한국생산기술연구원(이하 생기원)이 폴더블 디스플레이의 주름 문제를 해결한 불소계 폴리이미드 기반 광학필름 개발에 성공했다. 생기원 친환경융합소재연구부문 홍성우 박사 연구팀은 기존 유리 기반 소재의 광 특성을 유지하면서도 굴곡 신뢰성을 갖춘 고강도 투명 유연 광학필름을 개발했다고 밝혔다. 디스플레이를 접으면 안쪽에는 압축력이, 바깥쪽에는 인장력이 발생하기 때문에 반복해서 디스플레이를 접을 경우 표면이 깨지거나 갈라지고, 주름지는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 대표적인 광학 신소재 중 하나가 바로 플라스틱 기반의 ‘유연 광학필름’이다. 폴더블 디스플레이에 사용되는 유연 광학필름은 범용 플라스틱 대비 뛰어난 물성 및 특성을 가지는 엔지니어링 플라스틱으로 제조해야 한다. 폴리이미드(Polyimide)는 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로, 전하이동복합체(CTC)라는 독특한 구조를 형성해 범용 플라스틱은 물론 일반 엔지니어링 플라스틱보다 기계적 물성이 탁월하다. 복원력이 좋고 충격에 강하며, 연속 제막공정을 통해 얇은 필름 형태로 만들 수 있어 가볍고 유연한 디스플레이 구현이 가능하다. 반면 낮은 파장대의 빛을 쉽게 흡수하는 CTC의 구조적
사람 지문과 같이 매번 다른 형태를 형성하는 분자조립 나노패턴 활용 DGIST 로봇및기계전자공학과 김봉훈 교수 연구팀이 성균관대 권석준 교수 연구팀, KAIST 김상욱 교수 연구팀과 공동연구를 통해 사람의 지문과 같이 매번 다른 형태를 형성하는 무작위적인 분자조립 나노 패턴을 이용한 새로운 IoT 보안/인증 원천기술을 개발했다. 최근 IoT 기술이 발전함에 따라 다양한 기기들이 인터넷을 통해 연결된 초연결시대가 도래하고 있음에도 불구하고, IoT 기기들의 해킹 사례가 빈번하게 보고되고 있으며, IoT 기술을 안전하게 사용할 수 있느냐에 대한 의문이 제기되는 실정이다. 우리 주위에 흔히 사용되는 인증 방법으로 사람의 지문이나 핸드폰 등에서 제공해주는 QR 패턴을 들 수 있다. 사람의 지문은 모든 사람에게 다르게 형성되므로 각 개인을 식별하기 위한 인증 매체로 오래전부터 사용돼왔으나, 크기가 눈에 보일 정도로 커서 쉽게 복제할 수 있다는 단점을 가지고 있다. 반면 최근까지도 코로나 방역에 큰 역할을 했던 QR코드는 사용할 때마다 매번 다른 패턴을 형성하므로 복제가 어렵지만, 새로이 패턴이 생길 때마다 무선통신으로 등록을 해야 하므로 에너지 소모가 크고 개인의 프
나노메쉬 구조로만 이루어진 전자피부 장치로 장기간 생체신호를 실시간으로 측정하고 처리하는 등 전자피부 디바이스의 통합 시스템 구축에 한걸음 DGIST는 화학물리학과 이성원 교수 연구팀이 전자피부의 소자로 활용할 수 있는 매우 얇은 두께와 우수한 통기성을 갖는 나노메쉬(그물망) 구조의 유기물 전계효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistor, OFET)를 세계최초로 개발에 성공했다고 밝혔다. 전자피부란 피부에 부착하는 전자기기로 체온, 심박수, 근전도, 혈압 등 신호를 측정하고, 이러한 데이터를 전달하는 역할을 한다. 최근 웨어러블 기기를 응용한 스마트 헬스케어 시스템에 대한 관심이 더욱 높아지면서 관련 기술의 개발이 활성화 되고 있다. 헬스케어 시스템을 통한 생체신호를 실시간으로 정확하게 측정하기 위해서는 대부분의 조직 표면이 부드럽고 끊임없이 움직이기 때문에 유연한 센서(soft sensor)가 요구되는데, 그로 인해 생체표면에 직접 접촉하는 전자장치들은 플라스틱 및 고무와 같은 기판에 제조되어왔다. 하지만, 액체 및 기체 투과성이 낮은 평면 기판 구조의 센서를 피부 표면에 장기간 부착하게 되면 예기치 못한 질병(아토피, 신진대사
