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뇌 속 자명종 신경회로 발견
우리 대학 생명과학과 김대수 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 김정진 박사팀과 공동연구를 통해 동물이 잠을 자는 동안에도 소리에 반응해 각성하는 원리를 규명했다고 20일 밝혔다.
수면은 뇌의 활동을 정비하고 건강을 유지하는 매우 중요한 생리작용이다. 잠을 자는 동안 감각신경의 작용이 차단되므로 주변의 위험을 감지하는 능력이 감소하게 된다. 그러나 많은 동물은 잠자는 동안에도 포식자의 접근을 감지하고 반응한다. 과학자들은 동물이 깊은 잠과 낮은 잠을 번갈아 자면서 언제 있을지 모를 위험에 대비한다고 생각했다.
김대수 교수 연구팀은 깊은 잠을 자는 동안에도 동물이 소리에 반응하는 신경회로가 있다는 사실을 발견했다. 깨어 있을 때는 청각 시상핵 (Medial geniculate thalamus)이 소리에 반응하지만 깊은 잠 즉 비 램수면 (Non-REM) 동안에는 배내측 시상핵(Mediodorsal thalamus)이 소리에 반응해 뇌를 깨운다는 사실을 밝혔다.
연구 결과 쥐가 깊은 잠에 빠졌을 때 청각 시상핵 신경도 잠을 자고 있었지만 배내측 시상핵 신경은 깨어 있어 소리를 들려주자 곧바로 반응했다. 또한 배내측 시상핵을 억제하면 소리를 들려줘도 쥐가 잠에서 깨어나지 못했으며 배내측 시상핵을 자극하면 소리 없이도 쥐가 수초 이내에 잠에서 깨어나는 것을 관찰할 수 있었다.
이것은 수면상태와 각성상태가 서로 다른 신경회로를 통해 청각신호를 전달 할 수 있다는 최초의 연구로서 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지 (Current Biology)’에 2월 7일자로 보고됐으며 (https://www.nature.com/articles/d41586-023-00354-0) 국제학술지 네이처에 하이라이트 되었다. ( https://www.nature.com/articles/d41586-023-00354-0)
김대수 교수는 “이번 연구를 통해 수면 질환 등 다양한 뇌 질환에서 보이는 각성 및 감각장애에 대한 이해를 증진하고 향후 감각을 조절할 수 있는 디지털 헬스케어 개발 등 다양한 분야로 활용이 가능하다”라고 설명했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구재단 과제로 지원됐다.
2023.02.20
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2023 학위수여식 개최
우리 대학이 17일 오후 2시 대전 본원 스포츠 컴플렉스에서 2023년도 학위수여식을 개최했다. 코로나19 대유행 이후 처음으로 졸업생 전체가 참여하는 행사로 진행했다.
박사 691명, 석사 1천464명, 학사 715명 등 총 2천870명이 학위를 받으며, 1971년 설립 이래 박사 1만 5천772명을 포함해 석사 3만 8천360명, 학사 2만 867명 등 총 7만 4천999명의 졸업생을 배출하게 된다. 류가빈(23, 기계공학과) 씨는 학사과정 수석졸업자로 과학기술정보통신부 장관상을 받는다. 이사장상은 이승주(24, 전산학부) 씨, 총장상은 태국 유학생인 잔타칸 네생팁(23, 화학과) 씨가 받는다. 동문회장상과 발전재단 이사장상은 각각 황재용(25, 물리학과) 씨와 이준모(23, 산업및시스템공학과) 씨가 수상한다. 이종호 과학기술정보통신부 장관은 우수 졸업자를 시상하고 축사했다.
또한, 2004년도에 학부에 입학한 뒤, 19년 만에 박사학위를 받는 차유진(38, 바이오및뇌공학과) 씨가 졸업생 대표연설을 맡는다. 차 씨는 원자력및양자공학과를 졸업한 뒤 의학전문대학원에 진학해 방사선종양학과 전문의가 되었지만, 골육종을 앓던 어린 환자의 죽음을 계기로 다시 과학자의 길을 걷기 위해 모교로 돌아왔다. 현대의학의 한계를 극복하는 길은 결국 과학기술에 있으며, 과학자가 되어 그 답을 찾아가겠다는 꿈과 함께 2018년 바이오및뇌공학과 박사과정에 입학했다.
의사가 환자의 병을 진단하는 과정에서 발생하는 의사결정의 특성을 뇌과학적인 관점에서 규명하고 이를 활용한 뇌 기반 인공지능 알고리즘을 개발했다. 다양한 전공 분야의 임상 의사 약 200명을 피험자로 참여시켜 수집한 데이터로 본질적인 기계학습 이론 개발을 시도한 독창적이고 도전적인 연구다.
차 씨는 "인간은 인공지능이 가진 고유한 학습 능력을 활용해 자신의 전문성을 계발하고, 인공지능은 인간의 학습 능력을 모사해 성장하는 방식으로 협력할 수 있다"라고 말했다. 이어 "인간과 기계가 상대에게 미치는 영향에 반응하면서 진화하는 '공진화(共進化, coevolution)'의 단계까지 기술을 발전시켜 의료뿐만 아니라 모든 분야에 활용하는 것이 궁극적인 목표"라고 말했다.
현재 KAIST 의과학연구센터 연구 조교수로 재직 중인 차 씨는 의료인이 임상 현장에서 인공지능을 활용하는 것을 돕기 위해 2017년 『의사를 위한 실전 인공지능』을 저술했으며, 이 책은 '2018 세종도서' 학술부문 우수도서로 선정되기도 했다. 17일 열리는 학위수여식에서는 "세상에는 해결하기 어려운 일들이 너무나 많지만, 세상의 지평을 넓히고 당면한 문제들을 해결할 수 있는 길은 과학기술이라고 믿는다"라는 메시지를 담은 대표연설을 할 예정이다.
또한, 싱어송라이터 박새별(38, 문화기술대학원) 씨가 박사학위를 받는다. 최근 화제가 된 챗GPT처럼 인공지능 분야에서는 컴퓨터가 인간의 언어를 이해하고 분석하게 만드는 ’'자연어 처리'가 활발하게 연구되고 있다. 박 씨는 이 기술을 활용해 언어 대신 음악을 인공지능으로 분석하는 연구를 수행했다. 소리의 형태인 음악을 자연어 처리 방식으로 분석하기 위해서는 음표와 박자 등을 마치 언어처럼 문장이나 단어의 형태로 구현하는 작업이 필요한데, 이 과정에서 멜투워드(Mel2Word)라는 알고리즘을 직접 고안해 연구에 적용했다. 또한, 멜로디를 텍스트로 바꿔 분석하면 단순하게 음정을 표현하는 소릿값이 아니라 단어 혹은 문장으로서 의미와 맥락을 가진 수치들로 표현할 수 있다고 제안했다. 박 씨는 "그동안 주관적인 감상과 정서의 산물로 여겨지던 음악을 객관적인 수치로 계산해 분석할 수 있는 정량적 틀을 개발한 연구다"라고 설명했다. 박 씨의 연구 결과는 향후 음악의 유사성은 물론 독창성·예술성·대중성까지 측정할 수 있는 도구로 발전할 수 있으며, 인지과학적 측면에서 인간이 음악에 반응하는 근본 원리를 탐구하는 실마리로 활용될 수 있다.
2014년 박사과정에 입학한 박 씨는 학업과 함께 본업인 음악 활동은 물론 대중 강연과 대학 강의를 병행하고 결혼과 출산이라는 개인적인 중대사도 치렀다. 2019년 학위 이수 요건을 갖췄지만, 연구의 완성도를 위해 졸업을 늦춘 끝에 9년 만의 결실을 얻게 됐다. 박 씨를 지도한 남주한 문화기술대학원 교수는 "학부에서 심리학을 전공한 박새별 씨는 석박사 연구를 위해 늦게 배운 코딩으로 인공지능 분야에서 수준 있는 연구를 마무리해냈다"라고 전했다. 이어, 남 교수는 "오랜 시간이 걸렸지만, 연구자로서 끝까지 포기하지 않는 자세 또한 훌륭하다"라고 덧붙였다.박새별 씨는 현재 연세대 언더우드 국제학부에서 문화기술(Culture Technology) 과목과 음악 정보 검색(Music Information Retrieval) 과목을 강의하고 있다. 박 씨는 "KAIST에서 석박사를 했던 10년여의 기간은 학문적 지식뿐만 아니라 인생의 모든 면에서 배우고 성장할 수 있었던 시간이었다"라며, "박사는 끝이 아니라 시작(Commencement)이기 때문에 이제 뿌려진 작은 씨앗을 더 뿌리 깊게 내리며 좋은 학자로서, 그리고 아티스트로서 더 열심히 살아 나가겠다"라고 소감을 전했다.
