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화학공장 대체 방안 ‘아이브릿지’에서 찾다
기후 변화와 환경 문제가 심각하게 대두됨에 따라 현재의 화학 공장을 대체할 수 있는 지속가능한 미생물 세포공장이 크게 주목받고 있다. 미생물 세포공장으로 활용할 미생물을 개량하기 위해선 미생물이 가진 유전자들의 발현을 증폭 또는 억제해 유용한 화합물을 생산하도록 미생물 대사 메커니즘을 개량해야 하지만, 어떠한 유전자를 증폭하고 억제할 것인지 결정하는 것은 지금까지 어려운 문제로 남아있다.
우리 대학 이상엽 특훈교수 연구팀이 아이브릿지(iBridge)라는 시뮬레이션 프로그램을 개발하여 생산하고자 하는 화합물에 맞춤형 미생물 공장을 구축할 수 있도록 과발현 및 억제 유전자들을 예측함으로써 미생물 공장을 적은 비용으로 빠르고 효율적으로 구축하는 방법을 제시했다고 9일 밝혔다.
이상엽 특훈교수가 창시한 시스템 대사공학은 유전공학, 합성생물학, 시스템생물학, 발효공학 등을 접목해 개량한 미생물을 이용해 유용한 화합물들을 생산하는 분야다. 미생물을 목표로 하는 유용한 화합물을 생산하도록 개량하기 위해선 미생물의 유전자들을 삭제, 발현억제, 과발현 등이 필수적이지만, 이를 일일이 실험적으로 확인하지 않고서는 여전히 전문가들조차 판별하기 어려워 많은 시간과 자원이 소모된다.
연구팀은 신규 개발된 아이브릿지(iBridge) 시뮬레이션을 활용해 세 가지의 유용한 화합물을 세계 최고 수준으로 생산하는 대장균 미생물 세포공장을 구축하는 데 성공했다. 연구팀은 많은 화장품에서 보습제 역할을 하는 판테놀, 나일론의 원료인 퓨트레신, 항균성 식품첨가제인 4-하이드록시페닐젖산 등을 생산하는 대장균 균주를 개발하고, 신규 개발된 시뮬레이션 아이브릿지(iBridge)를 활용해 세계 최고 농도로 이들 화합물을 생산하는 공정을 개발했다. 그뿐만 아니라 연구팀은 이들 세 가지 외에도 산업적으로 유용한 화합물 298 여종의 미생물 공장을 구축하기 위한 과발현 및 억제 유전자들을 예측해 제시했다.
이번 논문의 공동 제1 저자인 우리 대학 이영준 박사는 “이번에 개발된 시뮬레이션을 이용하니 여러 가지 미생물 공장들이 기존방법보다 월등히 빠른 속도로 구축됐다”며 “더 다양한 유용한 화합물들을 생산하는 미생물 세포공장들이 이 기술을 활용해 빠르게 구축될 수 있을 것”이라고 말했다.
또한 이상엽 특훈교수는 “시스템 대사공학은 현재 우리가 해결해야 할 기후변화문제에 접근하는 매우 중요한 기술”이라며 “이 시뮬레이션은 기존의 화학 공장을 친환경 미생물 공장으로 대체하는 시기를 앞당기는 데 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
생물공정연구센터 김원준 박사, 이영준 박사, 생명화학공학과 김현욱 교수와 이상엽 특훈교수가 참여한 이번 논문은 셀 (Cell) 誌가 발행하는 `셀 시스템즈 (Cell Systems)'에 동료심사를 거쳐 11월 6일 온라인판에 게재됐다.
※ 논문명 : 세포 내 화학반응 속도의 공분산의 합을 활용한 게놈 수준 과발현 및 억제 유전자 예측 (Genome-Wide Identification of Overexpression and Downregulation Gene Targets Based on the Sum of Covariances of the Outgoing Reaction Fluxes)
※ 저자 정보 : 김원준 (한국과학기술원, 공동 제1 저자), 이영준 (한국과학기술원, 공동 제1 저자), 김현욱 (한국과학기술원, 공동 제1 저자) 및 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 6 명
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 ‘석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제(과제책임자 KAIST 이상엽 특훈교수) 및 바이오매스기반 탄소중립형 바이오플라스틱 제품기술개발사업’ 과제(과제책임자 KAIST 최소영 연구교수)의 지원을 받아 수행됐다.
아이브릿지 사이트: https://github.com/kaistsystemsbiology/iBridge.git
2023.11.09 조회수 631 -
예종철 교수 연구팀, 삼성휴먼테크 논문대상 신호처리분야 금상 수상
우리 대학 김재철AI대학원 예종철 교수팀이 `확산모델 (diffusion model)의 사후 샘플링(posterior sampling)을 이용한 일반적인 역문제 해결 기법'으로 제 29회 삼성휴먼테크논문대상에서 신호처리 분야 금상을 수상했다고 밝혔다.
삼성휴먼테크논문대상은 과학기술 저변 확대와 과학 인재 양성을 위해 삼성전자가 1994년 제정한 논문상으로, 매년 2,000편 가량의 논문 중 서면 및 발표 심사를 거쳐 창의성, 논리성, 실용성, 발전성이 뛰어난 논문을 선정하여 수여되는 상이다.
