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차상길 교수 연구팀, K-사이버 시큐리티 챌린지 2019 우승
우리 대학 정보보호대학원 차상길 교수(소프트웨어보안연구실) 연구팀이 지난 11월 22일 열린 ‘K-사이버 시큐리티 챌린지 2019’ 대회에서 AI 기반 취약점 자동탐지 트랙 부문 2년 연속 우승을 차지했다.
과학기술정보통신부가 주최하고 한국인터넷진흥원이 주관한 이번 대회는 미국 국방성에서 지난 2016년에 주최한 사이버그랜드챌린지(CGC)를 벤치마킹한 국내 대회로 사람이 아닌 기계 간 해킹대회이다. AI 기반의 시스템은 스스로 외부의 개입 없이 주어진 프로그램의 취약점을 찾아 그것을 해킹하여 컴퓨터 운영권을 획득하게 된다.
이번 대회에서 차상길 교수팀은 ‘금오(Geumo)’라는 팀명으로 대회에 참가했으며, 시스템 개발과 운영을 위해 전산학부 코렌틴 쏘레 연구원(Corentin Soulet), 정보보호대학원 김강수 석사과정이 참여했다.
미국 카네기멜론 대학 시절부터 해당 분야 연구를 세계적으로 선도한 차상길 교수는 우리나라의 자체 기술만으로 최고 수준의 시스템을 만드는 데에 성공했다.
최근에는 사이버보안연구센터와 함께 AI 기반 해킹 시스템의 핵심요소 중 하나인 바이너리 분석 엔진을 기존의 엔진보다 10배 이상 빠르게 수행하는 데 성공해 세계적 권위의 학술대회인 2019 NDSS(The Network and Distributed System Security Symposium) BAR(Binary Analysis Research)에서 최우수 논문상을 받은 바 있다.
김강수 석사과정은 "지난해에 이어서 좋은 소식을 전할 수 있어서 기쁘고 대회에서 깨달은 지식을 활용해 사회에 이바지할 수 있도록 노력하겠다"라고 말했다.
2019.12.13 조회수 12461 -
WEF와 손잡고 ´한국4차산업혁명정책센터´ 출범
우리 대학은 4차 산업혁명의 핵심 기술 확산 및 포용적 성장 방안을 연구하기 위한 `한국4차산업혁명정책센터(Korea Policy Center for the Fourth Industrial Revolution, 이하 KPC4IR)'를 설치하고 개소식을 오는 10일 KAIST 대전 본원에서 개최한다.
KPC4IR은 세계경제포럼(World Economic Forum, 이하 WEF)이 과학기술정보통신부와 양해각서(MOU)를 맺고 KAIST와 실행 협약(Agreement)을 체결해 파트너십을 이룬 연구센터다.
향후, 4차 산업혁명 시대를 이끌어갈 혁신 생태계를 구축하고 공동 연구 및 정책 개발을 주도하는 글로벌 협력 플랫폼의 역할을 수행할 예정이다.
KPC4IR 설립의 시작은 지난 2017년에 중국 대련에서 개최된 WEF 하계 다보스포럼으로 거슬러 올라간다. 당시에 KAIST가 주도 아래 진행된 아시아 4차산업혁명센터 라운드테이블에서 신성철 총장과 클라우스 슈밥(Klaus Schwab) WEF 회장은 `대한민국이야말로 4차 산업혁명을 현실에서 실증해낼 수 있는 최적의 국가'라는 인식을 같이하며 중장기적 협력을 추진해왔다.
슈밥 회장은 2018년 4월 방한해 문재인 대통령을 예방하고 한국의 4차 산업혁명 잠재력을 높이 평가하며 협력 의지를 피력했다. 이에, 우리 정부는 과기부를 중심으로 WEF가 설립한 샌프란시스코 소재 4차산업혁명센터와의 공동연구 사업을 기획하고 KAIST를 협력 추진 기관으로 지정했다.
우리 대학은 2017년 7월부터 WEF 4차산업혁명센터와 협력 MOU를 맺고 `4차산업혁명지능정보센터'를 설립해 관련 주요 기술 모니터링과 정책 개발을 진행해왔으며, 이러한 역량을 인정받아 우리 정부와 WEF 간의 공동 협력 체제를 마련하는 구심점 역할을 담당하게 됐다.
10일 열릴 개소식을 위해 무라트 손메즈(Murat SÖNMEZ) 세계경제포럼 4차산업혁명센터장, 저스틴 우드(Justin WOOD) 세계경제포럼 아시아태평양 지역정책국장, 쉴라 워렌(Sheila WARREN) 세계경제포럼 4차산업혁명센터 블록체인·분산원장기술 소장 등 WEF 핵심 인사들이 대거 한국을 방문한다.
최기영 과학기술정보통신부 장관, 송희경·신용현 국회4차산업혁명포럼 위원들과 이상민 더불어민주당 과학기술특별위원장, 원희룡 제주도지사, 원광연 국가과학기술연구회 이사장, 최정표 한국개발연구원장, 김상선 한국과학기술기획 평가원장 등 정부 및 주요 공공기관 인사들도 자리를 함께해 WEF와의 상호 협력을 더욱 공고히 다질 예정이다.
무라트 손메즈 센터장을 포함한 주요 참여 인사들은 KPC4IR 개소식 당일에 `4차산업혁명 시대 글로벌 리더로의 도약'을 주제로 리더십 라운드테이블을 진행한다. 한국의 4차 산업혁명 글로벌 리더십을 제고하기 위한 공공 기관장들의 통찰과 전략을 공유하는 자리로 기술이 불러일으킬 새로운 규제 문제와 혁신 생태계 조성 및 공동 번영을 위한 논제들을 토론할 예정이다. 또한, 정부와 공공기관 차원에서 시도 중인 현안들과 실행 가능한 정책으로 개발하기 위한 노력 등도 함께 다룬다.
