우리얘기

다양한 금속이온은 체내의 효소를 활성화하고 비타민의 구성 성분으로써 중요한 역할을 합니다.

예를 들어 구리이온을 함유하는 단백질 중 효소 기능을 가진 것은 산소를 활성화하고 유기화합물의 산화반응을 위한 촉매로 사용되며, 식물이나 동물에게 필수 무기물질로 분류됩니다.

그러나 일정농도 이상 존재하면 흔히 윌슨(Wilson)병이라고 알려져 있는 구리과잉축적증으로 분류되기도 합니다.

또한 수은이나 납과 같은 일부 중금속은 미량으로도 인체 혹은 환경에 유해할 수 있으므로 그 감지가 중요합니다.

금속이온을 측정하기 위해서는 원자 흡수 분광도법과 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하는 방법 등이 있습니다.

그러나 이들은 거대한 장비를 이용해야 하기 때문에 휴대성이 떨어집니다.

이 휴대성 문제를 해결하기 위해 많은 연구들이 진행되고 있는 데, 대부분 양자점(quantum dot)을 이용하거나 형광단(fluorophore)을 이용하는 센서로 금속이온 감지를 위해 복잡한 접합과정을 거쳐야 합니다.

또한 양자점은 그 자체가 중금속으로 이루어져 있어 독성이 있으며, 형광단을 이용한 센서는 수용액에서의 용해도가 낮아 적용하는 데 한계가 있습니다.

KAIST 홍원희 생명화학공학과 교수팀이 나노구조를 갖는 카본 나이트라이드를 이용해 다른 물질의 도움 없이 금속이온을 손쉽게 감지할 수 있는 고감도 센서 개발 원천기술을 확보했습니다.

홍원희 교수

이은주 박사과정

특히 이 센서는 기존의 휴대용 센서를 목적으로 개발된 물질보다 감도가 10배 이상 뛰어나기 때문에 장비 휴대가 불가능한 원자 흡수 분광도법과 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하는 방법과 유사한 감도를 나타냅니다.

이번 연구성과를 기반으로 나노구조를 가지는 카본 나이트라이드를 이용해 폐수에 존재하는 금속 이온의 초고감도 감지도 가능하게 됨으로써, 주변 환경이 금속 이온에 의해 얼마나 노출되어 있는지 혹은 오염되어 있는지를 손쉽게 알 수 있습니다.

또한 카본 나이트라이드의 생체 적합성을 이용해 몸속의 혈액 내에 존재하는 금속 이온의 농도까지 쉽고 간단하게 감지 가능한 센서를 구현할 수 있으며, 나노 크기의 카본 나이트라이드 입자를 이용해 체내의 질병치료를 위한 약물 전달 시스템에 적용하고자 약물 전달체로의 활용이 가능할 것으로 보입니다.

이번 연구는 교육과학기술부에서 시행하는 미래기반기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 화학 분야의 세계적 학술지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)'지 2010년 12월호에 게재됐습니다.

 용  어  설  명

카본 나이트라이드

원자 흡수 분광도법(Atomic Absorption Spectroscopy)
: 기저 상태의 원자가 이 원자 증기층을 투과하는 특유 파장의 빛을 흡수하는데 이 때 특유 파장에 대한 흡광도를 측정하여 시료의 농도를 정량하는 방법.

유도결합 플라즈마 질량분석기(Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy)
: 아르곤 플라스마로 원소를 이온화시키고, 질량분석기로 이온을 분리하여 시료 중의 원소를 분석하는 데 사용되는 기기.

양자점(Quantum Dot)
: 화학적 합성 공정을 통해 만드는 나노미터 크기 반도체 결정체.

형광단(Fluorophore)
: 형광물질의 형광을 내는 원인이 되는 원자단.

소분자 생화합물은 분자량이 작은 생체내 분자들로, 다양한 세포의 세포막을 드나들며 세포간의 신호전달 등에 큰 역할을 담당합니다.

최근에는 제약업계에서  소분자 생화합물을 이용한 신약 개발 관련 연구 개발에 큰 관심을 기울이고 있습니다.

그러나 이러한 소분자 생화합물은 대부분 특정 항원-항체 화학 결합반응을 유도하기 힘들어 기존에 많이 사용되는 형광이나 전기화학적인 방법으로 극소량을 분석하는데 어려움이 많았습니다.

정기훈 교수

KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 소분자 생화합물(small molecules) 검출을 위한 획기적인 고감도 나노광학측정기술을 개발했습니다.

연구팀은 사람의 머리카락 단면적의 70만 배 보다 작은 나노유체관 내 유동특성을 이용해 나노몰(nM) 수준의 농도를 갖는 극미량의 소분자 생화합물의 농도를 국소적으로 증가시켰습니다.
 
이후 나노플라즈모닉 광학기술과 접목해 측정하는 빛의 세기를 1만 배 이상 향상시켜 별도의 생화학처리를 사용하지 않은 도파민(Dopamine)과 가바(GABA)와 같은 신경전달물질을 1초 이내에 구별하는 데 성공했습니다.

오영재 박사과정

이번 연구결과는 앞으로 소분자 생화합물을 이용한 다양한 글로벌 신약개발은 물론, 알츠하이머병과 같은 퇴행성 신경질환의 조기진단 및 뇌기능 진단기술에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

이번 연구는 오영재 박사과정 학생 주도로 진행됐고, 독일에서 발간되는 나노분야 국제저명학술지인 '스몰(Small)'지의 표지논문으로 게재됐습니다.

<나노플라즈모닉-나노유체채널 플랫폼의 개념도>

<나노플라즈모닉 기판의 광학적 설계>

                <PDMS를 이용한 나노채널의 형성 및 전자현미경 사진 단면도>

a,b) PDMS를 이용한 나노채널의 형성 및 전자현미경 사진 단면도. 흰색 화살표가 유체가 지나는 나노채널을 의미. c,d) 형광신호 측정을 통해 확인한 나노채널에서의 소분자 국소농도 증가. 강한 형광신호는 나노채널로 인해 더 많은 분자들이 금속나노패턴 근처에 있음을 의미함.

















                               <플라즈모닉 나노채널에서의 라만분광신호증가>

  대표적인 신경전달물질인 dopamine과 GABA의 SERS 신호 증가를 보임.












 용  어  설  명

라만 분광 (Raman Spectroscopy)
: 빛(광자)이 입자에 의해 산란될 때 발생하는 비탄성 산란 현상. 이 과정에서 빛의 에너지가 변화하며 생체분자(biomolecules) 또한 산란과정에서 고유의 라만산란(에너지 변화)을 나타내므로 이를 분광학적으로 분석하여 분자 검출 및 분석에 응용이 가능

나노플라즈모닉스
: 금속나노패턴은 빛이 입사될때 표면의 자유전자가 광자(photons)에 반응해 진동하고, 입사되는 빛 중 특정파장의 세기를 크게 향상 시킬 수 있다. 이러한 물리적 현상은 다루는 나노광학분야를 나노플라즈모닉스라고 불리우며, 나노바이오분야는 물론 다양한 응용분야가 최근 활발히 개발 중이다.

나노유체
: 나노수준(일반적으로 1~100nm )의 직경을 가지는 유체채널에서의 유체의 성질 및 구동 등에 관한 연구를 나노유체라고 한다. 

식물끼리 서로 신호를 주고 받는 다는 사실은 이미 널리 알려졌습니다.

이번엔 해충의 공격을 받는 식물이 자체 면역을 강화하기 위해 주변의 유용한 미생물을 유인하는 현상이 국내 연구진에 의해 규명됐습니다.

류충민 박사

<연  구   개   요> 1) 온실가루이(whitefly-흰색파리)는 사진에서 보는 바와 같이 다양한 식물을 기주로 삼는 1-2cm의 작은 곤충으로 주로 식물 지상부의 체액을 빨아먹는 해충이다. 실험을 위해서 3주된 고추 모종에 온실가루이를 방사하여 방사하지 않은 고추와 비교 실험하였다. 2) 방사 일주일 후 잎과 뿌리에 세균 병원균인 궤양병과 청고병을 각각 접종한 결과, 온실가루이의 공격을 받은 식물에서 병징의 진전이 현저하게 감소되었다. 3) 온실가루이가 가해한 식물의 줄기 무게는 줄어든 반면 뿌리 무게는 현저하게 늘어남을 관찰하였다. 이를 바탕으로 뿌리 주위의 미생물 종류를 조사하였다. 4) 뿌리 주위에서 분리된 미생물 중 온실가루이가 가해한 식물은 식물유용미생물 군으로 분류되는 그람양성세균과 자연계에서 분해자 역할을 담당하는 곰팡이의 밀도가 현저히 높게 나타남을 관찰하였다. 온실가루이를 처리하지 않은 고추에서는 뿌리세균병인 청고병이 심하게 발생한 반면, 온실가루이 처리 식물에는 병 발생이 거의 되지 않았다. 결론적으로 온실가루이의 공격을 받은 고추가 선택적으로 병원균의 밀도를 줄이고 유용미생물의 밀도는 늘이는 기작이 밝혀졌다.

 용   어   설   명

온실가루이(whitefly)
: 성충의 몸길이가 1-2cm의 작은 곤충으로, 국내에서는 채소류, 화훼류, 특용작물, 목본식물을 포함한 210종 이상의 기주가 보고되었다. 북아메리카의 서남부지역이 원산지로 1970년경에 전 세계로 분포하게 되었다. 국내에는 1977년경에 남미로부터 전파된 것으로 보이며, 다양한 식물 DNA바이러스병을 매개한다. 아직 뚜렷한 방제방법이 보고되지 않음

뿌리 유용미생물(plant growth-promoting rhizobacteria/fungi)
:  식물뿌리에 서식하면서 식물의 생장을 촉진하면서 식물의 면역을 증진시키는 세균과 곰팡이 군을 통칭

LTE-Advanced 구성도

<이동통신시스템 성능 비교> 

LTE-Advanced 실내 시연

량 이동 중에 대용량의 3D 컨텐츠를 실시간으로 시청하고 있는 모습

지금까지 전 세계 의학자들은 백신 접종으로 감기 등 감염성 질환 뿐만 아니라 다양한 면역성 질병까지 예방하고자 다각적인 노력을 기울여 왔습니다.

그러나 일부 백신은 효과가 미미하거나 오히려 효과가 전혀 없는 등 질병 예방과 치료에 많은 어려움이 있었습니다. 

KAIST 고규영 교수와 이승효 교수가 주도하고, 라구 카타루 박사와 김한솔 대학원생이 참여한 연구팀이 면역기능을 유지하고 촉진하는데 필수 과정인 '림프관신생 조절'에 관여하는 새로운 메커니즘을 규명했습니다.

고규영 교수

이승효 교수

연 구 개 요 우리의 몸속에 병원균과 같은 항원이 침입했을 때, 면역세포들이 활성화되어 면역반응이 시작되고 효과적인 면역반응을 통해 병원균을 물리침으로써 건강을 회복할 수 있다. 림프관은 체내에 침투한 항원을 획득한 항원표출세포의 이동통로로서, 잘 발달한 림프관 형성은 항원이 면역세포 특히 T 임파구에 잘 전달되어 체내 면역반응을 증진시키는 효과를 보인다. 림프관신생은 항원표출세포에서 분비되는 VEGF에 의해 촉진된다는 결과가 이전에 알려졌는데, 림프관신생을 촉진하여 면역반응 특히 백신의 효과를 증진시키고자 하는 연구가 국내외적으로 활발히 진행 중이다. 카이스트 고규영 교수 연구팀과 이승효 교수 연구팀은 VEGF 외에 림프관신생을 조절하는 다른 인자들을 밝혀내고 이들을 조절하여 백신의 효과를 증진시키려는 가설을 세우고 연구를 진행하였다.   항원표출세포와 T 임파구에 의한 림프관생성 조절 고규영 교수 및 이승효 교수 연구팀은 림프관신생이 T 임파구에 의해 분비되는 인터페론에 의해 억제된다는 사실을 처음으로 밝혔다. 이를 증명하기 위해 T 임파구가 결여된 생쥐모델, T 임파구를 고갈시킨 생쥐모델, 인터페론이 결여된 생쥐와 인터페론 수용체가 결여된 생쥐모델 등을 이용하여 T 임파구가 인터페론을 분비하여 림프관생성을 억제한다는 사실을 밝혔고, 이러한 결과들을 염증상태와 폐암모델에서 보였다. 즉 항원표출세포들은 VEGF를 분비하여 림프관생성을 촉진하고 T 임파구는 인터페론을 통해 림프관생성을 억제한다는 사실을 처음으로 증명하였다.    이는 항원표출세포에 의한 VEGF의 증진과 T 임파구에 의한 인터페론의 차단을 적절하게 조절한다면 효과적인 백신의 효과를 얻을 수 있다는 것을 직접적으로 보여주는 증거이다. 향후 이 방법을 토대로, 새로운 예방백신과 치료백신 개발에 큰 진전이 있을 것으로 본다.

T 임파구가 결여된 생쥐에서 보다 많은 림프관이 생성됨을 보이는 결과 (LYVE-1 : 림프관)

T 임파구를 고갈시켰을 때 높은 림프관생성을 보이나 T 임파구를 회복시키면 림프관생성이 감소함을 보이는 결과 (LYVE-1 : 림프관)

인터페론이 결여된 생쥐에서 많은 림프관이 생성됨을 보이는 결과 (LYVE-1 : 림프관)

인터페론 처리에 의한 림프관 내피 세포의 증식과 림프관의 형성이 감소됨을 보이는 결과

 용  어  설  명

T 임파구
: 체내에서 면역을 담당하는 세포의 한 종류  

인터페론
: 면역세포에서 분비되어 체내의 면역을 담당하는 주요인자 

림프관신생
: 림프관이 새롭게 형성되는 현상 

림프관성장인자
: 림프관신생을 촉진하는 인자

VEGF(Vascualr endothelial growth factor)
 : 혈관내피세포 성장인자

항원표출세포
: 체내에 침입한 항원을 획득하여 T 임파구와 같은 면역세포에 전달함으로써 면역반응을 유도하여 면역 반응의 초기 단계에 관여하는 세포

백신
: 예방접종으로 잘 알려져 있고 항체에 의에 의해 매개되는 방법과 T 임파구의 활성화를 통해 이루어지는 백신법이 있음

이승효 교수, 김한솔 대학원생, Raghu Kataru 박사, 고규영 교수 (왼쪽부터)

최근 신종플루(H1N1)나 사스(SARS) 등 바이러스 감염에 의한 신종 질병이 발생하면서 분자진단 시장에서 유전자 칩과 같은 빠르고 정확한 진단에 대한 요구가 증가하고 있는 추세입니다.

유전자 칩(DNA chip)은 극 미량의 바이러스에도 반응하므로 질병의 초기진단이 가능하고, 환자의 유전정보검사 및 개인 맞춤형 처방에도 활용될 수 있습니다.

이처럼 높은 응용가치에도 불구하고 기존 유전자 칩이 안고 있는 복잡한 전 처리 과정과 다소 약한 탐지신호 등 기술적인 문제로 시장이 확대되지 못하고 있습니다.

전 세계 분자 시장의 규모는 약 35억 달러로 추산되고, 급격한 수요의 증가에 따라 2011년에는 45억 달러, 2013년에는 58억 달러에 이를 것으로 추정됩니다.

관련 업계는 바이오 산업이 가져올 가치 변화와 수익 창출에 대한 기대는 점점 커지고 있어 연평균 15% 가량의 성장률을 감안해 2011년에는 국내에서도 약 660억 원의 시장으로 성장할 것으로 예측하고 있습니다.

국내 분자진단산업이 성장하기 위해서는 무엇보다 원천기술 확보가 관건으로 꼽히고 있습니다.

한 예로 세계 분자진단 시장을 이끈 다국적기업 로슈(Roche)의 경우 원천기술 하나로 20년 동안 매년 수 천억 원의 매출을 올리고 있습니다.

바이오/의료진단 장비 전문기업 케이맥㈜이 건국대학교 산학협력단과 기술이전 협약식을 갖고 동 대학의 의생명과학연구원 채치범 교수팀에서 개발한 자동화 유전자 칩 관련 기반 기술을 이전 받기로 했습니다.

케이맥㈜이 이전 받게 되는 유전자 칩 진단기술은 유전자 분리, 증폭 및 혼성화 등 여러 단계를 통합 한 자동화 기술로 분석에 필요한 모든 복잡한 과정을 한 번에 처리할 수 있고, 민감도를 극적으로 증가시킬 수 있어 정밀한 측정이 가능합니다.

케이맥㈜은 이전 받은 유전자 진단 원천기술을 활용하여 단순화된 칩 형태의 '유전자 진단 장비'와 중형급 병원에서도 운영 가능한 '보급형 유전자 진단장비' 등을 개발할 계획입니다.

케이맥㈜는 1996년 설립 이래 물성분석과 정밀 분석 시스템 제작 노하우를 보유하고 있으며, 유전자 칩 제작에 필요한 필수 요소 기술인 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems, 미세전자기계 시스템)을 보유하고 있습니다.
 
이번 기술이전을 계기로 기존 유전자 칩의 단점을 극복한 획기적인 진단장비의 완성이 가능할 것으로 전망되며, 기존의 시장진출 노하우를 기반으로 빠른 사업화와 원천기술의 고부가가치 사업화 실현에 시너지 효과를 기대할 수 있수 있습니다.

이번 기술이전을 기점으로 케이맥㈜은 지난해 출시한 알러지 진단장비의 면역진단 시장 뿐만 아니라 분자진단 시장까지 진출하게 되어 바이오/의료진단 시장의 영역을 더욱 확대할 수 있게 됐습니다.

KAIST 총동문회(회장 : 이상천 한국기계연구원장)는 국가와 사회의 발전에 공헌하고 모교의 명예를 높인 '2010 올해의 동문상' 수상자를 선정했습니다.

임수경 국장

박영훈 원장

박영훈(생명과학과, 석사 2회) 한국생명공학연구원 원장은 다양한 연구와 사업을 통해 생명공학 분야의 연구 개발 역량을 강화하고, 개혁을 통해 세계 수준의 연구 성과를 창출함으로써 국가 경제 발전에 기여한 공이 인정됐습니다.

신성철 교수

이영호 박사

권영수 대표이사

지금까지 세계의 연구자들은 나노구조체의 기계적 물성을 평가할 수 있는 방법을 찾기 위해 다각도로 연구했지만, 물성 값 도출에 큰 오차를 보이면서 결과의 해석에 큰 이견을 나타냈습니다.

박원일 교수

장재일 교수

<실리콘(Si) 나노선(nanowire)의 기계적 물성 분석 절차>

(a) (왼쪽부터) 원자힘현미경 굽힘 시험을 위해 준비한 나노선 모습, 시험모식도 및 시험 후 원자힘현미경 이미지(b) (오른쪽부터)나노압입 시험을 위해 준비한 나노선 모습, 시험모식도 및 시험 후 원자힘현미경 이미지.

또 지금까지 수행된 연구 중에서 다양한 크기 범위의 나노선에 대해 실험을 수행해 최근 논란이 가열되고 있는 기계적 물성에 미치는 나노선의 크기 효과를 체계적으로 정립했습니다.

<원자힘현미경(AFM, Atomic Force Microscope) 굽힘 시험 결과>

(a) 원자힘현미경 굽힘 시험으로부터 얻은 힘(force) - 변위(displacement) 곡선이며, 삽입된 이미지는 실험 전(위)과 후(아래)의 실리콘 나노선의 모습을 나타냄.(b) 굽힘 시험에서 사용되는 세 가지 모델을 (a)의 결과에 적용하여 얻은 탄성계수(elastic modulus)와 항복강도(yield strength)를 나노선 크기에 따라 체계적으로 비교함.

<나노압입(Nanoindentation) 시험 결과> 

(a) 나노압입 시험으로부터 얻은 하중(load)-변위(displacement) 곡선이며, 삽입된 이미지는 실험 전(위)과 후(아래)의 실리콘 나노선의 모습을 나타냄.(b) 사용된 압입자의 각도의 변화에 따라 나노선 크기에 따른 탄성계수(elastic modulus)와 항복강도(yield strength)를 비교함.

이번 연구결과는 재료공학분야에서 권위 있는 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)' 1월호에 게재됐습니다.
(논문명 : Exploring Nanomechanical Behavior of Silicon Nanowires: AFM Bending Versus Nanoindentation)

<나노 구조체의 기계적 물성에 미치는 크기 효과 분석>
 

원자힘현미경 굽힘 시험을 이용하여 얻은 결과들을 기존 연구들과 비교하고 나노선의 크기 변화에 따른 탄성계수(왼쪽)와 항복강도(오른쪽)의 변화를 체계적으로 분석함.

 용   어   설   명

나노구조체
: 나노미터(10억분의 1m) 크기를 가지는 구조체를 가리키며, 대표적으로 0차원 나노구조체인 양자점(quantum dot), 1차원 나노구조체인 나노선(nanowire), 2차원 나노구조체인 그래핀(graphene)  등이 여기에 포함됨. 

나노구조체의 기계적 물성
: 나노구조체가 외부로부터 힘을 받았을 때 나타나는 거동 및 성질을 의미하며, 강도와 탄성 등이 이에 해당됨.

나노소자
: 나노 크기를 가지는 소재 및 구조체를 이용하고 나노기술을 통해 만든 미세  기능성 장치를 말함. 

나노선
: 일차원 나노구조체로서 단면의 지름이 수 나노미터~수십 나노미터 정도의 크기를 가지는 극미세선으로 이것을 만드는 기술은 세계를 변화시킬 신기술 가운데 하나로 꼽히며, 트랜지스터, 논리회로, 메모리, 화학감지용 센서(감지기), 레이저, 에너지 재생/저장 등 다양한 분야에 쓰임.

나노선의 크기효과
: 모든 재료는 나노크기로 작아질 때 물리적, 화학적 성질이 변하게 되는데, 기계적 물성(강도, 탄성 등) 또한 일반적인 크기의 경우와 완전히 다른 성질을 나타내게 됨.

원자힘현미경(AFM, Atomic Force Microscope) 굽힘 시험
: 원자간 힘을 이용하여 극미소 소재의 표면 정보를 구체적으로 분석할 수 있는 장비인 원자힘현미경(AFM)에 장착된 캔틸레버(cantilever)를 측면으로 이동시켜 나노선에 힘을 가하고 그때 얻어지는 굽힘의 정도로부터 나노선의 강도를 평가하는 방법임

나노선에 대한 AFM 굽힘 시험 모식도

나노압입(Nanoindentation) 시험
: 압입(indentation)시험을 이용한 소재의 강도(strength)측정 방법 중 하나로 작게는 수 나노미터(nm) 깊이까지 하중을 가하고, 이때 얻어지는 하중-변위 곡선을 해석함으로써 미소영역에 대한 기계적 물성을 쉽고 비파괴적인 방법으로 측정할 수 있음.

나노선에 대한 나노압입시험 모식도

지금까지 외국 기술을 도입했던 실외환경 사물의 위치추적 기술에 대해 ETRI가 '능동형 RFID 기반 위치추적 기술(RTLS: Real Time Location System)'을 국내 기술로 개발했습니다.

이번에 개발한 기술적 특징은 전송 프레임 구조를 최적화해 600m 이상의 인식거리 확장과 오차범위 2m 이내의 정확도를 가지며,  태그의 전력 소비가 기존 기술보다 60% 수준으로 줄였고, 센서와 GPS 연동 기능을 지원해 기술의 응용서비스 범위를 확장시켰습니다.
 

< RTLS 시스템 구성도 >

RTLS 시스템은 필수적으로 태그, 리더, 기준태그, 위치프로세서, 서버로 구성되며 선택적으로 엑사이터, 프로그래머 등으로 구성된다.

RTLS 기술 형태별 분류

 이번에 개발한 기술에는 센서 및 GPS와 융합한 기술을 포함하고 있어, 특정한 지역에서 이동하는 차량이나 물체의 위치정보, 상태정보를 제공할 수 있기 때문에 다양한 산업체 현장에서 사물의 위치추적이 가능합니다.

이는 위험지역이나 구제역 발생 방제지역의 차량위치 파악이나 추적 등에도 활용이 가능합니다.

또 독거노인이나 어린이 등 특별한 보호가 필요한 사람에 대한 실시간 위치추적이 가능, 미아 방지와 사회 안전망 강화에도 큰 효과가 기대됩니다.

<위치 프로세서 및 서버>

위치 프로세서에는 리더들과 인터페이스 되는 데이터 제어 블록과 각종 엔진 및 위치 보정 및 필터링 기능을 포함하고 있으며 위치 서버는 위치 프로세서와 인터페이스 되며 제어 감시 등의 명령을 총괄하는 기능을 담당하고 있다.

ETRI는 이번에 개발된 기술을 RFID 국제표준기구인 ISO/IEC SC31에 국제표준 기술로 제안, 국제표준절차가 진행 중이며, 2012년 말에 국제표준으로 공표될 예정입니다.

ETRI는 신규 국제 표준화 추진을 주도하는 과정에서 위치추적의 성능 개선과 함께 서비스 응용범위를 확장하기 위하여 센서와 GPS 연동이 가능한 기술을 개발해 표준안에 반영시켰습니다.

신규 표준을 반영한 태그칩과 리더모뎀칩을 개발 적용해 성능시험을 완료함으로써, 측위기술에 대한 원천기술도 확보했습니다.

ETRI RFID기반기술연구팀 이형섭 팀장은 해외 경쟁기관으로부터 기술의 다음 단계인 실내외 공간 연속 위치추적 기술 개발의 전략적 협력을 요청받은 상태라고 밝혔습니다.

한편 이번 기술은 ETRI가 지식경제부의 사업 지원을 받아 추진됐고, 빅텍, 셀리지온, 코리아컴퓨터, 텔에이스 등이 공동 참여했습니다. 

<RTLS GUI>

RTLS 시스템의 설치 위치 등의 그래픽 정보를 저장하고 있으며 사용자가 편리하게 제어 및 감시할 수 있도록 그래픽 환경을 제공한다.

실시간 위치추적(RTLS : Real Time Location System)  RTLS(Real Time Location System)는 실시간 위치추적 시스템으로 능동형(Active) 태그를 사용하는 능동형 RFID 기반의 위치추적 기술이며, 많은 산업 분야에 사용되는 추세다. 일반적인 예로 정확한 위치추적 및 이동경로가 필요한 고가 자산이나 사람의 위치확인 및 이동경로 추적 정보, 그리고 중요지역의 출입자 관리 등에 활용될 수 있으며 차량의 위치, 자재의 위치 등 실내, 실외의 다양한 분야에서 사용되고 있다. RTLS 기본적인 구성은 위치추적용 태그, 태그의 정보를 읽는 리더, 기준 동기를 위한 기준 동기 태그, 각 리더로부터의 시각 정보를 받아서 위치 정보를 계산하는 위치 프로세서, 위치 프로세서를 관리하는 위치 서버로 구성된다. RTLS 시스템은 리더 인프라를 기반으로 구성이 되기 때문에 모든 영역을 정밀한 Tracking Zone으로 구성하기에는 많은 예산이 필요하다. 따라서 각 시스템마다 구축의 형태에 따라 리더의 배치에 따른 위치 정밀도가 달라진다. 현재 RTLS의 기술 형태 측면에서 다양한 기술을 기반으로 위치추적서비스 구현이 가능하며, 사물의 위치추적에는 적용되는 시스템은 크게 2.4GHz의 ISO24730, Wi-Fi 와 UWB 등이 있다. 하지만 각 기반 기술 마다 특징과 장점이 있으며, 이를 충분히 검토하지 않는 다면 실제 구축현장에서 많은 어려움을 겪을 수 있다. 실외 특정한 지역에서의 위치 추적을 위해서는 가장 적합한 기술은 ISO 24730 표준 기술이다. 이번에 ETRI가 개발한 실시간 위치추적 시스템은 이러한 실외 환경에 적합한 ISO 24730-2의 기술을 한층 업그레이드한 기술이다. 기존에 WhereNet에 의해 주도되어 국제표준으로 제정된 ISO/IEC 24730-2는 DBPSK Data Encoding과 PN 확산코드를 사용한 2.4 GHz 대역의 직접 시퀀스 확산 스팩트럼(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum)방식 및 최대 인식거리 300m, 측위 오차 3m이내를 주된 특징으로 하고 있다. 그러나 프리엠블 구조, 전송용 프레임 구조, PN 코드 생성 및 주기, 태그 전력 소비와  태그간 충돌 문제 등의 개선될 필요가 있어서 OQPSK Data Encoding과 Walsh 코드와 PN 코드의 확산코드를 사용한 2.4GHz 대역의 직접 시퀀스 확산 스팩트럼방식의 개선된 RTLS 기술을 ETRI가 주도적으로 개발 및 국제표준화를 추진하였다. RTLS의 개선된 기술적인 특징으로는 프리앰블 구조 개선, CRC 비트 축소, 전송 프레임 구조 변경, Sub Blink ID 추가 등의 전송 프레임구조를 최적화하여 600m 이상의 인식거리와 2m이내의 오차로 인식거리 및 정확도를 개선하였으며, 기존 태그의 전력대비 60%의 전력 소비 및 센서와 GPS 연동 기능을 지원하여 기술의 응용 서비스 범위를 확장시켰다. 또한 경제적인 특징으로는 시스템 비용 절감을 위해 ISO 24730-2-1와 24730-2-2를 지원하는 태그 칩 및 동시 지원하는 리더 모뎀칩을 개발하였다. 태그 칩은 소비 전력 낮춤으로서 수명을 연장하였으며 최초로 리더 모뎀칩 개발을 통해 시스템 저가화를 실현하였다. 개발된 기술로써 시스템 구성을 위한 HW는 태그/기준태그 및 리더와 SW 구성으로는 위치 프로세서 및 위치 서버, GUI이며, 칩으로는 일반 태그칩, GPS 태그칩, 리더 모뎀칩 등을 개발하였다.  GPS 태그칩 : GPS 수신 모뎀의 기능을 포함하고 있는 태그 칩 리더 모뎀칩 : 리더 모뎀의 기능을 집접화하여 구현한 칩 태그칩 : 태그의 기능을 집접화하여 칩으로 구현함. 이번 기술 개발의 기대 효과로 독보적인 경제 산업적 측면에서는 특정 공간에서 정밀한 위치정보 및 상태를 제공할 수 있으므로 이를 적용한 생산성을 높이고 새로운 서비스 산업을 형성할 수 있다. 물류의 경우 운송 중 문제가 발생하게 되면 문제발생의 위치를 파악할 수 있어 물품배송 중 발생한 분쟁해결이 가능하고, 배송상황을 실시간으로 고객에게 정보 제공이 가능하기 때문에 서비스 품질을 높일 수 있을 것으로 전망한다. 또한 제조업을 비롯한 산업현장과 놀이공원, 자동차/항만/공항 야적장 등에서의 사람 및 사물들에 대한 실시간 위치추적 및 보안이 요구되는 제반 산업분야에 활용 가능하므로 새로운 사업화가 가능할 것으로 예측된다.



한국원자력연구원 양성자기반공학기술개발사업단이 8년 여의 연구 끝에 대용량 선형 양성자가속기(100MeV, 20mA) 개발에 성공했습니다.

선형 양성자가속기 구성

개발 완료된 100MeV

경주 양성자가속기연구센터는 방사성폐기물처분시설 유치지역 선정과 연계되어 추진되는 정부-지자체 공동사업으로 약 3000억원이 투입돼 2012년에 완공될 예정입니다.

현재 운영 중인 20 MeV 양성자가속기

국내 가속기 구축 현황 

 용  어  설  명

MeV(Mega electron Volt)
: 양성자의 에너지 단위. 1전자볼트는 1볼트의 전압이 걸려 있는 금속판 사이를 지나면서 양성자가 얻는 에너지. 1MeV의 에너지로 가속시키기 위해서는 약 67만개의 1.5볼트 건전지를 직렬로 연결하고 금속판에 연결하면 가능함. 100MeV양성자는 초속 약 13만km의 속도로 날아간다.

mA((mili Ampere)
: 몇 개의 양성자를 가속시키는지를 나타내는 단위로 에너지와 함께 가속기의 성능을 나타냄. 20mA 양성자 빔은 초당 약 120,000조 개의 양성자를 가속하는 것을 말함.

대용량 양성자 가속기
: 빔 전류 10mA 이상의 대용량으로, 현재 미국 오크릿지국립연구소(ORNL; Oak Ridge National Laboratory)와, 일본 원자력연구기구(JAEA; Japan Atomic Energy Agency)에서 개발 운영 중

아(亞)원자(subatomic) 시대
: 21세기 원자수준의 연구 개발을 위하여 원자를 구성하는 양성자, 중성자, 전자, 광자를 관찰과 조작의 도구로 사용