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오리가미 기반 하이브리드 공압 관절의 설계 및 고토크 매니퓰레이터 구현
본 연구에서는 부드럽게 움직이는 공압식 오리가미 챔버와, 회전축이 고정된 단단한 프레임을 결합해 새로운 형태의 하이브리드 공압 관절을 개발했다. 이 하이브리드 관절은 기존의 팽창식 공압 관절이 지나치게 유연해 제어가 어렵던 문제를 개선해, 적절한 강성과 넓은 움직임 범위, 그리고 높은 토크와 제어 정확도를 동시에 확보할 수 있었다. 개발된 기술은 실제로 미터(m) 단위 크기의 로봇 매니퓰레이터로 확장되어, 무게가 있는 과일과 같은 물체를 안정적으로 들어 옮기는 작업도 성공적으로 수행했다. 이번 연구의 핵심은, 기존 공압 관절의 단점인 **과도한 컴플라이언스(쉽게 휘는 특성)**와 제어의 어려움을 해결한 것이다. 이를 위해 연구팀은 오리가미 구조의 공압 챔버를 사용했다. 오리가미 구조는 움직임을 예측하기 쉬우며, 챔버가 압력에 의해 쉽게 찌그러지지 않도록 **면 보강 구조(facet reinforcement)**를 넣었고, 내부에는 **과도한 팽창을 막는 장치(internal constraint)**도 함께 적용했다. 덕분에 이 챔버는 **양압(공기 주입)**과 음압(공기 흡입) 어느 쪽에서도 형태가 무너지지 않고 안정적으로 작동할 수 있다. 또한 오리가미 챔버는 단단한 프레임과 결합되기 때문에, 일반적으로 사용하는 **회전 센서(로터리 엔코더, 포텐시오미터 등)**도 함께 사용할 수 있는 장점이 있다. 챔버는 타포린이라는 기능성 직물로 만들어졌으며, 3D 프린터로 제작한 프레임과 결합해 하나의 하이브리드 관절을 완성했다. 이 관절은 하나의 챔버에 양압과 음압을 번갈아 가며 넣을 수 있어, 한 쪽 방향뿐 아니라 양방향으로도 움직일 수 있는 점이 특징이다. 더 나아가, 두 개의 오리가미 챔버를 서로 마주보게 설치하면, **서로 반대 방향으로 작용하는 힘(antagonistic driving)**을 만들어 낼 수 있다. 이 방식은 두 챔버에 서로 반대되는 압력을 주는 것으로, 같은 압력 조건에서도 기존보다 2배 더 큰 토크를 만들어낼 수 있다. 마지막으로, 이렇게 개발된 하이브리드 관절을 이용해 **3개의 자유도를 가진 하이브리드 매니퓰레이터(로봇 팔)**를 구성했다. 이 매니퓰레이터는 무게가 실린 상태에서도 넓게 움직일 수 있었고, 외부에서 충격이 가해져도 정상적으로 작동했다. 부드러우면서도 강한, 소프트 로봇과 하드 로봇의 장점이 잘 융합된 결과였다. 실제로도 1kg 이상의 과일을 사람에게서 받아 바구니에 놓는 작업을 반복적으로 수행할 수 있었으며, 이는 이 기술이 일상생활에도 충분히 활용될 수 있음을 보여주는 사례였다. ※ 논문명: Hybrid Hard-Soft Robotic Joint and Robotic Arm Based on Pneumatic Origami Chambers ※ 학술지: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics ※ 논문링크: https://doi.org/10.1109/TMECH.2024.3411629 ※ 연구포털(Pure): https://pure.skku.edu/en/persons/hugo-rodrigue
- No. 356
- 2025-10-16
- 6896
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2차원 h-BN 물질 점결함 큐비트의 양자 정보 손실 메커니즘 규명
양자정보공학과 서호성 교수 연구팀(제1저자 이재욱, 김현수, 박희진)은 최근 혁신적인 양자정보소자로 각광받고 있는 이차원 육방정계 질화붕소(h-BN)의 음전하 붕소 공극(VB-) 큐비트의 양자 결잃음(decoherence) 현상을 체계적으로 분석하고, 결잃음 시간(T2)을 연장하기 위한 구체적인 방법들을 제시하였다. 본 연구를 통해 서로 다른 외부 자기장 영역에서 결잃음 현상이 급격하게 변화할 수 있음을 보였고, 변화가 일어나는 전이 경계(transition boundary)의 위치를 정확하게 예측할 수 있는 정량적 기준과 수치 방법론을 개발하였다. 이를 통해 h-BN VB- 큐비트 소자의 실질적인 양자정보 응용 가능성을 크게 높일 수 있었다. h-BN의 VB- 큐비트는 상온에서 빛을 이용하여 양자 상태를 조작할 수 있는 장점을 가진 스핀 큐비트 소자로 최근 큰 주목을 받고 있다, 하지만, 짧은 T2 시간이 실용화를 가로막는 핵심 한계로 지적되어 왔다. 이를 극복하기 위해서는, 양자 결잃음 현상에 대한 미시적 이해와 이를 바탕으로 결잃음을 최대한 억제할 수 있는 다양한 공학적 접근이 개발되어야 한다. 이에 연구팀은 일반화된 클러스터 상관 전개법(Generalized cluster-correlation expansion)과 범밀도 함수론 (Density functional theory) 계산법을 결합한 새로운 양자 다체계 전산모사 방법을 사용해, VB-의 결잃음 현상이 외부 자기장의 변화에 따라 어떻게 변화하는지를 정량적으로 분석하였다. 그 결과, 붕소와 질소의 동위원소 조성에 따라 T2 시간이 달라지고, 외부 자기장에 특정한 전이 경계가 존재해 경계 위에서는 T2 시간이 백배 이상 증가함을 보였다. 또한, 일부 자기장 구간에서는 특정 핵스핀으로 인해 결맞음 신호에 뚜렷한 변조가 발생함을 예측하였으며, 이러한 결맞음 변조 현상은 앞으로 본 연구 결과의 더욱 정확한 실험적 검증을 위해 활용될 것으로 기대된다. 본 연구는 h-BN의 밀집된 핵스핀 환경으로 인해 발생하는 독특한 큐비트 결잃음 현상을 설명하는 체계적인 이론을 정립했다는 점에서 의미가 크다. 본 연구에 밝힌 메커니즘을 바탕으로 양자정보 보호를 위한 최적의 동위원소 조성비 및 외부 자기장 조절 등의 구체적인 공학적 설계 원리를 제안하였으며, 향후 2차원 h-BN 기반의 양자 소자 설계와 양자 센싱 조건 최적화 등의 다양한 분야에서의 활용이 기대된다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 한국연구재단 양자정보과학 인적기반 조성사업, 한국연구재단이 지원하는 성균관대 양자정보연구지원센터 등의 지원을 받아 수행되었다. 연구 성과는 연구의 우수성을 인정받아 2025년 8월 24일 응용 물리 분야 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 19.0) 학술지에 출판 되었다. ※ 논문명: Magnetic-Field Dependent VB− Spin Decoherence in Hexagonal Boron Nitrides: A First-Principles Study ※ 학술지: Advanced Functional Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202511274 자기장에 따른 VB- 스핀 양자 결잃음 ‘전이 경계’ 규명
- No. 355
- 2025-10-10
- 6874
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메타렌즈 기반 뇌 오가노이드 3차원 영상화 기술 개발
생명물리학과 김인기, 박별리, 박종찬 교수 연구팀은 파킨슨병 연구에 활용할 수 있는 메타렌즈 기반 3차원 대면적 광음향 현미경(photoacoustic microscopy) 기술을 개발했다. 광음향 이미징 기술은 빛과 초음파를 결합한 하이브리드 시스템으로, 펄스 레이저를 생체 조직에 조사해 빛을 흡수한 분자가 열팽창을 통해 생성하는 초음파 신호를 검출하는 영상 기법이다. 빛은 생체 조직 내에서 산란이 크기 때문에 깊은 부위의 이미징이 제한되지만, 초음파는 생체 조직에서 감쇠가 적어 더 깊은 부위까지 도달할 수 있다. 이러한 하이브리드 특성은 광음향 이미징이 광학적 해상도와 초음파의 깊이 투과 능력을 동시에 제공할 수 있도록 한다. 광음향 기술은 이러한 장점덕에 별도의 표지 없이 멜라닌, 혈액, 혈중 산소포화도와 같은 생체 분자 정보를 정밀히 시각화하며, 종양 구조 및 기능 분석, 대사 과정 평가 등 다양한 생의학적 응용 분야에서 활발히 연구되고 있다. 하지만 기존 광음향 현미경은 빛의 초점에서 벗어날수록 신호 강도와 해상도가 감소하는 한계를 지닌다. 이는 일반적인 광학 렌즈로는 초점심도(depth of focus)를 확장하면서 해상도를 유지하기 어렵기 때문이다. 이러한 이유로 광음향 현미경을 통해 스캐닝이 없이 고심도 3차원 영상을 구현하는 것은 매우 어려운 문제로 여겨졌다. 뿐만 아니라 최근 신약 개발 단계에서 필수적인 동물 실험을 대체할 수 있는 기술로 각광을 받고 있는 미니 인공 장기인 오가노이드와 같은 두꺼운 형태의 3차원 바이오 샘플을 광음향 현미경으로 영상화 하는 것 또한 극히 제한 되어왔다. 이를 해결하기 위해 본 연구팀은 빛의 위상 제어를 통해 자유롭게 조절 가능한 메타렌즈를 활용하여 새로운 형태의 광학 렌즈 설계 기술을 개발했다. 초점거리가 다른 렌즈들의 위상지도(phase map)를 단일 렌즈로 결합함으로써, 해상도를 일정하게 유지하면서도 초점심도를 크게 확장한, 마치 빛이 바늘 형태로 회절하지 않고 직진하는 니들빔(needle beam) 생성 메타렌즈를 설계하고, 이산화 티타늄(TiO2) 기반으로 이를 제작하였다(그림 1). 제작된 니들빔 메타렌즈는 회절한계(diffraction limit) 해상도를 유지하면서도 기존 광학 렌즈에 비해 초점심도가 13.5배 이상 길어지는 성능을 구현하였다. 이러한 특성은 기존의 단순 렌즈 설계로는 구현이 어려우며, 본 연구에서 제안한 메타렌즈의 혁신적인 설계 접근법이 이를 가능하게 하였다. 본 연구팀은 퇴행성 뇌질한 중 하나인 파킨슨병의 병리학적 기전 연구를 위해 설계된 메타렌즈를 광음향 현미경에 결합해 니들빔 메타렌즈 기반 광음향 현미경을 개발하였다. 뉴로멜라닌은 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환에서 손상되는 주요 분자로, 중요한 바이오마커(biomarker)로 활용된다. 그러나 기존 광학 이미징 기술은 뇌 오가노이드와 같은 광학적으로 불투명한 3차원 조직을 투과하여 내부에 분포하는 뉴로멜라닌의 정량적 분포를 분석하는 데 한계가 있었다. 본 연구팀은 니들빔 메타렌즈 기반 광음향 현미경을 이용해 살아있는 뇌 오가노이드에서 뉴로멜라닌의 3차원 분포를 높은 해상도로 시각화하는데 성공하였다(그림 2). 전뇌(forebrain) 및 중뇌(midbrain) 오가노이드에서 뉴로멜라닌의 분포 차이를 비롯해, 중뇌 오가노이드의 배양 일수에 따른 멜라닌 분포 변화도 실험적으로 확인되었다. 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌질환은 나이가 들수록 발병 확률이 증가하기 때문에, 이러한 결과는 본 연구팀의 기술이 파킨슨병의 병리학적 기전 연구뿐만 아니라 신약 개발 및 약물 반응성 평가에 활용될 가능성을 제시한다. 김인기 교수는 “메타렌즈 광음향 현미경 기술은 뇌 오가노이드에 국한되지 않고, 다양한 유형의 오가노이드를 실시간으로 관찰하는 데도 적용 가능하다”며 “이를 통해 본 기술은 다양한 질병 모델에서 병리학적 메커니즘 연구 및 약물 효능 형가 등 광범위한 생의학적 응용 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다. 본 연구 결과는 세계적인 국제학술지인 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재되었다. 본 연구는 한국연구재단 STEAM 글로벌융합연구, 뇌과학 선도융합기술개발사업, 세종과학펠로우십 및 신진연구자지원사업 등을 통하여 수행되었다. ※ 논문명: Axially multifocal metalens for 3D volumetric photoacoustic imaging of neuromelanin in live brain organoid ※ 학술지: Science Advances (IF: 12.5) ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1126/sciadv.adr0654 ▲ 그림1. 초점심도가 확장된 니들빔 (Needle beam) 메타렌즈 및 이를 활용한 뇌 오가노이드 이미징 기술 ▲ 그림2. 니들빔 메타렌즈 기반 뇌 오가노이드 내 3차원 멜라닌 분포의 광음향 이미징 ▲ 그림3. 파킨슨병 연구를 위한 메타렌즈 기반 뉴로멜라닌 정량화
- No. 354
- 2025-09-26
- 8271
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체내삽입 가능한 생체친화적 신축성 반도체 개발
화학공학과 방석호 교수, 경희대학교 화학공학과 오진영 교수 연구팀은 차세대 이식형 바이오전자소자의 핵심 기술을 개발했다. 연구팀은 생체조직과 유사한 기계적 물성을 가지면서도 장기 이식 시 안정적인 기능을 발휘할 수 있는 고탄성·고생체적합성 유기 트랜지스터를 구현하는 데 성공했다. 이 성과는 심장박동기, 신경자극기, 인슐린 펌프 등 다양한 임상용 이식형 전자기기의 성능을 한 단계 끌어올릴 수 있는 새로운 가능성을 보여준다. 이번 연구는 기존 실리콘 기반 반도체가 갖는 경직된 물성으로 인한 조직 손상과 염증 문제를 해결하는 데 초점을 맞췄다. 연구팀은 반도체 나노섬유(DPPT-TT)와 의료용 고분자(BIIR)를 혼합한 뒤 가교(vulcanization) 과정을 적용해, 피부 조직과 유사한 탄성을 지니면서도 안정적인 전기적 특성을 발휘하는 반도체 박막을 제작했다. 또한 은과 금을 이중으로 적용한 금속 전극을 통해 체액 환경에서도 장기간 부식 없이 안정적인 동작을 구현했다. 제작된 트랜지스터는 최대 50% 이상의 인장 변형에도 안정적인 성능을 유지했으며, 인버터와 NOR, NAND 게이트 등 기본 논리회로를 성공적으로 구동하는 데에도 활용되었다. 더불어 인간 피부 섬유아세포와 대식세포를 이용한 세포 실험에서 독성이나 염증 반응이 관찰되지 않았으며, BALB/c 마우스 피하 이식 실험을 통해 장기 생체적합성과 생체 이식형 전자기기의 기능을 낮추는 주원인인 섬유막 형성 또한 적게 형성됨이 검증되었다. 연구팀은 이번 성과가 차세대 이식형 전자소자의 핵심 기반 기술로 자리잡을 수 있을 것으로 전망하며, 실시간 생리신호 모니터링, 신경 인터페이싱, 맞춤형 치료 시스템 등 다양한 응용으로 확장될 수 있음을 강조했다. 이번 연구는 산업통상자원부 및 한국산업기술기획평가원(KEIT)의 소재부품기술개발 사업과 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우수신진연구사업, 대학중점연구소지원사업, 선도연구센터사업(ERC) 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics, IF: 40.9, JCR < 0.1%)’에 9월 2일 게재되었다. 특히 이번 논문은 Nature Electronics의 Research Briefing에 선정되어 국제적으로 연구의 우수성과 파급력을 공식적으로 인정받았다. 논문명: A biocompatible elastomeric organic transistor for implantable electronics 주저자: 정규호(1저자), 현지유 박사(1저자), 방석호 교수(교신저자), 오진영 교수(교신저자) 외 게재지: Nature Electronics DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-025-01444-9
