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▒ 동서울터미널에서 20일 오전 7시 영월행 첫 고속버스를 탔습니다. 강원도 산골 첩첩 산중을 향해 2시간 10여 분 간 달려 영월군 시외버스터미널에 도착했습니다. 마차초등학교 교무실에서 근무하는 조미숙 선생님이 차를 갖고 마중 나오셨습니다. 동강을 뒤로 하고 영월군 북면을 향해 달렸습니다. 어느 새 진초록으로 물든 산들이 시야를 압도했습니다. 눈이 시원했습니다. 감탄사를 연발하자 조선생님은 “여기에 흰 눈이 내렸다고 상상해 보세요. 또 가을 단풍은 어떻고요.”라고 맞장구를 치셨습니다. ▒ 길가에 송어양식장과 레프팅 관광코스를 안내하는 표지판이 군데군데 서 있었습니다. 작은 아버지 수양대군에 의해 왕위를 빼앗기고 영월 청령포에서 유배생활을 하다가 17세의 어린 나이에 죽임을 당한 비운의 조선 국왕 단종의 묘인 장릉(莊陵), 폐교를 개조해서 만든 곤충박물관 앞을 지나쳤습니다. 약20분간 달려 마차리 마차초등학교에 도달했습니다. 조선생님은 “학교 주변의 개울에도 송어들이 자라고 있는 데 자연산과 다름없다”고 자랑하셨습니다. 마차초등학교는 교사 수가 교장선생님을 포함해 모두 네 분밖에 안되고 전교생 수도 21명 밖에 안되는 작은 학교입니다. 1,2학년, 3,4학년, 5,6학년이 3개의 복합반으로 나뉘어 수업을 하고 있습니다. 이 날 문곡초등학교 등 3개 분교 전교생 21명이 이 행사에 함께 참여했습니다. 하지만 분교생들은 마차초등학교에서 점심식사를 함께 할 수 있는 여건이 안됐기 때문에 아쉽게도 오전 수업만 마치고 돌아가야만 했습니다. ▒ 한국기초과학지원연구원(이하 기초연)의 이석훈박사님과 박문영 연구원님은 전날인 19일 오전 10시 대전을 출발, 오후 영월군에 도착하신 다음 그 곳에서 하룻밤을 주무셨습니다. 20일 오전 9시부터 ‘전자현미경 체험교실’을 진행하기 위해서였습니다. 두 분은 일찌감치 학교에 나오셔서 마차초등학교와 강원대학교 내 기초연 춘천센터를 인터넷 화상으로 연결하고 전자현미경을 이용한 원격 관찰실험 준비를 마치셨습니다. 한편 춘천센터에서는 박한나 연구원님이 관찰 대상 곤충을 준비해 놓고 화상을 통해 학생들과 인사를 나누셨습니다. ▒ 올해 46세인 이석훈 박사님은 서울대 지질과학과를 졸업하시고 동대학원에서 박사학위를 취득하셨습니다. 1989년부터 기초연의 나노환경연구부, 전자현미경연구부 부장 등을 역임하신 이 박사님은 지난 2005년부터 ‘초미세의 세계와 전자현미경’, ‘마이크로 세계에서 나노 세계까지’ 등 나노기술에서 생명, 초전도물성, 에너지, 환경 분야에 이르기까지 과학 대중화를 위한 도서를 15권이나 발간하셨습니다. ▒ 기초연은, 수학을 뺀 나머지 기초과학 즉 화학, 물리, 생물, 지구과학(특히 생명과학, 나노과학, 환경과학) 분야의 국내외 과학자들이 필요한 고가의 최첨단 연구 장비 및 시설 등을 이용할 수 있도록 대덕 본원을 비롯, 서울센터 등 전국 10개 지역센터를 통해 지원하고 있는 정부출연연구기관입니다. 이 박사님은 첨단 과학 장비들 가운데서도 특히 전자현미경 분야의 전문가이십니다. 전자현미경을 통해 마이크로나 나노와 같은 미세세계를 늘 들여다보시기 때문인지 세상을 보는 시야와 인식의 지평이 보통 사람들에 비해 훨씬 더 넓어 보이십니다. 뿐만 아니라 나노기술을 이용한 고부가가치 산업과 새로운 나노문명의 패러다임이 몰고 올 혁명적인 변화를 훤히 읽고 계십니다. ▒ 이박사님은 20세기가 ‘반도체 시대’였다면 21세기는 정보기술과 의료생명기술이 접목된 ‘나노기술의 시대’가 될 것이라고 예견하셨습니다. 