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적색 OLED로 아밀로이드 베타 감소 확인...치매 기억력 되살렸다
“어떤 OLED 색의 빛이 알츠하이머 환자의 기억력과 병리 지표를 실제로 개선하는가?”라는 의문점을 제기한 한국 연구진이, 약물 없이 빛만으로 인지 기능을 개선할 수 있는 가장 효과적인 OLED 색상을 규명했다. 이번 연구에서 개발된 OLED 플랫폼은 색·밝기·깜박임 비율·노출 시간을 정밀하게 제어할 수 있어, 향후 개인맞춤형 OLED 전자약으로의 발전 가능성을 제시한다.
KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀과 한국뇌연구원(KBRI) 구자욱 박사·허향숙 박사 연구팀이 공동 연구를 통해, 균일 조도의 3가지 색 OLED 광자극 기술을 개발하고, 청색·녹색·적색 중 ‘적색 40Hz 빛’이 알츠하이머 병리와 기억 기능을 가장 효과적으로 개선한다는 사실을 확인했다고 24일 밝혔다.
연구진은 기존 LED 방식이 가진 밝기 불균형, 열 발생 위험, 동물의 움직임에 따른 자극 편차 등 구조적 한계를 해결하기 위해 균일하게 빛을 내는 OLED 기반 광자극 플랫폼을 구축했다. 이 플랫폼을 활용해 백색·적색·녹색·청색 빛을 동일한 조건(40Hz 주파수·밝기·노출시간)에서 비교한 결과, 적색 40Hz 빛이 가장 우수한 개선 효과를 보였다.
초기 병기(3개월령) 동물 모델은 단 2일 자극만으로도 병리 및 기억력 개선되는 것을 확인했다. 초기 알츠하이머 동물 모델에 하루 1시간씩 이틀간 빛을 조사한 결과, 백색·적색 빛 모두 장기기억이 향상되었고 해마 등 중요한 뇌 영역에 쌓여 있던 알츠하이머병의 대표적인 원인 물질로 알려진 단백질 찌꺼기(덩어리)인 ‘아밀로이드베타(Aβ) 플라크’가 줄었으며 플라크를 제거하는 데 도움이 되는 효소(ADAM17)가 더 많이 만들어졌다는 사실을 확인했다.
즉, 아주 짧은 기간의 빛 자극만으로도 뇌 속 나쁜 단백질이 줄고 기억 기능이 개선될 수 있다는 의미다. 특히 적색 빛에서는 염증을 악화시키거나 뇌 조직에 스트레스를 주어 알츠하이머병 진행에 영향을 주는 ‘염증성 사이토카인 IL-1β’가 크게 감소해 염증 완화 효과도 확인됐다.
또한 플라크 감소량이 많을수록 기억력 향상 폭이 더 컸다, 즉 병리 개선이 인지 기능 향상으로 직접 이어짐을 검증했다.
중기 병기(6개월령) 모델에서는 적색 빛에서만 통계적 병리 개선을 확인했다. 중기 알츠하이머 모델을 대상으로 2주간 동일 조건으로 장기 자극을 수행한 결과, 백색·적색 모두 기억력 향상은 있었지만 플라크 감소는 적색에서만 통계적으로 유의미하게 나타났다.
분자 수준에서도 색상별 차이가 분명했다. 적색 빛을 비춘 경우에는 플라크를 없애는 데 도움이 되는 효소(ADAM17)는 늘어나고, 플라크를 만드는 효소(BACE1)는 줄어들어, 즉 플라크 생성 억제·제거 촉진의 ‘이중 효과’가 나타났다. 반면 백색 빛은 플라크를 만드는 효소(BACE1)만 줄어들어, 적색 빛에 비해 치료 효과가 제한적이었다.
이는 빛의 색상이 치료 효과를 결정하는 핵심 요소임을 과학적으로 규명한 성과다.
연구진은 빛 자극 후 실제로 어떤 뇌 회로가 작동했는지를 확인하기 위해, 뇌세포가 활성화될 때 가장 먼저 켜지는 표지 유전자(c-Fos)의 발현을 분석했다.
그 결과 시각피질 → 시상 → 해마로 이어지는 시각–기억 회로 전체가 활성화되었으며, 이는 빛 자극이 시각 경로를 깨워 해마 기능과 기억력 향상으로 이어진다는 직접적 신경학적 근거를 제시했다.
균일 조도의 OLED 플랫폼 덕분에 동물이 움직여도 빛이 고르게 전달되어 실험 결과가 흔들리지 않았고, 반복 실험에서도 일관된 효과가 재현되는 높은 신뢰성을 확보했다.
이번 연구는 약물 없이 빛만으로 인지 기능을 개선하고, 색상·주파수·기간 조합을 통해 알츠하이머 병리 지표를 조절할 수 있음을 최초로 규명한 성과다.
개발된 OLED 플랫폼은 색·밝기·깜박임 비율·노출 시간을 세밀하게 조절할 수 있어, 사람 대상 임상 연구에서 개인별 맞춤 자극 설계에도 적합하다.
연구팀은 앞으로 자극 강도·에너지·기간·시각·청각 복합 자극 등 다양한 조건을 확장해 임상 단계로 발전시킬 계획이다.
노병주 박사(최경철 교수 연구팀)는 “이번 연구는 색상 표준화의 중요성을 실험적으로 입증했으며, 특히 적색 OLED가 병기별로 ADAM17 활성화와 BACE1 억제를 동시에 유도하는 핵심 색상임을 확인했다”라고 말했다.
최경철 교수는 “균일 조도 OLED 플랫폼은 기존 LED의 구조적 한계를 극복해 높은 재현성과 안전성 평가가 가능하다. 앞으로 일상생활 속에서 착용해 치료할 수 있는 웨어러블 RED OLED 전자약이 알츠하이머 치료의 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 강조했다.
해당 연구 결과는 생체의학·재료 분야의 권위 있는 국제 학술지 `에이씨에스 바이오매터리얼즈 사이언스 앤 엔지니어링(ACS Biomaterials Science & Engineering)'에 지난 10월25일 字로 온라인 게재됐다.
