보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 Seoul National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2013-06 |
주관부처 |
미래창조과학부 KA |
사업 관리 기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201400005924 |
DB 구축일자 |
2014-05-31
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초록
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I. 과제 개요
①연구과제를 제안하게 된 배경
□ 우리가 당면하고 있는 문제
고령화 사회와 조기 검진
2012년 통계청이 발표한 '2012 한국의 사회지표'에 따르면 65세 이상 고령인구 비중은 전체 인구의 11.8%로 지난 30년 사이 4배 가까이 증가하였으며, 2040년에는 32.3%로 급증할 것으로 전망하였다. 가파른 고령화 사회로의 진입으로 우리나라 국민의료비는 우리 사회가 감내할 수 있는 한계치에 빠르게 다가가고 있다. 건강한 삶에 대한 지향은 개인의 열망을 넘어서, 우리 사회의 미래
I. 과제 개요
①연구과제를 제안하게 된 배경
□ 우리가 당면하고 있는 문제
고령화 사회와 조기 검진
2012년 통계청이 발표한 '2012 한국의 사회지표'에 따르면 65세 이상 고령인구 비중은 전체 인구의 11.8%로 지난 30년 사이 4배 가까이 증가하였으며, 2040년에는 32.3%로 급증할 것으로 전망하였다. 가파른 고령화 사회로의 진입으로 우리나라 국민의료비는 우리 사회가 감내할 수 있는 한계치에 빠르게 다가가고 있다. 건강한 삶에 대한 지향은 개인의 열망을 넘어서, 우리 사회의 미래를 담보하는 핵심 사안이다. 수명의 증가에 따라 급격히 늘어나고 있는 암, 치매, 혈관성 질환 등 대표적인 난치성 질병의 의료비 부담을 낮출 뿐 아니라 삶의 질을 증진 할 수 있는 가장 효과적이고 현실적인 방안은 조기 검진이다. 안전하고 정확한 새로운 검진 기술의 개발은 인류 사회가 직면하고 있는 당면 과제이다.
다변화되고 점증하는 위협, 테러
미 국무부 통계에 의하면 2,000년대 전 세계에서 발생한 테러는 연간 수 백건에 이르는 것으로 나타나고 있다. 2001년도 9월 11일에 발생한 항공기를 이용한 테러로 약 3,000여명의 희생자가 발생하였으며, 이후 미국은 'Homeland Security' 정책을 통하여 테러로부터 국가와 자국민을 보호하는 종합적이고 초국가적인 체계를 구축하고 있다. 엑스선 전신검색기는 피폭 위험성과 함께, 프라이버시 침해 문제 때문에 현장에서 퇴출되고 있다. 미국은 2013년 5월 말을 기점으로 모든 항공에서 엑스선 전신검색기를 밀리미터파 검색기로 대체하였다. 밀리미터파 전신검색기는 해상도가 낮아서 프라이버시 논란은 피할 수 있으나, 검색능력에 대한 근본적인 의문이 지속적으로 제기되고 있다. 전 세계적으로 정확하면서도 프라이버시 침해가 없는 새로운 보안검색 기술에 대한 요구가 절실하게 제기되고 있다.
분자정보를 읽는 안전하고 부드러운 테라헤르츠파
□ 과학과 삶을 잇는 전자기파 자원, 테라헤르츠파
테라헤르츠파는 빛의 대역에서 가장 먼 적외선과 전자파 대역에서 가장 파장이 짧은 밀리미터파 사이에 존재하는 전자기파 대역으로 파장은 30~3,000㎛, 주파수는 0.1~10 THz, 에너지로는 3~300 meV에 해당한다. 테라헤르츠파는 최근까지 이를 발생하고 측정하는 기술의 어려움 때문에 테라헤르츠 갭(THz gap) 으로 명명된 유일한 미개척 전자기파 대역이다. 우리의 삶과 밀접한 관계가 있는 대부분의 물질은 복합물이나 생체 분자와 같이 복잡한 구조를 가지고 있으며, 이 경우 기존 빛이나 전파로는 미세 구조나 움직임을 분석하는데 어려움이 있다. 테라헤르츠파는 이러한 분자들의 정보를 정확하게 읽을 수 있는 최적의 도구이다. 그리고, 에너지가 낮아서 엑스선과는 달리 분자나 원자의 이혼화나 구조 변화가 생기지 않는 안전한 전자기파이다.
빛과 전자파가 만나는 경계, 융합의 용광로 테라헤르츠파
인류는 20세기에 들어서서 레이저, 방사광으로 대변되는 새로운 빛을 가지게 되면서 이전에 접근이 불가능하였던 미시적 세계 등 자연과 인간에 대한 이해의 폭과 깊이가 폭발적으로 늘어났으며, 반도체가 같이 새로운 물성을 활용하는 획기적인 문명의 이기 개발이 가능해졌다. 전자파를 매개로한 무선통신과 IT의 발전으로 인류는 시공간의 제약을 극복하고 정보를 교환하게 되었으며, 사이버 세계가 우리의 일상이 되는 등 인류의 삶은 혁명적인 변화를 겪고 있다. 빛과 전파가 만나는 전자기파 대역이 테라헤르츠파이며, 이제까지는 인류가 접근하기 힘들었던 전자기파 대역의 유일한 불모지였으나 이제는 두 영역이 융합하여 지식기반의 새로운 기술과 시장을 창출하는 용광로롤 변화할 것으로 기대된다.
