새로운 아이디어가 상상에서 끝나지 않고 미래를 바꾸는 기술이 될 수 있도록
오늘의 문제를 해결하고 내일의 가능성을 설계하는 공학!
KAIST의 세계적인 기계공학자들이 들려주는 첨단 기술의 해법과 상상력!

언제쯤 아이언맨 같은 로봇을 직접 입게 될까? 기후 위기를 효과적으로 해결할 에너지 혁신 기술이 있을까? 로봇팔이 인간의 뜻대로 움직이는 기술적 원리는 뭘까? 동전만한 실험실에 내 장기를 구현할 수 있다면? ‘기술 혁명 시대’라 칭할 수 있는 오늘날, 공학 기술은 우리의 일상생활과 사회 발전에 핵심적인 역할을 맡고 있다.
그만큼 우리는 기술에 대한 이해와 공학적 사고가 필수 교양이 된 시대를 살고 있는 셈이다.
그러나 비전공자의 입장에서 나날이 고도화되어 가는 기술 변화를 파악하기란 어려우며, 여기에 미래 전망에 대한 질문까지 덧붙는다면 답을 내놓기란 더욱 까다로워진다.

이에 첨단 기술의 오늘을 알려주고 미래를 함께 고민하기 위해 KAIST 기계공학과 교수 27명의 지식을 한데 모은 책 『상상하는 공학 진화하는 인간』이 출간됐다. KAIST 기계공학과는 한국 최초의 인간형 로봇 개발 등 신기술을 선도하며 공학 분야의 글로벌 리더로 인정받고 있다.
각자의 연구 분야에서 세계적 수준의 성과를 이뤄낸 공학자들이 필진으로 참여하여 한 권의 책 안에 첨단 기술의 원리, 적용 사례뿐 아니라 앞으로의 발전 가능성까지 깊이 있는 지식을 빼곡히 담았다.
무엇보다 이 책은 전문적인 용어와 개념을 비전공자의 눈높이에 맞춰 차근차근 설명하여, 기술에 대한 지식을 바탕으로 새로운 내일을 준비하는 미래 세대는 물론 첨단 기술의 양상과 흐름을 파악하고자 하는 일반인 모두가 읽을 수 있는 책이다.

기계공학, 세상을 움직이다

기계공학의 본질은 각 시대에 가장 중요한 도구, 기계 혹은 장치의 설계, 제조, 응용을 통해 새로운 가치를 창출하는 것입니다.
그 결과 전통적인 설계, 구조, 재료, 유동 등에서 나아가 나노 스케일의 반도체 공정과 가상 공간으로 진출했고, 헬스케어는 물론 심리학까지 그 범위를 확장하고 있습니다.
이쯤 되면 영국 기계학회의 슬로건인 “Nothing moves without mechanical engineers.(기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다)”라는 말이 결코 과언이 아님을 알 수 있습니다.

지금의 시대를 흔히 ‘기술 패권 시대’라고 합니다.
즉 기술을 무기로 한 강력한 산업과 제조업을 가진 나라가 경쟁에서 주도권을 가진다는 것입니다.
우리나라의 대중, 특히 미래 세대들이 다소 어렵더라도 공학의 원리와 기술에 대해 알아야 하는 이유라고 할 수 있겠습니다.
이 책의 마지막에는 결론이 존재하지 않습니다.
이 책의 새로운 장들은 여러분들이 후일 추가해 주셨으면 합니다.
---「머리말」중에서

공학자는 미래를 기다리지 않는다.
자신의 손으로 직접 미래를 만든다!
신기술을 둘러싼 다양한 질문과 KAIST 기계공학자들의 명쾌한 응답!

2011년 3월 11일, 일본 도호쿠 지역에서 강도 7의 지진이 발생했습니다.
이 지진이 유발한 거대한 쓰나미는 높이가 15m에 달했고, 곧이어 후쿠시마 원자력발전소를 강타했습니다.
사람이 들어가기엔 너무 위험할 만큼 상황이 악화되자 일본 정부와 도쿄전력은 로봇을 투입하기로 합니다.
당시 일본의 로봇 기술은 세계 최고라고 알려져 있었지만 그 어떤 로봇도 이 정도의 재난 상황에 대처하기란 어려웠습니다.
후쿠시마 원자력발전소 사태는 당시의 로봇 기술이 재난 상황에 얼마나 무력한지 여실히 보여주었습니다.
그리고 이를 주시했던 미국의 국방고등연구계획국은 사고 발생으로부터 4년이 지난 2015년에 로봇 기술을 발전시킬 목적으로 재난구조로봇대회를 개최합니다.
---「1장 새로운 역사를 쓰는 로봇 기술과 모빌리티 - 현재와 미래를 달리는 보행 로봇」중에서

온실가스를 줄이기 위해서 비닐봉지와 종이봉투 중에 어느 것을 써야 할까? 원료 측면에서만 보면 종이봉투가 좋다.
하지만 실제 제조 과정까지 들여다보면 종이봉투가 5배 이상의 에너지를 더 많이 소모하며 그만큼 더 많은 탄소를 배출한다.
이처럼 겉보기에는 친환경적이지만 본질적으론 반(反)환경적인 제품들이 많아지고 있다.
위의 예에서 보듯이, ‘겉보기 친환경성’과 ‘절대 친환경성’은 다르다.
최근 많은 기업이 친환경을 강조한 그린 마케팅을 시도하지만, 포장만 그럴듯한 ‘환경 세탁(green washing)’으로 소비자들이나 투자자들을 속이는 경우가 발생하고 있다.
이런 눈속임과 사기를 방지하려면 소비자들의 슬기로운 판단과 지속적인 감시가 절대적으로 필요하다.

---「2장 내일의 생존을 위한 에너지 혁신 - 지금 당장 시작해야 한다」중에서

스마트 세상을 살아가는 우리는 인류가 달에 사람을 보낼 때 썼던 컴퓨터들보다 빠르고 강력한 성능을 자랑하는 작은 스마트폰을 손에 들고 다닙니다.
이런 엄청난 변화는 집적회로 기술의 지속적인 발전 덕분입니다.
현대의 반도체는 실리콘 웨이퍼상에 다양한 금속 및 반도체 산화물들을 미세한 선폭으로 새겨 넣는 패터닝 과정을 층마다 반복하여, 복잡한 미세 구조들을 여러 층으로 쌓아감으로써 만들어집니다.
---「3장 미래를 그리는 첨단 생산 기술 - ‘현대 문명의 쌀’, 반도체 기술의 핵심」중에서

음향 메타물질은 인공의 구조물로, 일반적인 물질과는 완전히 다른 음향학적인 특징을 가지고 있습니다.
과학자들은 실제로 밀도를 음수로 만들지는 않지만 음파의 입장에서 밀도가 음수처럼 느껴지게 하는 물질을 설계할 수 있다는 사실을 발견했어요.
그 결과 매우 얇은 두께와 가벼운 무게만으로 음파를 거의 완벽하게 차단할 수 있게 되었습니다.
음향 메타물질만큼이나 흥미로운 음향 블랙홀 기술도 개발되고 있습니다.
음향 블랙홀은 마치 블랙홀이 빛과 모든 물질을 끌어들이는 것처럼, 파동을 특정 지점에 집중시켜 열로 소산시킬 수 있는 새로운 기술입니다.
---「4장 눈에 보이지 않지만 항상 우리 곁에 있는 기계 - 조용하고 쾌적한 미래를 위해 소음과 진동을 제어하다」중에서

과학자들은 우리 장기가 어떻게 작동하고, 질병이 장기에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있기를 원했다.
하지만 시험관 안에 담긴 세포나, 살아 있는 동물로 하는 실험은 실제 인체의 환경과 다른 점이 많아 인간의 질병과 장기에 대해 파악하는 데 한계가 있었다.
이때 미세유체 시스템은 기존 실험의 한계를 보완해 줄 수 있는 훌륭한 도구가 되었다.
미세유체 시스템 내에 구현된 심장, 폐, 뇌, 안구, 근육, 혈관 등 다양한 장기 시스템을 미세생체 시스템 혹은 장기 칩이라고 한다.
폐 시스템의 경우 사람이 숨을 들이쉴 때 폐포가 늘어나는 현상을 미세생체 시스템 안에 구현하였다.
---「5장 새로운 의료 패러다임을 이끄는 공학 - 내 몸 밖에 내 장기를 만들 수 있을까?」중에서

2006년 미국 노스웨스턴대학교의 토드 쿠이켄 교수는 표적 근육 재신경화술이라는 고난이도의 수술을 성공시켰다.
환자는 전기 사고로 양팔을 잃은 설리번이라는 남성이었다.
쿠이켄 교수는 이 수술을 통해 환자의 어깨 끝부분에 남아 있던 말초신경 다발을 가슴 근육에 다시 심었고, 그 신경다발에 연결한 센서를 통해 복잡한 상지 동작 의도까지 읽어낼 수 있게 했다.
수술 과정을 좀더 자세히 살펴보자, 설리번 씨의 절단된 팔과 연결된 말초신경계 다발은 어깨 부분에서 잘려 있었는데, 어깨, 팔꿈치, 손목, 손가락을 움직이는 근육으로 연결되어 있던 다발들이 목적지를 잃은 채 아직 살아 있었다.

---「6장 기계와 함께 진화하는 인간 - 육백만 불의 사나이는 현실에서 가능한가?」중에서