한국전기연구원 국내연구진 T-Ray 이용한 식품 검사 신기술 개발

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2011-01-12 10:51

창원--(뉴스와이어)--보다 안전하고 확실한 검사로 식품 이물질의 공포로부터 벗어날 수 없을까?

최근 ‘쥐머리 스낵’이나 ‘벌레 라면’ 등 식품 이물 사고와 관련하여 소비자의 불안감이 높아지면서 식품 검사에 대한 중요성이 날로 커지고 있는 가운데, 국내 연구진이 새로운 전파를 이용해 식품 내 이물질을 편리하고 안전하게 검사할 수 있는 신기술을 개발했다.

한국전기연구원(KERI·원장 유태환 www.keri.re.kr) 김근주·김정일 테라헤르츠 연구팀은 차세대 광원으로 주목받고 있는 테라헤르츠파(T-ray)를 이용하여 보다 안전하고 광범위한 식품검사(이물질 검출, 품질 검사 등)기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

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

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 요구되고 있다.

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 이용하여 의료, 바이오, 보안, 우주, 비파괴 검사 등 다양한 응용 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

한국전기연구원(이하 ‘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. 위 사진은 실제 0.2 THz 광원을 이용하여 식품 검사에 적용한 예로서 밀가루 분말 속 벌레에 대한 T-ray 영상을 X-ray 영상과 대조해 보면 거의 동일한 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 특히 작은 이물질의 경우 T-ray 영상에서 보다 뚜렷하게 유무를 확인할 수 있으며 이는 T-ray가 가지는 전파·광학적 성질에 의해 X-ray와 달리 위상 변화 검출이 용이하기 때문이다.

또한, 연구팀은 T-ray를 이용한 홍삼 품질 검사용 2차원 영상기기 시작품을 개발했다. 홍삼제조 회사에서는 “홍삼의 품질을 감별하기 위하여 현재 홍삼선별 전문가들이 한뿌리씩 직접 검사를 하고 있으며, 기기를 이용한 자동선별을 추진하고 있으나 홍삼의 특성상 자동화에 많은 어려움이 있으며, 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 있었기 때문에 T-ray 기술의 안정성과 투과능력, 차별적 물질 분석 능력이 홍삼 비파괴 품질 검사에 적합한 기술이다.”고 밝혔다.

실제로 홍삼 내부의 내백 부분으로서 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 하여 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.

한국전기연구원 개요
한국전기연구원(KERI)은 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 1976년 국가공인시험기관으로서 첫 출발한 이후 2017년 기관평가에서 우수 등급을 획득하는 등 최고 수준의 전기전문연구기관이자 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장했다. 현재 경남 창원에 소재한 본원 외에 2개의 분원(안산, 의왕)이 있으며, 전체 직원수는 620여명에 달한다. KERI는 실현 가능하면서도 대규모 파급효과가 기대되는 연구과제를 집중 선정하여 국가사회에 기여하는 대형 성과창출을 위해 연구개발에 매진하고 있다. 주요 업무분야는 차세대전력망 및 신재생에너지, 초고압직류송전(HVDC), 전기추진 및 산업응용 기술, 나노신소재 및 배터리, 전기기술 기반 융합형 의료기기, 중전기기 시험인증 등이 있다.

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