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- 마이크로 유체유동 및 혼합해석의 연구
- 서용권 교수(동아대학교 기계공학부)
- ̸ :yksuh
dau.ac.kr - : 산학협력관216호(RS216)
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2. 20년간 카오스 혼합(chaotic mixing)에 대한 연구를 해오셨는데요. 국내에서 카오스 이론을 공학에 응용한 경우는 다소 생소합니다. 연구하시게 된 계기가 궁금합니다.
안녕하세요. METRIC 회원 여러분, 해가 점점 짧아지고있는대요, 이렇게 계절이 바뀌듯 학문의 흐름이나 연구동향도 변화하기 마련이죠? 오늘 인터뷰에서는 늘 끊임없는 배움과 연구를 통해 새로운 도전을 하시는 동아대학교 기계공학부 서용권 교수님을 만납니다. 교수님은 지난해 중소기업과의 공동연구를통해 건축폐기물을 효율적으로 재활용할수있는 신기술을 개발하셔서 산학협력연구의 모범사례로 꼽히기도 하셨습니다. 현재 국가지정연구실인 마이크로 유체유동 및 혼합해석 연구실을 운영하시는 등 활발한 연구활동을 하고 계십니다. 그럼 함께 만나보시죠.
1. 지금 교수님께서 하고 계시는 연구주제와 내용에 관해서 간단히 말씀해주시기 바랍니다.
현재 제가 운영하고 있는 연구실의 이름이“마이크로 유체유동 및 혼합연구실"입니다. 4-5년 전까지는 전산유체역학실험실이었는데 국가지정연구실 사업을 신청하는 과정에서 연구실 이름을 바꾼 것입니다.그러나 이 두 가지 이름이 모두 저희 연구실이 수행하고 있는 연구사업의 내용이나 방법을 그대로 잘 나타내고 있기 때문에 연구원들이 양쪽을 혼용해서 쓰더라도 무관하게 생각합니다. 그래서, 저희 연구실에서 주로 수행하고 있는 연구를 함축적으로 표현하자면, 마이크로 유체유동의 현상을 유체역학적인 측면에서 연구하되 주로 수치해석적인 방법으로 연구하고 있다라고 말씀드릴 수가 있겠습니다. 여기서 마이크로 유체유동은 Microfluidics를 번역한 것이죠. 때로는 마이크로 유체소자로도 번역되지만 이것은 초창기 때 얘기이고 지금은 대부분 마이크로플루이딕스를 그대로 사용하거나 혹은 “마이크로 유체유동”이라고 하죠. 다음으로, 수치해석 방법이라 함은 잘 아시겠지만 컴퓨터 프로그램을 사용하여 물리적 현상이나 공학적 데이터를 획득하는 방법을 말하고 있죠. 사용하는 컴퓨터 프로그램은 저희들이 직접 개발한 In-House 프로그램을 위주로 하고 경우에 따라서는 상용 프로그램도 사용하고 있습니다.
마이크로 유체유동 분야의 연구성과는 현재 굉장히 넓은 분야에 적용될 수 있습니다. 특히, 바이오 칩은 대표적인 응용분야이고 어쩌면 Microfluidics를 연구하는 사람들은 모두 이 바이오 칩을 개발하기 위해 혹은 그 개발에 필요한 기초연구로서 연구를 수행하고 있다고 말해도 과언이 아닐 정도입니다. 극단적인 예로서, 땀 한 방울, 피 한 방울을 그 칩에 주입함으로써 수십분 혹은 수분 내에 그 사람의 질병을 진단하거나 유전자 감식을 가능하게 한다는 얘기죠. 그런데 이러한 칩 개발을 위해서는 칩 자체를 만드는 것도 중요하지만 그 내부에서 일어나는 샘플이나 용액들의 유동을 아주 정밀하고 섬세하게 제어하지 않으면 안됩니다. 여기에는 그러한 물질을 한 곳에서 다른 곳으로 보내는 pumping 기술도 중요하고, 지정된 곳에서 생화학반응이 빠른 시간 내에 잘 일어나도록 하는 혼합 즉 mixing 기술도 중요하고, 한 물질을 다른 물질로부터 분리하는 separation, 그리고 분리된 물질이나 생화학 반응의 결과를 관찰하는 detection 기술들이 모두 다 중요합니다. 물론 이러한 기술들은 상업화를 염두에 두고 개발되어야만 하기 때문에 성능도 우수하지만 제작하기도 쉽고 쓰기에도 간편한 그런 칩의 요소가 될 수 있도록 노력해야죠. 그 다양한 기술 중에서 저희들은 혼합이 가장 큰 관심거리이기 때문에 이쪽에 초점을 맞추어서 연구를 수행하고 있습니다. 그 외에 산업체가 필요로 하는 연구사업도 간혹 수행하고 있죠.
