%EA%B3%B5%EA%B3%BC%EB%8C%80%ED%95%99
-
두바이에서 기후변화로 인한 담수 위기 알린다
우리 대학 강이연 산업디자인학과 교수가 구글(Google)·나사(NASA)와 협업해 기후변화로 인해 인간이 직면한 담수 위기를 알리는 예술작품을 제작해 온·오프라인에서 동시에 공개했다. '패시지 오브 워터(Passage of Water)'라는 제목의 작품은 담수 자원의 중요성과 기후변화로 인한 담수의 위기를 전 세계에 전달하기 위해 제작됐다. 이 예술작품은 아랍에미리트 두바이 엑스포시티에서 열리는 제28차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP28 Dubai)의 블루존에 지난달 30일 공개돼 오는 12일까지 전시된다.
전 세계 정책가들과 기후 전문가들에게 시사점을 주기 위해서 몰입형 예술작품 형태로 만들어졌다. 강 교수는 전시 장소의 특성을 고려해 현재 담수 위기를 극복하는 방안들을 작품 안에서 게임의 형태로 제시했다. 전시관을 방문한 전 세계 기후 전문가와 매체들, 물 전문가들, 정책가들이 이 색다른 협업 프로젝트에 좋은 반응을 보이고 있으며, 작품을 관람하며 담수 위기에 대해 강 교수와 구글, 나사 팀과 다양한 이야기를 나누고 있다.
강 교수팀은 기후변화가 초래할 담수 패턴의 변화상을 예술적으로 상상한 뒤 디지털 기술, 웹, 데이터 시각화, 게임 엔진, 사운드 등 다양한 요소를 복합적으로 사용해 작품을 완성했다. 온라인과 오프라인 두 개의 형태로 만들어진 작품은 복잡한 이야기를 직관적으로 이해하고 몰입감을 느낄 수 있도록 제작됐다.
온라인 작품은 웹아트(Web art) 형태로 지난달 29일 구글 아트 앤 컬처(Google Arts & Culture) 플랫폼에 공개돼 누구나 무료로 관람할 수 있다. 접속자들은 세 부분으로 구성된 전시물을 상호 소통하는 형태로 체험할 수 있으며, 강 교수팀이 시각화한 그레이스 위성의 데이터를 통해 전 세계의 담수 확보율과 손실률을 볼 수 있다. 또한, 스왓 위성이 수집한 유콘강(미국), 나일강(이집트), 인더스강(파키스탄)의 시각적으로 해석된 데이터들도 직접 선택해 확인할 수 있다. 이번 작품은 강교수팀이 지구 담수의 변화상을 분석하기 위해 나사 JPL(Jet Propulsion Laboratory)의 연구자들 및 구글 아트 앤 컬처팀과 1년여간 긴밀하게 협업해 이루어진 결과물이다. 나사의 그레이스(GRACE) 위성이 수집한 20년 분량의 방대한 데이터와 2022년 발사된 스왓(Surface Water and Ocean Topography, SWOT) 위성이 측정한 고해상도의 지구의 담수 데이터를 활용했다.
특히, 나사는 이번 프로젝트를 위해 대중에 공개하지 않은 스왓 위성의 데이터를 강 교수 연구팀에 최초로 제공해 기후변화가 지구의 물 순환에 미치는 영향을 과학적 근거에 기반해 시각화하는 일을 도왔다. 강 교수는 "구글과 나사가 협력한 특별한 파트너십을 통해 방대한 데이터와 고난도의 과학적 개념을 접근 가능한 예술적 경험으로 전환하기 위해 노력했다"라고 말했다. 이어, "기후위기는 그야말로 혁신 기술, 과학, 정책, 예술이 한데 어우러져야만 극복할 수 있는 난제로, 이번 프로젝트처럼 과거와 현재를 돌아보고 미래를 상상하는 예술은 폭넓은 논의를 촉발하는 힘이 될 것"이라고 밝혔다.
2023.12.04 조회수 2403 -
김일두 교수, 지식공유대상 과학기술정보통신부 장관상 수상
우리 대학 신소재공학과 김일두 교수가 지난 11월 30일 서울 한국과학기술회관 국제회의장에서 개최된 2023 미래정보연구포럼 행사에서 2023 지식공유대상 유공 과학기술정보통신부 장관상을 수상했다.
김일두 교수는 나노과학 분야의 권위학술지인 에이씨에스 나노(ACS Nano, Impact Factor 17.1) 저널의 Executive Editor로 올해 7월 1일부로 활동하면서, KAIST의 위상을 높였을 뿐만 아니라 나노과학 분야에서 세계적인 석학들과 어깨를 나란히 하며 대한민국 과학 위상을 높이는데 기여하고 있다.
2023년도에 MIT, 노스웨스턴 대학, 칼텍, UCLA, USC, Waterloo 대학, 중국 Nankai, Tianjian University of Technology, UC San Diego 대학에서 초청강연을 진행하였으며, 지난 4월 대한화학회 ACS Publication Nano Summit, 나노발칸 유럽학회, ACS Science Talk, Asian Symposium on Advanced Materials (러시아) 키노트 강연 뿐만아니라 지난 8월 중국 Changsha에서 개최된 제 10회 국제전자세라믹학회 (International Conference on Electroceramics) 기조강연자로 참여하는 등 활발한 지식공유와 국제협력 네트워크 강화에 크게 공헌하였다.
또한 지난 11월 15일에 개최된 제 4회 KAIST Emerging Materials Symposium에는 Chemical Reviews (Impact Factor 62.1), EcoMat (IF 14.6), Accounts of Materials Research (IF 14.6), SmartMat (IF 20.4) 편집장과 ACS Nano (IF 17.1), Science Advances (IF 13.), ACS Sensors (IF 9.618) 부편집장을 초청하여 정보교류 기회를 제공하였으며, 특히 KAIST 대학원생들에게 Entrepreneurship을 강조하고자, KAIST 교원창업 4개 기업을 초청하여 열띤 토론의 장을 마련하는데 기여했다. 행사 후에는 Accounts of Materials Research 편집장과 EcoMat 편집장으로부터 KAIST 특집 Review 논문집 초청을 받아, Guest Editor로 봉사 예정이다.
김일두 교수는 나노섬유 연구 분야 전문가로 지금까지 SCI 표지논문 73건, Peer-reviewed 저널 논문 403편, 249건의 국내외 특허 등록/출원 실적, 산업화 기술이전 12건, 논문 인용횟수 29,780회 (google scholar, h-index 89) 등 나노신소재 분야에서 탁월한 연구 실적을 달성하였으며, 나노소재 기반 센서 및 에너지 연구 분야의 지식 공유에 크게 기여하고 있다. 또한 김교수는 교원창업기업 아이디케이랩을 설립하여 지난 4월 시리즈 A 투자를 마치고, 나노섬유 색변화센서의 상용화를 위한 양산준비에 박차를 가하고 있다.
김일두 교수는 “지식공유의 중요성이 더욱 강조되는 시대에, 우수 논문 발표 실적을 바탕으로 뜻 깊은 상을 수상할 수 있어 기쁘다고 말하며, KAIST에서 우수 논문들이 더욱 많이 발표되고, 활발한 국제화 교류를 바탕으로 KAIST의 글로벌 과학기여가 더욱 확대되고, KAIST의 기술력이 국가발전의 든든한 초석이 되길 희망한다”라고 밝혔다.
2023.12.04 조회수 2483 -
전산학부 이의진 교수, ICMU 학회 기조 강연 진행
우리 대학 전산학부 이의진 교수가 11월 29~12월 1일 동안 일본 교토에서 열린 ICMU 학회(The 14th International Conference on Mobile Computing and Ubiquitous Networking)에서 “참여도 증강을 위한 데이터 기반의 디지털 헬스 및 웰빙(Towards Data-Driven Digital Health and Wellbeing for Engagement Enhancement)”라는 주제로 기조 강연을 진행했다.
올해 14회째를 맞는 ICMU 학회는 모바일 및 유비쿼터스 컴퓨팅을 다루는 국제학회로 사람, 스마트 센서, 기기가 초연결된 차세대 컴퓨팅환경에 관한 최신연구 성과를 공유하고 연구 방향을 모색하는 학술교류의 장이다. 이번 학회는 센싱, 소셜 응용, 보안, 통신 등을 주제로 32편의 학술논문과 11편의 포스터가 발표됐다.
이의진 교수는 모바일, 웨어러블, 사물 인터넷(IoT) 기술을 활용하여 인간의 웰빙과 잠재력 실현을 목표로 하는 긍정 컴퓨팅에 분야를 연구하고 있다. 특히 데이터를 활용하여 정신적, 사회적 웰빙(예: 스트레스 관리 및 사회적 정서적 학습), 신체적 웰빙(예: 운동, 수면 코칭), 업무 생산성(예: 주의력 관리) 등을 증진하는 응용 기술을 개발해왔다. 이번 기조 강연에서는 이의진 교수는 모바일, 웨어러블, IoT로부터 수집되는 다양한 센서 및 상호작용 데이터를 활용하여 건강 및 웰빙 문제를 자동으로 찾아내 사용자의 참여도와 치료의 효과성을 증진할 수 있는 데이터 기반 디지털 헬스케어 최적화 기법과 연구 방향에 대해서 논의했다. 기조강연에서 논의된 일부 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다. (No. 2022-0-00064, 감정노동자의 정신건강 위험 예측 및 관리를 위한 휴먼 디지털 트윈 기술 개발)
ICMU 학술대회 홈페이지: https://www.icmu.org/icmu2023/
2023.12.01 조회수 2011 -
전기및전자공학부 김용대, 조성환 교수, 2024년 IEEE 석학회원 선임
우리 대학 전기및전자공학부 김용대 교수와 조성환 교수가 국제전기전자공학자협회(이하 IEEE)의 2024년 석학회원(Fellow)으로 선임됐다.
IEEE는 세계 최고 권위의 전기, 전자, 컴퓨터, 통신 분야 학회다. 160여 개국에서 40만 명에 이르는 회원을 보유하고 있다. 이중 석학회원(Fellow)은 탁월한 개인 연구 업적, 기술 성취 실적, 전문 분야 총괄 경력 등 7개의 평가 기준 심사를 거쳐 회원의 최상위 0.1% 내에서 선정한다.
KAIST 전기및전자공학부에서는 1995년 김충기 명예교수가 석학회원으로 선임된 이후 22명의 교수가 석학회원으로 선임됐다. 2024년처럼 2명 이상의 석학회원이 동시 선임된 것은 2008년 이주장 교수와 유회준 교수, 2009년 경종민 교수, 김종환 교수, 송익호 교수, 2016년 조규형 교수와 김정호 교수, 2023년 서창호 교수와 최경철 교수가 있으며, 2023년에 이어 2년 연속으로 2명의 석학회원이 선임됐다.
