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2017년 6월 25일 일요일

7nm 공정 로드맵을 발표한 글로벌 파운드리







(Credit: Global Foundry/ASML) 


 삼성, IBM와 연합을 이룬 거대 파운드리 반도체 제조사인 글로벌 파운드리가 자사의 7nm 프로세스 로드맵을 발표했습니다. 이에 따르면 최초의 7nm 프로세스는 EUV의 도움 없는 DUV (deep ultraviolet (DUV) lithography with argon fluoride (ArF)) 공정으로 2018년 하반기에 등장할 예정이며, 그 이후 EUV 기반의 7nm 프로세스가 2 세대, 3세대로 진화할 예정이라고 합니다. 이는 파트너인 삼성의 로드맵과도 연관성이 있습니다. 




 최초의 1세대 7nm 공정은 삼성의 7nm 공정과 마찬가지로 EUV(극자외선)을 사용하는 대신 기존의 리소그래피 공정을 사용하되 더 많은 멀티패터닝(Multi-Patterning) 방식을 사용할 것입니다. 이는 같은 방식이지만, 표면에 여러 번 새기는 방식으로 더 미세한 무늬를 새기는 것에 비유할 수 있습니다. 1세대 7nm 공정은 14nm 공정 대비 40% 성능 향상 혹은 60% 소비전력 감소를 목표로 개발되고 있습니다. 하지만 다이 사이즈는 실제 회로폭과 공정 사이즈가 일치하지 않기 때문에 30-45%정도 감소하는 데 그칠 것입니다. 


 2세대 7nm 공정은 7nm+ 등으로 표시할 가능성이 높으며 진정한 EUV 공정입니다. 공정 자체는 성능이 크게 향상되는 것은 아니지만, 여러 번 회로를 새기는 멀티 패터닝 횟수가 줄어들면서 수율도 좋아지고 제조 단가도 줄어들 수 있습니다. (위의 그림에서 4/5 번째) 3세대 7nm 공정에서는 다시 성능을 향상시켜 다음 공정을 대비할 기반을 마련할 것입니다. 


 2세대 및 3세대 7nm 공정은 2019년에서 2020년 사이 선보일 것이며 2021년에는 IBM 연합이 개발 중인 5nm 공정이 등장할 것입니다. AMD와의 연관성을 고려하면 2018년 후반기에 7nm 공정 기반 2세대 젠이 등장하고 2019년-2020년에 3세대 젠이 7nm+ 공정으로 등장할 것으로 예상됩니다. 


 미세 공정의 진화는 한동안 프로세서의 성능 향상에 도움을 줄 것입니다. 하지만 10년 후 미세화의 물리적 한계에 도달하면 이를 어떻게 극복할 것인지 궁금하지 않을 수 없습니다. 그래도 언젠가 답을 찾아낼 것이라고 믿습니다. 


 참고 


렌즈가 없는 카메라



(Caltech researchers have used an ultra-thin optical phased array chip (pictured on a penny for scale) to create a lensless camera(Credit: Caltech))


(The lensless camera has been  used to recognize basic patterns with its 64 light receivers(Credit: Caltech))


 오늘날 디지털 카메라의 성능은 크게 좋아져서 조그만 구멍을 가진 스마트폰 전면 카메라만 가지고도 괜찮은 사진을 찍을 수 있을 정도로 발전했습니다. 하지만 여전히 후면 카메라는 두께를 줄이기 어려워 카톡튀가 생기는 경우가 있습니다. 더 얇은 카메라를 만들기 어려운 이유는 렌즈 같이 필수적인 부분을 줄이기 어렵기 때문입니다. 


 의외의 이야기처럼 들릴 수 있지만, 그래서 일부 연구자들은 아예 렌즈가 없는 카메라를 개발하고 있습니다. 렌즈가 없는 카메라가 어떻게 가능할 것인지 의문을 제기할 수 있지만, 핀홀 카메라처럼 분명 렌즈 없는 카메라는 존재할 수 있습니다. 이를 이용한 박막 카메라 기술 역시 개발 중에 있습니다. 




 캘리포니아 공대의 연구팀은 다른 방식으로 초박막 카메라에 도전하고 있습니다. 초박막 광학 위상 어레이 ultra-thin optical phased array (OPA)가 그 방법으로 보통 무선 통신이나 혹은 레이더 기술에 적용되는 위상 어레이(phased array)를 카메라처럼 사용하는 방법입니다. 


 8x8=64개에 불과한 광학 위상 어레이지만, 이 작은 광학 센서들은 1000조분의 1초 (quadrillionth of a second) 정도의 매우 짧은 시간동안 빛의 변화를 감지하고 다양한 각도와 초점을 사물을 인지할 수 있다고 합니다. 연구팀이 공개한 카메라 어레이의 해상도는 매우 낮지만, 미래 초박막 카메라를 만들 수 있는 기술적 토대를 마련한 것으로 볼 수 있습니다. 




