[충청신문=대전] 김의영 기자 = 코로나19 및 소·부·장 사태는 정부출연연구원의 입장에서도 국민의 안전과 편의를 위해 발벗고 나서야 하는 소재였다. ETRI연구진은 펜데믹 위기를 벗어나기 위해 연구성과를 통해 국민과 함께 호흡하려 애썼다.

또 지난 2019년, 일본이 반도체 분야 핵심 소재·부품·장비 수출규제를 단행했다. 정부는 WTO 제소를 추진하고 국민들은 일제불매운동을 시작하는 등 수출규제에 대응하기 위한 노력이 곳곳에서 이루어졌다. 그 중 가장 큰 변화는 소·부·장 기술독립 및 국산화 추진이었다.

그동안 ETRI가 코로나19 및 소·부·장 극복을 위해 어떻게 연구개발에 임해 왔는지 알아본다.
<편집자 주>

◆가짜음성 No, 정확한 코로나 진단이 급선무

ETRI가 차세대 유전자 진단 기술로 주목받고 있는 디지털 유전자증폭(PCR) 검사 장비 부품의 국산화에 지난 3월 초 성공했다. 일명 ‘물방울 형광 리더기 핵심 기술’이다.

일반적인 PCR 검사 장비는 약 20마이크로리터의 시료를 한 번에 유전자 증폭하여 분자진단에 활용한다. 그러나 시료의 유전자 농도가 너무 낮은 경우, 유전자를 증폭시켜도 양성 기준치에 도달하지 못하기 때문에 가짜음성이라는 잘못된 결과를 도출할 수 있다.

디지털 PCR 검사 장비는 시료를 2나노리터의 미세 물방울로 2만 개를 만들어 유전자 증폭 과정을 거친다. 이에 PCR 검사 장비보다 훨씬 정밀하게 진단 결과를 이끌어 낼 수 있다.

이에 ETRI가 개발한 핵심부품중 하나인 물방울 형광 리더기에는 물방울이 이동하는 유체 채널과 형광측정에 필요한 부품을 일체화한 광유체 집적 모듈이 적용되었다.

연구진은 광섬유를 활용해 렌즈, 광학필터와 같은 고가의 광학부품을 대체해 부품 가격을 절반 수준으로 대폭 절감했으며 측정·검출 단계에서의 신호품질을 개선해 PCR 검사의 정확도도 높였다. 기존의 수동 광학정렬 공정도 자동화해 제조 시간까지 단축했다.

수입에 의존하던 핵심 부품을 국산화함으로써 PCR 장비의 기술 경쟁력을 높이고 현장 보급도 빨라질 전망이다.

◆코로나 변이 파악, 치료제 개발의 속도를 한 차원 끌어 올리다

ETRI가 유전체를 분석하는 차세대 염기서열분석에 특화된 메모리 중심 컴퓨팅 HW 및 SW 기술을 개발했다. 기존 대비 28% 향상된 성능으로 기존 서비스 소요 시간이 10개월가량 걸렸다면 이를 약 7개월로 단축할 수 있는 셈이다.

유전체 분석은 주로 메모리를 제한적으로 사용하되 연산을 많이 하는 프로세서 중심 컴퓨팅 기술을 주로 사용했으나, 유전체 분석처럼 대용량 데이터를 처리할 때는 구조적으로 병목 현상이 일어나는 경우가 많아, 데이터 처리 시간이 많이 든다.

이에 ETRI 메모리 중심 컴퓨팅 기술은 대규모 메모리를 활용해 병목 현상을 극복했다. 연구진이 자체 개발한 MOCA라는 HW장치로 대규모 메모리를 시스템에 장착할 수 있게 만들어 데이터 처리과정에서 하드디스크나 SSD 등을 활용할 필요가 없게 만든 것이 핵심이다.

ETRI는 GC녹십자지놈과 협력해 기술 성능도 검증했다. 분석 기관이나 제약회사 등에서는 서비스 개발비, 진단 시간을 낮추고 병원 등에서는 환자 맞춤형 협진 체계를 구축하며 국민 건강 증진과 사회적 부담을 줄이는 데 많은 도움이 될 것으로 전망된다.

