N-0040

LG Global Challenger 2002

최종 탐방 보고서

Microfluidics - BioMEMS의 미래를 찾아서

팀명 : MFJUMP(MicroFluidics JUMP)

고려대학교 전기전자전파공학부/재료공학부 4학년 민지현

고려대학교 전기전자전파공학부 4학년 노태균

고려대학교 기계공학과 4학년 황은주

지도교수 : 고려대학교 전기전자전파공학부 박정호

고려대학교 재료공학부 김영근

차 례

Ⅰ. 서론

ⅰ. 새로운 수출 분야 찾기의 필요성

ⅱ. BioMEMS – 새로운 효자 종목으로서의 가능성

ⅲ. Microfluidics – BioMEMS를 가능하게 해 주는 공학적 도구 ⅳ. Microfluidics의 매력

Ⅱ. 본론

ⅰ. 탐방목적

ⅱ. 국내 탐방

ⅲ. 해외탐방

(1) 방문기관 선정 과정

(2) 탐방일정

(3) 탐방내용

① Purdue (Prof. Wereley)

② Georgia Tech (Prof. Frazier)

③ Stanford (Prof. Shan X. Wang)

④ UCLA (Prof. Chin-ming Ho)

⑤ UCLA (Prof. C.J. Kim)

Ⅲ. 결론

ⅰ. 탐방 내용 정리

ⅱ. 제언

(1)학교

① MEMS 단과 대학, 특성화 대학의 필요성

② 다른 전공에 대한 배타적인 태도가 없어져야

(2) 기업

①MEMS 관련 종합 전자 메이커 육성

②인적투자

③대기업의 벤처에 대한 투자

(3) 제도

① 공동 연구소의 운영 - 나노팹의 건립을 시작하며

② 담당 관료를 전문 기술직의 사람으로

Ⅰ. 서론

ⅰ. 새로운 수출 분야 찾기의 필요성

1992년 삼성전자가 메모리부문에서 일본 Thshiba를 제치고 세계 1위의

메이커로 올라선 이래, 반도체 메모리 부문은 우리 나라의 대표적인 효자 종

목으로 자리 메김 했다.

반도체의 비약적인 성장은 한국 경제의 빛과 그림자를 말해 준다. 첨단

분야에 대한 세계 최고의 기술력을 확보했다는 자부심과 더불어 단일 품목

에 대한 지나친 의존성을 갖는 취약한 산업구조를 가지게 되었다. 더욱이 최

근에는 대만과 중국 등의 추격으로 메모리 반도체 분야 입지가 좁아지고 있

는 것이 현실이다. 더 이상 반도체 만으로는 우리 나라의 장미빛을 예고할

수 없게 되었다.

ⅱ. BioMEMS – 새로운 효자 종목으로서의 가능성

(1) MEMS의 정의

MEMS라는 이름(Micro-Electro-Mechanical-Systems) 그 자체로부터 알

수 있듯이 수 100 micron 이하의 크기를 가지고(Micro), 전기, 전자적인 구

동 특성을 가지며(Electro), 기계적 움직임 또는 성능을 갖는(Mechanical) 시

스템(System)이라 할 수 있다.

MEMS 기술은 반도체의 집적화로부터 비롯되었다. 1980년대 초반 전기회

로만을 집적화 시키는 반도체 칩의 장점을 기계부품까지도 확장 시켜보자는

개념이 MEMS의 탄생을 가져온다. 즉, 2차원의 실리콘 반도체의 일괄제조

공정방식을 3차원으로 확장하여 초소형 부품을 제조하고 이를 칩에 묶은 초

소형 시스템이 바로 MEMS인 것이다.

(2) 현재 BioMEMS가 시장을 주도

1980년 초에 시작한 MEMS기술은 80년대 후반 센서 기술을 중심으로 발

전하기 시작한다. 90년대 Optical switch가 각광을 받기도 하였으나, 90년대

후반 통신 분야의 적용에 대한 관심을 거쳐 현재는 BioMEMS를 중심으로 발

전하고 있다. BioMEMS에 대한 관심은 삶의 질 향상에 대한 대중의 욕구와

다른 분야에 비해 상품화가 가시적으로 예상된다는 매력이 조화된 결과라

할 수 있겠다. 이것은 <표 1>에서 볼 수 있는 시장의 변화를 통해서도 관찰

된다.

<표 1. 21세기 MEMS Market>

ⅲ. Microfluidics

– BioMEMS를 가능하게 해 주는 공학적 도구

(1) Microfluidics의 정의

Microfluidics는 이슬 방울의 수천 분의 일에 해당하는 유체를 물리학의 법

칙을 응용해 조작하는 방법을 연구하는 학문이다. 일단 유체를 조절하는 방

법을 개발하면, 유전학 연구와 신약개발에 필수적인 실험은 물론 즉시 진단

시험 등도 자동화가 가능해 생명공학과 신약연구에서 필수적인 것으로 평가

받고 있다. 많은 연구팀들이 이를 위한 장치의 개발을 시도했으나 적용분야

를 일반화하는 과정에서 대부분이 어려움을 겪고 있다.

21세기 MEMS Market

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

Year

Millions of Dolla

Inertial Measurement

Microfluidics

Optical

Pressure Measurement

RF

Other

(2) Microfluidics – BioMEMS의 공학적 도구

BioMEMS는 생명과학에 MEMS를 접목시킨 분야이다. BioMEMS에서의 주

된 문제는 소형화가 아니다. 분석대상이 유체이기 때문에 MEMS의 여타 응

용분야와는 다른 독특한 특성을 고려해야 한다. 미시세계(micro 크기)에서

유체는 거시세계와는 다른 현상을 보이는데, 이는 물체가 작아질수록 부피에

비해 표면적이 넓어져 물의 점성에 의한 영향을 많이 받기 때문이다. 또한

표면장력의 영향도 커져 물방울의 표면을 도저히 찢고 나올 수 없을 정도가

된다. 때문에 BioMEMS는 수 nL(nano liter)에서 수십 μL의 시료를 정확하게

이송, 분배, 혼합하는 미세유체제어 기술(Microfluidics)을 근간으로 하고 있

다.

ⅳ. Microfluidics의 매력

(1) 현 시대의 가치를 대변해 주는 분야

90년대 이후 우리 생활의 혁명적인 변화는 IT기술에 근본을 두고 있다. 새

로운 21세기의 혁명은 BT 기술이 가져다 줄 것으로 많은 사람들이 예견하고

있으며, 이와 더불어 NT기술이 새로운 변화를 뒷받침할 기본 기술로 많은

연구 개발이 진행되고 있다.

Microfluidics를 통해 이루어지는 BioMEMS는 생명과학의 욕구를 IT 기술

을 통해 실현하며, NT 기술을 통해 진보되는, 지금의 시대가 요구하는 전형

적인 특징을 보여 주고 있다.

(2) 경제성

① Bio 분야의 시장성 확대

세계적으로 연구가 아직 초보단계다. 그런 만큼 성장가능성은 무한한

것으로 이야기 된다. 한국산업연구원은 지난 1997년부터 2003년까지 세

계 바이오산업이 연평균 15.4 %씩 성장할 것으로 예상하고 있다. 국내도

마찬가지다. 국내 바이오산업 규모는 지난 92년만 해도 9백65억원에 불

과했다. 그러나 지난 97년엔 4천2백46억원으로 연평균 34.5%씩 성장했

다. 산업연구원은 2003년까지 국내 시장규모가 연평균 32.1%씩 성장할

것으로 내다 봤다.

② 원천 기술 확보

현재 우리나라는 원천기술 확보나 과학기술의 자립도에 대한 지표가

되는 기술료의 수입 대비 수출의 비용이 6%에 머물고 있으며, 연간 30억

달러의 비용을 선진국으로부터 기술을 도입하는데 사용하고 있다. 어느

때 보다도 원천 특허 확보를 절실히 느끼고 있는 시점이다.

원천 특허의 중요성을 나타내는 중요한 예로 CDMA 단말기를 들 수 있

다. 우리 나라는 92년부터 CDMA를 국가표준으로 정하고 상용화 사업을

추진하여 현재는 세계 최대의 수출국이 되었다. 그러나 미국의 퀄컴사는

CDMA방식의 원천기술 특허를 발판으로 무명의 벤처기업에서 세계적인

통신업체의 반열에 올랐다. 현재 퀄컴은 CDMA 특허에 러닝로열티 방식

을 적용해 국내 제조업체로부터 내수용은 5.25%, 수출용 5.75%의 기술

료(매출액 기준)를 받고 있다.

Microfluidics는 아직 이론조차 적립되지 않은 학문이다. 비록 우리 나

라가 다른 나라에 비해 늦은 것은 사실이나, 원천 기술이라는 것은 단순

히 빨리 시작했다고 해서 얻어지는 것이 아니라는 점을 고려해 볼 때, 충

분히 투자해 볼만한 가치가 있는 분야임에 틀림없다.

