▲ 고교 부문 금상 수상자인 최현 군(왼쪽)과 대학 부문 대상 수상자인 김진우 씨(오른쪽)

국내에서 유일하게 고등학교와 대학교, 대학원의 과학 인재들이 모두 참여해 창의적인 연구 아이디어를 뽐낼 수 있는 글로벌 학술대회가 있다. 바로 ‘삼성휴먼테크논문대상’이다.

올해로 30주년을 맞은 삼성휴먼테크논문대상은 과학기술 분야의 우수 인재를 발굴하고 육성하기 위한 삼성전자의 ESG 활동으로, 1994년부터 현재까지 제출된 논문만 총 37,847편, 연평균 1,262편에 이른다.

삼성전자 뉴스룸은 7일 서울 강남구 삼성금융캠퍼스에서 개최된 삼성휴먼테크논문대상 시상식 현장을 찾아 암 치료의 새로운 가능성을 연 대학 부문 대상 수상자 김진우(DGIST) 씨와 한국의 ‘스페이스X’를 꿈꾸는 고교 부문 금상 수상자 최현(용산고등학교) 군을 만나 수상 논문에 얽힌 이야기를 들어봤다.

 ‘암 투병 어머니를 보살피며 키운 암 치료의 꿈’ 대학 부문 대상 김진우 씨

김진우 씨의 논문 주제는 ‘초음파 조직 투명화 기술을 이용한 광 치료 깊이 증가 기술개발’이다. 빛으로 암세포를 죽이는 ‘광열 치료‘는 대표적인 레이저 치료법 중 하나이지만, 빛이 생체 조직 내에서 산란해 피부 깊숙이 침투하지 못한다는 단점이 있어 심부 조직 치료에는 어려움이 있다.

김 씨의 ‘초음파 조직 투명화 기술’은 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기술이다. 생체 조직에 영향을 주지 않을 정도로 낮은 초음파 에너지를 레이저의 진행 경로에 비춰 공기 방울 구름을 생성함으로써 일시적으로 광 산란을 무시하고 빛의 투과 깊이를 증가시킨다. 빛의 투과 깊이를 늘려 심부 조직을 치료하는 것이다. 여기서 더 나아가, 이 기술을 임상에 적용할 수 있도록 의료용 기구(핸드 피스)를 개발했다. 생체 내 실험을 통해 암 치료뿐 아니라 미용 치료 등 다양한 활용의 가능성을 제시했다.

▲ 선행연구로서 삼성미래기술육성사업을 통해 진행했던 광-초음파 현미경 기술 관련 실험

전자전기컴퓨터공학 전공생으로서 의료 기술을 연구하려다 보니 난관이 많았다. “연구 과정에서 직접 흑색종 암세포를 배양해야 했는데 바이오 분야 전공자가 아니라 세포를 다루는 작업에 어려움이 있었다”고 당시를 회상하며 “하지만 선행 연구로 쌓인 데이터가 있었고, 주변 선후배를 통해 알게 된 세포 배양과 핸들링, 주입 방법 등 연구 교육이 큰 도움이 되었다”고 덧붙였다.

이전에 그는 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 광–초음파 관련 현미경 기술을 연구한 바 있다. 이번 연구는 해당 선행 연구를 치료법으로까지 발전시킨 논문이다. 그는 “선행연구가 암세포와 같은 미세 조직 구조정보를 고해상도, 고대조도 영상으로 제공해 줌으로써 빛을 이용한 영상 기술의 한계를 극복했다면, 이번 연구는 보다 깊은 영역의 치료를 가능하게 함으로써 빛을 이용한 치료 기술의 한계를 극복해 냈다”고 밝혔다.

▲ 향후 연구 목표를 발표하고 있는 김진우 씨

그가 다양한 기기를 다루는 전자전기컴퓨터공학을 전공하면서 특별히 초음파 의료기기 분야를 연구하게 된 계기는 무엇일까? 그는 “어렸을 때 어머니께서 갑상선 암으로 투병하셨고 병원에서 함께 긴 시간을 보내면서 의료기기에 자연스럽게 관심을 두게 됐다”며 “초음파는 태아 또는 임산부에게도 사용할 수 있을 정도로 인체에 무해한 기술이고, 인체에 삽입하지 않고 외부에서 진단, 치료 모두 활용할 수 있다는 점이 매력적으로 다가왔다”고 말했다.

김진우 씨의 가까운 목표는 치료와 동시에 치료 부위를 모니터링할 수 있는 기술을 개발해 환자의 부담을 덜고 치료의 안정성을 보장하는 것이다. 나아가 “연구자이면서 교육자인 교수가 되어 새로운 개념과 기술을 개발하고 지식을 학생들에게 전달하면서 다음 세대를 위한 일을 하고 싶다”고 꿈을 밝혔다.

