이내응 교수 연구팀, 생체 촉각기관 모사한 '지능형 인공 촉각 수용기' 개발

신소재공학과 이내응 교수 연구팀은 인간의 촉각 인지 시스템에서 착안하여 유사 시냅스의 기능과 구조를 모사한 지능형 인공 촉각 수용기* 어레이*를 개발하였으며, 이를 기반으로 새로운 지능형 센서 플랫폼을 구현했다고 밝혔다. * 촉각 수용기: 외부의 자극 (압력, 진동, 온도 등)을 감지하여, 활동 전위로 변환하여 뇌로 전달하는 역할 * 어레이: 단일 소자가 아닌 다수의 소자로서 집합적으로 동작하도록 제작된 구조 최근 인공지능의 중요성과 역할은 전 산업 분야에서 주목받고 있으며, 특히 피지컬 AI(Physical AI)는 미래 산업에서 자율 시스템의 핵심 기반 기술로 부상하고 있다. 피지컬 AI에서 데이터 입력은 센서를 통해 시작되며, 이에 따라 센서 데이터의 효율적 처리를 위해 고성능 신호처리 능력을 갖춘 인체 체성감각계의 메커니즘을 모사한 지능형 센서 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 이번 연구는 인체의 감각기관이 정보를 처음 처리하는 방식, 즉 감각 수용체와 신경 말단 사이의 ‘유사 시냅스 구조’에 주목해 이루어졌다. 연구팀은 사람의 피부 속 느린 적응형(메르켈)과 빠른 적응형(파시니안) 촉각 수용체에서 영감을 받아, 두 가지 적응 특성을 모두 반영한 16개의 감각 센서부와 시냅스부(시냅틱 트랜지스터)를 하나로 통합한 플랫폼을 개발했다. 이 플랫폼은 마치 사람의 지문처럼 생긴 마찰전기 센서층과, 자극을 기억하고 반응하는 시냅틱 트랜지스터를 단일 구조로 구현한 것으로, 느린 자극과 빠른 자극을 동시에 인식할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 실험을 통해, 이 센서는 기계적인 자극의 강도·빈도·형태에 따라 시냅스 가중치가 자연스럽게 변화하며 반응하는 것을 확인했다. 특히, 전체 데이터의 10% 이하만을 활용해도 90% 이상의 정확도로 질감과 표면 패턴을 인식할 수 있어, 기존 기술에 비해 데이터 처리 효율이 매우 우수한 것으로 나타났다. 이와 같이, 감각 자체에 인공지능적 기능이 내장된 센서는 초저전압, 초저전력, 고효율로 작동하는 것이 특징이며, 지능형 로봇, 뉴로모픽 감각 시스템, 웨어러블 전자피부 등 다양한 분야에 새로운 기술적 가능성을 제시한다. 특히 외부 환경 데이터를 센서 단계에서부터 처리할 수 있어, 향후 고속·고효율 자율 AI 시스템 구현의 핵심 기술로 주목받고 있다. 이 연구결과는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원, 나노 및 소재기술개발 사업, 교육부의 기초연구기반구축사업 (중점연구소지원)의 지원으로 수행되었다. 성균관대 홍석주 석박통합과정생과 이유림 박사, 아타누 배그 박사가 공동제1저자로 참여하였고, 이내응 교수가 교신저자로 진행한 이 연구 성과는 재료분야에서 세계 최고 권위를 가진 학술지‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’에 25년 4월 28에 게재되었다. ※논문명: Bio-inspired artificial mechanoreceptors with built-in synaptic functions for intelligent tactile skin ※저널명: Nature Materials ※저자명: 이내응(교신저자), 홍석주, 이유림, 아타누 배그(제1저자), 김효수, Trang Quang Trung, M Junaid Sultan, 문동빈 (공동저자) 인간의 느린적응와 빠른적응 촉각 수용체가 동시에 모방된 초고효율, 초고전력, 초저전압 지능형 인공 촉각 수용기 개발 (왼쪽부터)성균관대 이내응 교수, 홍석주 석박사통합과정생, 이유림 박사, 아타누 배그 박사

신소재공학과 출신, 울런공대 김정호 교수(신소재공학과 겸임교수), 2024년 세계 상위 1% 연구자(HCR) 선정

신소재공학과 출신, 울런공대 김정호 교수(신소재공학과 겸임교수), 2024년 세계 상위 1% 연구자(HCR) 선정! ▲ 김정호 교수 우리 대학은 클래리베이트(Clarivate)사가 발표한 2024년 세계 상위 1% 연구자(Highly Cited Researcher, HCR) 선정 결과에서 소속 교원 10명이 HCR로 선정되며, 2년 연속 사립대학 1위를 차지했다. HCR은 분야별로 논문이 상위 1%에 해당하는 피인용 횟수를 기록한 HCP(Highly Cited Paper) 보유 연구자를 의미하며, 연구 성과의 질과 영향력을 인정받은 세계적 기준이다. 2024년 발표에서는 전 세계 59개 국가 및 1,200여 기관에서 6,886명이 HCR로 선정되었고, 국내에서는 12개 분야에서 총 75명이 이름을 올렸다. 성균관대는 △서울대(12명) △성균관대(10명) △UNIST(8명) △한양대(6명) △연세대(5명) △고려대(5명) 순으로 선정되며, 국내 대학 중 2위, 사립대학 중 1위를 기록했다. 올해 선정된 성균관대 연구자는 △박남규 교수(재료과학, 8년 연속) △이영희 교수(크로스필드, 7년 연속) △안명주 교수(임상의학, 6년 연속) △박근칠 교수(임상의학, 5년 연속) △이진욱 교수(크로스필드, 4년 연속) △무함마드칸 교수(컴퓨터과학, 4년 연속) △임호영 교수(크로스필드, 3년 연속) △김대식 교수(크로스필드, ’20~’21 선정) △신현석 교수(크로스필드, 신규) △김정호 교수(크로스필드, 신규)이다. 특히, 박남규 교수는 세계 최초 안정적인 페로브스카이트 태양전지를 개발하며 상용화에 기여한 업적을 통해 국내 최초 종신 석좌교수로 임명되었으며, 이영희 교수는 7년 연속 크로스필드 분야 HCR로 선정되어 연구 역량을 입증했다. 신규 HCR로 선정된 신현석 교수는 올해 출범한 이차원양자헤테로구조체연구단의 단장으로 활약 중이며, 본교 졸업생인 김정호 교수의 선정은 성균관대 연구 생태계의 지속적 성장 가능성을 보여준다. 유지범 총장은 “성균관대의 연구 성과는 혁신적이고 도전적인 학문 활동의 결과로, 인류와 미래 사회 문제 해결에 기여하고자 하는 우리의 의지를 반영한다”며 “앞으로도 세계적 연구 영향력을 강화하며 글로벌 연구중심대학으로서 위상을 높여갈 것”이라고 밝혔다.

원병묵 교수 연구팀, 세포 골지체 노화 메커니즘 발견

성균관대, 골지체 노화 메커니즘 발견 - 골지체 노화에 의한 세포내 시그널과 후성 유전 조절 교란 메커니즘 규명 우리 신체는 하나의 세포로부터 탄생하고 성장하여 어른이 되고 노화되는 ‘다양한 발달’ 과정을 겪는다. 성균관대학교 신소재공학부 연성물질물리 연구실의 박사후연구원 소피아 브리토 박사(제1저자)와 원병묵 교수(교신저자)는 세포가 노화되면서 점차 외부 시그널에 반응하지 못하는 생물학의 오랜 난제를 규명하였으며, 연구 결과는 발달 생물학 분야 최우수 저널인 Developmental Cell에 2025년 1월 6일자 온라인 게재되었다. 이번 연구에서 세포내 소기관인 ‘골지체 노화’를 처음으로 관찰하고 그 원인으로 ‘아연 항상성 변화’ 메커니즘을 규명하였다. 이를 바탕으로 노화는 생체 분자들이 열역학 제2법칙을 따라 움직이는 필수 불가결한 비가역적 현상임을 제안하였다. 인간의 세포는 끊임없이 대사를 하고 있다. 대사 과정에서, 다양한 세포내 물질들의 평균적 무질서도가 끊임없이 증가한다. 세포내 필수 미네랄인 ‘아연’의 무질서도도 증가한다. 세포 노화가 진행되면, 단백질에 고르게 존재해야 할 아연이 무질서하게 바뀌어 세포내 아연 결핍 부분과 아연 과잉 부분이 늘어난다. 특히, 골지체 아연 결합 단백질에서 발견되는 불균일한 아연 분포가 ‘골지체의 노화’를 유도한다. 그 결과, 골지체에서 만드는 세포내 물질의 이동 통로인 ‘미세소관’ 구조가 무너지고, 다양한 외부 신호를 전달하는 운반체인 단백질이 정상적인 위치로 이동하지 못한다. 결국, 세포는 더 이상 대사 제어가 안 되어 다양한 노인성 질환을 일으키고 마침내 죽음에 이른다. 세포 골지체 노화 제어는 노인성 질환 예방 또는 건강 수명 연장을 위해 주목해야 할 새로운 연구 주제이다. 기존의 피부 노화에서 단순한 콜라겐 생성 유도가 아닌 새로운 피부 항노화 전략으로서 골지체 노화 제어가 앞으로 더욱 주목받을 것으로 기대한다. 본 연구는 가톨릭대학교 의과대학 약리학 교실(김지훈 교수, 공동교신), 아주대학교 항노화 연구실(빈범호 교수, 공동교신)과 공동으로 진행되었다. ※ 저널: Developmental Cell, 발달 생물학 분야 상위 4% 저널(IF = 10.7) ※ 제목: Age-associated interplay between zinc deficiency and Golgi stress hinders microtubule-dependent cellular signaling and epigenetic control ※ DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.12.024 ※ 제1저자: Sofia Brito 박사 ※ 지도 교수: 원병묵 교수 (성균관대학교 신소재공학부)

정현석 교수 연구팀, 고분자 가교 중합을 이용한 수분에도 안정한 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발

[그림] 신소재공학부 정현석 교수 · Guo He 연구원 (왼쪽부터) 고분자 가교 중합을 이용한 수분에도 안정한 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발 이 연구는 할라이드 페로브스카이트 박막의 입계 결함과 격자 변형 문제를 효과적으로 해결하여 상용화 가능성을 높인데 학술적 의의가 있다. 신소재공학부 및 성균에너지과학기술원 소속 정현석 교수가 이끄는 공동연구팀이 페로브스카이트-폴리머 복합체를 활용하여 고효율 및 고안정성 페로브스카이트 태양전지 구현에 성공했다고 밝혔다. 할라이드 페로브스카이트 박막은 기판과의 열팽창 계수 불일치에 의해 결정 성장 과정 중 격자 변형이 발생하고 박막 내 잔류 응력을 유발한다. 이는 이온 이동 활성화 에너지를 감소시켜 페로브스카이트 분해를 가속하는 문제가 있어 안정성 확보를 위해 관련 기술 개발이 요구되었다. 또한 할라이드 페로브스카이트 물질은 수분에 매우 취약하여 상용화를 위해 수분 안정성 확보 또한 지속적으로 요구되어 왔다. 이에 정현석 교수 연구팀은 이러한 고효율 태양전지의 상용화에 큰 장애물로 작용해 온 페로브스카이트의 불안정성을 극복할 수 있는 혁신적인 방법을 개발했다. 연구팀은 비정질 페로브스카이트 박막과 아크릴아미드(Acrylamide) 단량체에 빛을 조사하여 교차결합시켜 안정적이고 고효율의 페로브스카이트 태양전지를 제작했다. 이 방법은 박막 내에서 결정 성장 및 결정 간의 교차결합을 촉진시켜 페로브스카이트 박막의 안정성을 크게 향상시켰다. 특히, 아크릴아미드 단량체는 페로브스카이트 박막의 결정립 크기를 확장시키고, 결정의 선호 방향성을 유도하며, 교차결합층은 페로브스카이트 박막을 수분에 의한 열화로부터 보호함을 밝혀냈다. 연구팀은 이번 연구를 통해 개발된 기술은 페로브스카이트 태양전지의 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 장기적인 안정성을 확보하는 데 큰 성과를 거두었다고 밝혔다. 연구 결과에 따르면, 제안된 전략을 사용하여 제작된 소자는 24.45%의 전력 변환 효율(Power Conversion Efficiency)과 1.199 V의 개방 회로 전압(VOC, Open Circuit Voltage)을 달성했으며, 이는 TiO2로 구성된 전자 수송층(Electron Transport Layer)을 포함한 할라이드 페로브스카이트 태양전지 분야에서 보고된 최고 VOC이다. 또한 고습 환경에서의 높은 안정성(700시간 후 초기 성능의 80% 유지) 및 광안정성(1,008시간 후 초기 성능의 80% 유지)를 확인했다. 페로브스카이트 박막 내 압력 결함 제어 및 고결정 페로브스카이트 박막 형성 과정 추가적으로, 연구팀은 제안된 전략을 활용하여 대면적 PSC 모듈을 제작했으며, 이 모듈은 33cm²의 활성 면적에서 77.1%의 높은 필팩터(Fill factor), 20.31%의 전력 변환 효율과 뛰어난 저장 안정성을 보여 대면적 소자로의 확장 가능성 또한 입증했다. 이 연구는 할라이드 페로브스카이트 박막의 입계 결함과 격자 변형 문제를 효과적으로 해결하여 상용화 가능성을 높인데 학술적 의의가 있다. 정현석 교수는 "아크릴아미드 단량체를 사용한 새로운 접근법이 격자 변형을 완화하고 페로브스카이트 박막의 결정 성장을 제어하여 고품질 박막을 생산할 수 있으며 박막의 소수성 특성을 확보하여 할라이드 페로브스카이트 소재의 오랜 문제인 수분 안정성에 대한 문제를 해결하는 등 상용화에 기여할 수 있는 기술로 기대된다."고 설명했다. 본 연구 성과는 에너지, 연료(Energy&Fuels) 분야 상위 3% 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)에 표지 논문으로 2024년 1월 5일에 게재되었다. ※ 저널명: Advanced Energy Materials ※ 논문명: In Situ Polymerization of Cross-Linked Perovskite–Polymer Composites for Highly Stable and Efficient Perovskite Solar Cells ※ DOI: 10.1002/aenm.202302743 ※ 저자 - 교신저자: 정현석 교수(성균관대학교 신소재공학부 / 성균에너지과학기술원), 한길상(한국화학연구원) - 제1저자: Guo He(성균관대학교 신소재공학과 박사과정) - 공동저자: 윤건우(성균관대학교 신소재공학과 석박통합과정), Zi Jia Li(China New Energy R&D Center), 윤영훈 박사, 이상욱 교수(이하 경북대학교 신소재공학부), 서유현 박사, 전남중 선임연구원(이하 한국화학연구원)