DGIST 뇌·인지과학전공 이성배 교수 연구팀은 퇴행성 뇌질환 발병에 기여하는 새로운 잠재 독성 인자로 ‘핵인자 카파비(NF-κB)를 발굴하고 이를 통한 신경병리 기전을 규명했다. 이번 연구를 통해 마땅한 치료제가 없던 다양한 퇴행성 뇌질환들을 효과적으로 치료할 새로운 약물 개발의 가능성을 제시할 것으로 기대된다. 이 교수 연구팀은 헌팅턴병처럼 신경퇴행성 질환인 폴리글루타민 뇌질환과 근위축성 측삭경화증(루게릭병)의 병리기전에 대한 연구를 진행했다. 그 결과, 평소 활성이 억제돼 있던 핵인자 카파비가 뇌질환 초기에 비정상적으로 과활성화되며 신경독성을 유발하고, 신경세포의 형태 변화나 사멸과 같은 심각한 신경병증을 일으킨다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구를 통해 이 교수 연구팀은 퇴행성 뇌질환에서 신경 세포의 병증과 그 사멸에 기여하는 잠재 독성 인자인 핵인자 카파비를 발굴하며 추가적인 잠재 독성 인자들도 존재할 수 있는 가능성을 제시했다. 특히 이번 연구는 특정 잠재 독성 인자의 활성 억제 약물 개발과 이를 활용한 표적 치료제 개발의 가능성을 열어, 기존과 전혀 다른 퇴행성 뇌질환 치료제의 가능성을 보여줬다. 이 교수는 “이번 연구는 강한 신경 독성을 가졌기에 평소에는 억제돼 있던 잠재 독성 인자가 질병상황에서 갑자기 비정상적인 활성화로 독성을 지니면서 퇴행성 뇌질환을 일으킬 수 있단 것을 실험으로 증명한 것이 핵심”이라며 “핵인자 카파비 인자 외에도 퇴행성 뇌질환을 일으키는 다른 잠재 독성 인자를 찾는 후속 연구와 궁극적으로 독성 인자들의 활성을 선택적으로 감소시켜 병 완화에 효과적인 치료제를 개발하는 연구를 계속 진행하려 한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 美 록펠러(Rockefeller) 대학에서 출간하는 세계적 권위의 학술지인 ‘Journal of Cell Biology(JCB)’ 온라인판에 지난 10월 22일 게재됐다. 또 하버드 의대 소속 권민지 박사후 연수연구원, DGIST 뇌·인지과학전공 한명훈, 고병수 석·박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 이번 연구 결과는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구실 지원사업과 중견연구자 지원사업의 성과이다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 에너지공학전공 이종수 교수 연구팀은 빛을 전류나 전압으로 변환하는 포토트랜지스터에서의 새로운 이종접합 구조를 개발하고, 이를 이용해 광전류 생성 위치와 노이즈 전류 생성의 원인을 규명했다. 이번 연구는 향후 태양전지 및 다양한 광전류 생성 소재 및 소자 연구에 중요한 지표를 제공할 것으로 기대된다. 이차원 물질은 물질을 구성하는 원자들이 마치 종이처럼 얇게 하나의 층으로만 구성돼 있는 물질을 뜻한다. 그 중에서도 ‘전이금속 디칼코게나이드(TMDC)’는 우수한 물리적 성질과 전기적 특성을 지닌 차세대 반도체 물질로, 포토트랜지스터 제작 응용과 관련해 많은 관심을 받고 있다. 하지만 광전류 생성 원리 및 전하 균형 최적화 등 다양한 조건을 만족해야 한다. 이에 이 교수 연구팀은 광전류 생성에 충분한 에너지 확보를 위해 서로 다른 세 종류의 TDMC를 붙여 새로운 구조의 포토트랜지스터를 개발했다. 개발된 포토트랜지스터는 양극의 텅스텐 디셀레나이드(p?WSe2), 음극의 이황화텅스텐(n?WS2)과, 이황화몰리브덴(n?MoS2) 세 종류의 TDMC를 접합된 이종접합 포토트랜지스터로, 이 교수 연구팀은 개발한 포토트랜지스터를 이용해 광전류가 생성되는 정확한 위치 분석과 전류량 측정 연구를 진행하는데 성공했다. 이 교수 연구팀은 실시간 광전류 매핑시스템을 자체 개발해 광전류 생성의 정확한 위치를 정확하게 분석할 수 있도록 했다. 또한, 전자와 정공 사이의 전하 균형에 따라 플리커 노이즈와 샷 노이즈의 원인 분석 연구도 함께 진행했는데, 이는 연구가 부진했던 노이즈 측정법 연구를 통해 새로운 측정방식을 제안해 그 의미가 깊다고 할 수 있다. 이처럼 이번 연구는 향후 2차원 소재 및 하이브리드 소재를 이용한 태양전지, 광센서, 전계발광소자 개발에 필요한 광전류 생성 원리와 위치 등을 정확히 규명·추적했다는데 그 의미가 깊다. 이를 통해 향후 고효율 광전소자 개발에 중요한 지표를 제공할 것으로 기대된다. DGIST 에너지공학전공 이종수 교수는 “이차원 TMDC 소재의 우수성을 잘 활용하면 새로운 물성 확보 및 소자특성을 개선한 전자 및 광전소자 개발이 가능할 것이라는 생각에 연구를 시작하게 됐다”며 “아직은 실용화를 위해 다양한 연구가 추가적으로 필요한 상황이라 계속해서 연구에 집중해나갈 예정”이라고 말했다. 이 연구는 DGIST 에너지공학전공 나현수, 정민혜 석박통합과정생이 공동 주저자로 참여했으며, 한국연구재단의 중견후속과제 및 DGIST Pre-CoE 연구과제 지원하에 수행됐다. 연구결과는 재료과학, 물리학 분야의 최고 분야지중의 하나인 Advanced Science에 지난 8월 18일 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

