18세기 초 영국의 공학기술자 제임스 와트는 1세기 전 토머스 뉴커먼이 개발한 실린더·피스톤 증기기관을 내부 냉각에서 외부 냉각 방식으로 바꿔 열효율을 높임으로써 오늘날의 자동차 내연기관 엔진 기술의 토대가 됐다. 이에 따라 엔진을 통한 대량 에너지 공급으로 기차·항공기·발전소 가동이 가능하게 돼 기존의 농업중심 1차 산업 시대와 달리 기계시스템에 바탕을 둔 대량생산 체제 중심의 2차 산업화가 본격화됐다. 이후 1980년대 퍼스널컴퓨터(PC)와 인터넷이 보편화되면서 전자공학에 바탕을 둔 3차 정보화산업 시대가 도래했고, 2000년대 센서·클라우드컴퓨팅·빅데이터·인공지능(AI) 기술이 발달하면서 알파고·IBM 왓슨 로봇·자율주행 자동차와 같이 인간을 대체할 수 있는 소프트웨어와 하드웨어 제품이 속속 개발되고 있다. 1, 2차 산업화부터 시작된 전통적인 기술에 3차 산업화를 이끈 정보통신기술(ICT)과 초고속 통신망이 융합되고 있는 것이다. 김광선 코리아텍 교수 메카트로닉스공학이런 가운데 얼마 전 ‘2018 스마트공장·자동화산업전’이 열려 4차 산업혁명과 제조업 미래 기술이 어디까지 왔는지 살펴볼 기회가 있었다. 주목할 점은 미·일 제조 대기업들은 저렴한 인건비를 찾아 해외로 나간 이후 다시 자국으로 생산기지를 이전하고 있다는 점이다. 그리고 이들 생산기지는 첨단 정보기술(IT)을 적용해 일자리를 늘리는 핵심기지 역할을 하고 있다.최근 경기도 소재 반도체 제조 장비 및 부품 중소전문 제조업체를 방문한 적이 있다. 이 회사에서 평생 제조업에 근무하며 매달 ‘지식강국’인 일본에 다녀온다는 공장장과 회사의 현황 및 기술적인 애로사항을 나누던 중 한 가지 중요한 사항을 파악할 수 있었다. 나고야대의 아마노 히로시 교수를 비롯한 일본 학자들이 밝고 에너지절약형 백색광을 만들어내는 청색 발광다이오드(LED) 개발로 받은 노벨물리학상은 LED 청색광 소자 제작에 필수인 유기금속화학증착장비(MOCVD) 제작 능력을 확보했기에 가능했다는 설명이었다. 필자도 일본에서 열린 세미나에서 아마노 교수로부터 핵심장비 개발을 통한 실험이 가장 어려웠다는 이야기를 들은 바가 있다. 이처럼 전통적인 기계산업 기술은 과학을 지탱하는 힘으로 매우 중요한 것이다.제조업 강국인 독일과 일본은 유엔공업개발기구(UNIDO)가 해마다 발표하는 산업경쟁력지표(CIP)에서 지난 10여 년간 1위와 2위를 유지해 오고 있다. 두 나라는 명실공히 반도체 공정장비 첨단 제조기술도 세계 최고다. 그러나 우리는 반도체 공정장비 첨단 제조기술 분야에서 국산화율이 40%를 밑돌고 있다. 더욱이 지난 8일 현대경제연구원이 발표한 ‘한국 주력산업의 위기와 활로’ 보고서에서도 연구개발 효율 부족과 글로벌 저성장으로 한국의 제조업 경쟁력이 중국에 이미 추월당했다는 지적이 있었다.4차 산업혁명의 핵심기술인 센서·클라우드컴퓨팅·빅데이터·AI 기술은 탄탄한 제조업 중심의 주력 산업과 융합될 때 활짝 꽃피우게 된다. 일례로 항공기 및 선박 엔진 등 동력시스템 분야에서 세계 최고의 기술력을 자랑하는 영국의 롤스로이스사는 트랜트 항공기엔진의 이상 유무를 점검하기 위해 25개의 센서를 사용하는데 이때 수집된 데이터는 와이 파이, 셀룰러 네트워크, 위성통신 기술을 통해 멀리 있는 클라 우드 플랫폼으로 보내 많은 양의 데이터를 관리해 제품 향상에 도움을 받는다. 또 건설용 중장비 제조업체로 유명한 일본 고마쓰사는 광산장비를 제작할 때 실시간 수집한 데이터를 미리 설계해 정한 기준데이터와 비교한 후 유지보수가 필요한지를 결정하고, AI이론인 기계학습 알고리즘을 활용하여 데이터를 반복 수집·저장해 미래의 광산 양상을 예측가능케 하는 시스템으로 발전시키고 있다.4차 산업혁명의 시대를 맞아 전 세계 산업의 패러다임이 바뀌고 있다. 선진국에서 제조업의 경쟁력 회복과 생산성에 관심을 기울이는 것은 국가 경제에 차지하는 비중이 크기 때문이다. 4차 산업혁명은 제조업과 ICT를 융합해 산업경쟁력을 창출해 내는 것이다. 4차 산업혁명 시대에 발맞춰 한국의 주력산업인 제조업에 대해 관심과 지원이 더욱 강화돼야 하는 이유이다.김광선 코리아텍 교수 메카트로닉스공학

미세먼지의 주범인 대기오염물질이 하늘을 뒤덮으며 국민 건강을 위협하고 있다. 대기오염물질이란 ‘대기의 물질 중에서 인공적 또는 천연적으로 발생한 것으로 생물이나 물질에 악영향을 미치는 미량물질’이다. 미세먼지와 산성비 원인인 질소산화물, 황산화물이 대표적인 대기오염물질이다. 요즘 들어서는 기후변화 유발물질인 이산화탄소, 메탄, 아산화질소 등의 온실가스도 대기오염물질로 분류하는 추세이다. 대기오염물질의 배출원은 화산폭발과 산불 등의 자연적 배출원과 화석연료 연소 등의 인위적 배출원으로 구분할 수 있다. 산업혁명 이후 화석연료 사용이 급증하면서 인위적 대기오염물질 배출은 환경의 자정 능력을 초과해 우리의 생명을 위협하는 단계에까지 와 있다. 대기오염물질은 입자 크기에 따라 기체상 오염물질과 입자상 오염물질로 나눌 수 있다. 