기술동향
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고속자기부상열차의 “동력 심장” 핵심 기술 파악

최근, 중국 중처주저우(中车株洲)유한회사(CCRC)가 참여한 중국 "13차 5개년 계획" 중점개발 계획 "고속자기부상 교통시스템 핵심기술 연구" 서브 프로젝트가 이미 긴고정자(지상 1차, long stator) 직선형전동기와 서스펜션 전자석 독자 개발에 성공하여 시속 600km 자기부상열차 시제품에 응용되어 양호한 운행상태를 보였다. 이는 중국의 고속자기부상열차 핵심기술이 세계 선두를 달리고 있음을 의미한다. 고속자기부상열차와 중저속자기부상열차는 전기구동에 대한 요구가 서로 다르다. 중저속자기부상열차는 주로 접촉망을 통해 전력을 공급받는데 이런 전력공급 방식은 고출력 고속자기부상열차의 안정적인 전력 공급을 보장할 수 없다. 또한, 열차가 지면에 부착하여 고속 "비행"하기 때문에 열차 자체의 중량을 최대한 감소시켜야 한다. 연구팀은 긴고정자 직선형전동기를 개발하여 중저속자기부상열차의 차상 1차(short stator) 직선형전동기의 "고정자"를 차체에서 궤도로 옮겨 지상 전력공급 설비가 직접 전력을 공급하게 함으로써 안정적인 전력공급을 확보했다. 고출력 인버터도 열차에서 지상으로 옮겨 열차의 자체 중량을 대폭 감소시켰다. 해당 긴고정자 직선형전동기는 고속 운행하는 열차의 고출력 요구를 충족시킴과 아울러 열차에 부상력과 견인력을 제공한다. 중저속자기부상의 차상 1차 구조와 비교해 긴고정자는 동시 제어 방식을 이용하여 전동기 효율을 20 % 향상시키고, 전동기 전압을 10 % 이상 향상시켰다. CRRC는 긴고정자 직선형전동기, 부상, 가이드 및 브레이크 전자석 기술과 엔지니어링 제조 연구에 초점을 맞추고 3년간 독자 개발을 진행하여 3D 시뮬레이션플랫폼, 유한요소시뮬레이션플랫폼, 온도장 시뮬레이션 플랫폼, 시험 검증, 공정 검증 등 분야에서 단계적 성과를 이루었고 고속자기부상열차 전동기 구동의 핵심 기술을 보유했다.

랴오닝훙옌허원자력발전소, 3호 발전세트 주요설비 국산화

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2015년 8월 16일 18시 26분, 랴오닝(遼寧)훙옌허(紅沿河)원자력발전소 3호 발전기 세트가 168시간의 시운전 테스트를 마치고 상업 운행에 필요한 조건을 갖추게 되었다. 본 발전기 세트를 추가한 후, 중국 대륙지역에서 운행 중이거나 상업적 운행 조건을 갖춘 원자력발전기 세트는 26대로 증가하였으며 운행 중이거나 건설 중인 발전기 세트는 총 51대로 세계 3위를 차지하게 되었다. 168시간의 전출력 시운전은 새로운 대형 발전기 세트가 상업적 운행에 사용될 수 있는 필수적인 조건이다. 훙옌허원자력발전소는 중국 동북지역에서의 첫번째 대형 상업용 원자력발전소로서 1기 공정에서는 4대의 백만kW급의 발전기 세트를 건설하였고 2기 공정에서는 두 대의 백만kW급의 발전 세트를 건설하였다. 그중 1, 2호 세트는 각각 2013년 6월 6일, 2014년 5월 13일에 상업 운행에 투입되었으며 안정적인 운행 기록을 유지하고 있다. 4호 세트는 현재 계획대로 추진 중에 있으며 5, 6호 세트는 올해 3월 29일과 7월 24일에 착공하여 현재 토목 공사 중이다. 훙옌허원자력발전소 6대의 발전기 세트가 모두 완공된 후, 연간 on-grid 전기량은 450억kW에 도달할 수 있는데 이는 2014년 다롄시 연간 전기 사용량의 1.5배이다. 훙옌허원자력발전소의 건설은 중국 핵발전의 자주화, 국산화 수준을 한층 더 업그레이드 시켰다. 1기 공정에서 종합적 국산화율은 80%에 도달하였으며 원자로 압력 용기(Reactor pressure vessel), 증기 발생기(Steam generator)등 일차계통(Nuclear Island)의 주요 설비는 이미 국산화를 실현하였다.

글로벌 항법 위성 별자리의 자율 운행 핵심 기술 확보

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2015년 7월 25일에 발사한 19번째 북두항법위성이 약 10일 동안 우주에서 운행한 후 자율 운행 기능을 구동하였으며, 또한 동시에 발사한 18번째 북두항법위성과 위성간 링크(Inter satellite links)를 구축하여 우주에서 서로 “손을 잡았다”. 이는 중국에서 성공적으로 글로벌 항법 위성 별자리의 자율 운행 핵심 기술을 확보하였음을 의미하며, 글로벌 위성 항법 시스템의 실현에 튼튼한 토대를 마련하였다. 차세대 북두 2중성(double star) “형제”는 속도, 정밀도, 무게 등 지표에서 “형님누나”들 보다 더욱 우수할 뿐만 아니라 자율 운행을 실현할 수 있다. 중국우주과학기술그룹회사(CASC) 제5연구원은 차세대 북두 2중성 개발에서 위성간 링크, 자율 항법, 종합 전자 서브시스템, 위성 플랫폼 등 면에서 핵심 기술을 확보하였다. 망망한 우주에서 2개 작은 위성의 정확한 “만남”은 쉽지 않다. 이에 대비해 제5연구원은 새로운 혼합형 시스템의 위성간 링크 방안을 제안하고 자체 지적재산권을 확보한 위성간 링크 네트워크 프로토콜 및 시스템 방안의 설계를 구현하였다. 또한 공간 위상배열 안테나 기술 등에서 어려움을 극복하고 우주에서 안정적이고도 정확한 북두위성의 “만남”을 실현하였다. 위성 사이의 하드웨어가 연결된 후 소프트웨어의 실시간 연결 및 “대화” 실현은 자율 항법 기술의 핵심이다. 자율 항법 기술로 우주에서 항법 위성의 원격 조정 그리고 독립적인 항법 임무 실행을 실현할 수 있으므로 사용자들에게 고정밀도 항법 서비스를 제공할 수 있다. 제5연구원 총부는 2000년부터 별자리 자율 항법 기술 연구를 진행하였으며, 자체적으로 위성에 탑재할 수 있는 자율 항법 소프트웨어를 개발하였다. 북두항법위성에 처음으로 사용한 종합 전자 서브시스템은 북두 2중성의 “고지능”을 확보하였다. 제5연구원에서 개발한 이 서브시스템은 자주적 항법 알고리즘, 위성간 네트워크 처리 등 많은 중요한 기능을 집성한 “슈퍼 관리자”로써 2중성의 종합 전자 서브시스템의 정보집적도를 대폭 향상시켜 위성의 전반적인 효율을 높였다. 북두 2중성에 처음으로 강건성 트러스 구조(trussed structure)의 위성 플랫폼을 사용하여 북두위성의 “지적 발달”에 전반적인 보장을 제공하였다. 해당 플랫폼은 직접 궤도 진입식 다중 위성 발사 요구에 적합하였고, 북두항법위성 내부의 유효 하중 배치를 집성화하였으며, 동시에 경량화, 설치 및 분해 간단성, 구조 통용성 등 방면의 성능이 우수하였다. 그리고 해당 플랫폼의 유효 면적이 크므로 설비 설치 효율이 높고, 호환성이 더욱 우수하였다.

독자 개발한 3세대 원자로 해외시장 개척

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국방과학기술공업군민융합발전성과전에서 발표된 정보에 의하면, 중국핵공업그룹과 중국광동핵그룹이 공동개발한 3세대원자로기술 "화룽1호"가 국방과학기술공업군민융합발전기술혁신상을 수상했다. 화룽1호는 중국의 30년 정도의 원자연구, 설계, 제조, 건설, 가동의 경험을 바탕으로, 세계3세대원자로기술의 선진적인 이념을 참고로 개발되었다. 완전히 독자적인 지적재산권을 가진 제3세대 원자로브랜드이다. 이 기술은 높은 안전성, 선진성, 경제성을 가지고 세계최고수준에 도달하였다. 중국핵공업그룹은 현재, 영국, 아르헨티나, 이집트, 브라질 등의 유럽, 중남미, 아프리카, 남아프리카의 약 20개국과 원자로기술의 협력을 전개하고 있다. 화룽1호는 해외에서 이미 뿌리를 내리고 있다. 화룽1호의 첫번째 국산화율은 85%에 도달했다. 설계상의 사용수명은 60년간으로, 18개월마다 연료봉의 교환을 시행한다. 발전소의 이용률은 90%에 달한다. 화룽1호을 수출하는 경우에는 설계, 제조, 시공, 기술보조는 중국 내에서 제공된다. 원자로 한 기마다 약 1,000억위안의 영업액이 창출가능하다.

중국공정물리연구원, 우라늄 이용률을 90%까지 높일 수 있는 신개념 원자로 설계

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2015년 7월 14일 중국공정물리연구원 핵물리·화학연구소 융합-분열 혼성로 연구센터는 열출력이 3,000 메가와트(MW)에 달하는 Z핀치 융합-분열 혼성로 개념 설계를 기본적으로 완성하였다. 이 혼성로는 융합로와 분열로 사이의 준임계 원자로로서 100년 밖에 유지하지 못하는 핵연료 고갈 시간을 수천년으로 연장시킬 수 있다. Z핀치 융합-분열 혼성로의 주체 부분은 Z핀치 핵융합로 노심, 핵분열 블랭킷(blanket), 삼중수소 발생 블랭킷, 연료 순환 시스템 등으로 구성된다. 핵융합로 노심에서 멀티펄스 드라이버가 발생하는 60메가 암페아 강전류는 강력한 로렌츠힘을 생성하여 핀치 효과를 발생한다. 해당 효과는 제어 열핵융합에 필요한 초고온, 초고밀도 상태를 형성하여 중수소-삼중수소 연료를 함유한 융합 반응용 펠릿(pellet)을 가열 및 압축하는 한편 제어 가능한 열핵융합반응을 유도하여 대량의 고에너지 융합 중성자를 출력한다. 고에너지 융합 중성자의 작용아래 핵융합로 노심 주변에 에워싸인 U-238은 분열반응을 일으켜 안정적이고 제어 가능한 거대 에너지를 발생한다. 핵분열 블랭킷에서 누설되는 중성자는 삼중수소 형성에 이용됨으로써 연료 순환 시스템 중 삼중수소의 자가 컨트롤 순환을 실현한다. Z핀치 융합-분열 혼성로는 동일한 규모의 에너지를 발생하는 상황에서 핵융합의 출력, 재료의 방사 저항, 삼중수소 자원 소모 등을 큰 폭으로 낮출 수 있다. 또한 열화우라늄/사용후 핵연료의 사용과 마이너 악티나이드 변환(minor actinide transmutation)을 동시에 고려하여 우라늄 이용률을 90% 이상으로 높일 수 있다. 이 외, 핵분열 연료 순환 공법의 흐름은 간단하며 인출된 연료는 핵분열 가스 제거를 통해 재생할 수 있으므로 연료의 폐쇄회로 이용을 구현하였고 사용후 핵연료를 생성하지 않으며 오염배출을 저감시켜 핵확산 방지에도 도움이 된다. 블랭킷은 준임계와 양호한 열전달 설계를 채택함으로써 좋은 임계 안전성과 잔여열 안전성을 보유한다. 융합-분열 혼성로 구상은 2009년에 중국공정물리연구원의 펑셴줴(彭先觉) 원사에 의해 제안되었고 2012년 1월부터 프로젝트 논증 관련 연구계획을 시작하였으며 3년간의 설계 논증을 거쳐 창의성적인 Z핀치 구동형 융합-분열 혼성로 방안을 내놓기에 이르렀다. 계획에 따르면 2015년을 전후하여 Z핀치 융합-분열 혼성로의 물리적 설계를 마무리하고 2020년 전후로 핵심기술을 위한 실험 연구 플랫폼을 구축하며 2030년 전후로 시스템을 통합한 실험 연구 원자로를 건설한다. 실험 연구 원자로에 대한 총체적 시험 연구, 시스템 최적화, 개선, 업그레이드를 통해 상용 시범성 원자로를 건설하고 핵융합 에너지원의 조기 상용화를 실현함으로써 중국의 지속가능한 에너지 발전에 경쟁력 있는 기술 옵션을 제공한다.

