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인공지능으로 3차원 고해상도 나노입자 영상화 기술 개발
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 교수 연구팀이 삼성전자 종합기술원과 공동연구를 통해 나노입자의 3차원 형상과 조성 분포의 복원 성능을 획기적으로 향상한 인공지능 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 공동연구팀은 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)을 주사 투과전자현미경(STEM)과 결합한 시스템을 활용했다.
이번 연구를 통해 나노입자를 형성하고 있는 물질의 형상과 조성 분포를 정확하게 재구성함으로써, 실제 상용 디스플레이를 구성하는 양자점(퀀텀닷)과 같은 반도체 입자의 정확한 분석에 도움을 줄 것으로 기대된다.
예종철 교수 연구팀의 한요섭 박사, 차은주 박사과정, 정형진 석사과정과 삼성종합기술원의 이은하 전문연구원팀의 장재덕, 이준호 전문연구원이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 `네이처 머신 인텔리전스(Nature Machine Intelligence)' 2월 8일 字 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Deep learning STEM-EDX tomography of nanocrystals)
에너지 분산형 X선 분광법(이하 EDX)은 나노입자의 성분 분석에 주로 이용되며, X선과 반응한 물체의 성분에 따라 고유한 방출 스펙트럼을 보인다는 점에서 화학적인 분석이 가능하다. 퀀텀닷 및 배터리 등 다양한 나노 소재의 열화 메커니즘과 결함을 해석하기 위해 형상 및 조성 분포 분석이 가능한 이 분광법의 필요성과 중요도가 급증하고 있다.
그러나 EDX 측정 신호의 해상도를 향상하기 위해, 나노 소재를 오랜 시간 전자빔에 노출하면 소재의 영구적인 피해가 발생한다. 이로 인해 나노입자의 3차원 영상화를 위한 투사(projection) 데이터 획득 시간이 제한되며, 한 각도에서의 스캔 시간을 단축하거나 측정하는 각도를 줄이는 방식이 사용된다. 기존의 방식으로 획득된 투사 데이터를 이용해 3차원 영상을 복원할 시, 미량 존재하는 원자 신호의 측정이 불가능하거나 복원 영상의 정밀도와 해상도가 매우 낮다.
그러나 공동 연구팀이 자체 개발한 인공지능 기반의 커널 회귀(kernel regression)와 투사 데이터 향상(projection enhancement)은 정밀도와 해상도를 획기적으로 발전시켰다. 연구팀은 측정된 데이터의 분포를 네트워크가 스스로 학습하는 인공지능 기반의 커널 회귀를 통해 스캔 시간이 단축된 투사 데이터의 신호 대 잡음비(SNR)를 높인 데이터를 제공하는 네트워크를 개발했다. 그리고 개선된 고화질의 EDX 투사 데이터를 기반으로 기존의 방법으로는 불가능했던 적은 수의 투사 데이터로부터 더욱 정확한 3차원 복원 영상을 제공하는 데 성공했다.
연구팀이 개발한 알고리즘은 기존의 EDX 측정 신호 기반 3차원 재구성 기법과 비교해 나노입자를 형성하고 있는 원자의 형상과 경계를 뚜렷하게 구별했으며, 복원된 다양한 코어-쉘(core-shell) 구조의 퀀텀닷 3차원 영상이 샘플의 광학적 특성과 높은 상관관계를 나타내는 것이 확인됐다.
예종철 교수는 "연구에서 개발한 인공지능 기술을 통해 상용 디스플레이의 핵심 기반이 되는 퀀텀닷 및 반도체 소자의 양자 효율과 화학적 안정성을 더욱 정밀하게 분석할 수 있다ˮ고 말했다.
2021.02.16
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제 6회 TEDxKAIST 강연회(5.11) 참가신청 4월30일까지 모집
제 6회 TEDxKAIST 강연회가 5월11일(토) KAIST 인터내셔널 센터에서 개최된다. 행사 참여를 원하는 신청자는 4월30일까지 http://tedxkaist.com/를 통해 참가신청을 하면 된다. 이번 강연회의 주제는 “출생에서부터 죽음에 이르기까지 만나는 선택의 순간들(Choice between Birth and Death, B-C-D)”이라는 주제로 매 순간 선택하는 우리의 결정이 삶에 어떤 영향을 끼치는지 그 중요함에 대해서 초대연사와 청중이 함께 이야기를 나눈다. 상세 사항은 첨부된 행사 안내 포스터를 참고하면 된다. http://www.facebook.com/#!/TEDxKAIST
2013.04.21
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항공과 석사과정 유동일 항공우주논문대상 수상
우리학교 항공우주공학과 석사과정에 재학중인 유동일(28) 학생(비행제어실험실, 지도교수 심현철)이 최근 한국항공우주산업(KAI)에서 주관하는 제7회 KAI 항공우주 논문상 공모전에서 대상에 선정됐다. 올해 논문상 선정에는 해외 유학생을 비롯, 국내외 15개 대학에서 25편의 논문이 접수된 가운데 대상1편, 최우수상 1편, 우수상 3편 등 총 5편이 상을 받았다.
대상을 수상한 유동일 학생은 "초소형 비행체 시스템 개발 및 자율편대비행 구현에 관한 연구" (Development of micro Aerial Vehicle systems and Autonomous Formation Flight of Multi-MAVs) 논문을 제출해 초소형 무인기에 관한 선행연구 측면에서 심사위원들의 높은 점수를 얻었다. 초소형 비행체에 대한 연구는 최근 각광 받는 무인항공기 응용분야로, 여러 나라에서 활발한 연구가 진행 중이다. 외국과 비교해 국내 초소형 비행체 제작 기술은 우위를 점하고 있지만 이를 활용하기 위한 제반 기술 연구는 상대적으로 미흡한 편이어서 이에 대한 많은 관심과 연구가 필요한 실정이다. 초소형 비행체는 정찰 또는 탐색을 목적으로 운용되는 무인 항공기로 단독으로 임무 수행이 가능해야 할 뿐만 아니라 임무 수행시 생존성과 임무 성공율을 높이기 위해서는 편대를 이루어 군집 비행을 하는 것이 훨씬 효과적이다.
이번 논문의 의미에 대해서 유동일 씨는 "이번 논문은 초소형 자동비행 시스템 및 비행체 개발과 자동 편대 비행에 관한 유도 법칙에 관한 내용을 주제로 하고 있다"고 말하면서, "초소형 비행체를 직접 설계, 제작 개발하고 현재 국내 개발된 사례 중 가장 가볍고 작은 소형의 고속 오토파일럿 시스템 개발을 한 것"이라고 말을 이었다. 실제로 이 논문은 기존 편대 비행 논문과 달리 선두기의 실제 자동 비행 데이터를 샘플링하여 후미기의 자동 편대 유도법칙의 타당성과 가능성을 확인했다. 현재는 실제 비행 시험만을 앞두고 있는 단계로 자동 편대 비행 실험 이외에 앞으로는 이러한 편대 비행 기술을 기반으로 무인항공기들의 군집 비행시 임무 분담 등에 관한 연구로 발전시킬 계획이라고 한다.
앞으로의 연구계획에 대해서 유동일 씨는 "박사과정으로 진학하는 내년부터는 실내용 초소형 무인 비행체 시스템 등에 대한 연구와 여러 형태의 무인 시스템의 통합 운용 등에 대한 연구에 관심이 있어 관련 분야의 연구 수행을 하고자 한다"고 밝혔으며, 이번 수상소감을 묻자 "논문 연구에 아낌없는 지원과 지도를 해주신 심현철 교수님께 감사드리고 더운 날에도 계속된 비행시험을 도와준 실험실 가족들에게 고마운 마음 전하고 싶다"고 말했다.
한편 2003년 제정된 KAI 항공우주 논문상은 지식경제부와 한국항공우주산업진흥협회, 한국항공우주학회가 후원하는 국내 유일의 대학(원)생 항공우주분야 논문상이다. 시상식은 23일 서울 국제항공우주 및 방위산업전시회(AEDX2009) 행사장 내 프레스센터 미디어센터에서 열릴 예정이며, 시상식 이후 대상 수상 논문이 발표된다.
2009.10.23
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