엑스선을 보완 ・ 대체할 차세대 의료 기술
□ 건강하고 안전한 삶을 실현하는 차세대 융합 기술, 차세대 성장동력
국가와 사회의 지속가능성을 확보하기 위해서는 필수적으로 건강한 사회를 추구해야 하며, 의료비 부담을 낮출 수 있는 새롱누 조기진단 기술의 개발이 필요하다. 테라헤르츠파는 안전한 비전리 방사선이면서도 분자레벨의 정보를 정확히 읽는데 최적인 도구이다. 테라헤르츠파 분자식별기술을 활용하면 암과 건강한 조직을 확연히 구별할 수 있으며, 더 나아가서 초기 암으로 전이되는 전암조직도 확인할 수 있게 된다. 테라헤르츠파 분광영상을 통하여 병리조직을 직접 촬영하면서 분석하는 기술과 함께 DNA나 단백질의 상태를 정밀 분석하는 라벨프리 바이오칩(label-free biochip) 기술로도 개발이 가능하다. 질병의 초기 미세병변이나 근원을 진단하는 획기적인 조기진단 기술이 될 것이다. 궁극적으로 테라헤르츠파를 활용하여 분자 정보를 정밀하게 제어하는 것이 가능해진다면, 새로운 개념의 획기적인 치료법 개발도 가능할 것으로 기대된다.
국가 안전망을 강화하는 새로운 보안검색 기술
테러는 기존의 막강한 전력과 우수한 무기로는 적절히 대응할 수 없다. 우리나라도 국민과 국가기반시설을 테러로부터 안전하게 보호하는 새로운 국가 안전망 체계 구축이 시급하게 요구되고 있다. 새로운 보안검색 체계는 위험물을 소지한 테러범을 정밀하고 빠르게 식별하는 대인 검색 기술, 원전과 가스/석유와 같은 에너지 저장시설, 대형 화학시설 등 사고나 테러 발생 시 국가적인 피해가 우려되는 핵심 시설의 이상 징후를 먼 거리에서 정밀 감지하는 원격 검색 기술 등을 포함한다. 물질의 분자정보를 분석하는 테라헤르츠파는 위험물질의 데이터베이스를 활용하는 자동검색으로 정밀하면서도 프라이버시 침해 없는 대인 검색기술 구현이 가능하다. 핵물질과 독성가스, 에너지 가스 등 국가적으로 치명적인 영향을 끼칠 수 있는 국가 핵심시설에 대한 사고나 테러에 조기 대처할 수 있는 높은 감도의 원격 검색 기술 개발도 국가 안전망 구축에 중요한 부분이며, 테라헤르츠파는 기체 상태의 분자에 대해서 큰 상호작용 값을 가지고 있어 정밀 분석과 감지에 적합하다.
미래 시장과 경쟁에 대비하는 테라헤르츠파 원천 기술 개발
□ 지식경제, 창조산업을 견인하는 국가 핵심원천기술 기반 구축
전 세계적으로 미국, 일본, 유럽 등 선진국과 중국, 러시아 등 강대국들은 종합적인 계획을 수립하여 테라헤르츠파 원천기술 선점을 위한 국가 중심의 연구와 투자를 활발히 시행하고 있다. 우리도 테라헤르츠파 고부가가치 미래 시장에서 국가 경쟁력을 확보하기 위한 노력을 경주해야 하는 시기이며, 국가 차원에서의 테라헤르츠파 핵심 원천기술에 대한 종합적이고 집중적인 투자 계획을 수립하여 체계적인 연구가 본격적으로 착수되어야 할 것이다. 이러한 국내외 환경과 필요성을 바탕으로, 본 '테라헤르츠파 융합시스템 연구단'은 미래의 건강하고 안전한 삶을 위하여 테라헤르츠 소재 및 소자, 응용 플랫폼, 시스템으로 연결되는 세계 최고 수준의 테라헤르츠파 원천기술 개발을 목표로 한다. 이와 함께, 국가 차원의 미래 산업 경쟁력을 제고하기 위한 테라헤르츠파 소재, 소자, 요소기술, 시스템의 산업 표준화 방안을 제시하며 지식 경제, 창조 산업을 견인하는 국가 핵심 성장동력이 될 것이다.
② 과제 개념 및 범위
테라헤르츠파 분자벙보 분석 기술에 기반한 시스템
□ 테라헤르츠파 융합시스템의 개념과 범위
'테라헤르츠파 융합 시스템'은 가까운 미래에 닥쳐올 개인의 삶과 우리 사회의 지속 가능성 위협에 대처하기 위한 테라헤르츠파 분자정보 분석기술에 기반한 NT・BT・IT 융합 테라헤르츠파 의료진단시스템, 보안검색시스템 등을 중심적으로 지징하며, 이를 가능케 하는 소재, 공정, 소자, 모듈과 검출, 분석, 제어, 진단 플랫폼 기술 등의 테라헤르츠 기술개발 인프라 시스템을 포괄하는 개념이다.
③ 사업 철학과의 부합성
□ 글로벌(Global) : 세계 최고수준의 원천기술 확보가 가능한가?
건강하고 안전한 삶은 개인의 화두를 넘어서 인류가 공동으로 대처해야 하는 전 지구적 과제이다. 인류에게 치명적인 질병들을 조기에 검진하는 안전한 의료검진 기술, 상시적이고 치명적인 테러 위협으로부터 안전을 보장할 수 있는 프라이버시 침해없고 정확한 보안검색 기술을 개발하고자 하는 노력은 국제적인 협력과 경쟁 속에서 이루어지고 있다. 테라헤르츠파 기술은 이러한 문제 해결에 대한 가장 유력한 대안으로 대두되고 있으나, 발생과 계측에 있어서의 근본적인 기술 장벽을 넘어서야 하는 선결 요건이 남아 있다. 우리 연구단은 소자의 소형화와 고출력화 실현을 통하여 테라헤르츠파 분야의 근본 문제 해결을 추구하며, 궁극적으로 인류에 기여할 수 있는 새로운 의료진단시스템과 보안검색시스템을 개발하고자 한다. 본 연구단은 기초 소재와 소자, 물성 등의 기본기에서 세계적인 성과를 거두고 있는 연구자들과 응용 기술의 경험과 능력을 보유한 최고의 전문가들이 모여서 유기적이고 상보적인 연구개발 체계로 구성되었다. 'THE BEST'만이 살아남을 수 있는 테라헤르츠 원천기술 개발 경쟁에서 우뚝 설 수 있는 드림팀이며, 이미 얻어지고 있는 개별 요소 기술에 있어서의 우수한 성과가 핵심 원천기술로 모아질 수 있는 준비가 완료되었다고 생각한다.
기존 기술의 한계를 뛰어넘는 테라헤르츠파 융합시스템
□ 기초원천(Ground breaking) : 기존 기술의 한계를 돌파하는 혁신적이고 독창적인 기술인가?
테라헤르츠파는 인류가 가장 최근에 활용하게 된 전자기파이다. 영구과 미국의 저명한 과학자인 프리만 다이슨(Freeman Dyson)은 '과학의 진보는 새로운 개념보다 새로운 도구에 의해서 더 많이 촉발되었다'라고 갈파하였듯이, 테라헤르츠파라는 새롱누 빛으로 새롱누 인식과 이하개 가능해졌고 이로 인해서 새로운 기술과 과학의 발전이 수반되고 있다. 분자의 정보를 정확하게 분석하는 테라헤르츠파는 엑스선이 백 년 이상 수행하였던 의료진단에 있어서의 기본적인 역할을 보완 또는 대체할 수 있는 최적 기술로 기대를 모으고 있다. 이러한 특성을 강조하여 테라헤르츠파를 '티-선' (T-ray)이라고도 한다. 특히, 분석 능력이 뛰어나면서도 인체에 무해한 장점은 앞으로 계속 늘어날 검진 수요에도 적합하다. 테라헤르츠파의 분자구분 능력 관련 원천 기술이 확보된다면 폭약이나 위험 물질들의 조기 대응에도 획기적인 기여를 할 것이다. ㅌ테라헤르츠파는 엑스선에 비해서 물을 함유한 대상에 대한 투과력이 약하지만 나노 조영제와 기존 레이저를 동시에 사용할 경우 테라헤르츠파 의료 영상의 검진 민감도와 정확도를 획기적으로 높일 수 있음이 본 연구단의 선행연구로 밝혀졌다. 테라헤르츠파 분자분광 정보를 활용한 자동검색 개념을 도입하여 장기적으로 엑스선 의료 검진을 보완하고 대체할 테라헤르츠파 의료진단과 영상의 판독이 필요치 않는 프라이버시 침해가 없는 전신검색기를 개발하고자 한다.
다학제적이고 BT, NT, IT가 결합된 융합기술
□ 융합연구(Group approach) : 기술 분야 및 학제 간 융합연구가 필요한가?
테라헤르츠 기술은 전자공학과 광학의 학문적 경계에서 태동하였다. 따라서, 테라헤르츠 기술은 태생적으로 서로 다른 학문 분야의 협력이 필수적이다. 테라헤르츠파는 생명체와 같은 거대 분자의 분석에 최적인 도구이므로, 최근에는 BT, NT, IT가 결합된 융합기술의 형태로 전화하고 있다. 본 연구에서 제안하는 테라헤르츠파 융합시스템은 다양한 소자, 모듈, 플랫폼, 시스템의 유기적 융합과 서로 다른 분야의 산학연 전문가들 간의 공동연구를 통해서 기술 인프라와 기초 및 응용 기술이 동시에 그리고 유기적으로 개발되어야 한다.
지속적인 경제성장을 견인할 차세대 성장 동력
□ 미래성장(Growth and sustainability) : 10년 후 해당 또는 연계분야에 어떠한 영향을 미칠 수 있는가?
1962년 레이저의 발명은 결국 광통신, 레이저 가공 등 기존에 존재하지 않았던 새로운 시장을 개척하는 핵심기술이 되었다. 또한 1947년 존 바딘, 월터 브래튼, 윌리엄 쇼클리에 의해서 처음 개발된 트랜지스터는 오늘날 PC는 물론, 스마트폰, 더 나아가서 미래의 웨어러블 컴퓨터 등을 개발하는데 꼭 필요한 원천기술이 되었다. 광파와 전파의 중간 단계에 있는 테라헤르츠파는 역사적으로 살펴보면 필연적으로 엑스선, 마이크로파, 반도체 레이저 등이 인류 과학기술 발전에 기여했던 것과 비견되는 파급을 끼칠 것으로 예상된다. 인체무해 질병진단, 초고속 무선 정보통신, 의약품 제조의 품질 관리, 폭탄/무기 검출, 지구대기 감시 등 어느 한 분야가 아닌 의료, 통신, 보안, 환경 등 다양한 분야에서 지금까지는 할 수 없었던 역할과 기능을 실현할 수 있을 것으로 기대된다. 국내의 의료기기 시장은 2012년까지 연 12%의 높은 성장을 나타내고 있으며, 전 세계시장의 경우 연6%의 성장률로 2012년에 300조 규모를 나타낸다. 2010년 Thintri의 시장 보고서 자룔를 보면 2020년까지 테라헤르츠 시장은 기존 기술에 국한해서도 연간 성장률이 15~30%에 이르는 초고도 성장을 지속한다고 보고되고 있다. 건강과 안전 문제 등 인류가 당면한 과제의 핵심 문제 해결에 테라헤르츠파라는 미개척 전자파 자원은 BT, NT, IT와 융합하여 지속적인 경제성장을 견인할 차세대 핵심기술이다.
④ 연구개발 지원 필요성
체계적인 지향점을 설정하고 융합연구로 한계 장벽을 극복
□ 기존 진행 연구와의 차별성
기존의 연구는 한정된 형태의 소자나 소재에 기반한 산발적인 연구이며 연구비의 규모, 연구지원기간 및 열악한 연구 네트워크 때문에 핵심으로 가는 연구를 하지 못하고 있다. 테라헤르츠파 응용시스템과 테라헤르츠파 원천기술이 아직 확보되지 못한 이유 중의 하나는 광범위한 테라헤르츠파 소자의 부재이다. 광학적으로나 전자공학적으로도 힘든 THz gap에 속하는 테라헤르츠파는 발생 과 계측 자체가 넘어야 할 장벽이며 원천기술에 해당된다. 거의 많은 연구자들은 이러한 이유로 지협적인 연구만을 수행하고 있다. '테라헤르츠파 융합시스템 연구단'은 광소자, 고채소자, 진공나노소자 라는 기본적인 분류의 틀 내에서 주파수 대역의 증가 (광대역), 크기의 축소(초소형), 출력의 증가 (고출력) 이라는 체계적인 지향점을 가지고, 이들 모든 지향점을 함께 포괄하는 공동 연구를 진행함으로써 각 접근 방식의 장점을 최대한 살린 체계적인 테라헤르츠파 소자의 성능 향상을 도모함과 동시에 신개념의 테라헤르츠파 소자 개발을 추진하여 근복적인 테라헤르츠파의 물질(고체, 액체, 기체) 분자 구분 능력에 초점을 맞출 것이다. 멀티스케일, 멀티페이즈, 멀티레인지라는 체계적인 지향점을 실현하고, 이러한 전체적인 방향성 내에서 이들 모두를 포괄하는 공동 연구를 지향함으로써 나노 바이오 분석의 융합적인 플랫폼을 통해 독보적인 기술 확립을 이룰 것이다. 기존의 테라헤르츠 시스템의 한계로 여겨져 왔던 장벽을 극복하며, 이와 함께 관련된 표준화 기술 연구도 병행하고, 생체 안전성에 대한 기준을 마련하여 사업화 할 것이다.
□ 정부 지원의 필요성 공공복지의 성경이 강하고 미래지향적 성장 동력의 장기 지원
우리나라는 급격히 고령화 사회로 진입을 하고 있으며, 이에 따른 노년 부양비 부담의 급증과 더불어 국민 의료비의 급격한 상승으로 인해 질별의 사회적 비용이 증가하고 있다. 우리나라는 북한과의 대립구도라는 특수한 국가안보적 상황과 주변 강대국의 직접적인 이해와 영향이 교차하는 지정학적 특성, 그리고 수도권에 밀집한 인구와 기반시설 등 전 세계적으로 증가하고 있는 테러 위협에 매우 취약한 상황이다. 테라헤르츠파 융합시스템 기술과 접목을 이루기 위한 기초・원천 기술에 대한 기반이 민간 부문에서는 전혀 안되어 있으며, 또한 테라헤르츠파 융합시스템 기술은 궁극적으로 인간 삶의 질 향상을 목표로 하고 있어 기술의 특성상 공공복지의 성격이 강하므로 정부의 지원이 필요하겠다. 전술한 바와 같이, 선진국의 경우 이미 테라헤르츠파를 이용한 NT, BT, IT 융합기술 연구에 대한 증장기적인 투자를 시작하고 있는 상황임을 감암할 때 현시점에서 정부의 대규모 연구 투자가 이루어지지 않는다면 미래 삶을 위한 전 세계적 거대 시장의 주도권은 지난 20세기와 마찬가지로 결국 선진국으로 넘어갈 것이다. 2013년 정부 연구개발 투자방향 및 기준(안)에 따르면 '과학기술을 통한 국부창출 및 국격 제고(국민의 삶을 풍요롭게, 사회를 더욱 안전하게 하는 과학기술의 새로운 역할 정립)' 라는 목표에 대한 4대 추진방향 중의 하나로 '사회문제 해결을 위한 국민체감형 R&D 지원 강화'를 설정한 바 있다. 본 연구단의 지향점과 내용은 국가 R&D 지원 강화'를 설정한 바 있다. 본 연구단의 지향점과 내용은 국가 R&D 계획과 정확히 일치한다. 본 사업은 '미래의 삶을 바꿀' 새로운 기술 분야의 국가 원천 기술 기반을 확립하여 차세대 국가 대형 먹거리를 만들고자 하는 'high risk, high return' 성격이다. 테라헤르츠파 분야는 전문 인력의 양성과 육성이 시장에서의 경쟁력에 직결되며 지식과 인력이 결합된 형태로 중소기업에 적합한 아이템이며, 신규 고용창출이 반드시 필요한 분야이다. 이 모든 것이 이번 정부에서 역점을 두고 '미래창조과학부'를 통하여 실현하고자 하는 '창조경제'의 핵심 내용과 잘 부합하고 있다. 미국은 이미 2004년에 테라헤르츠파 기술을 '미래의 삶을 바꿀 10대 기술'로 선정하였고, 일본은 2005년에 '정부 중점투자 10대 기간기술' 중 최우선 과제로 선정하여 국가적인 계획 하에 종합적이고 집중적인 투자를 수행하고 있다. 유럽연합도 독일, 영국, 프랑스, 이탈리아 등을 중심으로 범국가적인 테라헤르츠 네트워크를 구성하여 종합적이고 유기적인 연구개발 체계를 구성하였으며, 기초에서 응용 분야에 이르기까지 지속적인 투자를 시행하고 있음. 최근, 중국은 테라헤르츠 핵심 기술을 개발하는 대학과 연구소의 개별 연구실에 연간 100억원 이상을 투입하는 파격적인 투자를 시행하고 있다.
테라헤르츠 분야는 의료와 보안검색 분야에서 강력하게 요구되는 근본적인 기술 혁신에 대한 가장 유력한 대안이다. 가까운 미래에 다가올 고부가가치의 대형 시장은 원천기술을 보유한 국가가 주도하는 'WINNER-TAKE-ALL'체계이다. 국가의 경쟁력과 우리 사회의 지속가능성을 높이기 위해서는 테라헤르츠 분야에서의 선도형 기술 주도를 목표로 한 국가 전략적 투자가 시행되어야 할 적기이다.
⑤ 관련 R&D 동향 및 기술수준 분석
□ 관련 R&D 동향
국내 테라헤르츠 연구기관
국외 테라헤르츠 연구기관
기술적 한계를 극복한 확실한 기술 주도국이 없는 상황
테라헤르츠파 분야는 세계적으로 미국, 일본, 유럽연합, 중국, 러시아 등 선진국과 강대국에서 대학, 국립연구소, 벤처기업을 중심으로 기초연구, 응용연구, 상업화연구가 동시에 진행되고 있는 등 다른 분야에서는 볼 수 없는 특이한 발전 과정을 나타내고 있다. 국가 주도로 산학연이 종합적으로 참여하는 네트워크형 연구개발 체계를 구성하여 소자, 소재, 응용기술, 시스템 등을 망라하여 개발하고 있다. 가장 활발하게 수행되고 있는 분야는 소자 개발로 진공전자소자, 반도체소자, 광학소자, 고체소자 등 다양한 기반 기술의 전문성을 가지고 있는 연구자나 집단들이 기존기술의 한계를 극복할 수 있는 고출력의 소형 소자 개발에 집중하고 있다. 기반 소자나 시스템에서 기술적 한계를 극복하는 획기적인 기술 진보가 아직 이루어지지 않아서 대형 시장을 선점할 수 있는 확실한 기술 주도국이 없는 상황이다. 승자가 독식하는 대형의 'WINNER-TAKE-ALL'시장으로 발전할 것으로 판단하고 있는 선진국들은 테라헤르츠파 원천기술 개발에 대한 국가적인 투자와 노력의 강도를 높이고 있다. 테리헤르츠파 기초연구에 있어서 세계 최고의 성과를 거두고 있는 연구자들이 대거 참여하고 있으며, 소자, 플랫폼 등에 있어서도 국제적인 기술 경쟁력을 보유한 전문가 그룹이 서로 상보적인 역할로 참여하고 있음. 우수한 연구진들이 유기적이고 체계적인 관계를 구축하여 협력 연구를 통하여 테라헤르츠파 원천기술에서 창의적이고 혁신적인 성과를 거둘 수 있을 것이다. 테라헤르츠파 관련 연구는 논문 출원의 동향으로 미루어 볼 때 90년대 초중반부터 본격적으로 시작되었으며, 2000년대 초중반부터 관련 기술개발 및 경쟁이 가속화 되면서 테라헤르츠파 관련 논문 및 특허의 출원이 급증하였다. 또한 2000년대 중반부터 테라헤르츠파 관련 논문의 출원 증가율이 급격하게 상승하여 현재까지도 활발하게 연구 및 기술개발이 진행되고 있음을 보인다.
ETRI : 전체 특허 건수 2위
ETRI : 소자 부분 특허 건수 2위
삼성전자 : 소자부문 7위
□ 테라헤르츠파 기술수준 분석
미국 등록트허를 기준으로 살펴보면, 한국의 미국 등록특허의 수는 독일, 프랑스, 중국과 비슷한 수준이나, 특허의 질에 있어서는 주요 출원국 중 7위로 나타난다. 최근 5년(2008년~2012년) 논문발표를 기준으로 살펴보면, 한국의 연구기관이 발표한 논문의 수는 주요국들에 비하여 적은 수준이나, 논문의 질에 있어서는 상대적으로 우수한 수준임. 상위 10개 주요출원인의 출원현황을 살펴보면 Canon(JP)의 특허출원 비중이 가장 큰 것으로 나타났고, 한국전자통신연구원(KR), Hamamatsu Photonics(JP), Tochigi Nikon(JP), Teraview(GB) 순으로 다수의 특허를 출원했다. 본 연구단의 제 1 핵심과제 책임자의 소속기관은 한국전자통신연구원이다. 상위 10개 출원인의 국적을 살펴보면 일본국적의 출원인이 7곳으로 가장 많으며, 한국1곳, 미국1곳, 영국 1곳이 나머지를 차지하고 있음. 한국전자통신연구원(ETRI)의 경우, 출원한 특허의 대다수가 소자분야인 것으로 나타나 일본의 Matsushita Electric과 함께 소자분야 기술개발에 집중하고 있는 것으로 나타난다.
한국의 테라헤르츠 특허 및 논문 수준
테라헤르츠 특허 TOP 10 주요 출원인
출원 국가별 테라헤르츠 관련 특허 기술 수준 분석
출원 국가별 테라헤르츠 관련 특허 기술 수준 분석
원천기술 확보 가능성 매우 높다
테라헤르츠파 관련 논문 및 특허의 숫자는 주요국에 비하여 적으나 연구의 질이 상대적으로 높은 편이다. 현재 세계적으로 출원된 특허들은 대부분 원천기술이 아닌 관련 기술들이 대부분이다. 아래의 표를 보면 4437개의 관련 특허 중 20개의 불과하다. 이는 수백개의 특허를 직접 찾아 일일이 원천 기술 특허인지를 평가한 결과이다. 우리나라에서 발표된 눈문의 상대 인용지수가 비교적 높은 편이며, 본 연구단에 참여하는 연구진에서 발표된 논문의 경우 지난 5년간의 결과만 종합해도 인용지수, 즉, IF가 10 이상인 우수 저널의 논문이 70편을 상회한다. 특히, 네이처와 사이언스 등 최고 저널의 경우는 19편에 달하는 등 기초 분야에 있어서 연구 갱졍력을 확보하고 있어서 원천기술 확보에 매우 유리함을 알 수 있다. 또한 본 연구단의 핵심 연구원들 중에 연구책임자는 세계 테라헤르츠파 학회의 부회장이고, 제2 핵심과제 책임자는 IEEE Trans. THz Sci. Tech.의 편집인이며 특히 소자 및 시스템 분야에는 기술적으로도 매우 우수한 연구원들로 구성되었다. 제2 핵심과제는 지난 5년간 Nature, Science 논문수가 13편인 연구자들로 테라헤르츠파와 각종 물질들의 분자정보를 원천적으로 연구개발할 연구원들로 구성되었다. 이러한 드림팀으로 만일 글로벌 프로티어사업에 선정된다면 현재는 약 3년 뒤져 있지만 5년 후 정도면 앞설 수 있을 것으로 믿는다. 한국전자통신연구원의 경우 관련 특허 수에 있어서도 전 세계 기관 중 2위를 차지하는 등 지속적인 연구와 투자가 뒷받침될 경우 원천기술의 확보로 이어질 가능성이 매우 크다. 삼성전자 경우 소자부분에서 7위이며 최근 테라헤르츠 연구팀을 구성하는 중에 있다.
II. 연구개발 추진계획
① 비전 및 목표
연구개발 비전
연구개발 목표
② 핵심과제의 구성
핵심과제목표 및 연구개발 내용
단계별 핵심과제 연구목표
③ 연구개발 추진체계
연구단 조직 체계
분야별, 핵심과제별, 기관별 균형도
5년간 연구업적
연구진의 우수성
연구진의 사업화, 기술이전 실적
협력업체
④ 연구개발 추진전략
역할분담 및 협력방안 사업화 전략 (예) 보안검색 시스템
역할분담 및 협력방안 사업화 전략 (예) 휴대용 진단 시스템
역할분담 및 협력방안 사업화 전략 (예) 의료 시스템
단계별 시스템 사양
예상되는 위험 및 제약요소
해결방안 및 전략
현재 본 연구단의 수준은 세계 최고 수준에서 약3년 정도 뒤졌다고 판단한다. 그러나 이미 기술한대로 핵심기술 특허 면으로 보면 선진국들도 핵심 특허를 확보하지 못한 상황이다. 소자나 시스템의 기본 인프라가 다소 뒤져 있지만 본 연구단의 핵심 연구원들 역시 광학소자, 고체소자, 진공소자, 나노소자의 모든 분야에서 세계적인 수준에 이르고 있다. 제 2 핵심과제의 분석, 검출, 제어, 진단 플랫폼을 통해 멀티페이즈, 멀티스케일, 멀티레인지의 측정대상, 측정스케일, 측정거리에 대한 분자정보 구분 능력에 대한 조직적이고 융합적인 연구개발이 이뤄진다면 충분히 세계 최고의 핵심기술을 확보할 수 있다고 확신한다.
⑤ 기대성과 및 활용방안
연구개발 예상 산출물의 활용방안
본 연구단에서 산출될 것으로 예상하는 결과물은 혁신적인 테라헤르츠파 소자, 새로운 스마트 플랫폼, 그리고 이러한 요소 기술의 집합체인 테라헤르츠파 융합시스템이다. 궁극적으로 테라헤르츠파 융합시스템은 새로운 서비스 구현을 통하여 대내적으로 사회적 기회비용을 획기적으로 낮추고 대회적으로는 높은 부가가치를 실현할 것이다. 이러한 테라헤르츠파 융합시스템에서의 경쟁력을 실헌하는 기반은 테라헤르츠파 소자와 플랫폼 기술에서의 원천기술 확보여부일 것이다. 본 연구단은 체계적이고 종합적인 연구개발을 통하여, 우리 사회의 당면 문제를 해결하고 지속적인 성장과 안정적인 먹거리를 실현하는 테라헤르츠파 융합시스템과 관련 요소상품의 원천기술을 다음과 같이 새로운 고부가가치 서비스, 테라헤르츠파 융합시스템들을 산출할 수 있을 것으로 기대한다.
조기진단과 함께 질병의 근원을 분석하는 테라헤르츠파 의료진단시스템
테라헤르츠파 기술을 활용한 DNA와 단백질에 대한 분자 레벨에서의 고감도 분석기술의 실현은 호흡, 혈액, 체액, 특정부위 조직, 표피세포 영상 등의 분광정보로부터 중대 난치성 질병에 대한 조기진단을 가능하게 하며, 더 나아가서 질병의 근원에 대한 이해를 통하여 근본적인 치료를 실현할 수 있다. 이러한 새로운 테라헤르츠파 의료진단시스템은, 이제까지 암과 같이 중요 난치성질병이 어느 정도 진행된 경우에만 영상정보를 통하여 진단하고 치료를 시작했던 기존 공공 의료 서비스를 획기적으로 개선할 수 있을 것이다. 테라헤르츠파 의료진단시스템을 통하여 치료보다는 예방에 주력하는 전 국민 의료서비스 체계를 실현할 것이다.
안전하고 프라이버시 침해가 없는 테라헤르츠파 보안검색시스템
대인용 보안검색시스템의 실효성과 파급력은 검색의 정확성과 함께 인체 무해성과 프라이버시 침해없는 기술의 실현에 달려있다. 테라헤르츠파 보안검색시스템은 기존 기술과 달리 영상정보에 의존하지 않아서 개인이 노출되기를 꺼리는 알몸영상, 질병상황, 속옷 기호 등의 프라이버시 정보는 원천적으로 취득하거나 저장할 필요가 없다. 우리가 찾고자하는 위험물의 분자정보와 양을 검지, 분석하여 위험도를 평가함으로써 보안검색의 실효성을 획기적으로 높일 수 있다. 이러한 경우 테라헤르츠파 보안검색시스템의 적용 분야가 획기적으로 넓어질 것으로 기대되며, 새로운 대형 시장이 형성될 것으로 판단된다.
예상 산출물의 파급효과
⑥ 연구개발 로드맵과 TRL(Technology Readiness Level)
단계별 TRL 및 최종 TRL 핵심 과제별 연계성
III. 연구단 운영 및 관리 계획
연구단 관리의 기본 철학
연구단 운영 및 관리방안
기술사업화 관리방안
연구단장의 철학, 가치관, 연구개발의 지향점, 역할
연구센터 단장후보는 집단연구와 융합연구에 대한 남다른 신념과 비전을 가지고 있다. 세계 최고수준의 원천기술을 확보하고 대규모 융합연구를 통해 과거기술의 한계를 돌파하는 것은 바로 집단연구를 통해서 가능하다. 우리나라는 더욱이 과학커뮤니티의 규모가 일본이나 다른 선진국에 비해 많이 작다. 이것은 우리가 더욱 이러한 집단연구를 중요시해야 하는 이유이다. 이제는 세계 일등을 하여야 살아남는 세상이 되었다. 우리나라도 이제 학문 기술적으로도 기초원천기술을 통해 세계에 기여하고 인류의 행복한 삶에 기여 할 때가 되었다.
전자기파는 정보 및 에너지 전달이라는 기본특성으로 인하여 수많은 응용분야가 있다. 역사적으로 전자기파의 역사는 바로 과학과 기술혁신의 역사와 같음을 보여왔다. 모든 전자파원이 역사적으로 그랬듯이 마지막 남은 전자기파대역인 테라헤르츠파도 반드시 사회, 문화, 경제, 산업적으로 큰 파급효과를 줄 것이다. 마이크로파가 TV와 휴대폰등 통신시스템을 통해 인류사회에 미쳤던 사회, 문화, 경제적인 영향, X-ray가 의료영상시스템을 통해 이뤘던 영향, 각기 다른 특성을 가지는 전자기파는 정보와 에너지 전달이라는 기능으로 일일이 나열할 수 없는 수많은 시스템을 탄생시켰다. 기술의 한계로 인해 이제껏 개발되지 못했던 테라헤르츠파(T-ray 라고도 불리운다)를 모든 선진국들이 10대 기술로 선정하고 연구개발에 박차를 가하고 있는 이유는 테라헤르츠파만이 가지는 독특한 분자구분 능력이 기존의 시스템들의 한계를 뛰어넘어 조기진단 의료시스템, 조기대응 보안, 검색 시스템등을 통하여 엄청난 기여를 할 것이라는 기대 때문이다. T-ray는 미래의 안전사회망 및 건강사회망을 형성하는 핵심기술이 될 것이며 또한 광대역 테라헤르츠파는 휴대폰을 이용한 사회망을 형성하는 차세대 통신의 핵심기술이 될 것이다. 이를 통해 우리나라의 국방, 우주, 통신의 수많은 시스템 개발에 적지않은 연관시장 및 파급시장을 창출할 것이다.
제안하는 분야는 글로벌 프론티어사업에 아주 잘 맞는 분야이다. 완전한 융합, 다학제적분야이며 기초원천에 기반한 진입장벽이 높으나 고부가 산업을 창출할 수 있는 분야이다. 단장후보는 세계테라헤르츠파협회 부회장, 한국테라헤르츠파 부회장등의 국내외 연구네트워크를 가지며 세계 테라헤르츠 발전 동향을 잘 파악하고 있다. 학문적으로 최근 주요학회에서 3회의 기조연설과 매년 10회 이상의 추청강연을 했고 무엇보다도 NRL사업(S등급), ERC(단계평가 일등)와 같은 집단연구를 통해 사업관리능력을 인정받고 있다. 이러한 경험을 바탕으로 개방과 경쟁의 철학으로 세계 우수집단과 협력하면서 세계를 선도하는 연구단으로 만들 것이다. 세계적으로 집중적인 연구개발이 이루어지고 있다. 글로벌 프론티어사업은 대형 장기 프로그램으로 본 연구단은 앞으로 5년안에 세계적인 연구 그룹들과 대등하게 될 것이고 3단계에서는 우리가 반드시 앞설 것이다. 학문적으로 우수한 연구자들 그리고 장인정신을 가지고 기술을 개발하는 연구자들이 전국 대학교 그리고 연구소들에서 모였다. 이제까지 쌓아온 국제적인 네트워크, 학문적 능력 그리고 창업까지 해보았던 산업화의 정신 그리고 일등에 대한 집념으로 연구단을 이끌 것이다.
연구목표에 대한 선택과 집중을 통한 세계 최고수준의 원천기술을 확보하고 경쟁력에 기반을 둔 평가제도, 우수한 연구인력 특히 우수한 신진인력 확보에 노력할 것이다. 엄격한 평가제도는 단위 연구업적뿐 아니라 공동 융합연구에 초점을 둘 것이다. 특히 원천기술 특허를 확보하는데 주력하며 이를 통한 사업화를 이룰 것이다. 우수한 연구원들이 안정적으로 연구개발하는 환경을 만들며 연구개발 실적을 통해 실제적인 보상을 받을 시스템을 구축할 것이다. 제안하는 "테라헤르츠파 융합시스템" 연구단은 안전하고 건강한 세상을 꿈꾸며 국가가 기대하는 이상의 결과를 이룰 것을 의심하지 않는다. 본 연구단은 한국의 테라헤르츠 산,학,연 모든 인력과 인접분야의 수많은 네트워크와 함께 꿈을 이뤄 갈 것이다. 새로운 정부가 추진하는 창조경제와 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업의 4G정신으로 최고수준의 원천기술 획득과 고부가의 미래 안전, 건강시스템을 통한 산업화로 차세대 성장동력으로의 소임을 다하고 안전 및 건강 사회망 구축에 일조를 할 것으로 확신한다.
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 요약문 ... 3
- 목차 ... 33
- I. 과제개요 ... 35
- 1. 제안배경 ... 36
- 2. 과제 개념 및 범위 ... 44
- 3. 사업 철학과 부합성 ... 45
- 4. 연구개발 지원 필요성 ... 51
- 5. 관련 R,D 동향 및 기술수준 분석 ... 58
- II. 연구개발 추진계획 ... 70
- 2. 핵심과제 및 세부과제 구성 및 내용 ... 74
- 3. 연구개발 추진체계 ... 141
- 4. 연구개발 추진전략 ... 150
- 5. 기대성과 및 활용방안 ... 156
- 6. 연구개발 로드맵 ... 161
- 7. 자원 배분계획 ... 163
- III. 연구단 운영 및 관리 계획 ... 166
- 1. 연구단 운영의 기본방안 ... 166
- 2. 연구단 지원조직의 구성체계 및 역할 ... 168
- 3. 연구단 운영.관리방안 ... 169
- 4. 연구 성과 활용.확산 방안 ... 173
- [참고자료 서식1] 연구단장 신청자 이력서 ... 176
- [참고자료 서식2] 연구단장 연구 및 관리능력 평가자료 ... 178
- [참고자료 서식3] 연구단장 소속기관 지원활동계획서 ... 190
- [참고자료 서식4] 연구단장 소속기관 연구지원 동의서 ... 192
- 부록 ... 193
- 끝페이지 ... 283
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