삼성미래기술육성사업 2021년 하반기 지원 과제에 선정된 교수진. 첫째 줄 왼쪽부터 포스텍 김태경 교수, UNIST 박경덕 교수, 가천대 김익수 교수. 둘째 줄 왼쪽부터 KAIST 김진국 교수, GIST 이종석 교수, 서울대 허충길 교수, 포스텍 공병돈 교수. (사진=삼성그룹)

삼성미래기술육성재단과 삼성전자 미래기술육성센터는 11일 '삼성미래기술육성사업'에서 지원할 2021년 하반기 연구 과제 22개를 발표했다.

기초과학 분야 10개 172억7000만원, 소재 분야 6개 92억원, 정보통신기술(ICT) 분야 6개 76억원 등 총 연구비 340억7000만원이 지원된다.

'삼성미래기술육성사업'은 대한민국의 기초과학 발전과 세계적인 과학기술인 육성 등을 목표로 삼성전자가 2013년부터 1조5000억원을 지원해 시행하고 있는 공익 목적의 과학기술 연구지원 사업이다.

▲혁신적인 미래기술 창출과 주도를 위한 기초과학 분야 ▲제조업의 근간이며 미래기술 패러다임을 주도할 소재 분야 ▲산업 고도화와 신시장 창출을 위한 ICT 분야 등에서 창의적이고 혁신적인 연구과제를 지원하고 있다.

■ 과학적 난제 해결, 희귀질환 치료 기여 등 22개 연구 과제 신규 지원

#1. 기초과학: 새로운 분야 개척, 질병 치료의 근원적 접근 등 연구

기초과학에서는 수리, 물리, 화학, 생명 분야에서 학술적으로 새로운 분야를 개척하거나 질병 치료의 근원적 접근 등 파급 효과가 예상되는 과제를 포함해 총 10개가 선정됐다.

포스텍 생명과학과 김태경 교수는 '유전체 활동전위에 기반한 기억흔적의 추적 및 재구성' 과제를 통해 너무나 친숙하지만 여전히 미지의 영역인 '기억'에 대한 연구에 도전한다.

사람의 뇌는 매일 접하는 다양한 감각정보를 효율적으로 처리하고 저장해 인지행동에 반영하도록 하는데 이러한 과정을 이해하는 것은 신경과학 분야의 최종 목표 중 하나이다.

이는 또한 자폐증, 정신분열증 등 비정상적인 인지행동을 야기하는 다양한 뇌 질환의 치료기술 개발에도 폭넓게 활용될 수 있다.

감각정보는 그 종류에 따라 특이적으로 반응하는 특정 신경세포군의 활성화를 통해 저장되고 소환된다고 보고 있다. 현재 활용되는 '칼슘 이미징', '조기 발현 유전자 기반 리포터' 등의 신경활동 탐지기술은 비선별적이기 때문에 다양한 자극에 대한 정보가 어떻게 그 특징에 따라 처리되고 어떤 종류의 신경세포에 기록이 되는 것인지에 대한 선별적 정보를 제공하는 데 한계가 있다.

김태경 교수는 유전체적 분석을 통해 기억 정보의 시공간적 배치에 따라 다른 패턴으로 발현되는 조기 발현 유전자들을 발굴하고 이들을 통제하는 인핸서라는 유전체상의 조절부위를 조합해 새로운 유전체 기반 신경활동 탐지기술을 개발할 예정이다.

이 기술을 활용하면 뇌 영역별 또는 감각 자극 종류에 따라 선택적으로 활성화되는 신경 세포들을 구별해 기억 흔적을 보다 정밀하게 추적하고 나아가 광유전학 기술과의 접목을 통해 인위적으로 기억을 제어 또는 재구성하는 것이 가능할 수도 있을 것으로 예측된다.

울산과학기술원(UNIST) 물리학과 박경덕 교수는 1n㎥(세제곱나노미터) 이하 영역에서 엑시톤(전자와 정공이 전기적인 힘에 의해 묶여 하나의 입자처럼 보이는 상태)의 움직임을 제어할 수 있는 연구에 도전한다. 새로운 나노광학 플랫폼 창출에 도전하는 연구로서 분자 물리 및 나노 과학 범위에서 새로운 물리적 현상들을 관측할 수 있을 것으로 기대된다.

가천대 미생물학과 김익수 교수는 세포가 분화되는 다양한 과정을 모두 기록하고 세밀하게 추적하는 연구를 수행할 예정이다. 세포가 악화돼 질병으로 전이되는 경로를 수정하는 등 각종 질환을 치료하는 해법을 제시해 줄 수 있을 것으로 예상된다.

#2. 소재: 유전 질환 치료제, 전자 소자 발열 문제 해결 등 연구

소재 분야에서는 유전 질환 치료제, 전자 소자 발열 문제 해결 등 폭넓은 연구 분야에서 6개 과제를 지원한다.

한국과학기술원(KAIST) 의과학대학원 김진국 교수는 메신저 리보핵산(mRNA) 특정 부위에 결합해 단백질 발현량을 증가시킬 수 있는 유전자를 발굴하여 희귀 질병을 치료할 수 있는 연구에 도전한다. 성공적으로 수행될 경우 전두측두엽성 치매, 안젤만 증후군(발달 지연, 조절할 수 없는 웃음, 안면 이상, 발작과 경련 등이 나타나는 유전성 희귀질환) 등 현재 치료제가 없는 뇌신경계 유전 질환을 치료할 수 있는 신약 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

사람은 각 유전자를 부모로부터 하나씩 물려받아서 두 쪽씩을 가지고 있다. 많은 유전병들은 이들 두 쪽 중에서 한 쪽이 돌연변이로 인해 망가지면서 발병한다. DNA 정보를 읽어서 mRNA를 생성하고 mRNA의 정보를 읽어서 다시 단백질이 생성되는데 유전자 한 쪽이 망가지면서 정상적인 양의 단백질을 만들지 못해 생기는 문제이다. 기존 연구는 외부에서 바이러스나 재조합 단백질 기술 등을 통해서 부족한 단백질 양을 보충하는 데 치중했으나 부작용 등으로 인해서 대부분 성공적인 치료 방법을 찾지 못했다.

반면 김진국 교수는 환자가 가지고 있는 두 쪽의 유전자 중에 망가진 한 쪽은 어쩔 수 없지만 남은 한 쪽에는 정상적인 유전자가 있다는 점에 착안해 그 정상적인 유전자에서 만들어지는 단백질의 양을 극대화함으로써 단백질 양을 정상화하는 전략을 고안했다.

이를 위해 mRNA에서 단백질을 만드는 정보를 담고 있는 영역이 아니라 mRNA가 단백질로 만들어지는 효율을 조절하는 '스위치'들이 존재한다고 알려진 영역에 주목했다. 그동안 대부분의 연구들은 이 영역에 크게 주목하지 않았다. 약물을 사용해 그 스위치를 조절하면 mRNA가 단백질로 만들어지는 효율을 크게 높일 수 있을 것이라는 가정하에 먼저 유전자 스위치들을 찾는 데 집중했다.

KAIST에서 전산학, 미국 메사추세츠공과대(MIT)에서 바이오인포매틱스를 전공하고 캐나다 소재 머신러닝 스타트업에 초기멤버로 참여했던 김진국 교수는 바이오인포매틱스 역량과 머신러닝을 활용한 유전체 빅데이터 분석 등을 꾸준히 시도한 끝에 유전자 스위치들을 체계적으로 발굴했다. 또한 유전자 스위치를 조절 할 수 있도록 RNA기반 약물을 설계해 주입했더니 정상적인 양의 단백질이 만들어지는 것을 확인했다.

