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성균관대-삼성전기 공동연구팀, 극한 조건에서도 끄떡없는 ‘차세대 세라믹 수전해 전지’ 개발

성균관대-삼성전기 공동연구팀, 극한 조건에서도 끄떡없는 ‘차세대 세라믹 수전해 전지’ 개발 - 나노 스케일 설계 기술로 그린수소 생산 성능 2배 높이고 내구성까지 동시에 확보 - 세계적 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’표지 논문 선정 및 ‘ACS Nano’게재로 연구 성과 입증 기계공학부 이원영 교수 연구팀은 삼성전기 중앙연구소와의 산학 공동연구를 통해, 물을 전기분해하여 청정 에너지인 ‘그린수소’를 생산하는 고체산화물 수전해전지(SOEC)의 성능과 내구성을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 제조 기술을 개발했다. 고체산화물 수전해전지는 700℃ 이상의 높은 온도에서 수증기를 전기로 분해해 수소를 만드는 장치다. 기존 방식보다 적은 에너지로 많은 양의 수소를 얻을 수 있어 차세대 친환경 에너지 시스템으로 주목받고 있다. 하지만 고온에서 제조 및 장시간 작동할 경우 전지 내부의 미세한 입자들이 뭉치거나 층이 박리되는 현상이 발생해 성능이 급격히 떨어지는 고질적인 문제가 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 복잡한 공정 대신, 실제 산업 현장에서 바로 적용할 수 있는 두 가지 ‘제조친화형 나노 설계 전략’을 제시했다. 첫 번째 전략은 연료극(수소가 발생하는 곳)의 촉매 입자 표면에 분말 기반 원자층 증착법 (ALD)을 활용해 수 nm(나노미터, 10억 분의 1m) 두께의 얇은 막을 입히는 기술이다. 이 기술을 통해 니켈 입자가 고온에서도 서로 뭉치지 않게 고정했으며, 수소 환경에서 스스로 합금 촉매로 변하게 하여 수소 생산 효율을 기존보다 약 2배 높이는 데 성공했다. 두 번째 전략은 공기극과 전해질이 만나는 경계면에 약 50nm 두께의 나노 코팅층을 형성하는 것이다. 연구팀은 정전기를 이용해 미세한 입자를 뿌리는 공법인 전기정전 분무증착법 (ESD)을 사용해, 전지의 층과 층 사이가 벌어지는 박리 현상을 효과적으로 막아냈다. 이 기술은 대기압 상태에서도 가능해 공장과 같은 대규모 생산 시설에 적용하기 매우 유리하다는 장점이 있다. 이번 연구의 핵심은 단순히 실험실 수준의 성과에 그치지 않고, 기업과의 협업을 통해 실제 대면적 셀에서도 그 효과를 입증했다는 점이다. 이는 차세대 수소 생산 장치의 상용화를 가로막던 ‘수명 문제’와 ‘제조 공정의 어려움’을 동시에 해결할 수 있는 실용적인 발판을 마련한 것으로 평가받는다. 이원영 교수는 “이번 연구는 고체산화물 수전해전지의 상용화에 있어 가장 큰 걸림돌이었던 전극 구조의 변화와 계면 박리 문제를 산학 협력을 통해 극복한 사례”라며 “나노 기술을 실제 제조 공정에 도입해 수소 에너지 시대를 앞당길 수 있는 실용적인 플랫폼을 제시했다는 데 큰 의미가 있다”고 밝혔다. 삼성전기 박중덕 마스터는 “이번 공동연구를 통해 고체산화물 수전해전지의 성능과 내구성 향상을 위한 제조 기술의 가능성을 확인했다”며 “앞으로도 관련 기술의 산업 적용 가능성을 높이기 위해 지속적으로 협력해 나갈 계획”이라고 말했다. 한편, 이번 연구 결과는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 중견연구자지원사업, 나노‧소재기술개발사업, 미래수소혁신기술개발사업, 산업통상자원부 신재생에너지핵심기술개발사업, 에너지인력양성사업 및 삼성전기 등의 지원으로 수행되었으며, 재료 과학 분야의 세계적 권위지인 ‘Advanced Functional Materials’와 ‘ACS Nano’에 각각 게재되었다. 특히 ‘Advanced Functional Materials’에 실린 연구는 그 우수성을 인정받아 해당 호의 표지 논문으로 선정되었다. ※ 논문명: Sequential core-shell to alloy evolution enables the structural stabilization and catalytic activation of solid oxide electrolysis cells ※ 저널명: Advanced Functional Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202525596 ※ 논문명: Conformal Nanocoating at the Electrode-Electrolyte Interface for Active and Durable Solid Oxide Electrochemical Cells ※ 저널명: ACS nano ※ 논문링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c19038

