우리얘기

광합성은 생물체가 태양광을 에너지원으로 사용, 일련의 물리화학적 반응들을 통해 탄수화물과 같은 화학물질을 생산하는 자연현상입니다.

인류는 지금 지구온난화와 화석연료 고갈이라는 문제점을 안고 있습니다.

이를 해결하기 위해 온난화의 원인인 이산화탄소를 배출하지 않고 무제한으로 존재하는 태양 에너지를 이용하려는 노력이 계속되고 있습니다.

KAIST 신소재공학과 박찬범 교수와 류정기 박사팀이 태양전지 기술을 이용해 자연계의 광합성을 모방한 인공광합성 시스템 개발에 성공했습니다.

박찬범 교수

류정기 박사

이 기술은 정밀화학 물질들을 태양에너지를 이용해 생산해 내는 '친환경 녹색생물공정' 개발의 중요한 전기가 될 전망입니다.

박 교수팀은 자연광합성 현상을 모방해 빛에너지로부터 천연, 비천연 아미노산, 신약 원료물질(precursor) 등과 같은 고부가가치 정밀화학 물질 생산이 가능한 신개념 '생체촉매기반 인공광합성 기술'을 개발했습니다.

이번 연구에서 연구팀은 자연현상 모방을 통해 개발된 염료감응 태양전지의 전극구조를 이용해 다시 자연광합성 기술을 모방해 발전시킬 수 있다는 것을 증명했습니다.

이번 연구 결과는 광합성효율을 획기적으로 향상시킴으로써 인공광합성 기술의 산업화에 한 걸음 더 다가선 것으로 평가받고 있습니다.

이번 연구는 독일에서 발간되는 재료분야 국제저명학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 2011년 4월 26일자에 게재됐고 특허출원도 완료됐습니다.

자연광합성에서 가시광선에 의해 엽록소 분자상에 생성된 여기전자는 바닥상태로 돌아가기 전에 재빨리 주변의 반응 장소로 전달돼 산화환원반응을 일으키게 되는데(그림 1a), 이러한 반응기작을 모방해 개발한 것이 차세대 태양전지의 하나로 각광받는 염료감응 태양전지다(그림 1b).

자연광합성과 염료감응 태양전지 기술에 착안한 박 교수팀은 염료감응 태양전지의 광전극을 이용해 보조인자를 광전기화학적으로 재생하고, 이를 산화환원용 효소반응과 연결시켜 빛에너지로부터 광학이성질체, 약물 전구체와 같은 고부가가치 정밀화학 물질들을 고효율로 생산하는 기술을 개발했다(그림 1c).

 용 어 설 명

인공광합성(aritificial photosynthesis): 자연 광합성을 모방하여 태양광을 이용하여 수소, 메탄올와 같은 화학연료 또는 고부가가치의 정밀화학물질을 생산하는 기술.

산화환원용 효소 (oxidoreductases): 생체촉매인 효소 (enzyme)의 일종으로 각종 산화환원반응에 관여하여 반응생성속도를 촉진시키는 단백질(protein).

KAIST가 파도치는 해상에서 대형 선박 간의 자동 도킹이 이루어지는 모바일하버 신기술을 실제 바다에서 시연했습니다.

움직이는 항구로 불리는 모바일하버를 상용화하기 위해서는 선박 간 자동도킹 기술이 필수적입니다.

수심이 낮아 항만에 접안할 수 없는 대형 컨테이너선의 하역작업을 위해서는 해상에 떠있는 컨테이너선에 모바일하버가 다가가 측면에 밀착해야 되기 때문입니다.

파도와 바람의 영향으로 끊임없이 움직이는 두 부유체를 안전하고 신속하게 측면으로 밀착해 일정 거리를 유지하는 것은 매우 어려운 기술입니다.

기존에는 선원들이 로프를 주고받아 계류해 시간이 매우 오래 걸리고 사고의 우려는 물론 응급상황에 신속하게 대처할 수 없었습니다.

모바일하버 원천기술의 하나로 개발된 자동도킹시스템은 파도치는 바다에서 선박 간 충돌을 방지하면서 두 선박을 신속하고 안정적으로 연결하는 기술입니다.

세계적으로 그 필요성이 대두되어 왔지만 기술적 한계로 상용화가 이루어지지 않았다고 합니다.

이날 공개시연에서는 모바일하버 역할을 하는 바지선을 컨테이너선에 해당하는 선박에 근접시키고, 자동으로 도킹을 한 후 상호계류를 유지시키는 정상작동 상황과 비상상황 발생 시의 대처 과정 등이 전개됐습니다.

■ 운용시나리오

시제품 구성

• 총 4개의 관절로 구성되어 상하좌우 상대운동에 대응하며, 다단 실린더 적용으로 능동모드 또는 수동모드 전환 가능• 로봇암 내부를 진공챔버 공간으로 활용하여 소형화 및 경량화 구현 • 크기 : 3.2m (격납 시 1.9m)

도킹시스템 1기당 4개의 흡착섹션으로 구성되며, 곡면에도 흡착 가능• 센서를 통한 거리 탐지 및 진공압 측정• 흡착패드 용량 ․시연용 : 6.6ton (모바일하버 : 9.4ton)• 흡착패드 크기 ․시연용 : 1.7×1.7m (모바일하버 : 2.2×2.2m)

• 윈치 용량 ․시연용 : 6.6ton ․모바일하버 : 9.4ton• 계류라인 작용력 ․시연용 : 5.3ton ․모바일하버 : 7.54ton

시 연 모 델 ▪ 모바일하버용 부유체 48m(L) x 15m(W) x 3.3m(H) ▪ 컨테이너선용 부유체 (한우리호) 93m(L) x 15m(W) x 7.2m(H) ▪ 도킹시스템 6.0m(L) x 4.2m(W) x 3.2m(H)

전기화학적 방법을 이용해 기존보다 사용이 간편하고 가격이 저렴하며, 분석 장치를 소형화 할 수 있는 유전자 진단 기술을 카이스트에서 개발했습니다.

KAIST 박현규 생명화학공학과 교수가 전기화학적 활성을 가진 핵산 결합 분자인 메틸렌 블루(Methylene Blue)를 이용해 전기화학적 실시간 중합효소 연쇄 반응(Real-Time PCR) 기술을 개발했습니.

박현규 교수

현재 유전자 분석 분야에서 가장 널리 사용되고 있는 Real-Time PCR(Polymerase Chain Reaction) 방법은 형광 신호를 이용하기 때문에 고가의 장비와 시약이 사용되는 분석 기술입니다.

이에 반해 전기화학적 방법은 사용이 간편하고 가격이 저렴하며, 무엇보다 분석 장치를 소형화 할 수 있는 이점이 있습니다.

연구팀은 산화/환원을 통해 전기화학적인 신호를 발생하는 물질인 메틸렌 블루가 핵산과 결합하면 전기화학적 신호가 감소하는 현상에 착안, 이를 PCR에 적용해 핵산의 증폭 과정을 전기화학적 신호를 통해 실시간으로 검출할 수 있는 전기화학적 Real-Time PCR을 구현하는 데 성공했습니다.

또 이 신호 변화 현상이 메틸렌 블루의 확산 계수와 관련된 것임을 규명해 향후 다양한 방법으로 응용될 수 있는 신호 발생을 기반으로 한 기술도 확립했습니다.

연구팀은 이를 기반으로 전극이 인쇄된 작은 칩을 제작해 성병 유발 병원균인 클라미디아 트라코마티스(Chlamydia trachomatis)의 유전자를 대상으로 연구를 수행했습니다.

그 결과 기존 형광 기반의 Real-Time PCR과 거의 동일한 성능을 보였다. 따라서 다양한 질병 진단을 비롯해 다양한 유전자 연구 분야에 적용할 수 있음을 입증했습니다.

Real-Time PCR 기술이 현재 유전자 진단 분야에서 가장 확실한 분석 방법임에도 불구하고 형광 기반의 분석 방법이다 보니 고가의 검출 장비 및 분석 시약을 필요로 합니다.

이번 연구 결과로 유전자 진단에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 전망입니다.
 
한편, 세계적인 학술지인 '아날리스트(The Analyst)' 4월호(4월 21일자) 표지논문으로 선정됐습니다.

신호 분자 결합에 의한 전기화학적 Real-Time PCR 모식도 (아날리스트 표지)

용 어 설 명 Real-Time PCR : 실시간 중합효소연쇄반응. 중합효소연쇄 반응을 통해 증폭되는 핵산을 실시간으로 모니터링을 하고 해석하는 기술 PCR(Polymerase Chain Reaction) : 중합효소 연쇄 반응. 현재 유전물질을 조작해 실험하는 거의 모든 과정에 사용되는 검사법으로, 검출을 원하는 특정 표적 유전물질을 증폭하는 방법이다. 1985년에 캐리 멀리스(Kary B. Mullis)에 의해 개발됐다. Chlamydia Trachomatis : 클라미디아 트라코마티스(chlamydia trachomatis)라는 병원균에 의한 성병으로 성적 접촉으로 점염되어 비뇨생식계에 질병을 일으키는 감염증의 가장 흔한 원인균.

다양한 금속이온은 체내의 효소를 활성화하고 비타민의 구성 성분으로써 중요한 역할을 합니다.

예를 들어 구리이온을 함유하는 단백질 중 효소 기능을 가진 것은 산소를 활성화하고 유기화합물의 산화반응을 위한 촉매로 사용되며, 식물이나 동물에게 필수 무기물질로 분류됩니다.

그러나 일정농도 이상 존재하면 흔히 윌슨(Wilson)병이라고 알려져 있는 구리과잉축적증으로 분류되기도 합니다.

또한 수은이나 납과 같은 일부 중금속은 미량으로도 인체 혹은 환경에 유해할 수 있으므로 그 감지가 중요합니다.

금속이온을 측정하기 위해서는 원자 흡수 분광도법과 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하는 방법 등이 있습니다.

그러나 이들은 거대한 장비를 이용해야 하기 때문에 휴대성이 떨어집니다.

이 휴대성 문제를 해결하기 위해 많은 연구들이 진행되고 있는 데, 대부분 양자점(quantum dot)을 이용하거나 형광단(fluorophore)을 이용하는 센서로 금속이온 감지를 위해 복잡한 접합과정을 거쳐야 합니다.

또한 양자점은 그 자체가 중금속으로 이루어져 있어 독성이 있으며, 형광단을 이용한 센서는 수용액에서의 용해도가 낮아 적용하는 데 한계가 있습니다.

KAIST 홍원희 생명화학공학과 교수팀이 나노구조를 갖는 카본 나이트라이드를 이용해 다른 물질의 도움 없이 금속이온을 손쉽게 감지할 수 있는 고감도 센서 개발 원천기술을 확보했습니다.

홍원희 교수

이은주 박사과정

특히 이 센서는 기존의 휴대용 센서를 목적으로 개발된 물질보다 감도가 10배 이상 뛰어나기 때문에 장비 휴대가 불가능한 원자 흡수 분광도법과 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하는 방법과 유사한 감도를 나타냅니다.

이번 연구성과를 기반으로 나노구조를 가지는 카본 나이트라이드를 이용해 폐수에 존재하는 금속 이온의 초고감도 감지도 가능하게 됨으로써, 주변 환경이 금속 이온에 의해 얼마나 노출되어 있는지 혹은 오염되어 있는지를 손쉽게 알 수 있습니다.

또한 카본 나이트라이드의 생체 적합성을 이용해 몸속의 혈액 내에 존재하는 금속 이온의 농도까지 쉽고 간단하게 감지 가능한 센서를 구현할 수 있으며, 나노 크기의 카본 나이트라이드 입자를 이용해 체내의 질병치료를 위한 약물 전달 시스템에 적용하고자 약물 전달체로의 활용이 가능할 것으로 보입니다.

이번 연구는 교육과학기술부에서 시행하는 미래기반기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 화학 분야의 세계적 학술지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)'지 2010년 12월호에 게재됐습니다.

 용  어  설  명

카본 나이트라이드

원자 흡수 분광도법(Atomic Absorption Spectroscopy)
: 기저 상태의 원자가 이 원자 증기층을 투과하는 특유 파장의 빛을 흡수하는데 이 때 특유 파장에 대한 흡광도를 측정하여 시료의 농도를 정량하는 방법.

유도결합 플라즈마 질량분석기(Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy)
: 아르곤 플라스마로 원소를 이온화시키고, 질량분석기로 이온을 분리하여 시료 중의 원소를 분석하는 데 사용되는 기기.

양자점(Quantum Dot)
: 화학적 합성 공정을 통해 만드는 나노미터 크기 반도체 결정체.

형광단(Fluorophore)
: 형광물질의 형광을 내는 원인이 되는 원자단.

소분자 생화합물은 분자량이 작은 생체내 분자들로, 다양한 세포의 세포막을 드나들며 세포간의 신호전달 등에 큰 역할을 담당합니다.

최근에는 제약업계에서  소분자 생화합물을 이용한 신약 개발 관련 연구 개발에 큰 관심을 기울이고 있습니다.

그러나 이러한 소분자 생화합물은 대부분 특정 항원-항체 화학 결합반응을 유도하기 힘들어 기존에 많이 사용되는 형광이나 전기화학적인 방법으로 극소량을 분석하는데 어려움이 많았습니다.

정기훈 교수

KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 소분자 생화합물(small molecules) 검출을 위한 획기적인 고감도 나노광학측정기술을 개발했습니다.

연구팀은 사람의 머리카락 단면적의 70만 배 보다 작은 나노유체관 내 유동특성을 이용해 나노몰(nM) 수준의 농도를 갖는 극미량의 소분자 생화합물의 농도를 국소적으로 증가시켰습니다.
 
이후 나노플라즈모닉 광학기술과 접목해 측정하는 빛의 세기를 1만 배 이상 향상시켜 별도의 생화학처리를 사용하지 않은 도파민(Dopamine)과 가바(GABA)와 같은 신경전달물질을 1초 이내에 구별하는 데 성공했습니다.

오영재 박사과정

이번 연구결과는 앞으로 소분자 생화합물을 이용한 다양한 글로벌 신약개발은 물론, 알츠하이머병과 같은 퇴행성 신경질환의 조기진단 및 뇌기능 진단기술에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

이번 연구는 오영재 박사과정 학생 주도로 진행됐고, 독일에서 발간되는 나노분야 국제저명학술지인 '스몰(Small)'지의 표지논문으로 게재됐습니다.

<나노플라즈모닉-나노유체채널 플랫폼의 개념도>

<나노플라즈모닉 기판의 광학적 설계>

                <PDMS를 이용한 나노채널의 형성 및 전자현미경 사진 단면도>

a,b) PDMS를 이용한 나노채널의 형성 및 전자현미경 사진 단면도. 흰색 화살표가 유체가 지나는 나노채널을 의미. c,d) 형광신호 측정을 통해 확인한 나노채널에서의 소분자 국소농도 증가. 강한 형광신호는 나노채널로 인해 더 많은 분자들이 금속나노패턴 근처에 있음을 의미함.

















                               <플라즈모닉 나노채널에서의 라만분광신호증가>

  대표적인 신경전달물질인 dopamine과 GABA의 SERS 신호 증가를 보임.












 용  어  설  명

라만 분광 (Raman Spectroscopy)
: 빛(광자)이 입자에 의해 산란될 때 발생하는 비탄성 산란 현상. 이 과정에서 빛의 에너지가 변화하며 생체분자(biomolecules) 또한 산란과정에서 고유의 라만산란(에너지 변화)을 나타내므로 이를 분광학적으로 분석하여 분자 검출 및 분석에 응용이 가능

나노플라즈모닉스
: 금속나노패턴은 빛이 입사될때 표면의 자유전자가 광자(photons)에 반응해 진동하고, 입사되는 빛 중 특정파장의 세기를 크게 향상 시킬 수 있다. 이러한 물리적 현상은 다루는 나노광학분야를 나노플라즈모닉스라고 불리우며, 나노바이오분야는 물론 다양한 응용분야가 최근 활발히 개발 중이다.

나노유체
: 나노수준(일반적으로 1~100nm )의 직경을 가지는 유체채널에서의 유체의 성질 및 구동 등에 관한 연구를 나노유체라고 한다. 

지금까지 전 세계 의학자들은 백신 접종으로 감기 등 감염성 질환 뿐만 아니라 다양한 면역성 질병까지 예방하고자 다각적인 노력을 기울여 왔습니다.

그러나 일부 백신은 효과가 미미하거나 오히려 효과가 전혀 없는 등 질병 예방과 치료에 많은 어려움이 있었습니다. 

KAIST 고규영 교수와 이승효 교수가 주도하고, 라구 카타루 박사와 김한솔 대학원생이 참여한 연구팀이 면역기능을 유지하고 촉진하는데 필수 과정인 '림프관신생 조절'에 관여하는 새로운 메커니즘을 규명했습니다.

고규영 교수

이승효 교수

연 구 개 요 우리의 몸속에 병원균과 같은 항원이 침입했을 때, 면역세포들이 활성화되어 면역반응이 시작되고 효과적인 면역반응을 통해 병원균을 물리침으로써 건강을 회복할 수 있다. 림프관은 체내에 침투한 항원을 획득한 항원표출세포의 이동통로로서, 잘 발달한 림프관 형성은 항원이 면역세포 특히 T 임파구에 잘 전달되어 체내 면역반응을 증진시키는 효과를 보인다. 림프관신생은 항원표출세포에서 분비되는 VEGF에 의해 촉진된다는 결과가 이전에 알려졌는데, 림프관신생을 촉진하여 면역반응 특히 백신의 효과를 증진시키고자 하는 연구가 국내외적으로 활발히 진행 중이다. 카이스트 고규영 교수 연구팀과 이승효 교수 연구팀은 VEGF 외에 림프관신생을 조절하는 다른 인자들을 밝혀내고 이들을 조절하여 백신의 효과를 증진시키려는 가설을 세우고 연구를 진행하였다.   항원표출세포와 T 임파구에 의한 림프관생성 조절 고규영 교수 및 이승효 교수 연구팀은 림프관신생이 T 임파구에 의해 분비되는 인터페론에 의해 억제된다는 사실을 처음으로 밝혔다. 이를 증명하기 위해 T 임파구가 결여된 생쥐모델, T 임파구를 고갈시킨 생쥐모델, 인터페론이 결여된 생쥐와 인터페론 수용체가 결여된 생쥐모델 등을 이용하여 T 임파구가 인터페론을 분비하여 림프관생성을 억제한다는 사실을 밝혔고, 이러한 결과들을 염증상태와 폐암모델에서 보였다. 즉 항원표출세포들은 VEGF를 분비하여 림프관생성을 촉진하고 T 임파구는 인터페론을 통해 림프관생성을 억제한다는 사실을 처음으로 증명하였다.    이는 항원표출세포에 의한 VEGF의 증진과 T 임파구에 의한 인터페론의 차단을 적절하게 조절한다면 효과적인 백신의 효과를 얻을 수 있다는 것을 직접적으로 보여주는 증거이다. 향후 이 방법을 토대로, 새로운 예방백신과 치료백신 개발에 큰 진전이 있을 것으로 본다.

T 임파구가 결여된 생쥐에서 보다 많은 림프관이 생성됨을 보이는 결과 (LYVE-1 : 림프관)

T 임파구를 고갈시켰을 때 높은 림프관생성을 보이나 T 임파구를 회복시키면 림프관생성이 감소함을 보이는 결과 (LYVE-1 : 림프관)

인터페론이 결여된 생쥐에서 많은 림프관이 생성됨을 보이는 결과 (LYVE-1 : 림프관)

인터페론 처리에 의한 림프관 내피 세포의 증식과 림프관의 형성이 감소됨을 보이는 결과

 용  어  설  명

T 임파구
: 체내에서 면역을 담당하는 세포의 한 종류  

인터페론
: 면역세포에서 분비되어 체내의 면역을 담당하는 주요인자 

림프관신생
: 림프관이 새롭게 형성되는 현상 

림프관성장인자
: 림프관신생을 촉진하는 인자

VEGF(Vascualr endothelial growth factor)
 : 혈관내피세포 성장인자

항원표출세포
: 체내에 침입한 항원을 획득하여 T 임파구와 같은 면역세포에 전달함으로써 면역반응을 유도하여 면역 반응의 초기 단계에 관여하는 세포

백신
: 예방접종으로 잘 알려져 있고 항체에 의에 의해 매개되는 방법과 T 임파구의 활성화를 통해 이루어지는 백신법이 있음

이승효 교수, 김한솔 대학원생, Raghu Kataru 박사, 고규영 교수 (왼쪽부터)

KAIST 총동문회(회장 : 이상천 한국기계연구원장)는 국가와 사회의 발전에 공헌하고 모교의 명예를 높인 '2010 올해의 동문상' 수상자를 선정했습니다.

임수경 국장

박영훈 원장

박영훈(생명과학과, 석사 2회) 한국생명공학연구원 원장은 다양한 연구와 사업을 통해 생명공학 분야의 연구 개발 역량을 강화하고, 개혁을 통해 세계 수준의 연구 성과를 창출함으로써 국가 경제 발전에 기여한 공이 인정됐습니다.

신성철 교수

이영호 박사

권영수 대표이사

인공광합성 구현의 핵심기술은 물로 태양에너지의 대부분을 차지하고 있는 가시광 영역에서 효율적으로 양성자를 발생시키는 기술을 확보하는 것입니다.

이 양성자는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소와 반응해 메탄, 메탄올 등 친환경 석유연료로 만들 수 있습니다.

또 이 양성자 자체를 결합해 꿈의 자원인 수소도 효율적으로 생산할 수 있습니다.

그러나 기존의 광촉매 소재들은 태양에너지의 일부 영역인 자외선 영역과 고가의 백금 조촉매를 사용할 경우에만 물로부터 양성자를 생성시키는 것이 가능했습니다.

즉 태양광 중 가장 풍부한 가시광 영역에서는 양성자를 거의 생성할 수 없다는 한계를 갖고 있었습니다.

이엽 연구원(박사과정)

강정구 교수

또 이중금속 다전자 층상 구조는 가시광 영역의 빛을 흡수할 수 있는 이종 금속의 한쪽 금속 전자가 기저상태에서 인접한 산소와 결합하고 있는 다른 쪽의 금속에 터널링을 통해 전자 이동이 비가역적으로 이뤄져 가시광 태양빛을 효율적으로 흡수할 수 있다는 것을 확인했습니다.

이중금속 층상구조 광촉매구조의 모식도. 양이온으로 구성된 금속 산화물 층을 음이온이 전하 균형을 맞춰주며 층간 구조를 형성하고 있는 물질이다.

이중금속 층상구조 물산화 촉매 특성 (자외선에 널리 사용되고 있는 타이테이니윰 옥사이트 (TiO2) 광촉매는 거의 물산화 광촉매 특성이 가시광에서 거의 없는 반면 새롭게 개발된 층상구조 이중금속 다전자 광촉매는 활성이 좋은 것을 확인함).

  용   어   설   명

물산화 광촉매
: 물산화 광촉매는 태양광을 이용하여 전자와 정공(홀)을 생성한다. 이러한 광 여기된 전자와 정공을 이용하여 낮은 에너지로 물을 산소와 수소로 분해하는 것이 가능하다.
실용화를 위해서는 태양광의 대부분을 차지하는 가시광 영역의 빛을 이용할 수 있는 광촉매의 개발이 필요하다. 현재 대부분의 광촉매는 태양광의 매우 작은 부분을 차지하는 UV영역의 빛을 이용하기 때문에 효율이 현저하게 낮다는 문제점을 안고 있다.

이중금속 층상 구조
: 이중금속 층상구조(Layered Double Hydroxide)구조는 양이온으로 구성된 금속 산화물 층을 음이온이 전하 균형을 맞춰주며 층간 구조를 형성하고 있는 물질이다.
이중금속 층상구조 광촉매의 경우, 산화수가 서로 다른 두 종류의 금속이온이 금속 산화물 층을 형성하고 있다. 따라서 가시광 하에서 여기된 전자 및 홀이 이중금속간에 전이되어 효율적인 물산화를 통하여 산소를 발생하는 것이 가능하다.
양자역학 계산을 통하여 이러한 이중금속 층상 구조 광촉매의 전자구조를 예측하는 것이 가능하며, 이와 같은 디자인을 통하여 물을 분해하여 수소 및 산소를 발생하는 광촉매, 혹은 이산화탄소를 환원하여 메탄 및 메탄올 등의 청정연료를 생산하는 광촉매로도 활용이 기대된다.

이상엽 교수

KAIST 이상엽 교수팀이 한국생명공학연구원 및 화학연구원, 전남대 이준행 교수팀 등과 공동연구를 통해 항생제에 내성을 가지는 병원균 퇴치를 가능케하는 신약 발굴 방법론을 개발했습니다.

이준행 교수

이 같은 가상세포가 생존하기 위해 필요한 화학물질은 193개로 분석됐으며, 이 중 결정적 역할을 수행하는 5개의 화학물질을 추출, 이에 관여하는 유전자를 제거함으로써 내성 비브리오균의 성장이 억제되는 효과를 증명했습니다.

○ 병원균의 기본적인 특성을 파악한다. 그 후 게놈 정보와 여러 데이터베이스에 산재해 있는 생물정보, 문헌 및 추가적인 실험을 통하여 병원성 미생물의 가상세포를 구축한다.  ○ 가상세포에 필수적으로 필요한 화학물질을 분석 적용하여 약물 표적을 체계적으로 예측하며, 이로부터 나온 약물 표적은 실제 실험을 통하여 검증한다. ○ 마지막으로는 최종적으로 선택된 필수 화학물질의 구조정보를 이용하여 화합물 라이브러리로부터 일부 화합물만을 선별한 후, 후보 항생제를 발굴한다.

 용  어  설  명

게놈 (genome)
: 한 생명체가 가지고 있는 개개의 유전형질을 발현시키는 원인이 되는 인자 즉 유전자를 일컬으며 이러한 유전자 정보의 전체인 유전체라고도 불린다. 또한 게놈에 대한 연구를 수행하는 학문을 유전체학(genomics)이라고 한다.

시스템생물학(Systems Biology)
: 생명현상을 복합체로 규정하고 생물학뿐 만아니라 전산학, 수학, 물리학, 화학 등의 제반원리를 사용하여 분석하고 모사 발명하는 것을 목표로 하는 학문이다.

가상세포
: 한 생명체 내의 게놈에 있는 모든 유전자 정보를 수집하여, 이로부터 생성되는 단백질과 생화학 반응식의 정보를 컴퓨터에 기입하여 실제 생명체의 행동을 모사할 수 있는 수학적 모델을 가리킨다. 가상세포를 이용하여 다양한 조건에서 빠른 시간 안에 특정 생명체의 행동을 모사하는 것이 가능하다.

약물 표적
: 특정 병을 일으키는 병원균의 성장에 중요한 역할을 하는 생화학 물질을 일컬으며, 흔히 단백질 효소가 약물 표적으로서 작용한다. 신약 개발은 이들 약물 표적의 기능을 효과적으로 억제할 수 있는 화합물을 개발하는 것을 말한다.

KAIST 가족 여러분! 희망찬 새해를 맞이하여 여러분의 가정에 건강과 행복이 가득하길 기원합니다.

2011년은 KAIST 개교 40주년을 맞는 매우 의미 있는 한 해 입니다. 한용만 교수와 임용택 글로벌협력본부장의 책임 하에 개교 40주년 기념사업 추진단이 구성되었고, 이 추진단에서는 2011년 5월 9일부터 시작되는 역사적인 행사들을 성공적으로 개최하기 위해 최선을 다하고 있습니다.

1971년 개교 이래로 KAIST는 지금까지 그 누구도 예상치 못했던 큰 업적을 일구어 냈습니다. 우리는 2010년 IT와 공학 분야에서 세계 24위, 자연과학분야에서 세계 57위에 오르는 등 세계를 선도하는 과학기술 연구중심대학으로 성장하였습니다. KAIST 동문들은 국내는 물론 전 세계의 산업계, 학계 등 사회 곳곳에서 큰 공헌을 하고 있습니다. 지난 40년간 우리나라 산업계가 눈부신 성장을 거듭할 수 있었던 것은 KAIST 동문들과 교수진의 노력이 뒷받침되었기에 가능했다고 생각합니다.

개교 40주년을 맞이하면서 우리는 KAIST의 설립 목적에 대해 다시 한 번 생각해 보아야 합니다. KAIST는 세계 최고의 과학기술 연구중심대학으로 성장하고, 인류가 직면한 도전적인 과제들을 해결함으로써 우리 조국의 발전과 국민 삶의 질을 향상하는데 공헌하기 위해 설립되었습니다. 이를 위해 우리는 뛰어난 교원을 임용하고 최고의 학생들이 KAIST에 지원할 수 있도록 최선을 다하고 있습니다. 또한, 가장 경쟁력을 갖춘 교육?연구 프로그램과 프로젝트를 선별하고, 이를 전략적으로 투자하여 우리의 자원과 재원을 효과적으로 투입하기 위해 더욱 노력할 것입니다. KAIST는 우리를 믿고 성원해주시는 국민들과 우리 학생들의 밝은 미래를 위해 무엇을 해야 하는지 깊이 생각하여 최상의 선택을 하고, 최선의 노력을 하여, 최고의 결과를 도출해야 합니다.

A. 2010년의 KAIST의 주요 업적

KAIST의 2010년은 새로운 비상을 준비하는 전환기였습니다. 지난 2010년 8월에는 신임 보직자들을 임명하였습니다. 최병규 교학부총장, 주대준 대외부총장, 양동열 연구부총장, 강민호 ICC부총장을 비롯한 신임보직자들은 2006년 7월부터 2010년 7월까지 KAIST 발전을 위해 헌신해온 KAIST의 뛰어난 리더들을 이어 새로운 도약을 위해 최선을 다해 줄 것입니다. 지난 4년 동안, KAIST가 눈부시게 발전을 거듭할 수 있었던 것은 KAIST 교수, 직원, 학생 등 모두의 노력이 뒷받침 되었기에 가능하였습니다. KAIST가 세계적인 연구중심대학으로 발전하는데 헌신해주신 모든 분들에게 깊이 감사드리며, 여러분이 일구어낸 큰 성공을 진심으로 축하드립니다.

저의 첫 임기동안 주위의 많은 동료 분들께서 특별한 리더십을 발휘하여 KAIST가 성장하는데 큰 공헌을 해주었습니다. 교학부총장을 비롯하여 여러 부총장, 학장, 학과장, 소장, 처장, 부장, 그리고 팀장 직을 맡아 많은 분들이 수고해 주었으며 이들의 노력은 제게 큰 도움이 되었습니다. 첫 임기를 성공적으로 마칠 수 있게 많은 도움을 준 장순흥 前 교학부총장, 양지원 前 대외부총장, 김상수 前 연구원장, 강민호 ICC 부총장, 구본제 前 감사, 도영규 前 자연대학장, 이상엽 생명과학기술대학장, 박승오 前 공과대학장, 이용훈 정보과학기술대학장, 김동원 문화과학대학장, Ravi Kumar 경영대학장, 이광형 前 교무처장(現 과학영재교육원장), 김도경 前 입학처장, 백경욱 前 학생처장, 양현승 前 연구처장, 윤현수 前 학술정보처장, 임용택 前 대외협력처장(現 글로벌협력본부장), 이재규 EEWS 기획단장, 박선원 前 산학협력단장, 조동호 온라인전기차사업단장, 곽병만 모바일하버사업단장, 이상문 행정처장, 조국준 前 CFO 외 많은 보직자분들께 다시 한 번 진심으로 감사드립니다. 또한, 원동혁 비서실장을 비롯하여 강용섭, 조보람, 홍윤주 비서의 헌신적인 노력에 감사드립니다.

