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쌀 한 톨 크기 센서로 뇌 진단…젤리 등 신소재 활용도

세계적인 고령화로 건강에 대한 관심이 커지면서 체온, 혈압, 심박수, 움직임 등 신체 상태를 실시간으로 측정하는 '인체 센서'가 주목받고 있다. 특히 최근에는 젤리나 고무 같은 신소재, 무선통신 기술과 접목된 새로운 형태의 센서가 등장하고 있다.지난 6월 중국 화중과학기술대학교 전자과학과의 장 젠핑 교수 연구팀은 수술 없이 뇌 상태를 진단할 수 있는 쌀 한 톨 크기의 하이드로겔(Hydrogels) 센서에 관한 연구 결과를 국제 학술지 <네이처>에 소개했다.해조류에서 주로 얻는 하이드로겔은 전체의 약 90%가 물로 이뤄진 천연 또는 합성 고분자 중합체로, 젤리처럼 말랑말랑하다. 신체 거부반응이 거의 없고, 체내에서 스스로 분해되는 성질 때문에 의료용으로 활용된다. 하이드로겔의 또 다른 특징은 외부 조건에 민감하게 반응한다는 것이다. 예컨대 뇌에 주입되면 압력, 산성도 등에 따라 모양이 바뀐다. 모양을 알면 현재 주변 환경이 어떤지 역으로 추적할 수 있다는 뜻이다.연구팀이 개발한 센서는 가로, 세로, 높이가 각각 2㎜로, 내부에는 초음파를 반사하는 ‘공기 기둥’이 일정한 간격으로 배치돼 있다. 바늘을 이용해 센서를 뇌에 삽입한 후 초음파를 쏘면 하이드로겔 모양에 따라 서로 다른 초음파가 반사돼 나오고, 이를 분석해 뇌의 상태를 진단한다. 실제로 쥐와 돼지의 뇌에 센서를 주입해 실험한 결과 압력, 온도, 산성도, 근처 혈관의 유속이 정확하게 측정됐다. 무엇보다 이 센서는 4~5주 이내에 물과 이산화탄소 등으로 분해됐고, 별다른 부작용도 일으키지 않았다.하이드로겔 센서가 상용화되려면 용해된 하이드로겔이 무독성인지 살펴봐야 하고, 안전성 확인을 위해 더 큰

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새끼 돌보느라 예민해진 까마귀, 공격성 강해져

거장 영화감독이 뽑는 거장 영화감독, 앨프리드 히치콕! 그의 대표적 영화 작품 중 하나인 <새> 에서 새는 사람들을 공격하는 공포스러운 존재로 등장한다. 떼로 몰려와 마을을 습격하는데, 뾰족한 부리로 사람들을 공격하고 영화 말미에는 이로 인해 사람들이 사망에 이르기도 한다. 그런데 최근 이런 비슷한 일이 실제로 일어났다. 까마귀들이 사람들을 공격하고 있는 것이다. 도대체 어떻게 된 일일까?전깃줄 위에 앉아 있던 까마귀, 지나가는 행인을 향해 전속력으로 다가가 머리를 툭 친다. 한 번이 아니라 여러 번 반복된다. 행인은 정체 모를 공격에 당황하지만, 까마귀의 짓이라는 사실을 깨닫고 당황한다.전국 곳곳에서 까마귀의 공격을 받았다는 제보 영상이 이어지고 있다. 멧돼지나 고라니 같은 동물들이 마을로 내려와 논밭을 헤집어놓거나 사람을 공격하는 일이 종종 있었으나, 새가 사람을 해친다는 생경한 일에 사람들은 당황했다. 동시에 히치콕 영화 <새>가 연상되며, 큰 공포를 느낀다는 반응을 보이기도 했다.현재 도심에서 사고를 치고 있는 까마귀는 ‘큰부리까마귀’종이다. 큰부리까마귀는 전국에서 번식하는 흔한 텃새로, 주로 도심에서 생활한다. 몸길이는 약 57cm로 꽤 큰 편이고, 몸 전체가 검은색이라 제법 눈에 띈다. 사람을 무서워하지 않는데, 한라산에서 등산객의 음식이나 물건을 빼앗는 전적으로 악명 높다.그런데 유해종도 아닌 큰부리까마귀가 왜 사람들을 공격하고 있는 걸까? 전문가들은 번식기를 맞은 까마귀들이 예민해졌기 때문이라고 분석했다. 큰부리까마귀는 주로 3~6월에 둥지를 옮기고 번식을 한다. 이때 육아에 전념하게 되는데, 새끼가 부모의 도움

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기후변화가 보내는 경고, 6차 대멸종 오나?

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (14) 지구상에 있는 여러 생물종이 한꺼번에 사라지는 것을 대멸종이라고 한다. 46억 년에 이르는 지구 역사에서 모두 다섯 번의 대멸종이 있었다. 다섯 차례 대멸종 중에서도 규모가 가장 컸던 것은 고생대 말에 일어난 3차 대멸종이다. 가장 유력한 원인은 화산 폭발인데, 당시 지구 생물종의 95% 이상이 사라졌다.중생대 백악기 말의 공룡 멸종은 5차 대멸종과 함께 발생했다. 과거 다섯 번의 대멸종에서 공통적으로 나타난 현상은 산소 농도 감소, 화산 폭발이나 지각 변동으로 인한 이산화탄소와 수증기 대량 발생, 육지 식물 또는 바닷속 식물성 플랑크톤의 멸종, 지구 온난화 또는 냉각화 등이다.과학자들은 6차 대멸종이 이미 시작됐다고 보고 있다. 최근 지구촌 곳곳에서 일어나고 있는 급작스러운 폭설과 폭우, 한파와 폭염, 산불과 화산 폭발 등이 앞선 다섯 차례 대멸종 때 공통적으로 나타났던 현상이라고 판단하기 때문이다.더욱 걱정되는 점은 인간이 사용한 화석연료로 인해 발생하는 온실가스가 지구 온도를 급격히 상승시켜 앞선 대멸종보다 더 빠른 속도로 생물종의 위기를 불러오고 있다는 점이다. 인간은 화석연료를 엄청난 속도로 태워 없앨 뿐만 아니라 고기를 얻기 위해 산과 숲을 밀어내고 가축 사육지를 늘리고 있다.이 때문에 많은 생물종이 서식지를 잃고 있다. 1만 년 전 지구상 척추동물 중에는 야생 동물이 99.9%, 인간과 가축이 0.1%였지만 지금 야생 동물은 3%에 불과하고, 인간이 32%, 가축이 65%라고 한다.80억 명에 이르는 세계 인구가 다른 생물의 서식지를 빼앗고 환경을 오염시키고 있어 생물 멸종 속도가 5차 대멸종 때보다 114배나

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지구 멸망 막기 위한 소행성 충돌 실험

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (13)지난해 개봉한 영화 ‘돈 룩 업(Don't Look Up)’은 지구가 혜성과 충돌해 멸망하는 이야기를 담고 있다. 지구가 혜성이나 소행성과 충돌하는 스토리는 이 영화 외에도 여러 영화에 등장한다. 이런 시나리오는 영화 속 이야기로만 그치지는 않는다. 과거에도 지구는 소행성과 충돌한 적이 있고, 지금도 2300여개 소행성이 지구 주변을 돌고 있다.중생대 백악기 말인 6600만년 전 공룡을 비롯해 지구 생명체의 75%가 사라진 5차 대멸종도 소행성 충돌이 원인인 것으로 알려져 있다. 멕시코 유카탄 반도에는 너비 180㎞, 깊이 20㎞인 칙술루브 분화구가 있다. 이 분화구는 소행성이 지구와 충돌해 생긴 것으로 추정된다. 소행성 파편에 많이 포함된 이리듐이라는 원소는 지구 지층에는 매두 드문 원소인데, 백악기 말 형성된 지층에서 유난히 많이 발견됐다. 그 시기 소행성과 지구의 충돌이 있었다는 유력한 증거다.역사상 가장 큰 규모의 소행성 충돌은 1908년 퉁구스카 대폭발이다. 비교적 최근인 2013년 3월에도 러시아 30㎞ 상공에서 거대한 운석이 폭발해 건물 7000채가 부서지고, 1400명이 다쳤다. 당시 폭발 충격은 히로시마에 떨어진 원자폭탄 위력의 수십 배에 달했다고 한다.언제 또 일어날지 모를 소행성 충돌 공포로부터 인류를 구할 수 있는 획기적인 발걸음이 지난 9월 27일 있었다. 미국 항공우주국(NASA)이 우주선을 소행성에 충돌시켜 소행성의 궤도를 바꾸는 실험을 한 것이다. 소행성이 지구에 충돌할 위험이 있을 때를 대비한 ‘지구 방위’ 실험이었다.NASA가 개발한 우주선 다트(DART)는 지구에서 1080만㎞ 떨어진 목성 근처의 소행성 디모르포스

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과학기술을 활용한 예술, 미디어 아트

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (11)화가가 꿈인 지니는 지난 주말 조선의 천재 화가 김홍도 전시회를 보러 갔다. 전시회 팸플릿에는 ‘단원 김홍도의 미디어 아트 전시’라고 적혀 있었다. 전시관에 들어가니 김홍도의 작품이 움직이는 영상으로 만들어져 멋진 배경음악과 함께 흘러나왔다. 그림이 꼭 살아 움직이는 것 같았다. 지니의 마음을 사로잡은 이런 영상이 미디어 아트라고 했다.미디어 아트란 사진, 영상, 터치스크린, 레이저 등 여러 가지 미디어 기술을 활용한 예술 작품을 말한다. 미디어 아트 기법을 활용하면 2차원 평면의 그림도 살아 움직이는 3차원 입체로 재탄생한다.김홍도의 작품 중 ‘행려풍속도 8곡병’은 당시 생활상을 생동감 넘치게 묘사하고 있다. 아쉽게도 프랑스 파리 기메박물관에 소장돼 있어 직접 감상하기는 어렵다. 대신 이 작품을 바탕으로 한 미디어 아트 전시를 국내에서 만날 수 있다. ‘행려풍속도 8곡병’의 미디어 아트를 보는 동안 지니는 마치 1700년대 한양에 와 있는 듯한 착각이 들었다.미디어 아트의 배경에는 과학 기술이 있다. 과학 기술이 발전하면서 예술의 표현 기법 또한 다양해진 것이다. 대표적인 것이 증강현실(AR), 가상현실(VR) 기술이다. AR, VR 기술은 관객이 작품에 참여하는 인터랙티브 아트를 가능하게 한다. 인터랙티브(interactive)란 서로 영향을 주고받는다는 의미다.관람객이 발을 내딛는 곳마다 꽃이 피어나고, 폭포에 손을 대면 물줄기 방향이 바뀌는 것과 같은 이미지를 AR과 VR 기술을 통해 만들어 낼 수 있다. 화면에서 고래가 튀어나오는 것처럼 현실과 가상세계가 뒤섞인 이미지를 구현하는 데도 AR과 VR 기술이

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세상의 근원, 더이상 쪼갤 수 없는 작은 알갱이 '원소'

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (8)지금 여러분이 보고 있는 컴퓨터 모니터나 스마트폰 액정을 잘게 부수면 어떻게 될까요? 부서진 액정을 더 잘게 가루로 만들면 무엇이 남을까요? 상상하기 어렵지만 궁금하지 않나요? 마지막에 남는 아주 작은 알갱이가 스마트폰 액정을 구성하는 가장 기본적인 요소겠죠.물질을 이루는 근원적인 요소가 무엇일까 하는 질문은 아주 오랜 옛날부터 있었습니다. 고대 그리스에선 물, 불, 흙, 공기가 세상의 근원이라고 생각했어요. 이 네 가지가 섞여서 여러 가지 물질을 만들어 낸다고 믿었죠. 물론 이것은 사실이 아닙니다.이후 과학자들이 연구를 거듭해 물질의 기초가 되는 요소들을 찾아냈어요. 이를 ‘원소’라고 해요. 더 이상 쪼갤 수 없는 근원적인 요소라는 뜻이에요. 지금까지 과학자들이 찾아낸 원소는 총 118개입니다. 이 중 약 90개는 자연적으로 존재하는 것이고, 나머지는 인공적으로 합성한 것입니다. 우리 생활에 쓰이는 철, 구리, 알루미늄과 공기 중에 있는 산소도 원소예요.이 모든 원소를 기록한 것이 우리가 학교에서 배우는 주기율표입니다. 서로 비슷한 성질을 지닌 원소들을 같은 세로줄에 배치했기 때문에 '주기'가 있다고 하는 것입니다. 지금은 100개가 넘는 원소가 알려져 있지만, 3

