기술동향
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신형 촉각 전자 피부 개발

홍콩성시대학교 연구팀은 "피부 통합 촉각 인터페이스" 시스템을 성공적으로 개발했다. 피부를 매개로 하는 해당 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 시스템은 피부에 부착한 무선 액추에이터를 통해 에너지를 기계적 운동에너지로 전환시켜 촉각 자극을 인체에 전달한다. 해당 성과는 "Nature"에 게재되었다. 가상현실 및 증강현실 기술은 주로 시각과 청각 자극을 통해 체험을 창조하지만 피부는 눈과 귀에 비해 인체에서 면적이 가장 큰 감관 시스템이기에 촉각을 통해 외부 환경을 감지하는 것이 효과가 더 좋다. 홍콩성시대학교 생물의학공학과 위신거(于欣格)에 의하면, 연구팀의 목표는 실제 사람의 피부에 필적하는 전자 피부를 개발하는 것이다. 기존의 동종 제품과 비교할 경우, 해당 시스템은 아주 가볍고 피부에 밀착되며 전선과 배터리가 필요 없다. 해당 시스템은 새로운 재료, 구조, 에너지 전송 전략 및 통신 솔루션을 사용했다. 연구팀은 700여 개 기능 소자로 두께가 3mm 미만인 유연한 피부 소자를 구성했는데 가볍고 얇고 유연하고 신축성이 있는 내층을 포함하여 피부에 밀착될 수 있다. 실리콘으로 보호한 기능층은 내부에 무선 제어 시스템과 상호 연결된 액추에이터가 있다. 통기성 직물 외층은 웨어러블 의류에 직접 접착할 수 있다. 촉각 진동을 제공하는 기존의 액추에이터는 약 100밀리와트의 전력으로 정보를 전송하지만 해당 시스템은 주파수 기술(RF)로 전력을 공급하여 2밀리와트 미만의 전력으로 정보를 전송하고 동등한 기계적 진동을 생성하여 무선 저전력 에너지 전송 난제를 해결하고 시스템의 작동 거리를 크게 향상시켰다. 해당 연구 성과는 소셜미디어 및 전자게임에 응용 가능할 뿐만 아니라 의수, 의족 사용자가 촉각을 통해 외부 환경을 감지하기 위한 피드백을 제공하며 임상 의료에서 응용하는 관련 가상 장면까지 확장시킬 수 있다.

중국 핵융합공정실험로(CFETR) 개념 설계 완성

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최근, 중국과학기술부 기초연구사(司)는 허페이에서 국가 자기밀폐 핵융합에너지 발전연구 특별 프로젝트인 “핵융합로 총체적 설계 연구” 검토회의를 열고 중국 핵융합 공정 실험로(CFETR) 개념 설계를 평가하였다. 2011년 프로젝트가 가동된 후 3년 동안에 CFETR프로젝트팀은 중국 자기밀폐 핵융합 연구 방면의 핵심역량을 집중시켜 목표가 명확한 국가팀을 형성하였고 국제핵융합실험로(ITER)와 국제 자기밀폐 핵융합로 설계 기술을 받아들이고 습득한 토대에서 혁신을 거듭하여 ITER과 상호 연결·보완할 수 있는 CFETR 설계 방안을 완성하였다. 해당 프로젝트는 광범위한 국제 협력을 이끌어냈다. 미국, 독일, 프랑스, 이탈리아 등 세계 핵융합 선진국은 중국과 밀접한 연계를 맺었고 이미 CFETR 설계에 전면적으로 참여하였다. 러시아도 향후 CFETR 설계에 더 깊이 참여할 것을 밝혔다.

시창 위성발사센터, 통신기술 시험위성 1호 발사에 성공

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2015년 9월 12일 23시 42분, 중국 시창(西昌) 위성발사센터에서 창정3호을(長征三號乙) 운반로켓을 이용하여 통신기술 시험위성 1호를 발사하는데 성공하였다. 해당 위성은 중국 통신기술 시험위성 시리즈 첫 위성으로, Ka 주파수 채널의 광대역 통신기술 시험에 응용될 예정이다. 이번 발사 임무를 수행한 창정3호을 운반로켓은 중국 운반로켓기술연구원에서 연구 개발한 것이다. 이는 중국 창정 시리즈 운반로켓의 208번째 발사이다. 위성 통신에 사용되고 있는 주파수 채널은 L, S, C, Ku, Ka 등이다. 현재 적도 상공에 있는 제한된 지구 동기위성 궤도는 이미 각 나라에 의해 거의 채워져 있으므로 C, Ku 주파수 채널의 위성 궤도는 아주 빠듯한 상태에 있다. 또한C, Ku 주파수 채널도 대량으로 사용되고 있으며 주파수 범위도 상대적으로 제한되어 있다. Ka 주파수 채널의 주파수 범위는 C보다 수십배 크므로 현대 군사와 민용 통신에서 광범위한 응용 전망을 갖고 있다.

지우취안 위성발사센터, 가오펀9호위성 발사에 성공

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2015년 9월 14일 12시 42분, 중국 지우취안(酒泉)위성발사센터에서 창정2호정(長征二號丁) 운반로켓을 이용하여 지우펀9호(高分九號)위성을 우주에 발사하는데 성공하였다. 가오펀9호위성과 창정2호정 운반로켓은 각각 중국항천과학기술그룹회사(中國航天科技集團公司) 산하의 우주공간기술연구원, 상하이(上海)항천기술연구원에서 연구 제작한 것이다. 이는 창정 시리즈 운반로켓의 209번째 비행이다. 가오펀9호위성은 중국 고해상도 지상관측시스템 관련 과학기술 중대프로젝트 과제인 광학 원격탐사 위성으로, 지상 픽셀 해상도가 최대로 서브미터급까지 달하며, 국토 조사, 도시 규획, 토지권리 확인, 도로망 설계, 농작물 생산량 예측과 재해 방지 및 저감 등 분야에 응용되고 있다. 해당 위성은 “일대일로(一帶一路)” 등 국가중대전략의 시행과 국방 현대화 건설에 정보 보장을 제공하게 된다.

중국과학원 핵에너지안전기술연구소, 핵융합로 구조 재료 생산기술 확보

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최근, 중국과학원 허페이물질과학연구원 핵에너지안전기술연구소는 국내 특수강 제조 업체와 손잡고 저활성화 마텐자이트 스틸(martensitic steel)의 산업화 생산에 성공하였다. 저활성화 스틸은 고순도 핵 재료로서 양호한 중성자 방사 내성과 저활성화 특성을 보유하고 있으며 상대적으로 성숙된 산업 기술 토대를 갖추어 미래 핵융합로 및 상업화 핵융합 발전소의 최우선 구조 재료로 간주되고 있다. 저활성화 마텐자이트 스틸은 중국이 자주적 지식재산권을 확보한 저활성화 스틸로서 2001년에 개발을 시작하였고 대규모 생산에 앞서 줄곧 실험실 개발과 산업화 시험 생산 수준에 머물러 있었다. 연구팀은 15년에 걸친 기술적 어려움을 극복하고 최근에 6.4톤 규모의 저활성화 마텐자이트 스틸 주괴 제조에 성공하였다. 주괴의 주성분은 안정적 제어가 가능하며 불순물 원소는 극히 낮은 수준에서 통제할 수 있다. 또한 형재의 기본 역학적 성능은 국외 동일 유형 재료와 대등한 성능을 갖추었다. 이로써 중국은 유럽연합, 일본에 이어 세번째로 저활성화 스틸의 산업화 생산 기술을 확보한 나라로 되었다. 현재 저활성화 마텐자이트 스틸은 과학기술부에 의해 중국 ITER 실험패킷에 사용될 최우선 구조 재료로 확정되었다. 1기의 핵융합 시험로가 약 3,500톤의 저활성화 스틸을 필요로 하므로 제련 규모는 저활성화 스틸의 산업 응용을 가늠하는 핵심적 문제이다. 국제 열핵융합 실험로와 미래 핵융합 동력시험로 건설의 수요를 만족시키기 위해 유럽연합, 일본, 중국 등 국제열핵융합 실험로 참여측은 저활성화 스틸의 산업화 생산을 위한 연구에 뛰어들었다. 미국, 프랑스 등 국가는 20세기 80년대 중반부터 세계 최초의 제어 가능한 열핵융합실험로를 건설하여 무궁한 청정 에너지를 제공하고자 국제열핵융합실험로 계획을 추진하였다. 제어 가능한 열핵융합 실험장치의 운행 과정은 태양의 에너지 생성 과정과 흡사하여 ‘인공태양’으로도 불린다. 중국은 국제열핵융합실험로 참여국가 중 하나이다.

중국과학원 미생물연구소, 아르테미시닌 과산화물 교결합 합성메커니즘 규명

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중국 투유유(屠呦呦) 교수는 아르테미시닌(artemisinin)을 발견하여 2015년 노벨 생리의학상을 수여받았다. 지난 2013년 4월 10일, 미국 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 Jay Keasling 교수는 Amyris 회사와 함께 합성생물학적 기술로 재조합 효모에서 아르테미시닌 합성 전구체 아테미신산(Artemisinic acid)을 생성할 수 있다는 성과를 “Nature” 잡지 온라인판에 발표하였으며 이는 효모로 아르테미시닌을 생산하는데 획기적이고 혁명적 진전을 가져왔다. 해당 과산화물 교결합(peroxide bridge bond)을 가진 TIAs(terpenoid indole alkaloids)는 항감염, 항종양 및 항부정맥 약물을 포함한 다양한 생물활성을 보유하고 있다. 그중 가장 대표적인 아르테미시닌은 항말라리아 약물(antimalaria drugs)(artemisinin-based combination therapies,ACTs)로써 임상에서 약 40년간 응용되어 왔다. 아르테미시닌의 생물활성은 과산화물 교결합과 갈라놓을 수 없지만 아테미신산을 촉매하여 아르테미시닌을 형성하는 고리내 과산화물 교결합 합성효소는 찾지 못하여 세계적 난제로 되었다. 중국과학원 미생물연구소 장리신(张立新) 연구원이 수석 과학자로 담당하고 있는 973프로젝트 “미생물 합성계의 적합성 연구”에서는 해당 반응을 촉진하는 고리내 과산화물 브릿지 합성효소의 구성 요소는 개똥숙(Artemisia annua L.) 공생 진균에서 얻어졌을 가능성이 있다고 과감하게 추측하였으며 자체적으로 구축한 해양 미생물 천연 생성물 저장고에서 과산화물 교결합을 함유한 TIAs 및 관련 촉매 효소를 발견하였다. 연구팀은 973 해외팀 미국 보스턴대학교 류핑화(劉平華) 교수팀, 텍사스대학교 오스틴캠퍼스의 장옌(張燕) 교수팀과의 밀접한 협력을 통하여 몇 그루의 누룩곰팡이와 푸른곰팡이에서 항감염 등 다양한 생물 활성을 보유한 TIAs 진균 독소 Verruculogen을 분리하였다. 해당 화합물의 과산화물 교결합은 알파케토글루타르산(α-ketoglutaric acid)에 의존하는 단핵 비헴 효소(mononuclear non-heme enzyme) FtmOx1에 의해 촉매 합성되었다. 이상의 연구 결과는 2015년11월 3일 “Nature” 잡지 온라인판에 발표되었다. 해당 연구에서는 최초로 FtmOx1의 결정체구조 및 FtmOx1이 알파케토글루타르산과 기질 fumitremorgen B와의 공동 결정 구조에 대하여 보고하였으며 자세한 효소 실험 결과를 통하여 FtmOx1 기능을 검증하였다. 알파케토글루타르산과 두가지 산소 원자가 철 중심에서 결합된 후 타이로신 잔기(tyrosyl residues) (Y224)가 촉매 중심을 차단하여 직접적으로 기질에 접촉할 수 없게 하였다. 그러나 기타 대부분의 알파케토글루타르산의 단핵 비헴 효소 활성 중심은 기질에 직접 작용할 수 있으며 이 또한 FtmOx1 촉매의 독특한 부분이다. Y224가 알라닌(Alanine), 페닐알라닌(Phenylalanine)으로 돌연변이된 후, FtmOx1의 주요 촉매 생성물은 더 이상 과산화물 브릿지가 아니었으며 이는 Y224 잔기가 고리 내 과산화물 브릿지 촉매 과정에서의 중요한 작용을 한층 더 말해주었다. 또한, 신속 반응동역학과 냉동 담금질 전자스핀 공명스펙트럼(Electron spin-resonance spectra) 실험 결과를 통하여 FtmOx1 반응에 유리기 중간체가 있다는 것을 입증하였다. 고리내 과산화물 교결합의 새로운 생물 합성 메커니즘을 서술하는것은 아테미신산을 촉매하여 아르테미시닌을 형성하는 고리 내 과산화물 교결합 합성효소를 발전시키는데 큰 발걸음을 내디뎠다.

선전한하이유전자생물회사, 중국 첫 단분자 시퀀서 프로토타입 발표

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2015년 10월 27일 난팡과기대학(南方科技大學)에서 개최된 “유전체 시퀀싱 기술 진전에 관한 국제 세미나”에서 선전시한하이유전자생물과기유한회사(深圳市瀚海基因生物科技有限公司)가 자체적으로 연구 개발한 단분자 시퀀서 “GenoCare” 프로토타입 제품을 발표하였다. “GenoCare”는 세계 첫 임상 응용을 위한 단분자 시퀀서이자, 아시아 최초의 자주적 지식재산권을 갖춘 중국산 첫 프로토타입 -- 제3세대 시퀀서이다. 기존 임상에 응용되고 있는 제2세대 유전자 시퀀싱 설비에 비해, “GenoCare” 단분자 시퀀서는 환자의 DNA 복제수를 몇 천배로 증폭하는 등 시퀀싱 비용을 증가시키고 환자 유전자의 오리지널 정보를 변화시키는 샘플 전처리 절차를 진행할 필요가 없을 뿐만 아니라, 환자의 가장 원초적인 DNA 혹은 RNA 분자 서열을 직접 해독할 수 있고 임상 유전자 시퀀싱 비용, 속도와 품질을 크게 개선할 수 있다. 이날 “GenoCare” 발표와 동시에, 해당 프로토타입으로 측정한 첫 데이터도 “bioRxiv.org”에 견본 인쇄 간행물 형태로 정식 발표되었다. 해당 간행물에서는 주요하게 해당 프로토타입의 시퀀싱 원리 및 해당 기기로 검출한 3개 발암 유전자(EGFR,KRAS,BRAF)와 임상 돌연변이의 시퀀싱 품질 지표를 소개하였다. 데이터에 의하면, 해당 3개 유전자의 평균 시퀀싱 깊이가 1X에 달할 때, 95%의 정확도, 시퀀싱 깊이가 5X에 달할 때, 100%의 정확도를 나타낸다. 초기 GenoCare 프로젝트에 참여한 선전부유보건원, 선전인민병원 및 난팡과기대학 난팡병원 등 세 병원은 해당 기기를 통하여, 환자 혈액에서 발견된 바이러스 DNA 및 순환하는 종양 DNA 분자를 평가함으로써 환자 맞춤형 B형 간염 항바이러스 약물과 암 치료기법을 선택하는데 도움을 주었다. 중국의 수백만 B형 간염 환자에 대한 약제내성에 대한 이번 3세대 유전자 시퀀싱 기술을 적용하여 임상 유전자 돌연변이 검출 도구로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 동시에 많은 질환과 관련되는 중요한 유전자의 발현 혹은 복제 수의 변이에 대한 절대적 정량을 허락하였다. 2016년 하반년에 프로토타입의 연구 개발이 완성되고 더 많은 기관이 제3세대 시퀀싱의 시용에 참여할 것으로 예상된다.

상하이교통대,전세계 알테미시닌 공급을 위한 산업화

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2015년10월 27일, 상하이(上海)교통대학교 탕커쉬안(唐克軒) 교수가 이끄는 연구팀은 대사공학 전략으로 알테미시닌(Artemisinin) 함량이 높은 청호(개똥쑥)의 배양 및 청호의 산업화 연구 영역에서 획기적인 성과를 이루었다고 밝혔다. 이는 알테미시닌 업종의 기존 모드를 뒤엎고 전 세계적으로 알테미시닌의 가격이 낮고, 공급이 불안정한 등 문제를 해결할 수 있을 것으로 보인다. 현재, 중국의 알테미시닌 산업은 역사상 가장 저조한 상태에 있다. 알테미시닌의 가격은 1,200위안(한화 약21만 원)/kg으써 기업 생산 원가보다 훨씬 낮았으며 청호 마른 잎사귀의 가격 또한 사상 최저 가격인 5위안(한화 약 891원)/kg으로 떨어져 농민들에게 심각한 타격을 입혔다. 알테미시닌 유형의 약물은 매년 수억명의 말라리아(malaria) 환자를 치료하는데 가장 중요한 약물이다. 그러나 이러한 가격 저하로 인하여 몇년 후에는 원료 공급이 부족한 문제에 부딪치게 될 것이다. 다른 한면으로 낮은 알테미시닌 함량의 원료 품종과 비교적 분산된 재배 규모 또한 알테미시닌 원료 업종의 시장 질서를 불안정해지게 하였다. 그러므로 가격이 낮고 생산량이 높은 청호 원료 기지를 구축하는 것이 현재로써 가장 급선무이다. 10여년간의 연구를 통하여 탕커쉬안 연구팀은 함량이 1%~1.5%인 교잡종(제1대 청호 제품)과 함량이 1.5%~2%인 대사공학 청호(제2대 청호 제품)를 얻었으며 최근에 출시된 제3대 항제초제 청호 제품은 폐기된 알칼리성 토양을 이용하여 청호를 규모화, 기지화 재배할 수 있게 하였으며 알테미시닌의 생산 원가를 1,000위안(한화 약 18만 원)/kg으로 낮추어 알테미시닌 원료 공급 문제를 근본적으로 해결하였다. 또한, 연구팀은 파괴와 차단 등 기술을 핵심으로 하는 식물 대사공학 기술 플랫폼을 구축하고 알테미시닌 합성 경로에서의 핵심 효소를 과발현시키거나 RNA 간섭 기술로 알테미시닌 합성의 경쟁성 지로를 억제시켜 알테미시닌 함량이 크게 높아진 청호를 얻었다. 연구팀은 국제적으로 가장 먼저 알테미시닌 함량이 높은 청호의 “중간시험” 증서와 “환경방출(environmental release)” 증서를 발급 받았으며 “환경방출” 등 안전성 평가와 청호 제품의 생물학적 기능 평가를 완성하였다. 동물 시험 결과, 개량 청호와 비개량 청호 및 그 제품은 화학성분, 형질, 약리, 독성 등 면에서 모두 차이가 없었으며 이를 통하여 개량 청호 및 해당 제품이 안전하다는 것을 알 수 있다. 탕커쉬안 교수 연구팀은 상하이 충밍섬(崇明島)과 산둥(山東) 둥잉(東營)의 빈하이(濱海) 알칼리성 토양에서 제1대 청호 제품을 시험 재배하였으며 청호 생산량과 알테미시닌 함럄이 청호 주요 재배지역과 비슷하고 한 이랑 당 청호의 줄기와 잎사귀 무게는 150kg에 달하였고 알테미시닌 함량도 1%에 도달하였다. 또한, 기계화 수확을 진행하여 비교적 좋은 효과를 얻었다. 청호를 종합적으로 이용하고 환경을 보호하기 위하여 연구팀은 청호 잎사귀를 수확한 후 나머지 줄기를 기능성 우드 플라스틱(Wood-Plastic)으로 가공하여 폐기된 대를 소각함으로써 발생되는 환경 오염 문제를 해결하였다. 또한, 알테미시닌 약물의 강혈지 기능을 새롭게 발견하였으며 알테미시닌의 응용 영역을 넓히는데 토대를 마련하였다.

상하이생명과학원, 만성염증 연관 간암 발생 면역세포의 조절 메커니즘

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최근, 중국과학원 상하이생명과학연구원(上海生命科學研究院) 생화학·세포생물학연구소 왕훙옌(王紅豔) 연구팀은 대식세포가 키나아제 STK4를 이용하여 Toll 유사 수용체(TLR)에 의해 유도된 염증 반응을 억제하며, 만성 염증으로 인한 간암의 발생과 진행을 조절한다는 것을 규명하였다. 해당 최신 연구 성과 “STK4 regulates TLR pathways and protects against chronic inflammation–related hepatocellular carcinoma(high lighted in JCI)”는 2015년 10월 13일 국제학술지 “The Journal of Clinical Investigation”에 온라인으로 발표되었다. 왕훙옌 연구팀은 일부 암 억제 유전자가 면역세포에서도 발현된다는 점을 참고하여, 면역세포와 종양세포에서 모두 염증·암 억제 등 이중 기능을 갖는 중요한 유전자를 선별함으로써, 면역세포와 종양세포에 모두 존재하는 신호 분자에 초점을 맞추어, 염증·암 병변의 발생과 진행을 효과적으로 억제하는 해당 유전자의 역할을 규명하였다. 연구팀은 병원성 미생물에 감염된 1세대 대식세포 내 암 억제 유전자의 발현 상태에 대한 검출을 통하여, 세린(serine)과 트레오닌(threonine)STK4(Mst1로도 불림)는 IRAK1과의 결합 및 인산화를 통하여, IRAK1의 분해를 촉진함으로써 NF-kB의 활성화를 억제하고 염증 유발인자 IL-6、IL-1b와 종양 괴사인자α(TNFα)의 생성을 하향 조절한다. STK4는 또 항바이러스 I형 인터페론의 생성을 촉진한다. 이 외, 대량의 임상 환자 데이터에 대한 분석을 통하여 간암 환자의 종양 조직에 대량의 대식세포 침윤 현상이 존재하며, 종양에 침윤된 대식세포 혹은 말초혈액 대식세포 중의 낮은 수준의 STK4이 높은 수준의 IRAK1의 발현과 부적 상관관계를 나타낸다는 것을 발견하였다. 또한 혈청 IL-6수준이 낮은 간암 환자에 비해, 혈청 IL-6수준이 높은 환자의 대식세포만 STK4의 발현을 특이적으로 하향 조절하였다. 발암물질 DEN, CCl4와 LPS와의 결합 혹은 E.coli으로 유도한 만성 염증 관련 간암 생쥐 모델에서 대식세포의 STK4를 특이적으로 녹아웃한 생쥐는 염증 인자의 발현을 뚜렷하게 촉진하고 간 기능의 손상을 심화함으로써, 말기에 생쥐 간장의 섬유화를 유발하고 간 종양의 형성을 촉진하였다. 더 중요한 발견으로 IRAK1 억제제로 처리한 생쥐를 이용하여, STK4 결실로 인한 만성 염증과 간암의 발생, 진행을 뚜렷하게 낮출수 있다는 점이다. 해당 연구는 STK4-IRAK1을 염증성 간암의 발생을 차단할 수 있는 새로운 표적으로 이용할 수 있음을 주장하였으며, 최초로 말초혈액 대식세포 내 STK4 수준에 대한 모니터링이 염증성 간암의 조기 진단에 도움을 줄 수 있음을 제안하였다.

중국기술 독자제작 AG600 수륙양용 비행기 최종 조립

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2016년 7월 23일, 중국항공공업그룹회사가 연구·개발한 국산 대형 화재진압/수상구조 수륙양용 AG600 비행기 01호기가 주하이(珠海)에서 최종 조립을 마쳤다. 이는 해당 기종의 기체 구조 및 탑재 시스템 설치가 마무리되어 지상 통합 테스트 단계에 진입하였음을 의미한다. 이로써 AG600 비행기 프로젝트의 공학 개발은 단계적 성과를 거두었고 후속 처녀비행을 위한 토대를 마련하였다. AG600은 중국이 자체 제조한 대형 수송기 윈(运)-20과 대형 여객기 C919 다음으로 최종 조립을 마친 "3가지 대형 비행기" 중 하나로서 대형 수륙양용 비행기 제조의 기술공백을 메웠다. 또한 세계적으로 개발 중인 최대 수륙양용 비행기로서 이미 17대를 수주하였다. AG600은 단일 선체, 전륜형 접개식 착륙장치, 외팔보 고익 단엽기 구조로 설계되었고 4대 국산 WJ-6 엔진을 장착하였다. 기체 총 길이와 높이는 각각 37m와 12.1m이고 날개 길이는 38.8m로서 외부 사이즈는 보잉 737 기종에 해당한다. 최대 이륙 중량은 53.5톤, 최대 순항 속도는 500㎞/h, 최대 비행시간은 12시간, 최대 항속 거리는 4,500㎞이며 한번에 12톤의 물을 끌어올리는데 20초 소요한다. 주로 삼림화재 진압과 수상구조 임무를 수행하는데 파고 2m 기상조건에서 수상구조 작업을 수행하며 한번에 50명을 구조할 수 있다. AG600은 다양한 기술적 어려움을 극복하였고 자주적 지적재산권을 보유한 수륙양용 비행기 설계·개발 기술 체계를 형성하였으며 신형 수상비행기 발전을 위한 기반을 다졌다.

광둥의과대학교, 고효율 수소저장재료를 최초로 합성

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최근, 광둥(廣東)의과대학교 약학대학 류젠창(劉建強)박사 연구팀이 금속유기골격재료 연구를 통해 수소저장재료 분야에서 획기적인 성과를 거두었다. 연구팀은 새로운 토폴로지 구조의 수소저장재료를 합성하여 수소저장능력을 최적화하고 재료의 수소저장 효율을 크게 향상시켰다. 관련된 성과는 영국왕립화학학회 저명한 저널인 “Journal of Materials Chemistry A”에 발표되었다. 금속유기골격재료(MOFs)는 최근 몇 년 동안 신속한 발전 추세를 보이고 있는 신형의 3차원 기공구조를 가진 고분자재료이며 제올라이트와 탄소나노튜브 이외의 새로운 다공성 재료로서 수소저장과 초고순도의 분리개발 과정에서 뚜렷한 응용전망을 갖고 있다. 수소에너지가 수소연료전지로서 교통수단에서 대량으로 응용될 경우, 금속유기골격재료가 주요한 역할을 담당할 것으로 전망된다. 해당 재료는 주요하게 기체 저장, 촉매작용, 감지와 약물방출 등 분야에 응용되며 순도와 결정도가 높고 원가가 낮으며 대량 생산이 가능하고 구조를 제어할 수 있는 등 장점을 갖고 있다. MOFs재료는 마치 방과 같으므로 기공 용적 크기는 방면적 크기와 같고, 기공 직경 크기는 방의 출입문과 같아 문을 크게 열면 기체가 더 많이 진입하고 따라서 수소저장량도 더 많아 지며 또한 표면적과 기공 용적이 크고 기공 직경과 토폴로지 구조를 조정할 수 있으며 열안정성이 양호한 등 장점을 갖고 있다. 연구팀은 최소의 카르복실산기를 이용하여 현재 세계 최초로 토폴로지 네트워크 구조를 보유한 GDMU-2-MOFs 재료를 합성하였으며 카르복실산기의 기능화에 의한 재료의 미세구조·성능 조절작용을 규명하고 최종 수소저장 능력에 대한 동기화 최적화를 구현하여 수소 저장 능력을 크게 향상시켰다. 금속유기골격재료의 합성연구는 대부분 컴퓨터 가상 시뮬레이션 단계에 처해 있다.

베이징대, 세계 최초 치아치료 소형 로봇 개발

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최근, 베이징대학교 구강의학대학 뤼페이쥔(吕培军) 교수가 이끄는 연구팀은 세계 최초로 "치아제거 소형 로봇 시스템" 개발에 성공하였다. 해당 시스템은 임상의학표준과 규범을 엄격히 따르며 자동제어 펨토초 레이저 빔을 도입하여 환자의 구강에서 정확하게 위치를 확정한 후 치아를 절단하고 갈아내는 등 치료에 필요한 작업을 자동적으로 수행한다. 또한 디지털 의치 제조 설비와 동기 연동시켜 환자의 의치를 신속하게 복원할 수 있다. 따라서 치료의 정확성과 작업 효율을 크게 향상시키고 치료 시간을 단축하며 환자의 병치료 쾌적도를 높일 수 있다. 해당 성과는 국제 발명 특허 1건과 국내 발명 특허 8건을 획득하였고 소프트웨어 저작권 2건을 신청하였다. 아울러 SCI/EI 논문 22편을 발표하였고 'Nature' 자매지 'Scientific Reports'에 6편의 논문을 발표하였다. "13차 5개년" 기간, 지능 로봇 개발에 대한 지원이 강화되는 배경에서 "치아제거 소형 로봇 시스템" 등을 포함한 의료분야 지능 로봇이 전국 현급 병원에 일반화 될 경우 적어도 3만 대, 100억 위안(한화로 약 1조7,092억 원)의 시장 규모가 조성될 것이며 이와 동시에 현재로서 수준높은 의사가 부족하고 진단받기 어렵고 의료비용이 많이 드는 등 문제 해결에 도움이 될 것으로 전망된다.

산둥대학교, 지능형 서비스 로봇 개발

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최근, 산둥대학교(山东大学) 연구팀은 “다즈(大智)”라고 명명한 가정용 지능형 서비스 로봇을 개발하였는데 시각, 청각과 후각을 갖고 있으며 가정에서 경비원, 보모, 배우자 등 역할을 자유롭게 전환할 수 있다. 또한 지정한 시간, 위치, 사람을 위해 집에서 자유 순찰할 수 있으며 물, 전기, 가스 등 이상 상황을 발견하면 스스로 경보를 울린다. 만약 노인이 넘어지거나 혼절 등 상황이 발생하였을 경우, 해당 로봇은 바로 반응하여 가족의 휴대폰에 사진 혹은 동영상을 전송하고 상황에 근거하여 응급조치를 취할 수 있도록 한다. 첫번째 “다즈” 지능형 서비스 로봇은 독거노인을 주요 대상으로 하며 곧 생산에 투입될 예정이다. 소매가격은 1만위안(한화로 약 180만원) 이내로 통제할 예정이다. 해당 지능형 로봇은 클라우드 컴퓨팅, 위치결정 내비게이션, 안면 인식, 인간-로봇 상호작용 등 기술을 성공적으로 통합하였다. 또한, 전체적 로봇 배치에서 위치센서, 양용 직류 모터 드라이브와 전원 관리 모듈에서 완전한 자주적 지식재산권을 보유하고 있으며 시스템 성능을 대폭 향상시켰을 뿐만 아니라 원가를 크게 낮추었다. 새로운 바이오 소재의 응용 및 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅의 발전에 따라, 향후 가정용 지능형 서비스 로봇은 인간과 더욱 자연스러운 감정 교류를 진행할 것이며 또한 시각, 내비게이션에서도 더욱 스마트화 될 전망이다.

서안광학정밀기기연구소 투과율 높은 파장분할 다중화기 개발

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표면플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)은 외부 자기장과 금속표면의 자유전자와의 상호작용으로 형성된 일종의 간섭성 공명으로 거대한 로컬필드 증강효과를 지닌다. SPPs는 회절극한을 극복할 수 있어 많은 새로운 광학현상을 일으키는데, 예를 들면 부정굴절(negative refraction), 완벽프리즘, 스텔스(stealth) 등의 현상이 그러하다. 이러한 복잡한 현상은 가능하게 새로운 원리나 이론 또는 신기술이 내포되어 있음을 나타낸다. SPPs는 신형의 광자소자, 광대역통신시스템, 데이터기록, 현미경, 태양전지, 신형의 광자센서 등의 발전을 위해 가능성을 제공했다. 현재 SPPs기반의 서브파장광학은 광학과 광자학가운데 가장 빠르게 발전하는 인기연구분야로 떠올랐다. 중국과학원 서안광학정밀기기연구소의 과도광학 및 광자기술 국가중점실험실의 연구원은 SPPs 연구과정에 금속-매체-금속 나노캐비티가 극히 강한 로컬공명과 양호한 여파특성을 지니는 현상을 발견했다. 이러한 효과를 토대로 연구원은 SPPs 나노 Resonator의 멀티채널 파장분할 다중화기(WDM)를 설계해냈다. 나노캐비티의 반경, 결합길이, 굴절률 등의 물리변수와 SPPs 공명 투과율간의 관계에 대한 측정결과 파장분할 다중화기(WDM)는 구조가 타이트하고 파장을 조절가능하며, 투과율이 높은 등이 장점이며, 그 투과율은 현재 국제적으로 보도된 최고치보다 무려 2배정도 높은 것으로 나타났다. 이러한 파장분할 다중화기는 광통신, 광학컴퓨팅, 광정보처리 등의 분야에 응용된다. 이 연구성과는 미국광학학회(OSA)의 주목을 받았으며, 논문은 Optics Express에 발표되었다. 논문제목은 ‘Tunable multi-channel wavelength demultiplexer based on MIM plasmonic nanodisk resonators at telecommunication regime’이며, OSA에 의해 “Image of the week”에 선정되었다.

지구환경연구소 미래 대기오염연구의 새로운 연구수단 발굴

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탄소 안정동위원소(stable carbon isotopic composition)는 지구화학연구에 광범위하게 응용되며 동시에 대기오염원 및 대기화학전환을 해석하는 효과적인 수단이기도 하다. 중국과학원 지구환경연구소의 차오쥔지(曹军骥)연구원은 대기미세입자중의 유기탄소(OC)와 원소탄소(EC)의 안정동위원소에 대한 연구에서 진전을 이룩했다. 관련 연구논문은 (Stable carbon isotopes in aerosols from Chinese cities: Influence of fossil fuels) 최근의 국제 유명학술저널인 Atmospheric Environment에 발표되었다. 이 연구는 중국 14개 주요 도시의 대기미세입자 유기탄소(OC)와 원소탄소(EC)의 안정동위원소를 체계적으로 조사한 것으로, 남부, 북부 주요도시의 OC와 EC 동위원소의 공간분포 및 계절변화특징을 도출해냈다. 연구결과, OC 동위원소 수치변화범위는 -26.90‰~ -23.08‰, EC 동위원소 수치변화범위는 -26.63‰ ~ -23.27‰사이에 있음을 획득했다. 겨울철의 OC, EC 안정 동위원소 수치는 뚜렷한 연관성을 나타내며, OC, EC 동위원소 차이는 북부지역이 남부지역보다 큰 것으로 나타났다. 동위원소 지시특징을 비교해보면 도시대기미세입자중의 탄소성분은 주로 화학석유연료의 연소, 특히 석탄 연소와 차량의 가스방출에서 비롯되었으며, 북부지역이 겨울철에 석탄연소의 영향을 가장 많이 받는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 대기중 OC, EC 안정된 탄소동위원소는 대기중 탄소에어로졸(carbonaceous aerosol)의 공급원을 식별하는 유효 지시물질로 삼을 수 있음을 입증했으며, 또한 미래 대기오염연구의 새로운 일반연구수단이 될 것으로 전망된다. 논문정보: Jun-ji Cao,et al., Stable carbon isotopes in aerosols from Chinese cities: Influence of fossil fuels, Atmospheric Environment 45 (2011) 1359-1363

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.