첨단기술의 과학

첨단과학 기술은

우리에게 어떤 미래를 꿈꾸게 만들까?

시대가 암울할수록 우리는 역설적으로 밝은 미래를 꿈꾼다.

그 희망의 앞자리에 과학이 있다.

이제 세상은 온라인 세상과 통합되고, 첨단기술이 생활을 혁신한다.

블록체인과 암호기술은 평등과 인권을 지향하며,

AI와 빅데이터가 손을 잡고 궁극의 지식혁명을 꿈꾼다.

로봇이 우리의 생활과 생각 속으로 들어오고

자율주행과 드론 기술이 지구의 표면을 덮는다.

최첨단 의학으로 건강과 수명이 연장되고,

생명 최후의 영역 DNA와 뇌 커넥톰의 세계가 문을 연다.

에너지 혁명으로 업그레이드한 인류는 바야흐로 지구를 넘어 우주에 도전한다.

▼ 팬데믹으로 전 세계가 암울했던 2020년

2020년은 코로나바이러스라는 신종 전염병이 전 세계를 강타했다. 인류는 갑작스러운 팬데믹을 겪었으며, 한 번도 겪어보지 못한 언택트의 시대로 돌입했다. 대면으로 활동하는 모든 일이 금지되면서 과학지식의 나눔을 목적으로 진행되던 카오스의 강연도 온라인으로 진행되었다. 강연뿐만이 아니다. 아이들의 학교는 조용해졌고, 평범한 삶 속에서 흔히 이루어지던 많은 만남이 사라져야 했다. 아니 지금도 여전히 현재진행형이다.

코로나 블루. 삶의 멈춤은 경제를 어렵게 했고, 외출이 자유롭지 못하게 되면서 생겨난 우울증을 뜻하는 말이다. 2020년은 인류 역사에서 지우고 싶은 한 해였다. 하지만 이 기간 우리들은 역설적으로 미래를 꿈꾸고, 과학에 더 많은 관심을 가지게 되었다.

▼ 과학, 바이러스의 최전방에서 활약하다

폭발적 감염이 일어나 세계가 우왕좌왕 할 때 우리 과학은 진단키트 개발로 빠르게 대처하는 놀라운 대응을 해냈다. 간단한 방법으로 바이러스의 감염 여부를 확인할 수 있는 진단키트는 대단한 성과가 아닐 수 없다. 그 외 드라이빙 스루, 항체 치료제, 백신 개발 등 과학의 놀라운 성과는 일일이 평가하기 어려울 정도였다.

특히 언택트 시대로 접어들면서 온라인은 삶이 새롭게 변화시켰다. 많은 것이 오프라인이 아닌 온라인으로 가능하게 할 수 있었던 근간에는 과학의 공로가 가장 크다고 할 수 있다.

▼ 미래를 꿈꾸는 희망의 과학

이제 우리에게 과학은 희망의 산물이 될 것이다. 사람들은 이제 더 이상 과학을 ‘지식’으로만 대하지 않고 과학에서 ‘의미’를 찾으려고 한다. 시대가 암울할수록 더 나은 미래에 대한 답을 과학을 찾고 꿈꾸기 때문이다.

그래서 만약 먼 미래에 또다시 코로나와 같은 강력한 바이러스가 발생한다면, 그것이 팬데믹이 되기 전 방역 로봇이 곳곳을 돌아다니며 전파를 방지하고, 증세가 발생한 사람은 자율주행차를 타고 검사를 받으러 갈 것이다. 과학자들은 인공지능과 정밀의학을 이용해 바이러스 치료제와 백신을 개발하게 될지도 모른다. 우울한 사람은 소프트로봇이 따뜻하게 안아줄 것이다. 우리의 미래는 과학으로 밝아질 것이다.

과학재단 KAOS는 ‘과학, 지식, 나눔’을 모토로 대중이 과학을 좀 더 쉽게 이해하고 즐기게끔 노력하는 단체다. 매년 상반기와 하반기로 나누어 선정된 과학 주제로 10회에 걸쳐 강연한다.

‘렉처 사이언스 KAOS’ 열한 번째 주제는 《첨단기술의 과학》이다. 우주, DNA, 뇌, 최첨단 의학, 드론, 로봇, AI, 빅데이터, 블록체인, 암호기술 등 과학이 여는 첨단미래를 미리 보는 특강이다.

1강 ‘항공우주’에서는 황정아 박사가 날씨를 알려주는 인공위성에 대해, 로켓 박사 채연석 박사가 로켓의 원리와 우리나라 로켓 기술의 과거 현재 그리고 미래를 그리게 해준다.

2강 ‘미래 신재생에너지’에서는 김민수 교수가 수소와 이를 이용한 수소전기차에 대해 알려주고, 노벨상 수상 가능성까지 언급되고 있는 박남규 교수의 페로브스카이트 태양전지에 대해 설명하고 있다.

3강 ‘AI / 머신러닝’에서는 오혜연 교수가 영화 [Her]에서처럼 인공지능과 자연스럽고 깊이 있는 대화가 가능한지를 다루었고, 강명주 교수는 인공지능 시대에 수학이 왜 인공지능에서 중요하게 다뤄지는지를 보여주었다.

4강 ‘블록체인 / 해킹&보안’에서는 전주용 교수가 블록체인 기술과 미래에 상용화될 가상화폐의 원리와 그 문제점들을 알려주었으며, 김용대 교수는 앞으로 신기술이 더 자주, 빨리 나오는 상황에서 끊임없이 대두될 보안 문제에 어떻게 대응하면 좋을지를 다루었다.

5강 ‘첨단의학’에서는 김상우 교수가 DNA와 돌연변이 연구에 기반을 둔 정밀의료를 통해 불치병에 대응할 수 있는 기술의 가능성을 예측했으며, 게놈 전문가 박종화 교수는 게놈의 본성을 ‘정보’라는 관점으로 설명했다.

6강 ‘통신/드론&자율주행차’에서는 최준일 교수가 문자메시지가 겨우 가능했던 2G 기술에서 시작해 인터넷, 영상, 속도 등을 모두 갖춘 4G, 그리고 모든 일상을 바꾼다는 5G의 가능성을 알게 했으며, 심현철 교수는 무인항공기와 자율주행차 전문가로 미래를 상상하게 했다.

7강 ‘로봇의 시대’에서는 김호영 교수가 로봇은 철갑을 한 딱딱한 로봇만 상상하던 우리에게 폭신한 로봇, 종이 같은 로봇, 소금쟁이 같은 로봇이 있다는 사실을 알려주었고, 국내 로봇의 대표격인 휴보를 발명한 오준호 교수는 로봇의 미래와 역할 확대까지 점쳐보게 했다.

8강 ‘뇌&뉴럴 인터페이스’에서는 선웅 교수가 오거노이드(미니 인공장기) 기술로 미니 뇌를 만드는 것을 보여주었고, 이성환 교수는 BCI(뇌컴퓨터 인터페이스) 기술을 통해 앞으로 노인, 장애인뿐만 아니라 모든 사람이 신체 능력 개선에 도움을 받을 것으로 기대하게 만들었다.

지은이 : 

황정아

카이스트에서 물리학으로 이학사와 석사를 받고, 플라즈마 물리학으로 이학박사를 받았다. 카이스트 인공위성연구센터 연구원을 지냈으며, 현재 한국천문연구원 책임 연구원으로 재직 중이다. 과학기술연합대학원대학교 한국천문연구원 캠퍼스 대표 교수로 있으면서, 국가우주위원회 위원과 APCTP 과학문화위원으로 일하고 있다.

채연석

미국 미시시피 주립대 항공우주공학과에서 석사와 박사 학위를 받았어요. 6대 한국항공우주연구원 원장을 지냈고, 현재 과학기술인력개발원 석좌교수,석좌교수, 항공철도사고조사위원회 위원장으로 활동하고 있어요. 지은 책으로는 《눈으로 보는 로켓 이야기》, 《눈으로 보는 우주개발 이야기》, 《로켓 이야기》, 《우리는 이제 우주로 간다》, 《처음 읽은 미래과학교과서-우주공학》 등이 있고 옮긴 책으로는 《어린이 직업 아카데미-우주인》이 있어요.

김민수

서울대학교 기계공학과(공학사)를 졸업하고, 동 대학원 기계공학과에서 공학석사와 공학박사를 받았다. 미국 국립표준기술연구원(NIST) 객원연구원을 지냈으며, 현재 서울대학교 기계공학부 교수로 재직 중이다. 한국공학한림원 정회원이며, 서울대학교 기계공학부 학부장으로 있다.

그 외 다수.

