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유회준 교수 연구실 최지원 석사과정생, 2023 IEEE A-SSCC 학회 Best Design Award 수상

 

전기및전자공학부 유회준 교수 연구실의 최지원 석사과정생이 2023 IEEE Asian Solid-State Circuits Conference (A-SSCC) Student Design Contest에서 Best Design Award를 수상하였다. 

이번 학술대회는 지난 11월 5일부터 8일까지 중국 하이난에서 개최되었다.

 

A-SSCC 학회는 IEEE에서 매년 개최하는 국제 학회이며, “A Resource-Efficient Super-Resolution FPGA Processor with Heterogeneous CNN and SNN Core Architecture”라는 제목의 논문을 발표하였고, 그 우수성을 인정받아 수상자로 선정되었다.

 

자세한 내용은 다음과 같다.

 

학회명 : 2023 IEEE Asian Solid-State Circuits Conference (A-SSCC)

개최기간 : 2023년 11월 5일 ~ 8일

수상명 : Best Design Award

저자 : 최지원, 김상엽, 박원훈, 조우영, 유회준 (지도교수)

논문명 : A Resource-Efficient Super-Resolution FPGA Processor with Heterogeneous CNN and SNN Core Architecture

 

 

 

 

 

< (왼쪽부터) 전기및전자공학부 정재웅 교수, 카렌-크리스티안 아그노 박사과정, 의과학대학원 정원일 교수, 양경모 박사 >

 

정맥주사는 혈관에 약물을 직접 주입하는 방법으로 신속한 효과를 유도하고 지속적인 약물 투여를 통한 치료가 가능해 범세계적으로 환자치료에 통용되고 있다. 

하지만 금속이나 플라스틱 등 딱딱한 소재로 제작된 주사바늘은 부드러운 생체조직에 손상과 염증을 발생시킬 수 있다. 또한 비용 절감을 위한 비윤리적 주사바늘 재사용을 가능하게 하며, 이는 인체면역 결핍 바이러스(HIV), B형/C형 간염 바이러스 등 심각한 혈액 매개 질환 감염을 초래하기도 한다. 

이는 전 세계적인 문제이며, 감염관리의 중요성으로 인해 세계보건기구(WHO)는 재사용이 불가능한 스마트주사기 개발과 사용을 장려하고있다. 

 

KAIST 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 의과학대학원 정원일 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 환자 건강증진 및 의료진 안전을 도모할 수 있는 가변 강성 정맥 주사바늘을 개발하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 

이번에 개발된 기술은 체온에 의해 주사바늘이 유연해지는 특성을 통해 정맥에 약물 주입 중 주사 삽입 부위의 자유로운 움직임을 보장함과 동시에 주사바늘에 의한 혈관 벽 손상 방지를 도모할 수 있을 것으로 예상된다.

또한 사용 후 찔림 사고나 비윤리적 주사기 재사용에 따른 혈액 매개 질환 감염 문제를 예방할 수 있을 것이라 기대된다. 

 

전기및전자공학부 카렌-크리스티안 아그노(Karen-Christian Agno) 박사과정 연구원과 의과학대학원 양경모 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’ 10월 30일 字에 게재됐다. (논문명 : A temperature-responsive intravenous needle that irreversibly softens on insertion)

 

< 그림 1. 일회용 가변강성 정맥 주사바늘 (a) 체온에 의해 기계적 물성 변화가 가능한 일회용 정맥 주사바늘 활용에 대한 개념도, (b) 상용 정맥 주사바늘과 가변강성 정맥 주사바늘,        (c) 상용 정맥 주사바늘과 가변강성 정맥 주사바늘의 생체조직 친화력 비교 >

 

연구팀은 액체금속의 일종인 갈륨(Gallium)을 이용하여 주사바늘 구조를 만들고 이를 생체적합성 폴리머로 코팅해 가변 강성 정맥 주사바늘을 제작했다. 딱딱한 상태의 주사바늘은 상용 정맥 카테터와 비슷한 수준의 생체조직 관통력을 갖는다. 

하지만 체내 삽입 후, 갈륨의 액체화로 인해 조직과 같이 부드러운 상태로 변해 혈관 손상 없이 안정적인 약물 전달이 가능하다. 한 번 사용한 주사바늘은 갈륨의 과냉각 현상에 의해 상온에서도 부드러운 상태를 유지해 바늘 찔림 사고나 재사용 문제를 원천적으로 방지할 수 있다. 

 

연구팀은 개발된 정맥 주사바늘의 약물 전달 기능과 생체적합성을 검증하고자 실험 쥐를 대상으로 동물실험을 진행했다. 이식된 가변 강성 정맥 주사바늘은 딱딱한 상용 금속 바늘이나 플라스틱 카테터에 비해 훨씬 낮은 염증 반응을 보여 연구팀은 우수한 생체적합성을 확인했다.

 또한 상용 주사바늘과 같이 안정적으로 약물을 전달할 수 있음을 확인했다.

 

 

< 그림 2. 체온에 의해 부드러워지는 가변강성 정맥 주사바늘 >

 

아울러 가변 강성 정맥 주사바늘은 박막형 온도 센서를 탑재할 수 있도록 디자인됐다. 

이를 통해 실시간으로 환자의 심부체온을 모니터링하는 것이 가능하며, 또한 잘못된 주사바늘 위치로 인한 혈관이 아닌 다른 조직으로의 약물 누수 감지도 가능해 환자에게 더 나은 의료서비스를 제공할 수 있다. 

 

이번 연구를 주도한 정재웅 교수는 “개발된 가변 강성 정맥 주사바늘은 기존의 딱딱한 의료용 바늘로 인한 문제를 극복해 환자와 의료진 모두의 안전을 보장하고, 주사바늘 재사용으로 인한 감염 문제를 해결할 수 있다는 점에서 가치가 매우 크다”라고 말했다.

 

< 그림 3. 가변강성 정맥 주사바늘의 생체 적합성 검증: H&E와 TUNEL 테스트를 통해 상용 정맥 주사바늘과 개발된 가변강성 정맥 주사바늘의 생체 적합성 비교 >

 

< 그림 4. 가변강성 정맥 주사바늘에 집적된 온도 센서를 통한 체온 모니터링 (a) 실험쥐 복부로 정맥주사를 통해 약물을 주입하는 모식도 (b) 실험쥐 복부로 약물이 주입 시 체온 변화 (c) 정상적인 정맥 혈관 내 약물 주입과피하층으로의 약물 누출 모습 비교 (d) 정상적인 약물 주입과 약물 누출 시의 체온 변화 비교: 약물이 잘못 주입될 경우, 체온이 급격히 떨어짐. >

 

한편 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 생체신호센서융합기술개발사업, 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

 

<사진 정재용 박사과정>

 

 

 

전기및전자공학부 신승원 교수 연구실 국가정보원 주최 2023 사이버 안보 논문 공모전 기술 분야 대상 포함 총 7개 상 수상

 

 

 

정명수 교수 연구팀(CAMEL)의 하이퍼스케일 AI를 위한 소프트웨어/하드웨어 설계 연구, 삼성미래기술육성사업 지원 선정

 

 

전기및전자공학부 CAMEL 연구팀(정명수 교수 연구실)이 “하이퍼스케일 AI를 위한 알고리즘 및 소프트웨어-하드웨어 프레임워크 공동 설계”라는 주제로 삼성미래기술육성사업에 선정되었다.

 

본 연구팀은 최근 크게 주목받고 있는 멀티모달(Multi-modal), 자동화 인코더(Auto-encorder), 다중전문가(Mixture of Expert)등을 사용하는 하이퍼스케일 AI 모델들의 연산 특징이 학습 과정 중 계속해서 변화함을 새롭게 발견하였으며, 이러한 발견을 기반으로 하이퍼스케일 AI 모델용 특화 알고리즘과 가속 소프트웨어 기술과 하드웨어 설계 등을 이번 과제를 통하여 새롭게 제시한다.

 

특히 기존 초거대 AI 가속 하드웨어/소프트웨어 기술이 초거대 파라미터와 입력 모델들을 처리하는 데 있어서 모델 레이어들 간, 다수 레이어들 내에서 수시로 계속 변화하는 데이터의 밀도와 연산의 특징들 추출하고 적절히 대응하지 못하여 생기는 문제들을 처음 발견하여 이를 정형화하였다.

정형화된 문제를 해결하기 위해서 CAMEL 연구팀은 실시간으로 하이퍼스케일 AI의 연산 특징들을 감지하고 변화한 연산 특징에 적합한 연산을 지원하는 동적 가속 기술을 제안한다.

이외에도 동적 가속을 위한 AI 반도체 하드웨어 설계, 관련 오픈소스 프레임워크등의 연구를 통해, 하이퍼스케일 AI 모델의 어려움을 해결하는 것을 넘어 현재 빠르게 성장 중인 딥러닝 서비스 분야 전반에 이득을 가져올 것으로 예상하고 있다. 

 

삼성전자는 미래를 책임지는 과학기술 육성을 목표로 지난 2013년부터 1조 5천억원을 출연해 ‘미래기술육성사업’을 시행하고 있다.

이번에 선정된 자유공모 지원과제는 삼성미래기술육성사업의 10주년을 중심으로 기초과학, 소재, ICT 분야에서 새롭고 혁신적인 미래 기술 분야를 중점 지원의 기조에 맞춰 선정되었다. 

 

CAMEL 연구팀은 이번 단독 과제 선정 전, 지난 2021년에도 그래프 신경망 기계학습 (GNN)을 위한 메모리 및 가속시스템을 주제로 삼성미래기술육성사업의 책임 연구팀으로 소프트웨어와 하드웨어스택 전체를 아우르는 다년간 과제를 수행한 경험이 있다.

전기및전자공학부 김성민 교수 연구실 팀스마일 ICT 챌린지 2023 정보통신기획평가원(IITP) 원장상 수상

 

전기및전자공학부 윤영규 교수 연구팀 생체 형광신호 고정밀 측정을 가능하게 하는 AI 영상 분석 기술 SUPPORT 개발

 

[윤영규 교수 연구팀 생체 형광신호 고정밀 측정을 가능하게 하는 AI 영상 분석 기술 SUPPORT 개발]

1특정 생체 신호의 변화에 비례하여 빛(형광)의 밝기가 변화

 

그림 2. SUPPORT를 활용한 초정밀 신경세포 전압 측정: (상) 원 형광 이미지에서는 낮은 신호대잡음비로 인해 신경세포의 활동전위 관찰이 불가능. (하) SUPPORT를 이용해 신호대잡음비를 높이면, 각 신경세포의 활동전위를 정밀하게 관찰할 수 있음. 

 

 

그림 3. SUPPORT를 활용한 생쥐의 생체 귀 조직 형광 이미지 개선: (좌) 원 형광 이미지에서는 낮은 신호대잡음비로 인해 조직의 세부 구조 관찰이 불가능. (우) SUPPORT를 이용해 신호대잡음비를 높이면 세부 구조와 빠르게 이동하는 적혈구를 관찰할 수 있음.

 

 

그림 4. SUPPORT를 활용한 생쥐의 생체 근조직 형광 이미지 개선: (좌) 원 형광 이미지에서는 낮은 신호대잡음비로 인해 조직의 세부 구조 관찰이 불가능. (우) SUPPORT를 이용해 신호대잡음비를 높이면 근섬유의 세부 구조 및 빠르게 이동하는 적혈구를 관찰할 수 있음.

 

 

[유승협 교수 공동연구팀 세계 최초 체내 OLED 빛치료 구현]

 

< (왼쪽부터) 전기및전자공학부 유승협 교수, 서울아산병원 박도현 교수, 전기및전자공학부 심지훈 박사, 울산대 권진희 박사과정, 전기및전자공학부 채현욱 박사과정 >

 

빛 치료는 외과적 혹은 약물적 개입 없이도 다양한 긍정적 효과를 불러일으킬 수 있어 최근 꾸준히 주목받고 있다. 하지만 피부 내에서 빛의 흡수 및 산란 등의 한계로 인해 보통 피부 표면 등 체외 활용에 국한되며 내과적 중요성이 있는 체내 장기에는 적용하기 어려운 문제가 있었다. 

 

전기및전자공학부 유승협 교수, 서울아산병원 소화기내과 박도현 교수, 그리고 한국전자통신연구원 실감소자연구본부로 이루어진 공동연구팀이 유기발광다이오드(organic light-emitting diode, OLED) 기반 *카테터를 세계 최초로 구현해, 빛 치료를 체내 장기에도 적용할 수 있는 길을 열었다고 13일 밝혔다.

☞ 카테터(catheter): 주로 환자의 소화관이나 기관지, 혈관의 내용물을 떼어 내거나 약제나 세정제 등을 신체 내부로 주입하는 등에 쓰이는 고무 또는 금속 재질의 가는 관. 

 

공동연구팀은 카테터 형태의 OLED 플랫폼을 개발해 십이지장과 같은 튜브 형태의 장기에 직접 삽입할 수 있는 OLED 빛 치료기기를 개발, 이를 현대의 주요 성인병 중 하나인 제2형 당뇨병 개선 가능성을 확인하고자 했다. 

 

공동연구팀은 기계적으로 안정적이면서도 수분 환경에서도 잘 동작할 수 있는 초박막 유연 OLED를 개발했고, 이를 원통형 구조 위를 감싸는 형태로 전 방향으로 균일한 빛을 방출하는 OLED 카테터를 구현했다. 그뿐만 아니라, 면 광원으로서 OLED가 갖는 특유의 저 발열 특성으로 체내 삽입 시 열에 의한 조직 손상을 방지했으며, 생체적합성 재료 활용을 통해 생체에 미치는 부작용을 최소화했다. 

 

공동연구팀은 OLED 카테터 플랫폼을 통해 제2형 당뇨병 쥐 모델 (Goto-Kakizaki rat, GK rat)을 대상으로 동물실험을 진행했다. 십이지장에 총 798 밀리주울 (mJ)의 빛 에너지가 전달된 실험군의 경우 대조군에 비해 혈당 감소와 인슐린 저항성이 줄어드는 추세를 확인했다. 또한 간 섬유화의 저감 등 기타 의학적 개선 효과도 확인할 수 있었다. 이는 체내에 OLED 소자를 삽입하여 빛 치료를 진행한 세계 최초의 결과다.

 

밀리주울 (mJ): 천분의 일 주울 (Joule)로, 에너지의 단위이다. 광원에서 나오는 빛의 양은 단위 시간당 에너지의 단위인 밀리와트 (mW)로 통상 나타내는데, 밀리주울은 밀리와트에 시간 (초)을 곱하여 계산된다. 본 연구에서는 OLED 카테터로부터 1.33 밀리와트의 붉은색 빛을 10분간 (600초) 쪼여 총 798 mJ의 빛 에너지를 전달하였다.

 

< 그림 1. OLED 카테터를 활용한 빛치료 과정의 모식도와 디바이스 사진, 그리고 동물실험 결과 그래프 등 >

 

우리 대학 유승협 교수 연구실의 심지훈 박사와 채현욱 박사과정, 울산대학교 의과대학 서울아산병원 박도현 교수 연구실의 권진희 박사과정이 공동 제1 저자로 수행한 이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스 (Science Advances)’ 2023년 9월 1일 자 온라인판에 게재됐다.

(논문명: OLED catheters for inner-body phototherapy: A case of type 2 diabetes mellitus improved via duodenal photobiomodulation) 

 

유승협 교수는 “생체 의료 응용으로의 OLED 기술 확보는, 주로 디스플레이 분야 또는 조명 분야에 국한된 OLED 산업의 새로운 지평을 여는데 중요한 과제 중 하나로서, 이번 연구는 새로운 응용분야를 발굴하고 원천기술 확보함에 있어 소자-의학 그룹 간의 체계적인 융합 연구와 협업의 중요성을 잘 보여주는 사례”라고 말했다. 

 

또한 서울아산병원 박도현 교수는 “십이지장 내 OLED 광조사가 장내 마이크로바이옴에 영향을 주어 장내 유익균의 증가 및 유해균의 감소를 통한 제2형 당뇨병의 혈당 개선, 인슐린 저항성 감소 및 간 섬유화 억제를 일으키는 것으로 보인다. OLED의 이상적 광 특성을 활용해 인체 내에서 빛 치료 가능성을 본 연구로서 향후 다양한 응용 가능성이 기대된다. 

다만, 본 결과는 소형 동물에서 얻어진 것으로, 소동물-대동물-사람 등의 순차적인 검증 단계가 필요하며, 그 원리에 관한 연구가 함께 수반되어야 한다”라고 말하며, 이번 연구의 중요성을 강조했다. 

 

이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터 사업(인체부착형 빛 치료 공학연구센터) 및 한국전자통신연구원 연구운영비지원사업 (ICT 소재⦁부품⦁장비 자립 및 도전 기술 개발)의 지원을 받아 수행됐다. 

*참고1: NEWS (kaist.ac.kr)

**참고2: https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adh8619

전기및전자공학부 유승협 교수 연구실 이우찬 박사, 채현욱 박사과정, 한상인 석박통합과정 2023 Optica APC 국제학술대회 ‘Best Student Paper’ 수상

 

전기및전자공학부 유승협 교수 연구실 이우찬 박사, 채현욱 박사과정 학생, 한상인 석박통합과정 학생이 대한민국 부산에서 개최된 2023 Optica APC 국제 학술대회에서 Best Student Paper Award(최우수 학생 논문상)을 수상했다.

APC(Advanced Photonics Congress)는 Optica (formerly OSA) 그룹에서 개최하는 광학 및 포토닉스 분야에서 권위 있는 학술대회로, 광학 재료, 광신호처리, 광 통신 및 집적 광학 분야에 특화된 학술행사다.

 

(왼쪽부터: 이우찬 박사, 채현욱 박사과정, 한상인 석박통합과정, 유승협 교수)

전기및전자공학부 유승협 교수 연구실 심지훈 박사 2023 International Meeting on Information Display (IMID) 에서 ‘UDC 혁신연구상’ 수상

 

전기및전자공학부 심지훈 박사가 2023 국제정보디스플레이학술대회에서 UDC 혁신연구상을 수상하였다.

 

 

 

이번 부산 벡스코에서 개최(8월 22-25일)된 2023 국제정보디스플레이 학술대회 (IMID 2023; International Meeting on Information Display 2022)에서 심지훈 박사 (2023년 8월 졸업, 지도교수 유승협)의 논문이 ‘UDC 혁신연구상 (UDC Innovative Research Award in Organic Electronics & Display)’를 수상했다. 

 

UDC 혁신연구상 및 첨단기술상은 유기전자 및 디스플레이 업계에 영향을 주는 혁신적인 아이디어나 연구 계획을 창안한 것으로 인정된 개인 또는 팀에게 수여되는 상이다.

UDC Awards는 1,500만원의 상금이 수여되는 중요한 상으로, 작년에 전기및전자공학부 학생 두 명이 모든 부문을 수상한 바 있다. 

 

이번에 상을 받은 심지훈 박사의 논문 제목은 ‘의료용 OLED: 체내 광생체조절을 통한 당뇨병 관리(OLED for Healthcare: Management of Diabetes via Inner-Body Photobiomodulation)’ 이다.

 

 

[시상식 : UDC 상 수상자 및 시상자인 심지훈 박사, 마이크 위버 박사(UDC PHOLED 연구개발 담당 부사장), 정기운 (성균관대 UDC 첨단기술상 수상자), 왼쪽부터]

 

 

언론기사 관련 링크:

[IT Daily] UDC, ‘IMID 2023’ 학술대회서 UDC 혁신연구상 및 첨단기술상 수여 < 하드웨어 < 뉴스 < 기사본문 – 아이티데일리 (itdaily.kr) 

[뉴스와이어] UDC, IMID 2023 학술대회에서 UDC 혁신연구상 및 첨단기술상 수상자 발표 – 업코리아 (upkorea.net)