바이오및뇌공학과 박사과정 졍형진, 김정솔 학생이 공동 1저자로 참여한 이 논문은, 확산 모델과 사후 샘플링을 결합하여 일반적인 역문제에 대한 새로운 관점과 해결방법을 제시하였고, 그 실용성과 독창성을 인정받아 대학부 신호처리 분야 수상작 7편 중 1위로 금상을 수상하였다.
역문제는 영상을 획득하는 과정에서 이미징 시스템의 특성과 잡음의 영향으로 망가진 측정값으로부터 실제 신호를 복원하는 문제로 정의된다. 이러한 문제는 영상 화질 개선부터 위상 복원을 통한 세포 구조 시각화와 같은 다양한 과학 분야에서 중요성과 실용성을 가지며, 수십 년간 지속적으로 연구되어 왔다. 과거의 인공지능 및 딥러닝 알고리즘은 이미징 시스템이 선형이며 잡음이 없는 경우를 가정하여 역문제를 효과적으로 해결하였으나, 이러한 가정은 현실 세계에서의 상황과 비교하여 훨씬 단순화된 형태였다.
이 연구에서는 처음으로 확산 모델을 이용해 사후 샘플링을 진행하는 방법으로 역문제를 해결하였는데, 이는 확산 모델이 생성하는 중간 이미지로 측정값을 근사하고, 실제 측정값과의 차이가 줄어들도록 중간 이미지를 보정하는 방식으로 구현된다.
이를 통해 이미징 시스템이 선형 및 비선형인 경우, 그리고 이미징 시스템에서 흔히 발생하는 가우시안 잡음과 푸아송 잡음이 존재하는 경우에 대한 일반적인 역문제 해결이 가능함을 입증하였다. 나아가 개발된 기술은 여러 종류의 역문제에 대한 개별적 학습을 필요로 하지 않는 특성을 가지며, 이는 논문의 실용성을 높이고, 이전의 연구들과 차별성을 지니게 한다.
정형진, 김정솔 바이오및뇌공학과 박사과정 학생은 “큰 규모의 논문대회에서 연구의 내용을 인정받아 기쁘고, 좋은 논문을 작성할 수 있도록 지도해주신 예종철 교수님께 감사하다” 고 소감을 밝혔다. 또한, 알고리즘의 성능과 효율성을 높이는 연구를 이어나가 역문제의 해결이 필요한 다양한 과학 분야들에 기여하고 싶다는 희망을 전했다.
논문명: Diffusion Posterior Sampling for General Noisy Inverse Problems
2023.11.07 조회수 886 -
미생물로 나일론을 친환경적으로 만든다
기후 변화와 환경 문제가 심각해짐에 따라 나일론을 포함한 다양한 고분자들의 친환경 생산에 관한 관심이 빠르게 증가하는 추세다.
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀 한태희 박사가 `나일론-5의 단량체인 발레로락탐을 생산하는 미생물 균주 개발'에 성공했다고 10일 밝혔다.
발레로락탐(valerolactam)은 나일론-5 및 나일론 6,5의 중요한 단량체다. 나일론-5와 나일론 6,5는 역사가 가장 오래된 합성섬유인 나일론의 일종으로, 나일론-5는 탄소 5개짜리 단량체로 이루어진 고분자, 나일론 6,5는 탄소 6개와 5개짜리의 두 가지 단량체로 이루어진 고분자를 말한다. 이는 우수한 가공성과 가볍고 질긴 특징으로 인해 의류뿐 아니라 배드민턴 라켓 줄, 어망, 텐트, 그리고 기어 부품 등 산업 전반에 활용되고 있다. 또한 단량체란 이러한 고분자를 만드는 재료이며, 단량체들을 서로 연결해 고분자를 합성하는 원리다.
석유 화학 기반의 화학적 발레로락탐 생산은 극한 반응조건과 유해 폐기물 생성이라는 문제점을 지니고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 발레로락탐을 친환경적이며 고효율로 생산하는 미생물 세포 공장을 개발하려는 노력이 이뤄지고 있다. 시스템 대사공학은 효과적인 미생물 균주 개발을 위해 필요한 핵심 전략으로, 이상엽 특훈교수가 창시한 연구 분야다.
이상엽 특훈교수 연구팀은 미생물의 대사회로를 조작하는 기술인 대사공학을 이용해 아미노산 생산에 주로 사용되는 세균의 일종인 코리네박테리움에 발레로락탐 생산 합성 대사회로를 구축했다. 이로써 바이오매스인 포도당을 탄소원으로 사용해 고부가가치의 발레로락탐을 생산하는 미생물 균주를 개발했다고 연구팀 관계자는 설명했다.
이 교수팀은 2017년 대장균을 대사공학적으로 개량해 발레로락탐을 세계 최초로 생산하는 전략을 제시한 바 있다. 하지만 그 당시 낮은 발레로락탐 생산능과 부산물 생성과 같은 한계가 있었다.
이번 연구를 통해 미생물의 발레로락탐 생산능을 향상시키고 개발한 균주에 추가로 부산물 제거를 위한 시스템 대사공학 전략을 도입했다. 주요 부산물 생산에 관여하는 유전자를 제거하고, 유전자 스크리닝을 통해 부산물이자 전구체인 5-아미노발레르산(5-aminovaleric acid)을 발라로락탐으로 전환시켜서 부산물 생성을 줄이는데 성공했다.
