한국전기연구원 연구진이 방사선 없는 내부 검사 기술을 개발했다.

한국전기연구원(KERI·원장 유태환) 김근주·김정일 테라헤르츠 연구팀은 차세대 광원으로 주목받고 있는 테라헤르츠파(T-ray)를 이용, 보다 안전하고 광범위한 식품검사(이물질 검출, 품질 검사 등)기술을 개발했다고 지난 12일 밝혔다.

KERI 첨단의용물리센터(센터장 최영욱) 김근주·김정일 연구팀은 고효율, 고밀도로 T-ray를 집속할 수 있는 THz 안테나를 적용한 새로운 영상 기법을 통해 기존의 방법보다 높은 고해상도의 영상을 측정하는데 성공했다.

테라헤르츠파(이하 ‘T-Ray’)는 전파(電波)와 광파(光波)의 중간에 위치하며 주파수로는 0.1-10 THz, 파장으로는 3mm-30um에 해당하는 전자기파다. 전파(電波)의 투과성과 광파(光波)의 직진성을 모두 갖는 차세대 전파(Next wave)로 주목받고 있으며, 미국, 일본 등 선진국에서 세상을 바꿀 신기술로 선정된 바 있다.

T-ray는 X-ray 에너지의 백만분의 일 수준으로 매우 낮아 인체에 무해한 ‘그린웨이브(Green wave)’로의 특성을 가지고 있으며 전파보다 짧은 파장 때문에 높은 해상도의 영상을 얻을 수 있다. 최근 이러한 특성을 이용한 의료, 바이오, 보안, 우주, 비파괴 검사 등 다양한 응용 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히, 작은 이물질의 경우 T-ray 이용해 촬영한 영상에서 보다 뚜렷하게 유무를 확인할 수 있으며 이는 T-ray가 가지는 전파·광학적 성질에 의해 X-ray와 달리 위상 변화 검출이 용이하기 때문이다.

현재 대부분의 식품 검사는 초음파 검사나 금속탐지기, 엑스레이(X-ray) 장비에 의존하고 있다. 그러나 초음파 검사의 경우 접촉 방식의 검사로 인해 다양한 식품 적용에 한계가 있고, 금속탐지기는 검색 이물질이 금속에만 한정돼 있다. 엑스레이 장비는 검출 범위가 넓지만 활성 물질이나 유효 물질이 포함된 경우 잔류 방사능 및 특정 물질의 손상에 대한 우려가 내재돼 있고, 검출 이물질도 대부분 금속, 뼈, 유리 등 고밀도 시료에 국한된다.

따라서 식품 이물질 사고의 50% 이상이 벌레, 털, 곰팡이 등 저밀도 이물에서 발생되고 있는 상황에서 생체조직에 안전하면서도 금속과 같은 고밀도 이물질은 물론 저밀도 이물질에도 광범위하게 적용 가능한 기술의 개발이 지속적으로 요구돼 왔다.

연구팀은 이번에 개발한 기술을 적용, T-ray를 이용한 홍삼 품질 검사용 2차원 영상기기 시제품을 개발했다.

홍삼제조 회사 관계자에 따르면, 홍삼의 품질을 감별하기 위하여 현재 홍삼선별 전문가들이 한뿌리씩 직접 검사를 하고 있으며, 기기를 이용한 자동선별을 추진하고 있으나 홍삼의 특성상 자동화에 많은 어려움이 있었다. 특히, 홍삼 내부의 구조 결함(내공, 내백 등)은 X-ray 장비로도 검출이 가능하지만 X-ray 사용에 대한 소비자의 거부감이 크고, 이상 조직인 내백에 대해서는 X-ray로도 검출이 어려워 품질 관리에 어려움이 있다.

이러한 가운데 “T-ray 기술은 안정성과 투과능력, 차별적 물질 분석 능력이 홍삼 비파괴 품질 검사에 적합한 기술이다”라고 홍삼제조 회사 관계자 밝혔다.

실제로 홍삼 내부의 내백 부분을 X-ray를 통해 검출한 이미지에서는 내백 유무에 대한 판단이 어려운 반면 T-ray 영상에서는 그 분포를 더 확연히 확인 할 수 있다. 내부에 발생하는 빈 공간인 내공에 대해서는 X-ray가 더 정확하게 식별할 수 있지만 T-ray로도 홍삼의 품질관리에 충분한 수준의 구조분석이 가능함을 보였다.

한편, KERI 테라헤르츠 연구팀은 이번에 개발된 2차원 영상기기 기술을 토대로 실시간 영상 구현을 위해 실리콘 기반의 MEMS 회로, 이차전자 및 탄소나노튜브(CNT) 기반의 냉음극 전자총을 적용한 ‘소형 고출력 테라헤르츠파 소자’와 ‘3차원 테라헤르츠 컴퓨터 단층 촬영(3D T-ray CT[computed tomography])’ 기술도 개발 중이다.

KERI 의료IT융합본부 허영 본부장은 “향후 5년 이내 순수 국산 기술을 기반으로 세계 최고의 상업용 T-ray 영상기기 개발이 가능할 것으로 보고 있으며, 연구진은 이미 다수의 국내외 특허 출원 및 등록을 통해 지적재산권을 확보하고 있다”고 강조하고 “개발 중인 3D T-ray CT는 T-ray의 응용분야를 식품뿐만 아니라 의료, 보안 등 다양한 분야로 넓히는 견인차 역할을 할 것으로 기대되며, 특히 기존 X-ray 영상 진단기기에서 나타나는 방사선 피폭이 없어, 암진단 등 첨단 의료 분야에의 적용을 통해 향후 치열하게 전개될 시장점유 경쟁에서 국내 의료산업이 우수한 국제경쟁력을 확보하는데 크게 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.