‘암세포 잡는 돌격대’부터 ‘유전자도둑 체포술’까지…‘삼미술’에 모인 미래기술들

대한민국의 내로라하는 과학자들에게 ‘하고 싶은 연구, 마음껏 해보라’ 판을 깔아 주면 어떤 일이 벌어질까. △암이 왜 생기는지에 대한 DNA 연구 △고혈압 같은 질환과 소금의 상관관계 등 우리 몸에 밀접한 연구부터 △말을 하지 않고도 소통할 수 있는 센서 △6세대(6G) 통신까지 명칭만 봐도 밝은 미래를 기대하게 만드는 과제들이 쏟아졌다. 올해 상반기 삼성미래기술육성사업(삼미술)이 선정한 44개 연구과제 얘기다. 5~10년 뒤 세상을 깜짝 놀라게 할 과제들은 어떤 게 있을까. ‘뉴스룸 타임머신’을 타고, 상상만으로 흥미진진한 미래기술의 ‘보물창고’ 속으로 뛰어들어보자.

‘암은 손상된 DNA로부터 발생한다’

인류를 괴롭히는 무서운 질병, ‘암’. 암은 DNA의 손상에서부터 출발한다. <크로마틴 구조에서 DNA 손상 복구 메커니즘(이자일 UNIST 교수)> 과제는 방사선, 바이러스 등 다양한 외부 영향에 의해 손상된 DNA를 복구하는 과정을 연구한다. 이 과정을 실시간으로 기록해 암 예방에 활용한다면, 인류의 난제로 여겨지는 암 치료와 예방에 한 발짝 다가설 수 있을 것으로 기대된다.

사람 뇌가 냄새를 맡는다고?

후각이 코가 아닌 뇌에도 존재한다는 얘기를 들어봤는가. 심지어 냄새를 느끼게 하는 후각수용체 중 상당 부분은 심장, 근육, 피부 등 몸 속의 여러 조직에서 발견된다고 한다. 이런 후각수용체들은 대체 어떤 역할을 하는 걸까. <뇌에서 후각수용체의 작용기전 연구(연구책임자 서울대 최희정 교수)> 과제는 뇌에서 발견된 후각수용체의 역할과 기능을 파헤쳐, 질병과 관계 등을 규명할 예정이다.

왜 ‘짠맛’에 이리도 끌리는가

과도한 나트륨 섭취 때문에 발생하는 성인병은 현대인의 골칫덩이 중 하나. <소금 식욕의 새로운 기전연구(손종우 KAIST 교수)>는 나트륨 섭취를 조절할 수 있는 신비로운 메커니즘을 밝힌다. 이로써 고혈압 등 질환의 치료법을 제공할 수 있을 것이란 기대를 품게 한다.

꽃이 피고 지는 시간, ‘꽃시계’ 연구

지금부터 250여 년 전, 스웨덴 생물학자인 칼 본 린네(Carl von Linne) 박사는 여러 꽃이 봉우리를 열고 닫는 시간을 세밀히 들여다봤다. 그 결과를 바탕으로 품종에 따른 꽃의 개화 시간을 정리한 게 바로 ‘꽃 시계’. <린네 꽃 시계의 유전적 작동원리 규명( KAIST 김상규 교수)> 과제는 꽃이 피는 시간을 조절할 수 있는 분자 메커니즘에 대한 것이다. 새벽에 폈다가 오후 시간이면 지는 나팔꽃을 하루 종일 볼 수 있는 날이 펼쳐질 수 있다.

번거로운 휴대형 충전기, 사라질까

현대인의 일상에 스마트폰 배터리 방전만큼 불편한 일은 많지 않을 것. <원자수준 입계 편석 조절과 고주파수 초저손실 다결정 유전소재(정성윤 KAIST 교수)> 과제는 이런 불편에 대한 새로운 해법을 제시한다. 주파수 의존성이 거의 없고, 1% 이하의 유전손실을 갖는 신소재를 개발하는 프로젝트다. 다양한 공간에서 주변 사물을 활용해 간편히 충전할 수 있는 차세대 무선충전기와 전력전송용 적층세라믹콘덴서 소재의 탄생에 힘을 실어줄 전망이다.

“백만스물둘”, 오래가는 리튬황전지

리튬황전지는 현재 많이 쓰는 리튬이온전지보다 3~5배 높은 에너지 밀도를 가진다. 생산비용 역시 높지 않아 모바일기기, 자동차 등 다양한 배터리에 활용할 수 있다. <고성능 리튬-황 전지 개발(선양국 한양대 교수)>은 황화리튬-그래핀 복합체의 구조 변형을 바탕으로 황화리튬의 함량을 극대화하는 과제다. 이를 바탕으로 미래산업에서 무궁무진한 활용이 기대되는 고용량 리튬황전지를 개발할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

중금속도 걸러주는 수질정화 필터

대기오염, 가뭄, 수질 악화···. 우리가 먹고 사용할 물의 양과 질이 동시에 위협받고 있다. 깨끗한 물 공급을 위한 대안이 절실한 요즘. <멀티오염물 고속제거용 멀티스케일 올인원 멤브레인(정현석 성균관대 교수)> 과제는 중금속, 유기물 등 다양한 수질 오염원을 한 번에 정화할 수 있는 신개념 필터에 대한 것이다. 보석 ‘오팔’의 규칙적 구조와 정반대 특징을 보여, 일명 ‘역오팔’로 불리는 구조로 오염물질 처리 효율을 높여줄 수 있다. 소형화도 할 수 있어, 생활 곳곳의 수처리 시스템에 응용할 수 있을 전망이다.

‘바다에서 캐는 금’

<농축수가 생성되지 않는 전기화학반응기반 담수화 장치(곽노균 한양대 교수)>는 세계의 이슈인 물 부족 현상에 단비가 될 수 있다. 바닷물을 정화해 깨끗한 물로 바꾸는 보통의 해수담수화 과정에선 염분 이온을 소금으로 재결정화하는데, 이 과정은 에너지 소비량이 높다. 곽 교수는 고가의 합금을 합성하는 새로운 개념의 장치를 연구한다. 에너지 소비도 줄이고 깨끗한 물도 얻는 ‘일석이조’ 효과를 기대할 수 있다.  

’이이제이’, 암세포는 암세포로 잡는다

암세포 중 일부를 오히려 다른 암세포를 잡는 돌격대로 탈바꿈시킨다? 이 흥미진진한 연구는 바로 <엑소좀 기반 세포교차분화 기술을 활용한 항암면역치료 기법 개발(김선화 KIST 박사)> 프로젝트. 암세포 주변에서 암을 키우고 전이시키는 세포를, 오히려 암을 공격하는 세포로 변형시켜 암을 치료하려는 과제다. ‘세포 아바타’로 알려진 엑소좀을 이용해 기존 30% 이하의 낮은 변형 효율을 100% 가까이 끌어올려, 항암면역 치료 효과를 극대화하는 게 핵심 포인트다.

유전자 도둑, 꼼짝마!

유전자, 단백질, 세포 등 생물자원의 가치가 높아지고 있는 요즘, 누군가 내 유전자를 훔쳐 나도 모르게 복제한다면? <생물자원의 도난과 오용방지를 위한 차세대 유전적 생물봉쇄 시스템(이정욱 포스텍 교수)> 과제가 이를 막아줄 수 있다. 생물 자원이 도난당하면 세포 스스로 사멸하거나 유전자 정보를 암호화해 정보가 유출되는 걸 방지한다.

실수를 모사하며 정교해지다

아웃포커싱, 역광 등은 영상을 촬영할 때 흔히 겪는 실수다. 이 같은 ‘불완전’한 상태를 일부러 모사해 렌더링하는 기술에 대한 것이 바로 <딥러닝을 위한 불완전 렌더링(이성길 성균관대 교수)> 과제. 일종의 오답 노트를 만드는 셈이다. 그렇게 구축된 데이터는 딥러닝 방식으로 학습해 증강현실(AR), 가상현실(VR), 차세대 게임 등 콘텐츠 산업에 활용할 수 있다.

말하지 않아도 알아요, ‘소리 없는 대화’

‘말소리 없는 대화’를 구현하는 프로젝트도 있다. <침묵형 의사소통을 위한 고성능 피부 부착형 스트레인 게이지 센서 개발과 딥러닝 기반의 스트레인-단어 변환 알고리즘 개발(유기준 연세대 교수)>은 입 주변과 성대의 미세한 근육 움직임을 측정할 수 있는 센서와, 딥러닝 기반의 단어 변환 알고리즘에 대한 것. 청각·언어 장애인의 의사소통은 물론 군·경용 무선장비 등 발성이 제한된 다양한 상황에서 대화의 물꼬를 터줄 것으로 기대된다.

데이터, 이제는 ‘양보다 질’  

데이터의 양은 무조건 많은 게 좋을까? <초대용량 데이터 분석을 위한 새로운 비점근적 확률 밀도 기반 최근접 이웃 예측 알고리즘의 개발(노영균 한양대 교수)> 과제는 이에 반기를 든다. 데이터가 많지 않아도 훌륭한 결과를 얻을 수 있도록 수학 알고리즘을 밝히는 프로젝트다. 기계학습(머신러닝) 분야의 새로운 접근법을 제시하고, 딥러닝을 대체할 방법론을 도출할 것으로 기대된다.

‘초소형 LED가 사람 뇌를 들여다본다’

뇌에 아주 작은 발광다이오드(LED)를 심는다고 상상해 보자. 어떤 게 가능해질까? <최소 침습 LED 유도 피드백 맞춤 뇌종양 치료 기술개발(김광명 KIST 박사)> 과제는 외과 수술, 방사선 수술, 약물 치료 등이 어려운 뇌종양 치료에 초소형 LED를 활용하는 방법에 대한 것이다. 이 LED엔 항암제, 약물방출 조절장치, 센서 등이 결합돼 뇌종양 상태를 실시간으로 감지하고 정밀하게 치료할 수 있게 해준다.

자료출처 : 삼성 뉴스룸