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  • 최해천 교수
  • 돛새치의 속도 비밀을 풀어라.
  • 최해천 교수(서울대학교 공과대학 기계항공공학부)
  • ̸ :choisnu.ac.kr
  • : 서울대학교 공과대학 기계항공공학부







  • 안녕하십니까?


    기계공학연구정보센터(METRIC)에서는 기계공학 연구 분야에 있어서
    앞장서 나가시는 교수님과 실험실(Lab)을 방문하여 연구 내용과 결과를
    취재하고 있습니다. 취재 내용은 웹을 통해 문서 및 동영상으로 센터
    회원들에게 제공되고 있습니다. 서울대학교 기계항공공학부 최해천 교수님과
    인터뷰 하고 지도하시는 난류, 유동제어 및 CFD 실험실을 취재하겠습니다.
    인터뷰에 앞서 흔쾌히 인터뷰 요청에 응해주신 교수님께 센터의
    이름을 빌어 감사의 말씀드립니다.


    인터뷰 진행은 센터에서 준비한 질문을 드리고 교수님께서 답변 하시는
    방법으로 진행하겠습니다.













    1. [난류] 교수님께서는 국제적으로
    난류 연구 분야에서 뛰어나신 것으로 정평이 나있습니다.
    연구 분야에서 난류란 어떤 것이며 왜 연구가 필요한지
    말씀 부탁드립니다.







































    A : 우리가
    실생활에서 보고 듣고 접하게 되는 대부분의
    유동은 난류 유동입니다. 그래서 난류
    유동에 인해서 자동차의 항력이 증가
    되고, 수영을 할 때 저항을 받게 되고, 등등과
    같이 모든 난류 유동에 의해서 저항이 증가되고,
    소리도 발생하고, 이렇게 됩니다. 그래서, 그러나 난류 유동을 이제 해석하는데
    있어서 굉장히 어려움이 많습니다. 그래서
    노벨수상자인 파인만이 고전역학중에서 풀리지
    않는 가장 중요한 문제중의 하나로 난류유동을
    뽑을 정도로 난류유동은 아주 어려운 문제로
    인식되어 왔습니다.


    그러나 이제 유체역학을 전공하는 이유는
    대부분 그 목적이 어디에 있느냐 하면,
    우리가 어떤 산업체에서 무슨 물건을 만들
    때, 예측을 할 수 있어야 한다. 즉, 디자인이라는
    관점에서 예측을 해야되는데, 예측을 하는데,
    가장 어려운 점이 바로 난류유동입니다. 난류유동을
    예측하기 위해서는 우리가 모델을 만들어야
    되는데, 지금까지 수십년동안 난류모델을 만들어
    왔지만, 난류모델이 정확성이 보장이 되지
    않아서, 자동차 유동을 해석하는데 있어도
    항력이 20-30% 틀리게 되고, 그렇게 되기 때문에,
    지속적으로 난류유동의 예측성능에 대해서
    성능을 개선하기 위한 난류 모델이 개발되어야
    되겠습니다. 그와 마찬가지로 예측을 잘하기
    위해서는 우리가 실험 데이터가 필요해서 실험에
    대한 연구도 이제 병행되어야겠습니다. 그래서
    난류유동을 제대로 잘 예측할 수 있다면, 우리가
    자동차를 설계하는데 있어서, 또는 비행기를
    설계하는데 있어서,또는 배를 설계하는데 있어서, 또는 고속전철을 설계하는데 있어서, 훨씬
    좋은 성능을 가질 수 있는 그런 운송체를 개발할
    수 없게 되겠습니다.










    2. [기존연구내용및결과]
    교수님께서는 ‘생체모방공학’에 많은 관심을 갖고 있다고
    들었습니다. 어떤 연구가 진행되었으며 연구결과와 실제
    적용에 대해서 말씀해주십시오.





































    A : 생체
    모방공학이라는 것은 적자생존의 원리에
    따라서 진화해온 생물체에서부터
    우리가 아이디어를 얻어서 공학에 적용하고자
    하는 것입니다. 그래서 우리가 특별하게 여러가지
    연구를 해 보았는데도 , 체계적인 관점에서
    연구를 많이 해 보았을 때도 아이디어의 고갈로
    인해서 더 이상 나아갈 수 없을 때 생체 모방공학에
    의존하게 되겠습니다. 예를 들면, 우리가 제가
    옛날에 연구한 것에 보면, 상어가 있는데요,
    상어 표면에 보면 리블렛이라고 어떤 표면에
    거칠기가 존재합니다. 근데 우리가 이제 물리적
    직관에 따르면, 표면이 매끈매끈한 것이 오히려
    항력을 가장 감소 시킬 것 같지마는, 오히려
    이렇게 상어 표면을 보면 아주 규칙적인 돌기가
    존재함으로서, 그것을 붙였을 때 마찰 저항이
    감소가 됩니다.


    이와 같이 물리적 직관에 의해서 도저히 이제
    개발할 수 없는 그런 어떤 장치를 생체에서부터
    아이디어를 얻어 가지고, 연구에 도입하는
    것을 생체모방공학이라고 합니다. 그래서 이런
    상어에 관한 연구를 하고 난 다음에
    굉장히 중요한 연구중에 하나가 사실은 마찰
    저항을 어떻게 감소시키느냐 그런쪽인데요,
    상어의 리블렛이라는 것이 약 10마이크론 정도의
    크기를 가지고 있기 때문에, 비행기에다가
    붙이면, 그안에 먼지가 끼고, 또는 배에다
    해도 거기다 이물질이 끼어 버리게 되기 때문에,
    끼면은 이제 평평한 표면하고 똑같이 되어
    버립니다. 그래서 유체역학에서 마찰 저항을
    줄이는데 가장 중요한 것은 마이크론 스케일의
    돌기가 아니라, 그것보다 좀 큰 메크로한 또는
    밀리미터 정도의 크기가 되는 그런 어떤 마찰저항
    감소장치를 개발하면은 우리 산업적 응용에
    크게 도움이 됩니다. 그러 하나의 예로써 ,저희가
    연구하고 있는 것이 돗새치라고 하는 것이
    있습니다. 물속에서 가장 빠른 동물인데, 시속110km로
    물속에서 다니는데, 돗새치의 표면을 통해서
    우리가 아이디어를 얻어서, 혹시 마찰저항을
    줄일 수 있지 않을까 하는 식으로 연구를 진행하고
    있습니다 그 다음으로는 이제 날치라는 것이
    있는데요 날치가 물표면에서부터 나와 가지고,
    다시 물에 완전히 입수할 때까지 약400m를
    공중에서 날아갑니다. 그것은 날치의 날개가
    옆지느러미가 잘 디자인이 되어서 큰
    양력을 받는 것에 기인합니다. 이런 날치의
    날개가 어떻게 생겼는가 이런 것도 실험적으로
    연구하고 있구요. 그 다음에 이제 나비를 보면은
    나비의 날개가 두쌍인데, 뒤에 날개를 보면,
    뒤에 날개 끝이 오돌토돌 생겨 있습니다. 그게
    매끈하지 않고 오돌토돌하게 생긴 이유가 무엇인지
    그런 것을 또한 나비모형을 본떠가지고 실험을
    수행하고 있습니다. 그리고 마지막으로
    잠자리의 날개짓에 대해서 날개짓에 따라서
    유동장이 어떻게 나오는가를 연구하고 있는데,
    그 이유는 요즘 마이크로 에어비히클이라고
    해서 마이크로 사이즈의 비행체를 만들때,
    과연 어떻게 만들어야 되는냐? 그니까 플렉팅
    모션,즉 이제 날개를 퍼득임으로써 날아가는
    그런 비행체를 만들어야 되는데, 그랬을 때,
    날개가 퍼득이는 모양을 어떻게 할때 가장
    큰 양력을 얻을 것인가 가장 중요한 이슈중에
    하나가 되어 있습니다. 그래서 저희 이글은
    수치해석적인 관점에서 잠자리 날개두쌍이
    어떻게 움직일때, 어떤 힘을 받게 되고, 하는
    것을 통해서 마이크로에어비히클이 디자인에
    기여를 하고자 지금 잠자리 연구하고 있습니다.











    3. [현재진행연구내용및기대]
    과기부 사업으로 창의연구단에서 난류제어연구단장을 맡고
    계신데 본 연구단의 설립 취지와 현재 가장 중심되는 연구내용은
    어떤 것이 있는지 말씀 부탁드립니다.






































    A : 창의연구단은 운송체에서 발생하는 항력과
    소음을 감소하는 제어하는 방법을 개발하는
    것이 연구의 목표입니다. 제일 중요한 연구
    내용 중 하나는 3차원 모형 운송체가 있는데요.
    우리가 이제 자동차 모형을 가장 간단하게
    모델링해서 3차원 모형 운송체를 만들고, 그
    운송체에다가 수동제어 방법 또는 능동제어
    방법인 장치를 달아가지고, 3차원 모형에
    받는 항력을 감소시키는 것이 하나의 연구
    내용이구요. 두 번재는 골프공의 딤플 볼록볼록
    오목오목 들어가 있는것. 그것이 교과서에는
    골프공의 딤플이 난류 경계층을 만들어서 방해를
    지연시켜서 항력을 감소시킨다 이렇게 되어
    있는데, 저희가 최근 공과 같은 구 구조, 구의
    형태에서 여러 가지 제어를 해본 결과, 혹시
    그 메카니즘이 그게 아니고 다른 것일지 모른다는
    생각이 들어서. 골프공의 딤플이 과연 어떻게
    해서 항력을 줄이는가 그런 것을 연구하고
    있습니다.

    연구를
    하는 이유가 딤플로 인해서 공의 저항이 줄어드는
    메카니즘을 정확히 알면 거기에서
    아이디어를 얻어서 우리가 운송체에 적용을
    할 수 있기 때문입니다. 세 번째는 아까 말씀
    드린 것과 같이 도새치인데요, 운송체가 갈
    때, 특히 고속전철이나 비행기나 배같은 경우에
    마찰 저항이 굉장히 큰 부분을 차지하는데,
    마찰 저항을 어떻게 줄이느냐 마찰 저항을
    줄이는 디바이스를 발견하는 것이 유체역학에서
    너무나 중요한 주제입니다. 그것을 도새치라는데서
    아이디어를 얻어서 도새치 피부에 어떤
    특별한 형태가 존재하는가 이런 것들을 봐서
    우리가 거기서 아이디어를 얻어서 우리가 이제
    마찰 저항을 감소시키는 결과를 얻으려고 하고
    있습니다. 그 다음에 마지막으로 아까도 말씀
    드린바와 같이 난류유동을 예측을 우리가 정확하게
    되면은 디자인을 하는 시간이 굉장히 단축이
    됩니다. 그래서 지금까지 많은 사람들이 난류
    모델을 만들었는데, 우리가 지금하고 있는
    방법은 라지디 시뮬레이션이라고 해서 큰 에디를
    묘사하고 작은 유동은 모델링하는 방법을
    하고 있거든요. 세계적으로 LES라고
    하는데, LES 모델을 많이 개발을 해
    왔는데, 복잡한 3차원 지오메트릭에서 모델은
    제대로 개발되어 있지 않습니다. 그래서
    이 모델을 최근에 우리가 하나 개발을 했구요.
    그 모델이 아주 좋은 것으로 지금 보여 지고
    있는데, 그것을 실제 3차원 운송체에 적용을
    해서 하고 있습니다.











    4. [연구기대효과] 난류제어연구단에서
    진행되는 연구결과가 앞으로 사회에 미치는 영향을 예상해
    주시고 앞으로 일반인들의 삶에는 어떤 결과를 가져 올
    수 있을지 말씀 부탁드립니다.



































    A : 난류유동을
    아까도 말씀드린바와 같이 난류유동을 예측을
    하는 것이 굉장히 중요하구요. 예측을 하게
    되면은 우리가 디자인을 하는 기간을 단축시킬
    수 있고, 즉 코스트가 줄어들어서, 산업적으로
    아주 중요하게 되고, 그 다음에 난류 제어를
    하게 되면은 , 예를 들어 자동차의 연료비를
    줄일수 있게 되는거죠. 또한 자동차에서 발생하는
    소음을 줄일 수 가 있다면, 쾌적한 환경안에서
    우리가 운전을 할 수 있을 겁니다. 그래서
    이런 연료비를 줄인 다랄지, 그 다음에 소음을
    줄인 다랄지 그런것을 통해서 조용한
    환경, 깨끗한 환경에서 이제 살 수 있게
    되겠습니다.











