2022년
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01
16배 빨라진 불량 반도체 검사 기술로, 생산성과 품질을 잡다
- 김현종 수석연구원 (뿌리기술연구소 친환경열표면처리연구부문)
- 개발 내용
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- 웨이퍼 테스트의 주요 부품인 프로브 척, 웨이퍼, 프로브 카드를 하나의 프레임 안에 패키지화한 일체형 카트리지 개발
- 일체형 카트리지를 16개 장착할 수 있는 멀티 챔버방 제작
- 얼라이먼트 알고리즘을 통해 카트리지를 검사용 챔버까지 정확하게 연결할 수 있는 시스템 설계
- 수백 킬로그램에 달하는 고중량의 카트리지를 정해진 챔버방까지 빠르고 안정적으로 전달할 수 있는 이송로봇 개발
- 통합 제어시스템 개발
- 기대 효과
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- 반도체 생산성 향상 및 공간 활용도 제고
- 반도체 생산 비용 절감 가능
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02
옷 안에 착용할 수 있는가볍고, 편리한 보행 보조로봇 나오다
- 안범모 수석연구원 (융합기술연구소 AI·로봇연구부문)
- 개발 내용
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- 착용형 보행 보조로봇은 동력을 생성하는 ‘동력발생기’와 전달 받은 동력으로 보행을 돕는 ‘보조로봇’으로 구성되는데, 소형 공압 발생기가 장착된 무게 1.9kg의 공압백팩과 0.6kg의 초경량 보조로봇으로 구성된 착용형 보행 보조로봇 ASSIST를 개발
- 부품 설계를 최적화하고, 초경량 소재로 제작해 신발 안에 신고 발목과 정강이에 고정한 후 옷으로 덮으면 외부에서 드러나지 않으며, 공압백팩은 어깨에 메는 구조로 제작
- 기대 효과
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- 서울대병원 임상평가에서 ASSIST 착용 후 보행 시 최대 30도까지 발목 관절을 들어줄 수 있고, 좌우 걸음 비대칭 각도를 최대 5도 미만으로 교정 가능한 것을 확인
- 고성능 모터 구동기를 활용한 보행 보조로봇 개발 연구 진행
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03
빠르고 튼튼한 섬유제조 기술로 국내 섬유 산업을 혁신한다
- 함완규 수석연구원 (융합기술연구소 섬유연구부문)
- 개발 내용
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- 용융상태의 PET 고분자 사슬 간 얽힘 구조를 제어할 수 있도록 방사노즐 구조 재설계
- 토출되는 섬유에 순간적으로 방사온도 대비 100℃ 이상 섬유를 가열할 수 있는 소형 히팅 장치 개발 및 적용
- 기존 280℃ 이상 고온에서 열분해가 일어나는 PET 섬유를 400℃까지 가열해도 열분해 없이 안정적으로 방사 가능
- 기대 효과
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- 기존 상용화 방사공정에 바로 적용할 수 있어 최소한의 비용과 시간으로 생산성 향상 가능
- 순간 국부 가열로 용융구조를 제어할 수 있기에 전력 사용량을 10% 이상 줄일 수 있음
- PET 섬유에 첨가제를 쓰지 않기에 폐기물 100% 재활용 가능
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04
버려지는 고염도 농축수에서 전기와 식수는 물론, 리튬까지 얻어낸다
- 정다운 선임연구원 (한러혁신센터)
- 개발 내용
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- 식물의 증산작용 원리에서 착안해, 한쪽에 물을 주입하면 모세관 현상에 의해 건조한 방향으로 물이 흐르며 그 차이로 전기를 생산하는 증산발전 소자 개발
- 증산발전 소자 한 개의 전력은 크지 않지만, 소자를 직·병렬로 연결해 모듈화하고, 모듈을 계속 적층하는 방식으로 발전량 조절 가능
- 증산발전 소자에 전기투석 장치를 연결, 장치 내부에 2개의 특수 멤브레인(분리막)을 삽입해 중앙에 바닷물을 주입하면 계속 순환하면서 고수율의 담수와 리튬을 얻는 ‘순환형 에너지 시스템’ 개발 성공
- Na+와 Cl-를 분리해 만들어지는 담수화 전 과정은 모니터로 관찰할 수 있도록, 이온 거동 가시화 기술을 적용
- 리튬 농축 시스템은 리튬만 선택적으로 분리하는 멤브레인을 삽입한 구조로, Li과 CL2, H2 가스가 만들어지며 리튬을 분리해 분말화하는 공정도 함께 개발
- 기대 효과
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- 기업과 함께 리튬 생산 규모를 키우기 위한 연구 추진
- 해수 외에도 폐배터리, 폐전자기기를 분쇄해 나오는 블랙파우더로부터 리튬만 선택적으로 분리하는 응용기술 개발 기획 중
- 전기와 식수를 동시에 얻을 수 있어 물이 부족한 지역이나 우주선과 같은 특수 환경에서도 활용 가능
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05
차세대 이차전지 실용화에 기여할 안정적인 '무음극 집전체' 구현하다
- 오세권 선임연구원 (뿌리기술연구소 친환경열표면처리연구부문)
- 개발 내용
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- 뿌리기술인 전해도금 기술을 활용해 리튬 덴드라이트 성장을 제어하는 최적의 구조(기공 12㎛, 두께 17㎛)를 가진 3차원 다공성 구조의 구리 집전체 개발
- 음극재를 없애 부피와 무게를 줄임으로써 에너지 밀도를 높인 무음극 전지(Anode Free) 시스템 개발
- 기대 효과
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- 차세대 이차전지 실용화에 기여
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06
Add-on 모듈로 뿌리 공정을 더 똑똑하게 만들다
- 유세훈 수석연구원 (뿌리기술연구소 접합적층연구부문)
- 개발 내용
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- 기존 활용되는 뿌리공정 (주조, 금형, 소성, 용접 등) 생산 장비에 비전카메라, 압력센서, 진동센서 등의 다양한 공정 시그널을 취득할 수 있는 센서 모듈을 부착하여 기존 장비에서 발생하는 데이터를 실시간으로 수집
- 기존 활용되는 뿌리공정 (주조, 금형, 소성, 용접 등) 생산 장비에 비전카메라, 압력센서, 진동센서 등의 다양한 공정 시그널을 취득할 수 있는 센서 모듈을 부착하여 기존 장비에서 발생하는 데이터를 실시간으로 수집
- 뿌리장비에 이식하여 장비 스스로 최적화 및 자가제어를 수행할 수 있는 지능형 장비 개발을 위한 지능화 시스템 기반을 구축
- 기대 효과
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- 지능형 뿌리공정기술 개발을 통해 체계적인 데이터 분석 및 신규 인력 유입을 가능하게 하는 뿌리산업 4차 산업혁명 대응 저변 확대 가능
- 국내 제조업 기초체력 강화 및 공정 디지털화를 통한 기존 작업자들의 환경 개선 기대
- 생산 현황파악 위주의 스마트공장 보급확산을 넘어 실질적인 생산현상 스마트화로의 전환을 위한 기반을 마련
- 품질예측 시스템 구성 가이드라인을 제시하여 관련 산업의 시장경쟁력 확보 및 점유율 확대에 기여
- 인공지능 알고리즘을 기반으로 데이터의 자동수집, 분석, 해석, 자가판단을 통하여 뿌리산업 스마트화 기여
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07
3D 프린트 시장을 선도할 나노입자 일체형 분말 기술을 확보하다
- 박형기 수석연구원
(강원본부 기능성소재연구그룹) - 개발 내용
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- 열역학적 반응성 제어를 통해 타이타늄 소재 내부에 산화물 석출이 가능한 산화물-타이타늄 최적 조성을 설계하였으며, 반응 거동 해석을 통해 일체형 구형 분말을 in-situ로 제조하는 공정 기술 개발
- 타이타늄 기지와 첨가 물질의 산화 구동력 계산을 통해, 분말을 제조하는 고온에서는 산화물이 용체화되고 냉각 시 분말 내부에 미세하고 균일하게 재석출되는 공정 설계
- 금속 기지에 산화물 등의 나노입자를 균일하게 분산시키면 상온 및 고온에서의 기계적 물성을 크게 향상시킬 수 있어 나노입자 분산 합금 소재에 대한 연구에 진척이 이루어짐
- 품질과 나노입자 분산 균일도가 매우 우수한 분말 소재 제조가 가능한 원천 기술 확보
- 기대 효과
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- 나노입자 일체형 타이타늄 분말은 기존의 in-situ로 분말 제조가 가능할 뿐만 아니라 기존의 소재 대비 물성이 극히 우수한 장점이 있음. 따라서, 이러한 분말 적용을 통해 3D 프린팅 부품의 물성 및 신뢰성 향상에 크게 기여할 것으로 기대
- 나노입자 일체형 타이타늄 분말 소재 적용을 통해 고강도·고밀도 및 피로 특성이 우수한 제품 제조가 가능하여 의료기기 분야를 포함한 다양한 산업분야로 3D 프린팅 기술 확대가 기대
- 전 세계적으로 나노입자가 분말 내부에 균일 분산된 복합소재 구형 분말이 개발된 사례가 없으며 원천특허 확보를 통해 세계 분말 연구 및 산업을 선도 가능
- 박형기 수석연구원
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08
자동 결함 검사 기술로 의료기기 품질을 균일하게 관리한다
- 윤종필 수석연구원 (대경본부 첨단메카트로닉스연구그룹)
- 개발 내용
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- 머신비전 시스템을 이용하여 카테터의 단면 이미지를 정확히 획득
- 딥러닝의 CNN과 Transformer를 이용하여 Local feature뿐만 아니라 Global feature를 단면 이미지에서 추출하여 형상 및 치수 측정의 기준이 되는 Key points 위치를 정확히 측정
- 측정된 Key points 위치를 이용하여 카테터 형상과 치수를 고정밀, 실시간으로 검사
- 튜브 특성상 검사해야 하는 단면이 회전하여 정확한 검사가 어려운 문제점을 새로운 딥러닝 기술을 적용하여 획기적으로 개선
- 기대 효과
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- 개발한 AI 기술은 의료기기뿐만 아니라 다양한 제조 산업의 제품 결함 검사에 적용 가능
- 개발한 딥러닝 기반 결함검사 AI 모델은 다양한 제조 산업의 정밀한 치수 및 형상 검사에 확대 적용
- 다품종 소량 생산하는 카테터 제조기업의 제품 맞춤형 AI 비전 자동 검사가 가능하여 품질 개선 및 생산성 향상에 크게 기여 가능
- 산업 인공지능 기반 제조 공정 지능화 기술 개발을 위한 후속 연구 계획