한국과학기술원(KAIST)은 강진영·이원희 교수 공동 연구팀이 극히 짧은 시간 동안 일어나는 생명체의 단백질 반응을 분석할 수 있는 시간 분해 초저온 전자현미경 기법을 개발했다고 24일 밝혔다. 생명현상과 신약 개발 연구 분야에서 ㎲(마이크로초·100만 분의 1초)∼ms(밀리초·1000분의 1초) 단위에서 일어나는 단백질 반응 분석을 위해 시간 분해 초저온 전자현미경(TRCEM·Time-resolved cryo-electron microscopy) 기술이 주목받고 있다. TRCEM은 단백질 반응체의 중간 상태를 초저온으로 급속 냉동해 구조를 분석하는 기술이다. 다만 시료가 많이 들고 최소 시간 반응이 10ms 이상 걸려 극히 짧은 시간 동안만 존재하는 중간체를 포착하기 어려웠다. 연구팀은 수 ㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 두께의 얇은 박막 형태의 소재인 패럴린을 이용해 미세유체 혼합-분사 장치 방식의 TRCEM 기법을 개발했다. 미세유체 채널 안에서 시료를 혼합한 뒤 분사·냉각해 관찰하는 방식으로, 패럴린을 이용해 기존보다 더 얇고 단순한 구조를 구현함으로써 시료 소모량을 기존의 3분의 1 수준으로 줄였다. 특히 미세유체 소자 내에서 반응 시작 전 시료
한국과학기술원(KAIST) 이상엽 특훈교수 연구팀은 차세대 플라스틱 소재인 폴리에스터 아마이드를 생산할 수 있는 미생물 균주를 개발했다고 20일 밝혔다. 폴리에스터 아마이드는 일반적으로 많이 사용되는 PET(폴리에스터)와 나일론(폴리아마이드)의 장점을 모두 갖춘 차세대 소재로, 화석 연료에서만 생산할 수 있어 환경이 오염될 우려가 있다. 연구팀은 자연계에 존재하지 않는 새로운 미생물 대사회로를 설계해 9종의 다른 폴리에스터 아마이드를 생산할 수 있는 플랫폼 미생물 균주를 개발했다. 폐목재나 잡초 등 바이오매스에서 생산된 포도당을 에너지원으로 사용해 폴리에스터 아마이드를 친환경적으로 생산할 수 있다. 연구팀이 한국화학연구원 정해민·신지훈 연구원과 함께 개발한 플라스틱의 물성을 분석한 결과, 친환경 소재인 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 유사한 성질을 가진 것으로 나타났다. 친환경적이면서도 기존 플라스틱을 대체할 수 있을 만큼 강도와 내구성이 뛰어나다고 연구팀은 설명했다. 이상엽 특훈교수는 “석유화학 산업에 의존하지 않고도 바이오 기반 화학 산업을 통해 폴리에스터 아마이드를 만들 수 있는 가능성을 처음으로 제시했다”며 “생산량과 생산성을 더 높이기 위한 후속 연구를
개요 ADI 트라이나믹 모터 컨트롤러(Trinamic motor controller, TMC) ROS1 드라이버는 로봇 운영체제(robot operating system, ROS) 프레임워크 내에서 TMC의 드라이버 계층과 애플리케이션 계층 간에 통신을 매끄럽고 손쉽게 구현할 수 있게 해준다. 이러한 장점은 다양한 TMC 보드에 적용된다. 이 글에서는 모터 제어, 정보 검색, 명령 실행, 파라미터 수집, 다중 구성 지원을 포함하여 TMC ROS1 드라이버의 기능에 대해 자세히 설명한다. 또한 이 모터 컨트롤러를 임베디드 시스템 및 애플리케이션에 통합함으로써 ROS 프레임워크 내에서 어떠한 이점들을 누릴 수 있는지도 함께 알아본다. ADI 트라이나믹 모터 컨트롤러 ROS1 드라이버 ROS는 로봇 시스템 또는 애플리케이션을 개발할 수 있게 도와주는 드라이버에서부터 첨단 알고리즘에 이르기까지 소프트웨어 라이브러리와 강력한 개발자 도구를 모두 포함하는 로봇 미들웨어다. ADI 트라이나믹 모터 컨트롤러는 새로운 종류의 지능형 액추에이터를 구현할 수 있게 해주며, ROS가 특히 로봇 공학을 비롯해 광범위하게 활용됨에 따라 제조 및 산업 자동화 애플리케이션에서의 활용성을
