원자력연, ‘내부식물질 적층용 3D 프린팅 기술’ 더센텍㈜에 이전 내구성이 우수하고 저렴한 ‘수소연료전지 금속분리판’ 상용화 기대 수소연료전지자동차는 수소를 전기에너지로 변환해 움직인다. 탄소를 배출하지 않아 차세대 친환경차로 꼽히지만, 가격이 비싸 대중화에 어려움을 겪고 있다. 특히 전기차 원가의 40%를 차지하는 연료전지(Stack) 가격을 낮추는 것이 관건이다. 국내 연구진이 ‘연료전지 분리판’의 원가를 획기적으로 낮출 수 있는 3D 프린팅 기술을 개발, 기술 이전에 성공했다. 한국원자력연구원은 ‘내부식물질 적층용 3D 프린팅 기술’을 더센텍에 이전하는 기술실시계약을 체결했다고 밝혔다. 더센텍은 2021년 11월에 설립된 연구원 창업 기업으로, 3D 프린팅 기술을 기반으로 극한환경산업용 소재를 개발하고 있다. 이전받은 기술을 이용해 수소차 외 국방‧우주산업 분야까지 활용 범위를 넓힐 계획이다. 기존 연료전지 분리판은 백금 등 희귀 금속류를 사용해 값이 비쌌다. 연료전지는 수소와 산소 간의 화학반응이 일어나, 전기와 물이 만들어지는 공간이다. 따라서 연료전지를 둘러싼 분리판은 부식에 강한 소재여야 한다. 금은 화학적으로 매우 안정돼 다른 물질과의 반응이
포항공과대학, 할로겐 음이온 혼합해 P형 트랜지스터 개발 “문턱전압 0V 달성…성능 높으면서도 이력현상 없어” 생활을 윤택하게 해주는 3대 가전 중 하나인 로봇청소기는 편리하기는 하지만 방 문턱이 큰 장애물 중 하나다. 신나게 돌아가다가도 그다지 높지 않은 문턱에도 걸리기 때문이다. 전류가 흐르는 트랜지스터에도 이와 비슷한 문턱전압이 존재한다. 전압이 문턱전압을 넘기만 하면 트랜지스터의 출력단 저항이 급격히 낮아지며 전류가 쉽게 흘러, 문턱전압을 낮추면 트랜지스터의 성능을 높일 수 있게 된다. 포항공과대학(포스텍) 화학공학과 노용영 교수와 박사과정 휘휘주(Huihui Zhu)·아오리우(Ao Liu) 씨 연구팀은 삼성디스플레이와 함께 문턱전압이 0볼트(V)인 페로브스카이트 P형 반도체 트랜지스터를 개발했다. 전기 전도성이 뛰어난 할로겐화물 페로브스카이트는 트랜지스터의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 소재로 주목을 받아왔다. 그러나 이 소재는 이온 이동으로 인해 결함이 생길 뿐만 아니라, 결함을 낮출 수 있는 ‘유기스페이서’라는 유기물의 크기도 제한적이어서 발전이 더뎠다. 연구팀은 트랜지스터의 안정성을 높이기 위해 할로겐 음이온(요오드-브로민-염소)을 혼합함으로
CCTV 사각지대에서 발생한 소리를 AI 통해 범죄 및 위급상황 감시 가능 한국광기술원은 공간광정보연구센터 김선만 박사팀이 CCTV 사각지대에서 발생한 소리를 인공지능(AI)을 통해 범죄 및 위급상황 감시가 가능한 ‘실시간 소리 객체 인식 기반 상황인지 솔루션’을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 기존의 특정 이벤트에 국한된 2~10여 개의 소리만을 인지하는 기술 수준을 벗어나, 복합적으로 섞여있는 모든 종류의 소리를 감지하는 것을 목표로 개발됐다. 