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스마트팜융합바이오시스템공학과 모창연 교수 「인공지능(AI)기반 꿀벌응애 실시간 검출장치 ‘비전(BeeSion)’」 세계 최초 개발

전공 로봇 동아리농업용 로봇 경진대회 본선 진출

당신에게 날개를 달아줄진로지도 워크숍

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스마트 기술로 미래 농업을 설계하다스마트팜융합바이오시스템공학과

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농업의 패러다임을 바꾸는 스마트 혁신스마트팜융합바이오시스템공학과

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스마트팜융합바이오시스템공학과 임기택 교수팀, 「맞춤형 뼈 이식 차세대 3D프린팅 기술」 청사진 제시 DIW 기반 골 특이적 스캐폴드 제조 공정 정립 … 재료과학 최고 권위지 논문 게재

강원대학교(총장 정재연) 춘천캠퍼스(캠퍼스총장 임의영) 농업생명과학대학 스마트팜융합바이오시스템공학과 임기택 교수 연구팀은 차세대 3D 프린팅 제조 기술인 ‘직접 잉크 쓰기(Direct Ink Writing, 이하 DIW)’ 공정을 활용해 맞춤형 골 결손 환자를 치료할 수 있는 첨단 적층 제조 기술의 발전 방향을 새롭게 제시했다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 최고 권위지인 「Progress in Materials Science(Elsevier, Impact Factor: 42.9, JCR 상위 0.7%)」 최신호에 ‘Direct ink writing of bone-specific implantable scaffolds and devices(맞춤형 골 특이적 이식형 스캐폴드 및 디바이스를 위한 직접 잉크 쓰기 기술)’라는 제목으로 게재됐다. 기존 용융적층(FDM)이나 광중합(SLA/DLP) 등의 3D 프린팅 방식은 고온 및 자외선 노출로 인해 살아있는 세포가 손상되는 근본적인 한계가 있었으며, 기존 티타늄 등 금속 임플란트 역시 인체 뼈의 다공성 구조를 재현하지 못해 주변 뼈가 약해지는 ‘응력 차단(Stress shielding)’ 현상과 골 유합 지연을 유발해왔다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 온화한 상온·고습 환경에서 고점도 바이오잉크를 정밀하게 적층하는 DIW 공정에 주목했다. 특히, 인체 뼈의 치밀골과 해면골 구조를 완벽히 모사하기 위해 맥신(MXene), 나노셀룰로오스, 생체유리 등을 하이드로겔과 복합화한 ‘이종-나노접합체(HNCs)’ 기반의 고기능성 바이오잉크 공정을 확립했다. 해당 기술은 인체 운동 시 발생하는 미세 전위를 활용한 ‘압전 특성’을 응용하여 외부 자극을 전기 신호로 변환시키며, 세포의 칼슘 이온 채널을 개방해 ▲골 재생 인자(RUNX2, BMP-2 등) ▲혈관 신생 인자(VEGF)의 발현을 유도하는 기계-생체전기 공학적 메커니즘을 상세히 규명했다. 나아가, 연구팀은 환자의 의료 데이터(CT/X-ray)를 인공지능(AI)과 머신러닝 알고리즘으로 분석해 ▲실시간 적층 경로 및 압력 자율 조정 ▲지지체의 강도 및 체내 분해 속도 예측이 가능한 자율 공정 제어 플랫폼을 핵심 기술로 제안했다. 이와 함께, 실제 임상 상용화를 위한 미세유체 기반 ‘3D 뼈 조직 칩(Bone-on-a-chip)’ 및 GMP 품질 관리 가이드라인도 폭넓게 정립했다. 임기택 교수는 “이번 연구는 단순한 재료의 확장을 넘어 바이오잉크의 유변학적 제어부터 생체전기 자극, AI 공정 제어, 임상 상용화 가이드라인까지 DIW 기반 맞춤형 골 이식재 기술 전반을 통합적으로 정립했다는 점에서 큰 의의가 있다”고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 한국연구재단의 ‘중견연구지원사업’과 ‘지역지능화혁신인재양성사업’, 산림과학연구소의 ‘대학중점연구소지원사업’의 지원을 받아 수행됐다. ▲탄소나노튜브(CNTs), 그래핀옥사이드(GO), 맥신(MXenes), 전도성 고분자(ICPs), 금속 나노입자 등 다양한 전도성 소재가 통합된 3D 프린팅 전도성 하이드로겔의 골 재생 메커니즘. 하이드로겔 내부의 미세 전기 네트워크가 전기장 자극을 효율적으로 전달하여, 골 형성(Integrin/FAK, ERK/MAPK, Piezo-1/2, SMAD) 및 면역 조절 신호전달 경로를 활성화함으로써 골 형성, 기질 석회화, 신생 혈관 형성 및 복합적 뼈 재생을 촉진함.

2026-08-04

스마트팜융합바이오시스템공학과 임기택 교수 공동연구팀, 「자가발전 무선 센싱 전자피부(E-Skin)」 개발 3D프린팅 기반 생분해성 하이드로젤 활용 … 상처 치유·무선 인간-기계 인터페이스 적용 가능성 제시

강원대학교(총장 정재연) 춘천캠퍼스(캠퍼스총장 임의영) 농업생명과학대학 스마트팜융합바이오시스템공학과 임기택 교수 연구팀은 3D프린팅 기반의 「자가발전 무선 센싱 전자피부(E-Skin)」를 개발했다. 이번 연구 성과는 재료과학 분야의 권위있는 국제학술지인 「Advanced Functional Materials」 (IF: 19.9, JCR 상위 4%)에 ‘3D-Printable, Biodegradable, and Conductive/Piezoionic Hydrogel ‘E-Skin’ with Robust Antibacterial Properties for Wound Healing and Wireless Human-Machine Interface Sensing (DOI: doi.org/10.1002/adfm.77075)’이라는 제목으로 게재됐다. 기존 웨어러블 바이오 전자기기는 움직임이 많고 수분을 포함한 인체 피부 표면에서 안정적으로 부착 상태를 유지하고 신호를 전달하는 데 한계가 있었으며, 직접 잉크 쓰기(Direct Ink Writing, DIW) 방식의 3D 프린팅용 바이오잉크는 출력 후 형상 정밀도를 높이면 피부와의 접착력이 떨어지는 기술적 한계가 있었다. 임기택 강원대학교 교수 연구팀은 김종성 가천대학교 교수, 이용규 한국교통대학교 교수 연구팀과 함께 이러한 문제를 해결하기 위해 TEMPO-산화 셀룰로오스 나노크리스탈(TOCNC)과 2차원 천이금속 탄화물인 맥신(MXene) 나노시트를 결합한 복합 네트워크 구조의 GACM 하이드로젤을 설계했다. 연구팀이 개발한 전자피부는 TOCNC가 바이오잉크의 유변학적 성질을 조절해 중공 삼각형, 파형, 벌집 구조 등 복잡한 구조물을 정밀하게 3D 프린팅할 수 있도록 했으며, 맥신(MXene) 나노시트가 피부 조직과의 수소결합, 정전기적 인력, 공유결합 등 다중 계면 상호작용을 유도해 건조하거나 젖은 조직 표면에서도 안정적인 접착력을 발휘하도록 했다. ▲‘다기능 GACM 하이드로젤 전자피부’의 제조 과정과 응용 개념도. 연구팀은 3D 프린팅 기반 생분해성 하이드로젤 패치를 개발해 자가발전 센서, 무선 인간-기계 인터페이스(HMI), 상처 치유 촉진 기술로의 활용 가능성을 제시했다. 특히, 이번 전자피부는 외부 전원 없이 압전·전도성(Piezoionic) 메커니즘을 통해 인체 움직임을 감지하는 자가발전 센서 기능을 갖췄다. 연구팀은 전자피부를 손목, 손가락, 무릎, 팔꿈치 등 인체 관절에 부착했을 때 1.77의 감도(Gauge Factor)로 미세한 움직임을 감지하고, 최대 36.35mV의 전압 신호로 변환할 수 있음을 확인했다. 또한, 블루투스(BLE) 모듈과 회로를 연계해 사용자의 손가락 움직임 신호를 9.97ms 수준의 낮은 지연 시간으로 무선 전송하고, 로봇 공학 핸드(Robot Hand)를 실시간으로 제어하는 무선 인간-기계 인터페이스(Wireless HMI) 성능을 입증했다. 아울러, 해당 전자피부는 상처 부위의 pH 변화와 감염 상태를 감지해 천연 항균 물질인 커큐민(CuR)을 능동적으로 방출하는 지능형 약물 전달 기능도 갖췄으며, 실험 결과 황색포도상구균(MRSA)과 대장균(E. coli)에 대해 99% 이상의 박테리아 증식 억제 효과 및 당뇨병 유발 쥐의 피부 결손 모델에서 14일 기준 약 88.67%의 상처 폐쇄율을 나타냈다. 이번 연구는 상처 보호용 드레싱을 넘어 환자의 움직임에서 에너지를 스스로 만들어 생체 전기 신호를 전달하고, 약물 치료를 병행할 수 있는 지능형 자가발전 의료 스킨 플랫폼의 가능성을 제시한 것으로 평가받고 있으며, 연구팀은 향후 무선 통신과 AI 기반 스마트 헬스케어 시스템 개발의 기반이 될 것으로 기대하고 있다. 임기택 강원대학교 스마트팜융합바이오시스템공학과 교수는 “이번 연구는 3D 프린팅 기반 생분해성 하이드로젤 전자피부가 자가발전 센싱, 무선 인간-기계 인터페이스, 상처 치유 기능을 동시에 구현할 수 있음을 보여준 성과”라며 “앞으로도 바이오소재와 첨단 제조기술을 융합해 스마트 헬스케어와 재생의료 분야에 활용 가능한 차세대 바이오 전자소자 개발을 이어가겠다”고 밝혔다. 이번 연구 논문은 전명준 강원대학교 박사과정생, 사얀뎁두타 박사, 모니 가천대학교 박사, 안정만 한국교통대학교 박사가 공동 제1저자로 참여했으며, 연구는 한국연구재단 중견연구지원사업, 지역지능화혁신인재양성사업, 산림과학연구소 대학중점연구소지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

2026-07-23

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