초정밀 측정센서 개발한 김정원 교수 이달의 과학기술인상

김정원 KAIST 교수. 과기정통부 제공.

나노미터(10억분의 1미터)의 차이를 감지하는 초고속 다기능 센서기술을 개발한 김정원 KAIST 기계공학과 교수가 ‘이달의 과학기술인상’ 10월 수상자로 선정됐다. 

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 김정원 KAIST 기계공학과 교수를 이달의 과학기술인상 10월 수상자로 선정했다고 7일 밝혔다. 이달의 과학기술인상은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다. 

초정밀 측정 센서 기술은 실생활과 가상네트워크를 연결하는 사물인터넷(IoT)의 기반기술이다. 반도체와 디스플레이, 자율주행차 등에도 필요한 핵심기술이다. 과기정통부와 연구재단은 초고속·고분해능·다기능성 센서기술을 개발해 기초정밀 공학의 지평을 넓힌 공로로 김정원 교수를 이달의 과학기술인상에 선정했다고 밝혔다. 

레이저를 이용한 초정밀 거리 측정기술은 비접촉, 비파괴의 장점이 있어 다양한 분야에서 활용됐다. 그러나 기존 레이저 측정기술은 측정 속도와 측정 범위, 분해능 성능을 모두 향상시키기 어려웠다. 분해능은 신호 측정 방법 또는 장치의 한계 성능을 나타내는 지표로 구별할 수 있는 가장 미세한 신호의 차이를 말한다. 분해능이 좋을수록 정밀하고 정확한 측정이 가능해지는 셈이다. 

김정원 교수는 레이저에서 발생한 빛의 규칙적인 파동(펄스)과 광다이오드로 생성된 전류의 파동 사이 시간차가 100아토초(1경분의 1초) 이하로 적다는 사실을 발견하고 여러 지점을 동시에 측정할 수 있는 독창적인 ‘초고속·초정밀·다기능 펄스비행시간(TOF) 센서’를 개발했다. 펄스비행시간은 빛의 펄스가 측정 대상에 부딪혀 반사돼 돌아오는 시간을 측정한 뒤 빛의 속도를 이용해 대상과의 거리를 측정하는 방법이다. 

연구팀이 개발한 센서는 실험결과 1cm 범위에서 1나노미터보다 작은 차이를 2만분의 1초 내에 측정할 수 있다. 기존 기술 한계를 극복했다는 평가를 받은 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 포토닉스’ 올해 2월 10일자에 게재됐다. 

김 교수가 개발한 센서 기술은 첨단 소재·부품·장비 개발을 위한 초정밀 3차원 형성과 고속의 기계적 움직임을 측정하는 다양한 분야에 적용 가능하다. 원자력발전소 중요시설 모니터링, 지진파나 마그마 움직임 같은 지구 환경 변화의 탐지, 드론 등 저속·소형 비행체의 원격 탐지 등에 응용되고 있다.

김정원 교수는 “향후 마이크로 소자 내에서의 역학현상 탐구나 첨단 제조를 위한 초정밀 형상 측정 등 새롭고 다양한 분야에서 활용이 기대된다”고 밝혔다. 

[김민수 기자 reborn@donga.com]