본 연구실은 생체역학 및 생체재료학에 기반한 차세대 의료기기의 개발과 다양한 의료영상과 공학기술을 이용한 골다공증성 골절예측을 연구하고 있다. 생활습관의 변화 및 고령화에 따른 당뇨병의 증가는 당뇨성 족부질환을 증가시키고 있어, 이를 조기에 예측하는 진단기기를 개발하여 특허 및 Start-Up company와 연계시켜 연구하고 있다. 또한 하지의 움직임에 기반한 생체운동역학 및 족부의 연성조직 특성을 이용한 차세대 군화 및 스마트 신발의 개발을 진행하고 있다. 더불어 약제의 효과 및 노령화에 따른 골다공증성 골절 예측을 다양한 의료영상기기(CT, DXA등)와 공학적 모델링을 통해 연구하고 있다.
본 연구실에서는 다양한 질병을 안전하게 조기정밀진단 및 예후 예측 하기위한 의료영상기법 및 머신러닝 알고리즘 개발과 초기임상응용을 연구한다. 주요 연구주제로는 퇴행성뇌질환 조기진단을 위한 brain age prediction, 조영제를 사용하지않는 혈관조영술 개발, 충수염 자동진단을 위한 localization & classification 알고리즘 개발, 고화질 영상 복원 알고리즘 개발 등이 있다. 미국의 Johns Hopkins University, Case Western Reserve University 의 연구팀들과 국제 협력연구를 진행중이며, 서울대병원, 은평 성모 병원등과 임상응용을 공동연구한다.
생명 기작의 기본 매개체인 유전체와 단백질 및 신진대사부산물 등의 분자생물학적 대상에 대해 효과적인 측정과 제어를 하기 위해서는 나노기술 기반의 접근이 필요하다. 본 연구실에서는 나노기술을 활용하여 다양한 질병 진단을 위한 바이오센서 개발에 관한 연구를 중점적으로 수행한다. 자성나노입자를 이용한 자성 바이센서의 개발하여 초정밀/고감도 측정 뿐만 아니라, 현존하는 의료기기로 측정이 어려운 물성치의 측정에 관한 연구를 수행한다. 이외에도 새로운 나노기술을 이용하여 새로운 첨단 의료 장비의 개발에 관한 연구도 진행될 예정이다.
본 연구실에서는 인간과 물리적으로 상호작용할 수 있는 다양한 종류의 로봇기구를 개발하는 다학제간(multidisciplinary) 연구를 수행한다. 특히, 로봇의 물리적 지능(physical intelligence) 을 향상시켜 인간과 로봇이 이루는 전체 시스템의 기능을 확장시키는 것을 목표로 하며, 대표적으로 로봇바늘(robotic needle)을 포함한 차세대 의료로봇기구 설계 및 제작, 효과적인 조작 인터페이스 개발, 그리고 햅틱을 포함한 인간과 로봇과의 다양한 상호작용을 이해하기 위한 연구들을 수행하고 있다.
본 연구실에서는 온실가스를 저감하고 기후변화문제를 해결할 수 있는 신재생에너지 기반의 새로운 에너지시스템을 연구한다. 특히 미래 사회 주요 에너지 중 하나로 사용 될 수소, transition fuel로 간주되는 천연가스, 변동성 강한 재생전력을 저장할 수 있는 에너지 저장장치와 관련된 에너지시스템을 집중적으로 연구한다. 이를 위해 열역학, 열 및 물질전달, 화학반응, 전기화학 등의 지식을 토대로 에너지시스템에 대한 실험 및 시뮬레이션 연구를 수행하고, 전과정분석 및 경제성분석을 통해 에너지시스템의 환경성 및 경제성을 평가한다.
본 연구실에서는 컴퓨터를 활용하여 구조 해석, 열 해석 등을 포함하는 멀티피직스 해석을 수행한다. 그리고 원자 단위 시뮬레이션과 기존의 해석을 결합한 멀티스케일 연구를 통해 나노/마이크로 물질의 구조-물성 사이의 메커니즘을 이해한다. 최종적으로는 인공지능과 자연모사 기법을 통해 최적화를 수행하여 기존의 설계보다 뛰어난 성능을 갖는 시스템을 설계하는 것을 목표로 한다.
인간 질병 치료를 위한 바이오메디컬 플랫폼 개발의 상당 부분은 세포와 주변 생체재료 사이의 최적화된 인터페이스 엔지니어링을 필요로 한다. 본 연구실은 줄기 세포 기반의 치료 기술법 개발이라는 궁극적인 목표를 가지고, 세포-생체 물질 사이의 인터페이스를 이해하고 조절하는 연구를 수행한다. 특히 생체 내 환경을 모방하기 위한 매트릭스의 역학적 엔지니어링, 유전자 스크리닝 분석 등의 융합적 접근을 통해 지금까지 발견하지 못했던 새로운 치료 전략들을 발굴해내고, 인간 질병 문제들을 해결하기 위한 새로운 패러다임을 제시하고자 한다.