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초고속 무선 전송할 수 있는 저전력 RF 단일칩 개발
박철순 교수
- 40mW 이하 저전력으로 WiFi(무선랜)보다 50배 빠른 초당 10.7기가비트로 전송
- 케이블 연결 또는 파일 전송 없이 HD영상 화면을 바로 전송, 보안에서도 강점
저전력으로 WiFi(무선랜)보다 50배 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있으며, 안테나를 포함하여 소형으로 제작 가능한 송ㆍ수신 일체형 무선칩이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 연구진은 이를 이용하여 스마트폰에 저장된 Full HD급 1080p* 동영상을 압축과정을 거치지 않고 대용량 데이터 상태로 케이블 없이 무선으로 HDTV로 직접 송신하는 데 성공했다.
* 1080p : HDTV에서 1920x1080 크기의 화면을 1초에 60번 보여주는 고화질 영상
개발된 칩은 60GHz*(기가헤르츠) 대역에서 초당 10Gb*(기가비트)의 데이터를 전송할 수 있는 고속 무선 송ㆍ수신 RF칩*으로서 소형이면서도 전력을 적게 소모하도록 설계됐다. 따라서 동 칩을 활용하여 스마트폰이나 노트북 등 휴대기기에 담긴 Full HD급 고화질 동영상을 별도의 전용케이블 없이 HDTV 또는 빔 프로젝터 등으로 크게 볼 수 있을 것으로 전망된다.
* 60GHz 대역 : 1번 진동의 길이가 5mm이며, 1초에 600억 번 진동하는 초고주파 신호. 무선 신호이지만 특성은 광 신호와 유사하며, 별도 허가없이 자유롭게 사용가능한 ISM밴드 대역으로 7GHz의 대역폭(Bandwidth)이 사용가능함
* 10Gb/s : 1초에 100억 비트를 전송하는 속도로서 DVD 고화질 영화(4.7GB)를 3.76초 만에 보낼 수 있는 속도, 반면 WiFi는 3분 8초, 블루투스는 208분이 소요
* RF칩 : 초고주파 신호를 처리하는 회로를 집적화한 소자, 버스카드 등에 내장된 RFID가 대표적임. 개발된 RF칩은 디지털 회로 구현에 사용되는 CMOS 집적 기술로 구현
동 연구는 한국과학기술원(KAIST) 지능형RF연구센터(센터장 박철순)에서 수행되었으며, 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 선도연구센터지원사업의 지원(’05～)을 받아왔다.
고화질 동영상의 실시간 전송을 위한 방법들이 많이 연구되어 왔지만 기존 WiFi망에서 고화질 동영상을 전송하기 위해서는 전송속도의 한계로 데이터 크기를 줄이는 압축과정이 반드시 필요했다.
그러나 압축 및 압축해제 과정에서 데이터의 부분적 손실이나 왜곡으로 인한 화질 열화현상이 일어날 수 있고 압축 처리시간에 따른 송ㆍ수신 지연으로 완벽한 실시간 전송이 어렵다는 점이 한계였다.
특히 실시간 전송은 차량운행이나 의료현장에서 중요하다. 카메라 센서를 이용한 충돌방지 시스템에서 차선이탈이나 전방사고 상황을 실시간으로 전송하지 못하고 지연이 발생하면 운전자의 제동시간이 그만큼 늦춰질 수 있기 때문이다. 의사들이 화상을 보면서 로봇 팔로 외과 시술을 하는 경우에도 같은 상황이다.
이러한 단점이 있는 압축 및 압축해제 과정을 생략하기 위해서는 적어도 3Gb/s(초당 30억 비트) 이상의 전송속도를 확보하는 것이 관건이었다.
KAIST 지능형RF연구센터가 이번에 개발한 60GHz 송ㆍ수신 칩은 10.7Gb/s 속도로 전송이 가능하며, 이는 기존의 WiFi 속도 200Mb/s(초당 2억비트)의 50배에 이르는 것으로, 압축 없이도 실시간으로 HD영상을 전송할 수 있는 속도에 해당한다.
따라서, 압축 및 압축해제 처리 과정에서 발생할 수 있는 화상 데이터의 부분적 손실 및 왜곡을 해결하고, 송ㆍ수신 지연 없는 완벽한 실시간 전송을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.
나아가 연구팀이 개발한 송ㆍ수신칩은 OOK(On-Off Keying) 변조방식*을 이용하여 소모전력을 낮추었으며, CMOS 방식으로 송신기와 수신기를 하나의 칩에 구현하였다. 전력소모와 기기크기의 최소화를 통해 이동기기에 적용될 수 있도록 설계했다.
* OOK(On-Off Keying) 변조방식 : 반송파의 유무에 의해 디지털 데이터 1과 0을 표시하는 변조방식
저전력으로 동작하는 CMOS를 이용하고, 전류를 여러 회로에 재사용하거나 신호가 1일 때만 주파수원이 작동하도록 하는 방식으로 송신시 31mW, 수신시 36mW 등 전력소모를 대폭 줄였다.
이는 블루투스 동작시와 비슷하나 2.4 GHz 무선랜에 비해서는 10배 가량 적은 수준이다. 특히 실리콘이미지(Silicon Image), 아이비엠(IBM), 소니(Sony) 등이 개발한 무선칩에 비해서는 최소 3배 이상 적은 전력소모로 동작한다는 설명이다.
또한 통상 송신과 수신을 위해 별도 안테나를 사용하는 것과 달리 하나의 안테나를 사용하여 크기를 줄인 것도 특징이다. 가로, 세로, 높이 1㎜ 남짓한 칩에 4～5㎜ 크기의 단일안테나를 사용하여 휴대성이 중요한 모바일기기에 적합하도록 설계한 것이다.
연구팀은 향후 스마트폰 및 카메라ㆍ캠코더로 촬영한 고화질 영상을 저장장치 또는 HDTV 등 디스플레이 장치로 전송하거나, 스마트폰을 사용하여 키오스크(Kiosk), PC 등으로부터 단시간에 대용량의 멀티미디어, 게임 프로그램, 소프트웨어를 주고받는 등의 새로운 서비스 창출이 가능할 것으로 내다보고 있다.
연구팀은 2005년부터 동 분야에 대해 계속 연구해왔으며 국제특허 10건, 국내특허 8건을 출원하고 SCI 논문 22편을 발표하였다.
박 교수는 “3D, 고화질 동영상 전송을 중심으로 확산되는 스마트폰 시장에서 한국의 경쟁력을 높일 있는 핵심기술”이라면서 “기존 HDTV 등의 케이블 연결선을 대체할 수 있어 스마트폰 이외에도 디지털TV, 이동단말기, 카메라 및 캠코더 등 관련시장에서 활용될 수 있고 국제컨벤션산업 등과 연계하여 새로운 시장을 창출할 수 있을 것”이라고 전망했다.
2013.03.12
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금 알갱이로 항암백신을 만들다
- 앙게반테 케미지 발표,“백신 위치를 추적할 수 있으면서 효능도 탁월한 나노항암백신 개발”
매우 작은 금 알갱이(금 나노입자, 지름이 10억분의 1미터)를 이용해 위치를 추적할 수 있으면서 암을 예방‧치료할 수 있는 효능도 탁월한 항암백신기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
우리 학교 전상용 교수(42세)가 주도하고 이인현 박사(제1저자) 등이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 △선도연구센터 △신기술융합형성장동력 △바이오의료기술개발 사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 독일화학회가 발간하는 화학분야의 권위 있는 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’지 7월호(7월 29일)에 게재되었다.
특히 이번 성과는 상위 5%이내 논문에만 수여하는 VIP(Very Important Paper)로 선정되는 영예를 얻었다. (논문명 : Imageable Antigen-Presenting Gold Nanoparticle Vaccines for Effective Cancer Immunotherapy In Vivo)
암은 현대의학이 정복하지 못한 대표적인 난치성 질환 중 하나이다. 전 세계적으로 연간 3천만 명의 암 환자가 발생하고 있고, 특히 우리나라에서는 매년 사망원인 1위를 차지하고 있다.
암을 효과적으로 치료하기 위해서 부작용(정상세포까지 죽이는 세포독성)을 최소화하면서도 효과를 극대화할 수 있는 면역치료법(백신)이 전 세계적으로 각광받고 있다. 지금까지 백신은 독감에서부터 난치성 질환인 백혈병에 이르기까지 인류의 다양한 질병을 예방‧치료하는데 활용되어왔다.
그러나 기존 대부분의 항암백신은 몸 밖에서 환자의 암 조직 파편 등으로 사람의 면역세포를 활성화한 후, 다시 그 면역세포를 몸속에 넣어 항암 면역반응을 유도함으로써 암을 치료하는 기술이다. 이렇게 하면 여러 단계의 백신 제조과정을 거치게 되고, 치료비도 비싼 것이 단점이다. 또한 몸속에 주입한 백신이 원하는 곳에 얼마나 도달했는지 추적할 수 없어, 치료효과를 예측하고 가늠할 수 없었다.
전상용 교수 연구팀은 기존 항암백신과는 달리 일반적인 근육주사로 면역세포들이 많이 모여 있는 국소 림프절을 통해 금 나노입자 백신을 효과적으로 전달하여, 항체를 생산하고 항암 면역반응을 유도함으로써 암을 예방‧치료하는데 이용할 수 있는 핵심원천기술을 개발하였다.
또한 병원에서 진단용으로 많이 사용하는 엑스레이 등의 영상기기를 이용해 주입한 금 나노입자 백신을 추적하여, 백신이 목표하는 곳에 제대로 도달하였는지를 직접 확인할 수 있어 향후 개발될 새로운 백신의 효과를 예측할 수 있다는 점이 큰 특징이다.
전 교수팀은 우선 금 나노입자 표면에 모델 암 항원(RFP 단백질)을 화학적으로 결합한 후, 추가적으로 면역보조제(DNA 단편)도 결합하여 금 나노백신 원천기술을 개발하였다.
이 금 나노백신을 몸에 넣으면 국소 림프절로 선택적으로 이동하여 해당 암에 특이적인 항체 생산을 촉진하고, 암세포를 제거할 수 있는 항암 면역세포도 활성화시켜 우수한 항암 효능을 나타낸다.
또한 연구팀은 동물실험을 통해 금 나노백신이 암을 예방할 뿐만 아니라, 이미 존재하는 암의 성장과 전이도 효과적으로 막을 수 있음을 증명하였다.
전상용 교수는 “이번 연구는 금 나노입자를 이용하면 몸속에 투여한 백신을 쉽게 추적할 수 있고, 기존의 백신에 비해 복잡한 과정 없이도 쉽게 면역세포를 활성화할 수 있어 효과적으로 암을 치료할 수 있는 가능성을 보였다. 특히 이 원천 기반기술은 각종 암뿐만 아니라 현재 임상적으로 치료가 어려운 다양한 바이러스성 질환에도 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.08.16
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단백질 분해조절 효소 정보 담은 바이오마커 발굴 시스템 개발
- Mol Cell Proteomics지 게재, “바이오마커 개발의 새로운 패러다임 제시” -
단백질의 분해를 조절하는 효소와 기질에 대한 관계정보를 담은 바이오마커* 발굴 시스템(E3Net)이 국내 연구진에 의해 개발되어, 고부가가치의 새로운 바이오마커 개발에 가능성이 열렸다.
※ 바이오마커(Biomarker) : 유전자, 단백질 등에서 유래된 특이한 패턴의 분자적 정보로, 유전적․후천적 영향으로 발생한 신체의 변화를 감지할 수 있는 생물표지인자
우리학교 바이오및뇍 이관수 교수(49세)가 주도하고, 한영웅 박사과정생, 이호동 박사 및 박종철 교수가 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 선도연구센터지원사업(NCRC), 신기술융합형성장동력사업 및 교육과학기술부의 KAIST 미래형 시스템 헬스케어 연구개발사업의 지원으로 수행되었고, 단백질체 연구 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Molecular and Cellular Proteomics"지 4월호(4월 1일자)에 게재되었다. (논문명: A system for exploring E3-mediated regulatory networks of cellular functions)이관수 교수 연구팀은 전 세계 바이오 관련 DB(데이터베이스)와 논문(약 2만 편)으로부터 정보를 추출해 단백질 분해를 조절하는 효소(E3 효소)와 기질*들 간의 네트워크를 집대성하여, 이와 관련된 세포의 기능과 질병을 분석하는 ‘E3Net’ 시스템을 개발하였다.
※ 기질(substrate) : 효소와 특이적으로 결합하여 화학반응을 일으키는 분자로, 소화작용은 우리의 몸속에서 일어나는 효소와 기질간의 반응의 대표적인 사례
세포는 시시각각 변하는 환경에 대응하여 필요한 단백질들을 생산, 폐기 및 재활용하는 정교한 시스템을 가지고 있는데, 만일 이 과정에서 오류가 생기면 ‘질병’으로 이어질 수 있다.
따라서 단백질 분해를 조절하는 E3 효소와 기질 간의 관계를 파악하면 관련 질병을 치료하거나 예방할 수 있게 된다. 특히 E3 효소는 단백질 분해의 80%를 담당하는 것으로 알려져 수많은 질병이 관련되어 있을 것으로 예측되고 있다.
그러나 E3 효소와 기질 간의 정보들이 개별 논문과 DB에 흩어져 있어, 단백질 분해 조절과 관련된 세포의 기능과 질병의 특성을 종합적․체계적으로 분석할 수 없었다.
이 교수팀은 모든 E3 효소(2,201개)와 기질(4,896개) 및 그 조절관계(1,671개)에 대한 정보를 통합하여 E3 효소 조절 네트워크 내에 존재하는 관련된 세포의 기능과 질병을 시스템적으로 분석할 수 있는 E3Net을 구축하는데 성공하였다.
이 네트워크는 지금까지 구축된 조절정보를 모두 합친 것보다 무려 10배에 이르는 방대한 양으로, E3 효소가 독자적으로 또는 협력해서 조절하는 세포의 기능과 관련 질병을 정확히 파악할 수 있는 토대가 마련된 첫 사례로서 의미가 크다.
연구팀은 E3Net을 이용하면 각각의 질병과 관련된 단백질들의 분해조절을 담당하는 E3 효소들을 찾을 수 있고, 분해조절 원리와 세포기능 네트워크를 함께 파악하여 질병의 발생 원인이나 환자에 적합한 맞춤형 치료방법을 제공할 수 있는 바이오마커를 발굴할 수 있을 것으로 기대한다.
실제 연구팀은 E3Net을 활용해 암, 뇌심혈관 질환 및 당뇨병 등 현대인의 대표적 질환과 관련된 E3 바이오마커 후보 수십 개를 새롭게 발견하는 등 눈에 띄는 성과를 거두었고, 현재 이를 검증할 후속 연구를 계획하고 있다. 이관수 교수는 “이번 연구결과로 E3 효소와 관련된 단백질 분해조절의 네트워크가 구축되고, 이 네트워크에 존재하는 세포의 기능과 질병의 특이성을 시스템적으로 분석할 수 있게 됨에 따라, E3 효소와 관련된 세포의 기능 연구와 질병 연구에 새로운 전기가 마련되었다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.05.01
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한영남 칼럼 4세대 이동통신 시대 선도 위한 과제
한영남 전기및전자공학과 교수가
문화일보 2011년 1월 27일(목)자 칼럼을 실었다.
제목: 4세대 이동통신 시대 선도 위한 과제
신문: 문화일보
저자: 한영남 전기및전자공학과 교수
일시: 2011년 1월 27일(목)
기사보기: 4세대 이동통신 시대 선도 위한 과제
2011.01.27
조회수 10282
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열팽창이 작은 플라스틱 필름 기판 개발
-‘어드밴스드 머티리얼스’표지논문 선정,“자유자재로 휘어지는 디스플레이와 태양전지 상용화 앞당겨”-
자유자재로 휘거나 구부릴 수 있는(flexible) 디스플레이와 태양전지 제작에 필요한 열팽창이 작은(13ppm/oC 이하) 투명한 유리섬유직물* 강화 플라스틱 필름 기판이 국내 연구진에 의해 개발되었다. * 유리섬유직물(glass cloth) : 실처럼 만든 유리섬유를 사용하여 옷감처럼 직조한 유리섬유 강화재로, 강력하고 열팽창이 적어 조선, 건축, 자동차 및 전자산업 등 폭넓게 사용됨
우리학교 배병수 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 직무대행 김병국)이 추진하는 선도연구센터(ERC)의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 재료분야 최고 권위의 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 표지논문(10월 25일)에 선정되는 영예를 얻었다.
배 교수 연구팀은 유리섬유직물과 굴절률이 똑같은 하이브리드 소재 수지를 독자적으로 제작한 후, 이를 유리섬유직물에 함침시켜 열팽창이 작은 투명한 플라스틱 필름 기판을 개발하였다.
차세대 꿈의 디스플레이로 불리는 자유자재로 휘거나 구부릴 수 있는 디스플레이나 미래 생활형 태양전지를 개발하기 위해서, 지금까지 전 세계 연구자들은 투명한 플라스틱 필름 기판을 사용하였다.
그러나 플라스틱 필름은 유리에 비해 온도가 올라가면서 열팽창이 점점 커져 기판 위에 디스플레이나 태양전지를 제작하기 어려워, 열팽창이 작은 투명한 플라스틱 필름 기판 개발이 절실히 요구되었다.
플라스틱의 열팽창을 낮추는 가장 쉬운 방법은 유리섬유직물을 보강하는 것인데, 이것은 플라스틱 안에 유리직물이 들어가므로 불투명해진다.
배 교수팀은 이를 해결하기 위해서, 유리섬유직물과 굴절률이 똑같은 특수한 하이브리드소재 수지를 직접 제작하여, 이를 유리섬유직물에 함침시켜 투명한 플라스틱 필름 기판을 개발하였다. 유리섬유직물과 함침된 하이브리드재료의 굴절률이 정확히 일치하면, 육안으로 전혀 차이를 느낄 수 없어 투명하게 되는 원리를 이용한 것이다.
배 교수팀이 개발한 투명 플라스틱 필름 기판은 유리섬유직물로 보강되었기 때문에 유리의 열팽창계수(9ppm/oC)에 가까운 낮은 열팽창계수(13ppm/oC)를 갖고, 내열성이 우수한 하이브리드소재를 이용하여 높은 온도(250oC 이상)에서도 디스플레이와 태양전지 등의 소자를 제작할 수 있는 장점이 있다.
배 교수팀의 투명 플라스틱 필름 기판은 휘어지는(flexible) 디스플레이와 태양전지의 기판 소재는 물론, 플라스틱의 특성(큰 열팽창과 낮은 내열성)으로 다양하게 사용되지 못하던 응용분야에 다각적으로 활용될 수 있을 것으로 전망된다.
연구팀은 이번에 개발한 투명 플라스틱 필름 기판을 이용하여 LCD나 아몰레드(AMOLED)에 사용되는 휘어지는(flexible) 산화물 박막 트랜지스터 (TFT)와 박막 태양전지를 직접 제작하여 응용 가능성을 높였다.
배병수 교수는 “이번에 개발한 투명 유리섬유직물 강화 플라스틱 기판은 성능도 우수하지만 가격도 저렴하면서 손쉽게 제작할 수 있어, 유리 기판을 대체하여 휘어지는 디스플레이나 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 핵심기술이다. 앞으로 국내외 산업체, 연구소, 대학들과의 긴밀한 협력으로 다양한 소자들을 제작하여, 기술의 우수성을 검증 받고 활용성을 더욱 확대할 계획이다”라고 밝혔다.
2010.10.25
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