이충엽 교수

식물 세포 및 박테리아 군집 내부에서 발생하는 유동 현상을 규명하여 생체 시스템의 작동 원리를 이해하고 이를 공학적으로 응용하는 연구를 수행하고 있습니다. 멀티스케일 유체역학(Multiscale Fluid Dynamics) 분석 기법을 통해 메탄자화균의 유동 현상이 물질 변환 성능에 미치는 영향을 규명하고 있으며, 유체의 흐름 패턴과 미생물 대사 반응 사이의 상관관계를 정량적으로 분석하고 있습니다. 이를 바탕으로 바이오 영감 공학 및 메탄-메탄올 변환 효율 극대화를 통한 친환경 에너지 생산 기술에 연구 성과를 적용하고 있습니다. 경희대학교 이은열 교수(화학공학), 서종민 교수(기계공학), 박범준 교수(화학공학) 및 서울대학교 박형민 교수와 공동연구를 진행하고 있으며, 프랑스 연구그룹과 박테리아 군집 유동에 대한 국제 공동연구도 병행하고 있습니다. 2024년 '글로벌 기초연구실 지원사업'에 선정되었으며, 기존 0.332 g/L/h 수준이던 메탄-메탄올 변환 성능을 0.5 g/L/h 수준까지 향상시키는 것을 목표로 연구를 진행 중입니다. 현재 TRL 1-4 단계로 기초 연구에서 개념 증명 단계로 이행하고 있습니다.

온도 및 이온 농도 구배에 의해 발생하는 표면 구동 유동의 물리적 특성을 규명하는 연구를 수행하고 있습니다. 나노 유체 시스템 내 이온 수송 현상에 대해 실험적 분석과 이론적 모델링을 병행하여 수행하고 있으며, 미세 채널 내에서의 이온 이동 메커니즘과 표면 전하 분포가 유동 특성에 미치는 영향을 규명하고 있습니다. 온도 구배와 농도 구배가 동시에 존재하는 조건에서 발생하는 복합적인 수송 현상을 분석함으로써 나노 스케일 유체 거동에 대한 물리적 이해를 확장하고 있습니다. 이러한 연구 성과는 차세대 에너지 수확 기술과 고효율 담수화 시스템 개발에 적용되고 있으며, 구배 기반 에너지 변환 소자 설계를 위한 기초 원리를 제공하고 있습니다. 현재 TRL 1-3 단계로 기초 연구 단계에 있으며, 나노 유체 시스템의 실험적 검증과 이론적 모델 정교화를 지속적으로 진행하고 있습니다.

초소수성 표면에서의 액적 동적 거동 및 표면 장력 제어 기술을 연구하고 있습니다. Segment Anything Model(SAM) 기반 AI 고속 액적 운동학 분석 프레임워크를 개발하여 최대 6.5m/s 속도로 충돌하는 액적의 궤적을 정밀하게 추적하고 있으며, 이를 통해 액적의 형태 변화와 표면과의 상호작용을 정량적으로 분석하고 있습니다. 이러한 기술은 제빙 방지 코팅, 대기 수분 포집, 액체-고체 마찰전기 나노 발전기(TENG) 등의 응용 분야에 적용되고 있습니다. 경희대학교 최동휘 교수 연구실과 초소수성 메쉬 및 마찰전기 나노 발전기 분야에서 협력 연구를 진행하고 있으며, 초소수성 메쉬를 활용한 미세 액적 생성 연구를 통해 TENG 출력 성능 향상을 달성했습니다. 2025년 9월에는 '마이크로 액적 생성 장치 및 이를 이용한 패턴 생성 방법'에 대한 특허를 출원했으며, 발명자는 이충엽, 허윤정, 고영수, 전병은입니다. 현재 TRL 2-4 단계로 특허 출원 및 실험적 검증 단계에 있습니다.