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민범기 교수, 찌그러진 형태의 광학 공진기 내부에 속삭임의 회랑 모드 구현
〈 민 범 기 교수 〉
우리 대학 기계공학과 민범기 교수와 경북대 최무한 교수 공동 연구팀이 변환광학을 이용해 찌그러진 형태의 광학 공진기 내부에 ‘속삭임의 회랑 모드’를 구현했다.
기계공학과 김유신 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 네이처 자매지 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’ 9월 27일자 온라인 판에 게재됐다.
속삭임의 회랑 모드는 광 공진기에서 알려진 모드 중 가장 높은 품위 값을 갖는 것으로 알려진 모드로서 구형 대칭성이 있는 공진기에서 경계면을 따라 전반사에 의해서 빛이 오랫동안 갇히면서 발생하는 현상이다.
속삭임의 회랑 모드는 품위값이 매우 높아 초소형 레이저, 초고감도 바이오센서 등과 같은 광전 소자 개발에 유용하게 사용된다.
그러나 공진기 밖으로 빠져 나오는 빛의 방향이 모든 방향으로 균일해 소자의 성능이 저하되는 한계가 있었다.
기존 연구에서는 구형의 공진기 모양을 다른 모양으로 변형시켜 빛을 한쪽 방향으로 빠져 나오게 하는 방법들이 제시되어 왔으나, 이 방법에서는 속삭임의 회랑 모드가 훼손돼 광학 모드의 높은 품위값이 필연적으로 저하되는 문제가 발생한다.
문제 해결을 위해 연구팀은 투명망토 연구 분야의 기초이론인 변환광학을 사용해 세계 최초로 속삭임의 회랑 모드를 훼손하지 않으면서 매우 높은 품위값을 유지하는 새로운 개념의 공진기 설계 원리를 제시한 것이다.
변환광학이 적용된 공진기에 형성되는 속삭임의 회랑 모드는 기존의 속삭임의 회랑 모드에서는 얻을 수 없었던 방출되는 빛의 방향성도 갖게 된다. 이는 초소형 단방향 레이저 설계에 있어서 핵심적인 원천기술이 된다.
이번 연구는 기존의 초소형 단방향 레이저 공진기 연구 분야에 변환광학을 도입해 새로운 연구방향을 제시해 주는 것이다. 최근 활발히 연구되는 메타물질 분야와 초소형 광-공진기 연구 분야를 융합하는 최초의 시도이다.
이번 연구에서는 빛의 진행 경로 조절에 국한되어 있던 변환광학을 공진기 내부에 발생하는 광학모드의 설계에도 적용할 수 있음을 보였다.
이는 최근 활발히 연구되고 있는 고집적 광전자(photonic) 회로의 광원, 플라즈모닉스 광도파로의 광원뿐만 아니라 미래의 광-정보처리 소자 설계의 원천기술이 된다. 특히 이러한 변환광학 공진기의 맞춤형(tailored) 모드들은 고효율 초소형 레이저 개발 및 차세대 광-바이오센서 개발에 직접적으로 사용될 수 있다.
이번 연구는 전자기파, 음파, 탄성파 등의 다양한 물리적 파동에서 발생하는 공진 모드를 목적에 맞게 설계할 수 있는 일반적인 방법론을 제시했다. 광학, 재료공학, 나노과학 등의 응용분야뿐만 아니라 기초 물리학 분야에서도 의미있는 영향을 미칠 것으로 기대된다.
연구팀은 “이번 연구는 차세대 광-정보처리 소자 설계의 원천기술로서 고효율 초소형 레이저 및 차세대 광-바이오센서 개발에 직접적으로 사용될 수 있다”며 “더 나아가 음파, 탄성파 등의 다양한 물리적 파동에서 발생하는 공진 모드를 설계하는 방법론으로 확장되면 재료공학, 나노과학, 기초 과학 분야에도 영향을 줄 수 있을 것이다.”고 말했다.
이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업과 파동에너지 극한제어 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 변환광학으로 구현한 속삭임의 회랑 모드 개념도
그림2. 균일한 굴절률을 갖는 원형 공진기 vs. 리마송 모양의 변환된 공진기
2016.09.27 조회수 5886 -
김정원 교수, 美 광학회 발행 저널에 초청 리뷰논문 게재
〈 김 정 원 교수 〉
우리 대학 기계항공공학부 김정원 교수가 국내 연구자로는 최초로 ‘어드밴시스 인 옵틱스 앤 포토닉스(AOP : Advances in Optics and Photonics)’ 지의 초청 리뷰논문을 2016년 9월호에 게재했다.
AOP는 미국광학회(Optical Society of America, OSA)에서 발행하는 광학 분야의 가장 권위 있는 리뷰 저널이다. 광학 및 광공학에서 가장 중요하면서 많은 사람들이 관심을 가지는 최신 토픽들에 대해 분야를 대표하는 연구자가 그 분야를 소개하는 심도 있는 초청 리뷰 논문을 싣고 있다.
