유망한 차세대 기술에는 생체전자(Bioelectronics) 기술, 자기 회복성 구조 물질(Self-Repairing Structural Materials), 탄소 나노튜브, 광 데이터 처리 기술 및 감정감지 컴퓨팅 등이 있다. 이들 기술의 대부분은 10∼20년 후에 상용화될 것으로 예상된다.
생체전자 기술은 화학, 생물, 물리, 전자, 나노기술, 재료과학 등의 요소가 복합적으로 결합된 기술로 앞으로 의료장치나 진료장비는 물론 바이오 센서, 바이오 칩, 인공장기, 이식가능 보철 재료 등의 발전에 커다란 영향을 줄 것으로 예상된다. 생체전자 기술은 바이오 칩, 바이오 센서, 생체 이식, 보철 장치 등의 개발을 가능케 하기 때문이다.
앞으로 10년 안에 생체소재를 전자 기술과 결합한 제품이 상용화되고 이를 뒷받침하는 분자 전자(Molecular Electronics) 기술에 대한 연구와 투자도 계속될 것으로 보인다. 그 중에서도 의료장치 부문은 가까운 장래에 상당히 큰 시장이 형성될 것으로 보인다. 현재 인체에 이식이 가능한 포도당 감시장치와 인공췌장 등이 상당 수준 개발된 상태다.
생체전자 기술의 적용 분야는 바이오 센서, 인체 이식 조직, 광 센서, DNA 마이크로 어레이, 바이오 미세전자기계시스템(MEMS), 분자 전자 등 광범위하다. DNA 마이크로 어레이는 이제 떠오르고 있고 분자 전자 기술은 아직 기초연구 단계에 있지만 기존 실리콘 칩 생산의 기술적 한계점을 해결해줄 수 있는 기술이 될 것으로 보인다.
이 부문 기술의 상용화는 앞으로 10년 안에 바이오 센서가 상용화되고 2010∼2020년에 바이오 MEMS와 인공 기관이, 분자 전자는 오는 2020년 이후에 상용화할 것으로 예상된다.
앞으로 자기 회복성 구조 물질이 자동차, 항공기, 에너지 등 산업 분야에서 각광받을 것이다. 자기 회복성 구조 물질은 제품의 수명을 연장하고 안전성을 높일 뿐 아니라 제품의 생산비를 낮출 수 있게 해줄 것이다. 현재는 주로 건축 및 항공기 산업 분야에서 채용을 검토하고 있다.
기존 물질과 달리 자기 회복성 물질은 미세 균열 같이 손상된 부분을 스스로 감지하고 손상된 물질이나 그 구조의 특성에 영향을 주지 않고 자율적으로 수리할 수 있다. 또 여러 가지 어려운 환경 조건에서도 자율적으로 적절하게 수리할 수 있다.
이 물질은 형상기억 합금, 물질내 화학적 특성 회복 매체, 분자 자기 결합 기술 등 기존의 기술을 이용해 상용화할 수 있을 것이다. 연구원들은 또 생체의 자기 치유 활동을 모방해 구조물의 손상된 부분을 수리하는 기술도 개발하고 있다. 하지만 이 부문 기술이 상용화되려면 더 많은 연구개발이 이루어져야 할 것이다.
자기 회복성 물질은 자동차 차체, 완충장치, 스포츠 기구, 의복 등 여러 분야에 활용될 수 있을 것이다. 가장 많이 사용될 것으로 보이는 분야는 건설, 항공기, 선박, 자동차 분야 등이고 전자 산업에서도 이 물질을 많이 사용하게 될 것으로 보인다. 그러나 이 물질의 상용화가 촉진되려면 양산 기술이 개발되고 가격을 낮춰야 할 것이다.
다음으로 탄소 나노튜브는 21세기의 가장 혁신적인 소재 기술이라 할 수 있다. 탄소 나노튜브는 원자 박판으로 구성된 직경이 몇 나노미터 되는 매우 미세한 튜브로서 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 단일벽 탄소 나노뿔 등 여러 가지 형태가 있다. 탄소 나노튜브는 우수한 열·전기 전도체로서 전도성이 절연 상태에서 반도체 상태, 전기적 상태에 이르기까지 광범위하다. 또 이것은 특이한 기계적 특성도 갖고 있다.
탄소 나노튜브의 적용 분야는 탐색기, 합성 폴리머, 전계 발광 디스플레이(FED), 센서, 수소 및 이온 저장 장치, 단일 전자 트랜지스터, 초강력 합성물 구조 등 다양하다. 그러나 탄소 나노튜브는 합성하기가 매우 어려운데다 양산기술과 시설이 없어서 상용화에 걸림돌이 되고 있다.
지난 20여년 동안 통신분야에 주로 사용돼온 광 데이터 처리 연결장치는 앞으로 컴퓨팅 분야에서도 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 광 데이터 처리장치 연결은 전자 처리장치와 다른 처리장치 또는 메모리 등 부품 사이의 연결을 말하는 것으로 고속 전자기기 안에 있는 프로세서, 부품, 장치 등을 서로 연결하는 기술이 점차 어려워지고 있다.
광 데이터 처리 기술이 상용화되려면 수직공동 표면 발광 레이저(VCSEL:Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser), 혼성통합, 단일통합, 실리콘 기반 광원, 고속 광 스위칭, 레이저의 조정 등 여러 가지 기술이 더 개발돼야 한다. 따라서 광 데이터 처리장치의 연결은 먼저 고성능 워크스테이션의 보드사이, 캐시 칩 사이에서 이루어지고 그 다음에 데스크톱 PC에 채용될 것으로 보인다.
광 데이터 처리장치의 연결과 스위칭 기술이 상용화되려면 높은 가격, 레이저 어레이의 열 처리, 크기, 대기시간 등의 문제가 해결돼야 한다. 또 3차원 패키징 기술도 필요하다. 이밖에 기존의 상호연결 기술이 발전하고 있는 것도 광 데이터 처리 연결장치의 상용화를 지연시키는 요인이 되고 있다.
광 데이터 처리 시스템은 먼저 군사용 전자기기의 보드 사이의 연결에 채용되고 상용제품에는 오는 2007년경에 채용될 것으로 예상된다. 또 칩 사이의 연결은 오는 2010년에 가야 이루어질 것이고 칩 자체 안에서의 연결은 2012년 이후에나 가능할 것으로 보인다.
감정감지 컴퓨팅은 사용자의 감정, 기분, 의도를 이해하고 해석할 수 있을 뿐 아니라 사용자의 심리 상태에 따라 주변환경을 바꿀 수 있는 컴퓨팅 시스템이다. 이런 컴퓨터는 편안한 마음으로 컴퓨터를 사용하게 해줌은 물론 보안장치의 기능을 강화하고 원격교육, 오락, 게임 등에 적용할 수 있을 것이다. 또 자동차와 항공기 산업에서는 이 기술을 이용해 운전자나 조종사의 졸림 정도를 감시할 수 있을 것이고 의료 분야에서는 스트레스 관리, 기분 전환, 정신질환 치료 등에 이 기술을 활용할 수 있을 것이다.
감정을 감지하고 이해하는 것은 바이오센서와 카메라 등 감지 장치를 사용하면 가능할 것이다. 앞으로 5∼10년에 디지털 카메라의 가격이 낮아지면 이런 시스템이 더 보편화할 것으로 보인다. 더구나 컴퓨터와 휴대형 정보통신기기가 더욱 확산되고 있고 컴퓨터가 일상생활의 일부분이 되고 있는 추세가 이의 상용화를 촉진시킬 것으로 예상된다. 하지만 사생활 침해 문제에 대한 우려가 상용화에 걸림돌이 될 것으로 보인다.
현재 군대에서는 입는 컴퓨터와 바이오 센서를 군인 사이의 통신에 활용하고 있고 머지 않아 몇몇 제품이 나올 예정이지만 성능이 우수한 제품은 앞으로 10∼20년 있어야 상용화될 것으로 보인다.
<정리=이규태기자 ktlee@etnews.co.kr>
<자료문의=김영우 SRI한국지사장 young.kim@sri.com>
박철호 SRIC-BI선임컨설터트 cpark@sric-bi.com>