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인공지능으로 인간 추론 능력 극대화시키다
최근 인공지능 기술이 인식, 생성, 제어, 대화와 같은 실제 문제를 빠르게 해결해 나감에 따라 인간의 역할과 일자리 생태계가 변화하고 있다. 인공지능의 발전 속도를 본다면 가까운 미래에는 인공지능이 인간보다 똑똑해질 수도 있다. 이와 반대로 인공지능을 이용해 인간의 사고력 자체를 향상시킬 순 없을까?
우리 대학 뇌인지과학과 이상완 교수(신경과학-인공지능 융합연구센터장) 연구팀이 인간의 빠른 추론 능력을 유도해 인과관계의 학습 효율을 향상할 수 있는 뇌 기반 인공지능 기술 개발에 성공했다고 31일 밝혔다.
우리는 일상생활에서 다양한 사건을 경험하며 세상의 다양한 요소에 대한 인과관계를 학습해 나가고, 공부할 때는 지식 조각들을 조합하며 통합적인 지식을 습득한다. 이러한 과정은 점진적으로 추론하는 베이시안 모델 또는 특정한 상황에서 한 번의 경험으로부터 빠르게 결론을 도출하는 고속추론 또는 원샷 추론이 있다.
연구팀은 이전 연구에서 인간의 원샷 추론 과정을 모델링하고 전두엽과 해마가 이러한 과정에 관여하고 있음을 규명한 바 있다. 이번 연구에서 이 모델에 인간의 원샷 추론 과정을 특정한 상태로 유도하기 위해 알파고에 사용된 바 있는 심층 강화학습 기술을 접목했다. 이는 강화학습 알고리즘이 인간의 원샷 추론 과정을 수없이 시뮬레이션하면서 전두엽과 해마가 가장 효율적으로 학습할 수 있는 최적의 조건을 탐색하는 과정으로 볼 수 있다.
연구팀은 126명의 인간 피험자를 대상으로 한 인과관계 학습 및 추론 실험에서 제안 기술을 사용해 학습했을 때 단순 반복 학습 대비 최대 약 40%까지 학습 효율이 향상됨을 보였다. 더 나아가 오랜 시간에 걸쳐 신중하게 학습하거나 몇 가지 단서만을 조합해 빠르게 결론을 도출하는 것 같은 개인별 학습 성향을 고려한 맞춤형 설계가 가능함을 보였다.
인간의 사고체계에 대한 뇌과학적인 이해를 바탕으로 원샷 추론과 같은 인간의 잠재적 능력을 극대화하는 이 기술은 차세대 인공지능의 중요한 도전과제 중 하나이며, 뇌 기반 인공지능 기술은 인간과 유사한 사고체계를 바탕으로 가치판단을 할 수 있으므로 장기적으로 인간과 인공지능이 협업하는 분야에서 인공지능의 신뢰성 및 윤리성을 높이는 데도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
개발 기술은 스마트 교육, 게임 콘텐츠 개발, 추론 능력 측정, 인지훈련 등 인간의 추론 학습과 관련된 모든 분야에 적용될 수 있다. 기존 기술은 단편적인 기억회상, 특정 인지기능, 정답률 증가와 같은 행동적 측면에 집중해 왔다면, 이번 기술은 인공지능을 이용해 과거의 경험을 일반화시키는 인간의 사고체계 자체를 높이는 가능성을 확인한 최초의 사례로 평가된다.
KAIST에서 연구를 주도한 제1 저자 이지항 교수(현 상명대 서울캠퍼스 조교수)는 "이번 연구를 통해 인간의 인지기능을 인공지능에 이식하여 뇌 기반 인공지능을 실현하는 사례를 보였고, 이를 통해 인간의 고위 수준 인지를 적절한 방향으로 유도할 수 있는 새로운 인간-인공지능 상호작용 패러다임을 제시했다ˮ라고 강조하며, 추후 "인간중심 인공지능 연구 개발뿐만 아니라 바이오메디컬 분야, 특히 정신 건강과 관련된 디지털 치료 분야에 적용했을 때 큰 파급력을 보일 것ˮ이라고 말했다.
연구 책임자인 이상완 교수는 "이번 기술의 잠재력은 인공지능의 방대한 지식을 인간이 빠르게 흡수할 수 있는 형태로 변환할 수 있다는 데 있다ˮ며, "챗 GPT, GPT-4와 같은 언어 인공지능에서 추출되는 다양한 정보를 인간이 빠르게 추론 학습할 수 있게 변환하거나, 게임이나 가상현실의 콘텐츠를 인간의 추론 과정에 맞게 최적화해 몰입도를 높일 수 있고, 반대로 몰입도를 적절한 수준에서 제어할 경우 중독을 완화하는 효과를 기대할 수 있다ˮ라고 말했다.
관련 기술은 국내 및 해외에 특허 출원된 상태이며, KAIST 기술설명회(테크페어)에 소개된 바 있다. 이상완 교수 연구팀은 이러한 뇌 기반 인공지능 원천기술의 파급력을 높이기 위해 2019년 KAIST 신경과학-인공지능 융합연구센터를 설립하고, 구글 딥마인드, 마이크로소프트 연구소, IBM 연구소, 옥스퍼드 대학 등 다양한 해외 연구팀들과 함께 국제공동연구를 수행해 오고 있다.
이번 연구는 `시뮬레이션 기반 실험 디자인을 이용한 인간의 인과관계 추론과정 제어'라는 제목으로 국제 학술지 셀(Cell)의 오픈 액세스 저널인 `셀 리포트(Cell Reports)'에 1월 호 온라인판에 1월 30일 자 게재됐다. (논문명: Controlling human causal inference through in-silico task design)
한편 이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터, 과학기술정보통신부 정보통신기획평가원 SW스타랩 및 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
2024.01.31
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지방간 치료제 신약 물질 개발
국내 연구진이 말초조직에 작용하는 비알코올성 지방간질환(NAFLD, Nonalcoholic fatty liver disease) 치료를 위한 신약 후보 물질을 개발하는 데 성공했다. 현재까지 최적의 비알코올성 지방간염(NASH) 치료제가 없는 상황에서 지방간 축적과 간 섬유화를 동시에 억제하면서 안전성이 증명된 치료제 개발이 기대된다.
광주과학기술원(GIST)은 화학과 안진희 교수 연구팀과 우리 대학 의과학대학원 김하일 교수 연구팀이 다년간 기초연구를 통해 질환 특이 단백질(HTR2A)을 억제할 수 있는 신규 화합물을 개발했으며, 안진희 교수의 창업기업인 ㈜제이디바이오사이언스에서 전임상 시험(동물 시험)을 통해 효능과 안전성을 입증하는 데 성공했다고 밝혔다.
비알코올성 지방간 질환의 유병율은 20~30%에 이르고, 지방간염 질환은 전 세계 성인 인구의 5% 이상이 보유하고 있을 정도로 높은 유병률을 보임에도 불구하고 현재까지 제품화된 치료제가 전혀 없다.
비알코올성 지방간질환은 지방간에서 시작해 지방간염, 섬유화, 간경화, 간암으로 진행되는 만성질환이며, 심혈관질환 및 간 관련 합병증 등에 의해 사망률이 증가하므로 발병 초기에 적절한 치료가 필요하다.
GIST와 KAIST 공동 연구팀이 개발한 이 신규 화합물은 지방간염에 치료 효과를 보이는 혁신신약 후보 물질로서, 세로토닌 수용체 단백질(5HT2A)을 억제함으로써 간 내 지방 축적과 간 섬유화를 동시에 억제하는 이중 작용 기전을 갖고 있다.
연구팀은 이 물질이 지방간 동물 및 지방간염 동물 모델에서 간 내 지방 축적으로 발생하는 간 지방증과 간 섬유화*를 동시에 50~70% 가량 억제함으로써 치료 효과가 있는 것을 확인하였다.
* 섬유화(fibrosis): 간의 일부가 굳는 현상으로, 지방간염 개선의 주요 지표로 쓰임
이 물질은 혈액-뇌 장벽(Blood-Brain Barrier) 투과도가 최소화되도록 최적의 극성과 지질친화도를 갖춘 화합물로 설계되어 뇌에 영향을 주지 않아 우울증, 자살 충동 등 중추신경계(CNS) 부작용이 적으며, 뇌 이외의 조직에서는 질환 타겟에 대한 억제력이 우수(IC50*=14 nM)하다고 연구팀은 설명했다. 또한 임상 3상 단계의 경쟁 약물과 효능을 비교해 본 결과, 간섬유화 개선 효능이 월등히 우수한 것으로 나타났다.
* IC50(half maximal inhibitory concentration): 특정 생물학적 또는 생화학적 기능을 50% 억제하는 물질의 농도
전임상 시험에 의해 얻은 약리작용 데이터를 토대로 건강한 사람에게서 부작용 및 안전한 약물 용량을 확인하는 단계인 임상 1상 시험에서 건강한 성인 총 88명을 대상으로 평가한 결과, 심각한 부작용은 발생하지 않았으며 안전성 또한 양호한 것으로 확인했다.
또한 지방간염 소견을 보이는 성인 8명을 대상으로 한 예비 효능 평가는 현재 진행 중이다.
안진희 교수는 “이번 연구는 비알콜성 지방간염의 치료를 위한 새로운 타겟 발굴을 통해 부작용이 적고 안전성이 보장된 치료제 개발을 목적으로, 현재 혁신신약 개발 바이오 벤처인 ㈜제이디바이오사이언스를 통해 호주에서 글로벌 임상 1상을 진행 중”이라고 밝혔다.
안 교수는 또한 “연구팀이 개발하고 있는 신약 후보물질은 안전성이 높으면서 간 지방축적을 억제시키는 예방효과뿐만 아니라 간 섬유화에 직접적인 치료 효과를 보인다는 강점이 있어 다른 경쟁 약물과는 차별화된다”고 설명했다.
우리 대학 김하일 교수는 “현재까지 체중을 조절하는 방법 외에는 치료방법이 없는 이 질환에서 비만하지 않은 환자에게 사용할 수 있는 약은 개발이 시도된 적도 없다”면서 “이번 연구를 계기로 체중에 영향을 주지 않으면서 비알코올성 지방간염을 포함한 다양한 대사질환 치료기술의 개발이 가능해질 것으로 기대한다”고 말했다.
GIST 안진희 교수 연구팀과 KAIST 김하일 교수 연구팀, ㈜제이디바이오사이언스(JD BIOSCIENCE) 연구팀이 함께 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부, 국가신약개발사업에서 지원을 받아 수행됐으며, 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 2024년 1월 20일 게재됐다.
또한 지난 4일부터 3일간 미국 유타에서 개최된 ‘NASH 치료제 전문 콘퍼런스(NASH-TAG Conference 2024)’에서 대사이상 관련 지방간염(MASH)* 치료제 후보물질인 ‘GM-60106(개발코드명)’의 임상 연구 결과를 발표해 우수 초록으로 선정되기도 했다.
* 대사이상 관련 지방간염(MASH): 비알코올성 지방간염(NASH)의 새로운 명칭
2024.01.30
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알츠하이머 발병 과정을 관찰하다
퇴행성 질환을 유발하는 아밀로이드 섬유 단백질의 초기 불안정한 움직임과 같은 생명 현상을 분자 수준에서 실시간 관찰이 가능한 기술이 개발되었다. 이를 통해 알츠하이머나 파킨슨 병과 같은 퇴행성 질환의 발병 과정에 대한 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
우리 대학 신소재공학과 육종민 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원, 포항산업과학연구원, 성균관대학교 약학대학 연구팀과 함께 그래핀을 이용해 알츠하이머 질병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 섬유 단백질의 실시간 거동을 관찰할 수 있는 새로운 단분자 관찰 기술(single-molecule technique)을 개발했다고 30일 밝혔다.
단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 기법을 말한다. 생체 과정에서 수반되는 단백질 간의 상호작용, 접힘, 조립 과정 등을 이해하는 데 핵심적인 기술이다. 현재까지 단분자 관찰 기술로는 특정 분자를 식별하기 위한 형광 현미경을 이용해 관찰하거나, 단백질을 급속 냉동시켜 움직임을 고정해 분자 구조를 해석하는 초저온 전자현미경 기법이 활용 돼왔다.
하지만, 자연 그대로의 단백질을 특별한 전처리 없이 분자 단위에서 실시간으로 관찰할 수 있는 기술은 여전히 부재한 상황이었다.
최근 이에 대한 대안으로 물질을 얼리지 않고 상온 상태에서 관찰하는 액상 전자현미경 기술이 최근 주목을 받고 있다. 이 기술은 얇은 투과막을 이용해 액체를 감싸 전자현미경 내에서 물질의 변화를 관찰할 수 있는 기술이지만, 두꺼운 투과 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성은 해결해야 하는 숙제였다.
육종민 교수 연구팀은 차세대 소재로 주목받고 있는 그래핀을 이용해 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성 문제를 해결하며, 단백질의 거동을 실시간 관찰할 수 있는 단분자 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 개발했다. [그림 1]
이번 연구에서 투과 막으로 이용한 그래핀은 원자 단위의 두께를 가지고 있어 분자 수준 관찰을 가능하게 할 뿐만 아니라, 전자빔에 의한 단백질의 산화를 방지하는 산화 방지 역할을 해 기존 대비 40배 가량 변성을 억제해 단백질의 거동을 실시간으로 관찰할 수 있게 했다.
연구팀은 개발한 전자현미경 기술을 활용해, 알츠하이머 질병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 베타 섬유의 초기 성장 과정에서 발현되는 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰했다. [그림 2]
이 전자현미경 기술은 온전한 단백질의 다양한 거동들을 분자 수준에서 관찰을 가능하게 하므로, 코로나19와 같은 바이러스성 단백질의 감염 과정, 퇴행성 질환을 일으키는 아밀로이드성 단백질의 섬유화/응집 거동 등과 같이 단백질의 상호작용에 의한 생명 현상을 이해하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
육 교수는 "현미경 기술의 발전은 생명과학 및 공학 기술 발전의 토대가 되는 것으로, 분자 단위의 현상을 관찰할 수 있다면 단백질들의 상호작용을 이해하고 조절할 수 있는 실마리를 제공할 수 있으며, 이를 통해 알츠하이머와 같은 퇴행성 질환의 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다ˮ 라고 말했다.
우리 대학 신소재공학과 졸업생 박정재 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 지난 11월 온라인으로 발표됐다. (논문명 : Single-Molecule Graphene Liquid Cell Electron Microscopy for Instability of Intermediate Amyloid Fibrils).
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업(MIST) (NRF-2022R1A2C2008929)과 나노 및 소재 기술개발사업(MIST)(NRF-2021M3H4A6A02050365)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.01.30
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양자 시뮬레이터로 양자얽힘 관측 도전
고온 초전도물질은 수십 년이 지난 지금도 어떠한 물리적인 기작으로 초전도가 형성되는지 명확하게 규명되지 않았다. 광격자 양자 시뮬레이터는 이러한 문제를 풀기 위한 새로운 접근 방식으로 이미 고전 컴퓨터가 연산할 수 없는 영역에 우위를 보여주었으며, 최근 고온 초전도체에서 관측된 반강자성을 관측하는 등 미래에 고온 초전도 문제를 풀 수 있는 강력한 후보다.
우리 대학 물리학과 최재윤 교수 연구팀이 포항공대 조길영 교수 연구팀과 공동연구를 통해 중성원자 양자 시뮬레이터의 오류 정정 기술을 개발해 최초로 2차원에서의 비국소 질서 변수를 측정함으로써 향후위상 물질과 고온 초전도체 물질 특성을 알아낼 수 있도록 하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.
이러한 양자 시뮬레이터의 큰 단점은 관측 과정 및 양자 상태 준비 과정에서 발생하는 결함으로(예: 원자 손실), 이를 체계적으로 파악하고, 정정하는 것이 매우 어렵다. 이러한 결함은 특히 위상물질의 특성을 규정짓는 비국소 질서변수를 측정하는데 큰 걸림돌이 되며, 2차원에서는 그 효과가 더욱 커져 큰 시스템에서 비국소 질서 변수의 실험적 관측을 어렵게 만드는 주요 요소다.
일반적으로 우리가 관측하는 물리량은 국소성을 띄기 때문에, 이러한 양자역학적 특이성인 양자 얽힘(entanglement)이 물성을 지배하는 물질인 위상물질의 비국소 질서 변수를 측정하는 것은 간단하지 않다. 더욱이 2차원, 3차원 물질의 경우 실험적 노이즈에 의해 그 신호가 급격하게 약해지기 때문에 이를 실험적으로 관측하기는 매우 어렵다.
최 교수 연구팀은 양자 시뮬레이터에 비국소 질서 변수가 측정 가능하고 실험적인 결함도 함께 찾아내는 방법을 개발했다. 또한 연구팀은 2차원에서도 양자얽힘의 위상 물질의 물성을 규정짓는 것도 가능함을 보여주었다. 시뮬레이터 실시과정에서 발생한 결점까지 제거하는데 성공한 이후, 위상물질의 2차원 비국소 질서변수는 급격하게(100배 이상) 증가하는 양상을 보였으며, 원자 수에 무관하게 측정값이 일정하게 유지되는 것을 확인하는 등 이론적으로 예측된 경향을 모두 확인할 수 있었다.
해당 기술은 여러 가지 중성원자 양자 시뮬레이터에 활용이 가능하다. 원거리 상호작용이 주요한 양자 시뮬레이터의 경우, 양자 스핀 액상과 같은 2차원 위상 물질의 물성을 규정하는데 적용 가능하며, 고온 초전도체 물질을 흉내 내는 양자 시뮬레이터에도 해당 기법을 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
최재윤 교수는 “이번 연구는 중성원자 양자 시뮬레이터에 존재하는 실험적 결함을 보정하는 것이 가능함을 보여준 최초의 연구이며, 향후 위상 양자 연산에 이용되는 양자 스핀 액상과 같은 고차원 위상 물질 발견 및 물성 규정에 주요하게 활용될 것”이라고 하였다.
우리 대학 허준혁 연구원과 포스텍 이원준 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `피지컬 리뷰 X (Physical Review X)' 14권 1호에 지난 1월 8일 출판됐다. (논문명 : Measuring nonlocal brane order with error-corrected quantum gas microscopes).
한편 이번 연구는 삼성미래기술재단과 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.
2024.01.29
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KAIST 브랜드숍, 발전기금 2600만 원 기부
우리 대학 ㈜브랜드카이스트(이하 브랜드숍)가 2600만 원의 발전기금을 19일 기부했다.
브랜드숍이 지난 한 해 동안 우리 대학에 환원한 규모는 이번 기부를 포함해 약 1억 원에 달한다. 브랜드 로열티 계약에 따라 매출액의 5%를 기술화사업료로 지급하고 학교 차원의 행사에 브랜드 기획상품을 꾸준히 협찬해 왔다.
브랜드숍은 2022년 7월 직영 체제로 전환돼 ㈜KAIST홀딩스의 자회사로 설립됐다. 우리 대학 구성원의 적극적인 제품 개발 참여와 다양한 소통 행보에 힘입어 2023년 한 해 약 10억 원의 매출을 달성했다. 직영 체제로 전환한 이후 전년도 대비 3배 이상 성장한 규모다. 이러한 성장 배경에는 넙죽이 캐릭터를 중심으로 한 고유의 디자인이 큰 몫을 하고 있다. 제품 디자인 개발에 참여한 디자이너는 모두 교내 구성원으로 교수와 학생이 골고루 포함되어 자발적으로 참여하고 있다. 넙죽이 이외에도, 온라인 학습 포털 플랫폼인 KLMS의 배경화면을 활용하거나 우리 대학 인재상을 모티브로 한 패턴 개발 등 구성원들이 공감하는 테마를 발굴하여 제품 디자인에 반영해 왔다.
브랜드숍 관계자는 "창작자 중 일부가 저작권을 무상으로 제공해 창작자에게 지급했어야 하는 금액을 학교에 기부하기로 결정했다"라고 전했다.
현재, 브랜드숍은 우리 대학 산업디자인학과 동문인 석현정 산업디자인학과 교수(94학번)가 디자인 및 브랜드 콘텐츠를 총괄하고, 카이특허법인 대표인 복병준 변리사(03학번)가 지적재산권 관리 및 마케팅전략을 자문하고 있다.
복 변리사는 "KAIST 브랜드 기획상품을 제대로 관리하고 싶다는 애정을 가진 사람들이 의기투합해 힘을 합쳤고, 자회사 설립을 추진해 가시적인 성과를 거둘 수 있었다"라고 전했다.
석 교수는 "KAIST의 문화 콘텐츠를 상품성 있는 부가가치 사업으로 발전시키기 위한 기틀을 마련했다는 점에서 동문으로서 큰 보람을 느낀다"라고 말했다. 이어, "앞으로도 KAIST의 유형·무형적 자산을 제품과 콘텐츠로 발전시키고 사업의 수익으로 우리 대학의 복지와 문화를 진흥하겠다는 비전을 갖고 있다"라고 밝혔다.
변성열 ㈜브랜드카이스트 대표이사 겸 ㈜KAIST홀딩스 실장은 "총장님 이하 KAIST 구성원 및 산하기관 여러분들의 많은 관심과 성원에 감사드리며, 우리 구성원에 대한 지원과 문화 콘텐츠의 부가가치 창출에 더욱 힘쓰겠다"고 기부 소감을 전했다. 한편, 브랜드숍은 올해 서울캠퍼스에서 열리는 상설 전시를 시작으로, KAIST 창업기업의 제품을 더욱 적극적으로 유치하는 등 브랜드 기획상품과 혁신 기술 제품 경험을 제공하고 우리 대학의 브랜드 가치 제고에 활동을 지속해서 이어갈 계획이다.
2024.01.26
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이지윤 교수, 한국인 최초 미국항법학회 터로상 수상
우리 대학 항공우주공학과 이지윤 교수(KAIST 지정 석좌교수)가 위성 항법 분야에서의 업적으로 미국항법학회(ION)의 터로상(Colonel Thomas L. Thurlow Award)을 수상했다고 27일 밝혔다.
미국항법학회(ION)는 25일(미국 현지 시각) 캘리포니아 롱비치에서 국제학술대회와 함께 열린 연례 시상식에서 이 교수를 터로상 수상자로 발표했다. 한국 연구자로서는 최초 수상이다. 이전까지 한국계나 한국인이 이 상을 받은 적은 없었다.
터로상은 항법 장비의 개발과 항해사 훈련에 크게 기여한 토마스 L. 터로(Thomas L. Thurlow) 대령을 기리기 위해 1945년에 제정됐다. 항법의 발전에 탁월한 공헌을 한 개인을 최고의 경의로 표창하는 것을 목적으로 하는 상으로, 수상 적격자가 있을 경우 매년 한 명에게 수여해 왔다. 역대 수상자로는 관성항법의 아버지로 잘 알려졌으며 아폴로 달착륙 프로젝트의 유도 항법 컴퓨터를 개발한 찰스 스타크 드레이퍼(Charles Stark Draper) MIT 교수 등이 있다.
이지윤 교수는 항공용 위성 기반 항법 시스템의 안전을 보장하는 기술 진보에 크게 기여한 공로를 인정받았다. 특히 지능형 교통 시스템, 자율 무인 시스템의 안정성 보장에 필수적인 ‘항법 무결성 아키텍처 설계’ 분야의 세계적인 권위자로 인정받았다. 이 교수는 태양 우주환경과 같은 외부요인의 급변으로 영향을 받는 등 전리권 교란으로부터 항공용 위성 기반 항법 시스템의 안전을 보장하는 데 획기적인 공헌을 했다.
그녀는 전리권 연구 분야에서 다수의 최초 과학적 발견을 달성하는 동시에 새로운 전리권 위협 모델링 방법, 전리권 이상 현상 감시 및 완화 기술, 차세대 보강 항법 시스템의 무결성 및 가용성 평가 기술을 개발했다. 또한 국제민간항공기구(ICAO)를 통한 기술의 국제 표준화에 기여했다.
이 교수와 그녀의 연구그룹은 무인 항공기(UAV)와 도심 항공 모빌리티(UAM)의 안전하고 자율적인 운항을 위한 혁신적인 항법 기술 분야를 개척했다. 높은 무결성을 보장하는 근거리 네트워크 운영 개념의 UAV용 저비용 위성항법시스템(GNSS) 보강 아키텍처와 UAM용 네트워크 지상국 기반 보강 항법 시스템을 최초로 제안하고 개발했다. 또한 다중 센서 통합 항법 시스템의 고장 모니터링 및 무결성 위험 평가를 포함한 무결성 설계 기술에 기여했다.
1986년도 터로상 수상자이자 GPS의 아버지로 불리우는 브래드포드 파킨슨(Bradford Parkinson) 스탠퍼드(Stanford) 대학 명예 교수는 “이 교수가 미국항법학회 연례 시상 최고상인 터로상을 수상했다는 소식을 듣고 정말 기뻤고 진심으로 축하한다”며, “그녀의 혁신적인 연구는 항법 분야의 많은 중대한 주제를 다뤘으며 그녀의 해결방안은 매우 혁신적이고 높게 평가한다”라고 설명했다.
수상자인 이지윤 석좌교수는 “항법 분야에서 깊은 역사와 전통의 터로상을 수상하게 되어 큰 영광이고 기쁘게 생각한다”며, “안전하고 지속가능한 항법 기술을 확보해 미래 모빌리티 산업 발전에 도움이 되도록 노력하겠다ˮ 라고 소감을 밝혔다.
2024.01.26
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조수미 초빙석학 교수 토크 콘서트 개최
우리 대학이 9일 오후 학술문화관 존해너홀에서 '조수미 토크 콘서트'를 개최했다.
대학원 총학생회가 주최하고 예술융합센터, 문화기술대학원이 주관한 이번 행사는 조수미 교수와 더 긴밀하게 소통하는 자리를 희망하는 구성원들을 위해 기획됐다.
장현수(생명과학과 석박통합과정·대학원 총학생회 사무국장) 학생이 진행하고 김채윤(물리학과 석박통합과정), 박건희(생명과학과 석박통합과정), 방하연(문화기술대학원 석사과정), 홍민주(전기및전자공학부 석사과정 진입) 등 사전에 모집한 4명의 학생이 함께 참여했다.
특히, 홍민주 학생은 피아노 반주로 오페라 '연대의 딸(La fille du régiment) 中 모두 알고 있네(Chancun le sait)'와 '유쾌한 미망인(Die Lustige Witwe) 中 입술은 침묵하고(Lippen Schweigen)' 등의 4곡을 조수미 교수와 협연하고, 방하연 학생은 '바람이 머무는 날'(曲 미치루 오시마)을 함께 가창했다.
협연 후에는 '교수와 뮤즈(Professor and Muse)'를 주제로 패널 및 청중들과의 질의응답이 자유로운 분위기 속에서 이어졌다.
홍민주 학생은 "이공계 학생으로서 노력은 하고 있는데 발전하고 있는지 의문이 들었던 적이 많은데, 좋아해서 시작한 일에 슬럼프가 왔을 때 어떻게 대처하는가?"라고 질문했다. 조 교수는 "슬럼프는 모든 분야에서 겪는 공통된 일"이라고 이야기하며, "슬럼프가 오면 겪을 수 있는 만큼 뼛속 깊이 느껴보는 게 좋다고 생각하는데, 철저하게 외로워 본 후에는 나 자신을 객관적으로 관찰하고 재무장해서 다시 나아갈 수 있는 길이 보인다"라고 조언했다. 이어, "힘든 상황에 놓여있으면 자신이 발전하지 않다는 생각이 들겠지만 스스로 느끼지 못하는 것일 뿐이지 그 순간에도 발전이란 것을 하고 있고 언젠가는 나타날 것"이라고 격려했다.
"예술가로서 과학이 예술에 어떤 영향을 주었나?"라는 박건희 학생의 질문에는 "목소리의 공명만으로 2천석 공연장을 채워야 하는 예술가로서 소리라는 것에 관심과 노력을 기울이며 일생의 열정을 바치며 살아왔지만, 요즘 컴퓨터로 음악을 만들어 부르는 모습을 볼 때면 가끔 과학이 밉기도 하다"라고 운을 뗐다. 이어, "하지만 내가 어떤 업적을 남기고 지구를 떠난 후에 조수미의 목소리를 사람들이 기억할 수 있게 해주는 것이 과학의 힘이기 때문에, 허락하고 싶지 않은 현실이지만 그럼에도 불구하고 감사하게 되는 러브 앤 헤이트(love & hate) 같은 것"이라고 덧붙였다.
또한, 인공지능이 발달하는 시대에 아티스트로서의 의견을 묻는 청중의 질문에는 "예술을 하는 내 마음과 영혼의 자세를 돌아보며, 인공지능이 사람의 예술처럼 감동이나 아름다움 혹은 설렘을 선사할 수 있는지를 궁금해한다"라고 말했다.
지난해 아바타와의 협연 경험을 이야기하며 "그날의 듀엣에서는 감동을 찾지 못했지만, 훗날 인공지능이 낳은 예술을 통해 무언가를 나눌 수 있다고 느끼는 날이 오기를 기다리고 있고 그것이 내가 인공지능에 관심이 대단히 많은 이유"라고 밝혔다.
김채윤 학생의 "한 분야를 깊게 아는 것과 다각화하는 것 중 나는 어떤 것을 선택하는 학자가 되어야 하는지 고민하게 된다"라는 질문에 대해서는 "스페셜리스트가 되려면 한 분야를 깊게 다뤄야 하는 것은 맞지만, 인생은 하나만 잘 된다고 재밌게 살 수 있는 게 아닌 것 같다"라고 답했다. 이어, "나는 벨칸토 스페셜리스트로서 1년 중 8개월은 본업에 깊게 매진하고 남은 기간에는 영화음악, 음반 활동 등 호기심을 느끼는 많은 장르에 도전해봤는데, 그 경험이 본업을 수행하는 능력뿐만 아니라 인간이라는 한 존재로서 살아가는 일에도 큰 자산이 되었다"고 공유했다.
어머니부터 대를 이어 조수미 교수의 팬이라고 밝힌 청중은 "교수님의 인생을 통틀어 가장 중요한 다섯 가지 키워드는 무엇인가"라고 질의했다.
이에, 조 교수는 "첫 번째는 사랑, 두 번째는 자존심, 세 번째는 건강, 네 번째는 주변 사람들과의 신뢰, 마지막은 감사하는 마음"이라고 즉석에서 정리해 청중들과 소통했다.
또한, 과학도들과 함께한 자리에서 "우리는 과학이 발달한 일상을 살고 있지만, 그 안에서 인간 사이의 따뜻한 온기를 유지하는 것이 가장 중요하다"라고 강조했다. "과학은 자칫하면 차갑고 소수만이 즐길 수 있는 전유물이 되기 때문에 인간으로서의 가치 존중하는 마음이 기저에 깔려있어야 결과물도 빛나고 그것을 만들고 연구하고 사람들도 즐길 수 있을 것"이라고 당부를 전했다.조수미 교수는 마지막으로 "이렇게 뵙고 이야기를 나누니 저도 다시 무언가에 도전하고 싶다는 생각이 들 정도로 재미있는 시간이었고, 여러분이 2024년이 잘 될 것 같은 에너지를 저에게 주셨다"고 감사의 인사를 전했다.
2024.01.25
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금이 간 뼈에 ‘뼈 반창고’ 신소재 개발
뼈 재생은 복잡하며 기존의 골 이식 및 성장 인자 전달 등과 같은 재생을 할 경우 높은 단가 발생 등의 한계가 있었는데 뼈조직의 성장을 촉진하기 위한 압전 물질이 개발되었다.
우리 대학 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수 연구팀과 협업을 통해 하이드록시아파타이트(HAp)의 고유한 골 형성 능력을 활용하여 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하는 생체 모방 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다.
하이드록시아파타이트(HAp)란 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로 생체 친화적인 특징이 있으며, 충치를 예방하는 특성이 있어 치약에도 쓰이는 미네랄 물질이다.
이전의 압전 지지체 관련 연구들은 압전성이 뼈 재생을 촉진하고 골 융합을 향상하는 효과를 다양한 고분자 기반 소재에서 확인했지만, 최적의 골조직 재생에 필요한 복잡한 세포 환경을 모사하는 데 한계가 있었다. 그러나 이번 연구는 하이드록시아파타이트(HAp) 고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발한 것으로, 연구팀은 새로운 방법을 제시했다.
연구팀은 하이드록시아파타이트(HAp)를 고분자 필름과 융합하는 제조 공정을 개발했다. 이 공정으로 제작된 유연하고 독립적인 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체외 및 체내 실험에서 뼈 재생을 가속하는 놀라운 잠재력을 입증했다.
또한, 연구팀은 동 지지체의 골 재생 효과의 원인을 다각도로 밝혀냈다. 원자간력 현미경(AFM) 분석을 통해 지지체의 전기적 특성을 조사했으며, 세포 모양과 세포 골격 단백질 형성에 대한 상세한 표면 특성 평가를 진행했다. 또한, 압전 및 표면적 요소가 성장 인자 발현에 어떤 영향을 미치는지 조사했다.
신소재공학과 홍승범 교수는 "뼈의 재생 속도를 가속화시키는 효과를 통해 `뼈 반창고' 같은 역할을 하는 하이드록시아파타이트(HAp) 융합 압전성 복합소재를 개발했다ˮ며, "이번 연구는 생체 재료 설계에 새로운 방향성을 제시하는 데에 그치지 않고, 압전성과 표면적 특성이 뼈 재생에 미치는 영향을 탐구한 데에 의의가 있다ˮ 라고 강조했다.
홍승범 교수 연구팀 소속 주소연 박사과정 학생, 김소연 석사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 2024년 1월 4일 국제학술지 `ACS Applied Materials & Interfaces'에 게재됐다. 또한, 김장호 교수팀의 권용현 박사과정 학생이 공동 제1 저자로, 김장호 교수가 공동교신저자로 기여했다. (논문 제목: Piezoelectrically and Topographically Engineered Scaffolds for Accelerating Bone Regeneration).
해당 연구는 KAIST 연구진흥팀, KUSTAR-KAIST 공동연구센터, KAIST의 글로벌 특이점 사업과 정부의 재원으로 한국연구재단 기초연구사업(NRF2022M3A9E4017151, NRF-2022K1A4A7A04095892, RS2023-00247245, NRF-2021R1A4A3025206)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.01.25
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㈜이브자리와 수면 연구 MOU 체결
우리 대학이 24일 오후 대전 본원에서 ㈜이브자리(대표이사 윤종웅, 고춘홍)와 수면 연구 및 수면 기술 개발을 위한 MOU를 체결했다.
수면은 뇌에서 독성물질을 배출하고 몸의 항상성을 회복하는 데 중요한 역할을 한다. 불면증 및 수면무호흡증 등의 수면장애는 치매 등 뇌 질환을 일으키는 원인으로 지목되고 있으며, 과학기술로 숙면을 돕는 슬립테크(SleepTech) 수요도 날로 높아지고 있다.
2021년 북미의 슬립테크 시장 규모는 9조 원에 육박하는 것으로 평가되었으며, 연평균 17.6%가량 급성장해 2030년에는 약 23조 원에 이를 것으로 전망되고 있다. 구글 등 첨단 IT 회사들이 수면 및 건강용품 시장에 뛰어들고 있는 이유다.
우리대학과 ㈜이브자리는 이번 협약을 바탕으로 ▴수면 공동연구 지원 및 협력 ▴뇌인지 기반 수면장애 치료기술 공동개발 ▴상호인적자원 교류 및 교육 ▴수면 및 건강 관련 협력 및 제품개발 등 국민건강 증진을 위한 노력 등의 분야에서 협력한다.
특히, 생명과학기술대학 산하에 다학제 수면연구센터를 설립하고 인공지능 기반 수면 평가 및 측정기술 개발, 거위털 등 동물성 침구소재를 대체할 수 있는 친환경 소재 개발, 마음 및 신체 건강을 위한 수면 조절 생리학 분야 등의 연구에 주력할 예정이다.
고춘홍 ㈜이브자리 대표이사는 "KAIST와의 수면연구 협력을 촉진하기 위해 10억 상당의 그룹사 주식을 기부할 계획"이라고 밝혔다. 이번 산학협력활동을 상호 촉진하고 나아가 수면산업 발전을 위한 뇌인지 과학 분야 연구에 적극적으로 협력·지원하겠다는 취지다.
윤종웅 ㈜이브자리 공동 대표이사는 "건강한 수면 환경을 제공하기 위한 연구와 개발에 힘써온 기업으로서, 우수한 연구력과 첨단 기술력을 가진 KAIST와의 이번 협력을 통해 새로운 디자인과 기능성을 가진 제품을 개발할 수 있을 것으로 기대한다"라고 전했다. 이광형 총장은 "스트레스와 뇌질환이 증가하는 현대사회에서 건강한 수면의 중요성은 매우 크다"라며 “이번 협약은 ㈜이브자리가 오랜 기간 축적해온 수면 연구에 관한 노하우와 IT·소재·디자인 등 KAIST의 첨단 기술이 만나 우리나라 수면과학 기술 역량을 증대시키는 의미 있는 시작점이 될 것"이라고 강조했다.
2024.01.24
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녹색성장지속가능대학원-인비저닝파트너스 업무협약 체결
우리 대학 녹색성장지속가능대학원(원장 엄지용)이 22일 인비저닝 파트너스(대표 제현주, 김용현)과 기후테크(climate tech) 생태계 구축과 탄소중립 융합인재 양성을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다.
이번 업무협약 체결을 통해 양 기관은 ▴한계돌파형 기후테크의 도약생태계 구축과 글로벌 확장, ▴탄소중립 시대가 요구하는 융합인재를 양성하기 위한 녹색성장지속가능대학원 교육의 고도화 ▴기후테크 스타트업의 창업보육 및 육성 ▴기후위기 대응과 관련하여 양 기관이 보유하고 있는 지식의 공유 및 확산 등에 협력할 계획이다.
우리 대학 녹색성장지속가능대학원은 탄소중립을 선도할 융합인재를 양성해 글로벌 기후위기 대응과 녹색성장에 기여하고자 2023년에 출범했으며, 매해 30여명의 석사·박사 과정생을 선발해 탄소중립 융합인재를 양성하고 있다. 현재 16개 학과 50여명의 교수진이 탄소중립 과학기술과 정책/금융을 통합한 혁신적인 교육과 연구로, 탄소중립 기술 솔루션 도출로 임팩트를 구현하는 동시에 글로벌 녹색성장 가치확산을 주도하고 있다.
이번 업무협약식은 서울 성동구 소재 인비저닝 파트너스에서 녹색성장지속가능대학원 엄지용 대학원장 및 인비저닝 파트너스 제현주, 김용현 대표를 비롯한 양기관 임직원들이 참석한 가운데 진행되었다.
인비저닝 파트너스 제현주, 김용현 대표는 "기후테크는 다제적, 다자간 협력이 무엇보다 중요한 분야"라며, "역량있는 연구자들이 탄소중립 전환을 반드시 풀어야 할 문제이자 기회로 인식하고 유의미한 해결책을 모색하는 환경을 만드는데 힘을 보탤 것"이라고 말했다.엄지용 대학원장은 "2023년 초에 설립된 우리 대학원은 기후위기 대응 및 탄소중립 문제 해결, 지속가능한 녹색성장을 위한 초학제적 교육, 연구 혁신과 기술 수요처와의 긴밀한 협력으로 한계돌파형 기후테크 생태계를 구축하고, 이를 세계로 확장하는데 인비저닝 파트너스와의 협력이 중추적인 역할을 할 것으로 기대한다"고 전했다.
2024.01.24
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땀에도 강한 웨어러블 로봇 제어 센서 선보이다
노인, 뇌졸중 환자, 외상 환자들의 다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 착용자의 땀, 각질 등에도 끄떡없이 장기간 안정적으로 제어 가능하도록 도와주는 근전도 센서 기술이 개발되어 화제다.
우리 대학 전기및전자공학부 정재웅 교수와 기계공학과 김정 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 피부 상태에 영향을 받지 않는 고품질의 전기 생리 신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들 센서를 개발하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.
다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식하기 위해서는 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다. 하지만 기존의 센서들은 시간에 따라 신호의 품질이 떨어지거나, 피부의 털, 각질, 땀 등의 영향을 많이 받고, 나아가 피부보다 단단한 물성으로 움직임 시 피부 변형을 따라갈 수 없어 노이즈(신호 잡음)를 발생시킬 수 있다. 이러한 단점들은 장시간의 신뢰성 높은 웨어러블 로봇 제어를 힘들게 한다.
이번에 개발된 기술은 잘 늘어나며 접착성이 있는 전도성 기판에 피부 각질층을 통과할 수 있는 마이크로니들 어레이를 집적해 불편함 없이 장기간 고품질의 근전도 측정을 가능하게 할 것으로 예상된다. 이와 같은 우수한 성능을 통해 땀, 각질 등을 제거하는 피부 준비 작업을 거치지 않아도 시간에 따른 착용자의 피부 상태 변화에 상관없이 웨어러블 로봇을 안정적으로 제어할 수 있을 것이라 기대된다.
연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용해서 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다. 단단한 마이크로니들이 높은 저항을 가진 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털, 각질, 땀, 이물질로 피부가 오염돼도 고품질의 전기 생리 신호를 얻을 수 있다. 동시에 부드러운 전도성 접착 기판이 사람의 움직임으로 인한 피부의 늘어남에 순응해 편안한 착용감을 제공하고 움직임으로 인한 동작 잡음을 최소화할 수 있다.
연구팀은 개발된 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치의 효용성을 검증하기 위해 웨어러블 로봇을 이용한 동작 보조 실험을 진행했다. 다리에 부착된 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치는 근육에서 발생하는 전기신호를 감지하고 동작 의도를 웨어러블 로봇에 전송해 사람이 무거운 짐을 손쉽게 들어올릴 수 있도록 도와준다.
마이크로니들 센서 패치를 사용했을 때 피부 상태, 신체 움직임의 크기 및 종류와 상관없이 안정적인 근전도 센싱에 기반한 동작 의도 인식을 통해 웨어러블 로봇이 사용자의 동작을 효과적으로 보조할 수 있음을 연구팀은 확인했다.
이번 연구를 주도한 정재웅 교수는 “개발된 신축·접착성 마이크로니들 센서는 피부 상태에 영향받지 않는 안정적인 근전도 센싱을 통해 더욱 정확하고 안정적인 웨어러블 로봇 제어를 가능하게 하여 로봇을 활용하는 환자의 재활을 더 용이하게 할 수 있을 것이다”라고 말했다.
전기및전자공학부 김희수 박사과정과 이주현 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 1월 17일 字에 게재됐다.
(논문명 : Skin-preparation-free, stretchable microneedle adhesive patches for reliable electrophysiological sensing and exoskeleton robot control)
한편 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 생체신호센서융합기술개발사업, 전자약기술개발사업, 4단계 BK21 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2024.01.23
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초중생 질문왕 뽑는 ‘2024 질문다락방 캠프’ 개최
우리 대학이 전국의 초중생 질문왕들이 자유롭고 창의적인 질문의 장을 펼치는 '2024 KAIST 질문다락방 캠프'를 개최한다.
오는 20일부터 1박 2일간 문지캠퍼스 슈펙스홀에서 열리는 캠프에는 우리 대학이 운영 중인 '질문다락방' 플랫폼의 우수 참가자 50명이 초청됐다.
'질문다락방'은 우리 대학이 신문화전략 'QAIST'의 일환으로 2021년 개설한 온라인 질문 플랫폼이다. 과학영재교육연구원(원장 정현철)이 제시한 주제에 관해 학생들이 자유롭게 질문을 만들어 공유하면, 우리 대학 교수진이 우수 질문을 선정해 함께 논의하는 방식으로 운영하고 있다.이번 캠프에서는 '질문다락방'에서 우수한 활동을 벌인 참가자들이 다양한 연구 질문을 만들고, 질문을 해결하기 위한 계획을 세울 수 있는 프로그램들이 진행된다. 첫날에는 최근 한국인 최초로 독일 막스플랑크연구소 연구단장에 선임된 차미영 전산학부 교수가 '인공지능(AI)으로 해결하는 사회문제'를 주제로 특강을 한다. 직접 진행한 연구를 바탕으로 사회문제에서 발견한 질문들을 인공지능 기술로 해결한 사례들을 소개한다.
이의진 전산학부 교수는 학생들의 질문 역량 향상을 위해 '과학자의 질문'을 주제로 특강을 한다. 일상적인 호기심과 궁금증 속에서 과학적이고 논리적으로 밝혀낼 수 있는 연구 질문으로 발굴하고 이를 해결하는 과정을 공유한다.
그동안 '질문다락방'에 올라온 질문을 분석하는 시간도 마련된다. 과학영재교육연구원의 김범석 연구원은 '좋은 질문이란?'이라는 주제로 강연한다. 전국의 학생 참가자들이 남긴 52개 주제 약 3만 7천 건의 질문을 분석해 좋은 질문의 특성을 살펴보는 시간을 갖는다. 이 밖에도 우리 대학 재학생들로 이루어진 강사진이 참가자들과 팀을 이뤄 자유롭게 질문하기, 과학자처럼 질문하기, 연구계획 세우기 등에 참여해 학생들이 창의적이고 활발하게 질문 활동을 할 수 있도록 도울 예정이다. 마지막 날에는 캠프 기간에 우수한 질문 활동을 펼친 학생들을 선발하고 시상해 질문하는 습관을 꾸준히 이어가도록 독려할 계획이다. 정현철 KAIST 과학영재교육연구원장은 "생성형 인공지능이 발달할수록 인간의 질문하는 능력은 점점 더 중요해질 것"이라며, "학생들이 세상의 다양한 문제에 관심을 가지고 활발하게 질문하며 토론하는 이번 캠프 경험을 통해 질문하는 힘을 기를 수 있기를 기대한다"라고 전했다.
KAIST 질문 다락방 둘러보기 ☞ https://question.kaist.ac.kr/
2024.01.19
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