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은은한 향기가 추억을 불러일으키는 이유

 신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (6)세상에는 셀 수 없이 많은 종류의 향기가 있습니다. 갓 구운 고소한 빵, 은은한 샴푸향, 향긋한 꽃향기. 어떤 향기는 과거의 기억을 떠올리게 합니다. 어디선가 고소한 치킨 냄새가 흘러나오면 가족과 함께 치킨을 맛있게 먹었던 기억이 떠오르는 것처럼요. 여기에도 과학 원리가 숨어 있습니다.우리가 냄새를 맡을 수 있는 것은 코안에 후각 수용체가 있기 때문이에요. 후각 수용체는 냄새가 나는 물질(냄새 분자)을 받아들인 다음 이를 전기적 신호로 바꿔 대뇌의 변연계라는 곳으로 전달합니다. 포유류 이상의 동물에서만 발견되는 대뇌의 한 부분이죠. 변연계는 기억과 감정을 담당하는 곳이기도 해요. 그래서 냄새에 관한 정보가 변연계에 들어오면 과거의 기억 또는 감정과 연결되는 것이죠.이런 현상을 ‘프루스트 효과’라고 부릅니다. 프랑스 작가 마르셀 프루스트의 소설 <잃어버린 시간을 찾아서>에서 유래한 말이에요. 소설 속 주인공 마르셀은 홍차에 적신 마들렌 과자의 향을 맡고 어릴 적 기억을 떠올리죠.프루스트 효과는 여러 분야에서 응용되고 있는데요. 기억이나 감정과 관련된 후각의 특성을 우울증 치료에도 활용하고 있습니다. 우울증 환자에게 즐겁고 행복했던 기억을 떠올릴 수 있는&nb

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개구리 다리에서 시작된 건전지 발명

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (4)전기는 우리 생활에 반드시 필요한 것 중 하나입니다. 여러분이 지금 이 기사를 보고 있는 컴퓨터 혹은 스마트폰도 전기를 사용합니다. 전기는 눈에 보이지 않고, 감전 등 사고가 날 위험도 있어 두려움의 대상이 되기도 합니다. 눈에 보이지 않는 전기를 우리는 어떻게 사용할 수 있는 것일까요. 오늘은 최초의 화학 전지인 볼타 전지에 대해서 얘기해 보겠습니다.우리가 집에서 사용하는 TV 리모컨과 도어록에는 건전지가 필요합니다. 휴대폰에는 배터리가 들어 있죠. 건전지와 배터리 등을 전지라고 합니다. 만약 전지가 없다면 모든 전자제품에 전깃줄이 필요해 사용하기가 훨씬 불편할 거예요. 전지 덕분에 각종 전자제품을 더 편리하게 쓸 수 있습니다.전지는 200여 년 전 처음 발명됐는데요. 아주 우연한 발견에서 전지의 역사가 시작됐습니다. 1700년대 후반 이탈리아의 해부학자 루이지 갈바니는 죽은 개구리 다리에 수술용 칼을 대자 다리가 움찔하며 움직이는 현상을 발견했습니다. 갈바니는 개구리의 몸에서 전기가 나온다고 생각했어요.하지만 이 소식을 전해 들은 갈바니의 친구 알레산드로 볼타는 다르게 생각했어요. 개구리를 올려놓은 금속판과 수술용 칼 사이에 전기가 통한 것이라고 봤죠. 다시 말해 개구리의 몸속에 전기가 있는 것이 아니라 서로 다른 종류의 두 금속 사이에 전기가 통하면서 중간에 껴 있던 개구리 다리가 움직인 것이라는 얘기입니다.훗날 실험을 통해 볼타의 생각이 옳은 것으로 증명됐어요. 볼타는 1800년경 앞서 설명한 개구리 다리가 서로 다른 두 개의 금속 사이에서 움직이는 현상에 착안해 전지를 만들었는데요. 그는