제가 카오스를 접하게 된 것은 박사학위 과정에 있을 때인 1980년대 초반부터입니다. 저의 지도교수가 응용수학 분야를 전공하고 후에 이론유체역학을 연구하신 분인데 박사과정을 지도하시면서 제게 카오스 이론을 수시로 언급해 주셨습니다. 그 당시에는 카오스 이론을 주로 수학이나 물리학 하는 사람들이 관심 있게 연구하였는데, 응용보다는 재미가 있으니 연구를 많이 하고 있었던 것입니다. 예를 들면, 주식시장이나 화학반응 혹은 유체유동이 일어나는 어떠한 동적 시스템이 있을 때 학자들은 주어진 시간 후에 어떠한 일들이 일어나는지 예측하고 정량화하는 일에 관심이 있죠. 그런데 이 경우 카오스 이론은 “짧은 시간 후에 일어나는 일은 어느 정도 예측이 가능하지만 시간이 좀 지나면 예측이 불가능하다”라는 것을 결론으로 제시하는 것이죠. 즉 내일 주가가 얼마나 상승할 것인가라는 해답 대신에 그 예측은 근본적으로 불가능하다 라는 사실을 결론으로 내리는 것입니다. 즉 “답이 없다” 라는 사실 자체가 답이 되는 것이죠. 그래서 기상학을 연구하는 사람이나 일기예보를 하는 사람들이 카오스 이론을 즐겨 인용하였는데, 오늘 우후 날씨는 예측이 되고 내일도 어느 정도 가능하지만 모래 날씨는 거의 예측이 불가능하다라는 카오스 이론이 그들의 틀린 예보를 정당화하기 때문이라고 책에서 읽은 기억이 납니다. 전공용어를 써서 표현하자면, 카오스 현상은 주어진 동적 시스템의 해가 초기조건에 민감하게 변하는 현상이라고도 말할 수가 있습니다. 그래서 날씨를 다시 예로 들자면, 내가 한 여름에 대청 마루에 앉아 더위를 식히기 위해 부채를 부칠까 말까 하고 고심하다가 부채를 사용한 경우와 그대로 참고 사용하지 않은 경우는 그 후의 날씨에 큰 차이를 줄 수 있다는 것이고, 이러한 효과를 사람들은 나비효과라 부르죠. 북경에서 한 마리 나비의 날개 짓 때문에 플로리다 해안에 허리케인이 발생할 수 있다는 얘기죠.
제가 공학도로서 이러한 카오스 이론에 흥미를 느낀 이유는 또 다른 데 있습니다. 불교에서 '회자정리'라는 말이 있잖아요. 즉 만나면 헤어지고 또 헤어지면 다시 만날 수 있다는 오묘한 불교의 진리를 이 카오스 이론이 뒷받침하고 있다는 사실입니다. 예를 들어서, 갖힌 공간 내에서 흐르고 있는 유동장 내에 두 입자를 매우 가까이 놓고 흐름에 맡기면 두 입자 사이의 거리는 시간과 더불어 기하급수적으로 멀어지게 됩니다. 그러나 유체는 갖혀 있기 때문에 두 입자는 언젠가는 다시 만나죠. 그래서 1980년대 말에 대한기계학회지에 제가 카오스 이론에 대해 소개하면서 동양사상의 일면과도 일치한다고 언급하였었죠. 그런데 이 카오스 이론을 어떻게 하면 과학이나 공학에서 이용할 수 있을까 하고 여러 분야에서 시도를 하였는데 저는 유체 혼합에 응용하는 연구를 수행하게 되었습니다. 그 당시에는 낮은 레이놀즈 수의 유동이 그렇게 중요하게 취급되지 않았기 때문에 그다지 큰 인기가 없었습니다만, 지난 10여년 전부터 마이크로 유체 세계에서는 혼합이 매우 중요한 이슈라고 인식되면서 많은 연구자들이 카오스와 관련지어 혼합에 관한 연구를 수행하고 있습니다.
3.
그렇다면, 카오스 혼합(chaotic mixing) 원리와 특성을 기계공학에 응용해 기대할 수
있는 효과와 실용화할 수 있는 분야는 무엇인가요?