비명, 신음, 화재경보, 발자국, 맹견, 문소리, 아이 울음, 성인 여자 울음, 기침, 한국어, 영어, 중국어 등 모두 76개의 소리를 인식한다. 소리신호 3초 내 복합적으로 포함된 소리 객체들을 91% 수준까지 정확하게 분류할 수 있다. 실제 환경에서 복합적으로 존재하는 소리 객체를 개별적으로 인식하고, 시간에 따른 소리 분포 정보를 기반으로 현장 상황에 대한 분석이 가능해 물리보안 관제 시스템에서 단독으로 혹은 영상정보와 함께 활용할 수 있는 장점이 있다. 연구팀은 소리를 기반으로 한 상황인지 기술이 사회 안전망 강화를 위한 보안 분야에 확대 적용될 수 있는 가능성을 열었다는 데 의의가 있다고 강조했다. 국내에는
성능 예측 시간이 약 2시간(1가구) → 약 27초(10,000가구)로 단축 건물은 일상에서 가장 많은 온실가스를 배출하는 부분이자 전 세계 에너지 소비의 약 1/3을 차지한다. 즉 건물과 기후위기는 떼어내 생각하기 어려운 관계다. 건물은 하루아침에 새로 짓거나 단시간 내에 개보수하기 어려우며, 한 번 지어지면 정해진 배출 강도를 꾸준히 유지하기 때문에 타 영역보다도 빠른 전환과 성능개선이 필요하다. 한국에너지기술연구원 에너지ICT융합연구단 김종훈 박사 연구진이 현장 방문 없이 AI를 활용해 건물의 에너지 성능을 측정할 수 있는 모델을 개발했다. 2050 탄소중립 정책기조에 따라 기존 건축물의 에너지 효율개선 연구가 활발한 가운데, 효과적인 에너지 효율개선을 위해 건물의 현 에너지 성능 수준을 파악하는 에너지 진단과 모델링이 요구되고 있다. 일반적으로 건물의 현재 에너지 성능을 파악하기 위해 외벽의 열관류율*과 기밀도 등을 현장에서 측정하고 있다. 하지만 대규모 사업일 경우 모든 대상 건물의 성능을 실측하기 어렵고 여건 또한 마땅치 않아 건물의 기본 정보를 확인하는 방법으로 성능을 평가하고 있지만, 시뮬레이션에 필요한 건물의 정보들을 확인하기 위해서 현장 방
이산화탄소 배출 없이 암모니아 합성…'앙게반테 케미' 게재 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이재성 교수 연구팀이 햇빛과 폐수를 이용해 이산화탄소 배출 없이 암모니아를 생산하는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. UNIST에 따르면 연구팀은 햇빛을 이용해 폐수 속 질산염에서 암모니아를 얻는 광촉매 기술 개발에 성공했다. 광촉매가 햇빛을 받아 만든 광전자로 질산염을 환원시켜 암모니아가 합성되는 방식이다. 비료 등의 원료로 알려진 암모니아는 최근 수소 운반저장체로 급부상하고 있다. 수소를 암모니아로 바꾸면 수소를 액화하는 것보다 약 1.7배 많이 저장할 수 있고, 기존 암모니아 액화 설비와 운송 수단을 그대로 쓸 수 있어 경제적이기 때문이다. 그러나 암모니아 생산 시 발생하는 다량의 이산화탄소는 전 세계 배출량의 약 1.8%를 차지할 만큼 많다. 대안으로 질소를 물에 녹여 전기분해 방법으로 그린 암모니아를 생산하는 기술이 주목받고 있지만, 질소가 물에 잘 녹지 않는 데다 여전히 화석연료로 생산한 전기를 써야만 한다. 이에 연구팀은 물에 잘 녹는 질산염의 특성을 활용했다. 또 전기 대신 자체 개발한 광촉매를 사용했다. 연구팀은 실험에서 광촉매를 활용해 아
식물 뿌리가 돌을 뚫고 자라는 원리 착안, 수중 탐사 및 건축 등에 활용 기대 소프트 액추에이터는 유연하고 신축성 있는 재료로 만든 구동 장치로, 소프트 로봇의 움직임을 담당한다. 특히 하이드로젤은 뛰어난 생체 적합성 및 자극 응답성을 갖춰 미래형 로봇을 위한 소프트 액추에이터의 재료로 주목받고 있다. 하지만 기존 소프트젤 액추에이터들은 근본적으로 느리고 약하다는 한계가 있어, 인공 근육이나 생체 모방형 로봇 등의 미래 산업 분야에 활용하기 힘든 단점이 있었다. 서울대학교 공과대학은 선정윤 재료공학부 교수와 김호영 기계공학부 교수 연구팀(제1저자 : 나현욱, 강용우, 박창서, 정소현 연구원)이 벽돌도 깰 만큼 큰 힘을 짧은 시간에 내는 소프트젤 액추에이터를 개발했다고 15일 밝혔다. 이번에 개발된 소프트젤 액추에이터는 질긴 세포벽 안에 말랑말랑한 물질이 든 식물의 세포 구조에서 착안해 기존의 젤보다 훨씬 큰 힘을 빠르게 낼 수 있는 점이 특징이다. 선정윤-김호영 교수 연구팀이 개발한 소프트젤 액추에이터는 단순한 구조와 함께 외부 동력원 없이도 매우 큰 힘을 낼 수 있다. 식물 세포는 세포 안으로 물이 빨려 들며 올라가는, 내부 압력을 질긴 세포벽이 견딜 수
나노종합기술원 "인체에 무해…의료·가전제품 코팅 가능" 인체에 무해하면서도 의료제품이나 생활용품 등 표면에 세균이 달라붙는 것을 방지할 수 있는 고분자 박막이 개발됐다. 14일 나노종합기술원에 따르면 기술원 이경균 박사와 한국과학기술원(KAIST) 임성갑 교수 연구팀이 오염물질 흡착 방지 성능을 지닌 나노스케일의 고분자 박막 제조기술을 개발하는 데 성공했다. 유해 세균 흡착 방지를 위해 지금까지는 대부분 주석·수은·구리 등 중금속이 활용돼 왔다. 이에 따라 인체에 무해한 고분자 소재에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 실제 제품에 적용하기는 어려웠다. 연구팀은 반도체 공정과 클린룸 환경 기반의 화학 기상 증착 코팅법을 활용해 단백질이나 박테리아 등이 표면에 달라붙지 않는 인체 친화적 고분자 박막을 합성하는 데 성공했다. 이렇게 합성한 고분자 박막은 대상 제품의 종류나 표면 구조에 제한 없이 적용할 수 있고, 안정성과 기계적 내구성도 우수한 것으로 확인됐다. 연구팀은 고분자 박막을 콘택트렌즈나 임플란트 소재 같은 인체 삽입 의료제품과 각종 가전제품의 오염방지 코팅에 활용할 수 있을 것으로 전망했다. 이 같은 성과는 국제 학술지 '첨단 기능성 소재'(Adva
우리 사회 인프라는 앞으로 20년 사이에 급속히 노후화가 진행될 것으로 예측되고 있으며, 그 대책으로 예방보전형 메인티넌스 전환에 의한 지속성 확보와 유지 관리·갱신비 감축이 급선무로 되어 있다. 이에 따라 인프라 관리자에게는 프론트엔드가 되는 현장 점검 작업의 성력화뿐만 아니라, 손상 이력의 확인, 점검 조서의 작성, 점검 데이터의 장기 보존 등 백엔드 작업의 효율화·고도화를 도모하는 것도 강하게 요구되고 있다. 필자 등은 일본 내각부의 전략적 이노베이션 창조 프로그램 ‘인프라 유지 관리·갱신·매니지먼트 기술’에서, ‘이륜형 멀티콥터를 이용한 지오태그(geotag)가 붙은 근접 화상을 취득할 수 있는 교량 점검 지원 로봇 시스템의 연구 개발’(이하, ‘동 프로젝트’)에 공동 연구자로 참여해 교량을 대상으로 3차원 모델 상에 점검 정보를 직접 기록·보존할 수 있는 백앤드 작업용 소프트웨어의 시제작 개발을 해왔다. 이 글에서는 그 성과를 중심으로 소개한다. 점검 정보의 3차원 관리에 필요한 기술 지금까지 인프라 구조물 점검 성과는 그림 1 (a)와 같이 도면 위에 손상 부위가 스케치된 손상도, 손상부의 근접 사진과 그 종류·정도를 기재한 표, 부재 번호도 등으
인프라 구조물에 설치한 각종 센서의 계측 데이터로부터 구조물의 상태를 추정하는 분석 기술은 사회 인프라 모니터링에서 중요한 역할을 한다. 기존에는 대상 구조물의 물리적인 특성을 고려한 모델을 바탕으로 계측 데이터를 분석하는 경우가 많았다. 최근 센싱 기술과 더불어 정보통신 기술의 발달에 따라 대규모 계측 데이터의 수집 분석이 가능해졌다. 대규모의 계측 데이터와 새로운 분석 기술을 이용한 데이터 구동형 모니터링은 인프라 구조물 분석의 새로운 선택지로 이용할 수 있다. 이 글에서는 교량에 설치된 각종 센서의 계측 데이터로부터 교량에 대한 부하 요인이 되는 통과 차량의 제원을 추정하는 데이터 구동형 분석 기술을 소개한다. 차량 모니터링 시스템의 개요 이 글에서 소개하는 통과 차량 모니터링 시스템은 차량이 통과한 시각을 센서 데이터로부터 검지한다. 또한, 차선·속도·축수·축거리와 같은 통과 차량의 제원을 추정한다. 이러한 추정값은 활하중 계측에서 통과 차량의 중량 추정에 이용된다. 또한, 교통 상황의 모니터링 등에도 이용할 수 있다. 기존 이러한 정보들은 다리의 상판 두 군데에 변형 센서를 설치해 두고, 차량이 통과할 때에 나타나는 피크의 시간차를 이용해서 주로 얻
현재 자동차를 비롯해 많은 제조 현장에서 로봇이 활약하고 있으며, 인력절감화나 효율화, 제조 제품의 품질 향상 등 여러 가지 효과를 발휘하고 있다. 그러나 로봇이 적용되고 있는 용도를 살펴보면, 아크 용접이나 스폿 용접과 같은 용접 용도, 제품을 들어 운반하는 반송 용도, 나사를 조이거나 하는 조립 용도, 도장 용도 등이 대부분을 차지하고 있으며, 절삭이나 연마에 사용되는 가공 용도에는 로봇 출하 대수의 몇 퍼센트 정도밖에 적용되지 않고 있다. 가공 용도의 로봇 활용에서 가장 많은 사례가 버 제거이다. 비교적 소형의 로봇 암 끝에, 소형 스핀들 모터 및 연삭숫돌 툴이나 초강철 바 등을 장착해, 금속가공품의 가공 단면 버 등을 제거하는 작업이다. 그러나 최근 로봇의 반복 정도(교시된 동작을 반복했을 때, 각 교시 포인트의 정도 오차) 및 절대 정도(지정된 공간 좌표상의 위치에 동작할 때의 정도) 등의 향상과 여러 가지 소프트웨어 개발에 의해, 절삭가공이나 연마가공 그리고 연삭가공에 적용한 로봇 가공 시스템의 도입이 확대되고 있다. 로봇에 의한 절삭가공 시스템에 대해서는 NC 공작기계의 대체로부터, 최근에는 가공 제품의 편차를 계측해 제품 형상에 맞춰 가공하는
