로봇공학전공 이상헌 교수가 일본 가나자와대학교 나노생명과학연구소(Nano Life Science Institute, NanoLSI)가 운영하는 ‘2026 Bio-SPM Collaborative Research Program’에 최종 선정됐다.
이번 프로그램은 바이오 분야의 주사탐침현미경 기술을 기반으로 국제 공동연구를 활성화하기 위해 NanoLSI가 운영하는 연구지원 프로그램이다.
이상헌 교수는 NanoLSI의 안도 도시오(Toshio Ando) 교수와 후쿠다 신고(Shingo Fukuda) 조교수 연구팀과 공동연구를 수행할 예정이다.
안도 교수 연구팀은 살아 움직이는 생체분자의 구조와 동적 거동을 나노미터 수준에서 관찰할 수 있는 고속 원자힘현미경(High-Speed Atomic Force Microscopy, HS-AFM)을 세계 최초로 실용화한 이 분야의 선도 연구진이다. 기존 원자힘현미경은 한 장의 영상을 얻는 데 상당한 시간이 필요해 빠르게 움직이는 생체분자를 관찰하기 어려웠지만, 안도 교수팀은 고속 스캐너와 정밀 제어기술을 개발해 생체분자의 움직임을 연속적인 영상으로 관찰할 수 있도록 했다.
특히 안도 교수팀은 HS-AFM을 이용해 분자 모터 단백질인 마이오신 V(Myosin V)가 액틴 필라멘트 위를 두 개의 머리 부분을 번갈아 움직이며 이동하는 모습을 나노미터 공간 해상도의 동영상으로 세계최초로 직접 촬영했다.
이상헌 교수는 주사탐침현미경 영상에 인공지능 기술을 쉽게 적용할 수 있도록 지원하는 오픈소스 플랫폼 ‘J3SPM AI’를 개발했으며, 앞선 연구에서는 안도 교수팀이 촬영한 마이오신 V의 HS-AFM 영상을 활용한 시뮬레이션을 통해, 이동하는 마이오신 분자를 영상에서 인식하고 연속적으로 추적할 수 있음을 확인했다.
이러한 선행 연구 결과를 바탕으로 안도 교수팀의 세계적인 HS-AFM 기술과 이상헌 교수의 인공지능 기반 영상분석 기술을 결합하는 공동연구 기회가 마련됐다. 양 연구팀은 실제 HS-AFM 실험에서 획득한 생체분자 영상을 대상으로 단백질의 움직임을 자동으로 검출하고 추적하는 기술을 검증할 계획이다.
또한 이번 연구에서는 J3SPM AI와 함께 기존 HS-AFM 장비에 추가해 사용할 수 있는 애드온(add-on) 시스템을 적용할 예정이며, 이를 통해 HS-AFM으로 영상을 획득하는 과정과 인공지능 기반 영상 인식·추적 과정을 연계하고, 연구자가 관찰 대상의 움직임을 보다 효율적으로 분석할 수 있는 통합 연구환경의 구현 가능성을 평가할 계획이다.
이번 선정은 로봇·제어·인공지능 기술을 세계적 수준의 바이오 나노이미징 기술과 연계하는 국제 공동연구라는 점에서 의미가 있다. 양 연구팀은 이번 연구를 시작으로 HS-AFM 영상의 자동 분석과 생체분자 추적 기술을 고도화하고, 향후 지속적인 국제 공동연구와 연구자 교류로 협력 범위를 확대할 계획이다.
