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2017-09 27 헤드라인

[학술][이달의 연구자] 김선정 교수(전기생체공학부)

지구가 우리에게 제공해주는 자원과 에너지는 무한하지 않다. 이에 따른 에너지 부족 문제를 해결하기 위해 태양광과 풍력 에너지 등의 신재생 에너지 연구가 이뤄지고 있다. 이러한 가운데, 김선정 교수(전기생체공학부)가 속한 한양대와 텍사스주립대학을 주축으로 3개국 8개팀이 차세대 신소재인 탄소나노튜브를 꼬아 새로운 개념의 실을 개발했다. ‘트위스트론 실(Twistron Harvester Yarn)’로 불리는 이 기술은 전기 에너지를 영구적으로 직접 생산하는 능력을 갖고 있기 때문에 새로운 차원의 신재생 에너지로 주목 받고 있다. 트위스트론 실을 만들어내는 탄소나노튜브 지난 2006년부터 2015년까지 생체인공근육연구단의 연구를 수행했던 김 교수는 외부에서 가하는 에너지로만 움직일 수 있는 인공근육의 한계를 느꼈다. 그러던 중 김 교수는 실험과정에서 우연히 인공근육으로부터 발생하는 자체적인 에너지를 감지했다. “처음에 감지된 에너지를 보고 ‘이게 왜 나올까’ 고민을 많이 했어요. 같이 연구를 하던 학생들에게 ‘잘못된 거다, 다시 해보자’라고 했지만, 또다시 에너지가 생산 되는 것을 봤어요. 그렇게 연구가 시작된 거죠.” ▲김선정 교수가 과학 분야에서 세계 최고권위지인 사이언스(Science)에 실린 이번 연구 내용을 설명하고 있다. 트위스트론 실은 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 연결된 신소재인 탄소나노튜브로 구성된다. 탄소나노튜브는 굵기가 사람의 머리카락의 10만분의 1정도로 굉장히 얇고, 속은 비어 있는 튜브 형태의 물질이다. 주목할만한 점은 탄소나노튜브의 강도가 철강보다 무려 100배나 뛰어나다는 것이다. 전기 전도도는 구리와 비슷하다. 현재 탄소나노튜브는 반도체, 배터리, 그리고 텔레비전 디스플레이에 이용되는 기술이다. 트위스트론 실은 고강도, 고경량의 용수철 형태로서, 탄소나노튜브를 번들로 꼬아 만들어졌다. 에너지를 생성하는 원리는 매우 간단하다.“신축성을 주기 위해서 용수철처럼 만들었어요. 꼬아서 만들었기 때문에 이 실은 회전도 할 수 있고, 잘 늘어나기도 하죠.” 신축성이 높은 해당 실을 잡아 당기면, 꼬임과 밀도가 증가하고, 부피는 줄어들면서 전하가 방출된다. 결과적으로 전하가 모이게 되면서, 실에 저장된 전기가 전기 에너지로 방출 되는 것이다. 마찬가지로 전해질 속에서 수축, 이완하거나 회전운동을 할 때도 에너지가 발생한다. 기존의 배터리와는 달리, 트위스트론 실에서 생성된 에너지는 반영구적이고, 무제한이다. ▲’트위스트론 실’의 주사전자현미경 사진. 용수철 모양으로 꼬여 있는 것을 볼 수 있다. 이 실 하나는 탄소나노튜브로만 이루어져 있다. (출처: 김선정 교수) 무궁무진한 발전에 기여할 것 한번에 대량의 에너지를 무제한적으로 생산할 수 있다는 점과 외부의 에너지를 공급받을 필요가 없다는 점이 이번 연구의 우수함이다. 트위스트론 실을 초당 30회 정도의 속도로 잡아당겼다 놓으면 킬로그램당 250와트, 즉 태양광 패널 한 개의 에너지를 생산할 수 있다. 또한, 잡아당기는 행위로만 에너지를 생산할 수 있기 때문에 실용화가 된다면 활용 가능성도 높다. 자가구동 무선센서, 해양에서 대량 전기생산, 그리고 휴대폰과 드론의 배터리로 쓰일 수 있을 만큼 이 기술은 유용하다. 하지만 실용화까지는 좀 더 기다려야 한다. “아직은 탄소나노튜브가 굉장히 비싸요. 그래도 수요가 늘어나면 시장 원리에 의해서 가격이 저렴해질 수 있을 거예요. 이후 개인들이 트위스트론 실 기술을 고가의 의료, 헬스기기로 만나볼 수 있을 겁니다.” 트위스트론 실의 또 다른 장점은 우리가 알고 있는 일반 실과 비슷한 성질을 지닌다는 것이다. “일반 실처럼 부드럽고, 심지어 바느질도 가능합니다. 특수성을 띤다는 점에서만 차이를 보이는 것이죠.” 김 교수는 실이 옷감으로 쓰일 수 있다는 점을 참고해, ‘웨어러블 디바이스(Wearable Smart Device)’를 강조했다. “’트위스트론 실’을 이용해 만든 옷을 입고 다니면, 사람들은 그 옷으로부터 생성된 전기를 이용해 스마트폰을 언제든지 충전할 수 있어요. 귀걸이와 같이 착용되는 액세서리 또한 IoT(사물인터넷) 기술을 사용하는 하나의 IT기기로 탈바꿈할 수 있습니다.” ▲옷에 트위스트론 실을 꿰매서 붙인 상태로, 사람이 호흡을 할 때 마다 실로부터 전기 에너지가 생성되는 것을 알 수 있다. (출처: 김선정 교수) 트위스트론 실의 실용화를 위해 김 교수는 “자신이 좋아하는 분야에서 항상 새로운 것을 시도해 나가는 것이 중요하다”고 말했다. 앞으로는 트위스트론 실의 실용화에 전념할 계획이라는 김 교수. “탄소나노튜브를 이용한 인공근육 실의 신재생 에너지 가능성을 보여준 것이 이번 연구의 핵심이라고 생각합니다. 이제는 ‘트위스트론 실’과 탄소나노튜브 기술을 더욱 저렴하고, 효율적인 기술로 발전해나가는 연구를 꾸준히 진행할 예정입니다.” ▲세계 여러 사람들과의 협업을 거친 이번 연구 성과에 대해 김 교수는 뿌듯함을 드러냈다. “저자들이 서로 주고받은 이메일에 있던 수많은 ‘Many Thanks’가 이번 성과의 과정을 말해주는 것이 아닐까요?” 글/ 유혜정 기자 haejy95@hanyang.ac.kr 사진/ 김윤수 기자 rladbstn625@hanyang.ac.kr

2017-09 25

[학술]박원일 교수, 장시간 체내에서 작동하는 생체이식형 소자 개발

박원일 한양대 신소재공학부 교수는 이재석 미국 시카고대학 연구원(제1저자, 신소재공학부 학사 03·신소재공학과 박사 09)과 함께 조개껍질에서 아이디어를 얻어 장시간 체내에서 안정적으로 작동할 수 있는 ‘생체이식형 소자’를 개발했다고 밝혔다. 생체이식형 소자란 최근 각광받는 웨어러블 기기의 최종단계 기술로, 체내에서 건강정보를 측정·수집하고 외부로 전송하는 기기를 의미한다. 하지만 대부분의 이식형 소자는 생체친화성이 좋지 않아 면역반응에 의한 부작용·거부반응 때문에 장시간 체내에 있을 수가 없었다. 또한 소자가 한 장소에 고정되지 않고 소자 핵심물질이 딱딱해 물리적으로 파손되는 경우가 많았다. 박 교수는 조개껍질이 합성되는 과정에서 영감을 얻어 생체모방광물화 과정(biomimetic mineralization)을 통해 방해석(calcite)을 합성하고 이를 주변 환경에 능동적으로 반응하는 능동형 보호막 구조(active passivation structure)에 적용시켰다. 이를 통해 소자는 충격이나 주변 물질로부터 보호되고 체내에서 성능이 극대화 됐다. 또한 방해석이 합성되는 동안 피부의 콜라겐과 얽혀 체내 특정위치에 고정돼 장시간 사용도 가능해졌다. 이 연구원은 “능동형 보호막 구조는 생친화성 물질로 구성돼 체내를 소자로부터 보호할 뿐만 아니라 체내의 물질들로부터 소자를 보호하는 역할을 수행한다”며 “기존 생체 이식형 소자에 적용하면 안정적으로 장기간 사용할 수 있어 생체 이식형 소자 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업의 지원받아 보치 티안(Tian) 시카고대학 교수팀, 위차이 왕(Wang) 중국과학기술대학(USTC) 교수팀과 함께 진행했다. 연구 결과는(논문명 : 3D calcite heterostructures for dynamic and deformable mineralized matrices) 「네이처 커뮤니케이션즈」 9월호에 게재됐다. ▲박원일 교수 ▲이재석 연구원

2017-09 19

[학술]정민 교수, 조선판 국방백서 ‘비어고’ 실제 저자는 정약용 입증

▲정민 교수 정민 국어국문학과 교수가 조선판 국방백서로 불리는 ‘비어고(備禦考)’의 실제 저자가 조선 후기 대표적 실학자인 다산(茶山) 정약용(1762∼1836)이라는 입증결과를 발표했다. 비어고(備禦考)는 방비(사전대비)와 방어에 관한 책이란 뜻으로, 국방에 필요한 자료를 집대성했다. 한·중·일 동북아 3국의 전쟁사와 실제 전쟁에서 수행할 병력 운용·군수 보급 방법 등이 자세하게 수록됐다. 본 책은 정약용이 아닌 정약용의 친구이자 조선 후기 하급 무관이었던 이중협(李重協)이 저자로 표기돼 있다. 정민 교수는 9월 15일 서울 성균관대 대동문화연구원 학술대회에서 비어고의 실제 저자가 정약용이라는 내용을 담은 논문 ‘다산 비어고의 행방’을 발표했다. 또한, 다산의 제자였던 정주응의 ‘미산총서’도 ‘비어고’의 일부분이라는 내용도 함께 제기했다. 동아일보 9월 15일 자 기사에 따르면, 이날 열린 학술대회에서 정 교수는 “학문적 성과가 뛰어나지 않은 이중협과 정주응의 저서로만 알려져 그동안 학계에선 관련 연구가 거의 없었다”며 “두 저서에선 다산이 저자일 수밖에 없는 흔적이 곳곳에서 발견된다”라고 밝혔다. 이어 정 교수는 “실제 ‘비어고’를 보면 송풍암(松風菴)이라는 저자가 편집했다는 기록이 나오는데 송풍암은 다산이 자주 사용한 별칭 중의 하나다”라며 “이중협은 다산이 전남 강진에 유배됐을 당시 자주 찾아올 정도로 막역했던 동갑내기 친구”라며 “책에 군사기밀을 다룬 내용이 많아 유배를 겪었던 다산이 현직 무관인 친구의 이름으로 책을 낸 것으로 추정된다”고 말했다고 전했다. 정 교수에 따르면, 정약용의 저서 ‘경세유표’에도 ‘비어고는 내가 쓴 책이다. 동방의 전쟁을 모아서 한 책으로 만들고, 관방(關防·국경의 요새)과 기용(器用·무기 사용법)에 관한 여러 주장을 살폈으며, 군사제도의 연혁을 밝혔다’라는 내용이 나온다고. 정 교수는 “한중일 역사 분쟁은 유사 이래 계속돼 왔기 때문에 이에 대한 방어와 방책이 가장 중요하다고 다산은 바라봤다”라며 “다산의 비어고에 대한 후속 연구가 심도 깊게 이뤄진다면 동아시아 안보위기를 겪는 현재에 큰 시사점을 줄 수 있다”고 설명했다. ▶ 해당 기사 바로가기 (클릭)

2017-09 18

[학술]한양대 유통연구센터 '추석선물' 설문조사 결과 발표

부모님에게 드릴 추석선물로 가장 선호하는 것은 현금이었다. 한양대학교 유통연구센터와 소비자조사 전문기관인 컨슈머인사이트가 전국 1517명을 대상으로 공동 설문한 결과 이같이 나타났다. 이번 조사에서 가장 선호하는 부모님 추석선물(복수응답)을 묻는 질문에 응답자의 69%가 현금을 꼽았다. 이어 건강식품(34%), 과일세트(19%), 정육세트(11%), 생활용품세트(7%) 등이 뒤를 이었다. 부모님 추석선물 가격대로는 8만~10만원이 33%로 가장 많았다. 이어 11만~15만원(19%), 16만~20만원(16%), 4만~5만원(13%), 21만원 이상(12%) 순으로 나타났다. 추석선물 계획을 묻는 질문에는 57%가 ‘선물 계획이 있다’고 답했다. ‘아직 모르겠다’가 25%, ‘선물하지 않는다’는 응답이 18%였다. 대상은 부모님이 77%로 가장 많았고 친척·형제·자매(54%), 직장·사업 지인(31%), 스승(6%) 순이었다. 이외에도 친척 추석선물로는 ‘과일세트’가 31%, 스승에게는 ‘상품권’ 39%, 직장동료에게는 ‘과일세트’가 32%로 가장 많았다.

2017-09 13

[학술]주재범 교수팀 고위험병원체 현장 분석용 신기술 개발

▲페스트균 고감도 검출용 마이크로 드롭렛 디바이스 한양대 주재범 바이오나노학과 교수팀이 질병관리본부와의 공동 연구 결과로 페스트균(Yersinia pestis)을 신속·고감도로 검출할 수 있는 신기술을 개발하는데 성공했다. 본 연구 결과는 미국화학회에서 발간하는 국제학술지인 '분석화학지(Analytical Chemistry)’ 8월 16일 자에 게재됐다. 페스트균 등 고위험병원체는 조기 탐지를 통한 신속한 대응이 중요해 이번 병원체 검출 기술 개발은 의미 있는 결과로 평가된다. 질병관리본부 관계자는 “이번 병원체 검출 기술은 모든 과정이 키트 내에서 이뤄지기 때문에 혹시 발생할 수 있는 병원체의 외부유출을 방지해 보다 안전하다”라고 전했다. ▲주재범 교수

2017-09 06

[학술]홍종욱 교수, 암 진단 물질 ‘엑소좀’ 비파괴 분리장치 개발

▲홍종욱 교수 한양대 홍종욱 바이오나노학과 교수는 김성훈 서울대 의약바이오컨버전스연구단 단장과 함께 엑소좀(exosome)을 비파괴적 방법으로 분리하는 마이크로시스템을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 엑소좀은 유전정보를 포함하는 생체 나노입자를 의미하며, 암세포에서 분비된 엑소좀은 암세포의 증식·전이 등에 관여하고 면역력을 저하시키거나 암세포 전이 이전의 전초기지를 생성한다. 엑소좀은 사람의 혈액 뿐 아니라 소변·침 등에도 존재하며, 이를 손상없이 분리하면 암 등 여러 질병을 조기 진단할 수 있다. 기존에도 엑소좀을 분리하는 기술이 있었지만 엑소좀에 손상을 입힐 정도로 가혹한 환경에서만 가능했다. 이로 인해 소량의 엑소좀만 얻을 수 있어 부정확한 정보만 얻을 수 있었고 새로운 분리 기술의 필요성이 제기됐다. 이번 연구의 가치는 바이오칩 디자인과 유체 흐름을 제어하는 방식으로 엑소좀을 손상 없이 신속하게 분리할 수 있는 장치를 세계 최초로 개발했다는데 있다. 특히 혈액에 존재하는 엑소좀의 경우 1시간 안에 분리할 수 있게 됐다. 또한 해당 장치는 엑소좀 외에도 다양한 세포를 효과적으로 분리할 수 있어 의학적으로 활용 가능성이 높다고 평가받는다. 홍 교수는 “이번에 개발한 엑소좀 분리 장치는 비파과적이며 빠른 분리 속도를 보장한다는 점에서 의미가 있다”며 “나노 입자부터 상대적으로 큰 세포에 이르기까지 다양한 크기의 입자 분리를 제어할 수 있어 암·알츠하이머 등 난치병 분야의 진단과 치료에 널리 사용될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구 결과는(논문명 : Separation of extracellular nanoveislces and apoptotic bodies from cancer cell culture broth using tunable microfluidic systems) Nature 자매지인 「Scientific Reports」에 게재됐다. 이번 연구는 미래창조과학부 주관 글로벌프런티어사업(의약바이오컨버젼스연구단, 단장 김성훈)의 지원으로 진행됐다.

2017-08 31 중요기사

[학술][이달의 연구자] 현성협 교수(관광학부)

쓰레기를 찾아볼 수 없는 방바닥, 가지런히 정리된 분리배출 쓰레기들. ‘내가 사는 환경’을 더럽히려고 애쓰는 사람은 찾아보기 힘들다. 개인차가 있겠지만, 누구나 청결하고 깨끗한 집을 원한다. 하지만 내가 사는 환경을 벗어나 공공장소나 외국이라면 어떨까. 엘리베이터에 굴러다니는 쓰레기나, 외국 관광지에 한글로 적힌 낙서를 떠올리면 그 차이를 쉽게 알 수 있다. 현성협 교수(관광학부)는 이런 차이에 주목해 '외부 장소에서도 개인 공간에서만 보여주는 환경보호 행동을 이끌어 낼 수 있는 미래지향적 연구'를 제시했다. 내 집은 깨끗하게, 내 집 아니면 나몰라라 현 교수는 연구를 시작하기에 앞서 한가지 질문을 던졌다. '나와 관련된 환경은 누구나 깨끗한 상태를 유지하려고 노력한다. 그렇다면 나와 관련되지 않은 환경에서도 동일한 노력을 할 것인가?' 정답은 `아니다`로 볼 수 있다. 사람들은 자기와 상관없는 환경에 대해서는 보호를 잘 하지 않을 뿐더러, 청결 유지에 대한 자각조차 못하는 경우가 대다수다. 현 교수는 나와 관련되지 않은 환경에 대해 외부인이 얼마나 무감각해질 수 있는지를 연구했다. “누구나 환경보호를 해야 한 다는 걸 알고 있습니다. 집에서 분리수거, 물 절약, 재활용은 다들 잘하고 있지만, 외부장소인 공공장소, 나아가 외국의 경우엔 ‘나의 환경’이라고 생각하지 않아요. 내 집, 내 나라가 아니니까 상관없다고 여기면서 무감각해지는 거예요.” 이러한 무감각에 휩쓸리지 않고 일관된 행동을 하는 사람들을 현 교수는 분석했다. “낯선 외부에서도 환경보호를 이끄는 요인은 무엇인가. 그 요인을 알아내면 공공장소에서 환경보호에 신경 쓰지 않는 사람들의 행동을 바꿀 수 있는 계기가 되는 겁니다.” ▲지난 8월 28일 연구실에서 진행된 인터뷰에서 현성협 교수(관광학부)는 자신과 무관하더라도 환경을 보호하는 사람들이 영향을 받은 요인에 대해 연구를 진행했다고 이야기했다. 정기적인 교육이 환경을 살린다 현 교수가 논문에 실린 결과를 얻기 위해 보낸 시간은 약 3년. 연구에만 1년 반이 걸렸다. “처음 1년은 조사에만 매진했어요. 직접 박물관에 가서 321명의 관광객들을 관찰하고, 인터뷰했습니다. 공대, 환경전문가들과 면접하고 자문도 구했고요. 기존 논문들 역시 많이 읽었습니다.” 실제로 설문지를 작성하고 조사 장소에서 인터뷰하는 과정만 3~6개월이 걸렸다. 토대를 쌓아 올리는 데 6개월이 걸린 셈이다. 하지만 조사가 끝났다고 모든 게 끝난 건 아니었다. 조사한 것을 토대로 분석, 통계를 거쳐 결과를 도출하는 데 다시 6개월이 소요됐다. “시간이 정말 오래 걸렸어요. 학생들 가르치랴, 행정 문서 처리하랴, 시간을 쪼개서 밤 늦게까지 해야 한다는 점이 가장 힘들었네요.” 연구 분석 결과, 박물관과 같은 외부의 공공장소에서도 환경적인 요소를 신경 쓰게 하는 요인은 크게 다섯 가지로 나뉘었다. “나와 무관한 환경에서도 일관적으로 환경보호를 실천하는 사람들이 있어요. 일관된 행동을 하는 요소를 크게 다섯 가지로 분석할 수 있습니다.” 일관적인 사람들의 행동요인에는 '1.환경에 대한 전문지식 2.환경의 가치인식 3.환경에 대한 우려 4.경각심 5.자기 효능감'이 영향을 주는 요인으로 꼽혔다. 그중 환경에 대한 전문지식이 가장 큰 영향 요인이라고 현 교수는 덧붙였다. “전문지식이 많을수록 일관된 행동으로 환경을 보호할 확률이 높았어요. 본인이 하는 행동이 환경에 어떤 영향을 미치는지 자세히 알고 있기 때문이죠.” 결과적으로, 환경보호에 대한 사람들의 일관적인 태도를 형성하기 위해서는 환경에 대한 지속적인 교육 방책을 마련하는 것이 중요하다. 아울러 관광업은 고수익성을 보장하는 융복합 산업이다. 이번 연구 결과는 관광산업에서 나타나는 문제점을 짚어내고 관광업계가 나아갈 미래의 방향성을 제시했다는 점에 의의가 있다. ▲EV는 환경의 가치 인식(Environmental Value), EC는 환경에 대한 우려(Environmental Concern), EA는 환경에 대한 경각심(Environmental Awareness), EK는 환경에 대한 전문지식(Environmental Knowledge), S는 자기 효능감(Self-efficacy)으로, 이 다섯 가지 요인이 낯선 환경임에도 불구하고 일관된 환경보호를 실천하는 행동을 하게끔 영향을 미친다. (출처: 현성협 교수) 자부심, 자신감으로 파급 효과를 일으켜라 현 교수는 이번 연구의 주제를 예전부터 쭉 생각해왔다고 했다. “자문이나 평가인단 역할로 관광지나 부산 국제 영화제, 올림픽 등 관광객들이 몰리는 장소를 갈 때마다 항상 생각을 해요. 오염이 너무 심해요. 사정을 잘 모르는 일반 관광객들은 앞의 화려한 모습만 보시겠지만, 저희는 그 뒷면을 봅니다. 화려한 모습을 유지하기 위해 오염되는 환경이 어마어마해요.” 현 교수는 화려한 관광산업의 앞면에만 치중하지 말고 뒷면을 항상 염두에 두어야 한다고 역설한다. “그 화려한 2~3주 동안 만들어지는 쓰레기들은 어디로 갈까요? 다 환경으로 가는 거죠.” 현 교수는 이번 연구 결과에 만족하지 않고, 또 다른 환경과 관광이 얽힌 이슈를 찾아 연구를 진행할 계획이다. “정책적으로도 고민을 해볼 수 있겠죠. 관광객들이 관광지를 방문했을 때, 어떤 식으로 행동을 유도해야 환경오염이 덜 될지, 어떤 요인을 자극해야 관광지의 환경을 보존할지. 적용할 방도는 많아요.” 같은 분야에 관심을 갖고 있는 학생들에 대한 조언도 잊지 않았다. “관광학은 융합 학문입니다. 다른 학문들과 아주 밀접하게 연관이 되어있고, 경제적인 파급효과도 큰 미래지향적인 학문입니다. 공부할 것도 많고, 연구할 것도 많을 겁니다. 하지만 과감하게 해보세요. 미래의 관광산업을 이끌 수 있는 인재가 될 수 있도록, 자부심과 자신감을 가지고 도전하세요!” ▲현성협 교수는 학생들을 향해 관광학에 대한 자부심과 자신감을 가지고 과감하게 도전하라는 조언을 남겼다. 글/ 채근백 기자 cormsqor12@hanyang.ac.kr 사진/ 최민주 기자 lovelymin12@hanyang.ac.kr

2017-08 25

[학술]김선정 교수, 스스로 전기 생산하는 실 개발

▲김선정 교수 한양대 김선정 전기생체공학부 교수는 실(yarn)이 수축·이완·회전할 때 전기 에너지를 스스로 생산하는 트위스트론(twistron) 실을 개발했다. 트위스트론 실은 머리카락 두께보다 얇은 직경을 가진 탄소나노튜브로 구성된다. 김 교수는 탄소나노튜브를 꼬아 고강도·고경량의 실로 만들고, 이 실을 더 꼬아 고무밴드와 같은 코일형태로 만들어 탄성을 높였다. 이렇게 만들어진 실은 인공근육으로 쓰여 전해질 속에서 수축·이완·회전 운동 시 전기 에너지를 발생한다. 이번 연구의 핵심은 전기·화학적인 배터리 없이 전기 에너지를 스스로 생산할 수 있는 인공근육 실을 세계 최초로 개발한 것이다. 기존 인공근육은 에너지를 외부에서 공급해야만 움직일 수 있어 활용에 제한이 있었다. 이번 연구를 통해 인공근육이 자체적으로 움직일 수 있는 에너지를 생산·구동할 수 있게 돼 더 많은 활용이 가능해졌다. 김 교수는 “트위스트론 실은 반영구적으로 전기를 계속 생산할 수 있어 사용시간에 제한이 있는 기존 배터리를 대체할 수 신재생 에너지”라며 “실의 직경증가, 병렬연결 등의 연구를 통해 앞으로 배터리가 필요 없는 휴대폰이나 장기간 비행이 가능한 드론 개발 등 다양한 분야에서 사용 가능하다”고 말했다. 이번 연구결과(논문명 : Harvesting Electrical Energy from Carbon Nanotube Yarn Twist)는 세계적인 학술지 「사이언스(Science)」 8월호에 게재됐다. 이번 연구는 한양대와 미국 텍사스 주립대학을 주축으로 3개국 8개팀이 함께 진행됐다.

2017-08 14

[학술]한양대, LG유플러스와 5G시뮬레이터 공동 개발

한양대 HY-MC연구센터(모바일컴퓨팅연구센터)와 LG유플러스가 최근 5G 기지국의 통신범위(커버리지)를 예측할 수 있는 ‘5G 밀리미터웨이브 시뮬레이터(mmWave Simulator)’를 공동 개발했다. 5G 시뮬레이터는 주파수 대역 및 대역폭, 기지국과 단말 정보, 지형, 건물의 높이 및 넓이 등 이동통신 네트워크 구축에 필요한 60여 가지 필수항목을 입력하면 위치별 신호 세기, 잡음 대비 신호 세기, 데이터 속도 등 망 설계와 관련한 다양한 정보를 산출한다. 연합뉴스 8월 10일 자 기사에 따르면, LG유플러스 관계자는 “28㎓ 등 고(高)주파의 특성을 활용한 5G 네트워크의 효율적인 설계를 위해 시뮬레이터를 개발하게 됐다”며 “상용 시뮬레이터를 확보하기 전까지 5G 시뮬레이터를 시험망 구축에 활용할 계획”이라고 설명했다고 전했다. ▲LG유플러스 직원들과 한양대 HY-MC연구센터 대학원생이 시뮬레이터를 통해 5G 시험망을 설계하고 있는 모습(사진: LG유플러스)

2017-07 31 중요기사

[학술][이달의 연구자] 김은규 교수(물리학과)

탈원전이라는 키워드가 부각되면서, 다른 신재생에너지로 원자력발전을 대체할 수 있는지가 중요해졌다. 이와 별개로, 재생에너지인 태양광에너지에 대한 과학자들의 연구는 예전부터 꾸준히 진행됐다. 다양한 종류의 태양전지가 연구되는 와중에, 2010년대 들어 연구 중인 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지가 급격한 효율상승을 보이고 있다. 가장 최신 연구에 우리대학 김은규 교수(물리학과)가 참여해 이 태양전지의 효율을 높이는 방법을 찾아냈다. ▲지난 25일 자연과학대에 있는 연구실에서 김은규 교수(물리학과)를 만나 이번 성과에 대해 들었다. 다양한 소재로 개발된 다양한 태양전지 모든 빛은 에너지를 갖고 있다. 특히 태양광의 경우 상당한 양의 에너지를 보유하고 있다. 생명이 처음 생겼을 무렵부터 식물은 광합성을 통해 태양광에서 에너지를 얻었다. 사람 또한 오래전부터 태양에서 오는 에너지를 사용했지만, 태양열이 아닌 태양광을 이용한 것은 그리 오래되지 않았다. 터빈을 이용해 전류를 얻는 태양열 전지와는 달리 태양광 효과는 광기전효과(photovoltaic effect)라는 미시 단계의 복잡한 물리 효과를 활용하기 때문이다. 1839년 프랑스의 물리학자 에드먼드 베크렐이 세계 최초로 태양광 발전에 쓰이는 태양전지를 발명했다. 이후 알버트 아인슈타인, 얀 코흐랄스키 등의 과학자들의 연구를 통해 태양전지가 발전해왔다. ▲NERL(미국 재생에너지연구소)가 내는 태양전지 관련 효율표로 붉은 테두리로 표시된 점이 KRICT/UNIST가 이번에 김은규 교수가 공동 연구한 태양전지를 나타낸다. 최근 몇년 간 급속한 효율 상승을 보였다. 김 교수와 함께한 이번 연구를 통해 처음으로 이유를 밝혀냈다. (출처: NERL) 현재는 여러 기업과 대학의 연구소에서 태양전지를 연구 중이다. 초기 연구자들은 주로 실리콘을 이용해 태양전지를 만들었다. 현재는 실리콘 외에도 여러 소재를 이용한 태양전지들을 개발했고, 각 연구소에서 개선하는 중이다. 여전히 실리콘 소재의 태양전지가 제일 좋은 효율을 보이지만, 매우 높은 개발 단가로 인해 우주선 등에만 쓰인다. 결정구조 내 결함 줄이는 방법 찾아 효율 높였다 김은규 교수가 이번에 연구한 태양전지는 페로브스카이트라는 독특한 결정구조를 갖는다. 페로브스카이트 물질은 러시아 과학자 페로브스키를 기념하여 명명한 구조체다. 유기 양이온과 무기 양이온, 산화물을 포함한 음이온이 각 꼭짓점과 변의 중앙, 모서리에 위치한 특별한 구조의 물질이다. 특히 무기물과 유기물이 결합한 ‘무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지’의 경우 국내 연구진인 KRICT(한국화학연구원)와 UNIST(울산과학기술원)의 연구를 통해 발전효율을 20.0%까지 높인 상태였다. 김 교수는 양자 구조에 대한 이해도를 인정받아 이번 연구에 참여했다. 기존 연구진은 무·유기 하이브리드 페로브스카이트 소재를 통해 태양전지의 효율을 높이는데 주력했다. “지난 5년 동안 페로브스카이트 소재 태양전지의 효율은 급격히 높아졌어요. 헌데 이 급격한 상승의 원인이 무엇인지 알지 못했죠.” 태양전지를 합성하는 기술은 계속 발전했지만, 기술의 근본적인 원리를 알지 못했다. 때문에 그들은 김 교수에게 공동연구를 제안했다. “저희 연구실의 핵심 기술 중에 ‘DLTS’(Deep-Level Transient Spectroscopy)라는게 있어요. 깊은 준위 내의 결함 상태를 찾는 기술인데 국내에서 손꼽히죠.” 깊은 준위 불순물로도 불리는 이 결함은 반도체를 제작하다 보면 생길 수 있는 결함이다. 이 내부 결함이 있으면 전류가 흐를 때 내부에서 재결합이 일어나 에너지 변환에 손실이 생길 수 있다. “저희 연구실에서 샘플을 받아 DLTS를 측정했어요. 예상했던 대로 효율이 좋은 쪽이 결함도 적었죠. 구체적으로 효율과 결함의 비율을 비교 계산했더니 정확히 맞아떨어졌습니다.” 김 교수가 수행한 연구를 통해, 이번에 제어한 결함상태가 태양전지 효율에 큰 영향을 준다는 사실이 밝혀졌다. 이어지는 연구서도 해내겠다 “이제 시작입니다. 이번에 제어한 결함 외에도, 전지 제작시 여러 종류의 결함이 형성되죠. 이들 또한 제어할 수 있는 방법을 찾아낼 것 입니다.” 이번 연구는 그 효율을 인정받아 <사이언스>에 실렸으며, NERL(미국 신재생에너지연구소)에서 내는 이번 연구를 통해 효율을 많이 끌어올렸지만, 아직 출발 단계라고 김 교수는 말한다. 벌써 이번 연구에 참가한 이들과 만나 후속 연구 계획을 논의했다고. 또한 김 교수는 “이번 연구에서 우리 연구실이 가진 DLTS 방법이 큰 역할을 했다”며 “후속 연구서도 가진 지식을 통해 개발 중인 태양전지를 알고 개선하는데 일조하겠다”는 자신감을 비쳤다. ▲이어질 후속 연구에서도 김은규 교수의 역할은 크다. 김 교수에게서 축적된 지식의 자신감이 엿보였다. 글/이상호 기자 ta4tsg@hanyang.ac.kr 사진/김윤수 기자 rladbstn625@hanyang.ac.kr