[학술][이달의 연구자] 김래영 교수, 전력 마이크로그리드와 직류 전력망으로 에너지 효율 높이다

책과 아날로그 시계 못지 않게 태블릿PC와 스마트워치를 자주 볼 수 있다. 주변 사물들이 전자기기로 변하면서 전원과 에너지에 대한 연구도 활발하다. 김래영 서울캠퍼스 전기·생체공학부 교수는 에너지를 더 효율적으로 생산, 저장, 전송하는 방법을 찾고 있다. 수소차와 스마트폰이 각각 수소 전지와 리튬 이온 전지를 사용하는 것처럼 모든 전자기기는 각자 알맞은 형태의 전원 장치가 필요하다. 김래영 교수가 연구하는 전력전자학은 주파수와 전압·전류의 크기를 조절해 전기 에너지의 효율적인 변환과 제어를 다룬다. ▲ 김래영 서울캠퍼스 전기·생체공학부 교수가 최근 연구 중인 마이크로그리드와 직류 전력망 시스템을 설명하고 있다. 김 교수가 최근 연구하는 분야는 마이크로그리드와 직류 전력망 시스템이다. 마이크로그리드는 여러 개의 분산형 전원을 이용해 개인적이고 국소적인 전력 공급 및 저장 시스템을 갖춘 형태를 말한다. 기존 전력 시스템은 원자력과 화력 발전소와 같은 대규모 발전소에서 생산된 전기를 소비자에게 전달한다. 이 과정에서 많은 송·배전망을 거치기 때문에 전력 손실을 초래한다. 김 교수는 레고-블록형 스마트 전력전자 플랫폼을 통해 마이크로그리드 구축하고 있다. 기존은 시스템 규모에 맞게 전력 플랫폼을 개발해야 했다. 레고-블록형 플랫폼은 전력망 규모에 맞게 마이크로그리드를 병렬 연결할 수 있어 다양한 크기의 발전소를 제작할 수 있다. 전기 수요가 높은 부근에 발전소를 구축한다면 전송에 따른 손실도 줄일 뿐 아니라 부지 제약도 줄 일 수 있다. ▲레고-블록형 전력전자 플랫폼을 병렬 연결함으로써 마이크로그리드를 구축할 수 있다. (김래영 교수 제공) 김 교수가 연구 중인 직류 전력망은 높은 효율을 자랑한다. 오늘날 대부분의 전력망은 교류 에너지로 구성돼 있다. 에디슨의 직류보다 테슬라의 교류 전력이 전송 효율이 좋았기 때문이다. 하지만 전자기기는 대부분 전원이 직류다. 직류 전력망에선 교류를 직류로 변환하는 과정이 없어 전력 손실이 적다. 김 교수는 "지금은 반도체 기술을 통해 교류를 직류처럼 바꿀 수 있다”고 전했다. 김 교수가 연구하는 전력전자 기술은 전기자 충전소에서부터 무선전력전송까지 다양한 세상을 그릴 수 있다.김 교수는 “전력전자 기술뿐만 아니라 공학을 통해 사람들에게 더욱 편리하고 새롭고 멋진 경험을 선사하는 것”이 궁극적인 목표라고 밝혔다. 글/ 윤석현 기자 aladin@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr

[학술][우수 R&D] 황승준 교수, IC-PBL로 중소기업 경영 컨설팅 선도인력 양성하다

지난 1997년 아시아 금융 위기는 한국의 많은 기업을 무너뜨렸다. 당시 국내 기업들은 인수합병(M&A)을 외국계 컨설턴트 회사에 자문했다. 20년이 넘게 흘렸다. 지금은 세계가 한국에 고속성장을 이룬 방법을 묻는다. 황승준 ERICA캠퍼스 경영학부 교수는 한양대학교 지식서비스 연구소장을 맡으며 한국 성공 사례들을 체계화해서 다른 나라에 컨설팅을 제공하고자 한다. 한국연구재단은 지난 10월 한양대 지식서비스 연구소를 ‘2019년 인문사회연구소 지원사업’에 선정했다. 지식서비스 연구소는 중소기업 경쟁력 향상과 균형적인 국가 경제발전을 목표로 지난 2009년 개소했다. 연구소는 한양대 컨설팅 전문인력 양성과 연구개발(R&D) 체계 구축에 힘쓰고 있다. 산업 연계 문제 기반 프로젝트 수업(IC-PBL:Industry-Coupled Project(Problem)-Based Learning)을 개발 및 운영하며 대한무역투자진흥공사와 해외 인턴십을 진행하고, 21건의 경영 컨설팅 방법론을 개발하는 등 활발히 활동 중이다. ▲황승준 ERICA캠퍼스 경영학부 교수가 경영 컨설팅 인력 양성의 필요성에 관해 설명하고 있다. 황 교수가 진행한 ‘4차산업혁명 시대 중소기업 컨설팅 인력 양성을 위한 IC-PBL 교육 방법 연구’는 우수한 경영 컨설팅 인력을 양성해 중소기업이 급변하는 산업환경 변화에 대응하도록 돕는 것이 목표다. 황 교수는 “데이터에서 새로운 가치를 찾아내고 수익 구조를 만드는 기업이 승리한다”며 “하지만 중소기업은 급격한 환경 변화에 대응하기에는 기술이 부족하다"고 말했다. ▲ 산업 연계 문제 기반 프로젝트 수업(IC-PBL:Industry-Coupled Project(Problem)-Based Learning) 의 MECA 모델. 한양대 지식서비스 연구소는 기존 C(문제 해결형)방식에서 M(현장 통합형)방식으로 변화를 꾀하고 있다. (한양대학교 ERICA캠퍼스 IC-PBL 센터 제공) 지식서비스 연구소는 인재를 양성하기 위해 기존의 IC-PBL 중 현장 중심적인 성격에 경험 지향적인 성격을 접목했다. 동시에 교육방식 체질도 개선했다. 지식서비스 연구소 IC-PBL의 핵심 목표는 ▲오래된 외국 사례를 새로운 국내 사례로 대체 ▲이론 위주의 교육에서 현장 중심의 교육으로 변화 ▲ 대기업 중심에서 중견·중소기업 중심으로 이동하는 것이다. 황 교수는 “지식서비스 연구소가 컨설팅 인력을 양성하는 기관에서 중소기업 컨설팅 플랫폼으로 진화하는 것이 최종 목표”라고 밝혔다. ERICA캠퍼스 학부 3, 4학년과 대학원생은 다음 학기부터 컨설팅 양성 수업을 들을 수 있다. 학생들은 플립-러닝(Flip-Learning, 온라인을 통해 선행학습을 한 뒤 교실에서는 토론식 강의를 진행하는 수업)을 통해 대상 기업과 산업 기초 지식을 습득한다. 수강생들은 상황인식부터 문제 정의, 문제분석, 해결책 제시와 적용까지 총 5단계의 과정을 거치며 기업에 직접 경영 컨설팅을 제공한다. 글/ 윤석현 기자 aladin@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][이달의 연구자] 좌용호 교수, 상온 구동 수소·황화수소 가스 감지 센서 개발

가스 감지 센서는 일반적으로 인식 감도를 높이기 위해 히터가 내장돼 있다. 따라서 전력 소비가 높을 뿐만 아니라 소형화하기도 어렵다. 좌용호 ERICA캠퍼스 재료화학공학과 교수는 히터 없이 상온(25℃)에서 수소(H2)와 황화수소(H2S)를 감지할 수 있는 센서를 개발했다. 이번 연구는 산업통상자원부 나노소재원천개발사업의 지원을 받아 진행했다. ▲ 좌용호 ERICA캠퍼스 재료화학공학과 교수가 최근 자신의 연구실에서 포즈를 취하고 있다. 좌 교수는 지난 2010년부터 가스 센서에 대한 연구를 진행해오고 있다. 천연가스 사용량은 점차 증가하고 있다. 가정에서부터 산업 현장에 이르기까지 가스 폭발사고와 중독 등 위험이 도사리고 있다. 특히 황화수소는 유독 가스로 세포 호흡을 정지시켜 중추신경을 마비시키고 질식을 유발한다. 석유 정제공정과 아교, 피혁 제조공정뿐 아니라 하수처리장과 쓰레기장에서도 발생한다. 해로운 물질 중 하나이기 때문에 산업 현장에서 실시간 모니터링이 필요하다. 한편 수소는 폭발 위험이 있어 가스 유출에 철저한 감시가 필요하다. 인간의 감각기관은 위험한 가스를 인식하거나 구분하지 못 한다. 이번 연구(논문명 "Facile tilted sputtering process (TSP) for enhanced H2S gas response over selectively loading Pt nanoparticles on SnO2 thin films")를 통해 개발한 가스 센서의 특징은 상온 구동이다. 좌 교수는 가스 농도에 따라 저항이 변하는 ‘화학 저항성’ 센서와 전압을 발생시키는 ‘열화학’ 센서를 개발했다. 두 센서 모두 별도의 히터 없이 상온에서 구동이 가능해 전력 소모가 크게 줄어들었다. 열화학 센서는 전압을 공급받아 신호를 읽는 기존 센서들과 달리 가스 감지를 통한 신호 자체가 전압을 발생시켜 이론적으로 전력 소비가 없다. ▲ 수소(H2) 가스 센서에 대한 연구 자료의 일부. 좌 교수는 수소 가스의 농도가 높아질수록 출력전압이 커지는 센서를 개발했다. (좌용호 교수 제공) 좌 교수는 센서 개발에 그치지 않고 감지장치(센싱) 시스템 전반을 설계했다. 또한 센서 소자의 모듈화와 무선 네트워크를 적용한 스마트 센서까지 직접 제작해 실험했다. 좌 교수는 “가스 감지 시스템은 표준이 없어 객관적인 성능 향상을 입증하기가 어려웠다”고 전했다. 개발된 시스템과 비교할 적절한 대조군이 없어 한국산업기술시험원에 공인인증을 받아 객관성을 확보했다. 좌 교수는 지난 2010년부터 상온 구동 센서를 중심으로 다양한 방식의 센서를 개발했다. 좌 교수는 해당 분야에서만 국내외 10여 건의 특허를 등록했다. 현재 사물인터넷(IoT)의 보편화로 스마트홈과 스마트팩토리 등에 가스 센서 수요가 급증하고 있다. 좌 교수는 “가스 센서는 실생활에 유용한 기술”이며 “수소와 황화수소 외 다양한 가스 센서를 개발할 예정”이라고 밝혔다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][이달의 연구자] 남진우 교수, 마이크로RNA에 의한 새로운 유전자 조절기전 규명

