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2018-10 08 헤드라인

[학술][이달의 연구자] 박원일 교수(신소재공학부)

리튬이온 배터리는 우리 주변 곳곳에서 쓰인다. 핸드폰, 노트북, 전기 자동차, 에어팟(AirPods) 등 무선(wireless)제품에는 리튬이온 배터리가 빠질 수 없다. 박원일 교수(신소재공학부)는 바로 이 리튬이온 배터리에 집중했다. 보통 핸드폰을 100% 충전시키기 위해서는 1시간에서 2시간이 소요된다. 박 교수는 이를 단 3분으로 줄였다. 원리가 무엇일까? ▲ 박원일 교수(신소재공학부)가 이번 연구의 핵심인 리튬이온 배터리의 충전 원리에 대해 설명하고 있다. 리튬이온 배터리에는 내부에는 양극, 음극, 액체 전해질이 있다. 배터리가 충전 되려면 리튬이온이 액체 전해질을 타고 음극에서 양극으로 이동해야 한다. 현재 리튬이온 배터리의 음극을 이루는 활물질(전지가 방전할 때 화학적으로 반응하여 전기에너지를 생산하는 물질)은 흑연이다. 차세대 대체물질로는 실리콘이 대두된다. 에너지 밀도가 흑연보다 10배 이상 크기 때문이다. 하지만 박 교수는 실리콘 대신 규화니켈을 사용했다. “문제는 대체물질이 아니라 ‘부반응(solid electrolyte interphase)층’ 입니다. 음극과 전해질 사이의 계면(기체, 액체, 고체 중 2개의 상이 접할 때 상과 상 사이에 형성되는 경계면)에서 고체로 이루어진 부반응 층을 해결하는 게 관건이죠.” 리튬이온이 부반응 층에 가로막혀 제 기능을 못하기 때문이다. 박 교수는 활물질 안에 전압이 생기도록 하는 방법을 고안했다. 활물질인 규화니켈 밖에는 부반응층이 생겨도 안에는 부반응 층이 생기지 않는다. 이 원리를 이용하면 전류가 통할 수 있다. 박 교수의 이번 논문 ‘Controlling electric potential to inhibit solid-electrolyte interphase formation on nanowire anodes for ultrafast lithium-ion batteries’의 제 1저자이기도 한 장원준(신소재공학 석사과정) 씨는 이 개념을 적용하면 배터리 성능이 좋아지고 충전속도가 빨라진다고 밝혔다. “보통 리튬이온 배터리는 500회 이상 충전하면 성능이 안 좋아져요. 하지만 저희는 3분만에 핸드폰 배터리가 완충되는 조건으로 2000번을 실험했습니다. 성능은 거의 떨어지지 않았어요.” ▲ 연구를 진행한 논문의 저자들이 실험실 기구를 보여주고 있다. (왼쪽에서부터) 장원준(신소재공학 석사과정), 박원일 교수(신소재공학부). 박 교수가 이번 논문과 연구를 통해 강조하고 싶은 건 단연 ‘부반응층 억제’다. 1년 반이라는 연구 기간 동안 부반응 층이 활물질 표면에만 생긴다는 개념을 증명하기 위해 약 1년을 투자했다. 박 교수의 연구는 끝나지 않았다. “부반응 층을 억제하는 개념을 확장해서 전기 화학 셀(electrochemical cell)에 적용하고 싶어요.” 하나의 연구에서 또 다른 연구로 나아가는 박 교수의 행보가 기대된다. 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 박근형 기자 awesome2319@hanyang.ac.kr

2018-10 08 중요기사

[학술][우수 R&D] 윤동원 교수(융합전자공학부)

현대사회에서 한 나라의 국력은 정보력으로 대표되고 있다. 과거에 나라를 지키는 주된 수단이 무기였다면, 현재는 ‘정보전(Information Warfare)’으로 정보 탐지와 분석은 국가의 존립과 안보를 위해 반드시 필요하다. 이것의 근간이 되는 신호정보 기술을 윤동원 교수(융합전자공학부, 신호정보특화연구 센터장)가 국방 특화연구센터에서 연구개발 하고 있다. “국가 정보는 전술정보와 전략정보가 있습니다. 전술정보가 단기 비전의 정보인데 비해, 전략정보는 장기간에 걸쳐 연구해야 하는 장기 비전의 정보 입니다. 국가 전략정보에는 ▲영상정보 (imagery intelligence: IMINT) ▲인간정보 (human intelligence: HUMINT) ▲공개출처정보 open-source intelligence: OSINT) ▲신호정보 (signal intelligence: SIGINT)가 있습니다. 이 중 현대 국가정보에 핵심이 되는 것이 바로 '신호정보'며 이는 기술개발과 직결되는 분야 입니다.” 영화 ‘이미테이션 게임’은 국가 존립을 지키는데 신호정보 기술이 얼마나 중요한지 보여주고 있다. ▲ 윤동원 교수(융합전자공학부, 신호정보특화연구 센터장)는 신호정보 분석이 주변국과 한국의 관계에 큰 영향을 미친다고 설명했다. 신호정보(SIGINT: Signal Intelligence)는 또 다시 통신정보(COMINT), 전자정보(ELINIT), 계기 정보(FISINT)로 나뉜다. 윤 교수는 주로 통신정보를 연구한다. 통신정보는 통신신호를 수집해 분석하고 처리하여 국가 정보화 하는 기술이다. “지상, 공중, 우주 등의 환경에서 수집된 통신정보를 분석하여 이를 정보화해 처리하죠. 이를 정보화해 처리합니다." 국내에서 신호정보를 다루는 연구센터는 한양대학교가 유일하다. 한양대학교 주관, 서울대, KAIST, GIST, 연세대, 고려대 등 총 17개 대학과 34 명의 참여교수가 함께 연구한다. 한양대학교 융합전자공학과, 컴퓨터공학과 소속 교수가 주축으로 진행되고 있다. 신호정보 특화연구센터는 신호수집기술 연구실, 신호처리기술 연구실, 음성정보 연구실, 부호화 복원기술 연구실 등 총 4개의 연구실, 17개의 세부 연구과제로 구성되어 있다. 연구의 주 목적은 독자적 국가전략 정보획득 및 분석 체계 구축을 위한 기술 확보와 발전이다. 더 능률적인 신호 정보 탐지와 수집, 정보 처리 및 분석으로 신호를 국가정보화 한다. 이를 통해 국가 방위 정보력을 증대하는 것이 윤 교수가 진행하는 연구의 최종 방향이다. ▲ 신호정보 특화연구센터 구성. 총 4개의 연구실, 17개의 세부 연구과제로 이뤄져 있다. 지난 2015년부터 2017년까지 1단계 연구를 성공적으로 수행한 뒤, 국방기술품질원의 평가를 받고 2018년 2단계 연구에 착수했다. 오는 2020년까지 방위사업청에서 총 6년간 125억원의 연구비를 지원받는다. 특히 한양대학교 신호정보 특화연구센터는 수요부대가 존재한다. “특화연구센터는 방위사업청에서 매년 센터를 공모하여 엄격한 평가를 통해 지정하는데, 신호정보 특화연구센터는 수요부대가 존재하는 최초의 특화연구센터로 커다란 자부심과 함께 사명감을 느끼고 있습니다.” 윤 교수는 “우리는 세계 최고수준의 신호정보 기술을 보유한 주변국들로 둘러싸여 있다”며 “지속적인 평화 유지를 위해 잠재적 위협을 탐지하며 주변국들과 어깨를 나란히 할 수 있는 전략적 차원의 신호정보 기술 연구는 반드시 필요하다”고 설명했다. “국가 존립을 위한 우리나라 신호정보 원천기술 개발, 한양대학교 신호정보 특화연구센터가 책임지겠습니다.” ▲ 학생과 함께 수집된 정보를 분석하는 윤동원 교수의 모습. 글/ 김민지 기자 melon852@hanyang.ac.kr 사진/ 이진명 기자 rha925@hanyang.ac.kr

