부분들의 합은 전체 그 이상의 시너지, 융합연구 톺아보기

[꿰어야 보배] 37탄 : 융합연구 톺아보기

고대 그리스의 위대한 철학자 아리스토텔레스는 ‘전체는 부분의 합보다 크다’라는 명언을 남겼습니다. 짧지만 오묘한 진리를 담고 있는 문장인데요. 다양한 재료들이 한데 모여 환상적인 맛과 향을 머금은 요리나 섬세한 붓 터치들이 만들어내는 회화작품을 떠올려보면 그 의미가 단번에 이해됩니다. 엄지손톱만 한 퍼즐들이 모여 바다나 산의 풍경을 완성하는 것도 생각할 수 있겠네요.

부분들의 합 그 이상, 이를 의미하는 표현을 꼽자면 ‘융합’이 아닐까요? 융합의 사전적 의미는 다른 종류 것들이 녹아 서로 구별 없이 하나로 합해지거나 그렇게 되는 과정을 일컫는데요. 핵심은 물리적 결합을 넘어서 화학적 결합까지 이뤄져야 한다는 사실입니다. 융합의 가치가 가장 빛을 발하는 분야가 있다면 단연 연구 영역입니다. 이번 꿰어야 보배에서는 기관 간 벽을 허물어 초학제적 연구 조직을 구성한 국가과학기술연구회(NST)의 융합연구단을 살펴보도록 하겠습니다.

출연() 간 찐케미를 만드는 NST의 융합연구사업

2014년 국가과학기술연구회(NST) 출범 이후 융합연구사업은 시너지 효과를 창출하며 다양한 성과를 거두어 왔습니다. 융합연구는 서로 다른 생각, 조직, 문화가 다름을 넘어 하나의 연구주체가 되는 개방‧협력형 연구 분야입니다. 미세먼지나 기후위기, 팬데믹까지 인류가 직면한 사회적 문제는 점차 복잡해지는 양상을 띠고 있습니다. 첨단 기술의 놀라운 발전으로 나날이 새로운 발견과 기술도 쏟아지고 있습니다. 융합연구는 이러한 현실 속에서 과학, 기술, 인문사회과학, 예술 등 세분화된 학문들을 한데 모으고 기술들을 결합해 역량을 결집시키죠.

NST 융합연구사업의 성과 중 하나는 융합생태계 조성인데요. 2014년부터 2020년까지 출연(연)을 포함해 대학, 기업 등에서 총 22,017명이 참여하여 242개의 과제를 수행했습니다. 여기서 주목할 점은 속적으로 참여 인원이 늘었고, 인력 교류가 매우 활발하게 이뤄졌다는 것입니다. NST는 4대 과기특성화 대학까지 융합연구사업을 총괄하는 주관기관으로 확대해 학계와의 연구 시너지가 더욱 커지도록 생태계를 지원했고, 지역균형발전을 위한 과제도 잊지 않았습니다. 융합연구가 만들어 낸 찐케미는 국가연구개발 우수성과 100선에 2017년부터 2020년까지 총 9건이 선정되는 결실로 이어졌는데요. 단순한 물리적 결합이 아닌 화학적으로 끈끈하게 연결된 연구가 그 효과를 내기 시작한 것입니다.

융합연구사업의 연구 성과는 정량적 지표로도 확인할 수 있습니다. 논문성과의 경우 2014년 융합연구사업 출범 이후 논문게재 수가 꾸준히 증가해 연평균 약 304건이 게재되고 있는데요. 공동논문의 경우 2015년 10%에 머무르던 수준이 2020년 30%로 증가하며 연구수행 주체 간 협력이 점차 활성화되는 양상이 보입니다. 특허 성과와 기술료도 성과 측면에서도 긍정적인 성과가 있었고 사업화 성과도 이어졌는데요. 융합연구단 사업으로 신생 기업이 10개가 생겨났고, 창의형 융합연구사업은 7개의 기업을 만들어냈습니다. 또한 융합연구사업 수행 이후 후속 R&D 과제로 연계되는 등 융합생태계 조성에 힘을 보태고 있습니다.

