기술동향
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저장대학, 항암약물을 위해 신형 “위장” 설계

최근 저장대학 황페이허(黃飛鶴)/마오정웨이(毛崢偉) 연구팀과 미국국립보건연구원 위궈찬(喻國燦) 연구팀은 초분자 폴리펩티드 구축 새 기법을 개발했다. 해당 제어 가능한 폴리펩티드 자기조립 방법으로 구축한 초분자 폴리펩티드는 다양한 형태를 보유하며 또한 암증 광역학치료(Photodynamic Therapy)에 사용할 수 있다. 아울러 이러한 신형 약물전달시스템은 광역학치료의 광민감제-포르피린(porphyrin)을 신형 구조의 "잠수함"에 봉입함으로써 투여약물을 종양세포로 직접 전달할 수 있다. 항암약물이 종양 내부에 전달돼 방출되려면 혈액순환, 종양조직 내로의 축적·확산, 종양세포로의 이입 등 과정을 거쳐야 한다. 첩첩산중의 해당 과정은 위험으로 충만한데 어떤 약물은 수용성이 나빠 약효를 내지 못하는가 하면 어떤 약물은 종양 위치 추적 오류로 정밀방출을 달성하지 못하고 또 어떤 약물은 체내 면역계에 발각되어 임무 수행 전에 괴멸된다. 체내에서 항암약물의 보다 순조로운 순환, 보다 나은 치료효과 달성 또는 정상 조직에 대한 항암약물의 사멸효과를 감소시키기 위해 나노재료를 사용해 항암약물을 담지시키는 나노약물 연구가 현재의 이슈이다. 체내외 연구 결과, 초분자 수식 전략 및 폴리펩티드 표적화는 광역학치료 효율을 대폭 향상시켰다. 이러한 초분자 폴리펩티드는 폴리펩티드 수식 및 종양 정밀치료 등 면에 광범위한 응용전망이 있다.

중국핵공업건설집단공사, 4세대 원전 핵심기술 확보

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최근, 중국핵공업건설집단공사(CNEC)가 장시성 루이진(江西瑞金)에 건설 예정인 60만 KW 상용화 고온가스냉각형원자로(고온로, HTGR) 사업타당성연구보고가 전문가 심사를 통과하여 중국 최초의 고온로 프로젝트 상용화 추진에 든든한 기초를 마련하였다. 1기 프로젝트 2대의 원전 발전기 세트는 국가 승인과 국가핵안전국(NNSA)의 건설허가증을 획득한 후 2017년에 시공에 착수하여 중국공산당 창건 100주년인 2021년에 전력을 공급할 예정이다. 4세대 원전기술인 고온로는 자체의 고유안전성으로 하여 어떤 상황에서도 원자로 노심 용융 사고나 대량 방사성 방출 사고가 발생하지 않으며 인류 건강과 환경에 영향을 미치지 않는다. 해당 기술에서 중국은 완전한 자체 지적재산권을 확보하였고 연구개발, 설계, 제조, 건설, 운영의 모든 기술을 독자적으로 보유하였으며 자주적 혁신을 통해 국제 선두 자리를 지키고 있다. 고온로는 다중 모듈 조합 방식을 통하여 20만, 40만, 60만, 80만, 100만 KW 등 다양한 용량의 원자력 발전기 세트를 건설할 수 있는데 전력 소모가 집중된 지역이나 중소형 전력망을 가진 지역에 적합하며 특히 ‘일대일로(실크로드 경제벨트와 21세기 해상 실크로드)’ 연결 국가와 지역에 알맞다. 또한 완전한 자주적 지적재산권을 갖고 있는데다 설비 국산화율이 높고 고유안전성을 보유하고 있어 ‘크리에이티드인 차이나’ 원전 기술의 해외시장 진출 전략에서 우선시하는 원자로 종류로 될 예정이다.

창어2호 관측 데이터로 토타티스 소행성의 “공중 회전” 원인 규명

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최근, 중국과학원 쯔진산(紫金山)천문대 지장후이(季江徽) 연구팀은 중국공간기술연구원 황장촨(黃江川) 연구원, 아오먼(澳門)과학기술대학 예융쉬안(葉永烜) 교수, 난징(南京)대학 허우시윈(侯錫雲) 교수 등과 협력하여 중국 창어2호 관측 데이터를 토대로 4179호 소행성 토타티스(toutatis)의 자전 특성을 규명하였다. 이는 소행성의 자전 역학과 형성 메커니즘 및 태양계 진화를 심층적으로 연구하는데 중요한 과학적 의미가 있다. 해당 성과는 쯔진산천문대 자아오위후이(赵玉晖)를 제1저자로, 2015년 5월 25일 영국 “Royal Astronomical Society(RAS)” 학술지에 온라인으로 발표되었다. 토타티스 소행성은 태양계 형성 초기 및 진화 과정을 연구하는데 필수적인 행성이다. 토타티스는 1934년에 처음으로 발견된 후 1989년에 와서야 재차 관측되어 토타티스의 존재가 확정되었다. 토타티스는 4년에 한번씩 지구에 가깝게 다가오며, 현재 지구에 대한 위협이 가장 큰 소행성이다. 2012년 12월 13일 창어2호는 토타티스 소행성을 성공적으로 날아 넘어 처음으로 이 소행성의 고해상도 광학 영상을 획득하였다. 연구팀은 토타티스의 운행 궤적을 정확하게 확정하여 창어2호가 토타티스와 천미터급으로 떨어진 위치에서 비행 탐측을 실현하였다. 창어2호 탐측 데이터를 토대로 연구팀은 토타티스 소행성의 물리 특성, 표면 특성, 내부 구조 및 형성 메커니즘을 규명하였다. 최근, 연구팀은 창어2호 데이터를 이용한 토타티스 소행성의 자전 동역학에 관한 연구를 진행하였으며, 최초로 공간 광학 영상 데이터를 이용하여 토타티스 자전축의 공간에서의 방향을 정확하게 확정하다. 또한 레이더 데이터를 결합한 적합한 동역학 모델 구축을 통하여 토타티스의 자전에 대한 동역학적 진화를 연구하였으며, 토타티스의 자전 상태를 확정함으로써 토타티스 소행성이 공간에서 “공중 회전”을 하는 원인이 바로 자전축과 각운동축 사이의 협각이 비교적 크기 때문이라는 것을 밝혔다. 해당 연구 성과는 소행성의 형성·진화 메커니즘을 규명하는데 중요한 근거를 제공하였다.

