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기후 위기에 대응하는 KAIST의 기발한 생각, 학생 메이커톤 대회 성료
우리 대학은 기후 위기로 인한 의식주의 변화에 대응하는 혁신 아이디어를 실제 제품으로 만들어 내는 제작 경진대회를 지난 5일부터 열흘간 개최했다. 창업원이 주최한 '2023 KAIST 메이커톤'은 창의적인 아이디어를 시제품으로 제작해 혁신적인 제품 개발을 촉진하고 예비 제조 창업자를 발굴하기 위해 개최됐다. 메이커톤(Make A Thon)은 '만들다(make)'와 '마라톤(marathon)'의 합성어로 주어진 시간 안에 제시된 주제에 대한 문제를 정의하고 이를 해결할 수 있는 창의적인 아이디어를 시제품으로 제작하는 대회를 말한다. 우리 대학 재학생을 대상으로 진행된 이번 대회는 제안서 평가를 거친 8개 팀이 본선에 올랐다. 참가팀은 아이디어 기획법 실습 및 3D 프린팅, 레이저 커터, CNC 밀링* 등 디지털 제작 장비와 공작 장비의 사용 교육을 이수했다. * CNC 밀링: 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control) 바탕의 절삭기
대회를 총괄한 KAIST 창업지원센터는 학생들의 아이디어가 성공적으로 구현될 수 있도록 100만 원 상당의 팀별 맞춤 재료를 제공하고, 작품 제작 기간에 작업실에 상주하는 기계·디자인·전기전자프로그래밍 멘토를 배치해 완성도 높은 시제품이 만들어질 수 있도록 지원했다. 지난 14일에 진행된 본선에서 각 팀은 데모 영상을 포함한 발표와 완성품 시연을 선보였다. '기후 위기에 대응한 의식주 변화 아이템 제작'이라는 주제 적합성, 창의성, 기술 타당성, 상용화 가능성 등의 기준으로 평가됐다. 그 결과 교내 창업 전문가로 구성된 4인의 심사단으로부터 최고 점수를 얻은 '주대유 팀'(박주언·김대욱·송유택, 산업디자인학과 학사과정)이 대상을 차지했다.
'주대유 팀'은 기상 이변으로 아열대화되는 우리나라의 기후변화에 주목했다. 점점 고온 다습해지는 생활환경 속에서도 시원하고 쾌적한 달리기를 경험할 수 있도록 디자인된 인터렉티브 운동화 '쿨런'을 개발했다. 특수 전자소재와 센서를 활용해 사용자가 달릴 때만 쿨러가 작동하는 기능을 구현했다. 또한, 신발 내부에 냉기가 잘 흐르고 습기가 한곳에 머물지 않도록 공기의 흐름을 발생시키는 디자인도 고안했다.
특히, 사람의 움직임을 활용해 방열팬 구동 전력을 최소화하고 회로 크기를 줄이는 핵심 아이디어는 심사단이 발표 현장에서 특허 등록을 권할 정도로 호평받았다.
'주대유 팀'을 이끈 박주언 학생은 "세부적인 교육에서부터 사용되는 재료와 장비 일체를 제공하는 전폭적인 지원 속에서 머릿속에 있던 아이디어를 눈에 보이는 현실로 만들어 낸 특별한 경험이었다"라며, "대회 기간 내내 함께해 준 KAIST 창업원 관계자들에게 받은 현실적인 조언을 발전시켜 더 좋은 제품을 만들도록 노력하겠다"라고 소감을 전했다.
대상을 받은 '주대유 팀'에는 상금 250만 원이 수여됐으며, 도시 배수로를 최적화하는 청정 하수구 시스템인 '스마트 하수구'를 개발한 '잼 미니팀'(최동혁 기계공학과 학사과정, 김서준 전기및전자공학부 학사과정)에는 최우수상과 상금 150만 원이 전달됐다.
또한, 침수 상황을 조기에 감지해 거주자에게 대피 알람을 울리는 동시에 침수를 지연시키는 '사물인터넷 차수판'을 발표한 '비버 팀'(양원준·정기현·황인철 기계공학과 학사과정)과 개인 냉방과 해충 퇴치가 동시에 가능한 웨어러블 밴드 '웬디버그'를 개발한 '그린디버그 팀'(황규빈·이연서 로봇공학학제전공 석사과정, 권하람·황채은 전산학부 석사과정)에 각각 우수상과 상금 1백만 원이 수여됐다.
심사위원장을 맡은 전은석 KAIST 창업지원센터장은 대상 수상작에 대해 "디자인 소재와 전자공학을 적절히 활용한 기술력을 바탕으로 목표 성능 구현한 우수한 결과물을 완성해 시장성도 같이 확보했다"라고 총평했다.전 센터장은 이어 "출품된 모든 시제품에서 당면한 기후변화에 대응하는 창의적인 아이디어가 돋보인 만큼 실제 창업까지 도전하는 팀이 있다면, 창업원도 끝까지 지원을 아끼지 않을 것"이라고 강조했다.
2023.07.17
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창업원, 스타트업 팀 빌더 1기 창단식 개최
우리 대학이 석·박사생을 중심으로 일반 국민의 기술창업을 돕는 'KAIST 스타트업 팀 빌더(KAIST Startup Team Builder)'를 신설해 23일 오후 부여 롯데리조트에서 1기 창단식을 개최했다.
창업원(원장 배현민)은 2018년부터 '오픈벤처랩(KAIST Open Venture Lab)'을 운영해 작년 말까지 32개의 기술기반 일반인 창업 기업을 배출했다. 이들 창업 기업은 18억 원의 투자유치와 신규고용 81명의 성과를 내는 등 기술창업 활성화에 기여하고 있다.
이날 창단하는 스타트업 팀 빌더는 KAIST 석·박사생을 중심으로 구성된 창업 지원단이다. 오픈벤처랩에 참여하는 예비창업자와 한 팀을 이뤄 사업 아이디어와 기술 검증, 사업모델 고도화 등의 창업 활동을 함께하게 된다. 공과대학, 경영대학, 인문사회융합과학대학 등 다양한 분야의 전공 지식을 가진 20명의 스타트업 팀 빌더들은 창업원이 진행한 공모를 거쳐 지난달 선발됐다. 선발된 석·박사생들은 앞으로 3개월간 20개의 일반인 예비창업팀에 1:1로 매칭되어 합류할 예정이다. 액셀러레이터(AC)와 벤처캐피털(VC) 임원들도 창업 전문 멘토단으로 이들과 팀을 이룬다. 예비창업팀들은 ▴기후변화대응 ▴인공지능 기반 영상 제작 ▴장애보조 ▴헬스케어 ▴로봇 ▴층간소음대응 ▴업사이클링 ▴친환경 소재 등 사회 전반에 걸친 문제를 해결하기 위한 사업 아이디어를 마련해놓은 상태다. 스타트업 팀 빌더들은 예비창업팀에서 경영(CEO), 재무(CFO), 기술(CTO), 마케팅(CMO) 등의 역할을 맡아 성공적인 창업을 위해 조력할 예정이다.
배현민 창업원장은 "예비창업자는 KAIST의 우수 인재와 자원을 지원받아 창업에 성공하고, KAIST의 스타트업 팀 빌더들은 실전 경험을 쌓아 개인의 창업 역량을 강화하는 시너지가 창출될 것으로 기대한다"라고 밝혔다. 오픈벤처랩과 스타트업 팀 빌더에 관한 자세한 내용은 KAIST 창업원 홈페이지(https://startup.kaist.ac.kr)에서 확인할 수 있다.
2023.06.23
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새로운 준입자 애니온 현상 발견
우리 대학 물리학과 심흥선 교수 연구팀(응집상 양자 결맞음 선도연구센터)이 특이 준입자 애니온 (anyon)의 새로운 현상을 발견했다.
이는 새로운 입자인 가환 애니온 (Abelian anyon)의 기본 성질인 braiding 특성을 입증한 것으로, 가환 애니온의 존재 규명에 기여한 성과이다. 이는 물리학의 난제로 남아있는 비가환 애니온 (non-Abelian anyon, Majorana fermion) 발견을 위한 후속 연구에 활용될 것으로 기대된다.
우리 대학 물리학과 이준영 박사과정 학생이 1저자로 참여하고, 이스라엘 와이즈만 연구소와 공동으로 수행한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’ 5월 11일 자에 게재됐다. (논문명 : Partitioning of diluted anyons reveals their braiding statistics)
여기에 추가로, 심흥선 교수 연구팀은 관련 연구를 기본 입자인 전자 (electron)의 경우에도 수행해, 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology)’에 논문 2편을 연이어 게재하였다. (5월 11일 온라인 게재) 이 연구에는 물리학과 박완기 박사과정 학생이 주저자로 참여하였다. (논문명 : Time-resolved Coulomb collision of single electrons, 논문명 : Coulomb-mediated antibunching of an electron pair surfing on sound)
애니온이 특이한 입자로 불리는 이유는 알려진 기본 입자들의 성질을 따르지 않기 때문이다. 자연계의 모든 기본 입자들은 보존 (boson)이나 페르미온 (fermion)으로 분류되는데, 애니온은 그 분류를 따르지 않는다. 가령, 이차원 계에서 전자 (electron)가 다른 전자 주위를 아주 천천히 한바퀴 돌게 되면, 돌기 전 상태와 후 상태가 정확하게 같게 된다. 모든 보존과 페르미온이 이러한 특성을 보인다. 하지만, 애니온 경우에는 돌기 전 상태와 후 상태가 달라지며 (아래 그림 a), 어떻게 달라지냐에 따라 가환 애니온, 비가환 애니온으로 분류된다. 이러한 특성은 braiding이라고 불리운다. 특정 애니온의 braiding을 이용하면 국소적 에러에 둔감한 위상 양자컴퓨터 (topological quantum computing)를 구현할 수 있다는 기대 방향도 있다.
애니온 발견에 있어 핵심은 braiding 현상을 입증하는 것이다. 세계 최선도 그룹들이 braiding을 관측하기 위해 지난 30 여년 동안 경주해왔다. 심흥선 교수 연구팀은 애니온이 포텐셜 장벽에서 산란(scattering)될 때, 기존 현상과는 완전히 다른 현상이 발현되는 것을 예측하고 [Phys. Rev. Lett. (2019)], 이를 관측하는 방법을 제시한 바 있다 [Nat. Comm (2022)]. 이 현상에서는 포텐셜 장벽에 애니온이 입사될 때, 포텐셜 장벽에서 발생한 애니온 진공 요동 (anyonic virtual vacuum fluctuation)과 입사된 애니온 사이에 braiding이 일어난다 (아래 그림 c). 제시한 방법을 기반으로 심흥선 교수 연구팀은 이스라엘 와이즈만 연구소 Moty Heiblum 교수 실험팀과 협력하여, 예측한 braiding 현상을 입증하고 교신저자 논문을 발표하였다 [Nature (2023)]. 관측된 현상은 가환 애니온 존재에 대한 증거로 학계에 받아들여지고 있다.
