생명과학

시뮬레이션의 미래

Lisa Roner
26 October 2012

18년 넘게 고성능 컴퓨팅 및 과학 소프트웨어를 개발해 온 하키줌와미 비랄리 루네샤(Hakizumwami Birali Runesha)는 시카고 대학교 국책연구소(Research and National Laboratories)의 부소장 사무실에서 리서치 컴퓨팅을 담당하고 있으며, 고성능 컴퓨팅(HPC)에 매우 열정적이다. 토목공학을 전공한 루네샤가 시뮬레이션 기술 및 HPC를 생명 과학에 적용하게 된 계기는 미네소타 대학교 수퍼컴퓨팅 인스티튜트(Supercomputing Institute)에서 과학 컴퓨팅 및 응용 분야 책임자를 맡게 된 시점부터이다.

Compass: 오늘날, 생명 과학 산업에서 시뮬레이션 및 고성능 컴퓨팅은 설계와 제품 개발에 어떤 영향을 줍니까?

루네샤: 지난 5년 동안, 저는 고성능 컴퓨팅(HPC)이 생명 과학에서, 특히 의료 장비의 설계 분야에서 어떤 역할을 하는지에 흥미를 가졌습니다. 미네소타에는 의료 기술 제품을 생산하는 기업이 몰려 있는데, 미네소타에 있는 몇몇 제 동료와 함께 의료 장비의 설계 및 최적화에 필요한 시뮬레이션 기반의 엔지니어링을 구현하는 비전을 갖고 있었습니다. 컴퓨터 하드웨어, 자기 공명 영상(MRI) 및 기타 영상 기법이 발달하면서, 3D 재구성이 간편해졌기 때문에 환자에게 맞는 방식을 사용하여 의료 장비의 설계를 개선할 수 있는 길이 열렸습니다. 시뮬레이션을 통해 수천 가지의 변수를 연구함으로써 프로토타입을 만들기까지 다양한 방식으로 정제할 수 있습니다. 토목 공학에 대한 전문 지식을 지닌 저는 항공 우주 및 자동차 회사가 시뮬레이션을 사용하여 항공기와 자동차를 설계하는 것에 관심을 갖게 되었습니다. 동일한 원리가 생명 과학에도 적용될 수 있습니다. 향후 몇 년간, 의료 장비의 설계 및 최적화를 위해 시뮬레이션과 HPC의 활용이 제품 개발에서 중요한 역할을 하게 될 것입니다. 시뮬레이션은 생명 과학 제품 개발의 모든 측면에서 유용할 것이라고 믿습니다.

미국 식품의약국의 이노베이션 패스웨이(Innovation Pathway) 이니셔티브 같은 노력을 볼 때, 시뮬레이션이 고품질의 안전한 제품을 환자에게 보다 빠르게 제공하는 데 어떤 역할을 할 것으로 보십니까?

루네샤: 제품의 전체 승인 프로세스를 완료하기까지는 시간이 너무 오래 걸립니다. 어떤 사람은 이 시간을 줄이면 제품을 보다 신속하게 시장에 출시할 수 있을 것이고, 그렇지 않다면 다른 나라에 비해 경쟁력이 떨어질 수 있다고 말할지 모릅니다. 알고리즘 개발 및 컴퓨터 하드웨어가 발달하여 고해상도 시뮬레이션을 수행하여 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 아직, 여러 가지 모델의 유효성을 검증해야 하지만 유효성이 입증된 일부 툴은 프로세스에 큰 도움이 되며, 단순한 실험적 방식보다는 시뮬레이션을 통해 규제 프로세스를 개선할 수 있는 방법을 생각해볼 수 있습니다. 이제, 컴퓨터를 통한 계산은 실험과 이론에 이어 과학의 세 번째 주축이며, 그 자체로 안정성을 확보하게 되었습니다. 기업이 FDA에서 찾고 있는 것에 부응하는 기본 프레임워크에 동의할 수 있다면 몇 단계를 줄일 수도 있습니다. 큰 걸림돌은 변화의 문화입니다. 어떻게 하면 기업이 HPC를 사용하기 시작할 수 있을까요? 그 잠재력은 매우 큽니다.

시뮬레이션과 혁신은 어떤 관련이 있다고 보십니까?

루네샤:  실수할 수 있는 기회가 주어진 경우, 모두 함께 머리를 맞대고 한 번 해보십시오. 독창적이고 창의적으로 됩니다. 여러분이 엔지니어라도 새로운 아이디어가 있을 때마다 실험을 할 수 있게 여러분에게 백만 달러를 주는 책임자는 없습니다. 하지만 그 많은 돈을 지불하지 않아도 시뮬레이션 소프트웨어에서 여러분의 아이디어가 현실적인지 테스트할 수 있습니다. 이것이 혁신의 핵심이며, "만약"의 시나리오에 대한 정답입니다. 무엇이든 해볼 수 있습니까? 무엇이든 테스트할 수 있습니까? 당신의 가설이 맞다고 감히 말할 수 있습니까? 시도하면 더 많은 질문을 찾게 되고, 더 많이 체험할 수 있습니다. 이 모두가 정말 중요합니다.

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