[여기 '과학' 어때] 과학자들의 연구결과는 언제쯤 제품으로 나올까요?

연구실. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 2022년도 벌써 한달이 다 되어 갑니다. 코로나19도 이번주 들어 하루 확진자 수가 7000명을 넘어 어제는 1만6000명을 돌파했습니다. 오미크론이라는 코로나19 변종이 무섭게 확산되고 있습니다.

이 감염병이 확산돼 모두를 힘들게 하고 있지만 그나마 위안을 삼을 수 있는 것은 백신과 치료제가 나왔다는 것입니다. 또 코로나19 환자 중 위독한 환자의 비중이 조금씩 줄어들고 있습니다.

우리가 백신과 치료제를 구할 수 있고, 코로나19라는 감염병이 어떤 특징을 가지고 있는지 알 수 있는 것은 과학기술 덕분입니다.

코로나19 바이러스. 미국 질병통제예방센터 제공

■과학기술의 단계 '기술성숙도'
과학기술이 발달하면서 우리의 삶은 조금씩 편리해지고 생활환경이 개선되고 있습니다. 우리나라를 비롯한 전세계 수많은 과학기술자들이 연구를 통해서 우수한 과학기술 성과를 내고 있습니다.

그런데 그 성과들은 언제쯤 우리가 누릴 수 있을까요. 제가 과학자들의 연구성과 기사를 쓰면 종종 독자분들이 이같은 질문을 하곤 합니다.

오늘은 새로운 과학기술이 제품이나 서비스로 이어지는 순서에 대해 얘기해볼까 합니다.

백신이나 치료제, 또는 여러 전자제품들이 처음부터 뚝딱하고 우리가 사용하는 것은 아닙니다.

처음 현상이나 원리를 발견해 제품으로 나오기까지 여러 단계를 거칩니다. 미국 항공우주국(NASA)가 우주산업에 기술을 투자하는데 그 위험도 관리를 하기위해서 1989년 처음 도입한 것이 '기술성숙도(TRL, Technology Readiness Level)입니다. 어떤 기술이나 제품을 개발하는데 1단계부터 9단계로 나눕니다. 그래서 이 기술성숙도를 많은 분야에서 사용하고 있죠.

제가 기술성숙도와 비교해서 설명해 드리겠습니다.

기술성숙도. 한국전자통신연구원 제공

■아이디어를 과학적으로
먼저 기초연구단계에 해당하는 1~2단계가 있습니다. 여러 과학자들이 어떤 현상이나 원리를 발견하고 이론적으로 정립합니다. 그래서 '어떤 박사가 세계 최초로 무엇을 발견했다'라고 발표를 하죠.

그럼 관심있는 과학자들이 우리 생활에 어떻게 적용하면 좋겠다는 식으로 아이디어를 내면서 더 자세하게 연구합니다. 여기까지가 기초연구단계입니다.

기술성숙도. 한국전자통신연구원 제공

다음은 실험단계로 3~4단계로 넘어갑니다.

한 분야의 기초연구가 많이 이뤄지게 되면 '이 기술을 잘 활용하면 좋을 것 같다'는 사람들의 관심이 조금씩 쏠리기 시작하게 됩니다. 그러면 정부나 국가의 연구기관에서도 어떻게 하면 국민들이 사용하게 만들 수 있을지 검토합니다.

그러면서 계획들이 연구개발 실행으로 옮겨지게 됩니다. 여기서부터 정부가 국민의 세금을 이용해 예산을 정하고 연구개발이 진행됩니다.

연구기관이나 대학의 연구실에서 실제로 이 아이디어가 실현 가능한지 실험실 규모의 기본성능을 검증하게 됩니다. 그러면서 개발하려는 부품이나 시스템의 기본 설계가 이뤄집니다. 여기까지가 3단계.

기본 설계가 완성되면 여기에 필요한 소재와 부품, 시스템의 시험샘플을 만들어 핵심 성능을 평가합니다. 이 4단계는 3단계에서 얻어낸 다양한 결과 중에서 최적의 결과를 선택하는 시기입니다. 이때 만든 발명품을 '프로토타입'이라고 부르죠.

실험쥐. 생명공학연구원 제공

치료제나 의약품을 개발하는 과정중 이때가 세포나 동물을 가지고 실험을 해서 결과를 얻는 시기입니다.

그래서 연구기관의 박사들이 치료제를 만들기 위한 물질을 가지고 실험쥐를 이용해 효과를 확인하기도 하죠. 예를들어 어떤 물질을 실험쥐에 먹여보니 암세포가 90% 죽었다라는 발표를 합니다.

제가 이런 연구결과를 주로 기사로 많이 씁니다. 간혹 제 기사를 보고 연구기관에 연락해 새로운 기술을 적용한 사업을 하고 싶다는 분들도 있습니다.

기술성숙도. 한국전자통신연구원 제공

■연구기관과 기업이 함께
이런 결과물을 가지고 시작품을 만드는 5~6단계로 넘어갑니다. 이 단계는 보통 연구기관들과 기업들이 함께 진행합니다. 확정된 소재와 부품, 시스템의 실험실 시작품을 만들고 성능을 평가하는 5단계죠. 발명품의 생산을 고려해 설계하고 시작품 샘플을 여러개 만들어보기도 합니다.

이때는 실제 우리가 사는 제품처럼 제작에 드는 비용을 고려하지 않고 기술의 핵심성능만 봤을때 실제로 판매할 수 있을 정도의 성능이 나오는지 시험하는 단계입니다.

수소연료전지 소재 연구단 박구곤 단장(오른쪽)이 동아화성 성락제 대표이사와 수소연료전지의 핵심부품인 막전극접합체(MEA)를 살펴보며 논의하고 있다. 에너지기술연구원 제공

그 다음이 공장에서 제품을 만드는 설비를 파일럿 규모로, 즉 소규모로 갖춰보고 발명품을 여러개 만들어보는 6단계입니다. 이때 설비에서 만들어지는 제품의 생산량을 가늠해보고 불량률 등을 최소화하기 위한 방법을 검토해보기도 합니다.

이 단계는 중소기업이나 중견기업일 경우 정부 연구기관이 도와주는 형식으로 진행되기도 합니다. 중소기업은 규모가 작다보니 연구에 투자할 여력이 부족합니다. 이때 정부가 조금 도와준다면 해외 여러 기업들과 대등한 경쟁을 할 수 있어 해외 수출에 도움이 되기도 하죠.

기술성숙도. 한국전자통신연구원 제공

실용화 단계인 7~8단계는 실제 환경에서 성능과 신뢰성을 평가하고 제품을 표준에 맞게 수정하는 단계입니다. 그래서 국가의 표준화 및 인허가 기관에서 인증을 받고 실제 판매를 위한 제품 생산을 준비합니다.

이렇게 되면 최종 9단계인 사업화로 가는 겁니다. 3~4단계에서 얻은 여러 과학자들의 결과물들이 훗날 제품으로 만들어져 인류 생활에 영향을 주어지게 되는 경우, 우리가 잘 알고 있는 노벨상을 받기도 하죠. 스마트폰이나 전기차에 사용하는 리튬전지의 기초 연구성과를 냈던 과학자들이 노벨상을 받았고, 말라리아 치료제와 LED를 개발한 과학자들도 마찬가지입니다.

이처럼 처음 어떤 중요한 과학기술이 개발됐다면 당장 우리가 사용하기에는 조금 시간이 걸립니다.

[e-mail] 김만기 기자