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스파이더맨 슈트처럼 내 몸에 착 맞춰지는 옷감형 웨어러블 햅틱 개발
우리 대학 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxetic) 메타구조로 매듭지어 형상 적응이 가능한 옷감 형태의 착용형 '햅틱(haptic) 인터페이스'를 개발했다고 28일 밝혔다.
착용형 햅틱 인터페이스 기술은 시·청각 기반의 플랫폼의 한계를 벗어나, 피부 표면으로 전해지는 직관적인 촉감으로 메타버스 속 상호작용 몰입도를 높이는 역할을 한다.
하지만 일반적인 햅틱 인터페이스는 피부에 부착하거나 별도의 고정 장치를 착용하는 착용(부착)형으로, 이러한 햅틱 인터페이스는 장시간 사용 시 피부 발진의 위험과 고정 방식은 일상 움직임에서 불편함을 초래할 수 있다. 또 수십 개의 촉각 전달 소자를 장착해 촉감을 모방하는 기존의 제작 방식 역시 장치의 무게·부피 증가로 이어지는 한계를 보이고 있다.
우선 연구팀은 가볍고 편하게 착용할 수 있는 햅틱 인터페이스 개발을 위해 형상기억합금 와이어를 핵심 소재로 선택했다. 형상기억합금 와이어란 상온에서 모양이 쉽게 변형되고, 특정 온도에 도달하면 미리 기억된 형태로 되돌아가는 특징을 갖는 형상기억합금을 철사처럼 가늘고 길게 제작한 것이다. 이러한 형상기억합금 와이어를 기존의 천 제작 방식을 활용해 매듭지어 옷감처럼 제작하는 방식을 활용하였다. 특히, 연구팀은 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxetic) 구조로 매듭지어, 일반 구조에서는 볼 수 없는 3D 방향으로 구조 전체가 동시에 수축 및 이완하는 특성을 구현해 내었고, 이를 통해 착용자의 신체 형상에 순응하며 사이즈가 자동으로 조절되는 옷감형 액추에이터를 개발했다.
또한 연구팀은 8개의 영역을 개별 수축 제어할 수 있도록 설계해 총 아홉 가지 방향과 타이밍에 대한 정보를 사용자에게 촉감 피드백으로 전달할 수 있게 제작했다.
예로 팔목에 착용 시, 사용자는 방향 및 타이밍에 관한 정보를 촉각적으로 인지할 수 있고, 반면 팔꿈치에 착용할 때는 옷감형 액추에이터의 가변강성 기능을 활용해 팔꿈치의 굽힘각도에 따른 피드백을 제공하는 멀티모달(두 가지 이상의 피드백 형태로 정보를 전달) 햅틱 인터페이스로서 개발했다.
이처럼 옷감형 액추에이터를 팔목에 착용한 사용자가 가상현실 속 모빌리티 로봇 주변의 위치정보를 파악하고, 시각과 청각 정보가 제한될 때 장애물을 피해 로봇을 안정적으로 주행하는 실증에도 성공했다.
오일권 교수는 이번 연구성과를 통한 실용화 시 활용에 대해 "착용형 햅틱 인터페이스는 촉각 정보를 활용한 로봇, 무인기 제어와 메타버스가 접목된 의료·교육 등에도 활용할 수 있다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자(창의연구) 지원 사업으로 수행됐다. 연구 성과는 첨단 소재 분야 국제학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)>에 9월 19일 게재됐고, 연구의 우수성을 인정받아 학술지 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: Easy-To-Wear Auxetic SMA Knot-Architecture for Spatiotemporal and Multimodal Haptic Feedbacks)
2023.11.30
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반도체 소자 내의 복잡한 움직임을 관측할 수 있는 초고속 카메라 개발
우리 대학 김정원 교수 연구팀이 반도체 소자 내의 미세 구조와 동적 특성을 고해상도로 측정할 수 있는 초고속 카메라 기술을 개발하였다고 밝혔다.
기존에는 볼 수 없었던 반도체 소자 내에서의 빠르고 불규칙적인 복잡한 움직임을 이제 초고속 카메라로 관측할 수 있게 되었다.
