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원리부터 시작하는 미래 과학 바로 보기! 과학 선생님이 들려주는 쉽고, 재미있고, 논쟁적인 미래 이야기

미래를 정확하게 예측할 수 있는 사람은 아무도 없다. 그러나 자율주행 자동차, 에너지 하베스팅, 뇌-컴퓨터 접속과 같은 첨단 기술은 지금까지와는 전혀 다른 세상을 만들어 나갈 것이다.《세상을 바꿀 미래 과학 설명서 1, 2, 3》은 인공지능, 에너지, 생명공학을 둘러싼 미래 과학이 어떤 원리로 작동되고 어디까지 발전했는지, 또한 어떤 문제를 일으킬 수 있는지 알기 쉽게 설명한다. 미래 과학 기술을 올바르게 볼 수 있는 시각을 기르려면, 결과를 누리는 것 못지않게 원리와 과정을 이해하는 일이 중요하다. 이 책은 똑똑하게 미래를 준비하려는 청소년을 위한 맞춤형 안내서다.

[제1권 스마트한 세상과 인공지능]
자율주행 자동차ㆍ기계학습ㆍ서비스 로봇ㆍ스마트 요리ㆍ스마트 제조
스마트 운반ㆍ빅데이터ㆍ사물인터넷ㆍ증강현실과 가상현실
《세상을 바꿀 미래 과학 설명서 1: 스마트한 세상과 인공지능》은 인공지능을 활용한 자율주행 자동차, 스마트 로봇, 사물인터넷 등 9가지 미래 과학 기술과 그에 관한 논쟁을 다룬다.
사람이 운전하지 않아도 알아서 길을 가는 자율주행 자동차는 어떻게 움직이는 것일까? 세계 최고의 바둑 천재들을 이긴 알파고는 어떻게 바둑을 배웠을까? 사람에게 서비스를 제공하고 나아가 감정을 읽는 서비스 로봇과 함께하는 세상은 어떤 모습일까? 정말 사람처럼 생각하고 행동하는 강인공지능 로봇이 인류를 공격하는 날이 올까? 저자들은 현재 쟁점이 되고 있는 미래 과학 기술을 이야기를 들려주듯이 친절하게 설명한다.
또한 빅데이터를 어떻게 모아서 어떻게 쓰고 있는지, 사물과 사물이 정보를 주고받는 사물인터넷의 원리는 무엇인지, 현실과 가상의 경계를 넘나드는 증강현실과 가상현실은 우리 삶을 어떻게 바꿀지 등 흥미롭고 다채로운 과학 지식을 알려 준다.

[제2권 지속 가능한 사회와 에너지]
태양광 발전ㆍ풍력 발전ㆍ스마트 그리드ㆍ수소 연료전지ㆍ에너지 하베스팅
핵 발전ㆍ미래의 물ㆍ미래의 식량ㆍ환경 제도
《세상을 바꿀 미래 과학 설명서 2: 지속 가능한 사회와 에너지》는 오늘날 개발되고 있는 다양한 에너지 기술을 소개한다. 전기, 마실 물, 식량 등 인류의 생존에 꼭 필요한 미래의 에너지와 관련된 기술을 다룬다. 9가지 에너지 기술과 국제 사회의 협약, 그에 관한 논쟁이 담겨 있다.
태양빛을 전기로 전환하는 태양광 발전, 바람으로 거대한 날개를 돌려 전기를 얻는 풍력 발전, 전기 공급자와 소비자를 양방향으로 연결해 에너지 효율을 높이는 스마트 그리드, 환경오염 물질을 배출하지 않는 수소 연료전지, 버려지는 에너지를 모아 전기로 바꾸는 에너지 하베스팅, 태양처럼 무한한 에너지를 만드는 핵융합 발전, 바닷물을 식수로 만드는 해수 담수화 기술, 식량 위기를 해결할 농업 기술, 기후 변화를 막기 위한 국제 사회의 협약에 관해 이야기한다.
밤에도 태양광 발전을 할 수 있는지, 전기를 필요한 만큼만 만들어서 쓸 수는 없는지, 핵에너지는 안전한지, 물 부족과 식량 부족 문제는 어떻게 해결할지 등 에너지 기술과 관련된 다양한 궁금증도 풀어 준다.

