[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

[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

[학술][우수 R&D] 성원모 교수, AI 기술 활용한 비전통유·가스 정(井) 생산성 향상

비전통(unconventional) 자원이란 기존 화석연료 채굴 방법이 아닌 새로운 기술로 채굴되는 자원을 말한다. 성원모 자원환경공학과 교수는 뉴멕시코 광산공과대학교(New Mexico Institute of Mining and Technology)와 협업해 ‘비전통유·가스 정(井) 기술’(시추를 통해 우물로 기름과 가스를 추출하는 기술)에 인공지능(AI)을 접목시키는 연구를 진행 중이다. 대표적인 비전통 자원인 셰일 가스 추출에 힘쓰고 있는 성 교수를 만나 직접 이야기를 들었다. ▲성원모 자원환경공학과 교수는 AI 기술을 접목해 비전통유·가스 정(井) 생산성을 향상시키는 연구를 하고 있다. 셰일 가스의 원료인 셰일은 진흙처럼 작은 입자로 이뤄진 암석으로, 케로젠(동식물의 사체가 원유로 변하기 전 단계)을 보유하고 있다. 유기물인 케로젠이 셰일 가스를 만드는 주된 역할을 한다. 성 교수는 비전통유·가스 정(井) 기술을 통해 셰일 가스를 추출할 수 있다고 말했다. “비전통유·가스 정(井) 기술 원리는 간단합니다. 땅에서 수직으로 2~3km를 파고 다시 셰일이 있는 곳에 수평으로 3km를 팝니다. 다음엔 셰일 주변에 균열을 내죠. 그러면 셰일에 흡착된 가스가 탈착되면서 균열을 통해 유〮가스 정(井)으로 나오게 됩니다.” ▲성원모 자원환경공학과 교수 연구실에 있는 셰일 표본이다. 셰일은 진흙처럼 작은 입자로 이뤄진 암석으로, 케로젠(동식물의 사체가 원유로 변하기 전 단계)을 보유하고 있다. ▲ 비전통유·가스 정(井) 기술과 전통 유〮가스 정(井) 기술 원리를 알려주는 그림이다. (성원모 자원환경공학과 교수 제공) 성 교수는 이 비전통유·가스정(井)의 생산성을 높이기 위해 AI 기술을 더했다. 성 교수는 “시추 시 땅속에 있는 암석 심도가 모두 다르기 때문에 목적지에 도달하기 힘들다”고 밝혔다. “암석이 무를 수도 있고 단단할 수도 있기 때문에 우물이 수직으로 가지 않고 엉뚱한 곳에 도달할 수 있어요. AI 기술을 활용한다면 암석의 종류, 심도, 가스를 모두 파악해 정확한 목적지까지 시추할 수 있습니다.” 더불어 시추에 걸리는 시간과 생산량도 미리 알 수 있어 효율성이 높아진다. 성 교수는 AI 기술을 통해 비전통유·가스정(井) 추출 비용이 몇천억 이상 줄어든다고 귀띔했다. 이번 연구는 지난 5월에 시작해 3년간 진행된다. 성 교수는 이미 미국을 한 차례 방문해 연구 시작을 알렸다. 협업 중인 뉴멕시코 광산공과대학교는 셰일 가스가 있는 현장과 셰일 가스 정(井)을 보유한 회사를 섭외했다. ▲성원모 자원환경공학과 교수는 “비전통유·가스 정(井)에 접목하는 AI 기술 개발을 활발히 해서 미래 가스 자원을 확보하는 데 이바지하고 싶다”고 밝혔다. 본래 셰일 가스는 추출 불가능한 천연가스였으나 비전통유·가스 정(井) 기술이 개발되면서 2000년대부터 떠오르는 천연자원이 됐다. 셰일은 지층에 고르게 퍼져있기 때문에 가스 매장층(Gas Reservoir) 찾기가 관건인 전통 유〮가스 정(井) 기술에 비해 추출이 쉽고, 시추 1000m당 1000억 원 이상이 드는 해상 가스보다 비용이 저렴하기 때문이다. 성 교수는 “2050년쯤에는 가스 에너지 소비 비중이 높아질 것”이라고 말했다. “비전통유·가스정(井)에 접목하는 AI 기술 개발 및 참여를 활발히 해서 미래 가스 자원을 확보하는 데 힘이 되고 싶습니다.” 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][이달의연구자] 이상욱 교수, 컴퓨터 시뮬레이션으로 신재생에너지 세계를 열다

‘촉매’가 다시 한번 주목받고 있다. 최근 촉매 기술이 수소에너지 생산, 고효율 연료전지 및 에너지저장장치(ESS) 개발 등 신재생에너지 분야에 핵심 역할을 하면서다. 보통 화학 공정에서는 철이나 알루미늄, 구리, 니켈 등 저가 금속을 촉매로 사용해도 대량생산에 필요한 효율을 얻을 수 있다. 하지만 신재생에너지 분야는 다르다. 신생 기술이다 보니 관련 연구가 충분히 이뤄지지 않아 고가 금속을 사용해야 한다. 이상욱 화학분자공학과 교수는 값비싼 희토류 대신 탄소 등 비금속 물질을 촉매로 사용할 수 있도록 돕는 컴퓨터 시뮬레이션 방법론을 개발했다. 화학반응에서 자신은 소모되지 않으면서 반응 속도를 더 빠르게 혹은 느리게 조절하는 물질을 촉매라 한다. 마치 터널처럼 높은 산을 이전보다 단시간에 통과할 수 있게 하는 역할이다. 이전에는 합성수지, 포장재, 자동차 내외장재 등을 만드는 데 쓰였지만 현재는 신재생에너지 개발에 쓰이고 있다. 하지만 재료비로 인한 경제적 부담이 만만치 않다. 수소에너지를 예시로 물을 전기 분해하기 위해 촉매로써 백금을 사용해야 하는데 그 값만 약 40억~50억 원이 들어간다. 따라서 값싼 촉매 개발에 무엇보다 중요하다. ▲ 이상욱 화학분자공학과 교수가 값비싼 희토류 대신 탄소 등 비금속 물질을 촉매로 사용할 수 있도록 돕는 컴퓨터 시뮬레이션 방법론의 필요성에 대해 설명하고 있다. 촉매 소재 개발을 위해서는 촉매 표면에 주목해야 한다. 현재 이론적으로 알려진 촉매 반응 메커니즘은 엘레이 리디얼 반응(ER, Eley-Rideal Reaction)과 랭뮤어 힌쉘우드 반응(LH, Langmuir-Hinshelwood Reaction) 두 가지로 구분된다. 기존 연구개발은 에디슨식 접근으로 각각의 물질을 하나씩 모두 실험해보고, 그중 되는 하나를 찾느라 비효율적이었다. 이 교수는 인실리코(In Silico) 방식을 사용해 컴퓨터 시뮬레이션 작업으로 많은 물질의 특성을 동시에 해석했다. 양자역학/분자 동역학 기반의 전산 작업을 통해 전자 재료 소재, 에너지 소재, 나노 소재의 물리 화학적 성질을 알아낸 것이다. 이는 전자, 원자 수준에서 구조와 물리적 성질 사이의 상관관계를 해석했다는 점에서 의미가 깊다. ▲ 이상욱 교수가 개발한 컴퓨터 시뮬레이션 방법론 OPNS(One probe & NEGF surface)을 통해 촉매 표면에서 나타나는 두가지 반응인 엘레이 리디얼 반응(ER, Eley-Rideal Reaction)과 랭뮤어 힌쉘우드 반응(LH, Langmuir-Hinshelwood Reaction)을 구분할 수 있다. (이상욱 교수 제공) 이 교수는 컴퓨터 시뮬레이션을 연구에 적용하게 된 계기에 대해 “그래피틱 카본 나이트라이드(graphitic carbon nitride) 소재를 해석을 요청받아 연구하던 중 보편적으로 사용되는 에디슨식 접근 방법이 문제가 많다는 것을 깨달았다”며 “화학반응은 반드시 전자의 흐름을 명확하게 고려해야 하는데, 기존의 방법으로는 소 뒷걸음질 치다가 쥐 잡은 격으로밖에 연구하지 못했다”고 밝혔다. 때문에 이번 연구도 고성능컴퓨팅(HPC) 서버로 컴퓨터 시뮬레이션으로 자연현상에서 벌어지는 원자, 전자 운동 수식을 풀었다고 밝혔다. 이 교수는 “기존의 실험적인 연구 방법만으로는 전쟁터에 칼 한 자루만 들고 나가는 것”이라며 “기존의 실험적인 방법과 컴퓨터 시뮬레이션 방법 두 가지가 동시에 선행되어야 방패도 가지고 나가는 것”이라고 말했다. ▲ 이상욱 교수가 이번 연구에 사용된 고성능컴퓨팅(HPC) 서버를 가리키며 “1000개가 넘는 코어를 통해 컴퓨터 시뮬레이션 작업이 이루어지고 있다”고 말했다. 글/ 김가은 기자 kate981212@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][우수 R&D] 김태곤·박진구 교수, 한국-벨기에 글로벌 인재양성 사업 담당해

