애플 카키(Car Key)를 지원하는 BMW 5 시리즈 (출처: 디지털투데이)

 작년 봄 출시되었던 애플의 애플워치 6세대에서는 ‘지문 스캐너’ 기능이 포함되어 애플 팬들에게 편리를 제공해주었다. 더 나아가, 애플이 WWDC 2020(애플 개발자 회의)에서 Ios14를 설명하면서 아이폰과 애플워치를 이용한 디지털 자동차 키인 ‘카키(Car Key)’기능을 발표하기도 했다. 애플 사용자들은 종종 하나 이상의 애플 기기를 사용하곤 하는데, 시계, 스마트폰, 태블릿 및 노트북을 연결 짓는 생태계가 사용자에게 큰 편리함을 선사하기 때문이다. 그러한 편리함은 애플 워치를 사용해 맥북의 잠금을 해제할 수 있는 서비스와 같은 ‘자동 잠금 해제’를 통해 얻어지는 것이다. 최근 애플이 이를 더욱 편리하게 만들 수 있는 기술을 준비중인 것으로 밝혀졌다. 이번 글에서는 “인증된 장치의 사용자 인증 지원”이라는 제목의 특허를 살펴봄으로써 여러 애플 기기를 동시에 잠금해제 할 수 있는 기술에 관해 알아보고자 한다.

인증 장치의 사용자 인증을 위한 시스템 블록도

 이 특허는 사용자가 헤드셋 또는 AR안경을 착용하면 기기가 주변 장치를 감지해 잠금을 해제할 수 있는 방법에 대한 것이다. 위 그림은 인증 장치를 이용한 사용자의 인증 시스템을 설명한다. 사용자(230)가 장착한 인증 장치(222)는 근접 장치(224, 226, 228)를 감지하고 잠금 상태의 근접 장치에 액세스하려는 의도를 전달하기 위한 데이터를 송신한다. 이 인증 데이터를 기반으로 근접 장치는 사용자를 식별해 잠금 해제 여부를 결정하여 사용자가 액세스 할 수 있도록 한다. 이때, 두뇌 장착형 인증 장치(222)는 생체 인식 센서와 같이 사용자의 신원을 확인하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 사용자가 신체 제스쳐를 통해 명령을 내리면 이를 기반으로 사용자의 의도를 파악하게 된다. 예를 들어 고개를 끄덕이는 제스쳐를 액세스 의도로 설정한다면, 사용자는 단순히 장치(222)를 부착하고 고개를 끄덕이는 행위만으로도 인근의 장치들을 잠금 해제 할 수 있는 것이다. 이 특허에서는 음성 명령, 눈 움직임 감지 등의 제스쳐를 포함하여 장치의 잠금 해제를 위한 인증 수행 방법에 많은 예를 설명하고 있다.

인증 장치의 사용자 인증 플로우차트

 위 플로우 차트는 인증 장치(222)의 인증 과정을 보여준다. ①인근의 장치를 탐색하고 ②사용자의 제스쳐를 통해 의도를 확인한 뒤, ③근접 장치(224, 226, 228)와 액세스 여부를 결정하기 위한 데이터를 송수신하는 순서로 기능한다. 여기서 핵심은 ‘근접성’으로 장치와 일정 거리 내에 있어야 잠금 해제를 위한 과정이 시작될 수 있다.

 애플은 이달 12일 해당 특허가 등록 완료되었다고 발표했다. 이를 통해 애플 전문 애널리스트들은 애플에서 올해 최초로 AR기기를 시장에 내놓을 것이라고 유추하고 있다. 현재까지의 잠금 해제 기술은 비밀번호 입력에서 지문 인식으로, 지문인식에서 안면 또는 홍채 인식으로 발전해왔지만, 여러 장치를 동시에 사용하는 경우 각 장치를 개별적으로 잠금해제하는 절차는 여전히 번거로움을 유발하고 있었다. 따라서 이 특허가 다루고 있는 인증 장치가 출시된다면 사용자 경험의 품질이 획기적으로 발전할 수 있으리라 기대해봐도 좋을 것이다.

특허법인ECM

변리사 이은심

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 사람들은 진화생물학적으로 패턴에 대한 인식을 능숙하게 할 수 있지만, 컴퓨터는 아직까지 이미지를 구별해내는 능력이 사람보다 미숙하다. 예를 들어, 사람은 63빌딩, 남산타워 등을 사진만으로 구별할 수 있지만, 컴퓨터는 태그가 없으면 구별하지 못한다. 2009년 구글이 컴퓨터 비전에 관련된 결과를 통해 사람과 컴퓨터와의 차이는 서서히 감소되어 오고 있다. 딥 러닝 기술이 활성화되기 이전임에도 불구하고 2009년도 구글의 이미지 내 랜드마크를 파악하는 기술의 정확도는 80%를 나타냈다. 이 당시 개발된 랜드마크 기술들은 현재 카메라가 탑재된 스마트폰 또는 태블릿 기기 등에서 사진을 촬영하여 검색하는 기능에 활용되고 있다 (그림 1). 본 특허는 2009년도에 구글에 의해 개발된 기술보다 한 단계 높은 디지털 이미지 컬렉션에서 랜드마크들을 식별하는 기술에 관한 내용이다. 

그림 1. 랜드마크 기술로 건축물에 대한 정보 획득

그림 2는 자율적 이미지 주석기 모듈 (127)을 상세하게 도시한 것이다. 자율적 이미지 주석기 모듈 (127)은 3개의 처리 모듈들 (랜드마크 식별기 (201), 어피어런스 모델 생성기 (202) 및 이미지 주석기 (203))을 포함한다. 모듈들 (201, 202 및 203)은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 그 들의 조합으로 구현된다.

랜드마크 식별기 모듈 (201)은 텍스트/이미지 컬렉션들 (107) 및/또는 텍스트/이미지 소스들 (106) 내의 랜드마크들을 식별하기 위한 기능을 포함한다. 또한, 이 모듈 (201)은 n 그램 컬렉션 (108)을 이용하고, 업데이트하면서 텍스트/이미지 소스들 (106) 내의 텍스트를 분석할 수 있다. n 그램 필터 데이터베이스 (109)는 또한 랜드마크 식별기 모듈 (201) 내에서의 처리에서 이용된다. 어피어런스 모델 생성기 (202)는 랜드마크 식별기 모듈 (201)에 의해 식별된 각 랜드마크에 대해 하나 이상의 어피어런스 모델을 생성하기 위한 기능을 포함한다. 어피어런스 모델 생성기 (202)는 텍스트/이미지 컬렉션 (107) 내의 이미지들 및 식별된 랜드마크들을 입력으로서 취하고, 랜드마크들 각각에 대하여 하나 이상의 어피어런스 모델을 생성한다. 생성된 어피어런스 모델들은 어피어런스 모델 데이터베이스 (111)에 기입된다. 이미지 주석기 모듈 (203)은 이미지들 내의 랜드마크들을 자동으로 인식하고, 하나 이상의 대응하는 랜드마크를 식별하는 정보이다. 이 (203)는 그러한 이미지들에 적절하게 주석을 달기 위한 기능성을 포함한다. 이미지 주석기 모듈 (203)은 주석 없는 이미지 데이터베이스 (110)로부터의 이미지들 내에서 랜드마크들을 자동으로 인식하기 위해 어피어런스 모델 데이터베이스 (111)로부터의 어피어런스 모델들을 이용한다. 이를 통해, 이미지들은 각 이미지 내의 인식된 랜드마크들에 따라 하나 이상의 태그를 연관시킴으로써 주석이 달릴 수 있고, 주석이 달린 이미지들은 주석이 달린 이미지 데이터베이스 (112)에 기입될 수 있다.

 그림 2. 자율적 이미지 주석기 모듈

그림 3은 하나 이상의 인기 있는 랜드마크를 포함하는 이미지에 주석을 다는 프로세스 (300)를 보여준다. 프로세스 (300)는 그림 2의 자율적 이미지 주석기 모듈 (127) 내에서 구현된다. 단계 (301)에서 이미지들과 그 이미지들에 관련된 텍스트는 랜드마크들, 특히 인기 있는 랜드마크들을 식별 하기 위해 분석된다. 단계 (301)에서 처리 입력은 프로세스 (300)가 실행되고 있는 하나 이상의 컴퓨터가 액세스할 수 있는 하나 이상의 이미지/텍스트 소스이다. 다음으로 단계 (302)는 하나 이상의 어피어런스 모델이 단계 (301)에서 식별된 랜드마크들에 대해 도출 또는 학습된다. 단계 (303)은 단계 (302) 내에서 획득된 하나 이상의 어피어런스 모델은 이미지들 내에서 대응하는 랜드마크를 검출하기 위해 이용된다. 단계 (304)에서 분석되고 있는 이미지는 단계 (303)에서의 검출에서 이용된 하나 이상의 어피어런스 모델에 대응하는 특정 랜드마크가 그 내부의 모델을 가지고 있는 것으로 결정됨에 따라 주석이 달린다. 

그림 3. 하나 이상의 랜드마크를 포함하는 이미지에 주석을 다는 프로세스

그림 4는 그림 3의 단계 (301)에 수반되는 처리가 더 상세하게 도시되어 있다. 즉, 단계 (301)의 기능은 단계 (401-403)를 포함한다. 단계 (401)에서 랜드마크들을 설명하는 단어들 또는 구문들의 n 그램 집합이 생성되고/거나 기존의 n 그램 집합이 갱신된다. 다음으로, 랜드마크 결정에 대해 유용한 것으로서 예비적으로 고려되는 n 그램들의 집합의 스코어가 정해진다 (단계 (402)). 여기서 n 그램들은 각각의 n 그램에 대한 스코어가 정해지게 하고, 가장 높은 스코어를 갖는 미리 결정된 수의 n 그램만을 유지하는 것을 포함하는 다양한 기준에 따라 필터링된다. 마지막 단계인 (403)에서 이미지들은 n 그램 컬렉션으로부터의 태그들을 할당 받는다. 

그림 4. 랜드마크에 대한 태그를 선택된 텍스트-연관된 이미지들에 할당

구글은 빠른 기간 내에 컴퓨터가 사람을 뛰어넘는 인식기술에 대한 서비스를 제공하고자 기술개발에 박차를 가하고 있다. 다가올 미래에 구글 측은 정확한 사물 인식뿐만 아니라 인간이 파악하기 어려운 정보까지 제공할 수 있는 서비스에 대한 계획을 가지고 있다. 인식기술로 사람이 모르는 정보를 제공할 수 있는 시대가 오면 사람은 스마트 기기만 들고 다니면 원하는 정보를 손쉽게 얻을 수 있게 될 것이다. 이 서비스로 인해 인류의 삶은 더욱 윤택해질 것으로 보인다.

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변리사 김시우

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특허권의 중요성이 부각되면서 많은 기업들이 자신의 발명에 대한 특허권을 확보하고자 노력하고 있습니다. 기업들은 대부분 자신의 발명에 대한 특허를 출원한 후 직접 해당 발명을 실시하고 있습니다.

그러나 특허제도가 활성화 되면서 제품을 제조하거나 판매하지 않고 특허권 또는 지식재산권만을 집중적으로 보유함으로써 로열티(특허권 사용료) 수입으로 이익을 창출하는 특허관리 전문회사들이 발생하기 시작하였는데, 이러한 기업을 이른바 특허괴물(Patent Troll) 이라고 합니다.

특허괴물은 또 다른 말로 “특허 비실시기업(Non-Practicing Entities, NPE)” 또는 “특허주장 기업(Patent Assertion Entities, PAE)” 이라고 불리기도 합니다.

이러한 특허괴물은 개인, 폐업한 회사, 중소기업 등에서 상당한 가치를 지니고 있으나 저평가되는 특허 기술들을 사들이거나 원천기술을 보유한 소규모 기업을 인수·합병하며 특허권을 대량으로 확보한 후 주로 대기업들을 상대로 해당 기술에 대한 로열티를 요구하거나 침해주장을 하여 합의금을 받아내며 막대한 이익을 챙기고 있습니다.

특허괴물에 의한 특허 소송의 증가는 특허 제품의 생산 비용이 증가하고 특허 발명의 불실시로 인해 기술 발전이 저해된다는 부정적인 영향을 불러 일으키고 있습니다.

특허괴물의 가장 강력한 무기는 금지청구권입니다. 이들은 특허권을 침해한 특정기업에 로열티에 대한 협상을 요구한 후, 협상이 이루어지지 않을 경우 금지청구권을 행사하여 기업을 압박하게 됩니다. 금지청구권은 고의∙과실을 묻지 않아 침해자에게 곧바로 금지청구권을 행사할 수 있어 침해기업에게는 압박감을 줄 수 밖에 없습니다.

금지청구권을 행사하게 되면, 침해기업은 이미 제조한 물건이 있다하더라도 폐기처리 해야하며 침해행위에 제공된 설비 제거 및 기타 침해 예방에 대한 필요조치 명령을 받게 되면서 막대한 타격을 입게 됩니다.

최근 기술이 발전하며 하나의 제품에 수십, 수백 여개의 특허가 사용되고 있는 상황 속에서 이러한 특허괴물의 소송에 따른 피해를 입는 기업은 점점 많이 발생하고 있습니다.

특히나 특허권이 가장 강력하게 보호받는다는 미국에서는 미국의 NTP 회사가가 캐나다의 무선단말기 제조업체인 림(RIM)의 ‘블랙베리 폰’에 소송을 제기하여 2006년 6억 1,250만 달러의 합의금을 받아 내기도 하였습니다.

한국 지식재산보호원 자료에 따르면 삼성전자는 삼성디스플레이를 포함해 올해 1월부터 4월까지 미국 지방법원에서 18건의 특허소송이 제기되는 등 국내의 대표 기업인 삼성 역시 NTP의 주요 타깃이 되어 공격받고 있습니다.

특허괴물의 가장 큰 문제는 현재 정당한 특허권 행사를 구분할 수 있는 명확한 기준이 존재하지 않으며, 이들의 전략이 정상적인 기업 활동의 일부라고 볼 수도 있기 때문에 특허괴물의 성장을 방지하는 것이 쉽지 않다는 것입니다.

특허괴물은 발명을 실시하지 않기 때문에 그들과 협상하기란 매우 까다로우며, 기업에 상당한 압박을 가하며 막대한 이익을 챙기고 있습니다. 이러한 특허괴물의 타겟이 되지 않도록 하기 위해서는 발명 기술의 특허권 등록 및 특허 침해 등에 더욱 많은 관심을 기울여야할 것입니다.

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애플의 접이식 iPhone 예상 이미지 (출처: techeblog)

삼성을 비롯한 다수 중국의 스마트폰 업체에서 경쟁적으로 플렉시블 디스플레이를 활용한 접이식 스마트폰을 출시하고 있다. 이쯤에서 소비자들은 왜 여태 애플은 접이식 iPhone을 출시하지 않고 있는지 궁금증을 가질 수 밖에 없다. 과거 애플이 출원한 ‘플렉시블 디스플레이 장치’ 특허에 기술된 내용들이 이미 시장에 많이 나와있는 것을 확인해보면 궁금증이 더욱 커질 수 밖에 없다. 애플이 2016년 출원한 특허를 살펴봄으로써 iPhone에서 더 나아가 iPad 또는 MacBook과 같은 다른 애플의 장치에서도 사용될 수 있는 플렉시블 디스플레이 디자인에 대한 힌트를 얻어보고자 한다. (이 특허는 애플이 2011년처음 출원하고 2016년에 업데이트한 연속적인 내용을 포함)

3바 플렉시블 디스플레이 장치의 구성

위 그림은 3바 연결장치를 사용하는 힌지 및 플렉시블 디스플레이를 갖는 장치의 측면도이다. 내부 구성요소(36)는 디스플레이 드라이버 회로, 배터리, 센서, 마이크, 마이크로 프로세서 등 개별 컴포넌트를 포함한다. 기판(34)은 연성 인쇄 회로 기판(예: 패턴화된 전도성 트레이스를 갖는 폴리이미드) 또는 리지드 플렉스(예: 리지드 부분과 플렉스 회로 테일이 모두 있는 보드) 가 될 수 있다. 힌지(26)는 유연한 재료(예 유연한 폴리머 또는 금속 시트)를 기반으로 단일 샤프트 메커니즘, 2바, 3바 또는 4바 이상의 샤프트를 사용할 수 있다. 힌지는 중앙부재(28)와 상, 하 하우징(12)에 연결되는 샤프트(30, 32)로 구성된다. 접히는 방향에 따라 디스플레이가 내측 또는 외측에 위치하게 되며 거친 표면의 결합부(48)는 주머니와 같은 외부 재료(46)와의 결합을 돕는다.

플렉시블 디스플레이 장치의 활용 예

삼각형 구성의 플렉시블 디스플레이는 2인용 게임에 활용되거나 멀티태스킹에 활용될 수 있다. 동일한 아이디어는 삼성전자의 제품에 이미 반영되어 있다.

4바 플렉시블 디스플레이 장치의 구성 및 더블 폴딩 장치

위 그림은 4바 연결장치에 기초한 힌지를 나타낸다. 3바 연결장치와 마찬가지로 힌지는 샤프트(88, 90, 92)와 중앙부재(28A, 28B)로 연결되어 있으며 동일한 방식으로 더욱 복잡한 힌지를 유추해 볼 수 있다. 또한, 이 특허에서는 2개의 힌지를 사용하는 더블 폴딩 구조의 장치도 포함하고 있다.

힌지가 아닌 결합구조를 갖는 장치

힌지 메커니즘을 사용하는 대신 다른 형태의 결합구조(129, 131)를 사용할 수도 있다. 애플은 자석 구조, 후크앤 루프 패스너, 후크 및 노치 구조를 제시하고 있다.

시장조사업체 스톤파트너스는 2021년 플렉시블 스마트폰 출하량을 3억 1500만대로 예상했다. 전 해 추정치보다 52% 많은 수준이다. 아직 플렉시블 스마트폰을 내놓지 않은 애플이 절반의 점유율을 가져갈 것이라는 전망도 나오고 있다. 그만큼 애플이 향후 시장에 내놓을 플렉시블 스마트폰에 대한 기대가 뜨겁다. 애플의 ‘플렉시블 디스플레이 장치’ 특허를 살펴봄으로써 애플이 출시하게 될 신제품에 대해 상상해보는 것도 좋을 듯 하다.

특허법인ECM

변리사 이은심

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비알코올성 지방간질환(Nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)은 대사 증후군이 간 대사에 미치는 영향으로 인해 세계적으로 가장 흔한 간 질환 중 하나이다. NAFLD를 비롯한 비만 및 그 관련 질환의 발생률은 전 세계 모든 연령층에서 급격히 증가하였다.

인간의 장내 미생물은 약 1-2 kg의 총 질량을 가진 다양한 박테리아로 구성된 복잡한 생태계이다. 장내 미생물은 숙주와 긴밀한 관계를 유지하며 비타민 생산, 점막 면역계 및 박테리아 전위 (bacterial translocation)에 중요한 역할을 한다. 장은 간문맥을 통하여 간과 직접 연결되어 있으며, 간은 중요한 식이 영양소와 미생물-관련 구성 요소로 구성된 장 생산물 (gut products)의 주요 대사기관으로 장-간축 (gut-liver axis)이라는 용어로도 불리고 있어, 장내 미생물의 교란은 NAFLD를 포함한 간 질환으로 이어질 수 있다.

NAFLD에 대한 기존 치료법은 낮은 순응도, 효능 부족 또는 식이 요법 및 생활 습관의 변화로 인해 종종 비효율적이다. 이론적으로는, 프로바이오틱스의 투여를 통한 장내 미생물의 조절이 효과적 일 수 있다. Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis 는 장염, 염증 및 대사성 질환을 비롯한 다양한 질병을 개선할 수 있다.

종근당바이오(이하, 종근당)의 본 발명은 비알코올성 지방간을 예방 또는 치료하기 위한 유산균에 관한 것이다.

종근당은 발명에서 락토바실러스 델브루키 subsp. 락티스 CKDB001 균주를 분리 및 동정하고, 동 균주 및 비피도박테리움과의 복합 조성물이 비알코올성 지방간증의 발생 및 염증의 발생을 현저하게 감소시킴을 규명하였다.

각 단일 균주 및 복합 균주의 비알코올성 지방간에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 6주령의 C57BL/6 마우스를 이용하여 단일 균주 및 복합 균주에 대한 실험군을 디자인하고 실험을 수행하였다.

신규 동정 균주인 락토바실러스 락티스 CKDB001 균주(CKDB001로 표기) 단독 투여시의 효과를 확인하기 위하여는, 아래와 같이 일반식이(ND), 서양식이(HFD), 서양식이 및 단일 유산균 투여군(HFD+LGG,HFD+CKDB001)으로 나누어 실험을 수행하였다(그림1).

또한, 본 발명의 락토바실러스 락티스 CKDB001 균주(LL로 표기)를 포함하는 복합 균주의 효과를 확인하기 위하여, 아래와 같이 일반식이, 일반식이(ND), 서양식이(HFD), 서양식이 및 단일 유산균 투여군(LGG, LL, BLO, BBR), 서양식이 및 복합 유산균 투여군(LL+BLO, LL+BBR)으로 나누어 실험을 하였다(그림2)

[그림1] 락토바실러스 락티스 CKDB001 균주(CKDB001로 표기) 단독 투여 효과 실험설계

[그림2] 락토바실러스 락티스 CKDB001 균주(LL로 표기) 복합균주 투여 효과 실험설계

실험 종료 후 각 군별로 마우스의 체중 및 간의 무게를 측정하여 간/체중 비율(LB ratio)을 분석하였다. 그 결과 모든 단일 균주 투여군에서 서양식이군에 비하여 LB ratio의 개선이 관찰되었고, 본 발명의 CKDB001 균주 보다 LGG 균주 투여군의 LB ratio가 더 개선되었으나, 본 발명의 CKDB001 균주 투여군도 일반식이 투여군 이하로 LB ratio가 개선되었다(그림3).

[그림3] 단독 투여군에서 간/체중 비율(LB ratio)

또한, 모든 단일균주 및 복합균주 투여군에서 서양식이군에 비하여 LB ratio의 개선이 관찰되었다. 특히, 복합 균주 투여군 중 본 발명의 락토바실러스 락티스 CKDB001 균주를 포함하는 LL+BLO 군과 LL+BBR군에서 유의한 LB ratio의 개선이 관찰되었다(그림4).

[그림4] 복합균주 투여군에서 간/체중 비율(LB ratio)

단독 균주 CKDB001 투여군에서는 대조군 유산균주인 LGG투여군보다 간 지방증이 감소하였다. 또한, 도모든 단독 균주 투여군(LGG, LL, BLO, BBR)에서 서양식이군에 비해 간 지방증 스코어가 유의적으로 감소하였고, 복합 균주 투여군 중 특히 LL+BBR 복합 균주 투여군에서 간 지방증 스코어가 유의적으로 감소하였다.

따라서, LL 균주(CKDB001)는 타 균주보다 지방증의 개선효과가 우수하며, 비피도박테리움 속 균주와 병용시, 특히 BBR 균주와 복합 투여시 지방증의 개선 효과가 매우 우수함을 확인하였다(그림5).

[그림5] 단일 균주(위) 또는 복합 균주(아래) 투여한 후 조직병리학적 검사(지방 침윤정도)

단독 균주 투여군(HFD+LGG, HFD+CKDB001)에서는 지방간 염증 스코어가 정상식이(ND)와 유사한 정도로 감소하였다. 또한, 모든 단독 균주 투여군(LGG, LL, BLO, BBR)에서 서양식이군에 비해지방간 염증 스코어가 유의적으로 감소하였고, 특히 본 발명의 LL 균주는 비피도박테리움 균속 균주와의 복합 투여한 군(LL+BLO, LL+BBR)에서 LL 단독 투여군에 비하여 지방간 염증 스코어 감소에 대해 시너지 효과가 있음을 확인하였다(그림6).

[그림6] 단일 균주(위) 또는 복합 균주(아래) 투여한 후 조직병리학적 검사(염증정도)

비알코올성 지방간염 환자가 계속해서 증가하는 추세지만 아직까지 마땅한 치료제는 없다. 치료제의 세계 시장 규모는 약 60조 원으로 추정된다. 종근당의 본 발명에 따른 미생물 제제는 고지방 식이로 유발되는 지방간증 및 이로 인한 염증을 개선할 수 있어, 프로바이로틱스를 이용한 비알코올성 지방간증 및 지방간염의 개선, 예방 및 이를 이용한 치료제 개발 등으로 활용 가능할 것으로 판단된다.

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변리사 최자영

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참조

의약신문, 유나이티드제약, 미개척 치료제 NASH 임상 2상 진입, 2021년 1월 5일

최근 전기 자동차 등에서 고출력이 요구됨에 따라, 이에 탑재되는 배터리팩에는 복수의 배터리 모듈이 포함되고, 각 배터리 모듈에는 서로 직렬 연결된 복수의 배터리 셀이 포함되는 것이 일반적이다. 그런데, 배터리 셀들은 완벽하게 같은 특성을 가질 수는 없으므로, 배터리팩의 충·방전이 반복될수록 배터리 셀 간의 충전 상태에 불균형이 발생할 수밖에 없다. 이러한 불균형을 억제하지 않고 계속 배터리팩의 충·방전을 반복할 경우, 배터리팩의 가용 용량이 감소할 뿐만 아니라, 이에 포함된 배터리 셀들의 퇴화가 가속화된다. 

도 1 충전 중인 배터리 셀들

LG화학에서는 본 발명을 통하여 배터리 셀 중에서 상대적으로 높은 충전 상태를 가지는 것을 강제적으로 방전시킴으로써 배터리 셀들 사이의 충전 상태를 균일화하는 밸런싱을 수행하되, 배터리 셀의 개수보다 적은 개수의 저항 소자를 이용하여 배터리팩의 전체 사이즈를 줄이고 밸런싱 수행 간 발생하는 열을 줄이고자 하였다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 배터리팩(10)은 배터리 모듈(20) 및 장치(100)로 구성된다. 배터리 모듈(20)은, 서로 직렬 접속된 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)로 구성된다. 장치(100)는 모니터링부(110), 밸런싱부(BU) 및 제어부(130)로 구성되어 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 간의 충전 상태를 밸런싱하도록 구성된다. 모니터링부(110)는, 각 배터리 셀(Cell1~Celln)에 연결되어 전압 및 온도를 소정 주기마다 검출하고 제어부(130)에 전송한다. 밸런싱부(BU)는, 공용 저항 소자(R1) 및 스위칭 모듈(SM)로 구성된다. 공용 저항 소자(R1)는, 제1 공통 노드(N1) 및 제2 공통 노드(N2)의 사이에 연결된다. 스위칭 모듈(SM)은, 제1 스위칭 회로(SC1) 및 제2 스위칭 회로(SC2)로 구성된다. 제1 스위칭 회로(SC1)에는 양극 스위칭 소자(PS1~PSn)가, 제2 스위칭 회로(SC2)에는 음극 스위칭 소자(NS1~NSn)가 연결된다.

제어부(130)는 모니터링부(110)로부터 검출한 전압을 확인하여 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 결정할 수 있다. 그 중 최대 충전 상태를 가지는 배터리 셀을 밸런싱 대상으로 지정한다. 또한, 공용 저항 소자(R1) 저항 값 및 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 전압에 기초하여 밸런싱 대상에 동시에 포함 가능한 배터리 셀의 최대 개수를 결정할 수 있다. 그 후, 제어부(130)는, 밸런싱 대상이 공용 저항 소자(R1)에 병렬 연결되도록 스위칭 모듈(SM)을 제어하여 밸런싱을 수행한다.

도 2 실시예에 따른 배터리 팩의 구성

도 3은 도 2에 도시된 복수의 배터리 셀의 전압을 측정한 결과를 예시적으로 보여주는 제1 테이블이고, 도 4는 도 3의 제1 테이블에 기초한 밸런싱 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 도 3을 참조하면, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 두 배터리 셀(Cell1, Cellk+1)의 전압은 최소 전압 3.2V보다 높고, 나머지 배터리 셀(Cell2~ Cellk, Cellk+2~Celln)의 전압은 3.2V로 동일하다. 제어부(130)은 가장 전압이 높은 배터리 셀(Cellk+1)을 밸런싱 대상으로 선정하고, 회로를 구성하기 위해 양극 스위칭 소자(PSk+1)와 음극 스위칭 소자(NSk+1)만을 턴 온시킨다. 이에 따라 밸런싱 대상, 양극 스위칭 소자(PSk+1), 공용 저항 소자(R1) 및 음극 스위칭 소자(NSk+1)로 이루어진 폐회로가 형성되고, 폐회로를 통해 방전 전류가 흐름으로써, 밸런싱 대상 (Cellk+1)이 방전될 수 있다. 

도 3 예시 배터리 전압을 나타내는 제1 테이블

도 4 제1 테이블에 기초한 밸런싱 동작

 도 5는 도 2에 도시된 복수의 배터리 셀의 전압을 측정한 결과를 예시적으로 보여주는 제2 테이블이고, 도 6은 도 5의 제2 테이블에 기초한 밸런싱 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 마찬가지로 두 배터리 셀(Cellk, Cellk+1)의 전압은 최소 전압 3.2V보다 높아 밸런싱 대상으로 선정된다. 이때, 제어부(130)는 양극 스위칭 소자(PSk), 음극 스위칭 소자(NSk+1)만을 턴 온시켜 두 배터리 셀(Cellk, Cellk+1)의 폐회로를 구성, 밸런싱을 수행한다. 따라서 해당 스위칭 소자를 통해 공용 저항 소자(R1) 한 개만으로 두 배터리 셀(Cellk, Cellk+1)의 밸런싱 수행이 가능해진다. 

도 5 예시 배터리 전압을 나타내는 제2 테이블

도 6 제2 테이블에 기초한 밸런싱 동작

전기 자동차의 발전과 더불어 배터리 업계의 신규 사업자들이 등장하면서 배터리 제조업체 간 경쟁 압력이 거세지고 있다. 따라서 배터리 신소재의 개발 및 배터리 팩 설계의 최적화를 통해 배터리 시장에서의 경쟁력 확보가 필요하다.

특허법인ECM

변리사 김시우

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탄소 나노튜브(Carbon nanotube, CNT)는 탄소로 이루어진 탄소 동소체(allotrope) 로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 나노미터(nm=10 억분의1 미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질이다. 탄소나노튜브 복합체는 전도성 재료, 고강도 경량특성의 구조재료, 다기능 복합재료 등의 응용에 있어서 그 활용도가 높아지고 있으며, 탄소나노튜브 분야에서는 탄소나노튜브 제조 방법, 개질방법, 탄소나노튜브 복합체의 다양한 특성 및 응용 분야에 대한 연구가 활발하다.

촉매를 이용한 탄소나노튜브의 합성은 탄소나노튜브의 직경, 길이, 밀도, 구조, 결정성 등을 제어하기가 쉽고, 고순도의 제품을 대량 생산할 수 있는 장점이 있어 주목을 받고 있다. 그러나, 촉매방법에 의해 합성된 CNT는 여러 가지 불순물로 인해 탄소나노튜브가 절단되어 길이가 짧아지거나 표면이 산화되어, 전기적, 기계적 특성이 저하되는 문제가 있다.

종래 기술로서 금속 불순물 제거에 할로겐 가스, 산소 가스 등을 처리하는 것이 알려져 있다. 그러나 할로겐 가스를 이용한 산화 공정은 탄소나노튜브 정제 효과는 우수하지만 처리시간이 길고 독성 가스로 공정 안정성, 가스 처리시 불순물 문제 및 부산물 처리 문제가 있다. 또한, 금속 불순물 중에서 Fe가 가장 제거하기 힘든 금속 불순물로 알려져 있는데, Fe를 10 ppm 이하로 제거하는 종래 기술의 경우, 탄소나노튜브의 분산성은 악화되어 배터리 등의 응용 분야에서 전기전도성에 악영향을 미칠 수 있다.

이에 SK종합화학은 할로겐 함유 가스나, 고온 고 진공인 극한 조건을 사용하지 않으면서도 금속 촉매 또는 금속 산화물 제거 효과가 높은, 탄소나노튜브 정제 방법을 발명하였다.

SK종합화학의 CNT 정제 공정은, 금속 불순물을 제거하기 위해 금속이 기체로 기화되게 처리한 후, 기화된 금속 불순물을 제거한다.

고온로와 진공펌프로 구성된 진공 가열 유닛(vacuum heating unit)에 원료 탄소나노튜브를 로딩하여 질소를 흘려주면서 고온 저진공 처리한 후 초고순도 탄소나노튜브를 얻는다. 제거된 불순물은 필터와 scrubber를 통해 포집된다(그림1).

본 발명에 따른 CNT 정제 공정은 구체적으로 (1) 탄소나노튜브를 반응기에서 처리온도는 1600 ℃ - 1800 ℃이며, 반응압은 0.1 Torr - 1 Torr의 저진공 조건으로, 비활성 기체를 처리하는 단계, 및(2) 초고순도 탄소나노튜브를 얻는 단계를 포함하며, 상기 초고순도 탄소나노튜브는 잔존하는 금속 중 각각의 금속이 50ppm 이하로 존재하는 것을 특징으로 한다.

[그림1] CNT 정제 공정

본 발명의 실시예1에서 23 g의 탄소나노튜브(순도 80-85%)를 1800 ℃, 0.5-1 torr, 질소 2 L/min 에서 120분 처리하여 탄소나노튜브를 정제하고, 잔존금속 함량 및 금속 제거율을 분석하였다. 비교예1은 질소로 무처리한 것을 제외하고 실시예1과 동일하게 정제하였다, 비교예2 및 비교예3은 반응압을 2 torr 및 3 torr 로 처리한 것을 제외하고 실시예1과 동일하게 정제하였다,

Al2O3나 Mg은 질소 가스 처리 또는 무처리 모두 완전히 제거되었으나, Fe나 Co는 질소 무처리의 경우, 질소 처리만큼 효과적으로 제거되지 않았다. 또한, 반응압의 경우 1 torr를 초과하는 비교예 2 및 비교예 3에서는 순도가 각각 99.7% 및 99.6%로 1 torr 이하 보다 불순물 제거 효과가 낮았다. 특히 반응압이 높은 경우, Al2O3나 Fe가 완전히 제거되지 않고 잔존하는 것으로 나타났다(표 1).

[표 1] 잔존 금속 함량 및 금속 제거율 비교

처리 온도별 탄소나노튜브 순도는 온도가 높아짐에 따라 순도가 높아지나, 1300 ℃ 내지 1400℃ 에서는 급격히 순도가 높아지다가 1600 ℃ 이후에는 순도가 완만히 높아짐을 확인할 수 있었다(그림2).

[그림2] 처리 온도별 탄소나노튜브 순도 분석

또한, 처리 온도별 탄소나노튜브에 잔존하는 금속 불순물 함량은 1400 ℃ 까지는 급격히 감소하였다. Al2O3의 경우 Fe, Co, 및 Mg에 비해 좀 더 높은 온도인 1600 ℃에서 거의 완전히 제거되었다(그림3).

[그림3] 처리 온도별 탄소나노튜브에 잔존하는 금속 불순물 함량 분석

처리 온도에 따른 탄소나노튜브의 전기저항 및 분산성을 확인하고자 1600℃, 1700℃, 1800℃ 및 2500℃ 각각 처리된 탄소나노튜브의 전기 저항값을 분석하였다. 전기 저항이 1.0 X 102-5.0 X 102Ω/sq 범위이면, 분산도가 양호한 것으로 판단하였다

1600 ℃ 및 1700 ℃에서 각각 처리한 탄소나노튜브는 전기저항이 비슷하고 분산성이 좋지만, 2500℃에서 처리한 탄소나노튜브는 전기 저항이 급격히 높아져 분산이 잘 되지 않았다(그림4).

[그림4] 처리 온도에 따른 탄소나노튜브의 전기저항 분석

금속 불순물을 기화시켜 제거하는 방법은 종래의 경우, 할로겐 가스를 사용하여 금속을 산화시킨 후 기화하는 방법과 고온 고진공으로 기화시키는 고온 어닐링법을 사용하였다. 할로겐 가스는 통상 900~1400℃ 조건에서 사용하였다. 그러나, 할로겐 가스를 사용하는 경우 조업 안전성 문제가 있고 제조비용이 비싸며, 처리시간이 긴 단점이 있다. 고온 고진공으로 기화시키는 고온어닐링법은 극한 처리조건이기 때문에 제조비용이 비싸다.

SK종합화학의 정제방법은 할로겐 가스 및 극한조건을 사용하지 않고서도 금속 불순물을 효과적으로 제거할 수 있으며, Fe 불순물을 수 ppm 단위로 경제적으로 제거하면서도 탄소나노튜브의 분산성을 확보할 수 있다. 따라서 금속 불순물 제거 및 분산도가 중요한 배터리 전극재 소재 용 탄소나노튜브 생산 비용을 저감시키는데 본 기술이 유용할 것으로 판단된다.

특허법인 ECM

변리사 최자영

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폐 플라스틱 등에 따른 환경오염 문제가 사회문제로 대두됨에 따라, 식품 포장재 및 용기, 전자제품 케이스 등 일반 플라스틱(석유계 수지)이 사용되었던 제품 분야까지 적용 범위를 확대하고자 노력하고 있다. 그러나, 대표적인 생분해성 플라스틱인 폴리락트산 수지는 기존의 석유계 수지와 비교하여, 내충격성 및 내열성이 떨어져 적용 범위에 제한이 있다. 또한, 신율 특성이 나빠 쉽게 깨지는 특성을 보여 범용 수지로서 한계가 있는 상황이다. 

도 1 생분해성 플라스틱

따라서 엘지화학에서는 본 발명을 통해 친환경성 및 생분해성을 유지하면서도 인장강도 및 신율 특성 등의 기계적 특성이 우수한 락트산계 블록 공중합체를 만들었다. 블록 공중합체의 화학식1은 다음과 같다. 

 화학식 1

X1 및 X2는 각각 독립적으로 에스터 결합, 아마이드 결합, 우레탄 결합, 유레아 결합 또는 카보네이트 결합이고, L은 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬렌; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌; 또는 치환 또는 비치환된 O, N, Si 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상을 포함하는 C2-60 헤테로아릴렌이고 n 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다. 실시예에 따른 블록 공중합체는 화학식 2로 표시되는 락트산이 중합된 반복 단위인 제1 블록을 포함하고, 또한, 하기 화학식 3으로 표시되는 3-하이드록시프로피온산(3HP)이 중합된 반복단위의 제2 블록을 포함한다. 

화학식 2 / 화학식 3

실시예의 블록 공중합체는 다음과 같은 방식으로 합성되었다. 500 mL의 둥근 플라스크에 폴리락트산 11g (PLA, 몰수: 0.055mmol, MW: 200,000g/mol), 폴리3-하이드록시프로피온산 2.75g (P3HP 몰수: 0.028mmol, MW: 100,000g/mol), 톨루엔 50ml를 넣고, 180℃에서 1시간 동안 교반하였다. 이후, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate; HDI, 몰수: 0.110mmol, MW: 168.2g/mol)을 넣고 180℃에서 30분 동안 반응시켰다. 이후, 반응물을 클로로폼에 용해시킨 후 메탄올로 추출하여 하기 화학식 4로 표시되는 블록 공중합체를 회수하였다. 

화학식 4

합성된 블록 공중합체의 존재를 확인하기 위해 실시한 핵자기공명(NMR; Nuclear Magnetic Resonance) 분석 결과는 도 2와 같다. 도 2(a) 및 (b)는 각각 용매인 HDI 및 실시예의 블록 공중합체를 NMR로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2에 따르면, HDI의 NMR 피크들이 왼쪽으로 Shift하였다. 또한, 실시예의 블록 공중합체의 NMR 결과 그래프에 따르면, 대략 3.1ppm에 N-H bond에 해당하는 피크가 형성 되어, PLA 블록과 P3HP 블록은 우레탄 결합으로 연결되어 있다는 것을 확인했다.

도 2 HDI 및 실시예의 블록 공중합체 NMR 분석 결과

합성한 블록 공중합체의 내열성을 확인하기 위해 실시한 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 분석 결과는 도 3과 같다. 해당 분석 장비에서 각각 PLA, P3HP, 및 실시예의 블록 공중합체 각각을 질소 분위기 하에서 25℃에서 250℃까지 분당 10℃의 속도로 승온하고, 다시 250℃에서 -50℃까지 분당 -10℃의 속도로 냉각시키고, 다시 -50℃에서 250℃까지 분당 10℃의 속도로 승온시켜 흡열 커브를 얻는 방식으로 수행하였다. 분석 결과 그래프에서 추출한 유리 전이 온도(Tg), 용융 온도(Tm)및 용융 엔탈피(ΔHmelt)를 구하고, 하기 표 1에 나타내었다. 표 1에 따르면, 실시예 1의 공중합체는 PLA 및 P3HP의 용융 온도가 모두 나타남을 확인하였다. 랜덤 공중합체는 결정성이 나타나지 않아 용융 온도 또한 나타나지 않는 반면, 블록 공중합체는 각각 블록의 용융 온도가 나타나는 특징이 있으므로 특유의 결정 특성 등이 확인될 수 있다. 이러한 특유의 결정 특성을 갖는 실시예의 블록 공중합체는 우수한 내열성, 신율 특성, 내충격성 및 인장강도 등을 나타낼 수 있다. 

도 3 PLA, P3HP, 및 실시예의 블록 공중합체 DSC 분석 결과 

표 1 PLA, P3HP, 및 실시예의 블록 공중합체 DSC 분석 결과

기술 개발 및 소비에 따른 환경오염은 소비자들뿐만 아니라 정부, 글로벌 기관 투자자들까지 환경 보존에 관심을 가지게 하였으며, 기업에 있어 ESG (Environment·Social·Governance, 환경·사회·지배구조) 경영을 피할 수 없는 메가 트랜드로 따르도록 하였다. 특히 LG 그룹도 LG화학을 중심으로 ESG 경영의 기틀을 적극적으로 마련하며 탄소중립 성장에 대한 포부를 밝히며 2050년 탄소 배출량을 2019년 수준으로 억제하겠다고 선언하였다. 따라서 해당 생분해성 플라스틱과 같은 친환경 신소재 개발은 앞으로도 LG화학의 전략 기술로써 활발하게 진행될 것이다.

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변리사 김시우

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간은 체외에서 들어온 물질 및 체내의 물질대사에서 중추적인 역할을 담당하며 지속적으로 효소반응 및 에너지 대사가 일어나는 생체기관이다. 현재 국내의 만성적 질병 중에서 간염, 간경화 및 간암이 차지하는 비중은 순환기계 질환과 함께 가장 높은 것으로 나타나고 있으며, 질병으로 인한 사망원인의 큰 비중을 차지하는 실정이다.

특히, 간 섬유화는 간염 등 만성 간질환에 수반되는 생체 적응반응의 일부로서 손상된 간 조직이 정상적인 간세포로 복구되는 것이 아니라 콜라겐과 같은 섬유조직으로 변형되는 상태를 칭한다. 간 섬유화는 조직손상의 복구과정에서 발생하는 생체적응 반응이지만 생체 내 물질의 대사 및 담즙분비 등 간의 고유기능을 전혀 수행할 수 없는 섬유조직으로 간이 대체된다는 점에서 간 기능의 저하가 필연적으로 나타난다. 간섬유화 현상이 지속적으로 반복될 때에는 간경화로 발전되어 사망에까지 이르게 한다는 점에서 적절한 치료제의 개발은 의약품 개발의 중요한 과제로 수행되어 왔다. 그러나 현재까지는 간 섬유화의 기전 자체가 명확하게 밝혀져 있지 않으므로 적당한 치료약물이 개발되지 않은 실정이다.

M1/M2 형질 전환은 섬유화 신호에 영향을 미친다고 밝혀진 바 있다. M1 대식세포의 염증진행 악화는 섬유화를 악화시킨다고 보고되었으며, M2 대식세포는 arginase-1 발현을 통하여 Th2 염증반응과 신장 유화를 억제한다는 보고가 있다. 따라서, M1/M2 형질 전환을 적절하게 조절하는 약물을 간 섬유화 및 간 경화의 예방 및 치료목적으로 사용하는 것이 가능할 수 있다.

한국유나이티드제약의 본 발명은 금(gold) 제제를 유효성분으로 포함하는 간 섬유화 또는 간 경화의 예방 또는 치료용 약학적 조성물에 관할 것이다(그림1).

[그림1] 다양한 금 제제의 구조식

한국유나이티드제약은 M2 형질 전환을 적절하게 조절하는 약물 개발에 대하여 연구 노력한 결과, 금(gold) 제제가 대식세포의 M2로의 형질전환과 TREM-2(Triggering receptor expressed on myeloid cells 2)라는 수용체 발현 증가를 일으켜서 간 섬유화를 억제함을 확인하였다.

본 발명의 실시예에서 인간 간 섬유화 환자 및 사염화탄소 유도 간 섬유화 마우스에서 분리한 간 조직에서 대식세포 M2 표지인자인 TREM-2의 발현의 증감여부를 확인하였다. 분석결과, 인간 간 섬유화 환자 및 사염화탄소 유도 간 섬유화 마우스에서 분리한 간 조직에서 M2 표지인자인 TREM-2의 발현이 현저히 증가함을 확인할 수 있었다(그림2).

[그림2] 간 섬유화 조직에서 TREM-2의 발현 증감 확인

다음으로 TREM-2의 간 섬유화 억제 효과를 확인하였다. TREM-2 과발현을 시킨 대식세포에서 얻은 배지를 처리 시, α-SMA 및 collagen-1a1 발현이 억제됨을 확인할 수 있었다. 상기 결과로부터, M2 표지인자인 TREM-2 수용체가 간 섬유화를 효과적으로 억제함을 알 수 있었다(그림3).

 [그림3] TREM-2의 간 섬유화 억제 분석

금(gold) 제제 처리에 의한 대식세포 M2 항섬유화인자인 TREM-2 발현 변화를 분석한 결과, 오라노핀(auranofin) 처리 시, iNOS 발현이 억제되고, TREM-2 발현이 증가됨을 확인할 수 있었다. 상기 결과로부터, 금(gold)제제, 특히 오라노핀(auranofin)은 M1형 대식세포로의 형질전환을 억제함과 동시에, M2형 대식세포로의 형질전환을 촉진시킨다는 것을 알 수 있었다(그림4).

[그림4] 금(gold) 제제 처리에 의한 TREM-2 발현 변화

금(gold)제제 투여에 의한 간 섬유화의 억제 효과를 분서간 결과, 오라노핀(auranofin) 처리 시, 성상세포 활성화 지표인 α-SMA와 Collagen 1a1의 발현을 뚜렷이 낮추며, 실제 간섬유화 수치도 10 mg/kg에서 유의성 있게 저하시킴을 확인할 수 있었다(그림5).

[그림5] 금(gold)제제 투여에 의한 간 섬유화의 억제

한국유나이티드제약은 지난 2016년 오라노핀 등 금제제 유효성분의 간섬유화, 간경화 예방 및 치료 용도에 관한 국내 특허를 서울대학교 산학협력단으로부터 기술이전 받았다. 이를 기초로 미국(등록번호 10,639,320), 일본(등록번호 6636504) 특허를 등록했으며 베트남, 중국에도 특허를 출원하였으며, 2021년 7월 15일 필라핀에서 특허 등록 결정 받았다고 밝혔다.

한국유나이티드제약은 '오라노핀'이 간을 구성하는 대식세포뿐 아니라 간세포와 성상세포에 모두 작용하는 다세포 표적 약물임을 규명하였으며, 최근 비알코올성 지방간염(NASH) 치료 후보물질 '오라노핀'(프로젝트명 'UN03')의 임상2상 시험에 수행하고 있다.

비알코올성 지방간염 환자가 계속해서 증가하는 추세지만 아직까지 마땅한 치료제는 없다. 치료제의 세계 시장 규모는 약 60조 원으로 추정된다. 한국유나이티트 제약의 오라노핀이 간 섬유화로 안해 유발되는 다양한 간 질환의 새로운 치료 옵션이 될 것을 기대한다.

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변리사 최자영

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참조

바이오타임즈, 유나이티드제약, 간 치료물질 ‘오라노핀’ 필리핀 특허 획득, 2021년 7월 16일

메디타임, 유나이티드제약, 비알콜성 지방간염 치료제 2상 돌입, 2021년 월 4일

헬스코리아, 유나이티드제약, NASH 치료 신약 '오라노핀' 임상2상 진입, 2021년 1월 4일

자동차의 완전 자율 주행이 발전됨에 따라 차량에 탑재된 컴퓨터들의 차량 안전 및 신뢰성 향상에 대한 활용이 높아지지만, 컴퓨터의 갑작스러운 에러에 발생할 수 있는 위험 또한 증가하게 된다. 따라서 차량의 컴퓨터로 가능한 보조되는 특징들이 차량을 동작시키는 것의 위험을 증가시키지 않도록 안전장치들이 마련되는 것이 중요하다. 

도 1 테슬라 자율 주행 자동차

테슬라에서는 본 발명을 통하여 뉴럴 네트워크로 프로세서로 운영되는 차량의 자율 동작에 있어서 프로레서 오류를 검출 및 처리할 수 있다. 해당 방식은 에러 검출기에서 뉴럴 네트워크 프로세서의 에러를 검출하고 리포트를 발신하는 단계, 검출기에서 발신한 리포트룰 수신하여 뉴럴 네트워크의 미처리 결과가 손상됨을 신호하는 단계로 구성된다.

도 2는 뉴럴 네트워크를 처리하기 위한 시스템(200)을 도식한 그림이다. 뉴럴 네트워크 프로세서들(210)은 차량에 장착된 센서들로부터 실시간 이미지 데이터를 입력받아 입력 데이터를 분류하고, 입력 데이터에 기초하여 차량의 행동을 결정하고, 입력 데이터를 클러스터링 하는 것 등의 역할을 수행한다. 해당 뉴럴 네트워크 프로세서들(210)은 일련의 컨벌루션 레이어, 밀집 연결 레이어, 반복레이어, 활성 레이어 등의 일련의 레이어들로 구성되며 해당 레이어들의 구조를 명시하는 모델 정의 파일, 각 레이어들의 훈련된 가중치 및 바이어스를 포함한 파라미터 파일로 정의된다. 뉴럴 네트워크 프로세서들(210)에 내장된 외부 인터페이스(220)는 프로세서 간, 메모리 리소스(230)와의 데이터 송신 및 수신을 가능케한다. 이를 통해 각 프로세서들의 모델 정의 파일, 파라미터 파일을 메모리(230)로부터 읽어내고, 뉴럴 네트워크 출력 결과를 메모리(230)에 기록할 수 있다. 계산 엔진(240)은 단일 명령 다중 데이터 프로세서, 벡터 프로세서 등으로 구성되어 주어진 입력 데이터 세트에 대한 뉴럴 네트워크의 결과를 계산하기 위한 명령어들을 실행한다.

뉴럴 네트워크가 동작되는 동안 뉴럴 네트워크 프로세서(210) 및 그 구성 모듈들은 뉴럴 네트워크 프로세서(210)의 기능에 지장을 줄 수 있고 뉴럴 네트워크 프로세서(210)의 결과에 손상이나 오염 등을 야기할 수 있는 에러들을 직면할 수 있다. 따라서, 각 구성 모듈에 에러 검출기(251-257)를 장착하여 검출된 에러에 대한 적절한 개선조치가 취해질 수 있도록 에러를 검출 및 리포트한다. 감지된 각 프로레서의 현재 상태 및 에러 정보는 뉴럴 네트워크 컨트롤러(270)에 내장된 상태 레지스터들(275)에 저장된다. 뉴럴 네트워크 컨트롤러(270) 각 상태 레지스터들(275)를 확인하여 각각의 뉴럴 네트워크에 대한 하나 이상의 인터럽트 핀들(280)의 레벨을 설정한다. 인터럽트 핀들(280)은 시스템(200)이 인터럽트 신호들에 대해 응답할 수 있도록 인터럽트 처리기(290)에 연결된다. 예를 들어, 올바른 상태로 뉴럴 네트워크 결과가 도출되면 컨트롤러(270)은 완료 핀(282)를 활성화시켜 시스템(200)은 인터럽트 처리기(290)을 통해 뉴럴 네트워크 결과를 회수할 수 있다. 반면 뉴럴 네트워크에 에러가 생길 경우 컨트롤(270)는 에러 핀(284)를 활성화시켜 시스템(200)은 인터럽트 처리기(290)을 통해 계산 결과를 단순 오염으로 판단하여 무시하거나 중대한 에러의 경우 에러가 생긴 모듈을 재부팅시킬 수 있다.

 도 2 뉴럴 네트워크를 처리하기 위한 시스템의 단순화된 다이어그램

도 3은 시스템(200) 내부에 발생한 에러가 검출되어 디버그 모드를 갖는 뉴럴 네트워크 프로세서(400)의 단순화된 도면이다. 디버깅 프로세서(400)는 뉴럴 네트워크 프로세서(400)와 관련된 상태 정보 및/또는 다양한 다른 타입 정보를 저장하는 복수의 레지스터들로 구성된다. 이는 디버깅 목적으로 외부 인터페이스와 연결되어 곧 바로 액세스될 수 있는 탑 레벨 레지스터들(412)와 탑 레벨 레지스터들(412)로부터 멀티플렉서(420)를 통해 액세스 할 수 있는 딥 레지스터들(414)로 구성된다. 통상적으로, 프로세서가 타임아웃 에러와 같은 에러와 직면하면, 상기 프로세서의 실행 프로세스들은 프로세서의 레지스터에 저장된 상태 정보에 대한 액세스를 제공하지 않고 종료 및 재부팅된다. 대안적으로, 타임아웃 에러의 순간에 프로세서의 상태 정보를 캡처하는 스냅 샷이 레지스터들에 저장되어 엔지니어가 추후 해당 에러의 근본 원인을 결정하는데 도움이 될 수 있다.

도 3 디버그 모드를 갖는 뉴럴 네트워크 프로세서의 단순화된 다이어그램

도 4는 뉴럴 네트워크 프로세서에서의 오류 처리 방법(500)의 단순화된 도면이다. 먼저 프로세스(510)에서 에러 리포트가 수신되면, 프로세스(520)에서, 상기 에러의 타입이 결정된다. 데이터 에러로 판단되면 미처리 결과가 손상된 것으로 식별하기 위한 프로세스(540)로 진행할 수 있다. 프로그램 에러로 판단될 경우, 뉴럴 네트워크의 실행을 종료하는 것 없이(530) 뉴럴 네트워크의 미처리 결과가 손상된 것으로 식별하기 위한 프로세스(540)로 진행할 수 있다. 타임아웃 에러의 경우, 가동 모드 또는 생산 모드에서 뉴럴 네트워크 프로세서가 동작 중인지 여부에 따라 디버그 상태로 전이하기 위한 프로세스(550) 또는 뉴럴 네트워크의 실행을 종료하고 뉴럴 네트워크 프로세서를 재설정하기 위한 프로세스(560)로 진행할 수 있다.

 도 4 뉴럴 네트워크 내 에러 처리를 위한 방법의 단순화된 다이어그램



자율 주행 자동차의 미래에 각 국가 및 기업들이 공격적으로 투자 및 개발을 이루는 가운데 자율 주행 자동차 개발 관련 투자금이 총 800억달러(약 89조원)을 돌파하였다. 테슬라 CEO인 일론 머스크는 어디든 달릴 수 있는 자율 주행 자동차가 2-3년 내로 출범할 것을 예상하였고 관련하여 AI의 문제가 해결돼야 함을 강조하였다. 따라서 해당 발명과 같은 자율 주행 자동차의 AI 및 AI의 에러에 더 견고한 시스템의 개발이 수반되어야 할 것이다.

특허법인ECM

변리사 김시우

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