일본산업뉴스요약

스타트업X: 마이크로웨이브 테크
마이크로파의 뛰어난 힘
암 검진이나 무선 급전 등에 응용/ 생산현장∙일상생활 일변

전자레인지로 식품을 데울 때 조사하는 마이크로웨이브가 주방에서 탈출해 사회에 새로운 바람을 일으키려 하고 있다. 스타트업 기업들이 응용하려는 분야는 암의 조기발견부터 우주공간까지 폭넓다. 실용화되면 생산현장이나 일상생활을 일변시킬 힘을 안고 있다. 기술개발에서 최첨단을 가는 ‘마이크로웨이브 테크’의 실태를 따라가 보았다.

마이크로파를 조사하는 것만으로 조기 유방암을 발견한다. 그런 미래를 그리는 기업이 있다. 고베대학발 스타트업 기업 Integral Geometry Science(IGS, 고베)다. 고베대학에서 응용물리학을 전공하는 기무라(木村) 교수가 2012년에 창업하고 CSO(최고전략책임자)도 맡고 있다.

IGS가 개발한 유방암 검사 장치는 한 변이 5mm~3cm의 지우개 크기의 안테나에서 유방에 마이크로파를 조사한다. 암 세포에 닿았다가 되돌아온 파동으로 암의 모양을 몇 초 만에 계산해 모니터에 3차원 이미지로 보여준다.

IGS에 따르면 직경 1mm 미만의 작은 암이라도 발견할 수 있다고 한다. 20년부터 안전성이나 성능을 확인하는 임상시험에 들어갈 예정이다. 승인 신청 등 필요한 절차가 순조롭게 진행되면 2021년 가을에 발매할 계획이다.

의료 현장에는 자기공명영상장치(MRI) 등 물리학을 응용한 기기가 많다. 국내에서는 1년간 1만 4,000명 이상이 유방암으로 목숨을 잃는다고 한다. “나도 물리학자인 입장에서 인명을 구하는데 도움을 주고 싶다”. 기무라 교수는 그런 생각에서 검사 장치 개발을 시작했다.

-- 암 세포에서 반사 --
현재의 유방암 검진은 맘모그래피(유방 X선 촬영검사)가 주류다. 그러나 암 세포와 유방 내의 콜라겐 섬유인 단백질을 구분하는 것은 어렵다고 한다. 또한 방사선피폭의 위험도 있다. 초음파로 암을 찾는 검사도 있지만 초음파는 유방의 지방에 쉽게 흡수되기 때문에 암 세포에 도달하기 어렵다고 한다.

마이크로파는 물분자를 많이 포함하는 조직에 부딪히면 쉽게 반사되는 성질이 있다. 수분이 적은 콜라겐 섬유나 지방은 통과하는 한편 정상적인 세포보다 수분을 많이 포함하고 있는 암 세포에 부딪히면 되돌아온다. 그래서 암의 존재를 분명히 밝히는 구조다.

기존에는 반사돼서 산란한 마이크로파를 정확하게 판독해 암 세포의 위치나 모양을 추정하는 것이 어려웠다. 기무라 교수는 마이크로파가 부딪혔을 때의 파동에서 물체의 위치나 모양을 범용 컴퓨터로 계산하는 기술을 세계에서 처음으로 개발한 인물이다.

IGS는 이 기술을 활용함과 동시에 주파수가 높은 20기가헤르츠의 마이크로파를 보내, 되돌아온 미약한 파동을 판독하는 안테나 개발에 성공했다. 이 성공으로 실용화가 가시화되었다. 기무라 교수는 “최근 10년 동안에 반도체가 급속하게 소형화되면서 작은 암도 발견할 수 있는 기기를 만들 수 있게 되었다”라고 말한다.

마이크로파는 빛과 같은 전자파의 일종으로 파장은 1cm~10cm다. 전자레인지 외에 위성방송의 전파 등에도 사용하고 있다. 마이크로파가 발견된 것은 1920년대다. 제2차 세계대전이 시작되자 영국과 미국이 비행기 레이더용으로 기술연구를 추진했다. 그 성과가 전후에 가전제품 등에 응용된 것이다. 스타트업 기업은 지금 그 범위를 단숨에 확대하려 하고 있다.

올해 가을은 태풍 15호와 19호가 각지에 큰 피해를 끼쳤다. 우주 스타트업 기업 Synspective(도쿄)는 마이크로파로 자연재해에 대비하는 사업을 추진 중이다.

Synspective가 개발 중인 소형 인공위성은 지표에 마이크로파를 조사한다. 수집된 데이터로 하천의 범람이나 토사 붕괴를 파악해 정부 등에 제공하는 서비스를 목표한다. 일반적인 관측 위성은 카메라로 지표를 촬영하기 때문에 야간이나 구름에 덮인 지역에서는 기능하지 않는다. 마이크로파는 기후에 관계없이 지표 데이터를 수집할 수 있다. 물질 별로 반사 정도가 다른 것을 이용해 지표에 존재하는 사물의 재질도 분석할 수 있다. 인공위성은 22년까지 6개를 발사할 계획이다.

전력시스템 스타트업 기업 Space Power Technologies(SPT, 교토시)의 후루카와(古川) 사장은 “마이크로파는 이동전화가 고정전화를 대체한 것과 같은 임팩트를 만들어 낼 수 있다”라고 강조한다. SPT는 마이크로파에 의한 무선 급전의 실용화를 목표한다.

물류창고나 공장의 IoT 대응에서는 많은 기기에 센서나 통신 장치를 부착해야 하기 때문에 전력 케이블 배선이 복잡해진다. 드릴 등의 회전기기에는 케이블이 아니라 배터리를 사용하지만 자주 교환해야 한다.

-- 과제는 법 정비 --
개발 중인 무선 급전은 전기를 마이크로파로 바꿔서 떨어진 장소로 보내고, 기기 측에서 다시 전력으로 돌리는 구조다. 기기에 소형 안테나와 변환 장치를 장착할 수 있으면 배터리가 불필요해진다. 최대 10m까지 전기를 보낼 수 있다는 점이 특징이다.

후루카와 사장에 따르면 전기를 수용하는 효율도 높고, 전달된 에너지의 80~90%를 전력으로 바꿀 수 있다. 타사보다도 약 10포인트 높다고 한다. 19년 내에 시작품을 완성시키고 20년에 사업화할 계획이다. 미래에는 인공위성에서 태양광 발전한 ‘우주발전소’의 전기를 지구로 보내는 시스템에 기술을 제공할 계획이다.

무선 급전의 역사는 전기자동차업체 ‘테슬라’라는 이름의 유래가 된 인물 니콜라 테슬라까지 거슬러 올라간다. 테슬라는 20세기 초두에 전자파를 사용한 무선 급전에 도전했지만 마이크로파와 같은 고주파 전자파를 사용할 수 없었기 때문에 실패했다. 최근에는 마이크로파를 효율적으로 출력해 전력으로 변환하는 기술이 정비되면서 실용화의 시기가 가까워지고 있다.

과제는 법 정비다. 마이크로파 등의 전자파는 다른 무선시스템에의 간섭이나 인체에 대한 악영향의 우려가 있어 무선 급전을 상용화하기 위한 제도가 정비되지 않았다. 무선 급전 기술에 정통한 교토대학의 시노하라(篠原) 교수는 “일본 기업은 기술에서 유럽과 미국에 앞서고 있지만 사업화에 필요한 환경 정비가 뒤처져 있다”라고 지적한다.

암의 조기 발견이나 인공위성에 의한 방재 대응, 무선 급전. 스타트업 기업이 목표하는 미래상을 실현하기 위해서는 행정 지원이나 대기업과의 협력도 필요해진다. 일본이 ‘마이크로웨이브 선진국’이 되기 위해서는 관민의 적절한 협력이 반드시 필요하다.

 -- 끝 --