기계공학과 나용진 박사가 제 1저자로 참여하고 기계공학과 유홍기, 이정철 교수팀 및 한국표준과학연구원(KRISS) 서준호, 강주식 박사팀이 참여한 공동연구팀의 이번 논문은 국제학술지 ‘빛: 과학과 응용(Light: Science & Applications)’ [IF=20.257] 2월 15일 字에 게재됐다. (논문명: Massively parallel electro-optic sampling of space-encoded optical pulses for ultrafast multi-dimensional imaging)
최근 마이크로 및 나노 소자들의 복잡도와 기능성이 급격하게 향상됨에 따라 이들 소자 내의 미세 구조와 동적인 움직임을 실시간으로 정확하게 측정해야 할 필요성이 급증하고 있다. 미세 구조 측정 측면에서는 다양한 3차원 집적회로와 소자들의 발전으로 더 큰 웨이퍼 영역에 대해 더 높은 분해능 및 측정속도를 가지는 계측 기술이 반도체 산업에서 중요해지고 있다. 한편 동적 특성의 측정은 마이크로 및 나노 소자 내에서의 물리현상들을 이해하고 다양한 응용 분야들로 발전시키는 데 중요하다. 특히 다양한 역학 현상의 관측을 위해서는 더 높은 해상도, 더 빠른 측정속도 및 더 큰 측정범위를 필요로 하지만 기존의 측정 기술들은 여러가지 한계들을 가지고 있었다.
이번 연구는 기존의 한계를 극복한 새로운 초고속 카메라 기술을 개발하였다. 100펨토초(10조분이 1초) 정도의 매우 짧은 펄스폭을 가지는 빛 펄스를 1000개 이상의 다른 색을 가지는 펄스들로 쪼갠 후, 각기 다른 색을 가진 펄스들을 이용하여 서로 다른 공간적 위치에서의 높낮이를 정밀하게 측정할 수 있는 기술이다. 구현한 기술은 초당 2.6억개의 픽셀들에 대한 높낮이의 차이를 최고 330피코미터(30억분의 1미터) 수준까지 측정할 수 있을 정도로 빠르고 정밀하다. 연구팀은 이를 이용하여 복잡한 3차원 형상을 고속으로 정밀하고 정확하게 측정할 수 있는 초고속 카메라 기능을 선보였고, 기존의 측정 기술로는 관측하기 어렵던 복잡하고 비반복적인 고속의 동역학 현상들을 성공적으로 관측할 수 있었다.
이번에 개발한 초고속 카메라 기술의 고속 형상 이미징 속도와 높은 공간 분해능을 이용하면 반도체 공정이나 3D 프린팅 과정을 실시간으로 모니터링하며 공정을 제어할 수 있어 점점 고도화 및 집적화 되는 공정의 수율을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 다양한 진폭이 존재하면서 동시에 매우 빠른 순간 속도를 갖는 미세 구조의 움직임을 포착할 수 있음을 보여, 기존에 관찰하지 못했던 복잡한 비선형(nonlinear) 및 과도(transient)의 물리 현상들을 탐구하는 차세대 계측 기술로 발전할 수 있을 것으로 기대된다.
김정원 교수는 “이번 연구에서는 1차원적인 선 모양의 빛을 스캔해서 움직이는 방식으로 2차원 표면의 높낮이를 측정하였으나, 향후에는 2차원 표면의 높낮이를 스캔 없이 한번에 측정할 수 있는 방식으로 기술을 발전시킬 예정”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견후속연구, 선도연구센터, 기초연구실 및 중견연구 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2023.03.02
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김용관 박사, BK21 사업 20주년 기념행사에서 3D 스케칭 공연 선보여
〈 김용관 박사의 3D 스케칭 시연 장면 〉
우리 대학 산업디자인학과 김용관 박사가 지난 6월 28일 서울 코엑스에서 열린 BK21 사업 20주년 기념 심포지엄 개막 무대에서 3D 스케칭 공연을 선보였다.
이날 공연은 유은혜 사회부총리 겸 교육부 장관을 비롯한 1천여 명의 정부 및 대학 관계자 앞에서 비상(飛上)이라는 제목으로 15분간 진행됐다. 김용관 박사는 디지털 펜과 태블릿을 이용해 다양한 3차원 형상의 비행기가 줄지어 날아오르는 장면을 연출해 20년 역사의 BK21 사업을 발판 삼아 앞으로 나아가는 대한민국 인재들의 미래를 표현했다.
