▼ 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.

우리나라에는 우주개발중장기계획이라는 우주개발 전체를 아우르는 중장기 로드맵이 있습니다. 우리나라 최초의 인공위성은 1992 년에 발사된 우리별1호이고, 1993년에 우리별2호, 그 계보를 잇는 과학기술위성1호가 2003년에 발사되었습니다. 두 번의 발사 실패 이후 드디어 2012년 나로호 발사가 성공했으며, 2021년에는 한국형 발사체 누리호의 발사가 예정되어 있습니다. -25p

세종 시대 때 만들어진 신기전은 그 종류가 소, 중, 신화, 대 이렇게 네 가지 종류의 로켓이었고, 그 설계도가 아직까지 남아 있었습니다. 이 설계도를 분석해 현대식으로 복원까지 할 수가 있었는데, 대신기전 같은 경우에는 전체 길이가 5.5m나 되는 초대형 로켓입니다. 외국보다 무려 200~300년 앞서 우리가 대형 로켓을 개발한 것입니다. -45p

수소 개발은 경제적인 면과도 연결되어 있습니다. 특히 우리나라처럼 자동차 산업이 발달한 경우 연비 규제 등 환경 규제에 대응하기 위해서는 유해가스가 나오지 않는 새로운 차의 개발이 매우 필요합니다. 요즘 급격하게 그 수가 증가한 전기자동차가 그 결과입니다. 여기에 더해 수소전기자동차가 등장했는데, 아직은 생산 대수가 적고, 기술 개발에 비용이 많이 들어가 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. -65p

신재생에너지 기술 중에 최근 붐이 일어나고 있는 운동에 ‘RE100’ 이라는 것이 있습니다. RE100이라는 것은 기업 활동에 필요한 에너지를 신재생에너지로 100% 대체하자는 운동입니다. RE100 참여 대상은 에너지 생산자가 아닌 소비자인 기업이며, 규제에 의한 강제적 이행이 아닌 자발적 참여를 기반으로 합니다. -72~73p

요즘의 인공지능은 모두 기계학습입니다. 이런 기계학습이 잘 되게 만드는 것은 데이터입니다. 데이터가 많으면 상황에 적합한 대화 모델을 잘 만들 수 있습니다. 즉 과학에 대해 심도 있게 대화하는 데이터셋을 가지고 있다면 과학에 대해 대화하는 시스템을 만들 수 있는 것입니다. -99p

물이 떨어지는 것이나 눈이 내리는 것을 재현해내려면 어떤 방정식이 있어야 합니다. 이는 유체(물, 공기 등)의 흐름을 모사하려면 수학 적으로 표현하고 방정식을 만들어 해를 구하는 것입니다. 이 현상을 기술하는 방정식이 바로 나비어-스톡스방정식Navier-Stokes Equation입니다. -115p

암호화폐는 비트코인이나 이더리움 같은 것들로 개인 간의 거래가 가능합니다. 최근에는 중앙은행 디지털 통화가 많이 이야기되고 있는데, 이는 중앙은행이 지폐나 동전 형태로 발행하던 통화를 디지털화하자는 것입니다. 교환 매개 수단을 암호화폐 수단을 이용하자는 논의가 세계의 중앙은행들에서 굉장히 활발하게 이루어지고 있습니다. -143p

신기술의 보안 문제 역시 과거의 보안 문제들이 존재합니다. 왜냐 하면 과거의 기술을 사용하기 때문입니다. 여기에 새로운 기술을 사용하면서 새로운 보안 문제들까지 존재합니다. 그래서 네트워크, 운영체제, 암호 같은 기존에 알던 보안 취약점이 존재할 수 있고, 여기에 내재된 새로운 보안 문제까지 가질 수 있습니다. -153p

물질로서의 돌연변이는 DNA가 변한 것을 의미합니다. 즉 DNA 의 염기서열이 변했다는 의미로, 예를 들어 시토신이 어떤 사건에 의해서 새로운 염기인 티민으로 변하면 염기서열의 순서가 ACGT로이어지다가 ATGT로 변하는 것입니다. 그리고 이러한 변화는 단백질의 변화와 우리 생명의 변화를 일으킬 것입니다. -173p

DNA 서열의 핵심 포인트는 화학물질이 신호화되어 있다는 것입니다. 이 물질이 화학물질이든 전기든, 어떤 물리적인 상태가 정보화돼서 신호화되어 있으며, 게놈학은 바로 이 신호를 연구하는 것입니다. -195p

현재 우리가 많이 사용하는 4세대 통신은 LTE-Adv.라는 표준입니다. 2012~13년에 LTE가 처음 상용화될 때 많은 회사에서 LTE가 4세대라고 광고했는데, 연구자 입장에서는 4세대가 아니라 3.5세대입니다. 왜냐하면 4세대 통신을 만족시키는 규격은 LTE-Adv.이기 때문입니다. -221p

하늘을 난다는 것에는 차이가 없지만 무인항공기가 커질수록 위험도가 기하급수적으로 증가하기 때문에 그에 따라 드론을 분류합니다. 크기가 작은 장난감 드론들은 추락해도 큰 문제가 없기 때문에 날리는 데 큰 제약이 없습니다. 사람이 탈 수 있을 정도로 큰 항공기 들은 굉장히 엄격한 인증 기준을 적용합니다. -240p

사실 우리 주변에는 이미 여러 종류의 로봇들이 사용되고 있습니 다. 예를 들어 집에서 사람을 도와주는 홈서비스 로봇, 병원에서 환자들을 치료하거나 도와주는 메디컬 로봇이 있습니다. 또한 장난감이나 오락용 혹은 교육용, 기능을 넓게 봐서 연구용까지 포함해서 에듀테인먼트 로봇이라는 말을 씁니다. 요즘 고령화 사회와 맞물려서 사람이 신체적, 정신적 기능이 저하됐을 때 정상 생활을 할 수 있도록 돕는 로봇 연구도 많이 되고 있습니다. -259p

소프트 로봇은 자연계에서 볼 수 있는 부드럽게 움직이는 물체들과 비슷합니다. 예를 들어 코끼리의 코는 강력한 힘을 낼 수는 없지만 아주 부드럽고 유연하게 여러 가지 일들을 할 수 있습니다. 소프트 로봇은 팔이 불편한 사람에게 팔을 대신할 수도 있고, 수술할 때 편리하게 사용될 수도 있습니다. -275~276p

우리는 뇌에 대해 점점 더 많은 정보를 알게 되었는데, 얼마나 많이 알았는지를 검증하려면 직접 만들어보는 것이 필요합니다. 현재 여러 가지 방법을 통해서 뇌와 유사한 인공물을 만들고 있습니다. -307p

뇌-컴퓨터 인터페이스는 브레인-컴퓨터 인터페이스라고도 하고 혹자들은 마음을 읽는다고 해서 마인드 리딩 테크놀로지라고도 말합니다. 브레인-컴퓨터 인터페이스는 줄여서 BCI라고 말하는데, 이 기술 자체는 사용자의 뇌 신호 분석을 통해서 근육이나 신체를 전혀 쓰지 않고 의도를 분류하는 기술을 이용합니다. -319p

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