Ewha magazine Vol.137 | Ewha Research Power

‘고신뢰·고효율 인공지능 교육연구단(Trustworthy and Resource-efficient Unified Evolving AI, 이하 Ewha TRUE-AI)’이 교육부와 한국연구재단이 추진하는 ‘4단계 두뇌한국21(BK21) 혁신인재 양성사업’ 인공지능 분야에 선정됐다.

Ewha TRUE-AI 교육연구단은 인공지능대학 소속 12명의 교수와 60명의 대학원생이 참여해 효율성과 신뢰성을 동시에 갖춘 차세대 AI 기술 개발과 여성 중심의 고급 인재 양성에 나선다.

연구단장을 맡고 있는 양대헌 교수는 “하드웨어와 소프트웨어, 보안까지 융합적으로 문제를 해결할 수 있는, AI의 미래를 책임질 인재를 양성하겠다”는 포부를 밝혔다.

‘TRUE-AI’라는 연구단 이름이 독특한데 어떤 의미인가요

연구단 이름은 ‘TRUE’라는 약어를 통해 ‘Trustworthy’와 ‘Resource Efficient’의 의미를 담고 있습니다. AI 모델의 ‘신뢰성’과 ‘효율성’을 강조하는 것으로, 이는 현재 AI 기술이 직면한 가장 큰 문제 중 하나이기도 합니다. 오늘날 사용되고 있는 많은 AI 모델들이 전력과 컴퓨팅 파워를 과도하게 소모하고 있어요. 또한 AI를 사용하면서 발생하는 개인정보의 보호, 보안 문제도 매우 중요하죠. 이러한 문제 해결에 중점을 두다 보니 사업단의 필수 키워드로 삼게 되었습니다.

통계마다 다르긴 한데, 2025년까지 AI 인력이 9만 명 정도 부족할 것으로 전망하고 있습니다. 그중에서도 특히 여성 인재 비율이 매우 낮은 편인데, 이는 우리 학교뿐만이 아니라 사회적으로 중요한 과제라고 생각합니다. 우리 연구단이 BK21 사업에 선정된 것을 계기로, 여성 고등교육기관인 이화가 앞장서서 AI 분야 여성 고급 인재를 양성하는 역할을 할 수 있게 돼 기쁜 마음입니다.

중점 분야에 대해서 조금 더 상세히 소개해 주세요

AI 인재라고 하면 모델 성능 향상을 다룬다고 생각하는 경우가 많은데, 사실 성능을 높이는 것뿐만 아니라 왜, 어떻게 성능이 향상되는지 탐구하는 것을 비롯해서 다양한 연구가 필요합니다. 앞서 언급한 효율성과 신뢰성의 예를 들면, AI 거대모델들이 점점 사전 학습이나 ‘파인튜닝’의 형태로 운영되고 있어요. 효율성 이슈가 많기 때문에 분산학습이나 엣지학습을 하기도 하죠. 우리 연구단은 그런 효율성 이슈에 주력하고 있고, 그런 문제를 찾아내 해결할 수 있는 역량 있는 인재를 키우고자 합니다.

또한 연구단은 프라이버시 보호 측면의 연구도 적극적으로 하고 있습니다. 예전에는 개인정보보호가 어느 정도 지켜지고 있는지 정량화할 방법이 없었지만, 최근 연구를 이용해서 프라이버시 유출 정도를 정량화할 수 있게 됐어요. 차등정보보호(Differential Privacy) 기술이라는 것인데, 이는 모든 데이터 분야에 적용되고 결국 인공지능까지 확장될 수밖에 없어요. 또 학습된 모델을 속이는 적대적 공격에 대한 방어 능력도 필요합니다.

우리 연구단은 AI의 다양한 응용 분야 중에서 특히 의료 AI와 피지컬 AI 로봇 분야에서 효율성을 높이는 기술 개발에 관심을 가지고 있습니다. 큰 범위에서 보면 소프트웨어와 하드웨어, 보안까지 다 융합할 수 있는 능력을 가진 인재를 키우는 게 연구단의 목표이고, 산업계와의 협력을 통해 실전 문제 해결 역량을 가진 인재를 양성하고자 합니다.

TRUE AI 교육연구단은 BK 장학금과 연구 인건비 외에도, 학생들이 국제 학술대회에 참가할 수 있도록 적극 지원하고 있습니다. 연구 인턴과 박사후 연구원 포지션도 지속적으로 오픈해, 학생들이 연구를 통해 독립적인 연구자로 성장할 수 있는 환경을 마련하고자 합니다. 이화의 학생들이 AI 전문가로 성장할 수 있도록 많은 관심과 응원을 부탁드립니다.

화학·나노과학과 문회리 교수 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 최원영·권영국 교수, 한국에너지공과대학교(KENTECH) 김우열 교수, 대만 국립성공대(NCKU) 무정 청(Mu-Jeng Cheng) 교수와 공동으로 금속-유기 골격체를 활용해 원자 배열이 정확히 규명된 구리(I) 이원자 촉매를 세계 최초로 개발했다.

연구팀이 개발한 촉매는 일산화탄소(CO)를 두 개 이상의 탄소로 이루어진 유용한 물질로 전환하는 전기화학 반응에서 높은 선택성, 빠른 반응 속도, 장시간 안정성을 확보해 산업적 상용화 기준을 충족했다. 특히 연구에 활용된 금속-유기 골격체는 올해 노벨화학상을 수상한 물질로, 향후 촉매로의 활용에 대한 기대감을 드높이고 있다.

연구팀은 금속-유기 골격체의 구조가 온도 변화에 따라 접히는 특성을 활용해 구리(I) 두 개가 약 3.6Å 간격을 유지하게 배열되도록 구현했다. 이를 얇은 나노시트 형태로 전극에 적용한 결과, 선택도 86%, 높은 전류밀도를 기록했으며, 고전류 조건에서도 60시간 이상 성능을 유지하며 뛰어난 내구성을 보였다.

이번에 개발된 촉매는 탄소 저감 기술 발전에 기여할 뿐 아니라, 비교적 저렴한 구리를 기반으로 귀금속 수준의 성능을 구현해 제조 비용과 산업 적용성을 크게 개선할 것으로 기대된다. 문회리 교수는 “이번 연구는 구리 원자 두 개의 최적 배치를 실제 결정 구조와 실험, 계산으로 동시에 규명한 사례”라며 “향후 이원자 촉매 설계에 중요한 기반이 될 것”이라고 밝혔다.

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화학·나노과학과 박소정 교수 연구팀은 자기장을 이용해 나노입자의 배열과 광학 특성을 실시간으로 조절할 수 있는 ‘자성 플라즈모닉 나노입자(Magnetically controllable plasmonic nanoparticles)’를 개발했다. 이는 비등방성 금 나노입자를 중심에 두고, 그 주위를 자석 성질을 가진 산화철(FexOy)로 감싼 하이브리드 구조로, 연구팀은 이 나노입자에 자기장을 가해 직선 또는 나선형으로 배열과 방향성을 제어하는 데 성공했다. 또한 빛의 투과 색상 변화를 결정짓는 복굴절, 편광에 따른 선택적 공명, 나선형 배열을 통한 강력한 키랄 광학 신호를 구현했다. 이번 연구에서 달성한 광학 비대칭도(g-factor) 0.21은 현재까지 보고된 유사 연구 중 세계 최고 수준으로, 빛의 3차원적 제어 가능성을 보여준다.

앞으로 이 기술은 더 선명하고 다채로운 화면을 구현하는 차세대 디스플레이, 빛의 변화를 정밀하게 감지하는 고성능 센서 및 빛을 이용한 대용량 정보저장 장치 개발 분야에 혁신을 가져오는 데 기여할 것으로 기대된다.

나노소재 분야 전문가인 박소정 교수는 “이번 연구는 나노입자의 광학 특성을 높은 자유도로 제어할 수 있는 플랫폼을 제시했다는 데 의의가 있다”며, “다양한 크기와 형상의 나노입자로 확장 가능해 차세대 플라즈모닉 소자 개발의 기반이 될 것”이라고 밝혔다.

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약학과 송은주 교수 연구팀이 기존 항암제에 반응하지 않던 난치성 대장암의 ‘세포 괴사 저항성’을 뒤집는 핵심 분자 기전을 규명하며 새로운 항암치료 전략을 제시했다. 연구팀은 대장암 세포가 치료에도 살아남는 원인을 찾기 위해 세포 내 단백질 안정성을 조절하는 탈유비퀴틴화 효소 USP13의 역할에 주목했다. 그 결과, USP13이 세포사멸 억제 단백질인 cIAP2의 분해를 막아 대장암 세포 생존을 돕는 방패 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. USP13이 제거되면 cIAP2 단백질이 빠르게 분해되어 암세포가 네크롭토시스(necroptosis, 프로그램된 괴사성 세포사멸)에 더 취약해지며 기존 항암제의 효과 또한 크게 증폭되는 것으로 확인됐다. 이는 USP13이 대장암 세포의 생존을 매개하는 핵심 조절 인자임을 보여주는 중요한 발견이다.

연구팀은 임상 환자 데이터 분석에서도 USP13 발현이 높은 환자일수록 예후가 나쁘고 생존율이 낮아짐을 확인했다. 반대로 USP13을 억제한 세포와 동물 모델에서는 암 세포 성장이 급격히 감소하고, 항암제와의 병용 효과가 극대화됐다. 이러한 결과를 바탕으로 송은주 교수팀은 USP13을 직접적으로 억제하거나 cIAP2 단백질의 안정화를 방해하는 전략이, 기존 치료에 반응하지 않던 난치성 대장암 환자를 위한 새로운 맞춤형 치료 접근법이 될 수 있음을 제시했다.

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휴먼기계바이오공학과 이정록 교수 연구팀과 화공신소재공학과 이병훈 교수 연구팀이 전자전기공학전공 강제원 교수 연구팀, 의과대학 이향운 교수 연구팀과 공동연구를 통해 차세대 웨어러블 기기를 활용해 인공지능과 결합된 수면 단계 분석 기술을 개발했다.

연구팀은 기존 수면장애 진단의 표준 검사법인 수면다원검사(PSG)가 가진 불편함과 접근성 한계를 해결하기 위해, 신축성 투명 전극(STEs)이 집적된 다채널 웨어러블 기기를 개발했다. 이 기기는 뇌파, 안구운동, 근전도, 맥파, 움직임 데이터를 동시에 기록할 수 있으며, 잡음 수준은 4 μV 이하로 PSG와 동등한 수준의 정밀도를 확보했다. 또한, 연구팀이 개발한 딥러닝 기반 알고리즘을 적용한 결과, 웨어러블 기기만으로도 73.2%의 수면 단계 분류 정확도와 0.72의 F1 점수를 달성해 임상 표준 검사와 높은 일치도를 보였다.

본 연구를 통해 개발된 기술은 투명하고 신축성 있는 전극을 적용해 장시간 착용에도 편안하면서 고품질 신호를 얻을 수 있기 때문에 향후 가정에서도 수면 상태를 정밀하게 모니터링할 수 있는 기반 기술이 될 것으로 기대된다.

이정록 교수는 “이번 성과는 웨어러블 기기와 인공지능을 결합한 사례로, 향후 개인 맞춤형 수면 치료 평가뿐 아니라 운전자 졸음 감지, 산업현장 피로 관리 등 다양한 분야로 확장될 것”이라고 밝혔다.

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논문명	A Structure-Defined Cu(I) Dual-Atom Catalyst with a Cu2N6 Motif in a Metal–Organic Framework for CO Electroreduction
저널명	Angewandte Chemie

논문명	Dynamic birefringence and chirality of magnetically controllable assemblies of anisotropic plasmonic nanoparticles in dispersion
저널명	Nature Communications (Impact Factor 15.7)

논문명	USP13 depletion sensitizes colorectal cancer cells to necroptosis by destabilizing cIAP2 proteins
저널명	Cell Death & Differentiation

논문명	Mobile Sleep Stage Analysis Using Multichannel Wearable Devices Integrated with Stretchable Transparent Electrodes
저널명	ACS Sensors