KRISS, 양자 R&D 성과부터 정책·전략까지 공개

- 표준연, 2일(목) 대전 본원서 ‘KRISS Quantum Open Day’ 개최 -

- 국내 산·학·연·관 전문가 180여 명 모여 양자 기술·전략 협력 방안 모색 -

 미래 기술패권의 핵심인 ‘양자(Quantum)’ 분야의 주요 연구개발 성과와 정책·전략 내용을 공유하고 협력의 토대를 마련하기 위해 국내 양자 전문가들이 한자리에 모였다.

 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 4월 2일(목) 본원 대강당에서 ‘KRISS Quantum Open Day’를 개최했다. 이번 행사는 KRISS가 주도적으로 수행 중인 양자 분야의 연구 성과는 물론, 국가 양자 정책과 전략, 국제협력 등을 산·학·연·관 전문가 180여 명에게 공개하고 협력 기반을 마련하기 위해 열렸다.

 KRISS는 넥스트(NEXT) 전략기술인 양자 분야에서 R&D부터 정책·전략 수립, 기업 육성, 글로벌 협력에 이르기까지 국가 차원의 임무를 폭넓게 수행하고 있다. 이날 행사에서는 KRISS 내 다양한 양자 관련 조직의 업무 현황과 성과를 공유하고, 국내 유관기관들과의 협력 방안을 논의했다.

 먼저 양자정책총괄본부 세션에서는 국가 양자 정책 전반에 대한 소개가 있었다. ▲김진희 K-퀀텀국제협력본부장의 양자 분야 글로벌 협력 네트워크 구축 현황 발표를 시작으로, ▲정일룡 국가양자정책센터장이 양자종합계획 등 국가 차원의 주요 양자 정책 현황을 소개했다. 이어 ▲성은정 양자국가기술전략센터장은 양자 투자 전략 관련 내용을, ▲유대혁 차세대양자연구거점사업단장이 양자연구거점 구축 현황 및 향후 운영 계획을 공유하였다.

 양자기술 R&D 성과를 다룬 오후 세션에서는 ▲최재혁 양자기술연구소장이 양자과학기술 플래그십 프로젝트 등 주요 R&D 내용을 발표했으며, ▲이용호 초전도양자컴퓨팅시스템연구단장은 현재 개발 중인 초전도양자컴퓨터 시스템과 향후 계획을 소개하였다. 아울러 ▲김재완 초연결확장형 슈퍼양자컴퓨팅 전략연구단장은 ‘글로벌 TOP 전략연구단 사업’으로 추진 중인 초연결확장형 슈퍼양자컴퓨팅 전략연구단 내용을 발표했고, ▲강노원 성과정책본부장은 양자컴퓨팅 양자전환(QX) 스케일업 밸리 사업 내용과 현황을 공유했다.

 발표 이후 이어진 자유토론에서는 R&D 내용, 정책·전략 방향, 국제협력 체계와 대한민국의 양자 생태계 활성화를 위한 산·학·연·관의 협력 방안이 논의됐다.

 KRISS 이호성 원장은 “양자기술은 국가 미래 성장을 견인할 ‘NEXT 전략기술’로, 퀀텀점프를 이루기 위해서는 국내 산·학·연·관의 역량 결집과 긴밀한 상호협력이 필수적”이라고 강조하며, “KRISS는 대한민국 양자 생태계 육성과 글로벌 경쟁력 강화를 위한 ‘퀀텀 허브(Q-Hub)’로서의 역할을 충실히 수행하겠다”고 말했다.

...초정밀 로봇이 국방·차세대 통신 전자파 잰다

- 표준연, 세계 최고 수준 ‘로봇 기반 초정밀 전자파 측정시스템’ 자체 개발-

- 자체 설계·제어 기술로 안테나 정렬 오차 10마이크로미터 이내 구현 -

 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 자체 설계 및 제어 기술을 바탕으로 국방·차세대 통신·반도체 분야에 활용할 수 있는 ‘로봇 기반 초정밀 전자파 측정 시스템’을 자체 개발했다.

▲ KRISS 권재용 책임연구원(좌)과 이상수 선임기술원(우)이 로봇 기반 전자파 측정시스템으로 전투차량 축소모형의 위치·정렬을 조정하며 전자파 산란 특성을 평가하고 있다.

 최근 차세대 통신 부품과 반도체 패키지 안테나, 항공기 레이다 등에 활용되는 전자파 대역은 점차 다양해지고 있다. 특히 수십 기가헤르츠(GHz) 이상의 고주파수 대역은 파장이 짧아 측정 대상의 위치가 조금만 어긋나도 결과값이 크게 달라지므로, 정밀한 측정 기술이 필요하다.

 KRISS 연구진은 이를 위해 전자파 측정기와 대상의 위치를 유연하면서도 정밀하게 제어할 수 있는 로봇 기술을 도입했다. 단순히 상용 로봇을 활용하는 수준을 넘어, 시스템 설계부터 제어 프로그램, 위치 보정 기술에 이르기까지 핵심 측정기술을 자체적으로 구축해 초정밀 전자파 측정 플랫폼을 완성했다.

▲ KRISS가 자체 개발한 로봇 기반 전자파 측정시스템 형상 및 제어 프로그램

(KRISS Robot MMW Antenna Measurement System, KR-MANMS)

 이번 시스템은 상하·좌우·앞뒤 이동과 회전이 모두 가능한 6자유도(6-DOF) 로봇 기술과 다양한 스캔 형상을 활용해 최고 750 GHz까지 폭넓은 대역의 전자파를 측정할 수 있다. 특히 위치 계측·보정 기술을 적용해 안테나 정렬 오차를 세계 최고 수준인 10마이크로미터(10 ㎛, 1미터의 10만분의 1) 이내로 제어했다. 이는 머리카락 굵기의 약 7분의 1 수준으로, 작은 오차에도 민감한 고주파 대역에서의 측정 신뢰도를 높였다.

 또한, 이 시스템은 로봇의 유연한 기동성을 활용해 기존의 공간적·경제적 제약도 극복했다. 기존 대형 전자파 시험시설이 넓은 공간과 막대한 구축 비용이 필요했다면, KRISS 시스템은 로봇이 대상 주변을 정밀하게 움직이며 스캔하는 방식을 채택해 좁은 공간에서도 저비용으로 고정밀 시험을 반복 수행할 수 있다.

▲ KRISS 로봇 기반 전자파 측정시스템을 활용한 항공기 축소모형 전자파 산란특성 측정 사례

 이러한 장점은 특히 국방 분야의 무기체계 평가에서 더욱 큰 의미를 갖는다. 무기체계 개발 단계에서 축소 모형을 이용한 전자파 산란 특성 평가 시, 미세한 형상 및 위치 오차는 실물 환산 시 결과에 큰 영향을 미친다. KRISS의 초정밀 제어 기술은 축소 모형을 대상으로 한 전자파 측정 시 오차를 최소화하여 국방기술의 완성도를 높일 수 있다. 

▲ KRISS 이상수 선임기술원(좌)과 권재용 책임연구원(우)이 로봇 기반 전자파 측정시스템을 활용해 지폐의 미세패턴과 숨겨진 문양을 서브테라헤르츠파로 측정하고 있다.

▲ KRISS 권재용 책임연구원(위)과 이상수 선임기술원(아래)이 로봇 기반 전자파 측정시스템으로 얻은 전자파 분포 스캔 결과를 확인하고 있다.

 시스템 설계와 제어 소프트웨어를 모두 독자 기술로 구축한 덕분에, 다양한 산업 분야별 측정 대상에 최적화된 제어·모니터링 소프트웨어와 측정 구성 적용도 가능하다. 복잡한 형상의 항공기 레이다뿐 아니라 초정밀 제어가 필요한 위상배열 안테나 모듈, 반도체 안테나 등에도 측정 대상의 특성에 맞춰 시스템을 유연하게 적용할 수 있다.

▲ KRISS 전자파측정그룹

(권재용 책임연구원(좌)과 이상수 선임기술원(우))

 KRISS 전자파측정그룹 권재용 책임연구원은 “이번 성과는 로봇의 유연한 기동성과 KRISS가 자체 구축한 정밀 제어기술을 결합해, 기존 고정형 측정 방식의 한계를 극복한 전자파 측정 시스템”이라며 “향후 AI를 접목해 국방, 반도체, 차세대 통신 등 국가 전략기술 분야의 전자파 측정기술을 더욱 고도화하겠다”고 밝혔다.

 이번 연구는 과학기술정보통신부 국가연구개발사업과 KRISS 기본사업의 지원을 받아 수행됐다. 해당 성과는 국제학술지 Composites Communications에 지난 10월 게재됐으며, 전자파 분야 최고 권위 국제학회 중 하나인 ISAP 2024에서 최우수 안테나 측정 논문상을 수상했다.

“극한 환경까지 빈틈없이”…

표준연, 안전 검사 사각지대 해소할 초음파 센서 개발

- ‘유도관’ 기술로 검사 대상에 원격 설치하여 전 방향 결함을 정밀 탐지 -

- 센서 설치 어려운 고위험 현장도 실시간 고속 검사 가능… 산업 안전성 한층 높인다 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 ‘유도관(Waveguide)’을 적용해 검사 대상에 센서를 직접 부착하지 않고 모든 방향의 결함을 정밀하게 찾아낼 수 있는 초음파 센서 기술을 개발했다. 이번 기술은 열기나 유독 가스 등으로 인해 표면에 직접적으로 센서 설치가 어려웠던 고위험 산업 시설의 안전사고 예방과 검사 사각지대 해소에 기여할 것으로 전망된다.

▲ KRISS 연구진이 개발한 초음파 센서를 대형 배관에 설치해
측정되는 초음파 신호와 배관에 가해지는 온도 조건을 분석하고 있다.

비파괴 검사는 구조물을 파괴하지 않고 초음파 신호를 이용해 내부 결함을 찾아내는 안전 검사 기술이다. 항공우주, 원자력, 대형 플랜트 등 안전이 최우선되는 산업 현장에서 구조물의 신뢰성을 확보하는 핵심 기술로 꼽힌다.

하지만 기존 비파괴 검사용 초음파 센서는 원자력 발전소의 고온 배관이나 유해 화학물질 저장고와 같은 극한 환경의 구조물에는 사용할 수 없었다. 검사 대상 표면에 밀착하여 설치해야 하는 특성상 강한 열기나 부식성 물질에 노출돼 파손되는 경우가 잦았고,  작업자 접근이 차단된 위험 지역은 센서 부착 자체가 불가능했기 때문이다.

또한 기존 센서는 360도 전 방향을 검사하기 위해 여러 개의 센서를 이어 붙이는 분절형 구조로 설계됐는데, 각 센서의 파동을 하나의 신호로 합치는 과정에서 간섭과 왜곡이 발생해 검사 정밀도가 떨어지는 문제가 있었다.

▲ KRISS가 개발한 유도관 기반 전 방향 초음파 센서 모식도

KRISS 비파괴측정그룹은 매개체인 유도관을 도입해 이 문제를 해결했다. 유도관을 통해 초음파 신호를 감지하는 센서 영역이 검사 대상 표면에 직접 닿지 않게 원격으로 설치하여 고위험 조건에서도 운용 가능한 새로운 형태의 센서를 개발한 것이다.

핵심 기술은 원통형 유도관 내부에서 마치 빨래를 짜듯 ‘비틀림 진동’을 일으킨 뒤, 이를 고르게 정렬해 검사 대상에 전달하는 것이다. 이 방식을 활용하면 센서를 검사 대상과 멀리 떨어뜨려 설치해도 전 방향으로 파동이 균일하게 퍼져 정밀한 검사가 가능하다. 특히 유도관은 다양한 재질과 형상으로 설계할 수 있고, 끝단을 구조물의 곡면에 맞게 절삭할 수도 있어 다양한 환경 조건과 복잡한 형태의 구조물에도 안정적으로 적용할 수 있다.

▲ KRISS가 개발한 유도관 기반 전 방향 초음파 센서의 구조 및 성능 측정 결과

실험 결과, 개발된 센서는 약 95%의 방향 균일성과 고순도 파동을 구현해 전 검사 구간에 걸쳐 고른 신호를 포착할 수 있는 성능을 입증했다. 신호 강도 역시 기존 분절형 방식보다 13.7배 이상 향상돼 넓은 영역에 대한 신속한 스캐닝과 정밀 영상화가 가능해졌다.

▲ KRISS 연구진이 개발한 유도관 기반 전 방향 초음파 센서를 들여다보고 있다.

이번 기술은 기존 비파괴 검사가 불가했던 극한 환경 구조물의 실시간 모니터링을 가능하게 해 산업 현장의 안전성을 한층 높일 것으로 기대된다. 또한 고가의 센서를 여러 개 배치하는 대신, 저렴한 유도관 구조의 단일 센서만으로도 넓은 영역을 검사할 수 있어 검사 비용을 대폭 절감할 것으로 전망된다.

▲ KRISS 비파괴측정그룹

(가장 좌측부터 차례대로 김승일 근로UST연구학생, 정주영 근로학연연구학생, 승홍민 선임연구원, 박찬욱 박사후연구원, 박춘수 비파괴측정그룹장)

KRISS 비파괴측정그룹 승홍민 선임연구원은 “이번에 개발한 센서는 액체 환경에서도 신호 성능이 우수해 물에 잠겨 있는 대형 구조물까지 정밀하게 검사할 수 있다.”라며 “높은 신뢰성과 범용성을 바탕으로 다양한 산업 시설의 사고 예방 시스템에 즉시 적용될 수 있고 그동안 검사하지 못했던 사각지대를 탐상하여 대형 재난 사고 예방에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 KRISS 기본사업의 지원을 받았으며, 기계공학 분야 저명한 국제학술지 Mechanical Systems and Signal Processing(IF 8.9)에 지난 12월 게재됐다.

열 대신 빛으로 유해가스 골라잡는 차세대 센서 개발

- 저렴한 LED 빛 이용해 유해가스 종류별로 구분하는 ‘전자 코’ 센서 기술 개발 -

- 기존 센서 대비 전력 소모↓· 활용 분야↑, 산업 현장과 일상 속 가스 안전성 높인다 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 저렴하고 안전한 LED 빛을 활용해 여러 종류의 유해가스를 정밀하게 식별할 수 있는 차세대 가스 센서 기술을 개발했다. 이번 기술은 고온에서 작동하는 기존 센서보다 전력 소모가 적어 경제적일 뿐만 아니라, 뛰어난 범용성을 갖춰 산업 현장과 실생활 전반의 가스 안전성을 한 단계 높일 것으로 기대된다.

▲ KRISS가 개발한 LED 기반 다종 식별 가스 센서

현재 산업 현장에서 주로 쓰이는 가스 센서는 가스 분자와의 반응성을 높이기 위해 200~400 ℃의 고온 상태를 유지해야 하는 ‘고온 동작 방식’이다. 이 방식은 센서마다 마이크로 히터를 부착해 장치를 상시 가열해야 하므로 전력 소모가 크고, 반복되는 고열 노출로 인해 소재가 빠르게 마모되는 단점이 있다.

이를 해결하기 위해 히터 대신 자외선이나 가시광선 LED 패널을 적용한 가스 센서가 제안됐지만, 안전성과 성능 문제로 상용화에 한계를 겪어 왔다. 자외선 방식은 가스 반응성은 좋지만 인체 노출 시 피부 손상 위험이 있고, 가시광선 LED 방식은 안전하지만 가스 분자와의 반응성이 약해 이산화질소 외의 가스를 감지하기 어려웠기 때문이다.

▲ KRISS가 개발한 LED 기반 다종 식별 가스 센서 모식도

▲ KRISS가 개발한 Type-I 이종접합 구조체의 모식도

KRISS 첨단소재측정그룹 권기창 책임연구원과 서울대학교 남기백 박사과정생은 인듐옥사이드(In2O3) 위에 인듐설파이드(In2S3)를 얇게 코팅한 나노 구조를 개발해 가시광선 LED 기반 가스 센서의 성능을 획기적으로 개선했다. 연구진이 개발한 ‘Type-I 이종접합’ 형태의 나노 구조는 빛을 받았을 때 생기는 전하가 밖으로 흩어지지 않고, 반응이 일어나는 표면으로 모아주는 ‘에너지 우물’ 역할을 한다. 이를 통해 광에너지 효율을 극대화함으로써 별도의 열원 없이 파란색 LED 빛만으로도 가스 분자와 즉각적으로 반응할 수 있는 감지 구조를 만들었다.

연구진은 개발한 이종접합 구조 위에 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au) 나노 입자를 입힌 센서를 배열해 '전자 코(E-nose)' 기능을 구현했다. 각 귀금속 촉매가 특정 가스에만 민감하게 반응하도록 설계해 마치 사람의 코처럼 여러 가스가 뒤섞인 환경에서도 유해가스인 수소와 암모니아, 에탄올을 명확히 구별해낼 수 있다.

