보도일시	2021. 7. 23.(금) 조간(온라인 7. 22. 12:00)부터 보도해 주시기 바랍니다.
배포일시	2021. 7. 22.(목) 09:00	담당부서	융합기술과
담당과장	이주원(044-202-4570)	담 당 자	이차연 사무관(044-202-4574)

가상 핵융합로 구현·우주 암흑에너지 규명·신경망 재건 등

과학난제도전 국가대표팀 본격 운영

□ 과학기술정보통신부(장관 임혜숙, 이하 ‘과기정통부’)는 과학난제도전 융합연구개발사업(이하 ‘과학난제사업’)의 2021년도 신규 과제를 선정, 3개의 선도형 융합연구단*이 공식 출범한다고 밝혔다.

* ST핵융합메타웨어 연구단, 중력파우주 연구단, 표적신경회로재생 연구단

ㅇ 과학난제사업은 그동안 해결하지 못한 과학난제에 대해 기초과학과 공학의 융합연구를 통한 혁신적인 방법으로 접근하는 도전적인 연구개발을 지원하는 사업으로 세계 최고(The Best)·최초(The First)·유일(The Only)의 성과 창출을 목표로 한다.

<2021 과학난제도전 융합연구개발사업 선정과제>

연구단	연구책임자 (주관연구기관)	연구목표
ST핵융합메타웨어 연구단	황용석 (서울대학교)	GPU병렬 컴퓨팅과 인공지능을 결합한 가상핵융합로 구현
중력파우주 연구단	이형목 (서울대학교)	다중신호 천문학과 인공지능 기법을 활용한 암흑 에너지 규명
표적신경회로재생 연구단	최홍수 (DGIST)	자성의 원리 기반 나노 멀티봇을 이용한 신경망 재건 플랫폼 구축

□ ST핵융합메타웨어* 연구단은 핵융합 플라즈마 난제를 해결하여 2050탄소중립을 위한 인공태양 발전소 구축을 현실화하고자 한다.

* 구형토카막(Spherical Tokamak, ST)은 핵융합 반응에 필요한 플라즈마를 자기장을 이용해 가둬두는 구 형태의 장치

* 메타웨어(Metaware)는 가상현실(Meta)에서 소프트웨어(Software)와 하드웨어(Hardware)를 아우르는 의미로 시뮬레이션과 실험이 통합된 의미

ㅇ 현재 핵융합연구는 1988년 설계를 시작으로 2025년 완공을 목표로 하는 국제핵융합실험로 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)를 중심으로 장치 성능 향상 등을 진행하고 있다.

ㅇ 이번 연구에서는 장치의 대형화로 인한 개발비용과 물리적 한계를 극복하는 것을 목표로 한다. 차세대 디지털트윈 구현 및 검증(1단계), 고성능 컴퓨팅 기반 가상 핵융합로 구축(2단계)을 통해 단기간·저비용으로 소형 ST 핵융합 발전로 구축 기반을 확보한다.

ㅇ 이를 통해 기존에 답보상태에 있거나 병목현상이 야기된 핵융합분야에서 혁신을 이끌 수 있는 과학기술적인 성과를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.

<실제 실험 결과(좌)와 가상 ST모델(우)>

□ 중력파우주 연구단은 다중신호 천문학과 인공지능을 활용하여 허블상수를 정밀하게 측정하고 암흑에너지의 성질을 규명하고자 한다.

ㅇ 허블상수는 은하의 속도와 거리 사이의 관계를 나타내는 비례상수로, 암흑에너지와 밀접한 상관관계가 있다. 암흑에너지는 우주의 가속팽창을 설명하는 핵심 개념이며, 아직 정체가 밝혀지지 않은 난제의 영역이다.

ㅇ 이번 연구에서는 7차원적 망원경(7DT*)을 개발하여 중성자별과 블랙홀 충돌에서 발생하는 중력파와 다양한 파장의 전자기파를 관측(다중신호 천문학)하고 통계분석(인공지능)한다.

* 7DT(7-Dimensional Telescope)는 광시야 관측을 하면서 시야에 들어오는 모든 픽셀의 스펙트럼을 실시간으로 얻는다는 신개념 망원경

ㅇ 관측데이터를 통해 허블 상수의 정밀도를 높이고, 주요 매개 변수 측정을 통해 암흑에너지 성질 규명에 한 발자국 더 나아가고자 한다.

ㅇ 천문·우주 분야의 경우 선진국과의 격차가 작고 본질적으로 국제 융합 연구가 요구되는 분야인데, 연구단의 국제적 네트워크를 활용하여 우주론 연구의 돌파구를 마련할 것으로 기대된다.

<우주의 진화를 보여주는 도식도(좌)와 다중망원경 시스템(우)>

□ 표적신경회로재생 연구단은 도파민 신경망 재건 플랫폼을 구축하여 신경세포의 소실로 인한 난치성 신경 질환 극복을 목표로 한다.

ㅇ 신경장애는 대체 또는 재생을 위한 다양한 치료법 개발이 시도되고 있음에도 불구하고 손상된 신경 및 신경망의 완전한 회복은 여전히 난제로 남아있다.

ㅇ 이를 해결하기 위해 뇌 신경망 형성을 위한 줄기세포 등에 자성을 부여하고 제어가 가능한 멀티봇을 개발하여, 실제 신경 조직과 동일한 수준의 도파민 신경회로망 재건(1단계), 전임상시험을 통한 안전성·유효성 검증(2단계)을 하고자 한다.

ㅇ 신경망 재건 기술을 통해 파킨슨 운동장애 등의 뇌질환 치료의 새로운 패러다임을 주도할 수 있을 것으로 보이며, 생명과학 및 의료서비스 분야의 성장을 위한 핵심 원천기술이 될 수 있을 것으로 기대된다.

<신경망 재건 과정>

□ 선정된 연구단에는 5년 동안 각각 총 90억원을 지원하고, 연구단별 전문위원회 운영을 통해 맞춤 멘토링 실시, 연구내용 점검 및 새로운 아이디어 제안을 위한 공개형 토론회 개최 등 기존에 시도하지 않은 난제도전형 연구수행 방식을 도입한다.

□ 과기정통부 이창윤 기초원천연구정책관은 “최근 혁신적인 연구성과는 실패를 두려워하지 않는 과감하고 도전적인 연구에서 창출되고 있다”며,

ㅇ “과학난제사업을 통해 어렵기 때문에 도전할 가치가 있는 과제를 발굴·지원함으로써, 난제 해결을 위한 융·복합 연구가 자연스레 촉발될 수 있는 기반이 조성되었으면 한다”고 밝혔다.

붙임. ｢과학난제도전 융합기술개발사업｣ 신규 과제 개요

	이 자료에 대하여 더욱 자세한 내용을 원하시면 과학기술정보통신부 이차연 사무관(☎ 044-202-4574)에게 연락주시기 바랍니다.

붙임		｢과학난제도전 융합기술개발사업｣ 신규 과제 개요

구 분	미래 에너지원 개발	우주의 비밀 탐구	신경장애의 극복
연구단명	ST핵융합메타웨어 연구단	중력파우주 연구단	표적신경회로재생 연구단
과제명	가상핵융합로 구현을 통한 핵융합 난제 해결 및 소형 구형토카막(ST) 핵융합 발전로 구축 기반 확보	다중신호 천문학과 인공지능 기법을 활용한 암흑 에너지 규명 연구	다중-순차 멀티봇 기반의 신경망 재건 플랫폼 구축을 통한 파킨슨 운동장애 극복
유형/특징	패러다임 전환형 (Paradigm-Shifting) 연구	그 동안의 과학기술과 지식으로는 풀지 못한 문제	기존 한계에 도전하는 돌파형(Breakthrough) 연구
난제 도전 과제	고성능 컴퓨터 기술로 작고 안전한 핵융합로를 만들 수는 없을까?	다중신호 천문학은 암흑 에너지의 정체를 밝힐 수 있을까?	손상된 신경의 회복은 가능한가?
난제인 이유	지속가능한 지구를 위해 태양의 에너지 생산 원리인 핵융합을 이용해 안전하고 깨끗한 미래 에너지를 개발하는 것은 인류사회의 숙제이며, 현재 장치의 대형화로 인한 개발비용과 물리적 한계를 극복할 수 있는 시도가 필요함	관측 기술의 발달로 우주론이 정밀 과학으로 발전하였으나, 정체를 알 수 없는 존재인 암흑 에너지, 허블 상수의 갈등 등에 대해서는 아직까지도 명확히 규명된 바가 없음	신경장애(파킨슨병, 척수손상 등 감각 및 운동장애를 수반하는 신경질환)는 대체 또는 재생을 위한 다양한 치료법 개발이 시도되고 있음에도 불구하고 손상된 신경 및 신경망의 완전한 회복은 여전한 난제로 남아있음
도전목표	고성능 컴퓨팅 기반 디지털 트윈을 구축하여 ST 기반 핵융합로의 난제인 고압 플라즈마 감금과 제어 과정을 과학적으로 규명하고, 발전소 대비 1/10 용량의 핵융합 장치를 최적 운용하고 가상 핵융합로 구축	다중신호 천문학과 인공 지능을 활용하여 기존의 초신성과 우주배경복사 관측으로 얻은 허블 상수의 적절성을 검증하고 암흑에너지의 성질을 규명	자성 다중-순차 멀티봇 기반의 신경망 재건 플랫폼 구축 및 신경회로 회복을 통한 난치성 신경질환 극복 기반 기술 개발
접근방식	핵융합 에너지 개발 연구가 거대 실험 장치에 기반한 성능 향상 등에 초점을 맞추고 있으나, 본 연구단은 GPU기반 고성능 컴퓨팅, AI 등 최신 첨단기술을 전략적으로 활용하고 소형 ST 장치의 디지털 트윈으로서 가상핵융합로를 구축하여 핵융합 기술개발을 가속화 함	중력파 관측에 대한 후속 전자기파 관측에 최적화된 7차원적 망원경을 독자적으로 개발하여 중력파와 전자기파 관측 결과를 종합적으로 분석	기존의 불완전한 세포치료제 개념을 극복하기 위하여 세포 성장, 가이드, 시냅스 형성 등을 위한 요소기술을 통합하여 세포치료제 및 신경망 재건 플랫폼을 개발하고, 신경질환 동물모델에서 효능 검증
융합분야	플라즈마물리학, 원자핵공학, 전기전자공학, 컴퓨터공학, 수학 등	물리, 천문, 수학, 통계, 신호처리, 기계학습, 수치계산 등	로봇공학, 신경과학, 의학, 분자세포 생물학, 생물 정보학 등
기대효과	고성능 컴퓨팅기술 기반의 ST 가상핵융합로 구현을 통해 조기에 핵융합 에너지를 개발하여 기저 발전원 확보에 기여한다면 탄소중립 실현의 게임 체인저가 될 수 있을 것으로 기대됨	우주의 역사 및 진화과정을 설명할 수 있는 새로운 이론 및 과학적 근거를 제시함으로써 국제적인 융합 연구를 선도할 수 있을 것으로 기대됨	새로운 선택적 능동 신경망 재건 기술을 통해 난치성 신경 질환 치료의 새로운 패러다임을 주도할 수 있을 것으로 기대됨