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국내외 연구현황 및 전망

1) 연구의 필요성
  • 20세기가 정보기술 분야의 폭발적인 성장을 목격한 보다 편리한 인간의 삶 구현을 목표로 한 IT 혁명시대라 규정되는 반면, 21세기에는 인류가 고령화, 신생질환, 환경오염, 에너지 고갈 등의 문제를 직면하게 될 것으로 전망된다. 이러한 인간의 근원적인 문제를 해결하는 것은 이른바 IT, BT, NT, ST, ET 및 CT 등 20세기말을 풍미한 6T가 과학기술계에 남긴 숙제이다.
  • 노령화, 질병으로 인한 문제점을 해결하기위해 고도로 발달된 NBIT기술을 인체에 직접 적용하는 방법이 모색되고 있다. 인체적용을 위한 소재/소자/시스템은 활동하기 편하도록 유연성이 보장되어야 하고, 인간 수명과 직결되기 때문에 고효율의 구동능력을 갖추고, 생체적합성 (bio-compatibility)을 보장하는 Bionic기술의 출현이 요청된다.
  • Bionic 기술과 같이 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 새로운 분야에서의 연구 수월성을 조기에 확보하는 것은 다양한 배경을 가진 과학기술자들이 모여 각자의 전문성을 기반으로 인접 학문과의 연계 및 융합을 통해서만 가능할 것으로 판단된다.
  • 본 사업에서는 GIST에서 그간 각고의 노력으로 쌓아온 NT, BT, IT의 인적 물적 인프라를 바탕으로 NBIT 융합 연구를 통해 노령화, 신종 질병과 같은 21세기 인류의 건강한 삶을 위협하는 요소들에 능동적으로 대처하고, 인간의 복지를 향상시킬 수 있는 기술을 연구하여, 인간이 직면하고 있는 근원적인 문제들을 해결하고자 하는 노력을 경주하고자 한다.
2) 연구목표 및 내용
  • 21세기 인류가 직면하고 있는 문제는 기존 6T 각각의 노력으로는 해결이 불가능하며, 다양한 기술이 화학적으로 결합된 융합기술 개발에 그 해결의 열쇠가 있다고 판단된다.

  • 본 사업에서는 GIST에서 그간 각고의 노력으로 쌓아온 NT, BT, IT의 인적 물적 인프라를 시너지 효과를 얻을 수 있도록 위의 그림과 같이 재구성하여 미래의 “바이오닉 인간: Bionic Human"을 실현하기 위한 "Flexible Wearable, Implantable 소재, 소자, 및 시스템" 관련 NBIT 융합기술을 연구하고자 한다.
  • 제 1세부에서는 대용량의 생체정보를 처리하는 뉴런간의 정보교환 방식을 모방하여 현재의 IT의 근간을 이루는 마이크로 나노 전자공학의 한계를 극복할 수 있는 뉴로몰픽 전자공학(neuromorphic electronics)에 적합한 소자를 개발, 바이오닉 소자에 응용하고자 한다.
  • 제 2세부에서는 유연성, 투명성 디스플레이 기술 및 광 정보 처리 기술을 바탕으로 인체친화형 초소형 고해상도 디스플레이 기술을 개발하고, 나노 광정보처리 소자를 이용하여 바이오닉 인간을 위한 인공망막(artificial retina)에 대해 연구한다.
  • 제 3세부에서는 바이오닉 인간이 필요로 하는 다양한 초소형 센서 시스템 및 네트워킹에 필요한 전원을 공급하기 위해서 유연성 태양전지와 스토리지를 단일집적한 어디에나 부착 가능한 전원부를 연구 개발한다.
  • 제 4세부에서는 바이오닉 인간의 대사 및 활동을 모니터링할 수 있는 바이오센서를 기능성 나노재료, 생체적합성 고분자 복합체, MEMS 및 나노광기술을 이용하여 개발한다.
  • 제 5세부에서는 제 1-4세부에서의 연구 목표를 달성하기 위한 이종 물질간의 집적, 즉, 바이오 물질과 유무기 반도체 물질과의 인터페이스, 유기-유기 물질간의 인터페이스에서 발생할 수 있는 열화현상을 원자 및 분자레벨에서 실시간 동력학적으로 분석할 수 있는 시스템 개발, 소재 및 소자기술 개발을 지원한다.
  • 제 6세부에서는 제 1-4세부에 걸친 다양한 바이오닉 소자와 센서들로부터 추상적 정보처리, 네트워킹, 가공, 정보의 분배 및 전달과 시나리오 설정, 의료정보 활용, 인간-기계 인터페이스를 개선하기 위한 기술을 지원한다. 제 1세부에서 제 4세부에 이르기 까지 제 6세부의 IT 중점기술 부분과의 효율적 연계를 위하여 H/W 인터페이스를 담당할 수 있는 전문가를 포함시켜 전체적인 의사소통 및 융합연구의 활성화를 꾀한다.
3) 추진방법 및 추진체계

  • "Flexible Wearable, Implantable 소재, 소자 및 시스템"분야에서 글로벌 경쟁력을 단기간에 확보하고 선도적 기술을 가진 집단으로 성장하기 위하여 위의 그림에서 보는 바와 같이 미국, 유럽, 일본, 호주 세계 각지에서 해외 석학 및 젊은 과학자를 초빙한다.
  • 초빙 석학들은 총괄목표 달성을 위한 새로운 분야의 융합연구를 선도하며, 기존에 확보하고 있는 국제적 학술 연구 네트워크에 본 신설학과가 참여 할 수 있는 다리 역할을 수행한다.
  • 총괄목표를 성공적으로 달성하기 위해 6 개의 세부과제로 나누어 세부 연구목표를 설정하고, 이를 달성하기 위한 세부 추진체계를 갖췄다.

4) 연구과제 및 연구진 구성
  • 본 사업의 연구부문에서는 총괄목표를 성공적으로 달성하기 위해 융합적 성격을 갖는 6 개의 세부과제로 구성하였으며, 다양한 학문적 배경을 가진 각 분야 전문가가 세부과제별로 융합이 될 수 있도록 (그림 6)과 같이 물리, 화학, 고분자, 재료, 기전, 전자 분야의 연구진으로 인적 구성을 갖추었으며, 각 세부과제별로 해외석학을 초빙, 국제공동연구를 선도할 수 있도록 한다.
  • 여섯 개의 세부 과제 중 제 1-4세부과제는 (그림 7)에 나타낸 바와 같이 나노바이오 소재, 소자 및 시스템이 수직적으로 집적되어 있으며, 제 6세부과제는 이러한 세부과제에서 연구하는 시스템 및 소자에서 생성하는 신호 및 정보의 상호연계, 가공 및 전달과 관련된 기능에 관한 연구를 담당하고, 제 5세부과제는 다양한 기능성 소자 및 소자의 구현을 위해 사용되는 물질간의 계면특성, 이종접합의 신뢰도, 바이오 물질과 유무기 반도체와의 병립가능성 등에 대한 정보를 실시간 모니터링할 수 있는 기술을 제공한다.
  • 제 1세부와 제 2세부는 나노 제조기술을 공유하며, 제 2세부와 제 3세부는 유기 반도체 기반 기술을 공유하고, 제 4세부와 제 5세부는 생체적합물질 관련 기반기술을 공유한다. 제 6세부는 제 2 및 4세부에서 필요로 하는 디지털 이미지 및 동영상 정보의 전송부를 제공한다.
5) 연구결과의 기대효과
  • 차세대 기술혁명은 (그림 8)에 나타낸 바와 같이 IT, NT, BT 어느 한 분야에 국한되지 않는 신기술간의 융합이 주도할 것으로 전망되는 바, 개별요소기술들의 물리적 결합에 의한 ‘기술복합화’가 아닌 화학적 결합에 의한 ‘기술융합화’를 시도함으로써 혁신적인 기술 창출이 가능할 것으로 기대된다. 또한, 나노, 바이오, 정보 기술에 의한 경제성장이 포화상태에 이르는 가까운 미래에 '융합기술'이 산업과 경제 성장을 한 단계 향상시킬 수 있는 획기적 돌파구를 마련할 수 있을 것이다.
  • 본 과제의 성공적인 수행을 통해 얻은 연구성과는 <그림 9>에 나타낸 미래의 “바이오닉 인간"을 실현할 수 있는 기반 기술을 습득하여, 본 분야에서 세계기술을 선도해 나갈 수 있는 단초를 마련할 수 있을 것으로 판단된다.
  • 본 과제의 수행을 통한 파생기술은 21세기 인류가 겪게 될 에너지문제를 해결하기 위한 깨끗한 신재생 에너지를 확보할 수 있으며, 노령화, 새로운 질병으로 인해 손상된 신체의 일부분을 대체하여 인간으로 하여금 새로운 삶을 시작하게 할 수 있으며, 새로운 질병의 탐색 및 새로운 치료방법 개발 등 다양한 분야에 걸쳐 있어 보다 건강한 환경 속에서 질 높은 삶을 영위하도록 할 수 있을 것으로 기대된다.

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