심혈관 질환의 스텐트 시술 부작용, 새로운 레이저 패터닝 기술만으로 해결한다. - 약물 부작용 없이 혈관 내 세포 반응을 제어하는 혁신적 스텐트 표면 기술 - 레이저 가공 기술을 활용한 금속 소재 정밀 패턴 가공 및 빠른 실용화 가능 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 생체재료연구센터 전호정 센터장, 한형섭 박사, KIST유럽연구소 전인동 박사 공동연구팀은 레이저 패터닝 기술로 혈관 내피세포의 성장을 촉진하고 평활근 세포의 탈분화를 억제하는 새로운 스텐트 표면처리 기술을 개발했다. 이 기술은 세포 종류별로 나노 패턴에 대한 반응 차이를 조절할 수 있으며 화학적 코팅 방식과 함께 활용 시 더 큰 혈관 회복 효과를 기대할 수 있다고 밝혔다. 우리나라가 초고령 사회로의 진입을 앞둔 가운데, 고령 인구의 혈관질환 발생이 늘어나고 있다. 이에 따라 좁아지거나 막힌 혈관을 확장해 혈류를 원활히 하는 관 모양의 의료기기인 치료용 스텐트의 중요성이 커지고 있다. 그러나 기존 금속 스텐트의 경우, 혈관 확장을 물리적으로 유지하지만 1개월 후 평활근 세포의 과도한 증식으로 재협착이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 약물 방출형 스텐트가 가장 많이 사용되고 있으나 혈관 재내피화를 억제해 혈전이 쌓일 위험을 높여 환자가 혈전용해제를 복용해야 하는 불편함이 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위해 스텐트 표면에 단백질이나 핵산 등 활성 분자를 코팅하는 방식의 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 이러한 활성 분자들은 개별적인 기능만을 수행하기 때문에 혈관 내피세포를 빠르게 증식시키는 데 한계가 있다. 연구팀은 평활근 세포의 성장은 억제하면서 혈관 내피화를 촉진하기 위해 나노초 레이저 텍스처링 기술로 니켈-티타늄 합금 표면에 나노‧마이크로 주름 패턴을 형성했다. 스텐트 시술로 손상된 혈관 내벽에서 평활근 세포가 혈관 안으로 이동하는 과정에서 형태가 변하게 되는데, 레이저로 만든 주름 패턴은 평활근 세포의 길쭉한 형태를 유지할 수 있어 재협착을 방지한다. 또한, 주름 패턴의 영향으로 세포 간의 부착이 증가해 혈관 내벽을 재형성하는 재내피화까지 촉진할 수 있었다. 연구진은 혈관 기능의 회복 효과를 검증하기 위해 혈관 세포 및 태아 동물 뼈를 활용한 신생혈관 분석을 수행했다. 레이저 텍스처링으로 가공된 금속 표면이 혈관 내피세포의 증식 환경을 조성하면서 평활근 세포의 탈분화 반응과 과도한 증식이 효과적으로 억제됐다. 특히, 주름 표면 위에서 평활근 세포가 자라는 정도가 약 75% 감소했으며, 신생혈관 생성 정도는 2배 이상 증가하는 것을 확인했다. 이번에 개발한 표면 패턴 기술은 금속 스텐트는 물론 생분해성 스텐트에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 생분해성 스텐트에 적용하면 녹기 전에 재협착을 예방하고 내피화를 촉진해 환자의 치료를 돕고 합병증 위험을 줄일 수 있다. 레이저 패터닝 기술을 실제 치료 현장에 적용하기 위해 장기적 안전성과 효능 검증에 대한 임상시험을 추진할 계획이다. KIST 전호정 센터장은 “이번 연구는 표면 패턴을 통해 약물 없이도 혈관 세포 반응을 선택적으로 제어할 가능성을 확인한 연구”라며, “산업용으로 널리 활용되는 나노초 레이저를 사용해 스텐트 표면을 빠르고 정밀하게 가공할 수 있어 실용화와 공정 효율성을 높이는 데 장점이 있다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) 지원으로 KIST 주요사업과 미래유망융합기술파이오니아사업(RS-2023-00302145)으로 수행됐다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 「Bioactive Materials」 (IF: 18.0, JCR 분야 상위 0.9%)에 게재됐다. * (논문명) Exploring the potential of laser-textured metal alloys: Fine-tuning vascular cells responses through in vitro and ex vivo analysis [그림 1] 금속 스텐트가 삽입된 혈관의 모식도 확장된 스텐트는 막힌 혈관 벽을 물리적으로 확장시키기에, 금속 표면과 혈관 구성 