back 수상자 상세정보

홍원빈

포항공과대학교학교 전자전기공학과, 전자전기공학과

초고주파 5G 통신 안테나 원천기술로 데이터 고속도로 기반 제공

공적 요약

기존 안테나 패러다임을 바꿀 디스플레이 내장 안테나(AoD) 개념을 제시하고, 초고주파수 대역에 최적화된 밀리미터파 5G 단말 안테나** 원천기술을 개발해 데이터 고속도로의 핵심 인프라 구축에 기여.

구체적 내용

홍원빈 교수는 지금까지 이분돼 있었던 통신용 안테나와 디스플레이를 하나로 결합하여 5G 시대를 견인할 안테나 공학의 새로운 지평을 제시했다. 과거 휴대폰의 단추식 키패드가 디스플레이와 결합한 터치패널로 진화한 사례에 착안하여, 지금까지 독자적으로 발전해온 안테나와 디스플레이를 융합한 디스플레이 내장 안테나에서 해법을 찾았다.
개념 디스플레이 내장 안테나의 원리와 개념을 정립하고 와이파이와 LTE통신이 주로 사용하는 마이크로파 대역의 안테나와 5G통신용 고주파대역의 밀리미터파 안테나기술을 각각 확보해 산업적 파급력을 높였다.
마이크로파 대역의 안테나 기술은 2016년 삼성전자 스마트워치에 적용해 기존 대비 무선통신의 전파 수신감도와 송신 신호 향상을 확인했다. 이어 2019년 LG전자 스마트폰에 밀리미터파 5G 안테나를 시연하는 등 실생활에 활용 가능한 사회·경제적 가치 창출에도 주력했다.
또한 국내외 산업계와 협의체계를 구축해 지금까지 스마트폰, 가상현실기기 등 제품의 형상에 따라 달라졌던 안테나 형상을 통일하는 결실도 이뤘다. 일련의 연구성과는 전자전기분야 전문학술지 ‘트랜잭션 온 안테나 앤 프로파게이션(IEEE Transactions on Antennas and Propagation)`에 2017년, 2019년 두 차례 게재됐다.

주요경력
2016. 2 ~ 현재 포항공대 전자전기공학과 조교수, 부교수, 무은재 석좌 교수
2019. 8 ~ 현재 IEEE(국제전자전기공학회) 안테나 분야 SCI 저널 부편집장
2016. 10 ~ 2017. 9 IEEE(국제전자전기공학회) 5G분야 특집호 초청편집장
2016. 8 ~ 현재 IEEE(국제전자전기공학회) 안테나 분야 SCI 저널 부편집장
2009. 7 ~ 2016. 2 삼성전자 책임연구원, 수석연구원
주요학력
2006. 1 ~ 2009. 5 美 미시간대학교(University of Michigan, Ann Arbor) 전기공학과, 박사
2004. 9 ~ 2005. 12 美 미시간대학교(University of Michigan, Ann Arbor) 전기공학과, 석사
2000. 1 ~ 2004. 5 美 퍼듀대학교(Purdue University-West Lafayette) 전기공학과, 학사

달리는 기차에서도, 하늘을 나는 비행기에서도 무선통신이 가능한 시대이다. 4세대 LTE보다 속도가 무려 20배나 빨라진 5세대 무선통신의 등장은 데이터 고속도로의 개통을 알렸고, 음성과 문자 정보만 주고받을 수 있었던 1, 2세대 통신은 흑백TV와 함께 박물관으로 자리를 옮겼다. 이제 차세대 무선통신의 미래는 안테나에 달렸다고 해도 과언이 아니다.

포항공과대학교 홍원빈 교수는 지난 130여 년 간 계승·발전된 안테나 이론의 한계를 극복하며 국내외 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 산학연 협력을 중시하는 그의 연구실에서 탄생한 디스플레이 내장형 안테나는 기존 안테나 개념의 패러다임을 바꾸었다는 평을 받는다. “과학과 기술은 창작 활동이라고 이야기 하는 그는 안테나 성능향상을 위해 개수를 늘려야 한다는 고정관념을 탈피함으로써 문제해결의 실마리를 찾았다.

그는 이제 불혹의 나이를 맞은 젊은 과학자이지만 실용주의 학문으로서 진리 추구와 사회 가치 창출이라는 두 가지 목표를 동시에 추구하며 이룬 학문적, 산업적 성취는 대가와 견주어도 부족함이 없다. 창작은 타고난 재능이 아닌 노력으로 얻어지는 것임을 강조하는 홍원빈 교수의 연구이야기를 소개한다.

이달의 과학기술인상 수상을 진심으로 축하드립니다. 수상 소감 부탁드립니다.

과분한 상을 수상하여 영광입니다. 본 연구를 시작한지 10년이 되는 해라 더욱 뜻 깊습니다. 여러모로 부족하지만, 더욱 정진하여 사회에 이바지하라는 뜻으로 생각합니다. 제일 먼저 연구실을 졸업한 제자들과 현재 재학 중인 제자, 그리고 동료 연구원들과 수상의 기쁨을 나누고 싶습니다. 이번 수상은 연구에 매진할 수 있는 포항공과대학교의 학풍 없이는 불가능했을 것입니다. 또한 실패 위험이 높은 연구임에도 아낌없이 지원해주신 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 국내외 산업계 관계자들과 한국전자파학회 관계자들께 깊이 감사드립니다. 마지막으로 아내와 딸, 그리고 가족들에게 영광을 돌리고 싶습니다.

안테나와 디스플레이를 결합한 신개념 안테나로 130여 년 간 지속되어 온 안테나 공학의 패러다임을 바꾸셨습니다. 선도적인 안테나 연구에 도전하신 이유가 궁금합니다.

아직 완벽하게 안테나의 패러다임을 바꾸었다고 보기는 어렵지만 가능성을 확인하였다고 자평합니다. 본 연구에 대한 아이디어는 대학원 재학 시절 문득 떠올랐습니다. 당시 저는 지금과 사뭇 다른 연구를 수행하고 있었습니다. 안테나 공학 분야에서 수십 년 동안 경쟁적으로 진행된 이른바 소형 안테나 이론과 응용을 전공하였습니다. 휴대전화 단말기의 키패드가 터치패널과 결합했듯이 안테나 역시 전혀 다른 관점에서 접근이 가능하지 않을까란 생각을 하게 됐습니다. 대학원 졸업 후 어떻게 하면 이 아이디어를 현실로 구현하여 확인할 수 있을지를 고민하다가 여기까지 왔습니다. 결국 연구를 시작한 동기는 궁금증과 호기심이라고 할 수 있을 것 같습니다.

‘디스플레이 내장 안테나(AoD)’라는 새로운 분야를 개척한데 이어 신개념 밀리미터파 5G 단말 안테나 원천 기술을 세계 최초로 개발하셨습니다. 관련 내용과 성과를 소개해주세요.

연구의 핵심 목표는 휴대폰처럼 물리적, 현실적 제약을 받는 좁은 공간에 정교한 빔조향이 가능한 안테나를 구현하는 것이었습니다. 안테나의 빔이란, 정원에서 사용하는 호스의 물줄기처럼 특정한 방향으로 전자파가 분포하는 것을 의미합니다. 안테나를 물리적으로 움직이지 않으면서 실시간으로 안테나의 빔을 특정 방향과 공간으로 조향하는 것이 현재 일반적으로 사용되는 밀리미터파 5G를 비롯한 차세대 무선 기술의 핵심입니다. 이를 위해서 복합적인 안테나 구조가 요구되는데요. 여러 가지 기술적인 한계로 이를 휴대폰 단말기와 같은 소형 디바이스에서 구현한 선례가 없었습니다.
본 연구는 기존 차세대 무선 기술의 한계를 극복하는데 주안을 두었습니다. 그 연장선에서 디스플레 내장 안테나(AoD)를 개발하였습니다. 마치 10년 전 물리적인 키보드가 스마트폰의 투명 터치 센서로 진화하였듯이 밀리미터파 5G 단말 안테나가 공간의 제약 없이 소형 디바이스에서 활용되는데 기여할 것으로 생각합니다.

디스플레이 내장 안테나 원천기술을 이용하여 와이파이와 GPS 기반의 스마트 워치를 비롯해 스마트폰 5G 안테나 등 다양한 산업적 응용가능성도 입증하셨습니다. 관련 성과와 앞으로의 활용가능성도 궁금합니다.

OLED, LCD 디스플레이 패널 화면 전역에 내장이 가능한 AoD는 기존 안테나 기술들과 근본적으로 다른 융합 기반의 접근법입니다. 지금까지 안테나 공학과 디스플레이 공학은 학문적으로, 산업적 모두 개별적으로 진화하고 발전하였습니다. 디스플레 내장 안테나는 지금까지 한 번도 융합이 시도되지 않았던 안테나와 디스플레이의 장점과 특징을 그대로 살리면서 안테나 공학이 직면한 한계를 극복하는 접근법입니다. 연구가 더욱 심화되고 산업화되면 대한민국의 주요 산업 분야인 무선 통신, 반도체, 디스플레이의 융합을 통해 경쟁국 보다 앞선 기술을 선도하고 차별화를 꾀할 수 있을 것으로 생각합니다.

19세기 맥스웰과 헤르츠가 토대를 구축한 무선통신 및 안테나 기술은 교수님의 새로운 도전과 함께 4차산업 혁명 시대를 이끌고 있습니다. 일련의 연구성과가 향후 우리 사회에 어떤 변화를 이끌어 가길 기대하시나요?

밀리미터파 5G, 그리고 향후 6G 통신 기술과 같은 무선 기술은 4차 산업 발전의 인프라가 될 것으로 기대하고 있습니다. 현재의 어려움은 5G와 같은 차세대 통신 기술의 활용 분야가 아직 명확하지 않고, 정량적으로도 부족하다는 데 있습니다. 결국, 서비스를 이용할 사용자가 제한적이기 때문인데요. 현재 닭이 먼저인지 달걀이 먼저인지와 같은 상황입니다. 본 연구 성과가 현재 개발에 난항을 겪고 있는 밀리미터파 5G 무선단말 디바이스 확산에 기여할 수 있다면 4차 산업의 본격적인 도래를 조금 더 앞당길 수 있지 않을까 기대합니다.

2016년 포항공과대에 부임하시며 10여개의 국내기업과 연구소로 구성된 ‘다자간 산학연 연구단’을 발족하셨습니다. 산학협력의 중요성에 대한 교수님의 평소 생각도 들려주세요.

대학의 교원으로 부임 전, 기업에서 다년간 연구원으로 근무하며 산업계와 학계라는 두 가지 관점에서 연구의 본질과 의미를 배울 수 있었습니다. 공학은 실용주의 학문으로서 진리 추구와 사회 가치 창출이라는 두 가지 목표를 동시에 추구해야 합니다. 국가의 미래를 대비하는 학계와 국가의 경제를 지탱하는 산업계가 함께 어렵고, 중요한 도전을 함으로써 의미 있는 성과를 창출하자는 취지에서 국내 최초로 다자간 산학연 연구단을 구성하였습니다. 이번에 결실을 본 `미래형 5G 단말 안테나 시스템’역시 무선 통신 산업계를 구성하는 핵심 국내외 기업과 함께 개발하고 실증했습니다. 이 같은 경험을 통해 학생들과 연구원은 더 넓고 다양한 시야를 기르고, 참여 기업들은 대학의 자유로운 연구 분위기를 활용하고 터놓고 논의하며 더 큰 가치를 함께 만들어 가는데 조금이나마 역할을 하고 싶습니다.

안테나 공학의 전통적인 범주에 안주하지 않고 디스플레이공학, 첨단소재공학 등 인접 학문과 과감한 융합을 꾀하여 창의적이고 융합지향적인 연구를 추구해 오셨습니다. 평소 생각하시는 과학자의 자세, 또는 삶의 철학이 있나요?

앞서 말씀드린 대로 과학자는 우선, 사회적으로 중요하고 어려운 문제를 해결하고자 도전하는 자세가 중요합니다. 물론 사회 기여와 별도로 개인의 행복도 중요합니다. 지적 호기심과 같은 개인적 동기가 수반되어야 하는 이유입니다. 두 번째는 유연한 사고방식이 필요합니다. 기술이 급변하는 현 시대에 본인의 현재 지식만으로 미래의 중요하지만 어려운 문제들을 대처하기에는 현실적으로 어려움이 많을 것입니다. 저 역시 그런 까닭에 불편하고 어색해도 의식적으로 생각의 틀을 깨려고 노력하고 있습니다.

국내외 학회활동을 통해 5G통신기술 저변 확산과 국내 기술의 리더십 제고에도 큰 역할을 하셨습니다. 미래 기술과 시장 선점을 위해 국가 차원에서는 어떠한 노력을 해야할까요?

공학은 실용주의 학문입니다. 따라서 공학 분야의 연구개발은 국가의 기술, 사회, 산업 특성을 고려하여 정교한 전략을 통해 수행되어야 한다고 생각합니다. 대한민국은 짧은 시간 압축 성장하며 많은 발전을 이루었습니다. 이제 선진국의 연구 방식과 방향을 그대로 답습하는 전략 보다, 우리나라 현황을 반영한 정부와 학계, 산업계의 상호보완적이고 중장기적인 협업 체계 형성이 필요합니다. 이러한 풍토가 확산된다면 자연스럽게 국가 핵심 기술의 리더십은 지속적으로 제고되리라 생각합니다.

관련 연구로 최근 3년간 SCI 논문 26편, 특허 122건, 전문서적 1편, 초청 강연 40여 회에 이르는 결실을 보았습니다. 연구실과 강의실, 학회를 넘나들며 1인 3역을 소화하는 열정의 원천과 더불어 자기관리 비결이 궁금합니다.

글쎄요, 돌이켜보면 우선 시간 관리와 건강 관리라는 두 가지 습관이 중요했던 것 같습니다. 대체로 시간과 일정을 상세히 나누어 계획하는 편이고, 운동은 학창 시절부터 꾸준히 하려고 노력했습니다. 이 두 가지 습관을 통해 자연스럽게 다양한 업무를 수행할 수 있었던 것 같습니다.

창의적 연구와 더불어 인재양성에도 큰 노력을 기울이셨는데요. 평소 연구자로서, 스승으로서 학생들 또는 연구실 구성원들에게 강조하는 내용도 소개해주세요.

미래의 삶과 관련하여 멀리 보고, 주변과 사물에 대해 폭넓고 깊은 사고를 강조하고자 노력합니다. 이를 통해 각자가 생각하는 미래의 모습을 지속적으로 그려보기를 조언합니다. 졸업 후 겪을 여러 상황을 슬기롭게 대처하기 위함입니다. 결국 인생의 나침반은 자기 자신만이 만들 수가 있습니다.

연구자로서 앞으로 궁극적으로 도전하고 싶은 목표는 무엇인가요?

이렇게 영예로운 상을 받았지만 사회에 더 많은 기여와 가치 창출을 위해서는 아직 연구 측면에서 부족한 부분이 많습니다. 그런 면에서 밀리미터파 5G 기술 분야의 기술의 완성도를 높여 학자와 연구자로서 책임을 다하고 싶습니다. 아울러 이를 바탕으로 차기 선도 기술에 도전하고 싶습니다. 연구란 사실 끝이 없으므로, 이것이 궁극적인 목표라고 보기는 어렵습니다. 하지만 지금의 연구를 수행하며 그 다음 목표와 주제는 자연스럽게 진화할 것으로 기대합니다.

미래 과학자를 꿈꾸는 학생들에게 조언 또는 당부의 한 말씀 부탁드립니다.

과학과 기술은 창작 활동이라고 생각합니다. 그리고 창작을 잘하는 재능은 타고 나기보다는 노력으로 얻어지는 것이 훨씬 많다고 생각합니다. 어떤 사물이나 현상에 대해 흥미를 가지면, 다소 엉뚱하지만 재미있는 아이디어가 자연스럽게 떠오를 수도 있습니다. 이 아이디어를 스스로 아껴주고, 보호하고, 계속해서 골똘히 생각하며 조금씩 실행에 옮기면 어느덧 현실로 만들 수 있다는 것이 바로 과학자만의 매력입니다.

위로