김장열 ETRI 전파원천기술연구실 선임연구원
“자기 센서란 무엇일까?”, “자기 센서로 극한 환경에서 무선통신이 가능할까?”
2019년 처음 과제에 합류하면서 들었던 생각이다.
처음 극한 환경이라는 용어를 들었을 때 용어 자체가 생소하고 무엇을 의미하는지 곰곰이 생각했던 기억이 있다.
극한 환경이란 생명체의 생존에 있어서 도전적이며 극단전적인 조건의 환경을 말한다.
대표적으로 사막, 극지방, 화산, 심해, 대기권, 우주 등을 좋은 예로 들 수 있다.
필자는 소속 연구진들과 함께 물과 흙 등을 포함하는 수중·지중 등과 같은 극한 환경에서 이종 매질 간 무선 데이터를 전송할 수 있는 통신기술을 개발하고 있다.
물과 흙 등 이종 매질을 통과하고 지중이나 수중 환경에서 통신이 가능한 기술은 기술적 난제를 해결하기 위해 초음파, 광, RF 방식이 아닌 자기장 기반의 무선통신 기술이 요구된다.
무선통신을 위해서는 자기장 신호를 감지할 수 있는 장치나 소자가 필요하며 대표적인 예로 ‘자기 센서’를 들 수 있다.
자기 센서는 자기장의 크기와 방향, 또는 특정한 지점에서의 자기장의 변화를 측정할 수 있는 장치를 말한다.
나침반은 일반적으로 흔히 알려져 있는 ‘자석’과 같은 자성 물질을 이용해 만들며 지구가 커다란 자석과 같아서 나침반의 바늘은 지구 자기장의 영향을 받아 돌아가게 돼는 원리를 이용한다.
자기 센서는 저전력, 소형화에 상당한 이점을 가지고 있으며 군사, 의료, 자동차, 사물인터넷, 기상 분야 등 다양한 산업 분야에 널리 활용되고 있다.
하지만 통신 분야에서는 기술적 난제가 많아 기초 연구 수준에 머물러 있다.
특히 양자 기반의 자기 센서는 지구 자기장의 세기인 25μT~65μT(마이크로테슬라, 100만분의 1)보다 1백만 이상의 작은 미약한 자기장의 세기를 감지할 수 있어 먼 거리에서 통신이 가능하다.
이는 자기 센서를 통해 전송 거리 확장이 가능하다는 것을 의미한다.
무선통신 관점에서는 난제 중에 하나인 전송거리 문제를 해결 할 수 있어 자기 센서가 난제를 극복하는 하나의 해결책이 될 수 있다.
필자는 현재 극한 환경에서 가능한 무선통신 기술을 위해 자기 센서를 수신 소자로 활용해 통신기를 구현하고 실험실 수준에 검증을 수행하고 있다.
단계적으로 연구 결과를 발전시켜 상용화 수준의 연구 결과물이 만들어 질 수 있도록 연구에 매진할 예정이다.
또 연구에 매진한 성과로서 연구원 창립 45주년을 맞아 연구소 대표로 신입직원상을 받을 수 있었다.
입사한지 3년 만에 처음으로 큰 상을 받아 어깨가 무겁다.
극한 환경에서 자기 센서를 이용해 세상의 편리한 기술이 되도록 더욱 노력하라는 뜻으로 받아드린다.
미래에는 극한 환경에서 활용할 수 있는 자기 센서를 이용한 자기장 기반 무선통신 기술이 개발돼 ETRI 연구진이 개발한 기술이 국내 시장 및 세계 시장을 선도할 수 있는 기술이 되길 희망한다.
아울러 수중·지중 시설물 관리, 지중 무선 발파 뇌관, 유전·광물 탐사, 자연재해, 건물·갱도 붕괴, 매몰, 포트홀 등 재해, 재난, 인명구조 등에 다양하게 활용될 수 있기를 기대해 본다.