[이슈메이커=임성희 기자]
3차원 멀티스케일 이미지로 콘크리트 속을 들여다본다
첨단기술 활용해 건설재료의 새로운 패러다임 제시
친환경, 저탄소 키워드로 건설재료 연구
건설재료 하면 떠오르는 게 콘크리트일 것이다. 공간을 만들어 사람의 삶의 질을 높이고 현대문명 발전에 이바지한 재료가 틀림없지만, 탄소중립 시대를 맞아 전 세계 이산화탄소 배출의 8%를 차지한다는 오명으로 오랜 명성에 생채기가 나며, 이미지 탈바꿈을 꾀하고 있다. 대체재와 저탄소 콘크리트 연구가 활발히 이뤄지고 있는 가운데, 딥러닝 기반의 재료 멀티스케일 이미지 분석기술을 활용해 투박한 콘크리트를 세련되게 연구하는 신진연구자가 있다. 수화물의 화학적 특성, 공극의 구조적 특성 그리고 역학적 특성을 모두 고려한 입체적인 기술 개발이 기대된다.
딥러닝 기반의 재료 멀티스케일 이미지 분석 기술
“친환경, 저탄소를 추구하라는데, 어떻게 해야 할까요? 건설하는데 콘크리트 말고 더 튼튼하고 가성비 좋은 재료가 있을까요?” 현재 건설재료가 가지고 있는 가장 큰 고민일 것이다. 시멘트 대체재와 저탄소 콘크리트를 연구하고 있지만, 현장에서의 활용은 아직 요원하다. 이 해결의 실마리를 가장 작은 나노 단위에서 찾는 연구자가 있다. 서형원 부산대 교수는 ‘나노물질 혼입 시멘트 경화체의 내화성능 및 강도회복 메커니즘 규명’으로 학위를 받았고 포항 방사광 가속기 시설에서 시멘트계 재료 연구를 최초로 진행하여 나노 이미지 분석 기술에 차별화된 기술력을 보유한 신진연구자다. 그는 “전통적 재료 역학적 해석법은 측정 기기 간 결과치가 다른 경우가 많아 전문가들의 판단이 개입되어 결과치의 멀티스케일 연계에 어려움이 있었습니다. 이를 보완하기 위하여 딥러닝 기술 적용이 필수적이며 이를 통해 스케일 연속성 기반 전 범위 시멘트계 재료의 공극 구조 기반 역학적 성능 해석 방법론을 구축할 수 있습니다”라고 소개했다. 그가 이렇게 나노 단위 연구에 집중하는 이유는 뭘까? 건설재료를 대표하는 콘크리트를 나노 단위로 분석해 비슷한 기능을 가진 대체재를 만들 수 있고, 저탄소 콘크리트 개발의 기준을 나노 단위 메커니즘으로 제시할 수 있기 때문이다. 나노 단위 연구는 정확성과 정밀도, 신뢰도를 높일 수 있다. 관련 연구를 계기로 서형원 교수는 2025년 9월 부산대 건축공학과에 부임해 BIND Lab을 열고 친환경 건설재료 연구를 큰 주제로 연구를 진행하고 있다. 우선, 딥러닝 기반의 나노 이미지 분석, 둘째로 탄소 포집 콘크리트 개발, 세 번째는 순환골재 연구다. 서형원 교수는 부산대 부임 전 한국연구재단 세종펠로우쉽 과제로 ‘딥러닝 기반 시멘트계 재료 멀티스케일 이미지 분석 기술 개발 및 공극 구조와 역학 성능 간 상관관계 규명’ 연구가 선정됐고, 이 연구는 그의 연구 정체성을 보여주는 현재 연구실 메인 연구로 진행되고 있다.
“미세구조 분석으로 친환경 시멘트 연구 발전시킬 수 있어”
“저는 나노 이미징 기술의 발전을 토대로 시멘트계 재료의 나노 공극 특성을 분석하는 기술을 보유하고 있으며 이는 수화물의 화학적 특성, 공극의 구조적 특성 그리고 역학적 특성을 결부시키는 세계 최초의 높은 연구 가치를 지닌다고 생각합니다”라며 “세계적으로도 높은 관심을 받는 연구로 나노 기술 적용 분석 결과를 매크로 스케일 건축구조물까지 적용한다면 차세대 핵심 콘크리트 기술을 선점할 수 있을 것입니다”라고 서형원 교수는 기술 개발의 의지를 밝혔다. 콘크리트를 나노 단위로 분석해 그 속을 잘 들여다본다면, 어떤 경우에 어떤 메커니즘이 최적인지를 알아 가장 기능적인 재료를 만들 수 있다는 것이 그의 생각이다. 이 메커니즘은 콘크리트뿐만 아니라 대체재에도 활용할 수 있어, 친환경 건설재료를 촉진하는 플랫폼 기술이 될 수 있다. “본 연구는 시멘트의 재료로부터 콘크리트 역학적 특성을 예측하는 기술 개발을 목표로 하고 있으며, 이는 친환경 시멘트 개발의 기준으로 적극적으로 활용할 수 있습니다. 또한, 본 연구에서 제공하는 공극의 구조를 기준으로 역학적 해석을 진행하면 더 다양한 시멘트 대체재를 만들고 활용할 수 있습니다” 이 밖에도 연구실은 국토교통 과학기술 신진연구자 지원사업에 참여해 ‘순환골재 콘크리트의 탄산화 방안 및 메커니즘 도출’ 연구도 진행 중이다.
“학생들에게 다양한 진로 알려주려 노력”
건축공학을 전공하면 대부분 건설 시공사로의 취업을 생각하지만, 대학원 진학은 더 많은 진로의 문을 열어준다는 것이 서형원 교수의 생각이다. “요즘 학생들이 진로에 대한 고민이 많아 더 적극적으로 진로상담을 해주려 노력하고 있습니다. 건설재료도 인공지능을 활용해 연구 가치를 더 높일 수 있다는 걸 알려주고, 연구원으로 활동하는 선배에게 특강을 요청해 학생들이 연구의 세계에 대해 더 잘 이해할 수 있는 시간을 가지는 등 ‘연구 역량이 새로운 진로와 기회로 이어질 수 있다’라는 걸 뚜렷하게 제시해주고 싶었습니다”라며 그는 “부산대 시공재료 동아리가 있는데요, 열심히 하는 모습에 제가 감동할 정도로, 학생들의 열기가 뜨겁습니다. 학생들의 의지와 열정을 뒷받침해줄 수 있는 멘토가 되고자 노력하겠습니다”라고 덧붙여 말했다.
고향인 부산에 교수로 올 수 있어 기쁘다는 서형원 교수는 고향에 대한 자부심이 강했다. 건설재료 연구로 부산을 대표하고, 더 나아가 해양도시 부산의 특성을 반영한 연구도 진행해보고 싶다고 했다. 기자가 보기에 그의 연구는 부산을 넘어 세계를 향해있다. 콘크리트를 친환경 패러다임으로 바꾸기 위해 전 세계적인 노력이 모이는 가운데, 인공지능을 활용한 나노 이미지 분석 기술은 플랫폼 기술로서의 활용 가치가 커 분명 큰 반향을 불러일으킬 것이다. 우리나라가 세계적인 최첨단 건설재료 리딩 기술을 확보할 수 있게 이바지할 BIND Lab의 활동을 기대해본다.
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