

스마트폰 같은 딱딱한 전자기기는 안정적인 성능을 제공하지만 착용시 불편함을 주는 반면, 얇고 유연한 웨어러블 기기는 착용감은 뛰어나지만 부드러운 특성 때문에 정밀한 조작에 한계가 있다. 국내 연구진이 온도에 따라 딱딱함과 부드러움을 자유자재로 전환할 수 있는 ‘액체금속 전자잉크’를 개발해, 가변강성을 갖춘 전자기기의 새로운 패러다임을 열고 있다.
우리 학부 정재웅 교수 연구팀이 서울대 박성준 교수 연구팀, 우리 대학 신소재공학과 스티브 박 교수 연구팀과 공동연구를 통해, 상온에서 마이크로 스케일(머리카락보다 얇은 구조)의 미세 선폭 회로 인쇄가 가능하고 온도에 따라 딱딱함과 부드러움을 자유자재로 조절할 수 있는 액체금속 전자잉크를 개발했다.
연구팀이 개발한 전자잉크는 정밀한 인쇄가 가능한 물성과 우수한 전기전도성을 동시에 갖추고 있으며, 딱딱함과 부드러움을 자유자재로 조절할 수 있는 전자소자를 상온에서 정밀 제작할 수 있는 획기적인 기술이다.
이 전자잉크는 상용 인쇄회로 기판(PCB) 수준의 복잡한 고해상도 다층 회로 인쇄가 가능하며, 완성된 전자기기는 온도에 반응해 딱딱한 형태를 유연하게 변화시킬 수 있다.
연구팀은 기존 전자기기의 고정된 형태의 한계를 극복하기 위해 체온 근처(29.8 ℃)에서 녹는 액체금속 갈륨에 주목했다. 갈륨은 고체 상태에서는 매우 단단하지만 녹으면 부드러운 액체가 돼 큰 폭의 강성 변화가 가능하다. 하지만 기존 갈륨은 물방울처럼 뭉치려는 성질(높은 표면장력)과 액체 상태에서의 불안정성 때문에 정밀한 회로 제작이 어려웠고, 제조 과정에서 원치 않는 상변화가 일어나는 문제가 있었다.
이러한 갈륨의 한계를 극복하기 위해 산성도(pH) 제어 기반 액체금속 전자 잉크 프린팅 기술을 개발했다.
먼저, 마이크로 크기의 갈륨 입자를 디메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide, 이하 DMSO)라는 중성 용매에 친수성 폴리우레탄 고분자와 함께 섞어 전자 잉크를 제작했다. 이때 DMSO 용매의 중성 상태 덕분에 갈륨 입자들이 고분자 매트릭스에 골고루 분산된 안정적인 고점성 잉크가 형성되며, 이를 통해 상온에서 고해상도 회로 인쇄가 가능해진다.
그리고 인쇄 후에는 가열 과정에서 DMSO 용매가 분해되면서 산성 물질을 생성하고, 이 산성 환경에서 갈륨 입자들 표면의 산화막이 제거돼 입자들이 물리적으로 연결되면서 전기가 통하고 강성을 조절할 수 있는 회로가 형성된다.
연구팀은 이러한 2단계 공정을 통해 상온에서는 안정적인 인쇄가 가능하면서도 완성 후에는 우수한 전기전도성과 가변강성 특성을 갖는 전자소자를 구현할 수 있었다.
개발된 전자잉크는 머리카락 굵기의 절반 (약 50μm)인 미세 선폭으로 정밀한 회로를 인쇄할 수 있으며, 우수한 전기전도도(2.27×10⁶ S/m)와 함께 1,465배나 되는 강성 조절 비율을 제공한다. 이는 플라스틱처럼 딱딱한 상태에서 고무처럼 말랑한 상태까지 자유자재로 변할 수 있음을 뜻한다.
또한 스크린 프린팅, 딥 코팅 등 기존 인쇄 방법들과 호환돼 고해상 대면적 회로 제작은 물론 복잡한 3차원 형태의 다양한 전자기기 제작을 가능하게 한다.
연구팀은 이 기술을 활용해 평상시에는 딱딱한 휴대용 전자기기로 사용하다가 몸에 착용하면 부드러운 웨어러블 헬스케어 기기로 변환되는 가변형 다목적 기기를 개발했다. 뿐만 아니라, 수술 시에는 딱딱한 상태로 정밀한 조작과 뇌 삽입이 가능하지만 뇌 조직 내에서는 부드럽게 변해 조직 내 염증반응을 최소화하는 뇌 탐침을 구현함으로써 이식용 소자로서의 활용 가능성도 입증했다.
정재웅 교수는 “전자 잉크 용매의 산성도 조절을 통해 갈륨 입자들을 전기·기계적 연결하는 독창적 기술로 액체금속 프린팅의 고질적인 문제를 해결하고 상온에서 초정밀 고해상 회로 제작을 가능하게 한 것이 이번 연구의 핵심”이라며 “하나의 기기가 상황에 따라 딱딱한 상태와 부드러운 상태로 자유자재로 변환될 수 있어 다목적 전자기기, 의료 기술, 로봇 분야 등에서 다양한 응용이 가능할 것”이라고 말했다.
전기및전자공학부 이시목 박사과정 학생과 부산대 이건희 교수가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 5월 30일 字에 게재됐다.(논문명 : Phase-Change Metal Ink with pH-Controlled Chemical Sintering for Versatile and Scalable Fabrication of Variable Stiffness Electronics, DOI/10.1126/sciadv.adv4921)
이번 챌린지는 건설 및 산업 환경과 같이 구조적 변화가 빈번한 상황에서, 다양한 시간대에 수집된 라이다 스캔 데이터를 얼마나 정확하고 강인하게 정합할 수 있는지를 중심으로 평가한다. 특히 단일 시점 정합 정확도만을 보는 것이 아니라 다수의 시간대에 걸쳐 발생하는 구조 변화에도 대응하는 다중 세션 위치추정 및 지도작성(Multi-session SLAM) 기술을 다루어, 기술적 수준이 매우 높은 대회로 손꼽힌다.
어반 로보틱스랩팀은 다중 시간대와 공간에서 수집된 라이다 데이터 간의 정합 문제를 해결하는 독자적인 위치 추정 및 지도작성 기술로 3위 대만국립대학교와 2위인 중국 서북 이공대를 큰 점수 차이로 제치고 전체 1위를 차지했다. 수상팀에게는 상금 4,000달러가 수여될 예정이다.
어반 로보틱스랩팀은 사전 연결 정보 없이도 다수의 스캔을 강건하게 정합할 수 있는 다중 정합(multiway-registration) 프레임워크를 자체 개발하였다. 이 프레임워크는 스캔 내의 특징점을 요약하고 대응점을 찾아내는 알고리즘(CubicFeat), 찾아낸 대응점을 기반으로 전역 정합을 수행하는 알고리즘(Quatro), 그리고 변화 감지 기반 결과 정제를 위한 알고리즘(Chamelion)으로 구성된다. 이러한 기술 조합을 통해 변화가 심한 산업 환경에서도 고정 구조물 기반으로 정합 성능이 안정적으로 구현하도록 하였다.
라이다 스캔 정합 기술은 자율주행차, 자율로봇, 자율보행 시스템, 자율비행체, 자율운항 등 다양한 자율 시스템에서의 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)의 핵심 요소다.
명현 전기및전자공학부 교수는 “이번 수상 기술은 복잡한 환경 속에서도 서로 다른 스캔 사이의 상대 위치를 정밀하게 추정하는 성능을 극대화했다는 점에서 학문적 가치와 산업 응용 가능성을 동시에 입증한 사례로 평가된다.”라며 “난이도가 높아 많은 팀들이 포기한 상황에서도 끝까지 포기하지 않고 도전해 준 학생들에게 감사하다”고 밝혔다.
한편, 어반 로보틱스랩팀은 2022년에 처음 SLAM 챌린지에 출전하여 학계 2위를 수상하고, 2023년에는 라이다 부문 전체 1위, 비전 부문 학계 1위를 수상한 바 있다.
전기및전자공학부 최경철 교수 연구실의 연혜정 박사과정 학생이 지난 5월 11일부터 16일까지 개최된 SID 2025 (Society for Information Display 2025 International Symposium – Display Week 2025)에서Distinguished Student Paper Award (최우수 학생 논문상)을 수상했다.
SID는 디스플레이 분야에서 세계적으로 가장 권위 있는 학회로, 2025년에는 전세계 20개국에서 925편의 논문이 제출 되었고, 각 분과 committee 별로 우수논문상을 수여하고 있다.
연혜정 박사과정 학생의 논문은 Flexible Displays Committee 에서 그 우수성을 인정받아 우수 논문으로 선정되었으며, 수상한 논문의 제목은 “Flexible Bifacial OLED-Based Photomedicine for User-Friendly Healthcare Platforms”이다.
해당 연구는 “Wearable User-Centric Phototherapeutics with Bifacial OLEDs for At-Home Wound Healing”이라는 제목으로 Journal of the SID에 게재되었다. 아울러, 금년도 학회에서 젊은 연구자들을 위한 특별 세션인Young Leadership Conference에 선정되어, 10편의 우수 논문 중 하나로 연구 성과를 발표하는 영예도 함께 안았다.
아이언맨과 같은 공상과학영화처럼 자연스러운 제스처로 컴퓨팅 디바이스와 인터랙션할 수 있는 미래는 언제쯤 현실로 다가올 수 있을까? 우리 학부 연구진이 웨어러블 기기에서의 자연스럽고 풍부한 입력을 가능하게 하는 AI 기술을 개발했다.
이안오클리 교수 연구팀은 무선 이어폰에서의 터치 손가락 구분 시스템인 BudsID와 상용 스마트워치에서의 공중제스처 입력을 가능케 하는 SonarSelect 시스템을 개발하였다. 본 두 편의 연구 결과는 4월 26일부터 5월 1일까지 일본 요코하마에서 열린 인간-컴퓨터 상호작용 분야 세계 최고 권위의 국제학술대회인 CHI(ACM Conference on Human Factors in Computing Systems)에서 각각 ‘Earables and Hearable’ 세션과 ‘Interaction Techniques’ 세션에서 발표되었다.
BudsID는 자기장 센싱을 활용하여 착용한 자석반지로부터 터치 시 달라지는 자기장의 변화를 간단한 딥러닝을 통해 감지하여 터치한 손가락을 구분하고, 구분된 터치 손가락에 다른 기능을 매칭하는 시스템을 통해 무선 이어버드에서의 입력 표현성을 증대시켰다.
이러한 블루투스 이어폰에서의 자기장 센싱을 통한 손가락 구분 시스템은, 각각의 터치 손가락에 다른 기능 혹은 입력 키 맵핑을 통해 기존의 재생, 정지, 전화 착수신에 그쳤던 무선 이어폰 인터랙션을 미디어 컨트롤 뿐 아니라 증강 현실 기기 조작까지 확장해 나갈 수 있다.
또한, SonarSelect는 능동 소나 센싱을 활용하여 상용 스마트워치에 내장된 마이크, 스피커, 모션 센서만을 활용하여 기기 주변부의 공중 제스처를 인식하여 정밀한 포인터 조작 및 타겟 선택 시스템을 구현하였다.
이러한 스마트워치에서의 능동 소나를 이용한 공중 손가락 움직임에 따른 인터랙션 기술은 기존의 스마트워치의 작은 스크린 및 터치 시 화면 가림 문제와 같은 불편한 인터랙션을 개 선하여 3D 공간에서의 섬세한 공간 상호작용으로 이끌어 낼 수 있다.
두 논문의 주저자로 참여한 김지완 학생은 ‘본 연구들을 통한 기기 주변부 센싱 활용 웨어러블 기기에서의 인터랙션 기술 개발에 대한 연구는 미래 웨어러블 컴퓨팅 기기와의 인터랙션 방법의 혁신에 방향성을 제시할 것으로 기대한다’고 전했다.
이안 오클리 교수 연구팀은 두 프로젝트의 시스템을 모두 오픈소스로 공개하여 연구자 및 산업팀에서 해당 기술을 무료로 활용할 수 있도록 하였다.
[BudsID]
[SonarSelect]
본 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원 (2023R1A2C1004046, RS-2024-00407732)과 정보통신기획평가원-대학ICT연구센터(ITRC)의 지원 (IITP-2024-RS-2024-00436398)을 받아 수행된 연구이다.
전기및전자공학부 김상현 교수 연구실 제안 과제가 삼성미래기술육성센터에서 올해 상반기에 선발한 ICT분야 5개 신규과제 중의 하나로 선정되었다.
삼성미래기술육성사업은 대한민국 과학기술과 산업 발전을 목표로 자연과학부터 공학까지 다양한 분야에서 혁신적인 연구과제를 발굴해 지원하는 프로그램이다.
김상현 교수 연구실에서는 “초저전력 컴퓨팅향 온칩 Voltage regulator 내재 저손실 능동 전력 전송 네트워크”를 진행하게 된다. 연구진은 최근 반도체 칩, 패키징 분야에서 중요 이슈로 부각되고 있는 전력 전송 문제를 해결하기 위해서 고전압으로 전력을 전송하고 이를 칩의 후면에서 하전하여 전원을 공급하는 방안을 연구할 예정이다. 특히, 소재적 잠재력이 우수한 GaN을 스위치로 이용하고 강유전체 기반의 capacitor를 이용하여 온칩 Voltage regulator를 구현하는 것이 목표이다. 궁극적으로는 이를 후면전력공급망 (BSPDN)의 active component로 집적하고자 하는 것이 주요 아이디어이다.
한편, 연구진은 본 과제의 골격이 되는 기초 컨셉을 반도체 3대 학회인 IEDM에서 작년 12월에 발표한 바 있고 개선 기술을 오는 6월에 열리는 VLSI symposium에서 발표 예정이다.
연구팀은 실제 뮤지션들을 대상으로 한 사용자 연구를 수행하여, 어뮤즈가 단순한 음악 생성 AI가 아닌, 사람과 AI가 협업하는 창작 동반자(Co-Creative AI)로서의 가능성이 높다는 평가를 받았다.
우리 학부 박사과정 김예원 학생, 이성주 교수, 카네기 멜런 대학의 크리스 도너휴(Chris Donahue) 교수가 참여한 해당 논문은 학계 및 산업계 모두의 창의적 AI 시스템 설계의 가능성을 보여주었다.
<연구 데모 영상>
이성주 교수는 “ 최근 생성형 AI 기술은 저작권이 있는 콘텐츠를 그대로 모방하여 창작자의 저작권을 침해하거나, 창작자의 의도와는 무관하게 일방향으로 결과물을 생성한다는 점에서 우려를 낳고 있다. 이에 연구팀은 이러한 흐름에 문제 의식을 가지고, 창작자가 실제로 필요로 하는 것이 무엇인지에 주목하며 창작자 중심의 AI 시스템 설계에 주안점을 두었다.”라고 말했다.
이어 ”어뮤즈는 창작자의 주도권을 유지한 채, 인공지능과의 협업 가능성을 탐색하는 시도로, 향후 음악 창작 도구와 생성형 AI 시스템의 개발에 있어 보다 창작자 친화적인 방향을 제시하는 출발점이 될 것으로 기대된다.“라고 설명했다.
이 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었다.(RS-2024-00337007)
우리 학부 최신현 교수가 차세대 AI 하드웨어 개발 및 혁신적인 반도체 관련 연구 성과로, KAIST가 주관하고 현우문화재단(이사장 곽수일)이 후원하는 `현우 KAIST 학술상’ 수상자로 선정됐다.
수상자로 선정된 최신현 교수의 중점 연구 분야는 미래형 메모리와 컴퓨터 장치 개발에 집중한 ▲저항 스위칭 소자(resistive switching device)를 이용해 기본 방식보다 더 빠르고 효율적인 차세대 메모리·컴퓨팅 장치 개발 ▲엣지 컴퓨팅(edge computing)과 뉴로모픽 컴퓨팅(neuromorphic computing)의 스마트한 컴퓨터 메모리 기능 등 통합 시스템 응용 ▲기존 3단자 트랜지스터(3-terminal transistor) 방식과 다른 더 효율적이고 창의적인 컴퓨팅·메모리 소자 작동 방식 개발이다.
대표적인 연구 업적으로 차세대 메모리 기술 분야에서 기존의 값비싼 초미세 노광공정*을 사용하는 방식보다 전기를 15배 이상 절감하고, 수직 적층 구조에 최적화된 초저전력 차세대 상변화 메모리(phase-change memory) 소자 개발에 성공했다. * 노광공정: 반도체 칩 위에 미세한 회로 패턴을 실리콘 웨이퍼 위에 새기는 공정으로 고급기술이고 비용이 많이 드는 단점이 있음
나아가, 최 교수는 차세대 메모리·컴퓨팅 소자를 기반으로, 기존의 CPU, GPU와 같이 많은 전력을 쓰는 칩을 대체할 수 있는 AI 알고리즘을 효율적으로 구동하는 차세대 컴퓨팅 하드웨어(칩)를 개발하였다. 이를 통해 데이터를 더 빠르고 효율적으로 작동시키며 스마트폰, 자율주행 등 다양한 응용하여 실생활에 활용 가능한 주목할 만한 성과를 거뒀다.
또한, 메모리 소자의 동작 원리를 기초 물리법칙에 기반한 원자단위까지 분석함으로써 이를 통해 메모리 성능을 더 빠르고 안정적으로 향상시킬 방법을 제시하는데 크게 기여했다.
최 교수의 연구는 재료 분석부터 반도체 소자, 통합 시스템 개발 등 반도체 기술 전 과정에 대한 연구 분야를 아우르며, 그 성과는 네이처(Nature), 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics), 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications), 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 등 최상위 저널에 게재되는 등 탁월한 성과를 거뒀다.
최신현 교수는 “최근 큰 사회적 변화를 주도하고 있는 IT와 인공지능 관련 하드웨어 연구로 뜻깊은 상을 받게 되어서 영광이고, 이번 연구를 통해 학계와 기업에 새로운 시각을 제공할 수 있어 감회가 깊다.”며, “앞으로도 후속 연구자들에게 영감을 주며 실제로 사회에 기여할 수 있는 연구 성과가 나올 수 있도록 끊임없이 노력하겠다”라고 포부를 밝혔다.
한편, 올해로 5회째 시행되는 `현우 KAIST 학술상’은 KAIST에서 우수한 학술적 업적을 남긴 학자들을 매년 포상하고자 현우문화재단 곽수일 이사장이 기부한 재원을 바탕으로 제정된 상이다. 현우재단 선정위원과 KAIST 교원 포상 추천위원회의 엄격한 심사를 거쳐, 탁월한 학술 업적을 이룬 교원 1명을 매년 선정해 상패와 함께 1천만 원의 포상금을 수여하고 있다. 올해 시상식은 4월 30일 KAIST 학술문화관 정근모 홀에서 개최되었다.
우리 학부 배현민 교수가 4월 30일 학술문화관 정근모콘퍼런스홀에서 열린 2025년 ‘KAIST 리서치데이’에서 최고의 영예인 연구대상을 수상했다.
배 교수는 ‘AI를 통한 정량적 의료 영상 초음파 장비 연구개발 연구’에 관한 성과를 인정받아 이번 연구대상 수상자로 선정됐으며, 이날 기념 강연을 통해 10여 년간의 연구 여정을 공유했다.
배 교수는 초음파 장비에 인공지능을 접목해 상업화에 성공하지 못했던 정량적 초음파 기술을 실현해, 2024년 시카고에서 열린 북미영상의학회(RSNA)에서 라이브 데모를 통해 그 기술력을 입증했다. 해당 기술은 기존 초음파 장비에 소프트웨어 형태로 탑재될 수 있어, 조기 암 진단은 물론 폐, 간, 심장 등 주요 장기의 질환 진단에도 활용될 수 있는 것으로 평가된다.
배 교수는 “정량적 초음파 기술을 통해 보다 정확하고 신속한 진단이 가능해져, 다양한 의료 분야에 실질적인 도움이 되길 바란다” 며, “앞으로도 이 기술이 인류의 의료 복지 향상에 기여할 수 있도록 연구를 지속해 나가겠다.”라며 연구에 대한 수상 소감을 밝혔다.
한편, 올해 리서치데이에서는 ‘KAIST 2024년 대표연구성과 10선’에 권경하(요도 카테터 삽입 없이 방광 기능을 모니터링하기 위한 무선 이식형 생체전자 시스템), 유민수(uPIMulator: 범용 PIM 아키텍처를 위한 빠르고 유연한 시뮬레이션 프레임워크) 교수가 선정됐다.
2025년 KAIST 14대 미래선도기술 대표연구성과에는 최준일 교수(카이랄 나노입자를 활용한 차세대 가시광 보안 통신 기술/차세대 통신 분야)와 유경식 교수(양자정보 광신호를 처리하는 실리콘 광집적회로/양자 분야)가 이름을 올렸다.
이광형 총장은 “세계 최초이자 세계 최고의 연구를 지향하는 KAIST는 오늘 리서치데이를 통해 우수 연구자들의 탁월한 성과를 함께 축하하며, 앞으로도 KAIST는 연구를 통해 국가와 인류사회에 기여하고, 혁신과 융합을 선도하는 세계적인 연구기관으로 성장해 나가겠다”라고 밝혔다.
한편, KAIST 리서치데이는 지난 2016년부터 매년 이어져 온 우리 학교의 대표적인 연구 축제로, 연구개발(R&D) 성과를 공유하고 융합연구를 위한 연구자들의 교류를 활성화를 위해 마련되었다.