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2019-05 17

[学术][优秀R&D] 吴熙国教授,开发低电力功耗设备安全技术

随着物联网(IoT)时代的来临,对嵌入式设备(embedded device)的需求暴增。嵌入式设备经常适用于路由器、无人机、导航仪、智能手机等多个领域。由于通常在开发阶段因费用问题使用低电力功耗流程,因此很难应用最新的安全技术,而且很多情况下干脆选择不采用安全系统,因此整体上安全性能较弱。实际上,各国有很多结合嵌入式系统的智能车、交通系统、医疗器械中的存储芯片、智能家电等个人信息被黑客窃取的实例。ERICA校区软件学部的吴熙国教授发现了软件功能的漏洞,正专注于防止黑客入侵的研究。 易于暴露存储器攻击和固件(firmware)结构的现有软件很容易受到黑客的攻击。从侵犯个人信息到核电站瘫痪,其攻击范围非常广阔。另外,黑客攻击由于通过多种方法进行,很难预防。吴熙国教授说:“如果恶意利用软件的便利功能窃取信息或破坏系统,它的损失范围将超越单纯的个人方面,会造成预想不到的损失。” 吴教授为了强化安全,设计了基于ARM(硬件,CPU的一种)系统的机械语言(Vinorry)修改方案。物联网设备的90%使用ARM为基础的机械语言。使用ARM系统的设备多以低电量功耗为目标,因此大多数没有使用保护方法。吴教授建议采用专门针对低电能功耗的“代码混淆技术”作为机械语言修正的应用技术。他解释说:“这是为了保护软件而进一步开发软件的过程。将现有的语言转换成其他机器的语言,使其在电脑上运行。” ▲ 将软件学部吴熙国教授提出的嵌入式设备(embedded device)安全强化方案公式化。目前,吴熙国教授正在进行“ARM架构的专业化二进制修正方法和低层次混淆技术研究。”(吴熙国教授提供) 此次研究是在吴熙国教授的指挥下,对自动化ARM程序的二进制修正技术与混淆技术研究,利用二进制修正技术的弱点代码与补丁研究,适用二进制混淆技术的固件保护技术研究,适用二进制混淆技术的Android应用程序再开发技术研究,共分为4个组进行中。 吴教授预测,如果针对软件中安保脆弱的软件为中心追加安全功能,将会对没有补丁和更新支援的软件在弱点上进行完善有很大的帮助。他还表示:“今后很多人将使用IoT基础的机器,可以针对错误启动或者个人隐私领域受到侵犯的情况提前做出准备。目前,ARM机器重新编写技术还面临很多需要解决的问题,今后将继续推进并克服难题。” ▲ 吴熙国教授强调:“使用者的认知是最重要的。希望在开发技术的同时,能够提高使用者们对于安保危险性的认识。 文章/金敏智记者 melon852@hanyang.ac.kr 图片/李炫善记者 qserakr@hanyang.ac.kr

2019-05 07

[学术][本月研究者]林钟宇教授(计算机软件学部)

想要在机场寻找可疑的人,仅通过人的眼睛来确认仁川国际机场那一万个闭路电视(CCTV),则需要相当长的时间。此时则可以利用CNN(Convolution Neural Network)技术。CNN选拔形象的特征,组成“层(Layer)”,从视频中找出人或事物的位置。计算机软件学部的林钟宇教授为了提高寻找物体的位置的准确性,开发出了自动调节重要度较高的层级加权值的算法。林教授在现有物体追踪技术中提高准确性的《Hedging Deep Features for Visual Tracking》研究,登刊于国际电气电子工学会(IEEE)发行的为模式识别以及人工智能领域最高权威学术刊物的《IEEE TPAMI(Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence)》。 CNN与大脑判断物体的过程非常相似。正如我们观察物体的特征并与本身了解的形象进行比较一样。 但是在电脑上,为了将相关图片和现有图片进行比较,使用了层(Layer)和标签(Label)。把图像输入CNN,正确地将该图像按标签分类。将图像以像素为单位进行分类时,以数值的分布为基础选出输入的特征,并以此为基础区分物体。林教授的研究不仅判断该物体,而且追踪该物体在影像中的位置。为了正确追踪物体在影像中的位置,由于需要关于物体种类和意义的信息和位置的信息,必须与在不同层的信息进行融合。 ▲ 计算机软件学部的林钟宇教授开发出了通过提高重要度较高的层级的加权值,提高物体位置准确性的“Hedging算法” 林教授建议,将通过提高重要度较高的层加权值而提高位置准确性的Hedging应用于与多层信息进行融合。此前,输入新框架后,CNN各层会利用相关过滤器(Correlation filter),以相应层的特点推断其位置。如果将林教授的算法应用于研究,则可以通过记住迄今位置各层的结果,在目前框架中选择有效的层级并自动进行调节各层加重值。另外,针对物体大小变化的情况,还追加了规模搜索阶段(Scale searchstep)。 林教授在与哈尔滨工业大学研究组和加利福尼亚大学(The University of California, Merced)的Ming-hsuan Yang博士寻找在Deep learning中学习的将视觉特征利用于追踪物体的方法的过程中开始了此次研究。本研究为扩张2016年林教授发表的 Hedged deep tracking的结果。 如果说以前采用的是将各层获得的位置信息以简单的方式融合的方法,那么近年则采用了对冲方法,有选择地融合各层的特点。 ▲ 林教授的 Hedging Deep Features for Visual Tracking 研究登刊于国际电气电子工学会(IEEE)发行的《IEEE TPAMI(Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence)》中 林教授表示:“利用深度跟踪方法追踪物体的领域中,将扩大单一物体追踪方法,对多种物体追踪进行研究。将积极进行人工智能及其相关领域的计算机规划、数据挖掘等研究。“并接着说道,”另外,还于研究室的学生一起进行可以用于自动驾驶、AR/VR机器人等的影像基础三维复原和姿势推定的duo中研究。希望学生们能够学习最新专业知识,培养自己的能力。” 文 / 金佳恩记者 kate981212@hanyang.ac.kr 图 / 金珠恩记者 coramOdeo@hanyang.ac.kr 译 / 金玟周记者 global@hanyang.ac.kr

2019-04 23

[学术][优秀R&D] 朴玩濬教授,入选BK21 PLUS项目

经过政府的严格选拔,融合电子工学部朴玩濬教授率领的“融合IT基础未来价值创造人才培养事业团”入选BK21 PLUS项目。该事业团的目标是构筑最优秀的研究生院及培养最优秀的研究生。面对21世纪的到来,政府开始了BK21 PLUS项目,BK即"Brain Korea",顾名思义,该项目的目标为在研究生院内培养实现创造经济的硕士、博士级创意人才。今年BK21 PLUS项目迈入第七年,该项目每年向汉阳大学首尔校区和ERICA校区内的25个学科,支援超过100亿韩元的项目事业费,融合电子工学部朴玩濬教授的事业也随之稳步成长。 BK21 PLUS项目旨在培养高等人才。工作的类型大致可分为三种。 第一"全球人才培养型"以高科技融合领域为主,通过加强研究生国际合作等方式培养具有国际先进水平的人才。第二"专业化专业人才培养型"是培养高级实务型专业人才。第三"以未来为基础的创新人才培养型"将培养不同学科的创新未来核心人才。朴玩濬教授的"融合IT基础未来价值创造人才培养事业团"属于未来基础创意人才培养型。 教育部2013年在科学技术领域选出汉阳大学、首尔大学、KAIST、POSTECH、高丽大学、庆熙大学、成均馆大学、延世大学等9个事业团。其中,由融合电子工学部朴玩濬教授率领的事业团在2015年的中期评价中名列前茅。朴教授在"BK21 PLUS项目"之前进行的6年"BK21项目"中,"需求指向型信息技术专门人才培养事业团"在信息技术领域的12个事业团中排名第一。 ▲ 融合电子工学部朴玩濬教授说:“在BK21 PLUS项目之前,过去6年间进行的'以需求为导向的信息技术专门人才培养事业团'中,我们在教授人均开发技术企业转移金额、论文、政府研究费订单、专利、企业研究费订单等共5项评比中保持在最上位圈。” 政府根据项目团的特点和战略安排相当规模的预算。因此,研究生的整体优秀业绩是必须的。融合IT的未来价值创造人才培养事业团从2016年开始的2年间,在与竞争大学的绩效考核中排名第4位。在2013年至2016年的评估中,在"教授人均专利注册"和"教授人均企业研究费"项目类别中一直名列前茅。项目组以"培养最佳人才的最佳师资队伍"为名,开办了本科生与师资数比为"17:1",及35个研究室,为学生的研究工作提供大力支持。 以融合IT为基础的未来价值创造人才培养事业团的重点研究领域为"绿色/融合IT数码整合"。融合电子工学部旨在实施具有针对性、指向性的课程,故将其纳入教育课程中。朴玩濬教授说,“我们以电子、通信、计算机工程理论和技术为基础,根据融合领域的需要,实行务实的教学课程,并与国外先进大学的教学课程进行比较和评价,结合现场要求的高科技趋势。” ▲ 隶属于"创造未来价值未来融合IT基础人才培养事业团"的研究生们的研究及学会活动,以"绿色/Fusion IT数字整合"为基础进行。 (汉阳大学融合电子工学部提供) 融合电子工学系朴玩濬教授的事业将于明年6月结束。基于融合IT的未来价值创造人才培养事业团为了再次入BK21后续事业而忙碌。政府工作以研究生成功走向社会为目标。朴教授表示:"我们的目标只是为了研究生的成长。为了培养人才,今后也会继续给予支持。" 文/ 郑敏珠 记者 audentia1003@hanyang.ac.kr 图/ 李贤善 记者 qserakr@hanyang.ac.kr 译/ 金玟周 global@hanyang.ac.kr

2019-04 11

[学术][本月研究者] 城明茂教授(化学专业)

用于我们身边的电子产品大部分使用的是无机半导体。少数情况也会使用有机半导体制造电子产品,但相比无机半导体,有机半导体的电解流动速度迟钝很多,因而很少单独投入使用。化学专业城明茂教授通过其开发的名为“PCDTPT”的单晶体高分子纳米金属丝,将现有有机半导体的电解速度提高到原来的10倍以上。也就是说,为有机半导体赋予了相当于无机物的导电性。在未来非常有可能用有机半导体代替现有的无机半导体,从而大大推进产业革新的进程。 早在1997年就发现了有机半导体具备导电性的特点。此后,利用有机半导体制造电子产品的革新性尝试持续不断。随着反复尝试,获得阶段性实验成功的“智能手表”、“三星OLED”产品等被称为“柔性显示器(Flexible display)”的有机半导体电子产品开始在市场上出现。随着由有机物质制成的产品陆续出现,逐渐证明了有机半导体的实用性。但是,如果只生产与无机半导体相比电解速度较低的有机半导体产品,则会导致其产品的运行速度缓慢,而且安全性也得不到保障,因而各种问题也随之出现。因为电解速度直接决定产品的运行速度,所以这一领域的提升就变得十分重要。因此,至今大部分使用的是有机和无机半导体相配合的产品。 ▲ 化学学系城明茂教授表示:“为了促进有机半导体产业的发展活力,应该制造导电速度更高、更安全的有机半导体。” 据悉,在此之前的有机半导体由于性能和稳定性较差,大范围应用受到很多限制。城教授用10年时间开发出的“PCDTPT”单晶体纳米丝有望彻底改变这一格局。“PCDTPT”单晶纳米丝是单晶高分子纳米丝,具有轻便稳定、性能优越的特点,而且可以在广阔的领域用较低廉的成本轻松实现生产。在廉价的大型电子产品领域也很有可能得到应用。另外,单晶体PCDTPT纳米丝与小型分子有机半导体相比,在大气条件下也表现出良好的环境稳定性。 城教授将有机半导体的最大缺点——“电荷流速”提高到原来的10倍以上。例如在开发前是10个左右的“mobility”(电子的移动速度),而如今可以达到接近100的“mobility”记录。虽然此前一直被告知还未具备如此高的传输速度,但是城教授还是解决了这个问题。能够将传输速度提高10倍以上的原因在于“PCDTPT”纳米丝独特的分子结构。普通的有机半导体纳米丝的分子板并排排列在一起,电荷沿着排列的方向移动。但“PCDTPT”的纳米丝与之不同,电荷会以90度不同的方向移动,因此能够颠覆性地实现更高性能。 ▲ (a) PCDTPT(单晶纳米丝)的生产过程. (b)生产完成的样子 . 最后一张图片可以看到一根根单晶纳米丝的样子. (论文名: Single-Crystal Poly[4-(4,4-dihexadecyl-4H-cyclopenta[1,2-b:5,4b′]dithiophen-2-yl)-alt-[1,2,5]thiadiazolo[3,4‑c]pyridine] Nanowires with Ultrahigh Mobility) ▲这张图片资料能够一目了然地看到单晶体传导速度的变化。(a)典型的纳米丝元件结构。展示了电极之间整齐排列的单晶纳米丝。(b)单晶PCDTPT 纳米丝的普通输出电流-输出电压(ID/VD)的输出曲线。(c)单晶PCDTPT 纳米丝的普通输出电流- 端口电压(ID/VG)的传输曲线(VD = -80 V)。 城教授补充到:“这是现今有机半导体中最优秀的传输性能”,“通过该技术,可以将所有显示器制造得更柔软。”同时还在进行为有机半导体加入喷墨技术的研究。如果将OLED生产成墨水喷墨,相比现在高价的固态设备,可以实现更低廉、更便携的移动显示器。城教授表示:“通过此次研究,离有机半导体的无限可能性更近了一步。” ▲ 长期默默无闻持续研究的城明茂教授表示:“我们的目标是通过柔性元件创造出有益全人类的产品。”

2019-03 20

[学术]【优秀R&D】 諸武成教授(原子能工学系)

据统计,目前全世界200多个国家中有30个国家启动了核电站(核能发电站)。美国和俄罗斯分别有99所和36所核电站在运营中。那么,韩国有几所呢?令人震惊的是,领土明显小于美国和俄罗斯的韩国,目前拥有25所核电站。并且,韩国的核电站密集度排名世界第一。今年正值 “2011年福岛核电站事故” 8周年,更是加剧了人们对核电站的担忧。民众的担忧越大,针对核电站运营方案的安全性则越加重要。汉阳大学原子能工学系諸武成教授目前担任韩国核电站安全梦之队“多单元概率安全评价(PSA)规定验证技术开发事业团(以下简称MURRG, Multi-Unit Risk Research Group)”的总负责人。让我们来了解一下他所讲述的安全的韩国。 ▲ 原子能工学系諸武成教授率领的“多单元概率安全评价(PSA)规定验证技术开发事业团(以下简称MURRG, Multi-Unit Risk Research Group)”,以现有的3阶段PSA规定检验技术为基础,增加了“现场风险评估” (SRA, Site Risk Assessment),提高了进行核能研究的安全性。 位于釜山的古里核电站园区,如果新古里56号核电站也建成时,该园区将成为拥有9所密集的核电站园区。即意味着,在半径30㎞内拥有382万名人口以及聚集釜山、蔚山等国家产业园区的地方,拥有9所核电站。如果发生不可预测的外部灾害时,将会同时爆发重大事故。由于大量的放射线物质在核反应堆核燃料内部积累,如不能立即冷却,就会发生放射性泄漏。因此,在原核电站基地上追加新核电站时,需进行多单元概率安全评价(以下简称PSA),以测定由此产生的影响。 PSA是利用概率论的方法定量评估核电站可能发生的所有事故种类、事故发生的概率以及事故造成影响的方法。PSA将事故发生的概率分为三个阶段进行评价。第一阶段,计算核反应堆内部发生事故的概率。第二阶段,围绕核反应堆的圆顶建筑被破坏的概率。第三阶段,计算核反应堆向外部放射扩散时周边居民被污染程度的概率。为了预防核电事故,原子能专家们聚集到了一起。由諸武成教授率领的MURRG(Multi-Unit Risk Research Group)研究团中,在现有的三个阶段PSA验证技术中增加了“基地风险评估(Site Risk Assessment, SRA)”,即,进行了具备四个阶段的提高核电站安全性的研究。韩国原子能研究院(KAERI)等八所研究机构成立的MURRG是韩国国内唯一的“核能安全梦之队”。 ▲ 通过原子能工学系諸武成教授的研究,结合重大事故事例分析数据和核电站现场资料,可以预测灾害预想结果。通过核电站内配件的建模,可以预防将来可能发生的事故,提前整修各种技术。 ▲ 諸武成教授表示:“MURRG是韩国唯一的‘原子能安全梦之队,为了防止放射性物质的泄漏,今后将继续进行原子能的研究。” 如果諸武成教授提出的基地风险评估(SRA, Site Risk Assessment)得以通过的话,不仅可以计算在一个基地内拥有核电站数量的安全性,还可以当场进行风险监测。目前为止,如果计算出总体的危险性,通过MURRG的研究,各配件的危险性将会即刻输出。在事故发生时,立即启动紧急发电机。运营6所核电站以上的核电站被称为“超大型核电站园区”。目前,全世界11个超大型核电站园区中,有三分之一以上在韩国。因此,韩国应该对放射性物质的泄漏提高警惕。最后,諸教授说:“通过MURRG的研究,希望为降低韩国核能的危险性做出贡献。” 文字/金佳恩记者 kate981212@hanyang.ac.kr 图片/朴建恒记者 awesome2319@hanyang.ac.kr

2019-03 07

[学术][本月研究者] 白恩沃教授(计算机软件学部)

韩国的早发性胃癌患者(40多岁或之前患胃癌的年轻人)约占全体胃癌患者的15%,居于世界前列。30~40岁年龄段中,与其他癌症患者相比,遗传因素对早发性胃癌患者的影响,远远大于环境因素。另外,由于癌细胞细微地散落在各处以“扩散型(diffuse type)”较多,因此较难发现,转移也很快。为了发现胃癌的发病原因,一般会进行遗传基因分析。为了更加精密的分类,则有必要对基因组和蛋白质组进行深入分析。计算机软件学部白恩沃教授目前正在进行对患者的基因组和蛋白质组的综合分析研究。 ▲ 全世界每年约有70万人以上死于胃癌。(世界卫生组织提供) 癌症发病原因的分析,包括遗传基因水平的分析和蛋白质水平的分析。如果说遗传因子是一种编码,那么该编码编译产生的物质就是蛋白质。蛋白质是能够解释细胞现象的核心因素。白恩沃教授认为,如果整合这两个水平的数据来分析,则会得到关于癌症更加准确的信息。 白恩沃教授综合范畴的组织细胞分析方法(Proteogenomics),可以通过完善两种分析得到的结果,来探索更深层次的原因。但是,由于目前国内外对蛋白质组的研究还处于初期阶段,相关软件严重不足。因此,白恩沃教授与美国国家保健院(NIH, National Institute of Health)下属的CPTAC(Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium)等其他海外研究者进行合作,研究蛋白质基因组的分析方法(Proteogenomics),并收集治疗癌症的算法。 ▲癌症组织细胞综合分析(蛋白质遗传基因组研究,Proteogenomics)的大概执行过程。通过募集年轻人员,分析其遗传基因和蛋白质组后,分析确认mRNA(从DNA中获得遗传信息,指导蛋白质合成的基因组)与蛋白质组的相关关系。(论文名称 :Proteogenomic characterization of human early-onset gastric cancer) 通常,组织细胞实验是从采集细胞组织开始。但如果组织细胞暴露在空气中,细胞内的蛋白质则容易产生变性。因此就要从医院手术室开始进行基础研究工作,需要对同一样本进行多次分析,在研究过程中面临诸多困难。白教授为了使研究变得顺利,目前与韩国科学技术研究院(KIST) 中有十多年蛋白质研究经验的生物学、化学、医学等多个领域的专家们一起进行合作研究。另外,为了研究成果的正确性,白教授在五年时间里,从80多名实际患者那里取得了癌症组织,并与正常组织进行了分析。 白教授表示,由于目前还处于基础研究阶段,很难主张研究的直接实用性。但从获得胃癌相关的各种数据结果来看,是具有很大意义的。白教授表示:“即使是同样的早期胃癌患者,由于各自携带的遗传因子和蛋白质组的差异,发病原因和治疗方法也将会不同”,“希望通过这项研究,最终为实现制定出四种类型以上的个人化癌症治疗方法的软件奠定基础。” ▲ 计算机软件学部白恩沃教授表示:“我们的目标是进一步促进蛋白质基因组学(Proteogenomics)领域的研究,利用更多的软件取得成果,并应用于日后的研究。” 白教授目前还在挑战胰腺癌领域的研究。期待通过蛋白质遗传基因组学的研究,确定包括早发性胃癌患者在内的多种癌症患者的精密差异,开辟一条全新治疗之路。她对学生们说:“不要局限于小数据,应培养综合性视野,进行有深度的研究”,“为了不被自己所从事的学问领域埋没,希望研究者们能够客观地进行观察,保持一个广泛学习的研究者姿态”。

2019-02 14

[学术]【优秀R&D】尹太鉉教授(化学系)

纳米技术作为在现有产业中可以革命性地提高产品性能的技术而备受关注。纳米材料和技术已经深入到我们的生活中,如半导体、汽车、化妆品、医疗、纺织等。但在最大限度地利用纳米技术优势的同时,仍然需要努力减少对人体的潜在有害性或过度投资等可能的缺点。为此,化学系尹太鉉教授参加了ACEnano国际协会,这是欧盟(EU)支援革新领域研究的“EU Horizon2020”项目之一,在此进行创新领域的研究。 为企业和消费者所必需的纳米安全性检验 近年来,纳米技术领域从纳米材料研制阶段转入商业化阶段。以之前的研究开发成果为基础,预计今后纳米产业将会急速膨胀。但是纳米材料的安全性检验及应对规制的专业性方面仍然不足。使用纳米技术的产品如果被废弃,所产生的负面影响将非常大,因此产品开发过程中,如果不考虑人体与环境将会发生各种事故。事实上,韩国国内曾发生过加湿器杀菌剂事故,日本也发生过类似汞中毒的化学物质引发的疾病。因此有必要对纳米技术开发进行事前检验及限制。 即使开发出优秀的产品,也要通过韩国和欧盟等国家法制化的各种安全规制才能在市场上销售,况且还有不少没有做好准备的技术。欧盟从去年开始已经对纳米物质进行安全性检验和监管注册,韩国也计划从2023年开始实行。根据日程安排,部分监管应对机制有望在可适用领域的两三年内实现普遍化。 化学系教授尹太鉉表示:“对一般中小企业来说,所有国家的技术开发相关规定都很严格,而且进行适当的应对也非常困难,”“为了在这方面提供帮助,我们正在进行研究开发与国际合作。” 与多数世界级装备企业参加的产学合作 尹教授参与的“ACEnano Toolbox”开发研究是根据消费者需求,提供测定分析、实验指南、相关数据、纳米材料及产品的注册、审批等相关的多种纳米安全性信息的专家系统。主要以英国伯明翰大学为中心,由奥地利、瑞士、德国等欧洲国家为中心构成,进行研究,韩国有汉阳大学和(株)TO21共同参与。 ACEnano协会不仅与学校和研究所,还与直接研究和开发纳米粒子分析设备,制造和销售了多个世界级装备的企业一起,开展真正的产学合作研究。 该项目开发的技术有助于国内外中小企业在产品开发阶段提前确认纳米材料的安全性。可以建立纳米物质的物理化学特性及细胞毒性数据库和基于这些数据组件的纳米安全性预测模型,提前对其稳定性做出反应。还可以预防对人体和环境可能产生的巨大负面影响。通过此举,不仅可以节省产品开发费用,还可以生产出高效、亲和环境的产品。从长远来看,我们期待建立专家机制,作为对欧盟新化学物质管理制度(EU REACH)和化学物质的注册及评价等相关法律(化评法)的对应战略。 本研究团队将以上述成果为基础,通过参与欧洲国际共同研究联盟“ACEnano及NanoSolveIT”,加强国际共同合作研究及系统开发力量。同时,还将在事业成果S2NANO(Safe & Sustainable Nanotechnology)门户网站(点击时移动)上提供从纳米材料物理化学特性测定到有害性预测全过程的实务教育,以及咨询服务等,使之成为达到国际水准的纳米安全性综合网站。从今年开始,此门户、网站已进行正式的试验运营。 化学系教授尹太鉉向进行研究的学生强调对新物质和技术的谨慎灵活的应对和开发。 以灵活的研究态势,迎接未来更大的纳米产业 尹教授补充道“为了我们的健康和环境保护,有必要对包括纳米物质在内的化学物质进行管理和限制”,“但这种限制不能基于不合理的根据或包括不必要的过程等,否则这会成为阻碍产业发展的因素,这是不可取的。”他说研究应通过合理且最低的限制,不仅有利于我们的健康和环境的保护,同时可以促进新技术的开发及产业发展。尹教授最后对学生们说:“新技术总是同时具有优点和潜在危险”,“建议大家朝着最大化地发挥优点和减少缺点的方向,寻找最优方式,进行灵活的研究。” 译/王燕 global@hanyang.ac.kr

2019-02 13

[学术][本月研究者]全炳勋教授(资源环境工学系)

在污水处理或净水过程中产生的固体沉淀物也被称为污泥(Sludge)。人们一直怀疑这种污泥是否会有其他用,终于它作为被称为“生物气(Bio-gas)”的新再生能源而重生了。微生物在分解高浓度有机物——污水污泥时,会产生包括甲烷在内的气体。因此,它成为激活微生物活动使沼气产生工艺的核心。资源环境工学系全炳勋教授发现利用油及脂肪成分(fat、oil、grease、FOG)促进沼气生产的方法,比现有工艺有所提高。 关注使用FOG的联合厌氧消化(Anaerobic co-digestion)工艺 ▲资源环境工学授全炳勋教授在现有的厌氧消化(Anaerobic digestion)工艺中,利用添加了油及脂肪成分(fat、 oil、 grease、 FOG)的联合厌氧消化工艺(Anaerobic co-digestion),对提高沼气生产的方法进行了研究。 聚集到污水处理厂的固体废物污泥通过厌氧消化(Anaerobic diestion)工艺减少其量。“厌氧”,顾名思义就是讨厌氧气,意思是在密闭的空间里消化。在厌氧条件下,通过微生物分解作用,污水污泥的量减少,同时产生含有甲烷的气体。这种气体混合物成为发电的燃料。但是与投入的能源相比,我们得到的能源量并不完善。采用厌氧工艺,在工艺投入的能源中只能回收20%至40%。 难道没有提高生产效率的办法吗? 最近,在现有的厌氧工艺中,投入含有脂肪(Fat)、食用油(oil)、油脂(grease)的FOG,使微生物活动更加活跃的联合厌氧消化(Anaerobic co-digestion)备受瞩目。联合厌氧消化工艺通过燃烧高浓度的地质学废弃物FOG而产生能量。FOG含高密度碳,在厌氧过程中加入时,甲烷的含量会大大增加。只要加入相当于想分解污泥量的10~30%的FOG,就能生产比现有的厌氧工艺高出80%的沼气。但是看似完美的联合厌氧消化工艺也存在着缺点。 ▲如果污泥在污水处理厂聚集起来,就会被微生物分解。这会产生甲烷,甲烷可重新溶解,生成可再生的环保能源。 这个过程叫做厌气性消化。 为克服缺点,仔细分析FOG FOG所含的长链脂肪酸(LCFA, Long chain fatty acids)抑制工序,妨碍污泥流动化、清洗及废物形成。为了解决这个问题,全教授从FOG的特性开始对快速分解的各种前处理方法进行了分析。以实际污水处理厂为例,对污水污泥-FOG联合消化的最佳反应条件和污水处理厂工序图进行了调查。全教授说,“污泥和FOG的共同元件大大增加了沼气的生产,在FOG填充、混合强度、反应堆组成及运用条件等条件下,沼气生产有所改善。” 不可取代的可再生能源--沼气 全教授说,“由于化石燃料的持续使用,地球环境污染问题十分严重”,“新再生能源的重要性随之而来”。并表示:“一提到新再生能源,大家就会用很容易想到的太阳能和风力确保电力, 但除此之外, 它们很难用于其他用途”,“沼气可以填补这个空缺”。“如果因化石燃料枯竭,只能使用新再生能源,那么唯一可以用于运输燃料或城市燃气的沼气研究,其价值将会更高。” ▲资源环境工学系全炳勋教授(第一排左三)说:“如果因化石燃料枯竭,只能使用新再生能源,那么唯一可用于运输 燃料或城市煤气的沼气研究,其重要性将会提高。” 文字/记者 金佳恩 kate981212@hanyang.ac.kr 图片/记者 姜超贤 guschrkd@hanyang.ac.kr

2019-01 24

[学术][优秀R&D] 宣良国教授(能源工程系)

“GET-Future”是产业通商资源部和韩国能源技术评价院(KETEP)进行的培养新一代电池研究人员的事业。该项目将培养优秀的研究人员,并为今后适用于国际状况的,对可充电电池至关重要的能源技术商业化,提供研究帮助。记者采访了宣良国教授(能源工程系),询问了详细的事业方向和研究技术的多种利用形式。宣教授说,“我们在继续开发正在试验的电池后,为实现真正的商用化,将构建一个能够确保专业人才的世界最高水平的研究室。” Get future,赢得未来动力 韩国可充电电池产业的历史很短。在实现快速发展的同时,韩国与其他电池产业发达国家相比,专业人才供给和开发支援不足。很久以前就进行超越“锂-离子电池”的新一代电池开发的美国、加拿大、日本、法国等已经开始着手将开发的电池全面商业化。然而,新一代充电电池“锂-硫电池”、“锂-空气电池”、“钠-离子电池”在商用化阶段面临着诸多问题。这三款充电电池还需经过更多的研究,但预计在2020年前可实现商用化。 ▲世界电池市场前景和各产品年销售额趋势及前景。(xEV:电动汽车,ESS:新再生能源,IT:信息通信) (由宣良国教授提供) 据市场调查机构SNE Research和IBK投资证券预测,整个电池市场到2025年将年均增长27%。世界各国都在努力通过预测锂离子电池技术的局限性,来提高电池性能。包括发展中国家在内的全球195个国家的加强环境管制以及许多国家的暂停内燃机车销售计划的公布,也发挥了重要作用。世界市场急剧膨胀,国内企业市场份额还很低。沈良国教授和研究组在开发“钾-离子电池”的同时,还启动了旨在开发超越该电池的新一代电池和实现商用化的“GET-Future”项目。 ▲宣良国教授(能源工程系)表示,新开发的新一代充电电池将至少适于未来20年的使用。 从小型电池到新再生能源 经过铅蓄电池、镍-镉电池、镍-氢电池、锂-离子电池,新结合开发的新一代充电电池(锂-硫电池,锂-空气电池)将实现锂离子电池最小3倍到最大10倍的能量密度。沈教授计划开发中大型电池核心材料的源泉技术,并为确保国内环保能源产业的国际竞争力做出贡献。他补充说: “新一代的充电电池从现有的小型电池到中大型电池都可以高性能应用,进而可以为环保能源的普及做出贡献”,“适用于手机、电动车、新再生能源和第4次产业革命相关领域”。 人们期待,电动汽车技术的对外依存度将大幅下降。插电式混合动力汽车(PHEV)及电动汽车的商用化将成为可能,从而在今后展开的环保汽车市场上具备竞争力。不仅是汽车,还可以代替多种传动机构的ESS(能源储藏系统),随之开发附加价值高的商品也会变得容易。 和新一代产业一起成长的人才 另外,GET-Future项目在技术开发的同时,还以培养专业人才为目标。通过项目研发,从小型锂电池到中大型电力储藏装置及电动汽车电池领域,一直确保高级人才的培养。这些人才还可以应用于新再生能源,因此可以向所有能源相关企业输送人才。 ▲研究室内,宣良国教授(能源工程系)与研究组成员合影。 宣教授说,“通过此次项目,不仅可以获得新一代电池领域的技术专利和国际竞争力,还将确保今后在发展空间较大的充电电池领域具有专业性的研究人员”,并补充说“不仅是产学研的联系,还将通过国际交流来提高竞争力”。期待今后宣教授和能源工学研究组的新一代电池技术研究事业能确保引领世界的竞争力。 文字/记者 金敏智 melon852@hanyang.ac.kr 图片/记者 姜超贤 guschrkd@hanyang.ac.kr

2019-01 17

[学术]【本月研究者】崔宰熏教授(生命科学系)

动脉硬化是一种慢性炎症性疾病,血管中堆积的脂质(动植物组织中的脂肪),导致动脉变窄,诱发心肌梗塞、脑梗塞等疾病。崔宰熏教授(生命科学系)从2012年开始研究由动脉硬化病变导致的巨噬细胞的特性和分离方法。崔教授历时7年的研究论文 《Transcriptome analysis reveals nonfoamy rather than foamy plaque macrophages are proinflammatory in atherosclerotic murine model》被刊登在心血管领域的世界权威杂志 《Circulation Research》2018年10月刊上。 ▲崔宰熏教授(生命科学系)的研究小组通过这项研究,发现普通的巨噬细胞会引发炎症,而摄入血管内脂质的巨噬细胞则会更活跃地发挥吞噬作用,缓解炎症诱发。 动脉硬化新的治疗方案 持续患有高脂血症(血液中脂肪含量高的状态)的患者大部分会出现动脉硬化。高血脂患者的血管内堆积了脂质,一旦出现炎症,作为免疫细胞的巨噬细胞为了处理受损的组织就会聚集到血管中。在处理过程中吞食脂质的巨噬细胞体形变大,成为“泡沫细胞(Foamy cell)”。一直以来,动脉硬化都被认为是在泡沫细胞中会促进炎症反应,因此大部分研究都把重点放在减少泡沫细胞的形成上。“因为患有动脉硬化症的患者血管中发现了很多泡沫细胞,所以之前人们一直认为只有抑制泡沫细胞的形成,病才能痊愈。” 这次的研究成果彻底改变的动脉硬化研究的方向。崔教授的研究小组发现,泡沫细胞形成后,血管内的炎症反应反而减少,血管中堆积的脂质排出能力增加。也就是说,应该在前一阶段的非泡沫细胞(Nonfoamy cell)巨噬细胞中,抑制炎症反应,而不是泡沫细胞。 希望扩增专门的人力和基础设施 崔教授组为了在可以分析个别细胞个体基因的“单细胞转录组测序(Single cell RNA sequencing)”技术,从2017年1月开始,在美国华盛顿大学(Washington University in Saint Louis)进行了约1年的研究。因为韩国目前缺乏掌握上述技术的专家和技术。“包括华盛顿大学在内的美国优秀大学之所以能够持续发表世界级的生物研究成果,是因为拥有了最先进的研究设备和能够管理这些研究的卓越专业人才。” ▲崔宰熏教授(生命科学系)补充说,生命科学中很重要的一点就是精确分析生物体内发生的现象,即使要花费很长时间, 也是很有意义的研究。 崔教授的研究哲学 崔教授在兽医科学大学读本科和研究生时对动物和人类的疾病产生了好奇心。“我想发现并分析在生命体内发生的各种现象和变化。”崔教授表示,“目前正在研究老龄化时期发生的最多的心脏瓣膜疾病和其他多种炎症性疾病。 最后,他希望学生们在论文写作的过程中,要多探究有用的,有意义的内容。 这句话包含了他在研究生物疾病的同时,想要为克服更多疾病提供助力的研究哲学。“即使会耗时良久,也应坚持不懈。我希望能够完成更多对其他研究者有所帮助的论文,进行对科学社会具备影响力的研究。” 译/王燕 global@hanyang.ac.kr