혼합이라고 하면 단적으로 말해서 두 가지 이상의 물질이 섞이는 것을 의미하죠. 두 가지 예를 대비적으로 들어보겠습니다. 첫 번째 예는, 굴뚝에서 흘러나온 연기가 공기와 뒤섞여 결국 형체도 없이 되어 버리는 형상이고, 두 번째 예는 어떠한 미소한 양의 바이오 물질을 미소한 크기의 마이크로 채널 내에서 다른 생화학 물질과 섞어서 그 반응을 보는 것입니다. 여기서 첫 번째 예에서는 스케일이 매우 커서 스케일에 비례하는 레이놀즈 수가 몇 십만 혹은 몇 백만 정도로 아주 큽니다. 이렇게 큰 레이놀즈 수에서 유체흐름은 복잡한 난류의 형태가 되고 따라서 굴똑의 연기는 가만히 두어도 저절로 주위 공기와 혼합이 잘 이루어지는 것이죠. 그러나 두 번째 예에서는 스케일이 매우 작고 레이놀즈 수도 이에 따라 매우 작습니다. 이렇게 작은 레이놀즈 수의 흐름은 난류가 아닌 층류가 되므로 유체입자들은 자기의 층을 절대 벗어나지 않고 다른 층을 침범하지도 않습니다. 따라서 혼합이 잘 안되죠. 물론 층과 층 사이의 점성작용 때문에 분자의 열적운동에 따른 확산이 일어나기는 하지만 그러나 생화학물질의 경우에는 분자가 커서 이 효과도 거의 기대할 수 없는 형편입니다. 여기서 microfluidics 연구분야에서 매우 중요한 issue가 나옵니다. 즉, 마이크로 혹은 나노 스케일의 층류 유동에서 어떻게 하면 혼합이 잘 일어나게 할 수 있을까라는 문제입니다. microfluidics를 바이오 칩에 응용하려면 이 문제를 해결하지 않으면 안 되는 것입니다.
그런데, 다행히도 카오스 혼합(chaotic mixing)을 연구한 사람들이 희망의 등불을 비추어 주죠. 즉, 카오스 혼합(chaotic mixing)의 연구결과에 따르면 층류임에도 불구하고 난류에 못하지 않은 혼합효과를 기대할 수 있는 유동설계가 가능하다는 것입니다. 이것을 카오스 혼합(chaotic mixing)이라고 하죠. 저는 1990년부터 이러한 문제에 깊이 있게 다가가서 연구를 수행하였고 몇 가지 단순한 경우에 대해 그 가능성을 제시한 바 있습니다. 특히 인상적인 것은 유체의 속도장 자체는 매우 단순하고 규칙적이며 혼합에 별 효과가 없을 것처럼 보이는데, 막상 입자들의 궤적을 추적해 보면 그 자취는 매우 복잡하고 불규칙적이며 예측 불허의 거동을 보이면서 결과적으로 아주 양호한 유체혼합이 일어난다는 사실입니다. 이러한 의미에서 카오스 혼합(chaotic mixing)의 현상을 다른 말로 Lagrangian turbulence 즉 라그랑지 난류라고도 하고 있죠. 앞에서 제가 회자정리의 불교진리를 언급하면서 초기에 매우 가까이 있는 두 입자는 시간과 더불어 급속히 멀어진다고 하였습니다. 그리고 멀어진 두 입자는 다시 만나게 된다고 하였습니다. 이것이 바로 카오스 혼합(chaotic mixing) 원리의 핵심입니다. 혼합이란 결국 활발한 입자의 교환이라 말할 수가 있겠는데, 가까이 있는 입자는 그 동안 서로 충분한 교감을 하였기 때문에 성질이 비슷해졌으니 다른 데로 보내고 대신에 멀리 있는 입자는 성질이 다르기 때문에 가까이 끌어당겨 교감을 통해 서로 비슷해지도록 하는 것이죠. 여기서, 핵심은 어떻게 하면 이렇게 카오스 혼합(chaotic mixing)이 되도록 유동을 만들 것인가의 문제죠.
카오스 혼합(chaotic mixing)의 원리가 유체공학에 기여할 수 있는 부분은 크게 두 가지 관점에서 설명드릴 수가 있겠습니다. 하나는 조금 전에 제시한 바 있지만 카오스 혼합(chaotic mixing)을 유도할 수 있는 유동설계의 문제입니다. 카오스 현상을 수학이나 물리학의 입장에서 연구한 사람들이 카오스 현상의 핵심원리를 가장 쉽게 설명하기 위해 Horse-shoe map 즉 말굽사상이라는 동적 시스템을 제안한 바 있는데, 이것은 물질을 늘이고 접는 stretching-folding의 과정을 반복하면 최초에 매우 가까이 위치한 두 입자는 시간과 더불어 급속히 멀어져서 불과 수차례 반복과정 뒤에는 입자가 어디 가 있을지 예측할 수 없다는 예측 불가능성을 보여주게 됩니다. 이러한 기초 개념이 카오스 혼합(chaotic mixing)에서는 그대로 적용됩니다. 즉 라그랑지 관점에서 보았을 때 유체 뭉치를 어떻게 하면 stretching-folding의 과정이 반복되도록 할 것인가를 생각하고 그렇게 되도록 유체유동을 고안한다면 카오스 혼합(chaotic mixing)은 가능한 것입니다.
카오스 혼합(chaotic mixing) 의 원리가 유체공학에 기여할 수 있는 두 번째는 혼합의 효과를 정량화하는 일입니다. Microfluidics의 혼합을 연구하는 사람들은 많은 경우 혼합지수라는 양으로 혼합효과를 비교하려고 하는데 경우에 따라서는 이것이 효과적일 수도 있지만 엄밀하게 분석해 보면 맹점을 갖고 있습니다. 즉 초기에 두 물질이 어떻게 나누어져 있는가, 예로서 수평으로 나누어져 있는가 아니면 수직으로 나누어져 있는가에 따라 혼합지수의 크기가 달라지기 때문에 이는 올바른 정량화라 볼 수가 없죠. 그런데 카오스 혼합(chaotic mixing)에서는 리야푸노프 지수를 도입하여 혼합효과를 정량화합니다. 그래서 엄밀한 의미의 혼합효과 정량화를 위해서 리야푸노프 지수를 사용하는 것이 바람직하고 더불어 지역에 따른 혼합효과의 비교를 위해서 Poincare 단면법을 사용하는 것이 바람직하다고 말할 수가 있죠. 즉, 카오스 혼합(chaotic mixing)에서 개발한 두 가지 정량화 도구가 유체공학에 기여하고 있다고 말할 수가 있죠.
4. 근래에 들어 MEMS에 대한 관심도 높아지고 연구도 활발해졌는데요, 교수님께서 연구를 시작하신 때에는 미개척 분야였을 것이라고 생각됩니다. 다른 사람들이 가지 않은 길을 처음 가면서 겪게 되는 시행착오, 그리고 꾸준한 연구를 통해 얻게 되신 노하우가 있습니까?
MEMS를 우리말로 번역하면 “초소형 전기기계 시스템”정도가 되겠죠. 처음 이 개념이 등장하였을 때는 주로 어떻게 하면 작은 기계를 만들 수가 있을까 하는 fabrication의 문제가 주된 관심사였습니다. 그러다가 이것을 과학이나 각종 공학 분야에서 응용하려는 시도가 뒤따랐습니다. 그 중에서, 화학공학에서는 이것을 복잡하고 큰 스케일의 화학적 분석실험을 소형화하려는 아이디어와 접목하게 되었고 이러한 초소형 분석 시스템을 micro TAS라고 부르죠. 한편 생명공학 분야에서도 화학공학에서 시도하는 것과 유사하게 복잡한 공정을 MEMS의 도움으로 소형화하자는 시도가 있었고 이러한 것을 BioMEMS라 부르고 있습니다. MicroTAS든 BioMEMS든 유체가 필수적으로 사용되기 때문에 Microfluidics의 역할이 이 경우 매우 크게 인식된 것입니다. 그래서 지금은 꼭 그런 것은 아니지만, MEMS라 하면 유체유동이 크게 중요시 되지 않은 초소형 기계의 설계 제작의 개념이 주된 것이고, Microfluidics라 하면 유체유동이 중요시되는 초소형 장치의 유체역학적인 분석이 주된 내용이라 말할 수 있겠죠.
제가 MEMS에 관심을 둔 것은 2000년대 초반쯤입니다. 그 때까지는 주로 카오스 혼합(chaotic mixing)이나 회전유동에 많은 관심을 가졌었는데, 이제는 보다 응용 쪽으로 눈을 돌려야겠다는 생각과 함께 범세계적인 연구추세에 맞추어 변신을 할 때라 생각하고 MEMS Handbook이라는 Gad-el-Hak의 저서를 구입하고는 본격적으로 공부를 시작하였습니다. 그런데 알고 보니 이 책은 Microfluidics에 관한 내용은 별로 없고 관련 학회에 자주 다니면서 누가 무엇을 어떻게 연구하는지 눈여겨보기 시작했습니다. 한편, 저희 연구실에 박사과정 학생 한 명이 Microfluidics에 관심을 가지면서 자기 스스로 마이크로 채널 같은 것을 뚝딱뚝딱 만들기 시작했어요. 그리고 전극을 심어서 전해질의 펌핑에 대한 실험도 수행하였습니다. 동시에 T자형 마이크로 채널에다가 바닥에 블록을 심어서 혼합을 증대시키는 실험도 수행하였습니다. 이러한 것들이 반복되면서 차츰 제가 모르는 것이 무엇인지 그리고 무엇을 공부해야 하는지를 알게 되더라고요. 특히 이 분야 논문을 읽을 때는 타 학문분야의 기초 지식 부족으로 이해가 되지 않는 부분이 허다하여 답답했습니다. 그래서 고등학교에서 배운 이 후로 전혀 관심을 두지 않았던 기초화학과 기초전기학을 새로 공부하기 시작하였습니다. 그 동안 물론 실적이 나오지 않은 것은 당연하고요. 그리고 제가 공부한 내용은 그대로 실험실 학생들에게 전수하여 빠른 시간 내에 모든 연구원들이 필요한 기초 지식을 쌓도록 유도하였습니다. 또한 같은 학교 내 화학과의 교수님을 초빙하여 기초 전기화학을 배우기도 하였습니다. 그렇게 하니 조금씩 이 분야 논문들이 이해되기 시작하더라고요. 논문이 읽혀지니 다른 사람들이 연구한 내용을 그대로 따라서 해 볼 수도 있고 나아가 우리의 새로운 아이디어를 실현시키는 것도 가능하였습니다.
제가 볼 때는 약 2년간은 교수가 아닌 학생이다 생각하고 연구가 아닌 공부를 한 것 같아요. 물론 배워도 배워도 끝이 없는 게 학문이라 하듯이 아직도 저희 실험실은 바이오 분야의 기초 지식이 많이 부족합니다. 그래서 이번 겨울 방학 동안에는 같은 학교의 생물학과 실험실을 빌려서 생물공정 실습도 하고 기초생물학을 배우려고 계획하고 있습니다. 이처럼 타 분야 학문과의 접목이 필요한 경우 혹은 공동연구를 하고자 하는 경우에는 해당분야의 기초 지식을 상당한 수준까지 알지 않으면 대화가 되지 않기 때문에 학제 간 연구도 제대로 수행되지 않는다고 생각합니다. 그래서 상호 공통된 부분을 넓힐수록 원활한 연구수행과 더불어 좋은 연구 성과를 기대할 수 있을 것입니다. 혹자는 이 경우 다른 분야 연구까지 세세히 알 필요가 없다고 주장합니다만, 저는 그 반대입니다. 그 분야 내용을 알면 알수록 더 창의적이고 수준 높은 연구가 되지 않을까 생각합니다.
5. 지난해 12월 초, 개발하신 건축폐기물을 효율적으로 재활용 할 수 있는 기술이 환경신기술 제223호로 등록되었습니다. 이러한 기술을 개발하기 위해서는 환경에 대한 남다른 관찰과 관심이 있었을 것으로 생각됩니다. 연구 과정에 대해 말씀해주십시오.
이 기술의 사용권은 현재 연구비를 부담한 기업체가 보유하고 있고 저희는 연구에 참여하여 신기술 인증 획득하는데 중요한 기여를 하였을 뿐입니다.
현재 갈수록 건축폐기물이 증가하고 있으며 따라서 이를 처리하는 일이 환경문제와 관련하여 매우 중요한 것으로 인식되고 있습니다. 그런데 이러한 건축 폐기물은 상당한 부분을 재활용할 수 있다고 합니다. 그 중에서 폐기물 속에 포함된 모래와 자갈은 분리만 잘하면 훌륭한 건축 자재로 재활용할 수 있다고 합니다. 문제는 어떻게 하면 이러한 것들을 적은 비용으로 분리를 잘 할 수 있겠는가 하는 것이지요. 그래서 이 분야 업체들은 여러 가지 아이디어를 적용하여 갖가지 분리기를 설계하고 제작하고 있는데요.
저희에게 연구 과제를 제안한 기업체도 새로운 기술을 인증받기 위해 기존 장치의 현황과 이를 개선하기 위한 방안 연구를 저희 실험실에 의뢰하게 된 것입니다. 그래서 약 2년간 이에 대한 연구를 수행하였는데, 의외로 기업체는 학교를 믿었고 연구 결과를 상당히 높은 수준까지 이해하면서 상호간의 신뢰가 쌓이게 된 것이지요. 그래서 저희도 열심히 연구하여 기존의 장치보다 성능이 월등히 우수한 분리기를 개발하게 된 것입니다. 그래서 기업체는 그 성과를 환경신기술 획득으로 연결 지었고 현재 이로부터 제품 판매 실적이 급격히 상승하였다고 들었습니다.
그런데 이 연구과정에 있어서 특별히 말씀드리고 싶은 것은, 실험은 한 번도 하지 않고 순전히 수치해석과 이론해석에만 의존하여 연구를 수행했다는 사실입니다. 물론 실험 데이터 없이 수치해석 데이터만을 기반으로 해서 제품을 설계하고 그 성능을 예측하는 것은 일면 모험이라고 생각되지만 기업체 입장에서는 실험장치 제작에 소요되는 비용이라든지 시간이 너무 아까운 거죠. 그래서 연구시작부터 실험은 하지 않고 수치해석만 수행한다는 조건을 제시하였고 우리도 그 조건을 수용하였습니다. 그런데 다행이랄까요, 성능이 훨씬 더 우수할 것으로 예측한 신제품을 실제 만들어 사용하니 과연 그 분리효율이 구제품과는 비교도 안될 만큼 월등히 높다는 것이 입증되었습니다.
6. 교수님께서 책임자로 계신 ‘마이크로 유체유동 및 혼합해석 연구실’이 국가지정연구실(NRL; National Research Laboratory)로 선정되어 운영되고 있습니다. 2005년에 NRL 사업에 선정이 되고 5년 과정으로 진행 중에 있으면서 여러 과정을 거쳤을 텐데요, 이러한 국책사업을 진행하는데 있어서 가장 어려운 점은 무엇입니까?
먼저 국가지정연구실 사업의 가장 두드러진 특징은 잘 아시다시피 5년간의 연구기간 가운데 처음 2년 혹은 3년 뒤에 그 동안의 연구 성과를 놓고 단계 평가를 한 뒤에 그 점수를 바탕으로 전체 과제 중에서 하위 20%는 무조건 탈락시킨다는 제도에서 찾을 수 있습니다. 그러다 보니 선정되었을 때의 기쁨은 잠시이고 늘 단계평가에서 탈락할 수도 있다는 긴장감이 연구원들을 괴롭히죠. 아마도 그래서 그런지는 모르지만 지금까지 한국과학재단과 학술진흥재단이 마련하여 실시한 연구과제 시스템 중에서 가장 성공적이고 모범적인 연구과제 시스템이라는 평가를 받은 것으로 알고 있습니다. 그리고 상당 수의 다른 연구지원 시스템도 현재 이 시스템을 모방하고 있는 것으로 알고 있습니다.
이제 NRL 수행과정에서 어려웠던 점을 짚어 보겠습니다. 그다지 큰 어려움은 없었지만 굳이 찾아내라고 한다면 첫 번째는 연구 인력의 확보입니다. NRL 연구과제 규모에 비하여 학생들의 수가 그 당시 적었기 때문에 하루 빨리 연구원 확보를 하는 것이 급선무였고 저는 이를 위해서 외국인 대학원생과 외국인 포스트 닥 유치로 해결하였습니다. 그래서 현재까지 3명의 중국인 학생 1명의 베트남학생들이 실험실을 거쳐 갔고 1 명의 인도교수가 1년간 포스트 닥을 하였습니다. 특히 외국인 학생들을 두니까 매주 실시하는 주례 실험실 회의를 영어로 할 수밖에 없고 그러다 보니 한국인 학생들의 영어실력이 저절로 늘어나는 것 같아서 그게 또 다른 좋은 점으로 작용하는 것 같습니다. 또 영어실력 향상을 위해 매월 TOEIC을 의무적으로 치도록 하고 있는데 이것도 학생들의 취업률을 높이는 계기가 되지 않을까 생각하고 있습니다. 그런데 연구 인력과 관련하여 한 가지 아쉬운 점은 실험실의 연구수행과 관련하여 전반적인 연구 관리를 할 Project Manager가 없다는 점이며 이것이 NRL 수행에서 제가 현재도 겪고 있는 두 번째 어려운 점입니다. 물론 연구책임자인 제가 그 역할을 해야 하기 때문에 늘 학생들의 연구진행 현황을 살펴보고 지도하며 실험실의 제반 시설관리나 연구보고서 작성, 홈페이지 관리 등에 관여하다 보니 제가 연구할 시간이 많이 뺏긴다고 할까요. 특히 지방 사립대의 뻔한 사정을 감안하면 연구책임자인 제가 직접 연구를 수행하는 일은 당연하다고 생각하기 때문에 전체 연구과제 중에서 한 두 과제를 직접 수행하다보니 연구과제 관리가 다소 소홀해 질 수밖에 없는 것 같습니다. 따라서 연구 기능과 관리 기능을 모두 겸비한 박사급 Project Manager가 있으면 하는 바램이 큽니다.
7. 실험실을
거쳐간 학생들은 주로 어떠한 직장에서 근무하고 있으며 실험실에서
배우고 익힌 지식이나 테크닉들이 현장에서 어떻게 활용되고 있는지
궁금합니다. 그리고 졸업한 학생들의 모습 속에서 기계공학이 변화 되어가는
양상 또한 느끼셨으리라 생각됩니다. 앞으로 기계공학의 질적·양적
발전을 위해 필요한 인적, 사회적 혹은 제도적 변화가 무엇이라고 생각하십니까?