2018-09 17 중요기사

[학술][연구성과] 류호경 교수(아트테크놀로지학과)

지난 2006년 1탄으로 시작해 2015년 3탄까지 개봉한 판타지 영화 <박물관이 살아있다>는 실감나는 CG(컴퓨터그래픽)로 대중의 이목을 사로잡았다. 수 세기를 잠들어 있던 역사가 눈 앞에서 움직였다. 뉴욕 자연사박물관(Museum of Natural History)에 전시된 티라노사우루스 박제가 사람을 위협하고, 미니어처 모형들이 살아서 뛰어다닌다. 영화 속 박물관의 시끄럽고 생기 넘치는 모습은 우리가 경험한 박물관들과 사뭇 다르다. 등장인물들은 탐색자가 돼 공간을 누빈다. 만약 이런 박물관이 현실에 존재한다면? 다감각적 전시물을 실제 구현하고자 류호경 교수(아트테크놀로지학과)와 연구팀이 나섰다. 보는 것에서 존재하는 것으로 현재까지 우리나라 미술관, 박물관들은 전시품들을 보여주는 데 그친다. 정적인 분위기의 전시장 안 관람객들은 수동적으로 작품을 관람한다. 정해진 동선과 가이드에 따라 움직인다. “관람객이 전시장 안에 머무는 시간은 보통 15분에서 30분 이내에요. 처음에는 호기심을 갖고 관람을 시작하지만, 30분이 지나는 시점에서부터 지루함을 느낍니다.” 시각적인 체험에 제한된 전시에는 능동적으로 참여할 수 있는 것들이 없기 때문이다. 이미 세계적으로는 박물관과 미술관에서 감각 자극을 이용한 전시가 확대되는 추세다. 영국의 테이트 브리튼 미술관의 테이트 센소리움(Tate Sensorium)전시의 경우, 기존 전시물에 소리, 향기, 맛 등 오감자극을 더해 관람객들에게 새로운 경험을 제공하고 있다. 프랑스 보르도 와인 박물관 역시 모든 오감경험을 제공하여 와인에 대한 관심과 몰입도를 높이고 있다. 인간의 자연스러운 의사소통 방법과 감각을 더할수록 관람객의 만족도가 높아졌다. ▲ 류호경 교수(아트테크놀로지학과)는 듣고, 만지고, 움직임을 느낄 수 있는 콘텐츠를 개발하여 ‘다감각 통합 전시물’을 만드는 것을 목표로 하고 있다. 다감각 전시의 토대 개발 류호경 교수는 이처럼 직접 느낄 수 있는 다감각 전시물 개발을 고려했다. 한국연구재단의 심사를 거쳐 통과 받아 본격적인 연구에 들어갔다. 심사 주제는 ‘박물관 관련 전시 기술 개발’로 한양대학교 아트테크놀로지학과 연구팀을 포함해 총 11팀이 선정됐다. “들을 수 있고, 직접 만질 수 있고, 움직임도 느낄 수 있는 콘텐츠를 설계해 국립 전시에 기여할 예정입니다.” 과학 전시물 연구는 국립과천과학관의 제의를 받아 시작했고, 곧 실제 현업에 적용될 예정이다. 전문 큐레이터 및 학예 연구사들을 미리 선별했다. 연구는 현재 2개월에 접어들었고, 총 3년 6개월이 소요될 예정이다. ‘다감각 전시 기술’은 크게 3가지 기술이 요구된다. ‘보는 기술'과 ‘듣는 기술', '만지는 기술'이다. '보는 기술'은 AI(인공지능, Artificial Intelligence)를 활용해 전시물에 색다른 시각적 효과를 준다. 공룡 모형 앞에 반투명 디스플레이(Semi-transparent display)를 놓고, 3D 영상을 계속 움직인다. '듣는 기술'은 지향성 스피커를 사용해 관람객들이 제한된 장소에서만 소리를 들을 수 있게 한다. 사람들이 서 있는 곳에 준비된 바이브레이션 매트(Vibration mat)를 청각 기술과 동기화(Sound-induced vibration) 해 더욱 생생한 체험형 관람이 된다. 공룡 전시의 경우 이러한 다감각 정보를 통해 공룡이 눈 앞에 존재하는 듯한 환상을 줄 수 있다. ▲ 과학전시물의 다감각 자극 제공과 관람객 호응 간 상관 관계 규명 및 인지-행동-학습에 효과적인 전시 가이드 라인을 개발 한다. (류호경 교수 제공) 더 섬세한 적용을 위해 류 교수는 심리학적 이론까지 도입했다. 관람객의 주관적, 행동적, 신경생리학적 반응 데이터를 수집하고 분석했다. “인지심리학을 바탕으로 관람객의 모든 행동을 분석해 정보로 처리합니다. 사소한 행동도 정교하게 통합해 심리학적으로 모사하죠. 수집된 데이터를 바탕으로 전시장에서 다감각 정보를 어느 정도의 범위로 구현하고 관람객에게 전달할지 정하게 됩니다.” 심리학적 요소, 디자인적 요소, 공학적인 설계 이 3가지가 메인 도입 기술이다. 국립과천과학관은 이 기술을 오는 2019년 9월에 실제 적용하기로 결정했다. 향후에는 이 기술을 국내의 많은 박물관과 미술관 전시에 적용시키는 것이 최종 목표다. 류 교수는 “학생들이 대부분 박물관을 통해 과학과 역사에 흥미를 갖게 되는데, 이 연구를 통해 학생을 포함해 많은 사람이 전시장과 더 가까워졌으면 좋겠다”며 “현재 진행하는 다감각 전시 연구에 뜻이 있다면 자유롭게 지원해 함께 해도 좋겠다”고 덧붙였다. ▲ 퓨전테크놀로지센터(FTC) 3층 로비에서 연구팀이 포즈를 취하고 있다. (왼쪽에서 두 번째) 류호경 교수(아트테크놀로지학과)와 왼쪽부터 정동훈 씨, 진상민 씨, 이승정 씨(이상 아트테크놀로지학과 석사과정) 글/ 김민지 기자 melon852@hanyang.ac.kr 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-08 07 중요기사

