기획·칼럼

국내 기계산업의 르네상스를 연다

[국민 생활 도움 주는 과학기술센터] (31) 한국기계연구원

지난해 한국기계기술단체총연합회가 선정한 ‘2020년 올해의 10대 기계기술 성과’ 중에는 국민들, 특히 주사 맞는 것을 싫어하는 어린이들이 크게 환영할 만한 기술이 포함되어 있다. 바로 통증 없이 약물을 전달하는 ‘나노마이크로 DNA 니들패치’ 기술이다.

‘나노마이크로 DNA 니들패치(nano-micro DNA needle patch)’는 3차원 나노패터닝(nano-patterning) 기술로 만든 DNA 주사를 피부에 부착하여, 통증 없이도 원하는 효과를 낼 수 있도록 유효성분을 피부 내로 흡수시키는 기술이다.

통증 없이 약물 주입이 가능한 니들패치의 구조 ⓒ 기계연구원

‘기계’라는 단어를 들으면 자동차나 제철 공장에서 볼 수 있는 거대한 설비들이 생각나서 국민의 일상생활과는 동떨어진 대상이라고 생각하기 쉽지만, 사실 기계의 종류는 천차만별이어서 의외로 국민들의 일상생활과 밀접한 것들이 많다.

마이크로 니들패치 역시 마찬가지다. 주사는 감기만 걸려도 병원에 가서 맞기 때문에 일상생활과 밀접한 존재라고 볼 수 있는데, 이 같은 주사를 통증 없이 맞을 수 있게 하는 것도 모두 첨단 기계공학 덕분이다. 그리고 이런 놀라운 성과를 만들어 내는 곳은 국내 기계공학의 산실이라 불리는 ‘한국기계연구원(KIMA)’이다.

국내 기계산업 성장의 견인차 역할 수행

한국기계연구원은 지난 1976년 설립 이후 우리나라 기계산업의 성장을 견인하며 국가 경제 성장을 묵묵하게 뒷받침해 온 정부출연연구기관이다.  최근에는 4차 산업혁명 시대를 맞아 제조업을 첨단업종으로 변화시키는 데 있어 많은 기여를 하고 있다.

특히 스마트 제조나 3D 프린팅 같은 첨단 기계기술로 우리나라 제조 산업의 르네상스를 열어가고 있는 한국기계연구원은 국민의 삶에 변화를 가져올 수 있는 창의적이고 도전적인 기계기술을 연구하고 있다.

기계연구원의 3대 추진전략 ⓒ 기계연구원

이를 위해 한국기계연구원의 업무는 크게 ‘연구개발 및 기획’과 ‘신뢰성 및 시험평가’ 그리고 ‘기술이전 및 지원’ 등 3가지 분야로 구분되어 있다.

연구개발 및 기획 업무에는 미래 원천 기술과 산업 핵심 기술, 사회 난제 해결 기술 개발 등이 포함되어 있다. 신뢰성 및 시험평가 업무에는 연구개발 활동과 연계한 기계류 및 부품의 공인시험과 기술 개발 보급이 편성되어 있다. 그리고 기술이전 및 지원 업무는 중소기업의 기술 지원 및 육성 등으로 이뤄져 있다.

미세먼지 저감 연구로 국민 생활에 도움

국민 생활과 밀접한 한국기계연구원의 연구성과 중에는 앞에서 소개한 DNA 니들패치 뿐만이 아니다. 국민 건강과 삶의 질을 위협하는 미세먼지를 줄이기 위한 다각적인 연구개발 활동 등이 포함돼 있다.

대표적 기술로는 플라스마버너(plasma burner)를 활용해서 군용 트럭 배기관에서 발생하는 미세먼지의 양을 95% 정도 줄일 수 있는 기술이다. 이 같은 사실은 지난해 한국기계연구원이 국방부와 공동으로 진행한 실증실험을 통해 확인되었다.

플라스마는 고체와 액체, 그리고 기체에 이은 제4의 물질로서 매우 높은 온도의 에너지 상태를 의미한다. 한국기계연구원은 지난 2019년부터 국방부 및 과학기술정보통신부와 공동으로 플라스마 기술을 활용한 미세먼지 저감장치 실증연구를 진행해 왔다.

실증연구를 담당한 기계연구원 환경시스템연구본부는 차량 50대에 오염물질을 연소시킬 수 있는 플라스마 버너를 차량 배기관에 장착시켜 운용한 결과, 미세먼지 발생량을 95% 이상 절감시키는 것으로 드러났다.

플라스마 버너를 장착하면 차량에서 발생되는 미세먼지를 줄일 수 있다 ⓒ 기계연구원

한편 기계연구원 환경기계연구실은 버스터미널 대합실과 기차역 역사 내부 등 넓은 실내 공간의 공기를 효율적으로 정화할 수 있는 대면적 무필터 공기 청정 기술을 개발하고 국내 최고 수준인 약 250㎡의 정화 성능을 확보하는 데 성공하여 주목을 받고 있다.

연구진은 원천기술을 보유한 정전방식의 집진 기술에 세계 최초로 멀티 섬유 전극을 적용하여 기존보다 약 1.5배 이상 넓은 면적의 공기 정화 성능을 확보했다. 독자적인 멀티채널 구조 기술로 먼지를 집진하는 전극의 숫자를 기존보다 늘려도 서로 간섭 없이 많은 양의 초미세먼지를 제거할 수 있다.

또한 정전기로 필터 기능을 대신하는 무필터 설계로 압력손실을 기존보다 20% 수준으로 줄여 처리 성능을 더욱 향상시켰다. 특히 이 기술을 활용하면 주기적인 필터 교체 비용이 절감되어 다중이용시설의 경제적인 실내 공기질 관리가 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.

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