- No. 353
- 2025-09-23
- 6738
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건조한 환경에서도 내구성, 출력을 유지하는 하이드로젤 기반 마찰대전 나노발전 기술 개발
기계공학부 최경후 교수 연구팀(제 1저자 트렁 루 티엔)은 경희대학교 기계공학과 이영훈 교수 연구팀과 협업해 하이드로젤 전극의 최대 약점인 건조한 환경에서의 성능 저하를 ‘코스모트로픽 이온 임베딩’을 통해 해결하는 전략을 제시했다. 소듐 설파이트(SO₄²⁻/SO₃²⁻)를 활용해 내부 결정 도메인과 표면 방전 억제층 (Charge-Blocking Layer, CBL)을 동시에 형성함으로써, 건조한 환경에서도 기계적 안정성과 마찰대전출력이 동시에 향상되는 마찰대전 나노발전(Triboelectric Nanogenerator, TENG) 기술을 구현했다. 그 결과, 코스모트로픽 공정을 통해 제작한 TENG는 전력밀도를 기존 대비 3배 이상 향상시켰고 700%의 연신에도 안정적인 출력을 보였다. 또한, 연구팀은 개발한 하이드로젤의 15000회 접촉-분리 과정에서도 안정적인 출력을 유지함을 보였으며 50 °C의 환경에서 6시간 노출 및 30일간 실온 보관 후에도 안정적인 출력을 유지함을 보여 수분 증발로 성능이 급락하는 하이드로젤 전극의 약점을 극복했음을 입증했다. 이러한 특성은 수분 증발로 이온이 농축되며 국소 분극 영역이 형성되고, CBL이 전하 누설을 억제해 반응 변형에 지속적으로 응답하는 데 기인한다고 설명했다. 연구 책임자인 최경후 교수는 “유연성, 신축성이 뛰어난 하이드로젤 전극은 건조한 환경에서 그 성질을 잃어버려 한계가 명확했지만 이번 연구로 그 한계를 극복했다는 점에서 의미가 크다”라며 “이 기술을 활용해 고출력, 고안정성 에너지 하베스팅 기술을 개발하고 웨어러블 디바이스 기술과 지속가능한 에너지 시스템 기술에 적용하는 연구를 지속할 계획이다”라고 밝혔다. 본 연구는 4단계 BK21 인간 중심 융합기계솔루션 미래인재양성 교육연구단과 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행되었으며 JCR 상위 3% 저널인 Chemical Engineering Journal (IF:13.2)에 2025년 8월 게시되었다. 논문명: Kosmotropic ions embedded hydrogel for significantly enhancing deformability and performance of iontronic triboelectric nanogenerators 저널명: Chemical Engineering Journal DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.167062
- No. 352
- 2025-09-19
- 10637
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“반도체 집적 한계 돌파구 찾았다” 단일 공정 3차원 모놀리식 집적 기반 차세대 반도체 소자 개발
기계공학부 김태성 교수 연구팀이 반데르발스(vdW) 물질을 활용해 차세대 인공지능(AI) 반도체와 스핀트로닉스 소자의 두 축을 동시에 혁신하는 성과를 거두었다고 밝혔다. 연구진은 단일 플라즈마 공정을 통해 나노결정과 반데르발스 격자가 접합된 반데르발스 2D/3D 이종접합 뉴로모픽 메모리 소자를 구현함과 동시에, 강자성 특성을 나타내지 않는 벌크 상태의 바나듐 셀레나이드(VSe₂)에 상온에서도 동작 가능한 강자성 특성을 인공적으로 부여하는 데 성공했다. 인공지능과 초연결 사회로의 전환에 따라, 기억 기능과 연산 기능을 동시에 수행하는 뉴로모픽 메모리 소자의 필요성이 커지고 있다. 그러나 기존의 CMOS 기반 메모리 기술은 전력 소모와 집적도에서 한계가 있었고, 금속 산화물 기반 ReRAM 역시 결정립계와 전도 필라멘트 불균일성으로 인해 장기적 안정성과 대규모 집적에 제약이 따랐다. 이러한 문제를 극복하기 위해 연구팀은 단일 플라즈마 황화 공정을 이용, 아르곤(Ar)과 황화수소(H₂S)의 이온 침투 및 이온 페닝 효과를 정밀하게 제어하여, 별도의 증착이나 본딩 없이도 3차원 모놀리식 집적 구조체를 직접 형성하는 데 성공했다. 이를 통해 장기강화(LTP)·장기억제(LTD) 특성 및 아날로그 시냅스 가중치 조절이 가능함을 입증했으며, 1.8×10⁷회 이상의 스위칭 사이클 동안 안정적인 동작을 확인했다. 동시에 연구팀은 오랜 기간 불가능하다고 여겨진 2차원 상온 강자성체 구현에도 성공했다. 기존의 2차원 자성체는 단층(monolayer) 박리 방식으로만 얻을 수 있고 극저온에서만 자성이 발현되어 실용화가 어려웠다. 연구팀은 본래 비자성체인 벌크 VSe₂를 나노결정화 및 단층화 격리시켜, 억제되어 있던 강자성 특성을 상온에서 인공적으로 발현시켰다. 특히, 자기력 현미경(MFM) 관찰을 통해 나노결정립(grain) 경계가 자성 도메인의 ‘피닝(pinning)’ 역할을 수행한다는 사실을 규명하며, 반데르발스 강자성체의 구조-자성 연계 메커니즘을 새롭게 제시했다. 이번 두 성과는 반데르발스 물질 플랫폼의 범용성과 응용 가능성을 동시에 확장했다는 점에서 큰 의미가 있다. 3차원 집적 뉴로모픽 메모리는 기존 실리콘 기반 공정의 복잡성과 물리적 제약을 극복할 수 있는 대안 플랫폼을 제시하며, 상온 강자성체 구현은 차세대 스핀트로닉스 및 양자 소자의 길을 연다. 김태성 교수는 "단일 공정 기반의 집적 메모리와 인공 강자성 구현을 통해, 원하는 위치에 다강성(multi-ferroicity)을 정밀하게 도입할 수 있는 새로운 반데르발스 소재 플랫폼으로 발전시킬 계획"이라며 "차세대 AI 반도체와 스핀트로닉스 기술을 동시에 가속화할 수 있는 전환점이 될 것"이라고 강조했다. 본 연구에는 기초과학연구원 (IBS) 양자나노과학 연구단, 세인트루이스 워싱턴 대학교, 한국기계연구원, 파크시스템스 R&D 센터가 공동 연구진으로 참여하였으며, 해당 연구 성과들은 각각 세계적인 국제학술지 "Advanced Science" 에 5월 28일 / 8월 27일에 게재되었다. 저자명: 교신저자 김태성 교수, 제1저자 이진형 석박통합과정, 김건형 박사과정, 석현호 박사후연구원, 최현빈 빅사과정, 한수정 석사과정 논문명 1: Monolithically-integrated van der Waals Synaptic Memory via Bulk Nano-crystallization 논문명 2: Artificial Room-Temperature Ferromagnetism of Bulk van der Waals VSe2 논문링크 1: https://doi.org/10.1002/advs.202510961 논문링크 2: https://doi.org/10.1002/advs.202504746 나노결정화로 구현된 반데르발스 2D/3D 이종 집적구조체 기반의 시냅틱 메모리 반데르발스 단층 격리화로 구현된 상온에서 동작하는 벌크 반데르발스 강자성체
- No. 351
- 2025-09-16
- 5336
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생리대 안전성 과학적 검증 결과 발표
글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수 연구팀이 하와이대학교 김주희 교수 연구팀, 충북대학교 김세나 교수와 함께 시중에서 판매되는 생리대의 화학적 안전성과 독성 수준을 종합적으로 평가한 국제 공동연구 결과를 발표했다. 이번 연구는 2025년 8월 29일 발표되었으며, 여성 건강과 밀접한 위생용품의 안전성을 다룬 최초의 포괄적 분석이라는 점에서 큰 의미를 가진다. 연구팀은 국내외 유통 중인 29종의 생리대를 대상으로 ▲휘발성유기화합물(VOCs) 방출, ▲미세플라스틱 검출, ▲세포독성 평가 등을 다각도로 분석했다. 그 결과, 다수 제품에서 톨루엔*이 0.04~2.79 μg/패드 수준으로 검출되었으며, 이는 기존 산업 안전 기준치(37 mg/m⁻³)보다는 낮지만, 피부 흡수 특성과 장기간 사용 환경을 고려하면 보다 면밀한 검토가 필요하다는 지적이다. *톨루엔: 산업적으로 널리 쓰이는 휘발성 유기화합물로 피부나 점막에 반복적으로 노출될 경우 건강에 해로울 수 있음 또한, 모든 생리대 제품에서 폴리프로필렌(PP) 기반의 미세플라스틱이 확인되었고, 일부 제품에서는 PET 및 PE 등 다른 종류의 미세플라스틱도 소량 검출됐다. 최근 미세플라스틱이 인체 건강에 미치는 영향에 대한 우려가 커지는 가운데, 이번 연구는 생리대와 같은 밀착형 위생용품에서의 미세플라스틱 노출 가능성을 과학적으로 입증했다는 점에서 주목받고 있다. 세포독성 실험 결과, 일부 생리대는 세포 생존율이 80% 이하로 나타나 중등도의 세포독성이 확인되었다. 특히 ‘유기농’으로 표시된 일부 제품에서도 세포독성이 관찰되어 추가적인 검증 연구가 요구된다. 이러한 결과는 제조 공정에서 사용되는 화학물질의 종류와 처리 방식이 제품의 독성 수준에 직접적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 박천권 교수는 “이번 연구는 위생용품의 안전성 문제에 대해 구체적인 과학적 데이터를 바탕으로 경각심을 불러일으킨 의미 있는 결과”라며, “장시간 피부에 밀착되는 제품일수록 성분의 투명성과 안전성 검증이 필수적”이라고 강조했다. 이번 연구는 성균관대학교, 하와이대학교, 충북대학교의 연구진이 참여한 국제 공동연구로, 여성 건강과 소비자 안전 확보 차원에서 공중보건 정책 및 제품 규제 기준 수립에 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다. 연구결과는 환경 위해성 평가와 안전성 연구 분야에서 가장 영향력 있는 학술지 중 하나인 Journal of Hazardous Materials(Impact Factor 12.2)에 게재됐다.
- No. 350
- 2025-09-12
- 5282
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단백질 상분리를 통한 식물 개화 시기 조절 비밀 밝혀
생명과학과 정재훈 교수 연구팀이 식물 세포 내 액체-액체 상분리 (liquid–liquid phase separation, LLPS)가 외부 온도 변화에 따라 섬세하고 가역적으로 조절되며, 이 현상이 식물의 개화 시기를 결정하는 핵심 기전임을 규명하였다. 이번 연구는 서울대학교 화학부 서필준 교수 연구팀(제1저자 이홍길 박사)과 디지스트 뉴바이올로지학과 이종찬 교수 연구팀(제1저자 김진광 박사과정생)과의 공동 연구로 수행되었다. 연구팀은 식물 개화의 핵심 조절자인 GI 단백질이 온도 변화에 따라 가역적인 상분리 현상을 나타낸다는 사실을 발견하였다. 저온(22도)에서는 GI 단백질이 식물 세포 핵 속에서 비활성 응축체(nuclear condensates)를 형성하지만, 고온(28도)에서는 응축체가 해체되고 핵 내에 퍼져(dispersed) 활성화된다. 특히, GI 단백질이 상분리되지 않고 퍼진 상태에서만 개화 억제 전사인자인 SVP와 결합하여 분해를 촉진함으로써, 고온 조건에서 개화를 촉진한다. 또한, 연구팀은 청색광 광수용체 FKF1 단백질이 GI 단백질의 무질서 영역 (intrinsically disordered region, IDR)에 선택적으로 결합해, 고온 특이적으로 GI 응축체를 가역적으로 해체해 활성화시킨다는 사실도 확인했다 (그림 참고). 정재훈 교수 연구팀은 2020년 Nature 논문을 통해 ELF3 단백질 상분리의 온도 조절이 식물 특이적 온도 인지 메커니즘임을 밝힌 데 이어, 이번 연구에서는 기온 변화에 따른 개화 핵심인자의 상분리 조절이 식물 발달을 정밀하게 제어하는 기전임을 증명하였다. 식물학 연구 분야에서 세포 내 상분리 조절을 기반으로 한 식물 생장과 발달의 정밀 제어 기술 개발 가능성을 제시함으로써, 향후 기후 변화 대응을 위한 안정적인 식량 생산과 농업 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구는 한국연구재단 (NRF), 농촌진흥청의 지원을 받아 수행되었으며, 식물학 분야 저명 국제학술지 Nature Plants에 7월 4일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: High-temperature-induced FKF1 accumulation promotes flowering through the dispersion of GI and degradation of SVP ※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-025-02019-4 ※ 저자: 이홍길 박사 (제1저자, 서울대), 김진광 박사과정생 (제1저자, 디지스트). 박경호 박사과정생 (제1저자, 성균관대 생명과학과), 김솔비 박사 (공동저자, 성균관대 생명과학과), 정재훈 교수 (교신저자, 성균관대 생명과학과), 이종찬 교수 (교신저자, 디지스트), 서필준 (교신저자, 서울대) 그림. FKF1 의존적인 GI 상분리의 가역적인 변화를 통한 식물 개화 시기 조절
- No. 349
- 2025-09-09
- 5437
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AI 기반 오류정정부호 기술로 미래 통신 기술 선도
전자전기공학부 김상효 교수 연구팀(IITP NRC: 성균관대 차세대 채널코딩 전문연구실)이 인공지능(AI)을 활용한 차세대 무선통신 오류정정부호 기술 개발에 성공하며, 6G 및 미래 통신 기술을 선도할 기반을 마련했다. 이번 연구에서 김 교수팀은 대규모 언어 모델의 핵심구조인 트랜스포머 모델을 기반으로, 부호의 구조적 다양성에 주목한 다중 마스킹 어텐션(Multiple-Masks Attention) 기반의 복호기법을 개발했다. 이를 통해 기존의 짧은 블록 길이를 갖는 오류정정부호 복호 성능을 획기적으로 개선하며, 자율주행·산업용 IoT을 위한 초고신뢰저지연 통신 및 AI 기반 무선네트워크(AI-RAN)에의 적용 가능성을 제시했다. 또한, 현재 5G 통신 시스템에서 채택된 LDPC(Low Density Parity Check) 부호를 대상으로, 인공신경망 기반 복호기에 ‘부스팅 학습 기법’을 도입하여 극히 낮은 수준의 오류율을 달성했다. 이는 6G에서 요구되는 ‘초고신뢰성’ 기준을 만족시키는 중요한 성과로, 향후 6G 표준화 및 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 연구성과는 김용준 교수(POSTECH), 곽희열 교수(울산대), 박성준 박사(POSTECH), 노종선 명예교수(서울대)와의 공동연구를 통해 이루어졌으며, 해당 기술은 전자전기공학분야 최상위 학술지 (JCR 상위 1.0%, IF 17.2) IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC)에 각각 4월과 7월 두 차례에 걸쳐 게재되었다. 아울러, 머신러닝/딥러닝 분야 세계 3대 학회 중 하나인 ICLR 2025에서도 교차메시지전달 트랜스포머(CrossMPT) 복호기라는 관련 성과를 발표하며 AI 기반 오류정정 기술의 학술적·기술적 가치를 세계적으로 인정받았다. 김상효 교수는 “AI 기술이 무선통신 분야에도 새로운 패러다임을 제공하고 있다”며 “향후 6G 기술 고도화와 더불어 AI 기반 네트워크, 기계 간, AI 간 통신, 나아가 의미 기반 통신(시맨틱 통신)의 실현에 기여하길 기대한다”고 밝혔다. IITP-NRC 성균관대 차세대 채널코딩 전문연구실은 해당분야 국내 유일의 연구센터로 6G 및 미래 통신을 위한 채널코딩(오류정정부호) 기술을 개발을 위하여 2024년에 설립되었다. (사업기간: 2024-2031) 이번 연구성과는 정보통신기획평가원(IITP)의 네트워크 전문연구실 (NRC): 통신 세대 진화를 위한 채널 부호 부복호 및 채널 추정 기술) 사업과 한국연구재단의 지원으로 수행되었다. ※ 논문명 1: Multiple-Masks Error Correction Code Transformer for Short Block Codes (2025년 7월 게재) ※ 논문명 2: Boosted Neural Decoders: Achieving Extreme Reliability of LDPC Codes for 6G Networks (2025년 4월 게재) ※ 학술지: IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JCR 전자전기공학분야 상위 1.0%) ▲ IITP-NRC성균관대 차세대채널코딩 전문연구실 IIT-NRC SKKU Next Generation Channel Coding Research Center ▲ 이중마스크를 사용하는 트랜스포머 오류정정 복호기 구조 Architecture of Error Correction Code Transformer with Multiple Masks
- No. 348
- 2025-09-05
- 5827
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세계 최초 ‘전기화학 기반 범용 나노플라스틱 센서’ 개발
바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀(공동 1저자 김치현, 박주형 박사)은 고려대학교 이규도 교수, 한국교통대학교 이원석 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 다양한 종류와 크기의 나노플라스틱을 하나의 센서로 정밀하게 측정할 수 있는 세계 최초의 범용 센서를 개발하였다. 나노플라스틱은 해양·토양·수생 생물·인체 등 다양한 환경과 생물권에 침투해 생태계 교란과 인체 건강을 위협하지만, 크기가 수십~수백 나노미터로 매우 작아 기존 필터링이나 광학 장비로는 탐지가 어렵다. 현재 기술 역시 특정 플라스틱의 종류나 형상에 국한되거나, 고가 장비와 복잡한 전처리가 필요해 현장 적용이 제한적이다. 이에 따라, 다양한 종류·크기·형태의 나노플라스틱을 정량적으로 검출할 수 있는 보편적 센서 기술 개발이 절실하다. 이에 연구팀은 도깨비풀이 동물의 털에 씨앗을 붙여 이동하는 자연 현상인 ‘외부전파(epizoochory)’에서 착안해, 나노플라스틱을 단백질로 ‘붙이고’ 다시 ‘떼어내는’ 생물모사 센서 구조를 고안했다. 이 센서는 전극 표면에 기능화된 아밀로이드 올리고머 단백질이 나노플라스틱과 상호작용할 때 발생하는 전기 신호의 변화를 활용해, 나노 수준 입자도 정밀하게 검출할 수 있도록 설계되었다. 특히, 금 나노구조 기반의 미세 돌기 표면을 적용하여 단백질 부착력과 감지 민감도를 극대화함으로써 기존 기술 대비 500배 이상 향상된 검출 민감도(LOD: 0.679 ng/mL)를 확보하였다. 또한 바닷물, 모래 등 다양한 환경 뿐만 아니라, 물벼룩, 날치알, 인체 혈청 등 실제 시료 분석에서도 높은 정밀도와 재현성을 입증하여, 범용 진단 플랫폼으로서의 실효성과 확장 가능성을 확인하였다. 본 연구는 특정 플라스틱에 국한되지 않는 ‘세계 최초 범용 나노플라스틱 전기화학 센서’를 제시함으로써, 다양한 플라스틱에 대하여 고가 장비 없이 빠르고 민감하게 검출할 수 있다는 점에서 의의가 크다. 이를 통해 하고, 수질·토양·식품 안전, 인체 노출 평가 등 다방면의 환경 모니터링 분야에서의 활용이 기대된다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(IITP-2025-RS-2023-00258971), 보건복지부(KH140292) 등 정부 부처의 지원과, 한국연구재단(NRF-2023R1A2C2004964, RS-2023-00222737, RS-2024-00460957, RS-2024-00438542, RS-2025-00561260, RS-2025-00554830, RS-2024-00353529) 등의 지원을 받아 수행되었다. 연구 성과는 연구의 우수성을 인정받아 환경 공학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’ 저널(IF: 13.2)에 2025년 6월 27일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Epizoochory-inspired universal nanoplastic sensor ※ 학술지: Chemical Engineering Journal ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.165434 자연현상(Epizoochory) 모사 원리를 적용한 전기화학 기반 나노플라스틱 검출 기술
- No. 347
- 2025-09-01
- 7989
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버려지는 이산화탄소를 연료와 원료로 만드는 최첨단 기술
이산화탄소(CO2)는 지구 온난화를 일으키는 대표적인 온실가스이다. 전 세계가 탄소중립을 향해 나아가는 가운데, 단순히 배출을 줄이는 것을 넘어 CO2를 다시 쓸모 있는 연료나 원료로 바꾸는 기술이 주목받고 있다. 이를 CO2 직접 전환(direct CO₂ conversion)이라 부른다. 이번에 소개할 세 편의 논문은 서로 다른 촉매(화학반응을 돕는 물질)를 개발해 CO2를 항공유 등 액상 연료나 화학원료로 만드는 방법을 제시했다. 공통점은 모두 CO2와 수소(H2)를 반응시켜 고부가가치 제품을 만드는 ‘수소화 반응을 이용했다는 점이다. 1. 철–지르코니아 촉매로 ‘긴 사슬’ 액체연료 만들기 첫 번째 연구는 철(Fe)과 지르코니아(ZrO2)를 결합한 촉매로 CO2를 장쇄 탄화수소(C5 이상)로 전환하는 기술이다. 장쇄 탄화수소는 휘발유나 경유 같은 액체연료의 핵심 성분이다. 이 촉매는 반응 조건에서 750시간(한 달 이상) 동안 성능을 유지하며, 세계 최고 수준인 C5+ 수율 26%를 달성했다. 지르코니아는 단순한 지지체 역할을 넘어서, 철 입자의 뭉침을 막고 반응성을 높이며, 전자 구조까지 조절하는 다기능 촉진제로 작용했다. 논문명: High-yield pentanes-plus production via hydrogenation of carbon dioxide: Revealing new roles of zirconia as promoter of iron catalyst with long-term stability 저널명: Journal of Energy Chemistry DOI: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.11.010 2. 코발트–지르코니아 촉매로 메탄 대신 ‘고급 탄화수소’ 생산 두 번째 연구는 코발트(Co)와 지르코니아를 활용해 CO2 수소화 반응에서 흔히 나타나는 ‘메탄 폭주’를 억제하고, 대신 휘발유·등유·경유에 쓰이는 C5+ 이상 탄화수소를 선택적으로 생산하는 방법을 개발했다. 이 촉매는 코발트와 지르코니아 계면에서 CO2를 효과적으로 활성화해 메탄 대신 더 긴 탄화수소 사슬을 만드는 반응 경로를 강화했다. 장기간 반응에서도 안정적으로 작동해, 산업적 적용 가능성이 높다. 논문명: Elucidating the role of ZrO2 in a cobalt catalyst in the direct hydrogenation of CO2 to C5+ hydrocarbons 저널명: Journal of Energy Chemistry DOI: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2025.05.004 3. 나트륨–구리–철 촉매로 ‘고급 알코올’ 제조 세 번째 연구는 나트륨(Na), 구리(Cu), Fe를 조합해 CO2를 C2 이상 알코올(에탄올, 프로판올 등)로 바꾸는 기술을 선보였다. 알코올은 연료 첨가제나 화학제품 원료로 활용 가치가 크다. 나트륨이 촉매 표면의 염기성을 높여 CO2 흡착과 C–C 결합 형성을 촉진했고, 촉매의 산소공석 구조가 수소 활성화에 도움을 주었다. 덕분에 높은 선택성과 안정성을 동시에 확보했다. 논문명: Tandem reductive hydroformylation: A mechanism for selective synthesis of straight-chain α-alcohols by CO2 hydrogenation 저널명: Applied Catalysis B: Environmental and Energy DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124978 본 연구는 탄소중립 실현을 위한 핵심 기술로 배출된 CO2를 그대로 쓰레기로 버리지 않고, 연료·원료로 재활용 가능성을 증명했으며, 기존 정유산업과 호환 가능한 액체연료·화학원료 생산이 가능할 것이다. 또한, 장기 안정성, 높은 수율, 선택성 등에서 세계 최고 수준의 성과를 이뤘다. 이번 연구들은 CO2를 ‘골칫거리’에서 ‘자원’으로 바꾸는 미래 기술의 방향을 보여준다. 철, 코발트, 구리 등 비교적 널리 쓰이는 금속을 기반으로 하면서도, 미세한 구조 제어와 전자구조 조절을 통해 반응 효율과 안정성을 극대화했다. 이 성과들은 단순히 실험실 연구에 그치지 않고, 앞으로 정유·석유화학·연료 생산 산업의 판도를 바꿀 수 있는 잠재력을 가진다.
- No. 346
- 2025-08-26
- 6521
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이리듐 대신할 루테늄 산소 발생 촉매, 친환경 수소 생산 돕는다
화학과 이효영 교수 연구팀(제1저자 리우 양, 위슈안 왕)은 탄탈륨과 스트론튬을 도핑하고 인장 변형을 가한 새로운 루테늄 기반 촉매를 개발하였다. 이 촉매는 기존 상용 촉매뿐만 아니라 최근 보고된 최신 연구 성과와 비교해도 우수한 산소 발생 성능을 보여주며, 특히 높은 효율성과 안정성을 동시에 달성하여 이리듐을 대체할 수 있는 가능성을 입증했다. 그린수소를 생산하기 위해서는 물을 전기분해하여 수소와 산소를 분리해야 한다. 수소는 2전자가 관여하는 환원 반응으로 비교적 쉽게 생성되지만, 산소는 4전자가 참여하는 산화 반응이 필요해 반응성이 낮고 전극 안정성도 떨어진다. 이러한 이유로 현재까지는 고효율·고안정성을 동시에 충족시키는 이리듐 촉매의 사용이 불가피했다. 그러나 이리듐은 희소성과 고비용, 낮은 생산량으로 인해 대체 촉매 개발이 시급한 상황이었다. 연구팀은 루테늄을 대안으로 주목했다. 루테늄은 이리듐보다 지각 내 매장량이 풍부하고 가격이 낮다는 장점이 있지만, 전통적인 루테늄 산화물 촉매는 반응 과정에서 격자 산소가 참여해 안정성이 떨어지는 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 루테늄과 산소 오비탈의 에너지 준위를 조절하여 격자 산소가 반응에 개입하지 않는 새로운 반응 경로를 설계했다. 인장 변형을 통해 전자 구조를 조정하고, 동시에 탄탈륨과 스트론튬 도핑으로 반응 효율을 크게 향상시킨 것이다. 이번 성과는 물 전기분해에서 가장 큰 병목으로 꼽히던 산소 발생 반응을 효과적으로 개선한 것으로, 루테늄 기반 저비용 촉매의 상용화 가능성을 한층 높였다. 연구팀은 이번 연구가 수전해 기술의 경제성을 향상시키고, 지속 가능한 탄소중립 사회로 전환하는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대하고 있다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구-중견연구(NRF−2022R1A2C2093415)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 연구의 우수성을 인정받아 전 분야 세계 최고(MULTIDISCIPLINARY SCIENCES, 10위)의 국제 학술지인 ‘Nature Communications’ 저널(IF:15.7)에 게재되었다. ※ 논문명: Effectiveness of strain and dopants on breaking the activity-stability trade-off of RuO2 acidic oxygen evolution electrocatalysts ※ 학술지: Nature Communications ※ 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56638-8 루테늄 촉매의 구조 변경 및 금속 도핑을 통해 안정성 개선한 이미지
- No. 345
- 2025-08-19
- 6430
