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새로운 폴리머

멋있는 2020. 10. 6. 01:45
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광컴퓨터는 차세대 컴퓨터가 당면하고 있는 또 다른 문제, 즉 저장의 문제를 해결해 줄 수 있을 것으로도 기대되고 있다. 우리는 현재 각종 전자 장비가 만들어내는 정보의 홍수 속에서 허덕이고 있다. 현재의 컴퓨터 기술로는 단어, 정보, 비디오 및 이미지의 어마어마한 흐름을 간신히 유지하고 있을 뿐이다. 오늘날 가장 앞선 기술은 자기, 즉 디스크나 테이프이다. 자기의 극성은 항상 양극 아니면 음극으로서 이것이 정보 전달의 최소 단위인 비트이다. 더 많은 정보를 저장하려면 각 비트에 할당되는 크기를 줄여야 할 뿐 아니라 각 비트 간의 간격도 줄여야 한다. 레이저를 사용하면 저장되는 정보의 양을 늘릴 수가 있다. 레이저는 자기보다 더 작고 정확하기 때문에 더 많은 정보를 저장할 수가 있는 것이다. 이러한 혼성 시스템을 자기광학이라고 하며, 머지않아 정보 저장 방식에 큰 변화를 몰고 오리라 예상된다. 하지만 좀더 시간이 지나면 순수한 광학 저장 시스템이 새로운 저장 시스템으로 등장할 것이다. 여러 페이지 분량의 정보를 홀로그램으로 강유전성 산화 결정체에 통째로 보관하는 것도 가능해질 것이다. 이런 광저장 매체를 만들기 위해서는 레이저가 문서를 결정 내 전기장에 그림으로 저장할 수 있어야 한다. 또 다른 레이저는 이 그림을 다양한 각도에서 판독해서 저장된 정보의 각각의 페이지를 보여줄 수 있으며, 빨리 검색할 수 있다. 이러한 특성은 모두 컴퓨터 저장 장비에서 꼭 필요한 중요한 특성들이다. 문제는 결정체를 만드는 비용이 너무 많이 든다는 것이다. 좀 덜 비싼 대안으로 과학자들은 조형이 쉽고 탄성이 있는 폴리머를 만들려고 하고 있다. 필요한 특성을 얻기 위해 이 폴리머에는 여러 성분들이 보태질 것이다. 또한 연구원들은 천연 대체물, 즉 매우 짠물에서 자라나는 박테리아에서 얻을 수 있는 어떤 단백질을 연구하고 있다. 이 박테리아는 염분과 산소의 농도가 계속해서 바뀌는 환경에서 살고 있기 때문에 고산소 및 저산소 모두에서 적응할 수 있어야 한다. 따라서 이 박테리아는 스스로 산소 호흡에서 광합성으로 또는 그 반대로 전환할 수 있는 능력을 갖고 있다. 이러한 화학적 변화는 일종의 스위치 역할을 수행하는 빛에 의해  촉발된다. 이 박테리아로부터 얻은 단백질로 만들어진 필름에 빛이 조사되면 화학적 특성이 바뀌면서 홀로그램 이미지를 저장하는 것이다. 차후에 레이저가 조사될 때 나타나는 이미지는 아직 과학자들이 원하는 만큼 선명하지는 않지만 앞으로 이 매체의 특성을 계속 고쳐 나가면 크게 개선되리라 예측하고 있다. 두 개의 레이저를 이용해 물질을 읽는 것은 지금도 가능하다. 두 레이저는 특정 지점에서 교차하게 되는데, 이 지점은 홀로그램 이미지를 보여주지는 않지만 3차원 구조이다. 이 데이터는 한 번의 동작으로 동시에 쓰고 읽을 수 있기 때문에 컴퓨터의 속도가 빨라지는 것은 물론 저장 능력도 300배 가량 향상될 수 있다. 이러한 장비들은 패턴의 인식과 연합 사고에 탁월한 능력을 보이는데, 이는 인공 지능을 실현하기 위해 중요한 능력이다.

 

 

 

스마트 소재

스마트 소재는 스마트 센서와 마찬가지로 학습이 가능한 물질이다. 주어지는 자극에 따라 수동적으로 정해진 작업만 하기보다는 상황에 따라 스스로 다른 행동을 취하는 능력을 가지고 있다. 스마트 소재만큼은 아니더라도 현재 사용되는 소재들보다는 훠릿ㄴ 더 지능이 높은 다른 소재들도 많이 개발되고 있다. 몇몇 연구원들은 전자 귀, 코, 혀, 심지어는 전자 머리와 같은 인간의 생물학적 프로세스를 흉내 내는 스마트 신소재를 제작하고 있다. 예를 들어, 오스틴에 있는 텍사스 대학의 엔지니어와 생물학자들은 전자 혀를 만들기 위한 공동 연구를 진행중이다. 이 혀는 액체 속의 다양한 화학 물질을 감지 및 측정할 수 있다. 앞으로 이 전자 혀와 몇 가지 다른 감각 기관이 산업 및 의료 분야에서 광범위하게 이용되리라 예상되고 있다. 개발 중에 있는 또 다른 예는 전류가 흐르면 저절로 수축되는 인공 근육이다. 이 인공 근육은 원래는 의학용으로 개발되었지만, 공장에서 모터 대용품으로 사용될 수도 있을 것이다. 이러한 전자 기관들은 스마트 소재라고 불리는데, 그 이유는 이것이 단일 성분 시스템이기 때문이다. 여러 가지 성분을 포함하고 있는 다른 장비들은 스마트 시스템이라고 불린다. 스마트 시스템은 특정 환경하에서는 스스로 조립되기도 한다. 이런 시스템은 군사 분야에서 주로 활용될 수 있는 것들이지만, 다른 산업 분야에서도 역시 많이 활용될 것으로 예상된다. 이 스마트 시스템들은 센서를 포함하고 있는 경우가 많은데, 이 센서들이 스마트 소재를 활성화시키는 역할을 한다. 머지않아 당뇨병 환자에게 인슐린 센서를 이식할 수 있는 날이 올 것이다. 이 센서는 환자의 혈당 농도가 올라가면 그 수치를 기록하고 인슐린을 내보냈다. 더 나아가 과학자들은 스마트 소재를 이용한 캡슐에 인슐린을 담아 혈당 농도에 직접 반응하도록 하기 위한 연구도 하고 있다. 즉 혈당 농도가 올라가면 격자 구조의 신소재 캡슐이 센서의 도움 없이도 스스로 벌어져서 인슐린을 내어 놓는 것이다.

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