(동영상)


 이런 무렌즈 카메라 (lensless camera)는 단순히 카톡튀를 없애는 것만이 아니라 종이처럼 얇은 카메라나 마이크로 로봇에 탑재할 수 있는 카메라처럼 더 다양한 응용이 가능할 것입니다. 과연 언제 상용화에 성공할 수 있을지 궁금합니다. 


 참고 




뇌는 어떻게 잠에 드는가



(Credit: Research Institute of Molecular Pathology)


 잠은 우리의 삶에 매우 중요한 요소입니다. 하지만 아직 우리는 잠을 왜 꼭 자야 하는지 그리고 잠의 구체적인 메카니즘은 어떻게 되는지에 대해서 모르는 것이 많습니다. 사실 중추신경계를 지닌 모든 동물이 조금이라도 잠을 잔다고 이야기 할 수 있지만, 역시 여기에 대해서도 모르는 점이 많습니다. 


 비엔나의 분자 병리학 연구소(Research Institute of Molecular Pathology (IMP) in Vienna)의 과학자들은 예쁜 꼬마선충(C. elegans)같이 매우 단순한 생물체를 연구해서 이 비밀을 풀기 위한 연구를 진행했습니다. 예쁜 꼬마선충은 앞서 몇 차례 소개드린 것과 같이 1mm에 불과한 작은 동물이지만, 단순한 구조에도 갖출 건 다 갖추고 있어 실험동물로 널리 사용되고 있습니다. 물론 키우기 쉽고 몸이 투명해서 내부를 들여다보기 쉽다는 것 역시 큰 장점입니다. 




 연구의 리더인 마누엘 짐머(Manuel Zimmer)와 그 동료들은 예쁜 꼬마선충의 신경세포를 하나하나 관측하는 연구를 진행했습니다. 이는 물론 투명한 몸을 가지고 있을 뿐 아니라 신경 세포의 숫자가 모두 302개에 불과하기 때문에 가능한 일입니다. 


 예쁜 꼬마선충의 신경세포는 수면 중 대부분 휴식을 취하는 것으로 나타났습니다. 하지만 이 많은 신경 세포들이 어떻게 동시에 휴식을 취하고 동시에 깨어날 수 있는 것일까요? 연구팀은 RIS 라는 신경 세포가 마치 오케스트라의 지휘자처럼 신경 세포의 휴식을 조절한다는 점을 발견했습니다. 즉 신경 세포들이 일제히 휴지기에 들어가 휴식을 취한 후 갑자기 다시 깰 수 있는 것은 이를 조절하는 신경 덕분이라는 것입니다. 


 인간의 뇌는 예쁜 꼬마선충과는 비교할 수 없이 복잡하지만, 그렇기 때문에 뇌의 다양한 부위를 동시에 쉬게 만드는 조절 부위가 반드시 존재할 것입니다. 물론 절대 쉬면 안되는 부위도 존재할 것입니다. 이를 어떻게 조절하는지에 대해서 이해하기 위해서 우리는 더 단순한 생물체에서 힌트를 얻을 수 있을 것입니다. 


 잠의 비밀을 푸는 것은 학문적 호기심은 물론이고 다양한 수면 장애에 시달리는 사람들에게 효과적인 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대합니다. 


 참고 


A global brain state underlies C. elegans sleep behavior. Science,  23 Jun 2017. science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aam6851 

자율 주행 감자?



  IEEE.Spectrum에 들어갔다가 본 재미난 동영상입니다. 게임 포탈2처럼 감자를 이용해서 컴퓨터를 구동하기는 매우 어렵습니다. 공급될 수 있는 전기의 양이 워낙 적기 때문이죠. 하지만 세상에는 별의 별 시도를 다하시는 분들이 있는 것 같습니다. 


 감자에 두 개의 금속 전극을 설치한 후 여기에서 나오는 미약한 전류를 모아 달리는 장난감을 만든 분이 있습니다. 물론 속도는 매우 느려서 15분마다 8cm 정도를 움직이는데 지나지 않지만, 여기에 제어 장치와 컨트롤 보드를 더 달아 놀랍게도 자율 주행 감자 (self driving potato)를 만들었습니다. 여기까지도 재미있지만 동영상의 마지막이 꽤 재미납니다. 



(동영상) 

 뭔가 정말 재미난 장난 같습니다. 사실 저것도 능력일텐데 부럽기도 하구요. 

2017년 6월 24일 토요일

우주 이야기 672 - 은하 진화 이론에 의문을 던진 죽은 은하




(This artist's concept shows what the young, dead, disk galaxy MACS2129-1, right, would look like when compared with the Milky Way galaxy, left. Although three times as massive as the Milky Way, it is only half the size. MACS2129-1 is also spinning more than twice as fast as the Milky Way. Note that regions of Milky Way are blue from bursts of star formation, while the young, dead galaxy is yellow, signifying an older star population and no new star birth.
Credits: NASA, ESA, and Z. Levy (STScI))