[학술][우수R&D] 성태현 교수(전기생체공학부)

정부의 탈원전 정책으로 신재생 에너지 개발의 필요성이 커지고 있다. 인류가 직면한 미래 에너지 문제를 해결할 방법으로 에너지 하베스팅(Energy harvesting)이 주목받고 있다. ‘에너지 하베스팅’은 말 그대로 에너지를 수확하는 기술이다. 주변에서 버려지는 열이나 빛, 압력 등 다양한 에너지를 수집해 전기 에너지로 변환할 수 있다. 한양대 성태현 교수(전기생체공학부)가 소모되는 에너지 양이 많은 산업현장에 이를 적용하기로 했다. 에너지 하베스팅, 한양에 씨앗을 심다 사라지는 에너지를 재사용 할 수 있다면? 영국 케임브리지 대학 연구 결과에 따르면 발전소에 만들어진 전기에너지 중 12%만이 유용하게 사용된다. 버려지는 에너지를 수확할 수 있다면 기존의 발전시설로도 몇 배의 전기에너지를 만들 수 있다. 우리들의 일상에도 편리함을 줄 것이다. 휴대전화에서 발생하는 전파의 3%만 온전히 사용되고, 97%는 공중에 버려진다. 버려지는 전파만 따로 모아 활용할 수 있다면 따로 충전할 필요가 없다고 한다. ▲ 성태현 교수(전기생체공학부)는 에너지 하베스팅 기술을 통해 산업현장에서 버려지고 있는 에너지들을 전기에너지로 변환하여 센서들의 독립된 전원으로 사용하고자 했다. 지난 15년 7월 설립된 한양대 에너지하베스팅센터 '시드 센터(이하 SEED Center)' (지난 기사 보기- 더 풍요로운 세상을 위한 씨앗)는 분산된 에너지 하베스팅 기술을 집약해 세계적 연구 거점센터로 자리 잡기 위해 노력 중이다. ‘SEED Center’는 ‘Save Earth by Energy-harvesting Dream Center’의 줄임말이다. 에너지 하베스팅 기술을 통해 많은 에너지를 생산하는 ‘풍요로운 세상’, 소외된 계층도 기술에 쉽게 다가갈 수 있는 ‘따뜻한 세상’, 친환경 에너지를 통한 ‘깨끗한 세상’을 꿈꾼다. SEED Center, 산업현장에서 발아 중 성 교수를 중심으로 뭉친 SEED Center는 산업현장에서 버려지고 있는 진동에너지와 형광등의 빛 에너지를 전기에너지로 변환해 센서들의 독립된 전류 원천으로 사용하는 기술을 개발 중이다. 산업현장에는 다양한 사물인터넷 센서(이하 IoT 센서)들이 있다. 대부분 유선으로 전력을 공급받고 있어 설치 장소가 제한적이다. 건전지 사용 문제도 있다. 잦은 교체로 인해 번거로울 뿐 아니라 시기가 정확하지 않아 불편하다. 무엇보다 폐건전지는 환경오염을 야기한다. 센서의 독립전원 원천으로 사용되는 에너지 하베스터가 만들어진다면 다양한 장소에 IoT 센서를 활용한 제품이 들어설 수 있다. 긴 수명으로 건전지 교체를 고민하지 않아도 되며 환경도 보호할 수 있다. 경제적 이점도 크다. 성 교수는 “산업현장에서 사용되고 있는 IoT 센서의 경우 센서 비용보다 센서에 전원을 연결하는 시설 공사가 전 비용의 60~80%까지 차지하고 있다”며 “생산단가를 크게 절감할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. ▲ 기존 산업환경보다 진동이 현저히 저감된 저진동/무진동 환경을 요구하는 스마트 팩토리의 모습. 시드 센터(SEED Center)는 장비 진동이 아닌 유도된 자기장에 의한 진동을 활용하는 방법을 찾았다. (성태현 교수 제공) 최근 산업현장의 변화로 연구 진행에 곤란을 겪기도 했다. 정밀한 작업을 위해 공장이 점점 장비의 진동을 극단적으로 감소하고 있기 때문이다. 진동이 줄면 압전 하베스터를 적용하기 어려워진다. SEED Center는 현장을 깊게 이해하는 방식으로 문제를 해결했다. 근로자들과의 대화를 통한 공감으로부터 시작했다. 성 교수는 “결국 기계적 진동이 아닌 교류의 전기를 사용함으로써 발생하는 자기장의 변화에 따른 진동을 유도했다”고 말했다. 달콤한 열매를 기다리며 SEED Center의 에너지 하베스팅 기술은 세계 최고 수준이다. 특히 진동에너지를 전기에너지로 변환하는데 효과적인 압전에너지 하베스트 기술이 탁월하다. 성 교수는 “한양대는 기존 세계 최곳값인 0.58 mW/cm2(상하이 교통대)의 16배에 해당하는 9.38 mW/cm2 의 기록을 보유하고 있으며, 본 연구를 통해 12 mW/cm2를 달성하려고 한다”고 포부를 밝혔다. 한양대가 에너지 하베스팅 기술분야에서 선도적 역할을 수행할 것으로 기대된다. ▲ 현재 성태현 교수의 시드 센터(SEED Center) 에너지 하베스팅 기술은 세계 최고의 수준이다. 성 교수는 본 연구를 통해 한양대학교가 4차 산업혁명에서 선도적인 역할을 수행할 것이라 자부했다. 아직 에너지 하베스터로부터 오는 전력량이 많지 않다. 그러나 에디슨이 전구를 처음 발명했을 때 그 밝기가 너무 낮아 전구가 켜 있는지 꺼져 있는지 구별하기 어려웠다고 한다. 라이트 형제 또한 처음 비행에 성공했을 때 겨우 12초 동안 36.5 m를 날 수 있었다. 성 교수는 “장기적으로 대용량 발전에 대한 계획이 있다"며 "효율을 더욱 높이고 흩어져 있는 에너지들을 모으는 기술개발이 지속된다면 머지 않아 새로운 에너지 시대를 열어갈 수 있을 것이라고 확신한다”고 했다. 글/ 유승현 기자 dbtmdgus9543@hanyang.ac.kr 사진/ 최민주 기자 lovelymin32@hanyang.ac.kr

