장애인의 희망 ‘생각대로 움직이고, 느끼는 인공 팔(Bionic arm)’ 영화 속 미래가 현실로 다가온다 - 신경신호 기반 제어기능을 갖는 인공 팔(Bionic Arm) 원천기술 개발 사업 수행 - 수부절단 장애인들의 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대 인간에게 가장 완벽한 도구인 손과 팔을 모방한 인공 팔(Bionic Arm)이 장애인들이 생각하는 대로 움직이고, 손의 감촉을 느낄 수 있다면? 수부 절단 장애인에게 꿈같은 이야기가 곧 현실로 다가올 것으로 보인다. 최근, 인간능력 향상 및 편익 증진을 위해 인간과 동물의 생체원리를 기반으로 한 연구개발 및 정책지원 확대가 활발히 추진 중이다. 특히 첨단기술 기반 고난도 생체모사로 지능과의 연계를 통한 인체에 적용 가능한 기술개발 추진이 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 오상록 박사팀은 미래창조과학부 첨단융합기술개발사업의 생체모사형 메카트로닉스 융합기술개발 사업으로 ‘생각대로 움직이고, 느끼는 인공 팔(Bionic Arm) 개발’을 수행하고 있다. 본 연구는 전략적 협력 연구를 진행하는 융합연구 형태의 통합시스템사업으로 2014년에 사업 선정되어 총 6년 간 365억 원(정부 315억, 민간 50억)의 사업비로 수행될 예정이다. 사업의 성공적 추진을 위해 국내 최고 수준의 협력 연구팀으로 한국과학기술연구원 로봇연구단 김기훈 박사팀(신경신호 측정/분석시스템 개발), 성균관대학교 최혁렬 교수팀(인공피부 및 근육 개발), 한양대학교 최영진 교수팀(인공 골격 및 관절 개발)이 각각 선정되었고, 올해 상기 팀 연구와 연계하여 삽입형 인터페이스 개발을 위한 마지막 연구팀이 추가로 선정될 예정이다. 현재의 인공 팔(Bionic Arm) 기술 수준은 뇌파, 근전도, 신경다발 등에서 측정되는 제한적인 생체신호를 통한 팔의 위치 정보 및 제스처 획득만 가능하기 때문에, 해독할 수 있는 동작의 수가 제한적이고, 촉감은 느낄 수 없는 수준이었다. 본 연구사업의 목표는 인체 신경의 신호 전달 원리를 총체적으로 분석하고 신경인터페이스를 구성하여, 복잡한 움직임과 다양한 촉감을 생성하는 생체신호 제어용 신호 처리 기술을 기반으로 인체신경과 연동하여 인체 호환 수준으로 자유롭게 움직이고 물체형상과 온도까지 인식하는 인공 팔(Bionic Arm) 개발에 도달하고자 한다. 이를 위해 KIST 김기훈 박사팀은 인체의 동작을 위해 뇌에서 근육으로 전달되는 신경신호를 측정하고 분석하고, 연동까지 가능하게 되어 섬세한 손동작 구현이 가능한 바이오닉 암을 개발하고 있다. 또한, 피부에서 뇌로 전달되는 촉감관련 신경신호를 이해하고, 신경을 자극함으로써 인공 팔을 통한 촉감을 복원하고자 한다. 이를 위하여, 삽입형 신경 전극과 이를 이식하기 위한 수술 장비 및 신경/근육 재생 기술을 개발 중이다. 성균관대 최혁렬 교수팀은 바이오닉 암을 구동하기 위하여 고분자 소재를 이용하여 인간의 근육과 유사한 힘을 낼 수 있는 인공근육형 구동기와 인공 팔에 장착할 수 있는 피부를 모사한 3차원 피부센서를 개발 중이다. 한양대 최영진 교수팀은 절단장애인의 남아있는 뼈와 근육들을 최대한 활용하여 구동부를 최소화하고 팔/손의 움직임을 의학적으로 분석하여 사람과 비슷하게 움직이는 인공골격 및 관절 메커니즘을 개발 중이다. 본 연구사업 총괄책임자인 오상록 박사는 “기존의 근전도 및 뇌 신호 중심으로 센서 또는 구동기 개발에 편중되었던 기술에서 벗어나 신경신호와 직접 연결하여 인체에 적용 가능한 기술인만큼 실제 사용자들에게 기대 이상의 효율성과 삶의 희망을 되찾을 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구사업은 바이오 메카트로닉스 및 의료/재활/수술로봇 관련 원천 특허 확보가 가능하며, Bionics 연구, 뇌 질환, 인간-기기 인터페이스, 신경 컴퓨터, 지능형 반도체 칩, 생물 전자 소자, 신경 회로망, 뇌/신경 유전체 기능 연구 등 다양한 분야에서 시장 창출이 가능할 것으로 예상된다. 또한, 국내 약 14만 여명의 상지 절단 장애인들을 위한 부분 의수 및 인공 팔/손으로 적용 가능하여 삶의 질 향상에 기여할 것으로 보인다.

