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2018-05 13

[학술][우수R&D] 천병구 교수(물리학과)

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

2018-05 08 중요기사

[학술][우수R&D] 배지현 교수(의류학과)

스마트 폰, 스마트 워치, 스마트 의류. 사람들은 편리하고 효율적인 삶을 위해 새로운 것을 추구한다. 구글은 스마트 옷감을 만드는 ‘프로젝트 자카드’를 통해, 지난해 9월 27일 스마트 재킷을 출시했다. 단순히 옷감을 건드리기만 해도 음악 재생, 전화 통화 같은 기능을 실행할 수 있다. 옷감의 실이 움직임을 인식하는 센서 역할을 하기 때문이다. 올해 시작한 배지현 교수(의류학과)의 연구도 이런 웨어러블(wearable, 입을 수 있는) 센서다. 지난 4일, 배 교수를 사무실에서 만났다. 웨어러블 센서를 연구하다 배지현 교수는 유연성과 전도성을 가진, 생체정보를 감지할 수 있는 직물 센서를 연구한다. 그는 이해를 돕기 위해 한 장갑을 꺼내 들었다. 편직물(뜨개질 한 것처럼 만들어진 천)로 만들어진 평범한 장갑. 하지만 검지와 중지의 일정 부분은 다른 재질로 돼 있다. “원사에 은을 코팅한 거예요. 이 부분만 전기가 통하죠. 전도성 실이기 때문에 실 자체가 센서 역할을 합니다.” 장갑센서는 여러 가지로 활용 가능하다. 수화를 하면 센서가 손가락의 움직임을 파악해 기기에 글자를 입력하는 기술이 그 예다. ▲ 지난 4일 배지현 교수(의류학과)를 그의 사무실에서 만났다. 배 교수가 직접 센서가 달린 장갑을 착용해보이며 웨어러블 센서에 대해 설명하고 있다. 센서는 인장, 압력, 터치, 온도와 같은 외부압력에 대한 정보를 모바일 디바이스와 연결한다. 웨어러블 센서를 착용한 사람은 기기를 통해 자신의 상태를 쉽게 알 수 있다. 특히 건강관리를 위한 웨어러블 센서가 배 교수의 목표다. “파킨슨병을 앓는 환자들은 병이 진행되면서 서행을 합니다. 신발에 센서가 있다면 보폭과 속도를 측정해서 미리 병을 예측할 수 있죠. 움직임을 감지해서 미리 처방을 받을 수 있다면 외부의 도움 없이도 회복이 가능합니다.” 웨어러블 센서는 일반인에게도 적용할 수 있다. 트레이너 없이 혼자 운동을 할 때, 자신의 동작이 잘못되면 알림이 가는 것이다. 고령화 시대로 접어들면서 복지에 대한 문제가 대두되고 있다. 배 교수는 자신이 연구하는 센서가 사회적 약자를 위해 쓰였으면 한다. “자금도 부족하고 건강도 좋지 않은 독거 노인, 사회적 약자분들의 복지에 힘이 됐으면 좋겠어요.” 웨어러블 센서는 개인적인 건강관리가 수시로 가능하다는 장점을 갖고 있기 때문이다. 다만 그가 걱정하는 것은 가격. “센서가 있는 제품도 저렴한 가격으로 판매해야 해요. 평범한 신발이 1만원이라고 가정하면, 센서가 부착된 신발은 1만 2000원 정도여야 하죠.” ▲ (a) 정도성 섬유를 적용하여 제작된 장갑 센서의 모습이다. (b) 손가락의 움직임에 따른 전기 저항값을 나타낸 그래프. 움직임이 클수록 저항값의 변화량이 크다. (c) 수화 동작 감지 시스템을 시연하는 모습. (출처: 배지현 교수) 융합하고 소통하다 배 교수는 지난 3월에 이 연구를 시작했다. 하지만 우리대학에 임용되기 전에도 웨어러블 형태의 소자(장치, 전자 회로 따위의 구성 요소가 되는 낱낱의 부품)를 개발하는 팀에 들었던 적이 있다. “섬유공학을 전공하고 전자회사에서 일했어요. 자연스레 전기, 기계가 관련된 일과 제 분야를 융합해서 보게 됐죠.” 자신과 다른 분야에 있는 사람의 지식을 융합한다면 큰 시너지 효과를 낼 수 있다. 웨어러블 센서도 같은 선상에 있다. 생체정보를 감지하는 기술, 정보를 기기로 옮겨 착용자에게 제공하는 데이터는 전기전자 전공자가 맡는다. 하지만 그 외에 센서로 만드는 실 제작이나 옷의 신축성 및 디자인 고려는 섬유를 공부한 사람이 할 수 있는 분야다. 웨어러블 센서라는 목표에 도달하기 위해서는 서로 다른 분야의 정보를 받아들이고 소통할 준비가 돼 있어야 한다. 섬유로 할 수 있는 모든 것이 연구대상 같이 연구하는 학부생은 2명. “아무래도 의류학과 학생들에게 전자와 ICT쪽은 생소하죠. 대학원에서 전기전자와 관련한 의류 수업도 하지만 관심을 보이는 학생이 적어요.” 연구 진행에 어려움을 겪고 있기 때문에 타대학 교수들과 협력하기도 한다. 현재 연구는 센서의 소재에 집중하고 있다. “자체적으로 전기적 특성을 낼 수 있는 섬유, 전기 방사를 통해서 전도성 고분자를 만드는 연구 그리고 옷을 자주 세탁해도 전도성 고분자를 섬유에 부착할 수 있는 염색공정도 진행 중입니다.” ▲ 배지현 교수(의류학과)의 웨어러블 센서 연구는 아직 초기 단계다. 사회적 약자를 위해 웨어러블 센서를 연구하는 배지현 교수. 연구에 대한 그의 열의는 계속된다. 건축에도 관심이 많다. 섬유를 기반으로 만드는 건축이다. 방탄, 불연(불에 타지 않음) 기능의 직물소재로 지은 건물은 안정성 면에서 우수하다. 또 쉽게 짓고, 쉽게 철거 할 수 있다. 건축재료인 섬유는 바람에 진동하기도 한다. “섬유가 자체적으로 바람에너지를 저장해 전기적인 효율을 낼 수 있습니다.” 섬유라는 자기 기반을 가진 배교수의 열의는 웨어러블 연구와 함께 계속된다. 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 이진명 기자 rha925@hanyang.ac.kr

