서울대 국가미래전략원은
과학기술의 각 분야에서 아직까지 풀리지 않은 문제,
단기적으로 해법이 잘 보이지 않는 문제, 그래서 실패할 가능성이 큰 문제,
그럼에도 불구하고 해법을 구한다면 그 분야의 패러다임을 바꿀 것으로 기대되는 문제를
‘그랜드 퀘스트’로 던지고자 합니다.
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역노화 기술
역노화 기술을 이용해 인간은 다시 젊어질 수 있을까?
노화 연구는 2000년대부터 본격화되었으며, 세포 수준에서 개체 수준의 연구로 확장되어 왔다.
텔로머레이즈 연구를 시작으로 최근에는 야마나카 인자 발현을 조절함으로써 역노화의 가능성이 제기되기 시작하였다.
이러한 시도들을 포함하여 노화세포 제거, 젊은 피 수혈, 세포 재프로그래밍 등 다양한 방향으로 역노화 연구가 이루어지고 있다.
그러나 특정 세포 및 조직 수준에서 발생하는 역노화가 개체 수준까지 적용될지는 여전히 의견이 분분하다.
역노화 과정에서 비정상적인 세포분열로 암과 같은 질병을 초래할 수 있다는 우려도 존재한다.
그럼에도 역노화 연구는 고령화 문제 해결과 건강 수명 연장에 중요한 도전 과제이다. 과연 역노화는 이루어질 수 있을까?
미생물 세포공장 기반 온실가스의 플라스틱 전환
온실가스를 활용하여 미생물 세포공장을 통해
현재의 석유화학공정보다 더 경쟁력있게 플라스틱을 생산할 수 있을까?
현재의 석유화학공정보다 더 경쟁력있게 플라스틱을 생산할 수 있을까?
기후위기가 심각해짐에 따라 화석연료에 의존하고 있는 현대의 산업구조를 재생가능한 원료를 사용하는 지속가능한 산업구조로 대전환해야 한다는 목소리가 높아지고 있다. 그 대안으로 미생물의 대사 경로를 조작하여 유용한 화학 물질을 생산하는 시스템대사공학과 합성생물학 기술이 주목받고 있다. 온실가스를 원료로 하여 석유화학공정보다 더 경쟁력 있게 플라스틱을 생산하는 미생물 세포공장을 개발할 수 있을까?
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신종 바이러스 예방 백신
미래에 나타날 신종 바이러스 감염을 예방하는 백신을 만들 수 있을까?
아직 등장하지 않은 새로운 바이러스에 선제적으로 대응할 수 있는 백신을 개발하기 위해, 신종 바이러스에 대한 예측과, 범용 백신의 개발이라는 두 가지 측면의 접근이 이루어지고 있다. 여러 예측방법 및 백신기술이 가지고 있는 한계는 무엇이며, 이를 어떻게 극복할 수 있을까? 항체 기반의 백신과 T세포 기반의 백신을 합쳐 아직 출현하지 않은 바이러스에 효과적인 백신을 개발할 수 있는 방법이 있을까?
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가상현실과 뇌내현실
가상현실보다 향상된 뇌내현실을 실현할 수 있을까?
현재의 뇌공학 기술은 감각이나 운동과 관련된 뇌 기능이 손상된 경우 전기적으로 뇌를 자극함으로써 부분적으로 기능을 회복시킬 수 있는 단계에 이르렀다. 그러나 기억이나 학습과 같은 고등 인지기능은 그 신경 활동의 복잡성으로 인해 작동 메커니즘조차 충분히 이해되지 않고 있어, 기술적인 접근이 어려운 상황이다. 뇌 기능을 깊이 이해함으로써, 인간이 개발한 기계 장치를 통해 인지장애를 치료하는 수준을 넘어 다양한 고등 인지기능을 제어하고, 궁극적으로 가상현실보다 더 뛰어난 뇌내현실을 구현할 수 있을까?
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뉴로모픽 아키텍처
기존의 폰 노이만 아키텍처에서 벗어나
사람의 뇌처럼 동작하는 컴퓨터를 만들 수 있을까?
사람의 뇌처럼 동작하는 컴퓨터를 만들 수 있을까?
오늘날 CPU와 GPU는 폰 노이만 아키텍처를 기반으로 하고 있다. 그러나 이 구조는 에너지 효율성과 성능을 높이는 데 근본적인 한계가 있다.
그 대안으로 떠오른 뉴로모픽 아키텍처는 뇌의 뉴런과 시냅스를 모방해 폰 노이만 아키텍처의 한계를 극복할 수 있을 것으로 주목받고 있다.