현장에서 김용관 박사는 “BK21 사업의 지원으로 국내외 많은 산업 및 학계 종사자에게 최신 연구 성과를 적극적으로 홍보할 수 있었다”라며 “앞으로도 후배 연구자들에게 많은 도움 부탁드린다”고 말했다.
현재 KAIST 산업디자인학과 스케치랩(배석형 교수)에서 박사후연구원으로 재직 중인 김용관 박사는 2017년 손 자세 정보를 3D 스케칭에 활용하는 융합적 연구 성과를 인정받아 BK21 사업의 우수 연구 인력으로 부총리 표창을 받았다.
김용관 박사는 작년 8월 산업디자인학과에서 박사학위를 취득했으며, 같은 해 손 움직임 정보를 결합한 쾌속 3D 스케칭 기술로 ACM CHI 국제학술대회에서 최우수논문상을 수상한 바 있다.
2019.07.08
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김제우 교수, 제6회 국제전기차엑스포서 기조연설
〈 ‘제2차 ASEAN 10개국 EV 포럼’에서 기조 연설 중인 김제우 교수 〉
우리나라에서 전기차를 대상으로 하는 제6회 국제전기차엑스포가 5월 8일부터 11일까지 4일간 제주도 제주국제컨벤션센터(ICC JEJU)에서 열린다. 국제전기차 엑스포 행사기간 중에는 다양한 포럼도 함께 개최되는데 이 중에서 전기차 정책과 기술개발 현황 및 사업 성공 사례 공유를 통한 전기차 발전 방향에 관해 아세안(ASEAN) 10개국이 참여하는 ‘제2차 ASEAN 10개국 EV 포럼’이 7일 사전행사로 개최된다.
이번 2차 EV 포럼에서는 우리나라의 현대차와 KAIST에서 기조연설을 하고 필리핀, 태국 및 베트남이 각국의 전기차 정책 및 기술개발 현황과 사업 성공사례를 발표한다.
특히 미국 퀄컴사 부사장 출신으로 현재 KAIST 창업원 초빙교수이자 교원창업 회사인 ㈜와이파워원의 CEO인 김제우 교수는 ‘Wireless Charging for Revolutionizing Pubic Transportations’ 라는 주제의 기조연설을 통해 전기차 분야에서 관심이 높아지고 있는 무선충전 방식을 대중교통 분야에 적용하는 방안을 제시할 계획이다.
이날 김제우 교수가 기조연설을 통해 대중교통 분야인 전기버스 보급 현황과 향후 친환경 전기차 확대 시, 대안으로 제시하는 무선충전 기술은 대용량의 전기에너지를 무선으로 안전하게 전달하는 무선충전 SMFIR(자기공진 형상화 기술) 방식의 원천기술인데 전선에서 발생하는 자기장을 무선으로 집전장치를 통해 전기에너지로 변환시켜 전력을 공급하는 신개념의 전력전송 기술이다.
김제우 교수는 KAIST가 개발한 무선충전 상용화 기술은 현행 유선충전 방식에서 문제로 꼽히는 충전 플러그의 호환성 문제와 충전기 설치 공간문제, 충전 대기 시간 등 향후 전기차가 대량보급될 때 발생하는 안전성·편의성·경제성 문제를 한꺼번에 해결이 가능한 미래 스마트교통 분야의 혁신적인 장점을 갖고 있어 현재 유럽·미국·일본 등에서도 연구개발과 상용화를 추진에 있음을 소개할 계획이다.
김 교수는 특히 무선충전 기술이 자율 및 무인 주행 분야·드론 분야·스마트 도로 분야 등 4차 산업혁명 관련 기술 분야에 적용될 경우, 파급효과가 매우 클 것으로 강조할 예정이다.
김 교수는 이밖에 KAIST 무선충전 기술은 자기장 빔형 성 기술로써 기존 표준구조인 circular와 DD 방식보다 좌우 편차의 충전범위를 확장 시킬 수 있고 circular 및 DD 방식과도 호환이 가능하기 때문에 다품종 전기차와 인프라 공유가 가능하다는 점을 들어 현재 대중교통 수단인 내연기관 노선버스를 친환경 전기버스로의 전환을 추진 중인 우리나라에서 친환경 대중교통 시스템 구축에도 크게 기여할 수 있으며 또 관련 분야에서 국내기술의 국제 경쟁력을 증대시킬 수 있다는 점을 무선충전 기술의 장점으로 역설할 예정이다.
한편 KAIST는 지난 2009년 세계 최초로 무선충전 기술을 개발하는데 성공했으며 2012년과 2013년부터 상용화에 성공한 노선버스 2대와 4대를 각각 KAIST 교내와 구미시에서 운영 중이다. 이밖에 대전광역시도 올해 중 테마형 특화단지(대덕특구)인 Re-New 과학마을 등에 3대를 도입, 운영할 계획이다. 이 기술은 작년 창업한 교원 창업기업인 ㈜와이파워원로 기술이 이전됐다.
2019.05.07
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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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장대준 교수, 형상 조절 가능한 압력탱크 상용화 성공
〈 (주)래티스태크놀로지 박근오 사장, KAIST 유화롱 연구원, 장대준 교수 〉
우리 대학 기계공학과 장대준 교수와 폴 베르간(Pål G. Bergan) 교수(2009년~2015년 재직, 현재는 은퇴) 연구팀이 개발한 자유자재로 형상을 조절할 수 있는 격자형압력탱크 기술이 상용화에 성공해 울산항 청항선의 LNG 연료탱크(15m3, 9기압)에 적용됐다.
격자형압력탱크라 불리는 이 기술은 내부 격자구조를 통해 압력을 견디는 방식으로 기존의 실린더형이나 구형으로만 가능했던 압력용기 기술의 한계를 극복해 압력용기 설계의 새로운 표본을 제시할 것으로 보인다.
연구팀은 2011년에 원천 특허 출원 이후 2012년부터 포스코와 협업을 통해 상용화에 착수해 7개의 국제인증과 4개의 시험탱크를 성공적으로 제작 및 시험해 기술의 적용 가능성을 입증했다.
이 기술은 KAIST 기술창업 기업인 ㈜래티스테크놀로지에 이전돼 상용화가 추진됐고, 지난 25일 청항선의 LNG 연료탱크로 채택됐음을 확정했다.
연구팀의 기술은 친환경 선박의 LNG 및 액체수소(LH2) 연료 저장 탱크에 활용할 수 있다. 대형 선박 1척은 자동차 5천 대 분량의 배기 가스량을 분출한다.
자동차에 대한 강력한 배기가스 규제와 달리 대양을 운항하는 대형 선박은 그동안 배기가스 규제가 없어 저품질의 중질류를 연료로 사용해 황산화물, 질소 산화물, 미세먼지, 이산화탄소 등을 대량으로 배출해 왔다.
이에 UN 산하의 국제해사기구(IMO)는 대형 선박의 배기가스에 대한 규제를 매년 강화하고 있으며 특히 2020년까지 선박 연료의 황 함유량을 0.5%, 2025년까지 이산화탄소 배출량을 50% 감축하는 규제를 발표했다.
이러한 목표 달성을 위해서는 선박 연료가 LNG와 액체수소로 바뀌어야 하는데 이 연료를 저장하는 기술이 가장 큰 기술적 및 경제적 걸림돌이었다. 격자형압력탱크는 이러한 걸림돌을 제거할 이상적인 압력탱크기술로 인정받았고 이번 적용을 통해 상용화에도 성공했다.
기존의 구형 또는 실리콘형 압력 탱크는 풍선과 유사하게 압력 하중을 막응력(Membrane Stress)으로만 견디기 때문에 표면에 작은 결함들이 성장하면서 전체적으로 파괴되거나, 크기가 커지면서 표면 두께가 증가해 용접이 어려워져 대형화에 한계가 있었다.
특히 실린더 주위는 버려지는 공간이 돼 다수의 실린더를 사용할 경우 실질적 저장 공간이 절반 이하로 떨어지게 되는 공간 효율성 문제를 해결하는 데 어려움이 있었다.
연구팀은 격자구조를 내부에 적용해 기존 압력 용기와는 전혀 다른 설계 이론을 개발했다. 내부 압력을 받는 마주보는 두 면을 격자구조로 연결하고 용기 표면은 보강재를 사용해 굽힘 응력(Bending Stress)으로 압력을 견디게 했다. 또한 레고 블록 쌓듯이 규칙적인 격자구조를 반복적으로 사용해 단순하고 일관적인 방법으로 대형화를 가능하게 했다.
이러한 설계 구조는 여러 가지 장점을 갖는다. 구조적 다중성으로 안전도를 크게 높일 수 있고 탱크가 커져도 구조의 두께가 유지되며 최대의 공간 효율성을 보장한다. 그밖에도 격자 구조가 내부 유체의 움직임을 제한해 선박용 LNG 저장 탱크의 가장 큰 숙제인 슬로싱(sloshing, 탱크 내부의 유체의 움직임에 의한 하중) 현상과 피뢰파괴 위험을 획기적으로 낮췄다.
장 교수 연구팀과 ㈜래티스테크놀로지 기술팀은 경량화와 경제성을 중점에 두고 상용화 개발 연구를 수행했다. 내부 격자 구조가 너무 밀집되면 탱크는 가벼워지지만 제작이 어려워지고 경제성이 떨어진다.
반면 다수의 실린더를 단일 격자형 압력용기로 대체한다면 탱크 자체 경제성 뿐 아니라 배관, 전계장 등의 부수적 비용과 운용의 복잡성을 낮출 수 있다. 연구팀은 구조 및 생산 최적화를 통해 다수의 실린더를 단일 탱크로 대체하면서 중량과 비용은 감소시키는 격자형압력탱크를 개발했다.
장 교수는 “압력용기는 물질과 에너지를 저장하는 가장 기본적인 장치로 가정부터 산업까지 다양한 곳에 필요해 원하는 형상의 압력탱크인 격자형압력탱크의 응용 범위는 매우 넓다”며 “LNG 추진 선박용 연료 탱크 뿐 아니라 육상 산업 설비, 철도, 차량 등에 적용 가능할 것이다”고 말했다.
이번 연구는 포스코 산학공동연구 및 중소기업청 시장창출형 창조기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 격자형압력탱크의 내부 구조
그림2. 다양한 크기와 형상의 격자형압력탱크
그림3. 24제곱미터 실린더 탱크와 22제곱미터 격자형압력탱크 비교 사진
그림4. 6개의 실린더와 1개의 격자형압력탱크를 장착한 크루즈선
2018.05.30
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전 세계 무선전력 전문가 KAIST에 모인다
무선충전 전기자동차, 무선충전 철도차량, 무선충전 배터리 등 전력을 무선으로 전달하는 기술이 속속 개발 되고 있는 가운데 전 세계 무선전력 기술의 최신 이슈와 기술동향을 알 수 있는 학술대회가 열린다.
우리 대학은 오는 6월 5일부터 이틀 간 본교 KI빌딩에서 세계 최대 규모의 무선전력 학술대회인 '2015 IEEE WoW'를 개최한다.
국제전기전자공학자협회(IEEE)가 주관하는 무선전력기술 관련 첫 학술대회인 ‘IEEE WoW(IEEE Workshop on Wireless Power)’는 IEEE 소속 6개 학회(PELS, IAS, IES, VTS, MAG, PES)가 공동으로 후원하는 학술대회로 한국에서 처음 열린다.
‘무선전력 기술의 번영과 확산’을 주제로 열리는 이번 대회에는 15개국 200여명의 무선전력 전문가가 참여해 관련 기술의 국제표준과 최신 기술동향을 소개한다.
돈 탄 IEEE 전력전자공학회장, 그랜트 코빅 오클랜드대 교수, 그레고르 옴밧 퀄컴 부사장, 앤드류 다가 모멘텀 다이나믹스 대표, 론 후이 홍콩대 교수, 조정구 그린파워 대표가 기조강연자로 나선다.
포럼에서는 △ 전기자동차 및 전력전자공학의 미래 △ 오클랜드 대학의 자기결합 전력전송기술(IPT) 개발 현황 △ 전기자동차 무선충전의 상호 운용 방법 △ 대용량 무선전력전송기술의 상용화 △ 공장 자동화를 위한 IPT 개발 △ 무선전력전송기술 : 지향성 전력전송기술에서 무지향성 전력전송기술까지 등을 주제로 발표가 진행된다.
특히 KAIST의 무선충전 전기자동차 개발을 총괄했던 조동호 교수는 ‘전기자동차 및 기차의 자기공진형상화기술(SFFIR)개발’을 주제로 한 강연에서 KAIST가 개발한 무선충전 전기버스와 한국철도기술연구원과 함께 개발한 무선충전 기차를 소개한다.