▲ KRISS가 개발한 LED 기반 다종 식별 가스 센서의 주요 가스 감지 성능 평가 결과

▲ KRISS가 개발한 LED 기반 다종 식별 가스 센서의 전자코(E-nose) 성능 실험 결과

성능 실험 결과, 개발 센서의 검출 한계(LOD)는 201.03 ppt(Parts Per Trillion, 1조 분의 1) 수준으로 기존 LED 방식의 센서보다 감도가 약 56배 향상됐다. 또한 습도가 80%인 환경에서도 안정적으로 작동하고 300일 이상의 장기 평가에도 초기 성능을 유지하는 등 내구성도 뛰어난 것으로 확인됐다.

▲ LED 기반 다종 식별 가스 센서 연구진(KRISS 권기창 책임연구원)이 화학증기 기상법 장비로 금속산화물 및 황화물 센서 물질을 합성하고 있다.

▲ LED 기반 다종 식별 가스 센서 연구진(서울대학교 남기백 박사과정생)이 이산화질소 가스를 측정하고 있다.

이번 기술은 센서 하나로 여러 종류의 가스를 식별할 수 있고 전력 소모가 적어 산업 현장은 물론 일반 가정에서도 경제적으로 활용할 수 있다. 한 번의 설치로 여러 종류의 유해가스를 동시에 감지할 수 있어 공장이나 발전소의 센서 구축 비용을 절감할 수 있다. 특히 저렴한 유지비 덕분에 그동안 도입이 어려웠던 주거 시설이나 공공장소의 실시간 공기 질 관리 시스템에도 쉽게 보급될 수 있다.

또한 이번 센서는 고온 가열 과정 없이 실온에서 동작해 스마트폰이나 스마트워치 등 웨어러블 기기 탑재에도 유리하다. 기술 상용화 시 사용자가 자신의 이동 경로에 따른 유해 환경을 실시간 모니터링하고 가스 누출 사고에 즉각 대응하는 생활 밀착형 안전 서비스가 가능해질 것으로 보인다.

KRISS 첨단소재측정그룹 권기창 책임연구원은 “향후 촉매 조합을 최적화해 각 현장 특성에 맞는 유해가스를 선별 감지하는 맞춤형 지능형 센서로 발전시킬 계획”이라고 말했다.

▲ LED 기반 다종 식별 가스 센서 연구진

(앞줄 좌측부터 시계방향으로 KRISS 권지환 첨단소재측정그룹장, 전종철 기술원, 권기창 책임연구원, 서울대학교 남기백 박사과정생)

과학기술정보통신부 나노·소재기술개발 사업의 지원을 받은 이번 연구성과는 나노·센서 분야 학술지인 Small(IF: 12.1)에 지난 12월 게재됐다.

지하수·놀이터 모래 속 1급 발암물질 더 정확히 걸러낸다

- 표준연-포항가속기硏, ‘6가 크로뮴’ 측정 정확도 높이는 규조토 인증표준물질(CRM) 개발 -

- 방사광 X선 도입해 분석 오류 원천 차단… 환경 검사 정확도·신뢰성 제고 기대 -

국내 연구진이 지하수와 토양에 숨어있는 1급 발암물질 '6가 크로뮴'의 분석 정확도를 높일 수 있는 ‘기준 물질’을 개발했다.

▲ 6가 크로뮴 분석용 규조토 분말 인증표준물질(CRM)

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 포항가속기연구소(PAL, 소장 대행 박재헌)와 협력해 환경 시료 내 6가 크로뮴 함량을 정확히 측정할 수 있는 ‘규조토 인증표준물질(CRM)’을 개발했다. 환경 분석 기관이 수행하는 측정 결과를 객관적으로 평가하고 교정할 수 있는 기준을 제시해, 유해 물질 검사의 정확도와 신뢰성을 한층 높일 전망이다.

6가 크로뮴은 강한 독성과 산화력을 가진 유해 물질로, 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)가 지정한 1급 발암물질이다. 이 물질은 산업 시설뿐만 아니라 우리가 마시는 지하수나 놀이터의 모래 등 일상 곳곳에 존재할 수 있다. 이에 우리나라는 환경 관리 법령에 따라 지하수·토양과 생활 공간 내에 6가 크로뮴 포함 여부를 엄격히 검사하도록 규정하고 있다.

하지만 기존에는 환경 검사 기관별로 6가 크로뮴 측정 결과에 차이가 발생하더라도 이를 객관적으로 검증하고 교정할 표준화된 기준이 없어, 분석 결과의 정확도와 일관성을 높이는 데 한계가 있었다.

▲ 6가 크로뮴 분석용 규조토 분말 인증표준물질(CRM) 개발 연구진

(앞줄 좌측부터 시계방향으로) KRISS 조하나 책임연구원, PAL 공기원 기술원, KRISS 허성우 무기측정그룹장, 임영란 책임연구기술원, 홍상엽 선임기술원, PAL 최선희 책임연구원

KRISS 무기측정그룹 조하나 책임연구원 팀은 PAL PLS-II 7D 빔라인 최선희 책임연구원 팀과의 공동연구를 통해 ‘6가 크로뮴 분석용 규조토 분말 CRM’을 개발하는 데 성공했다. CRM은 측정 결과와 분석 방법이 정확한지 확인할 수 있는 기준 물질이다. 흔히 답안지가 주어진 문제에 비유된다. 각 분석 기관은 CRM을 통해 검측 장비의 정확도와 분석 방법의 유효성을 자체 검증해 측정데이터의 신뢰성을 확보할 수 있다.

그간 6가 크로뮴 분석용 CRM 개발이 어려웠던 이유는 측정 과정에서 발생하는 화학종 변성으로 인해 정확한 측정이 원천적으로 불가능했기 때문이다. 기존의 ‘습식 분석법’은 고체 시료를 용액에 녹이는 전처리 과정이 필수적인데, 이 과정에서 6가 크로뮴이 다른 산화수로 변하거나 함량이 실제보다 낮게 측정되는 문제가 발생했다.

▲ 6가 크로뮴 분석용 규조토 분말 인증표준물질(CRM) 제조 과정

▲ 6가 크로뮴 분석용 규조토 분말 인증표준물질(CRM)

KRISS는 6가 크로뮴 분석용 CRM 개발에 방사광 X선 흡수 분광법(XAS)을 세계 최초로 도입해 이 문제를 해결했다. 공동 연구진은 태양보다 수억 배 밝은 강력한 빛을 이용해 시료를 파괴하지 않고도 6가 크로뮴 고유의 에너지 흡수 신호를 포착함으로써 전처리 과정의 오류를 원천 차단하고 측정데이터의 미세한 편향까지 보정하는 데 성공했다. 마치 병원에서 MRI로 몸속을 들여다보듯 시료를 파괴하지 않는 새로운 분석법을 통해 CRM 개발에 필요한 정확성과 신뢰성을 모두 확보한 것이다.

이번 CRM은 지하수와 토양 오염 감시의 정확도를 높여 국가 환경 정책의 신뢰를 높이는 기반이 될 전망이다. 또한 유럽의 유해물질 제한 지침(RoHS) 등 글로벌 환경 규제에 대응해야 하는 국내 수출 기업들의 분석 공신력과 경쟁력 확보에도 기여할 것으로 기대된다.

KRISS 허성우 무기측정그룹장은 “이번 공동 연구팀의 성과는 가속기를 측정표준 연구에 적용한 새로운 시도로서, 기존 분석법의 한계를 획기적으로 극복했다는 데 의의가 있다”라며 “새로운 분석법으로 정확도와 신뢰성이 보장된 이번 CRM이 향후 환경 분석 현장의 필수 기준으로 자리 잡을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구성과는 KRISS 기본사업의 지원을 받았으며, 개발한 CRM은 KRISS 표준성과한마당(https://eshop.kriss.re.kr)에서 구입할 수 있다.

새 학기 수강 신청을 위한 필수템, ‘이 프로그램’ 써보세요!

- 표준연, 대한민국 표준시 보급 프로그램 ‘UTCk 4’ 개발 및 무료 배포 -

- 내 PC 시계를 우리나라에서 가장 정밀한 시계와 맞춰 정확한 시각 이용 가능 -

# 드디어 다가온 대학교 수강 신청 날. 지난 학기, 간발의 차로 '올클(모두 신청 성공)'에 실패해 시간표가 잔뜩 꼬였던 아픈 기억이 스친다. 이번 학기만큼은 원하는 강의를 반드시 사수하리라 다짐하며 모니터 앞에 앉았다. 신청 개시까지 남은 시간은 한 시간. 나와 비슷한 수많은 경쟁자가 서버 오픈만을 기다리고 있다. 성공 여부는 0.01초 차이로 나뉠 것이다. 이 순간, 내게 필요한 건 가장 정확한 시간이다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 내가 사용하는 PC 서버의 시간을 대한민국 표준시와 정확히 맞출 수 있는 표준시각 동기 프로그램 ‘UTCk 4’를 개발해 보급한다.

▲ UTCk 4 전용 웹페이지(좌)와 구동 모습(우)

UTCk 4는 KRISS가 생성하는 대한민국 표준시를 기반으로 한 NTP(Network Time Protocol) 프로그램이다. 이를 이용하면 인터넷에 연결된 장비의 시간을 대한민국 표준시와 비교하고, 0.1초 이내로 동기화할 수 있다. UTCk 4 전용 웹페이지(www.kriss.re.kr/time)에서 무료로 내려받기 후 이용 가능하다.

우리가 사용하는 PC는 수정 진동자라는 장치를 이용해 스스로 시간을 만들어낸다. 이 장치가 온도·습도 등 외부요인의 영향을 받으면 생성하는 주파수에 변동이 생기고, PC 서버 시간과 표준시간과의 오차가 발생한다. 이러한 시간 오차는 콘서트 예매, 대학교 수강 신청 실패와 같은 일상적인 불편함은 물론 증권 거래 오류와 국가 통신망 장애와 같은 큰 사회적 혼란을 초래할 수 있다.

이런 문제를 해결할 수 있는 기술 중 가장 잘 알려진 기술이 NTP이다. NTP는 기준이 되는 시각 서버로부터 정확한 시간을 수신해 PC 서버의 시간을 동기화하는 기술이다. 만약 NTP와 연계된 시간이 부정확할 경우, 이를 기반으로 동기화되는 모든 장비의 시간 역시 부정확해져 문제가 발생할 수 있다. 따라서 NTP는 가장 정확한 시간과 연동되어야만 신뢰성 있는 서비스를 제공할 수 있다.

국가 측정표준 대표기관 KRISS는 실시간 세계협정시인 UTC(KRIS)와 이를 바탕으로 우리나라 시간의 기준이 되는 ‘대한민국 표준시’를 생성·유지하고 있다. 대한민국 표준시는 1대의 세슘원자시계와 5대의 수소메이저, 자체 개발한 주파수 표준기를 이용해 생성하고, 정기적으로 세계협정시(UTC)와 비교해 정확도를 유지하고 있다. 대한민국 표준시는 UTC와 수 나노초(10억분의 1초) 이내로 유지되고 있을 정도로 정확하다.

▲ UTCk 4 개발진

(좌측부터 KRISS 전명훈 정보전산실장, 최경원 선임기술원, 허명선 KPS국가시간그룹장, 전현우 선임기술원)

KRISS는 일상생활과 산업 현장에서 손쉽게 대한민국 표준시를 사용할 수 있도록 2002년부터 표준시각 동기 프로그램 ‘UTCk’를 개발해 운영해오고 있다. 기존 버전인 UTCk 3.1은 제한된 내부 서버 용량으로 인해 대량 트래픽 처리가 어려웠으나, 이번에 개발한 UTCk 4는 기관 내부가 아닌 클라우드 환경으로 서버를 이관해 접속 병목을 없애고 시간당 약 4천 5백만 건의 트래픽까지 소화할 수 있게 됐다.

현재 시범 운영 중인 UTCk 4는 2026년 2월 1일(일)부로 정식 운영을 시작한다. 기존 UTCk 3.1은 1월 31일(토) 자정을 기해 서비스가 완전히 종료될 예정이다. 현 사용자들은 서비스 중단을 방지하기 위해 정식 운영 시점인 2월 1일 이전에 반드시 최신 버전을 설치해야 한다.

전명훈 정보전산실장은 “이번 UTCk 4는 증가하는 이용 수요에 맞춰 시스템의 확장성을 대폭 개선하는 동시에, 보안 체계도 강화해 더욱 안전하고 안정적인 시간 동기화를 제공할 수 있도록 설계했다”라고 말했다.

허명선 KPS국가시간그룹장은 “KRISS가 유지하는 대한민국 표준시가 국민의 편리한 일상생활과 신뢰도 높은 국가 시스템 운영에 기여할 수 있도록 지속적으로 노력할 것”이라고 말했다.

표준연, EU ‘호라이즌 유럽’ 예산 직접 받는다 

- 6G·양자 등 전략분야 측정기술 개발 과제 4건 선정… 3년간 연구비 5억 원 수주 -

- 준회원국 가입 후 첫 예산 수혜… 유럽 과학기술 협력 본격 물꼬 텄다 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 한국의 ‘호라이즌 유럽(Horizon Europe)’ 준회원국 가입 이후, 호라이즌 유럽으로부터 연구비 예산을 직접 배정받는 성과를 거두었다.

▲ 한국표준과학연구원(KRISS) 전경

호라이즌 유럽은 유럽연합(EU)이 2021년부터 2027년까지 총 955억 유로(약 160조 원)를 투입하는 세계 최대 규모의 다자간 연구혁신 프로그램으로서, 과거에는 EU 회원국과 인근 국가들만 수혜자(Beneficiary)로 참여하여 예산을 배정받을 수 있었다.

이로 인해 그동안 KRISS를 비롯한 국내 연구기관은 호라이즌 유럽을 통해 유럽과의 공동연구 과제 수행 시 예산을 지원받을 수 없는 ‘제3국 연구자(Associated Partner)’로만 참여하여 연구비는 국내 예산을 별도로 편성해야만 했다.

하지만 2025년 1월 우리나라가 아시아 지역 최초로 호라이즌 유럽에 준회원국(Associate Member)으로 가입함에 따라, KRISS는 이번 과제부터 호라이즌 유럽 예산을 직접 배정받아 집행할 수 있는 ‘수혜자(Beneficiary)’ 지위로 참여할 수 있게 되었다.

KRISS는 호라이즌 유럽 내 '유럽측정표준파트너십(EPM)' 공모에서 총 4개 과제에 선정되었으며, 이 중 3개 과제에 대해 2026년부터 3년간 약 5억 원(28만 5천 유로) 규모의 연구 예산을 지원받는다.

유럽측정표준파트너십은 호라이즌 유럽의 핵심 영역인 ‘필러(Pillar) 2(글로벌 도전과제 및 산업경쟁력)’ 중 ‘클러스터(Cluster) 4(디지털, 산업 및 우주)’ 영역에 속한다. 유럽측정표준협력기구(EURAMET)가 주도하는 본 파트너십은 보건, 기후변화 등 글로벌 난제 해결을 위한 측정 기술 개발을 목적으로 하며, 국가측정표준기관(NMI)을 포함해 우수한 연구역량을 갖춘 연구소, 대학, 산업계가 폭넓게 참여한다.

이번에 KRISS가 선정된 과제는 차세대 통신, 첨단 바이오, 양자 등 국가전략기술 분야에 해당한다. KRISS는 영국의 국립물리연구소(NPL), 독일의 연방물리기술연구소(PTB) 등 유럽 내 최고 수준의 국가측정표준기관들과 컨소시엄을 구성해 ▲전자파 소자 및 6G 통신을 위한 온웨이퍼 전자파 측정 ▲신속 정확한 감염병 진단을 위한 측정표준 확립 ▲열역학 온도 보급을 위한 첨단기술 수용 지원 ▲표준 소급성 확보를 위한 양자 기반 나노스케일 자기장 계측 기술을 공동 개발한다.

이번 성과는 KRISS가 영국, 독일 등 유럽 주요 선진 연구기관과 오랜 기간 쌓아온 두터운 신뢰와 협력 네트워크가 결실을 본 사례다. KRISS는 그동안 해당 기관들과 업무협약(MOU) 체결은 물론 지속적인 인적 교류를 통해 긴밀한 협력 기반을 다져왔으며, 최근에는 국가전략기술 분야까지 협력 범위를 확대하고 있다. KRISS는 이번 과제 외에도 호라이즌 유럽 내 다수의 과제에 참여해 결과를 기다리고 있는 만큼, 향후 추가적인 성과가 기대된다.

KRISS 이호성 원장은 “이번 수주는 유럽 주도의 거대 연구 생태계에서 우리나라의 측정표준 관련 기술력이 최고 수준임을 입증한 성과”라며 “이번 성과를 발판 삼아 유럽 핵심 연구진과의 협력을 더욱 공고히 하고 글로벌 기술 주도권 확보에 앞장서겠다”라고 강조했다.

