손목에 차고만 있어도 전기가 생긴다?

애플 워치, 구글 글래스, 삼성전자 기어 핏, 샤오미 미밴드…. 
요즘 핫한 디바이스들이다. 이들을 ‘웨어러블 기기’라고 부른다. 다소 거창하지만 그냥 안경, 시계, 밴드를 전자기기로 만든 것이다. 몸에 부착시켜 착용할 수 있다는 뜻에서 ‘입는’이라는 의미를 지닌 ‘웨어러블(wearable)’을 붙였다. 

벌써 수 년 전부터 과학기술계에 회자됐던 웨어러블 기기는 애플, 삼성 등 굴지의 IT 대기업들이 최근 손목에 부착하는 시계 형태로 제품을 내놓으면서 많은 관심을 받고 있다. 인터넷에선 이미 ‘얼리어답터’들의 제품 소개글이 터진 봇물처럼 쏟아져 나온다. 

웨어러블 기기의 가장 큰 단점은 무엇일까. 사용성, 효율성, 호환성, 연결성, 응용성 등이 부족하다는 게 다양한 전문가들의 의견이다. 이런 문제점은 혈압, 체온, 수면 패턴 등을 실시간으로 체크하는 헬스케어 디바이스들이 나오고 스마트폰이나 이미지, 영상 등과 웨어러블 디바이스 연동 기능 등 다양한 기능으로 해결할 수 있다. 

그것보다 더 중요한 것은 바로 배터리다. 지금도 스마트폰 배터리의 수명 문제는 난제다. 항시 몸에 착용해야 하는 웨어러블 기기는 두말할 것도 없다. 이런 상황에서 국내 연구진이 체온을 이용해 전기를 충전하는 기술을 세계 최초로 개발, 유네스코가 선정한 ‘세상을 바꿀 10대 기술’ 영예의 그랑프리 대상을 받아 주목받고 있다. 

■ 상상이 현실로…, 체온 차이로 전기 생산 

주인공은 바로 카이스트 조병진 교수팀이다. 유네스코는 디지털 기술의 사회적·문화적 영향을 예측하는 기관인 ‘넷엑스플로(Netexplo)’와 공동으로 2008년부터 매년 전 세계 200여 명의 전문가·기업인 패널 투표를 통해 ‘세상을 바꿀 10대 기술’을 선정, 네티즌 투표 등을 통해 10대 기술 중 1위에 그랑프리상을 수여하고 있다. 

지난해 3월 에너지 환경 분야 국제학술지인 ‘에너지 및 환경과학(Energy & Exvironmental Science)’ 온라인판에 속보로 실린 조 교수 연구팀의 기술은 사람의 체온에 의해 생긴 온도차를 이용해 전기를 생산하는 기술이다. 

이 기술은 열전소자를 유리섬유 위에 부착해 착용할 수 있는 형태로 만들었다. 가로, 세로 각 10cm의 밴드로 만들어 팔에 부착하면 외부 기온이 영상 20도일 때, 약 40mW(밀리와트, 1000분의 1와트)의 전력을 생산할 수 있다. 윗옷 크기 정도로 만들면 약 2W의 전력 생산이 가능해 휴대전화 충전도 할 수 있다. 

전기소자를 이용해 전력을 생산하는 기술은 기존에도 있었다. 누르는 힘(압력)을 이용한 압전소자 기술, 마찰전기 효과를 이용한 기술 등이 대표적이다. 이 중 마찰전기 효과는 올해 초 싱가포르국립대 연구진이 발표하기도 했다. 이 기술은 50nm(나노미터) 두께의 금 박막 위에 실리콘 고무로 된 층을 씌웠는데 이 실리콘 표면에 수천 개의 작은 돌기를 만들었다. 말하거나 팔을 구부리는 행동을 할 때 이 돌기와 마찰을 일으켜 전기를 생산하는 방식이다. 