세기의 전환 이후, 산업자동화는 이더넷 기반 네트워킹과 관련해 IP 스택의 채택이 지속적으로 증가하고 있다. 새로운 비전은 클라우드에서 현장 계측기기에 이르기까지 단일 네트워크로의 패러다임 전환을 통해 대폭의 비용절감 효과 및 많은 라이프사이클의 이점을 얻을 수 있다. 산업용 이더넷은 MES, 또는 대부분의 컨트롤러와 사용자 인터페이스, 그리고 수많은 현장의 애플리케이션에 적합하게 IT(정보기술)와 OT(운용기술/산업 장비, 자산, 프로세스 및 이벤트를 직접 모니터링 혹은 제어함으로써 변화를 감지하거나 유발하는 하드웨어와 소프트웨어를 의미하는 용어)를 연결할 수가 있다. 그리고 여기서 말하는 IT와 OT의 용어 차이를 좀 더 디테일 하게 설명하면, IT 시스템에는 다양한 범용 애플리케이션과 네트워크 프로토콜(TCP/IP)이 사용되지만, OT 시스템에는 전용 애플리케이션과 OT 전용의 독립 프로토콜이 사용되는 경우가 많다. 고로 여기서 OT가 문제가 되는데, 이는 전통적인 OT 시스템이 지닌 폐쇄성 때문이다. 또 현재 필드에지(Edge/Sensor & Actuator)에서부터 이더넷의 활용이 제한을 받고 있을 뿐 아니라 이더넷의 채택을 완벽하게 방해 받
한국전기연구원, 배터리 성능 저하 주범 ‘리튬 폴리설파이드’ 문제를 활성탄과 인으로 해결 경량성 및 플렉시블 성능 강화로 차세대 항공 모빌리티 활용 기대, 국제 학술지 ‘스몰’ 논문 게재 리튬황배터리(Lithium-sulfur Battery)는 니켈이나 코발트같이 비싼 희토류를 양극재로 사용하는 기존 리튬이온배터리와 달리, 자원이 풍부한 황(S)을 양극재로 사용하여 전지의 제조단가를 크게 낮출 수 있다. 또한 리튬황배터리는 이론적으로 리튬이온배터리보다 에너지 밀도가 무려 5배나 높아 차세대 배터리 대표주자로 손꼽히고 있다. 하지만 리튬황배터리에도 넘어야 할 과제가 있다. 충·방전 과정에서 리튬과 황이 만날 경우 황화리튬, 일명 ‘리튬 폴리설파이드(Lithium Polysulfides)’가 되는데, 중간 생성물인 이 리튬폴리설파이드는 전해액에 대한 높은 용해도로 인해 ‘용출 현상(polysulfide shuttle)’이 나타나 충·방전이 거듭될수록 양극 활물질이 손실되는 문제가 있다. 황이 지속적으로 전해질에 녹아, 결국에는 황의 양이 감소하는 것이다. 이는 수명과 안전성 저하와 직결되어 리튬황배터리의 상용화를 막는 가장 큰 난제 중 하나였다. 한국전기연구원(
적은 수의 필터로 고해상도 실현... 웨이퍼 증착 공정을 통한 필터 배열 대량 생산으로 비용 절감 국내 연구진이 피부 상태 자가 진단, 실시간 물질 탐지 등에 사용될 수 있는 분광기의 해상도를 높이고 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 지스트(광주과학기술원) 전기전자컴퓨터공학부 이흥노 교수 연구팀은 기존 필터 배열 방식 분광기의 저해상도 문제점을 수학적 계산 기술로 보완하여 가시광선/초근적외선 범위의 넓은 파장 범위에서 동작하는 고해상도 소형 분광기를 개발했다. 분광기는 파장에 따른 빛의 세기를 측정하는 기구로, 물질을 통과하거나 반사된 빛의 특성을 분석할 수 있어 다양한 연구 및 산업 분야에 활용된다. 하지만 높은 가격과 부피가 크다는 단점 때문에 실생활에 이용하는데 한계가 있다. 연구팀은 특정 파장 범위의 빛만 투과하도록 제작되는 밴드패스 형태의 광학 필터와 달리, 하나의 광학 필터가 여러 파장 영역의 빛을 감지하도록 설계/제작했다. 이러한 필터 36개를 배열 형태로 만들었으며, 이 배열을 CMOS 이미지센서 위에 부착하여 500~850nm 파장 대역의 빛의 세기를 측정하는데 성공했다. CMOS 이미지센서를 통해 측정된 36개의 빛의 세기를 수학적 최
간단한 탐침 구조로 측정 면적 및 속도 향상 기여 하나의 뾰족한 바늘인 탐침을 이용하여 3차원 이미지를 얻을 수 있는 주사 탐침 현미경(SPM). 여기에 100여개 탐침을 도입하여 그 성능이 더 좋아진 현미경을 국내 연구진이 개발하였다. 한국연구재단은 연세대학교 심우영 교수 연구팀이 캔틸레버 없는 간단한 탐침구조를 이용한 다중 탐침 주사 탐침 현미경을 개발했다고 밝혔다. 주사 탐침 현미경은 뾰족한 탐침을 이용해 시료를 훑으며 표면의 미세한 3D 형상을 측정하는 장비인데, 이는 단일 원자 수준의 높은 분해능을 장점으로 현재 나노과학의 핵심 측정 기술로 활용되고 있다. 하지만, 기존 주사 탐침 현미경은 하나의 탐침으로 전체 표면을 측정하는 특성상 측정 면적과 속도가 제한적인 단점이 있어, 국소 면적을 측정하는 단순 연구용으로는 활발히 사용되어 왔으나 산업적으로 활용되기에는 제약이 있었다. 측정 면적을 넓히기 위해서는 탐침의 개수 또한 늘려야 하지만, 기존의 캔틸레버 기반 탐침은 구조가 복잡하여 여러 개의 탐침으로 제작하기가 어려웠다. 이에, 연구팀은 캔틸레버가 없는 간단한 구조의 다중 탐침 어레이(Cantilever-free tip array)와 이를 표면 측정
DGIST 이용민 교수 연구팀, 세라믹/바인더 가교 일체화 구조 설계를 통한 160℃에서도 견디는 분리막 기술 구현 DGIST는 에너지공학과 이용민 교수, 한밭대 유명현 교수 공동 연구팀이 리튬이온전지용 고내열성 세라믹/바인더 가교 분리막 기술을 개발했다고 밝혔다. 리튬이온전지용 세라믹 코팅 분리막은 전지의 내부 단락을 방지하고, 이온의 이동을 도와주는 역할을 하고 있다. 그러나, 두꺼운 세라믹 코팅층은 전지의 에너지밀도를 하락시킬 뿐만 아니라 내부 저항으로 인한 전지 성능 저하로 이어질 수 있다. 또한, 분리막은 전지의 높은 에너지밀도를 위해 박막/경량화가 필수적이나. 세라믹 코팅층의 두께 및 무게를 낮출 경우 분리막에 요구되는 내열성을 확보하지 못하여 전지의 안전성에 큰 악영향을 주어 기술적으로 매우 어렵다. 이를 해결하기 위해 내열성이 우수한 신소재를 도입하거나 코팅층 내부에 화학적 반응을 통해 분리막의 내열성을 높이는 연구가 진행되었으나, 높은 원재료 비용과 복잡한 공정으로 인한 대량/대면적 생산이 어려워 상용화가 불가능하다는 문제가 여전히 존재한다. DGIST 이용민, 한밭대 유명현 공동 연구팀은 세라믹 표면에 폴리도파민을 코팅하여 이를 세라믹 코팅
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