김 교수의 논문은 최근 각광받고 있는 초저잡음 광섬유 모드잠금된 레이저(ultralow-noise mode-locked fiber laser)와 광주파수빗(optical frequency comb)에 대한 것으로 저잡음 광섬유 레이저의 물리적 원리와 구현 방법, 지난 25년간의 동향, 최신 응용 분야들과 앞으로의 전망을 76페이지에 걸쳐 종합적으로 소개하고 있다.
김 교수 연구팀은 2011년 세계 최초로 100아토초(1경분의 1초)의 타이밍 지터를 가지는 광섬유 레이저를 선보인 것을 비롯해 다양한 종류의 저잡음 광섬유 레이저들을 개발했다. 또한 이를 입자가속기 제어, 저잡음 클럭 발진기 및 마이크로파 발생기, 원격탐지 등의 기초과학 및 공학응용 분야들에 적용하는 연구를 수행 중이다.
창간 8년째인 AOP 지에 국내 최초로 초청 리뷰 논문을 게재한 것은 김 교수가 우리 대학에서 자체적으로 수행한 초저잡음 광섬유 레이저와 각종 초정밀 응용들에 관한 연구가 세계적인 수준으로 인정받음을 의미한다.
김 교수는 “이번 리뷰 논문은 광섬유 레이저와 광주파수빗을 전공하거나 이용하는 대학원생들과 다른 분야 연구자들에게 분야 전체의 개요와 앞으로의 전망에 대하여 소개하여, 이러한 최신 광원들이 보다 폭넓게 활용되는 것을 목표로 했다”고 말했다.
김 교수 연구팀의 박사후 연구원 (2010-2011년)이었고 현재는 중국 천진대에 근무하는 Youjian Song 교수와 공동으로 집필한 이번 리뷰 논문은 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 우주핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2016.08.30 조회수 4969 -
오왕열 교수, 영상왜곡 없는 3차원 관상동맥 내시현미경 시스템 개발
〈 오 왕 열 교수 〉
우리 대학 기계공학과 오왕열 교수 연구팀(KI 헬스사이언스 연구소)이 영상왜곡 없이 관상동맥 내부를 정확히 이미징할 수 있는 관상동맥 내시현미경 시스템을 개발했다.
이 시스템으로 생체 관상동맥 내부 3차원 미세구조를 단일 심박 내에서 초고속 및 고해상도로 촬영했고 단일 심박 내에서 고해상도로 이미징 하는데 성공했다.
연구팀은 이 시스템을 사용해 인간과 비슷한 돼지 심장의 관상동맥 이미징에 성공함으로써 급성 심근경색으로 대표되는 관상동맥 질환의 정확한 진단 및 치료에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다.
연구 결과는 심혈관분야의 임상저널인 ‘미국심장학회 학술지(JACC Cardiovascular Imaging : Journal of American College of Cardiology Cardiovascular Imaging)’ 5월호에 게재됐다.
돌연사의 가장 큰 원인인 급성 심근경색은 심장표면에 존재하면서 심장근육에 혈액을 공급하는 관상동맥(coronary artery)이 좁아지고 막혀 심장박동이 중지돼 갑작스럽게 사망하는 질환이다.
따라서 급성 심근경색을 예측하는 것은 매우 중요하며 이를 위해서는 의료진이 정확하게 진단할 수 있는 자료가 필수적이다.
광단층영상기술(OCT, Optical Coherence Tomography) 기반의 혈관 내시경은 현재 가장 높은 해상도의 심혈관 내부 영상을 제공하고 있다. 하지만 통상적으로 초당 100장 정도를 촬영하기 때문에 관상동맥 전체의 영상을 획득하는데 최소 3~5초가 소요된다.
이 사이 발생한 수차례의 심장 박동은 혈관의 반복적인 수축 및 팽창을 일으키고, 이는 정상적인 혈관도 마치 좁아진 것처럼 울퉁불퉁하게 보이는 영상왜곡으로 이어져 진단의 정확도가 떨어지게 된다.
연구팀이 개발한 단일 심박 주기 내 3차원 관상동맥 OCT 이미징 기술은 이러한 문제를 해결할 수 있는 핵심 기술이다. 초당 500장 촬영하는 고속 관상동맥 및 심박을 모니터링해 가장 움직임이 적은 영역을 자동적으로 포착 후 이미징을 수행하는 기술을 개발했다.
이를 통해 심장 박동으로 인한 영상 왜곡 없이 7센티미터 길이의 관상동맥을 0.7초 사이에 촬영해 내부 고해상도 영상을 확보할 수 있었다.