제가 동아대학교에 부임한지 올해로 23년째이네요. 그 동안 저의 실험실을 거쳐 간 학생들이 많고 또 이들이 다양한 직업 활동을 하고 있습니다. 가만히 보면 이 학생들의 취업이나 취업 후의 활동은 순전히 개인적인 능력에 달려 있지 않나 생각합니다. 예를 들면 외국어 수행능력에 따라 학생들의 직장 수위가 정해진다든지 그 동안 개별적으로 쌓아놓은 연구 실적에 따라 그리고 인터뷰 때의 답변에 따라 부서가 정해진다든지 하는 등을 보면 지도교수가 누구냐 어느 학교를 나왔는가 보다는 학생 개인의 능력과 취향에 따라 그것이 좌우된다고 생각합니다. 그런데 자기가 학교에서 배우고 익힌 지식이나 테크닉을 꼭 활용해야 하겠다고 한다면 그 만큼 더 시간을 두고 직장을 선택해야 하겠죠. 그렇지만 일단 입사 후에 자기가 하고 싶은 분야의 일을 할 수 있다면 그만큼 더 좋은 경우는 없겠죠. 제 연구실에서 공부를 마치고 나간 학생 중에는 그런 경우도 제법 있습니다. 즉 실험실에서 배운 CFD 사용기법이나 유체역학의 기초 지식을 제대로 활용함으로써 회사로부터도 능력을 인정받고 스스로 자기성취감도 느끼는 것 같습니다. 물론 Microfluidics 분야는 아직 산업화 초기 단계이므로 연구원들의 수요는 그렇게 많은 편이 아니라고 생각됩니다만 가까운 장래에 이들의 수요가 필히 증가할 것으로 내다보고 있습니다.
저는 기계공학과가 공대의 그 많은 학과들 가운데서도 약방감초 성격의 학과라는 말에 늘 공감하고 있습니다. 즉 어느 곳이나 언제라도 기계공학도가 필요하다는 말입니다. 공업화가 우리들의 살길이라 내다본 1970년대에 우리는 자주국방과 기계공업발전의 기치아래 창원에 대단위 공업단지를 설치하였고 동시에 자동차/조선 산업 발전을 위한 범국가적 지원이 이루어지면서 기계공학도의 수요가 엄청나게 늘었다고 생각합니다. 울산의 화학공단에도 화학공학도만 필요한 것이 아니라 기계공학도도 필수적으로 투입되고 있습니다. 전자공학과만 제외하면 한 때 기계공학과보다 더 잘 나가던 학과들이 대부분 뒤로 밀리거나 오르락내리락 하는 데 비해 기계공학과는 늘 공대 내에서 2-3위를 유지하고 있으니 약방의 감초라는 말이 실감나는 것이죠. 그래서 우리 기계공학 전공은 타 학과와 비교할 것이 아니라 다른 나라와 비교하면서 산업 전반에 걸친 문제점들을 분석하고 이를 해결하기 위한 대처 방안을 강구한다든지 미래의 살길을 모색해야 한다고 봅니다.
8. 연구실에서 보내는 시간이 많으실 텐데요. 배움과 연구의 전문가이신 교수님이시기에 가까이에서 대학원생들을 바라보는 마음이 남다르실 것 같습니다. 선배로서, 그들에게 바라는 연구 자세나 조언의 말씀 부탁드립니다.
조금 전에도 잠시 언급하였지만 대학원생들의 취업에서 영어실력이 의외로 걸림돌이 되는 경우가 많습니다. 비록 영어를 배우는 시간만큼 연구에 투자하는 시간이 줄어들 수도 있겠지만 졸업 후 취업을 위해서는 어쩔 수 없이 어학에 신경을 쓸 수밖에 없는 것 같아요. 또 어차피 논문을 읽으려면 영어가 필수이니 연구를 위해서라도 확실히 배워 두는 게 좋겠죠.두 번째는 전공분야 외 다른 이웃 분야에도 관심을 가지고 경우에 따라서는 심도 있게 공부할 필요가 있다는 것을 강조하고 싶습니다. 물론 실험실의 연구 성격이 학제 간 공동 연구의 형태라면 두 말할 나위 없겠습니다. 제가 대학원 과정을 공부할 때는 전공분야에 깊이 들어갈수록 더 바람직한 것으로 여겨졌고 따라서 주위 다른 사람들의 연구내용에는 거의 관심을 두지 않아도 전혀 문제될 것이 없었습니다. 그러나 요즈음은 새로운 분야에 뛰어들기 위해서는 이웃하는 학문분야와의 공통점을 찾고 연계하지 않으면 안 되기 때문에 기계공학 전공자라도 생물학이나 화학을 필수적으로 해야 하지 않나 생각됩니다.
세 번째는 개인별로 좋아하는 운동 하나는 꼭 배워서 일과의 하나로 생활화하는 것이 좋을 것입니다. 공부나 연구도 체력이 뒷받침 되어야 하기 때문입니다. 제가 미국에서 대학원 다닐 때는 근처에 사는 한국 유학생이 거의 매주 주말마다 저의 집에 모여서 탁구를 치고 술도 한잔 하고 했는데 그게 체력증진에 큰 도움이 되었고 또 한 주 동안의 스트레스를 푸는데 안성맞춤이었던 것 같습니다. 요즈음은 야구를 좋아해서 주말마다 실험실 대학원생들을 운동장에 집합시켜 캐치볼이나 배팅으로 몸을 풀도록 하고 있습니다.
