"2024년 생성 AI는 어떤 모습일까.‘
‘미드저니‘에게 물었습니다. 복잡한 기계로 가득 찬 머릿속, 여성을 닮은 얼굴, 응시하는 파란 눈동자 이미지 생성 AI가 그린 ‘자화상‘은 미래적이고 인간적이었습니다. (그렇습니다. 여러분이 보신 이번 1월호 표지입니다.)
미드저니가 깊은 고민 끝에 그렸을 것이라고 생각하지 않습니다. 스스로를 인간처럼 묘사한 것도, 인간 수준의 사고가 가능한 인공일반지능(AGI)을 기대하는 인간 작가들의 작품을 학습해서겠지요. - P13
생성 AI를 개인비서로 얼마나 잘 활용하는가가 그 사람의 생산성을 좌우할 거라는데, 당장 뭐부터 해야 할지, 나만 안쓰고 있는 건 아닌지 - P13
불가사리는 사실 팔이 없다. 머리만 있을 뿐 - P17
‘바다의 별‘이라고도 불리는 불가사리는 ‘5중 대칭‘이라는 독특한 신체 구조를 갖고 있다. 이런 대칭성은 불가사리가 속한 극피동물 일부에서 나타나는 특징으로, 좌우대칭을 이루고 머리와 몸이 구분되는 척추동물과는 전혀 다른 몸 구조다. - P17
그렇다면 불가사리의 머리는 어디일까. 유전자분석을 통해 불가사리는 사실 대부분 머리로만 이뤄져있다는 연구결과가 2023년 11월 1일 국제학술지 ‘네이처‘에 발표됐다. doi 10.1038/s41586-023-066692 미국 스탠퍼드대와 영국 사우스햄프턴대 등 국제 공동연구팀이 박쥐 불가사리(Patiria miniata)의 유전자 발현을 분석한 결과다. - P17
불가사리의 머리를 찾을 때의 문제점은, 몸의 구조가 척추동물과 전혀 달라 머리가 어느 부위인지 정의하기조차 힘들다는 것이다. - P17
연구팀은 몸의 부위에 따라 발현되는 유전자가 다르다는 점을 응용해 유전자 발현을 분석하기로 했다. 불가사리를 위에서 아래로, 왼쪽에서 오른쪽으로, 끝에서 중간으로, 총 세 방향으로 얇게 자른 후 RNA 단층 촬영 기법으로 유전자 발현을 분석했다. - P17
그 결과, 불가사리의 몸 거의 모든 부분에서 일반적으로 동물의 몸통에 관여하는 유전자가 나타나지 않았다. 대신 머리 발달과 관련된 유전자가 거의 모든 부분에서 발현됐다. - P17
인간의 전뇌에서 발현되는 유전자는 모든 팔의 중앙에서 확인됐다. 그리고 머리에서 발현되는 많은 유전자가 불가사리 전체에서 보이는 반면, 몸통과 관련된 유전자는 팔 가장자리에서 단 하나가 발견됐다. 연구를 진행한 로랑 포머리 스탠퍼드대 연구원은 "불가사리는 사실상 몸통 없이 머리로만 해저를 기어다니는 셈"이라 설명했다. - P17
연구팀은 앞으로 불가사리가 보이는 유전적 패턴이 같은 극피동물인 성게와 해삼에도 나타나는지 조사할 계획이라고 밝혔다. 연구팀은 "지구에는 약 34개의 서로 다른 동물 문이 살고 있으며, 이들을 연구하면 인간 질병에 대한 접근 방식을 확장할 수 있을 것"이라고 기대했다. - P17
약 45억 년 전, 원시 지구는 화성 크기의 행성 테이아와 충돌했다. 이 충돌의 결과 달이 만들어졌고, 테이아의 잔해 일부는 맨틀 하부와 외핵사이에 위치한 ‘대규모 저속지역(LLVPs)‘이 됐다는 연구가 나왔다. - P18
지구의 맨틀 하부에는 ‘대규모 저속 지역(LLVPsLarge low-shear-velocity provinces)‘이라는 구조가 있다. 주변 맨틀보다 밀도가 더 높아서 지진파가 느리게 전달되기 때문에 붙여진 이름이다. - P18
테이아는 달의 기원을 설명하는 ‘거대 충돌 가설‘ 에 등장하는 화성 크기의 가상 천체다. 거대 충돌가설은 약 45억 년 전의 원시 지구에 테이아가 충돌하면서 만들어진 잔해가 우주로 날아가 뭉쳐져 달이 됐다고 설명한다. - P18