2018-05 04

[학술]한양대 보건학과, 뇌졸중 환자 병원 옮기면 사망 위험 커져

한양대 대학원 보건학과는 최근 국민건강보험공단 청구 자료를 활용해 뇌졸중 환자가 응급실을 방문한 뒤, 병원을 옮기는 전원(轉院)을 하면 사망 위험이 커진다는 연구결과를 발표했다. 논문에 따르면, 뇌졸중 전원 환자는 그렇지 않은 환자에 비해 30일 이내 사망 위험이 1.68배, 1년 내 사망 위험은 1.69배 높았다. 조선일보 4월 10일 자 기사에서는 뇌졸중 환자가 전원할 때 사망 위험이 큰 이유에 대해 전원을 하면서 시간을 지체해 뇌졸중을 빨리 대처하지 못하면 사망 위험이 커진다고 전했다. 불필요한 전원을 피하려면 처음부터 '119 구급대'를 불러 뇌졸중 응급 치료가 가능한 곳을 찾아가야 하며, 거리가 먼데도 무조건 '특정 명의가 있는 병원으로 가겠다'고 하는 경우는 위험하다고 밝혔다. ▶ 조선일보 기사 바로가기 (클릭)

2018-04 30 헤드라인

[학술][이달의 연구자] 김학성 교수(기계공학부)

