(이달의 과학기술자상) 11월 수상자 서울대학교 조맹효 교수- 빛에 의해 변형되는 물질의 멀티스케일 해석 기술 세계 최초 개발

(이달의 과학기술자상) 11월 수상자 서울대학교 조맹효 교수- 빛에 의해 변형되는 물질의 멀티스케일 해석 기술 세계 최초 개발

 

등록일 2016-11-10

 

 

 

11월 과학기술인상, 서울대 조맹효 교수
 - 빛에 의해 변형되는 물질의 멀티스케일 해석 기술 세계 최초 개발 -

□ 미래창조과학부(장관 최양희, 이하 미래부)와 한국연구재단(이사장 조무제, 이하 연구재단)은 이달의 과학기술인상 11월 수상자로 서울대학교 기계항공공학부 조맹효 교수를 선정했다고 밝혔다.

□ 미래부와 연구재단은 조맹효 교수가 빛에 의해 대변형을 일으키는 광반응 고분자 소재의 기계적 거동 설계와 응용을 위한 멀티스케일 해석* 기술을 세계 최초로 개발한 점이 높이 평가되었다고 선정 배경을 설명했다.

 * 멀티스케일 해석 : 문제를 해석할 때 특정 영역은 미세한 스케일로, 나머지 영역은 거시적 스케일로 거동을 분석하는 최신 수치기법

 o 강한 빛을 쬐면 광이성질화* 현상에 의해 변화되는 광반응 물질의 기계적 변형 특성을 이용하여 유연로봇의 재료나 사람의 접근이 어려운 재해지역 등 극한조건에서 사용 가능한 원거리 무선기기의 재료로 이용하려는 연구가 세계적으로 활발하다. 

    * 광이성질화 : 물질이 빛을 흡수하면 물리적, 화학적 작용으로 다른 이성질체 (분자식은 동일하지만 구조가 다른 화합물)로 변화되는 것

 o 조맹효 교수는 광반응 물질의 독특한 거동 메커니즘을 규명하여  설계에 반영할 수 있도록 하였다. 특히 광반응 고분자 멀티스케일 설계 연구는 빛이라는 새로운 자극원에 기반을 두고 기계시스템 설계를 시도했다는 점에서 세계적인 관심을 받고 있다.

 o 조맹효 교수는 “광반응 소재를 유연로봇에 적용하고, 배터리나 전기 회로 없이 움직이는 작동기기의 설계 및 구현을 통해 산업 현장의 난제를 해결하고, 과학기술 발전에 기여하고 싶다.”라고 수상 소감을 밝혔다.

□ 이달의 과학기술인상은 과학기술자의 사기 진작과 과학기술 마인드 확산을 위해 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구 개발자를 매월 1명씩 선정하여 미래부 장관상과 상금 1천만원을 수여하고 있다.

<붙임>  1. 2016년 11월 이달의 과학기술인상 수상자 미니인터뷰    
         2. 2016년 11월 이달의 과학기술인상 연구성과 관련 그림   
         3. 2016년 11월 이달의 과학기술인상 연구자 이력사항  

 

참고1
 수상자 미니인터뷰 

최근 기계공학 분야에서는 학문의 영역을 파괴하는 다양한 도전과 실험이 계속되고 있다. 세계적으로 나노, 바이오, 에너지 공학 등 신생 분야에 기계공학자들이 뛰어들면서 고전적인 기계공학분야의 외연이 급속히 확장되고 융합연구와 협력연구의 결실이 나타나기 시작했다.
서울대학교 기계항공공학부 조맹효 교수 역시 다학제 융합연구를 통해 빛에 의해 대변형을 일으키는 광반응 고분자 소재의 기계적 거동의 설계와 응용을 위한 멀티스케일 해석 기술을 원천 개발하는데 성공했다.

조맹효 교수가 개발한 기술은 향후 소프트 로봇에 필요한 광반응 소재의 개발, 배터리나 전기회로 없이 빛을 쪼여주는 것만으로도 작동하는 재료로 활용되어 극한 환경에서도 사용할 수 있는 디바이스 구현에 기여할 전망이다.

연구자로서 조맹효 교수의 꿈은 산업 현장에서 공학적 난제를 해결하는데 도움이 되는‘데이터-주도 멀티스케일 시뮬레이션 기법’을 정립하는 것이다. 동시에 여러 학문 영역의 경계 지점에서 연구하는 멀티스케일 역학자 양성을 목표로 노력하는 교육자 조맹효 교수의 연구 이야기를 들어 본다.

o 이달의 과학기술인상 수상을 진심으로 축하드립니다. 수상 소감 부탁드립니다.
 
