초록 ▼

I 과제 개요
1.1. 사업배경 및 필요성
□ 미래사회의 메가트랜드는 ‘생존(survival)’과 ‘영속(sustainability)’이라는 키워드를 중심으로 진행될 것이다. 과학기술은 인간 생활의 한계 문제를 해결하며 영속적인 생존이 가능하게 하는 돌파구(breakthrough)를 마련해야 한다.
○ [메타물질의 중요성] 메타물질 분야는 현대의 모든 첨단 기술을 망라하는 기술적 총아라 할 수 있다. 새로운 메타물질을 설계하고, 제작하고, 응용하는 모든 연구 활동은, 21세기의 연금술에 비견될 만큼 과학적, 기술적,

I 과제 개요
1.1. 사업배경 및 필요성
□ 미래사회의 메가트랜드는 ‘생존(survival)’과 ‘영속(sustainability)’이라는 키워드를 중심으로 진행될 것이다. 과학기술은 인간 생활의 한계 문제를 해결하며 영속적인 생존이 가능하게 하는 돌파구(breakthrough)를 마련해야 한다.
○ [메타물질의 중요성] 메타물질 분야는 현대의 모든 첨단 기술을 망라하는 기술적 총아라 할 수 있다. 새로운 메타물질을 설계하고, 제작하고, 응용하는 모든 연구 활동은, 21세기의 연금술에 비견될 만큼 과학적, 기술적, 산업적 중요성을 갖고 있다.
- 지금까지 신물질 개발은 ▲원자의 화학적 결합에 의한 신물질 개발이나, ▲복합재 물질(예: 탄소섬유복합재 등)개발로 이루어져 왔는데, 이러한 기술만으로는 혁신적 기능을 갖는 물질을 개발하는데 한계에 있다.
- 이런 한계를 돌파하기 위해 “제 3의 물질”에 대한 연구가 시작되었으며, 그것이 바로 메타물질(Metamaterial)이다.
○ [태동기단계인 메타물질 연구] 메타물질 분야는 2000년대 초반에 들어와서야 관련 연구를 수행하기 시작할 정도로 전 세계적으로 신생분야이며, 메타물질의 가능성은 언론에 많이 보도된 “투명망토”에서 찾아볼 수 있으나 아직 산업적 활용은 거의 전무한 상태이다.
- 현재 메타물질은 기초연구단계에 머물러 있기 때문에 메타물질 응용시장규모가 크지 않으나, 산업적 파급효과가 큰 원천연구가 시작되면 메타물질은 NT, IT, ET, BT, CT, ST와 융합되어 미래사회에서 요구되는 다양한 산업과 국방 분야에서 첨단시스템의 혁신을 창출할 수 있을 것으로 기대된다.
○ [메타물질 원천연구 시작] 이에, 선진국들은 메타물질 분야에서 원천특허, 기술 및 학술적 리더십을 확보하기 위하여 전문연구소를 설립하여 대규모의 R&D 투자를 시작하는 단계에 있다.
- 메타물질은 기존의 신물질과 달리, 단위구조체의 형상 및 배열을 최적화하여 자연계에 존재하지 않는 새로운 물성을 구현하는 것이다.
- 또한, 아무리 이론적으로 좋은 성능이 발현되는 단위구조체 형상을 찾아낸다하더라고 실제 매우 복잡한 그 형상을 미세하게 그리고 정밀하게 가공하는제조 기술이 핵심이다.
○[핵심원천기술개발 가능성] 반도체 산업 등에서 보듯이 우리나라는 이미 세계 최고의 가공 기술력을 확보하고 있다. 전 세계적으로 핵심원천기술 확보를 위한 경쟁이 시작된 이 시점에서, 국가적으로 집중 투자를 추진한다면 우리나라는 메타물질의 실제 구현 및 실용화를 위한 핵심원천기술을 확보할 가능성이 매우 높다.
○[본 연구단의 목적] 본 연구단에서는 다학제간/산학연간 창의·융합 R&D 플랫폼 개발체제를 구축하여, 신개념 메타물질 해석･설계에서부터 ‘제조→특성평가/프로토타입→양산’에 이르기까지 과학사업화 전주기에 걸친 개발을 제안한다. 이를 통해 세계 최초·최고 수준의 원천기술을 확보하여, 궁극적으로는 국가 성장동력으로서의 메타물질산업 창출의 초석을 마련하고자 한다.
- 기초연구단계에만 머물러 있던 메타물질 연구의 Breakthrough를 위해, 수퍼 기능 메타물질 개발 및 이를 시스템화 하는 Quantum Jump를 실현한다.
1.2. 과제 개념 및 범위
o “수퍼기능 메타물질 시스템” 개념
○신개념 인공원자 기반 수퍼기능 메타물질이 채용된 시스템으로, 주거, 국방체계, 의료, 안전, 보안, 운송 등 폭넓은 산업분야의 창조혁신과, 꿈의 기술인 가시광 클로킹, 광 컴퓨팅, 인공 텔레파시 등의 실현을 가능케 할 핵심시스템이다.
- 신개념 인공원자는 광대역·가변대역에서 작동 가능하고, 에너지 손실도 극소화할 수 있는 인공원자이다.
- 1세대 메타물질: 주기율표에 존재하는 자연계 원소를 사용하여 '인공원자' 개념의 구조 단위체로 구성되며 협소대역 및 단순영역에서만 작동되는 메타물질을의미한다.
- 2세대 메타물질: 신개념 인공원자를 기반으로 광대역 및 가변대역에서 작동하는 메타물질을 의미하며, 수퍼기능 메타물질로 명명한다.
- 수퍼기능 메타물질의 구현을 통하여 자연계에 존재하지 않는 방대한 물성영역을 인공적으로 창조할 수 있게 된다.
o “수퍼기능 메타물질 시스템” 기술개발 범위
○(범위) 본 연구단은 메타물질 단위시스템 핵심원천기술과 공통플랫폼기술을 개발하여 향후 수퍼기능 메타물질 융합시스템 구현을 위한 기반을 마련한다.
- [핵심과제 Ⅰ: 전자기 메타물질 시스템기술] 전자기 메타물질에 혁신적인 수퍼기능을 부여하여 수퍼기능 전자기 메타물질 단위시스템 핵심원천기술을개발하여 6T 융합시스템의 창조혁신을 이끌 수퍼기능 메타물질 융합시스템 기반을 마련한다.
- [핵심과제 Ⅱ : 역학 메타물질 시스템기술] 역학기반 메타물질 단위시스템기술 개발 및 극한매질 기계 메타물질 구현을 통해 수퍼기능 역학 메타물질 단위시스템 핵심원천기술을 개발하여, 삶의 질 향상을 위한 수퍼기능 메타물질융합시스템 구현 기반을 마련한다.
- [핵심과제 Ⅲ : 수퍼기능 메타물질시스템 융합 플랫폼기술] 기존의 전자기 분야와 역학 분야로 나뉘어 개별적으로 연구되었던 메타물질 분야를 상승적으로 융합하여, 수퍼기능 메타물질시스템을 구현할 수 있는 통합 해석·설계·제조·측정·평가·응용에 관한 플랫폼 기술을 구축한다.
1.3. 4G 철학과의 부합성
○[Global] 메타물질연구는 태동기 단계로, 단순형상의 이론해석과 실험에만 집중되어 있다. 본 연구단은 메타물질 및 나노공정분야 세계 최고수준의 연구진으로 수퍼기능 메타물질 구현을 위한 글로벌 선도기술개발에 도전한다.
○[Ground Breaking] 자연계 물질과 1세대 메타물질의 한계 극복을 위한 신개념 물질 개발 목적지향 기초원천연구이며, 물질특성을 구현하는 차원을넘어 신기능 메타물질시스템 원천기술을 개발하는 독창적이고 획기적인 연구이다.
○[Ground Approach] 물리, 수학, 기계공학, 재료공학, 전기전자, 생명, 화공, 바이오 등 다학제간 융합연구의 가장 이상적인 주제이며, 기초연구와 응용연구가 융합된 Science Business의 표본이다.
○[Growth and Sustainability] 메타물질의 시스템화는 소재산업의 새로운 혁명을 불러일으킬 것으로 기대되며, 6T와 융합되어 미래 신성장동력을 창출할 것이다. 또한 수퍼기능 메타물질 기술은 타 기술 분야의 기반이 될 수 있는 기술로써, 획기적▪창의적 과학 기술 발전을 유도할 것이다.
1.4. 정부지원의 적절성
○[기술개발 시기의 적절성] 전 세계적으로 기술개발 태동기 단계라는 점과, 최근 선진국은 물론 중국에서도 전문연구기관을 설립하여 집중 투자하는점을 고려해볼 때 기술개발을 더는 미룰 수 없는 실정이다.
○[기존 연구개발 사업과의 차별성] 이종학제간 개별적으로 수행하던 연구를 다학제간/산학연간 융합 R&D 체계를 구성하여 수행하는 점과, 이론정립으로부터 시스템 개발을 위한 플랫폼 구축에 이르기까지 과학사업화 전주기에 걸친 연구수행계획을 수립하는 측면에서 국내외 연구기관 및 기존 사업과 차별된다.
○[국가 상위계획과의 부합성] 국가융합기술 발전 기본계획 및 現정부의 제1, 제2 국정과제와 부합된다.
○[대형/장기 사업추진의 필요성] 본 과제는 제 3의 신물질 개발로부터 공통 플랫폼 구축에 이르기까지 과학적 발견이 상용화로 연결되는 전주기를 아우르는 사업으로 대형/장기 사업추진이 필요하다. 특히 신개념 메타물질의 시스템화를 위한 원천연구는 글로벌프론티어 사업의 목적 및 지원분야와 일치함으로 정부 주도의 대형연구개발 사업으로 추진함이 타당하다.
- 일반적으로 과학적 발견이 상용화에 이르기까지는 20~50년이란 시간이 필요하다.
○[사회적 이슈대응을 위한 선제 기술] 수퍼기능 메타물질시스템은 단기적으로는 층간･환경 소음, 원전 안전진단, 암 진단 등 사회적 각종 이슈를 해결할 수 있으며, 장기적으로는 미래사회 구현을 위한 다양한 산업과 국방 분야에서 첨단시스템의 혁신을 창출할 것으로 기대된다.
II 연구개발 추진계획
2.1. 비전 및 목표
○(비전) 미래산업 창조혁신을 이끌 “수퍼기능 메타물질 융합시스템” 창출
- 미래융합시스템 예) 쾌적아파트, 스텔스국방체계, 초고해상도 의료진단장비, 고신뢰도 안전진단장비, 쾌속보안검색장비, 무인자동차 등
- 이를 통해, 지속가능 성장동력을 창출하여 경제적 파급효과 25조원, 일자리 창출 10,000개, 국민행복지수 10%향상에 기여한다.
○(총괄목표) 6T 융합시스템 기술 퀀텀점프를 위한 수퍼기능 메타물질 단위시스템의 핵심원천기술 개발 및 공통 플랫폼기술을 개발한다.
- 기존대비: 성능 최대 1000배, 설계속도 100배 향상, 생산성 100배 향상
[7대 단위시스템 핵심원천기술]
○스텔스 기술 : 적의 레이더 탐지를 회피하는 기술로, 메타물질을 이용하여 전자기파, 음파, 열 등의 노출을 획기적으로 저감하는 기술
○초소형 스마트통신 기술 : 다중대역에서 작동하는 초소형, 초고속 메타물질 기반 안테나 기술
○3D 컬러 홀로그램기술 : 빛의 간섭을 이용하여 3D 영상이미지를 구현하는 기술로서, 전자기 메타물질 기반 고해상도 3D 컬러이미지 재생 기술
○고성능방진 기술 : 탄성파 메타물질을 이용하여 진동을 혁신적으로 저감하는 기술
○초박형·초저가 흡차음 기술 : 초박형 및 초저가 음향 메타물질을 이용하여 소음을 획기적으로 흡수하거나 차단하는 기술
○초고해상도 이미징 기술 : 전자기/음향 메타물질을 이용하여 초고해상도 이미징을 구현하는 기술
○수퍼 감응센서 기술 : 전자기/음향/탄성파 메타물질을 이용하여 민감성과 선택성을 획기적으로 증가시키는 센싱 기술
[공통 플랫폼기술]
○세계 최초로 수퍼기능 메타물질시스템을 구현할 수 있는 통합 해석·설계·제조·측정·평가·응용에 관한 플랫폼 기술
2.2. 연구개발 추진체계
o 핵심 및 세부과제 구성
o 연구단 구성원 최근 연구성과
○본 연구단 구성원의 최근 5년간(2008.7.1.-현재) 전체 연구실적은 다음과 같다
○본 연구단 구성원의 2013년 대표실적은 다음과 같다.
2.3. 3대 추진전략
2.4. 단계별 로드맵
o 단계별 목표
2.5. 기대효과
o 과학기술적 기대효과
○세계 최초･최고 원천기술을 확보함으로써 메타물질연구의 글로벌 리더로 부상: 본 사업을 통해 창의적인 메타물질 및 메타물질시스템 R&D 기반을 마련하여 산업적, 군사적으로 파급 효과가 큰 수퍼기능 메타물질시스템 핵심원천기술을 개발하고 응용함으로써 국제적인 연구 흐름을 주도하고 국부 창출에 기여할 것이다.
○다학제간 융합연구 및 산, 학, 연의 융합연구 확산: 수퍼기능 메타물질기술은 원천･기반 기술로서, NT, IT, ET, BT, CT, ST로 융합되는 획기적, 창의적 과학기술 발전을 유도할 것이다.
o 경제･사회적 기대효과
○[사회적 파급효과] NT, IT, ET, BT, CT 및 ST 기술과의 융합을 통한 새로운 응용분야 및 시장 창출로 국민행복지수 제고 및 창조경제 견인: 향후 NT기반 극미세 단위체 제조 원천기술 확보를 통해 IT 기술과의 융합뿐만 아니라 녹색 에너지분야, 의료 영상 분야 등 ET, BT 기술과 융합하여 새로운 응용 분야 및 시장을 창출할 뿐 아니라 인류의 복지에 기여할 것으로 기대된다.
○[경제적 파급효과] 현재 메타물질은 기초연구단계에 머물러 있기 때문에 메타물질 응용시장 규모가 크지 않으나, 산업적 파급효과가 큰 원천기술이 개발되면 메타물질이 갖는 무궁무진한 잠재적 가치로 인해 세계 메타물질 시스템 시장은 10배 이상 확대되어 약 25조원에 이를 것으로 예상된다.
- 2011년 세계 메타물질시장의 규모는 2억 5,610만 달러로 집계되었으며, 2016년까지 연평균 24.3%씩 성장하여 2021년에 약 19억 달러에 이를 것으로 예상된다.
III 연구단 구성 및 운영
3.1. 연구단 구성 및 운영철학
o 연구단 운영철학
○본 연구단은 기초과학과 응용기술이 조화를 이루어, 미래의 새로운 영역을 개척해 나갈 수 있는 이론과 이를 구현하여 신시장을 선점할 수 있는 지식를 동시에 확보하는 것을 목표로 하고 있다.
o 본 연구단 운영철학에 따라, 연구단장을 중심으로 1) 연구개발 조직과 2) 연구단 관리를 위한 사무국 및 운영지원팀, 3) 사업의 전반적인 방향설정 및 운영에 관한 자문 수행을 위한 자문위원회 등 3개 조직으로 운영하고자한다.
1) 연구개발 조직
○(기관구성) 핵심과제 및 세부과제 수행을 위해 5개의 출연연(KIMM, ETRI, NNFC, KIMS, KRICT)과 9개의 대학(서울대, KAIST, 연세대, 고려대, 한양대, 이화여대, 세종대, 단국대, 인하대)으로 구성된다.
○(국제공동연구) 전 세계적으로 메타물질 분야는 아직 태동기 수준인 만큼, 해외 우수 연구그룹들과의 전략적 제휴 및 협력연구 등 개방형 혁신(Open Innovation)을 통해 새로운 Quantum Jump를 기대한다.
2) 사무국 및 운영지원팀 위상 및 역할
○(사무국) 연구단의 운영을 총괄관리하고 연구단의 성과평가를 담당한다.
○(운영지원팀) 효과적/효율적 연구단 운영을 위해 연구개발 및 성과관리, 사업화를 위한 3개의 지원팀으로 구성･운영한다.
3) 자문위원회
○(위원회) 총괄운영위원회와 2개의 소위원회(성과평가/기획조정)를 운영하여 사업의 전반적인 방향 설정 및 사업단 운영에 관한 자문을 수행한다
○(미래산업화협의회) 국내 우수 기업들로 구성된 미래산업화협의회를 구성하여 현장에서의 니즈를 반영하여 산업 수요를 타진한다.
3.2. 연구단 운영 관리방안
○[수퍼기능 메타물질 분야의 새로운 이론을 정립하고 모델을 개발] 핵심과제별로 도출된 발견들을 통합하여 하나의 새로운 이론으로 정립하고, 새로운 메타물질의 성능구현 및 제조를 위한 원천기술을 확보한다.
○[단계별 성과평가를 실시하여 연구단의 진도 및 목표 관리 강화] 총괄PM의 주관하에 각 단계별로 핵심/세부과제별 자체성과평가를 진행하고 그 결과를 공유한다. 특히 1단계에서는 다양한 수퍼기능 메타물질의 개발을 위한 Seed형 R&D를 추진한 후 각 연구결과들이 어떤 break-through를 달성했는지, 기술적 실현가능성이 존재하는지 등을 평가하여 2단계 기능 검증 및 구현을 위한 연구로 발전해 나갈 수 있도록 평가한다.
○[성과평가 및 기술-시장 전망에 근거한 Design Review 시스템을 도입] 환경 변화 및 진도평가 결과에 따라 과제 추진방향이나 추진계획을 재설정할 수 있도록 과제관리의 유연성을 확보하고자 한다. 특히 1단계 평가를 통해 향후 연구개발추진체계의 최적화를 실현한다.
3.3. 연구성과 활용/확산 방안
○[조직 : 연구단 법인조직과 사업화전문회사와의 파트너십을 통해 체계적으로 IP 확보하고 관리] 연구단의 독립법인으로서의 법적지위를 고려하여 연구단 출범 직후 연구성과의 자산화 및 관리/활용 기본 원칙을 사전에 정립할 계획이다.
○[기능 : 메타물질 시스템 개발 전주기에 걸쳐 IP 창출-보호-활용 프로세스를 구축] ▲ IP 창출측면에서는 핵심/세부과제별 연구책임자 및 사업화전문회사와의 주기적 IP전략회의를 운영하여, ▲ IP 보호측면에서는 중요한 IP 확보의 필요성 및 가능성을 검토하고, 공격적/방어적인 IP Portfolio 전략을 수립하고, ▲ IP 관리측면에서는 출원/등록된 IP에 대한 지속적 관리단순한 기술이전(licensing) 뿐 아니라, 관련 기업간 M&A, 추가적인 R&D, 국제표준 확보 등 IP 활용가치를 극대화하기 위한 다양한 전략들을 도출하여 추진할 계획이다.
○[7대 단위시스템 관련 시장 수요 파악] 본 연구단의 최종 개발목표인 7대 단위시스템 원천개술의 조기 시스템 구축을 위해 수요기업과의 정보교류를 위해 주기적인 자문위원회를 운영할 계획이다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 19
• I. 과제개요 ... 22
• 1. 제안배경 ... 22
• 가. 21세기 과학발전의 성과 - 메타물질의 등장 ... 26
• 나. 국내외 메타물질 기술개발 동향 ... 29
• 다. 국가적 차원의 전략적 R,D 연구의 필요성 ... 33
• 2. 과제 개념 및 범위 ... 35
• 가. 과제 개념 ... 35
• 나. 과제 범위 ... 37
• 3. 사업 철학과 부합성 ... 40
• 가. 글로벌(Global) : 세계 최고수준의 원천기술 확보가 가능한가? ... 40
• 나. 기초원천(Ground Breaking) : 기존 기술의 한계를 돌파하는 혁신적이고 독창적인 기술인가? ... 42
• 다. 융합연구(Group Approach) : 기술 분야 및 학제 간 융합연구가 필요한가? ... 43
• 라. 미래성장(Growth and Sustainability) : 10년 후 해당 또는 연계분야에 어떠한 영향을 미칠 수 있는가? ... 44
• 4. 연구개발 지원 필요성 ... 46
• 5. 관련 R,D 동향 및 기술수준 분석 ... 53
• 가. 세계적인 연구그룹(국내.외)의 연구활동 ... 53
• 나. 국내 기술수준 분석 ... 58
• 다. 국내외 연구기관과의 유사성 및 차별성 ... 59
• 라. 세계 최고수준의 원천기술 확보 가능성 ... 61
• II. 연구개발 추진계획 ... 63
• 1. 비전 및 목표 ... 63
• 가. 비전 및 총괄목표 ... 63
• 나. 핵심과제별 목표 ... 65
• 2. 핵심과제 및 세부과제 구성 및 내용 ... 67
• 가. 핵심과제 구성 ... 67
• 나. 세부과제 개념 및 범위 ... 72
• 다. 핵심과제 단계별 목표 ... 87
• 라. 세부과제별 연구내용 ... 92
• 3. 연구개발 추진체계 ... 128
• 가. 연구단 조직체계 ... 128
• 나. 연구단 조직별 역할 및 기능 ... 129
• 다. 연구단의 관련분야 대표적인 성과 ... 132
• 4. 연구개발 추진전략 ... 137
• 가. 추진전략 ... 137
• 나. 사업운영상 위험요인 및 제약요소 ... 140
• 5. 기대성과 및 활용방안 ... 143
• 가. 예상 산출물 및 활용방안 ... 143
• 나. 파급효과 ... 145
• 다. 사업화에 따른 미래 시장 전망 ... 150
• 6. 연구개발 로드맵 ... 153
• 가. 단계별 목표 요약 ... 153
• 나. 핵심과제 1 : 전자기 메타물질시스템기술 ... 153
• 다. 핵심과제 2 : 역학 메타물질 시스템기술 ... 154
• 라. 핵심과제 3 : 수퍼기능 메타물질시스템 융합 플랫폼기술 ... 154
• 7. 자원 배분계획 ... 155
• III. 연구단 운영 및 관리 계획 ... 157
• 1. 연구단 운영의 기본방안 ... 157
• 2. 연구단 지원조직의 구성체계 및 역할 ... 160
• 가. 연구단 지원조직의 구성 및 운영계획 ... 160
• 3. 연구단 운영.관리 방안 ... 165
• 4. 연구 성과 활용.확산 방안 ... 168
• [참고자료 서식1] 연구단장 신청자 이력서 ... 170
• [참고자료 서식2] 연구단장 연구 및 관리능력 평가자료 ... 171
• [참고자료 서식3] 연구단장 소속기관 지원활동계획서 ... 182
• [참고자료 서식4] 연구단장 소속기관 연구지원 동의서 ... 190
• 끝페이지 ... 191