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발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-09-09

저자: 김종원, 강경수, 조영석, 윤창원

수소에너지 기술 현황과 융합

 

2015년 기후변화를 억제하기 위한 제21차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP21)195개국이 지구 온도 상승을 2이내로 억제하기 위한 계획에 서명함에 따라 우리나라도 동참하게 되었다. 기후변화 억제를 위해서는 에너지전환이 필수적이며, 모든 산업은 해당 분야에서 탈탄소화의 필요성에 직면했다.  

이에, 본 호 1부에서는 현재 수소가 가장 광범위하게 사용되고, 대중들에게 친근하게 알려진 수소 사용처인 수소 자동차에 대해 간략히 알아보고, 이의 조달방안을 알아보았다. 현재 국내에서만 170여만 톤의 수소를 제조·이용하고 있기에 수소전기차 운행에 당장 필요한 수소의 생산 및 수송기술을 확보한 상태이지만, 친환경적 방법으로 수소를 생산하는 그린 수소의 적용과 활용에 대해서는 지속적 연구가 필요한 상황이다. 수소 밸류체인에 있는 생산, 저장·운송, 이용 분야는 꿀벌과 꽃의 관계와 같이 상호 이득을 주는 공생 관계이며, 가격과 내구성, 안전성 등이 국민이 요구하는 수준까지 올라와야 자생적인 수소 사회로의 이행이 이루어지게 될 것이다.  

본 호를 통해 핑크빛 전망만을 말하던 시기에서 벗어나, 가시적인 시장진입과 확산을 도모하는 단계를 거치고 있는 수소에너지에 대해 조금 더 면밀한 상황파악이 필요하다는 것을 알 수 있다. IPHE, IEA-HIA 등 수소 관련 국제기구와 다보스포럼에서 창설된 수소위원회 등 수소 사회로의 진입을 위해 국제적 공조를 통해 가까운 미래에는 또 다른 에너지원으로서 수소가 활용될 수 있기를 기대해 본다

 

액상 유·무기 화합물 (LOHC, NH3) 기반 대용량 수소저장기술 연구 개발 동향

 

지속적 인구증가 및 국가의 발전에 따라 에너지 수요는 지속적으로 증가하고 있다. 하지만 기후변화를 비롯한 다양한 환경 문제에 따라 기존의 전통적 에너지원 사용에 제약이 따르게 되었다. 이를 해결하고 지속 가능한 지구 환경을 유지하기 위해 재생에너지 기반의 청정에너지 공급망 확산이 전 세계적인 이슈로 부상하고 있지만, 간헐적이고 예측이 어려운 재생에너지의 생산량은 전력수요 및 공급 간의 불균형을 유발할 수 있다. 이에, 재생에너지의 안정적 공급 및 활용도 제고를 위해서는 잉여로 생산된 전력을 저장하고 필요할 때 다시 사용할 수 있는 에너지저장기술이 필요하다.  

이에, 본 호 2부에서는 수소에너지의 상용화를 위해 수소 생산처로부터 수소 소비처까지 대용량의 수소를 안전하게 저장하고 운송하는 화합물 기반 수소저장 기술에 대해 알아보았다. 그 중, 대용량 수소저장기술 중, 최근 많은 관심이 주목되고 있는 액상유기수소운반체(Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC) 및 암모니아(NH3)를 이용한 국내·외 대용량 수소저장 및 장거리 운송기술 개발 현황과 앞으로 진행될 연구개발 동향을 파악해보았다.  

본 호를 통해 대용량의 수소를 효과적으로 저장·운송할 수 있는 기술개발의 필요성을 확인하였고, 세계 선진국들이 주목하고 있는 고용량 수소 운반체인 LOHC와 암모니아는 향후 대용량의 재생에너지를 장주기로 저장하고 활용하기 위한 필수 기술로 확인되었다. 앞으로 필연적으로 다가올 수소 사회로의 이행에 장기적 안목에서 체계적 준비를 통해 수소 사회로 매끄러운 진입에 도움이 될 수 있기를 기대해 본다

발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-08-12

저자: 임매순, 한성민

전기 자극을 이용한 인공 망막 기술  

시각 정보는 우리가 얻는 외부 정보의 70~80% 정도를 차지할 만큼 시각은 인간의 오감 중에 제일 중요한 감각이다. 이러한 정보 획득에 어려움을 겪는 시각장애인의 시력을 회복시키고자 하는 시도는 오래전부터 계속되어왔고, 기술의 발전을 통해 신체 기능 일부를 원상 복귀시키는 일이 가능해지는 시대가 다가오고 있다.

이에, 본 호 1부에서는 전기 자극을 이용하는 형태의 인공 망막 장치의 동작 원리 및 현재 기술 수준, 그리고 해결해야 할 과제들을 정리하였다. 인공 망막 장치는 전극을 이식하는 위치에 따라 크게 1) 망막상 자극(epiretinal stimulation), 2) 망막하 자극(subretinal stimulation), 3) 맥락막상 자극(suprachoroidal stimulation)의 세 종류로 분류할 수 있다. 종류에 따라 장단점이 뚜렷하여 어떠한 방법이 최선의 방법이라고 확정하기는 어려운 상황이다. 다년간의 연구에도 불구하고 인공 망막 장치는 법정 시각장애인 시력에 크게 미치지 못하는 상황이며, 이를 극복하기 위해 새로운 전극, 영상 처리 기술, 해상도 향상 등의 과제들이 해결되어야 한다.

본 호를 통해 시신경 과학(visual neuroscience), 안과학(ophthalmology), 전자공학, 재료공학 등 여러 가지 학문 분야의 기술이 동시에 요구되는 진정한 융복합 영역인 인공 망막 기술의 발전을 통해 시각장애인의 삶의 질이 향상되기를 기대해 본다. 마이크로·나노 기술 연구자들과 망막 연구자들 간의 연결고리 같은 역할을 하는 융복합 전문가양성을 통해 새로운 한국형 인공 망막 장치의 개발을 기대해 본다.

 

장애 예방 및 극복을 위한 인간-기계 연계기술 동향

 

고령화와 기대수명의 증가에 따라 의료 분야에서도 융합 신기술의 개발 필요성이 증가함에 따라 노인 및 장애인의 건강관리와 삶의 질을 개선하기 위해서 인간-기계 연계기술을 활용한 연구가 활발하게 진행 중이다. 4차 산업혁명에 의한 정보통신기술 등이 융합된 미래의 의료 패러다임은 진단·치료 중심에서 예방·재활의 비중 확대가 가속화되고 있으며, 의료기관이 아닌 일상생활에서 장애 맞춤형 재활 지원 기술이 중요해 지고 있다.

이에, 본 호 2부에서는 사용자인 인간과 대상이 되는 기계(컴퓨터) 사이에서의 상호작용이 가능하도록 하는 기술인 인간-기계 연계기술(Man-Machine Interface)에 대해 알아보고, 그중에서도 특히 장애 보조의 개념에서만 접근하였던 인간-기계 연계기술의 새로운 패러다임인 장애 예방 및 극복 기술에 대해 알아보았다. 생체신호 기반 연계기술로는 크게 1) 근전도 기반, 2) 뇌전도 기반, 3) 신경신호 기반 기술이 있으며, 기술방식의 분류에 따라 침습적, 비침습적 방식으로 나눌 수 있다.

선진국에 비해 우리나라의 인간-기계 연계기술 연구의 시작이 늦었지만 21세기를 선도할 핵심 융합 연구로써 본 호를 통해 한 개인이 일생동안 발생시키는 1,100TB의 헬스케어 데이터를 유의미하게 사용할 방안에 대해 고민해보고, 빠르게 인구 고령화가 진행되는 우리나라에서 인간-기계 연계기술을 통해 많은 이들의 실생활에 도움이 될 수 있기를 기대해 본다

발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-07-08

저자: 이우섭, 문대호, 손봉원

극한환경 필드 로봇의 개발 동향

 

인구의 지속적 증가는 더 많은 공간과 더 많은 자원의 소비를 수반해왔다. 21세기 현재 개발 가능한 지구 지표면의 상당 부분이 개발 완료되었고, 가까운 시일 내에 포화 상태가 될 것으로 많은 연구자들이 예측하고 있다. 이러한 한계에 대응하기 위해 제안되고 있는 많은 방법론들이 기존의 기술로는 쉽게 접근하기 어려웠던 심해나 극지, 더 나아가 우주로 인류의 활동 영역을 확장하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 현재 인류의 당면 과제로 논의되고 있다.

이에, 본 호 1부에서는 기존 인류가 접근하기 어려웠던 극한환경을 극복하고 더 나아가 활용할 수 있는 극한환경에서의 동작 성능을 보장하는 기술을 로봇 기술과 융합하여 탐사를 효과적으로 수행할 수 있는 극한환경 필드(field) 로봇 기술의 최신 연구 동향을 살펴보았다.

극한환경 필드 로봇은 필요성이 높지만, 기존의 과학 기술로 인간이 직접 수행하기 불가능한 수준의 환경 및 임무에 적용되는 것을 목표로 개발되는 로봇으로 우주, 남극, 심해 탐사와 원자로 유지보수 등의 작업을 하는 로봇으로 해외에서는 달, 화성, 극지 탐사를 위해 다양한 종류의 극한환경 필드 로봇을 연구, 개발하였다.

본 호를 통해 국내에서도 과학 탐구 목적을 위한 우주 또는 극지 탐사 로봇이 장기적인 로드맵에 따라 연구개발 및 투자가 확대되길 기대해 보며, 제조 기술에 강점을 가진 우리나라의 기존 산업과 효과적인 융·복합을 통해 기존 제조 기술의 수준을 높이고 필드 로봇이 새로운 경제 먹거리로 발돋움할 수 있기를 기대해 본다.

 

초장기선 전파간섭계(VLBI)를 활용한 블랙홀 연구

 

지난 2019411, 상상 속 그림과 영상에서만 보았던 블랙홀의 실제 영상이 사건지평선망원경 연구단(EHT Collaboration)을 통해 공개되었다. 관측에 사용된 사건지평선 망원경(Event Horizon Telescope, EHT)은 전파간섭계 기술을 적용한 망원경으로 현재 지상에서 구현 가능한 최고의 분해능(resolution)으로 거대타원은하 M87 중심의 초대질량블랙홀을 관측하였다.

이에, 본 호 2부에서는 전파천문학을 통한 천문관측 역사와 전파간섭계를 활용한 전파원 관측에 대해 간략히 알아보고 이번 블랙홀 관측에 주요한 역할을 한 초장거리 간섭기술(Very Long Baseline Interferometer, VLBI)에 대해 자세히 알아보았다. 초장거리 간섭기술은 천문관측 분야뿐만 아니라 측성학과 측지학에서도 그 활용도를 인정받아 지구 대륙 운동의 정확한 측정에도 기여하고 있으며, 각 대륙에 위치한 VLBI 관측망의 연결을 통해 블랙홀과 같은 심우주 관측에도 새로운 지평을 열었다.

본 호를 통해 초대질량블랙홀이 만들어내는 상대론적 제트의 발생 과정, 이 제트의 구성 물질, 주변 환경과의 상호작용 등 그간 천문학과 천체물리학의 난제로 꼽혔던 문제를 풀 중요한 실마리를 제공할 것으로 기대되고 있는 초장기선 전파간섭기술의 발전을 통해 보다 먼 심우주 관측 분야의 발전이 있기를 기대해 본다.

발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-06-10

저자: 고상호, 김철웅, 정웅섭, 박용선, 안상현

우주발사체 회수 및 재사용 기술

 

1960년대 미국과 소련의 우주경쟁(Space Race)”으로부터 본격적으로 시작된 우주전쟁은 우주강국들의 막대한 투자와 경쟁적 R&D로 인해 급격한 기술의 발전이 진행되었다. 초기 달 탐사 이후 유인화성탐사를 목표로 하는 현재의 우주탐사, 그리고 더 깊은 심우주탐사와 극한환경 실험을 위한 우주정거장 건설 등 수많은 관련 연구가 지금도 진행되고 있다. 이 모든 것을 가능케 한 우주발사체는 지구에서부터 우주로 다양한 탑재물들을 옮기는데 사용되었다. 현재까지의 소모성, 즉 일회용 발사체는 큰 비용대비 재사용이 불가능하여 비경제적이었으며, 우주 쓰레기로 전략하여 인공위성과 같은 물체와의 충돌을 야기하는 위협이 되고 있다.

 

이에, 본 호 1부에서는 앞으로도 수많은 탑재물을 실어 나르며, 궁극적으로 유인 우주여행을 가능케 할 우주발사체에 대해 알아보고, 특히 경제적 측면의 이점을 살려 저렴한 비용으로 탑재물과 인간을 우주로 이송 가능케 하는 재사용 우수발사체 기술과 회수 기술에 대하여 알아본다. 현재 여러 국가에서 개발되었거나 개발예정인 재사용 우주발사체는 회수형태에 따라 부스터 회수형, 궤도선형, 그리고 복합사이클 추진기관 형태로 구분된다. 정밀한 유도제어, 발사체 신뢰도 증진, 추진기관, 정비 기술 등 수많은 기술이 복합적으로 연구·개발되어야 하며, 이를 하나의 시스템으로 융합시켜야만 우주발사체의 회수와 재사용이 가능하다.

 

본 호를 통해 국내에서도 가까운 미래에 민간주도의 저렴한 우주개발 상업화가 이루어지기를 바라며, 4차 산업혁명의 대표 ICT 기술과 우주산업이 융합되어 새로운 시장이 개척되기를 기대해 본다. 또한, 재사용 우주발사체에 대한 기술기반을 넓혀 새로운 우주시대에 적극적으로 참여할 수 있는 여건들이 마련되어 우주강국으로의 국제사회 참여를 기대해 본다.

 

우주/천문 관측 기술

 

우주 탐사와 천문 관측을 위한 인간의 탐험은 과거에서부터 현재까지 끊임없이 진행되고 있다. 수학, 의학과 함께 천문학은 인류와 가장 오랜 시간 동안 함께해온 학문이기도 하며, 천체 관측은 역사적 기록 또한 무수히 남아있다. 과거에는 맨 눈으로 하늘을 올려다보며 빛의 크기와 밝기 등을 관측하는 것이 유일했지만, 기술이 빠른 속도로 발전함에 따라 현재는 지상과 우주에 망원경을 설치하여 별 생성 활동, 탄생 기작 등을 관측하고 초기 은하의 특성을 연구하는 등 보다 심도 깊은 우주연구가 가능해졌다.

 

이에, 본 호 2부에서는 우주관측을 위해 사용되는 적외선 우주관측, 우주전파, 중력파 관측과 같은 최신 기술에 대해 알아본다. 첫 번째 파트에서는 미국 항공 우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 일본항공우주연구원(ISAS) 및 항공 우주 및 우주기구(JAXA), 한국천문연구원 등 국내외에서 진행되고 있는 적외선 우주망원경 프로젝트의 개요와 기술을 간략히 설명하였다. 이어지는 파트에서는 최근 우주관측 분야의 가장 핫이슈였던 블랙홀 관측을 가능케 했던 EHT(Event Horizon Telescope) 프로젝트와 전파망원경에 대해 설명하였다. 마지막으로 중력파 관측과 레이저 간섭계 LIGO(라이고), 이의 업그레이드 버전인 Advanced LIGO(어드밴스드 라이고)의 역사와 앞으로 사용될 차세대 중력파 검출기에 대해 기술하였다.

 

본 호를 통해 우주/천문 관측 기술 간 사용되는 여러 융합 기술에 대한 이해도가 제고되기를 바라며, 앞으로 무궁무진하게 발전될 관측기술을 통해 더 깊고 또렷한 우주 탐사가 가능해지길 기대해 본다. 이를 통해 지금보다 또렷한 블랙홀의 이미지, 그리고 또 다른 블랙홀의 발견 등 아직까지 개척할 것이 많은 미지의 영역에 도달할 수 있기를 기대해 본다. 

발간물 > 연구보고서 > 조사성과분석
발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-05-08

저자: 하윤철, 신승엽, 우운택

리튬 전고체전지 기술 동향

 

개인휴대 전자기기(Personal Electronic Devices: PEDs)의 보급으로 인해 많은 사람들이 한 개 이상의 배터리를 소지하고 다니는 시대가 되었다. 스마트폰 및 워치, 보조배터리와 같이 휴대용 전자기기에 사용되는 소형 이차전지에서부터 전기자동차, 에너지저장장치(ESS) 등에 사용되는 중대형 이차전지에 이르기까지 리튬이온전지의 적용 및 사용이 확대되고 있다. 하지만 기존 액체전해질을 포함한 리튬이온전지는 전기적, 열적 취약성을 가짐으로 셀, 모듈 및 시스템의 안전성이 새로운 산업적 이슈가 되고 있다.  

이에, 본 호 1부에서는 에너지밀도와 출력밀도 측면에서 기존 이차전지들에 비해 월등히 우수한 특성을 갖고 있는 리튬이온전지에 대해 알아보았으며, 특히 고체전해질을 활용한 리튬전고체전지의 기술 동향과 복합전극 제조기술 동향을 알아보았다. 고체전해질의 종류에 따라 이온전도 특성과 화학적, 전기화학적, 물리적 장단점들이 알려져 있으며, 상용 리튬이온전지 수준의 에너지밀도와 출력밀도를 달성하기 위해서는 우선 액체전해질의 리튬이온전도도에 필적하는 수준의 고체전해질이 개발되어야 한다.  

본 호를 통해 일본의 기업 및 대학에서 보유하고 있는 원천특허를 뛰어넘는 새로운 조성의 고이온전도 고체전해질 원천기술 등의 확보를 위해 전고체전지 연구개발과 실용화를 위한 산업 생태계 조성의 필요성이 제기되었다. 전고체전지 연구개발에 대한 관심과 R&D 투자의 지속 및 실용화 관점에서의 현안들을 함께 풀어내는 협업과 융합의 기반이 마련되어 국내 산업체가 미래 이차전지 시장에서 경쟁 우위를 점할 수 있기를 기대해 본다.

 

AR 테이블탑에서 Digital Twin으로의 진화

 

일반 가정집, 식당, 사무실, 회의실 등 사람이 모이는 공간의 중간에는 테이블이 필수적으로 위치해있다. 테이블을 중심으로 여러 명의 의견이 공유되고 조율되며 최종 결정으로까지 이어진다. 이러한 테이블이 4차 산업혁명과 디지털 문명을 만나 다시 진화의 로드맵에 참여되고 있다. 근래의 연구들은 테이블탑 기술을 통해 정보를 다양한 방법으로 융합하여 시각화하고, 이를 통해 이전과는 다른 레벨에서 참여자간 정보 공유를 촉진시킨다.  

이에, 본 호 2부에서는 증강현실(Augmented Reality: AR)과 테이블탑 시스템을 이용한 디지털 트윈(Digital Twin)을 제작하는 과정에서 사용된 시각화, 상호작용(interaction), IoT 데이터 활용들을 예시를 통해 설명한다. 디지털 테이블탑은 스크린 화면으로 분리될 수 있는 2차원 화면 층위를 하나 더 포함할 수 있으며, 근래에는 다양한 분야에서 활용하기 위한 조짐이 보이고 있다. 특히, 생물 또는 무생물의 물리적 실체를 디지털 가상체로 복제한 Digital Twin과 증강/가상현실을 연결하려는 시도가 이루어지고 있다.  

본 호를 통해 AR, 테이블탑 그리고 다양한 콘텐츠들의 결합이 여러 분야의 사람들을 위한 새로운 정보 교류 도구로 활용될 수 있기를 기대해본다. 또한, 본 호에서 다루는 혼합현실(증강, 가상현실)Digital Twin을 위한 시각화로 사용하는 기술이 보다 미래 지향적 산업과 전문가와 일반인들이 함께 어우러져 스마트화에 동시에 참여할 수 있는 기술의 일반화를 견인하기를 기대해 본다.

 

발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-04-02

저자: 박순기, 김휘

증강현실 디바이스 기술 동향

 

영화 아이언맨 시리즈를 보면 주인공인 토니 스타크가 아이언맨 슈트를 착용하면 눈앞에 펼쳐진 현실 위에 그때그때 필요로 하는 수많은 정보가 동시에 겹쳐져 투영된다. 이렇듯 먼 미래의 기술처럼 보이는 증강현실(AR) 기술은 아직 초기 단계이긴하나 마이크로소프트, 애플, 소니 등과 같은 대기업의 투자와 진출이 이루어지고 있으며, 그 활용처가 무궁무진하여 앞으로의 기술발전이 기대되는 대표적 융합기술 분야이다.  

이에, 본 호 1부에서는 가상/증강현실 기술 개념을 간략하게 알아보고, 증강현실을 구현할 수 있는 디바이스의 기술 동향을 살펴보았다. 가상현실은 사용자가 현실 세계에서 제공되는 시각 정보와는 분리되고 완전히 가상세계의 정보만을 받아들이게 되는 개념을 의미하며, 증강현실은 현실 시각 정보에서 확장된(augmented) 가상 영상 정보를 동시에 접할 수 있도록 하는 개념을 말한다. 증강현실 디바이스는 크게 헬멧형, 고글형, 안경형으로 구분할 수 있으며, 기기의 틀(폼팩터)에 따라서 AR 디바이스의 성능 차이가 발생하게 된다.  

본 호를 통해 광학, 디스플레이, 센서, 나노 소재, 초정밀 공정, 뇌 과학 등과 같은 다양한 분야의 연구와 발전을 기반으로 하는 증강현실 디바이스의 기술 동향을 간략하게 살펴보았다. 아직, 대중적 관심에 비해 증강현실 기술이 아직 초기 단계에 머물러있고, 전반적인 기반 기술의 한계와 콘텐츠 부족 등으로 인하여 완벽한 대중화까지는 시간이 소요 될 것으로 예상되고 있다. 하지만 증강현실 기술은 물리적 공간의 제약을 완화하며, 보다 저렴한 비용으로 양질의 서비스를 누릴 수 있게 하여 사회 계층별로 제공되는 정보의 편중을 해결하여 전반적인 삶의 질 향상을 가져올 수 있는 기술이기에 선제적 대응으로 국민생활에 도움이 될 수 있기를 기대해본다.

 

3차원 공간 광 이미지 형성 기술

 

미래를 배경으로 하는 공상과학영화에 흔히 등장하는 장면으로 허공에 인물이나 지형, 도시 등이 투영되어 거리와는 상관없이 정보교환이 가능한 장면이 연출된다. 영화 속 이러한 장면은 컴퓨터 그래픽을 통해 만들어진 허상이지만, 이를 실제로 구현하기 위해 복소 공간 광 변조기, 3차원 복셀(voxel) 디스플레이, 홀로그래픽 증강현실 기기 등 관련된 기술들이 활발히 연구되고 있다.  

이에, 본 호 2부에서는 3차원 공간 광 이미지 형성 기술로서 볼륨 디스플레이 기술 두 가지와 대면적 홀로그래픽 디스플레이, 그리고 최근 각광 받고 있는 홀로그래픽 AR 디스플레이를 선정하여, 기본원리와 기술이슈를 소개한다. 특히, 복소 공간 광 변조기는 디스플레이의 화질 특성을 획기적으로 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 노이즈 필터링 시스템을 필요로 하지 않으므로, 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 소형화와 웨어러블(wearable) 포터블(portable) 디바이스 형태의 고화질 홀로그래픽 디스플레이의 구현이 가능해 진다.  

본 호를 통해 3차원 디스플레이 기술 그 자체로 창의적인 신개념들의 각축장이자 혁신의 대명사격으로 인식되고 있으리만큼 기술 발전과 융합의 가속화가 빠르게 이루어지고 있는 3차원 공간 광 이미지 형성 기술에 대해 간략하게 살펴보았다. 디스플레이 산업이 국가 기간산업으로 구축되어 있는 우리나라가 세계최초로 복소 공간 광 변조기술의 원천기술을 선점하여, 향후 펼쳐질 4차 산업혁명 3차원 공간 디스플레이 시장의 세계적 선두주자로 나설 수 있기를 기대해본다.

 

발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-03-04

저자: 권순박, 안윤주

빅데이터 기반 지능형 미세먼지 관리기술 

매년 봄, 황사와 함께 찾아오던 미세먼지는 어느 순간 국민생활에 매우 큰 영향을 미치는 환경문제가 되었다. 외출 전 미세먼지 농도를 확인하는 것은 이미 일상생활이 되었으며, 길거리에서 미세먼지 마스크를 착용한 사람을 마주치는 일이 더 이상 낯설지 않게 되었다. 미세먼지는 점차 농도가 짙어지고 발생주기는 짧아지고 있으며, 이제는 봄뿐만 아닌 사계절 내내 일상 속에서 미세먼지를 걱정해야하는 상황이 되었다.

이에, 본 호 1부에서는 미세먼지 저감 기술과 더불어 그 중요성이 대두되는 미세먼지 관리 기술에 대해 알아보고, 특히 4차 산업혁명 시대의 핵심인 빅데이터를 활용한 미세먼지 관리 방안에 대해 알아보았다. 미세먼지 빅데이터는 미세먼지 측정값과 기상정보를 위주로 구축하기보다 미세먼지와 유관되는 직간접 요인을 함께 모니터링 하여 데이터베이스(DB)화 하는 것이 적절하며, 이를 통해 미세먼지 정책의 효과에 대한 근거를 구축할 수 있을 것으로 기대된다.

본 호를 통해 미세먼지를 일상생활 속에서 관리하는 사례로 우리가 자주 이용하는 지하철 및 역사 내 미세먼지 관리 방안에 대해 살펴보고자 하였다. 이러한 연구를 통해 외부 공기질 뿐만 아닌 지하시설 및 내부 공공이용시설의 미세먼지 빅데이터 수집을 통해 스마트한 대응으로 보다 쾌적한 이용이 가능해질 것으로 기대된다.

 

미세플라스틱, Emerging Pollutants  

실생활 속 눈길 닿는 곳마다 플라스틱이 사용된 제품을 마주하는 것이 어렵지 않은 플라스틱 시대(plastic age)가 도래한지 수십 년이 지났다. 생활 속 많은 곳에서 편리함을 제공하던 플라스틱이 이제는 사람들의 삶과 환경에 불편함을 유발하는 신종 오염물질(emerging pollutants)이 되어 돌아오고 있다. 작년 11월 인도네시아 해안에서 발견된 향유고래의 사체에서는 약 6킬로그램의 플라스틱 쓰레기가 가득했고, 태국에서 발견된 죽은 거북이의 뱃속에서도 플라스틱이 발견되어 전 세계 많은 사람들의 경각심을 일으켰다.

이에, 본 호 2부에서는 언젠가 우리의 식탁으로, 체내로 들어올 수도 있는 미세플라스틱에 대해 알아보고, 국내외 미세플라스틱 연구동향과 환경 중 분포현황에 대해 살펴봄으로써 신종 오염물질에 대한 이해도를 높이고자 하였다. 또한 미세플라스틱의 생태계 영향을 분석하여 미세플라스틱 또는 나노플라스틱이 수생태계 생물종에 미치는 영향 및 수서생태계 먹이망 전이, 토양생태계 영향에 대하여 고찰하였다.

본 호를 통해 눈에 보이지는 않지만 실생활에 큰 영향을 주는 미세오염원, 그 중 체내유입 가능성이 미세먼지만큼이나 커 관심을 가져야할 미세플라스틱에 대해 살펴보았다. 또한 이러한 연구를 통한 과학적 증거(scientific evidence)의 축척과 도출되고 있는 연구결과들을 잘 활용하여 미세플라스틱을 환경 중에서 어떻게 관리할 것인지 실현가능한 관리방안 수립이 이루어지길 기대해본다.

 

발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-02-11

저자: 장진우, 이학종

집속 초음파(Focused Ultrasound)를 이용한 뇌질환 치료의 현재와 미래 

근대에 들어 해부학 및 생리학의 개념이 정립되고 발전되어 인체, 특히 뇌에 대한 구조와 기능의 이해가 확대됨에 따라 뇌를 포함한 신경계 질환의 치료가 속속 가능해지고 있다. 1947년 정위수술장치(stereotactic apparatus)의 사용을 시작으로, 현대 신경과학, 의공학의 발전 및 뇌 자기공명영상, 양성자 방출 단층촬영 등 다양한 신경계영상 기술과 수술 도구의 발전에 힘입어 과거와 비교하여 월등히 안전하고, 치료효과도 극대화된 수술기법으로 기능성 뇌질환의 치료가 가능하게 되었다.

이에, 본 호 1부에서는 최신 뇌질환 치료 방법인 집속 초음파를 이용한 기능성 뇌질환의 수술적 치료법과 이를 이용한 뇌질환 임상치료의 세계 현황, 특히 뇌혈관장벽(Blood Brain Barrier: BBB)의 조절에 대해 알아보고, 집속 초음파 기술 발전의 필요성에 대해 알아보았다. 다른 신체부위와는 달리 뇌의 특이한 구조로 인해 뇌 관련 질환의 치료는 여러 기술적 시도가 수반되어왔고, 최근에는 뇌혈관장벽을 조절하여 뇌실질 내로의 약물전달 등 뇌질환 치료를 보다 용이하게 하고자 하는 노력이 이어져왔다.

본 호를 통해 집속 초음파를 이용한 뇌질환 치료 현황을 살펴봄으로써 의공학분야에서의 끊임없는 기술적 발전이 인간의 뇌질환 극복에 미친 영향을 살펴보았으며, 진보된 영상 기술, 약물/나노 소자 물질의 미세기포 부착 기술 등 여러 기술의 융합을 통해 보다 정확한 진단과 치료를 가능하게 함으로써 초고령사회의 주요 사회?경제적 손실인 치매와 파킨슨병 치료에 획기적 전환점이 마련되길 기대해본다.


기능성 의료영상 조영제: 현황 및 발전현황

자기공명영상(MRI), 컴퓨터 단층 촬영(CT), X-선 검사기기, 초음파 등을 통해 인체 내부 조직 및 혈관을 보다 자세히 관찰하려는 시도에 따라 영상의학기술이 점차 발전해왔다. 단순히 기계를 통해 조직과 혈관을 관찰하기에는 다소 한계점이 있으나, 대조도(contrast)를 크게 해주는 조영제의 발전에 힘입어 생체 구조나 병변을 주위 조직과 구별할 수 있게 해주어 진단적 가치를 향상시킨다. 영상기기의 특성에 따라 사용되는 조영제의 주요 성분에는 차이가 발생하며, 최근에는 나노기술의 발전에 힘입어 특정 질환 세포를 타겟팅(targeting)하거나 약물을 전달하는 기술에 대한 연구가 활발해지고 있다.

이에, 본 호 2부에서는 초음파 조영제의 원리와 영상의학에서의 이용현황을 살펴보고, 이제까지 생검 등의 조직 검사를 통하여 알 수 있던 면역 조직의 화학적인 검사를 초음파와 같은 비침습적인 영상 검사를 통하여 알 수 있는 최신 조영제 연구 현황에 대해 알아보았다. 또한, 단순히 대조도를 크게 해주는 조영제를 넘어서 나노기술과의 융합을 통해 약물 전달과 면역치료에 관한 조영제의 기술적 의미와 장점을 통해 앞으로의 조영제 연구가 나아갈 방향에 대해서도 간략히 논의하였다.

본 호를 통해 기능성 의료영상 조영제 현황을 살펴봄으로써 영상의학분야에서의 기술적 발전으로 인한 비침습적 검사의 용이성에 대해 알아볼 수 있었다. 나노기술과의 융합을 통해 진단용 조영제를 넘어서는 약물전달용 및 치료용 조영제로의 발전이 기대된다. 또한, 제도적, 생산-환경적 이슈와 같은 장애를 극복한다면 미래의 조영제들이 의학적인 필요부분(clinical unmet needs)들을 해결할 날도 머지않은 것으로 생각된다

발간물 > 융합연구리뷰

발간일 : 2019-01-10

저자: 한상수, 김동훈, 권영만

인공지능, 소재개발에 침투하다

 

2015년 전후, 본격적으로 인공지능을 통한 소재개발연구가 급격히 발전하였다. 인공지능은 기존 계산과학 방식과는 다른 방법(소재 물성 데이터베이스에서 소재 정보와 물성간의 상관관계를 찾고, 새로운 소재의 물성을 예측)으로 소재개발연구 분야에 새로운 패러다임을 제공하고 있다.

이에, 본 호 1부에서는 소재 개발 분야에서 인공지능의 활용과 의미, 인공지능을 활용한 소재연구 동향, 실제 연구사례 및 발전방향 등을 살펴보고자 한다. 구조정보 데이터베이스와 소재물성 정보 데이터베이스의 소개를 통해 인공지능을 통한 소재개발연구의 가장 기본적인 툴(tool)을 설명하고, 인공지능 모델 개발 3단계(샘플구성기계학습 모델 개발검증)를 통해 미지 소재들의 물성을 매우 빠른 속도로 예측해 볼 수 있다. 하지만 현재까지는 대부분 소재정보로부터 물성을 예측하는 정방향설계 방식에 머물러 있다. 연구자가 원하는 물성을 입력하여 소재 정보를 출력하는 역방향설계 방식이 개발되면 소재 개발의 패러다임을 바꿀 수 있는 큰 파급력을 지닐 것으로 예측되며, 이를 위해 더 많은 연구의 투자가 이루어질 것이다.

본 호를 통해 2~3년 사이 인공지능 기술이 활발히 개척된 소재개발연구 분야의 동향과 실 연구사례 등을 소개하면서 해당 분야에서 인공지능 기술의 확장가능성을 살펴볼 수 있었다. 인공지능을 보다 효과적으로 활용하기 위해 소재 전문가와 수학/통계/전산/전자공학 등의 전문가와 협업이 중요함에 따라 소재 분야 내 인공지능을 통한 분야 간 융합을 기대해 본다.

 

국내외 인공지능 R&D 정책 동향

 

20163월 전 세계가 주목한 프로바둑기사 이세돌과 알파고의 바둑 대결을 통해 인공지능기술의 성장과 그 능력에 수많은 사람들이 열광하고 한편으로는 두려워했다. “한 세기 전 전기의 발견과 이를 통한 혁명으로 증기가관이 대체됐듯, 인공지능은 21세기의 전기가 될 것이라는 의견과 함께, 인공지능은 더 이상 먼 미래의 기술이 아닌 시대가 되었다. 이를 계기로 수많은 국가에서 인공지능전략과 R&D 정책을 새로이 수립하였고, 분야의 선구자가 되기 위해 정책적 노력을 기울이는 중이다.

이에, 본 호 2부에서는 우리나라, 미국, 중국, 일본, 캐나다, 프랑스, 싱가포르의 인공지능 R&D 정책 및 국가별 전략을 알아보고, 이에 따른 시사점을 도출해내고자 하였다. 우리나라의 경우 20163, 지능정보산업 발전 전략부터 시작해 20185, 인공지능(AI) R&D 전략까지 일련의 전략 수립을 통해 인공지능기술의 발전을 이끌고 있다. 미국은 현 정부의 색채에 따라 자국민 및 자국 산업을 위한 인공지능 정책을 우선시하고 있으며, 중국은 중앙정부 주도의 공격적 투자와 지원을 통해 미국과 더불어 인공지능 분야 세계 1위를 목표로 하고 있다. 일본과 프랑스는 인공지능 기술의 공공분야 적용을 위한 전략을 중점적으로 추진 중이며, 캐나다와 싱가포르는 범국가적 차원의 클러스터 및 이니셔티브 조직을 통해 민간과 정부의 동시다발적 성장 전략을 구축하였다.

본 호를 통해 인공지능 주요 선도국의 인공지능 R&D 정책 동향을 살펴봄으로써 우리나라의 전략과 비교가 가능하였으며, 인공지능은 단기간 연구개발로 끝나는 기술이 아님과 동시에 타 분야와의 융합을 통해 시너지를 창출해 낼 수 있는 기술로, 지속적이고 일관성 있는 정책 및 전략 수립을 통해 인공지능 4대 강국으로의 도약을 기대해 본다.