압전 기술에 비해 조 교수의 열전 소자 기술과 싱가포르국립대 연구진의 마찰전기 기술은 웨어러블 기기에 더 적합하다. 그러나 조 교수의 기술은 입고만 있어도 전기 생산이 가능하다는 점에서 더욱 빨리 상용화할 가능성이 크다. 실제로 조 교수는 지난해 9월 ‘태그웨이’라는 벤처를 창업, 다양한 기업들과 상용화를 모색하고 있다. 

■ ‘사물이 서로 대화하는 기술’이 세상을 바꾼다? 

조 교수의 대상 수상이 스마트(웨어러블) 기기의 짧은 배터리 수명 문제 개선에 대한 기대감을 보여줬다면 나머지 기술은 사물과 사물이 통신하는 다양한 ‘사물 인터넷’ 기술이 대거 선정됐다. 

대표적인 것이 중국의 바이두라는 인터넷 기업이 개발한 센서가 달린 젓가락, 이스라엘 스키오(SCIO)사(社)가 개발한 라이터 크기의 분자 스캐너다. 센서가 달린 젓가락은 여러 음식 성분을 분석해 스마트폰으로 그 정보를 전송해 준다. 음식의 온도, 부패 여부, 산성도 등을 측정한다. 스키오사의 분자 스캐너도 스마트폰과 연동된다. 분석기를 어떤 물질에 가져다 대면 인터넷 데이터베이스에 축적된 정보와 대조해 화학적 구성이나 칼로리, 음식의 변질 여부, 의약품의 진품 여부 등을 가려낸다. 그만큼 먹을거리의 안전과 건강 등에 최근 관심이 높아지고 있다는 점을 보여주고 있다. 

미국의 레인포레스트커넥션 재단이 만든 불법 벌목 감시 기술도 빼놓을 수 없다. 음향 감지 기술을 통해 5분 안에 반경 1km 내 불법 벌목을 알 수 있는데, 나무를 벨 때 나는 소리를 수집, 숲 관리자들의 디바이스로 자동으로 알려주는 사물인터넷 기술이다. 

■ 공공의 목적, 학습/교육 웹, 앱 서비스도 선정 

이밖에 새로운 개념과 공공의 목적을 위한 스마트폰 앱 기술도 선정됐다. 칠레의 카포스스파사(社)의 스마트폰 앱은 자전거를 타고 다니면서 자전거 친화 도시를 만들기 위한 데이터베이스를 모으는 기술이다. 

특히 전 세계적인 위협이 되고 있는 에볼라 바이러스의 정보를 알 수 있는 앱 기술도 이번에 선정됐다. 나이지리아 보건부가 개발한 이 앱은 에볼라의 발병 시간과 위치정보를 실시간으로 알려주며 보건부 직원들이 빠르게 대응할 수 있도록 고안됐다. 구글이 검색엔진을 통해 집계된 데이터로 전염병 관리예방 시스템으로 만들었던 이른바 ‘구글 플루’와 유사한 기술이다. 

미국의 브랜칭마인즈 재단이 만든 인터넷 기술도 있다. 학생 개인의 학습 내역을 기록하고 목표 달성을 돕는 서비스로 개인 학습의 어려움을 교사와 부모가 매우 구체적으로 파악할 수 있도록 도와준다. 크로아티아의 마이크로블링크 사(社)가 개발한 스마트폰 카메라로 방정식을 찍으면 푸는 과정과 해답을 보여주는 앱도 선정됐다. 

이밖에 미국 슬랙 사(社)의 이메일이나 SNS 등을 한데 모아서 보여주는 서비스, 토고 위우랩 사(社)의 재활용 부품으로 만든 3D프린터 등도 이번 유네스코 선정 세상을 바꿀 10대 기술에 선정돼 관심을 끌었다. 과연 이 기술들이 우리를 어떤 세상으로 안내할지, 미래의 모습이 사뭇 궁금해진다. 

글 : 김민수 과학칼럼니스트

저작자 표시 비영리 변경 금지
신고
지난 1월 2일 고(故) 최요삼 선수가 뇌사판정을 받았다. 최 선수는 12월 25일 인터콘티넨탈 플라이급(50.8kg) 타이틀 1차 방어전에서 상대 선수를 압도하며 심판 전원일치로 3-0 판정승을 거뒀다. 하지만 경기 직후 의식을 잃고 순천향병원으로 이송됐다. 경기 도중 받은 충격으로 뇌출혈이 일어난 것이다.

많은 사람들의 염원에도 불구하고 최 선수는 끝내 깨어나지 못했다. 뇌사 판정을 받은 날 자정에 장기적출을 해 공식적으로는 1월 3일 생을 마감했다. 최 선수와 가족의 동의로 6명이 새 생명을 얻었다. 최 선수의 고귀한 희생 덕분에 뇌사와 장기이식에 대한 관심이 커지고 있다.

1968년 미국 하버드 의과대학은 특별보고서를 통해 뇌사를 ‘Irreversible Coma’(비가역적 혼수상태)라고 정의했다. 즉 뇌가 영원히 기능을 상실한 상태를 말한다. 특히 심장 박동이나 호흡처럼 생명 유지에 필수적인 역할을 하는 뇌간이 죽었다. 따라서 뇌사가 일어나면 필연적으로 심장이 멎어 죽음에 이른다. 인공호흡기에 의해 얼마동안 호흡과 심장박동을 연장할 수 있지만 회복할 가능성은 없다.

이점에서 뇌사는 식물인간과 다르다. 식물인간은 뇌의 일부가 손상을 입어 의식이 없지만 뇌간은 생생히 살아있다. 인공호흡기가 없어도 자발적으로 호흡할 수 있고, 가끔 눈을 깜박이거나 신음소리를 내기도 한다. 수개월이나 수년 뒤에 기적적으로 깨어나는 경우가 종종 있어 식물인간은 장기기증 대상이 될 수 없다.

우리나라에서 뇌사는 장기이식을 전제로 할 때만 인정된다. 장기이식을 하려면 가능한 ‘건강한’ 상태의 장기를 얻는 것이 필수다. 그만큼 뇌사판정은 신속하고, 정확하게 이뤄져야 한다. 2002년 개정된 ‘장기등 이식에 관한 법률’에 의해 뇌사판정에는 엄격한 기준이 적용된다.

우선 체온이 32℃ 이하로 떨어진 저체온상태나 저혈압 등으로 인한 쇼크 상태가 아니어야 한다. 마취제 같은 약물중독이나 저혈당 같은 내분비 장애가 있어도 안 된다. 이런 상태에서는 뇌사가 아님에도 뇌사로 오판할 가능성이 있기 때문이다. 또 원인이 확실한 뇌의 손상이 있고 인공호흡기로만 호흡이 유지되어야 하는 것이 전제 조건이다.

이 조건 아래 외부자극에 반응이 전혀 없는지, 스스로 호흡하는 기능이 완전히 없어졌는지, 동공이 열려있는지, 뇌간반사가 완전히 소실됐는지 등을 검사한다. 뇌간반사란 대뇌를 거치지 않고 일어나는 반사다. 의식이 없어도 뇌간이 살아있으면 빛을 비추면 눈동자의 크기가 작아지고, 눈의 각막을 건드리면 눈을 감는 반사가 일어난다. 뇌사한 사람은 이 같은 뇌간반사가 전혀 나타나지 않는다.

이들 항목을 검사한 지 6시간이 지나면 앞의 검사에 참여하지 않은 다른 의사가 다시 검사한다. 그때도 똑같은 결과를 얻으면 뇌파를 검사해 30분 이상 아무런 반응이 나타나지 않은지 확인한다. 뇌사판정검사에 참여하지 않은 전문의 3명 이상을 포함한 6~10명의 뇌사판정위원회가 구성되고 여기서 전원이 찬성하면 최종적으로 뇌사판정이 내려진다. 이때 전문의 중에는 신경과 전문의가 반드시 포함돼야 한다.

