!역발상의 과학
김준래
17/ '독'도 잘 쓰면 '약'이 된다... 봉독(蜂毒)은 꿀벌의 산란관에서 나오는 독액이지만 신경통과 류머티즘, 요통 등에 효과가 좋아서...
주름개선 보톡스Botox와 고혈압 치료제 캡토프릴Captopril... 박테리아가 생성하는 독과 살무사가 내뿜는 독을...
18/ 1987년 처음으로 주름개선 효과가 발견된 이래...
19/ 클로스트리디움 보툴리늄Clostridium Botulinum 박테리아가 배출하는 독소인 보툴리늄 톡신Botulinum Toxin...
보툴리늄 톡신이 처음 발견된 것은 19세기 초였다. 당시 독일에서 식중독으로 200여 명 이상이 사망하는 사건이 발생했다. 의사인 유스티누스 케르너Justinus Kerner가 원인을 파악하던 중에 사망자 대부분이 통조림이나 제대로 보관되지 않은 소시지를 먹었다는 사실을 발견했다... 공식적인 원인은 혐기성 세균... 클로스트리디움 보툴리늄 박테리아가 배출한 독소 때문이었다.
21/ 남미 대륙에 서식하는 하라라카 살모사는 '한 번 물리면 끝'이라는 별명... 이 살모사에게 물리면 즉시 혈관이 이완되어 혈압이 급격히 낮아지면서 죽게 된다고 한다.
... 나쁜 성분이라고 완벽하게 나쁜 것만은 아니라는... 좋은 성분을 유지하고...
23/ 죽으면 아무것도 남기지 않는다
비상식량이 되는 생존 가이드북과 새가 먹을 수 있는 접시
물건을 만들더라도 다 사용한 후에 버려질 때를 고려해 아무것도 남기지 않도록 하는 '제로 디자인'이 유행..
24/ 전분으로 만든 식용 종이와 인체에 무해한 천연 잉크를 사용해 먹을 수 있도록 가이드북을 만든 것이다... "최소 한 개의 치즈버거가 갖고 있는 670칼로리의 열량을 내기 때문에..."
25/ 합성수지 접시의 경우, 완전히 분해되기까지 100년 이상의 시간이 걸린다...
26/ 이 접시는 감자전분과 구아검guar gum처럼 사람이 먹어도 되는 재료로 만들었기 때문에 접시가 분해되고 나면 동물의 먹이로 활용될 수가 있다. 사용한 후 버려지는 접시 조각들이 새와 다람쥐의 먹이가 되는 것이다.
29/ '이가 없으면 잇몸으로'... 우리가 사용하는 물건 중에 천연가죽이 '이' 같은 존재가 되었다.
그렇다면... '잇몸'으로는... 바로 '버섯으로 만든 가죽'이다.
30/ 소재업계는 천연가죽처럼 질기면서도 부드럽고, 합성피혁처럼 저렴하면서도 가공이 용이한 장점을 두루 갖춘 새로운 소재를 오랫동안 꿈꿔 왔다.
31/ "가죽처럼 질긴 물성은 온도와 습도를 정확하게 관리하는 과정에서 나타나는데, 균사체가 얽히고설키면서 복잡하게 꼬일수록 가죽의 강도가 증가하게 된다."
35/ 자연재해에 맞서지 않고 순응하는 것이 이롭다고 판단한 역발상 사례로 '해수면 상승에 따른 수륙양용 주택 건설'과 '태풍 완충지대 조성'을 들 수 있다.
36/ 암스테르담 외곽으로 나가면... 집 앞에는 자동차 대신 보트가 정박해 있고, 집 사이사이에는 골목길 대신 다리가 놓여 있다. 에이뷔르흐Ijburg는 네덜란드의 유명한 수상마을 중 하나다.
... 이탈리아 베네치아나 동남아시아에 있는 고정된 수상가옥을 생각하면 오산이다. 에이뷔르흐의 주택은 ... 물에 뜨는 거대한 콘크리트 구조물 위에 지어져 있어 물이 차면 집이 수면 위로 뜨는 '부유식' 건물이다.
37/ 쿠오모 뉴욕 주지사는 '허리케인에 땅을 내주자'라는 슬로건으로 무개발정책을 밝혔다.
42/ 1965년 브엘세바 근처에 네타핌Netafim... 히브리어로 '물방울'이란 의미를 가진 이 법인은 '점적관수'라는 기술을 통해 단시간에 황무지를 옥토로 바꾸면서 세계적인 주목을 끌었다.
이스라엘 수자원공사 엔지니어였던 심카 블라스Simca Blass는 수도관이 조금씩 새는 것을 알려주려고 이웃집을 방문했다가 물을 주지 않아도 잘 자라고 있는 마당의 나무들을 봤다. 이 사실에 흥미를 느낀 그는 조금씩 흐른 물이 땅속으로 넓게 퍼지면서 주변 나무들에 수분을 공급한다는 사실을 알 수 있었다... 전통적인 물 공급 시스템의 효율은 40~60%이고 스프링클러 방식은 70~85% 정도지만, 점적관수 방식의 효율은 90~95%이다. 이스라엘은 이 기술로 녹색혁명green revolution을 이뤄냈다.
47/ '잡초에게도 배울 점이 있다'... 청색기술blue technology은 ... 연잎의 방수효과를 활용한 메모리 소자와 물총새 부리를 모방한 신칸센 열차...
48/ ... 연잎 표면은 얼핏 기름종이처럼 매끈하다고 느껴지지만, 현미경으로 보면 아주 미세한 돌기로 이뤄져 있다. 이 돌기에 물을 떨어뜨리면 퍼지지 않고 방울 형태로 맺히는데, 이는 액체가 최소의 표면적을 유지하기 위해 스스로 수축하는 힘인 '표면장력'이 작용하기 때문이다.
54/ ... 조시 테트릭은... 일부 식물에서 달걀의 단백질과 유사한 성분을 발견했다.
... 많은 시행착오 끝에 실제 달걀보다 영양이 풍부하면서도 콜레스테롤이 없는 식물성 인조 달걀을 만드는 데 성공했다. 알레르기 염려도 없고 심지어 맛있기까지 한 이 인조달걀의 이름은 '비욘드 에그Beyond Egg'다.
56/ 판드야와 간디는 ... 핵심은 효모세포를 통해 우유 단백질을 생산할 방법을 찾는 것이었다.
먼저 젖소의 DNA를 효모세포에 배양하여 우유 단백질을 얻었다... 여기에 우유 같은 향이 나도록 식물성 유분을 추가해 진짜 우유와 가장 비슷한 풍미를 내는 합성우유를 만들어냈다.
59/ 오랑캐로 오랑캐를 무찌른다... '적조를 물리치는 적조'와 '곰팡이 독소를 제거하는 곰팡이'
65/ 버려지는 채소를 '김'처럼 만들다
업사이클링 식품인 베지트 채소
66/ '시트Sheet채소'로 불리는 이 제품의 정식 명칭은 '베지트VEGHEET'로 채소vegetable와 시트sheet의 철자를 따서 만든 합성어다.
시트채소는 잘게 간 채소에 한천을 섞은 다음 말려서 만든다. 주요 품목으로는 당근을 갈아 건조시킨 '당근시트'와 무를 이용한 '무시트' 등이 있다.
67/ ... 소다 케이스케 대표는 가격이나 품질에 문제가 있어 버려지는 농산물을 조금이라도 활용해보려는 생각에서 시트채소를 개발했다고 밝혔다. 개발 초기에는 마치 종이를 먹는 것 같은 식감이었으나, 시행착오를 거치면서 효소분해 기술로 김처럼 바삭바삭하면서도 입에 넣으면 부드러워지는 신개념 채소식품을 개발할 수 있었다.
71/ 나무에 올라 물고기를 구한다는 '연목구어緣木求魚'라는 사자성어가 있다. 그런데 과학기술 분야에서는 이런 사자성어가 그대로 적용되지 않는다.
75/ 사막에 들어서는 수력발전소
76/ "산맥 정상에 위치한 두 개의 저수지 터에는 2만2000개 정도 수영장을 메울 수 있는 물을 담을 수 있다."... "전력이 남아도는 심야시간이나 태양광을 이용해 물을 퍼올린다면 별도의 에너지를 사용하지 않고도 산맥 정상까지 올릴 수 있다."
79/ 문화재 위에 건물을 짓는다
경남과학교육원과 공평도시유적전시관
81/ "유적 보존에만 신경을 쓰다 보니 과학교육과 화석의 시너지 효과를 고려하지 못했다."
87/ 따뜻한 물이 찬 물보다 빨리 언다
음펨바 효과Mpemba Effect와 브라에스 가설Braess Paradox
88/ ... 1969년 아프리카 탄자니아의 중학생이었던 에라스토 음펨바Erasto B. Mpemba는 학교에서 끓는 우유와 설탕을 섞어 아이스크림을 만드는 실습을 하다가 따뜻한 물이 차가운 물보다 빨리 얼 수도 있다는 사실을 발견했다.
89/ 음펨바 효과는 수십 년이 흐른 최근에야 싱가포르 과학자들에 의해 규명됐다. 바로 물의 수소결합과 공유결합의 상관관계가 음펨바 효과를 일으키는 이유로 밝혀졌다.
... 물에서 일어날 수 있는 증발과 대류, 그리고 전도 같은 현상들이 동시에 작용하면서 뜨거운 물이 식을 때 물이 증발하고, 이 증발로 많은 열을 잃음과 동시에 물의 양도 줄어서 더 빨리 얼게 되는 것이었다.
도로가 좁은 곳에서 교통 혼잡이 발생할 경우 상식적인 사람이라면 '좁은 도로에 차가 많아 혼잡이 심해지기 때문에 도로를 더 넓혀야 한다'라고 생각할 것이다.
그런데 독일 수학자 디트리히 브라에스Dietrich Braess 교수는 정반대의 생각을 했다. 그는 도로를 넓히면 오히려 교통수요가 늘어 혼잡도가 줄기는 커녕 더 증가한다는 '브라에스 가설'을 발표해 주목을 끌었다.
103/ 독일 니더작센 주의 작은 도시 봄테는 교통정체가 심하고 안전에도 문제가 많은 곳으로 유명했다...
104/ ... 상황이 여의치 않자 시는 결국 특단의 조치를 내렸다. 신호등과 인도를 없애고 도로 바닥에 그려진 각종 교통관련 표지도 다 지워버린 것이다.
105/ ... 이른바 '공간 나눠쓰기Shared space' 교통 시스템이 탄생했다. 시스템의 핵심은 '단속을 하지 않는 대신에 사람이든 차든 먼저 양보를 한다는 것'이었다.
125/ ... 화룡점정畵龍點睛은 가장 중요한 부분을 완벽하게 마무리해 어떤 일을 마쳤다는 의미다.
잉크 튜브가 달린 만년필은 수시로 잉크를 찍어야 하는 번거로움에서 사람들을 해방시켰다.
126/ ... 19세기 말로 거슬러 올라가 ... 미국의 루이스 워터만Lewis Edson Waterman...
원래 워터맨은 보험회사 영업사원이었다. 어느 날 고객과 거액의 보험계약을 체결하는데, 서명을 하기 위해 펜을 들었다가 잉크가 계약서에 떨어져 번지고 말았다. 고객이 불길하다며 서명을 거부했고... 잉크가 떨어지지 않는 펜촉을 만들기로 했다.
만년필 펜촉을 자세히 들여다보면 가운데가 잘려 있고, 그 위로 작은 구멍이 있는 것을 알 수 있다. 잘린 틈은 중력과 모세관 현상에 따라 잉크가 흘러나오도록 하는 기능을 한다.
127/ 반면에 작은 구멍은 잉크가 많이 흐르지 않도록 조절하는 역할을 한다. 만년필의 잉크 튜브는 끝이 막혀 있는 형태이기 때문에 글씨를 쓰면 잉크가 빠져나오면서 내부 기압이 달라진다. 그러면 잉크가 너무 많이 흐르거나 적게 흐를 수밖에 없다. 하지만 펜촉에 작은 구멍을 뚫어놓으면 이를 통해 잉크가 흘러나온 반대 방향으로 공기가 들어가게 된다. 잉크가 빠져나온 공간을 공기가 대신 채워 튜브 내부의 기압이 유지되면서 흘러나오는 잉크 양이 일정하게 유지되는 것이다.
129/ 첨단기술보다 적정기술이 더 필요하다
초소형 미니 세탁기와 대야 겸용 포터블 정수기
'꿩 잡는 것이 매'
... 독일 발명가 레나 솔리스Lena Solis가 들고 다닐 수 있는 초소형 세탁기를 개발...
130/ '돌피Dolfi'라는 이 미니 세탁기는... 돌피는 컴퓨터의 마우스나 비누로 오해받을 만큼 작은 조각 모양으로 이루어져 있다.
... 먼저 세면대나 대야 등에 빨랫감을 넣고 물을 부은 뒤 세제를 넣는다. 돌피의 스위치를 켜서 물속에 넣는다. 30~40분 후에 빨래를 헹궈 널면 끝이다.
솔리스는 "돌피의 스위치를 켜면 초음파가 발생된다."라며 "초음파가 진동을 일으켜 빨랫감에 있는 얼룩과 때를 분리시키는 것"이라며 돌피의 원리를 설명했다. "세탁에 초음파를 이용하는 것이 생소한 사람들도 있겠지만, 초음파는 이미 안경 렌즈나 보석, 시계 등을 세척하는 데 사용되고 있다." 돌피는 이런 초음파 세척 방법을 일반 세탁에 적용한 것이다.
131/ 초음파를 사용하므로 돌피는 세척할 때 옷감을 전혀 손상시키지 않는다. 따라서 속옷이나 수영복 등 다양한 의류의 세탁이 가능하다. 충전해서 사용하는 비용이 세탁기에 비해 80배나 적기 때문에 전기요금도 많이 줄일 수 있다. 무엇보다 소음이 거의 발생하지 않는다는 장점도 갖고 있다.
134/ 이어폰을 만드는 대성엠텍에서는... 소리는 고막이 아니라 귓바퀴에 있는 연골을 통해서도 전달될 수 있다.
... '골전도 이어폰'을 개발했다. 고막이 아닌 연골을 통해 소리가 전해지므로 위급한 상황에서 발생하는 외부 소리를 귀로 들을 수 있어 이어폰 때문에 생길 수 있는 안전 문제를 근본적으로 해결할 수 있게 되었다.
... 골전도 이어폰은 고막을 거치지 않기 때문에 난청 문제가 아예 발생하지 않는다.
135/ 오르페오사운드웍스는 '인이어in ear 마이크 시스템'과 '목소리 자동인식 기술'을 통해 소음을 제거할 수 있는 이어폰을 만들었다.
137/ 에너지가 필요하면 공을 발로 차라
전기를 만드는 축구공과 폐지로 만든 책상
145/ 19세기 말 프랑스 과학자 에두아르 베네딕투스Edouard Benedictus... 실험실에 고양이 한 마리가 들어와 휘젓고 다니다가 선반 위에 있던 실험용 유리병 플라스크를 건드려 떨어뜨린 것이다… 완전히 박살난 플라스크들 중에 금이 간 상태로 온전한 모습인 플라스크가 있었던 것이다. 뜻밖의 상황에 베네딕투스는 플라스크를 살펴보았다. 그 플라스크에는 오래전에 담아둔 셀룰로이드 용액이 말라붙어 있었는데, 이 용액이 마르면서 막을 형성하고 있었다… 1911년 마침내 두 장의 유리 사이에 셀룰로이드 막을 끼워넣은 최초의 안전유리 트리플렉스triplex가 출시됐다… 오늘날 자동차산업의 발전에 큰 기여를 했다…
147/ 1881년 P&G에서... 실수를 전화위복의 기회로 삼고자 직원들과 함께 잘못 만들어진 비누의 활용방안을 논의했다... 강이나 호수 같은 곳에서 목욕할 때는 물에 뜨는 비누가 분실 위험도 없이 더 좋을 것 같다는 생각이었다.
150/ 미국의 과학자 퍼시 스펜서Percy Spencer... 스펜서의 호주머니에 사탕이 하나 들어 있었는데... 옥수수 알갱이를... 옥수수가 팝콘이 되어 있었다...
151/ ... 마이크로파가 열을 전달하는 것이 아니라 음식물 안에 들어 있는 물분자를 마이크로파가 움직이게 만들어 운동에너지가 열에너지로 변환되면서 열이 발생한다...
152/ 독일 유기화학자 콘스탄틴 팔베르크Constantin Fahlberg는 1879년에 미국으로 건너가 존스홉킨스 대학에서 연구할 수 있는 기회를 얻었다. 어느 날 실험을 마치고 식당에서 샌드위치를 먹던 그는 손가락으로 집은 부분을 먹을 때 단맛이 너무 강하다는 느낌을 받았다.... 탁자 위에 널려 있던 시료들을 당도측정기로 검사하기 시작했고, 마침내 설탕의 당도보다 무려 수백 배나 높은 물질을 발견했다. 바로 톨루엔toluene이었다... 그후 팔베르크는 톨루엔을 원료로 복잡한 화학반응을 거치면서 인공감미료를 합성하는 데 성공했다. 그리고 이 물질에 라틴어로 설탕을 뜻하는 단어 사카룸saccarum을 인용하여 사카린이라고 이름 붙였다.
156/ 1900년 초에 종이컵을 개발한 휴 무어Hugh moore는 당시 하버드 대학 학생이었다. 그는 생수자판기 사업을 하는 친구를 도울 방법을 찾는라 고민하고 있었다... 원인은 사용하는 유리잔에 있었다. 여러 사람이 사용하다보니 위생에 문제가 있다는 불만이 생기며 생수자판기 사용을 꺼리기 시작한 것이다. 깨지기 쉬운 유리잔 역시 문제였다.
어느 날 종이를 왁스로 코팅하면 물에 잘 젖지 않는다는 것을 알게 된 무어는...
157/ 글로벌 제약기업으로 유명한 존슨앤존슨에서 거즈와 탈지면 영업을 담당하던 얼 딕슨Earle Dickson이 일회용 반창고를 만들었는데, 이는 순전히 아내의 덜렁대는 버릇 때문이었다.
162/ 19세기 중반 프랑스의 한 염색 공장에서 청소를 하던 중에 실수로 염색 작업을 하는 테이블에 등유 램프가 넘어졌다...
163/ 사람들은 인화점이 낮으면서도 세척력이 좋은 용액을 찾기 시작했고, 1930년대 프클로로에틸렌Perchloroethylene이라는 합성 화합물이 드라이클리닝에 최적의 용액임을 알게 되었다. 이 화합물은 인화점이 낮아 화재 위험도 낮고, 강한 세척력과 함께 옷감을 부드럽게 하는 성질을 지녀 드라이클리닝 시장이 급성장하게 되었다.
183/ '꿩 대신 닭'이라는 속담은 예전에는 설날 꿩고기를 넣어 떡국을 끓여먹었는데 꿩고기를 구하기가 쉽지 않아 닭고기로 대신하게 되었다는 말이다.
185/ 루미르 램프는 양초를 광원으로 사용하지 않고 전기를 만드는 에너지원으로 사용한 역발상적 아이디어라고 할 수 있다.
207/ 폴라로이드는 "프린터 헤드에 열을 가하면 전용 인쇄용지에 압착되어 있던 염료가 녹아서 색이 스며나오도록 하는 것이 포고의 원리이다."라고 설명했다.
출처: 김준래, [역발상의 과학], 오엘북스, 2021.