향후 이 접근 방법을 확대 적용해 현재 치료법이 없는 다양한 유전병들에 대한 신약을 개발하고자 한다.

광주과학기술원(GIST) 물리·광과학과 이종석 교수는 나노 크기의 계면에서 일어나는 열의 움직임을 이해하고 효과적으로 제거할 수 있는 연구를 수행한다. 반도체 등 전자 소자의 크기가 미세화됨에 따라 중요성이 커지고 있는 발열 문제를 해결하는데 중요한 단초를 제공해 줄 것으로 기대된다.

#3. ICT: 차세대 통신, 자율주행 등 미래 산업 핵심 기술 연구 등

ICT 분야에서는 차세대 통신, 자율주행 등 미래 산업 경쟁력 강화를 위한 분야에서 6개 과제가 선정됐다.

서울대 컴퓨터공학부 허충길 교수는 복잡한 소프트웨어 시스템의 안전성을 빠르게 검증할 수 있는 기술을 개발할 예정이다. 기술 개발에 성공할 경우 자율주행, 의료 시스템, 금융 등 작은 오류만 발생해도 큰 손실이 날 수 있는 분야에서 유용하게 활용될 것으로 예상된다.

스마트폰부터 자율주행차, 금융시스템까지 우리의 일상은 소프트웨어(SW)와 프로그램으로 이뤄졌다고 해도 과언이 아니며 SW 오류 발생시 그 피해도 상상할 수 없을 정도로 커지고 있다.

따라서 이런 SW가 애초 설계대로 온전히 동작하는지, 오동작을 하는지 검증하는 것이 매우 중요한데 허 교수는 기존의 SW 검증 기법들의 장점을 취하고 단점은 보완한 3세대 프로그램 로직 'Abstraction Logic'을 개발했다.

현재 사용되는 시뮬레이션 기법은 주로 컴파일러 검증에 사용되고 검증 결과를 자유롭게 조합할 수 있어 검증을 나눠서 단계적으로 수행하는 것이 가능하다. 다만 나눠진 모듈 간에 상호 어떤 작용을 하는지 파악하기 어려워 각 모듈별로는 검증이 어렵다. 또 다른 기법인 프로그램 논리 기법은 SW나 프로그램의 특정 기능이 설계된 명세대로 동작되는지를 수학적 논리로 검증하는 것으로 모듈 간 상호 가정을 자유롭게 허용하는 반면 각 검증을 단계적으로 수행할 수 없다.

허 교수는 시뮬레이션 기법과 프로그램 논리 기법을 융합한 'Abstraction Logic'으로 기존 검증 기법의 한계를 극복했다. 자율주행차 등 안전성이 필수적인 시스템에 적용된 SW를 더욱 완벽하고 효율적으로 검증하는 단계로 발전시킬 계획이다.

포스텍 전자전기공학과 공병돈 교수는 전자를 빛의 속도에 가깝게 가속시켜 높은 출력의 무선주파수(RF) 소자를 개발할 예정이다. 이 연구를 통해 6G(6세대) 통신, 자율주행용 레이더 등 미래 신산업 분야에 필요한 핵심 요소 기술을 확보할 수 있을 것으로 전망된다.

■ 2013년 1조5000억원 출연해 대한민국 미래기술 연구 지원

삼성전자는 2013년부터 1조5000억원을 출연해 기초과학, 소재, ICT 분야 에서 대한민국의 미래를 책임질 과학기술 연구를 지원하고 있다.

이번 연구 과제를 포함해 지금까지 지원된 연구비는 기초과학 분야 239개, 소재 분야 230개, ICT 분야 236개 등 총 705개 과제 9215억원이며 지원을 받은 연구진은 1만3000명이 넘는다.

매년 상·하반기에 각각 기초과학, 소재, ICT 분야에서 지원할 과제를 선정하고 1년에 한 번 실시하는 '지정테마 과제 공모'를 통해 국가적으로 꼭 필요한 미래기술 분야를 지정해 해당 연구를 지원하고 있다.

올해의 지정테마 연구지원 과제는 ▲어드밴스드 인공지능(AI) ▲차세대 암호 시스템 ▲B(Beyond)5G&6G ▲로봇 ▲차세대 디스플레이 ▲반도체 소자 및 공정 등 총 6개 분야에서 12개가 선정됐다.

삼성미래기술육성사업은 시행 이후 변함 없이 지켜온 원칙을 통해 국내 연구문화 개선과 미래기술 확보에 기여하고 있다. 다수의 기관과 단체 등에서 심사·운영방식을 벤치마킹했다. 때문에 연 2회 자유공모에는 평균 2000건, 지정테마 공모에는 300건이 응모할 정도로 과학기술계에서 호응을 얻고 있다.

#1. 과제 선정 시 최대한 심사의 전문성, 공정성, 객관성 확보

연구자는 아이디어 위주로 2장짜리 연구 제안서를 작성하고 공정성을 위해 연구자 이름과 소속을 숨긴 채 과제의 혁신성과 도전성을 중심으로 심사위원들이 1박 2일간 합숙하며 집단 토론을 통해 서면심사를 진행한다.

서면심사를 통과한 과제에 대해 해당 분야 전문가로 구성된 심사위원단이 1시간 동안 질의 응답을 통해 연구과제의 혁신성, 수행능력 등을 종합적으로 평가한다. 해외심사는 노벨상 수상자가 포함된 해외 심사위원단이 글로벌 경쟁력을 심사한다. 심사위원은 국내 약 1600명, 해외 약 400명으로 구성된다.

#2. 연구자가 주도적으로 결정하고 실패해도 책임을 묻지 않는 유연한 과제 운영으로 도전적이고 혁신적인 연구를 장려

연구자는 연구 주제, 목표, 예산, 기간 등에 대해 자율적으로 제안하고 연구 목표에는 논문, 특허 개수 등 정량적인 목표를 넣지 않는다. 연구비는 연구 상황에 따라 조기집행과 이월이 가능하다. 매년 연차 평가, 중간 평가 등을 없애 연구자가 문서 작업에 많은 시간을 빼앗기지 않고 자율적으로 연구에 매진할 수 있다.

연구결과 창출된 모든 지적재산권은 대학 또는 연구수행기관이 소유한다. 목표를 달성하지 못하더라도 책임을 묻지 않고 실패 원인을 지식 자산으로 활용 가능하다.

#3. 기술과 아이디어에 대한 특허출원 지원 등을 통해 연구가 실질적인 결실을 맺을 수 있도록 지원

기업과 연구자 간의 연구개발(R&D) 교류회를 통해 연구방향 설정 등 지원, 지식재산(IP)멘토링 통해 50여명의 지정 전문 변리사가 고품질 특허 출원을 지원한다.

그동안 총 35건의 벤처 창업과 기술 이전, 380억원 이상의 투자를 유치했다.

포스텍 정운룡 교수(2013년 과제 선정)는 특허 2건을 ㈜마이다스H&T에 기술 이전해 연신성 전자 소자 제품 상용화를 추진하고 있다. 한양대 임종우 교수(2016년 과제 선정, C랩 아웃사이드 지원)는 ㈜멀티플아이를 설립해 비전 기반 자율주행기술의 상용화를 추진 중이다.

#4. 글로벌 리서치 심포지엄(GRS)을 개최해 연구 성과를 세계의 석학들과 공유하고 토론이 이뤄진다(코로나 기간 중 잠정 중단)

■ 삼성미래기술육성사업의 연구성과에 세계가 주목

삼성미래기술육성사업 지원을 받은 연구진의 성과도 잇따르고 있다.

국제학술지에 2550건의 논문이 게재됐다. 특히 사이언스(10건), 네이처(7건), 셀(1건) 등 최상위 국제학술지에 소개된 논문이 420건에 달한다. 이른바 3대 학술지 게재 논문 수는 2015년 1건, 2018년 2건, 2019년 3건, 2020년 5건에 이어 올해는 9월까지 벌써 7건이 게재되는 등 해마다 증가하고 있다.

최근에도 생명과학, 차세대 전지, 인공항체 관련 3건의 논문이 잇달아 세계적인 학술지에 게재되며 글로벌 위상을 높였다.

고려대 안지훈 교수 연구팀은 온도 변화에 대응해 식물이 개화 시기를 조절하는 원리를 밝히는 데 성공했고 그 결과를 9월 사이언스에 발표했다. 지구 온난화가 농업 생산에 미치는 영향을 이해하는 데 도움이 되는 연구 결과이다.

식물체는 지구 온난화 현상 등 온도가 변화하는 환경에서 제대로 적응하지 못하면 멸종 위기까지 몰릴 수 있기 때문에 주변 온도 변화를 인지하고 반응하는 메커니즘이 발달했다.

반면 식물이 온도 변화에 대응해 개화 시기를 어떻게 조절하는지, 특히 개화 유도 호르몬이라고 불리는 플로리겐 분자가 온도 변화에 따라 어떻게 개화를 유도하는지 알려져 있지 않다. 지금까지 플로리겐 분자에 대한 연구는 대부분 신호 전달 경로상에 어떤 상위 조절자가 플로리겐 유전자의 전사를 활성화시키느냐 불활성화시키느냐에 대한 것이었으며 플로리겐 단백질 분자 자체에 대한 연구는 거의 없었다. 워낙 극소량의 플로리겐만 잎에서 만들어지기 때문에 플로리겐 분자를 연구하는 것은 매우 어렵다.

안 교수팀은 플로리겐 단백질 자체에 대한 연구를 시도했고 결국 이 플로리겐 단백질 분자가 세포 내에서 온도 변화에 따라 어떤 행동 양상을 보이는지, 어떤 이동 경로를 보이는지 최초로 밝혀냈다. 연구 결과는 학계에서 중요성을 인정받아 사이언스지에 게재됐으며 해외의 과학자들은 'Total surprise(정말 놀랍다)'라며 이 내용을 사회관계망서비스(SNS)상에 올리기도 했다.

서울대 최장욱 교수 연구팀은 수계 아연전지의 고질적인 문제인 사용 시간을 대폭 늘일 수 있는 기술을 개발해 지난달 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'에 발표했다. 수계 아연전지는 전해액 성분으로 기존의 유기용매 대신 물을 사용해 발화 위험을 근본적으로 제거한 차세대 전지의 하나이다.

김종호 한양대 교수 연구팀은 세균 감염을 빠르게 진단하고 치료할 수 있는 인공항체를 개발하는 데 성공했고 연구 결과는 8월 최고의 화학 학술지로 꼽히는 '미국화학회지(JACS)'의 표지 논문으로 선정됐다.

■ 삼성전자 '함께가요 미래로! Enabling People'

삼성전자는 '함께가요 미래로! Enabling People'이라는 기업의 사회적 책임(CSR) 비전 아래 청소년 교육 중심의 사회공헌 활동과 상생 활동을 펼치고 있다.

청소년 교육 중심 활동으로는 ▲삼성청년SW아카데미 ▲삼성 드림클래스 ▲삼성 주니어 SW 아카데미 ▲삼성 스마트스쿨과 같이 청소년의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있도록 하는 프로그램을 운영하고 있다.

아울러 ▲삼성미래기술육성사업 ▲삼성 스마트공장 지원 사업 ▲C랩 아웃사이드 등의 상생 프로그램을 통해 삼성전자가 쌓아온 기술과 혁신의 노하우를 우리 사회와 같이 나누고 있다.