(Acting as a “natural telescope” in space, the gravity of the extremely massive foreground galaxy cluster MACS J2129-0741 magnifies, brightens, and distorts the far-distant background galaxy MACS2129-1, shown in the top box. The middle box is a blown-up view of the gravitationally lensed galaxy. In the bottom box is a reconstructed image, based on modeling that shows what the galaxy would look like if the galaxy cluster were not present. The galaxy appears red because it is so distant that its light is shifted into the red part of the spectrum.
Credits: NASA, ESA, S. Toft (University of Copenhagen), M. Postman (STScI), and the CLASH team)


 허블 우주 망원경이 중력렌즈의 도움을 받아 매우 독특한 초기 은하의 모습을 확인하는데 성공했습니다. 이 은하가 독특한 점은 우리 은하 지름의 절반 정도 크기지만, 질량은 세 배나 크면서 젊은 은하라는 점입니다. 더욱이 이 은하는 자전 속도도 우리 은하의 두 배에 달합니다. 하지만 가장 이상한 부분은 이미 별의 생성이 거의 멈춘 죽은 은하 (dead galaxy)라는 점입니다. 쉽게 말해 거대 은하가 우주 초기에 이미 성장을 멈췄다는 이야기입니다.  


 빅뱅 직후 형성된 초기 은하들은 가스는 풍부한 반면 별의 거의 없었습니다. 이런 환경에서 태양 질량의 수백배에 달하는 1세대 별이 형성된 후 곧 짧은 생을 마치고 2,3세대 별이 형성되었으며 폭발적으로 별이 형성되어 은하계를 이뤄나갔습니다. 그리고 이런 은하들이 하나씩 합체를 거듭해 우리 은하 같은 거대 은하를 형성했다고 보고 있습니다. 


 하지만 이번에 찾아낸 MACS2129-1는 이런 전통적인 방법으로 설명하기 곤란한 형태를 지니고 있습니다. 일단 디스크 형태처럼 외형은 구조적으로는 타원 은하와 유사해서 타원은하로 진화할 것으로 예상되지만, 이미 우리 은하 질량의 3배에 달하는 큰 크기를 가지고 있습니다. 더구나 이미 성간 가스를 대부분 잃어 새로운 별이 활발하게 생성되지 않은 죽은 은하입니다. 대부분의 별은 좀 나이가 든 별입니다. 


 어떻게 이런 은하가 비교적 초기 우주에서 형성될 수 있는지는 알기 어려운 미스터리입니다. 어쩌면 중심부에 거대한 은하 중심 블랙홀이 큰 역할을 했을수도 있습니다. 이런 거대 질량 블랙홀은 상당한 양의 가스를 흡수해서 제트의 형태로 방출해 은하계에서 가스를 고갈시키기 때문입니다. 그러면 새로운 별의 생성이 드물게 일어나는 늙은 은하가 됩니다. 다만 정확한 이유를 알기 위해서는 후속 연구가 필요합니다. MACS2129-1의 존재는 은하의 진화 과정이 생각보다 다양하고 복잡하게 일어날 수 있음을 보여주고 있습니다. 


 앞으로 발사될 제임스 웹 우주 망원경과 건설중인 거대 지상 망원경이 완성되면 이렇게 멀리 떨어진 은하에 대해서 더 자세한 정보를 확보할 수 있을 것입니다. 이는 우리의 일상과는 동떨어진 일일 수 있지만, 우리가 사는 은하가 어떻게 형성되었는지를 아는 것은 지금 우리가 어떻게 여기에 있는지를 알기 위한 중요한 과정입니다. 



 참고 


AMD 에픽 용 서버 제품을 공개한 TYAN




(Credit: TYAN)


 일반 유저들에게는 다소 생소할 수 있지만, 서버 부분에서는 매우 친숙한 기업인 타이안(TYAN)이 AMD EPYC용 1U 서버를 공개했습니다. 공개된 서버와 보드는 1P 용으로 1개의 CPU만 장착할 수 있지만, 최대 32코어 64쓰레드를 지원하는 만큼 통상적인 2 CPU 서버와 동일한 성능을 기대할 수 있을 것으로 보입니다. 


 16개에 달하는 DIMMs 슬롯 덕분에 이 서버는 최대 1TB (16x64GB)의 메모리를 장착할 수 있습니다. PCIe 3.0 lane 역시 128개로 넉넉하게 지원합니다.  M.2-22110 슬롯 2개와 24개의 U.2 폼펙터 SSD를 지원하는 SFF-8611 PCIe/OCuLink 8개가 존재해 스토리지도 넉넉하게 장착할 수 있습니다. 다만 스토리지는 모델에 따라  24 × NVMe나 혹은 16 × 2.5" SATA/8 × 2.5" NVMe 로 선택이 가능합니다. 


 젠(Zen) 아키텍처는 사실 인텔 CPU에 비해서 싱글 쓰레드 성능이 더 우수한 건 아니고 클럭을 높이는데도 제약이 있지만, 대신 상대적으로 저전력이고 크기가 작아 다수의 코어를 사용하는 서버 영역에서 특히 유리할 것으로 생각됩니다. 따라서 서버 영역에서 거의 퇴출된 AMD가 다시 시장에 적지 않은 영향력을 확보할 것으로 기대됩니다. 


