3D프린팅 인공장기. 사진제공 KISTEP

인체에 무해하고 생분해되는 바이오 플라스틱 필름, 살아있는 세포를 원하는 형태나 패턴으로 쌓아 조직이나 장기를 제작하는 3D프린팅 인공장기, 전기차 충전 시간을 획기적으로 줄인 배터리, 늘였다 줄였다 자유롭게 모양을 바꿀 수 있는 플렉서블 디스플레이 같이 제조업에서 경쟁력을 높이는 소재 기술이 미래유망기술로 선정됐다.

한국과학기술기획평가원(KISTEP)이 28일 미래 한국사회에서 주력산업으로 제조업 관련 소재 기술을 꼽고, 이를 기반으로 앞으로 10년 뒤 시장에 커다란 변혁을 가져올 수 있는 ’KISTEP 10대 유망기술’을 선정해 발표했다.

올해는 중국 같은 신흥국 추격으로 제조 산업 경쟁력 약화, 4차산업혁명 관련 ICT 기술과 융합 같은 이슈에 대응하기 위해 기반기술인 소재 분야에 한정해 ‘2019년 KISTEP 미래유망기술’을 뽑았다.

먼저 기술개발이 이뤄졌을 때 제품과 서비스에 변혁을 가져올 수 있는 분야로 환경과 바이오, 에너지, 전자를 구분했다. 이어 소재 관련 정부출연연구기관(출연연) 전문가가 참여한 워크숍 방식으로 정성 분석과 인터넷 뉴스, 기술과 산업동향 보고서, 논문DB 등을 이용한 위크시스널 탐색 방법으로 정량 분석을 결합해 도출했다.

이렇게 도출한 33개 제품과 서비스 후보군에 대해 소재 분야 산학연 전문가를 대상으로 기술적 혁신성, 시장 파급효과, 10년 내외 실현 가능성 3가지 평가기준을 바탕으로 설문조사를 실시했다. 또 전문가 검토 과정을 통해 최종 10대 미래유망기술을 선정했다.

최종 선정한 10대 미래유망기술은 ▲친환경 바이오플라스틱 필름 ▲손실된 인체감각을 대체하는 기기용 소재 ▲3D프린팅 인공장기 ▲불이 안 나는 고성능 고체전해질 ▲수송용 고속 충전과 방전할 수 있는 배터리 ▲무겁지 않은 초경량 수송체 ▲1억 oC 넘는 극한 환경을 견디는 차세대 핵융합 소재 ▲스트레처블 디스플레이 ▲자율적으로 수명을 조절하는 화학소재 ▲완전 직물형 웨어러블 소자다.

무겁지 않은 초경량 수송체. 사진제공 KISTEP

인체에 무해하다고 검증된 투명하고 생분해 되는 친환경 바이오 플라스틱 필름 기술은 인체에 대한 안정성이 검증되지 않은 기존 포장재 소재를 대체하고 QR과 RF를 이용해 식품과 의약품 관련 제품을 트래킹하거나 소비자에 정보 제공할 수 있다.

손실된 인체감각을 대체하는 기기용 소재 기술은 감각을 재생하거나 복원하고 증강하는 기술이다. 고령화로 손실되는 감각기 대체, 장애인의 손실 감각 재생에 활용해 삶의 질을 개선한다.

3D프린팅 인공장기는 살아있는 세포를 원하는 형태나 패턴으로 쌓아 조직이나 장기를 제작할 수 있는 기술이다. 신체 장기수급, 면역 반응 같이 이식 치료에서 발생하는 문제로 어려움에 처한 환자 조직이나 장기 같은 재생치료에 활용한다.

불이 안 나는 고성능 고체전해질은 고체 상태에서 이온 전도성을 갖는 물질이다. 기존 리튬이온전지의 발화성 유기 액체전해질을 대체해 전지 안전성과 고에너지밀도 확보라는 획기적인 개선을 이뤄낸다. 발화나 폭발 위험 없이 1회 충전으로 장거리로 이동할 수 있는 전기차를 널리 보급하면 친환경 에너지 효율화 사회 구현에도 기여할 수 있다.

수송용 고속 충전과 방전할 수 있는 배터리 기술은 현재 100% 충전에 약 6시간 정도가 소요되는 전기차 배터리 충전시간을 획기적으로 줄이고 동시에 출력 특성도 향상시킨 전기차용 리튬이차전지 기술이다. 커피나 간단한 다과 후 충전을 완료한 전기차를 타고 목적지로 이동하는 사회를 구현한다.

무겁지 않은 초경량 수송체 기술은 차세대 기술 자율주행 엔진기반차, 하이브리드차, 전기차, 수소연료전지차 같은 미래수송기기 차체와 하중부재용으로 연속섬유 복합재를 사용하는 기술이다. 수송기기가 다양한 분야에서 요구되는 에너지 절약과 엄격한 환경규제조건을 충족시킬 수 있다.

섭씨 온도 1억도가 넘는 극한 환경을 견디는 차세대 핵융합 소재 기술은 핵융합 발전 기술 개발을 위해서 중수소와 삼중수소의 핵융합 반응으로 발생되는 에너지를 열에너지로 변환하는 블랑켓(blanket)과 자기장 구조를 이용해 플라즈마로부터 하전입자와 열속을 제거하는 기능을 수행하는 디버터(divertor) 소재개발 기술이다. 핵융합 발전로 상용화로 깨끗하고 안전한 대량 에너지원을 확보한다.

늘였다 줄이며 자유롭게 모양을 바꿀 수 있고, 대면적으로 낮은 비용으로 생산할 수 있는 진정한 의미의 스트레처블 디스플레이 기술은 자유롭게 모양을 바꿀 수 있는 Skin스마트폰, 자유곡면 이중 곡률(double curvature)의 초박 자동차용 디스플레이, E-skin 패치 디스플레이를 통한 개인 헬스모니터링, 스트레처블 벽면 디스플레이 같은 곳에 활용한다.

자율적으로 수명을 조절하는 화학소재는 외부환경에 대해 자율적으로 자체를 보호하고 보고, 치유와 분해를 조절할 수 있는 기술이다. 전력이 없거나 저전력에서도 생활에서 일어나는 환경 변화를 감지해 전달할 수 있는 IoT용 소자에 활용할 수 있다. 도로와 교량, 건축물 같은 곳에서 발생하는 이상 징후를 스스로 보고해 재난을 미리 방지하고, 일정 수준까지 물성을 회복해 구조물 안전 신뢰도 제고에도 기여한다.

완전 직물형 웨어러블 소자는 액서서리 형태로 착용할 수 있는 IT 기기가 아닌 섬유와 직제, 의류 기술과 IT기술을 융합해 직물을 통해 입력과 출력, 처리, 저장 같은 기본적인 전기전자 기능을 수행하는 입는 IT 기기 기술이다. 기존의 전기·전자·통신 기술이 전자섬유 기술과 융합해 RFID와 집적회로, 디스플레이, 센서, 나노 제너레이터, 배터리 같은 능동형 전자소자를 내장하거나 섬유 자체를 통해 첨단 디지털 기능을 구현한다.

연구를 수행한 임현 KISTEP 선임연구위원은 “KISTEP이 매년 발표하는 미래유망기술은 미래대비, R&D 기획 기초자료로 산학연 연구자들이 널리 활용하고 있다”며 “올해 발표한 10대 미래유망기술은 소재 분야 경쟁력을 강화해 중국 같은 신흥국 추격에서 주력산업 위기를 극복할 수 있다는 측면에서 의의가 있다”고 밝혔다.

[테크M = 박응서 기자(gopoong@techm.kr)]