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목 차

프롤로그 02

84 에필로그

인간은 몇 살까지 건강하게 살 수 있을까?

난치병 극복을 위한 과학기술 뇌 관련 기술과 뇌질환 극복

27

30 34

03

인류의 활동영역은 어디까지 확장될까?

우주•심해•극지를 개척하는 탐사 기술

77

08

80

사람들은 어디서 어떻게 소통 할까?

새로운 의사소통 기술

신뢰할 수 있고 안전한 소통을 위한 기술

66

69 73

07

인류를 위협하는 외부요인에 어떻게 대처할까?

지구온난화에 대응하는 기술

재난재해에 대비하고 피해를 신속히 복구하는 기술 신종 감염병의 위협에 대응하는 기술

03

06 10 13

01

과학기술은 인간의 신체적, 정신적 능력을 어디까지 발전시킬까?

신체적 능력 향상에 활용되는 과학기술 지적 능력 발전에 기여하는 인공지능(AI) 기술

37

40 43

04

생존에 필요한 것을 지속적으로 확보할 수 있을까?

깨끗하고 효율적인 친환경 에너지 기술 생산성을 높이는 혁신적인 제조업과 농업 기술

46

49 53

05

생활권은 어디까지 넓어지고 이동은 얼마나 편리해질까?

미래의 초고속 교통수단

미래의 안전하고 편리한 친환경 교통수단

56

59 62

06

환경오염 없이 인류가 문명을 지속, 번영시킬 수 있을까?

플라스틱으로 인한 환경오염을 줄이는 기술 원자력의 안전한 활용과 핵융합 발전

17

20 23

02

(3)

2 3

“가장 중요한 것은 질문을 멈추지 않는 것이다. 호기심은 그 자체만으로도 존재 이 유가 있다. The important thing is not to stop questioning. Curiosity

has its own reason for existing.” - 알버트 아인슈타인

누구나 미래를 궁금해 하지만, 누구도 미래를 정확히 맞힐 수는 없다. 미 래를 만들어 가는 과정에서 무수한 변수가 발생하기 때문이다. 그럼에도 우리는 미래를 상상할 수 있다. 그리고 이 상상은 무모하고, 엉뚱해도 괜찮 다. 하늘을 날아 지구 반대편에 갈 수 있을까? 컴퓨터와 전화기를 결합시 켜 들고 다닐 수 있을까? 천연두를 정복할 수 있을까? 비행기, 스마트폰, 천연두 백신처럼 이제는 당연한 발명품들도 한때는 엉뚱한 상상에 불과했 다. 그럼에도 인류는 상상력에 과학기술이라는 날개를 달아 눈부신 성장 을 이루어 왔다. 더 나은 미래를 꿈꾸며 상상을 현실로 만든 것이다.

2045년을 준비하며 우리는 어떠한 상상을 해볼 수 있을까? 어떤 질문 을 던져야 할까? 이 책에는 그에 대한 고민과 연구 결과가 담겨 있다. ‘인 간의 신체적 지적 능력은 어디까지 발전할까?’, ‘인류의 활동 영역은 어디 까지 확장 될까?’ 이와 같은 미래 도전과제가 8개의 질문으로 담겨 있다.

앞으로 인류는 AI와 공존하며 살아갈 것이며, 뇌에 칩을 심어 텔레파시 하 듯 기계와 소통하게 되고, 서울과 미국을 두 시간 내로 이어주는 초고속 비 행기를 타게 될 것이다. 이 책에는 이러한 미래 모습이 8개의 미래 시나리 오로 생생하게 구현돼 있다. 또한 이를 실현할 수 있는 과학기술을 소개하 여 앞으로 어떠한 기술혁신이 필요할지도 설명한다. 이에 더해 탐구주제를 제안하여 스스로 생각해 볼 수 있는 기회를 제공한다.

이 책에 담긴 8개의 질문은 국민 설문조사, 해외 사례 조사, 전문가의 참 여로 만들어진 것이다. 이를 토대로 2045년을 향한 새로운 질문을 만들어 볼 수 있기를 바란다. 앞으로 세상을 이끌어 갈 미래세대가 다양한 미래를 상상할 수 있을 때, 대한민국은 보다 무한한 가능성으로 확장될 수 있을 것이다.

프롤로그

2045년을 위한 8가지 질문

재난재해예측부가 공개한 경로에 의하면 태풍 ‘사슴’은 오늘 오 후 3시 11분 경 부산 북서 쪽 약 50km부근에 도착할 예정이다. 이 를 막기 위해 오후 1시경, 날씨 제어로봇 ‘클라우디’가 투입된다. 비 행 로봇인 ‘클라우디’는 ‘사슴’에 접근해 요오드화은을 뿌릴 것이며, 이 전략이 성공하면 태풍의 일부가 비로 변해 힘이 약화될 것으로 보인다.

‘클라우디’는 2035년부터 활용되어 온 날씨제어 로봇으로 1세 대 재난구조 로봇 중 하나이다. ‘클라우디’는 구름과 관련된 기술을 담당하는데, 2035년에는 주로 인공강우를 만드는데 사용되었고, 2040년 이후부터는 보다 발달된 기술로 태풍을 제어하는 일을 맡 게 되었다.

태풍을 예방하기까지의 과정이 순탄하 기만 한 것은 아니었다. 2026년 한반도는 사상 최악의 태풍 피해를 겪어야 했다. 태 풍의 발생빈도가 역대 최대치를 기록한 해 였다. 1994년 기록인 34개를 훌쩍 넘어 48회의 태풍이 1년간 들이닥쳤다. 지구온 난화로 인한 기온 상승과 해수면 수온 상 승이 그 원인이었다. 2015년 체결된 파리 기후협약 이후에도 지구는 점점 뜨거워졌다. 이상기온이 지속되면 서 한국은 극단적 겨울과 여름 두 계절이 반복되기 시작했다. 영하

재난재해예측부의 마스코트, 날씨로봇 ‘클라우디’

인류를 위협하는 외부요인에 어떻게 대처할까?

1.

1. 인류를 위협하는 외부요인에 어떻게 대처할까?

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4 5 도 보다 간편해졌다. 가정 보급형 AI ‘홈브이’를 통해 국민들은 간

단하게 자신의 감염여부를 체크할 수 있으며, 감염이 확인되면 의료 전달 로봇을 통해 백신을 제공받을 수 있다. 2020년 코로나19 검사 가 6시간 가량 소요되었다면, 지금은 6분이면 가정에서 검사가 완 료된다. 환자의 자가 검진과 치료가 가능해지면서 의료진도 의학 연 구에 보다 매진할 수 있게 됐다. 백신연구가 활발하게 이루어지면 서 유전자 백신과 재조합 백신 분야에서도 유의미한 성과를 내고 있다.

다양한 성과에도 불구하고 지진에 대해서는 여전히 완벽한 제어 가 어려운 실정이다. 2017년 경주와 포항에서 진도 5 이상의 지진 이 발생한 이후, 한국에는 정기적으로 지진이 일어나고 있다. 내진 설계로 피해를 줄이려는 노력이 지속되고 있지만 조사 결과 국내 건물의 12.9%는 여전히 적절한 대비가 되어 있지 않은 것으로 나타 났다.

재난재해예측부는 지난달 지진 전문 AI ‘어스’를 공개했다. 어스 와 함께 2050년까지 지진 사상자 0명, 재산피해 0원을 만들겠다는 포부를 밝힌 것이다. 어스가 재난재해예측부의 또 다른 마스코트가 될지 행보가 기대된다.

20도에서 영상 45도를 오가는 날씨와 함께 가뭄, 홍수, 태풍, 지진 도 주기적으로 발생했다. 한국은 환경문제 해결에 앞장서기 시작했 다. 온실가스 감축기술을 활용하여 이산화탄소를 포집했고, 이를 연 료로 전환하는 기술에도 적극 투자했다. 그 결과 동과 리 단위의 실 시간 날씨 예측이 가능해졌고, 특이기후에 적응할 수 있는 새로운 품종이 개발되기도 했다. 재난재해예측부도 이 무렵 신설되었다.

재난재해예측부의 신설은 실시간 모니터링을 가능하게 해주는 한편 관련 연구 투자로 사전 예측 기술을 발달시켰다. 이를 통해 정 확도 99.3%에 이르는 태풍 경로 추적이 가능해졌고, 다양한 기상조 절 기술도 개발됐다. 날씨제어 로봇 ‘클라우디’도 이때의 성과 중 하 나이다. 재난재해예측부는 슈퍼컴퓨터를 활용해 예측 시뮬레이션 을 하는데, 한국뿐 아니라 지구 환경 전반을 모니터링 한다. 발달된 사전예측 기술과 ‘클라우디’의 활약으로 태풍으로 인한 피해는 크 게 줄어들고 있다. 지난 5년간 태풍 피해로 인한 사망자는 0명이며, 재산피해 정도도 5년 전과 비교하면 50분의 1 수준이다.

재난재해예측부는 자연예측청과 사회예측청으로 구성되어 있다.

자연예측청이 태풍, 홍수, 가뭄, 지진과 같은 자연재해와 관련된 업 무를 맡고 있다면 사회예측청은 감염병, 대형화재, 교통·해양사고 등 사회에서 발생하는 재해와 관련된 업무를 담당한다. 자연예측 청의 마스코트가 날씨 제어로봇 ‘클라우디’라면 사회예측청의 대표

로봇은 AI ‘브이’이다. ‘브이’는 기존 바이 러스 분석을 통해 향후 어느 지역에서 어 떠한 형태로 바이러스가 나타날지를 예측 하고, 이에 대한 대처방안을 제시한다. 감 염병의 발생 자체를 막을 수는 없기에 감 염병 탐지·예측의 정확도를 높여 빠른 대 응을 할 수 있도록 돕고 있다. 감염원 진단

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6 7

이산화탄소 포집 및 저장 기술 (CCS: Carbon Capture and Storage)

이산화탄소, 메탄가스 등 온실가스 배출의 증가는 지구온난화의 직접 적인 원인이다. 온실가스는 인간의 생산•소비활동에서 주로 발생한다.

따라서 현대 인간 활동의 에너지 원천인 전기를 만들어내는 단계에서 온실가스 발생을 줄이도록 태양광, 풍력 등 신재생에너지의 발전 효율 을 향상시키고 값을 낮추어 보급을 활성화하는 기술, 만들어진 전기를 효율적으로 저장하고 활용하는 배터리(이차전지) 기술이 연구되고 있다.

이미 발생한 이산화탄소(CO²)는 이산화탄소 포집 및 저장 (CCS, Carbon Capture and Storage) 기술을 통해서 줄일 수 있다. 이는 이산화탄소가 대기에 배출되기 이전에 포집하여 처리가 가능한 장소로 이동한 뒤, 땅속에 저장하거나 화학적•생물학적 전환을 통해 다른 화 학물질이나 연료 등으로 전환하는 기술이다. 우리나라는 2014년 고체 의 흡수제를 이용해서 이산화탄소를 포집하는 기술을 세계 최초로 개 발하여 10MW급 하동화력 8호기에 적용한 바 있다.

포집된 이산화탄소의 생물학적 전환은 광합성과 같이 자연계에 존재 하는 탄소순환 시스템을 이용하여 바이오디젤 등 유용한 물질로 바꾸 는 것인 반면, 화학적 전환은 새로운 화학반응과 공정기술을 적용하여 이산화탄소를 메탄올과 같은 유용한 물질로 바꾸는 것이다. 미래에는 대기 중의 이산화탄소를 포집해서 저장하여 자원으로 재사용하는 방법 이 연구되어 대기오염을 줄이고 온실가스도 감축할 수 있을 것이다.

02.

온실가스 감축기술

지구온난화에 대응하는 기술

인공강우 원리

기상 조절 기술은 지구온난화로 인한 가뭄, 집중호우, 슈퍼태풍 등 이상기후에 대비해 개발되고 있다. 대표적인 것은 가뭄과 우박으로 인 한 피해를 방지하기 위해 전용 항공기로 요오드화은(Agl)을 구름에 뿌 려 비가 내리도록 하는 인공강우 기술이다. 우리나라는 아직 기초연구 단계로 중대형 전용 항공기 확보, 기초기상자료 조사, 지상의 실험•검 증•제어 시스템 구축 등 실제 활용을 위해서는 추가적인 연구개발이 필요하다. 미래의 기상조절기술로는 초기에 비를 내리도록 하여 태풍 의 위력을 감소시키거나, 태풍의 진로를 변경하여 피해를 방지하는 기 술도 생각해 볼 수 있다.

01.

이상기후에 대비하는 기상조절 기술

미래과학 기술소개

(6)

8 9

인공 비로 미세먼지를 없앨 수 있을까?

2019년 1월 전남 영광 북서쪽 110km 바다 위에서 기상 항공기 를 이용해 요오드화은 연소탄 24발이 살포됐다. 인공강우 물질을 이용해 비를 내리려는 시도였다. 이후 구름이 만들어지는 것은 확인 했지만, 애초에 목표했던 영광과 나주에는 비가 내리지 않았다. 이 에 대해 기상청은 “구름씨를 살포하면서 발달된 하층운에서 약한 강우가 생겨났지만, 내륙 지역은 지상 부근의 대기가 건조해 강우 입자가 증발했기 때문”이라고 설명했다. 이로써 한국 최초의 인공 강우 실험은 실패로 돌아갔다.

현재 시도되고 있는 인공 강우 실험은 마른 하늘에서 비를 만들 어 내는 기술이 아니다. 구름에 요오드화은을 뿌려서 구름 속 물방 울의 크기를 키우는 것이기 때문이다. 즉, 구름이 쉽게 비를 내릴 수 있도록 돕는 것에 가깝다. 다만, 이 기술에는 부작용도 따른다. 구름 의 수분을 인위적으로 쓰기 때문에 다른 지역에 비가 내리지 않을 수도 있다. 요오드화은이 생태계에 미치는 영향도 고려해야 한다.

그럼에도 불구하고 인공강우는 건조한 날씨를 해결하고 미세먼 지 등 대기오염을 개선할 수 있는 희망의 기술로 여겨지고 있다.

자연재해 극복을 위한 인류의 도전은 성공할 수 있을까?

탐구주제

기상예측 기술은 미래에 빈번하게 발생할 수 있는 기상이변이나 이 상기후 등을 정확하게 예측하는 기술이다. 정확한 예측을 위해 지구의 5개 권역(대기권, 수권, 빙권, 지권, 생물권) 간 상호작용과 순환을 파 악하고 분석하는 지구시스템 모델이 활용된다. 인공위성의 원격 관측 정보를 통해 실시간으로 기상기후를 모니터링하고, 양자컴퓨터와 인 공지능을 통해 해상도 높은 예측모델을 개발한다. 정확한 예측기술은 삶의 예측가능성을 높이고 기후변화에 적합한 품종개량을 통해 안정 적으로 식량을 확보하는 등 기후변화로 인한 피해를 줄이는데 기여할 것이다.

03.

기상기후 예측기술

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10 11

재난구조 로봇은 대형화재, 건물붕괴, 방사능 유출, 해양 사고 등 다 양한 사건에 투입되어 자율적으로 인명을 구조하고 현장을 복구하는 임 무를 수행할 수 있다. 한국해양과학기술원(KIOST)이 개발한 6개의 발 이 달린 게 로봇 ‘크랩스터’는 2014년 세월호 사고해역에 투입되었다.

직접 구조에 참여하지는 못했지만 초음파 카메라로 선체 외형 등을 촬 영했다. KAIST 연구팀이 개발한 ‘휴보’는 2015년 미국 국방성이 후쿠 시마 원전사고를 계기로 개최한 재난로봇 경진대회인 ‘다르파 로보틱스 챌린지(DRC, DARPA Roboics Challenge)’에서 우승을 차지했다.

재난구조 로봇은 화재, 방사능, 심해 등 인간이 활동하기 어려운 극 한 환경에 투입된다. 이를 위해서는 열과 압력에 강한 새로운 저항성 소재, 임무의 우선순위를 판단하는 인공지능, 상황을 인지하는 센서, 그 리고 통신기술이 필요하다.

03.

재난현장에서 활약하는 로봇119

지진, 대형화재가 일어나기 몇 시간 전에 발생지점과 규모를 미리 알 수 있다면 큰 피해를 막을 수 있다. 재난재해의 사전 예측을 위해서는 관 측한 실시간 데이터에 기상, 생활환경, 생태계 등을 함께 예측할 수 있는 재난재해 시뮬레이션 시스템을 개발해야 한다. 복잡한 현대사회에서 재 난재해는 복합적으로 연계되어 발생하기 때문에 하나의 통합된 시뮬레 이션으로 분석할 수 있어야 한다는 것이다. 분석의 정밀도와 신뢰도를 높 이기 위해 슈퍼컴퓨터, 양자컴퓨터, 인공지능 등의 기술이 활용될 것이 다. 예측 시뮬레이션 시스템의 성능이 높아질수록 어떠한 재난재해가 발 생하고 어느 정도의 위험성이 있는지 사전에 정확히 예측하고 대응방안 을 제시해 줄 수 있을 것이다.

01.

한 발 먼저 예측하는 재난재해

재난재해에 대비하고 피해를 신속히 복구하는 기술

재난재해는 지진, 태풍, 홍수, 가뭄 등 자연재해와 대형화재, 신종 감염 병, 교통사고와 같은 사회재난으로 나뉜다. 지구온난화로 인한 기상이변 으로 대규모 자연재해의 발생가능성은 점점 더 높아지고 있다. 그리고 이 는 사회 곳곳으로 퍼져나가 동시다발적인 복합재난으로 이어질 수 있다.

이에 대비해 재난재해 상황을 종합적으로 파악하고 관리하는 통합플랫 폼 기술이 연구되고 있다.

재난 현황을 실시간으로 파악하는 데는 각종 센서를 활용한 대기•해 수•하천•기상조건 실시간 모니터링 기술과 무인항공기와 드론을 활용 한 재난정보 자동 수집•전송 기술이 활용된다. 지진에 대비한 지각구조 분석 기술, 인공위성을 이용해 광범위한 환경변화를 관측하고 분석하는 기술도 필요하다. 인공지능과 빅데이터 분석을 활용해 무인으로 수집되 는 정보와 각종 신고센터에 접수되는 정보를 연계하여 통합적으로 관리 하는 기술은 피해를 줄일 수 있게 해줄 것이다.

02.

재난재해 실시간 모니터링

쓰나미 조기경보 시스템 미래과학

기술소개

(8)

12 13

신종 감염병의 위협에 대응하는 기술

감염병은 인류를 위협하는 미래의 주요 위기 중 하나이다. 사스 (SARS), 신종플루, 메르스(MERS), 코로나-19(COVID-19) 등 신종 감염병이 빈번하게 등장하여 생명을 위협하고 경제와 사회를 위축시키 며 삶의 방식마저 바꾸고 있다.

감염병의 원인이 되는 세균, 바이러스 등을 사전에 탐지하여 대규모 발생 및 확산을 예측하는 것은 감염병에 대응하는 주요한 기술이다. 인 공지능으로 발견된 바이러스의 특징, 인구·지리적 특성, 감염병의 확산 양상 등을 분석하여 특정지역에 감염병이 나타날 가능성을 예측할 수 있다. 캐나다의 AI 의료플랫폼 회사 블루닷(BlueDot)은 이 같은 예측 시스템을 활용해 세계보건기구(WHO)보다 앞서 코로나-19 사태를 경고한 바 있다.

미래에는 세균과 바이러스를 정밀하게 검출하는 센서나 분석장치가 달린 무인드론이 돌아다니며 공기, 물, 토양 등 주변 환경으로부터 스 스로 샘플을 수집하여 감염원을 사전에 탐지할 수 있다. 스마트 워치•

밴드 등 다양한 웨어러블 장비에 센서가 부착되어 일상생활 중의 감염 원을 검출하여 오염지역을 파악하고 감염병의 확산을 빠르게 막을 수 도 있다.

01.

미리 파악하는 감염병, 닥터 AI

우리나라는 지진에 얼마나 대비하고 있을까?

2017년 우리나라에서 이전에 없었던 큰 규모의 지진이 연달아 일 어났다. 9월 경주에서 발생한 5.8 규모의 지진은 23명의 부상자와 110억 원에 달하는 피해액을 초래했다. 2개월 뒤인 11월에 발생한 포항 지진은 5.4 규모로 경주보다 약했지만, 피해는 그보다 더 컸다.

92명의 부상자와 1,797명의 이재민을 발생시키고, 피해액도 551억 원에 달했기 때문이다. 복구액도 경주는 145억 원, 포항은 1,445억 원으로 10배 정도 차이가 났다. 두 건의 지진은 1978년 우리나라에 서 지진관측이 시작된 이후 가장 큰 규모로, 한반도가 지진에서 안 전하지 못하다는 사실을 일깨워주는 재해였다.

2016년 국민안전처가 발표한 내용에 따르면 학교·도로·철도 등 국내 주요 시설물과 민간 건축물 가운데 내진(耐震)설계가 반영된 비율은 절반 이하에 불과했다. 우리나라에서 지진이 발생하면 피해 가 클 수 있다는 것은 1년 전에 이미 예견되었던 것이다. 그럼에도 2020년인 현재, 지진에 대한 대비는 미비한 상황이다.

자연재해 가운데 가장 예측이 어려운 지진. 때문에 한 번 발생할 경우 막대한 피해를 초래할 수 있다. 이에 대비하여 우리는 어떠한 과학기술을 개발해야 할까?

탐구주제

(9)

14 15

기존 백신은 병원성이 약화된 병원균이나 그의 단백질 일부를 접종 하여 인체의 면역방어를 활성화시키는 생균•사균 백신이었다. 유전자 백신은 병원균 대신 병원균의 유전자(gene)를 모방한 유전체를 몸속 에 주입하여 인체 내 면역반응을 유도한다. 병원균 자체를 사용하는 것 이 아니므로 기존의 백신보다 상대적으로 안전하다. 또한 세포 내에 직 접 전달되어 면역 반응을 잘 일으켜 병원균의 예방과 치료에 더욱 효과 적일 것으로 기대된다.

재조합 백신은 유전자 백신과 유사하지만 세포 내에 유전체를 직접 주입하는 대신, 바이러스나 박테리아에 유전자를 재조합해서 체내로 전달하면 바이러스가 증식하는 만큼 면역세포를 자극해 면역 기능을 활성화시키는 원리이다.

신종 감염병이 주기적으로 발생함에 따라, 백신 개발속도를 대폭 단 축할 수 있는 백신 플랫폼도 개발될 것이다. 백신 플랫폼이란 쉽게 말 해 일종의 그릇인데, 이미 개발된 기존 백신에 특정 바이러스의 유전물 질이나 항원을 대체해서 넣으면 해당 바이러스의 백신으로 기능하게 되는 것이다. 여러 바이러스에 적용 가능한 플랫폼 기술이 개발되면, 바이러스 변이가 일어나더라도 신속하게 백신을 개발하여 대응할 수 있다. 개발되는 백신의 형태도 기존의 주사형에서 피부에 붙이는 패치, 먹는 알약 또는 미생물, 초소형 나노 로봇 등으로 점차 진화할 것이다.

03.

다양한 바이러스를 예방·치료하는 감염병

범용백신

유전자 백신

환자가 신종 감염병에 감염되었는지 빠르고 정확하게 진단하는 데는 중합효소연쇄반응(PCR, Polymerase chain reaction)을 이용한다.

이 기술을 이용하기 위해서는 먼저 유전자 염기서열 분석을 통해 병원 균의 유전자가 어떻게 배열되어 있는지 알아야 한다.

PCR 방법은 ①환자의 콧속에서 면봉으로 검체를 채취 ②채취한 검 체에서 소량의 DNA/RNA를 추출 ③ DNA/RNA에서 병원균에 감염된 것을 확인할 수 있는 ‘관심 유전자’ 부분 절단 ④ 효소를 사용해 관심유 전자를 증폭하여 병원균 감염여부 확인 순으로 진행된다. 현재 우리나 라에서 코로나19 진단에 최소 6시간이 소요되며, 이는 세계적으로 보 았을 때 빠른 수준이다.

면역항체진단법은 감염시 환자의 혈액에서 만들어지는 항체단백질 을 검출하는 진단기술이다. 10분이라는 빠른 시간 내에 결과를 알 수 있지만, 정확도가 50~70%로 낮은 것이 단점이다. 이 외에 인공지능을 이용해 환자의 컴퓨터단층촬영(CT) 영상을 보고 감염여부를 진단하는 방법 등 검사 시간을 줄이고 정확도를 높이는 다양한 방법이 연구되고 있다.

02.

10분만에 진단하는 감염병

코로나19 검사에 사용되는 RT-PCR 검사법

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16 17

천연두의 종식과 새로운 감염병의 확산

1918년 봄에 발생한 스페인 독감은 전 세계적으로 약 5,000만 명의 사망자를 발생시켰다. 이는 제1차 세계대전으로 인한 사망자 수(1500만 명)의 3배를 웃도는 규모였다. 한국 역시 스페인 독감에 서 자유롭지 못했다. 당시 일제 강점 하에 있던 한국에도 스페인 독 감이 빠르게 확산됐다. 1919년 3월 조선총독부가 발표한 내용에 의하면 당시 조선인구 1705만여 명 가운데 환자가 775만 여명이었 고, 이 중 사망자는 14만명에 달했다.

스페인 독감 유행 이후 100년이 지났지만 감염병은 끊임없이 인 류의 생명을 위협하고 있다. 이를 해결하기 위해 인류는 다양한 과 학기술을 발달시켰지만, 아이러니하게도 이러한 기술 발달이 감염 병 확산의 원인이 되기도 한다. 숲모기를 통해 전염되는 지카바이러 스는 무분별한 자연개발로 도시에 모기가 서식하기 좋은 환경이 조 성되면서 퍼진 것으로 보고 있다. 또한 항공기술의 발달과 세계화는 바이러스 접촉과 확산을 촉진시키고 있다. 한편 천연두는 1980년 세계보건기구(WHO)에 의해 정식으로 종식되었다. 한때 가장 치명 적인 바이러스였지만 백신이 개발된 이후 박멸된 것이다.

이처럼 과학기술은 대안과 문제를 동시에 만들며 발전해가고 있 다. 인류는 감염병을 두려워하지 않는 미래를 만들 수 있을까?

탐구주제

2035년 문을 닫았던 세계 최대 규모의 인공 숲이 재개관을 앞 두고 있다. 에너지 위기로 10년간 문을 닫았던 서울인공숲(Seoul Artificial Forest, 약칭 SAF)은 인공태양의 상용화와 함께 새로운 출발을 할 예정이다. 2030년 개관한 SAF는 서울에서 가장 녹지가 부족했던 영등포구에 지어졌다. 영등포구의 3 분의 1에 해당하는 818.6ha에 인공기후 돔을 만들어 각 식물에 맞는 환경을 제공했고 다양 한 종을 보존할 수 있었다. 국립백두대관수목원 시드볼트에 저장되어 있던 멸종 위기 식물 종 10만 점과 노르웨이 스발바르 종자 저장소에서 온 5만 점의 식량 종자가 이곳에서 직접 싹을 틔웠다. 문을 닫기 전까지 SAF는 살아있는 식물 의 방주나 다름없었다.

순조롭게 운영되던 SAF가 문을 닫은 건 2035년 발생한 에너지 위기 때문이었다. 21 세기 들어 환경오염 문제가 점점 심각해지면 서 세계 각국은 이를 해결하기 위해 노력했다. 한국 역시 신재생 에 너지로의 전환을 목표로 석탄 에너지 사용 비율을 점차 줄여나갔 다. 2017년 전기 생산 에너지의 46.2%를 차지했던 석탄 에너지는 2035년 4.3%로 줄어들었고, 태양광, 수력, 풍력 등 신재생 에너지 사용량은 5%에서 25%까지 증가했다. 하지만 이 과정에서 에너지 수급이 제대로 이루어지지 않아 어려움을 겪기도 했다. 2035년 흐

인공태양, 10년간 잠자던 숲을 깨우다

환경오염 없이 인류가 문명을 지속 , 번영시킬 수 있을까?

2.

2. 환경오염 없이 인류가 문명을 지속, 번영시킬 수 있을까?

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18 19 운영에 있어서는 지능형 원전제어 기술을 활용하여 위험을 예측하

고 제어하는 자율 원전 시스템을 갖추도록 했다. 이와 함께 기존의 원자로를 안전하게 해체하는 원전해체 기술도 발전시켜 나갔다.

10년 간의 노력은 많은 결실을 낳았다. 한국은 플라스틱을 완전 히 대체할 신소재 개발에 성공했고 올해 플라스틱 제로를 선언할 수 있게 되었다. 다만 기존에 버려진 미세 플라스틱 문제를 해결하 기 위해 미세플라스틱 전주기 관리에 대한 연구는 꾸준히 이어가기 로 했다. 미세 플라스틱의 발생부터 처리까지 전주기를 관리하는 이 연구는 아직 남아있는 바닷속 플라스틱을 분해하거나 인체에 누적 된 미세 플라스틱을 제거하는 데 도움이 될 것으로 보인다.

2009년부터 실험을 이어온 인공태양 기술도 드디어 빛을 발하게 됐다. 핵융합 발전으로 완성된 인공태양은 1억도 이상의 초고온 상 태를 유지하며 에너지를 생성한다. 2018년에는 1억도 이상을 유지 하는 시간이 1.5초에 불과했지만, 2045년인 현재는 24시간 운영이 가능해졌다. 10년 전 문을 닫은 SAF도 인공태양을 통해 재개된다.

자연 보존을 위해 10년간 운영을 멈추었던 인공 숲은, 이제 인공 태양을 통한 푸르른 성장을 앞두고 있다.

린 날이 지속되는 이상기후가 발생하면서 자연을 통한 에너지 발전 에 변수가 생긴 것이다. 그해 여름 대규모 정전이 일어났고, 한국은 3개월 간 전기를 수입해서 사용할 수밖에 없었다.

이에 따라 원자력 발전소에 대한 의견도 찬반으로 갈렸다. 에너 지 사용의 효율성을 고려하면 원자력 발전소만 한 방식이 없다는 의견과 위험성을 고려하여 탈원전으로 가야만 한다는 의견이 맞선 것이었다. 이 시기에 SAF도 문을 닫았다. 일상이나 생존과 관련된 분야에 에너지를 먼저 사용하기로 하면서, 잠정 폐쇄 조치가 취해 진 것이다. 인공 숲은 자연을 축소해 놓은 곳이었지만 그만큼 많은 에너지가 필요했고, 자연의 회복을 위해서는 잠시 휴지기를 가져야 했다.

2035년 이후 한국은 환경을 위한 기술 연구에 투자를 늘렸다. 기 존에 AI, 반도체 등 다른 분야에 비해 상대적으로 관심이 부족했던 신소재 연구에도 장기적인 투자가 결정되었다. 에너지 부족으로 인 한 대규모 정전처럼, 그간 알고는 있었지만 직접적인 피해를 느끼지 못했던 부분들이 수면 위로 드러나기 시작했다. 가장 큰 문제는 미 세 플라스틱이었다. 그동안 밝혀지지 않았던 미세 플라스틱의 위험 성이 알려지면서, 관련 연구도 활발하게 진행되었다. 환경을 오염시 키고 있는 플라스틱 폐기물 문제를 해결하기 위해 세계 각국의 연 구진이 모여 협업했다. 그 결과, 토양에서만 분해되었던 생분해성 플라스틱을 바다에서도 분해할 수 있게 되었고, 플라스틱을 에너지 로 전환하는 폐기물 순환 자원화 기술도 보다 효율적으로 발전하기 시작했다.

원자력 발전에도 변화가 일어났다. 이전보다 더욱 안전한 원자로 를 개발해 부족한 에너지를 수급하기로 결정한 것이다. 기존의 원자 로에 비해 방사선 폐기물 배출량을 크게 줄이고, 우라늄이 직접 공 기 중에 노출되지 않도록 보완한 차세대 원자로가 구축되었다. 원전

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20 2. 환경오염 없이 인류가 문명을 지속, 번영시킬 수 있을까? 21

폐기물 순환자원화 기술은 폐기물의 재활용과 에너지화를 포함한다.

플라스틱의 경우, 다른 폐기물에 비해 분해에 오랜 시간이 걸리는 만큼 순환자원화는 매우 중요하다. 재활용이 가능한 플라스틱을 골라내는 분 류 기술은 단순한 듯하지만, 효율적이고 경제적인 기술 개발이 어려운 분야다.

플라스틱은 태우거나 가스로 변환하여 다시 에너지를 얻을 수 있지만, 이 과정에서 얻을 수 있는 에너지가 많지 않고 환경오염이 발생하는 단점 이 있다. 이 때문에 화학적 공정을 거쳐 플라스틱을 원재료인 석유와 유 사한 물질로 다시 변환하는 에너지화 기술이 연구되고 있다. 실제 미국 등에서는 폐플라스틱을 재활용한 디젤 연료가 생산되고 있다.

생분해성 플라스틱이란 폐기된 후 미생물, 효소 등의 작용으로 물과 이 산화탄소로 분해되는 ‘썩는 플라스틱’을 말한다. 현재 식물에서 유래한 성분의 다양한 생분해 플라스틱이 개발되어 있으나 제한적으로만 사용되 고 있다. 기존 플라스틱을 완전히 대체하기 위해서는 여러 조건에 영향받 지 않고 빠르게 분해되고, 모든 플라스틱을 대체할 수 있도록 튼튼하며, 대량생산이 가능한 경제적인 기술이 개발되어야 한다. 옥수수, 해조류 등 바이오매스 원료를 이용한 생분해성 플라스틱도 각광 받고 있지만, 대량 생산 시 식량을 생산해야 할 토지가 부족해지는 문제가 발생할 수도 있다.

경제성과 친환경성을 모두 갖춘 대체 소재 개발은 쉽지 않은 과제이다.

하지만 미래에는 다양한 연구를 바탕으로 플라스틱을 완전히 대체할 신 소재가 개발될 수 있을 것이다.

02.

‘착한 자원’으로 다시 만나는 폐기물

03.

플라스틱을 대체하는 썩는 플라스틱

생분해성 플라스틱 매커니즘

플라스틱으로 인한 환경오염을 줄이는 기술

미세플라스틱은 5mm 이하의 작은 플라스틱 입자를 의미한다. 토양과 해양에 유입된 미세플라스틱은 생태계를 교란하여 환경문제를 일으키 고, 물이나 음식을 통해 인체에도 흡수•축적되어 심각한 질환을 유발할 것으로 우려된다.

미세플라스틱의 심각성은 비교적 최근 불거진 사안으로 미세플라스틱 이 어떻게 발생하고, 어떤 경로로 확산되며, 인체에는 어떠한 유해성이 있는지와 그 제거방안 등에 대해 자세하게 밝힐 수 있는 추가 연구가 필 요하다. 이를 통해 발생→확산→처리를 포함한 전주기에 걸쳐 환경 오염 과 생태계 교란을 최소화하는 관리 기술이 완성되어야 한다.

토양이나 바닷물에서 미세플라스틱을 분리하는 기술, 인체에 존재하 는 미세플라스틱을 분해하고 제거하는 기술은 도전적인 미래 연구과제 가 될 것이다.

01.

미세플라스틱 전주기 관리 기술

미세플라스틱의 여정 미래과학

기술소개

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22 23

원자력의 안전한 활용과 핵융합 발전

현재 세계적으로 원자력 발전량을 낮추고 신재생에너지 비중을 높이 는 추세가 나타나고 있다. 이에 따라 오래된 원전을 안전하게 해체하는 기술이 주목받고 있다. 원전해체는 제염→구조물 절단•해체→폐기물 처리 순으로 진행된다. 제염은 세제로 그릇을 닦듯이 원전 구조물의 방 사능 오염을 제거하는 작업이다. 절단•해체는 원전 구성품과 구조물 을 잘라서 분해하는 작업이다. 대형 톱날 등을 사용해 기계적으로 잘라 내지만, 고방사능 오염구역인 원자로에는 로봇이 활용된다. 마지막으로 폐기물 처리는 해체 과정에서 나오는 방사성 폐기물을 사람에게 해가 없도록 안전하게 처리하는 기술이다. 해체가 완료된 원전 부지는 최종 적으로 남아있는 방사능 측정, 안전성 평가 등 복원 과정을 거친다.

현재 원전해체 경험이 있는 나라는 미국, 독일, 일본 정도다. 우리나 라는 상업용 원전 해체 경험은 없지만, 연구용 원전을 해체한 경험은 있 다. 2030년이면 국내 가동 중인 25기 원전 가운데 12기의 설계 수명이 종료된다. 이에 대비해 수년 전부터 관련 기술개발을 진행 중이다.

01.

안전한 노후원전 해체기술

원자로 해체 과정 미래과학

기술소개

바다 속 미세먼지, 미세 플라스틱의 공격

2015년 텍사스 A&M 대학 연구팀은 코스타리카 해변에서 콧구 멍에 플라스틱 빨대가 박혀있는 바다거북을 발견했다. 빨대를 빼는 8여 분의 시간 동안 바다거북은 침과 피를 흘리며 괴로워했고, 이 영상을 접한 사람들은 아마도 생전 처음으로 거북의 울음소리를 들 었을 것이다. 이 밖에도 죽어가는 거북이나 고래의 위 안에서 수백 개의 플라스틱 조각이 발견되는 등 플라스틱이 해양생태계에 끼치 는 피해는 점점 심각해지고 있다.

이와 함께 플라스틱과 관련한 연구도 꾸준히 진행되고 있다. 폐기 된 플라스틱을 다른 에너지로 순환하거나, 생분해성 플라스틱을 개 발하여 자연 속에서 분해시키는 방법 등이 주요내용이다. 하지만 신 소재 분야에 대한 연구 개발은 AI나 반도체 분야에 비해 상대적으 로 발전 속도가 더디다. 타 연구에 비해 성과가 뚜렷하게 나오지 않 고 경제성도 없기 때문이다.

이러한 책임을 묻듯, ‘미세 플라스틱’이 인간의 삶에도 침투하기 시작했다. 거북이나 고래와 달리 인간은 플라스틱을 구분해낼 수 있지만, ‘미세 플라스틱’은 이야기가 다르다. 실제로 미세 플라스 틱은 바닷물과 해산물 뿐만 아니라 공기와 토양에도 축적되어 인 체에 영향을 미치고 있다. 일본 큐슈대 아추히코 이소베(Atsuhiko Isobe) 연구진은 태평양 수면에서 미세플라스틱의 농도가 2030년 에는 현재보다 2배 상승할 것이라고 예측했으며, 2060년에는 4배 까지도 상승할 수 있다고 경고했다.

해양오염 문제는 국제적인 대응이 필요한 이슈이다. 미세 플라스 틱의 위협을 해결하기 위해, 한국은 어떠한 역할을 할 수 있을까?

탐구주제

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24 25

1) 초고온에서 기체는 음전하를 지닌 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 상태인

‘플라즈마’ 상태가 된다. 흔히 고체, 액체, 기체 다음의 ‘물질의 제4 상태’라고 불 린다. 태양을 비롯한 우주는 99% 이상이 플라즈마 상태이다.

핵융합 발전은 수소 원자핵들이 고온에서 충돌해서 헬륨 원자핵으로 바뀌는 ‘핵융합 반응’을 이용하는 발전기술이다. 지구상 모든 생명체의 에너지 근원인 태양이 이와 같은 핵융합 반응을 통해 에너지를 생성하 고 있다. 원자력 발전과 달리 방사능 오염 문제가 없고, 우리 주변의 흔 한 원소인 수소를 사용하므로 에너지원 고갈과 온실가스 배출 걱정으 로부터 자유로운 도전적인 에너지 기술로 여겨진다.

핵융합 발전이 상용화되기 위해서는 몇 가지 해결할 과제가 있다. 첫 째는 핵융합 반응을 일으키기 위한 온도인 1억도 이상의 초고온 ‘플라 즈마 상태’를 유지하는 것이다.¹⁾ 둘째는 핵융합의 원료가 되는 수소의 동위원소인 중수소, 삼중수소를 경제성 있게 확보하는 것이다. 중수소 는 바닷물에서 추출할 수 있고, 삼중수소는 리튬을 핵융합로에서 변환 하여 얻는다. 마지막으로 1억도 이상의 고온을 견딜 수 있는 핵융합로 소재를 개발해야 한다.

우리나라는 2020년 3월 한국형 핵융합 연구로인 KSTAR에서 중심 이온 온도 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 8초간 유지하는 데 성공했 으며, 글로벌 프로젝트인 국제핵융합실험로(ITER)에도 참여하고 있다.

03.

핵융합 발전

초고온가스로(VHTR, Very High Tempreature Reactor)

선진국들은 기존 원전의 문제점을 보완한 차세대 원자력 기반기술 개발을 추진하고 있다. 차세대 원자력 기반기술로는 소듐냉각고속로 (SFR, Sodium-cooled Fast Reactor), 초고온가스로(VHTR, Very High Tempreature Reactor)가 있다. 소듐냉각고속로는 기존 원자 로에서 나오는 사용후핵연료를 연료로 재사용하여 고준위 방사성폐기 물 배출량을 크게 줄인다. 초고온가스로는 세라믹으로 둘러싸인 우라 늄 입자를 원료로 사용하여 우라늄이 직접 공기 중에 노출되지 않게 한 다. 또한 공기로 자연스럽게 냉각되기 때문에 격납용기가 파손되더라 도 폭발이 일어나지 않고 원자로를 잘 식혀줄 수 있다. 전기생산과 함 께 원자로에서 발생하는 950℃ 이상의 고온으로 물을 분해하여 다량 의 청정 수소를 경제적으로 생산할 수 있어 수소경제에 대비하는 데도 적합한 것으로 여겨진다.

02.

원전폐기물을 줄이는 차세대 원자로

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26 27 어제부터 제주에서 시작된 ‘130 페스티벌’이 화제다. 130세 이상

이면 누구나 가입할 수 있는 ‘멋진 130(super130)’ 모임은 10년의 전통을 자랑하지만, 오프라인에서 모임을 하는 건 이번이 처음이다.

가상현실에서만 만나오던 참가자들은 노을 지는 해변에 모여 처음 으로 포옹을 했고, 맛있는 음식을 나눠 먹으며 만남의 기쁨을 누렸 다. 10만 명에 이르는 전 세계 멋진 130 회원 중 천여 명이 축제에 참여했는데, 일반인 방문객까지 합하면 첫날에만 만여 명의 사람들 이 축제를 함께 했다.

축제의 기획자 중 한 명인 정국 씨(서울, 138세)는 오프라인 모임 이라는 과감한 꿈이 실현된 것이 아직도 믿어지지 않는다며 감격스 러워했다. 다만 한 달 전 세상을 떠난 창립멤버 ‘닥터K’(ID)가 함께 하지 못했다는 사실을 크게 아쉬워했다. 141세의 나이로 세상을 떠 난 닥터K는 130세가 되던 해에 멋진 130 모임 아이디어를 구상했 고, 그로부터 1년 후 ‘130 마을’이라는 온라인 가상세계를 구축했 다. 서버를 열자 생체정보를 통해 나이가 확인된 이들이 꾸준히 모 여들었다. 온라인 마을은 닥터K의 고향인 제주의 함덕 해변을 본떠 만들어졌다. 그렇게 구축된 바닷가 마을에서 그들은 10년간 함께 살며 소통했다.

은퇴한 의사인 닥터K는 130 마을에서도 의사 역할을 했다. 한 번은 길에 멈춰있는 아바타를 보고 이상을 감지해 생명을 구한 적

평균나이 139세,

그들이 인생을 즐기는 법

인간은 몇 살까지

건강하게 살 수 있을까?

3.

3. 인간은 몇 살까지 건강하게 살 수 있을까?

원자력 발전, 미래를 준비하다

2011년 3월 11일, 일본 도호쿠 지역에서 진도7.0, 규모9.0의 지 진과 지진해일이 발생했다. 지진해일로 인한 1차 인명피해에 이어, 도쿄전력의 후쿠시마 제1원자력 발전소에서 방사능이 누출되는 사 고가 발생했다. 어마어마한 양의 방사능은 해양과 공기 중에 누출 됐으며, 자연생태계에도 큰 영향을 미쳤다. 이러한 영향을 받은 식 품을 섭취한 사람들은 피폭을 당했고 피해는 9년이 지난 현재도 이 어지고 있다. 후쿠시마 원전사고는 1986년 체르노빌 원전사고와 함 께 국제원자력사고등급 최고 단계인 7단계를 기록했고, 원자력발전 의 위험에 대해 전 세계가 재고하는 계기가 되었다.

2018년 기준 우리나라 에너지생산량 중 원자력발전이 차지하는 비율은 23.4%이다. 한 번 사고가 발생하면 되돌릴 수 없는 피해를 입게 되지만, 효율성이 뛰어나기 때문에 에너지의 상당 부분을 생 산하게 되는 것이다. 2017년 한국갤럽의 여론 조사에 의하면 국민 의 56%는 원자력 발전 이용에 찬성한다고 답했다. 하지만 원자력 발전소가 안전하냐는 질문에는 54%가 위험하다고 답했다. 이는 원 자력 발전의 장점은 살리되, 안전에 보다 노력을 기울일 필요가 있 다는 것을 시사한다. 효율성과 안전성을 동시에 갖춘 원자력 발전 을 위해, 어떤 기술을 연구하고 개발해야 할까?

탐구주제

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28 3. 인간은 몇 살까지 건강하게 살 수 있을까? 29 발전했다.

뇌 관련 연구가 활발해지면서 노인의 삶도 달라지기 시작했다.

2010년대 중반 시작한 뇌지도 제작이 성과를 거두면서 치매를 예 방할 수 있게 되었다. 이와 함께 간질, 자폐증 등 뇌 관련 다양한 질 병들이 사전에 진단되어 조기에 치료된다. 세포치료제와 유전자치 료제의 발달은 암과 난치병 정복을 앞당겨 주었다. 의학 기술의 비 약적인 발달은 인간이 보다 건강하게 살 수 있도록 만들어 주었다.

의학 정보 유출은 여전히 민감한 문제이지만, 해킹 세계대전을 잘 방어한 이후 긍정적인 시선으로 돌아서는 추세이다.

130 페스티벌 기억 상영회에서는 닥터K의 마지막 기억도 공개될 예정이다. 세상을 떠나기 전 기억 칩에 생각을 업로드 했는데, 이 속 에는 130 마을의 해변 풍경이 담겨 있다고 한다. 가상의 모래사장 위에는 ‘long & love’라는 글씨가 닥터K의 필체로 적혀 있는데, 이 말은 삶은 길고 사랑할 것은 많다는 멋진 130의 슬로건이기도 하 다.

축제 둘째 날, 평균나이 139세의 멋진 130 회원들은 오늘도 삶을 즐기고 있다.

도 있는데, 이때 갑작스러운 심장마비를 겪은 사람이 바로 정국 씨 다. 닥터K는 정국 씨의 생체정보를 분석하여 심장의 이상을 발견했 고, 즉시 그의 심장에 삽입되어 있는 AI 칩에 접속해 심폐소생 자극 을 주었다. 이는 정국 씨의 심장이 멈출 경우 가동되는 ‘코드 레드’

를 닥터K가 전달받을 수 있었기에 가능한 일이었다. 이후로 주민들 은 스마트 헬스케어를 통해 자신의 생체정보를 아바타로 연동 시켜 놓았고, 닥터K는 마을 의사로 활동하며 각종 질환을 예방할 수 있 도록 도왔다.

이번 축제의 하이라이트는 기억 상영 이벤트다. 참가자들은 기억 은행에 보관해놓은 기억 중 일부를 가져와 전 세계에 영상으로 공 유한다. 뇌-기계 인터페이스 기술은 기계를 뇌와 연결하여 작동시 키는 것으로, 이를 응용하여 기억을 컴퓨터에 저장하고 나중에 꺼 내볼 수도 있다. 한때는 뇌 해킹 문제로 논란이 되기도 했던 이 기술 은 2045년 현재 활발히 쓰이고 있다. 몇 번의 시행착오 끝에 보안 시스템을 안정적으로 정비했고 이 덕분에 사람들은 기억계좌를 만 들어 기억을 저장할 수 있게 되었다. 이렇게 저장한 기억들은 은행 에 보관해두었다가 뇌 기능이 떨어지면 칩에 기억을 다시 업로드해 사용할 수 있다. 한때는 스위스 기억은행이 각광을 받았으나, 이제 는 국내 기억은행들도 세계 최고의 보안 수준을 자랑하고 있다.

한국의 보안 수준은 제1차 해킹 세계대전을 계기로 보다 강력해 졌다. 다른 나라보다 뇌-기계 인터페이스 기술을 먼저 적용해 해킹 과 관련된 혼란도 먼저 겪었지만, 그에 대한 경험이 축적되어 성공 적으로 위기를 극복할 수 있었다. 과학기술과 관련된 기밀기억을 빼 내려던 무국적 해커들은 한국의 보안망을 뚫지 못했다. 제1차 해킹 세계대전에서 대부분의 기억은행이 도난을 당했을 때 한국, 싱가 폴, 스위스 3국만이 해킹을 막아낼 수 있었다. 이를 통해 한국의 보 안 위상이 높아졌고, 이후 뇌-기계 인터페이스 기술도 비약적으로

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30 3. 인간은 몇 살까지 건강하게 살 수 있을까? 31

‘히드라’는 그리스로마 신화에 등장하는 아홉 개의 머리를 가진 괴물 이다. 머리 하나를 자르면 머리 두 개가 다시 생겨날 만큼 괴이한 생명 력을 지녔는데, 이 괴물의 이름을 딴 강장동물 히드라도 재생능력이 매 우 뛰어나다. 이는 히드라의 몸 대부분이 ‘줄기세포’로 구성되어 있어 어떤 부위의 세포를 떼어내도 몸 전체를 재생할 수 있기 때문이다. 줄 기세포란 몸의 어떤 조직으로든 발달할 수 있는 초기 단계의 세포로 만 능세포로도 불린다.

암세포도 마찬가지이다. 암을 치료해도 암 줄기세포가 남아있으면 재발하고 다른 기관으로 전이되기 때문에 치료가 어렵다. 줄기세포 항 암제는 암의 종류별로 줄기세포를 파악하고 이를 제거해 암을 없애는 치료제이다. 각종 암에 대한 맞춤형 항암제 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

암 치료가 어려운 또 하나의 이유는 암세포가 외부의 침입자가 아니 라 내 몸의 일부였던 세포가 돌연변이를 일으킨 것이기 때문이다. 그래 서 기존의 항암제는 암세포를 공격할 때 정상세포도 함께 훼손할 수밖 에 없었다. 하지만 면역항암제는 암 자체를 공격하는 기존 항암제와 달 리 신체의 면역세포에 조작을 가해 면역세포가 선택적으로 암세포만을 공격하도록 유도한다. 이 때문에 치료 효과도 크고 부작용도 거의 없는 편이다.

02.

암세포만 정확히 없애는 세포치료제

역분화줄기세포

난치병 극복을 위한 과학기술

개인건강기록(PHR: Personal Health Record)기반 헬스케어 플랫폼

과거에는 병원에 가야만 각종 의학적 검사를 받을 수 있었다. 실시간 예방중심 의료의 발달은 물리적 방문으로 인한 번거로움을 극복할 수 있게 만들어주고 있다. 이는 웨어러블 기기를 통해 각종 생체정보를 언 제 어디서든 간편하게 측정하고, 측정된 정보를 의료기관에 전송하여 진단·관리함으로써 질환을 예방할 수 있게 만들어주는 기술이다. 현재 는 심박수, 심전도, 혈압, 혈당 등을 측정하고 관리하는 수준이지만, 미 래에는 초소형 나노로봇을 이용해 신체를 모니터링할 수 있게 된다. 스 마트기기를 통해 자신의 몸 상태를 실시간으로 확인할 수 있게 되는 것 이다. 인간보다도 정확하고 정밀하게 진료할 수 있는 AI의사와 수술로 봇도 이미 등장하고 있다. 같은 질병에 걸리더라도 환자마다 가진 각자 의 신체적 특성과 진료이력에 맞추어 적절한 치료법을 제시하는 빅데 이터 기반 맞춤의료도 미래에는 가능해질 것으로 보인다.

01.

실시간 예방 중심 의료

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벌거숭이두더지쥐의 시간은 거꾸로 간다

설치류의 일종인 벌거숭이두더지쥐는 신비한 동물이다. 암에 잘 걸리지 않으며, 통증을 잘 느끼지 않고, 심지어는 산소 없이도 18분 까지 버틸 수 있다. 비슷한 크기의 설치류 동물들이 최대 4년 정도의 수명을 가진데 비해 이들은 30년 이상을 살기도 한다. 인간의 나이 로 보자면 800세이다. 일반적으로 30세가 넘은 포유류는 8년 마다 사망률이 두 배씩 증가하지만, 벌거숭이두더지쥐의 사망률은 나이 와 무관하게 거의 변하지 않고, 심지어는 더 낮아지기까지 한다. 쉽 게 말해 이들은 늙지 않는다. 영화 ‘벤자민 버튼의 시간은 거꾸로 간 다’의 주인공 처럼 벌거숭이두더지쥐의 시간은 거꾸로 간다.

구글은 자회사 칼리코를 설립해 벌거숭이두더지쥐의 행동습관이 나 유전자를 분석·해독하여 이들의 건강과 장수의 비결을 연구하고 있다. 이를 통해 단백질의 유지관리 능력이나 특유의 행동양식 등 그 비밀이 조금씩 밝혀지고 있는 중이다. 한편 미국의 과학자들은 114 세 초백세인(Supercentenarian) 여성의 노화한 세포를 재프로그 래밍하여 세포 나이를 신생아 수준으로 되돌리는 데 성공했다. 세포 재프로그래밍이란 성숙한 세포를 유도만능줄기세포(iPS cell)로 되 돌리는 것으로, 노화세포도 건강하게 변형될 수 있다는 것을 의미한 다. 110세 이상을 뜻하는 초백세인들은 생활 습관에 상관없이 일반 인들보다 오래 살 뿐만 아니라 건강을 오랫동안 유지하는데, 이에 대한 비밀을 풀 단초가 될 것으로도 보인다. 이 연구가 성공하면 노 인의 기준도 달라질 것이다. 늙지 않고 100년 이상 살아갈 때 인간의 라이프스타일은 어떻게 변화할까?

탐구주제

‘가타카(GATACA)’라는 SF 영화에는 유전자 편집을 통해 유전적 결 함 없이 태어난 사람들이 등장한다. 이러한 영화적 상상력은 유전자를 자르고 재배치하는 치료를 통해 현실이 될 수 있다. 현재 사용되고 있 는 ‘크리스퍼 유전자 가위(CRISPR/Cas9)’기술은 3세대 기술로 기존 에 비해 간단하면서도 정밀하게 원하는 부위를 잘라낼 수 있다. 이에 따라 편집이 필요한 부위에 대한 새로운 유전자 사슬을 설계하는데 걸 리는 시간과 비용이 절감될 수 있었다. 수개월 걸리던 설계 시간이 하 루로 단축되었고, 제작비용도 수십 달러로 줄어들었다.

유전자 가위 세대 구분의 기준은 잘라낼 DNA 염기서열의 위치를 찾 고 잘라내는데 무엇을 사용하느냐이다. 유전자 가위를 사용하는 것은 테트리스 게임에 비유할 수 있다. 블록을 남김없이 없애려면 사전에 정 밀한 설계를 통해 모든 블록을 각각 정해진 위치에 놓아야 한다. 유전 자 가위의 세대가 높아질수록 게임에 사용하는 블록의 모양이 점점 단 순해진다고 보면 된다. 아직 이 기술은 불안정하여 유전자 제거를 하는 도중 목표하지 않은 유전자도 절단할 위험이 있다. 지금 연구 중인 4세 대 유전자 가위 기술이 등장하면 건축물을 설계하듯이 유전자를 마음 대로 제거하고 수정하여 질병을 치료할 수 있을 것이다.

03.

질병만 잘라내는 유전자가위

크리스퍼(CRISPR/Cas9) 유전자가위 작동원리

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뇌지도 구축을 통해 인간의 뇌의 상세한 구조와 작동 원리를 밝혀낸다 면, 이를 활용해 지금까지 치료가 불가능했던 각종 뇌질환을 치료할 수 있다. 예를 들어 학습과 기억 등을 담당하는 뇌지도가 작성되고 노화에 따른 뇌기능 변화를 알 수 있다면, 치매의 발병원인을 밝혀내고 치매를 조기에 진단할 수 있을 것이다. 마찬가지로 정상인의 뇌와 비교해 자폐증 의 원인을 밝히고 치료하는 것도 가능하다.

정보통신기술과 결합해 만들어진 뇌지도를 빅데이터로 만들어 공유하 고 인공지능을 통해 분석하면, 치매 외에도 조현병, 우울증, 자폐증 등 각 종 뇌질환에 대한 치료방법을 개발할 수 있다. 그 중 한 가지는 머리에 초 소형 브레인 칩을 삽입하여 뇌에서 발생하는 신호를 측정하고, 비정상적 뇌 활동이 감지되면 약물이나 빛을 이용해 뇌 회로를 자극하여 기능을 정상화시키는 것이다. 이 과정에서 뇌의 작동원리를 자세히 연구한다면 보다 먼 미래에는 인간의 기억을 영상화하여 저장하고, 이를 외부로 전송 하거나 필요 시 뇌에 다시 저장하는 것이 가능할 것이다. 이를 이용해 인 공장기로 노화된 장기를 대체하듯, 뇌의 능력이 노화될 때마다 뇌에 저 장된 기억을 대체하여 치매나 노환으로 인해 저하된 뇌 기능을 젊은이와 같은 수준으로 회복할 수 있을 것이다.

02.

뇌 작동원리 규명을 통한 뇌질환 치료

초소형 다기능 브레인 칩

뇌 관련 기술과 뇌질환 극복

인간의 뇌는 약 1,000억 개의 신경세포(뉴런)와 신경세포를 연결해 신호를 전달하는 약 110조 개의 시냅스로 이루어진 거대한 신경망 조 직이다. 신경세포와 시냅스를 각각 건물과 도로에 비유하면 우리의 뇌 는 1,000억 개의 건물과 110조 개의 도로를 가진 복잡한 거대도시라 할 수 있다.

뇌지도 작성은 신경세포 간의 연결인 신경망을 시각화하는 것이다.

이는 뇌라는 도시의 지도를 정확히 그리는 것이라 볼 수 있다. 인간 유 전자 지도에 해당하는 인간 게놈 프로젝트의 완성이 질병 진단과 치료 에 큰 영향을 끼친 것처럼 뇌지도 작성은 뇌질환 치료의 새 지평을 열 것으로 기대된다. 한편 뇌지도 작성이 중요해지면서 각국의 경쟁도 치 열해지고 있다. 미국은 2013년부터 BRAIN Initiative라는 국가 프로 젝트를 통해 뇌지도 제작방법, 뇌질환이 발생하는 과정과 그 치료법을 연구하고 있다. 우리나라도 2016년부터 ‘뇌과학 발전전략’을 수립하고 뇌지도 작성과 뇌질환 치료연구를 수행하고 있다.

01.

뇌의 신비를 밝히는 뇌지도

뇌지도 구축 관련 연구 분야 미래과학

기술소개

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36 37

미래의 라식수술, 뇌 이식 AI칩

테슬라의 최고 경영자 일론 머스크는 2016년 생명공학 스타트업 뉴럴링크(Neuralink)를 설립했다. 인간의 뇌에 AI 칩을 심어 컴퓨터 에 생각을 업로드하거나 다운로드할 수 있는 기술을 개발하기 위함 이었다. 그로부터 2년 후인 2019년 2월, 뉴럴링크는 쥐와 원숭이의 뇌에 AI 칩을 이식하여 컴퓨터를 통해 제어하는 실험에 성공했다고 밝혔다. 이와 함께 2020년 말까지 인간의 뇌에 AI 칩을 이식하여 테 스트 해보기를 희망한다고 말하기도 했다.

이 기술이 성공하면 척수손상으로 사지가 마비된 환자들이 침대 를 벗어나 자유롭게 걸어다닐 수 있게 된다. 이식된 AI칩이 뇌에서 보내는 신호를 대신 전달할 수 있기 때문이다. 척수가 손상된 환자들 은 뇌와 신체의 연결이 끊어져 몸을 움직일 수 없는데 AI칩을 사용 하면 뇌 신호를 증폭시켜 척수에 전달할 수 있다. 뇌에 AI 칩을 이식 하는 행위는 현재로서는 생소하지만, 연구가 성공적으로 이루어진 다면 미래에는 라식수술을 하는 것처럼 보편적인 일이 될 수도 있다.

이로 인해 인류는 많은 질병에서 자유로워질 수 있을 것이다. 하지만 뇌를 다루는 만큼 기술 난이도가 높고, 설사 성공하여 보편화된다 하 더라도 뇌 정보 유출 등 다양한 문제가 발생할 가능성도 배제할 수 없다. ‘사피엔스’의 저자 유발 하라리는 뇌 해킹을 통해 타인의 삶을 통제하게 되는 디스토피아를 예측한 바 있다. 그럼에도 뇌 이식 AI칩 연구는 계속될 예정이다. 더 나아가 보다 단순한 자동화 시술을 목 표로 하고 있다. 일론 머스크는 그래야만 이 시술이 대중적으로 확산 될 수 있다고 주장한다. 뇌 이식 AI칩 시술은 미래의 라식수술이 될 수 있을까?

탐구주제

올해로 10주년을 맞은 AI 국제영화제에서 후보자를 발표했다.

올해 가장 주목받고 있는 후보는 시나리오 부문에 오른 AI 뤼미에 르다. 뤼미에르는 글로벌기업 G를 대표하는 AI로 5년 전인 2040년 첫 시나리오를 발표한 이후 매년 수상 후보에 오르고 있다. 뤼미에 르가 쓴 시나리오 중 영화화된 것은 120편으로 이 중 80.39%가 흥 행했다. 작년까지만 해도 3년 연속 시나리오 대상을 받았으나 올해 는 상을 가져가기 쉽지 않을 전망이다. 뤼미에르를 위협하는 강력한 후보가 나타났기 때문이다.

10년 전 발생한 한국의 인공장기 문제를 소재로 한 영화 ‘영장류 의 밤’의 작가 수영(필명)이 그 주인공이다. 영장류의 밤은 수영의 시나리오 데뷔작으로 AI와 협업하지 않은 단독 창작물이다. 시상식 에 대한 기대가 고조되면서 수영이 글을 쓰며 사용한 뇌-기계 인터 페이스에 대한 관심도 높아지고 있다.

올해 65세인 수영은 45세가 되던 해에 루게릭병에 걸렸다. 중학 교 과학 교사였던 수영은 교편을 놓아야 했고, 곧 스스로 걷는 것 조차 힘들어졌다. 힘겹게 투병 생활을 해오던 수영에게 뇌-기계 인 터페이스는 새로운 세계를 열어 주었다. 근육의 힘을 증강시켜주는 웨어러블 로봇도 도움이 되었지만, 무엇보다 수영의 삶을 바꿔 놓 은 것은 뇌파를 읽어 글로 구현해주는 브레인터렉트(brainteract) 였다.

인간과 AI의 대결,

올해의 대상은 누구에게

과학기술은 인간의 신체적, 정신적 능력을 어디까지 발전시킬까?

4.

4. 과학기술은 인간의 신체적, 정신적 능력을 어디까지 발전시킬까?

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38 39 다는 입장이 팽팽하게 맞선 것이다.

국제 생명윤리법이 신설되기 전까지 한국은 혼란의 시기를 겪었 다. 영장류의 밤은 그 몇 년간의 과정을 담담하게 추적하는 과학 스 릴러 영화다. 주인공은 인공장기 연구의 문제점을 파헤치는 수사관 으로, 추적 과정에서 끊임없이 위협을 당한다. 그럼에도 비밀을 파 헤쳐가던 주인공은 영화 말미에 이르러 자신 역시 어린 시절 장기 이식을 받아 새 생명을 얻었음을 알게 된다. 돼지 뿐 아니라 영장류 도 장기 공장의 형태로 사육되고 있으며, 자신의 신장 또한 침팬지 로부터 왔다는 것이다. 불법 실험의 중심에 자신이 연루되어 있음을 알게 된 주인공은 진실 은폐의 유혹에 빠지게 된다.

AI 국제영화제의 회원들은 어떤 선택을 내릴까? 천만여 명으로 구성된 회원들은 각 영화에 대한 감상을 목소리, 글, 그림, 영상 등 자유로운 방식으로 중앙 서버에 업로드하고 AI가 그 내용을 분석하 여 수상자를 선정한다. 양자컴퓨팅 기술을 활용하면 이들의 데이터 를 분석하는데 단 5분이 소요된다. 영화제까지는 2주가 남았지만, 결과에 대한 관심은 점점 고조되고 있다. AI 국제영화제 최초로 인 간 단독 수상자가 나올 수도 있기 때문이다. 이제 대한민국 모든 직 업군에서 AI를 배제하고 일을 하는 경우는 없다. 수영의 시나리오 도 감독은 AI가 맡았기 때문에 결과적으로는 협업 작업이라고 할 수 있다.

“저에게 영감을 준 것은 AI 뤼미에르의 영화들입니다.”

수영은 후보자로 오른 것만으로도 영광이라며 겸손의 뇌파를 보 내왔다.

뇌-기계 인터페이스를 구현하기 위해서는 뇌 속에 칩을 이식해 야 했다. 처음에는 부담을 느꼈던 수영이었지만, 성공만 한다면 기 계와 소통할 수 있는 진화된 인간, 트랜스휴먼(Transhuman)이 될 수 있었다. 수술은 성공적이었다. 2035년 수영은 뇌-기계 인터페이 스 활용을 위해 신체를 개조한 1세대 트랜스휴먼이 되었다. 수영은 뇌 이식 칩을 통해 집 안에 있는 사물들과 소통하기 시작했다. 손가 락 하나 까딱하지 않고도 집안의 모든 사물들을 컨트롤 할 수 있었 다. 이제 육체의 장애는 큰 문제가 되지 않았다. 자신감을 얻은 수영 은 새로운 일에 도전해보기로 했다.

뇌파를 읽어 글로 전환해주는 디바이스 브 레인터렉트(brainteract)를 통해 수영은 글 을 만들어 냈다. 하루에 5~7시간씩 생각을 집중하여 1년 만에 영장류의 밤을 완성했고, 공개 뇌 클라우드에 저장해두었다. 누구도 관심 없던 수영의 초고를 발견한 건 영화감 독 AI BODA였다. BODA는 시나리오를 다운 받아 분석했고, 성공 확률을 따져 투자자와 감독이 되기로 결정했 다. 당시 성공확률은 79.91%로 측정되었는데, 현실은 그를 훌쩍 뛰 어넘어 제작비의 6배를 벌어들였다.

수영이 쓴 시나리오는 2030년대 중반에 일어난 불법 인공장기 실험을 소재로 하고 있다. 동물을 활용해 인간의 장기를 만들어 낼 수 있는 이 기술은 장기가 필요한 환자들에게 희망으로 여겨졌다.

하지만 오직 인간의 장기를 만들어 내기 위해 탄생되고 버려지는 돼지들의 동물권이 문제가 되면서 인공장기 연구에 대한 인식도 바 뀌기 시작했다. 다른 동물의 장기를 인간에게 이식하는 이종장기 기 술도 함께 논란이 되었다. 동물의 희생을 담보로 하는 실험이 윤리 적으로 정당하지 않다는 의견과 인류의 미래를 위해서는 불가피하

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인공조직이란 기능이 저하되거나 손상된 부분을 대신할 수 있는 뼈, 혈액, 피부 등을 만들어내는 기술이다. 인공조직을 만드는 기술은 크게 세 가지 방법이 있는데, 첫 번째는 다른 동물의 조직이나 장기를 인간에 게 이식하는 이종장기 기술이다. 현재는 인간의 장기와 유사한 점이 많은 돼지를 이용하는 방법이 주로 연구되고 있다. 두 번째는 3D 바이오프린 팅 기술을 이용하는 방법이다. 이는 인체세포를 포함한 ‘바이오 잉크’를 이용하여 3D 프린터와 유사한 형태로 필요한 장기를 ‘출력’하는 것이다.

마지막 방법은 완전히 자란 체세포를 역분화시켜 어떤 세포든 될 수 있 는 만능줄기세포로 되돌려 장기를 만드는 세포치료기술이다. 이는 내 몸 의 세포를 이용하기 때문에 이식 부작용이 적다. 중한 질병이 있거나 심 각한 사고를 당한 환자도 이 기술을 이용하여 손상된 장기나 신체조직을 바꾸는 치료를 받을 수 있다.

03.

인공장기와 인공조직을 만드는 시대가 온다

3D 프린터로 만드는 인공장기

신체적 능력 향상에 활용되는 과학기술

웨어러블 로봇 기술은 인간의 신체에 부착 또는 착용하여 신체능력 을 강화시켜준다. 영화 <아이언맨>에서 토니 스타크가 아이언맨 슈트 를 입고 초인적 능력을 발휘하듯이 평범한 사람도 웨어러블 로봇을 착 용하면 강력한 힘을 낼 수 있다. 또한 고령자나 장애인이 착용하면 일 반인과 동일한 신체기능을 발휘할 수도 있다. 웨어러블 로봇은 정밀한 센서 기술과 가볍고 튼튼하며 유연하게 움직이는 기계구동기술을 이 용하여 만들어지며, 진짜 내 몸처럼 조종하기 위해 사용자의 생각을 읽어 로봇을 움직일 수 있는 기술인 뇌-기계 인터페이스(BMI, Brain Machine Interface)를 사용한다.

01.

누구나 아이언맨이 될 수 있는 초강력 수트

인간은 다른 동물에 비해 신체적 능력이 떨어지지만, 기술을 이용해 부족한 능력을 향상시킬 수 있었다. 근력을 강화하기 위해 도끼와 창 을, 시력을 강화하기 위해 망원경을, 계산하는 능력을 강화하기 위해 컴퓨터를 만든 것이 그 예다. 나아가 우리의 신체적 수고를 덜어주고 삶을 편리하게 해주던 과학기술 분야가 발전하여, 이제는 신체를 보조 하고 증강하는 기술을 직접 인체에 결합하거나 삽입하고 때로는 인체 자체를 강화하는 수준까지 도달하고 있다. 예를 들어 군인이나 노동자 가 무거운 물건을 들고 빠르고 안전하게 목적지까지 이동할 수 있게 하 거나 사고나 장애, 노화로 인해 몸이 불편한 사람이 신체능력을 회복하 여, 궁극적으로 ‘신체적 장애 없는 삶’까지 꿈꿀 수 있게 만들어준다. 먼 미래에는 증강인간 기술이 널리 보급되고, 누구나 혜택을 누릴 수 있는 보편적 복지기술로까지 자리매김할 수 있다.

02.

인간의 한계를 뛰어넘는 증강기술