◇ DIGIST 연구팀, 초음파 홀로그램 생성 기술 개발

DGIST는 전기전자컴퓨터공학과 황재윤 교수팀이 홀로그램 원리를 기반으로 집속(빛이 한군데로 모이는 것) 초음파 형태를 자유자재로 실시간 구성할 수 있는 ‘딥러닝 기반 초음파 홀로그램 생성 프레임워크’ 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이 기술은 정밀함이 필요한 뇌 자극·치료 분야 기반 기술로 활용될 가능성이 크다.

황재윤 교수 연구팀은 초음파 홀로그램 생성을 학습해 자유롭고 정확한 초음파 집속을 실시간으로 구현할 수 있는 딥러닝 기반 학습 프레임워크(어떤 일에 대한 판단이나 결정 따위를 위한 구조)를 제안했다. 그 결과 황 교수팀은 기존 초음파 홀로그램 생성 알고리즘 방법 대비 최대 약 400배나 빠른 실시간에 가까운 홀로그램 생성 시간을 보이면서도 더 정확하게 초음파를 원하는 형태로 집속시킬 수 있음을 보였다.

연구팀이 제안한 딥러닝 기반 학습 프레임워크는 자기 지도 학습 방식으로 초음파 홀로그램 생성을 학습한다. 자기 지도 학습이란 정답이 없는 데이터를 가지고 스스로 규칙을 찾아 정답을 찾을 수 있도록 학습하는 방법이다. 연구팀은 초음파 홀로그램 생성을 학습하기 위한 방법론, 초음파 홀로그램 생성에 최적화된 딥러닝 네트워크, 새로운 손실함수 등을 제안했으며 시뮬레이션과 실제 실험을 통해 각 구성 요소의 유효성, 우수성을 증명했다.

◇ 포스텍 연구팀, 습도 따라 홀로그램 이미지 밝기·색깔 바뀌는 디스플레이 개발

포스텍 기계공학과∙화학공학과 노준석 교수∙기계공학과 통합과정 고병수∙양영환∙김재경 씨∙박사과정 트레본 베드로(Trevon Badloe) 씨 연구팀은 습도에 따라 홀로그램 이미지의 밝기 또는 색깔이 바뀌는 ‘신개념 수분 감응형 디스플레이’를 개발했다고 6일 밝혔다.

우선 연구팀은 손쉽게 구할 수 있는 폴리비닐 알코올(PVA) 소재를 사용해 밝기를 조절할 수 있는 홀로그램 이미지를 구현하는 데 성공했다. 유연한 성질이 있어 물풀이나 슬라임에 주로 사용되는 PVA는 습도가 높아질수록 팽창하는 독특한 특징이 있다. 낮은 습도에서 선명히 보이던 홀로그램 이미지는 습도가 높아질수록 점차 흐려졌다.

또 연구팀은 이미지의 색깔을 자유자재로 조절할 수 있는 디스플레이를 별도로 개발했다. 습도가 낮을 때 푸른색을 띠던 이미지는 습도가 증가할수록 붉은색으로 바뀌었다. 

습도를 미세하게 조절하면 두 가지 색깔뿐만 아니라 빛의 삼원색(빨간색, 녹색, 파란색)을 모두 표현할 수 있다.

◇ 윤성훈·김영민 교수 연구팀, 세계최초 차세대 양극소재 개발

윤성훈 중앙대학교 융합공학부 교수와 김영민 성균관대학교 에너지과학과 교수 공동 연구팀은 ‘기능성 독립 기공 구조를 가진 삼원계 하이 니켈 양극 활물질’을 개발했다고 7일 밝혔다.

윤 교수 연구팀이 개발한 기술은 ‘간헐 침전 전구체 제조 신 공정‘으로 전구체 단계부터 ’기능성 독립 기공 구조‘를 입자 내에 설계 도입해 성능의 획기적 개선을 성공적으로 얻어냈다.

뛰어난 성능 개선에도 기존의 공침 반응기를 그대로 사용해 만든 신 공정이다. 양산성이 우수하고 기술 적용에 의한 제조비용이 기존과 거의 유사한 기술로 조기 상용화가 기대된다는 평가다. 연구 결과에 따르면, 기존 기술 대비 비용량이 크게 향상된 데 더해, 본 소재가 적용된 배터리 팩이 배터리 전기차에 적용됐을 때 1회 충전 주행 가능거리가 20% 이상 향상될 것으로 기대된다.

◇ 이민욱·김영관 연구팀, 커피찌꺼기를 반도체 폐수 필터로 만드는 기술 개발

4일 한국과학기술연구원(KIST)은 생활폐기물로 버려지는 커피 찌꺼기와 생분해성 고분자를 복합화해 구리이온 제거용 나노복합필터를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구는 KIST 구조용복합소재연구센터 이민욱 박사 연구팀과 동국대학교 화학과 김영관 교수 연구팀이 공동으로 진행했다.

연구팀은 캡슐커피 안 커피 찌꺼기를 수거해 세척이나 불순물 제거 같은 처리 과정 없이 생분해성 플라스틱 폴리카프로락톤(PCL)과 함께 용매에 녹여 균일하게 복합용액을 만드는 데 성공했다. 이 복합 용액을 전기방사해 촘촘하고 균일한 형태의 나노복합필터를 만들었다. 이 나노복합필터는 반도체 폐수에서 4시간 동안 90% 이상 중금속을 제거할 수 있다. 5g 정도의 캡슐 커피 하나가 10리터의 폐수를 정화한다.

◇ 눅눅해지지 않고 토양·해양서 100% 썩는 종이 빨대 개발

한국화학연구원은 오동엽-곽호정 박사팀과 서강대학교 박제영 교수팀이 공동 연구를 통해 토양과 해양에서 100% 생분해되면서 기존 종이 빨대보다 우수한 종이 빨대를 개발했다고 6일 밝혔다. 이 기술은 대량 생산이 가능해 상용화도 쉽다.

공동 연구팀은 석유계 폴리프로필렌과 유사한 물성을 갖는 생분해 플라스틱인 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)를 자체 기술로 만든 뒤 여기에 셀룰로오스 나노크리스탈을 소량 첨가해 코팅 물질을 만들었다.

첨가된 셀룰로오스 나노크리스탈은 종이의 주성분과 같아 종이와 잘 붙는다. 따라서 종이 빨대를 코팅할 때 종이 표면과 생분해 플라스틱을 단단히 붙여주는 역할을 한다. 연구팀이 개발한 새 종이 빨대는 코팅물질이 균일하고 단단하게 붙어 쉽게 눅눅해지거나 거품을 많이 일으키지 않는다. 특히 코팅물질 자체가 종이와 생분해 플라스틱으로 이뤄졌기 때문에 100% 썩어 없어진다.

◇ 집적도 15배 높고 고무줄처럼 늘어나는 반도체 소자 개발

한국전자통신연구원(ETRI)은 오힘찬 책임연구원 연구팀이 고밀도 집적이 가능한 고성능, 고신뢰 신축성 무기 박막 트랜지스터(TFT) 기술 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

연구팀은 세계 최초로 무기 산화물 전자소자를 신축성 금속 배선 위에 직접 올리는 반도체 소자구조를 개발했다. 고성능 무기질 반도체에 유연성을 더하면서 소자 집적도까지 비약적으로 끌어올렸다.

이 반도체 소자는 기존 신축성 산화물 반도체 소자 대비 소자 집적도가 약 15배 향상됐다. 전류 구동 성능 역시 2배 이상 높아졌다. 제품 소형화와 고해상도 디스플레이 구현 가능성을 동시에 입증한 셈이다.

연구팀은 구불구불한 말발굽 형태의 폴리이미드 유연 기판 배선 위에 고성능 산화물 반도체 트랜지스터를 고밀도로 집적해 신축성 소자를 구현했다. 구불구불한 기판이 점차 직선으로 펴지면서 용수철처럼 늘어나는 원리다. 제작된 소자는 두 배까지 잡아당겨도 파괴되지 않고 성능을 유지했다.

◇ 한국재료연구원 "버려지는 물로 양질의 수소 생산"

한국재료연구원(KIMS)은 그린수소재료연구실 양주찬·최승목 박사 연구팀이 고성능 비귀금속 촉매·전극 소재를 개발하고, 이를 폐알칼리 수전해 시스템에 적용해 비귀금속 기반의 폐알칼리 음이온 교환막 수전해 기술을 국내 최초로 개발하는 데 성공했다고 5일 밝혔다.

'음이온 교환막 수전해 기술'은 기존의 알칼라 수전해 기술이 가진 비귀금속 기반 전극 사용의 장점과 양이온 교환막 수전해 기술의 작동 용이성 및 단순성이 결합한 이상적인 기술을 말한다.

현재 연구팀은 대면적 균일 전극화를 통한 폐알칼리 수전해 스택 시스템 적용 및 상용화를 위한 후속 연구를 진행 중이다.

◇ "인간 17배"…국내서 '헤라클레스급' 인공 근육 개발

한국과학기술원(KAIST)은 김상욱 신소재공학과 교수 연구팀이 안석균 부산대 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 그래핀-액정 복합섬유를 이용한 새로운 인공 근육을 개발하는 데 성공했다고 5일 밝혔다. 이 인공 근육은 현재까지 과학계에 보고된 것 중에서 인간 근육과 가장 유사하면서도 최대 17배 강한 힘을 낼 수 있다.

연구팀이 개발한 신소재는 온도변화에 따라 동물 근육과 같이 크게 수축을 일으키는 액정물질에 고품질의 그래핀을 적용함으로써 레이저를 이용한 원격제어가 가능하며 인간 근육의 작업 수행능력(17배)과 출력밀도(6배)를 크게 능가하는 운동능력을 구현했다. 연구팀은 실제로 인공 근육을 이용해 1㎏짜리 아령을 들어올리는 데 성공하기도 했으며, 이를 이용한 인공 자벌레는 살아있는 자벌레보다 3배나 빠른 속도로 움직이는 기록을 달성하기도 했다.

◇ KIST, '감각 뉴런' 모사해 장시간 구동 가능한 저전력 땀 센서 패치 개발

한국과학기술연구원(KIST)은 스핀융합연구단 이현정 책임연구원과 한양대학교 기계공학과 곽노균 교수팀이 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사해 에너지 효율을 파격적으로 향상시키고, 24시간 이상 작동 가능한 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 감각 뉴런의 '스파이크 신호' 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발하고 이벤트 기반 무선 모니터링을 통해 획기적으로 에너지 소비를 줄이는 기능을 임상시험을 통해 시연했다. 땀 센서는 원뿔 형태의 개방형 수직 땀 채널 상단에 땀 제거 층이 결합돼 채널에 차오르는 땀을 순간적으로 제거할 수 있는 구조로 돼 있다.

땀 채널 내벽에는 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하다가 땀이 순간적으로 제거되면서 급격히 감소하게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 스파이크 형태의 신호가 만들어진다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성분의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다.