카이스트총동문회

동문소식 (총 2309건)

EEWS대학원

‘혁신 또 혁신’ 대전에서 탄생할 꿈의 배터리 - 김주성 동문(EEWS대학원)
언론사 연결하기
- KAIST총동문회
- 2025-06-19
동문소식 > 최근 소식 > 언론 속 동문소식
[연구]빛 공해 제로·열 차감 ‘스마트 윈도우’ 개발..건물·차량 적용 가능

< (왼쪽부터) 조회정 제1저자, 문홍철 교수 >전 세계 에너지 소비의 약 40%를 차지하는 건물 부문에서, 특히 창호를 통한 열 유입은 냉․난방 에너지 낭비의 주요 원인으로 지적돼왔다. 우리 연구진이 도시 건축물의 냉난방 에너지 절감뿐 아니라, 도심 생활 속 꾸준히 제기돼 온 ‘빛 공해’ 문제를 해결할 수 있는 ‘보행자 친화형 스마트 윈도우’기술을 개발하는데 성공했다.우리 대학 생명화학공학과 문홍철 교수 연구팀이 사용자의 의도에 따라 창문을 통해 들어오는 빛과 열을 조절하고, 외부로부터의 눈부심까지 효과적으로 상쇄하는 ‘스마트 윈도우 기술’을 개발했다고 17일 밝혔다.최근에는 사용자의 조작에 따라 빛과 열을 자유롭게 조절할 수 있는 ‘능동형 스마트 윈도우’ 기술이 주목받고 있다. 이는 기존의 온도나 빛 변화에 수동적으로 반응하는 창호와 달리, 전기 신호를 통해 실시간으로 조절이 가능한 차세대 창호 시스템이다.연구팀이 개발한 차세대 스마트 윈도우 기술인 RECM (Reversible Electrodeposition and Electrochromic Mirror)은 단일 구조의 *전기변색 소자를 기반으로, 가시광선(빛)과 근적외선(열)의 투과율을 능동적으로 조절할 수 있는 스마트 윈도우 시스템이다.*전기변색 소자: 전기 신호에 따라 광학적 특성이 변하는 특성을 가진 장치특히, 기존 금속 *증착 방식의 스마트 윈도우에서 문제로 지적돼 온 외부 반사광에 의한 눈부심 현상을 변색 소재를 함께 적용해 효과적으로 억제함으로써, 건물 외벽에 활용 가능한 ‘보행자 친화형 스마트 윈도우’를 구현했다.*증착: 전기화학 반응을 이용해 Ag+와 같은 금속 이온을 전극 표면에 고체 형태로 입히는 과정이번 연구에서 개발된 RECM 시스템은 전압 조절에 따라 세 가지 모드로 작동된다.모드 I(투명 모드)는 일반 유리처럼 빛과 열을 모두 통과시켜 겨울철 햇빛을 실내로 유입시키는 데 유리하다.모드 II(변색 모드)에서는 레독스 반응(산화-환원 반응)을 통해 *프러시안 블루(PB)와 **DHV+⦁ 화학종이 형성되며 창이 짙은 파란 색으로 변한다. 이 상태에서는 빛은 흡수되고 열은 일부만 투과돼, 프라이버시 확보와 동시에 적절한 실내 온도 조절이 가능하다.*프러시안 블루: 전기 자극에 따라 무색과 파란색으로 전환되는 전기변색 물질**DHV+⦁: 전기 자극 시 생성되는 라디칼 상태의 변색 분자모드 III(변색 및 증착 모드)는 은(Ag+)이온이 환원 반응을 통해 전극 표면에 증착돼 빛과 열을 반사하는 동시에, 변색 물질이 반사광을 흡수함으로써 외부 보행자의 눈부심까지 효과적으로 차단할 수 있다.연구팀은 미니어처 모델 하우스를 활용한 실험을 통해 RECM 기술의 실질적인 실내 온도 저감 효과를 검증했다. 일반 유리창을 적용한 경우, 실내 온도는 45분 만에 58.7℃까지 상승했다. 반면, RECM을 모드 III로 작동시킨 결과 31.5℃에 도달해 약 27.2℃의 온도 저감 효과를 나타냈다.또한, 전기 신호만으로 각 상태 전환이 가능해 계절, 시간, 사용 목적에 따라 즉각적으로 대응할 수 있는 능동형 스마트 기술로 평가받고 있다.< 그림 1. RECM 스마트 윈도우의 작동 메커니즘. RECM 시스템은 전기 자극에 따라 투명, 변색, 변색 및 증착 상태의 세 가지 상태로 전환이 가능하다. —1.6 V에서는 DHV•+ 및 프러시안 블루(PB)가 형성되어 가시광선을 차단하여 프라이버시 보호와 열 차단을 제공한다. —2.0 V는 은(Ag)이 전극 표면에 증착되어 빛과 열을 반사하며, DHV•+ 및 프러시안 블루가 반사광을 흡수함으로써 외부 눈부심을 효과적으로 억제한다. 이러한 메커니즘을 통해 빛, 열, 눈부심을 동시에 조절하는 능동형 스마트 윈도우로 기능한다. >이번 연구의 교신저자인 우리 대학 문홍철 교수는 “이번 연구는 가시광 조절에 국한된 기존 스마트 윈도우 기술에서 더 나아가 능동적 실내 열 제어는 물론 보행자의 시야 안전까지 종합적으로 고려한 진정한 스마트 윈도우 플랫폼을 제시한 것”이라며, “도심 건물부터 차량, 기차 등 다양한 응용 가능성이 기대된다”고 밝혔다.< 그림 2. 기존 반사형 스마트 윈도우와 RECM의 눈부심 억제 효과 분석 본 그림은 은(Ag)이 증착 시 발생하는 눈부심 현상을 기존 반사형 스마트 윈도우와 RECM Mode III를 비교한 결과이다. 기존 반사형 소자는 높은 반사율로 인해 책상 위에 강한 반사광이 맺혔다. 반면, RECM Mode III는 변색 물질이 반사광을 흡수해 반사광의 세기가 33% 감소하였고 반사광이 외부에서 관찰되지 않았다. 이로써 RECM 시스템은 열 차단을 넘어 밀집된 도심 환경에 최적화된 ‘보행자 친화형 스마트 윈도우’로서의 차별성과 실용성을 강조한다. >이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 저명 학술지인 ‘에이시에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’ 10권 6호 지에 2025년 6월 13일 자로 게재됐다.※ 논문명: Glare-Free, Energy-Efficient Smart Windows: A Pedestrian-Friendly System with Dynamically Tunable Light and Heat Regulation※ DOI: 10.1021/acsenergylett.5c00637< 그림 3. 미니어처 모델. 하우스에서의 온도 저감 성능 검증 모형 건축물에 RECM 소자를 적용해 실제 열 차단 효과를 평가했다. 동일한 조건에서 일반 유리는 실내 온도가 58.7℃까지 상승했으나, RECM의 Mode III의 경우 31.5℃에 도달해 최대 27.2℃의 온도 저감 효과를 입증했다. 열화상 이미지를 통해 실내의 온도 차이도 시각적으로 확인됐으며, 이는 도심 건축물의 실내 온도 조절 가능성을 실증한 결과다. >한편 이번 연구는 한국연구재단의 나노 및 소재기술개발사업 (나노커넥트) 및 한국기계연구원 기본사업의 지원을 받아 수행됐다.
- KAIST총동문회
- 2025-06-17
동문소식 > 모교 소식 > 연구개발
경영공학부

"빌딩에 로봇 다니는 시대… 쓸만한 로봇, 살만한 가격으로 만들어야" - 최리군 동문(경영공학)
언론사 연결하기
- KAIST총동문회
- 2025-06-17
동문소식 > 최근 소식 > 언론 속 동문소식
기계공학과

조우종 에브리봇 최고기술책임자(CTO) - 조우종 동문(기계공학)
언론사 연결하기
- KAIST총동문회
- 2025-06-17
동문소식 > 최근 소식 > 언론 속 동문소식
수리과학과

[연구]6만 편 논문 대신할 ‘한번의 실험’으로 약물 저해효과 정확 예측

< 사진 1. (왼쪽부터) 김상겸 교수(충남대 약대, 공동 교신저자), 송윤민 박사(IBS 의생명수학그룹(전 KAIST 수리과학과), 공동 제1 저자), 장형준 학부생(KAIST, 공동 제1 저자), 김재경 교수(KAIST 및 IBS 의생명수학그룹, 교신저자) (왼쪽 위)윤휘열 교수(충남대 약대, 공동저자) >기존 신약 개발에서는 수많은 농도 조건에서 반복 실험을 거쳐 약물 간 상호작용을 분석하고, 저해상수를 추정하는 방식이 사용돼 왔다. 이 방법은 지금까지 6만 편 이상의 논문에 활용될 만큼 널리 쓰였다. 그런데 최근, 학부생이 제 1저자로 참여한 국내 연구진이 단 하나의 저해제 농도만으로 저해상수를 정확히 추정할 수 있는 획기적인 분석법을 제안해 주목을 받고 있다.우리 대학 수리과학과 김재경 교수 연구팀(IBS 의생명 수학 그룹 CI)이 충남대(총장 김정겸) 약대 김상겸 교수팀과 기초과학연구원(원장 노도영, IBS) 의생명수학그룹과 공동연구를 통해, 단 하나의 실험으로 약물 저해 효과*를 예측할 수 있다고 26일 밝혔다.*약물 저해 효과: 한 약물이 특정 효소의 작용을 억제함으로써 다른 약물의 대사(분해 및 처리 과정) 또는 생리학적 효과에 영향을 주는 현상공동 연구팀은 수학적 모델링과 오차 지형 분석을 통해 정확도 향상에 기여하지 않는 저해제 농도를 제거하고, 단 하나의 농도만으로도 저해상수를 정확하게 추정할 수 있는 새로운 분석법 ‘50-BOA’를 제안했다. 이 기법을 실제 실험 데이터에 적용한 결과, 기존보다 75% 이상 실험 효율이 향상됐으며, 정확도 역시 개선됐다.< 그림 1. 50-BOA에 대한 그림 요약. 50-BOA는 기존에 널리 사용되던, 다양한 저해제 농도를 사용하는 대신 단일 농도만을 사용하여 저해상수 추정의 정확도와 효율을 개선하였다 >이번 연구는 반복 실험에 따른 자원 소모를 줄이고 해석의 편차를 최소화함으로써, 신약 개발 과정의 효율성을 높일 수 있는 새로운 접근법을 제시했다는 점에서 큰 의의가 있다. 또한, 수학적 접근이 생명과학 실험 설계를 어떻게 혁신할 수 있는지를 보여주는 대표적인 성과로 평가된다.저해상수는 약물 효과뿐 아니라, 병용 투여 시 발생할 수 있는 약물상호작용을 예측하고 방지하는 데 핵심적인 지표로 활용된다. 실제로 미국 식품의약국(FDA)은 신약 개발 과정에서 약물상호작용의 가능성을 예측하기 위해 저해상수를 포함한 효소의 저해 특성을 사전에 평가할 것을 권고하고 있다.< 그림 2. 저해제의 메커니즘. 저해제는 효소나 기질-효소 복합체에 저해제가 결합해 생성물의 생성을 지연하거나 억제한다 >전통적으로 저해상수는 다양한 기질 및 저해제 농도에서 측정된 대사 속도 데이터에 수학 모델을 적합해 추정해왔다. 그러나 이러한 방식에도 불구하고, 동일한 기질-저해제 조합에 대해 연구마다 추정값이 10배 이상 차이나는 사례들이 보고돼, 신약 개발 과정에서 약물의 효과와 부작용을 정확히 예측하는 데 어려움이 있었다.연구팀은 저해상수 추정 과정을 수학적으로 분석한 결과, 기존 방식에서 활용되는 데이터의 절반 이상이 실제 추정에 불필요하거나, 오히려 왜곡을 초래할 수 있음을 밝혀냈다.즉, 저해제 농도를 다양하게 사용하는 기존 방식보다, 충분히 높은 저해제 농도 하나에서 추정한 결과가 더 정확하고 효율적일 수 있다는 점을 규명한 것이다. 나아가 저해제 농도와 저해상수 간의 관계를 나타내는 식을 정칙화로 추가해, 정확도를 더욱 높인 새로운 분석법, ‘50-BOA’를 개발했다.50-BOA는 단 하나의 저해제 농도만으로도 저해상수를 정확하게 추정할 수 있어, 실험 횟수를 크게 줄이면서도 오히려 정확도를 높인 획기적인 기법이다. 연구팀은 이 방법을 실제 약물 데이터에 적용해, 기존보다 75% 이상 적은 데이터만으로도 저해상수를 정확하게 추정해냈다.< 그림 3. 낮은 저해제 농도(위)와 충분히 높은 농도(아래)를 사용했을 때의 저해상수 추정 결과 비교. 낮은 농도를 사용할 경우, 추정 오차가 낮은 영역이 너무 넓어 실제 저해상수와 100배 차이가 나는 저해상수 값도 실제 데이터를 잘 예측한다. 따라서 저해상수를 정확하게 추정하기 어렵다. 반면, 충분히 높은 농도를 사용하면 추정 오차가 낮은 영역이 좁아져 저해상수를 더 정확하게 추정할 수 있다 >또한, 누구나 쉽게 활용할 수 있도록 엑셀 기반의 사용자 친화적인 분석 소프트웨어도 개발자 플랫폼인 깃허브(https://github.com/Mathbiomed/50-BOA)에 함께 공개했다.충남대 김상겸 교수는 “이번 연구는 수십 년간 정형화된 약물 실험 설계를 근본적으로 재검토하게 만들었다”며, “단순한 실험 효율 향상을 넘어, 약효와 부작용 예측의 정확도를 높일 수 있는 새로운 표준이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.또한, 우리 대학 김재경 교수는 “수학이 실험 설계를 바꾸고, 생명과학 분야의 연구 효율성과 재현성을 근본적으로 높일 수 있음을 보여주는 대표적 사례다”고 밝혔다.< 그림 4. 실제 약물 데이터를 활용한 기존 방법과 50-BOA의 저해상수 추정 비교. 50-BOA는 전통적인 방법과 유사한 정확도(점, 별표)를 보였으며, 신뢰구간도 비슷하거나 더 좁았다. 특히, 실험 횟수는 기존 대비 1/7로 대폭 감소했다 >이번 연구 논문은 우리 대학 융합인재학부 장형준 학사과정과 수리과학과 송윤민 박사가 공동 제1 저자로 참여하였고 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 2025년 6월 5일 자에 게재됐다.※ 논문명 : Optimizing enzyme inhibition analysis: precise estimation with a single inhibitor concentration※ 저자 정보 : 장형준 (KAIST 융합인재학부, 공동 제1 저자), 송윤민 (IBS 의생명수학그룹 (전 KAIST 수리과학과 소속), 공동 제1저자), 전장수(충남대 약대, 연구교수, 공동저자), 윤휘열(충남대 약대, 교수, 공동저자), 김상겸(충남대 약대, 교수, 교신저자), 김재경 (KAIST 수리과학과, 교신저자)※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-60468-z한편 이번 연구는 한국연구재단, 기초과학연구원, KAIST의 지원을 받아 수행됐다.
- KAIST총동문회
- 2025-06-16
동문소식 > 모교 소식 > 연구개발

사업&활동 (총 12건)

회비 및 서비스 (총 1건)

동문회비 안내
- 매니저
- 2024-11-11
회비 및 서비스 > 회비·찬조금납부 > 동문 회비 안내

총동문회 소개 (총 5건)

장학재단 소개 (총 4건)

개인정보 보호방침 (총 1건)

연혁
- 관리자
- 2024-12-19
개인정보 보호방침 > 개인정보 보호방침

이용약관 (총 2건)

통합검색

통합검색