또 학생들에게 “‘나노(nano)'는 그리스어로 ‘난쟁이’란 뜻의 어원을 가졌다”면서 이렇게 설명하셨습니다. “1나노란 10억분의 1m로 머리카락 굵기의 10만분의 1 크기입니다. 지구 지름이 1m 라면 1 나노미터(nm)는 탁구공 보다 작은 크기입니다. 또 1m가 지구에서 달까지 거리라면 1nm는 어린아이의 한 걸음 에 해당하는 거리입니다. 따라서 나노기술이란 원자나 분자를 제어해서 새로운 특성과 기능을 가진 물질을 제조하는 미래 산업의 기반기술입니다.” ▒ “나노기술은, 이미 지난 1980년대 초 스위스 IBM 연구진이 핀셋으로 물건을 집듯이 탐침으로 원자 하나하나를 제어해 회사로고를 새긴 주사터널링현미경(STM)을 개발함으로써 처음 세상에 알려졌습니다. 1985년에는 리처드 스몰리가 전자현미경 관찰 중 탄소 60개로 된 공 모양의 ‘플러렌’을 발견해 최초의 나노물질을 개발한 과학자로 기록됐습니다. 이듬해인 1986년 에릭 드렉슬러가 ‘나노기술’이란 용어를 처음 사용했고 1991년 일본의 수미오 이지마가 강철에 비해 무게는 1/6에 불과하지만 100배나 더 강한 탄소나노튜브를 개발, 본격적인 나노기술시대로 진입했습니다.”이 박사님은 대충 이런 내용을 사진을 통해 간략하게 설명해 주셨습니다. ▒ 이 박사님은 학생들에게 “석탄과 흑연, 다이아몬드는 모두 탄소로 구성돼 있지만 왜 다른가”라고 물으시고 “결정 구조에서 차이가 나기 때문에 그 물성과 가치에서도 엄청난 차이가 나는 것”이라고 답해 주셨습니다. 따라서 같은 조성의 물질이라도 나노기술을 이용, 원자 배열이나 분자의 형성구조를 달리하면 물성이 다른 고부가가치의 신물질을 만들 수 있다는 것입니다. 이를테면 하나의 칩에 수많은 회로를 집적시킨 초고밀도집적회로(VLSI)를 이용하면 연산 및 프로그래밍 속도가 수 조배나 더 빠른 개인용 컴퓨터를 만들 수 있다고 합니다. ▒ 이 박사님은 “이런 고집적기술은 이동성이 뛰어나고 편리할 뿐만 아니라 자원절약과 환경오염물질의 배출감소, 업무의 효율화에도 도움이 된다”고 설명하셨습니다. 게다가 타 산업과 접목돼 동반 발전할 가능성도 클 것이라며 이렇게 전망하셨습니다. “‘손목시계 컴퓨터’는 곧 상용화 할 것입니다. 몸 속 혈관을 따라 움직이는 마이크로 치료용 로봇이 개발되면 수술 없이도 질병을 치료할 수 있습니다. 암환자에게 자석물질을 씌운 나노크기의 약물 캡슐을 복용케 한 후 몸 밖에서 자석을 걸어주면 약물이 암세포에만 선택적으로 전달되기 때문에 엉뚱하게 환자의 머리카락이 빠지게 하는 등의 부작용을 방지할 수 있을 것입니다.” ▒ 이 박사님은 또 “눈에 보이지 않는 나노 크기의 물질이 제대로 만들어졌는지, 원하는 성능이 제대로 발현하는지 등을 평가하려면 원자현미경, 전자현미경의 도움이 절대적으로 필요하다”고 강조하셨습니다. “전자현미경은 0.1nm 크기의 물질의 특성도 평가할 수 있습니다. 예컨대 자연에서 가장 적합한 형태로 적응해 살아가고 있는 생물들의 미세구조의 특징을 관찰해 이를 신물질 개발에 활용하기도 합니다. 상어 지느러미의 돌기형상을 이용한 수영복 개발 등이 그 좋은 예입니다. 따라서 나노기술이 개발되고 관련 산업이 성장하려면 전자현미경의 활용기술도 함께 발달해야 합니다.” ▒ 이박사님의 강연에 이어 학생들은 박문영, 박한나 연구원의 지도 아래 인터넷 화상을 통해 전자현미경 원격실험을 체험했습니다. 박연구원은 미리 준비한 초파리의 몸을 전자현미경 아래 갖다 놓고 점점 확대했습니다. 초파리의 눈이 1650 배율로 확대되자 학생들은 ‘징그럽다’며 한 손으로 눈을 가리면서도 놀라움에 연방 탄성을 질렀습니다. 박연구원은 초파리의 얼굴, 날개 퇴화 부위, 날개 지지구조, 숨구멍(기문) 등 온 몸 구석구석을 보여 주시며 학생들의 호기심을 자극했습니다. ▒ 과학기기 증정식을 마친 후 오전 10시 40분부터는 KAIST가 개발한 학습로봇 생산 교육 벤처기업인 ‘(주)카이맥스’의 ‘로봇과학교실’이 이어졌습니다. 서울 구로구 구로동에 위치한 이 회사는 KAIST 전기 및 전자공학과 김종환 교수를 비롯한 10여 명의 연구원들이 청소년을 위해 개발한 ‘카이로봇’을 생산, 교육하는 업체입니다. 또한 청주교육대학교의 정병훈 박사팀과 공동으로 초등학생에서 고등학생에 이르기까지 학습발달 수준에 맞춘 단계별 과학교육프로그램 및 교재, 교구를 개발, 전국 규모의 교육센터 네트워크를 통해 방과 후 로봇 (영재)과학교육을 하고 있습니다. ▒ 로봇은 극한 상황에서 뿐만 아니라 일상생활에서 인간을 대신해 일정한 일을 반복, 수행하도록 프로그램 된 자동 전자기기입니다. 특히 로봇은 학생들이 교과서에서 배운 전기 및 전자학, 기계학 등 과학 관련 이론 지식을 실제 모형에 적용해 봄으로써 개념학습 및 탐구학습을 할 수 있는 창의적인 교육자료입니다. 미국, 일본 등 일부 선진국 학교들은 이미 로봇이라는 흥미로운 소재를 통해 자연스럽게 좌,우뇌의 발달을 도와 사고력을 촉진하고 있습니다. 학생들은 로봇을 만들고 작동시키는 동안 사물을 자세히 관찰합니다. 주어진 문제의 본질을 파악한 다음, 다양한 아이디어를 내어 기계구조(기어)를 변화, 조정하는 등 상황에 따라 여러 각도에서 접근 방법을 찾습니다. 아이디어의 타당성과 적용 가능성, 실행을 위해 선택된 것들에 대한 평가, 프로그램의 논리적 오류나 기계적 결함을 찾는 등 문제해결 과정에서 논리력과 창의력을 키우게 되므로 잠재된 영재성을 계발할 수 있습니다. ▒ 이 날 학생들이 체험한 로봇은 ‘카이라이더’ 로봇입니다. 바닥에 그려져 있는 까만 길을 자동으로 따라 가는 비(非)프로그램 ‘라인트레이서 로봇(line tracer robot)’입니다. 실제 산업 물류현장에서 화물을 운송하는 ‘무인반송차’의 기본원리로 작동됩니다. ‘라인트레이서 로봇’은 컴퓨터로 프로그램한 로봇이 주행하면서 길 위의 여러 특정 위치에서 미리 정해진 임무를 수행하는 ‘프로그램 라인트레이서 로봇’과, 컴퓨터로 프로그램하지 않은 로봇이 검은 색 길을 센서로 감지하며 따라가는 ‘비프로그램 라인트레이서 로봇’으로 구분됩니다. 원래는 학생들이 집적회로(IC), 저항, 다이오드, 콘덴서, 트랜지스터 등 로봇에 필요한 부품과 사양들을 직접 선택해야 하지만 이 날은 시간 관계상 이미 반제작된 로봇을 제공받았습니다. ▒ 로봇은 제어를 담당하는 두뇌 CPU와 하드웨어 몸체, 명령을 전달해서 움직임 등으로 표현하는 구동기(controler) 등 3부분으로 구성돼 있습니다. 제작 과정에서 메인 보드의 볼트, 너트의 조임의 세기로 속도를 알맞게 조절하고 건전지의 양극(+)과 음극(-)의 접속 부분을 바르게 연결하는 것이 가장 중요합니다. 김종원 (주)카이맥스의 교육팀장님은 “요령은 최단 시간 내에 로봇을 구성하는 것이고 속도조절 가변저항과 검은 색 길 감지(센서) 가변저항을 알맞게 조절해야 궤도에서 벗어나지 않고 최적의 속도로 완주할 수 있다”고 귀띔하셨습니다. ▒ 조립을 마친 학생들은 학년 별로 한 명씩 앞으로 나와 시합에 참가했습니다. 일정한 길이(200 X 200cm), 폭(2cm) 이하의 검은 색 길을 따라 로봇을 주행시키는 동안 선생님들은 디지털계측기 등으로 학생들의 기록을 일일이 측정했습니다. 주행 도중 로봇이 같은 자리에서 10초 이상 멈추어 있거나 모든 바퀴가 검은 색 라인을 이탈할 경우 실격됐습니다. 경기규정에 따라 두 번 시도해 최고기록을 택했습니다. 완주에 성공한 4명의 학생들은 자신이 만든 로봇을 상품으로 받았습니다. 나머지 학생들은 참가상으로 지우개와 자를 받았습니다. ▒ 점심식사 후에는 채연석 항우연 연구위원님의 ‘우주과학기술’을 주제로 한 특강이 이어졌습니다. 올해 57세인 채 연구위원님은 고등학교 시절이던 16세에 로켓을 단 모형 배를 직접 만들다가 한쪽 귀의 고막을 잃으셨습니다. 그 후 경희대에서 물리학을 전공하시고 미국 미시시피주립대에서 항공우주공학 박사학위를 취득하셨습니다. 이어 미 항공우주국(NASA) 글렌 연구소 방문교수로 지내다가 지난 1988년 항우연의 전신인 천문우주과학연구소에 입소하셨습니다. 항우연에서는 우주추진기관연구 그룹장과 과학로켓(KSR-3) 사업단장에 이어 2002년부터 3년간 원장으로 일하셨습니다. 당시 채 원장님은 나로우주센터 건설과 우주발사체 개발 사업을 시작하는 등 인공위성 국내 자력발사의 기반을 닦으셨습니다. 2006년부터 1년간 미시시피주립대를 방문교수 자격으로 다시 다녀오신 후 현재 우주기술의 상업화와 저술 및 각종 매스컴을 통한 우주과학 대중문화 소통에 앞장서고 계십니다. ▒ 채 연구위원님은 올해가 우리나라 ‘우주개발의 원년’이라고 강조하셨습니다. 지난 4월 한국 최초의 우주인이 탄생한데다가 오는 9월 전남 고흥군 외나로도의 ‘나로 우주센터’ 준공식을 갖는 데 이어 12월에는 러시아의 도움을 받아 한국이 개발 중인 ‘KSLV-I’ 발사체(로켓)에 국산 소형 ‘과학기술위성 2호’를 실어 발사하게 되기 때문입니다. 이로써 한국은 자체 발사장에서 자력으로 로켓을 발사할 수 있는 우주 선진국들의 모임인 ‘스페이스 클럽’에 9번째로 가입하게 됩니다. 채 연구위원님은 이를 축하하는 의미에서 금명간 19세기 이전 세계 최대의 종이약통 미사일인 ‘대신기전(大神機箭)’을 발사할 예정이라고 밝히셨습니다. 대신기전은 현재 채 위원님의 기술자문에 기초해 복원 시험 중입니다. 또 오는 8월에는 약70억원을 들여 이 ‘대신기전’을 모티브로 하는 과학무술영화 ‘신기전’이 개봉될 예정이라고 소개하셨습니다. ▒ 채 연구위원님에 따르면 영화 ‘신기전’은 1447년 조선 세종의 지시로 비밀병기 프로젝트를 추진한 비밀결사단과 이것의 완성을 저지하려는 명나라와의 숨 막히는 대결을 통해, 주변국과의 역학관계에서 ‘과학기술’의 중요성을 부각하려는 의도에서 제작된 영화입니다. 명나라의 내정간섭이 극에 달하자 세종은 비밀리에 고려 화포기술을 발전시킨 로켓병기 ‘신기전’ 개발을 추진합니다. 최무선의 손녀 홍리(가상의 인물, 한은정 분)가 대신기전을 복원하는 역할을 맡습니다. 이를 눈치 챈 명의 자격들이 연구소를 급습하지만 결국 오랑캐를 무찌른다는 게 대강의 줄거리입니다. 김유진 감독과 이만희 작가가 함께 만들고 배우 정재영, 안성기, 허준호 등이 출연합니다. 김 감독은 지난 1993년 대전 엑스포 당시 채 연구위원님이 처음 신기전과 화차를 복원해 발사 시험하는 것을 보고 영화화할 것을 생각했다고 합니다. 그 후 2003년 시나리오 작업 때부터 채 전 연구원장님이 복원에 필요한 역사적인 고증을 도우셨습니다. ▒ 채 연구위원님의 설명은 계속됐습니다. “‘대신기전’의 원조는 고려 말 최무선에 의해 개발된 우리나라의 첫 로켓인 주화입니다. 주화는 조선 세종 때 이르러 대륙(중국 명나라)을 견제하기 위한 전쟁무기로 소,중,대 신기전으로 나뉘어져 대폭 개량됩니다. 대신기전의 총 길이는 5.5m, 약통의 길이는 70cm, 직경 10cm, 무게 8kg, 사정거리 1000m 입니다. 서양보다 360년이나 앞서 발명된 로켓 화포입니다. 약통은 로켓의 엔진에 해당합니다. 흑색 화약이 충전돼 있어 점화와 동시에 화약이 불타면 연소 가스가 뒤로 분출되고 그 반동으로 앞으로 날아가는 추진 장치입니다. 종이약통은 화약이 연소할 때 한꺼번에 발생하는 고압과 고열에 견딜 수 있어야 합니다. 대형 종이약통의 제작이 어려운 것은 연소 속도를 적당히 조절해서 폭발하지 않도록 해야 하기 때문입니다. 당시의 설계도를 보면 최소 단위로 리(釐, 1리는 0.3mm)라는 것을 사용했습니다. 우리 민족의 정밀한 손재주와 창의력을 엿볼 수 있는 단면입니다.” ▒ 채 연구위원님은 “우리나라는 지난 60년 동안 세계에서 가장 빠른 속도로 발전한 나라”임을 상기시키셨습니다. 이는 다른 나라 사람들에 비해 머리가 좋고 손재주와 과학적인 창의성이 뛰어나고 열심히 노력하는 근성 때문이라면서 한 가지 실예를 드셨습니다. “다목적실용위성 아리랑2호를 제작할 때 카메라를 우리 연구원들이 참여한 가운데 이스라엘에서 제작했습니다. 그런데 일이 끝날 갈쯤에는 어려운 과제를 우리 연구원들이 더 먼저 해결하는 것을 보고 이스라엘 과학자들이 놀라워했습니다. 이는 우리나라 과학기술자들의 능력이 세계적으로 인정받고 있다는 증거입니다.” ▒ 채 연구위원님은 세계 각국이 고유가로 인해 어려움을 겪고 있지만 에너지 자원이 없는 우리나라는 상대적으로 더 큰 어려움을 겪게 될 것이라고 내다보셨습니다. 그러면서 우리가 살아남을 수 있는 길은 유능한 과학기술자를 많이 배출하고, 에너지 자원 확보를 위한 국제 우주개발 협력을 강화하는 것이라고 지적하셨습니다. 예컨대 달에는 핵융합 원료로서, 미래의 주 에너지원으로 각광받게 될 ‘헬륨3’이 무진장 널려 있다고 합니다. 또한 달에 우라늄 매장사실이 확인되면 달은 지구의 에너지 주공급처가 될 것이라고 전망하셨습니다. 이런 이유로 우리나라 과학기술자들이 오는 2020년까지 NASA가 주도하는 국제 탈 탐사계획에 공동으로 참가할 예정이라고 합니다. ▒ 이 날 채 연구위원님은 학생들에게 “자신이 가장 좋아하고 가장 잘 할 수 있는 분야에서 꿈(목표)을 갖고 노력하면 성공할 수 있다”고 말씀하셨습니다. 하버드대학의 연구결과 청소년기에 아무런 목표가 없었던 학생들(27%)은 성인이 되어 최하위 생활을 했고, 희미한 목표나마 가졌던 학생들(60%)은 중산층 생활, 단기적 목표를 가졌던 학생들(10%)은 전문직 중상위층, 명확한 장기 목표를 갖고 있던 학생들(3%)은 사회 각계에서 최고 지도 인사가 돼 있었다는 조사결과도 소개하셨습니다. 강의가 끝난 후 채 연구위원님은 학생들에게 우주인 마스코트 고리를 나눠 주시고 학생들과 함께 기념사진도 찍으셨습니다. ‘찾아가는 재미있는 과학교실-농어촌 학교 과학기기 보내기’ 사업 담당 |
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