- 단순 자동화 장치 대비 소재 개발 효율 500배 이상 높인 AI 로봇 기반 스마트 연구실 - 노령화에 따른 연구인력 감소 문제를 해결하는 새로운 R&D 패러다임 기대 20세기 초 하버-보슈법에 의한 암모니아 합성용 촉매 개발은 성공하기까지 10,000회 이상의 실험이 따랐다고 한다. 이처럼 신소재 개발은 설계에서 상용화까지 많은 시간과 비용이 필요한 작업이다. 그런데 최근에는 인공지능(AI)을 활용해 소재개발 기간을 단축하는 연구가 활발하다. 여기에 로봇까지 접목하면 사람의 개입 없이도 1년 365일, 24시간 동안 소재개발 연구를 할 수 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 계산과학연구센터 한상수 박사, 김동훈 박사와 고려대학교(총장 김동원) 화공생명공학과 이관영 교수 공동연구팀이 AI와 로봇을 활용한 맞춤형 금속 나노입자 설계 플랫폼 즉, 스마트연구실을 개발했다고 밝혔다. KIST-고려대 공동연구팀은 먼저 로봇팔을 기반으로 나노입자를 합성하고, 합성된 나노입자의 광학적 특성을 측정하는 자동화 장치를 개발했다. 여기에 AI 기술을 접목해 연구자가 원하는 소재의 물성을 입력하면 요구물성을 정확히 충족시키는 나노소재를 합성해주는 맞춤형 소재 개발 스마트연구실이 탄생했다. 스마트연구실 플랫폼에 적용된 AI 기술은 기존의 베이지안 최적화 방법에 얼리 스톱핑(early stopping) 기술을 접목해 단순 자동화 장치 대비 소재탐색 효율성을 500배 이상 높였다. 사람이 하는 실험은 연구환경이나 연구자에 따라 결과가 달라져 재현성 있는 결과를 얻기 힘든 경우가 많지만, 개발된 스마트연구실에서는 일관성 있는 양질의 데이터를 대량으로 생산할 수 있다는 장점이 있다. 연구진은 스마트연구실의 안전확보를 위한 AI 기술도 개발했다. 무인으로 운영되는 스마트연구실은 연구자가 다칠 위험은 없지만, 로봇의 과부하로 인한 오작동 등 안전사고를 예방하기는 어렵다. 연구진은 이러한 안전사고를 사전에 감지하고, 예방하기 위한 AI 비전기술(DenseSSD)을 개발해 스마트연구실에 탑재했다. DenseSSD는 실험실 내 연구장비와 재료 등 다양한 물체를 감지하고, 이상이 있으면 사용자에게 알림을 보내 적절한 조치를 취할 수 있게 한다. KIST 한상수 박사는 “사람의 개입 없이 소재개발이 가능한 스마트연구실 플랫폼은 노령화에 따른 연구인력 감소 문제를 해결할 수 있는 새로운 R&D 패러다임이 될 것”이라고 기대했다. 김동훈 박사는 “향후 비전문가도 스마트연구실을 쉽게 사용할 수 있도록 챗GPT와 같은 대화형 언어모델을 접목할 계획이다”라고 밝혔다. 연구팀은 촉매, 배터리, 디스플레이 등 다양한 소재분야로 스마트연구실 플랫폼을 확장할 예정이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 한국연구재단 나노및소재기술개발사업 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야 국제저널인 「Advanced Functional Materials」* 및 「npj Computational Materials」**에 3월 6일과 2월 22일에 각각 온라인 게재되었다 * Bespoke Metal Nanoparticle Synthesis at Room Temperature and Discovery of Chemical Knowledge on Nanoparticle Growth via Autonomous Experimentations ** Machine Vision-based Detections of Transparent Chemical Vessels toward the Safe Automation of Material Synthesis [그림1] AI로봇을 활용한 Closed-loop 실험 단계 개념도 [그림2] 기존 방법론 대비 AI 기반 실험 설계의 정량적 효율성 비교 그림 [그림3] KIST 계산과학연구센터 스마트연구실 개발 인원 사진

- 단순 자동화 장치 대비 소재 개발 효율 500배 이상 높인 AI 로봇 기반 스마트 연구실 - 노령화에 따른 연구인력 감소 문제를 해결하는 새로운 R&D 패러다임 기대 20세기 초 하버-보슈법에 의한 암모니아 합성용 촉매 개발은 성공하기까지 10,000회 이상의 실험이 따랐다고 한다. 이처럼 신소재 개발은 설계에서 상용화까지 많은 시간과 비용이 필요한 작업이다. 그런데 최근에는 인공지능(AI)을 활용해 소재개발 기간을 단축하는 연구가 활발하다. 