연구 > 연구성과 - 69 / 13 페이지 - KAIST 전기 및 전자공학부

전기및전자공학부 김동준·정명수 교수 공동연구, 고성능 조립형 SSD 시스템 반도체 최초 개발

– 플래시 전용 온-칩 네트워크 기술이 적용된 SSD 시스템 반도체 개발로 차세대 고성능 SSD 시장 우위 선점 기대

– 기존 시스템 대비 최대 31배 응답시간 줄이고, 수명 23% 늘려

– 인공지능 연구 및 빅데이터 분석 기술을 활용하는 다양한 알고리즘 성능 개선에 기여할 것으로 기대

최근 인공지능을 훈련하기 위해 더 많은 데이터가 필요해지면서 그 중요성은 더욱 증가하고 있으며, 이에 데이터 센터 및 클라우드 서비스를 위한 주요 저장장치인 고성능 SSD(Solid State Drive, 반도체 기억소자를 사용하는 저장장치) 제품의 필요성이 높아지고 있다.

하지만, 고성능 SSD 제품일수록 SSD 내부의 구성요소들이 서로의 성능에 크게 영향을 미치는 상호-결합형(tightly-coupled) 구조의 한계에 부딪혀 성능을 극대화하기 어려웠다.

김동준 교수 연구팀이 고성능 조립형 SSD 시스템 개발을 통해 차세대 SSD의 읽기/쓰기 성능을 비약적으로 높일 뿐 아니라 SSD 수명연장에도 적용 가능한 SSD 시스템 반도체 구조를 세계 최초로 개발했다.

김동준 교수 연구팀은 기존 SSD 설계가 갖는 상호-결합형 구조의 한계를 밝히고, CPU, GPU 등의 비메모리 시스템 반도체 설계에서 주로 활용되는 칩 내부에서 패킷-기반 데이터를 자유롭게 전송하는 온-칩 네트워크 기술을 바탕으로 SSD 내부에 플래시 메모리 전용 온-칩 네트워크를 구성함으로써 성능을 극대화하는 상호-분리형(de-coupled) 구조를 제안했으며, 이를 통해 SSD의 프론트-엔드 설계와 백-엔드 설계의 상호 의존도를 줄여 독립적으로 설계하고 조립 가능한 ‘조립형 SSD’를 개발했다.

※온-칩 네트워크(on-chip network): CPU/GPU등의 시스템 반도체 설계에 쓰이는 칩 내부의 요소에 대한 패킷-기반 연결구조를 말한다. 온-칩 네트워크는 고성능 시스템 반도체를 위한 필수적인 설계 요소중 하나로서 반도체칩의 규모가 증가할수록 더욱 중요해지는 특징이 있다.

김동준 교수 연구팀이 개발한 조립형 SSD 시스템 구조는 내부 구성요소 중 SSD 컨트롤러 내부, 플래시 메모리 인터페이스를 기점으로 CPU에 가까운 부분을 프론트-엔드(front-end), 플래시 메모리에 가까운 부분을 백-엔드(back-end)로 구분하고, 백-엔드의 플래시 컨트롤러 사이 간 데이터 이동이 가능한 플래시 메모리 전용 온-칩 네트워크를 새롭게 구성해, 성능 감소를 최소화하는 상호-분리형 구조를 제안했다.

SSD를 구동하는 핵심 요소인 플래시 변환 계층의 일부 기능을 하드웨어로 가속하여 플래시 메모리가 갖는 한계를 능동적으로 극복할 수 있는 계기를 마련하였고 상호-분리형 구조는 플래시 변환 계층이 특정 플래시 메모리의 특성에 국한되지 않고, 프론트-엔드 설계와 백-엔드 설계를 독립적으로 수행하는 설계의 용이성을 가지는 점이 ‘조립형’ SSD 구조의 장점이라고 밝혔다. 이를 통해, 기존 시스템 대비 응답시간을 31배 줄일 수 있었고 SSD 불량 블록 관리기법에도 적용해 약 23%의 SSD 수명을 연장할 수 있다.

KAIST 전기및전자공학부 김지호 박사과정이 제1 저자, 전기및전자공학부 정명수 교수가 공동 저자로 참여한 이번 연구는 미국 플로리다주 올랜도에서 열리는 컴퓨터 구조 분야 최우수 국제 학술대회인 `제50회 국제 컴퓨터 구조 심포지엄(50th IEEE/ACM International Symposium on Computer Architecture, ISCA 2023)’에서 6월 19일 발표될 예정이다. (논문명: Decoupled SSD: Rethinking SSD Architecture through Network-based Flash Controllers).

연구를 주도한 김동준 교수는 “이번 연구는 기존의 SSD가 가지는 구조적 한계를 규명했다는 점과 CPU와 같은 시스템 메모리 반도체 중심의 온-칩 네트워크 기술을 적용해 하드웨어가 능동적으로 필요한 일을 수행할 수 있다는 점에서 의의가 있으며 차세대 고성능 SSD 시장에 기여할 것으로 보인다”며, “상호-분리형 구조는 수명연장을 위해서도 능동적으로 동작하는 SSD 구조로써 그 가치가 성능에만 국한되지 않아 다양한 쓰임새를 가진다며”연구의 의의를 설명했다.

이번 연구는 컴퓨터 시스템 저장장치 분야의 저명한 연구자인 KAIST 정명수 교수와 컴퓨터 구조 및 인터커넥션 네트워크 (Interconnection Network) 분야의 권위자인 김동준 교수, 두 세계적인 연구자의 융합연구를 통해 이루어낸 연구라는 의미가 있다고 관계자는 설명했다.

언론보도

조선일보 : 성능·수명 높인 조립형 SSD 시스템 반도체 첫 개발 – 조선비즈 (chosun.com)

전자신문 : KAIST, 고성능 조립형 SSD 시스템 반도체 개발…응답시간↓, 수명↑ – 전자신문 (etnews.com)

명현 교수 연구팀, 국제 로봇/자동화 학술대회 슬램(SLAM) 챌린지 2관왕, 저널 최우수논문상 수상

< 사진 1. HILTI SLAM Challenge 2023 수상팀. 왼쪽부터 명현 교수, 신건희 석사과정, 임현준 박사과정, 임형태 박사, 김대범 석사과정, 이대한 인턴 >

< 사진 2. 2022 IEEE Robotics and Automation Letters Best Paper Award 저자. 왼쪽부터 명현 교수, 송원호 박사과정, 오민호 박사과정, 이응창 박사과정, 임형태 박사 >

KAIST 전기및전자공학부 명현 교수 연구실(Urban Robotics lab)의 “Urban Robotics Lab @ KAIST”와, “URL @ KAIST” 두 팀이 5월 29일부터 6월 2일 동안 영국 런던에서 개최된 로봇 분야 최대 규모 학술대회(참가자 7천여 명)인 2023 국제 로봇 및 자동화 학술대회(IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA) 내에서 개최된 힐티 슬램 챌린지(HILTI SLAM Challenge)에서 각각 전체 1위와 비전(vision) 분야 학계 1위의 성과를 거뒀다고 9일 밝혔다.

※ 팀 구성

– Urban Robotics Lab @ KAIST (라이다 부문): 임형태 박사, 김대범, 신건희 석사과정, 이대한 인턴, 명현 교수 (KAIST), URL @ KAIST (비전 부문): 임현준 박사과정, 명현 교수 (KAIST)

힐티 슬램 챌린지 2023은 로봇 분야에서 가장 저명한 IEEE ICRA 학회의 미래 건설 워크샵 (Future of Construction Workshop) 프로그램의 일부로, 리히텐슈타인 공국의 힐티(HILTI) 사와 영국 옥스퍼드 대학의 옥스퍼드 로봇 연구소(Oxford Robotics Institute), 스위스 취리히 공대의 로봇 인지 그룹(Robotics and Perception Group)이 함께 주최했다.

본 대회는 공사환경이나 특징점이 부족한 좁은 실내 환경, 어두운 환경 등 기존 위치 측정 및 동시 지도화(Simultaneous Localization And Mapping, 이하 SLAM) 알고리즘이 동작하기 어려운 환경에서도 강인하게 동작할 수 있는 SLAM 알고리즘을 개발해 정확한 매핑을 하는 대회다. 본 대회에 총 80여 팀의 해외 유수 기업과 연구팀들이 참가했다.

특히, 이번 대회는 2021년도부터 꾸준히 개최되어, 현재는 ICRA 내의 대회 중에서도 저명한 대회 중 하나로 손꼽힌다.

연구팀은 자체 개발한 주변 환경의 특징에 따른 적응형 라이다-관성 주행계(AdaLIO: Adaptive LiDAR-Inertial Odometry) 알고리즘과 다양한 최적화 프레임워크(Pose Graph Optimization)를 활용해 라이다(LiDAR) 세션에서 총 63팀 중 전체 1위를 하였고, 비전 부문에서는 자체 개발한 직선 특징 기반의 강인한 비전-관성 주행계 알고리즘(UV-SLAM)을 활용해 학계 1위 (전체 2위)를 수상했다.

또한 부상으로 상금 3,000 CHF(스위스 프랑)와 1,000 CHF를 각각 받을 예정이다. 연구팀은 2022년에 처음 출전해 학계 2위 (전체 4위)를 수상한 바 있다.

참고로 SLAM 기술은 자율주행(자율차/자율로봇), 자율보행, 자율비행, 자율운항 등의 핵심이 되는 위치인식 및 맵 작성을 동시에 하는 기술이다.

< 사진 3. LiDAR 부문 1위 수상팀으로서, 제안한 SLAM 기술에 대한 초청 구두 강연 장면 (연사 임형태 박사) >

한편, 명현 교수 연구팀의 오민호 박사과정, 정의곤 석사(현 네이버랩스 소속), 임형태 박사, 송원호 박사과정, 허수민 석사(현 스트라드비전 소속), 이응창 박사과정이 LIG넥스원과의 산학협업을 통해 작성한 논문이 동일 학술대회인 2023 IEEE ICRA 기간 중 6월 1일 열린 시상식에서 2022년 IEEE 국제 로봇/자동화 저널(RA-L, Robotics and Automation Letter) 최우수 논문상(Best paper award)을 수상했다.

※ 저자 구성

오민호 박사과정, 정의곤 석사, 임형태 박사, 송원호 박사과정, 허수민 석사, 이응창 박사과정 (이상 KAIST), 박정희 선임연구원, 김재경 단장, 이장우 선임연구원 (이상 LIG넥스원), 명현 교수 (KAIST)

< 사진 4. 2022 IEEE Robotics and Automation Letters Best Paper Award 주 저자. 왼쪽부터 임형태 박사 (3저자), 오민호 박사과정 (공동 1저자), 명현 교수 (교신 저자), 정의곤 석사 (공동 1저자) >

연구팀의 논문은 세계적 권위 저널인 RA-L에 2022년 한해 동안 출간된 1,100여 편의 논문 중 편집위원회의 심사를 거쳐 5편의 최우수 논문 중 한편으로 선정됐고, 상패와 함께 상금을 수여받을 예정이다. (논문 제목: “TRAVEL: Traversable Ground and Above-Ground Object Segmentation Using Graph Representation of 3D LiDAR Scans”)

< 그림 3. 숲과 같은 비정형 환경에서의 TRAVEL 알고리즘 기반 이동 가능 영역 탐지 및 객체 인식 결과 예시 >

본 논문에서 명현 교수 연구팀은 미지의 탐사 환경에서도 지상 로봇이 안전하게 작동하며 임무를 수행할 수 있는 자율주행 시스템을 제안했다. 특히, 지상 로봇이 도심 환경 및 숲과 같은 험난한 비정형 환경과 같은 다양한 환경에서도 그래프 구조 기반의 이동 가능 영역 탐지 및 주변 환경의 객체 인식을 통해 실시간으로 자율주행이 가능하도록 솔루션을 제안했다.

또한, 연구팀은 실제 자율주행 시스템에 적용하여 실용성을 입증한 바 있으며, 해당 기술을 공개함으로써 로봇 자율 주행 기술 발전에 이바지했다. (공개 링크: https://github.com/url-kaist/TRAVEL)

명현 교수는 “자체적으로 확보한 슬램(SLAM) 기술이 세계적으로 인정받는 기회였고, 이를 통해 다양한 자율 주행, 보행, 비행에 활용하여 로봇 산업 발전에 이바지 할 수 있으리라 생각한다”라고 수상 소감을 밝혔다.

언론보도

서울 경제 : KAIST 명현 교수팀, 국제 로봇/자동화 학술대회 슬램 챌린지 2관왕 | 서울경제 (sedaily.com)

헤럴드 경제 :“KAIST 명현 교수팀, 국제 로봇학술대회 2관왕 석권”- 헤럴드경제 (heraldcorp.com)

유회준 교수 연구실 석사과정 권범석 학생 IEEE ISCAS에서 Best Paper Award 수상

전기및전자공학부 유회준 교수 연구실 석사과정 권범석 학생이 2023 IEEE International Symposium on Circuits and Systems(ISCAS)에서 Best Paper Award를 수상하였다.

이번 학술대회는 지난 5월 21일부터 25일까지 미국 캘리포니아에서 개최되었다.

ISCAS 학회는 IEEE에서 매년 개최하는 국제 학회이며, “A 92fps and 2.56mJ/Frame Computing-in-Memory-Based Human Pose Estimation Accelerator with Resource-Efficient Macro for Mobile Devices”라는 제목의 논문을 발표하였고, 그 우수성을 인정받아 수상자로 선정되었다.

자세한 내용은 다음과 같다.

– 학 회 명 : 2023 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS)

– 개최기간 : 2023년 5월 21일 ~ 25일

– 수 상 명 : Best Paper Award

– 저 자 : 권범석, 이지용, 김상진, 조우영, 유회준 (지도교수)

– 논 문 명 : A 92fps and 2.56mJ/Frame Computing-in-Memory-Based Human Pose Estimation Accelerator with Resource-Efficient Macro for Mobile Devices

유민수 교수 ‘Google Research Scholar Award’ 수상

[유민수 교수]

Google Research Scholar Award는 전 세계 대학들을 대상으로 컴퓨터 과학 및 관련 분야를 연구하고 있는 신진 연구자들과 구글과의 협업을 촉진하고 장기적 협력 관계를 도모하기 위해 구글 본사에서 2021년에 신설한 프로그램이다.

유민수 교수는 학계에서 7년 미만으로 활동한 신진 연구자 자격으로 전 세계에서 선정된 총 78명의 신진 교원 수상자 명단에 포함되었으며, Systems 분야에서 선정된 4명의 교원 중의 한 명으로 올해 수상을 하게 되었다.

국내 소재 대학에 재직 중인 교수는 3명이 선정되었으며, 이 중 유민수 교수와 본교 AI대학원 김범준 교수를 포함한 2명이 KAIST 소속이다.

유민수 교수는 ‘Co-Designing Hardware/Software Systems for Differentially Private Machine Learning’이라는 연구 주제로 수상을 하게 되었다.

최근 들어 ChatGPT로 각광받고 있는 LLM (Large Language Model) 기반의 생성형 AI (Generative AI) 기술은 AI 서비스 품질 향상을 위해 대량의 사용자 데이터를 수집 및 활용하여 AI 모델의 정확도를 개선하고 있다.

하지만 사용자의 민감한 개인정보가 데이터센터로 전송 및 저장되는 와중에 유출되거나, 이를 기반으로 학습된 모델이 추론 과정에서 서비스 될 때에 학습에 사용된 개인정보가 유출되는 등 사용자 개인정보보호가 심각한 사회문제로 대두되고 있다.

이번 수상의 기반이 된 ‘프라이버시가 보호되는 기계학습을 위한 컴퓨터 시스템 연구’는 대량의 데이터 사용이 필수적인 AI 모델 학습 과정에서, 개인 정보나 민감한 사용자 데이터가 AI 모델의 학습이나 추론 과정에서 유출되지 않는 AI 반도체 및 이를 지원하기 위한 소프트웨어 솔루션을 연구할 예정이다.

전체 수상자 명단 및 해당 수상에 관한 자세한 소식은 아래 웹사이트에서 확인할 수 있다.

https://research.google/outreach/research-scholar-program/recipients/?category=2023

정명수 교수 연구팀, 세계 최초 CXL 3.0 기반 검색 엔진을 위한 AI 반도체 개발

전기및전자공학부 정명수 교수 연구팀이 세계 최초로 CXL 3.0 기반 검색 엔진을 위한 AI 반도체를 개발하였다.

최근 각광 받고 있는 이미지 검색, 데이터베이스, 추천 시스템, 광고 등의 서비스들은 근사 근접 이웃 탐색(Approximate Nearest Neighbor Search, ANNS) 알고리즘을 사용한다.

근사 근접 이웃 탐색 알고리즘을 실제 서비스에서 사용할 때 필요한 데이터 셋이 매우 커 많은 양의 메모리를 요구하는 어려움이 있다.

이를 해결하기 위해 기존에는 압축 방식과 스토리지 방식을 사용하였지만, 각각 낮은 정확도와 성능을 가지는 문제가 있다.

연구팀은 메모리 확장의 제한이라는 근본적인 문제를 해결하기 위해 CXL이라는 기술을 사용하였다. CXL은 PCI 익스프레스(PCIe) 인터페이스 기반의 CPU-장치 간 연결을 위한 프로토콜로, 가속기 및 메모리 확장기의 고속 연결을 제공한다.

또한 CXL 스위치를 통하여 여러 대의 메모리 확장기를 하나의 포트에 연결할 수 있는 확장성을 제공한다. 하지만 CXL을 통한 메모리 확장은 로컬 메모리와 비교하여 메모리 접근 시간이 증가하는 단점을 가지고 있다.

연구팀이 개발한 AI 반도체(CXL-ANNS)는 CXL 스위치와 CXL 메모리 확장기를 사용해 근사 근접 이웃 탐색에서 필요한 모든 데이터를 메모리에 적재할 수 있어 정확도와 성능 감소를 없앴다.

또한 근사 근접 이웃 탐색의 특징을 활용해 데이터 근처 처리 기법과 지역성을 활용한 데이터 배치 기법으로 CXL-ANNS의 성능을 한 단계 향상시켰다.

연구팀은CXL-ANNS의 프로토타입을 자체 제작하여 기존 연구들과 성능을 비교하였다.

CXL-ANNS는 기존 연구들 대비 평균 111배 성능 향상이 있었다. 특히, 마이크로소프트에서 실제 서비스에서 사용되는 방식과 비교하였을 때 92배의 성능 향상을 보여줬다.

이번 연구는 미국 보스턴에서 오는 7월에 열릴 시스템 분야 최우수 학술대회인 유즈닉스 연례 회의 `USENIX Annual Technical Conference, 2023’에 ‘CXL-ANNS’이라는 논문명(CXL-ANNS: Software-Hardware Collaborative Memory Disaggregation and Computation for Billion-Scale Approximate Nearest Neighbor Search)으로 발표될 예정이다.

해당 연구에 대한 자세한 내용은 연구실 웹사이트(http://camelab.org)에서 확인할 수 있다.

[그림1. 하드웨어 프로토타입]

[그림2. CXL-ANNS의 로고]

[그림3. CXL-ANNS 연구진 (왼쪽부터) 전기및전자공학부 박사과정 장준혁, 이승준, 석사과정 최한진, 박사과정 권미령, 배한여름, 교수 정명수]

자세한 정보는 아래 링크 참조

[Link]

한국경제: https://www.hankyung.com/it/article/202305259204i

헤럴드경제: http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20230525000225

조선비즈: https://biz.chosun.com/science-chosun/technology/2023/05/25/4UW5LPX3WVARVIS3QBBICPINFM/

전자신문: https://www.etnews.com/20230525000092

EE 권경하 교수 연구팀, 배터리 없이 실시간으로 무선으로 심혈관 기능을 진단하는 임플란트 개발

– 심혈관 내 압력, 혈류, 온도를 실시간 측정하는 무선 시스템 개발

– 심혈관 질환 환자들의 사전 위험 예측 및 관리에 폭넓게 활용 기대

실시간 혈역학(Hemodynamic) 모니터링은 심혈관 질환을 앓는 환자의 수술 전후 관리에 도움을 준다.

이에 일상에서 실시간으로 심혈관 내 압력, 유량 및 온도 측정을 제공할 수 있는 무선 인체이식형 의료기술에 대한 수요가 증가하고 있다.

권경하 교수는 배터리 없이 실시간으로 심혈관 내 압력, 유량, 온도를 측정해 심혈관 기능을 진단하는 무선 심혈관 임플란트를 개발했다.

권경하 교수 연구팀과 미국 노스웨스턴대학교 김종욱 박사가 공동연구를 통해 개발한 이 기술은 국제 학술지 네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)에 4월 11일 발표됐다 (논문명 : A battery-less wireless implant for the continuous monitoring of vascular pressure, flow rate and temperature; URL: https://www.nature.com/articles/s41551-023-01022-4).

현재는 침상 모니터에 연결된 유선 테더(tether)와 함께 센서를 동맥에 삽입해 동맥압과 혈류 속도 측정이 가능하지만, 유선 인터페이스가 심혈관 손상 및 감염이나 측정 정확도 저하로 이어질 수 있으므로 병원에서 움직이지 않는 환자를 위해 일시적으로 사용하는 것으로 제한된다.

전문 의료 시설에 접근하지 않고 언제 어디서나 환자의 수술 후 모니터링을 지원하기 위해, 배터리 없이 무선으로 작동하는 임플란트 시스템을 개발하는 것이 핵심 과제다.

연구를 주도한 권경하 교수는 “앞으로 심장판막 대동맥 이식술(TAVI) 후 경사도 및 기타 유출 검사, 뇌동맥류용 흐름 전환기 내부의 압력 및 유량 측정, 흉부 내 대동맥 내시경적 수술(TEVAR) 및 복부 대동맥류 내시경적 수술(EVAR) – 엔돌릭 감시 등 다양한 임상 분야에서 사용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

왼쪽부터 권경하 교수, 노스웨스턴대학교 김종욱 박사

[언론보도]

조선비즈 : 실시간 심혈관 건강 확인하는 무선진단 장치 국내서 개발 – 조선비즈 (chosun.com)

아시아경제 : 배터리 없이 인체 삽입해 무선 혈압 측정 – 아시아경제 (asiae.co.kr)

정재웅 교수 연구실 이시목 학생, 2023 MRS Spring Meeting Best Poster Award 수상

[정재웅 교수, 박사과정 이시목 학생, 왼쪽부터]

정재웅교수 연구실의 이시목 박사과정 학생이 2023 MRS Spring Meeting에서 Best Poster Award를 수상하였다.

MRS(Materials Research Society) Meeting은 80개 이상 국가에서 물리, 화학, 생물 등을 포함한 재료 분야 연구자들이 모여 최신 연구결과를 발표하는 세계 최대 규모의 미국재료학회에서 주관하는 학술대회이다.

이번 2023 MRS Spring Meeting은 재료 과학의 미래에 대한 창구 역할은 물론 학계 관련자 및 업계 종사자들에게 기술에 대한 정보와 네트워크를 형성할 수 있는 기회를 제공하는 심포지움이 결합된 학술 대회로 지난 4월 10일부터 14일까지 미국 샌프란시스코에서 개최되었다.

약 5500명이 참석하고 1382개의 포스터가 발표되었으며, 이 중 18개의 포스터가 Best Poster Award로 선정되었다.

이시목 학생은 “Adaptive Electronic Skin with High Sensitivity and Large Bandwidth based on Gallium Microdroplet-Elastomer Composite” 주제의 포스터를 발표하였고, 그 우수성을 인정받아 수상하게 되었다.

이번 연구는 액체 금속 갈륨을 기반으로 인간 피부의 민감도와 압력 감지 범위를 뛰어 넘는 전자 피부 제작 기술을 제시하여 추후 헬스 케어, 로봇 공학 등 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 예상된다.

[수상식 사진, MRS Meeting Chair 이태우 교수, 이시목 학생, 정재웅 교수, 왼쪽부터]

최준일 교수, 명현 교수, IEEE VTS Distinguished Lecturer 선정

전기및전자공학부 최준일, 명현 교수가 국제 전기전자공학회(IEEE)의 이동체공학학술회(Vehicular Technology Society, VTS)가 지원하는 ‘저명 강연자(Distinguished Lecturer)’로 선정되어 올해부터 2025년까지 2년간 Distinguished Lecturer로 활동하게 되었다.

IEEE VTS는 이동체와 관련된 전자공학 분야 세계 최대 규모의 학회로서, 매년 해당 분야에서 선도적인 연구를 수행하고 있는 세계 석학 수 명을 Distinguished Lecturer로 선정하여 전세계 90여개의 지부(chapter)에서 초청 강연을 진행할 수 있는 기회를 지원하고, 이를 통해 학회 회원들에게 최신의 연구 동향 및 우수 성과들에 관한 지식을 얻고 Distinguished Lecturer와 직접 소통할 수 있는 기회를 제공한다.

최준일 교수는 차세대 무선통신 시스템 분야의 우수한 연구 성과를 바탕으로 ‘기계학습을 활용한 통신시스템’ 및 ‘지능형 반사판 기반의 통신 시스템’을 주제로, 명현 교수는 로봇 자율 주행 분야의 우수한 연구 성과를 바탕으로 ‘로봇 자율 주행: 핵심 기술 및 응용” 주제로 강연할 예정이다.

명현 교수 연구팀, 안 보고도 계단을 성큼성큼 걷는 ‘드림워커’ 기술 개발

– 시각 및 촉각 정보 없이 비정형 환경 보행이 가능한 인공지능 심층 강화학습 기반 보행 로봇 제어기술 ‘드림워크’ 개발

– ‘드림워크’ 기술을 활용하여 다양한 형태의 사족보행 ‘드림워커’ 로봇 양산 가능

– 화재와 같은 재난으로 인한 비정형 환경 탐사 임무 수행 등에 활용 기대

연기가 자욱해 앞이 안 보이는 재난 상황에서 별도의 시각이나 촉각 센서의 도움 없이 계단을 오르내리고 나무뿌리와 같은 울퉁불퉁한 환경 등에서 넘어지지 않고 움직이는 사족보행 로봇 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

전기및전자공학부 명현 교수 연구팀(미래도시 로봇연구실)이 다양한 비정형 환경에서도 강인한 `블라인드 보행(blind locomotion)’을 가능케 하는 보행 로봇 제어 기술을 개발했다.

연구팀은 사람이 수면 중 깨어서 깜깜한 상태에서 화장실을 갈 때 시각적인 도움이 거의 없이 보행이 가능한 것처럼, 블라인드 보행이 가능하다고 해서 붙여진 ‘드림워크(DreamWaQ)’기술을 개발하였고 이 기술이 적용된 로봇을 ‘드림워커(DreamWaQer)’라고 명명했다.

즉 이 기술을 탑재하면 다양한 형태의 사족보행 로봇 드림워커를 만들어낼 수 있게 되는 것이다.

드림워커(DreamWaQer) 로봇은 실험실 환경뿐 아니라, 연석과 과속방지턱이 많은 대학 캠퍼스 환경, 나무뿌리와 자갈이 많은 야지 환경 등에서 보행 시 지면으로부터 몸체까지 높이의 3분의 2 (2/3) 정도의 계단 등을 극복함으로써 강인한 성능을 입증했다.

또한 환경과 무관하게, 0.3m/s의 느린 속도부터 1.0m/s의 다소 빠른 속도까지도 안정적인 보행이 가능함을 연구팀은 확인했다.

이번 연구 결과는 이 마데 아스윈 나렌드라(I Made Aswin Nahrendra) 박사과정이 제1 저자로, 유병호 박사과정이 공동 저자로 참여했으며, 오는 5월 말 영국 런던에서 개최되는 로보틱스 분야의 세계 최고 권위 학회인 ICRA(IEEE International Conference on Robotics and Automation)에 채택되어 발표될 예정이다. (논문명: DreamWaQ: Learning Robust Quadrupedal Locomotion With Implicit Terrain Imagination via Deep Reinforcement Learning)

개발된 드림워크를 탑재한 보행 로봇 드림워커의 구동 및 보행 영상은 아래 주소에서 확인할 수 있다.

-메인 영상: https://youtu.be/JC1_bnTxPiQ

-쿠키 영상: https://youtu.be/mhUUZVbeDA0

(왼쪽부터) 명현 교수, 이 마데 아스윈 나렌드라(I Made Aswin Nahrendra) 박사과정, 유병호 박사과정, 오민호 박사과정. 맨 앞에는 드림워크 기술이 탑재된 사족보행 로봇 드림워커.

[언론보도]

전자신문 : KAIST 보행로봇, 앞이 안보여도 계단 오르고 걷는다 – 전자신문 (etnews.com)

헤럴드경제 : “보이지 않는데도 높은 계단 척척…카이스트, 新로봇제어 기술 개발”- 헤럴드경제 (heraldcorp.com)

김상현 교수 연구팀, 발열 40% 낮춘 초고해상도 마이크로 LED 기술 구현

KAIST, 발열 40% 낮춘 초고해상도 마이크로 LED 기술 구현

– 에피택시 구조 변경 기술로 소자 효율 저하 문제의 근본적인 해결이 가능함을 제시하고, 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이 상용화에 크게 기여할 것으로 기대

[김상현 교수, 백우진 박사과정]

김상현 교수 연구팀이 소자의 크기가 마이크로미터(μm, 백만분의 1미터) 정도의 크기를 갖는 마이크로 LED의 소형화될 때 소자 효율이 저하되는 현상을 재규명하고 이를 에피택시 구조 변경으로 근본적인 해결이 가능함을 제시했다.

에피택시 기술이란 마이크로 LED로 사용되고 있는 초순수 규소 혹은 사파이어 기판을 매개체로 삼아 그 위에 발광체로 쓰이는 질화갈륨 결정체를 쌓아 올리는 공정을 말한다.

마이크로 LED는 OLED 대비 우수한 밝기, 명암비, 수명이라는 장점이 있어 활발히 연구되고 있으며 삼성전자는 지난 2018년에 ‘The Wall’이라는 마이크로 LED를 탑재한 제품을 상용화했고 애플은 2025년에 마이크로 LED를 탑재한 제품이 상용화될 것이라는 전망이 있다.

마이크로 LED를 제작하기 위해선 웨이퍼 위에 성장된 에피택시 구조를 식각 공정을 통해 원기둥 혹은 직육면체의 모양으로 깎아서 픽셀들을 형성하는데 이 식각 과정에는 플라즈마 기반의 공정이 동반된다.

그러나 이러한 플라즈마들은 픽셀 형성 과정에서 픽셀의 측면에 결함들을 발생시킨다. 따라서 픽셀 사이즈가 작아지고 해상도가 높아질수록 픽셀의 표면적 대 부피의 비율이 상승해 공정 중 발생하는 소자 측면 결함이 마이크로 LED의 소자 효율을 더 크게 감소시킨다는 설명이다.

이에 측면 결함을 완화 혹은 제거하는 것에 많이 연구가 진행됐지만 이러한 방식은 에피택시 구조를 성장한 뒤 후공정으로 진행해야 하는 만큼 개선의 정도에 한계가 존재한다.

연구팀은 마이크로 LED 소자 동작 시 에피택시 구조에 따라 마이크로 LED의 측벽으로 이동하는 전류의 차이가 발생한다는 것을 규명했고, 이를 기반으로 측벽 결함에 민감하지 않는 구조를 설계하여 마이크로 LED 소자 소형화에 따른 효율 저하 문제를 해결했다.

또 제시된 구조는 디스플레이 구동 시 발생하게 되는 열을 기존 대비 40% 정도 낮출 수 있어 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이 상용화를 위한 연구로써 큰 의미를 갖는다.

김상현 교수는 “이번 기술 개발은 마이크로LED의 소형화의 걸림돌이었던 효율 저하의 원인을 규명하고 이를 에피택시 구조의 설계로 해결한 데에 큰 의미가 있고 앞으로 초고해상도 디스플레이에 활용될 것이 기대된다”고 했다.

[언론기사]

(워크투데이) : ‘KAIST, 발열 40% 낮춘 초고해상도 마이크로 LED 기술 구현 – 워크투데이 (worktoday.co.kr)

(충청뉴스) : KAIST, 발열 40% 낮춘 초고해상도 마이크로 LED 기술 구현 – 충청뉴스 (ccnnews.co.kr)

[보관함:] 연구 > 연구성과