지난 12월 12일(목)부터 19일(목)까지 ‘2024 KRISS 10대 뉴스’를 선정하기 위한 투표가 진행됐습니다.

 

투표는 크리스타 설문을 통해 내부직원을 대상으로 실시되었으며, 총 199명이 참여했습니다.

 

‘2024 KRISS 10대 뉴스’에 선정된 소식들을 다음과 같이 소개합니다!  ※ 득표순 정렬

 

1. 6G 안테나 측정 장비 국산화 성공

 

 

KRISS가 광학적 방식을 적용한 비금속 센서 기반 6G 안테나 측정 장비를 자체 개발하는 데 성공했다.

 

안테나의 성능을 평가하기 위해서는 센서와 일정 거리를 두고 안테나에서 발생하는 전자파를 측정한다. 기존에는 금속 센서를 이용하다 보니 금속 고유의 전자파 반사 특성인 커플링* 현상이 발생하여 측정값에 왜곡이 발생했으나 연구진은 좁쌀 크기의 비금속 기반 센서로 대체해 이 문제를 간단히 해결했다.

* 커플링 : 금속과 금속 간의 거리가 가까울수록 커지는 전자기학적 결합으로 인해 발생하는 원치 않는 신호나 교란

 

안테나 측정 시 센서와의 거리도 기존 수 m에서 수 mm로 줄여 측정 시간도 1/10 이상 줄게 되었다. 더욱이 기존의 측정은 전자파 무향실과 같은 매우 크고 고정된 전용 측정시설에서만 가능했으나 KRISS가 개발한 측정 장비는 크기와 중량이 컴퓨터 본체와 유사할 정도로 경량화되어 이동이 쉽고 일반 실험실에서 측정 가능하다는 강점이 있다.

 

전자파측정그룹 홍영표 책임연구원은 “현재 국내 6G 관련 연구가 소재·부품 분야에만 집중되어 있고 측정 장비 연구개발은 전무한 상황이다.”라며 “이번에 개발한 측정장비가 성공적인 6G 인프라 구축에 기여할 것 ”이라고 말했다.

 

2. 표준연, ‘양자 얽힘’ 이용해 광학 측정 한계 돌파

 

 

KRISS가 양자 얽힘 현상을 이용해 적외선 영역의 변화를 가시광에서 측정할 수 있는 신개념 양자 센서를 개발했다. 그간 고품질 결과물을 얻기 어려웠던 적외선 광측정을 저비용·고성능으로 할 수 있게 됐다.

 

광검출기(photodetector)는 빛을 전기 신호로 변환해 출력하는 장치다. 기존 고성능 광검출기들의 활용 범위는 대체로 가시광 영역에 국한됐다. 적외선 영역의 파장은 다양한 분야의 측정에 유용하지만 사용할 수 있는 검출기가 없거나 성능이 크게 떨어졌다.

 

이번 성과는 가시광 검출기를 이용해 적외선 대역에서 빛의 상태를 측정하는 방식으로, 고비용·고전력소모 장비 없이도 효율적인 측정이 가능하다. 3차원 구조물의 비파괴 측정, 바이오 측정, 가스 조성 분석 등에 폭넓게 쓰일 수 있다.

 

박희수 양자광학그룹장은 “이번 성과는 양자광학 원리를 이용해 기존 광학 센서의 측정 한계를 돌파한 사례”라며 “센서의 측정시간을 단축하고 분해능을 높여 실용화를 위한 후속 연구를 이어갈 것”이라고 밝혔다.

 

공동3. 표준연, 미래 국방 양자 원천기술 확보 나선다

 

 

KRISS는 23일(화) 대전 본원에서 미래 국방 양자 원천기술 확보를 위한 「국방 양자 컴퓨팅 & 센싱 기술 특화연구센터(이하 국방양자센터)」소식을 개최했다.

 

국방양자센터는 고전적 기술 한계를 뛰어넘는 양자 기술을 기반으로 미래 국방 양자 원천기술을 연구개발하고 해당 분야의 전문인력을 양성하는 것을 목적으로 한다.

 

KRISS는 센터 유치기관이자 주관연구기관으로서 2029년까지 총 244억 원을 투입하는 국방 양자 분야 최초·최대 규모의 대단위 기초연구 사업을 주도하게 된다.

 

이호성 원장은 “국가대표 양자 연구기관인 KRISS의 역량을 십분 발휘해 미래 전장의 성패를 가를 국방 양자 원천기술 확보에 최선을 다하겠다”라고 밝혔다.

 

최재혁 국방양자특화연구센터장은 “2차 세계대전에서 암호해독 컴퓨터와 레이더의 개발이 연합군에게 승리를 가져왔듯이 양자컴퓨팅·센싱 분야에서 고전적 국방 기술을 앞지를 ‘국방 양자 우위성’을 확보하는 것이 궁극적인 목표”라고 강조했다.

 

공동3. 상온 양자컴퓨터 가능성 열었다… 핵심 기반 기술 확보

 

 

KRISS가 세계 최초로 2차원 상온에서 스커미온을 생성하고 제어하는 데 성공했다. 기존 3차원 대비 소모 전력은 낮추고 양자 효과는 극대화해 상온 양자컴퓨터, AI 반도체 개발의 핵심 기반 기술로 활용될 전망이다.

 

연구진은 상온의 2차원 자석 표면에 매우 미세한 전압과 자기장을 공급해 스커미온을 구현한 후, 생성된 스커미온에 전류를 가해 원하는 방향으로 제어하는데 성공했다.

 

실험 결과, 기존 3차원에 비해 스커미온 제어에 소비되는 전력이 약 1천분의 1(1/1000) 정도로 확인했다. 크기도 10배 이상 작아져 안정성·속도 측면에서 대폭 유리한 것으로 나타났다. 2차원 스커미온의 상온 발현 기술은 비슷한 시기에 미국과 중국에서도 보고되었지만, 발현과 더불어 전기적 제어까지 성공한 사례는 이번이 세계 최초다.

 

양자자기센싱그룹 양승모 선임연구원은 “최근 AI의 발전과 함께 전력 수요가 폭증하면서 초저전력 반도체 소자의 필요성이 커지는 추세”라며 “이번 개발한 스커미온 제어 기술을 응용하면 차세대 AI 반도체 소자도 설계할 수 있을 것”이라고 기대감을 밝혔다.

 

5. 그린 수소 시대 한 발 더… 생산 효율 높이고 비용 줄일 신소재 나왔다

 

 

KRISS가 음이온교환막(AEM) 수전해*에 쓰이는 고성능 비(非)귀금속계 촉매를 개발하는데 성공했다. 값비싼 금속 촉매보다 저렴하면서 성능은 향상되어 그린 수소 상용화를 앞당길 전망이다.

* 음이온교환막(AEM) 수전해: 다양한 수전해 방식 중 하나로, 이론상 저렴한 비금속 촉매를 사용할 수 있고 많은 양의 수소를 안전하게 생산할 수 있어 차세대 수전해 기술로 주목받는다.

 

연구진이 개발한 촉매의 수전해 성능 측정 결과, 기존 상용 소재에 비해 4배 우수한 내구성과 6배 이상 높은 활성도를 보였다. 일반 전기가 아닌 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지를 이용한 수전해에서도 22.8%의 높은 태양광-수소 전환효율을 보여 재생에너지와의 연계성도 뛰어난 것으로 나타났다.

 

또한 이번에 개발한 촉매는 불순물을 제외한 알칼리성 모의 해수를 전해질로 이용한 수전해에서도 높은 활성도와 안정성을 보이며 고품질의 수소를 생산하는 데 성공했다.

 

첨단소재측정그룹 박선화 책임연구원은 “현재는 그린 수소를 생산하기 위해 반드시 정제된 물이 필요하지만, 만약 실제 해수를 이용한다면 담수화에 필요한 막대한 비용을 줄일 수 있는 만큼 후속 연구를 이어갈 예정이다.”라고 말했다.

 

6. 반도체 공정 부품 수명, 실시간으로 확인한다

 

 

KRISS가 반도체 플라즈마 공정에 쓰이는 부품의 수명을 실시간으로 진단하는 시스템을 개발하는 데 성공했다. 부품의 부식으로 발생하는 오염 입자를 사전에 방지해, 반도체 수율은 물론 공정의 안정성과 비용 효율성도 한층 높일 것으로 기대된다.

 

KRISS 첨단소재측정그룹이 개발한 시스템은 반도체 플라즈마 공정 중 발생하는 수 마이크로미터(㎛) 이하 크기의 미세 입자를 시간당 수천 개까지 분석해 부품의 상태와 남은 수명을 실시간 진단할 수 있다.

 

또한 연구진은 이번에 개발한 시스템을 기반으로 국내 반도체 장비·부품 제조기업이 시제품의 성능을 테스트하고 공인 시험성적서를 발급받는 테스트베드 역할도 수행한다.

 

첨단소재측정그룹 윤주영 책임연구원은 “실증 테스트베드 운영을 통해 국산 장비·부품의 신뢰성과 경쟁력을 높이고, 수입의존도가 높은 반도체 생산 공정 국산화에 기여할 것”이라고 말했다.

 

7. 표준연, MRI·CT 지방간 진단 ‘기준’ 제시

 

 

KRISS가 MRI와 CT 촬영을 통한 체내 지방 측정의 정확성을 높일 표준물질을 세계 최초로 개발했다.

 

이번에 개발한 의료영상기기용 표준물질은 물과 지방을 혼합해 만든 유화 표준물질이다. 팬텀(phantom)*에 삽입해 의료영상기기에 적용하면 지방량 측정 시 기준으로 활용할 수 있다. 표준물질 내 수분을 분석해 지방량을 산출하는 원리다.

* 팬텀(Phantom): 의료영상기기의 성능을 평가·분석·조정하기 위한 도구. 인체 대신 장비에 삽입돼 측정의 기준이 되며, 자동차 충돌실험에 사용되는 인형인 ‘더미(Dummy)’에 비유됨.

 

이번에 개발한 표준물질과 팬텀은 각 의료기관에 보급돼 의료영상기기 측정값의 유효성을 평가하고 진단 결과의 신뢰성을 높일 것으로 기대된다. 또한 비만 치료제 등 신약 개발을 위한 임상시험에서 다기관·다기종 데이터의 기준점으로 사용 가능하다.

 

의료융합측정그룹 조효민 책임연구원은 “융합연구 성과를 통해 의료 현장의 임상 수요에 대응할 수 있어 뜻깊다”라며 “앞으로도 의료계와 과학계의 가교 역할을 하는 기술 개발을 통해 국민의 건강한 삶에 기여하겠다”라고 말했다.

 

8. 나노물질 인체 독성, ‘인공장기’ 오가노이드로 검증

 

 

KRISS가 나노물질이 인체에 미치는 독성을 정확하게 평가할 수 있는 오가노이드 배양법을 최초로 개발했다. 기존 배양법의 한계를 극복해 오가노이드를 이용한 나노물질 및 나노의약품 안전성 평가 실용화를 앞당길 것으로 기대된다.

 

이번에 개발한 오가노이드 배양법은 배양액 자체에 세포외기질을 섞어 오가노이드를 부유 배양하는 방식이다. 오가노이드를 비교적 균일한 크기로 만들어낼 수 있고 동일한 개수로 분할하기도 용이해 실용화에 적합하다.

 

또 다른 큰 장점은 기존 배양법과 달리 고형화된 세포외기질 돔이 없어 나노물질이 오가노이드까지 쉽게 도달한다는 점이다. 현재 산업 현장에서 사용되는 2차원 세포모델과 동일한 수준의 나노물질 투과도를 갖췄다.

 

나노바이오측정그룹 백아름 선임연구원은 “이번 성과를 바탕으로 오가노이드를 활용한 나노물질 및 나노의약품 안전성 표준 평가절차를 확립해 국내 나노산업 발전에 기여할 것”이라고 밝혔다.

 

9. 표준연, NIST와 함께 자외선 차단제 독성 분석 국제표준 개발

 

 

KRISS가 미국 국립표준기술연구소(NIST)와 공동 개발한 ‘나노물질의 급성 광독성 시험법’이 나노기술 국제표준(ISO 4962)에 채택되었다.

 

국제적으로 신뢰성을 인정받은 시험법이 제정됨에 따라 자외선 차단 화장품의 안전성이 한층 높아질 전망이다. 제조업체는 개발한 제품의 광독성과 부작용을 사전 시험해 개선하고, 시험 기관은 시중에 유통되는 화장품의 인체 유해성을 효과적으로 관리할 수 있다.

 

또한 미국·중국 등 글로벌 화장품 시장의 안전성 규제가 점차 강화되는 가운데, 국내 화장품 기업이 국제적 기준에 부합하는 안전성을 확보할 수 있도록 이번 시험법이 길잡이 역할을 할 것으로 기대된다.

 

나노바이오측정그룹 허민범 책임연구원은 “앞으로 화장품뿐만 아니라 여러 산업과 사회 전반에서 나노물질을 안전하게 사용할 수 있도록 믿을 수 있는 평가 기준을 마련하겠다.”라고 말했다.

 

10. 버려지는 미세 진동, 모으고 키워 전기로 쓴다

 

 

KRISS가 미세 진동을 좁은 영역에 가두고 증폭하는 메타물질을 개발했다. 버려지는 진동을 전기에너지로 변환하는 ‘에너지 하베스팅’의 생산 전력량을 높여 상용화를 앞당길 전망이다.

 

KRISS가 개발한 메타물질은 물질 내부로 들어온 미세한 진동을 가두고 축적하여 45배 이상 증폭한다. 이를 통해 적은 양의 압전소자를 사용하더라도 큰 전력을 생산할 수 있다. 연구진은 메타물질을 적용한 진동 에너지 하베스팅으로 기존 기술보다 네 배 이상 큰 단위 면적당 전력을 생산하는 데 성공했다.

 

음향진동초음파측정그룹 이형진 선임연구원은 “이번 연구는 진동을 일시적으로 가두는 표면형 메타물질을 이용해 진동을 축적하고 증폭하는 데 성공한 세계 최초의 사례”라고 말했다.