2018-07 31 중요기사

[학술][이달의 연구자] 송석호 교수(물리학과)

광학은 빛에 관련된 현상을 다루는 물리학의 한 분야다. 렌즈, 현미경, 레이저, 광섬유 등 현시대 기술발전에 중심적 역할을 하고 있다. 학자들은 더 나아가 빛의 속도를 활용하고자 했다. 빛을 나노 단위로 집속시켜 전송하고, 계산이 가능하게끔 하는 것이 ‘나노 광학’이다. 하지만 나노 단위로 빛을 국소화하니 전송과정에서 큰 에너지 손실이 생겼다. 나노 광학의 발전을 위해선 반드시 극복해야 할 물리적 한계였다. 최근 송석호 교수(물리학과)가 그것에 대한 해결책을 제시하며 세계의 이목을 사로잡았다. 나노 광학의 기반을 마련하다 나노 광학 분야는 나노과학 기술에 기반을 두고 있다. 빛과 물질 간의 상호작용을 국소적으로 제어하기 위해 물질의 굴절률 분포를 수십 나노미터 크기로 형성할 수 있는 기술이다. 그러나 빛을 파장 이하로 국소화 시키게 되면 물질의 흡수특성에 의해 에너지 손실이 급격하게 증가하는 물리적 한계를 보인다. 이는 지난 20여 년 간의 나노기술과 광 과학 간의 융합연구가 실용화로 가지 못했던 주요 원인이었다. 송석호 교수의 연구 주제가 가히 혁신적인 이유다. ▲ 송석호 교수(물리학과)와 지난 26일 자연과학대에 위치한 연구실에서 인터뷰를 진행했다. 송 교수는 나노 광학에 열린-양자역학(Open quantum mechanics)이론을 도입, 물질이 가지는 물리적 한계를 극복하고자 했다. 송 교수는 빛을 나노미터 크기로 국소화 할 때 발생하는 손실문제를 해결하기 위해 열린-양자역학(Open quantum mechanics) 이론을 가져왔다. 기존 광도파로(빛 에너지가 이동하는 경로)에 빛을 전송할 경우 양방향으로 빛에너지가 같이 전달되는 공간적 및 시간적 대칭성을 갖는다. 하지만 열린-양자역학 이론을 적용시키면 광도파로에 에너지 손실이 발생하는 경우, 이러한 PT 대칭성이 붕괴되고 단방향 변환(Unidirectional converter) 에너지 전달이 가능해진다. 송 교수는 이러한 반-PT 대칭성(anti-PT symmetry) 원리 및 단방향 변환 에너지 전달이 광파 영역에서 가능함을 처음으로 밝혀냈다. 순방향으로 빛 전파(Forward propagation)가 일어나면서 역방향 빛 전파(Backward propagation)는 투과되지 않고 분산된다. 이는 빛에너지를 손실을 줄여 한쪽 방향으로 흐르게 하는 회로를 구성한 것으로, 쉽게 말해 나노 크기의 광-다이오드가 탄생한 것이다. ▲ 송석호 교수와 연구팀이 제안한 광도파로형 다이오드 구현방법. PT 대칭성을 갖는 광도파로 구조도(왼쪽)에 붕괴가 일어나게 유도하여 순방향으로만 빛 전파(Forward propagation)가 일어난다(오른쪽). (송석호 교수 제공) 송 교수와 연구팀은 반-PT 대칭 구조를 갖는 광학적 구현방법을 증명하기 위해 전기적 공명회로를 만들어 실험을 진행했다. 결과는 성공적이었다. 전기회로상에서도 에너지 손실을 줄여 단일방향으로 에너지가 흐르게 했다. 이는 지난 6월 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 논문으로 게재되어, 열린-양자역학 개념을 도입해 기존 나노광학의 한계를 돌파할 수 있는 발판을 마련했다는 평을 받았다. 미지의 학술 영역을 개척하는 연구 정신 이번 네이처 논문 검증실험은 학부실험 수업에서 볼 수 있는 간단한 전기회로로 만들어졌다. 이는 송 교수의 연구철학과 맞닿아 있다. “학부생도 수업시간을 통해 이해할 수 있는 간단한 이론으로 새로운 개념을 도출해내고자 했죠. 복잡한 것을 간단하게 풀어내는 것이 물리학자가 하는 일이라고 생각합니다.” 누구나 기술접근에 어려움이 없어야 한다고 말한다. 그만큼 송 교수의 검증실험은 간단하고 빠르게 진행된다. 연구에 들이는 시간이 남들과 다르기 때문이다. “연구 콘셉트를 최대한 간단명료하게 만들기 위해 더 많은 시간을 들이죠. 검증에 시간이 오래 걸리면 콘셉트가 문제라고 생각해요.” 검증에 걸리는 시간을 줄이고 더 혁신적인 연구 방법을 찾아내는 것에 집중하는 송 교수다. 이번 연구도 아이디어 도출에만 4~5년이 걸렸다. 긴 시간의 노력 끝에 전기회로 검증실험은 한두 달으로 마무리됐다. 송 교수는 이번 연구로 막혀있던 광학 분야에 새로운 가능성을 열어 기쁘다고 말한다. 앞으로 더 넓고 다양한 광학 분야에 새로운 연구 방향을 잡고자 한다. “나노 광학은 아주 무궁무진한 분야입니다. 새로운 접근방법으로 계속해서 개척해 나가고 싶습니다.” ▲ 연구원들에게 실험 시 명시해야 할 점에 관해 설명하는 송석호 교수의 모습. 기존 물리적 한계를 극복하려는 시도와 함께, 미지의 학술 영역을 개척하고자 노력하는 그의 연구가 기대된다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 최민주 기자 lovelymin32@hanyang.ac.kr

2018-07 04

[학술][R&D분야] 원유집 교수 (컴퓨터소프트웨어학부)

