우리 바다에 꼭 맞는 해상풍력발전기 안전진단 기술 개발 - 기계연 해상풍력발전기 고유 진동수를 이용한 구조건전성 감시시스템 개발 - 우리 바다에 설치된 해상풍력발전기의 안전을 더욱 효과적으로 진단할 수 있는 구조건전성 감시시스템(SHM・Structural health monitoring system)이 개발됐다. 탄소중립 목표를 달성하기 위해 신재생에너지에 대한 관심이 커지는 가운데 해상풍력발전단지를 한층 경제적이고 안전하게 운영할 수 있는 기술이 개발되어 풍력에너지의 경쟁력 강화에 도움이 될 전망이다. 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연) 시스템 다이나믹스연구실 서윤호 책임연구원은 바다에 설치된 해상풍력발전기가 갖는 고유진동수를 활용하여 구조의 상태를 정밀하게 감지하는 구조건전성 감시시스템을 개발했다. ▲ 한국기계연구원이 개발한 해상풍력발전기의 구조건전성 감시 시스템. 석션 버켓 구조의 해상풍력발전기에 가속도 센서, 변형률 센서, 기울기 센서, 파도와 온도 측정 센서 등 다양한 센서가 부착되어있다. ▲ 해상풍력발전기의 고유진동수를 이용하여 구조건전성을 직관적이고 효율적으로 확인할 수 있는 그래프 1년 간 모니터링 결과 값을 보여주고 있으며, 파란색 부분은 풍력발전기 작동 중 일정하게 나타나는 고유진동수를, 주황색과 녹색 부분은 운영되지 않는 동안 일정하게 나타나는 고유진동수를 보여주고 있다. 구조건전성 감시시스템은 건물과 교량 같은 대형 구조물에서 발생할 수 있는 사고를 예방하기 위해 다양한 정보를 측정하여 안전성을 감시하는 시스템이다. 구조물의 진동과 변형률 등 물리량을 실시간으로 측정하고 온라인으로 확인할 수 있는 기술부터, 눈으로 확인해야 하는 육안검사, 비파괴 검사 등 오프라인으로 이뤄지는 주기적인 진단까지 다양한 기술이 활용되고 있다. 풍력발전기의 구조 안정성은 날개가 회전하며 발생하는 하중(荷重)에 크게 영향을 받는다. 특히 해저에 설치되다보니 조류와 파도뿐만 아니라 해수에 의한 구조물의 부식, 해저 지형의 침식도 영향을 주기 때문에 지지 구조의 건전성이 더욱 중시되고 있다. 연구팀은 풍력발전기의 지지구조 안전성을 효과적으로 진단하기 위하여 구조물의 고유진동수를 실시간으로 감지하는 기술을 개발했다. 고유진동수란 모든 구조물이 갖는 고유의 진동수를 의미하며, 모든 구조물은 외부의 충격이 올 때 고유의 진동수(주파수)로 진동한다. 피아노나 실로폰, 편경 등도 고유진동수 때문에 소리가 난다.   ▲한국기계연구원이 개발한 해상풍력발전기의 건전성 감시시스템 센서. 개별 측정된 센서 값을 바탕으로 고유진동수를 추정하고, 이를 활용해 구조건전성을 효율적으로 감시할 수 있다. 연구팀은 해상풍력발전기의 동작여부와 발전량, 회전속도 등의 다양한 센서 정보를 바탕으로 미세하게 달라지는 고유진동수를 추정하는데 성공했다. 지금까지는 구조물의 건전성을 감시하기 위해 다양한 센서 정보를 개별적으로 분석해야 했지만 이제는 고유진동수를 측정하는 것만으로 안전성 진단이 가능하다. 최근 친환경 공법으로 주목받고 있는 석션 버켓 지지 구조 해상풍력발전기에 1년 간 적용하여 데이터 획득 및 감시 성능에 대한 검증을 실시했으며, 효율적인 구조물 건전성 감시를 통해 운영인원과 운영비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 서윤호 책임연구원은 “이번 기술을 활용하면 해상풍력단지의 운영 안전성을 획기적으로 강화하여 친환경적이고 경제적인 풍력에너지 활용을 확대하는데 기여할 수 있을 것”이라며 “우리 기술로 우리 지형에 최적화된 구조물 감시가 가능해 효율적이고 안전한 발전시스템을 만들 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원 기계연구원 주요사업 ‘인공지능 기반 기계 시스템 예측 진단 및 사고대응 기술 개발’ 과제와 산업통상자원부가 지원하는 ‘실규모 해상풍력 터빈을 탑재한 석션버켓 지지구조 실증연구’ 과제의 일환으로 수행되었다. 

택배-돌봄노동부터 재활훈련까지 힘 필요한 신체 부위 어디든 쉽게 붙여 쓰는 근육옷감 개발 - 기계연, 근육옷감 직조기술 개발, 일상복을 근력보조 로봇 슈트로 - - 팔뚝, 허벅지 같이 필요한 신체에 부착해 값싸고 편한 웨어러블 로봇기술 구현 - 택배노동부터 돌봄노동, 건설노동 등 일상적인 작업부터 재활훈련까지 필요에 따라 가볍고 편하게 착용할 수 있는 웨어러블 로봇을 제작할 수 있는 근육옷감 직조기술이 개발됐다. 실제 옷감처럼 부드럽고 가볍게 만든 근육옷감을 힘이 필요한 신체 부위 옷에 부착하면 간단하게 근력을 보조받을 수 있다. 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연) 첨단생산장비연구부 로봇메카트로닉스연구실 박철훈 책임연구원은 얇고 가벼운 근육옷감을 직조하고, 이를 이용해 의복형 웨어러블 로봇을 만드는 데 성공했다. 착용자의 근력을 향상시켜주는 웨어러블 로봇은 아이언맨 슈트처럼 딱딱한 외골격형과 스파이더맨 슈트처럼 부드러운 의복형으로 나뉜다. 최근에는 일상복처럼 편하게 착용하면서도 필요할 때만 근력보조를 받을 수 있는 의복형 웨어러블 로봇에 대한 관심이 높아지고 있다. ▲ 한국기계연구원 박철훈 박사 연구팀이 개발한 직조 근육옷감. 실처럼 가는 스프링 형태의 형상기억합금을 옷감제작과 동일한 방법으로 직조하여 가볍고 부드럽지만 자체 무게의 1,500 배를 들어올릴 수 있다. 연구팀은 스파이더맨의 슈트처럼 가볍고 부드러우며, 근육처럼 스스로 힘을 낼 수 있는 의복형 웨어러블 로봇을 만들기 위한 근육옷감을 직조했다. 먼저 머리카락 1/2보다 가는 40㎛ 굵기의 형상기억합금을 스프링 형태의 실로 만들어 옷감을 짜듯 직조했다. 이 근육옷감은 실제 옷감처럼 자르거나 접을 수 있고, 힘이 필요한 신체 부위에 붙이기만 하면 쉽게 근력을 보조받을 수 있다. 형상기억합금으로 만든 이 근육옷감은 손바닥 크기의 무게가 6.6g으로 종이컵 하나 정도에 불과하다. 우리 몸의 근육이 움직일 때 수축과 이완을 반복하듯이 이 옷감도 머리카락보다 가는 형상기억합금에 전류가 흐르면 근육처럼 수축하며 힘을 낸다. 이때 힘은 자체 질량의 1,500배에 달하는 10㎏을 들어 올릴 수 있는 정도다. ▲한국기계연구원 박철훈 박사 연구팀이 아무 힘이 없는 마네킹에 근육옷감을 부착시켜 마네킹의 근력을 보조하는 모습을 시연하고 있다. 근육옷감의 힘으로 마네킹이 일어서서 버틸 수 있고(좌)  무거운 물건을 들고 버틸 수 있다(우). 이처럼 근육옷감을 사람 몸에 부착하여 쉽게 근력을 보조받을 수 있다. 연구팀은 다리나 팔의 근육 위치에 근육옷감을 부착하고 앉았다 일어서기, 계단 오르기, 무거운 짐 들기 등의 동작을 보조하는 실험 결과 평소 사용하던 근력의 50% 만으로도 같은 동작이 가능한 것을 확인했다. 또한, 형상기억합금을 스프링 실 형태로 만들어 근육옷감으로 직조하는 데 성공한 만큼 기존의 직조기를 이용한 대량생산도 가능할 전망이다. ▲한국기계연구원 박철훈 박사 연구팀이 개발한 근육옷감을 바지위에 붙이면 의복형 웨어러블 로봇으로 변신한다. 근육옷감은 필요할 때, 필요한 부위에 부착하여 ‘입는 근육’으로 활용할 수 있다. 연구팀은 향후 직조 근육옷감 및 이를 적용한 근력 보조 의복형 웨어러블 로봇의 기술이전을 추진하고, 직조용 형상기억합금 스프링 실의 굵기를 지금보다 더  가늘게 만드는 등 직조 근육옷감의 성능을 향상하기 위한 연구를 지속할 계획이다. 박철훈 책임연구원은 “근육옷감 직조기술은 택배, 돌봄노동 등 다양한 근로자 작업환경 개선을 위한 웨어러블 로봇 분야 뿐만 아니라 가정에서 재활훈련이 가능한 착용형 재활기기, 마사지기기 같은 헬스케어 분야까지 폭넓게 적용될 수 있는 원천기술”이라며 “이 직조기술을 적용하면 웨어러블 로봇 제조공정 경제성을 수백~수천만 원대에서 양산 가능한 수준까지 크게 개선할 수 있는 만큼 로봇산업부터 섬유, 패션산업까지 다양한 신산업 창출도 가능할 것으로 기대된다”고 말했다. 본 연구와 관련하여 국내특허 7건 및 해외 PCT특허 2건이 출원되었으며, 본 연구는 산업통상자원부의 ‘알키미스트 프로젝트’의 지원을 받아 수행되었다.

- 기계연-육군항공학교, 3월 31일 MoU 체결 - - 모빌리티 혁명 가속화 속 차세대 회전익기 개발 협력 박차 - ▲한국기계연구원 박상진 원장(왼쪽 여섯 번째)과 육군항공학교 조재식 학교장(왼쪽 여덟 번째)은 3월 31일(수) 기계연 대전 본원에서 차세대 회전익기 개발을 위해 협력키로 하고 협약을 체결했다. 하늘을 나는 개인용 택시, 자율주행 항공기까지 첨단 기술을 결합한 모빌리티 혁명이 가속화되는 가운데 우리 항공 국방전력의 첨단화를 위하여 한국기계연구원과 육군항공학교가 손을 잡는다. 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)과 육군항공학교(학교장 조재식)는 3월 31일(수) 기계연 대전 본원에서 기계연 박상진 원장과 육군항공학교 조재식 학교장 등 관계자가 참석한 가운데 MoU를 체결한다. 두 기관은 향후 △차세대 고기동 회전익기 개발 △항공용 핵심부품 공동 기획 등 항공분야의 첨단 국방 전력 확보를 위해 연구협력을 시작으로 인력 교류, 시설과 장비, 학술 및 기술정보 공동 활용 협력을 추진한다. 협약에 앞서 기계연의 스마트산업기계연구실과 그린동력연구실 등 관련 연구현장을 확인하고 향후 협력 방안을 논의한다. 기계연은 국방과학연구소와 함께 2012년부터 복합전투회전익기 동력전달 장치 개발에 참여하며 관련 분야 연구개발 경험을 축적해왔다. 2020년부터는 육군항공학교와 함께 차세대 고기동 회전익기의 동력전달장치 개발 기획에 참여해왔다. 기계연 박상진 원장은 “차세대 고기동 회전익기 개발 등 국방 항공분야의 첨단기술 개발과 우리 무기체계의 혁신을 위하여 손을 맞잡게 됐다”며 “그동안 축적해 온 항공 분야의 기계기술 연구역량을 충분히 발휘하여 국민이 안심할 수 있는 첨단 육군 항공전력 발전에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다. 

- 기계연 나노역학장비연구실, 대기환경 서 1000시간 16% 효율 달성 - 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 페로브스카이트 양자점(PQD・Perovskite Quantum Dot)으로 대기환경에서 세계 최고 수준의 효율과 안정성을 확보한 태양전지 제조 기술을 발표했다.  기계연 나노응용역학연구실 심형철 선임연구원은 페로브스카이트 양자점 태양전지의 이중 박막에서 일어나는 양이온 교환현상을 이용해 대기환경에서 최대 1000시간까지 안정적으로 16%의 효율을 유지하는 태양전지를 만드는 데 성공했다.  (왼쪽) 한국기계연구원이 페로브스카이트 양자점 태양전지의 X선 분석결과를 보여주고 있다. 한국기계연구원 나노응용역학연구실 심형철 선임연구원은 세슘납 요오드화물 양자점 박막(청색)과 포름아미디니움 양자점 박막(주황색)을 이중으로 쌓아서 만든 태양전지의 단면을 X선으로 관찰한 결과 두 박막의 경계에 양이온이 혼합된 것으로 보이는 새로운 양자점의 특성(녹색)이 나타나는 것을 확인했다.   (오른쪽) 한국기계연구원 나노응용역학연구실 심형철 선임연구원은 세슘납 요오드화물과 포름아미니움 이중박막 태양광 흡수체의 특성을 X선으로 분석한 결과 새롭게 만들어진 중간층(녹색)으로 인해 기존 페로브스카이트 단일 조성 기반 태양전지 보다 전압과 전류가 우수하게 측정된 것을 확인했다.   태양전지의 광 흡수체는 반도체 성질이 뛰어날수록 자외선부터 가시광선, 적외선까지 흡수 가능한 태양광 대역이 다르다. 따라서 태양광을 더 폭 넓게 활용할 수 있는 광 흡수체를 만들기 위해 각기 다른 물성의 반도체 물질을 여러 층 쌓기 위한 다양한 시도가 이어져왔다.  차세대 태양전지 소재로 주목받는 양자점은 10나노미터 이하의 매우 작은 반도체성 결정 입자로, 소재의 조성이나 성분을 바꾸지 않고 크기를 조절하는 것만으로 반도체 물성을 조절할 수 있어 다층으로 흡수체를 만드는 데 매우 유리하다.  ▲한국기계연구원 나노응용역학연구실이 개발한 페로브스카이트 양자점 태양전지 ▲한국기계연구원 나노응용역학연구실 심형철 선임연구원이 페로브스카이트 양자점 태양전지 관련 양자점 용액 제조 공정을 시연하고 있다. 제조 공정도 비교적 간단하다. 기존 페로브스카이트 태양전지를 만들기 위해서는 기판 위에 페로브스카이트 전구체를 뿌린 후 200도 이상의 고온 열처리 과정을 거쳐 결정화해야 한다. 하지만 이미 미세한 결정 상태인 양자점은 용매에 분산하여 액체로 만들어 기판에 뿌리거나 바르기만 하면 태양전지를 만들 수 있다.  연구팀은 각기 다른 양이온(세슘납요오드화물과 포름아미디니움)으로 조성된 이중 박막 구조의 페로브스카이트 양자점 태양전지를 만들었다. 양자점 태양전지는 양이온의 표면을 둘러싼 리간드가 떨어져 나가고 교환하는 과정에서 결함이 생긴다. 연구팀은 포름아미디니움 이온이 이동하면서 그 결함을 스스로 복구하도록 설계하여 안정성을 높였다.  이 때문에 이중 박막 구조의 페로브스카이트 양자점 태양전지는 기존 페로브스카이트 단일 박막 구조의 광 흡수체보다 더 오랜 시간 성능을 유지할 수 있었다. 이 기술을 활용하면 태양전지의 흡수체를 기존 열 공정 없이 용액 공정만으로 만들 수 있어 제조단가를 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.  또한, 실리콘보다 가볍고 유연한 페로브스카이트의 특성을 활용하여 태양전지를 설치하기 어려운 험지의 전력보급은 물론 기존 실리콘 태양전지 위에 흡수체를 보강하여 기존 시스템의 효율을 향상시키는 방식으로도 활용할 수 있다. 또한, 양이온 치환으로 결함이 최소화 된 양자점을 활용하여 별도의 코팅이나 봉지화 기술 없이 태양전지의 대기 안정성을 최대화시킬 수 있다.  기계연 심형철 선임연구원은 “단순한 제작 공정으로 페로브스카이트 양자점 태양전지의 높은 효율과 안정성이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있을 것으로 기대된다”며 “후속 연구를 통하여 태양전지의 경제성을 더욱 높이고 우리나라의 탄소중립 달성 목표에 기여할 수 있도록 노력할 것”이라고 말했다.  한편 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 기계연 주요사업 ‘나노기반 옴니텍스 제조 기술 개발’과 산업통상자원부 국제공동기술개발 사업 ‘양자구조체 기반 고효율 초저가 태양전지 기술개발’ 및 알키미스트 프로젝트 ‘유해물질 신속감지 및 차단이 가능한 소프트 스마트 수트 개발’의 지원을 받아 수행했다. 연구성과는 ACS 어플라이드머티리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials and Interfaces) 12권 51호에 ‘Highly Efficient and Air-Stable Heterostructured Perovskite Quantum Dot Solar Cells Using a Solid-State Cation-Exchange Reaction(고상 양이온 교환 반응을 활용한 고효율‧고안정성 헤테로 구조 페로브스카이트 양자점 태양전지)’으로 발표됐다.

- 무인 작업기계의 안전신뢰성을 높이는 가상현실 핵심기술 개발에 박차 - - 스마트 건설, 스마트 팜 등 자율작업시대 앞당길 것 기대 - 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)은 VR(가상현실)을 기반으로 다양한 산업용 작업기계 무인화를 앞당길 수 있는 ‘무인작업기계 가상시험 및 관제기술’을 개발했다. 산업용 작업기계는 농업, 건설업 등 외부의 열악한 환경에서 활용되는 경우가 많아 무인으로 작업할 수 있는 기술이 요구되어왔다. 하지만 운영 시나리오가 매우 다양하고 안전과 비용 측면에서 제약이 커 무인화 기술 개발에 어려움을 겪어왔다. 기계연 스마트산업기계연구실 차무현 책임연구원 연구팀은 국내 농기계 전문기업 LS엠트론과 손잡고 ‘VR기반 무인작업기계 가상시험 및 관제기술’을 개발했다. 농업 현장에서 쓰이는 작업 기계에 무인기술을 실제로 적용하기 전에 가상환경에서 다양한 테스트를 할 수 있는 모의시험기술과 장거리에서도 무인작업을 관제하는 기술이 핵심이다. 사용자가 위성지도의 위치정보를 기반으로 작업경로를 지정하면, 3D기반의 가상 작업환경에서 무인작업과정을 시뮬레이션해 볼 수 있다. 환경인식과 경로제어 등의 무인화 핵심성능을 가상으로 시험할 수 있어, 실제 필드시험을 대체하거나 보완할 수 있다. ▲한국기계연구원이 개발한 VR기반 무인작업기계 가상시험 프로그램과 실제 무인트랙터와 연동하여 가상시험을 수행하는 장면 특히, 유압 액츄에이터 작동지연과 같이 대형 작업기계의 구체적인 운영특성까지 반영할 수 있는 자율주행 제어알고리즘 시험기법을 개발하여, 더욱 현실적인 주행 테스트를 진행할 수 있게 됐다. 또한, 실제 운영 중인 무인화 작업기계와 연동하여, 장거리 카메라 영상을 이용한 원격조작과 모바일기기를 이용한 차량통제도 가능하다. 이를 이용하면 스마트 팜이나 스마트 건설 분야처럼 여러 대의 작업기계가 동시에 작업을 할 때에도 중앙에서 효율적으로 관제할 수 있다. 그뿐만 아니라 실제 무인작업차량의 센서 데이터를 동기화하여 3D기반으로 작업의 모든 과정을 실시간 모니터링할 수도 있다. 아울러 이번 기술은 오픈소스를 활용한 순수 국내기술로 개발됐다. 농업용 트랙터뿐 아니라 다양한 산업용 작업기계의 무인화 운용개발에도 기여할 것으로 기대하고 있다. 이와 함께 해당 기술을 이전받은 LS엠트론은 향후 자율주행 중대형 트랙터 개발 및 스마트 팜 서비스화 기술개발 등에 이를 활용할 계획이다. 차무현 책임연구원은 “산업용 작업기계의 무인화 수요와 더불어, 상용화를 위한 안전/신뢰성 요구사항도 점차 증대되고 있는 상황”이라며 “현장 필드시험보다 훨씬 다양하고 복잡한 시나리오의 사전시험이 가능한 데다 데이터 축척도 할 수 있어 무인화 제품개발 및 시험에 필요한 시간과 비용을 효과적으로 절감할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 기계연 주요사업 ‘산업용 모바일 작업기계 자율화 기반기술개발’ 과제의 일환으로 수행되었으며, 해당 기술과 관련하여 한국 CDE(Computational Design and Engineering) 학회에서 주최하는 2020년 디지털트랜스포메이션 경진대회에서 과학기술정보통신부 장관상(대상)을 수상한바 있다. URL

  - 기계연 나노역학장비연구실 초미세 나노입자 제조 新기술 발표 - - 제조 공정 획기적 개선으로 에너지 저장 등 탄소중립 달성 지원사격 - 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 CO₂ 레이저 공정을 적용하여 MOF를 기존보다 수 십배 빠르게 초미세 다공성 나노입자로 제조하는 기술을 개발했다. MOF(Metal-Organic Framework・금속-유기 구조체)는 금속과 유기 분자가 결합한 물질로 스펀지처럼 수많은 동공(洞空・hole) 구조로 이뤄져있다. 동공에 수소나 이산화탄소 같은 물질을 효과적으로 저장할 수 있어 친환경・에너지 분야의 새로운 소재로 주목 받고 있다. 기계연 나노융합장비연구부 나노역학장비연구실 이승모 책임연구원은 CO₂ 레이저를 MOF에 조사하여 5㎚ 크기의 매우 균일한 나노입자를 수 초 안에 제조하는 데 성공했다. MOF에 CO₂ 레이저를 조사하면 탄소열환원 반응이 발생하면서 순간적인 가열과 냉각이 이루어져 작고 균일한 입자가 생긴다. ▲다공성 전도성 나노입자 제조를 위한 CO₂ 레이저 공정과 기존 공정의 입자 크기 및 균일도 / 공정 비교 지금까지는 고온 열처리를 하는 방법이 이용되어 왔지만 제조 시간이 길고, 입자의 사이즈를 줄이기 어렵다는 한계가 있었다. 연구팀은 CO₂ 레이저를 이용한 합성 기술 개발 분야의 축적된 역량을 바탕으로 초미세 다공성 나노입자 제조 기술을 확보했다. 기계연 이승모 책임연구원은 “촉매, 에너지 저장, CO₂ 포집 등을 위한 MOF 기반의 나노입자 제조기술 후속연구에 박차를 가할 것”이라며 “앞으로도 우리나라의 탄소중립 목표 달성에 기여할 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구는 기계연 주요사업 ‘자율주행차용 유연 투명 디스플레이 나노기반 생산장비 핵심 기술 개발’과 과학기술정보통신부 ‘Micro-LED기반 메타 디스플레이 기술 개발’ 사업의 지원을 받아 수행했으며 연구에는 한국에너지기술연구원과 파동에너지극한제어연구단이 함께 참여했다.

- 기계연-충남대병원-중앙보훈병원, 2월18일 MoU 체결 - - 고령화 가속 사회 속 국민의 삶 편안하게 하는 연구개발 박차 - ​ ▲한국기계연구원 박상진 원장과 충남대학교병원 김지연 진료처장, 중앙보훈병원 허재택 원장은(사진 왼쪽부터) 2월 18일(목) 충남대병원에서 공동 연구를 위한 MoU를 체결했다. ​ 불편한 팔다리에 착용해 움직임을 보완해주는 신개념 보조기부터 3D프린팅 기술로 만든 임플란트, 표면을 기능성 마이크로 구조로 가공해 감염의 위험성을 낮춘 의료장비 개발까지 기계기술 연구자와 의료진이 신체 약자를 위한 연구개발에 뜻을 모은다. ​ 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)과 충남대학교병원(원장 윤환중), 중앙보훈병원(원장 허재택)은 2월 18일(목) 충남대병원에서 기계연 박상진 원장과 충남대병원 김지연 진료처장, 중앙보훈병원 허재택 원장 등 관계자가 참석한 가운데 MoU를 체결했다. ​ 세 기관은 향후 △의료용 로봇 △진단 및 헬스 모니터링 △나노・3D 바이오프린팅 의료기술 △광학・플라즈마・소재 융합 등 첨단 의료기술 분야의 연구협력을 비롯해 연구인력 교류, 시설과 장비, 학술 및 기술정보 공동 활용 협력을 추진한다. ​ 협약에 앞서 기계연의 나노공정장비연구실과 로봇메카트로닉스연구실 등 연구현장을 직접 확인하고, 이어 충남대병원에서 협약식과 기술교류회를 개최하고 협력 과제 발굴을 논의했다. ​ 기계연은 지난 2017년 충남대병원과 MoU를 체결하고 공동 연구과제 수행은 물론 연 2회 이상의 의료융합기술세미나를 개최하는 등 지속적인 연구교류를 이어왔다. 특히 협력 연구성과 중 하나인 스마트 로봇의족은 뛰어난 기술력과 경제성으로 주목을 받았다. 이는 과학기술 연구개발 성과를 활용하여 국가 유공자 삶의 질을 높이도록 지원하는 정책을 이끌어낸 우수 사례로도 꼽힌다. ​ 이번 협약 체결로 중앙보훈병원까지 협력에 참여하면서 의료 및 보건 분야의 공동 R&D 의제 발굴부터 의료기계 기술 상용화를 위한 임상시험, 사용성 개선까지 협력의 폭을 더욱 넓힐 수 있게 됐다. ​ 기계연 박상진 원장은 “보건・의료 분야의 연구개발 협력을 강화하는 것은 기술 경쟁력 확보를 넘어 가속하는 고령화 사회에서 신체 약자를 위한 기술을 개발하고 그 성과를 더 많은 국민이 함께 누릴 수 있어 더욱 의미가 크다”며 “앞으로도 기계기술의 연구 분야를 지속 발굴하고 연구성과가 국민 생활 속에 확산되어 더욱 안전하고 건강한 사회를 만드는 데 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

- 2020 기계산업 타산업 대비 적은 하락폭 - - 2021 반도체 장비 주도의 호황 전망 - ​ ​ 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 2021년 국내 기계산업이 코로나19발 산업 정체를 딛고 소폭 반등할 것으로 전망했다. 기계연은 2021년 국내 기계산업 생산액을 전년(103조 원) 대비 1% 이상 성장한 105~110조 원대로 예측했다. 2020년 국내 기계산업 생산·수출·수입 모두 코로나19에 따른 하락을 겪었다는 점과 반도체 등 전방산업의 호황에 따른 수요 증가 등을 고려한 전망이다. 이 같은 내용은 2월 발간한 기계기술정책 제102호 ‘기계산업 2020년 성과와 2021년 전망’에 담겼다. 2021년 한국 기계산업은 반등할 것으로 전망된다. 주요국의 제조업 PMI가 한목소리로 긍정적인 시장을 전망하고, 전년 9월 이후 생산·수출 증가율이 양전 후 지속세에 있다. 또한, 백신 보급이 확대되며 주요국을 시작으로 경기 부양을 위한 기반 투자가 확대될 것으로 기대하기 때문이다. 단, 주요국의 급격한 정책 변화, 코로나19에 따른 비대칭적 경기 충격 등 글로벌 불확실성도 여전하기에 성장 폭이 크지는 않을 것으로 전망된다. ▲ 우리나라 기계산업의 생산 및 수출입 추이와 전망 특히 올해 기계산업은 정부의 탄소중립과 한국판 뉴딜 등 정부 정책이 산업계에 적용되며 회복세를 견인할지 귀추가 주목된다. 반디장비 등은 강한 성장세를 보이는 만큼 기계산업에 활력을 불어넣을 것으로 기대된다. 업종별로 보면 반도체 장비는 전방산업의 상승세에 힘입어 전년보다도 더 성장할 전망이며, 플랜트 분야도 LNG 수요회복에 따른 발주 확대로 전년 대비 성장이 예상된다. ▲ 기계산업 세부 업종별 2020년 실적 및 2021년 전망 기상도 파운드리의 성장을 중심으로 세계 반도체 장비 시장이 2022년까지 성장세를 이어갈 것으로 전망되는 점도 긍정적이다. 연구진은 향후 반도체 장비 시장의 메가트렌드에 따른 전방산업의 수요가 증가에 대응하기 위해 시스템 반도체 시장 확보를 위한 정책이 지속되어야 한다고 제언했다. 플랜트와 건설기계 분야는 안정이 전망된다. 플랜트 분야의 중국, 동남아, 아프리카 지역의 LNG 액화 플랜트 프로젝트에서 기회를 찾을 것으로 보이며, 건설기계 분야는 산업 활동 재개와 경기 부양을 위한 인프라 투자와 함께 반등할 전망이다. 공작기계 산업은 2020년 수요업종별로 전기전자 제외한 전 업종에서 감소하며 2년 연속 내수와 수출 모두 약 20%의 큰 폭으로 하락했다. 아시아 국가가 회복을 견인하겠으나, 주요국 관계자들은 2021년에도 생산이 다소 감소할 것으로 전망하고 있다. 지역별로는 수도권은 반도체·디스플레이장비 업종을 중심으로 코로나19의 영향을 최소화한 반면, 조선·자동차 등 지역 주력산업의 부진으로 연중 하락세를 겪었으나, 2021년에는 전방산업 수요 회복 기대로 반등이 전망된다. 기계연 기계기술정책센터 김희태 선임연구원은 “2020년 기계산업은 코로나19의 영향에도 건재하며 국가경쟁력 제고에 기여하였고, 2021년에는 메가트렌드와 정부 정책에 기인한 수요 증가에 힘입어 전년 대비 개선된 실적을 기대하고 있다”며, “대중 무역의존도와 대일 무역역조를 개선하려는 노력은 필요하다”고 말했다. 한편 한국기계연구원은 기계산업 동향을 분석하고 정책을 제안하는 전문지식지 ‘기계기술정책’을 매년 4회 이상 발간하고 있으며 기계분야 국책연구기관으로서 싱크탱크 임무를 수행하고 있다. 기계기술정책은 기계연 홈페이지에서 정기구독 신청 및 다운로드할 수 있다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 탄소중립 관련 글로벌 동향을 분석하고 탄소중립 달성을 위한 국가별 중점 추진 분야를 담은 기계기술정책 제101호 ‘탄소중립, 글로벌 동향과 시사점’을 발간했다. 이번 보고서는 최근 미국, 중국, 일본 등 세계 주요 국가가 일제히 중장기 탄소중립 비전과 추진 방안을 발표하고, 2050년 전후로 탄소중립 달성을 선언하는 등 공동의 지향점을 갖고 있다고 분석했다. 또한, 공통적으로 신재생에너지와 그린모빌리티, 에너지 효율 증대, 그린산업 육성 등의 분야를 전략적으로 육성하고 있으며, 정부 뿐 아니라 글로벌 기업도 빠르게 동참하고 있다고 덧붙였다. 탄소중립과 관련하여 부상하는 기술로는 신재생에너지 분야의 액체공기 에너지저장 기술, 그린모빌리티 분야의 액체수소 공급 기술과 V2G(Vehicle To Grid) 기술, 에너지 효율 증대 분야의 건물형 스마트 팜 기술, CCUS (탄소 포집 및 활용) 기술 등을 꼽았다. 이와 함께 탄소중립 시대의 신산업을 선점하기 위해 새로운 방식의 설계 역량과 부품, 장비 등의 혁신이 수반되어야 한다고 제언했다. 특히 ‘규모의 경제’를 극복하기 위한 기회로서 탄소중립이라는 정책적 지원을 전략적으로 활용해야 한다는 필요성을 제안하고, 관련 시장의 글로벌 리더십 확보를 위해 기업과 학-연 협력이 더욱 활성화되어야 한다고 강조했다. 기계연 김철후 선임연구원은 “파리협정 이후 탄소감축을 넘어 이제는 탄소발생을 제로화하는 탄소중립으로의 세계 각국의 정책 방향이 강화되고 있다”며 “이미 글로벌 경제와 정책은 탄소를 비용으로 인지하고 있는 만큼 탄소중립을 중심으로 재편되는 새로운 국제질서에 대응하기 위한 노력이 절실하다”고 말했다. 한편 기계연도 선제적 대응을 위해 ‘대용량 액체공기 에너지저장 핵심기계기술 개발’, ‘고밀도 극저온 액체수소 공급시스템 핵심기술 개발’ 등 탄소중립 관련 연구개발에 박차를 가하고 있다. 기계기술정책지는 기계산업 동향을 분석하고 정책을 제안하는 전문지식지로서 기계연 홈페이지에서 정기구독 신청 및 다운로드 받을 수 있다. 

기계연, 국민 삶의 질 높이는 미세먼지 저감 연구 박차  - 다부처 협력 실내・외 미세먼지 저감 기술 개발 및 실증 속도 -  - 미세먼지 없애기 위한 다양한 연구개발 눈길 -  과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 국민 삶의 질을 위협하는 실내・외 미세먼지를 줄이기 위하여 다각적인 연구개발 활동을 펼치고 있다.  기계연 환경시스템연구본부는 과기부, 국방부와 함께 자동차 배출 미세먼지 저감을 위한 플라즈마 버너 기술의 실증 연구를 수행하여 저감 효과를 확인하고, 대상을 넓혀 추가 실증을 진행한다. 또한 기존 자동차 미세먼지 저감 시스템인 SCR의 효율을 높이기 위한 고체 암모늄 SCR 기술 개발에도 성공했다.  아울러 지하철 역사 등 대규모 공공장소의 실내 미세먼지 저감을 위한 정전방식의 공기청정기술을 개발하는 등 다양한 연구개발을 추진하고 있어 눈길을 끈다.  기계연 플라즈마연구실은 오는 2022년 3월까지 과기부, 국방부와 함께 공군 군용 장비 대상 미세먼지 발생 저감 2차 실증을 추진한다. 연구진은 이에 앞서 두 부처와 협력해 2020년 3월부터 4개 부대 차량 50대에 플라즈마 버너를 장착하여 미세먼지 발생량을 95% 이상 절감하는 효과를 확인했다.  ▲차량 하부에 플라즈마 버너를 장착한 모습. 2021년에는 적용대상을 육군, 해병대 등 다양한 대상으로 확대 추진하고 실증 결과를 바탕으로 민간 건설기계 적용을 위한 변경 인증을 추진하여 기술적 한계로 어려움을 겪고 있는 건설기계 배출 미세먼지 저감을 실현할 방침이다.  그린동력연구실은 고체 암모늄을 환원제로 적용한 SCR 시스템을 개발했다. 고체 암모늄 SCR 시스템은 가격이 저렴한 고체 암모늄을 가열하여 열분해 한 후 암모니아 가스를 만들어 배기관에 분사하는 기술이다.  ▲한국기계연구원 그린동력연구실이 개발한 고체 암모늄 SCR 시스템 가격이 저렴한 고체 암모늄을 환원제로 적용하여 경제적이고 온도와 관계없이 사용할 수 있어 효율이 뛰어난 장점이 있다. 기존의 요소수 SCR은 배출가스가 200도 이상의 고온일 때 작동시킬 수 있었지만 고체 암모늄 SCR은 온도와 상관없이 사용할 수 있어 효율이 더 뛰어난 것이 장점이다. 연구팀은 고체 암모늄 반응기 설계기술 및 온도/압력 정밀 제어기술을 확보하고, 고체 암모늄 SCR 시스템 시제품을 제작했다. 아울러 시제품을 테스트한 결과 질소산화물 저감율이 기존 요소수 기술보다  60% 이상 향상되는 것을 확인했다.  환경기계연구실은 버스터미널 대합실, 기차역 역사 내부 등 넓은 실내 공간의 공기를 효율적으로 정화할 수 있는 대면적 무필터 공기청정기술을 개발하고 국내 최고 수준인 약 250㎡의 정화 성능을 확보하는 데 성공했다.  ▲한국기계연구원 환경기계연구실이 개발한 대면적 무필터 정전방식 공기청정기 시제품과 멀티 채널 전극 구조로 제작된 하전부 모습 노란 동그라미로 표시된 검은 부분이 초미세먼지를 집진하는 멀티 전극의 모습으로 전극 개수를 늘리면서도 서로 간섭하지 않아 효율적으로 대량의 공기를 정화할 수 있다. 연구진은 원천기술을 보유한 정전방식의 집진기술에 세계 최초로 멀티 섬유 전극을 적용하여 기존보다 약 1.5배 이상 넓은 면적의 공기정화 성능을 확보했다. 독자적인 멀티 채널 구조 기술로 먼지를 집진하는 전극의 숫자를 기존보다 늘려도 서로 간섭 없이 많은 양의 초미세먼지를 제거할 수 있었다. 또한, 정전기로 필터 기능을 대신하는 무필터 설계로 압력손실을 기존보다 1/5수준으로 줄여 처리 성능을 더욱 향상시켰다. 특히 이 기술을 활용하면 주기적인 필터 교체 비용이 절감되어 다중이용시설의 경제적인 실내 공기질 관리가 가능할 것으로 기대된다.  기계연 박상진 원장은 “계절에 따라 되풀이되는 미세먼지 문제로 국민 삶의 질이 위협받고 있다”며 “국민의 안전하고 쾌적한 삶을 위한 기계기술 연구개발로 마음껏 숨 쉴 수 있는 환경을 만들기 위해 노력하겠다”고 말했다.