한국과학기술원(KAIST) 물리학과 최재윤 교수 연구팀은 포항공대 조길영 교수팀과 함께 중성원자 양자 시뮬레이터 오류 정정 기술을 개발해 2차원에서의 양자물리학 '비국소' 질서 변수를 최초로 측정했다고 29일 밝혔다. 이는 향후 위상 물질과 고온 초전도체 물질 특성을 알아낼 수 있도록 하는 데 성공한 것이라고 연구팀은 설명했다. 고온 초전도물질은 어떤 물리적 작용으로 초전도가 형성되는지 명확하게 규명되지 않은 상황이다. 양자 시뮬레이터는 관측 과정과 양자 상태 준비 과정에서 발생하는 원자 손실과 같은 결함때문에 이를 체계적으로 파악하고 정정하기가 매우 어렵다는 단점이 있다. 특히 위상 물질(topological matter)의 특성을 규정짓는 비국소 질서 변수를 측정하는 데 큰 걸림돌이 되고, 2차원에서는 그 효과가 더 커져 큰 시스템에서 비국소 질서 변수의 실험적 관측을 어렵게 하는 주요 요소로 작용한다. 연구팀은 양자 시뮬레이터에 비국소 질서 변수를 측정할 수 있고, 실험적인 결함도 함께 찾아내는 방법을 개발했다. 또 2차원에서도 '양자 얽힘'(entanglement) 위상 물질의 물성을 규정짓는 것도 가능함을 보여줬다. 시뮬레이터 과정에서 발생한 결점까
양자점의 리간드 교환법 개선해 효율 경신…장기간 보관해도 효율 유지 UNIST 에너지화학공학과 장성연 교수팀이 안정성이 우수한 유기양이온기반 페로브스카이트(이하 유기계 페로브스카이트) 양자점을 합성하고, 태양전지용 광활성 박막의 내부 결함을 억제하는 새로운 리간드 치환 기술을 개발했다. 장성연 교수는 “개발된 기술을 바탕으로 양자점 태양전지의 효율 18.1%를 달성했다”며 “이는 현재까지 미국 재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL)에서 공인한 양자점 태양전지 중 세계 최고 효율”이라고 설명했다. 지난해 나노기술의 핵심소재인 양자점을 발견하고 발전시킨 과학자 3인이 노벨화학상을 수상할 만큼 관련 분야에 대한 관심도가 높아지고 있다. 양자점은 수십 나노미터 내외의 매우 작은 반도체 결정으로 입자의 크기에 따라 광전기 특성을 조절할 수 있다. 특히 페로브스카이트 양자점은 우수한 광전기적 특성을 가진다. 상기판 위에서 성장시키는 과정 없이 용매에 뿌리거나 바르는 공정을 통해 태양전지를 제조할 수 있다. 이로 인해 제조 환경에 구애받지 않고 비교적 단순한 방식으로 일정한 품질을 낼 수 있게 된다. 그러나 실제 양
KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수 연구팀과 협업을 통해 하이드록시아파타이트(HAp)의 고유한 골 형성 능력을 활용해 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하는 생체 모방 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다. 하이드록시아파타이트란 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로 생체 친화적인 특징이 있으며, 충치를 예방하는 특성이 있어 치약에도 쓰이는 미네랄 물질이다. 이전의 압전 지지체 관련 연구들은 압전성이 뼈 재생을 촉진하고 골 융합을 향상하는 효과를 다양한 고분자 기반 소재에서 확인했지만, 최적의 골조직 재생에 필요한 복잡한 세포 환경을 모사하는 데 한계가 있었다. 그러나 이번 연구는 하이드록시아파타이트 고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발한 것으로, 연구팀은 새로운 방법을 제시했다. 연구팀은 하이드록시아파타이트를 고분자 필름과 융합하는 제조 공정을 개발했다. 이 공정으로 제작된 유연하고 독립적인 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체외 및 체내 실험에서 뼈 재생을 가속하는 놀라운 잠재력을 입증했다. 또한 연구팀은 동 지지체의 골 재생 효과의 원인을 다각도로 밝혀냈다.