2010년 한 해 동안 KAIST에서 일구어낸 업적들은 매우 많습니다. 모두 소개하는 것이 도리이나 지면의 제약으로 몇 가지만을 말씀드리고자 합니다.

A-1. KAIST-ICU의 성공적인 통합

KAIST와 ICU의 통합은 매우 성공적으로 이루어졌습니다. 두 대학의 통합 이후 KAIST 구성원 모두가 각자의 위치에서 보여준 헌신과 노력들이 KAIST를 더욱 강한 기관으로 성장시켰습니다. 특히, 새로운 연구?교육 프로그램과 센터들을 유치한 정보과학기술대학의 맹성현, 김광조, 최호진, 주대준, 권인소, 최경철 교수께 진심으로 감사드립니다. 탁월한 리더십을 선보이며 통합을 성공적으로 이끈 강민호 부총장과 이용훈 정보과학기술대학장께 KAIST 구성원을 대표하여 깊이 감사드립니다.

A-2. KAIST 교원의 업적

2010년에도 많은 교수님들께서 학문과 연구 분야에서 뛰어난 업적을 거두었습니다. 많은 분들이 다양한 과제와 사업 등에 선정되어 KAIST 발전에 큰 공헌을 하였습니다. 지면상 모든 분을 소개해 드리지 못하는 점 양해해 주시길 부탁드립니다.

맹성현 교수 :  웹사이언스 공학분야 창의적 인재양성 사업 선정(WCU, IT
               소프트웨어 분야)
권인소 교수 : 미래 자동차 연구분야로 국가핵심연구센터(NCRC)에 선정
최호진 교수 : 서울대학교 의과대학과 함께 시스템 바이오정보의학 연구분야의 국가핵심연구센터(NCRC)에 선정
임대식 교수 : 교육과학기술부 '창의적 연구진흥 사업'의 신규 지원과제에 선정
신동원 교수 : 한국학 중앙연구원으로부터 한국과학문명사 총서 연구과제 수주

이에 더하여, 양지원 교수는 바이오매스 관련 연구센터를, 김수현 교수는 무인로봇 연구센터를 유치하였습니다. 주대준 교수는 정보보호 연구센터를 유치하고 정보보호대학원을 설립하였으며, 김광조 교수는 지식정보보안 교육프로그램을 유치하였습니다. 최경철 교수는 LG Display와 KAIST간의 디스플레이 인력양성 교육과정을 유치하였습니다. 경영대학은 최고 녹색금융 프로그램으로 평가되어 2010년 4월 녹색금융 교육을 위한 정부 지원금을 획득하였습니다.
지난 한 해 KAIST 교수님들은 학문적으로도 뛰어난 업적을 거두었습니다. 예를 들면, 물리학과 김은성 교수는 '초고체'라는 양자역학적 물질 상태를 세계최초로 발견하여 학계의 주목을 받고 있으며, 윤태영 교수는 암, 당뇨 등과 관련된 '생체막 단백질'의 기능을 규명하였습니다. 이희석 교수의 논문 'The Impact of IT and Transactive Memory Systems on Knowledge Sharing, Application and Team Performance'는 MIS Quarterly에 게재되었고, 고규영 교수의 'Double antiangiogenic protein(DAAP)'에 관한 논문은 Cancer Cell에 게재되었으며, 이 연구성과는 2010 국내 바이오분야 10대뉴스에 선정되었습니다.

A-3. 이원적 교육(Bi-Modal Education)

KAIST는 학생들이 분석과 통합의 두 영역 모두를 효과적으로 사용하여 사고할 수 있도록 이원적 교육(Bi-Modal Education)을 강조하고 있습니다. 이 목적을 달성하기 위해, 우리는 신입생디자인과목(FDC)과 르네상스 Ph.D. 프로그램을 개발하였습니다. 세계 많은 대학에서 FDC에 큰 관심을 보이며, 이 과목을 도입하고자 합니다. FDC를 수강한 후에 학생들은 과학과 공학에 대한 이해도가 한층 높아졌다고 이야기를 합니다. Kate Thompson 교수와 함께 이 과목을 강의한 많은 교수들은 FDC 교육을 받은 우리 학생들의 사고력이 크게 향상되는 것을 발견하였습니다.

A-4. 온라인전기차(OLEV) 프로젝트

조동호 단장이 이끌고 있는 온라인전기차(OLEV) 사업단은 김정호, 문건우, 서인수, 정용훈, 이행기, 여화수, 임춘택 교수를 비롯한 많은 교수들과 연구진들이 최선을 다하여 눈부신 발전을 거듭하였습니다. OLEV 사업단은 다양한 연구 성과를 창출하였을 뿐 아니라, 서울대공원에 OLEV 시스템을 성공적으로 설치하여 시범운영을 하고 있습니다. KAIST는 OLEV 사업을 통해 세계적으로 그 명성을 인정받고 있으며, 2010년 미 최대 주간지인 TIME은 '2010년 세계 최고 50대 발명품' 중 하나로 OLEV를 선정하였습니다. 2011년 1월에 개최되는 다보스 세계경제포럼은 "Smart Mobility: The Future Today"라는 주제로 새롭게 구성한 세션에 KAIST를 주요 참석자 중 하나로 초청하였습니다. 우리는 많은 기관들이 OLEV 기술을 도입할 수 있도록 다양한 논의를 진행하고 있습니다. 또한 SMFIR(Shaped Magnetic Field in Resonance)이라고 명명한 OLEV 핵심기술을 적용할 수 있는 다른 응용 분야를 개척하고 있습니다.

A-5. 모바일하버(MH) 프로젝트

곽병만 단장의 리더십 아래 김수현, 김경수, 이필승 교수가 이끄는 모바일하버(MH)사업단은 MH 원천기술을 개발하고 1/25 규모의 모델을 제작하여 조파기가 설치된 수조에서 연구 성과를 시연한바 있습니다. 2011년 6월에 1/3 규모의 모델로 해상시연을 할 계획이며, 국내 및 해외의 많은 기관들과 MH 핵심기술을 도입하는 것과 관련하여 논의를 진행하고 있습니다.

A-6. 신임 교원의 증가

KAIST는 2006년 이래로 약 180여명의 신임교원을 임용하여 현재 전임직 교원의 수는 약 600명에 이르렀습니다. KAIST의 지속적인 발전을 위해 우리는 가장 뛰어나고 무궁무진한 잠재력을 갖춘 젊은 인재를 찾아 임용하고 있습니다. 신임 교원의 소속을 고려하지 않고 각 학과의 교수 T/O를 미리 정하지 않기 때문에, 특정 학과는 타 학과에 비해 빠른 속도로 신임교원을 임용하며 발전하고 있습니다. 우리는 이러한 정책을 지속해 나아갈 것입니다.

A-7. KUSTAR-KAIST 협력사업

KAIST는 UAE의 KUSTAR(Khalifa University of Science, Technology, and Research)가 KAIST와 같은 세계적인 연구중심대학으로 성장할 수 있도록 지원하기 위한 협력을 맺은바 있습니다. 장순흥 교수와 김종현 교수의 책임 아래, 여러 협력 사업이 진행 중에 있습니다. 현재 UAE 아부다비 내 KUSTAR의 원자력공학과에 KAIST 교수진 4명이 파견되어 있습니다.

A-8. 신축 건물

2010년 7개의 신축 건물이 완공되었습니다. 융합연구를 위한 박병준?홍정희 KI빌딩은 KI 연구소들이 입주하여 매우 효과적으로 사용하고 있습니다. 류근철 박사님, POSCO 정준양 회장님, 우리은행 황영기 前 행장님의 기부로 신축된 스포츠 컴플렉스에서는 역사적인 2010년 학위수여식이 거행되었습니다. 문화과학대학 김동원 학장님께서는 스포츠 컴플렉스 내 피트니스센터에 최신식 운동시설을 기부해 주었습니다. 인터내셔널센터 신축 시에는 한빛교회(은종대 목사님)의 기부가 있었으며, 이곳은 학생들의 공간으로 널리 사용되고 있습니다. 파팔라도 메디컬센터는 닐 파팔라도 회장님과 제인 파팔라도 사모님의 기부로 신축되었으며, 이 건물을 KAIST 클리닉으로 활용함으로써 KAIST 구성원을 위한 보건과 복지의 질을 한층 향상시켰습니다. 외국인교원 숙소와 새로운 학생기숙사는 정부의 지원으로 신축될 수 있었으며, 곧 완공되어 외국인교원 및 학생들의 삶의 질을 크게 향상시키는데 기여할 것입니다. 이러한 신축공사는 KAIST를 후원해주시는 많은 기부자들과 정부의 도움이 있었기에 가능했습니다. 많은 건물의 신축 과정에서 KAIST는 차입금이 발생하였지만 큰 기부를 해주신 기부자들의 도움으로 우리의 자산이 차입금에 비해 월등히 많아져 이를 어렵지 않게 상환할 수 있습니다.

A-9. KAIST 재정

2010년 KAIST 자산 총액이 최초로 1조원을 돌파하였으며, 이는 개교 이래 가장 많은 자산입니다. 사회 각지에서 많은 분들이 기부를 해주셔서 건물 신축을 위한 차입금도 어렵지 않게 상환할 수 있을 만큼 재원을 확보하였습니다. KAIST는 더욱 현명하고 효과적으로 우리의 재원을 활용하기 위해 신중한 예산편성, 예산 절감책 마련 등 다양한 노력을 펴고 있습니다. 교육과 연구의 지속적인 발전을 위해 반드시 투자해야 할 곳에는 집중적이고 지속적인 지원을 아끼지 않을 것입니다.

A-10. 국제화

KAIST의 국제적 명성은 점점 높아져가고 있습니다. KUSTAR-KAIST 협력사업과 다보스 세계경제포럼에 활발히 참석하는 것 외에도 우리 교수와 학생들은 다양한 국제 컨퍼런스와 회의에 적극적으로 참석하여, 교육 및 연구 성과를 발표하고 KAIST를 널리 알리고 있습니다.

최근에 미국 Michael R. Bloomberg 뉴욕시장으로부터 뉴욕시가 구상하고 있는 경제발전계획의 일환으로 뉴욕시 내에 과학기술 중심의 대학캠퍼스를 조성하는데 KAIST가 참여해달라는 제안을 받았습니다. 뉴욕시가 KAIST에 보내온 공식서신에 따르면 "뉴욕시는 학술 및 연구 분야에서 국제적인 명성을 갖고 있는 KAIST를 높이 평가하며, KAIST가 뉴욕시에 캠퍼스를 조성하게 되는 경우 뉴욕시 소유의 부지와 자본을 제공할 것이며, 세계적인 수준의 학술·연구 단지를 조성하는데 최선을 다해 협력할 것"이라고 합니다.

A-11. 교수진의 수상실적 및 기타 성과

2010년도에도 많은 교수님들께서 공로를 인정받아 다양한 상을 수상하였으며, 학회장 등의 중요한 직책을 역임하였습니다. 지면상 모든 분을 소개해 드리지 못한 점 널리 양해해 주시길 부탁드립니다.

유룡 교수 : 호암상 수상
이용희 교수 :  대한민국 과학상 수상
남창희 교수 : 대한민국 학술원상 수상
신성철 교수 : 한국 물리학회 회장 당선
김병윤 교수 : 한국 광학회 회장 역임
조광현 교수 : 젊은 과학자 상 수상
박제균 교수 : Lab-on-a-chip저널의 국내 최다인용저자로 선정(01~10년)
박태관 교수 : 2010년 한국고분자학술상 수상
김미영 교수 : 2010년 청암과학펠로십으로 선정
김학성 교수 : 2010년 한국바이오칩학회 학술대상 수상
고규영 교수 : Blood지의 편집위원으로 선임
강창원 교수 : 2010년 기초연구 우수성과 선정
강석중 교수 : 한국공학상 수상자 선정
이상엽 교수 : 미 공학한림원 외국회원으로 선임
이재형 교수 : IEEE 펠로우로 선정
조계춘 교수 : 젊은 과학자 상 수상
김상욱 교수 : 젊은 과학자 상 수상
정용훈 교수 : UAE 원전수주 유공 포상(국무총리 표창)
임용택 교수 : GCMM학회 연구업적상
이수영 교수 : ICA Unsupervised Learning Award 수상
김정호 교수 : 2010 IEEE ECS Technical Achievement Award 수상
박경수 교수 : 2010 ACM SIGCOMM Conference Best Poster 상 수상
문수복 교수 : 2010 ACM SIGCOMM Conference Best Poster 상 수상
김순태 교수 : 2010 IEEE International Conference on Computer
              Design Best Paper 상 수상
배상민 교수 : 4대 국제 디자인 어워드(IF, IDEA, Red dot, Good design)
              모두 수상
최병규 교수 : 기술혁신상, 미국 과학정보연구소(ISI)에 의해 '자주 인용된
              논문 연구자'로 선정
유회준 교수 : 이달의 과학기술자상(12월 수상자)
원광연 교수 : 최우수 지도자상(국제디지털미디어아트학회)
안재현 교수 : 한국미디어경영학회 제6대 회장
문송천 교수 : 유럽IT학회 아시아대표 선임
안재현 교수 : 우수논문수상 (Gallup Korea)
이병태 교수 : 우수논문수상 (KMIS)
김동석 교수 : 우수논문수상 (Allied Finance Association)
박광우 교수 : 우수논문수상 (Allied Finance Association)
변석준 교수 : 우수논문수상 (Allied Finance Association)
A-12. 소중한 기부와 신설 프로그램

2010년 조천식 회장님과 오이원 여사님께서 KAIST의 발전을 위해 큰 기부를 해주신 덕분에 KAIST는 두 가지의 새로운 사업을 시작할 수 있게 되었습니다.

오이원 여사님의 큰 뜻에 깊이 감사드리며 KAIST는 뛰어난 신임교원을 지원하기 위해 이원조교수제도를 신설하였습니다. 새로 임용되는 교원 중 뛰어난 교원을 선발하여 물리학과 양찬호 교수, 수리과학과 엄상일 교수, 화학과 민달희 교수, 생명과학과 김미영 교수, 바이오및뇌공학과 박지호 교수, 생명화학공학과 김범준 교수, 신소재공학과 전석우 교수, 전기및전자공학과 박경수 교수, 전산학과 윤성의 교수 등 9명의 신임교원을 이원조교수로 임명하였습니다.

조천식 회장님의 기부로 KAIST는 조천식 녹색교통대학원을 신설할 수 있었습니다. 조천식 녹색교통대학원은 조동호 교수가 책임을 맡아 운영할 것입니다. 녹색교통대학원의 설립 목적은 전통적인 기술로 해결할 수 없는 친환경 녹색교통에 대한 시대적 요구를 충족시키고 다양한 교육·연구를 통해 새로운 교통시스템과 해결책을 창출하기 위함입니다.

KAIST 전 구성원을 대표하여 조천식 회장님과 오이원 여사님께 진심으로 감사드립니다.

B. 2011년에 대한 고찰

KAIST는 2011년 개교 40주년을 맞이하여 'VISION 2025'를 공표할 것입니다. 'VISION 2025'는 세계 최고의 연구중심 선도대학으로 성장하고자하는 KAIST의 꿈과 희망을 담고 있으며, KAIST 전체 구성원의 의견을 수렴하여 박희경 기획처장의 주도로 작성되고 있습니다.

'VISION 2025'는 초일류 연구중심대학들이 공통적으로 갖고 있는 6가지 특징에 대한 분석을 기반으로 수립되고 있습니다. 초일류 연구중심대학들의 6가지 공통점은 다음과 같습니다.

- 뛰어난 학자, 과학자, 공학자, 연구원, 교수, 학생, 직원 등이 모인 인재들의 집합체
- 새로운 생각, 이론, 패러다임이 지속적으로 생겨나는 아이디어의 산실
- 큰 규모의 예산, 기금, 지속적인 기부금이 기반이 된 탄탄한 재정
- 제한 없는 아이디어와 꿈을 추구할 수 있는 자율성
- 국가적 위기 극복과 사회의 주요 문제들을 해결하고자 하는 의지
- 강한 교육 프로그램과 패다고지(pedagogy)

KAIST는 'VISION 2025'에서 가장 뛰어나고 발전가능성이 있는 프로그램을 선별하여 우선적으로 지원할 것이며, 우리의 자원을 적극적으로 투입하여 'VISION 2025'를 통해 구체화된 KAIST의 꿈과 열망을 현실화하기 위해  최선을 다할 것입니다.

이제, 2011년 우리가 집중해야 할 몇 가지 사항들을 말씀드리고자 합니다.

B-1. 교원

KAIST가 세계 최고의 연구중심대학으로 성장하기 위해서는 반드시 가장 뛰어난 학자, 과학자, 공학자 그리고 교원이 KAIST에 모여 일 할 수 있도록 해야 합니다. KAIST 자연과학분야의 교원들은 매우 뛰어납니다. 하지만, 과학?공학에서 새롭게 생겨나는 분야에서 KAIST가 선도대학으로 발돋움하기 위해서는 기초연구분야에 더 많은 교수진을 확보해야 합니다. 이를 위해, KAIST는 뛰어난 재능과 잠재력을 가진 교원을 찾아 임용함으로써 기초과학분야를 2배 이상 키우고 강화할 것이며, 생물·뇌과학, 재료·화학 등을 포함한 물리과학 그리고 수학분야를 강화할 것입니다.

B-2. 핵심 분야에 대한 연구

KAIST는 기초과학과 복잡한 자연 및 인공 시스템을 다루는 공학 분야에서 선구자적인 연구를 수행해야 합니다. 또한, 효과적인 교육·연구를 지속하면서 동시에, 새로운 교육 패러다임과 최신기술을 활용하여 더욱 효과적인 교수 및 학습법을 개발해야 할 것입니다. 이러한 노력은 한국의 제 2·3차 교육발전에 크게 기여할 수 있는 교육혁명을 불러올 것으로 생각됩니다. 우리는 21세기 인류가 당면한 문제들에 대한 해결책을 찾는 시간을 최소화하기 위해 조속히 우리가 해결하고자 하는 과제들을 정확히 인식하고, 기초과학 연구 활동을 공학과 기술에 접목시키는 노력을 펼쳐야 하며, KAIST가 이 도전과제들에 대한 혁신적인 해결책을 제시할 수 있도록 우리의 자원을 집중해야만 합니다.

KAIST는 헬스케어시스템, 녹색교통, 녹색에너지(원자력 발전 분야를 포함) 등 3가지 Complex System의 기초과학과 공학 분야 모두에서 최고가 되어야 합니다.

헬스케어 시스템(Healthcare Systems)

전 세계 국가들의 정부 예산 가운데 가장 큰 부분을 차지하는 것이 바로 헬스케어 시스템 관련 예산일 것입니다. 한국은 2024년까지 GDP의 약 16%를 헬스케어 분야에 투자할 계획입니다. 올해 미국의 경우, GDP의 약 20%를 헬스케어에 투입하였으며, 2035년에는 이를 약 40%까지 확대해 나갈 예정입니다. 이처럼 헬스케어 분야에 많은 예산을 투입하는 것은 이 시스템이 안고 있는 독특한 비효율성과 만성질환들에 대한 과학적 이해의 부족 문제에서 그 원인을 찾을 수 있습니다. KAIST가 헬스케어 분야에서 연구해야 할 과제가 많습니다. 효율적인 의료서비스 개발, 의료장비와 의약품의 경쟁력 향상, 의료업계 종사자들의 노동생산성 향상, 인구고령화에 따라 증가하는 의료서비스에 대한 수요 충족, 만성질병의 효율적인 관리, 효과적인 처방의학의 개발, IT와 시스템 엔지니어링의 효율적인 사용, 원격진단 및 서비스의 효과적 운영 등 헬스케어 분야의 발전을 위해 KAIST는 최선할 것입니다.
기하급수적으로 늘어나고 있는 의료비용 문제를 해결하기 위해서는 의학 및 의과학의 발전 뿐 아니라 과학과 공학을 적용한 다각적이고 융합적인 연구가 수행되어야 합니다. 과학과 공학은 치료와 함께 질병에 대한 예측, 진단, 예방 등 모든 영역의 발전에 도움을 줄 수 있습니다. KAIST는 생물학과 의학에 대한 더욱 많은 연구를 수행하면서 시스템의 관점에서 의학에 과학과 공학이 융합된 '시스템 헬스케어' 연구를 도입하고 발전시켜 나갈 것입니다. 이러한 연구를 뒷받침하기 위해서 KAIST에는 선진화된 연구중심병원 건립이 필요합니다. 이곳에서 KAIST는 교내 연구소들에서 개발되는 신기술을 실험하고 발전시킴으로써 차세대 헬스케어 시스템을 선도해 나갈 것입니다.

녹색교통 시스템

교통(자동차, 기차, 선박, 항공기 등)은 세계에서 가장 큰 산업이면서 세계경제에서 매우 중요한 부분을 차지하고 있습니다. 자동차 산업 하나만 보더라도 2천조 원에 이르는 큰 시장입니다. 하지만, 이 교통수단들은 엄청난 양의 에너지를 소비하는 동시에 CO2와 NOx 등과 같은 대기오염 물질을 가장 많이 배출하고 있습니다. KAIST는 현재의 교통산업을 '녹색교통산업'으로 전환시킬 수 있는 기회를 마련하였습니다.

예를 들면, 내연기관을 사용하는 자동차가 KAIST OLEV로 대체되면 석유의존도를 크게 낮출 수 있으며, 환경오염 물질을 획기적으로 줄일 수 있습니다. OLEV의 핵심기술은 '공진상태에서 자기장을 형상화하는 기술(SMFIR)'입니다. 이 원천기술은 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 이 기술을 KTX에 적용하면 기차의 속도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 건설원가를 대폭 절감할 수 있을 것입니다. 또한, SMFIR 기술을 계류장에서 활주로로 이동하는 구간에 적용하여 항공기를 전력으로 이동시킴으로써 CO2 배출량을 크게 줄일 수 있습니다. 이 기술을 로봇에 적용하면 로봇에서 전력공급 위한 전선과 배터리를 제거할 수 있어 그 활동범위를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이 기술은 우리 실생활에 사용되는 전자제품들에 널리 적용될 수 있으며, 항만에서 무거운 장비를 가동하는데 사용될 수 있습니다.
모바일하버(MH)는 대형항만을 대체할 수 있는 연구 프로젝트입니다. 대형 항만을 건설하는 경우 환경적으로 큰 가치가 있는 넓은 해안가와 갯벌 등이 소실되고 깊은 수심을 확보하기 위한 해저공사 등으로 환경파괴가 발생하며, 2~3조원에 달하는 막대한 예산이 필요합니다. MH는 신원을 알 수 없는 화물을 선적한 대형 선박이 항구에 들어오는 것을 사전에 막아 테러리스트들의 공격으로부터 항만시설을 보호할 수 있습니다. 대형 화물선을 이용하는 경우 운송비용을 낮출 수 있지만, 세계 여러 곳에 대형항구를 건설한다는 것은 현실적으로 불가능한 일입니다. MH는 해상운송의 논리, 경제성 그리고 안정성에 대한 긍정적인 혁명을 불러올 것입니다.

항공기는 대기오염을 일으키는 주요 오염원입니다. 항공기의 이륙을 지원하는 보조 장치와 공중급유를 가능케 하는 새로운 디자인을 개발함으로써 에너지의 사용량과 그에 따른 CO2 배출량을 획기적으로 줄일 수 있을 것입니다. 이 연구를 통해 대륙을 오가는 항공기의 에너지 사용량을 30%가량 줄일 수 있을 것으로 기대합니다.

KAIST는 시대를 앞서가는 아이디어와 이론 그리고 지속적인 이노베이션을 통해 세계의 교통산업을 혁신하는데 앞장서 나갈 것입니다.

녹색 에너지

KAIST는 풍력, 태양열, 바이오매스, 조력을 이용한 녹색 재생에너지 개발을 위해 더욱 많은 연구프로젝트를 수행해야 합니다. 우리는 다양한 영역에 대한 기초연구를 수행함으로써 녹색에너지 분야를 선도해 나갈 것입니다. 광촉매작용을 활용한 CO2 변환, 수소생산, 증발과 역삼투압을 활용하는 기술보다 더 적은 에너지를 사용하는 담수화 기술개발 등에 대해 연구할 것입니다.

B-3. KAIST 교육 계획

초일류 대학은 교육의 우수성이 보장되어야 합니다. 연구중심대학의 대학원 교육은 교수와 학생들이 '배움에 있어 파트너가 되는 교육환경'이 조성되어 있어 '연구를 통한 교육'이 가능합니다. 이 같은 교육을 위해 KAIST는 'KAIST 교육 계획'을 수립할 것입니다. 이 계획의 목적은 기존의 '아날로그식 교육'을 소프트웨어와 정보통신기술의 지원을 받아 '개별화된 지식을 디지털화하여 지식습득에 도움을 줄 수 있도록 지원하는 교육(Education through Digitized Discrete Knowledge Acquisition, EDDKA)'으로 전환시키는 것입니다.

'아날로그식 교육'에서 교수는 자신이 강의하는 내용을 학생들이 잘 듣고, 이해하고, 습득하기를 바랍니다. 이 같은 '지식전달과정'에서 교수는 자신의 지식을 아날로그 정보의 한 부분으로 학생들에게 전달하게 됩니다. 이렇듯 지식을 전달하는 교육방식의 효과는 강의 내용과 학생들이 그 강의에 대한 이해수준이 얼마나 일치하는지에 따라 매우 다르게 나타납니다. 이런 교육법에서는 교수가 전달하고자 하는 지식과 이를 이해해야 하는 학생들 사이에 존재하는 근본적인 수준(선험적 지식, 배경, 경험 등)의 차이로 인해 원활한 지식전달이 이루어지지 않을 수 있습니다.

EDDKA는 '교육'과 '학습'으로 구성된 V모델을 활용합니다. V모델의 '교육' 지선(leg)은 '지식의 분류 과정'으로서 교육하고자 하는 지식을 학생들이 이해할 수 있는 최소 개념의 단위로 분류하는 전체 과정을 지칭합니다. '학습' 지선(leg)은 '교육' 지선의 분류 과정을 통해 생산된 기본개념부터 시작하여 이를 종합적으로 통합해 가는 과정 전반을 지칭합니다. V모델은 효과적인 지식전달을 위해 '지식을 분류하고 통합하는 일련의 과정'에 대한 기본적인 틀을 제시하고 있습니다.

EDDKA의 목적은 강의식으로 전달되는 전통적인 교육방법의 단점을 보완하기 위해 정보기술을 활용해 개별화된 강의법을 구현하는데 있습니다. EDDKA는 전달하고자 하는 지식의 기본구조를 구성하여 지식습득이 일어날 수 있는 기본 틀을 제공합니다. 이 과정에서 '유사성'과 '상이성'의 개념을 활용하여 전달하고자 하는 지식의 기본개념에 대한 학습이 일어날 수 있도록 지원합니다.
향후 EDDKA로 인해 학습과 교육의 효율성을 향상시켜 줄 수 있는 새로운 소프트웨어 시스템과 IT제품들이 많이 개발 될 것입니다. 이러한 신제품들은 현재 상용화된 Google과 같은 소프트웨어 시스템들과 서로 경쟁하며 지속적으로 발전해 나갈 것입니다.

EDDKA는 효율적인 지식전달(교육)이 가능한 보다 효과적인 조직구조를 제시할 것으로 보입니다. 이는 현 대학, 특히 연구중심대학들과는 다른 시스템 구조를 갖고 있을 것입니다. 예를 들어, 현재 대학에서 운영하고 있는 학기제, 강의 방식, 시험 방법, 교수와 행정의 역할이 EDDKA에서는 가장 적합한 모델이 아닐 수도 있습니다.

KAIST는 'KAIST Education Center'를 설립하고 EDDKA를 KAIST내에 적용하여 그 파급 효과를 검증하고자 합니다. 이 센터의 센터장은 EDDKA와 관련된 모든 프로그램의 운영을 감독하고 조정할 것이며, KAIST 총장에게 직접 보고할 것입니다. 초기에는 학부생들의 교육을 지원할 수 있는 장비와 제품들을 개발할 것이며, 점차적으로 모든 과목과 교육과정으로 그 적용범위를 넓혀나갈 것입니다. KAIST는 EDDKA에 활용할 교육 프로그램과 기술을 효과적으로 개발할 수 있도록 '독자적인 실험'을 할 수 있는 독립된 캠퍼스를 구축할 것입니다.

이러한 전략은 'KAIST Education 3.0 Project'에 포함될 예정입니다. 'Education 3.0 Project'는 창의성에 집중하여 한국 교육의 밝은 미래를 보장하고, 한국교육시스템에 큰 변화를 가져올 것으로 기대합니다.

B-4. 신축 건물

2011년에는 4개의 신축건물 공사가 시작될 것입니다. 김병호 IT 빌딩은 동문 근처에 신축될 예정입니다. 김창원 윙(Donald Kim Wing)이 포함된 기초과학동이 현 자연과학대학 건물들 근처에 신축되고, 뇌과학 연구를 위한 정문술 빌딩II가 현재 Information Center가 위치한 곳에 신축될 것입니다. 이 건물 내부에는 KAIST 박물관과 입학처가 입주할 예정입니다. 또한, 대전시가 신축비용의 일부를 부담하는 동물실험동 공사가 곧 착공될 것입니다.
B-5. 기술이전

KAIST는 지금까지 수행해온 연구가 사회 곳곳에서 널리 적용될 수 있도록 연구 결과물을 이전하는데 더욱 효과적으로 노력해야 할 것입니다. 그동안 KAIST는 우리의 지식재산권(IPR)을 통해 얻는 수입보다 특허 출원 및 관리를 위해 더 많은 예산을 지출해왔습니다. 일례로, KAIST는 MIT에 비해 더 많은 특허를 신청합니다. 하지만, MIT가 특허를 통해 큰 수입을 벌어들이는데 비해 KAIST는 특허를 유지하는 정도의 수입만을 벌어들이고 있습니다. 우리는 더 많은 벤처기업을 설립해야 하며, 우리 기술을 사용하는 유저들에게 라이센스를 주고, 더 많은 교수와 학생들이 기업을 운영할 수 있도록 독려하고 지원해야 할 것입니다. 이를 위해, KAIST 산학협력단이 기술이전을 효과적으로 할 수 있도록 그 기능과 조직을 강화해야 할 것입니다. OLEV, SMFIR, MH 등 KAIST에서 개발한 원천기술들이 2011년 산업체로 기술이전이 되길 바라며 이를 통해 이윤이 창출되어 KAIST의 밝은 미래를 준비할 수 있기를 희망합니다. 상업화에 적합한 모든 이노베이션들에 대한 적절한 평가가 이루어져야 하며, 기술을 도입하고자 하는 잠재적인 피허가자를 발굴하는 지속적인 노력이 뒷받침 되어야 할 것입니다.

의도했던 것 보다 긴 신년사가 되었습니다. 하지만, 제가 신년사를 통해 말씀드린 내용들이 2011년 한 해 동안 다양한 토의를 거쳐 KAIST의 지속적인 발전과 성공에 밑거름이 되길 바랍니다.

새해 KAIST 가족 여러분의 행복과 건강을 기원하며, 생산적인 한 해가 되길 희망합니다.

감사합니다.

2011년 1월 3일, 월요일
KAIST 총장 서남표