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적월대보름🌕🔴 특별관측회 하이라이트(feat.개기월식)

열은 우리 우주의 에너지가 흐르는 가장 근본적인 방식 중 하나입니다. 과학적으로 열이란 온도가 다른 두 물체 사이에서 에너지가 이동하는 현상을 의미하며, 항상 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르는 성질을 지니고 있습니다. 이러한 에너지의 흐름은 단순히 온도를 변화시키는 것을 넘어 물질의 상태 변화를 일으키거나 거대한 기계를 작동시키는 원동력이 됩니다. 우리가 일상에서 느끼는 따스함부터 태양이 내뿜는 강력한 복사 에너지에 이르기까지, 열은 만물의 생동감과 물리적 변화를 이끄는 핵심적인 역할을 수행하며 우주의 질서를 유지합니다. 열이 전달되는 방식에는 전도, 대류, 복사의 세 가지 경로가 존재합니다. 고체 내에서 입자의 진동을 통해 에너지가 전달되는 전도, 액체나 기체 같은 유체의 흐름을 통해 직접 이동하는 대류, 그리고 매질 없이 전자기파의 형태로 에너지가 방출되는 복사가 그것입니다. 이러한 전달 원리를 이해하는 것은 현대 건축물의 효율적인 단열 설계부터 최첨단 반도체의 냉각 시스템에 이르기까지 공학 전반에서 매우 중요합니다. 효율적인 열 관리는 에너지 낭비를 줄이고 장치의 성능을 극대화하여 인류가 더 쾌적한 환경에서 기술을 누릴 수 있게 돕습니다. 현대 과학에서 열역학은 에너지의 전환과 효율을 다루는 학문으로서 매우 중요한 위치를 차지합니다. 모든 에너지는 결국 열의 형태로 소산되는 경향이 있으며, 이를 어떻게 관리하느냐가 인류의 지속 가능한 미래와 직결됩니다. 지구 온난화와 같은 전 지구적인 기후 위기 역시 열에너지가 대기 중에 과도하게 축적되면서 발생하는 현상으로 볼 수 있습니다. 따라서 열의 특성을 정확히 파악하고 이를 통제하는 기술을 연구하는 것은, 단순히 과학적 호기심을 넘어 우리가 직면한 환경 문제를 해결하고 미래의 새로운 에너지 시대를 열어가는 중요한 이정표가 될 것입니다.

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신구조합! 태양전지 스쿼드 완성했습니다!😆 페로브스카이트 실리콘 탠덤 ☀️태양 전지 | 요즘과학

MIT 테크놀로지 리뷰가 선정한 10대 미래 기술 중 하나인 초고효율 태양전지가 전 세계적인 주목을 받고 있습니다. 기존 실리콘 태양전지는 약 50년의 역사를 지니며 시장의 95%를 점유해 왔지만, 광전환 효율이 20%대에 머무는 물리적 한계에 봉착해 있었습니다. 이를 극복하기 위해 등장한 것이 바로 페로브스카이트 태양전지입니다. 페로브스카이트는 유연하고 가벼우며 저온 공정이 가능해 경제성이 매우 뛰어난 소재입니다. 최근에는 이 두 기술을 결합하여 효율을 극대화하려는 시도가 이어지고 있으며, 이는 에너지 산업의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다. 탠덤 태양전지는 서로 다른 에너지 흡수대를 가진 두 개의 태양전지를 층층이 쌓아 올린 하이브리드 형태를 말합니다. 하부에는 장파장 영역인 적색광을 잘 흡수하는 실리콘 셀을 배치하고, 상부에는 단파장 영역인 청색광을 흡수하는 페로브스카이트 셀을 결합하는 방식입니다. 이러한 구조는 기존 단일 셀이 흡수하지 못하던 파장의 빛까지 모두 활용할 수 있게 하여 광에너지 손실을 획기적으로 줄여줍니다. 실험실 단계에서는 이미 34% 이상의 높은 효율을 기록하며, 기존 실리콘 태양전지의 한계를 뛰어넘는 차세대 에너지원의 핵심으로 떠오르고 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 동일한 면적에서 기존보다 훨씬 많은 전기를 생산할 수 있다는 점입니다. 이는 산지가 많고 평지가 부족한 우리나라의 지형적 특성에 매우 적합한 요소입니다. 또한 페로브스카이트는 얇고 휘어지는 성질이 있어 건물 외벽이나 창문 등 설치 공간의 제약 없이 어디든 적용이 가능합니다. 이론적으로 탠덤 태양전지는 적층 수를 늘림에 따라 최대 60%까지 효율을 높일 수 있을 것으로 기대됩니다. 실리콘 소재가 페로브스카이트의 취약한 내구성을 보완해 주는 상호보완적 관계를 형성한다는 점도 상용화 가능성을 높이는 핵심 요인입니다. 물론 상용화를 위해 해결해야 할 과제도 남아 있습니다. 페로브스카이트는 수분과 열에 민감하여 실제 야외 환경에서의 내구성을 더욱 강화해야 하며, 일부 재료에 포함된 납과 같은 유해 물질의 처리 문제도 함께 해결해야 합니다. 또한 서로 다른 성질을 가진 두 층 사이의 호환성을 확보하고 효율적인 전하 이동을 돕는 접합 소재를 찾는 기술적 난도가 높습니다. 구조가 복잡한 만큼 한 층만 손상되어도 전체 기능이 저하될 수 있어, 실제 환경에서의 신뢰성과 안정성을 확보하기 위한 지속적인 연구와 정밀한 공정 기술의 향상이 필수적으로 요구되는 시점입니다. 현재 태양전지 시장은 국가 간 기술 경쟁이 매우 치열하게 전개되고 있습니다. 우리나라는 페로브스카이트 박막 기술 분야에서 세계적인 수준을 보유하고 있지만, 최근 사우디아라비아와 중국이 막대한 투자와 지리적 이점을 앞세워 맹추격하고 있습니다. 특히 중국 기업들은 공인 효율 세계 기록을 잇달아 경신하며 시장 주도권을 위협하고 있습니다. 전문가들은 우리가 가진 기존의 연구 기반을 바탕으로 실리콘과 페로브스카이트 기술 간의 긴밀한 협력이 이루어져야 한다고 강조합니다. 기술적 우위를 지키기 위한 집중적인 투자가 이어진다면 한국이 미래 태양전지 분야의 선두 주자로 우뚝 설 수 있을 것입니다.

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우리 집🏠이 따뜻한 이유! 단열재🔥의 원리에 대해 파헤쳐보자ㅣ별별실험실x국립과천과학관

추운 겨울철, 따뜻한 음료를 마실 때 보온컵의 유무는 큰 차이를 만듭니다. 일반적인 컵에 담긴 물은 금방 식어버리지만, 보온 기능을 갖춘 용기는 온기를 오랫동안 보존해 줍니다. 이러한 현상의 핵심은 바로 열의 이동을 차단하는 원리에 있습니다. 우리 주변의 다양한 물건들이 어떻게 열을 가두고 에너지를 보존하는지 이해하는 것은 쾌적한 생활 환경을 조성하는 첫걸음이 됩니다. 열의 이동 방식 중 하나인 복사를 막는 데는 알루미늄 포일이 매우 효과적입니다. 알루미늄 포일은 열에너지를 반사하는 성질이 있어 내부의 열이 밖으로 빠져나가는 것을 방지합니다. 실험을 통해 확인해 보면 수건이나 에어캡보다 알루미늄 포일이 초기 온도를 유지하는 데 뛰어난 성능을 보입니다. 이는 우주비행사들이 복사열을 차단하기 위해 특수 소재의 옷을 입는 것과 같은 원리로, 얇은 재질임에도 불구하고 강력한 단열 효과를 발휘하는 비결입니다. 열화상 카메라를 활용하면 눈에 보이지 않는 열의 이동을 시각적으로 확인할 수 있습니다. 일반적인 용기는 표면 온도가 높게 측정되는데, 이는 내부의 열이 외부로 계속 방출되고 있음을 의미합니다. 반면 단열이 잘 된 용기는 오히려 표면 온도가 낮게 나타납니다. 열이 내부에 갇혀 밖으로 새어 나오지 않기 때문입니다. 이러한 시각적 데이터는 단열재가 단순히 물체를 감싸는 것을 넘어 열의 통로를 어떻게 효과적으로 차단하는지 명확하게 보여줍니다. 단열의 효율은 재료의 종류뿐만 아니라 두께와 밀도에 의해서도 결정됩니다. 유리에 알루미늄 코팅을 하거나 폴리스티렌을 강하게 압축한 압출형 단열재를 사용하는 등 현대 건축에서는 다양한 기술이 적용됩니다. 버터를 이용한 실험을 통해 확인해 보면, 단열재의 성능에 따라 열이 전달되는 속도가 확연히 다름을 알 수 있습니다. 특히 압축률이 높은 소재일수록 열 전도를 늦추는 데 유리하며, 이는 건물의 냉난방비를 절감하는 데 결정적인 역할을 합니다. 최근에는 미관을 위해 유리 소재를 많이 사용하지만, 단열 성능을 고려하지 않으면 에너지 낭비가 심해질 수 있습니다. 따라서 복사를 막는 방식과 전도를 막는 방식을 적절히 혼합하는 것이 중요합니다. 스펀지 형태의 재료보다 강하게 압축된 소재가 더 나은 효과를 보이듯, 용도에 맞는 적절한 단열재 선택이 필수적입니다. 단열의 원리를 이해하고 실생활에 적용한다면 더욱 따뜻하고 경제적인 생활 공간을 만들어 나갈 수 있을 것입니다.

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[연구뭐하지?] 하늘을 나는 철새 무리에서 보이는 비평형계 속 특이한 질서_백용주 교수 | 서울대학교 “비평형 통계물리학 연구실”

통계물리학은 우주를 구성하는 수많은 입자가 집단으로서 보이는 물리적 성질을 탐구하는 학문입니다. 단순히 몇 개의 입자가 아닌, 10의 23승 개가 넘는 방대한 입자 시스템을 다루며 이들이 나타내는 규칙성을 기술합니다. 그중에서도 온도나 압력이 균일한 평형 상태를 벗어난 시스템을 '비평형계'라고 부르며, 이러한 비평형계의 복잡한 물성을 연구하는 것이 비평형 통계물리학입니다. 이는 현대 물리학에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 최근 통계물리학은 인공 신경망과 같은 복잡계 연구에서 큰 성과를 거두고 있습니다. 딥러닝의 학습 원리는 여전히 많은 부분이 베일에 싸여 있지만, 물리학자들은 이를 '스핀 유리'와 같은 복잡계 모형과 유사하다고 판단합니다. 기존의 통계물리학적 지식을 인공 신경망에 확장 적용함으로써, 어떤 조건에서 학습이 가장 효율적으로 이루어지는지 이론적으로 규명하려는 시도가 이어지고 있습니다. 이는 인공지능의 근본적인 작동 원리를 이해하는 열쇠가 됩니다. 능동 물질은 스스로 추진력을 가지고 움직이는 입자들의 집단을 의미합니다. 박테리아나 철새 무리, 심지어 놀이공원의 범퍼카처럼 외부의 힘에만 의존하지 않고 개별적으로 에너지를 소모하며 움직이는 시스템이 이에 해당합니다. 이러한 능동 물질들은 평형계에서는 볼 수 없는 독특하고 질서 정연한 집단 현상을 만들어냅니다. 비평형 통계물리학은 이러한 시스템의 운동 성질과 구조적 원리를 설명하기 위해 새로운 이론적 도구와 계산법을 개발하고 있습니다. 통계물리학의 독특한 점은 탐구 대상이 고정되어 있지 않다는 것입니다. 원자나 분자 같은 전통적인 물리적 대상뿐만 아니라 사회 현상, 경제 지표, 생명 현상까지도 연구의 범위에 포함됩니다. 이는 통계물리학이 특정 대상에 국한된 학문이 아니라, 다양한 구성원이 모인 시스템을 기술하는 '방법론'에 가깝기 때문입니다. 따라서 연구자는 다양한 분야에 대한 호기심을 유지하며, 여러 시스템을 관통하는 공통적인 대칭성이나 보존 법칙을 찾아내려는 자세가 필요합니다. 훌륭한 연구자가 되기 위해서는 스스로 질문을 던지고 탐구하는 역량이 무엇보다 중요합니다. 실험이나 계산 결과가 나왔을 때 이를 당연하게 받아들이지 않고, 자신의 직관과 비교하며 끊임없이 의심하는 태도가 필요합니다. 또한, 물리학은 혼자 하는 공부에 그치지 않고 타인과 적극적으로 소통하며 지식을 공유하는 과정이 필수적입니다. 자신이 이해한 내용을 남들이 알기 쉽게 설명하려는 노력은 연구의 깊이를 더하고 새로운 통찰을 얻는 밑거름이 됩니다.

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[해썰이 있는 과학뉴스] 새로운 에너지저장장치 모래배터리 두둥등장!

여름철 뜨거운 모래사장에서 발을 데어본 경험은 누구나 있을 것입니다. 핀란드에서는 이러한 모래의 열 보존 특성을 활용해 '모래 배터리'를 개발하여 상용화에 나섰습니다. 모래는 열전달 계수가 낮아 열 손실이 적고 에너지를 오랫동안 저장할 수 있는 고유한 성질을 지니고 있습니다. 뜨겁게 달궈진 모래가 천천히 식으면서 발생하는 열을 온수나 난방 에너지로 이용하는 것이 이 기술의 핵심 원리입니다. 우리가 흔히 사용하는 리튬 이온 배터리는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장했다가 다시 전기로 꺼내 쓰는 방식입니다. 반면 모래 배터리는 신재생 에너지를 통해 얻은 전기를 열에너지 형태로 바꾸어 모래에 직접 저장합니다. 이렇게 저장된 열은 별도의 변환 과정 없이 난방이나 온수 공급에 그대로 활용됩니다. 즉, 에너지의 저장 형태와 주된 용도 면에서 기존의 화학적 배터리와는 뚜렷한 차별점을 보입니다. 신재생 에너지는 태양광이나 풍력처럼 청정한 에너지원이지만, 기상 상황에 따라 발전량이 불규칙하다는 단점이 있습니다. 전력 공급이 일정하지 않으면 대규모 정전인 블랙아웃이 발생할 위험이 있어, 남는 전력을 효율적으로 저장하는 기술이 필수적입니다. 모래 배터리는 불규칙하게 생산되는 신재생 에너지를 열로 저장함으로써 전력망의 불확실성을 해소하고, 난방에 소모되는 전력을 대체하여 전체적인 에너지 소비 효율을 높이는 역할을 수행합니다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 크게 배터리 방식과 비배터리 방식으로 나뉩니다. 리튬 이온 배터리와 같은 방식은 비용이 비싸다는 단점이 있지만, 비배터리 방식은 다양한 물리적·화학적 원리를 이용해 이를 보완합니다. 물을 전기 분해하여 수소를 저장하거나, 높은 곳으로 물을 퍼 올려 위치 에너지로 저장하는 양수 발전이 대표적입니다. 모래 배터리 역시 이러한 비배터리 방식의 일환으로, 저렴한 소재인 모래를 활용해 경제성을 확보한 혁신적인 저장 수단입니다. 지구상의 에너지는 한정되어 있기에, 새로운 에너지원을 찾는 것만큼이나 기존 에너지를 효율적으로 사용하는 기술이 중요합니다. 모래 배터리는 에너지 저장 효율을 극대화하는 방향으로 계속해서 발전할 전망입니다. 일상 속의 평범한 모래에서 혁신적인 아이디어를 찾아낸 것처럼, 주변 현상을 유심히 관찰하는 태도는 과학 기술의 미래를 바꾸는 시작점이 됩니다. 에너지 저장 시스템(ESS)의 발전은 지속 가능한 미래를 위한 핵심 동력이 될 것입니다.

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[질문과 토론의 과학 #25] 🚗🚙수소전기차 vs 전기자동차

미래 자동차 시장의 핵심 화두는 화석 연료를 대체할 차세대 동력원입니다. 기존 내연기관은 연료가 연소하며 발생하는 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 과정에서 효율이 20~40% 수준에 머뭅니다. 최신 기술을 동원하더라도 물리적 한계로 인해 효율을 50% 이상 끌어올리기가 매우 어렵습니다. 반면 수소 연료전지는 열을 거치지 않고 화학 에너지를 직접 전기로 바꾸기 때문에 이론적으로 80~90%에 달하는 높은 효율을 자랑하며 차세대 교통체계의 주역으로 주목받고 있습니다. 수소 경제의 실현 가능성은 수소를 얼마나 친환경적이고 효율적으로 생산하느냐에 달려 있습니다. 풍력이나 태양광 같은 신재생 에너지를 활용해 수전해를 하면 약 75%의 효율로 수소를 얻을 수 있습니다. 이렇게 생산된 수소는 다시 수소 연료전지를 통해 고효율의 전기로 변환되므로 에너지 순환 체계 측면에서 매우 우수합니다. 이는 단순히 친환경적이라는 장점을 넘어, 기존의 화석 연료 기반 에너지 체계보다 훨씬 경제적이고 지속 가능한 에너지 활용이 가능함을 시사하는 중요한 지표가 됩니다. 실제 주행 성능 면에서도 수소차는 뛰어난 잠재력을 보여줍니다. 약 6kg의 수소만으로도 서울에서 부산까지의 거리인 330km 이상을 충분히 주행할 수 있으며, 최신 수소차 모델의 경우 같은 양으로 최대 600km까지 달릴 수 있습니다. 현재 수소 가격을 기준으로 환산하면 약 3만 원 정도의 비용으로 장거리 주행이 가능한 셈입니다. 이는 기존 유류비와 비교했을 때 충분한 경제적 경쟁력을 갖추고 있으며, 향후 기술 발전에 따라 충전 인프라가 확충된다면 그 활용 가치는 더욱 높아질 것으로 기대됩니다. 하지만 수소차의 대중화를 위해서는 해결해야 할 과제들이 남아 있습니다. 수소는 폭발 위험성이 있어 안전성 확보가 필수적이며, 기체 상태의 수소를 저장하고 운송하는 기술적 난도가 높다는 점이 발목을 잡고 있습니다. 이에 대한 대안으로 하이드라진이나 액체 연료를 수소 연료전지에 활용하는 방안도 연구되고 있습니다. 한편, 리튬 이온 배터리를 사용하는 전기차는 에너지 밀도가 높고 인프라 구축이 빠르다는 장점이 있지만, 전기를 생산하는 원천이 화석 연료일 경우 발생하는 친환경성 논란이 여전히 숙제로 남아 있습니다. 결국 10년 뒤 우리가 어떤 자동차를 타게 될지는 기술적 완성도와 경제적 효율성의 접점에서 결정될 것입니다. 수소차는 높은 효율과 친환경성을 무기로 삼고 있으며, 전기차는 높은 에너지 밀도와 사용자 편의성을 강조하고 있습니다. 두 기술 모두 각기 다른 장단점을 지니고 있기에, 특정 기술이 시장을 완전히 독점하기보다는 용도와 환경에 맞춰 공존할 가능성이 큽니다. 소비자에게는 결국 유지비가 저렴하고 안전하며 접근성이 좋은 자동차가 가장 매력적인 선택지가 될 것이며, 이는 시장의 흐름을 결정짓는 핵심 요소가 될 것입니다.

