[자연계에 존재하나 금속에서 인공적으로 구현할 수 없었던 구조
국제적 주목 받는 중요 연구성과로 <네이처> 표지논문에 선정
차세대 광학 재료 및 촉매 분야의 학문적 진보]

기계·화공 노준석 교수팀, 전자 김욱성 교수, 서울대학교 남기태 교수팀, LG디스플레이 연구소 장기석 박사로 구성된 공동연구팀은 펩타이드를 이용하여 생체분자만의 고유 기하구조로 여겨졌던 거울상 대칭구조를 금 나노 입자에서 세계 최초로 구현했다. 연구진은 펩타이드와 금 특정 표면의 상호작용에 대한 이해를 바탕으로, 시계방향으로 뒤틀린, 반시계방향으로 뒤틀린 독특한 거울상 대칭 구조가 구현된 100 nm 크기의 균일한 금 나노 입자를 합성하고 그 원리를 규명하여 이 분야에 새로운 패러다임을 제시하였다.

이 연구 결과는 중요성을 인정받아 2018년 4월 19일 세계 최고 권위의 학술지 ‘네이처(Nature)’에 게재됐고 표지논문으로도 선정되었다. 또한 영향력이 큰 연구결과를 선정해 관련 분야 세계적인 과학자가 자세하게 논문의 의미와 가치 등을 설명하는 ‘News & Views’ 섹션에도 소개 되었다.

오른손과 왼손의 입체 구조는 동일해 보이지만, 왼손용 야구 글러브를 오른손에 착용할 수는 없다. 이처럼 서로 거울 대칭상이지만 겹쳐지지 않는 특성을 ‘거울상 이성질’ 또는 ‘카이랄성’이라고 한다. 단백질의 기본 구조인 아미노산을 포함, 생명 현상에 관여하는 모든 분자는 카이랄 구조이다. 카이랄 구조 재료는 독특한 기하 구조에서 비롯되는 구조 선택성 및 광 제어 특성을 지니고 있어, 촉매 재료·광학 재료·센싱 플랫폼 개발을 포함 광범위한 분야에서 차세대 핵심 재료로 주목받고 있다. 그러나 무기 재료에서의 카이랄 구조 제작 및 제어는 공정의 복잡성 및 재료 안정성 등의 측면에서 문제점이 많아 난제로 여겨져 왔다.

연구팀은 문제 해결을 위한 돌파구로 거울상 구조를 포함하는 생체 분자 펩타이드를 무기 결정 합성에 이용, 독특한 기하 구조의 금 나노입자를 구현해 냈다. 연구팀이 개발한 입자는 한 변이 약 100 nm 인 정육면체의 각 면에 시계 또는 반시계 방향으로 뒤틀린 구조체가 존재하는 새로운 기하구조 형태의 나노 입자이다. 연구팀은 회전하는 빛에 대한 반응성 측정을 통해 이 나노입자가 거대한 카이랄성을 지닌구조(생체 분자 단백질의 약 100배)임을 입증했다. 또한, 이 나노입자의 거대 카이랄성이 가시광 영역대에 존재한다는 사실에 주목, 카이랄 구조 고유의 편광 제어 특성을 이용하는 광학 실험을 통해 다양한 색채를 구현하는 데에도 성공했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 펩타이드 서열과 그에 따른 구조 및 카이랄성이 그대로 무기 재료 표면에 반영될 수 있음을 최초로 발견함으로써, 생체 분자를 이용한 재료 합성의 새로운 패러다임을 열었다. 또한, 연구팀이 개발한 합성법은 다양한 재료로의 확장 및 일반화가 용이함에 따라, 나노 재료 합성 분야의 원천 기술을 확보했다는 점에서도 큰 의미가 있다. 현재 국내 및 해외 특허 출원이 완료된 상태이다.

서울대 남기태 교수는 “생체 모방 원리를 이용해 자연계에 존재하나 인공적으로 구현할 수 없었던 구조를 가지는 카이랄 무기 나노결정을 세계 최초로 합성한 것”이라며 연구의 의의를 밝혔다. 또한 “합성된 입자는 디스플레이를 위한 새로운 개념의 가시광 편광소재로 바로 적용이 가능해 산업적으로 의미가 있다. 더불어 학문적으로는 무기 재료 및 카이랄 생체 분자의 상호작용 현상에 대한 근원적 이해를 획기적으로 진보 시킨 바, 향후 거울상 선택성 촉매 개발의 단초를 제공할 것으로 기대된다”고 전했다.

LG Display 연구소 장기석 책임(박사)는 “본 연구에서 개발된 나노 입자는 차세대 디스플레이 재료로서 유연성을 가지는 초박막 형태의 디스플레이 장치 제작에 응용될 것으로 기대 한다”라고 밝혔다.

공동 교신 저자인 노준석 교수는 이 카이랄 기하 구조의 광특성을 분석 하였으며, 그 의미를 “거울상 기하 구조체는 광회전 선택성을 가지고 있어 이후 편광제어 광소자, 구조 색, 음의 굴절률 소재, 투명망토 및 바이오센싱 등의 분야에서 핵심 기술이 될 가능성을 가지고 있다” 고 말했다.

이번 연구는 화학공학과 문정호, 기계공학과 김민경을 비롯, 공동 제1저자인 서울대 이혜은 박사, 안효용, 이윤영, 조남헌 공저자들이 모두 국내 박사과정 중에 수행한 연구로, 우리나라 이공계 학생의 우수성을 전 세계에 입증한 연구라 할 수 있겠다.

소재 기술의 미래를 선도할 창의적 재료 합성법을 제시한 본 연구는 과학기술정보통신부 미래소재 디스커버리 사업 “d-오비탈 제어 소재 연구단”(단장 남기태), 글로벌프론티어사업의 멀티스케일에너지시스템연구단(단장 최만수)과 파동에너지극한제어연구단(단장 이학주), 선도연구사업 광기계기술연구센터 (단장 강신일) 등의 지원을 받아 수행되었다.

이번 연구는 산학협력의 중요 결과로서 의미를 지닌다. 본 연구를 지원한 LG디스플레이는 지난 2015년부터 미래기술 발굴을 위한 산학 프로그램인 ‘LG디스플레이-SNU 인큐베이션 프로그램(센터장 박종래)’을 운영해오고 있다. LG디스플레이 CTO 강인병 부사장은, “이번 사례는 학계와 산업체 간의 긴밀한 공동연구를 통해 창의적 기초 연구를 비롯, 원천기술까지 확보한 산학협력의 성공적인 사례”라며, “이 결과가 차세대 디스플레이 연구의 중요한 밑거름이 될 수 있도록 공동의 노력을 다해 나갈 것”이라고 말했다.

생체 분자의 기하 구조 모사를 통해 세계 최초로 합성된 거울 대칭 금 나노 입자는 에너지 환경 촉매, 광 기반 커뮤니케이션, 홀로그램 등으로 이용될 수 있어 다양한 산업에 큰 파급력을 미칠 것으로 보인다. 펩타이드와 무기 재료 표면 간의 상호작용에 대한 이해를 높인 본 연구는 화학, 재료, 나노과학 등 여러 분야에서 학문적 깊이를 더해주고 더 나아가 생명 현상의 거울상 선택성을 이해하는 중요한 실마리를 제공할 것으로 생각된다.

[POSTECH-포항남부소방서 무전기 일체형 소방 헬멧 개발]

지난해 12월, 29명의 목숨을 앗아간 제천 스포츠센터 화재 참사는 진압 현장에서 노후화된 무전기가 먹통이 되며 ‘골든타임’을 놓쳐 피해를 더 키운 것으로 지적됐다. 2층에 구조를 필요로 하는 사람이 많다는 정보가 무전기 고장으로 대원들에게 전달되지 않았던 것이다. 이처럼 화재나 재난 현장에서 무전기는 인명피해를 줄이는 데 큰 역할을 한다. 현장에서는 피해를 막기 위해 촌각을 다투는 일이 많지만 연기나 소음 등으로 상황을 바로 파악하기 쉽지 않기 때문에 지시를 전달하는 무전기는 소방관의 눈과 귀가 되어주는 중요한 존재다. 그러나 지금까지의 무전기는 소방 작업 시엔 사용할 수 없었고, 그렇지 않을 때는 소음 때문에 이어폰을 장착해서 사용하는 번거로움이 있었다.

이런 문제점들을 해결하기 위해 전자전기공학과 홍원빈 교수팀은 포항 남부소방서와 함께 소방용 헬멧 안에 안테나와 무전기가 삽입된 일체형 소방용 무전 헬멧을 개발했다. 안전용으로 구조대원들이 착용하는 이 헬멧을 쓰면 내장된 안테나와 스피커를 통해 작전과 요청사항이 바로 전달된다.

지금까지 화재현장에서는 별도의 무전기를 두꺼운 방화복 상의에 끼워놓고 사용해왔다. 당연히 두 손을 사용해야 하는 소방 작업 중엔 조작할 수 없을 뿐 아니라, 현장이 시끄러워 지시 내용을 전혀 들을 수 없기도 했다. 이를 개선하기 위해 이어폰을 꽂고 사용하기도 했지만, 이어폰의 선 때문에 귀에서 빠지거나 떨어지기도 했고 한 번 떨어지면 화재 진압 장갑의 두께 때문에 손으로 다시 끼울 수도 없었다.

이런 문제를 해결하기 위해 연구팀은 귀와 가장 가까운 곳에 있고, 안전을 위해 반드시 착용해야만 하는 소방장비, ‘헬멧’에 주목했다. 헬멧에 무전 기능을 더하면, 두 손을 구조나 소방 작업에 활용하면서 지시사항을 정확하게 전달받을 수 있게 된다.

무전기일체형헬멧 (1)

2개월의 연구 끝에 개발된 ‘무전기 일체형 헬멧’은 무전기처럼 따로 조작하지 않아도 무선통신을 수신할 수 있도록 되어 있다. 안테나와 스피커는 특히 탈부착이 가능한, 작은 모듈로 제작해 무게를 최소화하고 물로도 세척할 수 있게 하는 등 실제 활용성도 높였다.

또, 대학 연구실이 보유한 연구성과를 관공서와 함께 실제로 국민들의 안전을 지키기 위한 기술로 발전시켰다는 점에서도 눈길을 끈다.

포항남부소방서 심학수 예방안전과장은 “수년간 화재 현장을 거치면서 무전통신의 개선이 필요하다는 요구가 절실하다는 것을 느꼈다”며 “POSTECH과 함께 개발한 이 헬멧이 전국의 모든 소방대원에게 보급돼 국민의 생명과 재산을 지키는데 기여할 수 있기를 바란다”고 기대감을 밝혔다.

홍원빈 교수는 “다양한 초소형 무선 통신 기술과 노하우를 활용해 소방대원들이 더욱 안전하게 구조활동을 펼칠 수 있는 기술을 개발할 수 있게 되어 더욱 보람을 느낀다”며 “구조활동은 우리 모두의 안전과도 관련된 만큼, 사회의 발전에 활용할 수 있는 기술이 있다면 적극적으로 협력하겠다”고 말했다.

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YTN 사이언스
포항MBC뉴스

POSTECH 전자전기공학과 교수 초빙

제어, 로보틱스, 컴퓨터 분야, 이외 전자전기공학 전분야

포스텍 전자전기공학과에서는 새로운 도약을 위한 연구 및 교육에 탁월한 역량과 잠재력을 가진 전임교원을 초빙합니다.

1. 초빙분야 및 인원
• Control theory and applications 0명
– We are particularly interested in applicants with research focus in autonomous vehicles.
– Teaching responsibilities may include undergraduate/graduate control courses.
• Robotics for mobile applications 0명
– Teaching responsibilities may include undergraduate/graduate AI-related courses.
• Computer systems for multimedia signal processing algorithms (vision/image/video/speech/etc) 0명
– Teaching responsibilities may include undergraduate/graduate digital signal processing courses.
• 이상의 세 분야 외 전자전기공학 전분야 (단, 탁월한 업적과 역량을 가진 분에 한함) 0명

2. 임용예정일: 2018년 9월

3. 지원자격: 임용일 전에 전자공학 혹은 관련 분야 박사학위를 취득, 교원임용에 결격사유가 없고 영어강의가 가능한 분

4. 제출서류 (영문 작성을 원칙으로 함)
1) 본교 지원서 접수 웹사이트 업로드 서류 (https://facultyapplication.postech.ac.kr/)
• 이력서 (현재 근무처 및 직위, 학력, 경력, 저널논문 및 학회논문 목록, 3인 이상 추천인 연락처 등 포함)
• 교육 및 연구계획서
• 대표 연구실적 5편
• 업적요약표, 한 페이지로 작성, 학과 홈페이지(https://ee.yunsl.kr) 아래 첨부파일 양식 사용
• 접수마감: 2018년 5월 18일(금)

2) 공개강의 및 인터뷰 대상자로 선정시 이메일 제출서류
• 3인 이상 추천서
– 추천인이 직접 이메일로 학과 FSC에 제출 (ee-fsc@postech.ac.kr).
– FSC는 추천인에게 별도의 요청을 하지 않음
• 학부 및 대학원 성적증명서와 학위증명서 사본
• 추천서 및 증명서 접수기간: 2018년 5월 30일(수) – 6월 13일(수)

* 공개강의 및 인터뷰 일정
• 공개강의 및 인터뷰 일정 협의: 2018년 5월 30일(수) – 6월 13일(수)
• 공개강의 및 인터뷰: 2018년 6월 14일(목) – 6월 26일(화)

5. 제출방법
– 제출방법: 교수초빙사이트(https://facultyapplication.postech.ac.kr/)에 직접 등록 및 첨부
– 제출기한: 충원 시까지 상시 초빙 (2018년 5월 31일 학과 중간 리뷰 예정)

6. 문의처
• 전자전기공학과 학과사무실 김덕수(Deoksoo Kim) 팀장 (+82-54-279-3671, ee-fsc@postech.ac.kr)
• 전자전기공학과 FSC 위원장 한해욱(Haewook Han) 교수 (+82-54-279-2240, ee-fsc@postech.ac.kr)

7. 기타
• 해당 분야에 적격자가 없는 경우, 초빙을 보류할 수 있음