노인, 뇌졸중 환자, 외상 환자들의 다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 착용자의 땀, 각질 등에도 끄떡없이 장기간 안정적으로 제어되도록 돕는 근전도 센서 기술이 개발됐다. 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 정재웅 교수와 기계공학과 김정 교수 연구팀이 피부 상태에 영향받지 않는 고품질 전기 생리 신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들(Microneedle·머리카락과 굵기와 유사한 수준의 미세한 바늘로 구성된 패치) 센서를 개발했다고 23일 밝혔다. 다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식하기 위해서는 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다. 기존 센서들은 오래 쓰면 신호 품질이 떨어지거나 피부의 털, 각질, 땀 등의 영향을 많이 받는다. 이러한 단점은 장시간 신뢰성 높은 웨어러블 로봇 제어를 힘들게 한다. 연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용, 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다. 단단한 마이크로니들이 저항이 큰 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털, 각질, 땀, 이물질로 피부가 오염돼도 고품질의 전기 생리 신호를
에너지 비용의 상승과 지정학적 갈등의 고조, 여기에 공급 불안이 계속됨에 따라 기업들은 기업 경영의 탄력성과 유연성, 지속가능성을 높이기 위한 투자를 강화하고 있다. 로크웰 오토메이션(Rockwell Automation)은 이 같은 도전적인 환경에 직면한 제조 기업들을 돕기 위해서 MagneMover® LITE 지능형 컨베이어 시스템이라는 스마트한 솔루션을 내놨다. MagneMover LITE는 유연한 모듈형 방식을 채택한 지능형 이송 시스템으로서, 리니어 모터 섹션으로 구성된 각각의 모듈들을 연결해서 현장의 요구사항에 맞게 무한히 다양한 레이아웃이 가능하다. OEM/인-머신(in-machine) 애플리케이션과 까다로운 모션 요구사항에 대해 기존의 벨트 및 체인 컨베이어보다 월등한 성능을 제공함으로써 새로운 차원의 프로세스 최적화와 쓰루풋을 가능하게 한다. 로크웰 오토메이션에 따르면, 실제로 MagneMover LITE는 애플리케이션에 따라 기존의 컨베이어 시스템에 비해 가동시간을 최대 10배까지 높이고, 에너지 비용을 25%까지 절감하며, 플로어 레이아웃을 25~30%까지 줄일 수 있다. 유연성을 높이는 이러한 혁신을 이루기 위해, 로크웰 오토메이션은 아나
차세대 페로브스카이트와 OLED의 장점을 모두 갖는 소자...네이처 나노테크놀로지 게재 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 서울대학교 이태우 교수 연구팀이 금속 할라이드 페로브스카이트와 유기발광 소재를 결합한 고효율 장수명 하이브리드 탠덤 발광 소자 개발에 성공했다고 밝혔다. 차세대 태양전지 소재로 널리 알려진 페로브스카이트는 전기적 특성과 색 순도가 우수하고 가격이 저렴해 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있으나 기존 유기발광소자(OLED)보다 효율이 낮다는 한계가 있는 것으로 알려졌다. 이를 해결하는 방법 중 하나는 서로 다른 특성의 소자를 결합하는 탠덤(Tandem)구조를 이용하는 것이다. 하지만 용액공정으로 제작하는 페로브스카이트의 특성상 다른 소자와 적층하는 것이 매우 까다롭고, 단순히 적층하는 것만으로는 높은 색순도와 발광 효율을 갖게하는 것이 어렵다. 연구팀은 용액공정으로 하단의 페로브스카이트 나노 결정 단일소자를 제작한 뒤 증착공정으로 상단의 유기 발광 단일소자를 제작하는 새로운 디자인으로 탠덤 구조 페로브스카이트 발광 소자 제작에 성공했다. 연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 고효율·고색순도를 동시 구현하는 최적의 소자구조를 찾아 ‘하이브리드-
값비싼 백금∙이리듐 촉매 대체 가능해…Advanced Materials 게재 그린 수소를 더 값싸고 친환경적으로 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 값비싼 귀금속 촉매를 대체한 기술로, 탄소중립 사회에 한 발짝 다가설 수 있을 것으로 기대된다. UNIST 에너지화학공학과 류정기 교수와 KAIST 신소재공학과 서동화 교수 공동연구팀이 높은 효율과 안정성을 가진 고순도의 그린수소 생산용 이기능성(Bifunctional) 수전해 촉매를 개발했다. 개발된 촉매는 부식성 강한 산성의 환경에서도 장시간 사용이 가능하다. 루테늄과 실리콘, 텅스텐(RuSiW)을 기반으로 만들어 기존의 백금(Pt) 혹은 이리듐(Ir) 촉매에 비해 저렴하다. 온실가스 배출량도 1/4 이하로 낮아 친환경적이다. 수전해는 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 기술이다. 수소를 생산하는 과정에서 탄소 배출 없이 친환경적인 수소를 생산할 수 있어 탄소중립 사회를 위한 차세대 기술로 꼽힌다. 연구팀은 산성에서 안정적인 백금이나 이리듐과 같은 귀금속 전해질을 대체할 물질을 연구했다. 루테늄은 생산 가격이 상대적으로 저렴하고, 백금이나 이리듐보다 각각 1/7, 1/4 낮은 온실가스를 배출해 친환경적인 금속으로
최근 친환경 수소 자동차 보급이 증가함에 따라 안전과 직결된 필수 요소인 수소 센서의 중요성이 더욱 높아지고 있다. 특히 빠른 수소 누출 감지를 위한 핵심 성능 지표인 센서 감지 속도의 경우 1초 이내로 감지하는 기술이 도전적인 과제로 남아있다. 이에 세계 최초 미국 에너지청(U.S.Department of Energy) 기준 성능을 충족하는 수소 센서가 개발돼 화제다. KAIST는 KAIST 조민승 박사(전기및전자공학부 윤준보 교수팀)가 현대자동차 기초소재연구센터 전자기에너지소재 연구팀, 부산대학교서민호 교수와의 협업을 통해 모든 성능 지표가 세계적인 공인 기준을 충족하면서 감지 속도 0.6초 이내의 기존보다 빠른 수소 센서를 세계 최초로 개발했다고 10일 밝혔다. 기존 상용화된 수소 센서보다 빠르고 안정적인 수소 감지 기술 확보를 위해 KAIST는 현대자동차와 함께 2021년부터 차세대 수소 센서 개발에 착수했고, 2년여의 개발 끝에 성공했다. 기존의 수소 센서 연구들은 수소 센서에 많이 활용되는 팔라듐(palladium,Pd) 소재에 촉매 처리를 하거나 합금을 만드는 등 주로 감지 소재에만 집중해 연구됐다. 이러한 연구들은 특정 성능 지표에선 매우 뛰어
한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 허원도 교수팀이 미국 존스홉킨스의대 권형배 교수팀, 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 이상규 박사 연구팀과 함께 세계 최초로 뇌 시냅스 형성과 소멸, 변화를 실시간 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 우리 뇌 속에는 약 860억개 신경세포와 신경세포 간 신호를 주고받아 우리의 인지, 감정, 기억 등과 같은 다양한 뇌 기능을 조절하도록 돕는 600조개에 달하는 시냅스가 존재한다. 시냅스는 노화나 알츠하이머병과 같은 질병 상황에서 감소하는 것으로 알려졌지만, 그 구조 변화를 실시간 관찰하는 데에는 한계가 있었다. 허원도 교수 연구팀은 형광 단백질(ddFP)을 시냅스와 결합해 신경세포 간 시냅스 연결 과정을 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 시냅스(Synapse)와 스냅숏 (Snapshot)을 조합한 '시냅숏'(SynapShot)으로 이름 지었다. 기존에는 구현하기 어려웠던 시냅스 형성과 소멸, 역동적인 변화 과정을 실시간 추적하고 관찰하는 데 성공했다. 연구팀은 기초과학연구원(IBS)과 공동으로 초록과 빨강 형광을 띠는 시냅숏을 디자인해 두 개의 서로 다른 신경세포와 연결된 시냅스를 쉽게
그린 수소 생산 기술에 응용… Advanced Energy Materials 게재 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 높은 효율로 장시간 구동 가능해 페로브스카이트 태양전지 상용화와 그린 수소 생산 기술에도 도움이 될 것으로 보인다. UNIST 에너지화학공학과 장성연·류정기·장지욱 교수팀과 고려대학교 곽상규 교수팀은 높은 안정성과 효율을 가진 주석-납 할로겐화합물 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 밝혔다. 공동 연구팀은 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 활성층과 금속 전극 사이에 특수 설계된 음극 중간층을 삽입했다. 태양전지 소자의 안정성과 효율을 동시에 향상하는 획기적인 기술이라는 평가다. 장성연 교수는 “개발된 태양전지를 광전극으로 활용해 고효율의 그린 수소를 생산할 수 있는 광전기 화학 소자의 새로운 구조를 제시했다”고 설명했다. 금속 할로겐화물 페로브스카이트는 빛 에너지를 받아 전자를 방출하는 ‘광전자’ 특성이 우수해 태양 에너지 응용 분야에서 유망한 재료로 꼽힌다. 특히 혼합 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트(TLHP)는 가시광선에서 근적외선 영역까지 태양광 흡수가 가능해 고효율 태양전지 개발에 중요한 소재지만,
아나로그로 운용되던 프로세스계장 분야가 바야흐로 미래의 디지털로 향하고 있다. 현장에는 CVVSB 2ㅁ × 2C 아나로그 케이블 대신, 단일 쌍(Single Pair Ethernet/SPE)케이블로 바뀌고, 클라우드가 가능한 디지털이 일상인 시대로 바뀐 것이다. 2019년 9월 IEEE802.3cg(EtherNet/IP=802.3) 태스크 포스가 10BASE-T1S 및 10BASE-T1L 이더넷 표준 개발을 완료한 이후 ODVA는 이러한 이더넷 기술을 자체적으로 채택한 뒤 변화하기 시작했다. 기존의 PLC 자동화 기술은 물론이고 한발 더 나아가 이제 10BASE-T1S 이더넷 기반의 캐비닛 EtherNet/IP 사용 프로파일과 10BASE-T1L 이더넷 기반의 이더넷-APL 프로세스계장 프로파일이 EtherNet/IP 사양에 플러스가 된 것이다. 이 글에서는 잠재적인 EtherNet/IP 사용 프로파일인 On-Machine 센서와 EtherNet/IP 사용 프로파일에 대해 연구한 결과를 해부해 보고자 한다. OMSPE 시스템 아키텍처(물리적 토폴로지, 미디어, 인프라 탭, SPE 센서), 통신아키텍처, 전력 전달아키텍처, 네트워크, 시운전, 진단 기능을 갖춘
열선, 스프레이, 오일 도포 없이도 자체 열에너지 발생으로 겨울철 자동차 성에 제거뿐만 아니라 항공기 제빙, 주거 공간 유리창 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 필름 코팅 기술이 개발됐다. 한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 김형수·화학과 윤동기 교수 공동연구팀이 금 나노막대(GNR) 입자를 사분면으로 균일하게 패터닝(형태화)할 수 있는 원천 기술을 확보해 햇빛만 받아도 구동되는 결빙 방지·제빙 표면을 개발했다고 3일 밝혔다. 금 나노 막대는 생체 적합성, 화학적 안정성, 비교적 쉬운 합성, 금속 내의 자유전자가 집단으로 진동하는 플라즈몬 공명 등 독특한 특성으로 유망한 나노물질 중 하나다. 막대 성능을 극대화하려면 높은 수준의 증착 필름 균일도와 정렬도를 갖게 하는 것이 해결해야 할 문제다. 공동연구팀은 자연에서 쉽게 추출이 가능한 차세대 기능성 나노 물질인 셀룰로스 나노크리스탈(CNC)을 활용했다. 셀룰로스 나노크리스탈 사분면 형판(template)에 금 나노 막대를 공동 자가 조립해, 건조되면서 코팅 전체 면적에 환형으로 균일하게 정렬된 금 나노막대 필름을 개발하는 데 성공했다. 이 필름은 기존 커피 링 필름보다 향상된 플라즈모닉 광학·광열 성능을
