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세계경제포럼(WEF), 2017년 10대 떠오르는 기술 선정
세계경제포럼(WEF: World Economic Forum, www.weforum.org )과 미국 대중과학 잡지 사이언티픽 아메리칸(Scientific American)誌가 중국 다롄에서 열리는 하계 다보스 포럼 개막을 하루 앞둔 26일 오후 9시(한국시간 기준) 홈페이지를 통해 ‘2017년 세계 10대 떠오르는 기술들(2017 Top 10 Emerging Technologies)’을 공개했다.
☞사이언티픽 아메리칸(Scientific American)誌는 영어로 발행되는 대중과학 잡지로, 역사가 매우 오래되고, 일반인이 이해할 수 있는 수준에서는 가장 전문적인 내용으로 유명하다. 루퍼스 포터(Rufus Porter)가 창시했고, 1845년 8월 28일이래 매달 발행되고 있다.
27일 우리대학에 따르면 세계경제포럼(WEF)과 사이언티픽 아메리칸誌는 각각 산하 전문가그룹인 ‘바이오텍 글로벌 퓨처 카운슬’ 및 ‘세계 자문그룹’ 등 세계 최고의 전문가들로부터 자문을 받아 ▲암 진단을 위한 비 침습 액체 생체검사법과 ▲공기로부터 깨끗한 물을 획득하는 기술 ▲시각작업을 위한 딥 러닝을 포함한 ‘2017년 10대 떠오르는 기술들’을 공동선정해 26일 오후 발표했다. 그 외 10대 기술로는 ▲태양광 이용 액체연료 제조기술 ▲인간 세포 도감 ▲정밀농업 ▲환경 친화 이동수단을 위한 저렴한 촉매 ▲게놈 백신 ▲공동 생활권의 지속가능한 디자인 ▲양자 컴퓨팅 등이 선정됐다.
세계경제포럼은 우리대학 연구원장인 이상엽 특훈교수(생명화학공학과)가 ‘미래기술 글로벌 아젠다 카운슬(Global Agenda Council on Emerging Technologies) 의장을 맡은 지난 2012년부터 매년 가까운 미래에 세상을 변화시킬 ‘10대 떠오르는 기술들’을 선정, 발표하고 있는데 올해로 6회째를 맞았다. 2015년까지는 매월 1월 말 스위스 다보스에서 열리는 다보스포럼과 연계, 발표해왔지만 작년부터는 사이언티픽 아메리칸誌와 공동으로 과학기술이 강조되고 있는 하계 다보스포럼과 연계해 발표 중이다. 올해도 중국 다롄에서 27일부터 시작되는 하계 다보스포럼 일정에 맞춰 개막 하루 전인 26일 발표했다.
세계경제포럼 ‘10대 떠오르는 기술’ 선정위원으로 참여 중인 이상엽 생명화학공학과 특훈교수는 “올해도 전 세계 전문가들로부터 많은 획기적인 기술들이 제안됐지만 다수의 회의에서 심도 깊은 토론을 거쳐 최종 선정했다”고 말했다. 그는 또 “기술적인 면을 고려할 때 제안된 기술들에는 이번에 선정된 기술보다 더 떠오르는 기술들도 많았지만, 앞으로 수년 내에 획기적인 영향을 미칠 수 있는 기술을 중심으로 10개가 최종 선정됐다”고 강조했다. 현재 우리대학 KI 연구원장으로서 바이오-IT-나노-헬스-로보틱스-인공지능 등 제4차 산업혁명 시대 융합연구를 주도하고 있는 이상엽 특훈교수는 세계경제포럼의 바이오텍 글로벌 퓨처 카운슬(Global Future Council on Biotechnologies) 의장을 맡고 있으며 4차 산업혁명 글로벌 퓨처 카운슬(Global Future Council on the Fourth Industrial Revolustion) 위원으로도 활동 중이다. 한편 세계경제포럼과 사이언티픽 아메리칸誌가 공동 선정한 ‘2017년 10대 떠오르는 기술’은 아래내용과 같다.
<세계경제포럼(WEF)-사이언티픽 아메리칸誌 공동 선정 ‘2017년 10대 떠오르는 기술'>
2017 10대 기술.
1. 암 진단을 위한 비침습 액체 생체 검사법 (Noninvasive biopsies for identifying cancer)
비 침습 액체 생체검사법을 가능하게 하는 민감한 피검사는 암의 진단과 검사를 손쉽게 가능하게 함. 암세포도 일반 세포와 마찬가지로 사멸하면서 DNA를 내놓을 수 있는데 피에 돌아다니는 DNA 조각들을 분석하여 암 진단을 가능하게 함. Sensitive blood tests known as liquid biopsies promise to improve screening, diagnosis and care.
2. 공기로부터 깨끗한 물을 획득하는 기술 (Harvesting clean water from air)
공기 중 수분을 깨끗한 물로 전환하여 획득하는 기술. 공기 중에는 약 1000조 리터의 물이 존재하는데 최근 개발되고 있는 독특한 화학 및 구조적 특성의 기공을 가지는 물질로 만들어진 필터시스템을 사용하여 이 공기 중의 물을 획득하는 기술. Economical systems powered by sunlight make headway.
3. 시각 작업을 위한 딥러닝 (Deep learning for visual tasks)
인공지능은 시각처리에서 비약적인 발전을 해 왔으며, 의료분야에서 의료종사자들과 비슷하거나 심지어 능가하는 능력을 보이고 있음. 특히 피부암진단에서는 더 정확히 세부 암 종류까지 진단하는 능력을 보임. 방사선의료 진단 시도 엑스레이결과의 판독에서 상당한 능력을 보여줌으로서 방사선 전문의 수가 적은 개도국 의료진단 시스템에서 큰 기여를 할 것으로 판단됨. A.I. now rivals or exceeds the ability of workers in medicine and other fields to interpret what they see.
4. 태양광 이용 액체연료 제조 기술 (Liquid fuels from sunshine)
이산화탄소를 직접 액체연료로 바꾸는 인공 잎 기술. 심지어 토양에서 식물생장을 촉진하는 물질을 만드는데도 쓰임. Artificial-leaf technology converts carbon dioxide to fuels. It can even produce fertilizer right in the soil.
5. 인간 세포 도감 (The Human Cell Atlas)
인체 내 모든 세포들의 종류에 따른 기능과 생물분자들의 위치와 기능을 밝히고자 하는 기술. 인간 단백질도감이 가장 빠른 속도로 개발되어 이미 1천만장 이상의 세포이미지를 만들어 냈으며 생명공학과 의학 분야 연구에서 중요한 정보를 제공하고 있음. An international project is set to make an annotated map of every cell type in the body and how it works.
6. 정밀농업 (Precision farming)
센서기술과 이미징기술을 결합하여 실시간으로 식물의 생장과 관련된 정보를 수집 분석하여 농산물의 재배에 적용함으로서 수율을 획기적으로 올리는 기술. 토양의 상태, 수분, 감염, 해충 등을 실시간으로 모니터링 하여 가장 최적의 방법으로 농사를 지을 수 있게 함. Combining sensors and imaging of every plant with real-time data analytics improves yields.
7. 환경친화 이동수단을 위한 저렴한 촉매 (Affordable catalysts for green vehicles)
친환경 이동수단의 에너지로 각광받는 수소연료전지에 사용되는 백금촉매의 양을 줄여서 범용으로 사용가능하게 하는 저렴한 촉매기술. 백금과 팔라듐을 섞어서 쓰거나 촉매개발 시 중심에는 다른 저가의 금속을 넣고 겉에만 백금을 가지게 하는 방법 등이 활발하게 개발되고 있음. Reducing the platinum in fuel-cell catalysts will help bring hydrogen-powered vehicles to the mass market.
8. 게놈백신 (Genomic vaccines)
기존 단백질 중심의 백신 대신에 DNA나 RNA로 만들어진 백신. 즉, 인체 내에서 직접 항체제조가 가능하도록 함으로서 항체 제조시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 기술. Vaccines composed of DNA or RNA, instead of proteins, will address unmet needs.
9. 공동생활권의 지속가능한 디자인 (Sustainable design of communities)
개개 스마트 홈을 넘어서서 전체 이웃들을 포함하는 공동 생활권에서 에너지와 물 등을 절약하는 기술들이 연결된 시스템을 이용한 지속가능한 생활을 가능하게 하는 기술. 하나의 집을 기준으로 에너지와 물 등의 사용을 최적화하는 것이 아니라 시스템적으로 공동생활권의 다수의 집들에 대하여 총체적인 최적화를 함으로서 우리사회의 지속가능성을 높이는 기술. Moving beyond smart homes, efforts are under way to connect energy- and water-conserving technologies in single homes into systems that encompass whole neighborhoods.
10. 양자컴퓨팅 (Quantum computing)
양자컴퓨팅의 급속한 발전은 학문의 범위를 넘어서서 실질적 세계문제들을 푸는데 활용되기 시작함. The era of applying quantum processing has arrived.
2017.06.27
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허원도 교수, 빛으로 단백질군집형성 속도 10배 높이는 새 광유전학 기술 개발
〈 허 원 도 교수 〉
우리 대학 생명과학과 허원도 교수 연구팀이 청색광 수용 단백질인 크립토크롬2(Cryptochrome2)를 변형한 크립토크롬2 클러스트(CRY2clust)를 개발했다.
이를 통해 기존에 비해 약 10배 더 빠른 반응속도로 단백질 군집을 형성하는 데 성공했다.
이번 연구결과는 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 23일자에 게재됐다.
세포막 단백질이나 신호전달 단백질, 효소 등 많은 단백질은 자신들끼리 서로 군집을 이룰 때 제 기능이 활성화된다. 그 동안 화학물질을 이용해 단백질 군집 형성을 유도하려는 노력이 이뤄져왔으나 부작용과 시간적 제약 등 한계가 있었다.
광유전학 분야 연구자들은 화학물질을 사용하지 않는 대신 빛을 이용해 단백질 군집을 형성하고자 식물의 청색광 수용 단백질인 크립토크롬2를 활용했다.
허원도 교수 연구팀은 크립토크롬2의 일부 구조를 변형해 기존 크립토크롬2를 활용한 광유전학 기술보다 단백질 군집을 더 빠르게 만들 수 있는 방법을 찾았다.
크립토크롬2의 단백질 사슬 C말단(C-terminal)에 9개의 아미노산 잔기로 구성된 매우 짧은 펩티드(Peptide)를 부착하자 일반 크립토크롬2보다 빛에 10배 이상 더 빠르게 반응한다는 사실을 관찰한 것이다.
연구진은 이 기술을 CRY2clust라 이름 붙였다.
연구팀은 과거 자체 개발한 광유전학 기술에 CRY2clust를 접목해 CRY2을 이용한 기존 시스템과의 단백질 활성 효율의 차이를 확인했다. CRY2clust를 사용하면 빛으로 세포막의 칼슘이온채널을 훨씬 빠르게 끄고 켜거나(광유도 칼슘이온채널 활성 시스템 ; OptoSTIM1) 신경세포의 분화를 더욱 효율적으로 조절(광유도 신경성장인자 수용체 활성 시스템 ; OptoTrkB)할 수 있었다.
연구진은 더 나아가 실험실에서 단백질 군집 형성에 주로 활용하는 여러 형광단백질(Fluorescent protein)과 크립토크롬2를 짝지어 결합해봄으로써 빛을 이용해 단백질 군집을 더 효율적으로 만들 수 있는 조합의 조건을 찾았다.
형광단백질이 하나보다는 여러 개가 결합한 형태일수록 빛을 비추었을 때 광유도 클러스트를 더욱 높은 비율로 형성했다. 또한 형광단백질을 크립토크롬2의 단백질 사슬 말단 중 N말단이 아닌 C말단에 붙이는 경우 광유도 클러스트 형성 효율이 더 높은 것으로 확인됐다. 단백질 군집이 잘 형성되는 조건을 찾았다는 점에서 연구자의 실험 선택의 폭을 넓혀준 데 의의가 있다.
허원도 교수 연구팀은 CRY2clust를 개발해 빛을 이용한 단백질의 활성을 훨씬 효율적으로 유도하는데 성공했다.
허원도 교수는 “이번 연구에서 개발한 CRY2clust는 향후 광유전학 분야의 실험에 유용한 도구가 될 것이다”며“다양한 형광단백질-CRY2 조합을 통해 찾은 단백질 군집 형성 성공 요인은 광유전학 시스템 개발에 길잡이 역할을 할 것이다”고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. 기존 크립토크롬2 대비 CRY2clust의 단백질 군집 형성 속도
그림2. CRY2clust 시스템을 적용한 광유도 단백질 기능 조절
그림3. 형광단백질을 이용한 다양한 단백질 군집 형성
2017.06.26
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KAIST, 2년 연속 아시아 최고 혁신대학 1위 선정
우리대학이 2017년 ‘로이터 랭킹-아시아 최고 혁신대학 75(Reuters Top 75: Asia’s Most Innovative Universities)' 순위에서 작년에 이어 올해에도 2년 연속 1위를 차지했다.
로이터는 클래리베이트 애널리틱스(Clarivate Analytics)와 공동으로 2010년부터 2015년까지 아시아 각 대학의 학술논문 및 특허출원 실적 등을 종합 분석해 2017년 아시아에서 가장 혁신적인 교육기관 상위 75개 대학의 순위를 매긴 후 그 결과를 8일 공개했다. 평가지표는 특허출원 수, 특허성공률, 국제특허, 특허인용 수, 특허인용 비율, 특허인용 논문 영향력, 산업계논문인용 영향력 등 10개다. 로이터는 이들 10개 지표를 모두 고려해 평가에 종합 반영함으로써 75개 대학의 순위를 결정한다.
올해로 2회째를 맞이한 이번 조사에서 우리대학은 아시아 최고 혁신대학으로 작년에 이어 2년 연속 1위를 차지했다. 우리대학은 로이터통신이 2009~2014년 자료를 기초로 산정한 2016년 혁신대학 순위에서 아시아 대학 중 1위를, 세계대학 중 6위를 각각 기록했다. 우리대학은 올해 평가에서 “2010년부터 2015년까지 923개의 특허를 신청해 75개 상위 교육기관 중 가장 많은 수의 특허를 출원했고 특허 성공률뿐만 아니라 외부 연구자들이 KAIST의 특허를 연구논문과 특허에 자주 인용했기 때문에 높은 점수를 받았다”고 로이터측은 밝혔다.
로이터가 8일 발표한 자료에 따르면 우리나라는 상위 5위 안에 우리대학을 포함한 4개의 대학이, 상위 20위 안에는 8개 대학을 배출하는 등 총 22개 대학이 상위 75개 대학 명단에 포함됐다. 홍콩을 포함한 중국이 25개로 1위를 차지했고 일본이 19개로 우리나라의 뒤를 이었다.
이밖에 호주(5개), 싱가포르(2개), 뉴질랜드(1개)와 인도(1개) 대학 순으로 조사됐다. 2017년 상위 20위권 안에 포함된 국내 대학은 △KAIST(1위) △서울대(2위) △포스텍(4위) △성균관대(5위) △한양대(10위) △연세대(14위) △고려대(15위) △GIST(광주과학기술원, 18위) 순이다.
한편 김진우 클래리베이트 애널리틱스 한국지사장은 오는 15일 오후 KAIST를 방문해 신성철 총장에게 우리대학이 ‘로이터 Top 75: 아시아 최고 혁신대학 2017’ 조사에서 1위로 선정된 내용을 담은 기념패를 전달할 예정이다.
2017.06.09
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윤동기 교수, 액정 결함의 변이 과정 관찰에 성공
우리 대학 나노과학기술대학원 윤동기 교수 연구팀이 액정의 결함이 온도에 따라 변화하는 과정을 규명했다.
액정 결함에 관한 연구는 20세기 초반부터 약 100여 년 간 위상기하학을 연구하는 물리, 수학자들에 의해 연구됐지만 결함의 형태 전이를 세밀하게 직접적으로 관찰한 것은 이번 연구가 처음이다.
이 액정에서의 결함은 위상학적(topology)으로 우주에서 발생하는 블랙홀과 같은 위상학적 현상과 비슷한 구조를 갖기 때문에 우주의 원리를 연구하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
김민준 박사가 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 5월 30일자 온라인 판에 게재됐다. (논문명 : Morphogenesis of liquid crystal topological defects during the nematic-smectic A phase transition)
일반적으로 액정 재료는 손쉬운 배향 제어, 빠른 반응속도, 이방적(anisotropic)인 광학 특성을 갖고 있어 액정표시장치(LCD)나 광학 센서 등에 사용된다. 이 때 액정의 결함을 최소화하는 것이 성능 측면에서 유리한 것으로 알려져 있으나 물질 특성 상 액정의 결함은 불가피하게 발생한다.
윤 교수 연구팀은 이 결함을 단순히 없애는 데만 집중하지 않고 결함의 구조를 이해하고 형성 원리를 명확하게 규명하는 기초연구에 집중했다.
이러한 노력을 바탕으로 액정재료의 위상학적 결함이 안정적으로 발생하는 플랫폼을 구성해 온도 변화에 따른 상전이(phase transition)를 직접적으로 관찰했다.
위상학적 결함의 상전이는 2016년도 노벨물리학상의 주제이기도 할 만큼 기초과학 분야에서 중요하다. 우주 은하의 위상학적 구조적 원리도 이에 바탕하고 있어 많은 연구자들이 집중하고 있는 분야이다.
우주 은하의 위상학적 결함을 관찰하기에는 너무 범위가 크고 시간이 오래 걸린다. 하지만 윤 교수팀이 고안한 플랫폼의 위상학적 결함 구조는 광학 현미경으로 관찰이 가능한 수준의 크기이다. 또한 결함의 상전이가 일어나는 시간도 수초에서 수분 단위이기 때문에 관찰이 용이하다.
여기서 액정 재료들이 형성하는 결함 구조는 하나의 특이점(singularity)을 중심으로 방사형, 원형, 나선형 등의 형태를 갖는다. 특이점은 영화 ‘인터스텔라’에서도 나온 것처럼 우주의 블랙홀의 중심부 부분에 해당한다.
이 액정 재료는 일반적으로 딱딱한 두 유리판 사이에 모세관 현상을 통해 주입해 그 시료를 준비하게 된다. 그러나 이 과정에서 유리판처럼 단단한 기판은 표면효과 때문에 액정 물질의 움직임을 제한시키고 이는 결함의 상전이를 관찰하는 장애물이었다.
연구팀은 물 위에 기름이 떠다니는 현상을 이용해 물 위에 얇은 액정재료 막을 형성함으로써 액정 분자들의 움직임이 제한적이지 않은 환경을 조성했다.
이런 환경에서 온도를 변화시키면 그 구조체를 구성하는 분자와 분자 사이의 미세한 상호작용이 기판에 의한 표면효과보다 훨씬 크기 때문에 위상학적 결함의 상전이를 연속적, 직접적으로 관찰할 수 있다.
이 연구 방식은 온도 변화를 통해 위상학적 결함의 형성과정을 순서대로 혹은 역으로 조절할 수 있다. 따라서 전이과정을 면밀하게 관찰하면 중간 상태의 결함구조를 통해 최초의 그 결함 형태와 구성 분자들의 배열을 정확히 역추적 할 수 있다.
이는 위상학적 결함의 형성 원리를 근본적으로 이해할 수 있는 연구 수단이 될 것으로 기대된다.
윤 교수는 이번 연구에 대해 “연구에 대한 발상의 전환을 통해 남들이 보지 못한 것을 볼 수 있었다”며 “액정 결함에 대한 이번 연구 결과는 산업적 측면 뿐 아니라 기초 학문에 세계적 공헌을 할 수 있을 것이다”고 말했다.
또한 “우리나라가 액정 디스플레이 산업의 강국이지만 액정에 대한 기초연구는 세계적 수준에 비해 높지 않다”며 “이번 연구를 계기로 국내 관련 기초연구에 대한 관심을 촉발시키는 계기가 되길 바란다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업과 신진연구지원사업의 지원으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 물 위에 형성된 액정 결함의 냉각에 의한 위상학적 결함의 상전이 현상의 편광현미경 사진
그림 2. 액정 분자들이 모이는 위상학적 결함의 편광현미경 이미지와 그에 대한 모식도와 액정 분자들이 퍼지는 위상학적 결함의 편광현미경 이미지와 그에 대한 모식도
2017.06.01
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류호진 교수, 금속 칵테일로 핵융합에 사용가능한 신소재 개발
우리 대학 원자력 및 양자공학과 류호진 교수 연구팀이 칵테일처럼 여러 원소를 혼합하는 방식을 통해 핵융합 플라즈마의 대면재로 적용 가능한 신소재 합금을 개발했다.
이번 연구를 통해 핵융합 발전과 같은 극한적 환경에서 사용되는 금속의 범위가 다양하게 확장될 것으로 기대된다.
오와이스 왓심 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 온라인 국제 학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’ 5월 16일자에 게재됐다.
미래 에너지원으로 여겨지는 핵융합 발전을 실현하기 위해서는 고온의 플라즈마를 가두고 있는 토카막(tokamak) 용기의 내구성이 중요하다. 도넛 모양의 토카막은 강력한 자기장을 통해 1억℃가 넘는 플라즈마를 안정적으로 유지시켜주는 역할을 한다.
그럼에도 불구하고 플라즈마의 고온에 따른 열부하, 플라즈마 이온, 중성자 등으로 인해 토카막 용기는 손상이 발생한다. 이 토카막 용기를 보호하기 위한 대면재로 텅스텐 등의 금속이 쓰이고 있으나 완벽한 핵융합 발전을 위해서는 고성능 신소재의 개발이 필수적이다.
류 교수 연구팀은 텅스텐에 소량의 금속을 첨가해 물성을 개량하는 기존 방법들보다 한 발 더 나아가 다량의 금속을 동시에 혼합하는 기술을 활용했다.
이는 마치 칵테일처럼 여러 금속 분말을 혼합한 후 소결하는 분말야금 기술로 이를 통해 텅스텐보다 경도와 강도가 2배 이상 향상된 신소재 합금을 제조하는 데 성공했다.
핵융합에서는 다양한 물질을 함께 혼합하는 위와 같은 방식이 역효과를 발생시키기도 한다. 몰리브덴, 니오븀 등은 핵융합을 하면서 발생하는 중성자와 반응을 해 방사성이 높은 원소로 탈바꿈하는 방사화 현상이 발생해 방사능을 발산하기도 한다.
류 교수 연구팀은 이러한 제약들을 고려해 크롬, 티타늄 등을 첨가했고 이는 경도 향상 뿐 아니라 제조 공정의 촉진, 방사화 방지 등의 효과도 얻어냈다.
연구팀은 고온 기계적 특성과 더불어 열전도도, 플라즈마 상호작용, 중성자 조사취화, 트리튬 흡수 억제, 고온 내산화 특성 등을 최적화하는 합금 조성을 찾기 위한 연구를 계속 진행할 예정이다.
류 교수는 “핵융합 플라즈마 대면재는 열 충격과 플라즈마 및 중성자로 인한 손상이 극심해 이를 견딜만한 금속이 없을 정도로 극한적 환경에 노출된다”며 “이번 연구결과로 핵융합 및 원자력용 고융점 저 방사화 금속을 개발하고자 하는 시도가 전 세계적으로 활발해질 것으로 예상된다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 핵융합기초연구사업과 전략구조소재 신공정설계 연구센터의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 연구를 통해 제조된 텅스텐 기반 고강도 신합금
그림2. 고융점 금속 혼합 공정을 통한 핵융합 플라즈마 대면재 개발 개요
2017.05.24
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한순규 교수, 천연 물질인 플루게닌C 합성에 성공
우리 대학 화학과 한순규 교수 연구팀이 새로운 방식의 화학반응을 이용해 자연 상태에서 존재하는 천연물을 인위적으로 제작하는 데 성공했다.
연구팀은 분자 간 화학반응의 일종인 라우훗-쿠리어 반응(Rauhut-Currier 반응, RC 반응)을 이용해 이합체 천연물인 플루게닌 C를 합성했다.
전상빈 석박사통합과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 화학 분야의 국제 학술지 ‘미국화학회지(JACS : Journal of the American Chemical Society)’ 5월 10일자에 게재됐다.
천연물 전합성(Total Synthesis)은 순차적 화학반응을 통해 자연에 존재하는 천연 물질을 실험실에서 인위적으로 합성해내는 연구 분야이다.
이 과정은 각 단계의 화학반응이 모두 성공적으로 이뤄져야만 목표하는 분자에 도달할 수 있어 높은 수준의 인내심, 창의성 등이 요구된다. 학계에서는 천연물 전합성 학자를 가리켜 ‘분자를 다루는 예술가’로 부르기도 한다.
이번 연구는 분자 간 라우훗-쿠리어 반응을 전합성에 응용한 최초의 사례이다. 라우훗-쿠리어 반응은 1963년 라우훗과 쿠리어에 의해 보고된 반응으로 친핵체 촉매에 의해 진행되는 현상이다.
기존의 분자 간 라우훗-쿠리어 반응은 150도 이상의 고온 및 고농도 용액에서 유독한 촉매를 통해 비 선택적으로 진행된다는 한계가 있어 천연물 전합성에 적합하지 않았다.
연구팀은 문제 해결을 위해 반응물 내부에 친핵체를 위치시켰다. 이를 통해 상온의 옅은 용액에서 촉매 없이 간단한 염기성 시료를 첨가시키는 것만으로도 라우훗-쿠리어 반응을 이끌어 낼 수 있음을 확인했다.
연구팀은 이 반응 조건을 이용해 시중에서 구입 가능한 아미노산 유도체를 12단계를 거쳐 플루게닌 C라는 천연물질로 합성하는 데 성공했다.
한 교수는 “이번 연구는 라우훗-쿠리어 반응의 효율성과 선택성을 획기적으로 향상시킨 발견이다”며 “기존에는 합성할 수 없었던 다양한 천연물, 신약 또는 유기재료를 합성할 수 있는 길이 열렸다”고 말했다.
이번 연구는 KAIST의 정착 연구비, 하이리스크하이리턴(HRHR) 및 RED&B(Research, Education, Development & Business) 과제, 한국연구재단의 신진연구자 지원사업, 기초과학연구원 분자활성 촉매반응 연구단의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 대표적인 이합체-소중합체 세큐리네가 알칼로이드
그림2. 플루게닌 C의 합성 경로
2017.05.19
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아시아 최대규모 대학생 학술대회 ICISTS 2017, 7/31~8/4 개최
아시아 최대 규모의 국제 대학생 컨퍼런스인 ‘아이시스츠(ICISTS) 2017’이 7월 31일부터 8월 4일까지 대전 KAIST 본교와 호텔 ICC에서 열린다.
‘아이시스츠(ICISTS)’는 KAIST 학부생들이 지난 2005년 처음 시작한 학술대회로 매년 전 세계 명사들과 대학생들을 초청해서 과학과 기술, 그리고 사회의 통합을 놓고 함께 고민하고 토론하는 자리다. 특히 연사 섭외 등 모든 행사진행 과정을 KAIST 학부생들이 직접 맡아 주도하는데 초기에는 행사 참가인원이 150여명 정도에 불과 했지만 회를 거듭할수록 참가자들도 급증해 작년 행사에는 20여 개 국가에서 300여명의 대학생이 참가하는 아시아 최대 규모의 국제 대학생 컨퍼런스로 자리를 잡았다.
이번 컨퍼런스는 ‘사회의 거미줄을 그리다(Draw the Web : Interactions in Society)’를 주제로 사회 전반에 걸쳐 각 분야에 영향을 줄 수 있는 기술들이 사회변화에 미치는 과정과 앞으로 나아가야 할 방향 등 기술과 사회의 상호작용에 관해 발표와 토론을 진행한다.
주요 연사로는 노르웨이 최초 온라인 전용은행의 최고 디지털 책임자이자 스페어뱅크(SpareBank)의 전략담당 부사장인 크리스토퍼 해네스(Christoffer O. Hernæs)를 비롯해, 아나벨 콴하스(Anabel Quan-Haase) 웨스턴온타리오대(University of Western Ontario) 미디어 연구 및 사회학 부교수, 박영숙 유엔미래포럼 대표, 나이젤 파커(Nigel Parker) MS 아시아태평양지역(Microsoft APAC) 개발자 및 플랫폼 전도담당 이사, 존 고지어(Jon Gosier) 데이터 과학자 겸 의학 인공지능 회사 운드매트릭스(WoundMetrics) 설립자가 참여한다.
주최 측인 아이시스츠(ICISTS)는 이번 컨퍼런스 기간에 세계 저명인사들의 강연을 직접 골라 들을 수 있는 ‘패러렐 토의’와 연사 및 참가자들이 소규모 그룹을 이뤄 자유롭게 토론하는 ‘그룹 토의’, 그리고 올해 처음 선보이는 ‘인터렉티브 세션’과 ‘익스피리언스 세션’ 등 다양한 세션을 마련해 참석자들이 쉽게 접할 수 없는 연사들의 이야기를 가까이서 듣고 교류할 수 있도록 준비했다.
또 참가자들에 대한 인적 네트워크 형성을 지원하기 위해 행사기간 중 한국의 문화 소개를 위해 다양한 부스에서 ‘컬처 나잇’공연을 진행하고 ‘비어 파티’와 같은 다채로운 부대행사도 펼칠 예정이다. '아이시스츠(ICISTS) 2017’에 참가를 원하는 대학생은 5월 16일부터 7월 9일까지 공식 홈페이지( www.icists.org )를 통해 사전에 접수해야 한다.
이번 컨퍼런스 홍보를 맡고 있는 권순재 학생(화학과 3학년)은 “ICISTS 행사의 진정한 연사는 우리 학생들 자신이라고 생각한다”고 말하고 “미래에 대한 그 들만의 시각을 서로에게 제시하며 새로운 가치를 만들어가고자 하는 대학생들의 적극적인 참여를 기대한다”며 이번 행사에 대한 열정을 내비쳤다.
2017.05.18
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제13회 KAIST 조정훈 학술상에 미국 버클리대 웡 지징 박사
〈 웡 지징 박사 〉
‘제13회 KAIST 조정훈 학술상’ 수상자로 미국 UC 버클리大 웡 지징(Wong, Zi Jing) 박사가 선정됐다. 웡 박사는 광학 메타물질 분야에서 Zero 굴절율 구현, 굴절율의 조작, 3D 투명 망토 구현 등 국제적으로 인정받는 우수한 연구업적과 함께 세계 최고의 권위를 자랑하는 과학저널인 사이언스(Science)와 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 각각 3편과 2편의 연구논문을 발표한 공로를 인정받았다.
웡 박사는 이와 함께 미국 재료연구학회가 주는 최우수 대학원생 연구상(MRS Graduate Student Award-Gold medal) 등 국제적으로 저명한 다수의 학회로부터 베스트 논문상을 수상했다. 우리대학은 웡 박사 외에 항공우주공학과 박사과정 김현탁씨를 비롯, 고려대 기계공학과 석·박사 통합과정 박호성, 공주사대부고 최형진 등 학생 3명을 장학생으로 선발하고 이들에게 12일 오전 본관 1층 대회의실에서 신성철 총장이 직접 장학금을 전달했다.
'KAIST 조정훈 학술상’은 2003년 5월 로켓실험실에서 연구를 수행하던 중 불의의 사고로 숨진 故 조정훈 명예박사를 기리기 위해 제정됐다. 이 상은 故 조 박사의 부친인 조동길 공주대 교수(국어교육학과·2015년 정년 퇴임)가 유족보상금 및 사재를 합쳐 우리대학에 학술기금으로 기부한 4억7,800만원을 재원으로 만들어졌으며 학교는 2005년부터 매년 항공우주공학분야에서 뛰어난 연구업적을 이룬 젊은 과학자를 발굴해 시상하고 있다.
학교는 또 이 기금으로 故 조 박사가 재학했던 우리대학과 고려대, 공주사대부고에서 매년 각 1명씩 장학생을 선발해서 장학금을 수여하고 있는데 학술상 수상자에게는 2,000만원의 상금이, 그리고 대학(원)생은 400만원, 고등학생은 250만원의 장학금이 지급된다.
2017.05.12
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김세윤 교수, 이노시톨 대사효소에 의한 패혈증 유발 염증전달신호 규명
우리 대학 생명과학과 김세윤 교수 연구팀이 이노시톨 생합성 대사의 핵심효소인 IPMK (Inositol polyphosphate multikinase)에 의해 패혈증 등의 선천성 면역반응을 매개하는 신호전달네트워크가 정교하게 조절되는 현상을 규명했다.
김은하 박사과정이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 서울대학교 성노현 교수 연구팀과 공동으로 진행됐고 사이언스 어드밴시스(Science Advances)지 4월 21일자에 게재됐다.
김세윤 교수 연구팀은 이노시톨 대사체 및 생합성 대사를 수 년 간 연구했고 이노시톨 다인산 멀티키나아제 효소(IPMK)에 의한 세포 성장 및 에너지 대사조절 기능을 다각적으로 규명한 바 있다.
이번 연구에서는 대식세포(macrophage) 특이적으로 IPMK 효소가 결핍된 생쥐에서 패혈성 쇼크를 유발시켰을 때 염증수준이 현저히 저하되고 또한 높은 생존율을 보이는 것을 확인했다. 이는 선천성 면역의 핵심인 염증반응이 강력히 저해되는 것을 의미한다.
IPMK 효소가 면역신호조절물질인 TRAF6 단백질과 직접 결합해 TRAF6 단백질의 분해를 조절하는 유비퀴틴화를 억제함을 규명했고, IPMK효소와 TRAF6단백질간 결합력을 저해할 수 있는 펩타이드를 활용함으로써 내독소에 의한 염증반응을 낮출 수 있음을 다각적으로 검증했다.
이번 연구는 미생물 감염 등에 의한 패혈증 발병의 원리를 규명함과 동시에 최근 급증하는 선천 면역 질환 (ex. 신경계 염증질환 및 당뇨)에 대한 이해를 넓히고 새로운 치료기술개발에 필요한 학문적 토대를 제공했다는 의의를 갖는다.
이번 연구는 미래창조과학부 뇌과학원천기술개발사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
□ 그림 설명
그림1. IPMK 효소의 선천성 면역조절 모식도
2017.04.25
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스타트업 4.0 / 2017 아이디어 팩토리 제품전시회, 25일 개최
‘아이디어 팩토리(Idea Factory)’는 대학생들의 신선하고도 기발한 아이디어가 창업으로 이어질 수 있게 시제품 제작을 지원하는 제도이다. 국내대학 중 우리대학이 지난 2014년 이 제도를 처음으로 도입, 운영 하고 있는 만큼 우리대학의 아이디어 팩토리는 자타공인 ‘국내 1호 아이디어 팩토리’인 셈이다. 올 4월 현재 전국의 10개 대학에서 아이디어 팩토리를 운영 중이다.
우리대학을 비롯해 전남대·경일대·경남대·한국해양대·단국대 등 전국 6개 대학 학생들이 톡톡 튀는 아이디어를 내 개발한 시제품을 한자리에서 모두 볼 수 있는 전시회가 대전에서 열린다. 우리대학은 25일 오전 10시부터 대전 본교 스타트업 스튜디오빌딩(W8) 로비에서 KAIST 창업원(원장 김병윤) 주관으로 주요 내· 외빈 인사가 참석한 가운데 ‘스타트업 4.0 / 2017 아이디어 팩토리 제품 전시회’를 개최한다.
올해로 4회째를 맞는 이번 전시회에는 우리대학에서 6개, 전남대와 경일대·경남대·단국대에서 각각 5개, 그리고 한국해양대가 4개의 시제품을 출품하는 등 6개 대학에서 주목을 받았던 시제품 30종이 전시된다. 우리대학이 이번 전시회에 출품한 ▲시각장애인을 위한 점자프린터 ▲멀티 헤드 3D 프린터 ▲아이 시터(Eye Sitter) 등 총 6종의 시제품 가운데 단연 눈에 띠는 제품은 3D 프린팅 교육 콘텐츠인 ‘놀이동산 속 과학 찾기’다.
‘놀이동산 속 과학 찾기’는 우리 대학의 학생 창업기업인 HiX(대표 서석현)가 자체 개발한 블록 기반의 3D 설계 프로그램을 이용해 제작한 중등 교육용 콘텐츠다. 과학 원리를 활용한 교육 및 자기주도 학습이 가능하다는 장점 때문에 기존 경쟁업체 제품과의 차별화가 확연하다. 현재 경기지역 일부학교와 캠프에서 시범 운영 중이며 타 지역에서도 판매권에 대한 논의가 진행 중에 있다. 이와 함께 16개의 헤드를 한 번에 제어해서 출력할 수 있는 ‘멀티 헤드 3D 프린터’또한 3D 프린터의 한계점으로 여겨지는 대량생산에 대한 문제를 해결하기 위한 학생들의 아이디어가 돋보이는 제품이다. 우리대학은 이번 출품작 중 몇몇 제품은 사업화가 바로 가능하기 때문에 곧 상용화될 것으로 내심 큰 기대를 걸고 있다.
이밖에 ▲ 시각장애인을 위해 스스로 학습·복습이 가능한 점자학습장치 ‘PUSH DOT(전남대)’와 ▲ 섬유강화 복합제를 이용해 개발한 ‘도시형 자전거 휠(한국해양대)’▲ 반려견의 짖는 소리로 인해 발생하는 소음을 줄여주는 ‘반려견 짖음 방지 목걸이(경일대)’▲ 재활용 쓰레기를 쓰레기통 모양으로 인식한 후 분리시켜 버릴 수 있도록 한 ‘디자인 분리 쓰레기 통(경남대)’▲ 자체개발한 웹크롤링 기술을 이용해서 뉴스뿐만 아니라 SNS 데이터를 일괄 수집·분석해 여론 서비스를 제공하는 ‘인사이트 아이(단국대)’등 참신하면서도 다양한 제품을 만날 수 있다.
이번 행사를 주관한 김병윤 창업원장은 “제품 전시회를 통해 전국의 대학생들에게 아이디어만 있으면 누구나 창업에 도전할 수 있다는 자신감을 갖게 하는 창업문화가 확산되고 창업을 원하는 학생들 간에 정보를 교환하고 나누는 교류의 장이 됐으면 한다”고 말했다. 한편 우리대학 창업원이 운영 중인 아이디어 팩토리는 2014년 출범이후 지난 4년간 60건 이상의 시제품 개발을 지원하고 교육용 3D 프린터 등 기술창업 3건, 기술이전 1건의 성과를 거두는 등 학생들의 창의적 아이디어를 대상으로 신속한 사업화 지원을 통해 혁신적인 제품개발 촉진과 창업활동을 지원하고 있다.
2017.04.24
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한동수 교수, 크라우드소싱 기반 실내 위치인식 시스템 개발
〈 한 동 수 교수 〉
우리 대학 전산학부 한동수 교수 연구팀(지능형 서비스통합 연구실)이 실내 공간에서 획득한 와이파이 신호의 수집 위치정보를 자동으로 파악할 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술은 글로벌 실내 위치인식 시스템 구축에 필요한 핵심 기술로 다수의 스마트폰에서 수집된 무선랜 핑거프린트의 수집 위치를 자동으로 라벨링하는 인공지능 기법이다. 비용을 절감하면서 높은 정확도를 가질 수 있고 무선랜 핑거프린트 수집이 가능한 건물이라면 어느 곳에도 적용 가능하다.
여러 글로벌 기업들이 실내 GPS를 실현하기 위해 전 세계 주요도시에서 수만 건의 실내 지도를 수집했다. 실내 지도와 함께 신호 지도 수집도 시도했지만 높은 정확도를 갖지 못했고 그 결과 실내에서의 위치 인식 서비스 질이 떨어진다.
연구팀은 문제 해결을 위해 실내를 이동 공간과 체류 공간으로 구분하고 각각의 공간에 최적화된 수집 위치 라벨링을 자동화하는 기술을 개발했다.
연구팀이 개발한 기술은 복도, 로비, 계단과 같은 이동 공간에서도 수집된 신호의 위치정보를 별도의 외부 정도 없이도 자동으로 라벨링하는 새로운 자율학습(Unsupervised Learning) 인공지능 기술이다.
이 기술을 토대로 기초실험연구동(N5)과 김병호-김삼열IT융합빌딩(N1)에서 실험을 실시했고, 충분한 양의 학습 데이터가 주어진다는 가정 하에 오차범위 3~4미터 수준의 정확도를 보였다.
이는 수작업을 통해 수집 위치를 라벨링한 결과와 비슷한 정확도로 연구팀이 함께 개발한 지자기 신호, 3축 가속기, 자이로스코프 기반의 딥러닝을 활용한 새로운 센서 퓨전 기법을 통하면 정확도가 더욱 상승하는 결과를 보였다.
그 동안 스마트폰을 통해 수집된 핑거프린트는 활용되지 못하고 버려졌지만 개발된 기술을 통해 무선랜 핑거프린트 빅데이터 영역이 새롭게 열릴 것으로 기대된다.
개발된 GPS 구축 기술은 글로벌 기업이나 국내 위치정보 서비스 기업 등이 전국 범위에서 위치정보 서비스를 제공할 때 도입해 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
GPS 신호가 도달하지 않는 실내 환경에서 위치인식 정확도가 높아짐에 따라 포켓몬고 등의 O2O(online to offline) 위치기반 게임도 실내에서 실행 가능할 것으로 기대된다.
또한 다양한 위치기반 SNS, 사물인터넷 등 서비스가 활성화되고 위급한 상황에서 112나 119에 구조요청을 할 시 정확한 위치 파악이 가능할 것으로 보인다.
한 교수는 “개발된 글로벌 실내 위치인식 시스템 구축 기술을 KAIST 실내 위치인식 시스템인 카이로스(KAILOS)에 탑재해 서비스 할 예정이다”며 “전 세계 어느 건물에서든 정확도 높은 실내 위치인식 시스템을 손쉽게 구축할 수 있고 장래에 대부분 실내 공간에서도 위치인식 서비스가 제공 가능할 것이다”고 말했다.
카이로스는 2014년 KAIST에서 출시한 개방형 실내 위치인식 서비스 플랫폼이다. 자신이 원하는 건물의 실내지도를 카이로스에 등록하고 해당 건물의 핑거프린트를 수집해 실내 위치인식 시스템을 구축하도록 지원 중이다.
□ 그림 설명
그림1. 핑거프린트를 수집하여 신호지도를 구축한 뒤, 구축된 신호지도를 기반으로 위치를 추정하는 과정
그림2. KAILOS가 여러 가지 신호와 센서를 복합적으로 사용하였을 때 예상되는 정확도
2017.04.12
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허원도 교수, 이달의 과학기술인상 4월 수상자 선정
〈 허 원 도 교수 〉
우리 대학 생명과학과 허원도 교수가 이달의 과학기술인상 4월 수상자로 선정됐다.
미래창조과학부와 연구재단은 허원도 교수가 빛으로 생체 내 세포 기능을 제어하는 광유전학 원천기술을 개발해 수술이나 약물투여 없이 레이저나 LED 빛을 쏘아 알츠하이머, 암 등 칼슘이온 관련 질환의 발병원인을 연구할 기술개발과 다양한 차세대 광유전학 기술들을 개발해 새로운 생물학 연구방법을 제시한 공로가 높이 인정돼 이달의 과학기술인상 수상자에 선정됐다고 설명했다.
빛으로 생체 조직의 세포들을 조절하는 광유전학은 신경세포를 단순하게 활성화 또는 비활성화시키는 기술들이 일반적이다.
허원도 교수는 칼슘이온채널 활성화 기술(OptoSTIM1)을 개발해 빛을 이용해 생체 내 칼슘이온을 활성화시킬 뿐만 아니라 빛으로 칼슘농도를 올려 생쥐의 기억력을 2배로 향상시키는 데 성공했다.
이 기술로 빛의 강도와 노출 시간에 따라 원하는 만큼 칼슘이온을 유입시키고 잔류 시간도 조절할 수 있어, 단일세포나 살아있는 동물조직에서 다양한 세포들의 기능을 원격조정할 수 있게 된다.
실험 결과 칼슘이온의 영향을 받는 세포들 중 정상세포, 암세포, 인간 배아 줄기세포 등에 빛을 쐈을 때 칼슘이온 유입이 활성화되는 것이 확인됐다.
빛으로 칼슘이온의 농도를 제어함으로써 세포 성장, 신경물질 전달, 근육 수축, 호르몬 조절 등 생명현상의 조절이 가능해진 것이다.
허원도 교수는 “그동안 채널로돕신을 이용하여 신경세포를 활성화하는 광유전학이 일반적이었는데, 칼슘이온채널 활성화를 통한 새로운 광유전학 기술 개발로 다양한 생물학 연구뿐만 아니라 신경생물학 연구에서 필수적인 연구기법으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.
이달의 과학기술인상은 과학기술인의 사기 진작과 과학기술 마인드 확산을 위해 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 미래부 장관상과 상금 1천만원을 수여하고 있다.
2017.04.07
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