끝으로, 연구에 임하는 자세로서 끈질긴 자세를 강조하고 싶습니다. 한 과제를 붙들고 조금 연구하다가 안 되면 바로 포기해 버리고 다른 과제로 방향을 전환한다든지 하면 좋은 성과를 기대하기가 어려울 것입니다. 그렇게 쉽게 성과가 나온다면 이미 다른 연구자들이 성과를 내놓았을 가능성이 많기 때문에 오히려 연구할 가치가 없는 경우가 허다할 것입니다. 물론 한정된 기간 내에 연구 프로젝트를 수행하고 성과를 내기 위해서는 발 빠른 방향전환이 때로는 필요하겠습니다만 그렇지 않은 경우에는 끈덕지게 물고 늘어지는 연구자세가 매우 중요하다고 생각됩니다.
9. 현재까지 기계공학 분야의 인재를 양성하고 학자로서 연구 활동에 몸담고 계시는데요, 교수님만의 좌우명 혹은 신조가 있으신가요?
교수는 선생이자 학자입니다. 이 두 가지 기능은 상호 보완적이기 때문에 어느 것이 다른 것보다 더 중요하다는 식의 논리는 성립되지 않습니다. 가르쳐 보지 않으면 학문의 진정한 이해는 불가능하며 또 연구하지 않으면 새로운 분야의 지식을 습득하거나 전수하지 못하므로 대학 선생으로서의 가르치는 기능을 제대로 발휘할 수 있다고 보기 어려울 것입니다. 저는 이 두 가지 기능 중에서도 선생의 기능은 의무적으로 중요시해야 한다고 생각합니다. 연구는 스스로 학문적 호기심에 끌려서 수행하는 경우가 많으므로 자신을 위한 것이라고 볼 수 있지만, 교육은 남을 위한 것이기 때문에 봉사의 정신으로 임하지 않으면 안될 것입니다. 그래서 저는 어디까지나 가르치는 것을 가장 으뜸으로 생각하고 연구는 두 번째 일로 생각하고 있습니다.우리들 각자에게 한 평생 주어진 시간은 한정되어 있습니다. 이 주어진 시간은 길다고 하면 길지만 또한 짧다면 짧은 것입니다. 살아 있는 동안 하고 싶다고 모든 것을 다 할 수는 없습니다. 따라서 어떤 학자로서의 목표를 세웠다면 과감히 가지들을 쳐내야 할 것입니다. 골프는 참 좋은 운동이지만 거기에 소요되는 시간과 경비는 상당할 것입니다. 증권이나 부동산을 비롯한 투자활동이 때로는 이익을 남겨 윤택한 생활을 보장할 수도 있겠지만 마찬가지로 거기에 투자되는 시간과 또한 매일 되풀이되는 심적인 동요는 필시 연구자에게 방해꾼으로 작용할 것이 분명하다고 생각하기 때문에 저 자신 싫어하는 편입니다. 한 평생 연구에 몸 바쳐 Science에 한 편의 논문이 게재되는 것으로 후회 없는 생을 살았다고 자부하고 싶습니다.
10. 마지막으로 METRIC 회원들이나 기계공학을 전공하는 후학들에게 한 마디 부탁드립니다.
앞에서도 언급한 바와 같이 기계공학은 공학 중에서도 약방의 감초 격입니다. 어느 분야에서나 어느 공장에서나 기계공학도가 필요합니다. 그런 만큼 배워야 할 과목도 다른 학과에 비해 어려운 편이죠. 그래서 여러분들은 기계공학도로서 늘 자신감과 함께 자부심을 가져야 합니다.대학원 과정의 학생이라면 또한 연구를 하더라도 흥미가 가는 주제를 다루어 라고 당부하고 싶네요. 재미없으면 하지 마세요. 물론 프로젝트를 수행해야 하는 경우에는 재미와 상관없이 연구를 수행해야 하겠지만 그러한 경우에도 스스로 재미를 붙여서 연구 활동을 하지 않으면 안 될 것입니다. 신명난 연구 활동, 이것이 우수한 연구 성과를 낳을 수밖에 없을 것입니다.
마지막으로 다양한 지식을 고루 갖추어라 라고 당부하고 싶습니다. 즉, 물리학, 전기, 화학, 생물학 등 이러한 지식을 골고루 갖춘 사람이 대접받는 시대가 곧 도래할 것으로 생각됩니다. 소설 상록수에 나오는 구절 “아는 것이 힘이다 배워야 산다” 라는 말도 있듯이 지금은 그리고 미래는 지식사회입니다. 많이 배우고 이해하는 일이 무엇보다도 중요합니다.
* 인터뷰 진행: 김민정 리포터
* 촬영 및 편집: 손세영 ( disney30@metric.or.kr )
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