국내 연구진이 퇴행성 뇌질환이나 다양한 정신질환 등의 원인을 밝혀낼 단서를 찾았다. DGIST는 뇌·인지과학전공 고재원 교수 연구팀이 뇌 시냅스 발달을 매개하는 시냅스 접착단백질 간의 핵심 신호전달 경로를 발견했다고 21일 밝혔다. 뇌는 수많은 신경세포로 이루어져 있다. 한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 연결되어 다양한 신경회로를 형성한다. 이를 통해 정상적인 학습, 기억 등의 기능을 담당한다. 이러한 신경세포 간 연결부위 역할을 하는 시냅스는 전 시냅스(presynapse)와 후 시냅스(postsynapse)로 구성되어져 있는데, 전시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면서 뇌 기능이 작동한다. 이 때 시냅스 형성 과정을 매개하는 중요한 인자가 바로 시냅스 접착 단백질이다. 시냅스 접착 단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌 질환이 일어난다. 이 때문에 시냅스 접착 단백질의 기능을 완벽히 밝혀내면 뇌 질환 치료에 큰 도움이 될 수 있다. 하지만 다양한 종류의 시냅스 접착 단백질들이 어떻게 상호작용하면서 시냅스의 형성과 유지, 소멸을 매개하는지에 대한 정확한 기전은 밝혀지지 않았다. 이에 고재원 교수 연구팀은 전시냅스의 여러 접착단백질 중 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질이 서로 상호작용하면서 시냅스를 형성함을 최초로 발견했다. 또한 이러한 상호작용은 동물세포 내 다당류인 ‘헤파란 설페이트(Heparan sulfate)’에 의해 정교하게 조절되고 있음을 확인했다. 기존 학계에서는 이 두 단백질이 각기 독립적인 메커니즘을 통해 시냅스 형성을 매개한다고 알려져 왔었기에 더욱 의미가 큰 발견이다. 연구팀은 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질을 각각 하나씩 또는 동시에 삭제한 초파리 유충들을 개별 제작 후, 신경근접합부에서의 신경전달 및 전 시냅스 봉오리 숫자를 분석했다. 이를 통해 두 초파리의 비슷한 유전자 서열을 가진 유전자가 생체 내에서 상호작용하며 시냅스 구조 및 기능 조절의 메커니즘을 규명했다. DGIST 고재원 교수는 “이번 연구는 시냅스 접착단백질인 PTP시그마와 뉴렉신으로 구성된 복합체가 다양한 전시냅스 및 후시냅스 단백질들과 협업하는 복잡한 신호전달 경로를 밝힌 것”라며, “지속적인 심화연구를 통해 시냅스 발달을 매개하는 보편적 분자원리를 확립하겠다”고 소감을 밝혔다. 이번 연구 성과는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료인재양성지원사업으로 수행됐으며, 뇌?인지과학전공 한경아 연구교수가 제1저자로 참여했다. 또 뇌신경과학 분야의 저명 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스(The Journal of Neuroscience)’’에 10월 9일자 온라인 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 에너지공학전공 양지웅 교수와 로봇공학전공 한상윤 교수가 삼성전자 미래기술육성사업이 지원하는 2020년도 하반기 소재기술, ICT 창의과제에 선정됐다. 양 교수는 ‘양자점의 생로병사 비밀규명을 통한 고효율?고안정성 양자점 소재?소자 개발’를 연구주제로 이번 사업에 선정됐다. 연구의 내용은 양자점 나노입자의 생로병사 전 과정에 대한 기초과학적 이해를 통해 고효율, 고안정성의 QLED 디스플레이 기술의 구현을 목표로 하고 있다. 양 교수는 “양자점은 차세대 디스플레이 기술로 많은 주목을 받고 있지만 아직 합성 및 열화과정에 대한 근원적인 이해가 부족하여 자발광 QLED의 효율 및 안정성이 낮은 상태”라며, “이번 과제를 통해 양자점 디스플레이 기술 실용화에 기여하는 연구를 수행하겠다”고 소감을 전했다. 한 교수는 ‘조합 최적화 문제를 위한 온 칩 광학 아이징 머신’을 연구주제로 이번 사업에 선정됐다. 빛이 흐르는 반도체를 이용해 양자영역에서 동작하는 인공신경망을 구현하여, 슈퍼컴퓨터로도 풀지 못했던 최적화 이론의 난제들을 실시간으로 푸는 초소형 칩을 개발하는 것이 연구의 목표다. 한 교수는 “해당 칩이 개발되면, 신약개발, 자율주행, 소셜네트워크, 암호화폐 등에 관련된 난제들을 시공간의 제약 없이 풀 수 있는 길이 열려 실생활에 눈에 띄는 파급효과가 생긴다.”며 “이번 과제를 통해 인류의 삶에 긍정적인 변화를 가져오고 싶다”고 밝혔다. 삼성미래기술육성사업은 삼성전자가 2013년 1조 5000억원을 출연해 우리나라 미래 과학기술분야 연구를 10년 간 지원하는 사회공헌 사업이다. DGIST 양지웅 교수와 한상윤 교수를 포함한 올 하반기 2차 선정과제는 기초과학 15개, 소재기술 7개 , ICT창의과제 분야 9개 등 총 31개 연구과제로 연구비 396억 3000만원이 지원된다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수 연구팀이 체외 환경에서 원하는 위치에 정밀하게 신경세포를 전달해 신경망을 연결하는 신경세포 전달용 마이크로로봇을 개발했다. 이번 연구 성과는 향후 중증 뇌질환인 치매나 뇌전증 등 다양한 신경계 질환 연구에 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 인체 조직의 치료를 위해 약물 치료, 수술 등이 가능한 마이크로로봇 기술 연구가 각광받고 있다. 마이크로로봇은 외부 자기장을 통한 무선제어로 세포나 약물을 낭비 없이 정교하게 전달 가능하다. DGIST 최홍수 교수 연구팀은 이러한 마이크로로봇의 장점을 활용해 신경세포 전달 및 신경망 연결이 가능한 플랫폼 개발에 성공했다. 연구팀의 마이크로로봇은 3D 레이저 리소그라피 공정을 통해 300마이크로미터(1마이크로미터는 100만분의 1미터)의 길이로 제작됐고, 로봇몸체에 신경세포를 배양할 수 있도록 5마이크로미터 사이즈 패턴의 홈을 만들었다. 구조체는 자기장 구동 및 생체적합성을 위해 니켈과 산화 티타늄 박막의 금속 증착 공정을 거쳤다. 연구팀은 마이크로로봇의 신경망 연결 능력을 검증하기 위해 신경세포가 내는 전기신호 측정 시스템인 ‘다중 전극 어레이(Microelectrode array, MEA)’ 칩 위에 각각의 해마 신경세포들을 따로 분리시켜 배양했다. 그리고 마이크로로봇 몸체에 해마 신경세포를 배양 후, 칩 위의 해마 신경세포들을 연결하기 위해 마이크로로봇을 이동시켰다. 신경세포를 실은 마이크로로봇은 빠르게 움직여 분리된 신경세포들 사이를 연결했고, 두 신경세포에서 오가는 전기신호를 확인했다. 