서울공대, ‘제1회 중소기업-서울대 기술교류회’ 성료

서울공대, ‘제1회 중소기업-서울대 기술교류회’ 성료 서울대-中企 간 기술협력 및 상생발전의 장 열려  ▲ 제1회 중소기업-서울대(SME-SNU) 기술교류회 단체사진 서울대학교 공과대학(이하 서울공대)은 최근 경기도 시흥캠퍼스 교육협력동에서 ‘제1회 중소기업-서울대(SME-SNU) 기술교류회’를 성공적으로 개최했다고 밝혔다. 서울대 정밀기계설계공동연구소와 시흥시기업인협회가 주최한 이번 행사는 중소기업과 서울대 간 기술 협력을 촉진하고, 산학연계를 통한 상생 발전을 도모하기 위해 마련됐다.이번 교류회에는 서울공대 교수진 및 연구진과 시흥시 소재 중소기업의 대표 및 임직원 등 120여 명이 참석해 열띤 관심을 보였다.‘AI 혁신과 기업가 정신’을 주제로 한 서울대 기계공학부 박희재 교수의 기조연설에 이어 ▲히트펌프 연구동향 및 최신 기술개발 사례(기계공학부 김민수 교수) ▲전산열역학을 통한 신소재 개발 및 공정문제 해결(재료공학부 정인호 교수) ▲최신 적정 제조기술 – AI·로보틱스(기계공학부 안성훈 교수) ▲적층제조 기술을 통한 제조업 문제 해결(㈜EML 김충수 상무) ▲서울대 SNU 공학컨설팅센터소개 – 산학협력체계 및 우수산학협력 사례(공학컨설팅센터 김경수 산학협력중점교수) ▲특허기반 연구개발 사례(정밀기계설계공동연구소 김영태 연구원) ▲소음진동의 문제해결 사례(기계공학부 강연준 교수 연구실 남정민 박사과정생), 총 7개 주제의 세션이 이어졌다. 세션 참석자들은 서울대의 최신 연구 성과와 기술을 공유하고, 중소기업의 현장 애로기술에 대해 자유롭게 의견을 나눴다. 특히 기술 매칭, 공동 연구, 인재 교류 분야에서의 실질적 협력 방안을 논의했으며, 행사 후 네트워킹 시간을 통해 향후 지속 가능한 교류를 위한 기반을 마련했다.안성훈 서울대 정밀기계설계공동연구소 소장은 "최근 급속히 위축 중인 국내 제조업은 늦기 전에 AI 전환과 자율화, 로봇화의 큰 물결에 올라타고, 혁신적인 아이디어를 사업화시켜 세계 최초이자 최고의 제품 및 서비스를 선보여야 한다“고 강조하며 ”이처럼 중요한 시기에 대학과 기업이 서로 협력해 함께 발전하는 혁신 생태계를 만들어보고자 이번 기술교류회를 기획했다“고 밝혔다. 이명열 시흥시기업인협회 회장은 "날로 치열해지는 글로벌 제조 환경에서 기업의 AI 활용이 매우 중요해졌으며, 특히 모든 도메인 영역에서 AI를 이용할 수 있는 혁신성장이 필요한 상황”이라며 “이번 행사가 많은 중소기업 관계자들에게 다양한 분야에서 AI를 활용해 혁신성장을 추구할 수 있는 기회가 되길 바란다“고 전했다. 서울대 정밀기계설계공동연구소와 시흥시기업인협회는 앞으로도 정기적인 기술교류회를 통해 산업계와 학계가 함께 성장하는 협력 모델을 구축해나갈 계획이다. ▲ 제1회 중소기업-서울대(SME-SNU) 기술교류회 포스터[문의]서울대학교 기계공학부 정밀기계설계공동연구소 이경태 연구원 / 02-886-9074 / lekyta83@snu.ac.kr

서울공대 재료공학부 유효빈 교수팀, 무아레 격자 중첩을 통한 2차원 양자물질 플랫폼 구현

서울공대 재료공학부 유효빈 교수팀, 무아레 격자 중첩 통해 2차원 양자물질 플랫폼 구현 - 세계 최고 권위의 과학 학술지 ‘Nature’에 논문 게재 - 2차원 소재 기반 위계적 무아레 구조 특성 원자 수준에서 최초 규명 - 프로그래머블 양자물질 설계를 위한 새로운 고체 플랫폼 가능성 제시해 ▲ (왼쪽부터) 박대성 연구원(석사 졸업, 현 삼성전자 재직), 김병현 연구원(서울대학교 석박통합과정 재학 중), 박창원 이화여자대학교 물리학과 교수, 야나노세 구니히로 고등과학원 박사, 손영우 고등과학원 교수, 유효빈 서울대학교 재료공학부 교수서울대학교 공과대학은 재료공학부 유효빈 교수 연구팀이 고등과학원 손영우 교수, 이화여자대학교 박창원 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 무아레 격자 중첩을 통한 2차원 양자물질 플랫폼을 구현했다고 밝혔다.이번 연구 결과는 지난 5월 14일 과학기술 분야 최고 권위 학술지 ‘네이처(Nature)’지에 ‘Unconventional domain tessellations in moiré-of-moiré lattices’ 제하의 논문으로 온라인 게재됐다. 아울러 해당 연구는 한국연구재단의 우수신진연구 및 선도연구센터 사업, 포스코청암재단의 포스코사이언스 신진교수 펠로십, 고등과학원 등의 지원으로 수행됐다.본 연구는 그래핀 삼중층 구조에서 서로 다른 무아레 격자들이 중첩될 때 형성되는 위계적 구조와 복합 상호작용을 원자 수준에서 규명한 최초의 사례로, 향후 프로그래머블 양자소자 및 차세대 전자 재료 개발을 위한 새로운 고체 플랫폼의 가능성을 제시했다는 평가를 받고 있다. ■ 연구 배경‘무아레(moiré) 현상’은 두 개의 규칙적인 무늬가 겹칠 때 생기는 새로운 중첩 무늬를 의미한다. 예를 들어 두 겹의 망사천을 겹치면 원래 없던 물결 무늬가 나타나고(그림 1a), TV 화면 속 줄무늬 셔츠에서 새로운 격자 무늬가 보이기도 한다. 최근 과학계는 이 같은 단순한 시각적 효과 외에도, 무아레 현상이 전자의 움직임과 성질을 근본적으로 바꿀 수 있다는 점에 주목하고 있다. ▲ 그림 1. (a) 두 겹의 망사천을 포갤 때 나타나는 물결 모양의 무아레 패턴, (b) 그래핀 세 층을 뒤틀어 겹칠 때 나타나는 이중 무아레 중첩 구조.전자기기나 양자소자의 작동 원리에서 핵심이 되는 전자의 움직임과 상태는, 이를 구성하는 물질 내부의 원자들이 어떤 규칙에 따라 얼마만큼의 간격으로 배열되어 있는지와 밀접히 관련돼 있다. 일반적인 고체 물질에서는 이 원자 간 배열이 고정돼 있어, 전자의 성질을 인위적으로 바꾸기 어렵다.이에 반해 그래핀(graphene)처럼 원자 한 층으로 이뤄진 매우 얇은 2차원 물질을 두 장 겹친 후 약간 비틀면, 각 층의 원자 배열 간 간섭으로 새로운 격자 구조인 ‘무아레 격자(moiré lattice)’가 형성되어 기존 물질로는 구현할 수 없는 새로운 격자 주기를 인위적으로 설계하는 것도 가능하다. 이를 통해 전자의 흐름과 성질을 정밀하게 조절할 수 있어, 양자기술 및 차세대 전자소자 개발을 위한 새로운 재료 플랫폼으로 각광받고 있다. 기존 무아레 구조 연구는 두 층을 겹친 ‘단일 무아레 구조’에 집중한 사례가 대부분이었다. 하지만 세 층 이상을 쌓아 겹치는 경우, 각 층 사이에서 형성된 서로 다른 무아레 격자들이 중첩되며 완전히 새로운 위계적 구조, 즉 ‘이중 무아레 구조(moiré-of-moiré lattice)’가 만들어질 수 있다(그림 1b). 두 개의 무아레 격자 주기를 각각 독립적으로 제어할 수 있는 이 구조는 전자 상태 조절의 자유도를 기존보다 한층 높일 수 있다는 점에서 중요한 의미를 지닌다. ‘이중 무아레 구조’에서는 여러 층의 상호작용으로 인해 원자 배열의 미세한 변화나 그에 따른 복잡한 물리 현상이 일어날 수 있지만, 그 기전에 관한 연구는 아직 충분히 이뤄지지 않았다. 따라서 향후 보다 복잡하고 정밀한 전자 구조를 구현하기 위해 이중 무아레 구조의 위계적 구조 형성과 각 층간 복합적인 상호작용의 원리를 규명하는 연구가 반드시 필요한 상황이었다. ■ 연구 과정이에 공동연구팀은 그래핀 세 층을 겹치고 각 층의 비틀림 각도를 정밀하게 조절함으로써, 두 개의 무아레 격자가 서로 중첩되는 ‘이중 무아레 구조’를 구현했다(그림 1b). 연구진은 이 구조에서 원자들이 스스로 안정된 배열을 찾아가며 형성하는 새로운 격자 패턴을 고성능 투과전자현미경을 통해 직접 관찰하였고, 지금까지 보고된 적 없는 삼각형, 카고메(Kagome)*, 육각별 등 새로운 격자 패턴이 자발적으로 형성(그림 2a, 2b)되는 것을 발견했다. * 카고메(Kagome) : 정삼각형과 육각형이 교차하는 격자 구조이 구조는 원자들이 스스로 가장 안정한 배열을 찾아가며 정렬된 결과로, 단순히 바로 인접한 두 층 사이의 상호작용만으로는 설명할 수 없었다. 연구팀은 한 층을 건너뛴 비인접한 층들 사이에서도 비교적 약한 상호작용이 발생하며, 이것이 전체 구조 형성에 매우 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.▲ 그림 2. (a) 뒤틀림 각도에 따른 도메인 격자 상태도, (b) 자발적으로 형성된 도메인 격자 구조이처럼 복잡하게 얽힌 층간 상호작용의 결과, 단순한 기존 무아레 구조와 전혀 다른 위계적인 격자 구조와 독특한 물리적 특성이 나타남을 알 수 있는데, 이는 삼중층 이상의 구조에서만 구현 가능한 독특한 현상이다. 따라서 연구팀은 이 구조가 형성되는 과정을 실험 결과와 시뮬레이션을 결합해 정밀하게 분석했고, 비틀림 각도에 따라 어떤 격자 패턴이 나타나는지를 정리한 ‘도메인 격자 상태도’를 완성하여 보고했다(그림 2a, 2b). 이 상태도는 앞으로 다중 무아레 구조를 활용해 물질의 전자적 성질을 설계하는 데 유용한 지침이 될 것으로 예상된다. ■ 연구 의의이번 연구는 기존 단일 무아레 구조의 한계를 뛰어넘어, 서로 다른 무아레 격자가 겹쳐진 복합 구조에서도 원자 배열과 전자 상태를 정밀하게 설계할 수 있다는 가능성을 보여준 중요한 성과로 평가받는다. 특히 두 개의 무아레 격자 주기를 각각 독립적으로 조절할 수 있어, 전자의 성질을 변화시키기 위한 설계의 자유도가 크게 확장된 점이 핵심 성과이다. 특히 연구진은 원자 한 층 두께의 얇은 2차원 물질을 겹침으로써, 기존에 보고된 적 없는 새로운 양자역학적 현상을 실험적으로 구현했고, 이를 설명할 새로운 물리·재료 과학적 방법론을 제시한 의미 있는 성과를 거뒀다. 따라서 향후 이에 기반해 2차원 소재의 양자물질 플랫폼을 구현할 때 더욱 정교한 설계 및 조절이 가능할 것으로 기대된다. 아울러 새로운 개념의 전자소자나 연산장치를 개발하는 응용 연구의 토대도 마련할 것으로 예상된다.■ 연구진 의견연구를 책임진 유효빈 교수는 “이번 연구는 무아레 구조가 단순한 시각 효과나 기하학적 배열을 넘어, 원자 간의 상호작용과 전자 상태까지도 정밀하게 설계할 수 있는 새로운 도구가 될 수 있음을 실험적으로 입증했다는 점에서 그 의미가 깊다”면서 “특히 이중 무아레 구조에서 나타나는 위계적 격자 형성과 장거리 상호작용은 기존 재료 설계 방식과는 전혀 다른 접근법을 가능케 한다”고 설명했다. 또한 “연구 결과는 향후 전기장과 같은 외부 자극에 따라 이러한 격자 구조와 전자 상태를 능동적으로 조절할 수 있는 ‘프로그래머블 재료’ 개발로도 이어질 수 있을 것”이라며 이번 연구결과가 차세대 전자기기와 양자기술 분야에 큰 파급력을 미칠 것으로 예측했다. ■ 연구진 진로한편 논문의 공동 주저자인 박대성 연구원은 석사과정 이수 중 투과전자현미경(TEM)을 활용해 ‘뒤틀린 반데르발스 물질(twisted vdW materials)’에서 형성되는 모아레 격자 구조를 연구했으며, 현재 삼성전자에서 PA(Process Architecture) 직무를 맡아 반도체 제조 공정을 설계·개발하고 있다. 특히 공정 단계 혁신을 통한 반도체 성능 향상과 경제성 확보에 매진 중이다. [참고자료]- 논문/저널명 : ‘Unconventional domain tessellations in moiré-of-moiré lattices‘, Nature- DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-025-08932-0[문의]서울대학교 재료공학부 재료 및 소자 분석 연구실 유효빈 교수 / 02-880-1550 / hyobinyoo@snu.ac.kr

서울공대 기계공학부 김호영 교수팀, 복잡한 제어 없이도 개미처럼 유기적으로 움직이는 입자 군집 개발

서울공대 기계공학부 김호영 교수팀, 복잡한 제어 없이도 개미처럼 유기적으로 움직이는 입자 군집 개발 - 입자 간 단순 연결 구조로 물체 운반·장애물 회피 등 다양한 동작 구현 - 재난 구조, 험지 운반, 환경 감시 가능한 자원 효율적 차세대 로봇 선봬 - 국제 저명 학술지 Science Advances 논문 게재   ▲ (왼쪽부터) 서울대학교 기계공학부 손경민 박사, 김관우 석사과정생, 김호영 교수개미와 같은 군집 생명체처럼 정밀한 제어 없이도 이동, 탐사, 운반, 협력이 가능한 능동 입자 기반의 차세대 군집 로봇 시스템이 개발됐다.서울대학교 공과대학은 기계공학부 김호영 교수 연구팀이 하버드대학교(Harvard University)와의 공동 연구를 통해, 입자 간 단순한 연결을 통해 정교한 제어 없이 다양한 동작을 수행할 수 있는 군집 로봇을 개발했다고 밝혔다.이번 연구성과는 그 혁신성을 인정받아 세계적 권위의 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 5월 9일 게재됐다. 일반 로봇과 다수의 드론으로 구성된 기존의 군집 로봇은 지도 작성, 장애물 회피, 물체 운반 등 다양한 고난이도 작업을 수행할 수 있다. 고성능 정밀 센서, 통신 장치, 그리고 복잡한 제어 알고리즘의 활용 덕분이다. 그러나 이를 위해선 여러 기능들, 즉 정밀한 위치 인식, 충돌 방지, 실시간 데이터 처리 및 복잡한 의사결정 기능을 개별 로봇에 일일이 탑재시켜야 한다. 따라서 이 시스템에서는 로봇의 크기와 무게가 증가하고, 고급 재료 및 부품 비용이 많이 들 뿐 아니라, GPS나 통신이 원활하지 않은 환경에서는 성능이 급격히 저하되는 한계가 있었다.이에 공동연구팀은 자연계의 개미 떼나 세포처럼 단순한 개체들이 모여 복잡한 행동을 발현하는 ‘창발적 집단 행동(emergent collective behavior)’에 착안해, 중앙 제어나 센서 없이도 자율적으로 움직이는 링크 기반의 군집 로봇 ‘링크봇(Link-bot)’을 고안했다. 기존 군집 로봇 시스템의 제약을 넘어선 차세대 로봇의 새 방향을 제시한 것이다. ▲ 그림 1. 방향성을 가진 입자들을 체인 링크로 연결해 만든 V자 형태의 링크봇링크봇은 방향성을 가진 능동 입자들이 V자의 체인 구조로 연결된 형태로 구성된다. 입자 간 이동과 회전을 단순한 링크 구조로 제한하기만 하면, 링크봇은 별도의 지능 없이도 마치 하나의 생명체처럼 유기적으로 움직인다. 또한 링크 구조의 기하학적 조절을 통해, 형태 변화와 동작의 유연성을 자유롭게 제어할 수 있다.▲ 그림 2. 링크 구조의 설정에 따라 경로와 방향이 달라지는 링크봇의 움직임또한 연구팀은 유연성과 가변성을 지닌 링크봇이 직진, 정지, 방향 전환 등 다양한 움직임을 수행할 수 있음을 실험을 통해 확인했다. 좁은 공간이나 복잡한 지형을 통과하거나, 구조물의 틈새를 차단하고 외부 물체를 감싸서 운반하는 기능도 구현했다. 나아가 복수의 링크봇이 협력력하면 단일 개체로는 수행이 어려운 작업도 할 수 있다.▲ 그림 3. (위) 링크봇이 물건을 감싸 가지고 오는 모습, (아래) 링크봇이 물건을 감싸서 멀리 이동하는 모습아울러 링크봇의 움직임을 정밀하게 분석하고, 다양한 조건에서의 동작을 예측할 수 있는 계산 모델도 함께 개발했다. 링크 구조의 파라미터(매개변수)와 입자 개수에 따른 움직임의 변화를 시뮬레이션함으로써, 동작 메커니즘을 체계적으로 탐색할 수 있는 방법도 고안한 것이다.이처럼 금번 연구는 중앙 제어나 센서 없이도 탐색, 운반, 협력 등 복잡한 작업을 연속적으로 수행할 수 있는 군집 로봇을 성공적으로 구현했다는 평가를 받고 있다. 이는 앞으로 재난 구조, 험지 운송, 환경 감시 등 다양한 분야에서 활용 가능한 자원 효율적 차세대 로봇 기술의 실현 가능성을 시사한다. 연구를 이끈 김호영 교수는 “이번 연구는 단순히 링크 모양만 바뀌어도 군집 로봇이 창발적 행동을 발현할 수 있음을 실험적으로 증명한 것”이라며 “이는 저비용의 자율 소프트 로보틱스와 차세대 집단 지능 시스템의 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구에서는 서울대 연구진이 아이디어를 구상하고 실험 방법을 정립한 가운데, 실험은 서울대 연구팀, 시뮬레이션 및 계산은 하버드대 연구팀이 각각 수행했다. 결과 분석과 논문 작성은 양측이 공동으로 진행했다. 서울대에서는 기계공학부 김호영 교수와 손경민 박사, 김관우 석사과정생이, 그리고 하버드대에서는 공학·응용과학대학(School of Engineering and Applied Sciences) 소속의 엘 마하데반(L. Mahadevan) 교수와 킴벌리 보왈(Kimberly Bowal) 박사가 연구에 참여했다.한편 논문의 제1저자 손경민 박사는 박사학위 취득 후 산업계에서 연구를 수행하고 있으며, 공동 저자인 김관우 석사과정생은 ‘입자 군집의 창발성’을 주제로 후속 연구를 진행 중이다. [참고자료]- 논문/저널명 : “Emergent functional dynamics of link-bots”, Science Advances- DOI : https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu8326[문의]서울대학교 기계공학부 김호영 교수 / hyk@snu.ac.kr