 물론 일반 유저들은 서버를 사용할 일이 거의 없겠지만, 우리가 사용하는 모든 인터넷 서비스는 이렇게 생긴 서버 없이는 유지될 수 없습니다. 결국 서버의 성능이 좋아지고 가격이 낮아지면 우리가 알게 모르게 모든 소비자에게 유리한 결과를 낳을 것입니다. 


 참고 




두 배나 많은 지방을 만드는 조류 (algae)


기존의 조류(algae)보다 두 배나 많은 지방을 만들 수 있는 새로운 방법이 개발되었습니다. 흥미로운 것은 이 연구가 엑슨모빌(ExxonMobil)과 신세틱 게노믹스(Synthetic Genomics)의 합작으로 진행되었다는 것입니다. 엑슨모빌 같은 석유회사가 이런 연구를 한다는 점이 이상하게 생각될수도 있지만, 반드시 그렇지 않은 것은 이들 역시 화석 연료 시대 이후를 대비하고 있기 때문입니다. 


 사실 사람들이 잘 모르는 이야기이긴 하지만 리튬 배터리를 상용화시키기 위해 대대적으로 연구를 진행한 기업이 엑슨입니다. 오일 쇼크 당시 엑슨의 경영진 역시 석유 고갈 이후를 대비할 필요가 있다는 생각을 했고 전기 자동차가 미래의 성장 동력이라고 생각해 1970년대부터 투자를 했던 것입니다. 물론 생각보다 상용화가 쉽지 않은데다 석유값이 안정되면서 개발이 중단되었지만, 이들의 선구적인 연구는 현재의 리튬 계열 배터리를 가능하게 한 밑거름이 되었습니다. 




 아무튼 최근에는 화석 연료가 지구 온난화의 주요 원인으로 지목되면서 석유 에너지 기업 역시 새로운 활로를 모색하고 있습니다. 이 가운데 바이오 연료는 기존의 원유와 비슷하게 사용할 수 있어 상당한 잠재력을 지니고 있습니다. 따라서 엑슨모빌이 여기에 투자하고 있다는 사실은 그다지 놀라울 것이 없는 이야기입니다. 


 조류는 바닷물로도 키울 수 있고 바이오 연료로 흔히 사용되는 옥수수처럼 먹는 곡물을 이용한 것이 아니기 때문에 미래 바이오 연료로 큰 잠재력이 있어 많은 연구가 진행중에 있습니다. 그리고 일부 상용화된 경우도 존재합니다. 




 이번 연구에서는 Nannochloropsis gaditana라는 조류에서 녹말 및 단백질의 생산은 줄이고 지방 생산을 늘리면서도 조류의 성장을 방해하지 않는 방법을 발견했습니다. 이를 통해 조류의 지방 함량을 20%에서 40%까지 늘려 바이오 매스 연료 생산에 경제성을 늘릴 수 있는 방법을 연구한 것입니다. 


 물론 이를 바이오 연료로 바꾸기 위해서는 추가적인 가공이 필요하므로 아직도 대규모 상용화를 위한 길은 멀지만, 중요한 혁신을 이뤄냈다는 점은 분명해 보입니다. 이 연구 결과는 네이처 바이오테크놀로지에 실렸습니다. 


 개인적으로는 조류 바이오 연료는 아직 갈 길이 멀다고 생각되지만, 그래도 옥수수 같은 작물을 이용한 바이오 연료보다는 훨씬 합리적이고 친환경적이라고 생각합니다. 물론 전기차라는 대안이 있기는 하지만 여전히 내연 기관이 필요한 분야가 있을 것이므로 바이오 연료 개발은 계속 진행될 것으로 생각합니다. 


 참고 


 Imad Ajjawi et al. Lipid production in Nannochloropsis gaditana is doubled by decreasing expression of a single transcriptional regulator, Nature Biotechnology (2017). DOI: 10.1038/nbt.3865





2017년 6월 23일 금요일

태양계 이야기 634 - 카이퍼 벨트에 화성만한 천체가 숨어있다?



(A yet to be discovered, unseen "planetary mass object" makes its existence known by ruffling the orbital plane of distant Kuiper Belt objects, according to research by Kat Volk and Renu Malhotra of the UA's Lunar and Planetary Laboratory. The object is pictured on a wide orbit far beyond Pluto in this artist's illustration. Credit: Heather Roper/LPL)


(A planetary mass object the size of Mars would be sufficient to produce the observed perturbations in the distant Kuiper Belt. Credit: Heather Roper/LPL)

 어쩌면 카이퍼 벨트에 지구에서 화성 사이 질량을 가진 천체가 숨어있을지 모른다는 연구 결과가 발표되었습니다. 애리조나 대학의 연구자들은 카이퍼 벨트 천체 (KBO)의 궤도를 분석해서 이들이 궤도에 영향을 미치는 큰 질량을 지닌 천체가 60AU (1AU는 지구 -태양 거리인 1.5억km) 정도 궤도에 있다는 내용을 천문학회지 (Astronomical Journal)에 발표했습니다. 


