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2020년 4월 30일 목요일

코로나 19를 막기 위해서 여름까지 집에 있어야 한다?


(Perkins' model shows that as more emphasis is placed on relaxing control measures, a resurgence becomes more likely and more difficult to bring under control later in the year. Credit: University of Notre Dame)


 현재 전 세계를 휩쓸고 있는 코로나 19로 인해 많은 사람들이 고통받고 있습니다. 질병 자체도 문제지만 사회적 거리두기 및 재택 대피령으로 인해 경제가 돌아가지 않으니 더 심각한 문제입니다. 따라서 미국 등 여러 나라에서 5월 중에는 경제를 다시 재개하려는 움직임이 있습니다. 그러나 이 경우 다시 재확산의 가능성이 높다는 우려가 있습니다. 


 노트르담 대학의 알렉스 퍼킨스 교수(Alex Perkins, Eck Family Assistant Professor in the Department of Biological Sciences)는 코로나 19의 유행을 막기 위해서 5월이 아닌 여름까지 재택 대피령(stay at home order)을 유지해야 한다는 연구 결과를 발표했습니다. 백신이 개발되기 전까지는 사회적 거리두기와 재택 대피가 가장 효과적인 예방법인데, 아직 환자가 상당 숫자 존재하는 상태에서 경제 활동을 재개할 경우 재확산 가능성이 크기 때문입니다. 


 사실 이 딜레마는 현재 모든 나라의 고민일 것입니다. 비교적 조기에 수습 국면에 들어간 우리 나라 역시 여행 및 이동을 완전히 풀 경우 해외 유입을 통한 재확산의 가능성이 매우 높은 상태이며 이미 많은 환자가 존재하는 국가들은 더 말할 필요도 없이 인구의 50-80%가 면역을 지닐 때까지 급속히 확산될 것이기 때문입니다. 하지만 반대로 경제에 미치는 충격이 너무 크고 이대로는 코로나19는 이겨내도 굶어죽겠다는 이야기가 나오고 있어 딜레마는 지속될 것으로 보입니다. 


 현재로써는 사회적 거리 두기와 재택 대피령으로 인해 주요 국가에서 코로나 19 유행이 주춤하겠지만, 북반구는 올해 가을과 겨울에 다시 2차 유행을 겪을 가능성이 크다는 예상이 나오고 있습니다. 결국 마스크 같은 개인 보호 장비와 손씼기 생활화, 접촉 최소화 등 생활 방역을 통해 경제 활동과 병행하면서 최대한 위기를 극복해야 할 것 같습니다. 



 참고 


  Alex Perkins et al. Optimal control of the COVID-19 pandemic with non-pharmaceutical interventions, (2020). DOI: 10.1101/2020.04.22.20076018

바닷물만 넣으면 전기를 생산하는 연료전지? Hydracell Cube





(출처: HydraLight)


 하이드라라이트 (HydraLight)라는 회사에서 바닷물과 충전판 (Charge plate)를 넣는 방식의 배터리인 HydraCell Cube를 선보였습니다. 언뜻 들으면 바닷물을 넣으면 전기가 나오는 것으로 오해할 수 있으나 실제로는 산소 연료 전지 (Oxygen fuel cell)의 일종으로 바닷물을 포함한 소금물은 전해질 역할입니다. 


 전기는 마그네슘 충전판과 산소가 반응하면서 나오는데, 당연히 충전판의 수명이 다하면 더 이상 전기는 나오지 않습니다. 이 경우 충전판과 바닷물 (혹은 비슷한 소금물)만 갈아주면 다시 전기를 생산합니다. (쉽게 말해 마그네슘 합금판을 만드는데 사용된 에너지가 전기 에너지로 방출되는 것) 충전판은 무게나 부피가 얼마 되지 않기 때문에 바닷물을 쉽게 구할 수 있는 외딴 지역에서 유용한 비상 발전 방식입니다. 구조가 간단해 고장의 우려가 없으며 유통 기한이 25년에 달해 장기 보존이 용이합니다. 


 제조사 측에 의하면 HydraCell Cube 하나가 100시간 정도 조명을 밝히거나 혹은 휴대폰을 8-10회 정도 충전할 수 있습니다. 충전후 나오는 폐 충전판과 전해질 모두 환경에 무해하며 전지 케이스 역시 환경에 무해하고 재활용이 가능한 물질로 구성되어 있습니다. 다만 가격은 54달러로 그렇게 저렴하진 않습니다. 따라서 일반적인 배터리 보다는 응급 비축 물자로써 의미가 큽니다. 


 신기한 물건이긴 하지만, 일반 가정에서 구비할 물건은 아닐 듯 합니다. 


 참고 




태양계 이야기 815 - 미스터리 천체 켄타우로스의 기원은 외계?


(An artist's rendition of the orbital path of the Centaur population 4.5 billion years ago, on a perpendicular angle to the protoplanetary disc that formed most solar system objectsCNRS (Protoplanetary disc: NASA))


 목성궤도에서 해왕성 궤도 사이에는 소행성과 혜성 중간에 해당되는 독특한 천체인 켄타우로스(Centaurs)의 기원이 태양계가 아닌 외계 행성계일 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다. 과학자들은 켄타우로스가 오르트 구름처럼 태양계 먼 곳에서 기원했을 가능성도 염두에 뒀습니다. 하지만 매우 먼 거리에 있는 희미한 소행성이라는 한계 때문에 연구에 어려움이 있었습니다. 