오 교수 연구팀은 고려대구로병원 김진원 교수 연구팀과의 협력을 통해 사람의 관상동맥과 비슷한 크기를 갖는 돼지 관상동맥의 단일 심박 내 초고속 3차원 이미징에 성공했다.
연구팀은 “이번 연구 결과를 통해 국내에서 개발한 세계 최고의 기술이 병원과의 긴밀한 협력을 통해 실제 임상에서의 한계를 극복하고 유용성을 인정받았다”고 밝혔다.
오 교수는 “심혈관 내 플라크 형태 분석과 스텐트(stent : 혈관 확장을 위해 혈관에 삽입하는 구조물) 삽입 등에 유용하게 사용 가능할 것으로 기대된다”며 “환자에 적용하기 위해 식약처 승인을 받기 위한 과정을 준비 중이다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 단일심박 초고속 관상동맥 OCT로 획득한 돼지 관상동맥의 길이방향 영상
그림1. 관상동맥 OCT로 영상으로부터 얻은 관상동맥 3차원 구조 복원 영상
2016.08.04 조회수 6971 -
연구자 간 정보 교류 행사인 ‘리서치 데이’ 행사 개최
우리 대학은 오는 24일(화) 오전 본교 KI빌딩에서 연구자 간 정보교류 행사인‘연구의 날(Research Day)’행사를 갖는다.
올해 처음 열리는 이번 행사는 연구자들 간 전공의 벽을 허물고 전문적인 지식과 노하우를 공유해 새로운 연구문화를 만들어가자는 취지로 마련됐다.
행사는 △ 우수 연구자 및 우수 연구성과 포상 △ 우수 연구센터 소개 △ 연구성과 시연 △ 호암상 수상자 기념강연회 순으로 진행된다.
‛KAIST 연구대상' 수상자에는 김승우 기계공학과 교수가 선정됐다. 김 교수는 펨토초 단위(10의 15거듭제곱의 1초) 수준의 레이저 펄스를 이용한 극초정밀 광계측 분야를 선도 해 온 공로를 인정받았다.
우수 연구성과는 자연과학 분야 3건, 생명과학 분야 3건, 공학 분야 4건 등 총 10건이 선정됐다. △ 휘어진 물질에서 광전류의 증폭현상 연구 △ 용액 속 화학결합 순간을 포착하는 펨토초 X-선 산란법 △ 펩타이드로 만든 나침반 △ 빛에 반응하는 단백질로 칼슘농도 조절한다 △ 난치성 간질 치료도 가능하다 △ 300조분의 1초 오차의 광섬유 클럭 발진기 △ 소형무인기 탐지용 마이크로 체인 레이다 시스템 △ 벽면 등반형 복합 드론 개발 △ 알츠하이머병의 원인이 되는 타우단백질의 역할 규명 △ 10나노급 초미세 나노 전사 프린팅 기술 등이다.
이어 KAIST를 대표하는 5개 연구소도 소개된다. KI 바이오헬스 연구소, 다차원 스마트 IT융합시스템 연구단, IBS 시냅스질환연구단, 인공위성연구센터, 재난학연구소 등의 책임교수들이 발표자로 나서 연구소 및 연구현황을 소개한다. 다른 연구소의 연구자들이 어떤 연구를 하는지를 소개해 융합연구의 아이디어를 발굴하자는 취지다.
KAIST의 최신 연구 성과물을 볼 수 있는 시연회도 열린다. △ 지난해 세계재난로봇대회에서 우승을 차지한 휴보 시연 △ 모바일 헬스케어 닥터 M 쇼룸 △ 살아있는 세포를 측정할 수 있는 3차원 홀로그래픽 현미경 △ 망막 촬영 OCT 시스템 △ 무인 선박과 고층 건물 등반용 드론 △ e-Book 등 교원들의 연구 성과물과 함께 3D 프린터, 지문인식 카메라, 소음 탐지기와 같은 학부생들의 성과물도 볼 수 있다.
이와 함께 올해 호암상 수상자인 오준호 기계공학과 교수의 기념강연도 열린다. 오 교수는 휴보 개발의 역사와 연구를 주제로 강연할 예정이다.
KAIST는 이번 행사를 연구자 간 협력과 정보교류의 장으로 활용하고 향후 지속적으로 행사를 확대해 갈 계획이다.
사전 신청 없이 교내 구성원, 일반시민, 학생 등 누구나 행사 참여가 가능하다.
한편 이날 오후 2시 중앙도서관 1층에서 ‘개교 45주년 기념 전시관’개관식 행사도 열린다. 휴보 모형, 무선충전 전기자동차 모형 등 KAIST의 과거와 현재를 알 수 있는 성과물이 전시된다.
= 문 의 : KAIST 연구기획센터 042-350-1203 =
2016.05.19 조회수 7906 -
오준호 교수, 2016년 호암상 수상
〈 오 준 호 교수 〉
우리 대학 기계공학과 오준호 교수가 2016년도 26회 호암상 공학상 수상자로 선정됐다.