LLVPs는 철분이 많이 함유돼 주변 맨틀보다 밀도가 높다. 그런데 지구와 테이아의 잔해로 만들어졌을 달도 철분을 많이 함유하고 있다. 즉 LLVPs가 원시 지구보다 철분을 더 많이 함유한 테이아의 잔해일 가능성이 있는 것이다. - P18
지금까지 LLVP의 생성 원인으로 원시지구의 구조가 만들어지면서 남은 잔해라거나, 맨틀로 섭입한 해양지각이 쌓인 것이라는 가설이 있었다. 이번 연구는 테이아를 LLVPs의 원인으로 진지하게 분석한 최초의 연구다. 연구팀은 보도자료를 통해 "앞으로 테이아에서 기원한 물질이 판구조론 등 지구 내부 구조에 어떤 영향을 미쳤을지 알아볼 것"이라고 밝혔다. - P18
손을 구성하는 뼈, 인대, 힘줄 등 요소는 서로 다른 물성을 가진다. 뼈는 단단하고, 인대나 힘줄은유연하다. 그래서 손처럼 다양한 요소가 결합된 기계를 만드는 일은 서로 물성이 다른 각 요소를 만들고 결합해야 한다는 점에서 어렵다. 그런데 이 일을 3차원(3D) 프린팅으로 손쉽게 할 수 있는 기술이 발표됐다. - P19
연구팀이 사용한 재료는 탄성이 좋으면서도 강도를 자유자재로 조절할 수 있는 고분자 물질 ‘티올렌‘이다. 티올렌을 이용하면 단단한 뼈와 유연한 인대 모두 만들 수 있지만, 느리게 굳는 특성이 있어 그간 3D 프린팅에 쉽게 사용하지는 못했다. 일반적으로 물체를 3D 프린팅 한 이후에는 물체 표면의 요철을 긁어내 제거하는 작업이 진행된다. 그런데 티올렌처럼 느리게 굳는 재료를 사용할 경우, 이 작업을 진행할 때 잘라낸 요철 찌꺼기가 장비에 달라붙는 문제가 발생한다. - P19
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 애초에 요철이 만들어지지 않는 3D 프린터를 개발했다. 3D프린터에 3D 레이저 스캐너를 결합해 티올렌이 한 층씩 인쇄될 때마다 표면의 요철을 확인하도록 한 것이다. 요철을 확인한 후 다음 층을 인쇄할 때 이전 층 인쇄에서 생긴 요철을 상쇄하도록 분사량 등을 실시간으로 조정할 수 있다. - P19
"(부드러운 재료로 만든 로봇은) 인간과 함께 협업할 때 인간을 상처 입힐 위험이 적고, 쉽게 깨지는 물건을 다룰 때에도 적합하다" - P19
"인간이 더 이상 AI 얼굴을 가려낼수 없으므로, AI 사기꾼을 정확하게 식별할 수 있는 도구가 필요하다"
"큰 문제가 생기기 전에 AI기술의 투명성이 높아져야 한다" - P20
침팬지는 기다란 나뭇가지를 이용해 흰개미를 먹는 습성으로 유명하다. - P21
이렇게 기다란 나뭇가지를 흰개미 굴에 넣으면 흰개미가 나뭇가지에 올라타서 나와요. 낚시에 성공하면 나뭇가지에 흰개미가 다닥다닥 붙어있죠. 그걸 어묵꼬치 먹듯이 훑어 먹으면 얼마나 맛있게요. - P21
사람들도 제철음식을 먹는 이유가 있잖아요. 그시기에 많이 잡혀서, 또는 그 시기에 맛이 유독 좋아서. 저희는 전자예요. 흰개미는 비가 오면 흰개미굴 내에서 활동량이 많아져요. 그때 낚시를 하면 흰개미를 더 잘 잡을 수 있죠. 즉, 흰개미는 비가 많이 오는 우기에 먹을 수 있는 계절 별미랍니다. 조만간 다시 비가 오면 어서 흰개미 낚시를 나서야겠어요! - P21
우리은하는 거대한 우주 구조의 일부분에 불과하다. 은하가 모이면 은하단, 은하단이 모이면 초은하단이라 부르는 식이다. 우리은하를 포함하는 처녀자리 초은하단은 팬케이크처럼 생긴 모양탓에 ‘초은하 평면‘이라고도 불린다. 초은하 평면의 지름은 약 10억 광년에 달한다. - P22
초은하평면에서 이상한 경향성이 발견됐다. 모든 종류의 은하가 균일하게 분포할 것만 같던 초은하 평면에서 유독 타원은하만 눈에 띄고 원반은하는 거의 없다는 사실이었다. - P22
우주론의 표준 모형 ‘람다 차가운 암흑물질 모형(ACDM)‘
....(중략).....
은 우주의 진화 과정을 설명하는 이론이다. 암흑에너지와 암흑물질, 그리고 보통 물질로 오늘날 우주의 다양한 모습을 설명한다. 암흑에너지와 암흑물질은 각각 다양한 관측 결과를 종합해 봤을 때 우주에 존재할 것으로 예상되는 에너지와 물질의 형태다. - P22
연구팀은 시뮬레이션 결과를 분석해 초은하 평면 속은 물질의 밀도가 높아 은하가 외부 물질과의 상호작용을 통해 타원형으로 뭉치게 된다는 결론을 내렸다. 상대적으로 물질의 밀도가 낮은 초은하 평면 밖에선 원반은하가 나선팔을 유지할 수 있었다는 이야기다. - P22
1975년, 이탈리아 피렌체의 산 로렌초 대성당에서 숨겨진 방 하나가 발견됐다. 벽에는 르네상스 시대의 화가인 미켈란젤로의 것으로 보이는 스케치가 그려져 있었다. - P23
이 그림들은 산 로렌초 수도원장이 교황 클레멘스 7세의 분노를 산 미켈란젤로를 이곳 대성당에 숨겼던 1530년 그려진 것으로 추정된다. 미켈란젤로는 당시 메디치 가문을 피렌체에서 쫓아내고 세워진 피렌체 공화국의 방어 시설 구축을 감독했다는 이유로 클레멘스 7세의 노여움을 샀다. - P23
양자나노과학 연구에 쓰이는 핵심장비인 전자스핀공명 주사터널링현미경(ESR-STM). .....(중략)..... STM은 뾰족한 탐침으로 마치 점자를 읽듯 나노미터(1nm는 10억분의 1m) 수준의 아주작은 세계를 들여다보는 장비다. 그중 ESR-STM은 단일 원자의 스핀 상태를 볼 수 있다. IBS 양자나노과학 연구단은 원자나 분자를 양자컴퓨터의 기본 연산단위 ‘큐비트(qubit)‘로 이용하기 위해 ESR-STM의 각 부분을 직접 연구하고 있다. - P24
원자를 연구하기 위해서는 무엇보다 진동이 매우 낮은 환경을 만드는 것이 중요하다. 단일 원자는 건물 밖 주차장에서 자동차가 드나들며 만드는 진동이나, 화장실 변기에 물을내릴 때 생기는 진동에도 영향을 받기 때문이다. ESR-STM은 진동을 줄이고 안정적으로 고정하기 위해 공기 스프링으로 몸체와 상부 플랜지를 잇는다. - P24
조심하지 않으면 ‘얼어죽을 수 있다! 는 경고를 하는 관리자의 얼굴이 무섭다.
하지만 조심할 만하다. 이 장비는 상부를 제외하고는 주변온도가 4K(약 영하 269°C) 수준으로 매우 낮다. 하나의 원자를 포착하기 위한 극한의 민감도를 조성하기 위해서다.
아래로 갈수록 온도가 낮아지는 건 ‘배플‘ 때문이다.
반사 디스크인 배플이 위에서 오는 복사열을 차단한다. - P26
플랜지는 파이프나 밸브, 펌프 등을 연결하는 구성 요소다.
ESR-STM의 모든 가스 라인, 신호, 제어선 등이 이 상부 플랜지를 통해 안으로 들어간다. 이때 모든 것이 진공상태여야 한다. 원자를 보는 데 문제가 없을 정도로 오염 물질을 최소화해야 하기 때문이다. - P28
복사열을 막았다면 모든 와이어와 가스라인의 온도도 낮춰야 한다. 이를 위해 헬륨 가스를 채워 넣는다.
4K 플랜지는 헬륨 가스가 실험에 필요한 매우 낮은 압력 상태인 초고도진공(UHV-Ultra-High Vacuum)과 섞이지 않게 막는 역할을 한다. - P29
이 곳은 커다란 절연통인 듀어(dewar)다. 듀어에 액체 헬륨을 넣어 주변 장비온도를 4K(약 영하 269°C)까지 떨어뜨린다. 레고박사 주변에 소복이 쌓인 눈은 일주일에 2번 액체 헬륨을 보충하는 과정에서 만들어진 것이다. 작은 현미경 세상 속 만년설이다. - P30
<준비 챔버>
단일 원자의 스핀을 연구하려면 깨끗한 표면으로 된 기판을 준비해야한다. 그냥 깨끗해서는 안 된다. 원자스케일로 깨끗해야 한다. 기판에 계속해 가스 분자를 쏟아부어도 표면은 깨끗하게 유지돼야 한다. 이를 위해 일반적인 공기보다 가스 분자량이 10조배나 적은 UHV에서 샘플을 준비한다. 0.0000001cm의 세상으로 가는 길은 이렇게 고되다. - P31
면역세포는 바이러스, 기생충 등 항원과 싸워 질병으로부터 생명체를 보호한다. 인체의 면역세포가 성인 남성 기준 약 1조 8000억 개, 1.2kg에 달한다는 연구 결과가 2023년10월 23일 나왔다. - P32
골수에 있는 줄기세포에서 형성되는 호중구의 경우 골수 내에 많이 분포하며, 림프계를 따라 이동하는 림프구계 면역세포 T세포, B세포 등은 림프계에 주로 분포한다. - P32
다양한 면역세포, 즉 백혈구는 조혈모세포가 분화해 만들어진다. 조혈모세포는 골수 또는 아기의 태반과 탯줄에서 찾아볼 수 있다.
면역세포는 조혈모세포에서 분화되는 경로에 따라 크게 골수구계와 림프구계로 나뉜다. 골수구계 면역세포인 대식세포와 호산구, 호중구 등은 선천면역을, 림프구계 면역세포인 T세포와 B세포는 후천면역을 주로 담당한다. - P33
골수구계(선천면역)
항원이 침입할 경우, 대식세포와 단핵구, 호중구, 호산구, 호염구가 선천 면역반응의 최전선에서 항원과 싸운다. 이때 비만세포는 히스타민을 분비해 다른 백혈구의 이동을 돕는다. 수지상세포는 이 과정에서 얻은 항원물질을 T세포에게 전달해 후천면역반응을 유발한다. - P33
림프구계(후천면역)
T세포는 항원을 인식·파괴하고, B세포는 항원에 대항하는 항체를 만든다. B세포가 자극을 받으면 형질세포로 분화하는데, 형질세포는 특정 항원에 대한 항체를 대량 생산한다. 유일하게 선천면역 작용을하는 NK세포는 암세포처럼 해로운 세포를 직접 공격해 제거한다. - P33
연구팀은 "여성과 아동의 경우 세포의 개수와 무게가 달라질뿐, 그 분포는 크게 다르지 않다"고 설명했다. 몸무게 60kg인 여성의 면역세포는 1조 5000억 개(1kg), 몸무게 32kg인 아동의 면역세포는 1조개(600g)다. - P33
"우주 공간은 엄청난 속도로 좁아지게 될 겁니다" 1978년 미국항공우주국(NASA)의 도널드 케슬러 박사는 우주탐사에 대한 최악의 시나리오를 발표했다. 모든 인공위성, 우주탐사선, 유인우주선은 잠재적인 우주쓰레기다. 이들의 수가 늘어나며 충돌 빈도가 높아질수록 연쇄 반응으로 인해 우주 공간이 엄청난 속도로 좁아질 것이고, 결국 오랜 세월 우주탐사가 불가능할 것이란 예측이었다. - P36
