[Weekly 신기술 및 정책소식] 연세대, 'AI 반도체 혁신 연구소' 출범

◇ 연세대, 'AI 반도체 혁신 연구소' 출범

과학기술정보통신부는 17일 연세대 신촌캠퍼스 제4공학관에서 '인공지능(AI) 반도체 혁신연구소' 개소식을 열어 반도체 설계, 신경망처리장치(NPU) 분야 등의 인재 양성을 본격화한다고 밝혔다.

과기정통부는 AI 반도체 산업 현장에서 요구하는 석·박사급 인재 육성을 목표로 AI 반도체 혁신 연구소를 연세대와 성균관대에 세웠다.

연구소에 연평균 20억원을 최대 6년간 지원하며 110명 이상의 석·박사생 배출을 목표로 한다.

연세대 AI 반도체 혁신 연구소는 AI 반도체 설계에 특화된 교과목을 중심으로 산업계 수요 기반의 연구 프로젝트 등을 수행하며 삼성전자, 오픈엣지테크놀로지, 디노티시아, 아티크론, 애나 등 기업과 협력한다.

◇ "복잡한 공정 없이 2차원 반도체 소재 회로 그린다"

울산과학기술원(UNIST)은 화학과 김봉수 교수팀이 연세대학교 조정호, 강주훈 교수팀과의 공동 연구를 통해 친환경 용매에 이황화몰리브덴 같은 2차원 반도체 소재와 가교제를 함께 넣어 기판 위에 직접 패터닝하는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

2차원 반도체 소재는 종이처럼 층상구조를 가진 소재 종류다. 반도체 칩의 집적도를 높이고, 전력 소모를 줄일 수 있을 것으로 기대되는 소재지만, 기존 반도체 공정으로는 민감한 2차원 소재를 손상 없이 잘 가공해 회로 형태로 찍어내기 힘들었다.

연구팀이 개발한 기술은 증착이나 식각과 같은 고온, 화학약품 처리 공정을 거치지 않고 2차원 반도체 소재로 된 회로를 직접 그려낼 수 있다. 친환경 알코올성 용매에 2차원 나노소재와 가교제를 섞어 회로를 그린 뒤, 자외선만 쪼여 주면 된다. 가교제가 자외선을 받으면 딱딱하게 굳어 나노 소재를 회로 형태로 고정시킨다. 회로를 제외한 가교제는 물로 씻어 쉽게 제거 할 수 있다.

◇ 경희대, 차세대 인공지능 하드웨어 핵심 반도체 소자 개발

경희대 신소재공학과 이홍섭 교수 연구팀은 차세대 인공지능 하드웨어의 핵심이 될 새로운 반도체 소자를 개발했다고 17일 밝혔다. 

멤트랜지스터(memtransistor)는 멤리스터(memristor)와 트랜지스터(transistor)의 합성어로, 스위치처럼 전류 흐름을 제어하는 동시에 정보를 저장할 수 있는 소자다. 연산과 기억을 동시에 처리해 기존 컴퓨터보다 연산 과정을 단축할 수 있다.

연구팀은 리튬(Li)을 활용해 이온 이동 기반 멤트랜지스터를 개발했다. 기존 멤트랜지스터는 60~80V의 높은 전압이 필요했지만, 이번에 개발된 소자는 3V 이내의 전압에서 작동한다.

연구팀은 전극 아래 리튬층을 삽입하고 열처리를 진행해 전극과 채널 사이의 장벽을 조절, 안정적인 메모리 기능 구현에 성공했다.

◇ 서강대, 배터리 폐액서 구리 이온만 회수하는 고분자 흡착제 개발

서강대는 본교 화공생명공학과 이종석 교수 연구팀이 배터리 폐액 내 다양한 금속 이온 중 구리 이온(Cu2+)만을 선택적으로 회수할 수 있는 고성능 고분자 기반 흡착제를 개발했다고 19일 밝혔다. 

이번 연구는 상용 고분자인 폴리페닐렌 옥사이드(PPO)를 화학적으로 개질하고 칼슘(Ca2+)으로 활성화함으로써 기존 흡착제의 낮은 선택성과 화학적 안정성 문제를 동시에 극복했다. 금속 이온 흡착 기술은 용액 내 금속 이온을 분리·회수하는 친환경 기술로, 공정이 간단하고 비용 절감 효과가 크다.

2차전지 제조 및 폐기 과정에서 발생하는 폐액에는 구리, 니켈, 코발트 등 여러 금속이 동시에 존재한다. 그러나 이 중 원하는 금속만을 선택적으로 회수하는 것이 기술적 난제였다.

이에 연구팀은 혼합 이온 조건에서도 구리 이온만을 선택적으로 흡착할 수 있는 고분자 흡착제를 개발했다. 

◇ 고려대, 리튬이온 배터리 성능 저하 원인 규명

고려대 연구팀이 리튬이온전지의 실리콘계 음극에서 발생하는 갑작스러운 성능 저하의 원인을 규명했다.

연구팀은 장기간 구동 실험을 통해 상온(25℃)에서 빠른 속도로 충·방전을 반복하면 흑연 음극에서 갑작스러운 용량 저하가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 반면 고온(50℃)이나 느린 속도의 충·방전 조건에서는 이런 문제가 나타나지 않았다.

연구팀은 그 원인이 리튬 농도 차이에서 비롯된 확산 유도 응력(diffusion-induced stress)임을 확인했다. 상온에서는 입자 내부와 표면 간 농도 차가 커 입자 표면에 균열이 생기기 때문이다. 이런 균열은 전해질 분해를 촉진해 리튬 이동을 막는 두꺼운 막을 만들고, 이 과정이 반복되면서 성능이 급속히 저하된다.

연구팀은 충·방전 사이에 잠시 쉬는 ‘이완 단계(relaxation step)’를 거치면 리튬 농도 차이가 완화돼 급격한 용량 저하를 억제할 수 있음을 입증했다. 이는 확산 유도 응력이 실리콘 음극 성능 저하의 핵심 원인임을 보여주는 결과다.

◇ 전남대-한양대, 자율주행차 안전성 높이는 핵심 기술 개발

전남대학교는 김찬수 미래모빌리티학과 교수팀이 조기춘 한양대 미래자동차공학과 교수팀과 공동으로 라이다(LiDAR) 기반 동적 객체 분할 기술을 개발해 복잡한 도로 환경에서도 사람·자전거·차량 등 움직이는 물체를 더 정확히 인식하고 대응할 수 있게 됐다고 15일 밝혔다.

이번에 개발한 기술은 라이다 기반 동적 객체 분할 기술이다. 도로 위의 수많은 물체 중에서 움직이는 물체(동적 객체)와 고정된 물체(정적 객체)를 구별하는 방법을 고도화했다. 이는 자율주행차가 보행자·자전거·다른 차량 등 움직이는 대상의 움직임을 실시간으로 예측하고 도로·건물·가로등 등 고정된 환경을 정밀 지도에 반영하기 위해 반드시 필요하다.

연구팀은 라이다와 관성측정장치(IMU) 센서를 결합해 'AWV-MOS-LIO' 알고리즘을 개발했다. 센서에서 생길 수 있는 위치 오차와 라이다 레이저의 입사각 문제(레이저가 비스듬히 들어가 생기는 오차)를 줄이기 위해 포인트 데이터의 불확실성(데이터 신뢰도)을 고려하는 분석 기법을 도입했다. 키프레임(주요 시점 데이터)을 활용해 다양한 각도에서 얻은 정보를 종합하고 물체의 크기까지 고려해 인식 오류를 줄였다.

◇ 포항공대 연구팀, 빛과 전기만으로 헤테로고리 화합물 합성 성공

한국연구재단은 포항공대(POSTECH) 김현우 교수 연구팀이 광자-유도 전기화학을 이용해 여러 헤테로고리(heterocycle)를 합성하는 데 성공했다고 18일 밝혔다.

헤테로고리는 2가지 이상의 이종 원소를 포함하는 고리형 화합물의 통칭이다. 이 화합물은 구조적 다양성과 안정성으로 신약물질의 주요한 골격구조로 사용된다. 연구팀은 전이금속 촉매를 사용하지 않고 빛과 전기라는 친숙한 물리적 에너지를 활용해 기존과 차별화된 합성 패러다임 '광자-유도 전기화학'을 구현했다.

이 시스템의 핵심은 광 반응을 통해 생성한 중간체에 전기화학적 산화 과정을 거쳐 반응성이 낮은 물질과도 상호작용이 가능하도록 하는데 있다. 특히 기존 연구와 달리 전이금속 촉매의 사용이 필요 없고, 광반응과 전기화학의 시너지 효과를 통해 이례적으로 높은 전자 효율을 달성할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.

◇ 인하대 연구팀 "전기차 충전시간 단축하며 안전성 개선"

인하대학교는 김홍근 기계공학과 교수 연구팀이 전기자동차 급속 충전 시간을 단축하면서 발열·폭발 위험을 낮춰 주는 충전 방식을 개발했다고 17일 밝혔다.

연구팀은 글로벌 과학출판사 '엘스비어'의 학술지 '이트랜스포테이션'에 최근 게재한 논문에서 전기차 배터리로 사용되는 리튬이온 전지의 급속 충전 때 발생하는 '리튬 석출'을 억제했다고 밝혔다. 리튬 석출은 급속 충전 때 음극 표면에 리튬 금속이 달라붙는 현상으로 과도할 경우 화재·폭발 사고로 이어질 수 있다.

연구팀은 배터리 전극·전해질의 내부 변화를 해석하는 전기화학-열 모델을 토대로 전압·온도 상한, 리튬 석출 전위 한계 등을 반영하며 안정적인 급속 충전 방식을 찾았다. 또 배터리 저항에 따라 충전 구간을 0∼40%와 40∼80%로 나눠 각각 최적화하는 바이섹션 전략을 도입해 0∼80% 단일섹션 충전 때보다 충전 시간을 최대 11% 단축하는 급속 충전을 구현했다고 설명했다.

◇ KAIST, 문워크 오리걸음 로봇 개발

KAIST 기계공학과 휴머노이드로봇연구센터(휴보랩) 박해원 교수 연구팀이 문워크와 오리걸음 등 고난도 동작이 가능한 로봇을 개발했다고 19일 밝혔다.

이번에 개발한 로봇은 키 165㎝, 몸무게 75㎏ 성인을 목표로 제작중인 휴머노이드 하체다. 높은 턱이나 계단, 장애물 등 30㎝ 단차를 불편 없이 다닐 수 있고, 시속 12㎞로 달릴 수 있다. 연구팀이 발로 엉덩이를 차도 넘어지지 않을 정도로 안정적이다. 무엇보다 오리걸음, 문워크, 옆걸음 같은 고난도 동작까지 완벽하게 해낸다. 

연구팀은 “모터, 감속기, 모터 드라이버 등 모든 핵심 부품을 직접 설계·제작했다는 점에서 기술적 독립성을 달성했다”며 “가상환경 내에서 자체 개발한 강화학습 알고리즘을 통해 인공지능 제어기를 훈련하고 ‘시뮬레이션-현실 간 격차’를 극복했다”고 밝혔다.