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유전정보 넘어 에너지 설계자로...DNA가 촉매 성능 높인다
DNA는 유전정보를 담는 분자라는 고정관념이 깨지고 있다. 우리 대학 연구진이 DNA 염기서열(유전정보를 구성하는 A·T·G·C의 배열)을 설계해 촉매 주변의 화학 환경을 나노미터(nm·10억 분의 1m) 수준에서 조절하는 기술을 개발했다. 마치 컴퓨터 프로그램을 짜듯 DNA를 설계해 수소 생산 효율과 원하는 화학물질 생성량을 높일 수 있는 새로운 촉매 플랫폼을 제시한 것이다.
우리 대학은 생명화학공학과 박지민 교수 연구팀이 금 나노입자(1~100nm 크기의 초미세 금 입자) 촉매 표면에 ‘단일가닥 DNA(한 줄로 이뤄진 유연한 DNA 분자로, 원하는 길이와 구조로 설계할 수 있어 반응 환경을 조절하는 나노 코팅재 역할을 하는 물질)’를 입혀 촉매 주변의 미세한 화학 환경을 정밀하게 제어하는 원천기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
수소 생산이나 친환경 화학제품 제조에 활용되는 전기화학 반응(전기를 이용해 화학반응을 일으키는 기술)에서는 촉매 자체뿐 아니라 촉매 주변의 산도(pH)와 이온 분포 같은 국소 반응 환경(촉매 바로 주변에서 형성되는 미세한 화학 환경)이 성능을 좌우한다. 그러나 기존에는 특수 고분자(분자가 길게 연결된 플라스틱 형태의 물질) 코팅재를 이용해 이를 조절해 왔으며, 나노미터 수준에서 내부 구조를 정밀하게 설계하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘단일가닥 DNA(single-stranded DNA·한 줄로 이루어진 DNA)’에 주목했다. DNA는 음전하를 띠고 있어 주변 이온(전하를 띠는 원자나 분자)의 이동에 영향을 줄 수 있으며, 길이와 염기서열을 자유롭게 설계할 수 있다는 장점이 있다. 특히 염기서열을 바꾸면 DNA 내부의 네트워크 구조를 정밀하게 조절할 수 있어 촉매 표면에 맞춤형 나노 코팅층을 구현할 수 있다.
연구팀은 금 나노입자 표면에 다양한 염기서열의 DNA를 결합한 뒤 전기화학 반응을 분석했다. 그 결과 촉매 성능을 결정하는 핵심 요소가 단순한 코팅층의 두께가 아니라 DNA 염기서열에 따라 형성되는 내부 네트워크 구조라는 사실을 밝혀냈다.
이는 같은 두께의 코팅층이라도 DNA 내부 구조가 어떻게 짜여 있느냐에 따라 반응에 필요한 이온들의 이동 경로가 달라질 수 있음을 의미한다. 마치 같은 폭의 도로라도 도로망이 어떻게 설계됐느냐에 따라 교통 흐름이 달라지는 것과 같은 원리다.
또한 실시간 표면증강라만분광법(레이저를 이용해 분자의 화학적 상태를 실시간으로 분석하는 기술)을 활용해 반응 과정을 관찰한 결과, DNA 층이 수산화 이온(OH⁻)의 이동을 조절해 촉매 주변의 국소 pH를 변화시키는 기능성 계면층(물질과 물질이 만나는 경계면에서 특별한 기능을 수행하는 층)으로 작동한다는 사실을 직접 확인했다.
쉽게 말해 DNA 층이 촉매 주변에서 이온의 이동을 안내하는 '교통관제센터' 역할을 하며, 어떤 이온은 더 빠르게 이동하도록 돕고 어떤 이온은 이동을 제한함으로써 반응이 일어나는 환경을 원하는 방향으로 바꾸는 것이다. 연구진은 이러한 과정을 실시간으로 관찰해 DNA가 단순한 보호막이 아니라 반응 환경을 능동적으로 조절하는 역할을 한다는 사실을 입증했다.
연구팀은 이 기술을 수소 발생 반응과 글리세롤 산화 반응(바이오디젤 생산 과정에서 나오는 글리세롤을 고부가가치 화학물질로 전환하는 반응)에 적용했다. 그 결과 DNA 염기서열에 따라 수소 생산 효율이 크게 달라졌으며, 화장품·의약품 원료로 활용되는 글리세르산(glycerate)의 생성 선택도(특정 생성물이 만들어지는 비율) 또한 향상됐다. 이는 복잡한 촉매 구조를 새로 만들지 않고도 DNA 서열만 조정해 원하는 반응 결과를 얻을 수 있음을 의미한다.
박지민 교수는 “이번 연구는 DNA를 유전정보 저장체가 아닌 전기화학 반응을 제어하는 정밀 나노소재로 활용할 수 있음을 보여준 사례”라며 “DNA 서열 설계를 통해 촉매 표면의 산도와 이온 이동을 조절함으로써 향후 수소 생산과 바이오매스(식물이나 농업 부산물 등 재생 가능한 생물자원) 전환 등 탄소중립 기술 전반에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 KAIST 생명화학공학과 오상연, 이태경 박사과정생이 공동 제1 저자로 참여했으며, 박지민 교수가 교신저자로 참여했다. 해당 연구 결과는 국제적 권위의 학술지인 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 5월 5일 자 게재됐다.
※ 논문명 : Programmable Single-Stranded DNA Layers as Modulators of Nanoscale pH at Electrocatalytic Interfaces, DOI : 10.1021/jacs.6c02995
※ 저자 정보 : 오상연, 이태경 (KAIST, 공동 제1 저자), 전재연, 우진세, 이창호, 김용하 (KAIST, 공동 저자) 및 박지민 (KAIST, 교신저자)
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 신진연구지원사업, 글로벌매칭형사업, 신진연구자인프라 지원사업 과제의 지원을 받아 수행됐다.
2026.06.08
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인간형 조종사 로봇 ‘파이봇’, 세계 최고 권위 로봇 학술지 최우수논문상 수상
우리 대학은 전기및전자공학부 심현철 교수 연구팀의 인간형 조종사 로봇 ‘파이봇(PIBOT)’ 기반 항공기 자율조종 프레임워크를 제안한 논문이 2026년 IEEE 로보틱스 및 자동화 매거진(IEEE RAM)에 2025년 게재된 논문 가운데 최우수 논문(Best Paper Award)으로 선정됐다고 5일 밝혔다.
이번 수상은 국내 독자 기반의 풀뿌리 연구가 세계 최고 수준의 로봇 연구 성과로 인정받았다는 점에서 의미가 크다. 시상식은 오스트리아 비엔나에서 2026년 6월 4일(현지시간) 국제로봇자동화학회(ICRA, International Conference on Robotics and Automation) 기간 중 진행되었다.