중국, 2015년 하반기 3~4개의 베이더우 위성 추가 발사 예정

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중국은 2015년 3월에 발사한 차세대 베이더우 위성에 이어 2015년 하반기에 3~4개 위성을 추가 발사하여 차세대 글로벌 시스템의 안정적인 구축을 추진하며 2018년, 일대일로(One Belt And One Road) 전략에 전격적인 서비스를 제공할 예정이다. 2012년 12월부터 아시아 및 태평양 지역에서 본격적인 서비스를 가동한 후 베이더우 위성 항법 시스템은 연속 안정적인 운행을 유지했다. 현재 해당 시스템은 기본 제품, 응용 단말기, 운행 서비스 등을 포함한 완전한 산업사슬이 형성되었고 국제민항, 국제해사, 이동통신 등 국제조직과도 협력관계를 맺어 세계 3대 위성 항법 시스템으로 거듭나고 있다. 2015년 말까지, 지역기반 위성항법 보강시스템 구축과 더불어 중국 주요 전역에서 미터급 및 데시미터급 정밀도의 위치측정을 할 수 있다.

다롄이공대학교 왕정슝연구팀, 자체 개발 3차원 자기유체 모델로 중요 성과 획득

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최근, 다롄이공대학교 왕정슝(王正汹) 연구팀은 자체 개발한 대형 3차원 자기유체 모델을 이용하여 자기밀폐 제어핵융합 연구에서 중요한 성과를 거두어 실험 현상을 해석하고 자기유체 불안정성을 예측·제어하는데 중요한 이론적 근거를 제공하였다. 해당 성과는 중국 최초로 “Nuclear Fusion” 저널의 표지 페이지에 발표되었다. 무궁무진한 친환경 에너지를 공급하며 ‘인공태양’으로도 불리는 자기밀폐 핵융합 장치의 정상상태 운행은 자기밀폐 열핵융합을 실현하는 전제 조건이다. 이 중, 자기유체의 불안정성은 섭씨 1억 도를 초월하는 플라즈마 구속 수준의 제고를 제약하며 최악의 경우 고온 플라즈마 체계의 붕괴를 초래하여 인공태양의 안전·안정 운행에 직접적인 영향을 미친다. 연구팀은 고수준 핵융합 실험 방안의 반자기전단배위(Anti magnetic shear configuration)를 고려하여 신고전적인 찢어짐모드(Neoclassical tearing mode, NTM)의 불안정성에 대한 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 통해 비선형 NTM 모드 촉발과 동시에 빠르게 일어나는 폭발 현상을 발견하였다. 해당 성과는 공명 표면(Resonance surface)과 자기섬(Magnetic island)이 자기축(Magnetic axis)으로 이동하는 물리 과정을 현실성 있게 예측할 수 있을 뿐만 아니라 연관되는 물리 메커니즘을 체계적으로 해석할 수 있다. 현재 운행중인 핵분열 원자로에 비해 핵융합 원자로는 지구상에 원료 저장량이 풍부하고 방사성 오염이 없는 등 장점이 있어 중국, 유럽, 미국, 러시아, 일본, 한국, 인도는 국제열핵융합실험로(ITER) 계획을 국제 다자협력 프로젝트로 추진하고 있다.

번데기 동충하초 항암 치료에 이용

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상하이(上海)교통대학교, 산둥(山東)대학교의 천주(陈竺) 원사 연구팀은 번데기 동충하초(Cordyceps militaris)에서 유래된 아데노신 유사물질 코디세핀(Cordycepin)이 DNA 손상 유도와 p53의 상향조절을 통하여, 백혈병 세포의 세포주기 저지와 사멸을 유도할 수 있다는 것을 발견하였다. 이 연구는 ‘Cell cycle’ 잡지에 발표되었다. 기존의 연구에 의하면 번데기 동충하초 중의 주요 활성 성분-코디세핀은 여러 가지 생물 활성을 보유하고 있으며, 임상 의학과 예방 및 보건에서 중요한 역할을 한다. 코디세핀은 항균, 항바이러스, 인류 RNA 간섭 및 DNA 합성, 여러 가지 종양 생장을 뚜렷하게 억제하고, 쥐 엘리히복수암(Ehrich’s), 인간 비인두암(Human nasopharyngeal carcinoma) KB 세포, 인체 표피 사마귀, 인체 자궁경부암 Hela 세포, Lewis 폐암 등을 뚜렷하게 제어하며, 여러 가지 실체 악성 종양에 대해 강한 억제작용을 한다. 그러나 현재 항종양 효과를 나타내는 코디세핀의 분자 메커니즘 연구는 아직 밝혀지지 않았다. 연구팀은 코디세핀이 세포사멸을 유도하여 NB-4와 U937 세포생장을 억제할 수 있다는 것을 입증하였다. 또한, p53의 발현을 향상시키며, 시토크롬 C가 미토콘드리아로부터 세포 용액으로 방출되는 것을 촉진시킨다는 것을 밝혔다. 방출된 시토크롬 C는 잇따라 caspase-9를 활성화시켜 내인성 세포사멸을 유도하였다. 코디세핀은 또 ERK1/2 인산화를 억제하여 MAPK 신호경로를 차단할 수 있는데, 이로부터 세포가 세포사멸에 민감하다는 것을 알 수 있다. 연구팀은 또 코디세핀은 cyclin A2, cyclin E와 CDK2의 발현을 억제하여 세포 S기를 저지시킨다는 것을 발견하였다. 연구결과, 코디세핀은 DNA 손상을 유도하고 또 Cdc25A를 분해시켰는데, 이는 코디세핀에 의해 유도된 세포의 S기 저지는 Chk2-Cdc25A 신호경로 활성화와 연관된다는 것을 입증한다. 결과적으로, 코디세핀이 유도한 DNA 손상은 세포주기 저지와 세포사멸을 유도함으로써 백혈병 NB-4와 U937 세포 생장을 억제한다는 것을 알 수 있다.