 카이퍼 벨트는 해왕성 궤도 밖에 존재하는 얼음 천체들의 모임으로 사실 명왕성도 넓게 보면 여기에 들어간다고 할 수 있으며 에리스를 비롯해서 새로 발견된 여러 왜행성을 포함 600개에 달하는 크고 작은 얼음 천체들이 발견된 장소이기도 합니다. 그 범위는 수백 AU까지 퍼져 있을 수 있습니다. 그런데 연구팀은 이들의 궤도를 분석해서 대략 태양계의 행성 공전면에 대해서 약 8도 정도 기울어진 비스듬한 궤도를 돌고 있다는 사실을 발견했습니다. 


 특히 이와 같은 궤도는 50-80AU 사이 두드러지게 나타나는 데, 이를 해석하기에 가장 좋은 시나리오는 화성에서 지구 사이의 질량을 가진 천체가 있어 중력을 통해 궤도를 휘어지게 만들었다는 것입니다. 대안적인 시나리오는 최근에 태양계 근처로 다른 별이 매우 가깝게 지나가면서 궤도를 변경시켰다는 것인데, 연구팀은 가능성이 떨어지는 경우로 보고 있습니다. 그런 증거가 없는데다 그러기 위해서는 1000만년 이내에 100AU라는 매우 가까운 거리에서 별이 지나가야 하기 때문입니다. 


 흥미로운 사실은 여기서 말하는 화성 크기의 천체는 앞서 다른 천문학자들이 언급한 9번째 행성이 아니라는 것입니다. 이 가상이 행성은 500-700AU 밖 궤도를 도는 것으로 카이퍼 벨트 천체의 궤도에 영향을 주기에는 너무 멀다고 합니다. 




 만약 이 연구 결과들이 모두 사실인 경우 태양계에는 아직 찾지 못한 행성 2개가 있을 가능성이 있어 앞으로 결과가 주목됩니다. 어쩌면 태양계에 행성급 천체가 10개 이상일수도 있는 일이죠. 어떤 결과가 나올지는 모르겠지만, 매우 흥미로운 연구인 점은 분명합니다. 


 하지만 분명한 결과를 알기 위해서는 역시 실제 행성을 포착해야 합니다. 다만 이 거리에서는 매우 어두운데다 천체가 하나 둘이 아니기 때문에 앞으로 계속해서 연구가 필요할 것입니다. 


  참고 


 "The curiously warped mean plane of the Kuiper belt," is online at arxiv.org/abs/1704.02444 




에어버스의 미래 도심 항공기 및 전기 하이브리드 항공기 구상



(CityAirbus is currently Airbus' miost likely short-term solution for urban air commuting and appeared at the Paris Air Show at the Paris Air Lab booth. The electric vertical take-off and landing (VTOL) CityAirbus will carry up to four passengers and the plans suggest it could quickly go into service as a piloted helicopter without regulatory changes. Those plans call for the CityAirbus to begin autonomous operations once regulations are in place. (Credit: Airbus))



(Much conjecture in Paris had it that the autonomous electric VTOL single seat Vahana had been crafted specifically for the needs of the Uber urban air taxi service which Airbus A3 is known to have been working with. It is also envisaged that Vahana will be used for cargo delivery.(Credit: Airbus))




(The Airbus Urban Air Mobility Roadmap(Credit: Airbus))

(Airbus plans to begin working on an ambitious future demonstrator version of the E-Fan concept shortly. The E-Fan X will require 2 megawatts of power.(Credit: Airbus))

(The "Holy Grail" for Airbus is the development of an electric single-aisle passenger aircraft and that's still some way off, as it is projected that 20 megawatts will be required from the engines.)


 에어버스가 도심형 소형 항공기 및 전기/하이브리드 항공기에 대한 비전을 담은 미래 계획을 발표했습니다. 일부는 실현 가능성이 커보이지만, 일부는 미래 기술이 발전해도 쉽게 달성하기 어려울 듯 한 내용도 같이 포함되어 있습니다. 


 흥미로운 부분은 사람 혹은 화물을 옮기기 위한 대형 드론들입니다. 시티에어버스 (CityAirbus)는 네 개의 로터를 지닌 4인승 전기 드론으로 자율적으로 사람과 화물을 실어나를 수 있습니다. 다만 아직 실물은 없는 상태입니다. 


 더 독특하게 생긴 바하나(Vahana)의 경우 8개의 전기 모터를 단 수직 이착륙 1인승 전기 비행기로 두 개의 날개를 수직으로 세워서 수직 이착륙이 가능합니다. 현재 프로토타입을 개발 중이며 사람을 태우거나 혹은 화물을 실어나르는 것이 계획입니다. 


 이 전기 수직이착륙기는 사실 큰 드론이나 다를 바 없으며 기술적으로는 어렵지 않을 것으로 생각되나 비용 및 항속거리 면에서 기존의 헬리콥터에 비해서 장점이 있을지는 아직 판단하기 어렵습니다. 특히 여러 대가 도시 위를 날아다닐 경우 소음 문제 및 안전성 문제가 가장 크게 거론될 것으로 생각됩니다. 


 한편 이전에도 소개드린 것처럼 에어버스는 전기를 이용한 소형 항공기인 에어버스 E 팬을 개발해 실제 비행에도 성공했습니다. 소형 항공기인 에어버스 E팬은 앞으로 더 대형의 전기/하이브리드 항공기 개발을 위한 기술 실증기라고 할 수 있습니다. 




 2020년 개발을 목표로 진행 중인 에어버스 E Fan X는 2MW급 전기 모터를 사용한 중형 전기 비행기로 역시 대형 버전 개발을 위한 기술 실증기입니다. 이 기술을 바탕으로 2020년대에 20MW급의 대형 하이브리드 비행기를 개발한다는 것이 에어버스의 미래 계획입니다. 


 이 계획이 모두 순조롭게 될지는 다소 의문이지만, 미래 지향적인 계획이라는 점은 의문의 여지가 없어 보입니다. 사람이 탈 수 있는 수준의 자율 비행 드론은 충분히 가능성 있어 보이는데, 위에서 제기한 문제를 극복할 수 있을지도 궁금합니다. 


 참고 




우주 이야기 671 - 유럽의 행성 사냥꾼 PLATO



 나사의 케플러 우주 망원경은 외계 행성연구를 한 단계 발전시킬 만큼 큰 성과를 거뒀습니다. 지금까지 케플러를 통해서 수천개의 외계 행성이 확인되었고 앞으로 계속해서 연구를 진행할 자료를 확보했습니다. 심지어 케플러는 2009년 발사 후 8년째가 되는 지금까지 K2 임무를 수행 중입니다. 나사는 이제 케플러의 후계자인 TESS의 발사를 준비 중에 있습니다. 


 유럽 우주국은 케플러에 견줄 만한 행성 사냥꾼을 가지지 못했습니다. 하지만 유럽 연합은 차세대 행성 사냥꾼에 6억 유로의 예산을 승인했습니다. PALTO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars)는 2026년 발사를 계획하고 있으며 케플러나 TESS 처럼 식현상(transit)를 이용해서 외계행성을 찾게 됩니다. 우주는 넓고 찾을 수 있는 범위는 넓기 때문에 TESS와 같은 시기나 그 이후 활약한다고 해서 큰 문제는 없을 것입니다. 


 플라토는 지구에서 150만km 떨어진 라그랑주 점(L2)에서 관측을 진행하며 목표는 30만개에서 100만개의 별입니다. 탐사 목표는 외계 행성을 발견하는 것만이 아니라 지구 처럼 생명체가 살 수 있는 행성을 확인하고 발견하는 것에 있습니다. 특히 대기를 확인할 수 있는 행성에 대한 자료를 모을 수 있을 것으로 기대됩니다. 


 아직은 초기 단계이기 때문에 성능에 대해선 언급하기 어렵지만, 순조롭게 진행된다면 케플러나 TESS보다 늦게 발사되는 만큼 더 최신 기술을 탑재해 더 강력한 행성 사냥꾼이 될 것으로 예상됩니다. 케플러, TESS, 플라토의 데이터를 합치면 아마도 1-2만개의 외계 행성을 찾아낼 수 있을 것이며 이 가운데 지구 같은 행성 역시 수백개 이상이 될 것으로 기대됩니다. 이렇게 데이터가 누적되면 어떤 행성이 생명체가 살기에 적합한지에 대한 구체적인 연구도 가능하게 될 것으로 기대됩니다. 


 오랜 세월 우리는 지구 같은 행성이 우주에 흔하며 어쩌면 이 행성들 가운데 생명체가 사는 행성이 있을지도 모른다고 추측해왔습니다. 최신 관측 기술의 향상으로 이제 더 이상 추측이 아닌 데이터를 가지고 생명체 존재 유무를 파악하는 일이 가능해지고 있습니다. 앞으로 수십 년안에 제2의 지구에 대한 결정적인 정보가 나오기를 기대합니다. 


 참고 



2017년 6월 22일 목요일

다리 없는 양서류의 조상



(Chinlestegophis jenkinsi was a tiny subterranean carnivore and is an ancient relative of frogs and salamanders. Credit: Jorge Gonzalez)


 사지 동물 가운데는 뱀처럼 다리가 없이 긴 몸통만 진화한 무리들이 있습니다. 언뜻 보기에는 다리가 없으니 비효율적인 구조 같지만, 사실 매우 좁은 틈도 통과할 수 있고 나무를 타거나 장애물을 통과하는 데 매우 효과적인 방식입니다. 더 나아가 사실 속도도 생각보다 느리지 않으며 물뱀처럼 헤엄치는 일도 충분히 가능합니다. 따라서 뱀목 이외에 다른 파충류나 양서류에서도 뱀처럼 다리가 사라진 경우가 있습니다. 


 현생 양서류 가운데 무족영원류(caecilian)가 바로 뱀처럼 다리가 없이 긴 몸통만 가진 무리로 우리 나라에서는 보기 어렵고 보통 사람눈에 띄지 않는 곳에 서식하기 때문에 우리에게는 다소 생소한 생물입니다. 하지만 양서류 진화에서 차지하는 비중은 작지 않습니다. 


 이 무족영원류의 조상은 백악기에 등장한 것으로 생각되었으나 최근 아담 후튼로커(Adam Huttenlocker, an assistant professor in the Department of Integrative Anatomical Sciences at the Keck School of Medicine of USC)를 비롯한 고생물학자들은 본래 예상보다 두 배는 더 오래된 시기인 트라이아스기에 살았던 무족영원류의 근연종을 발견했습니다. 


 킨레스테고피스 젠킨시 Chinlestegophis jenkinsi라고 명명된 이 화석은 아직 팔 다리를 가진 도룡뇽 같은 생물체로 크기는 30-150cm 사이라고 합니다. 이 킨레스테고피스의 화석은 2억년 이상된 것입니다. 더욱 흥미로운 점은 그 구조가 백악기에 멸종된 그룹의 양서류로 생각되던 스테레오스폰딜스(Stereospondyls)와 연관성이 있다는 것입니다. 


 스테로오스폰딜스는 거대한 것은 4-5m까지 자랐던 양서류의 일종으로 후손없이 멸종되었다고 생각되었으나 이번 연구는 현생 양서류 그룹과 연결고리가 있을 가능성을 시사하고 있습니다. 동시에 이번 연구를 통해서 현생 양서류의 공통 조상이 등장한 3억 1,500만년 이후 양서류 진화의 빈자리를 채울 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 


 킨테스테고피스 젠킨시는 위의 복원도처럼 땅에 굴을 파고 지하수가 나오는 장소에서 살았던 것으로 추정됩니다. 이런 환경에서 살았던 무족영원류의 조상은 결국 다리가 퇴화되고 뱀과 비슷한 모양으로 진화했을 것입니다. 현재 남은 무족영원류는 200종 이하로 우리에게 친숙한 그룹은 아니지만, 양서류에서 뱀과 비슷한 형태 변화를 볼 수 있는 독특한 생물체입니다. 


 참고 


  Jason D. Pardo el al., "Stem caecilian from the Triassic of Colorado sheds light on the origins of Lissamphibia," PNAS (2017). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1706752114 




고고도 레이저 탑재 무인기를 계획하는 미국 미사일 방어청



(The MDA's efforts to field a laser-armed HALE UAV may well be focused on the RQ-4 Global Hawk, though the agency is interested in systems that might meet at a future date the specification required. Source: Northrop Grumman)


 미국 미사일 방위청 (MDA, Missile Defense Agency)이 미사일 방어를 위한 고고도 무인 레이저 드론 개발을 검토하고 있습니다. 본래 미국의 미사일 방어 시스템은 발사 전 단계 공격, 발사 초기 단계 요격, 중간 단계 요격, 마지막 종말 단계 요격 등으로 세분화되어 다층 방어 시스템을 구축하는 것이 목표입니다. 이 중에서 우리 나라에서 이슈가된 사드는 마지막 종말 단계 요격을 담당하는 것입니다. 


 레이저 요격 시스템은 잠수함에서 발사되는 SLBM이나 혹은 적국에서 발사되는 ICBM을 초기 단계에 요격하기 위해 개발되었습니다. 취소되긴 했지만, 대형 레이저 요격 항공기인 ABL(Airborne Laser)이 그 대표적인 사례로 50억 달러 가까운 거금이 들었지만, 결국 비용 문제로 인해 2011년 취소되는 운명을 맞이하게 됩니다. 




 하지만 당시 개발된 기술이 그대로 사장되지는 않을 것이고 더 작고 저렴한 형태의 공중 레이저 무기 개발이 계속될 것으로 예상했습니다. MDA가 요구하는 스펙은 최소 140kW급의 출력을 지닌 레이저로 280kW급 출력을 30분간 유지할 수 있는 시스템입니다. 이런 레이저를 만들기는 어렵지 않지만, 문제는 에너지 공급 장치를 포함해서 전체 시스템의 크기와 무게를 줄이는 일입니다. 


 현재 사용할 수 있는 무인기 플랫폼 가운데 가장 목적에 부합하는 것은 페이로드나 장시간 체공능력을 봤을 때 RQ-4 글로벌 호크입니다. 따라서 페이로드 목표는 2,268 kg에서 5,670 kg 정도이며 63,000피트 상공 (약 19.2km)까지 올라갈 수 있어야 합니다. 공중 체공 시간은 36시간으로 글로벌 호크로도 겨우 맞출 수 있을 것 같은 목표입니다. 


 하지만 핵심은 과연 이정도 성능을 지닌 레이저를 얼마나 작고 가볍게 만들 수 있는지 입니다. 만약 목표을 맞추지 못하면 글로벌 호크보다 더 큰 무인기가 필요해질 수 있습니다. 하지만 그래도 과거 ABL처럼 대형 여객기를 개조할 필요까지는 없어 보입니다. 


