한국전자통신연구원(ETRI)이 다중 디지털 엑스선(X-ray)을 활용, 탐지가 어려운 비금속성 지뢰, 폭발물 및 전사자 유해 등 지면 아래 물체의 형상 및 물질을 구분해 영상화할 수 있는 지면 투과 탐색기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

일반적으로 지면 투과 탐색에 사용되는 지면투과레이더(GPR) 장비는 지면 아래 깊은 곳의 탐색이 가능하나, 신호 분석에 전문가의 도움이 필요하고 낮은 해상도와 물질 구분이 불가능했다. 

2015년 ETRI는 엑스선원의 작동 방식을 디지털로 바꿀 수 있는 기술을 개발해 국내 치과 의료장비 기업에 기술이전, 디지털 엑스선원(X-ray Source)의 상용화에 성공한 바 있다. 

기존 아날로그 엑스선원은 2000℃ 이상 고온으로 가열된 열음극 필라멘트를 전자원으로 사용했다면, 디지털 엑스선원은 탄소나노튜브(CNT)를 냉음극 전자원으로 사용해 음극의 고온 가열 없이 즉각적인 전기 신호만으로 빠르고 정확한 엑스선 펄스를 만들 수 있다.

ETRI는 소형, 경량화가 상대적으로 쉽고 고속 구동이 가능한 디지털 엑스선원 기술을 지면 투과 탐색기술에 적용했다. 여러 개의 광원에서 나오는 엑스선을 지면에 조사해 반사되는 엑스선의 강도 및 스펙트럼 정보를 AI 기술로 재구성했다. 즉 지면 아래 물체의 형상 및 물질의 종류를 직관적으로 구분할 수 있는 기술을 개발했다.

이 기술은 해상도가 높고 물질의 구분이 가능하다. 엑스선을 쏴서 반사되는 파장을 AI를 통해 학습시켜 정확히 물질을 구분할 수 있다. 

여러 개의 엑스선을 이용해 스캔 영역의 확대 및 탐색 시간을 단축할 수 있는 가능성을 실험실에서 확인했다. 이로써 연구진은 디지털 엑스선원 기반 유해 발굴용 지면 투과 형상, 물질 탐색 핵심기술을 개발했다. 

이 연구는 ▲지면 투과 탐색용 디지털 엑스선원 구조 및 제작 공정 고도화 ▲형상 및 물질 탐색용 디지털 엑스선 영상 모듈 테스트베드 구축 ▲영상 개선, 물질 구분 및 재구성 소프트웨어 제작 등을 목표로 했다.

실제 실험실에서 디지털 엑스선원 3개가 장착된 30cm 크기 벽돌 모양 모듈로 땅속에 파묻혀 있는 돌, 뼈, 나무, 펜, 드라이버 등에서 반사돼 나오는 엑스선을 영상화해 직관적으로 사물의 형태 및 종류를 알 수 있었다.

향후 기술 상용화를 위해 산악 등 험지 환경에서 배낭 형태로 메고 다니다가 원하는 지면에 내려놓고 원격으로 조정해 스캔할 수 있는 로봇 형태의 장비개발을 계획 중이다. 현재 실험실에서 약 10cm 깊이의 가능성을 봤다면 향후 연구를 더욱 고도화해 수 미터(m) 깊이의 탐지도 가능하도록 연구할 계획이라고 밝혔다.

또한 높은 해상도가 요구되는 산업현장의 비파괴검사장비는 물론, 전사자 유해나 고고학 문화재의 발굴, 지뢰, 폭발물 발굴, 범죄수사 등에 널리 활용될 것으로 전망된다.

ETRI 지능형부품센서연구실 정진우 박사는 “좁고 험준한 산악 지형이 많은 우리나라 환경에 적합한 지면 투과 탐색 장비를 개발해 군 장병들을 지뢰, 폭발물 등의 위험으로부터 보호하고, 20년 동안 10%의 발굴만 진행된 국군 전사자 유해발굴 사업에 도움이 되고자 개발된 결과다.”라고 말했다.