이뿐만 아니라, 사회문제 해결을 꿈꾸는 청년 창업가들도 학사모를 쓴다. 경영공학부 사회적기업가 MBA 과정에서 석사학위를 취득하는 문준석(40), 서인아(31) 씨다.문준석 씨는 입학 전 아프리카 난민의 자립을 돕는 카페를 운영했다. 이후 사업의 규모를 확대하고 복지와 인권의 사각지대에 놓인 난민을 지속 가능한 방식으로 돕는 사회적기업 경영을 배우기 위해 KAIST에 진학했다.
문 씨는 학위 과정 중 커피를 바꾸는 것만으로도 적극적인 탄소 저감을 이뤄낼 수 있다는 아이디어로 사업 분야를 전환하고 ㈜이퀄테이블을 창업했다. 개인이 종이컵 한 개의 사용을 줄여서 저감할 수 있는 탄소의 양은 10g이지만 커피 자체를 바꾸면 300g의 탄소를 줄일 수 있기 때문이다.
커피는 농장에서의 생산부터, 유통, 가공, 소비에서 커피 1kg당 15kg의 탄소가 배출되는데 문 씨는 이 전체 과정의 혁신을 통해 탄소중립에 가까운 커피 원두를 생산하고 있다. 특히, 탄소중립인증 농장의 생두를 100% 재생에너지로 로스팅한 탄소저감커피를 기업에 제공하고 탄소저감량을 함께 보여주는 기업 대 기업 ESG 비즈니스 솔루션이 문 씨의 새로운 창업 분야다. 첫 파트너인 SK텔레콤과 협력해 이달 중 서비스를 시작한다.
함께 졸업하는 서인아 씨는 환경오염을 줄이는 방식의 패션 사업을 하기 위해 ㈜컨셔스웨어를 창업했다. 사명감을 실현하기 위해서는 그와 부합하는 경영 전문성이 필요하다는 생각에 사회적기업가 MBA 과정을 시작했다.
서 씨는 의류 산업 중에서도 80조 원 규모의 가죽 시장에 주목했다. 동물 가죽은 두께나 오염 문제로 원단의 60%만 사용하고 나머지는 버려진다. 가공하는 과정에서 중금속을 사용해 환경에 직접적인 영향을 미친다.
서 씨는 사회적기업가 MBA 과정을 통해 연계된 SK케미칼과 협력해 친환경 가죽 가방을 출시했다. 폐기된 가죽을 갈아서 재가공한 재생 가죽을 바이오소재(PO3G)로 가공한 제품이다. 90% 이상 생분해 가능한 PO3G를 재생 가죽에 적용한 최초의 사례로, 가공과 폐기 단계에서 환경오염을 줄이는 동시에 기존 소가죽 제품 대비 탄소배출량과 물 사용량도 10분의 1 수준으로 감축할 수 있다. 문준석 씨와 서인아 씨가 졸업한 사회적기업가 MBA 과정은 올해부터 녹색경영정책 프로그램과 통합된 임팩트(Impact) MBA 과정으로 운영된다. KAIST는 혁신적인 기술과 아이디어로 경제적 가치는 물론 환경과 사회에 의미 있는 변화를 주도하는 창업가들을 꾸준히 육성하겠다는 방침이다.
한편, 이날 학위수여식에서는 존 섹스턴(John Edward Sexton) 뉴욕대 명예총장에게 명예이학박사 학위를 수여했다.
우리 대학 관계자는 "섹스턴 총장의 오랜 고등교육 리더십과 KAIST가 NYU와의 협업을 통해 글로벌 가치창출 선도대학으로 도약하기 위한 기틀을 마련하는 과정에 기여한 공로를 인정해 명예이학박사 학위를 수여한다"라고 설명했다.
섹스턴 명예총장은 2002년부터 2016년까지 총장으로 재직하며, 2개의 해외 캠퍼스 및 다양한 해외 분원(Global Academic Sites)을 세계 각국에 설립했다. NYU의 랭킹 상승을 도모해 의대를 미국 전체 Top 2로 올려놓는 등 NYU를 초일류 대학의 반열에 올린 것은 물론 학생 수를 2만 9천 명에서 6만 명으로 파격적으로 늘리는 등 대학의 혁혁한 성장을 이뤄냈다.
또한, 섹스턴 명예총장은 재임 기간에 대학의 학업 목표를 지원하기 위한 기금 모금 활동을 활발하게 벌였다. 14년의 총장 재임 기간 중 '매일 100만 달러를 모금' 및 즉각적인 기부를 독려하는 '콜 투 액션(Call to Action)'과 같은 계획을 수립해 49억 달러의 기부금을 모금했으며, 이는 NYU 역사상 가장 큰 규모로 기록되고 있다.
섹스턴 명예총장은 총장 재임 시절에도 강의를 병행하고 학교 구성원들을 '가족'으로 표현하는 등 학생들을 특별히 아낀 일화들이 널리 알려져 있다. 특히, 학위수여식에서는 졸업생 모두를 안아주는 것으로 유명한데, 1999년 NYU 로스쿨에서 법학석사를 마친 박진 외교부 장관도 섹스턴 총장의 포옹을 받은 졸업생 중 하나다. 1942년생인 섹스턴 명예총장은 자신이 기틀을 마련한 KAIST-NYU 조인트 캠퍼스의 발전을 독려하기 위해 KAIST에 직접 방문해 명예이학박사 학위를 받았다. 또한, 섹스톤 명예총장의 명예박사학위 수여를 축하하기 위해 필립 골드버그(Philip Goldberg) 주한미국대사도 이날 KAIST 학위수여식에 참석했다. 골드버그 대사는 지난해 7월부터 주한미국대사직을 수행하고 있다.
섹스턴 명예총장은 "'함께 힘을 합쳐서 앞으로 위로 전진하자(Onward and upward together)'라는 슬로건을 좋아한다"라며, "KAIST-NYU 조인트 캠퍼스를 구축하기 위한 협력을 통해 양교가 세계 초일류의 대학으로 성장하는 비전을 달성하기를 기대한다"라고 말했다.이광형 총장은 "섹스턴 명예총장은 일생을 바쳐 교육의 다양성을 촉진하고 학문적 우수성을 추구한 인물이자 혁신과 가장 잘 어울리는 이미지를 갖춘 총장"이라고 소개했다. 이어, "섹스턴 명예총장이 마련한 기반 위에서 완성될 KAIST-NYU 조인트 캠퍼스는 양교의 시너지를 원동력 삼아 뉴욕으로 몰리는 글로벌 인재들을 흡인하는 구심점이자 KAIST 우수한 인재들이 세계를 향해 꿈을 펼쳐나갈 시작점이 될 것"이라고 말했다. 또한, 이 총장은 학위수여식사를 통해 "목표를 향하여 미래를 그려보고 노력해간다면, 미래는 내 손으로 직접 만드는 작품일 수 있다"라고 졸업생들을 격려하며, "꿈의 여정을 멈추지 말고 실패를 만나더라도 포기하지 않을 것"을 당부했다.
2023.02.17
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제52주년 개교기념식에서 ‘2022년 올해의 KAIST인 상’ 등 총 35명 교원 시상
우리 대학 물리학과 서민교 교수가 ‘2022년 올해의 KAIST상’을 수상했다.
‘올해의 KAIST인 상’은 한 해 동안 국‧내외에서 탁월한 학술 및 연구 실적으로 우리 대학 발전을 위해 노력한 교원에게 수여하는 상으로 지난 2001년 처음 제정됐다.
22번째 수상의 영예를 안은 서민교 교수는 광학적 무반사를 재해석한 연구를 통해 마치 준입자처럼 행동하는 빛의 소용돌이(Optical Vortex)를 구현할 수 있음을 이론적·실험적으로 증명했다. 이 연구 결과는 2022년 네이처(Nature)지에 게재되었으며, 순수 KAIST 구성원만으로 얻어낸 성과인 점에서 우리 대학의 위상을 크게 높였다는 평가를 받았다. 또한, 서민교 교수는 그간 광학 분야에서 쌓아온 연구 업적과 탁월한 성과를 인정받아 2023년 한국광학회 학술대상을 수상할 예정이다.
서민교 교수는 "KAIST에서 공부하고 연구하며 많은 기회를 얻었는데, 이렇게 과분한 상까지 받게 되어 큰 영광“이라고 소감을 전했다. 이어, 서 교수는 ”함께 연구하고 있는 학생들, 훌륭한 스승, 동료 교수님들과 학과 선생님들, 그리고 항상 같이 있어 주는 가족들의 응원에 힘입어 앞으로 더욱 깊이 있는 연구를 위해 노력하겠다”라고 소감을 밝혔다.
이와 함께 교육, 학술, 국제협력 등 여러 분야에서 학교의 위상을 높인 35명의 교원에게 ‘개교기념 우수교원 및 특별포상’이 수여됐다.
