[사진 : 삼성전자 제공, 왼쪽부터 KAIST 김정원 교수, 경북대 허남호 교수. KAIST 신의철 교수]

‘삼성미래기술육성사업’이 지원하는 다양한 연구 과제가 세계적인 학술지에 잇따라 게재되며 성과를 인정받고 있다.

최근에는 △정보 통신 기반 기술 △차세대 퀀텀닷(QD) 소재 △면역학 등을 주제로 다룬 논문들이 네이처 커뮤니케이션즈·어드밴스드 머티리얼즈 등에 게재됐다.

삼성미래기술육성사업은 우리나라의 미래를 책임지는 과학 기술 육성을 목표로 2013년부터 1조 5천억 원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 사업이다. 삼성미래기술육성사업은 지금까지 601개 과제에 7,713억 원을 집행했다. 국제학술지에도 총 1,244건의 논문이 게재되는 등 활발한 성과를 보이고 있다. 특히 사이언스(5건), 네이처(2건) 등 최상위 국제학술지에 소개된 논문도 96건에 달한다.

① 레이저를 활용한 전자 신호 시간 측정·제어 기술… 향후 6G 등 차세대 통신에 활용 가능

김정원 KAIST 교수와 정하연 고려대학교 교수 공동 연구팀이 세계 최초로 디지털 형태의 전자 신호 시간 오차를 1경분의 1초(100아토초= 10-16초) 이하 수준까지 측정하고 제어할 수 있는 기술을 개발했다.

이 연구 결과는 22일(영국 현지 시간) 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 발표됐다. 최근 5G 통신, 자율주행차 등 데이터 전송 속도가 매우 빠른 전자 장비가 급격히 증가함에 따라, 전자기기 간 시간 동기화와 시간 오차를 수십 펨토초(1펨토초= 10-15초, 1000조분의 1초) 수준으로 줄이려는 노력이 활발하다.

그러나 현재의 기술로는 수십 펨토초 이하의 시간 측정과 제어가 어려워 정밀한 시간 동기화를 필요로 하는 6G 통신 등 미래의 정보통신에 적용하기 어려운 한계가 있었다. 학계에서는 펨토초 이하 수준의 시간 오차로 광신호를 생성하는 ‘초고속 펄스 레이저’를 도입하려는 연구가 진행됐으나, 그동안의 연구들이 아날로그 형태의 전자 신호 생성에 국한돼 정보통신 시스템에 적용하기에 어려움이 있었다.

김정원 교수 연구팀은 초고속 펄스 레이저에서 나오는 광신호를 디지털 형태의 전자 신호로 변환하고 측정하는 새로운 기술을 개발해 이 문제에 대한 돌파구를 제시했다. 이 기술을 이용하면 광신호와 디지털 전자 신호 간의 시간 오차를 50아토초(2경분의 1초) 정확도로 매우 정밀하게 측정할 수 있어, 기존에 불가능했던 디지털 형태의 전자 신호를 정확하게 측정하고 제어할 수 있다.

김정원 교수는 “이번 연구 결과를 이용하면 5G, 데이터센터 통신 등에서 시간 오차를 현재 대비 최대 100배 이상 정밀한 수준으로 제어할 수 있다”며, “향후 정밀한 시간 성능이 요구되는 차세대 데이터 변환기, 초고속 통신, 집적회로의 성능을 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 삼성전자는 이번 연구를 2017년 12월 삼성미래기술육성사업 지원과제로 선정했다.

② 기존 대비 색 재현성이 2배 이상 우수하고 물속에서도 1년 이상 안정성이 유지되는 차세대 퀀텀닷 소재 연구

허남호·주진 경북대학교 응용화학공학부 교수, 한정우 포스텍 화학공학과 교수가 공동 연구를 통해 색 재현성과 수분 안정성이 우수한 차세대 퀀텀닷 소재 기술을 개발했다.

이 연구 결과는 혁신적인 소재 기술로 인정받아 20일(독일 현지시간) 재료 과학 분야의 세계적 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 게재됐다. 퀀텀닷은 직경이 10억분의 1m 수준의 입자로, 색 재현성이 뛰어나 QD 디스플레이 구현의 핵심 물질로 사용되고 있다.

최근에는 색 재현성이 기존 대비 2배 이상 우수한 페로브스카이트(Perovskite) 퀀텀닷 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 페로브스카이트는 수분과 접촉하면 성능이 저하되는 등 안정성이 떨어지는 단점이 있어, 학계에서는 수분 접촉 차단을 위한 다양한 연구가 진행 중이나 상용화에 적용할 수준의 안정성은 확보하지 못했다.

허남호 교수 연구팀은 다공성(多孔性) 물질인 제올라이트(Zeolite)에 페로브스카이트를 결합시켜 수분과 접촉하더라도 성능이 저하되지 않는 기술을 개발해 돌파구를 제시했다. 이렇게 만들어진 발광체는 물속에 1년 이상 두어도 안정성이 유지됨은 물론, 제올라이트와의 결합 과정에서 페로브스카이트의 크기와 배열이 균일해져 색 재현성 또한 기존 페로브스카이트보다 10% 향상된 것을 확인했다. 삼성전자는 이번 연구를 2019년 12월 삼성미래기술육성사업 지원과제로 선정했다.

③ 중증 코로나19 환자에게서 발생하는 사이토카인 폭풍 원인 규명

한편, 2014년 12월부터 지금까지 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 ‘중증 바이러스 질환에서 면역세포의 숙주손상 유발기전’을 연구해 오고 있던 신의철 KAIST 의과학대학원 교수는 정인경 KAIST 생명과학과 교수, 김성한 서울아산병원 교수, 최준용·안진영 연세대 세브란스병원 교수, 정혜원 충북대병원 교수와의 공동 연구를 통해 중증 코로나19 환자의 상태를 급격히 악화시키는 사이토카인 폭풍(Cytokine storm, 과잉 염증반응)의 원인을 세계 최초로 규명했다.

이번 연구 결과는 10일(미국 현지 시간) 면역학 분야의 세계적 학술지인 ‘사이언스 이뮤놀로지(Science Immunology)’에 발표됐으며, 향후 코로나19 환자 치료에 있어 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 예상된다.

앞서 2018년 1월에는 바이러스성 간염 환자에서 어떻게 면역세포가 간 손상을 유발하는지 상세한 메커니즘을 밝혀 세계적인 주목을 받기도 했다.

신의철 교수는 “6년 전부터 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 축적한 중증 바이러스 연구 경험과 인프라가 이번에 갑자기 찾아온 코로나19의 연구에 큰 도움이 되었다”고 밝혔다.

저작권자 © 코리아비즈니스리뷰 무단전재 및 재배포 금지