세포 간의 상호작용에 따라 치유가 촉진되거나 부작용이 발생할 수 있음 [그림 2] 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어 파장 1064 nm, 펄스폭 4 ns, 펄스 반복횟수 800 kHz의 레이저를 0.5 m/s의 속도로 의료용 금속 표면에 조사를 하게 되면 반복 횟수에 따라 나노미터에서부터 마이크로미터 거칠기의 주름을 갖는 표면 구조를 생성할 수 있음 [그림 3] 나노초 레이저 텍스처링된 금속 표면에서의 탈분화 및 증식이 억제되는 평활근 세포 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어를 통해 일반 금속 스텐트와 혈관 구성세포간의 상호작용을 제어할 수 있음. 평활근 세포의 탈분화를 억제하여 이동 및 증식을 억제할 수 있음 [그림 4] 태아 마우스 중족골 분석을 통해 나노초 레이저 텍스처링된 금속 표면에서의 신생혈관 형성 분석 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어를 통해 일반 금속 스텐트와 혈관 구성세포간의 상호작용을 제어할 수 있음. 신생혈관 형성을 촉진함

심혈관 질환의 스텐트 시술 부작용, 새로운 레이저 패터닝 기술만으로 해결한다. - 약물 부작용 없이 혈관 내 세포 반응을 제어하는 혁신적 스텐트 표면 기술 - 레이저 가공 기술을 활용한 금속 소재 정밀 패턴 가공 및 빠른 실용화 가능 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 생체재료연구센터 전호정 센터장, 한형섭 박사, KIST유럽연구소 전인동 박사 공동연구팀은 레이저 패터닝 기술로 혈관 내피세포의 성장을 촉진하고 평활근 세포의 탈분화를 억제하는 새로운 스텐트 표면처리 기술을 개발했다. 이 기술은 세포 종류별로 나노 패턴에 대한 반응 차이를 조절할 수 있으며 화학적 코팅 방식과 함께 활용 시 더 큰 혈관 회복 효과를 기대할 수 있다고 밝혔다. 우리나라가 초고령 사회로의 진입을 앞둔 가운데, 고령 인구의 혈관질환 발생이 늘어나고 있다. 이에 따라 좁아지거나 막힌 혈관을 확장해 혈류를 원활히 하는 관 모양의 의료기기인 치료용 스텐트의 중요성이 커지고 있다. 그러나 기존 금속 스텐트의 경우, 혈관 확장을 물리적으로 유지하지만 1개월 후 평활근 세포의 과도한 증식으로 재협착이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 약물 방출형 스텐트가 가장 많이 사용되고 있으나 혈관 재내피화를 억제해 혈전이 쌓일 위험을 높여 환자가 혈전용해제를 복용해야 하는 불편함이 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위해 스텐트 표면에 단백질이나 핵산 등 활성 분자를 코팅하는 방식의 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 이러한 활성 분자들은 개별적인 기능만을 수행하기 때문에 혈관 내피세포를 빠르게 증식시키는 데 한계가 있다. 연구팀은 평활근 세포의 성장은 억제하면서 혈관 내피화를 촉진하기 위해 나노초 레이저 텍스처링 기술로 니켈-티타늄 합금 표면에 나노‧마이크로 주름 패턴을 형성했다. 스텐트 시술로 손상된 혈관 내벽에서 평활근 세포가 혈관 안으로 이동하는 과정에서 형태가 변하게 되는데, 레이저로 만든 주름 패턴은 평활근 세포의 길쭉한 형태를 유지할 수 있어 재협착을 방지한다. 또한, 주름 패턴의 영향으로 세포 간의 부착이 증가해 혈관 내벽을 재형성하는 재내피화까지 촉진할 수 있었다. 연구진은 혈관 기능의 회복 효과를 검증하기 위해 혈관 세포 및 태아 동물 뼈를 활용한 신생혈관 분석을 수행했다. 레이저 텍스처링으로 가공된 금속 표면이 혈관 내피세포의 증식 환경을 조성하면서 평활근 세포의 탈분화 반응과 과도한 증식이 효과적으로 억제됐다. 특히, 주름 표면 위에서 평활근 세포가 자라는 정도가 약 75% 감소했으며, 신생혈관 생성 정도는 2배 이상 증가하는 것을 확인했다. 이번에 개발한 표면 패턴 기술은 금속 스텐트는 물론 생분해성 스텐트에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 생분해성 스텐트에 적용하면 녹기 전에 재협착을 예방하고 내피화를 촉진해 환자의 치료를 돕고 합병증 위험을 줄일 수 있다. 