 - 기계공학 분야 전공자로서 꾸준히 역학 분야에 대한 연구를 수행해 왔는데 이렇게 이달의 과학기술인상을 받게 되어서 매우 기쁩니다.

o 빛에 의해 대변형을 일으키는 광반응 고분자 소재의 기계적 거동의 설계와 응용을 위한 멀티스케일 해석 기술 원천개발에 성공하셨는데요, 이 연구를 시작하신 동기는 무엇인지요?

 - 원래 저는 복합재료의 거시적 역학 거동에 대한 모델링과 해석을 수행해 왔습니다. 그런데 고체의 거동을 더욱 세밀하게 기술하려면 분자 거동에 대한 이해가 필요했습니다. 마침 제가 속해 있는 학과가 한국연구재단에서 지원하는 ERC센터를 유치하였습니다. 그래서 2003년부터 ERC센터 참여연구원으로 분자동력학 분야의 연구를 시작하게 되었습니다.
 - 국가지정연구실 과제를 수행하면서 분자동역학, 양자역학, 연속체 역학을 아우르며 다양한 스케일을 결합하는 연구를 진행하였습니다. 그 이후 빛에 반응하는 소재의 변형거동에 대한 메커니즘을 이해하게 되었고 우리 연구실에서 개발한 멀티스케일 해석기술을 기반으로 소재를 설계하는 것이 가능할 것으로 판단하여 연구를 시작하게 되었습니다.

o 관련 연구를 수행하며 어려움이 있었다면 무엇이며, 어떻게 극복하셨나요?

 - 우리 연구실이 시뮬레이션 기술을 원천적으로 보유하고 있어서 멀티스케일 역학을 광반응 소재에 적용하여 그 변형 메커니즘을 예측하는 것이 가능하였습니다.

 - 하지만 기계공학 전공자인 제가 설계 결과를 검증하고 광반응 소재의 변형 메커니즘을 구현하는 것이 쉽지 않았습니다. 다행히 고분자 합성 전공자와 융합연구를 통해 합성방법을 배웠고 고분자 합성경험이 있는 재료과학 전공자 및 역학에 기반을 갖고 있는 설계 전공자와 협력연구를 수행하여 어려움을 극복하였습니다.  

o 멀티스케일 역학, 전산나노역학 등 대학원 교과목을 개발하고 후진 양성을 위해 한결같은 열정과 노력을 보여 주고 계십니다. 학생들에게 어떤 스승이 되고자 하시나요?

 - 멀티스케일, 멀티피직스 해석과 설계 분야는 다학제 분야이기 때문에 여러 전문 분야 간의 융합이 중요합니다. 그리고 학문과 학문의 경계에서 이를 이어주는 연구를 하려면 두 분야 또는 세 분야 전공 영역에 대한 지식이 필요합니다.

 - 이 경계 분야의 연구를 위해서는 계속해서 연계된 분야에 대한 공부를 해야 합니다. 여러 연계 분야의 내용을 얼마나, 어디까지 알아야 할까요? 아마 자신의 지적 호기심이 충족될 만큼이겠지요.

 - 저는 학생들이 지적 호기심을 갖고 여러 분야를 탐험해 가는 에너지를 끌어내려고 노력합니다. 또한 제가 우리 학생들이 그런 자세를 가다듬을 수 있는 본보기가 되기를 희망합니다. 여러 학문 영역의 경계 지점에서 연구하는 멀티스케일 역학자들이 우리 연구실에서 지속적으로 배출되기를 기대해 봅니다.

o 최근 전 세계적으로 기계공학 분야에서 일어나는 이슈 중 가장 흥미 있는 일은 무엇인가요?

 - 여러 공학 분야 중 유독 기계공학 분야에서 학문 영역의 파괴가 많이 일어나는 것 같습니다. 특히 나노, 바이오, 에너지 공학 등 신생 분야에서 기계공학자들이 많은 역할을 하는 것 같습니다.

 - 고전적 기계공학의 외연을 넓히려는 시도가 지난 10여 년간 급박하게 진행된 것 같습니다. 이런 시도를 통해 융합연구가 활발해지고 협력연구가 진행됐는데 이것은 이미 세계적인 추세가 된 것 같습니다.

o 연구자로서 철학이나 신념은 무엇입니까?

