[Weekly 신기술 및 정책소식] KAIST 연구팀, 곤충의 눈 모사 저비용 고성능 카메라 개발

◇ 韓美 연구진, 우주 환경 견디는 '극한 반도체' 개발 속도낸다

우주·방산 반도체 개발을 위해 한국전자통신원(ETRI)이 미국 에너지부 산하의 아르곤국립연구소(ANL)와 손을 잡았다. ETRI에 따르면 아르곤국립연구소가 우주·방산 반도체 개발을 위해 해외와 협력하는 건 이번이 처음이다. 협약식은 지난 6일 미국 일리노이주에 있는 ANL에서 진행됐다. ANL은 핵에너지 분야에서 미국을 대표하는 연구소다.

ANL은 2023년부터 ETRI와 협력을 진행하고 있다. 인공위성이나 우주선에서 방사선 감지장치로 쓰이 등으로 쓰이는 MAPS를 제작하기 위해서다. 이 장치가 우주 공간에서 제대로 쓰이려면 방사선에 내성이 강한 우주 반도체가 필수다.

ETRI 관계자는 "이번에 ANL과 공동으로 설계할 우주반도체는 전자이온충돌기(EIC)라는 신형 입자 가속기에 탑재될 MAPS에 들어간다"고 설명했다. EIC는 우주의 기본적인 구조나 물질의 형성 방법을 연구하기 위해 아주 작은 입자인 전자를 빠르게 가속해 이온과 충돌시키는 새로운 실험장치다.

◇ KAIST, 스스로 학습·수정하는 뉴로모픽 반도체칩 개발

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 최신현·윤영규 교수 연구팀이 스스로 학습하고 오류를 수정할 수 있는 차세대 뉴로모픽 반도체 기반 초소형 컴퓨팅 칩을 개발했다고 17일 밝혔다. 

이 컴퓨팅 칩은 기존 뉴로모픽 소자에서 해결이 어려웠던 비이상적 특성에서 발생하는 오류를 스스로 학습하고 수정할 수 있다. 

예를 들어 영상 스트림을 처리할 때 칩은 움직이는 물체를 배경에서 자동으로 분리하는 법을 학습하며 시간이 지날수록 이 작업을 더 잘 수행하게 된다. 

이러한 자가학습능력은 실시간 영상 처리에서 이상적인 컴퓨터 시뮬레이션에 견줄 만한 정확도를 달성하며 입증됐다. 뇌와 유사한 구성 요소의 개발을 넘어 신뢰성과 실용성을 모두 갖춘 시스템으로 완성한 것이다.

◇ 반도체 식각장비 부품 수명 획기적 개선…韓 연구진 세계 최초 개발

한국재료연구원(KIMS)은 나노재료연구본부 마호진 박사 연구팀이 부산대 이정우 교수팀과 공동 연구를 통해 '투명한 내플라즈마성 고엔트로피 세라믹'을 세계 최초 개발했다고 15일 밝혔다.

반도체 제조 공정 중 식각장비 내부 부품의 수명을 늘리고 오염 입자를 줄이는 투명한 내플라즈마성 고엔트로피 세라믹 신(新) 조성과 공정 기술 개발에 성공한 것이다.

세라믹은 다른 소재보다 플라즈마 저항성(플라즈마를 견디는 힘)이 높아, 반도체 식각장비 내부 소재에서 90% 이상을 차지한다. 마호진 박사 등 공동 연구팀은 기존에 주로 활용되는 세라믹 소재인 이트리아(Y2O3), 알루미나(Al2O3), 야그(YAG) 조성의 한계에서 벗어나 새로운 고엔트로피 세라믹 조성을 설계하고, 무기공 치밀체(밀도가 높은 고체 상태의 재료) 소결 공정 기술을 통해 99.9% 밀도의 투명한 세라믹을 개발했다.

◇ 인공지능으로 신소재 재료 물질 설계한다

한국화학연구원 나경석 선임연구원과 한국과학기술원(KAIST) 박찬영 교수 연구팀은 인공지능(AI)을 이용해 높은 정확도로 전구체 물질(목표 물질을 만드는 데 필요한 최종 재료 물질)을 예측할 수 있는 방법론을 개발했다고 12일 밝혔다. 

연구팀은 무기 소재의 복잡한 3차원 구조를 파악하지 않고도 어떤 원소들이 얼마나 포함돼 있는지 종류와 비율을 분석해 합성 반응이 더 쉽게 일어나는 전구체를 찾아낼 수 있는 기술을 개발했다. 

연구팀은 2만여 건의 논문에 보고된 소재 합성 과정과 전구체 물질에 대한 정보를 학습시켜 화학 데이터에 특화된 심층 인공신경망을 구성했다. 

이어 2천800여건의 물질 합성 실험을 대상으로 80%의 정확도로 합성에 필요한 전구체 물질을 예측해 냈다. 그래픽 처리장치(GPU) 가속을 통해 100분의 1초 안에 예측하는 데 성공했다.

◇ 아주대·공주대, 폐배터리 재활용 기술 개발

아주대 연구진이 폐배터리에서 고가의 금속을 선택적으로 회수하는 기술을 개발했다. 아주대는 황종국(사진) 화학공학과 교수팀이 김춘수 국립공주대 교수팀과의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 16일 밝혔다. 

연구팀은 폐배터리로부터 유가금속인 리튬 이온을 선택적으로 회수할 수 있는 고성능 리튬 이온 교환막을 개발했다. 

현재 이온교환막으로 활용되는 고분자막은 리튬 회수 속도가 현저히 떨어진다. 또한 폐배터리 양극재에 포함된 니켈, 철 등의 고분자막 통과를 효과적으로 차단하지 못해 리튬 순도를 크게 저하시킨다.

이에 아주대 연구팀은 배터리에서 리튬이온만을 선택적으로 분리하기 위해 이온 투과 채널을 개발했다. 이를 활용하면 0.1나노미터 수준에서 이온 투과 크기를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 이온교환막의 구조적 안정성도 향상시키는 것으로 나타났다.

◇ 드론으로 노후 터널 안전 지킨다…건설연, 생성형 AI 탑재 자율 주행 드론 기술 개발

한국건설기술연구원(건설연)은 도심 지하고속도로를 안전하게 구축하고 유지할 수 있는 '자율 주행 드론과 생성형 인공지능(AI) 기반의 점검 기술'을 개발했다고 15일 밝혔다.

건설연 지반연구본부 연구팀은 노후 터널 안전 점검 시 기존 한계를 극복한 AI 점검 드론 기술을 개발했다. 이 기술은 노후 인프라에서만 볼 수 있는 특이한 콘크리트 손상 장면을 스스로 합성할 수 있다. 기존에는 현장에서 수집한 데이터를 가공해 균열을 탐지했지만 이번에 개발된 생성형 AI는 24시간 이내에 1만 장의 콘크리트 손상 영상을 합성할 수 있다.

◇ KAIST 연구팀, 곤충의 눈 모사 저비용 고성능 카메라 개발

국내 연구진이 곤충의 생체를 모사해 기존 고속 카메라가 직면했던 프레임 속도와 감도 간의 한계를 극복한 저비용 고속 카메라를 개발하는데 성공했다.

한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 정기훈·전산학과 김민혁 교수 연구팀이 곤충의 시각 구조에서 영감을 받아 초고속 촬영과 고감도를 동시에 구현한 새로운 생체모사 카메라를 개발했다고 16일 밝혔다.

기존 단안 카메라 시스템과 달리 생체모사 카메라는 겹눈을 통해 서로 다른 시간대의 프레임을 병렬적으로 획득할 수 있다. 또 이 과정에서 각 프레임이 중첩되는 시간 동안 빛을 합산함으로써 신호대잡음비를 증가시킬 수 있다.

연구팀은 이러한 방식을 적용한 생체모사 카메라가 기존의 고속 카메라 대비 최대 40배 더 어두운 물체까지 포착할 수 있었다.

◇ DGIST 연구팀 "에너지 생산·저장하는 인공근육섬유 개발"

대구경북과학기술원(DGIST)은 에너지환경연구부 임상규 책임연구원팀이 에너지를 생산하고 저장할 수 있는 새로운 인공근육섬유를 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 친환경 소재인 폴리락트산(PLA)과 내구성이 뛰어난 바이오기반 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 실제 근육을 모방한 인공근육섬유를 만들었다.

PLA와 TPU의 비율과 섬유 구조를 정밀하게 조절해 대량 생산이 가능한 방식으로 설계했다.

특수 공정을 통해 기존 형상기억섬유보다 강도는 4.18배 향상됐고, 내구성도 뛰어나 50번 이상 반복 사용한 뒤에도 98% 이상 복원력을 유지한다. 또 자기 무게의 5만6천배에 이르는 하중도 견딜 수 있다.