기체상 오염물질은 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물, 오존, 휘발성유기화합물 등을 들 수 있고, 입자상 오염물질은 먼지, 에어로졸 등을 꼽을 수 있다. 대기오염물질은 생성 과정에 따라 1차 오염물질과 2차 오염물질로 분류하고 있으며, 1차 오염물질은 배출원에서 직접 배출된 것인 반면 2차 오염물질은 1차 오염물질이 대기 중에서 광화학적 반응을 거치면서 생성된 산화제 등으로 오존이 여기에 해당된다.김승도 한림대 교수 환경생명공학대기오염물질이 특정 지역에서 안정 정체되면서 스모그(연기+안개)로 발전되는데, 1952년에 발생해 1만여명이 사망한 런던 스모그는 대표적인 1차 대기오염물질에 의한 스모그로 비극적 환경사건이었다. 반면 로스앤젤레스 스모그는 자동차 배기가스에서 배출되는 질소산화물과 탄화수소가 햇빛과 반응해 생성된 2차 오염물질인 오존이 주원인이다. 대기오염물질은 물리·화학·생물학적으로 안정돼 있어 환경에 유입되면 잘 분해되지 않고 오랜 기간 환경 내에 잔류하면서 지속적으로 환경에 부정적 영향을 미치게 된다. 또한, 기체상 대기오염물질과 미세먼지는 밀도가 낮아 대기 중에 머물다가 기류를 따라 장거리 이동이 가능해 국경을 넘나든다. 이로 인해 특정 국가에서 발생한 대기오염물질이 국경을 넘어 인접 국가에 피해를 미치기 때문에 국제적 분쟁으로 발생하는 사례가 많다.1960년대 스웨덴은 청량한 호수에서 물고기가 급감하여 당혹해했는데, 그 원인이 아황산가스에 의한 산성화라는 사실이 밝혀지면서 또다시 놀랄 수밖에 없었다. 주위에 아황산가스의 배출원이 없어 청정국가인 스웨덴으로서는 이해하기 어려운 결과였다. 이로 인해 외부 인접 국가의 석탄 등 화석연료 연소 과정에서 발생하는 아황산가스가 장거리 이동해 호수를 오염시켰다고 추정하게 됐다. 그러나 당시는 이를 과학적으로 밝힐 수 있는 기술적 역량이 부족했을 뿐만 아니라 이를 논의할 수 있는 장도 마련되지 못했었다. 이에 스웨덴 등 북유럽 국가는 호수의 산성화 경험을 통해 월경성 대기오염 문제를 국제사회에 공식 제안해 1979년 ‘대기오염물질의 장거리 이동에 관한 협약’이 채택됐고 1983년 3월 발효되기에 이르렀다.지금 우리나라는 미세먼지로 인해 온 국민이 고통받고 있는 상황이다. 그런데 중국의 미세먼지를 포함한 대기오염물질 유발 산업이 우리나라와 인접한 산둥(山東), 산시(山西), 허베이(河北) 지역에 집중돼 있어 미세먼지를 포함한 대기오염물질이 우리나라에 유입되리라는 것을 쉽게 예상할 수 있다. 1993년에 한·중 환경협력협정을 맺었고, 그 이후 중국과 환경 협력 관련 각종 회의가 주기적, 비주기적으로 열리고 있으나 우리나라 대기질은 개선되지 않고 있다.우리 자체 배출원에 대한 규제를 강화해 국내 배출을 최소화하고, 이와 병행해 미세먼지를 포함한 대기오염물질을 줄이는 실효성 있는 주변 국가와의 협력 방안을 끌어내야 한다. 특히 미세먼지에 민감한 국민들이 수긍할 수 있는 국제 협력 방안이 마련·제시되지 않으면 정부가 곤란한 처지에 놓일 것은 명약관화하다. 중앙정부 간의 협력도 중요하지만 지방정부와 민간 차원에서의 지역 협력을 강화할 뿐만 아니라 양자 협력 관계를 벗어나 일본, 미국, 국제기구 등 다자협력 방안도 적극적으로 추진할 필요가 있다.김승도 한림대 교수 환경생명공학

4차 산업혁명 시대가 본격화하면서 지금 자동차 선진 각국은 모든 정보통신기술(ICT)이 융합된 자율주행차의 기술 개발에 사활을 걸며 상용화를 눈앞에 두고 있다. 그런데 얼마 전 미국에서 길을 건너던 여성이 우버 자율주행차에 치어 숨진 사건에 이어 이번엔 자율주행 기능이 탑재된 테슬라 전기차의 운전자가 사망하는 사고가 발생했다. 미국에서 교통사고로 한 해 동안 사망하는 사람이 4만명(2016년 기준)이 넘을 정도라니 대단할 것도 없는 사건일지 모른다. 하지만 미래 자동차 기술의 꽃이라는 자율주행차가 시험운행을 하다가 발생한 첫 번째 사망사고에 이어 또 사고가 났다는 점에서 큰 우려를 낳고 있다.이러한 사고에도 불구하고 많은 연구에서 자율주행차가 차량사고 발생 건수를 크게 줄일 것이라는 예측 결과를 일관되게 보여주고 있다. 예를 들어 구글은 자율주행차 개발에 나선 7년 동안 약 320만km를 시험운행했지만 17건의 경미한 사고만 냈고, 그중 자율주행차 과실로 인한 사고는 단 한 건에 그칠 정도이다. 또한 미국 도로교통안전국(NHTS)에 따르면 2016년 교통사고의 94%가 운전자의 실수 때문에 발생했다고 하는데, 자율주행차는 운전자의 실수가 개입될 여지를 최소화함으로써 NHTS는 2040년에는 교통사고를 현재의 3분의 1 정도 줄일 것으로 보고 있다.정동훈 광운대 교수 인간컴퓨터상호작용학하지만 자율주행차가 머지않아 매우 안전할 것이라고 대부분의 전문가가 동의함에도 아직 믿음직스럽지 못하다는 것이 일반적인 견해이다. 한창 진행 중인 기술이기에 당연하다고도 볼 수 있지만 100% 완벽할 수 없다는 점에서 자율주행차에 대한 부정적인 인식을 어떻게 바꿀 수 있는가 하는 점은 시급한 문제가 아닐 수 없다.