이 글의 큰 주제이기도 한 ‘데이터로 구동하는 시스템 제어—이론과 응용의 새로운 전개와 최신 동향—’에 대해서, 총론의 목적은 데이터 구동 제어의 지금까지 흐름과 최근 동향에 대해서 간단히 해설하는 것이다. 우선 데이터 구동 제어의 아웃라인을 그림 1에 나타냈다. 제어계를 설계하기 위해서는 시스템 동정 등에 의해 대상의 동특성 법칙을 나타내는 수식 모델을 작성하고, 그것에 근거한 설계를 추진하는 것이 통상의 합리적인 수단이다. 이것이 그림 1에서 보면 중심의 세로 화살표의 흐름이다. 한편 그림 1에서 대상의 수식 모델을 거치지 않고 데이터를 직접 이용함으로써 제어계를 갱신하거나(그림 1에서 A), 데이터에 직접 근거해 설계하는(그림 1에서 B나 C) 접근법이 활발히 연구되고 있다. 이들이 이른바 데이터 구동 제어라고 불리는 접근법이다. 최근 몇 년간 데이터 구동 제어에 관한 많은 연구 성과가 발표되고 여러 학회의 해설 기사나 논문 특집호에서도 많이 다루고 있으며, 국제회의에서도 관련된 OS 기획이나 강연이 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들면 2023년 7월에 일본 요코하마에서 개최된 IFAC World Congress에서도 매우 많은 관련 세션이 편성되어
가짜 분유 파문은 현재까지도 지속적으로 발생하고 있으며 수만 명의 영유아의 생명을 위협하는 심각한 전세계적 문제다. 하지만 이러한 가짜 분유의 진위 여부를 쉽게 확인하는 것은 거의 불가능에 가깝다. KAIST(총장 이광형)는 전산학부 한준 교수 연구팀이 연세대, POSTECH, 싱가포르국립대와 공동연구를 통해서 스마트폰을 이용한 가짜 분유 탐지 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 한준 교수 연구팀은 스마트폰에 탑재된 일반 카메라만을 사용해 위조 분말을 탐지하는 ‘파우듀(PowDew)’ 시스템을 개발했다. 연구팀이 최초 개발한 이 시스템은 분말 식품의 성분 및 제조 과정 등에 따라 결정되는 고유한 물리적 성질(습윤성 및 다공성 등)과 액체류와의 상호작용을 이용했다. 이 시스템을 활용하면 소비자가 본인의 스마트폰 카메라로 분유 가루 위에 떨어진 물방울의 움직임을 관측해 손쉽게 분유의 진위를 확인할 수 있다고 전했다. 또한 연구팀은 실험을 통해 6개의 서로 다른 분유 브랜드에 대해 최대 96.1%의 높은 정확도로 위조 분유를 탐지할 수 있음을 확인했다. 나아가 이 기술의 응용 분야는 향후 분유 뿐만 아니라 다양한 식품 및 의약품군으로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.
한국과학기술원(KAIST)은 전산학부 박종세 교수 연구팀의 '자율 시스템의 비디오 분석을 위한 연속학습 가속화 기법' 논문이 지난 6월 29일∼7월 3일 아르헨티나 부에노스아이레스에서 열린 '2024 국제 컴퓨터 구조 심포지엄'(ISCA 2024)에서 '최우수 연구 기록물 상'(Distinguished Artifact Award)을 받았다고 1일 밝혔다. 국제 컴퓨터 구조 심포지엄(ISCA)은 컴퓨터 아키텍처 분야의 권위 있는 국제 학회로 올해 423편의 논문이 제출돼 그중 83편(채택률 19.6%)만 채택됐다. 채택된 논문 가운데 연구 기록물의 혁신성, 활용 가능성, 영향력을 고려해 최우수 연구 기록물 상을 수여한다. 박 교수팀의 연구는 온디바이스 자원만으로 적응형 인공지능(AI)을 실현할 수 있는 기술이다. 온디바이스 AI는 서버와의 통신 과정 없이 기기 자체에서 AI가 연산을 처리하는 기술로, 클라우드를 통해 구동되는 AI에 비해 빠르게 작업을 처리할 수 있어 AI 스마트폰이나 AI PC 기술로 주목받고 있다. 하지만 제한적인 연산과 메모리 자원으로 인해 경량화된 AI 모델을 사용하기 때문에 정확도가 떨어지는 문제가 있다. 이를 해결하기 위한 적응형 A
