세계 최초 씨앗의 구조를 모사한 3차원 전자소자 개발-한국연구진 국제 공동연구‘네이처’표지 장식

댓글 0

판교핫뉴스

2021. 9. 24.

세계 최초 씨앗의 구조를 모사한 3차원 전자소자 개발-한국연구진 국제 공동연구네이처표지 장식

작성일 2021-09-23 부서 연구평가혁신과

 

세계 최초 씨앗의 구조를 모사한 3차원 전자소자 개발 

- 한국연구진 국제 공동연구‘네이처’표지 장식 -

차세대 3차원 사물인터넷 소자 개발을 통해 새로운 형태의 환경 오염 측정 가능

′나눔장비′ 사업을 통해 8종의 연구장비를 이전받아 연구에 활용하여 성과창출

 

□ 과학기술정보통신부(장관 임혜숙, 이하 ‘과기정통부’)는 김봉훈 교수(숭실대학교) 연구팀이 미국 노스웨스턴 대학교의 존 에이 로저스(John A. Rogers) 교수 연구팀의 김진태 박사, 박윤석 박사, 장호경 연구원과 국제 공동 연구를 통해 새로운 개념의 3차원 전자소자를 개발하여 세계적인 과학 권위지 ‘네이처’ 9월 24일자 표지 논문에 게재되었다고 밝혔다. 

 

□ 숭실대 김봉훈 교수 연구팀은 바람에 의해서 퍼지는 씨앗의 3차원 구조에서 영감을 얻어 이를 모사한 생체모방 기술을 통해서 복잡한 3차원 형태를 갖는 전자소자를 연구 개발하였다. 식물의 씨앗이 바람을 타고 들판에 퍼지는 원리를 이용하여 넓은 지역에 퍼질 수 있는 마이크로(초소형) 사이즈의 3차원 전자소자는 세계 학계에서 최초로 제시되는 개념이다. 

 

ㅇ 자연에 존재하는 다양한 식물들은 바람, 중력, 곤충 등을 사용하여 자신의 씨앗을 넓은 지역에 퍼뜨리는 능력을 발달시키는 방향으로 진화해왔다. 이 중에서 바람을 사용해서 씨앗을 퍼뜨리는 방법은 가장 흔한 전략이나 최대 수십 킬로미터까지 씨앗을 퍼뜨릴 수 있는 강력하고 효율적인 전략이기도 하다. 

 

ㅇ 여태까지 공기 중에서 비행을 통해 스스로 이동할 수 있는 로봇/전자소자는 크게 두 가지 방향으로 연구가 진행되어왔다. 하나는 우리 실생활에서 흔히 볼 수 있는 드론과 같은 비교적 큰 비행체이며, 다른 하나는 초소형 전기모터를 활용하는 센티미터(cm) 크기의 비행 로봇이다.

 

ㅇ 그러나, 이러한 능동형(active-type) 비행 로봇의 경우 많은 기계 부품과 복잡한 디자인 때문에 소형화에 한계가 있었으며, 특히 비행에 소모되는 에너지 효율을 향상시키는데 큰 어려움이 있었다. 

□ 이번에 개발된 3차원 전자소자의 경우 바람의 에너지를 사용하여 날아가는 무동력 타입의 수동형(passive-type) 비행체이며, 소자의 크기를 수십~수백 마이크로미터까지 줄일 수 있다. 특히 유체역학 실험을 통해서 소형 비행체가 이동할 때 발생시키는 미세 난류를 정밀하게 측정함으로써 최적의 효율을 갖는 3차원 디자인을 연구 개발하였다. 

 

ㅇ 이러한 3차원 전자소자를 산과 들판에 뿌리게 되면 자연의 오염 상태를 모니터링할 수 있는 사물인터넷 소자를 손쉽게 제조할 수 있다. 실제로 김봉훈 교수 연구팀은 3차원 전자소자와 공기 중의 미세 먼지 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 사물인터넷 전기회로를 결합하여 이와 같은 환경오염 관측・감시 성능을 성공적으로 구현하였다. 

 

□ 이번 연구성과는 과기정통부 ‘나눔장비 이전지원사업’을 통해 이전 받은 연구장비를 활용한 성과사례로, 김봉훈 교수 연구팀은 와이어본딩기, 전자현미경 등 8종의 연구장비를 ‘나눔장비 이전지원 사업’을 통해 이전받아 연구에 활용하였다

ㅇ 과기정통부는 연구기관에서 활용성이 떨어진 장비를 ‘나눔터’에 등록하게 하고, 공모를 통해 필요한 기관에게 이전할 경우 관련 경비(이전비, 수리비)를 지원하는 사업으로 ‘10년부터 추진하고 있다. 이를 통해 ’20년말까지 약 1,774여점의 장비가 이전되어 각 분야 연구에 활용되고 있다. 

 

□ 숭실대 김봉훈 교수는“후속 연구를 통해 우리나라처럼 산지가 많은 지형을 대상으로 새로운 형태의 환경 오염 감시・관측이 가능한 차세대 로봇/비행체를 개발할 수 있을 것”이라며“특히 본 연구를 수행하는데 아낌없는 지원을 해주신 과학기술정보통신부, 한국연구재단, 국가연구시설장비진흥센터(NFEC)에게 진심으로 감사의 말씀을 드리고 싶다.”라고 밝혔다. 

 

□ 과기정통부 관계자는 “연구개발에서 연구장비의 활용이 성과창출에 중요한 역할을 담당하고 있다”라고 말하면서 “연구장비는 적재적소에 잘 구축되고 연구에 잘 활용되는 것이 중요하며, 더 나아가 나눔장비와 같은 사업을 통해 활용성이 떨어진 안 쓰는 장비들도 재배치하여 필요한 곳에서 활용하게 하면 연구개발 효율성을 높일 수 있으므로 연구자들의 적극적인 관심이 필요하다 ”라고 밝혔다.

 

※ 본 연구는 과학기술정보통신부가 지원한 한국연구재단의 나노·소재원천기술개발사업(‘19), 미래소재디스커버리사업(’20)과 국가연구시설장비진흥센터(NFEC)의 나눔장비 이전지원사업(‘20)의 지원을 받아 수행되었다. 

 

 

 

참고 1 용어 설명

<작성 : 숭실대학교 김봉훈 공동 제1저자>

 

논문명 Three-Dimensional Electronic Microfliers With Designs Inspired by Wind-Dispersed Seeds 

저널명  Nature 

키워드  Bio-inspired design, three-dimensional fabrication, fluid dynamics,

aerodynamics, wireless electronics, air pollution sensors 

DOI DOI:10.21203/rs.3.rs-142068/v1

저 자 존 에이 로저스(John A. Rogers) 교수(교신저자/미국 노스웨스턴 대학교), 김봉훈 교수(공동 제1저자/숭실대학교), 김진태 교수(공동 제1저자/미국 노스웨스턴 대학교), 박윤석 박사 (공동 제1저자/미국 노스웨스턴 대학교), 장호경 연구원 (공동 제1저자/미국 노스웨스턴 대학교)

 

1. 사물인터넷 소자

 

사물인터넷(Internet of Things, IoT) 소자는 다양한 물리적 화학적 변화를 감지할 수 있는 센서와 무선 통신 기능을 내장하여 인터넷을 통해 데이터를 주고받을 수 있는 전자소자를 의미한다. 

 

참고 2 논문 표지(또는 첫 장)

 

 

참고 3 연구 관련 이미지

 

 

[그림 1] 미세 농도 측정이 가능한 3차원 사물인터넷 소자 개략도

 

 

 

[그림 2] 다양한 디자인과 크기를 갖는 3차원 전자소자

 

 

 

 

[그림 3] 실리콘 트랜지스터가 집적된 마이크로 스케일의 3차원 전자소자

 

 

 

 

[그림 4] 3차원 전자소자의 제조 공정

 

[그림 5] 3차원 전자소자의 성능 측정을 위해 설치된 실험 장비 

 

참고 4 연구자 사진

 

 

[그림 6] 숭실대학교 김봉훈 조교수 [그림 7] 노스웨스턴 대학교 김진태 박사

 

 

[그림 8] 노스웨스턴 대학교 박윤석 박사 [그림 9] 노스웨스턴 대학교 장호경 연구원

참고 5 나눔장비 이전지원사업을 통한 양수장비 목록

 

연번 심의 나눔장비 장비명 양도기관 취득년도 취득금액 이전지원

차수 등록번호 (원)  금액(원) 

1 2020년  SHARE-2020-10-002417 와이어본딩기 전자부품 2011-12-07 36,000,000 3,550,000

7차 연구원

2 SHARE-2020-10-002481 전자현미경 한국로봇융합 2009-07-17 82,000,000 7,920,000

연구원

3 2020년 SHARE-2020-12-002745 대면적  한국전자통신 2013-05-22 70,000,000 7,000,000

8차 나노 프린터 연구원

4 SHARE-2020-12-002747 이종 다충형  2015-07-20 40,000,000 4,000,000

3D 형성기

5 SHARE-2020-11-002523 마이크로 만능  삼성 2013-03-25 80,000,000 8,000,000

프로브 스테이션 종합기술원

6 SHARE-2020-11-002529 소스 엘시얼미터 경남 2005-11-28 42,900,000 515,900

7 SHARE-2020-11-002527 신호발생기 테크노파크 2006-03-28 6,650,495 303,000

8 2020년 SHARE-2020-11-002525 고속혼합기 포스코에너지 2014-11-17 12,099,226 595,100

9차

총 8개 장비 369,649,721 31,884,000

참고 6 나눔장비 이전지원사업 개요

 

□ 사업목적 및 실적

 

ㅇ 활용성이 낮은(유휴·저활용) 장비의 보유 기관과 이를 필요로 하는 기관을 연결하여 장비이전을 지원함으로써 연구장비 활용도 및 R&D 투자 효율화 제고

 

ㅇ ’10~’20년 11년 동안 총 1,774점의 장비 이전을 지원

연도 ’10~’12 ’13년 ’14년 ’15년 ’16년 ’17년 ’18년 ’19년 ’20년

예산(억원) 6.5 7.5 7.5 5 26 26 26 21 20 145.5

지원장비(점) 31 41 169* 44 182 225 235** 426 421 1,774

 

□ 주요내용

 

ㅇ (지원 비용) 수요기관의 장비 이전·설치에 필요한 장비이전비, 수리비, 사전점검비(장비 당 취득금액의 10%내 6천만원까지 지원) ※ ’21년 예산 20.5억원 규모

 

ㅇ (지원 대상) 중소기업*을 포함한 연구기관, 공공기관, 교육기관 등

* ①국가 R&D를 수행하는 중소기업, ②부설연구소를 운영중인 중소기업, ③ZEUS를 통해 연구시설·장비를 관리중인 중소기업, ④국산 장비 개발 관련 중소기업

 

ㅇ (수요신청 방법) 상시 신청 가능하며, ZEUS 나눔터*를 통해 신청서류 제출

* ZEUS내 장비의 무상이전을 지원하는 온라인 서비스 / ※ 예산소진시 해당년도 사업은 종료

 

ㅇ (추진 절차) 장비등록(보유기관) 및 이전신청(수요기관) →장비이전심의(이전심의위원회) → 이전·설치(수요기관) → 활용실적관리(2년간, NFEC*)

* National Research Facilities&Equipment Center : 국가연구시설장비진흥센터

 

<나눔장비 이전지원사업 추진도>

장비등록 이전신청 이전심의 계약체결 장비이전 사후관리

불용 결정 및 ZEUS 나눔터 등록 장비 상태 점검 후 장비 이전신청 이전기관, 지원금액 등 결정 3자 계약 체결 장비 수리 및 이전 진행 이전 완료 후 2년간 활용 실적 제출

(지원금 신청한 경우만 해당)

양도기관 양수기관 이전심의위원회 양수기관 양수기관 이전․수리업체 양수기관

이전․수리업체 NFEC NFEC

 

□ 추진일정

ㅇ (2월) 사업 공고 → (연중) 이전심의위원회 개최(연중 12회 개최 예정)