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㈜디알젬, 의료 AI 연구 발전기금 3억원 기부
우리 대학은 ㈜디알젬이 KAIST에 3억원의 발전기금을 기부했다고 8일 밝혔다. ㈜디알젬은 병원에서 진단과 치료에 활용되는 엑스레이 영상 장비 연구·제조·판매 기업으로 2003년 설립됐다.
예종철 김재철 AI대학원 교수는 “본 기부는 ㈜디알젬과 KAIST 김재철 AI 대학원 연구진이 최근 의료 AI 연구 관련 과제를 함께 수행한 것을 계기로 추진되었다”라고 설명했다.
이어 “㈜디알젬이 고성능 GPU(Graphics Processing Unit, 그래픽 처리장치) 서버 부족 문제에 도움을 주고, KAIST의 우수 연구 활동에 더욱 힘을 싣고자 이번 발전기금을 쾌척했다”라고 말했다.
이번 기부금은 김재철 AI 대학원이 H100과 동일한 급의 고성능 GPU 서버를 구매하는 데에 사용된다. H100은 엔비디아(NVIDIA)가 개발한 최신 GPU 시스템이다. 이를 이용하여 ‘인공지능 헬스케어 분야 생성형 모델 개발’을 위한 다양한 연구 활동에 활용할 예정이다.
8일(금) 오전 서울 도곡캠퍼스에서 개최하는 기부 감사패 전달식에는 박정병 ㈜디알젬 대표이사, 전진환 ㈜디알젬 상무, 이광형 총장, 예종철, 심현정, 최윤재 교수 등 우리 대학 김재철AI대학원 교수진이 참석한다.
이광형 총장은 “우리 대학의 미래 비전에 대한 깊은 신뢰를 바탕으로 기부를 해주신 ㈜디알젬에 진심으로 감사의 말씀을 전하고 싶다. 앞으로 박정병 대표님의 뜻을 이어받아 의료 AI 연구를 위한 고성능 서버 장비와 연구 활동에 집중적으로 투자하여, 새로운 연구 성과를 창출하는 데 최선을 다하겠다”라고 밝혔다.
박정병 ㈜디알젬 대표이사는 “김재철AI대학원 연구진들의 연구에 대한 열정을 보며 감동했다. 이번 기부를 통해 의료 AI 분야 연구에 더 큰 발전과 성과가 있기를 기원한다”라고 소감을 전했다.
2024.11.08 조회수 2829 -
페트병 대체할 미생물 플라스틱 생산 성공하다
현재, 전 세계는 플라스틱 폐기물로 인한 환경 문제로 인해 큰 골머리를 앓고 있다. KAIST 연구진이 생분해성을 가지면서 기존 페트병을 대체할 미생물 기반의 플라스틱 생산에 성공해서 화제다.
우리 대학은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 시스템 대사공학을 이용해 PET(페트병) 대체 유사 방향족 폴리에스터 단량체를 고효율로 생산하는 미생물 균주 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.
유사 방향족 다이카복실산은 고분자로 합성시 방향족 폴리에스터(PET)보다 나은 물성 및 높은 생분해성을 가지고 있어 친환경적인 고분자 단량체*로서 주목받고 있다. 화학적인 방법을 통한 유사 방향족 다이카복실산 생산은 낮은 수율과 선택성, 복잡한 반응 조건과 유해 폐기물 생성이라는 문제점을 지니고 있다.
*단량체: 고분자를 만드는 재료로 단량체를 서로 연결해 고분자를 합성함
이를 해결하기 위해 이상엽 특훈교수 연구팀은 대사공학을 활용, 아미노산 생산에 주로 사용되는 세균인 코리네박테리움에서 2-피론-4,6-다이카복실산과 4종의 피리딘 다이카복실산 (2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘 다이카복실산)을 포함한 5종의 유사 방향족 다이카복실산을 고효율로 생산하는 미생물 균주를 개발했다.
연구팀은 대사공학 기법을 통해 여러 유사 방향족 다이카복실산의 전구체로 사용되는 프로토카테츄산의 대사 흐름을 강화하고 전구체의 손실을 방지하는 플랫폼 미생물 균주를 구축했다.
이를 기반으로 전사체 분석을 통해 유전자 조작 타겟을 발굴해 76.17g/L의 2-피론-4,6-다이카복실산을 생산하였고, 3종의 피리딘 다이카복실산 생산 대사회로를 신규 발굴 및 구축하여 2.79g/L의 2,3-피리딘 다이카복실산, 0.49g/L의 2,4-피리딘 다이카복실산, 1.42g/L의 2,5-피리딘 다이카복실산을 생산하는 데 성공했다.
또한, 연구팀은 2,6-피리딘 다이카복실산 생합성 경로 구축 및 강화를 통해 15.01g/L의 생산을 확인하며 총 5종의 유사 방향족 다이카복실산을 고효율로 생산하는 데 성공했다.
결론적으로, 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘 다이카복실산을 세계 최고 농도로 생산하는 데 성공하였다. 특히 2,4-, 2,5-피리딘 다이카복실산은 기존에 극미량 (mg/L) 생산되던 것을 g/L 규모의 생산까지 달성하였다.
이번 연구를 기반으로 다양한 폴리에스터 생산 산업공정으로의 응용이 기대되며, 유사 방향족 폴리에스터 생산에 관한 연구에도 적극 활용될 수 있으리라 기대된다.
교신저자인 이상엽 특훈교수는 “미생물을 기반으로 유사 방향족 폴리에스터 단량체를 고효율로 생산하는 친환경 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 연구가 앞으로 미생물 기반의 바이오 단량체 산업이 석유 화학 기반의 화학산업을 대체하는 데 일조할 것”이라고 밝혔다.