경찰청 러브콜 '과학치안진흥센터'·출연연 협동 '안전증강융합연구단' 출범 로봇·AI·바이오·ICT기술 융합, 현장 필요기술 선도 전무한 치안과학 전략 및 정책으로 신종범죄 해결 KIST가 과학기술로 국민안전을 지키기 위해 새로운 정책&연구개발 조직을 출범시켰다. '안전증강융합연구단(단장 김상경)'과 '과학치안진흥센터(소장 최귀원)'다. 종합연구기관 KIST는 수학적 계산을 통해 코로나19 확산을 예측해 정부에 제공해왔다. 의료진 시야 확보를 위한 서리방지 고글을 개발해 기증했고, 원격의료로봇 기술을 축적했다. 접이식 방패와 보이는 112등 치안 분야 개선과제를 수행해 경찰에 기증했다. 기존 성과를 바탕으로 KIST는 과학기술을 활용해 신종범죄에 대응하고, 재난의료상황에서 현장인력을 보호하는 역할을 강화한다는 계획이다. 경찰청과 여러 출연연과 협력체계도 구축했다. 두 기관을 찾아 체계적이고 실용 가능한 R&D 및 정책 수립을 강화하기 위한 향후 방안을 들어봤다. 재난의료·산업현장, 과학기술로 '안전' 책임진다 "우리는 재난의료상황에서 실제 활용될 수 있는 R&D가 목표입니다. 연구단에 많은 출연연과 병원이 함께하니 현장을 모니터링하과 R&D가 함께 가능하다는 점이 큰 장점이죠. 포스트 코로나 의료시스템의 혁신을 선도하겠습니다."(김상경 단장) 김상경 단장 '안전증강융합연구단'은 NST(국가과학기술연구회)가 선정한 융합연구단 중 하나로 KIST(주관기관)와 한국에너지기술연구원, 한국과학기술정보연구원, 한국기계연구원, 서울아산병원과 고려대안암병원 등이 함께 참여한다. 3년간 194억원을 투입해 ▲원격 및 이동형 신속선별 진료시스템 ▲비대면 환자 모니터링기술 ▲개인 이동데이터 활용 질병 확산 예측기술 ▲정밀방역 가이드 기술 ▲산업안전관리를 위한 작업자 중심 고해상도 위험지도 구축 등 과제를 추진한다. '원격 및 이동형 신속선별 진료시스템'은 '표본 준비-> 핵산 추출-> PCR검사'까지 1시간 안에 가능한 시스템을 만드는 것이다. 의료진 안전을 위해 로봇을 활용한 비대면검사가 목표다. KIST가 개발한 수십 종의 바이러스를 한 번에 검출할 수 있는 PCR 기술과 기계연과 KIST가 축적해놓은 정밀수술 로봇 성과를 기반으로 한다. 기존 실시간 PCR을 진행하는 'RTqPCR'은 5종 이상의 다중분석이 어려웠으나 KIST는 최근 다공성 미세입자를 개발에 각 입자에 식별 패턴을 새겨 입자 수 만큼 광범위하게 동시 분석할 수 있는 PCR 기술을 개발한 바 있다. 또 뇌 안쪽 깊은 부분을 비강으로 접근하는 정밀로봇을 개발 중으로 기술융합을 통해 비대면 원격조작이 가능한 검체채취 가능 샘플링 로봇을 개발할 계획이다. '비대면 환자 모니터링기술'은 의료진과 유사한 수준의 실재감 높은 비대면 지능 에이전트 시스템 개발하고, 환자 데이터 분석을 통한 환자 중증도 예측 시스템 개발하는 것이 목표다. 소통 가능 AI(인공지능) 시리의 의료진 버전으로 이해하면 쉽다. 격리된 생활을 하는 확진자의 상태를 AI가 대화를 통해 면밀하게 확인하면서 문진하고, 환자 생체데이터를 수집해 중증도가 높아지면 의료진에게 신호를 보내는 시스템으로 환자 상태를 빠르게 확인해 대처하는 방식으로 연구개발 중이다. 