디지털 트윈으로 핵융합 난제를 해결한다

과기정통부, 과학난제도전 융합R&D 추진
기발한 아이디어로 해결 못한 과학에 도전
3개 융합연구단에 5년간 각각 90억 투입

KSTAR 진공용기내부 내부. 핵융합에너지연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 디지털 트윈으로 핵융합로를 만들어 핵융합발전 기술을 개발한다. 또 멀티봇을 개발해 손상된 신경을 재생해 장애를 극복한다. 이와함께 천문학과 인공지능을 활용해 아직까지도 밝혀지지 않은 암흑에너지를 규명해 낸다.

과학기술정보통신부는 기발한 아이디어를 이용해 아직까지 해결하지 못한 과학에 도전하는 '과학난제도전 융합연구개발사업'을 추진한다고 22일 밝혔다. 이를 위해 이날 2021년도 신규 과제를 선정하고 3개의 선도형 융합연구단이 공식 출범했다.

과기정통부는 이들 연구단에 5년간 각각 총 90억원을 투입해 기존에 시도하지 않은 난제도전형 연구를 진행한다.

이번 출범한 선도형 융합연구단은 서울대 황용석 교수가 지휘하는 구형토카막(ST) 핵융합메타웨어 연구단, 전 한국천문연구원 원장이자 서울대 이형목 교수가 이끄는 중력파우주 연구단, 대구경북과학기술원 최홍수 교수의 표적신경회로재생 연구단이다.

3개 연구단은 그동안 해결하지 못한 과학난제를 기초과학과 공학의 융합연구로 혁신적인 방법으로 세계 최고이자 최초, 유일한 성과 창출을 목표로 한다.

■디지털 트윈으로 핵융합
먼저 ST핵융합메타웨어 연구단은 핵융합 플라즈마 난제를 해결해 인공태양 발전소 구축 현실화를 목표로 한다.

현재 핵융합연구는 1988년 설계를 시작으로 2025년 완공을 목표로 하는 국제핵융합실험로(ITER)를 중심으로 장치 성능 향상 등을 진행하고 있다.

연구단은 장치 대형화로 인한 개발비용과 물리적 한계를 극복하는데 초점을 두고 있다. 1단계에서는 디지털트윈을 만들어 검증하고, 2단계는 고성능 컴퓨팅 기반의 가상 핵융합로를 구축한다. 이를 통해 단기간내 저비용으로 소형 ST 핵융합 발전로 구축 기반을 확보한다.

■멀티봇이 신경을 살린다
표적신경회로재생 연구단은 신경세포를 잃은 난치성 신경 질환자 회복을 목표로 한다.

연구단은 뇌 신경망 형성을 위한 줄기세포 등에 자성을 부여하고 제어가 가능한 멀티봇을 개발한다. 이를 위해 실제 신경 조직과 동일한 수준의 도파민 신경회로망을 재건하고, 전임상시험을 통한 안전성과 유효성을 검증한다.

신경망 재건 기술을 통해 파킨슨 운동장애 등의 뇌질환 치료의 새로운 패러다임을 주도할 수 있을 것으로 전망된다. 또한 생명과학 및 의료서비스 분야의 성장을 위한 핵심 원천기술이 될 수 있을 것으로 기대된다.

■암흑에너지 실체를 밝힌다
중력파우주 연구단은 다중신호 천문학과 인공지능을 활용해 암흑에너지의 실체를 밝혀낸다.

암흑에너지는 우주의 가속팽창을 설명하는 핵심 개념이며, 아직 정체가 밝혀지지 않은 난제의 영역이다. 허블상수는 은하의 속도와 거리 사이의 관계를 나타내는 비례상수다. 이는 암흑에너지와 밀접한 상관관계가 있다.

이번 연구에서는 7차원적 망원경을 개발해 중성자별과 블랙홀 충돌에서 발생하는 중력파와 다양한 파장의 전자기파를 관측하고 통계분석한다.

천문·우주 분야의 경우 선진국과의 격차가 작고 본질적으로 국제 융합 연구가 요구되는 분야다.

연구단은 국제적 네트워크를 활용해 우주론 연구의 돌파구를 마련할 것으로 기대하고 있다.

[e-mail] 김만기 기자