이러한 점에서 지난해 11월 시범운행을 하던 자율주행 셔틀버스의 접촉사고는 또 하나의 중요한 교훈을 상기시켜 준다. 당시 한 트럭이 후진을 하면서 자율주행 버스를 보지 못해 일어난 사건이기에 자율주행 버스의 문제로 볼 수는 없겠으나, 만약 후진을 해 피하거나 경적을 울렸다면 트럭이 멈출 수도 있었기에 아무런 조치를 취하지 않고 있던 자율주행차에 대한 믿음은 땅에 떨어질 수밖에 없었다. 운전자가 없었던 자율주행 버스의 사고는 자율주행차의 대처능력이 인간의 직관력과 순발력을 따르기에는 아직도 갈 길이 멀다는 점을 보여주었다.자율주행차가 기술적 발전을 진행해 오는 동안 인공지능(AI)과 윤리를 연구하는 과학자들은 자율주행차가 풀어야 할 또 다른 과제를 지적하고 있다. 대표적으로 2016년 저명 과학학술지인 사이언스지에 게재된 ‘자율주행차의 사회적 딜레마’라는 논문을 보면 ‘자율주행차가 사고 시 어떻게 프로그래밍돼야 하는가’에 대해 소비자의 모순을 검증하며 상황에 따른 인간의 자기중심적 가치관을 밝혀내고 있다. 내용인즉 자율주행차가 많은 생명을 구하는 방식으로 프로그래밍돼야 한다면서도, 나 또는 내 가족이 위험한 경우에는 오히려 많은 사람을 희생해야 한다는 의견이 대다수였다. 그러면서 나와 내 가족이 자율주행차를 타고 있을 때 어느 순간 많은 보행자를 구하기 위해 내 차를 위험에 빠트리게 프로그래밍된다면, 자율주행차를 구매하지 않겠다고 참여자들은 대답했다. 자율주행차가 쉽게 상용화되지 못할 수도 있음을 보여주는 단편적인 사례다.사고가 불가피할 경우 ‘탑승자를 살리기 위해 나와 함께 걷고 있는 반려동물이 희생되는 것이 타당한 것인지’, ‘어린이와 노인 중 한 명을 살려야 한다면 어떤 판단을 내려야 할지’ 등 인간과 기계의 상호작용이 고도화될수록 인간의 생존과 행복과 관련해 해결하기 힘든 문제에 맞닥뜨리게 된다. 이처럼 윤리적 자율시스템 구축 방법을 어떻게 찾을 것인가 하는 문제는 AI 연구에 있어 가장 큰 과제 중 하나다. 이번 자율주행차의 사고를 보며 기술의 진보와 혁신의 확산과 함께 인간을 위한 기술발전이라는 보편타당한 진리가 잊히고 있는 것은 아닌지 다시 생각해 보게 된다.정동훈 광운대 교수 인간컴퓨터상호작용학

최근 ‘이소연의 우주일기’라는 매우 흥미로운 글을 읽었다. 그 글은 모 과학잡지가 한국 최초로 우주에 갔던 이소연 박사와의 인터뷰를 담고 있다. 이 박사는 지금으로부터 10년 전인 2008년 4월 8일 소유즈호를 타고 우주로 날아올라가 10일 동안의 비행을 마친 후 지구로 돌아왔다. 당시의 언론은 이 박사의 일거수일투족을 대대적으로 보도했으며, 그녀는 ‘닮고 싶고 되고 싶은 과학기술인’에 선정되기도 했다.그러나 일각에서는 이 박사가 우주인인가 우주관광객인가 하는 논란이 끊이지 않았다. 이 박사가 과연 우주에서 의미 있는 임무를 수행했느냐의 여부가 관건이었다. ‘이소연의 우주일기’에 따르면, 이 박사는 우주에서 무려 18가지의 실험을 수행했고, 그것도 엄청난 시간적 압박 속에서 이루어냈다. 자신이 잘못해서 실험결과가 제대로 나오지 않으면 어쩌나 하는 심리적 부담도 컸다. 당시에 러시아 담당자는 “18개 실험 중에서 절반만 수행해도 성공한 것”이라고 말했으며, 실험의 내역을 조금 줄여줄 것을 한국 정부에 공식적으로 요청했다고 한다. 돌이켜보면, 우주인과 우주관광객을 구분하는 것에도 문제가 있어 보인다. 관광객이라면 편안한 마음으로 무엇인가를 즐길 수 있어야 하지만, 이 박사의 우주비행에서는 그러한 여건이 전혀 형성돼 있지 않았다. 무중력 상태에서는 몸의 균형을 맞추기도 어렵고 색다른 멀미도 경험해야 한다. 이에 대해 이 박사는 일반적인 멀미가 어지러움이나 울렁증을 준다면 우주에서는 머리가 터질 것 같은 느낌이 든다고 했다. 게다가 여성의 경우 여성만이 겪는 신체적 특성을 피할 수 없기 때문에 더욱 복잡한 문제가 매개될 수밖에 없다.‘이소연의 우주일기’에는 웃지 못할 촌극도 소개돼 있다. 이 박사가 우주에서 했던 임무(?) 중의 하나는 비행복의 패치를 바느질하거나 실험장치에 부착된 스티커를 교체하는 일이었다. 그것은 한국 정부의 담당부처 이름이 과학기술부에서 교육과학기술부로 바뀌는 바람에 발생했다. 이와 같은 한국적(?) 상황에 대해 러시아와 미국의 우주인들은 고개를 설레설레 저었다고 한다. 과학기술부를 그대로 두고 방송을 하면서 자막에 ‘과학기술부는 교육과학기술부로 바뀌었음’이라고 써 주었으면 안 됐을까.우주인 배출 사업에 대한 이 박사의 평가도 의미심장하다. 그는 과학기술에 대한 국민의 관심을 높이는 것이 목표였다면 성공적인 사업이었겠지만, 한국의 우주과학을 발전시키는 것이 목표였다면 성공으로 평가하기 어렵다고 말했다. 이 박사는 자신이 귀환한 후 우주인 사업이 3년짜리 단기 사업이고 후속 계획이 없다는 것을 알고 무척 허탈했다고 전한다. 한때 온 국민의 주목을 받았던 우주인 배출 사업은 글자 그대로 1회성 전시용 사업에 지나지 않았던 것이다.송성수 부산대 교수 한국과학기술학회 회장인터뷰 말미에서 이 박사는 자신이 생각하고 있는 우주강국의 모습을 피력하고 있다. 그는 “국가의 성격이나 상황에 맞는 우주기술을 발전시키고, 그 일에 종사하는 사람들이 즐겁고 행복하게 일할 수 있기를 원한다. 다른 선진국이 하니까 우리도 한다는 식의 우주개발은 불행의 씨앗에 불과하며 로켓 몇 대, 위성 몇 대와 같은 잣대로는 우주강국이 요원하다”고 했다. 과학기술도 사람이 하는 일인 만큼 과학기술자들이 행복해야 과학강국이 될 수 있다는 것이다.이번 인터뷰에서 필자는 품격을 느꼈다. 인터뷰를 한 분은 진지하면서도 세련된 질문을 던졌고, 특히 이 박사는 자신이 우주인 배출 사업의 상품 혹은 도구였다는 점을 인정하면서도 그것을 지나치게 드러내지 않으면서 당당하게 의견을 개진하는 성숙한 자세를 보여 주었다. 두 사람의 인터뷰를 지원해 준 관계자들에게도 과학인의 한 사람으로서 감사의 마음이 든다. 이와 같이 세 주체가 서로 어우러질 때 과학기술의 진정한 발전이 가능하겠다는 생각이 든다. 과학기술자들이 즐겁게 탐구하고, 정부가 건강한 마당을 깔아주며, 국민의 관심과 이해도 높은 그런 세상을 꿈꾼다.송성수 부산대 교수 한국과학기술학회 회장

세계 각국의 테크(기술) 기업이 사람 뇌를 모방한 인공지능(AI) 반도체 개발에 뛰어들고 있다. 이에 우리도 뒤질세라 정부가 AI 반도체 분야 개발에 약 2조5000억원의 연구개발 자금을 향후 10년 동안 투입한다고 발표한 바 있다. 한국이 강한 반도체 기술을 이용해 AI 분야에서 선두를 쟁취하겠다는 야심찬 포부를 보인 것이다. 앞으로 다양한 분야에서 AI를 적극 도입할 것이므로 AI 반도체를 잘 만들면 한국의 시스템 반도체가 강해질 것이라는 논리이다. 하지만 한편으로는 시스템 반도체뿐만 아니라 AI 기초 및 응용 분야에서 미국과 중국에 비해 뒤떨어져 있다는 위기감이 존재하고 있다.문제는 전문가조차도 AI 반도체의 산업화 성공을 위한 조건이 무엇인지 모르는 경우가 많다. 이는 AI 분야 자체가 낯설고, 반도체 AI 분야는 더욱 낯설기 때문이다. 반면, 미국에서는 실리콘밸리를 중심으로 AI 반도체 산업화가 이미 진전되고 있다. 그동안 아시아, 특히 한국과 일본에 빼앗긴 반도체의 주도권을 되찾자고 하는 향수와 함께 산업화 성공에 대해 구체적인 전략이 확실하다는 느낌이 든다. 이러한 상황에서 AI 반도체 분야에서 성공을 위한 요인을 살펴보는 것은 매우 중요하다.박영준 전 서울대 교수 전기정보공학첫째, AI에 대해서는 고민할 필요 없이 메모리 반도체를 잘 만드는 방안이다. AI 시스템이 필요로 하는 데이터 양이 점점 늘어나고, 응용되는 분야가 기하급수적으로 늘어나므로 메모리 수요가 어차피 늘어날 것으로 전망된다. 최근에는 보험, 금융, 에너지, 사이버 보안, 경영 등에서도 AI가 경쟁력 결정의 핵심 요인이 되고 있다. 이미 AI 시스템이 요구하는 데이터 영구저장이 가능한 3차원 낸드플래시 메모리칩 분야에서 한국은 최고이다. 그러므로 메모리를 추격할 수 없을 정도로 계속 잘하는 것이 AI 반도체를 잘하는 가장 확실한 방법이다.둘째, 미국과 중국처럼 AI 반도체를 만들어 시스템 반도체 시장에서 주도권을 잡는 방법이다. 이 게임에 시스템 반도체를 주도하는 인텔·퀄컴·브로트콤이 뛰어들었고, 반도체 업계는 아니지만 애플·구글·마이크로소프트·아마존·화웨이·바이두 등 시스템 회사가 가세했다. 특히 중국은 지금 시스템 반도체 분야에 인력과 자금을 쏟아붓고 있다.셋째, 새로운 소자를 창안해 기존 반도체(CMOS)보다 훨씬 뛰어난 지능을 갖는 AI 소자를 만드는 것이다. 흔히 뉴로모픽(신경모방) 소자로 불리는 분야로서 뇌를 모방해 AI 성능을 획기적으로 올리려는 전략이다.미국, 중국과 달리 한국은 메모리 반도체와 뉴로모픽 소자 분야가 강하다. 메모리 반도체와 뉴로모픽 소자 분야가 대기업·대학·연구소가 잘할 수 있는 분야라고 본다면, 벤처가 클 수 있는 분야는 AI 반도체를 개발해 시장을 개척하는 일이다. 이는 정부나 국민의 지지를 받을 수 있는 분야이기도 하다. 그러나 AI 반도체 시장에서 성공하는 것은 힘들고 험한 길이기도 하다. 그 이유는 좋은 AI 반도체를 만들어도 대기업이 수용해야 하고, 소프트웨어가 뒷받침돼야 한다. AI 반도체 고객은 AI 반도체 칩만 보고 사지 않는다. AI 반도체를 이용해 만들고자 하는 전체 시스템 개발에 도움을 주는 소프트웨어 시스템을 원한다. 구글의 텐서 플로가 시장에서 강한 이유는 바로 이 요구를 충족시켜 가능한 것이다.AI 반도체 하나만 갖고 사업화에 성공할 수 없다. AI 반도체 분야에서 중국이 경쟁력이 있는 이유는 시장이 넓고 정부가 일관성 있게 지원하기 때문이다. 과거 한국의 많은 시스템 국가 프로젝트가 사업화에 실패한 이유는 이러한 생태 시스템을 간과했기 때문이다. 물론 정부 주도로 산업화에 성공하기가 어려운 분야이기도 하다. 따라서 메모리 반도체와 뉴로모픽 소자 분야는 대학과 연구소 중심으로 개발하되, AI 반도체 분야는 컨소시엄을 통해 개발 시스템을 가진 회사나 연구그룹이 함께 AI 반도체 칩을 개발하는 전략을 짜는 것이 필요하다. 더 늦으면 안 된다. 지금이 바로 그 시점이다.박영준 전 서울대 교수 전기정보공학

