Future of Bio Photonic Machines
연구분야의 현황
연구분야의 중요성
광학기계는 오랜 역사를 가지고 있으면서도 현재도 발전하고 있습니다.
광학기계의 대표적인 기술은 현미경, 망원경 등이 있다. 현미경은 유리 가공을 비롯한 렌즈 제조기술이 발달하면서 작은 사물을 확대해서 볼 수 있는 기술로 각광받았다. 현미경의 발명으로 물속에 있는 작은 생물체들을 볼 수 있었고 세균 및 세포를 연구하는 생물학을 시작하게 하였습니다.
현미경은 레이저 등 광원 기술과 카메라 등 센서기술의 발전, 그리고 컴퓨터 발전에 힘입어 최근 고성능 현미경 기술들이 속속 개발되고 있으며 새로운 기회를 제공하는 동시에 고성능 현미경 기술에 대한 수요도 또한 증대하고 있습니다.
고성능 현미경 기술은 기초 생물학에서 살아있는 세포를 초고해상도 고대비도 관찰할 수 있게 하며, 기초의학에서는 병변의 시작인 비정상세포를 탐지, 추적하여 병변의 기작과 조기탐지를 가능하게 한다. 고성능 현미경 기술은 반도체 포토리소그라피에 활용되어 수 나노단위의 선폭까지 만들 수 있게 하며, 정밀 가공에 활용되어 3차원 소형소자 제조에 활용되고 있습니다.
기존 현미경 기술은 광학 소자 등 광학 기술에만 의존하였으나 현대 현미경 기술은 컴퓨터의 연산 기술과 결합하여 예전에 불가능하였던 고속, 고심도, 고해상도 영상화를 가능하게 합니다.
연구분야에 속한 기술들
레이저 스캐닝을 통한 3차원 현미경 및 비선형 현미경, 초고해상도 현미경, 고심도 현미경, 광간섭 단층영상법, 연산 현미경
수술용 현미경/ 안과용 수술 및 검사 기기/ 내시경
반도체 포토리소그라피 (노광) 기술, 제조 및 생산에 사용되는 광학 제조기기 및 검사기기
구체적으로 연구하고 있는 기술
연구실에서 개발하는 기술의 소개
생물학과 의학의 문제를 해결하기 위한 고성능 생체 영상기술, 바이오 포토닉 기계시스템을 개발합니다.
연구실의 연구 내용
3차원 해상도를 가지는 생체 현미경을 기반으로 고성능 현미경 기술을 개발한다. 공초점 현미경, 다광자를 포함한 비선형 현미경, 빛시트 현미경, 고심도 표면 현미경 등의 고속화 고대비도화 고심도화 등. 그리고 연산 현미경을 개발합니다.
광간섭단층영상 기술을 기반으로 고속, 고대비도, 다기능 영상법을 개발합니다.
생체 현미경의 성능 향상과 영상정보 획득을 위하여 인공지능 기반의 영상처리 기법을 개발합니다.
연구실에서 개발하는 바이오 포토닉 기계시스템은 의료에서는 조기 및 정밀 진단, 정밀 암수술을 위한 영상가이드로 활용되며, 생물에서는 인비보에서 일어나는 세포단위 기작이해 그리고 뇌 신경세포의 신경망 연구 등에 활용합니다.
발전 또는 도약을 위해 필요한 사항
고성능 현미경은 고속, 고대비도, 고해상도, 고심도 영상 획득과 정보 추출을 필요로 한다. 이는 동시에 만족시킬 수 없는 조건들이며 이에 대한 수요는 더욱더 증가하고 있다. 우리는 최근 발전하고 있는 인공지능 및 연산 기술을 활용하여 극복하고자 합니다.
고성능 현미경은 분자 영상을 위한 표지자 기술, 고성능 레이저 및 센서 기술과 함께 발전해 왔다. 발전된 고성능 현미경은 새로운 가능성을 제공할 것이며 고성능 현미경에 대한 수요는 계속 증가할 것이다. 그러므로 현미경 기술 발전의 추세는 계속될 것 입니다.
미래 전망
연구실의 기술과 이를 포함한 광학기계의 미래 전망
연구실이 개발하는 생체 영상법은 생명 현상의 이해와 정밀 진단 및 치료에 기여할 것이다. 컴퓨터 연산기술과 결합된 광학기계는 소형화 단순화가 가능해져 더 다양한 수요를 만족시킬 것이다. 현미경 기술은 나노 마이크로 세계를 볼 수 있는 눈이며 나노 마이크로 세계를 만들어 내는 도구로 더욱 더 발전할 것이다. 광학기계는 제조 및 검사 등 산업발전에 기여할 뿐만 아니라 정보통신 세계를 고도화 할 것이며, 일상 생활에서도 스마트한 눈으로 다양한 기능을 할 것입니다.
글로벌 챌린지 (환경, 에너지, 판데믹, 노화 및 질환)에 대한 의견
우리는 현재 급격한 환경변화를 겪고 있으며 이러한 변화는 더 심해질 것으로 예상된다. 광학기계 기술의 첨병인 본 연구자는 환경문제를 해결하기 위해 다양한 채널을 통해 의견을 교환하고 있으며 고민하고 있다. 초강력레이저를 활용한 핵융합 기술, 대기 변화 등 환경변화를 측정하기 위한 기술, 절전형 및 발전형 나노 마이크로 디바이스 가공 및 제조 기술 개발을 통해 환경 보존 및 에너지 문제 해결에 기여하도록 노력할 것입니다.
이제 코비드19 판데믹은 곧 끝날 것으로 보이나 급격한 환경변화로 인해 다른 판데믹이 올 것으로 예상한다. 그동안 축적되었던 바이오 분석기술 및 지식과 나노 제형기술로 백신을 신속히 만들어, 다른 판데믹도 이번 것에 비해서는 잘 대처할 수 있을 것이다. 광학기계는 바이오 의료 그리고 나노 마이크로 기술의 발전에 기여하고 있으며 이들을 위하여 더 나은 광학기계를 연구개발 할 것입니다.
노화와 질환은 생명체의 복잡한 기능과 원리를 측정하고 이해함으로써 지연 및 치료 가능성을 높일 수 있다. 생명체에 대한 정보가 더 축적되면 컴퓨터 모델 트윈을 만들 수 있을 것으로 기대되며 개개인의 상태를 이해하는 데 활용될 수 있을 것입니다.
미래 기계기술에 대한 전망
기계공학은 동적 기기에 대한 측정, 분석, 모델링과 제조 생산을 담당하는 고전적이만 현재와 미래를 위한 필수 학문이다. 물리학, 화학, 생물학, 수학 등 자연과학 지식과 컴퓨터공학, 전자공학, 화학공학, 의학 등 공학기술을 활용하여 새로운 측정 및 모델링, 동적 기기 제작 및 가공 등 실현 기술로 계속 발전할 것 입니다.