미래혁신기술, 자연에서 답을 찾다 (생체모방에서 자연모사로의 진화)

김완두

서울대학교에서학사,석사및박사학위를취득하였다.1982년,한국기계연구원에임용된이래로미래기술연구부장,선임연구본부장등을역임하였으며,현재나노자연모사연구실의연구위원으로근무하고있다.국내에서자연모사연구를최초로시작하여우수한연구성과를달성하였으며,동영상강의,TV출연,아티언스활동그리고수많은과학강연을통해과학기술확산과대중화에앞장서고있다.2006년에‘국제자연모사심포지움(ISNIT)’을창설하여회장으로서행사를주관하고있으며,국가과학기술위원회운영위원,국가과학기술심의회전문위원,대한기계학회회장,국제청색경제포럼위원장등으로활동하였다.

한국기계연구원최우수연구상(2003),과학기술훈장(2008),국가녹색기술대상(2012),국가연구개발우수성과100선(2012,2015),올해의10대기계기술상(2018)등을수상한바있으며,저서로는『자연을닮은발명품』,『알고보면쓸모있는뇌과학이야기(공저)』,『청정생산기술에서녹색기술까지(공저)』외다수가있다.

머리말/추천사/목차
제1장지속가능한미래를위한패러다임의전환
1.지구용량초과일
2.자연이알려주는것들-청색경제와자연모사기술
3.다시자연으로돌아가자!

제2장자연과과학그리고예술
1.자연의여신과과학의여신
2.자연의가치
3.자연스러움의비밀
4.생물의다양성과생물자원의가치
5.생체모방에서자연모사로
6.한글의보편성
7.예술과과학의만남-아티언스와아르스
8.아티언스의선구자,레오나르도다빈치
9.자연모사기술과자동차
10.자연의비밀로에너지효율을높이다

제3장자연에서배운기술,자연모사기술
1.자연과자연생태계
2.생물의다양성
3.자연모사기술이란?
4.자연모사기술의분류
5.국제표준화기구(ISO)활동
6.온톨로지와정보공유

제4장자연에서영감을얻은디자인과건축물
1.도토리거위벌레의기계공작법
2.상어피부는LOHAS
3.자연에서영감을얻는‘블루골드’물산업
4.물총새와고속열차
5.반딧불이와나방에서발견한‘무반사’나노구조
6.자연의황금비율,‘해바라기꽃’의비밀
7.얀코디자인의자연모사기술10선
8.자연에서영감을얻은건축물
9.정자나무그늘을모사한도심속의쉼터

제5장생명체의감각기관
1.감각센서
2.동물의초감각기관
3.식물의감각기관
4.소리를듣는메커니즘
5.청각장애및인공청각기구

제6장인체조직·장기를프린팅하다
1.3차원프린팅기술이란?
2.4차원프린팅공정과자연생명체의성장
3.3차원바이오프린팅과인공장기

제7장마무리하면서
1.4.0에서4.3의시대로
2.인공지능
3.인류세에대해

청색경제에서자연모사기술까지,자연에서답을찾다
녹색기술에기반을둔녹색경제의진보된개념인‘청색경제(BlueEconomy)’가다시금관심을받고있다.벨기에태생의사업가이자환경운동가인군터파울리(GunterPauli)는그의저서청색경제에서2020년까지자연에서배운100가지의혁신기술로1억개의새로운일자리를창출할수있다고주장한다.세계적인경제위기속에서도지속가능한사회로의발전은모든나라가추구하는대의명제로다가오고있으며,지속가능발전에필수적인지속가능기술은바로환경보전,경제발전,동반성장,고용창출,안전사회구현등을표방하므로청색경제의필요성은날이갈수록크게대두되고있다.
‘자연모사기술’이란자연생명체의기본구조,원리및메커니즘그리고자연의생태계와자연현상에서영감을얻어공학적으로응용하는기술을뜻하며,청색기술,생태모방기술등과유사한의미로사용한다.한마디로현존하는공학기술의난제를38억년의진화를통해최적화된생명체의생물학적분석(Abstraction)과공학적설계ㆍ제조기술로의전사(Transfer)를통해혁신적인방식으로해결하려는다학제간의융합기술인것이다.
이처럼자연모사기술은국가전략,경제성장,과학기술경쟁력향상이라는기존R&D사업의목적달성과더불어인간과자연의공존,기후변화및환경오염에선제적대응,태동·성장기신기술확보를목적으로하고있다.기존의공학적문제해결방식에서는많은에너지가필요하고환경에부담을주는다양한물질을사용하는반면,자연의방식에서는많은정보와다양한구조로써에너지효율을극대화하고환경부담을최소화하는방식으로문제를해결하는것이다.

