한 권으로 읽는 나노기술의 모든 것

신의 정교함을 닮은 기술이 거대한 흐름을 주도한다.
나노기술은 지금 어디쯤 와 있으며, 우리를 어떠한 미래로 데려다 놓을 것인가.
첨단 기술의 안내자 이인식 과학문화연구소장과 함께하는 나노기술이 예고하는 새로운 세상.

“미국 의회 도서관에 소장된 정보를 한 개의 각설탕 크기의 장치에 집어넣을 수 있는 기술.”
2000년 1월, 미국의 전 대통령 빌 클린턴은 국가나노기술계획을 발표하는 자리에서 나노기술을 이렇게 정의하였다. ‘나노기술’은 원자나 박테리아처럼 눈에 보이지 않는 극미세 단위에서 물질을 다루는 첨단 기술을 말한다. 나노기술은 10억 분의 1미터를 가리키는 단위인 나노미터에서 온 단어이며, ‘나노’는 ‘난쟁이’를 의미하는 그리스어에서 유래했다. 이처럼 작은 단위에서 물질을 다루는 기술이 가능하다면 어떤 일이 벌어질까. 각설탕만큼 작디작은 공간 안에 엄청난 양의 정보를 기록할 수 있는가 하면, 아주 미세한 단위에서 물질을 제어하는 일이 가능하므로 정교한 물건을 만들 수 있을 것이다. 이뿐만이 아니다. 원자와 분자를 조립하는 기계가 허공에서 어떠한 물질이든 만들어 낼 수도 있다. 나노기술은 그야말로 무한한 가능성을 지닌 21세기의 블루칩이라고 해도 과언이 아니다.
처음 나노기술의 아이디어를 제공한 인물은 1960년 양자역학 연구로 노벨상을 받은 미국의 리처드 파인만이다. 그는 1959년 <바닥에는 충부한 공간이 있다>는 강연을 통해 분자의 세계가 모든 종류의 구조물을 만들어 세울 수 있는 건물터가 될 것이라고 예언하였다. 물질의 기초 단위인 원자와 분자를 무한한 공간으로 상상한 리처드 파인만의 주장은, 당시의 과학자들에게는 단순한 공상으로 치부되었다. 그러나 원자를 관찰하고 조작할 수 있는 현미경이 개발되고 다양한 분야에 응용이 가능한 나노물질이 발견되면서 나노기술은 혁신적으로 발전하기 시작했으며, 오늘날에는 21세기 혁명을 이끌 핵심 기술로 손꼽히고 있다.
세계는 지금 나노기술에 주목하고 있다. 나노기술의 주도권 경쟁이 나날이 치열해지고 있는 가운데 각 나라에서는 나노기술 연구에 막대한 예산을 투입하고 있다. 우리나라도 김대중 전 대통령이 2000년에 열린 국가과학기술위원회 제6차 회의를 주재하면서 “정보기술, 생명공학기술, 전통산업을 연결하여 우리 경제를 세계의 선두로 이끌어 가는 개혁에 대해 좀 더 연구해 주기 바란다. 나노기술을 잘 활용해야 정보기술의 효율을 높이는 데 도움이 될 것”이라며 나노기술에 대해 처음 언급함으로써, 나노기술이 국가적 차원의 관심사로 부상되기 시작했다(74쪽).
나노기술은 우리가 물질을 다루는 방법을 바꾸는 데 그치지 않고 사회의 모든 부문에서 혁명적인 변화를 초래할 것으로 전망된다. 인류의 삶과 미래를 혁명적으로 바꾸어 놓을 나노기술. 이 책 <한 권으로 읽는 나노기술의 모든 것>은, 우리 모두가 21세기의 교양으로 알아두어야 할 나노기술의 모든 것을 쉽고 재미있게 설명한다. 보이지 않는 세계에서 온 미래는 우리를 어떻게 바꾸어 놓을 것인가. 나노 기술의 탄생과 전망, 이 모든 것을 한 권의 책으로 읽는다.

“인류의 삶과 미래를 혁명적으로 바꾸어 놓은 과학기술로는 나노기술이 맨 먼저 손꼽힌다. 나노미터의 세계에서는 인간의 상상력을 뛰어넘는 일이 펼쳐질 것임에 틀림없다. 하지만 나노기술은 그 역사가 길지 않아 일반 독자들이 쉽게 접근할 수 있는 교양도서를 찾아보기 힘든 실정이다. 이 책은 누구나 나노기술의 이모저모를 한눈에 살펴볼 수 있도록 마련된 개론서이다.”
―저자 이인식

“초소형 인공 적혈구가 혈류를 돌아다니며 산소를 공급한다.”
“배기구 속에 사는 나노로봇이 매연을 먹어치운다.”
나노기술의 탄생과 현재를 짚어 보고, 나노기술이 가져다줄 미래를 균형 있게 조망한 최고의 미래교양서.

● 원자를 손으로 만지듯이 다룬다. 신의 정교함을 따라잡는 나노기술
● 나노기술의 아이디어를 제공한 리처드 파인만, 나노기술의 미래를 구상한 에릭 드렉슬러
● 자연을 닮은 나노물질. 연잎 표면, 도마뱀붙이의 발바닥을 본뜬 생체모방공학
● 나노기술은 환경오염의 해결책이 될 수 있을 것인가
● 생명연장의 꿈이 현실로. 혈관을 누비는 의학용 나노로봇
● 21세기의 미라는 깨어날 것인가. 인체 냉동보존술의 핵심은 나노기술이다
● 우리는 미래에 필요 없는 존재가 될 것인가. 자기복제하는 나노로봇 떼가 세상을 뒤덮는다면

일반 독자를 위한 최초의 나노기술 개론서인 <한 권으로 읽는 나노기술>. 7개의 부로 나누어진 이 책은 나노기술의 어제와 오늘, 그리고 미래가 망라되어 있다. 나노기술의 큰 흐름을 읽어 낸 이 책에는 나노물질인 탄소나노튜브의 반도체 성질을 발견한 서울대의 임지순 교수(72쪽), 도마뱀붙이의 발바닥을 응용한 로봇을 만든 스탠퍼드 대학의 김상배 연구원(103쪽), 약물 전달 기술에 활용될 형광빛을 내는 나노튜브를 개발한 카이스트의 박찬범 교수(123쪽), 이론적으로 가장 얇은 제올라이트(나노기술을 이용한 여과 장치)를 세계 최초로 합성하는 데 성공한 카이스트의 유룡 교수(144쪽)등, 나노기술 발전에 공헌한 국내 과학기술자들의 업적이 소개되어 있다.
1부 ‘나노미터의 세계’는 원자와 분자의 세계를 다룬다. 물질을 점점 더 작은 단위로 쪼개어 들어가면, 나노 크기의 미시세계인 원자와 분자를 만나게 된다. 1부에서는 원자와 분자의 개념을 설명하고, 생명체를 이루는 가장 작은 분자인 단백질과 그 속에 담긴 유전자에 대해 자세히 소개한다. 몇 개의 단순한 물질로 이루어진 단백질 분자는 몸속에서 다양한 기능을 수행하고, 조상으로부터 내려온 막대한 양의 유전 정보를 저장하기도 한다. 이러한 생명체의 메커니즘이야말로 나노기술의 개념을 완벽하게 구현하고 있다고 할 수 있다. 실제로 나노기술은 생명에서 일어나는 자연현상에서 영감을 얻어 발전해 왔다.
2부는 나노기술의 탄생을 소개한다. 1959년 나노기술의 아이디어를 제시한 리처드 파인만의 강연부터, 나노기술이 가져올 미래의 모습을 구상한 에릭 드렉슬러, 그리고 전 세계가 나노기술을 21세기를 바꾸어 놓을 신기술로 주목하기까지, 나노기술 탄생의 역사를 정리하고 있다.

오늘날 우리가 물건을 만드는 방식은 원자를 덩어리로 움직인다. 그러나 나노기술은 원자 하나하나까지 설계 명세서에 따라 만들 수 있으므로 물질의 구조를 완벽하게 통제할 수 있다. 드렉슬러는 다수의 어셈블러가 함께 작업하여 모든 제품을 생산하는 미래의 제조 방식을 ‘분자 제조’라고 명명했다.
분자 제조 기술이 산업에 미칠 영향은 한두 가지가 아니다. 먼저 나노기술로 원자 수준까지 물질의 구조를 제어하기 때문에 우리가 상상할 수 없을 정도로 다양하고 새로운 제품을 만들게 될 것이다. 또한 고장이 극히 적은 양질의 제품 생산이 가능할 듯하다. 제품에 고장이 발생하려면 수많은 원자가 제자리를 벗어나야 한다. 그러나 나노기술로는 제품의 설계와 생산 공정에서 원자 하나하나를 완전무결하게 통제하기 때문에 신뢰성이 높은 제품의 출하가 기대된다.(64쪽)

3부, 4부, 5부에는 나노기술이 활용되고 있는 사례를 간추려 놓았다. 21세기의 신기술은 나노기술을 통해서 이루어질 것으로 보인다. 기존의 기술이 나노기술과 접목되면서 시너지 효과를 발생시키는 것이다. 나노기술은 신생 기술이므로 그 가능성을 실현시키기 위해 여러 가지 접근 방법이 시도되고 있다. 먼저 나노기술은 산업재의 효율성을 높이는 데 사용된다. 선박의 주요 장치에 열에 잘 견디고 윤활 기능을 가진 나노입자를 입히면 선박의 효율이 향상될 뿐만 아니라 마모를 줄일 수 있다. 또한 선박의 선체에 나노입자를 입히면 부식이 방지되고 조개 따위가 달라붙지 않아 연료비가 절감된다(92쪽).
환경에 해가 되는 독성 물질을 탐지하고 제거하는 나노바이오센서의 활용도 기대된다. 환경오염을 막기 위해 나노바이오센서를 투입할 수 있는 분야는 한두 가지가 아니다. 나노바이오센서는 공장에서 배출되는 폐수의 감시에서부터 의약품이나 화학품의 독성 검사 또는 식품의 품질 검사에 이르기까지 다양하게 활용된다. 나노기술이 환경오염의 새로운 해결책으로 떠오르고 있는 이유이다(141쪽).
나노기술의 활용이 기대되는 또 다른 분야는 나노의학이다. 인체의 질병은 대개 나노미터 수준에서 발생한다. 바이러스는 가공할 만한 나노기계라 할 수 있기 때문이다. 이러한 자연의 나노기계를 인공의 나노기계로 물리치는 방법 말고는 더 효과적인 전략이 없다는 생각이 나노의학의 출발점이다(64쪽).

오늘날 암을 치료하는 항암제의 경우, 종양 부위의 세포만을 공격하는 것이 아니라 환자의 몸 전체를 강타한다. 이러한 화학요법의 부작용을 나노기술로 해결하여 세계적 명성을 획득한 인물은 미국의 로버트 랭어이다. 랭어는 항암제를 특정 부위에만 전달하여 종양만을 공격하고 다른 부위에는 타격을 주지 않는 약물 전달 방법을 고안했다. 약물 분자를 몸속으로 주사하지 않고 폴리머 같은 물체 안에 집어넣어 입안으로 삼키면 폴리머 구조가 열리면서 약물이 몸 안으로 방출된다. 이 방법을 사용하면 하루에 한 번 또는 일주일에 한 번만 약을 먹더라도 오랜 시간 약물이 조금씩 연속적으로 병든 부위에만 전달되므로 암 치료에 효과적이다.(119쪽)

나노기술의 미래는 나노로봇과 어셈블러에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. 나노로봇은 6부에 묘사되어 있다. 나노로봇의 활약이 가장 기대되는 분야는 의학이다. 극미세 나노로봇이 개발되면, 몸속을 돌아다니는 나노로봇이 바이러스를 퇴치하고, 고압 산소가 압축된 초소형 인공 적혈구가 혈류를 따라 흐르며 산소를 공급할 것으로 전망된다(157쪽). 또한 손상된 세포를 수리하는 나노로봇의 세포 수복 기술은 냉동인간의 소생을 가능케 할 핵심 기술로 여겨지고 있다(163쪽).
7부에서는 어셈블러를 소개하고 어셈블러의 실현 가능성과 위험성을 진단한다. 에릭 드렉슬러가 제안한 어셈블러는 적절한 원자를 찾아내서 적절한 위치에 옮겨 놓을 수 있는 분자 수준의 조립 기계이다. 최초의 어셈블러는 또 다른 어셈블러를 만들어 내고, 이 과정이 되풀이되면서 어셈블러의 수는 기하급수적으로 늘어난다. 이렇게 수십억 개의 어셈블러가 만들어지면 결국 일정한 크기가 되는 제품을 만들 수 있다. 그러나 어셈블러의 실현 가능성을 두고서는 과학자들마다 의견이 분분하다. 어셈블러의 실현 가능성을 두고 논쟁을 벌인 리처드 스몰리와 에릭 드렉슬러의 사례를 소개한다(183쪽).
만약 자기복제가 가능한 어셈블러가 무한대로 증식하면 어떠한 일이 벌어질 것인가. 자기증식하는 나노기계가 무리를 형성하여 지능을 가진 존재처럼 행동하고, 전 지구를 뒤덮어 버려 인류의 생존을 위협할 수도 있다. 미래에는 인간이 더 이상 필요하지 않은 재앙과 같은 상황이 올 수도 있음을 학자들은 경고하고 있다(189쪽).

“한층 더 두려운 사실은 나노로봇이 서로 의사소통을 할 수 있는 능력을 발전시킬 것이라는 점이다. 아마도 나노로봇은 집단을 형성할 것이고 이러한 나노로봇 떼는 원시적인 신경체계를 구축하게 될 것이다. 아마도 그들은 사전적인 의미에서 정말로 ‘살아 있는’ 상태가 될지도 모른다. 그렇게 되면 나노로봇이 출현한 사회에 대한 우려를 제기한 빌 조이의 잊을 수 없는 말처럼, 미래는 우리 인간을 더 이상 필요로 하지 않을 것이다.”(193쪽)

나노기술은 눈부신 발전을 거듭하며 상당한 성과를 거두어 가고 있으며, 우리는 이미 나노기술이 도입된 세계를 살고 있다. 나노기술은 우리에게 어떤 미래를 예고하는가. 이 책은 나노기술의 탄생과 현재를 짚어 보고, 나노기술이 가져다줄 미래를 균형 있게 조망한 최고의 미래교양서이다.