(3) Microfluidics – 넓은 적용 분야

Bio 분야 이외에 다양한 분야에서 microfluidics가 이용되기도 한다. 열ㆍ

유체와 접목시킨 Thermo-Microfluidics를 통해 CPU 등의 칩에 냉각기로 쓰

이기도 하며, 잉크젯 프린터기의 소량 유체 제어 기술에도 적용되기도 한다.

(4) 우리 나라에 적합한 분야

어떤 기술이 거대한 시장이 예측된다고 해서 무조건 도입하려고 하는 것

은 위험한 발상이다. 그 기술이 우리 나라의 현실을 고려했을 때 타당한지를

살펴야 한다.

우리 나라는 반도체 산업에 관한한 세계 일류 국가이다. 반도체 공정이 기

반 기술인 Microfluidics는 분명 우리의 이런 장점을 충분히 살릴 수 있을 것

이다.

Ⅱ. 본론

ⅰ. 탐방목적

우리 나라에 모든 기술이 필요한 것은 아니다. 또한 기술상으로도 그렇게

할 수 없음도 자명한 사실이다. 결국 기술은 선택해서 받아들여야 하며, 그

선택에 있어서는 우리 나라의 필요성 뿐만이 아니라, 현실과 가능성이 동시

에 고려되어야 할 것이다.

앞서 살펴본 것과 같이 Microfluidics로 구현되는 BioMEMS는 앞으로의 발

전 가능성과 시장성에서 상당히 매력적인 기술임에 틀림없다. 그러나 단순히

매력만 가지고 우리 나라가 집중적으로 투자하기에는 무리가 있다.

이에 우리는 Microfluidics에 대해 이미 많은 투자와 연구가 시행되고 있는

미국을 방문하여, 이 분야에 대한 우리나라의 가능성을 타진하고, 우리 나라

가 가지고 있는 문제와 그 해결책을 모색한다.

ⅱ. 국내 탐방

해외 탐방을 하기 전에 우리 나라 연구 기관을 탐방 또는 인터뷰를 하여,

현재 우리 나라 Microfluidics 연구의 현실을 살펴보고, 탐방 방향을 결정하

고자 하였다. 다양한 전공 관점을 확보하기 위해 전자, 기계, 재료공학을 전

공자를 고루 인터뷰 하였다, 3곳의 대학 실험실과 1곳의 기업을 선정하였다.

3분의 교수님 중 한 분은 MEMS 연구자가 아니라 사용자 입장에 있는 분(건

국대학교 이영재 교수님)을 만나 사용자의 입장에서 MEMS를 어떻게 바라보

는지를 알아보기로 했다.

(1) iCurie Lab

iCurie Lab은 MEMS, 그 중에서도 microfluidics를 전문적으로 하는 벤처

기업이다. 이미 수십여 가지의 원천 특허 기술을 보유하고 있으며, 최근에는

휴대폰용 초소형 원격수신기와 박막 마이크 시스템, Network Vehicle

Intelligent System 연구에 매진하고 있다.

① 국내 Microfluidics 연구 기업

현재 우리 나라에서 MEMS를 연구하는 기업은 대기업이 4-5개, 벤처

기업이 30-40여개가 된다고 한다. 그 중, 60% Optical 분야, 30% 정도는

design-service 분야이고, 나머지 약 10%가 Bio 분야 이나, Microflduics

을 전문적으로 연구하는 기업은 거의 없다.

② MEMS벤처 운영의 어려운 점

한국에서 MEMS 벤처 회사가 만들어지기는 제도적으로 매우 어렵다고

한다. 관련부처에서 벤처 등록 조건을 두고 있는데, 그 중 “ 매출이 있

어야 한다” “인정된 신기술이 있어야 한다”라는 조건이 있다. MEMS, 특

히 Microfluidics에 관하여는 이러한 조건이 충족되기는 매우 어렵다고 한

다. 원천 기술 조차 거의 없는 분야에서 인정된 신기술이 있을 리 없고,

안정된 매출이 있을 확률도 적기 때문이다. 때문에 우리 나라 벤처의

70%이상이 인터넷 관련 분야이고 나머지의 대부분은 식료품 업계라고

한다. 원천 기술이 기대되는 신기술에는 거의 벤처 제도의 혜택을 받지

못하는 실정이다.

③ 우리 나라 MEMS 연구규모

MEMS는 기술이 아니라 System이므로 매우 협소한 분야인 Micro

fluidics만 따로 떼어 내서 생각하기는 어렵다.

MEMS의 연구규모를 살펴보면, 현재 우리 나라에는 공정 전문가 40여

명을 포함하여 전체 MEMS를 연구하는 인력이 400명 정도이다. 한 사람

당 평균 2억 정도의 연구비가 지원되고 있는데, 이는 결코 작은 규모는

아니다. 문제되는 것은 연구비가 편중된 것과 여러 기관이 지원하는데서

오는 연구비 중복이 문제라고 한다

(2) 아주대학교 Micro Systems Lab

아주대학교 Micro Systems Lab의 책임을 맡고 계신 양상식 교수님은 국내

에서 Microfluidics 분야에서 가장 활발한 활동을 한다고 평가 받는 분들 중

한 분이다.

이 연구실은 BK21 과제인 MHP(Micro Heat Pump) 제작과 더불어, Micro

pump, Micro valve를 비롯한 다양한 Microfluidics 소자와 이를 통해 Micro

Syringe, Micro Mass Spectrometer 등의 Biomedical 응용에 적용하고 있다.

우리는 양상식 교수님을 인터뷰함으로 우리 나라와 MEMS 기술 수준을 알

아보고자 하였다.

교수님은 우리나라 기계공학분야에서 마이크로 시스템의 열, 유체 해석은

미미하며, 몇몇 곳을 중심으로 2-3 년 전부터 조금씩 시작한 상태라고 한다.

이는 물론 실험이 먼저 행해지고 이와 병행하여 해석해 보는 정도에 그치고

있으며, 외국에서는 이미 5-6 년 전부터 활발하게 연구하고 있다고 한다.

단순 구조물을 제작하는 기술 및 공정을 생각하면, 워낙 시작한지 얼마

되지 않은 학문이므로 큰 차이가 없으나 이를 응용하는 System 에서 수준

차이가 생기고 있다고 한다.

(3) 건국대학교 GPS System Laboratory

건국대학교 GPS System Laboratory는 응용 제어 시스템 분야 중 항법과

관련된 연구를 수행 중이다. 여기서 항법은 위성 관련 기술, 이동 통신, 센

서 계측, 시스템 통합이 응용되는 종합적인 학문을 말한다. 이 연구실은 국

가지정연구실사업에 선정되어 전자,정보통신 기술인 항법 분야의 선도적인

능력을 인정 받았으며 첨단 기술 분야로서 GPS/INS/CDMA가 통합된 복합

항법 시스템 구현을 목표로 이와 관련된 연구가 진행되고 있다. 최근에는

MEMS 기술에 의해 초소형 가속도계와 자이로가 개발되고 있는 것을 주목하

여 이를 이용한 초소형 관성항법시스템이 개발하여 이동통신 및 GIS 기술과

연계하는 기술을 연구중이다.

우리는 이영재 교수님을 인터뷰 함으로서 MEMS의 소비자 입장에서

MEMS를 바라보는 시각을 관찰하고자 하였다.

교수님은 MEMS 산업의 단점으로 적용분야를 찾고 있지 못한 점을 꼽았다.

MEMS가 처음 소개된 이래 경쟁적으로 작게 만드는 것은 성공하였으나, 정

작 그 작게 만든 무엇인가를 사용할 제품을 찾지 못하는 경우가 허다하다고

한다. 이는 시장성과 직접 연결되어, MEMS에 대한 투자 거품을 어느 정도

걷히게 하는 역할을 했다. MEMS로 구현되는 제품은 제작 비용이 많이 든다.

때문에 적용되는 상품 자체의 가격을 크게 증가 시켜 결과적으로는 가격 경

쟁력을 떨어뜨린다는 이야기다. 그래서 결국 MEMS가 응용되는 분야가 한정

되었는데, 교수님이 연구하시는 관성항법시스템도 그런 부분 중 한 곳이라는

설명이다.

현재 MEMS 중에서 BioMEMS가 주목받고 있는 현실도 이와 무관치는 않

은데, 고가의 MEMS 제품을 사용해도 가격경쟁력을 잃지 않는 부분 중 하나

가 생명과 관계 있는 Bio 분야이기 때문이라고 하셨다.

(4) 고려대학교 정보소자연구실

고려대학교 정보소자연구실은 Nano 분야 중 하나인 spintronics를 연구하

는 곳으로 국가지정연구실로 지정되어 있다. Spintronics이외에 optical

MEMS, Microfluidics 분야에 대해 오고 있다. 우리는 이곳에서 Stanford 나

노팹 탐방 방향을 정하고자 교수님과 인터뷰를 가졌다.

