보도자료
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빛 에너지 이용한 인공광합성 반응 원리 규명, 자연의 광합성 모사한다
- 인공광합성의 방법 중, 빛을 직접 이용시 더 높은 효율 보이는 원리 규명 - 향후, 인공광합성 시스템 디자인 시, 중요한 이론적 배경 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 청정에너지연구센터 주오심 박사팀은 자연에서 발생하는 광합성을 모사하는 인공광합성 기술에서, 반도체 전극과 금속복합체를 이용하여 빛의 유무에 따른 반응의 차이와 그 원리를 밝혀냈다. 자연의 광합성을 모사하여 급증하는 온실가스인 이산화탄소를 고부가가치 물질로 바꿀 수 있는 인공광합성 기술이 주목받고 있다. KIST 연구진은 빛의 유무에 따라서 인공광합성 반응경로가 달라지는 점을 밝혀내고 이산화탄소로부터 고부가가치 물질인 일산화탄소를 선택적으로 생산하여 주목받고 있다. 자연에 존재하는 광합성에서는 광합성 시스템과 효소를 활용해서 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 이산화탄소 환원 반응만 일어나는 데 반해, 광전극*과 조촉매**를 사용하는 인공광합성은 이산화탄소 환원 반응 외에도 수소 발생 반응이 함께 일어나기 때문에 일산화탄소 생산 효율을 높이기 어려웠다. *광전극(Photoelectrode) : 빛을 흡수하여 전력을 만들어 낼 수 있는 전극 **조촉매(Cocatalyst) : 촉매반응을 향상 시켜주는 화학종 현재 인공광합성은 태양광을 전기에너지로 바꾼 후 이용하는 방법과 빛 에너지를 직접 이용하는 방법이 있다. 하지만 두 방법을 사용했을 때의 차이가 아직 알려지지 않아 인공광합성 기술 설계에 큰 어려움이 있었다. KIST 연구진은 광전극과 조촉매를 이용하여, 빛 에너지를 직접 공급하면 자연 광합성처럼 이산화탄소 환원 반응만 일어나게 할 수 있음을 밝혀냈다. 전기에너지를 이용할 때는 이산화탄소 환원 반응을 위한 높은 에너지가 필요하다. 그 경우 높은 에너지를 가진 전자는 이산화탄소 환원뿐 아니라 수소 발생 반응도 쉽게 일으키게 된다. 그러나 빛 에너지를 공급할 경우, 반도체의 전자는 이산화탄소 환원 반응에만 적합한 수준의 에너지만 갖게 되어 수소 발생 반응은 일어나지 않게 된다. KIST 연구진은 이러한 사실을 이용하여 빛 에너지를 공급하는 조건에서 98% 이상의 전자가 이산화탄소 환원 반응에 참여하게 유도할 수 있었다. 전기에너지만 공급하는 경우에는 전자 중 14%만이 이산화탄소 환원 반응에 사용되었다. KIST 주오심 박사는 “이번 결과는 앞으로 인공광합성 모사 시스템을 디자인할 때 중요한 이론적 배경이 될 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었다. 이번 연구결과는 화학 분야 국제 저널인 ‘Angewandte Chemie’ (IF: 12.26, JCR 분야 상위 9.59%) 최신호에 표지논문(Front Cover)으로 게재되었다. * (논문명) Photoelectrochemical CO2 reduction with a rhenium organometallic redox mediator at semiconductor/aqueous liquid junction interfaces - (제1저자) 한국과학기술연구원 채상윤 박사후연구원(現, FAU Postdoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 주오심 책임연구원 <그림설명> 그림1. 광합성으로 고부가가치 물질을 변환시키는 원리
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- 작성자청정에너지연구센터 주오심 박사팀
- 작성일2019.10.22
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공존현실 기반 4D+ SNS 플랫폼 개발
- 현실과 가상세계가 통합된 환경에서 SNS 서비스 제공 기존 소셜네트워크서비스(SNS)를 뛰어넘어 사용자들이 현실과 가상을 넘나들며 소통할 수 있는 플랫폼이 개발되었다. (재)실감교류인체감응솔루션연구단(단장 유범재, 이하 ’인체감응 연구단‘)이 다수 사용자가 공간과 감각을 실시간으로 공유하고 소통할 수 있는 (가칭)4D+ SNS 플랫폼을 개발했다고 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ’과기정통부‘)는 밝혔다. 인체감응 연구단은 글로벌 프론티어 사업 지원을 통해 원격 인터랙션 SW 프레임워크, 핸드 모션캡처 디바이스, 아바타 모델링 기술 등을 개발해왔으며, 기존 성과들을 융합?연계하여 서비스 모델로 구현하게 된 것이다. 카카오톡, 페이스북 등 기존 SNS도 문자, 사진, 동영상 등을 공유할 수 있지만, 사용자들의 공간과 감각을 실시간 공유하는 것에 한계가 있고, 기존 가상현실(VR) 서비스도 혼자 체험하는 것이 대부분으로, 다수 사용자들이 동시에 체험하고, 소통하는 데에는 한계가 있었다. 이에 반해 인체감응 연구단이 개발한 4D+ SNS는, 다수 사용자들이 공존현실에서 공간과 감각정보를 실시간 공유하고 소통함으로써, 원격 회의, 가상 쇼핑, 미니 게임 등을 함께 할 수 있도록 다양한 협업 콘텐츠를 제공할 수 있다. 사용자는 자신을 대신하는 아바타로 표현되어 네트워크에 접속한 다른 장소에 있는 사용자들과 소통하고, 협업할 수 있다. 가상키보드를 사용하여 메시지를 보내거나, 3D 이모티콘을 보내 감정을 전달하고, 가상공간에 그림을 그리거나, 가상 물체를 조작하면서 토론하고, 함께 동영상을 감상할 수 있으며, 가위바위보, 블록쌓기 같은 가상게임을 함께 즐기거나, 다른 장소에 있는 사용자들의 아바타들을 자신이 있는 장소로 초대하여 함께 소통하고 협업할 수도 있다. 유범재 단장은 “이번 연구성과는 5G 네트워크 시대의 킬러앱(Killer App)으로 떠오르는 양방향 소통 서비스, 가상/혼합 현실 서비스를 포함하는 새로운 SNS 개념을 제시한 데 큰 의미가 있다”라며, “관련 기업들과의 협업을 바탕으로 사업화를 적극추진하여 4D 가상통신 서비스 신시장 창출에 기여할 계획이다”라고 밝혔다. 인체감응 연구단은 ㈜에스피테크놀로지, ㈜플레이스비 및 ㈜패러렐월드와 공동연구를 수행하여 플랫폼을 개발하고 두 곳 이상의 원격지를 연결하여 서비스를 자체검증한 후 상용화를 추진 중이다. <그림설명> [그림 1] 4D+ SNS 개념 : 집에 있는 친구(아바타)에게 3D 이모티콘을 보내고, 새로운 제품의 3D 모델을 함께 보면서 만져보고, 가구에 올려놓거나 혹은 아바타에게 착용해 보면서 상의하여 선택한 후, 결제 [그림 2] 사용자들이 자신의 아바타를 선택한 후 접속한 로비에서 다른 사용자들과 서로 인사하거나 그림을 그려 공유하는 화면 [그림 3] 현실 공간에서 HMD를 착용하고, 자신의 아바타를 움직이면서 4D+ SNS를 체험하고 있는 사용자들 [그림 4] 4명의 사용자들이 모여서 ‘해적 룰렛’ 게임을 함께 하는 화면 [그림 5] 사용자들이 커머스 기능을 사용할 수 있는 공간으로 이동하여, 다양한 가상 객체로 구현된 상품을 조작하고 상품 정보를 조회하여 구매 결정을 할 경우 이메일로 상품 구매 사이트를 안내해주는 서비스 [그림 6] 개발된 4D+ SNS를 다수의 사람들에게 체험하게 하고 사용성 평가를 진행하는 모습
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- 작성자실감교류인체감응솔루션연구단 유범재 단장팀
- 작성일2019.10.15
- 조회수9120
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근적외선 비추면 형상이 복원되는 복합소재 개발
- 광열효과 갖는 탄소나노튜브 기반 형상 기억 복합소재 개발 - 근적외선 비추면 수 초 내에 300℃에 도달, 원격제어로 형상 복원 가능 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 구조용복합소재연구센터 정용채 센터장 연구팀과 광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 이재석 교수 연구팀은 공동연구를 통해 근적외선을 비추기만 해도 10초 이내에 300℃까지 온도가 올라가 스스로 형상이 복원될 수 있는 형상기억 복합소재를 개발했다고 밝혔다. 형상기억특성은 열이나 외부적인 자극을 받았을 때, 기억된 형상으로 변형되는 특성이다. 특정 온도에 도달하면 형상이 변형되는데 그동안은 외부에서 열을 가하는 데 많은 어려움이 있었다. KIST 연구진이 간단하게 근적외선을 비추기만 해도 형상기억소재 스스로 열을 내어 변형될 수 있는 소재를 개발하여 주목을 받고 있다. KIST 연구진이 개발한 형상기억 복합소재는 근적외선을 활용하면 광열효과*가 발현하여 작동하게 된다. 이때 효과적인 광열효과를 위해서는 빛의 흡수 효율은 증가시키면서 에너지 손실은 감소시키는 나노 충전물을 선택해야 한다. 또한, 고분자 매트릭스와의 경계면의 특성을 함께 고려하여 조절해야 한다. *광열효과 (Photothermal effect) : 물질에 빛에너지를 조사하게 되면 물질의 성질과 특성에 따라서 조사된 빛에너지가 흡수된 후 다시 열에너지로 방출하게 되는 물리적 현상. KIST 연구진은 이를 고려하여 형상기억특성을 갖는 폴리우레탄 소재에 근적외선을 활용한 광열효과를 적용했다. 탄소나노튜브에 이종원소(Boron, 붕소)를 함유시키고, 형상기억특성을 갖는 폴리우레탄을 합성하고 복합화하였다. 그 결과 근적외선으로 원격제어가 가능한 자가발열 형상기억 복합소재를 개발했다. KIST 연구진이 개발한 소재는 성형방법에 따라서 전자기기나 제품 등에 발열 코팅재, 자동차나 비행기의 날개 또는 차체 등으로 활용될 전망이다. 또한, 발열 기능을 활용하면 극지방이나 추운 날씨의 지역에서 제설 혹은 제빙소재로도 활용될 수 있다. KIST 정용채 센터장은 “기존 탄소나노튜브 기반의 복합소재 대비 소재의 물성과 응용범위가 확대된 복합소재를 제조했고, 그 소재의 응용범위를 제시했다는 데 의의가 있다.”라고 말하며 “보다 안정적인 물성확보를 위해서 향후 구조를 자세히 검토해야 한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)의 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「Composite Part B: Engineering」 (IF : 6.864, JCR 분야 상위 2.0%, 재료과학 및 복합소재 분야 1위) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Rapidly self-heating shape memory polyurethane nanocomposite with boron-doped single-walled carbon nanotubes using near-infrared laser - (제 1저자) 한국과학기술연구원 구조용복합소재연구센터 하유미 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 구조용복합소재연구센터 김영오 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 구조용복합소재연구센터 정용채 책임연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 신소재공학부 이재석 교수 <그림설명> [그림 1] (좌) 보론도핑된 형상기억폴리우레탄 복합소재에 근적외선을 조사하는 사진 (좌, 아래) 자가발열 형상기억폴리우레탄 복합소재의 필름형태 (우) 근적외선을 소재에 조사할 때 실시간으로 측정된 온도상승 그래프
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- 작성자구조용복합소재연구센터 정용채 박사팀
- 작성일2019.10.15
- 조회수8078
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인공 시각 최적화에 한 발짝 더 다가섰다
- 쥐 망막의 신경세포 실험 통해 인공 시각 구현을 위한 최적의 전기 자극 확인 - 인공 망막 장치에 적용하여, 보다 자연스러운 고품질 인공 시각 구현 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 실험용 쥐의 망막에서 신경 세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 크기가 있음을 확인하고, 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 망막 변성 질환에는 상실된 시력을 되찾을 수 있는 치료 약물이 존재하지 않는다. 이식이 가능한 안구 앞면의 각막과 달리 안구 뒤편의 망막은 뇌 일부분인 복잡한 신경 조직이어서 이식이 불가능하다. 현재 시력을 되찾을 수 있는 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식하여 망막의 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 망막 장치이다. 망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 후 뇌로 전송한다. 이 과정에서 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응하여 뇌에 정보를 전달한다. 정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛에 의해 각각 따로 활성화되지만 인공 망막에서 사용되는 전기 자극으로는 모든 신경절 세포가 동시에 활성화되는 것이 현재 인공 망막 기술의 큰 문제점이었다. 밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극에 의해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미가 헷갈릴 수밖에 없다. 따라서, 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활성화할 수 있느냐가 인공 시각의 품질에 영향을 줄 수 있는 중요한 지표로 여겨지고 있다. 지금까지는 최적의 전기 자극 방법(자극 반복 주기, 전류 파형 모양, 전류 세기 등)을 결정하기 위해 인공 망막 장치를 이식받은 환자에게 직접 물어보는 방법이 주로 사용되었으나 실험동물을 이용한 기초실험은 많이 부족했다. KIST 연구진은 실험용 쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 근본적인 연구에 집중했다. 연구진은 ON 세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만, OFF 세포들에서는 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. OFF 세포 대비 ON 세포들의 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아내었고, ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐다. KIST 임매순 박사는 “최적의 전류 크기로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합하다는 것을 의미한다.”라며, “현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가적인 실험을 진행하고 있다.”라고 말했다. 또한, “이번 연구 성과와 함께 신경과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치의 성능을 획기적으로 개선하기 위한 융·복합 원천 기술을 개발하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 기관 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「미국전기전자공학회 신경 시스템 및 재활 공학 회보 (IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)」 (IF : 3.85, JCR 분야 상위 3.97%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Optimal electric stimulus amplitude improves the selectivity between responses of ON versus OFF types of retinal ganglion cells - (제1저자) 하버드 의대, 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 바이오마이크로시스템연구단 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 두 자극 지속 시간(5밀리세컨드, 10밀리세컨드)에서 모두 중간 크기의 전류(-30 또는 ?40㎂)에서 반응 크기의 비율이 최고가 되며, 다른 전류와 비교하면 최적의 전류 값에서 선택비가 2배에서 3배 정도로 향상됨.
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- 작성자바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀
- 작성일2019.10.11
- 조회수10158
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불순물을 이용하여, 쓰면 쓸수록 더 강력해지는 인공광합성 촉매 개발
- 물 속에 존재하는 금속 불순물로부터 자가 활성화 되는 새로운 촉매 개발 - 저가의 탄소 소재 촉매를 이용, 이산화탄소로부터 일산화탄소를 안정적으로 생산 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 황윤정, 김찬연 박사 연구팀은 인공광합성 기술 연구에 있어 그동안 오염원으로만 여겨지던 수용액 내 금속 불순물을 오히려 이산화탄소 전환 촉매의 성능을 향상하는데 역이용하여 이산화탄소로부터 일산화탄소를 안정적으로 생산할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다고 밝혔다. 지구 온난화의 주범으로 알려진 이산화탄소를 전기화학적으로 유용한 화합물로 전환하는 반응은 에너지·자원 분야의 꿈의 기술인 인공광합성을 구현하는데 핵심 기술일 뿐만 아니라 그 자체로 이산화탄소의 자원화를 위한 핵심 에너지 기술로 알려져 있다. 이러한 기술을 위해 다양한 종류의 촉매들이 주로 금, 은과 같은 고가의 소재를 기반으로 개발되어 오고 있다. 하지만 이러한 귀금속 촉매들은 전해질로 사용되는 물속에 존재하는 아주 적은 양의 금속 불순물의 흡착으로 인해 촉매 성능이 급격하게 떨어지는 문제점을 지니고 있었다. 일 예로 약 0.05ppm(백만분의 일) 수준의 극미량의 철 이온 불순물 때문에 1시간 이내에 귀금속 촉매 성능의 80% 이상이 감소한다. 기존에는 불순물을 피하고자 고도로 정제된 증류수를 사용해왔으나, 최근 KIST 민병권 본부장 연구팀은 금속 불순물이 다량 함유된 수돗물에서도 문제없이 작동하는 촉매를 개발한 바 있다.(※Applied Catalysis B : Environmental, Volume 258, 117961). 이번에는 한발 더 나아가 이러한 촉매 안정성에 심각한 원인이 되는 수용액 내 금속 불순물을 오히려 촉매 성능을 높이는 활성점으로 이용하자는 역발상으로부터 실제 반응을 하면 할수록 오히려 성능이 점점 더 향상되는 새로운 촉매를 개발하였다. 새로운 촉매는 질소가 도입된 탄소 소재를 촉매 전극으로 사용하였다. 이렇게 만들어진 전극에서는 반응 도중 물속에 존재하는 금속 불순물 이온들이 질소가 첨가(도핑)된 탄소 소재와 결합하게 되고 이는 일산화탄소 생성 성능을 더욱 향상시키는 역할을 하게 된다. 연구팀은 이러한 탄소 소재 기반 촉매를 이용하여 일반적인 수돗물에 함유된 철 이온 농도인 0.05ppm보다 50배의 진한 농도에서도 기존 촉매 대비 최대 80% 이상 향상된 성능으로 120시간 이상 안정적으로 일산화탄소를 생산할 수 있었다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 촉매 안정성에 가장 큰 폐해라 할 수 있는 수용액 내 금속 불순물을 역으로 이용해 보자는 아이디어에서 시작되었다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저렴하고 안정적인 탄소 소재 촉매는 향후 인공광합성 및 이산화탄소 자원화 기술의 실용화를 앞당기는데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)의 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며 연구 결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」 (IF : 16.33, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Turning Harmful Deposition of Metal Impurities into Activation of Nitrogen-Doped Carbon Catalyst toward Durable Electrochemical CO2 reduction. - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김찬연 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 황윤정 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (위) 기존 시스템의 금속 불순물에 의한 비활성화 모식도 및 성능 평가 결과 (아래) 개발된 금속 불순물을 이용한 자가 활성화 시스템의 모식도 및 성능 평가 결과
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- 작성자국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 청정에너지연구센터 황윤정 박사팀
- 작성일2019.10.08
- 조회수10241
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다수 로봇의 효율적 분업화 알고리즘 개발, 자율주행 로봇의 유연한 임무 할당 방식 제시
- 중앙 집중식, 분산식 시스템의 장점 합친 협업 알고리즘 개발 - 기존 알고리즘 대비 협업 효율성 2배 향상, 로봇 협업 효율성 극대화 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 지능로봇연구단 남창주 박사는 다수의 로봇이 최소한의 데이터 교환을 통해 효율적으로 분업하여 많은 일을 신속하게 완수할 수 있도록 임무를 할당하는 알고리즘을 개발했다고 밝혔다. 글로벌 유통기업의 창고에서는 물류 로봇 수백 대가 쉼 없이 움직이며 주문받은 상품들을 택배 포장대로 운반한다. 수백, 수천 개의 상품을 가져오는 작업을 로봇들에게 적절하게 분배하는 일은 전체 시스템의 효율성에 큰 영향을 미친다. 창고 내 로봇뿐만 아니라 드론이나 자율주행 로봇을 통한 물류배송, 자율주행 택시의 배차, 재난지역에서의 조난자 수색작업, 광범위한 지역의 보안·감시 등의 응용 분야에서 다수의 로봇에게 효율적으로 임무를 할당하는 일은 필수적이다. 최근 중앙 시스템 없이 각 로봇이 스스로 판단하고 작업을 수행토록 하는 연구가 활발히 진행되고 있으나 현장에서 사용하기에는 구현과 최적화가 어렵다. 따라서 중앙에서 모든 연산을 처리하고 로봇에게 명령을 내리는 중앙 집중식 시스템이 선호되고 있다. 하지만 이 방식은 중앙 시스템이 환경에서 변화가 발생할 때마다 모든 로봇으로부터 정보를 수집하여 매번 새롭게 의사결정을 내려야 한다. 그 때문에 로봇이 넓은 지역에 흩어져 있거나 무선 통신이 원활하지 않을 때, 상황의 변화에 즉각적으로 대처하지 못하는 단점이 있다. KIST 남창주 박사는 구현과 관리가 쉬운 중앙 시스템 구조를 유지하면서도 변화에 신속히 대응하여 다수의 로봇에게 효율적으로 임무를 할당하는 알고리즘을 개발했다. 이 알고리즘은 로봇이 획득한 정보를 중앙 서버가 수집하는 과정을 최소화하거나 생략할 수 있도록 했다. 이를 통해, 로봇이 협업하기 위해 통신에 들이는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있었다. 줄어든 통신량에도 불구하고 협업의 효율성은 기존 대비 효율을 약 2배 이상 증가시킬 수 있었다. KIST 연구진이 개발한 알고리즘을 통해 로봇들은 변화하는 상황 속에서도 중앙 서버와 통신 없이, 또는 최소한의 데이터 교환을 통해 더욱 신속하게 다수의 작업을 끝마칠 수 있다. 이를 통해, 통신 네트워크의 확장·보강 없이도 동시에 운용할 수 있는 로봇의 수를 크게 늘릴 수 있을 것으로 기대된다. 남창주 박사는 창고 물류 자동화 솔루션을 개발하는 관련 연구를 했던 경험에 비추어 “미래에는 여러 로봇이 상호 작용하며 주어진 작업을 수행하게 될 것”이라고 예측했다. 또한 “이 연구의 이론적 성과는 향후 다양한 응용 분야에서 로봇 간 협업의 효율성을 극대화하여 더 큰 시너지를 만들어 낼 것으로 생각된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 미국 과학재단의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 로봇 분야 최고 권위 학술지인 IEEE Transactions on Robotics(IF : 6.48, JCR 분야 상위 : 5.77%) 최신호에 온라인 게재되었다. * (논문명) Robots in the huddle: Upfront computation to reduce global communication at run-time in multi-robot task allocation - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 남창주 선임연구원 <그림설명> <그림 1> 제안된 알고리즘이 적용되어 물류창고에서 다수의 로봇이 효율적인 협업을 통해 물류작업을 하고 있다.
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- 작성자지능로봇연구단 남창주 박사팀
- 작성일2019.10.02
- 조회수9243
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빛 쪼이면 활성화되는 새로운 항암 나노물질, 독성 없이 주변 암세포까지 제거한다
- 나노기술로 종양에 항암제가 축적, 빛을 쬐면 주변 모든 암세포 제거 - 항암전구체 개발 기술 및 광역학 요법 치료제 분야 연구에 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 테라그노시스연구단 김광명 박사팀은 자가조립 나노물질을 이용하여 정상조직에 영향 없이 암세포만 선택적으로 제거할 수 있는 새로운 기술 개발에 성공했다. 새롭게 개발한 나노 기반 항암전구체*와 레이저 기술을 이용하여 독성 없는 항암 치료가 가능하다고 밝혔다. *항암전구체 : 신체 내에서 항암효능을 나타내는 활성 물질로 전환되는 물질 최근 첨단 레이저기술을 활용하여 종양만을 선택적으로 제거할 수 있는 새로운 항암 치료에서 기술들이 주목받고 있다. 그러나 기존 대부분의 레이저를 활용하는 광역학 치료 기술은 **광과민물질 또는 이를 함유한 인공적인 나노입자들을 직접 종양에 주입하거나 투여한 후 강력한 레이저를 사용해야만 일부의 종양만 제한적으로 치료할 수 있었다. 기존의 광역학 치료 기술은 치료효율이 낮고, 일부 표피 암에만 제한적으로 적용 가능할 뿐만 아니라, 강력한 레이저가 피부를 태우는 등의 안전성 문제가 있었다. **광과민물질(Photosensitizer) : 광역학 치료에 사용되는, 빛에 반응하여 화학적 변화를 일으키는 물질 KIST 김광명 박사팀은 레이저를 조사한 암 부위에서 강력한 항암효능을 나타낼 수 있는 새로운 항암전구체 물질 개발에 성공했다. 이 항암 물질은 스스로 나노구조를 형성하고, 투여 후에 서서히 종양에 축적된다. 그리고 축적된 물질에 레이저를 비추면 이 빛에 반응하여 항암제를 방출하여 강력한 항암효능을 나타낸다. KIST 연구진은 기존 광역학 치료의 문제인 독성을 해결하기 위해 첨단 나노기술과 약물 전구체화 기술을 응용하였다. 종양까지 전달되는 동안은 전구체 상태로 유지되다가, 레이저에 의한 목표 종양에 도착한 후 활성화될 수 있는 새로운 항암 나노물질을 설계하였다. 이렇게 만들어진 물질은 정상 세포에는 독성이 적으면서, 적은 양의 레이저에 활성화되어 암을 완전히 사멸시킬 수 있었다. KIST 연구진이 개발한 이 기술은 레이저기술과 나노기술 그리고 전구체 기술을 활용하여 독성 없이 암을 완전히 사멸시킬 수 있는 첨단 기술로, 향후 종양 특이적인 항암제 개발 연구에 활용될 전망이다. KIST 김광명 박사는 “본 자가조립 항암전구체 기반 광역학 치료 기술은 나노기술로 종양에 축적된 항암전구체를 레이저로 활성화시켜 암을 완전히 사멸시키는 강력한 항암효능을 보일 수 있는 기술로 차세대 항암 치료 기술 및 항암제 신약 개발에 크게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기초연구사업(중견연구)으로 수행되었으며, 연구결과는 생체재료 분야의 최상위 학술지인 ‘Biomaterials’ (IF : 10.273, JCR 분야 상위 1.56%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Visible light-induced apoptosis activatable nanoparticles of photosensitizer-DEVD-anticancer drug conjugate for targeted cancer therapy - (제1저자) 한국과학기술연구원 박주호 박사 한국과학기술연구원 엄우람 연구원(박사과정) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김광명 책임연구원(단장) <그림설명> <그림 1> 신개념 나노 및 전구체 기반 광역학 치료 기술의 모식도 전구체 개발 기술과 나노기술을 이용하여 종양에 축적할 수 있으면서 빛에 의해 활성화되어 증폭되는 강력한 효능을 나타낼 수 있는 항암전구체의 활성화 과정 <그림 2> 나노물질의 특성과 주변으로 증폭되는 항암효능 결과 자가조립 나노물질의 형상과 정맥 투여 후에 종양에 축적되는 모습, 그리고 레이저에 의해 주변으로 증폭되는 항암효능 결과
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- 작성자테라그노시스연구단 박주호 박사팀
- 작성일2019.10.01
- 조회수10823
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토종 자생식물 ‘제주상사화’에서 추출한 활성물질, 염증 및 퇴행성 뇌질환 치료 후보 물질 기대
- 한반도 자생식물 ‘제주상사화’에서 추출한 항염증 효능 천연물질 발견 - 미세교세포 및 알츠하이머 동물 실험 통해 퇴행성 뇌질환 효과 규명 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 강릉분원 천연물소재연구센터 양현옥 박사팀은 한반도 토종 자생식물인 ‘제주상사화’에서 추출한 유효성분(E144)이 강력한 항염증 효능을 지니고 있는 것을 확인했다고 밝혔다. 염증반응은 다양한 질환에서 공통으로 일어나는 생리 반응으로 외부 물질의 침입에 대항하는 역할을 한다. 하지만 그 정도가 심해지면 다양한 부작용을 동반하여 질환을 악화시킨다. 이는 퇴행성 뇌 질환 중 하나인 알츠하이머 질환에서도 예외가 아니다. 실제로 알츠하이머 질환 환자들의 뇌 조직에서 과도한 염증반응이 발생하는 연구결과들이 다수 보고되고 있다. 기존의 항염증 의약품들은 다양한 부작용들을 유발했다. 그래서 부작용이 적은 천연물 소재에서 항염증 물질을 찾으려는 노력과 연구들이 계속되고 있다. KIST 양현옥 박사는 천연물 소재인 제주상사화 추출물을 활용하여 알츠하이머 질환에서 주요하게 관찰되는 과도한 중추신경계 염증반응을 억제할 수 있는 유효성분을 발견하여 주목받은 바 있다. (※Molecular Neurobiology. 2018 Dec; 55(12):8953-8964) KIST 연구진은 기존 연구결과를 토대로 제주상사화 추출물과 여기에서 유래한 활성물질 ‘E144(7-Deoxy-trans-dihydronarciclasine)’ 성분을 분리하여 각종 실험을 진행하였다. 그 결과 뇌 안의 염증반응을 주로 유발하는 미세교세포*의 다양한 염증 인자들이 추출 활성물질(E144) 물질에 의해 억제되는 것을 확인하였다. *미세교세포(Microglia): 뇌의 회백질에서 많이 발견되는 작은 비신경성 간질세포로 신경조직의 노폐물에 대해 식작용을 하며 뇌 신경계 염증반응에도 기여한다. KIST 연구진은 추가 연구를 통해 알츠하이머 질환이 유발된 유전자 조작 실험쥐를 이용, 활성물질을 투여하여 뇌 조직 내 염증 인자가 현저히 감소함을 밝혀냈다. 연구진은 특히 대뇌피질 부분에서 염증이 억제되어 완화되는 것을 확인하였다. KIST 양현옥 박사는 “이번 성과는 천연물 소재를 활용해 난치성으로 분류되는 퇴행성 뇌 질환 치료용 의약품의 개발 가능성을 찾아냈다는데 의미가 있다.”고 말하며, “특히 한반도 토종 자생식물인 제주상사화가 그 소재로 사용됐다는 점에서 국산 고부가가치 천연물 소재 개발에도 기여할 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 바이오 의료기술 개발사업(전통천연물 기반 유전자 동의보감 사업과 생명연구 자원확보관리 및 활용 사업)으로 수행되었다. 본 연구결과는 천연물 및 식품 연구 분야의 국제 저널인 ‘Journal of Agricultural and Food Chemistry’ (IF : 3.571, JCR 분야 상위 4.46%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 7-Deoxy-trans-dihydronarciclasine isolated from Lycoris chejuensis inhibits neuroinflammation in experimental models - (제 1저자) 한국과학기술연구원 Zhao Dong 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 양현옥 책임연구원 <그림설명>
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- 작성자천연물소재연구센터 양현옥 박사팀
- 작성일2019.09.24
- 조회수7470
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이산화탄소로 에너지원을 만드는 인공광합성 기술적 난제 해결, 안정성 확보
- 이산화탄소 전환 효율 98%, 안정성 100%인 전기화학적 포름산 생성 촉매 기술 개발 - 새로운 학·연 협력 모델로 서울대-KIST 공동연구를 통해 세계 최고 수준 연구성과 창출 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 황윤정 박사 연구팀은 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 재료공학부 남기태 교수 연구팀과의 전략적 협력 연구인 ‘KIST Joint Research lab’ 사업을 통해 인공광합성 분야의 난제 중 하나인 이산화탄소로부터 포름산을 안정적으로 만들어내는 전기분해 기술을 개발했다고 밝혔다. 인공광합성 기술은 태양광과 같은 신재생 전기에너지를 이용하여 물과 이산화탄소를 탄화수소 화합물로 전환하는 기술이다. 이 기술은 이산화탄소 저감 효과와 더불어 유용한 연료 및 고부가가치 화학 원료를 생산하기 때문에 미래 친환경 에너지 및 화학 산업을 선도할 수 있는 핵심 기술이다. ‘팔라듐’ 금속을 촉매로 활용하면 이산화탄소를 포름산으로 전환할 수 있다. 포름산은 상온에서 자발적으로 수소로 전환되며, 안정적인 액체 상태로 존재하여 운반이 쉽다. 따라서 향후 차세대 자동차 연료로 사용될 가능성이 크며 수소 에너지 산업과도 깊은 연관성을 가지는 중요한 화학물질이다. 팔라듐 금속은 이산화탄소로부터 포름산을 전기화학적 방법으로 전환할 때, 가장 효과적인 촉매로 알려져 있다. 매우 높은 선택도로 포름산을 만들어내는 획기적인 소재이다. 하지만 반응 도중 생성되는 물질인 일산화탄소가 촉매 표면에 흡착되어 촉매 성능이 빠르게 저하되는 고질적인 문제가 있어서 산업적으로 활용되지 못하고 있다. 서울대-KIST 공동연구진은 전압을 가하여 산화 반응을 유도하면 촉매 표면에 흡착된 일산화탄소가 포름산보다 먼저 산화된다는 사실에 주목하였다. 더욱이 특정 전압 범위에서는 포름산에는 영향을 주지 않고 문제가 되는 일산화탄소만을 산화시켜 제거할 수 있다는 사실을 새롭게 발견하였다. 이러한 과학적 발견을 바탕으로 환원/산화 반응을 주기적으로 교차하여 유도하는 새로운 ‘2단계 전기분해법’을 고안하여 촉매 활성이 영구적으로 유지되면서 98%의 선택도로 포름산을 생성해내는 놀라운 촉매 반응 시스템을 개발하였다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 국내 최고의 대학과 연구소의 연구자들이 힘을 합쳐 인공광합성 기술의 가장 어려운 숙제인 촉매 안정성 문제를 해결하기 위한 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 파급력이 있다.”라고 말하며, “또한 본 연구를 주도적으로 수행한 이찬우 박사는 올해 국민대학교 응용화학과 조교수로 임용되는 등 연구성과뿐만 아니라 인재 양성 측면에서도 새로운 학연 협력의 좋은 모델을 구축했다는 점에도 큰 의의가 있다.”라고 밝혔다. KIST는 2016년부터 국내의 유능한 교수를 선정하여 KIST의 최고 수준 연구팀과의 전략적 협력 연구를 통해 고난도 기술 난제 해결 및 세계적 연구성과 창출을 위한 새로운 형태의 융합연구 프로그램인 ‘KIST Joint Research Lab’ 사업을 진행하고 있다. 특히 서울대-KIST Joint Research Lab은 우리나라 인공광합성 기술의 실용화를 위한 허브가 될 것으로 기대하고 있다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST Joint Research Lab 사업으로 수행되었으며 연구 결과는 종합 과학 분야 저명 국제 학술지인 「Nature Communications」 (IF : 11.878, JCR 분야 상위 6.52%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Cyclic two-step electrolysis for stable electrochemical conversion of carbon dioxide to formate - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이찬우 박사((現)국민대학교 조교수) - (제 1저자) 서울대학교 조남헌 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 황윤정 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 남기태 교수 <그림설명> [그림 1] 2단계 전기분해법을 이용한 전기화학적 포름산 생성 기술의 모식도 및 성능 [그림 2] 서울대-KIST Joint Research Lab 심포지움 개최
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- 작성자국가기반기술연구본부 민병권 박사팀
- 작성일2019.09.10
- 조회수14630
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농작부산물 이용한 친환경 나노 합성복합체 개발, 물 속 인(燐) 제거하여 녹조 잡는다
- 버려지는 농작부산물 활용한 나노 합성복합체, 물 속 인(燐)을 효과적으로 제거 - 인 흡착 후 자연퇴비로 활용 가능, 녹조제거 및 광범위한 산업현장에 적용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물자원순환연구센터 정경원 박사팀은 국민의 식수원을 위협하는 녹조현상을 예방하기 위해 물 속 인(Phosphorus, 燐)을 효과적으로 제거할 수 있는 친환경 나노 합성복합체를 개발했다고 밝혔다. 주로 수온이 높아지는 6월경부터 발생하는 녹조현상은 호수나 하천에서 식물성 플랑크톤이 대량 증식하여 발생하는 현상으로, 특히 조류의 성장에 필요한 영양염류(질소·인) 중 인(燐) 농도의 증가로 물 속 부영양화를 일으켜 녹조현상을 유발한다. 따라서, 녹조현상을 선제적으로 대응하기 위해서는 인(燐)이 물 속으로 유입되는 것을 사전에 차단하는 것이 매우 중요하다. 최근 친환경 바이오차(Biochar)*를 이용하여 흡착공정을 통한 다양한 물 속 오염물질을 제거하는 연구가 진행되고 있다. 바이오차는 높은 오염물질 제거효율과 함께 환경적·경제적 장점을 바탕으로 기존 활성탄을 대체할 수 있는 물질로 각광을 받고 있다. 하지만, 바이오차는 일반적으로 음전하를 띄고 있어 음이온계 오염물질을 효과적으로 제거하기에 한계가 있었다. *바이오차(Biochar) : 산소공급이 제한된 조건에서 농작부산물, 목재 등을 포함한 다양한 종류의 바이오매스를 열 분해시켜 만들 수 있는 고상의 물질을 통칭함. KIST 정경원 박사팀은 먼저 농작부산물인 왕겨의 표면에 토양 내 다량 함유되어 있는 마그네슘과 알루미늄을 기반으로 한 무독성 무기입자(금속이중층수산화물)을 코팅하고, 공동 열분해(co-pyrolysis) 과정을 통해 보다 쉽고 간단한 방법으로 나노 복합체를 개발하였다. 연구진은 별도의 추가적인 장치 없이 실제 현장에 쉽게 적용이 가능한 복합체를 개발했으며, 여러 다양한 환경조건에서도 안정적으로 인을 제거하는 것을 확인하였다. KIST 정경원 박사팀은 실험을 통해 개발한 바이오차 복합체가 같은 온도조건에서 합성한 바이오차 대비하여 5배 이상 향상된 인(燐)의 흡착성능을 확인하였으며, 흡착공정에서 가장 중요한 요인으로 알려진 농도(pH)의 조절 없이도 약 98%이상의 높은 제거효율을 얻을 수 있었다. 또한 연구진은 흡착 성능뿐만 아니라, 인산염 제거 시 흡착원리를 규명하고, 반복·재이용에 따른 제거율 감소이유 등에 대해 제시하였다. 이렇게 인이 흡착된 바이오차의 경우, 훌륭한 자연퇴비로도 활용이 가능하다는 장점도 있다. KIST 물자원순환연구센터 정경원 박사는 “본 연구를 통해 개발된 복합체는 인 뿐만 아니라 다른 음이온성 오염물질인 비소나 염색 폐수 등에도 높은 제거효율을 보이기 때문에, 다양한 산업현장에 적용될 것으로 기대한다.”고 밝혔다. KIST는 현재 경상북도(경북도청)와 정부산하기관(한국건설기술연구원, 한국전자통신연구원, 한국수자원공사, 구미전자정보기술원)간의 협동 연구를 통한 낙동강 녹조제어 통합 플랫폼 개발에 착수하여 연구에 매진 중이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 국가과학기술연구회(NST) 창의형 융합연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Composites Part B : Engineering’ (IF : 6.86, JCR 분야 상위 2.000 %)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Adsorption and mechanistic study for phosphate removal by rice husk-derived biochar functionalized with Mg/Al-calcined layered double hydroxides via co-pyrolysis - (제1저자) 한국과학기술연구원 정경원 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정경원 선임연구원 <그림설명> 합성조건에 따른 물리화학적 특성변화 및 복합체 형성원리 규명 (좌) 왕겨(RH), 왕겨바이오차(RHB), 왕겨/금속이중층수산화물(RH/LDH), 복합체(RHB/CLDH)의 주사전자현미경 사진 (우) 왕겨바이오차와 복합체의 인 제거율 비교 복합체 흡착원리 규명 (좌) 음이온계 염색 물질이 들어있는 폐수 (우)복합체를 이용하여 염색 물질 제거 결과. 흡착 후 투명해진 물을 확인할 수 있다.
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- 작성자물자원순환연구센터 정경원 박사팀
- 작성일2019.09.05
- 조회수9758