스웨스턴 대학교(Northwestern University) 연구원들은 가상 현실(VR) 경험에 촉각을 더해주는 새로운 얇은 무선 시스템을 개발했다. 이 플랫폼은 잠재적으로 우리의 장거리 관계와 엔터테인먼트에 새로운 차원을 추가할 뿐만 아니라, 이 기술은 또한 감각 피드백과 함께 보철물을 제공하고 인간의 손길로 원격 의료를 제공한다.
"표피 VR" 시스템이라고 하는 이 장치는 얇고 부드럽고 유연한 재료에 내장된 소형 진동 액추에이터의 빠르고 프로그래밍 가능한 어레이를 통해 터치를 전달한다. 15cm x 15cm 크기의 시트형 프로토타입은 부피가 큰 배터리와 번거로운 전선 없이 피부의 곡면에 편안하게 라미네이팅 된다.
PC 게임에서 비디오 게임 성격의 동등한 신체 부위에 파업이 발생하면 게이머에게 알릴 수 있다. 이 팀의 스타일은 테이프나 밴드 없이 피부에 달라붙는 얇은 15cm x 15cm 실리콘 폴리머에 32개의 흔들림 액추에이터가 있으며 큰 배터리와 전선이 필요 없다.
존A.로저스(Rogers)교수와 함께 연구를 공동으로 이끈 Northwestern의 황용강(Yonggang Huang)교수는 “우리는 가상 현실과 증강 현실의 경계와 기능을 확장하고 있습니다. "눈과 귀에 비해 피부는 경험을 크게 향상시킬 수 있는 상대적으로 덜 탐구된 감각 인터페이스입니다."고 설명했다. 이 연구는 네이처 저널에 2019년 11월에 게재되었다.