한편, KPC4IR은 센터가 공식 출범하기 전부터 WEF 4차산업혁명센터의 블록체인과 정밀의료 분야에서 파트너십을 맺고 글로벌 협력 플랫폼을 조성하기 위한 연구를 진행해왔다. 기존의 성과를 바탕으로 공동 연구 및 개발 협력을 지속해 과학기술에 기반을 둔 포용적 성장(inclusive growth)을 실현할 수 있는 글로벌 의제를 도출하는 것이 목표다.
이와 함께, 4차 산업혁명 시대의 기술 발전이 정치·경제·사회·문화 등 다양한 영역에 미칠 긍정적·부정적 영향을 선제적으로 예측하고 관련 정책과 기술을 공동 연구를 통해 설계하는 과제 등도 수행한다.
KPC4IR의 소장을 맡은 이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수는 "센터 출범을 계기로 대한민국이 4차 산업혁명의 핵심 기술 개발은 물론 관련 사회·경제적 이슈를 선제적으로 연구하고 정책 개발에 앞장서는 글로벌 리더가 될 것ˮ이라며 기대감을 밝혔다.
이날 개소식에는 허태정 대전시장, 노정혜 한국연구재단 이사장, 김명준 한국전자통신연구원장, 김장성 한국생명공학연구원, 이미혜 한국화학연구원장 등 지자체 및 과학기술 유관단체장과 KT·LG·효성 등 국내 주요 기업 임원, 이광재 여시재 원장 등 시민사회 인사 약 80여 명이 참석해 축하할 예정이다.
신성철 총장은 축사를 통해 "KPC4IR은 단순한 싱크탱크에 그치는 것이 아니라 생각과 행동이 공존하는 장(think & do tank)이 될 것ˮ이라고 강조하고 "인공지능·블록체인·정밀의료 분야에서 WEF와의 긴밀하게 협력해 인간 중심의 4차 산업혁명 실현을 향해 나아갈 것ˮ이라고 전할 방침이다.
2019.12.03 조회수 15433 -
5개 AI 대학원, 국내 첫 공동 설명회 15일 개최
우리대학을 포함해 고려대·성균관대·포스텍(POSTECH), 광주과기원(GIST) 등 과학기술정보통신부가 선정한 국내 5개 AI 대학원이 오는 15일 처음으로 공동 설명회를 개최한다.
과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 AI 핵심 지식과 융합 역량을 갖춘 선도 연구자 양성을 위해 지난 3월 KAIST와 고려대·성균관대 등 3개 대학을 국내 최초의 AI 대학원으로 선정한 데 이어 9월에는 포스텍(POSTECH)과 광주과기원(GIST) 등 2곳을 추가로 선정했다.
1차 선정된 3개 대학은 첫 신입생을 모집한 결과, 80명 정원에 모두 497명이 지원했는데 대학별 경쟁률은 KAIST가 9대 1의 경쟁률을, 성균관대와 고려대가 각각 8대 1과 7대 1에 육박한 경쟁률을 보인 것으로 알려졌다.
2차로 선정된 포스텍과 광주과기원 등 2개 대학은 올 하반기에 신입생을 모집하고 내년 3월부터 교육과정을 본격 운영할 예정이다.
(사)한국인공지능학회(회장 유창동, KAIST 전기및전자공학부 교수)는 인공지능 분야에 대한 학생들의 관심에 갈수록 높아지자 오는 15일 더케이호텔 서울에서 열리는 추계학술대회에서 KAIST·고려대·성균관대·포스텍·GIST 등 5개 AI대학원이 모두 참여하는 설명회를 갖기로 했다.
14일부터 16일까지 3일간 서울 양재동 더케이호텔에서 열리는 이번 추계학술대회는 과기정통부·한국연구재단·브레인코리아21플러스가 후원하고 한국인공지능학회·한국블록체인학회·소프트웨어정책연구소가 주최한다.
이 학술대회에서는 5개 AI 대학원 공동 설명회 외에 KAIST 김준모·김광수·문일철, 성균관대의 문태섭, 중앙대 권준석 교수 등이 발표자로 나서 딥러닝·확률적 그래픽 모델(PGM)·뉴럴네트워크 기반 연속학습(Continual learning)·적대적 생성망(GAN) 등에 관한 다양한 학술 주제를 다룰 예정이다.
특히 올 12월 8일부터 14일까지 캐나다 벤쿠버에서 열리는 NeurIPS 2019의 Spotlight 부분에 발표될 유창동 KAIST 전기및전자공학부 교수의 논문 등 인공지능 분야의 최신 연구 성과들도 함께 공개될 예정이다.
차별화된 특성을 앞세워 인재 양성을 계획하고 있는 KAIST 등 5개 AI 대학원은 이번 행사를 통해 각각의 비전, 운영방식 그리고 지향하는 인재상을 공유할 예정이다. AI대학원 진학을 희망하는 학생들에게는 대학원 선택에 도움을 주고 기업에는 사업 방향을 설정에 도움이 되는 정보를 제공하려는 취지다.
우선 KAIST에서는 정송 대학원장이 나서 독보적인 연구 역량을 강조한다. 최근 6년간 AI 분야의 최고 학회에서 101편의 논문을 발표한 평균 연령 41세의 젊은 교수진을 앞세워 AI와 머신러닝 분야를 심층적으로 다루는 핵심 연구와 헬스케어·자율주행·제조·보안·이머징 등 5대 연구 분야를 중심으로 하는 융합 연구 등을 소개할 계획이다.
특히, 경기도 판교에 AI 대학원 산학협력센터를 설치해 판교를 아시아 최고 인공지능 밸리로 육성하는 정책 등을 추진하고 2023년 이후에는 학부를 포함한 교육과 연구의 역량을 고루 갖춘 단과대 수준의 인공지능대학(College of AI)으로의 발전 계획도 함께 설명한다.
이성환 고려대 AI 대학원 주임교수는 산업체와 현장에서 투입될 고급인력을 키우는 데 중점을 둔 교과 과정을 중점 소개한다. 기초전공-기반전공-심화전공-산학 및 창업 연계 수업 등으로 구성된 체계적인 AI 핵심 교육을 시행하고 우수 AI 박사들의 기술창업 활성화를 독려해 오는 2028년까지 10건의 기술창업 계획도 공유할 예정이다.
성균관대에서는 이지형 AI 학과장이 나서 현장 중심의 AI 혁신 연구를 앞세운 특·장점을 소개한다. 삼성전자 등 39개 기업과 협업해 산업 중심의 산학협력 체계를 갖추고 제조업·헬스케어·비즈니스 분야에 집중한 연구 역량을 강조한다. 이밖에 이공계가 아닌 인문·사회학 계열 학생에게도 입학의 기회를 열어 다양한 전공 분야로 AI 연구를 이식하겠다는 포부도 밝힌다.
내년 교과 과정 운영을 앞둔 포스텍은 서영주 주임교수가 미디어 AI·데이터 AI·AI 이론을 중심으로 한 핵심 3개 분야 및 9대 융합(AI+X) 연구를 통한 AI 핵심인재 양성 과정을 소개한다.
또 현재 11명인 전임 교원 수를 2023년까지 26명으로 확충하고 포항에 조성되는 포스코-지곡 벤처밸리 및 판교 소재 포스텍 정보통신연구소와 연계해 창업을 지원하는 AI 벤처 생태계 구축을 통해 세계 최고 수준의 교육·연구·산학협력 기관으로 성장한다는 계획을 설명한다.
광주과기원(GIST)은 김종원 AI 대학원장이 헬스케어·자동차·에너지 등 지역 3대 분야에 특화된 AI 인재육성 정책을 공유한다. 산업밀착형 글로벌 AI 혁신인재 양성을 위해 실증 데이터와 인프라에 바탕을 둔 AI 소프트웨어/하드웨어 핵심 교육과 기술실증-창업지향에 중점을 둔 현장 연구 등을 수행하는 전주기형 5년 석박사 통합과정을 중점 소개한다.
김 대학원장은 이밖에 대학 산하 AI 연구소·SW 교육센터·과학기술응용연구단 등과의 협력을 통해 대학 내 AI 연구 문화 확산을 위한 정책들도 소개할 계획이다.
각 대학 AI 대학원 책임자들은 발표 후에 청중들과의 Q&A 시간을 마련해 AI 핵심 지식 및 각 분야의 융합 역량을 갖춘 선도 연구자를 양성하기 위한 공감대를 조성할 예정이다.
AI 대학원 설명회는 인공지능 분야에 관심 있는 사람이라면 누구나 참여 가능하다. 한국인공지능학회 홈페이지( http://aiassociation.kr/ )를 통해 추계학술대회 사전 신청이 가능하며, 행사 당일 현장에서도 참여 접수를 받는다.
다만 학술대회 기간 중 AI 대학원 설명회만 참여하고자 하는 경우에는 이메일( kaia@aiassociation.kr )로 접수하면 된다.
2019.11.04 조회수 16888 -
박병국 교수, 이달의 과학기술인상 10월 수상자 선정
〈 박병국 교수 〉
우리 대학 신소재공학과 박병국 교수가 이달의 과학기술인상 10월 수상자에 선정됐다.
과기정통부와 연구재단은 박병국 교수가 차세대 자성메모리(MRAM) 구동의 핵심인 스핀 전류를 효율적으로 생성하고, 스핀분극을 자유롭게 제어하는 소재를 개발해 대규모 정보처리기술이 요구되는 4차 산업 발전에 기여한 공로가 높이 평가됐다고 선정 배경을 설명했다.
‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상이다.
국내 반도체산업은 메모리 분야의 기술력에 힘입어 세계 시장을 선도해 왔다. 하지만 4차 산업혁명 시대 반도체 강국의 지위를 유지하기 위해 차세대 소자기술 확보가 필요한 상황이다. 스핀트로닉스 기술을 바탕으로 저전력, 초고속, 고집적 반도체 소자 개발의 초석을 다진 박병국 교수의 ‘이달의 과학기술인상’ 수상이 10월 29일 반도체의 날을 앞두고 더욱 뜻깊다 할 수 있다.
자성메모리는 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있고 집적도가 높으며 고속 동작이 가능해 차세대 반도체로 주목받고 있다. 자성메모리의 동작은 스핀 전류를 자성소재에 주입하여 발생하는 스핀토크로 이루어지기 때문에 스핀 전류의 생성 효율이 자성메모리의 소모전력을 결정하는 핵심 기술이다.
박병국 교수는 기존 연구자들이 스핀 전류 생성을 위해 스핀궤도결합이 강한 백금, 텅스텐과 같은 중금속 재료를 사용한 것과 달리 스핀궤도결합이 비교적 작다고 알려진 값싼 강자성과 전이금속의 이중층 구조에서 해답을 찾았다.
연구팀은 강자성체인 코발트-철-붕소 합금(CoFeB) 또는 니켈-철 합금(NiFe)과 전이 금속인 티타늄(Ti) 이중층 구조를 제작해 스핀궤도토크를 측정했다. 실험결과 강자성/전이금속 계면에서 스핀 전류가 효과적으로 생성됐고, 생성된 스핀 전류의 스핀 분극 방향을 임의로 제어할 수 있었다. 일련의 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’ 2018년 6월호에 게재됐다.
박병국 교수는 “스핀 전류를 효율적으로 생성하고 스핀 방향을 임의로 제어할 수 있는 소재 기술은 차세대 비휘발성 자성메모리 동작 기술로 활용 가능하며, 연산과 기억을 동시에 수행하는 미래 컴퓨팅 핵심소자로 응용할 수 있다”라며 “앞으로도 미래 반도체 기술을 선도할 스핀기반 신소재 개발에 주력하겠다.”라고 수상 소감을 밝혔다.
2019.10.10 조회수 9984 -
정연식, 전덕영, 장민석 교수, 팝콘 구조의 퀀텀닷 나노복합 소재 개발
우리 대학 신소재공학과 정연식 교수, 전덕영 교수, 전기 및 전자공학부 장민석 교수 공동 연구팀이 팝콘처럼 내부에 공기주머니가 가득한 고분자 매질과 퀀텀닷이 융합된 새로운 발광 소재를 개발하는 데 성공했다.
연구팀은 이 기술을 활용해 퀀텀닷의 광 발광(Photoluminescence) 특성이 순수 퀀텀닷 필름과 비교해 최대 21배까지 증가하는 것을 확인했다.
김건영, 김신호, 최진영 연구원이 1 저자로 참여한 이번 연구는 미국 화학회가 발간하는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano letters)’ 9월 3일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명: Order-of-Magnitude, Broadband-Enhanced Light Emission from Quantum Dots Assembled in Multiscale Phase-Separated Block Copolymers)
수년 전 국내 대기업이 퀀텀닷 LED TV를 출시하고 차세대 퀀텀닷 올레드(OLED) TV 출시를 발표하면서 퀀텀닷 소재는 디스플레이용 핵심 소재로 떠올랐다. 하지만 일반적으로 순수 퀀텀닷 필름은 광흡수도와 광추출도가 높지 못하고 인접한 퀀텀닷 간의 상호작용으로 광 효율이 매우 낮아지는 문제가 있었다.
문제 해결을 위해 공동 연구팀은 블록공중합 고분자를 습도가 제어된 환경에서 코팅해, 고분자와 물 입자 사이를 미세하게 분리했다.
이후 수분을 빠르게 증발시키면서 형성되는 미세한 공극 구조에 퀀텀닷이 고르게 배열된 소재를 개발하는 데 성공했다. 이는 마치 옥수수를 가열하면 내부의 수분이 수증기로 팽창해 빠져나가면서 속이 빈 팝콘 구조가 형성되는 원리와 유사하다.
연구팀은 이 다공성 고분자 매질을 활용하면 빛과 고분자 매질의 상호작용이 극대화돼 퀀텀닷 복합소재의 광흡수도와 광추출도가 각각 4~5배씩 증가하는 것을 발견했다.
또한, 블록 공중합 고분자는 수 나노미터(nm) 크기의 상분리 구조를 스스로 내부에 형성해 퀀텀닷 입자들을 고르게 분산시켜 줌으로써 퀀텀닷 간 상호작용에 의한 발광 강도 감소 현상도 크게 낮춰 준다.
연구팀은 이번 연구 결과를 청색 LED 발광 소재로 적용했을 때 순수 퀀텀닷 대비 7배 이상의 발광 강도 향상 및 45% 이상의 내구도 향상 효과가 있음을 확인해 차세대 마이크로 LED 디스플레이로 적용 가능성을 기대한다고 밝혔다. 이번 기술은 국내 특허로 등록됐으며, 미국 등 해외 특허 심사 중이다.
정연식 교수는“개발한 복합소재 매질은 가시광 전 파장 범위에서 발광 강도 증대 효과가 있어 퀀텀닷 이외에도 다양한 발광 소재에 적용될 수 있을 것으로 기대한다”라며 "이 기술을 활용하면 값비싼 발광 소재를 적게 사용하고도 우수한 발광 특성을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이 원가 경쟁력 향상에 기여할 수 있다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업(단장 최성율)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 블록공중합 고분자 및 퀀텀닷으로 이뤄진 나노 복합소재
그림2. 블록공중합 고분자 및 퀀텀닷으로 이뤄진 나노 복합소재 개념도
2019.09.30 조회수 11145 -
김범준 교수, 빛에 반응해 모양과 색 변하는 스마트 마이크로 입자 개발
〈 김범준 교수, 이준혁 박사, 구강희 박사 〉
우리 대학 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 빛에 의해 모양과 색을 바꿀 수 있는 스마트 마이크로 입자 제작기술을 개발했다.
아주 작은 입자의 모양이나 색을 원하는 대로 가공(fabrication)할 수 있게 되면 군용장비의 위장막(artificial camouflage), 병든 세포만 표적하는 약물전달캡슐, 투명도 및 색이 변하는 스마트 윈도우나 외부 인테리어 등에 활용할 수 있다.
마이크로 입자의 모양과 색 변화 연구는 주로 약물전달이나 암세포 진단과 같은 생물학적 응용을 위해 산도(pH), 온도, 특정 생체분자 같은 물리화학적 자극과 관련해 주로 이뤄졌다.
하지만 이런 자극들은 의도하는 국소부위에만 전달하기 어렵고 자극 스위치를 명확하게 켜고 끄기 어려운 것이 단점이었다.
반면 빛은 원하는 시간 동안 특정부위에만 쬐어줄 수 있고 파장과 세기를 정밀하게 조절, 선택적·순차적으로 입자 모양을 변형시킬 수 있어 해상도 높은 자극으로 주목받는다.
하지만 기존 빛에 감응하는 스마트 입자는 제작방법이 복잡하고, 편광방향으로의 길이 연장만 가능한 등 정밀한 모양변화가 어려워 활용에 한계가 있었다.
연구팀은 빛에 의해 분자구조가 변해 친수성 정도나 광학적 특성을 조절할 수 있는 계면활성제*를 개발하고 이들의 자가조립방식을 기반으로 빛에 반응해 모양과 색깔이 변하는 수 마이크로미터 크기의 스마트 입자를 대량으로 제작하는 데 성공했다.
빛을 쬐어준 시간과 파장에 따라 구형에서 타원체, 튤립, 렌즈형태 등으로 변화시킬 수 있는 한편 입자의 색도 조절할 수 있다.
또한 100μm 이하의 국소 부위에만 빛을 조사함으로써 원하는 위치에서 원하는 모양을 정교하게 유도할 수 있다.
특히 반응하는 빛의 파장이 서로 다른 계면활성제를 활용하면 입자 모양의 변화를 여러 단계로 조절하거나 원래의 모양으로 되돌리는 변화가 가능하다.
이러한 스마트 입자로 만들어진 박막이나 용액은 그 성질을 정밀하게 조절할 수 있어 정보를 담거나 신호를 넣을 수 있는 스마트 소재로도 활용할 수 있다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업, 글로벌프론티어사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 결과는 화학 분야 국제학술지 잭스(JACS, Journal of the American Chemical Society)에 9월 4일 게재되는 한편 표지 논문으로 선정됐다.
김범준 교수는 “빛을 이용해 모양과 색이 조절되는 스마트 입자 제작 플랫폼을 개발한 것으로 빛을 신호로 국소부위 입자의 성질을 정밀하게 조절할 수 있어 스마트 디스플레이, 센서, 도료, 약물전달 등에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 설명했다.
□ 그림 설명
그림1. 김범준 교수 연구성과 개념도
2019.09.09 조회수 13118 -
생명화학공학과 대학원생들, 시스템 대사공학 전략 발표
〈 양동수 박사과정, 박다현 석사과정, 최경록 박사과정, 조재성 박사과정, 장우대 박사과정 〉
우리 대학 생명화학공학과 대학원생 다섯 명이 대사공학과 시스템 생물학, 합성 생물학의 결합 시스템 등 대사공학 전반의 전략에 대한 논문을 발표했다.
생명화학공학과는 최근 박사학위를 마친 최경록 연구원과 장우대, 양동수, 조재성 박사과정, 박다현 석사과정이 친환경 화학물질 생산을 위해 필수적인 미생물 공장을 개발하는 전략을 총정리했다.
이 연구의 결과는 셀(Cell)지가 발행하는 생명공학 분야 권위 리뷰 저널인 ‘생명공학의 동향(Trends in Biotechnology)’ 8월호 표지논문 및 주 논문 (Feature review)에 게재됐다. (논문명 : Systems Metabolic Engineering Strategies: Integrating Systems and Synthetic Biology with Metabolic Engineering)
시스템 대사공학은 기존의 석유화학산업을 대체할 바이오산업의 핵심이 되는 미생물 균주를 보다 효과적으로 개발하기 위해 KAIST 생명화학공학과의 이상엽 특훈교수가 창시한 연구 분야다.
전통적 대사공학에 시스템 생물학, 합성 생물학 및 진화 공학 기법을 접목한 시스템 대사공학은 직관적 전략이나 무작위 돌연변이 유발에 의존하는 기존의 대사공학과 비교해 적은 비용과 인력, 짧은 시간 내에 산업에서 이용 가능한 고성능 균주 개발을 가능하게 만든다.
연구 기획 단계에서부터 실제 공장에서 균주의 발효 공정 및 발효를 통해 생산된 물질의 분리/정제 공정까지 고려함으로써 산업 균주 개발 도중 불필요한 시행착오를 최소화할 수 있다.
본 논문에서는 시스템 대사공학 전략을 연구의 흐름에 따라 ▲프로젝트 디자인 ▲균주 선정 ▲대사회로 재구성 ▲표적 화합물에 대한 내성 향상 ▲대사 흐름 최적화 ▲산업 수준으로의 생산 규모 확대 등 일곱 단계로 나누고, 각 단계에서 활용할 수 있는 최신 도구 및 전략들을 총망라했다.
더불어 바이오 기반 화합물 생산의 최신 동향과 함께 고성능 생산 균주를 보다 효과적으로 개발하기 위해 시스템 대사공학이 나아가야 할 방향도 함께 제시했다.
주저자인 최경록 연구원은 “기후 변화가 커지며 기존의 석유화학 산업을 친환경 바이오산업으로 대체하는 것이 불가피하다”라며 “시스템 대사공학은 산업에서 활용 가능한 고성능 생산 균주의 개발을 촉진해 바이오산업 시대의 도래를 앞당길 것이다”라고 말했다.
지도교수인 이상엽 특훈교수는 “그간 우리 연구실과 전 세계에서 수행한 수많은 대사공학연구를 우리가 제시한 시스템 대사공학 전략으로 통합해 체계적으로 분석 및 정리하고 앞으로의 전략을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다”라며 “권위 있는 학술지에 주 논문이자 표지논문으로 게재된 훌륭한 연구를 수행한 학생들이 자랑스럽다”라고 말했다.
이상엽 특훈교수 연구팀은 실제로 시스템 대사공학 전략을 이용해 천연물, 아미노산, 생분해성 플라스틱, 환경친화적 플라스틱 원료, 바이오 연료 등을 생산하는 고성능 균주들을 다수 개발한 바 있다.
이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 ‘바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제’ 및 한화케미칼이 지원하는 KAIST-한화 미래 기술 연구소의 지원을 받아 수행됐다.
2019.07.24 조회수 18962 -
심현철 교수 연구팀, AI 그랜드 챌린지 1위
우리 대학 전기및전자공학부 심현철 교수 연구팀이 지난 7월 12일(금) 과학기술정보통신부가 주최하고 정보통신기술평가원이 주관한 `2019 인공지능 연구개발 그랜드챌린지' 대회의 제어지능 분야에 출전해 1위를 차지했다.
지난 2017년 처음 개최된 `인공지능 연구개발 그랜드챌린지'는 높은 경제‧사회적 파급 효과가 기대되지만, 기술 난이도가 높아 해결되지 않은 문제를 발굴하고 인공지능 기술을 활용해 이를 해결하기 위한 대회다.
올해 열린 3회 대회는 드론을 활용하여 다양한 복합재난에 대응할 수 있는 기본 인지지능 소프트웨어 기술 개발이 도전 과제로 제시되었으며 오는 2022년까지 4년에 걸쳐 소프트웨어와 하드웨어를 융합해 문제를 해결하고 최종 목표를 달성하는 `그랜드 챌린지' 형태로 확대되었다.
△시각지능(상황인지), △시각지능(문자인지), △청각지능(음향인지), △제어지능(로보틱스 제어) 등 총 4개 트랙으로 구성되어 각 분야별로 상위 3개 팀이 내년에 열리는 2단계 대회 출전권을 얻게 된다.
심 교수 연구팀이 출전한 제어지능 분야는 제시된 사양으로 제작된 드론을 활용해 미로·창문·나무·기둥·테니스 네트·강풍 등의 조합으로 구성된 장애물 세트를 완전 자율비행으로 통과하는 종목이다.
인터넷 연결 없이 드론에 탑재된 인공지능만으로 미션을 수행해야 하는 고난이도 과제로 8개의 출전팀 중 대부분의 팀이 3구간을 통과하지 못해 탈락했다. 심 교수팀은 유일하게 4구간인 파이프 통과 미션을 성공하는 드론 제어 기술을 선보여 1위를 차지했다.
우승을 차지한 심현철 교수 연구팀은 과학기술부 장관상을 수상할 예정이며 상금 3백만 원과 향후 연구비로 총 6억 원을 지원받게 된다. 트랙별로 입상한 상위 3개 팀은 대회 종료 후 후속 연구를 지속해 2020년 12월에 예정된 2단계 대회에서 연구 성과를 평가받게 된다.
한편, 이번 열린 1단계 대회에는 고등학생부터 대학생·기업·연구소 등의 다양한 배경의 참가자들이 출전했으며 18세 최연소 학생부터 최고령 68세 참가자까지 총 121개 팀 617명이 경쟁을 펼쳤다.
※ 관련 영상 보러가기 => https://www.youtube.com/watch?v=jbEjqu_WDAU&t=245s
2019.07.19 조회수 9422 -
김진우 교수, 발달과정 세포 간 정보전달 원리 규명
우리 대학 생명과학과 김진우 교수 연구팀이 호메오 단백질의 세포 간 이동으로 인해 세포와 세포 사이에서 정보가 전달될 수 있음을 규명했다.
호메오 단백질은 DNA에 결합하는 능력을 가진 전사인자로, 세포가 어떤 신체부위로 발달할지 운명을 결정하는 역할을 한다고 알려져 있다. 따라서 어떤 호메오 단백질을 가지고 있는지에 따라 동일한 DNA를 가진 세포들의 유전자 발현 양상이 달라져, 뇌·심장·피부 등 상이한 특징을 가지는 신체 기관으로의 발달이 가능해진다.
기존 학설에서는 친수성 물질은 소수성인 세포막을 통과하지 못하므로, 친수성인 호메오 단백질도 만들어진 세포 안에서만 작용한 뒤 소멸된다고 여겼다. 그러나 호메오 단백질이 세포막을 자유롭게 통과해 주변 세포로 이동한다는 주장도 있어, 약 30년간 학계의 논란이 되어 왔다.
이은정 박사가 제1 저자로 참여한 연구팀은 기존 세포생물학의 정설을 깨고, 호메오 단백질이 대부분 세포막 밖으로 분비될 수 있음을 입증했다. 연구팀이 인간의 160여 개 호메오 단백질을 분석한 결과 그 중 95%가 세포의 외부로 분비되어 주변 세포로 이동한 것을 확인했다.
그뿐만 아니라 연구팀은 세포의 외부로 분비되기 위한 조건으로써 호메오 단백질 내부에 소수성 아미노산 잔기가 필요하다는 것도 증명했다.
김진우 교수는 "이 연구를 통해 세포 간 이동이 호메오 단백질들이 가지는 일반적인 특성임이 증명됐다ˮ고 말하며, "이 연구가 30년 가까이 이어져 온 호메오 단백질의 세포 간 이동현상 논란에 종지부를 찍는 중요한 전환점이 될 것으로 본다ˮ라고 연구 의의를 설명했다.
이 연구 성과는 과학기술정보통신부․한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 선도연구센터, 글로벌연구실) 등의 지원으로 수행되었으며 생명과학 분야의 세계적 학술지인 `셀 리포트(Cell Reports)'에 7월 16일 게재됐다.
□ 그림 설명
(그림 1) 호메오단백질의 세포 분비능 평가 결과
세포 외부로 분비된 호메오단백질을 검출하기 위해 세포 배양액의 호메오단백질 상대량을 조사했다(왼쪽 푸른색 바탕의 검은색 이미지). 3가지 다른 세포주를 이용해 검출하고, 각 결과를 병합해 오른쪽 모식도에 나타냈다(흰색: 3가지 세포주 모두에서 분비된 호메오단백질 / 회색: 3가지 세포주 모두에서 분비되지 않은 호메오단백질)
(그림 2) 호메오단백질의 세포간 이동 모델
호메오단백질의 분비 능력은 호메오도메인의 존재와 더불어 호메오단백질의 3차원 구조(호메오도메인 외부에 존재하는 소수성 아미노산잔기에 따라 정해짐)에 의해 결정된다. 세포 바깥 공간으로 분비된 호메오단백질는 세포 표면에 존재하는 프로테오클리칸의 당사슬과 결합을 통해 축적된 뒤 인접한 세포의 세포막을 침투해 세포 내부로 들어간다. 세포로 침투한 호메오단백질들은 해당세포에서 유전자 및 단백질 발현 등의 과정을 조절함으로써 세포의 발달과 유지에 관여한다.
2019.07.19 조회수 9495 -
이상엽 특훈교수, 김현욱 교수, 인공지능 이용한 효소기능 예측 기술 개발
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수와 김현욱 교수의 초세대 협업연구실 공동연구팀이 딥러닝(deep learning) 기술을 이용해 효소의 기능을 신속하고 정확하게 예측할 수 있는 컴퓨터 방법론 DeepEC를 개발했다.
공동연구팀의 류재용 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국 국립과학원 회보(PNAS)’ 6월 20일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Deep learning enables high-quality and high-throughput prediction of enzyme commission numbers)
효소는 세포 내의 생화학반응들을 촉진하는 단백질 촉매로 이들의 기능을 정확히 이해하는 것은 세포의 대사(metabolism) 과정을 이해하는 데에 매우 중요하다.
특히 효소들은 다양한 질병 발생 원리 및 산업 생명공학과 밀접한 연관이 있어 방대한 게놈 정보에서 효소들의 기능을 빠르고 정확하게 예측하는 기술은 응용기술 측면에서도 중요하다.
효소의 기능을 표기하는 시스템 중 대표적인 것이 EC 번호(enzyme commission number)이다. EC 번호는 ‘EC 3.4.11.4’처럼 효소가 매개하는 생화학반응들의 종류에 따라 총 4개의 숫자로 구성돼 있다.
중요한 것은 특정 효소에 주어진 EC 번호를 통해서 해당 효소가 어떠한 종류의 생화학반응을 매개하는지 알 수 있다는 것이다. 따라서 게놈으로부터 얻을 수 있는 효소 단백질 서열의 EC 번호를 빠르고 정확하게 예측할 수 있는 기술은 효소 및 대사 관련 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다.
작년까지 여러 해에 걸쳐 EC 번호를 예측해주는 컴퓨터 방법론들이 최소 10개 이상 개발됐다. 그러나 이들 모두 예측 속도, 예측 정확성 및 예측 가능 범위 측면에서 발전 필요성이 있었다. 특히 현대 생명과학 및 생명공학에서 이뤄지는 연구의 속도와 규모를 고려했을 때 이러한 방법론의 성능은 충분하지 않았다.
공동연구팀은 1,388,606개의 단백질 서열과 이들에게 신뢰성 있게 부여된 EC 번호를 담고 있는 바이오 빅데이터에 딥러닝 기술을 적용해 EC 번호를 빠르고 정확하게 예측할 수 있는 DeepEC를 개발했다.
DeepEC는 주어진 단백질 서열의 EC 번호를 예측하기 위해서 3개의 합성곱 신경망(Convolutional neural network)을 주요 예측기술로 사용하며, 합성곱 신경망으로 EC 번호를 예측하지 못했을 경우 서열정렬(sequence alignment)을 통해서 EC 번호를 예측한다.
연구팀은 더 나아가 단백질 서열의 도메인(domain)과 기질 결합 부위 잔기(binding site residue)에 변이를 인위적으로 주었을 때, DeepEC가 가장 민감하게 해당 변이의 영향을 감지하는 것을 확인했다.
김현욱 교수는 “DeepEC의 성능을 평가하기 위해서 이전에 발표된 5개의 대표적인 EC 번호 예측 방법론과 비교해보니 DeepEC가 가장 빠르고 정확하게 주어진 단백질의 EC 번호를 예측하는 것으로 나타났다”라며 “효소 기능 연구에 크게 이바지할 것으로 기대한다”라고 말했다.
이상엽 특훈교수는 “이번에 개발한 DeepEC를 통해서 지속해서 재생되는 게놈 및 메타 게놈에 존재하는 방대한 효소 단백질 서열의 기능을 보다 효율적이고 정확하게 알아내는 것이 가능해졌다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제 및 바이오·의료기술 개발 Korea Bio Grand Challenge 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 인공지능 기반의 DeepEC를 이용한 효소 기능 EC 번호 예측
2019.07.03 조회수 18494 -
장석복 교수, 2019 대한민국최고과학기술인상 수상자 선정
〈 장석복 교수 〉
우리 대학 화학과 장석복 특훈교수가 과학기술정보통신부와 한국과학기술단체총연합회의 2019년 ‘대한민국최고과학기술인상’ 수상자로 선정됐다.
장석복 특훈교수는 기초과학 분야인 ‘탄소-수소 결합 활성화 촉매 반응개발’ 분야에서 선도적인 업적을 달성하고 그 연구결과를 사이언스(Science), 네이처 케미스트리(Nature Chemistry), 네이처 카탈리시스(Nature Catalysis) 등에 발표해 전 세계적 연구 방향을 주도하는 등 우리나라 자연과학의 위상을 세계적으로 드높이는데 크게 기여했다.
장 교수는 탄소-수소 결합으로부터 탄소-탄소 결합을 형성하는 전이금속 촉매반응 개발을 선도했으며, 탄소-수소 결합의 활성화를 통해 탄소-질소 결합을 형성하는 독창적인 로듐 촉매반응 개발, 이를 바탕으로 거울상 선택적으로 락탐 구조를 합성하는 획기적인 비대칭화 이리듐 촉매 반응을 개발해 학계의 오랜 난제를 해결했다.
장 교수의 탄소-질소 결합 형성 촉매 반응개발에 관한 일련의 선도적인 연구는 전 세계 대학과 기업의 합성․의약․재료 연구실에서 벤치마킹하고 있으며, 후속연구를 통해 국가 산업발전에 크게 기여할 것으로 기대된다. 장 교수는 2015～18년 동안 4년 연속 세계 1% 최상위 피인용 연구자로 선정되기도 했다.