금속산화물 잉크에 이온 촉매 첨가…광전변환효율 10%, 전기전도도 20배 등 성능 향상 지스트(광주과학기술원)는 동국대 공동연구팀과 공동으로 고온의 후공정 없이 음이온 촉매를 첨가하는 간단한 방법으로 차세대 유기태양전지의 전기전도도를 20배 이상 개선하는 공정을 개발했다고 밝혔다. 유기태양전지의 필수 소재로 사용되는 몰리브덴 산화물(MoO3)은 몰리브덴 금속 원자에 산소 원자가 결합한 형태의 화합물로서 투명한 전기전도성 박막이다. 몰리브덴에 기능성 유기물이 결합된 유무기 하이브리드 화학소재를 이용한 유기졸겔합성법은 잉크를 통해 금속산화물 박막을 형성하는 공정으로, 기존 진공 열증착 공정을 대체할 수 있다. 그러나 이 박막에 높은 전기적 성능을 이끌어내기 위해서는 금속산화물만의 네트워크가 치밀하게 형성되는 과정이 필수적인데, 이러한 과정은 200℃ 이상의 고온 후공정이 필요해 그 실용성에 문제가 있었다. 지스트 이광희 교수팀(신소재공학부)은 동국대학교 권순철 교수팀(융합에너지신소재공학과)과 함께 금속산화물 잉크에 음이온 촉매를 더해 상온에서 높은 성능의 몰리브덴 산화물을 개발했으며, 양산 가능한 차세대 고효율·장수명 유기태양전지를 개발했다. 이러한 상온 공정은
한 번 쓰고 버리는 게 아닌, 약 1년 동안 지속적으로 쓸 수 있는 혈당센서 기술이 개발됐다. 현재 시판되는 혈당 측정 센서는 대부분 일회용이며, 일회용이 아니더라도 2주일 이상 가는 센서가 드물다. 그러나 향후 웨어러블 기기에 적용하기 위해서는 지속적으로 쓸 수 있는 혈당 센서가 필요하다. 이에 전세계적으로 오래 쓸 수 있는 혈당센서 기술이 개발되고 있지만 기술의 복잡성과 난이도 때문에 연구가 기초 단계에 머물러 있다. 한국화학연구원은 이정오 박사팀과 세명대학교 장아랑 교수팀이 하루 3회 측정시 약 1년 동안 지속적으로 쓸 수 있는 새로운 혈당 센서 기술을 개발했다고 밝혔다. 일반적으로, 혈당 센서는 체액(혈액, 땀 등의 분비물)과 센서 속 효소가 반응해 나오는 부산물 중 하나인 ‘과산화수소’를 검출하는 방식으로 작동한다. 체액 속에 있는 ‘글루코오스’가 센서의 효소와 만나 과산화수소를 배출하면, 센서 안의 전극과 과산화수소가 전기화학적으로 산화 환원 반응을 일으키는 과정에서 과산화수소의 양을 감지하는 원리다. 이때 일어나는 전기화학 반응에는 촉매가 필수적인데, 촉매가 직접 체액에 닿기 때문에 체액으로 인한 손상이 일어나 센서의 지속성이 떨어졌던 것이다.
서울대 연구진이 영구적으로 분자 구조가 끊어지지 않도록 기계 결합한 새로운 나노머신을 세계 최초로 합성했다. 서울대는 남좌민 화학부 교수 연구진이 영구적으로 끊어지지 않도록 기계적으로 엮인 나노미터 크기의 나노카테닌(nanocatenane) 구조를 합성하고 이를 통해 새로운 나노머신을 구현했다고 5일 전했다. 지금까지는 원하는 형태의 나노입자 조립 구조를 만드는데 DNA 등 입자간 상호작용 물질을 활용했는데, 이러한 기능성 물질은 잘 끊어지는 등 안정적이지 않아 전체적 조립 구조를 무너뜨린다는 문제가 있었다. 따라서 전체적 조립 구조와 성질을 유지·조절하는 데는 나노입자 간 끊어지지 않는 결합을 설계하는 것이 필수적인데, 지금까지 구현된 적이 없었다. 남 교수 연구팀은 고리 모양의 분자가 기계결합(mechanical bond)에 의해 서로 엮어있는 카테닌(catenane)이라는 분자에서 영감을 받아 무기 금속인 금을 소재로 사용해 두 나노 고리가 끊어지지 않고 영구적으로 엮여있도록 한 '나노기계결합'·'나노카테닌' 구조를 최초로 구현했다. 이 합성을 통해 만들어진 나노머신은 빛에 의해 기계적 움직임이 제어되는데, 근단백질의 주요성분인 미오신이 만들어내는 힘의