이와 함께 열리는 공개토론회에서는 요이치 호리 동경대 교수와 존 밀러 제이엔제이 밀러(JNJ Miller) 대표가 토론자로 나서 일본과 미국의 무선충전 및 전자파 장애방지 문제에 관해 사례를 중심으로 토론한다.
이번 대회 의장인 임춘택 원자력 및 양자공학과 교수는 “이번 대회는 스마트폰, 가전, 사물인터넷, 웨어러블 등 무선전력기술을 사용하는 산업체 관계자들에게 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.
학술대회 세부 일정 및 프로그램은 대회 공식 홈페이지(www.2015wow.org)에서 확인할 수 있다. 끝.
2015.05.29
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호흡 분석해 질병 진단한다!
- 나노섬유 형상 120ppb급 당뇨병 진단센서 개발 -- 음주 측정하듯 후~ 불면 질병 진단할 수 있어 -
우리 학교 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 인간이 호흡하면서 배출하는 아세톤 가스를 분석해 당뇨병 여부를 파악할 수 있는 날숨진단센서를 개발했다.
연구 결과는 신소재 응용분야 세계적 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’ 5월 20일자 표지논문으로 게재됐다.
인간이 숨을 쉬면서 내뿜는 아세톤, 톨루엔, 일산화질소 및 암모니아와 같은 휘발성 유기화합물 가스는 각각 당뇨병, 폐암, 천식 및 신장병의 생체표식인자(바이오마커)로 알려져 있다.
당뇨병의 경우 일반적으로 정상인은 900ppb(parts per billion), 당뇨환자는 1800ppb의 아세톤 가스를 날숨으로 내뿜는다. 따라서 날숨 속 아세톤 가스의 농도 차이를 정밀하게 분석하면 당뇨병을 조기에 진단할 수 있고 발병 후 관리를 쉽게 할 수 있다.
연구팀은 얇은 껍질이 겹겹이 둘러싸인 다공성 산화주석(SnO2) 센서소재에 백금 나노입자 촉매가 균일하게 도포된 1차원 나노섬유를 대량 제조하는 기술을 개발했다. 이 소재의 표면에 아세톤 가스가 흡착될 때 전기저항 값이 변화하는 120ppb급 아세톤 농도 검출용 센서에 적용해 날숨진단센서를 개발했다. 개발한 나노섬유 센서는 1000ppb급 아세톤 농도에서 소재의 저항 값이 최대 6배 증가해 당뇨병을 진단할 수 있음이 입증됐다.
이와 함께 7.6초의 매우 빠른 아세톤 센서 반응속도를 나타내 실시간 모니터링이 가능해져 상용화에 대한 기대를 높였으며, 전기방사 기술로 제조해 나노섬유형상을 쉽게 빠르게 대량생산할 수 있는 게 큰 장점이다.
연구팀이 개발한 날숨진단센서는 사람의 호흡가스 속에 포함된 다양한 휘발성 유기화합물의 농도를 정밀하게 분석할 수 있다. 따라서 당뇨병은 물론 향후 폐암, 신장병 등의 질병을 조기에 진단하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
김일두 교수는 이번 연구에 대해 “ppb급 농도의 날숨 휘발성 유기화합물 가스를 실시간으로 정밀하게 진단하는 나노섬유 센서를 당뇨병 또는 폐암 진단용 감지소재로 이용하면 다양한 질병을 조기에 검출하고 관리하는 일이 가능해질 것”이라고 말했다.
김 교수는 향후 다양한 촉매와 금속산화물 나노섬유의 조합을 통해 많은 종류의 날숨가스를 동시에 정확하게 진단하는 센서 어레이(array)를 개발해 상용화를 앞당길 계획이다.
미래창조과학부 글로벌프린티어사업 스마트 IT 융합시스템 연구단의 지원을 받은 이번 연구는 KAIST 신소재공학과 신정우 학부생(2월 졸업), 최선진 박사과정 학생, 박종욱 교수, 고려대학교 신소재공학과 이종흔 교수가 참여했다.
그림1. 날숨진단센서 어레이(우측)와 날숨진단센서 크기 비교(좌측 상단)
그림2. 나노섬유 센서들이 어레이로 구성된 당뇨진단 센서 이미지
그림3. 날숨 가스들을 분석하는 질병진단 분석기의 소형화 및 실시간 분석
그림4. 주석산화물 나노섬유를 이용한 당뇨진단 센서 이미지
2013.05.30
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기계공학과 김영식 박사 후 연구원, 제 3회 삼성전기 Inside Edge 논문 대상 금상 수상
기계공학과 김영식 박사 후 연구원(지도교수: 김승우 교수)이 제 3회 Inside Edge 삼성전기 논문대상에서 금상을 수상하였습니다.
김영식 박사는 “3D tomographical measurements of thin films for high-speed visual inspection” 논문으로 생산기술분야에서 박막두께 및 형상측정의 우수성을 인정 받아 이 상을 수상하였습니다.
삼성전기의 ‘Inside Edge 논문대상’은 젊은 인재들의 자유로운 발상과 잠재된 기술력을 발현시키기 위해, 삼성전기가 운영하는 새로운 개념의 학술논문 대상입니다.
시상식은 10월 31일(수요일) 오후 2시부터 삼성전기 본사 건물에서 있었습니다.
2007.11.07
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김승우 교수 - 정진기언론문화상 장려상 수상
과학기술연구부문 장려상 수상, 대상에는 서울대 황우석 교수 등이 수상
기계공학과 김승우 교수가 제22회 정진기 언론문화상 과학기술연구부문 장려상을 수상하였다. 김승우 교수는 반도체, 통신부품, LCD 디스플레이를 포함한 마이크로 일렉트로닉스 부품의 설계와 생산에 필요한 미세형상 3차원 측정기술을 개발한 공로를 인정받았다.
김승우 교수는 지난 십 수년간 반도체, 통신부품, LCD 디스플레이를 포함한 마이크로 일렉트로닉스 부품의 설계 및 생산에 필수적으로 요구되는 미세형상 삼차원 측정기술에 매진하여 새로운 우수한 측정기술을 개발함으로써 국내외적으로 뛰어난 연구성과를 보였다. 이와 더불어 개발된 핵심기술을 국내산업에 보급하기 위해 산학협동을 통해 관련 측정기술들을 상용화 함으로써 국내 측정기 산업 및 마이크로 일렉트로닉스 산업의 국제 경쟁력 제고에 큰 역할을 하였다.
또한 최근에는 국내에서 독자적으로 개발한 관련 기술을 세계적인 측정기기 회사인 ZYGO(주)에 기술이전계약을 함으로써 국내기술의 우수성을 입증하였을 뿐만 아니라 향후 국내기술 수출의 전기를 마련하였다. 그리고 향후 국내 정밀측정산업을 이끌어갈 우수한 석박사 인력을 양성함에 많은 공헌을 포함하여 관련 공학분야에서의 업적이 지대하다.
공적 내용
마이크로 일렉트로닉스 부품의 미세형상 삼차원 측정기술 개발 및 상용화
백색광주사간섭계 및 모아레의 새로운 미세 삼차원측정 원리를 이용하여 반도체, 통신부품, LCD 디스플레이를 포함한 마이크로 일렉트로닉스 부품의 미세형상 삼차원 측정기술을 1992년 이래 국내외적으로 선도적으로 연구하였으며, 국내외 저널에 24편의 논문을 발표하였고 11건의 국내외 특허를 출원하였음.
상기의 기반기술을 바탕으로 산학협동을 통하여 국내 최초의 측정 정밀도 0.1 nm의 광학식 미세형상 측정기(1997년), 세계 최초의 이중파장 모아레를 이용한 광학식 삼차원 형상 측정기(1998년), 납형상 삼차원 측정기(2001년), 반도체 최종 외관 검사기(2003년) 등을 국내기업을 통하여 상용화하여 국내 측정산업 및 마이크로 일렉트로닉스 산업의 기반 조성에 기여하였음.
국내에서 독자적으로 개발하고 출원한 백색광주사간섭계를 이용한 박막측정기술 관련 특허(US6,545,763B1)를 세계적인 전자측정기기 회사인 미국의 ZYGO㈜사에 기술이전 계약을 성사시킴으로써 국내기술의 우수성을 세계적으로 과시하였으며 본격적인 국내기술 수출의 전기를 마련하였음.
2004.07.21
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