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비정상 단백질 처리에 관여하는 새로운 인자 발견
우리 대학 생명과학과 김윤기 교수, 조원기 교수 공동연구팀이 비정상 단백질을 처리하기 위해 형성되는 응집체의 형성 경로를 촉진하는 새로운 인자를 규명했다고 밝혔다.
김윤기 교수, 조원기 교수 공동연구팀은 비정상 단백질 처리경로에서 YTHDF2 단백질이 UPF1을 통해 기존에 알려진 CTIF, eEF1A1, 디낵틴1(Dynactin1) 복합체와 상호작용하며, 비정상 단백질을 비정상 단백질 집합소인 애그리좀(aggresome)으로 수송하는 경로를 조절한다고 밝혔다. 비정상 단백질 처리경로에 관여하는 새로운 인자를 규명하고, 단백질 품질검증에서 중요한 역할을 한다는 사실을 밝힘으로써 비정상 단백질에 의해 야기 되는 퇴행성 신경질환의 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.
생명과학과 황현정 박사, 박태림 박사과정, 김형인 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 10월 6일 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)'에 게재됐다.
인간의 몸에서는 다양한 생명 활동을 위해 끊임없이 새로운 단백질이 생성되고 사라진다. 단백질 형성과정에서 정상적인 단백질뿐만 아니라 비정상적인 단백질이 형성되기도 한다. 새롭게 형성되는 단백질의 품질검증은 정상적인 생명 활동에 매우 중요하다. 비정상적인 단백질의 축적은 다양한 질환을 일으킬 수 있다.
비정상 단백질 처리경로는 CTIF, eEF1A1, 디낵틴1 복합체와 UPF1이 관여하며 비정상 단백질을 애그리좀으로 수송한다. 이와 같은 비정상 단백질 응집체는 특히 치매, 파킨슨병 등 퇴행성 신경질환 환자의 뇌에서 많이 발견된다.
mRNA에는 전사 후 변형 과정을 통한 다양한 mRNA 변형이 일어난다. mRNA 변형은 mRNA 품질검증, 단백질 번역 등 다양한 mRNA 대사에 중요하다. 그 중 m6A(N6-메틸아데노신)는 mRNA 내부에 가장 많이 존재하는 mRNA 변형으로 알려져 있다.
m6A는 다양한 인식 단백질에 의해 인식되며, 어떤 단백질에 의해 인식되는가에 따라 다양한 mRNA 대사에 영향을 준다. 그 중 YTHDF2 단백질은 m6A 인식 단백질로써 UPF1과 상호작용하며 RNA 분해경로를 조절한다.
연구팀은 YTHDF2 단백질이 기존 연구에서 밝혀진 mRNA 분해경로뿐만 아니라 비정상 단백질 처리경로를 조절한다는 사실을 밝혔다.
연구 결과, YTHDF2 단백질은 m6A RNA와 독립적으로 비정상 단백질 처리경로에서 애그리좀 형성을 조절했다. 면역 침강반응에서 YTHDF2 단백질은 UPF1과의 상호작용을 통해 CTIF, eEF1A1, 디낵틴1으로 이루어진 복합체에 합류하여 복합체와 모터 단백질 디네인(Dynein) 사이의 상호작용을 조절했다.
복합체와 YTHDF2 단백질이 상호작용하지 못하는 경우 애그리좀이 잘 형성되지 않았으며, 그로 인한 세포 사멸이 촉진됐다. 이는 YTHDF2 단백질이 비정상 단백질 처리경로의 핵심 단백질임을 나타낸다.
또한, 연구팀은 단일입자추적(Single-particle imaging) 기법, 초고해상도 이미징(Super-resolution imaging) 기법을 사용하여 YTHDF2 단백질이 없는 경우 비정상 단백질의 수송 속도가 느려지며, 애그리좀이 비정상적인 형태로 형성된다는 것을 입증했다.
비정상 단백질 처리경로에 관여하는 새로운 인자를 규명하고 기존에 알려져 있던 인자들과의 관계를 밝힘으로써 비정상 단백질에 의해 야기 되는 퇴행성 신경질환의 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.
한편 이번 연구는 한국연구재단과 서경배과학재단의 지원을 받아 수행됐다.
2023.10.12
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휴대전화 부정이용방지 기술개발 다부처 사업추진협의회 개최
우리 대학이 지난 2일 대전 본원에서 <22년 1차 휴대전화 부정이용방지 기술개발 다부처 사업추진협의회(이하, 협의회)>를 개최했다.
협의회는 과학기술정보통신부(IITP), 경찰청이 협력해 올해부터 24년까지 3년간 추진하는 '휴대전화 부정이용방지 기술개발 사업'의 공동 추진 방안 등을 모색하는 자리로 반기별로 운영되고 있다.
'휴대전화 부정이용방지 기술개발'은 보이스피싱의 예방-추적-수사지원 등 전 단계에 걸쳐 종합적인 기술대응을 제공해 안심 사회를 구현하고자 기획된 사업이다. 이를 통해 개발된 ICT 핵심기술은 보이스피싱 예방 및 수사 지원을 위한 시연 및 실증을 거친 뒤 현장에 적용할 예정이다.
올해는 3개의 과제가 신규로 추진되며, 이 중 2개를 우리 대학 연구진이 맡는다. 전기및전자공학부 이성주 교수와 김용대 교수가 각각 '휴대폰 단말에서의 보이스피싱 탐지 예방 기술 개발'과 '네트워크 기반 보이스피싱 탐지 및 추적 기술 개발' 연구를 수행한다. 또한, 경찰대학 장광호 경정이 '보이스피싱 정보 수집 가공 및 빅데이터 기반 수사지원시스템 개발'을 담당한다.
이성주 교수가 수행하는 '휴대폰 단말에서의 보이스피싱 탐지 예방 기술 개발' 과제는 휴대폰에 탑재하는 솔루션을 골자로 한다. 대화 내용을 자동으로 분석해 사용자에게 효과적인 경고를 보내고, 악성앱을 탐지해 보이스피싱 범죄를 예방하는 것이 목표다.
김용대 교수의 '네트워크 기반 보이스피싱 탐지 및 추적 기술 개발' 과제는 보이스피싱 예방 및 현장 수사를 지원할 수 있는 기술 개발이 목표다. 보이스피싱에 사용되는 장비가 이동통신망을 사용하지 못하도록 하거나, 유선인터넷을 이용한 보이스피싱 위협 정보 분석, 보이스피싱에 사용되는 장비의 물리적 위치 추적 등이 세부 연구 내용이다.
장광호 경찰대학 경정의 '보이스피싱 정보 수집 가공 및 빅데이터 기반 수사지원시스템 개발' 과제는 경찰이 수집한 보이스피싱 범죄 수사 빅데이터 기반으로 범죄 정보를 분석해 수사 현장에 적용할 수 있도록 지원하는 연구다. 또한, 관계 기관에서 활용할 수 있는 음성·텍스트 데이터 분석도 수행한다. 이날 행사에서는 이상엽 연구부총장이 축사를 통해 "온라인 사기 행위의 피해자가 더 이상 나오지 않을 수 있도록 예방하고, 범죄 수사를 지원할 수 있는 기술을 개발해 범죄자 검거에 도움을 주시기 바란다"라고 당부했다.