 프랑스 국립 과학 센터 (CNRS)와 브라질 상파울루 주립대학 (UNESP)의 연구팀은 독특한 공전 궤도를 지닌 켄타오루스 천체들을 분석해 최소한 19개가 태양계가 아닌 외계에서 기원했다고 결론 내렸습니다. 이 켄타우로스들의 공전 궤도가 태양계 다른 천체에 수직에 가까운 등 태양계에서 기원했다고 보기 어려운 독특한 궤도를 돌고 있었기 때문입니다. 


 아마도 이 천체들은 태양계가 탄생한 초기 원시 성운에 존재했던 다른 초기 행성계에서 떨어져 나온 천체일 가능성이 높습니다. 이 때는 각 행성계가 서로 가까운 위치에 있었으며 이로 인해 오르트 구름처럼 먼 거리에 있는 천체는 다른 항성의 중력 간섭으로 이탈하기 쉬웠을 것입니다. 


 이 주장이 옳다면 외계 행성으로 가는 대신 외계 행성계에서 기원했을 가능성이 높은 켄타우로스에 탐사선을 보내 외계 행성계의 비밀을 밝혀낼 수 있을 것입니다. 물론 그렇지 않더라도 켄타우로스는 직접 탐사선을 보내 연구할 가치가 있는 태양계의 미스터리 천체입니다. 당장에는 어려울지 모르지만, 언젠가 인류가 이 천체에도 탐사선을 보내 미스터리를 풀어낼 것으로 기대합니다. 


 참고 



2020년 4월 29일 수요일

공룡에서 새까지 이르는 뇌의 진화 - 까마귀가 최종 승자?


(Visualizations of brain endocasts (blue) from the skulls of a dinosaur and a modern bird. Credit: WitmerLab at Ohio University.)

(Relative brain size in >2000 species of birds and dinosaurs. Warmer colors indicate proportionally larger brain sizes. Credit: Bruce Museum)


 뇌의 크기는 지능과 밀접한 연관이 있습니다. 따라서 뇌의 절대 크기나 혹은 몸 크기 대비 뇌의 크기가 지능 발달과 뇌 진화의 중요한 지표로 생각됩니다. 이런 관점에서 브루스 박물관의 다니엘 크셉카 박사(Dr. Daniel Ksepka, Curator of Science at the Bruce Museum)가 이끄는 국제 과학자팀은 새와 근연 관계인 수각류 공룡부터 현생 조류까지 수백 종의 새와 공룡의 뇌의 크기를 비교 분석했습니다. 


 연구 결과 몸 크기 대비 뇌의 크기로 볼 때 수각류 공룡과 현생 조류의 명확한 경계는 없었습니다. 사실 백악기에 살았던 고대 조류와 수각류 공룡은 뇌의 크기가 비슷한 수준이었습니다. 이들이 근연 관계라는 사실을 생각하면 당연한 결과입니다. 그러나 신생대에 조류가 크게 적응방산하면서 뇌의 크기가 매우 다양해졌습니다. 


 현생 조류 가운데도 에뮤나 비둘기 같은 경우는 비슷한 크기의 수각류 공룡과 비교할 때 뇌의 크기가 특별히 더 크지 않았습니다. 반면 까마귀과나 앵무새과의 조류들은 예외적으로 큰 뇌를 지니고 있었습니다. 특히 그 가운데서 까마귀 (crow) 속에 속하는 조류는 공룡-조류계의 호미닌(Hominin, 인간의 직접 조상을 포함한 사람과의 동물)이라고 불러도 좋을 정도로 뇌가 큰 편입니다. 까마귀의 지능이 높다는 사실은 이미 잘 알려져 있지만, 이번 연구를 통해 수억 년 진화의 정점에 서 있다는 사실을 다시 확인했습니다. 


 물론 조류의 신체 구조나 생활 방식을 생각하면 사람은 물론 오스트랄로피테쿠스 같은 원시적인 호미닌의 지능에 근접한 조류가 진화하기는 매우 어렵습니다. 하지만 까마귀가 머리가 나쁘다는 편견은 이제 버려도 되지 않을까 생각합니다. 


 참고 

Ksepka, et al. 2020. Tempo and Pattern of Avian Brain Size Evolution. Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.03.060

나사 제트 추진 연구소가 만든 저렴한 인공호흡기 - VITAL


(The ventilator prototype for coronavirus disease patients designed and built by NASA's Jet Propulsion Laboratory. Credit: NASA/JPL-Caltech)

(Doctors at the Icahn School of Medicine at Mount Sinai in New York City give a thumbs up after testing a ventilator prototype. Credit: NASA/JPL-Caltech)


 나사 제트 추진 연구소 (JPL)은 큐리오시티 로버를 비롯해 나사의 수많은 우주선과 로버를 개발한 나사의 심장부라고 할 수 있습니다. 그런 JPL의 엔지니어들이 지금까지 한 번도 시도한 적이 없던 새로운 영역에 도전하고 있습니다. 바로 저렴하고 빠르게 제조할 수 있는 인공호흡기인 Ventilator Intervention Technology Accessible Locally (VITAL) 개발입니다. 