뇌사판정이 내려지면 가능한 신속하게 장기적출을 한다. 이때부터는 시간과의 싸움이다. 장기를 척출하면 냉동상태로 보관해 신속히 병원으로 이송한다. 이때 장기를 제공받을 수여자는 이미 수술 준비를 마치고 수술대에 누워있는 상태다. 장기척출과 이식 수술이 순차적으로 맞물려 진행되기 때문에 한순간도 긴장을 늦출 수 없다.

장기이식에서 가장 큰 문제는 면역거부반응이다. 우리 몸의 면역체계는 자신이 아닌 것을 죽이도록 프로그램 돼 있다. 기껏 넣어준 장기가 면역체계에 의해 파괴될 위험이 있는 것이다. 따라서 장기이식을 할 때는 수여자에게 면역억제제를 다량 투여한다. 이때 수여자가 세균의 공격을 받으면 방어할 수단이 없으므로 무균실로 옮겨 철저하게 관리한다.

일단 몸이 이식한 장기를 받아들이면 면역억제제의 양을 줄여도 괜찮지만 평생 면역억제제를 복용해야 한다. 그러나 죽음의 문턱에 있다가 소생한 사람에게 이 정도 부담이 무슨 대수겠는가. 회복이 불가능한 손상을 입었을 때 장기이식은 최후의, 그리고 최선의 치료법이다.

국립장기이식관리센터에 따르면 2007년 장기를 기증한 뇌사자는 모두 148명이다. 매년 조금씩 수가 늘어나고 있지만 장기이식을 기다리는 환자는 이보다 훨씬 빠르게 늘고 있다. 매년 장기이식을 기다리는 100명 중에 불과 1명만 혜택을 받는다. 기다리다 사망에 이르는 경우가 대부분이다. 국내 장기이식 뇌사자의 수는 100만명에 3.1명으로 스페인의 30명, 미국의 25명에 비하면 10분의 1밖에 되지 않는다. 또 우리나라는 본인이 장기이식을 신청했어도 가족이 반대하면 성사되지 못한다.

다행스럽게도 최 선수의 아름다운 기증 소식으로 장기기증 신청자가 평소의 3배나 늘었다고 한다. 최 선수가 일으킨 작은 변화가 계속 이어지려면 장기기증에 대한 부정적인 인식이 바뀌어야 한다. 조금만 생각을 바꾸면 누구나 ‘세상에서 가장 귀한 선물’을 할 수 있다. (글 : 김정훈 과학칼럼니스트)

저작자 표시 비영리 변경 금지
신고
어두운 학교. 친구를 닮은 뒷모습에 반갑게 불렀는데 목만 180도 돌려 쳐다보는 그의 얼굴은…. 영화 속 주인공과 호흡을 맞추다보면 저도 모르게 몸이 굳어지고 가슴이 두근거리고 머리카락이 곤두선다. ‘쿠궁~!’ 하는 효과음에 주인공이 비명을 지르자 여기저기 관객들의 입에서도 “꺄악~!”하는 소리가 터져 나온다.

오싹한 공포영화는 유독 무더위가 기승을 부리는 여름철에 많이 등장한다. 극장가에서는 흉측한 몰골의 귀신이나 잔인한 행위를 일삼는 살인자가 주인공을 뒤쫓고 TV에서도 이에 질세라 흰색 옷에 긴 머리를 늘어뜨린 귀신이 등장하는 한국형 공포드라마를 방영한다. 이들이 강조하는 문구는 언제나 ‘여름 더위를 피해 서늘한 기운을 느끼라’는 납량특집이다.

그런데 공포영화를 보면 정말 시원해질까. 답을 알려면 먼저 우리 몸이 어떻게 추위와 더위를 느끼고 온도를 유지하는지 알아둘 필요가 있다. 인체는 항상 일정한 체온을 유지하려는 메커니즘을 갖고 있다.

뇌의 시상하부에는 체온 감지시스템이 있어 척추, 근육, 혈관, 피부 등에서 온도 변화에 대한 정보를 수집하고 체온이 변할 때마다 수시로 대응책을 마련한다. 예를 들어 외부 온도가 높아지면 호흡이 가빠져 체내의 뜨거운 공기를 내뱉고 외부의 찬 공기를 들이마신다. 또 땀을 증발시켜 열을 방출하기도 한다.

반면 체온이 낮아지면 땀구멍을 닫고 혈액도 피부보다는 근육 쪽 혈관을 통해 흐르도록 해 살갗의 열 손실을 최소화한다. 또 근육을 으스스 떨게 해 열을 낸다.

재미있는 것은 공포영화를 볼 때의 몸은 체온이 떨어졌을 때와 비슷한 과정을 겪는다는 사실이다. 공포영화를 보며 공포와 긴장감을 느끼면 뇌는 경고 신호를 온몸에 보낸다. 아드레날린 호르몬이 분비돼 몸의 경계태세가 강화된다. 소화기관에서 근육으로 피가 쏠리며 소화기관의 활동이 줄어든다. 여차하면 몸을 신속히 피하기 위해서다.

또 에너지 방출을 줄이기 위해 피부의 혈관을 수축시킨다. 그래서 얼굴의 핏기가 가시며 창백해지고 피부에 소름이 돋는다. 근육은 수축돼 으스스한 느낌이 나고 땀샘이 자극돼 식은땀이 난다. 식은땀이 증발하면 몸은 더욱 서늘함을 느낀다. 공포영화가 여름철에 많이 개봉되는 것도 이유가 있는 셈이다.

물론 공포영화의 매력은 단순히 오싹함에만 있는 것은 아니다. 평소 생활에서 쌓인 불안감이나 스트레스는 마음속의 찌꺼기로 남는다. 이를 심리학에서는 ‘잔여긴장’이라고 하는데 이를 해소하는 방법 가운데 하나가 더 큰 공포감을 조성하는 것이다.

신체는 공포와 같은 자극을 받으면 아드레날린이나 도파민 같은 흥분성 신경전달물질을 분비한다. 이때 신체 변화와 함께 짜릿한 쾌감과 카타르시스를 느끼는 것이다. 즉 공포영화는 시원함과 더불어 ‘속 시원함’도 느끼게 해주는 셈이다.

<여름철이면 공포영화를 보러 영화관을 찾는 사람들이 많아진다. 사람은 공포를
느끼면 피부의 혈관이 수축돼 얼굴이 창백해지고 피부에 소름이 돋는다.
근육도 수축돼 으스스한 느낌이 나고 식은땀이 난다. 동아일보 자료사진>


그런데 공포를 이용해 무더위와 스트레스를 날려 보내는 방법은 현대인만의 전유물이었을까. 어쩌면 조상들도 더운 여름 온 동네 사람들이 모깃불에 둘러앉아 입심 좋은 이웃이 풀어놓는 ‘비오는 날의 공동묘지’나 ‘흰 손이 올라오는 화장실’에 대한 얘기를 들으며 오싹한 밤을 보냈을지 모른다.

변변한 냉방시설이 없던 시절 이만한 피서 방법이 또 있을까. 이번 주말 에너지를 폭식하는 에어컨 대신 오싹한 공포영화 한두 편으로 온 가족이 에너지 절약형 피서를 해보는 것은 어떨까.


글 : 유상연 과학칼럼니스트


ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

글이 유익하셨다면 KISTI의 과학향기를 구독해 보세요
저작자 표시 비영리 변경 금지
신고
1 
BLOG main image
생활에 밎줄 긋는 과학이야기♡ -KISTI의 과학향기-
by 과학향기

카테고리

분류 전체보기 (1178)
과학향기 기사 (892)
과학향기 이벤트 (1)
과학향기 독자참여 (1)
이런주제 어때요? (1)

달력

«   2017/10   »
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30 31        
tistory!get rss Tistory Tistory 가입하기!
Clicky Web Analytics

티스토리 툴바