- KIST의 개인기반전파모형 툴킷으로 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션 수행 - 현재 코로나19 확산의 저감을 위해 사회적 거리두기를 강력 실천해야 - 다양한 정책들의 의사결정에 활용 가능, 완화전략의 모델로 활용 기대 현재 코로나 19의 확진자 추이와 지역별 감염현황이 전 국민의 관심 속에 있다. 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 과기정통부)는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 계산과학연구센터 김찬수 연구팀(정보·머신러닝·금융경제 연구실)와 손 잡고 8년여 전부터 개발해온 개인기반의 전파 시뮬레이션 툴킷(Toolkit)인 KIST(KIST’s Individual Simulation for Transfer phenomena)를 활용하여 코로나-19 감염병의 확산과 사회적 거리두기(social distancing) 정책의 의미를 계산하고 평가했다고 밝혔다. 영국을 비롯한 해외에서는 이러한 시뮬레이션 도구들을 활용하여 감염병 등의 전파 및 확산을 계산하여, 완화 전략을 개발하고 그 효과를 평가하는 등 정책 의사결정 전반에 활용되어 왔다. 이러한 몇몇 연구들이 국내에서 제안되어 왔지만, 빅데이터를 구축하기가 어렵고 긴 시간의 투자가 요구된 탓에 개발이 쉽지 않아, 정책 의사결정에 적극적으로 활용되어 오지 못했다. 그러나 KIST에서는 장기적인 안목으로 이러한 연구와 응용수학적 과학기술의 성장을 지원해왔다. 이번 코로나 19(COVID-19)의 확산 추이 분석을 위해 KIST 연구진은 자체 개발하여 보유중인 고유의 툴킷에 사람들의 성별, 나이, 직장과 이동 등의 빅데이터를 입력하고 과기정통부의 협조를 받아 향후 확산을 예측하고 완화정책의 실효성을 계산했다. 연구진은 5천만 명의 데이터를 기초로 ‘시뮬레이션 개인’ 들을 생성하여, 슈퍼컴퓨터 상에서 이들이 국내 지리 정보 하에서 움직일 수 있도록 하여 시뮬레이션을 수행했다. 해당 연구팀이 2013년부터 개발·개선해온 ‘KIST 툴킷’은 대개 S-(E)-(L)-I-R (Susceptible-Exposed-Latent-Infected-Recovered) 등으로 구성된 ‘인구 덩어리’ 미분방정식 모형이 가지는 감염 역학적 의미를 포함하면서, 행위자의 개념을 도입한 개인 기반 전파 시뮬레이션 도구이다. 각 개인의 상태(S-E-L-I-R 및 Q(Quarantined))와 ‘장소’ 등에 기초하고 있으므로, 이들이 상호작용하는 ‘공간’이 명시적으로 포함된다. 따라서 이번 시뮬레이션은 지역별로 감염자를 집계할 수 있다. 또한 개인의 ‘행동’이 미치는 영향에 대해서도 거대 규모로 계산이 가능하다. KIST 연구진은 본 계산들의 결과로, 코로나 19의 확산방지를 위해서 적극적으로 시행되고 있는 「강력한 사회적 거리두기」를 실천할 경우, 매우 긍정적인 효과가 있다는 것을 관찰하였다. 아울러 학교를 비롯한 여러 생활공간에서도 마스크를 제대로 착용하는 일뿐 아니라 ‘손 씻기’를 생활화할 경우, 괄목할 만한 정도의 사회적 방역 및 감염완화 효과를 기대할 수 있다는 결과가 도출되었다. 연구진은 코로나 19 확산의 여러 상황들을 사전에 이미 시뮬레이션 해보았다. KIST 툴킷을 통해 시의성 높은 정책들을 반영하고 그 효과를 평가하는 것이 더 중요하다고 판단했다. KIST 툴킷의 시뮬레이션 결과는 해외에서 유입되는 감염자들이 명시적으로 반영되지 않았음에도 불구하고, 코로나19의 확산 현황과 완화전략에 담긴 의미를 파악할 수 있다. 현재, 연구진은 해외에서 유입되는 감염자 개인들을 포함하여, ‘세 번째 피크’의 발생가능성 등을 포함한 그 사회적 영향을 시뮬레이션하고 있다. 동 계산에는 협력체계를 구축한 KT로부터 확보된 빅데이터가 포함된다. 또한 4인 이상 그룹의 접촉을 원천 차단하는 「사회적 거리두기」 정책 영향도 계산될 것이다. KIST의 김찬수 연구원은 “개인에 기반한 본 툴킷은 개인의 행동에서 비롯되는 사회적 현상을 바라볼 수 있고, 이를 통해 해석적 계산이 쉽지 않은 비선형 복잡계를 수치해석의 입장에서 해석 가능하다는 장점이 있다”며, “지속적으로 개발되어 온 덕에 개인에게 부과할 수 있는 다양한 정책들을 실험하고 평가해 볼 수 있는 좋은 테스트베드가 될 것”이라고 평했다. 또한 “‘답을 맞춰야만’하는 것이 아니라 정책과 같은 외부 요인의 유입이 ‘어떠한 변화’를 만들어내는 것을 탐구하는 것이 바로 시뮬레이션의 의미”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Economic & Social Simulation Research Initiative 과제, Open Research 사업, 드림프로젝트 등의 연구 사업으로 수행되었다. <그림설명> [그림 1] (02/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「사회적 거리두기」의 시행 효과 (2.25 결과) 먼저, 「아무런 정책이 없는」 경우와 「보통의 사회적 거리두기」가 있는 경우를 계산하였다. 한국이 시행하고 있는 수준의 사회적 거리두기 등의 조건에서 일일 감염자는 2월 29일쯤 절정에 달할 것으로 보여졌고, 실제 일일 확진자의 통계 추이와 상당히 유사한 결과로 나타났다. [그림 2] (03/05 시뮬레이션 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「강력한 사회적 거리두기」의 실천이 요구됨 (3.5 결과) 비교적 「강력한 사회적 거리두기」의 시행 후 일반적인 정책 효과를 계산한 결과, 국민의 20 % 이상의 감염자가 줄어들 수 있음이 드러났다. 이미 감소세에 있는 현재의 추이는 사회적 거리두기, 손 씻기, 마스크 쓰기, 공간 방역 조치 등의 정책을 지속적이고 안정적으로 시행할 경우 계속 유지될 가능성이 높은 것으로 나타났다. [그림 3] (03/16 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 사회적 거리두기, 마스크 착용, 손 씻기 등에 대한 선별적, 복합적 수행 시의 차이를 나타낸 그래프 (3.16 결과) 「손 씻기」 에 대한 중요도도 평가가 가능했다. 마스크를 착용하고 사회적으로 거리를 두더라도, 손 씻기 등 개인위생을 철저히 한다면 사회적 감염의 확산을 방지하는 데 매우 긍정적인 결과를 도출할 것으로 예상된다. [그림 4] (03/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 개학 후 급속한 감염자 수 증가로 비대면 접촉 상황 유지가 필요함을 보여주는 결과 (3.25 결과) 본 결과의 포인트는 4월 6일 개학이 코로나 19의 확산에 어떠한 영향을 미치는지를 나타낸다. 개학을 할 경우, 감염자가 급속히 증가하는 소규모의 피크가 나타난다. 3의 결과와 함께 해석하면, 학생들이 공동체 생활을 시작할 경우 「사회적 거리두기」를 유지하며, 「마스크 제대로 쓰기」와 「손 씻기」를 비롯한 강력한 방역조치들을 시행할 필요가 있다는 점 또한 시사(示唆)하고 있다.

- KIST의 개인기반전파모형 툴킷으로 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션 수행 - 현재 코로나19 확산의 저감을 위해 사회적 거리두기를 강력 실천해야 - 다양한 정책들의 의사결정에 활용 가능, 완화전략의 모델로 활용 기대 현재 코로나 19의 확진자 추이와 지역별 감염현황이 전 국민의 관심 속에 있다. 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 과기정통부)는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 계산과학연구센터 김찬수 연구팀(정보·머신러닝·금융경제 연구실)와 손 잡고 8년여 전부터 개발해온 개인기반의 전파 시뮬레이션 툴킷(Toolkit)인 KIST(KIST’s Individual Simulation for Transfer phenomena)를 활용하여 코로나-19 감염병의 확산과 사회적 거리두기(social distancing) 정책의 의미를 계산하고 평가했다고 밝혔다. 영국을 비롯한 해외에서는 이러한 시뮬레이션 도구들을 활용하여 감염병 등의 전파 및 확산을 계산하여, 완화 전략을 개발하고 그 효과를 평가하는 등 정책 의사결정 전반에 활용되어 왔다. 이러한 몇몇 연구들이 국내에서 제안되어 왔지만, 빅데이터를 구축하기가 어렵고 긴 시간의 투자가 요구된 탓에 개발이 쉽지 않아, 정책 의사결정에 적극적으로 활용되어 오지 못했다. 그러나 KIST에서는 장기적인 안목으로 이러한 연구와 응용수학적 과학기술의 성장을 지원해왔다. 이번 코로나 19(COVID-19)의 확산 추이 분석을 위해 KIST 연구진은 자체 개발하여 보유중인 고유의 툴킷에 사람들의 성별, 나이, 직장과 이동 등의 빅데이터를 입력하고 과기정통부의 협조를 받아 향후 확산을 예측하고 완화정책의 실효성을 계산했다. 연구진은 5천만 명의 데이터를 기초로 ‘시뮬레이션 개인’ 들을 생성하여, 슈퍼컴퓨터 상에서 이들이 국내 지리 정보 하에서 움직일 수 있도록 하여 시뮬레이션을 수행했다. 해당 연구팀이 2013년부터 개발·개선해온 ‘KIST 툴킷’은 대개 S-(E)-(L)-I-R (Susceptible-Exposed-Latent-Infected-Recovered) 등으로 구성된 ‘인구 덩어리’ 미분방정식 모형이 가지는 감염 역학적 의미를 포함하면서, 행위자의 개념을 도입한 개인 기반 전파 시뮬레이션 도구이다. 각 개인의 상태(S-E-L-I-R 및 Q(Quarantined))와 ‘장소’ 등에 기초하고 있으므로, 이들이 상호작용하는 ‘공간’이 명시적으로 포함된다. 따라서 이번 시뮬레이션은 지역별로 감염자를 집계할 수 있다. 또한 개인의 ‘행동’이 미치는 영향에 대해서도 거대 규모로 계산이 가능하다. KIST 연구진은 본 계산들의 결과로, 코로나 19의 확산방지를 위해서 적극적으로 시행되고 있는 「강력한 사회적 거리두기」를 실천할 경우, 매우 긍정적인 효과가 있다는 것을 관찰하였다. 아울러 학교를 비롯한 여러 생활공간에서도 마스크를 제대로 착용하는 일뿐 아니라 ‘손 씻기’를 생활화할 경우, 괄목할 만한 정도의 사회적 방역 및 감염완화 효과를 기대할 수 있다는 결과가 도출되었다. 연구진은 코로나 19 확산의 여러 상황들을 사전에 이미 시뮬레이션 해보았다. KIST 툴킷을 통해 시의성 높은 정책들을 반영하고 그 효과를 평가하는 것이 더 중요하다고 판단했다. KIST 툴킷의 시뮬레이션 결과는 해외에서 유입되는 감염자들이 명시적으로 반영되지 않았음에도 불구하고, 코로나19의 확산 현황과 완화전략에 담긴 의미를 파악할 수 있다. 현재, 연구진은 해외에서 유입되는 감염자 개인들을 포함하여, ‘세 번째 피크’의 발생가능성 등을 포함한 그 사회적 영향을 시뮬레이션하고 있다. 동 계산에는 협력체계를 구축한 KT로부터 확보된 빅데이터가 포함된다. 또한 4인 이상 그룹의 접촉을 원천 차단하는 「사회적 거리두기」 정책 영향도 계산될 것이다. KIST의 김찬수 연구원은 “개인에 기반한 본 툴킷은 개인의 행동에서 비롯되는 사회적 현상을 바라볼 수 있고, 이를 통해 해석적 계산이 쉽지 않은 비선형 복잡계를 수치해석의 입장에서 해석 가능하다는 장점이 있다”며, “지속적으로 개발되어 온 덕에 개인에게 부과할 수 있는 다양한 정책들을 실험하고 평가해 볼 수 있는 좋은 테스트베드가 될 것”이라고 평했다. 또한 “‘답을 맞춰야만’하는 것이 아니라 정책과 같은 외부 요인의 유입이 ‘어떠한 변화’를 만들어내는 것을 탐구하는 것이 바로 시뮬레이션의 의미”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Economic & Social Simulation Research Initiative 과제, Open Research 사업, 드림프로젝트 등의 연구 사업으로 수행되었다. <그림설명> [그림 1] (02/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「사회적 거리두기」의 시행 효과 (2.25 결과) 먼저, 「아무런 정책이 없는」 경우와 「보통의 사회적 거리두기」가 있는 경우를 계산하였다. 한국이 시행하고 있는 수준의 사회적 거리두기 등의 조건에서 일일 감염자는 2월 29일쯤 절정에 달할 것으로 보여졌고, 실제 일일 확진자의 통계 추이와 상당히 유사한 결과로 나타났다. [그림 2] (03/05 시뮬레이션 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「강력한 사회적 거리두기」의 실천이 요구됨 (3.5 결과) 비교적 「강력한 사회적 거리두기」의 시행 후 일반적인 정책 효과를 계산한 결과, 국민의 20 % 이상의 감염자가 줄어들 수 있음이 드러났다. 이미 감소세에 있는 현재의 추이는 사회적 거리두기, 손 씻기, 마스크 쓰기, 공간 방역 조치 등의 정책을 지속적이고 안정적으로 시행할 경우 계속 유지될 가능성이 높은 것으로 나타났다. [그림 3] (03/16 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 사회적 거리두기, 마스크 착용, 손 씻기 등에 대한 선별적, 복합적 수행 시의 차이를 나타낸 그래프 (3.16 결과) 「손 씻기」 에 대한 중요도도 평가가 가능했다. 마스크를 착용하고 사회적으로 거리를 두더라도, 손 씻기 등 개인위생을 철저히 한다면 사회적 감염의 확산을 방지하는 데 매우 긍정적인 결과를 도출할 것으로 예상된다. [그림 4] (03/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 개학 후 급속한 감염자 수 증가로 비대면 접촉 상황 유지가 필요함을 보여주는 결과 (3.25 결과) 본 결과의 포인트는 4월 6일 개학이 코로나 19의 확산에 어떠한 영향을 미치는지를 나타낸다. 개학을 할 경우, 감염자가 급속히 증가하는 소규모의 피크가 나타난다. 3의 결과와 함께 해석하면, 학생들이 공동체 생활을 시작할 경우 「사회적 거리두기」를 유지하며, 「마스크 제대로 쓰기」와 「손 씻기」를 비롯한 강력한 방역조치들을 시행할 필요가 있다는 점 또한 시사(示唆)하고 있다.

- KIST의 개인기반전파모형 툴킷으로 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션 수행 - 현재 코로나19 확산의 저감을 위해 사회적 거리두기를 강력 실천해야 - 다양한 정책들의 의사결정에 활용 가능, 완화전략의 모델로 활용 기대 현재 코로나 19의 확진자 추이와 지역별 감염현황이 전 국민의 관심 속에 있다. 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 과기정통부)는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 계산과학연구센터 김찬수 연구팀(정보·머신러닝·금융경제 연구실)와 손 잡고 8년여 전부터 개발해온 개인기반의 전파 시뮬레이션 툴킷(Toolkit)인 KIST(KIST’s Individual Simulation for Transfer phenomena)를 활용하여 코로나-19 감염병의 확산과 사회적 거리두기(social distancing) 정책의 의미를 계산하고 평가했다고 밝혔다. 영국을 비롯한 해외에서는 이러한 시뮬레이션 도구들을 활용하여 감염병 등의 전파 및 확산을 계산하여, 완화 전략을 개발하고 그 효과를 평가하는 등 정책 의사결정 전반에 활용되어 왔다. 이러한 몇몇 연구들이 국내에서 제안되어 왔지만, 빅데이터를 구축하기가 어렵고 긴 시간의 투자가 요구된 탓에 개발이 쉽지 않아, 정책 의사결정에 적극적으로 활용되어 오지 못했다. 그러나 KIST에서는 장기적인 안목으로 이러한 연구와 응용수학적 과학기술의 성장을 지원해왔다. 이번 코로나 19(COVID-19)의 확산 추이 분석을 위해 KIST 연구진은 자체 개발하여 보유중인 고유의 툴킷에 사람들의 성별, 나이, 직장과 이동 등의 빅데이터를 입력하고 과기정통부의 협조를 받아 향후 확산을 예측하고 완화정책의 실효성을 계산했다. 연구진은 5천만 명의 데이터를 기초로 ‘시뮬레이션 개인’ 들을 생성하여, 슈퍼컴퓨터 상에서 이들이 국내 지리 정보 하에서 움직일 수 있도록 하여 시뮬레이션을 수행했다. 해당 연구팀이 2013년부터 개발·개선해온 ‘KIST 툴킷’은 대개 S-(E)-(L)-I-R (Susceptible-Exposed-Latent-Infected-Recovered) 등으로 구성된 ‘인구 덩어리’ 미분방정식 모형이 가지는 감염 역학적 의미를 포함하면서, 행위자의 개념을 도입한 개인 기반 전파 시뮬레이션 도구이다. 각 개인의 상태(S-E-L-I-R 및 Q(Quarantined))와 ‘장소’ 등에 기초하고 있으므로, 이들이 상호작용하는 ‘공간’이 명시적으로 포함된다. 따라서 이번 시뮬레이션은 지역별로 감염자를 집계할 수 있다. 또한 개인의 ‘행동’이 미치는 영향에 대해서도 거대 규모로 계산이 가능하다. KIST 연구진은 본 계산들의 결과로, 코로나 19의 확산방지를 위해서 적극적으로 시행되고 있는 「강력한 사회적 거리두기」를 실천할 경우, 매우 긍정적인 효과가 있다는 것을 관찰하였다. 아울러 학교를 비롯한 여러 생활공간에서도 마스크를 제대로 착용하는 일뿐 아니라 ‘손 씻기’를 생활화할 경우, 괄목할 만한 정도의 사회적 방역 및 감염완화 효과를 기대할 수 있다는 결과가 도출되었다. 연구진은 코로나 19 확산의 여러 상황들을 사전에 이미 시뮬레이션 해보았다. KIST 툴킷을 통해 시의성 높은 정책들을 반영하고 그 효과를 평가하는 것이 더 중요하다고 판단했다. KIST 툴킷의 시뮬레이션 결과는 해외에서 유입되는 감염자들이 명시적으로 반영되지 않았음에도 불구하고, 코로나19의 확산 현황과 완화전략에 담긴 의미를 파악할 수 있다. 현재, 연구진은 해외에서 유입되는 감염자 개인들을 포함하여, ‘세 번째 피크’의 발생가능성 등을 포함한 그 사회적 영향을 시뮬레이션하고 있다. 동 계산에는 협력체계를 구축한 KT로부터 확보된 빅데이터가 포함된다. 또한 4인 이상 그룹의 접촉을 원천 차단하는 「사회적 거리두기」 정책 영향도 계산될 것이다. KIST의 김찬수 연구원은 “개인에 기반한 본 툴킷은 개인의 행동에서 비롯되는 사회적 현상을 바라볼 수 있고, 이를 통해 해석적 계산이 쉽지 않은 비선형 복잡계를 수치해석의 입장에서 해석 가능하다는 장점이 있다”며, “지속적으로 개발되어 온 덕에 개인에게 부과할 수 있는 다양한 정책들을 실험하고 평가해 볼 수 있는 좋은 테스트베드가 될 것”이라고 평했다. 또한 “‘답을 맞춰야만’하는 것이 아니라 정책과 같은 외부 요인의 유입이 ‘어떠한 변화’를 만들어내는 것을 탐구하는 것이 바로 시뮬레이션의 의미”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Economic & Social Simulation Research Initiative 과제, Open Research 사업, 드림프로젝트 등의 연구 사업으로 수행되었다. <그림설명> [그림 1] (02/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「사회적 거리두기」의 시행 효과 (2.25 결과) 먼저, 「아무런 정책이 없는」 경우와 「보통의 사회적 거리두기」가 있는 경우를 계산하였다. 한국이 시행하고 있는 수준의 사회적 거리두기 등의 조건에서 일일 감염자는 2월 29일쯤 절정에 달할 것으로 보여졌고, 실제 일일 확진자의 통계 추이와 상당히 유사한 결과로 나타났다. [그림 2] (03/05 시뮬레이션 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「강력한 사회적 거리두기」의 실천이 요구됨 (3.5 결과) 비교적 「강력한 사회적 거리두기」의 시행 후 일반적인 정책 효과를 계산한 결과, 국민의 20 % 이상의 감염자가 줄어들 수 있음이 드러났다. 이미 감소세에 있는 현재의 추이는 사회적 거리두기, 손 씻기, 마스크 쓰기, 공간 방역 조치 등의 정책을 지속적이고 안정적으로 시행할 경우 계속 유지될 가능성이 높은 것으로 나타났다. [그림 3] (03/16 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 사회적 거리두기, 마스크 착용, 손 씻기 등에 대한 선별적, 복합적 수행 시의 차이를 나타낸 그래프 (3.16 결과) 「손 씻기」 에 대한 중요도도 평가가 가능했다. 마스크를 착용하고 사회적으로 거리를 두더라도, 손 씻기 등 개인위생을 철저히 한다면 사회적 감염의 확산을 방지하는 데 매우 긍정적인 결과를 도출할 것으로 예상된다. [그림 4] (03/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 개학 후 급속한 감염자 수 증가로 비대면 접촉 상황 유지가 필요함을 보여주는 결과 (3.25 결과) 본 결과의 포인트는 4월 6일 개학이 코로나 19의 확산에 어떠한 영향을 미치는지를 나타낸다. 개학을 할 경우, 감염자가 급속히 증가하는 소규모의 피크가 나타난다. 3의 결과와 함께 해석하면, 학생들이 공동체 생활을 시작할 경우 「사회적 거리두기」를 유지하며, 「마스크 제대로 쓰기」와 「손 씻기」를 비롯한 강력한 방역조치들을 시행할 필요가 있다는 점 또한 시사(示唆)하고 있다.

- KIST의 개인기반전파모형 툴킷으로 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션 수행 - 현재 코로나19 확산의 저감을 위해 사회적 거리두기를 강력 실천해야 - 다양한 정책들의 의사결정에 활용 가능, 완화전략의 모델로 활용 기대 현재 코로나 19의 확진자 추이와 지역별 감염현황이 전 국민의 관심 속에 있다. 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 과기정통부)는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 계산과학연구센터 김찬수 연구팀(정보·머신러닝·금융경제 연구실)와 손 잡고 8년여 전부터 개발해온 개인기반의 전파 시뮬레이션 툴킷(Toolkit)인 KIST(KIST’s Individual Simulation for Transfer phenomena)를 활용하여 코로나-19 감염병의 확산과 사회적 거리두기(social distancing) 정책의 의미를 계산하고 평가했다고 밝혔다. 영국을 비롯한 해외에서는 이러한 시뮬레이션 도구들을 활용하여 감염병 등의 전파 및 확산을 계산하여, 완화 전략을 개발하고 그 효과를 평가하는 등 정책 의사결정 전반에 활용되어 왔다. 이러한 몇몇 연구들이 국내에서 제안되어 왔지만, 빅데이터를 구축하기가 어렵고 긴 시간의 투자가 요구된 탓에 개발이 쉽지 않아, 정책 의사결정에 적극적으로 활용되어 오지 못했다. 그러나 KIST에서는 장기적인 안목으로 이러한 연구와 응용수학적 과학기술의 성장을 지원해왔다. 이번 코로나 19(COVID-19)의 확산 추이 분석을 위해 KIST 연구진은 자체 개발하여 보유중인 고유의 툴킷에 사람들의 성별, 나이, 직장과 이동 등의 빅데이터를 입력하고 과기정통부의 협조를 받아 향후 확산을 예측하고 완화정책의 실효성을 계산했다. 연구진은 5천만 명의 데이터를 기초로 ‘시뮬레이션 개인’ 들을 생성하여, 슈퍼컴퓨터 상에서 이들이 국내 지리 정보 하에서 움직일 수 있도록 하여 시뮬레이션을 수행했다. 해당 연구팀이 2013년부터 개발·개선해온 ‘KIST 툴킷’은 대개 S-(E)-(L)-I-R (Susceptible-Exposed-Latent-Infected-Recovered) 등으로 구성된 ‘인구 덩어리’ 미분방정식 모형이 가지는 감염 역학적 의미를 포함하면서, 행위자의 개념을 도입한 개인 기반 전파 시뮬레이션 도구이다. 각 개인의 상태(S-E-L-I-R 및 Q(Quarantined))와 ‘장소’ 등에 기초하고 있으므로, 이들이 상호작용하는 ‘공간’이 명시적으로 포함된다. 따라서 이번 시뮬레이션은 지역별로 감염자를 집계할 수 있다. 또한 개인의 ‘행동’이 미치는 영향에 대해서도 거대 규모로 계산이 가능하다. KIST 연구진은 본 계산들의 결과로, 코로나 19의 확산방지를 위해서 적극적으로 시행되고 있는 「강력한 사회적 거리두기」를 실천할 경우, 매우 긍정적인 효과가 있다는 것을 관찰하였다. 아울러 학교를 비롯한 여러 생활공간에서도 마스크를 제대로 착용하는 일뿐 아니라 ‘손 씻기’를 생활화할 경우, 괄목할 만한 정도의 사회적 방역 및 감염완화 효과를 기대할 수 있다는 결과가 도출되었다. 연구진은 코로나 19 확산의 여러 상황들을 사전에 이미 시뮬레이션 해보았다. KIST 툴킷을 통해 시의성 높은 정책들을 반영하고 그 효과를 평가하는 것이 더 중요하다고 판단했다. KIST 툴킷의 시뮬레이션 결과는 해외에서 유입되는 감염자들이 명시적으로 반영되지 않았음에도 불구하고, 코로나19의 확산 현황과 완화전략에 담긴 의미를 파악할 수 있다. 현재, 연구진은 해외에서 유입되는 감염자 개인들을 포함하여, ‘세 번째 피크’의 발생가능성 등을 포함한 그 사회적 영향을 시뮬레이션하고 있다. 동 계산에는 협력체계를 구축한 KT로부터 확보된 빅데이터가 포함된다. 또한 4인 이상 그룹의 접촉을 원천 차단하는 「사회적 거리두기」 정책 영향도 계산될 것이다. KIST의 김찬수 연구원은 “개인에 기반한 본 툴킷은 개인의 행동에서 비롯되는 사회적 현상을 바라볼 수 있고, 이를 통해 해석적 계산이 쉽지 않은 비선형 복잡계를 수치해석의 입장에서 해석 가능하다는 장점이 있다”며, “지속적으로 개발되어 온 덕에 개인에게 부과할 수 있는 다양한 정책들을 실험하고 평가해 볼 수 있는 좋은 테스트베드가 될 것”이라고 평했다. 또한 “‘답을 맞춰야만’하는 것이 아니라 정책과 같은 외부 요인의 유입이 ‘어떠한 변화’를 만들어내는 것을 탐구하는 것이 바로 시뮬레이션의 의미”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Economic & Social Simulation Research Initiative 과제, Open Research 사업, 드림프로젝트 등의 연구 사업으로 수행되었다. <그림설명> [그림 1] (02/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「사회적 거리두기」의 시행 효과 (2.25 결과) 먼저, 「아무런 정책이 없는」 경우와 「보통의 사회적 거리두기」가 있는 경우를 계산하였다. 한국이 시행하고 있는 수준의 사회적 거리두기 등의 조건에서 일일 감염자는 2월 29일쯤 절정에 달할 것으로 보여졌고, 실제 일일 확진자의 통계 추이와 상당히 유사한 결과로 나타났다. [그림 2] (03/05 시뮬레이션 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「강력한 사회적 거리두기」의 실천이 요구됨 (3.5 결과) 비교적 「강력한 사회적 거리두기」의 시행 후 일반적인 정책 효과를 계산한 결과, 국민의 20 % 이상의 감염자가 줄어들 수 있음이 드러났다. 이미 감소세에 있는 현재의 추이는 사회적 거리두기, 손 씻기, 마스크 쓰기, 공간 방역 조치 등의 정책을 지속적이고 안정적으로 시행할 경우 계속 유지될 가능성이 높은 것으로 나타났다. [그림 3] (03/16 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 사회적 거리두기, 마스크 착용, 손 씻기 등에 대한 선별적, 복합적 수행 시의 차이를 나타낸 그래프 (3.16 결과) 「손 씻기」 에 대한 중요도도 평가가 가능했다. 마스크를 착용하고 사회적으로 거리를 두더라도, 손 씻기 등 개인위생을 철저히 한다면 사회적 감염의 확산을 방지하는 데 매우 긍정적인 결과를 도출할 것으로 예상된다. [그림 4] (03/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 개학 후 급속한 감염자 수 증가로 비대면 접촉 상황 유지가 필요함을 보여주는 결과 (3.25 결과) 본 결과의 포인트는 4월 6일 개학이 코로나 19의 확산에 어떠한 영향을 미치는지를 나타낸다. 개학을 할 경우, 감염자가 급속히 증가하는 소규모의 피크가 나타난다. 3의 결과와 함께 해석하면, 학생들이 공동체 생활을 시작할 경우 「사회적 거리두기」를 유지하며, 「마스크 제대로 쓰기」와 「손 씻기」를 비롯한 강력한 방역조치들을 시행할 필요가 있다는 점 또한 시사(示唆)하고 있다.

- KIST의 개인기반전파모형 툴킷으로 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션 수행 - 현재 코로나19 확산의 저감을 위해 사회적 거리두기를 강력 실천해야 - 다양한 정책들의 의사결정에 활용 가능, 완화전략의 모델로 활용 기대 현재 코로나 19의 확진자 추이와 지역별 감염현황이 전 국민의 관심 속에 있다. 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 과기정통부)는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 계산과학연구센터 김찬수 연구팀(정보·머신러닝·금융경제 연구실)와 손 잡고 8년여 전부터 개발해온 개인기반의 전파 시뮬레이션 툴킷(Toolkit)인 KIST(KIST’s Individual Simulation for Transfer phenomena)를 활용하여 코로나-19 감염병의 확산과 사회적 거리두기(social distancing) 정책의 의미를 계산하고 평가했다고 밝혔다. 영국을 비롯한 해외에서는 이러한 시뮬레이션 도구들을 활용하여 감염병 등의 전파 및 확산을 계산하여, 완화 전략을 개발하고 그 효과를 평가하는 등 정책 의사결정 전반에 활용되어 왔다. 이러한 몇몇 연구들이 국내에서 제안되어 왔지만, 빅데이터를 구축하기가 어렵고 긴 시간의 투자가 요구된 탓에 개발이 쉽지 않아, 정책 의사결정에 적극적으로 활용되어 오지 못했다. 그러나 KIST에서는 장기적인 안목으로 이러한 연구와 응용수학적 과학기술의 성장을 지원해왔다. 이번 코로나 19(COVID-19)의 확산 추이 분석을 위해 KIST 연구진은 자체 개발하여 보유중인 고유의 툴킷에 사람들의 성별, 나이, 직장과 이동 등의 빅데이터를 입력하고 과기정통부의 협조를 받아 향후 확산을 예측하고 완화정책의 실효성을 계산했다. 연구진은 5천만 명의 데이터를 기초로 ‘시뮬레이션 개인’ 들을 생성하여, 슈퍼컴퓨터 상에서 이들이 국내 지리 정보 하에서 움직일 수 있도록 하여 시뮬레이션을 수행했다. 해당 연구팀이 2013년부터 개발·개선해온 ‘KIST 툴킷’은 대개 S-(E)-(L)-I-R (Susceptible-Exposed-Latent-Infected-Recovered) 등으로 구성된 ‘인구 덩어리’ 미분방정식 모형이 가지는 감염 역학적 의미를 포함하면서, 행위자의 개념을 도입한 개인 기반 전파 시뮬레이션 도구이다. 각 개인의 상태(S-E-L-I-R 및 Q(Quarantined))와 ‘장소’ 등에 기초하고 있으므로, 이들이 상호작용하는 ‘공간’이 명시적으로 포함된다. 따라서 이번 시뮬레이션은 지역별로 감염자를 집계할 수 있다. 또한 개인의 ‘행동’이 미치는 영향에 대해서도 거대 규모로 계산이 가능하다. KIST 연구진은 본 계산들의 결과로, 코로나 19의 확산방지를 위해서 적극적으로 시행되고 있는 「강력한 사회적 거리두기」를 실천할 경우, 매우 긍정적인 효과가 있다는 것을 관찰하였다. 아울러 학교를 비롯한 여러 생활공간에서도 마스크를 제대로 착용하는 일뿐 아니라 ‘손 씻기’를 생활화할 경우, 괄목할 만한 정도의 사회적 방역 및 감염완화 효과를 기대할 수 있다는 결과가 도출되었다. 연구진은 코로나 19 확산의 여러 상황들을 사전에 이미 시뮬레이션 해보았다. KIST 툴킷을 통해 시의성 높은 정책들을 반영하고 그 효과를 평가하는 것이 더 중요하다고 판단했다. KIST 툴킷의 시뮬레이션 결과는 해외에서 유입되는 감염자들이 명시적으로 반영되지 않았음에도 불구하고, 코로나19의 확산 현황과 완화전략에 담긴 의미를 파악할 수 있다. 현재, 연구진은 해외에서 유입되는 감염자 개인들을 포함하여, ‘세 번째 피크’의 발생가능성 등을 포함한 그 사회적 영향을 시뮬레이션하고 있다. 동 계산에는 협력체계를 구축한 KT로부터 확보된 빅데이터가 포함된다. 또한 4인 이상 그룹의 접촉을 원천 차단하는 「사회적 거리두기」 정책 영향도 계산될 것이다. KIST의 김찬수 연구원은 “개인에 기반한 본 툴킷은 개인의 행동에서 비롯되는 사회적 현상을 바라볼 수 있고, 이를 통해 해석적 계산이 쉽지 않은 비선형 복잡계를 수치해석의 입장에서 해석 가능하다는 장점이 있다”며, “지속적으로 개발되어 온 덕에 개인에게 부과할 수 있는 다양한 정책들을 실험하고 평가해 볼 수 있는 좋은 테스트베드가 될 것”이라고 평했다. 또한 “‘답을 맞춰야만’하는 것이 아니라 정책과 같은 외부 요인의 유입이 ‘어떠한 변화’를 만들어내는 것을 탐구하는 것이 바로 시뮬레이션의 의미”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Economic & Social Simulation Research Initiative 과제, Open Research 사업, 드림프로젝트 등의 연구 사업으로 수행되었다. <그림설명> [그림 1] (02/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「사회적 거리두기」의 시행 효과 (2.25 결과) 먼저, 「아무런 정책이 없는」 경우와 「보통의 사회적 거리두기」가 있는 경우를 계산하였다. 한국이 시행하고 있는 수준의 사회적 거리두기 등의 조건에서 일일 감염자는 2월 29일쯤 절정에 달할 것으로 보여졌고, 실제 일일 확진자의 통계 추이와 상당히 유사한 결과로 나타났다. [그림 2] (03/05 시뮬레이션 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 「강력한 사회적 거리두기」의 실천이 요구됨 (3.5 결과) 비교적 「강력한 사회적 거리두기」의 시행 후 일반적인 정책 효과를 계산한 결과, 국민의 20 % 이상의 감염자가 줄어들 수 있음이 드러났다. 이미 감소세에 있는 현재의 추이는 사회적 거리두기, 손 씻기, 마스크 쓰기, 공간 방역 조치 등의 정책을 지속적이고 안정적으로 시행할 경우 계속 유지될 가능성이 높은 것으로 나타났다. [그림 3] (03/16 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 사회적 거리두기, 마스크 착용, 손 씻기 등에 대한 선별적, 복합적 수행 시의 차이를 나타낸 그래프 (3.16 결과) 「손 씻기」 에 대한 중요도도 평가가 가능했다. 마스크를 착용하고 사회적으로 거리를 두더라도, 손 씻기 등 개인위생을 철저히 한다면 사회적 감염의 확산을 방지하는 데 매우 긍정적인 결과를 도출할 것으로 예상된다. [그림 4] (03/25 결과) (x축은 시간, y축은 일일 감염자 수) 개학 후 급속한 감염자 수 증가로 비대면 접촉 상황 유지가 필요함을 보여주는 결과 (3.25 결과) 본 결과의 포인트는 4월 6일 개학이 코로나 19의 확산에 어떠한 영향을 미치는지를 나타낸다. 개학을 할 경우, 감염자가 급속히 증가하는 소규모의 피크가 나타난다. 3의 결과와 함께 해석하면, 학생들이 공동체 생활을 시작할 경우 「사회적 거리두기」를 유지하며, 「마스크 제대로 쓰기」와 「손 씻기」를 비롯한 강력한 방역조치들을 시행할 필요가 있다는 점 또한 시사(示唆)하고 있다.

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진