1. 본인의 연구에 대해서 소개를 부탁 드립니다.

저는 학부 2학년부터 카이스트에서 학부 연구생으로 연구를 처음 시작했습니다. 어릴때부터 생물체처럼 움직이는 로봇을 만들어보고 싶다는 막연한 생각이 있었기에 학부 연구생으로 있던 2년 동안 작은 선충을 모사하는 Soft Robot 연구를 수행했었습니다. 여러 논문을 읽고 다양한 종류의 Soft Actuator 들을 다루는 과정에서 연구 관심사가 인공 근육의 개발로 발전하게 되었습니다. 당시 Soft Robotics 혹은 Bio-inspired Robotics 분야 자체는 빠르게 발전하고 있는 유망한 신생 분야였지만, 개인적으로는 Soft Actuator 나 인공 근육이라고 불리는 소재들을 직접 개발하거나 그 재료적 거동에 대한 이해 보다는 이미 개발되거나 상업적으로 구할 수 있는 재료들을 적재적소에 배치하는 디자인 중심의 접근 방식에 다소 한계를 느꼈습니다. 그런 고민을 가지고 있던 와중에 대학원 진학을 앞두고 저는 연구 분야를 Soft Materials and Mechanics 로 완전히 바꾸는 다소 무모한 선택을 하게 되었습니다. 돌이켜보면 당시에는 Soft Material 이나 관련 Mechanics 에 대한 지식이나 경험이 전무한 상태여서 굉장히 고민을 많이 했었지만, Soft Material의 개발과 역학에 대한 공부를 하는게 장기적으로는 제 연구 관심사인 인공 근육의 개발에 더 큰 도움이 된다는 생각에 어려운 선택이지만 쉽게 할 수 있었던것 같습니다. 무엇보다도 연구 분야가 굉장히 생소함에도 불구하고 공부하면 할 수 있다는 말씀과 함께 흔쾌히 그룹에 받아주신 지금 지도교수님 도움이 정말 컸습니다.

대학원 입학 후 최근 2년 동안 저는 Hydrogel Tough Adhesion 을 연구했습니다. 사실 이 프로젝트를 시작하게 된 과정이 되돌아보면 굉장히 재미있었던것 같습니다. 아무래도 저는 Soft Material 이나 Mechanics 에 대한 배경이 전혀 없다보니 처음 몇 달 동안은 계속 지도교수님의 예전 논문을 읽으면서 Soft Material Mechanics 를 공부하거나 기존에 있던 박사과정 학생에게 Tough Hydrogel 합성을 배우면서 대부분 시간을 보냈습니다. 그러다보니 생전 처음보는 Tough Hydrogel 이라는 물질이 물을 전체 무게의 90 % 이상 가지고 있으면서도 고무와 비슷한 수준의 기계적인 특성을 보이는 부분에 굉장히 흥미를 가졌고, 제가 예전에 연구하던 분야 때문인지 자연스럽게 이 재료를 가지고 Soft Robot 을 만들어보고 싶다는 생각이 들었습니다. 그런데 이 재료를 가지고 Soft Robot 이나 다른 Robotic Structure 를 만드려다 보니 물이 대부분이고 굉장히 소프트한 하이드로젤들을 흔히 쓰이는 재료들과 접합을 해서 복합 구조를 만드는게 쉽지가 않고 결과적으로 이 Assembly 에서 오는 어려움이 하이드로젤 기반 로봇이나 어플리케이션을 만드는데 큰 걸림돌이 되고 있다는 걸 알게 되었습니다. 화학이나 Polymer Chemistry 관련 지식이 없다 보니 처음에는 시중에 있는 각종 Adhesive(접착제) 들을 사서 시도를 해보았는데, 시중에 있는 Adhesive 들은 하이드로젤을 다른 고체 물질에 안정적으로 접합 시키는데 적절치 못했습니다. 그래서 지도교수님과 의논 끝에 이 문제를 푸는걸 프로젝트로 하기로 하고 수많은 논문들을 읽으면 공부를 하기 시작했었습니다.