연구팀은 또한 5-아미노발레르산을 발레로락탐으로 전환하는 유전자를 게놈 상에 여러 번 삽입하는 전략을 통해 발레로락탐 생산을 위한 대사 흐름을 강화하고, 세계 최고 농도(76.1g/L)의 발레로락탐을 고효율로 생산하는 데 성공했다. 이는 기존 대비 6.17배 높은 수치다.
해당 연구 결과는 국제 학술지인 `대사공학지(Metabolic Engineering)'에 지난 7월 12일 게재됐다.
※ 논문명 : Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the high-level production of valerolactam, a nylon-5 monomer
※ 저자 정보 : 이상엽(한국과학기술원, 교신저자), 한태희(한국과학기술원, 제1저자) 포함 총 2명
연구에 참여한 한태희 박사는 “미생물을 기반으로 나일론의 단량체인 락탐을 고효율로 생산하는 친환경 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 기술을 활용해 미생물 기반의 바이오 고분자 산업이 석유화학 기반의 화학산업을 대체하는 데에 한 단계 앞으로 나아갈 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 이상엽 특훈교수 연구팀에 의해 과학기술정보통신부가 지원하는 기후환경연구개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제’의 지원을 받아 수행됐다.
2023.08.10 조회수 1622 -
임재환 교수팀, 국내 최초 국제로보틱스학회(RSS) 논문상 수상
우리 대학 김재철AI대학원 임재환 교수팀이 로보틱스: 과학 및 시스템 학회 2023(Robotics: Science and Systems, 이하 RSS)에서 국내 최초로 최고 시스템 논문상(Best System Paper Award)을 수상했다고 28일 밝혔다.
RSS는 로봇 과학과 시스템에 관한 세계 최고의 국제 학회 중 하나로서, 로봇 공학과 로봇 학습 분야의 최신 연구 결과 및 기술적 진전을 발표하고 공유하는 학회다. RSS 최고 시스템 논문상은 실제 로봇 시스템 구현 및 실험 결과에 초점을 두고 있는 논문 중 가장 뛰어난 논문에 수여되는 상이다.
김재철AI대학원 석사과정생 2명과 졸업생 1명(곧 연세대 임용예정)으로 이루어진 임재환 교수팀의 RSS 학회 수상은 한국인으로는 최초이며 국내 기관 연구로도 최초 사례다.
최근 인공지능 및 딥러닝(Deep learning) 알고리즘 기술의 발전으로 로봇 분야는 성공적인 성과를 내고 있다. 하지만 대부분 성과는 실제 환경에서의 복잡하고 긴 작업(물류, 집안일 등)에 대한 해결보다는 시뮬레이션 환경에서의 짧고 간단한 작업(걷기, 물건 집기 등)에 국한돼 있다. 그 이유는 학습 기반 인공지능 기술의 개발 및 검증에 필수인 데이터 구축이 다른 분야에 비해 실제 복잡한 작업에서 훨씬 더 까다롭다는 것에 있다.
이 논문은 3D 프린팅을 활용해 가구 조립 작업을 쉽게 실 환경에서 재현할 수 있게 하는 벤치마크를 제시했다. 또한 대량의 원격 조종(teleoperation) 데이터를 제공해 길고 복잡한 작업을 수행하는 알고리즘을 다양하게 개발 및 비교할 수 있는 표준을 제안했다. 결과적으로 이 논문은 길고 복잡한 작업의 수행을 학계의 새로운 방향으로 제시하였고 동시에 실제 환경에서의 실험을 가능하게 함으로써 다양한 연구 촉진 효과를 기대하게 하였다.
임재환 교수는 “최고의 로봇 학회 중 하나인 RSS에서 수상하게 되어 기쁘고, 국내 로봇 및 인공지능 연구의 미래에 도움이 된다면 기쁠 것 같다”고 소감을 밝혔다.
또한 임 교수는 “고령화 및 1인 가구 사회로 접어듦에 따라 로봇의 일상생활 활용 방안이 많아지고, 일상생활에 가까운 로봇일수록 실 환경 로봇 수행 능력 평가가 중요해지는 상황에서 이 연구가 후속 연구의 기반이 되기를 기대한다”고 전했다.
김재철AI대학원 허민호, 이두현 석사과정생은 로봇 러닝 분야에서 세계적인 연구자가 되겠다는 포부를 밝혔다. 임재환 교수 연구실 졸업생 이영운 박사 역시 연세대학교 인공지능학과에 임용되어 로봇 러닝 연구를 진행할 예정이다.
논문명: FurnitureBench: Reproducible Real-World Benchmark for Long-Horizon Complex Manipulation. Robotics: Science and Systems
2023.07.28 조회수 1875 -
대체육 풍미 향상 등 미생물 세포공장 제시
수십 년 동안 전 세계 인구 증가에도 불구하고 기후변화 및 이상기후의 심화로 인한 식량 생산성 감소와 전쟁 등의 국제적 분쟁으로 인한 식량 공급망의 파괴는 식량부족과 영양 불평등 문제를 심화시키며 세계적인 식량 위기를 가시화하고 있다. 그러나 아이러니하게도 다른 한편에서는 환경과 지속가능성에 대한 인식이 고조됨에 따라 보다 친환경적이면서 고품질을 자랑하는 식품 및 미용품에 대한 수요 증가가 동시에 관찰되고 있다. 미생물은 이러한 다면적인 문제들을 동시에 풀어낼 수 있는 열쇠로서 주목받고 있다.
우리 대학 생물공정연구센터 최경록 연구교수와 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 ‘식품 및 화장품 생산을 위한 미생물의 시스템 대사공학’논문을 발표했다고 26일 밝혔다. 이번 논문은 네이처(Nature) 誌가 발행하는 ‘네이처 생명공학 리뷰(Nature Reviews Bioengineering)’의 초청으로 준비한 것으로 동료심사를 거쳐 온라인 게재됐다.
※ 논문명 : Systems metabolic engineering of microorganisms for food and cosmetics production
※ 저자 정보 : 최경록(한국과학기술원, 제1 저자) 및 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 2명
시스템 대사공학은 석유에 대한 의존도가 높은 기존의 화학산업을 대체할 바이오산업의 핵심인 미생물 세포공장을 보다 효과적으로 개발하기 위해 KAIST 이상엽 특훈교수가 창시한 연구 분야다. 연구진은 시스템 대사공학 전략을 적용함으로써 대체육의 풍미와 색감을 향상할 수 있는 천연물질인 헴철(heme)과 아연-프로토포르피린 IX(zinc protoporphyrin IX), 식품과 화장품에 폭넓게 활용할 수 있는 기능성 천연 색소인 라이코펜(lycopene)과 베타카로틴(β-carotene), 식품이나 음료 제조 시 포도향을 내기 위해 널리 활용되는 포도 유래 화합물인 메틸안트라닐산(methyl anthranilate) 등을 비롯해 다양한 식품 및 미용 화합물을 생산하는 고성능 미생물 세포공장들을 다수 개발한 바 있다.
연구진은 이번 네이처지로부터의 초청 논문을 통해 각종 식품과 화장품에 이용되는 아미노산과 단백질, 지방 및 지방산, 비타민, 향미료, 색소, 알코올, 기능성 화합물과 기타 식품 첨가물 등을 생산할 수 있는 괄목할만한 미생물 세포공장의 개발 사례들과 이러한 미생물 유래 물질들을 성공적으로 제품화해 시장에 공급하고 있는 전세계 기업들을 총망라했다. 더 나아가 보다 다양한 식품 및 미용 화합물들을 친환경적으로 생산하면서도 경제성도 갖춘 산업용 미생물 세포공장의 개발에 박차를 가할 수 있는 다양한 시스템 대사공학 전략을 정리 및 제시했다.
예를 들어, 미생물 발효 과정을 통해 동물의 사료로 이용되거나 비료로 이용되고 있는 비식용 바이오매스 등을 통해 영양학적으로 높은 가치를 지닌 단백질이나 아미노산을 생산함으로써 전세계 식량 생산량의 증대 및 안정적인 공급에 기여할 수 있다. 더 나아가 대체육 개발 등 동물성 단백질에 대한 의존도를 낮춤으로써 가축 사육이나 물고기 양식을 통해 발생하는 온실가스 및 환경오염을 줄이는 데에도 기여할 수 있다. 또한 바닐라 향이나 포도 향을 내는 바닐린(vanillin)이나 메틸안트라닐산(methyl anthranilate)은 다양한 식품에 널리 첨가되고 있으나, 식물로부터 분리정제한 천연 제품은 생산량이 적고 생산단가가 높기 때문에 대부분의 경우 석유화학물질로부터 유래한 바닐린과 메틸안트라닐산을 식품에 첨가하고 있다.
이러한 물질들 역시 미생물의 힘을 빌려 친환경적이고 인체 친화적인 방법을 통해 생산할 수 있다. 붉은색 립스틱이나 딸기맛 우유 등 다양한 화장품이나 식품에 첨가되지만 특정한 선인장에서만 서식하는 연지벌레로부터 추출해야 하는 칼민(코치닐색소), 피부 미용에 도움을 줄 수 있으나 닭벼슬이나 소의 안구에서 추출해야 하는 하이알루론산, 건강보조제로 널리 섭취되고 있지만 상어나 생선의 간 등에서 추출하는 오메가-3 지방산 등도 미생물을 이용하면 윤리적인 문제 없이 친환경적으로 생산할 수 있다.
이번 논문의 제1 저자인 우리 대학 최경록 연구교수는 “김치나 요거트와 같은 전통 발효식품뿐만 아니라, 카카오 콩을 발효시켜야만 얻을 수 있는 초콜릿의 원료인 카카오버터나 미생물 발효를 통해 생산하는 조미료인 글루탐산나트륨처럼 미생물의 도움을 받아 생산한 식품은 이미 우리에게 친숙한 존재”라면서 “앞으로 미생물 세포공장을 통해 친환경적이고 지속가능한 방법으로 생산한 더 다양한 종류의 식품과 화장품을 일상에서 더욱 쉽게 마주할 수 있을 것이다”고 말했다.
또한 이상엽 특훈교수는 “과학기술을 활용해 더 나은 세상을 만들어가는 것은 공학자의 숙명”이라며 “시스템 대사공학 기술의 꾸준한 발전과 적극적인 활용을 통해 식량 위기와 기후변화를 동시에 해결하는 데 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 농촌진흥청이 지원하는 농업미생물사업단(단장 장판식)의 ‘미생물 대사시스템 제어를 통한 무기물로부터의 단백질 생산 기술 개발’ 과제 (과제책임자 KAIST 최경록 연구교수) 및 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제 (과제책임자 KAIST 이상엽 특훈교수)의 지원을 받아 수행됐다.
