도서 소개

청소년의 눈높이에 맞추어 이해를 돕는 삽화와 나노기술의 최신 소식을 보충해 ‘이인식 선생님의 주니어 교양 시리즈’의 세 번째 책으로 출간되었다. 이 책의 일부분은 '나노기술이 세상을 바꾼다'라는 제목의 칼럼으로 8차 교육과정 고등학교 국어 교과서에 수록되었다.

나노기술은 눈부신 발전을 거듭하며 상당한 성과를 거두어 가고 있으며, 우리는 이미 나노기술이 도입된 세계를 살고 있다. 나노기술은 우리에게 어떤 미래를 예고하는가. 이 책은 나노기술의 탄생과 현재를 짚어 보고, 나노기술이 가져다줄 미래를 균형 있게 조망한 청소년 미래교양서이다.

  출판사 리뷰

“눈에 보이지 않을 만큼 작은 세계에 무한한 가능성이 숨어 있다.”
나노기술의 탄생부터 무한한 쓰임새, 그리고 나노기술이 불러올 새로운 미래까지,
21세기 인류의 삶을 획기적으로 바꾸어 놓을 나노기술의 모든 것을 한 권의 책으로 읽는다.

세상에서 가장 작은 물질을 손으로 만지듯 마음대로 다룰 수 있다면 어떤 일이 벌어질까? 물질의 가장 작은 단위인 원자와 분자를 블록 놀이 하듯이 조립하고 움직일 수 있다면? ‘나노기술’은 원자나 박테리아 수준의 극미세 단위에서 물질을 다루는 첨단 기술을 말한다. 나노기술이 완벽하게 실현되면 어떤 일이 펼쳐질까. 각설탕만큼 작은 공간에 국회도서관의 모든 장서를 담을 정도로 엄청난 양의 정보를 기록할 수 있는가 하면, 미세한 부분까지 물질을 제어하는 일이 가능하므로 정교한 물건을 생산할 수 있다. 이러한 특성 때문에 나노기술은 생명공학기술이나 에너지기술, IT, 반도체기술 등과 융합하여 기존 기술의 한계를 뛰어넘을 돌파구로 주목을 받고 있다. 나노기술은 무한한 가능성을 지닌 21세기의 블루칩이라고 해도 과언이 아니다.
나노기술은 물질을 다루는 방법을 바꾸는 데 그치지 않고 사회의 모든 부문에서 혁명적인 변화를 초래할 것으로 전망된다. 이 책 『나노기술이 세상을 바꾼다』는, 21세기의 교양으로 알아두어야 할 나노기술의 모든 것을 쉽고 재미있게 설명한다. 나노기술의 탄생부터 다양한 쓰임새, 그리고 나노기술이 불러올 새로운 미래까지, 가장 작은 세계의 무한한 가능성을 들여다본다.

『나노기술이 세상을 바꾼다』는 2009년 출간된 『한 권으로 읽는 나노기술의 모든 것』을 청소년의 눈높이에 맞추어 이해를 돕는 삽화와 나노기술의 최신 소식을 보충해 ‘이인식 선생님의 주니어 교양 시리즈’의 세 번째 책으로 출간되었다. 이 책의 일부분은 '나노기술이 세상을 바꾼다'라는 제목의 칼럼으로 8차 교육과정 고등학교 국어 교과서(금성출판사)에 수록되었다.


● 나노기술로 손톱만 한 반도체 속에 도서관을 통째로 집어넣는다(76쪽)
● 나노기술의 아이디어를 제공한 리처드 파인만, 나노기술의 미래를 구상한 에릭 드렉슬러(32쪽, 61쪽)
● 나노 크기의 잠수정이 몸속에 들어간다면? 영화와 소설이 그린 나노기술(39쪽)
● 스파이더맨이 현실로? 자연모사공학으로 도마뱀붙이를 본뜬 나노빨판(102쪽)
● 눈에 보이지 않는 오염물질까지 잡아낸다. 나노기술과 생명공학기술이 융합된 최첨단 나노바이오센서(142쪽)
● 심장이 없어도 달린다, 혈류를 누비며 산소를 공급하는 초소형 적혈구 나노로봇(159쪽)
● 21세기의 미라, 냉동인간이 세포수복 나노기술로 깨어난다(166쪽)
● 우리는 미래에 필요 없는 존재가 될 것인가. 자기복제하는 나노로봇 떼가 세상을 뒤덮는다면?(193쪽)

1부 ‘나노미터의 세계’는 원자와 분자의 세계를 다룬다. 물질을 점점 더 작은 단위로 쪼개어 들어가면, 나노 크기의 미시세계인 원자와 분자를 만나게 된다. 1부에서는 원자와 분자의 개념을 설명하고, 생명체를 이루는 가장 작은 분자인 단백질과 그 속에 담긴 유전자에 대해 소개한다. 단백질 분자는 몇 개의 단순한 물질로 이루어져 있지만, 몸속에서 다양한 기능을 수행하고 막대한 양의 유전 정보를 저장하기도 한다. 이러한 생명체의 메커니즘이야말로 나노기술의 핵심 개념을 완벽하게 구현하고 있다고 할 수 있다.
2부에서는 나노기술의 역사가 한눈에 펼쳐진다. 1959년 최초로 나노기술의 아이디어를 제시한 리처드 파인만의 강연부터, 나노기술이 가져올 미래의 모습을 구상한 에릭 드렉슬러, 그리고 전 세계가 나노기술을 21세기를 바꾸어 놓을 신기술로 주목하기까지의 발전 역사를 정리하고 있다. 축소된 잠수함이 사람의 몸속으로 들어가거나(스티븐 스필버그 연출의 영화 <이너스페이스>, 무한히 증식하는 나노로봇이 인간을 위협한다는(마이클 크라이튼의 소설 <먹이>) 설정 등의 영화와 소설이 그려 낸 나노기술의 미래상도 소개되어 있다(39쪽).
3부, 4부, 5부에는 나노기술이 활용되는 사례를 간추려 놓았다. 21세기의 신기술은 나노기술을 통해서 이루어질 것으로 보인다. 기존의 기술이 나노기술과 접목되어 시너지 효과를 발생시키는 것이다. 나노기술은 산업재의 효율성을 높이는 데 쓰인다. 나노입자를 입힌 자동정화 타일은 얼룩이나 긁힘이 생기지 않아 화장실과 부엌용으로 안성맞춤이다(93쪽). 또한 선박의 선체에 나노입자를 입히면 부식이 방지되고 조개 따위가 달라붙지 않아 연료비가 절감된다(95쪽).
나노기술과 바이오기술을 결합한 나노바이오기술로 센서를 만들면 환경에 해가 되는 독성 물질을 탐지하고 제거할 수 있다. 환경오염을 막기 위해 나노바이오센서를 투입할 수 있는 분야는 한두 가지가 아니다. 나노바이오센서는 공장에서 배출되는 폐수의 감시에서부터 의약품의 독성 검사 또는 식품의 품질 검사에 이르기까지 다양하게 활용된다(142쪽).
나노기술의 활용이 기대되는 또 다른 분야는 나노의학이다. 인체의 질병은 대개 나노미터 수준에서 발생한다. 바이러스는 가공할 만한 나노기계라 할 수 있다. 이러한 자연의 나노기계를 인공의 나노기계로 물리치는 방법 말고는 더 효과적인 전략이 없다는 생각이 나노의학의 출발점이다(69쪽). 나노기술을 이용해 항암제를 특정 부위에만 전달하여 종양만을 공격하고 다른 부위에는 타격을 주지 않는 약물 전달 방법이 고안됐다. 약물 분자를 몸속으로 주사하지 않고 폴리머 같은 물체 안에 집어넣어 입안으로 삼키면 폴리머 구조가 열리면서 약물이 몸 안으로 방출된다. 이 방법을 사용하면 하루에 한 번 또는 일주일에 한 번만 약을 먹더라도 오랜 시간 약물이 조금씩 연속적으로 병든 부위에만 전달되므로 암 치료에 효과적이다(119쪽).
나노기술의 미래는 나노로봇과 어셈블러에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. 나노로봇은 6부에 묘사되어 있다. 나노로봇의 활약이 가장 기대되는 분야는 의학이다. 극미세 나노로봇이 개발되면, 몸속을 돌아다니는 나노로봇이 바이러스를 퇴치하고, 고압 산소가 압축된 초소형 인공 적혈구가 혈류를 따라 흐르며 산소를 공급할 것으로 전망된다(159쪽). 또한 손상된 세포를 수리하는 나노로봇의 세포 수복 기술은 냉동인간의 소생을 가능케 할 핵심 기술로 여겨지고 있다(172쪽).
7부에서는 어셈블러를 소개하고 어셈블러의 실현 가능성과 위험성을 진단한다. 에릭 드렉슬러가 제안한 어셈블러는 원자를 찾아내서 적절한 위치에 옮겨 놓을 수 있는 분자 수준의 조립 기계이다. 최초의 어셈블러는 또 다른 어셈블러를 만들어 내고, 이 과정이 되풀이되면서 어셈블러의 수는 기하급수적으로 늘어난다. 이렇게 수십억 개의 어셈블러가 만들어지면 일정한 크기가 되는 제품을 만들 수 있다. 그러나 어셈블러의 실현 가능성을 두고서는 과학자들마다 의견이 분분하다. 어셈블러의 실현 가능성을 두고 논쟁을 벌인 리처드 스몰리와 에릭 드렉슬러의 사례를 소개한다(184쪽).
만약 자기복제가 가능한 어셈블러가 무한대로 증식하면 어떠한 일이 벌어질 것인가. 자기증식하는 나노기계가 무리를 형성하여 지능을 가진 존재처럼 행동하고, 전 지구를 뒤덮어 버려 인류의 생존을 위협할 수도 있다. 미래에는 인간이 더 이상 필요하지 않은 재앙과 같은 상황이 올 수도 있음을 학자들은 경고하고 있다(193쪽).

나노기술은 눈부신 발전을 거듭하며 상당한 성과를 거두어 가고 있으며, 우리는 이미 나노기술이 도입된 세계를 살고 있다. 나노기술은 우리에게 어떤 미래를 예고하는가. 이 책은 나노기술의 탄생과 현재를 짚어 보고, 나노기술이 가져다줄 미래를 균형 있게 조망한 청소년 미래교양서이다.

이인식 선생님의 주니어 교양 시리즈는
대한민국 과학칼럼니스트 1호인 이인식 과학문화연구소장이 청소년 여러분에게 과학기술을 중심으로,
신화·문학·미래사회에 관한 지식과 정보를 풀어놓는 이야기보따리입니다.

* 분자 제조 기술로 물건을 생산하다
오늘날 우리가 물건을 만드는 방식은 원자를 덩어리로 움직인다. 그러나 나노기술은 원자 하나하나까지 설계 명세서에 따라 만들 수 있으므로 물질의 구조를 완벽하게 통제할 수 있다. 드렉슬러는 다수의 어셈블러가 함께 작업하여 모든 제품을 생산하는 미래의 제조 방식을 ‘분자 제조’라고 명명했다. 분자 제조 기술이 산업에 미칠 영향은 한두 가지가 아니다. 먼저 나노기술로 원자 수준까지 물질의 구조를 제어하기 때문에 우리가 상상할 수 없을 정도로 다양하고 새로운 제품을 만들게 될 것이다. 또한 고장이 극히 적은 양질의 제품 생산이 가능할 듯하다. 제품에 고장이 발생하려면 수많은 원자가 제자리를 벗어나야 한다. 그러나 나노기술로는 제품의 설계와 생산 공정에서 원자 하나하나를 완전무결하게 통제하기 때문에 신뢰성이 높은 제품의 출하가 기대된다.(67쪽)


* 나노기술로 혈관 안에서 전기를 생산하는 흡혈귀 로봇
2002년 미국 텍사스 대학 과학자들은 인체의 혈관 안에서 전기를 생산하는 생물연료전지를 개발했다. ‘흡혈귀 로봇’이라 명명된 이 연료전지는 인체의 활동에 사용되는 화학에너지를 획득하여 전자기기를 돌릴 만한 양의 전기에너지를 생산할 수 있으므로 핏속에서 활동할 나노로봇에게 필요한 에너지를 공급할 수 있다. 2003년 일본 과학자들은 한 사람의 혈액에서 최대 100와트의 전기를 생산할 수 있다는 논문을 발표하였다.(140쪽)

* 자연을 본뜬 나노기술
1997년 독일의 식물학자인 빌헬름 바르틀로트 교수는 연잎을 현미경으로 관찰하고, 잎의 표면은 작은 돌기로 덮여 있고 이 돌기의 표면은 티끌처럼 작은 솜털로 덮여 있기 때문에 연잎 효과가 나타난다는 것을 밝혀냈다. 수많은 나노돌기가 연잎의 표면을 뒤덮고 있기 때문에 물방울 잎을 적시지 못하고 먼지는 빗물과 함께 방울져서 떨어지는 것이다. 저절로 방수가 되고 때가 끼는 것을 막아 주는 연잎 효과를 응용할 수 있는 가능성을 무궁무진하다. 무엇보다 때를 방지하는 자동정화 표면은 자주 청소를 해야 하는 생활용품에 활용된다. 예컨대 화장실 변기 표면에 나노돌기를 만들면 항상 청결을 유지할 수 있다. 가정에서 목욕탕, 주방, 계단, 창틀 등 침전물이 형성되는 장소에 연잎 효과를 응용한 자동정화 표면 기술이 적용된 제품을 사용하면 구태여 걸레로 청소하는 수고를 하지 않아도 될 것이다.(105쪽)

  작가 소개

저자 : 이인식
서울대학교 전자공학과를 졸업했다. 현재 지식융합연구소 소장, 문화창조아카데미 총감독이며, 과학문화연구소 소장, 국가과학기술자문회의 위원, KAIST 겸직교수를 역임했다. 대한민국 과학 칼럼니스트 1호로서 <조선일보><중앙선데이><동아일보><매일경제><한겨레><부산일보> 등 신문에 550편 이상의 고정 칼럼을, <월간조선><과학동아><주간동아><한겨레21><나라경제> 등 잡지에 170편 이상의 기명 칼럼을 연재하며 인문학과 과학기술이 융합한 지식의 다양한 모습을 소개하고 있다. 2011년 일본 산업기술종합연구소의 월간지 <PEN>에 나노기술 칼럼을 연재하며 국제적인 과학 칼럼니스트로 인정받기도 했다. 저서로는 《4차산업혁명은 없다》《2035 미래기술 미래사회》《융합하면 미래가 보인다》《지식의 대융합》《미래교양사전》《자연은 위대한 스승이다》 등 49종이 있다. 중고등학교 교과서에 20여 편의 글이 수록되었다. 제1회 한국공학한림원 해동상, 제47회 한국출판문화상, 2006년 <과학동아> 창간 20주년 최다기고자 감사패, 2008년 서울대 자랑스런 전자동문상을 받았다.

  목차

머리말

1 나노미터의 세계
01 원자와 분자
02 생명의 분자

2 나노기술의 탄생
01 바닥에는 풍부한 공간이 있다
02 나노 세계로 떠나는 상상 여행
03 원자를 손으로 만진다
04 버키볼을 발견하다
05 분자기술의 무한한 가능성
06 탄소나노튜브가 나타나다
07 나노기술 시대가 열리다

3 나노물질
01 버키볼과 탄소나노튜브
02 나노입자
03 자연을 본뜨는 나노물질

4 나노기술과 생명공학기술의 융합
01 나노바이오기술
02 나노의학

5 나노기술의 활용
01 정보기술과 나노기술
02 에너지와 나노기술
03 환경과 나노기술

6 나노로봇
01 질병을 고치는 나노로봇
02 뇌 안에서 활동하는 나노로봇
03 냉동인간과 나노로봇
04 나노로봇을 만든다

7 어셈블러
01 어셈블러는 가능한가
02 어셈블러는 위험한가

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