DNA메모리, 성층권 드론 등 '혁신도전연구테마' 5선 공개

혁신도전 프로젝트‘20년 발굴 테마 5건, R&D 사업 기획 완료

[아이뉴스24 최상국 기자] 과학기술정보통신부는 지난 30일 과학기술관계장관회의에서 확정한 ‘혁신도전프로젝트’ 플래그십 테마 5건에 대한 세부내용을 3일 공개했다.

‘혁신도전 프로젝트’는 미국의 DARPA, 일본의 ImPACT, 문샷프로젝트 같은 도전적 R&D를 벤치마킹해 국가 R&D의 임무지향성과 도전성을 강화하기 위한 플래그십 연구개발 프로젝트다.

범부처 R&D사업이면서도 민간 전문가 주도로 고난도·임무형 R&D를 발굴·기획하고, 사업 수행과정 전반에 유연한 연구제도를 적용한다.

지난해 5월 혁신도전프로젝트 추진단(단장 정민형)이 발족한 이후 부처·산학연 대상 공모, 출연연 대상 설명회 등을 통해 접수한 400여건의 연구테마들을 검토하고 외부평가 및 관계부처 협의를 거쳐 지난해 9월 5개 테마를 선정했였으며, 이후 약 5개월간 각각의 테마를 개별 R&D 사업으로 추진하기 위한 상세기획(사업기간, 세부과제 등)을 완료했다.

선정된 5개 테마는 ▲(환경) 폐유기물의 기초원료(C2 단량체)화 공정기술 개발 ▲(안전) 해난사고 신속 초동대응용 수공양용 AUV 기술 개발 ▲(자연재해) 다목적 성층권 드론 기술 개발 ▲(건강) 자폐성 장애 치료를 위한 혼합형 디지털 치료제 개발 ▲(디지털 전환) 초대용량 빅데이터 영구보존을 위한 DNA 메모리 기술 개발 등이다.

◆CO2를 배출하지 않는 사회…이산화탄소 발생없이, 폐유기물을 판매가치있는 자원으로 전환

폐유기물을 재활용·소각·매립으로 처리하는 기존 방법은 비용과 환경오염 측면에서 한계가 있어, CO2를 배출하지 않으면서 판매 가능한 에틸렌(C2H4), 아세틸렌(C2H2) 등 기초원료로 재자원화하기 위한 테마이다.

폐유기물을 고비용 처리대상에서 고수익 판매대상으로 패러다임을 전환하고, 소각·매립·재활용 시 발생하는 CO2를 제로화하고자 한다. 고체·액체·기체 등 모든 형태의 폐유기물을 플라즈마를 활용하여 초고온(2000K)·단시간(1초이내)에 기초원료로 전환하는 기술 개발을 세계최초로 시도한다.

1단계로 2024년까지 C2 단량체 공정 플랫폼 시스템 기술을 개발하고, 연구실 규모의 반응기 시작품을 완성해 기업·지자체 협업으로 성능을 검증한다는 목표를 세웠다.

폐유기물의 기초원료(C2 단량체)화 공정기술 개발 [출처=과기정통부]

◆사고없는 안전한 바다…구조대보다 먼저 현장에 도착하여 수색을 지원하는 해난대응 시스템

기존의 해난사고 대응은 출동준비 시간, 통신두절, 조류에 의한 선박위치 불명 등으로 신속·정확한 해난대응에 제한되며, 특히 악천후 시에는 출동 자체가 불가하다.

이l에, 수공양용 AUVAutonomous Underwater Vehicle) 개발을 통해 언제든 구조대보다 먼저 신속하게 공중이동, 사고선박 위치추적 및 조기수색으로 원활한 후속 구조활동을 지원하는 해난대응 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다.

해난사고 즉시, 선박을 추적·수색함으로써 해난구조의 신속·정확성을 획기적으로 개선하고, 헬기·선박과 달리 악천후에도 가동할 수 있으며, 해수·공중의 상이한 두 환경을 모두 만족하는 기체를 설계해야 하는 난이도 높은 주제다.

빠르게 해난현장에 도착, 수색 등 현장관리를 지원하는 수공양용 AUV를 개발해 구조활동 공백을 제거하고 악천후 등 기상조건에 자유로운 전천후 해난대응 시스템을 완성하는 것을 목표로, 1단계인 2025년까지 경량동체 및 운영 시스템, 자율운용 및 초고속·광역 무선통신 등 Flying AUV 원천기술을 개발하고 AUV 동체, 운영시스템 시작품을 개발, 인증 획득 및 실해역 실증(해경참여)을 할 계획이다.

해난사고 신속 초동대응용 수공양용 AUV 기술 적용 예시 [출처=과기정통부]

◆기상이변 피해가 없는 사회…24시간 정밀 기상관측 및 재난감시가 가능한 시스템

위성 중심의 기존 기상관측 체계로는 태풍·폭우·폭설 등 국지·돌발성 기상을 항시, 신속·정확하게 예측하는 데 한계가 있다. 정지궤도 위성은 24시간 관측이 가능하지만 지상을 정밀하게 관측하기 어렵고, 저궤도위성은 지상을 정밀하게 관측 할 수 있지만 하루 15분 내외만 관측 가능하다.

이에, 구름·바람이 약하고 태양광이 풍부한 성층권에서 장기간 운용이 가능한 무인기 시스템을 개발, 위성의 한계를 보완하는 상시·정밀 감시체계를 구축하기 위한 테마이다.

항시·정밀관측이 동시에 가능하게 되어, 기존의 기상·재난 관측 사각지대를 해소하고, 친환경적이며 비용대비 효과가 뛰어나다. 전 국토를 24시간 정밀관측하기 위해서는 저궤도 위성으로는 96대가 필요해 7조7천억원이 필요하지만 성층권 드론으로는 1천억원(10대X100억원)에 가능할 것이라는 예상이다.

영하 70도의 극한 환경을 극복함과 동시에 장기체공을 위한 저(低)동력 시스템 설계 등 난이도가 높은 도전적 테마이다.

24시간 정밀한 기상관측·재난감시로 국가재난 상시대응에 활용할 수 있는 태양광 무인기 시스템을 개발하는 것을 목표로, 1단계인 2025년까지 성층권에서 1개월 이상 체공 가능한 무인기 기술을 개발해 시제기를 제작하고 비행시험 및 지상 관측 데이터 송·수신 등 운영시스템 시범운영을 추진한다.

다목적 성층권 드론 기술 개발 [출처=과기정통부]

◆일상에서 양질의 건강관리와 치료가 가능한 사회…자폐성 장애를 조기발견하고 일상에서 치료·관리할 수 있는 시스템

자폐성 장애는 완벽한 원인치료 방법·약물이 없어, 증상완화를 위한 안정제 및 발달·학습 프로그램에 의존 중이며, 의료 인프라 등 치료 연속성 확보가 어려워 조기발견 실패 시 중증으로 심화되는 경우가 많다.

이에, 자폐를 조기진단하여 중증으로의 진행을 막고, 의료시설에 직접 방문하지 않아도 가정·학교 등 일상에서 자폐성 장애를 연속적으로 치료·관리할 수 있는 디지털 치료제 개발을 목표로 한다.

자폐성 장애를 일상생활에서 치료·관리가 가능하고, 일반적인 디지털 치료제와 달리 앱·게임 등 SW뿐만 아니라 센서·카메라·VR 등 HW를 결합한 적극적인 디지털 치료제로 개발한다. 자폐성 장애인의 자가간호능력 결핍을 고려해 직접접촉 및 사용자 조작을 최소화하기 위한 높은 기술력이 요구되며, 생체신호·행동패턴 모니터링 기술과 데이터 학습·분석 기술 등을 융합해야 하는 도전적 과제다.

자폐성 장애를 조기예측하고, 환자의 사회성, 의사소통 및 이상행동에 대한 연속성있는 개선·관리가 가능한 혼합형 디지털 치료제 및 모니터링·분석 플랫폼을 구축한다는 목표로, 1단계인 2024년까지 SW·HW 혼합형 디지털 치료제 파일럿 3종을 개발해 임상시험을 실시하고, 4천명의 코호트 DB를 구축해 모니터링·분석 시스템을 실증할 계획이다.

◆모든 데이터가 안전하게 관리되는 사회…폭발적으로 증가하는 인류의 모든 데이터를 영구적으로 안전하게 저장

현재의 실리콘 기반 메모리 기술로는 폭증하는 데이터를 안정적·영구적으로 저장 및 보존하는 데 한계가 있다. 이에 따라 저장밀도가 높고 영구보존이 가능한 DNA의 특성을 활용하여 전체의 80~90%를 차지하는 콜드 데이터(접근빈도는 낮지만 장기보존이 필요한 데이터)의 초저전력·영구 보존이 가능한 메모리 시스템을 개발하기 위한 테마이다.

폭증하는 인류의 데이터를 삭제할 필요없이, 획기적으로 압축된 형태로 초저전력·영구적 보존이 가능하다는 점에서 혁신적이며, 아직 세계적으로도 연구 시작단계이고 데이터를 DNA로 정교하고 빠르게 저장·합성·시퀀싱하는 데 있어 고난이도 기술이 요구되는 도전적인 테마이다.

1단계인 2025년까지 DNA 저장장치의 인·디코딩, 합성·시퀀싱 등 원천기술을 개발하고, 연구실 규모의 프로토타입을 구현해 성능 테스트와 검증을 한다는 목표다.

초대용량 빅데이터 영구보존을 위한 DNA 메모리 기술개발 [출처=과기정통부]

과기정통부는 이들 5개 테마는 각각 관계부처 주관 하에 내년도 예산편성 과정을 거쳐 사업단 형태로 추진될 계획이며, 경쟁형 R&D, 포상금 후불형 R&D, 기술구입, 목표 재조정, 조기종료, 등 유연한 제도가 적용될 예정이라고 밝혔다.

또한 각 테마별로 3~4년의 1단계 사업기간 동안 기술검증이 성공적으로 완료되면, 별도의 후속사업을 통해 상용화 등 성과를 확산할 계획이다.

정민형 혁신도전프로젝트 추진단장은 “프로젝트의 취지에 맞게 정부부처·연구계 등의 제안을 폭넓게 검토하여 고난이도·임무기반의 도전적 테마를 선정 및 기획했다. 향후에도, 실패할 가능성이 높더라도 국가 R&D 혁신을 위해 반드시 필요한 테마들을 발굴할 수 있도록 노력”하겠다고 밝혔다.

오태석 과기정통부 과학기술혁신조정관은 “국가 R&D 100조원 시대에는 논문·특허 등 양적성과보다는 임무목표에 기반하여 과감하게 도전하는 국가 R&D로의 전환이 필요”하다며, “환경·안전·건강 등 국민생활과 밀접한 분야에서 임무목표를 기반으로 발굴·기획한 5개 연구테마가 범부처 협업을 바탕으로 성공적으로 추진될 수 있도록 적극 지원”하겠다고 밝혔다.

/최상국 기자(skchoi@inews24.com)

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