한번 충전으로 폭발 위험 없이 최대 1000㎞를 갈 수 있는 차세대 장거리 주행 배터리 개발에 청신호가 켜졌다. 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이현욱 교수팀이 배터리 양극 신소재인 과리튬 소재의 산소 발생 원인을 규명하고, 이를 해결할 소재 설계 원리를 제시했다고 18일 밝혔다. 이번 연구에는 한국과학기술원(KAIST) 서동화 교수, 중앙대, 포항가속기연구소, 미국 UCLA 유장 리 교수, UC버클리, 로런스버클리연구소가 참여했다. 과리튬 소재는 이론적으로 4.5V 이상의 고압 충전을 통해 배터리에 기존보다 30%∼70% 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 전기차 주행거리로 따지면 한 번 충전으로 최대 1000㎞를 갈 수 있다. 그러나 이 소재는 고압 충전 과정에서 소재 내부 산소가 산화돼 기체 형태로 방출되면서 폭발 위험이 커지는 문제가 있다. 연구팀은 4.25V 부근에서 산소가 산화되면서 부분적인 구조 변형이 발생해 산소 가스가 방출된다고 분석하고, 산소의 산화를 원천적으로 막는 전극 소재 설계 방식을 제시했다. 과리튬 소재의 전이금속 일부를 전기음성도가 더 낮은 전이금속 원소로 치환하는 전략이다. 두 금속 원소 간 전기음성도의 차이로 전기
KAIST 연구진이 매우 낮은 온도와 압력에서도 에너지 손실 없이 암모니아를 합성할 수 있는 고성능 촉매를 개발했다. KAIST는 생명화학공학과 최민기 교수 연구팀이 에너지 소비와 이산화탄소 배출량을 크게 줄이면서도 암모니아 생산성을 획기적으로 높일 수 있는 혁신적인 촉매 시스템을 개발했다고 11일 밝혔다. 현재 암모니아는 철(Fe) 기반 촉매를 이용해 하버-보슈 공정이라는 100년이 넘은 기술로 생산되고 있다. 하지만 이 방식은 500℃ 이상의 고온과 100기압 이상의 고압이 필요해 엄청난 에너지를 소비하고 세계 이산화탄소 배출량에서 상당한 비율을 차지하는 주범으로 지목됐다. 더구나 이렇게 생산된 암모니아는 대규모 공장에서 제조되기 때문에 유통 비용도 만만치 않다. 이에 대한 대안으로 최근 물을 전기로 분해하는 기술인 수전해를 통해 생산된 그린 수소를 이용해 저온·저압(300도, 10기압)에서 암모니아를 합성하는 친환경 공정에 관한 관심이 급증하고 있다. 그러나 이러한 공정을 구현하려면 낮은 온도와 압력에서도 높은 암모니아 생산성을 확보할 수 있는 촉매 개발이 필수적이며, 현재의 기술로는 이 조건에서 암모니아 생산성이 낮아 이를 극복하는 것이 핵심 과제로
국내 소방 설비의 혁신을 위해 미세한 물 분사 방식의 ‘미분무 소화설비’로의 전환이 시급하다는 연구 결과가 발표됐다. 소방용품 전문기업 육송(주)의 박세훈 대표는 최근 발표한 논문 ‘멀티 미분무 노즐 성능시험 및 타 소화설비 비교시험에 대한 연구’에서 가스계 소화설비와의 비교시험 결과를 공개하며, 친환경 미분무 소화설비 도입 필요성을 강조했다. 해당 연구는 지난 2월 한국방재학회 학술대회에서 발표되며 국내 소방 설비 혁신의 중요성을 환기시켰다. 가스계 소화설비는 이산화탄소 등 기체 형태의 소화약제를 방사해 화재를 진압하는 방식으로, 현재 국내 데이터센터와 원자력발전소 등 국가 기반시설에 100% 적용되고 있다. 하지만 선진국들은 탄소 배출 저감을 위해 가스계 소화설비를 점진적으로 줄여가고 있는 반면, 한국은 여전히 곧 사용이 중단될 예정인 할로겐 화합물 계열 소화약제를 사용하고 있는 실정이다. 이에 대한 대안으로 떠오르는 것이 미분무 소화설비다. 미세한 물 입자를 화원 주변에 분사하는 방식으로, 물이 화염과 접촉하면서 급격하게 증발하거나 팽창해 열을 흡수하고 주변을 냉각시키는 효과를 낸다. 하지만 시설물의 특성에 맞춘 성능 검증이 필수적이므로, 국내에서는 아
