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브라질 캄피나스 주립대학 연구진이 개발한 이 기법은 모래언덕(사구) 표면 이미지를 분석해 각 모래알에 작용하는 힘을 추정하는 것이다. 해당 연구는 지구물리 관련 국제학술지 ‘지오피지컬 리서치 레터스(Geophysical Research Letters)’에 발표됐다.



오퍼튜니티 탐사선이 촬영한 화성 모래언덕 (출처: NASA/JPL/Cornell)

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연구팀은 실험실 실험, 컴퓨터 시뮬레이션, AI 기술을 결합해 사구가 형성되는 물리적 원리를 시각화한 ‘힘 지도(force map)’를 만들어냈다.
화성 모래언덕, 특히 초승달 모양의 ‘바르한(barchans)’ 사구는 바람이나 물이 느슨한 모래 위로 흐르는 환경이라면 어디서나 형성된다. 지구의 사막과 해저 뿐 아 월세 보증금 니라 화성에서도 쉽게 발견된다.
그 동안 과학자들은 사구의 움직임을 추적해 바람의 방향과 환경 조건을 유추해왔지만, 각 모래 알갱이에 작용하는 실제 힘을 측정하는 것은 불가능했다.
연구진은 "각 입자에 작용하는 힘을 측정하려면, 각 입자에 초소형 가속도계를 달아야 하는데 그런 장치는 존재하지 않는다"고 밝혔다.
수락산 이를 해결하기 위해 연구진은 실험실에서 소형 수중 사구를 재현하고, 여기에 정확한 힘을 계산하기 위한 3D 시뮬레이션을 병행했다. 이후 이미지 인식에 활용되는 AI 모델 ‘합성곱 신경망(convolutional Neural Network, CNN)’을 훈련시켜 사구 이미지와 시뮬레이션에서 도출된 ‘힘 지도’를 연결했다.

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암석 표면을 가로질러 흐르는 적갈색 화성 사구를 보여주는 사진. NASA MRO 탐사선이 촬영한 화성 모래언덕의 TAR의 모습 (이미지 제공: NASA/JPL–칼텍/애리조나대학)


그 결과 훈련을 마친 AI는 단순한 시각 데이터만으로도 모래알에 장어자연산 작용하는 힘의 분포를 정확히 추론해낼 수 있었다. 새 이미지로 테스트했을 때도 이전에 본 적이 없는 모래언덕에서 작용하는 힘을 높은 정확도도 예측했다.
연구 주저자 레나토 미오토 연구원은 "얼음, 소금 또는 합성입자 등 눈으로 볼 수 있는 모든 입자 시스템에 대해 해당 물질의 움직임을 정확히 재현할 수 있는 시뮬레이션만 있다면 분석이 가능하다"고 설명했다.
이미지만으로 이렇게 상세한 물리적 정보를 추출하는 기술은 광범위한 응용이 가능하다. 지구에서는 해안 침식, 하천 퇴적물 이동 예측 등에 활용될 수 있고 궤도에서 촬영된 행성 사진을 통해 해당 행성의 과거 기후와 환경 변화를 추적할 수도 있다.
"화성의 경우, 공개된 이미지를 통해 과거 바람 세기와 미래 모래 언덕의 진화를 추론하는 것이 가능하다"고 해당 연구 공동 저자 에릭 프랭클린 캄피나스 주립대 교수는 성명을 통해 밝혔다.
따라서 이 기술은 화성의 대기 역사와 표면 진화를 연구하는 데 새로운 창을 제공할 것으로 보인다고 스페이스닷컴은 전했다.
이정현 미디어연구소([email protected])