‘우주에 꽂힌 고등학생, 로켓 엔진 추력의 비밀을 밝히다’ 고교 부문 금상 최현 군

최현 군의 논문 주제는 ‘KNSB고체연료 코어의 표면적에 따른 엔진 추력 비교’이다. 이를 간단히 설명하면 로켓을 발사하는 힘(추력)이 연료의 표면적에 비례한다는 사실을 규명한 것으로써, 앞으로 우주 산업에서 발사 비용 감소와 발사체 크기 증대 등에 응용될 수 있을 것으로 기대되는 연구이다.

어린 시절부터 ‘아르테미스 프로젝트’, ‘나로호’, ‘누리호’ 등을 TV로 접했다는 최 군은 로켓에 남다른 흥미를 느끼며 우주 공학자의 꿈을 키웠다. 이후 “자유 주제로 연구보고서를 작성하는 학교 프로젝트가 있길래 로켓을 직접 만들어 봐야겠다고 생각했다”고 연구 계기를 밝혔다.

그러나 연구 진행 과정에서 여러 어려움이 있었다. 실험 환경이 잘 갖춰진 과학고와는 달리 그가 재학 중인 일반 고등학교는 연구 여건이 열악했고, 지원받은 금액만으로는 엔진 제작이 어려웠기 때문이다. 그는 한정된 자원 안에서 어떻게 멋진 로켓을 만들 수 있을지 고민했다.

▲직접 설계한 로켓 엔진에 실제 연료를 넣고 로켓 연소를 시도해 본 순간

▲함께 로켓을 연구하는 용산고등학교의 ‘항공우주공학동아리(명칭: 이카루스)’ 학생들

그는 국내외 자료 검색과 많은 실험을 통해 같은 연료량 대비 더 좋은 성능을 낼 수 있는 방법을 찾아냈다. 연료의 표면적이 일정 비율로 증가할 때 로켓의 최고 추력과 상승 속도가 증가한다는 사실을 입증해 낸 것이다. 그는 “로켓 방정식을 활용해 최고 고도와 초기 운동에 미치는 영향을 계산한 결과, 연료의 표면적이 이러한 성능에 큰 영향을 미침을 확인했다”며, “이러한 연료 표면적의 중요성을 강조하고, 새로운 형태의 로켓 연료를 제안했다”며 논문 내용을 설명했다.

연구를 진행하면서 얻은 예상 밖의 성과도 있다. 그는 “삼성휴먼테크논문대상에 지원할 정식논문을 쓰면서 학교와 선생님의 응원을 받아 항공우주공학동아리(명칭: 이카루스)를 새롭게 꾸렸다”며, “3명이 시작한 로켓을 향한 도전이 이제 13명의 도전이 되었다”고 뿌듯함을 내비쳤다. 또한 “우리가 직접 설계한 로켓 엔진에 실제 연료를 넣고 처음 시험해 볼 때의 기분을 잊지 못한다. 엔진이 점화되고 엄청난 굉음과 함께 엔진이 연소할 때 짜릿함과 함께 로켓에 대한 확신을 얻었다. 이후 이 느낌은 연구를 지속하게 하는 원동력이 되었다”고 덧붙였다.  

▲ 연구 과정에서 겪은 어려움을 발표하고 있는 최현 군

향후 이 기술이 우주 산업에서 어떻게 활용될지를 묻는 질문에 그는 “로켓/발사체 분야에 이 기술을 활용한다면 더 적은 연료로 같은 성능을 내는 로켓을 제작할 수 있을 것이다”며, “로켓 발사 시 발생하는 기체 발생량을 줄여 우주 개발 환경 문제 해결에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

최현 군은 올해 로켓 발사를 목표로 연구를 지속할 계획이다. 그는 “엔진의 추력 방향을 조절하는 TVC 시스템 개발, 로켓 단 분리 기술 개발 등 다양한 과제에 도전하고, 고교 졸업 이후에도 우주 공학을 깊게 공부해 한국항공우주연구원 등 국내 우주 연구기관에서 일하고 싶다”며 “대한민국이 세계 4대 우주 강국으로 도약할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 당찬 포부를 밝혔다.