    5. [문제해결력] 기계공학분야에서도
    어렵다고 하는 난류분야에서 우수한 연구실력을 발휘하기까지
    그동안 많은 문제점과 어려운 과정을 겪으셨으리라 여겨집니다.
    그러한 과정을 어떻게 뛰어넘어 지금까지 오셨는지 말씀
    부탁드립니다.



































    A : 글쎄요.
    어려운 점은 사실 별로 없었는데요. 왜냐하면은
    제가 다행하게도, 창의적연구진흥사업의 지원을
    얻어서 지난 8년동안 너무나 좋은 환경하에서
    연구를 진행해 왔기 때문에 또한 창의적연구진흥사업을
    함으로써 우수한 학생들이 저희 연구실에 와서
    연구를 하기 때문에 크게 어려운 점은
    없습니다. 그리고 그냥 모든 사람들이 열심히
    연구하기 때문에 계속 연구가 제 나름대로는
    잘 되어 나가고 있다라고 생각하고있습니다.
































    6. [연구환경] 국내의 난류를
    포함한 유체역학 연구 분위기와 앞서나가는 해외 연구 분위기를
    비교해서 우리에게는 어떤 장단점이 있는지 말씀 부탁드립니다.






































    A : 난류유동을
    연구하는 가장 큰 그룹으로서는 스텐포드대학에
    센터포터블런스리서치를 들수 있는데요. 그
    연구단을 가 보면은 거의 10내지 20명의
    포스닥들이 있구요. 그 다음에 교수들도 난류유동을
    전공하는 교수가 꽤 많습니다. 그래서 같은
    과 안에서 난류유동을 전공하는 사람이 여러
    분이 계심으로 인해서 서로 프레셔도 느끼고,
    서로 잘해야 되겠다는 생각을 하게되고, 이런
    것들이 연구의욕을 진취시키는데 큰 모티베이션이
    된다고 생각합니다. 우리 나라에서는 이제
    그런 것이 굉장히 힘들지요. 그게 우리 나라에서
    하나의 단점이라고 볼 수 있구요. 장점으로는
    박사과정이 9명이 있고, 석사 과정이 8명이
    있고, 박사가 3명이 있습니다.


    그래서 약 20명의 인원이 이제 연구를 진행해 나가고
    있는데 한국에서의 가장 큰 장점은 실험실
    선후배들이 서로 아는 것을 가르쳐 주고, 모르는
    것을 물어보고, 그런 것들을 아주 자연스럽게
    진행할 수 있는 것이 큰 장점입니다. 이런
    분위기는 미국과 같은 대학에서는 찾아보기
    힘듭니다. 그래서 우리는 자원이 부족한 대신에
    단합된 힘으로 연구를 이제 외국보다 더 잘
    해야 된다 그렇게 생각하고 있습니다.



    7. [연구지원] 국가적으로
    최근 선택과 집중으로 연구 분야에 있어서도 ‘나노’나
    ‘바이오’ 쪽으로 연구 지원이 많이 집중되어있다고도
    할 수 있습니다. 여기에 대한 의견을 말씀해 주십시오.






































    A : 뭐
    저도 생각하기에 21세기는 바이오의 시대입니다.
    바이오에 연구비가 집중이 되는 것은
    제가 생각하기에 당연한 것이라 생각합니다.
    그래서 유체역학 분야도 바이오에 많은 중점을
    두어서 연구분야를 이제 바꿔나가야 된다고
    개인적으로 생각하고 있어요. 또 특히 우리
    서울대학교에서 대학원 진학하는 걸 보면은
    유체역학 열역학, 이런 분야에 많은 학생들이
    지원을 하고 있습니다. 그 이유가 바이오의
    시대, 나노의 시대가 됨으로써 종전에
    비해서 유체역학과 열역학이 점점더 중요해지기
    때문입니다. 그래서 나노 바이오에 연구비가
    많이 투자되는 것이 유체역학, 열역학, 열전달에
    좋은 계기가 될 수 있다고 생각합니다.
    그러나 한편 이런 난류유동과 같은 문제들은
    여전히 풀리지 않은 고전역학에서 굉장히 중요한
    문젠데, 이런 것들은 아주 지속적으로 오랜
    기간동안 연구비가 있어야지만, 개발이 됩니다.



    그러니까 이런 바이오와
    나노는 집중적으로 투자를 단시간에 함으로써
    끌어 올릴 수 있는데 반면에 난류유동이라는
    것은 지속적으로 몇십년동안 계속 해서 할
    때, 조금씩 조금씩 개발이 되고, 이 연구 결과가
    성과를 내게 되겠습니다. 그러면 이 난류유동에
    투자를 하는 것이 중요하지 않느냐 하면 결코
    그렇지 않은 것이 우리 생활 모든 것에 연관되어
    있는 게 난류유동이기 때문에 언젠가는 이
    난류유동의 문제점을 극복을 해야 되는 것은
    너무나 당연한 이야기죠. 그러니까 지속적인
    연구와 지원이 필요한 분야라고 할 수 있습니다.






    8. [당부] 과거 유학생활을 뒤돌아보시면서 현재 연구에
    몰두하고 있는 연구원들에게 당부의 말씀 부탁드립니다.







































    A :





    제가 제 대학원생에게 항상 하는 이야기가
    있는데요. 연구를 할 때 자기가 맡은 주제가
    보편적인 것인가 그것을 항상 생각해야 된다고
    생각합니다. 왜냐하면 보편적인 주제를 연구하면은
    그 연구결과가 여러 군데로 퍼져나갈 수 있게
    되겠습니다. 그러나 이제 보편적인 연구를
    이제 보편적인 성격을 띤 주제를 연구하다
    보면은 이게 굉장히 사실은 어려운 경우도
    많은데요. 그리고 보편적인 연구를 하다보면,
    너무나 뻔한 연구결과를 많이 산출할 수 있습니다.
    그래서 연구를 할 때 또한 한가지 보편성과
    아울러서 꼭 지녀야 할 중요한 내용이
    있는데, 바로 특이성입니다. 영어로 유니크니스(Uniqueness)라고
    할 수 있는데요. 그래서 보편성과 특이성을
    동시에 지녔을 때 본인이 하는 연구가 굉장히
    다른 사람으로부터 많이 인용이 될 수 있다라는
    것을 항상 학생들에게 강조를 하고 있습니다.


    그리고 두 번째로는 교수님은 대부분 바쁘시거든요.
    그래서 대학원생이 언제나 교수님을 피해 다니지
    말고, 미팅 시간을 기다리지 말고, 오히려
    미팅 시간이 아니래도 좋은 연구 결과가 있으면,
    지도 교수를 항상 괴롭히는 마음가짐을 가지고
    있어야 됩니다. 시간이 없더라도, 일분만 Discussion하고
    싶다고 해서 일부러 교수 연구실을 찾아가서
    교수님과 자주 만날 때에 연구의 피드백이
    되기 때문에 좋은 연구결과를 산출할 수 있다고
    생각합니다.




    9. [철학] 교수님의 지금까지 삶 속에서 아주 소중하다고
    생각해 오신 것이 있으시다면 무엇인지 들려 주십시오.



































    A :





    지금까지라고 하면은 좀 대답하기 힘들구요.
    지금 현재 가장 중요한 것이 무어냐 하면은
    역시 제 가족입니다. 그래서 가족이 제일 중요하고,
    가족의 행복이 제일 중요하다고생각하구요.
    그 다음으로는 학교에서 학생들하고 연구하는
    것이 중요하구요. 연구하는 학생들에게도 몸을
    망치면서 까지 연구를 하는 것은 바람직하지
    않고, 모든 것이 잘 먹고, 잘 살기 위해서
    연구하는거다 라고 강조하고 있습니다.


















    인터뷰 진행: 이재용(metric@metric.or.kr)



    동영상 촬영, 편집:
    박경원(serveace@metric.or.kr)



    기사 편집:
    정병규(baeni@metric.or.kr)





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