학술대상을 수상한 이효철 화학과 교수는 시간분해 엑스선 회절을 이용한 분자구조동역학 연구의 선구자로 다수의 파급효과가 큰 논문들을 지속해서 게재해 우리 대학의 국제적 인지도를 높이는데 크게 기여했다. 특히 기존 학계에서 받아들여지던 고정관념을 혁신하고 한계를 돌파하는 획기적인 연구성과를 거듭 달성한 점이 높은 평가를 받았다.
창의강의대상을 수상한 최정우 전기및전자공학부 교수는 학부의 인공지능(AI)융합교육을 활성화하기 위한 핸즈 온 익스페리먼트(Hands-on experiment, 실습 중심 실험) 위주의 ‘AI 융합 캡스톤’ 강의를 기획하고 개발했다. 이를 통해, 창의적이고 통합된 인공지능 모델을 완성하는 경험을 학부생에게 제공하는 성공적인 교육 모델로 정착시킨 공로를 인정받았다.
우수강의대상을 수상한 윤태중 경영공학부 교수는 “No One Left Behind(아무도 뒤에 남겨두지 않는다)” 정신으로 마케팅 연구와 실무를 제자들이 체계적이고 깊이 있게 이해할 수 있도록 이끌어 KAIST 교육에 대한 학생들의 만족도와 자부심을 높이는데 크게 기여한 것으로 평가받았다.
공적대상을 수상한 서연수 생명과학과 교수는 KAIST-베트남 국제협력에 앞장서 대학에 국제화의 수준을 높였으며, ‘이윤보다는 가치 공유’를 내세우는 바이오 벤처인 엔지노믹스(주)를 설립해 후학 양성을 위한 발전기금을 기부하는 등 다양한 공로를 인정받았다.
사회봉사부문 우수교원 대상을 수상한 이우훈 산업디자인학과 교수는 2019년부터 재단법인 소야장학재단 이사장으로 재임하며 가정형편이 어려운 과학영재를 위한 장학사업을 진행해 대전지역 과학영재 육성에 기여한 공로를 높게 평가받았다.
<수상 교원 명단>
○ 올해의 KAIST인상 : 물리학과 서민교 부교수
○ 학술대상 : 화학과 이효철 교수
○ 학술상 : 생명과학과 김찬혁 부교수, 전산학부 이의진 교수, 신소재공학과 박병국 교수, 경영공학부 김민기 부교수
○ 창의강의대상 : 전기및전자공학부 최정우 부교수
○ 우수강의대상 : 경영공학부 윤태중 조교수
○ 우수강의상 : 물리학과 김용관 부교수, 화학과 정용원 부교수, 생명과학과 정민환 교수, 의과학대학원 김준 부교수, 기계공학과 황보제민 조교수, 항공우주공학과 신동혁 조교수, 전기및전자공학부 김민준 조교수, 건설및환경공학과 김재홍 부교수, 산업및시스템공학과 박찬영 조교수, 생명화학공학과 최민기 교수, 신소재공학과 정성윤 부교수, 조천식모빌리티대학원 이진우 조교수, 디지털인문사회과학부 김란우 조교수, 문술미래전략대학원 서용석 부교수, 기술경영학부 김혜진 부교수
○ 공적대상 : 생명과학과 서연수 교수
○ 공적상 : 전기및전자공학부 조성환 교수, 전산학부 배두환 교수, 생명화학공학과 이재우 교수
○ 국제협력상 : 전기및전자공학부 김성민 부교수, 전산학부 오혜연 교수, 산업디자인학과 이창희 조교수, 생명화학공학과 배태현 부교수
○ 사회봉사 우수교원 특별포상 대상 : 산업디자인학과 이우훈 교수
○ 사회봉사 우수교원 특별포상 우수상 : 전기및전자공학부 조병진 교수
○ 송암미래석학 우수연구상 : 전산학부 강민석 조교수, 신소재공학과 강지형 조교수
2023.02.15
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저농도 폐수에서 암모니아 생산 기술 개발
현대사회에서 우리의 삶을 위협하는 탄소 순환 불균형에 못지않게 부각되는 질소 순환 문제가 중요한 이슈다. 특히 질산염은 수질 오염, 산성비, 그리고 최근 기승을 부리는 미세먼지의 생성 원인으로도 알려져 있으며, 암모니아는 주로 농업용 비료, 플라스틱, 폭발물, 의약품, 선박용 청정원료, 수소 운반체, 암모니아 발전 등 다양한 산업군에 쓰이는 유용한 자원이다.
우리 대학 신소재공학과 강정구 교수 연구팀이 전기를 이용해 저농도 질산염 수용액으로부터 암모니아를 생산하는 고효율 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다.
연구팀이 개발한 전기 촉매는 구리 금속 폼(Cu foam)과 니켈-철 층상이중수산화물(NiFe Layered double hydroxide)의 복합체로 구성돼 있다. 구리 폼은 질산염을 선택적으로 흡착하고, 니켈-철 층상이중수산화물은 화학이나 생체반응을 통해 반응 중 생성된 중간체 수소 라디칼을 생성해 구리 폼에 전달함으로써 질산염이 암모니아로 바뀌도록 효율적으로 진행한다. 구리, 철, 니켈 모두 귀금속과 비교해 지구에 풍부하고 비교적 저렴하므로 연구팀이 개발한 기술은 친환경적이고 경제적인 원천기술이다.
이 기술은 질산염을 통해 직접적으로 암모니아를 생산할 수 있을 뿐 아니라, 기존 질산염 환원의 가장 큰 문제였던 저농도 질산염 수용액에서도 좋은 성능을 갖는다. 실제 하천이나 강물, 혹은 여러 질산염을 배출하는 저농도 폐수를 이용해 암모니아를 생산할 수 있어 경제적이고 실용적이다는 특성을 가진다.
김건한 박사 (現 옥스퍼드 대학교 화학과, KAIST 신소재공학과 졸업생)가 제1 저자로 참여하고, 더모트 오헤어 교수 (옥스퍼드 대학교 화학과) 연구팀이 공동으로 참여한 강정구 교수 연구팀의 이번 연구 결과는 에너지 및 환경 분야 국제 학술지 `에너지 환경 과학(Energy & Environmental Science, IF 39.71)' 1월 24일 字 온라인 게재됐다. (논문명: Energy-efficient electrochemical ammonia production from dilute nitrate solution)
현재 암모니아 생산은 대부분 `하버-보쉬 공정'을 통해 생산된다. 이 공정은 고온, 고압의 합성 조건을 전제로 하기 때문에 안전성에서 문제를 갖고 있을 뿐만 아니라 값비싼 수소 기체를 반응물로 이용하기 때문에 경제성 문제를 동시에 유발한다. 이에 대한 대안으로, 친환경적이며 값싸고 풍부한 질소 기체를 직접 전기 환원시키는 전기화학적 질소 환원법도 수용액에 대한 낮은 용해도와 강한 질소-질소 삼중결합 때문에 발생하는 낮은 효율로 큰 문제를 겪고 있다.
반면, 전기에너지를 이용해 질산염을 암모니아로 환원시키는 전기화학적 질산염 환원법은 수용액에 잘 녹는 질산염과 상대적으로 더 약한 질소-산소 결합에너지로 질소 환원법보다 더 높은 효율을 가지고 있다. 하지만, 기존의 질산염 전기 촉매의 경우, 경쟁 반응인 물 환원 반응으로 인해 암모니아로의 환원 효율이 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 또한, 실제 하천이나 강물, 혹은 여러 질산염을 배출하는 폐수의 경우, 약 10mM(밀리몰) 이하 낮은 농도의 질산염을 포함하고 있는데, 저농도에서 촉매 특성이 급격히 떨어진다는 특성이 있다.
이에 강정구 교수 연구팀은 표면적이 넓은 구리 금속 폼을 호스트로 사용하여 저농도의 질산염이 효율적으로 흡착될 수 있도록 했다. 한편, 호스트인 구리 금속 폼에 수소 라디칼 생성이 가능한 니켈-철 층상이중산화물을 포함하는 `구리 금속 폼/니켈-철 층상이중수산화물' 복합체를 형성하였는데, 니켈-철 층상이중수산화물의 전기전도도가 낮아 질산염 환원이 일어나는 전압에서 수소-수소 결합을 통한 수소가스 (H2)를 생성하지 않고 효율적으로 수소 라디칼 (H)을 물로부터 만들 수 있었다.