“자신의 연구나 논문을 의심하지 말고 믿으세요”

▲ 삼성휴먼테크논문대상에 도전할 후배들에게 조언을 건네는 두 수상자

마지막으로 두 사람에게 ‘이 대회에 도전하는 분들께 들려주고 싶은 조언’을 물었다. 김진우 씨는 “연구하다 보면 ‘내가 잘하고 있나?’라는 의문이 들 때가 있다. 이때 스스로를 의심하지 말고 계속해서 노력하고 정진하다 보면 꿈같은 일이 펼쳐질 것이다”라고 응원했다. 최현 군도 “자신의 연구나 논문을 의심하지 말고 믿으라고 말해주고 싶다. 연구했다는 그 자체만으로 충분히 가치가 있으며, 연구에 확신을 가지고 삼성휴먼테크논문대상에 과감히 도전하기를 바란다”고 말했다.

▲ 30주년을 맞이한 삼성휴먼테크논문대상 시상식 현장

▲ 축하 인사를 전하는 삼성전자 한종희 대표이사 부회장

고교∙대학 2개 부문에 걸쳐 진행된 시상식에서는 총 402편의 초록 심사 결과를 거쳐 최종 115편의 논문이 수상작으로 발표됐다. 대학 부문에서는 대상 1편, 금상 9편, 은상 19편, 동상 21편, 장려상 28편이, 고등학교 부문에서는 금상 5편, 은상 9편, 동상 11편, 장려상 12편이 수상했다.

시상식엔 삼성전자 한종희 대표이사를 비롯한 사장단과 박장희 중앙일보 대표이사, 주요 대학 총장 등이 참석해 수상자들을 축하했다. 특히 역대 수상자인 윤송이 엔씨소프트 사장(2회 금상), 채찬병 연세대 교수(3회 동상, 14회 금상), 송용호 삼성전자 메모리사업부 부사장(5회 동상)의 축하 인사를 담은 영상이 공개돼 30주년의 의미를 더욱 특별하게 만들었다.

이날 참석한 김성근 포항공과대학교 총장은 “30년 동안 삼성휴먼테크논문대상이 우리의 미래 인재를 키워왔다고 생각한다. 수상자들이 앞으로 국가 발전에 큰 힘이 되어주길 바란다”고 수상자들을 응원했다.

삼성전자는 많은 과학 인재들에게 새로운 기회를 제공하는 휴먼테크논문대상을 통해 미래 세대의 과학 기술 발전을 이끌어 가는 선도 기업의 역할을 지속할 계획이다.

▲ 대학 부문 수상자 단체사진

삼성전자는 “과학기술 분야 우수 인력을 발굴, 육성해 세계 최고 경쟁력과 기술력을 확보한다”는 취지로 지난 1994년부터 휴먼테크논문대상을 시행해오고 있습니다. 어느새 23회째를 맞은 올해 시상식에서도 실용적이고 우수한 아이디어가 쏟아졌는데요.

올해 휴먼테크논문대상 수상자엔 조선시대 의서(醫書) ‘동의보감’에서 힌트를 얻어 오늘날 현실에 맞게 연구한 고교생이 포함돼 있습니다. 고교 부문에서 금상을 받은 정상현(서울 진선여고 2년)양이 그 주인공입니다. ‘옛것을 익히고 그 결과를 바탕으로 새것을 안다’는 뜻의 사자성어 온고지신(溫故知新)을 몸소 실천한 정양을 시상식 직후 만났습니다.

“중학교 실험 시간에 확인한 황토의 효험, 친환경 항균제에 응용하고 싶었죠”

▲상현양이 이번에 제출한 논문 주제는 ‘황토 지장수의 나노 입자’였습니다

정상현양이 올해 휴먼테크논문대상에 제출한 논문엔 특이한 물이 하나 나옵니다. 지장수(地奬水)란 명칭을 지닌 이 물은 쉽게 말해 ‘흙물’입니다. 황토 속으로 구덩이를 판 곳에 물을 부은 후 휘저어 굵은 입자를 가라앉히면 떠오르는, 맑은 물을 가리키죠. 동의보감이 “효능 좋은 물”이라고 직접 언급했을 정도로 세균 억제 능력이 뛰어난 걸로 알려져 있지만 상현양이 논문을 발표하기 전까지만 해도 지장수의 어떤 물질이 항균 작용에 관여하는지에 관해선 알려진 내용이 별로 없었습니다.

▲휴먼테크논문대상은 국내외 과학계 인사들과 젊은 과학도가 주목하는 대표적 행사입니다

언뜻 생각해도 쉽지 않은 연구 주제를, 그것도 고교생이 어떻게 떠올릴 수 있었을까요? “중학생 때 우연히 녹조 제거 연구를 진행하며 황토를 처음 접했어요. 그때 실험을 통해 ‘황토가 세균 억제에 탁월한 효과가 있다’는 사실을 처음 알게 됐죠. 원래 화학과 생물에 관심이 많아 계속 맘에 두고 있었는데, 최근 유해 화학 물질로 인한 피해 사례가 계속 뉴스에 오르내리는 걸 보고 문득 ‘황토를 이용해 친환경적이고 인체에 무해한 실용적 항균제를 만들어보면 어떨까?’ 생각하게 됐습니다.”

하지만 첫 번째 실험은 무참히 ‘실패’로 끝났습니다. 황토를 그대로 식물에 뿌렸으니 좋은 결과가 나올 리 만무했죠. 하지만 상현양은 포기하는 대신 지장수를 대안으로 떠올렸습니다. “언젠가 ‘지장수 속 나노 입자가 녹조 세균의 세포막에 침투해 세균을 죽인다’는 글을 읽은 기억이 났어요. ‘(황토가 아닌) 지장수 속 물질을 분리해내야겠다!’ 싶었죠.”

관심사를 ‘황토’에서 ‘지장수’로 돌리자, 작업은 술술 풀렸습니다. 다만 지장수로 진행한 실험에서도 지장수를 그대로 투여하면 토양 박테리아가 식물 생장과 생태계에 악영향을 끼친다는 사실이 맘에 걸렸죠.

'온전한 지장수론 항균 효과를 기대할 수 없다'고 생각한 상현양은 이후 지장수에서 (항균제 역할을 하는) 유효 물질만 분리하기 위한 시도에 나섰습니다. 0.2㎛ 필터를 활용, 나노 입자만 포함시킨 지장수를 추출해 실험한 건 그 맥락에서였습니다. 그 결과, 식물 생장이 촉진되고 호기성 토양 박테리아가 회복되며 분리된 물질의 항균성은 어느 정도 입증할 수 있었습니다. 다만 혐기성 토양 박테리아 문제는 여전히 해결되지 않은 채로 남아있었습니다.

▲“지장수에서 항균 물질을 분리해내는 게 가장 힘들었다”는 상현양은 실험 당시를 떠올리며 미소 지었습니다

또 다시 난관에 부딪친 상현양이 이번에 떠올린 건 ‘전기분해’였습니다. 그는 전기분해 장치를 활용, 지장수를 양(+)전하 나노 입자와 음(-)전하 나노입자로 분리해 다시 실험했습니다. 그리고 마침내 영암 지역에서 채취한 지장수를 제외한 나머지 양전하 나노 입자 지장수에서 혐기성 박테리아가 회복되는 모습을 관찰할 수 있었죠. 나노 입자 지장수가 화학물질로 만들어진 항균 제품보다 안전할 수 있단 사실이 입증된 순간이었습니다.

일반고 출신으로 과학고 또래들과 경쟁해 수상… “연구 이어갈 자신감 얻어”

▲정상현양은 올해 휴먼테크논문대상 고교 부문 생물 분야에서 금상을 거머쥐었습니다

상현양은 일반고에 재학 중입니다. 실험 환경이 잘 갖춰진 과학고 학생들에 비해 여러모로 열악한 여건에서 연구를 진행할 수밖에 없었죠. 실제로 학교에서 실험을 진행하는 일이 여의치 않았던 그는 시간을 쪼개어 외부 실험실을 오가며 학업과 실험을 병행했습니다. “솔직히 처음 연구를 시작할 땐 주변 시선이 그리 곱지 않았어요. 일반계 고교생이 이런 연구를 진행하는 게 가능하겠느냐, 는 편견도 있었고요.”

고전하던 상현양의 지원군은 고 1 때부터 그와 함께해온 김선정 서울 진선여고 교사(생물)였습니다. 고교 입학 직후 사제지간으로 처음 인연을 맺은 둘은 상현양이 생물에 관심을 보이고 관련 연구를 시작하면서 둘도 없는 멘토∙멘티 사이가 됐습니다. 상현양에게 휴먼테크논문대상의 존재를 알려준 것도 김 교사였죠. 김 교사의 동기 부여와 격려 덕분에 상현양의 연구는 지속될 수 있었습니다.

▲수상 직후 다른 수상자들과 나란히 연단에 올라 포즈를 취한 정상현양(사진 왼쪽에서 첫 번째)

다음 달이면 고 3이 되는 상현양의 목표는 뚜렷합니다. “대학에 진학한 후 이번 연구에서 분리해낸 나노 입자를 주사전자현미경으로 관찰, 구체적 성격을 명확히 규명하고 싶습니다. 이번 제 논문에선 지장수 유효 입자를 크기별로 분리하는 데 성공했을 뿐 정확한 성격까지 알아낸 건 아니거든요. 분석 작업을 계속해 구체적으로 어떤 성분이고 실용화 방안은 뭔지 더 알아볼 생각이에요.”

▲“대학에서도 이번 논문 연구를 계속 발전시켜 진전된 성과를 거두고 싶다”는 정상현양

사실 올해 휴먼테크논문대상의 심사 기준엔 ‘실용성’이 포함돼 있었습니다. 상현양이 논문 주제를 구체화할 때 도움 받은 건 바로 이 지점이었는데요. “인체에 무해한 항균제를 만들면 실생활에서의 활용도가 높아지니 관련 연구를 진전시키면 좋은 결과를 얻을 수 있겠다고 생각했어요. 덕분에 연구 초기 다소 모호했던 방향을 뚜렷이 정할 수 있었죠.” 아울러 그는 “연구 여건이 나보다 훨씬 좋은 과학고 학생들과 경쟁해 금상을 받았단 사실만으로도 너무 큰 자신감을 얻었다”며 휴먼테크논문대상 주최 측에 고마워하기도 했습니다.

“상에 집착하지 마세요… 진짜 좋아하는 연구 시작하면 상은 따라오니까요”

휴먼테크논문대상에 도전하려는 또래나 후배에게 정상현양은 어떤 조언을 건넸을까요? “‘어떻게 하면 상 받을 수 있을까?’란 생각에 너무 집착하지 마세요. 그보다 자신이 진짜 좋아하는 분야를 깊이 탐구하고 주변에서 실질적 조언을 받으며 연구를 진행하시길 권합니다. 그 편이 훨씬 더 좋은 결과를 낳을 수 있으니까요.”

▲시상식이 있던 날, 상현양은 ‘휴먼테크논문대상 역대 두 번째 대상 수상자’로 화제를 모은 권민우씨와 기념 촬영을 하기도 했습니다

‘스스로 진짜 관심을 두고 열정을 다한 연구여야 결과도 좋을 수 있다’는 말, 과연 고개가 끄덕여지시죠? 앞으로도 휴먼테크논문대상을 통해 동기 부여와 연구 의지를 얻어가는 청(소)년 과학도가 좀 더 많아지길 바라는 마음입니다, 정상현양이 그랬듯 말이죠.

지난 7일 삼성전자 서초사옥 다목적홀에서 제23회 휴먼테크논문대상 시상식이 열렸습니다. 휴먼테크논문대상은 과학기술 분야의 우수 인력을 조기에 발굴, 육성해 한국 과학의 경쟁력과 기술력을 확보하기 위해 지난 1994년 처음 개최됐습니다. 올해 접수된 총 1830편의 논문 중 수상의 영예를 안은 건 116편. 이를 위해 지난해 11월부터 3개월에 걸쳐 각계 전문가 736명으로 구성된 심사위원단이 단계별 심사를 진행했습니다.

삼성전자 뉴스룸은 올해 수상자 중 최고의 영예라 할 수 있는 대상과 금상 수상자 인터뷰를 이틀에 걸쳐 싣습니다. 오늘은 그 첫 회로 ‘역대 두 번째 대상’의 주인공으로 주목 받은 권민우(서울대 기계항공공학부 박사과정)씨 얘깁니다.

1899년 발견된 ‘패브로-페로 공진 변환 현상’ 1세기 만에 진전시켜

▲권민우씨는 올해 휴먼테크논문대상에 출품한 논문으로 ‘패브로-페로 공진 변환 현상’을 118년 만에 한 단계 진전시키며 학계를 놀라게 했습니다

휴먼테크논문대상은 첫 번째 시상식이 개최된 1994년부터 지난해까지 대상 수상자가 한 명밖에 배출되지 않았을 정도로 수상 요건이 까다롭기로 정평이 나있습니다. 권민우씨가 역대 두 번째 대상의 영예를 안은 건 그만큼 논문 수준이 높았단 얘기죠.

권씨의 이번 논문은 100여 년 만에 패브리-페로 현상을 더욱 발전시킨 데 그치지 않고 실용화 단계까지 연구를 진행했단 점에서 좋은 평가를 받았습니다. 실제로 종파와 횡파를 변환시킬 이종 물질 설계는 기술적 한계가 뚜렷해 연구 자체가 어려운 분야로 인식돼왔습니다. 하지만 권씨는 자신의 논문을 통해 신규 기술의 응용 가능성을 입증했죠. 그가 찾아낸 ‘새로운 패브로-페로 공진 변환 현상’은 향후 의료 분야를 비롯, 다양한 산업 부문에서 활용될 수 있을 전망입니다.

2년간 매주 55시간씩 연구에 매진… “최종 목표는 훌륭한 교육자”

권민우씨의 연구 성과가 어느 날 갑자기 도출된 건 결코 아닙니다. “종파와 횡파 등 두 개 파동을 다루려면 상당히 복잡한 수학적 연구가 수반돼야 해 어려움을 겪었다”는 게 그의 고백인데요. 실제로 권씨는 이번 논문을 완성하기 위해 장장 2년간 매주 55시간 이상 연구에 매진했습니다. “(주요 이중 물질인) 메타물질을 연구하시는 선배들과 교수님의 기술적∙지식적 도움과 격려가 아니었다면 여기까지 올 수 없었을 거예요. 휴먼테크논문대상 역시 교수님의 적극적 추천 덕분에 도전할 수 있었죠. 대상 수상까진 기대하지 않았는데 기대 이상의 성과를 얻게 돼 무척 기쁩니다.”

▲권민우씨의 단기 목표는 “한국 과학기술에 기여하는 연구자”, 장기 목표는 “후학 양성에 힘쓰는 교육자”입니다

그는 이번 수상을 계기로 새로운 목표를 갖게 됐습니다. “저 자신의 성공에 도움 되는 연구보다 대한민국 과학기술 발전에 기여하는 연구를 계속할 생각입니다. 시간이 어느 정도 흐른 후엔 후배들이 훌륭한 연구를 진행할 수 있도록 지원하는 역할도 맡고 싶어요.”

“좋은 논문 쓰려면 꾸준하고 성실해야… 혹독한 자기 평가도 필수”

▲시상식 직후 어머니와 함께 수상의 기쁨을 나누고 있는 권민우씨

인터뷰 내내 겸손한 자세로 말을 이어가던 그는 “큰 상을 받게 돼 기쁘지만 부담도 막중하다”고 말했습니다. 그런 그가 귀띔하는 ‘휴먼테크논문대상 수상 비결’은 뭘까요? “논문을 쓸 때 장인정신으로 임하란 얘길 해드리고 싶어요. 좋은 성과를 내려면 뭐니 뭐니 해도 꾸준함과 성실함이 뒷받침돼야 하거든요. 자신이 찾아낸 게 진짜 의미 있는 성과인지 끊임없이 점검하며 연구에 정진할 필요가 있습니다. 스스로 ‘가장 엄격한 심사자’가 돼야 하는 건 물론이고요.”

권민우씨는 TV 프로그램 ‘생활의 달인’(SBS)을 즐겨 봅니다. 자신의 자리에서 최고 경지에 오르기 위해 사소한 것 하나까지 허투루 하지 않는 주인공들을 보며 느끼는 점이 많기 때문이라네요. “연구자의 자세도 달인 같아야 한다고 생각해요. 매사 완벽을 추구하는 마음가짐으로 성실하고 겸손하게 연구를 계속해나가겠습니다.”

2017년 2월 현재 휴먼테크논문대상의 누적 접수 논문은 2만5000여 건. 그중 2100여 편이 크고 작은 상을 받았습니다. 수상자 3500여 명은 지금 이 시각에도 학교에서, 또는 기업에서 각자 분야의 연구를 지속하며 제 몫을 다하고 있죠. 삼성전자는 앞으로도 휴먼테크논문대상 운영을 통해 우수 과학 인력 발굴과 연구 중심 학교 분위기 조성에 앞장설 계획입니다. 휴먼테크논문대상의 추후 행보에도 많은 기대와 관심 부탁 드립니다.   

지난 3일 삼성전자 서초사옥 다목적홀에서 제22회 휴먼테크논문대상 시상식이 열렸다. 휴먼테크논문대상은 삼성전자가 지난 1994년부터 과학기술 분야의 우수 인력을 조기에 발굴, 육성하기 위해 매년 개최하는 행사. 고교∙대학 2개 부문에 걸쳐 진행된 이날 행사에선 두 부문을 합해 총 119개 팀(개인 포함)이 수상의 영예를 안았다<아래 박스 참조>.

이날 현장엔 삼성전자 사장단과 주요 대학 총장, 학부모 등이 참석해 수상자들에게 진심 어린 축하를 건넸다. 특히 올해는 역대 최초로 대상 수상자가 등장해 관계자들의 이목을 끌기도 했다. 삼성전자 뉴스룸은 시상식 직후 대상 수상자 서현석(카이스트 전기및전자공학부 박사과정)씨와 고교 부문 금상 수상자 박지혁(한국과학영재학교 2학년)군을 만나 수상 논문에 얽힌 뒷얘길 들었다.