IEEE 로보틱스 및 자동화 매거진(IEEE RAM)은 세계 최대 기술 학회인 IEEE 산하 로보틱스 및 자동화 학회(RAS)가 발행하는 권위 있는 학술 매거진이다. 로봇공학 및 자동화 분야의 최신 연구 성과와 산업 동향, 튜토리얼 등을 다루며, 실제 산업 현장에서 활용 가능한 로봇 기술을 업계와 학계 연구자들에게 널리 전달하는 것으로 잘 알려져 있다.
IEEE RAM은 2025년 기준 Impact Factor(IF) 7.1을 기록하며 IEEE 로봇 분야 간행물 가운데 두 번째로 높은 영향력을 보유하고 있다. 특히 엄격한 동료심사(peer review)를 거쳐 게재된 논문 가운데 학문적·산업적 파급력이 큰 연구에 대해 최우수 논문상(Best Paper Award)을 수여한다.
이번 연구는 2021년 국방과학연구소(ADD) 미래도전국방기술 연구개발과제로 선정돼 약 57억 원 규모(5년)의 지원을 받아 수행된 순수 국내 기술 기반 연구다. 연구팀은 인간형 로봇이 단순 보행이나 물품 운반을 넘어, 항공기 조종과 같은 복잡한 작업을 인공지능 기반으로 체계적이고 적응적으로 수행 가능한 피지컬 AI기술을 매우 높은 수준으로 구현했다는 점에서 높은 평가를 받았다.
최근 인간형 로봇 기술은 덤블링이나 복잡한 동작 구현 등 운동 성능 측면에서 빠르게 발전하고 있다. 그러나 산업계에서는 실제 산업 현장에서의 활용 가능성이 더욱 중요한 요소로 주목받고 있다.
심현철 교수 연구팀이 개발 중인 조종사 로봇 ‘파이봇(PIBOT)’은 단순 반복 작업이나 물류 처리 수준을 넘어, 항공기 조작에 필요한 전문 지식을 습득하고 실제 비행 상황을 실시간으로 인식하고 대응할 수있도록 설계됐다. 이에 따라 전문가 피지컬 AI(Expert Physical AI)라는 인간형 로봇 기술의 새로운 활용 방향을 제시했다는 평가를 받고 있다.
연구팀은 2021년 과제 착수 이후 1단계 연구를 성공적으로 마쳤으며, 2024년부터는 실제 항공기 조종에 적합하도록 인간과 유사한 체격 및 관절 구조를 갖춘 2단계 조종사 로봇 개발을 진행하고 있다. 또한 해당 기술을 항공기뿐 아니라 지상 차량과 선박 등 다양한 이동체 조종 분야로 확대 적용하기 위해 관련 기관들과 협력 연구를 추진 중이다.
심현철 교수는 “국내 연구진이 세계 최초로 제안한 조종사 로봇 기술이 국내 대형과제의 지원에 힘입어 세계 최고 수준의 연구성과로 인정받게 되어 매우 뜻깊다”며 “인간형 로봇이 실제 환경에서 사람을 돕고 복잡한 시스템을 안전하게 운용할 수 있는 방향으로 연구를 더욱 발전시켜 나가겠다”고 말했다.
이번 연구에는 민성재·강규리·김형주 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 심현철 교수가 교신저자를 맡았다. 논문은 IEEE Xplore를 통해 확인할 수 있다.
※ 논문명: “Toward Fully Autonomous Aviation: PIBOT, a Humanoid Robot Pilot for Human-Centric Aircraft Cockpits”,
논문 링크: https://doi.org/10.1109/MRA.2024.3505774, https://ieeexplore.ieee.org/document/10798973/
한편, 이번 연구는 국방과학연구소 미래도전국방기술 연구개발사업 지원을 받아 수행됐다.
2026.06.05
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건설및환경공학과 손훈 교수, ‘대한민국 과학기술인상’ 6월 수상자 선정
우리 대학 건설및환경공학과 손훈 교수가 ‘대한민국 과학기술인상’ 6월 수상자로 선정됐다.
대한민국 과학기술인상은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 최근 3년간 독창적인 연구 성과를 내고 과학기술 발전에 기여한 연구자를 매월 1명 선정해 과기정통부 부총리상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다.
손훈 교수는 중소형 사회기반시설물의 재난·재해 위험을 실시간으로 감지할 수 있는 보급형 고정밀 변위 센서 기술을 개발한 공로를 인정받았다.
최근 교량, 건물 등 사회기반시설물의 노후화가 빠르게 진행되면서 구조물의 안전 상태를 지속적으로 확인하는 기술의 중요성이 커지고 있다. 그러나 전 세계 시설물의 대부분을 차지하는 중소형 구조물은 움직임이 밀리미터 단위로 매우 작아 정밀한 측정이 필요하고, 기존 장비는 가격이 비싸 널리 적용하기 어려웠다.
손 교수는 이러한 한계를 해결하기 위해 밀리미터파 레이더와 미세전자기계시스템(MEMS) 가속도계를 결합하고, 신호처리 알고리즘을 적용해 하나의 센서로 구조물의 흔들림, 기울기, 변위를 동시에 측정할 수 있는 기술을 개발했다.
해당 센서는 제작 비용이 100만 원 이하로 기존 장비 대비 약 40분의 1 수준이면서도 0.026㎜의 높은 정밀도를 갖췄다. 전력 소모도 기존 대비 100분의 1 수준으로 줄였으며, 주변에서 버려지는 에너지를 활용하는 에너지 수확 기술을 접목해 무선으로 운용할 수 있도록 했다.
이 기술은 미국 스탠퍼드대 주차빌딩, 산호세 고속도로, 중국 웨이팡 교량, 세종 금강보행교 등 국내외 13곳 이상의 현장 실증을 통해 신뢰성을 입증했다.
손 교수는 “상시 관측에서 소외됐던 중소형 시설물을 정밀하게 관리할 수 있는 기술 기반을 마련했다는 데 의의가 있다”며 “앞으로 AI 기반 디지털 트윈 연구를 지속해 안전 진단 시장의 자동화·무인화·지능화를 이끌고, 국민 안전과 재난 예방에 기여하겠다”고 밝혔다.
2026.06.04
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배터리·수소연료전지 성능 높이는 새로운 촉매 설계 기술 개발
배터리와 수소연료전지의 성능은 높이고 에너지 손실은 줄일 수 있는 새로운 촉매 설계 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
우리 대학 화학과 황승준 교수팀은 서울대학교(총장 유홍림) 화학생물공학부 류재윤 교수팀과의 공동연구를 통해 배터리와 연료전지 내부에서 전기를 만드는 핵심 반응의 효율을 높일 수 있는 새로운 촉매 설계 전략을 제시했다고 1일 밝혔다.