 VITAL은 기존의 인공호흡기를 최대한 간략화 하고 이미 나와 있는 산업용 부품을 이용해서 제조할 수 있게 개발했습니다. 본래 나사의 과학자와 엔지니어들도 순환 재택 근무에 들어간 상황에서 불과 37일만에 결과를 내놓기 위해 최선의 노력을 했다고 합니다. 이들이 개발한 VITAL 프로토타입은 뉴욕에 있는 아이칸 의대 마운트 사나이 병원 (Icahn School of Medicine at Mount Sinai Hospital)에서 4월 21일부터 테스트에 들어갔습니다. 테스트는 사람이 아니라 사람을 흉내낸 시뮬레이션 모형에 의해 진행됩니다. 현재 연구팀은 FDA에 응급 승인을 내달라고 신청한 상태입니다. 



(동영상) 


 VITAL은 장시간 사용할 수 있고 복잡한 기능을 제공하는 인공호흡기와 달리 최대한 간단한 구조와 이미 나와있는 부품들을 사용할 수 있게 개발되었습니다. 그런 만큼 수명은 짧아서 4개월 정도이지만, 코로나 19 유행이 길게 진행되지 않을 것이기 때문에 이런 상황에서는 도움이 될 수 있을 것입니다. 참고로 JPL은 VITAL이 정식 승인을 받으면 라이센스를 무료로 공개할 예정입니다. 따라서 누구나 허락없이 VITAL을 제조하고 생산할 수 있습니다. 


 물론 VITAL이 코로나 19 유행이 한 풀 꺽인 후에 승인될수도 있습니다. 하지만 이번 사태에서 볼 수 있듯이 예상치 못한 신종 전염병이 유행하거나 혹은 코로나 19의 변이형이 다시 유행하게 될 가능성은 얼마든지 있습니다. 다음번에 더 잘 대응하기 위해 반드시 지금 준비할 필요가 있습니다. 



 참고 


해양 생물 다양성은 지난 2억년 간 큰 변화가 없었다?



  지구 생물 다양성이 폭발적으로 증가했던 가장 중요한 사건은 5억년 전 캄브리아기 대폭발 (Cambrian Explosion) 이었습니다. 현생 동물문의 대부분이 이 시기에 등장했으며 현재도 정확히 어떤 그룹에 속하는지 알 수 없는 기괴한 고대 생물의 화석이 끊임없이 나오고 있습니다. 일부 과학자들은 이 시기 생물학적 다양성이 현재와 크게 다르지 않다고 생각하고 있습니다. 반면 다른 과학자들은 지난 2억년 간 생물학적 다양성이 점진적으로 증가해 현재 최고 수준에 도달했다고 보고 있습니다. 


 버밍햄 대학의 로저 클로스 박사 (Dr. Roger Close, School of Geography, Earth and Environmental Sciences at the University of Birmingham)가 이끄는 연구팀은 새로운 접근법을 통해 현재가 과거에 비해 특별히 생물학적 다양성이 높지 않다는 해석을 내놓았습니다. 


 화석을 통해 고대 생물을 복원하는 것도 쉬운 일은 아니지만, 더 어려운 일은 다양성을 확인하는 것입니다. 화석화 되는 개체는 극히 일부이고 지층의 보존 상태나 위치에 따라 화석 역시 무작위로 발견되기 때문에 동일 조건으로 비교하기 어렵기 때문입니다. 시대에 따라 생물학적 다양성이 증가하고 감소하는 경향은 관찰할 수 있지만, 모든 종이 화석화되어 우리가 발견할 수 있는 게 아니기 때문에 다양성에 대해서 쉽게 말할 순 없습니다. 또 지역에 따른 다양성도 고려해야 합니다. 


 예를 들어 산호초의 면적은 바다의 0.1% 수준에 불과하지만, 전체 해양 생물종의 1/4이 이 지역에 몰려 있습니다. 따라서 생물학적 다양성을 비교할 때 산호초 지역과 일반 해양 지층을 서로 비교해서는 안되는 것입니다. 이런 관점에서 연구팀은 비슷한 지역끼리 묶어 생물학적 다양성을 비교했습니다. 과거 연구는 전지구적으로 모든 지층에서 발견된 화석 종류를 비교했지만, 이는 표본이 어디서 나왔느냐에 따라서 종의 다양성이 크게 차이가 난다는 점을 생각할 때 잘못된 접근법입니다. 


 연구팀은 분석 결과 생물학적 다양성은 시간에 따른 차이가 심하긴 했지만 지난 2억년 간 증가하는 추세라는 증거는 발견하지 못했습니다. 현재의 생물학적 다양성 수준은 특별히 예외적으로 높지 않았습니다. 결국 생물학적 다양성은 대멸종 같은 이벤트나 당시 상황에 따라 큰 변동성이 있을 뿐 증가하는 추세는 아닌 것으로 보입니다. 


