교수를 논문수로만 평가하지 않았으면...

어린시절 '600만불의 사나이'를 보며 미래 꿈 키워
고국을 위해 좀 더 일하고 싶어
현재 재활로봇, 수술로봇 분야 연구
능동형 캡슐내시경과 우주여행 대비 2가지가 마지막 하고 싶은 연구분야
서울대 의과대학 의공학교실 김성완 교수(54)는 서울대 전자공학과를 거쳐 동 대학원에서 제어계측으로 석사, 미국 UCLA 대학원에서 제어전공으로 박사 학위를 받았다. 박사 학위 취득 후 UCLA에서 포스트 닥터를 하였고, 미국 공군하사관 임상 프로젝트 매니저를 거쳐 1997년 세계 최대 항공사 보잉사 책임연구원으로 근무한다. 이후 2000년부터 서울대로 옮기는 2010년까지 10년간 NASA에서 핵심 프로젝트인 차세대 우주왕복선 개발의 책임연구원으로 근무했다. NASA랭리 연구소에서 17년간 단 한명의 연구원만 뽑을 정도로 비밀스런 프로젝트를 진행하는 분야의 책임을 맡았던 그가 모든 명예와 부를 남겨두고 모교인 서울대 의대 교수로 돌아와 지금은 의학과 공학의 융합을 이끄는 의공학자로 변신해 후학양성과 지금까지 연구하면서 갖게된 모든 노하우와 연구개발 아이디어를 국가와 모교를 위해 봉사하고 있다. 2015년부터는 한국연구재단 기초연구본부 ICT·융합연구단장도 겸임하면서 더욱 바쁜 시간을 보내고 있다. 의학과 공학, 항공우주 분야의 경험을 바탕으로 재활, 의료 로봇 분야와 의공학 분야 연구를 진행하면서 국내 로봇산업발전에 커다란 기여를 하고 있다.

2015년 5월부터 한국연구재단 기초연구본부 ICT·융합연구단장을 맡고 계신데 ICT·융합연구단 소개를 부탁드립니다.

한국연구재단(NRF)은 국가의 기초·원천연구지원 관리 전문기관으로 기초연구본부 안에 자연과학단, 생명과학단, 의약학단, 공학단, ICT·융합연구단 등 5개의 연구단이 있습니다. ICT·융합연구단은 그 중의 하나이고 우리 연구단안에 8개 세부 학문 분야가 있습니다. ICT 분야에 전기전자, 통신, 컴퓨터 소프트웨어, 융합단에 바이오·의료공학, 에너지·환경, 산업기술, 인간중심 그리고 정보기술융합 분야가 있습니다. 다른 학문단처럼 하나가 아니고 저희는 두 개 학문단이 합쳐져 있습니다.

이번에 소프트로봇 ERC과제를 공모하시는데 기간과 지원 금액은 얼마나 되나요?

매년 20억씩 7년입니다. 자연과학단이나 생명과학단은 SRC라고 해서 Science Research Center, 의약학단은 MRC라 해서 Medical Research Center, 공학단과 ICT융합단이 ERC라고 Engineering Research Center인데 자연과학단과 의학단은 연구비가 10억에서 15억 사이고 공학단과 ICT융합단 ERC만 연구비가 20억으로 작년부터 상향조정 되었습니다. 연구 성과에 따라서 5년 있다 평가해서 2년을 더 줄수도 있고 4년 있다 단기평가헤서 3년 더 줄수도 있는데 7년동안 지원이 되니까 140억정도 받는겁니다. 자율경쟁 방식으로 지원해서 토론평가와 발표평가 해서 1팀을 선정합니다.

향후 사업화 계획도 가지고 있나요?

