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[2025 ETRI Technology Report 7] 농업과 전자기술의 만남! ‘애그테크’가 꿈꾸는 미래 – 김재준 플렉시블전자소자연구실 선임연구원

ETRI의 플렉시블 전자 연구실은 유연하게 휠 수 있는 센서와 계측 디바이스, 디스플레이용 트랜지스터 백플레인 등 다양한 첨단 기술을 전문적으로 연구하고 있습니다. 최근에는 이러한 유연 소자 기술을 사람뿐만 아니라 식물에 적용하여 생체 신호를 읽어내는 연구가 활발히 진행 중입니다. 식물 센서는 식물의 상태를 실시간으로 파악하여 농업의 효율성을 극대화하고 자원 낭비를 줄이는 데 기여할 수 있습니다. 특히 식물의 성장을 전혀 방해하지 않으면서도 표면에 정교하게 밀착될 수 있는 유연 전극 개발은 식물 내부의 미세한 전기적 신호를 정밀하게 측정하는 핵심적인 기술적 토대가 되고 있습니다. 식물의 건강 상태를 진단하기 위해 도입된 '식물 인바디' 기술은 식물체 내부에 미세한 전기를 흘려보내 그 반응을 통해 상태를 파악하는 혁신적인 방식입니다. 이를 통해 식물이 현재 물을 필요로 하는지, 혹은 영양 상태가 어떠한지를 주관적인 느낌이 아닌 객관적이고 정량적인 데이터로 확인할 수 있습니다. 과거에는 식물을 단순히 육안으로 관찰하거나 카메라로 감시하는 수준에 그쳤으나, 식물 인바디 기술은 식물 체내의 대사 활동을 즉각적으로 파악할 수 있게 해줍니다. 이는 식물의 이상 징후를 마치 화재경보기처럼 빠르게 감지하여 적절한 조치를 취할 수 있는 중요한 기반이 됩니다. 반려 식물을 가족처럼 키우는 사람들이 늘어나면서 식물과 인간 사이의 즉각적인 상호작용에 대한 기술적 요구도 함께 커지고 있습니다. '플랜틱스' 기술은 사람이 식물을 직접 터치했을 때 발생하는 전기적 신호를 실시간으로 분석하여 정서적 교감을 가능하게 합니다. 이는 식물을 단순한 관찰의 대상에서 벗어나 인간과 소통하는 능동적인 유기체로 인식하게 만드는 중요한 기술적 도약이라고 할 수 있습니다. 식물은 생물학적으로 인간과 유사한 바이오 조직을 가지고 있으면서도, 로봇처럼 특정 기능을 부여할 수 있는 독특한 위치에 있어 향후 로봇 공학과의 융합 연구에서도 큰 파급력을 가질 것으로 보입니다. 식물 센서 기술은 미래 농업 분야에서 전례 없는 혁신을 불러올 것으로 기대됩니다. 그동안 농업 현장에서 농부들의 경험과 감각에만 의존해 전수되던 노하우를 정밀한 데이터로 변환하고 시스템화함으로써 농업의 수준을 한 단계 끌어올리는 '브레이크스루' 역할을 할 수 있기 때문입니다. 현재 ETRI 연구진은 식물 측정 기술의 선구적인 모델을 제시하며 세계적인 기술 경쟁력을 확보해 나가고 있습니다. 사람이 아플 때 가장 먼저 체온을 재는 것처럼, 식물의 상태를 객관적으로 측정할 수 있는 표준적인 디바이스와 방법론을 구축하여 전 세계가 공통된 기준으로 식물을 이해하도록 만드는 것이 최종적인 목표입니다. 연구자들은 개발된 기술이 단순한 공학적 성과를 넘어 실질적인 사회적 가치를 창출하고 대중에게 혜택을 주기를 희망하고 있습니다. 대량 생산 시스템의 고도화를 통해 기후 변화나 급격한 환경 변수와 관계없이 안정적인 농산물 공급이 가능해진다면, 이는 국가 전체의 식량 안보를 강화하고 경제적 안정을 도모하는 데 큰 도움이 될 것입니다. 또한 전자공학이라는 언어를 통해 우리 주변의 식물 생태를 깊이 있게 풀어내는 과정은 연구자에게 커다란 학문적 즐거움과 행복을 선사합니다. 식물을 더 깊이 이해하고 보호하는 이러한 연구 분야가 더욱 활성화되어 많은 이들과 그 성과를 공유할 수 있기를 기대해 봅니다.

한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트

생명과학
융합
공학·기술

[KRISS 스탠다드클라스 시즌2] 제1화 첨단오페란도분석팀 편/오페란도에 대한 자세한 정보는 이 영상뿐!

현대 과학기술의 발전은 소재의 특성을 얼마나 정밀하게 파악하느냐에 달려 있습니다. 최근 주목받는 '오페란도(Operando)' 분석은 라틴어로 '동작하는'이라는 의미를 지니며, 소재나 소자가 실제로 작동하는 환경에서 실시간으로 그 변화를 관찰하는 기술입니다. 과거에는 반응이 끝난 뒤에 결과를 확인하는 사후 분석이 주를 이루었지만, 이제는 반응이 일어나는 찰나의 순간을 포착하여 소재의 활성이나 특성을 파악하는 것이 가능해졌습니다. 이러한 실시간 분석법은 연구의 패러다임을 결과 중심에서 과정 중심으로 전환하고 있습니다. 오페란도 분석은 범죄 현장의 수사 과정에 비유될 수 있습니다. 증거가 남지 않은 사건을 나중에 DNA 검사로 해결하는 것이 사후 분석이라면, 오페란도 분석은 현장에 설치된 CCTV와 같습니다. 소자가 동작하는 중간 과정을 실시간으로 들여다봄으로써 문제가 발생하는 지점을 즉각적으로 파악할 수 있기 때문입니다. 이는 신소재 개발 과정에서 발생할 수 있는 시행착오를 획기적으로 줄여주며, 연구에 투입되는 시간과 비용을 절약하는 효율적인 측정법으로 자리 잡고 있습니다. 특히 복잡한 화학 반응이 일어나는 첨단 산업 분야에서 그 가치는 더욱 빛을 발합니다. 이 기술은 우리의 일상과 밀접한 에너지 및 반도체 산업에서 중추적인 역할을 합니다. 예를 들어, 전기차 배터리가 극한의 추위에서 충전되지 않거나 화재가 발생하는 원인을 분석할 때, 실제 구동 환경과 동일한 조건에서 오페란도 분석을 진행하면 사고의 전조 증상과 근본적인 원인을 명확히 규명할 수 있습니다. 또한 국가 핵심 산업인 반도체 분야에서 소재와 부품의 자립도를 높이기 위해서도 실시간 거동 분석은 필수적입니다. 외부의 변동성에 흔들리지 않는 독자적인 기술 기반을 마련하는 데 있어 오페란도 분석은 강력한 무기가 됩니다. 한국표준과학연구원의 첨단 오페란도 분석팀은 다양한 응용 분야에서 성과를 내고 있습니다. 디스플레이의 핵심인 OLED 내부에서 전자와 에너지가 이동하는 과정을 실시간으로 측정하여 소자의 효율을 극대화하는 연구가 대표적입니다. 또한 X선을 활용해 재료의 골격이라 할 수 있는 결정 구조가 실제 작동 중에 어떻게 변하는지 분석하거나, 기존의 평면 구조를 넘어선 수직형 유연 트랜지스터를 개발하는 등 미지의 영역을 개척하고 있습니다. 이러한 노력은 차세대 전자 소자의 성능을 한 단계 끌어올리는 중요한 기틀이 됩니다. 나아가 오페란도 기술은 인간의 건강을 지키는 진단 영역으로까지 확장되고 있습니다. 2차원 소재를 활용한 초정밀 가스 센서 기술은 사람의 날숨 속에 포함된 미세한 성분들을 분석하여 특정 질병을 찾아냅니다. 천식이나 폐암과 같은 질병마다 고유하게 나타나는 가스 종을 감지하는 '바이오마커' 기술은 비침습적인 방법으로 조기 진단을 가능하게 합니다. 결과만큼이나 과정을 중요하게 여기는 집요한 분석 기술은 결국 산업의 경쟁력을 높이고 인류의 삶을 더욱 안전하고 풍요롭게 만드는 과학적 토대를 제공하고 있습니다.

한국표준과학연구원스탠다드 클라스

화학
생명과학
융합
공학·기술

나는 연구자다 - 소프트융합소재연구센터 정승준 박사님 편

현대 과학기술은 정형화된 형태를 넘어 자유로운 변형이 가능한 소프트 전자소자의 시대로 나아가고 있습니다. 기존의 전자기기들이 딱딱하고 고정된 플랫폼 위에서 제한적인 성능을 보여주었다면, 이제는 기계적인 변형 속에서도 그 기능을 온전히 유지하는 것이 핵심입니다. 이를 위해 단순히 한 방향으로만 접히는 수준을 넘어, 다양한 방향으로 늘리거나 구부려도 안정적인 전자적 성능을 유지할 수 있도록 기판과 전극을 정밀하게 설계하는 엔지니어링이 필수적으로 요구됩니다. 이러한 기술은 우리 삶에 직접적인 변화를 가져올 무한한 가능성을 지닌 분야로 주목받고 있습니다. 과거에는 마이크로 스케일의 정밀 소자를 제작하기 위해 방진복과 보호장비를 갖추고 오랜 시간 복잡한 반도체 공정에 매달려야 하는 것이 일상이었습니다. 하지만 카트리지에 기능성 잉크를 채워 원하는 형태를 자유롭게 그려나가는 프린팅 공정의 등장은 연구 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 복잡한 노광이나 식각 과정 없이도 빠르고 효율적으로 소자를 제작할 수 있는 이 방식은 소프트 전자소자 구현에 최적화되어 있습니다. 연구자들은 이 신기술의 직관적인 공정과 속도감에 매료되어, 프린팅 공정만이 가진 독창적인 장점과 산업적 가치를 깊이 있게 파고들기 시작했습니다. 새로운 공정과 플랫폼을 구축하는 과정은 늘 정답을 찾아가는 치열하면서도 흥미로운 여정입니다. 기존의 방식과는 전혀 다른 장비를 새롭게 설계하고, 이전에 없던 혁신적인 소재를 도입하며 미지의 영역을 개척해 나가는 일은 연구자에게 큰 보람을 줍니다. 특히 잡힐 듯하면서도 쉽게 손에 잡히지 않는 과학적 해답을 찾아가는 과정은 연구의 긴장감을 유지하게 만드는 강력한 원동력이 됩니다. 팀원들과 머리를 맞대고 조금씩 나아가는 모습 속에서 기술적 동력을 얻으며, 이러한 과정 하나하나가 모여 실제 산업 현장에서 쓰일 수 있는 메인 스테이지로의 진출을 가능케 합니다. 소프트 전자소자 기술이 본격적으로 상용화되면 우리 생활은 이전과는 비교할 수 없을 정도로 진화할 것입니다. 현재의 단순한 폴더블 폰을 넘어, 여러 방향으로 자유롭게 접히는 고도화된 기기나 인체 피부에 직접 부착하여 건강 상태를 실시간으로 모니터링하는 피부 부착형 패치가 일상화될 날이 머지않았습니다. 특히 전자공학 기반의 고성능 소재 기술과 소프트 로봇 분야가 유기적으로 결합한다면, 이전에는 상상하기 어려웠던 혁신적인 형태의 융합 연구 결과물들이 탄생할 것입니다. 이러한 기술적 도약은 미래 웨어러블 시장의 판도를 바꿀 중요한 열쇠가 될 것입니다. 결국 연구라는 거대한 성은 사람이 함께 쌓아 올리는 것이며, 동료들과 공유하는 소중한 기억들이 연구자를 성장시키는 자양분이 됩니다. 처음 논문을 투고하고 기대에 부풀어 결과를 기다리던 학생들의 열정과, 마침내 승인 메일을 확인하며 함께 환호했던 순간들은 무엇과도 바꿀 수 없는 연구의 가치를 증명합니다. 최고의 연구 환경을 갖춘 연구소에서 뛰어난 동료들과 협업하며 얻은 결과들은 개인의 성취를 넘어 공동의 자부심으로 남습니다. 서로 돕고 위로받으며 만들어가는 탄탄한 팀워크야말로 세상을 바꾸는 혁신 기술을 탄생시키는 가장 단단한 뿌리가 됩니다.

한국과학기술연구원

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