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김원준 교수, 산업미래전략 연구센터 유치
〈 김 원 준 교수 〉
우리 대학 기술경영학부 김원준 교수가 MIT, 스탠퍼드 대학, 듀크 대학, 노스웨스턴 대학 교수들과 공동으로 4차 산업혁명 관련 대형연구센터인 산업미래전략 연구센터를 유치했다.
‘산업미래전략 연구센터(CIFS, Center for Industrial Future Strategy)’는 한국연구재단이 시행하는 인문사회분야 SSK (Social Science Korea) 대형연구센터 지원 사업에 선정돼 4년에 걸쳐 22.5억을 진행받으며 사업을 진행할 예정이다.
김원준 교수가 책임교수를 맡고 물리학과 정하웅 교수, MIT의 Scott Stern 교수, 듀크 대학의 Aaron Chatterji 교수, 스탠퍼드 대학의 이영석 박사, 노스웨스턴 대학의 윤혜진 교수 등 국내외 우수 연구자들 10명과 전임연구원 4명으로 구성된다.
‘산업미래전략 연구센터(CIFS)’는 특히 4차 산업혁명을 포함한 새로운 기술혁신 패러다임에 의한 기술·사회·경제적 변화를 연구해 새 기술혁신 패러다임으로 인해 변화할 미래 산업사회를 연구한다.
또한 새로운 기술혁신 패러다임 하에서 지속가능한 경제 성장을 이루기 위한 정부와 기업의 혁신 관련 정책과 전략을 연구하며, 나아가 새로운 기술혁신 패러다임 하에서 지속 가능한 글로벌 혁신생태계를 위한 다양한 산업 및 경제 전략적, 정책적 방안을 제시한다.
이를 위해서 ‘산업미래전략 연구센터(CIFS)’는 노벨 경제학상 수상자가 다수 소속되어 있는 미국 대표 경제연구소인 NBER (National Burau of Economic Research)과 매년 주제 관련 국제학회(AIEA-NBER Conference)를 확대 운영하고, MIT, 스탠퍼드 대학, 듀크 대학, 노스웨스턴 대학 등과 주제별 연구팀을 구성해 보다 긴밀한 연구협력을 진행할 예정이다.
그 밖에도 ADB (Asian Development Bank), AIDB (Inter-American Development Bank) 등을 비롯한 국제기구와도 긴밀한 협력을 확대하여 새로운 기술혁신 패러다임 하에서 지속가능한 글로벌 혁신생태계 구축의 중추적인 역할을 구축해 나갈 계획이다.
구체적인 연구 내용의 예로는 ▲ 새로운 기술혁신 패러다임으로 인한 글로벌 가치사슬의 변화와 대응방안 연구 ▲ 4차 산업혁명으로 인한 노동시장의 변화와 대응방안 연구 ▲ 공유경제의 확산과 사회적 이해관계의 변화 및 대응방안 연구 ▲ 빅데이터와 인공지능, 그리고 개인정보보호 제도 및 대응방안 연구 ▲ 인공지능기술의 혁신과 윤리 및 제도적 대응방안 연구 등이 있다.
연구책임자인 기술경영학부 김원준 교수는 “4차 산업혁명을 포함한 새로운 기술혁신 패러다임은 연구개발, 산업, 기술, 노동, 금융, 제도 등 우리 사회의 사회, 경제, 산업 구조를 크게 변화시키고 있다”며 “산업미래전략 연구센터(CIFS)를 통해서 이러한 커다란 변화에 대응해 한국과 글로벌 사회가 나아가야 할 정책적, 전략적 방향을 제시하는데 기여하겠다”고 말했다.
2018.09.06 조회수 14555 -
김성용 교수, 빅 데이터 통해 아중규모 난류의 고유특성 규명
〈 김 성 용 교수 〉
우리 대학 기계공학과/인공지능연구소 김성용 교수 연구팀이 빅 데이터 분석을 통해 아중규모 난류의 고유한 특성과 원동력을 발견하는 데 성공했다.
이번 연구는 원격탐사장비인 연안레이더와 해색위성을 통해 관측된 해양 표층 대형자료의 빅 데이터 분석을 통해 수 킬로미터 및 수 시간 규모의 해양유체를 이해함으로써 전지구 및 지역 기후변화 예측모델의 개선에 기여할 것으로 기대된다.
이번 연구는 환경유체 및 지구물리분야 국제 학술지인 ‘저널 오브 지오피지컬 리서치-오션스(Journal of Geophysical Research-Oceans)’ 8월 6일자에 두 편의 연계논문으로 게재됐다.
김 교수 연구팀의 유장곤, 이은애 석사가 각 논문의 1저자로 참여했고, 석사 연구 주제의 일부가 관련분야 최상위 학술지에 출간되는 성과를 달성했다.
2012년 美 항공우주국(NASA)은 ‘영원한 바다(Perpetual Ocean)’라는 위성을 이용한 해양관측 자료를 시각화한 프로젝트를 공개했다. 이는 2년 반에 걸친 바다 표면 흐름의 움직임에 대한 자료를 모아 제작된 것으로 그 모습이 마치 화가 빈센트 반 고흐의 ‘별이 빛나는 밤(The Starry Night)’속 하늘의 배경과 유사해 대중의 흥미를 끌었다.
이 ‘영원한 바다’는 중규모(100km 이상의 공간 규모) 수준의 난류운동을 기반으로 한 것으로 김 교수 연구팀은 중규모보다 더 작고 짧은 시공간 규모인 아중규모(1~100km 및 매 시간 규모)에서 해양 난류를 연구했다.
아중규모 난류는 지구물리유체 및 환경유체 분야에서 큰 관심을 받는 분야로 열과 밀도를 포함한 물리적 혼합 및 난류특성에 대한 연구 뿐 아니라 해양 영양분의 표층으로의 전달 및 적조와 엽록소의 번성 등 해양생물, 생태 및 환경 보존의 주요한 물리적 원인으로 주목받고 있다.
전 세계적으로 아중규모 해양 난류는 주로 컴퓨터를 이용한 수치 모델링 연구로 진행되고 있으나, 시공간으로 급격히 변하는 아중규모의 해양유체를 기존 장비 및 기술로 관측하기에는 어려움이 있어 제한적이고 간헐적인 현장 관측만 가능한 상황이다.
연구팀은 원격탐사장비인 연안레이더와 해색위성을 이용해 관측한 1년간의 해수유동장 및 5년간의 엽록소 농도장을 빅 데이터 분석해 해양난류의 고유한 특성을 입증했다.
연구팀은 해양난류 파수영역(wavenumber) 에서의 에너지 스펙트럼의 기울기 변화를 계절과 공간에 따른 변화 관점에서 분석했다.
이를 통해 아중규모 난류의 순방향과 역방향의 에너지 캐스케이드(energy cascade, 난류운동에서 큰 규모에서 작은 규모 또는 작은 규모에서 큰 규모로 에너지가 이동하는 현상)가 일어나고, 에너지가 투입되는 공간규모가 약 10 km이며 이는 경압불안정성(baroclinic instability, 수평방향으로 밀도 변화가 심할 때 중력장에서 불안정해져 이를 복원하기 위해 난류 현상이 발생하는 상태)에 의한 것임을 입증했다.
김 교수 연구팀의 연구결과는 해양물리, 대기 및 기후변화의 전 지구 고해상도 모델링 분야의 아중규모 물리현상의 모수화(参数化, parameterization)에 대한 중요한 기여를 할 것으로 기대된다. 아중규모의 원리를 이해함으로써 방사능, 기름유출과 같은 해양 오염물 추적 등 실제적이고 다양한 응용이 가능할 것으로 보인다.
또한 이번 연구는 우리나라 동해안 극전선의 가장자리에서 활발하게 생성되는 아중규모 소용돌이와 전선의 장기 관측자료를 이용한 것으로, 국내 연안 레이더 및 해색위성을 이용한 대형자료의 분석과 해양물리 및 물리생물의 상호작용 연구의 활성화에 기여할 것으로 예상된다.
이번 연구는 한국연구재단, 한국해양과학기술원 해양위성센터, 해양경찰청 연구센터의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 고흐의 별이 빛나는 밤과 NASA 가 제작한 영원한 바다 사진
그림2. 에너지 스펙트럼의 기울기 변화에 따른 에너지의 순방향 및 역방향 캐스케이드와 에너지가 투입되는 공간 규모를 보여주는 예
그림3. 동해에서 해색위성을 이용해 관측된 표층 엽록소 농도장에서 표현된 아중규모 난류 유동의 예
그림4. 임원지역 표층 해수유동장과 울릉도 남부지역 표층 클로로필 농도장
2018.08.13 조회수 15818 -
김준 교수, 난치성 유전질환인 섬모병증 치료제 후보 발굴
〈 김준 교수, 김용준 박사과정 〉
우리 대학 의과학대학원 김준 교수가 연세대학교 생명공학과 권호정 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 난치성 유전질환인 섬모병증의 치료제 후보를 개발했다.
이번 연구 결과는 섬모병증 치료제 개발을 위한 기반이 될 것으로 기대되며 유사한 난치성 유전질환에 대한 저분자 화합물 약물 개발 플랫폼으로도 활용 가능할 것으로 예상된다.
김용준 박사과정이 1저자로 참여하고 정인지, 김성수, 정유주 연구원이 공동 저자로 참여한 이번 연구는 의, 과학 분야 국제 학술지 ‘저널 오브 클리니컬 인베스티게이션(Journal of Clinical Investigation)’ 7월 23일자 온라인 판에 게재됐다.(논문명 Eupatilin rescues ciliary transition zone defects to ameliorate ciliopathy-related phenotypes)
세포 소기관인 일차섬모는 배아가 발생하는 과정에서 세포 간 신호전달에 관여하고 망막 광수용체 세포가 기능하는 역할을 하는 등 인체에 중요한 기관이다.
섬모병증은 이러한 섬모의 형성에 필수적인 유전자들의 돌연변이로 인해 발생되며 소뇌발달 및 신장 이상, 망막 퇴행 등의 증상을 보인다.
현재 섬모병증을 치료하는 약물은 개발되지 않았다. 섬모병증 뿐 아니라 기능손실 유전자 돌연변이가 원인이 되는 대부분의 희귀유전질환은 유전자 치료를 제외하고는 치료 약물의 개발이 이뤄지지 않았다.
연구팀은 문제 해결을 위해 섬모병증 원인의 하나인 CEP290 유전자 돌연변이를 유전자 편집기법으로 모사한 세포를 구축한 뒤 화합물 라이브러리 스크리닝 기법을 통해 섬모병증에서 나타나는 섬모형성 부진 현상을 극복할 수 있는 천연 저분자 화합물을 발굴했다.
발굴된 화합물은 CEP290 단백질과 복합체를 이뤄 섬모형성과 기능에 관여하는 단백질(NPHP5)에 작용하는 것으로 밝혀졌다. CEP290 단백질이 유전자 돌연변이로 인해 만들어지지 않는 경우 NPHP5 단백질도 정상적으로 작용하지 못하는데 이 화합물은 NPHP5의 기능을 정상화시켜 복합체가 담당하던 기능의 일부를 회복함을 확인했다.
또한 연구팀은 발굴한 화합물을 섬모병증 증상을 갖는 동물 모델에 주입했고 망막 퇴행 현상을 지연시키는 효과를 입증했다.
1저자인 김용준 박사과정은 “이번 연구는 기능손실 유전자 돌연변이로 인해 발생하는 유전질환도 저분자 화합물 약물로 치료가 가능함을 규명했다는 의미를 갖는다”고 말했다.
김준 교수는 “발굴된 후보약물의 효과를 동물실험을 통해 확인했기 때문에 인체에서의 효과 또한 증명하는 후속 연구를 진행할 예정이다”고 말했다.
이번 연구는 보건복지부 희귀질환연구센터지원사업, 한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 글로벌연구실 사업의 지원으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1.섬모형성 이상을 회복시키는 약물 발굴
그림2. 발굴된 약물에 의해 섬모병증 모델 생쥐의 망막퇴행이 지연되는 효과 확인
2018.07.30 조회수 15960 -
이현주 교수, 배기가스 정화용 로듐 앙상블 촉매 개발
〈 정호진 박사과정, 이현주 교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 이현주 교수가 포항공대 한정우 교수와의 공동 연구를 통해 자동차 배기가스 정화에 사용할 수 있는 분산도 100%의 로듐 앙상블 촉매를 개발했다.
연구팀의 촉매는 자동차 배기가스 정화 반응에서 시중의 디젤 산화 촉매에 비해 50도 낮은 온도에서 100%의 전환율을 달성하는 성능을 보였다. 연구팀의 앙상블 촉매는 기존의 단일원자 촉매, 나노입자 촉매와는 다른 개념으로 금속 앙상블 자리(ensemble site)가 필요한 다양한 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.
정호진 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 ‘미국 화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)’ 7월 5일자 온라인 판에 게재됐다. (논문명 : Fully Dispersed Rh Ensemble Catalyst to Enhance Low-Temperature Activity, 저온 활성 향상을 위한 완전히 분산된 로듐 앙상블 촉매)
다양한 불균일계 촉매 중 귀금속 촉매는 높은 활성을 보이기 때문에 널리 사용된다. 하지만 귀금속의 희소가치 때문에 귀금속 사용 효율을 극대화하는 것이 매우 중요하다.
단일원자 촉매는 모든 금속 원자가 촉매 반응에 참여할 수 있기 때문에 널리 사용되지만, 금속 원자가 독립적으로 존재하기 때문에 앙상블 자리가 필요한 촉매 반응에서 촉매 성능을 발휘하지 못한다.
한편 프로필렌(C3H6)과 프로판(C3H8) 등의 탄화수소는 대표적인 자동차 배기가스 오염물질로 반드시 촉매 산화 반응을 통해 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 전환한 뒤 배출돼야 한다. 탄소-탄소, 탄소-수소 결합을 깨뜨려야만 탄화수소 산화반응이 진행되기 때문에 촉매 반응을 위해서는 금속 앙상블 자리를 확보하는 것이 필수적이다.
연구팀은 문제 해결을 위해 100%의 분산도를 갖는 로듐 앙상블 촉매를 개발해 자동차 배기가스 정화반응에 적용했다. 100%의 분산도를 갖는다는 것은 모든 금속 원자가 표면에 드러나 있기 때문에 모든 원자가 반응에 참여할 수 있다는 의미이다.
이는 단일원자 촉매도 동일하게 갖는 특징이지만, 앙상블 촉매는 100% 분산도와 더불어 두 개 이상의 원자가 붙어있는 앙상블 자리가 존재한다는 장점 또한 갖고 있다.
그 결과 일산화탄소(CO), 일산화질소(NO), 프로필렌, 프로판 산화 반응에서 모두 우수한 저온 촉매 성능을 보였다. 이는 탄화수소 산화 반응 성능이 없는 단일원자 촉매나 낮은 금속 분산도로 인해 저온 촉매 성능이 떨어지는 나노입자 촉매의 단점을 보완한 것이다.
특히 연구팀이 개발한 분산도 100%의 로듐 앙상블 촉매는 상용화된 디젤 산화 촉매(DOC, diesel oxidation catalysts)보다 높은 활성과 내구성을 가져 실제 자동차 배기가스 정화에 적용 가능할 것으로 기대된다.
이현주 교수는 “이번에 개발한 촉매는 기존의 단일원자, 나노입자 촉매와는 다른 새로운 금속 촉매 개념으로 학술적으로 기여하는 바가 크다”며 “자동차 배기가스 정화 촉매 분야에도 산업적으로 적용 가능해 가치가 큰 연구이다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터사업 초저에너지 자동차 초저배출 사업단의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 분산도 100% 로듐 앙상블 촉매를 이용한 자동차 배기가스 정화 반응 개념도
그림2. 단일 원자 촉매와 앙상블 촉매의 촉매 구조와 성능 비교 모식도
그림3. EDS-mapping 분석법을 통해 관찰한 단일 원자 촉매, 앙상블 촉매, 나노입자 촉매 구조 사진
2018.07.23 조회수 16517 -
성남-KAIST 차세대 ICT 연구센터 및 산학협력단 브랜치 오피스 개소식, 2일 가져
우리대학과 성남시가 4차 산업 기술혁신 생태계 기반 강화를 위해 협력추진하고 있는 ‘성남-KAIST 차세대 ICT 연구센터 및 KAIST 산학협력단 브랜치 오피스(Branch Office)’ 개소식이 지난 2일 성남산업진흥원(분당구 정자동 킨스타워 정글온 19층)에서 개최됐다.
이 날 개소식에는 신성철 총장을 비롯해 은수미 성남시장, 김병관 국회의원, 김병욱 국회의원, 진대제 성남FWC 위원장 등 내외빈과 함께 유관기관, 기업, 시민 등 약 80명이 참석했다. 우리대학은 성남시를 거점으로
하는 4차 산업혁명 선도도시 구현을 위해 작년 8월 성남시와 MOU를 체결하고, 같은 해 11월 업무협약 체결을 계기로 우리대학 산학협력단과 전기및전자공학부가 성남산업진흥원과의 협력을 통해 성남시 소재 중소‧벤처기업을 대상으로 인공지능 집중교육, EE Co-op 프로그램, K-Global 사업 등 다양한 산학협력 프로그램을 지원하고 있다.
우리대학은 또 이번 '성남-KAIST 차세대 ICT 연구센터 및 산학협력단 Branch Office' 개소를 계기로 교수 및 연구원 등 전문인력이 성남시에 상주를 통해 미래자동차, 의료 및 헬스케어 연구 플랫폼을 구축하는 한편 성남시 중소‧벤처기업을 대상으로 △인공지능 집중교육 △ICT 리더 포럼 △현장지원 프로그램 △글로벌 마케팅 프로그램 등을 본격적으로 운영할 계획이다.
이와 함께 성남시는 2020년 7월경 준공되는 (가칭)성남글로벌 ICT 플래닛 500평 규모의 공간으로 현 센터를 이전하는 한편 우리대학 석‧박사급 상주 연구인력 50여명과 지도교수 25명을 유치, 입주시켜 성남시 소재 기업들과의 효율적인 협업을 통해 기술혁신 거점을 구축할 계획이다.
2018.07.03 조회수 11486 -
AST 홀딩스, 발전기금 1억 원 약정
〈 신 성 철 총장, 서 해 규 대표이사 〉
우리 대학이 27일 오후 3시 본관 총장실에서 AST홀딩스 서해규 대표이사를 비롯해 신성철 총장, 김영걸 발전재단 상임이사, 우운택 증강현실연구센터장 등이 참여한 가운데 발전기금 약정식을 진행했다.
AST 홀딩스는 4차 산업혁명을 이끌어갈 증강현실 전문가 양성을 위해 우리 대학에 발전기금 1억 원을 약정했다.
AST홀딩스의 발전기금은 미래 도시에 필요한 지능형 증강현실기술 전문가 양성을 위해 사용될 예정이며 별도 연구프로젝트 지원을 통해 스마트 도시 생활에 필요한 증강현실 기술개발 프로젝트를 공동으로 진행할 계획이다.
1997년 설립된 ㈜AST홀딩스는 가상증강현실 콘텐츠 전문 개발 회사로 삼성전자, 기아자동차 등의 기업과 함께 다양한 디지털 콘텐츠를 제작하고 가상증강현실 기술을 활용한 솔루션 개발 사업을 수행하고 있다.
IT융합연구소 산하 증강현실연구센터는 가상증강현실 분야의 중장기 연구 개발을 통해 우수 연구 인력을 양성하고 핵심요소 기술을 축적해 관련 연구의 확산과 활용에 기여하고 있다.
특히 증강현실연구센터의 멤버십 산학연 파트너십 제도는 산학공동연구의 새로운 기준을 제시한다. 기업은 실무자를 파견해 최신 연구 기술 역량을 확보하고 연구센터는 산업계의 수요를 바탕으로 한 연구 기술 적용 역량을 강화한다.
파트너십 기금을 통해 증강현실연구센터는 신진 연구자들에게 안정적인 연구 환경을 제공하고 해외 우수 연구 인력의 국내 유입을 추진해 전 세계 가상증강 현실 분야를 선도할 열린 산학연 플랫폼의 새 모델이 될 것으로 기대된다.
서해규 AST홀딩스 대표이사는 “KAIST 증강현실연구센터의 파트너십 제도와 산학협력 연구를 통해 4차 산업의 핵심 기술인 가상, 증강현실 기반 미래 도시 플랫폼 연구를 선도해 나가고자 한다”며 “기업의 수요에 맞는 맞춤형 연구를 통해 중소기업의 핵심 연구, 개발 인력 및 기초 기술 확보를 통해 기업과 KAIST의 상생 모델이 만들어질 수 있게 되기를 기대한다”고 밝혔다.
신성철 총장은 “4차 산업 혁명을 선도하고 있는 KAIST에 의미 있는 기부금으로 활용하겠다”며 “국내외 우수 연구 인력을 공동 활용해 모범적인 산학연 협력 모델을 만들어 나갈 수 있도록 적극 지원하겠다”고 말했다.
2018.06.28 조회수 11273 -
인류세 연구센터 유치기관 선정
우리 대학이 과학기술정책대학원을 중심으로 다양한 학과, 연구소 교수들이 공동으로 참여하는 ‘인류세 연구센터’ 유치기관으로 선정됐다.
인류세 연구센터는 한국연구재단이 시행하는 융합연구 선도연구센터(Convergence Research Center) 지원 사업에 선정돼 7년에 걸쳐 사업을 진행할 예정이다.
과학기술정책대학원을 비롯해 문화기술대학원, 인문사회과학부, 산업디자인학과, 전기및전자공학부, 재난학연구소, 인공위성연구센터 소속의 교수와 연구원으로 구성되고 7년 간 약 100억 원의 지원을 받으며 인류세 시대의 변화를 예측하고 대응 및 공론화하는 융합연구를 시행한다.
인류세란 인간의 과학적, 산업적, 경제적 활동이 지구에 지울 수 없는 흔적을 남기고 있는 현상을 반영하기 위해 제안된 새 지질시대를 뜻한다. 플라스틱, 이산화탄소, 방사능 물질, 콘크리트 등 인간이 만들어낸 물질로 인해 지구가 손상된 산업혁명 이후의 시기를 말한다.
기후변화와 자연재난, 환경 파괴와 대규모 멸종, 산업 고도화와 불평등 심화 등이 인류세의 대표적 징후이다. 국제 지질학계에서 처음 제시된 개념이지만 공학, 인문사회과학, 예술, 정책학 등 다양한 분야에서 활발한 논의가 이뤄지고 있다.
인류세 연구센터는 인류세 시대의 지구적 변화를 감지하고 대응하기 위한 다학제적 융합 연구를 수행한다. 인류세 연구 전문가를 키워내기 위한 대학원 협동 과정도 신설할 예정이다.
구체적으로 ▲인공위성을 활용한 한반도의 지표, 해양 및 대기 변화 기록 연구 ▲인공지능(AI)을 활용한 모델링으로 재난 예측 및 위험 거버넌스 체계 구축 ▲손상된 지구에서 살아남기 위한 지속가능 주거, 교통 및 생활양식 전환에 관한 연구 ▲인간과 지구의 새 미래를 상상하기 위한 공학적, 예술적 연구 등을 수행한다.
인류세 담론의 공론화와 연구 성과 확산을 위한 다양한 소통 활동도 전개한다. 한국지질자원연구원과의 공동연구를 수행하고 센터 수립 3년차와 7년차에는 서울시립과학관과 연계해 인류세 특별전시를 개최해 연구 성과를 시민과 공유한다.
정기 간행물 발간으로 정책 입안자의 이해를 돕고 해외 연구자와의 네트워크를 구축하고 현장에 적용 가능한 융합교육 프로그램을 개발해 교육 시장 활성화에도 기여할 예정이다.
연구책임자인 과학기술정책대학원 박범순 교수는 “인류세 연구센터가 인간과 지구를 키워드로 삼아 과학, 공학, 인문학, 사회과학, 예술의 패러다임 변화를 촉발할 것이다”며 “더 나은 인류의 삶과 더 나은 지구를 함께 추구하기 위해 필요한 새로운 기술과 사회정책을 만들어나가는데 기여하겠다”고 말했다.
2018.06.04 조회수 12405 -
김도경 교수, 모세관현상 이용한 리튬-황 전지 소재 개발
우리 대학 신소재공학과 김도경 교수 연구팀이 종이가 물을 흡수하는 모세관 현상처럼 탄소나노섬유 사이에 황을 잡아두는 방식을 통해 리튬-황 기반 이차전지 전극 소재를 개발했다.
연구팀이 개발한 면적당 용량(mAh/㎠)이 우수한 저중량, 고용량 리튬-황 기반 이차전지 전극소재를 통해 리튬-황 전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
윤종혁 박사과정이 1저자로 참여하고 김도경 교수, UNIST 이현욱 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 2018년도 18호에 게재됐다.
최근 전기자동차, 대용량 에너지 저장장치의 수요가 급증함에 따라 기존 리튬이온 전지를 뛰어넘는 높은 에너지 밀도의 이차전지 개발 필요성이 커지고 있다.
리튬-황 전지는 차세대 고용량 리튬이차전지로 각광받고 있으며 이론적으로 리튬이온 전지보다 약 6배 이상 높은 에너지 밀도를 갖는다.
하지만 황의 낮은 전기전도도, 충전과 방전으로 인해 발생하는 부피 변화, 리튬 폴리설파이드 중간상이 전해질로 녹아 배출되는 현상은 리튬-황 전지 상용화의 걸림돌이다.
이를 해결하기 위해 다공성 탄소 분말로 황을 감싸 전기전도도를 향상시키고 부피변화를 완화시키며 폴리설파이드가 녹는 것을 방지하는 황-탄소 전극 개발에 대한 연구가 주로 진행돼 왔다.
그러나 이러한 구형의 0차원 탄소 분말들은 입자 간 무수한 접촉 저항이 발생하고 황을 감싸는 합성 과정이 까다로울 뿐 아니라 입자들을 연결하기 위해 고분자 바인더를 사용해야한다는 단점이 있다.
연구팀은 기존 탄소 재료의 단점을 극복하기 위해 전기방사를 통해 대량으로 1차원 형태의 탄소나노섬유를 제작하고 고체 황 분말이 분산된 슬러리(slurry, 고체와 액체 혼합물 또는 미세 고체입자가 물 속에 현탁된 현탁액)에 적신 뒤 건조하는 간단한 방법을 통해 접촉 저항을 대폭 줄인 황-탄소 전극을 개발했다.
연구팀은 주사전자현미경(SEM)을 통해 현상을 관찰했다. 종이가 물을 흡수하듯 고체 황이 전기화학 반응 중 중간 산물인 액체 리튬 폴리설파이드로 변화하고 이들이 탄소나노섬유들 사이에 일정한 모양으로 맺힌 후 충전과 방전 과정에서 그 형태를 유지하며 밖으로 녹아나가지 않음을 확인했다.
이는 복잡하게 황을 감싸지 않고도 황이 탄소 섬유들 사이에 효과적으로 가둬지는 것을 발견한 것이다.
또한 기존 연구 결과가 단위 면적당 황 함량이 2mg/㎠ 이내인 것에 비해 이번 연구에서는 10mg/㎠이 넘는 황 함량을 달성했고 이를 기반으로 7mAh/㎠의 높은 면적당용량을 기록했다. 이는 기존 리튬이온전지의 면적당용량인 1~3mAh/㎠를 능가하는 값이다.
1저자인 윤종혁 박사과정은 “금속집전체 위에 전극물질을 도포하는 기존의 전극 제조 방법과는 전혀 다른 전극 구조 및 제조 방식을 적용한 연구로 향후 리튬 이차전지의 연구 범위를 넓히는 데에 기여할 수 있을 것이다”고 말했다.
김도경 교수는 “고용량 리튬-황 상용화에 한 단계 다가선 연구성과로 전기자동차뿐만 아니라 무인항공기(UAV) 및 드론 등에도 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 EEWS 연구센터의 기후변화연구허브사업과 한국연구재단의 중견연구자 지원사업을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 전기화학 반응을 통해 탄소나노섬유에 황이 맺히는 현상과 그로 인한 전지의 안정적인 수명 특성
그림2. 탄소나노섬유들 사이에 흡수되어 맺힌 형태 그대로 고체화 된 황의 미세구조와 모식도
그림3. 액상의 리튬 폴리설파이드를 효과적으로 흡수하는 탄소나노섬유 구조체
2018.03.22 조회수 21930 -
최경철 교수 연구팀, 웨어러블 광 치료 패치 개발
우리대학 전기및전자공학부 최경철 교수와 전용민 연구원이 서울대 분당병원 박경찬 교수/최혜령 연구원과 OLED로 웨어러블 광 치료 패치를 개발하는데 성공했다. 광 치료는 빛을 쬐어 인체의 생화학 반응을 촉진시키는 치료법으로, 병원 등에 설치된 LED 또는 레이저 기기를 통해 상처를 치유하는 데 널리 사용되고 있다.
기존 기기는 유연하지 못하고 균일하게 빛을 조사하기 어려우며 열이 발생하는 문제가 있어서, 치료효과를 높이고 싶어도 인체에 밀착할 수 없는 한계가 있었다.
최경철 교수 연구팀이 개발한 광 치료 패치는 가볍고 유연해 피부에 부착한 채 일상생활을 하면서 고효율 치료를 지속할 수 있다. 구성요소인 OLED, 배터리, 과열방지 장치(히트싱크), 패치가 모두 얇은 막의 형태로 디자인됐고, 두께가 1㎜ 미만, 무게가 1g 미만이다. 300시간 이상 장시간 작동되며, 반경 20㎜ 이내로 휘어진 상태에서도 구동될 수 있으므로 다양한 인체 부위에 부착할 수 있다.
42℃ 이하에서 구동돼 저온화상의 위험도 없으며, 국제표준화기구(ISO) 기준의 안전성도 검증됐을 뿐만 아니라 세포증식이 58% 향상되고 세포이동이 46% 향상돼 상처 부위가 효과적으로 아물게 되는 뛰어난 치유효과를 보였다.
연구를 주도한 전용민 박사과정 연구원은 "웨어러블 광 치료 패치의 뛰어난 치료 효과와 편리함으로 인해 앞으로는 병원에 방문하지 않고 약국에서 구매해서 쉽게 광 치료를 받을 수 있을 것"이라며 "광 출력을 조절하면 피부미용/피부암/치매치료/우울증 치료 등 응용 범위를 넓힐 수 있다"라고 말했다.
최경철 교수는 "디스플레이로 응용되는 OLED의 장점을 광 치료와 융합한 기술로서, 휴대용, 고효율의 웨어러블 광 치료 상용화 길을 열 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부/한국연구재단 기초연구사업(선도연구센터)의 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스 테크놀로지 8일 게재됐다.
□ 그림 설명
그림1. 피부에 부착하는 웨어러블 OLED 패치의 구동 사진
그림2. 피부에 부착하는 웨어러블 OLED 패치의 상처치유 효과
2018.03.19 조회수 17769 -
제22회 시민인문강좌 개최
우리 대학 인문사회과학연구센터(센터장 고동환)가 3월 21일부터 4월 25일까지 매주 1회 씩 총 6회에 걸쳐 ‘제22회 시민인문강좌’를 운영한다.
이번 강좌는 참가자 100명을 선착순 모집하며 12일(월)부터 인문사회과학부 홈페이지(http://hss.kaist.ac.kr)에서 참가 신청이 가능하다. 대전 시민이면 누구나 무료로 참가할 수 있다.
KAIST 시민인문 강좌는 대전 시민 등 지역주민들과의 유대를 강화하고 인문학적 소양과 문학에 대한 관심을 높이기 위해 우리 대학이 지난 2012년 개설한 이후 매년 연중 4차례 열리는 행사이다.
‘뉴스는 팩트인가’를 주제로 열리는 이번 시민인문강좌는 서울대학교 언론정보연구소 김수영 연구원 등 강사진 6명을 초청해 폭발적으로 증가하는 뉴스 소비의 시대에서 현명한 뉴스 이용자로 살아가기 위해 알아야 할 다양한 주제를 다룰 예정이다.
이번 강좌는 최근 사회적 이슈가 되고 있는 가짜 뉴스 현상을 다양한 관점에서 논의하고 미디어를 소비하는 이용자들의 심리를 폭넓게 살펴 시민들의 현명한 뉴스 소비를 돕기 위해 개설됐다.
이와 함께 삶에 직접적 영향을 미치는 미디어의 생산, 유통에 관한 법률적, 정책적 변화를 짚어봄으로써 미디어를 제대로 이해하고 활용하는 방법을 고민할 기회를 제공한다.
강의는 매주 수요일 오후 3시 인문사회과학부동 국제세미나실(N4동 1433호실)에서 진행된다.
3월 21일 첫 연사로 나서는 김수영 강사는 ‘저널리즘과 민주주의’를 주제로 수강자들이 저널리즘의 특성을 이해함으로써 민주 사회의 시민으로서 올바른 뉴스 소비를 할 수 있는 비판적 식견을 갖출 수 있도록 돕는다. 이를 위해 저널리즘의 기본적 원칙과 뉴스 제작 원리, 현명한 뉴스 이용 방법 등에 대해 강의한다.
3월 28일 김성철 강사(고려대 미디어학부)는 ‘미디어의 변화와 도전’을 주제로 미디어 기술, 생산, 소비, 유통, 사업전략, 규제의 변화와 그에 따른 기회와 위협을 전망한다.
김옥태 강사(한국방송통신대학교 미디어영상학과)는 4월 4일 ‘소통과 미디어 심리’라는 주제로 인간이 미디어를 통해 소통하려는 동기와 그 과정을 심리학적 관점에서 살펴본다.
김경보 강사(명지대학교 디지털미디어학과)는 4월 11일 강의에서‘현명한 뉴스 소비자로 살아가기’를 주제로 뉴스를 보다 현명하게 선택하고 올바르게 이해하기 위한 방안에 대해 이야기한다.
4월 18일 장윤재 강사(서울여대 언론영상학부)는 ‘포털 뉴스, 베플의 심리학’을 주제로 강연한다. “뉴스 내용보다 베플을 먼저 본다”고 할 정도로 최근 뉴스 환경에서 다른 독자들의 의견에 대한 관심이 커졌다. 그렇다면 이런 베플은 뉴스 이용자들에게 어떤 영향을 미치며 그 이유는 무엇인지, 베플이 우리 사회에서 어떤 의미를 가지는지에 대해 생각해 본다.
박아란 강사(한국언론진흥재단 미디어연구센터)는 4월 25일 ‘뉴미디어의 발달과 가짜 뉴스의 등장’이라는 주제로 인터넷과 뉴미디어의 발달 과정에 대한 전체적 흐름을 살펴본 뒤 관련 법률적 이슈와 가짜 뉴스 현상에 대해 논의한다.
이번 강좌를 주관한 고동환 인문사회과학부 학부장은 “정보 과잉의 시대에 현명한 뉴스 소비를 위해 알아야 할 다양한 주제를 언론학적, 심리적, 사회적, 법률적 관점에서 살펴볼 수 있는 좋은 기회가 될 것이다”고 말했다.
2018.03.06 조회수 12749 -
KAIST-한화시스템, 국방 인공지능 융합연구센터 개소
우리 대학과 한화시스템이 20일 낮 12시 대전 본원에서 신성철 총장, 한화 장시권 대표이사 참석 하에 국방인공지능 융합연구센터(센터장 : 김정호 교수) 개소식을 가졌다.
이번 개소식을 통해 우리 대학과 방산전자 기업인 한화시스템이 힘을 합쳐 4차 산업혁명에서 핵심 기술로 떠오르는 인공지능(AI)기술과 국방을 접목하는 계기가 될 것으로 기대된다.
우리 대학과 한화시스템은 센터의 공동 운영을 통해 ▲국방 인공지능 융합과제 발굴, 연구 및 기술자문 ▲연구 인력 상호교류 및 교육 등을 통한 협력체계를 구축할 예정이다.
현재 국방 분야는 네트워크 중심의 미래 전장에 효과적으로 대응하기 위해 4차 산업혁명 기술의 활용 방안을 활발히 모색 중이다. 특히 미국 등의 선진국은 인공지능 기술을 적용한 신 무기체계를 개발하고 있다.
국방 인공지능 융합연구센터는 ▲인공지능 기반 지휘결심지원체계 ▲대형급 무인 잠수정 복합항법 알고리즘 ▲인공지능 기반 지능형 항공기 훈련시스템 ▲인공지능 기반 지능형 물체추적 및 인식기술 개발 등 4개 과제를 우선적으로 선정했고, 산학협동연구개발 방식을 통해 인공지능 기술의 국방 융합 연구를 진행할 예정이다.
신성철 총장은 “KAIST는 인공지능 분야 교수진이 60여 명에 이를 만큼 세계적인 인공지능 연구개발 능력을 갖추고 있다”며 “이번 연구센터 설립을 통해 한화시스템과 함께 국방 기술 발전에 기여할 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다”고 말했다.
2018.02.20 조회수 13887 -
양찬호 교수, 전기적 위상 결함 제어기술 개발
〈 양 찬 호 교수, 김 광 은 박사과정 〉
우리 대학 물리학과 양찬호 교수 연구팀이 강유전체 나노구조에서 전기적인 위상 결함을 만들고 지울 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술을 통해 전기적 위상 결함 기반의 저장 매체를 개발한다면 대용량의 정보를 안정적으로 저장할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구는 포스텍 최시영 교수, 포항 가속기연구소 구태영 박사, 펜실베니아 주립대학 첸(Long-Qing Chen) 교수, 캘리포니아 대학 라메쉬 교수 등과 공동으로 수행됐다. 김광은 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 1월 26일자에 게재됐다.
위상학은 물체를 변형시켰을 때 물체가 가지는 성질에 대한 연구를 하는 학문으로, 원과 삼각형은 위상학적으로 동일한 물질이라고 할 수 있다.
2016년도 노벨 물리학상 발표 기자회견에서 노벨위원회는 위상학의 개념을 구멍이 한 개 뚫린 베이글 빵, 구멍이 없는 시나몬 빵, 유리컵 등에 비유했다. 시나몬 빵과 유리컵은 다르게 보이지만 구멍이 없다는 점만 따지면 위상학적으로 같은 물질이 된다. 하지만 구멍의 개수가 다른 베이글과 시나몬 빵은 위상학적으로 다른 물질이 되는 식이다.
즉 물질에서 위상학적이라 함은 연속적인 변형으로는 그 특성을 변화시킬 수 없는 절대적인 보존량을 말한다. 이러한 위상학적 특징을 이용해 정보저장 매체를 만들면 외부의 자극으로부터 보존되며 사용자의 의도대로 쓰고 지울 수 있는 이상적인 비휘발성 메모리를 제작할 수 있다.
강유전체와 달리 강자성체(자기적 균형이 깨진 상태, 외부 자기장을 제거해도 자기장이 그대로 남아있음)의 경우는 소용돌이 형태의 위상학적 결함 구조가 이미 구현됐다.
반면 외부 전기장 없이도 스스로 분극을 갖는 강유전체는 자성체에 비해 위상학적 결함 구조를 더 작은 크기로 안정시키고 더 적은 에너지를 이용해 조절할 수 있다는 장점이 있음에도 불구하고 초보적인 연구 단계에 머물러 있었다. 실험적으로 위상학적 결함 구조를 어떻게 안정화시키며 어떠한 방식으로 조절할 것인지에 대한 연구가 부족했기 때문이다.
연구팀은 문제 해결을 위해 강유전체 나노구조에서 비균일한 변형을 줘 위상학적 결함 구조를 안정시키는 데 성공했다. 연구팀은 강유전체 나노접시(ferroelectric nanoplate) 구조를 특정 기판 위에 제작해 접시의 바닥면에는 강한 압축 변형을 주는 동시에 옆면과 윗면은 변형에서 자유로운 구조를 만들었다.
이러한 구조는 방사형으로 압축변형 완화(Compressive strain relaxation)가 일어나 격자의 변형이 오히려 강유전체의 소용돌이 구조를 안정화시키게 된다. 연구팀은 이번 연구가 고밀도, 고효율, 고안정성을 갖춘 위상학적 결함기반 강유전 메모리에 핵심적인 원리를 제시했다고 말했다.
양 교수는 “강유전체는 부도체이지만 위상학적 강유전 준입자가 국소적으로 전자 전도성을 수반할 수 있어 새로운 양자소자 연구로 확대될 수 있을 것이다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 창의연구지원사업, 선도연구센터지원사업, 글로벌프론티어사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 전기적 위상 결함 개수를 조절하여 만든 5가지의 다른 위상 구조
2018.02.08 조회수 36772