2023.07.26 조회수 1886 -
디지털인문사회과학부 고동환 교수, 경영공학부 한인구 명예교수, 대한민국학술원 신임 회원으로 선출
우리 대학 디지털인문사회과학부 고동환 교수와 경영공학부 한인구 명예교수가 대한민국학술원 신임 회원으로 선출됐다.
학술원 회원은 학문 분야별 대표 학술 단체로부터 회원 후보자를 복수로 추천받아 심사위원회 심사를 거쳐 선정된다. 인문사회과학부 75명, 자연과학부 75명 정원 150명으로 구성되며 대한민국학술원법에 따라 평생회원 자격을 갖고 국가로부터 연구에 관한 지원을 받게 된다.
고동환 교수는 역사학자로서 조선후기 서울상업발달사, 조선시대 서울도시사, 한국전근대교통사 등 불모지였던 조선시대 상업과 도시, 교통사를 개척했다.
한인구 명예교수는 정보기술을 경영에 응용하는 융합연구를 하고 국내 최초로 인공지능을 신용 분석에 적용해 지능형 신용평가 시스템을 개발하기도 했다.
학술원은 21일 서울 서초구 본원에서 신임 회원에게 회원 증서를 수여할 예정이다.
2023.07.18 조회수 1264 -
전산학부 오혜연 교수, RSS 2023 기조강연 진행
전산학부 오혜연 교수가 2023년 7월 11일 대구 엑스코에서 개최된 '2023 로봇공학, 과학 및 시스템 컨퍼런스(Robotics: Science and Systems, 이하 RSS 2023)' 초청을 받아 기조강연을 진행했다.
발표 제목은 "Toward Culturally Intelligent Language Models" 로 최근 많은 주목을 받고 있는 대형언어모델(Large Langue Models; LLM)이 문화적 지식 및 지능을 갖기 위해 어떤 연구를 해야 하는지에 대한 내용으로 강연을 진행했다.
RSS 2023은 2005년부터 개최된 Robotics 분야의 저명 컨퍼런스로 이번 컨퍼런스는 아시아에서 처음 개최되었다.
이번 RSS 2023에는 전 세계의 AI와 로봇 분야 연구자들과 아마존 로보틱스, 토요타 연구소, 한화시스템 등 세계적 기업을 포함해 40개국에서 온 800여 명이 참여했으며 세계적인 석학 초청 기조 강연, 25개의 워크숍, 112개의 논문 발표, 포스터 세션으로 진행되었다.
2023.07.17 조회수 1104 -
KAIST 안전보건경영시스템(ISO45001:2018) 인증 취득
우리 대학이 이달 5일(수) 국제표준화기구(ISO) 인증기관으로부터 안전보건경영시스템(ISO45001:2018) 인증을 취득했다.
안전보건경영시스템(ISO45001:2018)은 최고경영자가 경영방침에 안전보건정책을 선언하고 이에 대한 계획수립, 실행, 점검 및 시정조치, 검토를 통하여 지속적인 개선이 이루어지도록 하는 등의 체계적인 안전보건활동을 말한다. 이를 통해, 안전하고 건강한 연구환경 및 자율적인 안전보건경영체계 구축하는 것이 목표다. 우리 대학은 캠퍼스 내 연구실, 작업장 및 시설물 등 모든 캠퍼스 현장에 안전에 대한 총장의 강력한 의지를 표명하며 지속적인 자율안전관리체계를 구축하고 운영하기 위해 노력해왔다. 지난해 10월 인증 준비를 위한 실무교육을 시작으로 관련 매뉴얼, 절차서, 지침서 제정 등 철저한 사전 준비와 3일간 5명의 심사단이 엄격하게 진행한 심사를 통과해 인증을 취득했다.특히, 연구현장의 안전을 위한 안전관리시스템과 다양한 교육 프로그램이 우수한 평가를 받았다.이동만 교학부총장은 인증서 수여식에서 "중대재해 예방을 위해서는 최고경영자의 안전에 대한 관심과 의지가 무엇보다 중요하다"라며 "이번에 구축한 안전보건경영시스템을 활용해 KAIST의 모든 캠퍼스에서 안전사고 예방활동을 통한 사고 없는 캠퍼스를 기원하고, 아울러 우리나라 연구현장의 안전문화 확산에 많은 선도적인 역할을 담당해 주길 바란다"고 밝혔다.
2023.07.06 조회수 781 -
IDEC, 삼성전자와 시스템반도체(28나노 FD-SOI MPW) 추가 제작 지원 위한 협약식 개최
우리 대학이 반도체 인재 양성을 위한 지원을 확대하기 위해 삼성전자와 '시스템반도체(28나노 FD-SOI* MPW**) 추가 제작 지원' 협약식을 21일 오후 개최했다. * FD-SOI(Fully Depleted-Silicon on Insulator 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터): 모바일 기기, 사물인터넷(IoT) 장치, 웨어러블 디바이스 등의 저전력 및 무선 통신 시스템 분야의 설계에 적합한 반도체 칩 ** MPW(Multi-Project Wafer): 한 장의 원판(wafer)에 다양한 종류의 반도체를 찍어내는 방식우리 대학은 반도체설계교육센터(소장 박인철, IC Design Education Center 이하 IDEC)가 주도해 산업통상자원부가 지원하는 '차세대 시스템반도체 설계 전문인력 양성 사업'을 2021년부터 수행하고 있다. 5년간 총 170억 원의 정부 지원금을 투입해 전국 대학의 석·박사급 학생들을 대상으로 반도체 칩 설계부터 제작에 이르는 전문 교육 과정을 제공하는 사업이다.