해당 연구 결과는 국제 학술지인 `미국 국립과학원 회보(PNAS)'에 10월 30일 자 게재됐다.
※ 논문명 : Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the production of pyrone and pyridine dicarboxylic acids
※ 저자 정보 : 조재성(한국과학기술원, 공동 제1저자), 찌웨이 루오(한국과학기술원, 공동 제1저자), 문천우(한국과학기술원, 공동 제1저자), Cindy Prabowo (한국과학기술원, 공동저자), 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 5명
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제(과제 책임자 이상엽 특훈교수)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.11.07 조회수 8960 -
경기욱 교수 연구팀, AsiaHaptics 2024 기술 시연 경연 1위, 2위 석권
기계공학과 경기욱 교수(휴먼-로봇 인터랙션 연구실) 연구팀이 햅틱스 분야 연구자들의 시연 경연으로만 이루어진 학술대회인 AsiaHaptics Conference 2024에서 기술 시연 경연 1위, 2위를 석권했다. 아시아 지역뿐만 아니라 전 세계 60개 팀이 참여한 이번 경연에서, 본 연구팀은 탁월한 연구 성과를 바탕으로 최고 성적을 거두며 1위와 2위를 차지하는 성과를 이루었다.
기계공학과 남종석 박사과정, 마지형 박사과정은 “Friction tunable electrostatic clutch with low driving voltage for kinesthetic haptic feedback”을 주제로 금상을 수상했다. 연구 팀은 전하 축적 특성을 가지는 전기 활성 폴리머 기반의 저전압 구동 고출력 정전기력 클러치를 설계하고, 이를 이용한 역감 제시 햅틱 글러브를 제작하여 많은 주목을 받았다. 본 기술은 기존 정전기력 클러치의 높은 구동 전압 문제를 해결할 수 있으며, 필름형 구조를 통해 얇고 가벼운 햅틱 글러브를 구현할 수 있다.
문희주 박사과정 학생은 “Soft Tactile Electromagnetic Actuator for Virtual Environment Interactions”을 주제로 은상을 수상했다. 국부 압력 및 진동 감각 등 다양한 촉감을 전달할 수 있는 기술을 시연하였으며, 이를 통해 사용자가 텍스처와 강성 등 여러 물체의 특성을 실감 나게 체험할 수 있는 방안을 제시했다.
본 연구 성과들은 가볍고 편리하게 착용 가능한 모듈형 초소형 경량 액추에이터로서 VR 및 XR 등 차세대 몰입형 환경에 적용되어 사용자에게 다차원 초실감 촉각 경험을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
2024.11.05 조회수 3360 -
전기차 차세대 무음극 배터리 퇴화 막을수 있다
전기자동차에 사용되는 무음극 배터리는 1회 충전에 800㎞ 주행, 1,000회 이상 배터리 재충전이 가능할 것을 전망하는 꿈의 기술로 알려져 있다. 일반적으로 배터리는 양극과 음극으로 구성되는데, 무음극 배터리는 음극이 없어 부피가 감소하여 높은 에너지 밀도를 가지지만 리튬금속 배터리에 비해 성능이 현저하게 낮다는 문제점이 있다. 우리 연구진이 무음극 배터리를 고성능화시킬 방안을 제시했다.
우리 대학 생명화학공학과 최남순 교수 연구팀이 전극 계면에서 일어나는 반응의 비가역성과 계면피막 구조의 변화를 체계적으로 분석해 무음극 배터리의 퇴화 원인을 규명했다고 5일 밝혔다.
최남순 교수 연구팀은 무음극 배터리의 첫 충전 과정에서 구리 집전체 표면과 전착된 리튬 표면에서 바람직하지 않은 전해질 분해반응이 일어나 계면피막 성분이 불안정하게 변한다는 것을 밝혀냈다.
배터리 제조 직후에는 용매가 구리 집전체 표면에 흡착해 초기 계면 피막을 형성하고, 충전시 양극으로부터 구리 집전체로 이동된 리튬 이온이 구리 집전체 표면에서 전자를 받아 리튬금속으로 전착되면 전착된 리튬금속 표면에서 전해질 음이온(bis(fluorosulfonyl)imide (FSI-))이 분해하여 리튬금속표면에 계면 피막을 형성함을 규명했다.
연구에 따르면, 배터리 제조 직후에 집전체 표면에서 용매가 분해하여 계면 피막을 만들고 그 후 전해질의 갈바닉* 및 화학적 부식**에 의해 계면 피막성분이 불안정한 성분으로 변하게 되고 이로 인해 리튬금속 전착 및 탈리 반응의 가역성이 크게 감소했다.
* 갈바닉 부식: 서로 다른 두 금속을 전기적으로 직접 접촉시켜 전해질에 담그면 고유의 전위차이로 인하여 어느 한쪽이 부식되는 과정.
** 화학적 부식: 전착 리튬금속 표면층까지 전달된 전자가 접촉하고 있는 전해질 성분들에 전달되어 전해질의 환원 분해가 발생함.
특히, 리튬금속에 대한 높은 반응성을 가진 FSI- 음이온은 충·방전 동안 계속해서 분해되어 리튬금속 계면피막을 두껍게 하고 리튬염 농도를 감소시킨다. 이로 인해 리튬이온과 상호작용하지 않는 자유 용매(free solvent)가 많아지게 된다. 이 자유 용매는 분해가 잘되기 때문에 분해산물이 양극 표면에 쌓여 저항이 증가하고 양극 구조 열화*를 연쇄적으로 발생시켜 무음극 배터리 성능을 퇴화시키게 된다.
