◈ 연수 소감

위스콘신 매디슨에서의 1년: 웨어러블 바이오 소자의 새로운 가능성

글: 김진겸 미국 위스콘신-매디슨 박사후 연구원

안녕하세요, 저는 성균관대학교 신소재공학과 석·박사 학위를 받은 후 성균관대학교 BK21 학생성공형 인테크소재 글로벌 인재양성 교육연구단에서 지원하는 Global Ph.D. Fellowship (GPF) 지원받아 2024년 9월부터 2025년 8월까지 미국 위스콘신-매디슨 주립대학교(University of Wisconsin-Madison)에서 박사후 연구원을 수행한 김진겸입니다.

석·박사 학위 과정 동안 성균관대학교 신소재공학부 백정민 교수님 연구실에서 고효율 소재 기반 고출력 마찰대전 발전소자에 대해 연구했으며, 에너지 소재 분야와 바이오 소자 분야와의 융복합 연구를 진행하고 싶은 목표를 가지고 미국으로 오게 되었습니다. 제가 소속된 위스콘신-매디슨 주립대학교의 Xudong Wang 교수님 연구실은 웨어러블 일렉트로닉스와 나노 발전 소자 분야에서 세계적인 명성을 가진 그룹입니다. 이곳에서 저는 생체재료 기반 자가 구동 소재 및 소자를 실생활에 적용할 수 있도록 고민하고 연구하고 있습니다. 미국 의과대학 의료진과의 협업을 통해 임상 적용 가능성을 극대화한 웨어러블 및 인체 삽입형 소프트 바이오 의료기기 연구를 주도하고 있습니다. 세계 의료 시장의 중심인 미국에서의 현장 중심형 연구 경험은 독보적인 경쟁력을 확보하는 계기가 되었습니다. 이를 통해 소프트 일렉트로닉스 분야의 세계적 성과 창출은 물론, 사회·경제적으로 유의미한 파급력을 가진 고부가가치 원천 기술을 완성해 나가겠습니다.

이번 해외 연수 과정은 본 연구자에게 단순한 연구 공간의 확장이 아닌, 연구자로서의 시야를 근본적으로 넓히고 연구적 도약을 이룰 수 있었던 결정적인 터닝 포인트였습니다. 세계적인 석학들과 어깨를 나란히 하며 선진 연구 동향을 최전선에서 체감할 수 있었던 지난 12개월은, 박사학위 과정에서 쌓아온 이론적 지식을 실제 응용 기술로 구체화하고 글로벌 기준에 맞는 연구 역량을 키울 수 있는 값진 시간이었습니다. 가장 인상 깊었던 점은 연구에 임하는 그들의 태도와 선진화된 연구 시스템이었습니다. 실패를 두려워하지 않고 도전적인 가설을 설정하여 이를 검증해 나가는 과정, 그리고 직급이나 연차에 얽매이지 않고 오직 데이터와 논리에 기반하여 치열하게 토론하는 수평적인 연구 문화는 저에게 큰 신선한 충격을 주었습니다. 이러한 환경 속에서 저는 기존의 틀에 박힌 사고방식에서 벗어나, 보다 창의적이고 다각적인 시각으로 바이오 소재 합성 및 소자 제작 문제에 접근하는 법을 체득할 수 있었습니다. 특히, 동물 실험을 활용한 심층 연구를 수행하면서 국내에서는 시도하기 어려웠던 고난도 실험 데이터를 확보하고, 이를 통해 해당 분야의 난제를 해결할 실마리를 찾은 것은 이번 연수가 낳은 최고의 성과라 자부합니다.

 그리고 해외 포닥 연수를 지원해주신 성균관대학교 BK21 학생성공형 인테크소재 글로벌 인재양성 교육연구단에 진심으로 감사드리며, 세계 최정상 연구 그룹에서 연구를 할 수 있도록 지도해주신 석·박사 지도 교수님인 백정민 교수님께 진심으로 감사드립니다. 낯선 땅에서의 1년은 연구자로서의 시야를 넓히고, 치열한 학문적 고민을 통해 한 단계 성장할 수 있었던 소중한 시간이었습니다. 제 경험이 해외 연수나 유학을 꿈꾸는 후배들에게 작은 도움이 되기를 바라며 지난 1년의 소회를 나누고자 합니다.

<그림 1. 새로운 압전성 생체 흡수성 박막 & 골절 전기 자극 장치>

<그림 2. 탈모 현상을 치료할 수 있는 전기 패치>

(사진 출처 : https://nanoscience.engr.wisc.edu/)

◈ 연수 이후의 direction

연구의 융합과 새로운 도전

본 연수 기간을 마친 후 미국 위스콘신-매디슨 주립대학교의 Xudong Wang 교수 연구 그룹에서 박사후 연구원으로써 계속해서 연구를 진행하고 있습니다. 현재, 세계 바이오 의료 전자기기 연구 분야를 선도하는 우수한 연구 성과를 창출하기 위해 연구하고 있습니다. 바이오 분야와 고효율 에너지 소자의 융합은 돼지 심장 실험 및 상처 회복 패치 실험으로 인류의 삶의 질을 향상할 수 있는 기술로서 차세대 국가 기술 발전 측면에서 유용하다고 생각됩니다. 이 분야 선두 주자인 Wang 교수님 지도하에 창의적인 연구 계획 수립, 독립적 연구 수행이 가능한 우수한 과학자로 성장하고자 연구와 학문에 정진 중입니다.

최종적으로 박사후 연구원을 마친 후 한국으로 돌아가 미래 친환경 에너지 플랫폼 구축과 바이오 소자를 상용화하여 삶의 이롭게 하는 연구자가 되고자 하는 목표를 가지고 있습니다. 해외 박사후 연구원 연수 동안 배우고 얻은 많은 노하우와 경험을 토대로 국내의 국가 과학기술 분야의 우수 연구자가 되어 학문 후속세대를 양성하고 국가의 첨단 과학기술발전에 이바지하고자 합니다. 또한 해외 박사후 연구원 동안의 글로벌 인적 네트워크를 기반으로 우수한 연구진들과의 공동 협력 연구를 수행하고자 합니다.

<사진 1. 2025 MRS spring에서 발표하는 모습>

◈ 현지 연구 환경 

위스콘신에서의 삶: 호숫가를 둔 여유로운 삶 & 스포츠에 열정적인 도시

제가 연수 중인 위스콘신-매디슨 대학교는 명실상부한 미국 최고의 연구 중심 대학 중 하나입니다. 이곳의 가장 큰 장점은 경계 없는 융합 연구 환경입니다. 캠퍼스 내에 세계적인 수준의 공과대학과 의과대학, 그리고 대학 병원이 공존하고 있어, 공학적 원천 기술을 실제 임상 현장의 수요와 즉각적으로 연결할 수 있는 최적의 인프라를 갖추고 있습니다. 특히 전미 최상위권의 연구비 집행 규모가 입증하듯, 연구자를 위한 물적·인적 지원 시스템이 체계적으로 갖춰져 있습니다. 위스콘신 나노기술 센터(WCNT)를 비롯한 각종 첨단 공용 장비 센터는 연구의 질을 높이는 데 결정적인 역할을 하며, 누구나 자유롭게 토론하고 협력하는 수평적인 학풍은 다양한 전공의 전문가들과의 네트워킹을 가능하게 합니다. 이러한 환경은 제가 수행 중인 ‘웨어러블/인체 삽입형 바이오 의료기기’와 같은 다학제간 융복합 연구를 수행하는 데 있어 더할 나위 없는 최고의 연구 거점입니다.

위스콘신-매디슨 주립대학교는 연구에 몰입하기에 더할 나위 없이 좋은 환경입니다. 겨울이 길고 춥기로 유명하지만, 사람들은 너무나 친절하고 미국 내에서도 치안이 좋기로 훌륭한 도시입니다. 위스콘신 내의 주도로서 역사 깊은 시청 건물과 학생들의 학구적인 분위기가 도시 전체를 감싸고 있습니다. 시청 건물 내부는 1800년대의 미국의 역사가 있습니다. 내부의 벽화도 아름답고 날이 좋을 때는 전망대도 개방되어 있어 매디슨의 호수 경치를 즐길 수 있습니다. 겨울철에는 대형 트리를 장식함으로 지역 주민들의 소망이 가득 적혀 있는 것도 볼 수 있습니다. 캠퍼스가 위치한 매디슨은 맨도타 호(Lake Mendota)와 모노나 호(Lake Monona)라는 두 아름다운 호수 사이에 있는 도시입니다. 여름철에는 학교 안에 테라스에서 바라보는 호수는 너무나 아름답습니다. 그리고 미국 하면 스포츠로 유명합니다. 대학 농구, 풋볼, 하키 경기가 있는 날은 도시가 축제 분위기입니다. 친구들과 함께 미국의 스포츠를 즐길 수 있어 좋은 추억이 되었습니다. 이처럼 연구실 밖의 넓은 세상을 경험하고 다양한 문화를 접하는 것 또한 해외 연수가 주는 큰 선물이라고 생각합니다.

<사진 2. 위스콘신-매디슨 주립대학교 내에 있는 테라스 & 맨도타 호수>

<사진 3. 위스콘신-매디슨 주립대학교 대학 풋볼 경기 득점 장면>

<사진 4. Wisconsin State Capitol>

<사진 5. 대학 마스코트 Bucky Badger>

<사진 6. 위스콘신-매디슨 주립대학교 겨울철 호수가 언 모습>

◈ 맺음말: 두려움 없는 도전을 응원하며

박사후 연구원 생활은 '학생'이라는 울타리를 벗어나 온전히 자신의 이름으로 평가받는 냉정한 무대입니다. 저 또한 처음에는 언어 장벽과 문화적 차이, 그리고 성과에 대한 압박감으로 막막함을 느끼기도 했습니다. 하지만, 부딪히고 깨지며 얻은 경험들은 저를 단단하게 만들었습니다. 익숙한 환경에 안주하기보다 더 넓은 세상으로 나아가는 것을 두려워하지 마십시오. 치열하게 고민하고 도전했던 시간은 훗날 여러분을 더 빛나는 연구자로 만들어 줄 것입니다.