2026-03-13

전기적 소작기법 이용 복합 면역치료법 개발…난치성 고형암 치료 새 전략 제시

국내 연구진이 전기적 소작기법을 이용해 간암에 대한 면역세포 치료의 효과를 증진시키는 새로운 복합 면역치료법을 개발했다. 난치성 고형암 치료의 새로운 전략을 제시하는 중요한 성과로 평가된다. 한국연구재단은 박우람 성균관대 교수 연구팀이 비가역적 전기천공법(IRE)을 활용, 간암 병변의 면역억제성 종양 미세환경을 변화시키고 키메라 항원 수용체(CAR) 자연살해세포(NK)의 항암 능력을 증진시키는 결과를 얻었으며, 이에 대한 핵심 분자 경로를 규명했다고 12일 밝혔다. 기존 면역세포 기반 항암치료는 종양 면역억제 미세환경으로 인해 세포 침투가 제한되고, 치료 효과가 떨어지는 문제점이 있었다. 특히 간암은 면역억제 환경이 매우 강해 CAR-NK세포 치료 단독으로는 충분한 항암효과를 기대하기 어렵다. 연구팀은 임상에서 이미 승인된 비열성 전기소작술인 IRE를 종양 미세환경 개선 수단으로 활용하는 접근법을 고안했다. IRE는 고전압 펄스 전기장으로 종양세포를 괴사시키며, 이를 통해 손상 관련 분자패턴과 케모카인(면역세포 이동을 유도하는 화학적 신호 단백질)을 방출시켜 종양 미세환경을 NK세포에 유리한 상태로 변화시켰다. 연구팀은 IRE 처리 후 종양 내에서 케모카인 농도가 현저히 증가해 NK세포 모집이 조기에 일어난다는 사실을 확인했다. IRE에 의해 생성된 반응성 산소종 증가로 인해 잔존 종양세포가 NK세포에 훨씬 더 민감해진다는 메커니즘도 규명했다. 또 지질나노입자(LNP) 기반 유전자 전달 기술을 이용해 생성한 글리피간3(GPC3) 표적 CAR-NK세포를 결합한 결과 단일 치료보다 훨씬 강력한 종양 제어 효과를 나타냈다. 실험에서는 IRE 처리된 간암 세포가 CAR-NK세포에 의해 빠르게 제거됐으며, 다양한 전임상 모델에서도 IRE와 CAR-NK세포 병합 치료가 우수한 종양 억제 효과와 생존 연장을 보였다. 박우람 교수는 “이번 연구는 임상에 이미 진입한 IRE, LNP 플랫폼 및 CAR-NK세포 등을 이용해 국소 종양 환경 개선하고, 정밀한 세포 면역치료를 결합했다는 점에 의미가 있다”며 “임상에 더욱 빠르게 적용될 수 있는 병용 치료법으로 자리할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 생화학 및 분자생물학 분야 국제 학술지인 '시그널 트랜스덕션 앤드 타겟티드 테라피'에 10일 온라인 게재됐다. 이인희 기자 leeih@etnews.com 이인희 leeih@etnews.com

2026-03-13

에너지과학과 김종순 교수팀, 차세대 배터리 ‘고속 충전 병목’ 해결할 양극 계면 설계 전략 제시

에너지과학과 김종순 교수팀, 차세대 배터리 ‘고속 충전 병목’ 해결할 양극 계면 설계 전략 제시 - 표면에 형성되는 저항층을 줄여 고속 충전 성능 1.58배 향상 실제 전기차용에 가까운 두꺼운 전극에서도 효과 확인, 상용화 가능성 높여 ▲(왼쪽부터) 성균관대 에너지과학과 김종순 교수 (교신저자), 구본영 석박통합과정생 (주저자), 포항공과대학교 박규영 교수 (교신저자) 에너지과학과 김종순 교수 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 ‘리튬인산망간철(LMFP)’ 배터리의 고질적인 충전 속도 저하 문제를 개선할 새로운 설계 방법을 개발했다. 이번 연구는 배터리를 짧은 시간 안에 충전할 때 성능이 떨어지는 이유를 밝혀내고, 고속 충전을 가로막던 병목 요인을 줄일 수 있는 방법을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다. 배터리를 충전하려면, 배터리 안의 리튬 이온이 양극 내부로 이동해 저장되어야 한다. 하지만 기존 LMFP 배터리는 충전이 진행되면서 양극 표면에서 ‘LiF(리튬플루오라이드)와’같은 저항층이 쌓이면서, 충전 속도를 높이면 이를 제때 받아들이기 어려워지는 한계가 있었다. 그 결과 짧은 시간 안에 충분한 충전이 쉽지 않았다. 즉, 빠르게 충전할수록 배터리 성능을 떨어뜨리는 병목이 더 뚜렷해지는 구조였다. 김종순 교수 연구팀은 이러한 한계를 줄이기 위한 전략을 세웠다. 연구팀은 빠른 충전 과정에서도 양극 표면에 저항층이 지나치게 쌓이지 않도록 계면을 설계해, 리튬 이온이 이동할 때 느끼는 저항을 기존보다 약 43%나 줄였다. 그 결과, 약 12분 만에 충전하는 조건에서도 기존보다 1.58배 더 많은 에너지를 저장할 수 있게 되었다. 이는 고속 충전 과정에서 성능 저하를 일으키던 병목 현상이 실제로 완화됐음을 보여주는 결과다. ▲ 후막 리튬인산망간철 전극의 입자 계면 설계 전략을 통한 전하 전달 저항 감소 모식도 특히 이번 연구가 주목받는 이유는 실험실용 얇은 배터리가 아니라, 실제 전기차에 들어가는 ‘두꺼운 전극(후막)’ 환경에서 이 효과를 증명했기 때문이다. 전극이 두꺼워지면 이온이 이동해야 할 거리가 길어져 성능을 내기가 훨씬 까다로운데, 연구팀은 이 악조건 속에서도 충전 성능이 대폭 향상됨을 확인했다. 이는 실제 사용 환경에 가까운 조건에서도 고속 충전 병목을 줄일 수 있음을 보여준다. 김종순 교수는 “이번 연구는 배터리를 충전할 때 표면에서 어떤 방해 물질이 생기는지를 정확히 찾아내고 이를 해결한 것”이라며 “앞으로 전기차의 충전 시간을 획기적으로 줄이고, 안전하면서도 오래가는 배터리를 만드는 데 중요한 기준이 될 것”이라고 설명했다. ▲ 고속 충전 병목 현상을 줄이기 위한 양극 표면 LiF 억제 설계의 효과 비교. 실제 전기차용에 가까운 조건에서 충전 성능과 수명 향상 효과를 확인 이 연구결과는 LG에너지솔루션과 산업기술기획평가원 소재부품기술개발사업(“3.7V급 고전압 인산망간철 양극재 제조공정기술 개발” 과제)의 지원으로 수행되었으며, 에너지 분야의 세계적인 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 2026년 1월 24일자로 발표되었다. ※ 논문명: Enhanced Fast-Charging Performance of High-Mass-Loading Mn-Rich Li[Mn1-xFex]PO4 Cathodes via LiF-Less Cathode–Electrolyte Interphase ※ 학술지: Advanced Energy Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/aenm.202506130

2026-03-11

윤정호 교수 공동연구팀, 차세대 보안·컴퓨팅의 열쇠 ‘멤리스터 무작위성’ 원천 규명

윤정호 교수 공동연구팀, 차세대 보안·컴퓨팅의 열쇠 ‘멤리스터 무작위성’ 원천 규명 - 주사열현미경 활용해 소자 내부의 다중 전도성 경로와 열 효과 메커니즘 세계 최초 확인 - 물리적 엔트로피 소자 기반의 진성난수발생기 구현으로 미래 보안 기술 선점 기대 ▲ (왼쪽 위부터) 윤정호 교수, 소근호 박사과정생, 인천대 김경태 교수, 구승회 박사, 한국과학기술연구원 허성훈 박사, 윤병진 석박통합과정생 신소재공학부 윤정호 교수 연구팀은 인천대학교(총장 이인재) 김경태 교수 연구팀 및 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 허성훈 박사 연구팀과의 공동연구를 통해, 차세대 반도체 소자로 주목받는 ‘휘발성 이온 이동형 멤리스터(Memristor)’의 저항 변화 현상이 다중 전도성 경로와 열 효과가 결합된 복합 메커니즘에 의해 발생한다는 사실을 세계 최초로 규명했다. 이번 연구는 그동안 베일에 싸여 있던 멤리스터 소자의 선천적 무작위성(Stochasticity)의 근본 원인을 밝혀낸 것으로, 향후 정보보안을 위한 난수 생성 및 확률론적 컴퓨팅 등 미래형 연산 시스템 구축에 획기적인 전환점을 마련할 것으로 기대된다. 휘발성 이온 이동형 멤리스터는 전압을 가하면 내부에 금속 이온으로 이루어진 미세한 통로(전도성 경로)가 무작위로 만들어지고, 전압을 끄면 다시 무작위로 사라지는 특성을 가진다. 이러한 예측 불가능한 성질은 해킹이 불가능한 보안 번호를 만드는 '진성난수발생기'나 복잡한 경우의 수를 계산하는 '확률론적 컴퓨팅' 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 하지만 소자 내부에서 일어나는 이러한 변화를 실시간으로 직접 관찰하기 어려워, 그동안 무작위성을 극대화하는 소자 설계에 한계가 있었다. 공동연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 나노미터(nm) 단위의 미세한 열을 측정할 수 있는 ‘주사열현미경(SThM)’ 기법을 도입했다. 연구팀은 멤리스터 소자에 전압을 걸었을 때 발생하는 줄 열(Joule heating)을 소자 표면에서 직접 계측하는 데 성공했다. 이를 통해 소자 내부에서 여러 개의 국소적인 발열 지점이 나타나고 사라지는 현상을 확인했으며, 이는 곧 다수의 전도성 경로가 서로 경쟁하며 실시간으로 이온을 재배치하고 있음을 입증하는 결정적 근거가 되었다. 나아가 연구팀은 이번 발견을 바탕으로 디지털과 아날로그 방식의 난수를 모두 생성할 수 있는 ‘복합 진성난수발생기’를 실제로 구현하여 데이터의 암호화 및 복호화 실험에 성공했다. 또한, 방대한 데이터 중 최적의 답을 찾아내는 확률론적 컴퓨팅 기술을 활용해 이진 전가산기 회로의 역연산을 시연함으로써 차세대 컴퓨팅 분야로의 확장 가능성까지 증명해냈다. 윤정호 교수는 “이번 연구는 멤리스터의 저항 변화를 단순히 하나의 통로가 생기고 사라지는 것으로 이해하던 기존의 피상적인 해석을 넘어, 다중 경로와 열 효과의 복합적인 상호작용을 밝혀낸 심층적인 성과”라며 “앞으로 이 소자를 활용해 무작위성과 확률 기반의 차세대 지능형 반도체 분야에서 글로벌 기술 리더십을 확보하는 데 앞장서겠다”고 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발(소자) 사업, 집단연구지원사업(글로벌 기초연구실), 개인기초연구사업과 과학기술사업화진흥원의 국산연구장비기술경쟁력강화사업, 한국기초과학지원연구원의 신진연구자 인프라지원사업의 지원으로 수행되어 재료과학 분야의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난 1월 21일 게재되었다. ▲ (위) 휘발성 임계스위칭 멤리스터의 SThM 분석 및 전열 시뮬레이션 결과, (아래)선천적으로 무작위적인 저항 변화 스위칭을 활용한 진성난수발생기 및 확률론적 컴퓨팅 시연 결과 ※ 논문명: Unraveling Origin of Stochasticity in Multi-Filamentary Memristor ※ 학술지: Advanced Functional Materials (IF: 19.0) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202527482