레이저 패터닝 기술을 실제 치료 현장에 적용하기 위해 장기적 안전성과 효능 검증에 대한 임상시험을 추진할 계획이다. KIST 전호정 센터장은 “이번 연구는 표면 패턴을 통해 약물 없이도 혈관 세포 반응을 선택적으로 제어할 가능성을 확인한 연구”라며, “산업용으로 널리 활용되는 나노초 레이저를 사용해 스텐트 표면을 빠르고 정밀하게 가공할 수 있어 실용화와 공정 효율성을 높이는 데 장점이 있다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) 지원으로 KIST 주요사업과 미래유망융합기술파이오니아사업(RS-2023-00302145)으로 수행됐다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 「Bioactive Materials」 (IF: 18.0, JCR 분야 상위 0.9%)에 게재됐다. * (논문명) Exploring the potential of laser-textured metal alloys: Fine-tuning vascular cells responses through in vitro and ex vivo analysis [그림 1] 금속 스텐트가 삽입된 혈관의 모식도 확장된 스텐트는 막힌 혈관 벽을 물리적으로 확장시키기에, 금속 표면과 혈관 구성 세포 간의 상호작용에 따라 치유가 촉진되거나 부작용이 발생할 수 있음 [그림 2] 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어 파장 1064 nm, 펄스폭 4 ns, 펄스 반복횟수 800 kHz의 레이저를 0.5 m/s의 속도로 의료용 금속 표면에 조사를 하게 되면 반복 횟수에 따라 나노미터에서부터 마이크로미터 거칠기의 주름을 갖는 표면 구조를 생성할 수 있음 [그림 3] 나노초 레이저 텍스처링된 금속 표면에서의 탈분화 및 증식이 억제되는 평활근 세포 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어를 통해 일반 금속 스텐트와 혈관 구성세포간의 상호작용을 제어할 수 있음. 평활근 세포의 탈분화를 억제하여 이동 및 증식을 억제할 수 있음 [그림 4] 태아 마우스 중족골 분석을 통해 나노초 레이저 텍스처링된 금속 표면에서의 신생혈관 형성 분석 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어를 통해 일반 금속 스텐트와 혈관 구성세포간의 상호작용을 제어할 수 있음. 신생혈관 형성을 촉진함

심혈관 질환의 스텐트 시술 부작용, 새로운 레이저 패터닝 기술만으로 해결한다. - 약물 부작용 없이 혈관 내 세포 반응을 제어하는 혁신적 스텐트 표면 기술 - 레이저 가공 기술을 활용한 금속 소재 정밀 패턴 가공 및 빠른 실용화 가능 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 생체재료연구센터 전호정 센터장, 한형섭 박사, KIST유럽연구소 전인동 박사 공동연구팀은 레이저 패터닝 기술로 혈관 내피세포의 성장을 촉진하고 평활근 세포의 탈분화를 억제하는 새로운 스텐트 표면처리 기술을 개발했다. 이 기술은 세포 종류별로 나노 패턴에 대한 반응 차이를 조절할 수 있으며 화학적 코팅 방식과 함께 활용 시 더 큰 혈관 회복 효과를 기대할 수 있다고 밝혔다. 우리나라가 초고령 사회로의 진입을 앞둔 가운데, 고령 인구의 혈관질환 발생이 늘어나고 있다. 이에 따라 좁아지거나 막힌 혈관을 확장해 혈류를 원활히 하는 관 모양의 의료기기인 치료용 스텐트의 중요성이 커지고 있다. 그러나 기존 금속 스텐트의 경우, 혈관 확장을 물리적으로 유지하지만 1개월 후 평활근 세포의 과도한 증식으로 재협착이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 약물 방출형 스텐트가 가장 많이 사용되고 있으나 혈관 재내피화를 억제해 혈전이 쌓일 위험을 높여 환자가 혈전용해제를 복용해야 하는 불편함이 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위해 스텐트 표면에 단백질이나 핵산 등 활성 분자를 코팅하는 방식의 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 이러한 활성 분자들은 개별적인 기능만을 수행하기 때문에 혈관 내피세포를 빠르게 증식시키는 데 한계가 있다. 연구팀은 평활근 세포의 성장은 억제하면서 혈관 내피화를 촉진하기 위해 나노초 레이저 텍스처링 기술로 니켈-티타늄 합금 표면에 나노‧마이크로 주름 패턴을 형성했다. 