참고		혁신도전프로젝트 ‘20년 테마별 요약 설명자료

(환경 –「CO2를 배출하지 않는 사회」)

CO2 발생없이, 폐유기물을 판매가치있는 자원으로 전환

< 폐유기물의 기초원료(C2 단량체)화 공정기술 개발>

□ 문제정의 및 새로운 접근법

ㅇ 폐유기물은 재활용·소각·매립 등의 방법으로 처리되고 있으나 처리비용과 환경오염 대응 측면에서 한계 ⇨ 공정이 단순하고 활용도가 높은 판매가능·고부가가치 기초원료(C2 단량체*)로 재자원화

- (바이오가스) 생산시설 자체활용 35%, 발전 17.4%, 소각·방출16.5%

- (폐유 등) 재활용 78%, 소각·매립 22%

- (폐플라스틱, 합성수지 등) 재활용 58%, 소각 36%, 매립 6%

* C2 단량체: 에틸렌(C2H4), 아세틸렌(C2H2)

		기존(재활용·소각·매립 등)		C2 단량체화
특징		▸환경오염 유발(CO2 배출) * CO2 배출량(kg)/폐기물량(kg) : (소각) 3.7 (재활용) 1.9 ** 매립은 CO2보다 온난화 지수가 21배 높은 메탄(CH4)배출로 ‘26년부터 전면 금지 ▸높은 처리비용 ※ 부가가치*(만원/톤): 매립 -15, 소각 -25, 재활용 –19 (*생성물 가격 – 처리비용) ▸복잡한 처리 과정 ※ 예: 폐플라스틱은 재분류·분리, 분쇄, 세척, 건조 등의 별도절차 필요		▸환경오염요인 제거 / CO2 배출 Zero * CO2 배출량(kg)/폐기물량(kg) : -0.65 (공정 자체에서 발생하는 CO2는 ‘0’이며, 부수적으로 발생하는 CO2도 제거하는 효과) ▸판매가능한 기초원료화(고부가가치) ※ 부가가치(만원/톤): 76 ▸단순한 처리공정 ※ 고·액·기 단일공정, 혼재물 처리가능 (재분류, 정제공정 등 불필요)

□ 기술의 혁신·도전성

ㅇ (혁신성) 폐유기물을 고비용·처리대상 → 고수익·판매대상으로 패러다임 전환함과 동시에, 소각·매립·재활용 시 발생하는 CO2를 Zero화

ㅇ (도전성) 고·액·기체의 혼재된 폐유기물을 초고온(2000K)·단시간(1초이내)에 기초원료(C2단량체)로 전환하는 기술로, 세계최초 시도

□ 주요 사업내용

ㅇ (사업기간) ’22년 ~ ‘24년(1단계, 3년)

ㅇ (사업 목표) 모든 형태의 폐유기물을 C2 단량체로 기초원료화하는 공정을 개발하여, 재활용·매립 등 기존 처리법을 대체하는 플라스틱 순환경제 구축

1단계		2단계
· C2 단량체 공정 플랫폼 시스템 기술 ※ (규모) 기·액상 20L/h, 고상 10kg/h · Lab Scale의 리액터 시작품 · 기업·지자체 협업으로 성능검증	⇨	· 처리용량 스케일업 기술 확보 ※ (규모) 기·액상 2000L/day 고상 2ton/day · 현장도입 가능한 규모의 리액터 시제품 · 산업플랜트·지자체 시설에 적용

