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친환경적 나일론 생산 전략 소개하다
기후 변화에 대응하여 전 세계는 '넷제로(Net-Zero)'라는 슬로건을 내세운 탄소 중립 관련 산업에 점점 더 주목하고 있다. 나일론으로 대표되는 폴리아마이드는 자동차, 전기, 섬유, 의료 산업 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되는 선형 고분자다. 1938년 나일론으로 처음 상업화된 이후, 매년 전 세계적으로 약 700만 톤의 폴리아마이드가 생산되고 있다. 이러한 폭넓은 활용성과 중요성을 고려할 때, 폴리아마이드를 생물 기반 방식으로 생산하는 것은 환경적, 산업적 측면에서 모두 중대한 의미를 지니고 있다.
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀의 이종언 박사와 김지연 박사과정생이 `바이오 기반 폴리아마이드 생산 기술의 발전 동향' 논문을 발표했다고 18일 밝혔다.
기후변화대응 기술 중 바이오리파이너리는 화석 원료에 의존하지 않고 바이오매스 원료로부터 생물공학적·화학적 기술을 이용해 화학제품·바이오 연료 등 산업 화학물질을 친환경적으로 생산하는 분야에 해당한다. 특히, 이상엽 특훈교수가 창시한 시스템 대사공학은 미생물의 복잡한 대사회로를 효과적으로 조작해, 바이오매스 원료로부터 유용 화합물을 생산하는 핵심 바이오리파이너리 기술이다. 이상엽 특훈교수 연구팀은 실제로 시스템 대사공학 전략을 이용해 숙신산, 생분해성 플라스틱, 바이오 연료, 천연물 등을 생산하는 고성능 균주들을 다수 개발한 바 있다.
연구팀은 우리의 실생활에서 의류 및 섬유에 다양하게 활용되는 바이오 기반 폴리아미드 생산기술이 보편화된다면, 친환경적 생산기술을 바탕으로 기후 위기에 대응할 수 있는 미래기술로써 주목받게 될 것임을 전망했다. 이번 논문에서는 바이오 기반 폴리아마이드 생산 전략을 종합적으로 정리함으로써 대사공학적으로 개량된 미생물 세포 공장을 사용한 폴리아마이드 생산과 합성된 바이오 기반 폴리아마이드 발전 동향을 제공했다. 또한, 화학적 전환을 통하여 합성된 바이오 기반 폴리아마이드 생산 전략, 생산된 폴리아마이드의 생분해 및 재활용 가능성에 대해 논의했다. 나아가 친환경 화학 산업과 지속 가능한 사회를 위해 바이오 기반 폴리아마이드 생산에 활용되는 대사공학이 나아갈 방향을 함께 제시했다.
이번 논문의 공동 제1 저자인 김지연 박사과정생은 “탄소 중립 목표 달성을 위해 시스템 대사공학을 활용한 바이오 기반 폴리아마이드 생산의 중요성이 더욱 대두되고 있다”라고 말했으며, 이상엽 특훈교수는 “증가하는 기후 변화에 대한 우려 속에 어느 때보다 친환경적이며 지속 가능한 산업 발전의 중요성이 커지고 있는 지금, 시스템 대사공학이 화학 산업뿐만 아니라 다양한 분야에 큰 영향을 미칠 것”이라고 밝혔다.
우리 대학 생명화학공학과의 이종언 박사, 김지연 박사과정생, 안정호 박사, 안예지 석사가 함께 참여한 이번 논문은 셀(Cell) 誌가 발행하는 화학 분야 권위 리뷰 저널인 `화학의 동향(Trends in Chemistry)' 12월호 표지논문 및 주 논문(Featured Review)으로 12월 7일 字 게재됐다.
※ 논문명 : Current advancements in the bio-based production of polyamides
※ 저자 정보 : 이종언(한국과학기술원, 공동 1 저자), 김지연(한국과학기술원, 공동 1 저자), 안정호(한국과학기술원, 제 3저자), 안예지(한국과학기술원, 제 4저자), 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 5명
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제 및 ‘C1 가스 리파이너리 사업’의 지원을 받아 수행됐다.
2023.12.18 조회수 7826 -
혹시 나도 수면 질환? AI로 간단히 검사해 보세요
각종 장비를 몸에 부착한 채 병원에서 하룻밤을 보내야 하는 번거로운 검사 없이 웹사이트를 통해 간단히 수면 질환 위험도를 파악할 방법이 나왔다. 우리 대학 수리과학과 김재경 교수 연구팀이 삼성서울병원 주은연‧최수정 교수팀, 이화여대 서울병원 김지현 교수팀과 공동 연구를 통해 개발한 세 가지 수면 질환을 예측할 수 있는 알고리즘 ‘슬립스(SLEEPS‧SimpLe quEstionnairE Predicting Sleep disorders)’를 12일 공개했다.
‘잠이 보약’이라는 말처럼 수면은 정신적‧신체적 건강에 주요한 영향을 미친다. 성인의 60%가량이 수면 질환을 앓고 있지만, 관련하여 전문 의료진에게 문의한 비율은 6% 수준에 불과하다. 병원 방문을 꺼리는 원인 중 하나로는 수면 질환 진단을 받기 위해 시행하는 수면다원검사가 번거롭다는 이유가 있다.
공동연구진은 약 5,000명의 수면다원검사 결과를 기계 학습을 통해 학습시켜 수면 질환 위험도를 예측하는 알고리즘 ‘슬립스’를 개발했다. 슬립스에서 나이, 성별, 키, 체중, 최근 2주간의 수면 시 어려움, 수면 유지 어려움, 기상 시 어려움, 수면 패턴에 대한 만족도, 수면이 일상 기능에 미치는 영향 등 간단한 9개의 질문에 답하는 것만으로 만성불면증, 수면호흡장애, 수면호흡장애를 동반한 불면증의 위험도를 90%의 정확도로 예측할 수 있다. 가령, 슬립스 검사 결과 수면호흡장애 위험도가 50%라는 결과가 나왔다면, 실제 수면다원검사를 시행했을 때 수면호흡장애가 발견될 확률이 50%임을 의미한다.