 다만 과거 지질 시대의 생물학적 다양성을 온전하게 파악하기는 어렵기 때문에 논쟁은 지속될 것으로 보입니다. 분명 대멸종 직후에는 생물학적 다양성이 증가하는 추세를 보이지만, 장기적으로 우상향 곡선을 그리는지에 대해서는 쉽게 결론내리기 어려울 것입니다. 한 가지 확실한 것은 인간이 새로운 대멸종을 유발하는 만큼 현시대에는 당분간 다양성이 빠르게 감소할 것이라는 점입니다. 그나마 다행인 부분은 이번 연구 결과가 생물 다양성이 감소해도 결국은 원래 수준까지 복원된다는 점을 시사한다는 것입니다. 이 연구 결과가 옳다면 인간이 사라진 후 지구 생물학적 다양성은 본래 수준을 다시 회복하게 될 가능성이 높습니다. 


 참고 


R.A. Close el al., "The spatial structure of Phanerozoic marine animal diversity," Science (2020). https://science.sciencemag.org … 1126/science.aay8309


2020년 4월 28일 화요일

친환경 석탄 발전의 미래? 세계 최대의 탄소 포획 시스템에 도전하는 미국


(Photo: Minnkota Power Cooperative)


 미국에서 세계 최대의 탄소 포획 시스템을 석탄 발전소에 적용해 이산화탄소 배출을 획기적으로 줄인 석탄 발전소를 운용하려는 프로젝트가 진행중입니다. 노스 다코다 중부에 있는 밀톤 R 영 발전소 (Milton R. Young Station)에 있는 455MW급 석탄 발전기에 새로 개발한 이산화탄소 포획 시스템을 적용해 90% 이상의 이산화탄소를 제거하는 것이 이 프로젝트의 목표입니다. 제거한 이산화탄소는 지층 속 깊은 곳에 저장하거나 혹은 유정에서 원유와 가스를 밀어내는 용도로 사용됩니다. 프로젝트 툰드라 (Project Tundra)라고 알려진 이 탄소 포획 및 분리 시스템의 실제 건설은 2022년부터 시작될 예정입니다. 시행사는 발전소의 운영사인 민코타 전력 조합 Minnkota Power Cooperative입니다. 


 원리는 간단합니다. 발전소에서 나온 배기 가스는 이물질을 제거한 다음 표면적으로 늘리기 위해 수많은 스테인레스 스틸 벽으로 되어 있는 흡수 장치로 들어갑니다. 이 흡수 장치에서는 이산화탄소와 결합하는 액체 아민 수용액 (liquid-based amine solution)이 나와 이산화탄소와 결합하게 됩니다. 이 화학물에 다시 열을 가하면 순수한 이산화탄소가 분리됩니다. 




(동영상) 


 발전소 측은 이렇게 해서 60만대의 가솔린 자동차가 배출하는 것과 맞먹는 이산화탄소를 제거할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 사실 석탄 발전은 여전히 저렴한 석탄을 사용해서 가격 경쟁력은 있지만, 미세 먼지와 각종 대기 오염 물질, 그리고 이산화탄소 배출의 주범으로 지목되면서 사양 산업화 되고 있습니다. 세계 각국은 환경 기준을 맞추고 온실 가스 배출을 줄이기 위해 태양광 및 풍력 같은 친환경 에너지 사용을 늘리고 있으며 그것만으로 충분치 않을 때는 천연 가스처럼 오염 물질과 이산화탄소 배출이 그나마 적은 화석 연료를 선호하고 있습니다. 최근 셰일 가스가 충분히 공급되면서 석탄 화력 발전은 점차 사양길로 접어들고 있습니다. 


 탄소 포획 및 저장 (carbon capture and storage (CCS))은 석탄 화력 발전소를 살릴 수 있는 대안 가운데 하나입니다. 배기 가스를 분리 저장하는 과정에서 자연스럽게 대기 오염 물질도 제거하고 이산화탄소도 제거할 수 있다면 다른 친환경 발전 수단과 경쟁이 가능합니다. 더구나 풍력이나 태양광처럼 발전량 변화가 많거나 계절적 특성을 띄지도 않고 밤에도 발전이 가능하다는 점에서 강점이 있습니다. 


 단점은 비용입니다. 현재 가동되는 석탄 발전소의 경우 자체 운용을 위해 발전 전력의 5-9% 정도를 소비하지만, CCS라는 추가 시설을 가동하는 경우 이 비율은 33%까지 치솟을 수 있습니다. 이는 당연히 추가 비용으로 이어집니다. MWh 당 발전 비용이 30달러에서 96달러까지 세 배 정도 치솟아 풍력 및 태양광보다 훨씬 비싸질 수 있는 것입니다. 


 하지만 발전소 측은 비용을 상쇄할 다른 방법이 있습니다. 이산화탄소 1톤 매립 당 50달러 정도의 비용 혹은 세금을 환급받는 것입니다. 프로젝트 툰드라를 통해 매년 350만톤의 이산화탄소를 매립할 수 있으며 12년 간 최대 21억 달러의 지원을 기대할 수 있습니다. 하지만 결국 누군가의 돈이 들어간다는 사실은 변하지 않기 때문에 장기적인 사업성이 있을지는 두고봐야 알 수 있습니다. 태양광의 경우에도 국가 보조금에 따라 민감하게 시장이 반응하기 때문입니다. 