ㅇ (세부 연구과제) △ 폐유기물 전처리 기술, △ 플라즈마 공정을 통한 C2 전환 공정 시스템, △ C2 분리 등 후처리·고부가화 기술

1. (전처리) 다양한 성상(고·액·기)의 폐유기물 분석, 제염 등 전처리 기술 개발
세부 연구	성과 목표
▸ 폐유기물 특성 분석 및 고상 폐기물의 유동화 공정 기술 ▸ 고·액·기 폐유기물의 C2 전환 공정으로의 최적 공급 기술 ▸ 액상 폐유기물의 정제 공정 기술 개발 ▸ 혼재물 내 불순물질 제거	- 산소함량 0.5% 이하에서 유동화 가능 저온(40ㅇC)에서의 유동화 점도(PE/PP: 180, 폐섬유: 35cSt 이하)
2. (C2 전환) 폐유기물의 C2 단량체 전환공정 시스템
세부 연구	성과 목표
▸ 대용량 플라즈마 전환공정 열반응 해석기술 개발 ▸ 수소(H2) 반응을 통한 C2H2, C2H4 전환생산 공정 기술 ▸ C2 전환공정 시스템(반응기) 시작품(Pilot) 제작	선택도: C2H2 90%, C2H4 80% 이상 10kg/h급 전환공정 개발
3. (C2 분리, 후처리) C2 생산 고도화 및 고부가화 기술
세부 연구	성과 목표
▸ 고효율·고순도 C2 분리기술 (H2와의 분리 / C2간 분리) ▸ C2 → C3 전환 촉매 개발	- 순도: C2H2 99.5%, C2H4 99.8% 이상 C3 전환율 67% 이상

(안전 – 「사고없는 안전한 바다」)

구조대보다 먼저 현장에 도착하여 수색을 지원하는 해난대응 시스템

<해난사고 신속 초동대응용 수공양용 AUV 기술개발>

□ 문제정의 및 새로운 접근법

ㅇ 해난 사고대응은 출동 → 위치추적 → 수색 및 구조의 과정으로, 본격 구조활동 전, 정확한 사고위치 파악과 침몰선박 추적·수색이 중요

- 사고접수 후 △출동 준비시간, △통신두절, △조류에 의한 침몰선박 위치불명 등의 요인은 신속·정확한 초동대응을 제한하며, 특히 악천후시에는 출동지연으로 구조에 어려움이 더욱 심각

⇨ 악천후를 포함, 언제든 구조대보다 먼저 신속하게 공중이동하여, 사고선박 위치추적 및 조기수색으로 원활한 후속 구조활동 지원할 수 있는 비행이 가능한 AUV 필요(Autonomous Underwater Vehicle)

※ ‘15~‘19년까지 제주해역에서 태풍·풍랑특보 등 악천후시 발생한 해난사고는 233건

	<구조전문가 설문결과>
▸ (수색시 어려움) 높은 조류 및 악천후 44%, 시야확보 28% 등 ▸ (일반 AUV 활용 애로) 운용선박 필요 29%, 낮은 이동속도 17% 등 → 사고현장에 적합한 형태로 수공양용 단일동체형이 88%

		기 존		Flying AUV 도입
구조 방법		· 즉각 초동대응팀 별도운용 없이구조대가 준비되면 선박으로 기동		· 구조대 출동 전, AUV로 초동수색
기동성		· 출동준비 시간 필요 · 선박에 의존		· 신고접수 즉시 출동 가능 · 일체형+경량화로 신속기동
선박 추적		· 현장도착 전 선박위치 변동 시 발견에 어려움		· 현장도착 전 선박위치가 변해도 공중기동으로 신속발견, 구조대 유도
현장 수색		· 잠수시간 제한, 안전위협 · 수색범위 제한		· 안전문제 없으며, 구조대의 수색부담을 해소하고 구조의 정확성·효율성 확보
악천후*		· 기상 개선시까지 출동불가 · 선박 위치 추적 불가		· 구조대 출동 전(기상 개선 전), 즉각 출발로 선박 지속 추적 및 침몰 상황 모니터링(지휘통신체계)

※ 일반 AUV 역시, 선박에 싣고 이동함에 따라 침몰선박 발견 전까지는 역할이 제한

* 태풍·폭우는 물론, 맑은 기상에서의 강풍 등에 인한 높은 파고, 빠른 조류 등도 해당

□ 기술의 혁신·도전성

ㅇ (혁신성) 해난사고 즉시, 선박을 추적·수색함으로써, 해난 구조의 신속·정확성이 획기적으로 개선되고, 악천후에는 유일한 대안

ㅇ (도전성) 운행환경이 해수 ⇄ 공중으로 급변함에 따라, 두 조건을 모두 만족할 수 있는 경량·수밀기술, 수공 천이 기술 및 추진기술 등을 확보하는 데 고난이도가 인정됨

<사례 비교: ‘21. 2. 19. 금, 포항 감포 동방 약 40km 해상 어선 전복사고>

실제 사고 사례		실제 대응		Flying AUV 활용(가정)
				Flying AUV	구조대
17:00 풍랑주의보 발효
17:45 위치신호 끊김				17:45 출동
					17:55 출발
				18:05 선박 발견
				18:06 위치 및 현장 정보 전송 + 정밀 수색
18:45 선장 최종통화 (전복 추정)					18:50 현장 도착 구조활동 개시
		18:55 해경 등 출동
		21:25 사고선박 발견

□ 주요 사업내용

ㅇ (사업기간) ‘22년 ~ ‘25년(1단계, 4년)

ㅇ (사업 목표) 빠르게 해난현장에 도착, 수색 등 현장관리를 지원하는 수공양용 AUV를 개발하여, 구조활동 공백을 제거하고 악천후 등 기상조건에 자유로운 전천후 해난대응 시스템 완성

1단계		2단계
▸ Flying AUV 원천기술 개발 ※ 경량동체 및 운영 시스템, 자율운용 및 초고속·광역 무선통신 ▸ AUV 동체, 운영시스템 시작품 ▸ 인증 획득 및 실해역 실증(해경참여)	⇨	▸ Flying AUV 고도화 ※ 내압강도, 비행·잠항능력 고도화, 수중진입성능, 위치파악성능, 고속통신 거리 개선 등 ▸ 고도화 개선된 시제품 완성 ▸ 사업화, 해경도입, 현장운영

1세부. Flying AUV 이동체 및 운영 시스템
세부 연구		성과 목표
		1단계	2단계(안)
▸ 동체 경량화 및 방수 구조 및 기술 설계 ▸ 공(空)/수(水)의 특성을 모두 만족하는 단일 추진 및 제어 시스템 ▸ 운용자가 데이터를 쉽게 확인하고 신속하게 대응할 수 있는 통합 운영 시스템	동체무게	50kg 이하	50kg 이하
	내압검증	3bar 이하	12bar 이하
	비행능력*	50km/h (0.5H)	100km/h (1H)
	잠항능력*	1노트(1H, 수심 10m)	3노트(2H, 수심 100m)
	공수전환 (+5m → -1m)	1분 이내	0.5분 이내
2세부. Flying AUV 자율운용 기술 개발
세부 연구		성과 목표
		1단계	2단계(안)
▸ 상공/수중 위치의 정확한 추정 ▸ 변화하는 복합환경(공⇄수)에서의 연속적 임무수행을 위한 자율제어 ▸ 수중 획득 영상정보 품질확보	공중위치오차	1m 이하	0.5m 이하
	수상착륙위치 정밀도(오차)	5m 이하	2m 이하
	공수전환 성공률	70%	95%
	수중목표인식 정밀도	70%	90%
3세부. Flying AUV 임무수행 지원을 위한 해상 광역·초고속 무선통신 기술개발
세부 연구		성과 목표
		1단계	2단계(안)
▸ 운용환경 변화에 대한 적응 및 파손·부식 처리 대응이 가능한 통신 시스템 ▸ 임무지원 시 끊김없는 무선통신 제공을 위한 AI기반 해상 고신뢰·광역전송 기술 ▸ 수중 영상정보의 무손실 전송 기술	전송거리	25km이상	100km이상
	제어정보 전송률	1Kbps 이상 (50km/h 이동시)	1Kbps 이상 (100km/h 이동시)
	영상정보 에러 손실률	0.001% 이하	0.001% 이하

(자연재해 –「기상이변 피해가 없는 사회」)

3. 24시간 정밀 기상관측 및 재난감시가 가능한 시스템

<다목적 성층권 드론 기술 개발>

□ 문제정의 및 새로운 접근법

ㅇ 위성*을 활용한 기존 기상관측 체계로는 태풍·폭우·폭설 등 국지·돌발성 기상을 항시, 신속·정확하게 예측하는데 한계

* 정지위성은 24시간 관측이 가능하지만 지상을 정밀하게 관측하기 어렵고, 저궤도위성은 지상을 정밀하게 관측 할 수 있지만 하루 15분 내외만 관측 가능한 한계

※ 기상청의 강수 정확도 46%(’17년, 감사원), 태풍경로 5일 후 예측위치 오차 405km(‘16년, 기상청)

※ 태풍, 호우, 대설 등 기상재해 피해재산 및 복구액 규모 5,846억원(’18년, 기상청)

⇨ 구름·바람이 약하고 태양광이 풍부한 성층권에서 장기간 운용이 가능한 무인기 시스템을 개발, 위성의 한계를 보완하는 상시·정밀 감시체계 구축

* 대류권(0~10km), 성층권(10~50km), 중간권(50~80km), 열권(80~500km)

		위성 활용				성층권 드론 (고도: 18~22km)
		정지궤도 위성 (고도: 36,000km)		저궤도 위성 (고도: 500~1,500km)
24시간 관측		가능		불가 (1일 3회, 총 15분 내외 관측)		가능
정밀관측		불가 (공간해상도 250m 내외)		가능 (공간해상도 1m 내외)		가능 (공간해상도 1m 이하)
유연한 임무수행		불가 (최초 제작 시 결정)		불가 (최초 제작 시 결정)		가능 (임무에 따라 수시로 장비 교체)
비용		높음 (1,500억원 이상, 발사비별도)		높음 (500~1,500억원, 발사비별도)		낮음 (100억원 이하, 발사비 없음)
활용		거시적 기상·해양 관측 및 통신 ※ 운영위성 7대(기상 2대)		거시적 기상·해양 관측 및 통신 ※ 운영위성 4대(다목적)		정밀 기상·재난 관측 국경 감시

□ 기술의 혁신·도전성

ㅇ (혁신성) 위성의 한계인 항시·정밀관측을 동시 만족하여 기존의 기상·재난 관측 사각지대를 해소하며, 친환경성(태양광)·비용대비 효과* 우수

* 全 국토 24시간 정밀관측 시, △성층권 드론 1,000억원(10대X100억원), △저궤도 위성 7.7조(96대X약 800억원) △정지궤도 위성은 정밀관측 불가하며, 보유가능 댓수 제한

ㅇ (도전성) 극한환경(-70도)에서 발생하기 쉬운 마모·급방전을 방지하고, 1개월 체공을 위해 소모동력이 작은 경량 무인기 제작에 고난이도 설계 필요

□ 주요 사업내용

ㅇ (사업기간) ‘22년 ~ ‘25년(1단계, 4년)

ㅇ (사업 목표) 24시간 정밀한 기상관측·재난감시로 국가재난 상시대응에 활용할 수 있는 태양광 무인기 시스템 개발

- 기상청 등 수요부처와 함께 무인기 기술을 고도화·상용화하고, 공공조달을 통해 국가 재난 대응에 활용(2단계)

1단계(4년)		2단계(4년)
▸성층권에서 1개월 이상 체공 가능한 무인기 기술 개발 ▸무인기 시제기 제작 및 운영시스템 시범운영(비행시험 및 지상 관측 데이터 송·수신 등) ▸항우연 고흥항공센터	⇨	▸ 무인기 기술 고도화, 시험·인증 등 상용화·양산체계 구축(기상청 등 수요부처 참여) ▸ 상용화 인증기 제작 및 운영시스템 구축 ▸ 기술이전·공공조달 등의 다양한 형태로 민관 도입(기상청 등)

ㅇ (세부 연구과제) △ 기체설계 및 종합체계 △ 통신 및 제어 시스템, △ 추진장치, △ 고도화를 위한 원천기술 개발 등으로 구성

1. 성층권 드론 기체설계 및 종합체계 기술 개발
세부 연구		성과 목표
		현 수준	목표
▸ 초경량·고강도 기체 구조·형상 설계 및 제작 ▸ 비행체 지상 운용 시스템 개발 및 제작 ▸ 고고도 장기체공기 프로펠러 기술개발	프로펠러효율	72%	75%
	원거리 지상 통제장치	-	1식
	날개 길이	20m	30m
2. 비행체 통신·제어 기술 개발
세부 연구		성과 목표
		현 수준	목표
▸ 비행제어 전장(전자장치) 시스템 개발 ▸ 성층권 장기체공이 가능한 동력시스템 제작 * 단열·압력 등 배터리 패킹 기술, 태양전지 모듈, BMS(Battery Management System) 등 ▸ 안테나 등 통신 및 임무장비 개발	전장 중량	5Kg	7.5Kg↓
	배터리팩용량	7kWh	14.3kWh
	태양전지모듈	2.2kW	9.0kW
3. 비행체 추진장치 개발
세부 연구		성과 목표
		현 수준	목표
▸ 전기추진 시스템(경량, 고효율, 내구성, 내환경성) 제작 및 통합 - 모터·인버터 고효율·경량 설계 - 태양전지 출력 조절기* 개발 * 환경변화에 따라 전압을 조절하여 최대출력 유도	모터 용량/효율	1kW/90%	3kW/94%
	인버터 용량/효율	1.5kW/90%	3kW/98%
	태양전지 출력조절기	-	7kW/95%
4. 성층권 드론 기술 고도화를 위한 원천 기술 개발
세부 연구	비고
▸ 프로펠러 및 인버터의 최대효율 연구	1세부(프로펠러), 3세부(인버터)와 경쟁
▸ 고고도 다중화 비행제어 기술 연구	2세부(비행제어)와 중복추진(경쟁)
▸ 신속 공력 해석 기술, 날개 진동 특성 (공탄성) 및 방빙·제빙 기술 연구	신규 연구주제

(건강 -「일상에서 양질의 건강관리와 치료가 가능한 사회」)

4. 자폐성 장애를 조기발견하고 일상에서 치료·관리할 수 있는 시스템

<자폐성 장애 치료를 위한 혼합형 디지털 치료제 개발>

□ 문제정의 및 새로운 접근법

ㅇ 자폐성 장애는 완벽한 원인치료 방법·약물이 없어, 증상완화를 위한 안정제 및 발달·학습 프로그램에 의존 중이며, 의료 인프라 등 치료 연속성 확보에 어려움 → 조기발견 실패 시 중증으로 심화

· 자폐성장애 : ’15년, 21천명 → ’19년 29천명(연 8%↑) / 전체장애: 연 1.2%↑

· 보호자, 치료사 등 설문결과 : 집-학교-병원 간 치료 연속성 낮음(59%), 지역 치료 인프라 부족(55%) 등이 문제로 인식

· 상급종합병원의 수도권 편중(44%), 정신과 보호병상 감소(‘11년, 1,021개 → ‘18년 857개)

⇨ 자폐를 조기에 진단하여 중증으로의 진행을 막고, 의료시설에 직접 방문하지 않아도 가정·학교 등 일상에서 자폐성 장애를 연속적으로 치료·관리할 수 있는 디지털 치료제 개발

<자폐성 장애 치료 환경의 변화>

		기 존		변 화
주요 변화		▶ 자폐가 상당히 진행된 후 발견 ※ 언어발달 지연, 눈맞춤 회피 등의 증상으로 병원방문 후 발견(2~3세) ▶ 병원 지역 치료시설 등 제한된 치료 인프라에 의존 → 치료의 단절 ▶ 일시적 증상완화*를 위해 부작용을 감수하고 안정제 등 약물에 의존 * 갑작스러운 공격 행동, 발작 등		▶ 자폐 조기진단으로 빠른 대응 ※ 자폐위험 예측 프로그램 등(1세 미만) ▶ 의사의 진단·처방을 가정·학교 등 일상에서 24시간 연속·정밀 관리 → 치료효과 상승 ▶ 디지털 치료제를 사용, 부작용이 없는 개선치료 가능

□ 기술의 혁신·도전성

ㅇ (혁신성) 자폐성 장애를 의료시설뿐 아니라 일상생활에서 연속성 있게 치료·관리가 가능하고, SW앱·게임의 단순한 형태를 벗어나 센서·카메라·VR 등을 결합한 적극적 치료를 목표로 함

ㅇ (도전성) SW와 HW를 혼합한 세계 최초의 자폐 치료제로서, 생체신호·행동패턴 모니터링 기술과 데이터 학습·분석 기술 등을 융합

- 자폐성 장애인의 자가간호능력 결핍을 고려하여 직접접촉 및 사용자 조작을 최소화하기 위해 높은 기술력 요구

□ 주요 사업내용

ㅇ (사업기간) ‘22년 ~ ‘24년(1단계, 3년)

ㅇ (사업 목표) 자폐성 장애를 조기예측하고, 환자의 사회성, 의사소통 및 이상행동에 대한 연속성있는 개선·관리가 가능한 혼합형 디지털 치료제 및 모니터링·분석 플랫폼을 구축

1단계(3년)		2단계(3년)
▸ SW·HW 혼합형 디지털 치료제 기술개발 ▸ HW·SW 혼합형 디지털 치료제 파일럿 3종 및 모니터링·분석 시스템 개발·실증(코호트 DB 4천명) ▸ 참여의료기관 방문 환자 등을 중심으로 탐색적 임상시험 적용	⇨	▸디지털 치료제 기술의 고도화 - 자폐 예측정확도 70% → 90% ▸인허가 완료 디지털 치료제 3종 모니터링·분석 시스템(코호트 DB 1만명 추가) ▸정신의학과, 소아정신과를 중심으로 처방 확대, 실사용 데이터 확보

ㅇ (세부 연구과제) △ 대표증상에 대한 디지털 치료제 3종 개발, △ 자폐성 장애 모니터링·분석 데이터 플랫폼 개발

세부 연구과제	성과 목표
1. (치료제1) 사회적 상호작용 능력 향상 ▸ 사회성 장애* 개선을 위한 교육, 훈련 등의 콘텐츠 * 눈 맞추기·얼굴표정·제스처 사용의 부적절, 타인과의 관계형성 등이 어려운 증상 - (SW) 초실감형 콘텐츠(VR·AR), 인공지능(AI) 등 - (HW) 머리착용디스플레이(HMD), 위치·자세·제스처 인식 장치 등 ※ 대상: 경증(중증도 Lv 1~2), 만 7세 이상	3개 과제별 동일 · 파일럿 테스트 : 치료대상자 20명 치료제공자 4명 · 탐색적 임상시험 : 치료군 100명 (사용기간 2개월) · 치료효과 신뢰도 : 95% 이상
2. (치료제2) 의사소통 능력 향상 ▸ 언어적·비언어적 의사소통 능력* 개선을 위한 모니터링, 교육, 훈련 콘텐츠 * 대화가 어려움, 의미없는 단어·문장 반복, 단조로운 억량·운율, 부적절한 큰소리 등 - (SW) 인공지능(AI), 음성합성기술(TTS), 사람·사물 인식 기술(컴퓨터비전) 등 - (HW) AI 로봇, 스마트 스피커 등 ※ 대상 : 중증(중증도 Lv 3), 만 1세 ~ 7세
3. (치료제3) 이상행동 완화 치료 ▸ 공격, 자해 등 이상행동* 시 직·간접적으로 사용 가능한 콘텐츠 * 손·손가락을 반복적 흔들고 비꼬는 행위, 과민·과소반응, 공격적 행동, 자해 등 - (SW) 감성인공지능(AEI), 음성·행동 패턴 알고리즘 등 - (HW) 음·행동 인식 센서, 스마트 트래킹 카메라 등 ※ 대상 : 증증(중증도 Lv 3), 만 3세 이상
4. (플랫폼 구축) 모니터링·분석 플랫폼 ▸ 자폐 고위험군 예측을 위한 코호트 DB* 구축 * 기초건강 및 환경 조사(가족력, 혈액형 등), 진단검사 데이터(자폐증 진단 및 검사 등), 각종 검체 데이터(혈액, 타액 등), 디지털 표현형 데이터(생체신호, 활동정보 등) 등 ▸ 각 디지털 치료제에서 생성·수집되는 정보의 연계·활용을 위한 통합 DB 구축 ▸ AI 기반 모니터링 및 고위험군 예측·분석 플랫폼 개발·구축	· 코호트 DB : 만 1세 미만 2천명, 전연령 환자 2천명 · 고위험군 AI예측 정확도: 70% 이상

																												→ 적용
			디지털치료제 ①								디지털치료제 ②								디지털치료제 ③
																													환 자
		디지털치료제 데이터 플랫폼 ▴모니터링·분석 플랫폼, ▴코호트 기반 연구 DB, ▴디지털치료제 통합 DB
																												←
																												데이터 생성·누적

(디지털 전환 –「모든 데이터가 안전하게 관리되는 사회」)

5. 폭발적으로 증가하는 인류의 모든 데이터를 영구적으로 안전하게 저장

<초대용량 빅데이터 영구보존을 위한 DNA 메모리 기술개발>

□ 문제정의 및 새로운 접근법

ㅇ 현재의 실리콘 기반 메모리는 전자기적 특성으로 인해, 폭증하는 데이터의 안정적·영구적 저장 및 보존에 한계에 다다를 전망

* 세계 데이터 저장률: ‘18, 18% → ’30, 3% → ‘40, 0.5%(예측)

⇨ 저장밀도가 높고 영구보존이 가능한 DNA의 특성을 활용, 세계 80~90%를 차지하는 콜드 데이터*을 초저전력·장수명 보존할 수 있는 메모리 시스템 개발

* 접근빈도는 낮지만 장기보존이 필요한 데이터로서 의료기록, 계약문서, 정책문서, 실험데이터 등(유럽입자물리연구소의 강입자충돌 실험 시 1초당 40TB의 데이터 생성)

		실리콘 기반 메모리		DNA 기반 메모리
저장 원리
		· 자성을 띤 물질에 전기적 방향(+/-)이 가해져 1/0 으로 저장		· DNA의 핵염기 조합(A/T/G/C)으로 유전정보가 저장(전자기특성 無)
저장 능력		· HDD 기준, 10GB/mm2 - 전자기특성*에 의해 1bit 당 간격은 10nm가 한계이며, 기판의 적층 수에도 제한 * 스케일 현상: 수십nm이하 영역에서 정보저장·처리 등 물질의 능력이 사라지는 현상 - 1/0으로 저장→ 저장용량 2n배 ※ n: 저장 셀의 수		· 10억GB/mm2까지 가능(HDD의 1억배) - 저장 셀당 간격이 기존 메모리에 비해 충분히 작으며, 전자기적 영향이 없으므로 적층 등 Grouping에 문제가 없음 - A/T/G/C로 저장 → 저장용량 4n배
영구성		· 10년 내외로 비교적 짧은 수명 - 전자기적 특성 등에 의한 물리적 성질 변화		· 환경에 따라 수천년 이상 데이터 보존 가능 ※ “화석의 DNA 보존환경 구현 시, 2천년간 가능”(‘15, 스위스공대연구진)
환경		· 대형 데이터센터*로 발열문제 ※ 전력량: 센터 1곳 = 1.8만 가구 * ‘30년, 세계 전력량의 7%(Nature紙)		· 시스템 유지를 위한 최소한의 전기만 사용
활용 예측		자주 읽고 쓰는 데이터 (약 10~20%)		접근빈도는 낮으나 장기보존이 필요한 데이터 (약 80~90%)

□ 기술의 혁신·도전성

ㅇ (혁신성) 폭증하는 인류의 모든 데이터를 삭제할 필요없이, 획기적으로 압축된 형태의 데이터 센터에서 초저전력·영구적 보존

▶ 세계 데이터 저장률 기준, ‘40년(0.5%)에 모든 데이터를 저장하기 위해서는 현재의 데이터 센터 증가추세를 고려한 규모의 200배가 필요

▶ 국내 N사의 제 2데이터 센터는 240PB 저장에 연면적 25만m2 규모 ⇨ DNA 기반데이터 센터로 구현할 경우 약 100평 이내로 가능(약 1/800 수준)

ㅇ (도전성) 미·EU 등에서도 본격 연구가 이루어진지 10년이 안된 상황으로, 특히 데이터를 DNA로 정교하고 빠르게 저장하거나 읽는 합성·시퀀싱 단계의 기술구현이 고난이도이자 비용절감·상용화의 핵심관건

▸ (코딩) 디지털 데이터 ⇄ DNA 코드화 ▸ (합성) 변환된 데이터를 DNA로 입력

▸ (시퀀싱) DNA에 저장된 정보를 컴퓨터로 읽어내기 위한 데이터 출력 과정

□ 주요 사업내용

ㅇ (사업기간) ‘22년 ~ ’25년(1단계, 4년)

ㅇ (사업 목표) DNA 기반 메모리 장치 개발로 고전력 소모, 용량·수명이 제한되는 대형 데이터 센터를 저전력·고용량·장수명의 소형화로 탈바꿈

1단계		2단계
▸ DNA 저장장치의 인·디코딩, 합성·시퀀싱 등 원천기술 개발 ▸ Lab 스케일 수준의 프로토타입 ▸ 결과물의 성증 테스트·검증	⇨	▸ DNA 저장장치 성능 고도화 및 상용화 가능한 사이즈 구현 ▸ 메모리칩, 디바이스 시제품 구현 ▸ 데이터 센터 도입: 공공 → 민간확산

ㅇ (세부 연구과제) △시스템 구조 설계, △코딩기술, △합성(Writing), △시퀀싱(Reading), △DNA 저장장치 모델을 중점적으로 개발

기술 분야	세부 연구 내용	과제별 목표
시스템	전체 시스템 구성 및 동작원리 - 전체 플랫폼 유지관리 및 최적화 기술 등 - DNA 데이터 목록 구조, 검색 시스템	주어진 주소의 정보인출 정확도 95%↑ - 정보용량: 100PB/m3 (1PB = 106GB)
코딩	- 오류 정정/최소화 코드 - 염기서열 추정 알고리즘 - IT ↔ BT 전환 기술 (DNA 코드 최적화 기술) - AI를 이용한 데이터 압축 기술	DNA 센싱 데이터 처리시 염기서열 판정 정확도 90%
합성 (쓰기)	- 메모리로 사용 가능한 DNA 합성법 개발 DNA 합성의 고밀도·고집적·자동화 기술 등	10개 이하 염기조합으로 100PB/m3이상 데이터 저장에 성공
시퀀싱 (읽기)	- 고감도·다중처리·고신뢰도 DNA 판독 기술 초고속·자동화 시퀀싱 기술 등	신개념 시퀀싱기술 1건 100GB 시퀀싱 1분↓
DNA 저장장치	시스템/코딩/합성/시퀀싱 결과를 적용하기 위한 DNA 저장장치 모델 개발	안전성·내구성이 담보되는 최적 DNA상 개발 * 연 0.001% 이하 손상율