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2019-09 10

[학술]한태희 교수, 강성 높인 그래핀 필름 제조 기술 개발

한태희 한양대 유기나노공학과 교수가 최근 미국 노스웨스턴대학 연구팀과 함께 기존 그래핀 필름(Graphene film) 보다 강성(剛性)이 높은 필름 제작에 성공했다고, 한양대가 9월 10일 밝혔다. 그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100배 이상 전자 이동이 빠르며 신축성도 뛰어나 ‘꿈의 나노 물질’, ‘미래의 신소재’ 등으로 언급된다. 이런 그래핀을 이용해 제작한 기존 필름은 빈틈이 자주 발견되는데, 이것이 결함으로 작용해 기계적 강도를 향상시키는데 한계가 있었다. 한-미 공동연구팀은 이를 개선하기 위해 그래핀에 인위적인 구멍을 만들고 이를 그래핀 필름 제작 과정에서 소량 삽입, 기존 그래핀 필름보다 기계적 강성을 높였다. 한-미 공동연구팀은 이번 연구에서 구멍이 생긴 그래핀은 기계적 강도가 매우 낮아지는 대신 부드럽고 유연해지는 성질을 이용했다. 이를 통해 정상적인 그래핀에 구멍이 있는 그래핀을 10% 첨가해 그래핀 필름을 만들면 전체적으로 2배 높은 기계적 강성을 가진 필름이 제작된다는 것을 실험을 통해 발견했다. 한태희 교수는 “그래핀에 미세구멍을 내는 기술은 본 연구실에서 독자적으로 개발한 기술로 향후 그래핀을 활용한 소자 및 제품 생산을 위한 핵심 기술이 될 것이다”고 말했다. 이번 논문의 1저자인 박헌 박사는 “기존의 필름 제조방법을 그대로 적용할 수 있어 간편하고 상용성이 높다는 장점이 있으며, 기계적 성질 뿐만 아니라 전기적, 열적 성질도 향상되기 때문에 그래핀의 상용화를 앞당길 수 있을 것이다”고 말했다. 이번 연구(논문명: Stiffening of graphene oxide films by soft porous sheets)는 네이처의 자매지로, 기초과학 및 공학 분야 세계적 권위지인 「Nature Communications」 8월 온라인 판에 게재됐다. 해당 연구는 교육부가 시행하는 기초연구사업인 대학중점연구소 지원사업을 통해 이뤄졌다. ▲구멍이 있는 산화 그래핀은 유연한 특성으로 인해 겹겹이 쌓이는 과정에서 생기는 빈 공간을 메우는 역할을 한다. 구멍이 있는 산화 그래핀과 구멍이 없는 산화 그래핀을 1:9 비율로 섞은 수용액을 여과해 필름을 제조했다. 여과 과정에서 생기는 빈틈을 구멍난 산화 그래핀이 메움으로써 빈틈없이 조밀한 구조를 갖는 필름을 제조했다. 이러한 구조적 이점으로 인해, 제조된 필름은 멀쩡한 산화 그래핀으로 만든 필름에 비해 2배 높은 강성을 나타냈다.

2019-09 09 중요기사

[학술][우수 R&D] 임종우 교수, 알고리즘과 딥러닝 방식을 융합해 컴퓨터 비전 향상

컴퓨터 비전이란 동영상과 이미지에서 필요한 정보를 뽑아내는 것을 의미한다. 이 분야에는 전통적 알고리즘 방식과 딥러닝을 이용하는 방식이 있다. 임종우 서울캠퍼스 컴퓨터소프트웨어학과 교수는 이 두 가지를 융합해 상호 보완하는 시도를 하고 있다. ‘비전 모델 기반 공간 상황 인지 원천기술 연구’의 책임을 맡은 임 교수의 이야기를 들어본다. 컴퓨터 비전: 알고리즘 방식과 딥러닝 방식 알고리즘 방식의 컴퓨터 비전은 40~50년간 발전해온 전통적 연구법이다. 알고리즘은 카메라를 통해 자동차가 얼마나 빨리 주행하는지 등 정확한 수치적 상황 인식에서 주로 쓰인다. 딥러닝도 연구된 역사가 길지만 비교적 최근에 활발히 이용되고 있다. 딥러닝은 얼굴 표정에서 사람의 감정을 인지하는 등 의미론적 정보 해석에 활용된다. 임 교수는 두 분야를 별개로 보지 않고 합칠 방안을 연구했다. ▲ 딥러닝 방식을 이용하면 이미지로 받아들인 주변의 공간을 3차원 정보로 복원할 수 있다. 입력 영상과 추정된 거리정보(왼쪽)와 3차원 복원 결과 (임종우 교수 제공) 자율주행 자동차의 컴퓨터 비전 임 교수의 이번 연구는 자율주행 자동차와 CCTV 등에 활용될 컴퓨터 비전이 주를 이뤘다. 임 교수는 이해를 돕기 위해 자율주행 자동차를 예시로 들어 연구를 설명했다. 자율주행을 위해서는 카메라로 들어오는 정보들을 인지하고 해석할 기술이 필요하다. 주행 시 앞차와의 거리를 즉각적으로 정보화해야 한다. 알고리즘 방식은 이에 특화돼 있다. 차가 주행하는 동안 다양하게 변하는 주위 공간을 3차원으로 인식하는 것도 핵심기술 중 하나다. 딥러닝 방식은 이를 보다 효율적으로 처리할 수 있다. 알고리즘과 딥러닝 둘 중 하나만 채택해서는 자율주행을 완성할 수 없다. 도로 상황은 카메라를 통해 인식하기 때문에 순간적으로 물체가 다른 물체에 겹쳐 가려지거나 큰 조도(조명 받는 면의 밝기 척도) 변화가 생길 때 위험할 수 있다. 이 경우 전통적 방식의 알고리즘에 문제가 생긴다. 임 교수는 딥러닝으로 이 문제를 해결했다. 임 교수의 기법은 물체를 추적하고 외형의 정보를 학습, 변형될 모습을 미리 예상해 사물의 판독을 가능케 한다. ▲ 알고리즘 방식은 물체의 속도와 거리를 측정하는 데 유리하다. 딥러닝 방식은 운동하고 있는 물체와 정지한 물체를 분류하는 등 의미론적 분석에 용이하다. 사진에서 운동물체는 표시되고, 정지물체는 표시되지 않는다. (임 교수 제공) 알고리즘과 딥러닝 방식을 융합하는 방법 딥러닝 방식은 처리 결과가 시각적 이미지가 아닌 ‘정보(data)’가 된다. 시각 자료를 큰 범주들로 분류해 물체의 특징을 기술한 정보로 내보낸다. 알고리즘 방식의 처리 결과는 픽셀로 표현된 이미지로 남는다. 알고리즘 방식으로 얻어낸 픽셀 이미지를 딥러닝의 결과 정보와 매칭하는 것이 임 교수가 두 분야를 융합하는 방식이다. 그는 “물체 추적 영역에서는 많은 사람이 이미 알고리즘과 딥러닝을 혼합해 사용하고 있다”고 밝혔다. ▲ 임종우 교수는 “컴퓨터가 사람처럼 시각 정보를 인식한다는 것 자체가 쉽지 않다”며 "여전히 기술적 시도를 하고 있다"고 전했다. 2부 연구를 향해 ‘비전 모델 기반 공간 상황 인지 원천기술 연구’는 2017년 9월부터 2년간 진행됐다. 이번 연구는 ‘인간 수준의 종합적 비디오 이해를 통한 상황인지 및 예측’ 연구의 1부다. 1부 연구를 통해 임 교수와 연구진들은 목표한 기능 개발을 실현했으며 여러 논문을 작성했다. 임 교수는 “컴퓨터가 사람처럼 시각 정보를 인식한다는 것 자체가 쉽지 않다”며 "여전히 기술적 시도를 하고 있다"고 전했다. 임 교수는 2부 연구에서도 연구책임자를 맡으며 ‘딥러닝 기반 의미론적 상황 이해 원천기술 연구’를 수행할 예정이다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr 사진/ 김현수 기자 soosoupkimmy@hanyang.ac.kr

2019-09 06

[학술]김도환 교수, 사람 촉각세포 모방한 전자피부 소재 개발

김도환 화학공학과 교수팀은 사람 피부에 있는 촉각세포를 모방한 새로운 개념의 전자 피부 소재 기술을 개발했다. 이 연구는 9월 5일 저명한 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 온라인 게재됐다. 과학자들은 인공장기와 로봇의 피부에 사용하는 전자피부를 개발하고 있다. 전자피부를 실제 사람피부에 가깝게 만들려면 미세한 자극을 구분하고 넓은 자극 범위를 인식하는 소재 개발이 필요하다. 하지만 기존 전자 피부는 물리적 자극을 받으면 소재 형태가 바뀌면서 나타나는 전기적 신호 변화를 감지하는 방식이다보니 민감도가 떨어지고 넓은 범위의 자극을 인식하는데 한계가 많았다. ▲인간 피부 내 촉각세포 및 개발된 생체모사 이온트로닉 전자피부의 외부자극 인지과정에 대한 원리를 나타내는 모식도 (a)인간 피부가 가지고 있는 촉각세포 내 구성요소 (b)촉각세포의 외부자극 인지원리 모식도 (c)촉각세포를 모사한 이온트로닉 전자피부 내 구성요소 (d)개발된 이온트로닉 전자피부의 외부자극 인지원리 모식도 김 교수팀은 사람의 피부를 구성하는 촉각세포의 세포막 구조와 외부 자극에 따라 나타나는 생체이온의 신호 전달 메커니즘을 모방한 인공 촉각 세포를 만들었다. 0~140kPa(킬로파스칼)에 이르는 넓은 압력범위에서도 기존 전자피부보다 민감도가 30배 높다. 또 교수팀은 초고감도 전자피부 기술을 활용해 손으로 누르는 압력의 세기로 동력장치의 가속과 방향을 동시에 제어할 수 있는 무인비행체용 '실감형 웨어러블 컨트롤러'도 개발했다. 이 장치는 굴곡이 있는 신체 등에 부착해 작동이 가능하며, 1mV의 낮은 구동전압에서도 외부자극을 효과적으로 인지할 수 있기 때문에 낮은 전력 소모량으로도 장기간 사용이 가능하다. 한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업(나노기반 소프트 일렉트로닉스 연구단) 및 기초연구사업(선도연구센터, 중견연구)의 지원으로 수행됐다. ▲초고감도 이온트로닉 전자피부의 활용 가능성 (a)초고감도 이온트로닉 전자피부를 무선통신기술과 결합해 드론 컨트롤러로 활용 (b)드론 컨트롤러의 무선통신 및 신호처리 과정 (c)압력세기에 따라 드론의 방향뿐만 아니라 가속도 제어가 가능한 밴드형 이온트로닉 전자피부 (d)압력세기에 따른 드론의 RPM 변화

2019-09 02

[학술]서태원 교수, 고층 빌딩 외벽 청소 로봇 개발

서태원 기계공학부 교수팀은 곤돌라에 장착해 넓은 면적을 빠른 속도로 청소할 수 있는 고층 빌딩 외벽 청소 로봇을 개발했다. 청소 로봇은 기존 곤돌라에 고정돼 로봇 팔을 이용해 구동하며, 쉽게 장착 및 해체 할 수 있다. 동승한 탑승자가 로봇의 전원만 켜주면 자동으로 곤돌라의 동작과 함께 고층 빌딩 외벽 청소를 수행한다. 곤돌라의 하강 속도에 맞춰 청소하므로 청소 속도가 매우 빠른 장점을 갖고 있다. 로봇신문 8월 30일 자 기사에 따르면, 서 교수는 “우수한 청소 성능을 위해 실제 청소를 하는 유닛을 설계하는 것이 중요하다"며 "청소 유닛을 닫힌 구조로 설계해 사용한 청소 용수를 회수하고 2차 오염을 방지할 수 있도록 기술을 구현했다”고 말했다. 또 “실제 빌딩에서 필드테스트를 진행, 2차 오염없이 청소를 성공적으로 수행할수 있다는 점을 확인했다”고 덧붙였다. 로봇은 분사한 청소 용수를 위 아래에 장착된 스퀴지(squeegee)를 이용해 흡수하는 메커니즘을 채택해 2차 오염을 최소화한게 특징이다. 중앙에 있는 브러쉬가 잘 닦이지 않는 오염물을 제거하는 역할을 한다. 현재 상용화를 위한 시제품을 제작 중이며 '2019 두바이 건축기자재 전시회(The Big 5 show)'에서 공개할 예정이다. 고층 빌딩 청소는 연 11조 정도로 추산되는 시장이며, 국내에서만 연 15명 정도의 사상자가 발생하는 고위험 작업이다. 또한, 작업이 매우 어렵고 힘들어 자동화가 꼭 이루어 져야 되는 작업으로 인식되고 있다. 한편 이번 연구는 서울대, 카이스트, 경기대, 씨에스캠㈜, ㈜알에프가 개발에 함께 참여했다. ▲서태원 교수팀이 개발한 고층 빌딩 외벽 청소 로봇 (사진= 로봇신문)

2019-09 01 중요기사

[학술][이달의 연구자] 최진식 교수, 에너지 효율 높이는 에너지인터넷 기술 개발

최진식 서울캠퍼스 컴퓨터소프트웨어학부 교수가 스마트 홈, 스마트 그리드, 스마트 시티를 아우를 수 있는 계층분산형 에너지관리 에이전트 프레임워크 기술을 개발했다. 국가 발전소를 통해 수직적으로 전기를 제공 받는 기존의 ‘계층적’인 에너지 공급 방식과 네트워크 간 자율적 정보 교환이 가능한 인터넷의 ‘분산형’ 특징을 융합했다. 최 교수는 “전기 에너지 생산 및 사용자 간의 균형 조절은 국가 차원에서 이뤄지지만, 자체적 지능을 갖고 있는 에이전트가 대리인 역할을 함으로써 사용자에 맞게 전기 에너지를 관리한다”고 밝혔다. ▲최진식 컴퓨터소프트웨어학부 교수가 ‘계층분산형’ 에너지관리 에이전트 프레임워크 기술에 대해 설명하고 있다. 대부분의 국가는 전기 사용자들에게 발전소에서 생산한 전기를 일괄적으로 제공한다. 개별 상황은 고려하지 않고 전기를 공급한다. 이로 인해 전기가 부족하거나 남는 현상이 발생했고 정전 사태와 과도한 전기 생산 등의 원인이 되기도 했다. 계층분산형 방식의 에너지 관리 도입으로 문제를 해결할 수 있다. 사용자의 대리인 역할을 하는 지능형 에이전트가 사용자의 패턴과 선호도에 맞춰 전기 에너지를 관리하기 때문에 불필요한 전기 낭비를 막을 수 있다. 인터넷의 분산형 방식을 통해 전기 에너지와 관련한 정보를 실시간으로 교류하여 에너지 사용량을 줄일 수 있다. 이번 연구 결과에 인공지능(AI)을 더하면 사회 전반에서 에너지 효휼을 높이는 '에너지인터넷'을 만들 수 있다. 에너지인터넷은 사회 곳곳에 도움을 준다. 먼저 전기를 사용하는 사람들이 자신의 필요에 맞게 에너지를 효율적으로 소비하므로 불필요한 사용을 줄일 수 있다. 전기 사용량, 소비패턴 등의 정보를 실시간으로 제공해주기 때문에 전체 에너지 생산량의 약 20%까지 절감할 수 있다. 지능형 에이전트의 개입으로 각 가정과의 전기 에너지 교환도 가능해진다. 여름철 정전 방지, 전기세 하락 등 실생활에서도 많은 편리함을 제공한다. 이뿐 아니다. 기후변화로 인해 생산이 일정하지 않은 신재생에너지 분야에도 희소식이다. ▲ 계층분산형 에너지관리 에이전트 프레임워크를 보여주는 그림이다. (최진식 컴퓨터소프트웨어학부 교수 제공) 이번 연구는 에너지의 중요성이 커지고 이를 적재적소에 관리하는 것이 필요하다는 점에서 의의가 있다. 계속 개발될 경우 국가적으로도 큰 이득을 볼 수 있다. 최 교수는 “현재 경제협력개발기구(OECD) 최하위권인 한국의 에너지 이용 효율을 파격적으로 높일 수 있다”며 “세계 최초로 국제 표준 에너지 관리 에이전트를 기반으로 에너지인터넷 구축을 실현할 수 있다”고 전했다. 글/ 정연 기자 cky6279@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

2019-08 26

[학술]최진식 교수, 계층분산형 에너지인터넷 기술 개발

최진식 컴퓨터소프트웨어학부 교수가 최근 국제표준 기반 5G 에지(edge) 및 클라우드 컴퓨팅 기술을 활용할 수 있는 ‘계층분산형 에너지관리에이전트 프레임워크’를 개발했다고, 한양대가 8월 22일 밝혔다. 에너지관리에이전트 프레임워크는 국제 정보 기술 표준화기구 및 국제 전기기술 표준화 기구인 ISO/IEC 국제표준으로 에너지관리에이전트 기반 스마트 홈, 스마트 그리드, 스마트 시티를 아우를 수 있는 4차 산업혁명 기반 에너지인터넷 구축 기술이다. 최 교수는 ‘계층분산형’ 에너지관리에이전트 프레임워크를 개발, 사용자 편의 기능은 사용자 근처에서 빠르게 처리하고 다른 사용자들과의 에너지 생산 및 소비 균형 최적화는 중앙에서 통합 처리하는 새로운 에너지 인터넷 구조를 제시했다. 이를 통해 가정·빌딩·공장 등에서 사용되는 에너지를 표준화된 방법으로 상호 연동하고 통합 관리해 에너지 효율을 높일 수 있게 됐다. 또 최 교수는 5G 클라우드 컴퓨팅을 활용해 사용자 정보를 수집하고 에너지 생산과 소비의 균형을 제어하는 기술도 개발했다. 향후 이러한 통합 제어 프레임워크를 기반으로 다양한 부가 산업 및 새로운 서비스들이 발생할 수 있어 4차 산업혁명의 핵심 인프라로 널리 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 최 교수는 “해당 기술을 확대 개발할 경우 현재 경제협력개발기구(OECD) 최하위권인 우리나라의 에너지 이용효율을 획기적으로 높일 수 있게 된다”며 “나아가 세계 최초로 국제표준인 에너지관리에이전트를 기반으로 에너지 인터넷을 구축해 온실가스 감축을 이뤄낼 수 있을 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구결과(논문명 : A Hierarchical Distributed Energy Management Agent Framework for Smart Homes, Grids, and Cities)는 국제학술지 국제전기전자공학회지 「IEEE communications magazine」 7월호에 게재됐다. ▲5G 에지 및 클라우드 컴퓨팅을 활용한 계층 분산형 에너지관리에이전트 프레임워크 이미지