김용대 교수는 이동통신, 분산 시스템, 사이버 물리 시스템 등에서 발견되는 취약점을 미리 찾고 이를 개선하는 데 세계적 전문가로 알려져 있다. 아울러, 드론, 5G, 자율 주행 등의 최첨단 기술에서 실제로 가능한 공격을 찾고 이를 입증하고, "직접적인 취약점을 입증"하는 보안전문가로도 세계적 명성을 얻고 있다.
국외 보안 4대 학회에서도 다양한 중책을 맡고 있는 김용대 교수는 향후 5G 이동통신 표준의 설계 취약점들에 대해 분석하고 이를 개선하는 해결책을 개발해 6G 이동통신 표준에 적용되도록 노력할 예정이다. 뿐만 아니라 자율주행차에 대한 안전성 테스팅 방법, 새로운 안티드론 기술 연구 등을 수행할 예정이다.
한편 조성환 교수는 반도체 집적회로설계 전문가로 아날로그 집적회로 분야에서 도전적인 연구로 기술 발전에 중요한 기여를 해 왔다. 우리나라에서는 처음으로 IEEE 회로 및 시스템 소사이어티 최고논문상(Circuits & Systems Society Best Paper Award)을 수상하고 국제반도체회로 학술대회(ISSCC) Outstanding 극동지역 우수논문상(Far-East Paper Award)도 수상했으며, IEEE 반도체 회로 저널(Journal of Solid-State Circuits)과 IEEE 회로 및 시스템 동향(Transactions on Circuits & Systems-I)의 부편집장(Associate Editor), 저명연구자(Distinguished Lecturer) 등을 맡은 바 있다. 이번에 반도체회로 소사이어티(Solid-State Circuit Society)에서 펠로우(Fellow)로 선임됐다.
조성환 교수는 아날로그 회로 기술을 활용해 메모리 반도체와 인공지능 반도체의 성능을 높이는 연구를 수행하고 있으며 관련하여 기술 사업화를 할 예정이다.
2023.12.01 조회수 1975 -
스파이더맨 슈트처럼 내 몸에 착 맞춰지는 옷감형 웨어러블 햅틱 개발
우리 대학 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxetic) 메타구조로 매듭지어 형상 적응이 가능한 옷감 형태의 착용형 '햅틱(haptic) 인터페이스'를 개발했다고 28일 밝혔다.
착용형 햅틱 인터페이스 기술은 시·청각 기반의 플랫폼의 한계를 벗어나, 피부 표면으로 전해지는 직관적인 촉감으로 메타버스 속 상호작용 몰입도를 높이는 역할을 한다.
하지만 일반적인 햅틱 인터페이스는 피부에 부착하거나 별도의 고정 장치를 착용하는 착용(부착)형으로, 이러한 햅틱 인터페이스는 장시간 사용 시 피부 발진의 위험과 고정 방식은 일상 움직임에서 불편함을 초래할 수 있다. 또 수십 개의 촉각 전달 소자를 장착해 촉감을 모방하는 기존의 제작 방식 역시 장치의 무게·부피 증가로 이어지는 한계를 보이고 있다.
우선 연구팀은 가볍고 편하게 착용할 수 있는 햅틱 인터페이스 개발을 위해 형상기억합금 와이어를 핵심 소재로 선택했다. 형상기억합금 와이어란 상온에서 모양이 쉽게 변형되고, 특정 온도에 도달하면 미리 기억된 형태로 되돌아가는 특징을 갖는 형상기억합금을 철사처럼 가늘고 길게 제작한 것이다. 이러한 형상기억합금 와이어를 기존의 천 제작 방식을 활용해 매듭지어 옷감처럼 제작하는 방식을 활용하였다. 특히, 연구팀은 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxetic) 구조로 매듭지어, 일반 구조에서는 볼 수 없는 3D 방향으로 구조 전체가 동시에 수축 및 이완하는 특성을 구현해 내었고, 이를 통해 착용자의 신체 형상에 순응하며 사이즈가 자동으로 조절되는 옷감형 액추에이터를 개발했다.
또한 연구팀은 8개의 영역을 개별 수축 제어할 수 있도록 설계해 총 아홉 가지 방향과 타이밍에 대한 정보를 사용자에게 촉감 피드백으로 전달할 수 있게 제작했다.
예로 팔목에 착용 시, 사용자는 방향 및 타이밍에 관한 정보를 촉각적으로 인지할 수 있고, 반면 팔꿈치에 착용할 때는 옷감형 액추에이터의 가변강성 기능을 활용해 팔꿈치의 굽힘각도에 따른 피드백을 제공하는 멀티모달(두 가지 이상의 피드백 형태로 정보를 전달) 햅틱 인터페이스로서 개발했다.
이처럼 옷감형 액추에이터를 팔목에 착용한 사용자가 가상현실 속 모빌리티 로봇 주변의 위치정보를 파악하고, 시각과 청각 정보가 제한될 때 장애물을 피해 로봇을 안정적으로 주행하는 실증에도 성공했다.
오일권 교수는 이번 연구성과를 통한 실용화 시 활용에 대해 "착용형 햅틱 인터페이스는 촉각 정보를 활용한 로봇, 무인기 제어와 메타버스가 접목된 의료·교육 등에도 활용할 수 있다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자(창의연구) 지원 사업으로 수행됐다. 연구 성과는 첨단 소재 분야 국제학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)>에 9월 19일 게재됐고, 연구의 우수성을 인정받아 학술지 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: Easy-To-Wear Auxetic SMA Knot-Architecture for Spatiotemporal and Multimodal Haptic Feedbacks)
2023.11.30 조회수 2967 -
김정원 교수, IEEE Photonics Society Distinguished Lecturer 선정
기계공학과 김정원 교수가 지난 11월 16일 IEEE Photonics Society의 2024년도 Distinguished Lecturer로 선정되었다.
IEEE Photonics Society는 매년 광학 및 광공학 분야에서 세계적인 연구 성과를 보이고 있는 연구자 5명 내외를 Distinguished Lecturer로 선정하여, 전세계를 순회하며 대학 및 연구기관들에서 초청강연을 하도록 후원하고 있다.
김정원 교수는 초저잡음, 초안정 광주파수빗(optical frequency comb) 광원을 개발하고 이를 이용한 새로운 타이밍 응용 분야들을 개척하고 있으며, 연구의 독창성과 우수성을 인정받아 Distinguished Lecturer로 선정되었다.
김 교수는 “It’s the perfect timing for optical frequency combs”이라는 주제의 강연을 통하여 초저잡음, 초안정 광주파수빗 광원들의 원리와 이를 이용하여 김 교수팀이 최근 선보인 반도체 칩에서의 클럭 분배, 펄스비행시간(TOF) 센서를 이용한 3차원 반도체 소자의 형상 이미징, 그리고 블랙홀 관측용 전파망원경에서의 초고주파 신호 생성과 같은 새로운 레이저 타이밍 응용 분야들을 소개할 예정이다.
2023.11.30 조회수 1972 -
구글딥마인드와 공동연구를 통해 인공지능으로 시각을 상상하다
‘노란 포도'나 `보라색 바나나'와 같이 본 적 없는 시각 개념을 이해하고 상상하는 인공지능 능력 구현이 가능해졌다.
우리 대학 전산학부 안성진 교수 연구팀이 구글 딥마인드 및 미국 럿거스 대학교와의 국제 공동 연구를 통해 시각적 지식을 체계적으로 조합해 새로운 개념을 이해하는 인공지능 새로운 모델과 프로그램을 수행하는 벤치마크를 개발했다고 30일 밝혔다.
인간은 `보라색 포도'와 `노란 바나나' 같은 개념을 학습하고, 이를 분리한 뒤 재조합해 `노란 포도'나 `보라색 바나나'와 같이 본 적 없는 개념을 상상하는 능력이 있다. 이런 능력은 체계적 일반화 혹은 조합적 일반화라고 불리며, 범용 인공지능을 구현하는 데 있어 핵심적인 요소로 여겨진다.
체계적 일반화 문제는 1988년 미국의 저명한 인지과학자 제리 포더(Jerry Fodor)와 제논 필리쉰(Zenon Pylyshyn)이 인공신경망이 이 문제를 해결할 수 없다고 주장한 이후, 35년 동안 인공지능 딥러닝 분야에서 큰 도전 과제로 남아 있다. 이 문제는 언어뿐만 아니라 시각 정보에서도 발생하지만, 지금까지는 주로 언어의 체계적 일반화에만 초점이 맞춰져 있었고, 시각 정보에 관한 연구는 상대적으로 부족했다.
안성진 교수가 이끄는 국제 공동 연구팀은 이러한 공백을 메우고자 시각 정보에 대한 체계적 일반화를 연구할 수 있는 벤치마크를 개발했다. 시각 정보는 언어와는 달리 명확한 `단어'나 `토큰'의 구조가 없어, 이 구조를 학습하고 체계적 일반화를 달성하는 것이 큰 도전이다.
연구를 주도한 안성진 교수는 “시각 정보의 체계적 일반화가 범용 인공지능을 달성하기 위해 필수적인 능력이며 이 연구를 통해 인공지능의 추론능력과 상상능력 관련 분야의 발전을 가속할 것으로 기대한다”고 말했다.
또한, 딥마인드의 책임 연구원으로 연구에 참여한 연구원이자 현재 스위스 로잔연방공과대학교(EPFL)의 찰라 걸셔(Caglar Gulcehre) 교수는 “체계적 일반화가 가능해지면 현재보다 훨씬 적은 데이터로 더 높은 성능을 낼 수 있게 될 것이다”라고 전했다.
이번 연구는 12월 10일부터 16일까지 미국 뉴올리언스에서 열리는 제37회 신경정보처리학회(NeurIPS)에서 발표될 예정이다.
관련논문: “Imagine the Unseen World: A Benchmark for Systematic Generalization in Visual World Models”, Yeongbin Kim, Gautam Singh, Junyeong Park, Caglar Gulcehre, Sungjin Ahn, NeurIPS 23
2023.11.30 조회수 3066 -
글로벌 인공지능반도체 인재 육성 본격화
우리 대학이 28일 오후 대전 본원 정보전자공학동에서 '인공지능반도체대학원 개원식'을 열었다.
인공지능반도체대학원(책임교수 유회준)은 지난 5월 과학기술정보통신부의 인공지능반도체 분야 석·박사 고급인재 양성사업에 선정돼 설립됐다. 과기부로부터 연 30억 원, 대전광역시에서 연 9억 원을 지원 받는다. 올 가을학기부터 학사 운영을 시작해 12명의 석·박사 과정 학생이 재학 중이며, 향후 5년간 150명의 인재를 배출할 계획이다.
이날 열린 개원식에는 이광형 총장, 이장우 대전광역시장, 더불어민주당 조승래 의원(대전 유성구 갑), 강도현 과기정통부 정책실장, 전성배 정보통신기획평가원장, 방승찬 ETRI 원장과 산학 협력기업 관계자 등이 함께 참석해 현판 제막식을 진행했다.
유회준 책임교수는 "KAIST는 반도체 공정과 설계 등 전 분야에 걸쳐 세계적인 경쟁력을 갖춘 교육과 연구 여건이 완비되었다"라고 전했다.2008년부터 인공지능반도체 기술 개발을 시작한 우리 대학은 오랜 시간 축적해온 독보적인 경험을 바탕으로 인재 양성에 특화된 교육·연구 프로그램을 마련했다.▴인공지능 가속을 위한 회로 및 아키텍처 설계 ▴인공지능반도체 운용 기술 및 구동 프레임워크 개발 ▴초고속·고효율·대규모 인공지능을 위한 뇌과학 기반 도전적인 연구를 수행 등 크게 세 가지 분야의 전공 커리큘럼을 운영 중이다.
또한, '복수지도 제도'가 도입된다. 학생들이 복수의 지도교수를 자유롭게 선택해 분야를 초월한 융합 연구를 수행하도록 돕는 제도다. 인공지능반도체 설계 및 제작을 비롯해 CAD(컴퓨터지원설계), PIM 반도체 관련 아키텍처, 소자, 소프트웨어, 디지털·아날로그 지식재산권(IP)등 다양한 분야를 아우르는 21명의 교원이 참여하고 있다.
국내·외 유수 대학 및 기업과의 공동 연구도 진행된다. 삼성전자, SK 하이닉스 등 글로벌 대표기업과 인공지능반도체 분야를 새롭게 이끌어가고 있는 다수의 스타트업, 한국전자통신연구원 등의 연구기관과 산학협력 컨소시엄을 구성해 인공지능반도체 설계 역량을 높이면서도 산업 현장의 수요를 반영한 실용화 연구를 강화할 방침이다.
세계적이고 도전적인 연구를 수행할 수 있는 환경도 조성한다. 미국 컬럼비아 대학교·코넬 대학교, 스위스 취리히연방공과대학교, 일본 동경대학교 등의 대학의 연구 교류 및 엔비디아(NVIDIA), 메타(Meta), 구글(Google), 애플(Apple) 등 실리콘밸리의 인공지능반도체 기업과 협력한 글로벌 인턴십 프로그램이 제공된다. 이광형 총장은 "인공지능반도체대학원 개원으로 KAIST의 우수한 교육·연구 인프라를 기반으로 반도체 공정과 설계 등 반도체 전 분야에서 세계를 선도할 인재를 양성할 수 있을 것으로 기대한다"라고 밝혔다.
2023.11.28 조회수 2488 -
숨겨진 효소 쏙쏙 찾아내는 인공지능 개발
대장균은 가장 많이 연구된 생명체 중 하나에 해당되지만 아직 대장균을 구성한 단백질 30%의 기능에 대해 명확하게 밝혀지지 않았다. 이에 대해 인공지능을 활용하여 아직 명확하게 밝혀진 바 없던 단백질에서 464종의 효소를 발견하였으며, 이 중 3종의 단백질의 예측된 기능을 시험관 내 효소 분석 방법을 통해 검증하는데 성공하였다.
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수와 캘리포니아대학교 샌디에이고(UCSD) 생명공학과 버나드 펄슨(Bernhard Palsson) 교수 공동연구팀이 단백질 서열을 활용, 해당 단백질의 효소 기능을 예측할 수 있는 인공지능, `딥 EC 트랜스포머(DeepECtransformer)'를 개발해 빠르고 정확하게 효소 기능을 파악할 수 있는 예측 시스템을 구축했다고 24일 밝혔다.
효소는 생물학적 반응을 촉매하는 단백질로서, 생명체 내 존재하는 다양한 화학 반응과 이에 따라 결정되는 생명체의 대사 특성을 파악하기 위해서는 각 효소의 기능을 이해하는 것이 필수적이다. EC 번호(효소 고유 번호, Enzyme Commission number)는 국제생화학 및 분자 생물학연맹 (International Union of Biochemistry and Molecular Biology, IUBMB)가 고안한 효소 기능 분류 체계로서, 다양한 유기체의 대사 특성을 이해하기 위해선 게놈 서열에서 존재하는 효소의 종류와 EC 번호를 빠르게 분석할 수 있는 기술 개발이 필요하다.
단백질의 기능 및 효소 기능 예측을 위해 인공지능을 활용하는 다양한 예측 시스템 또한 보고됐지만, 인공지능의 추론 과정을 직접 확인할 수 없는 블랙박스(black box)의 특징을 가졌거나, 효소 서열 내 아미노산 잔기(최소 단위) 수준으로 해석하지 못하는 문제가 있었다.
공동연구팀은 심층학습 기법과 단백질 상동성 분석 모듈을 활용해 주어진 단백질 서열의 효소 기능을 예측하는 인공지능 딥 EC 트랜스포머(DeepECtransformer)를 개발했다. 연구팀은 이번 연구에서 더 다양한 효소 기능을 정확하게 예측할 수 있도록 단백질 서열 전체 문맥에서 효소 기능에 중요한 정보를 추출하였고, 이를 통해 효소의 EC 번호를 정확하게 예측할 수 있었다. 개발된 인공지능은 총 5,360종류의 EC 번호를 예측할 수 있었다.
공동연구팀은 나아가 딥 EC 트랜스포머의 인공신경망 내 정보 흐름을 분석하여 인공지능이 추론 과정에서 효소 기능에 중요한 활성 부위나 보조 인자 결합 부위 정보를 활용하고 있음을 밝혀냈다. 이처럼 인공지능의 블랙박스를 해석함으로써 인공지능이 학습 과정에서 스스로 효소 기능에 중요한 특징을 파악하고 있음을 연구팀은 확인했다.
이번 논문의 제1 저자인 우리 대학 김기배 박사과정생은 “이번에 개발한 예측 시스템을 활용해 아직 밝혀진 적 없던 효소의 기능을 새롭게 예측하고 실험으로 검증할 수 있었다”고 말했다. 그는 또한 “딥 EC 트랜스포머를 활용해 생명체 내 밝혀지지 않았던 효소를 파악함으로써 유용 화합물을 생합성하기 위해 필요한 효소나 플라스틱을 생분해하기 위해 필요한 효소 등 다양한 대사 과정을 새롭게 밝혀낼 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
또한 이상엽 특훈교수는 “효소 기능을 빠르고 정확하게 예측하는 딥 EC 트랜스포머는 기능 유전체학의 핵심 기술로서 시스템 수준에서 전체 효소들의 기능들을 분석할 수 있게 한다”며 “이를 활용해 모든 효소 정보를 포함한 대사 네트워크를 기반으로 친환경 미생물 공장 개발을 수행할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
생명화학공학과 김기배 박사과정이 참여한 이번 논문은 국제 학술지 네이처(Nature) 誌가 발행하는 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 동료 심사를 거쳐 11월 14일 字 게재됐다.
※ 논문명 : 트랜스포머 레이어와 딥러닝을 사용하여 효소 인코딩 유전자의 기능적 주석 달기 (Functional annotation of enzyme-encoding genes using deep learning with transformer layers)
※ 저자 정보 : 김기배 (한국과학기술원, 제1 저자), 김지연 (한국과학기술원, 제2 저자), 이종언 (한국과학기술원, 제3 저자), Charles J. Norsigian (UCSD, 제4 저자), Bernhard O. Palsson (UCSD, 제5 저자) 및 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 6 명
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 ‘석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제(과제책임자 KAIST 이상엽 특훈교수)의 지원을 받아 수행됐다.
2023.11.24 조회수 3375 -
“반도체로 양자컴퓨터를 모방하다” 신개념 확률론적 컴퓨팅 핵심소자 개발
우리 대학 신소재공학과 김경민 교수 연구팀이 산화나이오븀(NbO2) 의 확률적 금속-절연체 전이 현상을 이용한 차세대 확률론적 컴퓨팅의 핵심 반도체 소자를 개발했다고 23일 밝혔다.
최근 IoT (Internet of Things), 자율주행, 빅데이터, 인공지능으로 대표되는 초연결시대가 진행됨에 따라 다양한 제한 조건과 구성 요소들이 상호작용하는 상황에서 최적의 해결책을 신속하게 찾아내는 '조합최적화 문제’의 해결이 중요한 과제로 부상하고 있다. 예를 들면, 네비게이션에 활용되는 최적 경로 탐색과 같은 문제가 조합최적화 문제에 해당한다. 조합최적화 문제는 복잡도가 증가함에 따라 해답을 찾기가 급격히 어려워지는 특성을 갖기에, 이를 효과적으로 해결할 수 있는 신개념 컴퓨팅 기술이 요구된다. 양자컴퓨팅은 그 대표적인 예시이지만 간섭, 오류 수정, 안정성 등의 이유로 양자 컴퓨팅의 상용화에는 여전히 많은 어려움이 남아 있다.
확률론적 컴퓨터의 기본 소자는 피비트* (pbit)라고 불리는데, 확률론적 컴퓨터는 피비트의 확률적 특성을 이용한다는 점에서 양자컴퓨터와 유사하지만, 기존 반도체 기술로 제작이 가능하여 상용화 측면에서 보다 현실적인 기술이다.
*피비트: Probabilistic bit의 줄임 말로 기존 디지털 시스템에서 사용하는 0, 1의 비트 정보를 출력하지만 각 상태 출력이 고정적이지 않고 확률적인 기본 소자
김경민 교수 연구팀은 산화나이오븀 (NbO2) 재료가 갖는 금속-절연체 전이 현상이 특정 조건에서 확률적으로 발생할 수 있음을 최초로 발견하였으며, 이를 활용해 확률론적 컴퓨팅을 위한 피비트의 제작에 성공하였다. 연구팀에서 개발한 피비트는 비트 당 평균 128pJ의 에너지, 260ns의 속도로 비트를 발생시키며, 이는 기존 저항변화메모리 기반 피비트 기술에 비해 약 20% 에너지 소모가 적으며, 약 4천 배 빠르다.
이에 더하여, 해당 반도체 피비트를 기반으로 하는 확률론적 컴퓨팅 시스템을 설계하였으며, 실제로 조합최적화 문제를 해결하는 사례를 통해 개발한 소자의 실질적인 활용에 대한 가능성을 입증했다.
김경민 교수는 “확률적 신호를 기존 CMOS 기반 회로를 통해 발생시키기 위해서는 매우 복잡한 구조가 요구되는데, 이번 연구는 모트 전이라고 하는 금속-절연체 전이 현상을 통해 확률적 신호를 직접 출력하는 단일 반도체 소자를 구현했다는 점에 큰 의의가 있다”며 “이 기술은 기존 반도체 기술과 융합될 수 있어 양자컴퓨팅의 기능을 수행할 수 있는 현실적인 대안이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 신소재공학과 이학승 박사과정 학생이 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF: 16.6)’에 11월 8일 字 게재됐으며 한국연구재단 PIM인공지능반도체 사업, 나노종합기술원, 그리고 KAIST의 지원을 받아 수행됐다.
논문명: Probabilistic computing with NbOx metal-insulator transition-based self-oscillatory pbit, 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43085-6
2023.11.23 조회수 4085 -
제4회 KAIST 국제 이머징 소재 심포지엄 개최 - 국제 저명 학술지 편집장 등 석학 15인 참여
우리 대학은 지난 11월 15일(수), 본교 학술문화관 5층 정근모 컨퍼런스홀에서 `제4회 KAIST 국제 이머징 소재 심포지엄(4th KAIST Emerging Materials Symposium)'을 성공적으로 개최했다. `차세대 소재 개발의 빅아이디어 탐색'을 주제로 열린 이번 심포지엄에는 미국화학회가 발간하는 화학 분야 권위 학술지 Chemical Reviews(Impact Factor = 62.1)의 편집위원장(Editor-in-chief)인 샤론 해머스 쉬퍼(Sharon Hammes-Schiffer) 교수를 포함해 재료공학·화학·화학공학·응용물리학 분야의 석학 15명이 강연자로 참여했다.
이번 심포지엄은 재료공학·화학·화학공학·응용물리학 분야의 빅아이디어를 소개하고, 나노공학의 차세대 응용을 위한 최신 성과를 공유하기 위하여 기획되었다. 최신 나노소재 응용, 화학·재료공학 연구의 방향성, 혁신 소재 기반 사업화 사회공헌과 관련하여 크게 3개의 주제를 아우르는 아이디어와 주요 이슈를 공유하는 열띤 토론의 시간을 가졌다. 이를 위해 미국 화학회가 발행하는 Chemical Review의 편집장인 샤론 해머스 쉬퍼(Sharon Hammes-Schiffer) 예일대학 교수, SmartMat 학술지 편집장 후아 장(Hua Zhang) 홍콩 성시대학 교수, ACS Nano 학술지의 부편집장인 츠요시 세키타니 (Tsuyoshi Sekitani) 오사카대학 교수, Accounts of Material Research 학술지의 편집장인 지아싱 후앙(Jiaxing Huang) Westlake 대학 교수, EcoMat 학술지의 편집장인 지지안 정(Zijian Zheng) 홍콩 이공대학 교수, Science Advances 학술지의 부편집장인 웨이 가오(Wei Gao) 캘리포니아 공과대학 교수, ACS Sensors 학술지의 부편집장인 정희태 우리 대학 교수 등, 총 7명의 저명 학술지 편집장들과 더불어 KAIST를 대표하는 신진 연구 교수 4명이 참여하여 신흥 유망 소재 분야의 연구 현황을 발표하고 패널 토론을 통해 국제학술지의 나아갈 방향에 대해 논의하였다.
심포지엄의 첫 강연에서는 샤론 해머스 쉬퍼 예일대 교수가 양자 연결된 전자전달에 관한 강연을 진행하였다. 양자에 대한 이론적인 연구와 계산 연구에 대한 공로로 미국 예술 과학 아카데미(AAAS)의 회원인 그녀는 양자 연결 전자 전달에 관한 연구의 대가로 알려져 있다. 양자 연결된 전자 전달은 전기화학 반응을 통해 일어나는 전자와 양성자의 전달을 양자 역학 관점으로 설명하고 이론적인 접근을 통하여 최근 각광받는 전기화학 촉매와 에너지 전환 장치에 활용되는 소재 개발로 적용할 수 있다.
최근 사회적인 문제로 부각되는 탄소 발생을 저감할 수 있는 방법으로, 촉매를 활용한 수소/고부가가치 화합물 생산과 생산된 에너지를 전환 및 저장할 수 있는 에너지 저장 소재들이 각광받고 있다. 이번 심포지엄을 통하여 세계 석학 교수들은 해외 우수 연구진들의 연구 현황 및 연구 방향성에 대해 토의하고, 차세대 소재 개발을 위한 빅아이디어 탐색을 위한 강연을 하였다. 이외에도, 혁신 소재 기반 기술을 바탕으로 새롭게 창업하여 과학기술 발전과 관련 산업 분야 육성에 이바지를 통해 사회공헌에 앞장서고 있는 김일두(IDKLab Inc., 아이디케이랩), 박용근(Tomocube, 토모큐브), 스티브 박(Aldaver, 알데바), 정연식(Artificial Photosynthesis Lab, 인공광합성연구소) KAIST 교수가 첨단기술 기반 창업에 대한 강연을 진행하였다. KAIST를 대표하는 교원창업 교수진은 자신들이 겪은 경험을 토대로 첨단 소재 기술이 가지는 가치·미래산업에 대응하는 연구자의 자세·미래 산업 육성을 위한 KAIST의 노력 등의 내용을 생생하게 전달하였다.
이번 국제 심포지엄은 ▴나노과학 ▴KAIST 기술창업 ▴신진연구자 ▴나노 신소재 학술지 편집장 세션 등 신소재 선도 분야 및 최신 나노연구 관련 4개의 세션에서 열띤 강연이 진행되었다. 특히, 신소재공학과의 젊은 라이징 스타 교수(정우철, 강기범, 조힘찬, 서동화) 들의 첨단 신소재강연과 함께 웨이 가오(Wei Gao) 캘리포니아 공과대학 교수가 함께 참여하여 웨어러블 센서와 바이오 센서에 관한 열정적인 강연을 선보였다. 또한 홍승범 교수(신소재공학과 학과장)는 학과의 국제화 관련 주요 성과들과 글로벌 Top 10 진입을 위한 학과 비전에 대해 소개하는 시간을 가졌다.
행사의 총괄을 맡은 김일두 교수(우리 대학 신소재공학과, ACS Nano Executive Editor)는 "작년에 성공적으로 개최된 제3회 KAIST 이머징 소재 심포지엄에 이어, 이번 기회를 통해 재차 국·내외 저명한 석학들과 정보 교류를 강화하고 공동 연구를 실시해 대한민국의 과학기술 발전과 더 나아가 전 세계적으로 가치를 창출하는 기회로 활용하고자 이번 심포지엄을 개최했다ˮ고 개최 배경을 밝혔다. 이어, 김 교수는 "재료 및 화학, 생명공학, 응용물리학 분야 저명한 석학들이 한자리에 모이는 국제학술 교류의 장을 마련한 만큼 나노 신소재·차세대 에너지 저장 및 발전기술·첨단 전자소자 및 바이오 소재 등 최신 미래 기술을 배울 수 있는 소중한 기회가 되었을 것ˮ이라고 강조했다.
이번 행사는 한국과학기술원 학술문화관 5층 정근모 컨퍼런스홀에서 개최되었으며, 신소재, 화학, 물리, 바이오, 그리고 화학공학 분야의 최신 연구 동향에 관심이 있는 연구자라면 누구나 무료로 참석이 가능한 열린 심포지엄이었다. 이 행사를 통해 세계적으로 유명한 전문가들과 직접 만나 귀중한 인사이트를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 토론의 장을 통해 혁신적인 공동연구와 교류의 기회도 얻을 수 있었다. 또한, 이번 심포지엄을 통해 이 곳 KAIST에 해외의 여러 과학계 유명 인사들을 초청하고, 저명 학술지 편집장들과 함께 활발한 연구 및 교류의 기회를 얻었다. 특히, 행사 이후에는 미국 화학회가 발행하는 학술지인 Accounts of Material Research의 편집장인 지아싱 후앙(Jiaxing Huang) 교수로부터 특별 리뷰 논문집을 초청 받았으며, 친환경 소재 연구에 관한 유명 학술지 Ecomat의 지지안 정(Zijian Zheng) 교수 또한 KAIST 특별 리뷰집을 초청하여 KAIST 연구자에 대한 특별한 애정과 관심을 보였다. 한편, 우리 대학 신소재공학과는 `2023 QS 세계대학평가 학과별 순위'에서 전 세계 대학 중 18위, 국내 대학 1위를 차지한 바 있다.
2023.11.22 조회수 2834 -
그린수소 생산에 탁월한 전해질 신소재 개발
그린수소는 풍력, 태양광등 재생에너지를 이용하여 생산과정에서 이산화탄소 배출이 전혀 없는 궁극적인 청정 에너지원으로 각광을 받고 있다. 이러한 그린수소를 활용/생산하는 연료전지, 수전해 전지, 촉매 분야에 산소 이온성 고체전해질이 널리 사용되고 있다. 이러한 산소 이온 전도체들은 주로 700oC 이상의 고온에서 활용되는데 이 때문에 소자 내의 다른 요소들과의 바람직하지 않은 화학반응, 소재 응집, 열충격이 발생하거나 높은 유지비용이 요구되는 등의 문제가 발생하고 있다.
우리 대학 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 미국 메릴랜드 대학 에릭 왁스만(Eric Wachsman) 교수 연구팀과 공동연구를 통해 기존 소재 대비 전도성이 140배 높은 산소 이온 전도성 고체전해질 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.
개발된 신소재는 비스무트 산화물 기반으로 400oC에서 기존 지르코니아 소재의 700oC에 해당하는 높은 전도성을 보이며 중저온(600oC) 영역대에서 140배 이상 높은 이온전도도 나타냈다. 비스무트 산화물 산소 이온 전도체 소재는 중저온 영역대에서 상전이로 인해 이온전도도가 급격하게 감소한다는 문제가 있었으나, 이번 연구에서 개발된 산소 이온 전도체 신소재는 도핑을 통해 중저온 영역대에서도 1,000시간 이상 높은 이온전도도를 유지해 상용화 가능성을 크게 높였다.
또한, 공동연구팀은 원자단위 시뮬레이션 계산화학을 통해 도핑된 원소가 산소 이온 전도체 신소재의 성능 및 안정성을 향상하는 메커니즘을 규명했다. 개발된 신소재는 고체산화물 연료전지(SOFC)에 적용돼 학계에 보고된 소자 중 가장 높은 수준의 전력 생산(2.0 W/cm2, 600oC) 능력을 보였다. 그뿐만 아니라, 고체산화물 전해전지(SOEC)에도 적용돼 기존 대비 2배 높은 단위면적당 15.8 mL/min의 탁월한 그린 수소 생산 능력을 보이며, 해당 신소재의 실제 소자에의 적용 가능성을 증명했다.
이강택 교수는 “이번 연구에서 개발된 산소 이온 전도체 신소재는 중저온 영역대에서도 안정적으로 높은 전도도를 유지할 수 있어 세라믹 소자의 높은 작동온도를 획기적으로 낮추는 데 활용될 것으로 기대되며, 탄소중립 실현을 위한 에너지/환경 소자 상용화에 본 기술을 적용할 수 있을 것”이라며 연구의 의미를 강조했다.
기계공학과 유형민 박사과정, 정인철 박사, 장승수 박사과정이 공동 제1 저자로 참여했으며 한국에너지기술연구원 이찬우 박사 연구팀이 공동으로 참여한 이번 연구는 전 세계적으로 권위있는 국제 학술지인 ‘어드벤스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ (IF : 29.4) 10월 17일 字 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Lowering the Temperature of Solid Oxide Electrochemical Cells Using Triple-doped Bismuth Oxides).
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 수소에너지혁신기술개발사업과 나노 및 소재 기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
2023.11.22 조회수 3268