과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 10월 수상자로 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 김정원 교수를 선정했다고 밝혔다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만원을 수여한다. 세종대왕이 길이와 부피의 측정체계를 확립한 10월 26일을 기념하는 ‘계량측정의 날’을 맞아 김정원 교수가 이달의 수상자로 선정됐다.

초정밀 측정을 수행하는 센서기술은 실생활과 가상네트워크를 연결하는 사물인터넷(IoT)의 기반기술이자 반도체, 디스플레이, 자율주행자동차 등 4차산업시대를 이끄는 핵심기술이다. 과기정통부와 연구재단은 김정원 교수가 초고속·고분해능·다기능성 센서기술을 개발하여 기초정밀 공학의 지평을 넓힌 공로를 높이 평가했다고 밝혔다.

레이저를 이용한 초정밀 거리 측정기술은 비접촉, 비파괴 등의 장점을 앞세워 중력파 검출부터 산업용 센서까지 다양한 분야에서 활약해 왔다. 그러나 기존의 대표적인 레이저 측정기술들은 측정 속도, 측정 범위, 분해능* 성능을 모두 향상시키는 어려웠다.

* 분해능 : 신호 측정 방법 또는 장치의 한계 성능을 나타내는 지표로서, 구별해낼 수 있는 가장 미세한 신호차이를 지칭

김 교수는 레이저에서 발생한 빛 펄스와 광다이오드로 생성한 전류 펄스 사이의 시간 차가 100 아토초(10-16초, 1경분의 1초) 이하로 작다는 사실을 발견하고, 여러 지점을 동시에 측정할 수 있는 독창적인 초고속·초정밀·다기능 펄스비행시간(time-of-flight, TOF)* 센서를 개발했다.

* 펄스비행시간: 빛 펄스(규칙적인 파동)가 측정 대상에 부딪혀 반사돼 돌아오는 시간을 측정한 뒤, 빛의 속도를 이용하여 대상과의 거리를 측정하는 방법이다.

연구팀이 개발한 TOF센서는 실험결과 1㎝ 범위에서 1나노미터(10억분의1m)보다 작은 차이를 2만분의 1초 안에 측정할 수 있어 기존 기술의 한계를 극복했다는 평을 받았다. 연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 2020년 2월 10일자에 게재됐다.

관련 기술은 첨단 소재·부품·장비 개발을 위한 초정밀 3차원 형상과 고속의 기계적 움직임을 측정하는 다양한 첨단센서에 적용 가능하다. 원자력발전소와 같은 중요시설을 실시간 모니터링하고, 지진파, 조수 변화, 마그마의 유동과 같은 지구 환경 변화의 민감한 탐지, 드론과 같은 저속·소형 비행체의 원격탐지 등 다양하게 응용되고 있다.

김정원 교수는 “이번 연구는 다지점, 다기능성 복합 센서 네트워크 시스템 구현이 가능한 초정밀·고성능 측정기술을 개발한 것이다”라며, “향후 마이크로 소자 내에서의 역학현상 탐구나 첨단제조를 위한 초정밀 형상측정 등 새롭고 다양한 기계·제조 분야에서 활용이 기대된다”고 말했다.