[Weekly 신기술 및 정책소식] 비싼 엔비디아 GPU 없이도 ‘AI 학습’… 카이스트 연구팀 신기술 개발

◇ 오종민 광운대 교수팀, 차세대 전력반도체용 필름 제작공정 기술 개발

광운대학교는 최근 오종민 전자재료공학과 교수 연구팀이 나노복합재료합성과 상온 코팅 등 융복합 연구를 통해 세계 최고 수준의 전력반도체용 초고내압 산화갈륨 필름을 개발했다고 19일 밝혔다. 

산화갈륨은 높은 이론 항복 전계값(~8 MV/cm)을 갖는다. 이를 필름 형태로 제작하기 위해 사용되는 '화학 기상 증착법'은 고품질의 필름을 제작할 수 있지만 증착 시간이 길고 높은 온도가 필요하다. 즉, 비용이 많이 든다. 

오 교수팀이 개발한 차세대 전력반도체용 초고내압 산화갈륨 필름은 상온 분말 충격 코팅 방식인 에어로졸 데포지션을 주공정으로 사용했다. 최적의 노즐 틸팅 기술을 적용해 항복 전계 집중 현상을 해결했으며, 후열처리 과정에서 산소 공공 감소 및 결정화를 이뤄냈다. 또 높은 항복 전계를 위한 핵심 변수 중 하나인 밴드갭을 증가시켰다.

그 결과 보다 단순한 구조의 산화갈륨 필름을 제작하는데 성공했다. 매우 낮은 누설 전류, 세계 최고 수준의 항복 전계 수치 5.5 MV/cm를 달성했다.

◇ 기계연, 체코와 R＆D 협력...유럽 진출 교두보

기계연은 20일(현지시간) 체코공대(CTU), 체코 발전소용 부품 가공업체 TGS, 체코과학원 물리학연구소(FZU)와 정밀기계, 광학 등 분야의 연구협력을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다고 밝혔다. 해당 MOU에는 한국산업기술기획평가원(KEIT), 국내 공작기계 제조사 스맥도 함께했다.

이번 협약을 통해 최근 수요가 증가하는 발전기와 항공엔진용 터빈 부품 제조를 위한 장비·공정의 디지털 전환과 AI 자율제조 기술을 공동 개발할 계획이다. 블레이드, 블리스크, 임펠러 등의 터빈 부품은 난삭 소재 특성과 복잡한 형상으로 하이엔드급 정밀가공장비와 고도화된 디지털 가공기술이 요구된다.

기계연은 FZU와도 극초단 레이저 광원 개발과 레이저를 이용한 반도체, 이차전지 공정 관련 연구 협력을 위한 양자 MOU를 체결했다.

◇ 권민혜 숭실대 교수, 실시간 주행 성향 추론 기술 개발

숭실대는 권민혜 전자정보공학부 교수 연구팀이 '자율주행차의 실시간 주행 성향 추론 기술'을 개발했다고 밝혔다. 주행 성향 추론 기술은 자율주행차의 핵심 기술로서 크게 두 가지로 활용될 수 있다.

먼저, 주변 차량의 운전 성향을 파악하고 돌발 상황에 능동적으로 대응할 수 있도록 해 안전한 주행을 가능하게 한다.

또한, 차량 소유자의 운전 성향을 분석해 맞춤형 주행 스타일을 제공함으로써 승차 만족도를 높이는 데 기여한다.

권 교수팀은 딥러닝 기술을 적용한 Instant Inference Network(IIN)를 개발해 차량의 주행 데이터를 실시간으로 분석하고 즉각적으로 운전 성향을 추론할 수 있는 시스템을 구축했다. 

◇ 똑똑한 자율주행로봇 등장…시각장애인 ‘눈’ 된다

20일 GIST에 따르면 한국문화기술연구소는 지난 4월 시각장애 특수학교인 광주세광학교와 업무협약을 체결하고, 시각장애인의 전시 관람 접근성 향상을 위해 ▷관람객 특성에 따른 개인 맞춤형 전시 안내 서비스 ▷촉각 인터랙션을 통한 전시 체험 서비스 기술을 개발하고 있다.

오는 23일부터 25일까지 연구소는 광주세광학교 본관 4층 강당에서 시각장애인 학생들을 대상으로‘개인 맞춤형 전시관람 컨시어지 실증 서비스’를 실시한다고 밝혔다.

이번 실증 서비스에서는 자율주행 로봇 개발 전문기업 ㈜트위니가 제작한 자율주행 로봇에 햅틱 디바이스를 부착하여 전시 공간 내에서 시각장애인이 편안하게 이동할 수 있도록 관람 경로를 안내하고, 개인 보행 속도에 따라 주행속도를 조절할 수 있는 이동 접근성 지원 기술을 선보인다.

◇ 당기면 쭉쭉, 보이는 건 그대로…카이스트가 만든 ‘꿈의 디스플레이’

카이스트는 신소재공학과 배병수 교수(웨어러블 플랫폼 소재 기술센터장) 연구팀이 신축 시 이미지 왜곡을 억제하며 전 방향 신축성을 갖는 스트레처블 디스플레이용 기판 소재를 개발했다고 20일 밝혔다. 해당 연구는 한국기계연구원과 공동으로 이뤄졌다.

지금까지 개발된 스트레처블 디스플레이는 대부분 고무와 비슷한 고분자 소재 ‘엘라스토머’를 기반으로 한다. 이 소재는 신축성은 뛰어나지만 디스플레이를 늘릴 때 이미지 왜곡이 불가피하다는 한계가 있었다.

카이스트 연구진이 개발한 디스플레이는 원래 크기의 25%까지 늘릴 수 있으며, 이미지 왜곡 없이 선명한 화질을 유지하고 15% 비율로 5000회 늘렸다 펴도 성능이 안정적으로 유지된다. 연구진은 디스플레이 소재에 ‘옥세틱 구조’를 차용했다. 

◇ 켄텍, 수소생산용 차세대 전기촉매 개발…암모니아 생산 3~4배 늘려

KENTECH(한국에너지공과대학교, 박진호 총장직무대행)은 심욱 에너지공학부 교수 (㈜닐사이언스 대표) 연구팀이 질소환원반응(NRR)에 효과적인 차세대 전기 촉매(TNO@C)를 개발했다고 20일 밝혔다.

이 촉매는 티타늄 (Ti)과 네오비듐(Nb)으로 이루어진 산화물이다. Nb 양이온의 루이스 산성 자리(전자쌍을 받는 물질)와 산소를 결합한 Ti 양이온 조합을 통해 NRR 성능을 획기적(60~70%)으로 향상시켰다.

연구팀은 "표면 및 형상 공학을 통한 제어 전략과 NRR 활성 원소의 적절한 배합으로 페러데이 효율(환원반응비율)은 18.9%, 암모니아 생산은 서너 배 이상 늘릴 수 있음을 확인했다"고 설명했다.

◇ “저온에서 유해가스 저감 탁월한 촉매 개발…내수·내구성도↑”

경희대학교는 화학공학과 김종식 교수 연구팀이 공장, 발전소, 선박, 자동차에서 나오는 질소산화물(NOX) 기반 유해가스를 효과적으로 줄일 새로운 촉매를 개발했다고 19일 밝혔다.

공장과 자동차에서 나오는 질소산화물은 대기오염의 주요 원인이다. 문제 해결을 위해 질소산화물을 무해한 물과 질소로 바꾸는 SCR(선택적 촉매환원) 공정이 사용된다. 

김종식 교수 연구팀은 SCR 공정의 난제를 해결하기 위해 기존의 황산 유도체로 미세 개질된 촉매군과는 확연히 구분되는 인산유도체 기반 촉매군을 개발하고 우월성을 증명했다. 

김 교수팀은 배기가스 내의 인산유도체를 활용해 망간 바나데이트 촉매 표면 특성을 미세하게 개질해 촉매군을 개발했는데 가혹한 저온 SCR 구동 조건에서도 탁월한 성능과 내수성·내구성을 보였다.

◇ 비싼 엔비디아 GPU 없이도 ‘AI 학습’… 카이스트 연구팀 신기술 개발

카이스트는 한동수 전기및전자공학부 교수팀이 일반 소비자용 GPU를 활용해 제한된 환경에서도 AI 모델 학습을 수십에서 수백 배 가속할 수 있는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

한 교수팀은 고성능 GPU인 엔비디아 H100보다 10∼20배 저렴한 소비자용 GPU를 활용해 일반 인터넷 환경에서도 효율적인 분산 학습을 가능케 하는 ‘스텔라트레인’ 프레임워크를 개발했다. 기존엔 저가 GPU를 사용해 대규모 AI 모델을 학습할 경우 작은 메모리와 네트워크 속도 제한으로 인해 학습 속도가 수백 배 느려지는 한계가 있었으나, CPU와 GPU를 병렬로 활용하고 네트워크 속도에 맞춰 데이터를 효율적으로 압축·전송하는 알고리즘을 적용해 이를 극복한 것이다.

◇ 아주대, 잠자리 처럼 바람따라 비행 가능한 드론 제어 시스템 개발

한국연구재단은 아주대학교 강대식, 한승용, 고제성 교수 공동 연구팀이 날갯짓 드론의 날개 변형 데이터를 측정하고, 강화 학습을 통해 ‘감각 비행’이 가능한 제어기를 개발했다고 밝혔다.

드론은 회전익 드론 제어 방식을 사용하기 때문에 정지 체공은 가능하지만, 바람을 타고 비행하는 장거리 비행에는 한계가 있다.

연구팀은 이 점에 착안해 비행 곤충 날개의 종 모양 감각기관 ‘컴패니폼 센실라’처럼 바람에 의한 날개 변형 정도를 감지하고, 이 정보를 활용해 신속하게 비행을 제어할 수 있는 초경량 고민감도 균열센서를 개발했다.

김태위 박사는 "이번에 개발한 비행 시스템은 기존의 드론 비행 제어 시스템이 갖춘 가속도계 없이 날개 변형과 바람변화, 자신의 상태를 정확히 감지할 수 있다"고 부연 설명했다.