2019-08 26 중요기사

[학술][우수 R&D] 박태준 교수, 인공지능 기반 물품조립 협업로봇 기술 개발

박태준 ERICA캠퍼스 로봇공학과 교수와 한국산업기술평가관리원(KEIT)이 지난 7월 로봇산업핵심기술개발사업을 위한 협약을 맺었다. 이 사업은 설명서를 보고 스스로 가구를 조립할 수 있는 로봇 개발을 목표로 한다. 로봇들은 머신 비전 기반의 강화학습 인공지능(AI)을 통해 작업을 수행할 예정이다. 로봇은 가구를 조립하면서 겪는 시행착오를 통해 정보를 수집한다. 그 뒤 조립대상물을 인식하고, 설계도에 맞게 조립하는 능력을 갖추게 된다. 한편 박태준 교수는 ERICA 캠퍼스 인공지능협동로봇사업단 단장을 맡고 있다. ▲ 박태준 ERICA캠퍼스 로봇공학과 교수가 한국산업기술평가관리원 ‘인공지능 기반 물품조립 협업 로봇’ 공모전에서 당선된 인공지능 기반의 가구조립 로봇 프로젝트에 대해 설명하고 있다. 박 교수는 사람을 위한 가구 조립설명서를 시각적으로 이해해 사람의 조립 환경과 동일한 환경에서 물품을 조립하는 로봇을 개발하는 프로젝트를 기획했다. 이 프로젝트는 한국산업기술평가관리원에서 4차 산업 혁명에 대비해 진행한 ‘인공지능 기반 물품조립 협업 로봇’ 공모전에 채택됐다. 박 교수는 "4차 산업 혁명의 본질은 현실 세계인 하드웨어와 가상세계인 소프트웨어의 융합"이라며 "자율주행 자동차처럼 하드웨어와 소프트웨어가 결합하여 부가가치를 생산하는 로봇을 제작하는 것이 목표"라고 밝혔다. ▲ 박태준 로봇공학과 교수가 가구조립 로봇의 팔 부분을 제작하고 있다. (ERICA캠퍼스 산학협력단 제공) 프로젝트를 위해 지난 4월부터 선행연구를 진행했고 내년 말 완성품 제작을 목표하고 있다. 가구조립 로봇 한 대가 사람처럼 물품 조립설명서를 보고 완성품을 만든다. 카메라가 눈 역할을 하면서 팔이 작동한다. 기존 컨베이어 벨트 공정은 로봇 여러 대가 부속을 만들어 합쳤다. 가구조립 로봇에 내장된 인공지능 기술은 사람의 뇌 역할을 한다. 박 교수는 "인공지능 기반의 물품조립 기술을 확보해 산업적으로는 제조산업의 경쟁력 향상을, 사회적으로는 인간의 로봇 사용 증대를 목표로 하고 있다"고 전했다. 이세돌 9단과 구글 알파고의 대국이 끝난지 3년이 지났다. 그 후로 전 세계는 인공지능에 주목하기 시작했다. 당시 알파고의 소프트웨어는 놀라운 성과를 보였지만 실제 바둑돌은 사람이 두어야 한다는 한계가 있었다. 가구조립 로봇은 소프트웨어와 하드웨어의 융합이라는 측면에서 의의가 있다. 알파고처럼 인공지능이 탑재돼 있으며 사람처럼 움직일 수 있기 때문이다. 로봇 기술의 발달로 실생활에서 독거노인 가구나 1인 가구를 포함해 가구조립에 어려움을 겪는 사람들에게 편리함을 선사할 것으로 기대된다. 글/ 윤석현 기자 aladin@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr

2019-08 13

[학술]좌용호 교수, 희토류 사용량 줄인 나노자석 개발

좌용호 재료화학공학과 교수팀은 기존의 하이브리드 자동차 등 차세대 기기에 대거 들어가는 희토류 영구 자석을 대체할 새로운 코어-쉘(core-shell) 섬유 구조를 띠는 나노 자석 기술을 개발했다. 이 기술을 쓰면 우리나라가 수입에 의존하는 희토류 사용량도 줄일 수 있다. 전기차에 탑재되는 모터 등 많은 전자 기기에는 영구 자석이 대거 쓰인다. 영구 자석은 자력선을 이용해 전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꾼다. 이 영구자석을 만들려면 희토류가 필요한데 최근엔 자성이 큰 희토류에 상대적으로 자성이 작은 물질을 코팅한 뒤 시너지를 일으켜 자기력을 키우는 기술이 주목받고 있다. 좌 교수팀은 희토류계의 비교적 강한 자성을 띠는 나노섬유에 자성이 옅은 나노 두께의 철-코발트 코팅을 입히는 방법을 썼다. 이를 통해 기존 희토류계 영구자석 대비 자기 에너지 밀도를 146% 수준으로 끌어올렸다. 인력에 의해 서로 응집되는데다 고르게 도금하기 어려웠던 기존 구형 소재 대신 섬유형 구조체를 활용하는 한편 비(非)희토류계 도금층의 두께를 조절함으로써 자기적 특성을 향상시켜 고가의 희토류 사용량도 줄일 수 있다. 이번 연구의 성과는 미국화학회(Americal Chemical Society, ACS)가 발행하는 국제학술지 'ACS Applied Materials & Interfaces' 29·30호 표지논문으로 각각 7월 24일, 31일자에 게재됐다. ▲희토류 사용 대폭 줄이면서 더 강한 자성을 띠는 나노자석 제조 공정

2019-08 12 중요기사

[학술][이달의 연구자]이한승 교수, 오래가는 건축물을 위한 내구성 헬스 모니터링 기술을 개발하다

이한승 ERICA캠퍼스 건축학부 교수가 내구성 헬스(건정성) 모니터링(Durability Health Monitoring : DHM) 기술 센서를 개발했다. 내구성 헬스 모니터링 기술이 적용된 센서는 콘크리트 구조물의 손상 정도를 파악해 건설구조물의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있고 세계 최초로 고체를 대상으로 한 염소 이온과 이산화탄소 측정계라는 점에서 혁신적이다. 이 교수는 건축물의 유지관리라는 관점을 중심으로 연구하고 있다. 과거 효율성 중심 건축 패러다임에서 벗어나 생애주기의 관점에서 오래 버티는 건축물이 인간에게 장기적으로 도움이 되리라 생각하기 때문이다. ▲ 이한승 ERICA캠퍼스 건축학부 교수가 기존 건축물의 수명을 획기적으로 연장할 수 있는 내구성 헬스(건정성) 모니터링(Durability Health Monitoring : DHM) 기술에 대해서 설명하고 있다. 이 교수는 염소이온과 이산화탄소의 콘크리트 내 침투를 실시간으로 확인할 필요성을 느꼈다. 이 둘은 콘크리트 내 매설된 철근을 녹슬게 하고 팽창시켜 구조물 수명을 다하게 만든다. 이 교수는 성균관대학교 김선국 신소재공학부 교수 연구팀과 함께 센서 개발 및 적용 실험을 통해 연구 개발에 성공했다. 측정 센서는 광파이버(빛을 이용해 정보를 전달하는 유리 섬유)를 이용한다. 센서에 염소 이온과 이산화탄소가 접촉하면 색이 변해 침투 정도를 확인할 수 있다. 센서를 콘크리트 구조물 안에 일정한 간격을 두고 설치해 구조물의 기능 저하 정도를 실시간으로 파악하고 적절하게 대응하면서 구조물의 수명을 연장할 수 있다. 사람의 신체 헬스 모니터링 기술과 원격진료의 원리를 건축물에 대입한 것이다. ▲ 이한승 건축학부 교수는 "이번 연구가 앞으로 인간의 생애주기에 있어 큰 도움을 줄 수 있는 건축물의 비전을 제공할 것"이라고 말했다. 이 교수는 ‘내구성 헬스 모니터링 기술’으로 인해 건설구조물에 대한 기존의 안전성의 개념을 넘어 내구성을 확보하고 오랜 기간 사용할 수 있는 건축물을 기대하고 있다. 끝으로 이 교수는 “이번 연구처럼 앞으로도 4차 산업혁명시대의 혁신기술을 적용해 혁신적인 연구성과를 내고 싶다“고 말했다. 글/ 손민서 기자 angelico008@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

