한국과학기술원(KAIST)은 온실가스인 이산화탄소를 유용 화합물로 분해할 수 있는 고성능 세라믹 전해전지를 개발했다고 1일 밝혔다. 세라믹 전해전지(SOEC)는 이산화탄소를 일산화탄소 등 유용한 화학물질로 전환할 수 있는 에너지 변환 기술로, 효율성이 높아 주목받고 있지만 800도 이상의 작동 온도가 필요해 유지비용이 많이 들고 안정성이 낮다는 한계가 있다. 기계공학과 이강택 교수 연구팀은 전기가 잘 통하는 초이온전도체를 기존 전극에 섞어 만든 ‘복합 나노섬유 전극’을 개발해 세라믹 전해전지가 더 낮은 온도에서도 효율적으로 작동할 수 있도록 했다. 나노섬유 굵기를 기존의 절반 수준으로 줄여 전극을 머리카락 굵기의 1000분의 1 수준인 100㎚(나노미터·10억분의 1ｍ)로 제작, 전기분해 반응이 일어나는 면적을 극대화했다. 이런 방법으로 세라믹 전해전지의 작동 온도를 낮춰 이산화탄소 분해 성능을 50%가량 높였다. 복합 나노섬유가 적용된 세라믹 전해전지는 기존 보고된 소자 중 가장 높은 수준의 이산화탄소 분해 성능인 1.25A/㎠(제곱센티미터당 암페어, 700도 기준)를 기록했다. 또 300시간의 장기 구동에도 안정적인 전압을 유지했다. 이강택 교수는 “이산
한국과학기술원(KAIST)은 초저잡음 중적외선 광원을 초소형 칩 상에서 구현했다고 31일 밝혔다. 이한석 KAIST 물리학과 교수 연구팀은 최덕용 호주국립대 교수, 피터 라키치 예일대 교수, 고광훈 한국원자력연구원 박사, 롱핑 왕 닝보대학교 교수 연구팀과 국제공동연구를 통해 중적외선 파장 대역에서 주파수 흔들림이 매우 작은 브릴루앙 레이저를 초소형 반도체 칩 위에 최초로 구현하는 데 성공했다. 칩 상에서 저잡음 브릴루앙 레이저를 구현하는 기술은 이미 잘 알려져 있었으나, 중적외선 파장 대역에서는 레이저 구현에 필수적인 낮은 광 손실의 고성능 광소자가 없다는 점이 문제였다. 일반 산화규소 유리와 같이 가시광선과 근적외선에서 투명해 광소자 제작에 사용되었던 많은 물질이 중적외선 파장에서는 빛을 강하게 흡수해 이용 불가하고, 중적외선의 특징인 빛과 분자 사이 강한 상호작용으로 인해 여러 광 손실이 추가 발생해 고성능 광소자를 제작하기 어려웠다. 연구팀은 중적외선에서 높은 투과도를 보이지만 가공이 까다로운 칼코겐화합물 유리를 독창적인 기법으로 성형해 초고품질 광공진기를 제작했다. 또 중적외선 광소자에 고유한 표면 흡착 분자에 의한 광손실을 정량분석하고 억제하는 기술
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
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.
한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 라영식 교수 연구팀이 양자오류 수정을 위한 핵심 기술인 ‘3차원 양자얽힘 구조’를 처음으로 구현해 냈다고 25일 밝혔다. 양자컴퓨터는 기존 비트(0과 1로 정보를 표현하는 단위)를 뛰어넘어 큐비트(정보를 0과 1의 상태를 동시에 갖는 중첩 상태)를 계산의 기본 단위로 사용한다. 각 큐비트는 거리와 상관없이 서로 연관된 양자 상태를 갖는 ‘양자얽힘’ 현상을 보이는데, 이 같은 중첩과 양자얽힘을 통해 고전 컴퓨터로는 계산하기 어려운 문제를 효율적으로 해결할 수 있다. 다만 큐비트가 늘어날수록 양자오류가 기하급수적으로 커지는 한계가 있어 과학계에서 양자오류 정정 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 양자얽힘 상태를 평면적으로 구현한 2차원 구조의 양자컴퓨팅으로는 양자오류 수정에 한계가 있어, 연구팀은 극도로 짧은 시간에 강한 빛을 방출하는 레이저 장치를 이용해 3차원 양자얽힘 구조를 실험적으로 구현해 냈다. 비선형 결정에 펨토초(1천조분의 1초) 레이저를 쪼여 여러 주파수 모드에서 양자 광원을 동시에 생성, 3차원 양자얽힘 상태를 생성하는 데 성공했다. 3차원 구조의 각 노드(그래프의 점)를 측정함으로써 주변 양자
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 강성훈 교수 연구팀이 미국 존스홉킨스대학, 조지아 공과대학 연구팀과 공동으로 인체 뼈의 원리를 모사해 사용할수록 오히려 더 강해지는 신소재를 개발했다고 20일 밝혔다. 아파트 건물, 차량 등을 구성하는 재료는 반복적으로 하중을 받으면 시간이 지남에 따라 성능이 저하된다. 한미 공동 연구팀은 우리 몸속 뼈가 하중을 받으면 세포 작용으로 미네랄을 합성해 골밀도를 증가시키는 원리에서 영감을 얻어 사용할수록 단단해지는 신소재를 개발했다. 힘을 많이 가할수록 전하를 더 많이 생성하는 다공성 압전 소재(힘을 전기로 변환하는 소재)로 바탕재를 만든 뒤 미네랄 성분을 갖는 전해질을 넣어 복합재료를 합성했다. 재료에 주기적인 힘을 가한 후 물성 변화를 측정한 결과, 응력(외력에 의해 변형된 물체 안에서 발생하는 힘)의 빈도와 크기에 비례해 재료의 강성이 향상된 것으로 나타났다. 연구팀은 마이크로 CT 촬영을 통해 반복적인 응력에 의해 다공성 재료 안에 미네랄이 형성되고, 힘이 가해지면 미네랄이 파괴되면서 에너지를 흩어지게 하는 모습을 확인했다. 다시 응력을 가하면 미네랄이 형성되는 과정이 반복된다. 기존 재료들이 반복적으로 사용할수록
한국과학기술원(KAIST) 전산학부 이의진 교수팀은 중앙대 박은지 교수팀, 미국 애크런대학교 제임스 디펜도프 교수팀과 공동으로 근로자의 감정적 작업 부하를 실시간으로 모니터링할 수 있는 인공지능 모델을 개발했다고 11일 밝혔다. 상담원, 은행원 등 서비스업 종사자들은 고객을 응대하는 과정에서 자신이 실제로 느끼는 감정과는 다른 감정을 표현해야 하는 상황에 자주 놓이게 된다. 이같이 감정을 조절하는 과정에서 발생하는 심리적 부하를 ‘감정적 작업 부하’(Emotional workload)라고 하는데, 과도한 작업 부하는 번아웃(탈진)과 우울증으로 이어질 수 있다. 근로자의 작업 과부하를 막아 안전성을 높이고자 정서 상태를 모니터링하는 연구가 시도됐지만, 주로 지식 노동자의 ‘인지적 작업 부하’(cognitive workload)에 초점이 맞춰져 있었다. 또 기존 감정 탐지 AI(인공지능) 모델은 사용자의 표정이나 목소리 등을 토대로 감정을 진단하기 때문에 자신의 감정을 억제하며 친절히 응대해야 하는 감정 노동자들의 감정적 작업 부하를 측정하기 쉽지 않았다. 연구팀은 우선 콜센터 상담사 31명의 음성과 행동, 생체신호 등 다중 모달 센서 데이터를 수집했다. 이어
한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 유승협 교수 연구팀이 날숨 속 이산화탄소 농도를 측정해 실시간으로 수면 건강을 진단할 수 있는 웨어러블 센서를 개발했다고 10일 밝혔다. 기존 이산화탄소 센서는 부피가 크고 소비전력이 높다는 한계가 있다. 이산화탄소 농도에 따라 형광의 세기가 변화하는 광화학적 이산화탄소 센서는 소형화가 가능하다는 장점이 있지만, 염료 분자의 광 열화 현상으로 인해 장시간 안정적으로 사용하기 어려웠다. 연구팀은 발광다이오드(LED)를 유연한 박막형 유기 포토다이오드(빛을 모으는 장치)로 감싼 저전력 이산화탄소 센서를 개발했다. 광 효율이 높아 염료 분자에 쪼이는 광량을 최소화해 사용할 수 있다. 소비전력이 171㎼(마이크로와트·100만분의 1W)로, 수 ㎽(밀리와트)인 기존 센서보다 수십 배 낮은 수준이다. 연구팀은 또 형광 분자의 광 열화 경로를 규명해 광화학적 센서에서 사용 시간에 따라 오차가 증가하는 원인을 밝히고, 오차를 줄이기 위한 광학적 설계 방법을 제시했다. 무게 0.12ｇ, 두께는 0.7㎜ 수준으로 가볍고 얇아 마스크 안에 부착해 이산화탄소 농도를 측정할 수 있으며, 최대 9시간까지 연속으로 사용할 수 있다. 특히 실
한국과학기술원(KAIST)은 천연 폴리페놀(polyphenol)의 일종인 탄닌산을 이용해 탈모 완화 기능성 성분을 서서히 방출할 수 있는 새로운 탈모 예방 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 탈모에는 호르몬, 유전·환경적 요인이 복합적으로 작용하며, 현재까지도 부작용이 적은 효과적인 치료법이 부족한 실정이다. 대표적인 탈모 치료제인 미녹시딜(minoxidil)과 피나스테라이드(finasteride)는 일정한 효과를 보이지만 장기적으로 사용해야 하고 일부 두피 자극, 가려움증, 혈압 변화 등 부작용이 나타나기도 한다. 연구팀은 천연물질인 탄닌산에 살리실산(salicylic acid)·니아신아마이드(niacinamide)·덱스판테놀(dexpanthenol) 등 탈모 완화 기능성 성분을 결합해 부작용이 없는 새로운 탈모 예방 물질을 개발했다. 포도주의 떫은맛 성분인 탄닌산은 항산화, 항염, 항균 효과가 뛰어나 피부와 두피 건강 개선에 도움이 될 수 있다. 특히 단백질과 강하게 결합하는 특성이 있어 모발의 주요 단백질인 케라틴과 결합해 모발 표면에 지속해 부착될 수 있다. 실제 굿모나의원 연구팀이 개발한 탈모 예방 물질을 적용한 샴푸를 12명의 탈모 환자에게 7일 동안
한국과학기술원(KAIST)이 개발한 우주 탐사용 추력 장치가 누리호 탑재 위성에 실려 우주로 발사된다. KAIST는 원자력·양자공학과 최원호 교수 연구팀이 인공지능(AI)을 이용해 인공위성·우주탐사선의 엔진인 홀 전기 추력기(홀추력기, Hall thruster)의 추력 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 홀 추력기는 연소 반응을 이용하는 화학 추력기와 달리 전기에너지로 플라스마(고체·액체·기체를 넘어서 기체가 높은 에너지로 가열돼 이온과 전자로 분리된 제4의 상태)를 생성·가속해 추진력을 얻는 추진 장치이다. 소모 전력 대비 큰 추력을 낼 수 있어 추진제 절약이 관건인 우주 환경 분야에서 군집위성의 편대비행 유지, 우주쓰레기 감축을 위한 궤도이탈 기동, 혜성이나 화성 탐사 등 심우주 탐사 등 다양한 임무에 활용되고 있다. 스페이스X의 ‘스타링크’(Starlink) 군집위성이나 NASA의 ‘사이키’(Psyche) 소행성 탐사선 등 고난도의 우주 탐사 임무에도 홀 추력기가 쓰인다. 고유 임무에 최적화된 고효율 홀추력기를 신속하게 개발하기 위해서는 설계 단계에서부터 추력기의 성능을 정확하게 예측하는 기법이 필수적이지만, 기존 방식은 복
한국과학기술원(KAIST)은 이진우·김형준 교수 연구팀이 음이온 교환막 수전해 셀의 성능과 안정성을 획기적으로 높인 귀금속 단일 원자 촉매를 개발했다고 31일 밝혔다. 수전해 셀은 물을 분해해 수소와 산소를 생산하는 수전해 장치에서 수소와 산소 가스의 혼합을 막아주는 역할을 한다. 여러 수전해 기술 가운데 음이온만 선택적으로 이동시키는 교환막을 전해질로 사용해 수소를 생산하는 음이온 교환막 수전해 셀은 고순도 수소를 다량으로 생산할 수 있는 차세대 수전해 기술이지만, 촉매로 사용되는 백금(Pt) 등 귀금속 값이 비싸 경제성이 떨어진다. 이에 단일 원자 촉매가 대안으로 제시되고 있다. 금속 원자 하나가 지지체에 분산된 형태로, 모든 금속 단일 원자가 반응에 참여하기 때문에 백금 활용도를 극대화할 수 있다. 다만 기존 저온 합성법으로는 안정성과 밀도가 떨어져 제대로 된 성능을 구현하기 어려웠다. 연구팀은 고온 환경에서의 새로운 합성 전략을 기반으로 단일 원자 촉매를 설계했다. 고온에서 높은 안정성을 제공하는 탄소를 귀금속과 강한 상호작용을 갖는 몰리브덴 탄화물과 결합, 성능을 극대화한 지지체를 개발했다. 1000도 이상 고온에서 귀금속이 자발적으로 탄화물 지지체
한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김지한 교수 연구팀이 인공지능(AI)을 이용해 사용자가 원하는 물성을 갖는 나노 신소재를 설계할 수 있는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다. 최근 텍스트와 이미지, 비디오 생성 등 다양한 분야에서 생성형 AI가 주목받고 있지만, 소재 개발 분야에서는 실용적으로 활용되지 못하고 있다. 특히 구조가 복잡한 다공성 소재의 경우, 입력하는 데이터의 형식이 제한돼 생성형 AI를 활용하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 화학 분야 나노 신소재로 주목받고 있는 금속유기골격체(MOF·금속과 유기물을 결합한 다공성 소재)의 공극 구조를 효율적으로 설계할 수 있는 생성형 AI 모델 ‘모퓨전’을 개발했다. 처음으로 다공성 물질에 3차원 모델링 기법에 사용되는 함수를 도입, 효율적인 구조 생성이 가능하다. 사용자는 원하는 물성을 숫자, 텍스트 등 다양한 형태로 입력할 수 있으며, 모델은 데이터의 형태와 상관없이 높은 생성 성능을 낼 수 있다. 생성 효율은 81.7%로, 기존 보고된 다른 모델들을 크게 웃도는 것으로 나타났다. 특히 사용자가 원하는 수소 저장 용량을 반영한 MOF 공극 구조 생성에서 높은 정확도를 보였다고 연구팀은 설명했다.
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 형상기억합금을 이용해 보이지 않아도 공간을 감지할 수 있는 촉각 기술 ‘직교 방향 제어 웨어러블 햅틱’(WHOA)을 개발했다고 21일 밝혔다. 최근 화재 등 재난 상황에 드론을 투입해 정보를 수집하는 촉감형 인터페이스 기술이 활발히 연구되고 있지만, 기존 기술은 시야가 제한된 상황에서 입체적인 정보를 전달하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 외부 힘으로 형태가 바뀌더라도 온도가 올라가면 본래 형태로 돌아가는 특수 금속인 형상기억합금 소재를 적용, 3차원 공간 정보를 재구성할 수 있는 웨어러블 햅틱 기술(옷감형 구동기)을 개발했다. 서로 수직인 독립된 촉감 모드를 생성, 팔이나 발에 착용했을 때 사용자에게 입체 공간정보를 촉감으로 전해 내비게이션과 원격 조작을 직관적으로 수행할 수 있도록 보조한다. 사용자는 가로, 세로 방향의 독립적인 촉각 모드 조합을 통해 드론이 보낸 공간정보 데이터를 입체적으로 피드백 받을 수 있으며, 신발 안 작은 공간에서도 동작이 가능해 장시간 착용 시 피로를 최소화할 수 있다. 연구팀은 WHOA를 적용한 드론 내비게이션 시스템을 화재 현장의 건물을 배경으로 한 가상현실(VR)
한국과학기술원(KAIST)은 내년 1월 7∼10일 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 규모 기술 박람회인 국제전자제품박람회(CES 2025)에서 혁신 기술을 선보인다고 31일 밝혔다. KAIST는 CES 유레카파크에 140㎡ 규모의 단독 부스를 운영한다. KAIST 창업기업인 버넥트, 스탠다드에너지, 에이투어스, 파네시아는 CES 2025 ‘이노베이션 어워드’(Innovation Award·혁신상)를 수상했다. KAIST관 중앙 스테이지에서는 CES 학생 서포터즈로 선발된 KAIST 재학생들이 참여기업과 인터뷰를 진행하며 기업의 혁신적인 기술과 솔루션을 홍보할 예정이다. 이건재 KAIST 기술가치창출원장은 “KAIST는 기술가치창출원을 통해 혁신적인 창업기업들의 성장 및 마케팅을 지원하고, 글로벌 네트워크 강화 및 협력 기회를 확대함으로써 기술사업화를 더욱 촉진할 계획”이라고 밝혔다. 헬로티 이창현 기자 |
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UPDATE: 2025년 04월 02일 22시 26분