촉매는 화학 반응이 더 빠르고 효율적으로 일어나도록 돕는 물질이다. 배터리나 연료전지에서는 전기를 만드는 반응을 원활하게 해주는 역할을 한다. 촉매는 보통 가운데 금속과 그 주변을 둘러싼 분자 구조로 이루어져 있다.
기존 연구에서는 반응 성능을 높이기 위해 금속 종류를 철(Fe) 대신 코발트(Co)나 니켈(Ni)로 바꾸거나, 금속 주변의 분자 구조(리간드)를 새롭게 설계하는 방식이 주로 사용됐다. 쉽게 말해, 촉매 자체의 재료나 형태를 바꿔 더 잘 반응하도록 만드는 방식이다. 반면 이번 연구는 촉매 자체를 크게 바꾸지 않고도, 촉매 주변의 전기적 환경만 조절해 성능을 높였다는 점에서 차별성이 있다.
쉽게 비유하면, 이번 연구는 ‘요리 도구 자체를 바꾸는 대신, 주방 환경을 조절해 요리를 더 잘되게 만든 것’에 비유할 수 있다. 기존 촉매 연구는 프라이팬 재질을 바꾸거나 모양을 새롭게 만드는 방식에 가까웠다. 반면 이번 연구는 프라이팬은 그대로 두고, 주변의 온도와 공기 흐름을 정교하게 조절해 음식이 더 잘 익도록 만든 방식이다. 즉, 촉매 자체를 새로 만드는 대신 촉매 주변의 전기적 환경을 조절해 반응이 더 효율적으로 일어나도록 만든 것이 이번 연구의 핵심이다.
연구팀은 촉매 주변에 ‘양이온(+)’을 배치해 아주 작은 전기장을 만들면, 전기를 만드는 데 필요한 반응이 더 안정적으로 일어나도록 유도할 수 있음을 확인했다. 특히 원하는 반응이 일어나는 비율은 기존 12% 수준에서 최대 52%까지 높아졌다.
연구팀은 이를 통해 기존보다 더 적은 에너지로 원하는 반응을 효율적으로 유도할 수 있음을 확인했다. 이는 배터리와 수소연료전지의 효율과 수명, 안정성을 높이는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구에서 다룬 산소 환원 반응(ORR·산소가 전자를 받아 전기를 만드는 핵심 반응)은 수소차용 연료전지(Fuel Cell·수소와 산소의 화학 반응으로 전기를 생산하는 장치)와 금속-공기 전지(Metal-Air Battery·금속과 공기 중 산소를 이용해 전기를 저장·생산하는 차세대 배터리) 등 차세대 에너지 장치에서 전기를 생산하는 핵심 반응이다.
연구팀은 또한 이번 원리가 이산화탄소(CO₂)나 수소를 다른 유용한 물질로 전환하는 촉매 기술에도 적용될 수 있어, 향후 이산화탄소 저감 기술과 친환경 수소 생산 기술 등 다양한 차세대 에너지 촉매 개발에 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.
황승준 교수는 “이번 연구는 촉매 자체의 구조를 바꾸지 않고도 주변의 전기적 환경만으로 반응 특성을 정교하게 제어할 수 있음을 보여준 사례”라며 “차세대 배터리와 연료전지, 친환경 에너지 촉매 기술 개발에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대한다”고 말했다.
POSTECH 화학과 조휘율·강봄 박사과정생과 KAIST 김동영 박사후연구원이 공동 1저자로 참여한 이번 연구 성과는 미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)에 4월 12일 온라인 게재됐다.
※ 논문명: Localized Cation Unlocks Unique Activity–Selectivity Trends in Molecular Oxygen Reduction Catalysis, DOI: pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c18246
주저자 정보: 조휘율(박사과정, POSTECH), 강봄(석박사통합과정, POSTECH), 김동영(박사 후 연구원, KAIST)
한편 이번 연구는 삼성미래기술육성사업, 한국연구재단의 '한우물파기 기초연구' 및 나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2026.06.01
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거대한 AI서버 구축 전 성능 검증 가능한 ‘가상 AI 실험장’ 개발
챗GPT와 같은 거대언어모델(LLM·Large Language Model) 서비스를 운영하려면 수만 대 규모의 서버 인프라가 필요하다. 하지만 새로운 AI 반도체나 시스템 구조를 검증할 때마다 실제 장비를 구축하는 데에는 막대한 비용과 시간이 소요된다. 우리 대학 연구진은 실제 대규모 AI 서버를 구축하기 전에 컴퓨터 안에서 성능과 효율을 미리 검증할 수 있는 ‘가상 실험장’을 개발했다.
우리 대학은 전산학부 박종세 교수 연구팀이 개발한 거대언어모델(LLM) 서비스 인프라 시뮬레이터(simulator·가상 실험 소프트웨어) 연구가 컴퓨터 시스템 성능 분석 분야의 세계적 권위 학회인 ‘ISPASS 2026(IEEE International Symposium on Performance Analysis of Systems and Software)’에서 최우수 논문상을 수상했다고 29일 밝혔다.
연구팀이 개발한 ‘LLMServingSim 2.0’은 복잡한 AI 서비스 환경에서 다양한 하드웨어와 소프트웨어 조합을 가상으로 분석할 수 있는 시뮬레이션 플랫폼이다. 연구자와 개발자들은 값비싼 대규모 서버 인프라를 직접 구축하지 않고도 다양한 설계안을 자유롭게 실험하고 성능을 검증할 수 있다.
특히 이번 기술은 기존 그래픽처리장치(GPU·Graphics Processing Unit) 중심 환경을 넘어 차세대 AI 반도체로 주목받는 신경망처리장치(NPU·Neural Processing Unit)와 프로세싱 인 메모리(PIM·Processing-In-Memory, 메모리 내부에서 연산을 수행하는 반도체 기술) 등 다양한 하드웨어 환경을 지원한다는 점에서 주목된다.
즉 아직 상용화되지 않은 미래형 AI 반도체를 가상의 데이터센터 환경에서 미리 시험해볼 수 있는 기술이다. 이를 통해 특정 반도체를 적용했을 때 서비스 속도가 얼마나 향상되는지, 전력 소모는 얼마나 줄어드는지, 수만 대 규모의 서버 환경에서도 안정적으로 동작하는지 등을 컴퓨터 안에서 재현하고 분석할 수 있다.
또한 실제 AI 서비스 운영 과정에서 발생하는 데이터 처리, 요청 분배, 메모리 활용 등 복잡한 동작을 시스템 수준에서 재현해 현실에 가까운 성능 평가가 가능하다. 특히 여러 서버 자원을 분리·연결해 사용하는 분산형(disaggregated) 인프라 환경까지 분석할 수 있어 차세대 AI 데이터센터 연구에도 활용 가능성이 크다.
이번 시뮬레이터는 연구자뿐 아니라 LLM 서비스 기업과 AI 반도체 스타트업 등이 차세대 AI 인프라를 설계하고 최적화하는 데 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 새로운 AI 반도체나 서비스 구조를 실제 구축 전에 빠르게 검증할 수 있어 AI 인프라 개발 비용과 시간을 크게 줄일 수 있기 때문이다.
박종세 교수는 “AI 서비스 경쟁력은 모델 자체뿐 아니라 이를 안정적이고 효율적으로 운영하는 인프라 기술에서 결정된다”며 “이번 시뮬레이터가 연구자와 산업계가 차세대 AI 인프라를 더욱 빠르고 효율적으로 개발하는 데 중요한 기반이 되길 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 전산학부 조재홍 석사과정, 최현민 석사과정 학생이 공동 1저자로 연구를 주도했으며, 연구팀은 지난 2024년 IISWC(IEEE International Symposium on Workload Characterization)에 이어 이번 ISPASS 2026에서도 최우수 논문상을 수상하며 AI 인프라 분야 연구 경쟁력을 다시 한번 입증했다.
※ 논문 제목: LLMServingSim 2.0: A Unified Simulator for Heterogeneous and Disaggregated LLM Serving Infrastructure, DOI: 10.1109/ISPASS69572.2026.00012
※ 오픈소스 링크: https://llmservingsim.ai/
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부(MSIT), 정보통신기획평가원(IITP, No. RS-2024-00396013), 한국전자통신연구원(ETRI, No. RS-2025-02305453), SK하이닉스의 지원을 받아 수행됐다.
2026.05.29
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‘고속도로’ 뚫듯 기포 막힘 해결해 고효율 그린수소 생산 구현
전 세계적으로 탄소중립 전환이 빨라지는 가운데, 물을 전기분해해 청정 수소를 만드는 ‘수전해’기술이 주목받고 있다. 하지만 수전해 과정에서 생기는 기포가 통로를 막아 효율이 떨어지는 한계가 있었다. 국내 연구진이 마치 꽉 막힌 도로에 고속도로를 뚫듯, 기포를 빠르게 내보내고 수소 생산 효율을 높이는 혁신적인 기술을 개발해 이 난제를 해결했다.
우리 대학은 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 한국화학연구원(원장 신석민) 김성준 박사 연구팀, 건국대학교(총장 원종필) 이장용 교수 연구팀과 함께 촉매 활성 자체를 높이는 기존 방식에서 벗어나, 촉매층 내부에서 물과 기체가 지나가는 ‘길’을 새롭게 설계해 수전해 성능과 안정성을 동시에 확보하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.
연구팀은 종이처럼 얇은 2차원 메조다공성 탄소(2D mesoporous carbon·나노 크기의 미세한 구멍이 많은 얇은 탄소 구조체) 나노시트를 활용해 물질들이 막힘없이 이동할 수 있는 저굴곡(low-tortuosity·물질 이동 경로가 꼬이지 않고 직선에 가까운 구조) 구조를 만들었다. 쉽게 말해, 좁고 복잡한 골목길 대신 물과 기체가 빠르게 지나갈 수 있는 ‘고속도로 같은 통로’를 촉매층 안에 구현한 것이다.
여기에 결함(defect)이 도입된 탄소 표면에 루테늄(Ru) 나노클러스터(nanocluster·수 nm 크기의 초미세 금속 입자)를 안정적으로 고정해 수소 발생 반응 속도를 높이는 동시에 장시간 구동 시에도 촉매가 손상되지 않도록 계면(interface·서로 다른 물질이 맞닿는 경계면) 구조를 제어했다.
이 기술을 통해 수전해 과정에서 발생하는 기포가 촉매층 내부에 쌓이지 않고 빠르게 배출되는 것을 확인했으며, 고전류가 흐르는 극한 환경에서도 안정적인 반응이 유지됐다.
그 결과 80℃ 환경에서 세계 최고 수준인 17.1 A cm⁻²의 성능을 기록하며 미국 에너지부(DOE)가 제시한 2026년 목표치를 크게 뛰어넘었다. 이는 단위 면적당 흐르는 전류량을 의미하는 수치로, 값이 높을수록 더 많은 수소를 빠르게 생산할 수 있다는 뜻이다.
또한 낮은 귀금속 사용량(0.09 mgRu cm-2) 조건에서도 1,000시간 이상 안정적으로 작동해 실제 산업 현장에서의 활용 가능성을 입증했다. 이는 촉매에 사용되는 귀금속 루테늄의 양을 크게 줄인 수준으로, 수전해 시스템의 경제성을 높일 수 있다는 의미도 가진다.
이번 연구의 핵심은 단순히 ‘좋은 촉매’를 만든 것이 아니라, 수소가 만들어지는 길 자체를 새롭게 설계했다는 점이다. 기존 수전해 장치는 반응 과정에서 생기는 기포가 내부에 쌓이며 물과 전기의 흐름을 막아 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 연구진은 기포가 빠르게 빠져나갈 수 있도록 촉매층 구조를 바꿔 이러한 문제를 해결했다.
이번 기술은 앞으로 친환경 수소를 더 싸고 효율적으로 생산할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 크다. 현재 수소는 탄소중립 시대의 핵심 청정에너지로 주목받고 있지만, 생산 비용이 높고 시스템 효율이 낮다는 한계가 있었다. 특히 기존 고성능 수전해 장치는 비싼 귀금속을 많이 사용해야 해 대규모 상용화에 어려움이 있었다.
연구팀은 이번 기술이 적은 양의 귀금속만으로도 높은 성능과 안정성을 구현할 수 있다는 가능성을 보여줬다고 설명했다. 향후 대규모 그린수소 생산, 친환경 발전 시스템, 수소차·친환경 모빌리티, 탄소중립 산업 공정 등 다양한 분야로 확대될 수 있을 것으로 기대된다.
이진우 교수는 “이번 연구는 촉매 자체뿐 아니라 에너지가 흐르는 길까지 함께 설계해 수전해 효율을 높인 기술”이라며 “적은 양의 귀금속만으로도 고효율 그린수소 생산이 가능해 향후 친환경 수소 생산 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구에는 KAIST 생명화학공학과 변재호 박사과정생과 반민경 박사과정생이 공동 제 1저자로 참여했으며, 연구 결과는 에너지 분야 최고의 세계적 학술지인 Joule(줄)에 2026년 5월 22일 온라인 게재됐으며, 9월 16일자 Joule 정식 호에 수록될 예정이다.