강정구 교수는 "친환경적인 전기에너지를 이용해 질산염 환원법으로 암모니아를 생성하는 경우, 주로 메탄 리포밍을 통해 생산되는 값비싼 수소 기체를 이용하며 고온/고압의 반응 조건으로 유발되는 안전성 문제를 가진 하버-보쉬 공정을 효과적으로 대체할 수 있다ˮ라고 소개하면서 "특히, 반응 자리와 수소 라디칼 자리가 분리된 촉매 구조를 통해 저농도 질산염에서도 효율적으로 암모니아를 생성할 수 있기 때문에, 실제 강물, 하천, 공장 폐수에 포함돼있는 질산염을 농축시키는 과정 없이도 효율적으로 암모니아를 생산할 수 있어 질산염을 통한 암모니아 생산의 상용화에 이바지할 것이다ˮ고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노 및 소재기술개발사업 미래기술연구실의 지원을 받아 수행됐다.
2023.02.08
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획기적 암 치료제를 만들 단백질 코드 규명
우리 대학 의과학대학원 이지민 교수 연구팀이 유럽분자생물학연구소(EMBL) 미하일 사비스키(Mikhail Savitski) 교수, 서울대학교 백성희 교수와 공동 연구를 통해 질환의 억제와 촉진의 실마리가 되는 단백질 수명을 결정하는 단백질 *번역 후 조절(post-translational modification, 이하 PTM) 코드를 규명했다고 1일 밝혔다.
* 번역 후 조절(PTM): DNA가 mRNA가는 전사 과정을 거쳐 최종 단백질로 번역까지 일어난 이후에 추가적으로 생기는 현상으로, 단백질의 구조나 효능에 영향을 미치는 것으로 주로 알려져 있음
연구팀은 기존에 단백질의 운명 조절과 연관이 없을 것으로 생각됐던 PTM 신호를 `PTM-활성화(PTM-activated) 데그론'과 `PTM-불활성화(PTM-inactivated) 데그론'으로 구분해 단백질 수명 조절과의 관련성을 규명했다.
*PTM 활성화 데그론과 PTM 볼활성화 데그론: PTM에 의해 데그론이 활성화 되는 것은 단백질의 번역후 변화가 단백질의 분해를 촉진했다는 것을 의미하며, 반대로 불활성화 데그론은 번역 후 조절 신호가 단백질의 분해를 억제하여 단백질의 축적이 일어났음을 의미
여기서 데그론 코드란 단백질 수준을 조절 가능한 아미노산 서열의 조합 개념으로 질병의 진행이나 억제의 스위치 역할을 하는 단백질의 수명 조절 코드를 말한다.
연구팀은 이를 규명한 결과 기존 치료제가 접근할 수 없는 `기존에 약으로 만들지 못했던(Undruggable)' 신규 타깃의 정확도 높은 치료법 개발의 가능성을 열었다.
또한 연구팀은 신규 PTM 관련 코드를 다각화함으로 인해 단백질 분해 및 생성의 근본 원인을 알 수 없었던 기존의 신호 전달 체계에 PTM을 유도하거나 제거하는 효소의 역할을 재조명했다. 이번 연구를 통해 질병 관련 단백질 수명 변화 기원을 PTM 코드로 디지털화해서 미리 규명을 함으로써 그동안 단백질 수준을 마지막 단계에서 조절하는 *유비퀴틴 신호에만 집중했던 부분을 변경하도록 제안했다.
* 유비퀴틴: 단백질이 분해되기 전에 먼저 일어나는 대표적인 화학적 변화로 알려져 있으며 없어져야 할 단백질에 붙는 표지자로 널리 알려져 있음
우리 대학 의과학대학원 이지민 교수가 제1 저자로 초청돼 기고한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 17.69)' 에 지난 1월 13일 字 출판됐다. (논문명 : Control of protein stability by post-translational modifications).
이지민 교수는 "새롭게 제시한 PTM-활성화 또는 PTM-불활성화 데그론 코드의 규격화는 기존 약에 반응하지 않거나 저항성이 생기는 단백질 수준을 조절 가능한 다양한 질병 (대표적으로 암이나 퇴행성 뇌질환)의 진단 및 의약품 개발로 발전시킬 수 있을 것으로 기대된다ˮ 고 밝혔다.
한편 이번 연구는 삼성미래기술육성사업, 한국연구재단 리더연구사업,유럽분자생물학연구소 및 과학기술정보통신부 의사과학자양성사업의 지원을 받아 수행됐다.
2023.02.01
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7개 연구실, '안전관리 우수연구실' 인증 취득
우리 대학 7개 연구실이 과학기술정보통신부가 주관하는 2022 안전관리 우수연구실 인증을 획득했다.
안전관리 우수연구실 인증제는 대학이나 연구기관 등에 설치된 과학기술 분야 연구실이 자율적으로 안전관리 역량을 강화할 수 있도록 정부가 2013년 도입한 제도다. 안전관리 표준모델을 발굴하고 확산하는 것을 목표로 안전관리 수준과 활동이 우수한 연구실에 전문가의 심사를 통한 인증을 부여하고 있다.
이번에 신규 인증을 획득한 연구실은 총 7개로 대전 소재 정부출연연구기관 중 최다 규모다. 생명과학과 ①시스템 및 합성생물학 연구실(조병관 교수), 신소재공학과 ②NanoSF 연구실(강정구 교수), ③바이오신소재연구실(박찬범 교수), ④지속가능에너지재료 연구실(정우철 교수), ⑤신소재 영상화 및 융합 연구실(홍승범 교수), 원자력및양자공학과 ⑥핵융합 및 플라즈마 동역학 연구실(성충기 교수), 화학과 ⑦나노촉매연구실(송현준 교수) 등이다.
해당 연구실들은 ▴연구실 안전 환경 시스템 분야(30점) ▴연구실 안전 환경 활동 수준 분야(50점), ▴연구실 안전관리 관계자 안전의식 분야(20점) 등 세 가지로 구분된 심사 항목에서 각 분야 배점의 80% 이상을 득점하고 80점 이상의 총점을 얻었다. 또한, 안전관리 우수연구실 인증제 운영에 관한 규정에 명시된 필수 이행항목 4종에 대한 평가를 동시에 충족해 우수 연구실로 인증됐다.
이광형 총장은 "최근 중대재해 처벌 등에 관한 법률이 시행되어 공공기관의 사회적 책임에 부응하기 위해 안전보건경영시스템 'ISO45001' 인증을 준비하는 등 연구실 안전관리에 많은 관심을 가지고 있다"라고 전했다. 이어 이 총장은, "KAIST의 우수한 연구자들이 안전하게 연구할 수 있도록 안전관리 우수연구실 인증을 향후 확대하여 시행하는 등 안전관리에 만전을 기하겠다"고 강조했다. 26일 오후 2시부터 진행된 인증서 수여식에는 이승섭 교학부총장, 방진섭 행정처장 등 보직자들과 해당 연구실 관계자들이 참여했다. 또한, 연구실 내 행정적 관리를 평가하는 "안전 환경 시스템 분야"와 구성원의 안전의식을 평가하는 "안전관리 관계자 안전의식 분야"에서 높은 점수를 받은 강정구 신소재공학과 교수 연구실 투어가 진행됐다.
2023.01.30
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폐암 전이를 막고 치료 가능한 세포로 되돌리는 원천기술 개발
고령화에 따라 암의 발생이 늘어나면서 암은 인류의 건강수명을 위협하는 가장 치명적인 질환이 됐다. 특히 조기 발견을 놓쳐 여러 장기로 전이될 때 암의 치명률은 높아진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 암세포의 전이 능력을 제거하거나 낮추려는 시도가 이어졌으나 오히려 중간상태의 불안정한 암세포 상태가 되면서 더욱 악성을 보이게 되어 암 치료의 난제로 남아 있었다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 시스템생물학 연구를 통해 폐암 세포의 성질을 변환시켜 암세포의 전이를 막고 약물에 대한 저항성을 제거할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.
조광현 교수 연구팀은 폐암 세포의 전이능력이 없는 상피(epithelial, 세포 방향성이 있어 유동성 없이 표면조직을 이루는 상태)세포에서 전이가 가능한 중간엽(mesenchymal, 방향성없이 개별적인 이동성을 가진 상태)세포로 변화되는 천이 과정(epithelial-to-mesenchymal transition, 이하 EMT)에서 나타나는 다양한 암세포 상태들을 나타낼 수 있는 세포의 분자 네트워크 수학모델을 만들었다. 컴퓨터 시뮬레이션 분석과 분자 세포실험을 통해 악성종양으로 증식하여 인접한 조직이나 세포로 침입하거나 약물에 내성을 가진 중간엽세포 상태에서 전이가 되지 않은 상피세포 상태로 다시 바뀔수 있도록 세포의 성질을 변환시켜주는 핵심 조절인자들을 발굴했다.
특히 이 과정에서 그동안 난제로 남아 있었던 중간과정의 불안정한 암세포 상태(EMT 하이브리드 세포 상태)를 피하는 동시에 항암 화학요법(chemotherapy) 치료가 잘 되는 상피세포 상태로 온전히 역전하는 데 성공했다.