아시아 방사능 안전, 'K-표준'이 이끈다

- 표준연, 태국 원자력청에 방사능 측정 표준기 수출 및 기술 전수 완료 -

- 남아공 이어 두 번째 수출 쾌거… 아태 지역 방사능 측정기술 주도권 확보 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 자체 기술로 개발한 방사능 측정 표준기를 태국에 수출하는 데 성공했다. 이번 수출은 우리나라의 측정표준이 기술력을 인정받고 아시아·태평양 지역 방사능 안전 관리의 기준으로 자리 잡는 계기가 될 전망이다.

▲ KRISS 방사능측정그룹과 태국 원자력청 관계자 단체 사진

KRISS는 태국 원자력청(Office of Atoms for Peace)과 총 27만 달러 규모의 ‘면적선원 표면방출률 측정 일차표준기(이하 면적선원 일차표준기)’ 수출 계약을 체결하고 현지 장비 구축과 기술 전수를 성공적으로 완료했다.

이번에 수출된 면적선원 일차표준기는 방사능 검출기인 '표면오염감시기'의 신뢰성을 보장하는 최상위 기준 장비다. 표면오염감시기는 의료·연구·산업 현장에서 작업자와 장비, 작업 환경의 방사능 오염 여부를 확인하는 장비다. 이 기기는 방사선 방출률이 정확히 확인된 기준 물질인 '면적선원'을 이용해 주기적으로 교정을 거쳐야 한다. 일차표준기는 바로 이 면적선원의 정확도를 최종 검증하는 국가 방사능 안전 관리 체계의 핵심 인프라다.

▲ KRISS가 태국 원자력청에 수출한 면적선원 표면방출률 측정 일차표준기

KRISS 방사능측정그룹이 개발한 면적선원 일차표준기는 측정 불확도가 1% 미만으로 세계 최고 수준의 정밀도를 자랑한다. 연구진은 방사선 입자가 검출기 덮개에 가로막혀 발생하는 측정 손실을 원천 차단하기 위해 윈도우리스(Windowless) 타입의 다중선비례계수기*를 새롭게 개발하고, 잡음을 최소화하는 신호처리 장치를 적용해 장비의 소형화와 정밀성을 동시에 확보했다.

* 다중선비례계수기: 면적선원 일차표준기의 구성 장치 중 하나. 가스가 채워진 내부에 여러 개의 가느다란 와이어를 배치하고 방사선이 통과할 때 발생하는 전기 신호를 증폭해 측정하는 고감도 방사선 검출기다.

KRISS는 지난 2016년 남아프리카공화국 표준기관(National Metrology Institute of South Africa)에 해당 장비를 수출한 데 이어, 이번에 아시아 지역 수출까지 성공하며 세계적인 방사능 측정 기술력을 입증했다. 특히 이번 성과는 한국의 방사능 측정 기술이 아·태 지역의 표준으로 운용될 수 있는 토대를 마련했다는 점에서 의의가 크다.

▲ KRISS 연구진이 면적선원 일차표준기로 표준방출률을 측정하고 있다.

KRISS 김병철 방사능측정그룹장은 “향후 태국이 이번에 구축한 장비로 국제비교(KC)에 참여해 자국 측정표준의 신뢰성을 인정받는다면 한국의 기술적 위상은 더욱 높아질 것”이라며 “이번 성과를 발판 삼아 다양한 아세안(ASEAN) 국가들로 수출경로를 지속 확대해 나가겠다”라고 밝혔다.

- 화재와 폭발 걱정 없는 전고체전지의 저비용·대량생산 성공 가능성 열어 -

한국표준과학연구원(KRSS, 원장 이호성)은 화재와 폭발 위험을 원천 차단한 차세대 배터리인 ‘전고체전지’의 상용화를 앞당길 핵심 소재 기술을 개발했다.

KRISS 첨단소재측정그룹은 고체전해질 분말에 다기능성 화합물을 코팅하는 방식을 적용해 기존 생산 비용의 10분의 1 수준으로 초고밀도의 대면적 고체전해질막을 구현하는 데 성공했다.

 ▲ 산화물계 고체전해질막 핵심 소재 기술 개발 연구진

현재 전기자동차와 에너지저장장치(ESS) 등에 널리 쓰이는 리튬이온 이차전지는 인화성 액체 전해질을 사용해 화재와 폭발에 취약하고, 한 번 불이 붙으면 진압이 어렵다. 최근 국가정보자원관리원 화재와 전기자동차 배터리의 폭발 사고가 잇따르며 안전한 리튬전지 개발의 필요성이 더욱 커지고 있다.

전고체전지는 액체 전해질 대신 불이 붙지 않는 고체전해질을 적용한 배터리다. 그중 산화물계 전고체전지는 에너지 밀도가 높고, 황화물계와 달리 독성 가스 유출로 인한 위험성도 없어 가장 안전한 궁극의 차세대 배터리로 주목받고 있다.

산화물계 전고체전지는 주로 가넷계 고체전해질을 소재로 활용한다. 가넷계 고체전해질은 뛰어난 이온전도도와 화학적 안정성을 갖추었으나, 소재의 특성상 고성능 전해질막을 만들기 위해서는 1000 °C 이상의 초고온에서 분말을 압착하는 소결(Sintering) 과정을 거쳐야 한다.

문제는 소결 과정에서 고체전해질막의 핵심 성분인 리튬 원소가 휘발된다는 점이다. 이 때문에 전해질막의 구조적 안정성이 떨어져 대면적 제조가 어렵고 화학 조성 변화로 이온전도도, 계면 저항 등의 품질 또한 크게 저하된다.

이를 막기 위해 기존에는 모분말(Mother-Powder)이라는 대량의 리튬전해질 소재로 전해질막을 두껍게 덮어 보호하는 방식을 사용했다. 하지만 이 방식은 소결 후 일회성으로 버려지는 모분말의 양이 제조하는 전해질막보다 10배 이상 많아 생산 단가가 높고 상용화에 어려움이 있었다.

▲ KRISS가 개발한 고성능 대면적 고체전해질 공정 기술 모식도

연구진은 기능성 리튬계 화합물을 고체전해질 분말 표면에 얇게 입히는 제조 기술을 개발해 이 문제를 완전히 해결했다. 표면에 형성된 코팅층은 소결 과정에서 리튬 원소를 공급하는 동시에 리튬이 휘발하지 않도록 보호하고, 입자 간 결합력을 높여주는 납땜(Soldering) 효과를 내어 전해질막의 밀도를 극대화한다.

▲ KRISS가 개발한 공정 기술을 적용한 고체전해질의 주요 성능 평가 결과

연구진은 실제 이번 기술을 적용해 고가의 모분말을 전혀 사용하지 않고도 세계 최고 수준인 98.2% 이상의 밀도를 달성했으며, 이온전도도는 기존 대비 2배 이상 향상된 화학적·기계적 결함이 없는 고강도의 고체전해질 막을 제조했다. 또한 해당 고체전해질 막의 전기전도도를 20배 이상 감소시켜 전지 내부 전류 손실 위험을 크게 낮췄으며 이를 통해 전고체전지의 효율과 안정성을 동시에 강화했다.

특히 연구진은 실험실 수준의 소형 펠릿을 넘어 기존보다 10배 이상 큰 16 cm2 규모의 대면적 고체전해질 막을 수율 99.9%로 제조하는 데에도 성공했다.

KRISS 첨단소재측정그룹 백승욱 책임연구원은 “이번 성과는 가넷계 고체전해질 연구에서 20년 넘게 해결되지 못했던 소재와 제조 공정상의 난제를 완전히 해결한 것”이라며 “생산 비용을 획기적으로 낮춘 만큼 산화물계 전고체전지 상용화를 크게 앞당겨 ESS와 전기차 시장의 기술 혁신을 주도하겠다”라고 말했다.

첨단소재측정그룹 김화정 박사후연구원은 “현재 우리나라는 직경 1 cm 크기에 80만원 이상인 가넷계 고체전해질 펠릿을 전량 수입하고 있는 상황”이라며 “이번 기술 개발은 고부가가치의 차세대 배터리 소재의 국산화를 여는 계기가 될 것”이라고 밝혔다.

고려대학교 신소재공학과 박혁준 교수팀과 협업한 이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노 및 소재 기술개발 사업의 지원을 받았으며 머터리얼즈 투데이(IF: 22.0, JCR: 3.5%) 1월호에 게재됐다.

- 국제적 평가 기준 마련으로 기후 관측 정밀도 높이고 데이터 신뢰성 확보 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 기상·기후 관측의 핵심 장비인 라디오존데*의 성능평가 기술을 국제표준으로 등재하는 데 성공했다.

* 라디오존데(Radiosonde): 대형 풍선에 매달려 약 35 km 상공까지 올라가 기온, 습도, 기압 등의 기상 상태를 측정하는 관측기기로 온습도 측정 센서와 신호 송신기로 구성된다.

▲ KRISS 연구진이 라디오존데 교정을 위한 고층기상모사시스템을 작동하고 있다.

(왼쪽부터 김성훈 선임기술원, 이영석 선임기술원, 김선웅 선임연구원)

KRISS 열유체측정그룹이 ㈜웨덱스, 기상청, 한국기상산업기술원과 공동 개발한 ‘라디오존데 온도 센서 교정 시험법’이 기상학 분야의 국제표준(ISO 8932-1)에 채택되었다. 라디오존데 온도 센서의 성능을 정확히 평가하고 교정하는 국제적 기준을 최초로 마련해 전 세계 기후 예측의 정확도를 한층 높일 것으로 기대된다.

기온은 기후변화를 가장 직접적으로 보여주는 일차 지표다. 우리가 매일 접하는 단기 날씨 예보는 주로 공기 순환이 활발한 대류권의 기온 데이터를 활용한다. 반면, 장기적인 기후변화 관측은 공기의 움직임이 적고 안정적인 성층권의 기온 데이터를 이용한다. 기후변화 예측 정확도를 높이기 위해서는 성층권의 미세한 기온 변화를 지속해서 정밀하게 측정해야 한다.

성층권의 기온을 측정하는 도구가 바로 라디오존데다. 현재 전 세계의 기상청은 고층기상 기후 관측을 위해 라디오존데를 이용한다. 특히 대기 환경과 접촉해 데이터를 측정하는 라디오존데의 센서는 관측 성능을 좌우하는 핵심 부품이다. 고층 대기는 태양 복사열과 강풍의 영향이 크기 때문에, 라디오존데의 측정 정확도를 유지하기 위해서는 센서의 주기적인 교정이 필수적이다.

▲ KRISS 연구진이 라디오존데 교정을 위한 고층기상모사시스템을 작동하고 있다.

(왼쪽부터 김성훈 선임기술원, 이영석 선임기술원, 김선웅 선임연구원)

하지만 기존에는 라디오존데 센서의 성능을 객관적으로 평가할 국제적인 기준과 절차가 존재하지 않았다. 이로 인해 라디오존데 사용자들은 제조사가 제공하는 적정 성능 지표에만 의존해 장비의 성능을 간접적으로 추정할 수밖에 없어, 고층 기상 관측 데이터의 신뢰성을 확보하는 데 한계가 있었다.

이번에 국제표준으로 승인된 ISO 8932-1 시험법은 고층 대기 환경에서 라디오존데 온도 센서의 측정오차를 교정하는 상세 기준과 절차를 규정한다. 이 시험법을 활용하면 최대 고도 40 km, 최저 기온 –85 °C의 환경에서도 라디오존데 온도 센서의 보정 오차를 0.1 °C 이내로 정밀하게 유지할 수 있다.

▲ 신규 국제표준안 ISO 8932-1(라디오존데 온도 센서 교정 시험법)의 표지

▲ 오창 기상지진장비인증센터에 설치된 고층기상모사시스템

▲ 고층기상모사시스템 내 라디오존데 온도센서 평가 챔버의 모습

이번 국제표준은 KRISS가 확립한 라디오존데 온도 센서 교정 기술을 토대로 개발됐으며, 각국 기상기후 전문가와 제조사 등이 참여한 국제표준화기구 실무그룹(ISO WG)의 검토를 거쳐 최종 승인됐다. KRISS는 지난 2019년 온도, 습도, 기압, 태양복사, 풍속 등의 기상요소를 실험실에서 구현할 수 있는 ‘고층기상모사시스템’을 자체 개발하고, 이를 기반으로 다양한 기상 조건에서 라디오존데의 온도 센서를 정밀 보정하는 기술을 확보한 바 있다.

국제적으로 신뢰받은 시험법이 제정됨에 따라 고층 기상 관측 데이터의 정확성이 한층 높아질 전망이다. 라디오존데 제조업체는 제품 개발 단계에서 성능을 사전 시험해 개선할 수 있으며, 각국 기상 관측기관은 객관적인 기준으로 라디오존데의 성능을 검증하여 더욱 정확하고 안정적인 기상 정보를 확보할 수 있게 된다.

▲ KRISS 열유체측정그룹

(앞줄 좌측부터 KRISS 이상욱 책임연구원, 김선웅 선임연구원, 김성훈 선임기술원, 이영석 선임기술원, 김용규 책임연구원)

KRISS 열유체측정그룹 김용규 책임연구원은 “이번 국제표준 제정으로 모든 국가가 신뢰할 수 있는 기상관측 데이터를 확보할 수 있게 되어 더욱 정교한 전 지구적 기후 예측 모델을 만들 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

이번 연구성과는 KRISS 기본사업과 산업통상자원부 국가표준기술력 향상사업의 지원을 받았다.

- 양자시대 국가 표준기관의 역할과 미래 측정기술 방향성 중점 논의 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 창립 50주년과 미터협약 150주년을 기념해 인천 송도 컨벤시아에서 ‘2025년도 아시아·태평양 측정표준협력기구(APMP)* 총회 및 심포지엄을 개최했다.

* 아시아·태평양 측정표준협력기구(APMP): 아시아·태평양 지역의 측정과학 분야 국제협력을 증진하기 위해 1977년에 설립된 기구로, 36개국 56개 기관을 회원으로 두고 있다. 현재 KRISS가 대한민국의 대표로 의장국 역할을 수행하고 있다.

▲ APMP GA 2025 행사 포스터

11월 21일(금)부터 28일(금)까지 8일간 열리는 이번 행사는 일본, 호주, 중국, 싱가포르 등 아시아 30여 개국의 측정표준기관장과 국제기구 대표단을 비롯한 450여 명의 측정표준 전문가들이 참석했다.

행사 기간에는 ▲APMP 2025 심포지엄 ▲주요 논의 사항을 최종 의결하는 총회(GA) ▲주요 현안을 논의하고 의사결정을 주도하는 집행위원회(EC) 회의 ▲12개 측정 분야별 현안을 논의하는 기술위원회(TC) 회의 ▲6개 현안 과제에 대한 협력 방향을 논의하는 포커스그룹(FG) 회의 ▲아태지역 개발도상국의 측정표준 인프라 지원을 위한 개발도상국위원회(DEC) 회의 등이 진행된다.

 ▲ APMP GA 2025 심포지엄에서 KRISS 이호성 원장이 환영사를 하고 있다

26일(수)에 열린 APMP 2025 심포지엄은 ‘측정표준의 미래와 국가측정표준의 도전: 혁신과 지속가능성’을 주제로 개최됐다. 이번 심포지엄에는 국제도량형위원회(CIPM) Dr. Wynand Louw 의장과 국제도량형국(BIPM) Dr. Martin Milton 국장, 일본 국가측정표준기관(NMIJ) Dr. Takashi Usuda 기관장, 영국 국립물리연구소(NPL) Dr. JT Janssen 수석과학자, KRISS 최재혁 양자기술연구소장 등 세계 각국 저명한 연사들이 참석해 양자시대에 새롭게 요구되는 국가측정표준기관의 역할을 모색하고, 기후변화 등 전 지구적 도전과제를 해결하기 위한 첨단 측정기술의 방향성을 찾기 위한 심도 있는 논의를 진행했다.

▲ 국제도량형국(BIPM) 국장 Dr. Martin Milton이 발표를 하고 있다

▲ 영국 국립물리연구소(NPL) 수석과학자 Dr. JT Janssen이 발표를 하고 있다

▲ APMP GA 2025 심포지엄 전경

심포지엄 부대행사로는 KRISS 창립 50주년을 기념하여 KRISS 역사 및 주요 연구성과 특별 전시와 더불어 각국의 측정표준대표기관의 축하 영상 상영이 진행됐다.

27일(목)과 28일(금) 양일간 열릴 예정인 APMP 총회(GA)에서는 ▲APMP 전략계획 2024-2026 보고 ▲기술위원회 및 포커스그룹 주요 의결사항 보고 ▲집행위원회 및 기술위원회 의장 선출 ▲신규 회원 승인 ▲2026년도 APMP 총회 개최지 소개(뉴질랜드) 등 주요 사항들이 의결될 예정이다.

KRISS 이호성 원장은 “KRISS 창립 50주년, 양자역학 탄생 100주년, 미터협약 150주년을 맞이하는 의미 깊은 해에 열리는 APMP 2025 총회를 KRISS가 주관하게 된 것은 대한민국의 측정기술 역량이 세계적으로 인정받고 있음을 의미한다”라고 전하며 “KRISS는 이번 총회 개최를 계기로 아시아·태평양 지역에서의 글로벌 영향력을 더욱 강화하고, 미래 측정 패러다임의 대전환을 주도할 것”이라고 말했다.