※ 논문명: Outperforming water electrolysis through catalyst layer structuring with defective 2D mesoporous carbon, DOI : 10.1016/j.joule.2026.102478
※ 저자 정보: 변재호 (KAIST, 공동 제1 저자), 반민경 (KAIST, 공동 제1 저자) 및 이진우 (KAIST, 교신저자), 김성준 (한국화학연구원, 교신저자), 이장용 (건국대학교, 교신저자) 포함 총 18 명
이번 연구는 한국연구재단의 ‘AEM수전해기술육성’ (RS-2024-00467234), ‘나노미래소재원천기술개발’ (RS-2023-00235596), 교육부의 ‘박사과정생연구장려금지원사업’ (RS-2025-25424765), 한국화학연구원 (KS2522-10), 그리고 롯데케미칼 탄소중립센터의 지원을 받아 수행됐다.
2026.05.28
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‘식물이 플레이하는 게임’ 연구로 HCI 최고학회 최우수논문상 수상
식물이 스스로 게임 속 캐릭터를 변화시키고 인간은 이를 관찰하며 교감하는 새로운 형태의 디지털 게임이 등장했다.
우리 대학은 산업디자인학과 이창희 교수 연구팀이 식물을 단순한 장식이나 센서가 아닌 ‘상호작용의 주체’로 활용한 연구로 인간-컴퓨터 상호작용(Human-Computer Interaction, HCI) 분야 최고 권위 학회인 ACM CHI 2026에서 최우수논문상(Best Paper Award)을 수상했다고 15일 밝혔다.
ACM(Association for Computing Machinery, 컴퓨팅 기계 협회) CHI(Conference on Human Factors in Computing Systems) 2026은 지난 4월 13일부터 17일까지 스페인 바르셀로나에서 개최됐다. CHI는 인간-컴퓨터 상호작용(Human-Computer Interaction, HCI) 분야에서 세계 최고 권위를 인정받는 국제 학술대회 중 하나다.
최우수논문상(Best Paper Award)은 전체 제출 논문 가운데 상위 약 1%에만 수여되는 최고 권위의 상이다. 특히 올해 학회에는 총 6,730편의 논문이 제출돼 역대 최대 규모를 기록했으며, 이번 수상은 KAIST 연구진의 세계적 연구 경쟁력을 보여주는 성과로 평가된다.
이창희 교수팀은 ‘식물이 게임을 한다면(When Plants Play: Rethinking Plant Materiality in Digital Games)’이라는 논문을 통해 식물이 디지털 게임에 직접 참여하는 새로운 형태의 상호작용 방식을 제안했다.
이번 연구는 식물을 단순한 센서나 장식 요소로 활용하는 기존 방식을 넘어, 식물의 상태 변화가 게임 진행에 직접 영향을 주도록 설계한 것이 특징이다. 연구팀은 식물의 생체 신호와 환경 데이터, 일주기 리듬(낮과 밤에 따라 반복되는 생체 변화) 등을 게임에 반영해 식물 상태에 따라 게임 속 캐릭터가 변화하도록 구현했다. 이용자는 게임을 직접 조작하기보다 식물의 변화와 반응을 관찰하고 해석하는 방식으로 게임에 참여한다.
식물은 성장 과정에 따라 서로 다른 형태의 캐릭터와 변화를 만들어내며, 이러한 변화는 식물 고유의 성장 방식과 변화 속도를 반영한다.
연구팀은 실제 전시 환경에서 사용자 연구를 수행한 결과, 참가자들이 식물의 느리고 예측하기 어려운 변화를 하나의 ‘놀이’로 받아들이는 모습을 확인했다. 특히 식물과 게임 속 가상 캐릭터에 정서적으로 몰입하고 공감하는 경향도 나타났다. 이는 식물을 단순한 관찰 대상이 아니라 함께 상호작용하는 존재로 인식하게 만드는 계기로 이어졌다.
이번 연구는 인간 중심의 디지털 상호작용에서 벗어나, 식물과 같은 비인간 존재와의 새로운 상호작용 가능성을 제시했다는 점에서 높은 평가를 받았다.
이창희 교수는 “이번 연구는 식물과 같은 비인간 존재를 하나의 행위 주체로 보고 새로운 상호작용 방식을 탐색한 시도”라며 “우리 사회는 정서적 유대와 공감을 중시하는 ‘어태치먼트 이코노미(attachment economy)’로 확장되고 있으며, 앞으로는 인간뿐 아니라 AI, 로봇, 동물, 식물 등 다양한 비인간 존재와의 교감이 중요해질 것”이라고 말했다. 이어 “이번 연구는 이러한 새로운 상호작용 가능성을 보여주는 사례”라고 설명했다.
이윤지 박사과정생이 제1저자로, 이창희 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 ACM 디지털 자료관(ACM Digital Library)에서 확인할 수 있다.
※ 논문명: When Plants Play: Rethinking Plant Materiality in Digital Games
※ DOI: https://doi.org/10.1145/3772318.3791373
한편, 본 연구는 브레인코리아(BK21)의 지원을 받아 수행되었다.
2026.05.15
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융합인재학부 정윤재 학생, 애플 '앱개발 올림픽' 우승
우리 대학 융합인재학부 정윤재 학생이 애플(Apple)이 주최하는 글로벌 학생 개발자 경진대회 ‘Swift Student Challenge’에서 우수 수상자로 선정됐다. 전 세계 학생 개발자들이 참여하는 이번 대회는 창의성과 기술력을 겨루는 대표적인 국제 앱 개발 프로그램으로, 올해는 37개 국가 및 지역에서 선발된 350명의 수상자 가운데 단 50명만이 우수 수상자로 이름을 올렸다.
정윤재 학생은 비올라 학습을 돕는 앱 플레이그라운드 ‘LeViola’를 개발해 높은 평가를 받았다. LeViola는 실제 악기 없이도 사용자가 비올라 연주를 연습할 수 있도록 설계된 교육용 애플리케이션으로, 카메라 기반 자세 인식과 온디바이스 머신러닝 기술을 활용해 실제 연주에 가까운 경험을 제공한다.
정윤재 학생은 현재 융합인재학부에 재학 중이며 뇌인지과학과와 전산학부를 복수전공하고 있다. 그는 2026년 3월 KAIST-NYU 부전공 프로그램을 준비하던 중 아이디어를 얻었다. 그는 “KAIST 오케스트라에서 비올라를 배우고 연주하기 시작했지만, 뉴욕으로 가져가기 어려운 상황이었다”며, “뉴욕 필하모닉 공연을 관람한 뒤 다시 연주하고 싶은 마음이 커졌고, 누구나 쉽고 친근하게 현악기를 배울 수 있는 플랫폼을 만들고 싶었다”고 개발 배경을 설명했다.
특히 그는 Swift 언어가 처음이었음에도 불구하고 짧은 기간 안에 앱을 완성해 주목받았다. 그는 OpenAI Codex, Claude, Gemini 등 최신 AI 도구를 활용해 Swift와 애플 개발 환경을 학습했으며, 이후 Apple의 Create ML과 Core ML 프레임워크를 이용해 직접 머신러닝 모델을 학습·탑재했다.
LeViola는 사용자의 왼손 관절 움직임을 분석해 운지(fingering) 위치를 판별하고, 오른팔 각도를 추적해 활의 움직임까지 안내한다. 이를 통해 실제 악기 연주 경험을 디지털 환경에서 구현했다.
그는 중·고등학생 시절부터 자율주행자동차 알고리즘이나 교실 전자기기 제어 타이머를 개발하는 등 다양한 기술 프로젝트를 진행해왔다. 최근에는 미술관 관람객을 위한 AI 오디오 가이드 앱과 독거노인을 위한 AI 컴패니언 기기를 제작하는 등 기술을 기반으로 한 사회적 문제 해결에도 관심을 이어가고 있다. 이번 수상 역시 기술을 사회적 연결과 접근성 향상에 활용하고자 하는 그의 관심이 반영된 결과로 평가된다.
정윤재 학생은 “악기를 배우는 과정에는 비용과 공간 등 다양한 진입 장벽이 존재한다”며 “기술을 사람들을 이어주는 도구로 활용하고 싶고 다른 악기를 위한 앱도 만들 수 있다. 악기가 없어도 클래식 음악을 접할 수 있고, 더 많은 사람들이 악기를 배우며 오케스트라를 즐길 기회를 갖길 바란다”고 덧붙였다.
또한 “당분간 LeViola에 집중하겠지만, 예술과 기술에 대한 열정을 융합한 또 다른 앱 아이디어도 구상 중”이라며, “앞으로도 예술과 기술을 결합해 현실 세계에서 사람들을 연결할 수 있는 디지털 플랫폼을 만들고 싶다”고 포부를 밝혔다.
비올라 학습을 돕는 ‘LeViola’ 앱은 iPhone에서만 사용할 수 있으며 일반 대상 출시는 올해 하반기를 목표로 준비 중이다.
한편, Swift Student Challenge 우수 수상자들은 오는 6월 미국 캘리포니아 애플파크(Apple Park)에서 열리는 세계개발자회의(WWDC)에 초청돼 애플 엔지니어 및 개발자들과 교류하고 다양한 기술 세션에 참여할 예정이다.
※ 영어기사: 애플 뉴스룸 AI meets accessibility in this year’s Swift Student Challenge - Apple
2026.05.11
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‘2026 리서치데이’ 연구대상에 명현 교수 선정
우리대학은 28일 오전 10시부터 대전 본원 학술문화관 정근모 콘퍼런스홀에서 ‘2026년 KAIST 리서치데이(Research Day)’를 개최했다.
‘리서치데이’는 우수 연구자를 포상해 노고를 격려하고, 선정된 우수 연구 성과를 소개해 연구개발(R&D) 정보를 교류하는 자리로 2016년부터 매년 개최하는 교내 연구자들의 축제이다.
특히 올해는 연구자들의 연구 격려와 연구 몰입 환경 조성을 위해 연구상 부문 수상자를 기존 2명에서 4명으로, 특별연구상 수상자를 1명에서 2명으로 포상규모를 확대했다.
이날 행사에서는 최고 연구상인 연구대상 수상자로 선정된 명현 교수(전기및전자공학부)가 ‘공간 AI 기반 로봇 자율 보행’을 주제로 기념 강연을 진행했다.
명현 교수는 공간 AI 기반의 독자적인 로봇 자율 이동 기술을 개발하여 다양한 로봇 플랫폼에 적용하였고, 최근 창업 기업을 통해 상용화도 추진하고 있다. 2008년 KAIST 부임 이후 자율 이동 로봇 기술 연구에 매진해 왔으며, 주행로봇·보행로봇·드론 등 다양한 로봇 플랫폼에 적용하였다. 또한, 각종 국제 대회에서의 수상을 통해 기술력을 입증해 왔다.
명 교수는 “지난 17년간 로봇공학의 핵심 기술 분야인 공간 AI 및 자율 이동 기술 연구에 집중하며, 산학 협력과 창업 기업을 통해 국내 이동 로봇 기술 자립화에 기여할 수 있었다”며 “우수한 연구인력을 양성할 기회를 갖게 되어서 감사하고 기쁘다.”라고 수상 소감을 밝혔다.
이 밖에도 한재흥(항공우주공학과), 조병관(공학생물학대학원), 시어링 조셉(전산학부), 이현주(생명화학공학과) 교수가 연구상 수상자로 선정됐다.특별연구상은 김선창(공학생물학대학원), 조우영(전기및전자공학부) 교수가 받으며, 김재경 교수(수리과학과)는 이노베이션상 수상자로 선정됐다.
또한, 조힘찬(신소재공학과)·이정용(전기및전자공학부) 교수는 한 팀으로 융합연구상을 수상한다. 국제공동연구상에는 송지준 교수(생명과학과), QAIST 창의도전연구상 수상자에는 김봉진 교수(전기및전자공학부)가 선정됐다.
아울러 학문적·사회적·경제적 성과가 탁월하고 국가 전략기술분야에서 우수한 성과를 창출한 ‘2025년 KAIST 대표 연구성과 10선’과 ‘KAIST 14대 미래선도기술’에 대한 시상도 진행됐다.
이광형 총장은 “오늘 리서치데이는 도전적이고 혁신적인 아이디어를 공유하고, 우수 연구자들의 성과를 축하하는 뜻깊은 자리이다. 최초·최고의 연구를 지향하는 KAIST는 앞으로도 연구를 바탕으로 국가와 인류사회 발전에 기여하고 글로벌 과학기술을 선도하는 기관으로 도약해 나가겠다.”라고 밝혔다.
2026.04.28
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백혈병 항암제 ‘두 얼굴의 단백질’ 규명..내성 극복 실마리
항암제가 암세포를 죽이는 진짜 이유가 밝혀졌다. 한국연구진은 표적항암제가 단순히 암 단백질을 막는 것이 아니라, 세포 내부의 ‘단백질 공장’을 멈춰 세우고 스스로 죽게 만든다는 사실을 규명했다. 이 ‘자멸 과정’을 더 강하게 유도하면 약이 잘 듣지 않던 암세포도 다시 죽일 수 있어, 이 과정에서 핵심 역할을 하는 ‘두 얼굴의 단백질’이 약물 내성 환자 치료의 돌파구로 주목된다.
우리 대학은 생명과학과 임정훈 교수, 의정부을지대학교병원(원장 송현)혈액암센터 김동욱 교수, UNIST(총장 박종래) 김홍태 교수 공동연구팀이 만성골수성백혈병 항암제의 반응을 조절하는 새로운 분자 기전을 규명했다고 23일 밝혔다.
만성골수성백혈병은 조혈모세포에 유전적 이상이 생겨 ‘BCR::ABL1’이라는 비정상 단백질이 만들어지면서 발생한다. 이 단백질은 세포에 지속적인 성장 신호를 보내 암세포를 계속 증식시키는 주요 원인으로 알려져 있다. 이를 억제하는 표적항암제가 현재 표준 치료로 사용되고 있지만, 일부 환자에서는 약물 내성이 발생하거나 치료 반응이 낮은 한계가 있었다.
연구팀은 항암제가 세포 내 단백질 생산 과정에 미치는 영향에 주목했다. 그 결과, 항암제가 투입되면 단백질을 만드는 리보솜(Ribosome)의 흐름이 꼬이면서 서로 부딪히는 ‘리보솜 충돌’이 발생한다는 사실을 확인했다. 이 과정에서 세포 내부에 강한 스트레스가 유발되고, 결국 암세포가 스스로 죽음에 이르게 된다.
특히, 연구팀은 리보솜 충돌을 감지하는 핵심 센서로 ZAK 단백질을 지목했고 ZAK 단백질이 상황에 따라 ‘두 얼굴’을 가지고 있다는 점을 발견했다. 평소에는 AKT 신호*와 결합해 암세포가 잘 자라도록 돕는 조력자 역할을 하지만, 표적 항암제 치료가 시작되면 리보솜 충돌을 감시해 암세포 사멸을 이끄는 감시자로 돌변한다. 똑같은 단백질이 암의 진행 과정과 치료 과정에서 정반대의 역할을 수행할 수 있음을 세계 최초로 입증한 것이다.
*세포의 생존, 성장, 증식, 대사 및 이동을 조절하는 핵심 세포 내 신호 전달 경로
연구팀은 실제 백혈병 환자 유래 암세포를 분석해 이 기전을 검증했다. 리보솜 충돌을 증가시키는 약물을 함께 사용할 경우 항암 효과가 크게 향상됐으며, 반대로 ZAK 기능이 저하된 경우에는 항암제 반응성이 떨어지는 것으로 나타났다.
즉 이번 연구에 따르면 내성환자들은 ZAK 기능 저하 또는 리보솜 스트레스 반응 부족으로 예측된다. 이는 환자별 ZAK 활성 상태를 기반으로 치료 반응을 예측하고, 맞춤형 병용 치료 전략을 설계할 수 있음을 시사한다.
이번 연구는 만성골수성백혈병 치료에서 리보솜 스트레스 신호 경로의 중요성을 제시한 성과로, 향후 표적항암제의 효과를 높이고 새로운 병용 치료 전략 개발로 이어질 것으로 기대된다. 특히 약물 내성으로 치료에 어려움을 겪는 환자들에게 새로운 가능성을 제시할 전망이다.
임정훈 교수는 “이번 연구는 세포가 비정상적인 단백질 합성을 감지하고 이를 죽음의 신호로 전환하는 과정이 치료에 얼마나 중요한지를 보여준다”고 말했다. 제1 저자인 박주민 박사는 “리보솜 충돌이 암세포 사멸을 결정하는 핵심 스위치임을 확인한 만큼, 다양한 암종으로 연구를 확장해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
KAIST 박주민 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 혈액학 분야 최고 권위 학술지 중 하나인 ‘루케미아(Leukemia)’에 3월 30일 온라인 게재됐다.
※ 논문명 : BCR::ABL1 tyrosine kinase inhibitors induce ribosome collisions to activate ZAK-dependent ribotoxic stress and apoptosis in chronic myeloid leukemia, DOI: https://doi.org/10.1038/s41375-026-02916-3
한편, 이번 연구는 서경배과학재단, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업, KAIST 정착과제의 지원을 받아 수행됐다.
2026.04.23
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차미영 교수 혁신장 수상 KAIST 교수 11인, 과학·정보통신의 날 정부포상
과학·정보통신의 날을 맞아 과학기술정보통신부가 주관한 ‘2026년 과학·정보통신의 날 기념식’에서 우리 대학 교수진 11명이 정부포상을 수상했다.
차미영 전산학부 교수는 과학기술훈장 혁신장, 허원도 생명과학과 교수는 과학기술훈장 웅비장, 신병하 신소재공학과 교수는 과학기술훈장 도약장을 각각 수상했다. 신진우 김재철AI대학원 교수, 장영재 산업및시스템공학과 교수, 정송 김재철AI대학원 교수는 정보통신 유공 홍조근정훈장을 수상했다.
또한, 김경민 신소재공학과 교수와 문수복 전산학부 교수는 과학기술포장을, 김주영 전기및전자공학부 교수는 ㈜하이퍼엑셀 대표로 정보통신 유공 산업포장을 수상했다. 박인규 기계공학과 교수는 대통령표창을, 김택수 기계공학과 교수는 국무총리표창을 각각 수상했다.
과학기술 진흥 부문에서는 차미영 교수가 과학기술훈장 혁신장(2등급)을 수상했다. 차 교수는 빅데이터 기반으로 빈곤 탐지 등 사회문제 해결 연구를 선도해 왔으며, 막스플랑크 연구소 최초의 한국인 단장으로서 학문적·사회적 가치 창출에 기여한 공로를 인정받았다.
국가연구개발 성과평가 부문에서는 생명과학 분야의 세계적 연구를 이끌어온 허원도 교수가 과학기술훈장 웅비장을 수상했다. 허 교수는 분자광유전학 분야를 국내 연구로 개척하고, 뇌졸중·파킨슨병·우울증 등 뇌 질환 치료 기술 개발에 기여해왔다. 신병하 교수는 태양전지 및 광전자 소재·소자 분야에서 20년 이상 축적된 연구 성과와 고효율 소자 개발 공로로 과학기술훈장 도약장을 수상했다.
신진우 교수는 세계적 수준의 AI 및 전산학 연구 성과와 더불어 로봇 기업과의 협력을 통해 국내 피지컬 AI 산업 활성화에 기여한 공로로 홍조근정훈장을 받았다. 장영재 교수는 지역·대학·연구기관 협력을 기반으로 한 제조 피지컬 AI 실증 체계를 구축하고, 세계 최초 로봇운영 플랫폼인 ‘카이로스’ 개발을 통해 제조 혁신 및 지역 균형발전에 기여한 성과를 인정받아 홍조근정훈장을 수상했다. 정송 교수는 국내 최초로 설립된 AI대학원의 원장으로서, 인공지능 분야 고급 인재 양성과 학문적 기반 확립에 기여한 공로로 홍조근정훈장을 수상했다.
또한 김경민 교수는 열과 전기를 동시에 활용하는 고차원 두뇌모사 컴퓨팅 기술을 세계 최초로 개발하여 차세대 반도체 원천기술 확보 및 국제적 학술 성과에 기여하여 과학기술포장을 수상했다. 문수복 교수는 컴퓨터 네트워크 성능 측정, 온라인 소셜 네트워크 분석, 초고성능 네트워크 시스템 분야에서 탁월한 연구 성과와 함께 양성평등 증진에 기여한 공로로 과학기술포장을 수상하였다. 김주영 교수는 창업기업인 ㈜하이퍼엑셀 대표이사로서 LLM 추론 특화 AI 반도체 ‘LPU’를 개발해 GPU 중심 AI 인프라의 한계를 극복하고, 고효율·저전력 AI 시스템 구현에 기여한 공로로 정보통신 유공 산업포장을 수상했다.
박인규 교수는 초저전력 가스센서 및 스마트 헬스케어용 의료 다중센서 원천기술을 세계 최초로 개발하고 실용화를 선도한 공로로 대통령표창을 수상했고, 김택수 교수는 최첨단 박막소재의 기계적 물성 측정 및 향상 기술을 세계적으로 선도하며 반도체 및 디스플레이 산업 발전에 기여한 공로로 국무총리표창을 수상했다.
이번 기념식은 21일 한국과학기술회관 국제회의실에서 개최됐으며, 과학기술·정보통신 진흥에 기여한 유공자 164명을 대상으로 포상이 수여됐다. 이 가운데 148명에게 현장 시상이 이뤄졌으며, 수상 규모는 훈장 36명, 포장 22명, 대통령표창 47명, 국무총리표창 59명이다.
2026.04.22
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“더 섞을수록 강해진다” 고엔트로피 설계로 수소 생산 3배↑
보통은 물질을 섞으면 불안정해지지만, 오히려 더 많이 섞을수록 더 안정해지는 ‘고엔트로피’현상이 있다. 우리 대학 연구진은 이 원리를 이용해 전지 안에서 수소 이온이 더 잘 움직이고 반응이 더 쉽게 일어나도록 만들어, 수소를 더 빠르고 효율적으로 생산하는 기술을 개발했다. 이는 수소 가격을 낮추고 친환경 에너지 전환을 앞당길 수 있는 성과로 기대된다.
우리 대학은 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 엔트로피를 극대화하는 설계를 통해 전지의 반응 속도와 출력 성능을 크게 향상시킨 새로운 ‘산소 전극 소재’를 개발했다고 5일 밝혔다. 산소 전극 소재는 전지에서 수소를 생산할 때 산소가 생성되는 반응이 일어나는 핵심 구성 요소다.
물에서 탄소 배출 없이 수소를 생산하는 그린수소 기술은 미래 청정에너지의 핵심으로 꼽힌다. 특히 프로톤 전도성 전기화학 전지(PCEC)는 전기 에너지를 이용해 물을 분해하고, 이때 수소 이온이 내부를 이동하면서 수소를 만들어내는 장치로 높은 효율로 주목받고 있지만, 전지 내부 산소 전극에서 반응 속도가 느려 성능 향상에 한계가 있었다.
이에 연구팀은 여러 금속 원소를 동시에 도입해 무질서도를 높이는‘고엔트로피’전략에 주목했다. 보통 많은 원소를 섞으면 구조가 불안정해질 수 있지만, 적절한 조성에서는 엔트로피가 극대화되면서 오히려 안정한 단일 구조를 유지하는 도움이 될 수 있다.
이를 바탕으로 전극 구조 안에서 금속 원소가 들어가는 자리(A-site)에 7종의 금속 원소(Pr, La, Na, Nd, Ca, Ba, Sr 등)를 동시에 도입한 ‘고엔트로피 이중 페로브스카이트 산소 전극’을 설계했다. 이 전극은 금속과 산소가 규칙적으로 배열된 ‘페로브스카이트’ 구조를 기반으로, 서로 다른 금속이 함께 들어간 ‘이중 구조’에 여러 원소를 섞은 고엔트로피 설계를 적용한 것이다. 이렇게 다양한 금속이 뒤섞이면서 전극 내부의 전하 이동과 산소 관련 반응이 더욱 원활해지고, 그 결과 전기 생산과 수소 생성 반응이 더 빠르게 일어나게 된다.
특히 밀도범함수이론(DFT) 계산 결과, 전극 내부에서 반응이 일어날 수 있는 ‘빈자리’를 만드는 데 필요한 산소 결함 형성 에너지가 기존보다 60% 이상 낮아진 것으로 나타났다. 이는 반응이 일어날 수 있는 공간이 더 쉽게, 더 많이 만들어진다는 의미다. 또한 TOF-SIMS(물질 내부에서 이온의 분포와 이동을 확인하는 분석 기법) 분석 결과, 수소 이온 이동 속도도 기존보다 7배 이상 빨라졌다. 이는 전극 내부에서 수소가 생성되는 과정이 훨씬 빠르게 진행될 수 있음을 보여준다.
성능 역시 크게 향상됐다. 새 전극을 적용한 전지는 650℃에서 기존보다 약 2.6배 높은 전력 밀도(1.77 W cm⁻²)를 기록했으며, 수소 생산 성능도 약 3배(4.42 A cm⁻²) 향상됐다. 이는 같은 조건에서 더 많은 전기와 수소를 만들어 낼 수 있다는 의미다. 또한 500시간 동안 진행한 수증기 조건 테스트에서도 성능 저하가 0.76%에 그쳐, 장시간 사용에도 안정적인 성능을 유지함을 확인했다.
이강택 교수는 “엔트로피라는 열역학 개념을 활용해 전극의 반응성을 제어할 수 있음을 보여준 연구”라며 “그린수소 생산 효율을 크게 높여 수소경제 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다.
KAIST 기계공학과 오세은 박사과정, 한국지질자원연구원 정인철 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지인 어드벤스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials) (IF: 26.0) 지난 2025년 12월 16일 字 게재되었다. 또한 해당 논문은 연구의 파급력을 인정받아 표지논문 (Front cover) 으로 선정되었다.
※ 논문명: Unveiling Entropy-Driven Performance Enhancement in Double Perovskite Oxygen Electrodes for Protonic Ceramic Electrochemical Cells, DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202503176
※ 주저자: 오세은(KAIST, 제1저자), 정인철(한국지질자원연구원 제1저자), 김동연(KAIST, 제2저자), 김형근(KAIST, 제2저자), 이강택(KAIST, 교신저자)
이 성과는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업, 글로벌 기초연구실 지원사업의 지원을 받아 수행했다.
2026.04.06
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