나노기술 및 정책 정보

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● 일본 큐슈대학교 선도물질화학연구소 연구그룹이 기계 학습을 활용한 노이즈 필터를 조합한 새로운 전자현미경 계측 방법을 개발, 물체의 내부를 나노미터(nm) 수준의 해상도로 입체적으로 시각화하는 ‘토모그래피’라 불리는 관찰 기술을 기존보다 100배 고속화하는 데 성공

● 본 연구에서 사용된 입체 시각화법은 의료 현장에서 신체 단층면의 이미지를 얻기 위해 활용되고 있는 X선, CT 검사와 동일한 원리에 기반하며, 다양한 각도로 촬영된 시료의 2차원 이미지로부터 수학적 규칙을 이용하여 시료의 입체 이미지를 재구성

● 그러나 나노 크기에서 여러 장의 2차원 이미지를 촬영하는 데는 오랜 시간이 걸리며, 또한 시료가 두꺼워지면 전자선이 투과하기 어려워 해상도가 높은 화상을 얻기 위해서는 주사형투과전자현미경법(STEM)이 필요하게 되는데, STEM의 촬영 속도를 극한까지 높이게 되면 전자선의 위치를 ​​제어하는 ​​장치나 촬영 장치에서 발생하는 노이즈나, 왜곡이 이미지에 복잡하게 반영되기 때문에, STEM에 의한 이미지 촬영이나 입체 이미지화의 고속화에는 어려움이 존재

● 특히, 관찰 대상 시료로부터 유래하는 신호와 노이즈를 구별하는 작업은 사람의 힘으로는 거의 불가능했는데, 연구진은 기계 학습을 도입함으로써, 물체의 내부 정보를 포함한 입체 이미지화에 필요한 전체 이미지를 불과 5초(기존에는 수십 분)안에 획득하는 세계에서 가장 빠른 나노 이미징을 실현

● 본 연구 성과로 인해 미세한 변화를 실시간으로 입체적으로 관찰하는 것이 용이해졌으며, 향후 구조 재료의 변형, 화학 반응 등을 직접 관찰하는 등 연구의 새로운 접근 방식이 될 것으로 기대 

※ 용어설명

- 나노이미징(nanoimaging, ナノイメージング): 투과전자현미경 등을 통해 시료를 나노미터(nm) 크기까지 관찰·분석하는 기술

※ Scientific Reports 게재(2021.10.26.), “Five-second STEM dislocation tomography for 300 nm thick specimen assisted by deep-learning-based noise filtering”