하루에도 크고 작은 화재가 수없이 발생하고 있다. 연간 화재건수는 4만2000여건, 사망자는 300여명에 달한다. 이 가운데 제천 노블휘트니스앤스파 스포츠센터와 밀양 세종병원 화재 참사 시 많은 생명을 앗아간 배후에는 화마(火魔)와 농연(濃煙)이 있었다.화마는 화재 발생 때 일반적으로 불리는 불이 제어가 안 돼 가재도구는 물론 인명까지 앗아가 마귀 같다 하여 ‘불 마귀’라는 뜻이고, 농연은 합성수지·인조견 등 가연물이 불완전 연소하면서 발생하는 유독성가스 농도가 높은 연기를 말한다. 특히, 유독성가스 중 시안화수소(HCN)는 0.3% 정도 농도에서도 즉시 사망할 수 있으며 나치가 유대인을 학살할 때 사용했던 가스로 유명하다. 또 맹독성 화학물질인 포스겐(COCl₂)은 일정시간 흡입하면 심각한 폐 손상을 일으켜 호흡곤란으로 사망에 이르게 된다.김광선 코리아텍 교수 메카트로닉스공학화재는 가연물에 열과 산소가 더해지며 연소라는 화학반응을 일으켜 화염과 연기 형태로 발생한다. 가연물은 우리 생활 주변에 존재하는 소파·침대·냉장고 등 모든 물건이 해당되며, 가연성 고체의 경우 화재로 열이 더해지면서 표면온도가 먼저 상승하는데 물질 표면의 분자가 열분해나 건류작용을 일으켜 분말이나 기체 상태로 돼 공기 중에 부유한 후 일정 농도가 되면 발화된다.물질이 급격하게 화학반응을 일으키며 열과 압력을 생성하는 현상을 폭발이라 하고, 열은 고온의 화마로 나타나는데 물질은 불완전연소로 유독성가스인 농연을 만들어낸다. 화염을 동반하며 이동하는 고열의 농연은 수평으로 이동하지만 계단과 같이 수직으로 돼 있는 공간에서는 이보다 3, 4배 빠르게 올라가 대피할 수 있는 시간을 대폭 축소시킨다.소방청 국가화재정보센터에 따르면 지난해 발생한 화재 사고 사망자 중 약 60%가 연기·유독가스 흡입으로 사망했다. 화재의 원인은 지난 10년간 화재 발생에 대해 집계한 자료에 따르면 원인미상이 10%대이고, 나머지 90%는 전기·담뱃불·불장난·불티·방화 등이었다.작은 불씨가 커져 고온 및 고압의 더 큰 화재로의 성상(불의 특성)을 막고 유해가스를 잔뜩 품은 농연으로의 확산 및 이동을 방어하고 축소시키기 위해 소방법과 건축법이 존재한다. 그러나 정부가 보다 안전한 방화시스템 구축을 위해 세부적인 기준을 해마다 수정·보완하고 있음에도 불구하고 여전히 부족한 부분이 너무 많다. 화재, 즉 연소는 네 가지 요소인 가연물질, 열, 산소, 그리고 화학반응 중 한 가지라도 동시에 존재하지 않으면 곧 소멸된다. 이에 화재소멸의 기본원리를 이용해 화재 예방 및 진압을 위한 효율적인 방화시스템을 구축해야 한다.일단 화재가 발생하면 인적·물적 손해는 피할 수 없게 되고 발화 원인을 찾은 후에는 대응조치가 적절했는지 책임 문제가 대두된다. 이에 따라 화마와 농연의 발생 지점과 이동경로를 파악하기 위해 화재 발생을 목격한 목격자, 자동차 블랙박스, 폐쇄회로(CC) TV, 건물 내부 보안센서·카메라는 물론 최초 119 신고자와 진압과 구조를 위해 출동한 소방관 진술의 자료를 확보하는 등 화재 발생 원인과 책임을 화재역학 및 과학적인 근거를 기준으로 명확히 규명하는 화재감식 역할이 매우 중요하다.우리는 그동안 고도성장이라는 국가의 경제정책을 달성하기 위해 성급하게 뛰다 보니 다른 어느 나라보다 화재 발생 가능성 건물이 많다. 오래된 건물의 경우 과거의 소방법과 건축법을 적용했거나 불법 개조로 화재 방화구획의 미설정 공간이 많다. 또 전선도 낡고 녹슨 것이 많아 합선에 의한 불꽃 발생의 위험이 상존하고 있기에 작은 불꽃이 화마와 농연으로 변해 참사로 이어지지 않도록 각별한 주의가 필요하다.이제 1년 중 화재가 가장 많이 발생한다는 봄철이다. 아까운 재산과 생명을 순식간에 앗아가는 화마와 농연에 대해 경각심을 갖는 것이 그 어느 때보다 필요한 때이다.김광선 코리아텍 교수 메카트로닉스공학

최근 미세먼지 지수가 최악을 나타내면서 마스크를 착용하고 다니는 사람을 많이 목격하게 된다. 2016년 기준 서울시의 미세먼지 농도는 세계보건기구(WHO)의 권고치 두 배를 초과하고 있다. 1980년대 초 대기오염 전문가들이 대기오염이 점차 심해지자 “21세기에는 방독면을 착용하고 다닐 것”이라고 예측했을 때 허무맹랑하다고 웃어넘겼는데, 이제 방독면 착용이 현실로 다가오고 있다. 이런 데다 미세먼지가 자살위험까지 크게 높인다는 연구내용도 발표되고 있다.그럼 과연 미세먼지가 무엇이기에 이처럼 우리 건강을 위협하며, 그 원인이 무엇이고, 줄일 방법은 없는 것인가. 먼지란 ‘대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질’로 정의하고 있다. 먼지는 입자 크기에 따라 구분하고 있으며, 미세먼지는 ‘지름이 10㎛ 이하의 먼지(PM10)’이며, ‘지름이 2.5㎛ 이하는 초미세먼지(PM2.5)’로 정의하고 있다. 사람의 머리카락 지름이 50~70㎛인 것을 감안한다면 PM10은 머리카락의 5분의 1~7분의 1 정도로 작고, PM2.5는 20분의 1~30분의 1에 불과하다.미세먼지는 자연적 발생원과 인위적 발생원에 의해 생성·배출된다. 흙먼지, 식물의 꽃가루 등을 자연적 발생원으로 꼽을 수 있는 반면 석탄, 석유 등의 화석연료를 연소할 때 생기는 매연, 자동차 배기가스, 황산염, 질산염 등이 인위적 발생원이다.봄철 불청객인 황사는 대표적인 자연적 발생원에 의한 것으로 몽골·중국의 사막지대, 황하강 유역의 황토지대에서 강력한 회오리바람에 의해 발생하는 미세한 흙먼지로 봄철에 많이 발생해 우리나라로 날아온다. 황사는 천식을 유발하고 토양의 금속성분이 인체 건강에 영향을 미칠 수 있다고 알려져 있다. 또한 발원지 토양이 오염돼 있거나 이동과정에서 오염지역을 통과하게 되면 중금속의 오염물질이 황사에 흡착돼 위해성을 지니게 된다.황사 이외에 대부분 국내에서 목격되는 미세먼지는 인위적 발생원에 의한 것이다. 우리나라의 경우 2012년의 미세먼지 배출량은 약 12만t이고, 그중 초미세먼지가 60% 이상을 차지한다. 제조업의 연소공정이 가장 높고, 그다음으로 건설기계, 선박, 화력발전소, 경유차 등이 주요 배출원으로 알려지고 있다.미세먼지는 알레르기성 결막염과 비염을 비롯해 각막염, 기관지염, 폐기종, 천식 등의 질환을 일으키며, 특히 초미세먼지는 입자 크기가 작아 코점막에 의해 걸러지지 않고 폐 속 깊이 침투해 폐포에 흡착해 손상을 유발한다. 폐포에 흡착된 초미세먼지는 체내에서 배출되지 않고 지속적으로 축적돼 진폐증의 원인이 된다. 그러므로 초미세먼지는 발생단계부터 줄이거나 근절해야 한다. 김승도 한림대 교수·환경생명공학미세먼지는 고체상태로 배출되는 1차적 발생과 가스상태의 물질이 대기 중의 물질과 화학반응을 통해 미세먼지로 전환되는 2차적 발생으로 구분할 수 있으며, 초미세먼지는 대부분 2차적 발생에 의한 것이다. 2차적 발생의 대표적 사례는 석탄·석유 등의 화석연료 연소과정에서 배출되는 대기오염물질인 가스상태의 질소산화물, 황산화물 등이 대기 중에 존재하는 물질과 반응해 고체상태의 미세먼지 입자로 전환 생성된다. 2차적으로 발생하는 미세먼지의 저감 및 근절을 위해서는 경유차 사용을 줄이고 제조업과 발전시설에서 질소와 황 함량이 적은 연료를 사용하거나 방지설비 강화를 꼽을 수 있다. 무엇보다 미세먼지는 중국과 북한 등에서 넘어오는 양이 상당한 것으로 보고돼 있다. 미국 항공우주국(NASA)의 조사에 따르면, 2016년 5~6월 사이의 미세먼지는 48%가 중국발이고, 나머지 52%는 국내 배출원에 의한 것으로 보고 있다. 그러므로 미세먼지는 외교적인 노력을 통해 인접국의 감축을 끌어내야 하는 어려움을 안고 있다. 이를 위해서는 이해 당사국과 과학적 근거와 사실에 입각해 문제를 해결하려는 태도가 필요하나 협의 과정에서 과학은 없고 정치와 외교만 있어 미세먼지 줄이기를 위한 공동의 노력이 결실을 못 맺고 있다는 점에서 매우 안타깝다.김승도 한림대 교수·환경생명공학

평창올림픽이 한창이다. 올림픽이 시작되기 전만 해도 성공적인 개최 여부가 불투명했던 불안한 올림픽이었지만 이제 평창은 ‘하나된 열정’과 ‘평화올림픽’으로 자리매김했다.올림픽이 갖고 있는 함의는 단지 스포츠에만 머물지 않는다. 올림픽이 열리는 현장은 국제정치와 외교의 장, 그리고 문화와 기술의 전시장으로 개최국의 역량을 한껏 뽐내는 자리이다. 평창올림픽은 정보통신기술(ICT) 강국인 우리의 기술을 전 세계에 소개하기에 충분했다. 주요 외신도 평창올림픽에 적용된 첨단기술에 큰 관심을 보이고 있다.무엇보다 개막식에서 보여준 인간과 기술의 조화는 다가오는 미래를 어떻게 맞이해야 할지 우리에게 소중한 교훈을 주고 있다. 올림픽 개막식의 하이라이트는 뭐니 뭐니 해도 오륜 공개와 성화 점화 순간으로 모든 올림픽은 이 두 순간을 역사에 남기기 위해 가장 많은 공을 들이곤 한다.평창올림픽에서는 첨단기술이 집약된 드론으로 평창의 밤하늘을 아름답게 수놓은 현란한 쇼로 오륜을 선보였다. 이제까지 드론쇼를 약 130회나 진행할 정도로 많은 경험이 있는 인텔사가 주도했지만 1218개의 드론을 동시에 움직이는 것은 생각만큼 단순한 일이 아니다. 3차원(3D) 애니메이터와 시뮬레이션 소프트웨어를 통해 드론의 움직임과 빛의 조합을 사전에 프로그래밍한 후 실제로 구현해야 하는데, 모든 드론이 서로 겹치지 않게 동시에 움직여야 하기에 많은 드론으로 쇼를 하는 것은 매우 고난도의 작업이다. 게다가 플라스틱과 발포고무로 만든 직경 15㎝에 무게가 330g밖에 되지 않는 드론이 바람이 심하게 부는 평창에서 정밀하게 구현되기는 더욱 어려울 수밖에 없는 여건이었다.사실 이번에 우리가 본 드론의 오륜 영상은 2017년 12월 사전녹화된 영상으로서 원래 계획은 개막식 당일 개회식장에 300개의 드론으로 오륜기를 띄우려고 했다. 그런데 평창에 오기 전, 핀란드의 험한 날씨에서 테스트를 진행하며 만반의 준비를 했지만, 결국 당일 라이브 쇼를 취소할 수밖에 없을 정도로 드론쇼는 불가항력의 상황에 맞닥뜨리기 십상이다.드론쇼가 반가운 또 다른 이유는 세계에서 최초로 시범운용한 5세대(5G) 네트워크를 드론쇼에 사용했다는 점이다. 지연시간 없이 실시간으로 무한한 디바이스에 연결하게 하는 5G 네트워크는 사물인터넷(IoT)과 스마트시티를 만드는 핵심 인프라이다. 지능정보화 사회를 앞당기기 위해 다양한 분야의 기술이 발전해야겠지만, 5G기반 없이는 가상현실(VR)이나 인공지능(AI) 등 그 어느 것도 상용화가 불가능하다는 점에서 이번 드론쇼는 우리의 미래를 엿볼 수 있는 자리였다.반면 성화 점화 순간은 인간의 아름다움이 고스란히 전해진 장면이었다. 수많은 최첨단 기술이 펼쳐진 후 김연아가 등장해 선보인 안무는 오직 인간의 몸 하나만으로 전하는 사랑과 평화의 메시지였다. 은반 위에서 펼쳐진 30초의 마법은 인간의 상상력과 꿈을 펼쳤고, 전 세계인이 숨죽이며 몰입할 수밖에 없게 만들었다. 30년 전 서울올림픽 개막식 때 보았던 굴렁쇠의 울림 그대로.정동훈 광운대 교수·인간컴퓨터상호작용학올림픽정신을 한마디로 표현하면 근대 올림픽의 창시자인 피에르 드 쿠베르탱이 주창한 대로 ‘평화롭고 더 나은 세계의 실현에 공헌하는 것’이라 할 수 있다. 평창올림픽은 개막식을 통해 인간과 기술의 조화를 표현했다는 측면에서 올림픽정신을 잘 구현한 것이라고 할 수 있다.드론 몇 대를 동시에 날게 하고 정교한 움직임을 보이는 것도 중요하지만, 더 의미 있는 것은 인간을 위한 기술의 구현 여부이다. 오륜기를 상징하는 강원도 다섯 아이가 평화에 대한 답을 찾아 나서는 과정을 담아낸 것과 국경이나 종교의 장벽이 없는 평화로운 세계를 꿈꾼 노래 ‘이매진’, 그리고 피겨 스타의 아름다운 움직임은 그래서 더욱더 의미가 깊다.인간과 기술이 어떻게 공존해야 하는지 좋은 사례를 보여줬다는 점에서 2018년 평창올림픽 개막식은 오랫동안 기억될 것이다.정동훈 광운대 교수·인간컴퓨터상호작용학

2018년은 영국의 과학자 제임스 줄이 탄생한 지 200주년이 되는 해이다. 그는 열역학 제1법칙으로 불리는 ‘에너지 보존 법칙’을 발견한 사람으로 유명하다. 에너지 보존 법칙은 여러 과학 분야를 아우르는 기본 법칙이자 일반인에게도 비교적 친숙한 법칙에 해당한다.에너지 보존 법칙에 따르면, 어떤 계(system)의 에너지는 그 형태는 달라질 수 있지만 그 총량은 보존된다. 열기관을 활용해 기계를 작동시키는 경우 열에너지가 역학적 에너지로 바뀌기는 하지만 두 에너지를 합한 양은 일정한 것이다. 이처럼 에너지는 변환될 뿐 갑자기 생겨나거나 없어지지 않는다. 세상에 공짜는 없는 법이다.송성수 부산대 교수 한국과학기술학회 회장줄은 열의 일당량, 즉 1칼로리의 열에 해당하는 일의 양을 측정하는 문제에 매달렸다. 이 문제를 푸는 데 적어도 7년이라는 긴 시간이 걸렸다. 줄이 측정한 열의 일당량은 1843년의 770피트파운드에서 시작한 후 1844년의 798피트파운드와 1845년의 819피트파운드를 거쳐 1850년에는 772.692피트파운드(오늘날로 환산하면 약 4.16줄)가 됐다. 20세기에 들어와 열의 일당량은 약 4.18줄로 수정됐지만, 19세기의 실험 수준을 감안하면 4.16줄도 정확도가 매우 높은 값이었다.줄의 집안이 양조장을 운영하고 있었다는 점도 흥미롭다. 양조장과 과학은 별다른 연관이 없어 보이지만 사실은 정반대였다. 당시의 양조장은 대량의 액체나 기체를 다루는 엔진이 설치돼 있는 보기 드문 공간이었다. 게다가 줄은 양조장에서 오랫동안 일했기에 측정의 문제를 매우 예민하게 받아들였다. 덕분에 그는 온도계 눈금의 20분의 1까지 읽어낼 정도로 매우 세밀한 측정을 할 수 있었다고 한다.줄과 비슷한 시기에 로버트 마이어와 헤르만 폰 헬름홀츠도 에너지 보존 법칙에 도달했다. 독일의 의사인 마이어는 열대 지방에서 근무하던 중에 열대인의 정맥피가 유럽인보다 훨씬 빨간 것에 주목했다. 사람이 음식물을 섭취하면 그것이 산소와 반응해서 열을 발생시키고 그 열이 다시 역학적 일로 소모되는데, 역학적 일의 소모가 적은 열대인의 경우에는 정맥피 속에 산소가 더 남아 있어 정맥피가 보다 빨갛게 된다. 이러한 관찰을 바탕으로 마이어는 1842년에 화학적 에너지, 열에너지, 역학적 에너지 등이 서로 같은 종류의 물리적 양이라는 결론을 내렸다. 독일의 과학자인 헬름홀츠는 줄과 마이어의 업적을 인지하면서 보다 보편적인 원리를 추구했다. 헬름홀츠는 1847년에 일련의 실험을 통해 동물의 열이 별도의 생명력에 의한 것이 아니라 음식물의 화학적 에너지에 의해 발생한다는 사실을 확인했다. 이를 바탕으로 그는 에너지 보존 법칙을 명료하게 선언하면서 수학적으로 정식화하는 작업을 추진했다. 그 과정에서 헬름홀츠는 에너지 보존 법칙이 줄과 마이어에 의해 이미 발견됐다는 점도 언급했다.에너지 보존 법칙은 ‘동시발견’ 혹은 ‘복수발견’의 대표적인 사례로 꼽힌다. 이에 대해 유명한 과학사학자이자 과학철학자인 토머스 쿤은 1830∼50년에 에너지 보존의 원리를 표방했던 사람이 적어도 12명이라고 지적하면서 그것을 가능하게 했던 과학적·기술적·사상적 배경에 주목한 바 있다. 