떠오르는 유망 나노기술로는 나노소자, IoT 나노센서, AI칩, 양자암호통신 등이 있다. 4차 산업혁명 시대에 각종 기술적 난제를 해결하는 핵심 기반이 될 전망이다.
나노소자는 초고속 계산, 초전력 운용 등에서 성능 개선 요구가 나옴에 따라 부상했다. 초고밀도 집적을 위한 크기 축소와 3차원 집적회로 설계를 위해 각종 나노소자 기술이 개발되고 있다. 구리로 이뤄졌던 소자 내 배선을 탄소나노튜브와 같이 저항이 더 낮은 소재로 대체하는 광배선 기술도 유망하다. 전자의 전하 대신 전자 스핀, 양자를 이용하는 기술도 개발되고 있다.
IoT 나노센서는 초연결(초감각) 인프라에 요구되는 핵심 요소다. IoT 보급 확대와 더불어 기존 마이크론 센서보다 감지능력이 뛰어나고 소모 전력이 낮은 나노센서에 대한 요구가 늘고 있다. 미세전자기계시스템(MEMS) 기반 제조 공정도 나노-MEMS 혹은 NEMS으로 전환된다. 나노소재와 나노공정을 도입해 감지능력이 향상되고 있다. 크기도 획기적으로 줄어든다. 향후 새로운 감지 대상에 적용할 수 있는 나노센서, 나노센서 수명과 신뢰도를 높이는 기술 개발이 지속될 전망이다.
AI를 동작하기 위해서는 고성능 CPU와 메모리가 탑재된 컴퓨터 여러대와 고성능 인터넷과 네트워크가 필요하다. 신경세포인 뉴런을 모방한 뉴로모픽 소자에 AI 알고리즘과 메모리를 일체화한 전용 칩으로 문제 해결을 시도하고 있다. 인간 시냅스와 유사한 성능과 에너지 소모 특성을 갖는 다양한 칩이 개발되고 있다. 네패스는 저전력으로 독립 학습이 가능한 NM500 소자를 상용화했다. NM500 칩은 이미지, 음성, 환경 등 모든 센서와 접목해 의료 분야나 반도체 검사 장비, 자동차 전장, 로봇 청소기, 가정용 인지 센서 등에 활용할 수 있다.
양자암호통신에서도 나노가 위력을 발휘한다. 에너지 최소단위 양자(퀀텀)는 복제가 불가능한 유일한 물리량이다. 제3자가 중간에서 통신정보를 가로채려할 경우 키를 나눠가진 송·수신자가 이를 알 수 있다. 원천적으로 해킹이 불가능하다. 양자암호통신은 궁극의 보안통신 솔루션으로 부상하고 있다. 기간통신망은 물론 행정·국방·금융·의료 등에서도 활용도가 높을 것으로 점쳐진다. 양자암호통신 기술은 광통신을 활용한 유선 방식 시험통신망을 이미 구축한 상태이다. 상용화를 위한 기술검증 단계로 진화하고 있다.
차별화한 미래 소재도 경쟁의 원천이 된다. 미래 소재는 기존 경험 위주의 소재개발 방식으로는 개발하기가 어렵다. 최근 선진국을 중심으로 신소재 개발 기간 단축과 개발비용의 획기적인 축소를 위한 국가차원의 연구개발이 진행되고 있다. 소재의 디지털 데이터와 계산 과학 기법을 활용한 개발 방식으로 실험의 반복과 오류를 최소화하고 있다.
박종구 나노융합2020사업단장은 “4차 산업혁명 시대를 이끌 다양한 나노기술 연구가 한창”이라면서 “나노가 기술적 한계를 뛰어넘는 새로운 패러다임을 제시할 것”이라고 말했다.
박소라기자 srpark@etnews.com
