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아주대학교 이창구 교수팀이 하수·폐수 내의 질소를 자원화 하기 위한 통합 공정 기술을 제시했다. 이창구 교수(환경안전공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀은 하·폐수 내의 질소를 암모니아(NH₃) 형태로 회수하고 이를 수소(H₂) 생산으로 연계하는 통합 공정 기술을 제안했다. 이를 통해 폐수 내 질소를 자원화 함과 동시에, 탄소 배출 없는 청정에너지의 생산이 가능한 순환형 수-에너지 시스템 구현 가능성을 제시했다.연구팀의 이번 성과는 ‘폐수 내 암모니아 가스 회수를 통한 수소 생산(Hydrogen Production from Wastewater via Ammonia Gas Recovery)’이라는 제목의 논문으로 <npj 클린 워터(npj Clean Water)>에 2월 게재됐다. 이번 연구에는 우리 학교 대학원 에너지시스템학과 및 환경연구소 연구진이 참여했으며, 이창구 교수가 교신저자로서 연구를 총괄했다. 연구팀은 다양한 공정·촉매·시스템 분석을 아우르는 융합 연구를 통해 실험적 성능과 산업 적용 가능성을 동시에 평가했다.하·폐수에는 도시, 산업, 농업 및 매립지에서 유래한 반응성 질소가 다량 포함되어 있으나, 기존 생물학적 처리 공정은 이를 질소가스(N₂)로 전환해, 자원으로의 활용은 어렵다는 한계가 있었다. 또한 높은 에너지 소비와 온실가스인 이산화질소(N₂O) 배출 문제로 인해 지속가능성 측면에서의 한계 역시 지적되어 왔다.이에 아주대 연구팀은 다양한 공정을 활용해 실제 폐수로부터 암모니아(NH₃)를 회수하고, 이를 촉매 분해를 통해 수소로 전환하는 전 공정 체인을 통합적으로 분석했다. 특히 기존 연구와 달리 ▲실제 폐수 기반 비교 ▲수소 생산 잠재량 정량화 ▲촉매 성능 및 경제성·환경성(LCA/TEA) 평가를 동시에 수행함으로써 공정 간 연계성과 실현 가능성을 체계적으로 규명했다.그 결과, 폐수 유래 암모니아(NH₃)를 활용할 경우 현재 전 세계 수소 생산량의 약 43.6%에 해당하는 수준의 수소를 생산해낼 수 있는 잠재적 가능성이 있는 것으로 평가되었으며, 기존 공정(Haber–Bosch) 대비 에너지 효율 및 환경성 측면에서 경쟁력 있는 대안이 될 수 있음을 확인했다. 또한 루테늄(Ru), 니켈(Ni) 기반 촉매 비교를 통해 고효율·저비용 수소 생산을 위한 촉매 설계 방향 역시 제시했다.특히 이번 연구는 ▲질소 회수 ▲촉매 반응 ▲공정 통합 ▲정책 및 경제성 분석을 하나의 프레임워크로 연결함으로써, 단일 기술 중심 접근을 넘어선 시스템 수준의 혁신 전략을 제시했다는 점에서 학술적·산업적 의의가 크다는 평가다. 이창구 교수는 “폐수 속 질소를 단순 제거 대상이 아닌 ‘에너지 자원’으로 전환함으로써, 탄소중립 사회를 위한 새로운 수소 생산 경로를 제시할 수 있다”라며 “앞으로 하수처리장 및 산업 현장에서 적용 가능한 분산형 수소 생산 시스템으로 확장될 수 있을 것”이라고 전했다.* 위 사진 - 왼쪽부터 이창구 교수, 양희진 환경연구소 연구원, 정성효 석사과정 학생
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- 작성일2026-05-18
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- 높은 전하이동도에 신축성도 우수- 전자피부, 웨어러블 기기용 新 소재 활용 기대아주대학교 화학과 이인환 교수 공동 연구팀이 높은 전하이동도를 유지하면서 신축성도 뛰어난 차세대 반도체 소재를 개발하는 데 성공했다. 이에 앞으로 웨어러블 기기와 소프트 로보틱스 등 차세대 전자소자의 핵심 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.우리 학교 이인환 교수(화학과)와 이병훈 이화여대 교수(화공신소재공학과), 최태림 스위스 취리히연방공대(재료과) 교수 공동 연구팀의 이번 연구는 ‘리빙 중합 전략을 활용한 공액성 멀티블록 공중합체 개발: 신축성과 전하 수송에서의 구조–물성 상관관계에 대한 체계적 연구(Living Polymerization Strategy for Conjugated Multiblock Copolymers: A Systematic Study of Structure–Property Relationships in Stretchability and Charge Transport)’라는 제목의 논문으로 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)>에 2월 게재됐다. 논문의 제1저자로 아주대 양희성 박사(에너지시스템학과 박사 졸업)와 이화여대 유현진 학생(화공신소재공학과 석박통합과정)·김예진 박사(화공신소재공학과 박사 졸업)가 참여했다. 최근 학계와 산업계에서 주목받고 있는 전자 피부(e-skin)와 웨어러블 전자기기 등은 피부를 비롯한 인체에 밀착되면서도 생체 신호를 정밀하게 측정해야 한다. 이에 전기적 안정성 및 효율성과 더불어 유연성을 필요로 하는데, 이를 동시에 구현하는 데에는 한계를 보여왔다. 공동 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘다중블록 공중합체’ 플랫폼을 구축했다. 전기가 흐르는 공액 고분자 블록과 응력을 흡수하는 탄성 블록을 분자 수준에서 정밀하게 연결한 것. 특히 폴리(3-헥실티오펜)(Poly(3-hexylthiophene), P3HT) 블록을 정교한 리빙 중합(living polymerization) 기법으로 합성해 높은 구조적 정밀도를 확보하고, 이를 유연한 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 블록과 공중합해 전하이동도 감소 없이 높은 신축성을 구현할 수 있었다. 연구팀이 개발한 소재는 300% 이상 늘어나면서도 균열이 발생하지 않고, 기계적 변형에도 안정적 전기적 특성을 유지했다. 더불어 폴리디메틸실록산(PDMS) 블록이 열에 강한 덕분에 고온의 열처리 후에도 전하이동도가 안정적으로 유지됨을 확인했다. 이번 연구 성과는 정밀 융합 전략을 기반으로 소자 성능과 공액 고분자의 구조적 요소의 상관관계를 체계적으로 규명함으로써, 그동안 상충관계에 놓여있던 신축성과 전하 이동도를 동시에 만족시킨 결과다. 이에 앞으로 전자 피부, 웨어러블 디바이스, 소프트 로보틱스 등의 개발 및 활용에 핵심적 소재로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.해당 연구는 ▲과학기술정보통신부 및 한국연구재단 국가연구소(NRL2.0) 지원사업 ▲중견연구자 지원사업 ▲기초연구실 지원사업 ▲대학기초연구소 지원사업 ▲뇌질환융합센터 등의 지원을 받아 수행됐다. * 위 사진 설명 - 왼쪽부터 아주대 이인환 교수, 아주대 양희성 박사, 이화여대 유현진 학생, 이화여대 이병훈 교수
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- 작성일2026-04-29
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아주대학교 연구진이 지난 20여 년 동안 물리학계에서 전제로 받아들여져 온 핵심 가정을 뒤집는 새로운 이론을 제시했다. 임준원 아주대 교수(물리학과, 위 사진 왼쪽) 연구팀은 위상물리학 분야의 새로운 보호 메커니즘을 이론적으로 정립하고, 실제 물질에서도 구현해 낼 수 있음을 보였다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 ‘국소 지원 대칭과 파괴적 간섭을 통한 위상적 보호(Topological Protection by Local Support Symmetry and Destructive Interference)’라는 제목으로 국제 학술지 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)> 2월호에 게재됐다. 연구에는 미국 프린스턴대 B. 안드레이 버네빅(B. Andrei Bernevig, 위 사진 오른쪽) 교수(물리학과), 건국대 이훈경 교수(물리학과), 홍익대 김세중 교수(전자공학전공) 연구팀이 함께 참여했다. 2016년 노벨물리학상*을 받은 주제이기도 한 위상물리학(Topological Physics)은 수학의 위상(位相) 개념이 물리학에 적용된 것으로, 물질의 형태가 변해도 바뀌지 않는 고유한 기하학적 성질을 활용해 물질의 상태와 물성을 연구하는 분야다. 일례로, 위상 개념에서는 도넛과 컵을 하나의 형태로 본다. 실제 모양, 부피나 크기 등과는 관계없이 ‘구멍이 하나’라는 위상적 특성만을 생각해서다. 위상물리학은 기존의 방식과 다른 위상수학적 접근법을 통해 더 근원적이고 세부적으로 기존 물질과 다른 특이한 물성을 파악할 수 있게 한다는 점에서, 최근 20여 년 동안 고체 물리학에서 가장 주목받아 온 분야다. 독특한 특성을 가진 여러 별난 물질을 발굴함으로써, 양자 컴퓨터와 같이 아직은 미지의 영역인 첨단 분야의 소재로 활용할 수 있다는 기대가 있어서다.위상물리학의 개념을 물질에 적용한 위상물질(Topological Mater)의 특성은 그동안 학계에서 ‘대칭이 물질 전체에 걸쳐 존재해야만 안정적으로 유지된다’라는 전제 위에서 이해되어왔다. 대칭이 조금이라도 깨지면 밴드 교차점이 사라지거나 위상적 특성이 무너진다고 본 것. 그러나 실제 물질에서는 불순물, 흡착 원자, 계면 효과 등으로 인해 이러한 대칭이 쉽게 깨진다. 이 때문에 이론적으로는 가능해 보여도 현실 물질에서는 위상적 특성이 얼마나 안정한지 설명하기 어려운 경우가 많았다. 아주대 공동 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 물질을 두 부분으로 나누어 바라보는 새로운 관점을 제시했다. 연구팀은 물질의 한 부분에서는 대칭이 유지되지만, 다른 부분에서는 대칭이 깨져 있는 상황을 가정한 뒤, 전자 파동이 어떻게 퍼지는지를 정밀하게 분석했다. 그 결과 특정 조건에서는 전자의 블로흐 파동함수가 ‘파괴적 간섭(destructive interference)’을 일으켜 대칭이 깨진 영역으로는 퍼지지 않고, 대칭이 남아 있는 영역에만 국소적으로 머물 수 있음을 밝혔다. 이 경우 전체 물질 차원에서는 대칭이 깨져 있어도, 실제 전자 상태는 사실상 대칭이 보존된 부분만을 ‘느끼게’ 되고, 그 결과 위상적 성질이나 밴드 교차점이 그대로 보호될 수 있다는 것이다.연구팀은 이러한 메커니즘을 ‘국소 지지 대칭(Local Support Symmetry)’ 보호 원리로 정의하고, 이를 일반적인 이론 틀로 정리했다. 이 틀을 이용하면 위상 절연체의 Z2 위상수와 같은 위상 지표가 어떻게 유지되는지, 또 디랙(Dirac) 점과 같은 밴드 교차가 왜 쉽게 사라지지 않는지를 하나의 공통된 언어로 설명할 수 있다. 연구팀은 또한 단순한 이론 제안에 그치지 않고, 여러 모형 계산을 통해 국소 시간반전 대칭이나 회전 대칭에 의해 보호되는 위상 상태와 밴드 교차점을 구체적으로 구현했다. 더 나아가, 최근 주목받고 있는 2차원 탄소 소재인 바이페닐렌 네트워크에 플루오린을 주기적으로 흡착시킨 구조를 예로 들어, 전체 대칭이 깨져 있음에도 특정 방향에서 디랙형 분산이 거의 유지되는 현상을 밀도범함수이론(DFT) 계산으로 확인했다. 이는 연구팀의 이론이 실제 물질 설계와 해석에도 적용될 수 있음을 보여주는 사례다.아주대 임준원 교수는 “위상적 성질은 반드시 전체 대칭이 있어야만 보호된다는 기존의 통념을 넘어, 부분적인 대칭과 간섭 효과만으로도 충분히 안정화될 수 있음을 보여준 연구”라며 “현실적인 물질 환경에서도 위상적 특성을 설계할 수 있는 새로운 길을 제시한 셈”이라고 밝혔다. 이어 “앞으로는 국소 대칭과 파동 간섭을 활용해 보다 강인한 위상물질과 양자 소자를 설계하는 연구로 확장해 나갈 계획”이라고 덧붙였다.이번 연구는 중견연구자지원사업과 대학기초연구소사업(G-램프) 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.* 2016년 노벨물리학상 영국 출신의 미국 물리학자인 데이비드 사울레스(David J. Thouless), F. 덩컨 M. 홀데인(F. Duncan M. Haldane), J. 마이클 코스털리츠(J. Michael Kosterlitz) 3명은 2016년 노벨물리학상을 받았다. 이들은 수학에서 사용해온 위상(位相) 개념을 물리학에 적용, ‘이전까지는 알려지지 않은 물질의 세계로 향하는 문을 열었다’라는 평가를 받았다. 이들은 기존에 전자구조만을 이용해 도체와 부도체로 물질을 분류하던 패러다임을 넘어서서 파동함수의 위상학적 구조를 통해 더욱 상세한 물질 분류법을 제시했으며, 위상학적으로 보호되는 표면 상태의 강인함은 물리학뿐만 아니라 전자공학의 발전 가능성을 한층 넓혔다는 평가를 받는다.아주대 공동 연구팀은 ‘대칭이 물질 전체에 걸쳐 존재해야만 안정적으로 유지된다’라는 위상물리학의 기존 관점을 뒤집어 새로운 시각에서 설명해냈다. 연구팀은 물질을 두 부분으로 나누어 분석, 전체 물질 차원에서 대칭이 깨져 있더라도 실제 전자 상태는 사실상 대칭이 보존된 부분만을 느끼게 됨으로써, 위상적 성질이 그대로 보호될 수 있음을 규명해냈다. 이러한 ‘국소지지 대칭’ 개념은 양자 컴퓨터와 같이 아직은 미지의 영역인 첨단 분야의 소재 설계에 활용될 수 있다.
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- 작성일2026-04-29
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아주대학교 지능형반도체공학과 이종민 교수 공동 연구팀이 인공지능(AI) 분야의 세계적 학회인 <AAAI 2026>에서 원격 감지 기술 라이다(LiDAR)를 활용한 거리 추정 신기술을 발표했다. 이종민 교수팀은 지난 20일부터 27일까지 싱가포르에서 개최된 <AAAI(The Association for the Advancement of Artificial Intelligence) 2026>에서 AI를 활용한 SPAD 기반 LiDAR 거리 추정 신기술에 대해 발표했다.이번 연구는 아주대∙부산대∙강원대 공동 연구팀의 성과로, 이번 연구에는 아주대 지능형반도체공학과 석사과정의 이민성∙김서현 학생이 제1저자로 참여했다. 박연수 강원대 컴퓨터공학과 교수와 서형석 부산대 반도체공학전공 교수, 이종민 아주대 지능형반도체공학과 교수는 교신저자로 함께 했다. 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서는 자율주행 차량과 로봇에서 ‘눈’과 같은 역할을 하는 핵심 센서 기술이다. 레이저 빛을 쏘고 반사되어 오는 시간을 측정해, 주변 물체를 파악하고 장애물을 피해 안전하게 움직일 수 있도록 하는 구조다.라이다(LiDAR) 센서를 통한 정확한 거리 측정을 위해서는 단일 광자 검출기(SPAD)를 이용한 히스토그램 기반 거리 추정 방식이 널리 사용되고 있다. 그러나 현재 활용되고 있는 거리 추정 방식은 강한 반사 신호 환경에서 발생하는 왜곡에 취약하고, 정확도를 높일수록 연산량이 급격히 증가해 실시간으로 반응해야 하는 하드웨어의 실제 구현에는 한계가 있다. 공동 연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 거리 추정을 기존의 신호 보정(signal filtering) 문제가 아닌, AI 기반 경량 유사도 학습(lightweight similarity learning) 문제로 재정의했다. 연구팀이 제안한 방식인 LiToFNet은 왜곡된 히스토그램을 직접 복원하지 않고, 참조 펄스와 측정 히스토그램 간의 유사도를 AI 모델이 학습해 비행시간(time-of-flight, ToF)을 직접 추정하는 구조다. 연구팀은 이를 통해 왜곡이 심한 환경에서도 안정적인 거리 추정이 가능함을 확인했다. 원격 감지 기술인 라이다(LiDAR)로 다양한 물체의 데이터를 수집한 도표. 기존의 방식인 단일 광자 검출기(SPAD)를 통한 히스토그램 기반 거리 추정 방식의 경우, 근거리에서의 강한 반사로 pile-up 왜곡이 발생함을 알 수 있다. 단일 광자 검출기(SPAD)가 가장 먼저 도착한 광자만 기록하고, 늦게 도착한 광자는 일정 시간 동안 무시되기 때문에 발생하는 원치 않는 왜곡이다.공동 연구팀의 LiToFNet은 약 57.6KB규모의 초경량 AI 모델로 설계되어, 기존 딥러닝 기반 LiDAR 거리 추정 기법 대비 200배 이상 작은 모델로 구현됐다. 연구팀은 해당 모델을 프로그래밍이 가능한 반도체 칩(FPGA)에 구현해 초당 106 프레임의 실시간 처리 성능을 확인했고, 심각한 pile-up 왜곡이 발생하는 환경에서도 약 2.21cm 수준의 거리 오차를 기록해 현장 적용의 가능성을 보여줬다. 이는 고성능 GPU 없이도 차량⋅로봇용 엣지 라이다(LiDAR) 시스템에 직접 적용할 수 있음을 보여주는 결과다.이번 연구의 성과는 아주대 캠퍼스의 실외 환경에서 실제로 수집한 데이터를 통해 실험적으로도 검증됐다. 연구팀은 실외 환경에서 촬영한 장면을 대상으로 거리 추정을 수행한 결과, 기존 방식이 거리 왜곡을 보이는 상황에서도, LiToFNet 기반의 하드웨어는 안정적인 거리 추정 결과를 유지함을 확인했다. 이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실, 생애기본연구 및 4단계 BK21사업, 그리고 아주대학교 교내 학술진흥연구비 사업의 지원으로 수행됐다.실제 야외환경에서의 실험적 검증. 아주대 캠퍼스 내 학생회관 공간에서 라이다 센서 및 연구팀의 LiToFNet 기반 하드웨어로 측정 후 분석한 결과다. pile-up 왜곡이 발생하는 근거리 환경에서도 LiToFNet이 효과적 보정을 해냈다.* 위 사진 - 싱가포르에서 개최된 <AAAI 2026> 학회에서. 아주대∙부산대∙강원대 공동 연구팀의 모습
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- 작성자통합 관리자
- 작성일2026-04-28
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