의료진의 단순 업무를 줄여주면서 환자 실시간 대응도 가능해질 것으로 기대된다. KIST가 보유한 AI 기술과 고려대병원 등 병원 데이터를 활용한다. '개인 이동데이터 질병 확산 예측기술'은 계산과학을 통해 환자의 증가 및 감소추세를 권역별로 예측하는 시스템이다. 확진자와 동선이 겹친 사람을 빨리 파악할 수 있어 감염확산을 막을 수 있을 것으로 기대된다. 연구진은 사람들이 많이 모여드는 병원이나 마트 등 출입 시 시공간 파악이 가능한 배지를 달게 하거나 앱 설치방법을 고려 중이다. 시공간 데이터를 정교하게 모으고, 추후 확진자가 확인될 경우 확진자와 시공간이 겹친 사람에게 빠르게 연락해 검사를 요청할 수 있다. 이 기술의 특징은 개인 위치 자료를 수집하지 않는다는 데 있다. 개인 동선의 시공간 상관성만 분석해 ‘동선 기반 위험도’가 높게 나온 출입자가 누구인지 데이터만 얻어냄으로써 행동 경로 노출을 꺼리는 사람에게도 쓸 수 있다. 해당 기술은 산업재해 대응 플랫폼으로도 활용할 수 있다. 산업시설의 환경과 시설상태, 작업자, 사고 개연성 등 위험도를 분석해 지도를 만들고 여기에 통합위험 모델링 및 예측시뮬레이터를 개발해 실시간으로 작업자의 위험관리와 대응전략을 모색할 수 있다는 설명이다. 김 단장은 "가스나 온도 등이 높아질 경우 시스템이 향후 위험도를 분석해 대피가 필요한 작업자들에게 실시간 안전 지도를 제공하는 것"이라며 "작업현장에서 필요한 안전모나 안전복에 시공간 자료수집 시스템을 달면 실시간 작업자의 위험관리와 대응전략을 모색할 수 있다"고 설명했다. 연구단은 올 초 출범했지만 실증연구에 들어가는 등 속도를 내고 있다. 김 단장은 "의료시스템의 경우 복잡한 허가절차 등으로 시간이 필요할 수 있지만, 올해 안에 데모기술을 선보일 계획"이라며 "현장에서 우리 기술을 어떻게 받아들일지가 가장 중요하기 때문에 현장 모니터링을 통해 꾸준히 의견을 듣고, 의미 있는 자료를 수집해 연구에 반영할 것"이라고 덧붙였다. 점점 교묘해지는 범죄, 경찰청 KIST에 러브콜 '과학치안진흥센터' 출범 "우리나라 과학기술은 높은 수준에 있지만, 치안 접목은 걸음마 단계입니다. 과학치안 관련 종합계획을 수립하고 연구개발 토대를 만들어 최종 결과물을 상용화하는 선순환 생태계를 만들겠습니다."(최귀원 소장) 최귀원 소장 지난해 우리 사회를 경악하게 한 사건이 있었다. 텔레그램 N번방사건이다. 사회가 빠르게 발전할수록 전화금융사기 등 신종범죄도 빠르게 변하고 있다. 경찰 인력을 늘리는 것만으로는 점점 교묘해져 가는 범죄를 해결하기 힘들어진 상황이다. 경찰청은 치안 강화를 위해 과학기술을 택하고 지난해 KIST에 러브콜을 보내 '과학치안진흥센터'를 출범시켰다. ▲치안 연구개발 사업의 효과적 관리 ▲과학치안 활성화를 위한 중장기 발전전략 수립▲치안산업 육성 지원이 목표다. 경찰청이 KIST와 협력을 모색한 이유는 2018년 폴리스랩 1.0 사업을 공동추진하며 신뢰를 쌓아왔기 때문이다. 폴리스랩이란 치안을 뜻하는 폴리스(Police)와 리빙랩(Living-Lab)의 합성어다. 국민·경찰·연구자가 협력해 치안현장 문제를 발굴하고 연구 및 실증을 거쳐 해결하는 연구개발과제로 KIST가 사업단 계속 맡아오고 있다. 