[젊은 두뇌가 뛴다]④ ‘서울-부산 20분’ 하이퍼루프 심장 만드는 공학자 “중국이 따라할 수 없는 기술 만들어야”

[인터뷰] 최수용 한국철도기술연구원 선임연구원
전기차·드론 연구자에서 하이퍼루프 연구자로 변신
어린 시절부터 ‘자동차 덕후’… “첨단기업 창업해 과학기술계 발전 이루고파”

한국계 최초로 수학계의 노벨상으로 불린 ‘필즈상’을 받은 허준이 프린스턴대 교수는 1983년생이다. 나이를 따지는 한국 사회에서 1980년대생은 아직 젊은 실무진 축에 속하지만, 과학계에선 위상이 남다르다. 30대 중후반에서 40대 중반까지는 연구자의 역량과 아이디어가 빛나는 시기로 불린다. 한국연구재단에 따르면, 노벨상 과학 부문 수상자들이 자신의 핵심 연구를 처음 시작한 평균 연령이 37.9세로 나타났다. 조선비즈는 한국의 기초 과학과 공학을 이끌 차세대 리더들을 독자들께 소개하는 인터뷰 시리즈를 시작한다. 젊은 과학자들은 한국공학한림원과 한국과학기술한림원의 추천을 받아 선정했다. ‘제2의 허준이’를 넘어서 한국의 첫 노벨상 과학 부문 수상자, 그리고 한국 산업의 미래를 이끌어갈 핵심 인재가 이들에게서 나오기를 기대한다. [편집자주]

테슬라와 스페이스X 창업자인 일론 머스크는 2013년 진공 상태의 튜브 속을 음속(시속 1280km)에 가까운 속도로 달리는 신개념 교통 수단인 ‘하이퍼루프(Hyperloop)’를 제안했다. 열차가 진공 상태에서 달리면 공기 저항을 받지 않기 때문에 저렴한 가격에 빠르고 안전한 미래 교통수단이 될 것이라고 머스크는 설명했다. 음속에 가깝게 이동하면 613km 거리인 미국 캘리포니아에서 샌프란시스코 구간을 30분 만에 주파할 수 있다. 차로는 5시간 이상, 비행기로도 1시간 소요되는 거리다.

하이퍼루프는 머스크 덕분에 유명해졌지만, 이 개념을 처음 제시한 건 스위스 공학자들이다. 1987년부터 2000년까지 13년 동안 진행된 ‘스위스 메트로(Swiss Metro)’ 프로젝트는 0.1기압의 튜브 안에서 자기부상열차를 시속 500km 이상으로 보내는 대규모 연구였다. 당시에는 자기부상열차의 무게를 줄이지 못하면서 프로젝트가 좌초됐다. 현재는 하이퍼루프에 대한 가능성을 발견하고 ‘스위스 메트로-NG(New Generation)’라는 이름으로 다시 연구를 진행하고 있다.

한국도 머스크가 하이퍼루프를 제안하기 4년 전인 2009년부터 관련 기술 개발에 나선 상태다. 한국철도기술연구원이 개발 중인 ‘하이퍼 튜브(Hyper Tube)’는 0.001기압의 ‘아진공’ 튜브에서 시속 1200km의 ‘아음속’ 속도로 운행하는 것을 목표로 한다. 대전을 중심으로 서울·속초·광주·부산을 ‘X자’로 연결하면 전국을 30분 안팎으로 이동할 수 있다. 서울에서 부산까지 소요시간은 단 20분에 불과하다.

최수용 한국철도기술연구원 선임연구원. /송복규 기자

1987년생 토끼띠인 최수용 한국철도기술연구원(철도연) 선임연구원은 바로 이 하이퍼 튜브의 ‘냉동기 분리형 초전도 전자석용 추진기술’을 개발하고 있다. 자동차로 치면 엔진, 인체로 치면 심장에 해당하는 기술이다.

최 선임연구원은 애초 전기차와 드론을 연구했다. 석·박사 학위를 한국과학기술원(KAIST)에서 받은 그는 도로 인프라를 통해 전기차를 충전할 수 있는 ‘온라인 전기차(On-Line Electric Vehicle, OLEV)’를 연구했다. 이후에는 아랍에미리트(UAE)에서 유·무선 충전 드론 프로젝트를 수행했다. 하지만 하이퍼루프의 시장성을 보고 2017년 철도연으로 둥지를 옮겼다.

각 시대에 사회적 수요가 있고, 기술을 이전할 수 있는 기회를 찾으려고 노력했다. 무슨 연구를 하더라도 기술 이전과 특허에 집중하는 방식으로 했다. 내가 보기에는 하이퍼루프에 좀 더 기회가 있겠다는 생각을 했다. 드론은 어느 정도 연구를 해보니 방산 목적으로 강화되고 일반 시민들에게 적용하기 쉽지 않았다. 그래서는 시장성이 보장되지 않는다.

실제로 하이퍼루프를 미래 먹거리로 보는 전망들은 많다. 시장조사업체 마켓츠앤마켓츠(Markets and Markets)에 따르면 하이퍼루프 기술 시장 규모는 2026년 63억4000만달러(약 8조5000억원)로 예측된다. 향후 50년 동안 하이퍼루프 기술을 개발해 전체 시장의 25%를 점유할 경우 연간 수출액은 250조원에 달할 것이라는 예상도 있다.

시장에서 인정받을 수 있는 연구를 하는 최 선임연구원의 꿈은 기술로는 누구도 못 넘볼 첨단기업을 만드는 것이다. 그가 그리는 미래기업은 무엇일까. 지난달 26일 경기 의왕시 철도연 연구동에서 최 선임연구원을 만났다.

-독자들을 위해 자기소개를 해달라.

“철도연 신교통혁신연구소 하이퍼튜브연구팀에서 근무하고 있다. 2017년 2월부터 연구원으로 임용됐으니 벌써 7년 차 하이퍼 튜브 연구원이다. 연구 분야는 ‘냉동기 분리형 초전도 전자석용 추진기술’이다. 강한 자석으로 열차를 밀어내는 선형동기전동기와 열차의 위치를 확인하는 정밀위치검지장치, 전자레인 모듈화를 모두 포함한다. 자동차로 치면 엔진 쪽을 담당한다고 생각하면 된다.

철도연에 들어오기 전에는 2013년부터 2016년까지 KAIST에서 전기차 분야를 연구했다. 이후에는 박사 과정 중 드론 프로젝트를 한 것이 인연이 돼 UAE 칼리파대학 로봇연구소에서 방문연구원으로 재직했다.”

-전기차와 드론, 하이퍼 튜브는 얼핏 관련이 없어 보이는데, 하이퍼 튜브 연구에 뛰어든 계기는 무엇인가.

“어떻게 보면 커리어가 따로따로 따로 논다고 생각할 수 있다. 하지만 전기를 전공한 입장에서는 같은 걸 하고 있다고 보면 된다. KAIST에 있을 때는 도로에 충전 케이블이 매설돼서 차가 주행하면서 실시간으로 충전하는 연구를 했다. 드론도 케이블을 달아서 유선으로 충전하면서 24시간 운행할 수 있는 드론과 무선으로 충전하는 드론을 연구했다. 하이퍼 튜브도 자기장을 이용해서 열차를 띄우고 민다. 결국, 이것도 전기를 활용하는 거다. 크게 다르지 않다.

각 시대에 사회적 수요가 있는 기회들을 찾으려고 노력하는 편이다. 무슨 연구를 하더라도 기술 이전을 하거나 특허 만드는 데 집중을 하는 그런 식이다. 마침 UAE에서 해외 생활을 이어갈지 고민하던 중 철도연에서 하이퍼 튜브를 연구한다는 소식을 알게 됐다. 스스로 의지를 가지고 기회를 찾기 위해 하이퍼 튜브에 뛰어들게 됐다.”

-연구 분야인 ‘냉동기 분리형 초전도 전자석용 추진기술’은 구체적으로 어떤 기술인가.

“하이퍼 튜브는 설계속도가 시속 1000km 이상이다. 철도연이 주로 벤치마킹하는 기술은 최대 시속 600km를 달성한 일본식 자기부상·추진시스템(Magnetic Levitation and Propulsion System)인데, 자석의 힘을 이용하여 하이퍼 튜브 차량을 부상하고 추진해야 한다.

이때 필요한 것이 차량과 그 차량이 주행하는 튜브 인프라를 따라 매우 강한 자기장을 만들 장치다. 차량에는 직류(DC) 전자석인 초전도 전자석, 인프라에는 교류(AC) 전자석인 선형동기모터(LSM) 고정자가 설치된다. 이 중 튜브 인프라 쪽에 설치되는 AC 전자석으로 만든 추진전자레일을 담당하고 있다고 보면 된다.”

하이퍼루프 개념도. /조선DB

-하이퍼루프가 유명해진 건 일론 머스크가 언급한 2013년이지만, 한국은 그 이전부터 이미 하이퍼루프 연구를 시작하고 있었다.

“머스크가 이슈를 많이 만드는 사는 사람이다 보니 2013년부터 개발을 시작한 줄 아는 사람이 많다. 하지만 2000년대 이전에 스위스에서 이미 하이퍼루프 콘셉트가 제안됐다. 한국도 2009년부터 연구를 시작했고, 과제가 커지면서 실용화를 시도하고 있다고 보면 된다. 자기부상열차를 연구하던 인력이 대부분 현재 하이퍼 튜브를 연구하고 있다. 자기부상열차와 핵심 원리가 크게 다르지 않다.”

-자기부상열차가 아닌 하이퍼루프를 개발하는 이유는 무엇인가.

“하이퍼루프가 어떤 사람에게는 완전히 새로운 아이템으로 보일 수 있지만, 사실 원리가 크게 다르지 않다. 공기를 빼 진공 상태를 만든 튜브를 지나간다는 것이 다르다. 초고속 열차는 KTX 정도의 속도(시속 421km)만 돼도 공기 저항을 이겨내기 위해 엄청난 에너지를 쓴다. 공기 저항을 없애면 비용·효율성 측면에서 큰 이점이 있다. 결국 진공 튜브가 핵심이다.

다만 여기서 열차가 달리는 환경이 기존과는 큰 차이를 보인다. 진공으로 인해 사실상 열차가 달리는 환경이 공기가 없는 우주 상태가 된다. 모든 시스템 환경이 공기에 노출되는 게 아니고 진공이기 때문에 여기서 발생하는 수많은 이슈가 있다. 또 열차가 자석으로 달리는데, 철재로 만들어진다. 직관적으로 생각해도 자석과 반응할 수밖에 없다. 자석과 철재의 반응을 어떻게 처리할 건인지도 중요한 문제다.”

-하이퍼루프는 상용화되지 않은, 국내에서 처음 진행된 연구다. 어려운 점도 있을 것 같다.

“보통 연구라는 것은 참고 문헌이 있고, 조금씩 개선하면서 쌓아가는 과정이다. 답이 정해져 있고 조금만 변경을 하면 되기 때문에 스스로 의문을 가지지 않는다. 하지만 하이퍼루프는 선행연구도 없고, 상용화돼서 달린 기록도 없기 때문에 연구진이 결정하면서 스스로 많은 의문을 가질 수밖에 없다.

연구를 검증하기 위해서는 직접 달려봐야 하는데, 설계속도에 도달해보기 위해선 테스트베드 길이가 수십km가 필요하다. 큰 규모의 인프라 건설비용을 확보하는 것이 또 다른 어려운 사항이다.

열차의 위치를 검지하는 기술로 예를 들면, 하이퍼루프는 1초에 333m를 달린다. 엄청나게 빠른 속도다. 위치를 제대로 파악하지 못하면 추진과 정차에 큰 문제가 생긴다. 네덜란드 하이퍼루프 업체는 위치를 검지하기 위해 선로에 바코드를 하나씩 깔고 있었다. 열차가 지나가면서 바코드를 찍고 위치를 확인하는 방식이다. 일본도 선로 3cm마다 센서를 깔고 있었다.”

아랍에미리트(UAE) 칼리파대 로봇연구소 연구진과 최수용 한국철도기술연구원 선임연구원(가운데).

철도연은 2020년 11월 축소형으로 만든 캡슐을 아진공 상태에서 시속 1091km로 쏴 세계 최초로 하이퍼 튜브의 주행특성을 규명했다. 위치 검지 분야에서는 최 선임연구원이 라이다(LiDAR) 센서를 이용해 열차 위치를 확인할 수 있는 기술을 특허 출원했다. 그의 특허로 하이퍼 튜브는 선로에 바코드나 센서를 일일이 설치하지 않아도 위치를 확인할 수 있게 됐다. 드론을 연구한 경험을 살려 하이퍼루프 재난 상황 시 투입할 ‘워터 젯(Water Jetpack)’을 결합한 유선충전드론도 개발했다.

-한국 하이퍼루프 기술 수준은 어느 정도라고 보면 되나.

“전 세계적으로 아직 상용화될 크기로 속도를 낸 사례는 없다. 하이퍼루프 콘셉트로 주행에 성공한 것은 미국 하이퍼루프 업체에서 시속 360km로 달린 게 유일하다. 하이퍼루프 연구를 활발히 진행 중인 해외업체는 미국의 ‘하이퍼루프 원(Hyperloop One)’, 네덜란드의 ‘하트 하이퍼루프(HARDT Hyperloop)’ 정도다. 철도연 연구팀도 다양한 연구들을 오송 분원에 마련한 테스트베드에서 수행 중이고, 개인적으로는 이들과 비슷한 수준의 하이퍼루프 기술을 보유하고 있다고 판단하고 있다.”

-라이다 센서를 이용한 위치 검지 기술을 특허로 출원했다. 어떻게 생각하게 됐나.

“우선 차가 지나가는 모든 방향에 센서가 있어야 된다는 점이 용납이 안 됐다. 비접촉 광학식으로 접근할 수 있는 방법들도 많을 텐데, 어떤 기술이 있나 고민했다. 그때 자동차 옵션 중 액티브 크루즈 컨트롤로 전방에 전파를 쏴 위치 조절하는 기능이 생각났다. 라이다 센서과 원리는 같지만, 고성능화시키고 하이퍼 튜브에 맞게 알고리즘을 바꿨다. 진공 상황에 맞춰 시스템을 조정하고 하이퍼 튜브 시스템 특성을 감안해 위치를 확인할 수 있도록 개발했다. 이 기술은 미국과 유럽에도 특허출원했다.”

최 선임연구원이 라이다 센서를 하이퍼 튜브에 적용한 건 그가 ‘자동차 덕후(일본어 ‘오타쿠’의 한국식 발음)’인 영향도 크다. 석사와 박사 과정 중 전기차를 연구하기도 했지만, 남들이 어린 시절 동화책을 읽을 때 자동차 잡지를 읽었다고 한다. 자동차에 관심이 많던 아버지와 친척이 가져다 놓은 자동차 잡지를 읽으면서 자연스럽게 ‘자동차 덕후’가 됐고, 모든 이동수단은 관심사가 됐다.

관심 분야를 직업으로 삼는 ‘덕업일치’를 달성한 최 선임연구원은 자신이 쌓은 지식으로 첨단기업을 만드는 것이 꿈이다. 롤스로이스의 제트 엔진과 메르세데스 벤츠의 자동차처럼 남들이 쉽게 모방하지 못할 기술을 가진 기업인으로서 한국 과학기술계 발전을 이끌고 싶다는 이야기다.

-처음 과학을 접하게 된 계기는 무엇인가.

“어린 시절부터 부친과 친척분들이 집에 놓은 자동차 잡지를 보며 자랐다. 그러다 보니 학부 전공은 자동차의 기본인 기계공학을, 대학원은 자동차 전동화에 맞춰 전자전기공학으로 진학했다. 어릴 땐 졸업 후 자동차 회사에서 연구·개발하며 살아가는 게 목표였다. 아직도 자동차는 좋아한다. 지나고 보니 비슷한 분야에서 덕업일치의 삶을 살게 된 거 같아 감사하게 생각하고 있다.”

-공학자로서 꿈꾸는 미래는 무엇인가.

“기술과 지식을 쌓아 벤처기업을 만드는 것이 꿈이다. 미국이나 유럽 기업을 보면 한국과 같은 제조업을 하는데 남다르다. 원리를 알아도 따라할 수 없는 기술을 보유하고 있다. 롤스로이스의 제트 엔진이나 SML의 반도체 노광장비가 대표적이다. 나도 그런 걸 해보고 싶다. 그래서 지금은 약간 전공 범위 내에서 기회가 닿는 대로 열심히 배우고 있다. 물어보고 배우다 보면 어느 순간에는 기회가 오지 않을까 생각한다. 쉽지는 않다는 건 알고 있다. 하지만 단기간에 아이디어 하나로 될 건 절대 아니라고 생각한다. 시간이 많이 걸릴 것이라고 예상하고 있다.

-뛰어넘지 못하는 기술의 벽은 어떻게 돌파할 수 있을까.

“버킷리스트 중에 하나가 자동차의 본고장인 독일에 있는 모든 자동차 박물관을 가보는 것이었다. 지난해에 잠깐 휴직을 하고 2주 동안 독일의 자동차 박물관을 돌면서 꿈을 이뤘다. 독일 기업들은 팔기 위해서 자동차를 만들었다기 보다 한 분야의 정점으로 가기 위해 개발한다. 자동차 안에도 공기역학과 엔진처럼 다양한 공학 분야가 있다. 벤츠의 경우 이미 1990년대 이전에 자동차를 시속 600km까지 올려서 주행하는 테스트 계획을 가지고 있었다. 엔진도 배기량을 줄이면서 출력은 현재 상용화된 자동차의 3~4배까지 높이는 테스트를 진행했다. 각 부분에 이미 정점을 찍은 거다. 단기간에 보여주기식으로 개발을 하는 것은 도움되지 않는다. 남들과 차별화되는 제조업을 하려면 각각의 기반 기술에 시간을 많이 들여서 데이터 베이스를 쌓아야 한다. 그런 능력과 연구가 기본 전제조건이고 필수다.”

-젊은 공학자로서 한국 과학기술계 발전을 위해 필요한 점이 무엇이라고 생각하나.

“국내 출연연구기관에 똑똑한 연구진들이 정말 많다. 요즘은 학교 포기하고 온 사람도 많고, 예산이 많이 투입된 큰 연구를 하고 싶어 오는 사람도 있다. 하지만 특히 과학기술계에서는 경색된 분위기로 고부가가치를 절대 못 만든다. 한국은 연공서열을 많이 따지는데 정말 실력있고 리더십 좋은 사람들이 중용돼야 한다. 해외는 테슬라나 애플만 하더라도 분기 단위로 실적에 따라 움직이는데, 한국은 연공서열 때문에 이런 문화가 별로 없다. 까라면 까는 식으로는 과학기술계에서는 절대로 부가가치를 만들지 못한다. 창업을 할 수 있는 분위기도 형성되면 좋겠다. 창업하면 지원도 나오고, 실패해도 되니 적극적으로 창업을 하고 마음껏 도전할 수 있는 분위기가 만들어지면 좋겠다.”

최수용 한국철도기술연구원 선임연구원은

2011년 부산대학교 기계공학부 학사 졸업

2013년 한국과학기술원(KAIST) 대학원 총학생회 회장

2014년 국제전기전자공학회(IEEE) JESTPE 최우수 논문상

2015년 국제전기전자공학회(IEEE) TPE 최우수 논문상

2016년 한국과학기술원(KAIST) 석·박사 졸업

2016년 UAE 칼리파대학교 로봇연구소 방문연구원

2017년 UAE 무인기 기술개발 대회(Drones for Good Award) 3위

2017년 ~ 현재 한국철도기술연구원 하이퍼튜브연구팀 선임연구원

2020년 한국항공우주산업진흥협회 무인기 기술 공모전 최우수상

2021년 국가과학기술연구회(NST) 우수 신진연구자 수상

한국공학한림원 차세대공학리더 YEHS 시니어회원

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