새샘(淸泉)
세계경제포럼(WEF)이 선정한 '2021년 10대 미래유망기술' 본문
세계경제포럼(World Economic Forum, WEF)은 지난 11월 16일 <2021년 10대 미래유망기술>을 선정·발표했다.
해마다 10대 유망기술을 발표하는 세계적 단체로는 과학학술지 '네이처 Nauture'와 '사이언스 Science'를 비롯하여 미국 '매사추세츠 공과대학교(MIT)' 등이 있다.
WEF의 선정 기술과 이들 단체가 선정한 기술과의 가장 큰 차이점은, WEF는 그해 후반기인 7~12월에 발표하는 반면, 다른 단체들은 직전 해 연말이나 그해 연초에 발표한다는 것이다.
이는 WEF가 그해 후반기에 선정한 기술은 당해 연도 3~4분기까지 이미 세계적 영향력을 끼쳤다는 사실을 말해주는 반면, 다른 단체들이 직전 해 연말이나 그해 초에 선정한 기술은 당해 연도에 세계적 영향력을 끼칠 가능성으로 높다는 것으로 평가할 수 있기 때문에 WEF의 10대 미래유망기술의 타당성이 상대적으로 높다고 볼 수 있다.
WEF가 선정한 '10대 미래유망기술'의 특징은 다음과 같다.
-앞으로 3~5년 이내에 전 세계에 강한 영향력을 끼칠 수 있는 신기술
-WEF와 과학학술지 '사이언티픽 아메리칸 Scientific American'이 위촉한 전문가들이 뽑은 농업, 건강, 우주 분야에서 혁명이라고 부를 수 있을 정도의 현저한 발전을 가져오는 기술
-2021년 10대 미래유망기술에는 비료 자가공급 작물, 주문형 의약품 제조, 질병진단 호흡센서, 현지 재료 제작 3D 프린트 주택 등이 포함되어 있다.
다음은 WEF 선정·발표한 <2021년 10대 미래유망기술> 목록이다.
1. 탈산소 기술 Decarbonation rises
2. 비료 자가공급 작물 Crops that makes their own fertilizer
3. 질병진단 호흡센서 Breath sensors diagnose diseases
4. 주문형 의약품 제조 On-demand drug manufacturing
5. 무선신호 생산 에너지 Energy from wireless signals
6. 건강 장수 공학 Engineering better ageing
7. 그린 암모니아 기술 Green ammonia
8. 무선 생물표지자 장치 Biomarker devices go wireless
9. 현지 재료 제작 3D 프린트 주택 Houses printed with local materials
10. 우주 사물인터넷(IoT) Space connects the globe
1. 탈산소 기술
지구 대기권에 축적된 이산화탄소가 온실효과를 나타냄으로써 지구온난화를 일으킨다는 과학자들의 연구 결과가 발표된 후 한 세기 동안 일상생활의 모든 측면에서 탈탄소를 추진하려는 전 지구적 노력이 진행되고 있다.
정부와 산업체는 탄소 배출량을 감축하겠다는 중대한 약속을 한 바 있다.
이 약속을 이행하기 위해서는 앞으로 3~5년 동안 대량에너지 저장, 저탄소/무탄소 화학원료(저탄소 시멘트 등), 철도수송 부활, 탄소 격리, 저탄소 농경, 제로 배출 차량 및 동력 등의 초기 기술 수준의 산업 전반에 대한 전례 없는 혁신과 확장과 함께 이행 여부에 대해 전 지구적 규모로 합의된 감시가 필요하다.
2. 비료 자가공급 작물
오늘날 전 세계에서 작물 생산량을 늘리기 위해 사용하고 있는 질소 비료량은 연간 1억 1천만 톤 이상에 달한다.
만약 콩과식물처럼 작물 스스로가 질소를 포획·고정함으로써 암모니아 ammonia 형태로 자신에게 공급한다면 어떨까?
연구진들은 10대 미래유망기술의 하나가 될 수 있도록 옥수수 및 다른 곡물도 스스로 비료를 만들어 자가공급할 수 있게 유도하는 연구를 현재 수행 중이다.
그 중 한 가지 접근법은 콩과식물의 천연비료 공장인 뿌리혹을 가진 콩과식물과 질소고정세균 사이에서 일어나는 공생적 분자 통신을 모방하는 것이다.
또 다른 방법은 식물 뿌리혹을 형성하는데 필요한 효소를 생성하지 못하는 토양세균으로 하여금 뿌리혹 형성의 핵심 효소인 질소고정효소 nitrogenase[식물이 이용하지 못하는 대기 질소를 식물이 이용 가능한 암모니아로 변환시키는 효소]를 생성하는 능력을 갖게 만드는 것이다.
