AI스마트기기사업단

 

그림 1. 사업단의 목표 및 비전

 

○ 연구주제 및 선정사유

 

◈ 본 산업단에서는 최근에 인력수요가 급증하고 있는 모바일 융합 부품 기술과 관련하여 모바일 기술 고효율화와 안전성 향상에 기여할 수 있는 녹색 고효율 융합부품 기술개발을 수행하며 산업체가 요구하는 정보통신, 에너지 전송 및 변환 분야를 연구하는 것을 목표로 하며 향후 모바일, 에너지 분야 산학협력 사업단 구축을 통해 관련 분야의 심층 목적 기초 및 추후 사업화를 위한 응용 연구 개발 체계를 구축할 예정이다.

 

◈ 모바일 융합 부품 기술은 실내외 전자기기의 이동성, 휴대성 및 편리성을 배가 시킬 뿐만 아니라 유선 플러그의 제거가 가능하기 때문에 보다 간략화 되고 간편해 질 수 있다. 따라서 모바일 융합 부품 기술의 실현은 미래 생활상을 대변하는 대표적인 기술이 될 것이다.

 

◈ Smart power/signal control 기술, 자기장 집속 기술, 메타 다중 공진 기술 기반의 모바일 융합 부품 개발을 통해 충전기 산업의 고부가가치를 창출하고 고임금으로 경쟁력이 약화된 국내 충전기 산업 및 관련 기반 산업 전반 및 응용 서비스 관련 산업을 육성 발전시키고 막대한 고용창출을 가져다 줄 것으로 기대되고 있다.

 

영역	지표명	2021년 -2024년 목표	목표설정 기준
연구비 수주 및 사업화	외부연구비 수주액 및 기타 수입액	160억	과기정통부 수주액 100억 산업부 수주액 60억
	지적재산권 등록실적	20건
	기술료 수입액	1억원

 

가. 국내외 연구 동향: 모바일 융합 부품(MTM)

 

◈ 국내․외 타연구기관

• 음의 유전율 및 투자율에 의한 다양한 MTM 특성을 이용하여 RF 및 M/W대역 부품, 의료영상기기, 음향기기, 광부품, 나노 기술 등 수많은 분야의 응용이 제시되고 있으며 차세대 핵심기술로 주목받고 있음.(Nature와 Science 잡지에도 다수 소개됨, 최근 2006년 3월호 Nature, 2006년 6월 Science 등)
• 2003년 사이언스지에서 과학 발전의 10대 기술 중의 하나로 LHM(Left handed MTM)을 소개함
• 현재 일반적인 MTM 특성에 의한 응용 분야 이외에도 비선형 MTM 응용 분야(변조), 비정상 분산 MTM 응용 분야 등으로 연구 분야가 확대되고 있음
• 유럽의 FP6(Metamophose 포함), 미국의 DARPA(UCLA, UCSD, Duke Univ, UA 등 참가), 중국의 973(Meta 973) 등의 대형 프로젝트에 포함하여 연구를 진행하고 있음
• Metamorphose 프로젝트는 13개 국가 23개 기관(IEMN2), SMARAD 포함)이 '04년부터 4년간(약 53억원 기금) 수행중이며 유럽의 차세대 무선 통신 시스템을 위한 차기 대형 프로젝트의 기반으로 추진하고 있음
• 이외에도 영국(Imperial 대학), 독일(Osnabruck 대학/Emmy Noether program), 캐나다(토론토대학), 일본 등 많은 선진국의 연구소나 대학 등 연구기관에서 다양한 연구를 수행 중에 있음

 

◈ 본 연구기관

• 국내외 학회 등에 MTM 구조를 응용한 RF 핵심 부품에 대한 논문 수편 게재
• 국내외 유명 논문지 등에 MTM 구조를 응용한 RF 핵심 부품 연구에 관한 논문 수편 게재
• 국내외 MTM을 이용한 RF 부품 연구 관련 연구 세미나 및 심포지엄 등 다수 참여
• 다양한 경로를 통한 국내외 MTM 연구 동향 파악 및 핵심 기술 연구 진행

 

나. 연구의 필요성

 