머리말 004 

LECTURE 01 항공우주

01 지구인으로 살아가기: 우주 날씨와 인공위성 -황정아

태양계는 무엇으로 채워져 있을까? 017 / 우주를 보다 022 / 인류의 꿈, 우주로 가다 023 /

우주환경 / 우주기상 029 / 우주환경의 3요소 032 / 어떻게 대비해야 할 것인가 035 /

02 신기전에서 ‘누리호’ 우주 로켓까지 -채연석

폰 브라운 박사와 새턴-5 로켓 042 / 우리의 로켓 뿌리 043 / 외국에서 사용하는 발사체는 어떤 것일까 047

Q&A 051

LECTURE 02 미래 신재생에너지

01 수소로 전기를 만드는 세상 -김민수

앞으로 지구 온도는 얼마나 높아질까? 056 / 지구온난화의 원인은 무엇일까? 058 /

신에너지 수소가 필요한 이유는 무엇일까? 061 / 전기는 어떻게 만들어질까 064 /

실생활에 응용된 연료전지 068

02 페로브스카이트 태양전지, 우연한 발견은 없다 -박남규

신재생에너지의 발전 072 / 신기술을 어떻게 예측할 수 있을까? 074 / 태양전지의 원리 076 /

페로브스카이트 태양전지 079 / 페로브스카이트 실험 085

Q&A 088

LECTURE 03 AI / 머신러닝

01 사람의 언어로 소통하는 AI -오혜연

AI의 언어 능력 093 / 어려운 건 쉽고, 쉬운 건 어렵다 096 / 오픈도메인 대화 모델의 문제 099 /

언어 모델이란 무엇인가 101 / 언어 모델의 문제점 105 / 편향성의 문제 / 107

02 4차 산업혁명의 열쇠, 인공지능과 딥러닝: 수학의 새로운 도전 -강명주

산업혁명과 수학자 111 / 3차 산업혁명:영화 속의 수학 114 / 4차 산업혁명:딥러닝의 수학 118 /

딥러닝이 무엇일까 120 / 딥러닝의 문제점 123 / 딥러닝 속의 수학 124

Q&A 128

LECTURE 04 블록체인 / 해킹&보안

01 일단 여기까지만 알아두는 블록체인 이야기 -전주용

블록체인이 무엇인가 133 / 블록체인의 원리 137 / 블록체인 포크 139 / 블록체인과 암호화폐 142 /

블록체인의 활용과 한계 143 / 가상화폐 이용에 따르는 문제점 146 / 블록체인의 미래 148

02 4차 산업혁명 시대의 보안: 현재와 미래 -김용대

해킹이 무엇일까 150 / 신기술의 과거 보안 문제 152 / 신기술의 신규 보안 문제 155 /

자율주행차에 필요한 기술들 161

Q&A / 166

LECTURE 05 첨단의학

01 어떻게 DNA가 변하니? 돌연변이와 정밀의학 -김상우

돌연변이는 무엇이고 왜 생길까? 171 / 돌연변이가 우리 삶에 어떤 영향을 줄까? 179 /

돌연변이를 어떻게 알아낼까? 185 / 돌연변이 분석은 의학에 어떻게 이용되는가? 189

02 만인과 만물의 게놈을 해독 -박종화

게놈이란 무엇인가? 195 / 인간 전염 코로나바이러스는 누가 만들었나? 198 /

코로나바이러스의 본질은 무엇인가? 200 / 바이러스와 인간의 언어적 소통 202 /

신호의 본질 : 생명의 본질 204 / 차이를 연구하는 게놈학 206 / 결론 210

Q&A 212

LECTURE 06 통신/드론&자율주행차

01 5G 무선통신 : 제4차 산업혁명의 지렛대 -최준일

통신 연구란 무엇인가? 217 / 통신 연구의 발달 220 / 도대체 표준은 왜 필요한가? 223 /

통신은 무선이어야 하는가? 225 / 5G 이야기 227 / 통신 연구의 미래 232

02 드론과 자율주행차 : 나는 자동차의 시대는 언제 오게 될까? -심현철

무인항공기/드론의 정의 236 / 무인항공기/드론의 발전 과정 238 /

보이지 않지만 존재하는 하늘길 240 / 자율주행을 왜 개발하는가? 243 / 자율주행 구현 기술 247 / 무엇이 가능할까? 249

Q&A 252

LECTURE 07 로봇의 시대

01 로봇 기술과 미래 -오준호

다양한 로봇의 종류 259 / 사람과 컴퓨터의 상호작용 264 / 로봇을 어떻게 설계할 것인가? 269 /

자율성과 운동능력 272 /

02 로봇이 말랑말랑해도 되나요? -김호영

소프트 로봇이 왜 관심을 끌까? 277 / 소프트 재료와 최적 설계를 열쇠로 문을 열다 285 /

로봇으로서의 기능보다 모양 변화에 집중 289

Q&A 294

LECTURE 08 뇌&뉴럴 인터페이스

01 뇌의 자기조직화 : 생각의 탄생 -선웅

우리가 뇌에 대해 모르고 있는 것 300 / 뇌를 자세히 보기 302 / 조작해보기 304 /

만들어보기 307 / 인간은 어떻게 뇌를 갖게 되었나? 308 /

미니 뇌 제작 : 우리는 생각을 복제할 수 있을까? 311 / 연구를 통해 얻은 훌륭한 결과들 315 /

미니 뇌 개발, 지금은 317

02 뇌-컴퓨터 인터페이스 : 사람의 마음을 읽다 -이성환

뇌- 컴퓨터 인터페이스의 역사 319 / EEG 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 321

Q&A 330

그림 출처 332

찾아보기 336