| 2차년도 |
○ 연구개발목표 - 주관연구개발기관(한국전자통신연구원): 개발 총괄, 요구사항 및 규격 정의, SW 플랫폼 및 워크플로우 설계, 실증인증 대응체계 수립 관리 - 공동연구개발기관(한국표준과학연구원): POC를 위한 발생기와 검출기 주파수 스캔 동기화 - 공동연구개발기관(성균관대학교): THz 발생단 소자 기초 설계 - 공동연구개발기관(고려대학교): THz 검출단 소자 기초 설계 - 공동연구개발기관(고려대학교(세종)): THz 이미징 시스템 back propagation 복원알고리즘 개발 - 공동연구개발기관(한국과학기술원): 멀티스태틱 배열 구조 점확산함수(PSF) 시뮬레이터 개발 - 공동연구개발기관(연세대학교): 기존 딥러닝 객체 추출 및 인식 기술과 성능 측정 방법론의 분석 - 공동연구개발기관(큐에스아이): 140GHz 소자 공정 기초기술 개발 - 공동연구개발기관((주)대명티에스): POC 요구사항 정의 및 국내외 인증제도 동향 파악 - 공동연구개발기관(인천국제공항공사): 국내 공항 현황조사, 관계기관 협의체 구축, 사용자 요구사항 조사, 신호처리 기술 분석
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○ 연구개발내용 및 범위- 주관연구개발기관(한국전자통신연구원):■ 과제 총괄 진행 관리 및 개발 기관간 연계 관리 ■ 시스템 요구사항 정의 및 수요처 요구 분석 ■ POC 시스템 설계 및 기초 제작 ■ 소자 자체 설계 및 공정기술 개발 ■ Sub 100nm급 InP HEMT 발생 및 검출 소자 MMIC 라이브러리 기술 개발■ 제작 소자 측정 평가 및 파라미터 추출, 모델링■ 실시간 이미징 신호처리 보드 및 프로그램 개발■ SW 플랫폼 설계 및 데이터 처리 모듈 개발■ 모듈 패키징 기술 개발 및 패널 구성 기술 개발 - 공동연구개발기관(한국표준과학연구원): ■ 포토닉스 기반 POC 시스템을 위한 주파수 발생기와 검출기 신호 동기화 기술 개발■ POC 3차원 데이터 획득 시간 최소화를 위한 구동 방법 개발■ POC 3차원 영상 기술 구현 - 공동연구개발기관(성균관대학교): ■ 발생기, 증폭기 MMIC 다중채널 소자 개발■ 파운더리 서비스를 활용한 개발칩의 평가 및 공정 개발을 위한 회로소자 레퍼런스 확보- 공동연구개발기관(고려대학교): ■ 하향변환기, 검출기 MMIC 다중채널 소자 개발■ 파운더리 서비스를 활용한 개발칩의 평가 및 공정 개발을 위한 회로소자 레퍼런스 확보- 공동연구개발기관(고려대학교세종): ■ 멀티스태틱 이미징 복원 알고리즘 및 딥러닝 압축검출 기반 고속화 알고리즘 개발■ 송수신 모듈 최적화 설계를 위한 시뮬레이션 수행 - 공동연구개발기관(한국과학기술원): ■ 목표 해상도를 달성하는 최적의 Tx-Rx 배열을 도출■ 송수신 모듈 최적화 설계를 위한 시뮬레이션 수행 - 공동연구개발기관(연세대학교): ■ 테라헤르츠 영상 특화 딥러닝 모델 구조 및 학습방법 설계■ 테라헤르츠 영상 기반 은닉 물체 자동 탐지 딥러닝 알고리즘 구현 및 학습- 공동연구개발기관(큐에스아이): ■ 소자 양산을 위한 140GHz HEMT 소자 기초 공정기술 개발- 공동연구개발기관(대명티에스): ■ 인증계획 수립 및 대응■ POC 제작 및 운용■ 소프트웨어, 시스템 상용화 기술 개발 - 공동연구개발기관(인천공항공사): ■ 국내 공항 적용 및 운영 현황 조사 및 관계기관 협의체 구축■ 차세대 대인 보안 검색 사용자/시스템 운영자 요구사항 조사 및 요구기준 수립■ 실시간 이미징 신호처리 기술 분석 및 개발 지원■ 시스템 상용화 및 실증을 위한 테스트 베드 구축방안 마련인증계획 수립 및 대응
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 테라헤르츠 대역 파원 및 검출 모듈 기술- 개별 모듈 또는 모듈의 어레이화, 신호원의 발생 동기화, 테라헤르츠 검출기의 감도 향상, 위상 검출 기술 등은 테라헤르츠 영상 기술의 고도화 및 실용화 달성- 이동체에 대한 테라헤르츠 대역 다중 신호원 다중 검출기 기술 개발로, 공항 외에도 다양한 보안 검사 시설 수요에 활용 가능한 기술 개발- 고도화된 테라헤르츠 영상 기술은 비파괴 영상 측정, 구조물 안전 진단 등에 새로운 기술로 기존에 없던 인체 안정성이 확보된 시장 창출- 개발된 모듈 기술은 유관 분야인 테라헤르츠 대용량 무선 전송 기술, 의료용 테라헤르츠파 활용 기술에도 활용되어 새로운 분야의 파급효과 발생○ 테라헤르츠파의 높은 투과 특성 및 낮은 분해능 극복을 위한 영상· 분광 기술- 3차원 고속 테라헤르츠 고속 영상·분광 시스템의 소형화 달성이 가능하여 높은 공간 분해능 제공이 가능하여 고분해능 신발검색 보안 검색, 자율주행자동차용 라이다, 군수용 레이더, 산업용 비파괴 검사, 농식품 검사 등 분야에 대한 활용성 제고- 테라헤르츠 고속 지향 빔 기술은, 테라헤르츠 빔포밍 기술 발전과 밀접하여 차세대 테라헤르츠 무선 통신의 빔포밍 기술 발전에 기여- 테라헤르츠 기반 보안 검색 영상 기술의 세계적 연구 동향을 재고한 바 본 연구는 기계 학습을 테라헤르츠 3차원 영상 복원 문제, 위험물 인식에 도입하는 초기 연구로 판단됨. 기계 학습 기반 영상 처리 기술은 잠재성이 크나 신뢰성의 문제로 보안 검색 분야 도입이 늦어지고 있음. 본 연구는 영상 시스템 최적화 설계, 테스트 배드 구현, 영상 복원 모델 수립, 위험물 인식 성능 검증을 포함하는 통합적인 파이프라인을 구축하므로 기계 학습 기반 영상 처리 기술을 실증 단계까지 검증하기에 최적의 조건임. 본 연구를 통해 기계 학습 기반 영상 처리 기술의 신뢰도를 99% 이상으로 높이면 테라헤르츠 대인 보안 검색 기술을 세계적으로 선도할 수 있을 것으로 기대됨.○ 고부가가치 소형 고분해능 테라헤르츠 기반 3차원 라이다 영상센서 핵심 요소기술 확보- 기존의 광학기반 3차원 영상센서가 가진 한계를 테라헤르츠파 기반 3차원 영상센서로 확장함으로써 기존 광학기반의 난제를 해결하고, 더 나아가서는 테라헤르츠-광학 융합 3차원 영상센서를 확보하여 최종 응용 어플리케이션에 세계적인 수준의 고품질 3차원 영상을 공급할 수 있는 핵심 요소기술 확보 - 특히 현재 빠르게 발전하고 있는 인공지능 기술의 경우 관련된 기반 기술이 매우 풍부해지고 있기 때문에 미래에서는 어떻게 고품질 데이터를 취득하는가가 매우 중요한 요소로 평가되고 있으며, 이러한 측면에서 볼 때, 본 연구개발로 확보된 결과는 소형 고분해능 테라헤르츠 3차원 센서 기술로 확장할 경우 기술적인 파급효과가 매우 클 것으로 판단함○ HEMT, MMIC등 초고주파 소자에 대한 핵심 설계 및 공정 기술 확보를 통한 국내기술 확보 및 주파수 확장 기술 확보가 가능하여 주파수의 보고 영역으로 인식되는 테라헤르츠-중원적외선 영역 개척이 가능
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| 사회 경제적 파급효과 |
□ 경제적·산업적 측면의 기대효과 ○ 테라헤르츠 대역 개척은 인간중심의 차세대 미래 핵심 기술로 관련 산업 경쟁력 향상의 핵심- 명확한 차별화 전략과 목표가 있는 현장 활용 기술 개발 과제로 기획, 4차 산업혁명 대비 제조업 중심의 확고한 국가 산업 경쟁력 확보를 위한 전략 기술화 가능- 국내 제조업 스마트 팩토리 전환에 가장 경제적인 핵심 기술 제공이 가능한 미래 기술인 테라헤르츠 기술의 적기 개발 지원을 통하여, 국정운영 5개년계획상 더불어 잘사는 경제 (일자리 경제, 4차 산업혁명, 창업과 혁신성장)에 기여- 국내 제조업 스마트 팩토리 전환에 가장 경제적인 핵심 기술 제공이 가능한 미래 기술인 테라헤르츠 기술의 적기 개발 지원을 통하여, 국정운영 5개년계획상 더불어 잘사는 경제 (일자리 경제, 4차 산업혁명, 창업과 혁신성장)에 기여- 자동차, 조선, 항공, 군수, 가전 등 대규모 생산 공장용 비파괴 측정 기술 및 관련 핵심 부품 고도화는 의료, 의약, 농수산, 산업, 천문, B5G 무선 통신 등 다분야 원천기술과 산업 경쟁력 확보에 기여- 제조업 혁신에 차별적 경쟁력을 부여, 생산-소비의 혁명에 있어 국내 산업의 국제 경쟁력 제고 및 4차 산업혁명기 표준과 방향 주도권을 확보할 수 있음- 타 전자기파 대역에 비해 차별화된 장점을 보유하고 있으나, 산업화의 핵심인 초소형, 고성능, 다기능, 멀티모달, 저가격 테라헤르츠 핵심 기술 개발을 본 사업에서 칩부터 시스템까지 폭넓게 영역에서 경쟁력을 확보하여 지금까지 경험하지 못한 다양한 분야에서 기존 산업 대체 및 신개념의 융합형 신산업 창출이 가능□ 사회적 측면의 기대효과 ○ 미래형 보안검색 시스템을 위한 핵심 기술 제공으로 안전한 사회 실현- 테라헤르츠 기술에 기반한 보안검색 기술의 개발을 통하여, 공항뿐 아니라 사회 곳곳의 주요 보안검색 수요에 보다 효율적이고 쾌적한 보안검색이 가능한 기술을 제공함으로써, 테러 등의 위험으로부터 보다 안전한 사회 구현- 인체에 무해한 테라헤르츠파의 특성을 활용, 피검색자가 인지하지 못하는 장소에도 보안검색시스템의 운용이 가능하여, 검색 포인트 회피 방식의 위험물 반입 시도 봉쇄○ 테라헤르츠 기술 기반의 다양한 기업에 시장 제공이 가능하여 양질의 일자리 창출과 미래 국가 성장동력 제공- 테라헤르츠 소자, 모듈, 시스템의 제작, 제조 기술과 테라헤르츠 기술 기반 보안검색, 비파괴 검사, 무선 통신 등 다양한 산업 분야에 걸친 새로운 시장 및 일자리 제공으로 미래 국가 성장의 주요한 동력을 제공- 금속 정밀 가공품 중심의 현 테라헤르츠 RF 부품은 개당 가격이 최소 수천만원대로, 이를 수십만원에서 백만원대로 생산 가능한 기술을 개발, 테라헤르츠 부품가격 현실화 가능- 부품가격 현실화를 통한 관련 산업 및 신규 시장 확대 기회 제공으로 양질의 일자리 창출○ 첨단 3차원 영상센서 핵심요소기술 확보로 미래지향적이면서 편리하고 안전한 사회 구현 - 광학기반의 라이다보다 안정적인 성능을 제공하는 밀리미터파 3차원 영상센서 핵심요소기술 확보를 통하여 자율주행자동차, 스마트시티 등 안전한 사회를 위한 첨단 3차원 영상센서기술 확보의 기반을 마련하고, 궁극적으로는 이러한 고품질 영상이미지를 딥 러닝 연구에 활용함으로써 편리하고 안전한 사회구현을 선도함- 특히 기존에 확보된 광학기반의 3차원 영상센서와 결합하여 성공적으로 응용할 경우, 사회경제적 측면의 효과는 단순한 기술적인 측면을 넘어서 복합적인 관련 응용분야를 만들어 낼 것이므로 안전하고 행복한 미래 국가상을 제시하는데 기여할 것으로 기대
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| 활용방안 |
□ 연구개발성과 활용도 증진 방안 ○ 차세대 보안검색 시스템을 위한 선도적 실용화 기술로 차세대 대인보안검색 시스템 기술 개발이 가능- 여객이 잠시 멈추어 서 있는 동안 위해물품 소지 여부를 판별 할 수 있도록 인체에 무해한 THz파를 이용하는 영상 및 분광 기술개발◆ 고속 스위칭이 가능한 THz파 발생기와 검출기를 어레이화하여 배열하고, 이로부터 고속으로 THz 영상을 획득 할 수 있도록 소자 및 모듈과 구성 광학계 및 신호 입출력 등 기술 개발◆ 검색 구간 통과 전에 잠시 멈추어 있는 동안에 신발 내 위해물질 은닉 여부를 검사할 수 있도록, 광대역 고속 스캔이 가능한 THz 신발 검색 기술 개발◆ 신발 검색기 모듈의 확장에 의하여 신체 의심 부위에 대한 대형 위해물품의 은닉 여부를 자동판별 할 수 있는 대인보안검색이 가능하도록 하여 응용 분야 확장□ 연구개발성과를 활용한 신산업 개척 ○ 140GHz 대역의 전자기파 핵심 기술을 활용한 신산업 영역 개척 및 기술이전 추진 - 본 사업을 통하여 개발될 140GHz 대역의 초광대역 테라헤르츠 핵심 모듈 기술은 보안, 통신, 국방, 자동차, 의료 산업 분야에서 요구되는 미래 신기술 핵심 분야 ◆ 5G 이동통신 이후 6G 이동통신이 요구하는 초광대역 특성 제공이 가능한 후보 주파수 대역중 하나로 관련 인프라 및 핵심 기술 보유가 미래 이동통신 기술 경쟁력의 근간◆ 전량 수입에 의존하는 밀미미터파 및 중적외선 부품 기술의 한계를 극복할 수 있는 소재 및 핵심 소자 기술 제공이 가능하여 국내 부품 소재 기술 경쟁력 향성 제고◆ 자율자동차 구현의 핵심인 차세대 라이다 기술분야로 개발된 3차원 영상 기술을 채택 활용하면 기존 광기반의 라이다 기술이 갖는 한계를 극복하고 밀리미터파 기반의 레이더가 갖는 한계기술인 분해능을 근본적으로 해결 가능한 차세대 전파 보고◆ 2021 CES에서 발표된 주요 미래 기술중 하나인 코로나 시대 이후의 비대면 휴먼 케어 기술 (요양병원의 환자 모니터링 기술 등 ) 적용이 가능하여 미래 산업 기술 선점이 가능○ 테라헤르츠 비파괴 검사 기술- 광대역 테라헤르츠 고속 주파수 스캔 및 고속 지향 빔 기술 개발을 통하여 테라헤르츠 고속 영상·분광 시스템의 소형화를 달성, 테라헤르츠 분 비파괴 검사 분야에 대한 활용성 제고◆ 테라헤르츠 영상은 플라스틱, 세라믹 등을 잘 투과하는 THz파의 성질로 인하여 기존 비전 검사로 볼 수 없었던 재질들에 대한 투시 이미지를 얻을 수 있어 대상체의 내부 결함 검사에 활용 할 수 있음◆ 또한 광대역 분광 및 FMCW기법을 통해, 막 두께나 물성을 추출하는 것이 가능하여 두께 측정 및 물질 분석이 가능함○ 자율주행 자동차 및 스마트시티를 위한 밀리미터파 3차원 라이다 영상센서로 확장 - 최근 주목받고 있는 Deep learning 기술의 혁신과 관련 응용시장의 요구으로 인하여 기존의 비전센서와 광학기반 라이다 센서의 기술 한계를 극복할 수 있는 3차원 영상센서의 필요성이 크게 부각되고 있어 밀리미터파 3차원 영상 센서로 기술 확장이 가능함 □ 연구개발성과 확산을 위한 추진체계 구축 ○ 최초 개발되는 테라헤르츠 대인 보안 검색시스템의 실용화 성공을 위한 추진체계구축 필요- 최종 보안 검색 시스템의 사업화를 위한 참여 기업의 강점을 최대한 활용하고 단점을 보강하여 관련 시장 진입 및 점유를 위해 연구개발 초기부터 사업화를 위한 조직구성, 투자 및 생산 계획 수립, 시장 점유 계획 수립이 필수- 연구개발 초기부터 ETRI내 공동연구실 개설 및 관련 핵심 기술 개발 추진하여 소형화, 집적화가 가능한 테라헤르츠 핵심 부품의 신뢰성 인증 확보 및 이를 기반으로 하는 생산라인 구축○ 테라헤르츠 기술개발 협의체를 구성하여 실증 인증 과정에 대한 개별 기업의 부담을 경감하고 효율적인 공동 대응 체계 구축- 국내 부품 생산 업체, 시스템 업체 등 테라헤르츠 관련 참여 기업의 협의체를 구성, 시스템 개발 실용화 및 인증 대응에 공동 대응 기반 조성- 테라헤르츠 기술 교육 체계를 수립하여 관련 기업의 전문 인력의 수급이 원활할 수 있도록 체계적 교육 절차 및 방안 수립○ 신발 검색기, 소형 보안 영상 시스템, 소형 분광 시스템 각각을 경쟁력 있는 독자적인 시스템으로 실용화 가능하도록 개발- 통합 시스템이 아니더라도, 개별 시스템의 독자적 완성도를 높여 개별 시스템이 사용 될 수 있는 보안검색, 비파괴 검사 수요에 대응할 수 있는 독립적 시스템화 가능하도록 기술 개발- 관련 시스템 각각의 시장성을 통한 기업의 사업기회 확대
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