스텐트 시술로 손상된 혈관 내벽에서 평활근 세포가 혈관 안으로 이동하는 과정에서 형태가 변하게 되는데, 레이저로 만든 주름 패턴은 평활근 세포의 길쭉한 형태를 유지할 수 있어 재협착을 방지한다. 또한, 주름 패턴의 영향으로 세포 간의 부착이 증가해 혈관 내벽을 재형성하는 재내피화까지 촉진할 수 있었다. 연구진은 혈관 기능의 회복 효과를 검증하기 위해 혈관 세포 및 태아 동물 뼈를 활용한 신생혈관 분석을 수행했다. 레이저 텍스처링으로 가공된 금속 표면이 혈관 내피세포의 증식 환경을 조성하면서 평활근 세포의 탈분화 반응과 과도한 증식이 효과적으로 억제됐다. 특히, 주름 표면 위에서 평활근 세포가 자라는 정도가 약 75% 감소했으며, 신생혈관 생성 정도는 2배 이상 증가하는 것을 확인했다. 이번에 개발한 표면 패턴 기술은 금속 스텐트는 물론 생분해성 스텐트에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 생분해성 스텐트에 적용하면 녹기 전에 재협착을 예방하고 내피화를 촉진해 환자의 치료를 돕고 합병증 위험을 줄일 수 있다. 레이저 패터닝 기술을 실제 치료 현장에 적용하기 위해 장기적 안전성과 효능 검증에 대한 임상시험을 추진할 계획이다. KIST 전호정 센터장은 “이번 연구는 표면 패턴을 통해 약물 없이도 혈관 세포 반응을 선택적으로 제어할 가능성을 확인한 연구”라며, “산업용으로 널리 활용되는 나노초 레이저를 사용해 스텐트 표면을 빠르고 정밀하게 가공할 수 있어 실용화와 공정 효율성을 높이는 데 장점이 있다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) 지원으로 KIST 주요사업과 미래유망융합기술파이오니아사업(RS-2023-00302145)으로 수행됐다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 「Bioactive Materials」 (IF: 18.0, JCR 분야 상위 0.9%)에 게재됐다. * (논문명) Exploring the potential of laser-textured metal alloys: Fine-tuning vascular cells responses through in vitro and ex vivo analysis [그림 1] 금속 스텐트가 삽입된 혈관의 모식도 확장된 스텐트는 막힌 혈관 벽을 물리적으로 확장시키기에, 금속 표면과 혈관 구성 세포 간의 상호작용에 따라 치유가 촉진되거나 부작용이 발생할 수 있음 [그림 2] 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어 파장 1064 nm, 펄스폭 4 ns, 펄스 반복횟수 800 kHz의 레이저를 0.5 m/s의 속도로 의료용 금속 표면에 조사를 하게 되면 반복 횟수에 따라 나노미터에서부터 마이크로미터 거칠기의 주름을 갖는 표면 구조를 생성할 수 있음 [그림 3] 나노초 레이저 텍스처링된 금속 표면에서의 탈분화 및 증식이 억제되는 평활근 세포 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어를 통해 일반 금속 스텐트와 혈관 구성세포간의 상호작용을 제어할 수 있음. 평활근 세포의 탈분화를 억제하여 이동 및 증식을 억제할 수 있음 [그림 4] 태아 마우스 중족골 분석을 통해 나노초 레이저 텍스처링된 금속 표면에서의 신생혈관 형성 분석 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어를 통해 일반 금속 스텐트와 혈관 구성세포간의 상호작용을 제어할 수 있음. 신생혈관 형성을 촉진함

극저온으로 냉각된 중성원자를 이용하여 시스템이 갖는 대칭성에 따라 비평형 동역학의 보편성 분류가 가능함을 보여주었다. 양자 다체계의 복잡한 비평형 동역학을 이해하기 위한 통합 체계를 구축하는데 이바지하였다.

안녕하세요 요몇일 아침 낙엽청소로 인해 소음이 지속적으로 발생되어 연락드립니다 소리가 너무 커서 불편합니다 하루이틀이야 참을만한데.. 계속 진행되일정이 정해져있는건지 아니면 낙엽이 질때까지 계속 되는건지요

제련소의 수처리관련 업무자입니다. 뉴스에서 아크릴섬유 표면처리 소재를 통한 구리추출에 관련된 영상을 보았는데요. 여러 금속이 이온회된 산성폐수에서는 추출효율이 어떨까요? 구리만 목적추출에 대한 연구를 진행중이라고 보았는데요. 해당 섬유를 여러 금속이 이온화된 산성폐수에 적용하면 다른 금속들이 모두 추출되는지 궁금합니다. 저희 회사가 대기업인만큼 기술제휴도 가능하지않은가하여 글로 문의해봅니다.

현재 자가재생 섬유의 표면에서 다양한 중금속(Cu, Ni, Al, Co, Pb, Cd) 이온에 대한 결정성장 가능여부는 확인 했습니다. 하지만, 실제 수요 산업의 범위가 넓다보니 특정 산업군에서 나오는 폐수에 대한 적용 가능성 평가는 추후 계획으로 있습니다. 그리고 섬유의 자가재생이 가능한 특징은 금속의 종류에 따라 섬유의 구성 요소(흡착부와 탈착부)의 비율을 섬세하게 조절하는 기술이 필요합니다. 위 같은 이유로 실제 산업 폐수와 같이 다양한 이온이 존재하는 환경에서 자가재생 특성이 없는 소재로 작용할 가능성이 크다고 보고있습니다. 이러한 경우엔 섬유 소재의 성능이 다하면 추가적인 화학 처리(산-염기)를 통해 재생시킬 수 있습니다. 추후 상세한 기술 협의가 필요하시면 메일로 연락 부탁드립니다. (정영균 박사: jungyk@kist.re.kr / 최재우 박사: plead36@kist.re.kr) 감사합니다.

- 물질의 딱딱한 정도를 빠르고 정확하게 변환하는 인공촉각뉴런소자 개발 - AI 기술과 결합, 종양의 딱딱한 정도와 모양을 학습하여 암진단 가능성 제시 세포에서부터 조직에 이르기까지 다양한 생체 물질의 딱딱한 정도와 모양은 질병과 관련된 정보를 반영한다. 예를 들어 유방암의 경우 일반적으로 악성 종양이 양성 종양보다 더 딱딱하고 불규칙한 모양을 지닌다. 탄성 초음파 검사는 비침습적으로 조직의 딱딱한 정도와 모양을 파악할 수 있으며, 비용이 저렴하여 유방암 진단에 주로 활용되고 있다. 그러나 탄성 초음파 이미지를 해석하기 위해서는 경험이 많은 전문가의 견해가 필수적이고 전문가 간 정확도에도 차이가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀과 인공뇌융합연구단 이수연 단장팀이 촉각 뉴런 소자와 인공신경망 학습 방법을 접목시켜 간단하지만 정확도가 높은 질병 진단기술을 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진이 개발한 촉각 뉴런 소자는 기존에 보고된 인공 촉각 뉴런 소자와는 달리 접촉하는 물체의 딱딱하고 부드러운 정도의 구분이 가능하다. 뉴로모픽(Neuromorphic) 기술은 적은 에너지를 소비하면서 고차원적인 기능을 수행하는 인간 뇌의 정보처리 방식을 전자회로로 모방하려는 연구 분야다. 복잡하고 방대한 정보를 실시간으로 처리해야 하는 인공지능, 사물인터넷, 자율주행차 시대에 적합한 새로운 데이터 처리 기술로 각광받고 있다. 감각 뉴런은 감각 수용체를 통하여 외부 자극을 받아들이고 이를 전기적 스파이크 신호 형태로 변환하는데, 이 때 외부 자극에 대한 정보에 따라 생성되는 스파이크 패턴이 달라진다. 예를 들어, 자극이 세기가 클수록 생성되는 스파이크의 주파수가 빨라진다. KIST 연구진은 이러한 감각 뉴런의 특성을 구현하기 위해 압력센서와 오보닉 임계 스위치 소자를 결합한 간단한 구조의 인공촉각뉴런소자를 개발했다. 압력 센서에 압력이 가해지면 센서의 저항이 낮아지고 연결된 오보닉 스위치 소자의 스파이크 주파수가 변화된다. 개발된 인공촉각뉴런소자는 딱딱한 물질일수록 누를 때 압력을 더 빨리 느낀다는 부분에 착안해 누르는 힘이 록 더 빠른 전기적 스파이크를 발생시키도록 하고, 압력에 대한 감지 민감도를 동시에 개선한 고응답, 고민감도 소자이다. 개발된 소자에서 발생되는 전기적 스파이크의 속도는 0.00001초 이하여서 일반적으로 물체를 누르는데 수 초가 걸리는 것과 비교해 100,000배 이상 속도가 빨라 실시간으로 누르는 힘의 변화를 스파이크로 변환할 수 있다. 또한, 기존 소자가 물질을 가볍게 누르는 정도의 낮은 압력(약 20kPa)을 20~40 Hz 수준의 스파이크 변화량으로 감지할 수 있었던 반면 개발된 소자는 1.2MHz 수준으로 감지가 가능하다. 연구진은 개발한 소자를 실제 질병 진단에 활용하기 위해 누르는 물체의 딱딱한 정도에 따라 달라지는 스파이크 변화량에 스파이킹 인공신경망 학습기법을 접목하여 악성 또는 양성의 유방암 탄성 이미지에 대한 학습을 진행한 결과 최대 95.8%의 정확도로 유방 종양의 악성여부를 구분할 수 있었다. 탄성 초음파 이미지의 픽셀별로 나타난 색을 스파이크 주파수 변화량 수치로 변화시키고, 이를 인공지능에 학습시킴으로써 더 간단하고 정확하게 유방암 진단이 가능하도록 한 것이다. KIST 연구진은 “개발된 인공촉각뉴런 기술은 간단한 구조와 방식으로 기계적인 물성 감지 및 학습이 가능하다.”면서 “후속 연구를 통해 현재 탄성 초음파 이미지로 얻을 수 있는 물체의 탄성 이미지를 인공촉각뉴런으로 얻을 수 있게 된다면 초음파 탄성 이미지의 단점인 반사 노이즈 문제를 해결할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 또한 “저전력, 고정확도의 질병 진단 뿐만 아니라 로봇 수술 등과 같이 수술 부위를 인간이 직접 접촉할 수 없는 환경에서 빠른 시간 내에 인식하고 판단해야 하는 상황에도 유용하게 활용될 수 있을 것”으로 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업, 차세대지능형반도체기술개발사업, 미래반도체신소자원천기술개발사업, 나노·소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 재료 분야 국제 저널인 ‘Advanced Materials’ (IF: 30.849, JCR 분야 상위 2.160%) 최신 호에 게재되었으며 표지논문으로 선정되어 출판될 예정이다. * (논문명) An Artificial Tactile Neuron Enabling Spiking Representation of Stiffness and Disease Diagnosis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이준석 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김선정 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이수연 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 생물학적 촉각 뉴런과 본 연구에서 개발한 인공 촉각 뉴런 소자의 동작 비교 모식도 [그림 2] (왼쪽) 누르는 물질의 딱딱한 정도에 따른 인공 촉각 뉴런 소자의 스파이크 신호 패턴 예시, (오른쪽) 생성된 스파이크 정보를 바탕으로 유방암 탄성 초음파 이미지를 학습하여 종양의 악성/양성을 판단하는 예시. 빨간색은 부드러운 영역을, 파란색은 딱딱한 영역을 나타냄

- 물질의 딱딱한 정도를 빠르고 정확하게 변환하는 인공촉각뉴런소자 개발 - AI 기술과 결합, 종양의 딱딱한 정도와 모양을 학습하여 암진단 가능성 제시 세포에서부터 조직에 이르기까지 다양한 생체 물질의 딱딱한 정도와 모양은 질병과 관련된 정보를 반영한다. 예를 들어 유방암의 경우 일반적으로 악성 종양이 양성 종양보다 더 딱딱하고 불규칙한 모양을 지닌다. 탄성 초음파 검사는 비침습적으로 조직의 딱딱한 정도와 모양을 파악할 수 있으며, 비용이 저렴하여 유방암 진단에 주로 활용되고 있다. 그러나 탄성 초음파 이미지를 해석하기 위해서는 경험이 많은 전문가의 견해가 필수적이고 전문가 간 정확도에도 차이가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀과 인공뇌융합연구단 이수연 단장팀이 촉각 뉴런 소자와 인공신경망 학습 방법을 접목시켜 간단하지만 정확도가 높은 질병 진단기술을 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진이 개발한 촉각 뉴런 소자는 기존에 보고된 인공 촉각 뉴런 소자와는 달리 접촉하는 물체의 딱딱하고 부드러운 정도의 구분이 가능하다. 뉴로모픽(Neuromorphic) 기술은 적은 에너지를 소비하면서 고차원적인 기능을 수행하는 인간 뇌의 정보처리 방식을 전자회로로 모방하려는 연구 분야다. 복잡하고 방대한 정보를 실시간으로 처리해야 하는 인공지능, 사물인터넷, 자율주행차 시대에 적합한 새로운 데이터 처리 기술로 각광받고 있다. 감각 뉴런은 감각 수용체를 통하여 외부 자극을 받아들이고 이를 전기적 스파이크 신호 형태로 변환하는데, 이 때 외부 자극에 대한 정보에 따라 생성되는 스파이크 패턴이 달라진다. 예를 들어, 자극이 세기가 클수록 생성되는 스파이크의 주파수가 빨라진다. KIST 연구진은 이러한 감각 뉴런의 특성을 구현하기 위해 압력센서와 오보닉 임계 스위치 소자를 결합한 간단한 구조의 인공촉각뉴런소자를 개발했다. 압력 센서에 압력이 가해지면 센서의 저항이 낮아지고 연결된 오보닉 스위치 소자의 스파이크 주파수가 변화된다. 개발된 인공촉각뉴런소자는 딱딱한 물질일수록 누를 때 압력을 더 빨리 느낀다는 부분에 착안해 누르는 힘이 록 더 빠른 전기적 스파이크를 발생시키도록 하고, 압력에 대한 감지 민감도를 동시에 개선한 고응답, 고민감도 소자이다. 개발된 소자에서 발생되는 전기적 스파이크의 속도는 0.00001초 이하여서 일반적으로 물체를 누르는데 수 초가 걸리는 것과 비교해 100,000배 이상 속도가 빨라 실시간으로 누르는 힘의 변화를 스파이크로 변환할 수 있다. 또한, 기존 소자가 물질을 가볍게 누르는 정도의 낮은 압력(약 20kPa)을 20~40 Hz 수준의 스파이크 변화량으로 감지할 수 있었던 반면 개발된 소자는 1.2MHz 수준으로 감지가 가능하다. 연구진은 개발한 소자를 실제 질병 진단에 활용하기 위해 누르는 물체의 딱딱한 정도에 따라 달라지는 스파이크 변화량에 스파이킹 인공신경망 학습기법을 접목하여 악성 또는 양성의 유방암 탄성 이미지에 대한 학습을 진행한 결과 최대 95.8%의 정확도로 유방 종양의 악성여부를 구분할 수 있었다. 탄성 초음파 이미지의 픽셀별로 나타난 색을 스파이크 주파수 변화량 수치로 변화시키고, 이를 인공지능에 학습시킴으로써 더 간단하고 정확하게 유방암 진단이 가능하도록 한 것이다. KIST 연구진은 “개발된 인공촉각뉴런 기술은 간단한 구조와 방식으로 기계적인 물성 감지 및 학습이 가능하다.”면서 “후속 연구를 통해 현재 탄성 초음파 이미지로 얻을 수 있는 물체의 탄성 이미지를 인공촉각뉴런으로 얻을 수 있게 된다면 초음파 탄성 이미지의 단점인 반사 노이즈 문제를 해결할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 또한 “저전력, 고정확도의 질병 진단 뿐만 아니라 로봇 수술 등과 같이 수술 부위를 인간이 직접 접촉할 수 없는 환경에서 빠른 시간 내에 인식하고 판단해야 하는 상황에도 유용하게 활용될 수 있을 것”으로 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업, 차세대지능형반도체기술개발사업, 미래반도체신소자원천기술개발사업, 나노·소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 재료 분야 국제 저널인 ‘Advanced Materials’ (IF: 30.849, JCR 분야 상위 2.160%) 최신 호에 게재되었으며 표지논문으로 선정되어 출판될 예정이다. * (논문명) An Artificial Tactile Neuron Enabling Spiking Representation of Stiffness and Disease Diagnosis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이준석 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김선정 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이수연 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 생물학적 촉각 뉴런과 본 연구에서 개발한 인공 촉각 뉴런 소자의 동작 비교 모식도 [그림 2] (왼쪽) 누르는 물질의 딱딱한 정도에 따른 인공 촉각 뉴런 소자의 스파이크 신호 패턴 예시, (오른쪽) 생성된 스파이크 정보를 바탕으로 유방암 탄성 초음파 이미지를 학습하여 종양의 악성/양성을 판단하는 예시. 빨간색은 부드러운 영역을, 파란색은 딱딱한 영역을 나타냄

- 물질의 딱딱한 정도를 빠르고 정확하게 변환하는 인공촉각뉴런소자 개발 - AI 기술과 결합, 종양의 딱딱한 정도와 모양을 학습하여 암진단 가능성 제시 세포에서부터 조직에 이르기까지 다양한 생체 물질의 딱딱한 정도와 모양은 질병과 관련된 정보를 반영한다. 예를 들어 유방암의 경우 일반적으로 악성 종양이 양성 종양보다 더 딱딱하고 불규칙한 모양을 지닌다. 탄성 초음파 검사는 비침습적으로 조직의 딱딱한 정도와 모양을 파악할 수 있으며, 비용이 저렴하여 유방암 진단에 주로 활용되고 있다. 그러나 탄성 초음파 이미지를 해석하기 위해서는 경험이 많은 전문가의 견해가 필수적이고 전문가 간 정확도에도 차이가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀과 인공뇌융합연구단 이수연 단장팀이 촉각 뉴런 소자와 인공신경망 학습 방법을 접목시켜 간단하지만 정확도가 높은 질병 진단기술을 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진이 개발한 촉각 뉴런 소자는 기존에 보고된 인공 촉각 뉴런 소자와는 달리 접촉하는 물체의 딱딱하고 부드러운 정도의 구분이 가능하다. 뉴로모픽(Neuromorphic) 기술은 적은 에너지를 소비하면서 고차원적인 기능을 수행하는 인간 뇌의 정보처리 방식을 전자회로로 모방하려는 연구 분야다. 복잡하고 방대한 정보를 실시간으로 처리해야 하는 인공지능, 사물인터넷, 자율주행차 시대에 적합한 새로운 데이터 처리 기술로 각광받고 있다. 감각 뉴런은 감각 수용체를 통하여 외부 자극을 받아들이고 이를 전기적 스파이크 신호 형태로 변환하는데, 이 때 외부 자극에 대한 정보에 따라 생성되는 스파이크 패턴이 달라진다. 예를 들어, 자극이 세기가 클수록 생성되는 스파이크의 주파수가 빨라진다. KIST 연구진은 이러한 감각 뉴런의 특성을 구현하기 위해 압력센서와 오보닉 임계 스위치 소자를 결합한 간단한 구조의 인공촉각뉴런소자를 개발했다. 압력 센서에 압력이 가해지면 센서의 저항이 낮아지고 연결된 오보닉 스위치 소자의 스파이크 주파수가 변화된다. 개발된 인공촉각뉴런소자는 딱딱한 물질일수록 누를 때 압력을 더 빨리 느낀다는 부분에 착안해 누르는 힘이 록 더 빠른 전기적 스파이크를 발생시키도록 하고, 압력에 대한 감지 민감도를 동시에 개선한 고응답, 고민감도 소자이다. 개발된 소자에서 발생되는 전기적 스파이크의 속도는 0.00001초 이하여서 일반적으로 물체를 누르는데 수 초가 걸리는 것과 비교해 100,000배 이상 속도가 빨라 실시간으로 누르는 힘의 변화를 스파이크로 변환할 수 있다. 또한, 기존 소자가 물질을 가볍게 누르는 정도의 낮은 압력(약 20kPa)을 20~40 Hz 수준의 스파이크 변화량으로 감지할 수 있었던 반면 개발된 소자는 1.2MHz 수준으로 감지가 가능하다. 연구진은 개발한 소자를 실제 질병 진단에 활용하기 위해 누르는 물체의 딱딱한 정도에 따라 달라지는 스파이크 변화량에 스파이킹 인공신경망 학습기법을 접목하여 악성 또는 양성의 유방암 탄성 이미지에 대한 학습을 진행한 결과 최대 95.8%의 정확도로 유방 종양의 악성여부를 구분할 수 있었다. 탄성 초음파 이미지의 픽셀별로 나타난 색을 스파이크 주파수 변화량 수치로 변화시키고, 이를 인공지능에 학습시킴으로써 더 간단하고 정확하게 유방암 진단이 가능하도록 한 것이다. KIST 연구진은 “개발된 인공촉각뉴런 기술은 간단한 구조와 방식으로 기계적인 물성 감지 및 학습이 가능하다.”면서 “후속 연구를 통해 현재 탄성 초음파 이미지로 얻을 수 있는 물체의 탄성 이미지를 인공촉각뉴런으로 얻을 수 있게 된다면 초음파 탄성 이미지의 단점인 반사 노이즈 문제를 해결할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 또한 “저전력, 고정확도의 질병 진단 뿐만 아니라 로봇 수술 등과 같이 수술 부위를 인간이 직접 접촉할 수 없는 환경에서 빠른 시간 내에 인식하고 판단해야 하는 상황에도 유용하게 활용될 수 있을 것”으로 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업, 차세대지능형반도체기술개발사업, 미래반도체신소자원천기술개발사업, 나노·소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 재료 분야 국제 저널인 ‘Advanced Materials’ (IF: 30.849, JCR 분야 상위 2.160%) 최신 호에 게재되었으며 표지논문으로 선정되어 출판될 예정이다. * (논문명) An Artificial Tactile Neuron Enabling Spiking Representation of Stiffness and Disease Diagnosis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이준석 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김선정 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이수연 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 생물학적 촉각 뉴런과 본 연구에서 개발한 인공 촉각 뉴런 소자의 동작 비교 모식도 [그림 2] (왼쪽) 누르는 물질의 딱딱한 정도에 따른 인공 촉각 뉴런 소자의 스파이크 신호 패턴 예시, (오른쪽) 생성된 스파이크 정보를 바탕으로 유방암 탄성 초음파 이미지를 학습하여 종양의 악성/양성을 판단하는 예시. 빨간색은 부드러운 영역을, 파란색은 딱딱한 영역을 나타냄