우리 대학 김남희 박사과정, 황채영 박사, 김태영 연구원, 김현진 박사과정이 참여한 이번 연구 결과는 미국암학회(AACR)에서 출간하는 국제저널 `캔서 리서치(Cancer Research)' 1월 30일 字 온라인판 논문으로 출판됐다. (논문명: A cell fate reprogramming strategy reverses epithelial-to-mesenchymal transition of lung cancer cells while avoiding hybrid states)
암세포의 EMT 과정에서 불완전한 천이(변화과정)로 인해 발생하는 EMT 하이브리드 상태의 세포들은 상피세포와 중간엽세포의 특성을 모두 갖고 있으며, 높은 줄기세포능*을 획득해 약물저항성 및 전이 잠재성이 큰 것으로 알려져 있다. 불안정한 암세포 상태(EMT)는 매우 복잡하여 높은 전이 능력과 약물저항성을 가지는 EMT 하이브리드 세포 상태를 회피하면서 암세포를 전이 능력과 약물저항성이 제거된 상피세포 상태로 온전히 역전시키는 것은 매우 어려운 일이었다.
*줄기세포능: 줄기세포가 지속적 자가복제를 할 수 있도록 하는 세포내 신호전달체계
조광현 교수 연구팀은 복잡한 EMT를 지배하는 유전자 조절 네트워크의 수학모델을 정립한 후, 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석 및 복잡계 네트워크 제어기술을 적용해 중간엽세포 상태인 폐암 세포를 EMT 하이브리드 세포 상태를 회피하면서 전이 능력이 상실된 상피세포 상태로 역전시킬 수 있는 세 개의 핵심 분자 타깃인 ‘p53 (암 억제 단백질)’, ‘SMAD4 (EMT를 조절하는 대표적 신호전달을 매개하는 중심물질로 SMAD 그룹에 포함된 단백질)’와 ‘ERK1/2 (세포의 성장 및 분화에 관여하는 조절인자)’를 발굴하고 이를 분자 세포실험을 통해 검증했다. 이러한 발견은 실제 인체 내 암 조직의 환경에서처럼 자극이 주어진 상황에서 중간엽세포 상태가 상피세포 상태로 역전될 수 있음을 증명해 그 의미가 크다.
암세포의 비정상적인 EMT는 암세포의 이동과 침윤, 화학요법 치료에 대한 반응성 변화, 강화된 줄기세포능, 암의 전이 등 다양한 악성 형질로 이어지게 된다. 특히 암세포의 전이 능력 획득은 암 환자의 예후를 결정짓는 매우 중요한 요소다. 이번에 개발된 폐암 세포의 EMT 역전 기술은 암세포를 리프로그래밍해 높은 가소성과 전이 능력을 제거하고 항암 화학치료의 반응성을 높이도록 하는 새로운 항암 치료 전략이다.
조광현 교수는 "높은 전이 능력과 약물저항성을 획득한 폐암 세포를 전이 능력이 제거되고 항암 화학요법치료에 민감한 상피세포 상태로 온전히 역전시키는 데 성공함으로써 암 환자의 예후를 증진할 수 있는 새로운 치료전략을 제시했다ˮ라고 말했다.
조광현 교수 연구팀은 암세포를 정상세포로 되돌리는 가역 치료원리를 최초로 제시한 뒤 2020년 1월에 대장암세포를 정상 대장 세포로 되돌리는 연구 결과를 발표했고, 2022년 1월에는 가장 악성인 유방암세포를 호르몬 치료가 가능한 유방암세포로 리프로그래밍하는 연구에 성공한 바 있다. 이번 연구 결과는 전이 능력을 획득한 폐암 세포 상태를 전이 능력이 제거되고 약물 반응성이 증진된 세포 상태로 되돌리는 가역화 기술 개발의 세 번째 성과다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업 등의 지원으로 수행됐다.
2023.01.30
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반도체 분야 세계적인 국제학술대회 디자인콘(DesignCon)에서 최우수논문상 수상자 4명 동시 배출
반도체 설계 분야에서 세계적으로 권위를 인정받고 있는 국제학술대회인 디자인콘(DesignCon)에서 최우수 논문상 수상자 4명을 우리 대학 한 연구실에서 동시 배출해 화제다.
전체 수상자 8명 중 절반인 4명을 배출한 것도 대단한 성과인데 인텔(Intel)·마이크론(Micron)·AMD·화웨이(Hwawei)와 같이 반도체 강국으로 꼽히는 미국·중국·일본의 글로벌 빅테크 기업 소속 엔지니어 및 연구원들과 당당히 경쟁해서 따낸 것이기에 이들의 수상이 더욱 의미가 크고 값지다는 평가다.
전 세계 기업과 대학 연구실 가운데 최초이면서도 유일하게 인공지능(AI) 스스로 최적의 설계를 구현하는 강화학습(RL)을 포함한 머신러닝(ML) 기술과 3D 이종반도체 패키징(3D Heterogeneous Packaging) 기술을 결합하여 슈퍼 컴퓨터·초대형 데이터센터의 고성능 서버 등에 핵심적으로 사용되는 HBM(고대역폭 메모리) 등 차세대 인공지능(AI) 반도체를 연구하는 전기및전자공학부 김정호 교수 연구실 테라 랩(Terabyte Interconncection and Package Laboratory) 소속 박사과정 학생들의 이야기다.
이들의 연구는 인공지능이 중심이 되는 디지털 전환과 동시에 이를 가능하게 하는 인공지능 반도체와 컴퓨터의 발전을 선도하고 있다. 더 나아가 설계 과정 전체를 인공지능으로 자동화하려는 미래 방향을 제시하고 있다.
전기및전자공학부 테라 랩 소속 김성국(사진·31세)·최성욱(사진·27세)·신태인(사진·26세)·김혜연(사진·26세) 박사과정 학생 4명이 국제학회인 디자인콘(DesignCon)이 선정한 2022년 최우수 논문상 수상자로 선정됐다고 16일 밝혔다. 시상식은 오는 31일 미국 실리콘밸리 산호세 산타클라라 컨벤션센터에서 열리는 `디자인콘 2023 국제학술대회'에서 열린다.
이들 대학원 학생 4명이 수상하는 최우수 논문상은 반도체 및 패키지 설계 분야에서 국제적으로 권위를 인정받고 있는 디자인콘이 인텔·마이크론·램버스·텍사스인스트루먼트(TI)·AMD·화웨이·IBM·앤시스(ANSYS) 등 글로벌 빅테크 기업의 연구원과 엔지니어, 그리고 세계 각 대학 대학(원)생을 대상으로 매년 7월 말 논문 초안을, 12월 말까지 전체 논문을 각각 모집하고 제출받아 심사를 거쳐 수여하는 학술대회 최고상이다.
이 때문에 발표되는 논문은 실무와 매우 밀접한 관련이 있고 곧바로 제품에 적용이 가능한 실용적인 기술에 관한 내용이 대부분이다.
2022년에는 총 8명의 수상자를 선정했는데 김정호 교수가 지도하는 KAIST 테라 랩에서만 수상자의 절반인 4명을 배출했다. 수상작 가운데 2편은 인공지능을 이용한 반도체 설계, 나머지 2편은 인공지능 컴퓨팅을 위한 반도체 구조 설계에 관한 논문이다.
우선 최우수 논문상 수상자 중 김성국 학생(31세)은 고성능 인공지능 가속기를 위한 고대역폭 메모리 기반 프로세싱-인-메모리(PIM) 아키텍처를 설계했다. 최성욱 학생(27세)은 강화학습 방법론을 활용해 고대역폭(HBM) 메모리를 위한 하이브리드 이퀄라이저를 설계해 주목을 받았다. 신태인 학생(26세)은 차세대 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 신호 무결성 모델링과 설계 및 분석 방법론을 제안했다.
마지막으로 김혜연 학생은 반도체 설계 문제 중 디커플링 캐패시터 배치 문제를 조합 최적화 문제로 정의하고 오프라인 학습 방법인 모방 학습을 통해 자동 최적화했다. 김혜연 학생은 이번 수상 논문 이외에도 반도체 설계 문제에 지식 증류·데이터 증강·대칭성 학습 등 다양한 인공지능 기법을 적용, 한층 성능이 개선된 결과를 얻어 관련 산업계로부터 많은 주목을 받고 있다.
특히 김혜연 학생의 연구는 기존 인공지능을 적용한 연구에서 한 발 더 나가 반도체 설계 문제의 특징을 고려한 학습 방법과 신경 구조를 직접 설계한 연구로 평가받아 2022년 초 열린 인공지능 분야 최대학회인 뉴립스(NeurIPS) 워크숍에서 발표된 적이 있다.
우리 대학 테라 랩은 2022년 4명의 수상자 외에 지난 2021년에도 김민수 박사과정 학생이 최우수 논문상을 수상했다. 불과 2년 사이에 디자인콘이 주관하는 학술대회의 꽃인 최우수 논문상 수상자를 모두 5명을 배출했는데 5편의 수상자 논문 중 3편이 인공지능을 활용한 반도체 설계에 관한 논문이다.
반도체 설계는 고성능·저전력을 목적으로 미세한 3차원 패키지에 다양한 기능을 갖춘 수많은 부품을 최적화해 배치할 뿐만 아니라 검증을 위해서는 복잡한 시뮬레이션이 필요하기 때문에 매우 어려운 분야로 꼽힌다.
김정호 교수가 이끄는 테라 랩에는 올 1월 현재 석사과정 10명, 박사과정 13명 등 모두 23명의 학생이 반도체 전·후공정에 들어가는 다양한 패키지와 인터커넥션 설계를 강화·모방 학습과 같은 인공지능(AI) 머신러닝(ML)을 활용해 최적화하는 연구를 수행 중이다.
김정호 교수는 "테라 랩은 전 세계 산·학·연구기관 중 유일하게 그간의 연구성과를 기반으로 독창적으로 개발한 반도체 설계 자동화 기술인 5I(CI, PI, TI, EMI, AI) 융합 솔루션을 갖추고 있다ˮ면서 "2030년 이후에는 이종 칩(Chip)을 하나의 패키지로 통합하는 `3D 이종 집적화(Heterogeneous Integration) 패키징' 기술이 대세로 자리를 잡을 것ˮ이라고 전망했다. 김 교수는 이어 "디지털 대전환(DX) 시대를 맞아 반도체의 역할이 갈수록 중요해지는 만큼 차세대 반도체 개발에 필요한 맞춤형 인재 양성을 위해 더욱 노력하겠다ˮ고 소감을 밝혔다.
2023.01.16
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학문의 대를 잇는 초세대 협업연구실 추가 개소
우리 대학이 '초세대 협업연구실'을 추가 개소하고 11일 오전 현판식을 개최했다. '초세대 협업연구실'은 은퇴를 앞둔 교수가 오랜 시간 축적해온 학문의 성과와 노하우를 이어가기 위해 후배 교수와 협업하는 KAIST의 독자적인 연구제도다.
2018년 초세대 협업연구실 제도를 처음 도입한 이후 7개의 연구실을 선정했으며, 작년 말 전기및전자공학부 김정호 교수의 'KAIST 시스템반도체 패키징 연구실'과 화학과 장석복 교수의 '유기반응 및 합성연구실'을 추가로 선정했다.김정호 교수가 책임교수를 맡은 'KAIST 시스템반도체 패키징 연구실'에는 조천식모빌리티대학원 안승영 교수와 신소재공학과 김경민 교수가 참여교수로 협업한다. 김정호 책임교수는 고성능 반도체 설계 및 인공지능 공학 설계(AI-X) 분야의 대표적인 석학으로 전 세계적으로 독창성을 인정받는 5I* 융합설계 원천기술을 유일하게 보유하고 있다. ☞ 5I 기술: 신호선 설계(SI, Signal Integrity), 전력선 설계(PI, Power Integrity), 기계 및 열 설계(TI, Thermal Integrity), 전자파 설계(EMI, Electromagnetic Interference Integrity), 구조 설계(AI, Architect Integrity) 등 시스템반도체 패키징 분야의 융합 설계기술
안승영 참여교수는 자율주행 자동차, 드론, 위성, 국방, 초소형 의료기기 등 다양한 시스템에 적용되는 초고속 반도체 집적회로 패키징과 시스템의 전자파 간섭 및 전자파 적합성에 관한 연구를 수행해왔다. 김경민 참여교수는 자연과학, 재료공학, 전자공학을 기반으로 인간의 신체를 모방한 시스템반도체용 저항성 메모리(Memristor) 연구 분야에서 경력을 쌓았으며, 최근에는 인공지능 반도체 소자 패키지 분야를 중점적으로 연구하고 있다. 이들은 세대 간의 연구 협력을 통해 '시스템반도체 패키징' 기술을 심화·발전시켜 나갈 예정이다. 이를 기초로 국내 시스템반도체 산업 경쟁력을 한 단계 높이는 것이 목표다. '시스템반도체 패키징'은 그동안 분리해 사용돼 온 프로세서와 메모리를 하나의 반도체 안에 3차원적으로 집적하는 기술이다. 인공지능의 학습 계산 능력을 현저하게 높이고 동시에 전력 소모는 줄이는 첨단 기술이다. 기존 '반도체 무어의 법칙'을 이어가는 초격차 기술이자 미래 인공지능 시대를 가능케 하는 기술이다. 특히, 김정호 교수가 주도하는 초세대 협업연구실은 이 분야 세계 최고의 연구실로 꼽히고 있다.3차원 집적 패키징 기술은 슈퍼컴퓨터와 초대형 데이터 센터의 고성능 서버, 자율주행 자동차 등에 사용되는 차세대 인공지능 반도체의 핵심 기술로 각종 인공지능 서비스와 메타버스와 같은 고부가가치 플랫폼을 구현하기 위해서는 반드시 확보해야 하는 경쟁력 중 하나다. 3차원 고성능 이종집적 패키징(3D High Performance Heterogeneous Computing Packaging) 원천기술을 바탕으로 고성능·저전력·다기능 시스템을 구현하고, 특히 이 전체 설계 과정을 인공지능 기계학습 방법으로 자동화할 계획이다. 미국 전자공학회 석학회원(IEEE 펠로우)인 김정호 교수는 KAIST 전기및전자공학부 교수 중에는 최초로 초세대 협업연구실을 개소하는 영예를 얻게 됐다. 또 다른 초세대 협업연구실로 선정된 '유기반응 및 합성연구실'은 장석복 화학과 교수가 책임교수를 맡고 같은 학과의 한순규, 박윤수 교수가 참여한다. 전이금속 촉매를 이용한 합성 방법 개발 분야의 세계적 권위자인 장석복 교수는 2015년부터 8년 연속으로 세계에서 가장 영향력 있는 연구자(Highly Cited Researcher)에 선정됐으며, 2012년부터 기초과학연구원 (IBS) '분자활성 촉매반응 연구단'을 이끌며 리더십을 발휘하고 있다.한순규 참여교수는 복잡한 구조와 다양한 생리활성을 가지는 천연물 화학합성 분야의 전문가다. 특히, 한 교수 연구실은 세큐리네가 알칼로이드* 합성 분야에서 세계 학계를 이끌어가는 선두그룹으로 평가받고 있다.☞ 세큐리네가 알칼로이드: 한국에서도 자생하는 식물인 '광대싸리' 내에서 생합성되는 질소 함유 알칼리성 유기물질 박윤수 참여교수는 유기화학과 무기화학 두 분야를 모두 전공했으며, 물리유기 및 금속화학 분야의 촉망받는 신진 연구자다.이들은 초세대 협업연구실을 통해 유기 반응 및 합성 연구 분야에서 세 가지 중심 주제 꼽히는 ▴합성 방법론 개발 ▴반응 메커니즘의 분석 및 이해 ▴천연물 전합성에의 응용에 관한 연구를 수행한다. 새로운 화학반응 및 촉매개발이라는 비전 아래 속도가 빠르고 선택적이면서도 화학 폐기물의 발생을 최소화하는 지속가능한 합성법을 개발하고 이를 신약 개발을 위한 천연물 합성 및 기능성 유기분자의 생산 공정에 적용하는 것이 연구 방향이다.
유기화학 전반에 대한 장석복 교수의 높은 통찰과 오랜 시간 구축해온 중요 실험 장비를 적극적으로 활용하면서 박윤수 교수가 보유한 물리유기화학적 실험 기법들을 적용해 새로운 화학 반응을 개발한 뒤, 이를 한순규 교수가 실제 천연물 합성 조건에 적용해 증명하는 방식으로 협업을 진행할 예정이다.
장 교수 연구팀의 초세대 협업연구실은 무작위 스크리닝과 시행착오를 통한 인력투입형 유기화학반응 개발의 기존 패러다임에서 벗어나, 심화된 메커니즘을 연구해 반응성에 대한 깊은 이해를 바탕으로 촉매시스템을 설계하는 접근법을 계획하고 있다. 이를 통해, 궁극적으로 의약·재료·화학·바이오 산업 전반에 파급력 있는 반응방법 및 혁신적인 전합성을 개척하는 것이 목표다. 우리 대학은 세대를 이어 지속가능한 연구혁신을 추구할 연구실을 발굴하기 위해 2022년 9월부터 BFO추천위원회(The Best, the First, the Only)의 추천과 공개 공모 절차를 거쳐 초세대 협업연구실을 선발해왔다. ▴연구의 독창성·차별성·탁월성 ▴학술·사회·경제적 효과 ▴초세대 연구의 필요성 ▴책임교수의 학문적 우수성 및 국제적 인지도 ▴참여교수의 비전 및 연구계획 등의 기준을 바탕으로 새롭게 선정된 두 연구실에는 향후 5년간 총 5억 원의 운영비가 지원된다.
2018년 첫 초세대 협업연구실로 선정된 이상엽 교수 연구팀의 '시스템 대사공학 및 시스템 헬스케어 연구실'에서는 딸기우유 같은 식품이나 화장품 등에 활용되는 붉은색 천연색소인 카르민산을 미생물을 이용해 생산하는 기술을 2021년 개발했다. 한정된 지역에서만 서식하는 ‘연지벌레’에서 복잡하고 비효율적인 단계를 거쳐 추출해야 하는 기존의 방법에 대해 혁신적이고 효과적인 해결책을 제시한 성과다.
또한, 2019년 선정된 이용희 물리학과 교수 연구팀의 '나노포토닉스 연구실'은 서민교 참여교수의 주도로 자기장에 의해 자발적으로 생성되고 동역학적 움직임을 보이는 빛 소용돌이(optical vortex)를 구현하는 연구를 최초로 시도해 성공했다. 그 과학적 가치를 인정받아 지난해 10월 국제 학술지 '네이처(Nature)' 온라인 판본으로 출판하는 등 기존에 선정된 초세대 협업 연구실에서는 세대를 잇는 협업의 성과를 꾸준하게 배출하고 있다.
신규 선정된 '유기반응 및 합성연구실' 책임을 맡은 장석복 교수는 "다양한 시행착오를 거치며 일군 연구실 시스템을 후속 세대가 디딤돌로 삼을 수 있으면 좋겠다는 생각이 있었는데, 이번에 설립되는 초세대 협업연구실을 통해 유기합성 분야의 중요하고 파급력 있는 문제를 창의적으로 풀어나가기를 희망한다"라고 소감을 전했다.
'KAIST 시스템반도체 패키징 연구실'의 김정호 책임교수는 "우리나라가 진정한 반도체 강국으로 자리 잡기 위해 꼭 필요한 시스템반도체 패키징 분야에 특화된 연구를 실현해 국내 반도체 산업의 초격차 경쟁력 제고에도 힘을 보탤 것"이라고 말했다. 한편, 11일 오전에 열린 초세대 협업연구실 현판식에는 이상엽 연구부총장, 김경수 기획처장, 조광현 연구처장, 이동만 공과대학장 등 주요 보직자들과 새롭게 선정된 연구실 관계자들이 참석했다.
2023.01.11
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약물 상호작용 예측하는 美 FDA 수식, 틀렸다
여러 약물을 동시에 복용하면, 약물간의 상호작용에 의해 약효가 달라질 수 있다. 우리 대학 수리과학과 김재경 교수 연구팀(기초과학연구원 수리 및 계산 과학 연구단 의생명 수학 그룹 CI)은 채정우‧김상겸 충남대약대 교수팀과 공동으로 미국 식품의약국(FDA)이 사용을 권장하는 약물 상호작용 예측 수식이 부정확했던 원인을 규명하고, 정확도를 2배 이상 높인 새로운 수식을 제시했다.
체내 흡수된 약물은 간을 비롯한 여러 장기의 효소에 의해 대사되어 체내에서 사라진다. 두 가지 이상의 약을 함께 복용할 경우, 하나의 약이 다른 약의 대사를 변화시켜 체외 배설을 촉진하거나 억제할 수 있다. 목표로 한 치료 효과를 내지 못하거나 부작용이 발생할 가능성이 있다. 이를 ‘약물 상호작용(DDI)’이라고 한다.
약물 상호작용에 따라 약물의 제거 속도를 정확하게 예측하는 것은 의약품 처방 및 신약 개발에 있어 매우 중요하다. 의료진은 약물을 복합처방할 때 의약품 사용설명서에 명시된 약물 상호작용 정보를 토대로 처방을 내린다. 신약 개발 과정에서도 약물 상호작용을 필수로 연구하여 표시하도록 되어 있다.
FDA는 약물 상호작용을 평가하고, 다약제 복용 과정의 부작용을 최소화하기 위한 가이던스(Guidance‧지침서)를 1997년 처음 발행했다(2020년 1월 개정). 신약 개발과정에서 신약 후보물질과 시판된 모든 약물의 상호작용을 모두 평가하는 것이 현실적으로 불가능하기 때문에 FDA는 가이던스에서 제시한 수식을 활용해 약물 상호작용을 간접적으로 평가하도록 권고하고 있다.
문제는 이 수식의 정확도가 떨어진다는 점이다. FDA가 제시하는 수식은 효소의 반응속도를 설명하는 ‘미카엘레스-멘텐 식’을 기반으로 한다. 이 수식은 약물 대사에 관여하는 체내 효소의 농도가 낮다는 것을 전재로 한다. 연구진은 실제 간에서 약물 대사에 관여하는 효소 농도는 예측에 사용돼온 값보다 1000배 이상 높은 것으로 확인함으로써 기존 FDA 수식이 부정확한 원인을 찾았다.
채정우 충남대약대 교수는 “연구자들은 과학적인 근거가 부족한 인위적인 수를 곱하는 식으로 FDA의 수식을 보정해서 사용해왔다”며 “과거의 과학자들이 당시의 정설이던 천동설을 기반으로 행성의 움직임을 설명하기 위해 복잡한 궤도를 도입했던 것과 유사한 상황”이라고 말했다.
연구진은 수학-약학 협력연구를 통해 약물 상호작용을 설명할 수 있는 새로운 수식을 개발했다. 의심 없이 사용돼 온 기존 식 대신 효소의 농도에 상관없이 정확하게 약물의 대사 속도를 예측할 수 있는 새로운 수식을 유도했다.
이후, 새로 쓰인 수식을 이용해 약물 상호작용을 예측하고, 실제 실험으로 측정된 값과 비교했다. 그 결과, 인위적인 보정 없이도 예측 정확도가 2배 이상 증가한 것으로 확인됐다. 기존 FDA 수식은 약물 상호작용을 2배의 오차범위 내에서 예측한 비율이 38%인데 반해, 수정된 식은 80%에 달했다.
생물학적 제제를 제외한 대부분의 의약품은 FDA 가이던스에 따라 약물의 상호작용을 평가한다. 이 결과는 약효와 부작용에 직결된다. 정확한 수식을 활용한 약물 상호작용 연구 및 약물 처방이 필요한 이유다.
김상겸 충남대약대 교수는 “약물 상호작용 예측 정확도의 개선은 신약개발의 성공률과 임상에서의 약물 효율을 높이는데 기여할 것”이라며 “임상약리학 분야 최고의 저널에 논문을 발표한 만큼, 이번 연구결과에 따라 FDA 가이던스가 수정될 것으로 기대한다”고 말했다.
김재경 교수는 “수학과 약학의 협력 연구 덕분에 당연히 정답이라고 생각했던 수식을 수정하고, 인류의 건강한 삶을 위한 단서를 찾을 수 있었다”며 “미국 FDA 가이던스에 ‘K-수식’이 들어가길 꿈꿔본다”고 말했다.
이번 연구결과는 2022년 12월 15일(한국시간) 임상약리학 분야 권위지인 ‘임상약리학 및 약물치료학(Clinical Pharmacology and Therapeutics, IF 7.051)’ 온라인 판에 실렸다.
※ 논문명: Beyond the Michaelis-Menten: Accurate Prediction of Drug Interactions through Cytochrome P450 3A4 Induction
2023.01.09
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2023 디지털인문학 겨울학교 및 디지털인문학 융합전략심포지엄 개최
우리대학이 9일부터 12일까지 KAIST-KT 공동연구센터에서 '2023 디지털인문학 겨울학교'를 개최한다.
2023 디지털인문학(Digital Humanities) 겨울학교는 인문학 연구자들이 역사나 문학 등의 연구 분야에 디지털 기술을 접목해 새로운 관점으로 인문학을 볼 수 있도록 기획된 프로그램이다. 디지털과 인문학의 융합연구를 기획하고 수행하는 데 활용할 수 있는 방법론을 나흘간의 전일제 강의와 실습을 바탕으로 교육한다. 학습 성과를 높이기 위해 석사급 이상의 연구 조교 7명이 실습 교육을 돕는다.
KAIST 디지털 인문사회과학센터가 주최하고 고려대 디지털인문센터, 서울대 인문대학이 협력하며, 디지털인문학 분야 석학들이 강연하고 대담회를 갖는 심포지엄을 연계해 개최한다.
9일부터 시작되는 교육은 역사와 문학 분야로 나눠 진행한다. 역사 분야에는 허수 서울대 국사학과 교수가 '토픽 연결망 분석으로 개벽'의 논조 변화를 다시 보기'를 교육하고, 김광림 고대문명연구소 문명연구팀 연구원이 '헤드 퍼스트(Head First) 디지털 역사학'을 맡는다.
문학 분야에서는 최운호 목포대 국어국문학과 교수가 '거리재기와 정렬로 고전문헌 분석하기'를, 정서현 KAIST 디지털인문사회과학부 교수와 김병준 디지털 인문사회과학센터 연구교수가 '데이터로서의 문학: 텍스트 정량분석의 잠재력'을 맡아 교육한다.
또한, 공통 과정으로 디지털 인문학과 관련된 '공공데이터 활용', '메타데이터', '리뷰 논문 작성하기' 등의 과목도 개설된다. KAIST 디지털 인문사회과학센터 관계자는 "당초 30명 내외의 인원을 모집할 계획이었으나, 예상보다 많은 지원자가 몰려 교육 인원을 2배 가까이 늘려 선발했다"라고 전했다. 또한, "선발된 59명의 수강생 중 42%는 전임교원 및 박사학위자로 디지털인문학 연구에 대한 학계의 높은 관심을 확인할 수 있었다"라고 덧붙였다.
13일에는 '디지털인문학: 포스트 AI 시대를 위한 융합전략'을 주제로 서울시 강남구 역삼동 한국고등교육재단에서 심포지엄을 개최한다. 겨울학교에서 수행된 대표 프로젝트를 첫 번째 세션에서 발표해 역사학과 문학 연구를 위한 디지털 기술의 융합 사례를 공유할 계획이다. 두 번째 세션에서는 디지털인문학에 특별한 관심을 가지고 각 대학에 관련 센터를 설립한 이광형 KAIST 총장, 장윤금 숙명여대 총장과 「가장 인간적인 미래」를 발간해 인공지능과 인문학 간의 융합 연구와 교육을 강조한 윤송이 엔씨소프트(NCSoft) 사장의 발제가 이어진다. 강창우 서울대 인문대학장, 정병호 고려대 문과대학장이 토론자로 참여하는 종합 대담회를 가진다.
세 번째 세션에서는 디지털인문학의 사례 및 새로운 관점을 짚어 보기 위해 아이-스쿨(Information School, i-School)의 세계 컨소시엄 의장을 역임한 성균관대 오삼균 명예교수가 '아이-스쿨의 융합 전략과 디지털인문학 전략'을 강의하고 유럽 디지털인문학을 선도하는 헬싱키 대학의 'HELDIG 연구센터'를 함께 소개한다.
또한, 서울대 이은수 교수가 우리나라 디지털인문학이 나아갈 길에 대한 주관 대학의 공동 메시지를 발표한다. 마지막으로 맹성현 KAIST 디지털인문사회과학 센터장이 폐회사를 통해 포스트 인공지능(AI) 시대를 위한 융합전략을 정리할 예정이다.
맹성현 센터장은 "디지털인문학 겨울학교 및 연계 심포지엄은 이번 첫 회를 시작으로 국내 디지털인문학을 선도하는 대학들과 연합해 매년 개최할 예정"이라고 밝혔다. 이어, 맹 센터장은 "앞으로 우리나라의 대표적인 디지털인문학 교육 및 네트워킹 허브가 되어 국내 관련 융합연구와 교육을 활성화하여 산업과 연계시키고 국제 학계와의 협력 관계를 조성하는 일에 이바지할 것"이라고 강조했다.13일 열리는 심포지엄은 디지털인문학에 관심 있는 모든 사람이라면 누구나 무료로 참가할 수 있다. 사전 신청을 통해 등록할 수 있으며, 자세한 내용은 KAIST 디지털 인문사회과학센터 홈페이지(https://dhcss.kaist.ac.kr)에서 확인할 수 있다. 한편, 2021년 설립된 KAIST 디지털인문사회과학센터는 지난해 6월 전 세계 14개의 대학 소속의 연구자 및 학생들이 참여한 계산사회과학(CSS) 여름학교를 개최한 바 있으며, 디지털과 인문사회의 융합 연구와 교육 방향 정립을 선도하고 있다.
2023.01.06
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박범순 과학기술정책대학원 교수, 문체부 장관상 수상
우리 대학 박범순 과학기술정책대학원 교수는 지난해 12월 30일 문화체육관광부장관상을 수상했다. 2018년 6월 인류세연구센터를 설립하고 센터장으로 취임한 이후 인류세 연구 성과를 문화적, 예술적 통로로 확산해 온 공로를 인정받은 성과다.
인류세(Anthropocene)는 새로이 제안된 지질시대의 이름이다. 인간이 지구에 심대한 영향을 끼쳤으며, 그러한 영향을 지층에서까지 발견할 수 있다는 것이 핵심 내용이다. 인류세 개념은 인간의 행위와 밀접한 관계되어 있어 지질학을 포함한 자연과학의 영역을 넘어 인문학, 사회과학, 예술 분야에서도 활발히 논의되고 있다.
박범순 교수는 인류세 연구에는 융합적 접근이 필수적이며, 그 개념이 담고 있는 의미를 생각한다면 사회적인 참여가 중요하다는 점을 강조해왔다. 박 교수는 인류세연구센터의 연구 그룹을 구성할 때 기존 학문 분과의 경계선을 따르기보다는 (1)인류세적 현상을 감지하는 '센싱' 그룹, (2)기술적 해법과 사회정책적인 적응을 모색하는 '인해비팅' 그룹, 그리고 (3)인류세의 대안을 상상하는 '이매지닝' 그룹으로 나눴다. 특히 이매지닝 그룹은 인류세 연구를 통해 새로운 인간·사회·지구에 대한 문화예술적 상상을 자극하고, 이를 전시 및 예술작품을 통해 구현하여 사회적 참여를 실현하려는 목표를 가지고 있다.
박범순 교수는 이매지닝 그룹 연구진들과 함께 예술가들을 만나고 국내외 여러 전시 기관과 긴밀히 협력하면서 인류세의 의미를 대중에게 확산해 왔다. 아스 엘렉트로니카(Ars Electronica), 유네스코 세계무형문화유산포럼 등을 통해 문화예술계에 인류세 개념을 소개해 왔으며, 서울시립과학관의 인류세 특별전(2020. 1)을 시작으로 일민미술관의 #입법극장(2020. 6), 부산현대미술관의 #'그 후 그 뒤'(2021.12), 국립현대미술관의 #'미술관 탄소 프로젝트'(2022.9) 등에서도 학술과 예술을 연계하는 활동을 해 왔다.
이매지닝 그룹 소속의 전치형 과학기술정책대학원 교수, 조현정 디지털인문사회과학부 교수, 최명애 인류세연구센터 교수도 아시아문화전당(ACC) 창작 스튜디오 레지던스 프로그램 참여 예술가들과 만나, 작가들이 인류세 연구로부터 창작의 영감을 얻을 수 있도록 '공기 관계', '위기 건축', '재야생화'같은 개념들을 전달하기도 했다(2021.11).
박범순 교수를 비롯한 인류세연구센터 연구진은 대표적인 인류세 공간으로서 비무장지대(DMZ)와 쓰레기 매립지에도 주목해 왔다. 전자가 인간의 의식적인 불개입을 통해 형성된 공간이라면, 후자는 그야말로 인간 활동의 부산물이 지층에 켜켜이 쌓인 공간이다. 접근이 제한된 DMZ의 생태를 연구하기 위한 김창익 전기및전자공학부 교수와 최명애 교수의 연구는 '생태 AI' 프로젝트로 발전했고, 자료 수집 과정에서 트랩카메라에 포착된 동물(두루미) 이미지는 스위스 취리히 대학과의 협업을 통해 #"Planet Digital: Triggered by Motion" #전시물 제작으로 이어졌다(2022. 2).
한편 한반도에서 인류세 표식을 찾기 위해 사용이 종료된 쓰레기 매립지를 시추한 남욱현 지질자원연구원박사(인류세연구센터 센싱 그룹)의 연구는 박범순 교수의 기획 제안을 통해 시각예술가 이소요 작가의 오브제 및 영상 전시 작품 #‘플라스티쿼티’로 결실을 보기도 했다(2022. 9).
수상을 추천한 아시아문화전당 관계자는 박범순 교수가 기조 발제를 맡았던 미디어파사드 #'반디산책' 전시 연계 국제 포럼(2022. 8)을 회고하면서, 박 교수가 "아시아 문화예술 커뮤니티를 비롯한 국내외 협력 프로그램 활성화하는 데 크게 기여"했다고 전했다.박 교수는 "미래세대를 위해서 탄소중립이 더욱 중요할 것이며, 단순한 산술적 중립을 넘어서서 이에 대한 비판적 이해와 새로운 정책 대안에 문화예술계와의 협업이 더욱 필요할 것"이라고 강조했다.
2023.01.06
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