21세기를 향한 새로운 산업기술 및 생산기반기술 전략의 구축을 위한 기술개발동향 나노 테크놀로지 조영준․박문수 한국생산기술연구원 세계를 선도하는 일본의 나노 테크놀로지 [http://www.mainichi.co.jp/eye/feature/details/science/Physics/20 ] 10억 분의 1미터인 「나노미터」의 세계에서 물질을 취급하는 기술을 「나노테크놀로지」라고 부른다. 클린턴 미대통령은 「제 2의 산업혁명」으로서 금년 초에 나노테크놀로지 연구 예산을 배정하는 것을 표명했다. 일본에서는 경단련이 나노 테크놀로지의 중요성을 호소하는 요망서를 내고 정부의 내년도 예산에서도 나노 테크놀로지 연구에 중점이 놓여지게 되었다. 나노테크놀로지에 의해 무엇이 바뀌는 것일까? 나노테크놀로지는 원자와 분자를 직접 조작․제어하여 새로운 성질을 가진 재료를 개발하는 기술을 총칭하고 있다. 그 내용은 물리학, 화학, 생물학 등 다양한 분야에서 원자를 취급하는 과학기술을 포함하고 있어 한가지로 기술하기는 어렵다. 그러나 나노테크놀로지의 실용화를 목표로 하는 움직임은 크게 두개로 나누어진다. 「나노의 세계는 우리들이 친숙해진 고전역학이 통용되지 않는 세계입니다」. 키타자와 코우이치 동경대 교수는 나노테크놀로지의 포인트의 하나로 「양자 효과」를 든다. 물질은 일반적으로 실감되는 입자로서의 성질과 함께 파동으로서의 성질을 가지고 있는데, 나노 사이즈의 세계에서는 파동으로서의 성질을 나타낸다. 이것에 의해 낮은 에너지로는 넘을 수 없는 장벽을 전자가 뛰어넘는 「터널 효과」등의 현상이 일어난다. 전자 1개가 한 개씩 동작되는 「단일 전자 트랜지스터」와 초고속 계산이 가능한 「양자 컴퓨터」는 이러한 효과를 이용해 개발될 것으로 기대되고 있다. 한편, 소형화가 진행되는 LSI (대규모 집적회로)의 칩을 한층 소형화하기 위한 기술로서도 나노테크놀로지가 기대되고 있다. 현재의 LSI칩 제조법의 중심은 빛을 사용해 기판 위에 배선을 조각해 가는 수법이다. 이 방법에서는 배선의 폭이 빛의 파장에 의해 좌우된다. 가시광의 파장은 400나노미터이며, 현재의 기술로는 100나노미터 정도에서 한계에 부딪혀 버린다. 그런데, 칩 위에 원자를 늘어놓아 배선을 만들면 100 나노미터 이하의 가는 선을 만들 수 있다. 1980년대 중반에 개발된 주사형 터널 전자현미경은 좁은 바늘로 원자 하나 하나를 취급하는 것을 가능하게 했다. 다만, 아직 이 기술로 칩을 대량생산할 수는 없다. 금속재료기술연구소에서는 석영(SiO₂)에 파장 1~2나노미터의 전자빔을 조사하여 자연스럽게 결정 구조로 바꾸는 기술을 개발하고 있다. 전자빔으로 산소 분자가 기화되는 점이 포인트였다. 「이 양측에 나노 사이즈의 전극을 붙이면 1나노미터의 양자효과 소자를 만들 수 있다」라고 동 연구소의 후루야 가즈오 기획실장은 설명한다. ▷ 금 와이어 「종래의 전선은 길이에 비례해 전기 저항이 늘어나지만 금 나노 와이어는 길이에 관계없이 전기저항을 받지 않고 전자가 흐를 가능성이 있다」. 금년 7월에 동경공대 대학원 종합 이공학연구과의 타카야나기 쿠니오 교수는 미국의 과학지 사이언스에 금 원자로 만든 직경 0․6나노미터, 길이 15나노미터의 와이어를 발표했다. 과거에 길이 1나노미터의 와이어를 제작한 적은 있었지만 한층 긴 나노 와이어를 만든 것으로 전선 등의 전자 부품에로의 실용화로 이어질 가능성이 넓어졌다. 금은 전기를 통과시키기 쉬운 금속이다. 그러나 그 금도 전자가 통과될 때에 금의 원자에 부딪쳐 에너지를 잃어버린다. 또, 전선의 길이가 길어지면 전기 저항이 커진다. 그러나 전자의 파장보다 작은 나노의 크기의 구조라면 전기저항을 받지 않고 전자가 그냥 지나쳐버리는 성질을 가진 다. 타카야나기 교수는 초진공 상태의 장치에서 금 박막에 전자빔을 맞혀 금 원자를 없애는 방법으로 여러 종류의 나노 와이어를 만들었다. 0․6나노미터의 와이어는 금 원자로 만들어진 7개의 나선형 사슬의 중심을 1개의 금 원자 쇠사슬이 가로지른 구조를 하고 있었다. 타카야나기 교수는 「규소처럼 익숙해진 소재로 같은 구조를 만들 수 있으면 전자 부품으로서 이용할 수 있다. 전기저항이 없기 때문에 건전지 1개로 1년간 작동되는 컴퓨터도 가능하게 된다」라고 이야기한다. ▷ 기대되는 신세기 기술 일본에서는 NEC 연구개발 그룹의 이이지마 스미오 주석 연구원이 발견한 탄소분자「카본 나노츄브」를 엷은 평판 디스플레이에 이용하는 연구가 진전되고 있는 등, 나노테크놀로지 분야에서는 미국에 앞서고 있다고 한다. 이러한 상황을 배경으로 클린턴 미대통령은 금년 1월에 나노테크놀로지 연구지원을 위해서 5억 달러(약 545억엔)의 예산을 투입할 것을 표명했다. 연설에서는 「강철의 10 배의 강도를 가지고 무게는 그 몇 분의 일인 금속재료」와 「의회 도서관의 장서를 각설탕 하나의 크기에 저장하는 기억 매체」등 기대되는 구체적성과를 열거했다. 일본에서는 과학기술청이, 금속재료기술연구소와 무기재질연구소가 합병되어 내년에 발족하는 「물질․재료 연구 기구」에 나노물질 연구센터를 설치하는 것을 계획하고 있다. 나노테크 연구추진 [일본경제신문 : 2000년 09월 04일] 원자나 분자를 생각하는 대로 조정하여 지금까지 없었던 신소재나 반도체, 의약품을 만들어 내는 나노테크놀로지의 연구를 추진하기 위해 통산성은 2001년부터 년 간 50억 엔 규모의 산,학,관 공동연구프로젝트를 발족시킨다. 국립연구소 나노테크 연구센터를 신설한다. 나노테크에서 일본은 세계 최고 수준을 지니고 있지만, 미국 정부가 나노테크를 정보기술이나 바이오에 이어서 전략분야로 하여 거액의 연구자금을 투입하기 시작한데 대응하여 개발을 강화한다. 나노테크는 매우 작은 기계나 회로를 가공하거나 원자를 의도하는 데로 나열시켜 전혀 새로운 재료를 만들어 내는 초미세 가공기술이다. 예를 들면, 血流를 타고 체내를 돌아 건강을 점검하는 초소형의 의료진단장치나 국회도서관의 서류 정보를 담은 엄지손가락 크기의 메모리 등이 나노테크의 성과로 상정되어 넓은 산업에서 기술혁신을 가져올 것이다. 산,학,관 프로젝트는 5년 계획으로 원자를 생각한 데로 정렬시키는데 필요한 기반기술을 개발한다. 또한 통산성 산하의 연구소를 통합하야 내년 1월에 발족하는 독립행정법인과 동경대학에 각각 전문연구센터를 설치하여 신소재나 신약실현 등으로 연계하는 기술개발에 나선다. 미국 정부는 2001 회계 연도에 약 5억 달러(약 530억엔)를 투자하는 것을 시작으로 나노테크연구에 중점투자하여 갈 국가전략을 공포하였다. 미국의 공세에 위기감을 지닌 경단련은 나노테크 진흥을 국가에 제언하였다. 일본 통산성 2001년부터 나노재료 기반기술을 정비 [화학공업일보 : 2000년 09월 05일] 통산성 공업기술원이 2001년 예산에서 요구하는 재료 나노테크놀로지 프로그램의 상세가 최근 밝혀졌다. 이 프로그램은 일본이 갖는 높은 수준의 나노 테크놀로지의 기술수준을 더욱 발전시켜, 보다 우수한 성과를 내는 것이 목적으로, 2007년까지 나노재료의 기반적기술의 연구개발을 행하고, 그 성과를 산업계가 활용할 수 있도록 데이터화 및 표준화 한다. 나노재료의 기반 및 기초기술의 연구개발은 (1) 정밀고분자의 연구개발 (2) 나노 유리재료기술 (3) 나노입자의 합성과 기능화기술 (4) 나노 메탈기술 (5) 나노코팅기술등 5개의 프로젝트로 구성 되 있다. 정밀고분자의 연구개발에서는 고분자의 1차 및 고차구조를 정밀하게 제어하는 기반기술을 확립, 체계화한다. 또한, 나노 테크놀로지의 응용분야로서 극소 스케일에 있어서 발현하는 정보의 전송, 처리, 표시를 신속, 간이적으로 행할 수 있는 디바이스 재료기술을 행한다. 나노유리재료 기술에서는 무기 비정질재료의 분자간 구조를 제어하여 분자를 개질시키는 것에 의해 신기능을 부가하거나 개질한 분자를 재료표면 및 재료내에 나열하는 기술개발을 행한다. 나노입자의 합성과 기능화 기술에서는 나노스케일의 무기재료를 제조할 때 필요한 원료의 하나인 나노입자의 합성기술 및 나노입자에 기능부가 프로세스 기술등의 기반을 확립한다. 나노메탈에서는 금속재료를 결정 내부구조등의 나노수준으로 제어하는 것에 의해 고강도, 내 부식성등의 기능이 향상한 신규 금속재료를 창제한기 위한 기반기술을 확립한다. 나노코팅 기술에서는 무기재료, 금속재료, 고분자재료등의 기반재료에 신기능을 부가하기 위하여 코팅막 및 기재의 이종재료 계면 및 각 요소기술의 나노구조 제어기술의 기반을 확립한다. 더욱이, 지적 기반정비 프로젝트에서는 나노재료의 특성에 관한 평가기술 및 구조 해석기술을 개발한다. 계측결과를 토대로 데이터베이스를 정비, 표준화를 행한다. 이들 나노 테크놀로지의 기반기술 연구개발 및 지적 기반정비의 각 프로젝트로 얻어진 기술 및 데이터는 재료통합 데이터베이스로서 정비할 예정이다. 나노과학의 눈부신 성과들 이번 주는 나노과학과 기술에 있어서 3건의 중요한 개발 성과가 발표되었다. 미국의 물리학자들은 단일 탄소-60 분자로 만들어진 극미소 트랜지스터를 만들었다. 이 소자는 나노기술에 있어서 중요한 응용을 수행할 것이다. 한편 미국의 또 다른 과학자들은 탄소 나노튜브가 인류에게 알려진 가장 좋은 열전도체가 될 수 있다는 사실을 밝혔다. 마지막으로 독일과 미국의 연구원들이 20개의 원자로 구성된 탄소 구형 분자 제작에 성공하였다. 이 것은 탄소 분자인 플레린(fullerene)으로는 가장 작은 형태이다. 얇은 흑연 층에 있는 탄소 원자들은 6각형의 형태로 배열되어 있는데 반하여, 플레린 형태는 5각형과 6각형을 모두 포함하고 있다. 처음으로 발견되었던 플레린인 탄소-60은 12개의 5각형과 20개의 6각형으로 구성되어 있으며, 전체적으로 축구공의 형태와 유사하다. 최근, 미국 로렌스 버클리 국립연구소와 버클리 켈리포니아 대학의 Paul McEuen 연구그룹은 금 전극사이에 위치한 단일 탄소-60 분자로 만들어진 트랜지스터를 개발하였다[1]. 이 트랜지스터는 진동 조력 터널링이라는 방법을 이용한다. 전류가 이 트랜지스터를 흘러가기 위해서는 전자들이 전극과 탄소-60 분자 사이의 간극을 관통하여 지나가야 한다. 탄소-60 분자를 관통하기 위해서는 전원전극에 있는 전자가 이 분자의 가장 낮은 에너지 준위를 차지할 수 있도록 정확하고 정밀하게 에너지 크기를 가져야 한다. 그러나, 만약 그 전자가 탄소-60 분자의 진동 에너지에 해당되는 여분의 에너지를 더 가지고 있으면, 여전히 전자는 이 분자를 여분의 에너지로 일정한 운동을 유도하면서 관통할 수 있다. 이 연구팀은 특정한 조건에서 단일 전자가 탄소-60 분자의 진동 주기마다 하나씩 통과할 수 있다고 믿고 있다. 이 분자의 진동 주파수는 양자화되어 있으므로 이 트랜지스터를 통과하는 전류는 아주 정밀하게 조절될 수 있다. 이 소자는 사실상 "전자의 회전문"처럼 동작한다. 이러한 이유로 초정밀도로 전류를 측정하는 것이 가능해진다. 탄소 나노튜브는 순수한 탄소로 이루어진 속이 빈 실린더를 만들기 위해서 흑연(graphite) 박판을 말아서 만든다. 이러한 나노 튜브는 몇 가지 놀라운 특성을 갖는다. 이는 엄청나게 단단하며, 반도체와 도체의 특성을 모두 가질 수 있다. 펜실베니아 대학의 Alan Johnson과 그의 동료 연구원들은 이 탄소 나노튜브가 열을 엄청나게 잘 전달할 수 있음을 발견하였다[2]. 열은 낮은 에너지의 포논으로 전달된다. 이 포논은 음파의 양자화된 기본 입자로 생각할 수 있다. 이 나노튜브들의 전기적인 특성을 광범위하게 조사하였으며, 전자들이 이 튜브의 한 방향으로 구속되는 것을 발견하였다. 그러나, 포논에 대한 유사한 구속은 지금까지 관측되지 않았다. 이러한 결과는 열전도성이 아주 우수한 이 나노튜브를 이용하여 더 큰 다발의 튜브로 만들 수 있음을 보였다. 개개의 나노튜브들 사이의 결합은 매우 약하기 때문에 포논들이 주변의 튜브들로 산란에 의해서 유입되지는 않는다. 그러나 불행히도 이렇게 약한 튜브들 사이의 결합은 한 묶음의 탄소튜브가 상대적으로 약하다는 것을 의미한다. 마지막으로 독일의 알버트-루드빅 대학과 미국의 보스톤 대학의 공동연구팀은 가능한 가장 작은 크기의 플레린을 만드는데 성공하였다[3]. 이 분자는 12개의 5각형 링으로 구성되므로 이전까지는 너무 불안정해서 존재할 수 없다고 생각되어왔다. Pinzbach와 그의 동료 연구원들은 탄소가 20개로 구성된 이 플레린과 함께 어떻게 플레린이 형성되는지를 이해하는데 많은 도움을 주는 사발 모양의 이성체를 만드는데도 성공하였다. [1] H. Park, et al. 2000 Nature 407 57 [2] J. Hone et al. 2000 Science 289 1730 [3] H. Prinzbach et al. 2000 Nature 407 60 정밀 기계에 사용될 소형 베어링과 스프링 미국 캘리포니아 Berkeley 대학의 물리학자들이 표면 마찰이 없는 베어링을 만들 수 있는 탄소 나노튜브에 대한 기술을 알아내었다. 이 베어링의 크기는 매우 작아서 사람 머리카락의 1/10,000 정도이다. 이 소형 베어링은 장축에 대해 내부의 튜브와 회전하면서 나노튜브를 압축한다. 실질적으로는 안팎으로 미끄러질 때는 나노스프링 같은 역할을 한다. 스프링과 베어링 모두 마모되거나 찢어지지 않고 움직이기 때문에 소형 기기 및 전세계에서 개발중인 나노 단위의 기계에 중요한 부품으로 사용될 수 있다. MEMS(microelectromechanical systems) 라고 불리는 소형 기계들은 인간의 머리카락 크기 정도이다. NEMS(Nanoelectromechanical systems)는 천 배정도 더 작은 크기로 나노미터, 혹은 10억 분의 일 미터 크기이다. 예를 들어 나노튜브는 탄소 원자의 속이 빈 골조 같은 것으로 두께는 몇 나노미터이고 길이는 몇 천 나노미터이다. "MEMS에서 마찰은 매우 중요한 부분이다. 그러나 이런 나노스케일의 베어링은 마찰이 없는 것처럼 미끄러질 것이다. 발생하는 마찰은 실리콘이나 질화 실리콘으로 만든 기존의 MEMS 기구들보다도 수 천분의 일 수준으로 매우 작다." 베어링을 개발한 Berkeley 대학의 물리학과 대학원생인 John Cumings의 말이다. 나노튜브는 처음으로 buckyballs(탄소 원자가 60개정도 정렬해 있는 축구공 형상체)가 발견된 것과 같은 곳인, 탄소 아크의 검은 잔여물에서 처음 발견되었다. 나노튜브는 본질적으로는 buckyballs을 늘인 것이다. 이 놀라운 소형 구조물 주변을 움직이기 위해서, 조작기를 먼저 만들어야 했다. 물질 표면의 원자 단위의 사진을 만들어 내는데 쓰이는 스캔용 현미경을 제작하였다. TEM라고 불리는 transmission electron microscope 가 내부에 있는데, TEMs는 전자빔을 사용하여 몇 나노미터 단위의 해상도를 구현해 낸다. STM(scanning tunneling microscope)의 정밀한 팁을 가진 측정기를 사용해서, 나노튜브를 조작하고, TEM으로 실시간 현상을 관찰할 수 있었다. 베어링을 만들기 위해, 다중층 나노튜브의 한쪽 끝을 금으로 만든 와이어에 부착하였다. 이 나노튜브를 조작하기 위한 연구과정은 NAture에 조만간 소개될 것이다. 내부의 나노튜브 끝에 조작기를 점 용접한 후에, 내부 나노튜브는 바깥쪽의 나노튜브 사이로 움직일 수 있게 된다. 나노튜브를 선형 베어링처럼 움직이지만, 회전 베어링처럼 작동한다고 한다. 日 21C 기술패권 우리가 잡는다 산․관․학 공동 산업기술전략 마련 41개 핵심과제…자체기술로 달성키로 일본이 21세기 기술패권을 장악하기 위해 산․관․학(산관학) 3위일체로 추진할 산업기술전략의 골격이 정해져 26일 산업기술심의회(통산성 자문기구)에 보고될 예정이다. 민관 합동의 국가산업기술전략검토회 제언을 토대로 통산성이 작성한 전략은 13개 산업분야의 41개 핵심기술을 선정, 어떻게 구미(구미)와의 경쟁을 이겨내고 기술우위를 선점할 것인지의 전략을 담고 있다. 과거같은 구미추종형에서 탈피해 개척창조형 기술혁신을 이룬다는 목표라고 통산성은 밝혔다. 니혼게이자이(일본경제)신문 등의 보도에 따르면 기술전략의 구체적 내용은 3단계 골격으로 구성돼있다. 우선 2005년까지의 단기전략으로 인체이식을 위한 인공혈관․피부․관절 제조기술을 개발하고 가정용 연료전지시스템을 실용화한다는 등의 목표를 정했다. 2010년까지 중기전략에선 개인별 유전자 정보에 근거한 맞춤치료를 기술적으로 실현시키고, 이용자의 의중을 헤아려내는 인공지능 컴퓨터를 만들기로 했다. 또 지금보다 처리속도가 100배 빠른 초당 1000억비트의 초고속 인터넷과 자연에너지에 의한 초고율 전력공급 기술도 실용화하기로 했다. 2010년 이후의 장기전략으로는 연료 2ℓ로 100km를 달리고 배기가스 배출량은 지금의 10% 이하인 자동차를 실용화하고, 열화(열화)를 스스로 감지해 자기수복하는 생체형 소재를 개발해낸다는 목표를 세웠다. 기술전략은 향후 정부예산도 이같은 41개 핵심기술의 개발전략에 기초해 전략적으로 배정․투입하도록 규정하고 있다. 국가산업기술전략검토회는 구미에서 기술을 도입, 개량해 산업현장에 적용하는 과거 일본식이 21세기엔 통용되지 않는다는 반성에서 전략은 출발하고 있다고 밝혔다. 일본은 지난 98년 오부치(소연혜삼) 정권 출범을 계기로 민․관이 팀을 짜 밀레니엄 프로젝트 산업재생법안 21세기 일본의 구상 같은 경쟁력 회복을 위한 지혜짜내기 작업을 계속해왔다.
일본 나노테크놀러지 추진의 지침 나노테크놀러지의 전략적 추진에 관한 간담회(의장=일본학술회의회장)는 내년 1월부터 발족하는 종합과학기술회의가 전략적으로 나노테크놀러지를 추진하기 위한 중간적 매듭으로서 보고서를 정리했다. 이번의 보고서에서는 구체적인 로드맵(roadmap) 작성까지는 가지 않고, 전략의 기본적인 방향을 제시하는 데에 머물렀다. 논의의 기간이 짧았던 것도 있지만 너무 조급하게 구체적인 과제를 결정하면 나노테크놀러지의 앞으로의 확산을 제한하는 것이 되는 것은 아닌가 하는 배려가 있었기 때문이다. 앞으로 종합과학기술회의에서 구체적 행동계획(action plan)의 작성, 개별적인 목표설정 등이 논의되게 된다. 나노테크놀러지란 나노미터 스케일로 원자, 분자를 제어하거나 물질의 구조와 배열을 이용해 새로운 기능, 뛰어난 특성을 발현시키는 기술의 총칭이다. 나노테크놀러지에 의해 지금까지의 전자공학, 재료, 화학, 기계 등에서 상식을 뛰어넘은 새로운 식견과 신소재, 신물질 등이 계속 발견되고 있고, 정보, 소재, 의료, 가공 등의 모든 분야에서 혁신적인 신기술에의 발전이 기대되고 있다. 일본에 있어서 나노테크놀러지는 제조기술을 배경으로 세계에서도 높은 수준에 있다. 또 차기 과학기술기본계획에서 중요 과학기술분야의 하나로서 거론되고 있을 뿐 아니라 정보통신, 환경, 생명공학(life science), 재료 등 다른 중요기술분야의 근간을 이루는 것이다. 보고서에서는 나노테크놀러지 국가전략의 중점목표 그 자체는 설정하지 않고 기본적 방향을 제시하는 데에 머물렀다. 목표설정의 기본적인 사고로서는 「21세기형의 새로운 기술체계의 구축을 통해 일본 경제사회의 비약적 발전 뿐 아니라 인류의 지속적 발전에 크게 기여한다」라고 하는 큰 목표아래 구체적으로 나노테크놀러지가 우리들에게 초래할 수 있는 「요소들」을 정식화하고 나노테크놀러지의 기본목표로서 정리하는 것이 필요하다. 전체로서는 일본이 강한 분야를 보다 강하게 해 산업기술력의 강화를 꾀함과 동시에 일본이 세계의 과학기술에 공헌할 수 있는 분야에 중점을 두어 목표를 설정한다. 그래서 연구개발을 ①5-10년 후의 실용화․산업화를 목표로 한 필요대응연구 및 산업기술의 기반구축을 꾀하는 연구개발, ②10-20년 앞을 전망한 도전적인 연구개발, ③개인의 독창성을 중시한 맹아(萌芽)적 연구로 분류한다. ①에는 반도체와 같이 수 년 후에 성과의 실용화, 산업화를 구할 수 있는 연구개발에서는 스피드와 시장에 대한 영향을 중시하여 목표를 설정한다. 다른 한편 재료분야와 같이 산업기술의 기반 구축을 꾀하는 연구개발에 대해서는 성과의 범용성, 파급효과를 중시해 목표를 설정한다. ②에 대해서는 장래 크게 발전할 가능성을 중시해 목표를 설정한다. 이들의 목표에 대해서는 중장기적인 것이라도 5년 정도로 구분해 그 사이의 달성목표를 분명히 하면서 중점적으로 매진한다. 또 목표의 달성도를 엄정하게 평가해 다음 단계의 연구개발에 적절하게 반영시킨다. 또 기술상 중요하게 되는 시점에 대해서도 언급하고 있고, 나노스케일의 구조와 기능을 제어하는 기법에 대해서는 나노스케일을 향해 극한까지 미세화를 추구해 가는 기법(톱다운) 쌍방이 모두 중요하기에 양자를 융합시킨 방법의 중요성 등을 강조하고 있다. 더욱이 나노테크놀러지의 특성에서 여러 분야 또는 산․학․관의 연계추진과 네트워크화의 강화, 연구․추진거점의 정비, 지적재산에의 국제적 몰두 등이 필요하다고 하고 있다. 연구개발 투자의 경제적 효과 일본 과학기술청은 정부의 연구개발 투자가 경제성장에 미치는 효과에 대한 위탁연구 결과를 발표했다. 이 연구는 과학기술 진흥조정비의 지원에 의해 과학기술정책연구소와 미쯔비시 종합연구소가 수행한 것으로, 정부의 연구개발비 투자액이 GDP 대비 1%를 유지할 경우에 2000년 ~2025년 사이에 경제적으로 어떤 효과가 있는지를 조사한 것이다. 이에 의하면, 정부의 연구개발비 투자액이 2005년에 GDP 대비 1%를 달성하고 그 비율을 유지할 경우에는 기본 케이스와 비교해 25년 간 누계 142조엔의 실질 GDP 성장 효과가 있다는 것이다. 기본 케이스란, 정부의 공적 자산형성이나 정부 최종 소비, 정부 연구개발비 투자 등이 매년 1 %씩 증가한다고 가정한 경우이다. 또, 같은 액수의 투자를 연구개발이 아니라 공공부문에 투자를 한 경우에는 기본 케이스와 대비하여 94조엔의 GDP 성장효과가 있어, 연구개발 투자의 효과가 공공부문 투자의 효과에 비해 1.5배 높은 것으로 나타났다. 처음에는 공공투자의 효과가 연구개발 투자 효과에 비해 약간 높지만, 2016년 이후에는 연구개발 투자 효과가 공공투자 효과를 상회하고 그 차액이 확대되어 간다. 이 연구에서는 또, GDP 대비 연구개발비 투자가 1 %를 달성하는 시기가 2005년인 경우와 2010년인 경우의 효과를 비교하였는데, 전자의 경우의 경제적 효과가 일관되게 후자의 경우를 상회하고 있다. 보다 빨리 GDP 대비 1%를 달성하는 편이 장기적으로 실질 GDP를 올리는 효과가 크다는 것이다. 차세대 뉴 프론티어-나노테크놀로지 90년대 시작하여 21세기를 개척하는 포스트 일렉트로닉스 기술로서 마이크로기술 혁신에 관한 개발지침과 시장성에 대하여 멀티 클라이언트 방식으로 조사를 실시하였다. 때마침 거품경제의 와중에서 클라이언트로부터는 차세대를 위한 기술 시즈(seeds),시장의 탐색도 있었기 때문인지 높은 관심을 얻지는 못했다. 예를 들면, 밀리 또는 마이크론 오더(order),의 기계나 로봇이 가능해지면 읠, 일렉트로닉스, 생산프로세스등의 분야에서 혁신적인 진전을 기대할 수 있기 때문이다. 정확하게 이 시기에 원자간력(原子間力) 현미경의 원리를 이용한 원자조작기술이 실증되거나, 분자컨트롤의 실현을 향해서도 뜨거운 기대감을 갖게 하였다. 그러나 이후 현재에 이르기까지 당초의 기대정도만큼 큰 진전은 없고, 열기도 식은 상황으로 추이해 왔다. 너무나도 기발하고 비약적이며, 이상과 실현과는 차이가 크기 때문에 속도가 느린면은 있지만 한하나 착실하게 해결 되 가고 있는 것이 본질적인 과제로 되어 왔기 때문이다. 실제로는 나노테크놀로지는 아직 어떠한 실적도 나오지 않아 추측의 영역을 벗어나지 못하고 있다. 그런데 최근들어 미국은 나노테크놀로지에 갑자기 높은 관심을 나타내고 있다. 2000년 회계연도에서 270백만달러, 2001년에 1o에 가까운 예산으로 연구가 계획되고 있다. 미국은 국가 나노테크놀로지 전략을 우선적으로 시작하려고 하고 있다. 이것은 어떠한 이유일까? 최근 나노메탈 크기의 레이져나 실온에서 구동하는 전자소자회로, DNA컴퓨터의 원리확인등 현재의 기초연구 연장선상에 실현되는 미래상을 그히는 것은 곤란하지 않은 것으로 되고 있다. 나노테크놀로지가 갖다 주는 양자혁명이 차세대의 광전자공학, 광촉매등의 광혁명, 컴퓨터혁명, 바이오혁명까지 일으켜서 폭넓은 돌파구를 가져오는 핵심 테크놀로지가 될 가능성이 크기 때문이다. 나노테크놀로지는 이미 꿈의 수준이 아니라 어떻게 실현하는가 라는 국면에 돌입하고 있다. 과학기술청은 2001년 4월 독립행정법인으로 발족하는 「물질,재료연구기구」에 나노소재연구센터를 설치할 방침을 밝혔다. 동 연구기구는 금속재료기술연구소와 무기재질연구소가 통합하여 독립행정법인으로 새로운 출발을 한다. 이를 계기로 나노분야의 연구를 강화하여 세계의 재료개발센터로서 경쟁력을 높여나가고자 한다. 쓰쿠바대학, 규슈대학, 동북대학, NEC, 히다찌제작소, 마쓰시타전기산업, 교세라 등과 연대하여 산,학,관의 지혜를 결집한 새로운 연구체제를 고안하였다. 동 센터에서는 나노튜브 등 나노스케일 물질의 창조나 새로운 기능의 해명, 나아가 고속,고밀도 정보 디바이스재료로부터 광 메모리 디바이스 개발 등을 연구한다. 이들 연구테마는 2001년도 예산에 반영한다. 나노테크놀로지는 세계적으로 각광을 받고 있는 분야이다. 미국에서는 산업재생의 핵심 프로젝트로서 재료산업계로부터 제조업까지 참여한 연구테마를 출범시켰다. 일본에서는 2001년도에 시작되는 차기과학기술기본계획의 책정 속에 나노테크놀로지를 주체로 한 재료개발의 필요성을 강하게 요구하고 있고, 또한 경제단체연합회에서도 전략적인 연구 형태를 검토하고 있다. 일본통산성, 기계기술 분야의 혁신을 가져올 3차원 나노구조의 기능조사 착수 일본 화학공업일보 19990407
일본 통산성은 새로운 기능을 가진 광학 디바이스나 고성능 기계기술 등의 요소기술로서 기계기술분야에 기술혁신을 갖다줄 것으로 기대되는 3차원 나노테크놀로지의 기술조사연구에 착수한다. 원자 및 분자레벨에서의 구조효과등, 나노미터(1/100만mm) 영역에서 나타나는 우수한 성질을 구조제어에 의해 일반적인 크기의 기계에서도 발현시키기 위한 것으로, 정보통신이나 각종 생산기술, 에너지 분야에서 종래에는 얻을 수 었었던 기계 특성의 고성능화를 실현하는 차세대 나노기능 기계기술의 확립을 목표로 하고 있다. 일본통산성에 의하면 3차원 나노테크놀로지 실현의 효과로는 나노기능을 유지한 대규모화에 의한 생산성 향상, 파이프라인 표면에 3차원 나노구조를 채용한 신기능 발현 및 기기효율 향상, 마이크로머신의 고집적화, 고기능화, 고속 응답화 등이 있다. 기술조사연구에서는 이들 일반적 크기의 기계에 요구되는, 넓은 영역에서의 나노특성을 발현시키기 위하여 3차원 나노단위 구조제어에 의한 신기능발현, 기계기술의 고기능화에 관련되는 기술과제에 대하여 최신 기술 동향조사를 행한다. 구체적으로는 미세영역의 현상해명기술 및 고기능화를 발현하는 기계디바이스 기술, 미세가공기술과 응용니즈, 마이크로머신기술의 고집적화 등의 각 항목에 대하여 조사를 행하고, 나노기능기계기술의 확립을 위한 기술과제를 명확화할 생각이다. 기술의 파급효과로는 고속반응성을 갖는 신기능 광학디바이스의 실용화등 정보통신분야에 있어서 기술혁신을 비롯하여, 유체유동면의 마찰저항 저감화에 의한 파이프라인등 유체수송과 열교환기의 열전도율 효율화 등이 예상된다. 통산성에서는 공업기술원 기계연구소등이 지금까지 실시해 왔던 미세가공기술의 연구성과를 살려 새로운 기계기술로서의 3차원 나노테크놀로지 요소기술 개발을 진행할 계획이다. 미국, 나노테크놀로지 개발에 더욱 박차 http://unisci.com/stories/20001/0124002.htm 지난 1월 21일 클린턴 대통령이 칼텍에서 발표한 "범국가 나노테크놀로지 이니셔티브"(National Nanotechnology Initiative)에 따라, 산디아연구소를 위시한 미 에너지성 산하의 국립연구소들은 분자와 원자의 세계에 대한 연구에 더욱 힘을 기울일 수 있게 되었다. 클린턴 정부의 예산안에 따라 나노테크놀로지 분야의 연구비는 약 5억불 증액될 예정이다. 나노테크놀로지는 개개의 원자, 분자, 또는 분자군을 조작하여 이들의 '자기회합'(self-assembly)을 통해 100나노미터 이하의 구조를 형성, 다양한 특성을 지닌 소재나 장치를 만들어내는 기술이다. 참고로 인체 모발의 두께는 약 1만 나노미터이다. 과학자들은 개개의 원자와 분자를 원하는대로 옮기고 조합시키는 이와 같은 기술이 20세기에 실리콘(silicon)이 가져온 혁신 이상의 새로운 기술적 혁명을 인류의 모든 일상사에 가져올 것으로 믿는다. 산디아의 '물리학화학센터'의 책임자 톰 피크록스는 "상상할 수 있는 어떠한 희귀한 물성을 지닌 물질이나 기기라도 나노테크놀로지를 통해 만들어내지 못할 것은 없다."고 말한다. 예를 들면 다음과 같다. - 나노층(nanolayer) 또는 나노막대(nanorod)를 지닌 태양전지(solar cell)를 제작한다면 광전효율을 획기적으로 높일 수 있다. - 전자의 스핀을 이용하는 컴퓨터 기억장치들은 오늘날의 메모리칩의 수천 배에 달하는 저장용량을 지닐 것이다. - 살아 있는 세포 내의 대사를 모방한 분자장치(molecular device)들은 질병을 진단하고 치료하는데 도움을 줄 것이다. - 나노군집(nanocluster) 촉매는 태양에너지를 직접 사용하여 환경공해를 없애는데 도움을 줄 것이다. 샌디아는 이미 이온삽입(ion-implantation) 기술을 사용하여 현존하는 최강의 강철 이상으로 강하고 견고한 경량의 알루미늄 복합재를 제조한 바 있다. 샌디아가 개발한 나노구조의 반도체는 고속 광통신에 사용될 고효율의 저전원 레이저의 실현을 가능하게 한다. 미량의 생화학무기의 존재를 감지하는 바이오센서가 살아 있는 세포 내의 분자군집을 모델로 개발되고 있다. 나노테크놀로지의 전망이 매우 밝지만 나노구조의 거동과 반응, 또 나노구조의 그러한 기본특성들을 어떻게 나노소재의 디자인에 적용할지에 대해서는 더욱 많은 연구와 이해가 요구된다. 산디아는 원자나 분자의 거동을 관찰할 수 있는 독특한 현미경과 기타 분석장비들을 개발하는데 선구적인 역할을 해 왔다. 미 에너지성은 이미 물리학 및 재료학에 있어서 미국내 최대의 재원조달처가 되었다. 나노과학 및 나노테크놀로지는 에너지성의 주요 임무분야들인 핵무기관리, 환경복원, 고효율 에너지의 개발, 국가안전도모에 수많은 직간접 이익을 끼칠 것으로 기대된다. 산디아연구소는 록히드마틴사의 한 지부에 의해 운영되는 에너지성 산하의 연구소로 주요 실험시설들은 캘리포니아의 알부쿼크와 리버모아에 있다. 산디아의 다양한 연구프로그램들은 국가안보, 에너지와 환경기술, 경제적 경쟁력 등의 강화에 기여하고 있다 나노테크놀로지에 주요한 진보를 가져온 두 연구결과 BBC News Online 20000413
나노테크놀로지 즉, 물질을 조작하여 초소형 기계를 제작하는데 있어 절대적으로 중요한 두 단계의 진보가 이루어졌다. 첫째는 고분자 접착제(polymer glue)를 사용하여 수십만 개의 나노입자들이 스스로 크고 매우 규칙적인 배열의 구조를 형성하도록 유도하는 것이다. 이 규칙성은 결정적으로 중요하다. 예를 들어 각각의 소형 입자들은 분자컴퓨터에 기억소자가 될 수 있는데 이 경우 매우 높은 규칙성을 지니지 못하면 컴퓨터는 소자를 인식하여 데이터를 저장하지 못하게 된다. 두 번째 진보는 상온에서 원자 각각을 움직여 원하는 장소에 놓는 것이다. 이 기술을 이용할 수 있는 미래의 가능성의 한 예로 DNA 편집(editing)을 들 수 있다. 직경이 겨우 백만 분의 2밀리미터인 수십만 개의 금 구슬(gold ball)들이 자발적으로 규칙성 있게 배열하도록 하는 것은 쉬운 일이 아니다. 그러나 매사추세츠대(U. of Massachusetts)의 빈센트 로텔로 박사와 그의 팀은 이 일을 해냈다. 그들은 몰타르 역할을 하는 한 고분자를 사용하여 금 '벽돌'을 규칙성 있는 네트워크로 쌓아 올렸다. 결과적인 입자들의 집합은 눈으로 볼 수 있는 크기로부터 분자 수준에 이르기까지 규칙성을 지녔다. 로텔로는 수많은 사람들이 분자장치를 만들고자 노력하지만 규칙적인 배열을 이룰 수 없다면 아무 소용이 없다고 설명한다. 예를 들어 컴퓨터 하드드라이브를 잘게 부숴 공중에 뿌리며 '여기 수많은 메모리 저장소자들이 있다.'라고 외친들 무슨 쓸모가 있느냐는 것이다. 로텔로의 다음 목표는 네트워크 형성을 제어하는 것이다. 연구팀이 개발을 진행중인 시스템은 나노미터 수준으로 배열하지만 직경이 10내지 20마이크로미터인 것들이다. 원자 수준에서의 제어는 영국 옥스퍼드대의 존 페티카(John Pethica) 교수와 그의 팀의 목표이다. 그들은 상온에서 고도로 매끄럽게 처리된 구리의 표면 위에서 브롬 원자를, 마치 당구를 치듯이 이리저리 움직이는데 성공했다. 이러한 조작은 이전까지 버키볼(buckminsterfullerene)과 같은 보다 큰 분자의 경우에만 가능했다. 연구팀이 이때 사용한 '큐'는 주사터널링현미경(STM)이었으며 전류(current of beam; 탐침의 끝에서 표면으로 흐르는 전류)를 바꿔주는 것이 원자를 밀치는데 가장 신뢰할 수 있는 방법임이 밝혀졌다. 전류를 높이면 원자가 가열되어 원자는 다른 곳으로 이동한다. 상온에서의 열에너지는 빔이 쉽사리 제 위치로부터 벗어날 수 있음을 의미한다. 연구팀은 따라서 빔을 조금씩 흔들어, 목표가 되는 원자를 맞출 수 있었다. BBC 뉴스에 의해 '이 기술이 장래 어떤 소용이 있겠는가'라는 질문을 받은 페티카 교수는, 이번의 연구성과는 원자 크기의 구조와 미래의 양자장치들에 관한 기초적인 물리학적 프로세스를 이해하는데 중요한 것이라고 답변했다. 그는 어려움이 있긴 하겠지만 초고밀도의 데이터 저장장치를 생각할 수 있을 것이라고 말했다. 그는 또한 장기적인 관점에서 유기분자를 조작하고 변형시킨다는 것은 매우 흥미로운 일일 것이며 어떤 사람들은 DNA를 편집할 꿈을 꾸기도 하는데 그것의 실현은 상당히 긴 시간이 필요할 것이라고 말했다. 이들 두 팀의 연구결과는 각각 네이처 저널에 발표되었다. 물질․재료연구기구에 나노소재연구센터를 설치 일간공업신문 20000713
과학기술청은 2001년 4월 독립행정법인으로 발족하는 「물질․재료연구기구」에 나노소재연구센터를 설치할 방침을 밝혔다. 동 연구기구는 금속재료기술연구소와 무기재질연구소가 통합하여 독립행정법인으로 새로운 출발을 한다. 이를 계기로 나노분야의 연구를 강화하여 세계의 재료개발센터로서 경쟁력을 높여나가고자 한다. 쓰쿠바대학, 규슈대학, 동북대학, NEC, 히다찌제작소, 마쓰시타전기산업, 교세라 등과 연대하여 산.학.관의 지혜를 결집한 새로운 연구체제를 고안하였다. 동 센터에서는 나노튜브 등 나노스케일 물질의 창조나 새로운 기능의 해명, 나아가 고속.고밀도 정보 디바이스재료로부터 광 메모리 디바이스 개발 등을 연구한다. 이들 연구테마는 2001년도 예산에 반영한다. 나노테크놀로지는 세계적으로 각광을 받고 있는 분야이다. 미국에서는 산업재생의 핵심 프로젝트로서 재료산업계로부터 제조업까지 참여한 연구테마를 출범시켰다. 일본에서는 2001년도에 시작되는 차기과학기술기본계획의 책정 속에 나노테크놀로지를 주체로 한 재료개발의 필요성을 강하게 요구하고 있고, 또한 경제단체연합회에서도 전략적인 연구 형태를 검토하고 있다 신과학 기술기본계획에서 젊은 연구자 육성과 책임체제의 명확화 일간공업신문 20001110 - 핵심이 되는 과학기술 중점화 전략은 생명과학, 정보통신, 환경, 나노테크놀로지․재료의 4분야에 우선적인 자원배분을 하기로- 과학기술창조입국을 지향하여 2001년부터 5년 간 어떤 정책을 전개할 것인가? 그 지침이 되는 것이 차기과학기술기본계획이다. 이번 과학기술회의 종합계획부회는 기본설계안으로서 과학기술정책의 기본방책, 중요 시책의 계획적인 실시, 과학기술기본계획의 착실한 시행과 종합과학기술회의의 역할의 3가지 관점에서 개요를 마련하였다. 동 개요에서는 과학기술정책의 기본방책으로서 지향해야 할 기본적인 고려 등을 제시함과 아울러 신기본계획 기간 중에 대응할 과학기술의 중점화, 연구시스템의 개혁, 국제화 추진을 향한 구체적인 시책을 명확히 하였다. 신기본계획에서 종합과학기술회의가 맡을 역할에 대해서도 제시하였다. 과학기술정책에서는 자원배분의 중점화, 과학기술시스템의 개혁, 사회,국민에게로의 성과 환원을 더욱 촉진을 기본방침으로 내세웠다. 질 높은 기초연구를 중시함과 동시에 인력의 유동화와 젊은 연구자가 최대한의 능력을 발휘할 수 있는 경쟁적 환경의 정비 등을 해나가야 한다고 제시하고 있다. 핵심이 되는 과학기술 중점화 전략은 생명과학, 정보통신, 환경, 나노테크놀로지․재료의 4분야에 우선적인 자원배분을 하기로 하였다. 에너지, 제조기술, 사회기반, 프론티어의 4분야에서도 국가가 대응해 나갈 불가피한 영역으로 중시한다. 연구시스템의 개혁에서는 경쟁적 자금의 배증이나 간접경비제 도입에 추가로 연구자가 적절히 평가되도록 책임체제의 명확화 등 경쟁적 환경의 정비에 나선다. 또한 연구자의 유동성이나 젊은 연구자의 유동성이나 자립성을 향상시키기 위해 30대 중반까지는 원칙적으로 임기부임용제를 도입하거나 젊은 연구자 육성형 임기제도를 현재의 3년에서 5년으로 개선하는 등의 안을 반영하고 있다. 연구자의 평가에는 투명성,공정을 더욱 충실히 하고, 그 결과를 연구비 등의 자원배분에 반영시킨다. 산업기술력의 강화나 산학연의 연대에서는 연구정보나 인력정보를 데이터베이스화하여 민간의 연구자의 등록을 하고 새로운 인력교류의 틀을 만드는 안을 제시하고 있다. 필요한 특허 등의 취득.관리.전개를 하는 시스템을 정비하여 발명자에게 사용료 등의 수익을 환원하는 제도를 만든다. 지역의 과학기술진흥에서는 실리콘밸리와 같은 국제수준의 지속적 기술혁신거점이 될 지적 클러스터를 만든다 나노테크놀로지 경쟁에서의 일본 http://www.yomiuri.co.jp/newse/1128sc13.htm 20001128
일본이 나노테크놀로지 분야에서 세계의 리더가 되려면 서둘러 행동을 취해야 할 것이라고 한 전문가가 경고했다. "나노"는 10억 분의 1을 의미하는 접두어이다. 나노테크놀로지의 목표는 새로운 소재를 개발하고 마이크로컴퓨터나 마이크로로봇을 제조하는 것이다. 오사카대학교 부설 과학산업연구소 교수 토모지 카와이는 나노테크놀로지가 일본이 과학과 공학연구 분야의 글로벌 경쟁을 뚫고 살아남기 위한 일종의 생명줄이라고 말했다. 그의 이 발언은 최근 요미우리신문사가 주최한 심포지엄인 '도쿄테크노포럼21'에서 행한 개막강연에서 나왔다. 카와이는 나노테크놀로지는 일본이 유럽이나 북미를 상대로 이길 수 있는 몇몇 과학기술분야 중 하나라고 말한다. 그는, 예를 들어 미국은 2020년까지 국가의 모든 정보를 설탕 덩어리 만한 메모리칩에 넣어 저장한다는 계획을 세우고있다고 말했다. 그의 설명에 따르면 1 입방미터의 공간은 이론적으로 1억의 제곱만큼의 원자를 보유할 수 있으므로 하나의 원자에 하나의 정보를 저장한다면 미국의 계획이 불가능한 것은 아니다. 카와이는 나노테크놀로지의 다른 응용에 대해서도 언급했다. 그는 광합성에 비견되는 청정에너지 생산장치를 창조해낼 수 있을 지도 모르며, 그러한 장치를 단백질 분자들로 만들 수 있을 것이라고 말했다. 그는 또 소량의 혈액 시료로 사람의 건강을 즉석에서 측정할 수 있는 초소형 장치에 대해 언급하며, 뇌출혈로 죽어 가는 환자의 뇌 속으로 극소형의 외과의사가 손수 들어가 치료를 실시한다는 영화 "환상의 항해"(Fantastic Voyage)를 참고삼아 말했다. 카와이는 그 영화 속의 등장인물들보다 작은 기계를 조립하는 일이 절대 꿈만은 아니라고 말했다. 카와이는 주어진 원자의 움직임을 관찰하는데 도움을 주도록 주사전자현미경(SEM)을 개량하는 연구에 참여하고 있다. 원자나 분자 또는 DNA를 하나하나 보고 통제하는 기술은 모든 기술의 기반이 될 것이라고 그는 말했다. 카와이 그룹은 세계에서 최초로 DNA가 조립되는 방식을 목도한 연구팀으로 찬사를 받고있다. 그는 DNA의 절편(piece)으로 구성된 두 가닥(strand)이 한 점에서 결합하여 나선을 이루는 것과 나선의 둘레가 3 나노미터임을 발견하였다. 카와이는 나노테크놀로지 분야에서 국가의 지원이 부족함에 실망을 표했다. 그는 일본의 과학자들이 매우 뛰어난 연구성과를 내고있음을 알고 있다면서, 그러나 일본은 연구원들을 연계시켜주는 네트워크를 지니고있지 못하다고 말했다. 금년 초 미국은 나노테크놀로지를 우선 의제로 다루며 5억불의 예산을 책정하였다. 이는 워싱턴이 나노테크놀로지 분야가 미국이 일본을 이길 수 없는 유일한 기술적 분야일 수 있음을 알고 있었기 때문이라고 카와이는 말했다. 독일과 스위스는 이미 국영 나노테크놀로지 연구소들을 출범시켰다. 일본은 종합적인 국가정책을 수립하여 이 분야에 있어서 뒤쳐지는 일이 없도록 해야 할 것이라고 그는 말했다 日 과학연구 5년간 250조원 투입 2000-12-27 일본 정부는 향후 5년간 과학기술 분야의 연구개발에 24조엔(약 250조원)을 투자하는 것을 주요 내용으로 하는 과학기술기본계획안을 26일 마련했다. 모리 요시로(森喜朗)총리가 의장을 맡고 있는 과학기술회의가 이날 본회의에서 결정한 계획안은 연구 효율을 높이기 위한 4가지 중점 투자분야의 설정과 교육․인재육성․연구평가를 포함한 총체적 과학기술시스템의 개혁을 특징으로 하고 있다. 계획안은 산업기술력의 강화와 에너지․식량 안전보장의 확보, 과학기술의 진흥이 중요하다고 지적하면서 ▲생명과학 ▲정보통신 ▲환경 ▲나노테크놀러지 등 4가지를 집중 연구투자 분야로 설정했다. 또 정부의 연구개발 투자를 기본적으로 구미 선진국들과 같은 수준인 국내총생산(GDP)의 1%로 맞추기 위해 24조엔을 목표치로 내걸었다. 향후 50년간 과학기술 분야에서 30명의 노벨상 수상자를 배출한다는 상징적 목표도 명기했다. 과학기술시스템 개혁이란 투자된 연구개발비가 유효하게 활용될 수 있도록 연구성과의 새로운 평가시스템과 산(産)․학(學)․관(官)의 경계를 뛰어넘는 인재 이동 시스템을 만든다는 것. 우선 연구투자를 현재의 2배인 연간 6000억엔으로 늘리는 한편 연구테마의 공모를 통해 이를 지원하는 경쟁시스템을 도입할 계획이다. 연구자가 연구자금을 따내면 그 중 30% 정도를 소속 대학이나 연구기관이 간접경비로서 활용할 수 있도록 제도적으로 보장해줌으로써 연구조직이 경쟁적으로 우수한 연구자를 채용하도록 만드는 인센티브제도 도입했다. 이와 함께 투자된 연구자금이 효율적으로 사용되는지 여부를 추적하는 시스템도 강화하기로 했다. 연구자 한사람 한사람에 대한 데이터베이스를 만들어 각 연구자가 획득한 연구자금의 총액과 그에 따른 성과를 체계적으로 관리할 방침이다. 지금까지 일본에서는 연구자들이 그룹을 만들어 연구자금을 따내는 방식이 일반적이어서 한사람이 여러 그룹에 소속되는 경우가 허다했다. 이번 계획안은 오늘날 미국의 번영이 70~80년대 기초연구에 대한 중점적인 투자의 결과라는 인식에서 출발하고 있다. 장기침체에 빠져 있는 일본을 다시 일으키기 위해 기초를 다시 다지는 방향으로 눈을 돌리고 있는 것이다. 미행정부와 의회는 나노테크 분야를 유망투자분야로 간주 (FY2001예산안) The American Institute of Physics Bulletin of Science Policy New 20000501
나노테크는 매우 흥미진진하고 건축자재에서 백신, 컴퓨터에 이르기까지 거의 모든 분야에서 혁신을 가져올 새로운 발견이 이루어질 수 있는 기술이다 (상원의원인 Evan Bayh). 나노테크 분야는 현재 미국행정부 및 의회의 커다란 관심을 끌고 있다. 클린턴 대통령은 2001년 예산안에서 National Nanotechnology Initiative를 과학기술분야 우선 투자 분야중의 하나로 설정하고 나노테크 연구를 위한 227백만$ 증가를 요구하고 있다. 백악관 과학기술정책실(OSTP)과 국가과학기술위원회(NSTC)는 나노테크 분야 가능성에 대한 정책연구를 통하여 대통령 선도프로그램(President's Initiative)을 백업하기 위한 자료들을 마련한 바 있다. FY2001예산안 설명자료에 따르면, "나노테크의 핵심은 분자수준에서 원자를 조작할 수 있는 능력이다". NSTC의 백업자료는 "분자수준에서의 물질제어는 기본성질이 결정되는 수준에서 물성, 현상, 과정을 정확히 제단(tailoring)할 수 있음을 의미하며, 따라서 물질 또는 시스템의 새로운 특성을 결정함으로 해서 나노테크는 이상적으로는 자동차, 타이어, 컴퓨터회로에서 의약품, 티슈 등에 이르기까지 모든 인간창조물의 생산에 영향을 끼칠 수 있다…. 21세기에 있어서 보건, 안보 등에의 나노테크의 영향은 20세기 항생제 개발, 집적회로 개발, 폴리머 개발을 합한 영향보다 더 클 것으로 기대된다"라고 평가하고 있다.
클린턴 행정부의 FY2001예산은 나노테크 분야의 연방연구예산을 FY2000예산대비 227백만$증가한 497백만$을 요구하고 있다. 이 투자액은 여러 부처의 예산을 포함하고 있지만 신규 투자약의 약 70%가 새로운 과학자 육성을 위한 대학연구분야에 지원될 계획이다. NSF가 217백만$ (전년대비 124%인 120백만$증가), DOD가 110백만 (전년대비 57%인 40백만$ 증가), DOE 96백만$ (전년대비 66%증가인 38백만$ 증가), NASA가 20백만$(전년대비 400%증가인 16백만$ 증가), DOC가 18백만$ (전년대비 10백만$ 증가), NIH가 36백만$ (전년대비 4백만$ 증가)의 예산을 나노테크분야에 신청해놓고 있다.
연방정부의 나노테크분야 연구개발투자예산안에 대한 의회의 반응은 긍정적으로 나타나고 있다. 2000년 4월5일 개최된 상원 과학기술위원회 라운드테이블 토론에서 상원의원인 Evan Bayh는 "나노테크분야 연구는 미래의 혁신을 위해서 매우 중요하다. 글로벌경제에 있어서 우리 나라의 상대적 우위의 핵심은 혁신이지만, 혁신의 원천이 되는 기초과학분야의 연방투자는 계속 감소하는 추세를 나타내 왔다.… 수년 내에 생산성과 수입을 증가시키기 위해서는 나노테크분야를 포함하여 기초과학분야의 투자를 확대하는 것이 절대적으로 중요하다."라고 말하였다. 또한 상원의원인 J. Lieberman은 "나노테크분야는 새로운 유망한 기술분야이지만 연방정부가 기초과학분야의 투자를 지속할 때만이 기술적 진전이 이루어질 것이다."라고 첨언하고 있다. 나노테크 연구추진 일본경제신문 20000904
원자나 분자를 생각하는 대로 조정하여 지금까지 없었던 신소재나 반도체, 의약품을 만들어 내는 나노테크놀로지의 연구를 추진하기 위해 통산성은 2001년부터 년 간 50억 엔 규모의 산촵학촵관 공동연구프로젝트를 발족시킨다. 국립연구소 나노테크 연구센터를 신설한다. 나노테크에서 일본은 세계 최고 수준을 지니고 있지만, 미국 정부가 나노테크를 정보기술이나 바이오에 이어서 전략분야로 하여 거액의 연구자금을 투입하기 시작한데 대응하여 개발을 강화한다. 나노테크는 매우 작은 기계나 회로를 가공하거나 원자를 의도하는 데로 나열시켜 전혀 새로운 재료를 만들어 내는 초미세 가공기술이다. 예를 들면, 血流를 타고 체내를 돌아 건강을 점검하는 초소형의 의료진단장치나 국회도서관의 서류 정보를 담은 엄지손가락 크기의 메모리 등이 나노테크의 성과로 상정되어 넓은 산업에서 기술혁신을 가져올 것이다. 산촵학촵관 프로젝트는 5년 계획으로 원자를 생각한 데로 정렬시키는데 필요한 기반기술을 개발한다. 또한 통산성 산하의 연구소를 통합하야 내년 1월에 발족하는 독립행정법인과 동경대학에 각각 전문연구센터를 설치하여 신소재나 신약실현 등으로 연계하는 기술개발에 나선다. 미국 정부는 2001 회계 연도에 약 5억 달러(약 530억엔)를 투자하는 것을 시작으로 나노테크연구에 중점투자하여 갈 국가전략을 공포하였다. 미국의 공세에 위기감을 지닌 경단련은 나노테크 진흥을 국가에 제언하였다.
나노의 세계가 열린다 21세기는 나노(Nano․10억분의 1) 테크놀러지시대 조선일보 기자 차병학 66년 노벨 물리학상 수상자인 하인리히 로러 박사는 최근 서울에서 열린 세계지식포럼에 참가, 10년 내 기존 과학기술은 한계에 부딪힐 것이며, 그 해답은 나노기술에서 찾아야 할 것이라고 말했다. 그는 벌써 마이크로미터(1㎛=100만분의 1)단위에서 나노미터(1㎚=10억분의 1) 단위로의 이해와 논의가 시작됐다며 나노 기술이 성립하기 위해선 기존 과학개념을 완전히 바꿔야 한다고 말했다.
그림. 치료용 나노 로봇의 모습. 로보틱스 및 나노 기술분야 전문가인 이탈리아 SSSA(성안나 고등과학원) 파울로 다리오 교수는 20세기 과학기술이 대형화를 추구했다면 21세기 과학기술은 통합과 극소형화 추세로 갈 것이라고 말했다. 그는 지금은 보이는 마이크로 시대에서 보이지 않는 나노 시대로 진입하는 단계라고 말했다. 미국 대통령과학자문회의도 올초 정책발표회에서 나노 과학이야말로 21세기 국가경쟁력을 결정짓는 가장 중요한 분야라고 밝혔다. ◆ 나노 기술이란 = 나노 기술은 물체를 원자(혹은 분자) 단위로 제조할 수 있는 기술을 말한다. 나노 기술이 상용화되면 눈에 보이지 않을 만큼 작은 단위의 나노 로봇을 제작, 상상을 초월하는 혜택을 누릴 수 있다. 나노 어셈블러(assembler)의 경우 비타민처럼 소량을 먹기만 해도, 세포 속의 미토콘드리아처럼 사람에게 필요한 영양분이나 에너지원을 공급하는 비타민 공장으로 활용 가능하다. 나노 로봇은 환자 인체에 투입돼 백혈구처럼 각종 질병과 싸우는 치료용으로 개발이 가능하다. 또 나노 센서는 화상전화통화를 할 때 향기와 느낌까지 전달이 가능하며, 나노 집적기술을 이용하면 인간이 상상할 수 없을 정도의 최첨단 초소형 가전제품 생산도 가능하다. ◆ 국내 나노 기술 = 최근 하버드대 화학과 박홍근(32) 교수와 캘리포니아대 물리학과 박사과정 박지웅(26)씨는 지름 0.7㎚의 C60분자와, 간격 1㎚인 플러스 전극과 마이너스 전극으로 세계에서 가장 작은 트랜지스터를 만드는 데 성공했다. 또 작년 말 미국 코넬대에 유학 중인 한국인 과학자 이효준씨와 지도교수인 윌슨 호 교수는 자체 개발한 주사전자현미경(STM)을 이용, 원자핀셋으로 철(Fe)과 일산화탄소(CO)를 하나씩 결합시키는 데 성공했다. 이 기술을 이용하면 나노물질 소재나 재료를 만드는 것은 물론 원자단위의 유전자 조작도 가능하다. 한국원자력연구소 원자력재료기술개발팀도 지난해 말 광학현미경으로도 볼 수 없는 나노 크기의 재료를 제조할 수 있는 방법을 개발했다. 서울대 물리학과 임지순 교수는 탄소 나노튜브를 이용한 나노 단위의 차세대 반도체를 개발하는 데 성공했다. ◆ 나노기술 핵심은 구동력 = 나노 기술은 80년대 초 원자 및 분자를 제어할 수 있는 원자력 현미경(AFM)과 주사전자현미경(STM)이 개발되면서부터 시작됐다. 하지만 나노 기술의 핵심은 구동력이다. 한국과학기술연구원(KIST) 지능형마이크로시스템개발사업단 박종오 단장은 마이크로 머신의 동력원은 배터리 크기를 극도로 줄이면 되지만 나노 머신의 경우는 배터리 개념 자체를 완전히 바꿔야 한다고 말했다. 나노 머신의 동력원 중 대표적인 것이 생체 배터리. 올 9월 영국의 과학전문지 뉴사이언티스트는 미국 플로리다주 사우스플로리다대 스튜어트 윌킨슨 교수팀이 음식을 소화해서 동력을 얻는 로봇을 세계 최초로 개발했다고 소개했다. 가스트로놈(미식가란 뜻)이란 이름을 가진 이 로봇이 먹는 음식은 각설탕이다. 설탕분자는 이 로봇의 위장 속에서 물과 이산화탄소로 분해되면서 전자를 발생시켜 로봇을 움직인다. 이 기술을 응용하면, 사람처럼 생체 에너지로 움직이는 나노 배터리개발도 가능할 것으로 뉴사이언티스트는 전망했다. [조선일보 2000.11.1일자 24832호] 나노기술에 도전한다 (사진/나노의학은 불치병 치료의 신기원이 될 것이다. 나노로봇이 적혈구 세포 주변을 돌면서 바이러스를 찾아 박멸할 채비를 하고 있다.) 이인식/ 과학평론가 1959년 12월 어느 날 미국 물리학회. 리처드 파인먼(1948~88) 교수는 바닥에 많은 여지가 있다라는 제목의 강연에서, 분자의 세계가 매우 작 은 구조물을 만들어 세울 수 있는 건물터가 될 것이라고 예언한다. 분자 크기의 기계 즉 분자기계의 개발을 제안한 것이다. 그러나 참석자들은 대 부분 농담으로 받아들였다. 에릭 드렉슬러(43)는 1986년 분자기술에 관한 최초의 저술로 평가되는 < 창조의 기관>을 펴낸다. 분자기술은 분자 하나하나를 조종하여 물질의 구 조를 제어하는 기술이다. 분자는 나노(10억분의 1)미터로 측정된다. 따라 서 드렉슬러는 분자기술보다는 나노기술(nano technology)이라는 용어를 즐겨 사용한다. 극미한 분자세계를 우주의 공간처럼 광대한 영역으로 상 상한 파인먼의 선견지명이 드렉슬러에 의해 구체화되었기 때문에, 파인먼 이 나노기술의 아버지라면 드렉슬러는 산파역인 셈이다. 일본 통산성은 1991년 10년간 2억달러를 투입하는 나노기술 연구계획을 발표한 반면에 미국은 유수 기업체들이 분자제조연구소(IMN)를 설립했다. 이듬해 6월 미국 상원의 소위원회에서 30대 후반의 감정인이 엘 고어 의 원과 나노기술에 대해 열띤 일문일답을 주고받았다. 감정인은 물론 드렉 슬러다. 그는 미국의 정책 입안자들이 나노기술에 관심을 가져 줄 것을 촉구했다. 미국 시사주간지 <타임>(1995년 7월17일자)은 21세기의 10대 핵심기술을 커버스토리로 다루면서 나노기술을 빠뜨리지 않았다. 과학기술처는 지난 11월 차세대과학자들에게 연구비를 파격적으로 지급하 는 이른바 창의적 연구과제를 공개 모집한 결과를 발표했는데, 확정 된 27건 중에는 나노기술 과제가 포함되어 있다. 정부차원에서 나노기술 에 관심을 표명한 것은 이번이 처음이다. 정부도 관심 표명, 최종목표는 어셈블러 나노기술은 두 방향에서 개발이 모색되고 있다. 첫번째 접근방법은 주사 터널링 현미경(STM)이나 원자력 현미경(AFM)으로 물질 표면의 분자 또는 원자를 조종하는 기술이다. 1990년 미국 ABM사의 원자를 배열하여 5나노 미터 높이로 회사 로고를 만들었다. I자는 9개, B와 M자는 각각 13개씩을 사용했다. 이와 같이 STM으로 개가 양떼를 몰 듯이 분자를 몰 수 있게 됨 에 따라 분자를 원하는 곳에 옮겨놓을 수 있게 되었다. 이른바 분자몰이( molecular herding)의 최종목표는 하나의 특정분자를 다른 특정분자에게 로 옮긴 뒤에 이들을 서로 합쳐서 분자기계를 조립하는 데 있다. 올해 들어서는 STM으로 버키볼(bucky ball)을 이동시켜 나노미터 크기의 구조를 조립하는 연구가 성과를 올리고 있다. 60개의 탄소원자로 구성된 축구공 모양의 버키볼을 발견한 공로로 1996년 노벨상을 받은 리처드 스 몰 리가 나노기술연구에 앞장서는 이유이다. STM과 AFM은 나노기술의 독보적인 개발도구이지만 근본적인 한계를 갖고 있다. 다름아닌 속도 문제이다. 한번에 한개씩 분자를 이동시킬 수 있으 므로 눈으로 볼 수 있을 만큼 큰 물체를 조립하려면 상상을 초월하는 오 랜 시간이 소요될 것이다. 나노기술에 이르는 또다른 길은 자연에 존재하는 분자기계로부터 실마리 를 찾는 접근방법이다. 생물의 세포는 분자기계로 가득 차 있다. 가령 단 백질은 아미노산으로 구성된 분자기계이다. 세포는 단백질 제조회사에 비 유될 수 있다. 세포 안에 있는 리보솜이 유전정보의 지시에 따라 아미노 산(원료)으로 제품(단백질)을 만들기 때문이다. 단백질 생산공장인 리보 솜은 고성능의 나노기계인 셈이다. 나노기술의 궁극적인 목표는 리보솜처럼 사람의 개입없이 자력으로 분자 기계를 만들 수 있는 나노기계를 개발하는 것이다. 드렉슬러는 <창조의 기관>에서 이러한 나노기계를 어셈블러(assembler)라고 명명했다. 전문가 들은 대부분 15년 뒤, 그러니까 2010년 전후에 최초의 어셈블러가 모습을 나타내게 될 것으로 전망하고 있다. 어셈블러의 개발로 나노기술 시대가 개막되면 컴퓨터․제조산업과 의학분 야 등에 혁명이 일어날 것은 불문가지다. 먼저 단백질과 같은 유기분자가 스위치 구실을 하는 나노컴퓨터를 개발하 면 실리콘 반도체를 사용하는 현재의 컴퓨터보다 속도가 빠른 것으로 전 망된다. 드렉슬러에 따르면 나노컴퓨터는 나노기술이 쏟아낼 제품의 보기에 불과 할 뿐이다. 나노기계가 대량으로 보급되면 제조부문에 혁명적인 변화가 올 것 같다. 나노기술로 원자 수준까지 물질의 구조를 제어하여 우리가 상상할 수 없을 정도로 다양한 신제품을 만들게 될 것이기 때문이다. 이 를테면 주위환경을 감지하여 스스로 적절하게 대응하는 지능을 가진 스마 트 물질의 제조가 가능하다. 스마트 페인트, 스마트 옷감 등이 좋은 예이 다. 스마트 옷감의 경우, 얇은 섬유 안에 빛이나 습기 따위를 감지하는 센서, 센서의 자료를 처리하는 컴퓨터, 컴퓨터의 지시에 따라 움직이는 모터 등 나노기계가 들어있기 때문에 날씨나 온도의 변화에 따라 옷감 스 스로 모양과 질감 등을 바꿀 수 있다는 것이다. 신기술로 제조업 주도… 전쟁에 이용도 나노기술이 의학에 미칠 영향은 상상을 불허한다. 질병을 일으키는 바이 러스라 할 수 있다. 이러한 자연의 나노기계를 인공의 나노기계로 물리치 려는 생각이 나노의학의 출발점이다. 바이러스와 싸우는 나노기계는 잠수 함처럼 혈류를 통해 항해하는 나노로봇이다. 이 로봇에는 센서와 컴퓨터 가 부착되어 있으므로 바이러스를 식별하여 즉시 박멸한다. 또한 세포수 복(受複)기계라 불리는 나노로봇은 세포 안으로 들어가서 자동차 수리공 처럼 손상된 세포를 복원한다. 따라서 이론적으로는 나노의학이 치료 불 가능한 질병은 거의 없어 보인다. 낙관론자들은 나노기술을 인간의 굴레인 노화와 사멸까지 미연에 방지하 는 만병통치약으로 여기고 있지만 부정적인 측면이 만만치 않다. 혹시나 나노펑크(nanopunk)의 작품에서처럼 나노기술이 전쟁이나 테러에 쓰인다 면 육안으로 식별이 불가능한 나노병기의 파괴력은 틀림없이 핵무기 못지 않을 테니까. ⓒ 한겨레신문사 1997년12월25일 제 188호
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