심흥선 교수는 “비가환 애니온의 발견은 학계의 숙원으로, 이번 연구에서 확립한 가환 애니온 관측 방법은 비가환 애니온의 존재 입증에 활용될 것으로 기대된다”라며, “이러한 노력은 새로운 특이 입자의 존재를 입증하는 일련의 주요 여정으로 받아들여질 것이다”라고 말했다.
이 연구는 한국연구재단의 기초과학 SRC 선도연구센터 지원사업의 지원을 통해 수행됐다.
2023.06.01
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㈜엠비트로, KAIST-NYU 조인트캠퍼스 발전기금 10억 원 기부
우리 대학이 ㈜엠비트로(대표이사 이영우)로부터 KAIST의 첫 미국 캠퍼스로 추진 중인 KAIST-NYU 조인트캠퍼스의 공동연구 발전기금 10억 원을 유치했다.
이번 발전기금은 뉴욕대학교(이하, NYU)와 진행하고 있는 여러 공동연구 중 '스마트홈 헬스케어(Healthcare at Home)'분야의 다양한 솔루션 연구 및 개발에 사용할 계획이다.
이영우 ㈜엠비트로 대표이사는 "KAIST-NYU 조인트캠퍼스가 우리나라 기업의 미국 진출을 돕는 생태계로 조성되기를 바라는 마음으로 기부를 결정했다"라고 밝혔다.
우리 대학은 2021년 뉴욕 진출 계획을 밝힌 이후, 지난해 NYU 및 뉴욕시 등과 파트너십을 맺어왔다. 현재 두 학교는 조인트캠퍼스 협정 하에 인공지능(AI), 바이오 분야 등 총 9개 분야의 중장기 공동연구를 기획하고 있으며, 교환학생·부전공·복수전공·공동학위 등을 포함한 교육 분야 협력을 추진하고 있다.
㈜엠비트로의 발전기금 전달식은 29일 오후 KAIST 본원에서 개최된다. 이광형 총장, 한재흥 발전재단 상임이사 등 KAIST 관계자와 린다 밀스(Linda G. Mills) NYU 총장 내정자 및 이영우 ㈜엠비트로 대표이사 등이 참석한다.
린다 밀스 NYU 차기 총장 내정자는 "양교의 파트너십에 힘을 주는 엠비트로의 중요한 기부를 축하하는 자리에 함께하게 되어 자랑스럽다"라며 "이 글로벌 파트너십을 통해 두 대학이 가진 강점을 활용해 의료·기술 및 인공지능(AI) 분야의 융합연구를 통해 혁신적인 영향력을 가져올 연구를 선도할 것"이라고 말했다.
이광형 총장은 "KAIST-NYU 조인트캠퍼스는 KAIST의 우수한 과학기술 역량을 국제무대로 확장하는 첫걸음이자 우수 기술의 미국 진출을 돕는 교두보가 될 것"이라고 말했다. 이어, 이 총장은 "이 비전에 공감해준 ㈜엠비트로에 감사의 뜻을 전하며, NYU와 힘을 모아 글로벌 가치 창출을 선도하기 위해 노력하겠다"라고 전했다. 한편, ㈜엠비트로는 가정용 의료기기 개발 기업으로 ㈜현대퓨처넷과 협업해 무통 레이저 채혈기와 혈당 측정기를 하나로 결합한 IoT 제품을 개발해 CES 2023에서 해외 바이어들로부터 호평을 받았다.
2023.05.29
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소재부품장비 기술자문단, 2023년도 NH-Amundi 장학증서 수여
우리 대학 소재부품장비 기술자문단이 4일 '2023년도 NH-아문디 장학증서 수여식'을 개최했다. 이날 열린 수여식에는 최성율 단장, 배병수(신소재공학과), 윤용진(기계공학과), 홍순혁(화학과) 교수 및 6명의 장학금 수혜 학생이 참여했다. KAIST 소재부품장비 기술자문단은 NH-아문디 자산운용의 지원을 받아 지난해부터 우리 대학 재학생들에게 인당 100만 원의 장학금을 수여하고 있다. 이와 함께, 학생들이 고민과 진로를 상담할 수 있는 교수와 학생 간 멘토링 자리를 마련해 정서적 성장을 위한 후원도 제공하고 있다.최성율 단장은 “우리 대학 학생들이 소재부품장비 분야에서 글로벌 인재로 성장할 수 있도록 내년에도 NH-아문디 자산운용과 함께 장학생을 선발해 후원할 예정이다”라고 전했다.
2023년도 NH-아문디 장학생 명단- 강민구(전기및전자공학부 박사과정)- 진혁준(전기및전자공학부 석‧박사 통합과정)- 강승모(신소재공학과 박사과정)- 김상래(기계공학과 박사과정)- 정민준(화학과 석‧박사 통합과정)- 김다원(전기및전자공학부 학사과정)
2023.05.04
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KAIST, 보스턴 기반 기관들과 손잡고 의사과학자 및 바이오 전문인력 양성한다
KAIST(총장 이광형)가 현지 시간으로 28일 오전 미국 보스턴의 랭햄호텔에서 美 매스 종합 브리검(Mass General Brigham) 의료서비스 시스템의 창립 회원이자 세계적인 연구중심 병원인 하버드대 매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital, 이하 매스종합병원) 및 바이오테크놀로지 기업 모더나(Moderna)와 MOU를 체결했다고 29일 밝혔다. 이날 체결식에는 각 기관 관계자 및 이영 중소벤처기업부 장관, 이인실 특허청장 등이 참석했다.
매스종합병원은 미국 보스턴에 있는 하버드 의대의 최초이자 최대 규모의 교육병원으로 세계에서 가장 혁신적인 병원이다. 세계 최대 병원 기반 연구 프로그램인 ‘매스 종합연구원(Mass General Research Institute)’을 운영해 매년 10억 달러가 넘는 연구예산을 집행하며, 13명 이상의 노벨의학상 수상자를 배출했다.
KAIST는 지난해 9월 매스종합병원과 연구 및 학술교류 방안 모색을 위한 일반협정을 맺은 바 있으며, 이날 협정은 그에 따른 후속 조치로 체결됐다.
매스종합병원은 이 프로그램의 핵심을 담당하는 연구중심병원으로 하버드 · MIT(Massachusetts Institute of Technology)는 물론 지역 병원이 협업해 학생들이 의학과 공학 이론은 물론 풍부한 임상 연구 경험을 쌓을 수 있도록 지원한다.
KAIST는 이번 MOU를 통해 미국의 의학과 공학의 융합으로 이뤄낸 혁신생태계와의 협력을 모색할 계획이다. 특히, 한국형 융합교육 프로그램을 개발해 향후 과학기술의학전문대학원 설립 시 인공지능(AI) 등 과학과 공학 분야를 한층 강화해 차별화된 교육 프로그램을 실시하는 것이 목표다.
또한, 혁신적 의사과학자를 양성하기 위해 KAIST 과학기술의학전문대학원 학생들의 매스종합병원에서의 실습·연구를 포함한 학술 및 인력 교류 프로그램을 개발하는 협력을 추진할 계획이다.
매스종합병원 원장인 데이비드 브라운(David F.M. Brown) 의학박사는 “KAIST와의 향후 협력은 의사과학자 양성, 학술 및 인력 교류, 양 기관 교수진의 공동연구 활성화 등 다양하고 폭넓은 잠재력을 가지고 있어서 이번 협정 체결을 통해 글로벌 협력에 적극적으로 일조하고 서로의 목표를 이뤄나갈 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편, 같은 날 KAIST와 모더나 사이의 MOU도 함께 진행됐다. KAIST 의과학대학원과 함께 의과학 전문인력을 양성하는 내용이 골자로 담겨있으며, 향후 백신 및 신약 개발 · 바이러스 연구 · mRNA 공동 연구 및 신속한 기술사업화 등 전반에 걸쳐 다각적인 협력 방안을 논의해 나갈 예정이다.
모더나는 설립 이후 10년이 넘는 기간 동안 mRNA 분야의 프로그램을 발전시키는 연구 단계의 회사에서 7가지 치료 양식에 걸쳐 백신 및 치료제의 다양한 임상 포트폴리오를 갖춘 기업으로 변모했다. 45개의 개발 후보에 걸쳐 48개의 프로그램을 가동 중이며, 이 중 38개는 현재 임상시험을 진행 중이다.
알파 게레이(Arpa Garay) 모더나 최고상업책임자(CCO)는 “대한민국에서 과학기술의 혁신을 이끄는 KAIST와 전문인력 양성을 위한 협력의 의지를 다지게 된 것에 매우 감사하다”고 말하며, “mRNA 혁신의약품 개발에 필요한 모더나의 전문성을 바탕으로 한국의 바이오헬스분야 핵심인력과의 협력과 교육에 기여할 수 있기를 바란다”고 덧붙였다.
이광형 KAIST 총장은 “세계 최고의 연구중심 병원인 하버드대 매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital)과 가장 영향력 있는 바이오 의료 기업인 모더나와 손잡고 긴밀하게 협력하게 된 것을 매우 뜻깊게 생각한다”라고 전했다.
이어 이 총장은 “두 기관과의 공조를 바탕으로 의사과학자 및 바이오 의료사업을 이끌어갈 글로벌 리더를 양성해 인류의 건강 문제를 해결하고 국가 R&D와 산업을 한층 다채롭게 하는 데 박차를 가하겠다”라고 전했다.
2023.04.29
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고성능 맞춤형 양자광원 플랫폼 개발
양자정보통신 기술에 필수적인 양자광원을 구현하기 위한 플랫폼으로 반도체 양자점이 주목받고 있는데, 양자점을 이용하면 빛의 최소 알갱이인 광자를 정확히 원하는 시점에 하나씩 발생하는 단일광자 발생기를 만들 수 있기 때문이다. 다만, 양자점과 광학적 특성이 꼭 들어맞는 공진기 구조를 정밀하게 설계하고 결합해야만 발광 성능이 우수한 단일광자 발생기를 만들 수 있다.
우리 대학 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI) 고영호 박사 연구팀과 한국과학기술연구원(KIST) 송진동 박사 연구팀과의 공동연구를 통해, 고성능의 단일 양자점 양자광원을 고밀도 양자점 기판 위에서 식각과 같은 파괴적인 공정없이 맞춤형으로 다량 만들 수 있는 원천 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.
공동 연구팀은 우선 고밀도 양자점 중에서 단 하나의 양자점을 선별해 내는 비파괴적인 선택 방법을 고안하고, 이렇게 선택된 양자점의 광학적 특성을 분석하여 그 특성과 꼭 들어맞는 맞춤형 공진기를 양자점 위치에 맞추어 제작하는 방식으로 접근했다.