향후, 수소차, 수소충전소 등을 위한 저온형 세라믹 연료전지 상용화 가속 KAIST 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 마이크로파를 이용한 초고속 소결 공정을 통해 고성능 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC) 개발에 성공했다고 3일 밝혔다. 기존의 산소 이온 전도성 고체 산화물 연료전지(SOFC)와 달리, 프로토닉 세라믹 연료전지는 양성자 전도성 세라믹 전해질의 높은 이온 전도도와 낮은 활성화 에너지 특성으로 인해 600oC 이하 저온에서 고효율로 전력 변환 및 수소 생산이 가역적으로 가능한 에너지 변환 시스템으로 이는 수소전기차, 수소 충전소, 건물 및 선박용 발전시스템 등에 활용이 가능한 탄소중립 사회를 위한 차세대 핵심 기술로 떠오르고 있다. 이러한 프로토닉 세라믹 연료전지는 난소결성 바륨 기반 산화물 전해질을 사용하는데, 이를 치밀화하기 위해서 1500℃ 이상 고온에서 장시간 소결 공정이 필수적이다. 하지만, 이러한 극한 공정 중에 산화물 내부에서 발생하는 양이온 확산으로 화학적 조성이 불안정해지는 치명적인 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있지만, 대부분 실험실에서 국소적으로 가능한 방법들이 보고되고 있으며, 실용적으로 상용화가
KAIST 연구팀이 국제공동연구를 통해 다수의 모바일 기기 위에서 인공지능 모델을 학습할 수 있는 연합학습 기술의 학습 속도를 4.5배 가속할 수 있는 방법론을 개발했다고 밝혔다. KAIST 전기및전자공학부 이성주 교수 연구팀은 지난 6/27~7/1에 열린 세계컴퓨터연합회 주최로 진행된 제20회 모바일 시스템, 어플리케이션, 및 서비스 국제학술대회에서 연합학습(Federated Learning)의 학습 속도 향상을 위한 데이터 샘플 최적 선택 및 데드라인 조절 방법론을 발표했다. 해당 학회는 2003년에 시작돼 모바일 시스템, 소프트웨어, 어플리케이션, 서비스를 위한 최신 연구를 소개하는 데 초점을 맞추고 있으며, 모바일 컴퓨팅 및 시스템 분야의 최우수 학회 중 하나로 오랫동안 주목받고 있다. 이번 논문은 KAIST 전산학부 신재민 박사과정이 제1 저자로 참여했으며, 중국 칭화대학과의 국제협력으로 이루어진 성과다. 최근 구글에 의해 제안된 연합학습은 새로운 기계학습 기술로, 개인정보의 유출 없이 방대한 사용자 기기 위 데이터를 활용할 수 있게 해 의료 인공지능 기술 등 새로운 인공지능 서비스를 개발할 수 있게 해 각광받고 있다. 연합학습은 구글을 비롯해 애플
3D 적층 기술 기반 반도체 칩 공정 간소화, 세계적 반도체 공급난 해소 기대 IBM과 도쿄일렉트론(TEL)이 300mm 실리콘 웨이퍼에 3D 적층 기술을 적용할 수 있는 공정을 개발했다. 양사는 세계적으로 지속되고 있는 반도체 칩 공급난을 해소하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 개발된 칩 적층 방식은 현재 고대역폭 메모리 생산과 같은 하이엔드 오퍼레이션에만 적용되고 있지만 특정 부피에 포함될 수 있는 트랜지스터의 수를 늘리는데 도움이 되기 때문에 잠재성이 큰 기술이다. 칩 적층 방식을 위해서는 실리콘 레이어 간의 수직적 연결이 필요하다. 실리콘 웨이퍼의 후면을 얇게 만들 수 있어야 하는데, 이러한 칩 스택(stack)을 구성하는 레이어들은 보통 머리카락 굵기 정도인 100 마이크론으로 그만큼 깨지기 쉽다. 그렇기 때문에 실리콘 웨이퍼를 보통 유리로 만들어진 캐리어 웨이퍼에 일시적으로 부착해 생산 공정을 통과할 수 있게 하고 웨이퍼가 완성되면 이후 자외선 레이저를 이용해 두 웨이퍼를 분리한다. 문제는 분리하는 과정에서 물리적인 힘이 가해지기 때문에 결함이나 수율 손실이 발생하기도 한다는 것이다. 이에 IBM은 TEL과의 협업을 통해 유리로 만
