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- 한국연구재단, 최장 10년 동안 연간 2억원 내외 지원- 23년 시작 '한우물파기 기초연구사업' 우리 학교 첫 선정우리 학교 기계공학과 이재영 교수가 한국연구재단 ‘한우물파기 기초연구사업’ 참여자로 선정됐다. 이에 이재영 교수는 앞으로 최장 10년 동안 연 2억원 내외의 연구비 지원을 받게 된다.한국연구재단이 2023년 처음 시작한 ‘한우물파기 기초연구사업’은 우수한 젊은 연구자가 오랜 기간 한 분야에서 도전적인 연구를 꾸준히 수행, 세계적 연구 성과를 창출할 수 있도록 지원하기 위한 사업이다. 박사학위 취득 후 15년이 넘지 않은 연구자가 사업 지원 대상이며, 이재영 교수는 우리 학교 첫 ‘한우물파기 기초연구사업’ 참여자다.이재영 교수(사진)는 <핵산 어셈블리 엔지니어링의 시간-공간적 한계를 초월하는 통합 전산 모델의 개발>이라는 주제로 이번 과제에 선정됐다. DNA와 RNA 같은 핵산(Nucleic acids)을 여러 방식으로 조합(핵산 어셈블리), 원하는 구조체와 전산 모델을 만들어 가기 위해 이를 전산역학적 방법으로 해결해 보겠다는 시도다. 기계공학에서 다루는 대규모의 엔지니어링을 나노 단위로 정밀하게 적용, 대규모의 전산 시뮬레이션을 통해 예측하고 해석해 나가겠다는 것. 이러한 연구를 통해 실험적 연구의 비용·시간적 한계 극복을 도울 수 있어, 바이오 분야의 나노 로봇이나 인공 단백질, 약물 운송체, 물질 조절 및 배열 연구 등에 활용될 수 있을 전망이다. 이재영 교수는 “이번 연구의 최종 목표는 핵산 어셈블리를 구성하는 기본 염기의 물리적 특성을 반영, 합성 과정과 동적 거동을 모사하는 통합 전산 모델을 구축하는 것”이라며 “시간-공간적 한계를 초월하는 통합 전산 모델을 구축해, 궁극적으로는 핵산 어셈블리의 자유로운 엔지니어링과 신생(De novo) 설계를 실현하고 싶다”라고 전했다. 이재영 교수는 지난 2020년 서울대에서 박사학위를 받고, MIT 방문연구원을 거쳐 지난해 2학기부터 우리 학교 기계공학과 강단에 서 왔다. 전산역학(Computational Mechanics)과 나노·바이오 구조가 이 교수의 연구 분야다.
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- 작성일2025-04-09
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우리 학교 소프트웨어학과 조현석 교수팀이 미국 필라델피아에서 열린 인공지능 분야 국제학술대회 ‘AAAI 2025’에서 논문을 발표했다. 지난 2월25일부터 3월4일까지 개최된 '전미인공지능학회(AAAI, Association for the Advancement of Artificial Intelligence)‘는 ▲데이터 마이닝 ▲응용 모델 ▲기계학습 ▲컴퓨터 비전 등 인공지능 관련 연구를 다루는 세계적인 학회다. 이번 학술대회에는 전 세계의 관련 연구자들과 NEC, 바이두, 듀오링고, 앤트그룹(알리페이) 등 세계 AI 기업들이 참가했다. 우리 학교 조현석 교수(소프트웨어학과·인공지능융합학과) 연구팀은 이번 학회에서 '미분 가능한 카디널리티 제약 조건을 만족시키는 부분 인덱스 지수 추정(DCC: Differentiable Cardinality Constraints for Partial Index Tracking)'이라는 논문을 발표했다. 해당 연구에는 우리 학교 소프트웨어학과·인공지능융합학과 조현석 교수(사진 왼쪽)와 인공지능학과 석사과정 조우연 학생(사진 오른쪽)이 참여했다. 이 논문은 투자 포트폴리오 운영에서 널리 활용되는 S&P 500 지수 등과 같은 인덱스 지수 추정에서, 실거래 수수료를 줄이기 위해 몇 개의 주식들로만(카디널리티 제약 조건)으로 이를 추정하는 문제에 대한 내용을 담고 있다. 연구팀은 기존의 지수 추정 문제를 미분 가능한 형태로 근사화, 특정 조건에서 근사화한 해가 원래의 해를 만족시킬 수 있음을 수학적으로 증명하고, 실제 금융 데이터에서 활용가능한 미분가능한 부분 인덱스 추정 기술을 제안했다.연구팀은 기존의 포트폴리오 문제에서 널리 활용되는 지수 추정 문제 중 부분 지수 추정 문제에 대한 기술을 제안했다. 지수 추정 문제는 모든 종목을 활용하는 전체 지수 추종 문제와 일부 종목들만을 선별하는 부분 지수 추종 문제가 있으며, 실제 금융 도메인에서는 거래 수수료의 한계로 인해 부분 지수 추종 문제가 더 많이 사용된다. 연구팀은 기존에 제안되었던 부분 지수 추정모델들이 카디널리티 제약 조건을 적용한 기존 모델들의 미분 불가능성으로 인해 휴리스틱한 방법론들만을 적용할 수밖에 없었던 한계를 지적했다. 또한 이러한 한계로 인해 NP-hard 수준으로 문제의 복잡도가 증가하고, 해석 불가능함을 가진다는 것을 밝혀냈다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 미분 불가능한 기존의 부분 지수 추종 문제를 미분 가능한 형태의 근사 추정 모델로 수정하고, 이러한 근사 모델이 특정 조건을 만족할 때 오차가 없는 해를 가질 수 있다는 것을 수학적으로 증명했다. 또 수학적으로 증명한 모델을 실제 금융 데이터를 바탕으로 실험을 진행, 기존에 제안한 모델 대비 추정 오류가 더 적으면서도 해석가능한 형태의 모델임을 보여 그 우수성을 입증했다. 이번 연구는 ▲아주대 인공지능융합혁신대학원 사업 ▲사람중심 인공지능 핵심원천기술개발 사업 ▲나노 및 소재기술개발사업 소재 글로벌 영커넥트 사업의 지원을 받아 수행됐다.인공지능학과 석사과정 조우연 학생의 학회 발표 모습
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- 작성일2025-03-28
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우리 학교 황종국 교수팀이 차세대 보급형 배터리용 음극재를 개발하는 데 성공했다. 스마트폰부터 전기차까지 널리 활용되고 있는 리튬 이온 배터리의 핵심인 ‘리튬’의 가격 변동성과 수급 불안정성을 극복할 수 있는 계기가 될 전망이다. 황종국 아주대 교수(화학공학과, 위 사진)와 임은호 동국대 교수(화공생물공학과) 공동 연구팀은 메조다공 배향을 정밀하게 조절해 높은 출력과 긴 수명을 갖는 하드카본 음극재 개발에 성공했다고 밝혔다. 해당 연구 내용은 ‘나노 채널 배향을 통한 내부 접근성 조정으로 고속 칼륨 이온 저장이 가능한 메조다공성 탄소 구체(Tuning Internal Accessibility via Nanochannel Orientation of Mesoporous Carbon Spheres for High-Rate Potassium-Ion Storage in Hybrid Supercapacitors)’라는 제목으로 국제 저명 학술지 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)> 1월호 표지 논문(Front Cover)으로 게재됐다.아주대 황종국·동국대 임은호 교수가 공동 교신저자로 참여했고, 박종윤 아주대 석박사 통합과정생(에너지시스템학과)이 제1저자로 함께 했다. 대표적 이차전지인 리튬 이온 배터리(Lithium-ion Battery)는 스마트폰, 노트북 같은 소형 전자기기부터 전기차와 대규모 에너지 저장 장치까지 다양한 분야에서 필수적인 에너지 저장 장치로 자리 잡고 있다. 이 같은 배터리 산업의 성장에 따라 핵심 소재인 리튬(Lithium)의 수요가 급증하면서, 리튬의 가격 변동성과 수급 불안정성 또한 심화되고 있다. 게다가 리튬의 매장지가 호주, 중국, 남미 등 특정 지역에 집중되어 있어 ‘하얀 석유’로 불리며 전략적 안보 자산으로 부각되고 있다.이에 산업계와 학계에서는 리튬을 대체할 다른 배터리에 대한 연구를 활발히 진행하고 있으며, 나트륨 이온 배터리(Na-Ion battery)나 칼륨 이온 배터리(Potassium-ion battery) 등이 대체재로 떠오르고 있다. 특히 칼륨은 지구상에 풍부하게 존재하며, 리튬과 유사한 전기화학적 특성을 가지고 있다. 또한 가격이 저렴하고 채굴이 비교적 용이해 원료 수급이 안정적이다. 이러한 장점 덕분에 칼륨 이온 배터리는 지속 가능한 배터리 기술의 유망한 대안으로 평가받고 있다.그러나 칼륨 이온(K⁺)의 크기(1.38 Å)는 리튬 이온(Li⁺, 0.76 Å)보다 약 1.8배 크기 때문에 칼륨 이온의 삽입(Insertion)과 탈리(Extraction)과정은 리튬 이온에 비해 약 6배 더 큰 부피 변화를 초래한다. 그 결과, 기존 리튬 이온 배터리에서 음극재로 사용되는 흑연을 똑같이 활용하는 경우 배터리의 수명과 안정성이 크게 저하되는 문제가 발생한다. 이에 흑연보다 저렴하면서도 높은 구조적 안정성과 오랜 수명을 갖춘 고체 형태의 탄소 하드카본(Hard Carbon)이 칼륨 이온 배터리의 음극재로 주목받고 있다. 그러나 하드카본은 제한적인 출력 특성과 낮은 이온 저장 용량이라는 태생적 한계를 가진다는 점이 문제로 남아 있다.때문에 학계와 산업계에서 하드카본의 성능 향상을 위해 다공구조를 도입하는 방법이 널리 활용되어 왔다. 다공구조를 도입함으로써 이온 확산 경로가 개선되고 반응속도가 증가하며, 이온 저장 활성점의 농도가 향상되어 칼륨 이온의 저장 용량을 증가시킬 수 있다고 보고되어 온 것. 그러나 하드카본 음극재의 성능과 다공성 구조 간의 관계는 아직 명확히 규명되지 않았으며, 특히 나노 단위의 미세한 기공인 메조다공 하드카본 구조의 역할에 대한 통일된 이론은 부족한 상황이다. 기존 연구에서는 다공 구조뿐만 아니라 배터리 성능에 영향을 미치는 다양한 요인이 동시에 변화하여, 메조다공 구조가 음극재의 성능에 미치는 정확한 영향을 규명하는 데 어려움이 있었다. 때문에 이러한 연구의 공백을 해소하고 메조다공 구조의 역할을 명확히 밝히는 것은 중요한 연구 과제로 남아 있었다. 이에 아주대 공동 연구팀은 서로 다른 두 개 이상의 고분자를 물리적으로 혼합한 다성분계 고분자 블렌드의 자기조립(Self-assembly) 현상을 활용해 채널 타입 메조다공의 배향만이 선택적으로 조절된 2종의 모델 하드카본을 합성하고, 메조다공을 통한 칼륨 이온의 저장 및 이동 방식에 미치는 영향을 체계적으로 분석했다. 자기조립현상이란, 분자나 나노입자가 스스로 규칙적인 구조를 형성하는 과정을 말한다.연구진이 개발한 음극재 소재. 개방형 메조다공성 구형탄소의 TEM 이미지와 입자의 기공 형태를 나타내는 그림 개략도(왼쪽). 폐쇄형 메조다공성 구형탄소의 TEM 이미지와 입자의 기공 형태를 나타내는 그림 개략도(오른쪽)연구팀은 채널 타입 기공의 끝이 외부로 열린 개방형 메조다공성 하드카본과, 탄소벽 내부로 닫힌 폐쇄형 메조다공성 하드카본을 제조했다. 그리고 이 소재를 칼륨 이온 배터리의 음극재로 적용한 결과, 개방형 메조다공성 하드카본을 활용한 음극재가 폐쇄형 메조다공성 하드카본에 비해 약 30% 향상된 용량 및 출력 성능을 보임을 확인했다. 또한, 개방형 메조다공성 하드카본 음극재는 2만회의 충·방전 과정 이후에도 86%의 용량 유지율을 기록하며, 뛰어난 수명과 안정성을 입증했다. 연구팀은 메조다공 구조가 칼륨 이온 저장 활성점에 대한 접근성을 향상시켜 칼륨 이온 흡착 용량을 증가시키고, 칼륨 이온의 확산거리를 단축해 출력 특성을 개선함으로써 급속 충·방전 조건에서도 용량 감소 현상을 효과적으로 완화할 수 있음을 규명했다.황종국 아주대 교수는 “이번 연구를 통해 그동안 미지의 영역으로 남겨져 있던 하드카본 음극재의 구조와 성능 간의 연관성을 독립적으로 분석할 수 있는 기틀을 마련했다”라며 “이번 성과는 칼륨 이온 배터리는 물론 나트륨 이온 배터리 같은 차세대 에너지 저장 소재 개발에도 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 전했다. 이어 “차세대 배터리에 활용될 고성능의 하드카본을 개발하기 위해서는 다공 구조가 음극재 성능에 미치는 영향을 명확히 이해하고, 이를 바탕으로 최적의 설계 원칙을 정립하는 것이 필수적”이라며 “이번 연구가 산업계의 하드카본 성능 최적화와 차세대 보급형 에너지 저장 기술의 발전에 중요한 역할을 할 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업과 한국전력공사의 지원을 받아 수행됐다.아주대 공동 연구팀의 연구 내용이 실린 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)> 표지. 개방형 메조다공성 구형탄소(오른쪽)에서 이온의 이동성이 폐쇄형 메조다공성 구형탄소(왼쪽)에 비해 크게 향상된 모습을 보여준다. 이와 같은 이온 이동성의 증가는 칼륨 이온 배터리 음극재의 고출력·장수명 성능을 획기적으로 향상시키는데 기여한다(이미지 제공 Wiley-VCH)
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- 작성일2025-03-21
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- 작성일2025-02-27
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우리 학교 기계공학과 연구진이 반복적으로 구기거나 접었다 펴도 끄떡없는 전개형 전자장치를 개발했다. 짓밟히고 구겨져도 살아남는 강한 생명력의 식물 질경이에서 영감을 받은 것으로, 그동안 전개형 전자장치의 한계로 여겨져 왔던 전도성과 내구성 문제의 해결에 기여할 수 있을 전망이다. 기계공학과 자연모사실험실 연구진은 고강도 섬유 케블라(Kevlar)를 활용해 전도성을 일정하게 유지하면서도 강한 내구성과 뛰어난 인장강도를 갖춘 전개형 전자장치 소재를 개발했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘구김과 장력에 대한 내피로성이 강화된 전개형 전자장치(Deployable Electronics with Enhanced Fatigue Resistance for Crumpling and Tension)’라는 제목으로 글로벌 저널 <사이언스 어드밴시스(Science Advances)>에 1월 온라인 게재됐다. 기계공학과 한승용·강대식·고제성 교수가 공동 교신저자로 참여했고, 홍인식·노연욱 박사와 조중광 석사과정생이 공동 제1저자로 함께 했다. ‘전개형 전자장치’란 공간 활용도를 극대화하기 위해 평소에는 작게 구기거나 접어서 보관하다가 필요할 때 펼쳐 사용할 수 있는 기기로, 최근 스마트폰을 비롯한 디스플레이와 첨단 바이오·우주 산업 등에서 활용되며 관심이 높아지고 있다. 그러나 접히거나 구겨지는 부분에서의 전도성(傳導性)을 일정하게 유지하기 어렵다는 점과, 반복적으로 접었다 펴면서 발생하는 기계적 피로와 구조 변형 등 내구성이 여전히 문제로 남아 있다. 특히 유연성과 인장강도(Tensile Strength) 상충의 구조적·전기적 특성이 해결하기 어려운 도전 과제로 남아 있다. 소재의 유연성이 좋으면서도 소재를 잡아당기는 힘에 잘 견딜 수 있도록 만들기가 어렵기 때문이다. 아주대 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 강한 생명력으로 잘 알려진 식물 질경이(Plantago asiatica)의 잎맥 구조에서 영감을 얻었다. 질경이는 밟히고 넘어져도 살아나고, 쉽게 상처를 입지 않는 여러해살이풀이다. 질경이 잎맥은 강성(剛性)이 매우 높고 질긴 특성을 가지고 있다. 아주대 연구팀은 이러한 질경이의 형태와 특성에서 영감을 얻어, 고강도 섬유 케블라(Kevlar)를 새로운 전자복합소재에 적용했다. 연구팀은 고강도의 케블라(Kevlar) 섬유를 내장하기 위해 중립면 이론(Neutral Plane Theory)과 변형공학(eformation Engineering)을 기반으로 전자복합소재를 설계했다. 연구진은 이렇게 개발한 새로운 소재가 75만 회 이상의 반복적 구김 및 접힘과 자신의 무게 대비 6667배 이상의 하중을 견뎌내며 기계적·전기적 안정성을 유지함을 확인했다. 기존에 알려진 소재들과 비교할 때 15배 이상의 접힘 내성과 2배 이상의 인장강도를 보인 것이다.또한 연구팀은 새로운 소재의 구겨지거나 접히는 면에서의 전도성도 일정하게 유지됨을 확인했다. 기존 전개형 전자장치의 경우, 구김이나 접힘이 생기는 부분에서 전도성이 일정하게 유지되지 않는다는 한계가 있었다. 전도성이 일정하게 유지되면, 센서나 디스플레이 등의 용도로 보다 폭넓게 활용할 수 있다. 연구팀은 새로 개발한 소재의 성능을 확인하기 위해 이 소재를 풍선 타입의 센서 내장 전개형 그리퍼(Gripper)에 적용해, 반복적 접힘과 펴짐에도 불구하고 온도와 압력, 근접도 등의 데이터를 처음 수준과 동일하게 측정하는 센서를 구현했다. 또한 고강도의 케블라(Kevlar) 섬유 삽입을 통해 강화된 소재가 높은 인장강도를 보이며, 이러한 특성이 물체를 안정적으로 잡는데 기여함을 확인했다. (왼쪽) 강성이 높은 질경이의 잎맥 구조에서 착안해 개발한 고내구성 전자장치의 개략도. (오른쪽) 연구팀이 개발한 새로운 소재의 특성을 보여주는 일러스트 이미지로, 밟히고 눌려도 본연의 기능인 전도성이 유지됨(LED 불빛 유지)을 보여준다.이번 연구를 주도한 한승용 교수는 “짓밟히고 구겨져도 다시 일어나는 질경이에서 영감을 얻어 새로운 소재를 개발할 수 있었다”며 “이번 성과가 접는 전자장치와 같이 공간 활용도가 높은 전개형 전자장치의 내구성 문제를 해결하는 데 중요한 기여를 할 것”이라고 설명했다.한 교수는 이어 “구겨서 휴대할 수 있는 TV와 같은 디스플레이 분야나 인체 삽입형 바이오 센서, 우주항공산업 등 여러 분야에 쓰이는 전개형 구조물의 전도성을 안정적으로 유지하는 기반 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 덧붙였다.이번 연구는 과학기술정보통신부의 기초연구지원과 나노·소재기술개발사업, 그리고 한국연구재단의 중견연구지원을 받아 수행됐다.아주대 기계공학과의 자연모사실험실(Multiscale Bio-inspired Technology Lab)은 자연계의 여러 생물에서 모티브를 얻어 공학적으로 구현하는 창의적 연구를 이어가고 있다. ▲거미 다리의 감지 기능을 모사한 의료용 센서 ▲소금쟁이를 비롯한 수면 생물의 움직임에서 착안한 수면 도약 로봇 ▲번데기 안의 나비 날개에서 영감을 얻은 스스로 주름을 펼 수 있는 디스플레이 장치 등이 자연모사실험실의 연구 성과다. 4번의 중복 접힘과 50N 이상의 인장력을 동시에 견디는 전자복합소재로서의 특성을 보여주는 그림. 아주대 연구팀이 새로 개발한 전자복합소재는 75만번 이상의 반복적 접힘과 펼침에서도 성능 유지 결과를 얻었고, 50N 이상의 인장력을 발휘한다. 이는 기존 선행연구 대비 15배 이상의 접힘 내성과, 2배 이상 향상된 인장강도를 의미한다* 위 사진 - 위 왼쪽부터 한승용 교수, 강대식 교수, 고제성 교수. 아래 왼쪽부터 홍인식 박사, 노연욱 박사, 조중광 석사과정생
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- 작성자통합 관리자
- 작성일2025-02-26
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