◈ 기술적 측면

• 현재 모바일 융합부품(MTM)에 대한 연구는 1990년대 후반 B. Pendry가 이를 실험적으로 증명한 이후 2000년대에 들어 국제적으로 여러 나라에서 경쟁적으로 진행되고 있다. 2003년도에는 『The Science』지에서 미래 과학발전 10대 기술로 선정된 바 있으며 2007년도에는 MIT공대의 10대 유망기술로 책정되어 활발한 연구가 시작되었다.
• 미국이나 일본, 유럽 등 선진국의 이에 대한 국가적 지원은 MTM이 기존의 전파의 전파 방식을 반전 시킬 뿐만 아니라 이를 적용하였을 경우 마이크로파 응용분야의 기존 시스템의 성능향상이나 소규모 설계 등이 용이하기 때문이다. 또한 반사 및 위상 반전 특성을 이용하여 레이더의 검색을 회피할 수 있는 스텔스 기술과 광대역 위상 배열 안테나 등에 적용하여 여러 물체를 동시에 검출할 수 있는 기술 등에도 동일하게 사용 될 수 있다. 이런 응용 예에서 살펴 볼 수 있는 것은 MTM의 응용은 전자파를 이용할 수 있는 모든 시스템의 근간 기술이 될 수 있음을 보여 주고 있으며 민간 및 군사적 목적으로 응용될 수 있기 때문에 국가 원천 기술 확보에 매우 중요한 요소이다.

 

그림 2. MTM의 응용 및 발전 방향

 

• 본 과제에서는 MTM을 이용한 새롭고 획기적인 RF 부품 구현을 주된 목표로 하고 있다. MTM의 위상 반전 효과를 적용한 정합회로 및 우수한 저지 특성과 광대역 특성을 적용한 공진 기술 등은 다양한 무선 통신 환경과 나노 및 국방 기술 환경에서 각 시스템의 핵심 기술로 응용이 가능하다. 특히 고효율을 추구하는 전력증폭기에서 MTM을 이용한 정합회로를 출력 단에 설치하면 광대역 정합이 가능하고 고조파 성분을 억제하여 고효율과 고선형성을 얻을 수 있다. 또한, Class-E, F급 전력증폭기의 출력 단에 MTM을 적용하면 아주 높은 전력 효율을 구현할 수 있다. 그리고 주파수 합성부의 주된 잡음원으로 대두되는 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성은 공진기의 Q값에 영향을 받는데 MTM을 이용한 공진회로는 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성을 효과적으로 개선할 수 있기 때문에 주파수 합성부 전체 회로의 잡음 억제 특성을 얻을 수 있다. 또한, 전투기를 추적하기 위하여 지상에 있는 레이더에서 마이크로파를 쏘았을 때, 음의 굴절률 특성을 갖는 MTM 기술의 원리를 이용하여 쏘아올린 마이크로파가 전투기 동체에 부딪혀 반사되지 않고, 전투기 동체 주위로 우회하도록 함으로써 마치 빈곳을 통과한 것처럼 하여 전투기를 추적할 수 없도록 하는 스텔스 기술을 구현할 수 있다.
• 이와 같이 MTM을 이용한 방법은 무선 시스템 및 나노 기술 그리고 국방 기술에서의 각 RF 부품에 다양하게 응용이 가능하기 때문에 기초 원천 기술의 확보가 무엇보다 중요하다. 본 과제에서는 MTM의 주된 원리를 연구함과 동시에 무선 통신, 나노, 국방 기술용 RF 부품에 MTM을 적용하여 기존의 시스템을 대체하고 원천 기술을 확보함으로 국가 기술 경쟁력 제고와 국내 RF 부품의 획기적인 성능 개선에 이바지 하고자 한다.

 

◈ 경제․사회적측면

• RF 부품 산업은 우리 경제가 고도 성장을 이룩하는데 기여한 기초 산업으로서 핵심 역할을 수행한다. 최근 RF 부품 업체들은 고기능, 저전력, 그리고 소형화에 대한 시대적 요구에 발맞추어 Hybrid 형태의 모듈 및 MMIC와 RFIC 등의 IC 형태의 단일 칩 부품 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 변화는 그 동안 단편적으로 분산되어 있던 RF 개별 부품들로써는 더 이상 부가가치 창출이 쉽지 않고 어느 정도 포화 상태에 이른 것을 의미하며, 개별 부품들의 기술 역량을 흡수하여 고부가가치 모듈 제품을 생산하지 않으면 도태될 수 있음을 의미한다. MTM 응용 기술의 세계 수요에 대한 전망은 그림 3에서 보여 주고 있다. 현재 2008년도를 기점으로 일부 RF 부품 분야에서 어느 정도 시장의 수요가 포화를 이루고 있으며 앞으로 그 수요가 감소할 것으로 예상된다. 이러한 이유로 인해 앞서 설명한 것과 같이 RF 부품의 모듈화가 요구되고 다른 시장의 창출이 불가피한 상태이다.
• 본 과제에는 RF 부품의 모듈화가 용이하고 고기능, 저전력, 소형화에 적합한 MTM을 이용한 저잡음 고효율 광대역 RF 부품 구현에 관한 연구를 진행할 것이다. 이 기술은 RF 부품 수요가 현재 안고 있는 문제점들을 해결하기 위한 새로운 대안 기술로서 급성장세를 보이고 있는 의료용 진단기기 (IT+BT), 레이더와 스텔스 기술 등의 국방 기술, 나노 기술 등이 접목된 RF 응용 소자 개발에 핵심 기술로 대두되고 있으며 앞으로의 경제․사회적 측면에서 RF 부품 시장 수요를 주도하고 원천 기술에 의한 지적 인프라와 고급 인력 양성 등의 다양한 동반 상승효과를 기대할 수 있을 것으로 예상된다.

 

그림 3. MTM 응용 기술의 세계 수요와 필요성

 

다. 파급효과

 

• MTM을 이용한 전력증폭기, 전압 제어 발진기, 여파기, 안테나 등의 저전력 저잡음 광대역 RF 부품들과 스텔스 기술은 무선통신 시스템 및 나노, 국방 기술 등에서도 별도로 사용이 가능하므로 각각을 IP화하고 이를 IP 거래가 이루어지는 곳에 등록하여 활용할 수 있도록 한다. 또한, 전체시스템은 무선 통신 시스템 및 나노, 국방 기술 관련 기업과 협력을 통하여 상용화를 진행하고 필요한 부분에 있어서는 기술이전도 계획하고 있다. 또한, 기업체에서 필요로 하는 기술을 본 연구를 기반으로 추가연구를 진행하여 연구결과의 가치를 증대시키고 국제적으로 국가과학기술경쟁력을 강화할 수 있도록 할 것이다.

 

• 상용화를 위한 산업체 기술 이전
  • 산업체 컨소시움 결성 등을 통한 기업체 기술 이전으로 개발 기술 연구 결과를 상용화 및 산업체 보유기술 향상 유도
  • 개발된 주요 연구 결과물을 IP화하여 기업체들이 사용할 수 있도록 유도

 

• 저전력 저잡음 광대역 RF 부품 및 스텔스 기술 구현을 위한 핵심 연구 관련 기술 선도
  • 관련 Workshop의 개최
  • 관련 연구 모임의 활성화 및 기술 지원
  • 산업체 및 연구소 방문을 통한 기술 소개
  • 저전력 저잡음 광대역 RF 부품 및 스텔스 기술 설계 방법 공유를 통한 고부가 가치 RF 기술 축적
  • 고품질 무선 통신 시스템 및 국방용 스텔스 기술의 구현을 위한 기초 요소 기술로 활용

 

• 저전력 저잡음 광대역 RF 부품 및 스텔스 기술 구현을 위한 핵심 기술 전문 인력 양성
  • 산업체 실무 기술 인력을 대상으로 전문 인력 양성을 위한 정기 단기강좌 개최
  • 기업체 위탁 프로그램을 통한 기술 개발 인력 저변 확대
  • 차세대 융합시스템의 구현을 위한 개발 전문 인력 양성

 

□ 사업단 활성화 계획

 

○ 사업단 발전 의지

 

◈ 사업단 활성화를 위한 활동 마련

• 시대적 요구에 부응하는 모바일 융합부품분야 교육 프로그램 개발
• 우수한 석, 박사 인적 자원 확보 방안 마련
• 국제 공동 연구를 위한 지원 체제 구축
• 모바일 융합부품분야 또는 타 분야 소속 교수간의 공동연구 활성화를 위한 지원 체제 구축

 

◈ 본 사업단이 선행 연구하여 보유하고 있는 추론, 이동통신, 모바일 융합부품 분야의 역량 을 최대한 활용하며, 과제 수주 및 훌륭한 수행을 위해 외부 전문가를 초빙하여 세미나를 진행

 

◈ 산업체와 ETRI와 같은 국가 연구기간과 협력을 통해 국제적인 연구 트랜드를 파악하고, 국가 산업적으로 효용성 있는 과제를 도출. 특히 이미 ETRI와 숭실대간의 R&D 협력 센터 를 구축함으로써 산업적, 국가적으로 유용한 과제를 도출하는데 유리한 발판을 마련

 

◈ 국내외 기술동향에 대한 검토를 지속적으로 수행하여 장기과제의 취약부분이 될 수 있는 목표 유동성에 대한 전략을 수립함

 

◈ 연구단의 각 연구팀은 기존 모바일 융합부품의 기술과의 차별화된 연구를 통해 신규 시장 의 개척을 위한 서비스 패러다임에 대한 변화를 줌

 

◈ 기존 모바일 웹 관련 선행 특허분석 및 핵심기술의 심층 분석을 통하여 모바일 융합부품 산업 경쟁력을 확보할 수 있는 원천기술을 연구함

 

○ 사업단 운영 계획

 

영역	지표명	2021년 목표	목표설정 기준
연구비 수주 및 사업화	외부연구비 수주액 및 기타 수입액	30억	과기정통부 2020년 수주액 20억 산자부사업 2020년 수주액 10억
	지적재산권 등록실적	4건
	기술료 수입액
학술활동	학술회의 개최실적	2회
	출판물 발간 실적	1회
	참여연구원 1인당 연구업적	국내논문4건 SCI급 3건

영역	지표명	2022년 목표	목표설정 기준
연구비 수주 및 사업화	외부연구비 수주액 및 기타 수입액	40억	과기정통부 2020년 수주액 20억 산자부사업 2020년 수주액 10억 기타 10억
	지적재산권 등록실적	4건
	기술료 수입액
학술활동	학술회의 개최실적	2회
	출판물 발간 실적	1회
	참여연구원 1인당 연구업적	국내논문4건 SCI급 3건

영역	지표명	2023년 목표	목표설정 기준
연구비 수주 및 사업화	외부연구비 수주액 및 기타 수입액	50억	과기정통부 2020년 수주액 20억 산자부사업 2020년 수주액 10억 기타 20억
	지적재산권 등록실적	4건
	기술료 수입액
학술활동	학술회의 개최실적	2회
	출판물 발간 실적	1회
	참여연구원 1인당 연구업적	국내논문4건 SCI급 3건

   

□ 대형과제 수주전략 및 체계

 

가. 지원 가능한 정부 지원 대형과제

 

◈ 산업원천기술

• (지원기관) 과기정통부, 산업자원부, 국방부
• (사업 취지) ICT 부품 분야의 선도적 과제 도출 및 개발
• (지원 기간) 5년-10년
• (총 연구비) 20억/년
• (사업단 구성요건) 국내외 산학연 콘서시움
• (신청절차) 서면 평가, 발표평가, 현장평가
• (융합요건) 정보통신, 미디어, 에너지 융합

 

나. 대형 과제 추진 전략 및 체계

 

◈ 국내 최고의 융합부품 국책 연구소 ETRI와 대형 과제 계획

• 기 설립된 숭실대-ETRI Open R&D 센터를 활용한 대형과제 기획 중
• 국내 차세대 부품 및 모바일 융합부품 연구 분야의 휴먼 네트워크 활용
• EU의 Sti2 연구소와의
• 연구팀별 관련 정부부처/연구소/기업체와 인적 네트워킹 구축

 

◈ 국내 첨단의 에너지 국책 연구소 무선전력 공학센터와 대형 과제 기획

• 기 설립된 숭실대 무선전력전송 연구소와 산자부의 협력으로 대형과제 기획 중
• 국내 모바일 융합부품 공학 분야의 휴먼 네트워크 활용

 

◈ 국내 모바일 융합부품 연구회와 연계한 활동

• 본 연구 책임자가 위원장으로 있는 국내 모바일 분야의 최대 연구 그룹을 활용한 대형 과제 유치
• 국내 모바일 분야의 휴먼 네트워크 활용

 

◈ MIT의 RLE 연구소와의 국제 공동 연구 추진

• MIT의 RLE 추진 연구소의 Director Prof. Jeffrey H. Shapiro과의 국제 공동 연구구를 위한 MOU를 추진 중
• 국제적 휴먼 네트워크 활용

 

◈ 체계적인 정보수집 및 정보 활용 체제 구축

• 국내외 모바일 신기술 연구동향 수집/분석
• 모바일 분야 연구 인력의 세부정보 수립
• 타 연구단과의 유기적인 연계 체제 구축
• 연구팀별 관련 정부부처/연구소/기업체와의 인적 네트워킹 구축

 

◈ 대형 국책과제 신청에 능동적인 대비

• 국방부, 산업부, 미래부를 매년 정기적, 부정기적인 과제 신청에 대비하여 연구계획서를 연구팀별로 사전 준비
• 연구단의 각 연구 팀별 과제 유치 활동 강화의 일환으로 관계부처의 차년도 사업기획단계와 예산 편성단계에 능동적으로 개입

 

다. 대형 과제 수주 기대효과

 

◈ 대형과제 수주를 통해서 모바일 융합부품 분야의 숭실대 특성화에 많은 기대효과가 있는 것으로 예상함. 교내 연구팀의 활성화를 통한 숭실대 대학원의 역량을 향상시킬 수 있을 것 으로 기대함

 

라. 사업단 향후 3년간 대형 연구 과제 수주 계획

 

항 목	향후 3년간 실적						평 균
	2021년		2022년		2023년
	건수	액수	건수	액수	건수	액수	건수	액수
정부 연구과제 수주 총액	3	30억원	4	40억원	5	50억원	4	40억원

 

○ 참여교수