 미사일 방어청은 2023년까지 ICBM을 요격할 수 있는 무인 공중 레이저 시스템 도입을 희망하지만, 개발이 순조롭게 진행될 수 있을지는 아직 판단하기 어려운 것 같습니다. 


 참고  







태양 에너지를 이용한 효율적인 해수담수화 시스템




(Rice University researchers (from left) Naomi Halas, Qilin Li, Peter Nordlander, Seth Pederson, Alessandro Alabastri and Pratiksha Dongare with a scaled-up test bed of the NEWT Center's direct solar desalination system. Credit: Jeff Fitlow/Rice University)


(This scaled-up test bed of NEWT's direct solar desalination technology uses carbon black nanoparticles that convert as much as 80 percent of sunlight energy into heat. Results from an earlier prototype showed the technology could produce as much as six liters of freshwater per hour per square meter of solar membrane. Credit: Jeff Fitlow/Rice University)


(In conventional membrane distillation (top), hot saltwater is flowed across one side of a porous membrane and cold freshwater is flowed across the other. Water vapor is naturally drawn through the membrane from the hot to the cold side. In NEWT's "nanotechnology-enabled solar membrane distillation," or NESMD (bottom), a porous layer of sunlight-activated carbon black nanoparticles acts as the heating element for the process. Credit: P. Dongare/Rice University)


 지속적인 인구 증가 및 경제 성장으로 인해 물 수요는 꾸준히 증가하고 있지만, 지구상 일부 국가들은 충분한 물 공급이 어려운 상황에 직면하고 있습니다. 여기에는 기후변화라는 다른 중요한 이슈가 있습니다. 지구 기온 상승에 따라 강수량이 증가하는 경우도 있지만, 반대로 강수량이 감소하는 지역도 있기 때문입니다. 특히 후자의 경우 기온 상승에 의해 증발량이 증가하는 문제까지 겹쳐져 더 심각한 가뭄이 오는 데 현재 캘리포니아나 최근 몇 년 간 우리 나라가 여기에 해당되는 것 같습니다.


 이 문제를 극복하기 위해 지하수 개발이나 거대한 저수지 건설 등 다양한 방법이 시도되고 있는데, 해수 담수화 혹은 마실 수 없는 짠 지하수를 담수화 시키는 것도 그 가운데 하나입니다. 바닷가에 가까이 있는 경우 바닷물은 무제한으로 공급받을 수 있고 해수 담수화 기술 역시 발전해서 단가가 많이 저렴해졌기 때문입니다. 이미 중동의 사막 국가는 말할 것도 없고 호주, 미국 등 선진국에서도 해수 담수화 플랜트가 활발하게 도입 중에 있습니다. 


 하지만 대부분의 해수 담수화 설비는 고가의 대형 플랜트 시설로 기본적인 식수 부족에 시달리는 가난한 국가의 국민들에게는 그림의 떡이나 다를 바 없습니다. 이런 문제를 해결하기 위해서 저렴한 소규모 태양에너지 담수화 장치가 개발 중에 있습니다. 앞서도 몇 차례 소개한 바 있죠. 




 라이스 대학의 연구팀은 막 증발을 이용한 새로운 태양에너지 담수화 시스템을 개발했습니다. NESMD(nanophotonics-enabled solar membrane distillation)이 그것으로 물을 증발시키는 얇은 다공성막과 태양에너지에 의해 활성화되는 나노 입자를 이용한 카본 블랙 소재막이 결합된 구조입니다. 얇은 막으로 물을 조금씩 증발시킨 후 다시 막 뒤에서 응결시켜 순수한 물을 얻는 방식인데, 펌프 이외에는 전기가 필요없는 방식이기도 합니다. 


 이 나노입자는 크고 비싼 태양열 집열 장치의 도움 없이도 전체 태양에너지의 80%를 증기를 만드는 데 사용할 수 있게 도와줍니다. 모식도를 보면 상당히 두꺼울 듯 하지만, 실제로는 전체 두께가 수 mm에 불과하며 바닷물의 두께 역시 0.5mm에 불과합니다. 따라서 이 장치는 매우 얇게 만들 수 있습니다. 


 다만 비용을 절감하기 위해서는 렌즈를 이용한 집광 방식을 채택하는 것이 효율적입니다. 이 경우 1x1m 정도 면적으로 시간당 6리터의 물을 정수할 수 있다고 합니다. 정수 용량은 많지 않지만 기본적인 식수 부족에 시달리는 지구상 여러 지역에서는 상당히 유용하게 사용할 수 있는 수준입니다. 다만 얼마나 비용효과적인지는 더 검증이 필요합니다. 


 연구팀은 좀 더 비용효과적이고 전기를 사용하지 않고도 바닷물을 담수화 시킬 수 있는 방법을 계속 연구하고 있습니다. 깨끗한 식수를 구하기 힘든 가난한 나라의 사람들을 위한 연구인데, 좋은 결실을 맺기를 기대해 봅니다. 


 참고