 아주 좋은 해결책은 아닌 것 같지만, 만약 계획대로 된다면 2025년부터 이 시설이 가동될 것이라고 합니다. 과연 진짜 성공할 수 있을지 궁금합니다. 


 참고 



미국에서 코로나 19 대유행으로 지불하게 될 치료비는?



(Estimated COVID-19 coronavirus health care costs based on percent of US population infected. Credit: CUNY SPH)


 코로나 19로 인해 전 세계적으로 막대한 의료비 지출이 발생하고 있습니다. 특히 본래 의료비가 비싸기로 유명한 미국에서는 이에 대한 우려가 더 큰 상태입니다. 사라 바트쉬 (Sarah Bartsch, project director at PHICOR)가 이끄는 미국내 다기관 (Public Health Informatics, Computational, and Operations Research (PHICOR) team at the City University of New York (CUNY) Graduate School of Public Health and Health Policy (CUNY SPH) along with the Infectious Disease Clinical Outcomes Research Unit (ID-CORE) at the Los Angeles Biomedical Research Institute, Harbor-UCLA Medical Center and Torrance Memorial Medical Center) 연구팀은 코로나 19 대유행 예상 시나리오에 따른 직접 치료비 비용을 추정했습니다. 



 연구팀에 따르면 미국 인구의 20%가 감염된다고 가정할 때 1120만명이 입원하고 160만명이 인공호흡기 치료가 필요한 중증 환자일 것으로 예상됩니다. 이 경우 직접 의료비만 1634억 달러에 달합니다. 하지만 컴퓨터 시뮬레이션 모델에서 예측한 최악의 경우 1340만명 입원에 인공호흡기 사용 케이스가 230만 건으로 늘어날 수 있다고 예측했습니다. 그러면 비용은 2145억 달러까지 늘어날 수 있습니다. 



 만약 50%가 감염될 경우 2790만명이 입원하고 410만명이 인공호흡기 치료를 받아야 하며 1억 5620만일의 병실 입원이 필요할 것으로 추정됐습니다. 이 경우 직접 비용은 4088억 달러입니다. 미국 인구의 80%가 감염되는 최악의 경우 4460만명이 입원하고 650만명이 인공호흡기 치료를 받아야 할 수도 있습니다. 이 경우 직접 의료비는 6540억 달러입니다. 물론 직접 의료비는 코로나 19로 발생하는 엄청난 경제적 피해의 극히 일부일 뿐입니다. 비용 문제라면 사실 경제가 셧다운 되는 게 더 큰 문제입니다. 진짜 문제는 많은 사람이 죽게 된다는 것입니다. 



 현재 우리가 보고 있는 것과 같이 현재 상태에서도 병실과 중환자실이 부족하기 때문에 치료가 필요한 코로나 19 환자가 모두 다 치료를 받을 순 없습니다. 결국 적절한 치료를 받지 못해 상당히 많은 사람들에 사망하게 될 가능성이 높습니다. 코로나 19에 대한 특이적 치료제는 없지만, 자연 치유 과정에서 중태에 이르렀을 때 인공호흡기 치료 등 집중 치료를 받지 못하면 사망률이 올라가기 때문입니다. 



 이 연구 결과는 집단 면역이 코로나 19에 효과적인 대응책이 아니라는 사실을 보여줍니다. 집단 면역을 지닐 때까지 막대한 비용과 희생을 치뤄야 하기 때문입니다. 결국 백신이나 효과적인 치료제가 개발될 때까지 전파를 막기 위해 사회적 거리두기와 마스크 착용 및 개인 위생을 통해 유행을 최대한 막는 것이 현재까지 최선의 선택이라고 할 수 있습니다. 


 참고 


"The Potential Health Care Costs and Resource Use Associated with COVID-19 Coronavirus in the United States"Health Affairs (2020).



지구 온난화 덕분에 드러난 바이킹 시대 유물


(Upper left) an object interpreted as a tong (a clamp for holding fodder on a sled or wagon) dated to the Late Roman Iron Age; right) a similar, undated object, also from the pass area; lower left) a historical example from Uppigard Garmo, pre-dating c. 1950 (photographs: Glacier Archaeology Program & R. Marstein). Credit: Antiquity (2020). DOI: 10.15184/aqy.2020.2)


 노르웨이에서 지구 온난화로 인한 빙하 후퇴 덕분에 서기 300-1000년 사이 바이킹 시대 유물이 드러난 것으로 확인됐습니다. 노르웨이 인란데주 (Innlandet) 당국 및 노르웨이 과학기술 대학교, (NTNU University Museum in Norway), 케임브리지 대학의 연구팀은 노르웨이 남부에서 오랜 세월 빙하에 묻혀 있었던 바이킹 시대 유물을 발견해 저널 Antiquity에 발표했습니다. 


 연구팀은 노르웨이의 렌드브린 빙하 (Lendbreen glacier)가 후퇴한 지역에서 2011-2015년 사이 유물들을 발견했으며 이후 연구를 통해 그 가운데 60개는 300-1000년 사이 유물이라는 점을 확인했습니다. 연구팀에 따르면 이 지역은 험한 산악 지역으로 아마도 겨울철 얼어붙은 눈과 얼음 사이로 평탄해진 지역을 왕래했던 것으로 보입니다. 유물은 당시의 옷가지와 간단한 썰매 골격, 그리고 말에 사용되는 도구들이었습니다. 아마도 장거리 및 단거리 여행 두 가지 형태의 여행자가 있었던 것으로 추정됩니다. 다만 인간의 유골등은 발견되지 않았습니다. 


 이 유물들은 빙하위를 지나던 고대 바이킹들이 쓰고 버렸거나 잃어버린 물건일 가능성이 높습니다. 이후 눈과 함께 쌓여 빙하 속에 숨어 있었지만, 얼음이 녹으면서 그 모습이 드러난 것입니다. 지구 온난화가 가져다준 뜻밖의 선물이지만, 이렇게 얼음속에서 노출되었다는 사실 자체가 당시 존재했던 빙하가 더 이상 존재하지 않는다는 이야기도 됩니다. 생각하기에 따라서는 안타까운 일이라고 할 수 있습니다. 


참고 



Lars Pilø et al. Crossing the ice: an Iron Age to medieval mountain pass at Lendbreen, Norway, Antiquity (2020). DOI: 10.15184/aqy.2020.2

2020년 4월 27일 월요일

수백만년 동안 박쥐와 함께 공진화한 코로나바이러스


(A mother fruit bat with her nursing pup. These fruit bats (Rousettus madagascariensis) from Ankarana in northern Madagascar are from a species that carries a form of coronavirus. The researchers have been studying the population dynamics of this species superimposed on different zoonotic diseases for seven years. Credit: Olivà S. Noroalintseheno Lalarivoniaina)


 박쥐는 생태계에서 중요한 역할을 담당합니다. 많은 식물의 꽃가루를 옮겨 수정에 관여하고 과일을 씨앗과 함께 먹어 먼 거리까지 식물의 종자를 퍼트립니다. 또 모기처럼 인간에게 질병을 옮기는 해충을 잡아먹거나 농작물을 갉아먹는 곤충을 잡아먹습니다. 하지만 이런 기여에도 불구하고 최근 박쥐는 코로나바이러스의 숙주라는 사실 때문에 좋지 않은 이미지를 갖게 됐습니다. 다만 실제 어떤 경로를 통해 박쥐에서 왔는지, 그리고 진짜 박쥐에서 유래한 것이 맞는지를 포함해 많은 사실들이 베일에 가려 있습니다. 


 시카고 필드 박물관의 스티브 굿맨 (Steve Goodman, MacArthur Field Biologist at Chicago's Field Museum)과 인도양의 프랑스 영토인 레위니옹에 있는 레위니옹 대학 (Université de La Réunion)의 연구팀과 함께 아프리카 및 인도양 서부 지역에 서식하는 박쥐 36종, 1013마리에서 코로나바이러스를 채취했습니다. 이 가운데 8%에서 코로나바이러스가 검출되었는데, 코로나바이러스가 보통 만성 감염보다는 계절성으로 급성 감염을 일으킨다는 점을 생각할 때 비교적 높은 수치입니다. 


 흥미로운 사실은 코로나바이러스의 유전적 동일성이 주로 속(genus) 단위 혹은 과 (family) 단위로 나타난다는 것입니다. 같은 코로나바이러스를 지닌 집단이 여러 종으로 분화했다는 이야기로 코로나바이러스와 박쥐가 수백만 년 이상 공진화를 이뤘다는 이야기입니다. 이미 숙주에 잘 적응된 만큼 이 코로나바이러스는 박쥐에서 별다른 증상을 일으키지 않습니다. 기본적으로 숙주가 죽으면 자신도 증식을 할 수 없는 만큼 바이러스도 적응된 숙주에서는 큰 문제를 일으키지 않는 경우가 대부분입니다. 반면 이 코로나바이러스가 사람으로 넘어오면 심각한 증상을 일으키고 사망까지 이르게 할 수 있는 것입니다. 


 또 다른 흥미로운 사실은 같은 동굴처럼 좁은 환경에서 같이 서식하는 박쥐의 경우 종은 물론 속/과 단위에서 달라도 같은 균주의 바이러스를 보유한 경우가 있다는 것입니다. 이는 밀폐되고 가까운 거리에서는 종을 뛰어넘는 감염이 이뤄질 수 있다는 사실을 보여줍니다. 우리가 야생동물의 밀접 접촉을 가능한 피해야할 이유를 보여줍니다. 


 이번에 발견된 박쥐 코로나바이러스들이 인간에 감염될 수 있는지, 그리고 얼마나 위험한지는 밝혀지지 않았습니다. 다만 연구 과정에서 전염되는 상황을 막기 위해 철저한 격리 및 감염 관리가 필요할 것입니다. 위험성에도 불구하고 앞으로 우연 전파되는 바이러스 질환을 예상하고 대비하기 위해서는 바이러스 현황 파악이 반드시 필요하므로 연구는 계속되어야 할 것입니다. 


 참고 


Scientific Reports (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-63799-7

우주 이야기 1024 - 서로 다른 질량의 블랙홀 충돌을 관측한 LIGO/Virgo



(Binary black hole merger where the two black holes have distinctly different masses of about 8 and 30 times that of our Sun. Credit: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes project)



 중력파 검출 장치인 LIGO와 Virgo가 서로 다른 질량을 지닌 블랙홀의 합체를 관측했습니다. LIGO는 최초의 중력파 검출 이후 업그레이드를 거쳐 현재 중력파 천문학의 최전선에서 활약 중입니다. Virgo는 유럽 여러 나라가 협력한 중력파 검출 장치로 LIGO와 협업하고 있습니다. 현재 LIGO/Vigo는 세 번째 관측 활동 (operation)인 O3 결과를 내놓고 있습니다. 


 가장 최근에 내놓은 인상적인 결과는 태양 질량의 8배와 30배인 블랙홀의 충돌을 관측한 것입니다. GW190412라고 명명된 이 중력파 발생원은 지구에서 19-29억 광년 정도 떨어져 있으며 2019년 4월 12일 관측됐습니다. 사실 우주에는 서로 다른 질량을 지닌 블랙홀끼리 합체가 흔하지만, 관측 기기의 성능으로 그 가운데 극히 일부만 확인할 수 있었습니다. GW190412는 관측 시스템의 업그레이드를 통해 드러난 빙산 아래 부분이라고 볼 수 있습니다. 




(동영상) 


 연구의 리더인 막스플랑크 중력 물리학 연구소 (AEI)의 프랑크 오흐메 (Frank Ohme, leader of the Independent Max Planck Research Group "Binary Merger Observations and Numerical Relativity" at the Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI))는 GW190412의 중력파가 마치 오버튠된 뮤지컬 음악처럼 시끄럽다고 설명했습니다. 하지만 이런 특징 때문에 오히려 이전에는 관측이 어려웠습니다. 앞으로 관측 기기가 발전하면 훨씬 많고 다양한 형태의 중력파 검출이 가능해질 것으로 기대할 수 있는 대목입니다. 


 중력파 천문학은 이제 시작입니다. 중력파에 대한 이해가 과학을 어떤 곳으로 인도하게 될지 궁금합니다. 


 참고 


GW190412: Observation of a Binary-Black-Hole Coalescence with Asymmetric Masses, arXiv:2004.08342 [astro-ph.HE] https://arxiv.org/abs/2004.08342


대형 컨테이너 선박을 수소 연료전지로 움직인다?


(ABB and Hydrogene de France are teaming up to build enormous hydrogen fuel cell powertrains for large marine vessels. Credit: ABB)


 수소 연료 전지는 에너지 저장 밀도가 높고 공해 물질을 내놓지 않으며 에너지 전환 효율도 내연 기관보다 높다는 장점이 있습니다. 다만 수소라는 다루기 힘든 물질을 에너지원으로 사용한다는 점이 약점입니다. 동시에 현재 생산되는 수소가 대부분 화석 연료에서 나온다는 점도 문제점으로 지적됩니다. 하지만 그럼에도 미래 에너지 저장 수단 중 하나로 주목받고 있습니다. 수소는 물의 전기 분해를 통해 무제한으로 공급이 가능하고 공해도 없기 때문입니다. 

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 스위스/스웨덴의 자동화 및 기계 관련 대형 제조사인 ABB는 프랑스의 Hydrogène de France (HDF)와 손잡고 대형 컨테이너 선박에 수소 연료 전지 시스템을 도입할 계획입니다. 전력 계통 및 동력 계통은 ABB가 개발하고 대형 수소 연료 전지는 proton exchange membrane (PEM) 연료 전지 전문 기술을 보유한 HDF가 제공하는 방식입니다. 


 ABB에 따르면 트리플 E 클래스 머스크 컨테이너 선박 (Triple-E class Maersk container ship, 18000TEU급)을 움직이게 하기 위해서는 60MW급 에너지가 필요한데, 현재의 디젤 엔진은 시간당 8만 리터의 연료를 소비하고 있습니다. 이를 수소 연료 전지로 대체하면 상당한 오염 물질 배출을 줄일 수 있을 것으로 예상됩니다. 


 대형 컨테이너 선박의 경우 리튬 이온 배터리는 가능하지 않은 옵션입니다. 용량도 너무 커질 뿐 아니라 충전하는데 걸리는 시간도 길어지기 때문입니다. 수소는 다루기 위험하긴 하지만 연료 공급 속도는 기존의 화석 연료와 비슷하거나 더 빠를 수 있습니다. 별도의 고압 탱크에 수소를 저장하는 경우 사실 덩치가 큰 선박이 더 유리하기 때문에 수소 연료 전지 시스템이 더 적합하다고 할 수 있습니다. 


 다만 비용이나 안전성이 아직 검증되지 않았기 때문에 실물이 나와서 운용해야 앞으로 대형 선박용 수소 연료 전지 시스템의 성장 가능성을 판단할 수 있을 것입니다. 


 참고 


2020년 4월 26일 일요일

코로나 19 환자의 비대면 접촉을 위한 보스턴 다이나믹스의 스팟 로봇






(출처: 보스턴 다이나믹스)


 다양한 로봇을 개발하는 보스턴 다이나믹스가 코로나 19를 위한 비대면 비접촉 진료를 위해 소형 사족 보행 로봇인 스팟을 사용하는 방법을 개발했습니다. 스팟에 아이패드와 카메라, 스피커를 탑재한 채 환자와 의사가 비대면 접촉을 하는 것입니다. 뭔가 장난 같기도 하지만, 보스턴 다이나믹스는 나름 진지하게 접근하고 있습니다. 이 로봇은 앞으로 수주에 걸쳐 보스턴 병원에서 실제 원격 진료에 투입될 예정입니다. 주로는 경증 환자를 비대면 접촉하는 용도로 생각됩니다. 


 현재는 단순 비대면 접촉에서 사용되고 있지만, 보스턴 다이나믹스는 앞으로 열화상 카메라를 통한 체온 측정 등 다양한 기능을 통합할 계획입니다. 더 나아가 자외선으로 병실을 살균 소독하는 별도의 로봇 개발도 고려하고 있습니다. 


 제조사의 의도는 알겠는데, 로봇 개에 사람 얼굴이 있으니 뭔가 기괴한 느낌이 드는 건 사실입니다. 꼭 사람의 정신이 로봇 개에 이식된 것 같은 느낌이랄까요. 아무튼 괴상한 모양이라 포스팅 하고 싶었습니다. 


 참고 



유럽 자체 고성능 서버 칩을 개발하는 SiPearl




(출처: SiPearl)


 프랑스에 있는 ARM 기반 HPC 프로세서 개발사인 SiPearl이 유럽 연합의 유럽 프로세서 계획(European Processor Initiative project)에 참여해 차세대 서버칩을 만든다고 발표했습니다. 우리에게는 생소한지만, 유럽 연합 역시 미국 및 중국처럼 엑사스케일 슈퍼컴퓨터 개발 계획을 지니고 있으며 이를 위해 ARM 기반의 네오버스 칩 아키텍처를 사용할 계획입니다. SiPearl은 제우스 (Zeus)로 명명된 ARM 기반 차세대 서버칩 아키텍처를 사용합니다. 아마존이 그라비톤 2를 개발하고 암페어나 마벨 역시 이 시장에 뛰어든 데 이어 유럽 연합도 슈퍼컴퓨터 및 서버 칩 경쟁에 뛰어든 것입니다. 






 현재까지 구체적인 성능은 공개된 것이 없지만, 일단 유럽 연합에서 자금을 지원받으면 개발비가 부족하지는 않을 것으로 보입니다. 2021년에 레아 (Rhea) 패밀리로 불리는 1세대 프로세서가 나온 후 2021-2022년 사이 범유럽 연구 플랫폼과 인공지능을 위한 HPC가 첫 모습을 드러낼 것이라고 합니다. 2세대인 크로노스 (Cronos) 패밀리는 2022-2023년 사이 등장할 예정입니다. 


 아직은 로드맵 뿐이고 실물이 나온 것이 없어 결과물을 기다려봐야 하겠지만, 유럽산 슈퍼컴퓨터 및 서버칩 계획도 나름 흥미로운 소식입니다. 


 참고 


에어버스가 개발하는 자동화 공중 급유 시스템


(The A3R system automatically handles the entire air-to-air refueling operation. Credit: Airbus)


 앞서 소개한 것처럼 미 해군은 항공모함에서 운용할 수 있는 무인 공중 급유기인 보잉 MQ-25 스팅레이를 개발하고 있습니다. 그런데 무인화의 이점은 항공모함에서만 누릴 수 있는 것은 아닙니다. 에어버스 역시 Airbus Multi-Role Tanker Transport (MRTT) 공중 급유기의 일부 기능을 무인화 시킬 계획입니다. 




 MRTT는 붐 방식의 공중 급유 air-to-air refueling (A3R) 시스템을 사용하고 있습니다. 그런데 고속으로 비행하는 두 항공기에 장대 같은 붐 프로브를 결합시키는 과정은 사실 매우 위험한 일로 숙련된 오퍼레이터와 파일럿이 필요합니다. 이 기술을 숙달하는데만 상당한 시간이 필요하지만, 여전히 사람의 실수로 인한 사고 위험이 존재합니다. 


 에어버스가 개발한 자동화 시스템은 공중 급유기에서 붐 시스템을 정확히 항공기 주유구에 삽입하고 유지하는 과정을 자동화해서 숙련된 오퍼레이터의 필요성을 줄이고 사람의 실수로 인한 사고 가능성을 줄였습니다. 오퍼레이터는 단지 감독만 하고 붐 시스템을 다른 항공기에 삽입한 후 연료를 공급하고 안전하게 제거하는 일 모두 기계가 알아서 합니다. 


 에어버스는 올해 초 포르투갈 공군의 F-16 전투기에 이 기술을 테스트했습니다. 45시간의 비행 시간 동안 총 120회의 연료 주입 테스트 (실제 연료는 주입하지 않았음)가 이뤄졌으며 모두 성공적으로 마무리되었습니다. 에어버스는 실제 연료를 주입하는 테스트를 진행한 후 내년에 이 시스템이 실전에서 사용될 수 있도록 인증 작업을 진행한다는 계획입니다. 순조롭게 진행될 경우 오퍼레이터의 부담을 덜 뿐 아니라 장기적으로는 대형 무인 공중 급유기의 등장도 가능할 것으로 예상됩니다. 


 참고