바이오인

기술명

내용

Decarbonization rises

탈탄소화 관련 기술

(CLIMATE CHANGE)

각국 정부와 산업체에서는 기후문제 해결을 위한 탄소 배출을 줄이기 위해 일상생활의 모든 면에서 탈탄소화 관련 신기술 개발

향후 3~5년 동안 대규모 에너지 저장, 저탄소/무탄소 화학 재료, 활성화된 철도 운송, 탄소 격리, 저탄소 농업, 제로 배출 차량 및 전력원, 글로벌 규모의 합의된 규정 준수 모니터링과 같은 전례 없는 혁신과 산업 수준으로의 확장 필요

저탄소 시멘트(2019년 미래유망기술), 탄소중립 에어컨디셔너, 고기 없는 단백질 등의 신속 개발 및 적용이 요구

Crops that make

their own fertilizer

스스로 비료를

공급하는 작물

(AGRICULTURE)

매년 작물 생산을 향상시키기 위해 1억 1천만 톤 이상의 질소 비료를 사용

콩과 작물처럼 스스로 질소를 포획하여 암모니아 형태로 스스로 “고정” 할 수 있다면 어떨까라는 아이디어에서 시작

연구진들은 옥수수 및 기타 곡물과 같은 다른 작물도 자가 수정하도록 유도하는 것을 목표

이에 곡물 뿌리에 서식하는 토양 박테리아가 대기 중의 질소를 식물에 적합한 암모니아로 전환시키는 핵심 구성요소인 질소분해효소를 생성하도록 유도하는 연구를 시도

Breath sensors

diagnose diseases

질병진단 호흡센서

(BIOCHEMISTRY)

머지않아 질병에 대한 진단은 환자에게 숨을 내쉬는 것만으로 간단해질 수 있을 것으로 기대

이러한 새로운 호흡센서는 인간의 호흡에 포함된 800가지 이상의 화합물 농도의 변화를 감지해 질병을 진단

예로서 사람의 호흡에서 높은 농도의 아세톤이 감지되면 당뇨병이 의심되고, 알데하이드 농도가 높으면 폐암일 가능성이 있음

20년 3월 Technion-Israel Institute of Technology의 Hossam Haick과 동료들은 호기 호흡(exhaled breath)에서 코로나19 감지에 대한 임상 연구 실시(95% 정확도와 100% 감도)

On-demand drug

manufacturing

주문형 의약품 제조

(ENGINEERING)

오늘날 의약품은 일반적으로 전 세계 여러 지역에 여러 부품이 분산되어 있는 다단계 프로세스로 대량 생산

수백 톤의 재료가 포함된 프로세스를 완료하는 데 몇 달이 걸릴 수 있으므로 일관성과 안정적인 공급에 여러 가지 문제가 발생

미세 유체공학 및 주문형 약물 제조의 발전으로 이제 필요에 따라 소량이지만 점점 더 많은 수의 일반 의약품 제조가 가능

‘연속 흐름 제조’라고도 하는 이 공정은 원료를 튜브를 통해 작은 반응기로 연속으로 보내면서 로컬에서 제조도 가능하나 고가의 비용이 문제

Energy from

wireless signals 

무선신호로부터

에너지 획득

(COMPUTING)

2025년에는 약 400억 개의 사물인터넷 기기가 사용될 것으로 예상, 여기에 에너지를 공급하는 기술이 필요할 것으로 예상

일상생활에 중요한 데이터를 알려주는 초저전력 장치인 IoT 센서는 배터리 수명이 유한하고 충전 상태를 유지하기가 어려운 상태

최근 적절한 전력의 무선 신호를 제공하는 5G의 출현으로 IoT 센서 내의 작은 안테나는 이러한 신호에서 에너지 "수집"이 가능

이 기술은 심장박동장치 등을 배터리 교환 없이 무선 충전을 통해 지속 유지할 수도 있을 것으로 기대

Engineering better ageing

건강한 고령화를 위한 공학

(GENOMICS)