나노자성체, 나노 튜브 반도체 소자 제작, MEMS구조물 제작 등을 효율적

이고 집약적으로 제작하기 위하여 건설된 센터가 바로 나노팹이다. 나노 단

위의 극미세 세계를 연구하기 위해서는 그에 맞는 새로운 차원의 연구 장비

가 필요한데 나노팹이 그 역할을 할 것으로 기대한다. 이미 미국 일본,유럽

대만등이 모두 경쟁적으로 나노펩 건설에 나서고 있는데, 가장 앞서는 것은

미국이라고 한다. 미국은 이미 코넬, 펜실베니아, 하워드, 스탠포드, 산타바

바라 등 5개 대학에 나노펩이 설치되어 운영 중이다.

Nano, Micro 단위의 공정에 필요한 설비가 워낙 고가이기 때문에 정부 주

도로 나노펩을 일정 지역에 건설한다. 따라서 그 시설을 보유하고 있는 대학

은 물론이고, 주변 다른 대학과 기업들에게 폭 넓게 개방되어 사용되는 것을

목적으로 한다.

우리 나라도 2002년에 나노펩 건립에 들어간다. 이미 운영되고 있는 공동

연구소들은 그 시설이 있는 대학을 제외하고는 이용하기가 그리 수월치 않

은 실정이라고 한다. 나노펩 건설 이후에도 이러한 풍토가 계속된다면 나노

펩 건설의 취지가 상당히 퇴색될 것이라는데 우려를 나타내셨다.

우리는 이에 우리 나라에 건설될 나노펩을 건립 취지에 맞게 효율적으로

운영하는 제도와 태도를 스탠퍼드 나노펩 방문을 통해 알아보기로 하였다.

(5) 국내 탐방 정리

① 우리는 국내 탐방을 통해 우리 나라 실험실에서 제작한 MEMS 제품을

관찰하고 연구 주제를 살펴 볼 수 있었다. 미국 연구 기관에서 수행되고

있는 연구 주제와 비교하고 분석한다.

② MEMS 제품을 만드는데, 많은 비용이 든다. 그러나 그렇게 만든 제품

을 적용할 대상을 찾지 못하여 어려움을 겪는 예가 많다. 이를 MEMS의

한계라고 보는 시각이 있는데, 이에 대한 미국의 연구자들의 시각을 알

아본다.

③ 올해 우리 나라에도 나노팹 건설이 시작 예정이다. 이미 미국은 5개의

나노팹을 보유하고 있는데, 그 중 하나인 스탠퍼드의 나노팹을 탐방하고,

우리 나라에서 적용할 요소들을 찾아본다.

ⅲ. 해외탐방

(1) 방문기관 선정 과정

① MEMS의 특징 – 복합 System을 고려하여

흔히 MEMS를 분야가 아니라 복합 System이라는 말로 설명한다.이는

어느 한 분야를 잘 안다고 해서 MEMS를 잘한다고 할 수 없다. 이는 다

양한 전공의 관점에서 관찰해야 한다는 것을 의미한다. 이에 우리는 다양

한 전공에 소속되어 있는 연구실을 방문하여 다각도로 분석하고자 한다.

이에 기계공학에는 Purdue과 UCLA의 두 연구실을 전자공학에서는

Georgia Tech을 재료공학에서는 Stanford를 선택하였다.

② 한국과 미국의 전문가적인 비교를 위하여.

당초 계획은 접촉하는 모든 사람들을 한국 사람이 아닌 교수님들로 하

였으나, 한국과 미국의 MEMS에 대한 전문가적인 비교를 위해 양국의 상

황에 정통한 한국인 교수님을 방문하기로 하였다. 고려대학교 전자공학과

Microsystem Lab의 박정호 교수님과 iCurie Lab의 이정현 사장님의 조언

을 얻어 미국에서 활발한 활동을 하시며, 한국의 유수 대기업에도 조언을

하고 계시는 UCLA의 김창진 교수님과 접촉 허락을 얻었다.

③ MEMS에 관한 사회적 지명도를 고려하여.

우리가 처음 방문 허락을 맡은 대학은 UCLA, Georgia Tech, Purdue-

West Lafayette를 비롯하여 University of Wisconsin-madison, Canegie

mellon 등이 있었다. 모두 공대 분야의 내노라하는 학교들이지만, MEMS

에 관하여 비교 우위가 있는 학교들을 선택하였다. 탐방계획서 제출 이후

Stanford와 UC Berkeley에 허락 메일이 와서 다시 탐방 기관을 선정하였

다. 그 결과 UCLA, Georgia Tech, Purdue, Stanford, 4대학 5개 연구실을

최종 결정하였다. 이 중 특히 Stanford 와 UCLA는 미국내에서도 MEMS

에 관하여 선도적인 위치에 있다고 평가받는 곳이다.

④ 우리나라에 적용하는 관점에서.

탐방 허락 날짜가 겹치게 되어 Stanford와 UC Berkeley 중 한 곳을 선

택해야 했는데, 그 당시 국가적으로 추진 중이었던 나노팹(KAIST로 장소

확정)의 운영 방안을 살펴보기 위해 이미 성공적인 운영을 하고 있는 미

국의 5개의 나노팹 중 하나가 있는 Stanford를 탐방하기로 하였다.

(2) 탐방일정

날짜 방문기관 탐방내용

2002.7.20 한국에서 출발, 시카고 도착

7.21 West Lafayette로 이동

7.22 Purdue

Microfluidics Lab 탐방

Microfluidics기초 소자 관찰

공정실 탐방

7.23 purdue Prof.Wereley와 interview

Day 5 아틀란타로 이동

Day 6 Georgia Tech CMMT certer 탐방

Day 7 Georgia Tech

Prof. Frazier intervew

Micro analysis 관찰

의료용 microfluidics 소자 관찰

Day 8 이동

Day 9

Day 10 Stanford SNF 탐방

Day 11 이동

Day 12 UCLA Micro Systems Laboratory탐방

Micromanufacturing Lab 탐방

Day 13 UCLA Prof. Chin-ming Ho와 intervie

prof. C.J.Kim과 interview

Day 14 한국 도착

(3) 탐방내용

① Purdue (Prof. Wereley)

<사진 1. Wereley 교수님과 함께>

(a) 현재 연구 과제 소개

ⓐ 기본 소자 연구 관찰

Valve, Pump 등 Purdue에서 제작한 몇 가지 제품에 대해 관찰 하였

다 그 중 하나인 Micromixing의 원리를 잠깐 소개해 본다.

미시세계에서는 확산 및 난류가 충분히 발생되지 못하기 때문에 초소

형 유체 혼합기를 이용하여 강제적으로 난류와 확산을 일으켜야 한다.

양쪽에 mixing 을 원하는 두 액을 넣으면 이들은 섞이지 않고 각자

영역으로 흘러 내린다. 여러 힘에 의해 아래쪽으로 흘러내릴 때, 두

액을 교차 유입하면 그 안에서 또 각각 나뉘어 흐른다. 이런 식으로

계속 유입시키면 결국 ABABABABAB 와 같은 규칙으로 정렬된다. 이때

배출구의 일정부분을 따서 받아내면 mixing 된 A + B 를 얻을 수 있게

된다

<그림 1. Mixing 의 원리>

ⓑ 기본 소자를 시스템에 적용

앞에서 설명한 Micro Mixing 과 Micro detector 등을 응용하여 Cancer

Cell Detector 를 연구하고 있다.

건강한 blood 와 cancer blood 는 서로 다른 유전상수를 갖는다. 그

유전상수의 차이는 capacitor 의 차이를 이끄는 데, 이 차이를

감지함으로 특정 세포를 발견할 수 있는 것이다.

<그림 2. Cancer Cell Detector>

기초 소자와 응용 시스템이 함께 연구되고 있다는 점을 주목하자. 기

초 구조물 제작에 관해서 우리 나라 여타 Microfluidics 실험실과 다를

바가 없었다. 위에서 예를 든 Micro mixing 역시 그 아이디어는 특별한

내용이 아니다. 다만 다른 점은 이 곳에서는 응용시스템( 여기서는

Cancer Cell Detector를 예로 들었다.)에 보다 더 적합하게 적용하기 위

해 개발한다는 것이다. 이는 구조물을 단순히 작고, 좋은 성능으로 만드

는 연구가 활발한 우리 나라의 연구실과는 큰 차이를 보이는 점이라 할

수 있다.

(b) 교수님과의 인터뷰

ⓐ 발상의 전환이 필요

Microfluidics를 연구하시면서 가장 어려운 문제가 뭐라 생각하시느냐

라는 질문에 새로운 발상이 요구되는 것이라고 대답하셨다. 교수님 본

인은 정통 기계 유체흐름을 공부한 배경을 가지고 있으셨다. 그러나

MEMS가 구현되는 micro 세계에서는 거시 유체의 현상들이 상당 부분

맞지 않게 된다. 이런 문제는 개인적인 문제가 아니라 MEMS를 연구하

는 대부분의 사람들의 고민이라고 한다. 때문에 최근 Microfluidics가

대두되고 있는 근본적인 요인이라며, 그럼에도 많은 사람들이 거시 유

체의 실험값을 그대로 Microfluidics 연구에 적용시키고 있다고 한다.

발상을 전환할 줄 아는 노력만이 이 분야를 성공적으로 개척할 수 있는

열쇠라고 단정 지으셨다.

ⓑ 유체 공학 비전공자가 Microfluidics에 더 유리할 수도 있다.

Microfluidics를 연구하는데, 있어서 어떤 학과가 가장 중요하느냐라

는 질문에 선뜻 기계공학이라고 대답하셨다. 그 이유를 여쭈어봤더니

이렇게 말씀하셨다.

“ 기계 공학이 중요한 건 사실 입니다. 그러나 기계 공학 전공자가

중요하다는 것은 절대 아닙니다. 앞서 말했던 것처럼 나처럼 거시 유체

를 공부한 사람은 Microfluidics에서도 같은 개념을 적용하려고 하지요.

그렇게 해서는 문제가 잘 해결되지 않아요. 이러한 점에서 기계 공학을

전공하지 않고 이 분야를 공부하는 사람이 그런 점에서는 더 유리할 수

도 있습니다.”

② Georgia Tech (Prof. Frazier)

<사진 2. Frazier 교수님, 연구원들과 함께>

(a) 연구실 탐방

ⓐ MEMS 공정

GeorgiaTech CMMT (Center for MEMS and Microsystems

Technologies)는 MEMS device 의 구현을 위한 자체 fab 을 보유하고

있다. 그곳에서는 플라스틱 마이크로시스템에 전기적, 광학적, 유체적

기능들을 집적화 하는 새로운 방법과 세라믹과 금속에 대한 마이크로

fabrication 기술 그리고 MEMS 를 패킹하는 기술을 연구하고 있었다.

ⓑ Bio MEMS 의 구조물 제작

(ㄱ) Bio needle 의 관찰 – 결국 Microfluidics 가 관건

다양한 크기와 다양한 용도의 Bio needle 을 실제로 볼 수 있었다.

이 Bio needle 은 환자에게 주사를 통해 투약했을 경우, 통증을 거의

없게 하는 것과 약물의 낭비를 줄이기 위한 것을 목적으로 개발되고

있다. 여기서의 문제 역시 좁은 바늘로 유체(주사약)가 투약될 때

원하는 양만큼 흘러야 하는데, 그 양을 제어하는 것이 기술의

핵심이다. 또한 실용화 과정에서 문제가 되는 것이 바늘이 얇아짐에

따라 강도가 약해진다는 점인데, 강도를 강한 재료를 사용하면,

그만큼 공정이 어렵게 된다는 것도 고려해야 한다고 한다.

(ㄴ) bio analysis

의료 분야에서 시스템이 미세화 된다면, 시스템의 이동성 및

운반성이 높아지는 장점이 있다. 또한 시료의 절약으로 인해 시료

채취에서 오는 환자들의 불편함이 해소될 뿐더러 시스템 전체의 동력

소비 및 유지비용이 감소하는 장점까지 있다. 이미 상용화 되어 있는

부분도 있다고 한다.

(b) 교수님과의 인터뷰

이 center는 3명의 교수님을 중심으로 운영되고 있다. 그 중 Dr.

Frazier는 micro system의 정밀한 공정이 이루어지는 역할을 맡고 있다.

또 그는 bioanalysis systems, biomedical micro instrumentation 연구와

micro system들을 집적하고, 연계하여 하나의 통합 system으로 작동하는

것에 관심을 가지고 있었다.

ⓐ 한국의 MEMS 공정 설비와 공정 기술 매우 우수. 그러나…

뜻밖에도 교수님은 한국 사람들의 연구 결과에 많은 관심을 보이고

계셨다. 재미 과학자 중 앞으로 우리가 방문할 UCLA의 김창진 교수

님의 활동을 높이 평가하셨고, 국내 대학 중에서는 KAIST와 서울대의

연구 실적이 뛰어나다고 하셨다. 그런 논문을 근거로 생각해 볼 때,

한국의 MEMS 기술 자체는 우수한 수준이라고 평하신다. 또한 삼성전

자와 같은 세계 유수의 반도체 공정 업체가 있는 것을 근거로 공정

설비도 매우 우수할 것이라고 했다. 그러나 MEMS에 있어서 공정 설

비와 공정 기술이 전부를 말해주는 것은 아니라는 설명을 덧붙였다.

ⓑ MEMS의 한계 극복 – Bio 통합시스템의 연구

MEMS를 만드는데, 많은 비용을 소모되고, 그로 인해 마땅히 적용할

대상을 찾지 못하는 경우가 있는데, 이를 MEMS의 한계라고 보는 시각

이 있다. 이에 대해 어떤 생각을 가지고 있는지에 대해 여쭈어 보았다.

“ 얼마나 작게 만드는가가 관심사는 아닙니다. 그 보다는 만든 제품

이 얼마나 유용하게 사용되는가가 중요합니다. 흔히들 MEMS의 공정

가격이 비싸기 때문에 적용하는데 한계가 있다고 합니다. 그러나 이런

문제는 적용할 대상이 없어서라기 보다는 가격이 비싼 만큼 제 기능을

발휘하지 못하는 경우에 생깁니다. 가격에 제한 받지 않는 영역이 얼마

나 많이 있습니까. Bio부문도 하나의 예가 될 수 있겠죠. 통합시스템을

구성하면, 그만큼 다양하고 정밀한 기능을 발휘합니다. 이는 그 부문에

서 요구하는 고기능의 제품을 생산할 수 있겠죠. 다만 여기서 문제가

되는 것은 해결해야 할 변수가 많다는 것입니다.

ⓒ Center ( CMMT)의 설립 목적

크게 연구와 교육을 생각할 수 있다. 먼저 많은 연구자를 확보함으로

규모가 큰 프로젝트에도 참여할 수 있는 여건을 마련한 점이고, 대학원

과 학부 학생에게 MEMS에 대한 교육의 폭을 넓히는 데에 긍정적 역할

을 하고 있다고 말씀하신다.

한편, center의 교수진이 전기,전자, 컴퓨터 학부에 편중되어 있었는데,

우리는 이것이 단점으로 생각되었다. 먼저, 연구하는데 있어서는 대형

프로젝트를 수행하는 데는 문제가 없는 것으로 보이나 학제간의 연구

를 하는 데는 다소 비효율적으로 보였다. 현재 여기서는 주로

BioMEMS를 다루고 있어서 화학공학과와 공동 연구가 진행되고 있었는

데, 그 밖의 다른 학과와의 참여는 거의 없었다. 또한 교육적인 측면에

서는 전기, 전자 학과를 중심으로 이루어지고 있어서, 그만큼 제공되

는 교육의 범위도 그 학과에 한정되어 있었다. 이로 인해 센터 설립을

통해 기대했던 효과들을 크게 얻을 수 없게 보였다.

③ Stanford (Prof. Shan X. Wang)

NSF(National Science Foundation)에서 micro/nano 공정을 위하여 5

개의 대학에 나노팹을 설립 지원하고 있다. 스탠퍼드를 비롯하여 코넬,

펜실베니아, 하워드, 산타바바라에 이미 설립되어 있고 뉴욕 주립대에 설

립 중에 있다. 우리나라도 올해 KAIST에 나노팹이 설립될 예정인데, 이에

우리는 Materials Science and Engineering의 Shan X. Wang 교수를 통

하여 스탠퍼드의 나노펩에서 공동 연구소 운영 상황을 알아보기로 했다.

(a) SNF(Stanford Nanofabrication Facility)

<사진 3. SNF의 전경>

스탠포드 나노팹(Nano fab)은 미국의 많은 학계, 산업 종사자, 정부

연구자들이 traditional electronics device fabrication and process

characterization, 광학, MEMS, 생물학, 화학에 대해 실험을 하게 할 목

적으로 1985년에 설립되었으며, NSF(National Science Foundation)의 지

원을 받고 있다. 이외에도 20여 개에 달하는 기업이 NSF를 지원한다고

한다.

건물은 3층으로 구성되어 있는데, 10500 feet2 (약 300평) 규모의 class

100 cleanroom을 보유하고 있으며, 400명이 넘는 구성원이 있고, 그 중

150명은 SNF의 장비를 주로 활용하는 연구원들이다. 1999년 자료에 따

르면, 나노팹 구성원의 소속은 Stanford University and SLAC (61%), 다

른 학교 (13%), 기업과 정부 (25%), 나머지 (1%) 라고 한다.

ⓐ 외부 연구자들에게 호의적인 태도 – 공동 연구, 학제간 연구에 도움

나노팹에서 실험을 하고자 하는 사람들에게 그들을 도와줄 수 있는

나노팹의 연구자를 연결시켜 준다. 1층 입구에는 게시판(사진4)이 있는

데, 그 곳에서는 나노팹의 연구자들의 이름과 그 연구자들이 할애할 수

있는 시간을 적어 놓았다. 연구자 이름 옆에 실험자의 이름을 적어 놓

으면 절차는 끝난다. 이는 먼저 나노팹을 관리하는데 목적이 있고, 둘째

는 외부 사용자의 편의를 생각해 주는 점이 있으며, 가장 중요한 목적

인 셋째는 외부 연구자들과 연구 결과를 공유하고 의견을 나누는 자연

스러운 분위기를 조성하는데 있다.

MEMS에 있어서 학제간의 연구는 필수인데, 그것은 다른 전공의 사

람을 많이 만나서 학문적인 교류를 하는 것 이외에 다른 방법이 없다고

강조한다. 이러한 제도적 장치를 마련한 한 것도 그러한 맥락에서라고

한다.

<사진 4 >

나노팹 연구자들과 나노팹 이용자와 연결해 주는 게시판

ⓑ Director는 외부에서

우리 나라에서는 대학의 공동 연구소가 설립되면, 그 대학의 교수가

책임자로 임명되는 것이 관례이다. 서울대에 건립된 반도체 공동연구소

도 그 대학 교수들이 책임을 맡고 있으며, 대덕에 우리 나라 최초로

설립 추진 중인 나노팹 역시 KAIST 교수들이 주로 운영 책임을 맡을

것으로 예상되고 있다.

그러나 스탠퍼드의 나노팹은 Director를 철저히 외부 인사로 임명하

고 있는 것이 주목된다. 이는 효율적인 관리를 통해 재정 자립도를 높

이고, 불공정한 나노팹의 사용을 방지하여, 궁극적으로는 나노팹이 대

학에 종속된 기관이 아니라 독립적인 기관으로 운영될 수 있도록 돕는

것을 목적으로 한다.

ⓒ 철저한 평가가 수반됨

앞의 제도를 최종적으로 보완하는 제도다. 일정 기간 동안의 성과를

바탕으로 이 기관을 평가한다. 만약 원래의 취지를 살리지 못하고 있다

는 판단이 들면, 지원을 축소 혹은 중단한다고 한다. 때문에 나노팹이

그 대학의 부속 연구소로 전락하는 것이 아니라 지역 대학들과 기업들

이 공유할 수 있는 공동 연구소로 기능 발휘할 수 있게 되는 것이다.

④ UCLA (Prof. Chin-ming Ho)

<사진 5. Ho 교수님과 함께>

(a) 연구 분야 탐방

UCLA 의 Chin-ming Ho 교수의 연구실(Micro Systems Laboratory)은

Micro-fluidics Lab, Bio-MEMS Lab, Aero-MEMS Lab 이렇게 세 분야로

이루어져 있다.

Micro-fluidics Lab 에서는 현재 Size Effect in Microchannels,

Magnetic Micromixing, Chaotic Mixing Using DEP Force, MEMS Based

Turbulent Drag Control 등의 프로젝트가 수행되고 있다.

<그림 3. Microfluidics/Magnetic micro-mixer>

Bio-MEMS Lab 에서는 Nanoscale Motor Molecules, Electrochemical

Detection of Mismatch in Nucleic Acid (EDEMNA), Zepto-Mole DNA

Detector Using Optical Methods, DNA Stretching Using Hydrodynamic

Forces 와 같은 프로젝트가 수행되고 있다.

마지막으로 Aero-MEMS Lab 에서는 Adaptive Flow Control for MAV

Applications (Microbat), Comformable M3 Microsystems for

Aerodynamic Control (Super Gryphon) Microfluidics/Magnetic micro-

mixer 등의 연구가 진행되고 있다.

<그림 4. Microbat> <사진 6. Dynamic Stall Control>

(b) 교수님 및 연구원들과의 인터뷰

ⓐ 기초 과학의 중요성

사실 Chin-ming Ho 교수를 우리가 처음 알게 된 것은 MIT 수학과

Peacock 교수를 인터뷰한 이후다. 수학을 전공한 사람이 Microfluidics

를 전공한다는 것을 특이하게 생각하고, 기초 과학이 MEMS 연구에 기

여하는 점에 대해 문의를 했었는데, 그 때 소개 받은 논문이 바로

Chin-ming Ho 교수의 “Fluidics – The link between micro and nano

sciences and technology- “ 라는 논문이었다.

Microfluidics 연구에서 기초 과학의 중요성을 질문했을 때, 그는 이

렇게 말했다.

“ 기초 과학은 공학이 한계에 부딪혔을 때, 새로운 아이디어를 제공

해 줍니다. Microfluidics에서는 이러한 경향이 더 두드러집니다. 사람들

이 관심을 갖고 학문적으로 접근한지가 고작 5년 남짓하기 때문에 원리

나 현상에 대한 접근이 중요하죠. 예를 들어 Microfluidics에서 모델화

된 부분이 거의 없습니다. 거시 세계에서의 fluidics를 모델링한 수식을

그대로 참고하는 예가 많죠. 그러다 보니 미시 세계의 실제 모습과는

거리가 멉니다. 때문에 Microfluidics의 유체 운동을 모델링화 할 필요

가 있는데, 수학이 이러한 부분에서 제 역할을 할 수 있으리라고 기대

합니다. “

ⓑ MEMS 중심의 학교 - 커리큘럼이 존재

UCLA는 공대 부분에서 다른 유수 대학에 비해 결코 큰 대학은 아니

다. 그러나 MEMS에 관하여는 세계적으로 손꼽히는 연구 기관이다. 인

터뷰를 응해 주신 교수님들을 비롯한 구성원들도 이러한 점에 매우 자

부심을 가지고 있었다.

10년 전부터 MEMS에서의 학제간의 연구의 필요성을 느끼고, Ho 교

수님을 중심으로 다른 분야의 전문가들과 접촉을 시작했다고 한다. 이

때 Ho 교수님의 전공을 뛰어넘는 해박한 지식과 서로 다른 전공들을

원활하게 조율하는 능력이 빛을 발했다는 동료 교수님들의 평가다.

그렇게 모인 MEMS관련 교원들이 지금은 커리큘럼에 영향을 준다.

MEMS, 특히 Microfluidics에 관한 서적 거의 없음에도 대학원생들은 교

수님들이 자체 제작한 교과서를 가지고 수업할 수 있다. 학부 과정의

학생들은 MEMS를 연구한 교수님의 수업을 들을 때면, 어떤 과목이냐

에 관계없이 다양한 각도로 MEMS를 접근한다고 한다. ( 이는 아마도

MEMS가 여러 부문이 접목된 복합 System이기 때문에 가능한 것이라

고 생각된다.) 또한 교과과정 중에는 학부생을 위한 MEMS 실험이 정규

교과 과정에 포함되어 교수님을 통해 직접 MEMS 수업을 받는다. 이를

통해 학생들은 다른 대학에 비해 빨리 MEMS에 대한 구체적인 정보를

얻고, 진로 선택에 도움을 받는다. 이런 기회들 때문에 MEMS 연구실이

대학원을 진학하는 학부 학생들에게 인기 있는 연구실이라고 Mr.

Brough는 귀띔해 준다.

ⓒ 다른 학부 전공의 학생이 모여있는 실험실

Chin-ming Ho 교수의 연구실에는 다른 전공의 학생이 유독 많았다.

화학 공학을 비롯해 생명공학, 전자 공학 등 오히려 기계 공학의 학생

을 찾는 것이 드물었다. 우리 나라 학생의 눈으로는 분명 낯선 모습이

었다. 그러나 그 곳에서는 너무도 당연하고 자연스러운 모습이었다.

학부 전공과 다른 대학원 전공으로 인한 어려움이 없냐는 질문에 그

대학 학부 출신으로 화학공학과를 졸업하고 지금은 박사과정으로 있는

어떤 대학원생은 학부 시절 비록 다른 학과이긴 했지만, MEMS에 관련

된 수업은 (비록 다른과에서 개설되었더라도) 대부분 수강했기 때문에

큰 어려움은 없다고 말한다.

다양한 전공을 가진 사람이 모였을 때의 장점을 묻는 질문에는 너나

할 것 없이 새로운 지식을 접하기 용이하고, 자신이 생각지 못했던 아

이디어를 얻을 수 있었다는 점을 꼽았다. 그 중 연구원으로 있는 Mr.

Folk의 이야기가 인상 깊다.

“ MEMS는 전혀 다른 세상입니다. 현실에 있지 않는 다양한 상황들이

벌어지죠. 예를 들면 거시 세계에서는 손이 일반적인 건물 외벽에 붙는

다는 것을 상상하지 못합니다. 또 물이 끈적이는 것도 생각도 못하죠.

그러나 마이크로 세계에서는 이러한 일들이 발생할 수 있습니다. 때문

에 다양한 사고와 열려진 마음이 없다면, 발전이 없는 분야입니다. 여러

전공을 가진 동료들과 같이 있는 것은 생각의 폭을 넓히는데 매우 유익

합니다.”

⑤ UCLA (Prof. Kim)

<사진 7. CJ Kim 교수님과 함께>

(a) 현재 연구 테마 소개

Electro-Mechanical Systems (MEMS)는 현재 학교내에서 중점적으로

지원되는 분야 중 하나로, 기계 및 항공 공학, 전자공학, 재료공학 등이

함께 모여 연구가 이루어지고 있다. 이 곳에서의 MEMS 연구는

design 과 공정, 시스템의 해석, sub-millimeter scale 의 장치를 개발하는

데 주력하고 있다.

현재 관심을 가지고 있는 연구 테마로는 다음과 같은 것들이 있다.

� Pneumatically Driven Microcage

� DNA Microarray Stamping

� Electrostatically Driven Mercury Microdrop as a Memory Cell,

� Micro Liquid Manipulation Based on Electro Wetting on Dielectri

� Micro Fuel Cel l

� Micro Battery

� Aerogel MEMS

(b) 교수님 및 연구원들과의 인터뷰

ⓐ 반도체 장비의 고급화 – MEMS 공정의 필수 조건은 아니다.

실험실 탐방 도중 MEMS에 관한 세계적인 연구력을 자랑하는 UCLA

의 클린룸을 관찰하다가 의아하게 생각 드는 부분이 있었다. 반도체 라

인이 그다지 좋아 보이지 않는다는 생각 때문이었다. 탐방 전에는,

UCLA의 반도체 라인은 우리가 지금까지 관찰해 온 어느 대학보다도 월

등히 좋은 것이라고 생각했기 때문이다. “ MEMS 공정에 있어서 좋은

반도체라인은 필요없어요” 라고 박사과정의 Dr. Cho는 말한다.

우리 나라가 MEMS 공정 시설에 있어서는 세계 최고라고 한다. 세계

제일의 메모리 생산, 기술 보유국이기 때문에 보유하고 있는 공정 설비

역시 최고급이다. 그러나 MEMS 개발에 있어서 공정 장비의 고급화가

반드시 필수적이지는 않다고 한다. UCLA의 경우 클린룸의 성능이 그다

지 좋지 않아서 순도가 높은 C-MOS를 생산하지 못하는 상태라고 한다.

MEMS 개발에 있어서 순도는 필요 없다. 또한 장비의 고급화는 더 높

은 자동화를 말해 주는 것이므로 창의적인 MEMS 생산에 방해가 될 개

연성이 있다고 한다.

MEMS의 개발에서 장비의 문제는 그다지 중요한 문제가 아니다. 그

보다는 장비를 사용하는 사람의 태도가 중요하다고 한다.

ⓑ 학제간의 연구는 MEMS 개발의 필수적 요건

- 공대를 뛰어 넘어 기초과학, 의학 부분까지 공동 연구

교수님은 MEMS, Nano 분야에서 더 이상 전공을 따지는 것은 무의미

하다고 잘라 말한다. 가령 양자컴퓨터를 만든다고 생각해 보자. 기계와

화학의 경계가 무너진다. 분자 하나가 곧 기계이기 때문이다.

앞서 말한 것처럼 UCLA에서는 다른 곳보다 먼저 학제간의 연구를 위

한 준비를 해 왔다고 한다. 80년대 말부터 시작하여 다른 학문과 연계

한 프로젝트를 수행한 결과 지금은 어느 곳보다도 매끄러운 학제간의

공동 연구가 이루어지고 있다고 자신 있게 이야기 한다.

학제간의 연구에 무슨 노하우가 있을까 하여 “ 그냥 같이 연구하면

되는 거 아닌가요?” 라는 질문에 그 동안 겪었던, 힘들었던 점에 대해

서 이야기 해 주셨다.

“ 처음에는 공대 내에서 공동 연구를 했지요. EE(전기,전자)와 같이

연구를 하는데, 용어가 틀린 거예요. 예를 들어 우리는 E라고 하면 에

너지를 말하는데, 그 곳에서는 전기력선으로 알아듣거든요. 그 후

Scientist와 같이 연구를 하는데, 여기서는 공대 내에서 보다 더 많은

문제가 생기더라구요. 언어 뿐만이 아니라 사고 방식에 큰 차이가 있어

요. 우리는 응용에 관심 있는데, 그 쪽 사람들은 우리는 무시하는 문제

에 대해서도 관심을 가져요. 의사들과 같이 연구할 때가 가장 힘들었는

데, 그 사람들은 MEMS 제품을 단순히 환자에 적용할 생각만 합니다.제

품의 기능에만 관심이 있지요..공동 연구를 계속해 가면서 MEMS 연구

에 적합한 사람들을 선별하고, 또 연구가 진행되어 가면서 서로의 부분

을 이해함을 통해 지금의 팀이 만들어졌습니다. 물론 특별한 노하우는

없습니다. 다만 오랜 시간이 필요한 작업이죠.”

ⓒ 한국과 미국의 가장 큰 차이 - 기술 관료가 국가 과학 정책을 담당.

미국에서 프로젝트를 발주하는 기관이 담당자를 정할 때는 반드시

그 분야를 전공한 사람에게 맡긴다. 이를 통해 연구비와 연구 성과를

효율적으로 관리할 수 있다.

한국에서는 근래에 와서 기업에서는 이러한 어느 정도 원칙이 지켜

지고 있으나, 정부에서 발주한 것은 거의 지켜지지 않는다. 이는 제대

로 된 평가가 이루어지지 않아 효율적인 연구가 이루어지기 힘들게

하는 원인이 된다.

ⓓ Microfluidics 미국 기업의 기업들.

- 대기업과 벤처 각각 장단점이 있어

작년 경우에는 Microfluidics를 연구하는 기업들 중 벤처를 비롯한 중

소 기업이 월등히 많았으나, 미국 경기 침체로 인해 작은 기업 중 상당

수가 사라져서 올해에는 비율이 거의 1 : 1이 된다고 한다.

대기업과 벤처 중 어느 형태가 유리한가에 대한 질문에는 각각이 장

단점이 있을 뿐이라고 이야기 하셨다. 대기업은 관련 분야와 연계하여

개발한 Microfluidics 제품을 상업화하는 능력, 자금력, 풍부한 인력에서

우위를 가지고 있는 반면, 벤처는 변화에 능동적인 대처 능력으로 인한

기술적 순발력에서 앞선다는 점을 들었다. 각각의 장점을 골고루 취하

는 노력이 중요할 것이라고 말씀하셨다. 미국에서 기술적 가능성을 보

고 벤처에 투자하는 대기업의 예, 또 관련 벤처를 연합하여 하나의 조

합을 만듦으로 벤처 기업의 약점을 극복하는 예가 미국 내에서 종종

이루어지고 있다고 한다.

Ⅲ. 결론

ⅰ. 탐방 내용 정리

(1) BioMEMS의 과제

① Microfluidics에 대한 이론화

Microfluidics 분야에 대한 정확한 이론 수립이 중요함

- 기초과학의 보다 적극적인 참여가 요구됨.

② 기초 소자를 적용할 수 있는 Total system의 개발.

- 학제간의 연구가 중요.

③ 상업화

- 응용할 수 있는 부문을 적극적으로 개발할 필요

(2) Microfluidics이 대두되는 원인

: 거시 세계와 다른 유체의 특성이 BioMEMS의 가장 큰 문제로 부각

(3) 반도체 장비가 우수한 점은 장점은 될 수 있으나, 필수 조건은 아님

① 현재의 MEMS 공정은 높은 순도를 원하는 것이 아니기 때문

② 너무 우수하여 많은 부분이 자동화된 공정 장비는 MEMS를 창의적으로

설계하는데 오히려 방해가 됨.

(4) MEMS 연구자들이 가장 필요로 하는 것은 열려진 사고 방식

① Micro 세계는 거시 세계와 다른 특징을 보임.

- 거시 세계에서는 상상하지 못한 일들이 벌어진다. 고정 관념을 가

지고 문제에 접근하면 해결하지 못함.

② MEMS의 특징 – 복합system

- 다양한 전공의 관점에서 접근 필요

(5) Microfluidics 연구에서 기초 소자에 대한 연구와 더불어 그 것을 적용할

수 있는 시스템에 대한 연구가 함께 필요

(6) MEMS로 특성화된 학교의 장점

① 학제간의 연구가 용이해짐

② 커리큘럼의 확보 - 전문인력을 양성하는데 유리

(7) 학제간의 연구는 MEMS의 필수 조건

- MEMS는 복합 System이기 때문

(8) 학제간의 연구를 정착시키기 위해서는 많은 시간이 필요

: 학과 마다 용어가 다르고, 사고 방향이 다른 것이 가장 큰 문제

(9) 학제간의 연구에 있어서도 제도적 뒷받침.

① Georgia Tech, UCLA : 공동 center운영

② Stanford : 나노팹을 통해 공동 연구 기회 제공

③ MEMS 연구과제를 제안할 때, 다른 전공의 사람들과 팀을 이루어 제안

하는 것을 의무화 하거나 가산점을 받음.

(10) 탐방한 모든 실험실에서 다른 학과 학생의 대학원 입학에 매우 호의적

이었으며, 이는 자신의 실험실을 위해서도 긍정적인 일이라고 생각함.

(11) Stanford 나노팹의 운영

① 외부 사용자가 개인 담당자를 가지고 나노팹의 시설을 사용

(a) 자연스런 공동 연구가 수행될 수 있음.

(b) 외부 사용자에 대한 배려.

② 외부 기관의 철저한 평가 – 처음 설립 취지를 유지하게 함

(12) 미국의 MEMS 기업 중 대기업과 벤처의 비율이 1: 1.

MEMS 연구에 있어 대기업과 벤처는 각각의 장단점을 가지고 있다. 각

각의 장점을 살려나가는 것이 중요하다.

ⅱ. 제언

(1) 대학

① MEMS 단과 대학, 특성화 대학의 필요성

UCLA의 MEMS 연구실은 한국에서 하고 있는. 일부 학과 중심의 몇몇

사람들이 모인 센터가 아니라 전공을 초월하여 MEMS에 필요한 모든 분

야를 포함하는 MEMS 단과 대학의 개념이다. 우리는 여기서 한국의

MEMS 특성화 대학을 제안한다.

이것은 다음의 네 가지 문제를 동시에 해결할 수 있다.

첫째, 학제간의 연구가 원활히 이루어질 수 있다는 점이다.

앞서 말한 것처럼 MEMS는 복합시스템 이다. 학제간의 연구가 없이는

불가능하다고 해도 과언이 아니다.

학제간의 연구라는 것은 서로 다른 배경을 사람이 만나서 공통 과제를

해결해가는 과정이다. 이는 각자가 다른 사람의 배경을 이해해야 한다는

것을 말해준다. 이는 많이 만나는 것 이외에 다른 방법이 없다.

특성화 대학은 학제간의 벽을 허물고, 자연스럽게 교류할 수 있는 제도

적인 틀을 만들어 줄 수 있을 것이라고 생각된다.

둘째, 다른 전공에 대한 이해를 높일 수 있다.

MEMS를 연구함에 있어서, 다른 전공에 대한 이해는 필수적이다. 이는

학제간의 연구가 원활히 수행되기 위해서도 선행 되어야 할 조건이기도

하다.

최근 조사에 의하면, MEMS 인력의 31%가 MEMS 기술관련 재교육을

필요로 하고 있으며, 특히 전자, 재료, 기계 전공의 인력들의 생물, 화학/

화공 분야의 기초 교육을 필요로 한다고 알려져 있다. 이는 현재 MEMS

연구자들이 다른 전공에 대한 이해의 필요를 절실히 느끼고 있다는 점을

보여주는 좋은 예일 것이다.

특성화 대학은 MEMS에 초점이 맞추어져 있으므로, 연구자들이

MEMS 관련하여 다른 전공을 이해하는데 도움을 줄 것이다.

셋째, MEMS 인력을 원활히 생산할 수 있다는 점이다.

가까운 미래에 우리는 심각한 MEMS 인력난을 가질 것으로 판단되고

있다. 최근 국내 19개 MEMS 연구기관을 대상으로 실시한 설문조사에 의

하면, 현재 91% 및 71%가 각각 현재 국외 및 국내 인력의 신규영입에

어려움을 겪고 있다고 한다. 또한 현재 국내에는 약 400명의 인력이 활

동 중인데, 2010년까지 전체 MEMS 인력의 수요는 약 1000 – 2000명 수

준으로 연평균 100-200명의 MEMS 인력의 수요가 예상된다고 한다. 그

러나 현재 국내 10여 개 대학에서 배출되는 MEMS 신규 인력은 연간 60

여명에 지나지 않는다.

이렇게 인력난을 겪을 것으로 예상되는 중요한 이유 중의 하나는

MEMS에 관심 있는 학생들이 많지 않다는 것에 있다. MEMS 관련 연구실

은 우리 나라 대학생에게 인기 있는 곳이 아니라는 점이 이를 반증해 준

다. 이는 MEMS기술이 학생들에게 매력을 끌지 못해서라기 보다는

MEMS 자체를 모르는 학생들이 많기 때문이다.

특성화 대학은 커리큘럼을 확보하는데 유리하다. 커리큘럼이 대학생에

게 전공을 소개할 수 있는 가장 강력한 도구임을 생각해 볼 때, MEMS에

관한 관심 증대와 더불어 전공 인력을 생산할 수 있는 훌륭한 수단이 될

수 있다.

넷째 각 전공별 고른 MEMS 인력을 확보할 수 있다.

인력의 수의 부족과 함께 대두되는 문제가 편중된 인력 분포이다. <표

2> <표3>에서 보는 바와 같이 우리 나라 MEMS 인력의 대부분은 전자,

재료, 기계 전공자들이 절대적으로 많다. 더 심각한 것은 앞으로 수급 될

인력 (현재 국내 대학 연구실에서 MEMS를 전공하는 석,박사급 인력)의

거의 대부분이 이들 학과에 집중되어 있다는 사실이다. 이는 우리 나라

대학에서 MEMS를 연구하는 곳이 전자, 기계, 재료를 제외하고는 거의

없다라는 것을 말해 준다.

BioMEMS의 연구에 있어서 생물, 화학,물리 등 다른 전공의 참여는 반

드시 필요하다. MEMS 특성화 대학에서는 이런 학과 중심의 연구실을 만

드는데 촉매 역할을 할 수 있어서, 궁극적으로는 이들 전공의 인력을 증

가시키는 기반이 될 것이다.

<표 2. 현재 국내 MEMS 연구인력> <표 3. 예상되는 신규 MEMS 연구인력>

대학이 적극적으로 나서야 할 때

신기술은 우리를 기다려주지 않는다. 하루가 다르게 변화한다. 결국 시

간이 문제다. 현재의 대학 지원 방법, 특성화 대학 지정의 방법으로는 이

시간을 극복하기가 어렵다.

재료19%

기계18%

화학/화공9%

물리7%

생물4%

전자43% 기계

33%

재료10%

전자57%

현재의 특성화 대학은 정부가 주도하고 있다. 대학이 정부 수준에 맞추

어 놓으면 정부는 특성화 대학으로 지정하고 지원금은 지원한다. 대학은

그 지원금에 맞추어 교원을 증가하는 수준이다. 이런 과정은 많은 시간을

요구한다.

이번에는 대학이 주체적으로 나서보자. 현재 가장 절실히 필요한 것은

MEMS 인력 확보이다. 이에는 많은 특성화 대학 보다는 단시간 내에 커

리큘럼이 제대로 갖추어진 하나의 좋은 대학이 설립되는 것이 중요하다.

대학이 자발적으로 시대의 변화에 부응해야 한다. 공동 프로젝트의 차원

을 넘어서 규모가 있는 한 대학을 만들자. 대학간의 빅딜이 가장 적절한

방법이 될 것이다. 이런 적극적인 방법을 통해 이미 활동하고 있는 연구

인력을 한 곳으로 모아야 할 것이다.

② 다른 전공에 대한 배타적인 태도가 없어져야

우리가 방문한 모든 대학의 교수들은 자신의 연구실에 다른 전공의 학

생이 들어오는 것을 환영했다. 단순히 들어와도 괜찮다라는 수준이 아니

라, 들어오는 것이 자신들에게 도움이 될 수 있다라는 뜻을 강하게 비추

었다. 이는 우리 나라의 상황과는 사뭇 다르다. 우리 나라 대부분의 대학

연구실은 같은 대학, 같은 전공의 학생들로 채워진다. 우수한 대학교라고

평가되는 곳일수록 이러한 경향은 더욱 강하다. 같은 대학, 같은 전공이

아니라면 입학과정부터 차별을 받는 경우도 비일비재하다.

다른 전공을 알기를 원하고, 다른 전공의 사람과 함께 일하기를 원한다

면 다른 전공에 대한 배타적인 태도부터 없어져야 할 것이다.

(2) 기업

정부와 학교에서 MEMS 기술을 발전시키는데 주도적인 역할을 하지 못한

다면, 기업이 그 역할을 주도적으로 감당해야 한다. 현재 우리나라 MEMS

기술에 대한 기업의 투자는 다른 나라, 특히 미국과 비교해서 매우 적은

상황이다.

MEMS, Microfluidics 투자가 성공적으로 이루어 진다면, 최대의 수혜자

는 다름 아닌 투자한 기업이 됨을 먼저 인식하자.

① MEMS 관련 종합 전자 메이커 육성

원천 기술 획득의 노력과 함께 상용화를 위한 노력도 같이해야

기존의 원천 기술을 상용화한 예 중에 CDMA 기술을 생각해 보자. 삼

성전자가 CDMA를 상용화하기 전까지 그것은 쓸모없는 기술이었다. 그러

나 상용화 된 이후에는 퀄컴과 함께 삼성전자에도 막대한 이익을 가지고

왔다. 경제적인 이익 뿐만 아니라, 종합 전자 메이커로 도약하는 계기를

만들어 준 것이다.

최근 우리는 원천 기술의 중요성을 강조한다. 이는 우리에게 가장 절

실한 문제이기도 하다. 그러나 그렇다고 해서 원천기술을 상용화하는 일

을 소홀히 해서는 안 된다.

“MEMS 관련 종합 전자 메이커” 로의 도약은 원천 기술에 대한 연구와

함께 상용화를 위한 노력을 제도적으로 가능하게 하여, 보다 많은 수입을

창출할 수 있도록 도와 줄 것이다.

응용 시스템에 대한 연구

현재 MEMS 기술의 당면 과제는 MEMS 제품 응용할 수 있는 기존 제

품이 없다는 것에 있다. 이는 MEMS 분야 자체를 개발함과 동시에 그것

을 응용할 수 있는 시스템 개발의 필요성을 의미한다.

응용 시스템의 발전이 없으면 MEMS 기술의 발전도 없다. “MEMS 관련

종합 전자 메이커” 는 응용 시스템에 대한 연구를 가능하게 하여 MEMS

의 영역을 한차원 넓히는 데 기여 할 것이다.

불황에도 지속적으로 MEMS에 투자 가능

“MEMS 관련 종합 전자 메이커”는 지속적인 성장을 가능하게 한다. 이

는 메모리 반도체 분야에서 일본 전자 업체가 미국 전자 업체들을 추월

한 예를 통해 알 수 있다. 경제학자들은 80년대 일본 업체들이 미국업체

를 추월할 수 있었던 원인으로 NEC, Toshiba 등이 기업의 수직적 통합을

통한 안정적인 수요의 확보를 든다. 이를 통해 일본 기업들은 반도체 관

련 가전 제품의 매출을 확장 시킴으로 자신들이 생산한 반도체의 일정

부분을 자체 수요를 통해 소비할 수 있게끔 하였다. 때문에 반도체 분야

가 불황기에 있어도 고정된 소비가 존재하므로 지속적인 매출을 가능하

게 하였고, 그로 인해 반도체의 투자를 지속적으로 할 수 있었다. 이는

일본 기업들의 고도 성장의 바탕이 되었다.

이는 MEMS에도 동일하게 적용될 수 있다. “MEMS 관련 종합 전자 메

이커” 는 불황기에도 지속적인 투자를 가능하게 하여 MEMS 성장의 속도

를 계속 유지할 수 있는 기반을 제공할 것이다.

② 인적 투자

투자의 대상 중 가장 중요한 것은 인적 자원이다. 현재 한국 학생의 상

당수는 MEMS, Microfluidics에 관해 거의 모르는 실정이다. UCLA에서

MEMS 커리큘럼을 가질 수 있었던 것도, Stanford의 나노팹에서 공동 연

구를 할 수 있었던 것도 GeorgiaTech과 Purdue에서 학제간의 공동 연

구를 할 수 있었던 것도 MEMS를 아는 사람이 있어서 가능했다.

사람이 없으면, 기업도 없다. MEMS, Microfluidics의 사람을 키우는 일,

대학과 더불어 기업에서도 보다 적극적인 역할이 요구된다.

③ 대기업의 벤처에 대한 투자

현재 반도체 경기의 침체로 많은 반도체 라인이 가동하지 못하고 있다.

기존에 기술을 가지고 있는 벤처 기업에게는 상당히 유리한 상황이다. 그

러나 문제는 자본을 구하기 어렵다는 점에 있다.

누구나 알고 있는 기술이라면 상품성으로서의 가치는 그만큼 떨어진다.

그래서 MEMS 벤처에 투자하는 일에는 그 회사가 현재 일반적으로 검증

된 기술을 가지고 있느냐가 판단 기준이 되어서는 안 된다. 그보다는 그

회사의 기술적 역량 자체가 주 평가 요소가 되어야 한다.

또한 MEMS 벤처 투자에는 중장기적인 지원이 있어야한다. DNA Chip

을 연구하는 미국 Microfluidics 기업 Nano gen을 예로 들면, 사업 시작

후 7년이 지나서야 투자비용을 회수 할 수 있었다고 한다.

전문가의 정확한 평가 없이 MEMS 벤처에 투자하는 일은 거의 불가능

하다. 이런 이유로 현재 한국에서는 MEMS에 투자가 가능한 곳은 몇몇

대기업 이외에는 없다.

매년, 한국의 유수 대기업들은 벤처를 지원한다는 명목으로 상당한 액

수의 투자액을 약속한다. 그러나 그것이 실제로 집행되는 정도는 절반정

도에 불과하다.

벤처 투자는 확실한 계산 하에 이루어지는 도박이다. 흔히 벤처의 성공

확률을 5%로 본다. 실패를 감수하고 과감하게 투자에 뛰어들자. MEMS

벤처가 성공한다면, 가장 이익을 얻는 곳 중 하나는 바로 투자한 기업이

될 것이다.

(3) 제도

① 공동 연구소의 운영 - 나노팹의 건립을 시작하며

스텐포드의 나노펩에서 가장 인상 깊었던 것은 다른 대학과 다른 기업

의 연구 활동에 대하여 매우 호의적이라는 것이다. 여기에는 원칙이 있고

원칙이 충실히 지켜지고 있는 점이 큰 역할을 하고 있다.

우리 나라의 공동 연구소의 가장 큰 문제는 다른 대학 사람들에게 배

타적이라는 것이다. 지금 건설되고 있는 나노팹에서도 그러한 모습들이

나타나 원래의 취지가 흐려지는 것이 아닌가 하는 우려를 하는 사람도

있다.

우려되는 문제를 해결하려면, 나노팹과 그것을 유치한 대학간의 철저한

분리가 있어야 한다. 먼저 재정적으로도 독립된 기관이어야 하며, 그를

바탕으로 상주하는 연구원들도 나노팹의 취지에 맞는 사람들을 선발해야

한다. 이를 위하여 스탠퍼드 대학의 나노팹에 적용되는 제도들은 좋은 참

고 사항이 될 것이다.

② 담당 관료를 전문 기술직의 사람으로

UCLA 김창진 교수님이 지적하신 우리 나라와 미국의 큰 차이점이다.

MEMS 관련 프로젝트에 MEMS 전문가를 담당자로 임명하면 두가지 문제

에 도움을 줄 것이라고 생각된다.

(a) 연구비 낭비를 막는다.

현재 우리 나라의 MEMS 투자 규모는 연구 인력에 비해서 결코 작은

편이 아니라고 한다. 그러나 중복 투자와 연구비 편중으로 효율적인 운

영이 필요성이 제기되고 있다. 이는 제안 과제와 제안 기관을 정확히

평가하는 사람이 없이는 불가능하다. MEMS 전문 기술직 담당 관료를

늘리고, 그들을 MEMS 기술에 적절히 공급하는 일은 투자액을 몇 배

늘리는 일 만큼 중요한 일일 것이다.

(b) 벤처 제도의 개선 가능

현재 MEMS에서 벤처를 창업하기에는 등록 제도가 너무 까다롭다는

말을 한다. 그리고 이를 개선하고자 하는 목소리가 높다. 제도 개선에

있어서는, 단순히 등록절차를 간소하게 한다고 모든 문제가 해결되지는

않는다는 것을 알아야 한다. 그로 인한 부작용도 만만치 않기 때문이다.

유연한 대처가 필요하다.

각각의 기술에 대하여 행정상의 유연함을 생각하자면 그 기술에 정통

한 사람이 그 기술에 한하여 평가할 수 있는 여건을 만들어 주어야 한

다. 평가를 정확히 할 줄 아는 사람 없이 관련법을 유연하게 하는 것은

악용될 소지만 높일 뿐이다.

MEMS 기술 관료가 MEMS 벤처를 평가한다면, 제안한 과제가 얼마나

전망 있는 기술인지 그리고 그에 맞는 기간과 비용이 어느 정도인지를

올바르게 평가하여 그에 적절한 지원이 가능하도록 할 것이다.