고성능의 저(低)지연 데이터 저장장치가 필요한 시대의 도래. 지금 필요한 것은 방대한 정보자원 관리와 더불어 정보를 안전하게 전송하고 저장 비용을 줄이는 것이다. 인공지능, 빅데이터, 센서데이터와 같은 새로운 응용 소프트웨어들의 등장으로 혁신적인 하드웨어 플랫폼이 요구되고 있다. 하지만 현재 운영체제는 신소프트웨어 변화 속도를 따라잡지 못하고 있다. 이에 원유집 교수(컴퓨터소프트웨어학부)는 초대용량, 비휘발성 메모리를 위한 시스템 개발 추진중에 있다. 세계 최고 수준의 메모리 프로그램 원유집 교수(컴퓨터소프트웨어학부)가 현재 진행하고 있는 프로그램 운영체제 개선에는 크게 CPU(Central Processing Unit, 컴퓨터 중앙처리장치)와 GPU(Graphics Processing Unit, 그래픽카드의 핵심 칩) 확장, NVRAM(비휘발성 메모리) 기반 대용량 메모리 관리, 파일 및 입출력 관리 세 가지가 있다. 고성능 처리장치와 대용량 메모리 저장 및 관리가 이 프로젝트의 핵심 목표이다. ▲ 매니 코어(수천 개 코어를 하나의 CPU에 모으는 것), 비휘발성 메모리를 위한 고성능 확장형 운영체제. 미래형 운영체제에서 여러 체계적 변화가 생기는 것을 볼 수 있다. (원유집 교수 제공) 원 교수는 CPU/GPU용 운영체제 확장성 지원 기술에 과도하게 강한 공유자료구조 보호 시스템(lock, 이하 록, 통합보안장치) 이 매니 코어 성능 개선에 심각한 병목이 되는 점을 짚었다. 현 운영체제는 과도하게 강한 록을 사용하여 공유자료구조 보호를 하고 있기 떄문에, 매니코어의 처리 장치 및 저장성능 개선이 힘들기 때문이다. 원유집 교수는 각 커널 객체의 사용행태를 분석하여 이에 적합한 록 메커니즘을 새로이 개발했다. 나아가, 선점형 우선순위 역전방지, 동적 시분할 스케줄링 기법과 병렬 가속기용 스와프 기법을 개발했다. 추가로, 대용량과 NVRAM(비휘발성메모리) 관리를 위한 기법을 도입했다. 메모리 용량 증가 추세가 주기억장치 공간의 증가속도에 못 미치고 있기 때문이다. 초대형 메모리 공간에서는 할당과 해제의 지연시간이 매우 커지며, 매니 코어 환경에서 코어 간 페이지 공유로 인한 록이 더욱 심화돼, 대형 페이지 내부 단편화 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 대형페이지의 가장 큰 문제점인 과도한 페이지 할당, 해제 시간문제를 해결했다. 또, NVRAM으로 구성된 대용량 페이지의 효율적 관리를 위한 페이징 기술을 개발하고 확장형 록프리(Lock-Free)자료 구조를 개발했다. ▲ 지난 4일, 이달의 연구자인 원유집 교수(컴퓨터소프트웨어학부) 를 공업센터 별관에서 만나 시스템 관련 자세한 설명을 들었다. 저장 메모리의 입출력 관리의 핵심주제는 쓰기 순서 보장과 저 지연 고성능 저장장치를 위한 파일시스템 개발이다. 현대 운영체제에서 전송순서로 기반한 저장 기법은 다중채널에 근간한 고성능 플래시 메모리의 성능개선 기법을 무력화 시킨다. 결과적으로 고성능 저장장치의 효율적 활용에 근본적인 장애 요인이 되고 있다. 기존 시스템에 맞지 않던 체제를 매니 코어 환경에 적합한 저비용 순서보장형의 새로운 형태 관리구조공간으로 발전시켰다. 이 모든 개발 프로세스는 총 5개로 나누어져 있다. 2022년도까지 모든 과정을 5번에 걸쳐 소프트웨어를 방출할 예정이다. 세계에서 최고 수준으로 평가받는 이 기술은 학술대회 USENIX FAST와 USENIX ATC에서 최우수 논문상을 받으며 동양권에서 첫 기록을 세웠다. 더 큰 미래 실현을 위해 프로그램 언어를 포함한 모든 언어체계는 소통이 목적이다. “현재 제2외국어를 많은 사람들이 스펙으로 배우듯이, 이젠 컴퓨터 프로그램 언어도 제2외국어만큼 중요합니다.” 원유집 교수는 프로그램 언어 역시 중요한 소통 매개라 말한다. “자유자재로 내 아이디어와 비즈니스 구상을 컴퓨터로 실현할 때, 다른 사람들의 기술을 빌리면 생각과 아이디어 실현에 분명히 한계가 있다”며, 주체적으로 프로그램 체계를 배우고 실행하는 자세가 중요하다고 전했다. ▲ 원유집 교수는 중간중간에 실패가 있더라도, 한 우물을 파고 그 분야에서 최고가 되는 끈기있는 한양인을 바란다고 말했다. 원 교수는, 자신을 위한 투자는 큰 것이 아니라 강조한다. “대학원생을 포함, 모든 학생의 입장에서 할 수 있는 가장 큰 투자는 단지, 더 배우는 것뿐 입니다. 지금 감내하는 시간들은 앞으로 더 큰 미래를 위해 잠시 스스로를 더 묶어 두는 것일 뿐, 큰 비상을 위한 훌륭한 투자입니다.” 누구에게나 짧든 길든 힘든 시간이 존재한다. 모든 것은 다분히 본인이 선택한 길, 짊어 지어야 하는 작은 짐이다. “놓지 말고 계속 이어가세요. 그 길의 끝에 더 큰 빛을 보는 날이 있을 것입니다.” 글/ 김민지 기자 melon852@naver.com 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-06 25

[학술][이달의 연구자] 이상경 교수(생명공학과)

더위가 성큼 다가왔다. 이제 모기의 계절이다. 대구에서는 올해 처음으로 일본뇌염 매개 모기인 ‘작은빨간집모기’가 발견됐다. 대부분 일본뇌염 바이러스를 가진 매개 모기에게 물리면 증상이 없거나 열이 나는 가벼운 증상을 보인다. 그러나, 드물게 치명적인 급성 신경계 증상이 나타난다. 면역계가 약한 유아나 노인의 경우 사망까지 이른다. 아직 뚜렷한 치료제가 없다. 모기에 물리지 않도록 하거나 예방접종을 맞는 방법이 최선이다. ▲ 이상경 교수(생명공학과)를 지난 22일 연구실에서 만났다. 이 교수가 모형을 이용하여 비강-뇌 약물전달에 대해 설명하고 있다. 이상경 교수(생명공학과) 연구팀이 뇌염바이러스 감염에 대한 획기적인 치료법을 개발했다. 뇌염바이러스 증식을 억제하는 작은 간섭 RNA(siRNA)를 비강(코안)-뇌 경로로 전달하는 것이다. 초기 감염을 억제하고 최종적으로 면역력을 획득할 수 있다. 기존 뇌 질환 치료는 혈액을 통해 siRNA를 뇌에 전달하려고 했다. 혈액-뇌 장벽(Blood Brain Barrier, BBB)이라는 장애물로 치료 약물이 뇌까지 도달하기 힘들었다. 이 교수 연구팀은 ‘비강-뇌 전달’ 방법을 통해 이를 해결했다. ▲ 뇌염바이러스의 감염과 치료에 의한 적응면역 생성 과정을 나타낸 표 (이상경 교수 제공) 뇌염바이러스를 감염시킨 동물을 대상으로 실험을 진행했다. 생쥐의 비강을 통해 뇌로 약물을 전달해 뇌염바이러스를 치료했다. 치료 RNA가 뇌 조직에 효과적으로 전달되는 것을 증명했다. 뇌염바이러스의 초기 감염을 억제할 수 있었다. 면역력을 획득한 생쥐는 추가적인 바이러스 감염에 대해 자연 치유했다. 백신이나 치료제가 없는 뇌염바이러스 감염 질환의 치료법 연구에 새로운 대안을 제시했다. 비강-뇌 경로를 통한 약물의 뇌 특이적 전달에는 이 교수 연구팀이 자체 개발한 ‘마우스 위치교정장치’를 사용했다. 이 장치는 연구자의 숙련도와 관계없이 누구나 쉽게 비강을 통해 약물을 전달 할 수 있도록 도와준다. 한국연구재단의 지원을 받아 대한민국(10-1841329) 및 국제특허(PCT/KR2016/014220) 출원 상태이다. 뇌질환에 대한 기초 연구 및 치료제 개발 연구에서 응용이 무궁무진할 것으로 기대된다. 바이러스 감염 질환 치료법 연구에 새로운 길이 열렸다. 이 교수는 “이 연구를 통해 치료제가 전무한 뇌염바이러스에 대한 치료제 개발 연구에 가능성을 제시할 것“이라고 하며 “연구의 실용화를 강조하는 우리 한양대 공과대학의 목표처럼 향후 영장류 실험을 통해 머리의 위치, 약물 전달장치를 최적화하고, 최종적으로 임상에 적용할 수 있는 뇌 특이적 약물전달 방법을 연구하려고 한다”고 계획을 밝혔다. ▲ 이 교수는 남들보다 조금 더 알고 있는 지식을 나누는 것이 자신의 인생 철학이라고 말했다. 이상경 교수는 현재 벤처회사 ‘시그넷바이오텍’의 대표직을 겸하고 있다. 본 연구 기술을 바탕으로 뇌과학 연구에 특화된 기업으로 성장시키려는 포부도 밝혔다. 한양대 학생들에게도 당부의 말을 전했다. “21세기에는 둥글둥글한(well-rounded) 사람이 필요합니다. 전공 공부보다 더 중요해요. 대학 생활을 하면서 다양한 동아리 활동을 하고, 한양대의 모토인 ‘사랑의 실천’을 배워서 졸업한다면 사회에서 꼭 성공할 것 입니다.” 글/ 유승현 기자 dbtmdgus9543@hanyang.ac.kr 사진/ 이진명 기자 rha925@hanyang.ac.kr

2018-06 19

[학술][우수R&D] 송태섭 교수 (에너지공학과)

식재재를 포장할 때 진공포장 기술을 많이 사용한다. 대기 중 산소의 수분과 식자재가 반응해 음식이 상하거나 신선도가 떨어지기 때문이다. 전자재료도 마찬가지. 산소와 수분의 접근을 차단하기 위한 배리어 필름은 디스플레이, 태양전지 등의 전자재료 분야에서 필수 기술이다. 특히 디스플레이 산업에 사용되는 배리어 필름은 더욱 높은 기술을 요구한다. 이에 송태섭 교수(에너지공학과)와 연구팀은 새로운 배리어 필름 기술 개발에 박차를 가하는 중이다. 배리어 필름(barrier firm), 기체와 수분을 차단하는 보호막 필름 기체 및 수분의 투과를 차단(barrier)하기 위한 배리어 필름 개발 연구는 꾸준히 진행되고 있다. 대표적인 예로 식품 포장용, 진공단열재의 용도로 많이 사용되어 왔다. 디스플레이의 경우 그 소재로 유리기판을 사용하였지만, 경량화가 어렵고 유연성을 부여하기가 어렵다는 단점이 있다. 최근에는 플라스틱 기판이 사용되고 있는데, 플라스틱 기판은 상대적으로 기체 및 수분 투과가 취약하여 디스플레이의 화면 품질에 적합하지 않았다. 이에 송태섭 교수(에너지공학과)는 플라스틱 기판에 기체 및 수분투과 방지막을 도포할 수 있는 ‘유무기 복합소재 코팅액’을 개발해 해결책을 제시했다. ▲ 송태섭 교수(에너지공학과)가 지난 14일 자신의 연구실에서 배리어 필름 연구에 대해 말하고 있다. 최근 양자점 TV의 상용화 및 태양전지, OLED(Organic Light Emitting Diode, 유기발광 다이오드, 형광성 유기화합물에 전류가 흐를 때, 빛을 내는 자체 발광현상을 이용하여 만든 디스플레이) 제품 개발이 가속화되면서, 식품 포장용보다 훨씬 높은 기체 차단성을 요구하는 배리어필름이 요구되고 있다. 이는 기존 식품 포장용 필름을 제조할 때 사용되고 있는 기술로는 구현이 불가능하다. 차세대 제품의 수요에 맞춰 송 교수는 유기물질과 무기물질을 배합한 고정밀 코팅액 제조 기술 연구에 박차를 가하고 있다. ▲ 실제 식품 포장용으로 사용되기 위해서는 수증기 투과율(WVTR)이 102~10-1 g/m2 · day 수준의 차단능력으로 충분했지만, 양자점 TV(Quantum Dots TV)에 적용되기 위해서는 10-4~10-2 g/m2· day 수준의 높은 수분 차단성과 동시에 대면적화, 높은 가시광 투과율이 요구된다. (송태섭 교수 제공) 코팅액 제조 기술은 응집력이 있는 무기 입자를 유기용매에 골고루 분산시키고, 최종적으로 기판 위에 고르게 도포하는 것이 중요하다. 우리가 일부 자외선차단제 제품을 이용할 때, 흔들어 사용하는 이유는 입자가 용매에 골고루 분산되어 있지 못하기 때문이다. 송 교수는 코팅액의 분산성을 향상시키고, 기판 위에 코팅액을 균일하게 도포하는 공정에 초점을 맞췄다. 송 교수가 개발하고 있는 유무기 복합 코팅액을 이용한 배리어필름은 경제성과 대면적화에서 모두 장점을 가진다. 상대적으로 높은 수준의 기체 및 수분 차단성을 가질 뿐만 아니라, 더 저렴한 가격에 대면적 디스플레이 제조공정에도 적용할 수 있다. 현재는 양자점 TV 디스플레이용 보호막으로 배리어 필름이 적용되고 있지만, 앞으로의 차세대 제품군에 있어 플렉시블 디스플레이(flexible display), 태양전지, OLED 등에도 투입될 수 있도록 지속적인 연구개발을 진행할 예정이다. 수많은 시행착오에도 굴하지 않고 송 교수의 주전공은 무기재료 기반의 차세대 이차전지 분야이다. 디스플레이라는 새로운 응용 분야에 대한 생소함이 있었기에 연구에 대한 부담감은 컸다. “공대에서는 다양한 기술 간의 융∙복합이 빈번하게 일어납니다. 우리가 가지고 있던 소재 및 공정기술에 다른 분야의 기술을 접목해, 응용 분야를 확장해 나가는 것이죠.” 이번 배리어필름 연구는 기존의 연구와 핵심기술은 유사하게 하되, 적용 분야를 확장한 사례로 볼 수 있다. 기술의 융∙복합 이외에도 배리어 필름에 대한 연구에는 많은 어려움이 존재했다. “종래에 없던 기술을 새로 개발하는 것이 아니기 때문에, 기존 선행연구의 특허를 피해 제품 개발 전략의 차별성을 부여하는 것이 가장 어려웠죠.” 송 교수가 연구 초반에 부딪혔던 큰 어려움은 국내 및 국외 특허를 피해 기존 기술과의 차이점을 두는 것이었다. 하지만 국내 산업의 기반이 좀 더 탄탄해지고, 경쟁력 있는 고품질의 디스플레이 제품을 개발하기 위해서는 더욱 저렴하고 고성능의 배리어필름 개발이 필수적으로 수반되어야 한다. 그렇기에 그는 무수히 많은 시행착오를 겪으며 더 나은 기술을 위해 매진하고 있다. “학생 여러분들도 넓은 시야를 가지고, 자신의 전공에만 국한하지 않는 학제적인 인재가 되었으면 좋겠어요. 그 재능을 국가와 우리 사회에 환원하고 보탬이 될 수 있는 인재로 성장하길 바라요.” 송 교수가 한양대 재학생들에게 전하고 싶은 메시지다. ▲ 송태섭 교수와 배리어 필름연구를 함께 진행하고 있는 연구팀원들이 실험실에서 포즈를 취하고 있다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 박근형 기자 awesome2319@hanyang.ac.kr

2018-05 27

[학술][이달의 연구자] 고민재 교수(화학공학과) (2)

무한청정 에너지원인 신재생에너지는 꾸준히 발전 중이다. 지구 생태계가 먼 미래까지 버틸 수 있도록 지속 가능한 에너지가 창출돼야만 한다. 고민재 교수(화학공학과) 는 이러한 목표를 갖고 기존의 태양광 에너지와는 다른 ‘차세대 태양전지’를 연구했다. 성능도 좋지만, 가격 또한 합리적이고 심미적이다. 많은 장점을 지니는 차세대 태양전지는 머지않은 미래에 중요 대체 에너지로 주목 받을 전망이다. 더욱 업그레이드 된 태양전지 차세대 연구의 핵심은 태양전지다. 빛을 받아 전기를 발생시키는 소자가 태양전지다. 우리에게 익숙한 태양광 발전은 두껍고 투박하고, 무거운 검은색 실리콘 태양전지를 이용한다. 고 교수는 다른 성격의 태양전지 가능성을 발견했다. 특별한 구조를 갖고 있는 이 태양전지는 유연하게 휘어져서 신체 착장(웨어러블, Wearable)도 가능하다. 이번 연구는 해당 태양전지에 들어가는 신소재를 개발하는 것에 중점을 뒀다. ▲ 지난 24일, 신소재공학관에서 고민재 교수(화학공학과)를 만나 연구에 대한 이야기를 들었다. 이 태양전지에 들어가는 중요 소재는 ‘빛을 훕수하는 소재’와 ‘고속전하전달 소재’다. 고 교수 연구팀은 빛 흡수능력과 전하전달 속도가 뛰어나면서도 안정성이 뛰어는 신소재를 개발하고 이를 값싸게 제작할 수 있는 공정을 개발하였다. 이 소재를 이용한 태양전지는 태양광 외에도 백열등과 형광등 등의 실내등에도 반응해 보다 잠재력이 높다. 투과성이 좋고 다양한 색상 구현이 가능해서 심미적인 면에서도 뛰어나다. 차세대 태양전지는 생산과정 또한 간단하다. 소재 자체가 전지가 되기까지 진공공정과 같은 복잡한 과정을 따로 거치지 않아도 된다. “기존의 실리콘 태양전지를 만들기 위해서는 특별한 장비가 필요해요. 여러 재료들을 합성해야 해서 과정 또한 복잡하죠.” 고 교수는 무겁고, 불투명하고, 실내등이나 흐린 날에는 작동이 안 되는 실리콘 태양전지의 단점을 보완한 것이 차세대 태양전지라 설명했다. ▲ 차세대 태양전지를 응용한 샘플. 노랗고 투명한 바탕에 훈민정음이 덧대어져 있는 것이 바로 차세대 태양전지다. 위에 조그마한 선풍기 날개는 태양전지의 힘으로 돌아간다. 실내등에서도 작동했다. 세계 정상에 서다 그렇다면 차세대 태양전지의 소재는 왜 이제야 발견됐을까? 고 교수는 신소재 발견엔 많은 시간이 필요하다고 답했다. 소재들끼리의 비율을 맞추고, 적정 비율에서 조합을 찾아야 하기 때문이다. 앞으로 고 교수는 차세대 태양전지의 상용화에 힘쓰겠다고 말했다. 전력을 지속적으로 공급받아야 하는 센서와 독립전원으로 우선 이용할 수 있다. 현재 고민재 교수 연구팀에서 보유하고 있는 차세대 태양전지 기술은 세계최고수준으로 평가받고 있다. 고 교수는 개인의 행복을 넘어 사회의 공헌에 연구의 의의를 두었다. “공학도들이 연구를 통해 도출해낸 기술적 결과는 개인적 성취를 넘어서 인류와 사회공동체에 도움이 될 수 있어요. 한양대학교 학생들의 뛰어난 실력에 사회적 책임도 겸한다면 좋겠습니다.” ▲고민재 교수(화학공학과, 가운데)와 연구를 함께하는 김동환(화학공학과 13, 오른쪽) 씨, 그리고 유용석(화학공학과 석사과정,왼쪽) 씨가 실험실에서 함께 포즈를 취하고 있다. 글/유혜정 기자 haejy95@hanyang.ac.kr 사진/강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-05 13

[학술][우수R&D] 천병구 교수(물리학과) (1)

지난 4월 고에너지물리 국제공동실험연구팀 ‘벨’(Belle)은 우주 탄생의 비밀을 알기 위해 ‘벨-II 업그레이드 실험’(이하 벨-II 실험)을 시작했다. 25개 국가, 750여명의 물리학자가 참여한다. 천병구 교수(물리학과)는 1995년부터 이에 앞서 ‘벨 실험’에 참여했다. 2008년에는 물질과 반물질의 비대칭성 문제를 밝히는데 기여해 세계적으로 권위 있는 과학 저널 ‘네이처’(Nature)에 논문을 게재했다. 현재 ‘벨-II 실험’으로 새로운 물리현상을 파헤치기 시작했다. 벨 실험에서 벨-II 업그레이드 실험으로 천 교수는 우주가 어떻게 발생하고 진화했는지 연구한다. 미시세계를 다루는 입자물리학을 적용한다. 입자물리학은 물리학의 한 분야로 소립자의 특성과 상호작용을 이해하려는 분야다. 소립자는 원자보다 작은 입자로 물질을 이루는 가장 작은 단위의 물질이다. 내부구조가 없다. ‘소’는 ‘작다(小)’가 아니라 ‘기본이 된다(素)’는 뜻이다. 미시세계의 현상을 관찰함으로써 우주의 근원을 찾을 수 있다. ▲ 지난 11일 천병구 교수(물리학과)를 연구실에서 만났다. 천 교수가 벨-II 업그레이드 실험(이하 벨-II 실험)에 대해 설명하고 있다. 10년 전, 천 교수는 벨 실험으로 물질과 반물질의 비대칭성 관계를 규명했다. (지난 기사 보기 - 천병구(물리) 교수, 우주 탄생 비밀 발견) 우주 대폭발(Big-Bang) 이후 물질과 반물질이 만들어졌다. 현재 반물질은 사라지고 물질만 남아 우주를 구성하고 있다. 천 교수는 일본 고에너지가속기연구기구(KEK)에서 건설한 ‘KEKB 입자가속기’(이하 KEKB) 실험을 통해 반물질이 왜 사라졌는지 밝히는 증거를 찾았다. 벨 실험은 2009년 6월 종료했다. 지난달 25일에 벨-II 실험이 개시했다. 21세기 초, 입자물리학을 지탱하고 있던 ‘표준모형’으로 설명할 수 없는 현상이 관찰됐다. 중성미자 질량의 존재다. 중성미자는 전기적으로 중성이며 질량이 0에 가까운 소립자다. 우주에 존재하는 암흑 물질과 암흑 에너지의 근원도 알려지지 않았다. 표준모형은 중력을 제외한 그 외 힘인 강력, 약력, 전자기력의 상호작용을 통해 미시세계를 기술한다. 2010년부터 천 교수는 더 완전한 비표준 모형을 찾기 위한 벨-II 실험을 준비했다. ▲ 지난 4월 25일, 벨-II 실험에서 처음으로 획득한 전자-양전자 충돌 Event Display (출처: 천병구 교수) 우주 탄생의 근원을 찾아서 기존 벨 실험으로는 표준모형을 벗어나는 물리 현상의 증거를 관측하지 못했다. 물리 데이터 양이 부족했기 때문이다. 벨-II 실험에서는 벨 실험 50배 이상의 데이터 수집을 계획하고 있다. 기존의 KEKB보다 휘도(광원의 단위 면적당 밝기의 정도)가 훨씬 높은 ‘SuperKEKB 입자가속기’(이하 SuperKEKB)를 사용한다. 7개 종류의 검출기가 SuperKEKB의 전자와 양전자 충돌 지점을 둘러싸고 있다. 현미경 역할을 하는 검출기는 가속기에서 나오는 신호를 저장해 분석한다. 성공적인 실험을 위해서는 정교한 트리거 시스템(trigger system)이 필요하다. 매초 50억개의 전자와 양전자가 충돌한다. 대부분의 불필요한 충돌 사건은 제거하고 3만개의 가치있는 물리 사건만 선별해야 한다. 천 교수는 “전자기 열량계를 이용한 트리거 시스템의 전체 디자인, 초고속 전자회로 장치의 R&D, 양산, 설치 및 시스템 보정 작업을 한양대가 독자적으로 완수했습니다. 지난 4월 벨-II 실험이 개시되는데 결정적 역할을 해서 큰 자부심을 가지고 있습니다.”라고 말했다. ▲ 천병구 교수가 벨-II 실험의 필요성에 대해서 설명하고 있다. 전세계적으로 표준모형을 넘어서는 새로운 물리 현상을 찾기 위한 고에너지 물리 실험들이 진행 중이다. 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 LHC(Large Hadron Collider) 실험은 13테라전자볼트(TeV)의 높은 에너지로 양성자들을 충돌시킨다. 반면 벨-II 실험은 초고휘도로 전자와 양전자를 충돌시켜 희귀 현상을 발견하려고 한다. 두 실험은 상호 보완의 관계에 있다. 물리 현상을 관측하려는 방법은 다르지만 우주를 알고자 하는 마음은 하나다. 지구 밖으로, 우리나라 밖으로 천 교수는 벨-II 실험을 통해 새로운 물리 현상 관찰에 힘쓰고 있다. 앞으로 10년의 긴 여정이 예상된다고 한다. 많은 양의 물리 데이터를 수집해 분석해야 하기 때문이다. 지구로 날아 오는 초고 에너지 우주선(ultra high energy cosmic ray; UHECR) 관측을 위해 TA(Telescope Array) 우주선 실험에도 참여한다. 최근 TA 실험에 의하면 알려진 발생원이 아닌 부분의 우주 영역(Hot-spot region)으로부터 오는 UHECR이 발견 됐다고 한다. 입자천체물리학 분야에서 큰 흥미를 끌고 있다. “벨-II 실험은 분명 새로운 물리현상 발견에 있어 최선두 주자입니다.” 천 교수는 벨-II 실험이 물리학 분야에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다. 입자물리학은 우주의 근본 원리를 알고자 하는 인류의 지적 호기심 해소에 크게 기여했다. 이 뿐 아니다. 실험 장치 및 데이터 분석 연구로 인류의 실생활에 큰 업적을 세웠다. 인터넷의 효시인 WWW(월드와이드웹)을 만들었다. CT, PET 등 의료 장치 기술에 응용됐고, 인공지능에 활용되는 딥 러닝 연구에도 접목되고 있다. ▲ 인터뷰를 마친 천병구 교수가 포즈를 취하고 있다. “입자물리학 실험분야에서 우리나라 발전에 공헌하는 학생들을 많이 배출하고 싶습니다.” 천 교수는 제자 육성에도 힘쓴다. 졸업한 학생들이 해외 대학 연구소, 국립암센터 등 많은 연구 기관에서 근무하고 있다고 한다. 물리학이 내용 자체는 순수 학문이지만 R&D(연구개발)에 있어서는 언제나 유용하게 사용할 수 있기 때문이다. “우리나라에서 모든 삶을 영위할 것이 아닙니다. 세계로 시야를 넓히세요.” 글/ 유승현 기자 dbtmdgus9543@hanyang.ac.kr 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr