2012 KAIST를 빛낸 연구성과를 소개합니다(2)
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2012 KAIST를 빛낸 연구성과를 소개합니다(2)
  • 정진훈, 이경은 기자
  • 승인 2012.12.03 22:40
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<공과대학> 원자력및양자공학과/ 생명화학공학과/ 건설및환경공학과/ 기계공학전공

올해도 어김없이 다수의 연구성과가 우리 학교를 빛냈다. ‘나노’분야는 여전히 강세였고, HCI나 ‘빅 데이터’ 등 새로 떠오르는 분야에서도 많은 실적이 나왔다. 덕분에 2012년도 ‘올해의 연구성과’가 어느때보다 풍성한 해가 되었다.
※ 학과 사정으로 원고를 보내지 못한 학과는 누락되었습니다. 독자 여러분의 양해 바랍니다.

[원자력및양자공학과] 원자력및양자공학과의 올해의 연구성과로 선정된 연구는 조규성 교수 연구팀의 실리콘 대면적 영상센서 및 방사선 계측기 기술 개발에 관한 연구다.

최근 발병률이 가파르게 상승하고 있는 유방암은 조기 진단만 제대로 해도 완치될 가능성이 높은 암 중 하나다. 유방암을 진단하는 방법 중 가장 효과적인 진단법은 X-ray를 이용하는 것이다. 하지만 이 X-ray 영상장치는 기존의 다른 X-ray 영상장치보다 높은 해상도와 빠른 영상 취득 속도, 작은 방사선량에도 높은 수준의 영상을 얻을 수 있는 능력이 필요하다. 조 교수팀은 이를 위해 CIS(CMOS Image Sensor) 칩을 만들고, 이 칩을 정교하게 접합해 필요한 면적의 센서를 구현하도록 장치를 설계했다.

조 교수는 “유방암 검사뿐 아니라 대면적 CT 등의 다양한 X선 영상취득장치에 적용할 수 있는 원천기술을 확보하기 위해 노력하고 있다”라며, “전량 수입에 의존하고 있는 유방암 검사용 X선 영상장치 원천기술을 확보해 의료분야에서 외국기업에 속박당하지 않도록 연구를 계속하겠다”라고 중요성을 강조했다.

[생명화학공학과] 올해 생명화학공학과에서는 시스템대사공학에 관한 연구와 유전자 분석 마이크로 통합시스템에 관한 연구가 주로 성과를 냈다. 

이상엽 특훈교수 연구팀은 시스템대사공학 기법을 활용해 바이오 연료로 사용 가능한 부탄올 생산 균주를 개발했다. 부탄올은 에탄올보다 에너지 밀도가 높아 바이오 연료로 각광받는 에너지원이다. 부탄올은 미생물 발효를 통해 얻을 수 있으며, 이를 산업적으로 이용하려면 클로스트리듐 균주의 특정 유전자들을 제거해야 한다. 그런데 최근까지는 클로스트리듐 균주의 여러 유전자 기능을 파괴하는 방법이 없었을 뿐 아니라 균주의 대사회로가 복잡해서 이를 마음대로 조절할 수 없었다.

이 교수팀은 새로운 유전자 결실 기법을 제시했으며 부탄올 생산성을 향상한 유전자 재조합 미생물을 만들었다. 클로스트리듐 균주는 아세트산과 부티르산을 생산하면서 이를 이용해 부탄올을 만든다. 그런데 아세트산과 부티르산을 생성하는 효소를 만드는 유전자를 결실시켜도 이 유기산들이 계속해서 생성되는데, 생성 경로가 직접경로와 간접경로 두 가지가 있기 때문이다.

이 교수팀은 가상 세포모델로 대사 흐름을 분석해 간접경로를 차단했을 때 직접경로로 생산되는 부탄올의 농도가 증가함을 밝혀냈다. 그리고 간접경로를 차단한 유전자 재조합 미생물을 만들었다. 재조합 미생물을 이용하면 기존에 49%에 불과하던 부탄올 생산 수율을 87%까지 올릴 수 있다.

이 연구는 GS칼텍스, 바이오퓨얼켐과 공동으로 수행되었으며 연구 성과는 미생물 분야의 국제적인 학술지 <엠바이오(mBio)> 10월 23일 자에 게재되었다.

서태석 교수팀은 한우와 수입소를 판별할 수 있는 휴대용 유전자 분석 마이크로 통합시스템을 개발했다. 한우와 호주, 미국, 유럽산의 수입 소 사이에는 유전자 염기 서열에 차이가 있다. 이 차이는 PCR 과정과 마이크로어레이(Microarray)를 통해 판별할 수 있다. DNA를 코딩하는 형광물질이 달린 프라이머(primer)를 수입 소에만 있는 염기서열에 부착되게 하면 염기서열이 다른 부분만 PCR 산물이 생성된다. 마이크로어레이 칩은 PCR 산물이 부착되는 염기서열을 가지고 있어 형광 물질을 검출해내는데, 형광물질이 다량 검출되면 수입 소로 판별된다.

서 교수팀에서는 이 공정을 ‘랩 온 어 칩(Lab on a chip)’으로 옮겨 휴대 가능한 분석기기를 개발했다. ‘랩 온 어 칩’은 하나의 칩 위에 실험실을 옮겨놓았다는 뜻이다. 미세한 채널을 만들어 소량의 시료만으로 시료를 분석하는 기능을 하기도 한다.

연구 결과는 관련 분야의 권위 있는 학술지 <랩 온 어 칩(Lab on a chip)> 12월 21일 자에 게재되었다. 서 교수는 이 연구로 농림수산식품부 장관상을 받았다.

(A) 시료를 펌프로 밀어넣는 곳 (B) 온도 센서 (C) PCR 산물이 생성되는 곳 (D) 마이크로어레이 칩 /서태석 교수 제공

[건설및환경공학과] 올해 건설및환경공학과에서는 해파리 제거 로봇을 발명한 것 이외에도 배출가스 포집 및 전기생산기술, 항공교통관리 및 안전기술에 관한 연구가 이루어졌다. 

명현 교수팀은 지난 2010년 4월 교육과학기술부의 과제로 해파리 제거 로봇 JEROS 개발을 시작했다. JEROS는 원기둥 모양의 동체를 이용해 바다 위를 떠다니는 작은 배처럼 생긴 수상 자율 로봇으로, 아래쪽에 그물과 해파리 분쇄 프로펠러를 달았다. JEROS는 동체에 달린 수중 모터를 동력으로 움직인다. 이 로봇은 GPS와 카메라, 그리고 관성항법장치로 해파리떼와 자신의 위치를 파악한다. 제거할 해파리떼의 위치가 파악되면 작업 경로를 계산해 자동으로 그곳으로 움직여 간다. 그리고 추진속도를 이용해 해파리가 로봇 아래쪽에 달린 그물에 들어오게 하고 특수 제작된 프로펠러로 해파리를 분쇄한다.

우리나라의 해파리 관련 피해 금액은 연간 3,000억 원에 달한다. 이 로봇을 이용하면 해파리 관련 피해를 줄일 수 있을 것으로 예상된다. JEROS는 내년 상반기에 상용화가 추진될 계획이다.

한종인 교수팀에서는 발전소, 자동차 엔진 연소과정 등에서 대량으로 배출되는 질소산화물(NOx)을 이용해 고부가가치 산물과 전기를 생산하는 기술을 개발했다. 현재 질소산화물 제거 공정은 높은 비용이 들거나 속도가 느린 단점이 있었다. 한 교수팀에서는 연료 전지 원리를 이용해 질소산화물만을 선택적으로 포집하고 전기를 생산하는 방식을 고안했다.

윤윤진 교수팀은 항공 사고 위험 예측 분석 및 정비 신뢰성 관리 프로그램 개발에 관한 연구를 하고 있다. 항공 사고는 거대한 재산 및 인명피해를 입히기 때문에 항공시스템에서 안전관리는 가장 중요한 요소다. 기존에 네덜란드 국립 항공 연구소에서 개발한 모델 CATS(Causal Model for Air Transport Safety)가 있지만, 한계점이 있어 이 모델을 국내 항공시스템에 적용하려면 CATS와 국내 항공시스템 간의 차이를 메꿔줄 체계적인 시스템이 필요하다. 

윤 교수팀은 현재 위해요인을 식별하는 체계를 구축하는 방식에 관해 연구 중이다. 기존 사고 데이터, 보고서로부터 사고 시나리오를 도출해 이를 분석해 위해요인 및 피해 결과를 모델링 하는 것이다. 그리고 정량화된 위험 분석 모델, 항공 사고 피해 결과별 심각성을 고려한 위험 평가 체계, 도출된 위해요인 및 피해결과를 바탕으로 SMS 운영자의 안전성과 지표를 설정하고 피드백 기능을 가진 모니터링 기법도 연구 중이다. SMS란 Safety Management System으로 안전관리를 위해 요구되는 안전관리체계를 말한다.

▲ 해파리 제거 로봇 JEROS /명현 교수 제공

[기계공학전공] 기계공학전공에서는 김승우 교수가 교육과학기술부와 한국연구재단에서 주관하는 2012년 국가과학자로 선정되었다. 국가과학자 사업은 세계적인 수준의 선도연구자를 발굴해 지원하는 국내 최고·최대의 연구지원사업이다.

김 교수팀은 펨토초 레이저를 중심으로 하는 광학기술로 초정밀 기술 구현을 위한 기초 및 응용 연구를 수행하고 있다. 연구팀의 대표적인 분야로는 ▲초고속 광원 개발 ▲초고속 플라즈모닉스 기반의 결 맞음 극자외선 생성 ▲초정밀/초고속 레이저 생산 및 가공을 위한 극초단 광학기술 ▲극초단 광대역 광원 기반 초정밀 측정/검사 기술 ▲초고속 광통신 및 우주광학 분야가 있다.

특히 김 교수팀은 나로과학위성에 탑재될 펨토초 레이저 공진기를 개발하고 지상 검증을 수행했다. 극한 우주환경에서의 진동, 진공도, 온도변화 및 우주 방사선 노출 하에서 펨토초 레이저 시스템의 특성과 안정도를 측정하고 절대거리 측정기술 등 차세대 우주 응용기술을 검증했다.

극초단 광학기술은 기초과학뿐 아니라 미래의 첨단산업이 요구하는 응용기술의 진보를 가져올 것으로 예상해, 고부가가치 첨단산업의 경쟁력 확보 및 시장 선점에 큰 공헌을 할 것으로 전망된다.


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