2026-03-10

이원영 교수팀, 수소 에너지 시대 앞당길 ‘천하무적’ 세라믹 연료전지 개발

이원영 교수팀, 수소 에너지 시대 앞당길 ‘천하무적’ 세라믹 연료전지 개발 - 계면 미세구조 정밀 설계로 세계 최고 수준의 성능과 내구성 동시 확보 - 복잡한 공정 없이 기존 소재 활용해 상용화 가능성 높여... ▲ (왼쪽부터) 이원영 교수, 김동욱 박사과정생, 이동규 석사 기계공학과 이원영 교수 연구팀은 전지 내부의 핵심 부품들이 만나는 경계면을 정밀하게 설계하여, 가혹한 환경에서도 망가지지 않고 세계 최고 수준의 효율을 내는 ‘차세대 세라믹 연료전지’를 개발했다. 이번 연구는 친환경 수소 에너지를 더 쉽고 안전하게 만들고 사용하는 데 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 연구팀이 집중한 ‘프로톤 세라믹 연료전지’는 수소로 전기를 만들거나, 반대로 전기로 수소를 생산할 수 있는 스마트한 에너지 장치다. 기존 전지들은 아주 뜨거운 고온에서만 작동해 수명이 짧다는 단점이 있었지만, 이 전지는 400 ~ 600℃의 상대적으로 낮은 온도에서도 잘 작동한다. 하지만 전지의 핵심 부품인 ‘전극’과 ‘전해질’이 만나는 경계면(계면)에서 전기가 잘 흐르지 못하게 방해하는 저항이 생겨 성능을 높이는 데 한계가 있었다. 이원영 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘계면 공학’이라는 특별한 기술을 도입했다. 전극의 구조를 여러 층으로 쌓는 ‘다층 구조’ 방식을 사용한 것이다. 특히 경계면 부분에 아주 작은 입자들을 균일하게 배치하여, 마치 좁은 길을 넓은 고속도로로 만드는 것처럼 전하들이 이동할 수 있는 면적을 크게 넓혔다. 그 결과, 전기의 흐름을 방해하던 저항이 획기적으로 줄어들었다. 이렇게 만들어진 전지는 성능 시험에서 놀라운 결과를 보였다. 500℃의 온도에서 전기를 만들어낼 때 1.04W/cm²의 출력 밀도를 기록했는데, 이는 전 세계적으로 보고된 비슷한 종류의 전지들 중 최고 수준이다. 또한, 온도를 급격하게 변화시키거나 장시간 연속으로 작동시켜도 성능이 떨어지지 않는 뛰어난 내구성까지 증명했다. 이번 연구의 또 다른 강점은 ‘경제성’이다. 비싸고 복잡한 새로운 소재를 개발하거나 어려운 제조 공정을 쓰지 않고, 기존에 사용하던 소재와 단순한 공정만으로도 이 정도의 고성능을 끌어냈기 때문이다. 이는 실제 공장에서 제품을 대량으로 만들 때 매우 유리한 조건이다. 이원영 교수는 “전극과 전해질이 만나는 계면은 전지의 심장과 같지만, 그동안 이를 정확히 수치화해서 설계하는 것이 어려웠다”며 “이번 연구는 계면의 구조를 수학적으로 분석하고 설계하는 틀을 마련했다는 데 큰 의미가 있으며, 다가올 수소 사회를 현실로 만드는 중요한 발판이 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었으며(No. SRFC-MA2402-10, No. 2022R1A2C3012372), 연구 결과는 에너지 분야의 세계적인 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 지난 1월 4일 게재되었으며, 표지 논문으로도 선정되었다. ※ 논문명: Quantitative Interface Engineering Framework for High-Performance and Durable Protonic Ceramic Electrochemical Cells ※ 학술지: Advanced Energy Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/aenm.202505277

2026-03-10

김한기·이보람 교수팀, 희귀금속 ‘인듐’ 없는 차세대 투명 전극 기술 개발

김한기·이보람 교수팀, 희귀금속 ‘인듐’ 없는 차세대 투명 전극 기술 개발 - 질소 도핑 산화주석(NTO) 전극으로 기존 ITO 한계 극복… 소자 수명 2배 이상 향상 - 저비용·고효율 페로브스카이트 LED 상용화 앞당겨 ▲ (왼쪽부터) 공동교신저자 성균관대 김한기 교수, 이보람 교수, 주저자 박소망, 김지훈 연구원 신소재공학부 김한기 교수와 이보람 교수 공동 연구팀이 디스플레이의 핵심 소재인 희귀금속 ‘인듐’을 전혀 사용하지 않고도 고성능을 유지하며 수명을 획기적으로 늘린 차세대 투명 전극 기술을 개발했다. 최근 차세대 디스플레이의 핵심 기술로 주목받는 ‘페로브스카이트 발광다이오드(Perovskite LED, 이하 PeLED)’는 색이 매우 선명하고 유연하게 만들 수 있다는 장점이 있다. 하지만 지금까지는 ‘인듐 주석 산화물(ITO)’이라는 소재를 투명 전극으로 사용해 왔다. 인듐은 희귀금속이라 가격이 비쌀 뿐만 아니라, 시간이 지나면 소자 내부로 확산되어 디스플레이의 성능을 떨어뜨리고 수명을 단축시키는 고질적인 문제가 있었다. ▲ 비정질 구조의 인듐프리 N-SnO2 투명 전극 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 인듐 대신 주변에서 흔히 찾을 수 있는 주석에 질소를 결합한 ‘질소가 도핑된 산화주석(NTO)’ 기반의 새로운 투명 전극을 제안했다. 연구팀은 특수한 나노 공정(RF 마그네트론 스퍼터링)을 통해 이 전극을 제작했으며, 실험 결과 기존 인듐 기반 전극(ITO)과 대등한 수준인 20.82%의 높은 발광 효율을 기록했다. 특히 이번 연구에서 가장 주목할 만한 성과는 ‘장기 안정성’이다. NTO 전극을 적용한 소자는 기존 ITO 전극 소자보다 수명이 2배 이상 길어졌다. 이는 전극 내부에 형성된 질소와 주석의 강한 결합이 금속 이온이 퍼져 나가는 것을 막아주는 방어막 역할을 하기 때문이다. 또한, 이 기술은 낮은 온도에서도 대면적으로 제작할 수 있어 실제 공장에 바로 적용해 대량 생산하기에도 매우 유리하다. ▲ 인듐프리 N-SnO2 투명 전극이 적용된 차세대 고효율 페로브스카이트 LED 이번 연구를 이끈 김한기 교수는 “이번 성과는 비싼 희귀금속에 의존해 온 기존 디스플레이 투명 전극 기술의 한계를 근본적으로 해결한 연구”라며, “앞으로 디스플레이뿐만 아니라 태양전지 등 다양한 차세대 에너지 소자 분야에서 인듐 없는 투명 전극 시대를 앞당기는 중요한 전환점이 될 것”이라고 연구의 의미를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부의 ‘차세대 OLED 산업 원천기술개발 사업’과 한국연구재단의 중견과제 지원으로 수행되었으며, 재료 과학 분야의 세계적 권위지인 ‘머티리얼즈 투데이(Materials Today, IF: 22.0)’ 2월 26일 자 온라인판에 게재되었다. ※ 논문명: Chemically durable and cost-efficient N-doped SnO2 transparent electrodes for Full-color perovskite light-emitting diodes ※ 학술지: Materials Today (Impact Factor: 22.0) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.12.031

2026-03-04

의학과 김동익 석좌교수, "초고령사회 돌봄은 개인 문제 아닌 국가사회가 시급히 해결해야 할 난제"... ‘봉사시간 저축은행’ 해법 제시

의학과 김동익 석좌교수, "초고령사회 돌봄은 개인 문제 아닌 국가사회가 시급히 해결해야 할 난제"... ‘봉사시간 저축은행’ 해법 제시 <2026.3.3. 에이빙 코리아>

2026-03-03

우충완 교수팀, 만성 통증의 '뇌 지문' 찾아냈다… 개인 맞춤형 뇌영상 바이오마커 개발

우충완 교수팀, 만성 통증의 '뇌 지문' 찾아냈다… 개인 맞춤형 뇌영상 바이오마커 개발 - 환자마다 다른 뇌 신호 분석해 통증 수치화 성공, 정밀 의료의 새 지평 열어 - 기계학습 활용한 뇌기능 커넥톰 도출, 주관적인 고통을 객관적 지표로 전환 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 우충완 교수, 이재중 연구원 글로벌바이오메디컬공학과 우충완 교수 연구팀이 만성 통증 환자가 느끼는 고통의 강도를 뇌 신호만으로 읽어낼 수 있는 '개인 맞춤형 뇌영상 바이오마커'를 개발했다. 이번 연구는 그동안 환자의 주관적인 설명에만 의존해야 했던 통증 진단 방식에 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대를 모으고 있다. 만성 통증은 전 세계 수많은 사람들이 병원을 찾는 가장 흔한 원인 중 하나이지만, 환자가 느끼는 통증의 크기를 혈압이나 체온처럼 객관적으로 측정할 수 있는 방법은 지금까지 존재하지 않았다. 환자마다 고통을 느끼는 방식과 표현이 제각각이기 때문이다. 이에 우충완 교수 연구팀은 첨단 뇌과학 기술을 활용해 이 난제에 대한 해답을 제시했다. 연구팀은 전신의 광범위한 통증이 3개월 이상 지속되는 질환인 '섬유근육통' 환자들을 대상으로 수개월간 반복해서 기능자기공명영상(fMRI)을 촬영했다. fMRI는 뇌의 혈류 변화를 감지해 어느 부위가 활성화되는지 보여주는 장치다. 연구팀은 이 방대한 뇌 영상 데이터에 인공지능 기계학습 기술을 적용하여, 개별 환자만의 고유한 '뇌기능 커넥톰'을 도출해냈다. 뇌기능 커넥톰이란 뇌의 여러 영역이 서로 정보를 주고받는 복잡한 상호작용 체계를 일종의 지도로 나타낸 것이다. 연구 결과, 새롭게 개발된 바이오마커는 환자가 수개월 동안 겪은 통증의 세기 변화를 오직 뇌 영상 정보만으로 매우 정밀하게 예측하는 데 성공했다. 특히 주목할 만한 점은 통증과 관련된 뇌의 반응 패턴이 사람마다 완전히 다르다는 사실이다. 한 환자에게서 찾아낸 통증 패턴(마커)은 다른 환자의 통증을 설명하는 데 적용되지 않았다. 이는 만성 통증이 지극히 개인적인 뇌의 반응이며, 따라서 환자 개개인의 특성을 반영한 '개인 맞춤형' 접근이 필수적임을 과학적으로 증명한 사례다. 우충완 교수는 “이번 연구는 만성 통증 환자들이 겪고 있는 '보이지 않는 고통'을 뇌 영상을 통해 객관적으로 증명하고 수치화할 수 있음을 보여준 사례”라며, “단순한 진단을 넘어 환자 개개인에게 최적화된 맞춤형 치료법을 개발하는 정밀 의료 시대를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 연구의 의의를 강조했다. 제1저자인 이재중 박사후 연구원은 “환자마다 통증과 연관된 뇌의 연결망 패턴이 고유하게 나타난다는 점이 이번 연구의 핵심”이라며, “앞으로 뇌과학 기반의 정밀 진단이 임상 현장에서 활발히 사용될 수 있도록 연구를 이어가겠다”고 덧붙였다. 이번 연구는 기초과학연구원(IBS)의 전폭적인 지원으로 수행되었으며, 신경과학 분야에서 세계적으로 권위를 인정받는 학술지인 '네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)'에 게재되어 그 학술적 가치를 인정받았다. ▲ 뇌영상 기반 만성통증 마커가 예측한 통증 세기가 실제 통증 세기와 유사함. ▲ 뇌영상 기반 만성통증 마커에서 중요한 영역들이 각 참가마자다 상이함. ※ 논문명: Personalized Brain Decoding of Spontaneous Pain in Individuals With Chronic Pain ※ 학술지: Nature Neuroscience ※ 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41593-026-02221-3

2026-02-27

기계공학부 김태성 교수팀, ‘열로 조이는’ 기술로 차세대 AI 반도체 혁신

기계공학부 김태성 교수팀, ‘열로 조이는’ 기술로 차세대 AI 반도체 혁신 - 전극의 열팽창 차이 활용해 원자 배열 정렬... 붕어빵 틀처럼 메모리 구조 완성 - 기존 대비 전력 소모 낮추고 연산 속도 높여... 이미지 인식 정확도 97.2% 달성 ▲ (왼쪽부터) 교신저자 성균관대 김태성 교수, 제1저자 성균관대 김건욱 석박통합과정, MIT 석현호 박사후연구원, 성균관대 손시훈 석박통합과정, 성균관대 최현빈 박사과정 기계공학부 김태성 교수 연구팀이 마치 '붕어빵'을 찍어내듯 열을 이용해 반도체 내부 구조를 정밀하게 조절하는 기술을 개발, 차세대 인공지능(AI) 하드웨어의 성능을 획기적으로 높이는 데 성공했다. 이 기술을 활용하면 지금보다 훨씬 적은 전기로도 복잡한 AI 연산을 빠르게 처리할 수 있게 된다. 우리가 쓰는 컴퓨터나 스마트폰은 대개 '폰 노이만 방식'을 사용한다. 이는 책상(연산 장치)과 책꽂이(메모리)가 멀리 떨어져 있는 것과 비슷해서, 공부를 할 때마다 매번 책을 가지러 왔다 갔다 해야 하므로 시간이 걸리고 힘이 든다. 이를 해결하기 위해 책꽂이 안에서 직접 공부까지 끝내버리는 방식을 '인-메모리 컴퓨팅'이라고 부르며, 이를 실현할 핵심 부품이 바로 이번 연구의 주인공인 '강유전 트랜지스터'다. 하지만 이 부품을 만드는 소재인 '하프늄 산화물'은 다루기가 매우 까다롭다. 메모리 기능을 제대로 수행하려면 내부의 원자들이 특정한 모양(사방정계)으로 예쁘게 줄을 서야 하는데, 아주 얇게 만들면 이 줄이 쉽게 흐트러져 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 기존에는 이를 해결하기 위해 다른 화학 물질을 섞기도 했지만, 과정이 복잡하고 대량 생산이 어렵다는 한계가 있었다. ▲ 응력 조절을 통한 하프늄 산화물 격자공학 기반 고성능 강유전 트랜지스터 구현 김태성 교수 연구팀은 여기서 '열팽창'이라는 물리적 원리를 도입했다. 물질마다 열을 받았을 때 늘어나는 정도가 다르다는 점에 착안한 것이다. 반도체 재료를 감싸는 전극이 식으면서 미세하게 수축할 때, 그 힘이 내부의 하프늄 산화물을 꽉 조여주도록 설계했다. 마치 꽉 끼는 옷이 몸매를 잡아주는 것처럼, 열에 의한 물리적인 힘이 원자들을 메모리 기능에 가장 적합한 위치로 정렬시킨 것이다. ▲ 텅스텐 전극을 이용한 하프늄-지르코늄 산화물 강유전 트랜지스터 어레이와 인공지능 하드웨어 구현 개념도 이 새로운 공법으로 만든 반도체 소자는 아주 얇으면서도 1조 번 이상 작동해도 고장이 나지 않을 만큼 튼튼했다. 또한, 이 소자들을 연결해 인공지능이 그림을 인식하게 한 결과 97.2%라는 높은 정확도를 기록했다. 이는 복잡한 화학 공정 없이도 온도 조절만으로 세계적인 수준의 AI 반도체를 만들 수 있음을 증명한 사례다. 김태성 교수는 “이번 연구는 화학적인 변화 대신 ‘열에 의한 힘’이라는 물리적 설계로 차세대 반도체의 한계를 극복했다는 점이 핵심”이라며 “이 기술이 상용화되면 자율주행차나 스마트폰처럼 전력 소모가 중요한 기기에서 AI가 훨씬 더 똑똑하고 빠르게 작동할 수 있을 것”이라고 설명했다. 본 연구 결과는 산업통상자원부와 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며, 나노과학 분야의 세계적 권위지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 1월 27일자로 게재되었다. ※ 논문명: Thermal Expansion-Engineered Ferroelectric Transistor Arrays for Scalable Edge AI Computing ※ 학술지: ACS Nano ※ 논문링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c14095

2026-02-23

물리학과 노창동 교수 연구팀 참여 국제공동연구, 아이스큐브 중성미자 관측소 대규모 고도화 사업 진행

물리학과 노창동 교수 연구팀 참여 국제공동연구, 아이스큐브 중성미자 관측소 대규모 고도화 사업 진행 (왼쪽 위부터) 노창동 교수, 신민지 박사과정생, 경준호·김태윤 석박통합과정생, 손지영 석사과정생, 정유현·박민제·임준혁 학부연구생 물리학과 노창동 교수 연구팀이 참여하고 있는 아이스큐브 국제공동연구단이 아이스큐브 완공 이후 15년 만에 이루어진 첫 번째 주요 확장인 아이스큐브 업그레이드(IceCube Upgrade)를 성공적으로 마무리했다. 아이스큐브는 남극의 얼음을 검출 매질로 활용하여 우주에서 온 중성미자를 관측한다. 5,000개가 넘는 광 센서를 통해 중성미자가 얼음 속에서 상호작용하며 생성한 2차 하전 입자들이 방출하는 빛을 포착하여 중성미자의 에너지와 진행 방향을 재구성한다. 이를 통해 아이스큐브는 현재까지 천체물리학적 중성미자를 발견하고 두 개의 은하를 중성미자 원천으로 규명했을 뿐만 아니라 우리 은하에서 기원한 중성미자도 관측하는 데 성공했다. 아이스큐브의 업그레이드는 86개의 스트링(string)으로 이루어진 기존 검출기의 중앙 부분에 6개의 새로운 스트링을 추가하여 더 촘촘한 레이아웃을 갖게 되며, 600개가 넘는 고성능 광 센서와 다양한 교정 장비가 새롭게 추가된다. 새로운 고성능 광 센서로는 mDOM과 D-Egg 두 종류가 있으며, 기존 검출기에 사용된 센서보다 2~3배 높은 감도를 제공한다. 또한, mDOM과 D-Egg 외에도 미국, 독일, 스웨덴, 한국 연구팀들이 정밀 교정 장치와 카메라, 아이스큐브의 향후 확장 계획인 아이스큐브-Gen2(IceCube Gen2)를 위한 프로토타입(prototype) 센서 등의 다양한 특수 모듈 개발에 기여했다. ▲ 밤하늘 아래에 IceCube Lab이 보이며, 배경에는 오로라와 함께 은하수가 펼쳐져 있다. 특히 이러한 특수 모듈 가운데 약 2천 개 이상의 소형 카메라와 LED 광원으로 구성된 카메라 시스템은, 현재 미국 유타대학교에 재직 중인 카르스텐 로트 교수가 성균관대학교에 재직하던 시절 주도한 연구팀이 설계·개발·생산한 연구 성과이다. 이 과정에는 성균관대학교 학부연구생과 대학원생, 연구원들이 참여했으며, 현재 노창동 교수 연구팀 소속의 신민지 박사과정생과 박민제 학부연구생 또한 생산 과정과 시뮬레이션 연구에 기여했다. 이 시스템은 검출기 매질인 남극 얼음의 광학적 특성을 보다 정확히 이해하는 것을 목표로 하며, 이를 통해 빛이 얼음 속을 전파하며 발생하는 효과를 교정함으로써 중성미자의 에너지와 방향을 더욱 정밀하게 재구성할 수 있을 것으로 기대된다. 카메라 시스템의 관측 결과는 이번 아이스큐브 업그레이드에 함께 설치된 다양한 교정 장비들의 관측 결과와 종합적으로 활용되어, 향후 중성미자 관측 결과는 물론 지난 수년간 축적된 기존 아이스큐브 데이터의 재분석에도 사용될 예정이다. 아이스큐브 업그레이드는 중성미자 진동과 같은 중성미자의 성질을 보다 정밀하게 측정할 수 있게 해주며, 나아가 우주선 입자의 조성 규명과 우리 은하에서 발생하는 초신성으로부터 방출되는 중성미자 측정에도 기여할 것으로 기대된다. ▲ 아이스큐브 성능 고도화는 상단 평면도에서 빨간색으로 표시된 위치에 설치된 6개의 신규 스트링으로 구성된다. 기존 배열은 파란색, 저에너지 확장 배열(DeepCore)은 초록색으로 표시되어 있다. 또한 새롭게 도입된 mDOM과 D-Egg 모듈은 각 내부에 다수의 광센서를 포함하고 있다. 물리학과 노창동 교수 연구팀(고에너지 입자 천체물리 실험 연구실)은 이번 아이스큐브 업그레이드를 통해 확보되는 향상된 데이터를 바탕으로, 고에너지 중성미자 데이터의 질적 향상에 초점을 맞춘 중성미자 천체물리 연구를 수행할 예정이며, HAWC 실험을 통한 고에너지 감마선 관측 결과와의 통합 분석을 통해 고에너지 우주선의 기원을 규명하는 연구를 진행하고 있다. 기존 검출기 관측 부피의 8배에 달하는 차세대 실험으로 제안된 아이스큐브-Gen2를 향한 디딤돌인 이번 업그레이드는 향후 수년간 아이스큐브가 중성미자 천문학 분야의 최전선을 유지하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다. ○ 관련 언론보도 - 남극 빙하에 검출기 5800개… 우주 기원 단서 ‘중성미자’ 찾는다 <동아일보, 2026.02.13.>

2026-02-13