[Weekly 신기술 및 정책소식] UNIST, 양자스핀 액체 구현 가능성 세계 최초 확인

◇ 국내·외 기준없는 '자율주행 전동휠체어' 국가표준 신설

국제표준이 없는 자율주행 전동휠체어와 자동 혈액형 판정장치 및 수혈용 혈구 응집검사 시약 등 7종에 대한 국가표준을 국내에서 선제적으로 개발해 신설한다. 

식품의약품안전처는 국내 의료기기 품질·안전성 관리 기준을 강화하고 국제표준화기구(ISO), 국제전기기술위원회(IEC) 등 국제기준과 조화하고자 의료기기 분야 142종의 국가표준(KS)에 대한 제·개정안을 마련해 18일 행정예고한다고 밝혔다.

식약처는 "기존 전동휠체어 이용이 어려운 중증 장애인의 사용 편의를 위해 개발된 자율주행 전동휠체어의 연속 주행 시험에 대한 성능 요구사항과 시험방법을 신설해 신뢰성을 확보하는 것"이라며 "수혈 사고 예방 등 국민의 안전 및 생명과 직결됨에도 국내외 기준이 없는 자동 혈액형 판정장치 및 수혈용 혈구 응집검사 시약에 대한 분석적 성능평가 지침을 선제적으로 신설했다"라고 설명했다.

◇ 자율주행기술개발혁신사업단, 국내 자율주행 8대 학회와 MOU

범부처 자율주행기술개발혁신사업단(이하 사업단)이 자율주행산업 생태계 구축 및 활성화 기반 마련을 위해 국내 자율주행 대표 8대 학회, LX공간정보연구원과 업무협약(MOU)을 체결했다. 협약식은 19일 오전 서울 양재동에 있는 엘타워에서 진행됐다.

국내 자율주행 대표 8대 학회는 한국자동차공학회, 한국통신학회, 한국ITS학회, 대한교통학회, 한국도로학회, 한국디지털콘텐츠학회, 대한공간정보학회, 한국모빌리티학회다.

사업단은 학회와 △자율주행 융합 신산업 발굴·육성과 지원 △자율주행 공공서비스 개발과 신뢰성 확보 등 국민수용성 향상을 위한 협력 △자율주행 기술 개발 혁신사업의 성과 홍보 및 활용 협력을 지속하고 기타 상호 협력이 필요한 사항을 적극 발굴할 예정이다.

◇ GIST, 초전도체 코일 활용 MPI 장치 개발…"맞춤 뇌질환 치료 기대"

광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 융합기술학제학부 윤정원 교수(뇌나노로봇연구센터장) 연구팀이 실시간으로 나노입자 분포도를 촬영할 수 있는 초전도체 코일 기반 휴먼스케일 3차원 자기입자영상(MPI) 장치를 세계 최초로 개발했다고 17일 밝혔다.

이 장치는 자성나노입자를 추적자로 사용해 사람의 뇌 부위 영상에 필요한 높은 경사자기장을 고해상도로 획득할 수 있는 휴먼스케일 MPI 시스템이다.

연구팀은 200㎜의 보어 크기에서 초전도체 코일을 이용해 5배 증대시킨 최대 2.5T/m의 높은 경사자기장으로 고해상도를 유지하면서 인체에 사용 가능한 MPI 시스템을 개발했다.

◇ KAIST·네이버, 대형언어모델의 상품 추천 성능 42% 높였다

한국과학기술원(KAIST)은 산업및시스템공학과 박찬영 교수 연구팀이 네이버와 공동으로 '협업 필터링'(Collaborative filtering)을 통해 대형언어모델(LLM)의 상품 추천 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 

LLM은 챗GPT와 같이 사람의 개입 없이 임무를 수행할 수 있는 생성형 AI의 기반이 되는 기술이다. 

연구팀은 LLM을 직접 학습하는 대신 사용자와 비슷한 상품을 소비한 다른 사용자들에 대한 정보를 활용하는 '협업 필터링' 방식으로 신경망을 경량화했다. 

협업 필터링은 유사 사용자 기반 추천, 유사 상품 기반 추천으로 이뤄진다. 목표 사용자와 비슷한 이력을 갖는 사용자가 상호작용한 상품을 추천하거나, 목표 사용자가 상호작용한 특정 상품과 유사한 상품을 추천하는 방식이다.

◇ 전기차 주행거리 늘릴 리튬금속전지 안정성 높였다

광주과학기술원(GIST)은 엄광섭 신소재공학부 교수 연구팀이 현대자동차 배터리연구팀과 함께 고분자가 코팅된 삼차원 절연 구조체를 음극에 도입해 고에너지밀도 리튬금속전지 안정성을 향상시키는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 리튬금속 배터리에서 합성수지인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 이용해 합리적인 다공성 구조를 설계했다. 간단한 자가-고분자화 반응을 통해 삼차원 구조체 표면에 폴리도파민을 코팅해 극성 작용기가 풍부한 삼차원 구조체를 만들었다.

개발된 삼차원 구조체의 절연 특성은 리튬을 내부에서부터 도금했다. 풍부한 극성 작용기가 리튬 이온의 유량을 균질화해 수지상 결정 성장이 억제되는 효과를 보였다.

연구팀은 이 삼차원 고분자 구조체를 리튬금속 음극으로 활용했다. 그 결과 기존 구리 집전체 기반 리튬금속 음극보다 2배 이상의 에너지 밀도와 2배 정도의 수명을 갖는 리튬금속전지를 만드는 데 성공했다.

◇ 핵융합 구현 플라즈마 기술, 산업폐수 극미량 오염물질 제거

한국핵융합에너지연구원은 홍용철 플라즈마기술연구소 책임연구원팀이 성균관대, 아주대, 다이텍연구원과 공동연구를 통해 미량의 난분해성 오염물질을 수중 플라즈마 기술로 분해하는 기술을 확보했다고 15일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널' 7월호에 공개됐다.

