우주, AI 반도체로 확장하는 가장 작은 '과학'···'국가나노기술지도' 나왔다

[이데일리 강민구 기자]

디자인=이데일리 문승용 기자

광활한 ‘우주’와 비교하면 인간은 한없이 작다. 달, 화성으로 인류가 눈을 돌리며 우주개발에 나서고 있지만, 우주 중에서도 극히 일부분만 이해하고 있다. 우주 연구가 거대한 세계를 다루는 것과 달리 아주 작은 세계를 다루는 과학이 있다. 마치 영화 ‘앤트맨’ 속 주인공이 된 것처럼 작은 세계 말이다. 바로 TV, 반도체, 미래차, 우주복 개발이나 감염병 극복을 위한 기반기술로 쓰이면서 우리 삶의 질을 높여주는 ‘나노기술’이다.

‘나노기술’은 10억분의 1미터 크기를 다룬다. 우리 눈으로 볼 수 없지만 나노 크기의 기술을 인위적으로 조작해 새로운 성질이나 기능을 유도해 신개념 물질, 장치를 만들 수 있다는 점에서 중요하다.

정부가 10년 미래를 내다보고 이러한 나노기술을 체계적으로 투자하고, 개발을 추진한다. 26일 국가과학기술자문회의는 ‘운영위원회’를 열고, ‘4기 국가나노기술지도’ 안건을 의결했다. 구혁채 과학기술정보통신부 기초원천연구정책관은 “기술패권 경쟁이 심화되는 시대에서 도전적 질문을 통해 국가 연구개발의 임무를 명확히 하는 기술개발 전략 수립이 필요하다”고 했다.

문제해결, 사회적으로 필요한 나노기술

‘국가나노기술지도’는 나노기술개발촉진법에 따라 기술개발 전략 수립, 연구개발 투자방향의 설정 등을 위해 지난 2008년부터 5년마다 수립하고 있는 법정계획이다. 이번이 네 번째 계획안으로 과학기술정보통신부와 국가나노기술정책센터가 주도해 마련했다. 2032년까지 10년을 내다보고 범부처가 합의해 만든 중장기 로드맵이라고도 할 수 있다.

이러한 계획안 마련이 필요한 이유는 과학기술이 발전하면서 나노기술의 중요성이 점차 커지고 있기 때문이다. 단순한 기반기술에서 응용범위를 확장해 우주, 에너지, 환경, 바이오 등에 활용이 기대된다. 가령 탄소나노튜브는 2000년대 초반 반도체, 디스플레이, 복합소재 적용이 추진됐다. 현재 리튬이온전지 전극 소재로 주목받고 있으며 활용 범위를 넓히고 있다.

전 세계적으로는 국가전략기술, 글로벌 문제 해결 등을 위한 기술로 주목받고 있다. 미·중 패권 경쟁에 따른 글로벌 공급망 위기, 챗GPT가 초래한 급격한 인공지능 기술 발전에 대한 관심이 커지면서 나노기술은 단순 기반 기술이 아니라 전략기술, 미래기술로 가치를 더하고 있다.

때문에 미국, 일본, EU 등 나노기술 강국은 인류가 직면한 글로벌 경제·사회문제 해결을 위해 정책적으로 나노기술을 육성하고 있다. 미국은 2001년부터 ‘국가나노기술개발전략(NNI)’를 통해 나노과학과 나노기술을 전략적으로 육성하고 있다. 특히 지난 2021년 6차 전략을 발표해 나노기술에 대한 투자를 계속 확대하고 있다. 일본도 ‘제6기 과학기술·이노베이션 기본계획(2021년~2025년)’ 중점 육성분야로 인공지능, 생명공학, 양자기술, 건강·의료와 함께 나노기술을 선정해 투자하고, 정책을 만들고 있다.

우리나라도 지난 2001년부터 지난해까지 나노분야 연구개발에 약 10조원을 투자해왔다. 과기정통부에 따르면 2022년 기준 SCI(과학기술논문 인용색인) 논문 숫자와 미국 등록특허 건수는 세계 4위권이다. 2012년 504개 129조원이었던 나노기업 숫자와 매출액은 2021년 기준 880개 기업, 165조원으로 늘었다.

김덕기 한국연구재단 나노·반도체단장은 “우리나라도 국가 정책적으로 나노기술의 중요성을 인식하고, 2008년부터 5년마다 나노기술지도를 만들며 지속적인 정책 지원을 해왔다”며 “나노기술은 우리나라 주력산업인 반도체, 디스플레이, 이차전지의 기반기술로 쓰였고, 앞으로 나아가야 하는 양자, 우주까지 영역을 확장하고 있기 때문에 체계적인 로드맵을 마련하고 준비해야 한다”고 했다.

국가 R&D 사업 기획에 활용

이번 계획안은 국가 현안과 미래 선도를 위한 도전적 질문을 선정하고, 이를 해결하기 위해 나노기술이 역할을 하도록 지원하는데 중점을 뒀다.

우선 ‘국가나노기술개발전략(미국)’, 호라이즌 유럽(EU), 과학기술 미래전략 2045(한국) 등 국내외 전략안과 연구주제 빅데이터를 분석해 질문을 만들었다. 가령 ‘똑똑한 생활(스마트라이프) 초거대 인공지능 반도체를 만들 수 있을까’, ‘양자컴퓨터는 인류난제를 풀 수 있을까’, ‘삶의 공간을 확장하기 위해 우주를 개척할 수 있을까’와 같은 질문을 만들었다. 그런 뒤 나노정보전자, 나노바이오, 나노에너지, 나노환경, 나노 기반 측면에서 접근해 문제를 푸는 방법을 논의했다.

그 결과, 9대 도전적 질문별 기술난제(한계)와 제약요인을 분석해 한계를 극복하기 위한 나노기술 기반 도전과제를 제시했다. 그런 뒤 이를 해결하기 위한 나노기술로드맵과 미래상을 그렸다. 앞으로 나노기술분야 역량을 강화하고, 전문인력 양성 등을 통해 선진국 대비 나노 과학기술 수준을 85.7%(2019년)에서 92%(2032년)으로 높이겠다는 청사진도 담았다.

문희성 국가나노기술정책센터장은 “중장기 관점에서 나노기술을 바라보며 계획안을 수립했다”며 “정부에서 임무 중심 R&D, 한계 돌파 R&D와 같은 도전적인 요소들을 강조하는 부분을 반영하고, 앞으로 전략적으로 나노기술지도를 육성할 방법을 고민해 계획안에 담았다”고 했다.

계획안은 앞으로 나노분야 국가 연구개발 예산·사업 기획에 활용하게 된다는 점에서 중요하다. 나노 분야 ‘키워드(핵심용어)’를 활용해 과제 기획에 활용하고, 각 부처에서도 나노기술지도를 기반으로 예산을 투입할 분야를 선정할 계획이다.

전문가들은 계획안을 마련한 만큼 앞으로 범부처 협력, 계획안 실행이 더해져 나노기술을 체계적으로 육성하길 기대했다. 안준모 고려대 행정학과 교수는 “나노 분야는 다른 분야와 달리 포괄적인 게 특징”이라며 “전략기술, 임무지향적 특성을 담아 로드맵과 마일스톤(이정표)을 마련한 만큼 실행으로 이어지도록 관리했으면 한다”고 했다.