아닙니다. 이 연구 과제는 선도연구로 원천기술을 개발하는데 목적이 있습니다. 여기서 원천기술 개발해서 산업부 과제로 넘어가면 거기서 사업화 지원이 가능할 수도 있겠지요. 예를 들어 지능형 자동차 같은 경우 ERC를 서울대 서승우 교수님이 하셨는데 산업부로 옮겨가서 지원과제로 되어 지원받은 사례도 있습니다. 최근 정부가 창조경제를 지향하면서 성과창출을 강조해 ERC안에 특허, 기술이전을 성과지표로 넣었습니다. 자연과학이나 생명과학, 의약학과 달리 공학은 뭔가 만들어져야 되는 것 아닙니까. 보통 과제를 통해 기술 성숙도(TRLㆍTechnology Readiness Level) 6까지는 가능합니다. TRL7부터가 시제품 만들고 테스트해서 9가 되면 완전히 양산으로 가는 겁니다. 7, 8, 9 레벨까지 제안하는 사람도 있겠지만 보통 6레벨 정도에서 시제품으로 검증하는 단계까지가 일반적입니다. 제가 생각할때 어느팀은 소프트 센서만 만들겠다는 팀도 있고 액추에이터만 만들겠다는 팀이 있을 수도 있고 재료만 하겠다는 팀도 있을 수 있고 아니면 전체 시스템을 만들겠다는 팀이 있을 수도 있습니다. 연간 20억 지원이면 많아 보이지만 보통 참여기업수가 1세부, 2세부, 3세부, 4세부까지 해서 열 몇 명 되니까 교수 1명당 돌아가는 금액은 사실 2억이 안됩니다. 그리고 학생들이 100명쯤 붙어 있으니 매력적인 과제라고 보기는 어렵습니다.

단장직을 하고 계시면 현재 서울대 의공학교실 교수 일은 전혀 못하시나요?

금요일 저녁하고 토요일에 가서 미팅하고 강의도 하고 있습니다. 저 같은 경우에는 서울대 소속이지만 재단으로 파견을 간 것이고, 또 재단 이사장님께서 서울대 역파견 허락을 해주어 이것이 가능합니다. 학생들과는 이메일로 주로 대화하고, 논문 심사나 급한 일 생기면 휴가내고 학교로 갑니다. 학생들도 다 있고 계속 연구는 하고 있습니다. 융합연구단장 임기가 2년이니까 내년 4월 30일까지입니다. 물론 본인도 원하고 재단이나 미래부에서 잘 한다고 평가하면 임기 1년을 더 연장 할 수 있습니다.

현재 서울대 의공학 교실에서는 어떤 연구를 하고 계신지요.

메디칼 로봇 분야에서도 재활로봇과 수술로봇 분야를 하고 있습니다. 수술로봇 분야를 말씀 드리면 제가 NASA에 있었으니까 항공우주에 있는 테크놀로지를 의료용 로봇에 접목시키는 것입니다. 가장 최근에 발표한 논문이 다빈치 수슬 로봇으로 수술할 때 손가락 2개 넣어서 하고 있지 않습니까. 2개만 넣고 하다 보니 나머지 손가락들은 놀고 있는데 손가락 5개를 모두 쓰면 얼마나 좋겠습니까. 비행기 조종사들 보면 그 안에 버튼들 많이 있잖아요. 특허를 냈는데 그런 개념을 이용해서 놀고 있는 가운데 손가락을 이용해서 카메라를 움직이게 하는 것입니다. 현재의 다빈치 수술은 수술시 카메라를 움직이려면 밑에 있는 클러치를 눌러서 로봇 암 움직임을 해제시키고 이것을 움직여서 카메라를 왔다 갔다 해야 합니다. 그러다보니 카메라를 이용하려면 모션이 끊기는데 저희가 배열한 것은 가운데 칩을 놓아 그것을 양쪽으로 움직이면 카메라가 움직이게 해 놓았습니다. 끈이 연속적으로 수술을 할 수 있게 만들은 것입니다.

저희는 기존 플랫폼에서 어떻게 성능을 개선할 수 있는 방법이 없을까를 고민합니다. 지금 우리나라도 수술로봇 만들었잖습니까. 그런데 저는 우리나라 수술 로봇 개발에 대해 굉장히 부정적으로 봅니다. 그것을 만들어서 동남아에 수출한다고 하는데 그것보다는 지금있는 다빈치에 어떻게 하면 성능을 더 개선하고 차세대 다빈치가 나올 때 거기에 그 기술을 적용하면 좋을 것 같다는 생각입니다. 다빈치 보면 의사가 두 명 붙어 있는 것 아시지요. 실제 수술장 보면 콘솔이 두 개 있습니다. 두 명이 팔을 움직이는데 이러한 기술들이 접목되면 혼자서 다섯손가락 다 이용해서 할 수 있지 않을까 해서 특허를 냈습니다. 옛날 비행기는 조종사가 두명 탔었습니다. 그 이유가 한명은 뒤에서 기관총 쏘는 전투를 수행한 사람이었습니다. 지금은 비행기 훈련할 때 빼고는 전부 혼자서 조종도 하면서 전투도 수행하는게 스틱에 굉장히 많은 기능들이 있기 때문입니다. 다섯 손가락 다 쓰면서 하다 보니 훈련시간도 길고.

두 번째 핵심 기술은 다빈치가 안에 쇠줄로 모두 연결되어 있는데 쇠줄은 끊어질 수 도 있고 그 안의 탄성이 계속 바뀌다보니 실제 움직여서 장기를 잡거나 잘랐을 때 전달되는 힘을 정확하게 모릅니다. 그래서 끝에 햅틱 센서를 부착하자는 이야기도 나오는데 그러면 끝이 커져서 비효율적입니다. 비헹기도 옛날에 기계식 비행기는 조종사가 쇠줄로 뒤에 있는 꼬리 날개까지 당기다 보니 굉장히 힘들었는데 지금 비행기는 전부 전자식이라 꼬리 날개까지 전기줄로 연결되어 있습니다. 꼬리 날개 끝에 모터가 있어서 비행사가 이것을 움직이면 전기줄로 전자파가 가서 모터를 움직입니다. 모터를 끝단에 놓았죠. 그래서 다빈치도 엔드 이펙터를 쇠줄로 연결하는게 아니라 엔드 이펙터 끝단에 모터 2개를 넣어 거기까지 전기줄로 가게 하는 것입니다.

그래서 이 2가지 아이디어를 다빈치 사장을 만나 이야기 했더니 자기네 장비를 기증하겠다고 해서 연구장비를 기증 받게 되었습니다.(참고:서울대학교 의과대학 김성완 교수 연구실이 아시아에서 처음으로 미국 다빈치 수술로봇의 연구용 키트(dVRK : da Vinci Research Kit)를 2014년 무상으로 기증받았다. 다빈치 수술 로봇은 임상용 장치와 시뮬레이션 장치, 연구용 장치로 나누어져 있으며, 보다 성능이 우수하고 안정된 차세대 다빈치 수술 로봇을 연구 개발하기 위해 세계 15개 대학의 교수 연구실이 2012년부터 연구 활동에 참여하고 있다.)

재활로봇은 엑소 스캘레톤(외골격) 형태로 만들어 하는게 하나 있고 또 하나는 뇌파를 이용해 팔이나 다리를 움직이게 하는 것입니다. 우리나라에서는 아직 이것을 한 사람이 없어 외국에서 하는 것 똑같이 따라하는 정도지만 어차피 있어야 될 것 같아 신경외과, 재활의학과와 같이 신경외과에서 뇌파를 전달해 주고 재활의학과에서는 재활환자를 파악해 저희가 이 신호를 받아 로봇팔을 움직여 환자가 음료수를 마시게 하는 것은 똑같이 하고 있습니다. 작년에 한명을 대상으로 임상시험을 했습니다. 다른 기술들은 눈으로 보면서 조정하고 계속 피드백이 되어 쉬운데 실제 재활환자들에게서 나오는 뇌파는 굉장히 복잡합니다. 그래서 외국에서도 환자가 모션이 되게 하려면 훈련을 많이 해야 합니다. 외국에서 연구한 사례를 보면 거의 3개월에서 6개월, 길게는 9개월까지 연습을 합니다. 저희도 국립재활원에서 연구비를 받아 신경외과, 재활의학과, 저희 공학과와 같이 하고 있습니다. 올해로 3년째 하고 있는데 조금씩 성능을 향상시키고 있고 저희가 하는 것은 외국 비디오에서 나온 것처럼 침습이라고 해서 센서를 머리에 심는게 아니라 머리에 쓰는 EEG(뇌 전도)의 비침습적인 방법입니다.

▲ NASA를 떠나기 전 동료연구원들과 함께

1988년 미국으로 떠나 2010년 한국에 돌아오기까지 22년간 보잉을 거쳐 NASA(미국 항공우주국) 랭리 연구소 책임연구원으로 잘 나가고 계셨는데 서울대로 오시게 된 계기가 있다면?

제가 다른 교수와 다르게 학교에만 있었던게 아니고 보잉이나 나사 현장에서 20년 일하지 않았습니까. 현장에서 배운 그러니까 논문을 쓰기 위한 연구가 아니라 공학적인 마인드를 갖는 모든 노하우와 연구개발 아이디어를 국가와 모교를 위해 봉사하고 우수한 젊은 지도자를 양성해 달라는 모교의 청을 거절하기가 어려웠습니다. 물론 미국의 거대 항공우주과학 프로젝트, 인류를 우주로 보내고 돌아오게 하는 우주왕복선 제작의 책임을 맡은 책임연구원 자리를 포기하는데 미련이 있었지만 NASA는 언제든 내가 돌아오고 싶을 때 돌아 오라고 자리를 비워두겠다고 했으니 살다보면 나중에 또 기회가 있을 수 있겠지만 일단은 고국을 위해 내 모든 것을 한번 바쳐보자는 마음을 굳하게 되었습니다.

미국 UCLA에서 자동제어전공으로 박사 학위를 받으셨는데 논문 주제는 무엇이었나요?

'비행기가 비행 중 갑자기 잘못되었을 때도 어느 정도는 계속 비행할 수 있는 방안에 대한 연구’였는데 이 문제를 위해 6개월을 쉬지 않고 연구에 연구를 거듭했습니다. 그런데 이렇게 고생해서 한 연구가 이후 나의 전공분야로 자리잡게 되었으니 참 아이러니합니다. NASA에서 우주선이나 비행체의 이상 현상을 최소 시간내에 감지하는 방안을 연구했고 한국에 돌아온 후에도 그에 관련된 연구를 진행하고 있습니다. 예를 들면 비행체의 이상 현상을 인체의 질병으로 바꾸어 질병 조기 진단 분야를 연구하는 것이 그것입니다. 항공우주에서 활용했던 자동제어 기법을 의공학에 접목시킨 것입니다.

처음 전자공학이나 의공학을 하게 된 동기가 있으신가요?

초등학교 시절부터 ‘600만불의 사나이’와 ‘소머즈’ 같은 외화에 매료되었던 내게 인간의 한계를 뛰어 넘는 과학의 길은 어쩌면 인생의 당연한 수순이었는지도 모릅니다. 어린시절 나는 미국에는 600만불의 사나이나 소머즈, 원더우먼이 실제 존재한다고 믿었습니다. 어른이 되면 반드시 600만불의 사나이를 만들겠다는 다짐을 하며 의공학이 뭔지도 모르던 시절부터 의공학에 대한 꿈을 서서히 키워 갔습니다. 그리고 그 드라마에서 NASA에 대한 이야기가 자주 나왔는데 그곳에서 600만불의 사나이를 만들 수 있다고 생각하고 나도 크면 가야지라고 생각했습니다. 그래서 대학도 600만불을 만들려면 전자공학과를 가야 한다고 해서 선택했고, 의공학도 마찬가지입니다. 그런데 실제로 2000년부터 제가 NASA에서 일을 하게 되었으니 어쩌면 그 꿈을 이룬것인지도 모릅니다.

▲ NASA 송별회 사진

연구자로서 앞으로 더 연구하고 싶은 분야가 있으시다면...

연구자로서 두 가지 분야를 더 연구하고 싶습니다. 한 가지는 캡슐 내시경입니다. 기존 병원에서 하는 내시경은 워낙 고통이 많으니까 수면 내시경까지 하고 있고 일부에서 캡슐 내시경을 개발해 사용하고 있지만 아직 캡슐이 몸안에 들어가서 수동으로 움직이기 때문에 의사가 원하는 부위를 볼수가 없어서 수동형 캡슐 내시경은 사용 가능성이 떨어지고 능동형 캡슐 내시경 연구가 최근에 시작되었습니다. 저는 항공우주공학에서 했던 기술을 캡슐내시경에 적용해 김발드 덕티드 팬(Gimbaled Ducted Fan)을 고안했습니다. 이것이 뭐냐하면 잠수함 같은 것은 팬이 돌아가면서 주행을 합니다. 처음에는 캡슐내시경에 날개를 달아 움직이게 하려고 했는데 날개는 장기에 상처를 줄 수 있어 않되고, 팬 같은 것을 다는데 팬도 상처가 날 수 있으니 하우징이 밖에 있게 만들면 몸안에서 장기도 않다치고 두 가지를 잘 조화하면 6자유도로 움직일수가 있을 것 같아 그것을 만들려 합니다. 1987년에 나온 ‘이너스페이스(Innerspace)’라는 영화를 보면 주인공이 눈에 보이지도 않는 사이즈로 줄어든 잠수정을 탄 채 혈관을 타고 흐르는 장면이 나오는데 공상과학영화가 현실이 되는 것입니다. 궁극적으로는 그 안에 자그마한 카메라나 레이저를 붙여서 위 안으로 들어가 원하는 부위 화면을 의사들한테 전송해주고 그 안에서 간단한 수술까지 할 수 있게 할 계획입니다.

두 번째는 우주여행을 하는데 우주인들이 자는 공간이 무중력 상태인데 사실은 무중력이 아니라 미세중력인데 클리너 스탯이라고 저희가 만든 장비인데 이것을 만들어서 미세중력하에서 인체의 변화가 어떻게 되는가를 연구 해 향후 다가 올 우주여행에 대한 대비를 하고 싶습니다. 이러한 연구를 통해 어떤 질병들이 치료될 수 있지 않을까 생각합니다.

로봇을 전공하고 싶은 학생들에게 해 주고 싶은 말이 있다면.

고등학생들은 물리와 수학이 제일 중요하다고 봅니다. 그 다음에 대학교 이상의 학생들은 하드웨어를 만들려면 기계공학, 전자공학에서의 제어시스템이 중요하고 인공지능 같은 것을 하려면 프로그램이 많으니 컴퓨터 전산학과가 중요한 것 같습니다. 그리고 궁극적으로 인공지능을 장착한 로봇이 나올테니까 앞으로는 로봇이 각광을 받겠지요.

국내 로봇산업 발전을 위해 정부나 정책 당국에 건의하고 싶은 말씀이 있다면...

정책적으록 건의하면 교수들을 너무 논문수로만 평가하지 말고 산학에 기여한거라든지 산학과 연결해서 하는 것들도 평가지표가 되었으면 좋겠다는 말씀을 드리고 싶습니다. 특히 로봇같은 것은 그런것들이 필요하다고 봅니다. 또 로봇하는 사장님들한테 부탁을 드린다면 저희 교수들이 회사를 찾아가는 것은 돈 달라고 가는 것 같아 이상해 보일 수 있습니다. 그래서 교수들이 회사를 찾아가는 것은 꺼려집니다. 오히려 로봇계에 계신 사장님들이 로봇하는 연구자들을 찾아가서 어떠한 연구를 하고 있는지 기업이 원하는 연구분야가 어떤 것인지 좀 터 놓고 이야기 하면서 같이 협력할 수 있다면 좋지 않을까 생각합니다.

[김성완 교수 프로필]
1962년 월 14일 서울생
서울 명지고 졸업
1981 ~ 1985 서울대학교 전자공학과 졸업
1985 ~ 1987 서울대학교 대학원 석사(제어계측공학과. 의공학 전공)
1988 ~ 1993 UCLA 대학원 박사(항법제어 전공) -NASA장학생
1994 ~ 1994 미국 UCLA 포스트 닥터
1994 ~ 1997 미국 공군하사관 임상 프로젝트 매니저
1997 ~ 2000 미국 보잉 책임연구원
2000 ~ 2010 미국 나사 랭리연구소 책임연구원
2010 ~ 현 서울대학교 의과대학 의공학교실 교수
서울대학교병원 의공학과 교수
2015 ~ 현 한국연구재단 기초연구본부 ICT·융합연구단장