[논문]사회연결망 분석을 활용한 나노기술 연구동향 국가간 비교분석: 탄소나노소재분야 중심

배성훈; 김재신; 신광민; 윤진선; 강상규; 김준현; 이정우; 김민관; 한창희

doi:10.7735/ksmte.2017.26.2.172

사회연결망 분석을 활용한 나노기술 연구동향 국가간 비교분석: 탄소나노소재분야 중심
Comparative Analysis of Co-Authorship and Keyword Network for Nanotechnology: Carbon Nanomaterials Field 원문보기

한국생산제조학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.26 no.2, 2017년, pp.172 - 184

배성훈 (Korea Institute of Science and Technology Information) , 김재신 (Korea Institute of Science and Technology Information) , 신광민 (Korea Institute of Science and Technology Information) , 윤진선 (Korea Institute of Science and Technology Information) , 강상규 (Korea Institute of Science and Technology Information) , 김준현 (Korea Institute of Science and Technology Information) , 이정우 (Institute of Knowledge Service, Hanyang University) , 김민관 (Institute of Knowledge Service, Hanyang University) , 한창희 (Department of Business Administration, Hanyang University)

Abstract ▼ AI-Helper

Nanotechnology is a leading branch of technology and is expected to improve national industrial competitiveness. For maintaining a sustainable growth in nanotechnology, Korean government has set up specific plans from a long-term perspective. One of these plans is tracking and promoting certain potential technologies called Future 30 Nanotechnologies. This study aims to develop an analysis framework for comprehending the Future 30 Nanotechnologies. We applied this framework to the carbon nanomaterials field. Through co-authorship and keyword network analysis, we identified the research trends of three countries (i.e., Korea, US, and China.). This research framework could be utilized in the development of a nanotechnology policy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

나아가 국가별(한국·중국·미국) 나노기술네트워크의 비교·분석을 통해 향후 나노기술 정책의 방향성을 제시하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 나노기술종합발전계획에서 제시한 30개 미래나노기술의 연구동향을 추적할 수 있는 프레임워크를 개발하였다. 데이터 정합성을 확보하기 위해 어휘 쿼리 방식의 데이터 검색전략^{[17,30,38,43]}을 적용하였으며, 분석 모형으로는 최근 연구동향이나 기술동향을 분석하는 데 활용되는 방법론인 사회연결망분석(social network analysis)을 활용하였다.
하나 어휘쿼리 방식은 키워드를 도출해내는 전문가의 전문성에 그 의존도가 심한 단점이 존재한다^[17,38,42]. 따라서 본 연구에서는 나노유망기술 30의 키워드를 도출하기 위해 제4기 나노기술종합발전계획에 참여한 산학연의 전문가 집단을 활용하여 개별 기술에 대한 30개의 키워드 뭉치를 도출하였다. 하나의 키워드 뭉치 예시로 Table 3의 위쪽 키워드를 확인할 수 있다.
본 연구는 다양한 나노기술 분야 중에서 탄소나노소재 분야의 논문정보를 중심으로 사회연결망 분석을 적용하는 것을 목적으로 수행되었다. 향후 본 연구를 기반으로 분석 대상의 범위를 본문에서 다루지 않은 나머지 29개의 유망 나노기술 전 영역으로 확대하여 기술 전반에 대한 연구가 가능할 것이라 생각된다.
본 연구에서는 선행연구들에 나오는 특정 나노기술분야에 대한 개별연구가 아닌 향후 유망할 것으로 보이는 복수의 나노기술들에 대한 근거자료를 획득·생성하기 위한 방법론을 개발하고자 제4기 나노기술종합발전계획의 30개 미래나노기술의 연구동향을 추적할 수 있는 분석프레임워크를 제시하고자 한다.

제안 방법

Table 9는 탄소나노소재분야의 연구에 등장하는 주요 핵심어의 변화 추이를 나타낸 표이다. 2000년부터 2015년까지 탄소나노소재분야에 다양한 핵심어(key word)가 등장하는데, 탄소나노소재분야의 주요 키워드(graphite, carbon nanotubes, quantum dots, graphene 등 4개)를 연도별로 비교분석하였다.
이 같은 키워드를 통해 데이터 수집을 하기 위해서는 데이터베이스에서 검색하는데 적합한 검색식(query)을 개발해야 한다. 30개 키워드 중 본 연구에서 사례를 적용한 나노탄소 소재 기술 분야의 키워드를 web of science 쿼리규칙에 맞춰 Table 3과 같이 개발하였다.
Abassi 등은 철강구조 분야 연구논문의 공저자 네트워크를 살펴봄으로써 매개중심성이 높은 연구자들이 신규 연구자와의 협업이 빈번하다는 사실을 밝혀내었다^[1]. 강동준과 이길남은 무역학 연구들에 대한 네트워크분석을 위해 한국무역학회지를 선정하여 40년 간의 공저자 네트워크에 대해 분석하였다^[21]. 최명제와 김민숙은 신경정신의학 학술지에 대한 연구네트워크 특성을 분석하여 좁은 세상 효과가 나타났고 저자의 중심성이 높을수록 연구성과에 정의 효과가 있음을 밝혀내었다^[10].
데이터 정합성을 확보하기 위해 어휘 쿼리 방식의 데이터 검색전략^{[17,30,38,43]}을 적용하였으며, 분석 모형으로는 최근 연구동향이나 기술동향을 분석하는 데 활용되는 방법론인 사회연결망분석(social network analysis)을 활용하였다. 결론적으로 2000년부터 2015년까지의 나노기술 논문 데이터에서 공저자 네트워크와 키워드 네트워크를 도출하여 한국, 중국, 미국의 연구동향을 분석하였다. 연구프레임워크의 사례적용을 위해 30개 분야 중 탄소나노소재 분야를 선정하였다.
. 네트워크 내의 간접적 연결까지 고려하여 전체 네트워크에서의 한 액터와 다른 모든 액터 간의 거리를 계산한다. 연결정도 중심성이 활동성을 의미한다면, 근접 중심성은 액터의 독립성을 측정하는 것이다.
본 연구에서는 나노기술종합발전계획에서 제시한 30개 미래나노기술의 연구동향을 추적할 수 있는 프레임워크를 제시하고자 키워드 검색 전략을 확보하고 분석모형으로 최근 연구동향이나 기술 동향을 분석에 활용되는 방법론인 사회연결망분석(social network analysis) 이론과 도구를 활용하였다. 논문DB인 web of science가 제공하는 2000년부터 2015년 사이에 발표된 논문의 서지정보를 대상으로 기술통계적분석 방법과 사회연결망(네트워크)분석 방법을 적용하여 데이터를 분석해 보았다.
키워드 네트워크 분석에서는 연결, 근접, 매개 중심성의 의미를 명확히 구분 짓기 어렵다. 따라서 연결정도 중심성 중심으로 고찰하였으며, 우선 전체 탄소나노소재분야에서의 연구 트렌드를 확인하였다. Table 9는 탄소나노소재분야의 연구에 등장하는 주요 핵심어의 변화 추이를 나타낸 표이다.
아무런 값이 입력되지 않아 네트워크 구성에서 오류를 일으킬 수 있는 공란(NA)을 제거하는 데이터클리닝작업과 다운로드 데이터에서 불필요한 속성정보를 제거하는 필터링 작업을 수행하였다. 또한 저자 및 국가 정보 등에 대해 하이픈 제거, 소문자 통일, 공백 제거 등을 수행하였다. 키워드 정보의 경우에는 저자가 작성한 저자 키워드(author keyword)와 WoS 알고리즘에 의해 자동 생성되는 키워드 플러스^TM(Keyword plus^TM) 정보가 존재하는데, 저자가 작성한 키워드의 경우 전처리가 복잡하고, 주관적인 키워드 삽입으로 불충분한 정보라는 단점이 존재한다^[14,19].
미국은 꾸준히 1위를 차지해오다가 2007년 이후부터 중국이 급격히 많은 수의 연구논문을 최근까지 발표하여 추월하였다. 사회연결망 분석 기법을 통해서는 공저자 네트워크와 키워드 네트워크를 중점적으로 분석해 보았다. 공저자 네트워크 분석에 의하면 연도별로 연구자들의 연구 활동이 증가하면서 공동연구가 활발하게 발생하고 있음을 확인할 수 있었다.
데이터의 전처리란 분석에 적합하도록 최대한 소스 데이터의 정확성을 높이는 과정을 말한다. 아무런 값이 입력되지 않아 네트워크 구성에서 오류를 일으킬 수 있는 공란(NA)을 제거하는 데이터클리닝작업과 다운로드 데이터에서 불필요한 속성정보를 제거하는 필터링 작업을 수행하였다. 또한 저자 및 국가 정보 등에 대해 하이픈 제거, 소문자 통일, 공백 제거 등을 수행하였다.
. 액터가 네트워크 내 어디에 위치해 있는지를 측정하기 위해 개별 액터가 다른 액터쌍 간의 최단경로 상에 위치하는 횟수를 측정한다. 매개 중심성이 높다는 것은 액터들이 다른 액터들과의 연결을 하기 위해서는 해당 액터에게 의존적이라는 것이며, 이는 즉 통제력을 의미한다고 볼 수 있다.
. 연결정도 중심성, 매개 중심성 등의 지표를 통해 중국과 한국의 논문에서 각각 어떠한 키워드가 연구되고 있는지를 분석하였다. 정대현, 권오진, 권영일은 녹색기술 분야의 연구동향을 파악하기 위하여 녹색기술정보포털에서 제공하고 있는 녹색기술 정보 키워드를 네트워크 구축하여 분석하였다^[20].
이에 본 연구에서는 키워드플러스^TM을 활용하였다. 위와 같은 일련의 작업으로 공저자 네트워크와 키워드 네트워크 정보가 담긴 연도별 데이터베이스를 구축하였다.
. 이후 매트릭스를 구성하고, 행렬계산을 통해 주요 지표들을 도출하며, 시각화를 수행한다. 네트워크 구성 전 과정에서 활용한 소프트웨어는 오픈소스인 R과 SNA 분석 패키지인 igraph이다^[16].