0.3~3테라헤르츠 사이의 주파수를 가진 전자파, 테라헤르츠(Terahertz)파. 1초에 1조(테라) 번 진동할 때 주파수는 1테라헤르츠다. 주파수가 적외선과 마이크로파 사이에 있는 테라헤르츠파는 금속이 아닌 모든 물질을 다 투과하는 성질을 갖고 있다. 기존에 쓰이는 엑스선 기술과 유사하지만 유해성이 훨씬 낮다. 약하지만 인체에 손상을 주는 엑스선과 달리 테라헤르츠파는 안전하게 쓸 수 있다. 이 덕에 의료계 등지에서 테라헤르츠 기술에 대한 관심이 높다. 김학성 교수(기계공학부)는 테라헤르츠의 상용화를 위해 5년 넘게 연구를 이어왔다. 일반인에겐 아직 생소한 테라헤르츠 기술 연구에 대해 김 교수의 이야기를 들었다. 세계를 이끌 10대 기술, 테라헤르츠 “몇년 전, MIT(매사추세츠 공과대학교)는 테라헤르츠 기술이 세계를 선도하리라 말했어요. 물질을 투과하고 인체에 무해하다는 특성을 눈여겨 보다 연구를 시작했습니다.” 기계공학을 전공한 김 교수는 테라헤르츠 기술 연구를 위해 물리와 전자를 다시 공부해야 했다. 연구를 거듭하며 김 교수는 테라헤르츠파를 어떻게 기술로 응용할지 방법을 찾았다. ▲지난달 25일, 김학성 교수(기계공학부)를 그의 연구실에서 만나 테라헤르츠 기술에 대한 그간의 연구결과를 들었다. 방사선이 방출되는 엑스레이나 자기공명단층촬영(MRI)과 달리, 테라헤르츠 기술은 무해하다는 장점을 갖고 있다. 이에 세계가 엑스레이의 대체재로 주목하고 있다. 하지만 테라헤르츠파는 발생시키기가 어렵다. 과거에는 30억에 달하는 비싼 장비로 발생시켜야만 했다. 최근에는 가격을 점점 낮추는 연구가 진행되지만 대부분 테라헤르츠파를 얻는데만 초점이 맞춰져 있다. 이에 아쉬움을 느낀 김 교수는 테라헤르츠의 상용화에 집중했다. 우리 눈에 잘 보이지 않는 ‘용접선’ 김 교수의 연구 결과, 테라헤르츠파를 통해 '사출성형 제품'의 용접선을 검출할 수 있다. 사출성형(injection molding)은 플라스틱을 가공하는 여러 방법 중 하나다. 모형틀에 녹은 플라스틱을 부은 후 굳히는 기술로 대량생산이 이 방법으로 진행된다. 이 생산과정에서 종종 ‘용접선’이 생긴다. 용접선은 용접 한 곳에 생기는 줄이다. 사출성형 과정에서 녹은 플라스틱이 균일하게 퍼지지 않을 때 용접선이 발생한다. 다음은 김 교수의 설명. “자동차 부품처럼 하중을 많이 받는 제품은 용접선이 생기면 안돼요. 하중을 견디지 못하고 깨지기 쉽죠.” 하중을 많이 받는 제품들은 이를 견디게끔 플라스틱 안에 유리섬유가 섞여 들어간다. 하지만 용접선이 생기면 무용지물이다. 유리섬유가 무게를 지탱하기 위해 설 방향을 잃기 때문이다. 용접선의 위치와 무게를 많이 받는 곳이 겹치지 않을 필요가 있다. 하지만 어디에 용접선이 생길지는 예측불가다. 김 교수는 이 문제를 테라헤르츠 기술이 해결해줄 수 있다고 말했다. “사출성형 제품에 테라헤르츠파를 쏘면, 섬유의 방향을 알 수 있어요. 섬유 방향에 따라 테라헤르츠파의 속도가 느려지거나 빨라집니다. 이 속도차로 용접선을 검출할 수 있는거죠.” 용접선을 검출하기 위해서는 빠르고 정확한 스캐닝도 필요하다. 김 교수는 테라헤르츠 스캐너 장비의 개발에 힘쓰고 있다. 테라헤르츠 스캐너가 빠른 속도로 스캔을 할 수 있도록 김 교수는 금속코팅 된 거울을 붙였다. 테라헤르츠파를 금속코팅 된 ‘갈바노 거울’에 쏘면 반사되면서 사출성형 제품 전면을 10초안에 스캔한다. 완전한 상용화를 위해 연구한 이 장비는 호평을 받았다. ▲ 테라헤르츠를 통해 사출성형 제품을 스캔하는 스캐너 장비. 'G1'이라고 표시된 장비가 테라헤르츠를 반사시키는 '갈바노 거울'이다. 이 거울은 스캐닝 시간을 단축시키는 역할을 한다. 김학성 교수의 ‘다기능성복합재료연구실’(MCDM LAB) 물리와 전자책을 훑으며 다시 공부해야 했던 김 교수. 그와 테라헤르츠는 만난 지 몇 년 되지 않았다. “저는 기계과라서 다른 학문을 다루기가 제일 힘들었어요. 학문을 융합했을 때 그 경계에서 새로운 발견이 항상 나타나요. 테라헤르츠도 물리, 전자, 기계의 합작이라서 재밌었죠.” 그는 기계공학을 기반으로 두고 여러 분야로 확장시키는 것이 목표라 말했다. 학생들에게도 아낌없는 사랑을 보냈다. “연구는 재미가 있어야 해요. 저는 항상 왜 해야 하는지 설명을 곁들어서 연구를 진행해요. 이번 테라헤르츠 연구도 아무도 안 하겠다고 했지만, 전세계 처음으로 하는 연구라고 설명하니 자부심을 갖고 매진하더라고요.” 항상 학생들이 행복하고 즐겁게 연구했으면 하는 바람을 나타낸 김 교수. ‘다기능성복합재료연구실’이라는 연구실 명칭은 하고 싶은 연구를 이어가자는 의미다. ▲이번 연구에 함께한 오경환(기계공학부 석사과정) 씨와 김학성 교수가 연구실 안에서 포즈를 취하고 있다. 글/유혜정 기자 haejy95@hanyang.ac.kr 사진/최민주 기자 lovelymin32@hanyang.ac.kr

