다중스케일시뮬레이션으로 차세대 성장 동력 초석 다져
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다중스케일시뮬레이션으로 차세대 성장 동력 초석 다져
  • 공동취재단
  • 승인 2009.12.08 16:42
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국내·외 우수한 교수진 확보, 세계수준의 연구 및 교육 선도로 경쟁력 제고

21세기 지식산업에 기반을 둔 과학기술시대가 도래함에 따라 학문간 통섭이 활발해지고 제품 개발 주기가 빠르게 변화하는 등 하루가 다르게 급성장하고 있다. 또 오늘날 컴퓨터의 성능은 인간의 오감의 한계를 뛰어넘는 영역에 대한 접근이 가능해질 만큼 급속도로 발전함에 따라 계산할 수 있는 영역도 매우 다양해지고 넓어졌다.

▲ 김문기 교수는 최근 해석 전용 웹서버인 KOSMOS(KOrea Sungkyunkwan MOrph Server)를 개발해 성균관대 WCU 다중스케일시뮬레이션 사업단의 명성을 공고히 다지는데 빛을 발하고 있다.
하지만 대상시스템의 원자단위 거동까지 구체적으로 모사할 수 있는 분자동역학 해석 기법은 뛰어난 실사능력에도 불구하고 시간적·경제적 제약에 따라 극히 소수의 경우에만 사용되고 있으며, 적은 컴퓨터 성능을 요구해 상대적으로 효율적인 연속체모델링 기법 역시 나노 및 바이오 기능성 소재 개발과 같이 원자 또는 분자 단위의 역학 관계를 상세히 이해해야 되는 경우에 있어서는 그 적용에 한계를 지니고 있다. 이에 20세기말까지 자연과학과 공학문제 해결에 있어서 주로 활용되어왔던 실험 위주의 연구개발을 탈피해 시스템의 미시적 특성을 이론적으로 분석해 볼 수 있으면서도 나노, 마이크로, 매크로와 같이 서로 다른 스케일들 간의 융합 연구가 가능한 컴퓨터 시뮬레이션 기반의 다양한 공학 해석 및 설계 기법 개발이 시급하다는 목소리가 높아지고 있다.

시뮬레이션 기반 공학 연구 양성의 메카
지난 2008년 12월 출범된 성균관대학교 WCU 다중스케일시뮬레이션사업단(http://wcu.skku.edu/nanobiosim)은 정부와 미국과학재단의 후원아래 한국, 미국, 일본, 대만, 호주 등 전 세계 유수의 연구기관을 연결한 국제 공동 시뮬레이션 기반 공학 연구 클러스터 설립 및 글로벌 인재 양성을 목표로 다양한 연구 활동을 펼치고 있다.
특히 이곳은 김문기 교수 연구팀이 독자적으로 개발한 탄성 네트워크 이산모델링과 Wing Kam Liu 교수 연구팀의 다중스케일 연속체모델링을 통합한 다중스케일 다중역학 시뮬레이션 기법 개발을 통하여 최첨단 복합소재 개발 및 약물전달물질 설계, 신약 개발 등에 기여해 대학의 국제화 및 연구경쟁력 제고에 이바지 하고 있다.
그 일환으로 김문기 교수의 지도하에 성균관대 기계공학부 계산생명공학연구실은 기계적인 모델링 및 해석 기법을 이용하여 DNA 또는 RNA 등 유전물질과 더불어 인체의 생명현상을 관장하는 단백질의 구조 및 생물학적 기능 사이의 관계를 규명해 나가고 있다. 이를 통해 알츠하이머병이나 파킨슨병을 유발하는 단백질의 구조 변화 원리를 원자 수준에서 이해하는 학문적 발전은 물론, 연구 결과를 활용한 치료법도 제시할 수 있도록 각고의 노력을 아끼지 않고 있다. 아울러 다중스케일 다중역학 시뮬레이션 기법을 이용해 나노 다이아몬드 기반 유방암 진단 및 치료제 개발에도 만전을 기하고 있다. 이에 이곳에서는 신소재인 나노 다이아몬드의 표면 처리를 통해 암세포 선택과 약물 투여라는 기능을 인공적으로 부여하는 것을 목표로 연구 개발 활동에 심혈을 기울이고 있다. 실제로 암세포만 선택적으로 잘 선별해 약물을 투여할 수 있는 시스템이 개발된다면, 패치형태로 암세포 제거 부위에 적용을 하여 절제 부위를 최소화하고 동시에 전이 가능성도 효과적으로 낮출 수 있다. 때문에 나노 및 바이오 기능성 소재 개발 과정에서 시행착오를 최소화시키기 위해서는 다중스케일 다중역학 시뮬레이션을 통한 사전 해석 및 결과 예측이 필수불가결 할 만큼 그 당위성과 필요성에 대한 인식이 높아지고 있다.

자타가 공인하는 최고의 브레인들 집합소

▲ 국내 최초로 다중스케일시뮬레이션 기술 연구팀에 선정된 성균관대학교 WCU는 핵심기초이론 분야에서 세계적 수준의 국가 경쟁력 확보를 목표로 정부와 미국과학재단의 후원아래 한국, 미국, 일본, 대만, 호주 등 전 세계 유수의 연구기관을 연결한 국제 공동 시뮬레이션 기반 공학 연구 클러스터 설립 및 글로벌 인재 양성을 목표로 다양한 연구 활동을 펼치고 있다.
성균관대 WCU 다중스케일시뮬레이션 사업단은 연구역량이 높은 해외학자들과 국내 연구진들을 바탕으로 미래 성장 동력인 나노 및 바이오 기능성 소재 개발에 박차를 가하고 있다. 이를 위해 이곳에서는 전산연학 분야 석학인 미국 노스웨스턴대학의 Wing Kam Liu 교수 연구팀과 함께 WCU 국제공동연구를 수행하고 있다.
특히 나노, 바이오, 물리, 재료, 기계 등 공합 및 자연과학 전반에 걸쳐 약 2,000여 명 이상의 학자들이 참가하는 World Congress on Computational Mechanics (WCCM) 회장을 역임할 만큼 세계적인 석학으로 정평이 나 있는 Wing Kan Liu 교수가 성균관대 WCU연구팀에 참가해 기술개발연구에 활기를 띠고 있다. 지난 30여 년간 총 340여 편에 이르는 논문을 게재하고, 발표한 논문의 피인용 횟수 합계만 해도 5,300번을 상회할 정도로 자타가 공인하는 우수한 실력을 갖춘 Wing Kam Liu 교수는 비선형 유한요소해석 기법 개발에 있어서는 국내·외를 불분하고 최고의 권위자라고 말할 수 있을 만큼 수많은 업적을 남겼다. 세계 최초로 개발한 Immersed 유한요소법이 그 대표적인 예로서 이를 통해 Wing Kam Liu 교수는 고체와 유체가 공존하는 다중역학 문제를 해석할 수 있도록 하는데 큰 공을 세웠다. 현재 Wing Kam Liu 교수는 분자동역학에서 일반적인 유한요소법에 이르는 다양한 전산해석 기법들을 총 망라한 다중스케일 연속체 이론 정립 및 응용 연구에 매진하고 있으며, 새롭게 개발된 전산해석 기법들을 실제 교육 현장에 반영하기 위해 총 3권으로 구성된 전산역학 교재를 집필해 학생들의 원활한 연구 활동에 일조하고 있다.
▲ 전산연학 분야 석학인 미국 노스웨스턴대학의 Wing Kam Liu 교수가 성균관대 WCU 국제공동연구를 수행하고 있어 기술개발연구에 활기를 띠고 있다.
아울러 이곳의 지도 교수이자 국내 과학기술산업의 향상을 선도하는 대표적 인재인 김문기 교수의 탁월한 지도력 역시 성균관대 WCU 다중스케일시뮬레이션 사업단의 명성을 공고히 다지는데 빛을 발하고 있다. 김 교수는 최근 해석 전용 웹서버인 KOSMOS(KOrea Sungkyunkwan MOrph Server)를 개발해 온라인상에서 누구나 손쉽게 탄성 네트워크 모델링을 활용한 단백질의 동특성 해석을 실시간으로 수행 할 수 있게 하는 것은 물론, 세계적 수준의 교육 프로그램 확충을 목표로 다중스케일 시뮬레이션 관련 학제간 융합 교과목들을 새롭게 개발해 Wing Kam Liu 교수와 공동으로 강의를 진행하고 있다. 이 강의 동영상 역시 WCU OCW(open course ware)를 통해 일반인에게도 무상으로 제공되고 있다.
이처럼 탄탄한 교수진과 우수한 교육 시스템을 자랑하는 성균관대 WCU 다중스케일시뮬레이션 사업단은 지난 8월 시뮬레이션 기반 공학 연구와 관련한 제 1회 WCU 국제 워크샵을 개최해 국내외 전산역학 관련 연구진의 교류의 장을 제공하고 일본 최고의 학자에게 수여되는 일본천황상을 수상한 전산시스템 병렬화 부문 석학인 Genki Yagawa 교수 연구팀과 삼차원 다중스케일 다중물리 시스템 병렬화에 관한 한·미·일 공동연구에 착수하게 되는 성과를 올리는 등 국내 기초이론 분야의 연구력을 세계적 수준으로 끌어 올리는 동시에 국제적 명성도 떨치고 있어 앞으로의 성균관대 WCU 다중스케일시뮬레이션 사업단의 행보에 귀추가 주목된다.


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