조용훈 교수 연구팀은 최근 개발한 집속 이온빔을 이용한 초정밀 나노 소광 기법을 고밀도 양자점에 적용하였는데, 이는 집속 이온빔을 약하게 조사하면 시료가 깎여 나가지 않지만 이온빔을 맞은 부분에는 빛을 내지 못하게 되는 ‘소광(quenching)’이 일어나는 현상을 이용한 것이다.
고밀도 양자점 시료 위에 집속 이온빔을 도넛 패턴으로 조사하면 이온빔을 맞은 도넛 패턴 위의 양자점들은 소광되는 것을 확인하였고, 도넛 패턴의 안쪽 지름을 더욱 줄여가면서 최종적으로 정중앙에 있는 단일 양자점에서만 선명한 빛을 내도록 조절하는 데 성공했다.
이렇게 의도한 위치에 남겨진 단일 양자점의 광학적 특성을 조사한 후에 그 특성에 꼭 맞게 설계한 공진기 구조를 양자점 위치에 정확히 맞추어 제작함으로써 단일 광자의 방출효율을 훨씬 높이고 빛의 방향성을 제어할 수 있었다.
이는 초정밀 나노 소광 기술이 식각을 하지 않는 비파괴적인 방식이기에 시료 전체의 표면 상태를 그대로 유지할 수 있고, 맞춤형으로 설계된 공진기 구조를 표면 위에 직접 형성할 수 있었기에 가능한 일이었다.
연구를 주도한 조용훈 교수는 “기존에 단광자 순도가 낮거나 밀도를 조절하기 어려워 외면받던 고밀도 양자점 시료들에 대해서 고성능 양자광원을 맞춤형으로 구현할 수 있는 방법”이라며, “원하는 위치에 단일 양자점을 반복적으로 구현할 수 있기 때문에 대규모 양자 광학 플랫폼의 개발에 중요한 돌파구가 될 것”이라고 말했다.
우리 대학 물리학과 최민호 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 정보통신기획평가원과 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행되었으며, 재료 과학 분야의 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)’에 3월 22일 字에 온라인 게재됐다 (논문명: Single Quantum Dot Selection and Tailor-made Photonic Device Integration Using Nanoscale Focus Pinspot).
2023.04.18
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세계 최고 수준의 이벤트 카메라 기반 비디오 보간 기술 개발
비디오 보간은 비디오 사이의 새로운 프레임을 생성하여 프레임률을 높이고 비디오 내 부드러운 모션을 구현하는 기술이다. 전 세계적으로 많은 연구진이 RGB 카메라만을 사용하여 비디오 보간을 수행하였다. 하지만, 프레임 사이의 움직임 정보의 부재로 인하여 복잡한 상황에서 비디오 보간 성능의 한계를 지닌다. 특히, 현실적인 상황에서 발생하는 비선형적인 움직임에 대해서는 비디오 보간 성능이 크게 하락하는 문제점이 존재한다.
우리 대학 기계공학과 윤국진 교수팀은 인간의 시신경을 모방한 이벤트 카메라와 RGB 카메라를 동시에 사용할 수 있는 하이브리드 카메라 시스템을 구축하고 세계 최고 수준의 이벤트 카메라 기반 초고속 비디오 보간 기술을 개발했다. 본 연구는 기존의 비디오 보간 방법 대비 35% 이상의 세계 최고 성능을 달성하였고, 복잡하고 극심한 움직임 속에서도 높은 성능으로 30FPS 비디오를 10000FPS 이상의 초고속 비디오로 합성할 수 있다.
이벤트 카메라는 인간의 시신경을 모방한 카메라로서, 영상의 밝기 변화만을 감지한다. 이러한 특성으로 인하여 이벤트 카메라는 micro 초 단위의 시간 해상도와 높은 dynamic range의 정보를 제공하여 기존의 RGB 카메라가 가지지 못하는 장점을 가지고 있다. 따라서, 이벤트 카메라는 RGB video 프레임 사이의 정확한 움직임 정보를 포착할 수 있어 일반 RGB 카메라와 이벤트 카메라를 동시적으로 사용하면 정확도 높은 초고속 비디오를 생성할 수 있다.
기존의 이벤트 카메라 기반 비디오 보간 연구는 이벤트 카메라에서 나오는 이벤트 정보만을 사용하여 프레임 사이의 광학 흐름을 추정하거나 프레임 사이의 움직임을 근사하는 방법을 사용하였다. 하지만, 이벤트 정보는 공간적으로 희박하고 밝기 정보만을 기록하기 때문에 이벤트만을 사용한 광학 흐름 추정 방법의 결과가 좋지 못한 점을 연구팀은 주목했다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 기존의 RGB 이미지와 이벤트 정보를 동시적으로 사용하는 이미지-이벤트 비대칭 양방향 움직임 추정 기법을 제안하였다. 이벤트는 풍부한 움직임의 궤적정보를 제공하는 장점과 이미지의 풍부한 시각 정보의 각 장점을 잘 융합하여 서로 다른 정보의 장단점을 보완 및 융합한 광학 흐름 추정 방법을 제안하여 그 우수성을 입증하였다.
또한, 설계 및 제작한 빔 스플리터 기반 이벤트-RGB 하이브리드 카메라 시스템을 사용하여 이벤트 카메라를 이용한 모션-기반 비디오 보간 기술 데이터셋을 구축하였다. 기존의 이벤트 카메라를 이용한 비디오 보간 데이터셋의 경우, 카메라 움직임이 존재하지 않는 문제와 낮은 프레임 레이트/해상도로 인하여 딥러닝 알고리즘의 학습 및 이벤트 카메라 기반 비디오 보간 기술 개발 및 평가에 한계점을 지닌다. 제안된 데이터셋의 경우 이벤트 카메라 기반 비디오 향상 연구 커뮤니티에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상된다.
이번 연구는 고품질의 높은 프레임률을 가지는 비디오 생성이 가능하여, 기존의 초고속 카메라로 비디오 촬영이 어려운 광량이 부족한 환경 및 아주 빠른 물체의 움직임을 분석이 필요한 여러 상황 등에서 널리 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구는 윤국진 교수 연구실의 김태우 박사과정(제1 저자), 채유정 박사과정(제2 저자), 장현걸 석사과정(제3 저자)이 참여하였고, 올해 캐나다 밴쿠버에서 6월 18일에 열릴 컴퓨터 비전 및 패턴인식 분야의 국제 저명학술지인 CVPR 2023(IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition)에 highlight 논문(2.5% acceptance rate)으로 게재될 예정이다.
이 연구는 중견 연구자개발 과제의 지원을 받아 수행되었다. 윤국진 교수 연구팀은 다년간 이벤트 카메라에 관련된 연구를 수행해오면서 이벤트 카메라를 이용한 여러 가지 컴퓨터 비전 분야에 핵심 연구 들을 수행하여 오고 있으며, 앞으로도 이벤트 카메라 연구 커뮤니티에 이바지하기 위하여 지속적인 연구를 수행할 예정이다.
※ 논문명 : Event-based Video Frame Interpolation with Cross-Modal Asymmetric Bidirectional Motion Fields
※ 저자 정보 : 윤국진 (KAIST, 교신저자), 김태우(KAIST, 제1 저자), 채유정(KAIST, 제2 저자), 장현걸(KAIST, 제3 저자) - 총 4명
2023.04.05
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2023 퓨처 모빌리티상 시상식 개최
우리 대학이 '2023 퓨처 모빌리티상(Future Mobility of the Year awards, FMOTY)' 시상식을 31일 오후 일산 킨텍스 서울모빌리티쇼 행사장에서 개최했다.최근 발표된 콘셉트카 중 미래 사회에 유용한 교통 기술과 혁신적 서비스를 선보인 최고의 모델을 선정하는 국제 콘셉트카 시상식이다. 올해는 BMW의 '아이비전 디(i Vision-Dee)'와 토요타 '하이럭스 수소 연료 전지 프로토타입(Hilux Hydrogen Fuel Cell Prototype)'이 각각 승용차와 상용차 부문의 수상작으로 결정됐다.
승용차 부문 수상작인 BMW의 '아이비전 디(i Vision-Dee)'는 자동차 외부 도색면에 전자 잉크 기술을 적용해 32가지의 다양한 색상으로 디자인을 바꿀 수 있다. 또한, 스마트폰의 음성비서와 같은 기능이 탑재되어있어 대시보드의 터치스크린을 누르는 대신 말로만 차량을 조작할 수 있다. 이 음성비서는 운전자의 얼굴을 모방한 아바타로도 표현되며, 기쁨과 놀라움 등의 감정을 시각적으로 표현할 수 있어 사람과 자동차가 매우 새로운 방식으로 소통할 수 있는 콘셉트카라는 점에서 호평받았다.
상용차 부문 수상작인 '하이럭스 수소 연료 전지 프로토타입'은 토요타가 수소 연료 전지 기술을 자사 상용차에 최초로 접목한 콘셉트카다. 토요타의 대표 픽업트럭 모델인 하이럭스에 3개의 수소 연료 탱크를 장착해 한번 충전으로 647km를 주행할 수 있도록 개발 중이다. 심사단은 "일상에서 널리 사용하는 픽업트럭에 수소 연료 전지 기술을 도입한 첫 사례이자 소비자에게 실질적인 기술 혁신을 가져다줄 수 있는 상용화를 가시적으로 추진하고 있는 콘셉트카라는 점에서 높게 평가한다"라고 전했다.
퓨처모빌리티 사무국은 지난해 4월부터 올해 1월 초순까지 자동차 제조사들이 발표한 콘셉트카 중 총 58종을 선정해 본선 심사를 진행했다. 11개국의 출신의 자동차 전문기자 16명이 심사위원으로 참여한 최종심에는 승용차 부문 10종, 상용차 부문 4종이 진출했다.
이날 시상식에는 이광형 총장과 장인권 조천식모빌리티대학원장 등 KAIST 관계자와 콘야마 마나부 한국 토요타 자동차 대표, 한동률 BMW코리아 홍보총괄이사 등 업계 관계자와 서울모빌리티쇼 관련 인사들이 참석한다.
이광형 KAIST 총장은 "미래의 라이프 스타일 변화에 초점을 맞춰 혁신의 방향성을 제시한 수상 기업에 축하 인사를 전한다"라고 격려하고 "수상 기업을 중심으로 자동차 산업계가 인류의 발전에 기여하는 모빌리티 혁신을 더욱 과감히 추진해주기 바란다"고 축사했다.세계 유일의 국제 콘셉트카 대상 시상식인 퓨처 모빌리티상은 KAIST 조천식모빌리티대학원(원장 장인권)의 주최로 2019년부터 매년 열리고 있다. 이번 시상식에 관한 자세한 내용은 `올해의 퓨처 모빌리티상' 공식 홈페이지(www.fmoty.org)에서 확인할 수 있다.