2022.09.05
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위치 영상화가 가능한 약물 전달체 기술 개발
우리 대학 생명화학공학과 박현규 교수 연구팀이 중앙대 화학과 박태정 교수, 가천대 바이오나노학과 김문일 교수와의 공동 연구를 통해 중금속 흡착 단백질을 이용한 금속 나노입자 고효율 생합성 기술을 개발하고, 이를 이용해 위치 영상화가 가능한 약물 전달체를 개발했다고 7일 밝혔다.
우리 대학 생명화학공학과 졸업생 김문일 박사(現 가천대 교수), 중앙대 박찬영 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 미국화학회가 발행하는 국제 학술지 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이시스(Applied Materials and Interfaces)’ 2021년도 13호 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: In situ biosynthesis of a metal nanoparticle encapsulated in alginate gel for imageable drug-delivery system)
현재 금속 나노입자의 합성에 주로 사용되고 있는 물리화학적 방법은 독성이 있는 환원제, 계면활성제 및 유기 용매의 이용이 필요해 약물전달체 등 생체 내에 사용하기 어려운 단점을 가지고 있다. 이를 극복하기 위해 환원력이 우수한 단백질을 미생물 내에 과발현해 금속 나노입자를 생합성하는 기술이 개발됐으나, 이 방법은 미생물이 받아들일 수 있는 금속 전구체의 종류 및 농도가 제한된다는 단점이 있다.
연구팀은 이러한 현행 기술의 한계를 극복하기 위해, 대장균에 중금속 흡착 단백질을 발현하는 플라스미드를 형질 전환해 단백질을 과발현한 후 이를 알지네이트 젤에 포집해 그 활성을 안정화하는 기술을 개발했다. 중금속 흡착 단백질을 포집한 알지네이트 젤은 다양한 종류의 금속 이온을 30분 이내로 빠르게 고농도로 흡착 및 환원시켜 금, 은, 자성 및 양자점 나노입자 등 다양한 종류의 금속 나노입자를 알지네이트 젤 내부에 고농도로 생합성하는 데 효과적으로 활용됐다.
특히, 연구팀은 항암제 등 약물과 중금속 흡착 단백질을 알지네이트 젤에 동시에 포집한 후 높은 형광을 나타내는 양자점 나노입자를 젤 내부에 합성함으로써 형광을 통해 위치의 추적 및 영상화가 가능하고 약물의 서방형 방출이 가능한 다기능 약물 전달체를 개발하는 데 성공했다.
☞ 서방형(sustained release): 약물 등이 장시간에 걸쳐 서서히 방출되는 형태
연구팀은 항암제와 녹색 형광을 보이는 카드뮴 셀레나이드 (CdSe) 및 파란색 형광을 보이는 유로피움 셀레나이드 (EuSe)로 이루어진 양자점을 동시에 포집한 약물 전달체를 마우스에 경구로 주입한 후, 이 약물 전달체의 위치를 생체 내에서 추적 및 영상화할 수 있음을 확인했다.
박현규 교수는 “이번 연구에서 개발된 중금속 흡착 단백질을 포집한 알지네이트 젤은 독성 물질 없이, 고속·고농도로 다양한 금속 나노입자를 생합성할 수 있고 동시에 약물의 서방형 방출이 가능하기 때문에, 향후 위치 추적이 가능한 약물 전달체 등에 응용될 수 있다”고 이번 연구의 의의를 설명했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 중견연구자지원사업의 일환으로 수행됐다.
2021.09.07
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한국4차산업혁명정책센터, WEF에 코로나19 접촉자 추적 기술에 관한 기고문 게재
우리 대학 한국4차산업혁명정책센터(센터장 김소영)가 코로나19 접촉자 추적앱의 현황 및 과제와 신뢰 구축 방안을 제시한 기고문이 세계경제포럼(WEF) 홈페이지에 5월 5일(수)에 공식 게재됐다.
<코로나19 접촉자 추적앱의 현황 및 과제 해결을 위한 신뢰 구축 방안(Digital contact tracing apps help slow COVID-19. Here's how to increase trust.)>을 제목으로 하는 기고문은 코로나19 접촉자 추적 기술을 재정의하고, 관련 데이터 운용에 따른 개인정보 유출, 빅테크기업과 각국 정부의 빅브라더 현상 등의 사회적 문제를 해결하기 위한 정책 방안을 제시하기 위해 작성됐다.
코로나19 접촉자 추적 기술은 한국을 포함한 여러 나라에 도입되어 감염자와 접촉자를 분류하고, 감염의 확산 추세를 낮추고 있다. 반면, 개인정보보호 이슈로 인한 자국민의 반대로 해당 기술을 도입하지 않는 국가도 존재한다. 기술을 도입한 국가 또한 개인정보 노출, 사회적 낙인, 데이터 미폐기 및 오용 등의 사회적 문제를 해결하지 못하고 있는 실정이다. 한국4차산업혁명정책센터에서는 이러한 문제점 해결에 앞서 대중의 신뢰를 구축하는것에 초점을 맞춰야 한다는 것을 강조했다.
백단비 연구원, 코넬리우스 칼렌지(Cornelius Kalenzi) 연수연구원, 임문정 연수연구원이 참여한 이번 기고문은 국가별 코로나19 접촉자 추적 기술의 규제 현황을 체계화하고, 대응 방안으로 기술 채택 속도에 기민하게 대응하는 애자일(Agile) 거버넌스 모델 도입, 독립적이며 신뢰할 수 있는 감시 기구 및 승인 시스템 도입, 지속적인 모니터링 실시 등 기존의 시스템을 강화하는 방안을 제시하고, 향후 ‘신뢰’가 코로나19 접촉자 추적 기술을 넘어 의료시스템 운영에도 필수적 요소가 될 것이라고 제시한 것에 큰 의의가 있다.
WEF는 글로벌 이슈에 관해 투고된 기고문을 피칭(pitching)을 통해 선정한 뒤 홈페이지 글로벌 아젠다(Global Agenda) 메뉴를 통해 게시하고 있다. 글로벌 아젠다(Global Agenda) 메뉴는 WEF 홈페이지의 첫 화면으로 마이크로소프트 창립자 빌 게이츠, 고든 브라운 영국 전 총리를 비롯하여 국제적으로 저명한 리더와 전문가들이 피칭에 참여해 글로벌 현안에 적합한 기고를 채택하고 있다.
한국4차산업혁명정책센터는 <온라인 교육의 미래: 한국으로부터의 교훈(The future of online education: lessons from South Korea)>, <청각 장애 학생을 위한 온라인 수업 개선방안(Here's how we can improve online learning for deaf students)> 등 WEF 글로벌 아젠다에 지속적으로 글로벌 이슈를 분석하고 연구하며 정책적 대안을 제시하고 있다.