 - 연구를 진행하면서 연구자 본인이 연구 아이디어나 방법에 대해 의심을 품기 시작하면 연구가 미궁을 빠질 수 있습니다. 연구의 갈래를 결정하는 데는 숙고가 필요하고 신중한 분석이 뒤따라야 하지만 일단 방향이 설정되면 본인의 방향이 옳다고 믿고 끈기 있게 진행해 나가야 합니다. 물론 그 방향이 틀릴 수 있지만 한 번 설정된 방향이 확실하게 잘못된 것으로 밝혀질 때까지 끈질기게 진행해야 한다고 생각합니다.

o 과학기술인으로서 궁극적으로 도전하고 싶은 연구는 무엇인가요?

 - 현재 수행하고 있는‘멀티스케일 역학’연구를 더욱 발전시켜 산업체 현장에서 공학적 난제를 해결하는 데 도움이 되는‘데이터-주도 멀티스케일 시뮬레이션 기법’을 정립하고‘데이터 주도형 전산역학’의 새로운 교육과 연구의 초석을 다지고 싶습니다.

o 끝으로 과학자를 꿈꾸는 어린 학생들에게 그들이 꿈을 이루기 위해 어떤 자세와 덕목을 갖추는 게 좋을지 조언 부탁드립니다.

 - 과학기술자는 수리적 능력과 과학적 사고력을 갖추고 이를 부단히 갈고 닦는 것도 중요하지만, 문제를 보는 직관력과 인문학적 감성 등도 창의력을 발휘하는데 무척 중요한 것 같습니다.

 - 앞으로 과학기술에서의 진보는 분석력과 종합력의 조화로 이루어질 것입니다. 그러므로 어린 학생들은 다양한 분야에 대한 독서와 주위의 환경, 특히 자연과의 교감을 통해 여러 가지 감성을 자연스럽게 키워나가는 것이 창의력과 종합력을 키우는 밑거름이 될 것입니다.

참고2
 연구성과 관련 그림

   ▶ 광반응 변형구조체의 멀티스케일 해석 개요도
    
      o 빛에 반응하는 고분자소재의 반응 부분의 비율을 10-10 m 스케일에서 예측한다. 예측된 반응 비율로부터 광반응 구조체의 미세구조를 10-8 m 스케일에서 도출한다. 미세구조에서 얻어진 변형을 이용하여 육안으로 관찰되는 10-2 m 스케일에서 실제 광반응 양상을 해석한다.

 

   
    ▶ (a) 빛 조사에 따라 움직이는 고분자 구조체의 합성 및 제작 과정
 
       (b) 다양한 빛의 파장과 세기에 따른 구조물의 기계적 거동 실험

        o 실험은 크게 시편*의 제작과(a) 광변형률 계측(b) 두 가지로 이루어진다. 제작 부분에서는 광반응 변형구조체의 기반이 되는 시편 재료들을 녹여 유리 주물에 주입시킨 후 단파장 빛을 이용하여 광중합을 시킨다.

             * 시편 : 시험 분석에 쓰기 위하여 골라낸 광석이나 광물의 조각

        o 이렇게 만들어진 광반응 변형구조체를 통해 빛의 입력, 온도에 따른 광 변형 양상을 계측하여 다양한 조건에서의 광 변형 양상을 찾아낸다.
 

참고3
 연구자 이력사항

 
1. 인적사항

  o 성명 : 조맹효 (Maenghyo Cho) 
  o 소속 : 서울대학교 기계항공공학부
 

2. 경력사항

  o 2016 ~ 현재  한국공학한림원 정회원
  o 2015 ~ 현재  한국과학기술한림원 정회원
  o 2014 ~ 현재  편집장, J. Mech. Sci. Tech. (SCI(E))
  o 2016 ~ 현재  편집위원, Int. J. Solids Structures (SCI)
  o 2012 ~ 현재  연구재단 광반응변형구조체 창의연구단 단장 
  o 1999 ~ 현재  서울대학교 기계항공공학부 조교수, 부교수, 정교수 

3. 전문분야 정보

  o 광반응 고분자소재의 멀티스케일 해석/설계 기술 개발 
  o 멀티스케일 역학/설계, 분자동역학, 유한요소 시뮬레이션
  o 전산역학, 고체/구조역학, 복합재료역학