케슬러 박사의 우려는 50년도 채 지나지 않아 현실로 다가왔다. 2023년 4월, 한국천문연구원이 김영주 국회의원실에 제출한 자료에 따르면 지구 궤도에는 약 1억 9000만 개에 달하는 우주 쓰레기가 떠돌고 있다. 과학자들은 우주 쓰레기를 지구 대기권으로 끌어내려 태워 없앨 계획이지만 완벽한 해결책이라고 말할 순 없다. 태워 없애는 과정에서 대기권이 오염될수 있다는 연구 결과가 나오는 등 예기치 못한 상황이 펼쳐지고 있기 때문이다. - P36
이런 분위기 속에서 일본 연구팀의 나무 인공위성 아이디어는 지속 가능한 우주개발을 향한다. 도이 타카오 전 일본우주항공연구개발기구(JAXA) 우주비행사와 무라타 코지 교토대 농학연구과 교수 등 공동연구팀은 나무로 만든 인공위성인 ‘리그노샛(LignoSat)‘을 2024년에 지구 궤도에 올릴 예정이라고 발표해 최근 화제가 됐다. - P36
무라타 교수는 JAXA와의 인터뷰에서 "JAXA의 큐브샛(초소형위성) 방출기구 J-SSOD에 리그노샛을 탑재해 발사할 계획"이라고 밝혔다. 또, CNN과의 인터뷰에서는 "위성이 대기권으로 다시 들어갈 때, 금속은 미세한 입자가 되지만 목재는 타서 가스가 된다"며 목재의 환경친화적인 부분을 강조했다. - P36
나무 인공위성 계획이 처음은 아니다. 리그노샛 이전에도 핀란드의 합판회사 위사(WISA)가 자작나무로 만든 인공위성, ‘우드샛(Woodsat)‘ 프로젝트를 발표하고 2021년 발사 계획을 세운 바 있으나, 주파수 허가 문제로 프로젝트가 중단됐다. 때문에 일본 연구팀이 발사에 성공하면, 리그노샛은 우주를 처음으로 방문한 최초의 나무 인공위성이 된다. - P36
일본 연구팀은 리그노샛의 재료를 정하기 위해 2022년 3월부터 12월까지 약 10개월 동안 우주 공간 노출 실험을 진행했다. 국제우주정거장(ISS)의 일본 과학실험 모듈인 키보(Kibo)에 체리나무, 자작나무, 목련나무를 가져가 노출 실험을 진행한 것이다. 무라타 교수는 JAXA와의 인터뷰에서 "영하 100℃에서 영상 100℃에 이르는 온도 변화가 반복되면 어떤 결과가 나올지 예측할 수 없었다. 우주 방사선의 영향으로 목재 표면이 깎이면서 무게는 다소 가벼워질 것으로 예상했다"고 말했다. - P36
그러나 결과는 예상보다 좋았다. 세 나무 모두 균열, 휘어짐등의 열화가 없었고, 자외선을 받아 무게가 감소하지도 않았다. 일본 연구팀은 최종적으로 목련나무를 선택했다. 가공성과 강도, 치수 안정성이 상대적으로 더 좋다는 이유였다. 이에 대해 박용건 국립산림과학원 목재공학연구과 임업연구사는 "목련이 다른 나무들보다 재질이 더 단단하다"는 의견을 보탰다. - P36
후보에 오른 세 종류의 나무는 모두 ‘활엽수‘라는 공통점이있다. 박 연구사는 "활엽수가 침엽수보다 단단하기 때문일 것" 이라고 추측했다. 나무는 크게 소나무처럼 잎이 뾰족한 침엽수‘와 참나무처럼 잎이 평평하고 넓은 ‘활엽수‘로 나뉜다. 영어로 활엽수 목재는 ‘하드 우드(hardwood)‘ , 침엽수 목재는 ‘소프트 우드(softwood)‘라고 불린다. - P37
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