10월호 스페셜 PLUS

과학기술로 풍요롭고
편리한 생활을 만들어갑니다

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선도연구센터는 장기적·안정적인 지원을 통해 세계적인 선도 과학자 그룹을 육성하고, 새로운 기초과학 지식과 원천기술 확보에 기여하고자 각 대학의 우수 연구인력을 분야별로 조직·체계화해 집중 지원하는 대규모 기초연구지원사업입니다.
올해 30주년을 맞이해, 오랜 시간 걸어온 길을 웹진 8월~12월에 걸쳐 다시 한 번 되짚어보고자 합니다.
사업 탄생의 역사적인 순간과 그 의의를 역대 센터장들에게 직접 들어보고, 그동안 켜켜이 쌓아온 수많은 우수성과와 과학계가 꿈꾸는 미래 선도연구센터의 모습을 조망해보고자 합니다.

과학기술은 국가와 기업의 글로벌 경쟁력을 높이는 원천이 될 뿐만 아니라 국민들의 실생활 문제를 해결할 수 있는 힘을 가지고 있습니다.
특히 선도연구센터 지원사업은 사회적 문제, 의료 등 다양한 분야에서 삶의 질 향상을 위한 연구성과를 배출하고 있습니다.
국민들의 풍요롭고 편리한 생활을 위한 국민체감형 주요연구성과들을 알아보겠습니다.

흥미로운 하루를 선사하다

3D영화, 특수 안경 없이 감상하자

차국헌(서울대학교, 2011년 발표)

“3D영화를 보고 싶지만 특수안경이 너무 불편해!”

영화를 더욱 실감나게 하는 3D 영화 시대. 하지만 3D 영화를 즐겁게 감상 하기 위해서는 특수 안경의 불편함을 감수해야 한다. 특수 안경을 쓰면 어 지러움이나 흘러내림 등이 생겨 방해가 되고, 기존에 안경을 쓴 사람들은 더욱 불편함을 호소할 수 밖에 없다. 이런 문제점을 해결하기 위해 차국헌 교수 연구팀은 프리즘 한면에 빛을 흡수하는 특수물질을 코팅, 원하는 방향으로만 영상을 보낼 수 있는 광학필름을 개발했다. 이 기술은 루시우스 프리즘 어레이(Lucius Prism Array) 방식으로 루시우스(Lucius)는 ‘밝다, 빛나다’는 뜻의 라틴어다. 즉 3D 프리즘 패턴을 이용해 빛을 제어할 수 있다는 의미다. 이 기술을 활용하면 3D 영화를 어느 자리, 어느 각도에서나 쉽게 감상할 수 있고, 화면 안정성이 높아져 어지럼증 등의 현상도 걱정할 필요가 없다. 보는 방향에 따라 영상이 달라지기 때문에 두 사람이 한 디스플레이에서 서로 다른 영상을 감상할 수 있다. 기술을 주도한 차국헌 교수는 나노응용시스템국가핵심연구센터(NCRC, 2003년 선정)에서 세부 과제책임자로 연구를 수행했다.

똑똑한 웨어러블 기기로 생체리듬을 챙기자

김대환(국민대학교, 2020년 발표)

“요즘 불면증으로 피로가 누적된 지 몇 달째야”

24시간 동안 불규칙한 광 환경에의 전자기기 남용, 잦은 국외출장 및 여행 등은 현대인의 신경계(뇌파, 심박, 심전도 등김와 내분비계(심부체온, 호 르몬 등) 일주기리듬을 교란함으로써 수면장애와 면역력 악화, 우울증. 시차로 인한 집중력 약화 등을 유발한다. 김대환 교수 연구팀은 광 환경 중 멜라토닌 호르몬 분비를 억제하는 빛의 세기(바이오 조도)와 노출시간, 실시간 심부체온, 심박, 멜라토닌 등의 종합적인 상관관계를 통해 일주기 리듬 교란 정도를 진단할 수 있다는 점에 착안하였다. 또한 진단 결과에 따라 LED 광치료를 개인 맞춤형으로 수행함으로써 교란된 일주기리듬을 정상화할 수 있는 하이브리드 기기 사례로서 일주기안경 시제품을 개발 및 시연했다. 예컨대, 오전에 적절한 청색광에 노출되는 광치료를 수행하면, 저녁에 수면의 질을 개선할 수 있고, 집중력 및 면역력 강화에 도움을 줄 수 있다. 기술을 주도한 김대환 교수는 하이브리드 디바이스를 이용한 일주기 ICT 연구센터(ERC, 2016년 선정)에서 센터장으로 연구를 수행하고 있다.

두 개의 태양이 뜨는 지구형 행성을 아시나요?

한정호(충북대학교, 2014년 발표)

“영화에서나 보던 외계행성이 궁금해”

영화 스타워즈를 보면 주인공이 사는 외계행성이 눈길을 사로잡는다. 바로 두 개의 태양이 뜨는 모습 때문이다. 이렇게 영화에서나 볼 법한 행성이 국내 연구팀에 의해 발견됐다. 한정호 교수 연구팀은 우리은하의 중심부에 모인 별빛을 관찰하던 중 중력렌즈현상을 발견했다. 여기서 중력렌즈현상이란 직진 성질을 가진 빛이 중력에 이끌려 진행 방향이 휘거나 왜곡되는 것을 말한다. 이후 천문데이터를 정밀하게 분석해 보니 중력렌즈현상의 원인이 짝을 이룬 두 개의 항성(쌍성)과 이 중 하나의 주위를 돌고 있는 지구형 행성이 포착됐다. 발견된 지구형 행성은 지구의 2배 정도 되는 질량을 가졌고 지구에서 약 2만 광년 떨어져 있다. 행성 표면온도가 -213℃로 매우 추워 만약 물이 있다고 해도 단단한 얼음형태이기 때문에 생명체가 존재하기는 어렵다고. 연구팀은 이번 결과가 태양계와는 전혀 다른 우주환경에서 행성이 만들어지는 원리를 밝히는 데 활용될 것으로 기대했다. 기술을 주도한 한정호 교수는 우주구조와진화연구센터(SRC, 2002년 선정)에서 총괄과제책임자로 연구를 수행했다.

안전한 하루를 설계하다

가짜휘발유 NO! 이제 쉽게 구별한다

김대환(국민대학교, 2020년 발표)

“가짜휘발유를 쉽게 구별하기 어려워서 걱정이야”

가짜휘발유는 화재 위험뿐만 아니라 시동 꺼짐과 엔진 손상 등의 위험성이 높아 대형사고로 이어질 수 있다. 이처럼 가짜휘발유 유통은 사회적으로 큰 문제를 부를 수 있다. 김종만 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 가짜휘발 유를 쉽게 구별할 수 있는 새로운 센서 시스템을 개발했다. 가짜휘발유에는 톨루엔이라는 무색 액체가 포함돼 있는데 이 물질만 통과할 수 있는 보호막 을 센서 위에 올려놓고 휘발유를 한 방울 떨어뜨리면 색 변화를 통해 휘발유 의 진위여부를 판별하는 것이다. 기존 시스템은 센서와 휘발유 전체가 만 나는 방식으로 판별하고 싶은 휘발유의 양이 적으면 센서가 작동하지 않는 문제가 발생했다. 하지만 개발된 기술을 활용하면 원하는 물질만 통과시킨 뒤에 센서와 닿기 때문에 미량의 휘발유로도 가짜여부를 판별할 수 있다. 보호막을 이용한 센서 시스템은 중금속, 독극물 검출 등 각종 환경 유해물질 검출에도 활용이 가능할 것으로 예상된다. 기술을 주도한 김종만 교수는 차세대염료감응태양전지기술센터(ERC, 2008년 선정)에서 세부과제책임 자로 연구를 수행했다.

대형구조물의 균열과 손상을 초기에 감지한다

손훈(한국과학기술원, 2015년 발표)

“우리 아파트가 언제 무너질지 모르니까 무서워!”

우리 사회는 성수대교 붕괴사고 등의 사고를 경험하며 교량을 비롯한 사회기반시설의 사전안전점검 중요성에 대한 요구가 높다. 손훈 교수 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 교량이나 건물에 생기는 균열을 자동으로 감지하는 스마트 센서와 센서간 무선 네트워크를 구축했다. 연구팀이 개발한 무선센서 노드는 배터리 교체 없이 반영구적으로 운영이 가능하고, 비선형 초음파 기반 피로균열 진단기술의 경우 기존 데이터가 없어도 건물에서 나오는 진동이나 음향파 등의 신호를 확인해 구조물이 붕괴되기 전에 자동진단을 할 수 있다. 이 기술개발로 사회기반시설물뿐만 아니라 항공기, 고속철도, 선박 등 다양한 강구조물의 피로균열 감지에 적용할 수 있는 국가 핵심 원천기술을 확보했다. 기술을 주도한 손훈 교수는 스마트사회기반시설연구센터(ERC, 2002년 선정)에서 세부과제책임자로 연구를 수행했다.

한국의 휴보, 로봇경진대회(DRC)에서 우승하다

오준호(한국과학기술원, 2015년 발표)

“위험한 재난 현장에서 구조요원이 다치면 어쩌지?”

오준호 교수 연구팀은 2004년 처음 개발한 한국형 휴머노이드 로봇, 휴보(HUBO)를 개발한 뒤 지속적인 연구를 통해 기존 휴보보다 힘과 체구, 안정성과 운동능력이 향상된 ‘DRC 휴보Ⅱ’를 개발했다. 이후 2015년 미국 국방부 산하 방위고등연구계획국(DARPA) 로보틱스 챌린지에서 1등을 차지했다. 이 대회는 일본 후쿠시마 원전 사고를 계기로 재난 현장에서 활동할 로봇의 필요성을 제기하면서 시작됐다. 대회 미션은 가상의 원자력발전소 사고 현장에 사람 대신 로봇이 들어가 냉각수 밸브를 잠그고 나오는 것이다. ‘DRC 휴보Ⅱ’는 재난상황에서 수행해야 할 총 8가지의 고난도 임무(자동차 운전, 차에서 내리기, 문 열기, 밸브 잠그기, 드릴로 벽에 구멍 뚫기, 험지 돌파, 계단 오르기)를 1차 대회에서 46분 4초 동안 7개 과제를 마쳐 6위에 그쳤지만, 다음날 2차 대회에서 8개 과제를 44분 28초 만에 침착하게 완수했다. 그 결과, 한국의 휴보가 총 6개국 24개 팀을 물리치고 세계 최강의 재난대처 로봇 자리에 올랐다. 기술을 주도한 오준호 교수는 인간친화복지로봇시스템연구센터(ERC, 1999년 선정)에서 세부과제책임자로 연구를 수행했다.

건강한 하루를 공유하다

컴퓨터로 정밀한 이족보행을 재현하다

이제희(서울대학교, 2014년 발표)

“걸을 때마다 통증이 심해지는 이유를 모르겠어”

사람이 두 발로 균형을 잡으며 움직이는 원리에 대해서는 많은 연구가 이뤄졌다. 하지만 인체의 근골격 모델을 사용해 보행을 제어하는 연구는 10개의 근육을 사용한 단순 모델의 보행에 대해서만 시뮬레이션이 가능한 수준이었다. 이제희 교수 연구팀은 한 발 더 나아가 컴퓨터 시뮬레이션으로 사람이 보행하는 움직임을 가상으로 정밀하게 재현하는 기술을 개발했다. 연구를 통해 실제 사람의 보행을 분석한 데이터를 중심으로 보행에 중요하게 관여하는 근육 100여 개를 갖는 모델을 사용, 주어진 동작 데이터를 온라인 상에서 물리적으로 재현하는 제어기술을 개발한 것이다. 개발된 제어기술을 적용하면 다양한 보행동작을 비교적 자연스럽게 표현할 수 있기 때문에 각 근육의 특성 값을 조절해 근육이 이탈됐거나 통증으로 불편한 경우 등 인체의 움직임에 대한 재현이 필요한 분야에 다양하게 응용할 수 있다. 기술을 주도한 이제희 교수는 인간중심제품혁신연구센터(ERC, 2007년 선정)에서 세부과제책임자로 연구를 수행했다.

피로물질 ‘젖산’에서 암세포 비밀을 찾다

염영일(한국생명공학연구원, 2015년 발표)

“항암치료만큼이나 전신 근육통증이 너무 힘들어”

젖산(Lactate)은 급격한 운동 시에 포도당이 분해될 때 만들어지는 피로 물질로 근육통증을 유발하는 원인이다. 특히 세포증식 활동이 활발한 암 세포에서 다량 생성돼 암환자들이 전신에 고통을 호소하는 이유 중 하나로 알려져 있다. 염영일 박사 연구팀은 저산소 환경의 암세포에서 발현이 증가되고 암세포 성장과 주변 혈관생성을 촉진하는 발암성 단백질(NDRG3)을 새롭게 발현해서 이 단백질이 젖산과 상호작용을 한다는 사실을 알아냈다. 연구팀은 실험을 통해 NDRG3 단백질과 젖산이 결함하여 NDRG3 단백질 분해가 억제됨으로써 암세포에 NDRG3를 축적시키고, NDRG3는 암세포에 성장을 촉진하는 신호를 보냄으로써 암을 악화시킨 다는 것을 확인했다. 이번 연구를 통해 암과 염증질환을 효과적으로 치료 하기 위해서는 젖산의 생성을 조절하는 것이 중요하다는 것이 밝혀졌다. 따라서 암을 비롯해 염증질환 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다. 기술 을 주도한 염영일 박사는 분자치료연구센터(SRC, 2000년 선정)에서 세부 과제책임자로 연구를 수행했다.

시각장애인 없는 세상을 꿈꾸며, 인공 눈을 개발하다

정흠(서울대학교, 2015년 발표)

“더 이상 회복 불가능한 내 눈, 되돌릴 순 없을까”

눈의 질병은 사람이 생활하는 데 심각한 장애를 초래하며 큰 지장을 준다. 특히 카메라의 필름에 해당하는 망막은 한 번 손상되면 일부 수술이 가능한 병을 제외하고는 회복이 어렵다. 정흠 교수 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 새로운 생체물질인 액정폴리머(LCP)를 이용해 초소형, 초박형으로 안구 구조에 맞는 인공시각장치를 개발했다. 인공사각장치(인공망막이는 망막변성질환으로 시각을 상실한 환자의 망막신경세포를 전기적으로 자극 해 시각을 회복시키는 전자장치다. 개발된 인공사각장치는 곡면형 구조를 가지고 있어 안구 구조에 잘 맞고 장기 내구성이 뛰어나다. 필요한 부품을 작게 만들어 안구 바깥쪽 바로 옆에 붙일 수 있어 수술적인 부담도 줄였다. 이러한 폴리머 기반의 체내이식 장치 제작기술은 인공망막뿐만 아니라 인공청각기, 심뇌자극 등 다양한 분야의 신경보철장치에 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 기술을 주도한 정흠 교수는 초미세생체전자시스템연구센터(ERC, 2000년 선정)에서 세부과제책임자로 연구를 수행했다.
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