수상자 상세정보
수상자 상세정보
- 밀리미터파(mmWave) 레이더와 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 가속도계를 융합
- 신호처리 알고리즘을 접목해 단일 센서로 가속도·기울기·변위를 동시에 계측하는 다물리량 동시 계측기술을 개발
ㅇ 중소형 사회기반시설물 실시간 재난·재해 경보를 위한 보급형 고정밀 변위센서 개발
사회기반시설물의 노후화가 심화됨에 따라 구조물의 변위를 고정밀로 계측하는 기술의 중요성이 증가하고 있다. 그러나 전 세계 사회기반시설물의 대부분을 차지하는 중소형 구조물은 변위 발생량이 mm급으로 상대적으로 작아, 기존 계측 기술로는 정밀한 모니터링에 한계가 있다. 이에 주파수 변조형 연속파 밀리미터파 레이더와 가속도계를 융합하여, 세계 최고 수준의 정확도로 구조물의 변위를 실시간으로 정밀 산정할 수 있는 보급형 고정밀 변위센서를 개발하였다.
ㅇ 개발 기술 현장 적용
개발된 기술은 한국, 중국, 미국 등 다양한 환경의 교량을 대상으로 한 실증 실험을 통해 검증되었다. 평균 최대 변위가 약 1 mm 수준인 구조물에서도 평균 오차 0.026 mm의 높은 정밀도를 확인하였다. 이를 활용하면 기존 센서로는 성능 및 경제성 측면에서 적용이 어려웠던 중소형 구조물의 건전성 모니터링, 시공 중 모니터링, 정밀시공, 내하력 검사 등에 적용할 수 있으며, 사회기반시설물 및 건설 구조물의 안전성 확보에 기여할 수 있다.
대한민국 과학기술인상 수상자로 선정되어 매우 기쁘고 큰 영광입니다. 이번 수상은 저 혼자만의 성과가 아니라, 오랜 시간 함께 연구해 온 연구실 학생들과 공동연구자분들의 노력이 있었기에 가능했습니다. 특히 이번에 인정받은 보급형 고정밀 변위 센서 기술은 지난 수년간 연구 성과가 실제 현장에서 쓰일 수 있도록 꾸준히 노력해 온 과정의 결과라 더욱 뜻깊습니다. 앞으로도 사회기반시설물을 더 안전하게 관리하고, 국민의 일상 안전에 보탬이 될 수 있는 연구를 이어가겠습니다.
요즘은 국민의 일상 안전과 직접 연결되는 실제 문제를 해결하는 연구에 집중하고 있습니다. 연구실에서는 교량, 철도, 건축물과 같은 사회기반시설물을 더 안전하게 관리하기 위한 기반 기술을 개발하고 있습니다. 동시에 최근까지 겸직한 국가철도공단 철도혁신연구원장으로서, 이러한 연구 성과가 국가 시설물의 안전 관리 체계에 실제로 적용될 수 있도록 노력하고 있습니다. 원천기술이 연구에 머무르지 않고 현장에서 활용되어, 궁극적으로 국민 안전에 기여하도록 하는 것이 현재 중요한 활동입니다.
구조물의 건강을 진단하는 의사와 같은 연구라고 생각하시면 됩니다. 사람이 건강검진을 통해 몸 상태를 확인하듯이, 교량이나 건축물도 시간이 지나면서 어디가 약해졌는지, 이상이 생기지는 않았는지 확인해야 합니다. 기존의 점검 방식이 정기적으로 병원에 가서 건강검진을 받는 것과 비슷했다면, 저희가 하는 구조물 건전성 모니터링은 건강 스마트워치처럼 구조물의 상태를 계속 살펴보는 기술입니다. 센서를 이용해 구조물이 얼마나 흔들리고 움직이는지를 계속 관찰하다가, 이상한 변화가 나타나면 미리 알려주는 역할을 합니다. 결국 작은 이상을 조기에 발견해 큰 사고를 예방하는 역할이라고 볼 수 있습니다.
교량과 건축물의 안전은 우리가 너무 당연하게 생각하기 때문에, 평소에는 그 중요성을 잘 느끼지 못하는 경우가 많습니다. 그러나 시설물 사고는 인명 피해뿐 아니라 국가적으로도 큰 손실을 초래합니다. 우리나라도 성수대교 붕괴, 삼풍백화점 붕괴와 같은 대형 사고를 계기로 시설물 안전관리를 위한 법과 제도가 마련되었고, 정기 점검이 의무화되었습니다. 다만 기존 점검은 사람이 직접 현장에 가서 확인하는 방식에 의존해, 점검자의 안전 문제와 높은 비용이라는 한계가 있었습니다. 저는 여기에 첨단 센서 기술을 접목하면 시설물을 더 안전하고 효율적으로 관리할 수 있다고 생각했습니다. 이러한 기술로 국민 안전을 지키고 국가적 손실을 줄이는 데 기여하고 싶었습니다.
대형 교량이나 초고층 건물은 사고 발생 시 피해 규모가 크기 때문에 비교적 체계적인 관리가 이루어지고 있습니다. 그러나 전 세계 대부분의 구조물은 중소형 사회기반시설물입니다. 예를 들어, 우리나라의 경우 2025년 기준 전체 시설물 18만 3,570개 중 1종 시설물은 1만 3,105개로 약 7.1%에 불과하며, 나머지 대부분은 2종 및 3종 시설물에 해당합니다. 문제는 이런 구조물이 너무 많아 기존의 고가 장비와 인력 중심 방식으로 관리하기에는 현실적인 한계가 있다는 점입니다. 또한 중소형 구조물은 움직임이나 변형이 작아, 작은 변화까지 정확히 측정할 수 있는 정밀한 기술이 필요합니다. 결국 비용은 낮추면서도 정밀도는 높여야 하는 어려운 문제가 있었고, 이 때문에 중소형 구조물은 안전관리의 사각지대에 놓이기 쉬웠습니다. 이번 연구는 이러한 문제를 해결하고, 더 많은 구조물을 안전하게 관리할 수 있는 보급형 고정밀 센서를 만들고자 시작되었습니다.
기존 GPS 기반 계측 기술은 장비 가격이 개당 약 4,000만 원 수준으로 높고, 측정 정확도가 약 10mm 수준에 머물러 중소형 구조물의 작은 움직임을 정밀하게 측정하는 데 한계가 있었습니다. 저희가 개발한 보급형 고정밀 변위 센서는 100만 원 이하의 가격으로 평균 변위 오차 0.026mm 수준의 높은 정밀도를 달성했습니다. 또한 전력 소모를 줄이고 무선통신 기능을 넣어, 구조물을 오랫동안 계속 살펴볼 수 있도록 했습니다. 이 기술은 세종 이응다리에 약 3년간 설치해 실제 현장에서 장기 성능과 활용 가능성을 검증했습니다.
밀리미터파 레이더와 가속도계는 각각 장단점이 뚜렷한 센서입니다. 레이더는 천천히 움직이는 구조물의 변위는 쉽게 계측할 수 있지만, 빠른 흔들림을 놓칠 수 있습니다. 반면 가속도계는 빠른 흔들림을 잘 잡아내지만, 시간이 지나면서 생기는 천천히 누적되는 움직임을 잘 잡아내지 못합니다. 그래서 저희는 두 센서 각각의 장점을 살리고 약점을 보완하도록 결합하는 방법을 개발했습니다. 저렴한 가속도계와 레이더를 함께 분석하면 오차를 효과적으로 줄이고 매우 정밀한 변위 측정이 가능합니다. 이러한 융합 기술이 저렴하면서도 고정밀인 변위 센서를 만들 수 있었던 핵심입니다.
이번 연구에서 중요했던 점은 단순히 센서 가격을 낮추는 것을 넘어, 현장에서 쉽게 설치하고 관리할 수 있는 시스템을 만드는 것이었습니다. 중소형 구조물에 널리 적용하려면 장비 가격뿐 아니라 설치와 유지관리 비용도 함께 낮아야 했습니다. 이를 위해 센서가 무선으로 데이터를 전송하도록 하고, 별도의 계측 장비 없이도 작동할 수 있도록 설계해 설치 편의성을 높였습니다. 또한 의사결정 기능을 센서 안에 내장해, 현장에서 수집한 모든 데이터를 보내는 것이 아니라 필요한 결과만 전송하도록 했습니다. 이를 통해 관리자가 많은 구조물을 보다 쉽게 관리할 수 있도록 했습니다. 마지막으로 배터리 사용과 태양광 패널 연계를 고려해 전력 공급 부담을 줄이고, 장기간 운용이 가능한 현장형 시스템을 구현하고자 했습니다.
개발된 센서는 미국, 중국, 프랑스 등 여러 국가의 연구기관과 협력하며 실제 현장에서 검증해 왔습니다. 특히 미국 스탠퍼드대학교 노해영 교수님 연구팀과의 한국연구재단 글로벌 기초연구실 사업 및 국토교통부 국제협력 연구개발 사업을 통해 미국 내 현장 적용과 사업화 가능성을 넓혀가고 있습니다. 앞으로의 기술개발은 국내시장만이 아닌 해외시장을 염두에 두고 진행해야 하는 만큼 국제 공동연구을 통한 국제 기술 경쟁력 강화 및 해외시장 개척이 점점 더 중요해지고 있습니다. 따라서 해외 현장 검증은 기술의 신뢰성을 높이는 데 중요합니다. 앞으로도 국제협력을 통해 기술 완성도와 글로벌 사업화 기반을 더욱 확장해 나가겠습니다.
이번 성과를 통해 중소형 구조물도 상시적으로 상태를 살펴보는 관리 방식이 자리 잡을 수 있을 것으로 기대합니다. 이러한 방식이 산업 전반으로 확산되면, 작은 이상 징후를 조기에 발견해 큰 사고로 이어지기 전에 대응할 수 있습니다. 그동안 비용이나 기술적 한계로 충분히 관리하기 어려웠던 안전 사각지대에 있는 중소형 교량과 도로 시설물의 안전성을 높이고, 궁극적으로 시민 안전과 국가적 손실 예방에 기여할 수 있을 것으로 생각합니다.
흥미와 호기심이 가장 큰 원동력입니다. 제가 관심이 있고 호기심이 가는 연구주제를 발굴해서 연구하면 좋은 성과가 나오는 것 같습니다. 그리고 저의 배우자와 아들, 그리고 학생들이 또한 가장 큰 원동력이 되어줍니다.
사실 저는 스트레스를 많이 받는 편은 아니라 그리 힘들었던 경험은 없었던 것 같습니다. 굳이 찾으라면 연구비가 떨어져서 학생들 월급을 주는 것이 힘들었던 적이 있습니다. 그럴 때마다 연구제안서를 무척 많이 썼던 것 같아요. 그럼에도 힘들 때면 운동을 하면서 스트레스를 푸는 것 같습니다.
저는 요즘 R&D라는 표현 대신 Business R&D라는 표현을 통해 기술 실용화 및 상용화의 중요성을 학생들에게 강조합니다. 그 의미는 단순히 논문과 같은 연구성과 만을 위한 연구(R&D)가 아닌 실질적 실용화 및 상용화를 위한 사업화 (Business) 모델을 먼저 구상하고 연구를 수행해야만 비로소 세상의 문제를 해결하는 진짜 기술이 된다는 뜻입니다. 제가 직접 경험 해보니 기술적으로는 해결될 수 있는 많은 문제가 경제성이 없어서 실용화가 안 되는 경우가 많았습니다. 반면 사업성이 있는 좋은 아이디어는 많은 사람들이 연구개발을 통해 결국에는 사업화에 걸림돌이 되는 기술적 문제점을 해결하는 것을 목격했습니다.
올해 5월 국가철도공단 철도혁신연구원장 임기를 마치고 학교로 복귀했습니다. 철도혁신연구원장으로 재직하는 동안, 대학에서 개발한 미래 기술을 실제 철도 현장에 적용하고 검증해 볼 수 있는 기회를 얻었습니다. 연구실에서는 새로운 기술을 개발하고, 현장에서는 그 기술이 실제 문제 해결에 어떻게 쓰일 수 있는지 확인할 수 있어 시너지가 있었습니다. 앞으로 철도 유지관리는 센서 자료를 바탕으로 자동화되고, 실제 시설물의 상태를 가상 공간에 구현하는 디지털 트윈 기술과 결합해 더욱 지능화될 것입니다. 우리나라의 정보기술 강점을 살려, 인공지능 기반의 스마트 철도 안전관리 체계로 발전해 나갈 것으로 기대합니다.
구조물 안전 진단과 스마트 센서 분야는 자동화·무인화·지능화 방향으로 발전할 것으로 생각합니다. 현재 시설물 안전진단은 사람이 직접 현장에 가서 점검하는 방식에 의존하고 있어, 인력 부족, 안전 문제, 낮은 생산성이라는 한계가 있습니다. 앞으로는 센서와 인공지능 기술을 활용해 구조물의 상태를 상시적으로 살피고, 이상 징후를 스스로 판단하는 체계로 전환되어야 합니다. 더 나아가 설계, 시공, 유지관리, 운영까지 시설물의 전주기 데이터를 연결하는 방향으로 기술 혁신이 이루어질 것입니다. 저는 최근에 시작한 InnoCORE 사업 (www.innocore.or.kr/kaist/kaistLab/krsch_rsch07)의 철도 인프라 혁신 AX 연구단장으로서, 인공지능 기반 디지털 트윈과 지능형 의사결정 기술을 통해 미래형 철도 인프라 혁신 체계를 구축하는 데 기여하고자 합니다.
흔히 사람들은 자신이 좋아하는 일을 꾸준히 열심히 하다 보면 결국 성공에 다다를 것이라고 말합니다. 하지만 냉정하게 짚어볼 때, 단순히 노력만 한다고 해서 반드시 좋은 성과가 보장되는 것은 아닙니다. 만약 가수 연습생 생활을 10년만 견디면 누구나 가수로 성공할 수 있고, 연구자가 창업 후 혼신을 다하기만 하면 무조건 큰 사업가가 될 수 있다면 아마 수많은 사람이 주저 없이 그 길에 뛰어들 것입니다. 하지만 우리 인생에서 결과가 완벽히 보장된 성공이란 결코 존재하지 않습니다. 진정으로 위대한 성취를 거두기 위해서는 타고난 자질과 끊임없는 노력이 밑바탕이 되어야 함은 물론이고, 그보다 더 본질적인 요소가 필요합니다. 그것은 바로 앞날에 놓인 수많은 불확실성과 예상치 못한 역경을 기꺼이 마주하고 넘어서는 '용기'입니다. 결국 성공은 보장된 길을 걷는 것이 아니라, 한 치 앞을 알 수 없는 불안함을 용기로 헤쳐나가는 과정입니다. 여러분의 삶에도 그 어떤 시련을 이겨낼 수 있는 굳건한 용기가 함께하기를 진심으로 기원합니다.