푸단대학, 메르스(MERS)에 저항하는 약물 개발

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최근 푸단(復旦)대학교 기초의학대학 의료용분자바이러스학 교육부/위생부중점실험실의 국가 “천인계획(千人計畫)”학자 장스보(薑世勃) 연구팀은 항 메르스 약물 개발에서 중요한 성과를 이루었다. 해당 성과는 “International Journal of Virology”에 발표되었다. 2013~2014년, 장스보 연구팀은 항 메르스 폴리펩티드-HR2P를 설계하고 검출하여 HR2P가 다양한 세포에 대한 MERS-CoV(즉 MERS를 유발하는 새로운 코로나바이러스)의 침입을 효과적으로 억제할 수 있음을 발견하였다. 연구팀은 HR2P의 서열을 더 한층 최적화하여 새로운 펩티드-HR2P-M2를 얻음으로써 그 구조적 안정성, 수용성, 항바이러스 활성 및 광범위성을 크게 향상시켰다. 또한, 국제 코로나바이러스 전문가와 협력하여 MERS-CoV에 감염된 두 가지 작은 동물모델을 대상으로, 비강 투여 방식으로 HR2P-M2의 MERS 예방 및 치료 효과를 측정하였다. 연구 결과, HR2P-M2는 체내에서 아주 양호한 항MERS-CoV 효과를 나타냈으며, MERS-CoV 치사량의 공격으로부터 동물을 보호할 수 있었다. 해당 연구 진전에 관한 논문은 이미 세계 유명한 전염병 잡지에 접수되었으며 향후 정식으로 발표될 예정이다. 또한, 이 폴리펩티드를 “비강 스프레이법”으로 MERS-CoV 감염자와 밀접한 접촉을 한 사람, 특히, 의료진, 환자 가족 및 병실 동기 등을 포함한 고위험군의 응급 예방에게 이용할 수 있다. 이밖에, 폴리펩티드 HR2P-M2도 MERS-CoV 감염자에게 이용할 수 있는데, 이러한 조치는 감염자의 바이러스 입자 방출량을 크게 줄여 감염원을 제어한다. 동시에, 이 연구팀 연구원 잉톈레이(应天雷) 등은 미국국립보건원과 협력하여 MERS 코로나바이러스를 겨냥한 강력한 활성을 지닌 인간 유래 중화 항체-m336를 개발하였다. 실험실 데이터를 통하여, 해당 항체와 MERS 코로나바이러스의 결합 친화력 상수가 “pmol ”레벨, 즉 MERS 생바이러스에 초점을 맞춘 중화 활성이 0.07 mg/ml임을 확인하였다. 이는 해당 항체가 MERS 생바이러스를 만나는 순간 해당 바이러스를 사멸한다는 것을 의미한다. 최근, 또 마모셋원숭이와 토끼 동물모델 체내m336 단일클론 항체를 효과적으로 검출하였는데, 연구 결과, 두 가지 동물모델에서 모두 아주 높은 효과성을 보였으며, MERS에 감염된 동물의 복원기 혈청보다 훨씬 높은 활성을 나타냈다. 해당 항체는 인간 유래 단일클론 항체에 속하며 아주 높은 안전성과 약효성을 보유하고 있으므로 MERS의 치료 약물로 개발하기에 적합하다. 체외 실험 결과, HR2P-M2(비강 스프레이)과 m336 단일클론 항체(정맥 주사)의 혼합 사용은 아주 양호한 상승 효과를 나타냈다.

중국과학원 상하이생명과학원, 췌장암 전이 억제 극성단백질 발견

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최근 중국과학원 상하이(上海)생명과학원 영양과학연구소 잔리싱(詹麗杏) 연구팀은 췌장암 전이를 억제하는 극성 단백질 AF6의 작용·메커니즘을 규명하였다. 관련 연구성과는 “Nature Communications”에 온라인으로 발표되었다. 세포 극성이란 세포 형태, 단백질 분포, 세포 기능 등의 비대칭성을 가리키며, 세포의 발육, 정점-기저 극성의 유지, 손상 복원 및 조직 완전성 등 생리학적 과정에 꼭 필요한 상태이다. 기존의 연구에 의하면, 극성 단백질의 비정상적인 발현 및 위치예측 오차 모두 종양과 밀접한 연관이 있다. 상피종양의 발생 및 악성 변환과정은 흔히 세포 극성의 상실과 무질서한 조직 구조를 동반한다. 특히 상피간엽이행(epithelial-mesenchymal transition, EMT)이 발생되는 상피 종양세포는 더 쉽게 주변 기질에 침입하여 전이를 유발한다. 췌장암은 사망률이 가장 높은 악성 종양으로서, 5년 생존률이 6% 이하를 보이고 있으나 췌장암의 침입 및 전이에 관한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다. 잔리싱 연구팀은 대량의 임상 샘플에 대한 분석과 실험을 통하여, 췌장암 상피세포의 AF6에 의해 EMT 관련 전사인자 Snail이 음성적으로 조절된다는 것을 발견하였다. 연구를 통하여, FOXE1이 Snail을 조절하는 중요한 전사인자이며, Dvl2은 FOXE1과의 결합으로 전사 복합체를 형성하여 Snail 전사를 공동으로 촉진한다는 것이 밝혀졌다. 또한, 췌장 상피세포 내 AF6는 Dvl2-FOXE1 복합체와 Snail 촉진제의 결합에 대한 경쟁적 억제를 통하여 Snail 전사를 억제하였다. 그러나 극성 단백질 AF6의 핵이입 및 위치예측 기능은 AF6이 Snail 단백질 발현 억제에 필요한 물질임을 증명한다. 임상 샘플에 대한 분석을 통하여 실제 췌장암 내 AF6의 저발현이 Snail의 과발현과 뚜렷한 연관이 있으며, 췌장암 환자의 악성도 및 예후와도 밀접한 연관이 있다는 것이 입증되었다.

상하이생명과학연구원, 자살세포를 식별할 수 있다면

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최근 중국과학원 상하이(上海)생명과학연구원 생화학·세포생물학연구소 허융닝(何勇寧) 연구팀은 산성 환경에서 세포사멸과 괴사세포를 특이적으로 식별할 수 있는 면역 수용체를 발견하고 관련 분자 메커니즘을 제시하였다. 관련 연구성과는 “Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”에 온라인으로 발표되었다. 생물체는 매일 대량의 자살·괴사세포를 생성하는데 이러한 세포를 제거하는 것은 면역체계의 중요한 기능으로서 수지상세포, 대식세포 등 식세포에 의해 완성된다. 식세포는 또한 자살·괴사세포 표면에 있는 수용체의 분자를 통하여 자살·괴사세포를 식별한다. 수지상세포의 주요한 표면 엔도시토시스 수용체인 dec205(cd205)는 아주 높은 항원 표출 효율을 갖고 있으므로 면역요법에 널리 응용되고 있으며 종양, 바이러스 등 다중 항원을 겨냥한 항체의 생성을 유도한다. 그러나 dec205 자체의 구조, 생리 기능 및 관련 분자 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다. 허융닝(何勇寧) 연구팀은 저온 전자 현미경 3차원 재구성 기술 및 관련 분자생물학 기법을 결합하여, 인간 유래 dec205 세포외 구간의 3차원 구조를 획득하였으며, 해당 분자가 산성 조건과 염기성 조건에서 다양한 형태를 나타낸다는 것을 발견하였다. 산성 조건에서 해당 분자는 하나의 치밀한 이중 고리모양의 형태를 형성하지만 염기성 조건에서는 이중 고리모양의 형태가 파괴되고 비교적 큰 유연성을 갖춘 선형 형태를 나타낸다. 생화학·세포 실험을 통하여, dec205가 산성·염기성 환경 조건하에서의 형태 변화가 그 기능과 직접적 연관이 있다는 것을 입증하였다. 또한 dec205는 산성 환경에서만 자살·괴사세포를 식별할 수 있었으며, 정상 세포일 경우, 산성, 염기성 환경에서 모두 식별이 불가능하였다. 그러므로 dec205는 산성 환경에서 자살·괴사세포를 특이적으로 식별할 수 있는 면역 수용체이자, 현재 발견된 해당 기능을 갖춘 첫 수용체이다. 산성화는 세포사멸, 종양 발생 및 염증과 밀접한 연관성을 갖고 있다. 그러므로 dec205에 관한 해당 연구는 자살세포의 제거를 위하여 새로운 경로를 제시하고, 또 상응한 항종양 면역학적 전략을 위하여 새로운 아이디어를 제공하였다.

중국과학원 금속연구소, 강유전체로 초고밀도 정보 저장을 실현

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최근, 중국과학원 금속연구소의 마슈량(馬秀良) 연구팀은 강유전체에서 플럭스 전차폐 도메인 구조를 발견하여 강유전체로 초고밀도 정보 저장을 구현할 수 있을 것으로 전망된다. 강유전체는 티탄산납, 티탄산바륨 등 재료와 마찬가지로 외부 전기장의 작용하에 전기 편극 방향을 변화시킬 수 있는 재료이다. 강유전체 메모리는 낮은 전력 소비, 빠른 판독 속도, 긴 수명 및 강한 항복사 능력 등 장점을 보유하고 있지만 아주 작은 기억장치로 사용할 수 없으므로 고밀도 저장 요구에 도달하기 어렵다. 연구팀은 외적 변형을 도입하여 강유전체 자체의 격자 변형을 방지할 수 있는 강유전체 자발적 변형 극복방법을 제안하였다. 연구팀은 펄스 레이저 침적 방법으로 스캔데이트(scandate) 기판에 일련의 두께가 서로 다른 티탄산납 강유전체 다층 박막을 제조하였다. 원자 분해능 수차 보정 전자현미경으로 관찰한 결과, 플럭스 전차폐 도메인 구조 및 그에 따른 신기한 원자 구조 스펙트럼을 발견하였을 뿐만 아니라 시침 방향 및 역시침 방향의 차폐 구조가 교차적으로 배열된 대규모의 주기성 배열을 발견하였다. 이를 기반으로 주기성 차폐 구조의 형성 규칙을 규명하였다. 강유전체에서 플럭스 전차폐 도메인 구조 및 관련 도메인 배열의 발견은 2개 측면으로 첨단 분야의 성과를 구현하였다. (1) 다강체 재료의 플럭스 전차폐 도메인 구조는 고밀도 정보 저장 기능을 구현할 수 있으며 또한 해당 메모리는 에너지 소모가 적으므로 초고집적도 마이크로 전자칩의 에너지 소모가 많은 문제를 해결할 수 있는 잠재적 경로이다. (2) 해당 구조는 서브 옴스트롱 해상도 수준의 수차 보정 전자현미경 기술을 이용하여 직관적인 형식으로 구현하였으므로 시야를 넓혔고 또한 과학자들이 자연 법칙을 인식하는 강력한 특성화 방법으로 될 전망이다.