대한민국의미래를이끄는‘자연모사’기술
이화여대최재천교수는“대한민국과학과기술이도전에서단시간에성과를낼수있는가장확실한분야는다름아닌‘자연모사기술’이다”라고말한다.해외에서는2000년대이후급속히발전한마이크로ㆍ나노단위의분석기술과설계ㆍ제조기술을가진미국ㆍ독일ㆍ일본등기술선진국을중심으로기존의공학기술을새로운차원으로발전시킬수있는방안으로써자연모사기술에활발한연구및투자를이어가고있다.2013년미국의샌디에이고동물원에서발간한정책보고서「Bioinspiration:AnEconomicProgressReport」에따르면,자연모사기술산업은2030년에전세계GDP기준1.6조달러를차지하고,미국내에서만240만개의일자리를창출할수있을것으로예측된다.
우리나라는2004년말,정부연구개발사업으로수행된‘나노섬모자연모사원천기술및기반구축사업’에서국내최초로‘자연모사’연구가진행되었으며이때부터자연모사기술이라는용어를사용하기시작했다.이책의저자인김완두박사는이분야의세계적인권위자로서2006년부터2008년까지는한국기계연구원의전문연구사업‘자연모사응용바이오기계시스템기술개발’을수행했으며,그이후10여년동안‘생태모사청정표면가공기술개발’,‘생체청각기구를모사한인공감각계원천기술개발’,‘자연모사응용스마트물/용제순환기술개발’등많은자연모사기술관련연구를수행해오고있다.
그는“전세계적으로골머리를앓고있는기후변화,에너지·자원부족,생태계파괴,환경오염,미세먼지등의모든문제들은지구의생태용량을초과하여나타나는현상”이라고지적하고,“자연은인간이가지고있는여러문제점즉,환경,물,에너지,기후변화등에솔루션을제공해줄것”이라고주장한다.그중에서도특히“초연결·초지능사회구현을위한4차산업혁명의물결이거세게일고있지만,지구자연환경을고려하지못한일방적과학기술발전과산업화의가속화로인한에너지·자원고갈,환경파괴및기후변화는더욱가속화될것으로우려된다.지속가능한미래사회로발전시키고,지구생태계에끼치는영향의최소화와혁신성장산업발전을위한새로운패러다임의과학기술혁신체계구축이필요한시점”이라는제언은우리과학기술계와관련산업계가구체적으로귀기울여야할대목이라할수있다.

자연을배우고,이해하고,따라한다
이책의1장에서는‘지속가능한미래를위한패러다임의전환’이라는주제로다시새롭게자연에눈을돌려지구자연생태계와인류가공존할수있는새로운패러다임의기술개발과청색경제발전에기여할수있는지속가능한미래의산업혁명이이루어지기를기대하는내용이다루어진다.2장에서는‘자연과과학그리고예술’에대한필자의기고문을중심으로흥미있는얘기가소개된다.‘자연의여신과과학의여신’,‘자연의가치’,‘자연스러움의비밀’,‘생물의다양성과생물자원의가치’,‘생체모방에서자연모사로’,‘한글의보편성’,‘예술과과학의만남’,‘아티언스의선구자,레오나르도다빈치’,‘자연모사기술과자동차’,‘자연의비밀로에너지효율을높이다’등의다양한주제가펼쳐진다.
3장에서는자연모사기술에관심을두고있는전문가는물론이고중고등학생이나일반인도이해하기쉽도록‘자연에서배운기술’에대해설명하며,4장에서는여러가지대표적인‘자연에서영감을얻은다양한디자인과건축물’의사례를소개한다.5장은본인이직접연구에참여해온분야인인간과동물의감각기관을모사한여러첨단기술들을소개하며,6장에서는4차산업혁명시대에더욱관심이높아지고있는3차원프린팅기술의최근이슈와4차원프린팅과바이오프린팅기술개념,그리고인공장기를프린팅하는기술에대해소개한다.마지막으로7장에서는책을마무리하면서4차산업혁명과최근의핵심키워드가되고있는인공지능과인류세에대한저자의생각을피력한다.
인간의역사는기술의역사이며,기술의역사는자연모방의역사라고해도과언이아니다.지렁이들이토양을가꾸어지구의얼굴을바꿔놓았다는다윈의지렁이를비유하면자연을모방하여기술을개발한인간도지구의모습을바꾸고있다.자원고갈과환경파괴및기후변화등으로몸살을앓고있는지구문제도자연모사기술을통해해결할수있으리라기대하는것은당연하다.
자연모사기술은결코쉬운분야가아니다.자연을이해하는것도,자연에서아이디어를추출하여공학적으로응용하는것도모두어려운일이다.하지만자연모사기술이가지고있는가치를안다면혁신적인미래를위한개발자들의도전은계속될것이라믿어의심치않는다.이책은그한걸음을내딛기위한지침서로서제역할을다할것이다.