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
달팽이관 모방해 다양한 주파수 영역 신호 선택적으로 인식 울산과학기술원(UNIST)은 소리를 들을 수 있는 인공피부로 로봇을 조종하는 인터페이스 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. UNIST에 따르면 고현협(에너지화학공학과) ·김재준(전기전자공학과) 교수 연구팀은 사람의 동작, 촉감, 소리 등을 인식해 기계에 전달하는 '사람-기계 인터페이스'를 개발했다. 이 인터페이스는 귓속의 달팽이관 구조를 모방한 인공피부 센서를 기반으로 한다. 두께, 다공성, 면적 등이 서로 다른 마찰 전기 센서 여러 개가 연속적으로 붙어 있는 형태다. 두께와 너비, 단단함 정도가 부위별로 다른 달팽이관 기저막이 소리를 주파수별로 구분해 받아들이는 원리를 응용했다. 센서의 이러한 특성 덕분에 사람의 동작처럼 느리게 반복되는 저주파 신호 뿐만 아니라 빠르게 진동하는 소리, 촉감 같은 고주파 신호도 낮은 신호 대 잡음비로 기계에 모두 전달할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 연구팀은 또 센서 내부 구조를 특수하게 설계해 기존 평면 형태 센서보다 압력 민감도가 최대 8배 향상했다. 인식 주파수 대역폭도 45∼9천㎐로 사람의 심전도 신호(0.5∼300㎐), 근전도 신호(50∼3천㎐), 심음도 신호(
국내 최초‘25Gbps급 애벌런치 포토다이오드’ 개발 ‘방사선기기 팹센터’ 운영 성공 사례, 올해 하반기 양산 목표 전량 수입에 의존하던 5G 네트워크 핵심부품을 이제 국내에서도 생산할 수 있게 된다. 한국원자력연구원 첨단방사선연구소와 광반도체 전문기업 ㈜포셈이 공동 연구로‘25Gbps급 애벌런치 포토다이오드(Avalanche-Photodiode, 이하 APD)’를 국내 최초로 개발했다. APD는 다른 포토다이오드보다 빛 에너지당 수십에서 수백 배 많은 전기신호를 생성한다. 따라서 대용량, 고속 전송이 관건인 5G 네트워크망 구성 시 광신호를 검출하는 핵심부품으로 활용된다. 국내 이동통신 3사는 프론트홀로 전송할 때 주로 10Gbps APD를 사용한다. 최근 IoT, 고해상도 영상 등 고속 데이터에 대한 수요가 계속 증가함에 따라, 점차 25Gbps급 전환이 이뤄질 것으로 전망된다. 이번 기술개발은 25Gbps APD의 첫 국산화이자, 원자력연구원이 ‘방사선기기 팹센터(이하 팹센터)’를 매개로 산업체와 협력한 대표적 사례다. APD 연구는 초기 투자 비용이 많이 드는 사업이므로 중소기업들은 시작에 어려움을 겪었다. 그래서 지금까지 국내에서는 25Gbps급 A
과열 등 출력제한 문제 해결해 국내 최고 출력 달성, 한화 납품 한국생산기술연구원이 날아오는 무인 드론을 근거리에서 격추시킬 정도로 강력한 레이저 출력을 낼 수 있는 '3㎾급 광섬유 레이저 광원’을 국내 최초로 개발했다. 최근 잇따른 전쟁에서 드론 등의 무인기로 인한 피해 사례가 많아지면서, 신속·정확하면서도 미사일방어 시스템보다 저렴한 비용으로 운용 가능한 레이저 무기가 차세대 방공체계로 각광받고 있다. 레이저 무기에는 빛의 전(全)반사를 이용해 광속으로 빔을 쏠 수 있는 광섬유 기반의 레이저를 주로 적용하는데, 빔 품질이 우수하고 외부 간섭에 따른 에너지 손실도 거의 없어 고출력에 유리하기 때문이다. 특히 ㎾급 고출력 레이저 가공기는 이미 소부장 100대 핵심 전략품목으로서 반도체, 디스플레이, 자동차, 조선 등 제조 분야에서 절단, 용접, 드릴링과 같은 다양한 용도로도 사용되고 있다. 하지만 레이저 성능을 궁극적으로 결정하는 핵심부품인 광원 모듈은 미국, 독일, 일본 등 선진국 수입에만 의존하고 있어, 제조혁신과 자주국방 실현을 위해 광원기술 국산화가 절실한 실정이다. 일반적으로 광섬유 레이저의 출력이 ㎾급으로 높아지면, 수㎜ 두께의 강철도 자를 수 있
선명한 유방 영상과 인체공학적 디자인으로 디지털 맘모그라피 수준 끌어올려 한국산업기술평가관리원(KEIT)이 디자인혁신역량강화사업으로 지원한 디지털 진단영상 솔루션 기업인 디알텍의 프리미엄 디지털 유방촬영기 'AIDIA'가 개발됐다. 유방암은 늦게 발견될수록 사망률이 급격하게 증가해 조기 발견이 중요하다. 특히 한국인은 치밀 유방이 많아 조기 병변 검출이 어려워 유방촬영 영상의 화질이 조기진단에 매우 중요하다. 디알텍의 AIDIA는 세계 유일의 직·간접방식 디텍터 기술 및 세계 최초 65㎛ 픽셀 사이즈로 고선명·고품질 영상을 제공해 정밀 진단이 가능하도록 디지털 맘모그라피(Digital Mammography) 수준을 한 단계 끌어올린 제품이다. 이번 KEIT 지원을 통해 AIDIA는 인체공학적 디자인을 가미하여 환자의 검진환경을 개선하고, 유방영상 판독 전용 소프트웨어를 통해 유방암 조기검진기기로 활용도를 극대화했다. 특히, AIDIA는 유방암 진단을 위해 필요한 영상촬영 시 환자의 불안요소와 신체 노출에 대한 부담감을 최소화하기 위해 인체와 유사한 둥글고 부드러운 모서리를 주로 사용하는 등 여성친화적인 디자인을 적용하여 환자에게 긍정적인 촬영 경험을 제공한다
외부 전기장 활용해 고효율 광센서를 구현할 원천기술 개발 성공 반도체 공정 과정의 효율성을 향상하여 향후 다양한 IoT과 VR/AR기기 등에도 적용 가능할 것으로 기대 DGIST 에너지공학과 이종수 교수 연구팀은 한국과학기술연구원(KIST) 황도경 박사 연구팀과 함께 반도체 적층과 도핑공정이 필요 없는 차세대 광센서를 개발하는데 성공했다고 24일 밝혔다. 전자기기의 변화를 감지하는 센서 중에서도 광센서는 빛의 양, 물체의 모양이나 상태, 동작 등을 감지한다. 이때문에 광센서는 인간의 시각기능에 비유하기도 한다. 광센서를 만들기 위해서는 빛의 파장에 반응하는 반도체 물질이 있어야 한다. 주로 쓰이는 3차원 반도체는 서로 다른 성질을 가진 반도체와 금속을 물리적으로 붙인 것이기 때문에 접합 부위에서 전자의 이동이 방해받아 고성능 전자기기 개발이 힘들어진다. 반면, 2차원 반도체는 평면을 따라 이동하기 때문에 외부의 방해로부터 자유로워 빠른 속도로 이동할 수 있는 이상적인 조건을 가진다. 그러나 2차원 반도체는 빛에 의해 생성되는 전자/홀 쌍, 즉 엑시톤 분리에 필요한 높은 에너지 장벽을 가지고 있어 실제 광전소자 적용에 한계가 있었다. 이에 DGIST 이종수 교
고강도 고내구성 분리판 기술 기업에 이전, 양산시작 연료전지 탄소복합체 분리판 양산 체계 구축 연료전지의 핵심 부품이자 대부분 수입에 의존했던 탄소 복합체 분리판이 국내 연구진에 의해 원천 기술이 개발되어 국산화의 길을 열었다. 한국에너지기술연구원은 고온에너지전환연구실 정두환 박사 연구진이 확보한 발전용 건물용 연료전지 분리판 제조 원천기술의 씨엔티솔루션 기술이전과 에너지연의 산업연계형, 성공후불제 사업 공동연구를 통해 탄소 복합체 분리판 양산 체계를 구축했다고 밝혔다. 친환경적이며 높은 효율로 발전, 건물, 수송 등 여러 분야에 걸쳐 개발, 적용되고 있는 연료전지의 상용화를 위해서는 소형화, 고밀도, 경량화 등을 위한 기술개발이 필요하다. 특히 분리판은 여러 개의 단위전지를 연결해 스택의 골격을 구성하는 핵심 소재로, 스택 가격의 30%, 무게의 80%를 차지해 비용절감과 무게로 인한 에너지밀도 감소 문제를 극복해야 한다. 이러한 상황을 인식해 연구진은 탄소나노튜브를 이용해 고강도 고내구성의 탄소 복합체 분리판을 개발했다. 기존 탄소나노튜브가 첨가되지 않는 흑연 분리판과 비교해 가볍고 높은 전도도와 강도를 가지며, 후가공 공정이 필요 없고 제조공정이 간단해
이 글에서는 통합 파워트레인 솔루션을 사용해 파워 일렉트로닉스를 통해 전기 자동차 채택 속도를 높일 경우의 이점을 검토합니다. 와이드 밴드갭 반도체 스위치와 절연 게이트 드라이버의 도입을 집중 조명해 파워트레인 통합의 중요성을 보여줍니다. 전기차에 적합한 파워트레인이란? 하이브리드 전기차(HEV)와 전기차(EV)가 점점 많이 출시됨에 따라 자동차 제조업체는 차량 파워트레인의 전기화를 늘리고 있습니다. 이산화탄소 배출을 억제하려는 전 세계적 규제로 인해 HEV/EV 판매량이 연간 20%~25% 증가하고 있으며, 2030년까지 판매되는 차량의 20%~25%를 차지할 것으로 예상됩니다. 또한, HEV/EV를 사용하는 소비자가 늘어남에 따라 성능이 향상되고 주행 범위가 긴 에너지 효율적이고 강력한 소형 시스템에 대한 요구가 커졌습니다. 여기서 가장 큰 문제 중 하나는 대량 판매 시장 채택을 가능하게 하고 자동차 회사의 낮은 수익성을 해결하기 위해 합리적인 비용의 HEV/EV를 제작하는 것입니다. 현재 소형 및 중형 EV의 평균 가격은 유사한 내연 기관 차량보다 약 1만 달러 더 높습니다. 처음에는 이 가격 차이가 오로지 배터리 비용 때문으로 생각됐습니다. 사실 배터