당시에는 다양한 변환과정에 대한 과학적 논의가 본격화됐고, 증기기관의 열효율을 개선하기 위한 작업이 다각도로 추진됐으며, 모든 자연현상에 적용되는 하나의 원리를 추구하는 자연철학주의가 널리 퍼져 있었다는 것이다.이와 관련해 과학 사회학의 창시자로 평가되는 로버트 머튼은 ‘단독발견이 아닌 동시발견이 과학적 발견의 보편적인 유형’이라고 주장한 바 있다. 우리는 어떤 역사적 사실을 두고 ‘시기가 무르익었다’는 말을 자주 쓰는데 머튼은 이를 과학적 발견에도 적용한 셈이다.사실상 과학적 발견이 개인의 천재성에 의해서만 이루어진다는 생각은 착각에 지나지 않는다. 과학적 발견은 해당 시기까지 이루어진 과학 내부와 외부의 조건에 의해 상당한 규정을 받는다. 과학의 역사에서 적지 않은 발견이 동시발견이었다는 사실은 이러한 점을 웅변해 주고 있다.송성수 부산대 교수 한국과학기술학회 회장

작년 말 미국의 중부 켄터키를 방문한 적이 있다. 켄터키대학에서 필자가 연구하는 암진단 칩을 발표하기 위해서였다. 그런데 교수와 학생들이 ‘4차 산업혁명’ 이야기를 하는데 잘 알아듣지 못하는 듯해 놀랐다. 이에 비해 4차 산업혁명이 한국에선 지난 2년간 가장 중요한 사회의 주제어로 확산됐다.기술혁명이 사회에 영향을 미친 후 역사가들이 이름을 붙인 1차 산업혁명, 2차 대량생산혁명, 3차 정보혁명과는 다르게 4차 산업혁명은 2016년 소위 다보스포럼이라는 세계경제포럼(WEF)에서 언급된 용어이다. 과연 4차 혁명이 인류사에 적합한 혁명이라는 이름으로 타당성을 인정받을지는 아무도 모른다. 또 4차 산업혁명을 주도한다고 하는 나노기술, 인공지능(AI) 및 뇌기술, 3D프린팅, 모바일-클라우드 컴퓨팅, 자율주행기술 등이 이해하기 힘든 기술이다 보니 혁명이라는 이름을 붙여줄 역사가 역시 당황해하고 있다.이에 이러한 시점에서 4차 산업혁명의 본질에 대해 생각해 보는 것은 의미가 있을 것이다. 나노기술, 기계학습로봇 등 기술은 전문가 사이에서는 이미 오래된 용어이다. 대학에서는 30년 전부터 익숙하게 들었던 기술이다. 그런데 이러한 기술이 갑자기 4차 혁명이라는 이름으로 떠들썩하게 포장된 이유는 무엇일까. 두 가지 본질을 들고 싶다. 하나는 ‘한계비용 제로(0)로 접근하는 기술의 발전’이라는 것과, 다른 하나는 ‘인간이 살아가는 데 인간이 필요하지 않는 사회’로 미래를 예측할 수 있다는 점이다.한계비용 제로는 정보를 만들고 전송하고 처리하는 데 비용이 필요하지 않다는 것을 지칭한다. 한국에서 가장 잘 나가는 반도체 회사의 경우 매년 70억명의 인구에게 1인당 1개의 기가비트D램(Giga bit DRAM)과 10개의 기가비트낸드(Giga bit NAND) 플래시 메모리를 각각 1달러, 3달러씩에 제공한다. 불과 40년 전 세계 총소득과 맞먹는 값을 지금은 ‘수천원’에 제공하고 있는 것이다. 정보 저장뿐만이 아니다. 친구에게 메가비트 용량의 사진을 보낼 때도 10원도 들지 않는다. 그것도 눈 깜짝할 새에 말이다. 10년 전만 하더라도 상상할 수 없는 양의 계산·전송·정보처리를 택시기본비 정도로 처리하는 형국이 됐다.예전에는 계산량이 너무 크고 값이 비싸 못하던 AI 학습이나 알고리즘 개발도 비용 걱정 없이 하고 있다. 유전공학도 마찬가지이다. 개인의 수조 유전자(DNA) 정보를 100만원 이하로 읽을 수가 있게 되다 보니 누구나 이 정보를 갖고 유전정보도 알아내고 제약 개발에도 사용하는 것이다. 마치 컬러TV가 나오고 난 후 쇼비즈니스, 의료비즈니스, 화장품, 교육혁명이 빠르게 진행됐듯이 현재 진행되고 있는 4차 혁명 역시 정보처리·저장·통신의 가격 ‘제로’ 때문에 진행되고 있는 것이다. 클라우드시대의 신데렐라인 아마존이 잘하는 것 역시 바로 이 ‘제로’에 기초하고 있다.박영준 서울대 교수·전기정보공학아직도 비싼 것은 무엇인가. 이는 두 가지로 ‘정보를 채취’하는 것과 ‘정보를 보호하는 것’이다. 정보 채취를 위해 아직도 비싼 ‘센서’가 쓰인다. 카메라, 터치센서, 녹음기, 가스센서, 맛 등은 아직 비싸다. 이것은 사물인터넷(IoT)이 빠르게 진행되지 못하는 이유이다. 또한 정보처리와 통신이 싼 만큼 정보를 보호하는 것이 비싸다. 테러분자가 사물인터넷망으로 해킹해 가정의 가스오븐이나 냉장고를 조작한다고 생각해 보자. 자율주행차의 컴퓨터를 해킹하면 상상이 가지 않을 정도로 혼란이 올 것이다. 현재 유행이 되고 있는 블록체인 역시 바로 이러한 4차 혁명의 허점을 파고들고 있는 것이다.그러면 미래는 어떻게 될 것인가. 자율주행, 기계학습으로 무장된 로봇이 결국은 ‘인간이 살아가는 데 인간의 도움이 필요 없는 사회’를 만드는 방향으로 갈 것이다. 친구보다는 AI 로봇을 더 좋아하고 의사나 법률전문가보다는 AI에 더욱 의존하도록 인간의 뇌가 진화할 것이다. 이러한 본질의 이해가 4차 혁명이 가져다줄 변화와 도전을 이해하는 데 도움이 될 것이다.박영준 서울대 교수·전기정보공학