호암재단은 5일 수상자를 확정해 발표했고, 시상식은 6월 1일 오후3시 호암아트홀에서 열린다. 오 교수는 이번 수상으로 상장과 메달(순금 50돈), 3억 원을 부상으로 받게 된다.
국내외 저명 학자·전문가로 구성된 심사위원회(38명)가 업적을 검토했고 해외석학(37명)으로 구성된 자문단이 평가하고 현장을실사했다. 심사위원회에는 댄 셰흐트만 교수 등 노벨상 수상자 2명, 스벤 리딘 교수 등 노벨위원 2명 등이 포함됐다.
오 교수는 순수 독자기술로 한국 최초의 이족보행 인간형 로봇인 휴보를 제작했고, 세계 최고 수준의 재난대응로봇 DRC 휴보로 DARPA 국제 로봇 대회에서 로봇 강국들을 제치고 우승했다.
또한 구글, MIT, 싱가포르 국립연구소 등 관련 분야 해외 선진 연구기관과의 공동연구, 휴보Ⅱ의 상업적 판매 등을 통해 국내 로봇 공학의 발전과 산업화에도 크게 기여했다.
2016.04.07 조회수 5102 -
과학영재교육연구원, 과고 선생님 참여해 개발한 사이버 영재교육 프로그램 운영
우리 대학은 과학고 선생님들이 참여해 만든 온라인 영재교육 프로그램을 운영한다.
우리 대학 과학영재교육연구원(원장 권동수)은 오는 3월 21일부터 6월 13일까지 12주 동안 전국의 중‧고등학생을 대상으로 ‘사이버 영재교육 프로그램’을 운영하고 수강생을 모집한다.
‘사이버 영재교육 프로그램’은 중‧고등학교 교육과정에 맞춰 수준별 학습이 가능한 자기 주도적 학습 프로그램으로, 중학교 1학년부터 고등학교 2학년까지의 수학, 과학, 정보 분야의 23개 과목을 운영한다.
기존의 온라인 강의 프로그램은 교육내용을 일방적으로 전달하는 방식이어서 우수한 학생들이 쉽게 지루해하고 중간에 교육과정을 포기하는 경우가 많았다.
2013년부터 교육과정과 교재 개발에 참여한 전국의 과학고 선생님들은 일방적인 정보 전달방식의 강의 프로그램을 과감히 포기했다. 대신 학생들이 스스로 질문하고‘깊이 생각’하면서 몰입해 지식을 정교화 할 수 있도록 프로그램을 설계했다.
학생들은 온라인에서 ▲ E-book 등 학습자료를 통한 개념학습과 탐구학습 ▲ 재학생 튜터들과 토론, 퀴즈, 요약노트, 생각하기 등 온라인 학습활동 ▲ 해당 개념의 이해도를 묻는 형성평가 과정을 수행한다.
또 튜터로 참여한 KAIST 재학생들이 수강생의 학습을 지도하고, 진로에 대한 고민상담, 공부방법 등도 조언한다.
이를 통해 학생들은 스스로 생각할 수 있는 힘을 기르고 배운 지식을 응용해 창의적인 아이디어를 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
수강생 중 우수한 평가를 받은 학생 500여 명은 방학 중 KAIST에서 열리는 3박 4일 캠프에도 참여해 더욱 심화된 영재교육과 진로 교육을 받을 수도 있다.
KAIST 과학영재교육연구원은 매년 두 차례에 걸쳐 사이버 영재교육 프로그램을 운영하며 3월과 9월에 수강신청을 받는다.
현재 2016학년 봄학기 수강생을 모집 중이며 3월 20일까지 홈페이지(http://talented.kaist.ac.kr)에서 접수가 가능하다.
수학, 과학(물리, 화학, 생물), 정보(C언어, Python)분야에 관심과 흥미를 가지고 있는 전국의 중 ‧ 고등학생은 누구든지 참여 가능하다. 사회적 배려대상자는 학교장 추천서를 제출하면 별도의 수강료 없이 참여할 수 있다.
한편, 전국 7개 시‧도 교육청은 이 프로그램의 우수성을 인정해 KAIST 과학영재교육연구원을 위탁기관으로 지정하고 사이버 교육 운영을 위탁했다. 끝.
2016.03.14 조회수 4103 -
기억 및 논리 연산 가능한 메타물질 개발
〈 민 범 기 교수 〉
우리 대학 기계공학과 민범기 교수 연구팀이 메타물질의 광학적 특성을 기억할 수 있는 메모리 메타물질과 이를 응용한 논리연산 메타물질을 개발했다.
이번 연구결과는 과학전문지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 1월 27일자 온라인 판에 게재됐다. (논문명 : Graphene-ferroelectric metadevices for nonvolatile memory and reconfigurable logic-gate operation)
메타물질은 자연에서 발견되지 않은 특이한 광학적 성질을 얻기 위해 인위적으로 설계된 물질이다. 이는 빛의 파장보다 훨씬 짧은 구조물로 구성됐으며 고해상도 렌즈 및 투명망토 등에 응용 가능해 활발한 연구가 이뤄지고 있다.
메타물질의 변조된 광학적 특성을 유지시키기 위해선 외부의 지속적 자극이 공급돼야 하는데 이는 많은 전력 소모의 원인이 된다. 이 단점을 극복하기 위해 외부 자극 제거 후에도 변조된 특성이 유지 가능한 메모리 메타물질이라는 개념이 대두됐다.
메모리 메타물질은 변화된 광학적 특성을 기억한다는 장점을 갖는다. 하지만 기존에 보고된 메모리 메타물질은 고온에서만 기억되거나 부피가 큰 광학적 장치에 의해서만 동작 가능해 현실적 응용에 한계를 보였다.
연구팀은 문제 해결을 위해 메타물질에 그래핀과 강유전체 고분자를 접목시켰다. 연구팀이 사용한 강유전체 고분자는 탄소를 중심으로 불소, 수소가 결합한 분자로 외부 전압의 극성에 따라 회전할 수 있다.
이 강유전체 고분자는 상온에서도 안정적으로 변화 상태를 유지할 수 있고, 그래핀과 접촉돼 메모리 성능을 개선하고 초박형으로 제작 가능하다. 또한 다중 상태의 기억이 가능하고 빛의 편광 상태도 기억할 수 있음을 증명했다.
연구팀은 메모리 메타물질의 원리를 응용해 논리 연산이 가능한 논리연산 메타물질 또한 개발했다. 이 논리연산 메타물질은 단일 입력에 의해서만 변조 가능했던 기존 메타물질의 단점을 해결했다.
그래핀을 두 개의 강유전체 층과 샌드위치 구조를 가진 메타물질을 제작해 두 전기적 입력의 논리 연산 결과가 광학적 특성으로 출력되게 만들었다. 이를 통해 다중 입력에 의한 조절이 가능해져 메타 물질의 특성을 다양하게 변화시키고 조절할 수 있는 방법론을 제시했다.
민 교수는 “메모리 메타물질을 통해 저전력으로 구동 가능한 초박형 광학 소자에 응용 가능할 것으로 전망한다”고 말했다.
기계공학과 김우영, 김튼튼 박사, 김현돈 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업, 국가그린나노기술개발사업, 미래유망융합기술 파이오니어사업, 세계적수준의 연구센터(WCI) 사업, 미래창조과학부 글로벌프론티어 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 메모리 메타물질의 구조도
그림2. 강유전체에 의해 그래핀에 비휘발적 도핑이 되는 모식도
그림3. 투과도의 다중상태 (00, 01, 10, 11)의 메모리 특성 (본 논문의 대표도)
2016.02.24 조회수 5552 -
그래핀 이용한 인공근육형 작동장치(actuator) 개발
〈 오 일 권 교수〉
우리 대학 기계공학과 오일권(43) 교수 연구팀이 화학적 도핑된 그래핀을 이용해 고성능의 인공근육형 작동장치(actuator)를 개발했다.
이번에 개발된 인공근육 작동장치는 기존 기술보다 3배 이상의 굽힘 변형을 보이고, 5시간 이상 구동해도 성능을 유지할 수 있다.
이번 연구는 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials) 12월 15일자 온라인 판에 게재됐다.
최근 플렉서블, 웨어러블 소자에 대한 연구가 활발해지며 인간과 기계 사이의 햅틱(촉각 효과) 기능을 위한 능동형 유연 작동기(soft actuator)가 핵심 부품으로 각광받고 있다.
특히 유연성이 떨어져 첨단 전자제품에 적용이 어려운 기존의 기계식 작동기를 대신해 인간의 근육을 모방한 전기에 반응하는 인공근육형 작동기가 관심을 받고 있다.
그러나 기존의 백금이나 금을 기반으로 제작한 인공근육형 작동기는 제작 기간이 일주일 가까이 소요되고 실용성이 떨어지는 한계를 갖는다.
연구팀은 문제 해결을 위해 그래핀과 화학물질, 전도성 고분자를 이용했다. 황과 질소를 그래핑에 도핑하고 전도성 고분자와 함께 섞어 부드럽고 전도성이 탁월한 유연 전극을 제작했다. 그리고 이를 바탕으로 고성능 인공근육형 작동기를 개발했다.
기존의 금속 기반 작동기가 일주일 이상의 제작 기간이 소요되는데 반해 연구팀이 개발한 그래핀-전도성 고분자 전극 적층 방식의 유연 작동기는 2시간 이내 제작할 수 있는 장점을 갖는다.
또한 황과 질소 등 화학물질을 도핑하는 작업으로 기존 그래핀에 비해 1.5~2배 이상 전기화학 성능이 향상됨을 삼전극 전기화학 테스트를 통해 확인했다.
연구팀은 이번에 개발한 작동기는 0.5V와 1V의 낮은 인가전압에서도 대 변형 구동이 가능하고, 기존 대비 3배 이상의 변형을 보이면서도 장시간 성능 지속이 가능하다고 밝혔다.
이 원천기술은 향후 ▲소프트 로보틱스(soft robotics)▲3D 프린팅 된 작동기▲부드러운 햅틱 디바이스▲웨어러블 전자소자▲유연 디스플레이전자소자▲생체 의료기기 등 각광받는 차세대 기전소자로 응용될 것으로 기대된다.
오 교수는 “고성능 인공근육형 작동기 기술은 향후 첨단 기전소자의 핵심 요소가 될 것이다”며 “특히 3D프린팅 기술과 함께 발전하면 차세대 웨어러블 소자로 상용화 가능성이 높을 것이다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 리더연구자지원사업의 지원을 받아 KAIST 김재환 박사과정, Kotal 박사가 공동 1저자로 참여했고, 네바다 주립대학 라스베가스(UNLV) 기계공학과 김광진 교수팀과의 공동연구를 통해 진행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 도핑된 그래핀 기반 인공근육형 작동기의 단면 이미지
그림2. 인공근육형 작동기 구동 사진
그림3. 황과 질소가 동시에 도핑된 그래핀의 원소 매핑 이미지
그림4. (a) 도핑된 그래핀의 굽힘 성능 및 (b) 성능 지속성 평가
2016.01.07 조회수 5664 -
산학협력단, 융합캡스톤디자인 성과 발표회
KAIST 학부생들이 중소기업의 애로기술 해결사로 나섰다.
우리 대학은 11일(금) 오전 교내 창의학습관 로비에서 학부생, 교원, 기업 관계자 등 50여명이 참여한 가운데 ‘융합캡스톤디자인 성과 발표회’를 열었다.
KAIST가 지난 봄학기 부터 시작한 ‘융합캡스톤디자인’과목은 학생들이 전공과목에서 배운 공학이론을 바탕으로 기업이 풀기 어려운 애로기술을 정규수업에서 집중적으로 연구해 그 해결책을 찾는 수업이다.
수업은 서로 다른 전공을 가진 5명 내외의 학생들이 팀을 이뤄 △ 대상기업 제품의 문제점이 무엇인지 △ 그 원인은 무엇인지 △ 문제해결을 위한 시스템을 어떻게 설계할 것인지 등의 논의를 거쳐 결론을 내고 시제품까지 제작해 보는 순서로 진행된다.
이번 발표회에는 가을학기 수업에서 프로젝트를 진행 중인 6개 팀의 학생대표들이 연구주제에 대해 발표하고 이어 부스별로 시제품 시연행사도 진행한다.
첫 발표자로 나선 기계공학과 조성현 학생은 ‘라디오맵 자동 수집을 위한 로봇 시스템 설계’를 주제로 발표하고 이어 기계공학과 도종용 학생이 ‘수면패턴 측정패드’를 주제로 발표한다.
이밖에 △ 기계공학과 김완수 학생의 ‘소음 측정기’ △ 기계공학과 김영웅 학생의 ‘햅틱 핸들’ △ 화학과 김다미 학생의 ‘마이크로 니들 주름 개선’ △ 기계공학과 이준영 학생의‘지문촬영 툴 개발’등의 발표도 진행된다.
학생들이 개발한 기술은 이미 특허출원을 모두 마쳤으며, 해당기업은 시장성을 평가해 그 기술을 상용화 할 예정이다.
최근 공학교육이 논문중심의 평가로 인해 학생들이 논문쓰기에만 관심을 갖는다는 지적이 있으나, 이번 프로젝트 도입으로 국내 공학교육의 틀이 현장중심으로 새롭게 바뀔 것으로 기대된다고 KAIST는 밝혔다.
이번 프로젝트에 참여한 김완수 KAIST 기계공학과 학생 은“이번 프로젝트는 공학이론이 현장에 어떻게 적용되는지를 시험해 볼 수 있는 기회이자 다른 전공자들의 아이디어를 얻을 수 있는 소중한 자리였다”라고 소감을 밝혔다.
한편, 이번 프로젝트 지도교수로는 기계공학과 박수경 교수와 이익진 교수, 산업디자인학과 배석형 교수, 생명공학과 김유천 교수, 전산학부 한동수 교수, 전기 및 전자공학부 윤준보 교수가 참여했다. 끝.
2015.12.11 조회수 8126 -
광섬유로 300조분의 1초 오차의 클럭 개발
〈김 정 원 교수〉
우리 대학 기계항공공학부 김정원 교수 연구팀이 광섬유 광학 기술로 수백조분의 1초 오차를 가지는 클럭(clock) 원천기술을 개발했다.
이는 클럭 발진기(oscillator)의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 원천 기술로 성과를 인정받아 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 11월 4일자 온라인 판에 게재됐다.
클럭 발진기는 일정한 시간 간격의 주기적 신호를 발생시켜 전자시스템이 신호에 맞춰 정확하게 동작하도록 만드는 장치이다. 음악 연주에서 메트로놈과 같은 역할을 한다.
이 클럭 발진기는 오늘날 각종 정보통신 시스템 뿐 아니라 입자가속기나 천체관측장치 같은 거대 과학시설, 초정밀 계측 장비, 레이더, GPS 및 위성항법 시스템 등 전 분야에 걸쳐 핵심적 역할을 하고 있다. 따라서 클럭 발진기에서 발생하는 주기적 신호의 시간 오차를 줄인다면 각종 시스템들의 획기적인 성능 향상과 이전에는 불가능했던 기술 개발도 가능해진다.
기존에는 특수 제작된 공진 회로를 이용한 라디오파 혹은 마이크로파 발진기를 사용하거나 광공진기의 주파수 나눔을 이용한 방식의 기술을 사용했으나, 이 방식은 크기가 클 뿐 아니라 기계적 안정도가 떨어지고 수억 원 이상의 고가였기 때문에 실험실 밖에서의 응용 등에 한계가 있었다.
연구팀은 문제 해결을 위해 신뢰성이 높고 가격경쟁력이 확보된 광통신용 광섬유 부품을 활용한 새로운 방식의 클럭 발진기를 개발했다.
기술의 핵심은 초고속 광섬유 레이저에서 발생하는 넓은 스펙트럼 내의 두 광주파수(optical frequency) 차이를 이용한 것이다. 기존 전자 발진기는 기가헤르츠(GHz, 1초에 109회 진동) 영역에서 동작하지만, 이 기술은 이보다 테라헤르츠(THz, 1초에 1012회 진동) 주파수를 이용하기 때문에 약 1000배 민감한 시간 차 측정이 가능하다.
또한 광섬유 케이블에서 빛이 전파되는 시간이 매우 일정하게 유지되기 때문에 테라헤르츠 주파수를 이용해 높은 분해능으로 측정된 시간차를 광섬유 케이블 내에서의 빛의 전파 시간에 정확하게 맞췄다.
그 결과 국제전기통신연합(ITU)에서 정의한 클럭 신호원의 성능을 나타내는 0.1초 동안의 시간오차인 타이밍 지터(timing jitter)가 3펨토초(333조분의 1초)로 측정됐으며, 이는 환산하면 100만년 동안 1초의 오차를 갖는 성능에 해당한다.
이를 통해 별도의 특수 제작된 고가 소자 없이도 세계적 수준의 클럭 발진기 성능을 얻을 수 있고, 상용화 시 제작비용을 기존 최고 성능 발진기의 10분의 1 이하 수준으로 낮출 것으로 기대된다.
연구팀은 이 기술의 성능과 안정성이 아날로그-디지털 변환기나 고성능 신호 분석기와 같은 ICT 시스템, 레이더, 원격 탐사, 위성항법 등 국방, 우주, 환경 기술 분야에서도 폭넓게 활용될 수 있을 것이라고 밝혔다.
김 교수는 “이 기술은 군용 레이더, 보안 분야와의 연관성 때문에 주요 장비들의 수출이 금지된 경우가 많아 순수 국내 기술로 자체 개발한 것은 그 의의가 크다.”며 “향후 유리기판 위에 시스템을 구현해 칩 스케일의 고성능 클럭으로 발전시킬 계획이다”고 말했다.
KAIST 기계공학과 정광연 박사과정(1저자)의 참여로 이루어진 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 수백조분의 1초 오차의 광섬유 클럭 발진기 개념도
2015.11.12 조회수 5873 -
KAIST 연구실에 구경 오세요 … 'Open KAIST 2015' 개최
KAIST의 생생한 연구현장과 최신 연구 성과물이 일반에 공개된다.
KAIST가 5-6일 이틀 동안 교내 17개 학과 ‧ 학부 ‧ 대학원과 3개 연구센터를 둘러 볼 수 있는 행사인‘Open KAIST 2015'를 개최한다.
올해로 8회째를 맞이하는‘Open KAIST'는 일반인이 학과와 연구실을 둘러보고 체험할 수 있는 행사로 KAIST가 주최하는 행사 중 가장 큰 규모다. 이번 행사에는 연구실 투어, 연구성과 전시회, 학과소개, 특별강연 등 64개의 프로그램이 운영돼 풍성한 볼거리가 제공된다.
학생들이 즐길 수 있는 연구실 투어 프로그램 중에서는 문화기술대학원 노준용 교수 연구실의‘모션 캡처 시스템’이 눈길을 끈다.
‘모션 캡처 시스템’은 적외선 카메라와 광학 마커(Marker)를 활용해 사람과 동물의 동작을 3D 공간상에 표현할 수 있는 기술로, 영화 ‧ 게임 ‧ 애니메이션 산업 등에서 다양하게 활용된다. 이번 행사에서는 연구원들이 직접 동작을 촬영해 3D 캐릭터로 변환되는 과정을 시연할 예정이다.
물리학과 조용훈 교수 연구실은 ‘발광다이오드(LED)제작의 시작과 끝’을 주제로 청색 발광다이오드에 숨어있는 과학 이야기를 들려주고 그 제작과정을 소개한다. 청색 발광다이오드는 기존 광원에 비해 효율이 월등이 높아 스마트폰, 전광판, 디스플레이에 활용되면서 우리생활에 깊숙이 녹아있는 기술이다. 이런 산업적 기여도를 인정받아 청색 LED를 개발한 과학자가 2014년 노벨물리학상을 수상하기도 했다.
전기및전자공학부 준타니(Jun-tani)교수 연구팀은‘휴머노이드 로봇 나오(NAO)의 인간 행동 모방’프로그램을 운영한다.‘나오’는 인간의 뇌에 해당하는 인공 신경망을 가지고 있어 대상의 움직임을 따라하고 기억해 학습이 가능한 로봇이다.
이와 함께 ▲ 항공우주공학과 방효충 교수 연구실의‘무인기 연구 및 나노 인공위성’▲ 건설 및 환경공학과 명현 교수 연구실의‘미래 도시 로봇 시스템 : 해파리 퇴치 로봇, 벽을 타고 오르는 드론’ 등도 전시된다.
KAIST의 최신 연구 성과물도 전시된다.‘IT융합연구소’는 모바일 헬스케어 플랫폼인‘닥터 엠(Dr M)’쇼룸을 운영한다. ‘닥터 엠’은 인체에 부착한 스마트 센서를 통해 생체신호를 수집하고 분석하는 통합 모바일 헬스케어 시스템으로 20여 개의 최신 기술을 보여준다.
인공위성연구센터는‘알기 쉬운 인공위성’프로그램을 운영해 우리나라 최초의 인공위성인 우리별 1호를 소개하고 위성체 조립실과 위성 교신국도 보여준다.
관람객들을 위한 특별강연도 열린다. 전산학부 김민혁 교수와 오혜연 교수가 각각‘컴퓨터 그래픽스 및 첨단 영상기술 소개’와‘사람과 컴퓨터’주제로 일반인의 눈높이에 맞춰 재미있는 과학이야기를 들려준다.
이밖에 대학생들이 컴퓨터를 옷에 부착하고 패션쇼를 진행하는‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’도 큰 볼거리를 제공한다.
개별관람을 원하는 자는 별도의 신청 없이 행사 당일 안내소에서 배포하는 안내책자를 이용해 본인이 희망하는 프로그램을 선택해 자율적으로 관람 할 수 있다.
이번 행사를 주관한 이정권 공과대학장은 “올해로 8회째 열리는 ‘Open KAIST' 는 일반인이 KAIST의 생생한 연구현장을 직접 체험해 볼 수 있는 자리”라며 “청소년들이 과학적 지식을 넓히고 과학을 사랑하는 계기가 되기를 바란다”라고 행사의의를 밝혔다.
행사의 세부적인 프로그램과 일정은 홈페이지(openkaist.ac.kr)를 통해 확인할 수 있다. 끝.
2015.11.02 조회수 6855 -
이정권 교수, 국제음향협회(ICA) 부회장 선출
이 정 권 교수
우리 대학 기계공학과 이정권 교수가 지난 1일 네덜란드 마스트리히트에서 열린 국제음향협회(ICA : International Commission for Acoustics) 이사회에서 부회장으로 선출됐다.
이 교수는 전임 부회장의 유고로 인해 올해 6월부터 잔여 임기인 15개월 간 직무를 수행한다. 현재 이 교수는 아시아-태평양권 음향학회 대표 이사를 맡고 있다.
국제음향협회는 1951년에 창립해 전 세계 44개 국가의 음향학회와 4개의 옵저버 국가가 속해 있다.
또한 미국오디오학회(AES), 국제초음파학회(ICU), 국제음향진동학회(IIAV), 국제소음제어공학회(I-INCE), 소리음향 국제학술대회(WESPAC), 세계소음보건학회(ICBEN) 등 음향 관련 8개의 주요 학술조직 및 대회가 회원으로 포함돼 있다. 끝.
2015.06.17 조회수 5458