중국과학원 쿤밍동물연구소, 알츠하이머의 유전적 감수성 인자 발견

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최근, 중국과학원 쿤밍동물연구소 야오융강(姚永剛) 연구팀과 중국과학원 자동화연구소 장톈짜이(蔣田仔) 연구팀은 중국 알츠하이머 개체군의 감수성에 영향을 미치는 주요 요인이 기존에 보고된 유럽인 개체군의 면역 감수성 유전자가 아니라 노인성 황반 변성 유전적 감수성과 아주 큰 연관성이 있는 주요한 면역 유전자, 즉 보체 인자H(complement factor H [CFH])라는 것을 발견하였다. 해당 연구 성과는 신경정신질환잡지 “Neuropsychopharmacology”에 발표되었다. 알츠하이머병(Alzheimer's disease, AD)은 초로기와 노년기에 발생하는 일종 신경 퇴행성 질환이며 주요한 증상에는 기억상실과 인지장애 등이 포함된다. AD 발병 메커니즘에 관한 다양한 가설이 존재하기는 하나 구체적인 발병 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 현재 국제적으로 진행되고 있는 대규모의 AD 유전 연구를 통하여, 유럽인 개체군으로부터 20여개 주요한 AD 감수성 유전자/감수성 변이 부위를 발견하였는데, 그 중 면역 유전자가 아주 큰 비율을 차지하는 것으로 나타났다. 전 유전체/엑솜 시퀀싱을 통하여 2개 가장 중요한 AD 감수성 유전자-TREM2과 PLD3이 발견되었다. 야오융강 연구팀은 초기 연구를 통하여 유럽인으로부터 식별해낸 주요한 AD 감수성 유전자에서PICALM과 BIN1 유전자만 아시아인 중의 AD 발병 위험과 뚜렷한 상관관계를 갖고 있음을 발견하였다(Mol. Neurobiol 2014.) 야오융강 연구팀과 장톈짜이 연구팀은 중국 2개 지역의 AD 사례 대조군과 장수군을 기반으로, AD 관련 면역 유전자의 일반 변이에 초점을 맞춘 체계적인 분석을 통하여 유럽인 개체군의 중요한 면역 감수성 유전자가 중국인 개체군의 AD 유전적 감수성에 큰 영향을 미치지 않으며 이미 보고된 노인성 황반 변성의 유전적 감수성과 아주 큰 연관이 있는 하나의 중요한 면역 유전자, 즉 보체 인자H가 중국 AD 개체군의 감수성 위험과 아주 뚜렷한 연관이 있다는 것을 발견하였다. 해당 결과는 연구팀이 연구한 2개 독립 샘플을 통하여 검증되었으며, 동시에 세계 범위 내 샘플의 추출 분석을 통하여 검증되었다. 중국 청년대학생 지원자에 초점을 맞춘 유전 영상 분석을 통하여, CFH 유전자의 AD 위험 대립 유전자 보유자가 후각 피질의 두께와 연관이 있으며, 나이가 상대적으로 어릴 때 비교적 두꺼운 후각 피질을 갖고 있다는 것을 발견하였다. 알츠하이머병 신경영상계획(Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative)데이터를 기반으로 분석한 결과, 노화 과정 및 AD 발병 과정에 위험 대립 유전자 보유자는 대조군에 비해 뇌 위축률이 뚜렷하게 높아지고 뇌척수액 중의 아밀로이드 발현 수준이 뚜렷하게 증가하며 인지 능력이 뚜렷하게 저하되는 것으로 나타났다. 세포 실험에서 과발현 Aβ 전구체 유전자 APP 혹은 PSEN1 돌연변이체는 CFH 발현을 증가시켰으며, 세포를 Aβ로 직접 처리하였을 때에도 이와 같은 현상을 관찰할 수 있었다. CFH 유전자 및 그 유전체 인근영역에 초점을 맞춘 분자 진화 분석은 해당 AD 위험 대립 유전자가 유기체 항감염 능력의 증가로 인하여 개체군에 의해 양적 선택되며, 이로부터 개체군에 보존된다는 것을 제시하였다. 해당 연구는 진화의학 관점으로부터 인류 복잡 질환의 1개 증례를 해석하였으며, 감수성 질환의 유전 기초를 해석하였다. 또한 야오융강 연구팀의 장덩펑(张登峰)은 최근 전 유전체 시퀀싱 분석을 통하여 발견된 AD 위험 유전자 PLD3에 초점을 맞추어, 희귀 기능성 변이의 구조를 시뮬레이션하였으며, 다중 개체군의 추출 분석 및 PLD1과 PLD2의 발현 프로필, 유전적 연관 등 해당 유전자에 소속된 기타 유전자 패밀리 구성원에 대한 다층면 종합 분석을 진행하였다. 연구 결과, PLD3 유전자의 희귀 변이 p.V232M는 기능성 변이에 속하였으며, PLD3단백질의 구조와 활성에 영향을 미칠 수 있었으며, AD 발병 위험을 유발하였는데, 그 위험은 전 유전체 관련 분석에서 발견된 일반 변이의 효과에 비해 약간 높았다. 또한, 패밀리의 또 다른 구성원 PLD2 유전자의 변이 및 발현 수준은 AD 위험과 연관이 있었다. 그러나 중국의 18개 가족성 AD 가계의 발단자를 연구대상으로 진행한 PLD1, PLD2, PLD3의 전 유전체 엑손 시퀀싱에서는 희귀 기능성 변이가 발견되지 않았으며, AD 위험에 미치는 영향도 개체군에 따른 특이성을 나타냈다. 그러므로 중국인 개체군의 AD와 관련되는 희귀 기능성 변이에 대한 더 많은 연구가 필요하다. 해당 연구 작업은 최근 “Molecular Neurobiology”에 발표되었다.