WHO는 60세 이상 인구의 비율이 2015년에서 2050년 사이에 12%에서 22%로 거의 두 배가 될 것이라고 예측

노화는 암, 제2형 당뇨병, 치매, 심장병과 같은 급성 및 만성 질환과 관련

하지만 최근 발전하고 있는 의료 빅데이터 기반의 건강관리, 줄기세포 및 유전자 치료 등 다양한 기술들이 건강한 노화에 영향을 미칠 것으로 예상

본 기술은 omics 기술과 후성유전학을 사용하여 질병의 강력한예측 인자인 바이오마커를 식별하여 노화 관련 예방치료의 가능성을 제시

최근 인간 성장호르몬을 포함한 약물조합으로 생체시계를 약 1.5년 젊게 되돌린 연구결과에서 보듯이 건강한 노화를 위한 다양한 의학공학 기술들이 개발될 것으로 예상

Green ammonia

그린 암모니아

(CHEMISTRY)

농작물은 암모니아에서 생산된 비료를 많이 필요, 비료용 암모니아 합성에는 막대한 양의 수소 공급이 필요한 ‘Haber-Bosch’ 공정이 사용

이 공정에서 현재 엄청난 양의 온실 가스를 방출하고 있어 온실가스 방출 없이 수소를 공급하는 기술이 필요(그린 수소, 2019년 미래유망기술)

이제는 물분해를 통해 만드는 ‘그린수소’로 암모니아를 만드는 ‘그린암모니아’ 기술이 곧 개발될 것으로 기대

Biomarker devices

go wireless

무선 바이오마커 장치

(BIOINFORMATICS)

암, 당뇨병 등 만성 및 급성질환은 그 상태를 추적하는 데 중요한바이오마커를 모니터링하기 위해 빈번한 혈액 채취를 필요

혈액 대신 땀, 오줌, 눈물 등을 이용한 새로운 감지 기술과 무선 통신의 발전으로 의료 정보를 지속적이고 비침습적으로 모니터링

이런 무선 비침습적 모니터링 기술을 실질적으로 활용하게 된다면 2030년에 약 5억 8천만 명의 당뇨병 환자들은 새로운 삶의 영위가 가능

또한 무선연결은 필요한 경우 원격의료 전문가가 개입할 수 있도록 데이터를 즉시 사용할 수 있다는 장점이 추가

Houses printed with

local materials

현지 재료로 제조된 3D 주택

(MATERIAL SCIENCE)

3D 프린터를 사용하여 주택을 제작하는 것은 이미 미국 및 기타 선진국에서 실행 중

현지 재료로 집을 짓겠다는 아이디어는 ‘만약 화성에서 집을 짓는다면?’이라는 아이디어에서 출발

특히 열악한 기반 시설로 인해 재료 운송이 어려운 개발도상국에서는 현지의 점토, 모래 및 섬유를 3D 프린터에 적용하여 저비용으로 간단하게 주택 제작이 가능

이 새로운 기술은 주택 수요가 심각하고 실행 가능한 운송 네트워크가 존재하지 않는 외딴 지역에 견고한 피난처를 제공할 수 있으며 또한 수명이 다된 재료는 회수하여 재사용하는 기술로 발전할 것으로 기대

Space connects

the globe 

우주 사물 인터넷(IoT)

(ENGINEERING & COMPUTING)

사물 인터넷(IoT)은 날씨, 토양 상태, 작물 건강, 사회 활동 및 기타 수많은 귀중한 데이터에 대한 중요한 정보를 제공

오늘날 최소 100억 개의 활성장치가 사물 인터넷을 구성하며, 이 숫자는 향후 10년 동안 두 배 이상 증가할 것으로 예상되어, 통신 및 자동화에서 IoT의 이점을 극대화하려면 이러한 장치가 전 세계에 퍼져서 제타바이트 수준의 데이터를 수집해야 함

최근 저궤도에서 스페이스 X의 스타링크나 원앱 등과 같은 수많은 저비용 마이크로 위성이 출현하여 이러한 데이터를 전 세계적으로 캡처하고 처리를 위해 중앙 시설에 다운로드할 수 있게 되면서 우주 공간에서의 IoT 기술이 가능

아직 낮은 전력, 보안 문제 및 수명이 짧은 지구 저궤도 위성 문제와 같은 과제가 남아 있지만 꾸준한 발전으로 향후 3~5년 내에 전 세계에 배포될 것으로 예상