연구팀은 물속에서 플라즈마를 생성해 미량 오염물질의 분자 구조를 파괴하도록 했다. 물에서 플라즈마를 생성하면 오염물질 제거에 필요한 자외선(UV), 오존 등이 함께 생성된다. 플라즈마는 고체·액체·기체와는 또 다른 물질 상태로 원자핵과 전자가 따로 돌아다니는 이온화 상태를 말한다. 

이어 모의 폐수가 아닌 실제 산업 현장에서 기존 처리 공정을 마친 방류수로 성능을 평가했다. 제약·전자·염색 산업에서 나온 방류수에 포함된 잔류의약물질과 농약, 과불화합물 등 미규제 오염물질을 파악하고 수중 플라즈마로 처리한 결과 잔류의약물질은 비검출 수준으로 감소하고 농약류는 87% 이상 제거됐다.

◇ 이칠원 단국대 교수팀, 친환경 식품 포장재 코팅기술 개발

단국대학교는 최근 이칠원 화학과 교수 연구팀이 분해가 잘되고 재활용 가능한 친환경 식품 포장재 코팅기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

이 교수팀은 기존 종이 포장재의 단점을 극복하기 위해 PVA(폴리비닐알코올)를 종이에 코팅한 친환경 종이 포장재를 개발했다. PVA는 산소 등 기체를 효과적으로 차단하지만 물에는 쉽게 용해된다. 연구팀은 PVA에 고분자 변성 기술과 금속 이온을 활용해 빠르게 굳고 물에도 강한 코팅제를 개발했다. 

연구팀이 개발한 코팅제는 높은 산소·수분 차단 효과를 보이며, 종이 재활용률을 99.7%로 끌어올렸다. 또 퇴비로 만들었을 때 91.8%의 생분해성을 보여 기존 종이 포장재의 단점을 획기적으로 개선했다. 

이 기술은 단국대 기술지주인 ㈜이이엠씨에 기술이전 됐다. 이이엠씨는 제품 상용화를 위한 연구에 착수했으며, 올해 하반기까지 검증된 냉장·냉동 제품 포장재 시제품을 선보일 계획이다.

◇ KIST·LG화학, 탄소중립 앞당길 은나노 촉매 개발

한국과학기술연구원(KIST·원장 오상록)은 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀이 반도체기술연구단 황규원 박사팀, LG화학 노태근 박사 연구팀과 공동연구를 통해 이산화탄소 포집 장치의 전해질 범람을 억제할 수 있는 소수성 지질 유기물이 표면에 결합된 은 나노 촉매를 개발했다고 14일 밝혔다. 

연구팀은 전해질 범람 문제를 해결하기 위해 은 나노입자 표면에 지질 유기물을 결합해 물 분자와 쉽게 결합하지 않는 소수성을 지니면서 주변 반응 환경을 제어할 수 있는 새로운 은나노 촉매를 개발했다. 합성된 은 나노입자는 약 7나노미터(nm·10억분의 1m) 크기의 정이십면체 구조를 가지며 입자 표면에 소수성 지질 유기물이 균일하게 결합해 있다. 또한 기존 단위 면적당 1㎎의 촉매량보다 적은 0.3㎎으로도 높은 CO2 전환 활성을 보였다.

◇ UNIST, 양자스핀 액체 구현 가능성 세계 최초 확인

울산과학기술원(UNIST)는 물리학과 손창희 교수와 강원대학교 반도체 물리학과 김흥식 교수 공동연구팀이 코발트 기반 벌집구조 산화물에서 양자 요동을 증가시키는 데 성공했다고 18일 밝혔다. 양자 스핀 액체 구현 가능성을 세계 최초로 확인한 것이다.

연구팀은 코발트 기반 벌집 구조 산화물을 얇은 박막으로 제작해 결정 구조의 변형을 성공적으로 제어했다. 양자 요동을 증가시켜 스핀 정렬 온도를 절반 이하로 낮췄다. 격자 뒤틀림 제어가 양자 요동을 증가시키는 핵심 변수임을 입증한 것이다.

1973년 노벨 물리학상 수상자인 필립 앤더슨 교수는 양자 스핀 액체의 존재 가능성을 제안했으나, 구현하기 쉽지 않았다. 대부분의 양자 스핀 후보물질은 강한 양자 요동이 없어 스핀 정렬을 억제하기 어려웠기 때문이다.

◇ 머릿속 생각 읽어내는 컴퓨터, 반도체로 개발한다

서울대 기계공학부 고승환 교수와 삼성전자 반도체연구소에 재직중인 같은 대학 학과 소속 원대연 박사, 김택수 KAIST 기계공학과 교수 공동 연구팀은 뉴럴링크의 문제점을 해결할 수 있는 하이드로젤 형태의 BCI 생체 전극을 개발했다고 16일 밝혔다. 

뉴럴링크와 같이 단단한 BCI 소자는 삽입시 면역 거부반응을 일으킬 수 있을 것으로 우려됐는데 이번 임상에서 현실로 나타났다. 2022년엔 뉴럴링크 실험에 사용된 원숭이들이 집단 폐사하는 사건도 있었다.

서울대와 KAIST 공동 연구팀은 하이드로젤을 마이크로미터 두께로 패터닝하면서 세계 최고 수준의 전기전도도를 확보할 수 있는 공정을 개발했다고 밝혔다. 전도성 고분자와 투명한 기판의 계면에 레이저를 집중시켜 두 소재 사이 강한 결합을 만들고, 광열 에너지에 의해 전도성 고분자가 상분리돼 부드러운 하이드로젤로 변하도록 유도했다.