중외과학자, 글루카곤 연구에서 획기적 성과 올려

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최근, 중국과학원 상하이(上海)약물연구소 장화량(蔣華良)과 왕밍웨이(王明偉) 연구팀은 미국 서던캘리포니아대학교 Raymond C. Stevens, Scripps연구소 Patrick Griffin, Bridget Carraghe, 네델란드 암스테르담자유대학교 Chrisde Graaf, 상하이과학기술대학교 iHuman연구소의 쑹가오제(宋高傑) 등 실험실과의 협력을 통해 전체 길이 글루카곤 수용체의 분자동력학적 시뮬레이션을 기반으로 해당 수용체의 세포외 영역과 막관통 영역의 동적 변화 패턴을 제시하였으며, 리간드 결합과 기능성 실험을 통해 해당 동적 과정을 검증하였다. 또한 전자 현미경, 수소와 중수소의 교환 현상(hydrogen/deuterium exchange), 이황화 결합 가교와 질량 스펙트럼 기술을 결합하여 해당 수용체에 “열린” 분자와 “폐쇄”된 분자 등 두 가지 분자 형태가 존재한다는 것을 발견하였다. 이 발견은 해당 수용체 자체 및 기타 B형 G단백질 공역수용체의 전체 길이 구조 해석, 기능 연구와 약물 발견을 위하여 기반을 마련하였다. 이 공동 연구 성과는 2015년 8월 2일 세계 저명한 과학 학술지 “Nature Communications”에 온라인으로 게재되었다. G단백질 공역수용체(GPCR)는 다양한 질환과 연관이 있으며 약 40%의 현대 약물이 해당 수용체를 표적으로 삼고 있다. B형 G단백질 공역수용체 패밀리의 구성원인 글루카곤 수용체는 비만, 공복혈당장애와 제2형 당뇨병의 발병 메커니즘에서 중요한 역할을 하고 있다. 2년 전 왕밍웨이 연구원과 Raymond Stevens 교수가 이끄는 공동 연구팀에 의해 해석된 글루카곤 수용체 내 막관통 영역의 3차원 구조는 G단백질 공역수용체 연구 분야의 대표적인 성과로 꼽히고 있다. 그러나 글루카곤 수용체와 같은 B형 GPCR의 전체 길이 구조는 해석되지 않았는데, 이는 해당 유형 수용체의 형태 변화와 기능 사이의 관계에 대한 인식을 제한하고 있다. 장화량과 왕밍웨이는 상하이약물연구소의 연구팀과 함께 전체 길이 글루카곤 수용체에 대한 분자동력학적 시뮬레이션 연구와 기능성 실험 검증을 진행하여 해당 수용체에 열린 상태와 폐쇄된 상태의 두 가지 형태가 존재한다는 것을 발견하였다. 즉 리간드 결합 시, 세포외 영역과 막관통 영역은 상대적으로 독립적이며, 열린 상태를 나타냈다. 리간드가 존재하지 않을 경우, 무부하 수용체의 세포외 영역은 막관통 영역을 향하여 기울었고 후자의 세포외 루프와 상호작용을 하였으며 수용체는 폐쇄된 상태를 나타냈다. 이는 글루카곤이 형태 선택성을 통하여 수용체와 결합한다는 것을 입증한다.

기존의 신장암약으로 알츠하이머병 치료 가능

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최근, 중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소 분자반응동력학국가실험실 리궈후이(李國輝) 과학연구팀은 다롄이공대 양융량(楊永亮) 과제팀과 협력하여 세계 최초로 신장암약인 파조파닙(pazopanib)으로 알츠하이머병을 치료할 수 있음을 발견하였다. 이 발견은 신약을 연구 개발하고 기존 약물로 신약을 재창출하는데 새로운 경로를 제공하였다. 관련 연구 성과는 세계 저명한 화학 학술지 “Chemical Science”에 발표되었다. 인체 내 몇 십만 가지 다양한 유형의 단백질과 생물분자를 표적으로 하였을 때, 약물 분자가 식별하고 작용할 수 있는 대상이 유일하지 않다. 그러므로 한가지 질환을 치료할 수 있는 약물 분자가 다른 한가지 생물 단백질 표적과 상호작용을 함으로써 의외의 치료 효과를 얻을 수도 있다. 현재 기존 약물의 새로운 기능 혹은 새로운 치료 효과의 연구에 초점을 맞춘 과제가 세계 약물 과학연구의 핫이슈로 부상하고 있다. 세계 신약 연구 동향을 기반으로, 리궈후이 연구팀은 컴퓨터와 다중스케일, 다정밀도 이론적 계산방법을 결합하고 생물 표적과 약물 분자 자체의 3차원 물리화학적 특성의 유사성 및 분자동력학적 시뮬레이션과 몬테카를로 기법을 충분히 고려하여 다롄이공대 양융량 과제팀 등 여러 학과 실험실과 밀접한 협력을 진행함으로써, 최초로 미국 식품의약국 약물데이터베이스에 등록된 신장암약-파조파닙이 알츠하이머병의 약물 표적 단백질과 결합할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 장기적 스케일의 분자동력학적 시뮬레이션과 대규모의 몬테카를로 기법을 통하여 이러한 결과를 확인하였다. 단백질과 약물 결합 능력에 대한 실험 및 질환 모델 동물을 이용한 약리 실험을 통해 파조파닙이 실험용 생쥐의 증상을 뚜렷하게 완화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 약물 사용량이 기존의 1/5밖에 안되는 것을 발견하였다. 이 발견은 향후 알츠하이머병 치료를 위한 새로운 기법을 제시하였으며 또한 환자의 약물 복용량도 대폭 줄임으로써 약물의 독성 부작용을 낮출 수 있다는 것을 의미한다.