결과적으로 약 1년 정도에 걸쳐서 Surface Chemistry, Polymer Chemistry, Soft Material Mechanics 등 다양한 분야의 지식을 이용해서 하이드로젤을 딱딱한 고체에 아주 강하게 접착시키는 일반적인 방법론과 그를 뒷받침하는 이론을 찾을 수 있었고 이후 후속 연구를 통해서 같은 방법론을 고무같은 탄성체 재료에도 적용시키는 방법을 찾게 되어서 일반적으로 쓰이는 대부분의 고체 물질과 하이드로젤 사이의 강한 접착을 이룰 수 있었습니다. 최근에는 이 결과를 바탕으로 처음 하고 싶었던 하이드로젤 기반 Soft Robot 을 만들어서 조금 돌아갔지만 결과적으로 처음 하고싶었던 것을 성공적으로 이룰 수 있었습니다.

이 연구를 하면서 개인적으로는 제 나름의 연구 방식을 찾고 발전시켜나가는 것에 더 큰 의미가 있었다고 생각합니다. Soft Material 을 비롯해서 최근 각광받는 여러 새로운 연구 분야들은 공통적으로 굉장히 Multidisciplinary 한 측면이 있습니다. 이 Multidisciplinary 한 특성이 이전에 없던 새로운 연구 분야와 어플리케이션을 만들어내는 장점도 있지만 동시에 단점도 있다고 생각합니다. 제가 일하고 있는 Soft Material 분야를 예로 들어 보자면, Solid Mechanics, Polymer Chemistry 등 다양한 분야의 지식이 섞여서 새로운 형태의 어플리케이션과 연구 토픽을 만들어내면서 Soft Material 분야를 이루고 있는 세부 분야의 Fundamental Knowledge 와 이미 개발된 재료를 바탕으로 한 디자인 위주의 어플리케이션 사이의 간극이 생기는 문제가 있습니다. 제가 최근 연구한 하이드로젤 접착도 이런 간극에서 파생된 문제의 한 가지 예라고 볼 수 있는데, 여러 다른 고체 재료와 하이드로젤 사이의 접착이 어플리케이션 개발에 있어 꼭 필요한 기술이지만, 이를 해결하기 위해서는 이미 개발된 재료를 응용하는 어플리케이션에서 벗어나 Soft Material 분야를 이루고 있는 세부 분야들의 Fundamental 한 지식을 이해하고 이용해서 그 사이의 간극을 채우는 형태의 연구가 필요합니다. 최근 연구한 하이드로젤 접착 뿐만 아니라 유사한 연구 방법론을 적용할 수 있는 문제가 굉장히 많다고 생각하고, 앞으로 다양한 분야로 제 연구 관심사를 확장해 가고자 합니다. 그리고 더 나아가 좀 더 실생활에 도움이 되는 어플리케이션 개발로 이어질 수 있었으면 하는 바람이 있습니다.



2. 본인의 최근, or 대표 논문를 소개해 주세요.

1) Hyunwoo Yuk, Teng Zhang, Shaoting Lin, German Alberto Parada, Xuanhe Zhao*, Tough bonding of Hydrogels to diverse non-porous surfaces, Nature Materials, 15, 190-196 (2015)

논문 링크: http://www.nature.com/nmat/journal/v15/n2/abs/nmat4463.html

MIT News 링크: http://news.mit.edu/2015/Hydrogel-superglue-water-adhesive-1109

MIT News Video 링크: https://youtu.be/Y8uLu1w53AU


2) Shaoting Lin#, Hyunwoo Yuk#, Teng Zhang#, Hyunwoo Koo, Cunjiang Yu, Xuanhe Zhao*, Stretchable Hydrogel electronics and devices, Advanced Materials, 28, 4497–4505 (2016) (#equally contributed first authors)

논문 링크: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201504152/full

MIT News 링크: http://news.mit.edu/2015/stretchable-Hydrogel-electronics-1207

MIT News Video 링크: https://youtu.be/T3TqCrLUgC0


3) Hyunwoo Yuk, Teng Zhang, German Alberto Parada, Xinyue Liu, Xuanhe Zhao*, Skin-inspired Hydrogel-elastomer hybrids with robust interfaces and functional microStructures, Nature Communications, 7, 12028 (2016)

논문 링크: http://www.nature.com/articles/ncomms12028

MIT News 링크: http://news.mit.edu/2016/Tough-Hydrogel-hybrid-artificial-skin-0627

MIT News Video 링크: https://youtu.be/mrcNc5UT0BM


4) Hyunwoo Yuk, Shaoting Lin, Chu Ma, Mahdi Takaffoli, Nicholas X. Fang, Xuanhe Zhao*, Hydraulic Hydrogel Actuators and Robots optically and sonically camouflaged in water, Nature Communications, in press (2016)

개재 승인을 받은 상태이고 12월 ~ 1월 중 출판 예정입니다.


3. 연구중에 어떤 극복해야 할 문제가 있었고 이를 어떻게 해결하셨는지?

아무래도 Soft Material & Mechanics 에 대한 사전 지식이 전혀 없는 상태에서 대학원 생활을 시작했고, 분야 자체가 굉장히 여러 분야의 지식이 섞여있는 Interdisciplinary 한 분야라서 처음 몇 개월 동안 수많은 논문을 읽고 공부하면서 익숙해 지는 부분이 가장 어려웠던것 같습니다. 특히 문제를 해결해가면서 필요한 세부적인 지식들이 특정 분야나 저널에 잘 정리되어 있는게 아니라 산발적으로 각 분야의 수많은 저널들에 흩어져 있는 경우가 대부분이라 이런 정보들을 한데 모으고 체계화해서 정리된 형태로 가공하고 발전시키는 과정이 가장 힘든 부분이었던것 같습니다. 이 문제는 제가 연구했던 연구 주제에 국한된 것이 아니라 굉장히 Interdisciplinary 한 분야들 대부분이 가지고 있는 문제이기도 한 것 같고, 그런 분야들에서 일하는 연구자들에게 극복해야 되는 필연적인 난관이라고 생각합니다.

개인적으로는 새로운 것을 배우고 새로운 분야의 논문을 읽는것에 대한 두려움을 버리는 것이 가장 도움이 되었던것 같습니다. 최근 연구를 수행하면서 든 느낌이 굉장히 Interdisciplinary 한 분야의 문제를 해결하는 과정은 한 우물을 깊이 파는 것 보다는 오케스트라를 지휘하듯이 다양하고 넓은 분야의 지식을 포괄적으로 흡수하고 잘 조율하는 것에 가깝다고 생각합니다. 그리고 Interdisciplinary 한 연구들이 연구를 진행하면서 자칫 방향을 잃기가 쉬운데, 연구를 진행하기 이전에 해결하고자 하는 문제와 해결 방식을 명확하게 정의하고 프로젝트를 진행하는 것이 굉장히 중요하다고 느꼈습니다. 특히 신생 분야나 새로운 연구 주제의 경우에는 지도교수님이나 기존 논문들이 디테일한 가이드라인을 제시하기가 어려운 경우가 많은데, 논문을 출판했을때 주가 되는 독자가 어떤 분야의 사람들이고 어떤 배경지식을 가지고 진행하고 있는 일을 이해할 수 있을지를 고려하는 것도 연구의 방향성을 잡고 필요한 실험들을 정하는데 큰 도움이 되었습니다. 덧붙여 제가 일하는 연구 그룹의 맴버들이 굉장히 다양한 학문적 배경을 가지고 있어서 다양한 분야의 사람들과의 토론을 그룹 내부적으로 해결할 수 있는 부분도 굉장히 도움이 되었다고 생각합니다.


4. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소, 지도교수에 대해 소개 부탁 드립니다.

제가 일하고 있는 Soft Active Materials Laboratory (http://zhaox.org) 는 MIT 기계공학과에 소속되어 있고 Xuanhe Zhao 교수님께서 이끄시고 있습니다. 원래 Duke 대학에 교수로 부임하고 계셨는데, 제가 대학원에 입학하는 해에 MIT 로 연구실을 옮겨 저는 MIT 에서의 창립 맴버로 그룹에 조인하게 되었습니다. Duke 에 계시는 동안 하시던 연구들은 상당 부분 지도교수님께서 박사 과정과 포닥 동안 하시던 연구의 연장선상에 있는 연구들이었지만, MIT 로 옮기시면서 연구 주제를 새롭게 바꾸고 싶어 하셔서 처음 반년 정도 어떤 연구를 할까 끝없이 그룹 미팅을 하면서 그룹의 정체성을 찾으려고 노력했던 기억이 납니다.

저희 그룹은 대학원생과 포닥을 포함하여 10명 내외의 비교적 작은 그룹이고, 동일한 학문적 배경을 가진 맴버가 하나도 없는 굉장히 다양한 분야의 사람들이 같이 일하고 있습니다. 지도교수님께서도 학부 과정을 전자공학을 전공하시고, 석사를 재료공학, 박사를 기계공학을 전공하셔서 굉장히 Interdisciplinary 한 배경을 가지고 계시고 4 명의 대학원생도 각각 Soft Robotics, Experimental Solid Mechanics, Bioengineering, Polymer Chemistry 등의 굉장히 상이한 학문적 배경을 가지고 있습니다. 처음 MIT 에서 연구실을 셋업하고 연구 주제를 찾는 동안은 너무 다양한 학문적 배경이 토론을 하고 의견을 교환하는데 다소 어려움을 주기도 했지만, 시간이 지나면서 다른 연구실들이 일반적으로 협업 연구를 통해서 해결하는 부분을 그룹 내부적으로 해결할 수 있게 되면서 큰 시너지 효과를 보고 있다고 생각합니다.




5. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람이 있다면?

연구활동을 하면서 가장 크게 느끼는 점은 제가 정말 다양한 분야에 걸쳐 있는 연구를 하고 있다는 점입니다. 개인적으로나 그룹 차원에서도 참석하는 학회가 재료학회, 기계학회, 물리학회 등 굉장히 다양한 분야의 Research Society 들과 교류하고 있고, 협업연구를 하는 그룹들도 같은 기계공학과 연구실들을 포함해서 Bioengineering, Medical School 등 다양한 학과 소속의 연구실들과 협업 연구를 진행하고 있습니다. 많은 Interdisciplinary 한 연구 분야들이 저변이 되는 다양한 전통적인 분야들의 지식을 서로 유기적으로 다루고 발전시키는데 큰 어려움을 겪는 경우가 많은데, 이런 Interdisciplinary 한 연구 환경에서 전통적인 연구 분야들과 학제적인 신생 분야들 사이의 간극을 잇는 연구들을 할 수 있고 또 하고 있다는 점에 큰 자부심과 보람을 느낍니다.


6. 이 분야로 진학하려는 후배(또는 유학 준비생)에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

제가 일하고 있는 Soft Material Mechanics 분야를 비롯해서 다른 유사한 분야로 진학을 희망하는 분들에게 새로운 분야로 뛰어들어 배우고 일하는 것을 두려워 할 필요가 없다고 말씀드리고 싶습니다. 여러 신생 분야들이 굉장히 학제적인 특성을 띄고 있고, 이런 분야들의 첨단을 달리는 연구 주제 대부분이 특정 전통적인 분야의 직접적인 연장선상에서 수행하기가 어려운 경우가 대부분입니다. 이런 특성때문에 새로운 분야로 뛰어들어 연구하고 배우는 것을 두려워 하지 않는 태도가 굉장히 도움이 되고 중요하다고 생각합니다. 덧붙여, 다양한 분야의 사람들과의 적극적인 토론과 협업 연구가 좋은 연구 주제를 찾고 수행하는데 매우 중심적인 역할을 차지하기 때문에, 어느 연구 분야들보다도 커뮤니케이션 스킬이 중요하다고 생각합니다.


7. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

지난 2년여 동안 하던 하이드로젤 접착 관련 연구를 마무리짓고, 최근에는 이 연구를 기반으로 BioMedical 어플리케이션 개발과 소프트 재료의 3D Printing 을 연구하고 있습니다. 최근 연구로부터 배운것들을 바탕으로 다양한 분야의 주제들에 유사한 연구 방법론을 적용하고자 하는 노력을 하고 있습니다. 덧붙여, 여러 협업 연구들을 통해 개발한 하이드로젤 접착이 좀 더 실용적으로 사용 될 수 있는 분야들을 찾아 적용하는 연구도 계속 진행하고 있습니다.