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품목정보
| 발행일 | 2024년 05월 20일 |
|---|---|
| 쪽수, 무게, 크기 | 316쪽 | 548g | 153*224*20mm |
| ISBN13 | 9791167140814 |
| ISBN10 | 1167140818 |
상상하는 공학 진화하는 인간
: KAIST 기계공학과 교수들이 들려주는 첨단 기술의 오늘과 내일
KAIST 기계공학과 저
|
해냄
|
2024년 05월 20일
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- 과학 41위 | 자연과학 top100 1주
- eBook
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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.
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
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첨단 기술에 대해 KAIST 교수진들이 제작한 지도!”
미래는 무엇으로 만들어지는가? 나는 이 질문에 답하기 위해 인간과 환경의 상호작용, 그리고 융합을 주목한다. 환경 변화는 곧 기술 변화로, 로봇과 모빌리티부터 인체 공학까지 현대의 기술들은 빠르게 변화하고 있다. 이 책의 제목처럼 공학적 상상력을 통해 인간 역시 진화하고 있는 셈이다. 기계공학은 이를 위한 융합의 중심에 있는 학문이라 할 수 있다. 기계공학이 다루는 광범위한 분야와 첨단기술을 총망라한 이 책은 기술 혁명 시대를 살아가기 위한 필독서다. 공학자를 꿈꾸는 청년들뿐 아니라 미래를 준비하고자 하는 이들에게 강력히 추천한다.
미래는 무엇으로 만들어지는가? 나는 이 질문에 답하기 위해 인간과 환경의 상호작용, 그리고 융합을 주목한다. 환경 변화는 곧 기술 변화로, 로봇과 모빌리티부터 인체 공학까지 현대의 기술들은 빠르게 변화하고 있다. 이 책의 제목처럼 공학적 상상력을 통해 인간 역시 진화하고 있는 셈이다. 기계공학은 이를 위한 융합의 중심에 있는 학문이라 할 수 있다. 기계공학이 다루는 광범위한 분야와 첨단기술을 총망라한 이 책은 기술 혁명 시대를 살아가기 위한 필독서다. 공학자를 꿈꾸는 청년들뿐 아니라 미래를 준비하고자 하는 이들에게 강력히 추천한다.
- 이광형 (KAIST 총장)
우리의 미래 세대에게 기계공학의 가치와 비전을 알려야 한다는 소명을 지니고 있던 참에 KAIST의 기계공학자들이 쓴 본 도서가 내 소명의 짐을 덜어줘서 무척이나 반가웠다. 인공지능 및 반도체 등 첨단기술이 하루가 다르게 등장하고 있는 이 시점에 왠지 기계공학자는 이 본류에 탑승하지 못하고 있다는 불편한 시각을 접하고 있다. 그러나 기계공학은 첨단기술 발전을 선도하는 학문으로써 그 다양성은 어떤 공학분야보다 더 크다. 사회의 난제를 해결하고 이를 제품화할 수 있는 분야는 기계공학이 유일하다. 인공지능, 로봇, 차세대 에너지, 바이오, 우주항공, 미래 모빌리티 등 기계공학은 움직이는 모든 것을 연구하고 그에 참여한다. 열정적인 기계공학자들이 쓴 본 도서는 미래 세대에게 ‘열정과 비전으로 세상을 움직여보지 않겠느냐’고 묻고 있는 듯하다. 이 질문에 응답하는 이들이 미래를 창조할 수 있을 것이다. 본 도서가 기계공학으로의 첫걸음을 내딛는 새로운 세대에게 든든한 동행자가 되어주리라 확신한다.
- 김동환 (대한기계학회 회장, 서울과학기술대학교 총장)
KAIST 기계공학과는 세계적으로도 유례를 찾기 힘들 정도로 혁신적인 학과다. ‘기계 없는 기계공학과를 지향한다’는 어느 교수님의 말처럼, 기계공학과가 통상 다루지 않는 심장, 뇌, 소음, 태양광, 인공지능, 로봇, 자율주행 자동차 등 ‘세상의 모든 작동하는 것들’이 이 책 안에는 기계의 관점에서 흥미롭게 서술돼 있다. 하나의 세포도 ‘생명을 만들어내는 기계’라는 관점을 상기해 본다면, 기계 없는 기계공학과란 전통적인 기계를 넘어 생명과 도시를 살리고 지구를 구하는 모든 것들을 다루겠다는 강력한 비전이다. KAIST 기계공학과 교수들과 학생들이 어떤 연구를 하고 있는지 그 최전선의 지형도를 가늠해 볼 수 있는 이 책에서 청소년과 젊은이들이 혁신적인 기계공학의 미래 비전을 배우길 희망해 본다.
- 정재승 (KAIST 뇌인지과학과·융합인재학부 교수)
국내 최초의 인간형 로봇인 휴보를 개발한 지 20년이 되었다. 그사이 인공지능을 비롯한 첨단기술들의 진화 속도는 우리의 예측을 넘어서는 수준에 이르렀다. 여전히 막연한 두려움을 불러오기도 하는 이러한 변화에 대비하기 위해 개인에게 필요한 첫 번째는 관심과 학습이다. 오늘날 공학적 교양이 모든 이들에게 필요한 이유이다. 기계공학은 가장 오랫동안, 다양한 분야에서 공학 기술을 통해 세상의 변화를 이끌어왔고 그 추세는 더욱 가팔라질 것이다. 기계공학 분야의 명실상부 글로벌 리더인 KAIST의 교수진들의 본 도서가 미래를 향한 친절한 길잡이가 되어주리라 믿는다.
- 오준호 (KAIST 기계공학과 석좌교수 겸 명예교수, 레인보우로보틱스 CTO )
공학에서 새로운 해법은 결코 과거의 답습에서 나오지 않는다. 현재를 당연하게 받아들이지 않는 공학적 상상력이 필요하다. 그렇게 탄생한 신기술들이 우리 삶에 실질적인 도움을 주며 일상을 자연스럽게 변화시킬 수 있다. 이 책에 담긴 오늘날의 기계공학들도 그렇게 일상을 비트는 상상으로부터 탄생해 일상을 변화시키는 것을 종착역으로 삼는다. 이 책은 첨단 기술을 통해 세상이 어떻게 변해갈지에 대해 KAIST 교수진들이 제작한 지도이기도 하다. 기술 분야의 현장, 그리고 일상의 미래를 궁금해하는 이들에게 권하고 싶다.
- 석상옥 (네이버랩스 대표)
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