2019-08 05 중요기사

[학술][이달의 연구자] 김도환 교수, 유기반도체 겔(Gel)개발로 유기반도체 내구성 향상

영화 ‘아바타’의 등장인물들과 함께 하늘을 날고, 세계적인 축구 스타 리오넬 메시를 내 집 거실로 불러올 수 있는 시대다. 가상현실(VR)과 증강현실(AR)의 발전으로 불가능했던 일들이 우리 주변에서 일어나고 있다. 하지만 오랜 시간 VR·AR 기기를 착용하면 낮은 해상도로 인해 멀미와 어지럼증을 동반한다. 김도환 화학공학과 교수는 이를 해결할 수 있는 ‘유기반도체 겔(Gel)’을 개발했다. 유기반도체란 기존의 실리콘 반도체를 대체할 수 있는 유기화합물 기반의 차세대 반도체를 말한다. 최근 플렉서블 (휘어지거나 접어지는), 스트레쳐블(늘어나는) 전자기기 제작에 쓰여 많은 관심을 받고 있다. 하지만 물리적 충격에 약하고 용액공정 기반의 유기발광다이오드(OLED) 발광형 유기반도체를 연속적으로 가공할 수 없었다. 핵심적으로는 기존 실리콘 반도체 제작 과정인 포토리소그래피(Photolithography) 패턴 공정을 이용할 수 없었던 것. 김 교수 연구팀은 유기반도체가 전기적, 광학적, 기계적 성능을 유지하면서 기존 포토리소그래피 공정을 이용할 수 있는 방법을 알아냈다. ▲ 김도환 화학공학과 교수가 내구성이 우수한 ‘유기반도체 겔(Gel)’을 세계 최초로 개발했다. 김 교수는 유기반도체 겔(Gel) 소재변환 기술을 개발해 유기반도체의 내구성을 향상시킬 수 있는 구조체인 유기실리카 네트워크 간 ‘3차원 초밀도 엉킴구조’를 만들어냈다. 유기반도체 사슬과 유기실리카 사슬의 결합으로 내구성이 강한 겔 사슬을 제작한 것이다. 이 연구로 초고해상도 적층형 유기 전자소자를 제작한 김 교수 연구팀은 이어 고해상도 유기전자회로와 올레드 마이크로디스플레이 제작도 성공했다. 이번 연구 결과를 통해 VR·AR 기기 성능이 극적으로 향상될 것이라는 평을 받고 있다. 또한 빛을 흡수하는 수광형 겔은 고해상도 패턴 제작이 가능해 고해상도 이미지 센서 제작도 가능할 것으로 보인다. ▲ 김 교수 연구팀이 개발한 엉킴구조. 유기실리카 네트워크 간 ‘3차원 초밀도 엉킴구조’를 유도하는 소재 변환기술을 개발해 기존 유기반도체의 한계를 극복했다. (김도환 교수 제공) 김 교수는 연구를 시작하게 된 계기에 대해 “학생 연구원과 달걀의 비가역적(돌이킬 수 없는) 변성에 대해 논의하다 연구를 시작했다”고 말했다. “상온에서 달걀흰자는 물에 용해되지만, 열을 가해 하얗게 변하고 나면 액체화 되지 않는다”며 “열을 가해 분자가 얽히면서 네트워크가 구성되는 졸겔 법(Sol-gel process)을 반도체에 적용했다”고 설명했다. 이번 연구는 재료과학 분야 세계적인 학술지 ‘어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)’ 7월호에 표지논문으로 게재됐으며, 관련 기술로 5건의 국내외 특허를 등록 및 출원한 상태다. ▲ 김도환 교수(왼쪽에서 두번째)와 이번 연구에 참여한 학생 연구원들이 함께 포즈를 취하고 있다. 글/ 김가은 기자 kate981212@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr