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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나의 몸과 움직임이 비밀번호가 되는 세상! 내 몸이 곧 비밀번호가 된다. 움직임을 감지하는 순간, 결재됐습니다!

가게에서 이것저것 물건을 집어 들고 계산대로 간다. 그런데 가방 속에도 주머니를 뒤져봐도 지갑이 없다. 이럴 때는 포기하고 물건을 다시 갖다놓을 수도 있지만 주인에게 “이따가 다시 와서 값을 치르겠다”고 이야기를 하는 이른바 ‘외상’을 긋는 방법도 있다. 외상은 ‘따로 장부에 올려놓는다’는 뜻으로 주인과 손님이 안면을 트고 신용이 쌓였을 때만 가능한 거래 방식이다. 

물건을 먼저 가져가고 돈은 나중에 지불하는 신용거래 방식은 현대에 와서 ‘신용카드’를 탄생시켰다. 은행과 거래한 내역을 살펴보고 믿을 만한 수준에 도달한 사람에게는 현금 대신 결제할 수 있는 카드를 주고, 상점에서 물건을 구매하고 한두 달 후에 해당 금액을 은행에 입금하는 후불식 체계다. 신용카드와 비슷하지만 돈을 먼저 입금한 후에 한도 내에서 사용할 수 있는 선불식도 있다. 체크카드나 일반교통카드가 여기에 속한다. 

여기서 한 발 더 나아가 매일 가지고 다니는 물건에 결제 기능을 넣는다면 현금도 신용카드도 필요가 없다. 몸에서 떨어질 새 없는 휴대전화에 결제 기능까지 탑재하는 것이다. 근거리에서만 인식되는 NFC(Near Field Communication) 모듈을 스마트폰에 장착하고 계산대의 기기에 갖다 대면 마치 신용카드를 긁은 것처럼 인식되는 식이다. 최근 공개된 삼성페이와 라이벌 애플페이는 NFC에 인간의 신체를 감지하는 기술을 결합시켰다. 스마트폰의 지문센서 또는 스마트워치의 손목센서를 통해 주인을 확인하는 것이다. 

이처럼 손가락의 지문이나 눈의 홍채, 음성이나 표정 등 신체를 이용해 개인의 신원을 확인하는 기술을 생체인식 결제(biometric payment)라 부른다. 금융기술과 IT를 결합시킨 핀테크(FinTech) 중에서 생체인식 결제의 시장은 날이 갈수록 커지는 추세다. 생체인식 기능을 탑재한 스마트폰 사용자는 2013년 세계 4천만 명 가량이었지만, 오는 2017년에는 4년 만에 4억5천만 명을 넘길 것으로 예측된다. 덕분에 관련업계가 누릴 수익만 해도 2013년 5천만 달러 수준에서, 매년 40% 가까이 성장해 2019년에는 4억 달러에 다다를 것으로 전망된다. 

생체인식은 간단한 동작만으로도 신원 확인이 가능하다는 것이 장점이다. 또한 금융거래를 하거나 인터넷 쇼핑몰에서 물건을 구매할 때 공인인증서, 아이핀, 키보드 보안 프로그램, 백신 프로그램 등 여러 개의 파일을 설치할 필요가 없다. 웹사이트를 이용할 때도 아이디와 비밀번호를 일일이 입력하지 않고 손가락만 갖다 대면 한 번에 로그인이 된다. 노트북이나 자동차도 주인이 이용할 때만 반응을 하고 현관문도 가족이 왔을 때만 열린다. 도서관에서 책을 빌리거나 관공서에서 서류를 발급받을 때도 자동화 시스템이 가능하다. 일본에서는 손바닥의 정맥을 이용해 신원을 확인하는 은행 ATM 기기가 전국에 8만 개 이상 보급돼 있다. 

생체인식에 사용되는 신체 부위는 다양하다. 무엇보다도 얼굴이 기본으로 쓰인다. 증명사진을 찍어서 자신이 누구인지 밝히는 일은 당연하게 여겨져 왔다. 요즘에는 SNS에 사진을 올리면 자동으로 얼굴을 판별해 이름을 붙여주기도 한다. 중국 최대 전자상거래 업체 알리바바는 얼굴을 신용카드처럼 사용하는 ‘스마일 투 페이’ 서비스를 선보이기도 했다. 

신분증을 만들거나 계약서를 작성할 때는 손가락 끝의 지문을 찍어 본인임을 증명했다. IT 기술과 결합하면서는 회사 출퇴근이나 공항 출입국과 같은 다양한 곳에서 지문인식기가 사용된다. 해외에서는 초등학생들이 급식을 이용할 때 직접 돈을 내지 않고, 사생활도 보호하기 위해 사용되고 있다. 다만 인구의 5% 정도는 지문이 없다는 것이 약점이다. 눈동자 주변의 홍채를 통해 판별하는 방법도 있다. 위조가 불가능해 안전성이 높지만 눈을 갖다 대야 해서 불편하고 고해상도의 기기가 필요해 초기 비용이 많이 든다. 

신체 자체가 아닌 소리나 움직임을 통해 구별하기도 한다. 목소리를 구별하는 음성인식 기술이 대표적인데, 개발비용이 저렴하다는 장점이 있지만 주변 소음이 없어야 하고 건강 상태나 기분에 따라 결과 값이 다르게 나오기도 해서 아직은 일반화되지 않았다. 글씨를 쓰는 필체로 사람을 알아보기도 한다. 도장보다는 서명이 일반화된 서양에서 주로 쓰는 방법이다. 이밖에도 걸음걸이나 체취를 이용한 생체인식이 얼굴이나 지문보다 정확도가 높다는 연구결과도 있다. 

생체인식 기술은 편리하고 정확하기 때문에 인기를 얻지만, 보안이 완벽하다고 말하긴 어렵다. 얼굴은 성형수술로 고치고 지문은 자국을 떠서 복제할 수 있으며, 목소리는 고품질 녹음으로 위조가 가능하다. 심지어 지문인식 자동차를 훔치기 위해 주인의 손가락을 자르는 흉악범죄도 실제로 등장했다. 인식기기에 등록된 정보가 안전하게 보존된다고 볼 수도 없다. 최근 몇 년 동안 우리나라는 해킹에 의해 1억 건 이상의 개인정보가 유출됐다. 주민등록번호 대신에 생체인식을 도입한다고 해도 마찬가지의 일이 일어날 수 있다. 생체정보가 금융거래에 도용되지 않는다는 보장이 없다. 

보안업계에서는 ‘편리’와 ‘안전’을 양날의 검이라 부른다. 누구나 쓰기 쉽게 만들면 도둑맞기 쉬워지고, 반면에 안전하게 보관하려면 사용이 불편해질 수밖에 없다. 생체인식 기술이 가져올 미래 시대에는 모두를 만족시키는 해법이 등장할까. 

글 : 임동욱 과학칼럼니스트

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#1. 2054년 미국 워싱턴. 영화 ‘마이너리티 리포트’의 배경인 이곳에는 범죄를 미리 예측하는 최첨단 치안 시스템, ‘프리크라임’이 설치돼 있다. 범죄 예측뿐 아니라 개인 식별 시스템도 훌륭하다. 시민들이 거리를 지날 때마다 전광판에 붙은 개인 식별 장치가 홍채 정보를 읽어서 신원을 판별하고, 간드러진 목소리로 이름을 부르며 물건을 사라고 유혹한다. 주민등록증이나 운전면허증 같은 신분증도 필요 없다. 필요한 것은 오로지 ‘눈’뿐이다. 문의 잠금장치도, 지하철 요금 지불도 모두 홍채를 읽는 것으로 간단히 해결된다.

#2. 2010년 한국. 부산 해운대에 자리 잡은 이안엑소디움 아파트 입구에는 홍채 인식기가 설치돼 있다. 기기 앞에 사람이 서면 특수 카메라가 위아래로 움직여 눈동자를 찾는다. 눈동자를 찾은 기기는 3초 안에 홍채 패턴을 분석해 입주민과 외부인을 구별해낸다. LG U+ 상암동 DMC 사옥과 덕수궁미술관 미술품 보관실,대전 지하철에도 이런 기기들이 사용되고 있다.

지금으로부터 약 40년 후를 상상한 영화, ‘마이너리티 리포트’에 등장한 홍채 인식기술이 벌써부터 현실화되고 있다. 아파트 같은 건물 입구에 홍채 인식기가 설치되는 곳이 하나둘 늘고, 인도에서는 홍채 인식을 이용한 ‘전자주민등록증(UID, Unique ID)’ 사업을 추진 중이다. 이 사업이 완료되는 2015년이 되면 인도 국민들은 눈 하나만으로 자신을 증명하게 된다는 이야기다.

이처럼 문서로 만들어진 신분증이 아니라 사람이 가진 신체적인 특징이나 행동적인 특성으로 개인을 식별하는 것을 생체 인식 기술, 즉 ‘바이오메트릭스(biometrics)’라고 한다. 이 기술은 사람 몸에 원래부터 있던 특징을 잡아내는 것이므로 잃어버릴 염려도 없고, 정보가 유출될 위험도 적어서 미래의 신분증으로 각광받는다.

우리가 쉽게 떠올릴 수 있는 생체 인식 수단은 ‘지문’이다. 우리나라 사람들은 오래전부터 만 17세가 되면 동사무소에 가서 지문을 찍고, 주민등록증을 발급받는 시스템을 사용해왔다. 문 잠금 장치나 현금 자동 입출금기, 증명서 자동 발급기에도 지문을 이용하는 경우가 많다. 사람마다 다르다는 손가락 무늬를 통해 개인을 식별하는 것이다.

그러나 지문은 심한 노동을 하면 지워지기도 하고, 땀이나 이물질이 묻으면 제대로 인식이 안 되는 단점이 있다. 그래서 차세대 생체 인식 방법으로 지문보다 홍채가 주목받는다.

홍채는 사람의 신체 부위 중에서 개인 간의 차이를 가장 잘 나타낸다고 알려져 있다. 빛을 조절하는 홍채의 무늬는 생후 6개월경부터 형성되기 시작해 2~3살이면 완전한 모양을 갖춘다. 이때 형성된 원형의 홍채 패턴은 사람마다 다르며 이후로 오랫동안 변하지 않는 특성을 가지고 있다.

홍채 인식은 사람의 홍채 패턴이 각각 다르다는 걸 이용한다. 홍채의 모양과 색깔, 망막 모세혈관의 형태 같은 홍채의 특성을 분석해 코드로 나타내고, 이를 영상신호로 바꿔 사람의 홍채와 비교하는 것이다. 홍채 인식 코드는 다음과 같은 과정을 통해 생성, 검색된다.

우선 사람이 일정한 거리에 서서 홍채 인식기 중앙 거울에 눈을 맞추면, 적외선 카메라가 줌렌즈로 초점을 조절한다. 홍채에 초점을 맞춘 카메라는 홍채를 촬영해 이미지로 만들고, 홍채 인식 알고리즘이 홍채의 패턴을 영역별로 분석해 개인 고유의 홍채 코드를 생성한다. 생성된 홍채 코드는 데이터베이스에 등록되고, 각종 홍채 인식 시스템에서 비교 검색 기준으로 활용된다.

안경이나 렌즈를 착용해도 홍채를 정확히 인식할 수 있으며, 인식 판에 직접 눈을 갖다 대지 않아도 홍채 인식은 가능하다. 먼 거리에서 특수 카메라로 홍채 사진을 찍어 기존 정보와 대조할 수 있기 때문이다. 또 특별한 동의(사인이나 손가락을 갖다 대는 것 등)가 없어도 한꺼번에 여러 사람들을 가려낼 수 있어 지문이나 다른 인증시스템보다 편리하게 사용할 수 있다.

홍채의 특징적인 패턴은 200여 가지나 된다. 30여 가지의 특징적인 패턴이 조화를 이루는 지문보다 훨씬 다양한 셈이다. 그만큼 복제하거나 정보를 유출하기가 힘들어 안전한 식별 시스템으로 손꼽힌다. 하지만 자칫 잘못 사용되면 개인의 사생활이 침범될 위험성도 있으므로 홍채 인식 시스템을 무조건 좋은 것으로 생각하는 것은 곤란한다.

발달된 모든 과학기술이 그렇듯 생체 인식 기술 역시 양날의 칼이다. 잘 사용하면 생활을 편리하고 여유롭게 만들 수 있지만, 잘못 사용하면 기술이 인간을 옭아매는 족쇄로 작용할 수도 있기 때문이다. 칼날의 어느 쪽을 사용할지는 그것을 사용하는 우리 자신에게 달려 있는 것이다.

글 : 과학향기 편집부

※ 과학향기 제32호 ‘눈만 봐도 그대를 알 수 있소!(2003년 9월 24일자)’에서 일부 내용을 발췌했음을 알려드립니다.
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“유일하게 지워지지 않는 서명은 사람의 지문이다.”

미국의 소설가 마크 트웨인(Mark Twain)이 한 말이다. 나이가 들면서 얼굴은 변하지만 지문은 한번 생겨나면 바뀌지 않는다는 의미다. 물론 심한 습진 같은 피부병으로 지문이 일시적으로 지워지거나 고된 노동이나 화상 같은 사고 때문에 지문이 없어지는 경우도 있다. 하지만 평생 변하지 않고 그대로 남아 있는 게 일반적이다. 그래서 사람을 구별하는 데나 범인을 잡을 때 지문을 이용한다.

지문(指紋, fingerprint)이란 말 그대로 손가락 안쪽 끝에 있는 살갗의 무늬나 그것을 찍은 흔적을 말한다. 사람마다 유일하게 갖고 있는 타고난 지문은 임신 4개월째에 만들어진다. 손가락과 손바닥, 발가락과 발바닥 위의 작은 산과 계곡의 모양으로 배열된 선의 대부분은 유전자적 체계에 따라 만들어진다.

몇몇 쌍둥이의 경우 지문에서도 유사성을 보인다. 하지만 지문이 만들어지는 데는 압력의 비율, 모태 속 태아의 위치 등도 영향을 미치기 때문에 쌍둥이조차 서로 다르며 왼손과 오른손의 지문 또한 다르다. 동양계와 유럽계의 지문에도 커다란 차이가 있다.

두 사람의 손가락에 있는 지문이 일치할 수 있는 확률을 억지로 계산해도 640억분의 1 정도라고 하니, 전 세계에서 지문이 같은 사람은 없다고 해도 과언이 아니다. 범죄 수사에서도 힘을 발휘하는데, ‘법정증거’로 채택되지는 않지만 범죄사실을 입증하는 결정적인 역할을 한다.

사인 대신 도장의 사용이 더 일반적인 한자문화권에서는 도장이 없을 경우 서명과 같은 의미로 지장을 찍는 관습이 있다. 지문은 손가락에만 한정되어 나타나지 않는다. 손금으로 알려진 장문(掌紋), 발바닥에는 족문(足紋)이라는 게 있어 병원에서 아기를 낳으면 족문을 찍어 아이가 바뀌는 것을 막으며, 친자확인 등의 소송에서도 중요한 역할을 한다.

흥미롭게도 원숭이, 침팬지, 오랑우탄 등의 영장류뿐 아니라 유대류(有袋類)인 코알라도 독특한 지문을 가지고 있다. 남미에 사는 원숭이들은 꼬리에 저마다 독특한 무늬를 가지고 있고, 소는 코 근처에 일생 동안 변하지 않는 울퉁불퉁한 무늬의 비문(鼻紋)이 있어 개체 식별에 쓰인다.

<경찰 과학수사계 직원들이 지문과 족적을 확인하는 가변광원장비(SL350)를 이용해 지문을
확인하고 있다. 지문은 사람마다 모양이 달라 범죄수사 등에 자주 활용된다. 동아일보 자료사진>

물론 지문은 범죄학에 이용하라고 만들어진 게 아니다. 그렇다면 사람에게 지문이 있는 진짜 이유는 무엇일까? 여태까지의 정설은 지문이 손가락과 물체 표면의 마찰력을 높여 미끄럼을 방지해 무언가를 더 단단히 붙잡도록 하기 위해서라는 것이다.

물론 직접적인 실험결과에 의한 설은 아니지만, 100여 년 동안 과학자들 사이에 알려진 정설이다. 예를 들어 컵을 잡았을 때, 손가락 사이의 젖은 컵이 손에서 미끄러지지 않도록 지문이 타이어의 홈처럼 막아주고, 또 발바닥의 주름 역시 수영장에서 미끄러져 넘어지지 않도록 도움을 준다는 것이다.

그런데 얼마 전, ‘실험 생물학 저널(Journal of Experimental Biology)’ 최신호에 이와 정 반대되는 연구 결과가 발표되어 화제다. 영국 맨체스터대학교 생체역학자 롤랜드 에노스 교수와 피터 워만 교수팀이 실제로 실험을 해보니 오히려 지문이 물체와 손 사이의 마찰력을 3분의 1이나 줄인다는 것이다. 이들이 마치 지문이 없는 것처럼 나타나게 하는 특수장치를 개발하여 플라스틱 투명판과 손 사이의 마찰력을 알아본 결과, 지문의 굴곡이 물건과 손이 닿는 면적을 줄임으로써 오히려 마찰력이 낮아졌다.

즉, 지문 사이의 가는 홈이 있기 때문에 물체와의 접촉면이 적어지면서 마찰력도 줄인다는 얘기다. 이 말은 접촉면이 넓을수록(지문이 없을수록) 마찰력이 커져 물체를 더 꽉 잡을 수 있다는 것을 의미한다.

물건을 단단하게 붙들기 위해서라는 기존의 주장이 틀리다면, 지문은 도대체 어떤 역할을 하기 위해 생긴 것일까. 연구팀은 지문의 존재 이유가 무얼까 하는 새로운 고민에 빠져들었다. 그런데 그 해답을 ‘지문과 같은 골이 손의 촉각을 예민하게 한다’는 프랑스 학자들의 연구에서 찾았다고 한다.

에노스 박사팀은 지문이 생긴 이유에 대해, 지문이 손끝의 물기를 잘 빠지게 하는 배수로 역할을 해 젖은 표면을 잡을 때 더 잘 붙잡을 수 있게 한다고 주장한다. 또 거친 물체를 잡을 경우 손과 발에 가해지는 충격을 줄임으로써 지문이 피부의 변형을 도와 손가락이나 발바닥에 물집이 잘 잡히지 않도록 하기 위함이라고도 한다.

이렇듯 실제 실험을 통해 지문의 역할이 새롭게 밝혀졌음에도 불구하고, 일부 학자들이 “에노느 박사팀은 사람 손이 촉감을 느낄 정도의 세기로만 실험했을 뿐 더 강한 힘이 주어지는 마찰력은 실험하지 않았다”는 의견을 제시하면서 그 의문이 완전히 풀린 상태는 아니다.

보통사람이라면 물건을 단단하게 붙들기 위해 지문이 있으면 어떻고, 손발에 상처 나지 않게 하기 위한 것이라 한들 무슨 큰 차이가 있느냐고 질문할 수 있다. 그러나 과학자들은 지문의 역할을 보다 정확히 이해해야만 의수나 로봇 손의 기능을 진짜 손의 수준으로 끌어올리는 데 도움이 된다고 말한다. 사람의 손처럼 물건을 만지고 잡으며 감각을 느끼게 하는 데 지문이 그만큼 중요한 열쇠라는 얘기다.

인류가 다른 동물보다 뛰어난 이유 중 하나는 손을 사용하기 때문이다. 그리고 사람의 손이 가진 특별한 기능을 이해하려면 지문의 역할도 빼 놓을 수 없다. 손이 가진 섬세한 기능을 흉내 내기 위한 노력은 지금도 진행 중이다.

글 : 김형자 과학칼럼니스트

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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신부들이 결혼 예물로 가장 받고 싶어하는 보석은 아마도 ‘영원’을 상징하는 다이아몬드일 것이다. 지금까지 ‘절대 아름다움’의 상징으로 여겨져 온 다이아몬드의 명칭은 ‘정복할 수 없다’는 뜻의 그리스 어인 아다마스(Adamas)에서 유래되었다. 다이아몬드는 탄소 원자가 정팔면체 형태로 배열돼 만들어지는데, 경도가 10으로 모든 광물 중에서 가장 높다. 다이아몬드에 견줄 만한 경도를 가진 물질은 아직 없으므로 거의 영구불멸하지 않을까 싶다.

가격 또한 만만찮은 보석이다. 세계에서 가장 비싼 보석은 추정가가 약 2,000억 원이나 된다. 그 주인공은 비운의 전설로 유명한 호프 다이아몬드(Hope Diamond)다. 호프 다이아몬드는 45.52캐럿(9.1g)의 무게에 가로 2.56cm, 세로 2.58cm, 높이 1.2cm로 대단히 큰 블루(청색)다이아몬드다. 이 블루다이아몬드는 소장자였던 헨리 필립 호프(Henry Philip Hope)의 이름을 따서 호프 다이아몬드로 명명되었다.

호프 다이아몬드의 원석은 1600년대 중반 인도에서 처음 채굴되었는데, 당시는 112캐럿짜리의 청색 다이아몬드였다. 이것을 프랑스 국왕 루이 14세가 사들여 67캐럿짜리로 조각해 소유했다. 그런데 프랑스 혁명기에 사라졌다가 지금의 45.52캐럿짜리로 발견돼 현재 스미스소니언 박물관에서 특유의 매혹적인 빛과 광채로 관람객들의 눈길을 사로잡고 있다.

호프 다이아몬드만큼 비운의 전설적 역사를 가진 보석도 없을 것이다. 이 다이아몬드를 소유한 사람들은 모두 비극적 운명을 맞이했기 때문이다. 루이 14세는 단 한 번 착용했음에도 불구하고 천연두로 사망했고, 이것을 이어받은 루이 16세도 프랑스 혁명 때 단두대의 이슬로 사라졌다. 1792년 9월에는 왕실의 이 호프 다이아몬드가 강탈당했다가 어느 날 다시 좀 작아진 크기로 런던 거리에 나타났다. 그것을 1830년 영국의 은행가인 헨리 호프가 구입했다. 하지만 런던의 부호였던 그 역시 몇 년 뒤에 파산하면서 가족이 모두 비극적 운명을 맞이했다. 불행이 너무나도 줄줄이 이어지자 1958년에 세계적으로 유명한 보석상 해리 윈스턴이 구입하여 이것을 스미스소니언 박물관에 기증함으로써 영구 보관하게 되었다.

‘희망’이라는 뜻의 ‘호프’ 다이아몬드는 전설로 보면 ‘저주’와 더 친숙한 느낌이다. 하지만 비운의 전설은 이야기에 그칠 뿐, 실제 호프 다이아몬드 자체는 신비로움을 지닌 보석이다. 호프 다이아몬드는 어떤 보석도 가지지 못하는 자기만의 독특한 색의 빛을 낸다.

보통 다이아몬드는 주성분인 탄소 속의 불순물 차이 때문에 다른 색깔을 띤다. 다이아몬드를 무색투명한 아름다움의 대명사라고 하는데, 사실 광산에서 채굴되는 다이아몬드는 대부분 옅은 노란색이나 갈색을 띤다. 다이아몬드가 노란색을 띠는 이유는 질소 때문이다. 다이아몬드는 99.95%의 탄소와 0.05%의 불순물로 이루어져 있다. 순수한 탄소로 이뤄진 다이아몬드는 빛을 100% 반사해 무색으로 보인다. 다이아몬드가 아름답게 보이는 이유는 다이아몬드로 들어온 빛이 모두 반사돼 그대로 나가기 때문이다. 그런데 0.05%의 이 미량의 불순물이 다이아몬드의 색상을 결정해 내보낸다. 즉, 탄소 대신 다른 원자가 섞여 있으면 다른 색이 나타난다는 얘기다. 미량의 불순물이 특정 파장의 색을 흡수하기 때문이다.

다이아몬드는 대부분(98%) 불순물 중 질소를 함유하고 있다. 다이아몬드가 만들어질 때 땅속에 풍부한 질소가 탄소와 자리바꿈을 하면서 결정 구조에 차이가 나타난다. 그리고 질소가 포함된 양에 따라 다이아몬드의 색이 바뀌어 노란색이나 갈색을 띠게 되는 것이다. 천연 다이아몬드는 지각 아래에서 오랜 시간에 걸쳐 천천히 성장하기 때문에 이물질이 들어갈 수밖에 없다. 따라서 무색투명한 천연 다이아몬드는 그만큼 희소성이 높은 셈이다.

그런데 아름다운 청색을 나타내는 블루다이아몬드, 즉 호프 다이아몬드에는 질소가 아닌 붕소가 함유되어 있다. 붕소는 땅속에 적게 분포해 다이아몬드 결정에 드물게 포함된다. 결국 불순물이 컬러 다이아몬드를 만들어내는 비결인 셈이다. 대개 보석 속의 불순물은 특정 파장의 빛에 반응하여 색의 효과를 나타낸다. 예를 들어 루비는 루비에 섞여 들어간 크롬에 의해 붉은색을 띠게 된다. 사파이어는 철이나 티탄이 포함되어 황색, 녹색, 자청색 등의 여러 가지 색을 나타낸다. 에메랄드에 포함된 크롬은 루비와 달리 에메랄드를 녹색으로 빛나게 한다. 이는 루비와 에메랄드의 결정 구조 차이에 의해 크롬이 흡수하는 파장이 다른 데서 기인한다.




어둠 속에서 자외선을 비추면 원래는 아름다운 청색의 블루다이아몬드가 몇 분 동안 붉은 인광(phosphorescence)을 발한다. 이것은 다이아몬드 속의 전자가 자외선의 에너지를 흡수하여 가시광선으로서 그것을 방출하기 때문이다. 인광은 자극이 멎은 뒤에도 계속 빛을 내는 것이고, 형광은 자극이 작용하고 있는 사이에만 발광하는 것이다.

그렇다면 청색의 호프 다이아몬드가 자외선을 쪼이면 선명한 붉은 인광을 발하는 이유는 무엇일까. 그것은 660nm(나노미터)의 빛이 훨씬 많기 때문인 것으로 밝혀졌다. 스미스소니언 박물관의 제프리 포스트 박사팀과 해군연구소의 연구에 따르면, 45.52캐럿짜리 이 호프 다이아몬드에 백색광을 쪼이면 푸른빛을 내고 자외선을 쪼이면 붉은빛을 스스로 내는데, 붉은빛을 낼 경우에는 660nm 파장의 빛이 강했다고 한다. 블루다이아몬드에서 붉은 발광이 일어나는 현상은 아주 드문 일이다. 그래서 66개의 다른 블루다이아몬드에도 자외선을 쬐어 보았더니 미세하지만 저마다 다른 푸른빛이나 핑크빛을 나타냈는데, 이때는 500nm 파장의 빛이 더 강했다고 한다.

연구팀은 블루다이아몬드가 내는 이런 빛의 특성은 다이아몬드를 하나하나 구별하는 데 일종의 ‘지문’처럼 쓸 수 있다고 말한다. 또한 인공적으로 만든 가짜 다이아몬드를 찾아내는 데에도 한몫한다. 인공적으로 만든 블루다이아몬드는 인광과 같은 현상이 일어나지 않기 때문이다. 컬러 다이아몬드는 비싸게 거래되기 때문에 다이아몬드에 인공적으로 색을 넣기도 한다. 천연 다이아몬드에 방사선을 쏘여 결정 구조를 조금이라도 뒤틀리게 하면 색을 띠게 된다. 이런 다이아몬드를 간혹 천연 컬러 다이아몬드로 착각하기도 한다.

숯과 다이아몬드는 그 원소가 탄소로 구성돼 원소기호(C)가 똑같다. 그 똑같은 원소가 하나는 아름다움의 상징인 다이아몬드가 되고, 다른 하나는 보잘 것 없는 검은 덩어리에 머물러 있다. 그 이유는 탄소 원자의 완전히 다른 배열과 결합 방식에 있다. 같은 원소를 가지고도 전혀 다른 물질을 만들어내는 과학 원리가 참 신기하면서도 우리의 삶과 비슷하다는 느낌을 받는다. 삶은 다이아몬드라는 아름다움을 통째로 선물하지 않는다. 단지 가꾸는 사람에 따라 다이아몬드가 될 수도 있고 숯이 될 수도 있는 씨앗을 선물할 뿐이니 말이다.

글 : 김형자 과학칼럼니스트


ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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