- 해외 의존 없이 국내에서 시험장비 신속 교정... K-전력망 수출 경쟁력 강화 기대 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 ‘초고압 직류 송전(HVDC)’ 설비의 성능을 신뢰성 있게 검증할 수 있는 표준을 국내 최초로 확립하고, 국가 전력 기관과 산업체를 대상으로 시험·교정 서비스를 제공한다.

▲ KRISS 이상화 책임연구기술원(위)과 이형규 양자전기자기측정그룹장(아래)이 초고압 직류 송전 전압(HVDC)을 측정하기 위해 직류 초고압 분압기를 조작하고 있다.

이번에 확립한 측정표준은 600 kV 급 초고압 직류 측정표준과 800 kV 급 낙뢰 임펄스, 700 kV 급 개폐 임펄스 측정표준이다. 국내에도 초고전압 설비의 성능을 정밀히 평가하고 개선할 수 있는 기준이 마련되어, 국내 중전기기* 기업의 제조 품질과 수출 경쟁력을 한층 높일 전망이다.

* 중전기기(重電機器): 전기를 생산·수송·사용하는 데 필요한 제반 설비와 장비, 부속기기를 총칭

HVDC는 발전소에서 생산한 교류 전력을 초고압 직류로 변환해 송전하는 기술이다. 기존 교류 송전 방식보다 전력 손실이 적고, 송전 방향 제어도 용이해 장거리·대용량 전력 전송에 유리하다. 이러한 특성 덕분에 전력 발전소가 밀집한 비수도권에서 전력 수요가 집중된 수도권으로 전력을 안정적으로 공급할 차세대 송전 기술로 주목받고 있다. 지난 10월 국무총리 주재로 열린 제1차 전력망위원회에서는 HVDC 산업 육성을 에너지 고속도로 구축 사업의 핵심 전략으로 제시하기도 했다.

이러한 흐름에 맞춰 국내 기업체들도 HVDC용 중전기기 개발에 속도를 내고 있지만, 기존에는 국내에 초고전압 측정표준이 확립되지 않아 제품의 성능 인증과 수출에 어려움을 겪었다. HVDC 설비에 적용되는 모든 중전기기는 국제전기기술위원회(IEC)가 규정한 성능 시험을 통과해야 한다. 하지만 국내에는 성능을 객관적으로 측정할 기준이 없다 보니 기업들은 해외 교정기관을 초청해 시험을 진행해야만 했다.

▲ 초고압 직류 고전압 표준기의 평가와 현장 HVDC 발생기의 교정과정

이러한 어려움을 해결하기 위해 KRISS 양자전기자기측정그룹은 HVDC용 중전기기에 적합한 초고전압 측정표준을 새롭게 확립했다. 먼저 KRISS는 기존 200 kV 수준에 머물렀던 초고압 직류 측정표준을 600 kV 급으로 세 배 이상 확대했다. 이 표준은 전력 설비가 정상 운전 조건보다 높은 전압을 일정 시간 동안 안정적으로 견딜 수 있는지를 평가하는 지속 전압 시험의 기준이 된다.

또한 KRISS는 800 kV 급 낙뢰 임펄스(LI)와 700 kV 급 개폐 임펄스(SI) 측정표준도 새롭게 확립했다. 낙뢰 임펄스는 낙뢰로 인한 순간적인 전류 유입 시 발생하는 고전압을, 개폐 임펄스는 대형 전력 설비의 스위치 켜거나 끌 때 일시적으로 발생하는 전압 변동을 모사한다. 이 두 표준은 짧은 순간에 발생하는 극한 고전압 환경에서 전력 설비의 절연 성능을 검증하는 충격전압 시험의 기준이 된다.

이번 표준 확립으로 국내에서도 IEC 국제규격에 맞게 초고전압 설비의 성능을 시험·교정할 수 있는 체계가 마련됐다. 이에 따라 기업들은 원하는 시점에 신속하게 시험을 진행할 수 있어 제품 상용화 기간을 단축하고, 시장 수요에 빠르게 대응할 수 있을 것으로 기대된다.

▲ KRISS 양자전기자기측정그룹

(좌측부터 이형규 양자전기자기측정그룹장, 이상화 책임연구기술원)

KRISS 이형규 양자전기자기측정그룹장은 “이번에 개발한 표준을 기반으로 한국전력 전력연구원 고창전력시험센터와 일진전기에 시험장비 교정 서비스를 개시했다”라며 “앞으로도 국내 전력 산업계가 필요로 하는 초고압 측정표준을 지속적으로 확립해 국가 전력망의 안정성과 산업 경쟁력 강화에 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 과학기술정보통신부 지능형 전력망 표준체계 확립을 위한 국가최상위 측정 시스템 핵심 기술 개발 사업의 지원을 받았다.

- 전 세계 나노기술 전문가 200여 명 참석… 차세대 나노소재 응용 및 표준화 방안 논의 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 창립 50주년을 기념해 11월 10일(월)부터 14일(금)까지 인천 송도 컨벤시아에서 국제표준화기구(ISO) 나노기술 분과(TC 229) 총회를 개최한다.

* ISO/TC 229(나노기술): 2005년 발족한 국제표준화기구 산하 기술위원회로서 나노기술의 안전하고 효율적인 사용을 위해 용어 및 명명법, 측정법, 환경·보건·안전(EHS) 관리 등 다양한 표준을 개발한다. 현재 대한민국을 포함한 39개 참여국과 17개 참관국이 활동 중이다.

▲ ISO/TC 229(나노기술) 총회 행사 포스터

산업통상자원부 국가기술표준원(KATS)이 주최하고 KRISS와 한국탄소산업진흥원(KCARBON)이 공동 주관하는 이번 총회에는 영국, 일본, 미국 등 30여 개국에서 나노기술 분야 전문가 200여 명이 참석한다. 참석자들은 각국의 나노소재 분야 연구성과와 최신 기술 동향을 공유하고, 주요 국제표준화 과제와 협력 방안을 논의한다.

특히 이번 총회에서는 첨단산업의 핵심기술로 주목받는 양자 나노소재, 첨단 바이오 나노소재, 이차원 나노소재의 응용 분야와 표준화 필요 의제를 중점적으로 다룰 예정이다.

▲ ISO/TC 229(나노기술) 총회에서 KRISS 이호성 원장이 기념사를 하고 있다.

개회식에서는 KRISS 이호성 원장이 ISO/TC 229의 발족 20주년을 축하하며, 이번 총회의 성공적인 운영을 기원하는 축사를 전했다.

KRISS 이호성 원장은 “KRISS 창립 50주년을 맞이해 열리는 이번 총회는 대한민국이 나노·양자 측정 표준화를 선도하는 글로벌 표준국가로 거듭나는 계기가 될 것”이라고 말했다.

▲ ISO/TC 229(나노기술) 총회 기념사진

KATS 김대자 원장은 “이번 총회로 국내 유관기관은 물론 주요국과의 국제협력 네트워크를 한층 강화해, 나노·양자기술 등 첨단산업 핵심기술 분야의 국제표준화 대응 역량을 더욱 확대해 나가겠다”라고 말했다.

- 故 김재관 초대 소장 흉상 제막… 초기 유치과학자 헌신과 반세기 성과 기려 -

- 양자·우주 등 미래 측정기술 선도, ‘세상의 기준’ 만드는 연구원으로 도약 다짐 -

대덕연구개발특구(대덕특구)의 맏형이자 대한민국의 측정표준 대표기관(NMI)으로서 국가 산업 발전의 토대를 세운 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 창립 50돌을 맞이했다.

▲ 한국표준과학연구원 창립 50주년 기념식 전경

KRISS는 6일(목) 오전 10시 30분, 대전 본원 대강당에서 내빈과 전·현직 임직원 등 350여 명이 참석한 가운데 ‘한국표준과학연구원 창립 50주년 기념식’을 개최했다.

기념식에는 구혁채 과학기술정보통신부 제1차관, 최성아 대전시 정무경제과학부시장, 김영식 국가과학기술연구회 이사장, 김명자 한국과학기술원 이사장, 정부출연연구기관장 등 산·학·연·관 관계자들이 자리해 KRISS의 반세기 성과를 축하하고 새로운 도약을 기원했다.

▲‘대덕연구개발특구 1호’ 한국표준과학연구원 건설 당시 전경(1976년 9월)과 현재 전경

KRISS는 1975년 12월 24일, 국가 표준 체계 확립을 목표로 설립되어 1978년, 1호 입주 연구소로 대덕특구에 터를 잡았다. KRISS는 설립 이래 헌법 제127조 제2항 ‘국가는 국가표준제도를 확립한다’를 근거로 모든 사람이 언제 어디서나 똑같이 사용할 수 있는 ‘측정의 기준’을 정하고, 이를 국민의 삶이 닿아있는 곳곳에 전달해 왔다.

 ▲ KRISS 입구에 놓인 ‘헌법 제127조 제2항’ 간판석

특히 KRISS는 100년 이상의 역사를 가진 선진 표준기관과의 격차를 넘어 단 50년 만에 세계 최상위 수준의 측정능력을 확보했다. 이를 국가 교정기관과 산업체에 보급하며 중화학공업, 반도체, 조선, 항공, 자동차 등 우리나라 주력산업의 품질을 국제적 수준으로 높이는 기반을 제공, ‘한강의 기적'으로 불리는 대한민국의 경제·산업 발전을 뒷받침했다.

▲ KRISS가 개발 중인 초전도 기반 양자컴퓨팅

현재 KRISS는 축적된 정밀 측정기술력을 바탕으로 50큐비트급 초전도 기반 양자컴퓨팅, 초고감도 양자센서를 비롯한 양자기술 분야와 국방, 우주 분야의 차세대 측정표준 개발을 선도하며 국가 첨단기술 개발을 이끌고 있다.

▲ 고 김재관 초대 소장 흉상 제막식 단체 사진

KRISS는 기념식에 앞서 고(故) 김재관 초대 소장의 흉상 제막식을 열어 초기 유치과학자들의 헌신과 업적을 기렸다. 고 김재관 초대 소장은 대한민국 제1호 유치과학자로 포항종합제철소 건립과 자동차 산업 육성을 추진했다. 이후 KRISS의 초대 소장을 역임하며 헌법에 ‘국가 표준제도'를 명문화하는 등 국가 표준체계의 초석을 다졌다. 지난 2023년에는 국가 산업화를 설계한 공로를 인정받아 ‘대한민국 과학기술유공자'로 선정됐다.

▲ 한국표준과학연구원 창립 50주년 기념식에서 KRISS 이호성 원장이 기념사를 하고 있다

▲ 한국표준과학연구원 창립 50주년 기념식에서 구혁채 과학기술정보통신부 제1차관이 축사를 하고 있다

▲ 한국표준과학연구원 창립 50주년 기념식에서 최성아 대전시 정무경제과학부시장이 축사를 하고 있다

▲ 한국표준과학연구원 창립 50주년 기념식에서 김영식 국가과학기술연구회 이사장이 축사를 하고 있다

기념식에서는 KRISS 이호성 원장의 기념사와 구혁채 과기정통부 제1차관, 최성아 대전시 정무경제과학부시장, 김영식 NST 이사장의 축사에 이어 50주년 기념 특별 영상 시청과 유공자 포상이 이뤄졌다.

기념식의 마지막 순서에는 ‘KRISS 미래비전 2035' 영상 시청을 통해 미래 표준기관의 청사진을 공유했다. KRISS는 ‘세상의 기준을 만드는 KRISS'를 연구원의 비전으로 제시하고, 이를 달성하기 위한 3대 발전 방향과 8대 발전전략을 수립했다. 특히 양자기술, AI 측정 플랫폼, 초연결·지능화 측정기술 개발을 주요 발전전략으로 삼아 급변하는 기술패권 시대에서 미래기술의 신뢰 기반을 구축하고, 대한민국의 기술주도 성장을 이끌겠다는 포부를 밝혔다.

▲ 한국표준과학연구원 창립 50주년 기념식 단체 사진

KRISS 이호성 원장은 “KRISS가 측정 불모지에서 이룩한 반세기의 성과는 설립 초기 유치과학자들의 헌신과 구성원들의 끊임없는 노력이 만든 결과”라며 “앞으로의 50년은 대한민국을 넘어 세상의 기준을 만드는 글로벌 표준기관으로 자리매김할 것”이라고 말했다.

- 글로벌 산·학·연·관 전문가 200여 명 모여 국가 양자기술 발전 전략 모색 -

인공지능(AI)과 더불어 미래 기술패권을 좌우할 핵심 분야로 꼽히는 양자기술의 국가적 역량을 결집하고 발전 전략을 모색하는 논의의 장이 국회에서 열렸다.

▲ ‘양자 국가 전략기술 국회포럼’ 기념사진

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 창립 50주년을 기념해 11월 5일(수) 서울 국회 박물관에서 ‘국가 미래전략 기술의 핵심, 양자’를 주제로 「양자 국가 전략기술 국회포럼」을 개최했다.

▲ KRISS 이호성 원장이 개회사를 하고 있다

▲ 더불어민주당 최민희 국회의원이 환영사를 하고 있다

▲ 더불어민주당 김현 국회의원이 환영사를 하고 있다

 ▲ 국민의힘 최형두 국회의원이 환영사를 하고 있다

▲ 구혁채 과학기술정보통신부 제1차관이 축사를 하고 있다

국회 과학기술정보방송통신위원회 최민희·김현·최형두·황정아 의원이 공동 개최하고 과학기술정보통신부와 국가과학기술연구회가 후원한 이번 포럼에는 양자 분야의 글로벌 산·학·연·관 전문가 200여 명이 참석해 한국형 양자기술 발전 로드맵 수립을 위해 머리를 맞댔다.

기조 강연에서는 백한희 IBM 양자 알고리즘 센터 총괄 전무가 연사로 나서 양자기술 선도국의 연구개발 전략과 주요 정책 동향을 소개하고 국가 전략 수립에 필요한 시사점을 제시했다.

이어진 발표 세션에서는 김태현 서울대학교 양자연구단장이 ‘양자컴퓨팅의 현재와 미래’를, 최재혁 KRISS 양자기술연구소장이 ‘KRISS의 양자기술 연구: 성과 및 비전’을 주제로 발표해 우리나라 양자기술 개발 현황과 당면 과제를 공유했다.

▲ ‘양자 국가 전략기술 국회포럼’ 행사 전경

포럼 마지막 순서에는 김재완 KRISS 초연결확장형 슈퍼양자컴퓨팅 전략연구단장을 좌장으로 기조강연자와 김태현 서울대 양자연구단장, 심주섭 과기정통부 양자혁신기술개발과장, 윤천주 한국전자통신연구원 양자기술연구본부장, 한상욱 한국과학기술연구원 양자기술연구단장이 종합토론을 진행했다. 토론에서는 연구개발(R&D) 전략, 정책 방향, 국제협력 체계 등 핵심 의제와 이를 달성하기 위한 산·학·연·관 협력 방안이 집중적으로 논의됐다.

KRISS 이호성 원장은 "이번 포럼이 국가 양자 전문가들의 역량을 결집해 대한민국이 양자 기술 강국으로 '퀀텀 점프'하는 계기가 되기를 기대한다"라고 말했다.

표준연, ‘얼음 XXI’ 세계 최초 규명

- 상온에서 2만 기압 이상으로 압축된 물의 결정화 과정 마이크로초 단위로 관측 -

- 새로운 결정화 경로와 상온 얼음 XXI 발견… 우주 생명 탐사·신소재 개발 새 지평 열어 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 상온에서 2만 기압(2 GPa)이 넘는 초고압 상태의 물이 얼음으로 변하는 과정을 마이크로초(μs, 100만분의 1초) 단위로 관측하는 데 성공했다. 그 결과, 기존에 알려지지 않았던 물의 결정화 경로와 21번째 결정상인 ‘얼음 XXI(Ice XXI)’를 세계 최초로 발견했다.

▲ KRISS 김민주 박사후연구원(좌)과 이윤희 책임연구원(우)이 동적 다이아몬드 앤빌셀 장치를 통해 구현한 초과압수의 결정화 과정을 관찰하고 있다.

0도씨(℃) 이하에서 물이 결정화되면서 생기는 얼음은 상온이나 심지어 물이 끓는 고온에서도 생길 수 있다. 액체가 고체로 변하는 결정화 현상은 온도뿐만 아니라 ‘압력’에도 영향을 받기 때문이다. 상온에서 물은 ‘결정화 압력’인 9,600기압(0.96 GPa) 이상의 압력을 받으면 얼음으로 상(相, Ice VI)이 변한다.

물이 얼음으로 변할 때, 물 분자 간의 수소결합 네트워크가 온도와 압력에 따라 복잡하게 왜곡, 재배열되면서 다양한 얼음상을 동반하는 결정화 과정이 나타난다. 물과 얼음의 복잡한 상전이 및 구조형성 과정을 이해하고, 그 과정을 극한 수준의 압력과 온도로 제어하면 지구상에 없던 신소재를 만들어 낼 수 있다.

▲ 넓은 온도 및 압력 구간에 걸쳐 존재하는 다양한 물과 얼음의 상태도,

파란색으로 표기된 곳이 이번에 새롭게 발견된 상온 초고압 얼음 ‘Ice XXI’의 존재 위치

▲ 한 세기 이상 진행되고 있는 Ice I부터 Ice XX까지 얼음상 발견의 역사

세계 각국의 연구자들은 한 세기 이상 온도와 압력 조건을 조절하여 20가지의 결정질 얼음상*을 발견해 왔다. 얼음상을 발견한 온도와 압력의 범위는 각 2,000 켈빈(K) 이상과 100만 기압(100 GPa) 이상까지 넓게 형성되어 있다. 그중 대기압(0 GPa)부터 2만 기압 사이의 영역은 물의 상전이가 가장 복잡하게 생기는 핵심 영역으로 10개 이상의 얼음상이 밀집돼 있다.

* Ice I부터 Ice XX까지 알려져 있었으며, Ice I의 경우 육각링 구조의 Ice Ih와 입방구조의 Ice Ic가 존재한다.

KRISS 우주극한측정그룹은 자체 개발한 ‘동적 다이아몬드 앤빌 셀(dDAC)*’ 장비를 이용해 상온에서 2만 기압 이상까지 물이 액체로 존재하는 즉, 결정화 압력의 200%가 넘는 초과압(Supercompression) 상태를 형성하는 데 성공했다.

* 동적 다이아몬드 앤빌 셀(dynamic Diamond Anvil Cell, dDAC): 머리카락 굵기의 미세한 구멍이 뚫린 금속 개스킷에 시료(물)를 넣고 한 쌍의 다이아몬드로 막은 후, 미세 변위제어 장치(피에조 액츄에이터)를 이용해 구멍 내에 초고압을 발생하는 장치. 액츄에이터를 이용하기 때문에 동적, 연속적인 압력의 증감은 물론 압력의 원격제어와 시료의 광학적·분광학적 동시 관측이 가능하다.

▲ KRISS 연구진이 초과압 상태를 구현하기 위해 사용한 동적 다이아몬드 앤빌 셀 장치 내부. 한 쌍의 다이아몬드 앤빌이 보인다.

종래의 다이아몬드 앤빌 셀(DAC) 장치는 연구자가 수동으로 DAC 조립볼트의 체결정도를 달리하여 압력을 증가시키기 때문에, 압력을 가하는 과정에서 결정화가 금세 이뤄져 결정화 압력을 크게 뛰어넘는 과압을 형성하기 힘들었다. 이에 비해 KRISS가 개발한 dDAC은 가압 시 충격을 최소화하는 미세 변위제어 장치를 적용하고, 기존 수십 초의 압축 시간을 10 밀리초(ms, 1,000분의 1초)까지 단축했다. 이로써 물이 얼음으로 바뀌어야 하는 결정화 압력을 크게 넘어선 2만 기압 이상에서도 액체 물이 준안정 상태로 유지되는 초과압수를 형성했다.

▲ KRISS 연구진(왼쪽부터 이윤희 책임연구원, 김민주 박사후연구원, 이근우 책임연구원, 김진균 박사후연구원)과 유로피언 XFEL 빔라인 운용자(Dr. Cornelius Strohm)가 이번 연구에 활용된 IC2 고진공 X선 챔버 앞에서 기념 촬영을 하고 있다.

KRISS 연구팀은 세계 최대 규모의 X선 레이저 시설인 ‘유로피언 XFEL’을 통해 초과압 상태의 물이 결정화되는 과정을 마이크로초 시간 분해로 관측했다. 그 결과 상온에서 지금까지는 알려지지 않았던 5가지 이상의 결정화 경로를 발견하고, 해당 경로를 분석해 21번째 결정상인 ‘얼음 XXI(Ice XXI)’를 세계 최초로 확인했다.

▲ DAC 내 얼음 XXI의 단결정 이미지(좌)와 단결정 회절 패턴(우)

상온에서 형성된 얼음 XXI는 기존 알려진 얼음상에 비해 결정구조의 최소 반복 단위인 단위포(Unit Cell)가 압도적으로 크고, 바닥 면의 두 변의 길이가 같으면서 납작한 직육면체 형상의 결정 구조를 가진 것으로 나타났다. 연구진은 얼음 XXI 단위포 내의 물 분자 위치정보를 분석해 구조를 규명했다.

▲ KRISS 연구진이 동적 다이아몬드 앤빌셀 장치를 통해 구현한 초과압수의 결정화 과정을 관찰하고 있다. (왼쪽부터 김진균 박사후연구원, 이윤희 책임연구원, 김민주 박사후연구원)

KRISS 우주극한측정그룹 이윤희 책임연구원은 “얼음 XXI의 밀도는 목성과 토성의 얼음 위성 내부에 존재하는 초고압 얼음층과 비슷한 수준”이라며 “이번 발견이 극한 환경에서 우주 생명체의 근원을 탐색하는 단서를 제공할 수도 있다”라고 말했다.

우주극한측정그룹 이근우 책임연구원은 “자체 개발한 dDAC 기술과 XFEL을 융합해 기존 장비로는 접근 불가능했던 찰나의 순간을 포착할 수 있었다”라며 “ 초고압과 같은 미지의 극한환경에 대한 지속적인 연구 노력이 과학의 새로운 지평을 열어줄 것”이라고 기대감을 밝혔다.

▲ KRISS 우주극한측정그룹 초고압 연구팀

(왼쪽부터 이윤희 책임연구원, 김민주 박사후연구원, 김진균 박사후연구원, 이근우 책임연구원)

이번 연구성과는 국가과학기술연구회 4000 K급 로켓엔진용 초고온 소재 및 물성측정기술 개발 사업의 지원을 받았으며, 세계적인 학술지인 Nature Materials(IF: 38.5)에 10월 게재됐다.

- 중국 국가측정표준대표기관과 MoU 갱신을 통한 연구 협력 확대 -

- 기관장단 회의서 기후변화, 디지털 전환, 생명 및 보건 분야 협력 합의 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 중국 계량과학연구원(NIM, National Institute of Metrology, China)과 9월 29일부터 30일까지 베이징에서 ‘제13차 한·중 국가측정표준기관장회의’를 개최했다.

▲ 한·중 국가측정표준기관장회의 MoU 서명식 단체 사진

이번 회의는 2019년 이후 6년 만에 대면으로 열린 것으로, 양국은 과거 협력 성과를 돌아보고 기후변화, 디지털 전환, 보건의료 등 글로벌 측정표준 당면과제에 공동 대응하기로 전격 합의했다.

▲ KRISS 이호성 원장(좌)과 NIM 취지펑(Qu Zifeng) 부원장(우)의 MoU 서명식 기념 사진

회의에서 양 기관은 지난 20년간 이어온 협력의 결실을 토대로 다섯 번째 양해각서(MoU)를 체결했다. 2005년 첫 협정 이후 5년마다 갱신된 MoU는 연구자 교류, 인증표준물질 분야 공동연구, 국가표준 상호비교, 디지털교정성적서(DCC) 개발, 국제 학술 교류 등 다방면의 협력을 포함하고 있다.

이번에 새롭게 체결된 MoU는 기존의 협력에 더해 향후 5년간 양국이 기후변화 대응, 디지털 측정표준 인프라 구축, 생명·보건 분야로 연구협력을 확대하는 내용을 담고 있다.

양 기관은 이번 회의에서 세계 인류가 직면하고 있는 주요 문제에 대해 측정표준을 통한 해결책을 제시하기 위해 머리를 맞대었다. 기후변화 대응을 위해서는 온실가스 배출량 산정 불확도 평가와 국가 모니터링 네트워크 구축 현황을 공유하며, 국제 온실가스 감시 프로그램에서 협력을 확대하기로 했다. 디지털 분야에서는 각 기관이 개발한 디지털교정성적서 시스템과 메타모델을 소개하고, 상호 협력을 통해 교정성적서의 디지털화를 실현해 나가기로 합의했다. 또한, 팬데믹을 거치며 중요성이 더욱 커진 바이오 분야에서는 의료기기 교정, 감염병 대응 연구 성과를 공유하며 국제비교와 공동연구를 이어가기로 했다.

▲ 중국 베이징 NIM 본부(Heipingli Campus)에서 개최된 한·중 국가측정표준기관장회의 회의 모습

양국은 이번 회의를 통해 한·중·일 다자 협력체인 ACRM(Asian Collaboration on Reference Materials, 아시아 인증표준물질 협력회의)에서의 공동 활동을 확대하고, 국제표준화 기구와의 연계를 강화해 글로벌 측정표준에 기여하기로 했다.

이번 한·중 국가측정표준기관장회의는 양국의 협력 관계를 재확인하고 새로운 협력 분야를 구체화한 자리로, 측정표준 국제 커뮤니티에서의 협력 모범 사례가 될 것으로 기대된다.

KRISS 이호성 원장은 “KRISS와 NIM은 지난 20년간 화학, 생명과학, 환경 등 다양한 분야에서 의미 있는 성과를 함께 거두었다”라며 “이번 MoU 갱신을 계기로 기후변화, 디지털 전환, 보건 분야 등 새로운 글로벌 도전에 공동 대응하며 세계 측정표준 발전을 선도해 나가겠다”라고 강조했다.

이에 대해 NIM 취지펑 부원장은 “양 기관의 협력은 동아시아를 넘어 국제 측정표준 커뮤니티 발전에 크게 기여하고 있다”라며 “앞으로도 차세대 측정표준 확립과 첨단 측정기술 분야 협력을 통해 더 큰 성과를 만들어갈 것”이라고 말했다.

- 표준연, 사람 망막 구조와 미세혈관 그대로 구현한 '망막 모사 안구 팬텀' 개발 -

- 망막 진단 장비의 성능 평가하고 개선할 기준 제시해 진단 정확도·신뢰도 높일 전망 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 사람의 망막 구조층과 미세혈관을 그대로 구현한 '망막 모사 안구 팬텀(Phantom)*'을 개발했다. 안과에서 쓰이는 영상진단 장비의 성능을 객관적으로 평가하고 교정할 수 있는 기준을 제시해, 망막 질환 검사 정확도와 신뢰성을 한층 높일 전망이다.

* 팬텀(Phantom): 의료영상기기의 성능을 평가·분석·조정하기 위한 도구로, 인체 대신 장비에 삽입돼 측정의 기준이

된다. 흔히 자동차 충돌실험에 사용되는 ‘더미(Dummy)’에 비유된다.

▲ KRISS 이상원 나노바이오측정그룹장이 망막 모사 안구 팬텀의 구조를 관측하고 있다.

망막은 카메라 필름처럼 빛을 감지해 시각 정보를 뇌로 전달하는 역할을 한다. 최근 고령화와 전자기기 사용, 유전적 요인으로 인해 망막 질환이 증가하는 추세이다. 망막은 한번 손상되면 회복이 어려워 질환의 조기 진단과 모니터링이 무엇보다 중요하다.

현재 안과에서는 다양한 망막 질환을 알맞게 진단하기 위해 광간섭단층촬영(OCT), 형광안저혈관조영술 등 여러 영상진단 장비를 활용한다. 문제는 진단 장비의 측정값이 병원별, 제조사별로 달라도 이를 평가하고 보정할 수 있는 표준화된 기준이 없다는 점이다. 이 때문에 진단 결과의 일관성과 신뢰성을 높이는 데 한계가 있었다.

▲ KRISS가 개발한 망막 모사 안구 팬텀의 구조

▲ KRISS가 개발한 망막 모사 안구 팬텀의 적용 예시

이를 해결하기 위해 KRISS 나노바이오측정그룹과 의료융합측정그룹은 인체 망막의 구조와 기능을 정교하게 재현한 인공 눈, ‘망막 모사 안구 팬텀’을 개발했다. 연구진이 개발한 팬텀은 눈금이 표시된 자처럼 진단 장비의 성능을 정확히 측정할 수 있도록 제작됐다. 이를 망막 진단 장비에 삽입한 후 측정하면 이미지 해상도, 시야 범위를 포함한 장비의 주요 성능을 객관적으로 검증하고 교정할 수 있다.

▲ 망막 모사 안구 팬텀을 이용한 망막 진단 장비 성능 평가 결과

기존 망막 팬텀은 망막 층과 혈관 일부만 단순 모사하는 데 그쳤으나, 연구진이 개발한 팬텀은 망막의 13개 구조층, 곡률, 미세혈관 네트워크 형태와 혈류, 망막 자가형광까지 정밀하게 재현했다. 실제 망막과 비교할 때 구조적 특성이 90% 이상 일치한다. 이 팬텀은 다기능성으로 제작되어 단층 촬영 장비부터 혈관조영술 장비까지 모든 진단 플랫폼에 적용할 수 있다.

이번 성과는 의료기기 표준화의 기준을 제시해 망막 질환 진단과 치료 모니터링의 정확도를 한층 높일 것으로 기대된다. 의료기관이 진단 장비의 유효성을 평가하고 교정할 수 있는 명확한 기준이 마련되어, 환자들이 어떤 병원에서 망막 검사를 받든 일관되고 믿을 수 있는 결과를 얻게 됐다.

▲ KRISS 이현지 박사후연구원이 망막 모사 안구 팬텀에 설계된 미세혈관에 시약을 주입하고 있다.

▲ KRISS 도일 의료융합측정그룹장이 개발한 망막 모사 안구 팬텀을 들어 보이고 있다.

이번에 개발한 팬텀은 산업계와 교육 현장에서도 폭넓게 활용될 전망이다. 망막 진단 장비 제조사들은 팬텀을 활용해 시제품 단계에서 장비 성능을 미리 점검해 개선하고, 생산공정에서는 망막 진단 장비의 생산 품질을 일정하게 관리할 수 있다. 또한 실제 환자의 망막과 흡사한 팬텀으로 장비 사용법 및 진단 교육을 운영하면 의료진의 역량을 더욱 강화할 것으로 기대된다.

▲ 망막 모사 안구 팬텀 개발 연구진

(앞줄 좌측부터 시계방향으로 KRISS 이상원 나노바이오측정그룹장, 이태걸 책임연구원, 도일 의료융합측정그룹장, 이현지 박사후연구원)

KRISS 이상원 나노바이오측정그룹장은 “최근 망막 질환 진단 수요가 증가하며 AI를 활용한 진단법이 널리 쓰이고 있다”라며 “이번 팬텀을 이용해 진단 장비를 교정하면 고품질의 학습 데이터를 확보할 수 있어 AI 기반 진단 장비의 성능 향상에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 과학기술정보통신부 글로벌TOP전략연구단 사업과 범부처전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받았으며 커뮤니케이션즈 엔지니어링(Communications Engineering)에 7월 게재됐다.

- ‘연구로 이용 표준물질 공동연구센터’ 확대 운영 및 국제 공동연구 추진 등 협력 범위 넓혀 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)과 한국원자력연구원(KAERI, 원장 주한규)은 10일(수) 대전컨벤션센터에서 개최된 국제하나로심포지엄에서 ‘측정표준기술 개발과 원자력 관련 기술의 융합 발전’을 위한 업무협약을 체결했다.

 ▲ ‘측정표준기술 개발과 원자력 관련 기술의 융합 발전을 위한 업무협약’ 기념사진

((좌) KAERI 주한규 원장, (우) KRISS 이호성 원장)

양 기관은 지난 2015년 공동 설립한 ‘연구로 이용 표준물질 공동연구센터’(이하 공동연구센터)의 운영을 5년간 연장하고 양자·비파괴 분야까지 협력을 확대하는 한편, 국제 공동연구도 함께 추진하기로 했다.

양 기관이 운영 중인 공동연구센터는 연구용 원자로 하나로를 활용한 중성자 방사화 분석법으로 물질분석의 정확한 기준이 되는 인증표준물질*을 개발·보급해 오고 있다. 중성자 방사화 분석법은 물질을 중성자에 노출한 후 방출되는 방사선의 종류와 세기를 측정해 원소의 함량을 분석하는 방법으로, 국제도량형위원회(CIPM)가 인정한 가장 정확한 분석법 중 하나이다. 이 방법을 이용하면 기존 방법으로는 분석이 어려운 원소와 시료도 정확히 측정할 수 있어 인증표준물질의 개발 분야와 측정 신뢰성을 한층 강화할 수 있다.

* 인증표준물질(Certified Reference Material, CRM): 조성 성분과 함량이 정확하게 측정되어, 시료의 분석 방법 및 결과가 정확한지 기준이 될 수 있는 표준물질

공동연구센터는 지난 2023년 국내 미세먼지의 유해 화학성분을 정밀히 측정할 수 있는 ‘도시 미세먼지 인증표준물질’을 개발한 데 이어, 올해에는 호소 퇴적층에 쌓인 오염물질을 추적·평가하는 ‘호소 퇴적물 인증표준물질’을 개발해 보급하고 있다. 또한 센터는 브로민(Br), 비소(As) 등 기존 습식 분석법으로 분석이 어려웠던 원소들을 중성자 방사화 분석법으로 분석해내는 데 성공했으며, 이러한 연구성과를 포함한 공동 논문 8건을 발표하는 등 하나로 원자로를 활용한 모범 협력 사례로 평가받아 왔다.

양 기관은 이번 협약으로 공동연구센터의 운영 방침을 최근 변화하는 연구 환경에 맞게 개편해 연구개발 효율과 생산성을 높인다. 또한 국제 기준에 부합하는 품질 관리 시스템을 구축하기 위한 국제 공동연구도 추진한다. 이와 함께 미래 양자기술과 산업 안전을 확보하는 비파괴 기술까지 협력 분야를 확대해 국가임무 중심의 연구성과 창출을 위한 기술적 기반을 구축하기로 했다.

구체적으로 양 기관은 ▲중성자 방사화 분석 분야의 측정표준 확립 및 표준물질 특성화 기술 개발 ▲국제 기준에 부합하는 품질 관리 시스템의 구축 및 운영 ▲미래 양자소재 개발 및 양자물성 측정체인 구축 ▲비파괴검사 및 구조건전성 모니터링 기술 개발 등을 추진한다.

▲ ‘측정표준기술 개발과 원자력 관련 기술의 융합 발전을 위한 업무협약’ 단체 사진

KRISS 이호성 원장은 “이번 협약은 양 기관이 보유한 독보적인 기술력을 융합해 연구개발 시너지를 창출하고, 국가적 임무를 수행하기 위한 기술 기반을 확보하는 계기가 될 것”이라고 기대감을 밝혔다.

KAERI 주한규 원장은 “국내 유일의 연구용 원자로인 하나로를 중심으로 원자력 기술과 측정표준 기술의 융합을 통한 기술 경쟁력 강화를 위해 두 기관의 전략적 협력체계를 공고히 하겠다”라고 밝혔다.

- 분석 정확도는 유지하면서 소요 시간과 비용은 8분의 1 수준으로 단축 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 생물학 시료의 2차원 단면 이미지를 3차원 구조로 빠르게 형상화할 수 있는 ‘인공지능(AI) 기반 영상 분할 알고리즘’을 개발했다.

▲ KRISS 박인용 미래선도연구장비그룹장이 주사전자현미경(SEM)을 들여다보고 있다.

이번에 개발한 알고리즘은 전체 이미지 데이터의 약 10%만 사람이 분석하면 나머지 부분은 AI가 자동으로 구조를 예측해 3차원으로 재구성하는 기술이다. 사람이 모든 단면 이미지를 일일이 분석했던 기존 방식에 비해 3차원 구조 관측에 소요되는 시간과 비용을 절반 이상 줄여 관련 분야의 연구 효율성을 크게 높일 것으로 기대된다.

▲ KRISS 윤달재 선임연구원(좌)과 박인용 미래선도연구장비그룹장(우)이 주사전자현미경(SEM)의 컬럼을 점검하고 있다.

주사전자현미경(SEM)은 분석 대상의 단층을 수십 나노미터 간격으로 연속 촬영한 후, 확보한 단면 이미지들을 결합해 3차원 입체 구조로 재구성하는 장비다. 이 장비는 미세한 세포 내부 구조를 고해상도로 정밀하게 관측할 수 있어 생명과학 연구와 의료 진단 분야에 널리 활용된다.

▲ KRISS 정해원 책임연구원(위)과 박준형 선임연구원(아래)이 인공지능(AI) 기반 영상 분할 알고리즘 수행 결과를 검토하고 있다.

영상 분할(Image Segmentation)은 SEM으로 촬영한 이미지를 3차원 구조로 재구성하기 위한 전처리 과정이다. 이는 각 단면 이미지에서 세포핵, 미토콘드리아 등 분석 대상의 정확한 위치와 형태를 구분하는 작업으로, 불필요한 정보를 걸러내고 분석 대상만 선명하게 드러내 정확한 3차원 재구성을 가능하게 한다.

기존 영상 분할은 수백에서 수천 장에 이르는 단면 이미지를 전문가가 직접 확인하고 분석 대상을 수작업으로 표시하는 ‘지도학습’ 방식을 이용했다. 그러나 이 방식은 막대한 시간과 인력이 필요하고, 연구자의 주관적 판단과 실수가 발생해 3차원 재구성 결과의 일관성·신뢰성을 확보하기도 어려웠다.

▲ KRISS가 개발한 인공지능(AI) 기반 영상 분할 알고리즘 모식도

KRISS 미래선도연구장비그룹은 이 문제를 해결하기 위해 일정 간격으로 사람이 정답을 표기한 이미지를 기준으로 삼아, 인접 단면의 정답을 자동으로 표시하는 ‘준 지도학습’ 방식의 알고리즘을 개발했다. 1번부터 100번까지의 단면 이미지가 있을 때 10장 간격마다 사람이 레이블링*한 기준 데이터를 삽입하면, 나머지 90장은 개발한 알고리즘이 레이블링을 수행해 전체 이미지를 분석하는 방식이다. 이를 통해 AI 기반 3차원 구조 형상에 필요한 데이터셋(Dataset) 준비 시간과 비용을 대폭 줄일 수 있다.

* 레이블링(Labeling): 데이터에 정답(클래스, 값 등)을 부여하는 과정. 예를 들어 단면 이미지에서 A 영역을 ‘세포핵’, B 영역을 ‘미토콘드리아’라고 이름표를 붙이는 작업이다.

▲ KRISS가 개발한 인공지능(AI) 기반 영상 분할 알고리즘의 성능평가 결과

실제 쥐 뇌세포 데이터를 대상으로 한 성능 시험에서 연구진이 개발한 알고리즘은 기존 방식과 정확도 차이가 3% 이내에 불과할 정도로 유사하면서 분석에 걸리는 시간과 비용은 약 8분의 1 수준으로 단축한 것으로 확인했다. 또한 4096×6144 해상도의 대용량 데이터를 활용한 실험에서도 분석 정확도와 속도를 유지하며 안정적인 성능을 보였다.

▲ KRISS 미래선도연구장비그룹

(윗줄 좌측부터 시계방향으로 KRISS 함영권 연구학생, 박준형 선임연구원, 정해원 책임연구원, 윤달재 선임연구원, 박인용 미래선도연구장비그룹장)

KRISS 미래선도연구장비그룹 윤달재 선임연구원은 “이번에 개발한 기술은 생물학 분야뿐 아니라 반도체 결함 분석, 신소재 개발 등 영상 분석 자동화가 필요한 다양한 분야에서 쓰일 수 있다”라며 “특히 개인정보 보호나 예산 부족 등으로 AI 학습데이터 확보가 어려운 영역에서 유용하게 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

KRISS 기본사업의 지원을 받은 이번 연구성과는 현미경 영상 분석 분야 학술지인 Microscopy and Microanalysis(IF 3.0)에 6월 게재됐으며, 해당 호의 주요(Highlight) 논문으로 선정됐다.

- 특별전 <단위와 양자 나라의 앨리스: 큐빗(Cubit)에서 큐비트(Qubit)까지>,관련 과학 기술의 역사와 미래를 한눈에…

국립과천과학관(관장 한형주, 이하 과학관)과 한국표준과학연구원(원장 이호성, 이하 KRISS)은 미터협약 150주년*과 양자역학 100주년**을 맞이해 오는 8월 12일(화)부터 10월 12일(일)까지 두 달간 국립과천과학관 2층 첨단기술관에서 특별전 ‘단위와 양자 나라의 앨리스 – 큐빗(Cubit)에서 큐비트(Qubit)까지***’를 공동 개최한다고 밝혔다.

* 1875년 5월 20일, 파리에서 미터법 도량형의 제정·보급을 목적으로 체결한 국제협약

** 1925년 탄생한 양자역학의 중요성을 기념하고 널리 알리기 위해 유엔(UN)이 지정

*** 큐빗(Cubit): 최초의 길이 단위(이집트), 큐비트(Qubit): 양자컴퓨터 정보처리 단위

▲ 특별전 <단위와 양자 나라의 앨리스 – 큐빗(Cubit)에서 큐비트(Qubit)까지> 전시 포스터

이번 전시는 ‘이상한 나라의 앨리스’를 모티브로, 유아부터 성인까지 단위와 양자 기술의 발전사를 쉽고 재미있게 체험할 수 있도록 기획되었고, 전시는 크게 ‘단위 나라(Units Land)’와 ‘양자 나라(Quantum Land)’ 두 구역으로 구성된다. 첫 번째 구역 ‘단위 나라:세상을 측정하다!’에서는 인류 문명 발전의 근간이 된 측정 단위의 역사를 조명한다. 고대 이집트 피라미드 건축에 활용된 최초의 길이 단위 ‘큐빗(Cubit)’부터 고대 중국, 근대 프랑스, 그리고 조선시대 등 각 시기와 국가별 흥미로운 단위와 측정의 역사를 살펴볼 수 있다.

두 번째 구역 ‘양자 나라:보이지 않는 세상을 이해하다’에서는 양자 기술의 태동과 핵심 원리, 활용 분야를 전시한다. ‘제5차 솔베이 회의(1927)’ 재현 공간에서는 아인슈타인·보어와 함께 양자역학의 역사적 논쟁에 참여해 보고 ‘이상한 나라의 앨리스’ 등장인물과 양자 나라를 탐험하며 ‘양자 얽힘’, ‘양자 중첩’, ‘양자 큐비트(Qubit)’ 등 난해한 양자역학 개념도 쉽게 배울 수 있다. 나아가 ‘시간의 역사’ 코너에서는 단위와 양자가 어떻게 상호작용을 하며 발전해 왔는지 소개한다.

특히 이번 전시는 스마트폰을 활용한 증강현실(AR)을 통해 역사적 인물과 캐릭터를 만날 수 있는 ‘체험형 전시’로 운영된다. 관람객은 전시장 곳곳에 숨어있는 아인슈타인, 체셔 고양이, 카드 병정 등과 함께 사진을 찍으며 더욱 실감 나게 전시를 경험할 수 있고, 해당 사진과 체험 후기를 제출하는 후기 공모전에도 참여할 수 있다. 또한 두 가지 고양이 표정이 공존하는 ‘양자냥이 필통 만들기’ 체험도 가능하다.

우리나라 양자 기술 연구 대표 성과의 실물 모형도 대거 전시된다. 전시관에선 KRISS의 50큐비트급 초전도 기반 양자컴퓨팅, 우리나라 최초의 원자시계 ‘세슘원자시계(KRISS-1)’, 20억 년 동안 오차가 단 1초에 불과한 세계 최고 정확도의 ‘이터븀 광시계(KRISS-Yb1)’, 정밀 제어와 오류 정정에 강점을 지닌 ‘중성원자 양자컴퓨터 홀로그램’ 등 실제 KRISS에서 개발 중인 양자 기술을 직접 만날 수 있다.

국립과천과학관 한형주 관장은 “이번 특별전은 우리나라의 단위와 양자 기술 연구 성과를 국민께 소개하고자 기획됐다”라며, “‘이상한 나라의 앨리스’라는 친숙한 동화를 차용해 친근함을 담아내고, 동시에 전문 연구기관인 KRISS와의 협업으로 내용적 깊이도 더하려 노력한 만큼 많은 국민께서 찾아주셨으면 좋겠다.”라고 말했다.

KRISS 이호성 원장은 “올해는 미터협약 150주년·양자역학 100주년이자 대한민국 측정표준 대표기관 KRISS의 창립 50주년을 맞이하는 해이기도 하다”라며 “이번 전시는 KRISS 창립 50주년을 기념해 측정과학과 양자 기술의 중요성을 대중과 공유하고, 과학기술이 우리의 일상과 미래에 어떻게 연결되는지 자연스럽게 이해할 수 있는 기회가 될 것”이라고 말했다.

자세한 내용은 국립과천과학관 누리집(www.sciencecenter.go.kr)에서 찾아볼 수 있다.

- 레이더 스텔스 성능 좌우하는 핵심 부품, 설계부터 검증까지 순수 국내 기술로 구현 -

- 국내 국방 기업에 기술이전 완료… 자주국방 실현을 위한 기술 기반 확보 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 ‘레이더 스텔스(Radar Stealth)’의 핵심기술을 외산 기술 의존 없이 자체 개발해 국산화하는 데 성공했다. 이번 성과는 국가 전략 물자로 분류돼 해외 도입이 어려운 스텔스 무기체계를 국내 기술로 구축할 수 있는 기반을 마련했다는 점에서 의의가 크다.

▲ KRISS 황인준 선임연구원(좌)과 정해원 책임연구원(우)이 주파수 선택 표면(FSS) 측정을 위해 안테나의 거리 및 위치를 정렬하고 있다.

최근 세계 주요국 간 군사적 긴장감과 첨단 무기 경쟁이 격화되면서 스텔스 무기체계 구축의 중요성이 점차 커지고 있다. 이 중 레이더 스텔스 기술은 전자파를 흡수하거나 분산시켜 적 레이더에 탐지되지 않도록 하는 기술로, 무기체계의 자주성과 은닉성을 확보하는 핵심 요소이다. 해당 기술은 주요국에서 군사 전략 기술로 분류돼 수입이 제한적이고 관련 소프트웨어와 시험 장비조차 국내 도입이 어려워 관련 기술의 국산화 필요성이 꾸준히 제기돼 왔다.

▲ KRISS 김진혁 선임연구원(좌)과 윤달재 선임연구원(우)이 인공지능 기술을 활용한 안테나 측정장비로 레이돔을 측정하고 있다.

KRISS는 레이더 스텔스 구현에 필수적인 레이돔(Radome)의 ‘주파수 선택 표면(Frequency Selective Surface; FSS) 설계 소프트웨어’와 ‘전자파 평가 검증 장비’를 자체 구현하는 데 성공했다. 이번 성과는 외산 기술에 의존치 않고 설계부터 시제품 제작, 성능 검증까지 전주기를 순수 국내 기술로 이뤄낸 첫 사례이다.

레이돔은 항공기나 미사일의 레이더·통신 안테나를 감싸는 반구형 구조체로, 외부 환경으로부터 안테나를 보호하면서 필요한 전자파 신호가 효과적으로 통과할 수 있도록 정밀하게 설계되어야 한다. 특히 국방용 레이돔은 초고속 비행 중 강한 열과 충격을 견디면서도 전자파 투과율, 위상 안정성 등 여러 성능 요건을 동시에 만족해야 한다.

레이돔의 FSS는 특정 주파수의 전자파만 선택적으로 투과하거나 반사하도록 설계된 일종의 주파수 필터다. FSS의 성능을 높이기 위해서는 전자파 투과 성능을 정확하게 시뮬레이션하는 고성능 전자파 해석 소프트웨어가 필요하다. 하지만 세계적으로 널리 쓰이는 상용 소프트웨어는 라이선스 하나당 가격이 약 1억 원을 넘고, 매년 유지보수 비용만도 2천만 원 이상에 달했다.

▲ KRISS가 개발한 주파수 선택 표면(FSS) 설계 소프트웨어 모식도

KRISS는 인공지능(AI) 기술과 병렬계산(Parallel Computation) 방식을 도입한 FSS 설계 소프트웨어를 새롭게 개발했다. 이는 다층 복합소재로 이루어진 레이돔 구조 해석에 최적화된 도구로, 기존 상용 소프트웨어 대비 FSS 설계 속도가 50배 이상 빠르다.

▲ KRISS가 개발한 초고속 레이돔 평가 기술 모식도

또한 KRISS는 개발한 레이돔의 성능을 자체 점검 및 개선할 수 있는 전자파 레이돔 평가 장비도 함께 개발했다. 기존에는 국방형 레이돔의 까다로운 성능 기준을 충족하기 위해 전자파 시험에만 보통 한 달 이상이 소요됐다. 이번에 개발한 평가 장비는 인공지능 기술을 적용해 기존 대비 5배 이상 빠른 성능 측정이 가능하며, 이를 통해 레이돔의 실전 배치까지 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

▲ KRISS 황인준 선임연구원(좌)과 정해원 책임연구원(우)이 전자파 반사·투과 평가시스템을 들여다보고 있다.

▲ KRISS 윤달재 선임연구원(좌)과 김진혁 선임연구원(우)이 레이돔의 측정결과를 검토하고 있다.

KRISS 내 4개 그룹* 간 융합연구로 개발한 해당 기술은 국방 첨단 무기체계 및 전자파 정밀측정용 계측 설비 기업인 ㈜케이이알에 기술료 5억 원 규모로 이전됐다. 양 기관은 8월 5일(화) KRISS 행정동에서 기술이전 협약식을 체결했다.

* 전자파측정그룹, 미래선도연구장비그룹, 양자전기자기측정그룹, 소재물성측정그룹

▲ 레이더 스텔스 핵심 설계 및 평가 기술 국산화 연구진

(좌측부터 KRISS 정해원 책임연구원, 윤달재 선임연구원, 황인준 선임연구원, 이인호 책임연구원, 홍영표 전자파측정그룹장, 김진혁 선임연구원)

KRISS 홍영표 전자파측정그룹장은 “이번에 개발한 기술은 국방 분야뿐만 아니라 모빌리티, 선박, 우주항공 등 다양한 레이더 응용 산업에도 적용이 가능하다“라고 말했다.

이번 연구 결과는 전자파 분야 세계 최고 권위의 국제학술지인 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques에 7월 게재됐으며, 설계 소프트웨어 및 측정 장비 기술은 각각 특허 출원됐다.

고비용 영상 장비 없이 신속·간편하게 진단 가능해 질병 조기 발견과 추적 관리에 활용 기대 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 분자가 가진 고유한 광학 신호를 수억 배 이상 증폭해, 체액 속 극미량의 알츠하이머병 생체지표(바이오마커)들을 정확히 검출하고 정량화하는 진단 플랫폼을 개발했다. 간단한 체액 검사만으로 생체지표들을 초고감도·고신뢰도로 정량 검출할 수 있어 기존 영상 진단법의 한계를 보완하고, 질병의 조기 진단과 치료 모니터링에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

▲ KRISS 유은아 책임연구원(좌)과 김령명 선임연구원(우)이 SERS 나노입자 기반 생체지표 검출 결과를 분석하고 있다.

알츠하이머병은 뇌 신경세포가 점차 손상되면서 기억력·사고력 등 인지 기능이 서서히 저하되는 대표적인 퇴행성 뇌질환이다. 전 세계 치매의 약 60~70%를 차지할 정도로 흔하지만, 아직 근본적 치료제가 없어 조기 진단과 지속적인 관리가 중요하다.

현재 알츠하이머병은 주로 PET·MRI 등을 활용한 영상 장비로 진단한다. 다만 검진 비용이 1회당 100만원 이상으로 높고 특수 시설이 필요하다는 한계가 있다. 또한 질환이 일정 수준 이상 진행한 후에야 영상 관측이 가능해 발병 초기에는 감지가 어렵다는 단점도 있다.

이보다 간편한 체액 검사 방식은 정확도가 낮아 신뢰성 있는 진단법으로 활용되지 못했다. 우리 뇌에 존재하는 펩타이드인 아밀로이드 베타(Aβ) 42와 40은 알츠하이머병과 밀접한 연관이 있는 생체지표로, 체내에서 두 펩타이드를 검출해 비율을 산출하면 알츠하이머병의 진행도를 조기 진단할 수 있다. 다만 기존 분석 방식인 효소면역측정법(ELISA)의 검출 성능으로는 혈액·뇌척수액 등 체액에 들어있는 극저농도의 두 펩타이드를 동시에 정확하게 검출하기 어려웠다.

▲ KRISS가 개발한 SERS 기반 초고감도 다중 정량 검출 플랫폼의 모식도

KRISS 의료융합측정그룹은 기존 체액 검사 방식보다 약 100,000배 이상 더 민감하면서 여러 개의 생체지표를 정확히 구별해 정량적으로 측정할 수 있는 ‘표면증강 라만분광법(SERS) 기반 초고감도 다중 정량 검출 플랫폼’을 개발했다. SERS란 빛이 분자와 만나 생기는 고유한 신호를 금속 나노구조로 크게 증폭해, 극히 적은 양의 분자까지도 정확하게 검출하는 분석 기술이다.

연구진은 단일 입자에서 강하고 균일한 SERS 신호를 개별 감지할 수 있는 해바라기 모양 단면의 식별 가능한 다종 금 나노입자를 개발했다. 이는 기존 구형 금 나노입자의 입자 간 거리에 따른 불균일한 신호 문제를 극복하고, 입자 내부와 표면 전체에 고밀도로 균일한 신호 증폭 지점을 형성해 단일 입자에서도 강하고 재현성 높은 신호를 구현한다. 이를 통해 표적물질 농도에 비례하는 우수한 정량성을 확보했으며 서로 다른 표적물질의 동시 검출도 가능해졌다.

▲ SERS 기반 초고감도 다중 정량 검출 플랫폼을 이용한 알츠하이머병 생체지표 검출 결과

연구진은 고유 ID를 부여한 다중 검출용 SERS 나노입자를 적용해 Aβ42와 Aβ40을 검출한 결과, 천조분의 1그램 이하 수준(8.7×10-17g/mL, 1.0×10-15g/mL)의 극미량을 정량적으로 검출하는 데 성공했다. 이는 민감도와 검출범위에서 세계 최고 수준의 다중 정량 검출 성능이다.

▲ 표면증강 라만분광법(SERS) 기반 초고감도 다중 정량 검출 플랫폼 개발 연구진

(뒷줄 좌측부터 시계방향으로 KRISS 백아름 선임연구원, 김령명 선임연구원, 유은아 책임연구원)

KRISS 의료융합측정그룹 유은아 책임연구원은 “이번에 개발한 검출 플랫폼은 저비용으로 대량 생산이 가능하고, 다양한 생체지표에 유연하게 적용할 수 있다”라며 “알츠하이머병뿐만 아니라 암, 뇌 질환, 감염병 등 다양한 질환의 조기·신속 체외 진단 및 모니터링에 활용할 수 있어 범용성이 높고 상용화에 유리한 기술”이라고 말했다.

이번 연구성과는 국가과학기술연구회 중대질환 언택트 시스템 개발 사업과 KRISS 기본사업의 지원을 받았으며 분석 화학 분야의 세계적 학술지인 Biosensors & Bioelectronics(IF: 10.5)에 4월 게재됐다.

▲ 표준연 연구성과가 제이에이취엔지니어링에 기술이전돼 기업의 QX 사업분야 확대가 가시화됐다. 사진은 채동훈 표준연 책임연구원(왼쪽)과 이승제 제이에이취엔지니어링 대표.

채동훈 표준연 책임연구원이 양자컴퓨터, 닫기초전도체: 전기 저항이 0Ω(옴)이 되는 초전도 현상과 마이스너(반자성) 효과가 일어나는 물질상세보기▶초전도체, 극저온 센서, 우주산업, 스마트 연구장비 등에 적용 가능한 '극저온 냉동기' 관련 기술을 개발, 제이에이취엔지니어링에 기술이전 했다.

활성탄(숯)을 이용한 흡착 펌프로 절대온도 1도(영하 272도) 이하 서브캘빈 온도 저온유지장치를 구현했다. 다공성 물질인 활성탄 온도를 낮추면, 액체 헬륨에서 기화한 헬륨이 흡착돼 기계식 펌프보다 효율적으로 기화를 촉진시킬 수 있는 원리다.

기존 장비에 필요한 희귀 동위원소 '헬륨-3'를 사용하지 않고, 실용적인 냉매순환식 구조로 개발한 것이 특장점이다. 장비 1대 당 약 1억원을 절약할 수 있다. 기존 3일이던 소자 교체 시간도 6시간 내로 줄일 수 있다. 유지보수 비용과 에너지 효율도 개선해 양자컴퓨팅, QX 핵심 역할을 할 것으로 기대된다.

이에 관련 기술 수입에 의존하던 국내 시장 자급은 물론 향후 양자컴퓨팅 시장 5~10% 비중을 차지하는 해외 냉각기 시장 진출도 예상된다.

채동훈 책임연구원은 “개발 기술은 양자 부품·소자 개발 생산성을 크게 향상시킬 것”이라고 전했다. 이승제 제이에이취엔지니어링 대표는 “표준연의 협력으로 양자 기술 시장 진입이 가시화 돼 사업 포트폴리오를 한층 더 넓힐 수 있었다”고 말했다.

표준연은 앞으로도 사업에 힘을 싣는다. QTI-C 참여 기업 양자전환, 네트워크 강화와 글로벌 공급망 확보를 위한 협력을 지속한다.

이와 관련 강노원 표준연 성과정책본부장은 “기존 비양자 기업의 양자 기술 전환 촉진에 중점을 두고, 기술 상용화와 스케일업을 주요 추진 과제로 삼겠다”며 “최종 목표는 대덕 퀀텀스케일업밸리를 중심으로 양자기술 상용화 및 글로벌 시장 진출을 촉진하고, 양자산업 생태계를 확장하는 것”이라고 밝혔다.

- 2023년에 이어 두 번째 개최… 한국 원자력 기술의 국제적 위상 강화 기대 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 대전 본원에서 아시아·태평양 원자력협력협정(RCA) 사무국과 공동으로 7월 9일부터 18일까지 ‘환경 방사능 측정 및 분석 기법 현장 적용 교육과정’을 운영한다고 밝혔다.

▲ ‘환경 방사선 측정 및 분석 기법 현장 적용 교육과정’ 참석자 단체 사진

2023년에 이어 두 번째로 열리는 이번 교육은 RCA-아세안(ASEAN, 동남아시아국가연합) 협력사업의 일환으로, 동남아시아 지역의 방사능 분석전문가 육성을 목표로 마련됐다. ASEAN 10개국*의 방사능 방호 전문가 15명이 참여해 해양환경 방사능 분석과 데이터 처리에 필요한 실무역량 강화 프로그램을 수강한다.

* 브루나이·캄보디아·인도네시아·라오스·말레이시아·미얀마·필리핀·싱가포르·태국·베트남

특히 이번 교육은 한국원자력연구원(KAERI), 한국원자력의학원(KIRAMS) 등 국내 원자력 유관기관과의 협력을 통해 실습 중심으로 구성됐다. 참가자들은 대전과 부산 지역의 방사능 측정 현장을 방문해 ▲방사성 핵종 분석(감마/알파 분석, 전처리 등) ▲해양 시료 채취 및 이동형 감마선 분석 ▲측정 데이터 분석 및 방사능 매핑 등을 실습할 예정이다.

▲ ‘환경 방사선 측정 및 분석 기법 현장 적용 교육과정’ 현장 사진

한편 KRISS는 지난 2023년 8월, RCA 사무국과 함께 ASEAN 10개국 14명의 방사능 방호 전문가를 초청해 방사능 측정 역량 강화 연수 프로그램을 성공적으로 운영했다. 당시 양 기관은 아시아·태평양 지역의 지속 가능한 발전을 목표로 원자력 기술 협력에 관한 업무협약(MoU)을 체결하고, 현재까지 긴밀한 기술 교류와 협력을 이어오고 있다.

KRISS 이호성 원장은 “이번 교육은 우리나라의 우수한 방사능 분석 기술을 아시아·태평양지역에 널리 알려 원자력 기술 선진국으로서의 위상을 높이는 데 기여할 것”이라며 “앞으로도 KRISS의 차별화된 방사능 분야 기술력을 바탕으로 국제협력을 지속 확대하고, 첨단 분석기술 및 장비의 해외 진출에 박차를 가하겠다”라고 말했다.

- 측정 전용 시설 필요 없이 간편하고 정밀도는 세계 최고 수준… 차세대 ‘길이표준’ 선도 기대 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 양자물리학이 허용하는 한계 수준의 정밀도를 갖는 길이 측정 시스템을 개발하는 데 성공했다. 세계 최고 수준의 정밀도를 갖추면서 야외 환경에서 구동할 수 있을 정도로 간편해, 차세대 길이 측정의 ‘기준’으로 활용될 전망이다.

▲ KRISS가 개발한 광 주파수 빗 분광 간섭계 기반 절대길이 측정 시스템 모식도

현재 가장 정확한 길이 측정 장비는 1미터(m)의 기준이 되는 ‘길이측정표준기’이다. KRISS를 비롯한 세계 각국의 측정표준 대표기관이 운용하고 있는 길이측정표준기는 단파장 레이저 간섭계*를 이용해 길이를 측정한다. 단파장 레이저는 눈금이 촘촘한 자처럼 파장이 매우 고르게 분포돼있어 1~10나노미터(㎚, 10억 분의 1 m) 수준의 정밀한 측정이 가능하다.

* 간섭계(Interferometer): 두 빛이 만날 때 발생하는 간섭 패턴, 즉 두 빛 경로의 상대적인 변화를 분석해 목표 대상의 거리나 변위를 정밀하게 측정하는 장치

하지만 길이측정표준기는 한 번에 측정할 수 있는 길이가 매우 제한적이다. 단파장 레이저의 파장 범위(스펙트럼)가 좁기 때문이다. 눈금은 촘촘하지만 길이 자체는 짧은 자인 셈이다. 레이저의 파장 범위를 넘어서는 길이를 재려면 여러 번 측정을 반복하고 측정값을 합산해야 한다. 따라서 측정시간이 오래 걸리고, 간섭계의 위치를 안정적으로 옮기는 장치가 필요해 시간·공간적 제약이 크다.

이에 비해 절대길이 측정 시스템은 정밀도는 떨어지지만 긴 거리를 한 번에 측정하는 장비다. 주로 기준점에서 측정 대상을 향해 빛(펄스)을 쏘고 되돌아오는 시간을 산출해 길이를 측정한다. 측정방식이 비교적 간단해 장비의 소형화가 가능하고 먼 거리도 빠르게 잴 수 있어 대부분의 산업 현장에서 활용된다. 다만 기존 절대길이 측정 시스템의 측정 정밀도는 마이크로미터(㎛, 100만 분의 1 m) 수준이 한계였다. 빛이 이동하는 시간을 일정 이상의 극미세한 간격으로 측정하는 것이 현재 기술로는 매우 어렵기 때문이다.

▲ KRISS가 개발한 광 주파수 빗 분광 간섭계 기반 절대길이 측정 시스템의 측정 원리

KRISS 길이형상측정그룹은 ‘광 주파수 빗(Optical Frequency Comb) 간섭계’를 이용해 절대길이 측정 시스템의 정밀도를 길이측정표준기 수준으로 높이는 데 성공했다. 연구진은 절대길이 측정 시스템에 광 주파수 빗 간섭계를 적용하는 방식을 고안했다. 광 주파수 빗은 피아노 건반처럼 일정한 간격을 갖는 수천 개의 주파수로 구성된 빛의 다발이다. 기존 간섭계의 광원들과 달리 광 주파수 빗은 파장 범위가 넓으면서도 파장의 배열은 매우 일정한 간격으로 정돈되어있어 긴 거리도 한 번에, 정밀하게 측정할 수 있다.

▲ KRISS가 개발한 광 주파수 빗 분광 간섭계 기반 절대길이 측정 시스템의 측정 결과값

▲ 세계 각국의 절대길이 측정 시스템과의 측정 결과 비교표

연구진이 개발한 ‘광 주파수 빗 분광 간섭계 기반 절대길이 측정 시스템’은 길이측정표준기의 정밀도와 절대길이 측정 시스템의 간편함을 고루 갖췄다. 시스템의 정밀도는 0. 34나노미터로, 현존 장비 중 최고 수준이자 양자물리학에서 도달 가능한 한계 수준이다. 측정 속도는 25마이크로초(μs, 100만 분의 1초)로 야외 환경에서 구동할 수 있을 만큼 빠르고 간편해 국내 첨단 산업 현장의 길이 측정 정밀도를 한층 높일 것으로 기대된다.

▲ KRISS 장윤수 선임연구원이 광 주파수 빗 분광 간섭계 기반 절대길이 측정 시스템을 통해 거리를 측정하고 있다.

▲ KRISS 장윤수 선임연구원과 김대희 선임연구원이 자체 개발한 전광 변조 광 주파수 빗 레이저를 점검하고 있다.

연구진은 이번에 개발한 시스템을 차세대 길이측정표준기로 등재할 수 있도록 장비의 측정 불확도를 평가하고 성능을 지속 개선하는 등 후속 연구를 이어갈 예정이다.

KRISS 길이형상측정그룹 장윤수 선임연구원은 “AI반도체·양자기술 등 미래 산업의 경쟁력은 나노미터 단위의 거리를 정확히 측정하고 제어할 수 있는지에 달렸다”라며 “이번 성과는 우리나라가 차세대 길이표준을 제시하는 선도국으로 자리매김하는 계기가 될 것”라고 말했다.

▲ KRISS 길이형상측정그룹

(좌측부터 온윤권 학생연구원, 김대희 선임연구원, 장윤수 선임연구원, 엄성훈 선임기술원)

이번 연구성과는 KRISS 기본사업의 지원을 받았으며 광학 분야의 세계적 학술지인 Laser&Photonics Review(IF: 10.0)에 6월 게재됐다.

- 암세포를 겨냥해 상태 진단하고 치료 가능, 항암 부작용 낮출 차세대 치료 플랫폼으로 활용 기대 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 암(癌) 진단과 치료, 면역 반응 유도를 동시에 수행하는 나노물질*을 개발하는 데 성공했다. 진단과 치료 중 한 가지 기능만 수행하던 기존의 나노물질에 비해 치료 효율이 한층 높아 나노기술을 응용한 차세대 암 치료 플랫폼으로 활용될 것으로 기대된다.

* 나노물질: 지름 1~100 나노미터(nm, 1 nm는 10억 분의 1 m) 사이의 입자

▲ KRISS 이은숙 박사후연구원(좌)과 이진형 박사후연구원(우)이 나노 디스크 합성을 위한 임프린팅 장비를 관측하고 있다.

현재 항암 치료에는 수술, 방사선 치료, 항암화학요법 방식이 주로 쓰이고 있다. 하지만 이 치료법은 암 부위뿐만 아니라 정상 조직까지 손상을 가해 부작용이 크다는 한계가 있다.

나노물질을 응용한 암 치료는 기존 치료법의 한계를 극복할 차세대 기술로 주목받고 있다. 나노물질의 물리적·화학적 특성을 이용하면 암세포와 병변 부위를 정밀히 표적해 약물을 전달하고 제거할 수 있다. 또한 환자별 유전체를 고려한 맞춤형 치료도 가능해 기존보다 부작용은 낮으면서 효과는 한층 뛰어난 치료법으로 평가받는다.

▲ KRISS가 개발한 다기능성 나노물질의 치료 플랫폼 모식도

KRISS 나노바이오측정그룹은 암 부위의 위치와 상태를 실시간으로 확인해 치료하고, 면역 반응 체계도 활성화하는 새로운 나노물질을 개발했다. 연구진이 개발한 나노물질은 금(Au) 사이에 철(Fe)을 넣은 삼중 층 구조의 나노 디스크(AuFeAuNDs)다. 나노물질의 형태가 원판 가운데에 철을 끼운 꼴로 설계돼 기존 구형 물질보다 구조적 안정성이 뛰어나다. 또한 종양 부위에 자석을 대면 철의 자성으로 인해 나노물질을 쉽게 끌어당길 수 있어 치료 효율을 한층 높일 수 있다는 점도 장점이다.

▲ KRISS가 개발한 다기능성 나노물질의 암 치료 실험 데이터

연구진이 개발한 나노 디스크는 광음향 영상(PA) 기능을 탑재해 종양의 위치와 물질의 전달 과정을 실시간 관측할 수 있다. PA는 나노 디스크에 빛(레이저)을 쏜 후 열로 인해 발생하는 진동(초음파)을 영상화하는 기술이다. 이 기능을 이용하면 나노물질이 종양 부위에 도달하는 시점에 맞춰 치료를 수행해 효과를 극대화할 수 있다. 실제 연구진은 쥐 실험에서 PA 기능으로 종양 부위에 나노입자가 축적되는 과정을 시간대별로 추적해 치료에 가장 효과적인 시점이 물질 투여 후 6시간이라는 점을 도출하는 데 성공했다.

또한 이번 나노 디스크는 서로 다른 기전의 세 가지 치료 방식을 유기적으로 수행할 수 있어, 단일 요법만 가능한 물질에 비해 여러 형질의 암세포를 치료할 수 있을 것으로 기대된다. 기존의 나노물질은 금 입자에 열을 가해 암세포를 제거하는 광열 치료(PTT)만을 활용했으나, 연구진이 개발한 나노 디스크는 철의 성질을 이용해 종양 내부에 산화를 일으키는 화학역동치료(CDT)와 페롭토시스 치료까지 가능하다.

▲ KRISS 이진형 박사후연구원(위)과 이은숙 박사후연구원(아래)이 나노물질을 이용한 치료 실험 데이터를 검토하고 있다.

치료 후에는 면역 반응 물질도 유도한다. 이번에 개발한 나노 디스크는 암세포가 사멸할 때 경고 신호(DAMPs)를 방출하게 만들어 우리 몸이 동일한 암세포를 기억하고 재발할 시 공격하도록 유도한다. 실제 쥐 실험에서 나노 디스크를 통해 경고 신호를 생성한 결과, 면역 세포의 수가 최대 3배가량 증가한 것을 확인했다.

▲ KRISS 나노바이오측정그룹

(앞줄 좌측부터 시계방향으로 KRISS 나희경 책임연구원, 이진형 박사후연구원, 이은숙 박사후연구원)

KRISS 나노바이오측정그룹 나희경 책임연구원은 “일반적인 나노물질이 단일 원소로 구성되어 한 가지의 기능을 수행하는 데 비해, 이번에 개발한 물질은 금과 철의 물성을 복합적으로 이용해 다양한 기능을 수행하도록 제작한 것이 특징”이라고 말했다.

이번 연구성과는 과학기술정보통신부 차세대 첨단 나노소재 측정표준체계 확립 연구사업의 지원을 받았으며 화학공학 분야의 세계적인 학술지인 Chemical Engineering Journal(IF: 13.4)에 2월 게재됐다.

- 검사 목적 맞춰 고품질 해상도 구현 가능… 의료 진단·산업 안전 검사 정확도 높인다 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 초음파 검사 장비의 초점거리를 손쉽게 조절할 수 있는 ‘탈부착형 음향렌즈’를 새롭게 개발했다. DSLR 카메라의 렌즈를 바꿔 사진 화질을 높이는 것처럼, 초음파 검사 장비의 해상도를 검사 목적에 맞게 최적화할 수 있어 의료 진단과 산업 안전 검사의 정확도를 한층 높일 전망이다.

▲ KRISS가 개발한 탈부착형 비구면 음향렌즈

초음파 이미징 기술은 물체 또는 인체에 초음파를 투과하고 반사되는 신호를 수집해 내부 구조를 이미지로 형상화하는 기술이다. 이 중 하나인 C-스캔(C-scan)은 다른 방식보다 높은 해상도의 이미지를 생성할 수 있어, 암 조직 검사 등을 위한 의료 진단 장비와 항공기·지하 배관의 결함을 물리적 손상 없이 평가하는 비파괴검사 장비에 널리 활용된다.

고해상도의 초음파 이미지를 생성하기 위해서는 투과·반사되는 초음파의 강도를 높이고, 초점거리를 정확히 맞춰야 한다. 이를 위해 C-스캔 방식의 초음파 검사 장비에는 집속 초음파 변환기를 사용한다. 이 장치는 넓게 퍼지는 초음파 에너지를 검사 대상에 정확히 집중시켜 이미지 품질을 높이는 역할을 한다.

문제는 집속 초음파 변환기마다 조절 가능한 초점거리가 고정돼 있다는 점이다. 기존에는 초점 거리별로 변환기를 구입해야 해 비용 소모가 크고, 검사 대상의 위치·크기·형태에 맞게 미세 조정이 어려워 초음파 이미지의 해상도를 일정 수준 이상 높이기 어려웠다.

▲ KRISS 김용태 책임연구원이 음향세기 공간분포 측정을 위해 수조 속 변환기와 렌즈, 수중청음기를 확인하고 있다.

이를 해결하기 위해 KRISS 음향진동초음파측정그룹은 ‘탈부착형 음향렌즈 설계 기술’을 개발했다. 연구진이 제작한 음향렌즈를 고정 초점을 가진 집속 초음파 변환기에 부착하면 별도 장비 교체 없이 검사 대상에 맞춰 초점거리를 더 가깝거나 더 멀게 조정할 수 있다. 기존 장비에서 조정하기 힘들었던 초점거리도 맞춤형으로 제작할 수 있어 검사 대상에 최적화된 해상도를 구현할 수 있다.

특히 연구진이 개발한 음향렌즈는 비구면으로 설계돼 구면렌즈에 비해 더 선명한 초점과 해상도를 제공한다. 일반적인 음향렌즈는 구면으로 제작하나, 형태의 특성상 가장자리로 갈수록 초점이 흐려지는 구면수차(Spherical Aberration)가 발생하는 한계가 있었다. 또한 연구진은 접이식 방식도 함께 고안해 음향렌즈의 크기를 부착 면적에 맞게 유연하게 조정할 수 있도록 설계했다.

연구진이 설계한 음향렌즈를 상대적으로 해상도가 낮은 평면형 초음파 변환기에 부착하면 집속 초음파 변환기와 동일한 성능을 낼 수 있다. 연구진은 표면이 오목한 집속 초음파 변환기용 음향렌즈와 더불어 평면 형태의 음향렌즈 설계 기술도 함께 개발했다.

▲ KRISS가 개발한 탈부착형 비구면 음향렌즈의 음향선 추적 다이어그램

▲ 탈부착형 비구면 음향렌즈을 적용한 C-스캔 초음파 장비의 인체모사 팬텀(Phantom) 분석 결과

이번에 개발한 음향렌즈를 C-스캔 초음파 검사 장비에 부착해 인체를 모사한 팬텀(Phantom)을 분석한 결과, 25 마이크로미터(μm, 100만분의 1 m) 크기의 미세 구조를 이미징 분석하는 데 성공했다. 동일한 초점거리에서 음향렌즈를 부착하지 않은 장비보다 약 1.5배 높은 해상도다.

▲ KRISS 백경민 책임연구원이 렌즈 재료의 음향 특성 측정을 위해 시료를 배치하고 있다.

▲ KRISS 도일 의료융합측정그룹장이 C-스캔 시스템을 이용하여 동전의 초음파 현미경 영상을 수집하고 있다.

KRISS 음향진동초음파측정그룹 김용태 책임연구원은 “이번에 개발한 설계 기술을 C-스캔 이외에 다양한 초음파 검사 방식에도 적용할 수 있도록 응용 연구를 이어갈 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 과학기술정보통신부 범부처전주기의료기기 연구개발 사업의 지원을 받았으며 측정 과학 분야 학술지인 Measurement Science and Technology(IF: 2.4)에 1월 게재됐다.

▲ 탈부착형 비구면 음향렌즈 개발 연구진

(뒷줄 좌측부터 시계방향으로 KRISS 도일 의료융합측정그룹장, 백경민 책임연구원, 김용태 책임연구원

- 수소 산업 표준화 및 안전한 수소경제 생태계 조성을 위한 협력체계 구축 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)과 한국가스안전공사(KGS, 사장 박경국)는 22일(화) KRISS 대전 본원에서 ‘수소 산업 표준화 및 안전한 수소경제 생태계 조성’을 위한 업무협약을 체결했다.

▲ ‘수소 산업 표준화 및 안전한 수소경제 생태계 조성’ 업무협약식 기념사진

(왼쪽부터 KRISS 이호성 원장, KGS 박경국 사장)

양 기관은 각자의 전문성을 살려 공정한 수소 상거래를 위한 표준을 확립하고, 이를 수소 현장에 널리 보급할 수 있도록 안전관리 체계를 구축하기로 했다.

협약의 핵심은 수소 유량 현장 교정시스템의 안전성 확보를 통한 현장 실증 확대다. KRISS는 지난 2020년, 수소충전소에서 정량의 수소가 충전될 수 있도록 유량계를 검증하는 ‘수소 유량 현장 교정시스템’을 개발했다. 이 시스템은 소비자가 수소충전기에 지불한 금액만큼 정확한 양의 수소가 충전될 수 있도록 보장해 수소 상거래 공정성을 한층 높이는 기술로 평가받는다.

현재 연구진은 해당 장비의 현장 실증 연구를 국내 일부 수소충전소에서 제한적으로 수행하고 있다. 현장 실증 연구를 진행하기 위해서는 산업통상자원부 특례기준에 따라 가스 안전관리 전문기관인 KGS 주관하에 매년 안전성을 평가받아야 한다. 다만 기존에는 안전성 시험에 요구되는 복잡한 행정절차로 인해 현장 실증 연구를 확대하기 어려움이 있었다.

KRISS는 KGS와 수소 유량 현장 교정시스템의 원활한 안전성 평가와 현장 실증 확대를 위한 협력체계를 구축했다. 양 기관은 안전성 시험에 필요한 접수 및 설비 이용 절차를 간소화하는 등 제도적 지원 방안을 마련하기로 협의했다.

이외에도 양 기관은 ▲안전한 수소 생태계 조성을 위한 수소 산업 표준화 ▲수소충전소 복합계량 평가장치 소급성 확보 ▲국내외 공동 연구 기술개발 등 수소 상거래 공정성 및 안전성 확보를 위해 협력하기로 했다.

▲ 수소 유량 현장 교정시스템 랩투어 현장 사진

협약식에는 KRISS 이호성 원장과 KGS 박경국 사장을 비롯해 양 기관의 수소 산업 관련 부서장이 참석했다. 협약식 후에는 KRISS 수소 유량 현장 교정시스템을 직접 둘러보는 랩 투어를 진행했다.

KRISS 이호성 원장은 “이번 협약은 국민이 신뢰할 수 있는 수소 상거래 질서를 확립하고 국내 수소경제의 경쟁력을 한층 높이는 계기가 될 것”이라고 말했다.

- 표준 보급 위한 교정 기술도 함께 개발… 국산 위성 성능 정확히 평가하고 손쉽게 개선한다 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 우리나라가 개발 중인 6G 저궤도 위성 통신의 성능을 신뢰성 있게 검증할 수 있는 표준을 확립했다.

▲ KRISS 전자파측정그룹

(앞줄 좌측부터 시계방향으로 조치현 책임연구원, 이상수 선임기술원, 강태원 책임연구원)

최근 통신의 패러다임이 지상 기지국 중심의 2차원(평면적) 통신에서 공중·우주를 활용한 3차원(입체적) 통신으로 전환되고 있다. 2차원 통신은 산간·해양 등 기지국 구축이 어려운 환경에서 서비스가 제한되는 반면, 3차원 통신은 사각지대 없이 언제 어디서나 빠른 서비스를 제공할 수 있고 전쟁이나 재난 등으로 지상망이 마비돼도 통신을 안정적으로 유지할 수 있다.

지구 표면에서 가까운 고도(200 km∼2,000 km 사이)에서 데이터를 중계하는 6G 저궤도 위성은 3차원 통신의 핵심 인프라다. 미국 스페이스 X의 ‘스타링크’가 대표적인 상용화 사례다. 우리나라도 한국형 스타링크 구축을 위해 작년 4월, 국내 기술로 개발한 초소형 저궤도 위성인 ‘네온샛 1호’를 발사했다.

6G 저궤도 위성 통신의 성공적인 상용화를 위해선 통신 품질을 정확히 측정하고 평가할 수 있는 표준이 반드시 필요하다. 하지만 기존에는 우리나라만의 6G 저궤도 위성 통신용 측정표준이 확립되지 않아, 국내에서 개발한 위성의 기술력을 신뢰성 있게 검증하기 힘들었다.

▲ 6G 저궤도 위성 통신용 임피던스 측정표준 개발 과정

KRISS 전자파측정그룹은 6G 저궤도 위성 통신의 핵심 구성요소인 도파관(Waveguide)의 전자파 임피던스* 측정표준을 개발했다. 도파관은 전자기파를 특정한 경로로 전달하는 구조물로, 고주파를 손실 없이 전달할 수 있고 내구성도 뛰어나 위성 통신 시스템의 신호 전달 채널로 쓰인다. 연구진은 도파관을 통해 전송할 수 있는 주파수 대역 중 국산 초소형 저궤도 위성에 쓰이는 X대역(8-12 GHz, 기가헤르츠)의 임피던스 측정표준을 최우선으로 확립했다.

* 임피던스(Impedance): 전자파가 진행할 때 받는 저항의 정도로, 전자파 측정에서 가장 기본이 되는 양이다. 임피던스 측정표준을 기준 삼아 다양한 전자파 기기의 성능을 평가할 수 있다.

이번 표준 개발로 국산 저궤도 위성에 쓰이는 소자와 부품의 기술 신뢰성을 한층 높일 수 있게 됐다. 정확한 측정표준을 통해 위성의 시제품 단계에서 신호의 세기, 지연 시간, 전파 손실량 등 여러 성능 지표를 정량적으로 파악하고 이를 개선해 품질을 높일 수 있다.

▲ KRISS 조치현 책임연구원(좌)과 이상수 선임기술원(우)이 도파관 표준기의 임피던스를 측정하고 있다.

또한 각 위성 부품에 필요한 통신 출력을 사전에 정확히 파악하고 맞춤형으로 설계할 수 있어, 불필요한 비용을 줄이고 개발 기간도 단축할 수 있을 것으로 기대된다.

▲ KRISS 강태원 책임연구원이 6G 저궤도 위성 통신용 임피던스 측정표준 개발에 사용한 도파관 표준기를 들어 보이고 있다.

KRISS는 이번에 개발한 측정표준을 산업 현장에 보급하기 위한 도파관 임피던스 교정 기술도 함께 개발했다. 그간 산업체에서 임피던스 측정에 사용하는 회로망 분석기를 교정하려면 해외로 장비를 보내야 해 시간·비용 소모가 컸으나, 이제는 국내 기술을 이용해 적은 비용으로 더 정확한 교정을 수행할 수 있게 됐다.

KRISS 전자파측정그룹 조치현 책임연구원은 “이번에 개발한 표준은 위성 통신뿐만 아니라 레이다 시스템, 항공기 등 도파관이 사용되는 모든 분야에 적용할 수 있다”라며 “앞으로도 국내 산업계와 국방 분야가 필요로 하는 전자파 측정표준을 확립해 국가 산업 경쟁력 제고에 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 KRISS 기본사업의 지원을 받았으며, 전자정보통신 분야 국제 학술지인 IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement(IF: 5.6)에 2월 게재됐다.