한편, 이번에 게시된 기고문은 WEF 홈페이지(https://www.weforum.org/agenda/2021/05/could-the-governance-required-for-contact-tracing-apps-already-exist/) 에서 확인할 수 있다.
2021.05.07
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김대영 교수, 국제 수산물 이력 추적 해커톤 공식 기술지원 파트너 선정
우리 대학은 현지 시간으로 10월 21~22일 독일의 쾰른과 26~27일 인도네시아 발리에서 개최되는 `국제 수산물 이력추적 해커톤'의 공식 기술지원 파트너로 선정되었다.
`국제 수산물 이력 추적 해커톤'은 주요 먹거리인 수산물의 안전한 공급과 불법 유통 방지 그리고 멸종 위기의 해양 생물을 보존하기 위한 방법을 찾기 위해 마련된 행사로 지난 2월 태국 방콕에서 처음 개최됐다.
KAIST는 전산학부 김대영 교수 연구팀이 개발한 `올리옷(Open Language for Internet of Things, 이하 Oliot)'을 독일과 인도네시아에서 연이어 열리는 2회와 3회 해커톤에 공식 제공한다. 올리옷은 데이터기반 GS1* 국제 표준 사물인터넷 플랫폼으로 참가자들이 수산물 및 해양 생물의 일생 데이터를 공유하고 혁신적인 서비스를 개발하는 데 쓰일 예정이다.
* GS1: 바코드·전자상거래·사물인터넷 표준기술의 개발과 보급, 관리를 담당하는 산업 및 비즈니스 분야의 비영리 국제표준기구. 전 세계 170개국에서 공식 활용되며, 3백만 이상의 기업이 가입했다.
이번 해커톤은 전 세계 약 80여 개 팀이 수산물 이력추적 서비스를 위한 개발 아이디어 및 기술을 경쟁하는 방식으로 개최된다. 데이터 인증 기술·GS1 EPCIS 호환성 보장 기술·사물 식별 기술·블록체인 응용 기술 등 총 4개의 분야로 나뉘어 치러지며, GS1 국제표준 및 블록체인 기술을 활용해 대회 시작 후 24시간 이내 결과물을 제출해야 한다. 각 분야 별로 3개의 수상팀을 선정할 예정이며 총 상금은 약 2천600만 원(2만 유로) 규모다.
해커톤에서 사용하는 GS1국제표준은 유통물류·식품·헬스케어·철도·해운·항공·스마트팩토리·국방 등 25개 이상의 산업 분야에서 데이터와 서비스 공유하는 기술이며, 전 세계적으로 사용 빈도가 가속화되는 추세다.
또한, EU의 농축산물 이력추적·중국의 헬스케어 프로젝트·일본의 무인 편의점 프로젝트 등 다양한 프로젝트와 국내의 자율주행버스·자율주행배달로봇 프로젝트 및 스마트시티와 디지털트윈 사업의 핵심 기술로 꼽히고 있다.
그중에서도 김대영 교수팀의 Oliot 오픈소스는 10월 현재, 103개국 1만 1,600개 이상의 기업과 국제기구 및 개발자들이 사용하고 있으며, 4차 산업혁명의 핵심인 데이터 혁명을 뒷받침할 국제표준 데이터 및 서비스 공유 방법을 구축하는 수단으로 쓰이고 있다.
Oliot 개발을 주도한 김 교수의 오토아이디랩(Auto-ID Labs)은 1999년 세계 최초로 사물인터넷 기술을 소개한 국제 컨소시엄으로, KAIST를 포함해 미국 MIT·영국 케임브리지 대학·스위스 취리히공대·중국 푸단대·일본 게이오대 등 6개 대학이 공동 연구를 진행 중이다.
한편, 이번 해커톤은 글로벌 수산물 이력 추적 시스템을 구축하기 위한 GDST(Global Dialogue on Seafood Traceability) 프로젝트를 중심으로 국제식품기구 산하 글로벌 식품이력추적센터(IFT's Global Food Traceability Center)와 세계자원기금(WWF)·미국 국제개발처(USAID)·GS1 국제표준기구 등이 공동 주관한다.
GDST는 세계경제포럼의 제안에 의해 설립된 국제 협력 단체로 시장에 판매되고 있는 수산물이 합법적인 경로를 통해 안전하게 유통되고 있는 것을 증명하는 `이력추적(Traceability)'을 통일된 체계로 발전시키기 위해 2015년 출범했다.
세계 각국에서 총 63개의 수산 및 유통 기업, 기술 전문가 단체가 모여 수산물 정보의 신뢰성 향상, 이력제 비용 절감, 공급망의 안전성 추구 등을 위한 활동을 벌이고 있다.
김대영 오토아이디랩 연구소장은 "이번 해커톤은 다양한 배경을 가진 참가자들이 KAIST에서 제공한 오픈 소스를 활용해 지속 가능한 해양 생태계 유지와 소비자가 안전한 수산물을 제공받을 수 있는 혁신적인 해법을 제안하고 경쟁한다는 데에 큰 의의가 있다ˮ고 밝혔다.
2019.10.21
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배석형 교수, 3D 스케칭 통해 디자인 과정 획기적 단축 기술 개발
〈배석형 교수 연구팀. 왼쪽부터 이준협 석사, 배석형 교수, 김용관 박사, 안상균 석사과정〉
한 번쯤 자신의 그림이 종이에서 튀어나와 현실이 되는 것을 상상해봤을 것이다. 대부분 사람들에게는 단순히 즐거운 상상이지만 현장의 디자이너에게는 꼭 실현돼야 할 절실한 기술이다. 가전제품, 자동차, 게임 컨트롤러 등 장난감부터 일상 속 필수품까지 모든 입체 형상 디자인은 디자이너의 펜 끝에서 시작되기 때문이다.
디자이너의 그림이 현실로 나오기 위해서는 평면적 그림을 입체적 형상으로 바꾸는 작업이 반드시 필요하다. 화려해 보이지만 이 과정은 힘겨운 반복의 연속이다.
3D 형상을 머릿속으로 생각하며 여러 각도에서 바라본 그림을 수십 장 그린 뒤, 수정 및 보완을 거쳐 시제품을 만들어도 제품의 크기나 비율 등에서 원하는 결과가 나오지 않으면 처음부터 같은 과정을 반복해야 한다. 이는 제품 개발 과정에서 심각한 병목과 마찰을 일으켜 시간과 비용의 상승 원인이 된다.
우리 대학 산업디자인학과 배석형 교수 연구팀이 디자인 과정에서 발생하는 반복적인 작업을 획기적으로 단축시킬 수 있는 3D 스케칭 기술 ‘에어 스캐폴딩(air scaffolding)’을 개발했다.
연구팀의 기술은 지난 4월 캐나다 몬트리올에서 열린 ‘미 컴퓨터협회 인간-컴퓨터 상호작용 학회(ACM CHI 2018)’에서 전체 2천 500여 편의 논문 중 상위 1퍼센트에게만 주어지는 최우수 논문상을 수상했다.
평면 그림을 입체 형상으로 변환하는 과정은 왜 어려운 것일까. 입체 형상을 카메라로 찍거나 그림으로 표현하면 깊이 정보의 손실이 발생한다. 반대로 평면 그림, 사진으로부터 입체 형상을 만들 때는 존재하지 않는 정보가 추가적으로 필요하다. 특히 직접 그린 부정확한 그림에서 의도에 부합하는 입체 형상을 유추하는 것은 매우 어렵다.
3D 스케칭 기술은 이러한 어려움을 극복하기 위해 활발히 연구된 기술이다. 가상의 3차원 공간 안에 스케치한 그림을 돌려보거나 앞뒤로 이동하며 평면 그림에서 얻을 수 없던 입체 형상 정보를 채울 수 있다. 결과적으로 복잡한 3D 캐드 모델링 소프트웨어를 사용하지 않아도 펜과 종이를 사용하듯 입체 형상을 곧바로 그릴 수 있다.
그러나 가상현실 기술의 대중화와 더불어 주목받고 있는 기존의 공중 3D 스케칭 기술은 전체 스케칭 과정을 공중에서의 부정확한 손 움직임에 의존하기 때문에 정교한 결과물을 생성하지 못하고 장시간 사용 시 피로를 유발한다는 단점이 있었다.
배 교수 연구팀은 기존 기술의 단점을 보완해 2016년 ‘스케칭위드핸즈(SketchingWithHands)’라는 3D 스케칭 기술을 개발한 바 있다. 공중의 손 자세 정보와 태블릿 상 펜 드로잉 기법을 결합한 것으로, 적외선 손 추적 센서로 손 모양을 캡처한 뒤 그 손 정보를 3D 캔버스 안에 넣어 정보를 토대로 스케치를 할 수 있는 기술이다.
디자인 초기 단계에서부터 정확한 3차원 손 정보가 입력됐기 때문에 이를 여러 각도로 관찰해가며 아이디어를 빠르게 표현할 수 있고 즉각적인 수정 보완이 가능하다. 위에서 언급한 수 없이 반복되는 디자인 과정을 대폭 줄일 수 있다.
연구팀은 2018년 이 기술을 발전시켜 ‘에어 스캐폴딩(air scaffolding)’을 개발했다. 이전 버전이 손 정보 기반 기술이기 때문에 손으로 쥐는 제품에 국한됐다면 에어 스캐폴딩 기술은 손의 움직임 정보까지 함께 활용함으로써 한 손에 쥐기 힘든 더 큰 규모의 제품에도 적용할 수 있다.
가령 디자이너가 인라인 스케이트 제품을 디자인한다고 가정했을 때, 상상 속의 스케이트를 쓰다듬듯이 공중에서 손을 움직여 대략적 크기와 비율을 나타내면 적외선 손 추적 센서가 측정한 손 관절의 3D 이동 경로로부터 입체 그물망 형태의 밑그림(scaffolding)이 실시간으로 추출되는 것이다. 이를 통해 정확한 크기와 비율의 인라인 스케이트의 입체적 형상 디자인을 완성할 수 있다.
이 프로그램을 통해 대략적인 정보는 손으로 신속하게 입력한 뒤 세밀한 부분은 태블릿에 펜으로 채워 넣음으로써 상호 보완적인 디자인 작업이 가능해진다. 컴퓨터 소프트웨어를 아이디어 개발 과정에서부터 사용함으로써 종이에 그린 아이디어를 모델링 소프트웨어에서 다시 만들어내는 번거로운 과정을 없앤 것이다.
연구팀의 기술은 디자인 실무에 3D 스케칭의 적용 가능성을 높였을 뿐 아니라, 모두가 일상에서 손쉽게 입체적으로 아이디어를 표현하고 공유할 수 있는 기반을 제공했다. 더 나아가 3D 프린팅 등 스마트 생산 기술과 연계돼 빠르고 유연한 제조 혁신에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 김용관 박사는 “인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 분야 최고의 국제 학회에서 최고의 상을 받아서 기쁘다”며 “학문적인 성공에 그치지 않고 다양한 디자인 현장에서 모든 디자이너가 직관적으로 사용하는 성공적인 제품을 만들고 싶다”고 말했다.
배 교수 연구팀은 디자인 중심의 연구실임에도 불구하고 2016년 ‘스케칭위드핸즈’ 이전에도 아이러브스케치(2008), 에브리바디러브스케치(2009) 등 지속적으로 소프트웨어를 개발하고 있다. 끊임없이 실용적인 3D 스케칭 기술 개발을 통해 디자인 프로세스의 유용성을 찾고 혁신을 시도하는 것이 연구팀의 궁극적 지향점이다.
배석형 교수는 “진보한 컴퓨터 기술을 활용해 다양한 분야의 창의적인 활동을 돕기 위한 시도들이 이뤄지고 있다. 앞으로도 디자이너에 대한 깊은 이해를 바탕으로 첨단 기술을 적용해 디자인 프로세스 혁신에 주도적 역할을 해 나갈 것이다”고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. 연구팀이 개발한 에어 스캐폴딩 기술
그림2. ACM CHI 2018에서 시연 중인 에어 스캐폴딩 기술
2018.08.09
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이의진 교수, 스마트폰으로 문서 촬영 시 발생하는 회전 오류 문제 해결
〈 이의진 교수(좌)와 오정민 박사과정(우) 〉
우리 대학 산업및시스템공학과 이의진 교수 연구팀이 스마트폰 카메라로 문서를 촬영할 때 자동으로 발생하는 불규칙적인 회전 오류 현상의 원인을 밝히고 해결책을 개발했다.
연구팀은 스마트폰의 방위 추적 알고리즘의 한계가 회전 오류의 원인임을 규명했다.
이번 연구 결과는 인간-컴퓨터 상호작용 학회의 국제 학술지인 ‘인터내셔널 저널 오브 휴먼 컴퓨터 스터디(International Journal of Human-Computer Studies)’ 4월 4일자 온라인 판에 게재됐고 8월호 저널에 게재될 예정이다.
스마트폰을 통해 책자, 문서 등을 촬영해 업무에 활용하는 것은 자연스러운 일상이 됐다. 하지만 촬영한 문서가 자동으로 90도 회전하는 현상으로 인해 불편을 겪는 사람들이 많다.
특히 여러 장의 사진을 찍었을 때 각기 다른 방향으로 회전돼 일일이 스마트폰을 돌리거나 파일을 편집해야 하는 현상이 발생한다.
스마트폰으로 문서를 촬영할 때는 대부분 스마트폰과 책상 위 문서가 평행 상태이다.
이 때 스마트폰을 회전시키면 스마트폰의 방위 추적 알고리즘이 작동하지 않는다. 방위 추적 알고리즘은 기본적으로 사용자가 스마트폰을 세워서 사용한다는 가정 하에 한 방향으로 가해지는 중력가속도를 측정해 현재 방위를 추정하는 방식으로 설계됐기 때문이다.
연구팀은 실험을 통해 오류 발생 수치를 측정했다. 실험 결과 문서를 가로로 촬영 시 방위 추적 오류가 93%의 높은 확률로 발생함을 확인했다.
일반 사용자는 오류의 원인을 파악하기 어렵다. 대부분의 카메라 앱은 셔터 버튼에 있는 카메라 모양의 아이콘 방향을 통해 실시간 방위를 표시하고 있지만 이러한 기능에 대해서도 사용자들은 인지하지 못한 것으로 파악됐다.
연구팀은 스마트폰의 모션센서 데이터를 활용해 문서 촬영 중에 방위를 정확하게 추적해 문제를 해결했다.
모션센서 데이터의 핵심 기술은 두 가지로 구분할 수 있다. 일반적으로 스마트폰으로 문서를 촬영할 때는 스마트폰이 지면과 평행을 이루기 때문에 스마트폰에 장착된 중력 가속도 센서를 관측해 이러한 문서 촬영 의도를 쉽게 알 수 있다.
두 번째로 문서 촬영 중에 발생하는 스마트폰 회전은 회전 각속도를 측정하는 센서를 활용해 추적할 수 있다. 카메라 앱 실행 후에 문서 촬영을 위해 스마트폰을 회전시키기 때문에 이를 측정해 회전각이 일정 임계치를 넘으면 방위를 변경하는 것으로 파악할 수 있고 이를 통해 방향을 알 수 있는 것이다.
또한 연구팀은 문서 촬영 시 촬영자 쪽으로 스마트폰이 미세하게 기울어지는 마이크로 틸트(micro-tilt) 현상을 발견했다.
이 현상으로 인해 스마트폰으로 가해지는 중력가속도가 스마트폰 측면으로 분산된다. 눈에는 잘 보이지 않을 정도로 작은 기울기지만 모션센서 데이터를 활용해 마이크로 틸트 행동 패턴의 기계학습 알고리즘을 훈련시킬 수 있다. 이를 통해 정확한 방위 추적이 가능하다.
연구 팀의 실험 결과에 따르면 모션센서 데이터를 활용한 방위 추적 방식의 정확도는 93%로 매우 높아 안드로이드 및 iOS등 상용 스마트폰에도 적용 가능하다.
이 기술들은 기존 방위 추적 알고리즘의 사각지대였던 수평 촬영 상황에서 작동하기 때문에 기존 방위 추적 알고리즘과 겹치는 부분 없이 상호 보완적으로 작동할 수 있다.
이 교수는 “스마트폰을 활용한 문서 촬영은 필수가 됐지만 회전 오류의 원인 규명과 해결책이 어려워 불편함이 많았다”며 “모션센서 데이터를 통해 촬영의 의도를 파악하고 자동으로 오류를 바로잡는 기술은 사용자의 불편을 해결하고 문서 촬영에 특화된 다양한 응용서비스 개발의 기초가 될 것이다”고 말했다.
미래창조과학부의 지원을 통해 수행된 이번 기술 중 국내 특허 2건이 등록이 완료됐고 미국 특허가 3월 1일에 수락됐다.
□ 그림 설명
그림1. 방위 오류 발생으로 인해 생기는 불편함
그림2. 평면촬영시 발생하는 방위 오류 상태
그림3. 자이로스코프를 활용한 스마트폰 회전 추적 모식도
그림4. 마이크로틸트현상
2017.06.27
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2017년 KAIST 입학식 환영사
KAIST 신입생 여러분!
오늘 이 자리에서 만나 뵙게 되어 매우 반갑습니다.
756명 신입생 여러분의 입학을 진심으로 축하하고 환영합니다.
In particular, I’d like to congratulate the students from abroad from the bottom of my heart.
또한, 이들을 우수한 인재로 지금까지 키워주시고
이 뜻깊은 날을 축하하기 위해 전국 각지에서 먼 걸음을 해주신 학부모님들께 감사를 드립니다.
한편, 바쁘신 중에서도
입학식에 참석하여 자리를 빛내주시는 귀빈 여러분, 그리고 KAIST 교수님들 및 직원 여러분들께도 감사를 드립니다.
신입생 여러분,
여러분들이 입학한 KAIST는 명실공히 국내 최고의 이공계 중심대학이며
세계적 명성을 갖고 있는 대학입니다.
KAIST는 1971년 대학원 과정 개설, 1984년 학사 과정 개설이후
지금까지 58,000여명의 졸업생을 배출했고,
박사 졸업생만 11,700여명을 배출하였습니다.
이들은 우리나라의 과학기술 발전과 산업발전에
중추적 역할을 해오고 있습니다. 우리나라 대표적 대학, 기업, 정부출연연구소 리더급 과학기술자의 20% 이상이 여러분들의 선배입니다. 총장으로서 환영사를 하고 있는 저도 여러분의 선배입니다.
KAIST는 이제 국내뿐 아니라 세계 어디를 가도
KAIST를 모르는 과학자나 교육자는 거의 없을 정도로
세계적 위상을 갖고 있습니다.
그러므로 신입생 여러분들은 이제 KAIST 구성원이 되었다는 자긍심을 갖기 바랍니다.
신입생 여러분!
이런 자랑스러운 대학에 입학할 수 있게 지금까지 헌신적으로
여러분들을 뒷바라지 해주신 부모님들께 힘찬 감사의 박수를 드립시다.
학부모님 여러분!
이런 세계적 대학에 입학한 자랑스러운 자녀들에게 축하의 박수를 보냅시다.
Also, I’d like to ask you to give a big hand to all foreign students.
신입생 여러분들은 앞으로 4년, 혹은 그 이상 기간을
KAIST에서 대학시기를 보내게 될 것입니다.
아무쪼록 KAIST 캠퍼스에서 미래를 향한 큰 꿈을 꾸기 바랍니다.
(Dream a big dream!)
꿈이 있는 자만이 꿈을 이룰 수 있습니다.
꿈이 있어야 여러분의 가슴이 뛰고,
꿈이 있어야 여러분이 열정을 가지고 공부를 하며 미래를 준비하게 됩니다.
사람은 자신의 꿈만큼 이루어집니다.
과학기술의 혁신적 발전을 위한 큰 꿈, 인류사회에 큰 족적을 남길 큰 꿈을 갖기 바랍니다.
꿈을 꾸기 위해 잠만 열심히 자는 사람은
결코 꿈을 이룰 수 없습니다.
꿈을 이루기 위해 젊은 시절 착실히 준비를 하여야 합니다. 대학 4년의 시기는 향후 여러분들의 큰 꿈을 이루기 위한 준비기입니다.
여러분들이 꿈을 이루기 위해 대학시절 준비해야 할 세 가지를 이 자리를 빌어 조언하고자 합니다.
첫째, 기초과목을 탄탄히 그리고 폭넓게 공부하기 바랍니다.
100층 높이의 건물과 10층 높이 건물의 차이는
기반 공사가 얼마나 튼튼히 되어있냐에 달려 있습니다.
10층 높이의 기반공사에 100층 높이 건물을 지을 수 없습니다.
여러분들이 향후 학문의 높은 금자탑을 쌓기 위해서는기초과목을 폭 넓게 공부하며 탄탄히 준비해야 합니다.
더욱이 다가오는 4차 산업혁명시대 새로운 발견과 발명은
전통적 세부 전공이 아닌 전공간의 융복합을 통해 대부분 일어날 것입니다.
그러므로 학문의 경계를 초월하여
여러 전공분야를 용이하게 넘나들기 위해서는 폭넓은 기초지식이 필요합니다.
인공지능 알파고 개발로 세계적 명성을 얻은 데미스 하사비스는
컴퓨터뿐 아니라 생물학, 수학의 탄탄한 기초지식이 그의 성공을 가능하게 하였다고 말합니다.
NMR을 이용하여 복잡한 단백질 구조를 처음 밝힌 업적으로
2002년 노벨 화학상을 수상한 쿠르트 뷔트리히 교수는
화학뿐 아니라 수학과 물리학의 탄탄한 기초지식이 노벨상을 가능하게 하였다고 했습니다.
아무쪼록 대학시절 물리, 수학, 화학, 생물등
기초과학 과목과 컴퓨터 코딩, 통계, 자동제어, 엔지니어링 디자인등
기초공학 과목들을 열심히 공부하기 바랍니다.
또한 강조하고 싶은 것은 인문사회과목도 충실히 공부하라는 것입니다.
스티브잡스는 인문사회 지식이 창의적 연구개발의 근간이 되었다고 하였습니다.
이공계 과목은 좌뇌 중심 교육인 반면
인문사회 과목은 우뇌 중심 교육입니다.
KAIST에서는 좌뇌와 우뇌를 함께 교육하는
전뇌 교육 트랙을 계발하여 제공할 것 입니다.
이런 전뇌 교육을 받은 학생들은 어떤 전공분야도 두려움 없이 도전하며
또한 급변하는 과학기술의 트랜드를 용이하게 이해하며창의력을 발휘하게 될 것입니다.
둘째, 미래 글로벌 리더로서 자질을 연마하기 바랍니다.
여러분들은 지적 능력으로 볼 때 이공계 전공 학생 0.3% 이내
과학영재들입니다. 그러므로 여러분들은 좋던 싫던 미래 과학기술계의 리더로서 역할을 하게 될 것입니다.
더욱이 21세기 메가트랜드를 볼 때
과학기술 분야 뿐 아니라 산업, 경제, 정치, 국방, 외교등
사회 전 분야에서 이공계 리더십이 중요합니다.
한편, 대한민국의 현재 위상은 제가 대학을 입학한 1971년과
비교할 수 없는 국제적 위상이 되었습니다.
경제적으로는 1971년 국민소득 300불 후진국에서 3만불을 목전에 둔 경제 10위권 국가로 성장하였습니다. 과학기술면에서도 SCI 논문이나 국제특허를 거의 내지 못하는 나라에서 국제논문 출판12위, 국제특허 출원 5대 강국으로 성장하였습니다.
이제 여러분이 활동할 21세기 대한민국은
아시아 변방에 위치한 후진국이 아니라
세계인들이 주목하고 있는 7대 혁신 국가 중 하나이며
세계 중심국가로 도약할 잠재력이 있는 나라입니다.
이런 면에서 여러분들은 대한민국의 리더를 넘어 글로벌 리더로서
꿈을 갖기 바랍니다. 여러분들 중에서는 30년후 세계 명문 대학의 총장이 나오고, 세계적 기업의 CEO가 나오리라 기대합니다.
리더십은 하루아침에 생기는 것이 아닙니다.
대학시절부터 리더로서 꿈을 갖고 훈련하고 준비하여야 합니다.
여러분의 리더십 함양을 위해 ‘글로벌 리더십센터’를 설치하여 글로벌 리더의 자질, 매너, 정신을 훈련시키려고 합니다.
특별히 이공계학생인 여러분들이 노력해야할 점이
소통 능력(Communication skill)입니다.
여러분이 살아갈 초연결 수평사회에서 소통은
과학자로서, 리더로서의 기본 자질입니다.
자신의 생각과 의견을 논리적이고 조리있고 설득력있게말이나 글로 표현할 수 있어야합니다.
특히 글로벌 리더로서 비전을 갖고 있는 여러분들은
영어 소통능력이 선택이 아니라 Must, 필수입니다.
아무리 훌륭한 학문적 업적을 쌓아도 영어 소통 능력이 부족하면 국제사회에서 리더가 될 수 없습니다.
인구당 노벨과학상 수상자가 가장 많은 나라,
미국 나스닥 상장 기업이 미국 다음 많은 나라 이스라엘,
그 비결이 무엇이냐고 테크니온 이스라엘 대학 총장에게 질문했더니
전문성과 영어소통 능력이라고 대답하였습니다.
아무쪼록 재학시절 전공 실력과 함께 영어소통능력을 열심히 연마하기 바랍니다.
On the other hand, I‘d like to strongly advise the foreign students to learn Korean during your stay at KAIST.Speaking Korean will be great asset for your career in the future.
마지막으로, 시간 관리 능력을 키우기 바랍니다. 지금까지 여러분들은 대부분 학교 선생님과 부모님이 세운 스케줄에 의해 생활하였기에 여러분들에게 주어진 시간의 진정한 주인이 아니었습니다.
그러나 지금부터 시작하는 KAIST 생활은 여러분들이 시간의 주인이 되어 관리해야 합니다. 여러분 선배들 중에서 KAIST 대학 생활에 적응 못하고 방황하며 학점이 크리스찬 디올(C, D)이나 쌍권총(F,F)을 받는 학생들을 보면 대부분 시간 관리에 실패한 학생들입니다.
특히 첫 학기에 갑자기 주어진 시간의 자유를 관리하지 못한
학생들입니다.
그러므로 지금부터 하루, 일주일, 한달, 일년 단위로 계획을 세워
시간 관리를 철저히 하기 바랍니다.
전공지식 배양, 정신 수양, 정서 함양, 체력 단련 등
4 가지 사항을 우선으로 계획을 세우기 바랍니다.
WHO 세계보건기구가 성공한 리더들을 조사해 보니 지식, 정신, 정서, 체력이 건강한 사람이었습니다.
우리 속담에 시작의 중요성을 강조하여
“시작이 반이다.” 라는 말이 있지요.
그러나 65세인 저의 삶을 반추해 보며,
또한 주변 사람들을 보면서 깨닫는 것은 시작은 반이 아니라 99% 라고 여길 정도로 매우 중요합니다.
대학생활에서 어떤 꿈을 꾸고 어떻게 준비하였느냐에 따라
여러분의 미래가 결정되어집니다.
아무쪼록 KAIST에서 대학 4년이 여러분들의 큰 꿈을 이루기 위한 착실한 준비의 기간이 되길 바랍니다.
KAIST 전 교수님들은 여러분들의 꿈이 잘 이루어지도록
열심히 가르칠 것입니다. 또한 행정직원들은 여러분들을 정성껏 도와 줄 것입니다.
총장인 저도 여러분과 가까이하며
여러분들의 꿈이 이루어지도록 최선을 다할 것입니다.
총장의 사무실과 이메일은 항상 열려 있으니
도움 요청을 주저하지 말기 바랍니다.
여러분의 작은 목소리에 귀를 기울일 것입니다.
여러분들은 KAIST가 존재하는 가장 중요한 이유입니다.
다시 한 번 여러분들의 KAIST 입학을 충심으로 축하하고,
또한 이 자리에 참석하신 학부모님께 감사를 드리면서 저의 환영사를 마치겠습니다.
감사합니다.
2017. 2. 27.
총장 신 성 철
2017.02.28
조회수 10378
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우운택 교수, 스마트 클라우드 쇼 기술 시연
우 운 택 교수
우리 대학 문화기술대학원(CT) 증강휴먼 연구센터의 우운택 교수 연구팀이 16, 17 양일간 진행되는 스마트 클라우드 쇼에 참가해 연구 성과를 발표한다.
그랑서울 나인트리 컨벤션에서 열리는 이번 행사에서 우운택 교수 연구팀은 아바타와 손을 기반으로 원격협업 작업을 지원하는 ‘안경형 증강현실 플랫폼’ 기술을 시연한다.
또한 손 동작 추적 및 인식 관련 기술논문을 유비쿼터스 지능로봇 국제학술대회(URAI) 2015에서 발표하고, 원격협업 기술논문을 원격존재 및 가상현실 관련 국제학술대회 ICAT-EGVE 2015에서 각각 발표할 예정이다.
기존의 원격협업 시스템은 2차원 스크린을 활용하고 복잡한 가상현실 시스템을 이용했기 때문에 일반사용자의 환경에 도입하기 어려웠다.
개발된 기술은 증강현실 안경에 부착된 카메라가 착용자의 손을 인식하고 추적해 협업할 수 있는 플랫폼이다. 원격에 있는 상대의 아바타와 현실 공간에 있는 착용자의 손이 증강된 콘텐츠가 상호작용하는 방식이다.
증강현실 안경에 부착된 카메라를 활용해 일반사용자들도 원격의 사용자와 동일한 공간에서 같이 작업하는 것과 같은 공존감을 느끼면서 자연스러운 상호작용을 가능하게 한다.
이번 기술의 핵심은 자가가림 상황에서도 손가락의 위치와 움직임을 실시간에 추적해 안정적이고 연속적인 손 기반 상호작용을 가능하게 하는 손동작 인식 추적기술이다.
이 방법을 통해 안경 착용자는 증강된 콘텐츠를 실제 물체처럼 손으로 직접 만지거나 조작할 수 있다. 또한 물리적으로 떨어져 있는 상대방의 움직임을 아바타와 연동하면 상대방과 증강된 콘텐츠를 같이 만지거나 조작하며 협업할 수 있다.
이 기술이 활발해진다면 물리적 이동비용 감소를 통한 생산성의 증대, 교통수단 이용 감소로 인한 사회간접비용 절감과 같은 경제적 효과 등이 기대된다.
우 교수는 “이 기술을 통해 물리적 이동비용 감소와 몰입감 높은 협업 환경의 실현이 가능해진다” 며 “의료, 교육, 훈련, 오락, 관광 등 다양한 분야에서 새로운 응용의 개발과 활용이 기대된다”고 말했다.
□ 그림 설명
그림 1. 안경형 증강현실 플랫폼 및 원격협업 개념도
2015.09.14
조회수 8208
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가구단위 실내 위치인식 기술 개발
한동수 교수
- 10m 이내로 위치 파악할 수 있어 구글 WPS(35~40m) 보다 월등히 우수 -- 기존에 설치된 무선랜 중계기를 사용해 적은 비용으로도 전 세계 구축 가능 -
GPS 신호가 도달하지 않는 실내 스마트 폰의 위치를 가구단위로 정확하게 알아내는 기술이 개발됐다. 이 기술이 상용화되면 실내에서 위급한 상황에 처해있는 사람의 위치를 추적하거나, 분실한 스마트 폰을 되찾는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
우리 학교 전산학과 한동수 교수 연구팀이 무선랜 신호정보를 이용해 실내에 있는 스마트 폰의 위치를 오차거리 10m 이내로 파악하는 기술을 개발했다.
이 기술은 실내에서 수집된 무선 랜 신호정보와 스마트 폰 사용자의 주소정보를 활용했다. 이미 설치된 무선 랜 신호 중계기를 이용하기 때문에 매우 적은 비용으로 전 세계를 대상으로 서비스를 제공할 수 있다.
통상적으로 스마트 폰을 잃어버렸을 경우 통신사에 문의하면 위치를 알려준다. 하지만 기지국을 통한 실내 위치인식은 500~700m 범위의 오차가 있기에 분실한 스마트 폰을 되찾기는 거의 불가능하다.
또 최근에는 주택가에 납치된 상황에서 경찰에 도움을 요청했으나 피해자의 위치를 곧바로 찾지 못해 살해당하는 안타까운 사건이 발생했다.
이러한 실내 위치인식에 대한 한계를 KAIST 한동수 교수 연구팀이 해결한 것이다.한동수 교수는 먼저 스마트 폰 사용자의 무선 랜 신호정보 특성을 파악하는 데 주력했다.
한 교수는 5명의 연구원을 대상으로 일주일간 스마트 폰에 기록된 무선 랜 신호 정보를 수집했다. 이들의 신호정보를 분석한 결과 가장 많은 시간 동안 집과 사무실에 있었다는 것을 확인했고, 신호정보의 특성을 분석해 집과 직장을 분류했다.
연구팀은 이 기술을 확인하기 위해 지난 7월부터 11월까지 5개월 동안 서울 인사동 민속촌, 대전 갤러리아 백화점 주변, 대전 어은동 아파트 단지, 대전 전민동 원룸 밀집지역 등 각각 특성이 다른 지역을 대상으로 위치추정 정확도를 측정했다.
그 결과 데이터를 수집한 양이 전체 가구 수의 50%를 넘어서면 10m 미만의 오차를 나타내, 도심 어느 환경에서나 가구단위로 정확하게 스마트 폰의 위치를 확인할 수 있었다. 게다가 실내에서는 몇 층에 있는지도 명확하게 구분됐다.
한동수 교수는 “도심에 설치된 수많은 무선 랜 중계기의 위치정보 없이도 스마트폰의 정확한 위치추정이 가능해졌다”며 “최근 구글이나 애플에서 개발한 WPS(Wi-Fi Positioning System)의 경우 35~40m의 오차를 좁히지 못하고 있어 이번에 개발된 기술이 월등히 우수하다”고 강조했다.
아울러 “스마트 폰 사용자의 집과 직장 주소 등의 개인정보가 필요한 만큼 보안에 대한 대비를 철저히 해야 할 것”이라며 “앞으로 위급한 상황에 대한 대처 등 스마트 폰 사용자에게 도움이 되는 일에 폭넓게 활용됐으면 좋겠다”고 덧붙였다.
그림1[대표도]. 실내위치인식 기술 활용 예
그림2. 무선 랜 기반 실내 위치인식 기술
- 스마트 폰 사용자의 무선 랜 신호정보를 수집한 뒤, 분류하고, 주소정보와 일치시켜 신호 DB를 구축한다.