2018-04 24

[학술]한양대 첨단방사선공학연구실, 한국인 표준 팬텀 개발

▲한양대 첨단방사선공학연구실 연구팀 한양대 첨단방사선공학연구실(HUREL, Hanyang University Radiation Engineering Laboratory)이 최근 한국인 표준 팬텀 개발에 성공해 비상 피폭 상황에 대한 선량계수 산출과 사고 선량 재구성 기술 개발의 발판을 마련했다. 이번에 개발한 한국인 표준 팬텀은 세계 최고 수준으로, 방사선 방호 분야의 핵심 기술인 메시형 국제방사선방호위원회(ICRP) 국제 표준 팬텀과 동급이다. ICRP 국제 표준 팬텀은 정확한 선량 산출이 가능하고 체형·자세 변형이 용이하다는 장점이 있지만 한국인과 같은 아시아인에 대한 선량 산출에는 적절하지 않다는 지적이 있었다. 한양대 첨단방사선공학연구실이 개발한 한국인 표준 팬텀은 고해상도 연속절단면 컬러해부영상자료와 한국인 30대 표준 골격을 바탕으로 제작돼 한국인의 해부학적 특징을 정밀하게 표현했다. 전자신문 4월 17일 기사에 따르면, 김찬형 원자력공학과 교수(첨단방사선공학연구실 책임교수)는 “한국인 표준 팬텀은 방사선 방호 분야 뿐만 아니라 방사선 치료, 핵의학 영상 등 다양한 분야의 연구 수행도 가능하다”며 “전파와 인체의 상호작용, 자동차 충격 전산모사, 가상공간 수술 등 비방사선 분야에도 활용될 수 있다”고 말했다고 전했다.

2018-04 20

[학술]박재근 교수팀, 퀀텀닷 활용 UV 측정 카메라 개발

▲박재근 교수 박재근 융합전자공학부 교수팀이 최근 자외선(UV)을 측정할 수 있는 퀀텀닷(QD) 기반 이미지센서 모듈 기술을 개발했다. 전자신문 4월 2일 기사에 따르면, 박 교수팀이 개발한 이미지센서 모듈을 테스트 한 결과 박 교수팀의 QD 모듈이 일반 UV 센싱 카메라 보다 정확하게 UV를 검출해낼 수 있는 것으로 나타났다고 전했다. 또, 기존 UV 센싱 카메라보다 생산 단가가 월등하게 낮다는 점도 장점으로 꼽았다. ▲일반 사진(좌)과 QD 기술 기반 카메라 모듈을 활용해 촬영한 사진(우) (사진= 전자시문) 박 교수는 “기존 실리콘 반도체 공정을 그대로 활용하는 덕에 저렴하게 생산이 가능하고 측정 정확도는 보다 높다”며 “헬스케어, 국방, 자동차, 소비자기기, 보안 등 세계 주요 기업에서 러브콜을 받고 있다”고 전했다. 이어 그는 “글로벌 헬스케어 업체 J사와 전략적 협력 관계를 체결하기 위한 논의를 하고 있다”면서 “올해 초 미국 라스베이거스에서 개최된 CES 전시회에서도 80개 이상 다양한 글로벌 대기업이 우리 기술에 높은 관심을 나타냈고, 상담 요청이 계속 들어오고 있다”고 말했다. QD를 활용한 UV 측정 카메라의 활용 범위는 무궁무진하다. 자외선차단제(선크림) 성능 측정, 어두운 환경의 감시카메라 등으로 활용할 수 있다. 박 교수는 “4월말 스마트폰용 카메라 모듈 시제품이 나온다”면서 “다양한 분야에서 연구 결과물의 상용화 성과가 나올 것”으로 기대한다고 전했다. ▶ 전자신문 기사 바로가기 (클릭)

2018-04 03

[학술][이달의 연구자] 서영웅 교수(화학공학과)

지난 평창올림픽에서 현대자동차가 선보인 수소 전기차 ‘넥쏘(NEXO)’. 이를 통해 한국은 수소자동차 상용화의 신호탄을 알렸다. 전문가들은 2020년부터 수소자동차사업의 본격적인 양산과 수소 연료 충전소 활성화로 수소자동차가 점차 대중화될 것이라 예상한다. 서영웅 교수(화학공학과)는 이러한 수소자동차 상용화를 앞당길 신기술을 개발했다. 수소자동차의 연료전지에 수소를 더 빠르게 집어넣고 빼내는 촉매기술이다. 차세대 수소자동차 상용화에 중요한 기술을 개발하다 수소는 우주 질량의 약 75%를 차지하고 있는 원소다. 물을 전기분해 했을 때도 얻을 수 있으며 화석에너지와 달리 탄소가 쓰이지 않아 탄소화합물 등의 환경오염물질이 발생하지 않는다. 이 탓에 우리나라처럼 자원이 부족한 나라는 일찍부터 기술 개발에 돌입한 편이다. 수소연료로 가동되는 ‘수소연료전지자동차(HFCV: Hydrogen Fuel Cell Vehicle or FCV: Fuel Cell Vehicle)’는 국내에서 세계 최초로 양산 생산을 시작했다. 수소와 산소의 화학 반응과정에서 전기를 얻는 수소자동차는 주행 시 환경오염물 대신 물이 수증기 상태로 나온다. 하지만 수소자동차가 상용화되기 위해서는 인프라구축과 안전성 등 문제점이 남아있다. 기존에 에너지로 쓸 수소를 수송할 때는 700기압 이상의 초고압의 기체형태로 수송한다. 수심 40미터 근방에서 수압이 4~5기압 정도인걸 감안했을 때, 초고압 압축 기술은 폭발위험이 크다. 근본적으로 부피도 그리 줄어들지 않아 대용량 수송에 적합하지 않다. 하지만 서영웅 교수 연구팀이 수소를 대용량으로 가장 안전하게 수송할 수 있는 기술을 선보였다. 이 신기술로 수소자동차 상용화를 앞당길 수 있다는 평을 받았다. 빠르게 수소를 빼내는 촉매기술이 핵심 서 교수와 국내 연구진은 ‘액상 유기물 수소 저장체(이하 LOHC)’를 저렴하게 제조하는 기술을 최초 개발했다. LOHC는 액체상태의 화학물질로, 수소를 안전하게 저장 운반할 수 있게 도운다. 수소와 결합해 액상상태를 유지하다 특정 조건에서 다시 수소와 떨어지는 특성을 가지고 있다. 연구팀은 분자 자체에 수소를 저장할 수 있는 톨루엔(Toluene)과 피리딘(Pyridine)을 결합한 LOHC를 만들어 ‘MBP’라 명했다. MBP를 이용해 액체로 변형시킨 수소는 기체상태 때보다 더 많이 운송할 수 있다. 또한 액상 물질이기 때문에 폭발위험이 없어 안정성을 대폭 높였다. ▲ 연구팀이 개발한 새로운 화학물질 'MBP(왼쪽)'와 수소를 머금고 있는 MBP(오른쪽). 서영웅 교수(화학공학과)와 우리 대학 연구팀은 필요할 때 수소를 빼내고 집어넣을 수 있는 핵심기술을 개발했다. (출처: 서영웅 교수) 이 기술의 핵심은 수소가 포함된 액상물질을 연료로 사용 가능한 수소 형태로 빠르게 되돌릴 수 있다는 점이다. 촉매 작업을 통해 가능한 일이다. 이렇게 수소를 집어넣고 빼내는 핵심기술을 서 교수와 우리 대학 화학공학과 연구팀이 맡았다. “안전하게 수송한 액체상태의 화학물질을 수소자동차에 필요한 수소로 빠르게 빼내고 넣을 수 있게 된 거죠.” 서 교수는 촉매를 이용한 수소 이동의 효율적인 방법을 개발했다는 것에 자부심을 느낀다. 기존 기술보다 시간이 줄었을 뿐만 아니라 비용도 저렴하다. 세계적으로도 LOHC 기술은 손에 꼽을 정도의 적은 수의 연구팀이 보유한 기술이다. 타 LOHC기술은 섭씨 270도 이상의 열을 가해야 수소를 분리할 수 있다. 하지만 MBP는 이보다 낮은 섭씨 230도에서도 가능해 같은 조건에서 훨씬 더 효율적이다. 이는 LOHC기술의 새로운 연구 지표를 열었다. ▲ 국제학술지 ‘켐서스켐’ 4월호 표지에 서영웅 교수의 논문이 선정됐다. 평가위원이 선정하는 가장 중요 논문인 'VIP'(Very Important Paper)로도 선정됐다. (출처: 한국화학연구원) 교수이자 열정적인 연구자 서 교수와 연구팀은 기존에 없던 완전히 새로운 물질을 개발했다. 그렇기에 모든 사례연구와 실험결과를 직접 축적해야 했다. 액상 물질이 바닥에 닿았을 때 발생하는 손상부터 인간이 흡입했을 경우의 위험성까지 모든 시험을 거쳤다. “수소를 값싸고 안전하게 운반할 수 있는 기술에 힘써야겠다고 생각했죠.” 끊임없는 노력 끝에 나온 신기술은 LOHC 관련 기술 중 전 세계에서 3번째로 상용화 가능성이 있다는 평을 받았다. 서 교수의 교수 철학이자 연구철학은 더 많은 연구인력을 사회로 배출하는 것이다. 교수로서 학부생들이 탄탄한 기초지식을 가진 인재로 성장하길 바란다고 전했다. "학생들이 남들이 가는 길을 무작정 따라가지 않았으면 좋겠어요. 나만의 길을 찾는 것이 대학 생활을 즐기는 방법이라고 생각합니다." 서 교수는 현재 미래 에너지 및 청정 환경을 위한 촉매 기술 연구를 계속해서 진행 중이다. 앞으로 그의 연구실에서 더 많은 미래 기술이 나오길 기대한다. ▲ "신기술 상용화를 위해 더욱 힘쓸 것" 지난 3월 29일 연구실에서 만난 서영웅 교수의 말이다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-04 02

[학술]김지은 교수, 알약 성분 식별기기 개발

▲김지은 교수 김지은 기술경영학과 교수팀이 최근 간단하게 알약의 정보를 파악할 수 있는 알약 식별기기 OPILL을 개발했다. 김 교수팀이 개발한 OPILL은 이미지 기반 알약 식별기기로 알약을 통에 넣으면 빛을 통해 약의 상세정보를 알려주는 장치다. 약에 관한 전문지식이 부족한 일반인들의 의약품 오복용을 막고, 복용방법들에 대한 자세한 정보를 알 수 있다. 향후 보건소와 약국에 비치할 경우 폐의약품 회수 과정에서 효율적인 분리를 할 수 있으며, 안전하게 관리된 불용(不用)의약품의 인도적 재분배를 유도할 것이라는 점에서 그 의미가 있다. OPILL은 현재 설계에 관한 특허를 출원한 상태다. OPILL은 디자인적인 측면에서도 인정을 받았다. 최근 독일에서 열린 ‘iF 디자인어워드 2018’ 의약제품 부문에서 수상했다. iF 디자인어워드는 세계적으로 유명하고 공신력 있는 디자인 상 중 하나로 평가되며 iF 로고는 우수한 디자인을 보증하는 상징으로 통용된다. 김 교수는 “이번 연구로 인해 안전한 의약품복용과 저개발 국가에 필수의약품을 인도적 차원에서 재분배할 수 있는 사회혁신 모델을 제시했다”고 말했다. ▲알약 정보를 식별할 수 있는 OPILL(오필)

2018-03 20

[학술]고민재 교수팀 ‘태양전지·태양광 물분해 효율 향상’ 양자점 흡착 신기술 개발

▲고민재 교수 고민재 화학공학과 교수팀이 최근 황화납·황화카드뮴 양자점 흡착 신기술을 개발, 태양전지 및 태양광 물 분해에 의한 수소생산 효율을 크게 향상하는 데 성공했다. 이번 연구는 호서대 김재엽 교수 연구팀 및 UNIST 이재성 교수 연구팀과 공동으로 진행했다. 양자점은 수 나노미터(nm, 10억분의 1m) 크기를 지니는 미세한 반도체 입자로 높은 흡광 계수를 지닌다. 크기에 따라 광학특성 조절이 가능한 장점이 있어 디스플레이, 태양광 에너지 변환 등에 응용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 연합뉴스 기사에 따르면, 양자점을 태양광 에너지 변환 소자에 응용하기 위해서는 일반적으로 다공성의 금속산화물 전극 표면에 흡착시킨다. 연구팀은 황화카드뮴 양자점 흡착 과정에서 망간을 도핑하면 광학 특성의 향상과 함께 양자점 흡착량이 크게 증가하는 것을 밝혀냈다고 전했다. 또, 연구팀은 이번 연구를 통해 금속산화물 전극을 염기성 용액으로 전처리하면 황화납 양자점 흡착량이 증가한다는 사실도 확인했다고. 이 기술을 적용해 제작한 광전극을 양자점 감응 태양전지에 적용했을 때 광변환 효율이 기존 대비 33%가량 증가한 것으로 나타났다고 전했다. 그뿐만 아니라, 태양광 물 분해에 의한 수소 생산에 적용 시 세계 최고 수준인 22.1밀리암페어 광전류 값을 기록했다고 밝혔다. 한편, 이번 연구 결과는 세계적인 학술저널인 ‘어플라이드 카탈리시스 B : 환경’ 온라인판에 'Highly loaded PbS/Mn-doped CdS quantum dots for dual application in solar-to-electrical and solar-to-chemical energy conversion'이라는 제목으로 게재됐다.

2018-03 06

[학술][이달의 연구자] 생명과학과 최제민 교수(생명과학과)

흔해진 듯 하지만 여전히 두려운 질병, 바로 ‘암’이다. 통계청이 발표한 ‘2016년 국내 사망 원인통계’ 자료에 따르면 전체 사망자의 27.8%는 암으로 사망했다. 1983년 이래로 암은 우리나라 사망원인 부동의 1위를 차지하고 있다. 암 환자와 보호자들에게 의학 기술 및 치료법의 발전은 언제나 절실하다. 이런 상황에서 항암 면역 유전자 역할을 규명하는 최제민 교수(생명과학과) 연구팀의 성과가 눈에 띈다. 효소 활성을 잃어버린 단백질을 없애면? 최제민 교수(생명과학과) 연구팀이 세포 면역에 주된 역할을 하는 'T세포' 면역반응을 조절해 암세포를 줄이는 연구에 성공했다. 최 교수는 인간에게 보존된 ‘키티나아제 유사 단백질(Chitinase 3 like 1, 이하 Chi3l1)'의 기능 규명에 초점을 맞췄다. 식물 면역에 사용되는 물질인 키티나아제가 인간의 몸에서는 효소 활성을 잃어버린 상태로 계속 남아있다는 점을 놓치지 않았다. 최 교수는 효소 활성이 이뤄지지 않아 ‘키티나아제 유사 단백질’ 이라고 칭하는 이 물질이 인간의 신체에 남아 어떤 역할을 하는지를 밝히는 연구를 진행했다. ▲지난 3월 1일 진행된 인터뷰에서 최제민 교수(생명과학과)가 키티나아제 유사 단백질 변이 유전자에 대해 설명하고 있다. 연구는 T세포 내의 키티나아제 유사 단백질을 통해 이뤄졌다. T세포는 체내의 세포를 죽이고 항체를 만드는 역할을 하는 주 면역 세포다. 최 교수는 이러한 T세포에 위치하고 있는 키티나아제 유사 단백질을 제거했다. 그 결과, 암의 전이가 줄어드는 것을 확인했다. 키티나아제 유사 단백질 유전자가 세포의 면역 기능을 억제하고 있었다는 사실을 발견한 것. 실제 쥐 실험을 통해 흑색종 폐 암 전이 모델을 확인한 바에 따르면 키티나아제 유사 단백질을 제거한 쥐에게서 면역 활동이 증가하고, 암의 전이가 줄어든 것을 확인했다. 즉, 키티나아제 유사 단백질은 효소 활성을 잃었으나, 암에 대한 T세포의 면역 반응을 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 치료 물질 개발까지 박차를 최 교수 연구팀은 키티나아제 유사 단백질의 T세포 내 역할 규명에 이어 치료 물질 개발에도 착수했다. 최 교수는 키티나아제 유사 단백질 유전자에 결합한 표적 치료물질(펩타이드―siRNA 중합체)을 개발했다. 이는 최 교수 연구실에서 개발해 특허를 갖고 있는 '세포 투과 기술력'을 기반으로 했다. 최 교수는 세포 투과 펩티드를 이용해 키티나아제 유사 단백질을 표적으로 한 'siRNA'를 세포 내부로 전달해 T세포 활성을 증가시키면 암에 대한 면역이 강화될 것이라는 가설을 바탕으로 연구를 진행했다. 이를 바탕으로 추가 연구를 진행한 결과, 유사한 패턴을 확인해 결과적으로 면역 반응이 증가했다. 암을 치료할 수 있는 물질에 한 걸음 다가선 것이다. ▲Chi3l1 유전자가 결핍된 Th1 세포 및 세포독성 림프구에서 인터페론 감마 사이토카인 발현이 증가했다. “효소 활성을 잃어버린 채로 남아있는 키티나아제 유사 단백질에 대한 단순한 궁금증이 있었네요.” 최제민 교수는 담담히 연구를 시작한 계기를 밝혔다. “하지만 연구를 통해 많은 결과를 확인했어요. 아직은 방향성을 제시하는 정도라고 생각합니다만, 후속 연구를 통해 더욱 발전해 나갈 예정입니다. 면역학 외에도 인간의 생명과 관련한 연구는 아주 오랜 시간에 걸쳐 이뤄져야 하기 때문이에요.” 그저 주어진 것에 충실했을 뿐 최 교수가 연세대학교에 재학하던 시절에는 면역학을 연구하고, 생명과학을 가르치는 교수가 되리라고는 상상도 하지 못했다. 성적에 맞춰 진학한 학과 공부에 크게 흥미를 느끼지 못했던 것. 하지만 고학년이 되어 참여한 실험실에서 연구에 흥미를 느껴 자연스럽게 대학원에 진학했다. 면역학은 박사 학위를 공부하면서 처음 시작했다. 최 교수는 “새로운 분야를 공부하는 어려움이 컸지만 하나씩 해내다 보니 어느덧 이 자리에 있게 됐다”고 했다. 이어서 연구팀 및 한양대의 제자들에게 전하는 조언을 덧붙였다. “제 연구팀의 학생들을 비롯해 많은 한양의 학생들이 주어진 자리에서 최선을 다하고 있는 것 같아요.너무 조급하게 생각하지 말고 주어진 일에 충실하다 보면 길이 있으리라고 생각합니다.” ▲최제민 교수와 연구팀원들의 모습 글/ 김예랑 기자 ys2847@hanyang.ac.kr 사진/ 최민주 기자 lovelymin12@hanyang.ac.kr