[학생 인터뷰] 장용희, 조재욱 예비 창업팀, 쥐 뇌파 모니터링 케이지를 위한 통합 시스템 개발 도전

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< (왼쪽부터) 장용희, 조재욱 석사과정 >

이번에는 카이스트 바이오및뇌공학과/뇌인지공학 프로그램 학부생 및 대학원생들을 위한 예비창업팀 지원사업 “Healthcare/Brain+ I-Network”를 통해 ‘다수 동물의 자유움직임을 허용하는 생애 전주기 연구용 뇌파 모니터링 스마트 케이지’라는 주제로 창업을 준비하고 계신 바이오및뇌공학과 석사과정 장용희, 조재욱 학생을 취재하였습니다.

Q. 안녕하세요. 바쁘신 와중에 시간 내주셔서 감사합니다. 준비하고 계신 예비창업팀에 대해 소개 부탁드리겠습니다.

A. 저희는 김철교수님 연구실의 장용희, 조재욱입니다. 저희 창업팀은 장기간동안, 전주기로, 동시다발적으로, 여러 실험동물들에게 아무런 부담을 가지지 않고, 그들의 생체 신호를 온전하게 읽을 수 있는 시스템을 개발하고 있습니다.

저희의 창업 아이템은 투 트랙(two track)이라서 서로 다른 연구를 한 연구에 적용시키는 것입니다. 저(장용희 학생)는 파워 쪽을 하고 있습니다. 쥐들의 생체 신호를 온전하게 읽기 위해서는 쥐에게 굉장히 좋은 환경이 조성이 되어야 합니다. 예를 들어 생체신호를 읽으려면 센서를 넣어야 하는데 그 센서의 크기는 소형화가 되어야 하고, 선으로 연결되어 있으면 쥐들에게 제약이 생기므로 선이 없는 것이 좋습니다. 이렇게 좋은 환경에서 쥐의 생체 신호를 읽는 것이 중요합니다. 그리고 저는 어떻게 하면 무선으로 쥐들에게 파워를 전달할 수 있는지에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 또한 파워가 끊기지 않고 지속적으로 신호를 읽는 것이 중요합니다.

일론 머스크가 만든 ‘뉴럴 링크’에서 브레인 머신 인터페이스를 삽입하고 싶어하는데, 이 방식은 배터리를 이용하는 방식입니다. 그래서 한번 충전하면 따로 파워를 공급하지 않아도 이용할 수 있는 시스템입니다. 하지만 이 방법은 배터리가 굉장히 크기 때문에 체내에서 염증을 일으킬 수도 있고 오랜 시간 사용하기에 몸에 부담이 간다는 단점이 있습니다. 배터리를 빼주는 와중에도 실시간으로 전력을 공급해줘야 하는데 이때 끊임없이 일정하게 공급해주기가 어렵습니다. 그래서 이러한 문제점들을 제가 개선해나가고자 노력하고 있습니다.

저(조재욱 학생)는 생체신호를 읽는 칩(1mm x1mm)을 만드는 역할을 하고 있습니다. 저희가 계획하고 있는 칩은 추가적인 배터리 없이 앞서 언급한 전력 전송방식만을 이용해 칩을 구동시키기 때문에 칩에서 소비되는 전력을 최소한으로 줄여야 합니다. 동시에 쥐에서 나오는 뇌파 신호를 잘 읽어야 하기 때문에 퍼포먼스를 어떻게 높일 수 있을까에 대한 연구를 하고 있습니다. 또한, 통신도 맡고 있는데, 기존 기술은 블루투스나 RF를 통해서 데이터 통신을 하게 되는데 이런 방식은 전력소모가 너무 크고, 쥐의 머리에 달기에도 크기가 너무 크다는 단점이 있습니다. 그래서 그것보다는 ADC를 이용해 디지털화 한 데이터를 LED ON/OFF를 통해 표현하고 이 값을 외부 포토다이오드에서 읽음으로써 측정한 데이터를 외부로 전송하는 기술을 연구하고 있습니다.

Q. 창업에 도전하게 된 계기를 말씀해주시기 바라겠습니다.

A. 저희 교수님께서는 창업에 매우 관심이 많으십니다. 그래서 창업에 대해서 좋은 말씀을 많이 해주시며 창업에 대해 겁을 주지 않으시고 독려를 해주시는 편이십니다. 그래서 창업도 되게 좋은 옵션이겠다라는 생각이 들게 되었습니다. 그리고 저희 바이오및뇌공학과가 고전적인 학문을 다루기 보다는 응용쪽에 관심이 있는 학생이 많은 과라고 알고 있는데 그래서 저도 주변에서 많은 학생들, 과의 분위기를 보며 창업에 대해 많은 영향을 받았습니다. 좋은 아이템이 있다면 인생에 있어서 창업을 해보면 좋을 것 같다라는 생각이 들어 고민을 하던 중에 교수님께서 이런 아이디어로 창업을 해보면 어떻겠냐 제안을 해주시기도 하였고, 마침 제가 하고 있던 연구와 방향도 잘 맞기도 하여 시작을 하기로 하였습니다.

저는 대학원을 진학할 때부터 연구만을 위한 연구를 하기 싫었습니다. 제가 어떤 것을 배워서 사람들에게 쓸모있는 기술을 만드는 것을 목표로 진학을 결정했기 때문에 예전부터 창업을 해보면 좋겠다라는 생각을 가지고 있었습니다. 바이오및뇌공학과는 협업도 많이 하는 과이다 보니 창업을 하면 경험도 많이 쌓을 수 있을 것 같았고, 다른 랩들과 교류를 하다보면 제가 어떤 방향으로 연구를 하는게 사람들에게 도움이 되겠다라는 것을 잘 알 수 있을 것 같았습니다. 그리고 마침 학과에서 지원해주는 창업 프로그램도 있었고, 교수님께서도 해보면 어떻겠느냐라고 제안을 해주셔서 시작하게 되었습니다.

Q. 이미 존재하고 있는 기술과 그 기술이 가지고 있는 문제점들에는 어떤 것이 있을까요?

A. 일단 저희가 하려는 것이 실험동물들이 케이지에 있을 때 생체신호를 얻어내려고 하는 것인데 기존의 시제품이라고 할게 크게 없는 것으로 알고 있고, 연구소 레벨에서만 개발이 이루어지고 있습니다. 제가 하고있는 파워 쪽을 말씀 드리면 현재 사용하고 있는 대표적인 방식이 페러데이법칙(코일에 전류를 인가시키면 자기장이 만들어지는데 만들어진 자기장이 다른 코일을 통과할 때 유도기전력이 생기는 법칙)으로 파워를 전송하게 되는데 그 방식이 매우 오래되었고 오랫동안 사용되어온 기술이다보니 쉽게 사용할 수 있고 안정적이고 검증되어 있어서 대부분의 연구는 이 기술을 사용하고 있습니다. 그 기술의 단점은, 거리가 멀어질수록 효율이 급감하고, 코일간의 기울기가 틀어지면 효율이 급감하게 된다는 것입니다. 효율이 떨어지게 된다는 것은 안정적인 전력 송신이 불가능하다는 것을 말합니다. 이는 안정적으로 전력이 송신되지 않는 동안에는 신호를 온전하게 읽어낼 수가 없다는 것을 뜻합니다. 그래서 안정적인 전력 송신이라는 관점에서 현재 기술들은 많은 장점을 가지고 있습니다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 코일을 3차원으로 둘러감는 등 복잡한 방향으로 연구들이 이루어지고 있는데 페러데이 법칙에 내재되어있는 문제는 해결할 수가 없는 것입니다. 그래서 저희 팀은 새로운 방식의 필요성을 느껴 고민하던 중에, 그럼 자기장이 아니라 전기장으로 해보자라는 아이디어를 내게 되었습니다. 그 아이디어가 나오게 된 계기는 가장 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 방안은 선으로 연결하는 것입니다. 그런데 곰곰이 생각해 보니 동물의 몸 자체도 전도율이 좋은 하나의 선으로 볼 수 있습니다. 동물의 몸을 마치 도선으로 생각한다면 전기장을 이용해서 전력을 안정적으로 공급할 수 있지 않을까라는 아이디어에서 지금 이 기술이 나오게 되었습니다.

센서 쪽의 기존 제품은 ‘Intan’에서 만든 뉴럴 레코딩 칩이 있습니다. 요즘 쥐를 연구하고 있는 분들은 그 칩을 사용하신다고 합니다. 그 칩 같은 경우는 저희가 만들고자 하는 칩의 사이즈보다 사이즈가 더 큽니다. 사이즈가 크면 생기는 문제점은, 넓은 영역에서 뇌파를 읽기 위해서 다채널로 동작하는 칩을 구현하고자 하는데 칩의 사이즈가 크면 채널 수를 늘리기 힘들 뿐만 아니라 칩의 큰 사이즈로 인해 쥐에게도 부담이 가게 되므로 칩의 크기를 소형화 하려고 합니다. 그리고 좀더 나아가서 우리가 뇌에 전기자극을 줄 때, 자극으로 인해 발생되는 아티팩트(stimulation artifact)들이 발생하게 됩니다. 이 아티팩트들의 크기는 일반적으로 뇌파신호보다 크기에 뇌파와 아티팩트를 동시에 측정을 하면 뇌파신호는 하나도 읽히지가 않습니다. 그래서 자극이 들어왔을 때에도 뇌파신호를 온전하게 읽을 수 있도록 input dynamic range 즉, 넓은 범위의 신호를 읽어낼 수 있는 시스템을 만들어 내고자 합니다.

아까 말씀드렸던 것처럼 기존의 블루투스 방식은 전력 소모나 면적이 크다는 단점이 있고, 쥐가 10마리 20마리 정도 되면 블루투스로 한꺼번에 데이터를 받아들이기가 어렵다는 문제가 있습니다. 저희가 연구하고 있는 빛과 코드기법을 활용한 측정방법을 사용시 여러 마리의 쥐가 있음에도 불구하고 한꺼번에 데이터를 읽을 수 있는 통신 기법을 만들 수가 있습니다. 그래서 저희는 효율적이고 다중 데이터를 한번에 처리할 수 있는 그런 통신기법도 시스템에 적용하여 쥐들의 사회성 실험이나 쥐가 성장하며 어떻게 뇌파신호가 변하는지의 연구를 할 수 있는 시스템을 만들고자 하는게 저희의 목표입니다.

Q. 기존 기술(인덕티브 결합방식 등)을 개선하고 있는 다른 기술도 있나요? 있다면 그 기술과 경쟁력이 있는 점은 무엇이 있을까요?

A. 창의적인 아이디어는 많은데 대부분은 인덕티브 기반의 창의적인 아이디어를 내고 있습니다. 예를 들어 전력이 전송되는 효율은 코일과 코일간의 자기장이 통과한 비라고 정의가 되는데 바닥에 코일이 하나 위치해 있고, 쥐에 코일이 하나 들어있습니다. 근데 바닥에 코일이 너무 커버리면 비율 자체가 너무 작아지게 됩니다. 그래서 바닥에 셀을 여러 개로 쪼개서 위치 센서를 이용해서 전력 효율을 높이는 방법을 사용하고 있습니다.

인덕티브 방식의 큰 문제점은 거리에 따른 효율 변화, 각도에 따른 효율 변화인데, 이 문제점들을 한꺼번에 해결 할 수 있는 솔루션은 아직 나오지 않았습니다. 하나씩만을 해결한 경우만 많습니다. 그렇게 해결하면 또다른 문제가 항상 나오게 됩니다. 따라서 완벽한 솔루션이 부재중인 상태입니다. 저희 시스템이 그런면에 있어서 경쟁력이 있다고 생각합니다.

저희는 기술 하나하나를 요소별로 만들고자 하는게 아니라 전체 시스템을 만들고자 하는 것이기 때문에 기존에 이런 시스템은 없다고 볼 수 있겠습니다. 지금까지 이렇게 통합적으로 하나의 솔루션으로 제공해주는 시스템은 없습니다.

Q. 쥐가 전기장이 통하는 케이지 안에 존재하는 시스템인데, 쥐가 받는 전기장에 의한 영향은 어떻게 고려하고 계신가요?

A. 그 부분은 전기장의 주파수와 큰 관련이 있습니다. 제가 우스꽝스러운 상상을 해보았는데, 전기장의 주파수를 크게 높이면 케이지 안이 거의 전자레인지가 되어 쥐가 익어버리게 됩니다. 전기장의 주파수가 높을수록 생체 내 전기에너지 흡수율이 높아집니다. 그렇게 되면 많은 에너지가 몸속에 전달되어 온도가 열로 변환되어 살이 익어버리는 문제가 발생합니다. 저희 시스템은 그 정도 주파수는 아니고 저희가 일상적으로 느끼고 있는 전자파와 크게 다르지 않다고 예상을 할 수 있습니다. 따라서 안전성 부분에서는 큰 문제가 없다라고 볼 수 있겠습니다. 또한, 내부의 장기에는 아무 영향이 없는 상태로 전류가 몸(도체)의 표면으로만 흐르게 되어 체내에는 아무런 영향이 없습니다.

Q. 창업을 하려면 기술적인 문제 뿐만 아니라 회사 경영이나 펀딩도 중요한 요소인데 이러한 부분은 어떻게 준비하고 계신가요?

A. 저희과 다른 교수님 실험실에서 쥐를 가지고 연구를 하시고 계시기 때문에 그쪽에 시제품을 드리고 피드백도 받고, 학교에서 주최하는 창업 대회 등에서 수상을 하고 난 후 그것을 기반으로 펀딩을 받고자 하는 목표를 가지고 있습니다.

그리고 저희 교수님은 ‘창업은 기술이다’라는 말씀을 자주 해주셔서 회사 경영도 중요한 요소이긴 하지만 아직은 크게 생각하고 있지는 않습니다. 펀딩 같은 경우는 저희가 이러한 주제를 가지고 많이 제안을 하고 있어서 그런 쪽에서 충당이 될 수 있지 않을까 생각합니다.

Q. 준비하고 계신 케이지의 주요 고객층은 마우스 실험을 하는 연구실, 그 중에서도 마우스의 생체 신호를 획득하여 분석하는 연구실에 한정되어 있는데 어떻게 지속적이고 충분한 이익을 확보하실 수 있을까요?

A. 저희가 쥐가 얼마나 실험에 이용되는가에 대한 자료를 조사해보았는데, 생체 실험동물들의 분포 비율을 보면 쥐가 90% 이상으로 압도적으로 많습니다. 그리고 요즘 neuroscience가 굉장히 많은 각광을 받고 있고 특히 뇌에 대한 이해를 하기 위한 노력이 많이 진행되고 있습니다. 그리고 저희 건물 지하1층만 내려가보더라도 케이지 안에 많은 쥐들이 있습니다. 저희 학교뿐만 아니라 다른 생명, 뇌 관련 실험실들 등에서 많은 수요가 있을 것이라고 생각 됩니다. 그리고 저희 기술처럼 통합적으로 해결해주는 시스템 자체가 없고 경쟁사도 없기 때문에 레드오션이 아닌 블루오션이라고 생각을 합니다. 따라서 저희가 개발을 한다면 독점적으로 공급을 하고 기존에 없던 것이기 때문에 수요가 많을 것이라고 생각을 합니다. 왜냐하면 온전하게 다수의 동물들의 생체 신호를 읽을 수 있는 시스템을 통해서 좋은 데이터를 얻고 연구자는 그것을 가지고 좋은 연구를 할 수 있기 때문입니다.

Q. 창업을 준비하는 과정은 쉽지만은 않았을 텐데 어려운 점들은 무엇이 있었나요?

A. 지금까지의 어려웠던 점은 연구를 하는 도중 생기는 기술적인 문제들입니다. 예를 들어, 내 아이디어를 검증하고 싶은데 막힌다거나 신호가 잘 안 읽어진다 등의 실험을 하며 생기는 점들이 대부분입니다. 창업을 하면서 어려운 점(경영, 펀딩, 홍보 등)은 아직 겪어보지 못하였습니다. 아직은 일반 대학원 생들과 똑같은 어려운 점을 가지고 있습니다.

Q. 창업을 준비하는 과정 중 가장 보람찼던 점은 무엇인가요?

A. 저희 학과에서 하는 창업 프로그램에 저희 팀이 선발이 되어, 저희가 제시한 아이디어가 가치가 있구나를 느꼈기 때문에 그 부분이 보람찼습니다. 그리고 그 덕분에 지금도 이렇게 학과성과취재 인터뷰도 하고 있고, 저희에겐 매우 영광스러운 자리라고 생각하고 있습니다. 다른 교수님들도 많이 조언과 격려를 해주시고 그런것들을 보고 들으며 우리가 잘하고 있구나라는 생각이 들 때마다 보람찬 것 같습니다.

Q. 향후 계획을 말씀해 주시기 바라겠습니다.

A. 교수님께서 기술을 매우 집중하고 계시기 때문에 ‘스타트업은 기술이다’라는 신조에 동참하여 저희가 가지고 있는 기술력을 최대한 끌어올릴 생각입니다. 각자 맡은 기술에 열심히 연구를 하다보면 더 완벽한 시스템이 나오고, 펀딩도 받고, 창업 대회도 열심히 출전을 해보고, 그리고 2년 안에 시제품을 만드는 것이 목표이긴 한데 시제품이 나오면 나오는 결과에 따라서 승부가 나지 않을까 생각을 하고 있습니다.

Q. 창업을 통해 궁극적으로 이루고 싶어하는 바는 무엇인가요?

A. 창업이 개인적으로 성공하려는 목적, 돈을 많이 벌려는 목적이 돼서는 안된다고 생각합니다. 창업이 굉장히 어렵고 힘든 과정이라고 들었습니다. 그래서 범지구적인 마인드를 가지고 있지 않다면 견디기 힘들 것이라고 생각을 합니다. 저희는 저희 기술이 인간이 한 걸음 더 나아가는데 있어서 도움이 되었으면 좋겠다라는 생각을 하고 있습니다. 그러한 마음을 가지고 조금 힘든 순간이 있더라도 해쳐 나가는 것이고 그렇게 가다보면 부와 명예 등 부차적인 것들은 따라오지 않을까 생각합니다. 저희가 하는 연구로 인해서 우리가 우리 뇌에 대해서 더 잘 이해할 수 있는 밑거름이 되기를 바라는 바로 창업을 준비하고 있습니다.

저희가 이 일을 하다보면 실제 연구자가 어떤걸 원하는지 알 수 있으므로 그 방향으로 연구를 하다보면 좋은 논문도 나올 수 있을 것이라고 생각을 하고 있습니다. 그리고 창업에서 가장 좋은 점은 이게 내가하는 거다 보니 좀더 집중을 하고 자기 의식을 가지고 계속 개선해나갈 수 있다는 것입니다. 즉, 어떤게 더 나아져야할지 계속 고민을 해야하는 시간들을 보내기 때문에 자기 자신이 성장할 수 있는 좋은 기회가 될 수 있다고 생각합니다.

Q. 창업을 꿈꾸고 있는 예비 창업인들에게 해줄 수 있는 조언 부탁드리겠습니다.

A. 제가 일론머스크를 좋아해서 많이 찾아봤는데, 그 분은 창업을 굉장히 많이 하셨습니다. 하지만 그분은 오히려 창업은 힘들다고 하지 말라고 하십니다. 수긍이 가긴 하지만 그래도 내가 이세상에 큰 좋은 영향력을 미치고 싶다면 저희가 선택할 수 있는 가장 좋은 방법은 창업이라고 생각을 합니다. 따라서 본인 스스로가 그러한 생각을 가지고 있다면 창업을 하는 쪽이 좋다고 생각을 합니다.

자신의 연구가 거기서 끝이 나버리면 허무하고, 자신의 연구를 실제로 사람들이 쓸 수 있는걸 죽기 전에 보고 가는 것이 더 좋은 공학자이고, 공학자 입장에서 보았을 때 그게 더 올바른 길이지 않을까 생각합니다. 그러려면 창업을 해보는게 좋을 것 같고, 학교에서 지원을 많이 해주므로 실패 리스크가 크지 않을 때 해보는 것도 좋은 선택이므로 한번쯤 해보는 것을 추천을 권해드리고 싶습니다.

Q. 앞으로 함께 팀워크를 해나갈 팀원들에게 서로 한마디씩 부탁드리겠습니다.

장용희: 저는 (조재욱 학생이) 굉장히 잘하고 있다고 말씀 드리고 싶습니다. 굉장히 열심히 하고 있습니다. 저희 연구실에서 가장 열심히 한다고 제가 감히 말할 수 있는데 열심히 하는 모습 너무 보기 좋고 앞으로도 서로 좋은 연구를 해서 시너지를 계속 낼 수 있었으면 좋겠습니다. 그리고 저희 창업준비나 제안서 쓰는 것도 항상 좋은 결과만 있기를 바라면서 저도 시너지가 날 수 있도록 열심히 노력하겠습니다.

조재욱: (장용희 학생이) 열심히 노력하고 연구에 매진하는 모습을 보고 많이 배우고 있습니다. 함께 연구를 진행하고 있어서 든든하고 서로 힘내서 좋은 결과 만들어내서 나중에는 실제 상업 파트너나 연구파트너로 좋은 관계 계속 이어나갔으면 좋겠습니다.

이경림 기자(dobby@kaist.ac.kr)