붙임 3	연구테마 상세 소개자료

□ (연구테마1) 모든 성상(Phase)의 폐유기자원 업싸이클링 공정기술

ㅇ (임무) 폐유·폐유기용제·플라스틱 등 모든 상(Phase)의 폐유기자원을 C2 단량체화 하는 경제성 있는 공정 개발

ㅇ (연구내용) C2 단량체화 공정 표준 반응기 개발, 폐기물을 원료로 하는 전환 공정 시스템 최적화 및 실증 등

ㅇ (사업유형) 탐색형*

* 실패할 가능성이 있지만 과감히 도전할 수 있도록 개념검증 단계까지 최대 3년간 지원하여 가능성에 대한 검증 후 후속 연구개발 지원 필요 시 추가 기획

ㅇ (주관부처: 환경부/과기정통부) 폐기물을 원료로 C2 단량체화하는 전환 공정 시스템 개발 및 실증

□ (연구테마2) 자폐성 장애를 위한 혼합형 디지털치료제 기술

ㅇ (임무) 자폐성 장애의 통합 치료·관리를 위한 HW·SW 혼합형 디지털치료제 기술 개발

ㅇ (연구내용) 자폐성 장애를 대상으로 하므로 사용자의 조작을 최소화할 수 있는 수준 높은 헬스케어 장치 개발, 인공지능 기반의 고정밀 환자 개인 맞춤형 통합 SW 개발 등

ㅇ (사업유형) 탐색형*

* 실패할 가능성이 있지만 과감히 도전할 수 있도록 개념검증 단계까지 최대 3년간 지원하여 가능성에 대한 검증 후 후속 연구개발 지원 필요 시 추가 기획

ㅇ (주관부처: 보건복지부/과기정통부) HW·SW 기반 디지털치료제 기술개발 및 검증

□ (연구테마3) 다목적 성층권 드론 기술

ㅇ (임무) 구름, 산불 및 태풍 등 기상의 영향을 받지 않는 성층권에서 1개월 이상 장기체공이 가능한 초경량 무인항공기 기술을 개발

ㅇ (연구내용) 초경량 기체 구조 개발, 자동항법·상시운용 기술 개발, 통신시스템·지상관제시스템 개발, 관측·감시용 임무 장비 개발 등

ㅇ (사업유형) 탐색형*

* 실패할 가능성이 있지만 과감히 도전할 수 있도록 개념검증 단계까지 최대 3년간 지원하여 가능성에 대한 검증 후 후속 연구개발 지원 필요 시 추가 기획

ㅇ (주관부처: 과기정통부) 초경량 기체구조 설계·제작 및 운용기술 개발

□ 향후 추진 일정(안)

구분	추진주체 및 일정
연구테마 확정	혁신도전 프로젝트 추진위원회, ’20.9
사업기획 공모	KARPA, ’20.9
사업기획 착수	KARPA/주관부처, ’20.11
사업기획 완료	KARPA/주관부처, ’21.3
사업기획 결과 보고	혁신도전 프로젝트 추진위원회, ’21.3
사업 예산심의	KARPA/주관부처, ’21.5~12
사업 착수	주관부처, ’22.1~

별첨1		연구테마(1) 세부 설명자료

연구테마(안) : 지속가능 환경을 위한 폐기물 재자원화

- 모든 성상(Phase)의 폐유기자원 업싸이클링 공정기술 -

I. 테마 관련 사회적 난제

□ 산업배출 폐유, 폐유기용제, 대기 방출 바이오 가스, 폐플라스틱 등 폐유기자원의 지속적인 증가로 환경오염 발생 심화

ㅇ 폐유는 윤활유, 기계유, 작동유, 연마유 등이 산업현장에서 발생됨

ㅇ 폐유기용제는 다양한 산업에서 배출되고 있으며 인체유해성으로 인해 이의 함유 51종의 물질이 구분 관리 중

※ 폐유/폐유기용제는 전체 사업장 지정폐기물의 약 43% 차지하고 있으며, ’18년 기준 231만톤 배출(환경부)

ㅇ COVID-19로 인한 플라스틱과 비닐 등 일회용품 사용급증에 따른 생활쓰레기가 급증하고 있으나 재활용률은 낮음

※ 전체 플라스틱 사용량이 ’17년 기준 876만톤이지만 재활용률은 60% 수준에 불과(환경부)

ㅇ 연료화, 소각 등의 재활용 과정은 CO2 등 오염물질 발생을 피할 수 없음

II. 문제 발굴(As is)

□ 기존 폐기물 재활용기술은 경제성 확보가 제한적이어서 상당부분 매립·소각 등으로 처리 중

ㅇ 기상의 경우 바이오가스는 소수의 대형 발생원 중심으로 전력생산, 연료로 활용하며, 발생 규모가 작은 대부분의 플레어가스*, 바이오가스는 대기 중 방출·소각

* Flare gas, 석유시추 과정에서 발생하며 그대로 버리는 과정에서 소각함. 2019년 flaring 총량 164억 달러로 추정(fluenta)

※ 국내 바이오 가스 중 약 15%만 발전에 활용(환경부 코네틱리포트 2017)

ㅇ 액상의 경우 이온정제법, 감압증류법 등 폐유 회수 기술은 시설비 및 운전비용의 경제성이 낮고 특히 회수·수송비 비중이 과도함

※ 폐유 처리 회수, 수송비는 드럼당 2만원 내외로 정제처리비 0.8만원～1.1만원의 2～3배 수준(산업폐기물재활용기술개발사업단)

ㅇ 고상의 경우 폐플라스틱은 열가소성 단일재료를 제외하고는 대부분 연료화, 소각 등을 통해 처리

- 화학적 재활용 방법도 원료화는 매우 낮은 비율에 불과하며 복잡한 공정이 필요

- 기존 화학적 재활용 기술은 단일 소재에만 적용 가능하여 재활용 공정 적용이 제한적일 수밖에 없음

폐유기자원의 배출은 날로 증가하고 있으나, 기술적 한계로 인해 재활용 가능한 자원은 제한적이며 2차 오염이 발생하는 연소·소각·매립 등의 방법이 주로 사용	☞	폐유기물의 고부가가치 재자원화를 위해 모든 성상에 활용 가능한 단순하고 경제성 높은 공정 개발

III. 문제 해결 임무(To be)

모든 상(Phase)의 폐유기자원을 C2 단량체화 하는 경제성 있는 공정 개발

□ 기체·액체·고체 등 모든 성상에 적용 가능하고 여러 조성이 섞인 폐유기자원을 C2 단량체*화하는 표준 공정 개발

* 에틸렌(C2H4) 또는 아세틸렌(C2H2)를 의미하며, 여러 유기화합물들의 기초 원료로 사용. 플라스틱병, 비닐, 에탄올, 스펀지, 자동차 부동액 등 유기물로 변환 가능

ㅇ 기상·액상·고상에 공통 적용 가능하고 C2 단량체 순도가 90% 이상인 단순화 된 표준 반응기 개발

- 액상·고상 공급 장치 및 전처리 공정 모듈화 개발, C2 단량체화를 위한 초고온·초고속 열유속 제어 기술 개발 등

- C2와 부산물의 고효율 분리 등 생성물 분리 공정 및 저장 장치 개발, 잔여물의 친환경적 처리 기술 개발 등

- 공정 시스템 모듈화를 통한 플랫폼 구축 및 공정 규모 다변화

※ 플라스마를 활용하여 여러 개의 탄소로 연결된 저분자·고분자의 고순도 C2 단량체화 기초연구 성공(예, 벤젠 C6H6를 C2H2 3개로 분리)

ㅇ 폐기물을 원료로 C2 단량체화하는 전환 공정 시스템 최적화 및 실증

- 실제 산업현장 및 일상생활에서 발생하는 액상 또는 고상의 다양한 혼합 폐기물을 원료로 C2 단량체화 공정 각각의 최적화

ㅇ 경제성 확보 가능한 폐유기자원 재활용 시스템 개발

※ 단순한 공정의 장점을 활용하여 이동식 시스템 구성, C2 단량체 기반의 후속 고부가화 응용 공정 발굴, 신재생 에너지 기반의 시스템 구성 등

◇ 어떠한 형태의 폐유기자원이라 하더라도 간단한 공정을 통해 고순도의 C2 단량체로 변환하여 고부가가치화하는 재활용기술 개발

[그림] 폐유기자원 업싸이클링 모식도

< 예시 프로젝트 >

① 모든 상에 공통적으로 적용 가능한 C2 단량체화 공정 플랫폼 기술

② 실제 액상·고상 폐기물의 자원화를 위한 공정 시스템 최적화 기술

③ 경제성이 확보되는 폐유기자원 재활용 시스템 기술

기존 연구방향		신규 연구방향
□ 기상/액상/고상 및 폐기물의 종류에 따라 최적화된 재활용 기술을 개발하였으나 주로 연료화 하였고 경제성 확보가 어려움	➡	□ 액상/기상/고상 원료 및 조성과 무관하게 유사한 공정으로 전환이 가능하며, 단순 연료가 아닌 부가가치가 높은 C2 단량체 원료물질로 전환 □ 이동식 시스템 개발, 신재생에너지 활용 등을 바탕으로 공정의 경제성을 확보
□ 톨루엔, 벤젠 등 순수한 물질을 원료로 C2 단량체화가 가능한지 확인	➡	□ 산업현장과 일상생활에서 발생하는 폐유기자원을 재활용하는 최적화 공정 개발

□ 파급효과

ㅇ 폐유, 폐유기용제 플라스틱 등이 ‘비용’이 드는 폐기물이 아니라 ‘판매’ 가능한 자원이 되어 기존 화학산업의 공정 경제성 제고

- 원료 물질을 폐기물로부터 수급 받아 석유화학산업 stream의 다변화 가능

ㅇ CO2 등이 배출되지 않는 재활용 기술을 개발하여 기존 소각·연소 과정의 제거 및 자원 재활용을 통한 원료 사용 절감으로 2차 오염물질 배출 저감

IV. 위험요인(Risk)

□ 신개념 폐기물 재활용 개념 구현을 위해 연구개발 시 폐기물 이동·처리 관련 법령·규제들을 고려하고 필요시 재정비

□ 경제성과 환경부하 관점에서 문제없는 신개념 공정의 개발은 매우 도전적인 주제로, 실제 기술개발 시 다양한 난관이 존재할 것으로 예상

(참고1) 해외 사례

ㅇ (노르웨이) Kvaerner社에서 바이오가스·천연가스를 원료로 카본블랙·수소를 생산하는 기상 유기물 전환 공정 상용화

(참고2) 연구테마 선정 세부기준 검토 결과

핵심기준	검토 결과
목표의 명확성	기술의 부재로 인해 활용도가 낮은 폐유기자원을 혁신적 기술로 자원화 하는 기술로, 기술의 적용 대상(폐유기자원)과 그 결과물(C2단량체)이 명확하게 정의 되어 있음
도전성	일반적인 화학공정은 반응물의 조성과 물질적 특성에 따라 공정 조건 및 생산물이 확연히 달라지는데, 이와 다르게 성상, 조성이 서로 다른 유기 폐자원을 표준화된 유사한 공정으로 공통 자원화 한다는 것은 기술적으로 매우 도전적인 시도임. 액상 또는 고상 폐기물을 탄소/수소 이외에 C2 단량체를 주 생성물로 전환하는 유기물 분해 공정은 개발 및 상용화된 사례가 없음
혁신성	매립·소각·원료화 등 환경부하 문제가 있고 경제성이 낮은 기존 재활용 방식을 환경성과 경제성이 확보된 자원화 기술로 바꾸는 공정의 혁신이 기대됨
차별성	성상, 조성 별로 최적화된 재활용 기술은 계속 개발되고 있으나 모든 종류의 유기 폐자원을 표준화된 유사한 공정으로 자원화 하는 것은 시도된 바 없음
파급효과	미처리 폐유기물이 만들어 내는 환경문제를 일거에 해결하며, 이 과정에서 CO2 의 배출을 획기적으로 절감하고, 경제성이 확보된 재활용 기술로 석유화학산업의 stream 다변화 가능

(참고3) 한국과학기술한림원 및 한국공학한림원 추천 전문가의 검토 의견

□ 본 연구테마는 목표가 구체적이고 파급효과가 클 것으로 판단되나 모든 폐기물을 한꺼번에 처리하기 보단 고상 및 액상 각각에 최적화된 공정을 개발하는 방향이 적절할 것으로 보임

ㅇ 폐기물은 물류 문제가 중요하기 때문에 이동식 처리방법을 개발할 필요는 있으나 도전적일 것으로 판단됨

별첨2		연구테마(2) 세부 설명자료

연구테마(안) :  난치 질환자의 자가치료·정밀관리를 위한 디지털 시스템

- 자폐성 장애를 위한 혼합형 디지털치료제 기술 -

I. 테마 관련 사회적 난제

□ 중증정신질환*으로 인한 사회적 부담이 증가하고 있으나 의료 접근성이 부족한 한계가 지속되고 있음

* 조현병, 양극성 장애, 외상 후 스트레스 장애, 자폐 스펙트럼 장애 등을 의미

ㅇ 정신질환에 대한 편견이나 지역사회 인프라 부족으로 조기발견 실패, 치료중단, 만성화의 악순환이 이어지며, 사회경제적 비용* 역시 증가 추세

* 정신질환 사회경제적 비용: (’12) 9.3조원→(’13) 10.1조원→(’14) 10.7조원→(’15) 11.3조원 (보건복지부)

ㅇ 중증정신질환은 장기간 지속적인 치료·관리가 필요하나 외래 진료를 위한 접근성이 부족하며, 일상생활에서의 관리가 어려운 측면이 존재하여 치료에 있어 가장 중요한 지속성이 확보되지 못하고 있음

※ 정신질환자의 초기치료의 첫 6, 12개월간 52%, 48%가 정기적인 외래치료를 받지 않아, 높은 자살율, 인지기능저하, 잦은 재발 등이 야기됨(보건복지부)

- 지역사회 연계 미흡, 정신건강복지센터 인력부족, 응급정신의료체계 등의 인프라가 부족하여 치료재활서비스를 제대로 받지 못함

※ 상급종합병원 정신과보호병동은 ’11년 1,021병상에서 ’18년 857병상으로 감소(대한정신과학회)

- 중증정신질환은 상급종합병원에서 주로 치료가 이루어지기 때문에 수도권에 편중되어 있고 의존도가 커짐에 따라 접근성이 부족함

□ 증가 추세인 정신질환 대응을 위해 디지털치료제 개발을 통한 상시적·상호적인 비대면 치료 시스템을 확립할 필요가 있음

디지털치료제(Digital Therapeutics)란 의학적 이상 또는 질병을 예방·관리·치료하기 위한 고도화된 소프트웨어를 의미하며, 애플리케이션, 게임, 가상현실, 인공지능 등이 디지털치료제로 활용됨

ㅇ COVID-19 등의 이유로 비대면의 중요성이 부각되고 있으며, 비대면 시스템을 통한 상시적·상호적 치료가 정신질환 치료에 더욱 효과적일 수 있음

- 중증정신질환은 치료 및 예방을 위하여 지속적인 모니터링과 실시간 상태진단이 중요하며, 신약 개발이 어렵고, 행동 중재를 통한 치료효과 개선이 크기 때문에 디지털치료제의 효과가 클 수 있음

II. 문제 발굴(As is)

□ 디지털치료제는 세계적으로 서비스 개발·제공의 초기단계 수준이며, 국내의 경우 디지털치료제 개발 착수 단계에 해당함

ㅇ 의학적 질병·장애 치료를 위해 효과성이 입증되어 FDA에 인증을 받았으며, 의사 처방을 통해 치료에 활용되는 디지털치료제*는 세계적으로도 소수에 불과

※ 디지털치료제는 주요 목적에 따라 1단계_건강관리, 2단계_질병관리 및 예방, 3단계_복약 순응도 개선, 4단계_질병 치료 등으로 구분 가능

* 현재까지 FDA 승인 디지털치료제 중 구체적 치료목적을 명시해 허가된 제품은 reSET(약물중독), reSET-O(마약중독), Freespira(PTSD/공황장애), Oleena(암) 등 4개 제품에 불과

ㅇ HW와 SW가 동시에 개발·적용되고, 건강평가·예측·진단·치료·피드백이 모두 고려된 복합화된 디지털치료제는 개발사례가 부재함

□ 현재까지 개발된 디지털치료제는 모바일에서 수집 가능한 데이터의 종류가 제한적이고, 정신건강 대상자의 직접적인 상태 모니터링 측면에서 부족하여 새로운 개념의 비대면 치료와 생체데이터 획득 방법이 필요

ㅇ 디지털치료제는 대부분 환자 스스로가 인지행동개선(Cognitive Behavioral Therapy, CBT)을 행하는 형태로 이루어지기 때문에 신체성능개선을 확인하기에는 상당한 한계가 존재

ㅇ 생체 신호들을 측정하는 기술과 디지털치료제가 서로 분리되어 연구되고 있어서 측정 후 치료에 대한 전략이 없거나 결국 의료 기관에 방문해야하는 상황으로 수직·수평적 통합관리가 어려움

ㅇ 중증정신질환의 경우 자가간호능력이 결핍되어 디바이스조작이 필요한 생체신호 측정기기를 직접 다루기 어려움

□ 중증정신질환 중 자폐스펙트럼장애(Autism Spectrum Disorder)를 집중 대상으로 선정함

ㅇ 국내 자폐성 장애인 수는 연평균 8%씩 증가하고 있어 전체 장애인 수 대비 높은 증가율을 보이고 있음

[표] 국내 장애인 등록 현황(단위:명, 출처: 보건복지부)

장애유형	2015년	2016년	2017년	2018년	2019년	연평균 증가율
전체	2,490,406	2,511,051	2,545,637	2,585,876	2,618,918	1.3%
자폐성장애	21,103	22,853	24,698	26,703	28,678	8.0%

ㅇ 자폐성 장애인의 경우 일상생활에서 타인의 도움이 필요한 비율이 87.3%, 부모의 도움을 받는 비율이 98.5%에 달하며, 장애로 인한 추가비용이 월 61만원으로 가계 부담이 매우 높음

※ 초기 집중 치료의 경우 월 2~300만원, 연간 3천만원이 소요된다고 알려짐

[그림] 전체장애인과 자폐성장애인의 사회적 부담 비교(출처: 2017년 장애인 실태조사)

ㅇ 자폐성 장애는 근본적인 치료법이 없으며, 생애 전 주기에 거쳐 적절한 중재가 필요하여 디지털치료제의 개발이 필수적임

- 디지털치료제는 맞춤형 의학적 적용이 가능하기 때문에 전 생애에 걸쳐 지속적인 중재가 필요한 자폐성 장애인들의 삶의 질을 높이고 예후를 좋게 하는데 효과적일 것으로 예상됨

지속적으로 관리해야하는 자폐성 장애인이 증가하나 통합관리해줄 의료기술이 부족	☞	안정적 생체신호 수집 기술 및 사용자피드백을 위한 통합 디지털치료제를 개발하여 자폐성 장애를 효율적으로 치료·관리

III. 문제 해결 임무(To be)

자폐성 장애의 통합 치료·관리를 위한

혼합형 디지털치료제(Mixed Digital Therapeutics, MDT) 기술 개발

□ 자폐성 장애를 대상으로 HW와 SW가 혼합된 상용화가 가능한 수준의 혼합형 디지털치료제를 개발하여 지속·정밀한 건강평가, 진단, 치료, 피드백의 선순환 시스템 개발

ㅇ 자폐성 장애를 대상으로 하므로 사용자의 조작을 최소화할 수 있는 수준 높은 헬스케어 장치 개발

- 자폐성 장애인의 경우 침습적 처치를 하기 어려우므로, 다양한 이식수준(부착, 렌즈삽입 등)을 고려하고 사용자 조작이 최소화되는 HW 개발

- 신체 부착형 센서를 거부하는 자폐성 장애인을 위한 카메라 등 비접촉 방식을 통한 데이터 센싱 기술 개발

[그림] 디지털치료제용 HW 개발 예시

(상) 기계학습 기반 웨어러블 지속적 뇌파 측정장치, (하) 신체전기신호 측정장치

ㅇ 수집된 데이터와 기존 임상적 치료 사례 데이터를 바탕으로 인공지능 기반의 고정밀 환자 개인 맞춤형 통합 SW 개발

- 기존 진단분류체계를 활용하되, 수집된 생활 속 대규모 데이터를 기반으로 새로운 고정밀의 진단분류체계를 발굴

- 인공지능을 기반으로 환자 개인에 최적화된 맞춤형 건강평가·진단·치료·피드백 SW 개발

- 의료기관에서 이루어지던 기존 치료법을 SW화하는 것은 물론이고 모바일 앱, 게임, 가상현실 등으로 구현 가능한 새로운 디지털 치료법 개발

[표] 중증정신질환을 위한 기존 치료과정과 혼합형 디지털치료제 비교의 예시

프로세스	기존 치료과정	혼합형 디지털치료제
건강평가 (Assessment)	과거력, 현재력, 증상·징후 임상검사 등을 포함한 임상 평가	지속적이고 분별력 높은 검사들로 대상자의 건강평가가 가능하며, 비임상환경의 데이터까지 수집하여 정밀 평가 가능
진단 (Diagnosis)	다음 내원 시까지 진단 기간이 상대적으로 길며, 진단의 일관성 유지 어려움	다양한 데이터를 기반으로 정밀·연속적 진단
치료 (Treatment)	환자 대 의료진의 1:1 치료과정	연속적인 치료 가능
	의료진별 치료전략의 편차 존재	데이터 기반 치료로 실시간·일관성 있는 개인 맞춤화된 치료전략 수립 가능
피드백 (Feedback)	다음 내원 시까지 유연하게 치료전략을 변경하기 어려움	내원을 하지 않아도 치료전략의 변경이 가능

< 예시 프로젝트 >

① 모바일로 사용자 조작이 최소화되어 데이터를 수집할 수 있는 HW 개발

② 자폐성 장애인 대상 데이터 수집

③ 인공지능 기반 개인 맞춤형 건강평가·진단·치료·피드백 SW 개발

④ 혼합형 디지털 치료기기 효과성 검증

기존 연구방향		신규 연구방향
□ 의료기관에 내원 시에만 이루어지는 단일평가를 통해 진단 및 치료	➡	□ 생활 속 데이터를 기반으로 상시적·지속적 모니터링·진단·치료에 활용하여 정확도 및 개선효과 극대화
□ HW 없이 SW 기반으로 관리·치료하여 정확도가 낮고, 기존 정신과학적 도구를 이용하여 사전/사후 기능의 향상 추구	➡	□ HW로 정신건강에 직접적으로 영향이 있을 수 있는 신체징후 등을 파악하여(예, 스트레스, 피부전도반응) 기능저하·향상이 있는지 정량적으로 평가
□ 의사의 개인적 판단에 의존하여 진단	➡	□ 인공지능을 활용하여 보다 정확하고 개인에 최적화된 맞춤형 진단·치료 구현

□ 파급효과

ㅇ 자폐성 장애인의 건강관리 및 삶의 질 향상에 기여하고, 비대면 의료영역 서비스 활성화 및 의료공급 부족 이슈 해결

- 자폐성 장애 대상 디지털치료제 개발경험을 바탕으로 중증정신질환으로 대상 질환을 확대

ㅇ 국내의 우수한 IT와 BT 기술력을 융합하여 세계 디지털치료제 시장을 선점

IV. 위험요인(Risk)

□ 의료적 성능과 유효성을 검증하는데 시일이 오래 소요될 수 있으며, 식약처의 승인과 건강보험 제도권 진입 등이 쉽지 않을 수 있음

□ 혼합형 디지털 치료기기 허가를 위한 법적 이슈와 프라이버시 침해 우려와 같은 윤리적 이슈가 존재

(참고1) 해외 사례

□ SW와 HW를 동시에 디지털치료제로 고려하여 개발된 해외 유사사례는 아직 부재함

ㅇ (미국) Empatica社는 청소년대상 발작을 예측하는 스마트시계를 개발하여 FDA에 승인받았지만, 탐지 이후 치료전략이 부재

ㅇ (중국) 난징 대학에서 실시간 무선 웨어러블 뇌전도 측정기기 및 추적 앱을 개발하였으나 치료, 피드백 등 치료전략이 부재

(참고2) 연구테마 선정 세부기준 검토 결과

핵심기준	검토 결과
목표의 명확성	디지털치료제의 개발을 통해 자폐성 장애인의 치료가 용이하도록 하겠다는 측면에서 해결하고자 하는 문제가 명확하며, 자폐성 장애를 대상으로 통합적 치료 방법을 HW와 SW의 혼합을 통해 구현한다는 관점에서 임무가 명확함
도전성	디지털치료제가 세계적으로도 태동 단계이며, HW와 SW가 동시에 고려된 디지털치료제의 개발사례는 아직 없기 때문에 도전적임
혁신성	병원에 방문하지 않아도 생활 속에서 자폐성 장애의 치료·관리가 가능하다는 것과 인공지능 기반의 개인 맞춤형 치료전략 수립이 가능하다는 것이 혁신적임
차별성	정신질환의 치료와 관리를 위해 개발된 사례는 존재하나 본 연구테마처럼 종합 솔루션 형태의 디지털치료제를 개발하는 사업은 미존재
파급효과	자폐성 장애인의 치료·관리를 위해 투입되는 사회·경제적 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며, 전 세계 디지털치료제 시장을 선점할 수 있다는 차원에서 파급효과가 큼

(참고3) 한국과학기술한림원 및 한국공학한림원 추천 전문가의 검토 의견

□ 본 연구테마는 혁신성, 도전성, 차별성이 매우 높은 것으로 생각되며 시의적절하다고 판단됨

ㅇ 추진내용이 상당히 많고, 치료 전 과정에 사용될 수 있는 HW와 SW 개발이라는 측면에서 연구 전략이 잘 세워져야 할 것임

ㅇ 실현 가능성을 높일 수 있도록 연구자를 위한 충분한 배려와 지원이 필요할 것으로 생각됨

□ 기술면에서 시의적절하고 미충족 의료수요 측면에서도 필요충분한 연구테마로 판단됨

ㅇ 도전성, 혁신성, 차별성을 보다 부각시키기 위해서 선행 연구 및 제품에 대한 철저한 리뷰와 연구진의 수행 가능한 기술력에 대한 냉정한 평가를 기획과정에서 고려할 필요가 있음

별첨3		연구테마(3) 세부 설명자료

연구테마(안) : 드론 활용 국가 재난 상시·정밀감시 체계

- 다목적 성층권 드론 기술 -

I. 테마 관련 사회적 난제

□ 이상기후현상 및 재난상황 대응, 국경 및 해양 감시 등을 위해 신속하고 정확한 예보 및 실시간 대응 체계 구축 필요

ㅇ 태풍, 집중호우 등으로 매년 피해가 발생하고 있으며, 기후변화로 역대급 이상기후현상이 나타날 위험이 존재

- 계속되는 기온 상승으로 홍수·폭염 등 이상기후 발생이 증가될 것으로 예측

※ 20세기 후반기 대비 100년 이후에는 평균기온이 3도, 강수량이 연간 186mm, 폭염일수가 연간 5.8일 증가할 것으로 예측됨(기상청)

- 올해 장마는 역대 가장 긴 54일로 기록되었고, 계속되는 태풍의 영향까지 더해져 대규모 피해가 발생

※ ’10~’19년 동안 태풍과 호우로 인한 누적 피해복구액은 연평균 7,854억원 소요(현대경제연구원)

ㅇ 기후변화 등의 원인으로 전세계적으로 초대형 산불이 자주 발생하여 산불 예방과 관리가 국제적 이슈로 부각되고 있음

- 악천후·야간 등에는 산불의 확산·이동 등 실시간 관찰이 어려움

※ 국내 매년 산불발생 432건, 670ha의 산림이 소실(산림청)

ㅇ 주변국의 불법조업* 및 불법 밀입국**이 지속되고 있음

- 불법조업은 주로 감시가 어려운 야간이나 악천후를 틈타 벌어지기 때문에 단속이 어려움

* 불법조업하는 중국어선이 연간 3천척 이상으로 추산되나 외국어선이 불법조업으로 단속된 사례는 ’19년 기준 115건에 불과(해경)

** 선박을 이용한 불법 밀입국에 적발된 사람은 총 162명(’13~’17)(해경)

II. 문제 발굴(As is)

□ 기상관측 및 재난감시 등을 위해 위성·소형드론·유인항공기 등을 활용하고 있으나 24시간 고해상도의 실시간 관측이 불가능

ㅇ 저궤도위성은 남북으로 비행하기 때문에 우리나라 상공을 하루 두 번 정도만 통과하여 연속적인 감시가 불가능하고, 정지궤도 위성은 24시간 감시가 가능하나 고도가 높아 해상도가 제한적

ㅇ 소형드론을 이용한 재난현장, 불법 조업 감시는 짧은 비행시간으로 인해 매우 제한적이며, 악천후에는 비행이 불가능

ㅇ 저고도 유인 항공기는 장기간 비행이 어렵고 과다한 비용이 발생하며 악천후에는 안전상 근접감시가 불가능

현존하는 관측·감시 체계로는 실시간 대응에 한계 존재	☞	성층권 드론을 활용하여 24시간 지속적 관측·감시 체계 마련

III. 문제 해결 임무(To be)

실시간 기상·재난·해양·국경 관측·감시가 가능한 성층권 장기체공 드론 개발

□ 구름, 산불 및 태풍 등 기상의 영향을 받지 않는 성층권에서 1개월 이상 장기체공이 가능한 초경량 무인항공기 기술 개발

※ 위성 대비 제작·발사비용이 저렴하고 장비의 업그레이드와 유지·보수가 용이함

	ㅇ운용고도 : 12km ∼ 18km ㅇ체공기간 : 1개월 이상 ㅇ크기 : 날개 길이 30m급 ㅇ동력원 : 태양전지 + 배터리 ㅇ탑재임무장비 :기상관측장비+EO/IR 등 20kg ㅇ운용거리 : 500km 내외
<국가재난망 활용을 위한 성층권 장기체공 드론>

ㅇ 세계 최고 수준의 초경량 기체 구조를 최적 설계·제작하고, 상시적 운용이 가능한 비행제어, 자동 항법 등 운용 기술 개발

ㅇ 현존하는 최고수준의 고효율 배터리와 태양전지를 적용

ㅇ 24시간 관측·감시 임무에 적합한 EO/IR/SAR 등 고해상도 센서를 포함한 20kg급 임무 장비 개발

< 프로젝트(안) >

① 세계 최고 수준의 초경량 기체 구조 및 탑재 시스템 개발

② 자동항법 및 상시운용 기술 개발

③ 임무장비 모듈화 장착 기술 개발

기존 연구방향		신규 연구방향
□ 탄소 복합재와 경량 소재를 활용한 초경량 기체 구조 설계 기술 기반 확보	➡	□ 초경량 기체 구조 및 탑재 시스템 경량화, 배치, 배선 등 최적화 설계를 통한 초경량 시스템 개발
□ 성층권 운용을 위한 항법·위치추정 연구(반자동 및 수동 위주) □ 전 고도 15m/s 이하 풍속에서만 운용 가능(지상 기준 5 m/s 이하)	➡	□ 성층권 1개월 이상 운용을 위한 핵심부품 신뢰도 향상 및 개입을 최소화한 최적 에너지 자동항법 기술개발 □ 바람 방향/위치추정 및 우회경로 연구를 통한 전 고도에서 상시 운용 가능한 기술 개발
□ 최대 2kg 급 고정형 임무장비 탑재(광학 카메라)	➡	□ 탑재능력 확장(20kg급)을 위한 대형기체 설계/제작 및 다양한 임무장비(EO/IR 센서, 라디오미터, 미니 SAR, 미세먼지 측정기, 비상 통신중계기 등) 탑재를 위한 모듈화 기술 개발

□ 파급효과

ㅇ 다양한 임무(산불·재난·해양·국경 감시, 미세먼지 측정 등)를 신속하고 정확하게 수행하여 국가 재난피해 규모 및 인명피해 최소화

ㅇ 다목적 성층권 드론 플랫폼 신산업을 창출하고 국산 핵심부품을 최대한 활용함으로써 세계시장 진출 교두보 마련

[그림] 성층권 드론을 활용한 국가 재난 대응 체계

IV. 위험요인(Risk)

□ 성층권 드론 운용 기술 개발을 위한 법·제도적 제약 가능성

ㅇ 비행시험을 위한 광범위한 공역(반경 50km 이상) 사용과 1개월 이상 장기간 사용 허가를 위하여 관련 기관과 긴밀한 협조가 필요하며, 성층권 비관제 공역을 사용하는 비행체는 가능할 것으로 예상

(참고1) 해외 사례

ㅇ (유럽/미국) EADS/Facebook 공동연구로 통신중계용 성층권 태양광 드론 “Zephyr S” 개발 중

ㅇ (미국/일본) HAPS Mobile/Google Loon 팀 공동연구 수행 중

- 성층권 태양광 드론 “Sunglider(Hawk30)”를 활용한 무선인터넷 통신기술 개발 중(고도 20km에서 수개월간 지상 반경 100km 지역 통신 서비스를 목표로 개발 중)

(참고2) 연구테마 선정 세부기준 검토 결과

핵심기준	검토 결과
목표의 명확성	실시간 국가 재난 대응 체계 적용을 위하여 성층권에서 1개월 이상 장기체공이 가능한 성층권 태양광 드론을 날개 길이 30m, 탑재임무장비 20kg으로 설정하여 목표가 명확함
도전성	장기체공 태양광 무인기는 세계적으로 경쟁이 치열한 분야로 다양한 임무 수행이 가능한 드론을 성층권에서 1개월 이상 비행시킬 경우 세계 최고 수준에 해당함
혁신성	현존 관측·감시 체계에서는 불가능한 24시간 지속적 관측·감시가 가능하여 다양한 임무를 수행을 통해 재난대응 체계를 획기적으로 개선
차별성	기존 성층권 드론 사업은 기초 설계 기술 및 시범기 제작 사업이었으며, 실용 기체 및 장기 운용 기술 개발을 목표로 추진된 사업은 미존재
파급효과	이상 기후와 재난에 대처하여 국가 기회비용 절감과 국민 생명 보호 및 다양한 임무장비를 활용한 무인기 산업의 세계시장 진출 발판 마련이 가능하므로 파급효과가 큼

(참고3) 한국과학기술한림원 및 한국공학한림원 추천 전문가의 검토 의견

□ 혁신도전 프로젝트로서 다분야 통합 설계·운용에 따른 광범위한 응용이 기대되는 과제임

ㅇ 장기체공이 가능하기 위한 선결조건 검토, 즉 제빙에 대한 방안과 다양한 임무장비 소요전력 고려 시 기체 무게절감과 태양광 발전·저장량을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술의 도입 필요

□ 상당히 도전적인 과제이나 충분히 극복할 수 있는 과제이며, 성공 시 국내외적으로 기상관측·예측의 정확도 향상에 크게 도움을 줄 것으로 보아 시도할 가치가 있는 과제로 판단됨

ㅇ 운용고도인 12-18Km에서도 상당한 속도의 바람이 불 수 있으므로 성층권의 강한 바람 특성을 정밀히 검토할 필요가 있으며, 성층권으로 오르는 중에 만날 수 있는 제트기류층에 대한 대비도 필요

□ 본 연구개발은 필요하며, 현재까지 확보한 기술을 바탕으로 산학연 연구자가 협력해서 추진한다면 성공 가능성이 높다고 판단함

ㅇ 중복투자가 되지 않도록 과거 수행과제를 철저히 분석하고, 임무를 효율적으로 배분하고 협업한다면 소기의 목적을 달성하리라 판단함