신경과학 분야에서는 계측 기술의 급속한 발전으로 신경 활동의 측정 방법과 그에 의해 얻어지는 데이터가 급속하게 진화하고 있다. 전극을 직접 대상 영역에 꽂아 신경세포의 활동을 전기적으로 측정하는 전기생리학적인 측정에서는 동시에 100개 오더(최신 Neuropixels에서는 1,000개 오더)의 세포를, 대상 동물이 과제를 수행하는 동안에 실시간으로 몇 시간 이상 측정할 수 있다. 또한 칼슘 이미징 등의 신경 활동을 광학적인 활동으로 변환해 측정하는 방법이라면, 시간 정도가 떨어지지만 1000개 오더(100000개를 취할 수 있다는 이야기도 있다)의 세포 활동을 며칠에 걸쳐(!) 측정할 수 있게 됐다. 즉, 신경과학 분야에서 연구자는 매우 큰 데이터에서 신경계 정보 처리의 바탕에 있는 원리·기구를 추출해야 하는 과제에 직면해 있다. 이 글에서는 이 대자유도 데이터와 씨름하고 있는 신경과학에서 급속히 발전하고 있는 역학계적 견해·해석 방법을 소개한다. 여기서는 데이터 해석뿐만 아니라 순환 신경망(RNN)을 이용한 데이터 구동형 모델의 접근법이 많이 이용되고 있으며, 이 접근법을 중심으로 설명하고자 한다. 대자유도 데이터로서의 신경 활동 일찍이 2000년대 초반까
인간 대뇌 시각계는 망막에 투영된 모든 정보를 동일하게 처리할 수 없다. 시야 내에서 가장 중요할 것으로 예측되는 물체나 공간 위치를 선택하고, 이를 중점적으로 처리함으로써 실제 환경에 적응한다. 이러한 정보의 취사선택 기능이 주의 선택이다. 최근에는 이 주의 선택은 인공지능 개발에서도 크게 주목받는 기능이다. 생체의 시지각을 실현하는 가장 중요한 기능인 주의 선택은 신경세포(뉴런)의 활동을 기록하는 대뇌생리학적 기법뿐만 아니라, 인간 시지각을 계측하는 심리물리학적 기법 등을 이용해 학제적으로 연구되어 왔다. 또한 주의 선택의 뇌 메커니즘과 특성을 이해하기 위해서는 이들 실험에서 얻은 지식을 통합한 신경회로 모델의 구축과 시뮬레이션이 중요하다. 이러한 신경회로 모델의 응답을 정량적으로 평가하기 위해 자연 이미지에 대한 인간의 시선 데이터가 지표로 활용된다. 최근에는 이들 시선 데이터를 학습 데이터로 활용하는 기계학습적인 기법에 기초한 주의 선택 모델 획득 연구도 활발히 이루어지고 있다. 이 글에서는 시야 이미지에 대한 인간의 주의 선택 특성을 재현하는 계산 모델에 대해 설명한다. 특히 인간의 시지각을 담당하는 대뇌 시각 피질의 신경회로에 기초한 주의 선택 모
KAIST는 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 높은 전기적 성능과 신축성을 동시에 갖는 새로운 형태의 전도성 고분자 물질을 개발해 세계 최고 성능의 스트레처블 유기태양전지를 구현했다고 26일 밝혔다. 유기 태양전지(organic solar cells)는 빛을 받아 전기를 생산하는 광 활성층이 유기물로 구성되는 전자소자로, 기존 무기 재료 기반 태양전지에 비해 가볍고 유연하다는 장점이 있어 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 전자소자에 사용 가능하다. 특히 태양전지는 이러한 전자소자의 전력을 공급하는 필수적인 소자이지만, 기존 고효율 태양전지는 신축성을 가지기 어려워서 웨어러블 소자로 거의 구현된 바가 없다. 김범준 교수 연구팀은 높은 전기적 성질을 가지는 전도성 고분자에 고무처럼 늘어나는 고신축성 고분자를 화학 결합을 통해 연결해 높은 전기적 성능과 기계적 신축성을 동시에 가지는 새로운 형태의 전도성 고분자를 개발했다. 개발된 고분자는 현재 세계 최고 수준의 광전변환효율(19%)을 가지는 유기태양전지를 구현하면서도 기존 소자들에 비해 10배 이상 높은 신축성을 달성했다. 이를 통해 40% 이상 잡아당겨도 작동하는 세계 최고성능의 스트레처블 태양전지를 구현했으며
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UPDATE: 2024년 10월 31일 23시 13분