이를 통해 원하는 패턴으로 신경망의 연결이 가능함을 최초로 확인했으며, 다수의 신경세포를 연결해 생리학적 기능을 분석할 수 있음을 증명했다. DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수는 “이번 연구성과는 마이크로로봇이 체외 신경세포를 원하는 방식으로 연결할 수 있어, 다양한 신경계 질환 연구를 위한 기능적인 생체신호 분석이 가능하다. 신경세포의 전기생리학적 분석을 기반으로 하는 다양한 응용 연구에 활용 가능할 것으로 기대한다”면서, “후속 연구를 진행해 마이크로로봇을 다양한 의공학적 용도로 활용할 수 있도록 노력하겠다”고 소감을 밝혔다. 이번 연구는 최홍수 교수팀과 DGIST-ETH 마이크로로봇 연구센터 김진영 선임연구원 및 뇌·인지과학전공 유성운 교수팀이 한국뇌연구원(KBRI) 라종철 교수팀과 융복합공동연구로 진행됐다. 연구 결과는 세계적 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 지난 9월 25일자 온라인 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 DGIST의 지원으로 수행됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST에서 IEEE ISORC 2021 컨퍼런스가 내년 6월 개최된다. 1998년부터 시작된 ISORC는 실시간 분산 컴퓨팅 관련 연구를 주로 다루는 국제 학술대회다. 내년 DGIST에서 개최되며, 세계 각국의 실시간 분산 컴퓨팅 분야 정상급 연구자들이 모여 인공지능 기반 사물인터넷, 자율주행차, 지능형 교통 시스템, 사이버 물리 시스템 등에 관한 연구 성과 발표와 연구 협력을 논의하게 된다. 또 DGIST 정보통신융합전공 박경준 전공책임교수는 사이버 물리 시스템 및 사물인터넷 분야에 기여한 학술 공로를 인정받아 ISORC 2021 공동학회 운영위원장을 맡는다. 여기에 DGIST 정보통신융합전공 좌훈승 교수가 지역 준비위원장을 맡아 대회 운영 실무를 담당할 계획이다. ISORC 2021 유치는 DGIST가 국내 인공지능 및 실시간 컴퓨팅 기술을 국제무대에 알리는데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다. 또한 4차 산업 혁명 시대 핵심 기술과 서비스의 세계적인 동향을 파악하고, 국제적 네트워크를 구축을 통해 관련 국내 IT 산업이 도약할 수 있는 좋은 계기가 될 전망이다. DGIST 정보통신융합전공 박경준 전공책임교수는 “이번 행사 유치를 통해 국내 인공지능 및 실시간 컴퓨팅 기술을 국제무대에 알리고 4차 산업 혁명 시대에 필요한 핵심 기술과 서비스의 세계적인 동향을 파악하며 국제적 네트워크를 구축을 통해 관련 국내 IT 산업이 도약할 수 있는 계기가 될 것으로 기대된다”고 말했다. 한편, IEEE ISORC 2021 컨퍼런스는 2021년 6월 1일부터 3일까지 진행될 예정이다. 참여 논문 제출기한은 2021년 1월 31일까지다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

2021학년도 기초학부 수시모집에서 일반전형 145명 내외, 학교장추천전형 40명 내외, 고른기회전형 15명 내외, 특기자전형 10명 내외 등 총 210명 안팎을 선발한다. 전년도와 달라진 점으로 학교장추천전형 지원인원이 고교별 1명에서 2명으로 늘어났다. 수시 면접평가에서는 제시문 기반의 발표면접을 통해 학생 개개인의 문해능력과 주어진 시간 내 자신의 의견을 논리적으로 말하는 발표능력, 문제에 대한 창의성 등을 검증한다. 자기소개서는 전년도와 동일하게 별도 문항 없이 3000자 이내의 자유양식으로 작성하면 된다. 세부 항목에 구애받지 않고 자신이 표현하고 싶은 내용을 자유롭게 기재하도록 해 자기주도적 학습태도가 돋보이는 인재를 선발한다. 단 교육부 지침에 따라 자기소개서에 교과 관련 교외수상실적이나 공인어학성적 등을 작성하면 불이익을 받게 된다. 특기자전형은 예외적으로 작성 가능하다. 특기자전형에 한해 학문 및 연구, 활동 등 특정 분야의 영재성을 보여 줄 수 있는 우수성 입증자료(3개 이내)를 PDF파일로 온라인 지원 시 업로드하면 된다. 입학생은 전원 국비 장학생으로 선발돼 4년간 등록금을 전액 면제받는다. 자세한 사항은 홈페이지(www.dgist.ac.kr/adm) 참조. (053)785-5141~5.

DGIST가 23일부터 28일까지 2021학년도 기초학부 신입생 수시모집 원서를 접수한다. 올해 수시모집인원은 일반전형 145명 내외, 학교장추천전형 40명 내외, 고른기회전형 15명 내외, 특기자 전형 10명 내외로 총 210명 내외로 선발한다. DGIST는 21세기가 요구하는 융복합 인재를 양성하기 위해 사고의 폭을 넓히는 “문제 해결형 교육”, 자율적으로 이수 교과목을 설계하는 “자기 주도형 교육”, 경계를 넘어 다양성을 경험하는 “글로벌 역량강화 교육”을 통해 과학기술인재를 육성하고자 한다. DGIST 입학생은 전원 국비 장학생으로 선발되어 4년 간 등록금을 전액 면제받는다. 또한 학생 전원에게 미국 버클리, 스탠포드대, 존스홉킨스대 등 세계적 명문대에서 여름학기를 수강할 수 있으며, 스위스연방공대, 미국 버지니아대, 영국 케임브리지대 등의 대학에서 연구 인턴십에 참여할 기회도 주어지게 된다. 특히 교수와 전임연구원의 지도를 받아 1년 단위의 융복합 연구그룹 프로젝트를 수행하는 UGRP(Undergraduate Group Research Program)를 통해 학문에 대한 융복합적 사고와 협업적 연구역량을 키울 수 있다. 2021학년도 수시모집 전형의 전년도와의 차이점은, 학교장 추천전형이 고교별 1명에서 2명으로 지원인원을 늘린 점이다. 또한 수시 면접평가의 제시문 기반의 발표면접을 통해 진행해 학생 개개인의 문해능력과 주어진 시간 내 자신의 의견을 논리적으로 말하는 발표능력, 문제에 대한 창의성 등을 검증하고자 한다. 자기소개서는 전년도와 동일하게 별도 문항 없이 3000자 이내의 자유양식으로 작성하면 된다. 세부 항목에 구애받지 않고 자신이 표현하고 싶은 내용을 자유롭게 기재가 가능함으로써 자기 주도적 학습태도가 돋보이는 인재를 선발하고자 한다. 