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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2026.08.24
- 조회수123
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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.
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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2026.08.04
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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.
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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2026.07.23
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춘천캠퍼스(캠퍼스총장 임의영) 자연과학대학 농업생명과학대학 스마트팜융합바이오시스템공학과 박준형 학생과 일반대학원 스마트농업융합학과 김정훈, 설유진, 전명준, 정현진, 진탄탄 대학원생이 5월 13일(수)부터 16일(토)까지 제주 소노벨 함덕호텔에서 열린 「(사)한국농업기계학회 2026년 춘계학술대회」에서 ‘최우수논문발표상’, ‘우수논문발표상’, ‘우수포스터발표상’을 수상했다. 정현진 석사과정 대학원생(지도교수 한웅철)은 ‘사과나무 인공수분 자동화를 위한 로봇팔 및 비전 기반 시스템 연구’를 주제로, 컴퓨터 비전 기반 꽃 인식 기술과 로봇팔 제어 기술을 결합해 사과나무 인공수분 자동화 가능성을 제시하고 정밀농업 분야의 연구 발전과 현장 적용성 향상에 기여한 점을 높이 평가받아 ‘최우수논문발표상’을 수상했다. 김정훈 박사과정 대학원생(지도교수 남주석)은 ‘여름감자 기계수확 작업의 작업조건별 연료소비율 및 소요비용 분석’연구를 통해 강원지역 감자 주산지에서 트랙터 주행 및 PTO 단수별 작업 성능과 경제성을 정량적으로 분석하고, 연료 효율과 비용 절감을 극대화할 수 있는 최적의 기계수확 작업조건을 제시해 ‘우수논문발표상’을 수상했다. 전명준 박사과정 대학원생(지도교수 임기택)은 ‘A Sustainable Self-Powered Hydrogel ‘E-Skin’ for Human-Machine Interface Sensing and Tissue Regeneration‘을 주제로 치료 기능과 실시간 전자 모니터링 기능을 동시에 구현할 수 있는 자가발전형 하이드로겔 기반 전자피부(E-Skin)를 개발하고 조직공학 및 인간-기계 인터페이스 분야의 새로운 활용 가능성을 제시해 ‘우수논문발표상’을 수상했다. 진탄탄 박사과정 대학원생(지도교수 한웅철)은 ‘Toward Robotic Arm-Based Apple Harvesting in Complex Orchards: An Integrated Framework for Perception, 3D Reconstruction, Grasp-Pose Estimation, and Obstacle-Aware Motion Planning’을 주제로 AI 기반 객체 인식과 3차원 환경 재구성, 수확 자세 추정, 장애물 회피 경로 계획 기술을 통합한 로봇팔 기반 사과 수확 시스템을 개발하고 복잡한 과수원 환경에서 자율 수확의 가능성을 제시해 ‘우수논문발표상’을 수상했다. 설유진 박사과정 대학원생(지도교수 임기택)은 ‘스파이크형 ZnO가 강화된 셀룰로오스·키토산 기반 항균 식품포장 필름 개발’을 주제로 생분해성 활성 포장 필름(CMC-Z)을 개발하여 우수한 기계적 강도와 자외선 차단, 항균 성능을 확인했으며, 딸기 저장 실험을 통해 식품 보존 효과를 입증함으로써 친환경 식품 포장 소재로서의 활용 가능성을 제시해 ‘우수포스터발표상’을 수상했다. 박준형 학생(지도교수 남주석)은 ‘프론트 로더 부착 트랙터의 최대정지마찰력 예측모델 고도화’를 주제로 프론트 로더 작업 시 발생하는 축 하중 변화가 트랙터의 최대정지마찰력에 미치는 영향을 분석하고, 후차축 반력이 최대정지마찰력 예측에 중요한 요소임을 규명해 기존 예측모델의 정확도를 향상시킨 점을 높이 평가받아 ‘우수포스터발표상’을 수상했다. 수상자들은 “연구가 좋은 성과로 이어질 수 있도록 지도해 주신 교수님들과 연구실 구성원들께 감사드린다”며 “앞으로도 학문 발전과 기술 혁신에 기여할 수 있도록 연구에 매진하겠다”고 소감을 밝혔다.
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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2026.06.18
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강원대학교(총장 정재연) 춘천캠퍼스(캠퍼스총장 임의영) 농업생명과학대학 스마트팜융합바이오시스템공학과 임기택 교수 연구팀은 5월 4일(월) 3D프린팅 및 전기방사 기술을 결합해 만성 상처와 항생제 내성균 감염을 획기적으로 치료할 수 있는 「전기 자극 기반 생체 모방형 이중 구조 스캐폴드(스마트 바이오드레싱)」 개발에 성공했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 3D 프린팅 기반의 생체 모방 설계와 전기 자극 기술을 통합해 만성 상처 치료의 고질적 문제인 감염과 재생 저하를 동시에 해결한 것으로, 나노 의학 및 바이오소재 분야 세계적 권위지인 「Journal of Nanobiotechnology(IF: 12.6, JCR 상위 2%)」 최신호인 제24권 233호에 ‘Electrically stimulated asymmetric double-layer scaffolds using 3D printing and electrospinning for enhanced bacteria-free wound healing application(DOI: https://doi.org/10.1186/s12951-025-03938-2)’이라는 제목으로 게재됐다. 당뇨병성 궤양이나 중증 화상 같은 만성 상처는 세포 활동 저하와 세균 감염으로 인해 자연 치유가 어려우며, 특히 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)과 같은 항생제 내성균 감염은 치유를 방해하는 주요 원인으로 꼽혀왔다. 임기택 교수팀과 이지은 연구원은 이를 해결하기 위해 실제 피부의 표피와 진피 구조를 모방한 비대칭 이중 레이어 스캐폴드를 개발했으며, 상단 보호층은 전기방사(Electrospinning)를 통해 고분자에 천연 항균 성분인 커큐민을 결합한 나노섬유층으로 구성해 외부 세균 침입을 막는 강력한 보호막 역할을 하도록 설계했다. 이어, 하단 재생층은 전도성 고분자와 생체 고분자를 혼합한 전도성 하이드로젤로 제작하고, 3D 프린팅 기술을 이용해 실제 진피 조직과 유사한 기공 구조를 구현했다. 이번 연구의 핵심은 전도성 스캐폴드를 통해 전달되는 미세 전기 자극과 소재 자체의 항균 기능을 결합한 이중 치료 메커니즘으로, 연구팀이 개발한 패치에 200mV의 미세 전류를 인가한 결과 피부 재생을 담당하는 섬유아세포와 각질세포의 이동 속도가 비자극 그룹 대비 최대 1.8배까지 빨라지는 전자기성(Electrotaxis) 효과를 확인했다. 또한, 커큐민 성분과 전기 자극 시 생성되는 활성산소(ROS)가 시너지를 일으켜 일반 세균은 물론 내성균인 MRSA의 증식을 완벽히 억제하고 바이오필름을 효과적으로 제거하는 성과를 거뒀다. 임기택 스마트팜융합바이오시스템공학과 교수는 “이번 연구는 당뇨병성 궤양 등 기존 방식으로는 치료가 까다로웠던 만성 상처 환자들에게 실질적인 도움이 될 새로운 치료 패러다임을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “항균과 조직 재생을 동시에 수행하는 이중 구조 스캐폴드가 피부를 넘어 신경이나 근육 등 다양한 전도성 조직 재생을 위한 차세대 의학 플랫폼으로 폭넓게 활용될 수 있도록 후속 연구에 매진하겠다”고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 한국연구재단의 ‘중견연구지원사업’과 ‘지역지능화혁신인재양성사업’, 산림과학연구소의 ‘대학중점연구소지원사업’의 지원을 받아 수행됐다.
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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2026.05.11
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농업생명과학대학 스마트팜융합바이오시스템공학과 임기택 교수팀이 슬라임 곰팡이에서 영감을 받아 인간의 다양한 감각을 모사하고, 자가치유 및 항균 치료 기능을 갖춘 혁신적인 ‘전자 피부（E-Skin）’ 패치를 개발했다. 이번 연구 성과는 재료과학 분야의 세계적 권위지 ‘Advanced Functional Materials’（IF 18.5, JCR 상위 5％, JCI 상위 5％） 2025년 5월호에 게재됐다. 임기택 교수팀이 개발한 전자 피부 패치는 단순한 생체 신호 센서의 기능을 넘어서 사람의 움직임, 온도, 습도, 음성 등 다양한 생체 정보를 정밀하게 실시간 감지할 수 있으며, 의료 현장에서 활용 가능한 항균 치료 기능까지 포함하고 있다. 특히, 만성 상처 부위에 부착 후 근적외선（NIR）을 조사하면 80도（℃）까지 온도가 상승해 대장균（E. coli）과 MRSA 등 항생제 내성균을 99％ 이상 제거하는 성능을 입증했다. 임기택 교수팀은 이번 기술의 핵심은 슬라임 곰팡이（Plasmodium）의 형태 재구성 능력과 자가 치유 특성을 모사하여, 폴리비닐 알코올（PVA）, 젤라틴, 탄소나노튜브（CNT）, 셀룰로오스 나노결정（CNC）을 복합화하여 PVG/NC 하이드로겔을 개발했다. 이 소재는 1000％ 이상의 신축성과 5초 이내 자가 치유 능력, 온도에 따라 접착력을 조절할 수 있는 성능 등 기존 전자 피부 소재와 차별화된 특성을 보유하고 있다. 또한, PVG/NC 하이드로겔은 고점탄성 및 전단박화（shear-thinning） 특성을 활용해 3D프린팅으로 손가락 관절, 손목, 팔꿈치, 목 등 다양한 인체 부위에 맞춤형 전자 패치를 구현할 수 있으며, 섬유나 피부 등 다양한 표면에 안정적으로 부착되어 반복적인 움직임에도 감지 성능을 유지한다. 실제 테스트 결과, 이 전자 피부는 손목과 손가락의 미세한 움직임은 물론, “OK”, “BYE” 등의 음성 명령도 저항 변화로 정확히 감지했고, 피부 표면 온도·습도 변화 측정, 스마트폰 터치, 전자펜 기능 등 다양한 시연에서도 우수한 성능을 발휘했다. 임기택 교수는 “이번 PVG/NC 전자 피부는 기존의 경직된 센서의 한계를 넘어, 부드럽고 유연하며 복합 기능을 수행할 수 있는 차세대 소프트 플랫폼”이라며 “향후 AI 기반 웨어러블 기기, 인간과 유사한 감각을 가진 로봇 피부 개발 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 한국연구재단 ‘기초연구지원사업, 지역지능화혁신인재양성사업 및 산림과학연구소 ‘대학중점연구소지원사업’의 지원을 받아 수행됐다. ■ 논문명: Bioinspired shape reconfigurable, printable, and conductive “E‐skin” patch with robust antibacterial properties for human health sensing ■ 저널: Advanced Functional Materials ■ DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202504088 ■ 저자명: Hojin Kim, Sayan Deb Dutta, Myoung Joon Jeon, Jieun Lee, Hyeonseo Park, Youjin Seol, Ki-Taek Lim
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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2025.09.02
- 조회수719
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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2025.09.02
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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2025.09.02
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스마트농업융합학부 김대현 교수가 스마트 온실 환경을 종합적으로 규명하고 예측할 수 있는 시뮬레이션 플랫폼을 개발했다. 김대현 교수 연구팀은 온실 환경에서 발생하는 모든 열적 구성 요소들의 에너지 균형 메커니즘을 규명했으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Agronomy」에 ‘Canopy temperature and heat flux prediction by leaf area index of bell pepper in a greenhouse environment: Experimental verification and application’라는 제목으로 게재됐다. 우리나라의 뚜렷한 사계절 날씨 조건에서 온실 재배 식물에 적합한 일정 기후를 제어하는 것은 매우 어려운 과제로, 온실 내부는 온도, 습도, CO2의 복합적 상호작용으로 인해 환경 제어가 복잡하며, 기존에는 재배자들이 경험에 의존해 온실 환경을 조절해야만 했다. 이에 김대현 교수 연구팀은 식물 높이에 따른 에너지 균형 모델과 온실 내부 난류 흐름 모델을 개발하고, 이를 기반으로 온실 환경을 정확히 예측할 수 있는 시뮬레이션 플랫폼을 구축했다. 해당 플랫폼은 API（Application Programming Interface）를 통해 건물 에너지 시뮬레이션（Building Energy Simulation） 기술에 통합됐으며, 온실 유형과 지역에 따른 다양한 환경 요인을 반영해 열적 특성을 시뮬레이션할 수 있다. 특히, 전국 상용 온실에 고정밀 센서를 설치해 시뮬레이션 결과의 정확도를 검증하며 실용성을 높임으로써 재배자들이 데이터 기반으로 온실 환경을 제어할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다. 이번 연구 성과는 우리나라 농업 시뮬레이션 기술의 자립 기반을 마련하고, 정밀 농업 분야에서 글로벌 경쟁력을 확보하는 데 기여할 것으로 기대되며, 김대현 교수 연구팀은 지속적인 연구를 통해 정밀 농업 기술 발전과 스마트팜 혁신에 앞장설 계획이다. 김대현 교수는 “정밀 농업의 난제를 해결하는 공학자의 자세가 중요하다. 생성형 인공지능이 해결하지 못하는 복잡한 온실 상호작용을 연구해 저탄소 작물 생산량을 높이는 방안을 찾아나갈 것”이라며 “이번 플랫폼은 IoT 및 인공지능 기술과의 호환성을 갖춘 소프트웨어 기술로, 향후 생산량 모델링 기술 개발에 도전하며 더욱 견고한 정밀 농업 연구를 이어 가겠다”고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 농림축산식품부（MAFRA）가 지원하는 스마트팜 혁신기술 개발사업（과제번호: 421040-04）을 통한 농림식품기술기획평가원（IPET）의 지원을 받아 수행됐다.
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- 작성자스마트팜융합바이오시스템공학과
- 작성일2025.09.02
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