연세대 공대 교수 22명이 들려주는 세상을 바꾸는 기술

나와 우리를 둘러싼 다양한 문제들에 대한 기술적 해법을 통해 융합의 시대에 길을 잃지 않도록 도와주는 공학의 인사이트와 질문을 만나다! 공학 입문자부터 4차 산업혁명 시대를 살아갈 일반인까지, 모두를 위한 필독서

‘미래에 어떻게 대처할 것인가’, 통찰을 제시하는 책 우리는 공학을 이해하고 배우는 것이 중요하다고 역설하면서도 정작 이를 쉽고 재미있게 다룬 입문서는 매우 부족한 실정이다. 또한 대부분의 관련 도서들이 개론적?원론적인 이야기에 그친다. 이 책에서는 분야별 전문 기술을 다루면서도 비전공자 혹은 이제 막 공학의 길에 접어든 사람들이 생활과 연결 지어 흥미롭게 이해해 나갈 수 있도록 접근했다. 특히 공학의 다양한 분야를 단순히 전공별로 분류하지 않고 ‘연결’ ‘지능’ ‘혁신’ ‘새로운 관점’ ‘고찰’ 등의 키워드로 묶어 다층적인 시각에서 공학의 주제를 느낄 수 있다. 이 책은 공학자들을 호기심 가득한 탐험가이자 더 나은 세상을 만들어가는 문제 해결사, 신념에 가득 찬 웅변가라고 소개한다. 독자들은 공학의 현장에서 어떠한 일들이 일어나고 있는지, 사회의 어느 부분이 어떻게 변해가고 있는지 생생하게 만날 수 있을 것이다. 하루가 다르게 변해가는 사회에 적응하고, 각종 정보와 기술을 융합해 삶의 가치를 창출하기 위해서는 자신의 삶의 바탕에서 공학을 이해하고 활용할 수 있어야 한다. 인간에 대한 이해가 결여된 공학적 사고가 문제이듯이 공학적 이해가 결여된 인문학적 사고 역시 다가오는 4차 산업혁명 시대에는 반쪽이 될 수밖에 없다. ‘미래에 어떻게 대처할 것인가’라는 문제는 공학적 이해와 인문학적 통찰력의 융합에 달려 있다. 이 책은 비단 공학에 대해 관심을 갖고 진로를 준비하는 학생들뿐만 아니라 세상을 바라보는 안목을 높이고 다층적인 시각으로 자신의 미래를 설계하길 원하는 청년들, 미래 기술이 궁금한 일반인들에게 인사이트를 제공하는 친절한 안내서가 되어줄 것이다.

여는 글_ 함께 공유하고 융합하는 미래를 향하여 _홍대식
프롤로그_ 새로운 세대와 함께 공학의 도전을 이어가다 _ 한경희

1장 연결의 혁신으로 장벽을 부수다
빠르고 안전한 연결, 모바일 혁명의 미래 _ 홍대식
장벽을 넘어 인체와 기계가 직접 통신하다 _ 안종현
정확하고 신속하게 치료하는 세상, 스마트 헬스케어 _ 정형일
사물 인터넷으로 ‘재난’을 제어하다 _ 정상섬

2장 지능에 대한 인간 독점을 깨다
사람보다 똑똑한 바보, 인공지능 이해하기 _ 김선주
로봇과 협업하는 인간의 미래를 상상하다 _ 양현석
산업 시대의 상징, 자동차는 어떻게 진화할 것인가? _ 전광민
거주공간이 인간을 배려하는 지능을 갖는다 _ 김태연

3장 근본으로 돌아가 뿌리부터 바꾼다
VR의 미래, 상상하면 볼 수 있다 _ 이상훈
인간의 감각을 기만하는 소재의 승리, 투명 망토 _ 김경식
영화 속에서 뛰쳐나온 생명공학 기술 _ 김응빈
평범한 생활용품이 첨단의 소재로 재탄생하다 _ 심우영
태양 에너지를 완벽하게 수확하는 법 _ 박종혁

4장 다시 생각하고 또 다른 질문을 던지다
컴퓨터가 할 수 있는 일을 밝히다 _ 한요섭
우리가 살아가는 생태계의 가격은 얼마일까? _ 강호정
질문에 대한 해답을 찾는 과정, 건축 _ 최문규
신기술이 만들어내는 산업의 미래 _ 이영훈

5장 오래된 화두에 새로운 방법으로 화답하다
철의 진화는 아직도 끝나지 않았다 _ 민동준
화학공정의 예술, 화학의 축복을 더 많은 사람들에게 _ 문일, 이광희
걷는 사람들의 공간으로 스마트한 도시를 만들다 _ 이제선
초연결 사회, 도시 물 관리의 혁신을 모색하다 _ 박준홍
4차 산업혁명을 어떻게 맞이할 것인가? _ 박희준

장벽을 넘어 인체와 기계가 직접 통신하다
상상해 보자. 아침 출근길에 날씨에 맞추어 옷도 골라주고 하루 일과를 정리하여 보고해 주는 옷장, 주부들에게 필요한 식재료를 통보해 주고 자동으로 주문해 주는 냉장고, 집안 청소뿐만 아니라 반려견 밥도 챙겨주는 가정용 로봇들이 우리의 삶을 편리하게 이끌어줄 것이다.
달걀에서 살충제 성분이 검출되어 큰 사회적 문제를 일으켰던 사건을 기억하는가? 바로 이런 경우에도 사물 인터넷 기술을 이용하면 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 각 산란장의 닭들에게 센서를 설치하여 닭들의 건강 상태와 생산된 계란의 신선도 등을 소비자들이 스마트폰을 통해 실시간으로 파악할 수 있어 안심하고 달걀을 구매할 수 있는 것이다.
더할 나위 없이 작게 축소된 칩들 사이로 무한히 자유롭게 전자를 흐르도록 만든 전자공학 덕분에 말이다.
안종현 ? 전기전자공학과 교수사람보다 똑똑한 바보, 인공지능 이해하기
인간이라면 아무리 어린아이라도 다양한 자세와 종류의 고양이 사진을 보고, 그것이 고양이라는 것을 쉽게 알아챌 수 있다. 그러나 앞서 말했듯이 이것은 인공지능에게는 힘든 일이다. 대체 이렇게 ‘바보 같은’ 인공지능이 어떻게 이세돌 9단을 이겼단 말인가? 세계 최고의 바둑기사도 이기는 놀라운 능력을 가지고 고양이 하나 알아보는 것이 어려운가?
그것은 컴퓨터 프로그램인 인공지능이 인간과는 전혀 다른 방식으로 영상을 인식하기 때문이다. 가령 다양한 고양이의 모습을 담은 디지털 사진들은 모두 0과 255의 사이의 숫자들을 갖는 픽셀(pixel)의 조합이라고 할 수 있다. 우리가 흔히 1메가픽셀 이미지라고 표현하는 것은 사진이 총 백만 개의 픽셀로 만들어졌다는 이야기이다. 컴퓨터는 결국 사진을 이렇게 수많은 숫자들로 볼 뿐이고, 컴퓨터는 그 수많은 숫자들로부터 사물을 인식해야 한다. 회계 장부처럼 숫자 하나가 달라지면 컴퓨터에겐 완전히 다른 것으로 인식된다.
김선주 ? 컴퓨터과학과 교수산업 시대의 상징, 자동차는 어떻게 진화할 것인가?
자동차 덕분에 깨어나고 충족되던 인류의 이동에 대한 욕구는 결코 사라지지 않을 것이며 자동차 역시 쉽게 대체되기는 어려울 것이다. 자동차의 기술적 구조가 바뀌고, 운행 방식과 소유 형식이 변하기야 하겠지만 근본적인 위상은 달라지기 어려울 것이다.
따라서 우리는 변화 속에서 기회를 찾아야 한다. 새로운 환경에서 자동차에 대한 사람들의 욕구와 욕망을 실현시킬 혁신의 기회를 먼저 찾는 사람이 미래의 승자가 된다. 가령 미래의 차량 소유는 지금처럼 각자가 자신의 차를 소유, 관리, 운영하는 방식에서 공유하는 쪽으로 변화할 것이다.(중략)
새로운 혁신은 새로운 사람과 기술에 대한 수요를 발생시킬 수밖에 없다. 당장 전기차 보급에 장애가 되는 배터리 생산의 혁신을 누가 해낼 것인가? 자율주행 기술이나 새로운 엔진 기술,동력원, 차체와 내장재에 쓸 새로운 소재, 이전과 달라질 소비자의 욕구를 충족할 새로운 디자인 개발 모두에 새로운 생각과 경험으로 무장한 인재가 필요하다. 자동차가 움직이는 도로도 지금과 같을 것이라 생각할 수 없다. 소재부터 운영방식까지 상전벽해(桑田碧海)의 수준으로 변할 것인데, 누가 그것을 해낼 것인가?
전광민 ? 기계공학과 교수인간의 감각을 기만하는 소재의 승리, 투명 망토
자연은 나노 기술이라는 정교한 타격술을 활용하여 우리에게 다채로운 ‘본다는 경험’을 선사한다. 잠시 주위를 둘러보자. 똑같아 보이는 물건들이 하나도 없을 것이다. 이는 곧 사물들마다 빛이 다르게 반사되고 있다는 의미다. 왜 빛은 사물들마다 이처럼 다르게 반사되는 것일까? 사물들의 ‘표면 상태’가 저마다 다르기 때문이다.
테니스공을 벽에 던진다고 생각해 보자. 벽이 매끄러운지 거친지에 따라 공이 튕겨 나오는 상태가 다르다는 것을 알 수 있다. 벽에 깊은 홈이 미로처럼 파여 있다면 또 다를 것이다.
인간이 만든 것이건, 자연적으로 생겨난 것이건 이처럼 세상 만물의 표면의 미세 구조 및 재료는 서로 다르다. 즉, 빛이 부딪칠 때마다 천차만별로 다르게 튕겨 나올 수밖에 없는 것이다. 파란 나비의 날개도 실제로는 수백 나노미터 크기, 다시 말해 머리카락 굵기의 1000분의 1 크기의 구조가 있어서 우리 눈에 파랗게 보인다. 이것은 수백 나노미터 파장의 가시광 빛이 비슷한 크기의 나노구조와 상호작용해서 우리 눈에 색깔을 만들어주는 것이다.
김경식 ? 기계공학과 교수영화 속에서 뛰쳐나온 생명공학 기술
1997년에 개봉한 영화 <가타카>는 유전자로 모든 것을 평가받는 섬뜩한 미래사회를 그리고 있다. 여기서는 자연 임신으로 태어난 인간은 최첨단 유전공학 기술의 힘을 빌어 탄생한 사람들에 비해 열등한 유전자를 가지고 있다는 낙인이 찍혀 엄청난 사회적 불이익을 받는다. 한 마디로 ‘유전자 차별 사회’이다.
보통 SF영화들이 먼 미래의 이야기를 다루는 것과 달리 <가타카>는 ‘너무 멀지 않은 미래(The not-too-distant future)’라는 문구가 등장하며 영화가 시작된다. 나는 이 점에 주목한다. 1997년에 영화가 개봉된 것을 고려하면 그 미래가 어쩌면 우리의 현재일 수 있다는 생각이 든다.
실제로 2008년 5월 21일 당시 미국 조지 부시 대통령은 거의 만장일치로 상하원을 통과한 「유전자 정보 차별금지법(GINA, Genetic Information Non-discrimination Act)」에 서명했다. 영화와 같은 사태를 대비한 법이 발효된 것이다. 그렇다면 정말로 영화 속 이야기가 우리에게 현실로 다가온 것일까?
김응빈 ? 시스템생물학과 교수질문에 대한 해답을 찾는 과정, 건축
왜 한 집에 있는 방의 크기가 다를까? 그 생각의 바탕에는 오래전에 만들어진 공간의 중요성과크기에 대한 인식이 담겨 있다. 안방은 부모님이 사는 곳이니 다른 방보다 커야 한다든가 큰형은 동생보다 큰 방을 써야 한다는 생각 말이다. 처음에 누군가는 의심을 가졌겠지만 시간이 지나 이제는 당연하게 여겨지다 보니 이런 것에 대해서는 누구도 질문하지 않는다.
방의 모양도 그렇다. 원형이나 마름모꼴의 방에서 살아본 적이 있는가? 왜 그런 방을 만들지 않을까? 필자는 네모난 가구를 만드는 가구 회사의 음모가 아닌가 하는 생각을 해본 적도 있다. (중략) 우리가 사는 세상은 오랫동안 사람들이 어떤 방식으로 살아야겠다는 생각 위에 만들어진 것이다. 우측통행이 그렇고 50분 수업에 10분 휴식이 그렇다.
필자는 이러한 생각이 가장 구체적으로 보이는 곳이 건축이라고 믿는다. 우리가 매일 살아가는 건물은 인간의 생각을 단단한 콘크리트로 구현해낸 것이다. 때문에 호기심을 가지고 보면 그것들이 얼마나 다른 모습을 띨 수 있는지 보인다.
호기심은 더 높은 건물을 만들기도 하고 더 가벼운 건물을 만들어내기도 한다. 또 더 민주적이고 인간적인 관계를 만들어낼 수도 있다. 우리는 건물이 단단하다 보니 ‘만드는 것’에 더 관심을 가지게 되지만 그 바탕에는 ‘생각’이란 것이 있다. 우리가 보는 것은 사실 생각이다.
최문규 ? 건축공학과 교수철의 진화는 아직도 끝나지 않았다
우리의 몸속에는 별이 함께 호흡하고 있다. 바로 4~5그램 정도의 철이다. 철이 우리의 혈관 속을 흐르기 때문에 우리는 산소를 호흡하여 생명을 이어갈 수 있다. 이처럼 숨을 쉴 수 없다면 우린 채 1분도 되지 않아 생명을 잃게 된다. 철은 곧 ‘생명, 그 자체’인 셈이다. (중략)
지구는 철로 인해 생명의 터전이 될 수 있었다. 철은 무거운 핵이 되어 회전하면서 발생하는 맨틀과의 마찰력으로 우리가 경험하는 대륙이동과 해양 대류 그리고 화산과 같은 역동적이고 아름다운 지구 생태계를 만들어낸다. 철이 없었다면 지구는 아무런 생명의 변화도 없는 차가운 바다와 바윗덩어리로 가득한 행성이 되어버린다. 마치 화성처럼…….
철의 무거운 핵은 자전과 공전에 의해 남극과 북극의 자기장을 형성하여 지구 대기권에 전리층을 만들어냄으로서 태양과 우주로부터 오는 유해한 우주 방사선으로부터 지구의 생태계를 안전하게 지켜준다.
풍부한 산소를 품은 붉은 피에서 북극 겨울밤을 아름답게 수놓은 오로라까지, 인간의 생명은 문자 그대로 철이 만들어낸 아름답고 경이로운 우주적 작품이라고 하겠다.
민동준 ? 신소재공학과 교수

피부에 부착해 사람과 기계를 직접 연결하는 웨어러블 전자소자부터 병원에 가지 않고도 언제 어디서든 통증 없이 치료 가능한 마이크로니들 패치, 나노 기술을 이용해 만드는 투명 망토와 침체된 거리를 부활시키는 도시 설계까지.
우리가 살아가는 세상과 미래를 바꾸는 기술의 중심엔 공학이 있다. 세상의 작동과 변화가 공학의 토대 위에 이루어지며 우리 삶 깊숙이 영향을 미치고 있다. ‘공학’은 사회의 다양한 문제들에 대한 기술적 해법을 제시하는 동시에 융합의 시대를 대표하는 학문이기도 하다.
이처럼 공학이 산업 발전에 크게 기여하고 있으며, 4차 산업혁명 시대에는 기술에 대한 이해가 무엇보다 중요함에도, 지금까지 공학은 ‘인문계와 이공계’라는 카테고리 안에서 전공자들만의 전유물로 여겨지곤 했다. 혹은 단순히 취업이 잘 되는 분야, 하이테크놀로지의 화려한 환상만을 좇기도 한다. 그러나 이제는 전공과 상관없이 누구에게나 ‘공학적 눈’ ‘공학적 사고방식’이 필요하다.
?공학의 눈으로 미래를 설계하라?는 연세대학교 공과대학 교수들이 바라본 ‘세상을 바꾸는 공학의 미래 기술과 우리의 내일’에 대한 생각을 한데 모은 책이다. 전기전자공학부터 컴퓨터과학 및 산업공학까지 11개 전공의 교수 22명이 각자 자신의 영역에서 공학이 무엇에 관심을 갖는지, 사회가 던진 질문들에 어떻게 응답하는지, 그리고 각 분야의 미래 과제는 무엇인지에 대해 다양한 미래 기술을 통해 설명했다. 산업과 교육 현장에서 활발하게 활동하고 있으며 세계에서 인정받는 대한민국 대표 공학자들이 참여해 각자의 전공 분야에 대해 밝힌 진솔한 생각과 전망 또한 읽는 재미를 더해준다.
특히 이 책은 인공지능과 빅데이터를 기반으로 인간-사물, 사물-사물 간의 ‘연결’과 학문과 산업의 경계를 넘나드는 ‘융합’을 지향하는 4차 산업혁명을 개략적으로 소개하고, 공학이 그것을 어떻게 주도하고 뒷받침하는지 알려준다. 이제 우리에게도 친숙한 5G로 나아가는 모바일 혁명에서부터 컴퓨터처럼 보편화된 로봇의 개발까지, 인간을 배려하는 지능을 갖게 된 거주공간부터 평범한 생활용품이 첨단의 소재로 재탄생하는 과정까지, 상상을 현실로 바꿔가는 다양한 기술의 이면을 볼 수 있다.
이 책은 총 5장으로 구성되어 있다. 1장은 연결의 혁신을 통해 각 영역 간 장벽이 어떻게 사라지고 재편되고 있는지 살폈다. 2장은 지능이라는 소재를 중심으로 이루어지고 있는 최근의 이슈들을 인공지능, 기계, 건축 등의 분야에서 소개하였다. 3장에서는 과학지식 및 기술 혁신과 관련된 보다 근본적인 내용이 등장한다. 인간의 인식능력, 메타물질, 유전자, 소재, 에너지와 관련된 최근의 기술적 추세와 관심사를 접할 수 있다. 4장에서는 질문의 전환을 통해 건축, 컴퓨터, 생태계, 신기술 등 지금까지 익숙했던 개념들을 새롭게 바라보고 있다. 끝으로 5장에서는 오래전부터 탐구되어 왔지만 최근 새로운 방식의 솔루션을 활발히 모색하고 있는 화학공정, 도시 물 관리 변화 등을 다뤘다. 또한 책의 결론처럼 기술이 주도하는 앞으로의 공학 및 기술 발전과 함께 우리가 놓쳐선 안 될 사회적?윤리적 합의에 대해서도 다룬다.[여는 글]
함께 공유하고 융합하는 미래를 향하여기존 전공의 경계를 넘어, 그리고 대학의 벽을 넘어 산업과 지역, 세계의 각 기관들과 상호협력하고 무엇인가 새로운 것을 만들어낸다는 건 결코 쉽지 않다. 이는 단순히 기술과 지식의 한계 때문이 아니라 오히려 서로가 가진 문화적?사회적 규범과 가치의 차이 때문인 듯하다.
그러나 지금의 세계가 직면하고 있는, 그리고 우리가 해결해야 할 많은 사회적?기술적?경제적 문제들은 본질적으로 서로 연결되어 있다는 점에 주목해야 한다. 요즘 인기 있는 4차 산업혁명의 분야, 예를 들어 빅데이터, 인공지능, 블록체인 등을 살펴보더라도 얼마나 많은 문제들이 복합적으로 얽혀 있는지 알 수 있다.
공학은 이러한 종류의 문제들을 사회가 이해하고 받아들일 수 있는 방식으로 정의하고 해결해 나가는 것이 중요하다. 『공학의 눈으로 미래를 설계하라』를 통해 공학이 얼마나 다양한 지식과 가치를 결합하며 발전하고 있는 분야인지, 어떤 문제와 질문들에 도전하고 있는지를 이해하고 함께 공유할 수 있기를 바란다.
홍대식 ? 연세대학교 공과대학장 [프롤로그]
새로운 세대와 함께 공학의 도전을 이어가다이 책의 저자들은 각자 자신의 영역에서 공학이 무엇에 관심을 갖는지, 어떤 분야를 어떤 방법으로 다루고 있는지, 사회가 던진 질문들에 어떻게 응답하는지, 그리고 각 분야의 미래 과제는 무엇인지를 이해하기를 바라면서 글을 써 내려갔다.
그래서 단순히 중?고등학교 때 수학, 과학 성적이 나쁘다고 좌절하지 않기를, 성적 때문에 공학은 갈 길이 아니라며 지레 포기하지 않기를, 그리고 마찬가지로 수학, 과학 성적이 좋다고 공학을 잘할 수 있는 것도 아니라는 것을 이해하길 바란다. 젊은 학생들의 미래가 대기업이나 안정적인 직장 하나로 결정될 일이 아니라는 것을 믿고 조금 더 도전적이 되길 바란다. 수학 문제를 푸는 것과 공학의 문제를 해결하는 것에 큰 차이가 있다는 것을 체험할 수 있길 바란다. 공학이라는 이름으로 매우 다양한 분야가 존재한다는 것과 각 분야는 서로 영향을 주고받으며 발전하고 있다는 것을 이해하기를 바란다.
그렇기 때문에 공학은 단순하고 경직된 것이기보다는 오히려 복합적이고 유연하며 본질적으로 창의적인 것이라는 사실을 알아주길 바란다. 그리고 그렇게 된 원인은 공학이 사회의 문제를 해결하는 데 관심을 갖고 있기 때문이고 따라서 공학은 사회가 가진 여러 숙제만큼이나 풀어야 할 끝없는 도전에 직면해 있다는 것을 인식하고 함께해 주길 바란다.
한경희 ? 연세대학교 공학교육혁신센터 교수