제1 저자인 하석민 미국 MIT 박사과정생(前 IBS 의생명 수학 그룹 연구원)은 “미국 하버드대 연구팀도 AI 기반 수면 질환 검사 알고리즘을 개발한 바 있으나, 이 시스템은 목둘레, 혈압 등 쉽게 답하기 어려운 문항이 포함되어 있어 사용이 까다로웠다”며 “또한, 하버드대 연구팀의 시스템은 예측 정확도도 70% 정도에 그쳤다”고 말했다.
슬립스 사이트(www.sleep-math.com)를 통해 누구나 수면 질환 여부를 예측해볼 수 있다. 현재 본인의 상태를 기준으로 몸무게 변화나 나이가 듦에 따른 수면 질환 위험도 변화도 살펴볼 수 있다.
김재경 교수는 “이번 연구는 수학으로 우리가 직면한 건강 문제를 해결해보고자 하는 시도에서 시작됐고, 중요하지만 쉽게 간과할 수 있는 수면 질환에 기계 학습을 접목했다”며 “수면 질환 진단의 복잡한 과정을 줄인 만큼, 많은 사람이 슬립스를 통해 자신의 수면 건강을 알 수 있는 계기가 되길 바란다”고 말했다.
주은연 삼성서울병원 교수는 “슬립스는 간편한 수면 질환 자가 검진 시스템”이라며 “향후 건강검진 항목에 AI 기반 자가 검진 시스템을 포함한다면 잠재적인 수면 질환 환자들을 스크리닝하여 수면 질환으로 인해 발생하는 수많은 질병을 선제적으로 예방할 수 있을 것”이라고 말했다.
슬립스 개발 성과는 지난 9월 의료 건강 분야 국제학술지 ‘Journal of Medical Internet Research’에 실린 바 있다.
2023.12.14 조회수 13372 -
푸른 가능성의 청사진을 전시하다
우리 대학 산업디자인학과에서 현대차 정몽구 재단과 협력전시인 `Blueprint: Feasible Blue' (국문명 청사진: 푸른 가능성)을 통해 산업의 미래에 대한 다양한 상상력과 이색 아이디어들을 대중에게 12월 17일부터 22일까지 재단의 복합문화공간인 온드림 소사이어티(ONDREAM SOCIETY)에서 무료로 공개할 예정이라고 14일 밝혔다.
KAIST와 현대차 정몽구 재단이 공동 주최하는 이번 전시에서는 산업디자인학과의 3개 연구실과 10명 학부생의 푸른 상상력과 미래지향적인 사고를 엿볼 수 있다. 본 전시에는 실현 가능한 아이디어와 상상력이 어우러진 청사진의 세계에서 미래의 가능성을 함께 보여주고자 기획되었다.
해당 전시의 시작을 알리는 오프닝 토크(12월 17일, 15:00)에서는 산업디자인학과의 이탁연 교수와 미국 조지아 공대 산업디자인학과 및 인터랙티브 컴퓨팅학과의 오현주 교수가 생각하는 디자인과 산업의 미래에 대한 강연이 있을 예정이다.
이번 전시에서는 배상민 교수팀의 오르골 자일리톨 디스펜서에서부터 박민서 학생의 화를 다스릴 수 있게 도움을 주는 기기까지, 총 14개의 다양한 디자인적 청사진을 살펴볼 수 있다. 디자인과 기술이 어떻게 소통하며 상호작용하는지, 그리고 혁신적인 기술이 어떻게 디자인을 통해 사회에 지속 가능하게 기여할 수 있는지에 대한 고찰을 바탕으로, 본 전시는 실험적인 아이디어와 프로젝트를 통해 현대 산업과 생활이 나아가야 할 방향을 탐색한다.
동 전시를 총괄 기획한 산업디자인학과 이창희 교수는 “이번 전시는 실험적인 청사진(Blueprint)을 통해 산업과 미래 삶의 새로운 모습들을 보여주고, 이를 통해 일반 대중들에게 다양한 영감을 제공할 예정이다”라고 밝혔다.
아울러, 현대차 정몽구 재단의 최재호 사무총장은 “우리 재단은 설립자의 뜻을 이어받아 인간 중심의 사회 공헌을 통해 더 나은 사회를 꿈꾸고 있다. 이번에 인간 중심의 연구와 교육을 통해 인류 전체의 더 나은 삶과 미래를 만들어 가는 KAIST 산업디자인학과와 함께 디자인과 기술을 통해 미래 사회문제 해결에 기여하는 전시를 재단의 복합문화공간에서 개최하게 되어 큰 의미가 있다”라고 밝혔다.
산업디자인학과 이우훈 학과장은 "기술 자체는 무색무취하다. 우리는 기술의 가능성을 음미하여 현실에 가치 있는 새로운 것을 만든다. 그리고 이렇게 만들어진 것들이 우리의 미래를 만든다"라고 밝혔다.
Blueprint: Feasible Blue (국문명 청사진: 푸른 가능성) 전시 일정
오프닝톡: 12월 17일 3:00PM (리셉션 오픈: 2:00PM)
전시기간: 12월 17일~22일
전시장소: 온드림 소사이어티(ONDREAM SOCIETY) (주소: 서울 중구 명동길 73)
*오프닝톡을 포함해 모든 시민들에게 무료로 공개
2023.12.14 조회수 5674 -
KAIST-LG에너지솔루션, 리튬금속전지 기술 혁신
리튬금속전지는 전기차의 주행거리를 크게 높일 수 있다는 것이 특징을 가지고 있다. 하지만, 리튬금속은 전지의 수명과 안정성 확보를 어렵게 하는 `덴드라이트(Dendrite)' 형성과 액체 전해액에 의한 지속적인 부식(Corrosion)이 발생하여 기술적 해결이 필요하다.
우리 대학 생명화학공학과 김희탁 교수와 LG에너지솔루션 공동연구팀이 차세대 전지로 주목받고 있는 `리튬금속전지(Lithium metal battery)'의 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 원천기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
공동연구팀은 1회 충전에 900km 주행, 400회 이상 재충전이 가능한 리튬금속전지 연구 결과를 공개했다. 기존 리튬이온전지(Lithium-ion battery)의 주행거리인 약 600km보다 50% 높은 수준이다.
공동연구팀은 리튬금속전지의 구현을 위해 기존에 보고되지 않은 `붕산염-피란(borate-pyran) 기반 액체 전해액'을 세계 최초로 적용, 리튬금속 음극의 기술적 난제를 해결하고 그 근본원리를 규명했다.
붕산염-피란 전해액은 리튬금속 음극 표면에 형성된 수 나노미터 두께의 고체 전해질 층(Solid Electrolyte Interphase, SEI)를 치밀한 구조로 재구성함으로써 전해액과 리튬 간의 부식 반응을 차단한다.
이 `고체 전해질 층 재구성(SEI restructuring)' 기술은 덴드라이트와 부식 문제를 동시에 해결해 리튬금속 음극의 충전-방전 효율을 향상하는 것은 물론, 기존보다 배터리 음극재와 전해액의 무게를 크게 줄일 수 있어 에너지 밀도(Energy Density)를 높일 수 있는 특징이 있다. 특히 이번 연구에서 구현된 리튬금속전지는 구동 시 높은 온도와 압력이 요구되지 않아, 전기차의 주행거리를 높이기 위한 간소화된 전지 시스템 설계가 가능하다.
생명화학공학과 김희탁 교수는 "이번 연구는 지금까지 실현 불가능하다고 여겨진 액체 전해액을 기반으로 하는 리튬금속전지의 구현 가능성을 가시화한 연구ˮ 라고 말했다. 논문의 제1 저자인 권혁진 박사과정은 "리튬금속음극 계면의 나노스케일 제어를 통해 리튬금속전지의 한계를 극복할 수 있음을 보였다ˮ라고 연구의 의미를 강조했다.
이 연구결과는 세계적인 학술지 `네이처 에너지(Nature Energy)'에 11월 23일자 온라인 게재했다.
※ 네이처 에너지(Nature Energy) : 2023년 Clarivate Analytics가 발표한 Journal impact factor에서 에너지 분야 157개 학술지 중 1위, 총 2만 1천여 개 학술지 중 23위를 기록
※ 논문명 : Borate–pyran lean electrolyte-based Li-metal batteries with minimal Li corrosion
이번 연구 성과는 카이스트와 LG에너지솔루션이 차세대 리튬금속전지 기술 개발을 위해 2021년 설립한 프론티어 연구소(Frontier Research Laboratory, FRL, 연구소장 김희탁 교수)를 통해 이뤄진 것이다. 이처럼 대학과 기업이 힘을 모아 배터리 기술의 혁신을 이뤄내고 있다.
2023.12.07 조회수 8006 -
명현 교수, 한국로봇학회 학술상 및 제어로봇시스템학회 IEEE 학술활동상 수상
전기및전자공학부 명현 교수가 국내 로봇 관련 양대 학회인 한국로봇학회와 제어로봇시스템학회에서 각각 학술상을 수상했다.
명현 교수는 지난 12월 1일 서울 한국과학기술회관 SC컨벤션에서 열린 한국로봇학회 정기총회에서 학술상을 수상했다. 한국로봇학회 학술상은 매년 연말에 시상하는 한국로봇학회의 학회상으로서, 독창적인 연구성과와 저술활동을 통해 국내외 로봇 기술 및 관련 학문의 발전에 탁월한 업적을 이룬 연구자에게 포상하는 한국로봇학회 최고 권위의 상이다. 명현 교수 연구팀은 로봇 자율 주행 분야에서 100여편의 SCI급 논문과 300여편의 국제학술대회 논문을 발표하는 등 관련 분야에서의 학문적인 성과와 더불어, 로봇 관련 최대 국제 학술대회인 2023 IEEE ICRA (Int’l Conf. Robotics and Automation, 영국 런던 개최) 자율보행 로봇 경진대회 우승 및 HILTI SLAM Challenge 2관왕 등의 우수한 성과를 인정받아 수상을 하게 되었다.
또한, 명현 교수는 지난 10월 19일 여수 베네치아 호텔에서 개최된 제어로봇시스템학회(ICROS) 정기총회에서 IEEE 학술활동상을 수상하였다. IEEE 학술활동상은 ICROS에서 매년 포상하는 6개의 학술상 중의 하나로서, IEEE 관련 학술 활동이 탁월한 연구자에게 수여하는 학술상이다. 명현 교수는 금년 IEEE ICRA 자율보행 로봇 경진대회 우승 및 SLAM 대회 2관왕의 성과를 인정받아 수상을 하게 되었다.
2023.12.05 조회수 4661 -
극한 호우는 지구온난화 때문이었다
과거 60여 년간 동아시아지역에 호우 강도가 약 17% 증가했고 주된 원인이 인간 활동에 의한 지구온난화의 가속화임을 세계 최초로 입증하는 데 성공했다.
우리 대학 문술미래전략대학원(건설및환경공학과, 녹색성장및지속가능대학원 겸임) 김형준 교수와 인문사회연구소 문수연 박사가 한·미·일 국제 공동 연구를 통해 과거 60여 년간 관측된 동아시아 지역의 기상 전선에 의한 호우 강도의 증가가 인간 활동에 의한 기후변화의 영향이었음을 지구 메타버스 기술을 이용해 처음으로 증명했다고 5일 밝혔다.
여름 호우는 농업 및 산업에 큰 영향을 미치며 홍수나 산사태 등의 재해를 일으켜 지역의 생태계에도 영향을 주는 등 인간 사회 있어서 커다란 위협 중 하나라고 할 수 있다. 여름 호우의 강도가 과거 몇십 년간 변화돼 온 사실은 세계 각지에서 보고됐다. 그러나 동아시아의 여름 호우는 태풍, 온대 저기압, 전선과 같은 다양한 프로세스에 기인하며, 여름 호우의 40% 이상을 차지하는 전선이 야기하는 호우에 관한 연구는 아직 미흡하다. 또한, 호우는 기후 시스템의 자연 변동 혹은 우연성에 의한 영향 또한 존재하기 때문에 인간 활동에 의한 온난화가 전선 유래의 호우 강도에 어느 정도 영향을 주고 있는지는 아직 밝혀지지 않고 있다.
KAIST, 동경대, 동경공업대, 전남대, GIST, 유타주립대 등 한·미·일 8개 기관으로 구성된 국제 공동연구팀은 동아시아의 기상 전선에 의한 호우 강도를 과거 약 60년간 관측 데이터로 확인한 결과 중국 남동부의 연안 영역부터 한반도 그리고 일본에 걸쳐 호우의 강도가 약 17% 증가한 사실을 발견했다. 연구팀은 이러한 변화의 원인을 밝히기 위해 인간 활동에 의한 온실가스의 배출이 있는 지구와 그렇지 않은 지구를 시뮬레이션한 지구 메타버스 실험을 이용해 온실가스 배출에 의해 호우 강도가 약 6% 강화됐으며, 발견된 변화가 인간 활동에 의한 온난화의 영향을 배제하고서는 설명할 수 없음을 보이는 데 세계 최초로 성공했다.
교신 저자인 김형준 교수는 "이번 연구는 동아시아에서 기상 전선에 의한 호우의 강도가 최근 반세기에 걸쳐 유의미하게 증가했음을 밝히고 그러한 변화에 이미 인류의 흔적이 뚜렷하게 남겨져 있음을 증명한다ˮ며, "이는 기후변화의 영향을 이해하는 데 중요한 단서가 되며 동시에 탄소중립을 성공적으로 달성하더라도 필연적으로 진행되는 가까운 미래의 기후변화에 대해 효율적으로 적응하기 위해 필수 불가결한 정보라고 할 수 있다ˮ고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 `사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 11월 24일 출판됐다. (논문명: Anthropogenic warming induced intensification of summer monsoon frontal precipitation over East Asia)
한편 이번 연구는 한국연구재단 해외우수과학자유치사업(BP+)와 인류세연구센터의 지원을 받아 수행됐다.
2023.12.05 조회수 7176 -
학계 중심 딥모빌리티 컨소시엄 출범식 개최
우리 대학이 미래 모빌리티 분야의 핵심기술 확보를 위해 새로운 형태의 밀착형 산-학 협력 모델과 대전시(시장 이장우)와 협약을 통해 '딥모빌리티 컨소시엄' 출범식을 4일 문지캠퍼스에서 개최했다.우리 대학은 모빌리티 분야에서 국내 최초로 학계 중심의 다기관 회원제 컨소시엄을 구축하고, 참여기업의 연회비를 기반으로 개방형 통합 모빌리티 플랫폼을 개발할 예정이다. 또한, 대전시는 이번 업무협약을 근거로 관내 일부 도로를 리빙랩으로 조성해 컨소시엄에서 개발된 연구 성과의 실용화를 지원한다.
현재, 글로벌 모빌리티 산업계는 기존 차량 제조사 중심의 수직적 생태계에서 벗어나 소프트웨어 및 서비스 업체를 포함한 수평적 생태계로 급격하게 전환 중이다. 이러한 변화에 국내 산업계가 효과적으로 대응하기 위해서는 차량-인프라-서비스 부문 간의 유기적 연계뿐만 아니라 새로운 기술에 대한 제도적 장치 마련을 위한 산-학-연-관 간의 효율적인 협력의 장이 요구된다.
이에 우리 대학은 '단일 교수-단일 회사' 간의 산학협력을 넘어 '다수 교수-다수 기업' 간의 협력을 수행하는 새로운 산학협력 모델을 제시하고, 이를 통해 미래 모빌리티의 핵심기술인 ‘개방형 통합 모빌리티 플랫폼’을 개발할 계획이다.
이번 컨소시엄에 참여하는 이동만 KAIST 교학부총장 겸 전산학부 교수는 "소프트웨어 중심 모빌리티 프레임워크 개발, 모빌리티 솔루션의 테스트 환경을 제공하는 리빙랩 클라우드 구축, 리얼 버추얼리티 트윈 개발을 중점적으로 수행할 이번 컨소시엄은 안전하고 신뢰할 수 있는 스마트 모빌리티 솔루션을 제공하는 초석이 될 것"이라고 강조했다.
딥모빌리티 컨소시엄에는 모빌리티 서비스, 임베디드 소프트웨어 및 IT 소프트웨어 프레임워크(S/W Framework) 등 시스템 개발 경험이 풍부한 우리 대학 교수진이 다수 참여하고 있다. 현재 현대자동차그룹, 한국앤컴퍼니, HL클레무브, ㈜파트론, 펜타시스템, 모라이, 엠큐닉 등 다수의 국내 기업과 실무 협의를 진행 중이다.
참여기업에는 각 회사 연구진의 기술개발 참여 및 연구개발 과정의 데이터와 결과물을 공유하는 등 실질적인 산학협력의 장을 제공할 계획이다. 또한, 대전시·제주도 등의 지방자치단체도 컨소시엄에 참여해 세계 최고 수준인 5G 통신망을 기반으로 기술실증 환경을 제공하고 모빌리티 신기술의 도입을 제도적으로 지원할 계획이다.
이광형 KAIST 총장은 "급변하는 글로벌 모빌리티 시장에 효과적으로 대응하고 이를 선도하기 위해서는 기존과 차별화된 밀착형 산-학 협력모델의 구축이 요구된다"라고 강조했다. 이 총장은 이어 "모빌리티 분야로는 국내 최초로 시도하는 본 컨소시엄의 출범과 지속적인 확대 발전을 통해, 향후 국내 관련 산업계가 미래 모빌리티 분야의 혁신을 선도하고 새로운 기술 가치를 창출하길 진심으로 기원한다"라고 말했다.
2023.12.04 조회수 4431 -
전기및전자공학부 김용대, 조성환 교수, 2024년 IEEE 석학회원 선임
우리 대학 전기및전자공학부 김용대 교수와 조성환 교수가 국제전기전자공학자협회(이하 IEEE)의 2024년 석학회원(Fellow)으로 선임됐다.
IEEE는 세계 최고 권위의 전기, 전자, 컴퓨터, 통신 분야 학회다. 160여 개국에서 40만 명에 이르는 회원을 보유하고 있다. 이중 석학회원(Fellow)은 탁월한 개인 연구 업적, 기술 성취 실적, 전문 분야 총괄 경력 등 7개의 평가 기준 심사를 거쳐 회원의 최상위 0.1% 내에서 선정한다.
KAIST 전기및전자공학부에서는 1995년 김충기 명예교수가 석학회원으로 선임된 이후 22명의 교수가 석학회원으로 선임됐다. 2024년처럼 2명 이상의 석학회원이 동시 선임된 것은 2008년 이주장 교수와 유회준 교수, 2009년 경종민 교수, 김종환 교수, 송익호 교수, 2016년 조규형 교수와 김정호 교수, 2023년 서창호 교수와 최경철 교수가 있으며, 2023년에 이어 2년 연속으로 2명의 석학회원이 선임됐다.
김용대 교수는 이동통신, 분산 시스템, 사이버 물리 시스템 등에서 발견되는 취약점을 미리 찾고 이를 개선하는 데 세계적 전문가로 알려져 있다. 아울러, 드론, 5G, 자율 주행 등의 최첨단 기술에서 실제로 가능한 공격을 찾고 이를 입증하고, "직접적인 취약점을 입증"하는 보안전문가로도 세계적 명성을 얻고 있다.
국외 보안 4대 학회에서도 다양한 중책을 맡고 있는 김용대 교수는 향후 5G 이동통신 표준의 설계 취약점들에 대해 분석하고 이를 개선하는 해결책을 개발해 6G 이동통신 표준에 적용되도록 노력할 예정이다. 뿐만 아니라 자율주행차에 대한 안전성 테스팅 방법, 새로운 안티드론 기술 연구 등을 수행할 예정이다.
한편 조성환 교수는 반도체 집적회로설계 전문가로 아날로그 집적회로 분야에서 도전적인 연구로 기술 발전에 중요한 기여를 해 왔다. 우리나라에서는 처음으로 IEEE 회로 및 시스템 소사이어티 최고논문상(Circuits & Systems Society Best Paper Award)을 수상하고 국제반도체회로 학술대회(ISSCC) Outstanding 극동지역 우수논문상(Far-East Paper Award)도 수상했으며, IEEE 반도체 회로 저널(Journal of Solid-State Circuits)과 IEEE 회로 및 시스템 동향(Transactions on Circuits & Systems-I)의 부편집장(Associate Editor), 저명연구자(Distinguished Lecturer) 등을 맡은 바 있다. 이번에 반도체회로 소사이어티(Solid-State Circuit Society)에서 펠로우(Fellow)로 선임됐다.
조성환 교수는 아날로그 회로 기술을 활용해 메모리 반도체와 인공지능 반도체의 성능을 높이는 연구를 수행하고 있으며 관련하여 기술 사업화를 할 예정이다.
2023.12.01 조회수 4785 -
2023 괴짜들의 놀이터에 질문왕은?
우리 대학이 28일 오전 학술문화관(E9)에서 '2023 KAIST 큐데이(Q-Day)'를 개최했다.올해 처음 시행되는 '큐데이'는 우리 대학의 신문화전략 'QAIST'에 적극적으로 동참한 구성원을 격려해 창의 정신 및 질문하는 캠퍼스 문화를 확산하기 위해 마련됐다. Q(창의교육), A(연구), I(국제화), S(기술사업화), T(신뢰와 소통) 등 5개 분야에서 우수한 성과를 낸 41개 팀 총 84명이 특별 포상을 받고 그중 7개 팀이 특별 강연한다. 바이오및뇌공학과 장무석 교수는 창의교육 분야 포상자로 선정돼 '질문하는 뇌'를 주제로 연단에 오른다. 장 교수는 "질문을 잘하는 학생들은 학습내용에 대한 몰입도가 높은 학생들"이라고 강조하며, "질문을 품고, 함께 나눠서 '상상의 경계'를 허물자"라는 내용을 전달할 예정이다.
특히, 교수가 전문지식을 일방적으로 전달하기보다는 학생들이 주체적으로 질문하고 답을 찾아가는 과정에서 스스로 사고하는 힘을 기르는 것은 물론, 질문에 질문으로 답하는 토론으로 소통하는 과정까지 더해 ‘문제 내는 문제’ 제도를 발전시킨 경험담을 공유한다.
'학부 교육에 관심 있는 학부가 없는 학과 교수'인 구태윤 의과학대학원 교수도 창의교육 분야 포상자로 선정됐다. 대학원 과정만 운영하는 의과학대학원 최초로 학부 교과목을 개발하여 '치아는 왜 평생 두 번만 날까?'와 같은 인체와 질병에 관한 질문을 만들고 답을 찾아가는 자기주도적 학습과제를 평가 요소로 도입했다. 그 결과 100명의 수강생이 100개의 창의적 질문을 만들어 이에 관해 두 달간 온라인으로 토론하는 수업을 진행해 학생들의 높은 만족도를 끌어냈다.
구태윤 교수는 "시험을 치를 때보다 훨씬 많은 것을 얻어가는 학생들을 보며 질문하는 학습법의 큰 가능성을 봤으며, 세상을 바꿀 참신한 질문들을 기다리며 KAIST만의 질문하는 문화조성에 앞장서겠다"라고 전했다.
우리 대학 입학 후 질문을 만들고 그에 관한 생각을 기록하는 습관을 길렀다는 이준원 씨(전기및전자공학부 학사과정)도 이날 시상대에 오른다. 그가 지금까지 노트에 손으로 적어 기록한 질문은 학업뿐만 아니라 경제, 부동산 등에 걸쳐 1,300여 개에 이른다. 신호를 공부하는 전자공학도로서 경제 분야의 거시 지표들을 기술적으로 분석하는 시도를 하기도 했다.
이 씨는 이런 습관을 토대로 소속 학부에서 개설한 제어시스템 공학(담당교수 명현) 수업에서 교과서나 교재에 출제되지 않는 형식의 전공 수업 문제를 만들었다. 그가 만든 문제를 담당 교수와 100여 명의 학생이 함께 풀이했다.
이준원 씨는 "학부 과정의 교육은 해당 분야의 거장들이 수백 년 전에 발견한 내용을 수동적으로 학습하는 단계라고만 생각했는데, 이번 경험을 계기로 교과서의 내용만으로도 새로운 탐구와 질문이 가능하다는 사실을 깨달았다"라고 소감을 밝혔다. 이 외에도, 항공우주공학과 로켓동아리 트러스트(THRUST)도 창의 인재 부분의 상을 받는다. 이 동아리는 고체 로켓을 직접 제작해 2023 전국 대학생 로켓 학술대회에서 대상을 받고 ‘동아리 활동이 사회적으로 어떤 쓸모가 있을까?’라는 질문을 바탕으로 창업 활동을 병행해 교내 창업 경진대회에서 우수상을 받은 성과를 인정받았다. 이도헌 교무처장은 "2021년 시작된 신문화전략 QAIST에 많은 구성원이 적극적으로 참여해 준 덕분에 짧은 추진 기간에도 불구하고 다양한 성과가 배출되었다"라고 말했다. 이 처장은 "그 성과들을 함께 축하할 수 있어 더욱 뜻깊은 오늘의 큐데이를 통해 앞으로 더 많은 구성원이 KAIST만의 창의적이고 혁신적인 캠퍼스 문화를 만들어가는 계기가 되기를 바란다"라고 밝혔다.
2023.11.28 조회수 5428 -
독립적으로 더 스마트해진 ‘도커SSD’ 개발
정보를 저장하는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid-Sate Drive, SSD)가 컴퓨터 없이도 데이터 처리가 가능한 독립 서버로 운영이 가능해지며 편리성이 극대화되고 데이터의 탄소 배출량도 획기적으로 감소시킬 수 있는 새로운 형태의 스마트 SSD로 개발됐다.
우리 대학 전기및전자공학부 정명수 교수 연구팀(컴퓨터 아키텍처 및 메모리 시스템 연구실)이 물리적 장치의 실행이 아닌 가상으로 데이터 처리와 운영이 되는 `도커(Docker)' 개념을 적용한 새로운 고성능·저전력 메모리 (PIM, Processing-In-Memory) 모델 중 하나인 `도커SSD'를 개발했다고 27일 밝혔다.
스마트 SSD는 여러 가지 데이터를 처리하는 프로그램들을 데이터가 실제 존재하는 스토리지 근처에서 실행할 수 있게 함으로써 데이터 이동에 불필요한 에너지 및 전력 소모를 줄이고 고성능 결과를 얻게 하는 기술로 오랫동안 다양한 곳에 적용을 시도해 왔다. 하지만 기존 데이터 처리 프로그램을 SSD 제조사별로 그리고 장치가 제공하는 환경별로 모두 수정하고 새로 만들어야 하는 문제 때문에 스마트 SSD를 다양한 환경과 데이터 처리 응용에 적용하는 것에 한계가 존재했다. 이러한 한계를 극복하고자 KAIST 연구팀은 스마트 SSD의 제조사나 장치 환경에 관계 없이 현존하는 여러 가지 프로그램들을 그대로 스토리지에 이식하여 실행할 수 있는 도커SSD를 개발하였다.
이를 위해 정명수 교수 연구팀은 사용자들에게 데이터 처리 기술 중 편의성을 제공하는 방법으로 `컨테이너'를 주목했다. 컨테이너는 응용 프로그램과 해당 프로그램 실행에 필요한 라이브러리를 모두 포함한 소프트웨어 패키지로, 외부의 환경에 구애받지 않고, 컨테이너 내부적으로 독립적인 실행 환경을 운용할 수 있게 해준다.
연구팀이 개발한 도커SSD는 가상화 운영체제 환경인 *도커(Docker)를 스토리지 내부에서 실행할 수 있는 특허 기술을 적용해 호스트로부터 요청받은 컨테이너 단위의 작업을 처리한다. 사용자들은 메모리/스토리지 제조사에 영향을 받지 않고 다양한 응용 프로그램을 스토리지 내부에서 실행할 수 있다. 또한, 외부와 독립적인 실행 환경을 제공하는 컨테이너의 특성 덕분에, 사용자들이 기존 응용 프로그램의 소스 코드를 수정할 필요조차 없어져 사용자 편의성이 극대화된다.
☞ 도커(Docker): 리눅스 컨테이너를 만들고 사용할 수 있도록 하는 컨테이너화 기술
연구팀은 일반적으로 SSD 장치에 접근하기 위해 사용되는 스토리지 프로토콜과, 도커 소프트웨어 동작의 기반이 되는 네트워크 관련 프로토콜이 서로 호환되지 않는다는 점을 극복하기 위해 스토리지 프로토콜을 통해 네트워크 관련 메시지를 전송할 수 있는 새로운 인터페이스를 독자 개발했다. 또한, 컨테이너 및 도커를 실행하기 위해서 기존 운영체제를 경량화하여 도커SSD 내부에 통합했다. 마지막으로, 스토리지에 내재된 저사양 프로세서를 활용하여 작업을 처리할 경우 성능이 저하될 수 있다는 점을 착안하여 자체 제작한 저전력 하드웨어 가속 모듈을 활용하여 네트워크 및 입출력 관련 동작을 가속함으로써 문제를 해결했다.
연구팀은 도커SSD에 적용한 운영체제 수준 가상화의 실효성 검증을 통해 현재 학계에서 가장 자주 사용되는 스토리지 기반 모델보다도 데이터를 2배 빠르게 처리하면서 전력 소모 또한 약 2배 감소시킴을 확인했다.
정명수 교수는 "불필요한 데이터 이동을 최소화하여 빠르면서 에너지 절약에 최적화된, 동시에 사용자 입장에서 편리하면서도 우수한 호환성을 가진 메모리 모델을 확보했다ˮ며 "고성능·저전력 메모리 모델인 도커SSD는 빠르게 확장하고 있는 국내·외 데이터센터 운영 기업/기관에 실용화되어 탄소중립에 기여할 수 있을 것ˮ이라 말했다.
이번 연구는 스코틀랜드 에든버러에서 오는 2024년 3월에 열릴 컴퓨터 구조 분야 최우수 학술대회인 `국제 고성능 컴퓨터 구조 학회(IEEE International Symposium on High Performance Computer Architecture, HPCA)'에 관련 논문(논문명: DockerSSD: Containerized In-Storage Processing and Hardware Acceleration for Computational SSDs)으로 발표될 예정이다.
한편 해당 연구는 KAIST 교원창업 회사인 파네시아(https://panmnesia.com)와 정보통신기획평가원등의 연구 지원을 받아 진행됐다.
2023.11.27 조회수 7222 -
숨겨진 효소 쏙쏙 찾아내는 인공지능 개발
대장균은 가장 많이 연구된 생명체 중 하나에 해당되지만 아직 대장균을 구성한 단백질 30%의 기능에 대해 명확하게 밝혀지지 않았다. 이에 대해 인공지능을 활용하여 아직 명확하게 밝혀진 바 없던 단백질에서 464종의 효소를 발견하였으며, 이 중 3종의 단백질의 예측된 기능을 시험관 내 효소 분석 방법을 통해 검증하는데 성공하였다.
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수와 캘리포니아대학교 샌디에이고(UCSD) 생명공학과 버나드 펄슨(Bernhard Palsson) 교수 공동연구팀이 단백질 서열을 활용, 해당 단백질의 효소 기능을 예측할 수 있는 인공지능, `딥 EC 트랜스포머(DeepECtransformer)'를 개발해 빠르고 정확하게 효소 기능을 파악할 수 있는 예측 시스템을 구축했다고 24일 밝혔다.
효소는 생물학적 반응을 촉매하는 단백질로서, 생명체 내 존재하는 다양한 화학 반응과 이에 따라 결정되는 생명체의 대사 특성을 파악하기 위해서는 각 효소의 기능을 이해하는 것이 필수적이다. EC 번호(효소 고유 번호, Enzyme Commission number)는 국제생화학 및 분자 생물학연맹 (International Union of Biochemistry and Molecular Biology, IUBMB)가 고안한 효소 기능 분류 체계로서, 다양한 유기체의 대사 특성을 이해하기 위해선 게놈 서열에서 존재하는 효소의 종류와 EC 번호를 빠르게 분석할 수 있는 기술 개발이 필요하다.
단백질의 기능 및 효소 기능 예측을 위해 인공지능을 활용하는 다양한 예측 시스템 또한 보고됐지만, 인공지능의 추론 과정을 직접 확인할 수 없는 블랙박스(black box)의 특징을 가졌거나, 효소 서열 내 아미노산 잔기(최소 단위) 수준으로 해석하지 못하는 문제가 있었다.
공동연구팀은 심층학습 기법과 단백질 상동성 분석 모듈을 활용해 주어진 단백질 서열의 효소 기능을 예측하는 인공지능 딥 EC 트랜스포머(DeepECtransformer)를 개발했다. 연구팀은 이번 연구에서 더 다양한 효소 기능을 정확하게 예측할 수 있도록 단백질 서열 전체 문맥에서 효소 기능에 중요한 정보를 추출하였고, 이를 통해 효소의 EC 번호를 정확하게 예측할 수 있었다. 개발된 인공지능은 총 5,360종류의 EC 번호를 예측할 수 있었다.
공동연구팀은 나아가 딥 EC 트랜스포머의 인공신경망 내 정보 흐름을 분석하여 인공지능이 추론 과정에서 효소 기능에 중요한 활성 부위나 보조 인자 결합 부위 정보를 활용하고 있음을 밝혀냈다. 이처럼 인공지능의 블랙박스를 해석함으로써 인공지능이 학습 과정에서 스스로 효소 기능에 중요한 특징을 파악하고 있음을 연구팀은 확인했다.
이번 논문의 제1 저자인 우리 대학 김기배 박사과정생은 “이번에 개발한 예측 시스템을 활용해 아직 밝혀진 적 없던 효소의 기능을 새롭게 예측하고 실험으로 검증할 수 있었다”고 말했다. 그는 또한 “딥 EC 트랜스포머를 활용해 생명체 내 밝혀지지 않았던 효소를 파악함으로써 유용 화합물을 생합성하기 위해 필요한 효소나 플라스틱을 생분해하기 위해 필요한 효소 등 다양한 대사 과정을 새롭게 밝혀낼 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
또한 이상엽 특훈교수는 “효소 기능을 빠르고 정확하게 예측하는 딥 EC 트랜스포머는 기능 유전체학의 핵심 기술로서 시스템 수준에서 전체 효소들의 기능들을 분석할 수 있게 한다”며 “이를 활용해 모든 효소 정보를 포함한 대사 네트워크를 기반으로 친환경 미생물 공장 개발을 수행할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
생명화학공학과 김기배 박사과정이 참여한 이번 논문은 국제 학술지 네이처(Nature) 誌가 발행하는 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 동료 심사를 거쳐 11월 14일 字 게재됐다.
※ 논문명 : 트랜스포머 레이어와 딥러닝을 사용하여 효소 인코딩 유전자의 기능적 주석 달기 (Functional annotation of enzyme-encoding genes using deep learning with transformer layers)
※ 저자 정보 : 김기배 (한국과학기술원, 제1 저자), 김지연 (한국과학기술원, 제2 저자), 이종언 (한국과학기술원, 제3 저자), Charles J. Norsigian (UCSD, 제4 저자), Bernhard O. Palsson (UCSD, 제5 저자) 및 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 6 명
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 ‘석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제(과제책임자 KAIST 이상엽 특훈교수)의 지원을 받아 수행됐다.
2023.11.24 조회수 8736 -
“반도체로 양자컴퓨터를 모방하다” 신개념 확률론적 컴퓨팅 핵심소자 개발
우리 대학 신소재공학과 김경민 교수 연구팀이 산화나이오븀(NbO2) 의 확률적 금속-절연체 전이 현상을 이용한 차세대 확률론적 컴퓨팅의 핵심 반도체 소자를 개발했다고 23일 밝혔다.
최근 IoT (Internet of Things), 자율주행, 빅데이터, 인공지능으로 대표되는 초연결시대가 진행됨에 따라 다양한 제한 조건과 구성 요소들이 상호작용하는 상황에서 최적의 해결책을 신속하게 찾아내는 '조합최적화 문제’의 해결이 중요한 과제로 부상하고 있다. 예를 들면, 네비게이션에 활용되는 최적 경로 탐색과 같은 문제가 조합최적화 문제에 해당한다. 조합최적화 문제는 복잡도가 증가함에 따라 해답을 찾기가 급격히 어려워지는 특성을 갖기에, 이를 효과적으로 해결할 수 있는 신개념 컴퓨팅 기술이 요구된다. 양자컴퓨팅은 그 대표적인 예시이지만 간섭, 오류 수정, 안정성 등의 이유로 양자 컴퓨팅의 상용화에는 여전히 많은 어려움이 남아 있다.
확률론적 컴퓨터의 기본 소자는 피비트* (pbit)라고 불리는데, 확률론적 컴퓨터는 피비트의 확률적 특성을 이용한다는 점에서 양자컴퓨터와 유사하지만, 기존 반도체 기술로 제작이 가능하여 상용화 측면에서 보다 현실적인 기술이다.
*피비트: Probabilistic bit의 줄임 말로 기존 디지털 시스템에서 사용하는 0, 1의 비트 정보를 출력하지만 각 상태 출력이 고정적이지 않고 확률적인 기본 소자
김경민 교수 연구팀은 산화나이오븀 (NbO2) 재료가 갖는 금속-절연체 전이 현상이 특정 조건에서 확률적으로 발생할 수 있음을 최초로 발견하였으며, 이를 활용해 확률론적 컴퓨팅을 위한 피비트의 제작에 성공하였다. 연구팀에서 개발한 피비트는 비트 당 평균 128pJ의 에너지, 260ns의 속도로 비트를 발생시키며, 이는 기존 저항변화메모리 기반 피비트 기술에 비해 약 20% 에너지 소모가 적으며, 약 4천 배 빠르다.
이에 더하여, 해당 반도체 피비트를 기반으로 하는 확률론적 컴퓨팅 시스템을 설계하였으며, 실제로 조합최적화 문제를 해결하는 사례를 통해 개발한 소자의 실질적인 활용에 대한 가능성을 입증했다.
김경민 교수는 “확률적 신호를 기존 CMOS 기반 회로를 통해 발생시키기 위해서는 매우 복잡한 구조가 요구되는데, 이번 연구는 모트 전이라고 하는 금속-절연체 전이 현상을 통해 확률적 신호를 직접 출력하는 단일 반도체 소자를 구현했다는 점에 큰 의의가 있다”며 “이 기술은 기존 반도체 기술과 융합될 수 있어 양자컴퓨팅의 기능을 수행할 수 있는 현실적인 대안이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 신소재공학과 이학승 박사과정 학생이 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF: 16.6)’에 11월 8일 字 게재됐으며 한국연구재단 PIM인공지능반도체 사업, 나노종합기술원, 그리고 KAIST의 지원을 받아 수행됐다.
논문명: Probabilistic computing with NbOx metal-insulator transition-based self-oscillatory pbit, 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43085-6
2023.11.23 조회수 11499