◇ 전남대 연구팀, 메탄 고부가화 촉매 개발 성공

전남대학교 화학과 나경수 교수 연구팀과 화학교육과 고경철 교수팀은 2일 온실가스 기여도가 높은 메탄을 고부가화할 수 있는 촉매개발에 성공했다고 밝혔다.

'메틸클로라이드'는 고무 생산, 석유 정제 등 산업적으로 다양한 반응에 활용되는 물질이다. 연구팀은 메탄과 염소를 반응시키는 메탄 염소화 방법을 통해 메틸 클로라이드의 생산 방법을 연구했는데, 염소의 높은 반응성으로 인해 촉매 수명이 단축되고 원하는 물질을 선택적으로 합성하기 어렵다는 문제가 있다.

나경수 교수 연구팀은 선택적으로 메틸 클로라이드를 합성하기 위해 전남대 화학교육과 고경철 교수 연구팀과 협력해 염소의 반응성을 낮출 수 있는 '제올라이트 촉매'를 이론적으로 예측했다.

전이 금속의 도입에 따라 촉매의 전자구조 변화가 일어날 수 있으며, 이에 따라 선택성이 바뀔 수 있을 것을 확인했다.

◇ 신종화 KAIST 교수 연구팀, 빛을 완전히 조절할 수 있는 메타렌즈 개발

KAIST는 신종화 교수(신소재공학과) 연구팀이 빛의 세 가지 주요 특성인 세기, 위상, 편광을 동시에 모두 조절할 수 있는 유니버설 메타표면(universal metasurface)을 개발했다고 지난 2일 밝혔다.

연구팀은 행렬과 관련된 수학적 원리에 착안해, 밀접한 두 층으로 이뤄진 유전체 메타표면이 빛의 세 가지 주요한 특성을 완벽히 조절할 수 있음을 이론적으로 밝히고, 이를 실험적으로 규명했다.

특히 기존에 단일 소자로 불가능했던 벡터 홀로그램들을 제안하고 최초로 구현하는 데 성공했다. 학문적으로는 메타표면의 편광 선택적인 특성을 통해 맥스웰 방정식을 만족하는 두 가지 독립적인 임의의 3차원 전자기장 분포를 구현하는 방법을 최초로 보였다는 점에서 이번 연구는 큰 의의를 갖는다.

◇ UNIST연구팀, 유독한 화합물 더 쉽게 분해하는 촉매 설계법 개발

석탄이나 경유, 휘발유 등을 사용할 때 나오는 유독물질 ‘안트라센’을 수월하게 분해할 수 있는 촉매 설계법이 나왔다.

UNIST 화학과 조재흥 교수팀이 최근 금속-활성산소종의 하나인 ‘망간-히이드록소 종’이 유독성의 방향족 탄화수소인 안트라센을 분해한다는 것과 이 반응이 전자 전달 메커니즘에 따른 것이라는 점을 밝혀냈다. 안트라센은 벤젠 고리 3개로 이뤄진 다환 방향족 탄화수소로 용해도가 낮고 화학적으로 안정하다.

이런 특성 때문에 분해하려면 높은 온도와 압력이 필요하지만, 이번 연구에서는 저온 조건에서 안트라센을 분해할 수 있는 촉매를 설계하는 방법을 찾아냈다.

◇ AI 만난 로봇손, 사람 개입 없이 물건 조립한다

한국생산기술연구원은 AI·로봇연구부문 배지훈 박사 연구팀이 작업자 개입이 필요없는 AI 기반 물체 조립 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

2020년 자체 개발한 스마트 그리퍼(Gripper) 기술에 AI를 접목, 주어진 환경에서 최적의 조건을 찾아내 스스로 작업할 수 있게 했다. 그리퍼는 사람처럼 물건을 집어들 수 있는 로봇 팔이다.

스마트 그리퍼 기술은 배지훈 박사 연구팀이 그리퍼 파지 기술과 조립 알고리즘 기술을 인간형 로봇 그리퍼에 적용, 다양한 물체를 잡거나 조작할 수 있도록 개발한 물체 조립 기술이다. 생기원 독자 조립 알고리즘인 '손가락을 이용한 팩인홀(Peg-in-hole)' 기술을 적용, 대상에 대한 정보가 없어도 그리퍼가 홀의 위치를 파악해 공중에서 정확하게 조립한다.

연구팀은 이후 'AI 기반의 작업계획 및 물체 인지기술’을 추가 개발해 스마트 그리퍼 기술과 접목, 이번에 복잡한 조립 공정에서도 사람 개입 없이 작업할 수 있는 물체 조립 기술을 완성했다.

◇ 단국대 연구진, 이차전지 성능 높이는 음극재 개발

단국대는 이병선 파이버융합소재공학전공 교수팀이 이차전지 성능을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 이번 연구에는 한국생산기술연구원과 미국 아르곤 국립연구소의 연구진도 참여했다. 연구 결과는 화공 분야 국제학술지(Chemical Engineering Journal) 온라인판에 게재됐다. 

이 교수팀이 개발한 음극재는 기존 음극재보다 성능이 향상된 하드카본 계열의 탄소 음극재다. 음극재는 양극재와 더불어 이차전지에 들어가는 핵심 소재 중 하나다. 

연구팀은 양극재에서 활용되는 구(球) 형태의 마이크로 이차입자에서 아이디어를 얻어 기존 하드카본 계열 음극재보다 출력·수명이 개선된 음극재 개발에 성공했다. 

연구팀 논문에 따르면 새로 개발한 음극재는 고속(18분) 충전 시 배러티 용량의 78%까지 충전이 가능하다. 더욱이 500회 이상 충·방전을 반복해도 초기 배터리 용량의 84%를 유지하는 것으로 나타났다.

◇ 화학 실험실 반복 실험 대체할 로봇 등장..."33배 빨리 촉매 성능 평가"

한국에너지기술연구원은 박지찬 청정연료연구실 책임연구원팀이 로봇을 활용한 촉매 성능 평가 자동화 실험실을 국내 최초로 구축했다고 1일 밝혔다.

박 책임연구원은 기존에 숙달된 연구원이 하루 3회 정도 수행할 수 있던 촉매 사전 평가 실험을 로봇을 활용해 무인으로 시간당 6회까지 수행할 수 있는 완전 자동화 촉매 성능 평가 시스템을 개발했다. 월평균 30~50명의 전문 인력을 대체할 수 있는 수준으로 소재 개발 가속화와 높은 연구 성과 달성이 가능해질 것으로 기대된다.

연구팀은 국내 협동로봇 제조회사인 '레인보우로보틱스'의 로봇과 진동 교반기, 마이크로 피펫 등 실험도구를 자외선(UV)/가시광선(Vis) 분광기와 연동했다. 여기에 자체 개발한 자동화 프로그램을 접목해 촉매 반응 진행 정도를 실시간으로 정확히 분석할 수 있도록 설계했다.

◇ 화학연, 고성능·고밀도 탄소나노튜브 반도체 필름 개발

한국화학연구원 임보규·정서현 박사 연구팀은 고성능·고밀도 탄소나노튜브 반도체 필름 제작 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 연구팀은 반응 시간을 조절하면서 필름 내 밀도를 쉽게 조절할 수 있고, 짧은 반응 시간으로 고밀도 탄소나노튜브 필름을 형성하는 기술을 개발했다.

연구팀은 올해 노벨화학상 수상 내용인 '클릭반응'을 이용했다.

클릭반응은 두 개의 서로 다른 화학 작용기가 컴퓨터 마우스를 '클릭'하는 것처럼 짧은 시간에 결합하는 것으로, 높은 열을 가하거나 복잡한 촉매 도움 없이도 상온에서 쉽게 반응이 일어난다.

이번에 제작한 탄소나노튜브 필름 기반 트랜지스터는 기존 방식보다 성능이 20배 이상 향상됐고, 소자 간 성능 차가 크지 않은 균일한 특성을 보였다고 연구팀은 설명했다.

◇ KAIST, 사물 개념 자가 학습하는 장면 인식 기술 개발

KAIST는 안성진 전산학부 교수팀이 미국 럿거스대와 공동연구로 사람의 라벨링 없이 스스로 영상 속 객체를 식별할 수 있는 인공지능(AI) 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 이 모델은 각 장면 객체를 명시적으로 라벨링하지 않아도 복잡한 객체들을 식별하는 최초 AI 모델이다.

기계가 주변 환경을 지능적으로 인지하고 추론하려면 객체와 그 관계를 파악하는 능력이 필수다. 대부분 연구는 영상 각 픽셀에 대응하는 객체 라벨을 사람이 일일이 표시하는 지도적 학습 방식을 사용했다. 수작업으로 오류가 발생하기 쉽고, 많은 시간·비용이 요구된다.

연구팀이 개발한 기술은 인간과 유사하게 환경을 관측하는 것만으로 객체 개념을 스스로 자가 학습하는 방식이다. 인간 지도 없이 스스로 객체 개념을 학습하는 AI는 차세대 인지 기술 핵심으로 기대돼왔다.

◇ KAIST, 스핀 소자 활용 '물리적 복제방지 보안 기술' 개발

KAIST는 박병국 신소재공학과 교수팀이 김갑진 물리학과 교수팀, 현대자동차와 공동연구 해 자성메모리(MRAM)를 기반으로 사람 지문과 같이 매번 다른 패턴을 갖는 하드웨어(HW) 보안인증 원천 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

연구팀은 반강자성체-하부강자성체-비자성체-상부강자성체 다층박막 구조에서 무자기장(field-free) 스핀-궤도 토크(SOT)로 동작하는 MRAM 소자의 스위칭 극성을 무작위 분포시켜, 물리적 복제 불가능성(PUF)을 지닌 보안 소자 개발이 가능함을 입증했다. 이 기술은 고온 및 고자기장 등 환경에서도 높은 동작 신뢰도 및 무작위성을 유지하면서 작동 가능해 사물인터넷(IoT)을 비롯한 다양한 보안시스템에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

◇ GIST, 3배 이상 해상도 초과 양자 링 레이저 자이로 이론 개발

GIST는 함병승 전기전자컴퓨터공학부 교수가 파동 양자 과학 결과인 결맞음 드브로이파(CBW)를 기존 링 레이저 자이로스코프에 적용한 양자 링 레이저 자이로스코프 이론을 발표했다고 30일 밝혔다.

함 교수는 기존 링 레이저 자이로스코프가 가진 해상도를 최소 3배 이상 초과하는 '양자 링 레이저 자이로스코프' 원리와 구조를 최초로 제안했다.

링 레이저 자이로스코프는 광공진기 안에 레이저매질을 배치해 독립적인 두 개의 양방향 주파수모드가 경합돼 사냑 효과에 의한 주파수 차를 생성하고 이를 측정해 해당 물체의 각속도를 측정하는 현존하는 최고 위상해상도를 갖는 각가속 광학센서다.

함 교수가 제안한 양자 링 레이저 자이로스코프는 기존 링 레이저 자이로스코프와 동일한 광학 공진기 구조를 갖되 중첩 마하젠더 간섭계에 기초한 CBW 적용을 위해 빛가르개가 추가되는 것이 특징이다. 이는 간섭계에서 위상 양자화된 무한급수 기저상태 생성 적용이 CBW 양자센싱 핵심이다.