콘텐츠 협조 | 한국연구재단 기초연구기획팀, 기술전략기획팀, 홍보실
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2024 대한민국 과학축제와 통합 개최한 제5회 대한민국 과학기술대전에서 한국연구재단은 재단이 지원한 기초·국책연구성과를 전시했습니다. 과학뮤지엄의 재단 전용 부스에서 영상 및 텍스트, 실물자료 등으로 재단 지원 기초연구성과를 알렸는데요. 재단은 ‘웨어러블 로봇 플랫폼 기술 개발 및 상용화’, ‘AI 및 양자컴퓨터를 위한 광자회로 가지치기 기술’, ‘유전자가위를 자동으로 설계하는 딥러닝 모델’ 총 세 가지의 기초연구성과와 2023 사회문제해결 R&D 우수사례에 선정된 ‘환경오염 및 자연재해 대응을 위한 폐쇄순환 여과시스템(RAS) 개발’에 대해 소개했습니다.
(기초연구본부 소관 성과) 웨어러블 로봇 플랫폼 기술 개발 및 상용화
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‘웨어러블 로봇 플랫폼 기술 개발 및 상용화’는 한국과학기술원 공경철 교수가 수행한 기초연구입니다. 먼저, 공경철 교수는 다리로 이동하는 로봇 시스템의 설계 방법론 및 최적기술을 개발했습니다. 고속주행로봇을 위한 4족 보행 동물의 상황인지, 주행패턴 및 균형유지 방법 등을 주요 내용으로 합니다. 또한, 보행장애 완전극복 웨어러블 로봇기술을 위한 인간운동제어이론 연구로 인간과 로봇의 의도를 동기화시키기 위한 센서 및 알고리즘을 개발했습니다. 성과 논문으로는 ‘Data-Driven Modeling for Gait Phase Recognition in a Wearable Exoskeleton Using Estimated Forces’, ‘IEEE Transactions on Robotics’ 등이 있으며, 웨어러블 로봇의 제어 알고리즘 등의 기초연구 결과를 활용했습니다.
부스에서는 로봇제어 실험장치 ‘Angel KIT CE10’과 일상 속 엉덩 관절 보조 웨어러블 로봇 ‘Angel SUIT H10’를 전시했는데요. Angel KIT CE10은 웨어러블 로봇에 탑재되어야 하는 다양한 제어 모드(Control mode) 기능이 구현되는 테스트베드입니다. 구현 가능한 제어 모드로는 위치모드 제어(Position Mode Control), 힘 모드 제어(Force Mode Control)이 있습니다. Angel SUIT H10은 엉덩 관절 움직임을 보조하는 웨어러블 로봇으로, 간단한 구조와 부드러운 소재로 구성되어 일상생활에서 사용하기에 최적화되어 있습니다. 일상생활의 다양한 보행 동작에서 정밀하게 사용자를 보조할 수 있는 정밀한 힘 제어 기술이 적용되며, 로봇이 사용자의 보행 의도를 파악하고 보행 패턴을 분석해 어떠한 상황에서도 능동적인 보조가 가능하게 제작되었습니다.
(기초연구본부 소관 성과) AI 및 양자컴퓨터를 위한 광자회로 가지치기 기술
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‘AI 및 양자컴퓨터를 위한 광자회로 가지치기 기술’은 서울대학교 박남규, 유선규 교수가 수행한 기초연구입니다.
박남규, 유선규 교수는 ‘전자-광자 하이브리드 기반 멤리스틱 소자 기초연구실’이라는 주제로 빛을 이용한 AI 연산에 활용되며 빛 정보를 기억하는 ‘광자 메모리’ 연구를 수행했습니다. 광자 메모리를 전체 회로에 집적화함에 있어 회로의 각 영역의 중요성을 평가하는 일은 AI 연산 정확도 향상 및 하드웨어 생산 시의 난이도를 완화하는 데 매우 중요한데요. 본 연구성과는 회로에서 어떤 영역이 중요한지 네트워크 과학을 기반으로 해석하는 데 성공함으로써 위 문제에 해답을 제시했습니다.
‘광학 기술을 위한 무질서 엔지니어링’을 통해서는 산란, 간섭, 반사와 같은 빛과 매질 간의 상호 작용 시 매질의 복잡도가 어떻게 공학적으로 활용될 수 있는지 중점적으로 탐색했습니다. 이를 통해 네트워크 과학 적용 시 매질의 복잡도를 체계적으로 분석 가능함을 확인하며 본 연구성과 연구방법론의 기틀을 마련했습니다. 또한, ‘비고전적 광학 집적 소자 개발을 위한 다학제적 융합 연구’를 수행하여 네트워크 과학을 광학기술에 본격적으로 도입하는 본 연구성과의 밑바탕을 만들었습니다. 성과 눈문으로는 <Advanced Optical Materials(2022)>에 표지논문으로 게재된 ‘Machine-Engineered Active Disorder for Digital Photonics’와 ‘Topologically Protected All-Optical Memory’ 등이 있습니다.
(기초연구본부 소관 성과) 유전자가위를 자동으로 설계하는 딥러닝 모델
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‘유전자가위를 자동으로 설계하는 딥러닝 모델’은 연세대학교 김형범 교수가 수행한 기초연구입니다. 김형범 교수는 ‘차세대 유전자 교정 도구를 이용한 유전적 변이의 기능 대량 규명 및 정밀 유전자 치료 기초 기술’을 개발했는데요. 이를 통해 다양한 종류의 세포와 프라임 에디팅 시스템에 대한 유전자 교정 효율을 대량으로 측정한 데이터셋을 확보했습니다.
‘CRISPR 기반 유전체편집기술을 통한 치료 효능 유전자 전달 Biodelivery 시스템 구축 및 유효성 검증’ 또한 실시했습니다. 프라임 에디터를 이용한 유전자 교정 효율 데이터를 딥러닝 모델 학습에 활용하여, 새로운 유전자가위의 효율을 정확하게 예측하는 딥러닝 모델을 개발했습니다. 성과 논문으로는 ‘Prediction of efficiencies for diverse prime editing systems in multiple cell types’가 있습니다.
(국책연구본부 소관 성과) 환경오염 및 자연재해 대응을 위한 폐쇄순환 여과시스템(RAS) 개발
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부스 한편에서는 2023 사회문제해결 R&D 우수사례로 선정된 ‘환경오염 및 자연재해 대응을 위한 폐쇄순환 여과시스템(RAS) 개발’에 관한 소개 콘텐츠가 전시되었습니다. 본 사업은 성균관대학교, 군산대학교, 경기도 해양수산연구소가 공공조달연계형 국민생활연구 실증·사업화 지원사업에 참여하며 실시한 것인데요.
세 주체는 과기정통부 공공복지사업을 통해 이미 개발되었던 기술(신기술 인증 제2017-02, 제2017-03)을 활용하여 이상기후와 적조 등의 자연재해, 방사선물질, 미세플라스틱 오염 및 외부 질병감염원으로부터 안전할 뿐만 아니라 사육 후 배출수를 최소화해 환경오염을 줄이는 미래의 친환경 첨단 사육시스템인 폐쇄순환 여과시스템(RAS)을 개발했습니다.
기획 단계부터 해양기업 및 양식어민들의 현장 애로사항을 반영하여 해양 오염 배출수 정화 시스템을 육상 양식장에 활용 가능한 폐쇄순환 여과시스템을 개발했고, 지자체 연계 리빙랩을 구성하여 수요기관, 양식어민, 양식기자재 제조업체 등과 협조하여 기술개발 단계별 개선 및 시스템 운영 매뉴얼을 수립했습니다.
폐쇄순환 여과시스템은 다양한 이점을 지니는데요. 먼저, 정화된 해수를 순환 여과하여 지속 사용함으로써 해양오염원 및 병원균을 차단하여 생산성을 향상하며, 미세플라스틱, 방사선 물질, 유류 등을 여과하여 사용하므로 수산물 안전성도 확보할 수 있습니다. 오염해수를 정화하고 배출하지 않으므로 양식장 배줄수로부터의 해양오염을 방제할 수 있습니다. 또한, 육상양식장 운영경비를 절감하고, 해안가가 아닌 곳에서도 해양양식장을 운영할 수 있습니다. 해양양식장 면허를 줄이고 육상 양식장으로 전환이 가능한 이점도 있습니다.
폐쇄순환 여과시스템 개발을 위해 성균관대학교는 시스템 설계·제작·운전을 맡았고, 경기도 해양수산자원연구소는 시스템 관리 및 운용을 담당했습니다. 군산대학교에서는 사육어류 생장 및 사용관리효율성 분석을 실시했습니다. 이렇듯 각 주체가 하나의 목표를 위해 상호보완적 역할을 수행했습니다.
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