로맹 피숑(Romain PICHON) 시스템 및 애플리케이션 엔지니어 소개 지난 10년간 신규 서버 설치에 대한 시장 수요가 2015년부터 2022년까지 연평균 11%의 높은 성장률로 급격히 증가했다. 이러한 가속화의 첫 번째는 업무용 또는 개인용 문서의 전반적인 프로세스가 디지털화하면서 발생했다. 다음 두 번째는 전 세계적인 보건 위기로 업무적으로는 재택 근무가 증가하거나 개인적으로는 새로운 미디어 플랫폼이 등장하면서 스크린 소비가 늘어나면서 발생했다. 세 번째. 가속화는 이제 AI 개발과 상용화로 시작되고 있다. 이러한 환경에서 서버용 SMPS를 설계할 때 가장 어려운 과제는 높은 전력 분산을 관리하거나, 확장 가능하고 규모가 큰 유형의 인프라의 유지보수 비용을 줄이는 것이었다. 최소한 이 두 가지 주요 문제에 대한 답을 찾기 위해 실리콘 제어 정류기(SCR, Silicon-Controlled-Rectifiers) 전력 디스크리트에 기반을 둔 새로운 트렌드가 탄생했으며, 이는 SMPS의 AC/DC단과 시동 기능으로 기존의 전기 기계식 스위치에 대한 혁신적 대안을 제시한다. 최첨단 기술 a) 원리 AC-DC 전력 컨버터를 시동하는 동안 DC 벌크 커패시터의
차세대 연료전지인 프로톤 세라믹 전지의 가격은 낮추고 성능은 높이는 전해질 합성법이 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST)은 수소에너지소재연구단 지호일 책임연구원 연구팀이 금오공대 최시혁 교수와 공동으로 프로톤 세라믹 전지 전해질의 소결 온도를 낮출 수 있는 새로운 합성법을 개발했다고 28일 밝혔다. 소결은 가루 형태 물질을 뭉쳐 녹는점보다 낮은 열을 가해 서로 엉겨 붙게 해 입자가 조밀한 소재로 만드는 공정이다. 고체산화물 연료전지 등의 전해질을 만드는 데 활용된다. 고체산화물 연료전지는 전해질과 전극 등 모든 구성요소를 세라믹 같은 금속산화물로 만든 것으로 전력 생산과 수소 생산이 동시에 가능하고 600도 이상 고온에서도 작동해 효율이 높은 게 장점이지만, 값이 비싸고 오랜 기간 쓰면 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 이를 극복하기 위해 산소이온 대신 크기가 작은 수소이온(프로톤)으로 이온 전도도를 높인 프로톤 세라믹 전지가 대안으로 떠오르고 있으나, 전해질을 만드는 데 1천500도 이상 고온이 필요하고 이 과정에서 전해질 구성 물질이 빠져나오는 현상이 상용화에 걸림돌이었다. 연구팀은 전해질 소결 온도를 낮추기 위해 하나 화합물로 구성한 분말을 소결하는 대
국내 연구진이 향후 차세대 디스플레이 및 초저전력 반도체 소자 성능개선에 널리 활용 가능한 p형 반도체 소재와 이를 활용한 박막 트랜지스터 개발에 성공했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 텔레륨(Te) 기반의 칼코지나이드계 p형 반도체 소재를 활용해 상온증착이 가능하면서도 공정이 단순한 p형 Se-Te(셀레늄-텔레늄) 합금 트랜지스터를 개발했다. 아울러 n형 산화물 반도체와 p형 Te의 이종접합 구조에서 Te 박막의 전하 주입 제어를 통해 n형 트랜지스터의 문턱전압을 체계적으로 조절할 수 있는 기술도 개발했다. 반도체는 도핑의 여부에 따라 진성반도체와 불순물 반도체로 구분된다. 진성반도체는 불순물을 첨가하지 않은 순수한 상태의 반도체다. 반도체에 흔히 사용되는 실리콘의 경우 순수한 실리콘은 전자가 움직일 수 없기에 전압을 걸어도 전류가 흐르지 않는다. 때문에 진성반도체에 특정 불순물을 첨가, 반도체의 특성과 전기전도도를 조절해 활용한다. 불순물 반도체는 이렇게 첨가된 불순물에 따라 n형 반도체와 p형 반도체로 구분된다. 현재의 디스플레이 분야에 널리 활용되는 소재는 주로 인듐갈륨아연산화물(IGZO) 기반의 n형 산화물 반도체다. p형 산화물 반도체의 경우 n
한국과학기술원(KAIST)은 산업및시스템공학과 박찬영 교수 연구팀이 네이버와 공동으로 ‘협업 필터링’(Collaborative filtering)을 통해 대형언어모델(LLM)의 상품 추천 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. LLM은 챗GPT와 같이 사람의 개입 없이 임무를 수행할 수 있는 생성형 AI의 기반이 되는 기술이다. 최근 전자상거래 플랫폼 등에서 LLM을 이용한 상품 추천 서비스가 주목받고 있다. ‘영화 극한직업, 범죄도시1, 범죄도시2를 봤을 때 다음 시청할 영화는 무엇인가?’라고 소비자가 상품 이름을 텍스트로 나열해 LLM에 입력하면 답을 제시하는 방식으로 작동한다. 하지만 기존 서비스는 LLM이 추천을 목적으로 학습·설계돼 있지 않아 저조한 성능을 보인다. 상품 추천을 위해 ‘파인 튜닝’(사전 학습된 LLM을 특정 작업이나 데이터셋에 맞게 최적화하는 과정)을 거쳐야 하지만 학습과 추론에 시간과 비용이 많이 든다는 한계가 있다. 연구팀은 LLM을 직접 학습하는 대신 사용자와 비슷한 상품을 소비한 다른 사용자들에 대한 정보를 활용하는 ‘협업 필터링’ 방식으로 신경망을 경량화했다. 협업 필터링은 유사 사용자 기반 추천,
"촉매 표면 소수성 지질 처리…효율 3배 이상 높여" 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 탄소 포집·저장·활용(CCUS) 기술에서 효율을 떨어트리는 요인 중 하나인 '전해질 범람' 문제를 해결한 은 나노 촉매가 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 오형석 센터장과 이웅희 선임연구원 연구팀이 KIST 반도체기술연구단 황규원 책임연구원 연구팀 및 LG화학 노태근 박사팀과 공동으로 이산화탄소 전환 장치에서 발생하는 전해질 범람을 막는 새로운 촉매를 개발했다고 밝혔다. 전해질은 이산화탄소를 전기를 이용해 일산화탄소 같은 쓸모 있는 화합물로 전환하는 전기화학적 CCUS 기술에서 반응 속도와 효율성을 결정짓는 핵심 요소다. 하지만 환원 전극에서 전해질이 전극 사이에 과도하게 흐르는 전해질 범람이 일어나 이산화탄소가 전극 촉매층에 닿는 걸 방해해 전환 효율이 떨어지는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 약 7나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기 정이십면체 구조의 은 나노입자에 지질 유기물을 결합, 표면이 물 분자가 잘 붙지 않는 소수성을 띠면서도 주변 환경을 제어할 수 있도록 했다. 소수성 지질이 전극 주변에 물이 축적되는 것을 방지해 전
한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 이정용 교수 연구팀이 차세대 디스플레이로 주목받는 진청색 페로브스카이트 LED의 색 불안정성과 낮은 밝기 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 페로브스카이트는 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물로, 발광 효율이 높아 차세대 디스플레이 소재로 활발히 연구되고 있다. 특히 색 조절이 가능하면서도 경제적인 할라이드(할로젠화합물) 페로브스카이트 발광체가 주목받는다. 여러 할라이드 이온을 혼합해 만드는데, 이온들이 이동하면서 생기는 상 분리 현상으로 인해 색이 변하는 등 불안정성 문제가 있었다. 연구팀은 ‘할라이드 공석’(할라이드 이온들이 이동하는 통로)을 막을 수 있는 물질을 이용해 이온 이동을 억제하는 방법으로 색이 변하지 않는 진청색 페로브스카이트 LED를 개발했다 지금까지 보고된 진청색 페로브스카이트 LED 성능 중 가장 높은 수준의 밝기인 2700니트(nit·1니트는 촛불 한 개의 밝기)를 구현하는 데 성공했다. 햇빛이 강하게 비치는 야외 환경에서도 사용할 수 있는 수준이다. 이승재 박사과정생은 “녹색과 적색 LED와의 격차를 줄임으로써 적녹청(RGB) 3가지 색을 모
한국과학기술원(KAIST)은 생물공정연구센터 최경록 연구교수와 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 미생물을 이용한 계란 대체물을 개발했다고 4일 밝혔다. 최근 온실가스 배출 문제를 해소하고 기후 변화에 따른 식량 위기에 대응하기 위해 미생물 식품에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 비동물성 단백질로 만든 계란 대체제는 공장식 축산에서 비롯되는 온실가스 배출과 폐기물 문제를 해결할 수 있는 식품으로 주목받고 있으나, 젤과 같은 계란 난액의 점성을 구현하기가 쉽지 않았다. 연구팀은 육류에 버금가는 많은 양의 단백질을 함유한 미생물 바이오매스를 난액 대체제로 주목했다. 미생물을 배양해 만든 반고체 상태의 미생물 바이오매스를 그대로 가열하면 액상으로 변하는 문제를 해결하기 위해 계란 껍데기에 해당하는 세포벽과 세포막을 부순 뒤 미생물 용해물을 만들었다. 이를 가열하자 난액처럼 단백질이 응고돼 젤 형태로 변하는 것으로 나타났다. 액체 상태인 용해물을 이용해 거품을 내 머랭(계란 흰자 기반의 거품)을 형성하는 데도 성공했다. 다만 연구팀이 직접 머랭쿠키를 만들어 시식해 봤으나, 계란과 쿠키 상태 모두 별다른 맛은 나지 않는 것으로 알려졌다. 이상엽 특훈교수는 "지금까지
국제공동연구진이 인공지능 학습을 통해 배터리의 표면 형상만 보고 각 원소의 함량 그리고 충·방전 횟수에 대한 정보를 높은 정확도로 알아내는 영상인식 기술을 개발했다. KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수가 한국전자통신연구원(ETRI), 미국 드렉셀대학과 공동연구를 통해 다양한 조성과 각기 다른 충·방전 사이클의 NCM 양극재 주사전자현미경 사진을 합성곱 신경망 기반 인공지능에 학습시켜 주요 원소 함량과 충·방전 상태를 99.6%의 높은 정확도로 맞추는 방법론을 세계 최초로 개발했다고 2일 밝혔다. 연구팀은 반도체 공정에서는 웨이퍼의 불량 검수를 위해 주사전자현미경(SEM)을 사용하는 반면 배터리 공정에서는 그런 경우가 드물고 연구 현장에서만 입자의 크기 분석을 위해 SEM을 활용하고, 열화된 배터리 소재의 경우 입자가 깨지고 부서지는 형상으로부터 신뢰성을 예측하는 것에 착안했다. 연구팀은 반도체 공정에서와 같이 배터리 공정도 자동화된 SEM으로 양극재 표면을 검수해서 원하는 조성대로 합성이 되었는지 수명은 신뢰성 있게 나올 것인지를 확인해 불량률을 줄일 수 있다면 획기적일 것으로 판단했다. 연구진은 자율주행차에 적용가능한 합성곱 신경망 기반 인공지능에 배터리
공압을 이용한 밸브 및 액추에이터의 역사는 산업 혁명과 함께 시작되었다. 19세기 중반 증기 기관의 발전과 함께 압축 공기를 이용한 초기 공압 시스템이 등장했으며, 철도와 광산 산업에서 주로 사용되었다. 20세기 초에는 제조업과 공장 자동화에서 중요한 역할을 하게 되었고, 공압 밸브와 액추에이터는 더욱 다양해지고 정교해져 여러 산업 분야에 적용되었다. 특히 대량 생산 공정에서 널리 사용되었으며, 1950년대와 1960년대에는 전자 공학과 결합하여 더욱 정밀한 제어가 가능해졌다. 이 시기에는 공압 제어 밸브와 액추에이터가 산업 자동화의 핵심 요소로 자리잡았다. 훼스토의 피에조(Piezo) 기술을 이용한 비례제어밸브는 높은 정밀도와 효율성을 자랑하며 기존의 솔레노이드 밸브와 여러 면에서 차별화된다. 이 글 전반부에서는 훼스토의 피에조 비례제어밸브의 동작 원리, 기존의 솔레노이드 밸브와의 차이점, 피에조 비례제어밸브의 특징과 장점에 대해 다룬다. 후반부에서는 이 제품들이 반도체 생산 현장에서 어떻게 사용될 수 있는지에 대해 설명할 것이다. 피에조 비례제어밸브의 동작원리 1. 피에조 기술의 기본 원리 훼스토의 피에조 비례제어밸브는 압전효과(piezo electric
최근 기업들의 경쟁력 유지에 대한 부담감이 가중되면서, 장비 제조 기업과 공장 운용 기업에서는 데이터 잠재력의 극대화가 중대한 사안이 되고 있다. 힐셔의 마레크 마이어 박사(Dr. Marek Meyer)는 “정확성 향상과 생산성 증가가 데이터 활용의 핵심이다”며. “예를 들어, 데이터는 에너지와 자원의 소비, 폐기물 생성의 감소 등에 사용될 수 있다”고 설명했다. 힐셔의 관련 분야 전문가에 따르면, 올바른 데이터는 장비 관련 서비스를 제공하거나 IIoT와 인더스트리 4.0의 일부인 신규 사업 모델을 고안하는 데에도 사용될 수 있다. 시스템은 대다수의 제조 기업에서 유용하게 사용하는 데이터보다 훨씬 더 많은 양의 데이터를 생성하는데, 이 데이터는 사용자가 활용할 순간을 위해 대기하고 있다. 마이어 박사는 “하지만 이러한 잠재력을 이익으로 구체화하려면 데이터 수집이 먼저”라며 “네트워크 과부하 없이 짧은 주기로 데이터에 액세스하는 이러한 솔루션을 처음부터 개발하는 것은 상당히 복잡하다”고 강조했다. 일단, 데이터에 액세스가 가능하면 개발 단계에 착수할 수 있다. 애플리케이션은 수집한 데이터로부터 얻을 수 있는 이익을 구체화하도록 설계된다. IoT 전문가에 의하면
배전계통에 태양광 발전 도입량이 증가한 경우, 역조류에 의해 배전선의 전압이 상승한다. 따라서 배전계통 설비 계획을 할 때는 기존의 수요 예상에 기초한 설비 계획에 더해, 전압 상승분을 고려할 필요가 있다. 이 글에서는 태양광 발전에 의한 전압 상승 메커니즘을 설명하고, 배전 설비 측과 태양광 발전 설치자 측의 대책을 다루어 본다. 일부 대책의 효과에 대해서는 계산기 시뮬레이션 예를 제시한다. 또한 최근 태양광 발전의 도입량이 급격하게 증가한 배전선에서 배전선 전압의 저하, 전압 불평형의 확대, 전압 플리커와 같이 지금까지 볼 수 없었던 현상이 관측되고 있다. 이 글에서는 이러한 현상에 대해서도 개략적으로 설명한다. 배전계통의 구성 1. 배전계통의 개요 전력계통은 전압 레벨로 송전계통과 배전계통으로 크게 나뉜다. 송전계통은 화력 발전이나 수력 발전 등 대형 설비에서 발전된 전력을 수요의 중심지에 설치된 변전소까지 보내는 설비로, 전압 레벨은 500kV나 275kV와 같은 고전압이다. 배전계통은 그림 1에 나타냈듯이 66kV로 수전하는 배전용 변전소에서 전압 레벨을 6.6kV로 강압해 고압배전선, 주상변압기를 통해 각 가정까지 전력을 보내는 설비이다. 송전계통
태양광 발전(이하, PV)을 중심으로 하는 재생가능 에너지의 도입이 급속히 진행된 결과, 잉여 전력의 발생이나 주파수 조정력의 부족, 계통 혼잡 등의 여러 가지 전력계통의 과제가 표면화되고 있다. 또한 각 플레이어(발전사업자, 송배전사업자, 소매전기사업자, 수요가)는 임밸런스(imbalance) 회피나 재생가능 에너지 전원의 출력 제어, 에너지 매니지먼트의 고도화 등 사업상의 여러 가지 과제에 직면하고 있다. 한편, 세계 각국에서는 IoT 기술의 발전에 의해 전력계통에 점재하는 축전지·EV(Electric Vehicle) 등의 분산형 에너지 리소스(DER)의 활용이나 수요 측을 조정하는 디맨드 리스폰스(DR)나 가상 전력 플랜트(VPP)의 비즈니스가 보급되고 있다. 이 글에서는 VPP 비즈니스에 필요한 애그리게이션 플랫폼과 함께 VPP를 활용한 실증사업 및 실제 시장 참여의 대응에 대해 소개한다. VPP 사업에 필요한 애그리게이션 플랫폼 일본에 있어 VPP는 AC(Aggregation Coordinator), RA(Resource Aggregator), 리소스의 3층 구조에 의해 표현되고 있다. RA는 개별 리소스를 집약 제어하는 것, AC는 각 RA의 리소
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