IDEC은 사업 원년부터 삼성전자와 협력해 28나노 로직(Logic)*** 공정 칩 제작 기회를 수강생들에게 제공해 왔다. 삼성전자가 2026년까지 10회의 공정을 진행해 총 400개의 시스템반도체 칩 제작을 지원하는 것이 기존의 협력 내용이다. *** 28나노 로직: 28나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 이상의 연산이 가능한 반도체
이날 협약은 삼성전자가 기존 지원에 28나노 FD-SOI MPW 공정을 5회 더 제공해 200개의 칩 제작 기회를 추가로 지원하기 위해 체결된다. 이로써, '차세대 시스템반도체 설계 전문인력 양성 사업' 기간 중 15회의 공정이 진행돼 총 600개의 칩이 제작될 예정이다. 반도체 칩 제작은 전공 대학원생들이 이론 교육으로 설계한 도면을 웨이퍼에 적용해 실물을 만들어내는 중요한 과정이다. 실물 칩을 활용한 실험을 통해 설계의 적합성을 검증할 수 있기 때문이다. 하지만 반도체 위탁 생산 업체에 의뢰해 칩을 제작하려면 통상적으로 최소 수천만 원에서 수억 원까지 비용이 발생하기 때문에 학생들이 칩을 제작할 기회를 얻기는 쉽지 않은 실정이다.
'차세대 시스템반도체 설계 전문인력 양성 사업'은 KAIST IDEC을 통해 매년 160개의 칩 제작을 지원하고, 전자설계자동화툴(EDA tool)을 4천 카피를 학생들에게 제공하고 있다. 또한, 150여 개의 설계 전문 강좌가 개설되었으며, 올 한 해 76개 대학 4백여 명의 교수가 참여 중이다.
IDEC은 삼성전자로부터 유일하게 칩 제작을 지원받는 시스템반도체 인력양성 사업을 수행하고 있다. 두 기관은 이번 협약을 바탕으로 반도체 전문 인력양성을 위한 협력과 노력을 다시 한번 공고히 다질 방침이다.
IDEC 동탄교육장에서 열리는 협약식에는 박인철 소장과 박상훈 삼성전자 상무 등 양 기관 관계자들이 참석한다. 협약식 이후에는 올해 하반기에 28나노 FD-SOI 공정에 참여하는 20개 대학의 40팀을 대상으로 설계설명회를 함께 진행한다.
박인철 IDEC 소장은 "KAIST IDEC의 전문 인력 양성 사업은 전국의 많은 반도체 설계 분야 대학원생들이 반도체 제작 공정에 직접 참여해 실전 경험과 프로젝트 참여 경력을 쌓는 중요한 기반이 되고 있다"라면서, "학계와 긴밀한 협력을 유지하며 인재 양성을 위한 지원을 아끼지 않는 삼성전자의 노력이 반도체 산업 발전에 큰 힘이 될 것"이라고 말했다.한편, 1995년 설립된 KAIST IDEC은 시스템반도체 분야의 전문 설계 인력양성의 산실이다. 지난 28년간 삼성전자와 협력해 1,840개 설계팀에 칩 제작 기회를 제공했으며, 현재는 고성능 설계가 가능한 28나노 공정까지 지원하고 있다.
2023.06.21 조회수 1248 -
고성능 조립형 SSD 시스템반도체 최초 개발
최근 인공지능을 훈련하기 위해 더 많은 데이터가 필요해지면서 그 중요성은 더욱 증가하고 있으며, 이에 데이터 센터 및 클라우드 서비스를 위한 주요 저장장치인 고성능 SSD(Solid State Drive, 반도체 기억소자를 사용하는 저장장치) 제품의 필요성이 높아지고 있다. 하지만, 고성능 SSD 제품일수록 SSD 내부의 구성요소들이 서로의 성능에 크게 영향을 미치는 상호-결합형(tightly-coupled) 구조의 한계에 부딪혀 성능을 극대화하기 어려웠다.
우리 대학 전기및전자공학부 김동준 교수 연구팀이 고성능 조립형 SSD 시스템 개발을 통해 차세대 SSD의 읽기/쓰기 성능을 비약적으로 높일 뿐 아니라 SSD 수명연장에도 적용 가능한 SSD 시스템 반도체 구조를 세계 최초로 개발했다고 15일 밝혔다.
김동준 교수 연구팀은 기존 SSD 설계가 갖는 상호-결합형 구조의 한계를 밝히고, CPU, GPU 등의 비메모리 시스템 반도체 설계에서 주로 활용되는 칩 내부에서 패킷-기반 데이터를 자유롭게 전송하는 온-칩 네트워크 기술을 바탕으로 SSD 내부에 플래시 메모리 전용 온-칩 네트워크를 구성함으로써 성능을 극대화하는 상호-분리형(de-coupled) 구조를 제안했으며, 이를 통해 SSD의 프론트-엔드 설계와 백-엔드 설계의 상호 의존도를 줄여 독립적으로 설계하고 조립 가능한 ‘조립형 SSD’를 개발했다.
※온-칩 네트워크(on-chip network): CPU/GPU등의 시스템 반도체 설계에 쓰이는 칩 내부의 요소에 대한 패킷-기반 연결구조를 말한다. 온-칩 네트워크는 고성능 시스템 반도체를 위한 필수적인 설계 요소중 하나로서 반도체칩의 규모가 증가할수록 더욱 중요해지는 특징이 있다.
김동준 교수팀이 개발한 조립형 SSD 시스템 구조는 내부 구성요소 중 SSD 컨트롤러 내부, 플래시 메모리 인터페이스를 기점으로 CPU에 가까운 부분을 프론트-엔드(front-end), 플래시 메모리에 가까운 부분을 백-엔드(back-end)로 구분하고, 백-엔드의 플래시 컨트롤러 사이 간 데이터 이동이 가능한 플래시 메모리 전용 온-칩 네트워크를 새롭게 구성해, 성능 감소를 최소화하는 상호-분리형 구조를 제안했다.
SSD를 구동하는 핵심 요소인 플래시 변환 계층의 일부 기능을 하드웨어로 가속하여 플래시 메모리가 갖는 한계를 능동적으로 극복할 수 있는 계기를 마련하였고 상호-분리형 구조는 플래시 변환 계층이 특정 플래시 메모리의 특성에 국한되지 않고, 프론트-엔드 설계와 백-엔드 설계를 독립적으로 수행하는 설계의 용이성을 가지는 점이 ‘조립형’ SSD 구조의 장점이라고 밝혔다. 이를 통해, 기존 시스템 대비 응답시간을 31배 줄일 수 있었고 SSD 불량 블록 관리기법에도 적용해 약 23%의 SSD 수명을 연장할 수 있다고 연구팀 관계자는 설명했다.
전기및전자공학부 김지호 박사과정이 제1 저자, 전기및전자공학부 정명수 교수가 공동 저자로 참여한 이번 연구는 미국 플로리다주 올랜도에서 열리는 컴퓨터 구조 분야 최우수 국제 학술대회인 `제50회 국제 컴퓨터 구조 심포지엄(50th IEEE/ACM International Symposium on Computer Architecture, ISCA 2023)'에서 6월 19일 발표될 예정이다. (논문명: Decoupled SSD: Rethinking SSD Architecture through Network-based Flash Controllers).
연구를 주도한 김동준 교수는 “이번 연구는 기존의 SSD가 가지는 구조적 한계를 규명했다는 점과 CPU와 같은 시스템 메모리 반도체 중심의 온-칩 네트워크 기술을 적용해 하드웨어가 능동적으로 필요한 일을 수행할 수 있다는 점에서 의의가 있으며 차세대 고성능 SSD 시장에 기여할 것으로 보인다”며, “상호-분리형 구조는 수명연장을 위해서도 능동적으로 동작하는 SSD 구조로써 그 가치가 성능에만 국한되지 않아 다양한 쓰임새를 가진다며”연구의 의의를 설명했다.
이번 연구는 컴퓨터 시스템 저장장치 분야의 저명한 연구자인 KAIST 정명수 교수와 컴퓨터 구조 및 인터커넥션 네트워크(Interconnection Network) 분야의 권위자인 김동준 교수, 두 세계적인 연구자의 융합연구를 통해 이루어낸 연구라는 의미가 있다고 관계자는 설명했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단, 삼성전자, 반도체설계교육센터(IDEC), 정보통신기획평가원 차세대지능형반도체기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2023.06.15 조회수 1825 -
이상엽 특훈교수, 국제 대사공학회 개막 기조강연
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 6월 11일~15일 싱가포르에서 개최 중인 제15차 국제 대사공학학회(International Metabolic Engineering Conference, 회장 MIT Kristala Prather교수)에서 현지 시각으로 6월 11일 개막 기조 강연 (opening plenary lecture)를 하였다고 밝혔다. 전 세계 28개국에서 671명의 전문가와 학생들이 참가하는 본 학술대회는 코로나로 인해 이번에 5년 만에 대면으로 개최되었으며 학술대회가 시작한 지 25년을 맞이하게 되었다.
이 교수는 ‘박테리아의 시스템 대사공학’을 주제로 한 기조 강연에서 석유화학산업으로 생산하던 다양한 화학물질들과 플라스틱, 그리고 식물 등으로부터 극소량만 추출 가능하던 천연물질들, 그리고 자연에 존재하지 않지만 인류의 건강과 편리를 위하여 요구되는 비천연물질들을 박테리아의 시스템 대사공학에 의해 효율적으로 생산하는 전략들과 예들을 소개하였다. 특히 5년 만에 역대 최다 인원이 참석한 학회에서 기술경제학적 분석으로 시작하여 생산균주개발과 발효공정 및 분리정제공정을 통합하여 해석하고 세포공장을 제작하는 시스템 대사공학의 창시자로서 뜻깊은 개막 기조 강연을 하였다.