경희대학교 융합바이오신소재공학과 이정태·유정목 교수 연구팀이 차세대 기술로 주목받는 리튬금속 배터리의 상용화 가능성을 제시했다. 리튬금속배터리는 현재 전기차, 에너지 저장 시스템에 사용되는 리튬 이온 배터리보다 약 40% 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만, 덴드라이트라는 뾰족한 결정이 자라며 배터리 성능이 떨어지고, 폭발 위험까지 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 이정태 교수 연구팀은 새로운 첨가제(PES)를 적용해 리튬 금속 배터리의 안정성과 성능을 동시에 높이는 기술을 개발했다. 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 3월 온라인 게재됐다. 액체 전해질에서 PES 같은 화합물은 배터리 충·방전 과정에서 화학적으로 변하며 성능을 향상시키는 것으로 알려졌다. 연구팀은 고체 전해질에서 PES가 구조를 유지하면서도 배터리 성능을 높인다는 새로운 사실을 발견했다. 특히 상온에서 PES가 리튬 이온의 이동을 도와 배터리 충전 속도를 높이며 덴드라이트 결정 생성을 억제해 배터리 수명을 늘리는 것으로 관측됐다. 실험 결과 PES가 첨가된 고체 전해질은 높은 이온 이동 속도를 보였고, 5.5V의 높은 전압에
2015년, Google DeepMind의 AlphaGo가 인간 프로 바둑 기사에게 핸디캡 없이 이긴 전후로 AI 기술은 다양한 분야에 많이 적용되게 됐으며, 그 결과 현재 많은 성과가 보고되고 있다. 또한 최근에는 디지털 트랜스포메이션(Digital Transformation, 이후 DX라고 한다)의 필요성이 높아짐에 따라 DX를 실현하기 위한 핵심 기술 중 하나로 AI 기술이 항상 주목받고 있으며, 진화를 계속하고 있다. 최근에는 2022년 말경부터 시작된 ChatGPT로 대표되는 생성형 AI의 출현에 의한 진화가 기억에 새롭다. 이러한 흐름 속에서 플랜트 분야에서도 AI 기술의 적용이 진행되고 있다. AI 기술의 플랜트 분야에 대한 적용은 플랜트 유지보수 분야에서 시작됐다. 설비의 이상 전조 검지를 AI 기술로 하는 것이다. 이것에는 많은 플랜트 사업자가 도전하고 있으며, 많은 성과를 내고 있다. 이 분야에서는 요꼬가와전기(横河電機) 주식회사 그룹(이하 당사라고 한다)도 많은 실적을 보유하고 있다. 그러나 플랜트 제어 분야에 AI 기술을 적용한 사례는 플랜트 유지보수 분야에 비해 상당히 적은 상태이다. 특히 강화학습을 사용한 사례나 AI가 직접 제어한
에너지 효율화와 DR의 중요성 기후변화 대응과 에너지 효율 향상은 글로벌 산업계의 주요 과제가 되고 있다. 특히 전력 피크 부하 관리 및 전력망 안정화를 위한 DR(Demand Response, 수요반응) 대응은 기업이 에너지 비용을 절감하고 탄소 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 기존 DR 대응 방식은 사전 설정된 기준에 따라 수동으로 이루어지는 경우가 많아 실시간 최적화가 어렵다. 이에 따라 FEMS(Factory Energy Management System, 공장 에너지 관리 시스템)를 활용한 DR 대응 솔루션이 필수적으로 요구되고 있다. 국내 전기요금 체계는 최대수요전력에 대한 페널티를 기본요금에 반영하여 공급자의 안정성을 관리하는 방식이다. 최대수요전력은 15분 단위로 측정된 전력 사용량을 4배로 환산한 값으로, 이 값이 기본요금 산정의 기준이 된다. 또한, 최대수요전력이 동계(12월, 1월, 2월)나 하계(7월, 8월, 9월) 기간 중 최고치를 기록하면, 해당 값이 향후 1년 동안 요금 적용 전력으로 반영된다. 만약 전력량계를 설치하지 않았다면, 최대수요전력과 관계없이 계약전력을 기준으로 기본요금이 산정된다. 따라서 최대수요전력은 기업