생기원-KAIST-서울대, 연료전지 내구성 높인 '복합 전해질막' 개발 한국생산기술연구원(이하 생기원)이 KAIST, 서울대학교와 공동으로 격자 구조의 나노섬유를 활용해 내구성이 뛰어난 수소연료전지용 전해질막을 개발했다. 수소연료전지는 두 개의 전극과 양 전극 사이에서 수소 이온을 전도시키는 전해질막으로 구성되는데, 양쪽 전극으로 들어오는 연료 기체(수소 및 산소)를 분리하고 수소 이온만 통과시켜 분리막 역할을 하는 전해질막이 연료전지 시스템의 출력과 내구성을 좌우한다. 수소연료전지차(이하 수소차)는 빠른 충전으로 긴 거리를 주행할 수 있는 장점이 있는 반면 수소 충전소 부족 등 인프라 미비, 핵심부품의 높은 단가 및 낮은 내구성이 시장 확대의 걸림돌이 되고 있다. 특히 연료전지 구동 중 발생하는 전해질막의 부피 팽창과 이로 인한 수소연료 기체의 크로스오버(Crossover)가 성능과 내구성을 떨어뜨리는 주요인으로 꼽힌다. 수축·팽창이 반복돼 전해질막이 손상되면 수소연료 기체의 크로스오버가 일어나 출력이 낮아지고, 부반응이 발생해 전해질막의 분해를 더욱 가속화시킨다. 전해질막의 손상은 수소이온 전도도를 저하시키며, 이는 전기화학 반응에 악영향을 미쳐 연료전지
포스텍 이병훈 교수팀, 반양극성 스위치 신소자 이용해 삼진 회로 구현 매일 꼭 한 번은 충전해야 하는 휴대전화. 이는 휴대전화의 기능이 고도로 발달하면서 소모되는 전력량 역시 늘어난 탓이다. 휴대전화 뿐만 아니라 클라우드 데이터센터, 슈퍼컴퓨터 등 막대한 데이터를 처리하기 위해선 이에 상응하는 전력이 필요하다. 최근 국내 연구팀은 이처럼 기하급수적으로 늘어나는 반도체 칩의 전력 소모를 줄일 가능성을 열었다. 포항공과대학(포스텍)은 전자전기공학과 이병훈·강석형 교수· 박사과정 이용수 씨 연구팀이 적은 전력으로도 우수한 성능을 보이는 삼진 로직 회로(Ternary logic circuit)에 필요한 원천소자기술을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 연구성과는 국제 학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 최근 게재됐다. 삼진 로직 회로는 0과 1로 동작하는 기존의 이진 회로와 달리, 0, 1, 2로 동작하는 회로다. 처리할 수 있는 정보의 양이 늘어날 뿐만 아니라, 이진 회로보다 필요한 소자 수가 적어 전력 소모 또한 줄어들 것으로 여겨졌다. 다만, 회로의 구조적인 문제로 정보처리 과정에서 누설전류가 생겨 실제로는 여전히 전력 소모가 컸다. 연구팀은 특정 전압
가치유 특성으로 극한 환경에서 활용 가능한 초전도 신소재 국내 연구진이 고성능의 초전도 특성을 가진 고엔트로피 합금 초전도체 박막을 개발했다. 한국연구재단은 성균관대학교 박두선 교수, 정순길 연구교수 연구팀과 이종수 교수(경희대학교), 석재권 박사(한국원자력연구원 양성자과학연구단)의 공동연구로 항공 우주 및 핵융합로 등의 극한 환경에서 활용 가능한 자가치유 고성능 고엔트로피 합금의 초전도체 박막을 제작하는데 성공했다고 밝혔다. 엔트로피란 물질계의 무질서 정도를 나타내며, 극한 환경에서 활용이 가능하여 최근 고기능성 신소재로 각광받고 있는 고엔트로피 합금으로부터 초전도성이 발견되어 주목받고 있다. 하지만 고엔트로피 합금은 5개 이상의 금속 원소가 혼합되어 단일상을 이루기 때문에 균일한 박막 제작이 어려웠으며, 고엔트로피 합금 초전도체 산업에의 활용 가능성을 확보하기 위해 높은 임계전류값을 가지는 고엔트로피 합금 초전도체 개발과 극한 환경에서 초전도성의 안정성 유무 검증 등이 한계로 남아 있었다. 이에 연구팀은 탄탈럼-나이오븀-하프늄-지르코늄-타이타늄(Ta-Nb-Hf-Zr-Ti)으로 구성된 대표적인 고엔트로피 합금을 이용하여 고품질의 고엔트로피 합금 초전도체 박