최근 이 교수의 연구실에서 시스템 대사공학에 의해 개발한 나일론-5의 원료, 대체육의 핵심 원료인 헴(heme), 빨간 색소 칼민과 7가지 무지개 색소 등의 효율적인 생산에 대한 예를 들었다. 또한, 식물성 기름으로부터 생산되어온 바이오디젤을 대체할 포도당 등 바이오매스 유래 탄소원으로부터 직접 발효에 의해 지속가능하게 디젤과 항공유를 생산하는 대사공학 기술에 대하여도 발표했다. 끝으로, 데이터와 인공지능 기반 바이오공정 개발전략과 인공지능을 이용한 약 3,400만 가지 효소의 기능과 470만 가지 전사인자를 예측해 가상 세포 제작과 이를 응용하는 전략에 대하여도 강연해 호평을 받았다.
이상엽 특훈교수는 대사공학 분야의 세계적인 학자로서 시스템 대사공학을 창시하고 가장 많은 화학물질을 친환경 바이오 기반으로 생산하는 기술들을 개발한 공로로 이태리 대통령으로부터 애니(ENI)상, 이스라엘 총리로부터 삼손(Samson)상, 그리고 최근 덴마크의 노보자임(Novozymes)상 등을 수상한 바 있고, 미국국립학술원, 미국공학한림원, 영국왕립학회 이상 세계 3대 아카데미에 외국 회원으로는 동시에 선출된 전 세계 유일한 학자다.
2023.06.12 조회수 1797 -
이상엽 특훈교수, 노보자임 화학 및 바이오공학분야 세계적 리더상 수상
우리 대학 이상엽 특훈교수(연구부총장)가 세계적인 생명공학 회사인 노보자임(Novozymes) 社의 2023년 화학 및 바이오화학공학 연구의 세계적 선도 공로 노보자임 상(Novozymes Award on Excellence in Chemical and Biochemical Engineering)을 수상했다고 5일 밝혔다.
세계적인 생명공학 회사인 노보자임은 덴마크 공과대학(Technical University of Denmark, DTU)과 함께 시스템 대사공학의 창시자이자 세계적 권위자인 KAIST 이상엽 특훈교수에게 2023년 6월 2일 덴마크 공과대학에서 열린 시상식에서 상패 및 상금을 수여했다.
이상엽 특훈교수는 바이오 화학공학 분야에서 세계적 선두주자다. 그는 업스트림(upstream)과 다운스트림(downstream)을 통합·최적화하는 것을 목적으로, 합성생물학, 대사공학, 시스템 생물학 등을 통합한 ‘시스템 대사공학(systems metabolic engineering)’이라는 개념을 확립해, 해당 분야를 개척하고 보급하는 데 크게 기여했다. 미생물의 시스템 대사공학을 통해 바이오 가솔린 및 디젤, 플라스틱 단량체, 거미줄, 유기산, 알코올 및 생분해성 고분자 등을 포함한 다양한 유용 화학물질을 미생물로부터 생산하는 기술을 개발해 석유화학공정을 대체할 수 있는 친환경 바이오공정을 개발했다. 또한 그는 기술 자문, 산학협력 프로젝트 및 기술이전 등을 통해 산업계와도 긴밀하게 협력하고 있으며, 800여 개 이상의 특허의 발명자로 등록돼 있다.
바이오이노베이션 연구소(BioInnovation Institute)의 CEO이자 수상위원회 위원장인 옌스 닐슨(Jens Nielsen) 교수는 "이상엽 교수는 박테리아 대사공학 분야의 등대와도 같으며, 그의 연구들은 혁신 및 개념 증명(proof of concept)을 토대로 산업바이오를 위한 고효율 생물공정을 개발·제공하는 것에 끊임없는 기여를 해 왔다"라고 설명했다.
노보자임(Novozymes)의 CSO(Chief Science Officer) 겸 R&D 부사장인 클로스 크론 풀셍(Claus Crone Fuglsang)은 "노보자임은 이 상을 통해 해당 분야를 이끄는 리더들의 공헌을 기리는 것을 기쁘게 생각하며, 특히 이번에는 친환경 세계 경제로의 전환에 대한 이상엽 교수의 큰 공헌을 기릴 수 있게 된 것을 자랑스럽게 생각한다" 라 말했다.
이에 덴마크 공과대학 바이오엔지니어링 학과장이자 수상위원회 위원 및 시상식의 사회자인 비야케 바크 크리스텐센(Bjarke Bak Christensen)은 "이 시상식은 이상엽 교수를 만날 수 있는 절호의 기회이며, 이상엽 교수의 업적은 이 분야의 많은 사람에게 영감을 주고 있다"며, "발효 기반 제조에 대한 주제를 다룰 본 심포지엄에서 이상엽 교수의 통찰력이 널리 공유되기를 기대한다"라고 소감을 밝혔다.
수상자인 이상엽 특훈교수는 “바이오 기반 제조 및 바이오화학 분야에서 세계적으로 권위있는 노보자임 상을 수상하게 되어 영광으로 생각하며, 그간 훌륭한 제자들과 개발한 다양한 기술들이 지속가능한 화학산업 구축에 도움이 되도록 노력하겠다.”고 밝혔다.
한편, 시상식은 2023년 6월 2일 덴마크 공과대학에서 개최되었고, 해당 심포지엄은 생중계됐다. (https://dtu.events/fbmsymposium2023/conference)
2023.06.05 조회수 1602