동물과 인간, 모두가 행복한 과학을 위해

인간과 반려동물은 아주 오래전부터 함께 어울려 살고 있을 만큼 친숙하다. 고양이와 개, 소, 닭은 물론 너구리나 고슴도치, 스컹크 등 종류도 다양하다. 동물이라는 단어 앞에 ‘짝이 되는 동무’란 뜻의 ‘반려’가 붙은 이유도 바로 이 때문일 것이다. 과학도 마찬가지다. 동물은 과학의 발전에서 빼놓을 수 없는 중요한 존재다. 하지만 같은 동물이라고 해도 위의 예시와는 의미가 좀 다르게 느껴진다. 과학에서는 일방적으로 동물의 ‘희생’이 요구되고 있기 때문이다. 과학에서 동물은 반려동물이 아닌 실험동물로 불릴 수밖에 없는 운명이다. 

실험동물이란 병을 치료하기 위해 개발한 약이나 새로 개발된 화장품의 안전성, 질병의 발생과정을 확인하는 것과 같은 다양한 연구나 실험에 사용되는 동물을 말한다. 야생 상태의 동물을 포획해 그대로 실험에 사용하지만, 정확한 실험을 위해 목적에 맞도록 특정 성질을 갖거나 특정 반응이 일어나도록 유전자를 조작한 동물을 생산하기도 한다. 

동물실험의 역사는 고대 그리스 시대에서부터 시작된다. 의학의 아버지로 불리는 히포크라테스는 동물을 해부해 생식과 유전을 설명했고, 외과 의사였던 갈레노스는 원숭이와 돼지, 염소 등을 해부해 심장과 뼈, 근육, 뇌신경 등에 대한 의학적 사실을 규명했다. 16세기 베살리우스가 직접 사람 시체의 배를 가르고 몸을 탐구해 인체해부학을 발전시키기 전까지 동물 해부 연구는 의학에서 가장 중요한 역할을 해왔다. 현재 과학에서 동물실험의 중요성은 두말할 것도 없을 정도다. 

일반적으로 동물실험에 쥐나 토끼, 원숭이, 초파리, 제브라피시 등이 주로 사용된다. 이밖에도 고양이와 개구리, 도롱뇽, 갑각류, 바퀴벌레, 진드기도 실험동물에 예외가 되지 않는다. 우리나라에서만 연간 200만 마리 이상의 동물들이 실험으로 희생되고 있다. ‘인간의 생명과 안전을 위한 어쩔 수 없는 희생’이라고 하기엔 절대 적지 않은 숫자다. 더 큰 문제는 동물실험을 걸친 의약품이나 화장품이라도 인간에게 100% 안전하지 않을 수 있다는 것이다. 

동물실험 문제는 1950년대 후반 유럽에서 처음 발생했다. 1953년 독일에서는 진정제 효과가 있는 ‘탈리도마이드’가 개발됐다. 임산부가 이 약을 복용하면 입덧이 완화되는 효과가 있다고 알려져 유럽은 물론 세계 50여 개 나라에 팔렸다. 특히 이 약이 인기가 있었던 이유는 개와 고양이, 쥐, 햄스터, 닭 등을 대상으로 동물실험을 진행했고, 이 실험에서 안전하다는 평가가 나오면서 ‘부작용이 없는 기적의 약’으로 불렸기 때문이다. 

하지만 부작용이 없다는 이 ‘기적의 약’은 사상 최악의 부작용 사태를 일으켰다. 이 약을 복용한 임산부들이 팔다리가 짧거나 발가락이 들러붙은 기형아를 출산한 것이다. 독일에서만 5천여 명, 세계 50여 개국 나라에서는 1만2천 명의 아이들이 이 약으로 인해 기형아로 태어났다. 4년 반이라는 시간이 지나서야 기형아와 이 약의 상관관계가 밝혀졌고, 판매 금지가 됐다. 이 사건을 계기로 전문가들은 인간과 동물은 유전자 구조가 100% 같지 않기 때문에 동물에게 아무런 반응이 없는 물질도 인간에게 치명적일 수 있다며 동물실험의 문제점을 꼬집었다. 

또 다른 문제는 동물의 권리 침해 문제다. 최근 뉴질랜드 과학자들이 총을 쐈을 때 피가 어디로 어떻게 튀는지 알아보기 위해 살아 있는 돼지에게 총을 여러 발 쏴 보는 실험을 한 뒤 이를 ‘법과학 저널(Journal of Forensic Sciences)’에 발표해 논란이 됐다. 또한 ‘네이처(Nature)’에 게재된 논문에서는 실험용 쥐 몸에 암 종양을 일으키는 물질을 허용치보다 많이 사용해 문제가 됐다. 앞선 두 실험에서 동물을 생명체가 아닌, 일종의 실험 도구로 사용했다는 점에서 동물보호단체의 비판을 받았다. 

우주 왕복기술이 개발되지 않은 과거에는, 우주 실험동물이 임무를 완수한 뒤 그대로 우주에 버려지는 일도 있었다. 우주 실험동물은 사람이 가기 전 미리 우주에 나가 건강에 문제가 생기는지 특정 질병이 생기는지 알아보는 역할을 한다. ‘라이카’라는 이름의 개는 1957년 소련에서 발사한 인공위성을 통해 우주로 나간 최초의 우주 실험동물이다. 이 개는 실험 도중 온도 시스템의 오작동으로 추정되는 스트레스와 과열로 생을 마감했다. 라이카는 지구로 돌아오지 못한 채 아직도 우주 어딘가에 떠돌고 있을 것이다. 

이에 세계 곳곳에서는 동물실험을 대체할 방법을 찾고 있다. 경제협력개발기구(OECD)에서는 화장품 안정성 평가 부분에 대해 동물실험 대신할 피부일차자극시험이나 안점막자극시험, 피부감작성시험 등의 방법을 마련해 제시하고 있다. 

그러나 동물실험 대안 중 가장 획기적인 방법으로 ‘오가노이드’가 꼽히고 있다. 오가노이드는 줄기세포나 장기세포에서 분리한 세포를 배양하거나 재조합해서 만든 미니장기를 뜻한다. 2009년 네덜란드 후브레히트 연구소의 한스 클레버스 박사가 생쥐의 직장에서 얻은 줄기세포를 배양해서 내장을 만드는 데 성공해 최초의 오가노이드를 선보였다. 

이후 2013년에는 영국 케임브리지대의 메들린 랭커스터 박사가 사람의 신경줄기세포를 이용해 뇌 오가노이드를 만드는 데 성공했다. 과학자들은 이 오가노이드를 이용해 자폐증이나 조현병, 파킨슨병 등 다양한 뇌질환에 대한 연구를 진행하고 있다. 위와 신장, 갑상선, 간, 췌장 등도 오가노이드로 만들어져 실험에 쓰이고 있다. 하지만 오가노이드 연구도 아직 시작단계에 불과하다. 오가노이드가 동물실험을 대체하기 위해선 오가노이드 배양에 관한 표준화 등 해결해야 할 과제가 많다. 

동물실험이 아주 다양한 분야에서 진행되고 있음에도 불구하고 그 대안법에 대한 고민은 아직까지도 화장품 분야에서만 이뤄지고 있는 점도 아쉬운 부분이다. 우리나라는 지난 11월 ‘화장품법 개정안’이 보건복지위원회를 통과하면서 앞으로 동물실험을 시행한 화장품이나 원료를 사용해 만든 화장품이 판매될 수 없게 된 수준에 불과하다. 동물도 사람도 행복한 세상을 위해 생명체의 권리를 침해하지 않으면서도 제품의 안정성을 정확하게 확인할 수 있는 확실한 대안이 필요하다. 

글 : 이윤선 과학칼럼니스트

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헤이 시리, 오늘 날씨는 어때?

기계와 대화를 나누는 일은 이제 낯설지 않다. 보험이나 카드회사처럼 고객 문의가 많은 회사와의 통화는 예외 없이 기계음을 듣는 것으로 시작한다. ‘*번을 누르세요.’ 라는 반복을 참고 나면, ‘다시 들으려면 # 버튼을 누르세요.’ 로 끝나는 지루한 경험이 대부분이지만. 

영화라면 다르다. 기계, 아니 시스템과 ‘말’로 소통하는 일은 SF영화에서 흔한 설정이지만, 늘 극적이다. ‘2001스페이스 오디세이’의 ‘할’, ‘터미네이터’에서 인류 말살을 지시하는 ‘스카이넷’, 아이언맨에서 슈퍼히어로를 돕는 만능 비서 ‘자비스’, ‘그녀’에서 주인공을 사랑에 빠지게 한 ‘사만다’까지. 그들은 무시무시한 판단력과 그보다 더 파괴적인 실행력으로 전 인류의 운명을 좌지우지하고, 사용자의 능력을 인간 이상으로 만들며, 사람의 마음을 움직여 사랑에 빠지게 한다. 

현실에서도 할이나 자비스, 사만다가 가능할까? 최근 ‘모바일 지능형 비서’ 서비스들이 속속 출시되며 기대가 높아지고 있다. 애플의 ‘시리’, 구글의 ‘구글나우’, 마이크로소프트의 ‘코타나’, 페이스북의 ‘M을 비롯 삼성의 ’S보이스‘, 바이두의 ’두 시크리터리‘ 등 세계 주요 IT기업들이 뜨겁게 앞 다퉈 서비스를 출시하고 이 새로운 비서를 써보라 부추기고 있다. 

시작은 애플의 ‘시리’다. 2011년 아이폰 4S에 탑재된 시리는 음성으로 명령을 내리면 검색을 하거나 앱을 실행하는 반응을 보인다. 전화번호를 찾아서 전화를 걸게 하거나, 말로 불러주면 SNS나 메일에 글을 쓰게 할 수 있다. 미리 등록된 약속을 알려주거나 쇼핑 목록을 만드는 등 간단한 비서 업무를 처리할 수 있다. 처음 서비스를 시작할 때 시리는 ‘장난감’ 취급을 받았다. 물어보면 뭐든 대답은 하는데 도통 말귀를 못 알아채는 답답한 친구랄까. 하지만 은근슬쩍 농담을 던지는 인간미가 있어, 기계와 대화하는 거부감이 덜 하다는 게 강점이다. “잘 잤어?”라고 물으면 “저는 쉬지 않아요. 하지만 물어봐 주셔서 감사합니다.”라고 대답한다거나, “따뜻한 말 한 마디 해봐”라고 청하면 “저는 벌써 감동 받아서 프로세서에 열이 나기 시작하는군요.”라는 기계식 농담으로 응수한다. 애플은 스웰, 톱시, 보컬IQ, 퍼셉티코 등 인공지능(AI) 기술을 가진 업체들을 인수해 시리의 능력을 끌어올리려 하고 있다. 

시리가 명령에 반응한다면, 구글의 ‘구글 나우’는 사용자의 패턴을 학습해서 의도를 알아채고 미리 정보를 전달하는 적극적인 비서다. 집과 회사처럼 자주 방문하는 곳으로 가는 길의 교통 정보를 알려준다거나 공항에 있다면 환율 정보를 제공하는 식이다. 

글자를 입력하면 더 정확한 결과를 얻을 수 있음에도 말귀를 못 알아듣는 답답한 비서에게 말하는 서비스에 왜 주목할까? 음성은 인간에게 글자보다 더 쉽고 간단한 도구다. 무엇보다 손이 자유로워지므로 이동하거나 다른 활동을 하면서도 얼마든지 이용할 수 있다. 설거지를 하면서 동네의 미세먼지 농도를 확인하고 쇼핑을 할 수 있다. IoT(사물인터넷) 환경이라면 음성으로 세탁기와 로봇 청소기를 작동시킬 수도 있다. 운전을 하고 있어 손을 쓸 수 없을 때, 시력이 약하거나 손을 사용하기 어려운 노약자, 글자를 모르는 어린아이에게도 쓸 수 있다는 강점이 있다. 다쳤거나 위급한 상황에서도 유용하다. 미국에선 트럭에 깔린 소년이 시리로 911을 불러 구조된 일도 있다. 또 스마트워치나 웨어러블 기기들처럼 스크린이 작거나 없어 입력기기를 따로 두기 힘든 소형기기에는 필수적인 장치다. 그러므로 음성과 몸짓을 이용한 검색이 ‘대세’가 될 것이라는 예측이 나온다. 

그렇다면 음성인식 기술의 발전 정도는 어떤가? 몇 년 전만 해도 음성 인식 분야는 잿빛이었다. 국내의 경우 새로 이 분야를 연구하려는 전공자도 찾아보기 힘들 정도였다. 하지만 시리의 등장과 인식 네트워크 기술의 개발, 딥러닝(빅데이터와 알고리즘을 이용해 컴퓨터가 스스로 학습, 응용하는 기술) 등은 음성인식에 새 날개를 달아 주고 있다. 

내 휴대기기 안에 있는 정보를 이용해 일정을 관리하고 사진을 찍고, 정보를 검색하는 단순한 업무 외에 인간에게는 복잡하고 어려운 일을 거뜬히 해낼 수 있다. 통역 서비스가 대표적인 예다. 구글의 래리 페이지는 동시통역 기능이 “2017년이면 64개 언어로 자유롭게 소통 가능한 수준으로 발전할 것”이라고 밝힌 바 있다. 자동 통‧번역 솔루션 회사 시스트란 멀티모달실 이상운 실장은 “이미 동시통역사가 대화를 실시간으로 통역하는 것과 같은 수준으로 구현 가능하다”고 밝혔다. 여행은 물론이고 해외 직구로 미국이나 독일, 프랑스 회사의 고객센터와 전화할 일이 생겨도 휴대전화 속 통역 앱을 이용하면 난처할 일이 없다. 

기술은 이미 완성형이지만 사용자가 느끼기엔 여전히 어색하다. 영화 속 아이언맨의 자비스를 가능하게 해줄 열쇠는 인간이 쥐고 있다. 더 많이 쓰고, 더 오래 써서 데이터를 쌓으면 시스템은 그 데이터를 이용해 학습한다. 결국 데이터를 얼마나 축적하는지가 관건이다. 똑똑한 ‘시리’와 ‘구글 나우’는 아이폰으로 통화하고, 구글로 검색하는 전 세계의 모든 사람의 정보가 데이터가 될 수 있다. 단 하나뿐인 나의 비서는 사실 우리 모두이며 수많은 인간 행동이 쌓은 데이터의 결과물인 것이다. 

휴대전화 속 비서의 기능이 아무리 발전해도 사람들이 느끼는 정서적인 거부감은 꽤 지속될 수 있다. 여러 사람이 모인 곳에서 시스템과 대화를 하는 일이 불편하게 여겨질 수 있다. 하지만 영원하진 않을 거다. 전화가 처음 세상에 나왔을 때 선 너머에 있는 사람과 대화하는 일이 도무지 낯설고 믿기지 않았던 것처럼. 

지금은 물어보는 것에 대답할 줄 아는 것만으로도 기특하지만, 앞으로는 나도 모르는 내 마음을 읽어 내가 궁금해 할 것을 미리 알려주고 주변 기기를 작동해 내가 해야 할 일을 처리하고 보고만 하는 그런 비서가 모두의 옆에 있게 될 것이다. 100%의 기억력에 유머와 감성까지 겸비한 탁월한 비서 말이다. 

하지만 그 때에 우리는 영희에게 전화를 걸면, 영희의 비서와 통화하게 되는 일을 겪을 수 있다. 진짜 당혹스런 일은 우리가 진짜 영희와 통화했는지, 영희의 지능형 비서와 통화했는지 구분하지 못할 수 있다는 점. 그때 우리도 영화 ‘그녀’의 주인공 테오도르처럼 휴대전화 속 목소리에 물어야겠다. “당신을 뭐라고 부르면 되죠?” 

글 : 이소영 과학칼럼니스트

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과학수사의 시작은 셜록홈즈로 부터?!


홈즈는 런던 베이커 거리 221B의 하숙집에 의사인 존 H, 왓슨과 함께 산다. 둘은 1882년부터 함께 살았고, 홈즈의 직업은 탐정이다. 1878년부터 탐정 생활을 시작한 홈즈는 1888년까지 무려 5백여 건의 사건을 처리했고, 이 중 단 네 번만 실패할 만큼 실적은 대단히 높은 편이었다. 왓슨은 홈즈에 대해 ‘범죄 관련 책에 관한 지식이 놀라울 정도’고 ‘금세기의 중대 범죄에 대해 모르는 것이 없다’고 기록했다. 

홈즈는 아서 코난 도일(Arthur Conan Doyle, 1859~1930)의 추리 소설에 등장하는 세계 최초의 민간자문탐정인 셜록 홈즈다. 1887년 <주홍색의 연구>에 셜록 홈즈는 처음 등장했다. 셜록 홈즈를 다룬 영화나 드라마, 책이 최근까지 나올 정도로 아직도 많은 인기를 끌고 있다.


 

사진 1. 시드니 패짓(Sidney Paget)이 그린 셜록 홈즈
(출처: wikipedia)



도일은 영국의 유명한 소설가이자 외과 의사다. 도일이 셜록 홈즈라는 인물을 만들기 전까지 사람들은 과학과 수사는 별개의 문제라고 생각했다.하지만 도일은 셜록 홈즈를 통해 과학수사에 대한 개념을 알렸고, 실제 사건에 어떻게 접목될 수 있는지를 보여줬다. 미국의 과학수사 전문가인 콜린 에번스는 “홈즈의 시대 이후 지난 100년 동안 탄생한 자외선, 레이저, 유전자(DNA), 전자현미경과 같은 과학적 성과는 범죄와 수사의 역사를 바꿔 놓았다”고 말했다. 
 

사진 2. 아서 코난 도일의 <주홍색의 연구> 표지
(출처: wikipedia)



그렇다면, 현재는 어떨까. 최근 강력범죄가 사회적으로 이슈가 되면서 수사 방법에 대한 관심도 높아지고 있다. 과학수사가 본격적으로 시작된 것은 1800년대 후반부터다. 모든 사람이 가진 ‘지문(指紋)’이 사람마다 다르다는 사실을 알아낸 후부터 과학수사가 시작됐다. 사건 현장에 지문이 있다는 것은 그 지문의 주인이 그 현장에 있었다는 결정적인 증거가 될 수 있다. 

지문의 흔적은 손에서 나오는 땀이나 기름으로 만들어진다. 최근 영국 셰필드대 연구진이 지문의 흔적에서 미세한 화학 입자를 구분해내는 기술을 개발했는데, 이를 통해서 지문의 주인이 무엇을 먹었는지, 어떤 약물을 먹었는지를 알 수 있다고 한다. 이 기술은 체내에 흡수된 음식물이나 약물은 땀에도 섞여 나온다는 것을 발견하고 개발됐다. 실제로 영국 경찰은 이 기술로 마약 범죄자를 검거하고 있다. 

지금이야 지문 분석 말고도 다른 형태의 과학수사가 많지만, 예전에는 지문 분석만이 과학수사의 전부인 적도 있었다. 우리나라에서는 주민등록증을 만들 때 지문을 찍기 때문에 전 국민의 지문 데이터베이스가 잘 갖춰져 있다. 그래서 사건 현장에서 자신의 지문을 남기지 않기 위해 장갑을 사용하는 범인들도 있다. 그에 대비하기 위해 우리나라에서는 국내외산 장갑 300여 개의 흔적을 모아놓고 있다. 

사건 현장에서는 모든 것이 증거가 될 수 있다. 실제로 사건 현장 근처에서 발견된 똥으로 범인은 잡은 사건도 있다. 2013년 부산의 한 식당에서 현금 20만 원을 도난당한 사건이 발생했다. 이 범인은 식당 인근에서 볼일을 보고 있다가 한 식당을 발견했다. 볼일을 마친 범인은 식당 주방으로 들어가 20만 원을 훔쳐 달아났다. 사건 현장의 CCTV를 분석하던 경찰은 범인의 동선을 파악했고, 그 동선에서 발견한 똥을 혹시나 하는 마음에 채취했다. 범인은 이미 전과 10범으로 그의 DNA 정보는 경찰이 갖고 있었고, 똥에서 발견한 DNA와의 일치를 통해 범인을 검거할 수 있었다. 

한 사람이 가진 장내 세균은 약 1천여 종. 하지만 모두 똑같지는 않다. 장내 세균을 통해 그 사람의 영양 상태나 자주 먹는 음식, 알레르기 종류 등을 알아낼 수 있다. 최근에는 장내 세균을 지문처럼 활용할 수 있는 연구도 진행 중이다. 

최근에는 ‘냄새’에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 사람이 갖고 있는 고유의 체취(體臭)는 화장품이나 향수를 사용한다고 해서 없어지지 않는다. 이런 특성을 바탕으로 경찰청 과학수사대에서는 현장의 공기를 용기에 담아 분석한다. 냄새를 분석하면, 사건 현장에 있었던 사람이 자주 사용하는 화장품이나 향수 등으로 범인의 범위를 줄일 수 있다. 

지난 10월에는 국내 연구진이 사람보다 냄새를 더 잘 맡는 ‘바이오 전자 코’를 개발하기도 했다. 우리 코에는 냄새를 인식하는 수용체가 있는데, 냄새가 이 수용체와 결합하면 전기신호가 발생해 신경을 타고 뇌로 전달돼 우리가 냄새를 맡게 되는 것이다. 따라서 전자 코가 냄새를 맡게 하기 위해서는 콧속에 들어 있는 수용체가 필요하다. 이 후각 수용체를 유전공학기술을 이용해 사람의 것과 똑같이 만든 것이 바로 ‘바이오 전자 코’다. 

사건을 수사하는 과정에서 가장 많이 사용하는 것 중에 하나가 바로 폐쇄회로(CC)TV다. 지금은 CCTV를 어디서나 볼 수 있지만, 초기에는 자신도 모르는 사이에 누군가에게 감시당하고 있다는 것과 인권 문제 때문에 설치를 반대하기도 했다. 요즘에도 모든 사람이 CCTV 설치를 찬성하고 있지는 않지만, 범죄가 자주 일어나는 지역의 주민들이 CCTV 설치를 요청하기도 한다. 

요즘 CCTV는 그야말로 지능형 CCTV다. 단순히 영상만을 찍지 않는다. 사람의 얼굴만을 골라 찍는 CCTV도 있고. 귀가 달려 소리까지 찍는 CCTV도 있다. 실제로 충북 진천에는 귀가 달린 CCTV가 설치돼 있어 보안용으로 사용하고 있다. 또 얼굴은 찍히지 않았지만, 걸음걸이를 분석하는 CCTV도 있다. 

하지만 이 모든 것은 사건이 발생한 후의 대책일 뿐, 범죄를 예방하기 위한 대책은 아니다. 범죄 예방을 위한 대책 또한 적극적으로 만들어 과학수사가 필요 없는 곳이 우리가 모두 원하는 사회 아닐까. 

글 : 심우 과학칼럼니스트

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한국산 미세먼지의 고백


환경전문가들은 겨울철을 바로 저의 계절이라고 부릅니다. 여름철엔 비에 의해서 씻기거나 높은 습도로 인해 농도가 낮지만, 겨울철엔 대기 정체로 인해 저의 농도가 더욱 높아지기 때문이죠. 또겨울이 되면 난방을 위해 아궁이에서 불을 피우는 곳이 많아 거기서 발생하는 검댕으로 인해 제가 더 많아집니다. 

요즘 세상에 누가 아궁이에 불을 피우냐고요? 모르시는 말씀이에요. 한국에서는 아궁이에 불을 때는 모습을 이제 보기 어려워졌지만, 중국의 경우 전체 가정 가운데 절반 정도가 아직도 아궁이를 이용하고 있거든요. 그것이 편서풍을 타고 한국까지 날아오므로 겨울만 되면 제가 더욱 많아질 수밖에요. 

맞습니다. 벌써 눈치를 채셨겠지만, 저의 이름은 미세먼지입니다. 사람들은 저를 두고 지름이 10㎛(마이크로미터) 이하면 미세먼지(PM10), 지름이 2.5㎛ 이하면 초미세먼지(PM2.5)로 구분해서 부르기도 합니다. 

보통 외부에서 인체로 들어오는 이물질은 코털이나 기관지 섬모에서 걸러집니다. 그러나 저는 크기가 너무 작아 호흡기를 그대로 통과해 체내에 쉽게 축적되죠. 더구나 저는 안구 질환이나 호흡기질환, 심혈관질환 등을 비롯해 과도한 면역반응을 일으켜 천식 및 아토피 등의 증상을 더욱 악화시키기도 합니다. 

그래서 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소에서는 2013년에 저를 1급 발암물질로 지정했으며, 1995년 미국 암학회에서 발표한 연구결과에 의하면 초미세 먼지가 1㎥당 10㎍(마이크로그램) 증가 시 총 사망률이 7% 증가하는 것으로 나타나기도 했습니다. 

인하대 병원 및 아주대 공동연구진의 최근 연구에서도 미세먼지를 포함한 대기오염 탓에 수도권에서만 1년에 성인 1만5000여 명이 조기 사망한다는 결과가 나왔습니다. 유럽과 비교할 경우 3배 정도 높은 수치죠. 

실제로 한국의 미세먼지 수준은 다른 선진국과 비교할 때 매우 높은 편입니다. 경제협력개발기구(OECD)가 발표한 자료에 의하면 한국의 대기 중 평균 미세먼지 농도는 1㎥당 30.3㎍으로 36개 회원국 중 칠레, 터키, 폴란드에 이어 네 번째로 나빴습니다. OCED 평균이나 WHO의 기준에 비해 1.5배가 넘는 수준이죠. 

더구나 30.3㎍이라는 수치는 연간 평균이니, 요즘 같은 겨울철엔 그보다 더 높아집니다. 그래서 미세먼지 경보가 내려지는 날이면 주위 곳곳에서 중국을 원망하는 목소리가 들리기도 합니다. 왜 하필이면 한국과 붙어 있어서 이처럼 나쁜 물질을 날려 보내느냐는 하소연들이죠. 

그런데 중국만을 원망해서는 안 됩니다. 왜냐하면 사실 여러분들을 괴롭히는 저의 동료들은 ‘중국발’보다 ‘한국산’이 훨씬 더 많기 때문입니다. 기존의 연구조사 결과에 의하면 국내 미세먼지 중 중국으로부터 비롯된 것은 대개 30~40%이며, 크게 영향을 미칠 때도 50% 정도밖에 되지 않는 것으로 나타났습니다. 즉, 나머지 50~70%가 국내 요인에 의해 발생한 미세먼지라는 것이죠. 

한국에서 저를 발생시키는 요인은 다양합니다. 승용차를 비롯해 화물차, 건설장비 등에서 내뿜는 배출가스 속에는 저의 동료들이 엄청나게 많이 포함돼 있죠. 우리나라의 자동차 보유 대수는 2014년 기준으로 세계 15번째에 해당할 만큼 많습니다. 수도권 미세먼지의 77%는 자동차나 건설기계 등의 엔진에서 나온다는 연구결과가 있을 정도입니다. 

그 밖에도 자동차가 달릴 때 타이어에서 발생하는 분진, 공업단지에서 나오는 굴뚝 연기, 건설현장에서 발생하는 날림먼지를 비롯해 심지어 숯가마 찜질방이나 직화구이 음식점 등에서도 저의 동료들이 태어납니다. 

또 하나, 주목해야 할 발생원은 석탄 화력발전소입니다. 지난 3월 국제환경단체인 그린피스가 발표한 연구결과에 의하면, 한국에서 가동 중인 석탄 화력발전소 53기에서 내뿜는 초미세 먼지로 인해 매년 최대 1,600명에 이르는 조기 사망자가 발생하는 것으로 밝혀졌습니다. 

우리나라의 총 전력 생산량 중 석탄 화력발전소에서 만드는 전기가 39.2%를 차지하며, 우리나라는 중국, 인도, 일본에 이은 세계 4위의 석탄 수입국입니다. 석탄은 원자력을 포함해 발전 비용이 가장 싼 발전원입니다. 발전소는 경제성이 가장 뛰어난 발전원부터 가동하므로 석탄 발전의 가동률이 높을 수밖에요. 

이처럼 석탄 화력발전은 연료비가 낮고 안정적으로 전기를 공급할 수 있다는 장점이 있지만 미세먼지, 즉 저를 유난히 많이 배출한다는 단점도 지니고 있습니다. 석탄 화력발전소에서 직접 배출되는 1차 초미세 먼지는 전체의 3.4%에 불과하지만, 거기서 나오는 질소산화물과 이산화황과 같은 오염물질이 공기 중에서 화학반응을 일으켜 2차 초미세 먼지를 만들기 때문이죠. 

문제는 그런데도 현재 건설 중인 11기의 석탄 화력발전소에 더해 2013년 초 발표된 정부의 6차 전력수급계획에는 2020년까지 13기의 추가 건설 계획이 포함됐다는 것입니다. 그린피스는 총 24기가 추가 증설되는 2021년에는 초미세 먼지로 인한 한국의 조기 사망자 수가 연간 최대 2,800명으로 늘어날 것이라고 경고했습니다. 

지난 7월에 발표된 정부의 7차 전력수급계획에서는 2013년에 계획한 석탄 화력발전소 중 4기의 허가가 취소됐지만, 한국의 발전 관련 정책은 여전히 세계적인 미세먼지 저감 추세와는 역행하고 있는 셈입니다. 물론 여기엔 다른 국가에 비해 매우 저렴한 전기요금 등의 복잡한 문제가 얽혀 있긴 하지만요. 

중국과 몽골 등에서 날아오는 황사의 대책으로 요즘 최우선시되는 것이 바로 산림 조성입니다. 숲을 만들어 사막화와 황사를 근본적으로 막자는 것이죠. 따라서 최근엔 중국의 석탄 화력발전지대에도 숲을 만들어야 한다는 지적이 나고 있습니다. 그런데 이젠 우리나라의 석탄 화력발전소 주변에도 숲을 적극적으로 조성해야 할 것 같습니다. 그래야 저로 인한 여러분들의 피해가 조금이라도 줄어들 테니까요. 

글 : 이성규 과학칼럼니스트

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꿈의 돔구장, 홈런이 빵빵?!

스포츠 대부분이 그러하듯 야구는 특히 자연 상황에 영향을 많이 받는다. 추운 겨울에는 손이 시려 경기가 어렵고 더운 여름에는 햇볕이 뜨거워 관람이 힘들다. 바람이 불면 공의 궤적이 엉뚱한 방향으로 휘어지고 비가 오면 땅이 질척거려 제대로 뛰는 일이 힘들다. 날씨에 상관없이 경기를 치를 방법은 없는 걸까. 

미국의 ‘체이스 필드’, 일본의 ‘오사카 돔’, 대만의 ‘타이베이 아레나’… 야구 애호가이라면 이 3개의 이름만으로도 부러움이 생길 것이다. 비바람이 몰아치거나 폭설이 내려도 마음 편히 경기를 관람할 수 있는 ‘야구 전용 돔구장’이다. 돔(dome)은 둥근 형태의 지붕을 얹은 건축물을 가리킨다. 돔구장은 말 그대로 경기장 전체에 돔을 씌운 형태다. 

작은 형태의 돔은 선사시대부터 사용됐지만 대규모의 건물을 짓는 일은 쉽지 않다. 고대 로마의 아그리파 장군이 기원전 27년 여러 신을 숭배하기 위해 판테온을 건축하면서 제대로 된 돔 건물의 역사가 시작됐다. 지금 남아 있는 로마의 판테온은 서기 125년 하드리아누스 황제 때 다시 지어진 건물이지만 외벽에는 아그리파의 이름이 여전히 남아 있다. 

이후 동로마제국이 대형 돔 건축물의 전통을 이어받았다. 터키 이스탄불에 남아 있는 하기아 소피아 이슬람 사원이 대표적이다. 중세 고딕양식이 쇠퇴한 이후 유럽 대부분 국가는 돔 지붕을 적용해 대형 성당의 위용을 높였다. 현대에 들어서는 체육관과 경기장에 돔 기술이 쓰이면서 그 면적이 수백 배로 늘어났다. 

최초의 돔구장은 미국 텍사스주 휴스턴에 지어진 ‘릴라이언트 애스트로돔’이다. 1965년에 지어진 애스트로돔은 4만4천 석을 수용할 수 있는 규모로 지름이 220m, 높이가 60m를 넘는 초대형 돔구장이다. 이 지역은 여름철 기온이 섭씨 35도를 넘고 모기떼의 습격이 잦아서 주민들의 불만이 많았다. 그래서 돔구장을 만들었고 미식축구나 레슬링 경기에도 사용됐다. 불행하게도 지금은 노후로 인한 철거 절차를 밟고 있다. 
 

사진 1. 세계 최초의 돔구장, 릴라이언트 애스트로돔(출처: wikipedia/EricEnfermero)



미국은 8개, 일본은 6개에 달하는 돔구장을 야구 경기에 사용하고 있다. 하지만 우리나라는 1963년 장충체육관을 고쳐서 최초의 돔구장을 만들었지만, 야구 경기용은 아니었다. 수십 년의 요구와 논의를 거쳐 2015년 9월 마침내 서울 구로구에 국내 최초의 야구 전용 돔 구장 ‘고척스카이돔’이 완공됐다. 개장은 11월 4일, 우리나라와 쿠바가 벌인 야구대표팀 평가전으로 정해졌다. 

돔구장은 흔히들 ‘타자 친화적인 야구장’으로 불린다. “야외 경기장보다 홈런이 더 많이 나온다”는 소문이 돌면서다. 야구계에서는 ‘돔런(dome-run)’이라는 용어를 쓰기도 한다. 진원지는 1982년 개장된 미국 미네소타 트윈스의 홈구장 ‘휴버트 H. 험프리 메트로돔’이다. 그해에만 평균 구장의 두 배에 가까운 191개의 홈런을 기록했다. 
 

사진 2. 우리나라 최초의 돔구장, 고척스카이돔(출처: wikipedia/Fetx2002)



비밀은 ‘공기 순환’에 있었다. 메트로돔은 공기를 주입해 천장을 유지하는 방식인데 바람의 방향을 홈플레이트에서 외야 쪽으로 설정함으로써 공이 더 멀리 날아가도록 한 것이다. 상대편 팀이 타석에 들어서면 송풍기를 꺼서 바람을 조절하기도 했다. 엄밀히 말해서 승부 조작이라 비난받을 만하다. 

그러나 돔구장 자체의 특성도 타자에 유리하게 작용하는 것이 사실이다. 우선은 외부에서 불어오는 자연풍이 차단되기 때문에 방해요소 없이 자신의 타력을 선보일 수 있다. 타자에게 도움을 주는 바람이 분다 해도 타구의 방향을 설정하는 데는 오히려 불리하게 작용한다. 게다가 야외 구장을 지나는 바람은 관중석 벽을 넘어오면서 갑작스레 방향을 틀어 아래쪽으로 내려오기 때문에 뜬공이 솟구치는 것을 막는다. 

또한 구장 내부에 상승기류가 형성되기 때문에 뜬공의 높이가 야외구장보다 높다. 관람객들이 들어차면 체온과 응원 때문에 더 많은 열기가 생성되고 갖가지 조명과 전기장치들도 열을 내뿜는다. 위쪽으로 솟아오른 열기는 천장의 환기구를 통해 빠져나가므로 저절로 기류가 상승한다. 송풍기를 틀어서 천장의 높이를 유지하는 일부 돔구장은 상승기류의 속도가 더욱 빠르다. 

돔구장에서 홈런이 나오면 관중은 “역시 돔이야.” 하는 탄성을 내뱉는다. 그렇다면 고척스카이돔에서도 야외 구장보다 더 많은 홈런이 기록될까. 개장 경기였던 우리나라와 쿠바의 평가전에서는 일본 최우수선수상을 받은 이대호와 2년 연속 50홈런을 기록한 박병호가 큰 관심을 받았다. 4번 타자는 박병호로 선정됐지만 이대호와 마찬가지로 홈런을 날리지 못했다. 홈런 가능성에 근접한 타구도 없었다. 

1만8천 석의 고척 스카이돔은 홈플레이트에서 중앙 담장까지의 거리는 122m이며 좌‧우측 파울라인의 길이가 99m다. 중앙 거리 125m에 파울라인 100m의 잠실야구장, 중앙 122m에 파울라인 101m인 울산 문수야구장보다는 작다. 그러나 우리나라에서 가장 타자 친화적이라 불리는 목동 야구장이 중앙 거리가 118m에 파울라인은 98m인 것을 생각해보면 마냥 낙관적이지는 않다. 중앙 거리만 따지면 잠실에 이어 우리나라 두 번째다. 

게다가 내부에 상승기류가 생기지 않도록 천장의 환기시설을 없앴고, 공조시설도 일부러 공기가 내부에 머무르도록 조절했다. 실제로 쿠바 평가전에서 개막행사로 터진 축포의 연기가 경기 내내 실내에 머물러 시야가 뿌옇게 흐려지기도 했다. 

일부러 천장을 맞춰서 홈런을 기록할 수는 없을까. 한국야구위원회(KBO)의 규정에 따르면 돔구장에서 친 공이 파울 지역의 천장에 맞거나 구조물에 끼면 당연히 파울이지만 천장에 맞고 떨어진 공을 수비수가 잡아내면 아웃이다. 페어 지역에서는 내야와 외야가 나뉜다. 내야 천장에 맞고 떨어진 공을 야수가 잡으면 아웃이고 잡지 못하면 2루타로 기록된다. 

반면에 타구가 외야 천장에 맞거나 낀다면 무조건 홈런이다. 그러나 고척스카이돔의 최고 높이는 67.6m다. 세계에서 가장 높았던 애스트로돔의 천장 63.4m보다 4.2m나 더 높다. 애스트로돔에서는 타구가 천장에 맞은 적이 1974년에 단 한 번 있었을 뿐이다. 고척 스카이돔에서 천장을 맞히려면 타구의 비거리가 140m를 넘겨야 한다. 세계적인 기량의 선수들에게도 쉽지 않은 일이다. 

그래도 야구는 예측이 쉽지 않은 스포츠다. 언제 누가 홈런을 날릴지는 알 수 없다. 고척 스카이돔에서 탄생한 첫 홈런도 프로선수가 아닌 고등학생의 작품이었다. 지난 11월 12일 열린 청룡기 고교야구 선수권대회에 참가한 서울고등학교 강백호 선수는 8회말 5구째에서 우측 담장을 넘기는 비거리 115m짜리 홈런을 날렸다. 고척스카이돔에서 앞으로 얼마나 많은 홈런이 기록될지는 지켜봐야 할 일이다. 

글 : 임동욱 과학칼럼니스트

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[COOKING의 과학] 카사노바가 사랑한 굴


굴은 동서양을 막론하고 많은 사람에게 사랑받아 온 식품이다. 우리나라에서도 오래전부터 굴을 즐겨 먹었다. 선사시대 사람들의 쓰레기장인 패총에서도 굴 껍데기가 출토되고, 조선 시대의 <신증동국여지승람>에는 굴은 동해안을 제외한 7도의 중요한 토산물로 기록돼 있다. 굴은 부르는 이름도 다양해 모려(牡蠣), 굴조개, 석굴, 석화(石花) 등으로 불렀다. 석화는 돌 ‘석(石)’자에 꽃 ‘화(花)’자로 바닷가 바윗돌에 꽃이 핀다는 뜻의 ‘돌꽃’으로 불렀다. 

굴은 일단 눈으로 보아도 매끈한 윤기, 부드러우면서도 탱글탱글한 식감을 느낄 수 있어 먹으면 건강해질 것 같은 느낌을 받는다. 그래서인지 굴을 두고 많은 이야기가 전해지고 있다. 서양인들에게 굴은 매우 유혹적인 식품이었다. 실제로 해산물을 날로 먹지 않는 서양인들이 날로 먹는 해산물로는 굴이 거의 유일했다. 전해지는 바에 의하면 굴을 즐긴 사람들은 고대 로마 황제를 비롯한 삼총사를 쓴 프랑스 소설가 알렉산더 뒤마, 그리고 “짐이 곧 국가다”라고 외친 프랑스 왕 루이 14세도 굴 마니아였다고 한다. 

하지만 역시 서양에서 굴을 사랑한 인물로는 카사노바를 빼놓을 수 없다. 서양 최고의 플레이보이로 꼽히는 카사노바는 매일 아침 생굴을 50개씩 먹었다고 전설처럼 전해진다. 이렇게 대부분 정력적인 남성들이 즐긴 탓인지 굴은 정력제로 알려졌다. 그러나 맛을 아는 여성들도 굴을 즐겼는데 절세미인이었던 클레오파트라가 탄력 있는 아름다움을 유지하기 위해 식탁에서 빼놓지 않았던 식품이라고 한다. 우리나라에서도 달빛같이 흰 피부를 원하면 굴을 먹으라는 속담이 전해진다. 

왜 이렇게 굴은 동서양을 막론하고 몸에 좋은 정력식품 혹은 피부에 좋은 식품으로 평가받아 온 것일까? 그 비밀은 바로 굴이 가지는 영양성분 때문이다. 굴은 다른 조개류에 비해 아연, 철분, 칼슘 등과 같은 무기질이 풍부하고 비타민 B1, B2, 나이아신 등 성장에 필요한 비타민까지 영양소가 풍부한 편이다. 특히 칼슘의 함량은 우유와 비슷할 정도로 풍부해 어린이 성장발육에도 좋아 서양에서는 굴을 ‘바다의 우유’라고 부른다. 

수산물 중에서도 가장 완전식품에 가까운 굴에 들어 있는 철분과 구리, 칼슘은 빈혈을 예방하고 치료하는데 효과가 있다. 특히 정상적인 면역기능과 함께 세포분열에 필수 영양소인 아연을 함유하고 있다. 굴이 정력에 좋은 이유는 바로 아연 때문인데 아연은 남성 호르몬의 분비와 정자 생성을 촉진하는 영양소로 셀레늄과 함께 정력에 좋은 미네랄로 통한다. 또한 남성호르몬인 테스토스테론(testosterone)을 만드는 데 쓰이는 특별한 아미노산이 풍부해 정력제로도 알려져 왔다고 보인다. 

특히 아연 성분은 우리 몸에 축적돼 있는 납 성분을 체외로 배출시켜주는 효능이 있으며, 굴에 있는 셀레늄은 대장암세포를 억제한다는 연구결과도 있다. 굴의 또 다른 효능으로는 피부미용을 꼽을 수 있다. 굴에는 풍부한 비타민과 무기질 성분이 들어 있어 피부를 탄력 있고 깨끗하게 해준다. 여드름 환자가 굴을 섭취하면 균 감염을 상당 부분 막을 수 있으며 그 외에도 멜라닌 색소를 분해하는 성분이 들어 있어서 피부 미용에 도움을 준다. 

또한 굴의 타우린 성분은 간 기능을 향상시키고, 알코올을 해독하는 작용이 뛰어나 피로회복에 좋다. 굴의 타우린 성분은 뇌 기능 활성화에도 도움을 주며 심혈관질환을 유발하는 콜레스테롤 생성을 억제하고 혈압을 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 굴에는 비교적 콜레스테롤이 많지만 이를 타우린이 낮추어 주는 셈이다. 그러나 콜레스테롤과 나트륨이 높아 혈압조절과 콜레스테롤 조절이 필요한 경우 너무 과량 섭취는 피하는 것이 좋다. 

우리나라에서 동해를 빼고 남해안, 서해안에서 다 잘 자라는 굴이지만 지형적으로 다소 다른 특성을 가진다. 남해안 굴은 크고 맛이 시원하지만, 서해안 굴은 작아도 맛이 진하고 담백한 특성이 있어 기호대로 골라 먹으면 좋다. 우리나라는 참굴, 토굴, 강굴, 바윗굴 등 굴 종류가 다양하지 않지만, 미국이나 유럽에서는 굴의 종류가 많아 입맛에 따라 산지별로 굴을 골라서 먹는다. 와인이 산지와 연도에 따라서 맛과 향이 달라지는 것처럼 굴도 마찬가지다. 생굴의 맛을 즐기는 서양인들은 레몬을 많이 뿌려 먹는데 이는 레몬의 비타민C는 철분의 흡수를 돕고 굴에 함유돼 있는 타우린의 손실을 예방해주기 때문이다. 

이렇게 굴을 주로 생으로 즐기는 서양인들에 비해 우리는 요리 민족답게 다양한 굴 요리를 즐겼다. 생으로 먹는 것 말고도 굴 무침, 굴밥, 굴전, 굴국, 굴 국밥, 굴찜, 굴 깍두기, 굴김치, 굴장아찌, 굴튀김을 요리해 먹고, 젓갈로는 어리굴젓까지 담가 먹었다. 조선시대 궁중에서도 굴을 즐겨먹었는데, 1795년의 <원행을묘정리의궤>의 수라상에는 ‘석화잡저(石花雜菹)’라는 것이 나오는데 바로 이것이 굴을 넣고 담근 섞박지로 궁중에서도 굴을 넣어 김치를 담갔다는 것을 알 수 있다. 

그럼, 어떤 굴을 사 먹는 것이 좋을까? 자연산 굴도 좋지만, 양식 굴도 좋다. 이미 우리나라에서는 1900년대부터 굴을 양식해 먹었고 품질도 좋은 편이다. 굴양식을 많이 하는 통영의 갓 딴 큼직한 양식 굴은 생으로도 먹고, 불에 구워 먹어도 별미다. 굴은 색이 우윳빛을 띠고 살은 패주가 뚜렷하게 서 있는 것으로 둥그스름하고 통통하게 부풀어 있는 것이 신선하다. 

굴은 겨울철이 제철이고 서양속담처럼 굴은 알파벳 R이 들어간 달에 먹는 것이 좋다. 5월에서 8월 사이의 굴은 맛이 없고 독소를 가지므로 먹지 않는 것이 좋다. 그러나 굴은 잘 상하고 부패하기 쉬우므로 주의하고 잘 보관해야 한다. 굴은 1% 정도의 소금물에 넣어 남은 껍질을 떼고 여러 번 씻어 냉장 보관하는 것이 좋다. 굴은 바닷물과 함께 냉장보관하면 좋고 장기간 보관을 할 때는 굴에 소금을 살살 문지른 다음에 흐르는 물에 씻어서 먹을 만큼씩 나누어 냉동보관 한 후 필요할 때마다​ 해동해 먹는 것도 사시사철 굴을 즐기는 요령이다. 

동서고금, 남녀노소를 불문하고 사랑받아 온 식품인 굴은 단연 겨울철 최고의 별미다. 특히 겨울철이 아니면 제대로 굴 맛을 즐기기 어렵다. 향긋한 바다 냄새로 우리를 유혹하는 굴의 그 오묘한 식감과 그 향긋한 맛을 이번 겨울에는 놓치지 마시고 충분히 즐겨보길 바란다. 

글 : 정혜경 호서대학교 식품영양학과 교수 

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인간에게도 로봇에게도 유용한 전자피부!


나무 인형 피노키오는 숯불이 가득 지펴진 화로 위에 두 발을 올려둔 채 잠이 들었다. 피곤과 배고픔에 지친 피노키오는 두 발이 천천히 타들어가 재가 된 것도 모른 채 코를 골며 잤다. 왜 피노키오는 두 발이 다 사라질 때까지 눈치 채지 못 했을까? 피노키오는 통증을 느끼지 못 했다. 바꿔 말하자면 다리가 느끼는 통증이 뇌에 전해지지 않았다. 

피노키오가 통증을 느끼지 못 하는 건 피부가 없기 때문이 아닐까? 인간의 피부에는 통증을 느끼고 뇌에 전달하는 신경망이 분포돼 있다. 몸의 어느 부위에 작은 상처만 생겨도 민감하게 느낄 수 있는 신호체계를 갖추고 있는 것. 움직임이 자유롭더라도 피부가 없다면 촉각과 압력, 통증을 느낄 수 없다. 빗물이 몸에 스미지 않도록 막을 수도 없고, 추위가 찾아와도 소름이 돋지 않는다. 경고 시스템이 망가지고 작은 상처도 치명적이 된다. 몸을 둘러싼 껍데기 정도로 여기기 쉽지만 알고 보면 피부는 경이적인 기관이다. 체내 모든 기관 중 면적이 가장 커 모두 펼치면 그 넓이가 18㎡에 이르고, 중량 면에서도 뇌보다 2배나 무겁다. 화상 등으로 피부를 1/3 이상 잃으면 생명까지 위태롭다. 

인공으로 만든 피부가 인간의 진짜 피부와 같이 자연스럽게 넓은 표면을 두르면서, 다양한 기능까지 갖출 수 있을까? 최근 속속 발표되는 전자피부 분야의 연구 성과들은 그 가능성을 높여준다. 전자피부는 각종 센서를 포함한 전자회로를 피부처럼 얇게 만든 것이다. 최근 주목받는 웨어러블 기기의 최종 목적지는 입는 대신 부착하거나 몸에 삽입하고 설치하는 형태가 되리라 예상하는데, 전자 피부는 그 종착지에 가깝다. 

인체에 부착하는 박막센서는 우선 의료용으로 기대된다. 지난해 노스웨스턴 대학과 일리노이 대학 공동 연구팀은 5cm 크기의 박막 센서를 개발했다. 이 기기 속 센서 한 개 크기는 0.5㎟로 작아서 얇고 쉽게 휘어질 수 있게 돼 있으며, 스티커처럼 간단하게 부착할 수 있다. 이 센서는 열을 민감하게 감지해 0.01℃의 미세한 온도 변화도 파악할 수 있고 습도의 변화에도 민감하다고 한다. 연구진은 피부 온도와 습도는 혈류량과 밀접한 관계가 있는 만큼 이 센서를 이용해 건강 상태를 관리할 수 있을 것이라 예상한다. 

서울대 화학생물공학부 김대형 교수는 지난해 파킨슨 환자용 전자피부를 발표한 바 있다. 센서가 파킨슨 환자의 근육이 뒤틀리는 것을 감지하면 내장된 나노 입자가 터지면서 약물이 피부로 투여되는 것. 데이터를 저장해 환자의 상태를 이전과 비교할 수도 있다. 
앞으로 전자식 스티커를 붙이는 것만으로 체온, 심박, 호흡, 산소포화도, 혈류, 혈압, 혈당과 같은 중요 생체 정보를 정확하게 측정할 수 있고, 파킨슨병과 같이 특정 질환에 맞춘 의료용 전자피부가 상용화되리라 예측해볼 수 있다. 혈압이나 혈당을 측정하기 위해 병원을 방문하는 일이 사라지고, 자신이 어떤 증세를 느끼기 전에 병원에서 먼저 연락을 받게 되고, 전자 피부가 응급처치를 하는 등 다른 미래를 상상해 볼 수 있다. 

한편 전자피부가 원래 피부에는 없는 기능을 더해 업그레이드 될 수도 있다. 냄새 맡는 피부가 바로 그런 예다. 국내 연구진은 유해가스 및 유기용매에 의해 물체의 전기 용량이 변화하는 특성을 이용해 촉각과 함께 냄새를 감지하는 인공피부를 만들었다. 이런 기능은 화재나 유독 가스 유출 등의 위험 상황을 빠르게 포착하고, 재난 현장에서의 구조 활동에도 유용하게 사용되리라 기대된다. 그밖에도 소리를 듣거나 자기장을 이용해 위치를 파악할 수 있는 피부 등이 연구되고 있다. 

로봇이나 의수, 의족 등의 기계 장치에 피부와 같은 기능을 부여하는 용도도 주요하다. 로봇 연구가 이제까지는 움직임을 구현하는데 집중했다면 앞으로는 인간과 같은 피부, 무게와 촉감, 압력을 인지하는 정교한 기능에 도전하고 있다. 

지난 10월 미국 스탠포드 화학공학과 즈넨 바오 교수 연구팀은 ‘톡톡’ 치는 것과 ‘꾹꾹’ 누르는 차이를 구별할 수 있는 전자 피부를 개발했다고 발표했다. 이 전자피부는 두 겹으로 돼 있는데, 압력이 가해지면 틀 사이에 있는 탄소 나노튜브가 가까워지면서 전류를 생산하고, 전류의 양에 따라 촉감을 구분한다. 또 이 전기신호를 빛 신호로 바꿔 신경세포에 전달하는 방식을 써 신경세포의 피로도 덜었다. 

유연한 인공 피부를 개발하고 있는 연구자 중 한 명인 영국 글래스고우 대학 다히야 교수는 “앞으로 15~20년이면 인구통계학적 변화에 따라 로봇이 노인을 도와야”하며 그렇게 하기 위해서는 “로봇이 우리가 느끼는 것처럼 촉감과 압력, 무게를 느낄 수 있어야 한다.”고 말했다. 초고령화 사회에서 로봇이 가족과 간병인 역할을 대신 하려면 인간처럼 부드럽고 따뜻해야 한다. 

각개약진으로 진행되는 연구들이 하나로 모아지고, 실제 생활에서 사용되기 까지는 상당한 시간이 걸릴 테고 넘어야 할 산도 많다. 인체에 부착 혹은 삽입하는 전자피부의 경우 생체 부작용이 없어야 한다. 배터리도 문제다. 체온으로 전력을 생산하는 방식, 오징어 먹물로 만들어 독성이 없는 배터리 등 다양한 연구가 진행 중이다. 전자 피부 연구의 진척은 인간은 점차 전자 장치와 합성되고, 로봇과 기계는 인간과 닮아가는 경향을 보여준다. 피노키오는 만들어졌을 때부터 자유자재로 움직이고 생각하고 말하는 아이였다. 하지만 진짜 아이가 되고 싶었다. 사람이 된다는 건 고통을 포함해 온갖 감각을 느낀다는 것. 그 시작은 피부가 아니었을까. 

글 : 이소영 과학칼럼니스트

 

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오랫동안 앉아서 일한 당신, 움직여라!


스탠딩 워크(standing work)가 붐이다. 말 그대로 ‘앉아서’ 하던 일을 ‘서서’하는 것인데 학교와 회사를 중심으로 높낮이를 조절하는 책상을 도입하는 등 관심이 높아지고 있다. 오랜 시간 앉아서 작업하는 환경이 건강에 악영향을 미치고 집중력 향상에도 도움이 되지 않는다는 연구결과가 꾸준히 나온 게 이유다. 

■ 장시간 의자 생활, 당뇨와 비만, 거북목 부른다 

연구결과에 따르면 앉아서 일하는 시간이 길어질수록 우리 몸속에서는 인슐린과 효소의 작용이 약화된다. 인슐린은 이자(췌장)에서 분비되는 호르몬으로 혈액 속의 포도당의 양을 일정하게 유지시킨다. 혈중 당이 높아지면 혈액 속의 포도당을 세포로 보내고 간에 글리코겐의 형태로 저장한다. 인슐린은 근육을 활발하게 움직일 때 효과적으로 활동한다. 따라서 오랜 시간 앉은 자세를 유지하면 인슐린이 제대로 작용하지 않으면서 혈당 수치가 증가하게 된다. 악순환으로 고혈당 상태가 지속되면 우리 뇌는 혈당 수치를 조절하기 위해 다시 인슐린 분비를 촉진시켜 체내 인슐린 과다 상태를 만든다. 이는 당뇨와 고지혈증의 원인으로 작용할 수 있는데, 국제 당뇨병 학술지 ‘당뇨병학’(Diabetologia, 2012)을 보면 앉아서 보내는 시간이 많은 사람들이 그렇지 않은 사람에 비해 발병 위험이 당뇨병은 1.12배, 심혈관 질환은 1.47배 높아지고 사망 위험률도 0.49배 높아지는 것으로 나타났다. 

영국의 공영방송 BBC도 뉴스를 통해 장시간 앉아 작업하는 환경이 체내 효소의 활동을 떨어뜨리는데, 그 중에서도 지방을 분해하는 효소인 리파아제의 활동을 감소시키는 것으로 나타났다고 전했다. 앉아서 일하는 시간이 길수록 비만할 위험성이 높아지고 특히 복부 비만을 유발한다는 것이다.국내 연구 결과에서도 오랜 시간 앉아 일하는 직업 중 하나인 버스 운전사와 사무직 중년 남성의 건강 상태를 비교한 결과, 과체중을 비롯해 허리가 30인치 이상인 복부 비만의 비율이 버스 기사가 더 높은 것으로 나타났다. 

척추 질환과 거북목도 유발할 수 있다. 앉는 자세는 대부분 하중을 허리로 집중시켜 척추에 무리를 준다. 또 장시간 앉아 일하다 보면 자신도 모르게 자세가 경직되고 팔과 다리, 목 등이 뻣뻣해지며 자연스레 다리를 꼬거나 비스듬히 앉게 되고 이 자세는 척추측만증과 같은 척추 질환의 원인이 되기도 한다. 또 오랜 시간 모니터를 바라보다 보면 무의식적으로 머리를 앞으로 빼면서 거북목증후군이 생기기도 한다. 

■ 허리 통증과 하지정맥류는 장시간 서서 일한 탓 

그렇다고 서서 일하는 것이 능사는 아니다. 누구라도 한 시간 동안 꼼짝없이 서 있다 보면 어느새 허리가 뻐근하다고 느낀다. 계속 서서 일하는 서비스직 종사자들이 허리 통증을 호소하는 이유다. 또 오래 서 있으면 다리 정맥으로 피가 쏠리면서 다리가 붓는다. 빈도가 잦아지면 하지정맥류가 생기기도 한다. 

오랜 시간 앉았을 때 나타나는 증상과 같이 장시간 서 있으면 허리와 목, 어깨가 뻣뻣해지면서 몸이 경직된다. 무게 중심이 허리로 집중되면서 척추를 둘러싸고 있는 근육이 딱딱해져 주변의 뼈와 신경 조직에 부담을 준다. 자연히 혈액순환에도 이상이 생겨 허리와 척추 주변에 통증이 생기기도 한다. 

■ 중요한 건 자세와 스트레칭 시간 

중요한 것은 앉고 서고가 아니다. 시간과 자세의 문제다. 서서 작업 할 때는 어깨와 골반이 일직선이 되게 한 후, 배에 힘을 주고 다리를 적당히 벌린 상태에서 발끝을 약간 바깥쪽으로 향하게 한다. 체중은 발뒤꿈치에 싣고 턱은 안으로 당기며 엉덩이를 당겨 올리는 느낌이다. 자세 유지를 위해서는 발 받침대를 아래에 두고 두 발을 번갈아 올려두는 것도 도움이 된다. 

서 있는 것 역시 시간이 길어지면 앉았을 때 다리를 꼬는 것처럼 한 쪽 다리에만 체중을 싣고 팔꿈치를 책상에 기댈 때가 있다. 문제는 반복될 경우 골반과 척추가 틀어지거나 좌골 신경이 눌리면서 허리 통증이 나타날 수 있다는 것. 따라서 서 있을 때도 자세가 무엇보다 중요하다. 

앉아서 작업 시간이 길어질 때는 피곤하더라도 일단 일어서자. 일어나는 것만으로도 앉아있을 때보다 체내 움직임이 활발해지고 혈액순환도 촉진된다. 또 앉은 자세를 유지하면서 눌렸던 척추와 어깨 신경, 목의 긴장도 풀 수 있다. 

앉아 있을 때는 턱을 당기고 허리를 편 상태에서 엉덩이를 최대한 안쪽으로 끌어다 두고 등을 기대어 앉는 것이 좋다. 이 때 무릎의 각도가 90도가 되도록 엉덩이 받침과 등받이 높이를 조절한다. 운전할 때는 등받이를 약 100도 정도로 유지하면 된다. 

무엇보다 앉으나 서나 한 자세를 장시간 유지하기보다 1~2시간에 한 번씩 자세를 바꿔 스트레칭을 하는 것이 가장 좋다. 스트레칭은 목과 허리 근육 등 몸 구석구석의 근육을 늘려준다는 느낌으로 하고 가벼운 산책도 도움이 된다. 

무엇이든 과한 것은 독이 된다. 늦은 시간까지 학원에 매여 있는 학생과 야근에 시달리는 직장인에게는 앉아서 장시간 일하나, 서서 일하나 몸에 무리가 같은 것은 매한가지다. 산책과 스트레칭 등 중간 중간 몸의 피로를 풀어주는 것도 좋지만 가장 좋은 방법은 두 자세 모두 장시간 유지시킬 필요 없는 환경을 만드는 것이다. 

글 : 이화영 과학칼럼니스트 

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[HISTORY] 우리나라 전기공학의 선구자, 한만춘

지난 4월 10일, 우정사업본부에서는 한국의 과학 시리즈, 첫 번째 묶음으로 한국을 빛낸 명예로운 과학기술인 우표를 발행했다. 이번 우표에 실린 과학자는 이론물리학자 이휘소(1935~1977), 나비박사 석주명(1908~1950), 그리고 한만춘(1921~1984)이다. 오늘 소개할 한만춘 박사는 나머지 두 박사에 비해 덜 알려졌지만, 우리나라의 전기공학을 개척하고 전력산업을 근대화하는데 크게 기여했다는 평을 받고 있다. 

# 어느 한 종합대학의 신입생 오리엔테이션 현장. 신입생을 앞에 두고 한창 자신의 전공을 홍보하던 선배들의 경쟁으로 그 어느 때보다 치열한 열기가 느껴지던 순간, 갑자기 강당을 비춰주던 불빛이 전부 꺼지면서 순식간에 암흑의 도가니가 됐다. 

웅성거리던 시간도 잠시, 이윽고 전원이 켜지고 불이 들어오자 눈에 들어오는 것은 전기과 회장이 단상에 올라가 멋지게 두 손을 들고 있는 모습이었다. 아무리 많은 기술이 있어도 전기가 없으면 아무것도 하지 못한다는 일종의 퍼포먼스였을까. 믿거나 말거나인 이 이야기는 모대학 전기과의 전설적인 무용담으로 남았다고 전해진다. 
 



위의 이야기는 일종의 도시괴담이지만, 실제 현대 산업을 지탱하는 근간 중 하나가 바로 전기다. 전쟁과 수탈로 인해 산업 기반이 약했던 우리나라가 지금 이렇게 세계 10위권의 과학기술 선진국으로 자리 잡을 수 있었던 것도 많은 전기공학자들의 덕이라고 할 수 있다. 그리고 이 전기공학의 기틀을 닦은 이가 바로 한만춘 박사다. 

어렸을 적부터 수재 소리를 들었던 한만춘 박사는 1943년 경성제국대학 이공학부 전기공학과 1회 졸업함과 동시에 조선전업주식회사에 입사했다. 그리고 5년 후인 1948년, 27살이라는 젊은 나이에 서울대학교 전기공학과 교수가 되면서 본격적인 전기공학자의 길을 걷기 시작했다. 1955년부터는 연세대학교 이공대학 전기공학과 교수로 근무하면서 초대 공학부장, 이공대학장, 산업대학원장 등을 역임했다. 

■ 국내 최초 아날로그 컴퓨터 제작 

한만춘 박사의 가장 큰 업적은 우리나라 전기공학의 기반을 쌓은 것이다. 그가 활동하던 당시 우리나라는 6.25 전쟁으로 인한 피해를 복구하기에도 빠듯한 세계 최빈국 중 하나였다. 당연히 전기공학에 대한 기초가 있을 리 만무했다. 이에 한만춘 교수는 우리나라 전기공학의 기초를 세우는 작업에 들어갔다. 

학문의 기초를 세우는 일 중 가장 기본이 되는 것이 번역과 출판이다. 그가 번역 작업에 몰두하기 전만 해도 우리말로 된 교재가 없어 대학에서 일본, 미국의 교재를 사용해 강의를 할 수 밖에 없었다. 한만춘 교수는 1960년 <교류회로> 번역 출판을 시작으로 <배전공학>, <송전공학>, <발전공학>, <자동제어이론>, <전기통론연습> 등의 저서를 출간해 후학들의 학문 증진에 힘썼다. 
 

사진 1. 연세 101 아날로그 전자계산기(출처: 문화재청)



그의 또 하나의 업적으로 잘 알려진 것이 1961년 제작한 ‘연세 101 아날로그 전자계산기’다. 우리나라의 첫 아날로그 컴퓨터인 연세 101 아날로그 전자계산기는 이후 전력 계통의 안정도 개선 및 제어기 개발, 원자력 발전의 안정성 연구 등 많은 연구에 쓰이면서 당시 우리나라 전기전자공학 수준을 높이는 데 일조했다. 또 그 제작과정과 기술이 논문을 통해 전수됨으로써 컴퓨터 기술 개발의 토대를 마련한 것으로 평가받고 있기도 하다. 연세 101 아날로그 전자계산기는 그 역사적 가치를 인정받아 문화재청 등록문화재 제557호로 등록됐다. 

■ 전기제어공학을 원자력 발전에 응용 

우리나라 최초의 원자력 관련 국비 유학생인 한만춘 박사는 원자력 발전의 국내 활성화에도 큰 족적을 남겼다. 1961년 영국 노팅엄 대학에서 박사학위를 취득한 그는 전기제어공학이론을 원자력발전 안정성에 응용한 연구로 원자력 발전에 큰 도움을 줬다. 

한만춘 박사는 산학협력의 기틀을 닦는 일에도 소홀하지 않았다. 국무총리실 평가교수, 국제기능올림픽 한국위원회 기술위원장, 한국기술검정공단 이사, 전국경제인연합회기술조사센터 자문위원, 동력자원부 정책자문위원, 공업진흥청 표준심의회 전기부회 위원장, 한국과학기술단체총연합회 부회장 등 생전에 그가 역임한 수많은 직함은 한만춘 박사가 과학기술 활성화에 노력했는지를 보여준다. 공로를 인정받아 한만춘 박사는 국민훈장 동백장, 동탑 산업훈장, 서울특별시 문화상을 수여했다. 

한만춘 박사가 별세한 지 약 30년. 강산이 3번 바뀔 시간이지만 그의 발자취는 아직도 길이 남아있다. 그중 하나가 그를 기리는 후학들이 조직한 ‘춘강 한만춘 교수 기념사업회’다. 춘강 한만춘 교수 기념사업회는 ‘춘강학술상’을 제정해 전기 및 전자공학 분야 연구자에게 수여하고 있다. 전기공학의 선구자가 후배 연구자에게 주는 일종의 격려다. 
 

사진 2. 한국의 과학 시리즈, 첫 번째 묶음(출처: 우정사업본부)




글 : 김청한 과학칼럼니스트

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가을나들이의 불청객, 말벌 대처법


선선한 바람에 본격적인 가을 나들이가 시작되는 10월, 안타깝게도 말벌이 극성이다. 8~9월이 산란기인 말벌은 폭염과 마른장마와 같은 최고의 번식 환경 속에서 폭발적으로 개체 수를 늘리고 있다. 또한 이상 고온 현상으로 당도 높은 과일과 작물도 늘어나면서 풍부한 먹이까지 뒷받침됐고, 이는 말벌의 개체 수를 늘리는데 일조했다. 게다가 말벌에 쏘이는 사고도 이어지고 있어 주의가 필요하다. 

지난 9월 30일에는 마을 뒷산에 운동하러 나갔던 70대 노인이 말벌에 쏘여 숨진 채 발견됐고, 9월 14일에는 대구의 주택 옥상에서 60대가 말벌에 쏘여 과민성 쇼크로 숨지는 사고가 발생했다.건강보험심사평가원에 따르면 벌에 쏘여 병원을 찾는 환자는 2009년 9,609명에서 2014년 1만 4,280명으로 증가했고, 8~9월 발생이 전체 53.7%였다. 

■ 말벌류, 맹독에 공격성 강해… 자세 낮추고 자리 피해야 

벌 중에서도 문제가 되는 벌은 바다리(쌍살벌, Polistinae spp)종류와 땅벌(Vespula flaviceps spp), 그리고 말벌류(Vespa crabro spp)다. 땅벌류는 땅 속에 집을 지어 바깥에서 보면 흙부스러기가 쌓인 듯한 흔적만 남기지만, 하나의 군집에 수백 마리에서 수천 마리의 땅벌이 있기 때문에 집단 공격을 할 위험이 있다. 가장 위험한 벌은 역시 말벌류다. 독성이 강한데다 침이 단단해 여러 번 공격하면서 독성이 더욱 강해진다. 특히 장수말벌은 맹독성으로 4~5m 이내로 접근하면 바로 공격하는 특성이 있어 가장 조심해야 한다. 최근에는 토종 말벌에 등검은말벌과 같은 외래종도 개체수를 늘려가고 있어 피해가 더욱 늘고 있다. 

먼저 벌을 발견하면 자세를 최대한 낮춰 그늘지고 낮은 쪽으로 조용히 자리를 옮기는 것이 좋다. 벌을 쫒는다 생각하고 팔을 휘두르거나 뛰어가는 행동은 오히려 벌들을 자극할 수 있기 때문에 피해야 한다. 벌집을 발견한 경우에는 직접 제거하지 말고 119에 신고하는 것이 현명하다. 

■ 쏘인 부위에 된장과 간장, 상처 악화시켜 

응급처치도 중요하다. 벌에 쏘이면 벌침 끝에 달린 독샘을 누르지 않고 뽑아내야 하는데 핀셋이나 손톱보다는 신분증이나 카드류를 이용해 피부를 밀어내 듯 빼내는 것이 좋다. 반면 억지로 침을 빼려다 오히려 독이 번질 수 있기 때문에, 터지지 않은 독샘이 보이면 건드리지 말고 병원으로 가는 것도 방법이 될 수 있다. 침을 뺀 이후에는 또 다른 감염을 막기 위해 쏘인 부위를 알코올이나 물로 가볍게 씻고, 얼음이나 찬 물수건으로 냉찜질을 하면 통증과 가려움증을 줄일 수 있다. 또 꿀벌의 침은 산성으로 묽은 암모니아수와 같은 염기성, 알칼리성 액체를 바르고, 말벌 침은 반대로 염기성이기 때문에 식초나 레몬주스 등 산성 물질을 발라주면 중화에 효과가 있다. 

가끔 쏘인 부위에 된장이나 간장 등을 바르는 사람도 있는데 치료에는 도움이 되지 않고 오히려 감염원이 돼 상처를 더욱 악화 시킬 수 있다. 소주 역시 화학적 반응을 일으켜 피부 손상을 일으킬 수 있기 때문에 피해야 한다. 

■ 쏘인 뒤 호흡곤란, 알레르기 나타나면 빨리 병원으로 

보통 벌에 쏘여 문제가 되는 이유는 알레르기 반응 탓이 크다. 벌에 쏘이면 큰 부작용 없이 지나가는 경우가 많지만, 말벌에 쏘이면 다친 부위가 붓고 아프며 설사나 구토, 어지럼증이 나타난다. 드물게는 온 몸에 붉은 반점이나 두드러기가 나기도 한다. 

가장 큰 문제는 아나필락시스(anaphylaxis) 쇼크다. 면역체계 과반응으로 심한 알레르기 반응을 일으키는데, 벌에 쏘인 후 30분 이내로 기도나 장이 부으면서 급성 호흡곤란과 함께 혈압이 떨어진다. 이때 빠르게 대처하지 않으면 사망할 수 있기 때문에 가능한 빨리 병원으로 가야 한다. 

아나필락시스 쇼크 외에도 병원에 가는 경우는 벌집을 잘못 건드려 여러 부위에 공격을 당한 경우다. 쏘인 부위가 붓고 아플 경우, 진통제나 스테로이드제 주사로 증상을 완화하는 치료를 한다. 

■ 말벌, 일단 피하고 보는 게 상책 

사실 말벌 무리를 보면 바로 도망가는 것이 가장 좋은 예방법이다. 또 다른 방법은 말벌을 유인할 수 있는 요소들을 차단하는 것이다. 음료수나 과일과 같이 단 음식은 먹은 뒤 바로 정리하고 향수나 화장품, 헤어스프레이 등은 냄새로 벌을 유인할 수 있기 때문에 뿌리지 않는 것이 좋다. 

특히 벌은 화려한 색의 옷을 꽃으로 착각하고 달려든다. 그래서 벌초 작업을 할 때는 되도록이면 옷은 어두운 색으로 입고, 벌이 몸속으로 들어오는 것을 막기 위해 몸에 딱 달라붙게 입는 것이 좋다. 이 외에도 보호 장비를 착용하거나 살충제를 휴대하는 것도 도움이 된다. 

낯설고 당황스러운 상황에서는 머리가 하얘지면서 아는 것도 기억이 나지 않는 경우가 많다. 이럴 때는 예방법과 대처법만 알아도 마음이 한결 든든하다. 벌에 쏘이는 상황도 마찬가지다. 말벌 쏘임은 심각한 경우 생명을 위협할 수 있는 만큼 이번 가을 나들이에는 혹시나 모를 사고에 대비해 옷차림부터 신경을 쓰고, 응급처치법에 대해 숙지하고 나서면 어떨까. 

글 : 이화영 과학칼럼니스트 

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