고령화 사회, 인력 부족이 여러 곳에서 지적되고 있다. 전문적인 분석은 아니지만, 일본의 인구 동태 통계를 보면 고령자 비율은 증가하고 노동 생산 인구는 줄어들고 있음을 알 수 있다. 이러한 상황에서 생산성을 높이는 수단으로 로보틱스에 대한 기대가 높아지고 있다. 필자 등도 다양한 영역에서 로보틱스 사업을 추진하고 있다. 예를 들어 병원 내에서 약제 등을 배송하는 로봇 ‘HOSPI’, 사람의 이동을 지원하는 로보틱 모빌리티 ‘PiiMo’ 등 이동형 로봇을 사회에 구현해 왔다. 또한, 이동 로봇의 활약을 늘리기 위한 기초연구로서 이동 로봇에 탑재된 로봇암을 통해 밀집지에 존재하는 사람과 접촉하면서 이동하는 인파 속을 주행하기 위한 연구를 해왔다. 그러나 코로나19의 영향으로 자동화·효율화라는 시점뿐만 아니라 ‘비접촉’이라는 면에서도 로봇이 수행해야 할 역할이 증가하고 있다. 결과적으로 일본에서는 그다지 추진되지 않았던 서비스 로봇 등 인간 공존 로봇의 활용이 급격히 진행되어, 예를 들면 음식점에서 활용하는 배식 로봇은 일반화됐다. 이 글은 코로나19의 영향으로 사람이 활동하는 공간에서 사용되는 로봇의 위치가 어떻게 변화했는지에 대해 사례와 함께 설명하는 것이
이더넷은 산업 프로세스 및 애플리케이션을 포함한 모든 수준의 엔터프라이즈에서 인기가 높아지고 있다. 기업 네트워크에서 흔히 볼 수 있는 스타 토폴로지보다 이더넷 링 토폴로지(Ethernet ring topologies)가 선호되는 다양한 산업용 애플리케이션이 있다. 링 네트워크는 고유한 단일 지점 내 결함성을 제공한다. 내장된 스위치 기술이 포함된 링 노드(Ring nodes)는 인프라 스위치의 필요성을 줄이고 네트워크 케이블을 단순화한다. 장치 레벨 링(DLR) 프로토콜은 링 기반 네트워크의 장애를 감지, 관리 및 복구하는 수단을 제공한다. DLR의 구현은 지원하는 네트워크 인프라에 특정 요구사항을 부과한다. DLR은 DLR 지원 네트워크에서 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치의 사용을 본질적으로 배제하지 않는다. 레거시 장치 및 기타 고려 사항이 DLR 네트워크에서 이러한 장치의 사용을 자주 지시할 것으로 예상된다. 그러나 DLR 네트워크에서 이러한 장치를 사용하면 DLR 작동 및 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이 글은 DLR에 대한 개요를 제공하고 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 DLR 장치 및 기타장치로 구성된 DLR 네트워크를 구현하기 위한
안경원 서울대 물리천문학부 교수 연구팀, 네이처 포토닉스에 게재 안경원 서울대학교 물리천문학부 교수 연구팀이 빛으로 동작하는 초방사 양자 엔진을 세계 최초로 구현했다. 과학기술정보통신부는 개인기초연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과가 국제학술지 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’에 22일 게재됐다고 밝혔다. ‘초방사(超放射, superradiance)’는 양자역학적으로 질서정연하게 구성·행동하는 원자들이 집단적으로 빛을 강하게 방출하는 현상이다. 이번 성과로 엔진의 효율을 획기적으로 향상할 수 있는 가능성을 열었다. 초방사 양자 엔진은 강하게 방출된 빛의 압력으로 작동한다. 엔진의 동작을 위해서는 순간적으로 초방사 현상을 켜고 끌 수 있어야 하는데 지금까지는 그러한 제어가 불가능했다. 연구팀은 다수의 원자들을 초방사를 일으킬 수 있는 양자 중첩상태로 만들고 그들의 양자위상을 직접 제어하면 초방사 현상을 빠르게 켜고 끌 수 있다는 점에 착안해 연구를 진행했다. 연구팀은 체스판 모양의 나노 구멍 격자를 통과한 일부 원자들을 초방사를 일으킬 수 있는 양자 중첩상태로 만든 뒤 이러한 원자들이 두 개의 거울로 구성된 공진기 안에서 빛을 내도