김태곤 스마트융합공학부 교수(실무 담당)가 박진구 재료화학공학과 교수(총괄 책임)와 함께 ‘한국-벨기에 미래 혁신성장을 위한 글로벌 전문가 양성 1차’ 사업을 맡았다. 이 프로그램은 한국산업기술진흥원에서 지원하는 혁신성장 글로벌 인재 양성 사업이다. 그 중 한양대학교는 지능형 반도체, 3D 프린팅, 로봇 분야에 선정됐다. 지능형 반도체 분야 파견 학생들은 벨기에에 있는 반도체 연구소 아이멕(IMEC), 3D 프린팅과 로봇 분야 파견 학생들은 루벤 가톨릭대학교(KU Leuven)에서 인턴십 및 연구를 진행할 수 있다. ▲ 김태곤 스마트융합공학부 교수가‘한국-벨기에 미래 혁신성장을 위한 글로벌 전문가 양성 1차’ 사업에 대해 설명하고 있다. 김 교수는 이번 사업을 적극 추진했다. 이미 아이멕과 인연이 있기 때문이다. “아이멕에서 10년 넘게 근무했어요. 아이멕은 세계적인 반도체 종합 연구소입니다. 인프라도 좋고 배울 게 많은 곳이기 때문에 이번 해외 파견이 학생들에게는 가치 있는 경험이 될 겁니다.” ▲‘한국-벨기에 미래 혁신성장을 위한 글로벌 전문가 양성 1차’ 사업 모집 공고 포스터. 김 교수는 참여 인원이 아직은 채워지지 않아 여전히 모집 중이라고 밝혔다. (김태곤 교수 제공) 연구 기간은 최소 6개월, 최대 1년으로 연구 주제마다 상이하다. 참여 인원으로 석사, 박사 과정의 대학원생 26명을 뽑는다. 김 교수는 “올해 파견 가는 13명을 모집하는 중”이라고 밝혔다. “학생이 다 모이지 않아서 기한은 인원이 찰 때까지예요. 내년에 파견 가는 13명의 학생은 오는 10월에 모집 예정입니다.” 김 교수는 “지원 요건과 맞지 않더라도 해당 역량을 쌓고 싶은 학생이 있다면 상담 후 지원 가능하다”고 전했다. 이번 사업 지원금은 상당하다. 항공료, 월급 등을 지원해 벨기에에서 생활하는 데 무리가 없을 정도라고. 또한 26명의 파견 학생 중 2명의 학생은 면접을 통해 원자 현미경과 나노계측기기를 개발하는 ㈜파크시스템스에 취직할 수 있다. 김 교수는 사업 참여 학생들을 “㈜파크시스템스와 같은 중견기업의 중간 관리자로 양성하고 싶다”고 말했다. 반도체, 3D프린팅, 로봇과 같은 차세대 기술은 자율적인 업무 환경이 조성된 강소(强小)기업에서 연구할 시 지속적으로 발전할 수 있기 때문이다. 김 교수는 이번 사업을 성공적으로 마쳐 ‘한국-벨기에 미래 혁신성장을 위한 글로벌 전문가 양성 2차’ 사업도 추진하고 싶다는 의사를 밝혔다. “2차 사업 때는 학생들이 취업할 수 있는 기업을 더 많이 유치하고 싶어요. 그게 본 사업이 이뤄내야 할 목표라고 생각합니다.” 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr

[학술][우수 R&D] 송시몬 교수, 학생들을 위한 해외파견 연구지원사업 박차

송시몬 공과대학 기계공학부 교수는 올해 4월부터 혁신성장 글로벌인재양성 사업인 ‘로봇-엔지니어링 혁신설계 글로벌인재양성사업단’을 맡았다. 이 사업의 시작은 산업통상자원부에서 글로벌인재양성사업단을 모집하면서부터다. 이를 위해 송 교수는 한양대 대학원 융합기계공학과, 원자력공학과, 나노유기공학과 및 NVH Korea로 구성된 컨소시엄으로 사업단을 꾸렸다. 송 교수는 글로벌인재양성사업단의 여러 모집 분야 중 로봇과 엔지니어링 분야에 선정됐다. 글로벌인재양성 사업에 참여하는 26명의 기계공학부 석사, 박사과정 학생들 및 박사 후 연구원들은 해당 분야에서 매사추세츠공과대학교(MIT), 스탠퍼드대학교, 하버드대학교 등 14개의 우수 해외파견기관과 공동 연구를 할 수 있다. ▲송시몬 기계공학부 교수가 담당하는 ‘로봇-엔지니어링 혁신설계 글로벌인재양성사업단’은 엔지니어링 보강과 로봇 보강 연구 분야를 통해 인재 양성, 기술 확보와 일자리 창출에 기여한다. (송시몬 교수 제공) 송 교수는 학생마다 연구 기간과 주제가 다르다고 설명했다. “자신의 연구실에서 하던 연구와 유사한 연구를 진행하는 해외 기관에서 각각 6개월에서 1년간 같이 일하게 됩니다.” 로봇 분야는 소프트 로봇, 재활 로봇, 모듈 로봇, 웨어러블 디바이스, 로봇 동력기술을 연구하고, 엔지니어링 분야에서는 저가형 고감도 사물인터넷(IoT) 센서 기술과 인공지능(AI), 빅데이터 융합 엔지니어링 실시간 모니터링 기술을 연구한다. 산업통상자원부는 학생들의 원활한 연구를 위해 충분한 지원금을 제공한다. 송 교수는 “사업에 선정될 수 있도록 이수재 산학협력단장님이 적극 도왔다”며 “감사하다”고 밝혔다. ▲이번 사업을 통해 학생들의 연구에 대한 열정과 자세가 바뀌길 바란다는 송시몬 교수. “사업이 끝나는 2020년 이후에는 연구에 대한 학생들의 열정과 자세가 바뀌었으면 좋겠어요.” 학생들에 대한 송 교수의 애정은 올곧다. 송 교수는 이번 사업을 통해 학생들이 많이 배우고 성장하기 바란다. 종종 학생들과 해외 학술대회로 외국 대학에 방문할 때 주변 대학 연구실에 들르죠. 한양대학교보다 인프라는 좋지 않지만 세계적인 연구를 진행하고 있습니다. 뛰어난 논문은 연구 환경이 우수하다고 해서 나오는 게 아닙니다. 한양대학교 연구 실력은 이미 세계적으로 인정받습니다. 학생들이 연구 자체도 중요하지만 이에 더해 연구에 대한 해외기관의 태도와 자세, 그 외 좋은 점들을 배워왔으면 좋겠습니다.” 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][이달의 연구자] 김태욱 교수, 식물 스테로이드 호르몬을 연구하다

아무것도 하지 않아도 불안하고 짜증이 반복된다. 갱년기는 인간 몸의 호르몬 균형이 망가지면 나타나는 현상이다. 인간뿐만 아니라 식물도 그렇다. 특히 식물은 호르몬의 영향을 크게 받는데, 심각하면 죽을 수도 있다고 한다. 한양대 유일 식물학자 김태욱 자연과학대학 생명과학과 교수의 식물 호르몬 이야기를 들어보자. 인간 몸에서 호르몬이 만들어지면, 세포가 반응한다. 이 작용은 생리적 반응으로 이어진다. 식물도 마찬가지다. 김 교수는 호르몬에서 생리적 반응으로 이어지는 식물의 세포 신호 전달을 연구하고 있다. “식물이 커지고, 세지는 데는 식물 스테로이드 호르몬인 브라시노스테로이드(brassinosteroid, BR) 호르몬이 영향을 끼칩니다. BR 호르몬이 생성되는 과정과, 영향을 주는 요소를 연구했습니다.” ▲ 김태욱 생명과학과 교수가 브라시노스테로이드(brassinosteroid, BR) 호르몬이 어떻게 표면의 수용체부터 핵에 위치한 전사인자까지 영향을 미치는지 설명하고 있다. BR 호르몬은 단백질과 상호작용한다. 먼저 세포 표면에 위치한 수용체가 BR 호르몬의 진입을 감지한다. BR 호르몬은 세포 가장 위에 있는 수용체부터 맨 아래 핵에 위치한 전사인자에까지 신호를 전달한다. 김 교수는 “신호 전달 과정을 좇다 BR 호르몬을 통해 분해를 촉진하는 새로운 인자를 발견했다”며 “바로 가장 하위(Plant U-Box)에서 작용하는 전사인자”라고 소개했다. 김 교수는 “BR 호르몬 연구는 이제 마무리 단계”라며 “앞으로는 식물의 공변세포가 열고 닫힐 때 생기는 구멍인 기공을 연구해 미세먼지를 제거하는데 탁월한 식물 개발 연구를 확장시키고 싶다”고 말했다. 