포항가속기연구소 신희준 박사 연구팀이 포항공과대학교(POSTECH) 노준석 교수팀과 공동 연구를 통해 세계에서 가장 빠른 테라헤르츠(THz) 대역 광변조 기술을 개발하는 데 성공했다고 7일 밝혔다. 이번 연구 결과는 응용과학 분야의 권위 있는 학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 온라인 게재됐다. 광변조 기술은 빛의 세기, 주파수, 위상을 조절하여 정보를 전달하는 기술로, 이를 활용하면 3D 영상 구현이 가능한 홀로그램 디스플레이, 정밀한 실험 및 측정에 활용되는 펄스파 제어, 빛을 이용한 초고속 데이터 전송과 같은 다양한 응용이 가능하다. 특히 테라헤르츠 대역 광변조 기술은 기존의 마이크로 대역보다 훨씬 넓은 대역폭을 가지며, 메타물질 표면에 펨토초 레이저와 같은 펄스 형태의 빛을 조사할 때 메타물질의 나노 구조나 기판의 전자 특성을 변화시킬 수 있다. 이러한 원리를 적용한 동역학 연구를 통해 초고속 광학 신호 조절 및 제어가 가능해지며 국내·외에서는 이러한 테라헤르츠 대역 광변조 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 연구팀은 실리콘 기판 위에 분할 고리 공진기(Split-Ring Resonator) 구조의 메타물질을 제작하고 포항방
전기차 시장이 빠르게 성장하고 있지만, 내연기관 차량과의 경쟁에서 뒤처지는 주행거리와 충전 시간은 지속적인 한계로 손꼽히고 있다. 기존 기술의 한계로 획기적인 성능 개선이 어려워 전기차 보급 확대를 위해서는 급속충전 기술 개발이 핵심으로 떠오르고 있다. 경희대학교 신소재공학과 박민식 교수 연구팀이 호주 울런공대학교 김정호 교수, 한양대학교 신소재공학부 이종원 교수와 공동연구를 진행해 전기차 개발의 핵심인 리튬이온전지용 고성능 천연흑연 음극소재를 개발했다. 이 소재는 리튬이온전지의 에너지밀도 손실 없이 급속충전 성능을 개선할 수 있다. 개발한 고성능 천연흑연 음극소재는 급속충전 성능을 높이면서도 리튬이온전지의 안정성과 수명을 늘렸다. 연구는 우수성을 인정받아 재료 분야의 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’(Advanced Materials) 2월호에 게재됐다. 전기차용 리튬이온전지에 사용되는 흑연 음극소재는 높은 계면 저항으로 급속충전 시 리튬금속이 전착해 리튬이온전지의 성능 저하와 안정성 문제가 발생한다. 연구팀은 문제를 해결하기 위해 표면 제어 기술을 활용해 저가 천연흑연의 계면 특성을 최적화했다. 신규 기능성 코팅층을 도입해 천연흑연 음극소재의 계면
한국과학기술원(KAIST)은 인공지능(AI)을 이용해 효율을 높인 차세대 아연공기전지를 개발했다고 4일 밝혔다. 값싼 아연 음극과 산소 양극으로 구성된 아연공기전지는 물 기반 전해질을 사용해 리튬이온전지와 달리 발화 위험이 없고 에너지 밀도가 높아 차세대 전지로 주목받고 있다. 다만 백금·이리듐 등 귀금속을 촉매로 사용해 비용이 많이 든다는 한계가 있다. KAIST 강정구 교수와 연세대 한병찬 교수, 경북대 최상일 교수, 성균관대 정형모 교수 공동 연구팀은 귀금속 기반 촉매보다 활성도와 안정성이 높으면서도 값이 저렴한 전이금속산화물 이종접합 촉매를 개발했다. AI를 활용해 기존 양자역학 계산만으로는 분석하기 어려웠던 계면에서의 원자구조를 규명, 높은 에너지 밀도를 구현해 냈다. 강정구 교수는 “전이금속산화물 기반 차세대 촉매 소재는 가격 경쟁력이 있고 촉매 활성도도 높아 아연공기전지의 상용화에 기여할 것”이라며 “중·소형 전력원뿐만 아니라 전기 자동차까지 활용 범위를 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 한편 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘에너지 스토리지 머터리얼스’(Energy Storage Materials) 지난 1월 14일 자에 실렸다.
KAIST 연구진이 ‘뇌처럼 생각하는 인공지능’ 기술로서 과도한 자신감을 보이는 인공지능의 할루시네이션(Hallucination) 현상을 완화하거나 인간이나 동물과 유사하게 스스로 가설을 세워 검증하는 신개념 인공지능 모델을 개발하는데 성공했다. KAIST는 뇌인지과학과 이상완 교수(신경과학-인공지능 융합연구센터장)와 생명과학과 정민환 교수(IBS 시냅스 뇌질환 연구단 부연구단장) 연구팀이 동물이 가설을 세워 일관된 행동 전략을 유지함과 동시에, 본인의 가설을 스스로 의심하고 검증하면서 상황에 빠르게 적응하는 새로운 강화학습 이론을 제시하고 뇌과학적 원리를 규명했다고 20일 밝혔다. 현재 상황에 맞게 행동의 일관성과 유동성 사이의 적절한 균형점을 찾아가는 문제를 ‘안정성-유동성의 딜레마(Stability-flexibility dilemma)’라고 한다. 이를 위해서는 현재 본인의 판단이 맞는지를 계속 검증하고 수정할 수 있어야 한하는데 뇌과학 및 인공지능 분야에서 다양한 연구가 있었으나 아직까지 완벽한 해법이 알려진 바가 없다. 연구팀은 스스로 세운 가설을 바탕으로 다음 상황을 예측하고 확인하는 행동 패턴을 동역학적으로 프로파일링 할 수 있는 새로운 방식을
한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 라영식 교수 연구팀이 양자오류 수정을 위한 핵심 기술인 ‘3차원 양자얽힘 구조’를 처음으로 구현해 냈다고 25일 밝혔다. 양자컴퓨터는 기존 비트(0과 1로 정보를 표현하는 단위)를 뛰어넘어 큐비트(정보를 0과 1의 상태를 동시에 갖는 중첩 상태)를 계산의 기본 단위로 사용한다. 각 큐비트는 거리와 상관없이 서로 연관된 양자 상태를 갖는 ‘양자얽힘’ 현상을 보이는데, 이 같은 중첩과 양자얽힘을 통해 고전 컴퓨터로는 계산하기 어려운 문제를 효율적으로 해결할 수 있다. 다만 큐비트가 늘어날수록 양자오류가 기하급수적으로 커지는 한계가 있어 과학계에서 양자오류 정정 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 양자얽힘 상태를 평면적으로 구현한 2차원 구조의 양자컴퓨팅으로는 양자오류 수정에 한계가 있어, 연구팀은 극도로 짧은 시간에 강한 빛을 방출하는 레이저 장치를 이용해 3차원 양자얽힘 구조를 실험적으로 구현해 냈다. 비선형 결정에 펨토초(1천조분의 1초) 레이저를 쪼여 여러 주파수 모드에서 양자 광원을 동시에 생성, 3차원 양자얽힘 상태를 생성하는 데 성공했다. 3차원 구조의 각 노드(그래프의 점)를 측정함으로써 주변 양자
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 강성훈 교수 연구팀이 미국 존스홉킨스대학, 조지아 공과대학 연구팀과 공동으로 인체 뼈의 원리를 모사해 사용할수록 오히려 더 강해지는 신소재를 개발했다고 20일 밝혔다. 아파트 건물, 차량 등을 구성하는 재료는 반복적으로 하중을 받으면 시간이 지남에 따라 성능이 저하된다. 한미 공동 연구팀은 우리 몸속 뼈가 하중을 받으면 세포 작용으로 미네랄을 합성해 골밀도를 증가시키는 원리에서 영감을 얻어 사용할수록 단단해지는 신소재를 개발했다. 힘을 많이 가할수록 전하를 더 많이 생성하는 다공성 압전 소재(힘을 전기로 변환하는 소재)로 바탕재를 만든 뒤 미네랄 성분을 갖는 전해질을 넣어 복합재료를 합성했다. 재료에 주기적인 힘을 가한 후 물성 변화를 측정한 결과, 응력(외력에 의해 변형된 물체 안에서 발생하는 힘)의 빈도와 크기에 비례해 재료의 강성이 향상된 것으로 나타났다. 연구팀은 마이크로 CT 촬영을 통해 반복적인 응력에 의해 다공성 재료 안에 미네랄이 형성되고, 힘이 가해지면 미네랄이 파괴되면서 에너지를 흩어지게 하는 모습을 확인했다. 다시 응력을 가하면 미네랄이 형성되는 과정이 반복된다. 기존 재료들이 반복적으로 사용할수록
최근 자동차, 항공, 모빌리티 등 첨단 산업에서는 경량화와 동시에 우수한 기계적 성능을 갖춘 소재에 대한 수요가 증가하고 있다. 국제 공동연구진이 나노 구조를 활용한 초경량·고강도 소재를 개발해 향후 맞춤형 설계를 통해 다양한 산업에 응용 가능성을 제시했다. KAIST는 기계공학과 유승화 교수 연구팀이 토론토 대학 토빈 필레터 교수 연구팀과 협력해 높은 강성과 강도를 유지하면서도 경량성을 극대화한 나노 격자 구조를 개발했다고 18일 밝혔다. 연구팀은 이번 연구에서 격자 구조의 보(beam) 형상을 최적화해 경량성을 유지하면서도 강성과 강도를 극대화하는 방안을 모색했다. 특히 다목적 베이지안 최적화(Multi-objective Bayesian Optimization) 알고리즘을 활용해 인장 및 전단 강성 향상과 무게 감소를 동시에 고려하는 최적 설계를 수행했다. 기존 방식보다 훨씬 적은 데이터(약 400개)만으로도 최적의 격자 구조를 예측하고 설계할 수 있음을 입증했다. 연구팀은 더 나아가 나노 스케일에서는 크기가 작아질수록 기계적 특성이 향상되는 효과를 극대화하기 위해 열분해 탄소(pyrolytic carbon) 소재를 활용해 초경량·고강도·고강성 나노 격자
바닷물로 전기를 저장하고 꺼내 쓸 수 있는 해수전지 상용화를 위한 값싼 촉매 물질을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다. UNIST는 에너지화학공학과 이동욱 교수팀이 목재 폐기물에 요소를 첨가해 해수전지용 고성능 촉매를 개발했다고 18일 밝혔다. 이 촉매는 해수전지에 걸리는 과전압을 낮추고 전기를 빠르게 꺼내 쓸 수 있게 반응 속도를 높여 주는 물질이다. 기존에는 백금과 같은 고가의 물질을 촉매로 썼다. 연구팀이 개발한 촉매는 저렴한 리그닌과 요소를 기반으로 한다. 리그닌은 목재의 15∼35%를 구성하는 성분으로, 종이를 만드는 공정이나 바이오 연료 생산 과정에서 남는 부산물이다. 산업 폐수에 주로 있는 요소는 질소를 다량 포함하고 있다. 리그닌을 800도에서 태운 뒤 요소와 같은 온도에서 반응시키면 리그닌 구석구석 질소가 첨가돼 고성능 촉매가 만들어진다고 연구팀은 설명했다. 리그닌을 구성하는 특정 탄소 원자 자리에 대신 들어간 질소는 방전에 필요한 에너지를 크게 낮추는 것으로 나타났다. 연구팀이 이 촉매를 해수전지 전극에 입혀 실험한 결과 백금 촉매와 비슷한 성능을 보였다. 과전압은 백금 촉매보다 더 낮은 값을 보였다. 과전압이 낮을수록 충전시킨
인터엑스소프트와 협업하는 캐드닉스 최근 전통적인 EDA(전자설계자동화) SW를 개발하는 회사들은 적지 않은 변화의 시기를 지나고 있다. EDA 회사를 더 큰 EDA 회사가 흡수하는 시기를 지나, 글로벌 솔루션 개발사가 Mechanical과 Electronics 분야를 넘어 시스템 전체의 통합 SW 형태로 재편되는 과정 중에 AI를 포함한 다양한 분야의 솔루션이 인수 합병되고 있다. 이렇게 더 커진 글로벌 기업 내의 ECAD(전자캐드) SW들도 같은 용도의 툴들이 여러 개 존재하지만 더 많은 기능을 하는 툴로 통합이 요구되는 과정이며, SW 업데이트 개발은 통합 목적의 툴에 집중되고 있다. 많은 기업이 기존에 다양한 ECAD 툴로 설계한 데이터는 불가피하게 통합 목적의 툴로 변환이 요구되지만, 현실적으로 손실 없는 상-하위 버전 간, 이 기종 툴 간 변환이 어렵다. ㈜인터엑스소프트는 순수 국내 기술로 근 20여년 간 OrCAD Capture, Cadence Allegro, MentorGraphics(Siemens) PADS(Standard(VX), Professional), Xpedition, Altium, Zuken 등 다양한 글로벌 ECAD 툴의 설계데이터
한국과학기술원(KAIST) 전산학부 이의진 교수팀은 중앙대 박은지 교수팀, 미국 애크런대학교 제임스 디펜도프 교수팀과 공동으로 근로자의 감정적 작업 부하를 실시간으로 모니터링할 수 있는 인공지능 모델을 개발했다고 11일 밝혔다. 상담원, 은행원 등 서비스업 종사자들은 고객을 응대하는 과정에서 자신이 실제로 느끼는 감정과는 다른 감정을 표현해야 하는 상황에 자주 놓이게 된다. 이같이 감정을 조절하는 과정에서 발생하는 심리적 부하를 ‘감정적 작업 부하’(Emotional workload)라고 하는데, 과도한 작업 부하는 번아웃(탈진)과 우울증으로 이어질 수 있다. 근로자의 작업 과부하를 막아 안전성을 높이고자 정서 상태를 모니터링하는 연구가 시도됐지만, 주로 지식 노동자의 ‘인지적 작업 부하’(cognitive workload)에 초점이 맞춰져 있었다. 또 기존 감정 탐지 AI(인공지능) 모델은 사용자의 표정이나 목소리 등을 토대로 감정을 진단하기 때문에 자신의 감정을 억제하며 친절히 응대해야 하는 감정 노동자들의 감정적 작업 부하를 측정하기 쉽지 않았다. 연구팀은 우선 콜센터 상담사 31명의 음성과 행동, 생체신호 등 다중 모달 센서 데이터를 수집했다. 이어
한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 유승협 교수 연구팀이 날숨 속 이산화탄소 농도를 측정해 실시간으로 수면 건강을 진단할 수 있는 웨어러블 센서를 개발했다고 10일 밝혔다. 기존 이산화탄소 센서는 부피가 크고 소비전력이 높다는 한계가 있다. 이산화탄소 농도에 따라 형광의 세기가 변화하는 광화학적 이산화탄소 센서는 소형화가 가능하다는 장점이 있지만, 염료 분자의 광 열화 현상으로 인해 장시간 안정적으로 사용하기 어려웠다. 연구팀은 발광다이오드(LED)를 유연한 박막형 유기 포토다이오드(빛을 모으는 장치)로 감싼 저전력 이산화탄소 센서를 개발했다. 광 효율이 높아 염료 분자에 쪼이는 광량을 최소화해 사용할 수 있다. 소비전력이 171㎼(마이크로와트·100만분의 1W)로, 수 ㎽(밀리와트)인 기존 센서보다 수십 배 낮은 수준이다. 연구팀은 또 형광 분자의 광 열화 경로를 규명해 광화학적 센서에서 사용 시간에 따라 오차가 증가하는 원인을 밝히고, 오차를 줄이기 위한 광학적 설계 방법을 제시했다. 무게 0.12ｇ, 두께는 0.7㎜ 수준으로 가볍고 얇아 마스크 안에 부착해 이산화탄소 농도를 측정할 수 있으며, 최대 9시간까지 연속으로 사용할 수 있다. 특히 실
우리 대부분은 이미 커넥티드 홈에서 살고 있지만, 통합 연결 표준인 매터(Matter) 도입이 가속화됨에 따라 진정한 스마트 홈의 꿈이 현실화하고 있다. 우리 대부분은 어떤 방식으로든 연결된 주거 환경에서 살고 있다. 2022년 미국 인구조사 데이터에 따르면, 91% 이상의 사람들이 가정용 인터넷을 이용하고 있는 것으로 나타났다. 하지만, 커넥티드 홈과 스마트 홈은 그 차원이 다르다. 컴퓨터나 TV를 인터넷에 연결해 웹 서핑을 하거나 넷플릭스를 시청하는 것과, 집 안의 모든 기기와 가전제품을 인터넷에 연결하여 원격 및 자동 제어를 가능하게 하는 스마트 홈 환경은 분명히 차이가 있다. 이러한 완벽하게 통합된 스마트 홈을 설정하고, 관리하는 것은 현재로서는 상당히 까다롭거나 불가능한 경우가 많다. 이전에는 서로 다른 공급업체의 스마트 홈 기기들이 서로 호환되지 않았기 때문이다. 특정 생태계를 기반으로 설계된 제품들은 다른 생태계에서는 제대로 동작하기 어렵다. 예를 들어, ‘브랜드 A’의 스마트 조명을 ‘브랜드 B’의 디지털 음성비서로 설정하거나 제어할 수 없다. 이러한 문제들이 수백 개의 브랜드와 수십 가지 유형의 기기에서 발생한다면, 소비자들은 스마트 홈에 대
10억 차례 이상 반복 구동해도 끄떡없는 차세대 반도체 소재가 개발됐다. 한국연구재단은 서울대 손준우 교수, 포항공대 최시영 교수 연구팀이 ‘상전이 바나듐 산화물 반도체’의 결정구조 상변이를 제어해 열화(소재가 외부·내부적 영향으로 화학·물리적 성질이 나빠지는 현상)를 막을 수 있는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 상전이 바나듐 산화물 반도체는 임계 전압에 이르면 소재 특성이 절연체에서 금속으로 바뀌어 전기전도도가 급격히 증가하는 ‘금속-절연체 상전이’ 현상을 보이는 데, 저전력 광전자 소자와 뉴로모픽(뇌신경 모방) 신소자용 차세대 소재로 주목받고 있다. 다만 급격한 전기적 상전이에 동반하는 결정구조의 상전이가 스위칭 속도를 떨어뜨리고, 부피 변화로 인해 응력(외력에 의해 변형된 물체 안에서 발생하는 힘)이 발생하면서 소재의 내구성에 치명적인 영향을 준다는 문제가 있다. 연구팀은 상전이 바나듐 산화물에 과냉각된 타이타늄 이온을 도핑해 구조적 상변이의 원인인 결정구조의 규칙적인 질서를 교란하는 방법으로 부피 변화를 없애는 데 성공했다. 전자현미경 분석을 통해 물에서 급속도로 냉각된 얼음처럼 나노 영역에서의 구조적 이질성과 무질서함이 부피 변화 없는 상전이를 구
한국과학기술원(KAIST)은 천연 폴리페놀(polyphenol)의 일종인 탄닌산을 이용해 탈모 완화 기능성 성분을 서서히 방출할 수 있는 새로운 탈모 예방 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 탈모에는 호르몬, 유전·환경적 요인이 복합적으로 작용하며, 현재까지도 부작용이 적은 효과적인 치료법이 부족한 실정이다. 대표적인 탈모 치료제인 미녹시딜(minoxidil)과 피나스테라이드(finasteride)는 일정한 효과를 보이지만 장기적으로 사용해야 하고 일부 두피 자극, 가려움증, 혈압 변화 등 부작용이 나타나기도 한다. 연구팀은 천연물질인 탄닌산에 살리실산(salicylic acid)·니아신아마이드(niacinamide)·덱스판테놀(dexpanthenol) 등 탈모 완화 기능성 성분을 결합해 부작용이 없는 새로운 탈모 예방 물질을 개발했다. 포도주의 떫은맛 성분인 탄닌산은 항산화, 항염, 항균 효과가 뛰어나 피부와 두피 건강 개선에 도움이 될 수 있다. 특히 단백질과 강하게 결합하는 특성이 있어 모발의 주요 단백질인 케라틴과 결합해 모발 표면에 지속해 부착될 수 있다. 실제 굿모나의원 연구팀이 개발한 탈모 예방 물질을 적용한 샴푸를 12명의 탈모 환자에게 7일 동안
한 번 충전으로 서울과 부산을 왕복할 수 있는 전기차용 고성능 건식 배터리 전극을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다. UNIST는 2일 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 건식 공정을 통해 기존보다 5배 두꺼운 배터리 전극을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 전기차 대중화로 대용량 리튬이온배터리의 필요성이 커지면서 용량과 직결되는 전극은 최대한 두껍게 만들고, 용량과 관련 없는 구성 요소의 비율은 줄이는 설계 방식이 주목받고 있다. 그러나 기존 습식 전극 제조 방식은 분말 형태의 전극 원료를 용매에 풀어내 제작하기 때문에 용매가 증발하는 과정에서 뭉침이 발생하기 쉬워 전극을 두껍게 만드는 데 한계가 있었다. 연구팀이 개발한 건식 배터리 전극의 합제층 밀도(용량과 직결되는 원료 물질의 밀도)는 3.65ｇ/㎤에 달한다. 전극의 면적당 용량도 상용 전극의 5배에 해당하는 20mAh/㎠다. 이 전극을 배터리에 적용하면 전기차의 주행 거리를 약 14% 늘릴 수 있다고 연구팀은 설명했다. 정경민 UNIST 교수는 “기존 전기차 배터리로는 서울과 부산 왕복 주행이 어려웠다”며 “이번 기술을 적용하면 600㎞ 이상의 주행이 가능해져 1회 충전으로 왕복도 가능할 것”이
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