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정하웅 물리학과 교수, ‘이달의 과학기술자상’ 수상
- 복잡계 네트워크 과학 분야 개척 및 응용 연구에 기여한 공로 -
교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)은 복잡계 네트워크 과학이라는 분야를 개척하고 활발한 학제간 융합연구를 통해 다양한 학문분야에서 독창적인 연구결과를선보인 정하웅 물리학과 교수(鄭夏雄, 43세)를 ‘이달의 과학기술자상’ 5월 수상자로 선정했다.
정 교수는 통계물리학을 이용하여 최근 집중적인 관심을 끌고 있는 “복잡계(Complex Systems)"라는 대상을 ‘네트워크’라는 개념을 이용하여 이해하는 새로운 시도를 통해 여러 학문 분야를 아우르는 융·복합연구를 성공적으로 이끌며 복잡계 네트워크 과학의 국제적 전문가로 평가받고 있다.
정 교수는 2003년부터 교육과학기술부와 한국연구재단의 선도기초과학연구실(ABRL), 중견연구자지원사업(도약연구) 등의 지원을 받아 『복잡계 네트워크의 구조와 동역학』에 관한 연구를 꾸준히 수행하였으며, 2008년부터는 복잡계 네트워크 과학을 활용한 미래 인터넷 모델링 연구를 수행하고 있다.
특히, 정 교수는 2008년 ‘도로교통망에서 개별 운전자들의 합리적인 행동이 교통체증이라는 사회적인 비용을 발생시킨다’는 사실을 네트워크 이론을 통해 계산하고, ‘무계획적인 도로확장이나 도로건설이 교통흐름에 오히려 해가 될 수도 있음’을 정량적으로 증명해 물리학을 비롯한 다양한 분야의 주목을 받았다.
본 연구결과는 연구 주제와 방법의 창의성과 다양한 응용가능성 때문에 물리학 분야 최고 권위지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 발표되었을 뿐만 아니라 경제학 분야 최고 잡지인 ’이코노미스트(The Economist)‘에서도 주목할 만한 과학기술분야 논문으로 선정되는 등 다양한 국내외 언론의 주목을 받으며 커다란 관심을 끌었다.
또한, 시스템 생물학 분야의 세포 내 신진대사망의 강건성(robustness)이라는 현상을 가상세포 시뮬레이션을 이용하여 이론적으로 예측하였으며, 그 결과를 실험팀과의 공동 연구를 통해 증명하여 2007년 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재하였다.
이 연구는 네트워크 과학의 연구기법을 이용하여 세계에서 처음으로 필수대사물질의 체계적인 발굴을 통해 생명활동의 강건성 문제를 탐구하고, 나아가 신약 개발의 가능성을 열었다는 점에서 높이 평가받고 있다.
정 교수는 복잡계 및 통계물리 연구 분야에서 네이쳐 5편, 미국국립과학원회보(PNAS) 4편, 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 7편의 우수논문을 비롯한 총 피인용 횟수가 8,000번이 넘는 80여편의 논문을 발표하였으며, 생물학, 사회학, 화학공학 등 다양한 분야의 국제학회에서 기조/초청강연을 하는 등 복잡계 네트워크 과학 분야의 국제적인 전문가로 인정받고 있다.
또한 “KAIST 우수강의대상”을 수상하는 등 교육에서도 남다른 재능을 보이며 과학기술 엠배서더 활동 등 활발한 대중강연을 통해 물리학의 저변확대에도 힘쓰고 있다.
정 교수는 “이번 수상은 본인과 함께 열심히 연구해 준 복잡계 및 통계물리 연구실 대학원생들의 몫이며, 앞으로도 다양한 학제간 융복합 연구를 통해 더욱 창의적이고 탁월한 연구성과를 이루어 국가 기초과학 발전에 이바지하겠다.”라고 수상 소감을 밝혔다.
2010.05.06 조회수 21923 -
정하웅 교수, 도로 교통망에서의 사회적 비효율성 규명
- 도로신설이 오히려 교통체증을 유발하는 사회적 비효율성 정량화
- 물리학 분야 세계 최고 권위지‘피지컬 리뷰 레터스’9월 18일자에 게재예정- 경제학 분야 최고저널 ‘이코노미스트’9월 13일자에 소개
교통체증을 완화시키기 위해 길을 하나 더 만들었으나 오히려 체증이 심해질 수도 있을까? 광화문 거리 하나를 막아서 서울 전체 교통 환경을 개선시킬 순 없을까? 각자 자신에게 가장 빠른 길을 이용하는 ‘합리적자기중심주의’ 운전습관이 도리어 전체 교통망의 비효율을 일으킨다는 사실이 최근 한국과 미국의 물리학자들에 의해 밝혀졌다.
네트워크 과학의 전문가로 잘 알려진 우리학교 물리학과 및 바이오융합연구소 정하웅(鄭夏雄, 40세) 교수팀은 미국 샌타페이 연구소와 공동연구를 통해 교통망에서의 사회적 비효율성을 ‘행위자 기반 모형’을 통해 구현해 냈다. 이 연구결과는 물리학분야의 세계 최고 권위지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 9월 18일자에 발표 예정이다.
복잡한 관계로 얽혀있는 인간 사회에 나타나는 비효율성을 줄이기 위한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있지만 그동안 비효율성의 정도를 정량화하는 것조차 쉽지가 않았다. 鄭 교수팀은 출발지에서 목적지까지의 차량소요시간을 이용하여 사회적 비효율성을 정의하였다. 즉 운전자마다 가장 빠른 길을 선택하는 모형설계를 통해 도시에서의 교통흐름을 재현해 냈다. 대부분의 운전자는 출발지에서 목적지까지 가장 빠른 이동경로를 선택하게 되고, 교통체증이 덜한 먼 길로 스스로 우회를 선택하는 운전자는 없었다. 만약 일부 운전자들이 우회를 선택해 준다면 도시 전체의 교통흐름은 훨씬 빨라질 수도 있겠지만 불행히도 이런 운전자는 존재하지 않는다. 결국 개인의 이익을 극대화하려는 합리적자기중심주의 행동이 전체의 효율성을 떨어뜨려 자신과 다른 사람 모두에게 악영향을 미치게 된다. 연구팀은 교통체증이 심한 미국의 뉴욕과 보스턴, 영국의 런던 등 대도시 도로망의 비효율성을 분석한 결과 도로망 비효율성이 최고 30%에 달한다는 사실에 주목, 현재 도로망 상태를 유지한 채로 적절하게 교통량을 우회, 분산시킬 수만 있다면 1시간 걸리던 거리를 40분 만에 주파할 수도 있다는 사실을 밝혀냈다. 또한 연구팀은 연구대상 도시의 교통 상황을 오히려 악화시키는 도로를 찾아냈는데[자료그림], 흔히 교통흐름을 개선시킬 것이라고 생각했던 도로들이 도리어 반대의 역할을 하는 경우가 상당히 많았다고 한다. 즉 차량수가 늘지 않은 상태에서도 효율성을 감안하지 않은 새로운 도로로 인하여 정체가 더 심해진다는 것이다.
이와 같은 사회적 비효율성에 대한 연구는 경제학에서 주 관심사였다. 이번 물리학자들의 연구는 새로운 관점에서 현실적 숫자를 제시한 것으로 경제학자들로부터도 관심을 모으고 있다. 세계적 경제학 잡지인 ‘이코노미스트’는 9월 13일자 판에 이슈 논문으로 이 연구결과를 소개하기도 했다.
도로망 설계 시 사회적 비효율성 점검을 강조한 정하웅 교수는 “이번에 개발한 방법을 더욱 발전시켜 직접적으로는 출퇴근시간의 짜증을 없애는 것과 네트워크 과학을 활용, 다양한 분야에 산재하는 사회적 비효율성을 해결하는 것이 연구의 궁극적인 목표다”라고 말했다.
[자료그림설명] 뉴욕 맨해튼의 도로망 분석: 도로의 색은 그 도로가 통제되었을 때 더 필요한 지체소요시간을 나타낸다. 빨간 색은 도로를 막으면 안되는 것이고 파란 색일 수록 도로를 막아도 차들이 빠른 시간 내에 우회 가능하다는 것이다. 점선부분으로 된 곳이 흥미 있는 곳으로, 그 도로를 막았을 때 체증은커녕 오히려 전체 소요시간이 줄어드는 현상을 나타낸다. 이 점선 도로가 잘못 설계된 도로를 나타낸다(브래스 패러독스)
용어설명 :행위자 기반 모형: 상호작용하는 많은 행위자들로 이루어진 작은 가상세계이다. 여기서 크게 행위자, 행위자가 활동하고 상호작용 하는 시스템 공간, 시스템에 영향을 끼치는 외부환경 등의 세 가지 요소로 구성되며, 이들 요소를 설계하여 조립하는 방식으로 모형을 만든다. 이 때문에 행위자 기반 모형으로 복잡계를 탐구하는 방법을 생성적 접근법 또는 구성적 접근법이라고 한다.
정하웅 교수 소개
KAIST 물리학과 정하웅 교수는 ‘복잡계 네트워크’라는 새로운 연구 분야를 개척했으며, 지금까지 물리학, 생물학, 컴퓨터와 관련된 네이처(Nature)誌 5편, 미국국립과학원 회보(PNAS) 3편, 피지컬 리뷰 레터스(Phys. Rev. Lett.)誌 6편 등을 포함한 통산 누적 피인용회수 5천여 회가 넘는 70여 편의 논문을 발표해 주목을 받았다. 현재는 물리학, 사회학, 경제학, 인터넷, 생물정보학 등에서의 다양한 학제간 연구를 통해 21세기 과학의 연구 주제로 떠오르고 있는 복잡계(Complex Systems)의 이해를 위해 노력 중이며, 많은 학술 논문 발표뿐만 아니라 과학기술 앰배서더로서 네트워크 과학에 대한 대중강연을 활발하게 펼치며 물리학의 저변확대에도 힘을 쏟고 있다.
2008.09.18 조회수 23976