대상 데이터

데이터 수집은 Thomson Reuter사의 Web of ScienceTM 핵심컬렉션 데이터베이스에서 SCIE, SSCI, A&HCI를 대상으로 고급검색을 통해 1945년에서 2015년 사이에 발간된 296,164개의 논문(article, review, proceeding paper) 데이터를 수집하였다.
본 연구에서는 나노유망기술 30개 중 탄소나노소재 분야에 사례적용을 수행하였다. 탄소나노소재 분야를 선정한 이유는 나노전자의 뒤를 잇는 나노소재는 미래 성장동력으로 인식되고 있고^[29], 탄소나노소재는 전방 산업의 기술 수준이 높고, 국내 기술 및 생산기반 세계 경쟁력을 확보하였으며, 정부의 투자가 활발한 분야이기 때문이다.
결론적으로 2000년부터 2015년까지의 나노기술 논문 데이터에서 공저자 네트워크와 키워드 네트워크를 도출하여 한국, 중국, 미국의 연구동향을 분석하였다. 연구프레임워크의 사례적용을 위해 30개 분야 중 탄소나노소재 분야를 선정하였다. 나아가 국가별(한국·중국·미국) 나노기술네트워크의 비교·분석을 통해 향후 나노기술 정책의 방향성을 제시하고자 하였다.
핵심컬렉션 데이터베이스에서 SCIE, SSCI, A&HCI를 대상으로 고급검색을 통해 1945년에서 2015년 사이에 발간된 296,164개의 논문(article, review, proceeding paper) 데이터를 수집하였다. 원활한 데이터 분석을 위해 영문(english)로 작성된 논문만을 대상으로 하였다.
키워드 네트워크분석은 논문발표 빈도가 높은 상위 3개 국가인 중국, 미국, 한국의 학술정보를 대상으로 분석을 실시하였다. 연구의 주요 주제라고 할 수 있는 키워드 네트워크 분석 결과, 네트워크 특성들이 3국 모두 초기에 다양한 연구 주제들이 분산되어 형성된 개별 그룹(컴포넌트)들을 중심으로 진행되다가 시간이 지남에 따라 점차 주요 키워드(연구주제)를 중심으로 집중화 되는 현상을 확인할 수 있었다.

이론/모형

따라서 본 연구에서는 나노기술종합발전계획에서 제시한 30개 미래나노기술의 연구동향을 추적할 수 있는 프레임워크를 개발하였다. 데이터 정합성을 확보하기 위해 어휘 쿼리 방식의 데이터 검색전략^{[17,30,38,43]}을 적용하였으며, 분석 모형으로는 최근 연구동향이나 기술동향을 분석하는 데 활용되는 방법론인 사회연결망분석(social network analysis)을 활용하였다. 결론적으로 2000년부터 2015년까지의 나노기술 논문 데이터에서 공저자 네트워크와 키워드 네트워크를 도출하여 한국, 중국, 미국의 연구동향을 분석하였다.
본 연구에서는 나노기술종합발전계획에서 제시한 30개 미래나노기술의 연구동향을 추적할 수 있는 프레임워크를 제시하고자 키워드 검색 전략을 확보하고 분석모형으로 최근 연구동향이나 기술 동향을 분석에 활용되는 방법론인 사회연결망분석(social network analysis) 이론과 도구를 활용하였다. 논문DB인 web of science가 제공하는 2000년부터 2015년 사이에 발표된 논문의 서지정보를 대상으로 기술통계적분석 방법과 사회연결망(네트워크)분석 방법을 적용하여 데이터를 분석해 보았다.
Zhang 등은 키워드 플러스^TM과 저자 키워드 정보의 정량적 비교분석을 통해 키워드 플러스^TM을 활용하여도 연구 동향분석시 저자 키워드와 대동소이하다고 연구하였다^[19]. 이에 본 연구에서는 키워드플러스^TM을 활용하였다. 위와 같은 일련의 작업으로 공저자 네트워크와 키워드 네트워크 정보가 담긴 연도별 데이터베이스를 구축하였다.

성능/효과

본 연구를 통해 분석된 나노기술 개발 동향 및 핵심기술에 대한 각국의 분석 결과는 나노기술 정책동향과 함께 국내 나노기술 분야에 연구개발 및 정책의사결정에 있어서 주요한 정보를 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 향후 연구를 수행할 연구자들에게 연구동향에 대한 과학적이고 신속한 정보를 제공함으로써 연구방향을 안내하거나 연구지원 방향을 설정하는데 중요한 도구로 활용될 수 있을 것이다.
공저자 네트워크 분석에 의하면 연도별로 연구자들의 연구 활동이 증가하면서 공동연구가 활발하게 발생하고 있음을 확인할 수 있었다. 연결정도 중심성이 높은 연구자들의 국적을 비교해 본 결과 기술 통계적 분석 결과와 유사하게 최근 탄소나노소재분야에서 중국 연구자들이 활발한 연구 활동을 수행하고 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 중국 연구자들의 수는 2015년 기준으로 한국과 미국에 비해 압도적인 숫자(52만 명)를 보이고 있다.
키워드 네트워크분석은 논문발표 빈도가 높은 상위 3개 국가인 중국, 미국, 한국의 학술정보를 대상으로 분석을 실시하였다. 연구의 주요 주제라고 할 수 있는 키워드 네트워크 분석 결과, 네트워크 특성들이 3국 모두 초기에 다양한 연구 주제들이 분산되어 형성된 개별 그룹(컴포넌트)들을 중심으로 진행되다가 시간이 지남에 따라 점차 주요 키워드(연구주제)를 중심으로 집중화 되는 현상을 확인할 수 있었다. 이 양상은 2015년의 중국이 특히 심하였는데, 중국의 논문 수가 압도적으로 많다는 사실에 기초할 때 탄소나노소재분야에 있어서는 나노입자, 그래핀, 탄소나노튜브에 편중된 연구가 진행되는 것을 알 수 있다.
앞선 전반적 연구동향에서 확인한 그래핀(graphene)은 2015년 들어서 3위에 등장하면서 한국에서도 주요한 키워드임을 확인할 수 있다. 종합적으로 2000년 초반에는 반도체 중심의 키워드에서 최근에 들어서는 원천기술과 관련된 키워드를 중심으로 전환되었으며, 반도체는 물론 이차전지, 디스플레이 등 다양한 활용분야와 관련된 키워드들이 중심을 이루고 있다는 것을 확인하였다.

후속연구

본 프레임워크의 데이터 범위를 확장하여 특허데이터도 분석할 수 있지만 본 연구에서는 학술정보(논문) 데이터를 중심으로 분석하였기에 전체적인 동향 분석에 다소 한계가 있었다. 또한, 본격적인 정책이 계획·수립 되는 2000년 이후의 연구동향을 5년 단위 따라서 향후 연구에 있어서 논문 데이터 외에 다양한 데이터를 반영한 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것이다.
향후 본 연구를 기반으로 분석 대상의 범위를 본문에서 다루지 않은 나머지 29개의 유망 나노기술 전 영역으로 확대하여 기술 전반에 대한 연구가 가능할 것이라 생각된다. 본 프레임워크의 데이터 범위를 확장하여 특허데이터도 분석할 수 있지만 본 연구에서는 학술정보(논문) 데이터를 중심으로 분석하였기에 전체적인 동향 분석에 다소 한계가 있었다. 또한, 본격적인 정책이 계획·수립 되는 2000년 이후의 연구동향을 5년 단위 따라서 향후 연구에 있어서 논문 데이터 외에 다양한 데이터를 반영한 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것이다.
본 연구를 통해 분석된 나노기술 개발 동향 및 핵심기술에 대한 각국의 분석 결과는 나노기술 정책동향과 함께 국내 나노기술 분야에 연구개발 및 정책의사결정에 있어서 주요한 정보를 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 향후 연구를 수행할 연구자들에게 연구동향에 대한 과학적이고 신속한 정보를 제공함으로써 연구방향을 안내하거나 연구지원 방향을 설정하는데 중요한 도구로 활용될 수 있을 것이다. 즉, 나노기술과 관련된 이해관계자들의 의사결정에 있어서 기존에 부족한 과학적이고 계량적인 근거를 제시하는데 큰 의의가 있다.
본 연구는 다양한 나노기술 분야 중에서 탄소나노소재 분야의 논문정보를 중심으로 사회연결망 분석을 적용하는 것을 목적으로 수행되었다. 향후 본 연구를 기반으로 분석 대상의 범위를 본문에서 다루지 않은 나머지 29개의 유망 나노기술 전 영역으로 확대하여 기술 전반에 대한 연구가 가능할 것이라 생각된다. 본 프레임워크의 데이터 범위를 확장하여 특허데이터도 분석할 수 있지만 본 연구에서는 학술정보(논문) 데이터를 중심으로 분석하였기에 전체적인 동향 분석에 다소 한계가 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	30개 미래나노기술의 연구동향을 추적할 수 있는 프레임워크를 개발한 이유는 무엇인가?	국내 나노기술 기관 및 인프라 현황을 조사하여 국가나노사업의 투자성과를 파악하였으며, 특허데이터 분석을 통해 국가별 상용화된 나노기술 수준에 대한 비교연구를 수행하였다[31]. 그러나 이러한 최근 몇 년간의 조사를 제외하고 나노기술 연구동향을 분석하는 국내연구는 다소 미흡한 실정이다. 나노기술 연구에 대한 데이터 수집절차의 타당성 문제가 제기되며, 분석자체도 주로 빈도분석에 의존한 단순 현황 파악에 그치는 수준으로 나타나고 있다.
	나노기술의 정의는 무엇인가?	나노기술은 ‘물질을 나노미터 크기의 범주에서 조작·분석하고 이를 제어함으로써 새롭거나 개선된 물리적·화학적·생물학적 특성을 나타내는 소재·소자 또는 시스템을 만들어 내는 과학기술로 국가법령으로 제시되고 있다[3-5]. 나노기술은 범용기술(GPT) 측면이 강하여 IT, BT, ET, ST, CT 등 핵심기술 분야와 상승적 융합을 통해 국가 산업경쟁력의 획기적 향상에 기여할 것으로 기대되고 있다[3].
	나노기술의 특징은 무엇인가?	나노기술은 ‘물질을 나노미터 크기의 범주에서 조작·분석하고 이를 제어함으로써 새롭거나 개선된 물리적·화학적·생물학적 특성을 나타내는 소재·소자 또는 시스템을 만들어 내는 과학기술로 국가법령으로 제시되고 있다[3-5]. 나노기술은 범용기술(GPT) 측면이 강하여 IT, BT, ET, ST, CT 등 핵심기술 분야와 상승적 융합을 통해 국가 산업경쟁력의 획기적 향상에 기여할 것으로 기대되고 있다[3]. 이러한 배경에서 한국은 2001년 나노기술개발촉진법 제정 이후 5년마다 나노기술종합발전계획을 수립·추진하고 있고[32], 국가적 투자의 시작점인 2001년 이후 14년간 나노기술분야 총 투자액은 3조 9,800억에 달하였으며, 그 성과로 2008년 기준 나노기술 4대 강국이라는 위상을 차지하였다[29,31].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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