※ 논문명: Color Dependence of OLED Phototherapy for Cognitive Function and Beta-Amyloid Reduction through ADAM17 and BACE1, DOI : https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsbiomaterials.5c01162
※ 공저자정보: Byeongju Noh, Hyun-Ju Lee, Jiyun Lee, Jiyun Lee, Ji-Eun Lee, Bitna Joo, Young-Hun Jung, Minwoo Park, Sora Kang, Seokjun Oh, Jeong-Woo Hwang, Dae-Si Kang, Yongmin Jeon, So-Min Lee, Hyang Sook Hoe, Ja Wook Koo, Kyung Cheol Choi
이번 연구는 과학기술정보통신부의 한국연구재단 및 국가정보산업진흥원, 그리고 한국뇌연구원 기초 연구 프로그램 지원을 받아 수행되었다. (2017R1A5A1014708, 2022M3E5E9018226, H0501-25-1001, 25-BR-02-02, 25-BR-02-04)
2025.11.24 조회수 782 -
전력 없이도 여름은 더 시원하게 겨울을 더 따뜻하게 만든다
포플러(Populus alba)는 덥고 건조할 때 잎을 말아 뒷면을 드러내 태양빛을 반사하고, 밤에는 잎 표면에 맺힌 수분이 방출하는 열(잠열)로 냉해를 막는 독특한 생존 전략을 갖고 있다. 자연은 이처럼 낮·밤과 온·습도 변화에 따라 스스로 열을 조절해 적응해 왔지만, 이러한 정교한 열관리 시스템을 인공소재로 구현한 사례는 거의 없었다. 우리 대학 연구진은 이번 연구를 통해 포플러 잎의 열관리 전략을 모사한 인공소재를 개발함으로써, 건축 외벽·지붕·임시 보호소 등에서 전력 없이 스스로 온도를 조절하는 열관리 기술의 적용 가능성을 크게 높였다.
우리 대학은 전기및전자공학부 송영민 교수 연구팀이 서울대학교 김대형 교수팀과 공동으로, 포플러의 자연 열조절 방식을 모사한 ‘유연 하이드로겔 기반 열조절기(LRT, Latent-Radiative Thermostat)’를 개발했다고 18일 밝혔다.
연구팀이 개발한 LRT는 자연을 모사하고 스스로 냉·난방 전환하는 열조절 장치다. 이 기술은 수분의 증발·응축에 따른 잠열 조절과 빛 반사·투과를 이용한 복사열 조절을 하나의 장치에서 동시에 구현할 수 있는 새로운 열관리 기술이다.
핵심 소재는 리튬 이온(Li⁺)과 하이드록시프로필 셀룰로오스(HPC)를 PAAm 하이드로겔에 결합한 구조다. Li⁺는 주변의 수분을 흡수·응축해 잠열을 조절함으로써 따뜻함을 유지하고, HPC는 온도 변화에 따라 투명·불투명하게 변하며 태양빛의 반사·흡수를 조절해 냉각과 난방 모드를 전환한다.
온도가 올라가면 HPC 분자들이 뭉치면서 하이드로겔이 불투명해지고, 이로 인해 태양광이 반사되어 자연 냉각 효과가 강화된다. 이렇게 만들어진 LRT는 주변 온도·습도·조도에 따라 자동으로 네 가지 열조절 모드로 전환된다.
▶이슬점 이하의 밤·한랭 환경에서는 공기 중 수분을 흡수·응축하며 열을 방출해 따뜻함을 유지하고 ▶약한 태양광이 비치는 추운 낮에는 태양빛을 투과시키고 흡습된 수분이 근적외선을 흡수해 난방 효과를 내고 ▶ 고온·건조한 환경에서는 내부 수분이 증발하며 강력한 증발 냉각이 일어나고 ▶강한 태양과 고온 조건에서는 HPC가 불투명해져 태양빛을 반사하고, 동시에 증발 냉각이 작동해 온도를 낮춘다. 즉, 전력 없이도 주변 환경에 맞춰 스스로 냉·난방 모드를 전환하는 자연 모사형 열관리 장치다.
이번 연구를 통해 LRT는 여름에는 더 시원하게, 겨울에는 더 따뜻하게 유지할 수 있는 성능을 확보했다. 연구팀은 Li⁺와 HPC의 농도를 조절해 다양한 기후 조건에 맞게 열조절 특성을 세밀하게 조정할 수 있음을 확인했고, TiO₂ 나노입자를 추가해 소재의 내구성과 기계적 강도도 크게 향상시켰다.
실외 실험 결과, LRT는 기존 냉각 소재보다 여름에는 최대 3.7°C 더 낮고, 겨울에는 최대 3.5°C 더 높은 온도를 유지했다. 또한 7개 기후대(ASHRAE 기준)를 대상으로 한 시뮬레이션에서는 기존 지붕 코팅보다 연간 최대 153 MJ/m²의 에너지 절감 효과가 있는 것으로 나타났다.
이번 연구는 자연계의 고도화된 열관리 기능을 공학적으로 구현한 사례로, 건축 외벽·지붕, 재난 임시시설, 야외 저장소 등 전력 기반 냉난방이 어려운 환경에서 활용될 차세대 열관리 플랫폼으로 기대된다.
송영민 교수는 “이번 연구는 자연의 지능형 열조절 전략을 공학적으로 재현한 기술로, 계절과 기후 변화에 스스로 적응하는 열관리 장치를 제시했다는 데 의미가 있다”며 “향후 다양한 환경에 적용 가능한 지능형 열관리 플랫폼으로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.
KAIST 전기및전자공학부 김형래 박사과정 학생이 공동 제1저자, 송영민 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료과학 분야의 세계적인 학술지인 `어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials, IF 26.8)'에 11월 4일자 온라인 게재됐다.
※ 논문명 : Hydrogel Thermostat Inspired by Photoprotective Foliage Using Latent and Radiative Heat Control, DOI : https://doi.org/10.1002/adma.202516537
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 과학기술원 InnoCORE 사업, 중견연구사업, 나노 및 소재기술개발사업, 미래의료혁신 대응기술개발사업, 해외우수연구기관협력허브구축사업, 산업통상자원부와 한국산업기술기획평가원이 지원하는 바이오산업기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.11.18 조회수 784 -
입어도 되고 수술 없이 치료도 되는 초음파 센서 나왔다
기존의 몸에 부착해 사용하는 초음파 센서는 출력 세기가 약하고 구조가 쉽게 변형돼, 고해상도 영상이나 치료 목적으로 활용하기 어려웠다. 우리 대학 연구팀이 이러한 한계를 극복하고 곡률(휘어진 정도)을 자유롭게 조절할 수 있는 유연 초음파 센서 기술을 개발했다. 이번 성과는 몸에 밀착해 정확한 영상을 얻는 웨어러블 의료기기와 수술 없이 초음파로 치료까지 가능한 비침습적 차세대 의료기술의 발전 가능성을 크게 높였다.
우리 대학은 전기및전자공학부 이현주 교수 연구팀이 반도체 웨이퍼 공정(MEMS)을 활용해 유연함부터 단단함까지 자유롭게 구현할 수 있는 ‘Flex-to-Rigid(FTR) 구조’의 초음파 트랜스듀서(센서, CMUT)를 제작했다고 12일 밝혔다.
연구팀은 저온에서 녹는 금속(저융점 합금, LMPA)을 소자 내부에 삽입해, 전류를 가하면 금속이 녹아 자유롭게 형태를 바꾸고, 냉각 시 다시 고체로 굳어 원하는 곡면 형태로 고정할 수 있는 기술을 구현했다.
기존의 고분자(폴리머) 막 기반 초음파 센서(CMUT)는 낮은 탄성계수(딱딱함)로 인해 충분한 음향 에너지를 발생시키지 못하고, 진동 시 초점이 흐려지는 문제가 있었다. 또한 곡률 조절이 어려워 목표 위치에 정밀하게 초점을 맞추기 힘든 한계가 있었다.
이현주 교수 연구팀은 단단한 실리콘 기판에 유연한 엘라스토머(고무 유사 물질) 브리지를 결합한 FTR 구조를 고안해 높은 출력 성능과 유연성을 동시에 확보했다. 내부의 저융점 합금은 전류에 의해 고체와 액체 상태를 오가며, 소자의 형태를 자유롭게 조정하고 고정할 수 있도록 돕는다.
그 결과, 초음파가 한 점으로 모이도록 전자적으로 신호를 제어하는 ‘별도의 빔 조정’ 과정 없이도 이번에 개발한 센서로 기계적으로 모양(곡률)에 맞추어 초점을 자동으로 형성하기 때문에 특정 부위에 정밀한 초음파 초점을 형성할 수 있었으며, 반복적인 굽힘에도 안정적인 전기·음향 특성이 유지됨을 확인했다.
이 센서의 출력은 조직을 손상시키지 않고 특정 부위를 부드럽게 자극해 치료 효과를 내는 초음파 기술인 ‘저강도 집속 초음파(LIFU)’ 수준 이상으로, 수술이나 절개 없이 신경과 장기를 자극해 염증을 완화하는 비침습적 치료에 활용될 수 있음이 검증됐다.
연구팀은 이 소자를 동물 모델에 적용해 비장(spleen)을 비침습적으로 자극하는 실험을 수행했으며, 그 결과 관절염 모델에서 염증이 완화되고 보행이 개선되는 치료 효과를 확인했다.
향후에는 한줄(1차원)이 아닌 많은 초음파 센서를 평면 위에 바둑판처럼 배열한 구조인 ‘2차원 배열 소자’ 개발을 통해 고해상도 초음파 영상과 치료를 동시에 구현하는 스마트 의료 기술로 발전시킬 계획이다.
또한 이 기술은 반도체 공정과 호환돼 대량 생산이 가능하므로, 웨어러블 및 재택 의료용 초음파 시스템으로 확장될 전망이다.
이번 연구에는 전기및전자공학부 이상목 박사와 샤오지아 량(Xiaojia Liang) 박사과정이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제 학술지 네이처 파트너 저널 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics, IF 15.5)에 10월 23일 자 온라인판으로 게재됐다.
※ 논문명: Flexible ultrasound transducer array with statically adjustable curvature for anti-inflammatory treatment DOI https://doi.org/10.1038/s41528-025-00484-7
과학기술정보통신부 바이오‧의료기술개발사업(뇌과학 선도융합기술개발사업)과 범부처전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행됐다.
2025.11.12 조회수 1471 -
IEEE 회장 크레이머 교수, 전기및전자공학부서 인공지능 특별 강연 개최
세계 최대 전기·전자 기술 학회인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 캐슬린 크레이머(Kathleen A. Kramer) 회장이 30일 우리 대학을 방문해 ‘인공지능의 미래를 함께 그리다’라는 주제로 특별 강연을 진행했다.
전기및전자공학부(학부장 유승협)의 초청으로 콜로퀴엄 연단에 선 크레이머 회장은 IEEE의 핵심 비전인 ‘인류를 위한 기술 발전(Advancing Technology for Humanity)’을 바탕으로 “인공지능(AI)은 더 이상 먼 미래의 개념이 아니라, 혁신의 중심에서 인류의 삶을 변화시키는 기술이 되었다”라고 강조했다.
이어 “기술은 인간의 가치를 중심으로 발전해야 하며, 윤리와 포용성을 기반으로 한 인공지능이 진정한 혁신을 이끌 수 있다”라고 덧붙이며, 인공지능의 발전 방향과 기술의 사회적 책임에 대한 통찰을 공유했다.
유승협 전기및전자공학부장은 “크레이머 회장의 이번 방문은 우리 학부가 보유한 인공지능, 반도체, 신호처리, 로보틱스 등 첨단 분야의 역량을 국제 학계에 더욱 널리 알리는 것은 물론 다방면으로 협력을 강화하는 교두보가 될 것이라 기대한다”라고 전했다.
한편, 크레이머 회장은 강연에 앞서 이상엽 KAIST 연구부총장을 예방하고, 지속 가능한 기술을 발전시키고 윤리적·포용적인 연구 생태계 구축해 인류의 더 나은 삶에 기여하고자 하는 양 기관의 협력의 의지를 다시 한번 확인했다.
2025.11.03 조회수 600 -
인증 절차없는 메세지로 통신을 원격 마비시킬수 있다
최근 발생한 SKT 해킹 사고와 KT 소액 결제 사건은 이동통신 보안의 중요성을 더욱 강조하고 있다. 휴대폰이나 IoT 기기가 기지국(무선)과 연결되면, 그 신호를 받아서 사용자의 정체 확인, 인터넷 연결, 전화·문자·요금 처리, 다른 사용자와의 데이터 전달 등을 담당하는 것이 ‘LTE 코어 네트워크’다. KAIST 연구진이 LTE 코어 네트워크에 인증되지 않은 공격자가 원격으로 정상 사용자의 내부 정보를 조작할 수 있는 새로운 보안 취약점을 세계 최초로 규명했다.
우리 대학 전기및전자공학부 김용대 교수 연구팀이 LTE 코어 네트워크에서 인증되지 않은 공격자가 원격으로 다른 사용자의 내부 상태 정보를 조작할 수 있는 심각한 보안 취약점을 발견했다고 2일 밝혔다.
김용대 교수 연구팀은 LTE 코어 네트워크에서 ‘컨텍스트 무결성 침해(Context Integrity Violation, CIV)’라는 새로운 취약점 클래스를 발견하고, 이를 체계적으로 탐지하는 세계 최초의 도구 ‘CITesting’을 개발했다.
이 연구는 10월 13~17일 대만 타이베이에서 열린 제32회 ACM CCS(Conference on Computer and Communications Security)에서 발표됐으며, 우수논문상(Distinguished Paper Award)을 수상했다.
ACM CCS는 전 세계 4대 최고 권위 보안 학회 중 하나로, 올해 약 2,400편의 논문이 제출된 가운데 단 30편만이 수상 논문으로 선정됐다.
기존 보안 연구들이 주로 '네트워크가 단말기를 공격하는' 다운링크 취약점에 집중한 반면, 이번 연구는 상대적으로 소홀히 다뤄진‘단말기가 코어 네트워크를 공격하는' 업링크 보안을 집중 분석했다. 특히 연구팀은 '컨텍스트 무결성 침해(Context Integrity Violation, CIV)'라는 새로운 취약점 클래스를 정의했다.
즉, 단말(또는 공격자가 조작한 단말)이 정상 기지국을 통해 코어 네트워크로 메시지를 보낸 뒤, 그 메시지가 네트워크 내부의 사용자 상태(정보)를 잘못 변경하게 만드는 ‘업링크 보안’에 집중했고, 인증되지 않은(또는 부적절하게 인증된) 입력이 네트워크의 내부 상태를 바꿔버리는 상황인 ‘컨텍스트 무결성 침해(CIV)’에 집중했다.
이는 ‘인증되지 않은 메시지는 내부 시스템 상태를 변경해서는 안 된다’는 기본 보안 원칙을 위반하는 것이다. 3GPP(휴대전화·무선망의 작동 규칙을 만드는 국제 표준 기구)의 표준 초기 버전에서는 이러한 행위를 명시적으로 금지하지 않았다.
즉 3GPP 표준은‘인증에 실패한 메시지는 처리하지 말라’는 규칙은 갖고 있지만, ‘아예 인증 절차 없이 들어온 메시지를 어떻게 다뤄야 하는지’에 대한 규정은 명확히 없다는 점이 문제다.
유일한 선행 연구인 LTEFuzz가 31개의 제한된 테스트 케이스에 그친 것과 달리, 본 연구에서는 CITesting을 통해 2,802개에서 4,626개에 이르는 훨씬 광범위한 테스트 범위를 체계적으로 탐색하였다.
연구팀은 CITesting을 활용해 오픈소스와 상용 LTE 코어 네트워크 4종을 대상으로 평가한 결과, 실제 공격 시연에서도 통신 마비를 확인했다.
이를 통해 모두 CIV 취약점이 존재하는 것으로 확인되었고 테스트 대상 탐지 결과(총 테스트 기반)와 고유 취약점 수는 ▲Open5GS 2,354건 탐지, 29건 ▲srsRAN 2,604건 탐지, 22건 ▲Amarisoft 672건 탐지, 16건 ▲Nokia 2,523건 탐지, 59건으로 확인되었다.
연구팀은 해당 취약점이 (1) 공격자가 피해자 식별자를 도용해 네트워크 정보를 망가뜨려 재접속을 거부시키는 서비스 거부, (2) 단말로 하여금 휴대폰 유심(SIM)에 저장된 이용자 고유 식별번호(IMSI)를 평문으로 재전송하게 해 노출시키는 IMSI 유출, (3) 이미 알고 있는 영구 식별번호를 이용해 재접속 시 발생하는 신호를 수동으로 포착함으로써 특정 사용자의 위치를 추적하는 공격으로 이어질 수 있음을 증명했다.
기존의 가짜 기지국·신호 간섭 공격은 피해자 근처에 물리적으로 있어야 했지만, 이번 공격은 정상 기지국을 통해 코어로 조작된 메시지를 보내는 방식이라 피해자와 같은 MME(LTE 네트워크에서 가입자 인증과 이동·세션 관리를 총괄하는 중앙관제 역할을 하는 기지국) 관할 지역이면 어디서든 원격으로 영향을 줄 수 있어 훨씬 광범위하다.
김용대 KAIST 교수는 “그동안 업링크 보안은 코어 네트워크 테스트의 어려움, 구현 다양성 부족, 규제 제약 등으로 인해 상대적으로 소홀히 다뤄져 왔으며, 컨텍스트 무결성 침해는 심각한 보안 위험을 초래할 수 있다”고 설명했다.
이어 그는 “이번 연구에서 개발한 CITesting 도구와 검증 결과를 바탕으로 5G 및 프라이빗 5G 환경으로 검증 범위를 확대할 계획”이라며, “특히 산업·인프라용 전용망(프라이빗 5G)에서는 탱크 통신 차단이나 IMSI 노출과 같은 치명적 보안 위협을 예방하기 위한 필수 테스트 도구로 발전시켜 나가겠다”고 밝혔다.
연구팀은 취약점을 벤더별로 책임감 있게 공개해 Amarisoft는 패치를 배포하고 Open5GS는 연구팀 패치를 공식 저장소에 통합했으나, Nokia는 3GPP 표준을 준수한다며 취약점으로 보지 않아 패치 계획이 없다(현재 해당 장비를 사용하는 통신사 여부에 대해서도 답변하지 않았다).
이번 연구에는 KAIST 전기및전자공학부 손민철, 김광민 박사과정이 공동 제 1저자로 KAIST 전기및전자공학부 오범석 박사과정, 경희대 박철준 교수, KAIST 김용대 교수가 교신저자로 참여해 세계 최고 보안학회 ACM CCS 2025에서 10월 14일 발표되었다.
※논문 제목: CITesting: Systematic Testing of Context Integrity Violations in LTE Core Networks,
논문링크: https://syssec.kaist.ac.kr/pub/2025/CITesting.pdf
오픈소스: https://github.com/SysSec-KAIST/CITesting
동영상: https://sites.google.com/view/citesting/%ED%99%88
한편 이번 연구는 2025년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 정보통신기획평가원(IITP)의 지원을 받아 수행되었다(No. RS-2024-00397469, 특화망·기업망 통합보안을 위한 5G 특화망 보안 기술개발).
2025.11.03 조회수 807 -
사람처럼 텍스트·이미지 등 동시에 이해하는 멀티모달 AI 개발
보통 그림과 글자가 함께 있을 때 사람의 시선이 그림에 먼저 가는 것처럼, 여러 감각을 동시에 활용하는 ‘멀티모달 인공지능’도 특정 데이터에 더 크게 의존하는 경향이 있다. 우리 대학 연구진은 이러한 상황에서도 그림과 글자를 모두 고르게 인식하여 훨씬 더 정확한 예측을 가능케 하는 멀티모달 인공지능 학습 기술을 개발했다.
우리 대학은 전기및전자공학부 황의종 교수 연구팀이 다양한 데이터 유형을 한 번에 처리해야 하는 멀티모달 인공지능이 모든 데이터를 고르게 활용할 수 있도록 돕는 새로운 학습 데이터 증강 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.
멀티모달 인공지능은 텍스트, 영상 등 여러 데이터를 동시에 활용해 판단하고 있다. 하지만 인공지능은 여러 정보를 받아들일 때, 한쪽 데이터에 치우쳐 판단하는 경향을 보여 예측 성능이 떨어지는 문제가 있었다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 일부러 서로 어울리지 않는 데이터를 섞어서 학습에 사용했다. 그러면 인공지능은 어떤 경우에도 한쪽 데이터에만 의존하지 않고, 글과 그림, 소리 등 모든 데이터를 균형 있게 활용하는 방법을 배우게 된다.
또, 품질이 낮은 데이터는 보완하고, 어려운 데이터는 더 강조해서 훈련하는 방식까지 더해 다양한 상황에서도 안정적으로 성능을 높일 수 있음을 보여줬다. 이 방법은 특별한 모델 구조에 묶이지 않고, 어떤 종류의 데이터에도 쉽게 적용할 수 있어 확장성과 실용성이 크다는 점에서 의미가 있다.
황의종 교수는 “AI 성능을 높이려면 모델 구조(알고리즘)만 바꾸는 것보다, 어떤 데이터를 어떻게 학습에 쓰느냐가 훨씬 중요하다”며 “이번 연구는 멀티모달 인공지능이 특정 데이터(예: 영상, 텍스트)에 치우치지 않고 균형 있게 정보를 활용할 수 있도록 데이터 자체를 설계하고 가공하는 접근법이 효과적일 수 있음을 보여줬다”고 말했다.
이번 연구에는 전기및전자공학부 황성현 박사과정, 최소영 석사과정이 공동 제1저자로 참여했으며, 황의종 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 오는 12월 미국 샌디에이고와 멕시코 멕시코시티에서 열리는 AI 분야 최고 권위 국제학술대회 NeurIPS(Conference on Neural Information Processing Systems)에서 발표될 예정이다.
※ 논문명: MIDAS: Misalignment-based Data Augmentation Strategy for Imbalanced Multimodal Learning, 논문 원본: https://arxiv.org/pdf/2509.25831
한편, 이번 연구는 정보통신기획평가원(IITP)의 지원을 받은 ‘강건하고 공정하며 확장 가능한 데이터 중심의 연속 학습’ 과제 (RS-2022-II220157)와 ‘뇌질환 진단 및 치료용 비침습 근적외선 기반 AI 기술’ 과제 (RS-2024-00444862)의 지원을 받아 수행됐다.
2025.10.14 조회수 1180 -
정재웅 교수, 9월 이달의 과학기술인상 수상
과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 9월 수상자로 우리 대학 전기및전자공학부 정재웅 교수를 선정했다고 밝혔다.
‘이달의 과학기술인상’은, 최근 3년간 독보적인 연구개발 성과를 창출하여 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상으로, 과기정통부 과학기술진흥기금/복권기금의 재원으로 운용된다.
과기정통부와 연구재단은 ‘세계 환자안전의 날(9월 17일)’을 앞두고 체온에 의해 부드러워지는 정맥 주사바늘을 개발하여 환자의 안전을 강화하는 등 신체착용(웨어러블)·체내삽입(임플랜터블) 전자 소자 및 의료기기 융복합 연구로 건강 돌봄(헬스케어) 혁신에 기여한 정재웅 교수를 수상자로 선정했다.
정맥주사는 혈관에 약물을 직접 주입하는 치료방법으로 신속한 약물 효과와 지속적인 약물 투여가 가능해 의료 분야에서 광범위하게 사용된다. 다만, 기존 정맥 주사바늘은 딱딱한 금속이나 플라스틱으로 제작돼 혈관벽 등을 손상하거나 정맥염과 같은 합병증을 야기할 수 있고, 주사바늘 처리 과정에서도 의료 종사자의 찔림 사고 및 그에 따른 질병 감염 위험 우려가 있다.
정재웅 교수는 액체금속 갈륨이 체온에 반응해 고체에서 액체로 상변화하는 특성을 활용하여 상온에서 딱딱한 상태이다가 체내에 삽입되면 생체 조직처럼 부드러워지는 가변강성* 주사바늘을 개발했다.
* 가변강성(可變剛性) : 상황이나 조건에 따라 강성의 크기(딱딱한 정도)를 조절할 수 있는 특성
가변강성 주사바늘은 환자의 자유로운 움직임을 보장함은 물론 사용 후 상온에서 부드러운 상태를 유지하여 의료 종사자의 바늘 찔림 사고를 예방하고, 비윤리적인 주사바늘 재사용 문제도 원천 차단한다.
더불어, 정재웅 교수는 정맥주사 중 약물이 유출되면 주위 조직의 온도가 낮아지는 현상에도 주목하였다. 정재웅 교수는 정맥 주사바늘에 나노박막 온도 감지기(온도센서)를 탑재해 국부 체온을 실시간으로 점검(모니터링)하는 기능을 구현하여 정맥 주사 약물 누수를 실시간으로 확인할 수 있게 하였다.
세계보건기구가 요구하는 환자 건강증진 및 의료진 안전도모에 새로운 전망(비전)을 제시한 이번 연구성과는 '24년 8월 국제 학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’의 표지논문으로 출판됐다.
정재웅 교수는 “이번 연구는 기존의 딱딱한 의료용 바늘로 인한 문제를 극복하고, 주사바늘 찔림사고나 재사용으로 인한 감염 문제를 해결할 수 있는 방법을 제안했다는 점에서 의의가 크다.”라며 “앞으로 가변강성 주사바늘 기술이 환자와 의료진 모두의 안전을 향상시키는 의료 현장의 핵심 기술로 발전할 수 있도록 지속적인 연구개발에 힘쓰겠다”라고 밝혔다.
이와 같이 우수연구성과를 이끄는 연구자를 더욱 두텁게 지원하기 위해 과기정통부는 2026년 생명과학(바이오)의료기술개발사업(’25년 3,611억 원 →’26년안 4,343억 원)을 비롯하여 역대 최대규모인 11.8조 원의 연구개발 예산안(정부안)을 마련, 첨단 생명과학(첨단바이오) 등 미래신산업을 이끌 투자를 강화할 예정이다. 아울러 연구자 중심의 연구개발 생태계를 조성하기 위해 탁월한 성과를 창출한 연구자에 대한 보상과 예우도 한층 강화해 나갈 계획이다.
2025.09.05 조회수 1167 -
김상현 교수, 제22회 머크 어워드 '과학자상' 수상
우리 대학 전기및전자공학부 김상현 교수가 20일 부산 벡스코에서 열린 제22회 머크 어워드에서 ‘머크 젊은 과학자상’을 수상했다.
머크 어워드는 독일 대표적인 과학기술기업인 머크가 2004년 한국정보디스플레이학회와 함께 제정한 기술 논문상으로, 디스플레이 기술 분야의 뛰어난 연구 성과를 기리고 한국 디스플레이 산업발전을 지원하기 위해 수여되고 있다.
김상현 교수는 무기물 기반 마이크로LED 디스플레이 기술의 핵심 원천 지식재산(IP)을 국내 독자 기술로 선제적으로 확보하고, 초고해상도 및 저전력 AR/VR 디스플레이 구현을 가능케하는 선도적 연구를 이어왔다. 그 결과 세계 최고 수준의 마이크로LED 픽셀을 개발하며 디스플레이 기술 혁신에 기여했다.
특히, 상보형 금속산화막 반도체* 백플레인 위에 마이크로LED를 단일공정으로 직접 집적할 수 있는 기술을 구현해, 1700PPI(픽셀/인치)급 초고해상도 적색 디스플레이 구현한 점이 높이 평가됐다.
*상보형 금속산화막 반도체(CMOS): 디스플레이를 구동하는 회로 기판
수상소감을 통해 김상현 교수는 “머크 젊은 과학자상이라는 큰 상을 받게 되어 진심으로 감사하고, 무거운 책임감을 느낀다”며 “앞으로도 MicroLED 디스플레이 기술이 실질적인 산업 경쟁력으로 이어질 수 있도록, 연구자로서 최선을 다해 기여하겠다”고 전했다.
2025.08.22 조회수 1254 -
전력없이 빛 만으로 20배 더 민감한 세계 최고 광센서 개발
기존 광센서에 사용되는 실리콘 반도체는 빛에 대한 반응성이 낮고, 2차원 반도체 MoS₂(이황화 몰리브덴)는 너무 얇아 전기적 특성을 조절하는 도핑 공정이 어려워 고성능 광센서 구현에 한계가 있었다. 우리 대학 연구팀은 이 기술적 한계를 극복하고, 광원이 존재하는 환경에서 전력 없이 작동하는 세계 최고 성능의 무전력 광센서를 개발했다. 향후 웨어러블 기기, 생체 신호 모니터링, IoT 기기, 자율주행 자동차, 로봇 등에 광원만 있으면 배터리 필요없이 정밀한 센싱이 가능한 시대를 앞당겼다.
우리 대학 전기및전자공학부 이가영 교수 연구팀이 외부 전원 공급 없이 작동하는 무전력 광센서를 개발했다고 14일 밝혔다. 이 센서는 기존 제품보다 민감도가 최대 20배 향상돼, 현재까지 공개된 동급 기술 가운데 최상위 수준의 성능을 보였다.
이가영 교수 연구팀은 전기 에너지를 공급하지 않아도 빛이 있는 환경이라면 스스로 전기 신호를 만들어 낼 수 있는 ‘PN 접합 구조’ 광센서를 ‘도핑’없이 반도체를 전기 신호에 매우 민감하게 하는 ‘반데르발스 하부 전극’을 도입하여 만들어 냈다.
먼저 ‘PN 접합’은 반도체에서 P형(정공이 많은)과 N형(전자가 많은) 재료를 접합한 구조로 이 구조는 빛을 받았을 때 전류를 한 방향으로 흐르게 만들기 때문에, 광센서나 태양전지의 핵심 요소로 알려져 있다.
PN 접합을 제대로 만들려면 보통 ‘도핑’이라는 공정이 필요한데 이것은 반도체에 일부러 불순물을 넣어서 전기적 특성을 바꾸는 작업이다. 하지만 MoS₂(이황화 몰리브덴) 같은 2차원 반도체는 원자 몇 겹 두께밖에 안 되기 때문에, 기존 반도체처럼 도핑을 하면 오히려 구조가 망가지거나 성능이 떨어질 수 있어 이상적인 PN 접합을 만들기 힘들다는 한계가 있다.
연구팀은 기존의 한계를 극복하고 소자의 성능을 극대화하기 위해 ‘반데르발스 전극’과 ‘부분 게이트(Partial Gate)’라는 두 가지 핵심 기술을 도입한 새로운 소자 구조를 고안했다.
‘부분 게이트(Partial Gate)’구조는 2차원 반도체의 일부 영역에만 전기 신호를 걸어서, 한쪽은 P형처럼, 다른 쪽은 N형처럼 작동하게 제어하는 방식이다. 이렇게 하면 도핑 없이도 전기적으로 PN 접합처럼 작동하게 만들 수 있다.
그리고 기존 금속 전극은 반도체와 강하게 화학적으로 결합해 반도체 고유의 격자 구조를 손상시킬 수 있다는 점을 고려하여, 반데르발스 힘으로‘반데르발스 하부 전극(Van der Waals Bottom Electrode)’에 부드럽게 붙게 하여, 2차원 반도체의 본래 구조를 유지하면서도 전기 신호를 잘 전달해 주었다.
이는 소자의 구조적 안정성과 전기적 성능을 동시에 확보할 수 있는 혁신적 접근으로 얇은 2차원 반도체에서도 구조를 망치지 않고 전기적으로 잘 작동하는 PN 접합을 구현한 것이다.
이 기술의 혁신을 통해, 연구팀은 도핑 없이도 고성능 PN 접합 구현에 성공하여 외부 전원이 없어도, 빛을 받기만 하면 아주 민감하게 전기 신호를 생성할 수 있어 빛을 감지하는 민감도(응답도)는 21 A/W 이상이고, 이는 전원이 필요한 기존 센서보다 20배 이상이고, 실리콘 기반 무전력 센서보다 10배, 기존 MoS₂센서보다 2배 이상 높은 수준이다. 이 정도의 민감도는 생체 신호 탐지나 어두운 환경에서도 작동 가능한 고정밀 센서로 바로 응용될 수 있다는 의미다.
이가영 교수는 “실리콘 센서에서는 상상도 못 했던 민감도를 달성했고 2차원 반도체는 너무 얇아서 기존처럼 도핑 공정을 적용하기가 어려웠지만 그런 도핑 공정 없이도 전기 흐름을 제어하는 PN 접합을 구현하는데 성공했다.”고 말했다. 이어 “이 기술은 센서뿐만 아니라 스마트폰이나 전자기기 내부에서 전기를 조절하는 핵심 부품에도 활용이 가능하여, 미래형 전자기기의 소형화·무전력화를 앞당길 수 있는 기반이 될 것”이라고 강조했다.
전기및전자공학부 황재하, 송준기 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료과학 분야의 세계적인 학술지‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 19)’에 지난 7월 26일 자로 온라인 게재됐다.
※논문 제목: Gated PN Junction in Ambipolar MoS2 for Superior Self-Powered Photodetection
※DOI: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202510113
한편, 이번 연구는 한국연구재단, 한국기초과학지원연구원, 삼성전자, 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다.
2025.08.14 조회수 2959 -
착용만으로 망막 검사 가능한 OLED 콘택트렌즈 세계 최초 구현
ERG(망막전위도, Electroretinography)는 망막의 기능이 정상적으로 작동하는지 측정할 수 있는 안과 진단법으로, 유전성 망막질환 진단이나 망막 기능 저하 여부 등 검사에 폭넓게 활용된다. 한국 연구진이 지금까지는 어두운 공간에 고정형 장비를 이용했던 기존 망막 진단 방식을 대체할 ‘초박막 OLED’를 탑재한 무선으로 구동되는 차세대 안과 진단 기술을 개발했다. 이번 기술은 향후 근시 치료, 안구 생체신호 분석, 증강현실(AR) 시각 전달, 광 기반 뉴로자극 등 다양한 분야로 응용이 가능할 것으로 기대된다.
우리 대학 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 서울대분당병원(원장 송정한) 우세준 교수, POSTECH(총장 김성근) 한세광 교수, ㈜ PHI 바이오메드(대표이사 한세광), 국가과학기술연구회(NST 이사장 김영식) 산하 한국전자통신연구원(ETRI, 원장 방승찬)과의 공동연구를 통해, 유기발광다이오드(OLED)를 활용한 세계 최초의 무선 콘택트렌즈 기반 웨어러블 망막 진단 플랫폼을 개발했다고 12일 밝혔다.
이 기술은 큰 특수 광원 설치 없이 렌즈 착용만으로도 망막전위검사를 수행할 수 있어, 기존 복잡한 안과 진단 환경을 획기적으로 간소화할 수 있다.
기존 ERG는 고정형 Ganzfeld(대형 망막전위도(ERG) 검사기) 장비를 이용해 어두운 방 안에서 환자가 눈을 뜨고 정지한 상태로 검사를 받아야만 했다. 이는 공간적 제약뿐 아니라 환자 피로도와 협조도의 문제를 수반했다.
공동 연구팀은 이 같은 한계를 극복하기 위해, 머리카락보다 6~8배 얇은 초박막 유연 OLED(두께 약 12.5 μm*)를 ERG용 콘택트렌즈 전극에 집적하고, 무선 전력 수신 안테나와 제어 칩을 함께 탑재해 독립 구동이 가능한 시스템을 완성했다.
*12.5 μm: 머리카락의 평균 두께가 약 70~100μm이므로, 이 OLED는 머리카락보다 6~8배 얇음
특히 전력 전송에는 안정적인 무선 통신에 적합한 433MHz 공진 주파수를 이용한 무선 전력 전송을 채택하고, 이를 스마트폰과 연동되는 수면안대 형태의 무선 컨트롤러로 구현해 실사용 가능성을 높였다.
기존 빛을 눈에 쏘이도록 개발되고 있는 스마트 콘택트렌즈형 광원은 대부분 무기 LED를 활용했으나, 딱딱한 형태의‘무기 LED’는 점광원(한 점에서 너무 강하게 빛이 나옴) 특성으로 인해 열 집적 문제에 취약하므로, 사용 가능한 광량에 한계가 있을 수 밖에 없다.
이에 반해 OLED는 면광원으로, 넓고 균일한 조사가 가능하며, 저휘도 조건에서도 충분한 망막 반응을 유도할 수 있다. 실제 본 연구에서는 비교적 낮은 밝기의 126니트(nit)의 휘도* 조건에서도 안정적인 ERG 신호를 유도, 기존 상용 광원과 동등한 수준의 진단 신호를 확보했다.
*휘도: 어떤 표면이나 화면이 얼마나 밝게 빛을 내는지를 나타내는 수치로 스마트폰 화면 밝기는 약 300~600 nit (최대 1000 nit 이상 가능)임
동물실험 결과, OLED 콘택트렌즈를 착용한 토끼의 눈에서 표면 온도가 27°C 이하로 유지돼 눈을 덮고 있는 각막에 열로 인한 손상을 주지 않았고, 고온 다습한 환경에서도 빛을 내는 성능이 유지됨으로써 실제 임상 환경에서도 유효하고 안정적인 ERG 검사 도구가 될 수 있음을 입증했다.
유승협 교수는 "초박막 OLED의 유연성과 확산광 특성을 콘택트렌즈에 접목한 것은 세계 최초의 시도이며, 이번 연구는 기존 스마트 콘택트렌즈 기술을, 빛을 이용한 접안형 광 진단·치료 플랫폼으로 확장하는 데 도움이 될 것”이라며 "디지털 헬스케어 기술 확대에 도움이 될 수 있으면 좋겠다”고 밝혔다.
우리 대학 심지훈 박사, 채현욱 박사, 김수본 박사가 공동 제 1저자로 ㈜PHI 바이오메드의 신상배 박사와 협력해 핵심적 역할을 담당했으며, 유승협 교수(KAIST 전기및전자공학부), 한세광 교수(POSTECH 신소재공학과), 우세준 교수(서울대학교 분당병원)가 교신저자로 참여한 이번 연구 성과는 국제 권위지 에이시에스 나노(ACS Nano)에 온라인으로 5월 1일에 게재되었다.
※논문 제목: Wireless Organic Light-Emitting Diode Contact Lenses for On-Eye Wearable Light Sources and Their Application to Personalized Health Monitoring
※DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.4c18563
※ 관련 연구 동영상: http://bit.ly/3UGg6R8
2025.08.12 조회수 3473 -
윤인수 교수 연구팀이 참여한 '팀 애틀랜타' 미국 DARPA AI 사이버챌린지 우승 쾌거..상금 55억 원
우리 대학은 삼성리서치 김태수 상무가 이끄는 전기및전자공학부 윤인수 교수 연구팀이 POSTECH, 조지아공과대학교(Georgia Tech) 연구진과 함께 구성한 연합팀 ‘팀 애틀랜타(Team Atlanta)’가 8월 8일(현지 시각) 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 해킹 콘퍼런스‘DEF CON 33’에서, 미국 국방고등연구계획국(DARPA) 주관‘AI 사이버 챌린지(AIxCC)’에서 최종 우승을 차지했다고 9일 밝혔다.
이번 성과로 팀은 미화 400만 달러(약 55억 원)의 상금을 수상하며, 인공지능 기반 자율 사이버 방어 기술의 우수성을 세계 무대에서 입증했다.
AI 사이버 챌린지(AIxCC)는 DARPA와 미국 보건첨단연구계획국(ARPA-H)이 공동 주관하는 2년간의 글로벌 경연으로, 인공지능 기반 CRS를 활용해 소프트웨어의 취약점을 자동 분석·탐지·수정하는 능력을 겨룬다. 대회 총상금은 2,950만 달러이며, 최종 우승팀에는 400만 달러가 수여된다.
대회 결선에서 팀 애틀랜타는 총점 392.76점을 기록해, 2위 Trail of Bits를 170점 이상 차이로 따돌리며 압도적인 성적으로 정상에 올랐다.
팀 애틀랜타가 이번 대회를 통해서 개발한 사이버 추론 시스템(CRS, Cyber Reasoning System)은 대회에서 투입된 다양한 유형의 취약점을 자동으로 탐지하고 상당수를 실시간 패치하는데 성공했다.
결선에 진출한 7개 팀은 총 70개의 인위적(injected) 취약점 중 평균 77%를 발견하고, 그 중 61%를 패치했다. 또한 실제 소프트웨어에서 알려지지 않은 취약점 18건을 추가로 찾아내 AI 보안 기술의 잠재력을 입증했다.
우승팀을 포함한 모든 CRS 기술은 오픈소스로 제공될 예정이며, 병원·수도·전력 등 핵심 인프라 보안 강화에 활용될 전망이다.
팀 애틀랜타의 우리 대학 전기및전자공학부 윤인수 교수는 “엄청난 성과를 이루게 되어 매우 기쁘다. 이번 성과는 한국의 사이버 보안 연구가 세계 최고 수준에 도달했음을 보여주는 쾌거이며, 한국 연구진의 역량을 세계 무대에 보여주게 되어 뜻깊었다”라며, “앞으로도 AI와 보안 기술의 융합을 통해 국가와 글로벌 사회의 디지털 안전을 지키는 연구를 지속하겠다”고 밝혔다.
이광형 우리 대학 총장은 “이번 우승은 KAIST가 미래 사이버 보안과 인공지능 융합 분야에서 세계적인 선도 기관임을 다시 한번 입증한 사례”라며, “우리 연구진이 세계 무대에서 당당히 경쟁하고 성과를 창출할 수 있도록 전폭적인 지원을 이어가겠다”고 말했다.
2025.08.10 조회수 3043 -
주변 빛에너지로 24시간 건강 모니터링이 가능하다고?
심박수, 혈중산소포화도, 땀 성분 분석 등 지속적인 건강 모니터링을 위한 의료용 웨어러블 기기의 소형화와 경량화는 여전히 큰 도전 과제다. 특히 광학 센서는 LED 구동과 무선 전송에 많은 전력을 소모해 무겁고 부피가 큰 배터리를 필요로 한다. 이런 한계를 극복하기 위해 우리 연구진은 주변 빛을 에너지원으로 활용하고, 전력 상황에 따라 최적화된 관리를 통해 24시간 연속 측정이 가능한 차세대 웨어러블 플랫폼을 개발했다.
우리 대학 전기및전자공학부 권경하 교수팀이 미국 노스웨스턴대학교 박찬호 박사팀과 공동연구를 통해, 주변 빛을 활용해 배터리 전력 부담을 줄인 적응형 무선 웨어러블 플랫폼을 개발했다고 30일 밝혔다.
의료용 웨어러블 기기의 배터리 문제를 해결하기 위해, 권경하 교수 연구팀은 주변의 자연광을 에너지원으로 활용하는 혁신적인 플랫폼을 개발했다. 이 플랫폼은 세 가지 상호 보완적인 빛 에너지 기술을 통합한 것이 특징이다.
첫 번째 핵심 기술인 ‘광 측정 방식(Photometric Method)’은 주변 광원의 세기에 따라 LED 밝기를 적응적으로 조절하는 기술이다. 주변 자연광과 LED 빛을 합쳐 일정한 총 조명량을 유지하되, 자연광이 강할 때는 LED를 어둡게, 자연광이 약할 때는 LED를 밝게 자동 조절한다.
기존 센서가 환경과 관계없이 LED를 일정하게 켜야 했다면, 이 기술은 주변 환경에 맞춰 LED 전력을 실시간으로 최적화할 수 있다. 실험 결과, 충분한 조명 환경에서 전력 소모를 86.22%나 줄였다.
두 번째는 ‘고효율 다접합 태양전지(Photovoltaic Method)’ 기술이다. 이는 단순한 태양광 발전을 넘어서 실내외 모든 환경의 빛을 전력으로 변환한다. 특히 적응형 전력 관리 시스템을 통해 주변 환경과 배터리 상태에 따라 11가지 서로 다른 전력 구성으로 자동 전환되어 최적의 에너지 효율을 달성한다.
세 번째 혁신 기술은 ‘축광/발광(Photoluminescent Method)’기술이다. 스트론튬 알루미네이트 미세입자*를 센서의 실리콘 캡슐화 구조에 혼합해, 낮 동안 주변 빛을 흡수해 저장했다가 어둠 속에서 서서히 방출한다. 이를 통해 태양광 500W/m²에 10분간 노출되면 완전한 어둠에서도 2.5분간 연속 측정이 가능하다.
*스트론튬 알루미네이트 미세입자: 야광페인트나 안전 표지판에 사용되는 형광체로, 빛을 흡수한 후 어둠 속에서 오랫동안 발광하는 축광 소재
이 세 가지 기술이 상호 보완적으로 작동해 밝은 환경에서는 첫 번째와 두 번째 방식이, 어두운 환경에서는 세 번째 방식이 추가로 지원하는 방식으로 24시간 연속 작동을 가능하게 한다.
연구팀은 이 플랫폼을 다양한 의료 센서에 적용해 실용성을 검증했다. 광용적맥파 측정 센서는 심박수와 혈중산소포화도를 실시간으로 모니터링해 심혈관 질환의 조기 발견을 가능하게 한다. 청색광 노출량 측정 센서는 피부 노화와 손상을 유발하는 블루라이트를 정확히 측정해 개인 맞춤형 피부 보호 가이드를 제공한다. 땀 분석 센서는 마이크로 유체 기술을 활용, 땀 속 염분, 포도당, pH를 동시에 분석해 탈수나 전해질 불균형을 실시간으로 감지할 수 있다.
추가적으로 센서 내 데이터 처리 기술을 도입해 무선 통신으로 인한 전력 소모도 대폭 줄였다. 기존에는 모든 원시 데이터를 외부로 전송해야 했지만, 이제는 센서 내부에서 필요한 결과만 계산해 전송함으로써 데이터 전송량을 400B/s에서 4B/s로 100배 감소시켰다.
연구팀은 성능 검증을 위해 건강한 성인 피험자를 대상으로 밝은 실내조명, 어두운 조명, 적외선 조명, 완전한 어둠 등 4가지 서로 다른 환경에서 테스트했다. 그 결과, 모든 조건에서 상용 의료기기와 동등한 측정 정확도를 보였다. 생쥐 모델을 이용한 저산소 상태 실험에서도 정확한 혈중산소포화도 측정이 가능함을 확인했다.
연구를 주도한 권경하 교수는 “이 기술을 활용해 24시간 연속 건강 모니터링이 가능해짐에 따라 의료 패러다임이 치료 중심에서 예방 중심으로 전환될 수 있을 것”이라며, “조기 진단을 통한 의료비 절감 효과와 함께 차세대 웨어러블 헬스케어 시장에서의 기술경쟁력 확보도 기대된다”라고 말했다.
이번 연구 결과는 인공지능반도체대학원 박도윤 박사과정 학생이 공동 제 1 저자로 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 7월 1일 발표됐다.
※논문명 : Adaptive Electronics for Photovoltaic, Photoluminescent and Photometric Methods in Power Harvesting for Wireless and Wearable Sensors;
※DOI: URL: https://www.nature.com/articles/s41467-025-60911-1
한편, 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구, 지역혁신 선도연구센터 과제, 과학기술정보통신부 정보통신기획평가원(IITP) 인공지능반도체대학원 과제, 그리고 BK FOUR 프로그램(Connected AI Education & Research Program for Industry and Society Innovation, KAIST EE)의 지원을 받아 수행됐다.
2025.07.31 조회수 4308