탄성 표면파(surface acoustic wave: SAW)는 1885년에 Load Rayleigh에 의해 발견된, 탄성체 표면에 에너지를 집중하여 전파하는 파동이다. White 등과 야마노우치(山之内) 등에 의해 탄성체로 압전 결정을 이용하면 전기적으로 SAW를 송수신할 수 있다는 것이 보고되었다. SAW의 주파수는 발 모양 전극(interdigital transducer: IDT)의 구조에 의해 결정된다(그림 1 참조). 이후 SAW 디바이스의 연구·개발이 활발해져 현재는 스마트폰 등 이동체 통신기기의 듀플렉서(duplexer)나 필터로서 필수적인 디바이스가 되었다. 또한 SAW 디바이스는 필터 등 통신 용도 이외에도 센서, 양자역학 분야, 비선형 음향 분야에도 응용되고 있다. 이 글에서는 비선형 음향 분야에 대한 응용을 소개하기로 한다. Load Rayleigh에 의해 발견된 SAW는 전파 방향의 변위(종파 성분, L 성분)와 전파면과 전파 방향에 수직인 변위(횡파 성분, shear vertical(SV) 성분)가 결합하여 전파하는 파동이다. 이 2가지 입자 변위의 결합에 의해 표면의 질점은 후방 타원 회전 운동하고 있다. SAW 전파면에 액체를 올리
초음파 진동하는 면을 위쪽으로 설치하고, 진동면 위에 1엔짜리 동전을 올려놓으면, 약간의 갭을 유지하면서 부양하는 것은 잘 알려져 있다. 비접촉 이송, 비접촉 가이드 등에 대한 응용이 제안되고 있다. 이들에 공통되는 점은 진동면과 물체 사이에 척력이 발생하여, 물체에 작용하는 중력을 보상함으로써 비접촉 부양을 가능하게 하는 점이다. 진동면은 예를 들어 매초 3만회 진동하고 있는(교류 성분) 한편, 일정한 액추에이션력(직류 성분)이 존재한다. 이 글에서는 초음파 진동에 기인하는 액추에이션력의 응용에 대해서 소개한다. 비접촉 지지 해석에 의해 앞에서 언급한 척력이 마이너스가 될 수 있다. 즉 흡인력을 발생할 수 있다는 것이 보고되어 있다. 또한 테라다(寺田) 등은 판 모양 물체를 진동면 아래쪽에 비접촉 지지할 수 있다는 것을 보고하였으며, 이때 진동면 직경은 6mm, 판 모양 물체는 6mm의 원판이었다. 이 현상은 초음파 지지라고 불리며, 그림 1에 나타낸 바와 같이 판 모양 대상물에 대해 수직 방향과 수평 방향의 액추에이션(actuation)력이 작용한다. 물체와 진동면의 수평 방향에 어긋남이 있어도 진동면의 중심 방향으로 끌어당기는 힘이 작용하는 현상을 볼
이번 글은 자동화 공장에서 동시 연결을 통해 지원되는 ‘고가용성 프로세스 안전애플리케이션’에 대한 소개로 2회를 연재한다. 대부분의 프로세스 제어 및 많은 제조 애플리케이션에서는 제어 시스템의 고장으로 인해 예기치 않은 시스템 정지가 발생할 경우, 제품 손실에 따른 재정적 손해가 발생할 수 있으며 시스템 재가동에도 상당한 시간이 소요될 수 있다. 따라서 이러한 애플리케이션에서는 결함 허용 제어 시스템을 설계할 수 있는 능력이 매우 중요하다. 이는 특히 안전이 중요한 사고 발생 시, 일반적인 제조 장비에서 사용하는 즉각적인 장비 정지가 아니라 안전 상태로의 고도로 제어된 전환이 요구되는 경우 더욱 중요하다. 이러한 애플리케이션은 예기치 않은 고장이 발생하더라도 제어 시스템이 “높은 가용성”을 유지하는 것에 의존한다. 제품은 고장을 최소화하도록 설계될 수는 있지만, 완전히 제거할 수는 없다. 시스템은 단일 고장으로 인해 제어 시스템 전체가 작동 불능 상태가 되는 가능성을 제거하기 위해 이중화를 적용할 수 있다. 두 방법 모두 도움이 되지만 여전히 한계가 존재한다. ODVA는 2023년 봄 CIP(CIP Family of Specifications) 규격 개정판에
KAIST와 서울대학교 공동연구진이 배터리와 수소연료전지의 성능을 높일 수 있는 새로운 촉매 설계 기술을 개발했다. KAIST는 화학과 황승준 교수팀이 서울대학교 화학생물공학부 류재윤 교수팀과 공동연구를 통해 배터리와 연료전지 내부에서 전기를 만드는 핵심 반응의 효율을 높일 수 있는 촉매 설계 전략을 제시했다고 1일 밝혔다. 촉매는 화학 반응이 더 빠르고 효율적으로 일어나도록 돕는 물질이다. 배터리나 연료전지에서는 전기를 만드는 반응을 원활하게 하는 역할을 한다. 일반적으로 촉매는 중심 금속과 그 주변을 둘러싼 분자 구조로 구성된다. 기존 연구에서는 촉매 성능을 높이기 위해 금속 종류를 철(Fe)에서 코발트(Co), 니켈(Ni) 등으로 바꾸거나, 금속 주변의 분자 구조인 리간드를 새롭게 설계하는 방식이 주로 사용됐다. 촉매 자체의 재료나 구조를 바꿔 반응 성능을 높이는 방식이다. 이번 연구는 촉매 구조를 크게 바꾸지 않고, 촉매 주변의 전기적 환경을 조절해 성능을 높였다는 점에서 차별성이 있다. 연구팀은 촉매 주변에 양이온을 배치해 작은 전기장을 만들면 전기를 생산하는 핵심 반응이 더 안정적으로 일어나도록 유도할 수 있음을 확인했다. 그 결과 원하는 촉매 반
중공업 설비나 복잡한 자동화 시스템이 운영되는 산업 현장에서 가장 중요한 요구사항은 견고한 안전 프로그램이다. 현대 자동화는 생산성과 효율성 측면에서 큰 이점을 제공하지만, 동시에 작업자, 유지보수 인력, 그리고 자동화 장비 주변에서 일하는 모든 사람에게 잠재적인 위험 요소를 초래하기도 한다. 산업 자동화에서 효과적인 기계 안전을 확보하기 위해서는 산업 표준 준수, 포괄적인 리스크 평가, 그리고 공학적 보호 조치의 구현을 결합한 체계적인 접근이 필요하다. 이러한 보호 조치는 위험을 최소화하면서도 운영 효율성을 유지할 수 있도록 기계 설계와 제어 시스템에 통합되어야 한다. 이 글에서는 산업 자동화에서의 기계 안전 모범 사례를 살펴보고, 리스크 평가, 기능 안전 표준, 그리고 안전 및 성능 수준 목표가 신뢰할 수 있는 안전 기능 설계를 어떻게 이끄는지를 설명한다. 또한 다양한 안전 장비와 표준 기반 구현 방식이 시스템 성능을 유지하면서 인력을 보호하는 데 어떻게 기여하는지도 함께 다룬다. 기계 안전 구현 단계 자동화 환경에서 안전을 구현하기 위해서는 체계적인 기능 안전 라이프사이클에서 시작해야 한다. 이 과정에는 위험 요소 식별, 리스크 평가, 공학적 보호 조치
개요 전원공급장치 설계에서 열 관리는 신뢰성과 효율, 수명을 보장하기 위해 필수적이다. 전력 밀도가 증가함에 따라 과열과 부품 고장을 방지하기 위해 효과적인 냉각이 중요해지고 있다. 이 글에서는 자연 대류, 강제 공기 냉각, 전도 냉각, 액체 냉각의 네 가지 주요 냉각 방식을 살펴보고, 이와 함께 설계 모범 사례, 일반적인 설계상의 문제점, 그리고 시뮬레이션 도구를 소개한다. 또한 다양한 애플리케이션에서 열 조절을 지원하는 아나로그디바이스(Analog Devices)의 컨트롤러도 소개한다. 열 관리 계획이 부실할 경우 시스템의 성능 저하와 수명 단축, 심지어 고장으로 이어질 수도 있다. 설계 초기 단계부터 열 관리 전략을 통합함으로써 엔지니어는 보다 견고하고 효율적인 전력 시스템을 구축할 수 있다. 머리말 열은 전자 시스템의 신뢰성에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나이다. 현대 전자기기의 핵심 구성 요소인 전원공급장치에서 열 스트레스는 성능과 시스템 무결성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이러한 회로는 소비가전 기기에서부터 항공우주 시스템에 이르는 다양한 애플리케이션에서 안정적인 전압을 제공하기 위해 전기 에너지를 변환한다. 더 작고 성능이 뛰어난 설계에 대
CSA(Connectivity Standards Alliance)의 Aliro 1.0 정식 출시는 안전하고 상호운용 가능한 액세스 제어를 위한 새로운 업계 표준이 기존 독점 솔루션의 편리한 대안으로 자리잡을 준비가 되었음을 보여준다. 업계는 모바일 디바이스가 범용 디지털 키 역할을 하여 사람들이 집, 직장, 공공장소를 자유롭게 오갈 수 있는 진정한 연결된 세상을 오랫동안 그려왔다. 유효한 자격 증명을 갖춘 범용 모바일 지갑이 있다면, 사용자는 자유롭게 결제하고 개방형 루프 교통 시스템을 이용하며 주거, 상업, 숙박 시설의 출입문을 자유롭게 열 수 있다. 이러한 범용 모바일 지갑의 비전을 실현하려면 액세스 제어에 대한 통합 표준이 필요하다. 이는 사용자 교체가 빈번하고 에코시스템 통합이 복잡한 환경에서 요구되는 상호 운용성과 보안 요건을 보장하기 위한 것이다. 2026년 2월 출시된 Aliro 1.0은 고객에게 상호운용 가능한 액세스 제어 경험을 약속하고 완전 표준화된 솔루션을 제공할 준비를 마친 디바이스 제조사들에게 중요한 이정표가 될 것이다. Matter와 Zigbee를 만든 전문가들이 선보이는 새로운 산업 표준 잘 알려진 IoT 표준인 Matter와 Zi
KAIST 연구진이 빛이나 화학 자극을 이용해 원하는 순간과 위치에서만 면역세포를 활성화할 수 있는 스마트 항체 기술을 개발했다. KAIST는 생명과학과 허원도 석좌교수 연구팀이 빛과 화학 자극으로 세포 밖 항원 인식을 제어할 수 있는 ‘엑스트라바디(Extrabody)’ 플랫폼을 개발했다고 27일 밝혔다. 기존 카티(CAR-T) 치료는 환자의 면역세포를 유전적으로 조작해 암세포를 공격하도록 만드는 세포치료 기술이다. 다만 면역세포가 암세포를 인식하면 즉시 공격하는 방식이어서 정상세포까지 손상시킬 수 있다는 부작용 위험이 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 줄이기 위해 외부 자극이 있을 때만 항체가 작동하는 스위치형 플랫폼을 구현했다. 이번 기술은 항체를 두 조각으로 분리한 뒤, 빛이나 특정 화학물질이 있을 때만 다시 결합해 항원을 인식하도록 설계한 것이 핵심이다. 일반적인 항체는 생성되면 곧바로 항원에 결합하지만, 엑스트라바디는 필요한 순간에만 작동한다. 연구팀은 이를 통해 면역세포가 특정 조건에서만 반응하도록 조절할 수 있음을 입증했다. 연구팀은 빛에 반응하는 시스템과 화학물질에 반응하는 시스템을 각각 구축했다. 이 시스템은 형광 단백질뿐 아니라 암세포 표면에
현대의 전기 시스템은 거의 모든 산업에서 더 큰 역할을 수행해 왔습니다. 차량에서는 카메라와 같은 안전 기능을 관리하며, 실시간으로 데이터를 처리할 수 있습니다. 상업용 주방에서는 열과 습기, 지속적인 사용에도 불구하고 장비가 계속 작동하도록 합니다. 이러한 응용 분야는 실패가 용납되지 않으며 부품이 열악한 환경에서도 안정적으로 견딜 수 있어야 한다는 공통점이 있습니다. 이러한 모든 시스템의 중심에는 전력과 데이터를 운반하는 케이블과 커넥터가 있습니다. 이러한 부품이 없다면 센서는 꺼지고 제어 장치는 통신 기능을 상실하며, 전체 시스템의 작동이 중지될 수 있습니다. 이 케이블과 커넥터는 크기도 작고 그리 중요하지 않게 보일 수 있습니다. 무언가 잘못되기 전까지는 말이죠. 케이블과 커넥터는 안전을 유지하고 기계가 정상적으로 작동하는 데 필수적인 역할을 수행합니다. 또한 적절하고 일관적인 기능 수행을 보장하기 위해, 상상할 수 있는 가장 까다로운 조건에서 테스트되어야 합니다. 차량에 대한 동일한 요구 사항이 여러 다른 환경에서도 존재하며 자동차 분야에서 학습한 교훈을 다른 용도에도 적용할 수 있습니다. 이는 Molex의 'Beyond the Garage' 시리즈
KAIST와 한화솔루션이 석유 유래 나프타를 대체할 수 있는 바이오 기반 친환경 원료 생산 기술을 확보했다. KAIST는 KAIST-한화솔루션 미래기술연구소가 한화솔루션과 함께 폐자원을 활용해 플라스틱과 섬유용 친환경 원료를 대량 생산할 수 있는 바이오 기술을 확보했다고 19일 밝혔다. 이번 기술은 바이오디젤 생산 과정에서 발생하는 부산물인 폐글리세롤을 원료로 활용한다. 연구진은 폐글리세롤을 플라스틱과 화장품 등에 쓰이는 핵심 소재인 1,3-프로판디올(1,3-PDO)로 전환하기 위해 고효율 미생물을 개발하고 발효 공정을 최적화했다. 나프타는 석유화학 산업의 주요 원료로, 플라스틱과 섬유 등 다양한 화학소재 생산에 사용된다. 최근 나프타 가격과 공급 불확실성이 커지면서 대체 원료 확보 필요성이 높아지고 있다. KAIST와 한화솔루션은 이번 성과가 석유 기반 원료 의존도를 낮추고, 자원 순환성과 공급 안정성을 함께 높일 수 있는 기술이라고 설명했다. 연구진은 실험실 수준을 넘어 300리터 규모의 파일럿 공정에서도 높은 생산성을 유지하는 데 성공했다. 이는 연구실에서 개발한 미생물 기반 생산 전략이 실제 산업 공정으로 확장될 수 있음을 확인한 결과다. 이번 연구에
인하대학교 신소재공학과 이정환 교수 연구팀이 최근 디스플레이 성능을 높일 수 있는 새로운 전자 주입 소재를 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구는 유기발광다이오드(OLED)와 같은 디스플레이에서 전자의 흐름을 더 효율적으로 만들어주는 기술로, 기존보다 성능을 높이고 적용 범위도 넓힐 수 있는 것이 특징이다. 디스플레이 소자는 전자가 얼마나 원활하게 이동하느냐에 따라 밝기와 효율이 결정된다. 특히 전극에서 빛을 내는 층으로 전자를 전달하는 ‘전자주입층(EIL)’은 소자의 성능을 좌우하는 핵심 요소다. 지금까지 가장 널리 사용된 소재는 불화리튬(LiF)이다. 하지만 특정 전극과만 잘 맞는 특성이 있어 다양한 구조에 적용하기 어렵다는 한계가 있었다. 특히 은(Ag)과 같은 소재와는 호환성이 낮아 활용 범위가 제한적이었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 비납계 페로브스카이트 소재(RbYbI3)를 개발했다. 이 소재는 인체와 환경에 유해한 납을 사용하지 않으면서도 전자의 흐름을 효율적으로 돕는 게 특징이다. 특히 이번 기술은 기존 디스플레이 생산 공정과 동일한 ‘진공 증착 방식’으로 제작할 수 있어 별도의 공정 변경 없이도 바로 적용이 가능하다. 이는
KAIST 녹색성장지속가능대학원 전해원 교수·카르틱 무카빌리 겸직교수·전산학부 오혜연 교수 연구팀이 북경대학교와 임페리얼 칼리지 런던·밀라노 폴리테크닉대학교·메릴랜드대학교·오스트리아 국제응용시스템분석연구소(IIASA) 등 세계 유수 연구기관과의 국제 공동 연구를 통해 AI 기반 기후 연구 통합 프레임워크를 제시했다. 현재 기후 변화 연구는 물리적 기후 예측과 사회·경제 영향 분석·에너지 정책 평가 등이 분야별로 분리돼 수행되는 경우가 많아 종합적으로 연결해 정책 결정에 활용하는 데 시간이 오래 걸린다는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 'AI 기반 기후 연구 파운데이션 모델'을 제안했다. 이 모델은 지구 관측 데이터와 에너지·경제 시나리오·정책 지표 등 성격이 다른 대규모 데이터를 AI가 공통된 방식으로 이해·분석할 수 있는 가상 분석 공간에서 함께 처리한다. 특히 연구팀은 '혼합 전문가(MoE, Mixture of Experts)' 구조를 적용해 서로 다른 역할을 하는 AI 모델이 분야별 전문가처럼 협력하도록 설계했다. 물리 법칙 기반 계산 모듈과 통계 학습 기반 AI 모듈을 결합해 예측의 정확성과 신뢰성을 높였으며 온실가스 감축 목표 도입이나
범부처재생의료기술개발사업단이 중앙대학교 류한준·윤정기 교수와 단국대학교 양희석 교수 연구팀이 외부 전원 없이 인체 움직임으로 작동하는 자가발전형 전기자극 기반 상처 치료 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 연구는 마찰전기 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator, 이하 TENG)를 활용하여 무전원 전자약(Electroceutical) 플랫폼을 구현한 것으로, 기존 외용 치료 방식의 한계를 극복한 차세대 치료 전략으로 주목된다. 피부는 외부 물리적·화학적 자극으로부터 인체를 보호하는 1차 방어 장벽이지만, 고령화, 당뇨, 감염 등 다양한 요인으로 인해 상처 치유 능력이 현저히 저하된다. 특히 큰 크기의 급성 상처에서는 세포 이동 및 조직 재생이 충분히 이루어지지 않아 치유 지연 및 2차 감염 위험이 증가하는 문제가 있다. 전기자극(Electrical Stimulation)은 이러한 문제를 해결할 수 있는 유망한 치료법으로, 손상된 피부에서 감소된 전기장을 회복시켜 세포 이동과 증식을 유도하는 것으로 알려져 있다. 그러나 기존 전기자극 시스템은 외부 전원 및 배터리에 의존하고, 고정된 파형으로 인해 생체 적응 현상이 발생하는 등 실제 임상 적용에
자율주행과 의료 진단의 정확도를 높일 기술이 개발됐다. 이로 인해 어두운 도로 위 물과 아스팔트를 구분하지 못하던 기존 센서의 한계를 극복할 수 있을 것으로 보인다. KAIST 연구팀이 빛의 ‘방향’까지 읽고 스스로 반응을 바꾸는 차세대 편광 센서를 개발했다. KAIST가 생명화학공학과 서준기 교수 연구팀이 빛의 특정방향으로 진동하는 성질인 ‘편광(polarization)’정보를 활용해 스스로 최적 상태를 찾아 동작을 조절하는 ‘자기 재구성(self-reconfigurable)’편광 센서 배열 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 최근 데이터가 폭발적으로 증가하고 인공지능 기술이 빠르게 발전하면서, 방대한 정보를 적은 에너지로 효율적으로 처리할 수 있는 차세대 비전 시스템의 필요성이 커지고 있다. 그러나 기존 이미지 센서는 빛의 밝기 정보만을 감지하는 데 그쳐 물체의 방향성이나 표면 구조를 정밀하게 파악하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 빛의 진동 방향까지 함께 인식할 수 있는 ‘편광’ 기반 센서 기술을 개발했다. 특히 텔루륨(Te)과 이황화레늄(ReS₂)이라는 서로 다른 두 물질을 결합해 새로운 기능을 구현한 ‘이종구조(heteros
KAIST 기계공학과 김정원 교수 연구팀이 물리학과 이한석 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 '마이크로콤(Micro-comb)'이라 불리는 광학 칩 기술을 이용해 초저잡음·초고안정 밀리미터파 대역 신호를 생성하는 데 성공했다고 밝혔다. 밀리미터파(30~300 GHz)는 넓은 대역폭을 활용할 수 있어 6G 통신과 정밀 센싱·차세대 레이더 기술의 핵심 주파수 대역으로 주목받고 있다. 그러나 기존 전자식 신호원은 주파수가 높아질수록 잡음이 증가하고 장시간 안정성을 유지하기 어렵다는 한계가 있었다. 마이크로콤은 손톱보다 작은 광학 소자 안에서 매우 정밀한 빛의 주기를 만들어내는 장치로 '빛으로 만든 초정밀 자'에 비유된다. 연구팀은 두 가지 연구 성과를 달성했다. 첫 번째 연구에서는 마이크로콤의 고질적인 문제인 장기적 주파수 흔들림을 해결했다. 정밀한 광학 기준 신호를 마이크로콤과 일치시키는 동기화 기술을 적용한 결과 장시간 동안 10⁻¹⁸ 수준의 초고안정 주파수 성능을 확보했으며 22 GHz 대역에서 100 Hz 오프셋 기준 –125 dBc/Hz 수준의 낮은 위상잡음을 기록했다. 이는 마이크로콤 기반 신호원 가운데 세계 최고 수준의 성능이다. 두 번째 연구에서는
KIBA서울-中 염성경제개발구 맞손…한·중 기업 ‘양방향 비즈니스’ 넓힌다
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