최신 연구 소개

전기로 작동하는 효율적인 탄소 포집기의 등장

연구팀이 개발한 탄소 포집기. 하루에 약 1~3kg의 이산화탄소를 처리할 수 있다.

이산화탄소는 지구온난화에 영향을 미치는 대표적인 온실가스다. 산업화 이후 대기 중 이산화탄소의 양은 급격히 증가하면서 전 세계적으로 이상 기후와 생태계 파괴 피해가 심각해지고 있다. 이에 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 감축하기 위한 노력이 절실한 상황이다. 고동연 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀은 최근 ‘직접 공기 포집 시스템(DAC)’을 개발했다. 연구팀은 대기 중 이산화탄소 농도가 낮은 환경에서도 높은 흡착 효율을 보이는 소재를 개발해 이산화탄소를 95% 이상의 순도로 포집할 수 있는 성과를 거뒀다. 이 흡착제는 대량 생산이 가능한 데다, 넓은 비표면적을 통해 효율적으로 이산화탄소를 흡착할 수 있다. 심지어 빠른 흡착 및 탈착 속도를 가질 뿐 아니라, 구조적으로도 강해 장기적으로 활용할 수 있다. 기존의 화석연료 기반 기술과 달리, 이 기술은 순수 전기로만 작동하기 때문에 태양광, 풍력 등 재생 가능 에너지원으로 작동할 수 있다. 또 높은 에너지 효율성을 갖춰, 전기에 접근성이 있는 환경이라면 어디에서든 이산화탄소를 포집할 수 있다. 좀 더 친환경적으로 탄소를 포집할 수 있어, 기후 위기를 완화하는 데 중요한 열쇠가 될 것으로 기대된다. 연구에 참여한 김규남 박사과정 연구원은 “이번 연구는 대기 오염 문제 해결에 한 발 더 다가설 수 있는 중요한 성과이며, 앞으로도 지속적인 연구를 통해 기술을 발전시키고 실제 환경에서의 적용 가능성을 높이겠다”라고 말했다.

가짜 분유, 이제 스마트폰으로 손쉽게 찾는다

물방울의 움직임을 스마트폰으로 관측해 분유 가루의 진위를 확인할 수 있다.

전 세계적으로 유통기한이 지난 분유를 재포장하거나, 영양가가 부족한 제품에 유명 브랜드 로고를 덧씌워 가짜 분유를 만드는 등의 사건들이 일어나고 있다. 가짜 분유는 분유에 대한 신뢰도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 영양 섭취에 민감한 영유아들에게 치명적이다. 그래서 가짜 분유 유통을 통제하고 가짜 분유의 진위를 판별하는 방법이 필요하다. 한준 KAIST 전산학부 교수 연구팀이 연세대, POSTECH, 싱가포르국립대와 공동연구를 통해 스마트폰을 이용한 가짜 분유 탐지 기술을 개발했다. 그동안 가짜 분유의 진위를 쉽고 빠르게 탐지하는 것은 불가능에 가까웠지만, 연구진은 스마트폰의 일반 카메라만을 이용해 위조 분말을 탐지하는 ‘파우듀(PowDew)’ 시스템을 개발해 이 상식을 뒤엎었다. 이 시스템은 분말 식품의 성분 및 제조 과정에 따라 달라지는 고유한 성질인 습윤성 및 다공성, 그리고 액체류 간의 상호작용을 이용했다. 소비자가 스마트폰 카메라로 분유 가루 위에 떨어진 물방울의 움직임을 관찰해 손쉽게 분유의 진위를 판별할 수 있다. 빠르고 편리할 뿐만 아니라, 탐지 정확도도 매우 높아 분유 외에도 다양한 식품이나 의약품에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 한 교수는 “이 기술이 소비자들이 쉽게 사용할 수 있는 검사 도구가 되어 시장에 유통되는 위조 분말 식품을 줄이는 데 크게 기여할 것”이라며 “다양한 분야로 확장해 위조 제품 문제 해결에 앞장서겠다”라고 말했다.

빛으로 트라우마 기억 제어, PTSD 혁신적 치료법 발견

PLCβ1 발현을 조절해 외상 후 스트레스 장애(PTSD)를 치료할 수 있을 것으로 기대된다.

외상 후 스트레스 장애(PTSD)는 심각한 트라우마 경험 후에 나타나는 정신질환이다. 생명을 위협받거나 극심한 충격을 받은 사람들에게 주로 나타나는데, 공포, 불안, 우울증, 과도한 경계심을 지속해서 겪게 된다. PTSD 환자들은 종종 기억 속 사건을 반복적으로 떠올리며 고통을 받고, 이에 일상생활에서 정상적인 사회적, 정서적 기능을 유지하는 데 어려움을 겪는다. 현재 PTSD 치료를 위해 약물치료와 인지 행동 치료 등이 활용되고 있지만, 모든 환자에게 효과가 있는 것은 아니다. 특히 심각한 트라우마에 대한 기억을 완전히 소거하기는 어렵다. 이러한 점에서 정신질환을 해결하기 위한 새로운 접근 방식이 요구되고 있다. 최근 허원도 KAIST 생명과학과 교수 연구팀이 PTSD와 같은 정신질환 치료에 새로운 가능성을 열었다. 연구팀은 PLCβ1 단백질을 빛으로 활성화해 기억 형성을 조절할 수 있는 광유전학 기술을 개발했다. 과도한 기억 형성은 PTSD의 주요 원인으로 알려져 있는데, PLCβ1 단백질을 결핍시킨 실험용 마우스에서는 과도한 공포 반응이 나타났다. 반대로 이 단백질을 활성화하면 공포 반응이 감소하는 효과가 관찰됐다. 연구팀은 특정 뇌 부위의 신경 활동을 빛으로 제어해, 기억 형성 초기 단계에서 PLCβ1의 역할을 조절하는 혁신적인 방법을 마련했다. 이를 통해 과도한 기억 형성을 억제하고, PTSD 발생을 줄일 수 있다는 점을 입증했다. 허 교수는 “이번 연구를 통해 단백질 PLCβ1이 해마에서 기억 형성 초기 단계에서 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀냈으며, 이는 PTSD와 같은 정신질환의 새로운 치료 가능성을 제시한다”고 말했다.

차세대 영상 인식 기술 ‘비디오맘바’, 트랜스포머 한계를 뛰어넘다

비디오맘바 내부 구조.

동영상 인식 기술은 자율주행, 의료, 스포츠 등 다양한 산업에서 필수적인 도구로 자리 잡고 있다. 하지만 기존의 동영상 인식 모델들은 높은 연산량과 메모리 사용량이 요구되는 트랜스포머 기반으로 구축되어 있어, 대규모 데이터를 다룰 때 효율적이지 못하다. 김창익 KAIST 전기전자공학부 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 혁신적인 동영상 인식 모델인 ‘비디오맘바(VideoMamba)’를 개발했다. 비디오맘바는 선택적 상태 공간모델(Selective SSM)을 활용해 선형 복잡도로 동영상을 분석하며, 기존 트랜스포머 기반 모델보다 8배 낮은 연산량과 4배 낮은 메모리 사용량으로도 높은 인식 성능과 빠른 속도를 유지해, 동영상 인식 기술의 새로운 패러다임을 제시했다. 이 모델은 자율주행, 의료, 스포츠 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 자율주행에선 도로 상황을 분석해 사고 예방에 도움을 주고, 의료 분야에선 수술 중 환자의 상태를 실시간 모니터링해 긴급 상황에 신속히 대응할 수 있게 돕는다. 스포츠에서는 선수의 움직임을 분석해 전략을 개선하거나 부상을 예방하는 데 사용될 수 있다. 김 교수는 “비디오맘바의 빠른 처리 속도와 낮은 메모리 사용량, 그리고 뛰어난 성능은 우리 생활에서의 다양한 동영상 활용 분야에 큰 장점을 제공할 것”이라고 말했다. 비디오맘바는 컴퓨터 비전 분야 최우수 국제 학회 중 하나인 ECCV 2024에서 발표됐으며, 앞으로 다양한 동영상 인식 분야에서 높은 효율성을 제공할 것으로 기대된다.