세포는 DNA로부터 얻어낸 유전자 정보를 기반으로 단백질을 생성한다. 이 과정을 유전자의 발현이라고 한다. 유전자 발현 과정에서 다양한 조절이 이뤄진다. 남진우 서울캠퍼스 생명과학과 교수가 새로운 조절 기전(메커니즘)인 UMD를 최초로 발견했다. 연구결과(논문명 "UPF1/SMG7-dependent microRNA-mediated gene regulation")는 지난 9월 13일 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 게재됐다. 세포는 DNA의 유전자를 이용해 단백질 만드는 과정을 다양한 방법으로 조절한다. 마치 강의실의 형광등을 켜는 원리처럼 스위치(단백질 발현 조절 인자)를 통해 불의 점멸(단백질 발현 유무)을 조절한다. 차이가 있다면 불의 밝기까지 조절하고 선택하는 것이다. 세포는 ‘DNA→mRNA(핵 안에 있는 DNA의 유전정보를 세포질 안의 리보솜에 전달하는 RNA)→단백질’의 유전자 발현 단계를 거치며 발현 정도를 크게 두 번 조절한다. ‘DNA→mRNA’와 ‘mRNA→단백질’ 단계에서는 각각 '전사조절’과 ‘번역조절’이 이뤄진다. ▲남진우 서울캠퍼스 생명과학과 교수가 유전자 발현 기전을 설명하고 있다. 남 교수는 새로운 ‘번역조절’ 메커니즘을 UMD라고 명명했다. 남 교수는 ‘번역조절’을 담당하는 조절인자 마이크로RNA(유전자 발현 조절 등의 기능을 하는 RNA)와 RNA의 품질관리(세포 내 잘못 생성된 RNA를 가려내는 행위)를 담당하는 조절인자 UPF1 사이에 또 다른 ‘번역조절’이 존재한다는 걸 밝혔다. 남 교수팀은 이 유전자 발현 조절을 UMD로 명명했다. 정상 mRNA가 UPF1에 의해 분해 조절되는 현상은 마이크로RNA와 UPF1의 상호작용 때문이다. 유전자 발현 조절의 주체를 밝히는 것은 질병의 진단과 치료의 초석이다. 문제 되는 단백질이 어디서 어떻게 생성되는지를 파악할 수 있기 때문이다. 특히, mRNA의 품질관리 기전과 마이크로RNA에 의한 유전자 발현 조절은 암과 뇌 질환에 직접 영향을 준다. UMD를 통해 마이크로RNA에 의해 조절되는 유전자의 예측력이 크게 올라가면서 표적 치료를 개발하는 길이 열리게 된다. ▲UMD 조절 방식. 정상 mRNA의 분해가 마이크로RNA와 UPF1의 상호작용에 의해 조절된다. (남진우 교수 제공) 연구는 남 교수와 황정욱 의과대학 유전학교실 교수가 각자의 연구데이터를 공유하면서 시작했다. 황 교수는 정상 mRNA가 UPF1에 의존해 분해되는 현상에 주목했다. 남 교수는 기존에 수행하던 연구를 통해 마이크로RNA가 이와 관련이 있음을 유추했다. 남 교수는 일차적으로 생물정보학적 분석을 시행하면서 황 교수와 함께 실험적 검증을 진행했다. 연구의 시작부터 논문이 나오기까지 총 4년 6개월가량 소요됐다. 남 교수는 “처음 1년은 빅데이터 기반의 생물정보학적 분석을 통해 가설 설정과 통계적 검정에 집중했다”고 밝혔다. 이후 실제 실험 설계, 시행과 실험 검증을 반복하며 2년를 추가로 소요했다. 그는 “실험 과정에서 샘플이 알 수 없는 이유로 잘 자라지 않아 예상보다 6개월 이상의 시간이 더 걸렸다”며 연구 과정의 어려움을 전했다. 이번 연구는 데이터 과학의 대표 분야인 생물정보학에 기반한 방법으로 진행했다. 생물정보학은 기존 학계에 공개된 연구 데이터를 통합, 분석해 새로운 연구 가설을 세우고 통계적 검증을 진행한다. 남 교수는 “덕분에 한두 개의 유전자 기능에 초점을 맞추기보다 일반적인 유전자 발현 조절 원리를 규명하는 데 집중할 수 있었다”고 전했다. 한편, 남 교수는 생물정보학 및 유전체 연구실(BIG Lab, http://big.hanyang.ac.kr)에서 연구 책임자로 연구 활동을 이어가고 있다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr

[학술][우수 R&D] 제철웅 교수, 의사결정 능력 장애인이 살기 좋은 세상을 만들다

후견인(後見人)제도는 의사결정 능력이 부족한 성년이나 미성년자에게 법률 지원을 하는 제도다. 국가는 의사결정, 사무처리 능력이 부족한 이들을 보호하기 위해 후견인제도를 마련한다. 하지만 국가의 ‘보호’가 의사결정 능력 장애인의 자유를 구속하는 것은 아닌지 다시 한번 생각해볼 필요가 있다. 오히려 그들과의 소통을 방해하는 장애물일 수도 있기 때문이다. 제철웅 법학전문대학원 교수는 “살기 좋은 세상이란 약자들이 살기 좋은 세상"이라며 "약자가 목소리를 내고 사회가 경청할 때 진정한 민주주의가 실현된다”고 정의했다. 제 교수의 ‘의사결정 능력 장애인의 사회통합’ 연구는 지난 2012년 보건복지부의 요청으로 시작했다. 지난 2013년 한국사회과학연구(SSK) 지원사업으로 연구과제를 시작해 오는 2022년까지 수행할 예정이다. 제 교수는 “사회통합을 실현하기 위해서는 제도가 중요하다"며 "현재 제도들은 후견인이 중요 사항을 결정하는 방식이기 때문에 당사자를 소외시킬 수 있다”고 말했다. 현 제도는 사람들에게 의사결정 능력 장애인이 아무것도 할 수 없다는 편견을 심어준다는 것이다. 제 교수는 이러한 문제점을 해결하기 위해 후견인이 장애인의 의사결정을 대신하는 것이 아닌 돕는 제도를 만들려고 한다. 제도뿐 아니라 실생활에서 활용할 수 있도록 매뉴얼을 만드는 것도 이번 연구의 목표다. ▲제철웅 법학전문대학원 교수가 ‘의사결정 능력 장애인의 사회통합’ 연구에 대해 설명하고 있다. 의사결정은 크게 기본권 실현을 위한 의사결정과 사무처리를 위한 의사결정 두 가지로 나눌 수 있다. 의사결정 능력 장애자가 부동산 매매와 같은 복잡한 문서나 계약 조항이 포함된 업무를 하기는 힘들기 때문에 사무처리 의사결정에 한해서는 후견인이 의사를 대신해주어야 한다. 이와 달리 일상생활에서 필요한 욕구는 장애자 혼자서 의사표현을 할 수 있다. 본인이 장애 시설에 들어가고 싶은지 아닌지와 같은 의사결정의 경우엔 언어적 요소가 아닌 몸짓과 표정 같은 비언어적 요소가 90퍼센트를 차지한다. ▲ 제철웅 교수(앞줄 왼쪽에서 세 번째)가 지난 2017년 3월 후견제도와 장애인-고령자의 권익 옹호 포럼에 참가했다. (제철웅 교수 제공) 현재 약 40만 명의 발달 정신장애인과 치매노인이 요양 시설과 정신병원에서 생활하며 지역사회로부터 격리돼있다. 이들이 자신의 삶을 누리기 힘들고 자기 의견과 요구사항을 제기할 수 없다는 게 가장 큰 문제다. 선진국의 경우 발달장애인과 치매 노인 당사자가 중심이 된 단체가 많다. 단체들은 필요한 제도와 개선해야 할 점을 치매나 장애 관련 정책에 반영하길 요청한다. 반면에 한국은 당사자들을 빼놓고 후견인과 대리인들에게 의견을 묻는다. 의사가 아픈 곳을 환자에게 묻는 것이 아니라 보호자에게 묻는 식이다. 제 교수는 "궁극적으로는 연구를 통해 발달장애인, 치매 노인, 정신장애인의 커뮤니티를 만들고 단체를 통해 본인 의견을 직접 말 할 수 있게 해 이런 문제들을 해결하고 싶다”고 밝혔다. 글/ 윤석현 기자 aladin@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr

[학술][이달의 연구자] 박준영 교수, 단순 자율주행 너머 ‘안전’ 자율주행에 힘쓰다

바야흐로 4차 산업 혁명 시대다. 많은 사람들이 자율 주행에 관심을 두고 있다. 자율 주행이 수면 위로 떠오르자 안전을 고민하는 사람이 있다. 박준영 ERICA캠퍼스 교통물류공학과 교수는 커넥티드 환경(모바일 기기, 가전 제품 등 여러 디바이스가 연결돼 상호 작용하는 IoT 환경)에서 운전자가 안전하게 자율 주행을 할 수 있도록 운전 보조 시스템을 디자인했다. ▲박준영 ERICA캠퍼스 교통물류공학과 교수가 커넥티드 환경(모바일 기기, 가전 제품 등 여러 디바이스가 연결돼 상호 작용하는 IoT 환경)에서 차내 운전자 보조 및 안전정보 제공 개선을 위한 시스템을 설명하고 있다. 안전한 자율 주행의 상용화를 위해선 자율 주행 자체뿐만 아니라 차량과 차량, 차량과 차량 주변의 인프라 관계 구축이 잘 돼야 한다. 본인 차량 주변 차나 신호등 같은 교통 장치와도 소통을 해야 한다. 박 교수는 “본인 차량과 근처 차량 혹은 주변 인프라와 정보를 교환해야 정보망을 통한 차량 정보 보조가 가능하다”고 말했다. 안전한 자율 주행의 첫 단계는 각 차량에 칩셋(시스템 전체를 하드웨어적으로 컨트롤하는 장치)을 삽입해 차와 차 사이의 정보 교환이 가능한 환경을 만드는 것이다. 운전자 차량 앞쪽 유리창을 디스플레이 화면(헤더 디스플레이)으로 삼아 실시간으로 각종 정보들을 표출한다. 이때 주변 차의 현 정보(속력, 내 차와 주변 차 사이의 거리 등)를 도형과 색상을 통해 쉽게 알 수 있다. 예를 들어 헤더 디스플레이의 바 개수 감소는 내 차와 주변 차와의 거리가 가까워지고 있음을 의미한다. ▲앞차와의 거리와 속력 등을 수치와 바(막대기)를 통해 알 수 있다. (박준영 교수 제공) 박 교수가 유독 안전한 자율 주행을 위한 연구에 집중한 이유가 있다. 바로 ‘안개’때문이다. 그가 처음 연구를 시작했던 미국 플로리다주는 지리적 특성상 안개가 잘 끼는 지역이라 교통사고가 자주 발생한다. 특히 자율 주행은 기상이 악화될수록 기능이 떨어진다. 박 교수는 악조건의 기상 상황에서도 안전하게 자율 주행할 수 있는 방법을 고민했다. 결국 자율 주행 시 근처 차량의 패턴과 주변 정보 등을 교환해야 안전한 주행이 가능함을 깨닫고 연구를 시작했다. 연구 과정이 순탄치만은 않았다. 박 교수는 “시스템 개발 후 프로그램 시뮬레이션을 진행할 대상이 필요했다”며 “연령, 성비와 운전 경력 등을 고려해 다양한 사람들을 섭외하는 것이 쉽지 않았다”고 전했다. 또 관련 자료가 워낙 방대해 데이터 수집에도 어려움을 겪었다. 그럼에도 박 교수는 여러 난관을 극복한 끝에 안전한 자율 주행을 현실로 만들 운전 보조 시스템을 개발했다. ▲박준영 교수는 "미래 자율 주행의 키워드는 ‘안전’"이라고 말했다. 박 교수는 안전한 자율 주행 환경을 조성해 걱정 없는 자율 주행 시대를 앞당기고 있다. 박 교수는 “안전을 빼놓고는 교통을 말할 수 없다”며 “자율 주행의 기술적인 발전도 좋지만 그전에 안전이라는 전제가 꼭 있어야 한다”고 ‘안전’한 자율 주행을 강조했다. 글/ 정연 기자 cky6279@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][우수 R&D] 김재균 교수, 마이크로LED를 활용한 미래 디스플레이 연구 박차

현존하는 기술보다 더 우수한 기술을 만드는 건 공학인의 숙명이다. 삼성전자 미래기술육성센터는 지난 7월 △혁신적인 반도체 소재 및 소자·공정 기술 △차세대 디스플레이 △컨슈머 로봇 △진단 및 헬스케어 솔루션 등 4개 분야에서 총 15개 연구 지원 과제를 선정했다. 차세대 디스플레이 영역에는 김재균 ERICA캠퍼스 나노광전자학과 교수의 ‘프로그래머블 초고정확도 비접촉 5000ppi 마이크로 발광다이오드(LED) 디스플레이’ 연구 등 5개 과제가 선정됐다. ▲김재균 ERICA캠퍼스 나노광전자학과 교수가 마이크로 발광다이오드(LED)가 유기발광다이오드(OLED)보다 우수한 점을 설명하고 있다. 유기발광다이오드(OLED)는 현재 디스플레이 시장에서 가장 우수한 기술이다. OLED는 별도의 광원이 필요 없는 자발광 소자로 개별픽셀의 제어가 가능해 높은 명암비, 초박형 구조, 기계적 유연성의 장점을 가지고 있다. 최근에는 유기물 기반으로 만들어진 OLED의 내구성과 안정성에 대한 단점을 극복하기 위해 많은 과학자와 기업들이 노력 중이다. 특히 OLED를 뛰어넘는 소자로 마이크로발광다이오드(LED)가 주목 받고 있다. 마이크로 LED가 OLED보다 우수한 이유는 △디스플레이 전력 소비 △밝기 △화면 크기 △내구성 4가지다. △ 디스플레이 전력 소비 이제 스마트폰은 일상생활에서 빼놓을 수 없다. 그만큼 스마트폰 배터리의 수명은 우리에게 중요 관심사다. 휴대폰 디스플레이 전력 소비량은 배터리 소비량 중 절반 이상을 차지한다. 배터리의 용량을 늘리는 것도 중요하지만 디스플레이 전력 소비량 자체를 줄인다면 휴대폰을 보다 오래 사용할 수 있다. 김 교수는 “유기물은 전기에너지를 빛으로 바꿀 때 무기물보다 효율이 떨어진다”며 “유기물인 OLED 대신에 무기물인 마이크로 LED 디스플레이를 사용한다면 모바일 기기의 작동 시간을 늘릴 수 있다”고 말했다.. △ 밝기 마이크로 LED는 기존 OLED보다 동일 전력 기준 1000배 밝다. 모바일 기기 사용 시간을 늘리면서 뛰어난 밝기를 자랑한다. 김 교수는 "미래 모바일 시장의 판도가 스마트폰에서 '증강현실(AR) 글라스'로 바뀔 것"이라고 전망했다. AR 글라스는 안경 렌즈에 0.5인치 이하의 크기를 가진 마이크로 디스플레이를 부착해 사용한다. 손톱만큼 작은 디스플레이를 통해 렌즈에 빛을 쏜다. 야외에서 활동할 경우 실내에서 사용할 때보다 더 강한 빛이 필요하다. 태양으로 인해 주변이 밝기 때문이다. 김 교수는 "마이크로 LED 디스플레이를 AR 글라스 제작에 활용한다면 야외에서 활동해도 사용에 문제 없다"고 전했다. ▲ 마이크로 LED로 제작한 서울 신사동 가로수길 애플 매장 내부 대형 스크린(김재균 교수 제공) △ 화면 크기 마이크로 LED 디스플레이는 대형 고화질 스크린 제작에 유용하다. 마이크로 LED는 화면 크기에 제한이 없다. 유리판에 화소(픽셀ㆍPixel)를 증착하는 OLED와 달리 레고 쌓듯 모듈을 붙이는 방식이기 때문이다. 테두리(베젤)이라는 개념이 없기 때문에 화면을 제한 없이 크게 만들 수 있다. 서울 강남구 코엑스아티움 SM타운 대형 전광판과 서울 신사동 가로수길 애플 매장 내부 대형 스크린은 마이크로 LED 디스플레이로 제작됐다. 마이크로 LED의 상용화가 이루어진다면 일반 가정 거실 벽면 전체를 TV화면으로 만드는 기술도 가능하다. △ 내구성 OLED는 유기물이기 때문에 외부의 환경 조건에 영향을 많이 받는다. 반면에 마이크로 LED는 무기물이기 때문에 안정적이다. OLED소자는 빛을 내는 시간에 비례해서 점점 밝기가 떨어진다. 밝기 효율이 떨어질 때마다 보상회로를 통해서 저하된 밝기를 보정한다. 이 과정에서 높은 전류를 필요로 하게 되고, 밝기 저하가 빨라지는 악순환에 빠지게 된다. 결국 우리가 흔히 아는 번인(Burn-in) 현상으로 이어진다. 유기물은 외부습기와 산소에 취약해 디스플레이로 사용하기 위해서는 습기와 산소로부터 보호하는 기술도 필요하다. ▲김 교수가 고안한 프로그래머블 초고정확도 비접촉전사 공정(김재균 교수 제공) 마이크로 LED 디스플레이가 상용화되지 못한 이유는 높은 가격과 공정의 복잡성 때문이다. 마이크로 LED를 제작하기 위해서는 물리적으로 화소를 전사하는 공정이 필요하다. 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 드는 과정이다. 디스플레이를 이루는 화소는 빛의 적·녹·청(RGB)의 삼원색이 하나로 묶여 구성된다. 마이크로 LED 디스플레이는 삼원색을 따로 만든 뒤에 결합 혹은 전사한다. 김 교수는 "전사과정 속 문제를 해결하지 않으면 마이크로 LED의 상용화는 매우 어렵거나 일부의 제품에만 적용이 가능하다"고 말했다. 김 교수는 문제를 극복하기 위해 나노와이어 형태 마이크로 LED를 제작한 후에 프로그래머블 비접촉 전사 방법을 이용해 화소를 구성하는 공정을 고안했다. 나노와이어 형태의 마이크로 LED 소자를 기판에 미리 제작하고 용매에 분산시켜 개별 화소를 준비한다. 용매에 분산된 마이크로LED 소자는 교류전기 신호에 의해 백플레인(배후 기판) 위 정확한 위치에 배치된다. 직접 옮기는 과정이 아니기 때문에 생산성이 높고 빠른 시간 안에 전사 공정을 완료할 수 있다. 김 교수는 "전사 정확도를 높혀줄 삼원색 형성기술을 보유하고 있어 마이크로 LED 디스플레이 상용화 도전할 수 있다"고 밝혔다. 김 교수는 "‘반드시 되게 한다’는 신념으로 3년 안에 기술을 완성하는 것이 목표"라고 말했다. 덧붙여 “궁극적으로 확신과 자신감을 갖고 팀원들과 재밌게 연구를 진행하고 싶다”라고 밝혔다. 글/ 윤석현 기자 aladin@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr

[학술][이달의연구자] 전대원 교수, 요근과 대사증후군의 연관성 찾아내

일상에서 근육량에 관해 이야기를 할 기회는 체성분을 분석할 때 말고는 거의 없다. 많은 사람들은 근육량을 건강의 기준으로는 생각해도 질병의 기준으로 인식하지 않는다. 의과대학 내과학교실 전대원 교수는 ‘요근 근육의 글루코스 섭취와 대사증후군 발생과 연관성’ 연구를 통해 근육량과 기능 상태가 대사 질환과 관련이 있음을 밝혔다. ▲전대원 교수의 논문 ‘Psoas muscle fluorine‐18‐labelled fluoro‐2‐deoxy‐d‐glucose uptake associated with the incidence of existing and incipient metabolic derangement’에 개재된 사진. 의과대학 내과학교실 전대원 교수는 요근의 당섭취와 대사 증후군 간의 연관성을 밝혀냈다. (전대원 교수 제공) 최근 의학계는 근 감소증에 관심을 기울이고 있다. 근 감소증은 연령별 정상 기준보다 근육량과 기능 상태가 크게 감소하는 현상이다. 전 교수는 근육의 양과 질이 당뇨, 고혈압과 같은 대사 질환에도 영향을 미치는지 연구했다. 연구의 핵심은 단순히 고령자를 대상으로 하지 않는다. 젊은층과 중년층도 포함해 근육의 질, 양이 대사질환과 연관있고, 향후에도 대사질환 발병 가능성이 높은지를 밝히는 것. 전 교수는 건강검진을 목적으로 검사했던 사람들 1000명 대상으로 연구를 진행했다. 500명을 추적 관찰하고, 500명의 검진 결과를 분석했다. 전대원 교수팀은 허리 근육(요근)과 대사에 관련된 수치들을 비교했다. 요근은 전체 근육량을 가장 잘 대표하는 것으로 알려져 있다. 연구 결과 요근이 적다면 대사증후군이 동반될 확률이 높은 것을 밝혔다. 추적 관찰에 의하면 근육량이 적거나 질이 나쁜 사람들 혹은 염증이 있는 사람들이 향후에도 대사 질환이 더 많이 생기는 것으로 나타났다. ▲전대원 교수가 이번 연구 과정에 대해 설명하고 있다. 총 1000명을 대상으로 연관성을 확인했다. 연구는 구리병원의 핵의학 김지형 교수팀과 공동연구로 진행했다. 단순한 요근의 양만이 아닌 양전자방출전산화단층촬영장치(PET/CT)를 이용해 근육 조직의 글루코스(흔히 포도당으로 부르는 대표적인 단당류), 당 섭취 대사율을 측정했다. 근육의 양이나 근육 내 지방 침착만을 보는 연구들은 기존에도 있었다. 연구팀은 근육의 당 대사와 당 섭취도 같이 확인했다. 이번 연구는 국제적으로도 드문 시도로 평가된다. PET/CT는 고가의 검사고 외국의 경우 장비 보급률이 우리나라보다 낮아 시행 조건이 열악하기 때문이다. 전 교수는 임상 연구기 때문에 작용 기저를 명확히 밝히기 어려웠다고 전했다. 제3의 요인이 개입했을 수도 있기 때문이다. 현재까지는 연관성만을 연구한 것. 앞으로는 인과관계와 작용 기저 등을 밝혀야 한다. 전 교수는 "논문에 포함되지 않았지만 이를 찾아내기 위해 동물 및 세포실험도 1년간 진행했다"며 "연구를 계속 이어나갈 예정"이라고 말했다. 끝으로 "이번 연구는 근육 대사와 대사질환과의 관계에 하나의 화두를 제시했다"며 “후속 연구가 계속 이어져 실제 의료현장에서 쓰이길 바란다”고 덧붙였다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr

[학술][우수 R&D] 김승현 교수, 난치성 신경계 퇴행성 환자들을 위한 맞춤형 치료제 개발

다수를 위한 소수의 치료법이 아닌 소수를 위한 다수의 치료법을 만들고자 하는 이가 있다. 바로 김승현 의과대학 신경과 교수다. 김 교수는 루게릭병, 치매 등 희귀 난치성 신경계 질환을 앓고 있는 환자들을 위한 맞춤형 치료제를 만들고 있다. 각각의 유전 및 임상 특징에 맞는 친화형 치료제다. 치료제 개발이라는 길은 가기 힘들다. 어려움을 누구보다 잘 헤처나가고 있는 김 교수를 만났다. ▲ 김승현 의과대학 신경과 교수가 난치성 신경계 질환 환자들을 위한 맞춤형 치료제에 대해 설명하고 있다. 약 중심에서 환자 중심으로 지금까지는 ‘하나의 약이 모든 해당 질환을 치료할 것’이라는 생각이 지배적이었다. 하지만 루게릭병, 치매 등의 신경계 퇴행성 질환은 대체로 다인자 유전에 의해 발병한다. 같은 병일지라도 그 안에서 일어나는 병의 진행 속도, 눈에 보이는 형태와 같은 현상과 그 원인은 개인차가 있다. 결국 공통된 하나의 약만 개발해서는 신경계 퇴행성 질환을 치료하지 못한다. 김 교수는 ‘약’ 중심에서 ‘환자’ 중심으로 관점을 바꿨다. 모든 사람에게 맞는 하나의 치료제가 아닌 각 환자의 유전, 임상 특징에 맞는 친화형 치료제를 고안했다. 김 교수는 치료제 개발을 위한 실험을 이어가고 있다. 환자 부검을 통해 채취한 피부 세포를 뇌 신경으로 만든 후, 이 신경에 치료제를 투여해 효과를 확인한다. 같은 유전자 변이가 있는 동물에게도 해당 치료제를 사용해 효과가 있는지 실험한다. 두 실험군이 모두 성공하고 임상 실험까지 잘 치뤄지면 치료제의 효과를 인정받게 된다. 동일한 질병도 그 안에서 다양한 진단을 내릴 수 있다. 같은 알츠하이머 치매 환자일지라도 10개~20개의 부집단이 나올 수 있다는 뜻이다. 김 교수는 이 부분에서 아이디어를 얻어 면역 염증 조절을 통해 치료 효과가 좋은 환자를 찾아 하나의 친화형 모델을 설정하고자 한다. 해당 환자 선정 후, 맞춤형 치료를 진행하는 것이다. ▲ 현재까지 진행해온 임상시험에 대한 요약 및 관련 타깃 자료. (김승현 교수 제공) 인공지능을 활용한 플랫폼 사업까지 김 교수는 나아가 인공지능(AI)을 활용해 데이터를 모든 사람과 나눌 수 있는 플랫폼 사업을 고민 중이다. 치료 확률을 판별해주는 노모그램(변수 관계를 나타낸 그래프)에 환자의 정보를 입력하면 그 환자에게 적합한 치료 지침을 주는 방식이다. 다시 말해 환자의 유전 정보, 병의 진행 속도, 나이 등을 기준으로 각 환자에게 맞는 치료제를 제시해주는 것이다. 인공지능은 학습 기능이 있으므로 김 교수팀이 만들어놓은 정보들이 계속 쌓이면 시간이 지나갈수록 더 정확한 판별이 가능할 것이다. 의사의 사명으로 신경계 퇴행성 질환 치료 위해 김 교수의 이러한 성과는 의사의 사명에서 시작했다. 김 교수는 “치료가 어려운 병을 앓고 있는 사람들을 위해 질환을 연구하는 것이 대학 병원 교수이자 의사로서의 임무”라며 “그동안 신경 질환 중 치료가 어려운 루게릭병, 치매 등의 신경 퇴행성 질환을 위해 노력했다”고 전했다. 그는 현재 요일별 진료를 통해 여러 의사가 한 환자를 돌보는 다각제 진료 시스템과 루게릭병 환자 대상 교육 프로그램 진행(한 달에 한 번) 등 연구 이외의 다양한 방법으로도 최선을 다하고 있다. 끝으로 김 교수는 의학을 공부하는 학생들에게 격려의 메세지를 남겼다. 김 교수는 “한 분야에 국한되기보다 소외된 분야에도 관심을 갖고 연구했으면 좋겠다”고 전했다. 평범한 길이 아닌, 잘 가지 않는 새로운 길. 김 교수에게 그 새로운 길에 대한 가치를 엿볼 수 있다. 글/ 정연 기자 cky6279@hanyang.ac.kr 사진/ 김주은 기자 coram0deo@hanyang.ac.kr

[학술][이달의 연구자] 김영득 교수, 흡착식 담수 기술로 한국 담수화 연구 이끌다 (2)

삼면이 바다인 한국은 해수를 활용한 기술 개발이 중요하다. 특히 해수를 담수(민물)로 바꾸는 담수화 기술은 식수와 순도 높은 정제수를 얻을 수 있다. 싱가포르, 호주와 사우디아라비아 등에서는 이미 담수화 연구가 활발히 진행 중이다. 한국은 아직 더딘 상황이다. 김영득 ERICA캠퍼스 기계공학과 교수가 선보인 흡착식 담수 기술은 한국의 담수화 연구에 희망의 불씨가 되고 있다. ▲김영득 ERICA캠퍼스 기계공학과 교수가 연구 중인 흡착식 담수 기술과 기존의 담수화 방법에 대해 설명 중이다. 흡착식 담수기술은 해수를 증발 시킨 뒤 수증기를 냉각시켜 담수를 만드는 열적 담수화 기술이다. 적은 열에너지로 깨끗한 물과 냉방에 사용할 수 있는 냉수를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 높은 담수화 효율을 자랑하며 담수화 공정에서 쓰이는 방습제가 비교적 저렴해 경제적이기까지 하다. 김 교수는 이번 연구를 통해 친환경적인 적정기술 실현을 목표하고 있다. ▲흡착식 담수기술의 공정 과정을 보여주는 사진. (김영득 교수 제공) 흡착식 담수 기술은 김이 눅눅해지는 것을 방지하기 위한 소형제습제(실리카겔)를 떠올리면 이해하기 쉽다. 우선 해수에 섭씨 12도에서 28도의 열을 가해 만든 수증기를 관을 통해 실리카겔 판으로 보낸다. 실리카겔의 친수성으로 인해 상대적으로 낮은 온도로도 해수를 증발시킬 수 있다. 이 과정에서 냉수를 얻을 수 있다. 실리카겔 판은 흡착판과 탈착판으로 짝을 이룬다. 탈착 과정에서 정제된 담수가 생성된다. 흡착판에서는 수증기를 흡수하고 탈착판에서는 흡수한 수증기를 탈착해 물을 만든다. 김 교수는 “흡착식 담수화가 기술 시장에서 확대 된다면 열교환기와 흡착제 기술 개발 등 다양한 분야가 활성화될 것”이라고 전했다. 아울러 “고순도의 물이 필요한 제약회사, 제지회사와 반도체회사 등과 협업을 구상하고 있다”고 밝혔다. 글/ 윤석현 기자 aladin@hanyang.ac.kr 사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr