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산업디자인학과, 프랑스 파리에서 올림픽 기념 특별기획전 참여
우리 대학이 프랑스 현지에서 이달 23일부터 10월까지 열리는 2024 파리올림픽 기념전 ＜한국의 놀이＞ 특별기획전에 참여한다. 올림픽의 어원에 있는 '놀이'를 재해석하고 과거·현재·미래를 아울러 다채로운 한국의 놀이문화를 다루는 전시로 주 프랑스한국문화원이 주최한다. 한국과 프랑스의 다양한 문화예술기관과 기업 등이 협력하며, 우리 대학 산업디자인학과(학과장 이우훈) 7개 연구실이 연구·교육기관 소속으로는 유일하게 참여한다.
우리 대학이 전시를 맡은 '미래의 놀이 실험실'에서는 산업디자인 연구의 최전선이라 할 수 있는 디자인·예술·공학이 융합된 전시를 통해 미래의 놀이가 나아갈 방향성을 제시한다.▴창의적인 놀이 활동을 통해 융합 교육을 도와주는 증강현실 시스템을 선보이는 남택진 교수팀의 '오토마타스테이지(Automata Stage)' ▴최신 인공지능 기술로 퍼스널 컬러를 진단하는 석현정 교수팀의 '어센틱 컬러 플레이(Authentic Color Play)' ▴손가락 사이에 있는 가상의 물체를 사용자가 느끼게 하는 햅틱 컨트롤러와 웨어러블 디바이스를 소개하는 안드레아 비앙키 교수팀의 '스피노키오와 스피노키엣또(SpinOcchio & SpinOcchietto)' 등 사용자 체험형 전시가 마련된다. ▴전등 갓의 모양 변화에 따라 램프에서 나오는 빛의 강도와 방향을 바꿀 수 있는 배상민 교수팀의 키네틱 조명 '딜라이트(D'light)' ▴전기차 기술을 활용해 미래 모빌리티 디자인의 비전을 제시하는 박현준 교수팀의 '부가티 '숨'(Bugatti Le Souffle)' 등 제품 및 모빌리티 디자인도 선보인다. ▴지구 온난화로 인해 위협받는 빙하의 메시지를 전하는 인터랙티브 아트 설치 작품을 선보이는 이우훈 교수팀의 '스노우 메시지(Snow Message)' ▴인류세의 모습들을 상징적으로 표현하는 웹 기반 인터랙티브 작품인 강이연 교수팀의 '미지의 영토(Uncharted Territory)' 등 인터랙션 디자인도 함께 관람할 수 있다.
우리 대학 산업디자인학과는 인터랙션 디자인과 인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 분야에서 세계적으로 인정받는 우수한 연구성과를 보유하고 있다. 올림픽 개최지에서 5개월간 진행되는 이번 전시를 통해 기술·공학 분야는 물론 문화·인문학적으로도 뛰어난 융복합 연구성과를 전 세계 방문객들에게 소개할 방침이다. 이우훈 산업디자인학과장은 "한국인의 감성으로 기술을 인간화한 7개의 전시 작품은 한국적 디자인의 정체성을 전 세계 관람객들에게 각인하는 계기가 될 것으로 기대하고 있다"라고 전했다. 이어, "학계를 중심으로 성과를 인정받아 온 연구자들에게는 이번 전시가 디자인과 문화예술의 접점을 모색하고 연구의 지평을 넓혀가는 새로운 도전이 될 것"이라고 덧붙였다.
2024.05.23
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KAIST 첨단 연구의 체험·전시·제품을 짜릿하게 만나다
우리 대학이 4월 과학의 달을 맞아 첨단 연구성과를 체험형 전시 프로그램으로 구성해 시민과 소통에 나선다. 25일부터 28일까지 4일간 대전 엑스포 시민광장 및 과학공원 일대에서 열리는 '2024 대한민국 과학축제 & 과학기술대전'에 6개 연구팀 및 3개 창업기업이 참여해 기술을 선보인다. '과학 실험실' 구역에서는 수면·퍼스널 컬러·뇌구조 분야의 연구진이 체험형 전시로 관람객을 맞는다. 석현정 산업디자인학과 교수 연구팀은 인공지능 기반 퍼스널컬러 진단 서비스를 제공하는 '나의 퍼스널 컬러 찾기(The Authentic Color Play)' 부스를 설치한다. 방문객들은 현장에서 피부색 자동 측정 기술을 직접 체험해보고 개인 피부에 최적화된 색상을 추천받을 수 있다. 김재경 수리과학과 교수 연구팀은 방문객이 양질의 수면을 하고 있는지 3분 만에 알아볼 수 있는 '슬립스(SLEEPS)' 프로그램을 운영한다. 머신러닝 기반의 수면장애 예측 알고리즘을 활용해 간단한 설문과 신체 측정만으로 수면장애 위험도를 계산해보는 체험이다. 검사 결과를 바탕으로 수면장애 위험도를 낮출 수 있는 생활 습관도 함께 알아볼 수 있다. 최민이 뇌인지과학과 교수 연구팀은 '미니 브레인' 체험을 진행한다. 가상현실(VR) 프로그램을 이용해 뇌의 주요 부위들을 해체·조립하며 뇌의 구조를 학습할 수 있다. 또한, 주요 기능과 역할이 다른 뇌 모형의 각 부분을 색칠로 구분하고 스티커를 붙이는 ‘뇌 컬러링’과 세포로부터 미니 브레인이 생겨나는 과정을 시뮬레이션 한 동영상도 관람할 수 있다.
국가 12대 전략기술 성과를 모아놓은 '과학 뮤지엄' 구역에서는 첨단바이오·첨단로봇제조·첨단모빌리티 분야의 연구성과를 전시한다.
조병관 공학생물학대학원 교수 연구팀은 '합성생물학 기반 CO2-to-바이오소재 전환 미생물 세포공장 기술'을 전시한다. 쓰레기 매립 가스, 산업 부생가스 등 환경 오염의 주요 원인인 온실가스를 미생물에 흡수시킨 뒤, 합성생물학을 기반으로 하는 유전적 개량기술을 적용해 다양한 바이오소재로 전환할 수 있는 고효율 생체촉매 개발 기술이다.
박해원 기계공학과 교수 연구팀은 험지탐사용 4족보행 로봇인 '하운드(HOUND)'를 공개한다. 하운드는 시각 및 촉각 센서의 도움 없이도 계단이나 험지 같은 비정형 장애물 환경에서도 안정적인 동작이 가능한 로봇이다. 실내 최대 속도 6.5m/s까지 낼 수 있으며, 100m를 19.87초 주파한 기네스 기록도 가지고 있다. 하운드는 축제 기간 내내 행사 현장을 활보하며 방문객을 맞을 예정이다.
장기태 조천식모빌리티 대학원 교수 연구팀은 '디젤 트럭 개조용 박(薄)형 모터' 기술을 선보인다. 택배차량용 디젤 트럭을 하이브리드 방식으로 개조하는 기술이다. 기존 디젤 차량에 모터를 추가해 저속 주행에는 모터를 사용하고 고속 주행에는 기존 엔진을 활용하는 방식이다. 정차와 가속이 잦은 국내 택배 차량에 이 기술을 도입할 경우 연비와 미세먼지를 동시에 저감할 수 있어 국토교통부 우수물류신기술 1호로도 지정된 바 있다. 이 밖에도 KAIST 혁신 창업기업의 기술도 전시된다. 화학과 창업기업 '폴리페놀팩토리(대표 이해신)'는 폴리페놀 기술을 활용해 탈모의 진행을 완화하고 모발의 풍성함을 더해주는 '그래비티' 샴푸를 소개한다. 연구팀이 개발한 특허 성분이 샴푸 과정에서 순간적인 보호막을 만들어 모발을 보호하는 동시에 가늘어진 모발을 힘 있게 잡아주는 원리다. 부스 방문객에게는 기술을 체험할 수 있는 시제품을 선착순으로 제공할 예정이다.
기계공학과 창업기업 '㈜A2US(대표 이승섭)'는 ‘마법의 전기 물방울(Magic Electro Water droplets)' 기술을 사용해 세계 최초로 개발한 제품을 선보인다. 인체에는 해가 없으면서도 공기 중의 유기물과 세균 등을 없애는 천연물질인 '하이드록실 라디칼'을 포함한 물방울을 만들어내는 가습기 '뮤(MEW, Magic Electro Water droplets)'다. 미세한 노즐에 전기를 가해 만들어진 이 물방울을 분무하면 공기 중의 유해물질과 냄새를 제거할 수 있어 가습과 공기정화 기능이 동시에 가능하다.
문화기술대학원 창업기업 '㈜카이(대표 김범기)'는 '밍글 AI(Mingle AI)'을 전시한다. 이미지, 오디오, 비디오 등 다양한 유형의 데이터를 입력하면 3차원의 아바타나 오브젝트를 만들어주는 생성형 인공지능 툴이다. 전문 지식이 없는 일반 사용자도 손쉽게 디지털 휴먼을 제작할 수 있으며, 게임·엔터테인먼트·소셜미디어 등의 분야에서 활용할 수 있다.이광형 KAIST 총장은 "대중과 눈높이를 맞춘 체험 프로그램을 구성해 KAIST의 우수한 기술을 시민과 공유할 수 있어 뜻깊게 생각한다"라고 전했다. 이어, 이 총장은 "우수한 성과와 함께 과학기술로 사회 문제를 해결하기 위해 매진하는 연구자들의 노력과 진심이 함께 전달될 수 있는 자리가 되길 기대한다"라고 덧붙였다.
2024.04.25
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비알콜성 지방간염은 이제 MRI로 진단하세요
간 건강을 위협하는 질환인 비알콜성 지방간 질환과 그 진행 형태인 비알콜성 지방간염의 현재 표준 진단 방법은 주로 간 조직을 채취하는 간 생검에 의존하고 있어 환자의 위험 부담이 크며, 질병의 진행 단계를 추적하는 데 어려움이 있었다.
우리 대학 생명과학과 전상용 교수와 바이오및뇌공학과 박성홍 교수 공동연구팀이 활성산소에 반응해 자기공명영상(MRI) 신호가 증강되는 MRI 영상 조영제를 개발했고 한 번의 MRI 촬영으로 손쉽게 비알콜성 지방간염의 진행 정도를 모니터링하고 진단하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 2일 밝혔다.
비알콜성 지방간염은 간세포 손상, 염증, 그리고 최종적으로 간경화로 진행될 수 있는 질환으로, 간 내 활성산소 수준의 증가와 밀접한 관련이 있다. 활성산소는 간세포의 산화 스트레스를 유발하고, 비알콜성 지방간염의 진행을 촉진하는 주요 요인 중 하나로 알려져 있다.
이에 착안해 연구팀은 비알콜성 지방간염의 진행을 비침습적으로 모니터링할 수 있는 새로운 방법을 모색하고자 했다. 특히, 간 내 활성산소 양 변화에 반응해 MRI 신호를 강화할 수 있는 망간 이온 결합 빌리루빈 나노입자를 개발하고, 이를 활용하여 비알콜성 지방간염의 진행 상태를 정밀하게 추적할 수 있는 기술을 연구했다.
망간 이온 결합 빌리루빈 나노입자는 간 내 활성산소 증가에 따라 MRI 신호를 증폭했고 연구팀은‘유사 3-구획 모델’을 통해 한 번의 MRI 촬영으로 비알콜성 지방간염의 진행 정도를 결정할 수 있었다. 이를 통해 비알콜성 지방간염의 초기 단계부터 간경화에 이르기까지 간 질환의 진행 상태를 연속적으로 모니터링 할 수 있었다.
연구팀은 다양한 실험을 통해 망간 이온 결합 빌리루빈 나노입자가 간 질환 모델 마우스에서 활성산소 양의 변화에 민감하게 반응해 MRI 신호의 강도를 조절하는 것을 확인했다. 이러한 발견은 간 질환의 진행 상태를 정밀하게 파악할 수 있게 함으로써, 환자 개개인에 맞춘 맞춤형 치료 전략 수립에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 더 나아가, 이 기술은 비침습적이라는 점에서 환자의 부담을 크게 줄여주며, 장기적으로는 간 질환 관리 및 치료의 효율성을 높일 수 있을 것으로 전망된다.
전상용 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 새로운 MRI 조영제와 영상해석 모델을 사용함으로써 기존에 표준 진단으로 사용하던 환자들에게 위험한 간 생검을 대체할 수 있을 것으로 기대한다”며, “또한, 병원에서 쉽게 접할 수 있는 대표적인 영상 장비인 MRI로 비알콜성 지방간염의 진행 상태 및 간경화로의 전이되는 단계를 손쉽게 진단할 수 있어 지방간염 약물의 효능을 평가하는 데 필수적인 진단 장비가 될 수 있을 것이므로 효율적인 지방간염 치료제 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
우리 대학 생명과학과 정원식 박사 및 바이오및뇌공학과 무하메드 아사두딘(Muhammad Asaduddin) 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 재료과학 분야 최정상급 학술지인 `어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials, ISSN: 0935-9648 print, 1521-4095 online, Impact Factor: 32)' 온라인판에 지난 3월 9일 字 게재됐다.
(https://doi.org/10.1002/adma.202305830 논문명: Longitudinal Magnetic Resonance Imaging with ROS-Responsive Bilirubin Nanoparticles Enables Monitoring of Non-Alcoholic Steatohepatitis Progression to Cirrhosis).
한편 이번 연구는 한국연구재단의 리더연구사업(종양/염증 미세환경 표적 및 감응형 정밀 바이오-나노메디신 연구단) 및 기초연구실지원사업(뇌척수액 순환 기반 뇌인지기능 기초연구실)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.04.02
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KAIST-서울시, 인공지능 안부 확인 서비스 개발
우리 대학이 서울시 · 서울시복지재단과 'AI안부확인서비스 데이터 활용연구를 위한 업무협약'을 29일 서면 교환 방식으로 체결한다.
이번 업무협약은 서울시가 2022년 10월부터 제공해 온 인공지능을 활용한 안부 확인 서비스를 고도화하기 위해 추진된다. 안부 대상자의 심리상태와 고립 위험 신호를 탐지할 수 있는 대화형 'AI안부확인서비스'를 개발해 고립가구 돌봄서비스에 활용하는 것이 목표다.
우리 대학은 이번 연구를 위해 인공지능-사회복지-HCI(인간컴퓨터상호작용)를 아우르는 융합연구팀을 구성했다. 차미영 전산학부 교수와 최문정 과학기술정책대학원 교수 및 IBS 수리 및 계산과학 연구단 데이터사이언스 그룹 진효진 박사가 참여한다.
연구팀은 서울시가 'AI안부확인서비스'를 운영하며 축적해 온 대화 데이터를 제공받아 ▴고립 위험 대상자를 찾아낼 수 있는 지표 개발 ▴고립감 해소 및 심리적 안정을 위한 시나리오 개발과 이를 반영한 대화형 인공지능 개발 ▴고령자 및 고립가구 돌봄에 특화된 맞춤형 대화형 인공지능 개발 등을 진행할 예정이다.
특히, 딥러닝 방식을 통해 우울감과 자살, 고독사를 예방할 수 있는 시나리오와 고령 고립가구에 특화된 심리 안정 시나리오를 개발해 이를 대화형 인공지능에 적용하는 연구를 추진할 계획이다.
서울시복지재단은 개발된 모델을 'AI안부확인서비스'에 적용하고 연구 추진을 위해 협력한다.
이번 협력을 통해 'AI안부서비스'가 고도화되면 고립 위험 신호를 더욱 정교하게 선별하고 고독사 고위험군을 조기에 발견해 위험 상황에 더욱더 빠르게 대응할 수 있을 것으로 전망된다. 또한, 전체적으로 고립가구를 대상으로 하는 돌봄서비스의 효율성이 향상돼 보다 나은 사회안전망을 구축하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구에 참여하는 최문정 과학기술정책대학원 교수는 "이번 관학협력을 통해 고령자들의 다양성이 반영된 인간중심 인공지능 기술과 서비스에 대해 함께 고민할 수 있을 것으로 기대한다"라고 말했다.
함께 연구를 주도하는 차미영 전산학부 교수는 "이번 협력은 과학기술로 복지 사각지대를 해소하려는 노력인 만큼 사회복지 분야에서 사람을 대체하는 인공지능이 아니라 사람과 사람을 이어주는 기술 개발을 목표로 최선을 다하겠다"라고 포부를 밝혔다.
문재균 공과대학장은 "우리 대학 연구진이 이번 연구를 통해 사회가 직면한 중요한 과제 중 하나인 고령화, 고립가구 돌봄 문제를 기술을 통해 지원할 수 있는 귀한 경험을 할 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.
2024.03.29
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양자 비평형 현상의 물리적 법칙은
비평형 현상이란, 평형에서 벗어난 상태를 지칭하는 것으로 우리가 일상적으로 자주 마주하는 현상이다. 커피에 우유를 넣고 섞게 되면 우유 분자들은 에스프레소와 섞이면서 카페라테가 되는데, 이렇게 평형을 찾아가는 과정을 비평형 동역학이라고 볼 수 있다. 물리학에서 답하고자 하는 주요한 질문은 ‘양자 역학계에서 일어나는 비평형 현상은 어떤 물리 법칙에 의해 지배되며, 과연 보편적으로 적용할 수 있는 법칙이 존재할지’ 여부다.
우리 대학 물리학과 최재윤 교수 연구팀이 극저온 중성원자 양자 시뮬레이터를 이용해 이론적으로 추측된 비평형 상태의 양자 물성 변화의 보편적 물리 법칙을 확인하는데 성공했다고 27일 밝혔다.
보편적 물리 법칙에 대한 예는 평형상태에서 액체에서 기체가 되는 것처럼 물질의 상이 변화하는 ‘상전이 현상’에서 찾아볼 수 있다. 상전이 일어나는 지점을 임계지점이라고 하는데, 이 지점에 물성의 변화는 입자들의 크기, 밀도, 및 상호작용의 세기 등 물리량에 의존하지 않는다.
예를 들어, 물에서 관측할 수 있는 액체-기체 상전이 임계점 및 자석에서 관측되는 상자성-강자성 상전이 임계점은, 비록 서로 매우 다른 계이지만, 동일한 형태의 물성 변화를 확인할 수 있다. 즉. 물질의 상이 변화되는 임계지점에서 물성의 변화는 입자들의 크기, 밀도, 등 계를 구성하는 미시적인 물리량에 의존하지 않으며, 이를 가리켜 ‘상전이점 근처에서 보편성(universal) 이 존재한다’라고 할 수 있다. 또한 물성의 변화가 수학적으로 동일한 함수를 따를 때 우리는 ‘같은 보편성 부류에(universality class) 속한다’라고 할 수 있다.
비평형 양자 동역학에서도 ‘상전이’ 현상과 같이 보편성 및 보편성 부류가 존재함이 약 10년 전에 제기됐으나, 매우 긴 시간 동안 관측해야 하는 실험적인 어려움이 있어 이에 대한 검증을 엄밀하게 할 수 없었다.
최재윤 교수 연구팀은 강한 상호작용을 갖는 스피너 응집체*를 이용하여, 자기 도메인들의 비평형 조대화 동역학**을 매우 긴시간 동안 연구하였으며, 이를 통해 해당 가설을 검증하였다. 연구팀은 조대화 동역학의 동역학적 형태가 다양한 초기 상태와는 상관없이 동일한 수학적 형태를 따르는 것을 보여 보편성을 확인하였다. 더 나아가 시스템의 대칭성을 바꾸어 주었을 때만 동역학의 수학적 형태가 바뀌는 것을 확인하여, 보편적인 양자 동역학의 분류도 가능함을 보여주었다.
*스피너 응집체: 서로 다른 스핀들 간의 상호작용이 있는 보즈-아인슈타인 응집체를 말하며, 보즈-아인슈타인 응집체란 모든 원자들이 하나의 파동함수로 기술이 되는 양자 상태임
**조대화 동역학: 초기에 무수히 많은 자기 영역(magnetic domain)들이 서로 합해지면서 영역들의 크기가 커지는 동역학을 지칭함
물리학과 최재윤 교수는 “이번 연구는 중성원자 양자 시뮬레이터가 비평형 양자 동역학에 가설을 검증하는 데 활용된 중요한 사례이며, 향후 고전 컴퓨터가 흉내 내기 어려운 영역에서 비평형 동역학을 연구해 새로운 물리 법칙을 발견하고 싶다”고 포부를 밝혔다.
물리학과 허승정, 권기량, 허준혁 대학원생 연구원이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 피직스(Nature Physics)' 3월에 표지로 선정됐다 (논문명: Universality class of a spinor Bose-Einstein condensate far from equilibrium).
한편 이번 연구는 삼성미래기술재단과 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.
2024.03.27
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인공지능·우주·수리 ′초세대 협업연구실′ 개소
우리 대학이 '초세대 협업연구실'을 추가 개소하고 27일 오전 현판식을 개최했다. 권인소 전기및전자공학부 교수의 '비전중심 범용인공지능 연구실', 김천곤 항공우주공학과 교수의 '우주·극한 환경 재료 및 차세대 공정 연구실', 변재형 수리과학과 교수의 '편미분방정식 통합 연구실'이 새롭게 문을 연다.
초세대 협업연구실은 은퇴를 앞둔 교수가 오랜 시간 축적해 온 학문의 성과와 노하우를 후배 교수와 협업하며 이어가는 우리 대학의 독자적인 연구제도다. 2018년 도입한 이후 지난해 말까지 7개 연구실을 운영하고 있으며, 이번 추가 개소로 총 10개의 초세대 협업연구실을 보유하게 됐다. 특히 권인소, 김천곤 책임교수는 65세 은퇴 후 70세까지 강의와 연구 논문 지도를 이어가는 정년후 교수의 신분으로 초세대 협업연구실을 개소했다.
권인소 교수가 책임교수를 맡은 '비전중심 범용인공지능 연구실'은 같은 학과 김준모 교수 협업하고 딥러닝 분야의 신임 교수가 추후 합류할 예정이다. 권인소 책임교수는 컴퓨터비전·로봇공학·인공지능 분야에서 탁월한 연구 업적을 보유한 세계적인 석학이다. 2013년부터 10년간 로보틱스 최고 학술대회 및 저널 기준 총 103편의 논문을 게재했으며, 그간 발표한 모든 논문의 피인용 수는 4만 5천 회를 넘어선다. 또한, 컴퓨터 비전 분야의 국내·외 특허를 100건 이상 등록해 기술 사업화 및 실질적인 기술 혁신의 토대를 마련했다. 김준모 참여교수는 딥러닝 알고리즘 기반 컴퓨터 비전 및 신호처리 분야 전문가로 인공지능 기술을 다양한 분야에 응용하는 신진 연구 리더다.
이들은 권 책임교수의 로봇공학 및 3D 비전 분야 전문성과 노하우 바탕으로 인간의 학습은 본질적으로 관찰과 경험에 기반한다는 점에 착안한 연구를 진행한다. 시각적 정보를 중심으로 인공지능 모델이 인간의 복잡한 계획 및 추론 능력을 재현하는 것은 물론 실질적인 객체로서 인간과 상호작용이 가능한 수준의 범용인공지능(AGI)을 실체화하는 것이 연구 목표다.
권인소 교수는 "컴퓨터 비전과 로봇공학 분야에서 쌓아온 연구 유산을 전수하게 되어 기쁘고, 초세대 협업연구실이 인공지능 기술의 산업화, 후속 세대 인공지능 전문가 양성, 글로벌 인공지능 리더십을 확보하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 생각한다"라고 소감을 전했다.
한편, 미지의 영역에 도전하기 위해 장기간의 연구가 필요한 우주 분야에서도 협업연구실이 선정됐다. '우주/극한 환경 재료 및 차세대 공정 연구실'은 김천곤 항공우주공학과 교수가 책임교수를 맡고 이전윤, 조한솔 교수가 참여한다. 김천곤 책임교수는 우주 환경에서 사용되는 다양한 복합재료 분야에서 선도적인 연구를 수행해온 연구자다. 특히, 초고속 충돌장비, 지구저궤도 우주환경 모사 장비처럼 국내외 유일성과 우수성이 검증된 실험 장비를 자체 제작하고 다양한 항공 우주 및 극한 환경 재료 시스템의 설계와 공정에 적용해온 독보적인 기술을 보유하고 있다.
김 교수의 우주 환경 모사 장비, 초고속 충돌 장비 등의 공동 활용 및 연구 노하우를 바탕으로 차세대 복합재 생산공정을 연구하고 있는 이전윤 참여교수와 전산 해석을 중심으로 극한 환경 구조 및 재료의 움직임에 대한 이해와 전문성을 지닌 조한솔 교수가 긴밀하게 협력해 차세대 우주 및 극한재료에 관한 새로운 연구 분야를 개척하는 것이 목표다. 김천곤 책임교수는 "1991년 부임 당시에 故 홍창선 교수님이 1979년에 설립하신 연구실에 합류해 32년간 운영한 뒤 정년을 맞았는데, 다시 한번 세대를 이어 두 분의 젊고 열정적인 교수님들에게 연구를 전수하고 새로운 아이디어를 접목해 계속해서 발전시켜 나갈 수 있게 되어 기쁘다"라고 소감을 전했다.
변재형 수리과학과 교수의 '편미분방정식 통합연구실'에는 권순식, 강문진 교수가 참여한다. 변재형 책임교수는 국내 수학계의 위상을 높인 석학으로 타원형 편미분방정식의 연구의 중요한 난제들을 새로운 방법으로 해결하고 다양한 연구 분야를 독창적으로 개척해 왔다.
권순식 참여교수는 자연계의 다양한 파동 현상을 기술하는 비선형 분산 방정식의 동역학 연구 분야의 최정상급 전문가다. 강문진 참여교수는 유체역학의 꽃인 나비에-스토크스 방정식과 오일러 방정식에 관한 가장 중요한 문제 중 하나를 해결해 주목받았으며, 이와 관련한 장기 연구 프로젝트를 수행하고 있다. 이들은 협업을 통해 각 연구를 심화시키는 동시에 새로운 방향성을 제시하는 시너지를 창출해 아시아 최고의 편미분방정식 연구그룹을 구축하는 것을 목표로 삼았다.
변재형 책임교수는 "수리과학과 최초의 초세대 협업연구실로 선정된 것을 뜻깊게 생각하고 KAIST가 편미분방정식의 혁신적 도약을 주도하는 연구 허브로서 새로운 지평을 열어갈 수 있도록 매진하겠다"라고 전했다. '초세대 협업연구실' 현판식은 이동만 교학부총장과 이균민 대외부총장 등 주요 보직자들, 새롭게 선정된 연구실 관계자들이 참석한 가운데 27일 오전 10시부터 진행됐다.
2024.02.27
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이나래 교수, 한국인 최초 전략경영학회 우수 연구자로 선정
우리 대학 기술경영학부 이나래 교수(녹색성장지속가능대학원 겸임)가 국제 전략 경영학회(Strategic Management Society)의 우수 전략 경영 연구자(Research in Strategic Management Scholar)로 선정됐다고 23일 밝혔다.
국제 전략 경영학회는 전략 경영 분야 최대 규모의 국제 학회로 80개 이상의 국가에서 활동하는 3,000여 명의 회원으로 구성되어 있다. 해당 상은 본 학회가 전략 연구 재단(Strategy Research Foundation)을 통해 매년 1~2명 내외로 선발해 수여하고 있으며 선발된 연구자의 연구 과제를 미화 25,000불 선에서 지원하고 있다. 한국인 연구자의 수상은 이번이 처음이다.
이나래 교수는 전략 경영 분야 중 비시장 전략 (Non-market strategy) 부문에서 창의적이고 융합적인 연구를 해왔으며 특히 기후 변화로 인한 다각적 위기에 대응하는 기업의 경영 전략 수립 연구의 초점을 맞춰왔다. 이번에 수상한 연구 과제 역시 제도적, 물리적 기후 변화 위기가 기업의 글로벌 자산 매각 결정에 미치는 영향에 관한 것이다.
상을 받은 이나래 교수는 “이번 연구를 통해 전략 분야에서 오랜 전통을 가지고 있는 자산 매각 전략에 관한 연구와 최근 큰 관심을 받고 있는 기후 변화 연구를 융합할 수 있는 기회가 생겨서 매우 기쁘다”며 “앞으로는 KAIST 내의 지적 자산을 활용해 기후 변화 기술에 대한 연구로 폭을 넓히고 싶다”라고 소감을 밝혔다.
한편 이나래 교수는 지난 2022년에 국제 전략 경영학회가 주최하는 연례 학회에서 ‘현실적 시사점이 있는 최우수 논문상(Best Paper with practical implications)’을 수상한 바 있다.
*국제 전략 학회 소개: https://www.strategicmanagement.net/
*전략 연구 재단 소개: https://www.strategicmanagement.net/about-sms/strategy-research-foundation/
*수상자 공지 페이지: https://www.strategicmanagement.net/publications-resources/strategic-management-explorer/2023-srf-grant-recipients/
2024.02.23
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변혜령 ˙ 백무현 교수팀, 이온 쌍 형성을 통한 안정한 유기 레독스 흐름 전지 개발
우리 대학 화학과 변혜령 교수와 백무현 교수가 이끄는 공동 연구팀이 레독스 흐름 전지 구동 중 비수계 전해질의 조합 및 이온쌍의 형성에 따라 유기 분자의 전자 전달 과정이 변하는 원리를 해명했다.
최근 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)에서의 화재 위험성을 줄이기 위해 리튬 기반의 전지 대신 안정성과 경제성을 겸비한 레독스 흐름 전지(redox flow battery)가 새로운 대안으로 제시되고 있다. 상용화된 레독스 흐름 전지는 바나듐을 활물질로 사용하고 있지만, 최근 바나듐 원가의 가격 상승으로 인해 대체 활물질의 개발이 절실히 요구되고 있다. 특히 레독스 특성을 가지는 유기 분자를 설계하고 활물질로 활용한 연구는 전지의 성능을 대폭 개선할 수 있어 각광을 받고 있다.
공동연구팀은 분자당 두 개의 전자를 저장할 수 있는 나프탈렌 다이이미드(NDI, Naphthalene diimide)를 활물질로 사용한 비수계 레독스 흐름 전지의 연구를 진행했다. 먼저, 암모늄 기능기를 NDI에 도입하고 음이온 전해질 조절을 통해 아세토니트릴 전해액에서 NDI의 용해도를 최대 0.9 M까지 증가시켰다. 또한, 전기화학반응에서 NDI와 함께 사용되는 전해질의 양이온에 따라 산화환원 전위 및 레독스 흐름 전지에서의 충/방전 과정의 변화 이유를 규명하였다. 작은 크기의 리튬 이온(Li+)이온과 낮은 전자주개 특성을 가지는 용매(아세토니트릴)로 구성된 비수계 전해질 환경에서, NDI는 두 단계의 환원 과정이 유사한 전위에서 진행됨을 보였다. 이와 비교하여 큰 반지름을 가지는 포타슘 이온(K+)을 포함한 아세토니트릴 전해액에서는 NDI의 두 단계 환원반응 사이의 전위차가 크게 벌어짐을 관찰했다.
밀도범함수 계산 분석을 통해 환원된 NDI 음이온과 높은 전하밀도를 가지는 Li+ 이온은 결합이 강해지며 특정구조를 가지는 이온쌍이 형성됨을 예상하였으며, 적외선 분광 분석을 통해 이를 실험적으로 증명할 수 있었다. 반면, 낮은 전하밀도의 K+은 NDI 음이온과 약한 상호작용으로 이온쌍이 형성되기 어려우며, 따라서 K+ 은 NDI의 환원 전위 및 안정성에 영향을 미치지 않음을 보고했다.
전해질 양이온의 효과는 레독스 흐름 전지의 전압 및 에너지 전달 효율성에 그대로 반영되었다. Li+을 기반으로 한 전해질 하에서는 NDI의 두 전자전달 반응에서 각각 하나의 충/방전 전압을 유지하는 반면, K+ 기반의 전해질에서는 각각 두개의 충/방전 전압 곡선이 관찰되었다. 무엇보다도 Li+을 사용한 레독스 흐름 전지의 장점은 이온쌍 형성으로 인한 구조 크기의 증가로 크로스오버(레독스 활성분자인 NDI가 기공을 가지는 분리막을 지나 상대 전극으로 이동하여 용량을 감소시키는 현상)를 감소시킬 수 있었다는 점이다. 그 결과 0.1 M의 NDI를 음극 전해액으로 이용한 비수계 레독스 흐름 전지를 구동 시 약 1000 사이클 이후에도 84%의 용량이 유지되는 것을 증명하였다. 이는 Li+ 전해질에서의 충/방전 과정이 안정적이며 연속 사용 시 사이클 당 0.017%의 용량 감소만이 진행된다는 결과다.
이 연구는 삼성미래기술육성사업 및 기초과학연구원 등으로부터 지원을 받아 수행되었으며, ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 2024년 2월 12일자로 온라인으로 발표되었다. (논문명: Stabilization of Naphthalene Diimide Anions by Ion Pair Formation in Nonaqueous Organic Redox Flow Batteries)
2024.02.20
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100큐비트급 양자컴퓨터 계산데이터 전격 공개
양자컴퓨터는 양자역학의 원리를 활용해 기존의 컴퓨터로는 풀기 어려운 계산을 할 수 있는 컴퓨터다. 양자컴퓨터는 암호 해독, 배터리 소재 개발, 신약 개발 등 다양한 분야에서 그동안 풀지 못한 난제들을 해결할 미래 기술로 주목받고 있다.
우리 대학 물리학과 안재욱 교수 연구팀이 100큐비트급 양자컴퓨터로 조합 최적화 문제를 계산해 계산 결과 데이터베이스와 계산 프로그램을 공개했다고 13일 밝혔다.
조합 최적화 문제 중 하나인 최대 독립집합 문제(Maximum independent set problem)는 SNS상에서 가장 영향력 있는 인물을 찾는 문제, 전력망을 가장 효율적으로 분배하는 법을 찾는 문제 등 다양한 응용이 가능한 문제다. 지난 2023년 KAIST 연구진은 20큐비트급 리드버그 양자컴퓨터를 이용해 최대 독립집합 문제의 풀이를 시연한 바 있다.
일반적으로 100큐비트급 양자컴퓨터의 데이터를 얻기 위해서는 직접 양자컴퓨터를 제작하거나 클라우드 서비스 업체를 이용할 수밖에 없다. 이번에 KAIST 연구진이 공개한 데이터는 관련 분야 연구자뿐 아니라 양자 컴퓨터에 관심 있는 모든 사람이 무료로 데이터에 접근할 수 있게 되었다는 점에서 중요하다고 할 수 있다. 최대 141큐비트를 활용해 70만 종류 이상의 그래프 최적화를 계산했고, 양자컴퓨터의 계산 결과와 데이터분석 프로그램 일체를 공개했다.
연구를 주도한 안재욱 교수는 “이번 연구를 통해 100큐비트급 양자컴퓨터를 활용한 난제 계산 결과 및 계산 프로그램을 모두 공개하여 그동안 양자컴퓨터에 접근이 어려웠던 연구자를 비롯한 많은 사람이 양자 컴퓨팅 연구에 참여할 수 있을 것으로 기대된다. 아울러, 고성능 양자컴퓨터 개발에 필요한 잡음 분석에도 연구팀이 계산한 데이터베이스가 활용될 수 있을 것이라 생각한다”고 말했다.
우리 대학 물리학과 김강흔, 박주영, 변우정 석박사통합과정, 김민혁 박사(現 고려대 물리학과 교수)가 참여한 해당 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature) 자매지인 ‘사이언티픽 데이터(Scientific data)’1월 11권에 게재됐다. (논문명: Quantum computing dataset of maximum independent set problem on king lattice of over hundred Rydberg atoms).
한편 이번 연구는 삼성미래기술재단과 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.
2024.02.13
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입찰자, 판매자 모두에게 이득되는 경매？
일반적인 경매는 참여자가 늘어나면 경쟁만 심해지기 때문에 ‘친구’를 함께 데리고 갈 이유가 없다. 하지만 판매자 입장에서는 가격을 올리기 위해 친구를 ‘추천’해서 참여시켜 주길 원한다. 이렇게 판매자와 추천할 친구가 있는 입찰자의 이해관계 상충을 어떻게 해결할 수 있을까?
우리 대학 기술경영학부 정승원 교수가 성균관대학교 이주성 교수와 공동연구를 통해, 참여자가 친구를 추천할 유인(Incentive)을 제공하며, 판매자 입장에서도 기존 경매 방식들보다 높은 수익을 얻을 수 있는 새로운 경매 메커니즘 지피알(GPR, Groupwise-Pivotal Referral)을 개발했다고 2월 1일 밝혔다.
이번에 새로 개발된 지피알 경매는 판매자도 기존 경매 방식 대비 많은 이익을 가져오며, 입찰자도 자신의 친구를 추천하여 함께 참여하는 것이 항상 이득이 된다. 만약 내가 추천을 안 하더라도 낙찰을 받을 수 있으며 추천을 해서 타인이 낙찰받게 될 경우, 오히려 직접 낙찰받는 것보다 더 큰 보너스를 받게 된다.
일반적으로 많이 사용하는 비공개 입찰방식은 최고가격(First-Price)경매 또는 차순위가격(Second-Price) 경매가 있다. 최고가격 경매는 참여자 모두가 입찰가를 비공개로 적어내고, 가장 높은 가격을 적어낸 사람이 해당 가격에 낙찰을 받는 경매 방식이다. 반면, 차순위가격 경매는 최고가를 적어낸 사람이 낙찰을 받되, 두 번째로 높은 금액만 내는 경매 방식이다.
최고가격 경매의 참여자 면에서 단점은 입찰가를 정하는 것이 매우 어렵다는 점이다. 두 번째로 높은 금액보다 아주 조금만 높게 적어내는 것이 최선이지만, 두 번째로 높은 금액을 알 수가 없기 때문이다. 2014년에 최고가 경매로 팔린 한전 부지의 경우 현대차가 10조 5,500억 원에 낙찰을 받았고, 두 번째 금액으로 추정되는 삼성전자의 입찰가가 4조 6,700억 원이라 언론을 통해 알려진 바가 있다. 이렇기 때문에 규모가 큰 최고가격경매의 경우, 경쟁자의 입찰가를 알아내기 위해, 또 역으로 거짓 정보를 흘린다든지, 많은 신경전이 일어나기도 한다.
차순위가격 경매의 경우, 경쟁자가 어떻게 입찰하든지 간에 상관없이 각 참여자가 자신의 실제 가치를 입찰하는 것이 본인한테도 최선이 되는, 유인합치성(incentive compatibility)이라고 불리는 좋은 성질이 있다. 차순위가격 경매는 이를 연구한 노벨경제학 수상자 월리엄 비크리(William Vickrey)의 이름을 따서, 비크리 경매라고도 부른다.
일반적인 환경의 비크리 경매에서는 각 참여자가 자신의 외부효과만큼 지불하는데 이를 통해 유인합치성이 만족되게 된다. 하지만 추천을 통해 비크리 경매에 참여하는 경우, 과도한 추천 보너스 지급으로 인해 정작 판매자의 수익이 마이너스가 되는 경우가 발생할 수 있는 결정적인 단점이 있다.
이번에 새로 개발된 지피알 경매의 경우, 외부효과를 추천 네트워크상의 그룹별로 계산함으로써, 여러 좋은 성질을 가지게 된다.
연구에 참여한 우리 대학 경영대학 기술경영학부 정승원 교수는 “이번 연구는 입찰자 입장에서도 손해 볼 걱정없이 다른 입찰자들을 추천해서 참여시킬 수 있고, 판매자 입장에서도 마이너스 수익이 발생하지 않음은 물론, 기존의 여러 경매 방식보다 수익이 항상 더 크게 나오는 경매 방식을 최초로 제시한다는 점에서 의미가 있다”며 “또한 모든 수익을 판매자와 직접 연결된 입찰자와 판매자 둘이서만 나눠 가지게 되는 GPR 메커니즘의 내쉬 균형(Nash Equilibrium)의 경우, 마치 원청업체가 하청업체보다 높은 수익을 얻는 상황의 극한값으로도 설명될 수 있다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 `Games and Economic Behavior'에 지난 1월 게재됐다. (논문명: The groupwise-pivotal referral auction: Core-selecting referral strategy-proof mechanism)
논문링크:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0899825623001847
2024.02.01
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지방간 치료제 신약 물질 개발
국내 연구진이 말초조직에 작용하는 비알코올성 지방간질환(NAFLD, Nonalcoholic fatty liver disease) 치료를 위한 신약 후보 물질을 개발하는 데 성공했다. 현재까지 최적의 비알코올성 지방간염(NASH) 치료제가 없는 상황에서 지방간 축적과 간 섬유화를 동시에 억제하면서 안전성이 증명된 치료제 개발이 기대된다.
광주과학기술원(GIST)은 화학과 안진희 교수 연구팀과 우리 대학 의과학대학원 김하일 교수 연구팀이 다년간 기초연구를 통해 질환 특이 단백질(HTR2A)을 억제할 수 있는 신규 화합물을 개발했으며, 안진희 교수의 창업기업인 ㈜제이디바이오사이언스에서 전임상 시험(동물 시험)을 통해 효능과 안전성을 입증하는 데 성공했다고 밝혔다.
비알코올성 지방간 질환의 유병율은 20~30%에 이르고, 지방간염 질환은 전 세계 성인 인구의 5% 이상이 보유하고 있을 정도로 높은 유병률을 보임에도 불구하고 현재까지 제품화된 치료제가 전혀 없다.
비알코올성 지방간질환은 지방간에서 시작해 지방간염, 섬유화, 간경화, 간암으로 진행되는 만성질환이며, 심혈관질환 및 간 관련 합병증 등에 의해 사망률이 증가하므로 발병 초기에 적절한 치료가 필요하다.
GIST와 KAIST 공동 연구팀이 개발한 이 신규 화합물은 지방간염에 치료 효과를 보이는 혁신신약 후보 물질로서, 세로토닌 수용체 단백질(5HT2A)을 억제함으로써 간 내 지방 축적과 간 섬유화를 동시에 억제하는 이중 작용 기전을 갖고 있다.
연구팀은 이 물질이 지방간 동물 및 지방간염 동물 모델에서 간 내 지방 축적으로 발생하는 간 지방증과 간 섬유화*를 동시에 50~70% 가량 억제함으로써 치료 효과가 있는 것을 확인하였다.
* 섬유화(fibrosis): 간의 일부가 굳는 현상으로, 지방간염 개선의 주요 지표로 쓰임
이 물질은 혈액-뇌 장벽(Blood-Brain Barrier) 투과도가 최소화되도록 최적의 극성과 지질친화도를 갖춘 화합물로 설계되어 뇌에 영향을 주지 않아 우울증, 자살 충동 등 중추신경계(CNS) 부작용이 적으며, 뇌 이외의 조직에서는 질환 타겟에 대한 억제력이 우수(IC50*=14 nM)하다고 연구팀은 설명했다. 또한 임상 3상 단계의 경쟁 약물과 효능을 비교해 본 결과, 간섬유화 개선 효능이 월등히 우수한 것으로 나타났다.
* IC50(half maximal inhibitory concentration): 특정 생물학적 또는 생화학적 기능을 50% 억제하는 물질의 농도
전임상 시험에 의해 얻은 약리작용 데이터를 토대로 건강한 사람에게서 부작용 및 안전한 약물 용량을 확인하는 단계인 임상 1상 시험에서 건강한 성인 총 88명을 대상으로 평가한 결과, 심각한 부작용은 발생하지 않았으며 안전성 또한 양호한 것으로 확인했다.
또한 지방간염 소견을 보이는 성인 8명을 대상으로 한 예비 효능 평가는 현재 진행 중이다.
안진희 교수는 “이번 연구는 비알콜성 지방간염의 치료를 위한 새로운 타겟 발굴을 통해 부작용이 적고 안전성이 보장된 치료제 개발을 목적으로, 현재 혁신신약 개발 바이오 벤처인 ㈜제이디바이오사이언스를 통해 호주에서 글로벌 임상 1상을 진행 중”이라고 밝혔다.
안 교수는 또한 “연구팀이 개발하고 있는 신약 후보물질은 안전성이 높으면서 간 지방축적을 억제시키는 예방효과뿐만 아니라 간 섬유화에 직접적인 치료 효과를 보인다는 강점이 있어 다른 경쟁 약물과는 차별화된다”고 설명했다.
우리 대학 김하일 교수는 “현재까지 체중을 조절하는 방법 외에는 치료방법이 없는 이 질환에서 비만하지 않은 환자에게 사용할 수 있는 약은 개발이 시도된 적도 없다”면서 “이번 연구를 계기로 체중에 영향을 주지 않으면서 비알코올성 지방간염을 포함한 다양한 대사질환 치료기술의 개발이 가능해질 것으로 기대한다”고 말했다.
GIST 안진희 교수 연구팀과 KAIST 김하일 교수 연구팀, ㈜제이디바이오사이언스(JD BIOSCIENCE) 연구팀이 함께 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부, 국가신약개발사업에서 지원을 받아 수행됐으며, 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 2024년 1월 20일 게재됐다.
또한 지난 4일부터 3일간 미국 유타에서 개최된 ‘NASH 치료제 전문 콘퍼런스(NASH-TAG Conference 2024)’에서 대사이상 관련 지방간염(MASH)* 치료제 후보물질인 ‘GM-60106(개발코드명)’의 임상 연구 결과를 발표해 우수 초록으로 선정되기도 했다.
* 대사이상 관련 지방간염(MASH): 비알코올성 지방간염(NASH)의 새로운 명칭
2024.01.30
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녹색성장지속가능대학원-인비저닝파트너스 업무협약 체결
우리 대학 녹색성장지속가능대학원(원장 엄지용)이 22일 인비저닝 파트너스(대표 제현주, 김용현)과 기후테크(climate tech) 생태계 구축과 탄소중립 융합인재 양성을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다.
이번 업무협약 체결을 통해 양 기관은 ▴한계돌파형 기후테크의 도약생태계 구축과 글로벌 확장, ▴탄소중립 시대가 요구하는 융합인재를 양성하기 위한 녹색성장지속가능대학원 교육의 고도화 ▴기후테크 스타트업의 창업보육 및 육성 ▴기후위기 대응과 관련하여 양 기관이 보유하고 있는 지식의 공유 및 확산 등에 협력할 계획이다.
우리 대학 녹색성장지속가능대학원은 탄소중립을 선도할 융합인재를 양성해 글로벌 기후위기 대응과 녹색성장에 기여하고자 2023년에 출범했으며, 매해 30여명의 석사·박사 과정생을 선발해 탄소중립 융합인재를 양성하고 있다. 현재 16개 학과 50여명의 교수진이 탄소중립 과학기술과 정책/금융을 통합한 혁신적인 교육과 연구로, 탄소중립 기술 솔루션 도출로 임팩트를 구현하는 동시에 글로벌 녹색성장 가치확산을 주도하고 있다.
이번 업무협약식은 서울 성동구 소재 인비저닝 파트너스에서 녹색성장지속가능대학원 엄지용 대학원장 및 인비저닝 파트너스 제현주, 김용현 대표를 비롯한 양기관 임직원들이 참석한 가운데 진행되었다.
인비저닝 파트너스 제현주, 김용현 대표는 "기후테크는 다제적, 다자간 협력이 무엇보다 중요한 분야"라며, "역량있는 연구자들이 탄소중립 전환을 반드시 풀어야 할 문제이자 기회로 인식하고 유의미한 해결책을 모색하는 환경을 만드는데 힘을 보탤 것"이라고 말했다.엄지용 대학원장은 "2023년 초에 설립된 우리 대학원은 기후위기 대응 및 탄소중립 문제 해결, 지속가능한 녹색성장을 위한 초학제적 교육, 연구 혁신과 기술 수요처와의 긴밀한 협력으로 한계돌파형 기후테크 생태계를 구축하고, 이를 세계로 확장하는데 인비저닝 파트너스와의 협력이 중추적인 역할을 할 것으로 기대한다"고 전했다.
2024.01.24
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