모든 학문은 원래부터 하나였다
멋진 신세계 창조할 융합기술들의 향연

고대 그리스의 철학자와 수학자들은 리라(lyre)라는 수금을 연주하며 얻은 영감으로 수학 이론을 개발했다고 한다. 그 시대의 지식인들은 과학자이자 철학자이며, 또한 예술가이자 수학가이기도 했다. 모든 학문과 기술은 원래 이어져 있었다는 얘기다. 어쩌면 우리 시대는 본래 하나였던 학문과 기술이 오랜 세월 동안 떨어져 있다 다시 합쳐지는 재결합의 시기인지도 모른다. 현재도 자연을 모사하는 생체모방기술, 의료용 마이크로 로봇 등 수많은 융합기술들이 세계 곳곳에서 연구되고 있다. 멋진 신세계를 준비하는 융합기술들을 만나보자. 


친환경 키네틱 아트로 유명한 예술가, 테오 얀센의 말이다. 말 그대로 과학과 예술간 장벽은 존재하지 않는다는 뜻이다. 물리학도 출신인 테오 얀센의 작품들은 오직 바람만을 동력으로 스스로 움직인다.

정말 살아있는 생명체처럼 보이는 그의 작품들은 사실 고도의 과학적 계산의 결과이기도 하다. 그가 만든 작품에서 플라스틱 관은 피스톤 작용을 통해 실제 근육 역할을 하며, 바람이 불지 않을 때에도 미리 저장한 에너지를 이용해 움직일 수 있다. 수많은 초기 작품들을 해변에 풀어놓아 생존력을 테스트하고, 살아남은 모델이 다음 모델의 기초가 되는 작업 과정은 다윈의 진화설을 연상케 한다. 작업 과정에서 의외의 작품이 강한 생존력을 보이는 것은 돌연변이와도 같다.


테오 얀센의 작품은 21세기 최고의 화두인 ‘융합’의 실체화된 모형이다. 앞서의 설명대로 그의 예술 작품에는 물리학적 계산에서부터 생물학적 진화까지 과학적 내용들이 곳곳에 반영돼있다. 융합기술의 세계는 전문적이고 학술적인, 이해할 수 없는 과학자만의 영역이 아니다. 눈을 돌려보면 테오 얀센이 창조한 새로운 생명처럼, 세상을 멋지게 만들어줄 흥미로운 융합기술들을 찾아볼 수 있다.

스마트한 자전거 바퀴, 코펜하겐 휠 

2009년 12월 덴마크 코펜하겐에서 열린 세계기후변화협약 회의에서 많은 사람들의 이목을 집중시킨 흥미로운 물건이 발표됐다. ‘코펜하겐 휠(Copenhagen Wheel)’이라는 이름의 자전거 바퀴가 그것이다. MIT 센서블시티랩이 개발한 코펜하겐 휠은 스스로 전기에너지를 발생시키고 이를 저장하는 ‘스마트’한 자전거 바퀴다. 이 전기로 모터를 돌릴 수 있기 때문에 자전거 주행의 가장 큰 어려움 중 하나였던 오르막 주행을 친환경·저비용으로 해결한 주인공으로 평가받고 있다. 게다가 코펜하겐 휠은 새로 자전거를 구입하지 않아도 된다는 장점이 있다. 기존 자전거에 있는 바퀴를 코펜하겐 휠로 갈아끼우기만 하면 된다.

‘스마트’한 자전거 바퀴 코펜하겐 휠은 융합기술이 이미 우리 주변에 있다는 것을 잘 보여준다.

원리는 간단하다. 자전거 브레이크를 잡을 때 발생하는 물리적인 힘을 전기로 바꿔 저장하는 것이다. MIT의 설명에 의하면 이는 자동차경주 포뮬러 원(F1) 머신들이 사용하는 시스템과 유사하다고 한다. 하지만 코펜하겐 휠의 진짜 ‘스마트’함은 IT기술과의 융합에 있다. 자체 센서를 가지고 있는 이 똑똑한 바퀴는 아이폰 등 스마트폰과 연결돼 다양한 기능을 수행할 수 있다. 자전거의 속도, 방향, 주행거리 등 기본적인 정보에서 부터 공기 오염도, 주변의 소음 레벨 등 자전거 주행에 관한 거의 대부분의 정보를 사용자에게 전달한다. 이뿐만이 아니다. 최적의 기어 변환시점을 추천하거나 주변에서 자전거를 타는 사람을 찾아주는 것도 가능하다.

콘크리트와 미생물의 만남 

‘시멘트, 모래, 자갈, 물 등을 결합해서 만든 암석 모양의 덩어리’를 뜻하는 콘크리트는 건설·축 산업의 핵심 소재다. 이는 그간 우리 경제를 이끌어온 원동력이었지만, 한편으로 융합이나 첨단기술 등과는 거리가 먼 이미지였던 것도 사실이다.
하지만 이 콘크리트야말로 최신 융합기술이 도입되고 있는 대표적 소재 중 하나이다. 바로 미생물과의 결합이다. 기존에 하천이나 뚝방에 쓰이던 콘크리트는 포름알데히드를 비롯한 수많은 중금속 등 때문에 물고기를 죽이고 생태계를 파괴하는 악영향이 있었다. 이는 당연히 사람의 몸에도 영향을 미치는데, 포름알데히드의 경우 새집증후군을 일으키는 대표적 물질로 지목되어왔다. 이 문제를 해결하기 위해 투입된 해결사가 일명 청국장균으로 불리는 ‘바실러스균’이다. 청국장 등 발효 식품에 많은 바실러스균은 놀랍게도 시멘트 속에서도 무리 없이 번식을 하며, 항산화물질을 배출해 공기를 정화하는 역할을 한다. 이와 함께 포름알데히드와 중금속 등 유해 물질을 분해하기도 한다.

한편 콘크리트의 균열을 메우는 박테리아도 있다. MSNBC 뉴스에 따르면 2010년 영국 뉴캐슬대학 연구진은 콘크리트 구조물의 균열을 메우는 특수 접착제를 생성하는 유전자조작 박테리아를 개발하는 데 성공했다. 뉴캐슬대학 연구진은 고초균(Bacillus subtilis)의 유전자를 조작해 ‘바실라필라(BacillaFilla)’라는 새로운 박테리아를 만들어 냈다. 바실라필라는 탄화칼슘과 접착성분이 섞인 화합물을 생성해 갈라진 부위들을 이어 붙인다.

농업과 과학의 결합, 식물공장 

과학기술과 농업의 융합인 ‘식물공장’은 이미 많은 곳에서 운영되고 있다.

'식물공장’. 언뜻 듣기에는 상당히 이질적으로 들리는 말이다. 그 이유는 규격화된 제품을 대량 생산하는 공장과 살아 숨쉬는 식물이라는 단어가 서로 어울리지 않기 때문이다. 하지만 이 생소한 개념은 이미 10년도 더 전인 1999년 미국 컬럼비아대 딕슨 데스포미어 교수에 의해 제시됐다. 이는 농업에 있어 가장 큰 변수가 될 수 있는 기후의 변화에도 영향을 받지 않는 미래형 농업이다. 덕분에 남극 같은 극한 환경에서도 이를 활용해 신선한 채소를 먹을 수 있다.
데스포미어 교수에 따르면 30층 규모의 빌딩농장을 지으면 5만 명 분량의 식량을 생산할 수 있다. 아직 그 진위를 확인하기는 어렵지만, 가능성은 충분해 보인다. 발광다이오드(LED) 때문이다. LED 조명시설은 식물의 광합성 및 생장에 필요한 파장의 빛을 낸다. 또한 색조제어, 병해충 방제 등의 기능 추가가 가능하다.
이밖에 첨단 IT 기술을 농업 자체에 결합하는 것도 중요한 이슈다. 자동제어·유무선통신 등의 IT기술을 농업에 접목해 모니터링 및 관리를 체계화시킨 것이다. 우리나라에서는 KT에서 지난해 5월 스마트 팜(Smart Farm) 서비스를 선보였으며, ETRI(한국전자통신연구원)에서도 식물공장을 지원하는 플랫폼 기술을 개발하고 있다.

글 | 김청한 동아사이언스 기자 / 사진 | 동아일보 DB
출처 | FOCUS 2월호

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