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- [연구] 윤정호 교수 공동연구팀, 차세대 보안·컴퓨팅의 열쇠 ‘멤리스터 무작위성’ 원천 규명 NEW
- 윤정호 교수 공동연구팀, 차세대 보안·컴퓨팅의 열쇠 ‘멤리스터 무작위성’ 원천 규명 - 주사열현미경 활용해 소자 내부의 다중 전도성 경로와 열 효과 메커니즘 세계 최초 확인 - 물리적 엔트로피 소자 기반의 진성난수발생기 구현으로 미래 보안 기술 선점 기대 신소재공학부 윤정호 교수 연구팀은 인천대학교(총장 이인재) 김경태 교수 연구팀 및 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 허성훈 박사 연구팀과의 공동연구를 통해, 차세대 반도체 소자로 주목받는 ‘휘발성 이온 이동형 멤리스터(Memristor)’의 저항 변화 현상이 다중 전도성 경로와 열 효과가 결합된 복합 메커니즘에 의해 발생한다는 사실을 세계 최초로 규명했다. 이번 연구는 그동안 베일에 싸여 있던 멤리스터 소자의 선천적 무작위성(Stochasticity)의 근본 원인을 밝혀낸 것으로, 향후 정보보안을 위한 난수 생성 및 확률론적 컴퓨팅 등 미래형 연산 시스템 구축에 획기적인 전환점을 마련할 것으로 기대된다. 휘발성 이온 이동형 멤리스터는 전압을 가하면 내부에 금속 이온으로 이루어진 미세한 통로(전도성 경로)가 무작위로 만들어지고, 전압을 끄면 다시 무작위로 사라지는 특성을 가진다. 이러한 예측 불가능한 성질은 해킹이 불가능한 보안 번호를 만드는 '진성난수발생기'나 복잡한 경우의 수를 계산하는 '확률론적 컴퓨팅' 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 하지만 소자 내부에서 일어나는 이러한 변화를 실시간으로 직접 관찰하기 어려워, 그동안 무작위성을 극대화하는 소자 설계에 한계가 있었다. 공동연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 나노미터(nm) 단위의 미세한 열을 측정할 수 있는 ‘주사열현미경(SThM)’ 기법을 도입했다. 연구팀은 멤리스터 소자에 전압을 걸었을 때 발생하는 줄 열(Joule heating)을 소자 표면에서 직접 계측하는 데 성공했다. 이를 통해 소자 내부에서 여러 개의 국소적인 발열 지점이 나타나고 사라지는 현상을 확인했으며, 이는 곧 다수의 전도성 경로가 서로 경쟁하며 실시간으로 이온을 재배치하고 있음을 입증하는 결정적 근거가 되었다. 나아가 연구팀은 이번 발견을 바탕으로 디지털과 아날로그 방식의 난수를 모두 생성할 수 있는 ‘복합 진성난수발생기’를 실제로 구현하여 데이터의 암호화 및 복호화 실험에 성공했다. 또한, 방대한 데이터 중 최적의 답을 찾아내는 확률론적 컴퓨팅 기술을 활용해 이진 전가산기 회로의 역연산을 시연함으로써 차세대 컴퓨팅 분야로의 확장 가능성까지 증명해냈다. 윤정호 교수는 “이번 연구는 멤리스터의 저항 변화를 단순히 하나의 통로가 생기고 사라지는 것으로 이해하던 기존의 피상적인 해석을 넘어, 다중 경로와 열 효과의 복합적인 상호작용을 밝혀낸 심층적인 성과”라며 “앞으로 이 소자를 활용해 무작위성과 확률 기반의 차세대 지능형 반도체 분야에서 글로벌 기술 리더십을 확보하는 데 앞장서겠다”고 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발(소자) 사업, 집단연구지원사업(글로벌 기초연구실), 개인기초연구사업과 과학기술사업화진흥원의 국산연구장비기술경쟁력강화사업, 한국기초과학지원연구원의 신진연구자 인프라지원사업의 지원으로 수행되어 재료과학 분야의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난 1월 21일 게재되었다. ※ 논문명: Unraveling Origin of Stochasticity in Multi-Filamentary Memristor ※ 학술지: Advanced Functional Materials (IF: 19.0) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202527482
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- 작성일 2026-03-30
- 조회수 0
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- [연구] 50nm 이하 초미세 나노플라스틱 99% 걸러내는 무전원 여과 기술 세계 최초 개발
- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀이 세계 최초로 재사용이 가능한 전기동역학적 여과 시스템을 개발하여, 상용화 수준의 높은 유속에서도 50nm(나노미터) 이하의 초미세 나노플라스틱을 99% 이상 걸러내는 데 성공했다고 밝혔다. 최근 산업화와 팬데믹을 거치며 급증한 플라스틱 오염은 인류의 건강을 직접적으로 위협하고 있다. 특히 100nm 이하의 나노플라스틱은 머리카락 굵기의 수천 분의 일 정도로 작아 우리 몸의 생체막을 쉽게 통과하며, 면역장애나 내분비계 교란 등 심각한 질병을 유발할 수 있다. 하지만 기존의 정수 시스템은 입자가 너무 작은 나노플라스틱을 효과적으로 제거하지 못해, 생수 한 병에서도 수십만 개의 입자가 발견되는 등 기술적 한계가 지적되어 왔다. 백정민 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 미세한 구멍이 있는 금속 필터에 전기적 성질을 부여하는 방식을 도입했다. 연구팀은 마그네슘 옥사이드(MgO)와 특수 고분자 화합물을 코팅하고 전압을 인가하여, 물속에서 음의 전기를 띠는 나노플라스틱을 자석처럼 강력하게 끌어당기는 필터 기술을 구현했다. 이를 통해 연구팀은 물이 아주 빠르게 흐르는 환경에서도 50nm 크기의 나노플라스틱을 99% 이상 완벽하게 여과하는 성과를 거두었다.
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- 작성일 2026-01-23
- 조회수 247
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- [연구] 신소재공학부 백정민 교수팀, 50nm 이하 초미세 나노플라스틱 99% 걸러내는 무전원 여과 기술 세계 최초 개발
- 신소재공학부 백정민 교수팀, 50nm 이하 초미세 나노플라스틱 99% 걸러내는 무전원 여과 기술 세계 최초 개발 - 전기영동-정전기적 상호작용 결합으로 상용화 가능한 고유속 여과 성공 - 마찰대전 발전기로 전력 자급자족 및 필터 재사용 가능해 경제성 극대화 신소재공학부 백정민 교수 연구팀이 세계 최초로 재사용이 가능한 전기동역학적 여과 시스템을 개발하여, 상용화 수준의 높은 유속에서도 50nm(나노미터) 이하의 초미세 나노플라스틱을 99% 이상 걸러내는 데 성공했다. 최근 산업화와 팬데믹을 거치며 급증한 플라스틱 오염은 인류의 건강을 직접적으로 위협하고 있다. 특히 100nm 이하의 나노플라스틱은 머리카락 굵기의 수천 분의 일 정도로 작아 우리 몸의 생체막을 쉽게 통과하며, 면역장애나 내분비계 교란 등 심각한 질병을 유발할 수 있다. 하지만 기존의 정수 시스템은 입자가 너무 작은 나노플라스틱을 효과적으로 제거하지 못해, 생수 한 병에서도 수십만 개의 입자가 발견되는 등 기술적 한계가 지적되어 왔다
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- 작성일 2026-01-08
- 조회수 267
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- [연구] 이보람 교수, 차세대 디스플레이 상용화 위한 페로브스카이트 색 변환 가이드라인 제시
- 신소재공학부 이보람 교수가 포항공과대학교 신소재공학과 조창순 교수와의 공동 연구를 통해, 페로브스카이트 기반의 차세대 색 변환 디스플레이 상용화 가능성을 제시하며 국제 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 연구 성과를 발표했다. 페로브스카이트는 높은 흡광계수, 우수한 색 순도, 손쉬운 색 조절 특성을 지닌 차세대 디스플레이 핵심 소재로 주목받고 있다. 하지만 납(Pb)을 포함하고 있어 상용화를 위해서는 반드시 국제 유해물질 제한 지침(RoHS)의 기준을 충족해야 하는 한계가 있었다.
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- 작성일 2025-09-16
- 조회수 755
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- [연구] 구종민 교수 연구팀, 극한 우수 환경에서도 안정적인 전자파 차폐 및 적외선 은폐·감지 기능을 갖춘 맥신 하이브리드 소재 개발
- 신소재공학과 구종민 교수 연구팀은 숭실대학교 정영진 교수와의 공동 연구를 통해 맥신(MXene)과 탄소나노튜브(CNT)로 구성된 유연하고 경량이며 기계적으로 견고한 야누스 필름구조의 다기능성 맥신 하이브리드 소재를 개발하였다. 이 혁신적인 필름은 극저온부터 고온까지의 극한 우주 환경에서도 우수한 전자파 차폐 (Electromagnetic shielding) 기능과 함께, 적외선 (Infrared) 은폐(Camouflage)/감지(Detection) 기능을 동시에 구현할 수 있다. 이 연구는 제1저자인 Dr. Tufail Hassan의 주도로 진행되었으며, 국제적으로 저명한 저널인 Nano-Micro Letters(IF: 31.6)에 게재되었다. 현대의 국방, 항공우주, 웨어러블 전자기기 분야에서는 고온, 극저온, 열충격 등 극한 환경 하에서도 안정적인 전자파 및 적외선 신호 제어가 가능한 다기능성 소재에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 맥신은 뛰어난 전기전도도와 낮은 적외선 방사율 (emissivity)을 바탕으로 유망한 후보 물질로 주목 받고 있으나, 기계적 강도 및 열충격 내구성의 한계로 인해 실사용이 제약이 있다. 본 연구팀은 고결정성의 Ti₃C₂Tₓ 맥신 나노소재를 합성하고, 기계적 강도가 우수한 CNT 필름과 결합하여 이종계면 기반 야누스 하이브리드 구조를 구현함으로써, 이러한 문제를 효과적으로 해결하였다. 그 결과, 얇은 15μm 두께의 맥신/CNT 야누스 필름은 X-밴드 마이크로웨이브에서 72dB의 전자파 차폐 성능, 0.09이하의 적외선 방사율, 우수한 적외선 감지 민감도등 뛰어난 다기능 특성을 동시에 구현하였다. 뿐만 아니라, 제작된 필름은 우주환경을 모사한 극저온 및 급격한 충격에서도 기계적·구조적 안정성과 성능을 유지하여, 기존의 소재들을 능가하는 경량화, 유연성, 기계적 강도, 극한환경 내구성, 전자파 차폐도, 및 적외선 은폐 및 감지 기능을 모두 확보하였다. 이번 연구는 전자파 및 적외선 차폐/스텔스 소재의 새로운 기준을 제시할 뿐만 아니라, 군사, 항공우주, 웨어러블 전자장치 등 극한 환경에 강한 스마트 시스템 개발을 위한 핵심 플랫폼 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) 중견연구자사업 (2022R1A2C3006227), 나노 및 소재 사업(2021M3H4A1A03047327), 국가과학기술연구회(NST) 미래 모빌리티 동작 신뢰성 확보를 위한 고주파/고출력 전자파 솔루션 소재·부품 기술 개발 사업(CRC22031-000) 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 「Nano Micro Letters, 2024, 16, 216」 (IF 27.4, JCR 분야 1.9%) 최신 호에 게재됐다.
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- 작성일 2025-05-22
- 조회수 1123
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- [연구] 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
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- 작성일 2025-05-15
- 조회수 1327
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- [연구] 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.
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- 작성일 2025-02-25
- 조회수 7572
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- [연구] 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)
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- 작성일 2025-01-09
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