여기에 로봇까지 접목하면 사람의 개입 없이도 1년 365일, 24시간 동안 소재개발 연구를 할 수 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 계산과학연구센터 한상수 박사, 김동훈 박사와 고려대학교(총장 김동원) 화공생명공학과 이관영 교수 공동연구팀이 AI와 로봇을 활용한 맞춤형 금속 나노입자 설계 플랫폼 즉, 스마트연구실을 개발했다고 밝혔다. KIST-고려대 공동연구팀은 먼저 로봇팔을 기반으로 나노입자를 합성하고, 합성된 나노입자의 광학적 특성을 측정하는 자동화 장치를 개발했다. 여기에 AI 기술을 접목해 연구자가 원하는 소재의 물성을 입력하면 요구물성을 정확히 충족시키는 나노소재를 합성해주는 맞춤형 소재 개발 스마트연구실이 탄생했다. 스마트연구실 플랫폼에 적용된 AI 기술은 기존의 베이지안 최적화 방법에 얼리 스톱핑(early stopping) 기술을 접목해 단순 자동화 장치 대비 소재탐색 효율성을 500배 이상 높였다. 사람이 하는 실험은 연구환경이나 연구자에 따라 결과가 달라져 재현성 있는 결과를 얻기 힘든 경우가 많지만, 개발된 스마트연구실에서는 일관성 있는 양질의 데이터를 대량으로 생산할 수 있다는 장점이 있다. 연구진은 스마트연구실의 안전확보를 위한 AI 기술도 개발했다. 무인으로 운영되는 스마트연구실은 연구자가 다칠 위험은 없지만, 로봇의 과부하로 인한 오작동 등 안전사고를 예방하기는 어렵다. 연구진은 이러한 안전사고를 사전에 감지하고, 예방하기 위한 AI 비전기술(DenseSSD)을 개발해 스마트연구실에 탑재했다. DenseSSD는 실험실 내 연구장비와 재료 등 다양한 물체를 감지하고, 이상이 있으면 사용자에게 알림을 보내 적절한 조치를 취할 수 있게 한다. KIST 한상수 박사는 “사람의 개입 없이 소재개발이 가능한 스마트연구실 플랫폼은 노령화에 따른 연구인력 감소 문제를 해결할 수 있는 새로운 R&D 패러다임이 될 것”이라고 기대했다. 김동훈 박사는 “향후 비전문가도 스마트연구실을 쉽게 사용할 수 있도록 챗GPT와 같은 대화형 언어모델을 접목할 계획이다”라고 밝혔다. 연구팀은 촉매, 배터리, 디스플레이 등 다양한 소재분야로 스마트연구실 플랫폼을 확장할 예정이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 한국연구재단 나노및소재기술개발사업 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야 국제저널인 「Advanced Functional Materials」* 및 「npj Computational Materials」**에 3월 6일과 2월 22일에 각각 온라인 게재되었다 * Bespoke Metal Nanoparticle Synthesis at Room Temperature and Discovery of Chemical Knowledge on Nanoparticle Growth via Autonomous Experimentations ** Machine Vision-based Detections of Transparent Chemical Vessels toward the Safe Automation of Material Synthesis [그림1] AI로봇을 활용한 Closed-loop 실험 단계 개념도 [그림2] 기존 방법론 대비 AI 기반 실험 설계의 정량적 효율성 비교 그림 [그림3] KIST 계산과학연구센터 스마트연구실 개발 인원 사진

저희는 (주)움틀입니다. 초기 KIST 내부에서 창업보육센터에 있었죠 저희는 보틀탑 필터 제품을 하고 있는데요 재활용 부분을 같이 고려하는 혁신제품을 만들고 있습니다. 그러면서도 좋은 프로그램을 한번 해 보고 싶은데요 한국과학기술연구원에는 매년 수많은 플라스틱 폐기물이 무심코 소각으로 버려지고 있습니다. 거기에는 재활용할 수 있는 자원들이 많이 있습니다. 저희는 그래서 부탁드려보고 싶습니다. 저희가 플라스틱 수거하는 캠페인을 해 보고 싶습니다. 그건 MIT와 유럽에서도 많이들 하는 거고, 스타트업이 실질적인 일을 수행합니다. 좋은 기회를 한번 주시면, 좋은 사례로 보답하고자 합니다 도움을 부탁드립니다 고맙습니다

류훈 KIST 뇌질환극복연구단 책임연구원 영웅의 뇌는 무엇이 다른가 이타적인 사람 뇌 특정부위 활성 대뇌피질의 앞쪽 전전두엽 ‘섬엽’ 사회적 공감·도덕적 감정 등 인지 물질만능 경쟁 속 현대인은 약화 뇌는 좋은 경험들 통해 기능 강화 아이·청소년 인성 교육 필요 방증 용기와 정의로움 또는 남다른 희생정신을 발휘해 어려움과 고난에 처한 이웃과 국민을 구하고 나라를 지켜 준 의로운 사람들, 우리는 그들을 의인 또는 영웅이라고 부른다. 역사적으로 볼 때 의인들은 개인의 입신양명을 추구하지 않았고 음지에서의 묵묵한 헌신과 희생을 몸소 실천한 사람들이었다. 하지만 우리가 배운 역사 속에서 의인과 영웅은 그 숫자를 손에 꼽는 반면 국가와 사회가 위기에 처했을 때 자신의 이익만을 추구하거나 한발 더 나아가 적극적으로 국가와 국민을 해하는 일에 앞장섰던 간악한 사람들 또한 많이 발견하게 된다. 그렇다면 과연 의인들과 그렇지 않은 자들의 차이는 무엇일까? 다양한 관점에서 이 질문에 대한 답을 찾아볼 수 있겠으나 뇌과학적 관점에서 본다면 “의로운 행동을 행하는 자들, 즉 영웅과 일반인들의 뇌는 무엇이 다른가”라는 무척이나 흥미로운 질문을 해 볼 수 있겠다. ① 인간 뇌를 측면으로 본 그림(완쪽). 우리의 뇌는 운동을 조절하는 소뇌(Cerebellum), 심장을 뛰게 하고 숨쉬는 것을 조절하는 간뇌(Brainstem), 감정을 조절하는 변연계(Limbic System), 그리고 창조적인 생각과 계산을 잘하게 발달된 대뇌피질(Cerebral Cortex)로 이루어져 있다. 작가 kjpargeter 출처 Freepik·KIST 뇌과학연구소 제공 사람의 뇌는 태어날 때 0.4㎏에 불과하고, 성인이 돼서도 1.4㎏ 정도다. 뇌만 따로 떼어 놓고 보면 접시 위에 놓인 커다란 호두를 연상시킨다①. 뇌의 기능은 방대하고 복잡하지만, 우리가 뇌에 대해 알고 있는 것은 일부분에 불과하다. 최근 들어 뇌과학이 발전하면서 베일이 한 꺼풀씩 벗겨지고 있지만 여전히 우리 뇌에 대한 과학적 지식은 일반인들에게 많이 알려진 편이 아니다. 그렇기 때문에 뇌에 대한 잘못된 상식과 오해로 우리는 자신의 뇌건강을 유지하기 위한 적절한 조치를 취하지 못하거나 그 기능을 제대로 활용하지 못하고 있다. 뇌는 외부자극이나 환경에 적절히 반응해 인간이 사회와 환경에 적응하며 살아갈 수 있게 한다. 시장경제 질서가 지배하는 사회에서는 개인이 보유한 물질과 재화의 크기를 성공의 척도로 보고, 듣고, 배우면서 느끼기 때문에 그와 같은 성취를 이루는 게 좋은 것이라고 각 개인의 뇌에 기억되고, 같은 생각을 가진 다수의 사람들로 인해 사회적 신념으로 형성되다 보면 그렇지 않은 많은 사람들도 그 가치를 좇아 행동하게 된다. ‘물질과 재화를 더 많이 쟁취하는 것이 좋다는 자극’이 뇌를 세뇌시킨 것처럼 말이다. 인간의 뇌는 끊임없이 창조적인 생각을 하고 이를 실현함으로써 물질적으로 삶을 풍요롭게 했지만, 상대적으로 우리가 추구해야 할 숭고하고 의로운 정신이나 이웃과 더불어 사는 행복과 같은 가치는 조금씩 잃어 가고 있다는 사실을 부인할 수 없다. 물질이나 재화를 좇는 마음이 의로운 마음과 공존할 수 있다면 이상적이겠으나 현실은 그렇지 못하다. 의로움을 추구하면서 사는 것은 큰 고충이 따르면서도 우리에게 행복감을 주는 경제적 측면에서 도움이 되지 않는다는 것을 우리의 뇌가 현재의 삶에서 경험적으로 터득했기 때문이다. ② 가상환경(Virtual Environment) 체험 실험을 통해 화재(불이 난 상황)에서 출구(좌측 그림)와 물건에 깔린 위험에 처한 사람(우측 그림)을 보여 주면서 피험자들이 출구를 통해 빠져나갈 것인지, 아니면 위험에 처한 이를 구할 것인지를 선택하게 하면서 피험자의 뇌에서 일어난 신호변화를 측정함. 출처 : Patil et al., 2018 Neuropsychologia 116:34-43) 의로운 행동을 하려고 하는 사람들(이타적인 행동)과 그렇지 않은 사람들(이기적인 행동)의 뇌 작용 방식이 어떻게 다른가를 알아보기 위해 다국적 공동연구팀(미국 하버드대, 이탈리아 볼로냐대, 스웨덴 린셰핑대, 오스트리아 빈대)이 함께 연구를 진행했다②. 연구진은 피실험자들이 생명을 위협받는 화재 상황을 가상현실(VR)로 체험하게 하면서 안전하게 빠져나갈 수 있는 출구와 함께 무거운 물건에 깔려 탈출하지 못하고 있는 사람을 보여 줬다. 피실험자들이 위험에 처한 이들을 구할 것인지, 아니면 자신만 출구를 통해 빠져나갈 것인지를 자유롭게 선택하도록 한 다음 자기공명영상(MRI)법을 통해 위험에 처한 이들을 구하고자 한 참가자(이타적인·의로운 행동을 택한 자)들과 그렇지 않은 참가자(이기적인·안전한 도피를 택한 자)들의 뇌 안에서 일어나는 부위별 활성도 차이를 촬영해 비교했다. 실험 결과 놀랍게도 위험에 처한 사람의 생명을 구하려고 시도한 참가자들 뇌의 특정 부위에서 활성 신호가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.이것은 본인들만 피신하려 한 참가자들의 뇌와 비교했을 때 뚜렷하게 구분되는 특징이었다. 뇌 안에서 증가한 신호는 바로 대뇌피질의 앞쪽 가장자리인 전전두엽에 존재하는 섬엽(Insular)에서 확인됐다. 자신이 위험에 노출되는 상황에서도 타인의 생명을 구하는 의로운 행동을 선택했던 사람의 뇌와 그렇지 않은 사람의 뇌 작용이 서로 다를 수 있음을 과학적으로 증명한 것이다. ③ 가상환경(VE)의 불이 난 상황에서 위험에 처한 사람을 구하고자 이타적인 결심을 한 피험자들의 경우에 대뇌의 앞쪽 가장자리인 전전두엽에 존재하는 섬엽(Insular Cortex) 부분에서 뇌활성 신호가 크게 증가돼 발견됨(왼쪽). 실제 사람 뇌를 관상면(Coronal Plane)으로 자르고 관찰한 섬엽의 위치. 출처: Patil et al., 2018 Neuropsychologia 116:34-43·KIST 뇌과학연구소 제공 뇌의 각 부위③는 저마다의 역할이 있는데, 섬엽은 주로 우리 마음에서 생겨나는 사회적 공감, 도덕적 감정, 직감 그리고 정서적 반응 등 다양한 감정과 반응을 인지하고 행동을 결정하도록 하는 부위다. 타인의 표정에 대한 반응을 일으키고 특정행동의 실행 여부 판단뿐만 아니라 의존, 고통, 유머 그리고 음식취향을 결정하는 등 폭넓은 분야에 관여한다. 과거에도 공감능력이 뛰어난 사람의 경우 섬엽이 발달하거나 활성화가 잘된다는 보고가 있었다. 하지만 아쉽게도 물질만능의 치열한 경쟁사회를 살아가는 현대인들의 섬엽은 활성도가 많이 감소한 것으로 관찰되고 있다. 현대사회는 과도한 경쟁과 성과 중심의 가치를 강조한다. 이로 인해 개인은 경쟁에서 뒤처지지 않기 위해 자기중심적인 사고와 행동에 주력하게 되며 물질적 성공과 과도한 소비가 미덕으로 여겨짐에 따라 그와 같은 가치에 주목하는 동안 타인의 감성과 정서가 미치는 영향은 축소돼 섬엽의 활성화를 저해한다. 특히 디지털 기술과 소셜미디어의 발달은 신속한 정보전달과 편리함을 제공하지만 오히려 사회적 고립을 증가시켜 인간의 감정적인 연결을 저해하고 있다. 다시 “의인, 영웅의 뇌는 일반인들의 뇌와 무엇이 다른가”라는 질문으로 돌아와 뇌과학자로서의 관점에서 대답해 본다면 “적어도 의인들의 뇌에서는 이타적인 공감(empathy) 능력이 활성화되는 부위가 일반인들의 뇌에서보다 더 잘 작용하고 있다”고 할 수 있다. 그 때문에 의인들은 이웃의 아픔, 사회의 부조리, 국가의 위기와 같은 공익적 가치를 더 깊이 받아들이고, 이러한 가치를 지키기 위해 자신의 희생을 두려워하지 않고 정의로운 행동을 실천할 수 있다고 설명할 수 있다. 이러한 측면에서 현대사회의 영웅은 좀더 크고 거창한 가치를 추구했던 전통적인 영웅의 모습이 아닌, 이웃의 어려움을 깊이 공감하고 일상생활에서 작은 도움을 주는 모습에서도 찾을 수 있지 않을까 생각한다. 뇌과학적 이론인 ‘신경가소성(Neuroplasticity) 또는 뇌가소성(Brain Plasticity)’ 원리에 따르면 오감으로 얻어진 경험들은 우리 뇌 안의 신경세포를 통해 활성패턴으로 변환된다. 이러한 신경활성의 패턴들은 보고, 듣고, 느끼는 자극의 크기와 반복성에 따라 신경세포 시냅스의 분자구조를 변화시켜 기억으로 저장한다. 따라서 좋은 배움과 경험을 통해 우리는 뇌 안의 신경세포 내 분자구조를 바꿔 좋은 기억을 만들어 나갈 수 있다. 중요한 것은 어린아이뿐 아니라 청소년과 성인의 뇌에서도 이 같은 변화 과정이 지속될 수 있다는 사실이다. 뇌과학적 관점에서 현대사회에서 다수의 의인을 육성하는 가장 효과적인 방법은 인성교육이다. 그 내용이 감성적 지능과 도덕적 판단능력을 증진하는 데 중점을 둬야 하기 때문에 뇌가 감정과 도덕적 판단에 어떻게 반응하는지를 이해하고, 향상시키기 위한 환경을 조성하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 우선 교육과정에서 감성적 지능을 함양하는 게 중요하다. 도덕적 가치를 강조하고 팀 프로젝트와 봉사활동을 통해 협력과 공동체 의식을 강조해야 한다. 뇌의 신경가소성 원리에 따라 다양한 경험을 통해 신경세포 간 연결을 강화하고 긍정적인 경험을 쌓아가도록 유도해야 한다. 우리에게는 물질만능의 시대에 더욱 빛을 발하는 유구한 정신문화가 있다. 사라져 가는 아름다운 정신과 지혜를 우리의 뇌에 다시금 새기고 이를 바탕으로 삶을 살아가는 사람들이 많아진다면 우리 사회는 좀더 나은 곳이 될 수 있지 않을까. 가장 작은 사회인 가정에서 부모는 자녀들에게 공감과 배려의 가치를 심어 주고, 학교는 협력과 공존의 가치를 체득하게 하는 교육과정을 개발해 나가며, 국가는 다양성을 포용하고 공정한 기회를 제공함으로써 구성원 모두가 자신의 능력을 최대한 발휘할 수 있는 환경을 만들어야 한다. 비록 모두가 영웅 또는 의인이 될 수는 없을지라도 많은 사람이 의로움을 바탕으로 이웃의 삶을 존중하는 가운데 더불어 살아가며 더욱 행복한 사회와 국가를 이룰 것을 기대해 본다. ■ 류훈 책임연구원은 25년 전 뇌 연구를 시작하면서부터 줄곧 퇴행성 뇌 질환의 병리기전을 연구해 왔다. 스트레스와 환경적인 요인이 실제 퇴행성 뇌 질환을 일으키는 데 관여할 뿐만 아니라 병리학적으로 비신경교세포가 신경세포를 손상할 수 있음을 세계 최초로 밝혔다. 미국 보스턴대 의과대학 신경과 교수로 근무하면서 인지기능장애(치매)를 비롯한 만성 외상성 뇌손상에 대한 170편 이상의 논문을 꾸준히 발표했다. 초고령화 사회에 진입한 우리나라 노인들의 뇌 건강에 기여하기 위해 2019년부터 KIST 뇌과학연구소에 합류했으며 인재 양성에도 많은 노력을 쏟고 있다. 출처 : 서울신문(링크)

김형준 KIST 차세대반도체연구소장 문자의 발명으로 인류가 정보를 쉽게 축적할 수 있게 되면서 문명의 발전이 가속화되었고, 그 결과 오늘날 우리는 과거에는 상상조차 할 수 없었던 엄청난 양의 정보를 매 순간 처리하며 살고 있다. 현재 사용되는 영어단어는 약 50만 개 정도인데, 이것은 셰익스피어 시대와 비교해 다섯 배가 증가한 양이며, 18세기에 살았던 사람이 평생 알 수 있었던 정보보다 오늘 자 '뉴욕타임스'에 실린 정보의 양이 더 많다고 한다. 인터넷 검색 몇 번으로 전 세계에서 일어나는 사건을 실시간으로 확인할 수 있을 뿐 아니라 오래전 일들도 원하기만 하면 쉽게 얻을 수 있는 세상이 됐다. 그러다 보니 이제는 쏟아지는 정보 가운데 내가 원하는 정보를 찾는 것이 중요해졌다. 학습, 분석, 추론 등의 서비스를 위한 대규모 연산을 초고속, 초저전력으로 수행해야 하는 지능형 반도체의 수요는 향후 급증할 것이다. 최근 다양한 종류의 센서 기술이 발달함에 따라 글자나 사진과 같은 고전적인 데이터뿐만 아니라 동영상, 3차원(D) 이미지와 같은 고용량의 비정형 데이터가 기하급수적으로 늘어나고 있다. 사람 뇌의 메커니즘에서 영감을 받아 탄생한 차세대 지능형 반도체인 '뉴로모픽' 기술은 비정형 데이터 처리에 있어 효율적인 알고리즘 연산을 수행할 수 있어 정보가 권력인 현대사회에서 필수적인 기술이다. 센서와 뉴로모픽 칩을 연결해 센서에서 얻은 정보를 따로 저장하지 않고 즉시 처리함으로써 정보의 수집, 연산, 처리 과정을 효율적으로 진행할 수 있고, 궁극적으로는 뇌의 고차원 기능의 재현을 목표로 하고 있어서 그 필요성은 더욱 높아지고 있다. 기존 센서의 처리방식은 아날로그 데이터의 디지털 전환과정을 거친 다음 일시적 저장 및 처리단계로 이동한다. 처리단계에서는 디지털 데이터에 필터링, 노이즈 제거 등의 작업이 이뤄지고, 이후 패턴인지, 분류, 예측 등 해석 과정이 진행된다. 그런데, 이러한 처리방식은 데이터가 계속해서 이동해야 하고, 각 과정이 직렬적으로 처리돼 많은 지연이 발생한다. 반면에 감각 뉴로모픽의 가장 큰 특징이자 장점은 사람과 같이 센서로부터 얻은 아날로그 신호를 디지털로 변환하지 않은 상태에서 모든 작업이 수행되고 데이터가 병렬적으로 전송된다는 것이다. 따라서 데이터의 이동이 적어 처리 지연과 전력 소모를 줄이는 것뿐만 아니라 복잡성과 크기가 큰 데이터를 효율적으로 처리하는 데 적합하다. 현재 감각 뉴로모픽 기술을 구현하기 위한 다양한 연구가 국내외에서 진행되고 있으며, 다양한 흐름은 크게 세 가지로 구분할 수 있다. 첫째 시각, 청각, 촉각 등 다양한 센서를 비휘발성 소자와 결합하는 방향의 개발로 센서와 소자 간 상호작용을 통해 센서 데이터를 더 효율적으로 수집하고, 처리하는 방식이다. 두 번째는 비휘발성 소자가 센서의 역할도 통합적으로 수행하게 만드는 것이며, 센서와 비휘발성 소자에서 처리한 데이터를 기반으로 액추에이터까지 연결해 동작시키는 방식도 있다. 지난 2020년, 소니는 세계 최초로 1230만 화소의 프레임 기반 이미지 센서와 하드웨어 뉴로모픽 프로세서를 적층한 구조의 지능형 비전 센서를 출시한 바 있다. 네트워크를 통해 데이터를 전송해 분석하는 기존 센서와는 달리 지능형 비전 센서는 센서와 수직으로 인공지능 프로세서를 적층해 센서에서 즉시 작업을 처리할 수 있어서 데이터 전송으로 인한 에너지 소비와 지연이 없다는 장점을 갖고 있었다. 예를 들어 공공장소에 설치된 CCTV를 통해 특정 인물을 구분하거나 자동차 번호판을 식별할 때 외부로 데이터를 전송하지 않고 바로 인식하는 방식이다. 감각 뉴로모픽 기술을 사용하면 단순히 시각과 청각 등 인간의 감각을 넘어 자외선, 초음파, 무색무취의 화합물과 같이 인간이 감지하기 어려운 대상으로까지 범위를 확장할 수 있다. 뿐만 아니라 센서 기술과 감각 뉴로모픽 기술을 더 효과적으로 결합할 수 있다면 인공망막, 전자피부, 신경보철 등의 다양한 분야에서 기술혁신을 이룰 수 있다. KIST(한국과학기술연구원)는 작년 9월 산업현장의 가스유출을 감지하거나 세균과 바이러스를 단시간에 찾아낼 수 있는 뉴로모픽 인공후각 센서를 개발했으며, 향후 인공지능 로봇 개발에도 활용할 계획이다. 뉴로모픽 기술은 아직은 갈 길이 먼 초기 단계이지만 향후 우리나라가 이 분야의 키플레이어가 되기 위해서는 센서 기술과 뉴로모픽 기술의 융합연구에 대한 지속적인 투자를 통해 초기 중요기술을 선점하고, 관련 지식재산권 보호를 통해 경쟁력을 확보해야 할 것이다. 출처 : 머니투데이 (링크)

안녕하세요. KIST는 가급 국가 보안시설로서 건물 도면 자료를 일반에 공개하고 있지 않습니다. 양해 부탁드립니다.

KIST(한국과학기술연구원) 인사발령 <전보> ▲ 한국과학기술연구원 부원장 장준연 ▲ 한국과학기술연구원 연구기획조정본부장 손지원 2024.3.29. 부. 끝.

- 경제성과 환경성을 동시에 갖춘 포름산 생산 CCU 공정 개발 - 세계 최대 규모 실증을 통해 CCU 기술의 상업화 앞당길 것으로 기대 이산화탄소를 포집해 유용한 화합물로 전환하는 CCU(Carbon Capture & Utilization) 기술은 탄소중립 사회로 빠르게 진입하기 위한 핵심이다. 포집된 이산화탄소를 저장만 하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 기술은 공정이 비교적 단순하고, 운영 및 유지보수 비용이 적어 초기 상업화 단계에 진입했다. 하지만 CCU 기술은 전환 공정의 복잡성 및 화합물의 높은 생산비용으로 촉매개발 등 기술 탐색 수준의 연구만 이루어지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 청정에너지연구센터 이웅 박사팀은 이산화탄소를 포름산으로 전환하는 CCU 신공정을 개발했다고 밝혔다. 유기산의 일종인 포름산은 가죽, 식품, 의약품 등 다양한 산업에 활용되는 고부가가치 화합물로 연간 1백만 톤 규모가 소비되는 큰 시장이 있으며, 수소 운반체 역할도 할 수 있다. 그뿐만 아니라 하나의 이산화탄소 분자를 사용해 포름산을 생산할 수 있어 다른 유기산 대비 생산 효율성이 높다. 연구팀은 포름산 생산반응을 매개하는 여러 아민 중 가장 높은 이산화탄소 전환율을 나타내는 1-메틸피롤리딘 아민을 선정하고, 루테늄금속(Ru) 기반 촉매에 대한 반응기의 운전 온도 및 압력을 최적화하는 공정을 개발해 기존 38% 수준의 이산화탄소 전환율을 2배 이상 높였다. 또한, 대기나 배출가스로부터 이산화탄소를 분리하는 과정에서 발생하는 과다한 에너지 소모 및 부식으로 인한 포름산 분해 문제를 해결하기 위해 이산화탄소를 분리하지 않고 직접 전환하는 동시 포집-전환 기술을 개발했다. 그 결과, 톤당 790달러 수준의 포름산 생산 단가를 톤당 490달러로 크게 낮추었으며 이산화탄소 발생량도 감축했다. 한편, 연구팀은 포름산 생산 CCU 기술의 상용화 가능성을 평가하기 위해 세계 최대인 하루 10kg 규모의 포름산 생산 파일럿 공정을 구축했다. 기존의 실증연구는 실험실에서 소규모로 수행돼 실제 대량생산 시 발생하는 불순물 정제공정을 고려하지 못했다. 하지만 연구팀은 부식을 최소화하는 공정 및 소재를 개발했고, 포름산 분해를 최소화하는 운전조건을 확인해 순도 92% 이상의 포름산을 생산하는 데 성공했다. 연구팀은 2025년까지 하루 100kg 규모의 파일럿을 완공하고 공정검증을 진행함으로써 2030년 상용화를 목표로 하는 후속 연구를 진행할 예정이다. 상업성 확보를 위해서는 연간 7만 톤 규모로 생산돼야 하는데, 100kg 파일럿으로 공정검증에 성공하면 수요기업으로의 운송, 판매 등이 가능해질 것으로 기대된다. KIST 이웅 박사는 “CCU 기술로 생산된 화합물이 상용화 단계까지 가지 못한 상황에서 본 연구를 통해 이산화탄소를 포름산으로 전환하는 공정의 상용화 가능성을 확인할 수 있었다”라며, “대기 중 이산화탄소를 직접적으로 감축할 수 있는 CCU 기술의 상업화를 앞당겨 2030년 국가의 탄소중립 목표 달성에 기여하겠다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 Carbon-to-X 사업(2020M3H7A1098271)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Joule」 (IF 39.8, JCR 분야 상위 0.9%)에 최신호에 게재됐다. * 논문명 : Accelerating the net-zero economy with CO2-hydrogenated formic acid production: Process development and pilot plant demonstration [그림1] 이산화탄소 전환을 통한 포름산 생산 공정 새롭게 개발된 이산화탄소를 전환하여 (CCU) 포름산을 생산하는 공정의 흐름도 (위) 및 대규모 파일럿 공정 실증 운전 자료 (아래) [그림 2] 하루 10kg의 포름산을 생산하는 파일럿 규모 실증 공정 실제 운전이 이뤄진 파일럿 실증 공정의 모습. 크게 반응부와 분리부, 재순환 및 진공 시스템으로 구성되어 있으며, 안정적인 연속 운전이 가능하며 상용화 가능성을 높임.

- 경제성과 환경성을 동시에 갖춘 포름산 생산 CCU 공정 개발 - 세계 최대 규모 실증을 통해 CCU 기술의 상업화 앞당길 것으로 기대 이산화탄소를 포집해 유용한 화합물로 전환하는 CCU(Carbon Capture & Utilization) 기술은 탄소중립 사회로 빠르게 진입하기 위한 핵심이다. 포집된 이산화탄소를 저장만 하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 기술은 공정이 비교적 단순하고, 운영 및 유지보수 비용이 적어 초기 상업화 단계에 진입했다. 하지만 CCU 기술은 전환 공정의 복잡성 및 화합물의 높은 생산비용으로 촉매개발 등 기술 탐색 수준의 연구만 이루어지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 청정에너지연구센터 이웅 박사팀은 이산화탄소를 포름산으로 전환하는 CCU 신공정을 개발했다고 밝혔다. 유기산의 일종인 포름산은 가죽, 식품, 의약품 등 다양한 산업에 활용되는 고부가가치 화합물로 연간 1백만 톤 규모가 소비되는 큰 시장이 있으며, 수소 운반체 역할도 할 수 있다. 그뿐만 아니라 하나의 이산화탄소 분자를 사용해 포름산을 생산할 수 있어 다른 유기산 대비 생산 효율성이 높다. 연구팀은 포름산 생산반응을 매개하는 여러 아민 중 가장 높은 이산화탄소 전환율을 나타내는 1-메틸피롤리딘 아민을 선정하고, 루테늄금속(Ru) 기반 촉매에 대한 반응기의 운전 온도 및 압력을 최적화하는 공정을 개발해 기존 38% 수준의 이산화탄소 전환율을 2배 이상 높였다. 또한, 대기나 배출가스로부터 이산화탄소를 분리하는 과정에서 발생하는 과다한 에너지 소모 및 부식으로 인한 포름산 분해 문제를 해결하기 위해 이산화탄소를 분리하지 않고 직접 전환하는 동시 포집-전환 기술을 개발했다. 그 결과, 톤당 790달러 수준의 포름산 생산 단가를 톤당 490달러로 크게 낮추었으며 이산화탄소 발생량도 감축했다. 한편, 연구팀은 포름산 생산 CCU 기술의 상용화 가능성을 평가하기 위해 세계 최대인 하루 10kg 규모의 포름산 생산 파일럿 공정을 구축했다. 기존의 실증연구는 실험실에서 소규모로 수행돼 실제 대량생산 시 발생하는 불순물 정제공정을 고려하지 못했다. 하지만 연구팀은 부식을 최소화하는 공정 및 소재를 개발했고, 포름산 분해를 최소화하는 운전조건을 확인해 순도 92% 이상의 포름산을 생산하는 데 성공했다. 연구팀은 2025년까지 하루 100kg 규모의 파일럿을 완공하고 공정검증을 진행함으로써 2030년 상용화를 목표로 하는 후속 연구를 진행할 예정이다. 상업성 확보를 위해서는 연간 7만 톤 규모로 생산돼야 하는데, 100kg 파일럿으로 공정검증에 성공하면 수요기업으로의 운송, 판매 등이 가능해질 것으로 기대된다. KIST 이웅 박사는 “CCU 기술로 생산된 화합물이 상용화 단계까지 가지 못한 상황에서 본 연구를 통해 이산화탄소를 포름산으로 전환하는 공정의 상용화 가능성을 확인할 수 있었다”라며, “대기 중 이산화탄소를 직접적으로 감축할 수 있는 CCU 기술의 상업화를 앞당겨 2030년 국가의 탄소중립 목표 달성에 기여하겠다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 Carbon-to-X 사업(2020M3H7A1098271)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Joule」 (IF 39.8, JCR 분야 상위 0.9%)에 최신호에 게재됐다. * 논문명 : Accelerating the net-zero economy with CO2-hydrogenated formic acid production: Process development and pilot plant demonstration [그림1] 이산화탄소 전환을 통한 포름산 생산 공정 새롭게 개발된 이산화탄소를 전환하여 (CCU) 포름산을 생산하는 공정의 흐름도 (위) 및 대규모 파일럿 공정 실증 운전 자료 (아래) [그림 2] 하루 10kg의 포름산을 생산하는 파일럿 규모 실증 공정 실제 운전이 이뤄진 파일럿 실증 공정의 모습. 크게 반응부와 분리부, 재순환 및 진공 시스템으로 구성되어 있으며, 안정적인 연속 운전이 가능하며 상용화 가능성을 높임.

- 경제성과 환경성을 동시에 갖춘 포름산 생산 CCU 공정 개발 - 세계 최대 규모 실증을 통해 CCU 기술의 상업화 앞당길 것으로 기대 이산화탄소를 포집해 유용한 화합물로 전환하는 CCU(Carbon Capture & Utilization) 기술은 탄소중립 사회로 빠르게 진입하기 위한 핵심이다. 포집된 이산화탄소를 저장만 하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 기술은 공정이 비교적 단순하고, 운영 및 유지보수 비용이 적어 초기 상업화 단계에 진입했다. 하지만 CCU 기술은 전환 공정의 복잡성 및 화합물의 높은 생산비용으로 촉매개발 등 기술 탐색 수준의 연구만 이루어지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 청정에너지연구센터 이웅 박사팀은 이산화탄소를 포름산으로 전환하는 CCU 신공정을 개발했다고 밝혔다. 유기산의 일종인 포름산은 가죽, 식품, 의약품 등 다양한 산업에 활용되는 고부가가치 화합물로 연간 1백만 톤 규모가 소비되는 큰 시장이 있으며, 수소 운반체 역할도 할 수 있다. 그뿐만 아니라 하나의 이산화탄소 분자를 사용해 포름산을 생산할 수 있어 다른 유기산 대비 생산 효율성이 높다. 연구팀은 포름산 생산반응을 매개하는 여러 아민 중 가장 높은 이산화탄소 전환율을 나타내는 1-메틸피롤리딘 아민을 선정하고, 루테늄금속(Ru) 기반 촉매에 대한 반응기의 운전 온도 및 압력을 최적화하는 공정을 개발해 기존 38% 수준의 이산화탄소 전환율을 2배 이상 높였다. 또한, 대기나 배출가스로부터 이산화탄소를 분리하는 과정에서 발생하는 과다한 에너지 소모 및 부식으로 인한 포름산 분해 문제를 해결하기 위해 이산화탄소를 분리하지 않고 직접 전환하는 동시 포집-전환 기술을 개발했다. 그 결과, 톤당 790달러 수준의 포름산 생산 단가를 톤당 490달러로 크게 낮추었으며 이산화탄소 발생량도 감축했다. 한편, 연구팀은 포름산 생산 CCU 기술의 상용화 가능성을 평가하기 위해 세계 최대인 하루 10kg 규모의 포름산 생산 파일럿 공정을 구축했다. 기존의 실증연구는 실험실에서 소규모로 수행돼 실제 대량생산 시 발생하는 불순물 정제공정을 고려하지 못했다. 하지만 연구팀은 부식을 최소화하는 공정 및 소재를 개발했고, 포름산 분해를 최소화하는 운전조건을 확인해 순도 92% 이상의 포름산을 생산하는 데 성공했다. 연구팀은 2025년까지 하루 100kg 규모의 파일럿을 완공하고 공정검증을 진행함으로써 2030년 상용화를 목표로 하는 후속 연구를 진행할 예정이다. 상업성 확보를 위해서는 연간 7만 톤 규모로 생산돼야 하는데, 100kg 파일럿으로 공정검증에 성공하면 수요기업으로의 운송, 판매 등이 가능해질 것으로 기대된다. KIST 이웅 박사는 “CCU 기술로 생산된 화합물이 상용화 단계까지 가지 못한 상황에서 본 연구를 통해 이산화탄소를 포름산으로 전환하는 공정의 상용화 가능성을 확인할 수 있었다”라며, “대기 중 이산화탄소를 직접적으로 감축할 수 있는 CCU 기술의 상업화를 앞당겨 2030년 국가의 탄소중립 목표 달성에 기여하겠다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 Carbon-to-X 사업(2020M3H7A1098271)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Joule」 (IF 39.8, JCR 분야 상위 0.9%)에 최신호에 게재됐다. * 논문명 : Accelerating the net-zero economy with CO2-hydrogenated formic acid production: Process development and pilot plant demonstration [그림1] 이산화탄소 전환을 통한 포름산 생산 공정 새롭게 개발된 이산화탄소를 전환하여 (CCU) 포름산을 생산하는 공정의 흐름도 (위) 및 대규모 파일럿 공정 실증 운전 자료 (아래) [그림 2] 하루 10kg의 포름산을 생산하는 파일럿 규모 실증 공정 실제 운전이 이뤄진 파일럿 실증 공정의 모습. 크게 반응부와 분리부, 재순환 및 진공 시스템으로 구성되어 있으며, 안정적인 연속 운전이 가능하며 상용화 가능성을 높임.