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조광현 교수, 뇌의 제어구조 규명
〈 조광현 교수 연구팀 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 뇌 영역 간 복잡한 연결 네트워크에 내재된 뇌의 제어구조를 규명했다.
이번 연구를 통해 뇌의 동작 원리에 대한 이해를 높이고, 뇌의 제어구조 분석을 통해 뇌 질환 연구 및 치료에 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 4차 산업혁명의 핵심기술로 주목받는 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학을 통해 규명했다는 의의가 있다.
이병욱 박사, 강의룡, 장홍준 박사과정이 참여한 이번 연구는 셀(Cell) 출판사가 펴내는 융합과학 국제학술지 ‘아이사이언스(iScience)’ 3월 29일 자에 게재됐다.
뇌의 다양한 인지기능은 뇌 영역들 사이의 복잡한 연결을 통한 영역 간 상호작용으로 이뤄진다. 최근 뇌의 연결성에 대한 정보가 뇌의 동작 원리를 파악하는 핵심이라는 의견이 대두되면서 세계적으로 뇌 연결성을 파악하기 위한 커넥톰(Connectome) 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
이를 통해 뇌 영역 사이의 구체적 연결성이 파악되고 있지만 복잡한 연결성에 내재된 뇌의 동작 원리에 대한 이해는 아직 매우 부족한 상황이다. 특히 뇌의 강건하면서 효율적 정보처리 능력의 기반이 되는 뇌의 숨겨진 제어구조는 파악된 내용이 없다.
조 교수 연구팀은 뇌의 제어구조 분석을 위해 ‘미국국립보건원(NIH) 휴먼 커넥톰 프로젝트(Human Connectome Project)’에서 제공하는 정상인의 뇌 영상 이미지 데이터를 활용해 뇌 영영 간 네트워크를 구축했다.
이후 연구팀은 그래프 이론의 최소지배집합(minimum dominating set) 개념을 활용해 뇌 영역 간 복잡한 연결 네트워크의 제어구조를 분석했다.
최소지배집합이란 네트워크의 각 노드(뇌의 각 영역)가 링크(뇌의 서로 다른 영역간의 연결)로 연결된 이웃 노드에 직접적 영향을 줘 기능을 제어할 수 있다고 가정할 때, 네트워크를 구성하는 모든 노드를 제어하는 데 필요한 최소한의 노드 집합을 말한다.
기존 여러 연구를 통해 다양한 생체 네트워크 및 통신망, 전력망 등의 복잡계 네트워크를 제어하는 데 있어서 최소지배집합이 핵심적인 역할을 한다는 것이 보고된 바 있다.
연구팀은 최소지배집합을 기반으로 ‘제어영역의 분포(distribution of control)’와 ‘제어영역의 중첩(overlap in control area)’이라는 두 가지 지표를 정의한 뒤 이를 기준으로 총 네 종류의 제어구조를 정의했다.
이후 연구팀은 브레인 네트워크를 비롯해 도로망, 통신망, 소셜 네트워크 등 실존하는 다양한 복잡계 네트워크가 어떤 제어구조를 갖는지 분석했다. 분석 결과 뇌는 다른 대부분 네트워크와는 달리 제어영역이 분산된 동시에 서로 중첩된 특이한 구조로 이뤄짐을 밝혀냈다.
뇌의 이러한 제어구조는 외부 섭동에 의한 네트워크의 높은 강건성을 유지하면서 동시에 여러 인지기능을 효율적으로 수행하기 위한 영역들의 상호 활성화를 다양하게 하기 위한 것임을 밝혔다.
IT와 BT가 융합된 시스템생물학 접근을 통한 브레인 네트워크의 구조분석은 인공지능의 발전에도 기여할 것으로 보인다. 브레인 네트워크의 진화적 설계원리에 대한 이해를 높인다면 컴퓨터 과학자들이 이를 이용해 새로운 인공지능 기술을 개발할 수 있다.
조 교수는 “지금껏 뇌의 제어구조가 밝혀진 바가 없었다”라며 “복잡한 연결성에 숨겨진 브레인 네트워크의 진화적 설계원리를 시스템생물학 연구를 통해 찾아냄으로써 뇌의 동작 원리를 파악할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 뇌의 제어구조 규명
그림2. 뇌 영역 간 네트워크 구축
2019.04.10
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THE 2019 세계대학 영향력 순위 ‘산업·혁신 및 인프라’ 부문 세계 4위
〈THE 2019 세계대학 영향력 순위 발표 현장에서 축사하는 신성철 KAIST 총장 〉
영국의 글로벌 대학평가기관인 THE(Times Higher Education)가 3일 오후 발표한 ‘2019 세계대학 영향력 순위(University Impact Rankings)’에서 우리 대학이 ‘산업·혁신 및 인프라(Industry·Innovation & Infrastructure)’ 부문에서 세계 4위를 차지했다.
KAIST는 특히 세계 4위를 차지한 SDG 9(산업·혁신 및 인프라) 부문의 세부 항목인 ‘특허·논문·산업체 연구비’ 분야에서 평가지표 점수 10점 만점 중 9.9점을 기록해 세계 최고의 지식창출 기관임을 재확인했다.
UN이 2015년 채택한 17개 지속 성장 가능 목표(이하 SDGs, Sustainable Development Goals)를 지표로 대학의 사회적·글로벌 영향력을 평가하기 위해 새로이 도입된 이번 ‘세계대학 영향력 순위’는 KAIST에서 4일까지 열리고 있는 ‘2019 KAIST-THE 이노베이션 & 임팩트 서밋’에서 최초로 공개됐다.
THE는 이번 순위발표에서 UN이 정한 17개 SDGs 가운데 11개만을 평가 항목으로 삼았다. 11개 평가 항목은 ▲건강과 복지 ▲교육의 질 ▲양질의 일자리 및 경제 성장 ▲산업·혁신 및 인프라 ▲불평등 완화 ▲지속 가능한 도시 및 지역 사회 ▲지속 가능한 소비 및 생산 ▲기후 변화 대응 ▲평화·정의 구현을 위한 확고한 제도 ▲지속 가능한 발전을 위한 협력 등 이다.
THE의 이번 평가에는 아시아·유럽·북아메리카·남아메리카·오세아니아·아프리카 등 전 세계 6개 대륙, 75개국에서 551개 기관이 평가 대상으로 참여했다.
KAIST는 작년 3월부터 ‘글로벌 가치창출 선도대학’이라는 ‘비전 2031’을 수립, 선포하고 교육·연구·기술사업화·국제화·미래전략 등 5개 분야에서 혁신을 주도하고 있다. KAIST는 특히 산업계 논문 인용 영향력, 특허 성공률 등 기술사업화 분야에서는 이전부터 두각을 나타내 데이터 및 뉴스 서비스 기업인 로이터가 선정하는‘아시아 최고 혁신대학’ 순위에서도 2016년부터 3년 연속 1위를 차지한 바 있다.
로이터는 ▲특허출원 수 ▲특허 성공률 ▲국제특허 ▲산업계 논문인용 영향력 등 10개 지표를 고려해 매년 순위를 발표하고 있다.
〈행사 도우미 휴보와 함께 순위를 발표하는 던칸 로스(Duncan Ross) THE 데이터 담당자〉
이재형 KAIST 국제협력처장은 “다변화돼가고 있는 국제적 추세에 따라 대학의 역할도 다양해지고 있는 만큼 대학의 영향력을 평가하는 잣대도 함께 변화해야 한다”며 “THE가 올해 처음 시도한 세계대학 영향력 순위(Impact Rankings)는 평가 기준을 다양하게 확대했다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.
THE는 일부 선진국 우수대학들의 성취도 평가에 그쳤던 기존의 대학평가 방식에서 벗어나 이번에는 각 대학의 지속 성장 가능 지수를 바탕으로 대학의 역량과 사명을 평가하는 새로운 접근 방식을 처음으로 채택했다.
필 베티(Phil Baty) THE 편집장은 “인류의 보편적 문제·지구 환경문제·경제·사회 문제 등의 해결을 위한 연구(research), 지속 가능한 성장 목표를 위한 기관의 운영과 관리(stewardship), 국가 및 지역에 기여하는 대학의 사회공헌활동(outreach) 등을 큰 틀로 정해서 매년 순위평가를 이어갈 방침”이라고 밝혔다.
신성철 KAIST 총장도 “국가 발전의 성장 동력이 되는 지식창출에 헌신해 온 KAIST 또한 UN이 정한 17개 지속 성장 가능 목표를 새로운 지표로 삼아 글로벌 가치를 창출하는 선도대학으로 거듭나는 계기가 될 것”이라고 강조했다.
2019.04.04
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THE와 ‘이노베이션 & 임팩트 서밋’ 공동 개최
4차 산업혁명이라는 거대한 문명의 변혁이 예고된 시점에서 세계 유수의 대학과 교육 관계자들이 모여 지속 가능한 발전을 위한 책임감 있는 지식 창출 방안을 논의하는 대규모 국제회의가 우리 대학에서 개최된다.
특히, 이번 국제회의는 작년 2월 중국 심천 남방과기대(SUSTEC)에서 열린 ‘THE 아시아대학 총장 회의’에서 4차 산업혁명 시대를 맞아 세계 주요 대학의 최대 현안으로 떠오르고 있는 대학의 혁신 방안과 함께 대학의 브랜드와 평판을 높이는 주요 지표인 영향력 지수로 세계대학 순위를 정하자는 신성철 총장의 제안을 트레버 배럿(Trevor Barratt) THE 사장이 전격 수용해 이뤄졌다는 점에서 의미가 크다.
우리대학은 영국의 글로벌 대학평가 기관인 THE(Times Higher Education)와 공동으로 ‘2019 KAIST-THE 이노베이션 & 임팩트 서밋(2019 KAIST-THE Innovation & Impact summit)’을 4월 2일부터 4일까지 사흘간 KAIST 대전 본원에서 개최한다.
공식 개막행사는 4월 3일 오전 9시 학술문화관(E9) 5층 정근모 홀에서 열린다.
‘4차 산업혁명 시대, 대학의 역할 변화’를 주제로 진행되는 이번 행사는 ▲교육 혁신 ▲지식 이전과 기업가정신 ▲인공지능의 문화 ▲대학·산업·정부의 3중 나선 혁신(Triple Helix of Innovation) 등의 4개 분과를 구성해 각 분과의 현안과 협력 사항을 토론하고 향후 정책 방향을 마련한다.
이를 위해, 세계 유수 대학의 교육·산업·정·관계 리더들이 대거 초청돼 기조연설자 및 토론자로 나서며, 25개국 70여 개 대학 및 관련 기관에서 300여 명이 참석해 실질적인 사례를 공유하고 각 대학의 발전적 전략을 제시할 예정이다.
개막 이틀째인 4월 3일에는 리노 구젤라(Lino Guzzella) 스위스 취리히연방공대(ETH Zurich), 前 총장이 기조연설자로 나서 ‘고등교육-지식 인플레이션 대응 및 성공을 위한 준비(Higher Education–Coping with the Knowledge Inflation and Preparing for Success)’를 주제로 대학 교육의 새로운 발전 방향에 대해 소개한다.
구젤라 前 총장은 전례 없는 빠른 속도로 지식이 창출되는 4차 산업혁명 시대에는 단순 암기교육만으로는 경쟁력이 없다는 점을 재차 지적하고 비판적 사고와 창조적 상상력, 기업가정신 교육의 중요성을 소개할 예정이다. 그는 또 학생들이 복잡성이 증가하는 예측할 수 없는 미래사회에 잘 대응할 수 있도록 준비시키는 것이 대학이 지향해야 할 새로운 방향이자 책임이라고 강조한다.
이어, 추융(Qiu Yong) 중국 칭화대 총장은 ‘혁신 시대 고등교육의 방향과 실천(Reflection and Practice of Higher Education in an Era of Innovation)’을 주제로 기조연설을 한다. 추융 총장은 대학이 혁신적인 인재 육성에 있어 젊은 인재들의 에너지를 어떻게 활용할 것인지에 대해 논하고 국경을 초월하는 초연결 사회에서 국제 협력의 중요성을 강조할 방침이다.
중국 칭화대는 THE 아시아·태평양 대학평가 순위에서 2017년 4위를 차지했으나 작년 2위를 거쳐 올해엔 지난 2017년과 2018년 2년 연속 1위를 차지해 온 싱가포르국립대를 밀어내고 1위를 차지해 아태지역 내 최고 명문대 자리를 꿰찬 대학이다.
‘지식 이전과 기업가정신’분과에서는 학술·연구 분야의 세계 최대 출판기업인 엘스비어(Elsevier)의 지영석 회장이 기조연설자로 나서 ‘지식 이전 활성화 : 대학의 고유한 문화를 어떻게 활용할 수 있는가(Fueling Knowledge Transfer: How Universities Can Take Advantage of Their Unique Culture)’에 관해 역설한다.
행사 마지막 날인 4일 진행되는 ‘인공지능의 문화’분과에서는 조셉 아운(Joseph Aoun) 미국 노스이스턴대 총장이‘AI 시대에 성공하기 위한 학습자 교육(Preparing Learners to Succeed in the Age of AI)’을 주제로 기조연설에 나선다.
보다 역동적인 지식 창출과 인재양성 생태계를 만들기 위한 대학과 기업 간의 협력 방안에 대해 논의하는 ‘대학·산업·정부의 3중 나선 혁신(Triple Helix of Innovation)’분과에서는 영국의 인공지능 분야 주요 투자사인 아마데우스 캐피탈(Amadeus Capital) 앤 글로버(Anne Glover) 대표가 기조연설을 맡았다.
이밖에 일본 도쿄대 前 총장인 고미야마 히로시(Komiyama Hiroshi) 일본 미쯔비시 종합연구소 이사장, 김병훈 LG 사이언스파크 전무, 알렉산드로 파파스피리디스(Alexandros Papaspyridis) MS 아시아 고등교육 총괄, 샤메인 딘(Charmaine Dean) 캐나다 워털루大 부총장 등 산·학·연 주요 인사들이 연사와 패널로 참가한다.
4일에는 특히 THE가 새롭게 선보이는 ‘세계 대학 영향력 순위(University Impact Rankings)’가 최초로 발표된다.
이는 UN 총회가 2015년 채택한 지속 가능한 발전 목표(Sustainable Development Goals)에 대한 고등교육 기관의 책무이행 여부를 평가한 것으로 대학의 사회·경제적 영향력을 가늠하는 척도로 활용할 수 있는 순위다.
THE 측은 UN이 제시한 17개의 지속 가능한 발전 목표 중 11개를 평가 항목으로 삼았으며 6개 대륙, 75개국, 500개 이상의 기관이 평가 자료를 제출했다고 밝혔다.
필 베티(Phil Baty) THE 편집장은 “올해 최초로 공개하는 세계대학 영향력 순위는 각 대학과 그 대학의 졸업생들이 국가 발전에 기반이 되는 우수한 연구를 수행하고 있는지와 해당 지역에 얼마만큼 기여 하는지를 중점적으로 평가했다”며 “선진국 대학들이 유리한 고지를 차지했던 기존의 세계대학 랭킹과는 크게 다를 것”이라고 설명했다.
이어 그는 “향후 지속 가능한 개발 목표를 직접 다루는 연구 수행 여부와 순위발표 이후 사회적 영향력을 지속적으로 관리(stewardship)하기 위한 체계, 마지막으로 지역 사회 봉사자로서 기여 하는 대학의 역할 등을 큰 틀로 정해서 매년 순위 평가를 이어갈 방침”이라고 말했다.
이번 ‘2019 KAIST-THE 이노베이션 & 임팩트 서밋’은 작년 3월 ‘글로벌 가치창출 선도대학’이라는 새로운 ‘비전 2031’의 마련을 통해 교육·연구· 기술사업화·국제화·미래전략 등 5개 분야에서 혁신을 주도하며 우리나라 4차 산업혁명을 선도하고 있는 우리 대학에서 개최된다는 점에서 의미가 매우 크다.
신성철 총장은 행사 첫날인 2일 환영 연설을 통해 “이번 서밋에 KAIST의‘C3’정신이 녹아들어 도전(Challenge)과 창의(Creativity) 정신을 통해 세상을 움직이는 혁신적 정책들이 수립되고, 배려(Caring)의 정신으로 인류 번영의 밝은 미래를 만들어가는 글로벌 협업의 플랫폼이 마련될 수 있기를 바란다”고 강조할 예정이다.
2019.03.25
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김용훈 교수, 페로브스카이트 나노선 기반 소자 구현방안 제시
〈 이주호 박사과정, 무하메드 칸 박사후 연구원, 김용훈 교수 〉
우리 대학 전기및전자공학부 김용훈 교수 연구팀이 저차원 페로브스카이트 나노소재의 새 물성을 밝히고 이를 이용한 새로운 비선형 소자 구현 방법을 제시했다.
연구팀은 최근 태양전지, 발광다이오드(LED) 등 광소자 응용의 핵심 요소로 주목받는 페로브스카이트 나노소재가 차세대 전자 소자 구현에도 유망함을 증명했다. 또한 초절전, 다진법 전자 소자 구현에 필요한 부성 미분 저항 소자를 구현하는 새로운 이론적 청사진을 제시했다.
무하메드 칸(Muhammad Ejaz Khan) 박사후연구원과 이주호 박사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 1월 7일자 온라인판에 게재됐고, 표지논문으로 선정돼 출간될 예정이다.(논문명 : Semimetallicity and negative differential resistance from hybrid halide perovskite nanowires, 하이브리드 할로겐화 페로브스카이트 나노선에서의 준금속성과 부성미분저항 발현)
유무기 하이브리드 할로겐화 페로브스카이트 물질은 우수한 광학적 성능뿐만 아니라 저비용의 간편한 공정으로 제작할 수 있어 최근 태양전지 및 LED 등 다양한 광소자 응용 분야에서 주목받고 있다. 그러나 할로겐화 페로브스카이트의 전자 소자 응용에 관한 연구는 세계적으로도 아직 부족한 상황이다.
김 교수 연구팀은 최근 새롭게 제조 기술이 개발되고 양자효과가 극대화되는 특성을 가진 저차원 유무기 할로겐화 페로브스카이트 물질에 주목했다.
연구팀은 슈퍼컴퓨터를 활용해 우선 1차원 페로브스카이트 나노선의 유기물을 벗겨내면 기존에 보고되지 않은 준 금속성 특성을 발현할 수 있다는 것을 발견했다.
이 1차원 무기 틀을 전극으로 활용해 단일 페로브스카이트 나노선 기반의 터널링 접합 소자를 제작하면 매우 우수한 비선형 부성미분저항(negative differential resistance, NDR) 소자를 구현할 수 있음을 확인했다.
부성미분저항은 일반적인 특성과는 반대로 특정 구간에서 전압이 증가할 때 전류는 오히려 감소해 전류-전압 특성 곡성이 마치 알파벳 ‘N’모양처럼 비선형적으로 나타나는 현상을 말한다. 차세대 소자 개발의 원천기술 이 되는 매우 중요한 특성이다.
연구팀은 나아가 이 부성미분저항 특성은 기존에 보고된 바 없는 양자 역학적 혼성화(quantum-mechanical hybridization)에 기반을 둔 새로운 부성미분저항 원리에 기반함을 밝혀냈다.
연구팀은 저차원 할로겐화 페로브스카이트의 새로운 구조적, 전기적 특성을 규명했을 뿐 아니라 페로브스카이트 기반의 터널링 소자를 이용하면 획기적으로 향상된 부성미분저항 소자 특성을 유도할 수 있음을 증명했다.
김 교수는 “양자역학에 기반한 전산모사가 첨단 나노소재 및 나노소자의 개발을 선도할 수 있음을 보여준 연구이다”라며 “특히 1973년 일본의 에사키(Esaki) 박사의 노벨상 수상 주제였던 양자역학적 터널링 소자 개발의 새로운 방향을 제시한 연구이다”라고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 중견연구자지원사업, 나노소재원천기술개발사업, 기초연구실지원사업, 글로벌프론티어사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 표지
그림2. 연구개요
2019.02.21
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KAIST 아프리카 봉사단 과학기술부장관 상 수상
〈2018 월드프렌즈 ICT 봉사단 성과보고대회 우수활동 팀 부분 대상을 수상한 KAIST 음펨바 이펙트 팀〉
우리 대학 아프리카 봉사단이 ‘2018 월드프렌즈 ICT 봉사단 성과보고대회’에서 총 다섯 개의 상을 받아 전체 수상 분야를 석권했다.
‘월드프렌즈 ICT 봉사단’은 과학기술정보통신부와 한국정보화진흥원이 2011년부터 파견해온 해외 봉사단으로 국가 간 정보 격차를 줄이기 위해 개도국에 ICT 기술을 전수하는 활동을 수행한다. 우리 대학은 2015년부터 글로벌리더십센터(센터장 김영걸) 주관으로 아프리카에서 ICT 교육 봉사 프로그램을 진행해왔다.
올해는 전국 각 대학 소속 110개 팀, 400여 명이 아시아와 중남미, 아프리카 등 전 세계 23개국에 파견돼 자원봉사를 펼쳤으며, 지난 22일 세종문화회관에서 ‘2018 월드프렌즈 ICT 봉사단 성과보고대회’를 개최해 우수활동 팀 및 UCC·사진 부문 공모전 시상식을 진행했다.
이 시상식에서 탄자니아로 봉사 활동을 떠난 음펨바 이펙트 팀(Mpemba Effect, 정유리·이동은/생명과학과 16학번, 이현직/전기및전자공학부 17학번, 김다빈/화학과 15학번)이 우수활동 팀 부분 대상으로 선정돼 과학기술정보통신부 장관상과 부상을 수상했다.
탄자니아에서 함께 봉사 활동을 한 브이티에스 팀(VTS, 윤유상/기계공학과 16학번, 최지원·이상효/전기및전자공학부 17학번)도 같은 부분 우수상에 선정돼 한국정보화진흥원장상 및 부상을 수상했다.
또한, 사진 공모전에서 에티오피아에 파견된 조하연(물리학과 15학번) 학생이 대상을, 탄자니아에 파견된 이동은(생명과학과 16학번) 학생이 최우수상을 받았다.
이 외에도 음펨바 이펙트 팀은 UCC 공모전 우수상까지 차지하며 3관왕을 달성해 전체 수상 분야 모두를 석권하는 영예를 안았다.
총 35명의 학생으로 구성된 KAIST 월드프렌즈 ICT 봉사단은 에티오피아 및 탄자니아로 각각 파견됐다. 탄자니아에서는 지난 6월 30일부터 7월 26일까지 한 달 동안 아루샤市에 위치한 ‘넬슨 만델라 공과대학(NM-AIST)’과 ‘스타 고등학교’에서 현지 적정기술 프로젝트와 ICT 교육 및 사이언스 페어 준비 등 봉사 활동을 진행했다.
에티오피아에서는 7월 4일부터 8월 3일까지 아디스아바바市에 있는 ‘아디스아바바 과학기술원(AAiT)’에서 안드로이드 어플리케이션 개발, 이미지 프로세싱, 파이썬(Python), C언어 및 아두이노 등 ICT 교육과 K-POP, 한국어 교육, 전통문화 전수 등 한국문화 교육 등 봉사 활동을 진행했다.
〈2018 월드프렌즈 ICT 봉사단 성과보고대회 우수활동 팀 부분 대상을 수상한 KAIST VTS 팀〉
〈2018 월드프렌즈 ICT 봉사단 성과보고대회 사진 부분 대상을 수상한 물리학과 조하연(중앙)
최우수상을 수상한 생명과학과 이동연(맨 우측)〉
〈2018 월드프렌즈 ICT 봉사단 성과보고대회 UCC 부분 대상을 수상한KAIST 음펨바 이펙트 팀(중앙)〉
〈2018 월드프렌즈 ICT 봉사단 성과보고대회 사진 부분 대상 수상작(물리학과 15 조하연)〉
2018.12.26
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김신현 교수, 풍뎅이 외피 본뜬 머리카락 굵기 레이저 공진기 개발
〈 이상석 박사과정, 김신현 교수, 김종빈 박사과정 〉
우리 대학 생명화학공학과 김신현 교수 연구팀이 한국화학연구원 김윤호 박사와의 공동 연구를 통해 머리카락 굵기 수준의 캡슐형 레이저 공진기를 개발했다.
연구팀의 캡슐형 레이저 공진기는 크리슈나 글로리오사 풍뎅이(Chrysina gloriosa, 이하 글로리오사 풍뎅이)의 외피와 동일한 구조를 미세 캡슐에 탑재한 기술로 치료용 레이저 등 광범위한 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.
이상석 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 사이언스 자매지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 6월 22일자 온라인 판에 게재됐다. (논문명 : Wavelength-tunable and shape-reconfigurable photonic capsule resonators containing cholesteric liquid crystals , 파장 가변성과 모양 재구성성을 갖는 콜레스테릭 액정 기반의 캡슐형 레이저 공진기)
글로리오사 풍뎅이는 좌측으로 원편광된 빛을 비추면 나뭇잎과 비슷한 초록색을 띠고, 우측으로 원편광된 빛을 비추면 아무 색도 보이지 않는다. 이러한 독특한 광학 특성은 포식자들을 피해 글로리오사 풍뎅이 간의 통신 수단으로 활용된다고 알려져 있다.
글로리오사 풍뎅이가 편광 방향에 따라 다른 색을 보이는 이유는 외피에 왼쪽 방향으로 휘감아 도는 나선구조가 존재하기 때문이다. 이러한 나선구조는 동일한 방향의 원편광 빛만을 선택적으로 반사해 반사색을 보인다.
글로리오사 풍뎅이가 가진 나선구조를 활용하면 인공적으로 액정을 구현하는 것이 가능하다. 이러한 액정 나선구조는 글로리오사 풍뎅이의 외피처럼 편광 방향에 따른 반사 특성을 보이며 특정 파장의 빛을 제어할 수 있기 때문에 보통의 레이저와 달리 거울 없이도 레이저 공진기를 구현할 수 있다.
이러한 액정을 활용한 레이저 공진기는 필름 형태로 구현되곤 했는데 필름 형태의 공진기는 레이저의 발광 방향이 고정돼 있고 크기가 커 미세한 부분에 사용하기에는 한계가 있었다.
연구팀은 액정 레이저 공진기를 머리카락 크기 수준의 캡슐 내부에 제작해 목표 지점에 주사하거나 이식할 수 있는 새로운 형태의 레이저 공진기를 개발했다.
캡슐형 레이저 공진기는 삼중 구조로 구성된다. 코어의 액정 분자와 발광 분자의 혼합물을 액체 상태의 배향층과 고체 상태의 탄성층이 겹으로 감싸는 형태이다.
배향층은 코어의 액정 분자가 높은 배향 수준을 갖게 하는 역할을 통해 레이저 공진기의 성능을 향상시키고, 탄성층은 캡슐의 기계적 안정성을 높인다. 연구팀은 미세유체기술을 이용해 복잡한 삼중 구조를 제어된 방식으로 설계했다.
캡슐형 레이저 공진기는 공기 중에서도 안정적으로 구형을 유지하며 레이저 발광이 캡슐 표면을 따라 수직 발생해 3차원의 전방향(omnidirectional) 레이저 발광이 가능하다.
또한 캡슐형 공진기를 기계적으로 변형시켜 발광 방향과 레이저의 세기를 조절할 수 있고 온도 조절을 통해 액정의 나선구조 간격을 변화시키면 레이저 발광의 파장도 조절이 가능하다.
김 교수는 “개발한 새로운 형태의 캡슐형 레이저는 작은 크기와 높은 기계적 안정성을 가져 주사 및 이식이 가능하며 국부적인 영역에만 조사할 수 있는 치료용 레이저로 사용 가능하다”며 “자연에 존재하는 C.글로리오사 풍뎅이의 외피 구조를 모방해 발전시킨 것으로 인간은 자연에서부터 배우고 공학적으로 창조하게 됨을 증명한 연구이다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 X-project 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 좌원편광 빛과 우원편광 빛에 노출된 C. gloriosa 풍뎅이의 사진
그림2. 캡슐형 레이저 공진기의 구성 (좌) 및 광학 현미경 사진 (우)
2018.07.03
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성남-KAIST 차세대 ICT 연구센터 및 산학협력단 브랜치 오피스 개소식, 2일 가져
우리대학과 성남시가 4차 산업 기술혁신 생태계 기반 강화를 위해 협력추진하고 있는 ‘성남-KAIST 차세대 ICT 연구센터 및 KAIST 산학협력단 브랜치 오피스(Branch Office)’ 개소식이 지난 2일 성남산업진흥원(분당구 정자동 킨스타워 정글온 19층)에서 개최됐다.
이 날 개소식에는 신성철 총장을 비롯해 은수미 성남시장, 김병관 국회의원, 김병욱 국회의원, 진대제 성남FWC 위원장 등 내외빈과 함께 유관기관, 기업, 시민 등 약 80명이 참석했다. 우리대학은 성남시를 거점으로
하는 4차 산업혁명 선도도시 구현을 위해 작년 8월 성남시와 MOU를 체결하고, 같은 해 11월 업무협약 체결을 계기로 우리대학 산학협력단과 전기및전자공학부가 성남산업진흥원과의 협력을 통해 성남시 소재 중소‧벤처기업을 대상으로 인공지능 집중교육, EE Co-op 프로그램, K-Global 사업 등 다양한 산학협력 프로그램을 지원하고 있다.
우리대학은 또 이번 '성남-KAIST 차세대 ICT 연구센터 및 산학협력단 Branch Office' 개소를 계기로 교수 및 연구원 등 전문인력이 성남시에 상주를 통해 미래자동차, 의료 및 헬스케어 연구 플랫폼을 구축하는 한편 성남시 중소‧벤처기업을 대상으로 △인공지능 집중교육 △ICT 리더 포럼 △현장지원 프로그램 △글로벌 마케팅 프로그램 등을 본격적으로 운영할 계획이다.
이와 함께 성남시는 2020년 7월경 준공되는 (가칭)성남글로벌 ICT 플래닛 500평 규모의 공간으로 현 센터를 이전하는 한편 우리대학 석‧박사급 상주 연구인력 50여명과 지도교수 25명을 유치, 입주시켜 성남시 소재 기업들과의 효율적인 협업을 통해 기술혁신 거점을 구축할 계획이다.
2018.07.03
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공과대학 구현진 학생, HRI 학회 디자인 경쟁 세션 1위
(왼쪽부터) 서울대 기계항공공학부 최장호, KAIST 기계공학과 구현진, 서울대 기계항공공학부 도원경.
우리 대학 공과대학 구현진(기계공학과 학부, 13학번) 학생이 지난 3월 미국 시카고에서 열린 2018 인간로봇상호작용(Human-Robot-Interaction, HRI) 학회의 학생 디자인 경쟁 세션에서 1위를 차지했다.
구현진 학생은 서울대 학부생 4명(전기정보공학부 장선호, 기계공학부 최장호, 도원경, 이수민)과 팀을 이뤄 아이들과 일대 다 상호작용을 할 수 있는 거북이 모양 로봇 ‘쉘리(Shelly)’를 출품해 수상의 영광을 안았다.
인간로봇상호작용 학회의 학생 디자인 경쟁 세션은 전 세계 대학생들을 대상으로 사람과 상호작용을 하는 로봇을 디자인해 출품하는 대회다. 로봇의 창의적 상호작용 능력과 실제 사회에서의 효용성을 주요 심사 지표로 삼고 있다.
구현진 학생은 네이버 랩스 로보틱스 그룹의 인턴 활동 과정에서 이와 같은 연구를 시행했으며, ‘쉘리(Shelly)’를 이용한 로봇 학대 억제에 관한 연구 내용은 국제전기전자공학회(IEEE)에서 발행하는 잡지인 ‘IEEE spectrum’에도 게재되었다.
【참고 동영상】 · YTN 사이언스 방송
https://www.youtube.com/watch?v=n5KVwgBk0wk
【참고 사이트】 2018 인간로봇상호작용 학회 홈페이지
http://humanrobotinteraction.org/2018/sdc/
IEEE spectrum 온라인 페이지
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/shelly-robotic-tortoise-helps-kids-learn-that-robot-abuse-is-a-bad-thing
2018.06.29
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2018 아프리카 ICT 봉사단 발대식
우리 대학은 27일 오전 대전 본원에서‘2018 KAIST 아프리카 ICT 봉사단’발대식을 가졌다. 이날 발대식에는 아프리카로 봉사활동을 떠나는 51명의 학생을 포함해 신성철 총장, 박오옥 교학부총장 등 학교 관계자가 참석했다.
KAIST는 지난 2015년부터 한국정보화진흥원(NIA, 원장 문용식)과 함께 에티오피아 및 탄자니아의 대학생과 중·고등학생들을 대상으로 ICT 교육과 문화를 교류하는 해외 봉사단 파견 프로그램을 운영해왔다. 올해는 KAIST 발전재단의 후원으로 봉사지역을 확대, 우간다에 봉사단을 추가로 파견한다.
51명의 학생과 교직원 4명 등 총 55명으로 구성된 아프리카 ICT 봉사단은 모두 13개 팀으로 나눠 7월 말까지 약 한달 동안 봉사활동을 펼칠 예정이다. 에티오피아의 아디스아바바 공대(AAiT)에 6개 팀이, 탄자니아 넬슨만델라 과학기술원(NM-AIST) 및 스타 고등학교에는 3개 팀, 그리고 올해 처음으로 파견되는 우간다 IT 교육센터에는 4개 팀이 파견된다.
탄자니아에서는 넬슨만델라 과학기술원의 대학생들과 팀을 이뤄 인근의 스타고등학교 학생들에게 아두이노(Arduino, 다양한 센서나 부품을 연결할 수 있고 입출력, 중앙처리장치가 포함된 기판)를 활용한 적정기술 프로젝트를 추진한다. 토양 수분 함유량 측정 센서를 사용한 농업용수 공급 장치 개발, 저수지 산소 공급 프로젝트 등 현지의 생활 문제를 해결할 수 있는 과학기술적 접근 방법을 함께 찾아 나갈 계획이다.
에티오피아와 우간다에서는 현지 대학생들의 수요를 반영하여 아두이노 어플리케이션 제작, 프로그래밍(Python 및 C 언어), MS 오피스, 포토샵, 영상제작 프로그램 등 다양한 ICT 교육을 중점적으로 진행한다.
봉사단은 이밖에도 K-Pop 댄스, 제기차기·씨름 등 전통놀이, 한글 교육 등의 한국 문화를 소개하며 양국이 서로 교류하고 이해하는 시간도 가진다. 주말에는 인근 농장의 일손을 돕는 노력 봉사와 고아원 어린이를 대상으로 하는 체육·미술활동도 함께 진행할 예정이다.
이날 발대식에서 신성철 총장은 “에티오피아, 탄자니아, 우간다 현지인들을 만날 때는 항상 겸손과 온유와 포용의 정신을 가지고 낮은 자세로 봉사에 임해주길 바란다”며 “지식과 지혜를 바탕으로 많은 분들의 기대에 부응하며 리더십을 발휘해 달라”고 당부했다.
2018.06.27
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김희영 교수, 반도체 기판 내 불량칩 탐지, 군집화 기술 개발
〈 이영민 박사과정, 김희영 교수, 김진호 석사 〉
우리 대학 산업및시스템공학과 김희영 교수 연구팀이 반도체 기판 내 여러 형태의 혼합된 불량 칩 패턴을 효과적으로 탐지하고 군집화하는 기술을 개발했다.
이번 연구 결과는 산업공학 분야 저명 국제 학술지 ‘IISE Transactions’ 2월호에 게재됐다. 특히 이 논문은 특집 기사(featured article)로 선정돼 ‘ISE(Industrial and Systems Engineering)’ 매거진 1월호에도 게재됐다.
반도체 기판 제조공정은 기판 표면에 집적회로를 형성하는 복잡한 일련의 공정을 통해 구성된다. 기판 가공이 끝나면 기판 내 각 칩의 불량 여부를 테스트하는 과정을 거친다.
이 때 불량칩은 공정 이상 원인에 따라 특정한 패턴(예 : 원, 링, 스크래치 등)을 보이며 분포한다고 알려져 있다. 불량칩의 분포 패턴을 분석하는 것은 공정 이상을 탐지하고 그 원인을 파악하는데 중요한 단서를 제공한다.
최근 반도체 제조 공정이 점점 복잡해짐에 따라 한 기판 안에 여러 형태의 불량칩 패턴이 혼재되는 사례가 증가하고 있다. 연구팀은 다수의 불량칩 패턴을 효과적으로 파악하기 위해 일정 패턴을 형성하고 있는 불량칩을 선택한 후 여러 개의 특정 패턴으로 군집화하는 방법을 제시했다.
연구팀은 무작위 분포가 아닌 특정 패턴을 형성하고 있는 불량칩을 효과적으로 탐지할 수 있는 CPF(connected-path filtering) 기술을 개발했다. CPF는 특히 스크래치 형태로 분포된 불량칩 탐지에 탁월한 성능 향상을 보였다.
탐지한 불량칩을 다수의 패턴별로 군집화하는 과정에서는 사전에 서로 다른 몇 개의 패턴이 혼재됐는지 알지 못한다는 점과 각 패턴이 복잡한 모양을 가진다는 점이 어려움으로 남아 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 무한 비선형 혼합 모형(infinite warped mixture model)을 이용함으로써 군집화 과정에서 데이터가 스스로 군집 수를 결정할 수 있도록 했다.
또한 복잡한 모양의 패턴을 바로 이용하는 대신 은닉 공간(latent space)에서의 단순한 모양의 패턴을 이용해 보다 효과적으로 군집화하는 데 성공했다.
연구팀은 SK 하이닉스의 실제 반도체 데이터를 활용해 제안된 방법을 검증함으로써 실제 반도체 제조 현장 문제를 효과적으로 해결할 수 있음을 확인했다.
이번 연구에 1저자로 참여한 김진호 석사졸업생은 SK 하이닉스의 수학 파견 인원으로 선발돼 석사과정 동안 2저자인 이영민 박사과정과 공동 연구를 수행했다. 김진호 졸업생은 현재 SK 하이닉스 수석 엔지니어로 근무하고 있으며 Alius TEST 기술팀을 이끌고 있다.
□ 그림 설명
그림1. CPF 적용 전, 후 결과
그림2. 여러형태의 혼합된 불량칩 패턴과 각 특정 패턴으로 군집화된 불량칩 패턴
2018.06.12
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박재선 석박사통합과정, 모나코-ITER 박사후연구원 펠로우십 선정
〈 박 재 선 석박사통합과정〉
우리 대학 물리학과 박재선 석박사통합과정(지도교수 : 원자력및양자공학과 최원호 교수)이 모나코-ITER 박사후연구원 펠로우십(Principality of Monaco/ITER Postdoctoral Fellowships)에 최종 선정됐다.
모나코-ITER 박사후연구원 펠로우십은 ITER에서 근무할 박사후연구자들을 지원하기 위한 프로그램으로 2008년 1월 모나코 공국과 ITER 국제기구 사이에 체결된 후 매 2년마다 전 세계에서 총 5명만 선발하는 경쟁력 높은 프로그램이다.
선발된 박사후연구원은 2년 동안 ITER 국제기구에 근무하며 분야를 선도하는 뛰어난 핵융합 연구자들과 협업하며 연구 과제를 수행하게 된다.
1985년에 처음 시작된 국제열핵융합로(ITER) 프로젝트는 핵융합에너지 개발을 위한 공동연구를 목적으로 현재 대한민국, 유럽연합, 미국, 중국, 일본, 러시아, 인도의 총 7개 회원국이 금액을 분담해 참여하는 초거대 규모의 과학 프로젝트이다.
우리나라는 ITER 장치의 총 건설비용(약 200억 유로)의 9.1%를 부담하고 있다. ITER 핵융합실험로는 프랑스 남부 프로방스 알프코트다쥐르(provence-alpes-côte d'azur) 지역 약 42헥타르의 부지에 2025년 최초 플라즈마 발생을 목표로 건설 중이고, 현재 세계 각국 약 800여 명의 인력이 함께 근무하고 있다.
선발된 박사후연구원은 ITER에서 근무하는 동안 국제공무원 신분을 인정받아 다양한 혜택을 받게 된다. 박재선 학생은 2019년 초부터 ITER에서 근무를 시작할 예정이다.
2018.05.02
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김용훈 교수, 차세대 탄소섬유 개발 위한 이론 규명
우리 대학 EEWS대학원 김용훈 교수 연구팀이 고품질 탄소섬유 개발에 필요한 고분자 전구체와 저차원 탄소 나노소재 간 계면의 원자구조 및 전자구조적 특성을 규명했다.
이번 연구로 차세대 탄소섬유 개발의 이론적 청사진을 제시할 것으로 기대된다.
이주호 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구 성과는 국제 과학 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 4월 11일자에 속표지(Inside Back Cover) 논문으로 게재됐다.
탄소섬유는 매우 가벼우면서도 뛰어난 기계적, 열적 특성을 갖고 있기 때문에 초경량 자전거, 골프 클럽 등 스포츠 용품부터 자동차, 항공우주, 원자력 등 다양한 첨단 기술 분야에 활발히 활용되고 있는 신소재이다.
탄소섬유는 전구체(precursor) 고분자를 방사, 안정화 및 탄화 등의 작업을 통해 얻어지며 현재 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile, PAN)이 탄소섬유의 주 전구체로 사용되고 있다.
고품질 차세대 탄소섬유를 얻는 방법으로 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 탄소섬유 전구체 고분자 매트릭스에 분산시켜 고분자의 결정성을 높이는 연구가 대표적이다. 탄소나노튜브와 전구체 고분자의 조합이 탄소섬유의 물성을 향상시킬 수 있다는 것도 실험을 통해 확인된 바 있다.
그러나 20년 이상의 연구에도 탄소나노튜브와 전구체 고분자 간 상호작용에 대한 이해는 실험적 접근법의 어려움으로 인해 부족한 상황이다. 따라서 탄소나노튜브를 활용한 고품질 탄소섬유 제작 기술은 한계가 있었다.
김 교수 연구팀은 슈퍼컴퓨터를 활용해 양자역학적 제1원리 기반 멀티스케일 시뮬레이션을 수행해 대표적인 탄소섬유 전구체인 폴리아크릴로나이트릴 고분자가 탄소나노튜브 계면에서 배열되는 과정을 원자 수준에서 체계적으로 재현했다. 또한 탄소나노튜브-폴리아크릴로나이트릴 고분자 계면이 특히 좋은 특성을 보일 수 있는 이유를 연구했다.
폴리아크릴로나이트릴 고분자의 단위체가 누워있는 형태의 특정 원자구조를 선호하고, 이 때 양전하와 음전하가 균형 있게 이동하는 계면 특유의 특성이 발현되므로 이 계면 구조를 최대화 시키는 것이 최적의 대규모 폴리아크릴로나이트릴 고분자 정렬을 유도할 수 있음을 밝혔다.
또한 폴리아크릴로나이트릴 고분자의 정렬도가 그래핀 나노리본과의 계면에서 극대화되는 것을 확인해 최근 각광을 받고 있는 그래핀을 이용해 탄소 섬유의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다는 가능성도 제시했다.
“김 교수는 양자역학에 기반한 전산모사가 첨단 소재·소자의 개발을 위한 기본원리를 제공해 줄 수 있음을 보여준 연구의 예다”며 “이러한 전산모사 연구의 중요성은 컴퓨터 성능 및 전산모사 이론체계의 비약적인 발전과 더불어 더욱 커질 것이다”라고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 중견연구자지원사업, 나노소재원천기술개발사업, 기초연구실지원사업, 글로벌프론티어사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 표지
그림2. 연구 개요 모식도
2018.04.26
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