서현석(대학 부문 대상 수상자)씨_”응급 환자에게도 적용 가능한 심장 MRI 촬영, 해법 찾았습니다”

서현석씨의 논문 주제는 ‘위상 정보를 이용한 자가 게이팅 심장 자기공명영상법(Self-Gated Cardiac Cine MRI Using Phase Information)’이다. 쉽게 풀어 말하면 심장 부위 MRI(자기공명영상, Magnetic Resonance Imaging) 촬영 시 환자가 겪는 불편을 줄여주는 기술이라고 할 수 있다.

현석씨의 연구는 기존 MRI의 단점을 보완하고 환자 중심 진료 환경을 구현하는 데 초점이 맞춰져 있다. 환자의 가슴이나 복부에 별도 장비를 부착하지 않아도 원하는 결과값을 측정할 수 있도록 설계, 검사 과정에서 발생할 수 있는 왜곡을 줄였다. 또한 기존 MRI를 통한 심장 검사는 환자가 숨을 참고 있는 상태에서 데이터를 수집한 후 이를 바탕으로 영상을 만드는 방식이었다.

▲심장 자기공명 영상을 촬영하기 위해 필요한 준비 시간

기존 방식으로 심장 자기공명 영상을 촬영할 경우 △게이팅(gating, 어떤 물체가 발신하는 신호를 감지하는 걸 의미하며 여기선 생체 신호 감지를 뜻함) 장비 부착 △심장박동 신호 확인 △호흡 신호 확인 과정을 거치는 동안 약 5분의 시간이 소요된다. 심전도 측정 장비와 복부 벨트를 부착하고 심장박동(cardiac signal)과 호흡 움직임에 대한 정보(respiratory signal)를 얻어내는 동안 환자는 숨을 참은 채로 MRI 내에 누워있어야 해 불편함이 컸다. 특히 이 방식은 숨을 오래 참기 어려운 응급 환자에겐 적용하기 어렵단 문제가 있다.

현석씨가 제안한 기술은 혈류 속도 변화를 통해 심장의 움직임을 예측, 호흡 동작(motion)을 예측하는 방식이다. 이 방식을 적용하면 촬영 시간을 줄일 수 있을 뿐 아니라 장시간 촬영 시 발생하는 영상 내 블러(blur) 현상도 최소화할 수 있다. 별도의 게이팅 장비 없이도 심장박동과 호흡의 움직임을 추정할 수 있는 건 자기공명 신호를 이용, 대동맥 혈류의 속도 변화를 측정하고 장기 움직임에 관한 자료를 수집하는 방식이기 때문이다.

현석씨가 연구를 시작하게 된 계기는 좀 남달랐다. 그는 “지난 2014년 여름부터 삼성전자 의료기기사업부와 함께한 산학 과제가 내 논문의 출발점”이라고 말했다. 현장에서 발견한 수요가 연구 방향을 잡는 데 큰 도움이 됐고, 여기에 삼성전자 의료기기사업부의 지속적 피드백이 더해지며 완성도가 높아졌다. 그는 “내 연구의 첫 번째 목표는 ‘실용’이었다”며 “지금 당장 현장에 투입돼도 손색 없는 기술을 개발하기 위해 노력했다”고 강조했다.

그의 목표는 “박사과정을 마친 후에도 전공 분야를 살릴 수 있는 환경에서 연구를 계속하는 것”이다. “현재 삼성전자의 주력 사업 중 하나인 반도체 산업은 비단 삼성전자뿐 아니라 대한민국 산업 전체를 이끌어간다 해도 과언이 아니죠. 하지만 처음 시도할 당시만 해도 실패 위험과 불확실한 성공 여부를 안은 채 후발주자로 시작했다고 들었습니다. 의료 산업 역시 오늘날 세계적 추세로 본다면 우리나라가 후발주자에 속하지만 지속적으로 연구를 계속한다면 우리나라도 의료 강대국 반열에 진입할 수 있으리라 믿습니다. 거기에 작은 힘이나마 보태는 게 제 꿈입니다.”

박지혁(고교 부문 금상 수상자)군_”옷 안에 착용 가능한 환자용 외골격 보행로봇 만들었죠”

▲”재활 로봇 착용 사실을 숨기고 싶어하는” 환자의 마음까지 배려한 ‘따뜻한 연구’를 선보여 고교 부문 금상을 수상한 박지혁군

한국과학영재학교 2학년 동갑내기 친구인 박지혁·김현우·임경록·이지민군은 ‘뇌성마비 환자를 위한 보행 보조 재활 로봇’ 주제 논문으로 고교 부문 금상을 수상했다. 이들은 약 1년 전 교내 연구논문 지원 프로그램(RnE, Research and Education) 과정에서 만난 사이다.

박지혁군과 팀원들이 연구한 건 ‘뇌성마비 환자를 위해 외부 노출을 최소화한 2세대 외골격 보행보조 재활 로봇’이다. 지혁군은 “무릎과 발목 관절을 제어하는 독자적 방식을 통해 기존 2세대 재활 로봇에 비해 전반적 부품의 소형화를 이뤘다”고 자평했다. “대당 수십만 원을 호가하는 전기모터 대신 2만 원 미만으로 구입할 수 있는 공압(空壓)모터를 활용, 한쪽 다리 전체를 보조하고 제어할 수 있도록 구동부를 설계해 실용성을 높였다”는 게 그의 설명. 재활 로봇 착용 사실을 숨기고 싶어하는 환자의 마음까지 배려했다는 점에서 ‘따뜻한 기술’의 가능성을 확인할 수 있는 연구 과제이기도 하다.

연구 과정에선 우여곡절이 적지않았다. 한국과학영재학교가 카이스트 부설 고교인 만큼 지혁군과 팀원들은 박형순 카이스트 기계공학부 교수의 지도를 받아 연구를 진행했다. 문제는 한국과학영재학교는 부산에, 카이스트는 대전에 각각 위치해 있단 점.

공간적 제약을 극복하기 위해 팀원들은 주 2회 박 교수와 화상채팅을 진행했고 2주에 한 번 꼴로 직접 카이스트를 방문하며 연구의 완성도를 높여갔다. 지난해 4월엔 실제 환자들의 목소리를 청취하기 위해 학교 인근에 위치한 양산부산대학교병원(경남 양산시 물금읍)을 찾아 재활의료기기 보급 현황과 사용 환경을 실제로 체험하기도 했다. 기숙학교의 특성을 살려 팀원들과 24시간 붙어 다니며 연구에 매진할 수 있었던 점도 적잖이 도움이 됐다.

▲(왼쪽부터)김현우·이지민·임경록·박지혁군. 이번 프로젝트에서 김현우군은 회로 제어를 위한 프로그래밍, 이지민군은 무릎 제어부 설계와 제작, 임경록군은 구동부 제작을 각각 담당했다

박지혁군은 이번에 개발한 재활 로봇의 상용화를 위해 팀원들과 함께 관련 연구를 지속할 예정이다. 이번 연구 과제로 올해 ‘인터내셔널 사이언스 페어(International Science Fair)’ 국가대표 자격을 획득하며 이미 그 첫발을 내디뎠다. 그는 “아직 임상실험 단계가 남아있고 몇 가지 확인 절차가 추가로 이뤄져야 한다”고 겸손해하면서도 “향후 다양한 국제대회에 우리 과제를 출품하고 세계적으로 권위 있는 논문이나 에세이 프로그램에도 도전해보고 싶다”는 포부를 밝혔다.

지혁군은 앳된 외모와 달리 재활 로봇 연구에 얽힌 경험담을 들려줄 때만큼은 전문가 못지않게 시종일관 진지했다. “다양한 사람과 연구를 진행한다면 더욱 좋은 아이디어가 나올 것 같아요. 그래서 저와 다른 뭔가를 지닌 사람과 함께 연구를 해보고 싶습니다. 비록 재활 로봇이 완성품으로 출시되지 못하더라도 각 부품에 깃든 아이디어나 디자인이 뇌성마비 환자들을 돕는 데 유용하게 쓰였으면 좋겠어요.”

“두려워 말고 과감히 도전을… 관심 분야 연구 주제로 정하면 시행착오도 즐길 수 있어”

인터뷰 직후 두 사람에게 “내년 대회에 도전하고자 하는 후배에게 들려주고 싶은 조언”을 물었다. 서현석씨는 “올해 결과가 좋긴 했지만 나도 2전 3기 끝에 수상할 수 있었다”며 “‘내 실력으로 어떻게…’라며 머뭇거리기보다 두려움을 떨쳐내고 자신 있게 도전했으면 좋겠다”고 말했다. 박지혁군은 “논문이 완성되기까지 좌절한 순간도 많았지만 끝까지 버틸 수 있었던 건 처음부터 재밌게 시작한 덕분이었다”며 “시행착오 과정까지 즐길 수 있도록 본인의 관심 분야를 연구 주제로 정하고, 다양한 능력 지닌 이들과 함께 연구할 수 있는 마음가짐을 가지는 게 도움 될 것”이라고 말했다.