발전기금
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- 정보통신대학 이병국 교수, IEEE 석학회원 선정 NEW
- [정보통신대학 이병국 교수] 성균관대학교(총장 유지범)에 따르면 정보통신대학 전자전기공학부 이병국 교수가 국제전기전자공학회(IEEE) 석학회원(Fellow)으로 선정됐다고 22일 밝혔다. IEEE는 전기·전자·컴퓨터·통신분야 세계에서 가장 권위있는 학회로 160여 개국 40만여 명의 회원을 보유하고 있다. IEEE 회원 최고 등급인 석학회원은 탁월한 개인 연구업적, 기술성취실적, 전문분야 총괄 경력 등 7개의 평가 기준 심사를 거쳐 회원의 최상위 0.1%내에서 선정된다. 이병국 교수는 전기자동차 배터리를 충전하는 유·무선충전기 및 배터리상태관리시스템(BMS)에 대한 연구를 기반으로 산업화에 기여한 공로를 인정받았다. 이 교수는 전기자동차 충전분야에 대해 여러 대기업 및 중소·중견기업들과 밀접한 산학연구를 수행하고 있으며 특히 현대자동차 공동연구실 및 현대케피코 타겟랩을 운영하고 있다.
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- 작성일 2023-11-27
- 조회수 663
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- [학생실적] 전자전기공학부 박준은 교수 연구팀, 제24회 대한민국 반도체설계대전 기업특별상 수상 NEW
- 전자전기공학부 박준은 교수 연구팀, 제24회 대한민국 반도체설계대전 기업특별상 수상 전자전기공학부 박준은 교수 연구실 석사과정 정인구 학생이 제24회 대한민국 반도체 설계대전에서 인공지능 PIM 반도체 설계 최적화를 위한 플랫폼 연구로 기업특별상을 수상하였다. 올해로 24회를 맞은 대한민국 반도체설계대전은 산업통상자원부와 한국반도체산업협회가 공동으로 주관하였으며, 반도체 설계분야 전공 대학(원)생들의 설계능력을 배양하고 창의적인 아이디어를 발굴하는 것을 목표로 한다. 기존의 인공지능 PIM 반도체를 모델링하고 검증하는 기법은 혼성신호 회로의 비이상적 요소를 충분히 고려하지 못하거나 신경망 수준의 연산을 검증하기 위해서는 매우 긴 시뮬레이션 시간이 필요하다는 단점이 있었다. 본 연구팀은 이러한 문제점을 해결하고 인공지능 PIM 반도체 설계 최적화를 위해 “다종 연산회로를 지원하는 혼성신호 PIM 모델링 및 검증 플랫폼”을 개발했다. 다양한 형태의 인공지능 PIM 반도체를 신경망 수준에서 빠른 시간내에 성능을 검증할 수 있을 뿐만 아니라 혼성신호 회로의 여러 비이상적 요소를 고려하여 높은 정확성을 가지는 장점을 제공한다. 본 연구결과는 2024년 3월 스페인에서 개최되는 Design, Automation and Test in Europe (DATE) 2024 (BK21 우수국제학술대회)에서도 발표될 예정이다.
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- 작성일 2023-11-27
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- 전자전기공학부 손동희 교수 공동연구팀, 손상된 근육‧신경 재생 돕는 주사형 조직 보형물 개발로 Nature 誌 게재
- ‘조직 재생 필러’로 빠른 로봇 재활 가능성 열었다 - IBS 뇌과학 이미징 연구단, 손상된 근육‧신경 재생 돕는 주사형 조직 보형물 개발 - 심각한 근육‧신경 손상으로 걷지 못하던 쥐, 3일 만에 보행 … Nature 誌 게재 ▲ 왼쪽부터 손동희 교수, 최희원 연구원 근육이나 신경 손상 초기에 빠른 재생을 돕는 새로운 조직 보형물 소재가 개발됐다. IBS 뇌과학이미징연구단의 신미경 교수(글로벌바이오메디컬공학과)와 손동희 교수(전자전기공학부) 연구팀은 손상된 조직의 기능을 대체하는 주사 주입형 바이오 신소재를 개발했다. 더 나아가 이 소재를 기반으로 근육과 신경이 심하게 손상되어 걷지 못하던 동물모델에 적용해 빠른 조직 재생 및 재활 효과를 확인했다. 심각한 근육 손상 초기에 적절한 치료를 받지 못하면 만성적으로 근육이 기능적으로 결손되고, 이로 인한 장애가 유발될 수 있다. 근력 감소로 인한 환자 삶의 질 저하를 막으려면 근육의 정상적 회복을 촉진하는 동시에 움직임의 즉각적 회복을 돕는 재활 치료가 필요하다. 손상된 신경‧근육 회복에 있어 보행 보조 로봇 등 웨어러블 장치와 체내 이식형 소자가 통합된 ‘폐회로 보행 재활 기술’이 각광 받는다. 하지만 체외 장치와 체내 조직을 연결하기 위한 소자들의 크기가 커서 복잡하고 작은 손상된 조직 영역에 이식하기 어려웠다. 또한, 딱딱한 소자가 부드러운 조직에 지속적인 마찰을 일으켜 염증이 유발된다는 것도 문제였다. 즉, 기존 기술로는 단시간에 환자의 보행 재활을 기대하기는 어려웠다. 이러한 한계를 극복하기 위해 연구진은 생체조직처럼 부드러우면서도 조직에 잘 접착되고, 전기 저항이 작아 근육과 신경의 전기 신호를 잘 전달할 수 있는 새로운 소재 개발에 착수했다. 우선 연구진은 피부 미용용 필러로 쓰이는 히알루로산 소재를 기반으로 조직처럼 부드러운 하이드로젤 소재를 만들었다. 여기에 금 나노입자를 투입해 전기 저항을 낮췄다. 또한, 기계적 안정성을 높이기 위해 분자들이 자유롭게 재배열하게 제조하여 필러처럼 주사로 국소적 손상 부위에 주입할 수 있도록 했다. ▲ [그림1] 뇌과학이미징연구단에서 제시한 주사 주입형 조직 보철용 전도성 하이드로젤 소재를 통한 보행 재활 훈련 연구진은 손상된 근육과 신경에 제작한 보형물을 주사로 주입했을 때, 좁고 거친 손상 조직 표면에 보형물이 밀착 접촉됨을 확인했다. 나아가 보형물은 조직 손상 부위를 채워 건강한 조직에서 발생하는 전기생리학적 신호를 성공적으로 전달했다. 보형물 자체를 전극으로 사용하여 조직에 전기 자극을 가하거나, 조직으로부터 발생하는 신호를 계측할 수 있음을 확인한 것이다. 이어 연구진은 동물실험을 통해 빠른 근육 재생 및 재활 효과도 확인했다. 경골전방근육이 심하게 손상된 설치류 모델의 조직 손상 부위에 제작한 보형물을 주사하고, 말초신경에 전기 자극을 가할 수 있도록 인터페이싱 소자를 이식했다. 우선, 전도성 하이드로젤을 조직 손상 부위에 채우는 것만으로도 조직 재생이 개선됐다. 신경 전기 자극을 주었을 때 발생하는 근전도 신호를 계측하여 보행 보조 로봇을 작동, 소동물의 보행을 성공적으로 보조할 수 있었다. 더 나아가, 신경 자극을 따로 주지 않아도 전도성 하이드로젤의 조직 간 신호 전달 효과를 이용하면 로봇 보조를 통한 소동물의 보행 재활 훈련이 가능하다는 점도 확인했다. 조직이 손상되어 잘 걷지 못하던 실험 쥐는 단 3일 만에 로봇 보조를 통한 정상적 보행이 가능하게 되었다. ▲ [그림 2] 하이드로젤 조직 보철물 설계 및 작동원리 신미경 교수는 “신경근 회복을 위해 재활 훈련이 요구되는 심각한 근육 손상에 손쉽게 적용할 수 있는 주사 가능한 전기 전도성 연조직 보형물을 구현했다”며 “근육과 말초신경 뿐만 아니라 뇌, 심장 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 조직 재생용 신물질로 활용 가능할 것”이라고 말했다. 손동희 교수는 “우리 연구진이 제시한 새로운 바이오 전자소자 플랫폼은 재활 치료가 어려운 신경근계 환자들의 재활 여건을 크게 개선할 수 있을 것”이라며 “전기생리학적 신호 계측 및 자극 성능을 활용하면 향후 인체 내 다양한 장기의 정밀 진단 및 치료까지 확대될 수 있다”고 말했다. ▲ [그림 3] 주사 가능한 조직 보철물 기반 보행 보조 실험 연구진은 다양한 손상 조직에 전도성 하이드로젤을 주사하여 회복 가능성을 확인하는 한편, 임상 수준에서 최소침습적인 재활 시술로 이어지기 위한 후속 연구를 진행 중이다. 연구 결과는 11월 2일 세계 최고 권위의 국제학술지 네이처(Nature, IF 64.8)에 게재되었다. ○ 관련 언론보도 - 근육 조직 재생하는 필러 주사 나왔다 <조선비즈, 2023.11.02.> - '손상 근육·신경 재생 필러'로 빠른 재활 가능성 열었다 <연합뉴스, 2023.11.02.> - 조직 손상돼 못 걷던 쥐, 3일 만에 걸었다…국내 연구진, 재생 돕는 새 보형물 개발 <헤럴드경제, 2023.11.02.> - IBS, 근육·신경 재생 돕는 '조직 재생 필러' 개발 <전자신문, 2023.11.02.> - 미용 필러 소재로 근육·신경 손상 환자 재활 돕는다 <이데일리, 2023.11.02.> - 미용 필러 소재로 신경 손상환자 재활 돕는다 <한국경제, 2023.11.02.>
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- 작성일 2023-11-03
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- 전자전기공학부 이강윤 교수 제16회 반도체의 날 행사 산업부 장관 표창 수상
- 전자전기공학부 이강윤 교수가 26일 오후 서울 더케이호텔에서 개최된 '제16회 반도체의 날'에서 성균관대학교 교원창업 기업인 스카이칩스 대표로서 산업부 표창을 수상하였다. 반도체의 날은 반도체 수출 100억 달러를 달성한 1994년 10월 29일을 기념해 2008년부터 개최한 행사로 국가 수출액 기준 1위로 대한민국 국가 중추 산업(10년 연속 글로벌 2위)인 반도체 산업의 성장을 위해 힘쓴 유공자들에게 매년 포상을 시상하고 있다.
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- 작성일 2023-10-27
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- 전자전기공학부 박은병 교수 연구팀, 물리정보 신경망의 정확도 및 학습속도 대폭 개선한 방법론 개발
- 전자전기공학부 박은병 교수 연구팀, 물리정보 신경망의 정확도 및 학습속도 대폭 개선한 방법론 개발 - 학습 속도 50배 이상 향상 및 정확도 개선 ▲ (왼쪽부터)성균관대 박은병, 윤석배 교수, KAIST 홍영준 교수 전자전기공학부 박은병 교수와 수학과 윤석배 교수 그리고 KAIST 수리과학과 홍영준 교수 공동연구팀은 새로운 물리정보 신경망의 구조와 학습 방법을 통하여 기존의 물리정보 신경망보다 정확하고 빠르게 학습이 가능한 방법론을 개발하였다. 물리정보 신경망(physics-informed neural networks)은 인공지능과 미분 방정식 기반 모델링을 결합하여 주어진 시스템의 해를 추정하는 데 사용되는 접근방법 중 하나이며, 주로 편미분 방정식의 해를 구하고 물리적 시뮬레이션을 가속화하는데 적용된다. 제안된 방법은 신경망의 입력을 포인트(point)별로 처리하는 대신 축(axis)별로 처리하여 다차원 방정식에서의 신경망 전파 횟수를 감소시켰다. 또한 정방향 자동미분(forward-mode automatic differentiation)을 사용하여 방정식 손실함수 계산에 필요한 연산량을 급격히 감소시켰다. [그림 1] 제안된 분리된 물리정보 신경망 구조 본 연구를 통해 기존의 물리정보 신경망 대비 학습 시간 및 메모리 사용량을 현저히 줄일 수 있었으며 더 정확한 해를 추정하는 데 성공하였다. 특히 유체의 흐름을 설명하는 매우 풀기 어려운 방정식으로 알려진 Navier-Stokes equation을 기존 방법론 대비 50배 이상의 학습 속도를 달성하였고, 그 정확도 역시 개선하였다. [그림 2] 기존 방법론과의 성능 비교 박은병 교수는 “기존에 물리 정보 신경망으로 해결할 수 없었던 더욱 복잡하고 고차원의 문제를 해결할 수 있는 단초를 마련하였으며, 추후 다양한 자연과학 및 공학분야에 해당 기술이 사용될 수 있을 것”이라고 말했다. 연구팀의 이번 연구결과는 인공지능 및 기계학습 분야 최우수학술대회 중 하나인 NeurIPS 2023(Thirty-seventh Conference on Neural Information Processing Systems)에 게재 승인되었다. 또한 NeurIPS에 제출된 상위 3%의 논문에 수여하는 스포트라이트로 선정되었다. ※ 연구 홈페이지: Separable Physics-Informed Neural Networks (jwcho5576.github.io) ※ Brown University 초청 세미나 발표 영상: Condensation of NN || Seperable PINNs || Seminar on: February 3, 2023 – YouTube ※ 논문: Separable Physics-Informed Neural Networks, NeurIPS 2023, 조준우*, 남승태*, 양현모, 윤석배, 홍영준, 박은병 (*공동 1저자)
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- 작성일 2023-10-16
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- 전자전기공학부 손동희 교수 공동연구팀, 피부 위에 프린팅 가능한 바질 씨앗 모사 하이드로젤 센서 개발
- 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 및 전자전기공학부 손동희 교수 공동연구팀, 인간-기계-가상현실 상호작용을 위한, 피부 위에 바로 프린팅 가능한 바질 씨앗 모사 하이드로젤 센서 개발 - SKKU 국내연구팀, 어드밴스드 머티리얼즈 9. 28. 논문 게재 - 조직 접착성 및 전도성을 갖는 주사용 하이드로젤 마이크로 입자를 피부에 즉각 프린팅 할 수 있는 기술 구현 - 차세대 전자피부 및 웨어러블 인간-기계-가상현실 인터페이스 분야 혁신 기대 [ 사진 ] 전자전기컴퓨터공학과 손동희 교수, 장재원 석사과정 성균관대학교(총장 유지범) 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 연구팀 (김수민 석박통합과정생)은 전자전기컴퓨터공학부 손동희 교수 연구팀 (장재표 석박통합과정생)과 공동연구를 통해 피부에 바로 프린팅 가능한 하이드로젤 센서를 개발하였고, 이를 기반으로 인체의 움직임을 감지해내 로봇 및 가상현실 상의 아바타를 조종하였다. 착용 시 이물감을 최소화 하며 인체의 움직임을 모니터링 하기 위해 부드러운 기계적 물성을 갖는 전도성 하이드로젤을 이용한 다양한 형태의 변형 센서들이 개발되어왔다. 그러나, 하이드로젤에 전도성을 부여하기 위해 섞는 금속 물질이나, 탄소물질 및 전도성 고분자와 같은 경우, 생체 친화도가 낮기 때문에 장시간 사용 시 피부 염증이나 간지러움을 유발할 수 있다. 뿐만 아니라, 대부분의 전도성 물질은 조직접착력이 낮기 때문에 웨어러블 센서로서 피부 위에 밀착시키기 어려우며, 이로 인해 인체의 정교한 움직임을 모니터링 하기 위한 개선 전략이 필요하다. 이에 성균관대학교 연구팀은 바질 씨앗의 구조를 모사하여, 조직 접착성 및 전도성을 모두 갖는 마이크로 크기의 하이드로젤을 개발하였다. 바질 씨앗의 구조는 중심부에 씨앗이 있고 천연고분자 하이드로젤로 구성된 껍데기를 가지고 있다. 해당 하이드로젤 껍데기가 씨앗끼리 응집력을 높이는 역할을 하며, 다량의 수분을 머금을 수 있다. 본 연구팀은 이러한 구조를 모사하여, 중심부에 히알루론산 하이드로젤을, 껍데기에 조직접착성을 갖는 폴리카테콜아민을 도입하여, 자가 도핑이 가능한 전도성 마이크로 하이드로젤을 개발하였다. 해당 하이드로젤은 높은 응집력 및 조직접착력을 갖고 있어 피부 위 3D 프린팅이 가능하고, 폴리카테콜아민 껍데기는 수분환경에서 자가 도핑을 통해 이온전도성을 나타내었다 (그림 1). 이러한 특성들을 기반으로 인체의 움직임을 감지할 수 있는 변형 센서로서 사용가능함을 확인하였다. (그림 1) 변형에 민감하게 반응하는 조직 접착성, 전도성을 모두 보유한 주사용 하이드로젤 마이크로 입자 개발 본 연구팀은 하이드로젤의 기계적 물성과 조직과의 접착을 더욱 강화하기 위해서 도파민 또는 노르에피네프린과 같은 카테콜아민 물질의 고분자화 코팅을 통한 조직 접착성 쉘을 도입하였다. 하이드로젤 입자 표면의 카테콜아민 코팅 층은 다중 수소 결합 및 pi-pi 적층과 같은 비공유 결합을 통한 가역적인 입자 대 입자 상호 작용을 가능하게 하여 기계적 특성 및 조직 접착력을 모두 증가시켰다 (그림 2). 코팅된 하이드로젤 입자는 좁은 바늘을 통과할 수 있는 우수한 주사가능성을 보였고, 박리 없이 피부 조직위에 별 모양 및 곡선 구조와 같은 다용도 패턴으로 직접 인쇄될 수 있다. 또한 카테콜아민이 코팅된 하이드로젤은 코팅되기 전 상태와 유사한 자가 치유 특성을 유지하여 접착 코팅층을 가진 입자가 입자 간 가역적 상호 작용을 통해 결합 및 분리될 수 있음을 확인하였다 (그림 2). (그림 2) 폴리카테콜아민 코팅층이 형성된 하이드로젤 입자의 저장계수 및 조직접착력 향상 (위) 과 피부 조직 위 프린팅 여부, 자가 치유 특성 검증 특히, 본 연구에서는 하이드로젤의 코팅제로서 폴리카테콜아민이 자가 도핑 된다는 것을 발견하였고, 이는 히알루론산 하이드로젤을 웨어러블 센서로서 사용할 수 있게 하는 핵심 성능이다. 또한, 얇은 두께의 코팅층이 더 높은 전도성을 보였으며, 세포 생존율과 통기성을 평가에서 생물학적 안전성이 우수함을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 폴리노르에피네프린이 코팅된 하이드로젤 마이크로 입자를 피부에 직접 프린팅하여 인간-기계 인터페이스에 성공적으로 적용할 수 있었다. 하이드로젤 입자의 변형 감지 능력은 500번 이상 반복되는 변형에도 유지되었다. 또한, 피부 위에 직접 인쇄 가능한 하이드로젤 센서는 손가락의 움직임에 의한 변형을 감지할 수 있고 맥박으로 인한 피부의 미세한 변형도 측정하였으며, 인간-로봇 상호작용에 적용하여 착용자의 움직임을 감지해 로봇 팔을 제어하는데 성공하였다. 궁극적으로 해당 하이드로젤 센서는 인간-가상현실 상호작용에 적용하여 사용자의 움직임을 가상 세계의 아바타가 모방할 수 있도록 하는데 이용가능하였다. 사용자와 적용 부위에 따라 다양한 디자인으로 직접 인쇄 가능하고 전도성과 조직접착성을 가져 인간-기계 상호작용 분야에 적용 될 수 있을 것으로 기대된다. 기존의 전도성 하이드로젤을 이용한 변형센서는 피부에 부착하기 위한 추가적인 접착제가 필요하거나, 제한된 형태로 이용해야 하는 등의 어려움이 있었다. 하지만 본 연구에서 개발된 조직 접착성 코팅제의 자가도핑기반 전도성 하이드로젤 입자는 피부에 바로 밀착되게 프린팅 될 뿐 아니라 안정적으로 인체의 움직임을 감지할 수 있어, 새로운 형태의 웨어러블 센서를 위한 바이오 신소재 제작 방식을 제시할 뿐 아니라, 관련 응용 분야 확대를 위한 디딤돌이 될 것으로 기대된다. 손동희 교수는 “본 연구에서 개발된 조직 접착성 및 전도성 하이드로젤 입자는 다양한 인체 부위에 즉각적으로 프린팅이 가능하여, 차세대 웨어러블 및 임플랜터블 전자약 소재로서의 활용 가능성이 높다”고 말했다. 신미경 교수는 “본 연구는 기존에 조직공학 분야에서만 다수 이용되었던 하이드로젤 마이크로 입자의 낮은 응집력에 대한 한계를 극복하여, 우수한 조직접착력, 이온전도성을 갖는 바이오 신소재를 개발했다는 점에 그 의의가 있으며, 이후, 체내 조직 인터페이싱 등 바이오 전자 및 의료기술 분야에서도 활용 가능할 것으로 기대된다” 고 연구 의의를 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부‧보건복지부 범부처 재생의료기술개발사업 , 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구사업, 기초과학연구원, 과학기술정보통신부‧한국연구재단 전자약 기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며, 해당 연구결과는 재료과학(Material science) 분야 최상위급 국제 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials에 9월 28일자에 온라인 게재되었다.
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- 작성일 2023-10-10
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- 전자전기컴퓨터공학과 이진환 박사 국립 전남대학교 조교수 임용
- 우리 대학 전자전기컴퓨터공학과 전기기기 연구실 (지도교수: 정상용) 졸업생 이진환 박사(’13 전자전기공학부 졸업, ’18 전자전기컴퓨터공학과 졸업)가 국립 전남대학교 전기공학과에 2023년 9월에 정년트랙 조교수로 임용되었다. 이진환 박사는 2018년 2월에 “지능형 개체 수 제어기법 기반 Particle Swarm Optimization의 개발과 EV구동용 모터의 최적설계”로 박사학위를 받고, 현대자동차그룹 현대트랜시스(’18.02 ~ ’23.08)에서 책임연구원으로 근무한 후 전남대학교에 조교수로 임용되었다. 이진환 박사는 성균관대학교에서 학석박과정을 모두 이수하였고 학위 기간동안 많은 전기기기 관련 연구 프로젝트를 수행하였다. 정밀 전자계 수치해석 기반 전기기기의 설계를 기반으로 하여, 전기기기 맞춤형 최적설계 알고리즘의 개발 및 해석 정밀도 향상을 위한 해석기법에 대한 연구를 수행하였다. 학위과정 중 다수의 SCI급 논문을 게재하였으며, 졸업 후 현대트랜시스에 재직하면서 차량용 구동모터의 최적설계 및 차량용 구동모터의 해석 정밀도 향상기법을 연구하면서 다수의 SCI급 논문을 추가 게재하였다. 이진환 박사는 전남대학교에 임용된 뒤로는 전기기기의 최적설계를 필두로, 다물리계 융복합 해석, 전기기기-제어기 연동 해석 및 최신 머신러닝 기법을 기반으로 한 전기기기 파라미터 보간법에 대한 연구를 수행할 예정이다. 더불어 과거 자동차 산업계에서 근무하면서 연구하였던 다년간의 경험을 바탕으로 친환경 자동차용 구동시스템(Hybrid Electric Vehicle, Electric Vehicle, Commercial Electric Vehicle, 등)에 대한 개발을 중점 연구과제로 추진할 예정이다. 이진환 박사는 교수로서 우수한 인재들을 양성하여 사회에 이바지할 수 있는 후학을 양성함과 동시에 지역사회 및 국가에 도움이 될 수 있는 전기기기 관련 신기술 연구를 끊임없이 수행하겠다는 포부를 밝혔다.
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- 작성일 2023-09-20
- 조회수 1842
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- 전자전기공학부 손동희 교수 공동연구팀, 심혈관계 질환 진단/치료 위한 바이오 전자 스티커 기술 개발
- 전자전기공학부 손동희 교수 공동연구팀, 심혈관계 질환 정밀 진단 및 치료를 위한 바이오전자 스티커 기술 개발 - SKKU 국내연구팀, 네이처 일렉트로닉스 2023. 9.2 (토) 논문 게재 - 부드러우며 응력 완화 특성이 뛰어난 네트워크 구조의 자가 치유 고분자 기판, 조직접착 하이드로젤 및 액체 금속 기반 복합체 전극의 3중층 구조로 구현한 혁신적 심장 전자 스티커 패치 개발 - 차세대 임플란터블 신축성 바이오 전자약 분야 혁신 기대 [ 사진 ] 전자전기컴퓨터공학과 손동희 교수, 최희원 박사과정 , 김예원 박사과정 성균관대학교 전자전기컴퓨터공학부 손동희 교수 연구팀 (최희원 박사과정생, 김예원 박사과정생)은 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 연구팀 (김수민 박사과정생)과 공동연구를 통해 추가적인 봉합술이 필요없는 부드러운 신축성 심장 접착 전자 패치 기술을 개발하였고, 이를 기반으로 움직이는 동물로부터 장기간 안정적으로 심전도(ECG)를 계측해내 심혈관계 질환을 진단함과 동시에 전기자극으로 치료했다. 심장의 반복적인 수축-이완 운동에도 안정적으로 구동이 가능한 체내 이식형 전자소자를 만들기 위해 신축성이 우수하고, 부드러운 기계적 특성을 갖는 고분자 소재를 이용한 다양한 전자소자들이 개발되어왔다. 그러나, 신축성과 전도성을 동시에 지니기 위해 고체 상태의 전도성 첨가제를 넣은 고분자 복합소재(composite)는 고분자 본연의 기계적 특성을 잃어버리고 딱딱하게 변성되어, 굴곡지고 부드러운 심장 조직 표면을 압박 없이 감싸기에 어려움이 있다. 이에 따라 장기간 안정적으로 심전도를 기록하는 데에 한계가 있었다. 뿐만 아니라, 반복적인 심장의 움직임에도 소자를 고정하기 위해 바느질에 기반한 봉합술이 필수적이다. 이에 성균관대학교 연구팀은 부드러우면서도 신축성을 갖는 네트워크 구조의 자가치유 고분자 기판층, 뛰어난 심장 접착성을 가지는 하이드로젤층, 내구성이 뛰어난 액체 금속 필러-자가치유 고분자 복합체 전극층으로 구성된 심장 전자 패치를 개발하였다. 해당 심장 접착 전자 패치는 반복적인 심장 박동 상황에서도, 바느질을 전혀 하지 않고 심외막에 매우 빠르게 안정적으로 부착 가능했다. (그림 1) 심장조직에 손상을 주지 않으면서 장기간 안정적으로 부착되어 구동 가능한 심장 패치 기술 네트워크 구조의 자가치유 고분자 기판층과 조직 접착성 하이드로젤층의 3차원 결합 구조를 통해 접착성능을 향상 해주었으며, 고분자층의 응력완화 효과와 더불어 반복된 심장박동에도 접착성능을 유지할 수 있었다. 또한, 패치의 빠르고 컨포멀한 접착능력을 통해 움직이는 심장 표면에서도 별다른 처리없이 패치의 고른 부착을 가능하게 해주었다. 심근 경색 유발 소동물 모델에서 심근경색 유도 전후의 심장 신호를 획득하고, 변화를 관찰하는데 성공하였으며, 심근경색 진단이 가능할 정도의 정확한 심장 신호를 획득할 수 있는 패치의 성능을 검증하였다.이후 움직이는 동물로부터 한 달 동안 신호의 유실 없이 심전도 계측에 성공했다. 또한, 부정맥 및 급성심근경색을 나타내는 심전도 진단에 성공했으며 전기자극을 통해 효과적으로 심박조율이 가능함을 증명하였다. 이를 통해 해당 패치가 양방향성 심장 패치임을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 개발된 심장 패치를 이용하여 부정맥 유발 소동물 모델에서 심장 신호를 획득하여 부정맥의 단계를 진단하고, 전기자극을 통해 치료할 수 있었다. 또한, 액체 상태를 갖는 금속 입자들의 부드러운 물성을 갖는 전극과 전기방사 방식으로 만든 네트워크 구조 자가치유 고분자 기판층은 심장박동으로 인해 축적된 응력을 완화시킬 수 있는 최적의 솔루션을 제공하였으며, 어떠한 조직 손상도 유발하지 않았다. 한편, 본 연구팀은 이러한 양방향성 심장 패치의 우수한 성능이 액체금속 기반 복합체 전극층과 조직접착 하이드로젤 층의 화학적 상호작용으로부터 구현됨을 밝혔다. 기존의 액체 금속 기반 입자들의 표면에 불가피하게 형성되는 산화막은 우수한 전도성을 나타내는데 걸림돌이 되어 왔으나, 본 연구팀이 개발한 패치에서는 접착성 하이드로젤의 작용기와 액체금속 입자의 배위결합에 의해 산화막이 깨질 수 있었으며, 이는 안정적인 전기자극 및 신호 계측에 있어 핵심적인 역할을 하고 있었다. 기존의 전자 패치는 심장에 고정이 되지 않아 추가적인 봉합술이 필요하고, 물성이 딱딱하여 반복적인 심장의 움직임에 의해 쉽게 손상되어 오랫동안 사용하기에 어려웠으나, 본 연구에서 개발된 심장 접착 전자 패치는 뛰어난 심전도 계측 및 자극성능을 보유하고 있어, 새로운 형태의 바이오 전자소자 플랫폼을 제시할 뿐만 아니라 관련 응용 분야 확대를 위한 디딤돌이 될 것으로 기대된다. 손동희 교수는 “본 연구에서 개발된 바이오 전자 스티커 패치 기술은 심혈관계 중증 질환의 정밀 진단 및 치료 효과를 크게 개선할 수 있을 것으로 기대되며, 더 나아가 인체 내 다양한 장기에 차세대 전자약으로써 응용될 수 있다”고 말했다. 신미경 교수는 “본 연구는 우리 몸에 혈액을 공급하기 위해 매우 중요한 역할을 하는 심장에 바느질 필요 없이 적용할 수 있는 의료전자소재 및 소자를 구현한 것으로, 인체 조직과 매우 유사한 기계적 물성을 갖도록 구성된 고분자, 액체금속 등의 조합을 통해 얻어낸 것이 의미가 크다. 이는 심장 뿐만 아니라 뇌, 신경, 근육 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 바이오 전자 플랫폼으로 활용 가능할 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다. 연구팀은 심장 패치의 면적과 채널 수를 증가시켜, 더욱 세밀한 부위별 심장 신호 획득을 통해 심장질환 치료 약물의 작용 기전을 밝혀내려는 후속 연구를 진행하고 있다. 이번 연구는 과학기술정보통신부/한국연구재단 기초연구사업, 기초과학연구원, 과학기술정보통신부/한국연구재단 전자약기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 전자공학 분야에서 최고의 권위를 갖는 국제 학술지인 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics, IF: 34.3, JCR 0.2%)에 1일 게재됐다.
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- 작성일 2023-09-04
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- [일반] 2023년 하계 정보통신대학 학위수여식 성료
- 정보통신대학은 지난 8월 23일(수) 오전 11시 자연과학캠퍼스 삼성학술절보관 오티토리움에서 2023년 하계 학위수여식을 거행하였다. 이번 학위수여식에서는 참석 학생 한 명, 한 명에게 학위기를 직접 수여하여 코로나 19로 인해 오랜만에 개최되는 학위수여식에 참석해준 학생들에게 뜻 깊은 시간이 될 수 있도록 행사를 준비하였습니다. 금번 졸업식에는 학사 졸업자 12명, 석사 졸업자 10명, 박사 졸업자 11명과 축하객 70여명과 정보통신대학 권기원 학장, 박형원 부학장, 이재형 학부장, 이윤명 학과장, 송봉식 학과장께서 참석하여 자리를 빛내주셨습니다. [학사학위 졸업자 단체사진] [석사학위 졸업자 단체사진] [박사학위 졸업자 단체사진]
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- 작성일 2023-08-28
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