폴리스랩 사업을 통해 KIST는 7개 과제를 수행하고 올해 초 평가에서 우수한 성적을 받았다. '접이식 방패'와 '보이는 112'가 대표적이다. 접이식 방패는 소재연구를 하는 팀이 주도해 연구개발했다. 기존 방패는 부피와 무게(약 3~4kg)가 상당해 트렁크에 싣고 다녀 실효성이 떨어졌다. 연구진은 방패 무게를 1.2kg로 줄이고 접이식 형태로 보관 및 사용을 쉽게 만들었다. 서울 송파서와 나이지리아, 남미 국가 등에 전달됐으며 사용 후기를 통해 2~3년 내 생산기술을 완료 후 전국에서 사용할 수 있도록 배포한다는 계획이다. 보이는 112는 치안현장을 빠르게 전달하기 위해 앱을 설치해 영상을 촬영해야 했던 기존 방식에서 벗어나 전송받은 URL을 통해 영상을 촬영해 경찰 측에 보내는 시스템이다. 제주도에서 시민 대상 테스트를 거쳤으며, 결과가 좋아 1년 내 전 국민이 사용할 수 있도록 상용화할 계획이다. KIST는 폴리스랩을 주관하며 국민 치안을 위한 R&D에 힘쓸 예정이다. 이와 달리 센터는 R&D 전담기관은 아니지만, 폴리스랩의 과제를 선정해 실용화 가능토록 지원하고, 과학치안 중장기 전략 및 시스템 구축을 위해 R&D 동향분석, 실태조사와 치안산업 진흥 법률안 발의 등 과학기술치안 싱크탱크를 맡는다. 최 소장에 따르면 우리나라는 치안과학의 전략이나 정책을 어떤 방향으로 가지고 갈지 종합적인 내용이 잘 정리되어있지 않다. 국립과학수사연구원 등 수사와 과학기술 접목은 전부터 있었지만 치안 관련 과학기술 접목시도는 거의 없었다. 그는 "치안산업이라는 개념도 없고, 기술분류체계에서 치안 관련 기술이 여기저기 모호하게 뒤섞인 상황이다. 별거 아닌 것 같지만 관련법을 만들거나 체계를 수립하는데 있어서 분류체계는 꼭 필요하다"고 말했다. 센터는 우선 과제로 올해 새로 시작되는 폴리스랩 2.0사업과 자율주행기술개발사업을 제대로 관리 운영하기 위한 시스템을 갖출 계획이다. 현재 사업공고와 과제선정 등을 맡기 위한 평가단을 구성 중이다. 사업공고에 우수한 아이디어들이 모이고 개발돼 상용화되면 우리나라 산업발전에도 기여할 수 있을 것으로 보인다. 이와 함께 과학치안 싱크탱크 역할을 위한 기반 쌓기에도 속도를 낸다. 내년에는 과학기술기반 미래치안전략을 만들어 안건을 상정할 계획이며 관련 기획 및 자문위 구성 등을 통해 정책적인 일을 추진할 예정이다. 오는 7월부터 시작되는 자치경찰제의 원활한 임무 수행을 위한 지원도 계획 중이다. 지금까지 치안관리·감독은 지자체 중심으로 진행됐으나 지역마다 발생하는 문제들이 달라 형평성에 어긋난다는 지적이 있었다. 자치경찰제가 시행되면 지방 스스로 문제를 발굴하고 해결하기 위한 R&D를 수행할 수 있다. 센터는 지역 문제 해결을 위해 필요한 거점연구소 선정과 수요발굴 등을 지원할 중간역할을 수행한다. 최 소장은 "KDI 통계에 따르면 치안지수의 경제 성장기여율은 0.99~1.08%p로 나타난다. 치안안정이 되면 국가 경제와 사회적 파급효과도 늘어난다는 것"이라며 "치안과학의 전략과 정책개발을 통해 국민의 안전을 지키고, 더불어 거대한 치안산업 시장을 활성과 시켜 경제적 발전까지 도모하겠다"고 말했다.

- KIST-NST, 안전증강융합연구단 현판식 개최 - 고위험 재난의료 및 산업재해환경 예방 연구 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)과 국가과학기술연구회(NST, 이사장 직무대행 이인환)는 5월 20일(목) KIST 서울 성북구 본원에서 안전증강융합연구단(ASSIST, Augmented Safety System With Intelligence Sensing & Tracking) 현판식을 개최했다. 국가과학기술연구회의 지원을 받아 KIST가 주관연구기관으로 연구를 수행하는 안전증강융합연구단은 ‘지속 가능한 K-방역을 구현할 수 있는 의료현장 수요에 기반한 의료시스템 지원기술과 산업재해로 인한 복합적 사회문제를 유발하는 근로자 사망사고 및 중대사고 예방’을 위하여 3년간 연구에 매진하게 된다. ‘재난의료/산업재해 안전증강’ 융합연구단은 코로나19 팬데믹과 같은 재난 위기 상황에서 원격과 이동형 신속선별진료시스템, 비대면 환자 모니터링 기술, 고위험 작업현장 근로자 안전관리 적용기술 등 의료진 및 산업재해 현장의 위험을 낮추고 안정적 운영을 지원하는 ICT 융합기술을 개발한다. 융합연구단에는 KIST와 함께 한국에너지기술연구원, 한국과학기술정보연구원 등 출연(연)과 대학병원 3개, 대학 4개의 공공기관 및 7개 기업이 공동연구에 참여한다. 연구를 총괄하는 KIST 김상경 단장은 “수요에 기반한 연구 방향과 해결책 제시를 위해 많은 출연연과 병원이 함께 현장을 모니터링하고, 같이 연구를 수행한다. 질병 진단부터 비대면 진료, 산업 안전관리에 이르기까지, 포스트 코로나 시대 의료시스템 혁신을 위한 선도적 기술을 개발할 계획이다.”라고 말했다. KIST 윤석진 원장은 “본 사업의 목표는 재난의료 상황에서 실제 활용될 수 있는 기술 개발이다.”라고 밝히며, “실용화형 융합연구사업의 취지에 맞게 원천기술의 개발을 통해 기술이 국가 성장동력 확보와 산업계의 일자리 창출 등에 연계될 수 있도록 상용화에 최선을 다할 계획이다”라고 밝혔다. [붙임] 1. 안전증강융합연구단 개요 2. 안전증강융합연구단 현판식 개최(안)

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천동원 박사 ‘준 안정상 신소재 개발 방법론’ 과학적 제시 감으로 진행됐던 연구 과학적 규명 ”연구자 필요에 따른 재료 개발 도움 될 것” KIST의 한 실험실, 입구에 들어서자마자 압도적 크기의 연구 장비가 시선을 끈다. 고개를 머리 위로 들어 올려야 볼 수 있는 커다란 원통모양의 이 장비의 이름은 투과전자현미경이다. 눈으로 원자를 직접 관찰할 수 있어 나노물질의 구조분석이나 저분자량 단백질의 구조규명 등 소재개발에 필요한 핵심 물성을 규명하는데 사용된다. 물질을 관찰하고 분석하는데 주로 사용하는 이 현미경을 ‘신소재 개발 플랫폼’으로 활용하면서 남들과는 차별화된 연구를 하는 팀이 있다. 천동원 KIST 에너지소재연구센터 박사팀이다. 천 박사팀은 투과전자현미경 장비를 이용해 일반 합성 장비에서 실현 불가능한 독특한 소재합성 분위기를 만들고, 소재 성장과정을 세세하게 관찰해 새로운 신소재를 개발하고 생성원리도 규명한다. 천 박사는 최근 이 같은 연구를 통해 에너지신소재개발에 적용할 수 있는 신개념 준 안정상 합성방법론을 제시하는데 성공했다. ‘몸에 좋긴한데 표현할 방법이 없다’는 건강식품처럼, 만들어지기는 하는데 이론 제시가 어려웠던 준 안정상 신소재 개발 방법론을 과학적으로 제시한 것이다. 해당 연구결과는 Nature 최신호에 게재됐다. 만들어지긴 만들어지는데 왜? 규명하기 어려운 이론 제시하다 천 박사는 친환경 미래형 에너지로 주목받는 수소의 저장 및 활용 효율을 높이기 위한 기초 연구를 하고 있다. KIST는 1987년부터 수소 생산 및 화학적 운송 저장, 수소연료전지 등 전주기 수소 기술 연구 개발의 오랜 역사를 가졌다. 하지만 여전히 수소를 이해하기란 어려운 일이다. 천 박사에 따르면 원자번호 1번인 수소는 양성자와 전자를 하나씩 갖는다. 수소가 금속 내부에 들어가게 되면, 많은 전자를 갖고 있는 금속과 수소가 전자를 공유하게 된다. 마치 거대한 산 위에 바위 하나가 놓인 것처럼, 금속 내부에 존재하는 수소의 거동을 직접 관찰하고 이해하기는 어렵다. 수소의 저장이나 활용 등을 효율적으로 만들기 위해서는 이처럼 수소의 거동을 직접 관찰하는 것이 중요한데, 어렵다보니 많은 연구자의 직관, 경험으로 진행 돼왔다. 직관이 아닌 과학적 근거에 기반을 둔 연구를 할 수 있도록 하는 것이 천 박사의 연구과제이다. 연구자의 직관, 경험적인 방법론에 의존해 진행되는 또 다른 연구가 있다. 준 안정상 신소재 개발연구다. 예를 들어 높은 압력환경에서 생성되는 다이아몬드는 우리가 사는 상온 상압 환경에서 준안정상인 반면에, 같은 탄소로 구성되는 흑연은 안정상이라 부른다. 같은 원소로 구성된 소재임에도 확연하게 구별되는 물성을 갖는 다이아몬드와 흑연의 예처럼, 준안정상을 통해 새로운 성능을 갖는 소재개발이 가능할 수 있다는 측면에서 매우 흥미로운 연구주제이다. 투과전자현미경을 통해 관찰한 액상 내 준안정 팔라듐 수소화물 나노입자 생성과정 실시간 분석 특히 소재의 크기가 매우 작은 나노스케일에서는 기존 연구나 경험을 기반으로 예측하기 어려운 준안정상의 형성이 가능한데, 형성 원리를 이해하는 것이 매우 어렵다. 천 박사팀은 준안정 금속수소화물 개발을 통해 과학적인 근거와 이론 제시가 어려웠던 나노스케일의 준 안정상 소재의 형성원리를 규명하는데 성공했다. 투과전자현미경 액상셀 내부에 수소가 충분한 환경을 조성하고, 팔라듐 결정을 성장시켜 새로운 결정구조를 갖는 준안정 팔라듐 수소화물을 합성하는데 성공하고, 생성 원리를 세계최초로 규명했다. 그는 “충분한 수소분위기에서 준안정상이 생기는 것을 실제 실험을 통해 관찰하고, 계산과학 그리고 팔라듐 수소화물의 3차원 원자구조 규명을 통해 생성원리를 규명했다” 면서 “또 이렇게 만들어진 준안정상 소재가 안정상 소재에 비해 우수한 열안정성 그리고 수소를 2배 더 많이 저장할 수 있는 용량을 가지는 것도 확인했다”고 설명했다. 천 박사는 실험을 통해 얻은 준 안정상 소재가 팔라듐과 수소로 만들어진 만큼, 고가인 백금을 대체할 수 있는 새로운 촉매로 활용을 기대했다. 또 새로운 소재합성법을 통해 준안정 수소저장 신소재 개발이 가능할 것으로 봤다. 원자분해능 토모그래피 분석법을 통해 밝혀낸 준안정 팔라듐 수소화물 나노입자의 3차원 원자구조 및 준안정상 나노입자 생성과정 모식도 하지만 천 박사는 “이번 연구는 준안정 팔라듐 수소화물의 촉매 및 수소저장소재로의 응용연구가 핵심이 아니다”라고 선을 그었다. 현대 반도체 산업의 핵심 소재공정법으로 사용되고 있는 실리콘 단결정 제조기술인 초크랄스키법도 예상치 못했던 새로운 분야에 사용되고 있기 때문이다. 폴란드 과학자 얀 초크랄스키는 1918년 ‘금속의 결정화 속도 측정을 위한 새로운 방법’이라는 논문을 통해 이 기술을 처음으로 공개했다. 아마도 초크랄스키 본인은 이 기술이 미래사회에 큰 파급효과를 끼치게 될거라 상상도 하지 못했을 것이라 여겨진다. 그는 “새롭게 개발한 준안정상 소재합성방법론은 초크랄스키법처럼 예상치 못했던 새로운 분야에 사용될 수 있을 가능성이 더 크다고 생각한다”며 “우리 연구는 준안정상 소재가 어떤 환경에서 왜 만들어졌는지를 규명하고, 방법론을 제안했다는데 의의가 있다. 우리가 제안한 새로운 소재합성 방법론을 이용하여 많은 연구자들이 새로운 준안정상 신소재를 개발할 수 있을 것”이라고 말했다. 재밌어서 한 연구, 동료들에게 감사 ？"연구비가 따로 나오는 프로젝트는 아니었는데 재밌어서 연구를 시작했어요. 연구주제가 재미있다는 이유로 많은 분들이 연구에 참여해 주셔서 감사한 마음입니다. 특히 KIST 유성종/이영수 박사님, KAIST 양용수 교수님, POSTECH 손창윤 교수님께 감사하다는 말을 전하고 싶어요." 이번 연구는 KIST뿐 아니라 KAIST, POSTECH, 서울대 등 여러 연구원들이 5년간 의기투합한 결과다. 수소를 붙일 금속으로 팔라듐을 선택한 것도 여러 연구자들과의 논의에서 시작됐다. 1열 왼쪽부터 제1저자 KIST 배지환 전문원, 제1저자 KIST 홍재영 연구원(현 UIUC), 2열 왼쪽부터 교신저자 KAIST 양용수 교수, 교신저자 KIST 유성종 책임연구원, 교신저자 KIST 이영수 책임연구원, 교신저자 KIST 천동원 책임연구원, 교신저자 Postech 손창윤 교수 천 박사는 “투과전자현미경을 통해 백금이나 금에 대한 연구결과가 많이 보고되고 있는 반면에, 팔라듐에 대한 연구결과는 보고되지 않더라. 왜일까 궁금했고 그 이유를 알고싶어서 연구를 시작했다”고 말했다. 하지만 연구결과가 보고되지 않은 것에는 이유가 있었다. 기존 정보로 설명이 불가능한 미지소재를 해석하는데 실패한 것이다. 천 박사는 KIST뿐 아니라 다른 대학의 교수진과 의견을 나누며 실험했다. 그 결과 준안정 팔라듐 수소화물이 헥사고날 결정구조임을 보여주는 결과를 얻었고, 이를 입증하는데 성공했다. 계산과학자들과 연구협력도 중요했다. 천 박사에 따르면 일반적인 조건에서는 계산 결과에서도 헥사고날 결정구조가 열역학적으로 불안정하게 나왔다. 팔라듐 입자의 크기를 나노스케일로 줄이고 불규칙적으로 수소를 분포시키는 등 실제 실험 조건을 계산에도 반영한 결과 헥사고날 구조가 안정해지는 영역을 찾을 수 있었다. 또한 원자분해능 토모그래피 분석방법을 통해 준안정상 결정의 3차원 구조를 규명하여 ‘다단계 결정화과정’이라는 새로운 나노입자성장 기전을 제안했다. 최근 그는 기분 좋은 소식을 들었다. 미국의 모 그룹이 천 박사팀이 개발한 준안정 팔라듐 수소화물 대량생산 연구를 시작했다는 것이다. 천 박사는 과학기술자들의 호기심이 새로운 영역의 발전으로 확장되기를 기대하고 있다. 앞으로 천 박사는 새로운 소재합성 방법론의 적용 범위를 확장하고, 대량생산 시스템을 개발하는 연구에 도전하고자 한다. 그는 “팔라듐 외에 다른 재료에 수소를 붙여보는 연구를 해보려 한다. 또한 수소 뿐만 아니라 리튬, 산소 등을 다른 재료에 붙여보는 연구를 진행해 우리가 제시한 소재합성 방법론의 유효성을 계속 입증하고 확인할 수 있는 연구를 하고 싶다”면서 “또 준안정상 대량생산 시스템을 개발하여 제가 발견한 새로운 소재의 물성을 직접 확인하고 싶다”고 연구에 대한 포부를 전했다.