2023.03.31
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양자컴퓨팅 원자를 던지고 받는 기술 개발
양자컴퓨터의 기본 구성요소인 원자를 이동하여 배치하는 기술은 리드버그 양자컴퓨팅 연구에 매우 중요하다. 하지만 원자를 원하는 위치에 배치하려면, 일반적으로 광 집게라고 불리는 매우 집속된 레이저 빔을 사용해, 원자를 하나씩 잡아서 운반해야 하는데 이렇게 운반하는 동안 원자의 양자 정보가 변화할 가능성이 크다.
우리 대학 물리학과 안재욱 교수 연구팀이 레이저 빔을 이용하여 루비듐 원자를 하나씩 던지고 받는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
연구팀은 광 집게가 원자와 접촉하는 시간을 최소화하여 양자 정보가 변하지 않도록 원자를 던지고 받는 방법을 개발했다. 연구팀은 원자의 온도가 매우 낮아 절대 영도 이하 4천만분의 일의 온도의 차가운 루비듐 원자가 광 집게의 초점을 따라서 빛이 가하는 전자기력에 매우 민감하게 움직인다는 특성을 이용했다.
연구팀은 광 집게의 레이저를 가속해서 원자에 광학적 킥을 줘서 원자를 목표지점으로 보낸 다음, 다른 광 집게로 날아오는 원자를 잡아서 멈추게 했다. 원자의 비행 속도는 65cm/s이고, 이동 거리는 최대 4.2 마이크로미터다. 기존의 광 집게로 원자를 잡아서 이동하는 기술과 대비해 원자를 던지고 받는 기술은 원자 이동을 위한 광 집게 이동 경로 계산이 필요 없어지고, 원자 배열에 생기는 결함을 쉽게 고칠 수 있다. 결과적으로 많은 개수의 원자 배열을 생성하고 유지하는 데 효과적이며, 양자 정보를 지닌 원자(flying atom qubit)를 추가로 던지고 받는 때에 양자 배열의 구조변화를 전제하는 새롭고 더욱 강력한 양자컴퓨팅 방법을 연구할 수 있다.
안재욱 교수는 “이 기술이 더 크고 강력한 리드버그 양자 컴퓨터를 개발하는 데 사용될 것”이라 말한다. “리드버그 양자 컴퓨터에서 원자는 양자 정보를 저장하고, 전자기력을 통해 인접한 원자들과 상호작용해 양자컴퓨팅을 수행할 수 있도록 배치된다. 만약 오류가 발생해 원자를 교체하거나 이동해야 할 경우, 원자를 던져서 빠르게 재구성하는 방법이 효과적일 수 있다”고 말한다.
우리 대학 물리학과 황한섭, 변우정 박사과정 연구원과 일본 국가자연과학연구소의 실바앙 드 레젤러크 연구원이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `옵티카(Optica)' 3월 10권 3호에 출판됐다. (논문명 : Optical tweezers throw and catch single atoms).
이번 연구는 삼성미래기술재단의 지원으로 수행됐다.
2023.03.27
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인공지능으로 코로나19 치료제 팍스로비드와 기존 약물간 반응 예측 고도화
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 인공지능 기반 약물 상호작용 예측 기술을 고도화해, 코로나19 치료제로 사용되는 팍스로비드(PaxlovidTM) 성분과 기존 승인된 약물 간의 상호작용 분석 결과를 논문으로 발표했다고 16일 밝혔다. 이번 논문은 국제저명학술지인 「미국국립과학원회보 (PNAS)」誌’ 3월 13일자 온라인판에 게재됐다.
※ 논문명 : Computational prediction of interactions between Paxlovid and prescription drugs
※ 저자 정보 : 김예지(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 류재용(덕성여자대학교, 공동 제1 저자), 김현욱(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 4명
연구팀은 이번 연구에서 2018년에 개발한 인공지능 기반의 약물 상호작용 예측 모델인 딥디디아이(DeepDDI)를 고도화한 딥디디아이2(DeepDDI2)를 개발했다. 딥디디아이2는 기존 딥디디아이가 예측하는 86가지 약물 상호작용 종류보다 더 많은, 총 113가지의 약물 상호작용 종류를 예측한다.
연구팀은 딥디디아이2를 이용하여 코로나19 치료제인 팍스로비드*의 성분(리토나비르, 니르마트렐비르)과 기존에 승인된 약물 간의 상호작용 가능성을 예측하였다. 연구팀은 코로나19 환자 중 고위험군인 고혈압, 당뇨병 등을 앓고 있는 만성질환자가 이미 약물을 복용하고 있어, 약물 상호작용 및 약물 이상 반응이 충분히 분석되지 않은 팍스로비드를 복용 시 문제가 될 수 있다는 점에 착안해 이번 연구를 수행했다.
* 팍스로비드 : 팍스로비드는 미국 제약사인 화이자가 개발한 코로나19 치료제로, 2021년 12월 미국 식품의약국(FDA)의 긴급사용승인을 받았다.
연구팀은 팍스로비드의 성분인 리토나비르와 니르마트렐비르가 2,248개의 승인된 약물과 어떤 상호작용을 하는지, 딥디디아이2를 이용해 예측했다. 예측 결과 리토나비르는 1,403개의 승인된 약물과, 니르마트렐비르는 673개의 승인된 약물과 상호작용이 있을 것으로 예측됐다.
또한, 연구팀은 예측 결과를 활용해, 약물 상호작용 가능성이 높은 승인 약물에 대해, 동일 기전을 갖되 약물 상호작용 가능성이 낮은 대체 약물들을 제안했다. 이에 따라, 리토나비르와의 약물 상호작용 가능성을 낮출 수 있는 대체 약물 124개와 니르마트렐비르와의 약물 상호작용 가능성을 낮출 수 있는 대체 약물 239개를 제안했다.
이번 연구 성과를 통해 약물 상호작용을 정확하게 예측할 수 있는 인공지능 모델을 활용하는 것이 가능해졌으며, 이는 신약 개발 및 약물 처방 시 유용한 정보를 제공함으로써, 디지털 헬스케어, 정밀의료 산업 및 제약 산업에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
이상엽 특훈교수는 "이번 연구 결과는 실험과 임상을 통해 검증된 것은 아니므로 100% 의존해서는 안된다“고 강조하면서 ”팬데믹과 같이 긴급한 상황에서 신속하게 개발된 약물을 사용할 때, 예측된 약물 상호작용 유래 약물 이상 반응결과를 전문의가 미리 검토하여 약을 처방할 때 도움을 줄 수 있다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.
한편 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 KAIST 코로나대응 과학기술 뉴딜사업과 바이오·의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2023.03.16
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방사선에도 문제없는 초저에너지 메모리 최초 개발
지상에서 잘 동작하던 반도체 메모리가 우주나 비행기 안에서 갑자기 오동작을 일으키는 일이 있는데, 이는 고고도에 존재하는 방사선 때문이다. 이 뿐만 아니라, 최근 자율 주행 운송 수단과 같이 사람의 안전이 중요한 장치에 사용되는 반도체 메모리도 대기 방사선에 의해 오동작할 확률이 있다는 연구 결과들이 보고되면서 방사선에 대해 높은 안정성을 갖는 메모리 소자의 중요성이 점차 증가하고 있다.
우리 대학 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 나노종합기술원(원장 이조원) 강민호 박사와의 협업을 통해 우주 부품 수준의 내방사선 특성을 가지면서도 일반적인 비휘발성 플래시 메모리보다 30,000배 이상 프로그래밍 에너지가 낮은 나노 전자 기계식 비휘발성 메모리 소자를 세계 최초로 개발했다고 28일 밝혔다.
전기및전자공학부 이용복 박사과정이 제1 저자로 수행한 이번 연구는 저명 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)' 2023년 1월호에 출판됐다. (논문명: Sub-10 fJ/bit radiation-hard nanoelectromechanical non-volatile memory). (Impact Factor : 17.690). (https://www.nature.com/articles/s41467-023-36076-0)
반도체 메모리 소자들은 동작 원리상 근본적으로 방사선에 취약해, 이를 보완하기 위해서는 복잡한 회로나 추가적인 데이터 프로세싱을 수반하는데 그 과정에서 많은 에너지가 소모된다. 즉, 일반적인 반도체 메모리 소자들은 내방사선과 낮은 동작 에너지를 동시에 만족하는 것이 매우 어렵다는 것을 의미한다.
윤준보 교수 연구팀은 방사선에 원천적으로 강인한 특성을 가진 나노 전자 기계 기술(Nano Electro Mechanical System, NEMS)을 활용해 고에너지 방사선에도 강인할 뿐만 아니라 매우 낮은 프로그래밍 에너지를 가지고, 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 유지할 수 있는 비휘발성 메모리 소자를 세계 최초로 개발했다.
연구팀은 반도체 메모리를 사용하는 대신, 나노 크기의 매우 작은 기계 구조에 전기 신호를 가함으로써 나노 기계 구조체가 실제로 움직여서 하부 전극에 붙고 떨어지는 방식을 사용하였다. 또한, 매우 낮은 프로그래밍 에너지를 달성하기 위해 파이프-클립 스프링 구조와 구부러진 외팔보 구조로 구성된 상부 전극을 도입했으며, 특히 파이프-클립 모양의 나노 기계 구조에 전류를 가해 열을 내는 구동 방식을 통해 프로그램된 구조체가 초기 상태로 복구할 수 있도록 하여 반복적인 프로그램 동작에도 낮은 프로그래밍 에너지를 유지할 수 있도록 하였다.
연구진은 나노종합기술원의 반도체 장비·시설 인프라를 활용해 8인치 웨이퍼 수준의 대면적 기판에 신뢰적으로 소자를 제작했고, 제작한 나노 전자 기계식 비휘발성 메모리의 프로그래밍 에너지는 차세대 메모리들과 비교했을 때도 매우 낮은 수준이었다. 또한, 기계적인 움직임을 기반으로 하는 동작 방식 덕분에 고에너지 방사선 조사 후에도 누설 전류 증가, 동작 전압 변화, 비트 오작동 등의 성능 저하 없이 우수한 내방사선 특성을 보였다.
연구개발에 주도적으로 참여한 이용복 박사과정은 “이번 연구 결과는 연구팀이 보유한 나노 전자 기계 설계 기술과 나노종합기술원의 첨단 공정 기술이 만나 내방사선 특성과 낮은 동작 에너지 소모를 동시에 만족하는 비휘발성 메모리를 세계 최초로 구현했다는 점에서 중요한 의미를 가지고, 해당 기술은 우주 환경에서의 인공지능, 초안정성 자율주행 시스템 등 내방사선과 높은 에너지 효율성이 필요한 다양한 미래 응용 분야에서 핵심 기술이 될 것” 이라고 말했다. 또한, “세계 차세대 반도체 시장에서 우리나라가 메모리 원천 기술을 선도할 수 있도록 기여하고 싶다”며 앞으로의 계획을 밝혔다.
해당 기술과 관련해 미국, 중국, 대만, 한국 등에 6건의 특허가 출원돼 있다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 차세대지능형반도체기술개발사업과 삼성전자의 지원을 받아 수행됐다.
2023.02.28
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