청두, 새로운 고속철 초고강도 콘크리트 방음벽의 효과?

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2016년 1월 21일, 고속철도 초고강도 콘크리트 방음벽(noise barrier) 프로젝트가 중국철도본회사(中国铁路总公司)의 기술 평가 심사를 통과하였다. 현재 중국의 대부분 고속철도는 20세기 90년대에 디자인된 독일 회사의 방음벽을 사용하고 있다. 해당 방음벽의 흡음 재료는 유리솜으로 보통 2~3년이면 부식이 되고 최하층으로 축적되어 방음효과가 낮아지는 동시에 2차 오염을 초래한다. 고속철도 초고강도 콘크리트 방음벽은 완전한 자주적 지식재산권을 가지고 있는 첫 고속철도 방음벽 시스템으로 청몐러여객전용철도회사(成绵乐客专公司), 청두중훙회사(成都中弘公司), 중톄얼위안(中铁二院), 시난교통대학(西南交通大学) 등 연구기관에서 3년간 공동으로 연구 개발하였다. 해당 방음벽 시스템을 청두-몐양-러산도시 간 여객전용 고속철도(成绵乐客专)와 다퉁-시안 여객전용 철도(大西客专)에 설치하고 테스트한 결과, 기존 표준보다 3배 정도 높은 성능 지표로 전문가팀의 검수를 통과하였다. 2014년 10월, 해당 방음벽 시스템을 청몐러 도시 간 여객전용 고속철도에 설치하고 칭바이장(青白江) 구간 노선에서 전면적인 테스트를 진행하였다. 고속철이 212km/h의 최고속도로 초고강도 콘크리트 방음벽을 지날 때 방음벽은 기존 표준인 4dB보다 훨씬 큰 11.7dB의 소음을 차단하였다. 2016년 2월 말, 방음벽에 관한 새로운 참고 표준을 발표하고 이에 따라 방음벽의 여러 가지 성능 지표를 갱신할 예정이다.

푸단대학, 전통적인 개념을 바꾼 고속충전 친환경 저독성 배터리

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최근 푸단(復旦)대학교 왕융강(王永刚) 부교수 연구팀이 고속 충전 가능한 친환경 저독성 배터리 개념설계를 수행하였으며, 향후 풍력과 태양에너지 발전 등 에너지 저장 및 스마트 그리드 피크 부하조정 등 분야에 응용될 전망이다. 해당 성과는 미국 ‘Science Advances’ 잡지에 발표되었다. 기존 상업화 배터리의 전극재료 또는 전해액은 모두 친환경적이지 못하며 심지어 독성물질을 함유하고 있다. 연구팀은 설계 과정에서 나타나는 낮은 독성, 친환경 전극재료와 전해액에 착안하여 양극은 요오드 이온을 함유한 중성 수용액, 음극은 고체 유기 중합체 폴리이미드 전극, 전해액은 리튬 또는 나트륨 이온을 함유한 중성 수용액을 선택하였다. 기존의 충전식 배터리 양극/음극은 모두 액체 였으나 고체로 바꾸었다. 이는 기존의 충전식 배터리와 전통적인 액체 흐름 배터리 사이에 있는 새로운 배터리 시스템에 속한다. 해당 배터리는 기존 배터리에 비해 환경 위해성이 더 작으며 또 작업 효율이 높고 충전 방전 속도가 빠르며, 수명 주기가 길고 안전성이 높은 특징을 갖고 있다. 고전류 충전 방전 조건에서 해당 배터리는 5만번 순환 사용할 수 있다. 그러나 해당 배터리는 에너지 밀도가 제한되었기에 풍력에너지, 태양에너지 등 재생에너지의 저장과 같은 대형 저장에너지 장치에만 적용되고 핸드폰, 노트북, 전기자동차 등과 같은 모바일 전자설비에는 적용되지 않는다. 해당 배터리는 아직 개념적인 학술 연구 단계에 있으며 실제 응용까지는 긴 시간이 필요하다.

2015년도 로봇산업 10대 뉴스

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중국은 2015년에「중국제조2025」를 발표하여 중국 로봇산업에 대하여 주목하기 시작하였을 뿐만 아니라 세계 제1위 로봇시장이 되었으며 또한 전세계 로봇산업발전을 위해 공헌하였다. 이에 중국 로봇관련 업계에서는 2015년도 로봇산업 10대 뉴스를 선정하고 발표하였다. 1. 폭스콘의 “100만대 로봇계획” 2011년 11월 19일, 폭스콘은 1,1000대/일 속도로 30만대 로봇을 제조하여 단조롭고 위험성이 강한 작업에 투입하여 자동화 수준과 생산효율을 제고하는 "100만대 로봇계획"을 적극적으로 추진하였다. 폭스콘은 동 로봇계획을 통해 회사의 노동원가를 줄이고 폭스콘 회사 노동직원의 자살을 방지하며 스마트설비 시장의 증가속도와 스마트설비의 가격인하를 대응하려고 한다. 2. 중국이 세계 최초의 자주적으로 운동하고 변형이 가능한 액체상태 금속로봇을 제조 최근 중국과학원 물리화학기술연구소, 칭화대학교 의학원의 연합연구팀은 세계 최초의 자주적으로 운동하고 변형이 가능한 액체상태 금속로봇을 제조하였는데 동 성과에 대해 외국 매체는 현실에서 구현되는 "터미네이터"로 평가하였다. 연합연구팀은 Advanced Materials에 "Self-Fueled Biomimetic Liquid Metal Mollusk(2015)"라는 연구논문을 발표하였다. 동 연구에는 일종의 독특한 현상과 메커니즘을 사용하여 자주독립적이고 유연한 로봇을 제조하였다 3. 중국국무원, 「중국제조2025」 발표 중국은 제조대국의 지위를 굳히고 종합실력을 세계 제조강국 선두에 진입하기 위해 국무원은 2015년도에 「중국제조2025」를 발표하였는데 (1) 국가 제조업의 혁신능력 향상, (2) 정보화와 공업화의 심층융합 추진, (3) 공업 기초능력 강화, (4) 품질브랜드의 건설 강화, (5) 전면적인 친환경제조 추진, (6) 중점분야의 획기적인 발전을 추진하고 차세대 정보기술산업, 고급 CNC 공작기계, 우주설비, 해양공정설비 및 하이테크 선박, 선진 궤도교통설비, 에너지절약 및 신에너지 자동차, 전력설비, 농기구장비, 신소재, 바이오의약 및 고성능 의료기기 등 10대 중점에 집중, (7) 제조업 구조조정 심도있게 추진, (8) 서비스형 제조와 생산성 서비스업을 적극 발전, (9) 제조업 국제화 발전수준을 향상 등 9개의 전략임무와 중점을 명확하였다. 4. 세계 3대 유명기업이 공동으로 로봇 개발 2015년 6월 18일, 알리바바, 폭스콘, 소프트뱅크는 연합하여 글로벌 영역에서 로봇 개발과 확장을 추진하기로 하였다. 이번의 전략적 투자액은 7.3억위안에 이르며 알리바바와 폭스콘은 각각 20%, 소프트뱅크가 60% 투자하였다. 5. 독일 폭스바겐자동차공장에서 세계 최초의 "로봇살인사건" 발생 2015년 7월 2일, 파이낸셜타임스(Financial Times)에서 발표한 내용에 의하면, 독일 폭스바겐자동차공장에서 로봇이 인간을 살해하는 사건이 발생하였다고 한다. 당시 21세 노동자는 로봇을 설치하고 조정하고 있는 과정에 로봇이 갑자기 노동자의 가슴을 찔렀고 노동자는 즉시 사망하였다. 인간을 돕는 협조로봇으로서 로봇은 기업의 주목을 받고 있지만 또한 동 사건으로 인해 사람들은 로봇의 안전성에 대해 의문을 가지게 되었다. 6. 중국이 연속 2년간 세계 1위 로봇소비시장의 지위를 확보 2015년 8월 6일, 중국로봇산업연맹에서 발표한 통계에 의하면 중국은 이미 연속 2년간 세계 제1위 로봇시장의 지위를 확보하였다고 한다. 2014년 중국시장에 판매한 로봇은 5.7만대에 달하여 전세계의 25%를 차지하였으며 그중 중국산 로봇은 1.7만대에 달하여 가치량은 30억위안에 달하였다. 2015년도 중국 제조업에서 사용한 로봇 수량은 쾌속 성장속도를 유지하여 그 총량과 증가속도는 2014년을 초과할 것으로 전망된다. 7. 하이얼, 바이두, 화웨이 등은 연합하여 최초의 가정서비스형 로봇 발표 2015년 8월 22일, 칭다오(靑島)하이얼(海爾)이 투자한 Krund로봇유한회사는 베이징에서 1세대 가정서비스형 로봇인 "와어우(WOW)"를 발표하였는데 동 로봇은 도우미, 모니터링 및 거실제어 등이 가능하다. 동 로봇은 하이얼이 화웨이(華爲), 베이징이공대학교, 바이두위인(百度語音), 일본로봇산업기술센터, 일본디자인센터, 밀란이공대학교 등 기관과 협력하여 제조한 것이다. 8. 로봇비서 두미가 바이두세계대회에 등장 2015년 9월 8일, 2015년도 바이두(百度)세계대회를 베이징에서 개최하였는데 동 대회에서 로봇비서 두미(度秘, duer)가 등장하였고 사용자에게 검색서비스를 제공하는 로봇비서역할을 수행하였다. 동 로봇비서는 바이두의 검색 및 지능 상호교류기술을 이용하여 사용자에게 각종의 고수준 서비스를 제공한다. 9. 「중국제조2025」 중점분야 기술로드맵 발표 2015년 9월 29일, 중국은 「중국제조2025」 중점분야 기술로드맵(2015년 버전)을 발표하였는데 이는 10대 중점분야, 23개 중점방향이 포함되었다. 그중, 10대 중점분야는 (1)차세대 정보기술산업, (2) 고급 CNC 공작기계, (3) 우주설비, (4) 해양공정설비 및 하이테크 선박, (5) 선진 궤도교통설비, (6) 에너지절약 및 신에너지 자동차, (7) 전력설비, (8) 농기구장비, (9) 신소재, (10) 바이오의약 및 고성능 의료기기 등이 포함되었고 로드맵의 매 중점 발전방향은 수요, 목표, 발전중점, 시범응용중점, 전략지원 및 보장 등에 따라 2015년부터 2030년까지 상세한 기술로드맵을 작성하였다. 10. 2015년도 세계로봇대회 개최 2015년 11월 23일, 세계로봇대회는 베이징에서 개최되었고 미국, 독일, 프랑스, 일본, 한국 등 국가와 지역의 대학교, 과학연구기관, 기업의 대표 및 청소년 로봇선수들이 참가하였다. 동 대회는 각국의 협동혁신, 다학과 융합의 발전추세를 나타냈는데 이러한 추세는 글로벌 과학기술계와 산업계의 공동인식에서 비롯된 것이다. 중국은 현재 혁신 주도적인 발전전략을 실시하고 있고 대중창업 만중혁신, 인터넷+, 중국제조2025 등을 추진하고 있어 세계 로봇시장의 성장과 발전에 새로운 동력이 되고 있다.

중국 란저우중이온가속장치로 비스무트이온 가속에 성공

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2월 25일 중국과학원 산하 근대물리연구소는 란저우(蘭州)중이온가속장치(HIRFL)로 비스무트 이온을 가속하는데 성공했다. 연구원들은 중이온냉각저장링(CSR)의 메인링으로 83호 원소 비스무트(209Bi36+)빔의 냉각축적을 실현했고, 또한 핵자 하나당 170MeV 에너지로 가속시키는데 성공했는데, 이는 C, Ar, Ni, Kr과 Xe 다음에 HIRFL-CSR로 가속에 성공한 가장 무거운 이온에 속한다. 중이온 209Bi36+빔의 가속성공은 HIRFL-CSR의 중이온가속능력을 입증한 것으로, 중국의 중이온가속기기술이 세계선진반열에 진입하였음을 입증하는 중요한 표지이기도 하다. 비스무트금속입자는 초전도 ECR이온원 SECRAL에서 가열되어 증발되며 또한 플라즈마가운데서 전리되면서 209Bi36+이온을 생성하며 빔을 형성한다. 209Bi36+빔은 HIRFL-SFC 회전가속장치안에서 핵자당 1.9MeV의 에너지로 가속되며 메인링(HIRFL-CSRm)안에서 9초만에 ~2.5×107개의 이온을 축적하여 가속시키면 핵자당 170MeV(이온당 동력에너지 35.5GeV)의 에너지에 달할 수 있다.

국방과기대 중저속 자기부상교통핵심기술 확보

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국방과기대학은 30년간의 연구 끝에 독자적인 지재권을 보유한 중저속 자기부상교통핵심기술을 확보했다. 3월 1일 북경시에서 건설을 가동한 8개의 도시궤도교통지능화 운영회로중 S1라인 서부구간공정에 해당기술을 채택하여 중국 최초의 중저속 자기부상교통운영시범라인을 건설하게 된다. 이는 중국이 일본 다음으로 중저속 자기부상교통 운영회로를 보유한 국가가 되었음을 의미한다. 1980년대부터 국방과기대의 창원선(常文森)교수가 이끄는 연구팀은 자기부상교통의 핵심요인기술을 위주로 독자적인 혁신을 추진해 서스팬션제어, 보기(bogie), 총체설계와 시스템집적 등 일련의 핵심요인기술을 공략했다. 1999년 중국과기대는 북경주식제어집단유한공사(北京控股集团有限公司)와 협력하여 ‘11차5개년’기간 국가과기지탱계획 중점과제 ‘중저속 자기부상교통기술 및 공정화 응용연구’를 수행했다. 양 기관은 중국내 17개 연구기관과 기업과 협력하여 핵심장비의 백프로 국산화를 실현하여 중저속 자기부상교통기술 공정능력을 갖춤으로써 중저속 자기부상교통을 발전하기 위한 기반을 다졌다. 2010년 3월, 본 과제는 5명의 원사를 포함한 전문가팀의 검수를 통과했다. 검수결과, 전문가팀은 중저속자기부상교통시스템의 서스펜션제어, 견인제어, 운행제어 등의 핵심요인기술을 확보하여 중저속자기부상교통의 시스템기술을 확보하였으며 선진국수준에 도달하였다고 평가했다. 북경주식제어집단유한공사는 당산(唐山)에 소재한 시험거점에 최고시속이 105km에 달하는 1.5km 길이의 중저속 자기부상교통시범라인을 건설하였다. 자기부상열차으로 형성된 자기장의 강도는 일반 가전제품이 형성한 자기장과 비슷하거나 심지어 더욱 낮아 친환경적이고 안전한 도시궤도교통시스템으로 알려져 있다. 중국은 도시교통문제를 해결하고, 에너지절약/오염물방출저감을 촉진하며, 녹색성장을 실현하기 위해 중저속자기부상교통을 적극 발전시키기 위한 노력을 아끼지 않고 있다.