- 스마트 폰 사용자의 위치를 분석하면 집 또는 직장에서 가장 많은 생활을 하며 이를 구분해 낼 수 있다.
2012.12.13
조회수 10771
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김세헌칼럼 인터넷 역추적 기술개발의 필요성
우리학교 김세헌 교수(산업및시스템공학과)가 IT일간지 <디지털타임스> 2009년 9월 21일자에 "[DT시론] 인터넷 역추적 기술개발의 필요성"이란 제목의 기고문을 기재했다.
제목 [DT시론] 인터넷 역추적 기술개발의 필요성
신문 디지털타임스
일시 2009/09/21
기고문보기
http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=2009092102012369697037
2009.09.21
조회수 8178
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이효철 교수팀, 물에 녹은단백질 모양 변화 실시간 관찰 성공
- 관련 논문, 9월 22일(일)자 네이처 메서드(Nature Methods)誌 게재- 단백질의 작동메커니즘 규명에 중요한 도구 역할 및 신약개발에도 큰 도움 줄 것으로 기대
KAIST(총장 서남표) 화학과 이효철(李效澈, 36) 교수팀이 ‘물에서 변하는 단백질 분자구조를 실시간으로 규명’ 하는데 성공했다. 관련 논문은 네이처 자매지인 네이처 메서드(Nature Methods)誌 9월 22일자 온라인 판에 게재됐고 10월호에 출판될 예정이다.
논문의 제목은 “시간분해 엑스선 산란을 이용한 용액상의 단백질의 구조동역학 추적(Tracking the structural dynamics of proteins in solution using time-resolved wide-angle X-ray scattering)”으로 온라인에 게재되는 논문들 중에서도 특히 주목받는 하이라이트 논문으로 소개될 예정이다. 李 교수는 이 논문의 교신저자다.
이번 연구결과는 李 교수팀의 집념의 산물이라 할 수 있다. 李 교수팀은 지난 2005년 5월, 소금처럼 딱딱하게 고체상으로 굳어 있는 상태에서의 단백질의 안정적인 구조만을 볼 수 있는 기존의 방법을 시간분해 엑스선 결정법으로 발전시켜, 정지되어 있는 단백질의 구조뿐 만 아니라 움직이는 단백질의 동영상을 촬영하는데 성공했다. 관련 논문은 미국 국립과학원회보(PNAS, Proceedings of National Academy of Science)에 발표되었으며, 학계의 큰 주목을 받았다.
그러나 이 방법으로도 해결할 수 없는 치명적인 문제는 우리 몸에서 작용하는 일반적인 단백질은 고체상으로 있지 않고 물에 녹아있는 용액상태라는 점이다. 마치 고체 소금이 물에 녹아 소금물이 되는 것과 같은 원리다. 물은 인간의 몸의 약 70% 이상을 차지하고 있고 생명 유지에 필수적인 단백질들은 물에 녹아 있는 상태로 존재한다고 볼 수 있다. 따라서 단백질이 어떻게 기능을 발휘하는 지를 실시간으로 관측하기 위해서는 물에 녹아 있는 단백질 분자의 모양 변화를 실시간으로 추적할 수 있는 기술이 필요하다.
이러한 목표를 향한 첫 열매로 물에 녹아 있는 간단한 유기분자의 구조변화를 실시간 측정하는 데 성공하였으며, 관련 연구논문이 2005년 7월 사이언스(Science)誌에 발표된 바 있다. 당시 이 연구결과는 용액상에서 분자의 움직임을 실시간 추적할 수 있다는 점 때문에 많은 관심을 불러 일으켰는데, 李 교수는 그 기술을 더욱 발전시키면 단백질에도 응용 가능할 것으로 전망했다. 그러나 일반적으로 단백질은 그 당시 성공한 유기분자보다 적어도 1,000배 정도 크고 구조가 훨씬 더 복잡할 뿐 아니라 훨씬 적은 양으로 존재하기 때문에 물에 녹아 있는 단백질에서도 성공할 수 있다는 것에는 많은 과학자들이 회의적으로 생각했다.
이번 네이처 메서드誌에 발표한 연구결과는 그러한 부정적인 생각을 깨고 기존에 성공한 유기분자보다 ‘1,000배 더 큰 단백질 분자가 물에 녹아 있을 때에 이들의 3차원 구조변화를 실시간으로 관측하는데 성공’한 획기적인 연구성과다. 논문에서는 3가지 종류의 단백질에 대한 연구결과를 발표했는데, 우리 몸에서 산소를 이동하는데 중요한 헤모글로빈 단백질과, 근육에서의 산소공급에 관여하는 미오글로빈 단백질 등이다. 이 외에도 단백질은 주로 접혀있어 특정한 구조를 형성하는데 환경이 바뀌면 이 구조가 풀리게 된다. 풀려 있는 단백질은 일반적으로 제 역할을 할 수 없어 이러한 단백질의 접힘-풀림 현상을 이해하는 것은 매우 중요한데 씨토크롬씨라는 단백질이 풀린 상태에서 접히는 과정도 실시간으로 추적하는데 성공하였다.
이 새로운 기술을 사용하면 물에서 움직이는 단백질의 동영상을 촬영할 수도 있어 단백질의 작동메커니즘을 밝히는 데에 중요한 도구가 될 것이며, 앞으로 신약개발을 하는 데에도 큰 도움을 줄 것으로 기대된다. 또한 이 기술은 단백질은 물론이고 나노물질에도 응용이 가능하므로 BT뿐만 아니라 NT분야에도 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
이 연구는 교육과학기술부의 창의적연구진흥사업의 연구비 지원으로 진행되었다. 연구결과는 유럽연합방사광가속기센터에서 측정되었으며, 李 교수의 주도하에 이뤄진 국제적인 공동연구의 성과다.
李 교수는 “현재 포항에 있는 제3세대 가속기에 이어 한국에서도 차세대 광원으로 건설이 논의되고 있는 제4세대 방사광가속기(XFEL)가 성공적으로 가동되면, 현재 발표된 데이터보다 적어도 1,000배정도 더 좋은 데이터를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.”고 밝혔다.
<이효철 교수 프로필>
■ 학 력
1990 경남과학고 2년 수료, KAIST 화학과 학사과정 입학
1994 KAIST 화학과 학사과정 졸업
1994 Caltech(California Institute of Technology) 박사과정 입학
2001 Caltech 졸업(박사)
2001 시카고 대학 박사 후 연구원(Post Doc.)
2003.8.1-2007.2.28 KAIST 화학과 조교수 2007.3.1-현재 KAIST 화학과 부교수
■ 수상경력
2006 젊은 과학자상(과학기술부/한국과학기술한림원)
2006 과학기술우수논문상(한국과학기술단체총연합회)
2006 KAIST 학술상 2001-2003 美國 대먼 러년 암재단(Damon Runyon Cancer Research Foundation)펠로우쉽
(설명) 시간분해 엑스선 산란의 개념을 예술적으로 표현한 그림
2008.09.22
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