[이슈메이커=임성희 기자]
식물 건강 모니터링 하는 웨어러블 센서 개발
사람, 식물에 적용할 수 있는 웨어러블, 친환경적 고분자 재료 합성
에너지하베스팅과 연결해 자가 발전하는 영구적인 디바이스 기대
식물도 이제 웨어러블 센서로 건강을 관리하는 시대가 열렸다. 인공지능 기반 스마트팜의 핵심을 이루는 기술 중 하나가 바로 이러한 정밀 센싱 기술이다. 그동안 식물을 관찰하는 기술적인 방법은 많이 있었지만, 식물에 직접 부착해 생리적 변화를 실시간으로 모니터링하는 웨어러블 디바이스는 굉장히 참신한 기술이다. 이 기술이 있으면 스마트팜 운영의 효율성과 정밀도를 한층 높여 줄수 있다. 국내 연구진 중 식물을 위한 웨어러블 디바이스 개발 연구로 주목받는 신진연구자가 있다. 이기원 광운대 교수는 고분자를 기반으로 한 전자재료 연구에 기술력을 두고 처음에는 사람 관련 웨어러블 디바이스로 시작해 식물용 센서까지 연구영역을 넓히고, 더 나아가 센서에 에너지하베스팅 기술까지 접목한 자가 발전형 시스템 개발로 자신만의 독창적인 연구 분야를 구축하고 있다.
인공지능 스마트팜으로 가는 길에 꼭 필요한 ‘식물 센서’
국내 고분자 연구의 대가인 포항공대 조길원 교수 연구실에서 수학한 이기원 교수는 유연하고 신축성 있는 웨어러블 디바이스 개발을 주제로 박사 학위를 받았다. 그는 화학공학을 선택한 이유에 대해 ‘쓸모없는 것을 유용하게 만드는 학문’이라고 재미있는 대답을 했다. 그의 본격적인 연구 인생은 미국 유학을 가서 펼쳐졌다. 노스캐롤라이나주립대학교에서 박사후연구원으로 재직하며, 이때 공학 기술을 농업에 접목하는 연구를 진행하던 Qingshan Wei 교수의 영향으로 식물 센서 연구에 발을 들여놓게 된다. “제가 박사 학위를 받을 당시에는 사람을 대상으로 한 웨어러블 디바이스 개발 연구를 했으나 워낙 많은 사람이 모이는 분야여서 레드오션이라고 생각했습니다. 그래서 블루오션을 찾으려 고민했고, 마침 전 세계 농업 분야를 선도하는 노스캐롤라이나주립대에서 지도교수님의 식물 질병 감지 연구를 접하면서 ‘사람이 아닌 식물을 위한 웨어러블 디바이스’를 만들어보자는 아이디어를 얻게 되었습니다” 귀국 후 이기원 교수는 한국 농업 환경에 맞는 연구 주제가 무엇인지 고민하였다. 이에 그는 좁은 면적에서의 고효율 재배가 핵심인 한국 농업의 특성에 맞춰, 스마트팜에 적용 가능한 식물 건강 모니터링 센서 개발을 시작하였고 지금도 활발히 연구중에 있다. 이러한 연구는 인공지능기반 스마트팜으로 나아가는데 있어 필수적인 기술로 평가받고 있으며, 해당 주제를 기반으로 그는 2023년에 광운대학교로 부임할 수 있었다. 현재 그는 고분자 합성 및 전자재료 분야의 기술력을 바탕으로 식물 센서와 에너지 하베스팅 융합 연구를 주력으로 하는 연구실을 운영하고 있다.
“센서는 웨어러블한데, 배터리도 웨어러블 해야”
“땀, 열, 마찰로 자가 발전하는 에너지하베스팅 소자 개발”
이기원 교수는 피부에 직접 부착할 수 있는 도미노 구조의 고성능 마찰전기 발전기를 설계 및 구현하였다. 이 발전기는 기계적 혹은 수분의 접촉으로 발생하는 에너지를 효율적으로 수집하고 이를 전기 신호로 변환하는 기술이다. 이 연구는 2024년 [Advanced Functional Materials]에 게재되었고, 같은 해 이 교수는 미원상사 신진연구자상을 수상하며 주목받았다. 고분자 재료 합성과 전자재료의 접목을 통해 유연한 전자 소자를 만드는 것에서 더 나아가 전기 신호를 활용하는 센서 응용연구까지 그는 융합 연구를 추구하고 있으며 이 융합 연구를 위해 이기원 교수는 활발한 대외활동을 하고 있다고 밝혔다. “내가 어떤 연구를 하고 어떤 장점이 있는지를 어필하기 위해 다양한 학회 참석 및 대외활동을 하고 있습니다. 나를 알려야 상대방도 나를 찾아주고 서로 시너지를 낼 수 있다고 생각합니다” 그의 활달한 성격은 융합 연구를 하는데 좋은 밑바탕을 만들어 주고 있는 게 확실했다. 힘들 때면 사람을 만나야 에너지를 얻는다는 그는 확실한 대문자 E 외향형이었다. 이 교수는 최근 식물 센서 개발 연구로 우수 신진 씨앗 연구에 선정돼 ‘식물 건강 모니터링을 위한 식물 친화 고분자 재료 합성을 목표’로 연구를 진행하고 있다. 해당 연구는 식물에 부착할 수 있고, 인체에 무해하며 친환경적이어야 한다는 주제까지 더해진 과제다. 미래유망융합기술파이오니어 사업인 ‘무전원 웨어러블 IOT 연구단’에도 참여해 마찰대전 발전 소재 및 소자 개발 연구를 맡았다. “씨앗 과제로는 식물 센서, 파이오니어 사업으로는 에너지 하베스터 연구를 하는데요, 제가 궁극적으로 진행하려는 연구는 에너지 하베스팅 기술에 식물 센서를 접목하는 웨어러블 시스템을 만드는 것입니다” 이 교수는 덧붙여 극지농업, 우주농업도 언급했는데, 극한 환경에서도 안정적으로 작동되는 웨어러블 시스템을 구축하고 싶다고 언급하였다. “제 기술은 메인이 되는 대형기술은 아니지만, 현재 전 산업 분야가 인공지능화되는 상황에서 센싱을 통해 데이터를 수집하는데 매우 필수적인 약방의 감초 같은 기술이라고 생각해요”
“좋은 논문과 상용화 두 마리 토끼 잡을 수 있게 최선”
화학공학을 선택했던 첫 이유 그대로 이기원 교수는 세상에 없던 새로운 쓸모를 만들기 위해 화학을 최대한 활용하여 실험실을 넘어 실제 산업 현장에서 쓰이는 기술을 개발하고 싶다고 밝혔다. “신진연구자로서 좋은 논문을 쓰는 것은 매우 중요해요. 그러나 저는 제 기술이 제품화로도 꼭 이어지길 바랍니다. 두 길은 서로 다르지만, 오히려 융합연구가 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 지름길이라 믿어요. 그래서 저는 열린 마음으로 다양한 연구자와 협력하며 최선을 다하겠습니다” 기자의 눈에 비친 이 교수는 학문 뿐 아니라 어느 분야에서도 사람들과의 시너지로 좋은 성과를 만들어낼 수 있는 인물로 보였다. 인터뷰 내내 그의 재미있는 이야기와 말투 덕분에 유쾌한 분위기가 이어졌다. “우리 연구는 화학을 다루지만, 센서같이 눈에 보이는 연구를 하니 학생들이 흥미를 갖고 임할 수 있습니다. 저는 학생들에게 뭐가 되고 싶은지 물어보고, 학생들이 원하는 대로 될 수 있도록 확실히 지지해주고자 합니다. 학생들의 꿈이 실현될 수 있도록 말이죠”
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