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[인터뷰] 염한웅 _ 발열 없는 꿈의 소자, 솔리톤 입자

최근 포스텍 연구팀은 실리콘 기판 위에서 새로운 형태의 입자인 '솔리톤'을 발견하는 성과를 거두었습니다. 솔리톤은 원자 두세 개 정도의 아주 작은 크기를 지니며 매우 빠르게 움직이는 특성이 있어, 그동안 개별 입자를 정지된 상태에서 관찰하는 것이 물리학계의 난제로 남아 있었습니다. 연구진은 특정한 조건을 조성하여 수십 년간 베일에 싸여 있던 솔리톤의 정지 상태를 현미경으로 포착하는 데 성공했습니다. 이는 미시 세계의 역동적인 입자를 정밀하게 제어할 수 있음을 보여주는 중요한 이정표가 되었습니다. 우리가 일상에서 사용하는 컴퓨터와 전자기기는 전자의 흐름인 전류를 이용해 정보를 전달합니다. 하지만 전자는 이동 과정에서 필연적으로 에너지를 소모하며 열을 발생시킨다는 한계가 있습니다. 만약 에너지를 소모하지 않고 이동하는 새로운 입자를 정보 매개체로 활용할 수 있다면, 전력 소모가 거의 없는 혁신적인 정보 전달 체계를 구축할 수 있습니다. 이번에 발견된 솔리톤은 이러한 차세대 소자 개발의 핵심적인 후보로 주목받고 있으며, 에너지 효율을 극대화한 미래 기술의 토대가 될 것으로 기대됩니다. 성공적인 과학 연구를 위해서는 요리처럼 정교한 '레시피'가 필요합니다. 어떤 재료를 언제 투입하고 실험의 각 단계를 어떻게 구성하느냐에 따라 연구의 결과물은 완전히 달라지기 때문입니다. 기초과학연구원(IBS)은 이러한 전문적인 연구를 수행하기 위해 학생 교육을 넘어 박사급 연구원들이 협력하는 집단 연구 체제를 지향합니다. 고도의 전문성을 갖춘 연구자들이 모여 협동 연구를 진행함으로써, 개별 연구실 단위에서는 달성하기 어려운 수준 높은 과학적 성취를 이끌어내고 국가 기초과학의 경쟁력을 강화하고 있습니다. 한국의 본격적인 기초과학 연구 역사는 약 30년 정도로, 짧은 시간 동안 비약적인 발전을 이루어 왔습니다. 하지만 노벨상 수준의 세계적인 성과를 내기 위해서는 단순히 현재의 성과를 홍보하는 것을 넘어, 국가 전체의 연구 수준을 한 단계 더 끌어올려야 합니다. 세계가 주목할 만한 독창적인 연구 성과를 창출하는 데 최소 10년, 그리고 그 성과가 국제 학계에서 충분히 검증되고 확산되는 데 또 다른 10년의 시간이 필요합니다. 즉, 긴 호흡으로 기초 체력을 다지는 과정이 노벨상이라는 결실을 맺기 위한 필수적인 전제 조건입니다. 최근 우수한 인재들이 의대로 쏠리는 현상에 대해, 과학계는 단순히 우려하기보다 과학 자체의 매력을 높이는 근본적인 대책을 고민해야 합니다. 의료 서비스의 질을 높이기 위해 재능 있는 이들이 의사가 되는 것은 자연스러운 일이지만, 과학에 흥미를 가진 인재들이 주저 없이 과학자의 길을 선택할 수 있는 환경이 조성되어야 합니다. 과학자들이 사회적으로 충분한 보상과 인정을 받고, 자신의 연구가 세상을 바꿀 수 있다는 확신을 가질 수 있을 때 비로소 다양한 재능을 가진 인재들이 과학기술의 미래를 밝히는 주역으로 성장할 것입니다.

염한웅

카오스재단석학인터뷰

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[강연] 매일 쓰는 인터넷, 어떻게 동작하나요? _ by문수복 ㅣ 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열' 9강 | 9강

1876년 알렉산더 벨의 첫 전화 통화 이후 인류의 통신 기술은 비약적으로 발전해 왔습니다. 초기에는 전화 교환수가 직접 선을 연결하는 수동 방식이었으나, 기술의 진보와 함께 전전자 교환기가 등장하며 자동화의 길을 걸었습니다. 이러한 변화는 단순히 기계화에 그치지 않고, 더 많은 사람이 동시에 소통할 수 있는 현대적 통신망의 기틀을 마련했습니다. 오늘날 우리가 사용하는 초고속 네트워크의 뿌리는 바로 이 수동 교환의 시대에서부터 시작된 셈이며, 이는 인류가 시공간의 제약을 극복해 온 역사이기도 합니다. 인터넷의 역사는 미국 국방부의 아르파넷(ARPANET) 프로젝트에서 그 기원을 찾을 수 있습니다. 로버트 칸과 빈트 서프가 제창한 TCP/IP 기술은 오늘날 전 세계를 하나로 묶는 표준이 되었으며, 한국 또한 1982년 아시아 최초로 인터넷 연결에 성공하며 IT 강국의 초석을 다졌습니다. 이러한 선제적인 기술 도입과 확장은 우리나라가 세계적인 정보통신 환경을 구축하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 과거 연구자들이 척박한 환경에서 일구어낸 성과가 현재 우리가 누리는 디지털 번영의 든든한 토대가 된 것입니다. 인터넷의 동작 원리는 고속도로의 자원 공유 방식과 매우 유사합니다. 과거의 전화망이 특정 회선을 독점하는 방식이었다면, 인터넷은 정보를 '패킷'이라는 단위로 쪼개어 여러 사용자가 도로를 공유하듯 데이터를 주고받습니다. 이를 통해 한정된 통신 자원을 효율적으로 활용할 수 있게 되었으며, 전송 속도가 빨라진다는 것은 도로의 차선을 늘려 한 번에 더 많은 정보를 실어 나를 수 있게 됨을 의미합니다. 이는 물리적 한계를 극복하고 데이터 전송의 효율성을 극대화하여 전 세계적인 정보 유통을 가능하게 한 혁신적인 발상입니다. 컴퓨터 내부의 기술 발전은 부품마다 제각기 다른 속도로 진행됩니다. CPU와 GPU, 그리고 메모리와 네트워크 카드는 서로 다른 성장 곡선을 그리며 발전해 왔기에, 현대의 컴퓨팅 시스템에서는 이들 요소 간의 균형을 맞추는 '네트워크 밸런싱'이 무엇보다 중요합니다. 각 부품의 성능 차이로 인해 발생하는 병목 현상을 해결하고 전체 시스템의 효율을 높이는 것이 네트워크 연구의 핵심 과제 중 하나입니다. 기술의 조화로운 발전이 뒷받침될 때 비로소 전체 시스템은 최적의 성능을 발휘하며 복잡한 연산을 수행할 수 있습니다. 이제 우리는 개별 컴퓨터의 시대를 넘어 거대한 데이터 센터의 시대로 진입했습니다. 수만 대의 서버가 모인 데이터 센터는 가상화 기술을 통해 자원 공유를 극대화하는 클라우드 환경을 구축합니다. 사용자는 자신이 어떤 물리적 서버를 사용하는지 알 필요가 없으며, 시스템은 24시간 내내 높은 활용률을 유지하며 전 세계의 데이터를 처리합니다. 이러한 구조는 자원의 낭비를 획기적으로 줄이고 어디서나 동일한 품질의 디지털 서비스를 이용할 수 있는 기반이 됩니다. 데이터 센터는 현대 문명을 지탱하는 거대한 디지털 공장과 같습니다. 미래의 데이터 센터는 각 부품을 기능별로 분해하여 효율을 높이는 '디스어그리게이티드(Disaggregated)' 구조로 진화하고 있습니다. 하지만 이러한 인프라의 확장은 막대한 전력 소모라는 새로운 과제를 안겨주기도 합니다. 2030년경에는 IT 장비와 데이터 센터가 소비하는 전력이 전체 전력 시장에서 상당한 비중을 차지할 것으로 예상됩니다. 따라서 에너지 효율을 높이는 기술 개발과 함께 지속 가능한 네트워크 인프라를 구축하기 위한 다각적인 연구가 필요한 시점입니다. 이는 기술적 진보와 환경적 책임을 동시에 고려해야 하는 인류 공통의 도전입니다. 기술의 발전 속도에 맞춰 우리 사회의 디지털 소양 교육도 한층 강화되어야 합니다. 컴퓨터를 단순히 사용하는 수준을 넘어, 네트워크의 원리를 이해하고 이를 업무 효율화에 활용하는 능력은 21세기 경쟁력의 핵심입니다. 주요 선진국들이 정보 교육 시간을 대폭 늘리는 이유도 미래 산업의 주도권을 잡기 위함입니다. 우리나라도 미래 세대가 디지털 환경에서 주도적인 역할을 할 수 있도록 체계적인 교육 시스템을 갖추고 기초 소양을 길러주는 데 힘써야 합니다. 디지털 소양은 이제 선택이 아닌 생존과 성장을 위한 필수 역량입니다.

문수복

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[강연] 에너지 소모 없는 정보전달과 처리는 가능한가? by 염한웅 ㅣ 기초과학연구원(IBS) x 카오스재단 기초과학 석학 강연 '새로운 발견을 위한 과학' | 1강

현재 우리가 누리고 있는 반도체 문명은 그 종말이 매우 가까워졌습니다. 트랜지스터를 더 작게 만드는 기술은 이제 3나노미터를 넘어 2나노미터급에 도달했지만, 원자 몇 개 수준인 1나노미터의 벽을 넘는 것은 과학적으로 매우 어렵습니다. 더 이상 작게 만드는 것이 불가능해지면 아파트처럼 위로 쌓아 올리는 방식을 택하게 되는데, 이는 근본적인 해결책이라기보다 물리적 한계를 회피하는 기술에 가깝습니다. 결국 기존 방식의 발전은 곧 멈추게 될 것입니다. 소자가 작아질수록 발생하는 더 큰 문제는 에너지 소모와 발열입니다. 전자가 흐르는 도선이 가늘어질수록 저항은 커지며, 이는 곧 엄청난 열 발생으로 이어집니다. 우리가 매일 휴대폰을 충전해야 하고 사용 중에 기기가 뜨거워지는 이유도 바로 이 저항 때문입니다. 따라서 미래의 정보 처리를 위해서는 단순히 크기를 줄이는 것을 넘어, 저항에 의한 에너지 손실이 전혀 없는 완전히 새로운 형태의 소자가 필요합니다. 이미 우리는 기술적 임계점에 도달해 있습니다. 반도체 소자의 혁명은 과거 물리학 실험실에서 시작되었습니다. 1948년 트랜지스터의 발명부터 한국인 강대원 박사가 개발한 CMOS 기술까지, 우리는 수십 년간 이 구조에 의존해 왔습니다. 하지만 이제는 기존의 틀을 깨는 '슈퍼히어로' 같은 소자 개념이 등장해야 할 시점입니다. 트랜지스터 구조 없이도 연산이 가능하고, 전자가 움직일 때 발생하는 저항 발열을 근본적으로 차단할 수 있는 혁신적인 대안이 요구됩니다. 이는 정보통신 역사를 새로 쓰는 일이 될 것입니다. 그 대안으로 주목받는 것이 바로 '솔리톤'입니다. 일반적인 파동은 진행하면서 에너지를 잃고 사라지지만, 솔리톤은 특수한 조건에서 모양과 에너지를 유지하며 아주 먼 거리까지 전달됩니다. 마치 쓰나미가 수천 킬로미터를 이동해도 그 위력을 잃지 않는 것과 같은 원리입니다. 이러한 파동의 성질을 전자 소자에 적용하면, 정보를 실은 입자가 에너지 손실 없이 이동하는 이상적인 정보 전달 체계를 구축할 수 있습니다. 이는 광섬유 통신에서 이미 증명된 바 있는 물리적 현상입니다. 전자의 솔리톤은 원자들의 '짝짓기' 구조에서 발생하는 결함을 이용합니다. 실리콘 기판 위에 원자들을 일렬로 배열하고, 이들이 둘씩 혹은 넷씩 짝을 짓게 만들면 그 사이에 짝을 찾지 못한 결함이 생깁니다. 이 결함이 바로 솔리톤 파동을 형성하는 핵심입니다. 연구진은 10년 이상의 추적 끝에 실리콘 원자선에서 이 짝짓기 결함을 실제로 관찰했으며, 이것이 수학적으로 완벽한 솔리톤의 형태를 띠고 있음을 증명해 냈습니다. 이는 원자 수준의 초미세 소자 가능성을 보여줍니다. 솔리톤 소자의 가장 큰 매력은 다진법 연산이 가능하다는 점입니다. 기존 2진법과 달리 솔리톤은 그 종류에 따라 3진법이나 4진법, 심지어 12진법까지 구현할 수 있습니다. 이는 소자 하나가 처리할 수 있는 정보량을 획기적으로 늘려주며, 결과적으로 필요한 소자의 수를 줄여 발열을 20분의 1 이하로 낮출 수 있게 합니다. 트랜지스터라는 복잡한 스위치 없이도 입자들의 충돌과 변환만으로 연산이 이루어지는 새로운 시대가 열리는 것입니다. 이는 컴퓨팅 아키텍처의 근본적 변화를 의미합니다. 이러한 혁신적인 개념을 '솔리토닉스'라고 부릅니다. 저항 없는 정보 전달과 다진법 연산이 결합된 이 기술이 상용화된다면, 우리는 전원 연결 없이 장시간 작동하는 컴퓨터를 가질 수 있게 될 것입니다. 비록 공학적인 난제들이 남아있지만, 한국의 연구진이 20년의 연구를 통해 이 가능성을 세계 최초로 열었다는 점은 미래 정보통신 기술의 주도권을 확보했다는 측면에서 매우 고무적입니다. 솔리토닉스는 반도체 문명의 위기를 구할 새로운 희망이 될 것입니다.

염한웅

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물리학

[과학자가 쓴 과학책#18] 고재현 _빛으로 보는 세상 | 빛의 핵심

빛은 우리 세상을 이해하는 가장 중요한 열쇠입니다. 하늘이 파란 이유나 노을이 붉게 물드는 현상 같은 자연의 신비부터, 우리가 매일 사용하는 스마트폰의 디스플레이까지 빛은 어디에나 존재합니다. 인류는 아주 오래전부터 빛에 대한 호기심을 바탕으로 그 원리를 탐구해 왔으며, 이는 현대 광기술의 발전으로 이어졌습니다. 빛의 핵심을 이해하는 것은 단순히 과학 지식을 쌓는 것을 넘어, 우리가 살아가는 세상을 더 깊고 지혜롭게 바라보는 눈을 갖게 해주는 소중한 경험이 될 것입니다. 인류는 문명의 대부분을 무언가를 태워 빛을 얻는 방식으로 보냈습니다. 구석기 시대 동굴 벽화를 그리던 시절의 석등부터 로마의 밀랍 양초, 고래 기름을 쓴 램프에 이르기까지 모두 화학적인 연소 과정에서 동반되는 빛을 이용한 것이었습니다. 19세기에 이르러서야 석탄가스를 이용한 가스등과 최초의 전기등인 탄소아크등이 등장하며 새로운 전기를 맞이했습니다. 특히 아크등은 인공적인 번개를 만들어 조명으로 활용한 획기적인 시도였으나, 강한 소음과 번쩍거림 때문에 주로 실외용으로만 사용되는 한계가 있었습니다. 실내 조명의 본격적인 혁명은 에디슨이 상용화한 백열등에서 시작되었습니다. 백열등은 필라멘트를 섭씨 2,000도 이상의 고온으로 가열해 가시광선을 내는 원리를 이용합니다. 하지만 에너지의 90% 이상이 열로 방출되어 효율이 낮다는 단점이 있었습니다. 이후 등장한 형광등은 유리관 내부의 수은이 내뿜는 자외선을 형광체에 통과시켜 가시광선으로 변환하는 방식을 취했습니다. 형광체라는 특수한 물질을 통해 빛의 색을 자유롭게 조절할 수 있게 되면서, 인류는 비로소 백열등보다 훨씬 효율적인 인공 광원을 갖게 되었습니다. 오늘날 조명의 주역은 반도체 광원인 LED입니다. 1960년대 적색 LED를 시작으로 1990년대 중반 청색 LED가 발명되면서 빛의 삼원색이 완성되었고, 이를 통해 효율적인 백색광 구현이 가능해졌습니다. LED는 기존 광원에 비해 수명이 비약적으로 길고 전력 소모가 적어 현대 광기술의 정점으로 평가받습니다. 청색 LED 위에 황색 형광체를 입히거나 RGB 칩을 조합하는 등 다양한 방식으로 만들어진 백색 LED는 이제 교통신호등부터 실내 조명, 야외 전광판까지 우리 삶의 모든 곳을 밝히고 있습니다. 디스플레이는 정보를 시각적 형태로 전달하는 핵심적인 출력 장치입니다. 화면을 자세히 들여다보면 수많은 화소의 배열로 구성되어 있는데, 각 화소는 빨강, 초록, 파랑의 세 가지 색상을 적절히 조합해 우리가 원하는 컬러를 만들어냅니다. 최근에는 각 색상의 밝기를 1,000단계 이상으로 세밀하게 구분하여 총 10억 개 이상의 풍부한 컬러를 구현하는 수준에 이르렀습니다. 브라운관에서 시작된 디스플레이의 역사는 이제 얇고 가벼운 평판형을 넘어, 실제와 가까운 생생한 색감을 자랑하는 고해상도 시대로 진입했습니다. 현대 디스플레이 기술은 크게 LCD와 OLED로 구분할 수 있습니다. LCD는 스스로 빛을 내지 못해 후면의 백라이트가 필요한 비자발광 방식인 반면, OLED는 화소 자체가 스스로 빛을 내는 자발광 방식입니다. 여기에 나노 크기의 반도체인 양자점 기술이 더해지면서 색의 순도와 채도가 비약적으로 향상되었습니다. 양자점은 입자의 크기에 따라 방출하는 빛의 색깔이 달라지는 독특한 특성을 지닙니다. 이러한 기술적 진보는 돌돌 말리는 롤러블 TV처럼 설계의 자유도가 높은 미래형 디스플레이의 탄생을 가능하게 했습니다. 빛은 과학의 역사 속에서 현미경과 망원경의 발명을 이끌며 미시 세계와 거대 우주를 잇는 가교 역할을 했습니다. 또한 양자역학이나 상대성 이론 같은 현대 물리학의 탄생에도 결정적인 영감을 제공했습니다. 오늘날의 광기술은 IT 문명의 견고한 기반이 되어 우리에게 편리함과 즐거움을 주지만, 동시에 정보 격차와 같은 새로운 사회적 고민거리를 던져주기도 합니다. 빛의 원리와 기술적 맥락을 깊이 이해하는 것은 급변하는 미래 사회에서 새로운 기술을 더욱 지혜롭게 활용하고 아름다운 세상을 향유하기 위한 필수적인 과정입니다.

고재현

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물리학

[연구뭐하지?] 신용일 교수_서울대학교 '양자기체 연구실' | 초유동성?! 양자기체?! 이곳에서 물리 폭풍렙업 중!

양자기체 연구는 절대영도에 매우 근접한, 대략 10의 -9승 도 정도의 극저온 상태에서 물질의 성질을 탐구하는 분야입니다. 이렇게 극도로 낮은 온도에서는 기체가 평소와는 전혀 다른 독특한 양자 현상을 보이게 되는데, 그중에서도 마찰 없이 흐르는 성질인 '초유동성'이 핵심적인 연구 대상입니다. 서울대학교 물리천문학부 양자기체 연구실에서는 이러한 신비로운 물리적 현상을 규명하기 위해 다양한 실험적 접근을 시도하며, 자연의 근본적인 원리를 파헤치는 데 주력하고 있습니다. 과거에는 초유동성 연구가 주로 낮은 온도의 고체에서 나타나는 초전도 현상이나 액체 헬륨의 특이한 흐름을 통해 이루어져 왔습니다. 그러나 최근 원자 기체를 극저온으로 냉각할 수 있는 정교한 실험 기술이 비약적으로 발전하면서 연구의 지평이 넓어졌습니다. 이제 과학자들은 원자 기체의 내부 상태를 세밀하게 제어함으로써 새로운 시스템에서 초유동성을 관찰할 수 있게 되었습니다. 이는 양자 다체계 현상을 이해하는 데 있어 매우 중요한 전환점이 되었으며, 현대 물리학의 핵심적인 연구 분야로 자리 잡았습니다. 극저온 양자기체 물성을 연구하기 위해서는 고도의 기술적 숙련도가 요구됩니다. 연구자들은 기본적으로 진공 기술과 레이저 기술을 완벽히 익혀야 하며, 원자 물리학에 대한 깊은 이해가 필수적입니다. 실험 과정은 마치 만 피스짜리 퍼즐을 맞추거나 RPG 게임에서 레벨업을 하는 과정과 비슷합니다. 수많은 부품을 조립하고 정교하게 조정하며 차곡차곡 경험치를 쌓아가는 긴 여정은 때로 어렵고 힘들지만, 그 과정에서 얻는 지적 즐거움과 성취감은 무엇과도 바꿀 수 없는 중독성 있는 매력을 지니고 있습니다. 연구실의 분위기는 자유롭고 수평적인 의사소통을 지향하며, 팀원 간의 협력이 무엇보다 중요하게 여겨집니다. 복잡한 실험 장비를 다루고 방대한 데이터를 분석해야 하기에 팀플레이 능력이 필수적인 덕목으로 꼽힙니다. 일상적인 소통의 한 예로 식사 메뉴를 정하거나 커피 내기를 할 때 가위바위보를 활용하는 등 유쾌한 문화를 공유하기도 합니다. 이러한 유연한 분위기 속에서 연구원들은 서로의 아이디어를 자유롭게 나누며, 창의적인 연구를 지속할 수 있는 동력을 얻습니다. 초유동성과 초전도 현상에 대한 명확한 물리적 이해는 단순히 지식의 확장을 넘어 인류의 실생활에 혁명적인 변화를 가져올 수 있습니다. 만약 상온에서도 저항 없이 전류가 흐르는 초전도체를 개발할 수 있다면, 발전소에서 도시로 전력을 수송할 때 발생하는 막대한 에너지 손실을 획기적으로 줄일 수 있습니다. 극저온 양자기체 연구는 이러한 꿈의 물질을 설계하기 위한 기초 지식을 제공하며, 에너지 절약과 효율적인 전력망 구축 등 미래 기술의 토대를 마련하는 데 결정적인 역할을 할 것입니다.

신용일

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물리학

[석학인터뷰] 김용대_ 요즘 핫한 블록체인, 암호화폐 한방 정리! | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

우리가 흔히 이용하는 은행은 중앙 집중형 원장 시스템을 통해 거래를 관리하지만, 이는 필연적으로 중앙 기관의 통제와 보안 취약성이라는 문제를 동반합니다. 블록체인은 바로 이러한 중앙 집중형 시스템의 폐해에서 벗어나기 위해 원장을 분산하여 저장하려는 시도에서 탄생했습니다. 많은 이들이 블록체인의 보안을 데이터의 기밀성으로 오해하곤 하지만, 사실 이 기술의 핵심은 원장의 내용이 위변조되지 않았음을 보장하는 무결성에 있습니다. 즉, 누구나 기록을 볼 수 있지만 누구도 함부로 내용을 고칠 수 없는 투명하고 견고한 신뢰 체계를 구축하는 것이 블록체인이 지향하는 진정한 보안의 가치라고 할 수 있습니다. 기술적 사고의 원천이 반드시 과학 서적에만 국한되는 것은 아닙니다. 어린 시절 탐독했던 한국 문학 작품들은 세상을 바라보는 깊이와 상상력의 밑거름이 되었으며, 이는 현재의 연구 활동에도 간접적인 영향을 미치고 있습니다. 특히 젊은 세대에게는 SF 소설 읽기를 적극적으로 권장하고 싶습니다. 미국에서 교수 생활을 하며 경험한 바에 따르면, 뛰어난 성과를 내는 연구자들의 아이디어가 과거 SF 소설 속 시나리오에서 시작되어 현실로 구현되는 사례를 자주 목격했기 때문입니다. 문학적 상상력은 단순히 허구에 그치지 않고, 복잡한 기술적 문제를 해결하거나 새로운 미래를 설계하는 데 있어 매우 중요한 창의적 기반이 됩니다. 지난 12년 동안 블록체인 기술은 눈부신 발전을 거듭해 왔지만, 동시에 명확한 기술적 한계에도 직면해 있는 것이 사실입니다. 현재 전 세계의 많은 연구실에서는 기존 블록체인 시스템이 가진 성능과 확장성의 문제를 해결하기 위해 치열한 고민을 이어가고 있습니다. 우리가 마주한 이러한 한계점들은 단순히 장애물이 아니라, 기술이 한 단계 더 도약하기 위해 반드시 넘어야 할 필수적인 과제이기도 합니다. 앞으로의 여정은 지금까지 이룩한 성과를 바탕으로 실질적인 기술적 장벽을 어떻게 극복할 것인가에 달려 있습니다. 블록체인이 그리는 미래가 단순한 기대를 넘어 현실적인 인프라로 자리 잡기 위해서는 지속적인 연구와 혁신적인 접근이 필요합니다.

김용대

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수학
융합

[석학인터뷰] 박남규_ 주목! 페로브스카이트! 우연히 발견되는 것은 없다 | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

페로브스카이트 태양전지가 전 세계적으로 주목받는 가장 큰 이유는 압도적인 에너지 변환 효율에 있습니다. 태양전지의 핵심 가치는 빛을 얼마나 많은 전기로 전환할 수 있느냐에 달려 있는데, 페로브스카이트는 이 지점에서 기존 기술을 뛰어넘는 탁월한 성능을 보여줍니다. 하지만 상용화를 위해서는 해결해야 할 과제도 남아 있습니다. 바로 장기 안정성 문제입니다. 현재 이 기술은 수분이나 산소 같은 외부 환경 요인에 노출되었을 때 효율이 저하되는 특성이 있어, 이를 극복하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 안정성 문제만 해결된다면 차세대 에너지 시장의 주역이 될 것입니다. 한 분야에서 묵묵히 연구를 이어가는 끈기는 과학적 성취의 밑거름이 됩니다. 노벨 화학상 후보급으로 거론될 만큼 성과를 낼 수 있었던 비결은 학위 과정부터 다져온 페로브스카이트 물질에 대한 깊은 이해 덕분이었습니다. 당시에는 태양전지와 직접적인 관련이 없던 기초 연구였지만, 그 지식이 훗날 결정적인 토대가 되었습니다. 1997년 박사 학위 취득 이후 수십 년간 태양전지라는 한 우물만 판 경험이 쌓여 오늘날의 혁신을 만들어낸 셈입니다. 주말조차 학생들의 연구 결과를 분석하고 논문을 작성하며 보내는 연구자의 일상은 이러한 집념을 잘 보여줍니다. 과학의 역사에서 위대한 발견은 종종 우연처럼 묘사되곤 하지만, 그 이면을 들여다보면 모든 것은 필연의 산물임을 알 수 있습니다. 페로브스카이트 태양전지의 탄생과 발전 과정 역시 갑작스러운 행운이 아니라, 수많은 시행착오와 연구의 흐름이 맞물려 일어난 결과입니다. 겉으로 보기에는 우연한 발견처럼 보일지라도, 그 기회를 포착할 수 있었던 것은 준비된 연구자의 치열한 고민이 있었기 때문입니다. 기술적인 성과를 넘어 하나의 혁신적인 물질이 세상에 나오기까지 숨겨진 필연적인 이야기들은 우리에게 과학적 통찰의 중요성을 다시금 일깨워 줍니다.

박남규

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화학

[강연] 전기와 자기가 만났을 때: 자석에 전류를 흘리면? _ by김갑진｜2019 가을 강연 '도대체 都大體' | 4강

인류 문명의 발전은 전기를 다루기 시작하면서 비약적인 도약을 이루었습니다. 고대 그리스의 탈레스가 호박을 문질러 정전기를 발견한 이래, 인류는 보이지 않는 힘의 실체를 파악하기 위해 끊임없이 노력해 왔습니다. 19세기 볼타 전지 발명과 패러데이 전자기 유도 법칙은 현대 문명을 지탱하는 전력 시스템의 근간이 되었습니다. 전기와 자기는 단순한 자연 현상을 넘어, 오늘날 우리가 사용하는 스마트폰부터 자동차에 이르기까지 모든 전자기기의 작동 원리를 제공하며 현대인의 삶과 떼려야 뗄 수 없는 필수적인 요소로 자리 잡았습니다. 맥스웰은 흩어져 있던 전기와 자기의 법칙들을 맥스웰 방정식으로 통합하며 물리학의 거대한 이정표를 세웠습니다. 그의 이론에 따르면 전기장은 자기장을 만들고, 변화하는 자기장은 다시 전기장을 유도하며 서로 긴밀하게 연결되어 있습니다. 이러한 상호작용은 전자기파라는 형태로 공간을 가로질러 빛의 속도로 전달되며, 우리가 보는 빛 또한 전자기파의 일종임을 밝혀냈습니다. 맥스웰 방정식은 세상의 모든 전자기적 현상을 단 네 줄의 수식으로 설명할 수 있음을 보여주었으며, 이는 현대 물리학이 추구하는 대통합 이론의 선구적인 모델이 되었습니다. 아인슈타인은 상대성 이론을 통해 전기와 자기가 관찰자의 운동 상태에 따라 다르게 보일 뿐, 본질적으로 같은 현상임을 증명했습니다. 정지한 관찰자에게는 전기장으로 보이는 것이 움직이는 관찰자에게는 자기장으로 느껴질 수 있다는 사실은 물리 법칙의 보편성을 새롭게 정의했습니다. 이는 자기력이 전기력의 상대론적 효과에 불과하다는 혁신적인 통찰을 제공했습니다. 아인슈타인의 이러한 시각은 전기와 자기를 개별적인 힘이 아닌 전자기력이라는 하나의 통합된 실체로 이해하게 만들었으며, 현대 전자기학의 철학적 토대를 더욱 공고히 다졌습니다. 전기와 자기의 근원을 추적하면 원자 속의 전자와 마주하게 됩니다. 전자는 음의 전하를 띠고 흐르며 전류를 만들 뿐만 아니라, 스핀이라는 고유한 물리량을 통해 자성을 나타냅니다. 스핀은 전자가 스스로 회전하는 것과 유사한 성질을 지니며, 이로 인해 모든 전자는 아주 작은 자석과 같은 역할을 수행합니다. 원자 내 전자들이 특정 방향으로 정렬될 때 비로소 우리가 아는 자석의 힘이 나타나게 됩니다. 결국 우리 주변의 모든 물질은 미시적인 수준에서 끊임없이 회전하고 정렬하는 전자들의 스핀 상호작용에 의해 그 성질이 결정되는 셈입니다. 2007년 노벨 물리학상을 안겨준 거대 자기저항(GMR) 효과의 발견은 전자의 전하뿐만 아니라 스핀을 정보 처리에 활용하는 스핀트로닉스 시대를 열었습니다. 자성체의 정렬 방향에 따라 전자의 흐름이 바뀌는 이 현상은 하드디스크의 기록 밀도를 획기적으로 높이는 데 결정적인 기여를 했습니다. 기존의 전자공학이 전자의 흐름만을 제어했다면, 스핀트로닉스는 전자의 회전 방향까지 조절함으로써 더 빠르고 효율적인 정보 저장을 가능케 했습니다. 이는 현대 정보화 사회에서 폭발적으로 증가하는 데이터를 저장하고 처리하는 핵심 기술로 자리 잡았습니다. 최근의 스핀트로닉스 연구는 전류뿐만 아니라 열이나 빛, 심지어 물체의 회전을 통해서도 스핀을 제어하는 단계에 이르렀습니다. 온도 차이를 이용해 스핀의 흐름을 만드는 스핀 제베크 효과나, 전자가 이동하며 스핀 방향에 따라 휘어지는 스핀 홀 효과 등은 물리계의 신비로운 현상들을 보여줍니다. 특히 나노 기술의 발전으로 원자 층 단위에서 스핀을 조절할 수 있게 되면서, 이론적으로만 존재하던 현상들이 실험적으로 증명되고 있습니다. 이러한 발견들은 전기와 자기가 만났을 때 발생하는 무궁무진한 가능성을 시사하며 차세대 소자 개발의 밑거름이 되고 있습니다. 4차 산업혁명 시대의 핵심 자산인 데이터를 유지하기 위해서는 막대한 에너지가 소모됩니다. 스핀트로닉스는 전하의 이동 없이 스핀의 정보만을 전달함으로써 열 발생을 최소화하고 에너지 효율을 극대화할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 나노 자석을 이용한 초저전력 메모리 기술은 미래의 데이터 센터와 인공지능 연산 장치의 에너지 문제를 해결할 열쇠로 주목받고 있습니다. 보이지 않는 작은 스핀에 대한 탐구는 단순한 호기심을 넘어 인류의 지속 가능한 발전을 위한 기술적 혁신으로 이어지며, 미래 과학의 새로운 지평을 넓혀가고 있습니다.

김갑진

카오스재단카오스강연

물리학

[재미있는 과학놀이 콘텐츠 경진대회] 우수작 동영상 모음

스크루 프로펠러의 원리는 보트가 수면 위를 나아가는 가장 기초적인 동력을 제공합니다. 실험을 통해 드라이브 위치 변화에 따른 에너지 생성 과정을 측정해 보면, 우리가 가한 물리적 힘이 어떻게 운동 에너지로 전환되는지 구체적으로 확인할 수 있습니다. 특히 전통적인 방식인 노를 저어 배를 움직이는 과정은 생각보다 에너지 효율이 매우 낮다는 점을 발견하게 됩니다. 이러한 기초적인 물리 실험은 보이지 않는 에너지의 흐름을 시각화하고 이해하는 데 중요한 출발점이 됩니다. 최근에는 교구를 활용한 보트 제작이나 태양광 제품을 통해 물리와 화학의 복합적인 원리를 배우는 기회가 늘어나고 있습니다. 단순히 이론으로만 접하던 에너지의 개념을 직접 손으로 만지고 조립하며 체험하는 과정은 학습 효과를 극대화합니다. 태양광과 같은 신재생 에너지가 어떻게 전기 에너지로 바뀌고, 다시 기계적 움직임으로 변환되는지를 관찰하며 자원의 소중함과 과학적 원리를 동시에 깨달을 수 있습니다. 이는 미래 과학 인재들에게 필수적인 탐구 능력을 길러줍니다. 자기부상 기술은 신비로운 시각적 효과와 함께 과학적 호기심을 자극합니다. 모터 없이도 태양광 패널만으로 스스로 회전하는 모빌은 에너지 효율성과 디자인적 가치를 동시에 충족합니다. 기존의 모빌이 천장에 매달려야 했던 한계를 벗어나 책상 위에서도 자유롭게 사용할 수 있도록 설계된 점이 인상적입니다. 분해와 재조립이 간편한 구조는 사용자에게 조립의 재미를 선사하며, 바닷속 풍경을 형상화한 디자인은 인테리어 소품으로서의 가치를 더해줍니다. 적외선 근접 센서를 활용한 교육용 놀이 제품은 아이들의 인지 발달에 새로운 가능성을 제시합니다. 특정 구멍에 막대를 넣었을 때 센서가 이를 인식하여 하단 표시기에 알파벳을 띄우는 방식은 아이들에게 즉각적인 피드백을 제공합니다. 단순히 글자를 보여주는 것에 그치지 않고, 아이들이 직접 도구를 조작하며 결괏값을 확인하는 과정은 능동적인 학습 태도를 길러줍니다. 이는 기술이 교육 현장에 접목되어 학습자의 흥미를 유발하는 훌륭한 사례라고 할 수 있습니다. 알파벳을 처음 접하는 아이들에게 글자의 형태를 기억하는 것만큼이나 중요한 것이 공간적 위치를 파악하는 능력입니다. 놀이 과정을 통해 자연스럽게 공간 지각 능력까지 향상시키는 것은 두뇌 발달에 긍정적인 영향을 미칩니다. 과학적 원리가 담긴 제품들은 단순한 장난감을 넘어 교육과 예술, 그리고 기술이 융합된 결과물입니다. 일상 속에서 접하는 작은 발명품들이 아이들의 상상력을 자극하고, 더 나아가 과학에 대한 친밀감을 높여주는 중요한 매개체 역할을 수행하게 될 것입니다.

국립과천과학관

물리학
화학
뇌인지과학
융합

[강연] 인공근육 : 애벌레에서 아이언맨 수트까지 (3) _ by박문정 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 6강 | 6강 ③

소프트 로봇은 기존 로봇 공학에서 벗어나, 유연한 소재를 활용해 인간과 안전하게 공존하거나 복잡한 환경에 적응하는 새로운 로봇 기술입니다. 문어와 같은 연체동물의 움직임을 모방하여 좁은 틈새를 통과하거나 물체를 부드럽게 감싸 쥐는 등 기존 로봇이 수행하기 어려웠던 임무를 수행할 수 있습니다. 이는 단순히 부드러운 소재를 사용하는 것을 넘어, 로봇이 주변 환경과 상호작용하는 방식을 근본적으로 바꾸는 혁신적인 시도라고 할 수 있습니다. 재난 현장에서의 활용은 소프트 로봇의 가장 기대되는 분야 중 하나입니다. 영화 속 장면처럼 붕괴된 터널이나 복잡한 잔해 사이를 뱀처럼 유연하게 파고들어 생존자를 찾고 현장 영상을 전송하는 로봇은 인명 구조의 패러다임을 바꿀 것입니다. 기존 로봇은 장애물에 막히면 더 이상 전진하기 어렵지만, 소프트 로봇은 자신의 몸을 변형시켜 좁은 구멍을 통과할 수 있는 독보적인 장점을 지니고 있어 극한 환경에서의 임무 수행에 최적화되어 있습니다. 소프트 로봇과 인공 근육은 밀접하게 연관되어 있지만 서로 다른 개념입니다. 현재의 소프트 로봇은 대개 외부 모터와 케이블을 이용해 움직임을 구현하지만, 진정한 의미의 소프트 로봇은 소재 자체가 근육처럼 수축하고 이완하는 인공 근육 기술이 뒷받침되어야 합니다. 전기에 반응하여 스스로 움직이는 고분자 소재가 완벽하게 구현된다면, 무거운 구동 장치 없이도 가볍고 유연한 웨어러블 로봇이나 인체에 삽입 가능한 의료용 기기 제작이 가능해질 것입니다. 하지만 인공 근육이 인간의 근육을 완전히 대체하기까지는 극복해야 할 과제가 많습니다. 현재 개발된 소재들은 구동을 위해 매우 높은 전압이 필요하거나, 자극에 대한 응답 속도가 인간의 신경계보다 현저히 느리다는 단점이 있습니다. 또한 소재의 피로도와 노화 문제로 인해 반복적인 움직임에서 성능이 저하되거나 수명이 짧아지는 한계도 존재합니다. 인간의 근육처럼 적은 에너지로도 장시간 효율적으로 움직이며 즉각적으로 반응하는 시스템을 구축하는 것이 핵심입니다. 미래의 로봇 기술은 인공지능과 클라우드, 그리고 고도화된 인공 근육 소재가 결합하여 영화 속 사이보그와 같은 형태로 진화할 것입니다. 특히 의료 분야에서는 내시경과 같은 장비를 소프트 로봇으로 대체하여 환자의 고통을 줄이고 정밀한 수술을 가능하게 할 것으로 보입니다. 비록 인간의 정교한 감각과 운동 능력을 완벽하게 재현하기까지는 시간이 걸리겠지만, 소재 공학과 로봇 공학의 융합은 우리가 상상하던 외유내강의 로봇 시대를 현실로 앞당기고 있습니다.

김성완, 김정, 박문정

카오스재단카오스강연

물리학
화학

[강연] 우리 몸을 움직이는 에너지, 너의 정체는? (2) _ 정종경 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 7강 | 7강 ②

세포질에서 일어나는 해당 과정을 통해 포도당이 분해되면 피루브산이 생성됩니다. 이 피루브산은 미토콘드리아 내부로 들어가 본격적인 에너지 추출 과정을 시작합니다. 가장 먼저 피루브산은 탄소 하나를 이산화탄소 형태로 배출하며 아세틸-CoA라는 화합물로 변환됩니다. 이 과정은 단순히 물질을 변형시키는 것을 넘어, 포도당이 품고 있던 화학 결합 에너지를 본격적으로 꺼내기 위한 준비 단계라고 할 수 있습니다. 우리 몸은 이처럼 정교한 단계를 거쳐 거대한 에너지원을 다루기 쉬운 형태로 가공합니다. 아세틸-CoA는 미토콘드리아 내부의 TCA 회로에 진입하여 완전히 분해되는 과정을 거칩니다. 회로를 도는 동안 탄소는 이산화탄소로 버려지고, 그 과정에서 발생하는 고에너지 전자는 NADH와 FADH2라는 형태로 추출됩니다. 이는 마치 젖은 빨래를 탈수기에 넣고 돌려 물기만 쏙 빼내는 과정과 흡사합니다. 결국 하나의 포도당에서 유래한 두 개의 피루브산이 회로를 두 번 돌며 세포가 필요로 하는 에너지의 원천을 남기게 됩니다. 이 회로는 생명체가 에너지를 얻는 가장 핵심적인 순환 시스템입니다. 이 복잡한 화학 반응을 돕는 핵심 요소는 탈수소 효소와 조효소들입니다. 특히 NAD+와 FAD는 전자를 매우 좋아하는 성질을 가지고 있어, 효소가 떼어낸 전자를 안정적으로 받아내는 역할을 합니다. 흥미로운 점은 이 조효소들이 우리가 흔히 섭취하는 비타민 B 복합체 성분으로 이루어져 있다는 사실입니다. 우리가 에너지를 내기 위해 비타민을 챙겨 먹는 과학적인 이유가 바로 여기에 있으며, 이는 세포 대사의 효율성을 높이는 데 필수적입니다. 영양소의 섭취가 곧 에너지 생산의 효율로 직결되는 셈입니다. 추출된 고에너지 전자는 미토콘드리아 내막에 위치한 전자 전달계로 이동합니다. 이곳에는 여러 단백질 복합체들이 줄지어 서 있으며, 전자는 이들을 차례로 거치며 에너지를 조금씩 방출합니다. 너무 큰 에너지를 한꺼번에 사용하면 손실이 크기 때문에, 세포는 이를 잘게 쪼개어 전달하는 정교한 방식을 택한 것입니다. 마지막에 에너지를 다 쓴 전자는 산소와 결합하여 물을 형성하며 안전하게 처리됩니다. 이 과정은 세포가 에너지를 낭비 없이 관리하기 위한 고도의 전략적 선택이라 할 수 있습니다. 전자 전달 과정에서 방출된 에너지는 단순히 사라지지 않고, 미토콘드리아 내막 밖으로 수소 이온을 퍼 올리는 데 사용됩니다. 이로 인해 막을 경계로 수소 이온의 농도 구배와 전위차가 발생하게 되는데, 이는 마치 댐에 물을 가두어 높은 낙차를 만드는 것과 같습니다. 세포는 화학 결합 에너지를 직접 ATP로 바꾸는 대신, 수소 이온의 농도 구배라는 물리적인 위치 에너지 형태로 잠시 저장하는 놀라운 전략을 구사합니다. 이러한 에너지의 형태 변환은 생명 현상이 가진 경이로운 메커니즘 중 하나입니다. 저장된 에너지는 ATP 합성 효소라는 정교한 분자 기계를 통해 비로소 ATP로 전환됩니다. 수소 이온이 농도가 낮은 곳으로 흐르려는 성질을 이용해 효소 내부의 로터를 돌리면, 이 회전력이 화학적 결합을 유도하여 ATP를 만들어냅니다. 이 마이크로 머신은 초당 수백 번을 회전하며 놀라운 효율로 에너지를 생산합니다. 우리 몸의 에너지 효율이 자동차 엔진보다 두 배 이상 높은 약 40%에 달하는 비결이 바로 이 정밀한 기계적 구조에 있습니다. 이는 자연이 설계한 가장 효율적인 엔진이라고 불러도 손색이 없습니다. 산소가 부족한 상황에서 세포는 젖산 발효나 알코올 발효와 같은 대안적인 경로를 선택하기도 합니다. 비록 효율은 낮지만, 급박한 상황에서 생존을 이어가기 위한 세포의 유연한 대처 능력이라 할 수 있습니다. 결국 우리가 섭취하는 영양소는 이러한 복잡하고 경이로운 과정을 거쳐 생명 활동의 연료인 ATP로 거듭납니다. 건강한 식습관이 중요한 이유는 우리 몸속 미토콘드리아가 쉼 없이 에너지를 만들어낼 수 있도록 원료를 공급하기 위함입니다. 생명은 이 작은 세포 안에서 일어나는 거대한 에너지의 흐름 덕분에 유지됩니다.

정종경

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 뇌공학의 미래와 사이보그의 탄생 by임창환 | 2016 가을 카오스 콘서트 '뇌 vs AI' 3부 | 3부 ②

영화 <트랜센던스>는 인간의 의식을 컴퓨터에 업로드하여 영생을 누리는 흥미로운 상상을 보여줍니다. 이러한 기술이 현실에서 가능해지려면 고도화된 인공지능과 이를 뒷받침할 슈퍼컴퓨터, 그리고 인간의 뇌에서 생각을 정밀하게 읽어내는 기술이 필수적입니다. 영화 속 주인공은 수많은 단어를 읽으며 발생하는 음성과 뇌파를 데이터화하여 인공지능을 학습시키는데, 이는 마치 알파고가 기보를 학습하듯 뇌의 시냅스 연결 강도를 디지털로 재현하는 과정과 유사합니다. 현대 과학은 이처럼 뇌의 복잡한 신경망 구조를 모방한 심층 신경망 기술을 통해 인간의 사고 과정을 데이터로 변환하는 연구를 지속하고 있습니다. 인간의 뇌는 약 1,000억 개의 뉴런을 단 20와트의 저전력으로 구동하는 지구상에서 가장 효율적인 하드웨어입니다. 반면 기존의 폰 노이만 구조 컴퓨터는 연산 장치와 메모리가 분리되어 있어 정보를 주고받는 과정에서 막대한 에너지 손실과 시간 지연이 발생합니다. 이를 극복하기 위해 뇌의 시냅스 구조를 모방하여 정보 처리와 저장이 동시에 일어나는 '뉴로모픽 칩' 연구가 활발히 진행 중입니다. 미국의 'SyNAPSE' 프로젝트와 같은 신경 모방 시스템은 인간 뇌의 효율성을 하드웨어적으로 구현하려는 시도로, 장차 자비스와 같은 고성능 인공지능 비서가 탄생할 수 있는 기술적 토대가 될 것입니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술은 뇌에서 발생하는 신경 신호를 해석하여 외부 기기를 제어하거나 의사를 전달하는 일종의 '뇌 번역기' 역할을 수행합니다. 이미 2000년대 초반부터 사지마비 환자의 운동 피질에 전극을 삽입하여 마우스 커서를 움직이거나 다관절 로봇 팔을 자유자재로 조종하는 실험이 성공을 거두었습니다. 이는 특정 동작을 상상할 때 나타나는 고유한 뇌파 패턴을 지문 인식처럼 데이터베이스화하여 실시간으로 대조하는 원리를 이용합니다. 이 기술은 운동 의도뿐만 아니라 주관적인 선택이나 감정 상태까지 읽어낼 수 있어, 의사소통이 어려운 환자들에게 새로운 삶의 기회를 제공할 것입니다. 우리의 뇌는 눈앞의 시각 정보가 시각 피질의 신경세포와 일대일로 대응하는 '시각 위상'이라는 독특한 특징을 가지고 있습니다. 이를 활용하면 사람이 현재 보고 있는 장면이나 심지어 꿈꾸는 내용까지 영상으로 재구성하는 것이 이론적으로 가능해집니다. 최근에는 뇌의 복잡한 굴곡을 따라 밀착되는 유연한 전극 기술이 개발되어 뇌 정보를 메모리 카드에 저장하거나 반대로 외부 정보를 뇌에 주입하는 연구도 탄력을 받고 있습니다. 실제로 쥐의 해마에 칩을 장착해 손실된 장기 기억을 복원하는 실험이 성공하면서, 인간의 인지 능력을 증폭시키고 난치성 뇌 질환을 치료하는 데 획기적인 전기가 마련되었습니다. 뇌공학과 인공지능의 결합은 미래의 교육 현장과 사회 구조를 근본적으로 변화시킬 잠재력을 지니고 있습니다. 학생의 집중도와 이해도, 감정 상태를 실시간으로 파악하는 인공지능 교사는 개별 학습자에게 최적화된 인터랙티브 교육을 제공할 수 있습니다. 하지만 기술의 비약적인 발전과 함께 뇌 정보 해킹, 기술 독점에 따른 사회적 불평등, 그리고 디지털화된 자아의 정체성 문제와 같은 윤리적 고민도 깊어지고 있습니다. 트랜스휴머니즘이라는 새로운 시대적 흐름 속에서 우리는 기술적 성취를 넘어 인간의 존엄성을 지키기 위한 사회적 합의와 윤리적 가이드라인을 정립하는 데 지혜를 모아야 합니다.

임창환

카오스재단카오스콘서트

뇌인지과학
융합

[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (5) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ⑤

지구 온난화로 인한 해수면 상승은 우리 삶의 터전을 직접적으로 위협하는 심각한 문제입니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 해수면이 단 1m만 상승하더라도 인천이나 부산과 같은 해안도시의 상당 부분이 침수피해를 입게 됩니다. 특히 인구가 밀집된 해안 지역은 해안선이 도시 안쪽으로 100m 이상 밀려 들어올 수 있어 그 피해 규모는 상상을 초월합니다. 경관을 위해 방파제를 낮게 설치하는 등의 안일한 대처는 더 큰 재앙을 불러올 수 있으므로, 해안도시의 구조적 취약성을 보완하는 철저한 대비가 시급합니다. 기후 위기에 대응하기 위해서는 과학자와 정부의 긴밀한 협력이 필수적입니다. 과학자들은 연구를 통해 기후 변화의 불확실성을 줄이고 정확한 데이터를 대중에게 전달하는 역할을 수행해야 합니다. 정부는 파리기후협약과 같은 국제적 약속을 바탕으로 실효성 있는 정책을 수립해야 하며, 특히 에너지 전환 과정에서 국민들이 경제적 충격을 받지 않도록 세심한 배려가 필요합니다. 에너지효율을 높이고 재생에너지를 확보하는 일은 단순한 환경 문제를 넘어 국가의 생존이 걸린 경제적 과제이기도 합니다. 지구 온난화 해결을 위해서는 우리 사회 전반의 의식 변화가 무엇보다 중요합니다. 단순히 쓰레기를 재활용하는 수준의 작은 실천만으로는 이미 가속화된 기후 변화를 막기에 역부족일 수 있습니다. 이제는 모든 국민이 이산화탄소 감축의 필요성을 깊이 인식하고, 우리의 노력이 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있다는 확고한 믿음을 가져야 합니다. 사회적 인식이 근본적으로 바뀔 때 비로소 탄소중립을 향한 강력한 동력이 형성될 수 있으며, 이는 미래 세대에게 안전한 지구를 물려주기 위한 필수적인 과정입니다. 실생활에서 온실가스를 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나는 건물과 교통수단의 에너지효율을 개선하는 것입니다. 건물의 냉난방에너지가 밖으로 새나가지 않도록 단열 성능을 높이는 것만으로도 막대한 양의 이산화탄소 배출을 억제할 수 있습니다. 또한 화석연료를 사용하는 내연기관차에서 전기차로의 전환은 이산화탄소 배출을 줄이는 획기적인 대안이 될 것입니다. 다만 기존 차량의 처리 과정에서 발생하는 환경 문제와 국가별 에너지 상황의 차이를 고려한 다각적인 접근이 병행되어야 기술적 해결책이 실질적인 효과를 거둘 수 있습니다. 기후 변화는 인간뿐만 아니라 지구 생태계 전체의 시간표를 뒤흔들고 있습니다. 지구 온난화로 인해 개화 시기가 빨라지면 이를 매개로 하는 곤충의 활동주기와 어긋나게 되어 농작물 수확량이 감소하는 등 연쇄적인 생태계 교란이 발생합니다. 특히 종다양성의 파괴는 인류 진화의 역사에 있어 심각한 위협이 됩니다. 따라서 기후학자와 생태학자, 해양학자 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 생태계의 변화를 정밀하게 분석하고, 숲과 바다라는 소중한 탄소흡수원을 보존하기 위한 노력을 멈추지 말아야 합니다.

김백민, 안병옥, 최용상

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 인간의 뇌는 과연 특별한가? (3) _ 김경진 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강 | 2강 ③

인간의 뇌는 오랫동안 접근 불가능한 신비의 영역으로 여겨져 왔으나, 현대 과학은 이를 하나씩 규명해야 할 탐구의 대상으로 바라보고 있습니다. 뇌를 구성하는 단백질이나 세포 자체는 동물과 큰 차이가 없지만, 인간의 뇌가 보여주는 고유한 특성은 그 구성 요소들의 복잡한 결합에서 기인합니다. 과학적 방법론을 통해 뇌의 진실을 알아가는 과정은 단순한 지식의 습득을 넘어, 인간 본연의 정체성을 이해하는 중요한 열쇠가 됩니다. 이제 뇌는 미스터리가 아닌, 체계적인 연구를 통해 그 메커니즘을 규명할 수 있는 실체로 자리 잡고 있습니다. 뇌의 기능은 개별 뉴런의 역할보다 그들이 어떻게 연결되어 있는가 하는 네트워크의 관점에서 이해해야 합니다. 과거에는 뇌를 중앙처리장치(CPU)에 비유하기도 했으나, 최근에는 수많은 정보가 유기적으로 얽혀 있는 인터넷망과 유사한 구조로 파악하는 추세입니다. 이러한 연결망, 즉 커넥톰의 복잡성이 임계점을 넘으면서 인간 특유의 마음이나 창발적인 지능이 형성되는 것으로 보입니다. 따라서 뇌 지도를 정밀하게 그려내는 연구는 인간의 고등 인지 능력이 어디에서 비롯되는지 밝히는 결정적인 단서가 될 것입니다. 인공지능의 딥러닝 기술은 뇌의 신경망을 모사하여 발전했지만, 효율성 측면에서 인간의 뇌와는 여전히 큰 차이를 보입니다. 인공지능이 사물을 인식하기 위해 수만 장의 데이터를 학습해야 하는 반면, 인간은 단 몇 번의 경험만으로도 핵심을 파악하는 놀라운 직관력을 발휘합니다. 또한 거대한 서버와 냉각 장치가 필요한 인공지능과 달리, 인간의 뇌는 커피 한 잔 정도의 적은 에너지로도 고도의 사고를 수행합니다. 이러한 압도적인 에너지 효율과 사회적 교감 능력은 기계 뇌가 쉽게 따라올 수 없는 인간 뇌만의 고유한 강점입니다. 최근 줄기세포 기술의 발전으로 실험실에서 1~2mm 크기의 작은 뇌 조직인 뇌 오가노이드를 만드는 것이 가능해졌습니다. 비록 크기는 작지만, 이 조직 내부에서는 실제 뇌처럼 신경 신호가 발화하며 역동적인 활동이 일어납니다. 이는 질병 치료를 위한 획기적인 연구 수단이 되기도 하지만, 동시에 생각하는 조직에 대한 윤리적 논쟁을 불러일으킵니다. 배아를 생명으로 볼 것인지에 대한 과거의 논의처럼, 인공적으로 배양된 뇌 조직을 어디까지 생명체로 존중해야 할지에 대한 사회적 기준 마련이 시급한 시점입니다. 뇌 과학의 진보는 인류에게 새로운 가능성을 열어주지만, 그에 따른 책임과 윤리적 문제도 함께 던져줍니다. 뇌 정보의 프라이버시 보호나 인공지능과의 공존 등은 과학자들만의 고민이 아닌, 철학, 법학, 사회학 등 다양한 분야가 머리를 맞대야 할 공통의 과제입니다. 기술의 발전 속도를 늦추기보다, 다가올 미래의 변화를 미리 예측하고 사회적 합의를 이끌어내는 과정이 필요합니다. 다양한 전문가와 대중이 참여하는 심도 있는 담론을 통해, 우리는 기술의 진보를 인간의 존엄성을 지키는 방향으로 제어할 수 있을 것입니다.

김경진, 김재상, 선웅

카오스재단카오스강연

뇌인지과학