단 교육부 지침에 따라 자기소개서 기재요령 시 교과관련 교외수상실적, 공인어학성적 등을 작성하면 불이익을 받게 된다. 단 특기자전형은 예외적으로 작성가능하다. DGIST 김대륜 학생처장은 “4차 산업혁명 시대에는 문제를 잘 푸는 인재가 아닌 문제를 만들어 해결하는 창의적인 사람, 새로운 것에 두려워하지 않고 도전하는 하는 사람, 사람들과 협력하고 타인을 배려하는 역량이무엇보다 필요하다”며 “DGIST는 융복합 교육과 연구를 바탕으로 세상의 변화를 주도하고 미래를 이끌어갈 주인공을 기다린다”라고 했다. DGIST 수시모집 지원은 DGIST 입학 홈페이지(admission.dgist.ac.kr) 혹은 유웨이 어플라이(www.uwayapply.com)로 학교생활기록부, 자기소개서, 교사추천서를 온라인으로 작성해야 한다. 또 특기자전형에 한해 학문, 연구, 활동 등 특정 분야의 영재성을 보여줄 수 있는 우수성 입증자료(3개 이내)는 PDF파일로 온라인 지원 시 업로드하면 된다. 더 자세한 사항은 입학홈페이지(www.dgist.ac.kr/adm/)또는 전화(053-785-5141~5)로 문의하면 된다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

성장기 아이가 있는 가정의 부모들의 고민은 학업 성적과 함께 성장일 것이다. 또래 아이들보다 키가 작으면 키가 자라지 않는 이유가 뭔지 알아보고 해결하기 위해 병원을 다닌다든지, 키 크는데 도움이 되는 영양제를 먹이기도 한다. 심지어는 성장호르몬 주사 처방을 받기도 한다. 그렇지만 이런 방법으로도 부모들 생각만큼 키가 쑥 크지 않는 경우가 많다. 그런데 아동, 청소년들이 키가 잘 자라지 않는다면 부모들이 알지 못하는 다른 이유가 있을 수도 있다. 다름 아닌 스트레스이다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 연구팀은 뇌 시상하부 내 실방핵에서 만들어진 인슐린이 성장호르몬 생성에 도움이 된다는 것을 발견했다고 27일 밝혔다. 실방핵은 시상하부를 구성하는 여러 신경핵 중 하나로 호르몬 분비를 통해 삼투압, 식욕, 스트레스에 대한 신체반응 등 조절을 매개하는 것으로 알려져 있다. 이런 실방핵에서 만들어지는 인슐린은 스트레스를 받으면 분비되지 않기 때문에 성장호르몬 생성을 막아 성장을 저해할 수 있다는 것이다. 이 같은 연구결과는 임상의학 분야 국제학술지 ‘JCI 인사이트’에 실렸다. 인슐린이라고 하면 주로 췌장에서 분비되고 혈당 조절에 관여하는 호르몬이다. 그렇지만 췌장 이외에 시상하부를 비롯한 다양한 뇌 영역에서도 소량의 인슐린을 합성하는 것으로 알려져 있다. 그렇지만 뇌에서 생성된 인슐린은 어느 부분의 신경세포에서 만들어지고 생리적 역할은 무엇인지 명확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 조직이나 세포의 특정 단백질의 항원항체반응을 통해 광학기기로 관찰하는 면역조직화학 기법으로 뇌 인슐린을 분석한 결과 시상하부 내 실방핵에 있는 소세포성 신경분비세포에서 기인한다는 것을 처음으로 발견했다. 연구팀은 뇌에서 생성되는 인슐린을 억제하는 바이러스를 만들어 성인 생쥐의 시상하부 실방액에 주입했다. 그 결과 여러 호르몬 중 성장호르몬만 분비가 억제되는 것을 관찰했다. 이 발견을 바탕으로 갓 태어난 어린 생쥐의 시상하부 실방핵에 인슐린 발현을 억제하는 바이러스를 주입하자 뇌하수체 성장호르몬 생성이 억제돼 성장이 지연되는 것을 확인했다. 또 어린 쥐에게 스트레스를 주면 시상하부 실방핵 내 인슐린 발현이 억제되면서 뇌하수체 성장호르몬 생성이 억제돼 성장이 지연되는 것을 추가로 관찰했다. 김은경 DGIST 교수는 “이번 연구는 뇌에서 만들어지는 미량의 인슐린이 어떤 생리적 기능을 하는지에 대해 알려주는 성과”라며 “뇌 인슐린은 이번에 밝혀진 것처럼 성장을 좌우하는 것 이외에 또 다른 신체 기능 조절에 관여할 것으로 보이는 만큼 추가 연구를 진행할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 뇌·인지과학전공 김은경 교수(뇌대사체학 연구센터장) 연구팀이 뇌의 시상하부 내 실방핵에서 생성된 인슐린이 성장호르몬 생성에 기여한다는 생물학적 현상을 규명했다. 이번 연구 결과는 아동기와 청소년기의 스트레스성 성장 지연 원인을 밝히기 위한 새로운 연구 지표가 될 것으로 기대된다. 김은경 교수 연구팀은 다양한 면역조직화학 분석 방법들을 통해 시상하부에서 생성된 인슐린이 실방핵에 있는 소세포성 신경분비세포 에서 주로 합성된다는 사실을 최초로 발견했다. 또 소세포성 신경분비세포에서 분비되는 호르몬이 다양한 뇌하수체 전엽 호르몬의 생산을 조절한다는 점에 착안해, 합성된 인슐린이 뇌하수체 전엽 호르몬의 유전자 발현과 분비를 조절한다는 가설을 세웠다. 연구팀은 이를 증명하기 위해 뇌에서 생성된 인슐린 발현을 억제하는 바이러스를 제작했고, 이를 성체 생쥐의 시상하부 실방핵에 주입했다. 그 결과 여러 뇌하수체 전엽 호르몬들 중 오직 성장호르몬의 유전자 발현과 분비만 억제되는 것을 관찰했다. 또한 어린 생쥐의 시상하부 실방핵에 인슐린 발현을 억제하는 바이러스를 주입하자 뇌하수체 성장호르몬의 생성이 억제돼 생쥐의 성장이 지연됨을 확인했다. 추가로 성체 쥐와 어린 쥐에 구속 스트레스를 주었을 때, 시상하부 실방핵 내 인슐린 발현이 억제되었고, 이 때 실방핵 내에 인슐린을 과발현하는 바이러스를 주입하자 뇌하수체 성장호르몬 생성이 증가해 만성 억제 스트레스에 의해 유발되는 성장 지연을 막는 것을 확인했다. 이를 통해 실방핵 내 인슐린이 뇌하수체 전엽에서 만들어지는 성장호르몬의 조절에 기여함을 증명해냈다. 김은경 교수는 “췌장에서 생성되는 인슐린에 비해 훨씬 적은 양의 뇌에서 만들어진 인슐린의 생리적 기능이 현재까지 논쟁이 되고 있다”며 “이번 연구 결과로 뇌에서 유래된 인슐린의 생리적 기능들 중 호르몬 생성을 통한 성장 외의 아직 알려지지 않은 다른 신체 기능을 조절하는 역할을 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대한다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며, DGIST 뇌·인지과학전공 이재면 박사와 김경찬 석박사통합과정 학생이 공동 제1저자로 참여했다. 아울러 임상의학 분야 국제적 학술지인 ‘더 저널 오브 크리니컬 인베스티게이션 인싸이트’에 지난 20일 온라인 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 지능형로봇연구부 안진웅 책임연구원팀이 왼손과 오른손에 수동적으로 전달되는 촉각을 인지하는 뇌의 부위가 서로 다른 것을 관찰하는데 성공했다. 이번 연구결과는 증강현실에서 많이 사용되는 촉감제시장치의 정량적 평가에 응용하거나 새로운 뉴로 햅틱스(뇌의 회로 및 네트워크 관점에서 햅틱스를 연구하는 과학기술) 분야의 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 가만히 있는 손가락에 전달되는 촉각을 느끼는 ‘수동적 촉각’을 활용해, 양손의 손가락이 자극을 받을 때 뇌 신호를 관찰해 왼손과 오른손을 사용할 때 나타나는 차이점을 객관적으로 관찰하는데 성공했다. 먼저 연구팀은 31명의 오른손잡이로 추정되는 피험자들 양손의 집게손가락에 각각 매우 빠른 진동을 짧게(2초) 여러 번(10회) 주고, 뇌에서 활성화되는 부위를 촬영하는 실험을 진행했다. 그 결과, 오른손 집게손가락에 자극을 주자 좌뇌가 주로 활성화됐지만, 왼손 집게손가락에 자극을 주자 좌뇌와 우뇌에 걸쳐 넓고 고른 활성화가 나타났다. 이번 연구는 왼손과 오른손에 주는 자극에 따라 뇌에서 활성화 되는 영역을 구분하고 그 정도를 객관적으로 구분했다는 것에 의미가 깊다. 여기에 과거에 연구팀이 진행했던 기존 연구결과를 함께 고려할 때, 왼손잡이와 오른손잡이를 뇌 신호에 따라 객관적으로 구분하는 것도 가능할 것으로 예측된다. 또한 향후 BCI(Brain Computer Interface, 뇌-컴퓨터 인터페이스) 기술 적용, 인지능력 증강 치료가 필요한 질병치료에서의 활용 등 다양한 산업에서의 활용도 함께 기대된다. DGIST 지능로봇연구부 안진웅 책임연구원은 “이번 연구 결과가 BCI 기술을 햅틱기술에 접목해 증강현실 분야에서 활용이 가능하다”며 “뇌를 모방한 인공 지능 개발의 기초 원리를 제공하는데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구는 정보통신기획평가원(IITP)과 한국연구재단(NRF), 그리고 DGIST 기관고유사업의 지원으로 진행됐다. 연구 결과는 국제학술지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 온라인판에 지난 7일 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 정보통신융합전공 곽정호 교수팀이 차세대 네트워크 시스템에 활용 가능한 새로운 네트워크-클라우드 협력 프레임워크를 개발했다. 또한 개발한 프레임워크 상에서 자율주행이나 원격 의료, 원격 수술 등 다양한 차세대 어플리케이션을 활용하는 방안을 함께 제시해 향후 6G 시대 사회의 청사진을 제공할 것으로 기대된다. 현재 네트워크 사업자와 클라우드 서버 사업자는 서로의 이익과 편의성을 고려해 서비스를 개별적으로 운영해왔다. 하지만 최근 증강현실(AR), 가상현실(VR) 등 차세대 네트워크의 킬러 어플리케이션의 경우, 네트워크와 클라우드 서버 사업자들이 서로의 서비스를 활용해야만 작업 수행이 가능한 상황이 많아지고 있다. 특히 증강현실 어플리케이션은 컴퓨팅 자원과 네트워크 자원의 지원이 동시에 이루어져야한다. 곽 교수팀은 현재 분리돼 운영되는 네트워크, 클라우드 서버 서비스는 한계가 있을 것으로 예측했다. 따라서 곽 교수팀은 하나의 클라우드 서버를 엣지 클라우드(Edge Cloud), 미들 클라우드(Middle Cloud), 센트럴라이즈드 클라우드(Centralized Cloud) 세 부분으로 분할, 클라우드 서버 서비스 사업자와 네트워크 사업자가 유기적으로 협력할 수 있는 ‘네트워크-클라우드 협력 프레임워크’를 구성했다. 이번 연구를 통해 개발한 프레임워크는 처리가 필요한 프로그램을 구분해, 처리에 최적화된 클라우드에 할당한다. 예를 들어 AR 작업을 처리하는 경우, 전송 속도보다 전송 지연을 줄이는 것이 중요하므로 엣지 클라우드를 활용할 수 있다. 하지만 빅데이터 분석처럼 큰 규모의 프로세싱 자원이 필요한 작업은 센트럴라이즈드 클라우드의 자원을 활용하도록 해 클라우드 서버를 효율적으로 활용할 수 있다. 또한 곽 교수팀은 개발한 프레임워크를 활용한 유기적인 협력 방안 연구도 함께 진행했다. 연구를 통해 네트워크-클라우드 협력 프레임워크 상에서 활용할 수 있는 차세대 프로그램 선별과 협력 시나리오를 분석한 결과, 기존 방식 대비 최대 77%의 성능개선을 확인했다. 곽 교수는 “이번 연구는 시공간의 변화에 따라 네트워크와 컴퓨팅, 스토리지 자원을 동적으로 활용하는 차세대 어플리케이션의 성능 최적화에 적합한 구조”라며 “향후 자율주행 차량 서비스와 초저지연 원격 의료 및 수술 서비스처럼 6G 시대의 킬러 어플리케이션 활용의 청사진을 제공할 수 있도록 하는 것이 목표다”고 말했다. 이번 연구는 서울대학교 이경한 교수 연구팀, 성균관대학교 김동인 교수 연구팀, 아일랜드 트리니티 칼리지 더블린(Trinity College Dublin)의 조지 이오시피디스(George Iosifidis)교수 연구팀 등이 참여했다. 연구 결과는 관련 분야 국제학술지인 ‘IEEE Network‘에 지난 12일 온라인 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST와 GIST가 11일 ‘달빛 AI 워크숍 2020’을 공동 개최했다. 이번 워크숍은 온라인 강의 프로그램인 줌(Zoom)을 통해 비대면으로 진행됐다. ‘AI경량화 및 강화학습’을 주제로 양 기관의 교수, 연구원, 대학원생 등 전문가들이 모여 현재 진행 중인 최신 연구·개발 기술들을 공유했다. 워크숍은 두 세션으로 나눠 진행됐다. 먼저 첫 번째 세션에서는 DGIST 정보통신융합전공 김예성 교수팀이 자체 개발한 뇌공학 기반의 인공지능 경량화 모델에 대한 소개 및 발표와 함께 GIST AI대학원 최종현 교수팀이 개발한 엣지 디바이스에서의 시각인지를 위한 경량화 모델 소개가 이어졌다. 두 번째 세션은 먼저 GIST 융합기술학제학부 김경중 교수팀이 기존에 쌓여 있는 방대한 데이터를 활용해 강화학습을 현실 문제에 적용하기 위한 강화학습의 오프라인 학습방법 및 응용사례 소개 발표를 진행했다. 이어서 DGIST 정보통신융합전공 곽정호 교수팀이 개발한 콘텐츠 캐싱(Contents Caching)네트워크를 위한 강화학습 기법을 소개가 진행됐다. DGIST 정보통신융합전공 박경준 전공책임교수는 “이번 워크숍은 두 학교가 중점적으로 추진 중인 AI경량화 연구 및 강화학습 기술에 대한 최신정보 교류를 위해 개최하게 됐다”며 “이번 행사를 계기로 공동 연구 추진을 위한 토대를 마련하고 향후 인공지능 기술 발전에 함께 기여할 수 있는 좋은 연구를 진행할 수 있었으면 한다”고 말했다. GIST AI대학원의 김종원 원장은 “이번 달빛워크숍이 양 기관의 인공지능 분야 전문가들을 모시고 개최되는 만큼, AI 분야의 최신정보 공유와 연구 교류 활성화의 의미 있는 시도가 될 것으로 기대한다” 면서, “달빛워크샵이 지속적으로 개최되어 지역 균형 발전과 AI융합인재 양성, 그리고 무엇보다 미래 일자리 창출의 밑거름이 되길 바란다”고 전했다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 정보통신융합전공 이성진 교수팀이 기존 키-값 저장장치에 존재하던 문제를 해결한 개선된 키-값 저장장치를 개발했다. 이 교수팀은 연구를 통해 기존 저장장치에서 발생하는 문제점의 원인을 밝히고 이를 개선해 향후 빅데이터와 같은 광범위한 IT분야에서 긍정적인 효과를 줄 수 있을 것으로 기대된다. ‘키-값 저장장치는 비정형 데이터 저장과 빠른 처리가 가능한 고유의 ‘키’를 부여해 ‘값’인 데이터를 저장하는 자료저장소로, 빅데이터 분석, 인공지능, 클라우드 시스템 등 광범위하게 사용되는 장치다. 이 교수팀은 키-값 저장장치에 데이터를 저장할수록 응답 시간 지연과 처리량 감소는 저장장치에 내부 알고리즘으로 사용 중인 ‘해시(Hash)의 구조’가 문제의 원인임을 밝혀냈다. 해시 구조는 부여된 키를 모두 하나의 표 형태로 보유, 키가 입력되면 그와 연결돼 있는 정보를 불러온다. 하지만 요즘 많이 사용하는 SSD는 해시 구조를 저장하고 관리할 별도의 용량이 적어 해시 구조를 그대로 적용하면 과부하가 걸리고 처리가 느려진다. 이를 해결하기 위해 이 교수팀은 연구를 통해 ‘PinK’라는 새로운 기술을 개발했다. PinK를 적용할 경우, 해시 구조대비 더 경제적으로 키를 보관하고 활용하는 것이 가능하다. 이는 PinK가 모든 종류의 키를 한꺼번에 저장해 보유하지 않고, 여러 단계로 키들을 나눠 보유하며, 필요한 단계로 명령을 분할해 처리하기 때문이다. 그 결과 기존 대비 최대 7배 향상된 응답 시간과 2배 향상된 처리량을 달성해, 차세대 저장장치로 주목 받고 있는키-값 저장장치 확산에 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 이성진 교수는 “이번 연구를 통해 키-값 저장소에 데이터를 저장하고 불러올 때 발생하는 병목현상을 제거하고 시스템의 성능을 최대 7배 이상 향상할 수 있는 길이 열렸다”고 말했다. 이번 연구는 美 매사추세츠 공대 컴퓨터과학 및 인공지능연구소(MIT CSAIL)의 아빈드(Arvind) 교수팀과의 공동협력으로 진행됐으며, DGIST 정보통신융합전공 임준수 석박통합과정생과 DGIST 정보통신융합전공 배진욱 석사과정생이 각각 제1저자와 제2저자로 참여했다. 또한 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 논문은 지난 7월 15~17일 개최된 USENIX ATC‘20에서 최우수논문상을 수상했다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 슈퍼컴퓨팅·빅데이터센터와 핵심단백질자원센터가 슈퍼컴퓨팅으로 디자인된 코로나19 치료제 인공단백질 11가지를 개발했다. DGIST 핵심단백질자원센터 연구진들이 개발한 코로나19 치료제 인공단백질은 기존과 전혀 다른 연구방식으로 진행됐다. 기존 코로나19 치료제 개발은 이미 개발된 약물을 이용하는 ‘약물 재창출’, 완치자 혈액 속 항체를 이용하는 ‘혈장 치료제’, 세포주를 이용해 코로나19 바이러스에 반응하는 항체를 개발하는 ‘항체 치료제’, 화학합성 물질을 이용한 ‘신약 개발’이 주를 이뤘다. 그러나 DGIST 연구진들은 슈퍼컴퓨팅 시뮬레이션을 이용하여, 코로나19 바이러스 표면의 스파이크 돌기 RBD 단백질이 인간세포 수용체 단백질에 결합하지 못하도록 중화작용을 하는 방식으로 인공단백질을 개발했다. 이 개발을 위해 연구진들은 슈퍼컴퓨팅 디자인된 치료제 후보 인공단백질의 클로닝, 발현, 정제, 생산 공정을 개발하고 자체 생산을 진행했다. 그 결과 11가지 단백질들 중 7가지는 고순도 생산을 완료했고, 나머지 4가지는 곧 생산 완료될 예정이다. 생산된 단백질들에 대해서는 고급 질량 분석과 원편광 이색성 분석을 실시해 단백질의 질량, 아미노산 서열의 정상 여부 및 단백질 2차 구조의 안정성을 확인했다. 실제로 생산된 인공단백질을 인체에 투여한 결과 독성이 발생하지 않았다. 장익수 센터장은 “개발한 코로나19 치료제 후보 단백질들의 효능을 검증하기 위하여 코로나 바이러스 실험 및 전임상 실험을 실시할 계획이다”며 “앞으로 진행될 세포주, 동물 및 인간에 대한 치료제 후보 단백질의 효능분석 연구의 결과에도 큰 기대를 갖다”고 밝혔다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

콧물 검사로 알츠하이머성 치매 환자를 조기 선별할 수 있는 새로운 기술을 국내 연구진이 개발했다. DGIST 뇌·인지과학전공 문제일 교수 연구팀이 치매 환자의 콧물에서 알츠하이머성 치매의 핵심 바이오마커인 아밀로이드-베타의 응집체 발현량이 증가하는 것을 규명했고, 간단한 콧물시료 검사로 치매환자를 조기 선별할 수 있는 기술 기반을 마련했다. 문 교수 연구팀은 알츠하이머성 치매 초기에 나타나는 후각기능의 이상에 주목하고 환자의 콧물 시료를 통해 알츠하이머성 치매의 핵심 바이오마커인 수용성 아밀로이드-베타 응집체 검출에 성공했다. 그리고 단백질 발현 여부를 확인하고자 면역블롯 분석을 이용해 경도(mild) 및 중등도(moderate) 정도의 인지저하를 가진 환자 그룹과 동 연령대 정상 대조군 그룹 사이의 유의한 차이를 확인했다. 이를 통해 환자들의 콧물에 아밀로이드-베타의 응집체 발현이 더 높다는 것을 확인했다. 연구팀은 이를 증명하고자 지난 3년 간 종단 코호트 연구 종단를 수행하며 콧물 속에 더 높은 응집체 발현을 보인 환자들은 그렇지 않은 환자들에 비해 3년 이내에 인지능력이 더욱 악화됨을 확인했다. 따라서 콧물에서 감지되는 아밀로이드-베타 응집체의 양에 따라 향후 알츠하이머성 치매 진행의 심각도를 미리 예측할 수 있다는 점도 추가로 규명했다. 문 교수는 “많은 분들이 치매 초기관리에 필요한 골든타임을 놓치는 경우가 많다”며, “이번 연구성과를 활용해 조기선별키트를 개발 중이며, 이를 통해 저렴한 비용으로 조기 검사를 받게 되어 환자와 보호자들에게 희망을 주고 국가적으로도 사회적 비용을 절감하길 기대한다”라고 소감을 밝혔다. 이번 연구는 가천대학교 이영배, 장근아 교수, 경희대학교 황교선 교수, 연세대학교 김영수 교수 연구팀과 공동연구로 진행됐으며, 세계적 학술지 ‘사이언티픽 리포트’에 지난 8일 온라인 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

세계 최초 ‘염료감응 베타전지’ 개발방사성 동위원소 이용 차세대 전지우주·바닷속·의료 분야서 적용 기대충전 없이 반영구적으로 사용 가능한 ‘염료감응 베타전지’가 세계 최초로 개발됐다. 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학전공 인수일 교수 연구팀은 15일 “베타선에 염료가 반응하는 원리를 응용해 값싸고 안전하면서 반영구적인 베타전지를 개발했다”고 밝혔다. 인 교수는 “베타전지를 연구하고 개발하는 나라는 많으나 값싼 염료를 이용한 개발은 처음”이라고 말했다. 미국과 러시아 등을 중심으로 베타전지 연구에 각축을 벌이지만 소재가 비싸고 복잡한 제작 공정으로 인해 대량생산에 어려움을 겪고 있다는 것이다. 인 교수는 “앞으로 베타전지가 우주나 깊은 바닷속과 같은 극한 환경이나 의료 분야에 차세대 전원으로 활용될 것으로 기대된다”고 전망했다. 그는 베타전지에 대해 하나씩 설명했다. 베타전지는 방사성 동위원소를 원료로 이용하는 차세대 전지 중 하나다. 방사성 동위원소에서 방출된 베타선이 방사선흡수체인 반도체에 충돌하면서 전기가 생산되는 원리다. 베타선은 인체 유해성과 투과도가 낮고 외부 동력원 없이 자체 전력 생산이 가능하다. 수명은 방사성 동위원소의 반감기와 비례하기 때문에 길다. 이번 연구 결과의 핵심은 기존의 베타전지에서 방사선흡수체로 사용된 값비싼 반도체 물질을 루테늄 계열의 ‘N719’ 염료로 대체한 것이다. 루테늄은 전이금속으로 백금족 금속의 하나다. 인 교수 팀은 또 베타선을 방출하는 동위원소인 ‘탄소-14’를 적용해 기존 베타전지가 가진 복잡한 구조를 단순화했다. 이와 함께 ‘탄소-14’를 나노입자로 만들어 에너지 밀도를 높였다. 인 교수 연구팀은 후속 연구로 베타전지 효율을 실용화 수준까지 끌어올릴 계획이다. 인 교수는 “이번 연구는 기존 방식과는 달리 값싼 염료를 적용해 새로운 베타전지 개발에 성공했다는 데 큰 의의가 있다”면서 “풀어야 할 숙제가 많지만 안전하고 저렴한 염료감응 베타전지 개발에 노력하겠다”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 방사선기술개발사업으로 진행됐으며, 지난 4일 화학 분야의 저명한 국제학술지 ‘케미컬 커뮤니케이션스’ 표지 논문으로 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 에너지융합연구부 김영훈 박사 연구팀이 페로브스카이트 양자점 태양전지의 성능과 안정성을 높인 기술을 개발했다. 빛에너지 전기발광 특성도 동시에 갖추고 있어 건물일체형 태양광 발전과 다기능성 광전소자, 라이파이 등 광기술 개발 및 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 최근 신재생에너지 기술을 비롯한 태양전지의 관심이 높아지면서 양자점(Quantum dot)을 이용한 태양전지 연구가 활발하다. 양자점은 빛 흡수 능력이 뛰어나고 넓은 영역의 빛을 흡수하는 차세대 태양전지의 핵심 소재다. 특히 양자점 태양전지 분야에서 가장 높은 효율을 가진 페로브스카이트 양자점 태양전지는 빛을 전기에너지로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성을 동시에 갖기 때문에 다기능성 태양전지로 각광받고 있다. 우수한 페로브스카이트 양자점을 합성하기 위해서는 긴 탄화수소 체인을 가진 유기 리간드가 이용된다. 리간드는 10나노미터(nm)에 분산이 될 수 있게 한다. 이러한 양자점을 기판 위에 잘 배열시킴으로써 양자점 태양전지가 만들어진다. 이 때 양자점 표면에 흡착된 긴 체인의 리간드는 양자점 간의 전하이동을 어렵게 해 태양전지 성능을 저하시키기 때문에, 짧은 탄화수소 체인을 가진 리간드로 치환시키는 과정을 거쳐야 한다. 이 때문에 기존에는 ‘포르마미디늄(Formamidinium, FA)’이라는 짧은 탄화수소 체인을 가진 리간드로 치환시켜 소자의 성능을 향상시킬 수 있었다. 하지만 포르마미디늄 리간드의 특성상 물과 잘 결합하고 습기를 잘 흡수하는 친수성때문에 공기 중 수분으로 인해 안정성이 현저히 감소하는 문제점들이 발생했다. DGIST 김영훈 박사 연구팀은 다양한 실험을 통해 벤젠 그룹 기반의 ‘페네실라모늄(Phenethylammonium, PEA)’리간드가 가진 물 분자와 잘 결합하지 않는 소수성에 주목했고, 이를 페로브스카이트 양자점 표면에 안정적으로 흡착시키는데 성공했다. 이를 통해 연구팀은 광전변환효율을 14.1%까지 향상시켰고, 약 15일 간 실제 외부환경과 같은 조건인 상대습도 20~25%에서 90%이상의 높은 광전변환효율을 유지하는 안정성도 추가로 확인했다. 김영훈 박사는 “짧은 탄화수소 체인을 가지면서 소수성을 갖는 리간드를 도입해 페로브스카이트 양자점 태양전지의 성능 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있음을 최초로 규명했다”며, “차세대 양자점 태양전지 개발 및 실용화를 위한 새로운 패러다임을 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다. □이번 연구는 한양대학교 화학공학과 고민재 교수 연구팀과 공동협력으로 진행했으며, DGIST 에너지융합연구부 김지건 위촉연구원 및 한양대학교 화학공학과 석박사통합과정생이 제1저자로 참여했다. 에너지과학 분야의 세계적 학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 6월 15일자 온라인판에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST는 신물질과학전공 이재동 교수 연구팀과 바이오융합연구부 김현민 박사 연구팀이 이차원 반도체 물질인 이셀레늄화텅스텐(WSe2)이 가지는 특정한 빛 파장 주파수를 조합해 다양한 빛과 밝기를 변환할 수 있는 ‘이중공명 합 주파수 생성’ 방법을 최초로 발견했다고 8일 밝혔다. 인류의 문명은 빛을 다루기 위한 노력을 통해 발전해 왔다. 다양한 빛의 생성과 변환기술은 근현대의 산업과학기술부터 광통신, 광의료, 광에너지 등 미래첨단분야에 이르기까지 활용되고 있다. 빛에너지는 진동을 하는 다양한 주파수를 가지고 있으며, 빛의 원리를 이용해 반도체 물질이 가진 주파수를 활용한 광연구가 다각도로 진행 중이다. 반도체는 전기전도율을 조절 가능한 물질로써, 전자가 존재할 수 없는 에너지 금지대를 사이에 두고, 전자가 존재하는 가전자대와 전도대가 연속적인 에너지밴드로 이뤄져 있다. 에너지밴드 내에 특정 주파수의 빛인 광펄스(light pulse)가 입사되면 에너지의 진동 폭이 급격하게 늘어나는 공명이 일어난다. 이 때 전자들이 에너지 금지대를 통과해 활발하게 이동하면서 새로운 전류나 빛이 생성된다. 이러한 에너지 밴드의 공명을 조절해 빛의 색 변환 효율을 높이기 위한 연구가 진행 중이나, 대체적으로 낮은 효율 때문에 어려움이 많은 실정이다. DGIST 연구팀은 차세대 반도체소재로 각광받는 이차원 물질인 이셀레늄화텅스텐(WSe2)이 가시광선에 반응하면서 빛 흡수율이 높아 여러 개의 공명 주파수를 가지는 특성에 주목했다. 연구팀은 이셀레늄화텅스텐에 입사되는 두 개의 광펄스를 같은 출력으로 조절해 더욱 강력한 두 개의 공명이 동시에 발생하는 것을 확인했다. 이를 통해 색의 변환과 더불어 극대화된 고출력의 광펄스가 방출됨을 확인할 수 있었다. 이번 성과는 단일공명을 활용한 기존 방식에 비해 2개의 공명을 이용해 빛의 파장이 20배 이상 손쉽게 증폭 가능했기 때문에 다양한 광학기술에 활용 가능한 무궁한 잠재성을 가지고 있다. DGIST 신물질과학전공 이재동 교수는 “빛의 출력 증폭과 고효율로 빛의 색 변환이 이차원 물질에서 손쉽게 가능함을 규명했다”고 말했다. 이번 연구는 DGIST 신물질과학연구소의 김영재 박사가 제1저자로 참여했으며, 나노 과학·기술 분야 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 5월 18일자 온라인판에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

한국 과학자가 참여한 미국 연구진이 미세혈관 손상까지 찾아낼 수 있는 고해상도 초음파 영상 기술을 개발했다. 미국 피츠버그대 생체공학과, 피츠버그대 의대 초음파분자이미징 및 치료센터 연구팀은 기존 초음파 기술로는 불가능했던 질환의 진행과정을 관찰할 수 있는 초고해상도 초음파 영상기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 이번 연구결과는 의학분야 국제학술지 ‘국제 신장학’(Kidney International)에 실렸다. 이번 연구에는 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 유재석 교수도 참여했다. 흔히 건강검진에서 복부와 목 부위 갑상선 검사를 위해 초음파 검사를 실시한다. 여기에 쓰는 초음파 영상 기기 해상도는 음향회절한계가 있었다. 음향회절한계란 특정 물체를 시각화하기 위해서는 물체 크기가 시각화하는데 필요한 주파수의 절반 이상이 되야 한다는 것이다. 충분히 크지 않으면 초음파 영상을 볼 수 없다는 것이다. 또 기존 방식은 데이터를 취합하는데도 시간이 걸리기 때문에 응급 상황에서는 사용이 쉽지 않았다. 연구팀은 초음파 조영제의 개별신호를 구분해 위치를 찾아내는 국지화 기술을 이용해 기존 기기보다 4~5배 이상 해상도를 높이는데 성공했다. 기존에는 150~200㎛(마이크로미터) 크기의 혈관까지만 찾아낼 수 있었지만 이번 기술을 활용하면 32㎛의 미세혈관도 관찰이 가능하다. 또 천문학에서 주로 사용되는 신호처리 기술을 활용해 데이터 수집시간을 기존 수 분에서 1초 이내로 줄여 응급상황에서도 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 연구팀은 이번에 개발한 기술을 이용해 기존 초음파 영상기기로는 관찰이 불가능했던 급성신장손상이 만성신장질환으로 진행되는 과정을 관찰하는데 성공했다. 연구에 참여한 유재석 교수는 “이번에 개발한 초음파 영상기술은 기존 초음파 기기로는 해상도의 한계 때문에 진단이 불가능했던 질병의 진행을 관찰함으로써 치료하는데 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr