필자는 지금 국제이론물리연구소(ICTP)의 창립 50주년 학회행사에 참가하기 위해 이탈리아의 트리에스테에 머물고 있다. 학회 세션 중 생방송으로 올해의 노벨물리학상 수상자로 세 명의 일본물리학자가 선정됐다는 뉴스를 함께 시청하고 참석자 모두 축하의 박수를 보냈다.이 ICTP는 한 이론물리학자의 꿈의 유산이다. 창립 소장인 압두스 살람은 약전자기 이론에 대한 기여로 1979년 스티븐 와인버그와 셸던 글래쇼와 함께 노벨 물리학상을 공동으로 수상한 세계적 이론물리학자이다. 그는 파키스탄 출신의 첫 번째이자 마지막 노벨상 수상자이며 과학 분야에서 첫 무슬림 수상자이기도 하다.압두스 살람 소장은 파키스탄의 최고 과학자문관으로서 물리학을 넘어 국가적인 과학인프라를 구축하는 데 크게 기여했다. 그는 고국에서 영웅이자 ‘과학적 아버지’, 또한 젊은 과학자들의 롤모델로 숭상된다. 하지만 인류에 대한 그의 가장 큰 공헌은 1964년 이탈리아 북쪽 구석의 조그만 도시 트리에스테에 ICTP를 설립해 30년간 소장으로 봉사한 것이다. 압두스 살람은 제3세계의 열악한 연구 환경에 대한 자신의 체험을 바탕으로 이론물리학을 통한 젊은 인재 양성으로 개발도상국의 발전과 인류에 기여해야 한다고 믿었고 이를 직접 실천에 옮겼다. 이러한 그의 공적을 기려 사후에 연구소는 그의 이름을 딴 ‘압두스 살람 국제이론물리연구소’로 개칭됐다.이번 행사에는 노벨상 수상자 3명 등 물리학 석학과 세계적 연구소의 수장을 포함한 300여명이 모였다. 압두스 살람의 거대한 꿈이 실현되도록 많은 사람이 그를 직간접으로 도왔다. 우선 센터를 위해 자신의 많은 것을 희생했던 압두스 살람의 가족들이 함께 했다. 또한 작년 타계한 이탈리아 지역 출신의 서포터인 파올로 부디니치 교수의 공적도 강연장에 그의 이름을 붙여 다시금 새겼다. 또한 인상적이었던 것은 국제적 공조의 틀을 만들어낸 국제원자력기구(IAEA) 및 유네스코(유엔교육과학문화기구) 등 국제기구 대표들, 행정·재정적 지원을 아끼지 않은 이탈리아와 유럽의 과학정책 및 행정가들, 아프리카의 국가수반 등 제3세계와 트리에스테 지역의 정치인들도 함께한 것이다. 이 모든 사람이 오늘날 ICTP의 성공을 일궈낸 원동력이자 패밀리인 것이다. 김승환 포스텍 교수·아태이론물리센터 소장스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 올해 노벨물리학상 수상자로 아카사키 이사무 일본 메이조대 종신 교수와 아마노 히로시 나고야대 교수, 그리고 미국 캘리포니아대학의 나카무라 슈지 교수를 선정했다. 이들은 20세기 안에는 불가능하다고 여겨진 청색 발광다이오드(LED)를 개발해 ‘빛의 혁명’을 이룬 사람들이다. 아카사키 교수는 “유행하는 연구에 매달리지 말고 자신이 하고 싶은 일을 하는 것이 최고”라고 이야기했다. 이렇게 기초과학의 씨를 넓게 뿌려 저변을 확대하고 과학자들이 자신만의 연구에 집중할 수 있는 환경을 조성하는 것이 노벨상의 토대가 된다. 이런 점에서 ICTP는 자유로운 지적 환경에 목마른 젊은 이론물리학자들에게 ‘지적 오아시스’가 되고 있다.1979년 압두스 살람은 노벨상 수상 강연에서 “과학적 사고와 그 창조는 인류 공동의 유산”이라고 강조했다. ICTP는 물리학을 넘어 기후변화와 에너지 등 글로벌 어젠더(의제)에 대한 학제간 연구를 수행하고 있으며, 기초과학을 통한 젊은 인재의 양성으로 제3세계의 발전을 도모하고 있다. 필자가 소장을 맡고 있는 아태이론물리센터(APCTP)도 지금부터 18년 전 ICTP에 영향을 받은 아시아 태평양 권역의 선구적 물리학자들의 꿈이 실현돼 한국에 그 본부를 두게 됐다. APCTP도 우리나라와 아태 권역의 이론물리와 학제간 분야의 젊은 리더들의 ‘오아시스’가 돼 2년 뒤 맞이하는 성년을 거대한 패밀리 축제로 치러내고 그중 누군가가 노벨상을 타는 데 일조했으면 한다.노벨의 계절에 기초과학의 뿌리가 튼튼한 일본은 3명의 노벨물리학상 수상자를 더 배출하며 초대박을 터뜨렸다. 하지만 노벨상에 왕도는 없다. 아쉬움 속에서도 우리는 꾸준하게 젊은 연구자들의 꿈을 키워주며 후일을 기약해야 한다.김승환 포스텍 교수·아태이론물리센터 소장

올 늦여름 우리나라 남해안과 동해 연안은 적조로 홍역을 앓았다. 지난 8월19일 통영·남해군 해역을 시작으로 9월3일 완도·고흥군 해역, 9월10∼11일 기장·영덕군 해역에 적조경보가 내려졌으며, 9월12일에는 삼척시 부근에 적조주의보가 내려졌다. 정경태 한국해양과학기술원 책임연구원·해양학적조는 바다의 플랑크톤 개체수가 급증해 바닷물 색깔이 변하고 해양생태계에 심각한 교란이 발생하면서 다른 생물과 인간에게까지도 악영향을 주는 현상이다. 적조는 전 세계 연안에서 150종 이상의 생물종에 의해 발생하며 현재는 물론 과거로부터 존재해 왔고, 성서·삼국사기·조선왕조실록 등에도 기록돼 있다. 우리나라의 경우 1980년대 초부터 적조 발생이 빈번해졌으며, 가장 큰 피해를 준 적조는 1995년 남해와 동해안에서 발생해 수백억원의 피해를 줬다.적조원인생물은 엽록소가 있어 광합성을 하는 식물플랑크톤이 대부분으로, 와편모조류나 규조류를 대표적인 예로 들 수 있다. 단세포 생물인 식물플랑크톤은 먹이가 많아지는 부영양화 상태가 되고 햇빛의 증가와 더불어 수온이 알맞은 조건이 되면 세포분열을 통해 짧은 기간에 기하급수적으로 늘어난다. 1970년대 후반까지도 우리나라에 발생한 적조는 대부분 규조류에 의한 것이었으나 1970년 말부터 유독성 와편모조류로 바뀌었으며, 이에 속하는 코클로디늄이 어패류 폐사의 피해를 주는 유독성 적조원인생물인 것으로 분석되고 있다. 부영양화는 강우로 육상에서 질소나 인 등의 영양염류가 바다로 다량 유입돼 발생하는 것으로 알려져 있다. 인간 활동에 의한 생활하수, 축산오수, 공업폐수와 양식생물 배설물 등이 영양염류의 주공급원이다.현재 코클로디늄이 양식장에 유입되기 2주 전에 적조 발생을 예보하는 시스템 구축 연구가 진행되고 있으며, 부영양화 발생 초기에는 무독성 적조원인생물인 규조류가 번성하나 코클로디늄이 먹이 경쟁자가 없는 바깥 바다에서 번성해 연안으로 옮겨오면서 유독성 적조가 발생하게 된다는 의미 있는 성과가 보고됐다. 적조 발생 환경인자로 적조 발생 2개월 전의 코클로디늄 존재 유무, 코클로디늄의 최대 성장 조건, 경쟁우위 조건의 형성 여부, 태풍 영향 등이 제시됐다. 아울러 표층수온이 섭씨 22도 이상에 일주일 이상 맑은 날씨 유지, 수온약층 깊이 15∼30에 일주일 30㎜ 이하의 강수량 등을 코클로디늄이 최대로 성장하는 조건을 제시했다.도출된 환경인자를 예측모델에 적절히 접목하고 종합적인 감시를 한다면 적조 발생 예보의 의미 있는 진전이 있을 것으로 사료된다. 하지만 낙관적인 것만은 아니다. 엄격한 의미의 적조 예보는 발생 시기와 위치뿐 아니라 시간에 따라 어느 강도로 어떻게 공간적으로 퍼져나가고 언제 소멸될 것인가 하는 정보를 제공해야 한다.그러기에는 아직 불확실하고 미확인된 부분이 많다. 강수와 이에 수반돼 일어나는 육상으로부터의 영양염류 공급, 적조 발생과 이동에 영향을 주는 바람과 파랑, 그리고 적조 발달과 직결되는 광양 등에 대한 2주 예측의 정확도에는 분명한 한계가 있다. 양자강수의 남해 유입이나 해저에 축적된 영양염류의 재부유도 가능한 공급 경로이나 이의 기여가 어느 정도인지 파악되지 않고 있으며, 황토 살포의 누적 효과와 적조원인생물의 생활사 등에 대해서도 아직 충분한 정보가 없는 실정이다. 만족할 만한 수준의 적조 예측 정확도를 확보하는 문제는 인내심을 갖고 풀어나가야 할 도전적인 과제이다.그러면 적조 피해의 근본적인 해결책이 없을까. 불행히도 적조는 인위적 요인과 자연적 요인에 의해 발생하므로 근본적인 해결은 가능하지 않다. 적조 예보 외에 다양한 후속 대응책을 마련한다 할지라도 제한적인 적조 피해 저감만이 가능하다. 그러다보니 기후변화로 10년, 20년 이후에는 지금보다 훨씬 심각한 적조가 발생하지 않을까 우려하는 목소리가 높다. 이에 단계적으로 적조 발생의 인위적 요인을 근본적으로 제거하는 노력이 필요하다.정경태 한국해양과학기술원 책임연구원·해양학

친환경 전기차는 동력원으로 휘발유, 경유를 사용하는 피스톤·실린더 타입의 내연기관 대신 전기 충전만으로 차체를 움직이게 하는 배터리를 사용한다. 김광선 한국기술교육대 교수·기계공학우리나라 대기오염의 35%가 휘발유, 경유를 사용하는 내연 기관차에 의해 발생하고 있다 그러므로 배터리를 장착한 전기차를 도입하면 대기오염을 35% 줄일 수 있게 된다. 최근 적은 수이지만 서울을 비롯해 일부 지방자치단체에서 친환경 전기차의 도입을 적극 장려하고 있다. 제주도의 경우 전기차는 600여대로 전국에서 판매한 양의 24%가 그곳에 있다고 한다. 제주도는 2015년 전국 판매량의 50%에 해당되는 1500대를 구입하고 장기적으로 모든 내연 기관차를 친환경 전기차로 대체하겠다는 구상이다. 제주도와 대한민국 전국에 100% 친환경 전기차 시대가 올 수 있을까.국내 배터리 생산업체인 삼성SDI의 최근자료에 의하면 전 세계 전기차 시장 규모는 2013년 22만대에서 올해 36만대, 2020년 232만대로 전망된다. 향후 7년간 연평균 성장률 40%대의 고성장을 예고하고 있다. 그러나 현실은 예산에 충분히 여유가 있더라도 전기차가 꺼려지는 이유는 바로 배터리 충전의 불편함 때문이다. 현재 판매되는 순수 전기차의 평균 1회 충전시간은 6시간에 주행 가능 거리는 171km이다. 2010년 117km에 비해 큰 폭으로 개선됐으나 내연 기관차 1회당 주유시간 6분에 600km 이상 주행하는 편리함에 비하면 갈 길이 멀다. 전기차가 보편화되려면 배터리의 성능이 더욱 개선돼 고속 충전으로 시간을 줄여야 하고 배터리 팩 자체를 신속하게 교체하는 표준화 시스템 개발 등이 필요하다.배터리를 충분히 사용해 완전히 방전돼도 계속 충전해 사용할 수 있는 배터리를 2차 전지라 한다. 기존의 노트북, 휴대폰, 스마트폰에서 사용되는 2차 전지가 우리가 항상 접하고 있는 소형 배터리이고 이것도 계속 사용하면 성능이 저하돼 시간이 갈수록 점점 더 자주 충전해야 한다. 이러한 불편함 때문에 사용자는 결국 새 배터리로 교체하게 된다. 전기차 배터리는 용량이 많아서 중대형 배터리로 분류된다. 소형 배터리에 대한 우리나라의 연구는 세계 최고 수준으로 산업계를 중심으로 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기차와 에너지저장장치(ESS)의 중대형 배터리 생산기술도 소형 배터리 제작기술을 바탕으로 관련 업계에서 급격히 성장하고 있으며, 정부도 2020년까지 총 15조원의 자금을 투자해 우리나라를 2차 전지 생산 세계 1위 국으로 키운다는 방침이다.배터리 성능 개선을 위한 연구개발 분야는 배터리 셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)과 배터리 관리시스템(BMS)으로 나뉜다. 셀은 음극판, 전해질, 분리막, 양극판으로 구성돼 전기에너지를 화학에너지로 바꾸고 다시 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜, 충전과 방전을 반복 가능하게 해주는 배터리의 기본단위이다. 화학에너지가 전기에너지로 모두 변환돼 수명을 다하는 1차 전지와 비교하면 부품소재 면에서 다르다. 충전을 단시간에 진행하고 방전은 서서히 되면서 양극의 전압차를 크게 해주는 네 가지 부품의 소재기술 개발이 핵심 미래기술이다. 여러 개의 셀 단위 배터리를 직렬로 연결해 큰 전압차를 만들기 위한 단위가 모듈이며 여러 개의 모듈을 다시 연결해 팩으로 만들어 전기차가 주행 중 진동이나 충격, 열, 먼지 등 다양한 도로조건에 견딜 수 있도록 해야 한다. 수십에서 수백개의 셀로 구성된 팩은 전자회로로 구성된 BMS에 연결돼 전압, 전류, 온도, 그리고 전기용량이 수시로 체크되며 배터리의 노화 등으로 인한 팩 성능의 저하를 최대한 줄이면서 과열 등으로 인한 배터리의 폭발 등을 미리 방지할 수 있어야 한다. BMS 내부에 배터리 건강상태(SOH)를 체크하는 인텔리전트 알고리즘도 한창 개발 중이다.바야흐로 친환경이 중요시되는 시대다. 전기차는 매연이 없어 친환경 무공해 자동차다. 배터리의 성능과 활용이 더욱 편리하고 스마트하게 진화돼 새로운 친환경 전기차가 한반도 거리를 쌩쌩 달리는 날이 빨리 오기를 고대해 본다.김광선 한국기술교육대 교수·기계공학

며칠 전 집에 반가운 초대장이 하나 날아왔다. 오는 20일과 21일 국립과천과학관에서 메이커페어(Maker Faire) 서울 행사가 열린다는 것이다. 메이커페어는 2006년 미국 샌프란시스코만 지역에서 만들기를 좋아하는 메이커들의 축제로 시작돼 2013년에는 전 세계 98개 도시에서 수십만명이 몰려드는 국제적인 행사로 성장했다. 지난 6월18일에는 미국 백악관에서 직접 주최한 백악관 메이커페어가 열려 큰 화제가 됐다. 이 자리에서 오바마 대통령은 새로운 도구나 기술을 사용해 비즈니스를 개발하고 과학, 기술, 공학, 수학(STEM)을 바탕으로 미국 제조업의 풀뿌리 르네상스를 선도할수 있도록 학생, 기업가, 일반 시민이 적극 나서주길 바란다고 말하기도 했다. 당시 오바마 대통령은 1달러로 종이현미경을 만들 수 있는 프로젝트를 진행한 메이커, 5만명 이상의 유아를 구한 매우 저렴한 200달러 보육기를 학생 신분으로 만들었던 메이커, 바이오디젤 자동차를 만든 고등학생 등을 직접 만났다. 또한 오바마 대통령은 메이커들이 바꾸는 미래를 위해 그들을 위한 신규 비즈니스 및 고용 창출과 관련한 정책, 미국 교육부와 여러 기관이 수많은 대학과 도서관, 그리고 여러 기업이 함께하는 메이커 기반의 교육혁신과 관련한 정책도 발표했다.이런 새로운 메이커 문화를 가능하게 한 일등공신으로는 이탈리아에서 개발된 ‘아두이노’라는 작고 저렴한 컴퓨터 보드를 빼놓을 수 없다. 아두이노는 하드웨어와 하드웨어를 제어하는 소프트웨어 개발을 위한 도구로 구성돼 있는데, 기판의 회로도가 공개돼 있어 누구든지 부품을 구매해 조립을 하거나 완성된 기판을 저렴한 가격에 구매할 수 있다. 아두이노는 특히 각종 센서의 조작이 쉬워 주변 환경과 상호작용을 하는 사물을 만드는 데 유용하다. 때문에 많은 개발자·엔지니어·디자이너는 물론 예술가와 학생까지 아두이노에 큰 관심을 갖고 로봇·가전·패션 등 다양한 분야에 아두이노를 이용할 수 있었고, 이것이 오늘날과 같은 세계적인 메이커 문화의 붐을 일으킨 힘이 됐다. 아두이노가 이렇게 큰 인기를 끌자, 영국의 라즈베리파이 재단에서는 ‘라즈베리파이(Raspberry Pi)’라는 신용카드 크기의 컴퓨터 보드를 만들었다. 라즈베리파이는 학생들을 위한 기초 컴퓨터 교육을 목적으로 만들어졌지만 3만∼4만원 정도의 저렴한 가격에 상대적으로 성능이 뛰어나 다양한 분야에 활용되고 있다.정지훈 경희사이버대교수·미래학이러한 변화의 바람을 보면서 최근 뜨거운 논란이 되고 있는 소프트웨어 교육에 대해 다시 한번 생각해 봤으면 하는 바람이다. 필자는 개인적으로 소프트웨어 교육이 정규교육으로 편입되는 것에 적극 찬성하는 입장이다. 앞으로 컴퓨터와 소프트웨어는 마치 수학·과학, 그리고 영어와도 같이 미래세대에게 가장 중요한 도구이자 꼭 알아야 하는 필수지식의 대상이 될 것이라는 것에는 의문의 여지가 없다. 우리 주변 사람들과 원활한 소통이 인간의 사회생활에 필수적이듯 기계와의 소통이 그에 못지않게 중요한 시대가 올 것이다. 그렇지만 이런 교육정책을 현실화하는 데 있어 단지 과목 하나를 추가하는 식으로 접근해서는 안 될 것이다. 내가 어렸을 때 소프트웨어를 공부했던 기억을 되살려봐도 학교에서 가르쳐줬기 때문에 실력이 늘었다기보다는 소프트웨어로 무언가를 창조한다는 즐거움이 실력을 길러 주었다.유엔미래포럼에서는 필요한 제품은 스스로 만들어 사용하는 시대가 도래할 것이라고 했다. 또한 앞으로는 우리가 상상할 수 있는 거의 모든 것이 연결되는 사회가 될 것이다. 결국 소프트웨어는 메이커 문화와 떼려야 뗄 수 없는 관계가 될 것이라는 의미다. 그렇다면 소프트웨어 교육을 일종의 짐이 되는 공부가 아니라 요즘의 메이커 문화처럼 많은 사람이 즐겁게 새로운 것을 창조해 나가는 재미있는 체험의 장으로 변화시킬 수 있다면, 그 재미에 푹 빠져서 세상을 바꾸는 친구들이 많이 나오지 않을까. 개방된 환경에서의 사회 구성원들의 활발한 창의력 발산이 새로운 시대를 가져오는 중요한 문화적 기반이 된다는 점에서 볼 때, 강압적인 공부 방식보다 만들고 즐기는 문화와 함께 소프트웨어 교육이 자리를 잡도록 하는 고민이 필요한 때다.정지훈 경희사이버대 교수·미래학

생물주권 확보를 위한 국가 간 경쟁이 치열해지고 있다. 이런 가운데 10월 6일부터 2주간 강원도 평창에서 유엔생물다양성협약(UNCBD) 제12차 당사국총회가 개최된다. 193개국 2만여 명이 참석하는 대규모 국제회의이다. 이번 총회에서 특별히 관심을 끄는 것은 나고야의정서가 발효되기 때문이다. 나고야의정서는 식물이나 동물, 미생물 등 다른 나라의 생물자원을 이용해 얻은 이익을 자원을 제공한 나라와 공유하도록 하는 내용을 담고 있다.곽상수 한국생명공학연구원 책임연구원·생명공학1992년에 체결된 생물다양성협약은 기후변화협약(UNFCCC), 사막화방지협약(UNCCD)과 함께 유엔 3대 환경협약의 하나이다. 우리나라는 국제사회에서 유엔 3대 환경협약에 대해 선도적인 역할을 하고 있다. 2011년 경남 창원에서 제10차 사막화방지협약 당사국 총회를 성공적으로 개최한 바 있고, 2012년 글로벌 기후변화 해결을 위한 녹색기후기금(GCF) 사무국을 송도에 유치했다.학술지 네이처(Nature)는 생물다양성협약이 체결돼 20년이 되는 2012년 과거 20년간 유엔 3대 환경협약에 대한 우리 인류의 노력을 평가했다. 온실가스배출의 추적, 유전자변형생명체의 규제, 환경협약 국제회의 개최 등 외교적인 노력은 매우 우수했으나 실질적인 생물다양성 보존, 기후변화 대응, 사막화방지에서는 낙제점을 부여해 구호가 아닌 실천을 강조했다. 환경협약 실천은 위기에 처한 지구를 구하고 국가 환경경제 차원뿐 아니라 국가위상 제고에도 매우 중요하다. 생물다양성협약은 바이오안전성에 관한 카르테나의정서(2000년)와 ‘유전자원의 접근 및 이익 공유(ABS)’에 관한 나고야의정서(2010년)를 주로 다루고 있다. 나고야의정서가 발효되면 해외의 생물자원을 이용하는 절차가 까다로워진다. 다른 나라의 생물자원을 활용해 의약품, 식품, 신소재 등을 개발할 때 반드시 자원 제공국의 승인을 받아야 하고 사전에 합의된 조건에 따라 이익을 공유해야 한다. 생물자원은 ‘인류를 위하여 실질적 또는 잠재적으로 사용되거나 가치가 있는 유전자원, 생물체 또는 그 부분, 개체군 또는 생태계의 그 밖의 생물구성 요소를 포함할 것’으로 규정돼 있다.국내에서 사용되는 생물자원의 약 67%가 외국에서 들어오는 것을 고려하면 의정서 발효는 국내 생명산업에 막대한 영향을 미칠 것이다. 화장품은 원료의 78%가 수입에 의존하고 있다. 우리나라는 외국품종에 대한 로열티를 포함해 해외 생물자원의 사용 대가로 매년 1조5000억원의 로열티를 지급하고 있다. 정부는 의정서가 발효되면 우리나라가 해외 생물자원을 이용하는 대가로 지불해야 하는 추가 이익 공유 비용이 약 5000억원에 달할 것으로 추산했다. 이젠 생물자원을 둘러싸고 총성 없는 전쟁이 시작된 것이다.문제는 생물자원이 부족한 우리가 어떻게 대응할 것인가이다. 우리의 생물자원 무단 반출도 막아야 한다. 19세기 말부터 미국, 일본 등은 한반도 고유 생물자원을 수집했고, 많은 종은 상품화돼 돈을 벌고 있다. 지리산과 한라산의 특산식물인 구상나무는 1904년 유럽으로 반출돼 전 세계 크리스마스트리로, 1947년 북한산 백운대에서 채집한 털개회나무(라일락)는 미스킴라일락으로 전 세계 정원수로 각광받고 있다. 곤충과 쉬리 등 어류도 반출돼 천적 곤충자원, 관상용으로 거래되고 있다.생물자원은 글로벌 환경이슈 해결뿐 아니라 인류가 당면한 보건, 식량, 에너지문제 해결에 중요하게 기여한다. 우리는 적극적인 생명주권 확립과 해외 생물자원 부국들과 전략적인 상생협력을 위한 총체적인 노력을 기울일 때다.곽상수 한국생명공학연구원 책임연구원·생명공학

우주에서 불이 난다면? 이 위급상황에 대처하기 위한 노력의 일환으로 최근 나사(NASA·미항공우주국)에서 불이 무중력 환경에서 어떤 모습으로 타오르는지에 대해 흥미로운 연소실험연구가 수행됐다.우주시대가 본격화되면서 인공위성 및 우주정거장 등에서 다양한 종류의 과학 실험이 수행됐다. 예를 들어 식량문제 해결을 위해 콩과 감자 등 우주 식물의 재배가 시도됐다. 또한 무중력 상태에서의 생체 내 변화를 이해하기 위해 최초의 ‘우주개’ 라이카부터 시작해 원숭이, 쥐, 귀뚜라미, 개구리, 뱀, 물고기, 도롱뇽, 달팽이에 이르기까지 다양한 동물도 실험의 대상이 됐다. 우주의 무중력 환경은 지구상의 비행기에서도 구현할 수 있다. 우주비행사들도 훈련을 받을 때에는 자유낙하를 하는 비행기 안에서 무중력을 경험한다. 비행기가 높은 고도로 상승한 후 엔진을 끄고 자유낙하하면 20여 초 동안 무중력 상태를 만들 수 있다. 실제로 SF(Science Fiction)영화 ‘아폴로13호’에서도 이러한 방식으로 아폴로 우주선 내 무중력 장면을 촬영했다고 한다. 나사는 미 공군이 공중급유기로 사용하는 KC-235기를 개조한 무중력실험기를 사용한다. 사실 무중력의 경험이 꼭 기분이 좋은 것만은 아니지만 이 비행기는 ‘구토혜성(Vomit Comet)’이라는 별명으로 불린다고 한다.우주의 무중력 환경에서는 간단하지만 매우 흥미로운 실험을 수행해 볼 수 있다. 우주에서 불은 어떻게 피어오를까? 최근 나사의 유체연소미세중력 연구실이 KC-235기에서 우주 유사환경하의 불꽃 실험을 수행했다. 지구상에서는 성냥불, 촛불, 모닥불, 화재 등 불꽃 모양이 모든 사람에게 익숙하다. 예를 들어 촛불은 중력의 영향으로 그 모양이 눈물방울 모습이며 그을음이 불꽃 끝까지 전달돼 약간 노란색을 띤다. 하지만 우주에서 촛불의 모습은 달라진다. 중력의 힘을 받지 않아 촛불의 모습은 둥글고, 그을음도 없어 파란색을 띠게 된다.무중력과 공기 흐름의 변화는 불꽃의 모양과 온도, 그리고 연소 속도와 진화 가능성 등에 큰 영향을 미친다. 따라서 이 연소 기작과 과정을 잘 이해해야 우주정거장 등 우주 환경에서의 화재위험에 제대로 대처할 수 있다. 한편 우주연소는 그 자체로 자연계에서의 복잡성의 발현과 이해에 새로운 직관을 제공하기도 한다.  김승환 포스텍 교수·아태이론물리센터 소장베드하 나야감 및 포만 윌리엄스 연구팀의 연구에서는 천천히 회전하는 원판 위에서 불꽃이 나선의 소용돌이 궤적을 이룬다. 사실 나선 모양은 유전자(DNA)의 구조와 태풍 등 자연에서도 흔히 관찰된다. 가을녘에 나뭇잎의 낙하나 사람 몸속 심장의 박동이나 뇌의 파동에서도 나선형 리듬이 발견되기도 한다. 사실 우주에서 가장 장엄한 나선 구조는 우리 은하 자체이다.사람들의 호기심은 정말 끝이 없는 듯하다. 최근 우주에서 흥미로운 위스키 실험이 수행됐다. 3년 전 지구궤도로 올라간 스모키향의 스코틀랜드산 알드벡 ‘우주 위스키’가 다음주 지구로 귀환할 예정이라고 한다. 미국의 나노락스 연구기관의 연구팀은 이 싱글 몰트 위스키를 지구상에 보관된 것과 비교해 우주의 무중력 환경이 어떻게 위스키 맛과 향에 영향을 주었는지를 연구할 예정이라고 한다. 이러한 노력이 위스키 숙성과정에 새로운 혁명을 일으킬 수 있을지 자못 그 맛이 기대된다.한 민간우주개발회사인 버진갤럭틱이 약 110㎞ 상공까지 올라 5∼6분간 무중력상태로 지구를 바라볼 수 있는 우주관광상품을 선보이고 있다고 한다. 또한 의미 있는 실험을 수행하긴 힘들지만 놀이공원의 자이로드롭 또는 엘리베이터 등 생활 속에서도 우리는 무중력을 잠깐씩 경험할 수 있다. 독자들은 무중력 환경을 접할 기회가 주어지면 어떤 실험을 제일 먼저 해보고 싶을까.김승환 포스텍 교수·아태이론물리센터 소장

입추가 지나고 제11호 태풍 ‘할롱’마저 물러가자 아침저녁으로 선선한 바람이 불며 가을이 성큼 다가왔음을 느끼게 한다. 하지만 가을 태풍은 평년과 비슷한 10∼11개가 발생해 이중 한 개 정도가 우리나라에 영향을 줄 전망이라고 한다.그런데 태풍이 한반도에 접근할 때마다 바닷가에 밀려드는 엄청난 파도를 보면서 한번쯤은 ‘지구온난화로 해수면이 상승한다는데, 그때 저런 파도가 밀려오면 어떻게 되지’라는 생각을 떠올려 보았을 것 같다. 지구 온난화는 대기 및 해수 온도 증가, 평균해수면 상승, 태풍 강도 및 출현 빈도의 변화, 강수량 및 해류 변화 등 다양한 문제를 야기한다. 그중에서 전 지구적 평균해수면 상승과 태풍의 강도 증가는 연안역에서의 사회경제적 인간활동은 물론 구조물 및 시설물 안전 문제와 직결된 중요한 이슈이다.19세기 후반부터 시작된 지구의 해수면 상승은 20세기 이후 그 상승률이 증가하는 추세이다. 최근 전 세계적인 평균해수면의 1년 상승률은 약 3.2mm에 이른다. 성공적인 온실가스 감축이 이루어지지 않으면 해수면 상승은 최대 1m를 넘을 수 있다는 우려를 낳고 있다. 분석 결과마다 차이는 있으나 우리나라를 포함한 중국, 일본의 평균해수면 상승률은 전세계 평균을 웃도는 것으로 보고되고 있다. 우리나라에서 평균해수면 상승을 쉽게 체감할 수 있는 곳으로 제주 용머리 해안이 꼽히는데 2007년 조사에서 1970년대에 비해 23cm가량 해수면이 상승된 것으로 보고되고 있다. 이론적으로는 열대역 해수면 수온의 증가로 태풍의 강도와 출현 빈도가 증가할 것이라고 추론할 수도 있으나, 실제 발생한 태풍의 통계적 분석 결과로부터 명확한 결론을 내리기는 충분치 않은 상황이다.통상적으로 연안 구조물 및 시설물과 관련된 설계해수위는 평균해수면상 대조기의 고조위, 해일 및 지진해일에 따른 해수위 상승 값의 합으로 결정한다. 그런 후 처오름 높이 및 얼마간의 여유고를 두어 마루 높이를 최종 결정하게 된다. 평균해수면이 상승하게 되면 당연히 설계해수면이 올라가게 되고 방파제와 제방이 수심이 아주 낮은 지역에 위치하는 경우 쇄파지점이 연안 쪽으로 이동하게 되며 구조물 하단 부근에서의 파랑 및 처오름 높이가 증가하게 된다.정경태 한국해양과학기술원 책임연구원·해양학해수면 상승에 대응하기 위해 연안구조물의 마루높이를 높이거나 소파블록의 무게를 증가시키는 등의 조치가 필요하다. 일본의 경우 항만 지역에 국한하여 추정한 결과 이에 필요한 비용은 약 115조원에 이를 것으로 보고되었다. 개략적인 추정이나 감당하기 어려운 금액임이 분명하다. 따라서 단계별 적응적인 전략 수립이 불가피하다. 해수면 상승 및 관련 외력요소들의 변화에 대한 예측이 불확실한 상황 하에서는 더욱 그러하다.여러 가지 방안이 제안되고 있으나 내구연한에 따른 단계적 대응이 유력하다. 얼마간의 시간이 지나 해수면 상승이 실제 얼마간 일어났을 때를 가정해보자. 해수면 상승이 진행 중이고 태풍 강도의 증가 등이 시작됐다고 할지라도 연안 구조물이나 시설물 설계에는 여유 값이 반영돼 있으므로 본래 기능은 내구연한까지는 적절히 작동할 것으로 판단할 수 있다. 1차 내구연한 시점이 도래하면 가장 최근의 해수면 및 외력 관측 자료와 2차 내구연한 기간 동안의 예측치를 사용해 구조물이나 시설물을 교체하거나 개선한다. 이러한 과정을 해수면상승 진행과 더불어 적절한 시점에 반복적으로 이행하게 된다. 핵심은 불확실한 예측에 대한 적응적 대처를 통해 과다설계를 피할 수 있다는 것이다. 물론 여유 값이 충분치 않은 경우나 해수면 상승 및 해일, 파랑 등이 한계치를 넘는 경우, 너무 늦기 전에 개선 및 교체를 이행해야 한다. 이러한 적응전략 수립 및 이행에 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC)의 예측에만 의존할 수는 없다. 자체적으로 해수면 상승을 포함한 연안역 변화요소 대한 정밀한 장기 모니터링과 분석이 필요하다. 우리나라의 연안 구조물 및 시설물은 설계 시 해수면 상승이 고려된 경우와 고려되지 않은 경우가 혼재하므로 정확한 취약성 분석이 이루어져야 한다. 물론 원자력발전소와 같은 중요한 시설물에 우선순위를 두는 것이 긴요하다.정경태 한국해양과학기술원 책임연구원·해양학

최근 서울 송파, 여의도 등지에서 도로나 지반이 갑자기 푹 꺼지면서 구멍이 뚫리는 ‘싱크홀’(sink hole) 현상이 잇따르고 있어 시민들의 불안감이 확산되고 있다.김광선 한국기술교육대 교수·기계공학싱크홀의 발생 원인은 크게 두 가지다. 하나는 지하에 영향을 미치는 자연현상에 의해 발생하는 것이고, 다른 하나는 지하를 다양한 용도로 활용하기 위해 인위적 변형을 시켰을 때 발생한다. 자연현상에 의한 것으로는 석회암과 같이 물을 조금씩 흡수하는 암석에 침식이 서서히 진행돼 궁극적으로 석회 성분이 빠져나가는 경우와 지하수의 수면이 낮아지면서 저장됐거나 흐르는 물이 지탱해 주던 압력이 작아져 지하공간의 천정이 위에서 누르는 압력을 견디지 못하고 무너지는 경우이다. 인위적으로 발생하는 경우는 주로 도시화된 지역에서 공사하다 생긴 지하공간이나 오래된 배관시설 때문에 급수관이나 배수관이 파열되고 지하수와 지하에 있는 액체에 너무 많은 물이 공급되거나 빠져 나가는 경우 발생한다. 또한 산업용과 지상의 빗물을 모으기 위한 연못이나 인공호수가 생성되면서 지하를 누르는 압력이 커지고 이에 자연배수 패턴이 바뀌어 새롭게 생성된 배수로에 의해 발생하기도 한다.우리나라는 암반의 70% 이상이 변성암과 퇴적암으로 구성돼 있어 석회 성분이 포함될 수 있으며, 이에 스며드는 물에 녹아 자연현상에 의한 싱크홀 발생 가능성은 존재하나 화산 활동으로 만들어진 화강암과 현무암 같은 단단한 암석도 함께 존재하고 있어 자연현상에 의한 싱크홀 발생은 비교적 적은 지역으로 알려져 있다. 그럼에도 싱크홀은 항상 발생할 수 있으므로 조사 후 집중 관리를 해야 한다는 논리가 설득력을 얻고 있다. 더욱 큰 문제는 대한민국이 6·25전쟁 이후 세계에서 가장 가파른 경제성장으로 진행된 도시화와 ‘빨리 빨리’ 건설 및 토목 공사의 후유증으로 싱크홀이 최근 지속적으로 발생하고 있는 것이다. 특히 도시의 이곳저곳에서 발생하고 있는 이유는 그동안 국가경제를 이끌어왔던 각종 토목 및 건설공사로 오래된 지하 배수관, 가스관, 지하철공사에 의한 공간과 무분별한 지하수 사용이나 채굴, 모래 채취 등에 기인한다. 인위적인 개발로 인해 지하수가 고갈되고 과다하게 고여 있는 지상의 빗물에 의해 자연적인 배수로도 변경된 것이다.지상 위의 싱크홀은 갑자기 발생하기 때문에 매우 위험하다. 특히 지하에 오래된 배수관과 함께 폭발성이 매우 높은 가스관이 지나가고 있고, 지상에는 건설 경기가 한창 호황일 때 모래가 부족해 염분이 있는 바다 모래를 사용해 건설한 고층건물도 있을 수 있다. 인구밀도가 높은 도심에 생기는 싱크홀은 규모가 작더라도 힘의 균형이 깨지면 주변 건물이 연쇄로 붕괴되면서 큰 재해로 이어진다. 따라서 싱크홀 발생 예상 지역을 탐지하고 예측할 수 있는 기술을 확보해 사전에 대비책을 세우는 것이 급선무다.지하의 지하수위, 지하 매설물, 공간위치, 기반암과 단층 위치, 콘크리트 두께 등을 탐지하는 기술로는 직접 지하를 뚫어 측정하는 방법보다는 비파괴측정이 바람직하고, 싱크홀 발생을 예측하기 위한 기술로는 컴퓨터 시뮬레이션 기법이 있다. 비파괴측정을 위한 계측장치로는 전자기파를 지표면으로 방사한 후 반사되거나 투과된 속도·형상을 분석하는 지표투과 레이더 장치, 시추공 두 개를 이용해 지표에서 전류를 흘려 지반 성분에 따른 전위 변화로 공간을 측정하는 전기비저항 토모그래피, 조사 지역에 인공적으로 지진파를 발생시켜 전파가 도달하는 시간과 파형을 이용하는 분석탄성파 탐사 장치가 대표적이다. 컴퓨터 시뮬레이션 기법은 집중관리 지역과 탐지된 지하공간의 현재와 미래의 변화 상태를 모델링해 유체의 흐름과 정체 상태에서의 압력을 계산하는 유체역학, 공간 구조물의 힘을 계산하는 구조역학, 지질의 성질에 따른 물리적인 상태량의 변화 예측을 위한 지질공학 등을 융합해 지하 내부의 움직임과 변화에 대한 정량적 예측을 가능케 한다.도시화된 지역에서 싱크홀 극복을 위한 독자적인 탐지 및 예측기술의 확보는 세계의 싱크홀 안전을 위한 수출산업으로도 발전시킬 수 있는 분야이므로 더욱더 관심이 필요하다.김광선 한국기술교육대 교수·기계공학

지난 8일 컴퓨터 역사에서 중대한 이정표가 될 만한 연구결과가 사이언스지에 발표됐다. 미국 IBM과 코넬대학이 주축이 돼 인간의 뇌를 흉내 낸 컴퓨터칩인 트루노스(TrueNorth)를 개발했다는 것이 그 내용이다. 트루노스는 인간 뇌의 신경세포와 시냅스(Synapse·인간 뇌의 신경세포 간의 연결)의 구조를 모방한 칩으로 그 집적도가 매우 높아 조만간 상용화가 가능할 정도의 완성도를 갖췄다고 한다. 정지훈 경희사이버대 교수·미래학가로와 세로 4㎝ 정도의 조금 커다란 우표 정도 크기의 칩에 54억개의 트랜지스터를 사용해 약 100만개의 디지털 신경세포와 2억5600만개의 디지털 시냅스를 만들어 넣었는데, 이는 2011년 가능성을 타진하는 수준으로 구현했던 디지털 신경세포 256개와 디지털 시냅스 26만2000개 수준의 코어를 무려 4096개나 칩 하나에 담아낸 셈이다.IBM과 코넬대학의 연구진은 이렇게 만든 트루노스 칩으로 길거리를 지나는 사람과 자동차, 자전거 등의 물체를 실시간으로 식별해 내는 데 성공했다.물론 이 칩이 인간의 뇌에 근접한 성능을 가지려면 좀더 시간이 걸릴 것이다. 인간의 뇌는 약 1000억개의 신경세포와 100조개의 시냅스를 가진 것으로 알려져 있기 때문에 트루노스가 인간의 뇌와 비슷한 수준의 신경세포와 시냅스를 갖추기 위해서는 간단히 산술적으로 계산해도 10만배 이상 그 집적도가 높아져야 한다.그렇지만, 현재의 성과도 무시할 수 없는 파급력이 있을 전망이다. 이번에 발표된 트루노스는 기존의 컴퓨터가 처리하기 어려웠던 사물의 직관적인 인식이나 의미, 맥락을 파악하는 작업을 쉬우면서도 저전력으로 처리할 수 있기 때문에 당장 전 세계가 경쟁하고 있는 신경망을 이용한 인공지능 프로젝트에서 비교우위를 확보하는 데 중요한 역할을 하게 될 것이다. 또한 IBM은 트루노스를 16개, 64개, 256개, 1024개 등의 순으로 계속 연결하고, 3D 구조로 확장한다면 10∼20년 내에는 결국 인간의 뇌에 육박하는 성능을 가지게 만들 수 있을 것으로 전망하고 있다.그렇다면, 이런 인간의 뇌를 흉내 낸 칩을 두뇌로 이용하는 로봇이나 인공지능이 등장한다면 어떨까. 아이작 아시모프는 로빈 윌리엄스가 주연을 맡은 영화로도 유명한 ‘바이센테니얼맨’을 통해 자신의 불로불사를 포기하면서까지 인간이 되고 싶어하는 로봇을 등장시켰고, 근래 개봉했던 할리우드의 두 영화 ‘트렌센던스’와 ‘그녀’는 인공지능과 인간의 사랑이라는 과거에는 다루기 어려웠던 소재까지 다루기 시작했다.인간의 뇌를 흉내 낸 새로운 칩의 탄생은 이제 로봇이나 인공지능과 인간이 공존하는 사회를 조금씩 준비해야 한다는 강력한 메시지를 던지고 있다. 그래서일까. 이런 문제에 답하기 위한 다양한 인문, 사회, 법학적인 연구도 활발하다. 웬들 월러크와 콜린 앨런이 저술한 ‘왜 로봇의 도덕인가’(원제 Moral Machines)라는 책에서는 미국 국방부를 중심으로 한창 진행 중인 로봇이나 인공지능에 윤리를 심어주거나 로봇에게 감정을 느끼게 만드는 이슈, 그리고 법적인 문제와 같이 로봇과 인류가 함께 살아가는 미래에서 만날 수밖에 없는 다양한 문제를 다루고 있다.이처럼 로봇과 인공지능은 단순한 산업적 가치를 창출하는 것 이상의 의미를 가지기 시작했다. 이들이 가져올 미래사회 그림을 그리고 보다 구체적으로 그런 미래에 대비하는 노력이 더욱 필요한 시점이다. 구글은 세계 최고의 로봇회사를 다수 인수합병했고, 소프트뱅크는 감정을 인식하는 가정용 로봇 페퍼를 2015년 저렴하게 상용화하겠다고 발표했으며, IBM은 인간의 뇌를 흉내 낸 컴퓨터 칩을 개발하는 데 성공했다. 이제 이런 이야기를 단지 소설이나 영화 속에서나 등장하는 시나리오로 치부하고, 비관적인 시나리오에 빠져 겁만 내고 있을 때가 아니다. 이제는 로봇과 인공지능이 우리와 함께 사는 사회를 보다 구체적으로 고민해야 한다.정지훈 경희사이버대 교수·미래학

최근 서부 아프리카에서 확산되고 있는 ‘에볼라 바이러스’에 대한 불안감이 국내에도 급속도로 커지고 있다. 치료할 수 있는 백신이 없는 상황에서 고열, 출혈, 탈수 등의 증상을 완화하면서 환자의 면역력을 높이는 치료가 이루어지고 있다. 2003년 아시아를 중심으로 세계를 강타한 사스(중증급성호흡기증후군) 감염자가 한국에서 발생하지 않은 것은 발효식품인 김치 덕분으로 평가되기도 했다. 김치에 많이 들어 있는 마늘은 이미 암과 심장병 발생률을 줄이고 각종 감염과 바이러스에 대한 저항력을 길러주는 것으로 알려져 있다. 김치가 조류독감 퇴치에도 효과가 있음이 입증됐다. 김치를 비롯한 된장, 청국장 등 발효식품은 단순한 영양소를 제공할 뿐만 아니라 질병을 치료하거나 예방하는 점에 주목할 필요가 있다.요즘 제철에 수확되는 산야초나 과일을 설탕에 담가 만든 ‘발효액’이 건강에 도움이 되고 질병 치료 효과가 있다고 소개되고 있어 많은 사람의 관심이 높다. 우리나라 산야초, 과일을 재료로 만든 발효액도 인체 면역력을 증강하는 성분이 많을 수 있다고 생각된다. 발효는 유기물이 미생물 작용에 의해 분해돼 변하는 현상을 말하며, 좁은 의미로는 당분해 현상을 말한다. 이 현상은 오래전부터 빵, 양조제품 제조 등에 이용돼 왔다. 발효에는 효소가 중요하게 관여한다.효소(엔자임)는 각종 화학반응에서 자신은 변하지 않으나 반응속도를 빠르게 하는 단백질로 만들어진 촉매이다. 생물체 내에서 일어나는 화학반응도 효소에 의해 속도가 빨라진다. 생명체를 유지시키는 수많은 생화학 반응은 모두가 효소에 의해 이루어지기 때문에 생물체 내에 존재하는 효소의 종류도 매우 많다. 대표적인 효소로는 3대 영양소인 탄수화물, 단백질, 지방을 각각 가수분해하는 아밀라아제, 프로테아제, 리파아제를 들 수 있다. 식물은 동물에 비해 더 많은 효소를 가질 수 있다.최근 유전체 연구에 의하면 인간 세포에는 단백질을 만드는 데 관여하는 유전자가 약 2만4000개인 데 비해 벼와 감자에는 약 3만8000개 있음이 밝혀졌다. 노화와 질병의 원인인 활성산소를 제거하는 비타민C, 토코페롤 등 천연 항산화물질은 식물에는 풍부하지만 사람은 만들지 못한다. 한 종류의 항산화물질이 만들어지기 위해서는 여러 종류의 효소가 관여한다. 곽상수 한국생명공학연구원 책임연구원·생명공학대부분의 효소는 적정 온도와 적정 pH (수소이온 농도) 범위에서 활성이 활발히 일어난다. 부적절한 조건에서 보관하면 효소의 구조가 변형을 일으켜 촉매 기능이 떨어지거나 소실된다. 한때 활성산소를 없애는 항산화효소의 하나인 SOD(superoxide dismutase)는 노화 방지 화장품, 기능성 차, 목욕 첨가제 등으로 사용된 적이 있다. SOD는 실온에서 쉽게 변성돼 소비자가 사용할 시점에는 효소로서 기능이 없어진 단백질에 불과한 것이다. 효소 그 자체가 만병통치약으로 간주돼 제품을 홍보하는 것은 잘못된 일이다.산야초 발효액의 인기와 함께 명칭과 효능에 대한 논란도 일고 있다. 산야초나 과일 무게의 약 50%의 설탕을 넣고 일정기간 담가 만든 것을 일부에서 효소액이라 부르는데, 엄밀하게 말하면 효소액이 아니라 ‘발효액’이 더 적절하다. 발효액에는 효소반응에 의해 생긴 물질과 설탕물에 의해 추출되는 성분이 존재한다. 식물 재료를 설탕물에 오래 담가 두면 ‘팽윤현상’(물질이 용매를 흡수해 부푸는 것)으로 세포막이 터지면서 세포에 들어 있던 영양성분 가운데 물에 녹는 수용성 영양성분이 설탕물에 의해 추출된다. 여기에는 건강에 좋은 폴리페놀, 플라보노이드 등 면역활성이 있는 항산화물질이 많이 포함돼 있다.음식에도 먹는 사람과 잘 어울리는 음식궁합이 있듯이 건강을 위해서나 질병 치료에도 각자의 체질에 맞는 처방이 중요하다. 아무리 몸에 좋은 산야초 발효액이라도 같은 성분을 장기간 많이 복용하면 오히려 간에 부담을 줄 수 있다. 개별 산야초 발효액의 질병치료, 면역활성, 건강에 대한 종합적 과학연구가 더욱 필요하다.곽상수 한국생명공학연구원 책임연구원·생명공학