한국과학기술원(KAIST) 바이오·뇌공학과 장무석 교수 연구팀은 이종층 메타표면 설계 방식을 적용해 고해상도 분광기를 소형화하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 이종층 메타표면은 두 겹의 무질서한 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 크기 인공 구조물을 통해 빛을 산란시켜 파장별로 패턴을 만들어내는 방법으로 빛을 제어할 수 있는 차세대 광학 소자다. 분광기는 빛을 파장별로 분해해 물성을 분석하는 광학 장비로 재료 분석, 화학 성분 검출, 생명과학 연구 등 다양한 분야에 쓰인다. 기존 고분해능 분광기는 수십 센티미터(㎝) 수준으로 폼팩터(외형)가 크고, 정확도를 높이기 위해 복잡한 교정 과정이 필요하다. 무지개처럼 색을 분리하듯 빛의 파장을 진행 방향으로 분리하기 위해 분산 부품이 쓰이기 때문인데, 이로 인해 실험실이나 산업 제조 현장 등으로 활용성이 제한적이었다. 연구팀은 빛의 색 정보를 빛의 진행 방향으로 일대일 대응시키는 기존 분광 패러다임에서 벗어나, 무질서한 구조를 광학 부품에 도입하는 방법을 고안했다. 수십∼수백 나노미터 크기 이종층 메타표면을 활용해 스페클 패턴(여러 파면의 빛이 간섭해 만들어지는 무작위 패턴)을 생성하고, 카메라가 측정한 스페클 패턴에서
한국과학기술원(KAIST)은 비싼 백금 촉매 없이도 수소를 생산할 수 있는 수전해 기술(물을 전기분해 해 수소를 생산하는 기술)을 개발했다고 11일 밝혔다. 최근 고순도 수소를 고압으로 생산할 수 있는 양이온 교환막 수전해(PEMWE) 기술이 차세대 수소 생산 기술로 주목받고 있다. 다만 고가의 귀금속 촉매에 대한 의존도가 높아 상용화에 어려움이 있었다. 생명화학공학과 김희탁 교수 연구팀은 한국에너지기술연구원 두기수 박사와의 공동 연구를 통해 계면 구조 설계를 최적화하는 방법으로 고가의 백금 코팅 없이도 고성능을 낼 수 있는 양이온 교환막 수전해 기술을 개발했다. 연구팀은 수전해 전극에서 이리듐 산화물이 제 성능을 내지 못하는 원인에 주목했다. 촉매와 기판 사이의 절연층에 가까운 이오노머가 전자의 흐름을 방해해 전자 통로가 차단되는 현상이 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 이에 다양한 입자 크기의 촉매를 비교·분석하는 등 시뮬레이션을 통해 20㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 이상 크기의 촉매 입자를 사용할 때 전도성이 회복된다는 것을 실험적으로 입증했다. 촉매 입자 크기, 이오노머 분포, 촉매층 구조를 통합적으로 고려한 계면 설계를 통해 귀금속 사용량을 획기적으로
한국과학기술원(KAIST)은 주변의 미세한 진동 에너지를 전기로 바꿔 외부 전력 없이도 이산화탄소 농도를 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 최근 산업계에서 이산화탄소 배출량 규제 흐름이 확산하면서 효율적이고 지속적인 이산화탄소 모니터링 시스템에 대한 요구가 커지고 있다. 기존 이산화탄소 모니터링 시스템은 배터리나 유선 전원에 의존해 설치와 유지 보수에 제약이 따른다. 전기·전자공학부 권경하 교수팀은 중앙대 류한준 교수팀과 공동연구를 통해 에너지 하베스팅(일상생활에서 버려지는 진동, 압력 등 에너지를 수확해 전기 에너지로 변환할 수 있는 기술)을 이용해 외부 전력 없이 작동할 수 있는 자가발전 무선 이산화탄소 모니터링 시스템을 개발했다. 이는 산업 장비나 배관에서 발생하는 진동을 전기로 바꾸는 ‘관성 구동 마찰전기 나노 발전기’ 기술이다. 나노 발전기에 탄성 스프링을 결합, 미세 진동을 증폭시키고 공진 현상을 유도해 0.5㎽(밀리와트)의 전력을 안정적으로 생산해 냈다. 생산된 전력은 이산화탄소 센서와 저전력 블루투스 통신 시스템을 구동하는 데 사용됐다. 권경하 교수는 “앞으로 다양한 센서를 통합한 자가발전형 환경 모니터링 플랫폼의 기반 기술로 활
한국과학기술원(KAIST)은 과학기술정책대학원 최문정 교수 연구팀이 젠더에 따라 디지털 해킹 피해 경험과 대응 방식이 다르다는 사실을 규명했다고 8일 밝혔다. 해킹으로 인한 사이버 범죄 우려가 커지고 있음에도 기존 연구는 주로 기술적 측면에만 집중돼 있을 뿐 사회인구학적 특성에 대한 분석은 부족한 실정이다. 연구팀은 유사한 디지털 접근성과 사용 능력을 갖췄음에도 디지털 활용 결과에서 사회적 불균형이 나타나는 ‘제3레벨 디지털 격차’ 관점에서 젠더 차이에 주목했다. 해킹 피해를 본 사회관계망서비스(SNS)의 게시물 1만3000여건을 수집해 인공지능으로 분석한 결과, 여성은 게임을 제외한 거의 모든 온라인 서비스 영역에서 남성보다 해킹 피해 경험을 더 많이 보고했다. 남성은 게임 관련 서비스의 해킹 피해가 두드러졌다. 여성은 해킹으로 인해 평판 손상, 금전적 손실, 개인화된 콘텐츠의 변경 등 부정적인 결과를 겪을 가능성이 더 높은 것으로 분석됐다. 해킹에 대한 대처 전략에서도 젠더 차이가 뚜렷하게 나타났다. 남성은 해킹 출처를 추적하거나 계정을 복구하는 등 능동적인 전략을 주로 사용했지만, 여성은 피해 사실을 공유하거나 도움을 요청하는 등 사회적 자원을 활용하는
불연속 지형 고속 이동 기술 개발 발표...벽·계단·징검다리 넘나들며 시속 14.4km 질주해 삼성전자 미래기술육성센터 지원 속 재난 현장 등 실질적 임무 투입 기대 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 황보제민 교수 연구팀이 개발한 사족 보행 로봇 '라이보(Raibo)'가 불연속적이고 복잡한 지형에서도 고속으로 이동하는 성능을 입증했다. 연구진은 수직 벽을 달리고, 1.3m 폭의 간격을 뛰어넘으며, 징검다리 위를 시속 약 14.4km로 질주하는 라이보의 모습을 공개했다. 심지어 30° 경사, 계단, 징검다리가 혼합된 지형에서도 빠르고 민첩하게 움직이는 능력을 선보였다. 이러한 보행 기술은 라이보가 빠른 기간 안에 재난 현장 탐색, 산악 수색 등 실질적인 임무 수행에 투입될 것이라는 기대를 높였다. 연구팀은 복잡하고 불연속적인 지형에서 로봇이 빠르고 안전하게 목표 지점까지 도달하도록 사족 보행 내비게이션 시스템을 개발했다. 이를 위해 문제를 두 단계로 분해하여 접근했는데, ▲발 디딤 위치(foothold)를 계획하는 플래너(Planner) ▲계획된 발 디딤 위치를 정확히 따라가는 트래커(Tracker) 등 두 가지 트랙으로 기술을 개발했다. 먼저, 플래너 모
한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 명현 교수 연구팀의 ‘어반 로보틱스 랩’(Team Urban Robotics Lab)이 최근 미국 애틀랜타에서 열린 권위 있는 학술 대회인 ‘2025 IEEE 국제 로봇 및 자동화 학술대회’(ICRA)의 NSS 챌린지에서 우승했다고 30일 밝혔다. NSS 챌린지는 ICRA에서 가장 저명한 챌린지 중 하나로 건설·산업 환경 등 분야에서 다양한 시간대에 수집된 라이다(LiDAR·자율주행 동체의 눈 역할을 하는 핵심 센서) 스캔 데이터를 얼마나 정확하게 정합할 수 있는지를 중심으로 평가한다. 어반 로보틱스 랩팀은 사전 연결 정보 없이도 다수의 라이다 스캔을 강건하게 정합할 수 있는 위치 추정·지도작성 기술인 ‘다중 정합 프레임워크’를 개발해 중국 서북 이공대(2위), 대만국립대학교(3위)를 큰 점수 차이로 제치고 1위를 차지했다. 라이다 스캔 정합 기술은 자율주행차, 자율로봇, 자율보행 시스템, 자율비행체, 자율운항 등 다양한 자율 시스템의 핵심 요소다. 명현 교수는 “복잡한 환경 속에서도 서로 다른 스캔 사이의 상대 위치를 정밀하게 추정하는 성능을 극대화함으로써 학문적 가치와 산업적 응용 가능성을 입증했다”고 말했다.
국내 연구진이 유기물 없이도 안정적으로 빛의 방향성 정보를 구분할 수 있는 반도체 소재를 개발했다. 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 염지현 교수 연구팀은 셀레늄(Se)의 카이랄성(거울에 비출 때 대칭이지만 서로 겹치지 않는 ‘거울상 이성질’) 구조를 이용해 좌우회전 빛을 구분할 수 있는 ‘원형편광’(CPL) 검출 반도체 소재를 개발했다고 28일 밝혔다. 빛은 파장, 진폭, 위상뿐 아니라 편광이라는 또 하나의 물리적 특성을 갖는다. 광소자가 다양한 신호를 받아들이기 위해서는 빛의 편광까지 인식하는 기능이 필요하다. 그중에서도 원형편광은 빛의 전기장이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 고차원적인 빛의 상태로, 양자 정보·스핀 광학·광 기반 암 진단 등 차세대 광소자 분야 핵심 기술이다. 원형편광을 감지하기 위해 유기 고분자나 하이브리드 페로브스카이트(부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물) 소자를 활용한 센서가 개발되고 있지만, 습도나 자외선에 쉽게 분해되는 등 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 연구팀은 좌우 회전 방향이 다른 빛의 방향에 대해 선택적으로 반응할 수 있는 카이랄성 소재에 주목했다. 무기 소재인 셀레늄은 고유의
한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 정동영 교수 연구팀이 수전해 장치의 촉매 수명을 예측할 수 있는 평가 지표를 처음으로 개발했다고 21일 밝혔다. 수전해 장치는 물을 전기분해 해 수소를 분리하는 장치이다. 태양력·풍력 등 재생에너지를 활용해 수전해 방식으로 만들어내는 그린 수소는 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않아 청정 연료로 불린다. 다만 간헐성과 불안정성이 높은 재생에너지 특성상 발전량이 불규칙해 수전해 장치의 부하 변동이 잦고 정지 상태가 빈번하게 일어난다는 한계가 있다. 촉매 수명 평가를 통해 안정성을 높이려는 연구가 시도되고 있지만, 실제 운전 환경을 충분히 반영하지 못했다. 연구팀은 재생에너지 연계 수전해 시스템의 실질적인 운전 환경을 반영하기 위해 고부하와 저부하가 반복되는 조건을 설정, 시스템 정지·저부하 구간에서 발생하는 촉매 열화(성능 저하) 현상을 규명했다. 이어 수전해 장비가 반복적으로 작동·정지하는 과정에서 일어나는 열화 정도를 정량적으로 평가할 수 있는 지표인 ‘운영 안정성 지수’를 제안했다. 이 지수가 100%면 부하 변동 중에도 촉매가 전혀 손상되지 않는다는 뜻이고, 99%면 매번 시스템이 꺼질 때마다 1%씩 촉매가 손상
한국과학기술원(KAIST)은 백금 사용량을 100분의 1로 줄인 프로필렌 생산용 촉매를 개발했다고 12일 밝혔다. 프로필렌은 플라스틱, 섬유, 자동차 부품, 전자제품 등에 쓰이는 석유화학 산업의 핵심 원료다. 프로판에서 수소를 떼어내는 프로판 탈수소화 공정을 통해 생산할 수 있는데, 이 공정에는 백금 촉매가 널리 쓰인다. 백금은 수소를 제거하는 데 효과적이지만 가격이 비싸고 반복적으로 사용 시 성능이 떨어지는 단점이 있다. 최민기 교수 연구팀은 값싼 금속 갈륨(Ga)과 알루미나(Al2O3)를 바탕으로 백금을 극소량(100ppm)만 사용한 촉매를 개발했다. 갈륨은 프로판의 탄소-수소 결합을 활성화해 수소를 떼어내는 역할을 하며, 백금은 촉매 표면의 수소 원자를 수소 기체로 전환해 표면에서 제거하는 역할을 하는데 둘의 이상적인 조성 비율을 설계해 백금 사용량을 획기적으로 줄였다. 또 세륨(Ce)을 소량 첨가, 기존 백금 촉매의 약점이었던 반복 사용에 의한 백금 입자의 뭉침을 억제함으로써 성능 저하 문제를 해결했다. 20차례 이상의 반응과 재생을 반복한 뒤에도 성능이 안정적으로 유지됐다. 최민기 교수는 “백금 사용량을 기존(1만ppm)의 100분의 1 수준으로 줄
한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 인공지능(AI)을 이용해 자연에 존재하지 않는 새로운 효소를 설계할 수 있는 가능성을 제안했다고 17일 밝혔다. 효소는 세포 내에서 일어나는 생화학적 반응을 촉매하는 단백질이다. 새로운 효소의 기능 규명은 미생물 세포공장(세포의 유전자를 조작해 화합물을 대량으로 만드는 미생물 기반 생산시스템)을 구축하기 위한 핵심 과제다. 연구팀은 합성곱 신경망, 순환 신경망, 그래프 신경망, 트랜스포머 기반 대규모 언어 모델 등 다양한 AI 기법이 효소 기능 예측 연구에 활용된 사례를 정리하고, 이들 기술이 단백질 서열에서 어떻게 의미 있는 정보를 추출하고 예측 성능을 극대화하는지 분석했다. 딥러닝 기술을 활용해 단순한 아미노산 서열 유사성 분석을 넘어 구조적·진화적 정보 등 서열에 내재된 효소의 촉매 기능과 관련된 중요한 특성을 자동으로 추출할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 특히 생성형 AI 모델 발전을 토대로 기존의 효소 기능 예측을 넘어 자연계에 존재하지 않는 새로운 기능을 가진 효소를 생성하는 기술이 미래 연구 방향이 될 것으로 제시했다. 이상엽 KAIST 교수는 “AI 기반 효소 예측·설계 기술
LG이노텍은 지난 2일 한국과학기술원(KAIST)과 신사업 분야 기술 공동 개발 및 우수 인재 확보를 위한 업무협약(MOU)을 맺었다고 3일 밝혔다. 협약에 따라 양측은 향후 3년간 반도체, 모빌리티, 로봇 등 분야에서 미래 기술을 공동 개발한다. 주요 협력 아이템은 차세대 이미징 소자 개발, 기판 미세 결함 검출, 자율주행 센서 개발, 로봇용 부품 제어 기술 개발 등이다. 양측은 추가적인 개발 과제를 계속 발굴하고, 차세대 바이오 헬스 영역으로도 협력을 확대할 계획이다. LG이노텍은 산학 과제에 참여한 KAIST 학생을 산학 장학생으로 선발해 장학금을 지원하고, 채용 연계를 통해 인재 확보도 이어갈 방침이다. 문혁수 LG이노텍 대표는 “이번 협력은 LG이노텍이 모바일에서 반도체, 모빌리티, 로봇 분야로 사업 포트폴리오를 확대해 나가는 데 중요한 원동력이 될 것”이라고 전했다. 이광형 KAIST 총장은 “LG이노텍의 풍부한 글로벌 사업 경험과 KAIST의 세계적인 연구 역량을 결합해 미래 산업을 선도할 실질적이고 획기적인 연구 성과를 만들 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 헬로티 이창현 기자 |
한국과학기술원(KAIST)은 온실가스인 이산화탄소를 유용 화합물로 분해할 수 있는 고성능 세라믹 전해전지를 개발했다고 1일 밝혔다. 세라믹 전해전지(SOEC)는 이산화탄소를 일산화탄소 등 유용한 화학물질로 전환할 수 있는 에너지 변환 기술로, 효율성이 높아 주목받고 있지만 800도 이상의 작동 온도가 필요해 유지비용이 많이 들고 안정성이 낮다는 한계가 있다. 기계공학과 이강택 교수 연구팀은 전기가 잘 통하는 초이온전도체를 기존 전극에 섞어 만든 ‘복합 나노섬유 전극’을 개발해 세라믹 전해전지가 더 낮은 온도에서도 효율적으로 작동할 수 있도록 했다. 나노섬유 굵기를 기존의 절반 수준으로 줄여 전극을 머리카락 굵기의 1000분의 1 수준인 100㎚(나노미터·10억분의 1ｍ)로 제작, 전기분해 반응이 일어나는 면적을 극대화했다. 이런 방법으로 세라믹 전해전지의 작동 온도를 낮춰 이산화탄소 분해 성능을 50%가량 높였다. 복합 나노섬유가 적용된 세라믹 전해전지는 기존 보고된 소자 중 가장 높은 수준의 이산화탄소 분해 성능인 1.25A/㎠(제곱센티미터당 암페어, 700도 기준)를 기록했다. 또 300시간의 장기 구동에도 안정적인 전압을 유지했다. 이강택 교수는 “이산
한국과학기술원(KAIST)은 초저잡음 중적외선 광원을 초소형 칩 상에서 구현했다고 31일 밝혔다. 이한석 KAIST 물리학과 교수 연구팀은 최덕용 호주국립대 교수, 피터 라키치 예일대 교수, 고광훈 한국원자력연구원 박사, 롱핑 왕 닝보대학교 교수 연구팀과 국제공동연구를 통해 중적외선 파장 대역에서 주파수 흔들림이 매우 작은 브릴루앙 레이저를 초소형 반도체 칩 위에 최초로 구현하는 데 성공했다. 칩 상에서 저잡음 브릴루앙 레이저를 구현하는 기술은 이미 잘 알려져 있었으나, 중적외선 파장 대역에서는 레이저 구현에 필수적인 낮은 광 손실의 고성능 광소자가 없다는 점이 문제였다. 일반 산화규소 유리와 같이 가시광선과 근적외선에서 투명해 광소자 제작에 사용되었던 많은 물질이 중적외선 파장에서는 빛을 강하게 흡수해 이용 불가하고, 중적외선의 특징인 빛과 분자 사이 강한 상호작용으로 인해 여러 광 손실이 추가 발생해 고성능 광소자를 제작하기 어려웠다. 연구팀은 중적외선에서 높은 투과도를 보이지만 가공이 까다로운 칼코겐화합물 유리를 독창적인 기법으로 성형해 초고품질 광공진기를 제작했다. 또 중적외선 광소자에 고유한 표면 흡착 분자에 의한 광손실을 정량분석하고 억제하는 기술
한국과학기술원(KAIST)은 강진영·이원희 교수 공동 연구팀이 극히 짧은 시간 동안 일어나는 생명체의 단백질 반응을 분석할 수 있는 시간 분해 초저온 전자현미경 기법을 개발했다고 24일 밝혔다. 생명현상과 신약 개발 연구 분야에서 ㎲(마이크로초·100만 분의 1초)∼ms(밀리초·1000분의 1초) 단위에서 일어나는 단백질 반응 분석을 위해 시간 분해 초저온 전자현미경(TRCEM·Time-resolved cryo-electron microscopy) 기술이 주목받고 있다. TRCEM은 단백질 반응체의 중간 상태를 초저온으로 급속 냉동해 구조를 분석하는 기술이다. 다만 시료가 많이 들고 최소 시간 반응이 10ms 이상 걸려 극히 짧은 시간 동안만 존재하는 중간체를 포착하기 어려웠다. 연구팀은 수 ㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 두께의 얇은 박막 형태의 소재인 패럴린을 이용해 미세유체 혼합-분사 장치 방식의 TRCEM 기법을 개발했다. 미세유체 채널 안에서 시료를 혼합한 뒤 분사·냉각해 관찰하는 방식으로, 패럴린을 이용해 기존보다 더 얇고 단순한 구조를 구현함으로써 시료 소모량을 기존의 3분의 1 수준으로 줄였다. 특히 미세유체 소자 내에서 반응 시작 전 시료
한국과학기술원(KAIST) 이상엽 특훈교수 연구팀은 차세대 플라스틱 소재인 폴리에스터 아마이드를 생산할 수 있는 미생물 균주를 개발했다고 20일 밝혔다. 폴리에스터 아마이드는 일반적으로 많이 사용되는 PET(폴리에스터)와 나일론(폴리아마이드)의 장점을 모두 갖춘 차세대 소재로, 화석 연료에서만 생산할 수 있어 환경이 오염될 우려가 있다. 연구팀은 자연계에 존재하지 않는 새로운 미생물 대사회로를 설계해 9종의 다른 폴리에스터 아마이드를 생산할 수 있는 플랫폼 미생물 균주를 개발했다. 폐목재나 잡초 등 바이오매스에서 생산된 포도당을 에너지원으로 사용해 폴리에스터 아마이드를 친환경적으로 생산할 수 있다. 연구팀이 한국화학연구원 정해민·신지훈 연구원과 함께 개발한 플라스틱의 물성을 분석한 결과, 친환경 소재인 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 유사한 성질을 가진 것으로 나타났다. 친환경적이면서도 기존 플라스틱을 대체할 수 있을 만큼 강도와 내구성이 뛰어나다고 연구팀은 설명했다. 이상엽 특훈교수는 “석유화학 산업에 의존하지 않고도 바이오 기반 화학 산업을 통해 폴리에스터 아마이드를 만들 수 있는 가능성을 처음으로 제시했다”며 “생산량과 생산성을 더 높이기 위한 후속 연구를
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