신종 바이러스 감염 대응 융합의 힘으로 극복, CEVI 융합연구단

전세계를 공포에 몰아 넣은 메르스와 사스를 기억 하시나요? 당시 상황에 착안해 출범한 연구단이 바로 신종 바이러스 감염 대응 연구단, CEVI 융합연구단입니다. 2016년 출범한 CEVI융합연구단은 메르스와 사스 항원/분자 진단 기술을 개발한 데 이어 백신 후보물질을 개발하고 기술이전에 성공한 바 있습니다. 신종 바이러스에 과학적 방식으로 대응할 수 있는 가장 최적의 방법을 신속하게 시행한 것이죠.

사상 초유의 사태인 코로나19 팬데믹 상황에서도 CEVI 융합연구단의 활약은 빛이 났습니다. 지난해 1월 국내 첫 코로나19 환자가 발생하자 CEVI 융합연구단은 코로나19에만 집중해 연구를 진행 했습니다. 그 결과 1년 만에 진단키트와 백신, 치료제 후보물질을 개발해 기업들에 기술이전하는 데 성공했죠. CEVI 융합연구단은 국내 최초로 코로나19 바이러스 유전자 표준물질을 개발하면서 국내 백신 및 치료제 후보물질 개발에 큰 기여를 했습니다.

CEVI 융합연구단은 백신 후보물질을 개발해 HK이노엔(주)으로 기술 이전한 바 있는데요. HK이노엔(주) 관계자는 “한국화학연구원 CEVI 융합연구단으로부터 기술이전 받은 후보물질은 타 후보물질 대비 3~5배 뛰어난 효능을 보여 일반적인 면역증강제로도 충분한 항체 생성이 가능할 것”이라고 전망했습니다. 본 후보물질은 2021.7.22일 식품의약품안전처로부터 IND(임상시험계획)를 승인 받아 현재 임상1상을 진행중이며, CEVI 융합연구단의 성과는 산술적인 가치로는 다 평가하기 어려울 만큼 놀라운데요. 감염병의 공기 중 확산방지를 위해 99% 항균 및 항바이러스 공조장치 29종을 개발했고, 이후 과기정통부가 선정하는 우수연구개발 혁신제품 1호로도 꼽혔습니다. 유럽알레르기협회의 인증을 획득한 이후 9개 사에 기술이전했고, 국내외 총 11,741대에 이르는 공조장치를 보급했습니다.

한국화학연구원 BL3 실험실에서 코로나19 백신, 치료제 후보 물질을 연구하고 있는 연구진의 모습. CEVI 연구단은 출연연 최초로 코로나 백신 개발에 뛰어들어 성과를 이뤄냈다. ⓒ한국화학연구원

치매가 두렵지 않은 한국을 위한 연구, 치매DTC 융합연구단

진단(Diagnosis), 치료(Treatment), 케어(Care) 등 치매 관리의 3단계를 뜻하는 용어에서 이름을 따온 DTC 융합연구단의 궁극적 목표는 치매 없는 세상을 위한 기술 구현인데요. 배애님 KIST 치매DTC 융합연구단장은 “신경세포 퇴행의 직접적 원인이 되는 타우 단백질에 집중해 근본적인 치매 치료 물질을 개발하고자 한다”고 밝혔습니다. 치매DTC 융합연구단은 타우 단백질 응집 저해 기반의 치매 치료제의 전임상 후보 물질을 개발하고, 동물모델에서의 인지기능이 개선되는 효과와 약물성과 안전성을 확인했습니다. 국내 대형 제약사인 동아 ST에 기술이전을 하는 쾌거를 이뤘고 현재는 MOU를 통해 경쟁력 있는 임상 후보 개발에 힘을 모으고 있습니다. 또한 기존 치료제 대비 효과가 장기간 지속될 수 있는 가역적 마오비 억제제를 개발하여 뉴로바이오젠에 기술이전하고 임상 진입을 추진하고 있습니다. 이와 같은 연구들은 2018년 국가 연구개발 우수성과 100선, 2019년 출연(연) 10대 우수성과에 꼽히기도 했죠.

치매는 조기 진단이 중요한데요. 그동안 문진표 작성을 통한 선별검사가 이뤄졌지만 병리학적으로 정확한 진단을 내리기엔 한계가 있었습니다. 치매DTC 융합연구단은 삼성의료원과 웨어러블 장치를 기반으로 치매 위험군을 선별하거나 드라마 시청으로 치매 고위험도를 진단할 수 있는 기술을 개발했는데요. 총 30분 내외 수준의 치매 검사 시간을 7분으로 4배 이상 단축시켰으며 비용까지 절감되는 일석이조의 효과를 거두었습니다.

지난 8월에는 치매 환자를 맞춤형으로 돌볼 수 있도록 돕는 지식 플랫폼을 개발했습니다. AI 기반의 치매 돌봄 지식서비스 플랫폼은 다양한 치매 환자의 증상과 생활환경에 적합한 방법을 알려주고, 다수의 돌봄 노동자들이 치매 환자의 증상 및 돌봄 방법을 편리하게 공유할 수 있는데요. 치매환자들이 간병인 없이도 기억력을 향상시킬 수 있도록 환자 돌봄 로봇인 ‘마이봄’을 고안했습니다. 마이봄은 고령자들과의 정서적 교감을 기반으로 퀴즈를 내고, 이를 통해 기억력이 회복될 수 있도록 돕습니다. 기특한 로봇이죠.

지난 3월 MBC온에서 방영된 특집 다큐멘터리에는 치매 돌봄 로봇을 개발해온 KIST 치매DTC 융합연구단의 마이봄이 등장합니다. 로봇을 통한 치매 돌봄의 가능성과 치매 환자의 치유, 회복을 영상 속에 담아 시청자들에게 로봇 입주 요양사의 가능성을 내다보았습니다. ⓒMBC온

청량한 하늘, 깨끗한 공기를 위한 미래 기술, FEP 융합연구단

FEP 융합연구단은 탄소중립을 위한 온실가스 감축, 미세먼지 저감을 위한 대기오염의 획기적인 개선, 수자원 절약을 위한 발전용수 재사용이 가능한 에너지생산 기술개발에 최종 목표를 두고 있습니다. 주관기관인 한국에너지기술연구원을 필두로 한국생산기술연구원, 한국표준과학연구원, 한국기계연구원이 협동해 관련 기술 R&D에 매진하고 있죠.

이재구 FEP 융합연구단 단장은 “기후변화에 대응하기 위해 초청정 고효율 미래 에너지 생산기술을 연구 중이며, 온실가스 및 미세먼지 저감, 폐기물 에너지화, 백연저감 및 물 회수 분야에서 첨단 신기술을 지속적으로 발전시키는데 집중하고 있다”고 밝혔습니다. FEP 융합연구단은 화력발전소에서 발생하는 온실가스인 이산화탄소의 원천분리, 가스상 오염물질 및 미세먼지 제거, 물 회수 재이용 기술 등을 개발해왔는데요. 지난해에는 굴뚝에서 배출되는 이산화탄소의 90% 이상을 원천분리하고, 히트펌프와 분리막을 이용하여 배출되는 백연 문제를 해결하는 기술을 발표한 바 있습니다. 또한 질소산화물 배출을 66% 이상 줄이고 먼지배출 농도를 10분의 1수준으로 낮추는 미세먼지 저감 기술과 냉각탑 물 사용량을 50% 이상 줄이는 기술을 함께 개발했습니다. 개발한 기술은 화력발전뿐만 아니라 바이오매스 및 폐기물 에너지화, 소각로 및 산업체에서 대기오염물질 제거, 건물용 제습설비 등으로 다양하게 활용될 수 있습니다.

‘굴뚝 없는 발전소’ 구현을 궁극적 목표로 하는 FEP 융합연구단은 2021년 연구사업을 통하여 다양한 연구 성과를 출해 냈는데요. 연구단은 프로젝트가 성공적으로 종료되면 세계 최초로 ‘초초임계 순산소 순환유동층 보일러’ 발전 기술 국산화는 물론, 이산화탄소 원천분리와 미세먼지 문제해결, 발전효율 극대화를 동시에 달성할 수 있다고 밝혔습니다.

순환유동층 보일러는 연료가 완전연소될 때까지 순환시키는 에너지화 설비로 유해가스 배출량이 적다는 특징이 있다. FEP융합연구단은 본 시스템에 순산소연소 기술을 적용하는데 성공하며 배출되는 이산화탄소를 원천적으로 포집하는 화력발전의 성공 가능성을 내다보았다. ⓒFEP 융합연구단

AI 플랫폼으로 널리 사회를 이롭게, KSB 융합연구단

KSB(Knowledge-converged Super Brain) AI 플랫폼을 개발한 KSB 융합연구단은 에너지, 헬스, 플랜트 분야에 집중해 서비스를 개발하고 실증하고 있습니다. 스스로 학습하는 지식 융합 슈퍼 브레인 인공지능 기술을 개발하는 KSB 융합연구단의 성과는 다양한 분야에 적용 중입니다.

지난해에는 초저전력 누출진단 기술을 발표하며 큰 주목을 받았는데요. 누출 없이 안전하게 물질을 전달하는 건 배관의 생명과도 같은데요. KSB 융합연구단은 진단 정확도를 99%로 높이는데 성공했습니다. 또한 상용 제품 대비 최소 200배 저렴한 10만원대 가격으로 시스템을 구현할 수 있다고 밝혀 많은 이들을 놀라게 했죠. 의심 정보만 수집했던 기존의 탐지기가 아닌 정확한 누출신호를 감지할 수 있도록 스마트 센서 시스템을 고안한 것이 중요 포인트였죠.

높은 정확도와 초저전력, 저렴한 가격의 장점을 갖춘 스마트센서 기술엔 KSB 융합연구단의 AI 플랫폼 기술이 활용되었다. 이 기술을 활용하면 1.7기압 배관에 생긴 0.2mm 크기의 아주 작은 구멍에서 1분당 90cc 물질의 누출이 발생되면 5m 거리에서도 신호를 감지할 수 있다. ⓒ한국원자력연구원

헬스 분야에서는 창업으로 연계되는 성과를 이뤄냈습니다. 스마트폰 등 모바일 기기를 통해 사용자의 수면과 운전, 보행 등 일상 생활에서의 생체신호를 실시간으로 측정하고 AI 플랫폼으로 건강에 이상이 있는지 사전에 감지할 수 있는 기술을 창업한 세원인텔레전스에 이전한 바 있습니다. 또한 KSB 융합연구단은 AI 프레임 워크인 BeeAI를 활용하는 공모전을 3년 간 개최하며 AI 생태계 확대에 기여해왔는데요. 교육을 병행해 AI 인력 양성도 함께 진행했습니다. 더불어 KSB 융합연구단은 AI 플랫폼 사업화를 통해 세종시, 인천공항공사, 대전시 상수도본부와의 협력도 활발히 진행 중이다. 2021년 1월에 KSB AI 플랫폼 기술을 출자 받아 인투와이즈를 창업하고 산업과 사회를 지능화하기 위한 초연결 인공지능 플랫폼 서비스와 인공지능 솔루션을 제품화하고 있으며 연구단 종료 후에 단장이 직접 참여할 예정입니다.

미래 광물자원 탐사와 확보를 위한 여정, DMR 융합연구단

2015년 출범하여 한국지질자원연구원에서 현판식을 가진 ‘한반도광물자원개발 융합연구단’(이하 DMR 융합연구단)은 북한에 풍부하게 부존된 광물자원의 탐사, 채광, 가공, 소재화까지 요구되는 핵심기술을 독자적으로 확보하는 목적 아래 설립되었습니다. 자원탐사부터 채굴, 가공, 소재 산업화까지 연계되는 전 주기 융합기술을 통하여 한반도 광물 자원 개발 추진 방안을 모색하고 북한 광물자원 공동개발 기반을 구축하여 왔으며, 특히 고부가가치를 지닌 북한 광물을 가공(선광/제련)하고 소재화하는 기술을 개발하고자 연구기관들이 융합하여 왔는데요.

DMR 융합연구단은 북한의 풍부한 광물 중에서도 연-아연(Pb-Zn), 마그네사이트(Mg), 희토류(REE)를 신속하고 정확하게 탐사하기 위해 신탐사기술을 개발한 바 있습니다. 연구단 내 마그네슘 제련실험실에서는 고순도 마그네슘 금속을 활용하는 다양한 제련과 공정화 기술을 개발하고 있죠. 99.999% 초고순도 마그네슘 회수 기술을 개발한데 이어 기존 상용합금판재 대비 성형성이 3.1배 높으면서도 부식 속도는 반으로 줄인 Mg-합금 소재화 기술을 발표하기도 했습니다.

DMR 융합연구단은 북한광물자원정보센터를 구축하고 운영해오고 있는데요. 북한에서 출판된 단행본 347종, 정기간행물 26종 1,273권, 도면 21종 239매, 광석 및 암석시료 110점 등 북한 지질과 광물자원과 관련된 많은 자료를 확보하고 있습니다. 지난해에는 국내 유일의 한반도 북부 지질 및 광물자원 자료 해석집을 발간해 큰 화제를 모았습니다.

지난 9월 코로나19 이후 남북 자원협력 방안을 마련하고자 개최한 온라인 ‘2021 남북자원협력 심포지엄’에서 고상모 DMR 융합연구단 단장은 “북한 광물자원은 미지의 보고이기에 많은 관심을 가지고 분석을 통한 준비가 필요하다”면서 “새로운 접근 방법과 협력 추진을 위한 다양한 전략과 지혜를 나누는 자리가 되길 바란다”고 소감을 밝혔습니다.

DMR 연구단이 발간한 ‘한반도 북부의 지질과 광물자원’은 전문가뿐만 아니라 일반인들도 한반도 북부에서 일어난 지질학적 형성과정을 이해하고 북한의 지질 및 광물자원분야 연구사를 쉽게 이해할 수 있도록 구성됐다. ⓒ한국지질자원연구원

융합연구의 씨앗들이 이제 발아할 때 비옥한 연구문화의 토양이 되길

새롭게 NST를 이끌게 된 김복철 이사장은 융합연구에 대한 의지를 굳게 밝혀 왔는데요. 여전히 칸막이가 높고, 중복 연구도 많지만 출연연들이 힘을 모으면 훨씬 가치가 큰 연구를 할 수 있다고 말했습니다. 출연연 간 융합 생태계를 구축해 온 만큼 연구에 몰입할 수 있는 환경과 도전적이고 자율적인 연구 문화를 만들어가겠다는 의지도 거듭 피력했죠. 새로운 리더십에 그동안 뿌리 내렸던 융합의 시너지가 제대로 꽃을 피우고 열매를 맺어 미래 세대를 위한 연구토양을 마련할 수 있을지 앞으로가 더 기대되네요.

 

* 이 글은 국가과학기술연구회(NST)에서 발간하는 ‘꿰어야 보배’로부터 제공받았습니다.

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