덧붙여 “호르몬이 유전자에 영향을 미치는 과정에서 식물을 연구하는 순수과학의 재미를 찾을 수 있다”며 “학생들이 앞으로 순수과학에 많은 관심 보여줬으면 좋겠다”고 전했다. ▲ 김태욱 교수(앞줄 가운데)는 앞으로의 연구 방향에 대해 “미세먼지를 제거하는데 탁월한 식물을 개발하고 싶다”고 밝혔다. 글/ 김가은 기자 kate981212@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr

[학술][우수 R&D] 이찬길 교수, IoT 기술 활용 수도원격검침안테나 개발

사물인터넷(IoT)은 사람, 사물, 데이터 등이 인터넷으로 연결돼 정보가 수집 및 활용되는 초연결 기술이다. IoT 기술은 휴대용 기기뿐 아니라 수도, 방재, 교통, 가스 등 공공 서비스 시설에서도 찾아볼 수 있다. 이찬길 ERICA 캠퍼스 전자공학부 교수와 최재훈 융합전자공학부 교수는 IoT를 사용하는 데 저전력 광역 통신 기술(LPWA, Low-Power Wide-Area)로 수도 원격 검침 안테나를 개발 중이다. ▲ 이찬길 전자공학부 교수가 사물인터넷(IoT)을 사용하는 데 필요한 저전력 광역 통신 기술 (LPWA, Low-Power Wide-Area)에 대해 설명하고 있다. 이 교수는 한국형 저전력 광역 안테나를 개발하고 있다. 외국에는 이미 공공망용 사물인터넷(NB-IoT), 로라(LORA, Long Range), 시그폭스(SigFox), 와이썬(Wi-Sun) 등이 있다. 이 교수가 개발중인 통신 안테나는 적은 전력과 비용으로 대규모 단말기에 접속한다. 전파가 사과 모양으로 퍼졌던 기존 안테나와 다르게 원뿔 모양으로 퍼지면서 더 많은 수도를 원격 검침할 수 있게 제작 중이다. 이 안테나는 각 수도 미터계 위치, 시간, 온도, 습도, 압력 등 중요 정보 수집은 물론 고장 유무도 파악할 수 있다. 이 교수는 “저전력 광역 안테나는 안테나를 지상에 세우는 기존 방식과 달리 수도 계량기 커버 하단인 땅속에 부착한다”고 말했다. 도시 미관을 해치지 않으며 안테나 파손 위험도 줄어드는 것이다. ▲ 이찬길 전자공학부 교수가 개발 중인 저전력 광역 안테나는 수도계량기 커버 하단에 부착하는 방식이다. 도시 미관을 해치지 않는 것은 물론 안테나 파손 위험도 줄어드는 방법이다. (이찬길 교수 제공) 이번 연구는 올해 4월부터 시작해 1년 동안 진행되는 프로젝트다. 이 교수가 있는 디지털통신시스템 연구실(Digital Communication Systems Lab.)에서는 이번 IoT 기술과 서브 미터급(해상도 1m 이하) 정밀도를 갖는 실시간 위치추적시스템(RTLS, Real-Time Location System) 구현 기술을 중점적으로 연구하고 있다. ▲ 이찬길 전자공학부 교수는 디지털통신시스템 연구실(Digital Communication Systems Lab.)에서 사물인터넷(IoT)와 실시간 위치추적시스템(RTLS, Real-Time Location System) 기술을 적용한 연구를 수행 중이다. (이찬길 교수 제공) IoT 기술은 산업구조를 변화시키며 사람들의 삶과 업무에 큰 영향을 미치고 있다. 이 교수는 앞으로도 IoT 기술 개발과 실용적인 연구에 임할 것이라고 밝혔다. 끝으로 이 교수는 “현재 연구 중인 안테나를 외국 저전력 광역 기술과 경쟁해도 뒤지지 않는 성능으로 향상시켜 외국에도 수출할 수 있길 바란다”고 전했다. 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][이달의 연구자] 홍승호 교수, 사이버 물리 시스템을 이용한 제조시스템을 개발하다

공장은 제품을 만들기 위해 24시간 내내 가동한다. 첨단 정보통신기술들의 발달은 혁신적인 변화를 일으키며 사회 전반에 큰 영향을 미치고 있다. 한층 더 높은 수준의 산업 제조 과정과 관리 시스템이 필요해졌다. 공장을 효율적으로 운영하는 방법을 고민한 홍승호 전자공학부 교수는 새로운 산업 제조 기술을 연구 중이다. 홍 교수는 4차 산업 혁명에 걸맞은 공정시스템의 필요성을 언급하며, 개발 중인 사이버물리시스템(CPS, Cyber Physical System)에 대해 설명했다. 최근 몇 년 동안 빠르게 변하는 시장 상황에 고객 수요가 지속적으로 증가하면서, 생산 추세가 대량 주문 제작으로 바뀌고 있다. 학계와 산업계는 제품의 다양성과 빠른 생산 변화에 대비할 수 있는 효과적인 해결책을 고심했다. 현재 대부분의 기계와 시스템은 자동화됐지만, 동시에 생산 시스템은 더욱 복잡해져 적절히 처리해야 하는 문제가 발생하고 있다. ▲ 홍승호 전자공학부 교수의 ‘A data mining-driven incentive-based demand response scheme for a virtual power plant’ 논문은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 미국전기전자공학회) SCI등재 학술지 <트랜잭션 온 인더스트리 애플리케이션스 및 인더스트리 애플리케이션스 매거진>(Transactions on Industry Applications and Industry Applications Magazine)에 게재됐다. 홍 교수는 현재 국제표준화기구(IEC) 한국 대표로 참여하고 있다. 홍승호 교수가 연구하는 사이버물리시스템(이하 CPS)은 이러한 문제를 해결해 한 층 더 효율적인 생산 과정을 실현할 수 있다. 물리적 사물을 컴퓨터 내 정보를 통해 동일 가상 모델로 구현해 디지털 쌍둥이(디지털 트윈)를 만든다. 움직이는 간격과 행동 반격 등이 모두 같은 기계들은 스스로 소통하며 공장의 일들을 순조롭게 진행한다. CPS로 공장 내 복잡한 생산 정보를 식별 및 처리할 뿐만 아니라 외부 CPS와도 일관성이 낮은 데이터 교환에 연결할 수 있다. ▲ 디지털 쌍둥이(디지털 트윈) 구성품 간에 데이터 교환이 가능하다는 것을 증명하기 위해 제작된 기조 시스템. (홍승호 교수 제공) CPS의 개발은 생산성 및 에너지 효율을 대폭 향상한다. 운영단계에서 기계는 자산 운용 데이터(온도, 속도, 진동 등)를 스스로 제어하고 기록해 시스템을 진단하고 안정적인 상태를 유지한다. 시스템 설계자와 엔지니어는 감독과 문제 상태 해결을 수월하게 할 수 있어 진행 속도를 가속할 수 있다. 또한 저장된 과거 데이터는 유지관리 담당자가 고장을 추적하고 분석하는 데 사용할 수 있다. 이를 위해 먼저 기계 데이터의 표준화 작업이 필수적이다. 기계의 표준어를 채택하는 것부터 정보 표현 기술과 전달 기술의 표준화까지 긴 시간이 소요된다. 또 인공지능과 부가적인 시스템을 탑재해야 한다. “여태까지는 공장을 자동화하는 것까지 마쳤고, 오는 2035년에 완전한 스마트제조시스템을 완성할 것으로 예측합니다.” 한국에서 실질적으로 운영하는 시점은 다가오는 2045년으로 보고 있다. 홍 교수는 “CPS기술이 완성되면 4차 산업혁명처럼 스마트제조시스템에서도 새로운 기술적 혁명이 초래할 것”이라고 덧붙였다. ▲ 홍승호 교수는 마지막으로 “많은 학생들이 근본적인 상상을 뛰어넘는 생각을 하면 좋겠다”며 “적극적으로 창조하고 꿈을 실현하길 바란다”고 말했다. 글/ 김민지 기자 melon852@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][우수 R&D] 장준혁 교수, AI 활용한 음성인식 기술로 산학협력 앞장서

영화 ‘아이언맨’ 속 인공지능(AI) 비서 자비스는 토니 스타크(아이언맨)의 일정 관리부터 저택 관리, 나아가 전투까지 보조한다. 음성인식으로 스마트폰, 자동차, 심지어는 집도 제어할 수 있다. 장준혁 융합전자공학부 교수는 삼성의 빅스비(Bixby), 현대자동차의 음성인식 시스템에 이르기까지 자비스 상용화의 최전선에 서 있다. 장 교수가 이끄는 음성음향 오디오 신호처리연구실(Acoustics speech audio signal processing lab, 이하 ASAP Lab)이 그리는 인공지능과 함께하는 미래를 알아보자. ASAP Lab에서는 음성인식 기술을 비롯한 음성 신호처리, 바이오 신호처리 연구를 진행하고 있다. 음성인식이란 사람이 말하는 음성 언어에서 특징들을 학습해 그 내용을 텍스트로 변환하는 기술이다. 장 교수는 사람의 음성을 컴퓨터, 로봇이 인식하는 분야는 도전적이라고 말했다. “AI가 발전하기 전에는 음성인식 기술이 지금처럼 성능이 뛰어나지 않았다”며 “기존의 음성인식 기술에 AI를 결합하자 스마트폰, 자동차, 로봇에 있어서 폭발적인 파급력을 가지게 됐다”고 설명했다. ▲ 장준혁 융합전자공학부 교수가 이끄는 음성음향 오디오 신호처리연구실(Acoustics speech audio signal processing lab, ASAP Lab)에서는 스마트폰, 자동차, 로봇에 적용할 수 있는 AI기반 음성인식 기술을 개발하고 있다. 장 교수가 이끄는 ASAP Lab의 강점은 상용화다. 스마트폰, 자동차, 로봇 산업체를 종횡무진 활약하고 있다. ASAP Lab은 삼성의 빅스비, 현대자동차의 AI 카닥터 및 음성인식 엔진, LG의 Q보이스, 인천공항 안내 로봇 ‘클로이’의 엔진을 공동 개발했다. 장 교수는 “현대자동차 AI 카닥터를 개발할 때 데이터베이스, 딥러닝(deep learning·심층학습), 응용을 바탕으로 연구했다”고 말했다. AI 카닥터는 소음으로 차량의 고장 여부를 판별하고 고장 부위를 진단하는 기술이다. 먼저 자동차 모든 부품을 하나씩 고장 내 소리 데이터베이스를 만들었다. 딥러닝은 충분한 데이터를 필수로 한다. 장 교수는 수학적인 방법과 신호처리 방법을 활용해 부족한 데이터를 증폭시켰다. 가능한 경우의 수를 확률모델로 구상하고 확률 데이터를 따르는 새로운 데이터를 생성하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 다양한 환경에서의 소리 데이터를 만들었다. ASAP Lab의 연구는 고장부위를 진단하는 정답률이 8.6%에서 87.6%로 올랐다는 평가를 받았다. ▲ 장준혁 교수는 "데이터 베이스 구축, 딥러닝(Deep learning·심층학습) 그리고 응용을 바탕으로한 3단계 연구로 음성인식 원천 기술을 개발했다"고 밝혔다. (장준혁 교수 제공) 장 교수가 음성인식 연구로 이루고 싶은 꿈은 무엇일까. 장 교수는 “목소리만으로 자연스럽게 모든 기기를 제어하는 미래를 꿈꾼다”며 “집에서는 스마트폰 혹은 AI 스피커를 통해 냉장고, 에어컨, TV를 제어하고, 운전할 때 명령으로 와이퍼, 라디오, 내비게이션을 작동하는 연구를 계속할 것”이라고 말했다. “자율주행 자동차가 개발되는 시점에는 운전자가 목소리만으로도 가고자 하는 목적지의 날씨와 교통 정보를 알 수 있도록 하겠습니다” ▲ 장준혁 교수는 “목소리만으로 집안의 냉장고, 에어컨, TV와 자동차의 주요 기능을 제어하는 미래를 꿈꾼다”며 “앞으로도 음성인식이 생활 속에 자연스럽게 녹아들 수 있게 하는 연구를 계속할 것”이라고 밝혔다. 글/ 김가은 기자 kate981212@hanyang.ac,kr 사진/ 김주은 기자 coramOdeo@hanyang.ac.kr