이 글은 ‘스마트 매뉴팩처링(이하 SM)’의 총론으로, 제4차 산업혁명, DX, Society5.0에 대한 대응으로서 SM에 대해 일본 국내외 동향을 설명하고, 일본의 대응, 즉 국가나 기업, 개인으로서 대응에 대해 RRI(로봇 혁명·산업 IoT 이니셔티브 협의회)에서 경험한 것을 바탕으로 개인적인 의견을 제시하고자 한다. 사물을 바라보는 관점은 여러 가지가 존재한다. 관점, 지식, 경험에 따라 인식이 달라진다. 따라서 하나의 관점을 제시하는데, 각자가 그것을 어떻게 받아들이는지는 고민해 주기를 바란다. 제4차 산업혁명, DX, Society5.0에 대한 대응, 즉 산업혁명으로서 기술에 의해 산업 사회 시스템이 크게 변혁을 일으키고 구조가 변하는 것을 수동이 아니라 능동적으로 변화시키려는 하나의 흐름으로 이해하고, 그러한 외면에서 SM을 파악해 본다. 여러분이 생각하는 계기가 되기를 바란다. 이 글에서는 먼저 SM을 다각적으로 바라본다. 그 후에 국제 동향으로서, 특히 독일이나 유럽의 동향에서 그들의 개념 형성에 대한 접근을 정리한다. 여기서 SM과의 관계를 생각해 본다. 그 후에 현재 일본의 동향을 개관하고, 앞으로 어떤 대응이 필요한지를 정리한다. 그 과
견고한 통신 프로토콜과 인터페이스는 산업용 모터 제어 애플리케이션에서 중요한 역할을 한다. 여러 프로세서 요소가 복잡한 작업을 수행하기 위해 지속적으로 통신해야 하는 상황에서, CANopen®은 손쉬운 통합 등 다양한 장점으로 인해 산업용 드라이브 애플리케이션 엔지니어들 사이에서 인기 있는 기술로 자리 잡았다. 이는 우수한 구성 가능성을 제공하며, 효율적이고 안정적인 실시간 데이터 교환을 가능하게 한다. 이 글에서는 CANopen을 저전력 모터 제어 애플리케이션 관점에서 깊이 있게 다룬다. CAN의 배경 정보 로버트 보쉬(Robert Bosch GmbH)에서 1983년에 개발된 제어 장치 영역 네트워크인 CAN(Controller Area Network)은 매우 견고한 통신 프로토콜과 인터페이스를 제공한다. 이 네트워크는 RS232와 같이 여러 컨트롤러 간 실시간 통신이 원활하지 않았던 기존 직렬 통신 네트워크의 한계를 극복하기 위해 설계됐다. 자동차 업계에서는 여러 센서가 연속적이면서도 동시에 데이터를 전송해야 하는 요구가 있었기 때문에 CAN을 처음 채택했다. CAN은 여러 노드가 짧은 메시지를 사용해 서로 통신할 수 있게 하므로 자동차 애플리케이션에 매
원통형 배터리 설계에서 전극 곡률(곡선이나 곡면의 구부러진 정도를 나타내는 값)이 중요한 설계 변수라는 사실을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 밝혀냈다. UNIST는 에너지화학과 정경민 교수팀이 원통형 배터리 전극의 곡률이 전기화학적 성능에 미치는 영향을 규명하고, 최적화된 전극 설계 방안을 제시했다고 6일 밝혔다. 원통형 배터리는 음극과 양극 사이에 분리막을 끼워 차곡차곡 쌓은 다음 돌돌 말아낸 형태의 배터리다. 음극, 분리막, 양극, 분리막을 1세트로 치면 보통 전기차의 원통형 배터리 셀(cell) 1개 안에는 20∼60세트가 말려져 있다. 연구팀은 원통형 배터리의 이 같은 곡률 특성 때문에 음극과 양극 간 접촉 면적이 달라지면서 용량비가 이상적인 설곗값에서 벗어날 수 있다고 보고 이번 연구를 시작했다. 일반적으로 배터리를 설계할 때는 리튬 금속 석출(리튬이 음극에 고르게 삽입되지 못하고 금속 형태로 표면에 나오는 현상) 예방과 고속 충전을 위해 음극 용량을 양극 용량보다 더 크게 설계한다. 연구팀이 다양한 곡률 조건을 모사한 실험용 곡률형 단판 셀을 제작해 상용 21700 원통형 배터리와 비교 분석한 결과, 전극의 용량비가 전극의 위치에 따라 달라지
포항가속기연구소 신희준 박사 연구팀이 포항공과대학교(POSTECH) 노준석 교수팀과 공동 연구를 통해 세계에서 가장 빠른 테라헤르츠(THz) 대역 광변조 기술을 개발하는 데 성공했다고 7일 밝혔다. 이번 연구 결과는 응용과학 분야의 권위 있는 학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 온라인 게재됐다. 광변조 기술은 빛의 세기, 주파수, 위상을 조절하여 정보를 전달하는 기술로, 이를 활용하면 3D 영상 구현이 가능한 홀로그램 디스플레이, 정밀한 실험 및 측정에 활용되는 펄스파 제어, 빛을 이용한 초고속 데이터 전송과 같은 다양한 응용이 가능하다. 특히 테라헤르츠 대역 광변조 기술은 기존의 마이크로 대역보다 훨씬 넓은 대역폭을 가지며, 메타물질 표면에 펨토초 레이저와 같은 펄스 형태의 빛을 조사할 때 메타물질의 나노 구조나 기판의 전자 특성을 변화시킬 수 있다. 이러한 원리를 적용한 동역학 연구를 통해 초고속 광학 신호 조절 및 제어가 가능해지며 국내·외에서는 이러한 테라헤르츠 대역 광변조 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 연구팀은 실리콘 기판 위에 분할 고리 공진기(Split-Ring Resonator) 구조의 메타물질을 제작하고 포항방
전기차 시장이 빠르게 성장하고 있지만, 내연기관 차량과의 경쟁에서 뒤처지는 주행거리와 충전 시간은 지속적인 한계로 손꼽히고 있다. 기존 기술의 한계로 획기적인 성능 개선이 어려워 전기차 보급 확대를 위해서는 급속충전 기술 개발이 핵심으로 떠오르고 있다. 경희대학교 신소재공학과 박민식 교수 연구팀이 호주 울런공대학교 김정호 교수, 한양대학교 신소재공학부 이종원 교수와 공동연구를 진행해 전기차 개발의 핵심인 리튬이온전지용 고성능 천연흑연 음극소재를 개발했다. 이 소재는 리튬이온전지의 에너지밀도 손실 없이 급속충전 성능을 개선할 수 있다. 개발한 고성능 천연흑연 음극소재는 급속충전 성능을 높이면서도 리튬이온전지의 안정성과 수명을 늘렸다. 연구는 우수성을 인정받아 재료 분야의 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’(Advanced Materials) 2월호에 게재됐다. 전기차용 리튬이온전지에 사용되는 흑연 음극소재는 높은 계면 저항으로 급속충전 시 리튬금속이 전착해 리튬이온전지의 성능 저하와 안정성 문제가 발생한다. 연구팀은 문제를 해결하기 위해 표면 제어 기술을 활용해 저가 천연흑연의 계면 특성을 최적화했다. 신규 기능성 코팅층을 도입해 천연흑연 음극소재의 계면
한국과학기술원(KAIST)은 인공지능(AI)을 이용해 효율을 높인 차세대 아연공기전지를 개발했다고 4일 밝혔다. 값싼 아연 음극과 산소 양극으로 구성된 아연공기전지는 물 기반 전해질을 사용해 리튬이온전지와 달리 발화 위험이 없고 에너지 밀도가 높아 차세대 전지로 주목받고 있다. 다만 백금·이리듐 등 귀금속을 촉매로 사용해 비용이 많이 든다는 한계가 있다. KAIST 강정구 교수와 연세대 한병찬 교수, 경북대 최상일 교수, 성균관대 정형모 교수 공동 연구팀은 귀금속 기반 촉매보다 활성도와 안정성이 높으면서도 값이 저렴한 전이금속산화물 이종접합 촉매를 개발했다. AI를 활용해 기존 양자역학 계산만으로는 분석하기 어려웠던 계면에서의 원자구조를 규명, 높은 에너지 밀도를 구현해 냈다. 강정구 교수는 “전이금속산화물 기반 차세대 촉매 소재는 가격 경쟁력이 있고 촉매 활성도도 높아 아연공기전지의 상용화에 기여할 것”이라며 “중·소형 전력원뿐만 아니라 전기 자동차까지 활용 범위를 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 한편 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘에너지 스토리지 머터리얼스’(Energy Storage Materials) 지난 1월 14일 자에 실렸다.
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