푸단대, 유전자 변형을 통한 외상성 뇌손상 치료에서 획기적 성과

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푸단대학교 의학신경생물학국가중점실험실의 수석 과학자 천쥔(陈俊) 교수는 미국 피츠버그대학교와 알버트·아인슈타인의과대학의 전문가와 함께 5년 동안의 연구 끝에 유전자 변형(genetic modification)을 통한 외상성 뇌손상 치료에서 획기적인 성과를 거두었다. 해당 연구 성과는 국제 권위학술지인 “Proceedings of the National Academy of Sciences”에 발표되었다. 인간의 뇌는 실질적으로 뇌회백질과 뇌백질로 구분되는데 뇌회백질은 각종 명령을 수신/발송하는 기능을 갖고 있으며 뇌백질은 각종 신경 신호를 전달하는 역할을 한다. 뇌가 중도 또는 심각 수준의 외상을 입을 경우, 신경세포의 회백질 손상 뿐만 아니라 심각한 뇌백질 손상을 초래하며 신경 신호의 전달을 파괴하여 신경 기능의 장기적 결손에 의한 마비와 치매를 유발한다. 기존의 연구에 의하면 염증 반응은 외상후 뇌의 이차적 손상에서 중요한 역할을 한다. 뇌 손상후, 손상 부위의 각종 신호 미세환경은 대식세포와 미세아교세포에 서로 다른 분극화를 발생시켜 백질 손상과 신경 기능 결손을 초래한다. 전통적 치료 이념에 의하면 모든 유형의 미세아교세포를 억제하여 치료 목적을 달성하였는데 그 효과는 이상적이지 못하였다. 따라서 뇌손상 메커니즘을 연구하고 효과적인 신경보호 약물을 발굴하는 것은 여러 나라 과학자들의 연구 초점이 되었다. 천쥔 교수가 이끄는 연구팀은 장기간의 연구를 통해 유전자 변형만으로도 미세아교세포의 분극화 상태를 간섭할 수 있다는 것을 발견하였다. 구체적으로 뇌가 외상성 손상을 입은 후, 체내의 히스톤 탈아세틸효소(histone deacetylase, HDAC)를 억제함으로써 뇌백질을 장기적으로 보호하고 체내 신경미세섬유단백질의 비정상적 파괴를 감소하며 대뇌 신경섬유 보호층을 증가시켜 신경 전달 시스템을 개선한다. 이외, 외상성 뇌손상 시간이 연장됨에 따라 뇌백질 손상 수준은 점차 가중되는 한편 뇌 보호 세포의 사망을 가속화시키는 M1형 미세아교세포는 증가하고 뇌 보호를 촉진하는 M2형 미세아교세포는 감소하는 것을 발견하였다. 연구팀은 HDAC 억제제 주사를 통해 미세아교세포와 대식세포의 분극화를 뇌 보호에 유익한 M2형 미세아교세포를 발현하는 방향으로 바꾸고 이를 통해 외상성 뇌손상의 염증을 완화하고 뇌백질의 완전성을 유지하였다. 해당 연구 성과는 외상성 뇌손상 치료에 중요한 의미가 있으며 중국 국가 발명특허를 신청하였다.

톈진대학교, 광에 민감한 분자/나노템플레이트 복합구조 설계

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최근, 톈진(天津)대학교 펑웨이(封偉)교수가 이끄는 과학연구팀은 세계 최초로 광감성 분자/나노템플레이트 복합구조를 설계하였으며, 새로운 단일/이중 분지 아조벤젠 분자의 공유결합 접목 그래핀 하이브리드 재료를 제조하였다. 이는 분자수준의 광열에너지 저장 및 통제 방출이 가능한 어려운 점을 해결하여 미래 태양에너지의 고에너지, 장기적 저장과 전환에 중요한 재료기초와 설계방향을 제공하였다. 관련 성과는 재료화학분야 저널 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 온라인판으로 발표되었다. 태양열의 직접전환과 저장기술은 기존의 에너지 이용방법을 완전히 뒤엎은 청정 안정 에너지 자원을 제공하는 새로운 기술이다. 그 가운데 분자수준의 화학 축열부재의 가공 기술이 연구적 이슈와 어려운 점으로 되어 왔다. 펑웨이 연구팀이 제조한 아조벤젠/그래핀 하이브리드 재료는 새롭고 또 직접 ‘광에너지저장-열에너지 방출’을 진행할 수 있는 분자수준의 화학 축열부재이다. 실험결과, 아조벤젠/그래핀 하이브리드 재료의 축열 밀도는 138 Wh/kg로써 기존 해당 유형 재료 축열 밀도의 2~3배에 달하며 현재 세계에서 보고된 최고값이다. 해당 재료는 뛰어난 광저장열순환특성과 통제방출가능한 특성을 갖고 있으며 50차례의 광저장열순환을 구현할 수 있는데 이는 4~5년 연속 사용할 수 있음을 의미한다. 연구팀은, 마치 그래핀에 ‘광스위치’를 설치한 것과 같이 아조벤젠을 그래핀과 접목시킴으로써 광에너지의 제어 방출을 구현하였다. 따라서 그래핀은 ‘눈’으로 형용할 수 있는 아조벤젠으로 광을 ‘보고’ 또 광을 조절하여, ‘순종’적으로 광에너지를 흡수하고 저장하여 열에너지 형태로 방출한다. 현재, 연구팀은 광축열부재의 분자 구조를 더 한층 최적화하고 분자수준의 광축열소자를 구축하고 있다. 이러한 소자는 향후 항공우주, 자동차, 자가적응 보온의복 등 열에너지와 온도조절을 수요하는 시스템에 열에너지를 수송하여 에너지 자원 공급 효율을 향상시킬 수 있다.

인공지능 “줜싱” 로봇, 2017년 대학 입시 시험에 응한다

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5월4일, 청두줜싱윈과학기술유한회사에서 개발한 지능측정로봇 “줜싱 지능측정 및 학습플랫폼”이 처음으로 청두 첨단과학기술산업개발구에서 선을 보였다. 이 로봇은 수학분야에서 학생들의 노트를 수집할 수 있을 뿐만 아니라 인공지능으로 자동 채점, 학습 상황을 진단 및 분석 을 할 수 있다고 한다. 연구팀에 의하면 내년 전국 대학 입시시험 수학시험에 사용 될 것이며 또한 제한된 시간내에 한 개의 단독 서버로 110점을 획득할 수 있다고 한다. “줜싱지능측정 및 스터디 플랫폼”시스템은 앞의 학생들의 노트 수집 장치와 특정한 백스테이지 지능형 로봇 등을 포함한다. 앞의 수집하는 필기내용은 학생의 글자체가 변하지 않는 상황에서 학생들의 답안을 수집하고 핸드폰 등의 모바일 단말기를 이용하여 데이터를 백스테이지의 인공 지능에 전송하여 학생들의 답안 작성 절차와 결과에 대하여 판단한다. 린훠이 칭화수앤원 데이터 센터 주임, 줜싱윈 창시자에 따르면 중국 863과제 지원 프로젝트로서 이 플랫폼은 인공지능 측정, 혼합된 필기에 따른 식별과 자연언어 이해, 데이터 처리, 지능 하드웨어 등 영역의 40여 건의 자주 지적재산권을 포함한다고 한다. “주요하게 필기 식별 기술과 인공지능 기술 영역에서 큰 돌파가 있었고 전자의 손으로 필기한 공식 식별 통과율이 90%정도에 달하여 세계 제일인 프랑스 VO회사를 초과하였다. 후자인 줜싱지능 측정 로봇은 계통적인 자주적인 학습을 진행할 수 있다.” 린훠의 말에 의하면 앞으로의 1년간 이 시스템은 지속적으로 충분한 데이터량을 누적할 것이며 자체 학습을 통하여 부단히 인지모형을 창설하여 내년에 중국 대학 입시시험 수학시험에서 사용할 것이다. “대학입시 시험에서 ‘줜싱’은 수험생과 같이 시험장에 들어가 같은 조건에서 직원이 시험문제를 입력하고 인터넷을 연결하지 않은 단일 서버에 의하여 수험생과 동시에 시험지를 완성한다.” 현재 “줜싱지능측정 및 학습 플랫폼”이 있는 스촨과 쟝수의 시범학교는 20개에 달하며 사용자 수는 3만명에 달한다. “줜싱”이 다음달 초에 진행되는 중국 “12.5”과학기술 혁신 성과 전람회에 선을 보일 것이다.

베이징대학, 스스로 화제를 유도하는 기계 개발

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최근 베이징(北京)대학교 정보과학기술대학 장밍(張銘)교수가 이끄는 연구팀이 바이두(百度) 자연언어처리부의 옌루이(嚴睿)와의 협력을 통해 최초로 스스로 화제를 유도할 수 있는 기계적인 프레임과 기법을 제안하였다. 이는 기계가 단순하게 수동적인 응답만 하지 않음을 의미한다. 해당 성과는 2016년 4월 초 인공지능 국제연합대회(IJCAI)에 접수되었다. 현재 자동 인간-기계 대화 시스템은 자유 대화 조건에서 모두 수동 응답의 형태를 위주로, 즉 사용자의 대화를 이어갈 뿐, 스스로 화제를 바꾸는 일을 완성할 수는 없다. 사람과 사람 사이의 실제 대화와 마찬가지로, 새로운 화제는 양쪽이 서로 수용해야 한다. 그러므로 기계도 능동적으로 화제를 도입하는 임무를 담당할 필요가 있다. 특히 화제가 대치 상태에 처하여 사용자가 현재 화제에 흥미를 잃을 때, 기계 스스로 새로운 화제를 도입하여 어색함을 줄임으로써 대화를 더욱 잘 진행할 수 있다. 연구팀은 구체적으로 “언제 화제를 유도할 것인가”, “어떤 화제를 유도할 것인가”, “어떻게 유도할 것인가” 등 3개 측면으로부터 사용자가 화제에 흥미를 잃을 때를 확인하고 지식 그래프를 통해 유도할 수 있는 새로운 화제를 도입한 후, 언어 데이터베이스로부터 후보답안을 검색하여 최종 새로운 배열 알고리즘을 제안함으로써, 최적의 최종 답안을 얻는다. 해당 기법은 인공 평가 판정을 통과하였으며, 대화가 대치 상태에 처하여 더 이상 진행하기 어려운 상황에서 화제를 유도할 수 있는데 그 효과가 기존의 시스템에 비해 훨씬 양호하다. 해당 성과는 자동 인간-기계 대화 시스템의 연구에 중요한 의미가 있으며 기계에 새로운 화제를 능동적으로 유도할 수 있는 능력을 부여하여, 최초로 대화 시스템으로 하여금 능동성과 창조성을 갖게 하였다. 능동적으로 새로운 사물을 창조하는 것은 인간의 중요한 특징 가운데 하나이자, 연구원들이 희망하는 인공 지능 시스템이 갖춰야 할 능력이다. 해당 성과는 수동적 응답만 하는 인공 지능 시스템의 전통 패턴을 뒤집었으며 기계가 인간과 마찬가지로 대화에서 주도권을 잡을 수 있게 하였다.