2010년 원전산업 10대 뉴스

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2010년 중국 원전산업의 10대 뉴스 1. 당중앙 원전 발전 크게 중시 17차 5중 전회에서 12차 5개년 계획기간 안전을 보장하는 기초위에 원전사업을 고효율적으로 발전시킬 것을 제안하였다. 9월 4~6일 후진타오 국가주석이 선전(深圳)시를 시찰하던 중 다야완(大亞灣)원전기지를 특별히 고찰하면서 원자력은 전 세계적으로 공인하는 청정에너지이기 때문에 중국이 에너지구조를 조정하고 온실가스의 방출을 감소시키는 중요한 조치로 삼아야 한다고 강조하였다. 2. 링오우(岭澳)원전 2기공정의 1호기와 친산(秦山)원전 2기 확충공정의 3호기 상용화 운영에 투입 7월 15일 중국 자체브랜드의 원전기술을 최초로 사용한 링오우원전 2기공정 1호기가 전력망 연결에 성공해서 9월 20일부터 상용화에 정식 투입되었다. 8월 1일 11차 5개년 계획기간 최초로 착공한 친산원전 2기 확충공정의 3호기가 전력망 연결에 성공해서 10월 21일부터 본격적으로 상용화되었다. 이로써 중국은 총 13기의 상용화 원전을 보유하게 되었으며, 총 발전용량이 천만kw를 초과하였다. 3. 새로운 원전프로젝트가 잇달아 착공 2010년 한해 중국은 총 10기의 신규 원전을 착공하였다. 1월 8일에 닝더(寧德)원전의 3호기, 4월 15일에 타이산(臺山)원전의 2호기, 4월 25일에 창쟝(昌江)원전의 1호기, 6월 210일에 하이양(海阳)원전의 2호기, 7월 30일에 팡청강(防城港)원전의 1호기, 9월 29일에 닝더(寧德)원전의 4호기, 11월 15일에 양쟝(陽江)원전의 3호기, 11월 21일에 창쟝(昌江)원전의 2호기, 12월 28일에 팡청강(防城港)원전의 2호기, 12월 31일에 푸칭(福淸)원전의 3호기가 잇달아 착공되었다. 2010년 말 기준 중국 내 건조중인 원전은 28기에 이르러 전 세계 건조중인 원전 총수의 40%를 차지하였다. 이로써 중국은 건조중인 원전 규모가 가장 큰 국가로 부상하였다. 4. 네이멍구(內蒙古)지역에서 3만톤 이상의 초대형 우라늄광상 발견 12월 7일 중국의 지질학자들이 10년 동안의 노력을 거쳐 네이멍구지역에서 초대형의 우라늄 광상을 발견한 사실이 보도되었다. 연구자들은 Erdos분지 외 Erlian분지의 중부지역에서 백악기시기 호수/하천지층에서 형성된 3만톤 이상의 초대형 우라늄광상을 확인하였다. 이와 관련된「Erdos분지 북부지역의 사암타입 우라늄광상의 시간/공간적 오리엔테이션과 광상형성메커니즘 연구」프로젝트는 지질과학기술 10대 진전에 선정되었다. 5. 사용후핵연료 재처리중간실험공정 열조절에 성공 12월 21일 중국 최초의 사용후핵연료 재처리중간실험공정인 중국핵공업그룹(CNNC)404중간실험공정이 열조절에 성공하였다. 이는 중국이 원자력에너지 연구개발 분야에서 이룩한 중대한 기술성과로서, 핵연료 밀폐사이클(closed cycle) 방향으로의 발전을 위해 중요한 걸음을 내디뎠다. 재처리를 거쳐 회수하는 우라늄과 플루토늄으로 MOX(우라늄-플루토늄 혼합산화물)연료를 제조해서 원자로에 재활용할 수 있다. 6. 백만kw급 원자로압력용기의 독자개발에 최초로 성공 12월 18일 중국핵동력연구설계원(NPIC)에서 설계하고, 중국제1중형기계그룹이 제조한 훙옌허(紅沿河)원전 1호기의 압력용기의 각종 기술지표가 요구조건을 전부 충족시켰다. 세계 선진수준에 도달한 이 원자로압력용기는 중국이 백만kw급 NI(nuclear island) 메인설비의 국산화를 기본적으로 실현하였음을 뜻한다. 7. 중국고속실험로(CEFR) 최초로 임계에 도달 7월 21일 중국의 첫 고속중성자증식로 CEFR이 최초로 임계에 도달했는데, 이는 원전 분야의 중대한 자주혁신 성과이다. 이로써 중국은 미국, 영국, 프랑스 등에 이어 세계에서 8번째로 고속로기술을 보유한 국가가 되었다. 고속중성자증식로는 우라늄자원의 이용율을 크게 향상시키는 동시에 고준위폐기물의 양을 감소시킬 수 있다. 8. 원전산업협회 과학기술상 최초로 창설 11월 9일 중국원전산업협회 과학기술상 평가위원회의 심의를 통해 1등상 2건, 2등상 12건, 3등상 42건을 선정하였다. 원전산업의 자주혁신능력을 향상시키고 원전 발전에 특출한 기여를 한 기관과 과학기술자를 장려하기 위해, 중국원전산업협회, 중국핵공업그룹, 광둥원전그룹, 국가원전기술유한공사, 중국전력투자그룹, 중국화넝(華能)그룹, 중국다탕(大唐)그룹 등이 공동으로 출자해서「원전산업협회 과학기술상」을 최초로 창설하였다. 9. AP1000/EPR 3세대 원전 6기 전부 착공 6월 20일 하이양(海陽) 2호기가 착공되었다. 이로써 AP1000 3세대 기술을 사용한 산먼(三門) 및 하이양(海陽)의 4기 원전과 EPR 3세대 기술을 사용한 타이산(臺山)의 2기 원전을 포함해서 총 6기의 3세대 원전이 전부 착공되었다. 10.「원자력법」잉태중 9월 국무원이 북경대학의 4명 원사가 공동으로 작성한「원자력법을 조속히 제정할데 관한 제안」에 대해 긍정적인 의견을 표시하였다. 이로써 원자력 분야 기본법이 될「원자력법」의 논증사업이 심층적으로 추진될 예정이다.