*자유 용매: 이온성 화합물의 이온 결합을 끊고 이온화시키는 용해(dissolution) 과정에 참여하지 않는 용매.
**구조 열화: 니켈리치 삼원계 양극의 충전과정에서 생성되는 니켈 4가 양이온은 자유용매로부터 전자를 빼앗아 니켈 2가 양이온으로 환원되는데 리튬이 들어가야하는 자리에 대신 들어가 양극의 층상구조(layered)를 암염구조(rock-salt)로 상전이를 발생시킴.
본 연구에서는 무음극 배터리 선행 연구에도 불구하고 리튬금속 배터리에 비해 성능이 열세인 이유를 다각도로 접근한 결과, 무음극 배터리의 열화를 막기 위해서는 안정한 초기 전극 계면 피막을 만들어서 전해질의 갈바닉 및 화학적 부식을 감소시키는 것이 필수적임을 밝혔다.
최남순 교수는 “이번 연구는 무음극 배터리의 성능 감소는 집전체에 전착되는 리튬금속표면에서 전해질이 바람직하지 않은 분해반응을 하고 형성된 계면피막의 성분이 안정적으로 유지되지 못하기 때문에 일어나는 것임을 확인했다”며 “이번 성과는 향후 무음극 기술에 기반한 고에너지 차세대 배터리 시스템 개발에 중요한 실마리를 제공할 것이다”라고 연구의 의미를 강조했다.
생명화학공학과 최남순 교수, 이정아, 강하늘, 김세훈 연구원이 공동 1 저자로 진행한 이번 연구는 국제 학술지 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)’에 10월 6일 字로 온라인 공개되었으며, 연구의 우수성을 인정받아 표지 논문으로 선정되었다. (논문명 : Unveiling degradation mechanisms of anode-free Li-metal batteries)
한편 이번 연구는 현대자동차의 지원을 받아 수행됐다.
2024.11.05 조회수 5542 -
KAIST-Nature, ‘2025 네이처 컨퍼런스' 공동 개최
인공지능 차세대 반도체, 자율 실행 실험실 (Self-Driving Lab), 소재 개발 자율 로봇(Robotics for Autonomous Materials Development) 등 최신 연구 동향과 네이처 편집위원들을 만나 토론을 할 수 있는 국제행사가 KAIST에서 열린다.
우리 대학이 2025년 2월 5일부터 7일까지 3일간 대전 KAIST 본원 학술문화관에서 ‘2025 네이처 컨퍼런스’를 개최한다고 4일(월) 밝혔다. 국제학술지 네이처와 공동으로 개최하는 이번 행사에서는 5일 네이처 인텍스(Nature Index)와 정책포럼으로 시작하여 6~7일은 ‘인공지능을 위한 신소재, 신소재를 위한 인공지능(Materials for AI, AI for Materials)’을 주제로 인공지능과 신소재 분야의 최신 연구 동향을 공유한다.
네이처 인덱스는 올해 특집호에서 한국의 과학기술 분야 연구개발(R&D) 성과가 인력과 예산 투입 대비 놀라울 정도로 낮다는 분석 결과를 발표하였으며, 산학협력 부족, 출생률 저하에 따른 학생 수 감소, 극명한 성별 불균형, 국제협력 부족 등을 원인으로 지적한 바 있다. 이런 분석에 대해서 본 정책포럼에서는 이에 대응할 수 있는 미래의 발전방향을 심도있게 토의하고 위기를 기회로 바꿀 수 있는 방안들을 도출할 예정이다.
네이처 인덱스 정책포럼에는 캐시디 수기모토(Cassidy Sugimoto) 조지아텍 공공정책대학원장, 소타로 시바야바(Sotaro Shibayama) 도쿄대 교수와 함께 존 월시(John Walsh) KAIST 김보정 석좌 초빙교수가 참여한다.
올해 노벨화학상을 받은 단백질 구조를 규명하는 알파폴드(AlphaFold)도 AI를 통한 신소재 개발의 중요성을 보여주는 대표적인 사례로 ‘인공지능을 위한 신소재, 신소재를 위한 인공지능’네이처 컨퍼런스에서는 기조연설자 4명 등 17명의 강연자, 네이처 편집장 4명, 우리 대학 교수 등 총 25명의 전문가가 참여해 기조 강연과 발표, 토론을 진행한다.
기조 강연은 먼저 크리스틴 페르손(Kristin Persson)이 ‘소재 과학을 위한 데이터 기반의 패러다임 활용하기’를 주제로 이야기한다. 그녀는 AI 신소재 분야의 글로벌 석학으로 현재 미국 캘리포니아대 버클리 캠퍼스에 교수로 재직 중이다.
이 외에도 미쉘 시몬스(Michelle Simmons) 뉴사우스웨일즈대 교수, 우화창(Huaqiang Wu) 칭화대 교수, 앤디 쿠버(Andy Cooper) 영국 리버풀대 교수 등 쟁쟁한 석학들이 기조연설을 진행한다.
이어지는 발표 주제로는 ▴AI 하드웨어 ▴신소재 개발을 위한 AI 도구들 ▴자율 실행 실험실 (Self-Driving Lab) 소재 기술 ▴ 신소재 개발 자율 로봇 (robotics for Autonomous Materials Development) ▴인공지능을 위한 2차원 소재 ▴인공지능을 위한 퀀텀 소재 ▴인공지능을 위한 신경망 컴퓨팅 기술 등이다.
또한, 논문 초록 접수자 중 우리 대학과 네이처가 우수자를 선정해 발표 기회를 주는 숏 토크(Short talk) 시간을 갖는다. 컨퍼런스 마지막 순서로 시상식을 열어 세션 참가자 중 최우수자를 시상한다.
아울러, 네이처 편집자 4명이 참석해 우리 대학 교수진 등 주요 참석자들과 1대 1 면담을 진행하고, 이를 통해 최신 연구 방향을 논의하며 상호 네트워크 형성의 시간을 가질 예정이다.
구체적으로 크리스티나 카레(Kristina Kareh) 네이처 선임 편집장, 스테판 쉐블린(Stephen Shevlin) 네이처 머티리얼스 선임 편집장, 올가 부부노바(Olga Bubnova) 네이처 리뷰 전기 전자부문 수석 편집장, 실비아 콘티(Silvia Conti) 네이처 리뷰 전기 전자부문 부편집장 등이 참석한다.
네이처 인덱스 정책포럼을 기획한 과학기술정책대학원 우석균 교수와 이다솜 교수는 “이번 네이처 인덱스 정책 포럼을 통해 보다 근본적인 한국 R&D 시스템과 연구개발 환경의 장단점을 심도 있게 분석하고 건설적인 방안을 모색하는 데 크게 기여할 수 있기를 바란다”라고 말했다.
이어 신병하 신소재공학과 학과장은 “이번 행사를 통해 미래 신소재 연구방법론을 고민하는 연구자와 학생에게 새로운 동기부여의 장이 되길 바란다”라고 말했다.
전체 행사를 총괄하고 있는 홍승범 교무처장은 “우리 대학과 네이처의 협업을 통한 이번 컨퍼런스는 국내 연구진의 글로벌 네트워크 구축과 국제 연구 협력에 많은 도움이 될 것이며, 앞으로 한국의 과학기술 성과가 국제적으로 한층 더 드러날 수 있도록 깊이있는 토론을 진행할 것이다”이라고 전했다.
영어로 진행되는 이번 컨퍼런스는 재료과학·물리학·화학 분야의 연구와 산업 종사자는 누구나 참여할 수 있고, 참가 등록비는 일반인 800달러(조기등록 700달러), 학생 350달러(조기 등록 250달러)이다.
조기 등록 마감일은 2024년 11월 8일, 최종 등록 마감일은 2025년 1월 31일이다. 컨퍼런스 참가 등록은 네이처 컨퍼런스 홈페이지(https://conferences.nature.com) 에서 가능하며 기타 문의는 우리 대학 신소재공학과 행정팀(042-350-3304/ poongkum@kaist.ac.kr)으로 하면 된다.
2024.11.04 조회수 6779 -
페로브스카이트 태양전지의 한계를 극복하다
전체 태양 에너지의 약 52%를 활용하지 못하는 문제점을 가진 기존 페로브스카이트 태양전지가 한국 연구진에 의해 근적외선 광 포집 성능을 극대화하면서도 전력 변환 효율을 크게 향상하는 혁신기술로 개발되었다. 이는 차세대 태양전지의 상용화 가능성을 크게 높이며, 글로벌 태양전지 시장에서 중요한 기술적 진전에 기여할 것으로 보인다.
우리 대학 전기및전자공학부 이정용 교수 연구팀과 연세대학교 화학과 김우재 교수 공동 연구팀이 기존 가시광선 영역을 뛰어넘어 근적외선 광 포집을 극대화한 고효율·고안정성 유무기 하이브리드 태양전지 제작 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.
연구팀은 가시광선 흡수에 한정된 페로브스카이트 소재를 보완하고, 근적외선까지 흡수 범위를 확장하는 유기 광반도체와의 하이브리드 차세대 소자 구조를 제시하고 고도화했다.
또한, 해당 구조에서 주로 발생하는 전자구조 문제를 밝히고 다이폴 층*을 도입해 이를 획기적으로 해결한 고성능 태양전지 소자를 발표했다.
*다이폴(쌍극자) 층: 소자 내 에너지 준위를 조절해 전하 수송을 원활하게 하고, 계면의 전위차를 형성해 소자 성능을 향상하는 역할을 하는 얇은 물질 층임
기존 납 기반 페로브스카이트 태양전지는 850나노미터(nm) 이하 파장의 가시광선 영역에만 흡수 스펙트럼이 제한돼 전체 태양 에너지의 약 52%를 활용하지 못하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 유기 벌크 이종접합(BHJ)을 페로브스카이트와 결합한 하이브리드 소자를 설계, 근적외선 영역까지 흡수할 수 있는 태양전지를 구현했다.
특히, 나노미터 이하 다이폴 계면 층을 도입해 페로브스카이트와 유기 벌크 이종접합(BHJ) 간의 에너지 장벽을 완화하고 전하 축적을 억제, 근적외선 기여도를 극대화하고 전류 밀도(JSC)를 4.9 mA/cm²향상하는 데 성공했다.
이번 연구의 핵심 성과는 하이브리드 소자의 전력 변환 효율(PCE)을 기존 20.4%에서 24.0%로 대폭 높인 것이다. 특히, 이번 연구는 기존 연구들과 비교했을 때, 높은 내부 양자 효율(IQE)을 달성하며 근적외선 영역에서 78%에 달하는 성과를 기록했다.
또한, 이 소자는 높은 안정성을 보여, 극한의 습도 조건에서도 800시간 이상의 최대 출력 추적에서 초기 효율의 80% 이상을 유지하는 우수한 결과를 보였다.
이정용 교수는 “이번 연구를 통해 기존 페로브스카이트/유기 하이브리드 태양전지가 직면한 전하 축적 및 에너지 밴드 불일치 문제를 효과적으로 해결하였고 근적외선 광 포집 성능을 극대화하면서도 전력 변환 효율을 크게 향상시켜 기존 페로브스카이트가 가진 기계적-화학적 안정성 문제를 해결하고 광학적 한계를 뛰어넘을 수 있는 새로운 돌파구가 될 것”이라고 말했다.
전기및전자공학부 이민호 박사과정과 김민석 석사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)' 9월 30일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Suppressing Hole Accumulation Through Sub-Nanometer Dipole Interfaces in Hybrid Perovskite/Organic Solar Cells for Boosting Near-Infrared Photon Harvesting).
한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
2024.10.31 조회수 6764 -
인공지능으로 고성능 양자물성 계산시간 획기적 단축
인공지능과 고성능 과학계산 간의 밀접한 관련성은 최근 2024년도 노벨 물리학상과 화학상이 동시에 수상된 것을 보면 알 수 있다. 우리 연구진이 인공지능을 활용하여 3차원 공간에 분포하는 원자 수준의 화학결합 정보를 예측하여 양자역학적 고성능 컴퓨터 시뮬레이션의 계산 시간을 획기적으로 단축하는데 성공했다.
우리 대학 전기및전자공학부 김용훈 교수팀이 물질의 특성을 도출하기 위해 슈퍼컴퓨터를 활용해 수행되는 원자 수준 양자역학적 계산에 필요한 복잡한 알고리즘을 우회하는 3차원 컴퓨터 비전 인공신경망 기반 계산 방법론을 세계 최초로 개발했다고 30일 밝혔다.
슈퍼컴퓨터를 활용한 양자역학적 밀도범함수론(density functional theory, DFT)* 계산은 빠르면서도 정확하게 양자 물성을 예측할 수 있게 해 첨단 소재 및 약물 설계를 포함한 광범위한 연구·개발 분야에서 표준적인 도구로 자리 잡아 필수 불가결한 역할을 하고 있다.
*밀도범함수론(DFT): 원자 단위에서부터 양자역학적으로 물성을 계산하는 제1원리 계산의 대표적인 이론
그러나 실제 밀도범함수론 계산에서는 3차원적인 전자밀도를 생성한 후 양자역학 방정식을 푸는 복잡한 자기일관장 과정(self-consistent field, SCF)*을 수십에서 수백 번씩 반복해야 해서 그 적용 범위가 수백~수천 개의 원자로 제한되는 한계가 있었다.
*자기일관장(SCF): 상호 연결된 여러 개의 연립 미분 방정식으로 기술해야 하는 복잡한 다체 문제(many-body problem)를 해결하기 위해 널리 사용되는 과학계산법
김용훈 교수 연구팀은 자기일관장 과정을 최근 급속한 발전을 이룬 인공지능 기법으로 회피하는 것이 가능한지 질문했다. 그 결과 3차원 공간에 분포된 화학 결합 정보를 컴퓨터 비전 분야의 신경망 알고리즘을 통해 학습해 계산을 가속화하는 딥SCF(DeepSCF) 모델을 개발했다.
연구진은 밀도범함수론에 따라 전자밀도가 전자들의 양자역학적 정보를 모두 포함하고 있으며 이에 더해 전체 전자밀도와 구성 원자들의 전자밀도의 합 간의 차이인 잔여 전자밀도가 화학결합 정보를 담고 있는 점에 주목하고 기계학습의 목표물로 선정했다.
이후 다양한 화학결합 특성을 포함한 유기 분자들의 데이터 세트를 채택했고 그 안에 포함된 분자들의 원자구조들에 임의의 회전과 변형을 가해 모델의 정확도 및 일반화 성능을 더욱 높였다. 최종적으로 연구팀은 복잡하고 큰 시스템에 대해 딥SCF 방법론의 유효성 및 효율성을 입증했다.
이번 연구를 지도한 김용훈 교수는“3차원 공간에 분포된 양자역학적 화학결합 정보를 인공 신경망에 대응시키는 방법을 찾았다”며 “양자역학적 전자구조 계산이 모든 스케일의 물성 시뮬레이션의 근간이 되므로 인공지능을 통한 물질 계산 가속화의 전반적인 기반 원리를 확립한 것”이라고 연구의 의의를 부여했다.
전기및전자공학부 이룡규 박사과정이 제 1저자로 수행한 이번 연구는 소재 계산 분야의 권위 있는 학술지 '네이쳐 파트너 저널 컴퓨테이셔널 머터리얼즈(Npj Computational Materials)'에 10월 24일 字 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Convolutional network learning of self-consistent electron density via grid-projected atomic fingerprints)
한편, 이번 연구는 KAIST 석박사 모험사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업 등의 지원을 받아 수행되었다.
2024.10.30 조회수 5738 -
전기및전자공학부 명현 교수, 2024 한빛대상 수상
우리 대학 명현 전기및전자공학부 교수가 ‘2024 한빛대상’을 수상했다. 올해로 20주년을 맞은 ‘2024 한빛대상’은 한화그룹과 대전MBC가 공동으로 주관하는 시상식으로, 매년 충청 지역 각 분야의 발전에 공헌한 인물을 발굴해 포상하고 있다.
한빛대상은 크게 5개 분야 (과학기술, 교육/체육진흥, 문화예술, 사회봉사, 지역경제 발전 분야)의 수상자 1명씩을 선정하고 각 상금 1천만원과 상패를 수여한다. 올해는 특별히 특별상(파리올림픽 펜싱 2관왕 대전시청 오상욱 선수) 항목을 추가했다.
과학기술부문 수상자인 우리 대학 명현 전기및전자공학부 교수는 16년간 자율 주행, 자율 보행 등의 분야를 연구하여 해당 분야 발전에 기여했으며, 블라인드 보행 로봇 신기술인 '드림워크' 제어기를 개발하여 국제 사족로봇 자율보행 경진대회 우승을 이끈 공로를 인정받았다.
각 부문의 수상은 ▲명현 KAIST 교수(과학기술 부문) ▲배상목 청운대학교 교수(교육체육진흥 부문) ▲이환수 한국국악협회 대전광역시지회장(문화예술 부문) ▲여광조 밀알선교단 대표(사회봉사 부문) ▲길배수 주식회사 트라이포드 대표이사(지역경제발전 부문)가 차지했다.
‘2024 한빛대상’ 시상식은 10월 24일(목) 대전 MBC 공개홀에서 개최됐으며, 10월 29일(화) 금일 대전 MBC TV로 녹화 방영됐다.
2024.10.29 조회수 3642 -
‘국가 인공지능 연구거점(National AI Research Lab)’ 개소식 개최
과학기술정보통신부(장관 유상임, 이하 과기정통부)와 정보통신기획평가원(원장 홍진배, 이하 IITP)은 10. 28일(월) 양재 서울 인공지능 중심지에서 ｢국가 인공지능 연구거점(National AI Research Lab)｣ 개소식을 개최하였다.
이날 개소식에서 우리 대학 이광형 총장, 오세훈 서울시장 등의 참석자들은 ｢국가 인공지능 연구거점｣의 성공적 출범을 축하하며, 대한민국 인공지능 세계 3개 강국 도약을 위한 민관 한 팀 등에 대한 의지를 다졌다.
｢국가 인공지능 연구거점｣ 주관기관인 우리 대학 이광형 총장은 “이 곳에서 국내외 인공지능 연구자들이 교류하며 창의적 인공지능 연구를 펼치길 바란다”고 밝혔고, ｢국가 인공지능 연구거점｣이 위치할 서울시의 오세훈 시장은 “｢국가 인공지능 연구거점｣에 기반하여 서울시가 세계적인 인공지능 연구자들이 모여드는 국제 인공지능 중심지로 성장할 수 있도록 전폭 지원하겠다”고 강조하였다.
이어진 기조연설에서, ｢국가 인공지능 연구거점｣ 책임자인 한국과학기술원 김기응 교수가 “국가 인공지능 연구거점 운영계획”을, 국제공동연구에 참여할 캐나다 워털루대(Waterloo U.) 교수이자 벡터연구소(Vector Institute) 겸직교수인 파스칼 푸파(Pascal Poupart) 교수가 “인공지능 : 기술개발의 특이점”을 주제로 ｢국가 인공지능 연구거점｣과 인공지능의 미래 전망을 제시하였다.
마지막으로 개소식 참석자들은 ｢국가 인공지능 연구거점｣의 연구 현장을 찾아, 연구자들의 인공지능 국제공동연구 준비 상황과 앞으로의 운영 방향 등에 대한 심도있는 논의를 진행하였다.
｢국가 인공지능 연구거점｣은 대한민국을 대표하는 인공지능 연구 구심점으로서, 양재서울 인공지능 중심지(허브)*(약 2,132평, `25년까지 2,300평 규모로 확충 계획)에 설치되며, 국내외 유수 연구진이 역동적으로 교류하며 세계적 인공지능 국제공동연구를 수행하고, 국제 인공지능 지도자 양성 기능과 인공지능 산∙학∙연 생태계를 집약하는 온라인 체제 기반(플랫폼, Platform) 역할을 할 계획이다.
또한, ｢국가 인공지능 연구거점｣을 통해 미국, 캐나다, 프랑스, 아랍 에미리트 등 해외 유수기관의 연구자들도 일정기간 국내에 상주하여, 파괴적 혁신을 지향하는 뉴럴 스케일링 법칙 초월연구, 로봇 파운데이션 모델 연구 등의 도전적 인공지능 국제공동연구를 수행하며, 정기적인 국제 발표회 개최 등 국제 협력 관계망도 구축, 지속 확장해나갈 예정이다.
2024.10.29 조회수 4669 -
기존보다 340% 피부 탄력 향상 LED 마스크 개발
피부 노화는 많은 사람들의 관심사로 주름, 처짐, 탄력 저하 등의 문제를 해결하기 위하여 최근 웨어러블 LED 마스크가 주목받고 있다. 우리연구진이 기존 제품 대비 피부 탄력을 340% 향상시키는 LED 마스크 개발에 성공했다.
우리 대학 신소재공학과 이건재 교수 연구팀이 3,770개의 마이크로 LED와 광확산층*을 활용하여 피부 노화를 억제할 수 있는 진피 자극 얼굴밀착형 면발광 마이크로 LED 마스크를 개발했다고 29일 밝혔다.
*광확산층: 광원이 방출하는 빛을 고르게 분산시켜 균일한 발광을 유도하는 층
기존 제품은 딱딱한 구조와 점발광 방식*으로 인해 피부에 밀착되지 않고 광손실이 발생하여, 치료용 빛이 진피까지 균일하게 전달되지 못하는 한계가 있다.
*점발광 방식: 점발광이란 점으로 보이는 발광의 형태을 일컫음
이 교수팀은 유연한 기판에 3차원 종이접기 구조를 적용해 얼굴의 굴곡과 돌출된 부위에 밀착할 수 있는 LED 마스크를 개발했다. 이를 통해 1.5mm 깊이의 진피까지 빛을 균일하게 전달할 수 있으며, 진피 내 미토콘드리아를 자극하고 콜라겐과 탄력 섬유의 합성을 촉진했다.
그 결과, 피부 탄력, 주름, 처짐, 모공 등 8가지의 모든 피부 노화 지표에서 탁월한 개선 효과를 확인했다. 특히 33명의 피시험자를 대상으로 한 대학병원 임상시험에서 기존 LED 마스크 대비 진피 층의 피부 탄력이 340% 향상되는 통계학적으로 유의미한 효과를 보였다.
이건재 교수는 "이번에 개발된 얼굴 밀착 면발광 마스크는 저온화상의 부작용 없이 얼굴 진피 전체에 미용 효과를 제공하여, 인류의 삶의 질을 향상시키는 홈케어 노화 치료를 가능하게 할 것”이라고 강조했다.
또한, "교원창업 기업 프로닉스를 통해 11월부터 제품을 본격적으로 판매할 예정이며, 현재 탈모 치료를 위한 면발광 마이크로 LED 제품의 임상 계획도 수립하고 있다.”라고 말했다.
신소재공학과 김민서 석·박사 통합과정, 안재훈 박사과정이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 메터리얼즈(Advanced Materials)에 10월 22일 자로 출판됐다.
(논문명: Clinical Validation of Face-fit Surface-lighting Micro Light-emitting Diode Mask for Skin Anti-aging Treatment)
한편, 이번 연구는 글로벌 생체융합 인터페이싱 소재 센터(선도연구센터)의 지원을 받아 수행되었다.
2024.10.29 조회수 5600 -
KAIST, 국제사이보그올림픽 2연패, 세계 최고 아이언맨 재탄생
우리 연구진이 로봇 기술로 장애를 극복하자는 취지의 사이배슬론 국제대회에서 2016년 제1회 대회 동메달, 2020년 제2회 대회 금메달에 이어 제3회 대회인 2024년 대회에서 우승을 거머쥐며 디펜딩 챔피언의 타이틀을 지켜냈다.
우리 대학 기계공학과 공경철 교수(㈜엔젤로보틱스 의장)가 이끄는 엑소랩(EXO-Lab)과 무브랩(Move Lab), ㈜엔젤로보틱스 공동 연구팀이 개발한 하반신마비 장애인을 위한 웨어러블 로봇 ‘워크온슈트F1’으로, 27일에 열린 제3회 사이배슬론(Cybathlon)에 출전하여 우승을 차지했다고 28일 밝혔다.
사이배슬론은 로봇 기술로 장애를 극복하자는 취지로 스위스에서 처음 개최된 국제대회로, 일명 사이보그 올림픽이라 불린다. 매번 대회를 마친 후 바로 다음 대회의 미션들이 발표되고, 전 세계 연구팀들이 주어진 미션을 통과하기 위하여 4년여 동안 로봇 기술을 연구 개발한다.
웨어러블 로봇 종목 뿐만 아니라, 로봇 의수, 로봇 의족, 로봇 휠체어 등 8가지 종목이 열린다. 이번 제3회 사이배슬론 대회에는 총 26개 국가에서 71개 팀이 참가했다. 공경철 교수 연구팀은 지난 대회와 마찬가지로 웨어러블 로봇 종목에 참가했다.
웨어러블 로봇 종목은 사이배슬론의 핵심이라고 부를 만큼 하이라이트를 받는 종목이다. 의수나 의족 종목에서는 로봇이 아닌 고전적인 보조기를 착용한 장애인 선수가 우승을 하는 등, 로봇 기술보다 장애인 선수의 능력이 더 중요하게 작용하는 경우가 많다.
하지만 웨어러블 로봇 종목은 하반신 완전마비 장애인이 로봇에 완전히 의존하여 직접 걸으면서 다양한 미션을 수행해야 하는 만큼, 기술적 난이도도 높고 로봇 기술에 대한 의존도 또한 높다.
실제로 이번 대회의 미션을 보고 많은 팀이 출전을 포기했고, 기술 개발 과정에서도 반 이상의 연구팀들이 포기를 선언했다. 결국, 실제 경기에는 한국, 스위스, 독일, 네덜란드 등의 총 6팀만이 참가했다. 스위스 본진의 연구팀마저 포기를 선언했다.
이번 대회에서 특히 웨어러블 로봇 종목에 중도 포기한 팀이 많이 발생한 이유는 유난히 미션의 난이도가 높았기 때문이다. 대부분의 연구팀들이 하반신마비 장애인을 일으켜 걷는 것도 버거운 수준의 기술을 갖고 있는데, 지팡이 없이 걷도록 한다거나, 양손을 사용하여 칼질을 해야 하는 등 무리한 미션이 많이 등장했기 때문이다.
이렇게 미션의 난이도가 올라간 이유는 지난 대회 때 공 교수 연구팀이 주어진 모든 미션을 너무 빠르게 완수했기 때문이다. 실제로 지난 대회에서는 워크온슈트4를 착용한 김병욱 선수(하반신마비 장애인)에게 진짜 장애인이 맞느냐는 질문이 나오기도 했다.
공 교수 연구팀은 미션들을 성공적으로 수행하기 위하여 워크온슈트F1을 개발해냈다. 모터가 장착된 관절이 6개에서 12개로 늘었고, 모터의 출력 자체도 지난 대회보다 2배 이상 출력이 강화되었다. 발에 있는 6채널 지면반력 센서는 로봇의 균형을 1초에 천 번 측정하여 균형을 유지시키도록 하였다. 장애물을 감지하기 위하여 카메라를 설치하였고 인공지능 신경망 구현을 위한 AI 보드도 탑재시켰다.
그리고 대회 미션과는 관계 없이, 착용자 스스로 로봇을 착용할 수 있도록 스스로 걸어와 휠체어에서 도킹할 수 있는 기능을 구현하였다. 이 과정에서 모든 부품을 국산화했고, 모든 기초기술을 내재화했다. 로봇의 디자인은 우리 대학 산업디자인학과 박현준 교수가 맡아 사람과 로봇의 조화를 추구했다.
결국, 대회의 결과는 예상대로였다. 애초에 공 교수 연구팀을 겨냥해 만들어진 미션들을 수행할 수 있는 팀은 공 교수 연구팀 밖에 없었다. 좁은 의자 사이로 옆걸음, 박스 옮기기, 지팡이 없는 자유 보행, 문 통과하기, 주방에서 음식 다루기 등의 미션들을 6분 41초 기록으로 성공했다.
2위, 3위를 차지한 스위스와 태국 팀들은 10분을 모두 사용하면서도 2개 미션을 수행하는데 그쳤다. 애초에 적수가 되지 않는 경기였다. 사이배슬론 중계진도 경쟁보다는 워크온슈트F1의 성능에 더 큰 놀라움과 관심을 보였다.
이번 Team KAIST의 주장인 박정수 연구원은 “애초에 우리 스스로와의 경쟁이라 생각하고 기술적 초격차를 보여주는 것에 집중했는데, 좋은 결과까지 따라와서 매우 기쁘고 자랑스럽다”며, “아직 공개하지 않은 워크온슈트F1의 다양한 기능을 계속해서 공개할 예정”이라고 밝혔다.
팀의 하반신마비 장애인 선수인 김승환 연구원은 “세계 최고인 대한민국의 웨어러블 로봇 기술을 내 몸으로 알릴 수 있어서 너무나 감격스럽다”라며 소감을 밝혔다.
한편, 공 교수 연구팀은 지난 2020년 대회 이후로 ㈜엔젤로보틱스를 통하여 웨어러블 로봇을 상용화하는데 성공했다. 2022년에는 의료보험 수가의 적용을 받는 최초의 웨어러블 로봇인 “엔젤렉스M20”을 보급하기 시작했고, 그 결과 ㈜엔젤로보틱스는 지난 3월에 성공적으로 코스닥 상장했다.
이번 대회로 쌓인 다양한 노하우와 기초기술을 바탕으로 또 어떤 웨어러블 로봇이 우리의 일상생활을 바꿀 것인지, 미래가 더 기대된다.
<영상 목록>
결승경기 (자체촬영) : https://youtu.be/3ASAtvkiOhw
결승경기 및 인터뷰 (공식영상) : https://youtu.be/FSfxOTpDjSE
결승경기 및 인터뷰 (요약) : https://youtu.be/Sb_vd5-3f_0
2024.10.28 조회수 5888 -
전산학부 졸업생 안가빈 박사, 박사과정 윤주연 학생, 국제SW유지보수학회 ICSME에서 최우수산업체논문상 수상
우리 대학 전산학부 박사 졸업생 안가빈 박사와 박사과정 윤주연 학생(지도교수 유신)이 각각 1, 2저자로 참여한 논문이 10월 8일부터 11일까지 미국 애리조나 플래그스태프에서 열린 2024 IEEE 국제 소프트웨어 유지보수 및 진화 학술대회(International Conference on Software Maintenance and Evolution, ICSME 2024)에서 최우수 산업체 논문상을 수상했다. ICSME에서 최우수 산업체 논문상은 학술적 기여도와 산업적 응용 가능성, 연구의 혁신성 및 실용적 가치 등을 기준으로 엄격한 심사 과정을 통해 선정된다. 이 논문은 대규모 소프트웨어의 테스트 과정에서 문제로 남아 있는 불안정한 테스트(flaky test) 검출에 대한 독창적인 기법을 제시하여 높은 평가를 받았다. 본 연구는 세계 최대 기업용 소프트웨어 공급사인 독일 SAP와의 협업을 통해 진행되었다.
불안정한 테스트(flaky test)는 코드의 결함 여부와 상관없이 테스트 결과가 매번 달라지는 테스트를 말한다. 네트워크 오류, 비동기화된 병렬 처리 등 예측하기 어려운 요인들이 테스트 결과를 불안정하게 만들며, 소프트웨어 시스템이 크고 복잡할수록 이러한 테스트가 자주 발생하게 된다. 개발자는 모든 실패 테스트를 디버깅해야 하지만, 불안정한 테스트가 포함된 경우 불필요한 디버깅에 시간과 자원이 낭비된다. 특히 SAP와 같은 대규모 소프트웨어 개발사는 실패한 테스트가 불안정한 테스트인지 확인하기 위해 반복적인 검증 단계를 거치며, 이는 상당한 시간과 계산 자원의 소모를 초래한다.
이번 수상 논문에서는 복잡한 분석 대신 O(1) 시간 복잡도의 해싱 기법을 통해 새로 발생한 테스트 실패가 기존의 불안정한 테스트 실패와 동일한 패턴을 보이는지 신속하게 확인할 수 있는 방법을 제안했다. 이 기법은 불안정한 테스트를 효과적으로 검출하는 단순하면서도 효율적인 접근 방식으로 평가받았다. KAIST 전산학부 계산지능형 소프트웨어공학 연구실(COINSE)은 SAP와 다년간 협력 연구를 진행하며 ICST, ICSE, ICSE-SEIP 등 다수의 국제 학술대회에 성과를 발표한 바 있으며, 이번 연구 결과 역시 SAP의 테스트 환경에 적용되어 개발 프로세스의 효율성을 크게 높일 것으로 기대된다.
2024.10.28 조회수 3246