대한민국 최고과학기술인상은 우리나라를 대표할 수 있는 업적이 뛰어난 과학기술인을 발굴해 명예와 자긍심을 높이고 연구개발에 전념할 수 있는 환경을 조성하기 위해 2003년부터 시상해 온 명실상부한 우리나라 최고의 과학기술인을 위한 상이다.
그동안 수상한 과학기술인은 총 42명(‘19년 수상자 포함)으로 자연(이학) 15명(36%), 생명(의약학, 농수산) 14명(33%), 공학 13명(31%)이며, 수상을 통해 연구개발에 매진해 국가발전 및 국민 복지 향상에 크게 기여한 바 있다.
과학기술정보통신부는 오는 7월 4일(목) 한국과학기술단체총연합회가 주최하는 2019년 대한민국과학기술연차대회 개회식에서 수상자들에게 대통령 상장과 상금 3억 원을 수여할 계획이다.
2019.07.02 조회수 10688 -
윤동기 , 김형수 교수, DNA 마이크로패치 제작 기술 개발
〈 윤동기 교수, 김형수 교수, 박순모 연구원 〉
우리 대학 화학과/나노과학기술대학원 윤동기, 기계공학과 김형수 교수 공동 연구팀이 마이크로 크기의 DNA 2차원 마이크로패치 구조체를 제작하고 이를 제어, 응용하는 기술을 개발했다.
윤 교수 연구팀은 커피가 종이에 떨어지고 물이 마르면 동그랗게 환 모양이 생기는 이른바 ‘커피링 효과’라 불리는 현상을 DNA 수용액에 적용해 세계 최초로 DNA 기반의 마이크로패치를 제작했다.
차윤정 박사, 박순모 박사과정 학생이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 6월 7일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Microstructure arrays of DNA using topographic control)
유전 정보를 저장하는 기능을 하는 DNA는 이중나선 구조와 나노미터 주기의 규칙적인 모양을 가져 소재 분야에서 일반적인 합성방법으로는 구현하기 힘든 정밀한 구조재료이다. 정밀한 DNA 합성과 오리가미(Origami) 기술을 이용해 스마일 패치(smile patch) 등의 재미있는 모양을 구현해 왔지만, 재료의 가격이 높아 실제 응용에 어려움을 겪었다.
윤 교수 연구팀은 이를 극복하기 위해 연어에서 추출한 DNA 물질을 이용해 기존보다 1천 배 이상 저렴한 비용으로 잘 정렬된 뜨개질(knit) 혹은 아이스크림콘 모양의 기존에 없던 마이크로패치 구조체를 대면적에서 구현했다.
연구팀은 DNA가 물에 녹으면 마치 물풀과 끈적끈적해지면서 서로 적당한 힘으로 끌어당기며 일정한 방향으로 정렬하는 액정상(liquid crystal phase)을 보인다는 점에 주목했다.
액정 표시장치(LC display 혹은 LCD)에서 액정분자들이 전기장을 통해 방향성이 제어되는 것처럼 수용액 상태의 DNA 액정상이 두 기판 사이에서 문질러지며 물의 증발이 이뤄질 때 DNA 나노 구조체들이 원하는 방향으로 정렬하게 된다. 과일 잼을 식빵에 바르면 과일 알맹이(pulp)가 한 방향으로 잘 펴 발라지면서 마르는 현상과 유사하다.
연구팀은 DNA가 한 방향으로 문질러져서 마를 때 바닥에 평평한 기판 대신 일정한 모양을 갖는 수 마이크론 크기의 기둥(혹은 요철)들이 있는 기판을 사용하면 2차원의 뜨개질 모양, 아이스크림콘 모양 등 좀 더 흥미로운 들을 제작할 수 있음을 확인했다.
또한, 금 나노막대와 같은 플라즈몬 공명(plasmon resonance)을 나타내는 소재와 결합해 디스플레이 소자에 응용을 시도했다. 플라스몬 공명은 금속으로 만들어진 기판에 빛을 쪼일 때 그 표면 위에서 전자가 일정하게 진동하면서 자신의 에너지와 일치하는 빛에만 반응하는 현상으로 특정한 색만 반사하여 선명도와 표현력을 높이는 데 사용된다.
이 방식에서 가장 중요한 점은 어떤 방향으로 금 나노막대가 정렬하는지를 나타내는 배향(orientation)이다. 즉 막대들이 한 방향으로 나란히 정렬될 때 광학·전기 특성이 극대화된다. 윤 교수 연구팀은 이러한 점에 착안해 DNA 마이크로패치를 일종의 틀로 삼아 금 나노막대들을 독특한 형태로 배향하고 플라즈몬 컬러 기판을 제작하는 데 성공했다.
연구팀이 개발한 DNA 2차원 마이크로패치 제작 기술은 DNA를 구조재료 및 전자소재로써 활용할 수 있는 단서를 마련했을 뿐 아니라 증발 현상과 DNA 액정물질이 접목될 때 나타나는 독특한 형태의 복잡한 분자 거동 해석에 대한 단서를 제공할 것으로 기대된다.
윤 교수는 “연구를 통해 밝힌 것처럼 DNA가 금 나노막대와 같은 광학 소재와 복합체를 쉽게 만들 수 있는 만큼, 자연계에 무한히 존재하는 DNA를 디스플레이 관련 분야의 신소재로서 응용할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부-한국연구재단의 전략과제, 멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터, 미래유망 융합기술 파이오니아사업과 신진연구 과제의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. DNA 분자 배향 모식도
그림2. DNA-금 막대 입자 복합체의 배향 양상과 나타나는 플라즈모닉 광학 현상
2019.06.18 조회수 16598