톈진대학교, 자가 보습이온교환막 개발

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최근 톈진(天津)대학교 “국가 ”입선자, 내연기관연소학국가중점실험실 마이커얼가이푸(Michael D. Guiver) 교수는 한국 한양대학교 이융모(李永墨) 교수와 협력하여 고온 저습 조건에서 높은 이온 전도율을 보유한 자가 보습 탄화수소 중합체 이온 교환막을 성공적으로 제조하여 막성능을 제한하고 있었던 과학적 한계를 극복하였으며 연료전지 장치의 개발에 새로운 전망을 가져왔다. 해당 성과는 2016년 4월 28일 국제 최고학술지《Nature》에 온라인으로 발표되었다. 연구팀은 선인장 식물 기공이 대낮과 고온 건조 환경 조건에서 닫혀있음으로써 내부 수분을 보존하는 자연 현상에서 영감을 받아 이온 교환막이 고온 저습 상태에서 막 탈수로 인해 초래되는 이온 전도율이 대폭 낮아지는 과학적 문제를 둘러싸고 나노급 조절 가능한 균열 소수성 코팅층에 대하여 막 표면 개질을 구현하는 기본 이론에서 출발하였다. 연구팀은 막표면에 소수성을 보유한 나노급 스프레이 코팅층을 형성하고 막 자체가 물을 흡수한 후의 팽창과 탈수 후의 수축 특성을 이용하여 높은 수분 보유 능력을 구현하였다. 높은 습도에서 막 팽창은 소수성 코팅층을 펼쳐지게 하여 비교적 넓은 나노급 균열을 형성하여 물과 이온의 전송 통로의 원활성을 보장한다. 이때의 코팅을 오픈코팅이라 하며 물과 이온은 동시에 막 내부 및 나노 균열 사이에서 자유로운 전송이 가능하다. 낮은 습도에서 막수축은 소수성 코팅층 균열을 닫혀지게 하여 막 내부의 물을 폐쇄하는 작용을 일으킨다. 이때의 코팅을 장벽코팅(Barrier coating)이라 하며 나노급 균열은 막 내부의 수분이 한층 더 증발 유실되는 것을 저지시키는 “나노급 밸브” 작용을 한다. 실험결과 이러한 선진적인 디자인은 이온 교환막이 고온 저습 환경에서의 이온 전송력을 뚜렷이 향상시킬 수 있다. 해당 방법은 모든 이온 교환막의 표면개질에 활용할 수 있으며 다양한 분야에서의 고성능 막 소재 활용을 위해 중요한 역할을 할 전망이다.

소주나노기술·나노생체모방연구소 GaN기질 핵감지기 부품 시제품 개발

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광전자분야에 광범위하게 응용되고 있는 GaN기질 재료는 제3세대 반도체 물질에 속하는데, 그중 레이저(LD), 발광다이오드(LED), 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT) 등을 꼽을 수 있다. 또한 GaN기질 재료의 탁월한 방사선 차단성과 높은 화학안정성이 각광받으면서 핵감지분야의 기초·응용연구에도 응용되기 시작하였다. 일반 GaN기질재료는 백그라운드 캐리어농도(concentration of background carriers)가 높고 전위밀도가 높아 이러한 재료로 만든 핵감지기는 전류가 많이 누설되지만 Fe를 도핑한 셀프서포팅(self-supporting) GaN기질재료는 높은 저항과 높은 결정품질로 감지기의 전기누설을 크게 줄일 수 있어 응용전망이 밝다. 최근 중국과학원 소주나노기술·나노생체모방연구소 나노가공플랫폼의 루민(陸敏) 연구팀은 연구소 지주회사인 소주워이나과기유한공사(蘇州維納科技有限公司)가 제공한 Fe를 도핑한 셀프서포팅 GaN기질 단결정 웨이퍼로, 거듭되는 부품의 모의설계연구와 감지기 마이크로가공공법 모색 끝에 Fe를 도핑한 셀프서포팅 GaN기질의 x선 감지기 부품 시제품을 제작하였다. 이 감지기는 수직구조, 상하전극 방식을 채택하였으며, 빛을 차단하지 않은 환경에서 바이어스전압(bias voltage)이 200V일 때 x선을 조사하면 광전류가 신속히 상승하며, 암전류(dark current)보다 180정도 높다. 또한 스틸 육각너트(steel hex nut)의 x선 스캐닝 그레이스케일(gray scale) 이미지를 얻었다. 이 연구는 물리분야 학술지 Physica Status Solidi: Rapid Research Letters에 발표되었다.(Phys. Status Solidi RRL 5, No. 5–6, 187–189 (2011) / DOI 10.1002/pssr.201105163) 원고심사원은 Fe를 도핑한 GaN기질 재료의 핵방사 감지영역에서의 잠재된 응용을 발굴하는데 학술적 의의가 깊은 연구라고 평가하였다. 셀프서포팅 GaN기질의 x선 탐지기에 대한 실험보도는 국제적으로 첫 사례인 것으로 알려졌다.

중국과학자 새로운 탄소구조 설계

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중국과학자가 세계 화학계가 주목할만한 연구결과를 발표했다. 최근 중국과학원 대학원의 수강(蕭剛)교수와 그가 지도하는 성센레이(胜獻雷)박사는 새로운 탄소구조를 설계하고, 이 구조를 T-카본(T-carbon)이라 명명하였다. 이 연구결과는 "Physical Review Letters" 학술지에 발표되었고, Science News, PhysOrg.com에 의해 헤드라인 뉴스로 보도되었다. 지구상의 생명을 구성하는 가장 기본적인 원소인 탄소는 결합능력이 매우 강하여 기타 원소와 무기화합물 혹은 유기화합물을 형성한다. 자연계가 생물 다양성을 나타내는 것도 바로 이러한 이유 때문이다. 탄소는 자연계에서 일반적으로 흑연, 다이아몬드와 비정질탄소의 3가지 형태로 존재한다. 1980년대이후 과학자들은 탄소풀러린, 탄소나노튜브와 그래핀과 같은 탄소의 새로운 동소체를 합성해내었다. 이러한 합성탄소는 화학, 물리, 재료, 정보과학분야는 물론이고 공업분야에서도 광범위하게 응용되기 시작하였다. 과학자들이 새로운 유도체를 지속적으로 합성해내면서 신규 기능소자와 관련 제품도 개발되고 있다. 다른 한편으로 화학합성기술의 발전에 힘입어 복잡한 탄소동소체를 획득할 수 있게 되면서 탄소의 새로운 동소체를 탐구하는 단계에 들어섰다. 연구팀은 입방구조의 다이아몬드를 구성하는 매개 탄소원자 대신에 하나의 정사면체구조의 탄소원자를 대체해넣으면 삼차원의 새로운 탄소 입방결정구조를 형성할 수 있다는 이론을 제기하였다. 밀도범함수이론(density functional theory) 연구에 따르면 이 구조는 기하, 에너지 및 동력학적으로 모두 안정적이다. 기타 동소체에 비해 T-carbon은 특정방향에서의 원자간 간격이 큰 편이며 원자부피는 다이아몬드의 2배이상, 흑연의 1.5배이며, 체적탄성률은 다이아몬드의 36%, 흑연의 57%이다. T-carbon원자간 간격이 비교적 크기에 에너지축적재료로 매우 이상적이다. 전문가들은 T-carbon의 독특한 성능이 실험을 통해 검증된다면 광촉매, 흡착, 수소저장, 항공우주재료 등에서 광범위하게 응용될 것으로 전망하였다. T-carbon은 우주먼지나 외계행성에서 관찰될 가능성이 있다.

2010년도 중국 100대 우수 특허제품 발표

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‘제11회 세계지적재산권의 날’을 맞이하여 국가지적재산권국은 4월 26일 북경에서 행사를 가졌다. 행사현장에서 수행인원들은 전시판, 동영상 시연 등으로 특허전자심사시스템, 특허검색 및 지원시스템, 중국 외장디자인 특허지능검색시스템 등을 선보였다. 이날, 2010년도 100대 우수 특허제품 선정결과를 발표했고, 지적재산권국이 자체 개발한 특허검색 및 지원지능시스템도 정식 가동했다. 행사현장에서 국가지적재산권 티엔리푸(田力普)국장은 특허를 출원한 발명자들에게 특허증서를 수여했다. 국가지적재산권 바오훙(鲍红)부국장은 2010년도에 1만명당 발명특허 보유량을 3.3건으로 끌어올렸고, 이는 향후 경제와 사회의 발전을 종합적으로 심사하는 지표체계의 중요한 구성부분일 될 것이라고 밝혔다.

"중국에서의 2011년 국제화학의 해" 개막

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2011년은 ‘국제 순수·응용화학 연맹(IUPAC)’ 설립 100주년이 되는 해이며, 유명한 여성과학자 퀴리부인이 노벨화학상을 수상한지 100주년이 되는 해이다. 이를 계기로 화학이 인류문명과 사회진보에 대한 중대한 기여를 기념하기 위해 제63회 UN총회는 2011년을 ‘국제화학의 해(International Year of Chemistry 2011, IYC 2011)’로 결정했다. 중국은 IUPAC회원국으로, 올해초부터 중국 화학계는 국제화학의 해를 기념하기 위한 다양한 행사를 벌이고 있다. 4월 9일 ‘중국에서의 국제화학의 해’행사가 인민대회당에서 개최된 것도 행사의 일환에 속한다. 중공중앙정치국위원겸 국무위원인 류옌둥(劉延東), 전국인민대표 상임위원회 선임 부위원장인 꾸슈렌(顧秀蓮), 중국과학원 원장 바이춘리(白春禮), 중국과협 상무부주석 덩난(鄧楠) 등이 행사에 참석했다. 중국은 건국이후 화학학과와 관련 산업이 빠르게 발전하였으며, 높은 수준의 연구진을 많이 육성했고 인공합성 소 인슐린 등의 중요한 연구성과를 올렸으며, 완벽한 산업체계를 구축하여 국가과학기술과 산업경쟁력을 높이는데 중요한 기여를 하였다. 화학연구분야의 원천혁신능력을 높이고 기초연구와 응용연구와의 상호 연계를 강화하여 중국의 물질과학연구의 전반적인 수준을 높일 것을 류옌둥이 강조했다. ‘중국에서의 국제화학의 해’행사를 통해 과학문화보급을 강화하고 과학정신을 고취하여 국민들이 화학을 보다 많이 알게 하고 더욱 많은 과학지식을 이해하도록 하는 것이 이번 행사의 취지이다. 바이춘리 원장은 화학분야는 백년간 눈부신 발전을 거듭하였고, 물질과학, 생명과학 등 기타 학과분야의 발전도 이끌었으며 인류사회의 지속가능한 발전을 뒷받침하였다고 밝혔다. 몇세대에 걸친 과학자들의 노력 끝에 중국은 화학연구대국으로 발전하였고 화학은 이미 중국의 우위학과분야로 자리매김하였다. ‘중국에서의 국제화학의 해’행사의 주제는 ‘화학 - 우리의 생활, 우리의 미래’이며 이 주제를 중심으로 범전국적으로 다양한 형태의 기념행사를 벌이게 된다. 이번 행사는 중국과학원, 중국과학협회 등 기관의 후원을 받았고, 중국석유화학공업연합회, 중국화학회, 중국화공학회와 국제화학품제조상협회 등의 공동 주최로 진행되었다.