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피부 위 전방향 촉각 자극 플랫폼 개발, 현실감 넘치는 차세대 XR 인터페이스 주도
반도체융합공학과 유재영 교수 연구팀이 미국 노스웨스턴 대학교 존 로저스 교수 연구팀의 하경호 박사와의 공동 연구를 통해 피부 부착형 무선 전방향 촉각 자극(햅틱) 인터페이스 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 다양한 촉각 수용기를 정밀하게 자극할 수 있는 ‘다자유도 햅틱 액추에이터(FOM: Full Freedom-of-Motion Actuator)’를 제안하고, 이를 바탕으로 현실감 높은 XR(확장현실) 체험 및 감각 대체 인터페이스 구현의 가능성을 열었다는 점에서 주목받고 있다. 피부에 부착 가능한 본 촉각 자극 장치는 세 방향의 전자기 코일을 중첩 배열한 구조로, 전류를 통해 발생하는 자기장을 정밀하게 제어하여 피부 표면에 수직, 수평, 비틀림 자극을 가할 수 있다. 특히 하나의 자석 또는 4개의 자석을 통합한 구조를 통해 다양한 기계적 자극을 동시에 생성할 수 있으며, 이에 따라 사용자는 피부에서 현실적인 촉각을 느낄 수 있다. 기존 햅틱 기술의 한계였던 단방향 진동 중심의 자극에서 벗어나, 이번 연구는 고해상도 촉감 정보의 실시간 전달과 인간의 피부 감각 수용기를 고려한 자극 메커니즘을 구현함으로써 몰입형 XR 경험의 핵심 기술로 평가된다. 연구진은 손등이나 손가락, 팔 등에 부착한 소형 촉각 자극 장치를 통해 시각장애인을 위한 손 위치 내비게이션을 구현했으며, 시각 정보 없이도 정확한 손의 움직임과 물체 접근이 가능함을 입증했다. 또한 천이나 금속과 같은 다양한 질감 정보를 촉각 자극으로 재현함으로써 가상 객체의 표면 감각을 실제처럼 전달하는 데 성공했다. 특히 음악의 경우, 음성, 드럼, 기타 등 서로 다른 악기의 주파수 정보를 서로 다른 방향의 진동 자극으로 변환하여, 청각이 없는 상태에서도 음악의 구성 요소를 촉각으로 인식할 수 있도록 구현함으로써 우수한 정보 전달 능력을 입증했다. 이번 기술은 작고 가벼우면서도 고해상도의 촉각 정보를 제공할 수 있는 웨어러블 디바이스로 확장 가능하며, 단일 장치에서도 높은 정보전달량(2.8bit)을 보장한다는 점에서 기존 촉각 자극 기술과 차별화된다. 또한 블루투스를 통한 무선 제어, 피부 접촉에 최적화된 유연한 소재 구조 등 사용자 중심의 인터페이스 디자인을 갖추고 있어 향후 XR 기반의 게임, 의료 훈련, 재활 치료, 감각 보조 디바이스 등 다양한 응용 분야에서의 활용이 기대된다. 유재영 교수는 “이번 연구는 인간의 다양한 촉각 수용기를 물리적으로 자극할 수 있는 정교한 액추에이터 기술을 통해, 감각 손상 환자를 위한 보조 기술뿐만 아니라 보다 몰입감 있는 XR 체험을 위한 핵심 인터페이스 기술로 확장될 수 있는 가능성을 제시했다”고 설명했다. 이번 연구 성과는 세계적인 과학 저널 『Science』 2025년 3월 28일자에 “Full freedom-of-motion actuators as advanced haptic interfaces”라는 제목으로 게재되었으며, 성균관대학교 유재영 교수팀은 한국연구재단 글로벌기초연구실 사업과 산업통상자원부 로봇산업핵심기술개발 사업의 지원을 받아 국제 공동 연구 협력이 진행되었다. ▲ 피부 위 전방향 촉각 자극 유연 전자 시스템 ▲ 인간의 피부 감각 수용기를 고려한 자극 메커니즘을 활용한 전방향 촉각 자극 기술 ▲ 전방향 촉각 자극을 통한 음향 자극 대체(상단), 실시간 스마트 글래스 영상에서의 사물 추적을 통한 촉각 네비게이션(하단 왼쪽), 가상현실에서의 질감 구현 결과 (하단 오른쪽)
- No. 322
- 2025-04-22
- 1098
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기후 정의에 관한 한국의 역사적인 판결
법학전문대학원 이길원 교수와 KAIST 문술미래전략대학원 박태정 교수 연구팀은 우리나라 법학자 최초로 세계적 학술지 ‘네이처(Nature)’의 자매지 Nature Human Behaviour의 코리스판던스(Correspondence) 섹션에 글을 게재했다. 해당 글은 우리 헌법재판소의 기후 정의 판결을 국제환경법적 관점에서 분석한 것으로, 4월 8일 자로 실렸다. 2024년 8월 헌법재판소는 정부의 2021년 기후 법안의 핵심 조항이 국민의 생명과 안전을 충분히 보호하지 못한다는 이유로 위헌 결정을 내렸다. 이는 아시아 최초의 판결로, 정부의 기후 대응에 대한 법적 책임을 강조하는 중요한 선례가 될 것으로 보인다. 이번 사건은 청년들이 청구인으로 참여했다는 점에서 더욱 의미가 크다. 위헌 결정이 내려진 ‘탄소중립기본법’ 제8조 1항은 국가 온실가스 감축 목표를 설정하는 핵심 조항이다. 헌법재판소는 해당 조항이 2031~2049년의 구체적인 감축목표를 명시하지 않아 기후 정책의 일관성을 해친다고 판단했다. 이에 따라 조항은 2026년 2월 28일까지 유효하지만, 국회가 이를 개정해야 한다는 강한 메시지를 던졌다. 헌법재판소는 ‘과소보호금지원칙’과 ‘법률유보원칙’을 판결의 근거로 삼았다. 재판소는 기본권 보호는 충분한 수준으로 이뤄져야 하며, 국가의 기후 목표는 행정부의 재량이 아닌 법률로 명확히 규정돼야 한다고 강조했다. 또한, 미래세대가 현재 의사결정 과정에서 직접적인 대표성을 갖지 못하는 민주주의의 구조적 한계를 지적하며, 입법부가 장기적 기후 목표를 법적으로 명문화해야 한다고 판시했다. 이길원 교수와 박태정 교수 연구팀은 이번 판결이 한국뿐 아니라 전 세계적으로도 중요한 의미를 가진다고 평가했다. 구체적으로 이번 판결은 단순한 환경 정책이 아니라, 세대 간 형평성과 민주적 책임을 강화하는 헌법적 판례라는 점을 강조하며, 기후 변화 대응은 단기적 이익이 아닌 법적으로 구속력 있는 장기적 목표 설정이 핵심이라고 주장했다. 아울러, 이번 판결이 한국의 기후 거버넌스를 더욱 투명하고 책임감 있는 체계로 변화시키는 계기가 되어야 한다고 강조했다. 특히, 국가의 기후 정책이 법 원칙에 의해 강제될 수 있음을 보여준 이번 판례는 국제적으로도 유사한 법적 대응을 촉진할 것이며, 향후 기후 소송이 더욱 활발해질 수 있다고 보았다. 이번 판결은 기후 정의의 핵심 원칙인 ‘세대 간 형평성(intergenerational equity)’을 헌법적으로 인정한 판례로 국제사회에서 장기적인 기후 목표의 법적 구속력을 강화하는 논의에 기여할 것으로 보인다. - 논문명: South Korea's Landmark Ruling on Climate Justice - 저자: 이길원(성균관대학교)·박태정(KAIST) - 저널: Nature Human Behaviour (IF 22.3)
- No. 321
- 2025-04-18
- 2814
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비유적 언어의 힘, 생성형 AI 여행 추천의 효과를 높이다
미디어커뮤니케이션학과 백태현 교수가 영국 스트래스클라이드 대학교, 미국 텍사스 A&M 대학교 연구진과 함께 수행한 국제 공동연구가 호텔·관광 분야의 국제 저명 SSCI 학술지에 게재됐다. 이번 연구는 생성형 AI 언어모델이 관광산업에 적용될 때 언어 스타일의 선택이 여행객의 행동에 어떤 영향을 미치는지를 실험을 통해 규명했으며, AI 기반 관광 커뮤니케이션 전략 수립에 실질적인 방향성을 제시했다. 연구팀은 ChatGPT가 제공하는 여행지 추천 콘텐츠에서 비유적 표현 (Figurative language)과 직설적 표현 (Literal language)이 잠재적 여행객의 의사결정에 어떻게 작용하는지를 분석했다. 연구 결과는 International Journal of Hospitality Management에 게재되었으며, 해당 저널은 2023년 기준 Impact Factor 10.0을 기록한 Q1 저널로, Hospitality, Leisure, Sport & Tourism 분야 상위 2.5%에 해당한다. 실험 결과에 따르면, ChatGPT가 비유적 언어를 사용할 경우 여행객의 상상력이 더욱 생생해지고, 실제 방문 의도 또한 유의미하게 높아졌다. 특히 여행지에 대한 생생한 이미지 형성(imagery vividness)은 비유적 언어와 방문 의도 사이의 매개 요인으로 작용했다. (실험 1). 또한 AI를 인간처럼 인식하는 참가자일수록 비유적 언어의 효과가 더욱 크게 나타났으며, 이는 AI에 대한 인간화 인식 수준이 언어 스타일 효과의 조절 변수로 작용함을 보여준다. (실험 2) 더불어 추천 주체가 ChatGPT일 경우 비유적 언어가 방문 의도를 크게 높였으나, 사람이 추천할 경우에는 언어 스타일에 따른 방문 의도 차이가 유의미하지 않았다. 이는 AI와 인간의 추천 메커니즘 간에 근본적인 차이가 존재함을 시사한다. (실험 3) 연구팀을 이끈 백태현 교수는 “생성형 AI 기술이 빠르게 발전하고 있는 지금, AI 기반 여행 추천 챗봇의 언어 스타일이 소비자 행동에 어떤 영향을 미치는지를 실험적으로 밝혀낸 것은 매우 의미 있는 일”이라며, “무엇보다 이러한 기술을 외국인을 대상으로 한 K-관광 마케팅 커뮤니케이션에 실질적으로 어떻게 적용할 수 있을지를 고민해야 할 시점”이라고 강조했다. 이어 “특히 ChatGPT가 비유적 언어로 여행지를 소개할 때 방문 의도가 높아진다는 점은 관광산업에서 AI 활용의 새로운 가능성을 보여준다”고 덧붙였다. 이번 연구는 국내 관광산업은 물론 지역사회 활성화를 위한 로컬 브랜딩 전략에도 중요한 시사점을 제공한다. 지방자치단체나 관광 관련 기관이 ChatGPT와 같은 생성형 AI를 활용해 지역 고유의 특색과 매력을 비유적 언어로 표현할 경우, 국내외 여행객들의 상상력을 자극하고 방문 의도를 높이는 데 실질적인 역할을 할 수 있을 것으로 보인다. 백태현 교수는 디지털 광고, 인공지능과 소비자 행동, 커뮤니케이션 테크놀로지 분야에서 탁월한 연구 성과를 이어가고 있으며, 현재까지 국제 저명 학술지에 61편 이상의 논문을 발표했다. 현재는 SSCI 등재 학술지 Journal of Advertising Research와 ESCI/Scopus 등재 학술지 Journal of Current Issues and Research in Advertising의 부편집장으로 활동하며, 국제 학계에서도 활발한 역할을 수행하고 있다. 논문명: AI-generated recommendations: Roles of language style, perceived AI human-likeness, and recommendation agent.
- No. 320
- 2025-04-14
- 3753
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자연감염에 의한 면역 반응을 모방한 ‘동력학적 면역치료 백신’ 개발
성균나노과학기술원(SAINT) 임용택 교수 연구팀은 자연 감염 후 체내에서 유도되는 다차원적 면역반응을 모방하여, 다양한 바이러스 감염에 대해 장기적이고 광범위한 보호효과를 나타내는 차세대 백신 플랫폼을 개발했다. 이번 연구를 통해 연구진은 감염병 회복자의 면역반응의 특징을 모방하여, 미시적인 부분에서는 톨-유사수용체 작용제 (TLR agonist) 의 동력학적 작용 시점을 조절하고, 거시적으로는 항원과 아주번트의 공급 패턴을 조절함으로서 자연 감염과 유사한 면역 반응을 일으킬 수 있는 동력학적 면역조절 백신(Kinetically Engineered Vaccine; KE-VAC) 개발에 성공하였다. 이 백신은 항원제시세포(APC)의 탈진 없이 장기간 활성화를 유도하며, 림프절 내 면역세포와의 상호작용 시간을 연장시켜 항체 생성 및 T세포 반응을 동시에 강화한다. 연구 성과는 세계적 학술지 Nature Communications (IF=14.7, 2025년 3월 25일 온라인 게재)에 발표되었다. 기존 인공 백신은 대부분 단일 항원 또는 알루미늄(Alum) 등의 보편적 면역보조제를 활용해 안정적인 항체 생성을 유도해왔지만, 자연 감염처럼 복합적인 면역 반응을 유도하지 못해 T세포 면역 반응이 제한되고 장기 보호 효과가 부족하다는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 극복하기 위해, 동력학적으로 활성화되는 TLR7/8 아고니스트(m-TLR7/8a)를 설계하고, 이를 나노리포좀에 탑재한 후, 알루미늄과 함께 제형화함으로써 항원 및 면역자극 신호가 림프절에 점진적으로 공급되도록 설계했다. 이러한 구조는 실제 감염체의 점진적 증식을 모사하여, 최대 6주 이상 림프절에서 지속적인 면역 반응을 유도했다. KE-VAC 백신은 모델 항원(OVA)을 활용한 실험동물 평가에서 강력한 체 생성, T세포 반응 유도, 장기적인 면역 반응 등의 효과를 보였다. 뿐만 아니라, 한국바이러스 기초연구소 (최영기 소장) 및 충남대학교 수의대 (이종수 교수) 와의 공동연구를 통해 진행한 코로나19 항원(스파이크 단백질), 인플루엔자 항원(sM2HA2) 및 중증열성혈소판감소증후군(SFTS) 바이러스에 대한 면역 반응 및 생존 실험에서도 매우 우수한 효과를 보여 지속적이며 강력한 보호 효과를 입증하였다. 이번에 개발된 KE-VAC 플랫폼은 단일 백신 제형으로도 장기간에 걸쳐 항체 반응과 T세포 반응을 동시에 유도할 수 있으며, 바이러스 변이 또는 새로운 감염병 발생 시에도 빠르게 적용 가능한 범용 면역 플랫폼으로, 기존 백신이 도달하지 못했던 면역 반응의 깊이와 지속성을 KE-VAC은 효과적으로 구현이 가능하므로, 향후 신종 감염병이나 변종 바이러스에 대한 선제적 대응은 물론, 차세대 항암 백신 개발로도 확장할 수 있는 기반 기술이 될 것이라 기대된다. 저자: 이상남 (제 1 저자, 박사 후 연구원), 은련호 (공동 제 1 저자, 연구원), 박세현 (공저자, 박사과정), 허장훈 (공저자, 박사과정), 임용택 (교신저자, 성균관대 교수) 논문명: Kinetically activating nanovaccine mimicking multidimensional immunomodulation of natural infection for broad protection against heterologous viruses in animal models (Nature Communications; IF=14.7, March 25, 2025)
- No. 319
- 2025-04-10
- 4113
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혈당강하제 SGLT2 억제제, 대사이상지방간질환 환자의 주요 간 질환 예방 효과성 규명
약학과 신주영 교수팀은 국내 보건의료 빅데이터를 활용한 대규모 인구기반 코호트 연구를 통해 대사이상 지방간질환(metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD) 환자에서 혈당강하제 SGLT2 억제제의 주요 간 질환 사건(hepatic events) 예방 효과성을 평가하였다. 대사이상지방간질환은 전세계적으로 그 질병 부담이 증가하고 있으며, 특히 제2형 당뇨병 환자에서의 유병률은 60%에 달한다. 대사이상지방간질환의 증상이 중증으로 진행되기 이전까지 무증상이라는 특성과 질환 진행 지연을 위한 다학제적인 접근 방법이 중요하다는 점을 고려할 때, 제2형 당뇨병을 동반하는 대사이상 지방간질환 환자에서 비보상성 간경변, 복수, 정맥류, 간부전, 간이식 등 주요 간 질환 사건 예방에 효과적인 혈당강하요법을 탐색하는 것이 시급한 실정이었다. 이에, 신주영 교수팀은 국민건강보험공단 청구자료 내 2014년부터 2022년 사이 SGLT2 억제제, GLP-1 수용체 작용제, Thiazolidinedione계 약제를 처음 처방받은 대사이상지방간질환 환자를 대상으로 주요 간 질환 사건 발생 위험을 비교하는 코호트 연구를 수행하였다. 그 결과, SGLT2 억제제와 GLP-1 수용체 작용제 간의 주요 간 질환 사건 예방에는 유의한 차이가 없는 것으로 확인되었으며, Thiazolidinedione계 대비 SGLT2 억제제 복용 환자에서 주요 간 질환 사건 발생 위험을 23% 감소시킨다는 관련성을 확인하였다. 신주영 교수는 “제2형 당뇨병과 대사이상지방간질환 간의 연관성을 고려할 때, 현재 가이드라인에서 대사이상지방간질환 환자 대상 주요 간 질환 사건 발생 예방을 목표로 한 특정 혈당강하요법을 지지할 만한 근거가 충분하지 않은 상황에서, 본 연구는 SGLT2 억제제와 GLP-1 수용체 작용제 및 Thizolidinedione계 혈당강하제의 간 질환 위험을 직접적으로 비교하여 근거를 생성했다는 점에서 의의가 있다”고 설명하였다. 본 연구는 환자중심 의료기술 최적화 연구사업단의 지원을 받아 보건의료기술연구개발사업의 일환으로 수행되었으며, 공동 연구진으로 서울대학교병원 내분비대사내과 배재현 교수, 조영민 교수, 강북삼성병원 장유수 교수, 류승호 교수, 영국 University of Southampton의 Christopher Byrne 교수가 참여하였다. 연구 결과는 의학 분야 저명 국제 학술지 ‘Gut (Impact Factor=23.0, JCI ranking 상위 2.4%)'에 1월 17일 정식 출판되었다. ※ 논문명: Risk of hepatic events associated with use of sodium-glucose cotransporter-2 inhibitors versus glucagon-like peptide-1 receptor agonists, and thiazolidinediones among patients with metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease ※ 저널: Gut(IF: 23.0) ※ 저자명: 신주영(교신저자), 배성호(공동 제1저자), 고화연(공동 제1저자) 그림 1. 각 코호트에서의 주요 간 질환 사건 발생 위험 (The risk of hepatic decompensation events) 그림 2. 각 코호트에서의 주요 간 질환 사건 누적 발생률 곡선 (Cumulative incidence of hepatic decompensation events)
- No. 318
- 2025-04-04
- 4149
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노벨화학상 수상자와 함께 페로브스카이트 태양전지 연구 방법론 정립
성균나노과학기술원 전일 교수와 이진욱 교수는 2023년 노벨화학상 수상자인 모운지 바웬디(Moungi Bawendi) 교수와 함께 페로브스카이트 태양전지(Perovskite Solar Cells, PSCs)의 연구를 방법론 관점에서 최초로 정립하고, 해당 성과를 세계적인 학술지 네이처 리뷰 메소드 프라이머에 지난 1월 16일에 발표했다. 페로브스카이트 태양전지는 차세대 태양전지로 주목받으며, 높은 효율과 저비용 제조 가능성으로 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 기술로 평가받고 있다. 그러나 상용화를 위해 해결해야 할 기술적 과제들이 남아 있으며, 이번 연구는 이러한 문제 해결을 위한 체계적인 방법론을 제시한 점에서 큰 의미를 가진다. 논문에서는 고성능 페로브스카이트 태양전지를 제작하는 다양한 방법을 체계적으로 정리하고, 핵심 구성 요소인 광활성층, 전하 수송층, 전극의 역할과 특성을 분석하였다. 또한, 현재 기술의 한계를 진단하고, 향후 연구 및 발전 가능성에 대한 방향을 제시하였다. 전일 교수와 이진욱 교수는 페로브스카이트 태양전지 분야에서 활발한 연구 활동을 펼쳐왔다. 두 연구팀은 국내에서뿐만 아니라 해외 유수한 대학 및 기관(MIT, UTokyo, EPFL, AlTO 등)들과 공동 연구로 매년 우수한 연구성과를 도출하고 있다. 전일 교수는 미생물, 자가치유 고분자, 그래핀 등 다양한 나노소재를 활용한 페로브스카이트 태양전지를 연구하며, 특히 금속 전극과 납을 대체하는 기술 개발에서 세계적 성과를 내고 있다. 그는 금속전극을 대체한 페로브스카이트 태양전지 부문에서 광전변환 효율 세계 최고 기록을, 비납계 페로브스카이트 태양전지 부문에서 광전변환 효율 국내 최고 기록의 공인인증서를 보유하고 있다. 이진욱 교수는 2021년부터 매년 세계 상위 1% 연구자로 선정(HCR, Highly Cited Researcher in cross-field)될 정도로 해당 분야에서 세계적인 권위를 인정받고 있다. 이번 연구는 성균관대 SAINT 및 전일 교수 연구실 소속 한지예 연구교수, 이진욱 교수 연구실 소속 박건우 박사과정생, 그리고 모운지 바웬디 교수 연구실의 Shaun Tan 박사가 주저자로 참여하였다. 이번 연구는 한국 과학기술정보통신부 및 한국연구재단의 지원을 받았으며, 미국 Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE), 유럽연합 Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램, 독일 Special Priority Program의 후원을 통해 수행되었다. ※ 논문명: Perovskite solar cells ※ 저널명: Nature Reviews Methods Primers (IF: 50.1) ※ DOI: https://doi.org/10.1038/s43586-024-00373-9 ※ 저자: 한지예 연구교수(제1저자), 박건우 박사과정생(제1저자), Shaun Tan 박사(제1저자, MIT), Yana Vaynzof 교수(TU Dresden), Jingjing Xue교수(ZJU), Eric Wei-Guang Diau 교수(NCTU), Moungi G. Bawendi 교수(교신저자, MIT), 이진욱 교수(교신저자, 성균관대 나노공학과 & SAINT), 전일 교수 (교신저자, 성균관대 나노공학과 & SAINT) ▲ 페로브스카이트 태양전지의 구성 및 작동 원리 개략도 ▲(왼쪽부터) Moungi G. Bawendi 교수, 이진욱 교수, 전일 교수, 한지예 연구교수, 박건우 박사과정생
- No. 317
- 2025-03-28
- 6183
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친환경 바이오소재로 석유화학 산업의 패러다임을 바꾸다
화학공학부 김진웅 교수 연구팀은 경희대학교 박범준 교수팀 및 (주)코스모코스와 공동 연구로 진행하여 나노셀룰로오스 기반 고효율 촉매 시스템의 핵심 메커니즘을 규명하고 친환경 석유화학 촉매로서의 활용 가능성을 제시하였다. 석유화학 산업의 중요 공정인 탈황 과정은 전통적으로 고온·고압 조건과 다량의 산화제 사용으로 에너지 소비와 환경 오염 문제를 야기해왔다. 본 연구팀은 이러한 문제의 해결책으로 재생 가능한 바이오 소재인 나노셀룰로오스를 활용, 전하 기반 자가 조립 나노메쉬 구조체를 개발했다. 이 구조체는 자기회합을 통해 에멀젼 마이크로반응기로 작용하여 환경 친화적이고 효율적인 탈황 반응을 가능하게 한다. 본 연구팀이 규명한 기술의 핵심 원리는 에멀젼 계면이 자연적으로 형성하는 음전하(약 -0.3 C/m²)와 양이온성 나노셀룰로오스(HNC+)의 강력한 정전기적 흡착에 있다. 분자 수준에서 발생하는 이 현상은 약 -1,200 kBT에 달하는 강한 흡착 에너지를 발생시켜, HNC+가 에멀젼 계면에 자발적으로 그물망 구조로 안정적인 나노메쉬를 형성하게 한다. 이 구조는 기존 계면 유화 시스템보다 뛰어난 구조적, 화학적 안정성을 제공한다. 나노메쉬 구조는 약 34nm 크기의 균일한 기공을 통해 반응물과 산화제의 선택적 이상 확산을 촉진하고, 에멀젼 계면의 말단 양전하기와 산화제가 형성한 촉매 복합체가 산화 반응을 활성화시켜 95% 이상의 탈황 촉매 활성도를 달성했다. 특히 주목할 점은 이 에멀젼 마이크로반응기가 극한 조건(pH 2~13, 1.8M NaCl의 고염 농도, 90°C의 고온)에서도 변형 없이 유지되며, 반복적인 반응 후에도 성능이 유지되는 우수한 내구성과 재사용성을 보인다는 것이다. 김진웅 교수는 '천연유래 나노셀룰로오스 계면촉매공학 기술을 활용해 개발한 고안정성 에멀젼 마이크로반응기는 고온·고압·고비용에 의존하던 기존 촉매 시스템의 한계를 극복할 수 있는 혁신적 전환점'이라고 평가했다. 그는 이어 '이번 연구 성과는 환경 부담을 최소화하는 친환경 공정과 지속 가능한 화학 산업 발전의 기반 기술로 활용될 것'이라고 전망했다." 이 기술은 (주)코스모코스와 공동으로 특허(출원번호: R-2023-0964-KR-1)를 출원했으며, 향후 화장품, 약물 전달, 기능성 코팅 등 다양한 산업 분야에서도 친환경 생분해성 유화제 기술로 확장될 가능성을 보여주고 있다. 이번 연구는 INNOPOLIS 재단 및 한국연구재단(NRF)의 지원으로 수행되었으며, 재료 과학 분야 세계적 학술지인 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials, IF: 27.4)에 2025년 3월 18일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Charge-Directed Nanocellulose Assembly for Interfacial Phase-Transfer Catalysis ※ 저자명: 신재원(제1저자, 성균관대학교), 서복기(성균관대학교), 최경호(성균관대학교), 박다애(코스모코스), 이희정(코스모코스), 신대현(코스모코스), 박범준 교수(교신저자, 경희대학교), 김진웅 교수(교신저자, 성균관대학교) ※ 저널: Advanced Materials ※ 논문 링크: doi.org/10.1002/adma.202418325
- No. 316
- 2025-03-25
- 6693
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지질이 식물 액포를 조절하는 새로운 비밀 밝혀
생명과학과 이상호 교수 연구진(제1저자 이영목 박사)은 지질이 어떻게 식물 액포 조절에 관여하는지 새로운 단서를 발견하였다. 이들은 초저온 전자현미경법(cryo-EM)을 통해 식물 액포로의 음이온 수송에 중요한 ALMT9 음이온 채널의 구조 기반 활성화 기전을 규명하였고, 예상치 못한 지질에 의한 액포 조절 가능성을 발견하였다. 해당 연구는 프랑스 Institute for Plant Sciences of Montpellier (IPSiM)의 Alexis De Angeli 교수 연구진과 성균관대학교 물리학과 유제중 교수 연구진, 한국기초과학지원연구원의 황금숙 교수 연구진과의 공동 연구를 통해 이루어졌다. 식물의 액포는 다양한 종류의 물질을 보관 및 분배하는 창고와 같은 역할을 하는 세포소기관으로 스트레스 저항, 부피 조절 등 다양한 생리적 현상에 관여한다. 다양한 이온 채널 및 수송체가 액포 내외의 물질 수송을 조절하는 통로 역할을 하며, 이 중 ALMT9 음이온 채널은 광합성에 필요한 기공 조절, 과일의 맛과 향 등을 조절하는 중요한 기능을 매개하는 것으로 알려져 있다. 연구진은 ALMT9 음이온 채널을 cryo-EM을 통해 관찰하던 중 기존에 알려지지 않은 지질과의 결합 형태를 발견하였다. 이를 바탕으로 공동 연구를 통해 구조생물학 뿐 아니라 질량분석학, 전기생리학 및 분자거동학의 기술을 접목함으로써 지질이 ALMT9의 조절에 있어 핵심적임을 제시하였다. 이번 연구로 지질에 의해 액포가 조절되는 과정에 대한 새로운 연결고리가 밝혀져 다양한 후속 연구로의 발전이 기대된다. 이상호 교수는 “이번 연구를 통해 미스터리였던 지질의 기능을 규명하게 되었다”며 “이를 토대로 생명현상에서의 지질의 역할에 대한 이해가 깊어지게 될 것”이라고 밝혔다. 또한 “최근 교내에 도입된 최첨단 기기인 cryo-EM을 이용한 연구 사례를 보여주어 앞으로 해당 장비를 이용한 우수한 연구 성과 도출에 대한 기대감을 높여 주고 있다”고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF: 14.7)’에 2월 20일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Structural basis for malate-driven, pore lipid-regulated activation of the Arabidopsis vacuolar anion channel ALMT9 ※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56940-5 ※ 저자: 이영목 박사 (제1저자), 유재민, 정서연, 유제중 교수 (성균관대학교 물리학과), 이상호 교수 (교신저자, 성균관대학교 생명과학과) 그림 1. 다양한 지질이 결합된 형태로 규명된 ALMT9 음이온 채널 구조
- No. 315
- 2025-03-21
- 4548
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양방향 다른 정보 표시 가능한 투명 OLED 소자 개발
전자전기공학부 송장근 교수 연구팀은 양방향에서 서로 다른 정보를 표시할 수 있는 투명 OLED 디스플레이 소자를 개발했다. 이번 연구는 투명디스플레이의 활용도를 극대화할 수 있는 혁신적인 기술로, 기존 투명디스플레이가 가진 한계를 극복하고 새로운 응용 가능성을 제시한다. 투명디스플레이는 공간적 개방감을 유지하면서도 정보를 제공할 수 있어 다양한 산업군에서 주목받고 있다. 그러나 현재까지는 특정 특수 시장에서만 제한적으로 사용되고 있으며, 대중적인 킬러 애플리케이션을 확보하지 못해 기대만큼의 산업적 기여를 하지 못하고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 고성능 투명전극 기술과 최소 개수의 화소로 양방향 정보를 제공할 수 있는 디스플레이 화소 기술이 필수적이다. 송장근 교수 연구팀은 Yb:Ag 합금 전극을 활용하여 높은 투명도, 우수한 전도성, 낮은 표면 거칠기 및 일함수 조절이 가능한 투명전극을 개발했다. 이를 기반으로 한 투명 OLED 디스플레이를 제작하고, 불투명 TFT가 존재하는 영역과 그렇지 않은 영역을 분리하여 각각 단방향 및 양방향 정보 표시가 가능한 화소 구조를 구현했다. 이를 통해 디스플레이를 통해 서로 다른 정보를 동시에 제공하는 기술을 성공적으로 시연했다. 이번 연구에서 개발된 기술은 매장의 유리창과 같은 환경에서 실내외 조도 차이에 따라 서로 다른 밝기의 영상을 출력하는 데 활용될 수 있다. 또한, 교육, 회의, 상담, 고객 응대 등 다양한 상황에서 한쪽에서는 정보 제공이 이루어지면서도 반대편에서는 별도의 화면 정보를 확인할 수 있어 투명디스플레이의 활용 범위를 크게 확장할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 산업통상자원부의 디스플레이특성화대학원 사업과 교육부의 기초연구실 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 성과는 국제학술지 Light: Science & Applications (IF: 20)에 게재되었다. ※ 논문명: Transparent OLED displays for selective bidirectional viewing using ZnO/Yb:Ag cathode with highly smooth and low-barrier surface ※ 저널: Light: Science & Applications ※ D.O.I: https://doi.org/10.1038/s41377-024-01739-0 ▲ (상) Yb:Ag 합금을 이용한 높은 투과도와 낮은 거칠기를 가지는 투명전극, (중) 화소 배치 및 구동에 따라 전면 표시 모드, 전후면 동일 영상 표시 모드, 전후면 다른 영상 표시 모드, (하) 이를 구현하기 위한 구동 회로 및 영상신호 인가 방법
- No. 314
- 2025-03-18
- 3675
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카고메 스핀 격자에서 1/9 자화 플래토 구현 및 디랙 스핀논 준입자 관측
물리학과 최광용 교수 연구팀이 스핀-1/2 카고메 격자(kagome lattice)에서 이론적으로 예측된 특이한 자기 상태인 1/9 자화 플래토(magnetization plateau)를 실제 물질 YCu₃(OD)₆+xBr₃−x (x ≈ 0.5)에서 실험적으로 구현하는 데 성공했고, 스핀 간 강한 양자 얽힘(quantum entanglement)이 플래토 형성에 핵심적인 역할을 한다는 실험적 증거를 제시했다. 양자 스핀 액체(quantum spin liquid)는 전통적인 자성 물질과 달리 절대온도 0K에서도 자기적으로 정렬되지 않으며, 스핀들이 장거리 양자 얽힘을 유지하면서 위상적 양자 상태를 형성하는 특성을 가진다. 특히, 카고메 격자는 삼각형이 모서리를 공유하는 2차원 결정 구조로, 반강자성적으로 정렬된 스핀들이 기하학적 좌절(geometrical frustration) 때문에 특정한 배치를 이루지 못하고 강한 양자 요동을 유지한다. 이러한 성질 덕분에 카고메 격자는 양자 스핀 액체와 같은 새로운 양자 위상(quantum phase)을 탐색하는 데 이상적인 모델 시스템으로 간주된다. 본 연구에서는 YCu₃(OD)₆+xBr₃−x 물질에 15 테슬라의 강한 자기장을 가했을 때, 1/9 자화 플래토가 안정적으로 유지됨을 실험적으로 확인했다. 이를 위해 연구진은 열역학적 측정(비열, 열전도도, 펄스 자기장 자기곡선)과 라만 분광 분석을 활용하여 디랙 스핀논(Dirac spinon) 준입자의 존재를 관측하였으며, 플래토 상태가 Z₃ 대칭성을 갖는 특이한 양자 스핀계와 관련이 있음을 밝혔다. 최광용 교수는 “카고메 스핀 격자에서 자기장을 인가하여 나타나는 1/9 자화 플래토 상태의 구현은 새로운 양자 물질 연구에 중요한 돌파구를 마련하는 성과”라며, “이 연구는 향후 스핀 액체 상태 및 양자 얽힘을 활용한 오류율이 낮고 안정적인 양자비트(qubit) 구현과 위상 양자 컴퓨팅(topological quantum computing) 응용에도 이바지할 것으로 기대된다”라고 강조했다. 본 연구는 기초과학연구원(IBS) Dirk Wulferding, 최성균 박사와 서울대학교 김기훈 교수팀이 공동으로 수행하였으며, 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 진행되었다. 연구 결과는 세계적 학술지 네이처 피직스(Nature Physics, IF:18.1, JCR 상위 5%)에 2024년 1월 12일 온라인 게재되었고, 네이처 피직스의 New&Views에 “A kagome antiferromagnet reaches its quantum plateau” 제목으로 2월 12일에 소개되었다. ※ 논문명: One-ninth magnetization plateau stabilized by spin entanglement in a kagome antiferromagnet ※ 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41567-023-02318-7 카고메 격자위에 형성된 디랙 스핀논과 자기 곡선에서 관측된 1/9 자기 플래토의 관측
- No. 313
- 2025-03-13
- 3630
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반데르발스 위상 절연체의 확률론적 역전 대칭 붕괴 메커니즘 규명
기계공학과 김태성 교수 연구팀이 성균관대 권석준 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 반데르발스 위상 절연체 내 무작위적으로 발현된 격자 대칭 붕괴 특성을 규명하고, 이를 기반으로 위상 절연체 기반 차세대 양자 암호화 기술 (Physically unclonable function, 이하 PUF)을 개발했다. 4차 산업 혁명의 도래로 인한 인공 지능 (Artifical intelligence) 기술의 발달과 함께 사물 인터넷 (Internet of Things) 해킹으로 인한 피해 및 사례가 증가하고 있다. 이는 일상 속 스마트폰과 같은 디바이스 해킹으로 인한 개인 정보 유출 위험이 존재하기에 보안 시스템 개발이 시급한 상황이다. 하드웨어 기반의 보안 소자 PUF는 반도체 제조 공정에서 발생하는 무작위 물리적 변동성을 활용해 물리적으로 복제 불가능한 고유 인식 키를 생성 가능하며, 소형화된 기기에서도 쉽게 구현 가능하여 IoT 기기의 해킹 방지에 적합하다. 하지만 기존의 PUF 소자는 보안 성능을 높이기 위해, 보안 키가 생성되는 조합의 수를 늘려야 하고, 이러한 보안 키 조합을 증가시키기 위해서는 PUF 하드웨어의 구조를 바꿔야 하는 치명적인 한계가 있었다. 이에 연구팀은 반데르발스 위상절연체의 특성에 주목하여 기존 PUF 소자의 한계를 극복하였다. 위상절연체 (位相絶緣體, Topological Insulator)란 격자 구조의 역전 대칭성 (inversion symmetry)에 의한 위상학적 보호를 기반으로 내부는 절연 특성을, 표면에서는 전기가 흐르는 전도 특징을 갖는 물질로 최근 양자 컴퓨팅 연구에 활발히 활용되고 있다. 이러한 위상학적인 보호를 저온 플라즈마 공정을 통해 최상단층을 황화 (Sulfurization)시키며 원자 단위에서 무작위하게 역전 대칭성의 붕괴를 유도하였고, 이때 무작위하게 발생한 역전 비대칭성의 붕괴는 평면 외 방향의 강유전 분극을 나타냄에 따라, 외부 전력 없이 자가전력으로 작동 가능한 나노 미터 (nm) 수준의 고보안성 PUF 소자를 구현하였다. 또한, 해당 PUF의 보안 성능을 분석한 결과, 0과 1로 구성된 배열 분포 중 “1”이 발생할 확률값이 약 0.5012로 계산되어 암호화에 있어 최적의 무작위성을 확보할 수 있다는 점을 밝혔다. 더 나아가 연구팀은 플라즈마 공정 변수 제어를 통해 평면외 강유전 도메인 및 PUF의 크기를 제어할 수 있음을 압전 응답력 현미경, X-선 광전자 분광법, 투과 전자 현미경 분석 등을 통해 검증하였다. 또한, 연구에서 사용된 저온 플라즈마 공정은 대면적 합성이 가능하다는 장점이 존재함에 따라 해당 암호화 소자가 상용화 및 양산 목적으로도 적합함을 검증하였다. 김태성 교수는 “반데르발스 위상 절연체의 격자 대칭 붕괴 특성을 활용한 차세대 양자 암호화 기술은 단일 플라즈마 공정으로 자가전력 / 고보안성 암호화 성능을 확보할 수 있다”며 “이 기술이 차세대 인공지능 및 양자 보안 플랫폼에 중요한 기반이 될 것”이라고 강조했다. 본 연구에는 기초과학연구원 (IBS) 양자나노과학 연구단, 서울대학교 박정원 교수 연구팀, 파크시스템스 R&D 센터가 공동 연구진으로 참여하였다. 해당 성과는 한국연구재단(NRF)의 지원으로 수행되었으며 재료 과학 분야의 세계적인 학술지인 어드밴드스 머터리얼즈 (Advanced Materials, IF: 29.6, JCR 상위 1% 이내)지에 2월 19일 온라인 개재됐다. ※ 논문명: Stochastically broken inversion symmetry of van der Waals topological insulator for nanoscale physically unclonable functions ※ 논문링크: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202419927 저온 플라즈마 공정 기반의 반데르발스 위상 절연체의 격자 대칭성 붕괴 / 플라즈마 공정 변수에 따른 확률론적 강유전 도메인 암호화 성능 및 재현성 검증
- No. 312
- 2025-03-07
- 6339
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질 유산균이 생성하는 β-카볼린,염증성 질환 치료의 새로운 가능성 열다
약학과 김기현 교수 연구팀과 하버드 공중보건대학의 Smita Gopinath 교수 연구팀이 공동으로 Lactobacillus crispatus와 같은 질 유산균이 β-카볼린(β-carboline) 계열의 항염증 화합물을 생산하며, 이는 질의 면역 환경을 안정화하는 데 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구는 유산균이 단순한 유익균을 넘어 인간의 면역 반응을 직접 조절할 수 있음을 보여주는 중요한 결과로 평가된다. 연구팀은 활성추적분리법을 통해 Lactobacillus crispatus가 생산하는 β-카볼린 계열 화합물을 분석한 결과, 페를롤라이린(perlolyrine)이라는 항염증 물질을 발견했다. 이 물질은 면역 세포와 상피 세포에서 염증 신호 전달 체계를 억제하며, 염증 유발 물질인 IL-1β와 IL-6의 생성을 감소시키는 것으로 확인되었다. 생쥐 실험에서는 페를롤라이린이 염증 반응을 최대 77%까지 감소시키는 강력한 효과를 나타냈다. 이 물질은 건강한 질 미생물 환경에서 더 높은 농도로 존재했으며 세균성 질염(Bacterial vaginosis)을 가진 여성의 경우 낮은 농도로 검출되었다. 연구팀은 생쥐를 대상으로 질 내 염증을 유발한 후 페를롤라이린을 국소적으로 적용한 결과, 주요 염증 사이토카인(IL-1β, IL-18) 분비 감소와 함께 염증 완화 및 생존율 향상 효과를 확인했다. 특히, 바이러스 감염 상태에서도 이러한 효과가 유지되는 점이 관찰되었다. 김기현 교수는 이번 연구가 β-카볼린 계열 화합물이 질염과 같은 염증성 질환 치료제 개발에 활용될 수 있는 가능성을 제시하며 염증을 억제하면서도 면역 체계의 방어 능력을 유지하는 특징을 통해 질 건강 개선과 새로운 치료제 개발의 기반이 될 것이라고 말했다. 또한, β-카볼린은 질 미생물 환경 복구에도 기여할 수 있어 프로바이오틱스 및 프리바이오틱스 연구의 새로운 기준을 제시할 수 있다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 기초의과학연구센터(MRC)사업 및 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었으며 연구 결과는 국제 학술지 Cell Host & Microbe(IF: 20.6, 미생물 분야 JCR 상위 2%, 기생충학 및 바이러스학 분야 상위 1위)에 11월 13일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Vaginal lactobacilli produce anti-inflammatory β-carboline compounds ※ 저널: Cell Host & Microbe(IF: 20.6) ※ 저자명: 김기현(교신저자), 이서윤(공동저자) 그림 1. 항염증 β-카볼린 물질 발굴 및 활성 효능 검증 모식도 그림 2. 활성추적분리법을 통한 항염증 β-카볼린 물질 발굴 그림 3. 헤르페스 바이러스 감염 동물 모델을 이용하여 β-카볼린 물질의 항염증 활성 검증 김기현 교수 연구팀
- No. 311
- 2025-02-25
- 5886