3. 질병진단 호흡센서
단순히 숨을 내쉬는 것만으로 질병 검사를 할 수 있게 될 날이 머지않았다.
새로 개발된 호흡센서로 사람의 날숨에 든 800가지 이상의 화합물 농도를 분석함으로써 질병을 진단할 수 있기 때문이다.
예를 들면, 사람 날숨 중 아세톤 농도가 높아지면 이는 당뇨병 증상임을 나타낸다.
호흡센서의 금속산화물 반도체가 날숨 화합물이 통과하면서 나타나는 전기저항 변화를 측정하고 센서의 알고리즘이 그 변화 정도를 분석하는 것이다.
중국 우한에서 코로나19가 확산되기 전인 2020년 3월, 테크니온-이스라엘 기술연구소 Technion-Isarel Institute of Technology가 이 유망 기술을 사용하여 실시한 코로나19에 대한 임상시험 결과는 코로나19 바이러스를 탐지하는 정확도 95%와 코로나19 환자를 구분하는 민감도 100%를 기록한 바 있다.
4. 주문형 의약품 제조
오늘날 의약품은 세계 여러 지역에 서로 다른 공정이 분산되어 있는 다단계 공정에서 대량 생산되는 것이 일반적이다. 몇 백 톤의 재료가 포함된 공정을 완료하는 데 몇 달이 걸릴 수 있으며, 이로 인해 일관성과 안정적 공급에 몇 가지 문제가 생길 수 있다.
미세유체공학 및 주문형 약물 제조의 발전으로 이제 소량으로 더 많은 종류의 일반 의약품을 만들 수 있게 되었다.
연속흐름 제조 continuous-flow manufacture라고도 하는 이 공정은 튜브를 통해 원료를 작은 반응기로 연속적으로 공급한다.
멀리 떨어진 곳이거나 병원에 설치해 놓은 휴대용 반응기에서도 약물을 만들 수 있고, 환자별 맞춤형 소용량으로도 제조할 수 있는 기술로서, 높은 생산 단가를 줄이는 문제가 아직 남아 있다.
5. 무선신호 생산 에너지
사물인터넷(IoT)은 그 기능에 필요한 여러 인터넷 연결을 위해 400억 개에 달하는 전자 장치로 구성된다.
일상생활에 중요한 자료를 제공하는 초저전력 장치인 IoT 센서는 배터리 수명이 한정적이면서, 설치된 지역에서 충전하기가 불가능한 경우가 많으므로 항상 충전 상태를 유지하기가 어려운 것이 현실이다.
이제 적절한 전력의 무선신호를 보내는 5G의 출현으로 IoT 센서 내 작은 안테나가 이 무선신호를 받아 에너지를 '수확 harvest'할 수 있게 되었다.
이 기술의 원조는 우리가 톨게이트를 통과할 때 방출되는 무선신호로 작동되는 하이패스 태그 장치다.
이 기술은 심장박동장치와 같이 배터리가 필요한 휴대용 기기의 무선 충전에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
6. 건강 장수 공학
2015년에서 2050년 사이 60세 이상의 세계 인구는 12퍼센트에서 22퍼센트로 거의 2배가 될 것이로 세계보건기구(WHO)는 전망한다.
노화는 암, 2형 당뇨병, 치매, 심장병과 같은 급성과 만성 질환 모두와 관련이 있다.
노화 연구진은 노화의 분자 기전을 일찌감치 이해하게 됨으로써 우리가 건강하면서 오래 살 수 있도록 돕고 있다.
연구진은 체학(오믹스, omics) 기술[어떤 세포나 생물체가 가진 유전자 전체나 단백질 전체 등을 개별적이 아닌 집단적으로 동시에 특성화하고 정량화하는 기술로서, 유전체학 genomics, 단백질체학 preteomics 등의 기술]과 후성유전학에서 얻은 통찰력을 이용하여 질병의 유력한 예측인자인 생물표지자 biological markers를 파악해 냄으로써 우리들에게 노화를 예방 치료할 수 있는 표적을 알려 줄 수 있게 되었다.
최근 인간성장호르몬을 비롯한 약물 조합으로 생체시계를 1.5년 정도 되돌린 연구 결과에서 보듯이 건강 장수를 위한 다양한 의학공학기술들이 개발될 것으로 예상된다.
7. 그린 암모니아 기술
세계 인구를 먹여 살릴 작물 재배에는 암모니아를 원료로 생산하는 비료를 많이 사용하고 있다.
비료용 암모니아 합성 공정으로 막대한 양의 수소 공급이 필요한 하버-보쉬 공정 Haber-Bosch process이라는 에너지 집약적 방법이 있다.
오늘날 수소는 물 분자를 전력으로 분리시키는 전기분해 또는 탄화수소를 고온분해하여 많이 얻고 있다.
이 두 방법 모두 소요되는 에너지 때문에 현재 엄청난 양의 온실기체 greenhouse gas가 배출되고 있는 것이다.
하지만 이제는 재생에너지원이 보편화되면서 온실가스 배출 없는 그린 수소 green hydrogen가 만들어 지고 있다.
따라서 물 분자를 재생에너지원으로 분리하여 얻는 그린 수소는 과량의 대기 탄소 방출이 없을 뿐 아니라 화석연료를 에너지로 사용할 때 발생할 수 있는 오염물질 방출도 없기 때문에, 이런 높은 순도의 그린 수소 사용은 보다 효율적인 그린 암모니아 green ammonia 생산으로 이어질 것이다.
8. 무선 생물표지자 장치
주사 바늘을 좋아하는 사람은 아무도 없다.
그렇지만 암 치료 과정이나 당뇨병 진행 과정 등을 포함하는 수많은 급성 및 만성 질병의 진행 과정을 파악하는 데 있어 중요한 생물표지자 biomarker 분석을 위해서는 빈번한 채혈이 필요하다.
저전력 무선통신의 발전과 함께 광학 및 전자 탐침기를 동시에 사용하는 새로운 화학물질 감지 기술이 개발됨으로써 몸속에 기구를 집어 넣지 않는 비침습적 non-invasive 방법으로 결정적으로 중요한 의료 정보를 지속적으로 모니터링할 수 있게 되었다.
현재 100개가 넘는 업체들이 전 세계에서 만연한 당뇨병에 초점을 맞추고 적용 범위가 다양한 무선 생물표지자 감지 장치를 판매하고 있거나 개발 중이다.
무선 생물표지자 장치의 또 다른 장점은 원격 의료 전문가에게도 필요한 정보를 즉시 보내어 도움을 받을 수 있다는 것이다.
9. 현지 재료 제작 3D 프린트 주택
대형 3D 프린터를 사용하여 주택을 제작하는 것은 이미 미국 및 기타 선진국에서 제한적이지만 실행되고 있다.
최근 기반시설이 낙후되어 건축재 운송이 어려운 개발도상국에서 전체 건축재의 약 95%가 현지 조달 건축재인 조건으로 3D 프린터를 사용하여 구조물을 제작할 수 있음을 보여줌으로써 이 기술은 한 단계 도약했다.
이 미래유망기술은 건물이 절실하게 필요하지만 건축재 운송 체계가 열악하여 건물을 지을 수 없는 외딴 지역에도 건축이 가능해짐으로써 해당 국가의 국면전환기술 game changer로 작용할 수 있다.
그리고 수명이 다한 건물의 건축재는 회수하여 재사용하는 기술로 발전할 수 있을 것으로 기대된다.
10. 우주 사물인터넷(IoT)
사물인터넷(IoT)의 센서는 날씨, 토양 상태, 수분, 작물 건강도, 사회 활동 및 기타 수많은 귀중한 자료에 대한 중요한 정보를 기록하고 보고할 수 있다.
최근 지구 저궤도에서 수많은 저비용 마이크로위성 microsatellite[스페이스X spaceX의 스타링크 Starlink 등]들이 출현하면서 이러한 자료들을 전 세계적으로 수집하여 중앙 시설에 다운로드하여 처리할 수 있게 되면서 우주 공간에서의 IoT 기술이 가능하게 되었다.
아직 저전력 보안 데이터 링크 및 수명이 짧은 지구 저궤도 위성 문제와 같은 문제점이 남아 있긴 하지만, 꾸준한 발전이 이루어진다면 앞으로 3~5년이면 전 세계에 배포될 것으로 전망된다.
※출처
1. Word Economic Forum, 'Top 10 Emerging Technologies of 2021', Insight Report, November 2021.(https://www3.weforum.org/docs/WEF_Top_10_Emerging_Technologies_of_2021.pdf)
2. Word Economic Forum, 'These are the top 10 emerging technologies of 2021', 16 Nov 2021.
(https://www.weforum.org/agenda/2021/11/these-are-the-top-10-emerging-technologies-of-2021/)
3. 생명공학정책연구센터, BioINwatch: 21-84, 'WEF, 2021년 10대 미래유망기술 선정', '21. 11. 25
4. 구글 관련 자료
2021. 12. 14 새샘
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