◆국산 신소재로 차세대 디스플레이 시장 선도

ETRI가 공정을 간소화하고 부대 비용도 대폭 줄일 수 있는 차세대 디스플레이 기술을 처음으로 개발했다. 신공정에 필요한 신소재도 세계 최초로 개발하면서 마이크로 LED 디스플레이 공법의 난제를 해결했다.

연구진은 세기가 균일한 면 레이저를 마이크로 LED가 접착된 사이트랩 필름에 수 초 동안 쏴서 전사와 접합이 동시에 구현되는 핵심 공정을 만들어 난제를 극복한 것. 해당 공법에 적합한 신소재도 자체 개발하면서 마이크로 LED는 물론, 미니 LED 등 차세대 디스플레이 기술에 활용할 수 있는 길을 열었다.

이에 대규모 투자가 필요했던 전사 장비와 접합 장비 투자 비용을 줄일 수 있고 공정을 간소화하면서 불량률도 낮출 수 있다. 개발된 신소재는 레이저를 여러 번 맞아도 마이크로 LED를 추가로 붙일 수 있어 불량 화소 수리가 매우 쉽다.

특히 그간 주로 일본에서 수입되는 전사 및 접합 소재를 국산화할 필요 없이 신소재 개발을 통한 신시장 창출의 길을 열었다.

◆국가연구실 통해 디스플레이 핵심산업 선도

ETRI는 국가연구협의체(N-TEAM), 디스플레이 패널(N-LAB), 초고속 광통신부품(N-LAB), 소부장 융합혁신지원단, 플렉서블 전자소재센터 등 정부 부처 지정 연구지원 체계를 가동하고 있다. 이를 통해 국내 정보통신기술 ‘소부장’기업의 기술 개발을 적극적으로 지원하고 있다.

N-TEAM, N-LAB과 같은 국가연구인프라는 2019년 12월, 일본의 수출 규제에 대응하기 위해 소재·부품·장비 분야의 대표적인 연구실과 연구시설의 역량을 국가차원에서 한데 묶은 곳이다.

약 3년이라는 짧은 기간에도 국내 연구진들은 많은 자립화 성과를 나타내고 있다. 지난해 100℃ 이하 공정온도에서도 픽셀 크기가 3μm이하로 만들 수 있는 소재 기술을 개발하고 이를 국내 최초로 OLED 마이크로디스플레이에 적용하는 데 성공하기도 했다. 저온경화 소재로 일궈낸 세계 최초의 상용화 성과다.

ETRI는 저온경화가 가능한 고해상도 컬러포토레지스트 소재기술을 기업과 협력으로 완료하고 2021년 상반기 관련소재 시장 매출을 약 300억원을 달성하는 성과를 이뤘다. 소재기업에서 개발된 국산화 소재를 신속하게 적용, 개발에 반영시켰고 연구진은 미래 디스플레이 부품기술 개발로 산·연간 협력 모델을 제안키도 했다. OLED 디스플레이 핵심 소재 국산화율이 약 20%에 불과한 것에 비하면 탁월한 성과다.

이밖에도 비대면 생체신호를 측정하는 기술, 장애인의 생활 속 거리두기를 돕는 아바타 수어 개발 등 코로나19 확산을 방지하는 ICT R&D를 꾸준히 수행하고 있다.

또한 코로나19로 인한 기업 피해 최소화를 위해 ETRI 기술을 이전받거나 장비, 시설을 활용하는 경우 부담비용을 감경하거나 면제하는 방안도 마련하며 지역 경제 동반 활성화를 위해서도 노력하고 있다.

연구진의 기술로 우리나라가 코로나와 소·부·장과 전쟁에서 무너지지 않고 인류의 보건위생 및 안전이 보장될 수 있기를 바라며 ETRI에 사랑의 박수를 보내자.

<이 기사는 ETRI의 지원으로 작성됐습니다.>