그러나 이 기술을 완성시키기 위해서는 신경망에 대한 근본적인 이해, 3차원(3D) 구조 반도체 설계, 아날로그 방식의 구현 등 여러 측면에서 기술적 난관이 존재한다. 이러한 기술적 난관을 넘어 뇌와 같이 높은 연산 효율을 가진 뉴로모픽 칩을 구현할 수 있을까?
옹스트롬 (Å) 미터 시대 반도체 기술
나노스케일을 넘어 옹스트롬 시대를 열어갈
반도체의 핵심 소재와 소자는 무엇인가?
반도체의 핵심 소재와 소자는 무엇인가?
한 자릿수 나노미터 크기의 반도체 공정에 도달하면서 실리콘 기반 반도체 공정기술이 한계에 봉착했다. 이 한계를 극복하기 위해 구조 변화와 신소재 개발 등의 노력에도 불구하고 많은 새로운 기술들의 실현에 난항을 겪고 있다. 나노 단위보다 작은 옹스트롬(Å)급 단위의 반도체 제조 공정 기술 개발의 어려움은 무엇이며, 미래 첨단산업의 발전을 가속하기 위해서는 어떠한 노력이 필요할까?
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포스트 실리콘 반도체 소자
실리콘 기반 기술의 근본적 한계를 돌파하면서 기존의 반도체 플랫폼과 조화될 수 있는 새로운 반도체 소자를 만들 수 있을까?
실리콘 기반의 CMOS 트랜지스터 소자를 중심으로 형성된 반도체 산업은 AI가 요구하는 대규모 연산을 저전력으로 빠르게 처리하지 못한다는 한계를 보이고 있다. 그러나 트랜지스터의 크기를 줄이는 것만으로는 문제 해결이 본질적으로 불가능하다. 이제 실리콘 기반 소자의 한계가 도래할 때를 대비하여 새로운 소자이면서 기존의 반도체 플랫폼과도 조화될 수 있는 새로운 패러다임으로의 전환을 고민해야 한다. 이를 위한 대안적 해법이 무엇이며, 이를 실현시키기 위해 풀어야할 과제는 무엇인가?
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공간디스플레이
공간 디스플레이는 현실과 화면의 경계를 허물 수 있을까?
영화 속 장면처럼 허공에 떠 있는 영상을 만드는 공간 디스플레이 기술은 언제쯤 우리 곁으로 올 수 있을까? 2차원의 평면 디스플레이에서 벗어나 3차원 공간에 영상을 만드는 공간 디스플레이를 구현할 수 있을까? 가상과 현실을 유연하게 통합할 수 있는 공간 디스플레이 구현을 위한 주요 기술적 과제는 무엇이며, 이러한 기술의 발전 방향은 어디로 향해야 할까?
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효율 60% 태양전지
태양빛을 전기로 바꾸는 변환효율이
60%인 태양전지 기술을 만들 수 있을까?
60%인 태양전지 기술을 만들 수 있을까?
최근의 이상기후는 화석 연료 사용으로 발생한 온실가스가 주원인이며 이를 해결하기 위해 신재생에너지가 주목받고 있다.
현재 태양 전지의 에너지 변환효율은 다중접합 기술을 이용할 경우 최대 47.6%에 이르는데, 이를 더 높이기 위해 다중 엑시톤 생성, 무한대 pn 접합, 메타물질(metamaterial)을 이용한 광자 분리, 극저온 전자 제어 등 다양한 방향으로 연구가 이루어지고 있다.
이론상으로는 60%의 효율이 가능할 수도 있지만, 이를 현실적으로 구현하는 것은 쉽지 않다. 변환효율 60% 기술을 개발하기 어려운 이유가 무엇이며, 이를 달성하기 위해 반드시 해결해야 할 과제는 무엇일까?
일반인공지능과 인간의 공존
일반인공지능이 인간을 넘어서는 징후를 포착할 수 있을까?
최근 생성형 인공지능의 비약적 발전으로 일반인공지능(AGI; artificial general intelligence)과 초지능(super intelligence)에 대한 관심과 우려가 빠르게 확산되고 있다. 이와 관련하여 여러 가지 중요한 질문들에 대해 지금부터 답을 준비해야 한다. 과연 일반인공지능과 초지능이 얼마나 빨리 등장할 것인가? 일반인공지능이 도래한다면, 인공지능과 인간의 평화로운 공존을 위해서는 어떠한 대비가 필요할까? 무엇보다도 일반인공지능이 인간의 통제를 벗어나고 있다는 징후를 포착할 수 있는 방법이 있을까?
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