딥러닝 기반 도시장면의 의미론적 분할

김민종 科學技術聯合大學院大學校 2019 국내박사

인공지능의 발전을 통해 운전자의 개입이 필요하지 않고 스스로 판단하여 움직이는 자율주행 기술이 성숙기에 다다르고 있다. 자율주행 기술은 제한적 조건에서 완전히 마음을 놓는 완전 자율 주행을 목표로 하고 있다. 자율주행이 이루어지기 위해서는 인지, 판단, 제어하는 세가지 핵심 기술이 필요하며 인지는 자율주행 기술 중 선행되어야 하는 중요한 기술이다. 또한, 딥러닝을 활용한 의미론적 분할은 이미지에서 픽셀 단위로 어떤 클래스에 속해 있는지 분류하는 기술로서 인지기술을 한층 더 성숙 시킬 수 있는 기술이다. 본 논문에서는 실제 자율주행에 적용시키기 위한 효율적인 연산과 정확도가 높은 의미론적 분할 네트워크 모델인 efficient-residual-inception network (ERINet) 를 개발하였다. 이 네트워크 모델은 크게 딥러닝 모델 전체구조와 레이어 구조로 나누어 성능을 향상 시켰다. 모델의 전체골격 최적화를 시키기 위해 여섯 가지 최신 딥러닝 네트워크 모델을 응용하여 개발 하였다. 첫 번째는 fully convolutional networks (FCN) 으로 합성곱신경망의 마지막 부분인 fully connected layer를 1×1 합성곱으로 위치정보를 유지한 방법을 디코더에 넣어주는 방법을 적용하였다. 두 번째는 실제 자율주행 데이터셋인 Cityscapes를 학습 데이터셋으로 두고 높은 정확도와 효율적인 연산 네트워크 모델을 제안한 efficient residual factorized convnet (ERFNet) 의 디코더를 변형하여 개발하였다. 세 번째는 레이어의 깊이, 너비, 및 필터 크기 최적화를 시도한 wide residual inception networks (WRINet) 레이어 구조를 응용하였다. 네 번째는 특징에 대한 연산량 감소를 위해서 Inception의 1×1 합성곱을 적용하였다. 다섯 번째는 깊은 신경망을 최적화 할 수 있는 ResNet을 적용하여 네트워크 모델을 설계 하였다. 여섯 번째는 Efficient Neural Networks (ENet) 네트워크의 다운샘플링의 구조를 벤치마킹 하였다. 그리고, 레이어 구조의 성능향상을 위해 효율적인 연산과 이미지 픽셀 특징을 깊게 추출할 수 있는 non-bottleneck with 1D and 2D 레이어와 Wide non-bottleneck with 1D and 2D 레이어를 개발하였다. 이를 통해서 레이어는 깊지만 정확도가 높아질 수 있었다. 실험결과 본 논문의 제안 기법은 기존에 Cityscapes의 IoU, iIoU class와 IoU, iIoU category 성능지표에서 정확도와 효율적인 연산속도 측면에서 최고의 모델이라 할 수 있는 ERFNet 모델 보다 본 제안 방법이 좋은 성능을 나타내었다. 특히, 사람과 차량을 카테고리로 나눈 성능지표에서 높은 정확도를 나타내었을 뿐만 아니라 19개의 개별 클래스 성능지표에서도 대부분 높은 정확도를 나타내었다. 특히, 연산속도 측면에서는 고화질의 1024×512 이미지에서 Titan X GPU를 네트워크 모델에 적용하여 초당 43 프레임의 속도를 나타내었다. 이를 통해 제안된 네트워크 모델의 효율적인 연산 속도와 정확도의 결과물은 실제 자율주행 상용화에 바로 적용될 수 있는 기술임을 보여주고 있다.

도파광을 활용한 유리 모세관의 모니터링 기술 연구

유찬빈 과학기술연합대학원대학교 한국전기연구원(KERI) 2024 국내석사

나노 3D프린팅은 미세하고 복잡한 구조를 효율적으로 제작할 수 있는 기술이다. 접촉방식의 나노 3D프린팅 기술 활용에서 주요한 문제는 과접촉(Over-contact)에 의한 노즐 파손을 예방하는 것과 인쇄대상 기판의 표면 형상을 측정하는 것이다. 본 연구에서는 이러한 문제의 해결을 위해 유리 노즐의 광도파(Waveguiding) 현상을 활용하는 새로운 방법을 제안한다. 유리 노즐의 후면에 빛을 조사시키면 광도파 현상에 의해 미세한 끝단에 강한 산란광이 유발된다. 이때, 노즐의 끝단이 다른 물체와 접촉하면 근접장(Near-field) 상호작용에 의해 산란광이 사라지게 되어 접촉을 특정할 수 있다. 산란광 변화를 측면에서 암시야(Dark-field)로 관찰하면, 노즐의 접촉상태를 고대비로 시각화 하여 접촉여부를 감지하는데 활용할 수 있다. 제안된 광도파 방식의 접촉특정 방법이 다양한 크기의 노즐과 다양한 충진재료(물, 아세톤, 전도성 고분자 잉크 등) 및 기판소재(실리콘, 금, 구리, 폴리이미드)에 활용 가능함을 실험적으로 시연하였다. 특히, 재료계의 전기 전도성에 제약없이 구동함을 실험적으로 입증하였다. 근접장 상호작용에 의한 산란광의 세기 변화는 접촉여부 뿐만 아니라 거리에도 영향을 받는다. 이를 활용하면 노즐 끝단과 기판 사이 거리를 측정하거나 표면 형상을 취득하는데 활용할 수 있다. 본 연구에서는 노즐과 기판사이 거리에 따른 산란광의 세기 변화를 실험적으로 확인하여 표면 형상 취득 기술로서 활용 가능성을 보여주었다. 제안된 방법의 응용으로 이종(Heterogeneous) 나노선의 직렬 접합 인쇄를 시연하였다. 먼저, 내경 600 nm 노즐로 PEDOT:PSS(Poly(3,4- ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)를 수직 나노선 형태로 인쇄하였다. 그 다음, 이종물질인 P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5- diyl))를 충진 시킨 새로운 노즐로 교체하였다. 새로운 노즐의 후면으로 빛을 입사시켜 도파광에 의한 노즐 끝단 산란을 유발시켰다. 산란광의 사라짐을 관측하는 방법으로 PEDOT:PSS 나노선 끝단에 정확히 접촉하여 그 위에 이종 물질인 P3HT 나노선을 접합 인쇄하였다. 전자현미경을 통한 형태 및 치수 분석을 통해 이종 접합인쇄 공정에도 선공정 나노선(PEDOT:PSS)의 손상 없이 정교한 접합 인쇄를 할 수 있다는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제안된 방법은 재료의 전기전도성 및 광투과성에 제약 없이 활용 가능한 범용성 높은 기술로, 반도체, 광학, 생명공학, 나노 제조 등 광범위한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 주요단어(Keyword) : 유리 노즐, 도파, 접촉, 광센싱, 근접장 상호작용 The nano three-dimensional(3D) printing is a technology that can efficiently produce sophisticated 3D structures in high resolution. The major challenge in contact-based nano scale 3D printing techniques is preventing nozzle damage due to over-contact and measuring the surface topography of the target substrate. In this study, a novel method utilizing the phenomenon of waveguiding in glass microcapillary nozzles is proposed to address these issues. When light is directed onto the back aperture of a glass microcapillary nozzle, strong scattered light is induced at the sharp nozzle tip as a result of waveguiding through the glass wall. When the nozzle tip contacts another object, the scattered light disappears due to the near-field interaction of the scattered light, allowing for the determination of contact. Observing the scattered light from the side-view enables clear visualization of the contact state. Experimental demonstrations showed the applicability of the proposed monitoring method across various nozzle sizes and diverse materials for in- filling (water, acetone, conductive polymer inks) and substrate (silicon, gold, copper, polyimide). Particularly, it was experimentally proven to function without constraints on the electrical conductivity of substrate or in-filling materials. Also, the potential use of surface topography profiling was demonstrated. As an application of the proposed method, the serial printing of heterogeneous nanowires was demonstrated. Initially, PEDOT:PSS (Poly(3,4- ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) was printed to vertical nanowires using a nozzle with an inner diameter of 600 nm. Subsequently, another nozzle was prepared for printing different material, P3HT (Poly(3- hexylthiophene-2,5-diyl)). Observing the disappearance of the scattered light, precise contact was made at the end tip of the PEDOT:PSS nanowires, allowing the fabrication of heterogeneous (PEDOT:PSS-P3HT) nanowires. Through the morphological and dimensional analysis using scanning electron microscopy, it was confirmed that precise serial printing of the heterogeneous nanowires was achieved without causing noticeable damages to the pre-fabricated PEDOT:PSS nanowires. The method proposed in this study is a highly versatile technology that can be used without the constraints of material’s electrical conductivity or optical transparency, and is expected to be used in a wide range of fields such as semiconductors, optics, biotechnology, and nano manufacturing.

합성생물학 기반 유전자회로 설계용 DNA부품 고속분석기술 개발

박성군 과학기술연합대학원대학교 2022 국내석사

합성생물학 기반 유전자회로 설계용 DNA부품 고속분석기술 개발 최근, 합성생물학의 발전은 생물학적 발견을 기반으로 한 기존 연구 패러다임에 공학 기반의 첨단 기술들이 융합되며 생물학에서 존재하지 않던 기술을 발명하거나 한계를 넘어서는 활용성을 보여주고 있다. 그 중심에는 DNA를 기반으로 한 유전자회로가 있으며 이는 생물 시스템을 사용하여 특정한 기능을 구현해 생물을 마치 하나의 디바이스처럼 사용하고 DNA 조각의 부품화를 통해 생명 현상을 프로그래밍할 수 있는 기반을 제공하고 있다. 그러나, 유전자회로의 광범위한 확장성에 비하여 실제 활용 가능한 회로를 설계 및 제작하기에는 많은 한계가 존재한다. 생물학의 한계로 여겨 졌던 낮은 재현성과 처리 속도, DNA 조립 기술의 부족은 많은 실험과 노동력을 필요로 하게하고 생물 시스템의 부품화를 위한 양질의 데이터 확보에도 어려움을 주고 있다. 본 논문에서는 최적의 유전자회로를 설계하기 위하여 유전자회로의 핵심 부품인 DNA 부품을 높은 재현성과 처리 속도로 정량화 하는 기술을 개발하였다. 또한 큰 크기의 유전자 회로 혹은 대사 경로를 조립하기 위하여 라이브러리 어셈블리 접근법을 이용하여 실제 회로를 빠르게 제작하는 기술을 개발했다. 1장에서는 유전자회로와 회로를 구성하는 DNA 부품, 모듈, 장치의 개념 그리고 합성생물학에서 유전자회로의 활용성을 소개한다. 또한 정량화된 DNA 부품이 유전자회로의 성능에 어떤 영향을 미치는지, 정량화된 부품을 사용한 최적의 유전자회로 설계방법을 소개한다. 2장은 다수의 DNA 부품을 높은 정확도와 빠른 속도로 정량화 하기 위해 개발한 기술을 소개한다. 부품 정량화를 위한 회로 조립, 표현형 확인, 유전형 확인은 각각 라이브러리 회로조립, 형광기반 이미지 분석, 바코드 서열 부착 long-read sequencing 기술을 사용하여 그 속도가 크게 향상되었다. 해당 기술이 고가의 장비를 이용한 기존 방법과 비교하여 높은 정확도와 재현성을 가지고 있음을 확인하였고, 총 44개의 부품을 1주일 이내에 정량화 하였다. 3장에서는 기존에 사용되는 DNA 조립 방법을 개량하여 상대적으로 큰 크기의 유전자회로와 대사경로 라이브러리 제작에 적합하도록 개선하였다. 그리고 long-read sequencing 기술을 활용하여 DNA 조립 중 라이브러리가 일정하게 유지됨을 검증하였다. 개발된 조립 방법과 초고속 선별법을 사용하여 PET완전 분해에 필요한 대사경로를 E. coli 내에서 최적화하였다. 마지막으로, 앞서 소개한 결과에 대한 간단한 고찰과 추가적인 실험 그리고 추후 개선되어야 할 점을 기록하였다. 본 연구에서 개발된 이미지를 활용한 DNA부품 정량화 방법과 DNA 조립방법 그리고 long-read sequencing을 활용한 방법은 기존 방법들을 개량하여 표현형과 유전형으로 대표되는 정보를 보다 빠르게 얻기 위해 개발되었다. 이렇게 얻은 정보들은 기계학습, 인공지능기술 등 최신 IT 기술과 함께 활용되어 보다 복잡한 유전자회로를 설계하고 생명현상을 프로그래밍 할 수 있는 첨단 바이오 기술의 발전에 기여할 수 있을 것이다. High-throughput part characterization technique for synthetic biology based genetic circuit design Recently, the advance of synthetic biology shows usability that goes beyond the limits of biology based on biological discovery and engineering-based cutting-edge technologies. At the center of synthetic biology is a genetic circuit, which use biological systems to implement functions did not exist in nature, to use biological systems as a device in engineering. It allows us to program biological phenomena by turning DNA fragments into DNA parts. However, there are many limitations in designing and building a genetic circuit compared to the broad scalability and usability. The limitations (low-reproducibility, low-throughput, and lack of DNA assembly technique) require a lot of experimentation and labor, and it also difficult to obtain high-quality data for biological systems. In this study, in order to design the optimal genetic circuit, we developed the techniques to characterize the DNA parts, a key component of the genetic circuit, with high-reproducibility, throughput and to assemble large-scale genetic circuit or metabolic pathway from scratch DNA parts. Chapter I introduces genetic circuits and the concept of DNA part, module and device that compose the circuits and the applications of genetic circuits in synthetic biology. And how characterized DNA parts affect the performance of genetic circuits and the optimal genetic circuit design methods using characterized DNA part will be introduced. Chapter II introduces the technology developed to characterize multiple DNA parts with high accuracy and throughput. The circuit assembly, phenotyping and genotyping for part characterization were greatly improved by using library assembly, fluorescence-based image analysis, barcode attached long-read sequencing technology, respectively. It was confirmed that this method had high accuracy and reproducibility compared to the existing method using expensive equipment, and a total of 44 parts were characterized within one week. Chapter III, the existing DNA assembly method was improved to be suitable for the large-scale genetic circuit or metabolic pathway library. Using long-read sequencing it was verified that the library was kept constant during assembly. With developed assembly method and High-throughput screening, the PET degradation metabolic pathway was optimized in E. coli. Finally, a brief review of the results introduced above, additional experiments, and points to be improved are written. The methods introduced in this study (DNA characterization, DNA assembly …) were developed to obtain genetic information represented by phenotype and genotype more quickly by improving existing methods. It will be used together with the advanced IT technologies such as machine learning, artificial intelligence technology to contribute to be development of advanced biotechnology that can design more complex genetic circuits and program life phenomena.

실시간 3차원 형상 측정을 위한 층밀리기 간섭계

서용범 과학기술연합대학원대학교 대학원 2021 국내박사

오늘날 광 산업의 점진적인 발전으로 구면, 비구면에 이어서 자유곡면 광학계 시스템까지 개발되었다. 구면과 비구면 광학계 시스템은 줌렌즈. 접안렌즈. 소형 카메라의 렌즈 등 여러 방면으로 사용되고 있다. 그리고 최근 4차 산업 혁명 시대가 도래하면서 경량화, 소형화, 고성능화 그리고 디자인을 고려하는 제품이 많이 요구되고 있다. VR(Virtural Reality), 증강현실 AR(Augmented Reality)의 산업에서 안경처럼 머리에 쓰고 영상을 즐기는 머리 착용 디스플레이 HMD(Head of Mounted Display), 투시 기능과 컴퓨터를 탑재한 안경 형태의 디바이스인 Smart Glasses 그리고 이미징 시스템과 조명 시스템, 레이저 프린터에 사용되는 f-theta 렌즈 등 여러 분야에서 다양한 곡면 및 자유곡면의 광학계가 적용되고 있으며, 광 기술의 적용 분야가 확대되면서 광학계 시스템의 수요가 급증 하고있다. 현재 초정밀 가공기술의 발전으로 구면, 비구면 그리고 자유곡면 렌즈의 금형 기술이 개발되어 양산되고 있으며, 최근 산업계에서는 부품 및 광학계 시스템의 품질을 높이고, 생산 효율을 증대시키기 위해 정량적인 전수검사가 필수적으로 요구되고 있고, 다양한 방법의 형상 측정에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 측정 시스템의 측정 방법에 따라, 촉침을 이용한 접촉식 방법과 광학을 이용한 비접촉식 방법으로 나뉠 수 있다. 가장 직관적인 방법인 접촉식 방법은 측정 물체 표면에 촉침(Stylus)을 접촉해 측정하는 방법이며, 산업계에서 널리 사용되고 있는 UA3P (Ultrahigh-Accurate 3D Profilometer)가 대표적이다. 이 방법은 측정 대상물의 모양 및 곡률에 따라 사용할 촉침을 고려해야 하며, 측정 시편의 정렬이 어렵고, 표면에 손상을 입힐 가능성이 있으며, 측정 속도가 느리다는 단점이 있다. 형상을 측정하기 위한 광학식 측정법인 간섭계는 백색광 간섭계, 위상 천이 간섭계, 컴퓨터를 이용한 홀로그램(Computer Generated Holography, CGH) 간섭계, 층밀리기 간섭계 등이 있다. 간섭계는 기준면과 측정면에서 반사된 빛의 간섭을 이용하여 형상을 복원하는 방법으로 높은 측정 분해능(sub nm)을 갖는다. 측정 속도가 접촉식 방법과는 다르게 상대적으로 빠르고 3차원 형상을 측정할 수 있는 장점이 있어 측정기로 응용되어 산업계에 널리 보급되고 있다. 하지만 위상을 이동시키기 위해 기계적인 시스템이 장착되기 때문에 측정 시스템이 커지고 기계적인 진동과 외부 환경의 영향을 받아 산업 현장에서 형상을 측정하기엔 한계가 있다. CGH의 경우에는 측정 대상물에 따라 광학계가 변경되어야 하며, 광축 정렬에 어려움이 있어 빠른 측정이 불가능하다. 또한, 곡률이 심한, 기울기가 급한 형상을 측정할 때는 촬상 소좌인 CCD (Charge Coupled Device)의 픽셀 분해능의 한계로 인해 촘촘한 간섭무늬로부터 형상을 복원하기엔 어려움이 있어 난점들이 많다. 본 논문에서는 광학식 측정법의 단점을 최소화하고, 실시간 3차원 형상을 측정하기 위한 방법을 제시하고자 한다. 본 논문에서는 복굴절 매질과 편광카메라로 구성되어 시스템이 간소화된 층밀리기 간섭계를 제안한다. 측정 시편으로부터 반사된 파면이 복굴절 물질을 투과하여 층밀림 파가 구성되어 간섭이 이루어지기 때문에 구성 시스템이 복잡하지 않아 광 부품 정렬에도 용이하며, 안정적인 간섭 신호를 획득할 수 있어, 외부 환경(공기의 유동성 및 진동)의 노출이 심한 환경에서도 둔감하다. 실시간 위상 정보를 얻기 위하여 편광 방향이 서로 다른 4개의 픽셀이 단위 픽셀로 이루어진 편광카메라를 이용한다. 정확한 파면을 복원시키기 위해서 , 방향의 기울기 위상 정보가 필요하기 때문에, 두 방향의 위상을 실시간으로 얻기위한 방법을 제안한다. 본 논문에서는 복굴절 매질과 편광카메라를 이용한 층밀리기 간섭계의 원리를 수식적으로 제시하였으며, 시스템을 검증하기 위해서 다양한 형상을 갖는 시편을 측정하였다. 본 논문에서 제안한 층밀리기 간섭계가 가지는 문제점과 특성을 분석하고 시스템 구현에 목적이 있다.

극저온 고압 왕복동 펌프에 관한 실험 및 수치해석 연구

안병철 과학기술연합대학원대학교 2023 국내박사

Scientists around the world are actively conducting various studies to build a hydrogen-based society. A key focus area of these efforts is the transition from gaseous to liquid hydrogen to overcome the challenges of hydrogen's low density. In the forefront of this transformation are liquid hydrogen stations, which play a critical role in transporting hydrogen from on-site cryo-reservoirs to on-board storage tanks in vehicles. This thesis focuses on the core component of these stations - the cryogenic high-pressure reciprocating pump. Even though our ultimate goal is to work with liquid hydrogen, this particular study uses liquid nitrogen for reasons ranging from safety considerations, lack of equipment and liquid hydrogen, to budget limitations. One prominent example in the field is Germany's LINDE AG, which has developed an advanced cryogenic pump for liquid hydrogen, capable of achieving 90 MPa, 100 kg/h, and 20 K, placing it at the leading edge of global technology. However, with local technologies, the maximum pressure currently attainable is only 30 MPa and we lack a suitable pump for liquid hydrogen. Therefore, this dissertation intends to present a technology that can enhance the globally leading 90 MPa cryogenic pump, and that can also be implemented with domestic technologies. This technology comprises of the priming technique and commercial 1-D Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation technology. Our research process is divided into three stages. The first stage is a pre-study for the subsequent stages and consists of a cryogenic high-pressure experiment. Here, we carried out the conceptual and detailed design for the priming technique, followed by a priming and high-pressure experiment. The second stage aims to systematize the priming process based on the experiences and lessons learned from the first stage. The third and final stage of our research uses commercial 1-D CFD software for simulation research. Through the first stage of our research, we confirmed a similarity of 6.5% in the average absolute error between the numerical results of pressure priming and the experimental results, and we discovered conditions under which over 99% of the liquid could be used with pressure priming. Moreover, we were able to achieve a high pressure ranging from 0.6 to 4 MPa, and a constant flow rate of approximately 5.8 LPM in all cases, demonstrating successful execution of priming. In the second stage, we documented the trials and errors encountered during the first stage to create a failure case report, which in turn was used to propose solutions for potential issues related to purity, temperature, pressure, and liquid level. In addition, we systematically arranged the priming process into an algorithm, making it easy for even unskilled field workers to perform priming. In the final stage, we modeled components such as cryo-reservoirs, pipes, chambers, and valves that were not present in the software library. From this, we observed that simulations can be reasonable when pre-cooling is carried out and confirmed that our high-pressure experiment results from the first stage showed a similar trend to the simulation results from the third stage. 전 세계의 연구자들이 수소사회를 구축하기 위한 다양한 연구를 추진하고 있다. 이러한 노력의 일환으로, 낮은 밀도를 극복하기 위해 수송방식을 기체수소에서 액체수소로 전환하고 있다. 이러한 변화의 최전선에는 on-site cryo-reservoir에 저장된 액체수소를 on-board 수소 저장탱크로 수송하는 중추적인 역할을 하는 액체수소 충전소가 있다. 본 논문에서 저자는 액체수소 충전소의 핵심 부품인 극저온 및 고압 왕복펌프에 초점을 맞춘다. 독일의 LINDE AG는 90 MPa, 100 kg/h, 20 K 액체수소 극저온 고압 왕복동 펌프라는 최첨단 기술을 개발하여 세계 최고 수준으로 평가받고 있다. 그러나, 국내 기술로는 최대 압력이 30 MPa에 이르며, 현재 액체수소용 펌프는 존재하지 않는다. 따라서 본 논문은, 세계적 선도 기술인 90 MPa 액화수소 극저온 고압 왕복동 펌프를 개선에 필요한 핵심 기술이면서, 동시에 국내 구현이 가능한 기술을 제시하고자 한다. 이러한 기준을 충족하는 핵심 기술이 priming 기술과 상용 1-D CFD 시뮬레이션 기술이다. 따라서 본 논문에서 저자는, 극저온 고압 왕복동 펌프를 위한 priming 기술과 상용 1-D CFD 소프트웨어를 활용한 시뮬레이션 기술을 제시하고자 한다. 본 연구 과정은 크게 세 단계로 나뉘어 진행되었다. 1 단계는 극저온 고압 실험으로서, 2단계와 3단계를 위한 사전연구 단계이다. 1 단계에서는 극저온 고압 왕복동 펌프 시스템의 개념 설계, priming을 위한 상세 설계, priming 실험 및 극저온 고압 실험을 수행하였다. 2 단계는 본 논문의 목적 중 하나인 priming의 체계화에 관한 연구 단계이다. 2단계에서는 1 단계의 실험을 통해 얻은 경험으로 failure case report를 작성하여 priming을 체계화하였다. 마지막으로, 3 단계는 본 논문의 또다른 목적 중 하나인 1-D CFD 소프트웨어를 활용한 시뮬레이션 연구 단계이다. 3 단계에서는 상용 1-D CFD 소프트웨어인 Simulation X를 사용하여 극저온 고압 왕복동 펌프 시스템을 모사하였다. 저자는 1단계 연구를 통해 압력 priming의 수치해석 결과가 priming 실험 결과와 평균절대오차가 6.5%인 정도로 근접하다는 것을 확인하였고, 압력 priming으로 액체를 99% 이상 사용할 수 있는 조건을 도출하였다. 또한, 0.6 ~ 4.0 MPa의 고압을 달성했고, 모든 경우에 걸쳐 약 5.8 LPM의 유량을 확인했다. 성공적인 가압과 일정한 유량은 priming이 성공적으로 수행되었다는 증거이다. 2 단계 연구를 통해 저자는 1 단계에서 겪었던 시행착오를 기록하여 failure caser report를 작성하였고, 이를 토대로 순도, 온도, 압력, 액면높이에 대한 문제 및 해결방안을 제시하였다. 또한, 미숙련 현장작업자도 priming이 가능하도록 priming 과정을 algorithm으로 체계화하였다. 마지막 3단계 연구를 통해 저자는, library에 없는 극저온 레저버, 배관, 챔버, 밸브 등을 모델링 하였다. 또한, 예냉이 되어있는 상황에서는 시뮬레이션이 합리적일 수 있다는 것과, 1 단계의 고압 실험결과가 3 단계의 시뮬레이션 결과가 유사한 경향을 나타내는 것을 확인하였다.

공공연구 성과 확산·활용을 위한 기술사업화 모델 수립 및 검증

이재은 과학기술연합대학원대학교 2016 국내석사

공공연구 성과의 기술사업화가 경제성장을 위한 새로운 동력으로서 인식됨에 따라 이의 중요성이 나날이 부각되고 있으나 실제 기술사업화 성과는 충분하지 못하다. 기술사업화 성과 창출 촉진을 위하여 다양한 정책 수단이 강구되고 있으나 기술사업화에 대한 논의를 진행하기 위한 기존의 이론적 틀 및 이에 기반한 예측 모형이 현실과 괴리를 나타내어 각종 정책이 충분한 이론적 기반을 바탕으로 기획 및 추진되지 못하고 있다. 바람직한 기술사업화 모델은 기술의 유형화, 수요기업의 존재 여부 및 분포의 예측, 경제적 가치의 예측 및 이들 사항에 기반한 기술사업화 성과 예측이 가능해야 하며, 이를 위해서 각 기술의 유형별로 현존하는 기업들이 어떤 행동을 보일 지에 대한 예측과 다양한 외부 요인에 대한 고려가 가능해야 한다. 이러한 조건을 만족시키는 기술사업화 모델을 구축하기 위해서 본 연구에서는 기술을 현존 기술 및 경쟁 기술과의 관계에 따라 유형화하고, 이를 신사업 기회에 대한 각 기업의 행동 패턴과 매칭시키는 방법으로 기술사업화 성과의 예측 모델을 구축하였으며, 구축된 모델의 타당성을 화학 관련 정부출연연구소인 K연구원의 기술사업화 성과를 이용하여 검증하였다. 본 연구에서는 이에 더하여 구축된 모델을 통하여 현재 활발히 진행되고 있는 수요맞춤형 기술사업화 확대 방안이 타당한지에 대한 검증을 시도하였으며, 공공부문의 우수 기술사업화 성과 창출을 위해서는 기술 수요가 높은 산업군에 집중하여 우수 ․ 원천 기술의 공급을 촉진하는 것이 필요하며, 우수 기술의 개발을 위한 장기간 ․ 대규모의 우수 기술 개발 과제 지원, 등의 전략적 대응이 필요하다는 결론를 얻을 수 있었다. 앞으로 본 모델에 대한 보다 철저하고 정량적인 검증 연구와 개선이 필요할 것이나, 본 연구의 결과물은 향후 기술사업화 관련 논의를 위한 기본 틀로서 유용할 것이다. Since the technology commercialization of government funded research institute is pointed out as an important driving factor of economic growth, the government has carried out various policies to make the best outcome from the technology commercialization of the research results of the government funded research institute. However, the actual outcome of the technology commercialization of government funded research institute was not good enough, and there were opinions that the commercialization of the results of government funded research institutes were not done properly. Therefore, in this research it aims to contribute to the successful activation of commercialization of public research results by providing the new technology commercialization model that describes well the technology transfer aspects of public technology. To establish the new technology commercialization model, categorized the technology into 4 categories according to the technological risk (high, middle, low) and market risk (high, middle, low), and matched with the predicted action pattern of the companies towards the categorized technology which can be a new business opportunity. In order to verify the validity of the model the actual commercialized case of ‘K’ government funded research institute has been reviewed.

기술다양성과 기업의 재무적 성과 간 장단기적 관계와 환경역동성의 조절효과에 관한 연구

이주연 과학기술연합대학원대학교 2023 국내박사

기술혁신은 기술 기반 기업이 경쟁우위를 지속하는데 있어 중요하다. 새로운 혁신은 기존 기술 지식의 재구성 또는 새로운 아이디어와 기존 지식 간의 조합을 통해 발생한다. 기업이 보유하고 있는 기술 지식의 집합인 기술포트폴리오는 새로운 기술 지식의 형성에 중요한 영향을 미치기 때문에 기술포트폴리오의 구성을 살펴보는 것이 중요하다. 기술다양성을 통해 기업은 기술 지식을 통합할 수 있는 더 많은 기회를 가지고 기술역량이 향상되며 범위의 경제를 통해 이익을 얻을 수 있다. 이러한 이점에 주목하여 많은 연구자들은 기술다양성이 기업의 재무적 성과에 긍정적 영향을 미침을 실증적으로 확인하였다. 기술다양성이 기업의 재무적 성과에 미치는 영향에 대해 폭넓게 연구되어 왔음에도 불구하고, 기존 문헌들은 기술다양성과 기업의 재무적 성과 사이 관계에서 시간적 격차를 충분히 고려하지 않았다. 기술은 기술과 관련된 사회, 문화, 정치, 경제적 요소와 상호작용하며 점진적으로 변한다. 지속적이고 점진적인 사회기술적 맥락의 변화에 따라 먼 미래에는 시장 수요자들의 기술적 수요가 달라질 수 있으며 새로운 기술로 전환될 기회가 형성될 수 있다. 또한 급진적이며 역동적인 외부 환경의 변화는 특정 기술의 가치를 빠르게 하락시킬 수 있으며 기술에 대한 수요를 급격하게 변화시킬 수 있다. 넓은 범위에 퍼진 다양한 기술 지식은 지식들 간 결합하기는 어렵지만 더 급진적 혁신을 만들어 낼 가능성이 높으며 다양한 기술적 옵션을 제공하기 때문에 장기적으로 커진 변화에 더욱 효과적으로 적절한 대응할 수 있도록 한다. 그리고 넓은 범위의 다양한 기술 지식은 역동적 환경에 의한 리스크를 분산시키며 변화에 대한 적응력과 회복탄력성을 향상시킨다. 따라서 장기적이고 점진적 변화와 역동적 환경 변화 하에서 넓은 범위에 퍼진 다양한 기술 지식으로 구성된 기술포트폴리오가 기업의 지속적인 생존과 성장에 긍정적 영향을 미치는지 연구할 필요가 있다. 기존 선행연구에서 일반적으로 사용하고 있는 기술다양성 지수들은 다양성의 속성 중 버라이어티와 균형을 반영하고 있을 뿐 기술 지식 간의 차이의 정도는 반영하지는 못한다. 기존의 기술다양성 지수는 특허에 부여된 특허분류체계에 기반하여 측정되고 있다. 특허분류체계는 특허에 내포된 기술을 구분하고 효율적으로 그리고 쉽게 검색하기 위해 마련된 범주이며 복잡한 계층 구조로 구성되어 있으나 기술 지식 간 얼마나 다른지에 대한 정보는 제공해주지 못한다. 최근 특허 문서에 포함된 기술 지식 간 유사도를 측정하기 위하여 텍스트 기반 접근 방식이 활용되고 있다. 특히, 지속적으로 개발되고 있는 딥 러닝 기반의 자연어 처리 기법을 활용하면 텍스트 내 고유 의미와 맥락을 상당부분 보존하면서 텍스트를 잠재 벡터 표현으로 변환하여 특허 문서 내 기술 지식 간 유사도를 측정할 수 있다. 3 장에서는 딥 러닝 기반 자연어 처리 기법 중 문서 임베딩 모델을 적용하여 기술포트폴리오 내 기술 지식의 차이 정도를 반영한 기술다양성 지수를 측정할 수 있는 새로운 접근법을 제안한다. 제안된 방식으로 측정한 기술다양성 지수를 검증하기 위하여 기존 선행연구에서 일반적으로 채택하고 있는 기술다양성 지수를 다양한 특허분류 계층 수준에서 측정하여 비교 분석한다. 이를 위하여 2002년부터 2021년 동안 미국특허청에 등록된 미국 R&D 제조기업의 특허 474,084건의 데이터를 분석에 활용한다. 분석 결과는 새롭게 제안한 지수와 기존 기술다양성 지수 간 상관관계가 약하고 차별적 임을 보여준다. 그리고 본 연구에서 제안한 접근법이 차이의 속성을 함께 반영함으로써 기존 기술다양성 지수를 보완 및 개선할 수 있음을 보여준다. 4 장은 기술다양성이 장단기적으로 기업의 재무적 성과에 미치는 영향이 어떻게 다른지 연구한다. 더불어 환경역동성이 기술다양성과 기업의 재무적 성과 간 장단기적 관계를 어떻게 조절하는지 살펴본다. 이를 위하여 미국 196개 R&D 제조기업의 재무 데이터 및 주가 정보를 분석에 활용한다. 그리고 3 장에서 제안한 측정법으로 측정된 기술다양성 지수를 실증 분석에 활용한다. 분석 결과는 기술다양성과 기업의 재무적 성과 간 관계가 단기적으로 부정적이고, 장기적으로 긍정적임을 보인다. 그리고 환경이 역동적일 때 기술다양성이 기업 재무적 성과에 미치는 단기적 영향이 긍정적으로 바뀌며 장기적이고 긍정적 관계는 강화됨을 보인다. 4 장의 결과는 사회기술적 시스템 하에서 기술다양성의 중요성을 강조하고, 기술다양성의 장단기적 역할과 역동성 환경 하에서의 역할에 대한 더욱 세부적인 통찰을 제공한다. 본 논문의 연구 결과는 다음과 같은 시사점을 가진다. 첫째, 기존 문헌에서 일반적으로 채택하고 있는 기술다양성 지수가 반영하지 못한 차이의 정도를 반영할 수 있는 새로운 기술다양성 지수를 제안함으로써 기존 기술다양성 지수를 보완하였다. 둘째, 딥 러닝 기반의 자연어처리기법을 활용한 새로운 기술다양성 측정법을 제안함으로써 기술다양성 관련 문헌에 자연어처리기법의 적용 가능성을 확장하였다. 셋째, 기술다양성과 기업의 재무적 성과 사이의 장단기적 영향과 환경역동성의 조절효과를 연구하여 기존 기술다양성 관련 문헌에 새로운 관점을 제공하였고 지속가능한 성장에 있어 기술다양성의 역할과 중요성에 대한 이해를 높였다. 본 연구 결과를 토대로 기업의 R&D 관리자와 정책입안자에게 기술 기반의 다양화를 추구하는 전략과 정책을 마련해야한다는 실무적, 정책적 시사점을 제공한다. Technological innovation is significant for technology-based companies to sustain competitive advantage. New innovations arise by reconfiguration of extant technological knowledge or combining novel ideas with existing knowledge. Therefore, it is important to study the composition of the technology portfolio, because the technology portfolio, which is the collection of technological knowledge held by a firm, has an important influence on the formation of new technological knowledge. Technological diversity allows organizations to have more opportunities to integrate technological knowledge, enhance their technological competence and benefit from economies of scope. Many researchers have studied the relationship between technological diversity and firm economic performance, but no consistent results have been reached. Although technological diversity has been regarded as a factor influencing firm economic growth in many previous studies, extant literatures have not fully considered the time gap in the relationship between technological diversity and firm financial performance. Technology gradually changes as it interacts with technology-related social, cultural, political, and economic elements. Depending on the continuous and gradual changes in the socio-technical context, the technological demands of market consumers may change in the distant future and opportunities to switch to new technologies may be formed. In addition, radical and dynamic changes in the external environment can quickly depreciate the value of a specific technology and can drastically change the demand for that technology. Diverse technological knowledge spread over a wide range is difficult to combine, but it is likely to create more radical innovations and provides a variety of technological options, enabling more effective and appropriate responses to large changes in the long run. In addition, a wide range of diverse technological knowledge disperses risks caused by dynamic environments and improves adaptability and resilience to change. Therefore, it is necessary to study whether a technological portfolio composed of a wide range of diverse technological knowledge has a positive effect on the sustainable survival and growth of a firm under long-term, gradual and dynamic environmental changes. Technological diversity indices commonly used in previous studies reflect variety and balance among the properties of diversity, but do not reflect the degree of difference between technological knowledge. The existing technology diversity index is measured based on the patent classification system assigned to patents. The patent classification system is a category prepared to classify technologies contained in patents and search efficiently and easily, and is composed of a complex hierarchical structure, but does not provide information on how different technological knowledge is. Recently, a text-based approach is being used to measure the similarity between technological knowledge contained in patent documents. In particular, by using deep learning-based natural language processing techniques that are continuously being developed, it is possible to measure the similarity between technological knowledge in patent documents by converting text into latent vector representations while preserving much of the original meaning and context in the text. Chapter 3 proposes a new approach to measure the technological diversity index that reflects the disparity by applying a document embedding model among deep learning-based natural language processing techniques. In order to validate the technological diversity index measured by the proposed method, the technological diversity index, which is generally adopted in previous studies, is measured and compared at various patent classification hierarchical levels. To this end, data from 474,084 patents of US R&D manufacturers granted with the US Patent Office from 2002 to 2021 are used for analysis. The results show that there is little correlation between the newly proposed index and the existing technology diversity indices. Even if the index measured by the new approach ranks high, the range of values of each existing technology diversity index has values between the minimum and maximum values of the index. The approach proposed in this study complements the existing technological diversity index by reflecting the property of disparity that the existing technological diversity indices do not reflect. Chapter 4 studies the effect of technological diversity on firm financial performance. Specifically, we study how technological diversity affects firm’s financial performance in the short and long term. In addition, it examines how environmental dynamism moderates the short- and long-term relationship between technological diversity and firm financial performance. To this end, the financial and patent data of 196 US R&D manufacturing firms are used for analysis. And the technological diversity index measured by the measurement method proposed in Chapter 3 is used for empirical analysis. The analysis results show that the relationship between technological diversity and financial performance is negative in the short run and positive in the long run. And when the environment is dynamic, the short-term effect of technological diversity on firm performance positively changes, and the long-term positive relationship is strengthened. The results in Chapter 4 highlight the importance of technological diversity in socio-technical systems and provide more detailed insights into the role of technological diversity in the short and long term and in a dynamic environment. The research results of this paper have the following implications. First, this study supplemented the existing technological diversity index by proposing a new technological diversity index that can reflect the degree of difference that was not reflected by the technological diversity indices generally adopted in the existing literature. Second, this study extended the applicability of natural language processing techniques to literature related to technological diversity by proposing a new technological diversity measurement method using deep learning-based natural language processing techniques. Finally, this study provides a new perspective on the existing literature related to technological diversity by studying the short-term and long-term effects between technological diversity and corporate financial performance and the moderating effect of environmental dynamics, enhances understanding of the role and importance of technological diversity in sustainable growth. Through this, it provides practical and policy implications to R&D managers and policy makers that strategies and policies should prepare strategies and policies to pursue technological diversity.

동태적 역량 관점에서 본 한국 인공위성 기업의 기술추격 과정 -쎄트렉아이社의 사례-

송재필 과학기술연합대학원대학교 2015 국내석사

한국은 과거 경공업 및 중화학 산업의 전략적 육성을 통해 지속적인 성장을 이룬 결과, 현재 세계 10위권 수준으로의 경제 성장을 일구어냈다. 하지만 최근 기존 산업의 성숙 및 주변 개발도상국들의 추격 등에 의해 현재의 경제적 지위에 위협을 받고 있다. 이에 한국은 고부가가치 첨단산업인 우주산업을 국가 미래 전략산업 중 하나로 지정해 미래의 경제성장을 이어가고자 하고 있다. 한국의 우주개발은 1989년 관련 전문기관의 설립을 시작으로 1990년대 후반부터 본격적으로 추진되어 짧은 역사에도 불구하고 가시적인 기술 성과를 창출하였다. 하지만 이러한 성과에도 불구하고 한국의 우주산업 비중은 세계 시장의 약 2% 수준에 머무는 등 어려움을 겪고 있는데, 지구관측 소형위성 분야 벤쳐기업인 쎄트렉아이는 민간기업으로는 한국에서 최초로 인공위성 완제품 개발․조립 기술을 확보하며 세계 시장에서 경쟁력을 확대해가고 있다. 본 연구는 후발주자로서 짧은 역사에도 불구하고 세계적 경쟁력을 확보해가고 있는 쎄트렉아이의 발전 과정에 대해, 기술혁신 관련 선행연구를 기반으로한 기술추격 과정의 연구를 수행하였다. 이를 통해 첫째, 쎄트렉아이의 기술추격 과정에 있어서 초기 기술 습득 단계에서의 실행을 통한 학습(Learning by doing)을 통한 경험 및 핵심 기술력의 확보가 매우 효과적이었으며, 둘째, 쎄트렉아이의 기술추격 과정은 선진국으로부터의 기술이전에 상당부분 의존하는 기존의 기술추격 연구와는 상이한 특성을 보임을 확인할 수 있었다. 셋째, 이 과정에서 자체 내부역량 강화 프로그램 운영 등을 통한 기술의 내재화가 효과적인 역할을 하였으며, 넷째, 기술적 능력 외에도 경영적 능력이 매우 중요함을 확인할 수 있었다. 마지막으로 인공위성 산업의 특성을 설명하는데 있어 CoPS의 이론적 틀이 효과적임을 확인할 수 있었다. 이를 통해 본 연구는 인공위성산업 및 유사한 산업 특성을 띄는 첨단산업 분야로의 기술추격을 이루고가고 있는 후발주자 및 관련 연구에 시사점을 제공하고자 한다.

기술수명주기와 제품수명주기의 비교 : 시장구조와 기업의 연구개발 특성을 중심으로

노대민 과학기술연합대학원대학교 2013 국내석사

본 연구는 기술수명주기와 시장가치를 함께 고려하는 것을 목적으로 기술가치평가에 제품수명주기의 도입을 시도하였다. 실증분석을 통해 기술수명주기와 제품수명주기를 비교 분석하였으며, 시장구조와 기업의 연구개발특성이 어떻게 영향을 미치는 지에 대한 유의한 관계를 검증하였다. 자료의 수집은 <2011년 중소기업기술통계>와 1976년∼2009년까지의 미국 등록특허를 사용하였으며, 시장구조를 고려하기 위해 산업별 시장의 집중도를 함께 반영하였다. 분석결과 특허를 통해 추정된 기술수명주기와 제품수명주기는 집단 간 차이를 보였으며 유의미한 상관관계가 존재하지 않았다. 이의 차이를 확인하기 위해 기술적 특성 및 기업의 특성을 기준으로 분산분석을 실시하여 기술수준 및 Pavitt의 혁신패턴에 따라 집단별로 유의미한 차이를 얻을 수 있었다. 결과를 통해 R&D의사결정과 기술가치평가 시 시장가치를 반영한 정확한 추정을 위해 고려해야 할 변수들을 제시하였다. 그리고 기술수명주기가 반영하지 못하는 속성이 제품수명주기에 반영되어 있다는 시사점을 얻을 수 있었다. 더불어 제시된 산업별 제품수명주기와 기술수명주기 등의 연구결과들은 실질적으로 활용 가능한 가이드라인을 제공해 준다.

분산형 음향 검지 기술을 활용한 레일절손 검지 알고리즘에 대한 연구

전혜연 과학기술연합대학원대학교 2020 국내석사

분산형 음향 검지 기술은 광케이블에 특정 주파수의 신호를 보내고 반사되는 신호를 수신하여 케이블 주변의 진동을 측정하는 기술이며 최근 송전, 송유 및 철도 분야에 적용하기 위해 많은 연구가 이뤄지고 있다. 이중 철도 분야 연구 중에는 레일절손 위치 검지가 있는데 이는 레일이 끊어진 위치를 검지하여 후속 열차의 접근을 금지하고 신속히 보수함으로써 탈선과 같은 큰 사고를 막고자 하는데 목적이 있다. 열차 차륜과 레일의 기계적인 마찰과 충격에 의하여 발생되는 진동은 선로변에 매설된 광케이블에 전달되며 분산형 음향 검지 장치는 이를 시간별 거리별로 상시 기록하게 된다. 그런데 이렇게 수집된 진동 데이터는 선로변 환경과 열차의 종류, 속도에 따라 달라지므로 단순히 진동의 크기를 가지고 레일절손 여부를 판별하고 위치를 검지하는 것은 불가능하다. 본 논문에서는 진동으로 인해 반사되어 나오는 광 펄스를 분석해 진동의 크기를 감지할 수 있는 분산형 음향 검지 기술의 특징을 이용하여 열차가 접근함에 따라 전파되는 진동의 특성을 파악한다. 또한, 레일절손을 판별하고 위치를 검지할 수 있는 알고리즘을 제안한다. 이후 알고리즘을 시험 노선에서 측정된 데이터에 적용해봄으로써 실제 시스템에 적용 가능함을 보인다.