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선박 대형화 추세에 따라 최근 많이 건조되는 1만 2000 TEU 급 컨테이너선에는 70㎜ 두께의 철판이 사용되는데, 향후 1만 6000 TEU급까지 규모가 커질 경우 80㎜ 강판이 사용될 예정입니다.

TEU는 길이 20ft의 컨테이너 박스 1개를 나타내는 단위이며, 컨테이너 전용선의 적재용량은 TEU단위로 표기합니다.

즉 1만 6000 TEU 컨테이너선은 우리가 일상적으로 볼 수 있는 컨테이너 1만 6000개를 적재할 수 있다는 뜻입니다.

한국원자력연구원 중성자과학연구부 우완측 박사와 성백석 박사는 지난 2007년부터 4년간에 걸친 연구개발 끝에 연구용원자로 하나로(HANARO)에서 생산된 중성자를 이용해서 80㎜ 두께 철판까지 검사할 수 있는 세계 최대 투과력을 가진 중성자 잔류 응력 측정 장치(RSI; Residual Stress Instrument)를 개발했습니다.

실험 중인 70㎜ 두께 철판

실험 중인 시편과 중성자 조사용 슬릿


중성자의 회절 특성을 이용한 중성자 잔류 응력 측정 장치는 다른 비파괴 검사 장치에 비해 검사 가능한 철판 두께가 가장 두꺼운 검사 장치로, 지금까지는 영국 ISIS의 중성자 잔류 응력 측정 장치가 60㎜ 두께의 강관 검사에 성공한 게 최고였습니다.

연구팀은 중성자 빔 세기를 극대화하고 퍼짐을 방지함으로써 이보다 20㎜ 더 두꺼운 80㎜의 철판을 검사할 수 있는 장치를 개발했습니다.

지금까지는 이처럼 두꺼운 철판을 검사할 수 있는 장치가 없어서 재료의 건전성을 정확히 검사하기 힘들었습니다.

이번에 원자력연구원이 개발된 장치로 80㎜ 두께의 철판까지 검사함으로써 국내 조선업체들이 건조하는 선박의 물리적 안전 특성을 정확하게 파악해서 설계에 반영할 수 있게 됐습니다.

이번에 개발된 중성자 잔류 응력 측정 장치는 선박 건조용 철판, 원전 핵심부품 용접부의 응력 분포 및 결함 여부 검사 등을 통해 산업 재료의 구조적 안전성 확립이 향상될 것으로 기대되고 있습니다.

 연구팀은 포스코의 의뢰를 받아 대형 컨테이너선에 사용되는 80㎜ 두께의 후판강재부 및 용접접합부의 잔류 응력 측정 및 미세구조를 분석하는 위탁과제를 수행 중입니다.

이번 측정 장치를 통해 원자력 발전소의 원자로 압력용기 용접 부위의 잔류 응력을 측정해서 원전의 안전성을 향상시키는 데도 장치를 활용할 계획입니다.

또 개발된 장치를 국내외 연구자들에게 개방해 산업체, 대학 및 연구소에서 잔류 응력 측정 업무를 의뢰받아 수행할 예정입니다.

<하나로(HANARO)와 연결된 빔 조사부, 검출기>

연구용 원자로 하나로와중성자 잔류 응력 측정장치

중성자 빔 라인과 시료 테이블 및 검출기


 용  어  설  명

잔류 응력 :
재료 자체에 내재된 불균일한 힘의 분포. 대부분의 산업용 소재들은 부품 내부에 유해한 잔류 응력을 가지고 있으며 이는 갑작스런 균열, 파괴 및 수명 단축 현상을 일으킨다.

중성자 잔류 응력 측정장치 :
중성자를 사용해서 재료를 구성하는 원자들 사이의 거리로부터 잔류 응력을 측정해서 재료의 비파괴 검사에 이용하는 장치. 자동차, 항공기, 철강 및 조선업 등의 각종 기계 부품 균열, 피로, 파단 현상을 규명하는데 쓰인다.

회절(diffraction) :
빛과 같은 파동이 장애물(물질)을 만났을 때 물질 내부의 원자들 사이를 투과하면서 뒤쪽으로 휘어져 도달하는 현상. 회절 무늬를 분석하면 물질의 성분과 위치에 대한 정보를 얻을 수 있다.

posted by 글쓴이 과학이야기

'2011 여성과학기술자상'에 강정수 가톨릭대 교수(이학부문)와 이연희 서울여대 이연희 교수(진흥부문) 선정됐습니다.

강정수 교수

이연희 교수


강정수 교수는 다양한 첨단 방사광 분광법을 사용하여 전자 간 쿨롱 상호작용이 큰 전이금속 원소나 희토류 원소를 포함한 강상관 자성 물질계의 전자구조와 스핀구조를 결정하고, 전자구조와 나노스케일의 상분리 현상과의 상관성을 규명하여 국제적으로 우리나라 과학기술의 위상을 제고한 공로를 인정받았습니다.

이연희 교수는 아시아 소재은행 네트워크(ANRRC) 구축 및 초대회장, 국제소재은행학회(ISBER) 아시아대표, OECD의 연구자원 국제기구(SciColl) 창설 추진위원으로 활동하여 한국의 연구소재은행에 관한 현황을 널리 소개함으로써 세계선진국들과 대등한 발전을 이루어 국가 과학발전의 위상을 제고하는데 핵심적인 역할을 담당한 점을 인정받았습니다.

올해로 11회를 맞는 여성과학기술자상은 △이학 △공학 △진흥 부문에서 매년 1명씩 선정하며, 수상자에게는 교육과학기술부장관상과 포상금 1000만 원이 수여됩니다.

올해는 공학부문 수장자는 나오지 않았습니다.

  <강정수 교수>

● 주요업적 : 방사광 분광법을 이용한 강상관 자성 화합물의 전자구조 연구
강정수 교수는 다양한 첨단 방사광 분광법을 사용하여 전자 간 쿨롱 상호작용이 큰 전이금속 원소나 희토류 원소를 포함한 강상관 자성 물질계의 전자구조와 스핀구조를 결정하고, 전자구조와 나노스케일의 상분리 현상과의 상관성을 규명하였다.
강상관 자성체의 전자구조와 자기 물성의 규명을 위하여 방사광을 이용한 연구를 수행하였다. 특히 포항 가속기연구소에서 개발한 방사광-주사광전자현미경을 활용한 묽은 자성반도체에 대한 연구는 이 물질계에서의 상분리 현상을 직접 관찰한 세계 최초의 연구로서, 물리학 분야의 최고 권위 학술지인 Physical Review Letters에 게재되어 세계적으로 많은 주목을 받았다. 이러한 방사광 연구를 자기원형이색성 분광법에 확장시켜 페로브스카이트, 스피넬, 델라포싸이트 등의 다양한 강상관 자성화합물에서의 나노스케일 상분리 현상과 전자구조 간의 상관성을 규명하였으며, 이러한 연구결과들을 Physical Review B, Applied Physics Letters 등 응집물질물리 분야의 대표 학술지에 지속적으로 발표하여 많은 피인용도를 기록하고 있다.
강정수 교수는 방사광을 활용한 강상관 자성체에 대한 전자구조 연구 결과들을 지금까지 7편의 Physical Review Letters와 44편의 Physical Review B를 비롯한 140여편의 SCI 학술지에 발표하여, 이들 물질계의 전기적, 자기적 특성 이해에 큰 기여를 하였다.

● 학력
▶1976. 3 ~ 1981. 2   서울대학교, 물리학/학사
▶1982. 9 ~ 1984. 8    Iowa State University, Physics/MS
▶1984. 9 ~ 1989. 9    University of California at San Diego, Physics/Ph. D

● 주요 경력
▶1989.10 ~ 1996.02   산업과학기술연구소(現 포항산업과학연구원) (주임연구원, 책임연구원)
▶1996.03 ~ 현재        가톨릭대학교 (조교수, 부교수, 교수)
▶2004.08 ~ 2005.07   미국 Rutgers대학교 방문(Distinguished Visiting Scholar)
▶2006.12 ~ 2008.12   방사광 가속기 운영위원회 (운영위원)
▶2007.01 ~ 현재        한국자기학회 편집위원회 (편집위원, 편집이사)


  <이연희 교수>

● 주요업적 : 여성과학자 및 연구소재은행 육성
이연희 교수는 국가 생명자원 인프라를 구축하고 국제 네트워크를 활발히 하여 우리나라 연구소재은행이 국제적으로 인정받을 수 있도록 육성하였으며, (재)연구소재중앙센터 센터장을 역임하면서 우리나라 전체 연구소재은행의 85%를 차지하는 교육과학기술부 연구소재은행을 육성하여 현재 중앙센터, 5개의 거점센터, 36개의 소재은행을 통합 관리하는 시스템을 제작, 국가생명자원인프라를 구축하였다.
또한, 아시아 소재은행 네트워크(ANRRC) 구축 및 초대회장, 국제소재은행학회(ISBER) 아시아대표, OECD의 SciColl 창설 추진위원으로 활동하여 한국의 연구소재은행에 관한 현황을 널리 소개함으로써 세계선진국들과 대등한 발전을 이루어 국가 과학발전의 위상을 제고하였다.

● 학력
▶1984.09~1988.08     캘리포니아주립대학(UCLA), 생화학 박사
▶1980.03~1982.08     서울대학교 자연과학대학, 미생물학과 석사
▶1976.03~1980.02     서울대학교 자연과학대학, 미생물학과 학사

● 경력
▶1990. 03 ~ 현재      서울여자대학교 생명환경공학과 교수
▶2008. 04 ~ 현재      재단법인 연구소재중앙센터 센터장
▶2009. 05 ~ 현재      세계소재은행학회 (ISBER) 아시아대표
▶2009. 01 ~ 현재      OECD SciColl (연구자원국제기구) 설립추진위원
▶2010. 10 ~ 현재      아시아소재은행 네트워크 (ANRRC) 초대회장


posted by 글쓴이 과학이야기

신용카드 결제 증빙서류인 종이영수증은 발행에 따른 자원 낭비와 비용 증가, 개인정보 유출, 환경호르몬 등 다양한 문제를 일으키고 있습니다.

이에 따라 카드사 등에서 영수증 발행 자체를 줄이거나 종이영수증을 대체할 수 있는 부가서비스를 해보기도 했지만, 사용자의 불편과 추가적인 통신 인프라 필요성 등으로 보편화되지 못했습니다.

현재 스마트폰 등을 통해 일부 서비스되고 있는 기존 모바일영수증 기술은 특정 통신사와 일부 카드사의 신용카드를 사용하는 경우에만 제공되는 서비스입니다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 BC카드와 KT, SK플래닛 등과 공동으로 종이영수증의 발행과 보관이 필요 없는 '스마트영수증 공통규격 및 관련기술'을 개발했습니다.

연구책임자는 조현숙 ETRI 지식정보보안연구부장입니다.

이번에 개발된 스마트영수증 기술은 통신사, 카드사, 결제대행업체(VAN사) 등 결제인프라 사업자에 의한 추가 인프라 구축과 서비스 적용을 최소화하고, 가맹점에 설치된 NFC결제기와 사용자의 스마트폰 만으로 서비스가 가능합니다.


고객은 결제가 완료되면 자신의 스마트폰을 결제기에 접촉하는 형태로 전자영수증을 발급받을 수 있어, 기존 종이영수증 대비 빠르고 편리하게 이용할 수 있는 장점을 확보했습니다.

이번 스마트영수증 기술은 사용된 결제수단(현금, 신용카드, 직불카드, T-cash 등)의 카드사나 통신사에 관계없이 NFC결제기가 설치된 가맹점이면 고객이 원할 경우 스마트폰을 통해 현장에서 즉시 전자영수증을 발급받을 수 있습니다.

또 스마트영수증 기술은 기존 관련기술과의 안정적 연동성을 확보했습니다.

현재 지식경제부 산하 기술표준원에서 국가표준화(KS) 절차를 밟고 있는 한국형 모바일카드의 기술규격과도 연동 가능하고, 이동통신사들이 자체 보유한 모바일 규격과의 연동 시험도 최근 성공리에 마쳤습니다.
ETRI 및 공동개발업체는 현재 스마트영수증 규격을 검증하기 위한 시제품을 개발 완료한 상태로, 이번 기술을 오는 28일 서울 코엑스에서 열리는 '지식정보보안 R&D성과물 전시회'에서 공개됩니다.

내년 상반기 중 관련기술에 대한 표준화 작업과 상용화에 필요한 추가기술 개발을 완료할 예정입니다.

ETRI는 이번 스마트영수증 기술 개발에 따른 신규 부가서비스 기술도 확보할 계획입니다.

고객의 스마트폰에 축적된 전자영수증 정보를 활용하여 소비패턴, 선호상품, 생활공간 등의 개인 소비정보를 외부 서버에 유출하지 않고도 스마트폰에서 직접 추출해 가공 및 분석하는 '개인비서서비스'를 제공받을 수 있는 플랫폼이 현재 개발 중입니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

APG-63(v)3 기수 레이더

레이더에 정확도가 1초(1초=1/3600도)인 각도 측정기를 부착하면 최적의 조건일 경우 1000km 밖에 있는 5m 크기의 물체를 구분할 수 있고, 그 크기까지 파악할 수 있습니다.

즉, 각도 측정기의 성능이 좋을수록 날아오는 작은 미사일도 정확하게 확인할 수 있는 것입니다.

각도센서는 미사일이나 레이더와 같은 군사시설의 성능을 결정하는데 핵심 요소로, 분해능이 1초보다 작은 고성능 각도측정기의 경우 제품의 수출입뿐만 아니라 기술 공개도 엄격히 통제되고 있습니다.

F-15K 기수에 장착된 레이더

지금까지 국내의 각도 센서 제작 기술은 수십 초의 분해능을 구현하는 데 그쳤습니다.

각도 측정기는 군사용 뿐만 아니라 로봇, 공작 및 측정기계에도 필수적인 부품입니다.

각도 측정기의 신호를 바탕으로 기계의 움직임을 제어하고 조작도 가능하기 때문에 정밀한 기계나 로봇의 경우, 정밀한 측정기는 필수적입니다.

특히 수술용 로봇의 경우 마이크로미터 단위로 미세하게 움직여야 하기 때문에 초정밀의 각도 표준기를 활용한 교정이 항시 이루어져야 합니다.

회전각 센서 모듈의 세계 시장규모는 2011년 기준 약 1.3조 원(12억 달러) 규모로, 연평균 성장률은 서비스 로봇 부분이 연 20% 이상, 산업용 로봇 11%, 자동화 부분이 연 11.5%, 국방부분이 8.1%로 추정됩니다.

특히 정밀한 고속 작업을 통해 생산성 향상을 도모할 수 있는 제조, 조립 등의 산업용 로봇 분야는 회전각 센서 모듈을 더욱 고성능화 하고 있는 추세여서, 관련 분야가 더욱 고부가가치 산업으로 부각될 전망입니다.

□ KRISS(한국표준과학연구원) 길이센터 김종안 박사팀이 군사 전략물자로 분류되어 수출입이 엄격히 제한되고 있는 초고정밀 각도 표준기 개발에 성공했습니다.

연구팀은 0.005초 이하의 분해능을 가진 회전스테이지에 부착된 정밀 눈금판의 회전각을 광센서로 읽어 제어할 수 있는 각도 표준기를 제작했습니다.

12개의 센서에서 읽은 신호에 자가 교정법을 적용하면 신호의 오차를 분리할 수 있어 오차가 제거된 회전 각도를 알 수 있는 원리입니다.

이번에 개발한 각도 표준기는 현재 상업적으로 구입할 수 있는 가장 좋은 각도 센서 보다 10배 이상 정확한 각도를 측정할 수 있습니다.

정밀한 각도 센서를 제작하기 위해서는 가공, 평가, 개선과정을 거쳐야 하는데, 이번 기술개발을 통해 평가 능력을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

이런 정밀 평가능력이 확보되었기 때문에, 이 기술을 정밀한 각도 눈금 원판의 제작에 활용하면 기존의 각도 센서보다 정확한 센서를 제작할 수 있게 됐습니다.

이번 연구로 정밀한 각도 표준을 확보하였기 때문에 이를 바탕으로 고정밀의 각도 눈금 원판의 제작이 가능해졌고, 산업체가 이 정밀한 원판을 사용해 센서를 제작하면 수입이 불가능 했던 고성능 센서를 국산화할 수 있게 됩니다.

연구팀은 정밀한 각도 눈금 원판의 제작 기술을 보완하여 정밀 모터를 제작하는 업체에 기술을 이전할 예정입니다.

또한 개발한 각도 표준기를 이용해 정밀 각도 센서의 교정과 평가 서비스도 실시할 예정입니다.

개발한 각도 표준기를 활용해 각도 센서를 교정하는 김종안 박사

 

posted by 글쓴이 과학이야기

이른 아침.

KAIST 주차장에 도착한 오준호 교수(KAIST 기계공학과 특훈교수·휴머노이드로봇센터 소장)는 연구실까지 날듯 서둘러 발걸음을 옮깁니다.

그의 취미이자 놀이인 연구를 조금이라도 빨리 하고 싶은 마음이 굴뚝같기 때문입니다.

◆가장 오랜 어릴때 기억은 호기심

오준호 교수


오 교수의 취미인 '연구'는 그가 가장 더듬어 기억할 수 있는 어린시절부터 시작됩니다.

오 교수는 "3~4살 때 그런 기계에 매료됐던 기억이 생생하다"고 말합니다.

'꼬마 오 박사'는 할머니의 재봉틀이 움직이는 것부터 째깍째깍 움직이는 시계, 각종 공구 등을 보는 것 자체가 즐거웠습니다.

어린이에게 공포의 대상인 병원조차 '꼬마 오 박사'에게는 신기한 호기심의 대상이었다고 합니다.

병원에 간 꼬마 오 박사는 각종 진단기기와 장비들을 보는 것이 즐거워 무서운 것도 잊어버렸다고.

◆초등학교 3학년이 만든 다단계 로켓

이런 오 교수의 학창시절은 줄곧 탐구와 만들기의 연속이었습니다.

초등학교 때는 종이로 몸체를 만들고, 노즐부는 분필에 구멍을 뚫은 3단 로켓을 직접 만들었습니다.

추진체는 문방구에서 파는 빨간 종이화약을 사용했고, 나중엔 화려한 폭발효과를 내기위해 알루미늄 가루까지 넣은 흑색화약을 직접 만들기도 했습니다.

또 그의 연습장에는 작동 메커니즘을 담은 로봇이나 비행기 스케치로 가득했습니다.

중학교에 들어간 오 박사는 곧 전자공학에 빠져들었습니다.

지금처럼 조립 키트가 없던 시절이었기에 회로부품을 구하려고 청계천 고물상으로 출퇴근을 하다시피 했다고 합니다.

◆쇠를 깍아 만든 증기기관차

어느날은 증기기관차를 만들어보기로 했습니다.

집 근처의 공작기계 업체에 가서 직접 설계한 실린더를 쇠를 깍아 만들고, 추진력은 알코올램프로 끓인 증기를 이용했습니다.

또 발사목을 다듬어 비행기를 만들었고, 큰 연을 만들어 어디까지 날아가나 끝없이 날려보기도 했습니다.

렌즈를 구입해 직접 천체망원경을 만들어 목성 관찰에도 성공했습니다.

◆장판을 걷어내야했던 그의 공부방

그런 그의 공부방은 사실상 공장의 작업실과 같았다고 합니다.

나중엔 아예 장판을 걷어내 시멘트 바닥이었고, 책상도 치워버렸습니다.

대신 그 곳에는 온갖 연장이 가득한 선반과 작업대로 변했습니다.

학창시절 오 교수는 장래 희망은 당연히 이공계를 진학해 교수가 되는 것이었습니다.

그는 진로에 대해 고민을 해본 적이 없었다고 회상합니다.

그러나 학창시절 오 박사의 객관적인 성적은 그리 희망적이지 못했습니다.

아니 교수는 고사하고 웬만한 대학진학 조차 힘든 수준이었습니다.

수학과 과학만 특출나게 잘했지만, 국어, 사회, 영어 등 나머지 과목은 대부분 과락 수준이었습니다.

그래서 고교 2학년때가지 그의 성적은 한 학급 60명 중 50등 대를 벗어나본 적이 없었다고 합니다.

◆전교 꼴찌가 6개월만에 전국 20등

고교 2학년 시절.

그나마 좋아했던 수학마저 '시시하다'는 생각에 손을 놓고 말았습니다.

그러다가 '극한'을 접하면서 그는 득도하듯 커다란 충격을 받았다고 합니다.

그 때가 고등학교 2학년 여름 때입니다.

마치 학문의 원리를 깨친것 마냥 그는 미친듯 파고 들었습니다.

그리고 그동안 방치하다시피 했던 국어, 사회 등 다른 과목에도 빠져들며 자신의 호기심을 채웠습니다.

그렇게 6개월 동안 고교 3년 과정의 전 과목을 탐독했습니다.

그의 성적은 전교 꼴찌 수준에서 순식간에 전교 20위 권으로 급상승했습니다.

고 3이 되기 전 이미 고교 전 과정을 독학으로 끝낸 그는 다시 학억에 흥미를 잃었다고 합니다.

그래서 그는 고3 시절 플룻 등 악기를 배우며 소일했습니다.

오 교수는 물리학과로 진학해 순수 과학자가 되고 싶었지만, 선생님들이 의대나 공대를 추천했습니다.

그래서 진학한 곳이 연세대 기계공학과입니다.

서울대는 왜 안 갔냐고 물었더니, 독일어 때문이랍니다.

독일어에는 흥미가 없었다고.

자신의 대학시절을 그는 한마디로 '물 만난 고기'라고 표현합니다.

당시 그의 최대 관심 사항은 자동제어나 연결 시스템 등 이었고, 이는 이미 중·고교 시절 독학으로 전자공학도 터득했던 터였습니다.

오 교수는 학교에서 금세 두각을 드러냈습니다.

대학교 3학부터는  대학원 선배 실험실에서 살다시피 했습니다.

필요한 실험장치가 있으면 직접 청계천에 가서 부품을  사와 만들고, 실험실 장비가 고장나면 혼자 수리도 했습니다.

당시 실험실에는 과거 한일협정 당시 대일 청구권으로 들어온 일제 과학기제자가 쌓여있었다고 합니다.

이중 고장나서 방치된 것들이 많았는데, 이것을 수 없이 뜯어보고 기능을 살려냈습니다.

연대 대학원에 진학한 그는 바이오메커니즘을 공부했습니다.

대학원을 마치고 2년동안 원자력연구소에 근무하다가 시스템자동제어(동역학자동제어)를 배우러 미국 버클리대로 유학길에 오릅니다.

버클리대에서도 그는 무엇이든 잘 만들어내는 재주로 인기를 끌었습니다.

◆학문에 관심없던 KAIST 교수

3년 반만에 학위를 받고 한국으로 돌아와 KAIST 교수가 됐습니다.

그러나 그는 논문을 쓰거나 연구 프로젝트를 따내는 것에는 관심이 없었고, 그 때 그 때 흥미롭다고 생각하는 것에 몰두하는 경향을 보였습니다.

그렇게 해서 교수로 부임하고 얼마 지나지 않은 오 교수는 이미 탄소섬유로 제작한 초경량 로봇을 만들어봤고, 1990년 초반에는 무인헬기의 호버링에 대해 연구하기도 했고, 1993년에는 요즘 한창 미국에서 실용 연구가 4족보행 로봇도 만들었지만 당시 발표조차 안했다고 합니다.

또 1994년에는 러시아와 공동으로 초정밀 자이로스코프와 리얼타임컨트롤장치 등을 개발했습니다.

이렇게 오 교수는 기계설계, 마이크로프로세서, 폼웨어, 실시간제어기술, 자동제어, 안정화기술, 센서기술, 계측기술 등 연구인지 취미인지 모르게 로봇에 관한 기반 연구를 하나하나 완성하고 있었습니다.

◆아시모? 그까이꺼

2000년, 오 교수는 뉴스를 통해 일본의 휴먼형 로봇 '아시모'를 보게 됐습니다.

오 교수는 '저것이 가능할까?' 황당해 하면서도 자신도 못할 것 없다는 생각을 했습니다.

오 교수는 연구비를 마련하기 위해 여기저기 제안서를 냈지만 모두들 '택도 없다'며 모조리 거부당했습니다.

우리나라에 로봇 기반이 전혀 없는 상황에서 휴면형 로봇은 불가능하다는 것이지요.

하는수 없이 그는 동료 교수들 몇 명을 찾아가 각출하듯 6000만 원을 마련했습니다.

이 돈들은 당시 BK21을 통해 교수들에게 각 1000만 원 씩 지급된 보조금이었습니다.

2002년, 오 교수는 연구를 시작한지 단 6개월 만에 2족보행 로봇 KHR-1을 완성했습니다.

여기에 자신감을 얻은 오 교수는 KHR-1을 학교측에 보여주며 1년 연구비 1억 5000만 원을 신청했습니다.

오 교수의 결과물에 깜짝 놀란 학교측은 오히려 3년 과제로 선정해 제대로 해보자며 더 좋은 조건을 제시했습니다.

그러나 오 교수는 "일본이 이미 완성한 것을 3년이나 한다는 것은 자존심이 허락하지 않았다"면서 오히려 학교측 제안을 거절했다고 합니다.

그래서 이듬해 오 교수는 다시 연구에 착수했고, 이번에도 연구시작 6개월 만인 2003년 8월, 휴보의 전신인 KHR-2를 완성하며 주변을 깜짝 놀라게 했습니다.

오 교수 표현으로는 이를 본 사람들이 '놀래서 자빠졌다'고 합니다.

◆우리가 왜 로봇을? 제자들의 반란

그런데 당시 재미있던 일화가 있습니다.

바로 오 교수 밑에 있던 대학원생들의 반란입니다.

그들은 당초 자신이 배우고자 했던 공부는 못하고 담당 교수의 취미만 뒤치닥거리 한다는 불만으로 가득했다고 합니다.

게다가 당시 현실로는 '택도 없는' 로봇이라니...

이런거 왜 만드냐고 투덜대는 제자들은 급기야 오 교수를 찾아가 집단 항의하는 사태까지 벌어졌습니다.

지금 그 학생들은 어떻게 됐을까요?

오 교수는 "그 학생들 휴보 만들다가 출세해서 다들 교수됐어..."라고 괘씸해하면서도 즐겁게 말합니다.

당시 정부는 우리나라 7대 성장동력사업 중 하나로 '로봇'을 채택했습니다.

그런데 오 교수는 이런 사실을 몰랐고, 정부 역시 오 교수의 로봇 개발 소식을 알지 못했습니다.

정부는 당시 우리나라 기술로는 로봇의 독자 개발이 불가능하다고 판단해 일본이나 유럽과 기술 제휴를 추진하고 있던 상황입니다.

◆우리나라에 왜 왔냐는 일본

그래서 정보통신부 관계자들은 일본으로 날아가 이 사항을 논의했습니다.

그랬더니 일본 측이 "당신네 나라에 이미 KHR-2가 있는데 왜 왔냐"고 말하더랍니다.

결국 정부 관계자들은 일본에서 거꾸로 오 교수의 소식을 듣게 KAIST를 찾아왔습니다.

또 비슷한 시기에 부총리가 KAIST를 방문해 만찬이 열렸다고 합니다.

그 때 총장이 "오 교수가 로봇을 만들었는데 그럴듯 하다"고 말했습니다.

그랬더니 부총리가 갑자기 '볼 수 있냐"고 물었고, 바로 랩실을 찾아갔습니다.

오 교수는 저녁 식사를 하다가 갑자기 손님을 맞게 됐습니다.

부총리는 KHR-2를 이리저리 살펴보더니 '과기부는 이런거 지원안하고 뭐하고 있었냐 는 등...' 그래서 한바탕 난리가 났다고 합니다.

이런 우여곡절 끝에 2004년부터 오 교수에 대한 정부 지원이 시작됐고, 오 교수는 이번에도 1년도 안되어 '휴보'를 완성했습니다.

초단기간에 휴보를 만든 오 교수는 하루 아침에 전세계의 언론으로부터 주목받게 됐습니다.

심지어 외국의 정보기관에서도 그를 찾아왔다고 합니다.

특히 '아시모'를 개발한 일본은 한마디로 까무러치게 놀랐습니다.

자신들이 수백 억의 자금과 수십 명의 전문가를 투입해 10년 넘게 개발한 것을 한국의 한 과학자가 '푼돈'으로 단기간에 만들었기 때문입니다.

◆아엠 유어 파더, 아시모는 아버지가 없지만, 난 휴보 아버지

휴보의 아버지 오 교수는 현재 보다 개선된 성능의 휴보를 만들고 있습니다.

또 기술력을 인정받은 휴보는 미국 등 해외에서 연구용으로 발주 받아 수출도 되고 있습니다.

오 교수의 바램은 휴보가 전 세계 로봇 연구자들의 표준 플랫폼으로 사용되는 것입니다.

현재 오 교수는 휴보보다 안정화된 KHR-2+ 개발을 진행하면서 동시에 자신의 취미인 '또 다른 연구거리'를 찾고 있습니다.

<오준호 교수와의 1문 1답>

-어려서부터 천재 아니었나?
"영재의 정의는 아이큐가 높은것인가? 나는 이렇게 정의한다. 그 일을 하고 싶은데 안하면 못배기는 사람이다. 나는 내 기억이 있는 한 기계를 좋아했다. 할머니 재봉틀이 너무너무 좋았고, 시계며 공구 등을 가지고 노는 것 자체가 재미있었다."

-초등학교 시절은 어땠나?
“3~4살때부터 기계에 매료됐던 기억이 생생하다. 오죽했으면 병원이 무서운게 아니라 장비들을 보고 오히려 신기해 했다. 모든 자연현상과 기술에 매료됐다. 초등학교 때 별명이 꼬마 박사였다. 그래서 더 아는척 하려고 백과사전도 찾아보고 공부도 더 열심히 했다.”

-초등학교 때 기억에 남는 발명품은?
“초등학교 3학년 때인가...몸체는 종이로 만들고 노즐은 분필에 구멍을 내어 만든 다단계 로켓을 만들었다. 추진체는 화약을 넣었는데, 화약을 구하기 힘들어서 직접 흑색화약 원료를 구입해 만들기도 했다. 나중엔 화려한 폭발효과를 내기 위해 알루미늄 가루까지 넣었다. 또 설계에도 취미가 있어서 로켓이나 비행기, 로봇 등의 작동 메커니즘을 그려보기도 했다.”

-그렇다면 중학교 시절은?
“중학교 들어가서는 라디오 전자공학에 빠졌다. 청계천, 세운상가, 고물상 등을 해매며 라디오, 전축, 무전기 등을 만었다. 당시에는 과학 어린이 잡지가 없던 시절이어서 전파공학 전공책을 구해 공부했다. 또 통나무를 깍아서 배를 만들거나 렌즈를 구해 천체망원경 만들어 목성을 관찰하기도 했다. 증기기관차를 만들었던 것이 기억에 남는다. 동네 공작기계 공장에 가서 실린더를 깍은 증기기관차였는데, 알콜램프로 물을 끓여 움직였다. 갖고 싶은게 있으면 으례 만들었다. 기성품은 재미가 없었다. 발사목을 깍아서 비행기를 만들기도 했다. 엄밀히 말하면 중학교 때는 만들었다기보다 부시면서 보낸것 같다. 신촌에서 신설동을 가는 버스가 청계천을 지나갈 때는 그냥 못지나가고 내렸다. 모든 엔지니어링에 대해 관심이 있었다.”
 
-그 당시 생활이 궁금하다.
“지금은 헐값인 전자 부품들이 그 때는 비쌌다. 트랜지스터 하나를 사면 여러 곳에 때었다 붙혔다를 많이 했다. 내 방에서 작업을 많이 하다보니 아예 장판을 걷어내고 신발을 신고 들어갔다. 책상도 치우고 공구 다이를 놓았다. 고물상을 방불케 했다. 그 방에서 화약이 터지기도 하고, 풍선으로 불꽃놀이도 했다. 언젠가는 큰 연을 만들어서 어디까지 날아가나 끝없이 날려보기도 했는데, 얼레를 공업용 와인더를 썼었다. 그 땐 백과사전이 내 가이드라인이었다.”

-당시 장래 희망은?
“당연히 박사까지 따는 것이고 직업은 교수였다. 이외의 진로에 대해 고민을 해본 적이 없다. 수학과 과학을 특히 잘했다. 그런데 고등학교 때 수학이 시시하다는 건방진 생각을 해 잠시 흥미를 잃기도 했다. 물리와 화학, 생물, 지구과학 등은 점수가 굉장히 좋았다. 반면 영어, 사회, 국어는 거의 빵점이었다. 반 60명 중 50등도 못했다. 그런데 내 동창들은 내가 그 당시 공부를 잘했다고 생각하더라.”

-그러면 어떻게 대학을 갔나?
“고 2때 극한을 배우면서 머리에 반짝 불이 들어왔다. 그날 수학의정석을 사서 독학하기 시작했다. 성적이 반 학기만에 전교 꼴찌그룹에서 전국 20등까지 순식간에 올라갔다. 그런데 사람들이 왜 서울대를 안갔냐고 물어보는데, 그 때는 독일어 때문에 그랬다. 독일어까지 하기는 싫었다. 고 3때는 놀아줄 사람이 없어서 심심했다. 그래서 풀릇 같은 악기를 배우며 소일했다.”

-6개월만에 고등학교 전과정 공부를 마친 것인데?
“천재 아니면 바보라고 생각했다. 시험 보는 것에는 흥미가 없었다. 그런 것을 뭐하러 하나 생각했다. 수학 문제를 푸는 게 무슨 의미가 있나? 그게 수학의 의미를 아는 것인가? 예를 들어 국어에서는 문단 나누기, 중요한 뜻 찾기..이런것을 왜 해야 하는지 이해할 수 없었다. 내 스스로 고집이 있었던 것 같다. 내가 어렸을 때 시계 뚜껑을 열고서 작동 원리를 봤다는 것이 중요한 것이다. 그 전에 내가 알고 있는 시계가 가는 원리는 아무 의미가 없는 것이다.”

-그런데 어떻게 공부를 잘하게 됐나? 수험생이나 학부모가 관심있을 내용이다.
“한 발 떨어져 문제의 본질을 보기 시작하니까 그렇게 싫어하던 국어와 사회 같은 과목의 성적이 순식간에 올랐다. 원래 외우는 것을 싫어했는데, 원리를 이해하니 그것도 너무 재밌더라. 구조를 알면 외울 필요도 없다. 연세대 물리학과를 가서 순수 과학자가 되고 싶었다. 그런데 기계과를 가게 됐다.”

-대학생활은 어땠나?
“대학에 간 나는 물 만난 고기였다. 배우면서 전율했다. 그동안 궁금해했던 것을 이해하면서 너무 재미있었다. 전 학년 수석이었다. 당시 최대 관심사항은 자동제어였다. 연결된 시스템, 구조적으로 움직이는 것, 이런 것들이다. 스터디 그룹 만들어서 토론도 하고, 3학때부터는 대학원 선배 실험실에서 살았다. 남들 도망갈 때 오히려 남아서 더 했다. 청계천에 가서 부품을 사와 실험장치를 만들어 주고, 계측장치, 전자 스위치 등 고장난 장치를 수리해줬다. 앞서 대일 청구권으로 들어온 일제 과학 기자제가 실험실에 쌓여 방치돼 있었다. 전자분야도 좋아했기 때문에 이것들을 수 없이 뜯어봤다.”

-대학 졸업 후는?
“미국 유학 전 2년동안 원자력연구소에서 근무했다. 그러다가 시스템자동제어(동역학자동제어)를 배우러 버클리대학을 갔다. 대학원에서 바이오메카니즘(생체공학)을 공부했다. 학위를 3년 반 만에 끝냈다. CNC 제어도 했다. 유학시절에도 장치 같은 것을 잘 만들어서 인기가 있었다. 노는 것에 관심이 많아 아마도 40%는 놀며 딴짓했던 것 같다. 집사람이 미국에서 공부하는 것을 보지 못했다고 하더라.”

-KAIST 교수가 되어서는?
“논문 쓰고 프로젝트 따는 것들에는 관심이 없었다. 솔직히 교수 초기에는 방향성이 없었다고 봐도 된다. 자동제어 이론, 무인항공기 등 그 때 그 때 관심있던 것들을 했다. 1990년 무렵에는 무인헬기의 호버링에 대한 연구를 했는데, 그 때는 아무도 안하던 분야였다. 흥미롭다면 몰두하는 경향이 있었다. 그래서 어플리케이션이 다양했다. 1993년에는 4족보행 로봇을 만들기도 했는데 발표조차 안했다. 앞서 탄소섬유 초경량로보트를 만들기도 했다.”

-지금은 로봇 전문가인데?
“로봇을 목적으로 배운적은 없다. 대신 많은 센서 개발을 해봤다. 1994년 경엔 초정밀가속도계를 러시아와 공동개발했다거나...리얼타임컨트롤 등도 있다. 로봇은 그동안 공부했던 것들을 종합적으로 적용하기 좋았던 것이다. 특허내고 논문 쓰는 것에는 흥미가 없었다. 로켓과 인공위성에 대해서도 공부했다.”

-로봇 공학에 대해 설명한다면?
“로봇을 구성하는 모든 분야 학문을 1990년대 중반까지 해봤다. 기계설계, 마이크로프로세서, 폼웨어, 실시간제어기술, 자동제어, 안정화, 센서기술, 계측기술(가속도, 관성센서), 자이로스코프 등 연구인지 취미인지 모르게 했다. 또 각종 센싱 기술 등을 15년 동안 다양하게 연마했기 때문에 무엇이든 만들 수 있었다. 오토메틱컨트롤 전문가가 되어 있었다. 이론이 갖춰졌기 때문에 가능한 것이었다.”

-휴보는 어떻게 만들게 됐나?
“로봇에는 관심이 없었던 시절이고, 로봇 학회도 가본적이도 없었다. 그런데 2000년 아시모가 발표되는 것을 TV로 봤다. 황당했다. 저것이 가능한가? 그렇게 1년을 생각해보니 못할 것도 없다고 생각했다. 돈이 필요해 여기저기 프로포즈 했는데, 모두들 택도 없다며 거절했다. 2000년부터 BK21이 시작됐는데, 교수에게 1000만 원을 주던 시절이다. 주로 컴퓨터 몇 대 사면 끝나는 돈이었다. 동료 교수 몇 명을 찾아가서 나에게 투자해라고 해 6000만 원을 만들었다. 2002년 KHR-1  최초로 만들었다. 시작 6개월만이다.”

-당시 제자들까지 반대가 심했다고?
“학생들은 이런거 왜 만드냐고 투덜댔다. 급기야 단체로 찾아와서 항의까지 했다. 만들어 보니까 재미있더만...그 학생들 출세해서 다들 교수됐다.”

-로봇 개발 계획은 어떻게 발전했나?
“KHR-1을 만들고 자신감이 확 생겼다. 그래서 학교에 1억 5000만 원을 신청했다. 처음엔 안주려고 하더니 로봇을 보여주니까 오히려 1년, 1억 5000만으로 되겠느냐며 3년 짜리로 재대로 해보자더라. 그래서 일본은 다 끝난 연구인데, 이걸 1년 이상 끌면 오히려 실패라며 내가 거절했다. 1억 5000만 원 중 5000만 원은 디자인 교수님에게 드렸다. 나머지 1억 원으로 휴보의 전신인 KHR-2를 만들었다. 2003년 초 시작해서 6개월만에 끝냈다.”

-정부 과제로 선정되기까지 우여곡절이 있었다고?
“2002년 7대 성장동력사업이 시작됐는데, 그 중 하나가 로봇이다. 당시 정보통신부 진 장관이 5년 이내에 아시모 수준의 로봇을 만들겠다고 정부에 보고했다 한다. 그러나 자체적으로 기술을 만들기 불가능하다고 판단해 일본, 유럽과 기술 제휴가 논의되고 있던 상황이었다. 이런 사실은 난 관심이 없어 모르고 있었다. 2003년 KAIST 내에서 KHR이 알려지기 시작했고, 곧 일본도 알게 됐다. 국내 정부 관계자들이 일본에 갔을때 일본인들이 오히려 KAIST에 로봇이 있는데 왜 왔냐고 했다더라. 그리고 정통부에서 연락이 왔다. 또 과학기술부 오 부총리가 KAIST에 와서 만찬을 했을 때, 당시 총장이 ‘오 교수가 로봇을 만들었는데 그럴듯 하다’고 말했다. 부총리가 갑자기 ‘볼 수 있냐’고 말하더니 그날 저녁 7시 반에 찾아왔다. 엎드려 이리저리 처다보더니 과기부는 이런거 지원안하고 뭐하고 있었냐는 등...과기부가 난린가 났다.”

-정부 지원은?
“2004년부터 정부 지원이 시작됐다. 2004년 3월부터 돈이 나왔다. 그리고 그해 11월 15일, 시작 1년 만에 휴보가 나왔다. 그해 12월 중순 홍보실에서 연락이 왔다. 하루 아침에 난리가 났다. 전 세계에서 인터뷰,가 밀려들고, 외국 정보기관에서도 왔다. 방문객도 굉장히 많았다. 이전까지 로봇은 일본의 전유물이라고 생각했던 것이다. 일본은 까무러치게 놀랐다. 오준호, 제가 언제 로봇을 했냐는거다. 그리고 또 1년만에 알보를 만들었다.”

-KHR 시리즈를 간단히 설명한다면?
“khr-1은 이족보행이 가능한 로봇을 만드는 것이다(286도수 컴퓨터-제어를 간단하기 하기 위해). khr-2는 완벽한 휴면로봇으로, 눈, 손가락, 멀티테스킹까지 되는 풀 시스템을 가볍게 만드는 것이다. khr-3(휴보)는 이것들을 세련되게 만드는 것이다. 현재는 안정화 된 khr-2+를 만드는 중이다. 휴보는 최초, 최고의 의미를 부여한 게 아니다. 아시모의 아버지는 없다. 조직이 만들었기 대문이다. 그렇지만 나는 휴보의 아버지이다.”

-휴보의 의미는?
“휴보를 브랜드 네임으로 간직하고 싶다. 그래야 아이덴티티가 있다. 현재 싱가폴이 2대, 미국이 6대를 가져다가 연구하고 있다.”

-또 무엇으로 세상을 놀라게 할 것인가? 바램은?
“긴본적인 관심은 시스템이다. 바램이 있다면 휴보나 휴보의 부품, 팔 다리기 다른 곳에도 쓰이고, 또 교육용이나 연구용으로 보급돼 세계 연구자들의 표준 플랫폼으로 사용되는 것이다. 그러면 휴보가 진정한 기술표준이 되는 것이다.”

 <휴보2 제원>

항목

사항

본체

125 cm

중량

45 kg

자유도

40 DOF

이족보행

보행방식

무릅펴고 걷기, 뛰기

보행속도

1.8 km/h(걷기),

2.6km/h(뛰기)

제어부

주 제어기

Intel embedded PC, 933Mhz with CAN 모듈

부 제어기

2채널 BLCD 모터 구동 제어기

제어 아키텍쳐

CAN을 이용한 실시간 분산제어

액튜에이터

BLDC 모터

전원부

사용/충전시간

1시간/2시간반

배터리

48V 8Ah Li-ion Battery

센서부

FT 센서

발바닥 3축 힘/모멘트센서,

손목 3축 힘/모멘트 센서

IMU 센서

3축 각도, 각속도 센서

운영체계

운영체계 OS

Windows XP with RTX

Network

네트워크 방식

무선, 유선

지원 S/W

개발환경

Visual C++ 6.0

프로토콜

휴보에 특별화된 CAN 프로토콜

<관련글>
뛰는 로봇 휴보의 비밀은 발바닥에 있다? http://daedeokvalley.tistory.com/172
옷 벗은 휴보, 휴보 누드사진 http://daedeokvalley.tistory.com/181
posted by 글쓴이 과학이야기

그래핀은 흑연(그래파이트)의 한 층 한 층을 이루는 얇은 막이 박리된 상태를 의미하며, 탄소 원자가 육각형의 규칙적인 평면 구조를 이루고 있습니다.
그래핀의 한 층은 매우 투명하고 높은 전기전도도를 보이기 때문에, 특히 현재 급격한 가격 상승을 보이는 Indium Tin Oxide(ITO) 투명 전극을 대체 할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.
또 그래핀의 유연한 성질은 미래 산업에서 필요로 하는 유연하고 접을 수 있는 소자 및 초고속 반도체 소재로서 이용될 수 있습니다.
그래핀은 탄소 원자가 안정적으로 초박막 상태를 유지할 수 있는 구조로서, 양자홀 효과와 같은 특이한 물리적 성질을 보이기 때문에, 산업계는 물론 학계에서도 매우 높은 관심을 보이고 있는 신소재입니다.
하지만 그래핀을 실질적인 산업에 응용하기 위해서는 양질의 그래핀을 대량으로 생산할 수 있는 기술을 확보하는 것이 관건입니다.
 

꿈의 신소재 그래핀은 가장 우수한 전기적 특성이 있으면서도 투명하고, 기계적으로도 안정하면서 자유자재로 휘어지는 차세대 전자소재입니다.

그러나 현재 제조되고 있는 그래핀은 다결정성을 지니고 있어, 단결정일 때보다 상당히 낮은 전기적, 기계적 특성을 보입니다.

이것은 그래핀의 특성이 결정면의 크기와 경계구조에 큰 영향을 받기 때문입니다.

따라서 우수한 특성을 갖는 그래핀을 제조하기 위해서는 그래핀 결정면의 영역(도메인)과 경계를 쉽고 빠르게 관찰하는 것이 향후 그래핀의 물성을 크게 향상하고 상업화하기 위한 핵심기술입니다.

정희태 교수

KAIST 정희태 교수팀은 LCD에 사용되는 액정의 광학적 특성을 이용해, 그래핀 단결정의 크기와 모양을 대면적에 걸쳐 쉽고 빠르게 시각화할 수 있는 기법을 개발했습니다.

특히 그래핀의 단결정을 시각화함으로써, 단결정에서 얻을 수 있는 이론값에 가장 가까운 전기전도도를 직접 측정하는데 성공했습니다.

이번 연구는 우리나라가 보유한 세계 최고의 액정배향제어기술을 토대로, 대면적에 걸쳐 그래핀의 결정면을 누구나 쉽게 관찰할 수 있는 방법을 제시한 것입니다.

연구팀은 그래핀을 쉽게 대면적에서 관찰할 수 있는 기법을 개발하여 그래핀 상용화분야에서 원천기술을 획득했습니다.

또 그래핀을 이용한 투명전극, 플렉시블 디스플레이, 태양전지와 같은 전자소자 응용연구에도 한 걸음 다가섰습니다.

이번 연구는 정희태 석좌교수가 주도하고 김대우 박사과정생, 김윤호 박사(공동1저자), 정현수 박사과정생(제3저자)이 참여했습니다.

(왼쪽부터)정현수 박사과정생, 김윤호 박사, 김대우 박사과정생

연구 결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 'Nature Nanotechnology' 온라인 속보(11월 20일)에 게재되었습니다.
(논문명: Direct visualization of large-area graphene domains and boundaries by optical birefringency)


 용  어  설  명

결정면(crystal face) :
결정의 외형을 나타내는 평면으로 격자면과 평행인 면

액정배향제어기술 :
액정의 방향을 일정하게 만드는 기술

광학적 특성 :
어느 물질에 빛을 통과시키거나 반사시킬 때 생기는 특성

액정(Liquid Crystals)

액체와 같이 유동성이 있으면서 고체적인 특성을 나타낸다. 전기-광학적 특성이 매우 뛰어나 LCD 구동을 위한 핵심 물질로 사용된다. 자연계에는 네마틱, 스메틱, 콜레스테릭 등 다양한 종류의 액정이 존재하며, 현재 LCD에 사용되는 액정은, 기판의 표면성질에 따라 배향을 쉽게 조절할 수 있는 네마틱 계열의 액정물질이다. 비등방성(anisotropy)을 가지는 액정분자의 구조적인 특징 때문에, 고유한 전기-광학적 특성을 보인다. 본 연구에서는 그래핀 표면에서 일정방향으로 배향되었을 때 나타나는, 액정물질의 굴절률 차이(복굴절, birefringency)를 이용함으로써 그래핀 도메인을 관찰할 수 있었다.

<연 구 개 요>

꿈의 신소재인 그래핀을 산업에 응용하기 위해서는 우수한 물성을 가지면서 대량의 그래핀 생산 기술을 확보하는 것이 최대의 관건이다. 2010년 Andre Geim 교수(Univ. of Manchester)가 스카치테이프를 이용하여 흑연에서 그래핀을 떼어내는 방법 이후에 수많은 그래핀 연구의 발전이 있어 왔으나, 현재까지 가장 큰 이슈 중의 하나가 이론적인 특성보다 상당히 낮은 전기적, 기계적 물성을 보인다는 것이다.

연구결과에 의하면, 이러한 문제의 가장 큰 원인이 현재까지 화학기상성장(CVD) 방법, 화학적 방법 등을 이용하여 합성된 그래핀이 다결정성을 이루어져 있어, 단결정을 가졌을 때 예상되는 이론적인 특성보다 상당히 낮은 전기적, 기계적 물성을 보인다. 이는 다결정성 그래핀에서 발생하는 도메인 간의 경계구조가 에서 전기적, 기계적 성질이 크게 영향을 미치기 때문이라고 알려져 있다. 따라서 이상적인 전기적 특성을 가지는 양질의 그래핀을 제조하기 위해서 그래핀의 도메인과 경계를 관찰하는 것이 그래핀의 상업화에 매우 중요하다.

이러한 그래핀 도메인 조절의 중요성에도 불구하고, 그 도메인과 경계를 쉽게 관찰하는 방법의 개발이 그래핀 연구에 있어서 가장 큰 난점 중의 하나로 여겨져 왔다. 기존의 라만 2D 맵핑(Raman 2D mapping) 분석, 저 에너지 전자 회절(Low Energy Electron Diffaction) 분석, 투과전자현미경(Transmittance Electron Microscopy) 분석으로는  그래핀의 도메인을 관찰하는데 많은 시간이 요구될 뿐 아니라, 그 관찰 범위 또한 수 마이크로로 제한적이라 현실적으로 불가능한 방법들이었다. 따라서 그래핀의 특성을 조절하기 위해서 범용적이며, 손쉽게 그래핀의 결정면을 관찰하는 방법이 최근 그래핀 연구의 핵심이다.

이에, KAIST 생명화학공학과 정희태 석좌교수 연구팀은 LCD에 사용되는 액정의 고유한 광학적인 특성을 이용하여, 대면적에 걸쳐 그래핀의 단결정의 크기 및 모양을 쉽고 빠르게 시각화 할 수 있는 기법을 개발하였다. 특히 그래핀 단결정을 시각화함으로써, 단결정에서 얻어질 수 있는 이론값에 근사하는 전기전도도를 직접적으로 측정하는 쾌거도 이루었다.

(좌) 그래핀 결정면을 따라 배향된 액정분자 배향 모식도(우) 광학현미경으로 관찰된 실제 그래핀 결정면의 모습

그림 (좌) 모식도에서 보는 바와 같이, 그래핀 표면에 형성된 네마틱 액정분자의 알킬분자구조는 그래핀 층의 육각형 구조의 지그재그 간격과 일치하기 때문에, 그래핀 층의 결정방향에 따라 각 도메인에서 적합한 방향으로 에피택시(epitaxy)하게 배향된다. 또한 액정 분자체에 포함된 벤젠링 구조는 sp2 혼성결합으로 이루어진 육각형 벌집모양의 그래핀 표면과 강한 상호작용을 하여, 액정 분자체의 배향은 그래핀 도메인 배향과 일치하여 배향될 수 있다. 이렇게 그래핀의 도메인에 따라 배향된 액정분자체의 복굴절 색상을 편광현미경으로 관찰하게 되면, 그림 (우)에서 보는 바와 같이 그래핀 도메인에 따라 액정 층이 각각 다른 색을 띄게 되어 그래핀의 도메인과 경계구조를 광학적으로 손쉽게 확인할 수 있다.
 
이러한 그래핀 결정면의 광학적 시각화 방법은 손쉬운 액정 코팅방법을 사용함으로써 그 작업이 단순하고 시간과 비용이 줄어드는 동시에 편광현미경으로 관찰 가능한 범위(~수cm 이상)의 매우 넓은 영역의 결정구조를 확인할 수 있어 그래핀 특성을 연구하는데 필수적이다. 이러한 액정코팅을 통해 그래핀 도메인을 관찰하는 기법은 CVD로 합성된 그래핀뿐만 아니라, 다양한 합성법(기계적 박리, 화학적 합성 등)으로 만들어진 모든 그래핀 도메인 관찰에 적용 가능한 기술로서, 향후 그래핀 소재 연구 분야에서 광범위하게 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

세계적으로 반도체와 디스플레이에서 강한 면모를 보이고 있는 우리나라는 그래핀을 쉽게 대면적에서 관찰할 수 있는 기술까지 보유하게 됨으로써, 그래핀 상용화분야에서 원천기술을 갖게 되었으며, 그래핀을 이용한 투명전극, 플렉시블 디스플레이, 태양전지와 같은 전자소자 응용연구에 한 발짝 다가설 수 있게 되었다. 그래핀을 이용한 새로운 응용의 신기원을 열게 되었으며, 차세대 전자소자 산업분야에서 시장 선점 및 막대한 부가가치 창출 등을 통해 국가경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

posted by 글쓴이 과학이야기

현재 메모리 시장을 주도하는 우리나라가 차세대 메모리 분야에서 지속적으로 우위를 선점하기 위해서는 다양한 형태의 차세대 비휘발성 메모리 소자개발이 중요합니다.

외부 환경에 안정적이면서 전도성이 뛰어난 그래핀을 이용한 메모리 소자는 향후 무기반도체기술의 뒤를 이을 차세대 메모리 소자입니다.

그래핀 소자는 단위 면적당 초고밀도 집적이 가능하고, 다양한 물질(유기 화합물, 고분자, 금속)을 이용해 응용할 수 있어, 최근 세계 연구자들이 그래핀을 이용한 다양한 메모리 소자를 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

전도성이 뛰어나면서도 용액공정이 가능한 환원산화그래핀의 얇은 막을 활용한 비휘발성 분자 메모리 소자가 개발됐습니다.

성균관대 이효영 교수팀은 용액공정이 가능한 환원산화그래핀 전극막을 활용하여 불과 5나노미터 이하 두께의 단분자막을 기반으로 한 소자로서, 거의 100%의 수득률을 나타내면서도 메모리 소자 이외에 여러 가지 기능성을 갖는 분자막 소자(다이오드, 전도성 분자와이어 등)에도 다양하게 적용할 수 있습니다.

연구팀이 개발한 소자는 환원산화그래핀 층이 상부전극금속 나노입자가 단분자막으로 침투하려는 것을 막아, 금속전극만 사용할 경우 10%미만이었던 소자의 수득률을 월등히 향상시켰습니다.

또한 환원산화그래핀 층이 화학적으로 안정하며 투명하고 전기전도성도 높기 때문에 다양한 기능성 분자 소자(광센서, 바이오센서)를 쉽게 제작할 수 있는 특징이 있습니다.
<환원산화그래핀/단분자막으로 구성된 유기전극, 저항, 혹은 메모리 등 다양한 분자소자에 적용 가능하다.>
 
a) 유기 단분자막 없는 환원그래핀옥사이드의 소자와 그의 전기적인 특성,
b) 메모리 특성을 갖고 있지 않은 유기 단분자막을 이용한 비교 실험, 전기적인 특성이 그림 (a)와 동일하다.
c) 메모리 특성을 갖고 있는 유기 단분자막과 환원그래핀옥사이드 로 이루어진 메모리 소자, 확실한 메모리 특성이 나타나고 있다.
<비휘발성 메모리 효과>
 환원산화그래핀/유기전위금속화합물 단분자막 소자의 on/off 성능이 뛰어나고 안정성이 지속적으로 유지 되는 것을 볼 수 있다.

이번 연구 결과는 화학 분야의 권위 있는 학술지인 독일의 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)'지 온라인 속보(11월 16일)에 게재되었습니다. 
(논문명 : Solution-Processed Reduced Graphene Oxide Films as Electronic Contacts for Molecular Monolayer Junctions)

 용  어  설  명

용액공정 :
용액상태로 녹아있는 물질을 이용한 공정

환원산화그래핀(Reduced Graphene Oxide) :
그래파이트(흑연)를 산화시켜 만든 그래핀옥사이드를 환원한 용액으로, 그래핀과 같이 높은 전기전도성과 전하이동도를 갖고, 대량생산과 용액제조가 가능함.
그래파이트를 산화시켜 만든 산화그래핀을 환원하여 그래핀과 같은 전기적 특징을 나타냄. 근본적으로 육각형 구조로 탄소와 탄소 간 공액 결합으로 연결되어 있는 하나의 층으로 이루어졌으며,  높은 전도성 및 전하 이동도를 갖고 있으며 대량 생산 및 용액제조가 가능

비휘발성 분자 메모리 소자 :
분자를 이용한 비휘발성 메모리 소자로서, 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 컴퓨터나 스마트폰 메모리
 
수득률(收得率) :
원료물질로부터 화학적 과정을 거쳐 목적물질을 얻는 경우에 실제 얻은 양의 이론 양에 대한 비율
 <연 구 개 요>

본 연구는 단분자막을 기반으로 하는 분자전자소자 제작에 있어서 제작과정에서 발생하는 분자의 화학적, 전기적 특성 저하 및 수득률 소실을 개선하고자 하는 게 주목적이다.

단분자막 분자 전자 기술은 전자 소자의 소형화 구현이라는 목적 하에 신뢰할만한 분자전자 소자를 만들기 위한 연구가 진행되어 왔다.
그러나 분자의 기능성을 소실하지 않고 소자를 구현하기 위하여 제작과정에서 발생하는 분자 층의 보호가 절실하였다. 소자의 구조를 살피면, 분자층이 두 전극 사이에 위치하도록 하여 기능성 분자(전기화학적 활성인 메모리 소자, 전도성 분자 와이어, 그리고 분자 저항소자)의 전기적 특성이 전극경계면에서 소실되지 않도록 하는 것이 중요하다.
그러나 분자층이 수 나노미터(2-3 나노미터)로 얇아서 전극을 형성하는 과정에서 발생하는 금속 알갱이들에 의한 분자층의 파괴로 인하여 소자의 수득률이 10% 미만으로 매우 낮았다.

그리하여 본 연구에서는 전극과 분자층 사이, 특히 분자층 위에 형성하는 상부 전극과의 경계면에 뛰어난 전도성 층을 형성할 수 있으며, 분자층을 보호할 수 있는 수 나노층의 환원산화그래핀 층을 도입하였다. 그 결과 환원산화그래핀가 10나노미터 수준의 얇고 전도성이 뛰어난 전도성 유기막을 형성할 수 있고 단순 저항체로서의 분자층뿐만 아니라 분자메모리기능성 분자층에 이르기까지 분자의 기능성에 전혀 손실이 없고 거의 100%에 가까운 소자 수득률을 보장할 수 있었다.

환원산화그래핀는 용액형태로 간단한 스핀코팅 방법으로 나노층의 안정한 막을 형성할 수 있으며 금 전극과 탄소화합물인 분자층과의 경계면에서 전기적 소실이 매우 적어서 기존에 소개된 단분자막 분자전자소자에 적용 가능한 전도성 유기층(전도성 폴리머, 탄소나노튜브, 그리고 그래핀) 물질들이 갖는 약점인 저전도성, 제작과정에서의 오염 및 분자층의 소실 우려 등을 배제할 수 있다.
뿐만 아니라 환원산화그래핀를 도입한 분자전자소자는 분자의 기능성에 대한 뛰어난 분별력을 보여줌으로써 상업적으로도 다양한 기능성 분자전자 소재에 광범위하게 적용 가능할 것으로 판단된다.

이효영 교수(가장 오른쪽), 서소현 박사(제1저자, 가운데), 민미숙 박사과정생(제2저자, 가장 왼쪽) 등이 실험결과를 분석하고 있다.

posted by 글쓴이 과학이야기

반딧불이의 생물발광에서 착안하여 지뢰에 힘이 가해졌을 때 파편 대신 발광액을 적에게 분사하는 발광지뢰가 국방부와 특허청 공동 개최 「2011 군장병 발명경진대회」대상을 받았습니다.
 
육군 특수전사령부 소속 이문희 중사가 발명한 이 발광지뢰는 지뢰의 파편 대신 발광액을 분사하여 적군을 찾아내는 비살상형이며, 야간작전 시 조명탄 없이도 적 추적 및 경고용 등으로 활용될 수 있어 작전수행능력 향상에 기여할 것으로 기대받고 있습니다.

올해부터는 해군, 공군도 함께 참여하여 전군(全軍)대회로 확대된 이번 대회에는 전국 37개 부대에서 총 1007건의 발명아이디어가 접수돼 최종 66작품이 선정됐습니다.

수상 발명품은 2011년 12월 1일부터 4일간 서울 코엑스 「대한민국 발명특허대전」을 통해 일반인에게 공개됩니다.

◆ 대상(국방부장관상) : 육군 특전사 중사 이문희, 발광지뢰

 - 반딧불이의 생물발광에서 착안하여 지뢰 내부에 발광물질을 넣고 지뢰에 힘이 가해졌을 때 그에 반응하여 신관폭발/압축가스 분사방식 등을 이용하여 발광액을 적에게 도포하게 하는 장치
 -일반지뢰와 달리 비살상형 지뢰로써 작전의 효과/안정성을 추구
 - 일반적인 전술훈련의 교보재로 사용하며, 주야간에 국지도발 등 적에 대한 추적이나 경계근무, 위병소 근무 시 적에 대한 위협성 경고용으로 활용가능









◆ 금상(특허청장상) : 해군 2함대 6급 정종대, 만능물림장치 후크 장착 체인블록

 - 물림장치를 겸용한 고리형 후크를 장착한 체인블록으로 철강구조물 전 분야에 걸쳐 체인블록을 직접 체결하여 사용할 수 있는 장치
 -기존의 체인블록은 철판 및 빔에 직접 걸 수 없으며, 별도의 줄 걸이용구 및 패드아이 등 부착 고정물이 필요
- 타 부속장치 없이 바로 모든 철강구조물에 직접 장착사용 가능하며, 군함 내부 등 협소한 작업공간 속에서 화물 양-하륙 가능


 





◆ 금상(특허청장상) : 공군 8전투비행단 원사 안성도, 항공기 연료 수분탐지용 전자식 장비

 - 본 발명품은 물과 기름이 밀도차이 및 전기적 특성을  이용하여 탐침봉에 물 또는 불순물이 접촉시 연료의 이상유무상태를 시각(LED)과 청각(부저)신호를 통해 알려주는 장치
- 현 Water Drain Kit 및 투명유리병을 이용한 주관적 육안검사방식보다 신속하고 경제적이며, 항공기 및 급유차량에서 Water Drain유 점검용 장비로 활용가능

 





◆ 금상(특허청장상) : 육군 특전사 상병 정성, 응급처치기

 - 본 발명은 전시 또 평시에 사고발생으로 인한 출혈 및 골절사고에 누구나 빠르고 쉽게 응급처치를 실행하기 위하여 고안된 장치
 - 활동이 많은 군인의 행군, 강하훈련이나 일반인의 등산과 같은 레저스포츠 사고에 발생할 수 있는 과다출혈 및 골절사고에 활용






◆ 육군참모총장상 : 육군 항작사 중령 최동민, 항공기 및 전차용 기관총 탄통 개선

 - 전 군의 기동헬기 및 전차에 운용 중인 기관총탄의 잦은 걸림현상을 해소하기 위해 탄통으로 개선하여 송탄티에 의한 걸림 및 기능고장 해소
 - 전-평시에 기관총의 지속사격이 가능하며, 즉각 사격 가능태세 유지로 생존성 증대


 




◆ 육군참모총장상 : 육군 22사단 대위 홍종팔, 이동식 조립형 기능초소

 - 각종 훈련 및 작전시 별도의 축성자재와 축성물을 사용하지 않고 이동식 조립형 기능성 초소를 통해 신속한 설치 및 철거
- 육,해,공군은 물론 경찰 전술연마에 효율적으로 운용될 수 있음






 2011 군장병 발명경진대회 수상자 명단

◆ 우수 작품

구 분

작품명

소 속

계급

성 명

대 상

국방부장관상

발광지뢰

육군

중사

이문희

금 상

(5)

특허청장상

(3)

만능물림장치 후크 장착 체인블록

해군

6급

정종대

항공기 연료 수분탐지용 전자식 장비

공군

원사

안성도

응급처치기

육군

상병

정  성

육군참모총장상

(2)

항공기 및 전차용 기관총 탄통 개선

육군

중령

최동민

이동식 조립형 기능초소

육군

대위

홍종팔

은 상

(10)

한국발명진흥회

(4)

조정간 안전검사 총기거치대

육군

병장

박진호

허리 조절기

육군

일병

이준혁

다기능 나침의

육군

일병

조상현

침입자 방지용 함정망

육군

8급

나병도

국방과학연구소

(3)

공중침투시 총기 결속장비

육군

소령

김수근

적외선 LED를 활용한 전기식 조명지뢰

육군

소령

황석영

탄알집 탄약발수 확인 장치

육군

대위

나성일

국방기술품질원

(3)

크레모아 격발기 검전기 일체형

육군

9급

고승열

자주포 발전기 제거 설치

육군

6급

김규덕

지게차 틸트각 수평계

공군

하사

김용휘

동 상

(20)

개인화기 접용점 조절기

육군

병장

김용상

레전등

육군

상병

박형진

일체형 고무링

육군

상병

이승호

투명탄클립

육군

병장

박가람

와플 구두약

육군

대위

강창화

군인 목 베게(야전용 수면베게)

공군

중사

김수곤

잔디 이식 장치

공군

소령

이기영

3단 합체 일체형 반합

육군

상병

이동원

소총 크리크 조정기

육군

일병

배용일

자성권총걸이

육군

상병

이재서

위장 방탄헬멧

육군

상병

박형진

방독면 안경 렌즈

육군

하사

김진우

기초 사격/탄착점 확인기

육군

상사

류재진

변속기 크레인 종결자

육군

8급

송원주

Bell Crank 분해 Jig

공군

하사

박준영

방독면 속 안경 보관함

공군

중사

김한용

뒤집어 까 제껴서 open하는 반합뚜껑

육군

병장

남두호

곡사화기 모의 전자식 폭음탄

육군

교수,

소령

홍진표,황석영

Spring 확장력 검사용 Fixture

공군

하사

신재민

태양열 인원감지 경계등

육군

준위

정현석

구 분

작품명

소 속

계급

성 명

장려상

(30)

지게차 체인 오일 자동분사 탱크

육군

8급

나병도

신속하게 착용할 수 있는 방독면 두건어깨끈

육군

상병

김범식

매복용 방충망

육군

대위

박철범

개량형 지주핀

육군

병장

이상윤

무전기 본체 하부 고정걸쇠 부착 지게

육군

대위

김광덕

무전기 송수화기에 이어폰 연결단자 제작

육군

소령(진)

이원세

구명환 내장형 인명구조용 구명볼

해군

6급

정종대

무인 배드민턴 코치

공군

중사

김창식

전투기 탄약 자동 계수기

공군

병장

노영찬

파이프를 이용한 4륜 이송롤러 장치

해군

6급

정종대

원격조정기를 이용한 전자식 테니스 스코어 보드

공군

중령

박장수

열감지센서 기능 랜턴

공군

상사

도말식

이동 소총 표적 시스템

육군

일병

배용일

소총 가스조저기 눌림쇠 개발

육군

중사

신봉기

전투복 (탈,착식)기술보유 자격증표

공군

하사

지준오

팔, 다리 분리형 침낭(침낭 개선)

육군

대위

강  민

철항 개선 및 철항 설치/제거장비

육군

원사

이동천

접안점 유지기

육군

대위

오대영

개인 제독제 KD-1

육군

이병

박성호

마스터실린더 조임기

육군

상사

이병욱

통합 충전기

육군

대위

강필승

라인탄입대

육군

상병

김대철

방독면 턱끈

육군

일병

백수흠

편리한 완전군장

육군

중사

정철웅

경계근무에 안성맞춤 후레시

육군

일병

김태병

레토나 탈부착 신형창문

육군

일병

탁영훈

군용 기능성 탈부착 안면 마스크

육군

상병

성관흥

군용 텐트 PACK 설치 및 제거 공구

육군

준위

전병일

필승 우의

해군

상병

허준혁

Jo-Bolt 장탈작업 보조 Fixture

공군

7급

한기덕

 2011 군장병 발명경진대회 개요

 ◇ 목적
  o 지재권 교육과 연계, 군장병의 아이디어를 구현?활용할 수 있는 기회를 제공함으로써 군장병의 발명체험 및 군 전투력 향상

◇ 시행기관
  o 주최 : 특허청, 국방부        o 주관 : 한국발명진흥회
  o 후원 : 국방과학연구소, 국방기술품질원

◇ 주요일정
  o 발명 아이디어 제출 : 2011년 7월 1일~ 8월 10일
  o 지역센터별 자체 선행기술조사를 통한 1차 아이디어 심사 : 8월
  o 총괄아이디어 심사 : 9월 6일
    * 선정된 아이디어에 한하여 발명품 제작비 지원(최대 25만원)
  o 대회최종 심사 : 10월 31일

◇ 출품내용
  o 군 생활의 모든 용품을 대상으로 활용개선 및 군 전투력에 도움을 주는 발명품(군 보급품 이외의 재료나 소재도 사용가능)
    * 제작 가능성이 있는 발명품에 한함(발명품 제작이 어려운 경우도 출품 가능)

◇ 참가자격
  o 대한민국 육해공군 전장병(병사, 부사관, 장교) 및 군무원

◇ 시상내역

구 분

상 격

개수

상금

대상

국방부장관상

1건

100만원

금상

특허청장상, 육군참모총장상

5건

50만원

은상

한국발명진흥회, 국방과학연구소, 국방기술품질원

10건

30만원

동상

생략

20건

20만원

장려상

생략

30건

10만원 

총 상금

66건

1,350만원

우수지도자

10건

50만원

우수부대

4건

50만원


 

posted by 글쓴이 과학이야기
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