기능성 금속 칼코게나이드 잉크 개발…Nature Communications 논문 발표 전자제품 등에 들어가는 작은 부품에는 수많은 회로 등이 그려진다. 이 작업을 패터닝(Patterning)이라고 하는데, 비싼 장비를 쓰는 복잡한 공정을 거쳐야 한다. 그런데 최근 사진을 뽑아내듯 간단하게 패터닝하는 기술이 나와 주목받고 있다. UNIST 손재성-이지석 교수팀은 빛을 받으면 굳는(광경화성) ‘금속 칼코게나이드 잉크’와 이를 활용한 광학인쇄공정을 개발했다. 금속 칼코게나이드는 발광 특성, 전기적 특성 등을 가져 다양한 소자에서 중추적인 역할을 할 수 있는 무기물인데, 이를 쉽게 패턴화할 수 있는 길이 열린 것이다. 연구진은 이 기술을 이용해 2차원(2D), 3차원(3D) 구조체와 ‘마이크로 열전 소자’ 제작도 성공해 기존 공정을 대체할 ‘무기물 소재의 패턴화 기술’로서 가능성을 입증했다. 기존 소재 패터닝은 빛으로 소재를 깎아내는 포토리소그래피(Photo-lithography)나 레이저 및 전자빔(e-beam)으로 회로를 새기는 기술이 활용됐다. 그런데 이런 공정은 비싸고 복잡하며 처리 시간도 길다. 여기에 대한 대안으로 빛을 이용해 소재를 쌓아올리는 ‘광학 3
블라자 스위스루브의 ‘Synergy 735’ 절삭유는 가장 온도가 높은 칩의 주위를 짙은 안개처럼 감싸고, 기름기 같은 상태로 변하면서 강력한 윤활성이 있는 에멀전을 형성함으로써 밀링 커터가 칩을 이상적인 형상으로 제거하도록 돕는다. 실제로, 금속가공유 전문가들로 구성된 블라자 스위스루브의 테크놀로지센터에서 금속 절삭의 순간과 칩 형성, 금속가공유의 변화를 좀 더 정밀하게 사진과 동영상으로 촬영하는 실험을 했다. 연구팀은 고속 카메라를 금속가공유와 일정한 거리를 두고 촬영하여 아주 선명하고 정밀한 이미지를 얻을 수 있었다. 적절한 조명을 제공하기 위해서 원형 조명이 사용됐으며, 이 특별한 실험을 위해 Helix 기울기가 0°로 특별히 제작된 초경 커터를 사용했다. 그 결과 고속 촬영은 기름이 포함되지 않은 수용성 금속가공유인 Synergy 735의 원리 및 메커니즘, 즉 고온에서 향상된 윤활 효과가 절삭가공 중에 발생하였고 밀링 공정을 최적화하기에 충분히 빠른 것을 보여줬다. 블라자 스위스루브의 마크 블라자 대표이사는 “우리는 테스트 과정에서 절삭가공 공정을 가장 섬세한 부분도 놓치지 않고 분석한다”며, “이러한 전문성과 데이터를 통해 생산비용을 낮추고 공구
공정의 효율을 이끌어내기 위한 기본적인 방법 중 하나는 ‘끊김 없는 공정’이다. 문제 발생 후 해결을 위한 공정 중단은 생산성을 저하시키고, 시간 연장 등의 비효율을 가져오기 때문이다. 그렇다면 문제가 생기기 전, 미리 이상 징후를 탐지할 수 있는 예지보전은 무엇보다 중요하다. 마크베이스의 AIoT Suite 적용 사례로 본 프레스 장비 모터의 이상 감지를 돕는 방안에 대해 소개한다. 예지보전은 데이터를 수집해서 데이터 내부에 포함된 이상징후를 감지하고, 탐지된 결과를 분석 후 조치하는 과정이다. 때문에 유지보전은 공정의 효율을 높이기 위한 필수사항이다. 최근 OT 단의 컴퓨팅 파워가 좋아지면서 실시간으로 쏟아지는 데이터를 안정적으로 수집하고 저장해 전처리 과정을 거쳐 현장이 원하는 데이터의 형태로 만드는 것이 무엇보다 중요해지고 있다. 예지보전의 과정에는 수집/저장, 전처리/학습, 실시간 데이터 흐름, 패턴, 사용자 유지보수 등의 어려움이 있다. 예지보전을 예측하기 위해선 학습을 위한 장기간 데이터 모두의 수집이 필요하다. 데이터 수집 후, 대용량 수집 데이터에 대한 학습 데이터 추출이 필요한데, 데이터 전처리 시간 및 비용이 기하급수로 증가해 큰 어려움을
산업AI 기반 예지보전 솔루션은 핵심 산업 설비의 건전성과 고장 진단 및 예측하여 산업 사고 예방, 다운타임 및 불필요한 관리비용 최소화, 설비 운용 최적화 등 현장의 고질적인 문제를 해결하고 디지털 트랜스포메이션을 견인한다. 산업AI 예지보전 솔루션으로 완성하는 스마트제조 환경은 어떤 모습인지 솔루션 사례를 들어 살펴본다. 산업AI가 필요한 이유 국내 산업이 직면한 도전 과제와 산업AI 기반 예지보전 솔루션의 필요성에 대해서 알아보겠다. 먼저, 국내 제조 산업에 산업AI가 왜 필요한지부터 간단하게 짚고 넘어가 보자. 첫째, 지속적인 품질 개선이 필요하기 때문이다. 한국데이터산업진흥원이 발표한 2020년도 자료에 따르면, 제조 산업에서 품질 이슈로 인해 낭비되는 비용이 매출 대비 10%에서 많게는 15%에 이른다. 이 비용을 2~3%만 줄여도 상당히 많은 낭비 요소를 없앨 수 있다. 둘째, 인력의 노후화에 따른 지식의 증발 때문이다. 현재 우리나라 제조 산업의 근로자 평균 연령은 42.5세로, 이 수치는 10년 전보다 3.3세~3.5세 높다. 선진국과 비교해서도 매우 빠른 속도로 증가하고 있어 산업 현장에서 큰 문제로 대두될 우려가 있다. 근로자들이 노후화가
예지보전의 첫 걸음은 데이터를 통해 의사결정할 수 있는 시스템을 마련하는 데부터 시작된다. 그리고 예지보전 목표를 향해서 구축 단계 및 프로세스 정립을 해나가는 것이 반드시 필요하다. 하지만 최종 목표를 향해가는 여정의 단계는 결코 쉽지만 않다. 예지보전을 목표로 중소·중견기업의 단계별 추진 방안과 설비 데이터를 활용한 통합 모니터링 및 분석 플랫폼 도입 사례를 소개한다. 예지보전의 첫 걸음은 데이터를 통해 의사결정할 수 있는 시스템을 마련하는 것이 가장 중요한 포인트이다. 그 단계를 보면, 먼저 제조 현장에는 설비나 로봇, 센서에서 다양한 데이터가 발생한다. 이러한 하위 레벨의 데이터들은 ERP, MES, CMMS, SCM 등 제조 인프라 시스템과 연동하여 모니터링 및 분석을 통해 생산과 품질에 영향을 미치는 문제점을 파악할 수 있다. 그리고 이렇게 도출된 데이터들은 생산, 품질뿐만 아니라 설비, 에너지에 대한 부분까지 정확한 의사결정을 돕는다. 최근엔 데이터 기반의 스마트공장들이 구축되면서, 근무환경 개선 및 불필요한 업무를 제거해 생산성과 업무 효율성이 증가하고 있다. 또한, 관리자가 문제 원인을 파악하고 구체적인 개선 계획을 수립해 데이터를 통한 관리
전북대 도안티루루엔 박사…환경공학 분야 학술지에 게재 전기자동차나 모바일 기기 등에 활용되는 리튬-이온 배터리를 대체할 리튬-황 배터리의 용량 저하와 내부 쇼트를 해결할 분리막이 개발됐다. 16일 전북대학교에 따르면 도안티루루엔 바이오나노융합공학과 박사의 이 연구내용을 담은 논문이 환경분야 세계적 학술지 '어플라이드 카탈리시스 비: 인바이러멘탈(Applied Catalysis B: Environmental' 온라인판 최신호에 게재됐다. 도안티루루엔 박사는 리튬-황 배터리가 갖는 분리막 문제를 해결하기 위해 분리막 소재 표면에 폴리스티렌 마이크로 구체와 그래핀, 촉매를 각각 코팅해 3차원 형상의 새 분리막을 개발했다. 그는 새 분리막이 효과적으로 다황화물 확산을 제한하고 쇼트를 억제해 리튬-황 전지의 용량, 수명, 안정성을 향상하는 결과를 도출했다고 설명했다. 도안티루루엔 박사는 "좀 더 안정된 고용량의 리튬-황 배터리의 분리막을 개발하는데 정진하겠다"고 밝혔다. 헬로티 김진희 기자 |
국내외 6G 역량 갖춘 기관과 활발히 협력 … 6G 원천기술 확보 박차 LG전자가 6G 테라헤르츠(THz) 대역에서 실외 320m 무선 데이터 송수신에 성공, 다가오는 6G 시대에도 고객경험 혁신을 이어간다. LG전자는 최근 독일 베를린에 위치한 프라운호퍼 하인리히-헤르츠 연구소에서 6G 테라헤르츠 대역(155~175GHz)을 활용해 실외에서 통신 신호를 320m 거리까지 전송하는 데 성공했다고 밝혔다. 이는 지난해 8월 실외 100m 무선 송수신 성공에 이어, 약 1년 만에 이룬 쾌거다. 당시 LG전자와 프라운호퍼 연구소는 6G 테라헤르츠 대역에서 전력 증폭기를 공동으로 개발, 출력 신호를 세계 최고 수준인 최대 15dBm까지 끌어올린 바 있다. 이번 성공은 일반 도심에서 사용하는 기지국의 셀 커버리지가 250m 수준이라는 점에서 특히 의미가 크다. 실내는 물론, 실외 도심 지역 전반에서 6G 테라헤르츠 통신을 상용화하는데 한 발 더 다가선 셈이다. 6G 테라헤르츠와 같은 초광대역은 주파수 도달거리가 짧고, 안테나 송/수신 과정에서 전력 손실이 심하다. 때문에 이를 해결하기 위한 송신 전력을 끌어올리는 ‘전력 증폭기’와 수신 신호 품질을 향상시키는 ‘수신기
최근 디지털 트윈(Digital Twin)이 디지털 전환(DX)의 핵심 키워드로 부상하고 있다. 디지털 트윈이란 ‘현실 세계에서 수집한 다양한 정보를 가상 사계에서 분석하고 최적의 방안을 도출해 이를 기반으로 현실 세계를 최적화하는 지능화 융합 기술’을 의미한다. 디지털 트윈 및 디지털 전환 분야는 매우 광범위하다. 이 솔루션은 전체 제조공정 중 제품 생산 공정, 물류(부품 공급, 배포,….) 분야에 적용 가능하다. 본 내용을 통해 디지털 트윈 기술의 적용 방안 및 이에 연계되어 활용될 수 있는 기술에 대해 살펴보자. 기존까지는 공장을 새로 짓거나 특정 라인을 수정할 경우 사전 검토를 위해 물류 시뮬레이션을 활용하고 있었다. 하지만 물류 시뮬레이션 분야는 대부분 숙련자 또는 전문가의 의존도가 높은 가정 분석(What-if) 방식을 사용하고, 생산 계획 단계에서 사전 분석 및 검증용으로 주로 사용된다. 그리고 시뮬레이션에 현장 데이터를 반영하는데 대용량 데이터 처리와 시뮬레이션 가속 성능 등의 한계로 다양한 제약 조건이 발생할 수 있다. 이는 디지털 트윈을 구현하기 위해 생산 운영 단계까지 연계하는 과정에 중요한 요소이며 본 내용을 통해 실제 활용
한국철도기술연구원(철도연)이 도시철도 미세먼지의 주범인 철도차량의 휠과 레일이 접촉할 때 발생하는 미세마모 입자의 발생량을 줄이는 데에 성공했다. 도시철도의 가장 많은 미세먼지는 주행 중인 철도차량의 휠과 레일에서 나온다. 쇠로 된 차량의 휠과 궤도의 레일이 지속적으로 마찰하면서 미세마모 입자를 끊임없이 발생시키는 것이다 . 지하 구간을 달리는 도시철도에서 발생하는 미세마모 입자는 철도 터널, 승강장, 차량 실내 등으로 유입되어 승객과 유지보수 작업자 등 많은 사람의 건강에 좋지 않은 영향을 준다. 철도연은 미세마모 입자의 발생 원인인 마찰력과 마찰열을 줄이기 위해 접촉면에 물을 뿌려 미세마모 입자 발생량을 크게 저감시켰다. 도시철도 평균 주행 속도인 70km/h 영역에서 물을 뿌렸을 때 건조조건 대비 미세먼지 PM10 약 80%, 초미세먼지 PM2.5 약 50%의 발생량 감소를 확인했다. 철도연은 살수 실험 시 발생하는 수증기 및 미네랄을 제거한다면 실제 발생량을 더 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 미세마모 입자 발생량 저감 연구가 성공적으로 이루어지면 기존의 발생한 미세마모 입자 저감 기술과 함께 도시철도 지하 구간의 공기 질을 획기적으로 개선할 수
국내 연구진이 차가운 겨울철 냉기를 이용, 땅속에 저장했다가 한여름에 꺼내 하우스 등의 냉방에 이용하는 새로운 냉방 기술을 개발했다. 한국에너지기술연구원 에너지네트워크연구실 윤영직 박사 연구진이 겨울철 차가운 냉기를 이용해 여름철 농촌의 하우스 냉방에 이용할 수 있는 기포자가진동현상을 적용한 열교환장치 개발에 성공했다. 연구진이 개발한 열교환장치는 차가운 외기와 축냉조에 연결된 구불구불한 형태의 모세관 튜브와 튜브 내부의 냉매로 구성돼 있다. 그리고 땅속에는 냉기의 저장매체로 물이 축냉조에 보관돼있다. 겨울철에는 차가운 외부 공기와 상대적으로 덜 차가운 땅속 물이 온도 차이가 발생한다. 이렇게 열교환 장치 양쪽 끝에서 발생하는 온도차로 내부 냉매가 빠르게 진동하고 흐름이 발생하며 많은 양의 열을 빠르게 전달한다. 즉 땅속 물의 열이 더 차가운 외부로 방열되면서 물 온도는 점점 낮아져 매우 차갑게 되고 이를 여름까지 보관한 후 이용하는 것이다. 이때 열교환 장치 작동에는 외부 동력이 필요 없기 때문에 운전비용이 전혀 들지 않는다. 또한 물질의 상변화*를 통한 잠열을 이용하면 많은 양의 열을 전달할 수 있기 때문에 기존 열 교환 기술에 비해서도 에너지 소비량은
이현욱 교수팀 연구…액체 물질 실시간 관찰하는 신기술도 제시 논문 2편 학술지 '나노 레터스'에 잇달아 발표 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀이 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters)에 배터리 개발 관련 논문 2편을 잇달아 발표했다고 12일 밝혔다. 첫 번째 논문에서는 차세대 배터리의 음극 소재(음극재)로 꼽히는 실리콘의 온도별 충·방전 특성을 분석했고, 두 번째 논문에서는 투과전자현미경(TEM)으로 액체 물질을 실시간으로 관찰하는 신기술을 제시했다. 첫 번째 논문 내용을 보면 실리콘은 상용화된 음극재인 흑연보다 10배 정도 용량이 커 고용량 배터리 소재의 후보로 손꼽히지만, 충전과 방전을 반복할수록 팽창하면서 단일 입자와 전자가 파괴된다는 단점이 있다. 연구팀은 실리콘을 차세대 음극재로 쓰려면 부피 팽창에 대비한 구조적 안정성을 확보하는 것이 최우선 과제라고 보고 온도별 부피 팽창과 파괴 거동을 분석했다. 연구팀은 방향성이 다른 3종류의 단결정 실리콘 웨이퍼에 전자빔으로 다양한 지름의 실리콘 나노 기둥을 제작한 후 기둥을 중심으로 배터리 셀을 조립해 전기를 충·방전하며 리튬과 실리콘 웨이퍼의 전기화학반응을 살폈다
기존 방식 단점 해결…미래 핵융합 상용로 운전방식 주목 과학기술정보통신부는 지난 8일 한국핵융합에너지연구원과 서울대 공동연구팀이 초전도핵융합연구장치(KSTAR)의 초고온 핵융합 플라즈마 운전 성과를 분석해 새로운 핵융합 플라즈마 운전방식(mode)을 발견했다고 밝혔다. 이번 연구는 한국핵융합에너지연구원의 ‘초전도핵융합연구장치(KSTAR) 공동실험 및 플라즈마 연구’ 사업과 과기정통부 ‘핵융합선도기술개발사업’의 지원으로 수행했다. 기존 방식 단점을 해결한 미래 핵융합 상용로 운전방식으로 주목받으면서 세계적 국제학술지 네이처(Nature)에 8일 게재됐다. 지구 상에서 태양과 같이 핵융합 반응으로 에너지를 만들기 위해서는 초고온·고밀도 상태의 플라즈마를 핵융합로에 장시간 안정적으로 가두는 기술을 확보하는 것이 핵심이다. 가장 대표적인 플라즈마 운전 방법은 고성능 플라즈마 운전 모드라고 불리는 ‘H-모드’로, 이는 상용로 운전을 위한 기본 핵융합 플라즈마 운전 방법으로 고려되며 차세대 운전 방법 개발의 기준 지표가 되고 있다. 하지만 H-모드에서는 플라즈마 가장자리에 형성되는 장벽을 활용하기 때문에 가장자리의 압력이 임계치를 넘어가 풍선처럼 터지는 플라즈마 경계면
KAIST 기계공학과 김승우, 김영진 교수 공동연구팀이 대기 중으로 광신호를 전송해 공간의 제약을 뛰어넘는 차세대 우주-지상 간 광-시간 동기화의 원천 기술인, 대기를 통한 광주파수 전송 및 펨토초 레이저 안정화 기술을 개발했다고 5일 밝혔다. 펨토초 레이저 광 빗은 시간/주파수 표준으로 활용할 수 있는 광대역(수백만 개의 주파수의 중첩) 레이저, 빛의 스펙트럼이 머리빗과 닮았다고 해서 붙여진 이름이다. 시간은 모든 물리량 중에서 가장 기본이 되는 물리단위로 다양한 물리단위를 정의하는 데 활용되기 때문에 우수한 시간 표준을 개발하는 것은 차세대 우주 규모의 측정 분야에서 다양한 물리량을 정확하고 정밀하게 측정을 가능케 한다. 이를 위해 먼저 연구팀은 1/1,000,000,000,000,000(천조분의 일)초에 해당하는 시간 폭을 가지는 매우 정밀한 펨토초 레이저 광 빗에 기반한 시간 표준을 개발했다. 하지만 개발에만 수년이 걸리기 때문에, 시스템적으로 큰 노력이 들어가는 시간 표준의 개발을 효과적으로 활용하기 위해서 연구팀은 안정화된 레이저의 전송을 통해 다양한 환경에서 시간 표준을 효과적이고 효율적으로 활용할 수 있는 연구에 집중해 왔다. 연구팀은 대기를
폐, 모세혈관, 뇌 신경계까지 관찰 가능 모세혈관이나 신경계까지 3D 입체로 관찰할 수 있는 초미세내시경이 개발됐다. 기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장(고려대학교 물리학과 교수)과 고려대학교 바이오의공학과 최영운 부교수 공동연구팀은 주사바늘보다 가는 두께의 내시경 기술을 개발하고, 이를 통해 박테리아보다 작은 생체 구조의 입체이미지를 얻는데 성공했다고 발표했다. 내시경은 좁은 공간 안의 물체나 인체 내부의 영상을 획득하기 위해 만들어진 영상장비이다. 일반적으로 내시경은 관찰하고자 하는 물체 내부에 가느다란 영상장비를 삽입하여 신호를 받아들이는데, 끝단(프로브)에 카메라를 부착해 직접 관찰하거나, 빛을 이용해 정보를 전달하는 광섬유로 이미지를 얻는다. 카메라 센서를 사용하는 경우 프로브의 두께가 두꺼워져 피부의 일부를 절개해서 삽입해야하는 경우도 있다. 반면 광섬유 다발을 이용한 내시경의 경우 좀 더 얇은 형태로 제작할 수 있어 절개부위와 환자의 불편함을 최소화할 수 있다. 하지만, 기존의 광섬유 내시경은 개별 광섬유의 코어(광섬유 속에서 빛을 통하게 하는 물질)간에 생기는 빈 공간 때문에 선명한 이미지를 얻기 어려웠다.
반도체식 가스센서 수분문제 해결, 'Journal of Hazardous Materials' 게재 미세먼지 예보 등 대기 질 관측이 일상화되면서 공기 중 특정물질의 농도를 측정하는 가스센서 수요가 커지고 있는 추세이다. 가스센서 중에서도 크기가 작고 작동이 쉬우며 제작비용이 적게 드는 반도체식 가스센서가 주목받고 있지만, 여러 가스가 혼재돼 있을 경우 감지 신뢰성이 떨어지고, 고온에서의 화학적 내구성이 부족한 단점이 있다. 특히 고습한 환경에서 감도가 낮아져 센서 신호가 변하는 치명적 단점 때문에 별도의 습기 제거장치를 부착해야 하는데, 이 경우 센서의 부피가 커지고 가격도 높아져 실용화에 걸림돌이 되어왔다. 한국생산기술연구원이 칼슘실리케이트의 수분 흡착층을 활용해 나노시트를 제조하고, 이를 기반으로 반도체식 가스센서 실용화의 최대 걸림돌이었던 습기 문제를 해결한‘나노시트 반도체 센서기술’을 개발했다. 생기원 기능성소재부품연구그룹 정영규박사 연구팀은 먼저 거미줄 구조를 갖는 기존의 주석산화물 나노와이어 사이에 2차원 형태의 칼슘실리케이트를 성장시켰다. 시멘트의 원료인 칼슘실리케이트(Calcium Silicate)는 보통 응집된 시트 형태로 존재하는데, 연구팀
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