[제3권 질병 없는 시대의 생명공학]
감정인식 기술ㆍ뇌-컴퓨터 접속ㆍ인공지능ㆍ생체공학
합성생물학ㆍ스마트한 건강 관리ㆍ암ㆍ치매ㆍ노화
《세상을 바꿀 미래 과학 설명서 3: 질병 없는 시대의 생명공학》은 감정과 생각을 읽는 인공지능의 원리부터 신체 능력을 확장시켜 주는 생체공학과 감염병을 치료하는 합성생물학까지, 평균수명 100세 시대를 향해 가는 오늘날 생명공학을 둘러싼 미래 과학의 원리와 역사를 소개한다.
어떻게 기계가 사람의 마음을 읽을 수 있을까? 정말 생각만으로 기계를 움직일 수 있을까? 인공지능은 인간의 뇌와 무엇이 닮았을까? 고대 미라에서 발견된 의족이나 로마 병사들이 사용한 골절 치료용 부목을 보면 알 수 있듯이 사람들은 오래전부터 의학과 공학을 융합한 기술을 사용해 왔다. 현대에 들어와 과학 기술이 놀라운 속도로 발달하면서 이제는 3D프린터로 인공장기를 만들거나 돼지 수정란에 유도만능줄기세포를 주입해 필요한 장기를 얻을 수 있게 됐다. 저자는 현재 쟁점이 되고 있는 생명공학 기술을 다양한 예시를 들어가며 친절하게 설명한다. 또한 유전자 검사로 병을 미리 막고 웨어러블 기기로 집에서 진단받는 스마트한 건강 관리 시대에는 암과 치매를 완전히 치료할 수 있게 될지, 나아가 평균수명 100세를 넘어 더 오래 살 수 있을지, 흥미롭고 다채로운 과학 지식을 알려 준다. 더불어 미래 과학 기술이 사람을 위한 기술로 쓰이려면 우리가 무엇을 해야 할지 생각할 거리를 제공한다.

[제1권 스마트한 세상과 인공지능]
들어가는 글: 원리부터 시작하는 미래 과학 바로 보기 4
1 자율주행 자동차: 자율주행 자동차는 어떻게 움직일까?
스스로 주행하는 자율주행 자동차 16
자율주행 자동차를 타면 무엇이 좋을까 25
자율주행 자동차는 안전할까 33

2 기계학습: 알파고는 어떻게 바둑을 배웠을까?
알파고와 인공지능 40
인간의 역할을 대신하는 인공지능 51
인공지능 시대, 무엇을 준비해야 할까 58

3 서비스 로봇: 로봇과 함께하는 미래는 어떤 모습일까?
생활을 편리하게 해 주는 서비스 로봇 65
인간과 교감하는 소셜 로봇 73
휴머노이드는 어디까지 진화할까 77

4 스마트 요리: 로봇 셰프는 인간 셰프를 이길 수 있을까?
까다로운 요리도 척척 스마트 요리 기구 85
맛있는 요리도 척척 요리하는 로봇 94

5 스마트 제조: 정보통신 기술은 제조업을 어떻게 바꿀까?
서로 대화하는 생산 설비들 101
원하는 물건을 만드는 3D프린터 109

6 스마트 운반: 드론으로 물건을 받고, 로켓을 타고 우주로!
원하는 시간, 원하는 장소에서 물건을 받아요 117
서울에서 부산까지 지구에서 우주까지 123

7 빅데이터: 엄청난 양의 빅데이터는 어떻게 쓰일까?
우리의 일상이 데이터로 쌓이고 있다 135
다양하게 활용되는 빅데이터 142
빅데이터는 어디에, 어떻게 저장되고 있을까?

8 사물인터넷: 스마트 스피커는 어떻게 형광등을 켜는 걸까?
모든 것이 인터넷으로 연결되는 사회 157
사물과 사물은 어떻게 정보를 주고받을까 163
사물인터넷을 안전하고 편리하게 사용하려면 170

9 증강현실과 가상현실: 안경을 쓰면 새로운 세상이 펼쳐져요!
현실과 가상을 오가는 새로운 세계 177
증강현실과 가상현실은 어떻게 작동할까 189

찾아보기 196

[제2권 지속 가능한 사회와 에너지]
들어가는 글: 착한 에너지를 찾아서 4
1 태양광 발전 : 밤에도 전기를 만들 수 있을까?
태양광을 전기로 바꾸는 태양 전지 17
우리나라의 태양광 발전소 24
태양광 자가 발전의 시대 30
태양광 발전의 최대 단점을 극복하다 34
미래의 태양광 발전과 그것이 가져올 미래 36

2 풍력 발전 : 바람이 석탄을 대신할 수 있을까?
인류와 바람의 역사 45
풍력 발전기는 어떻게 발전해 왔을까 49
세계의 풍력 발전 산업 57
해결해야 할 몇 가지 문제 60

3 스마트 그리드 : 전기를 필요한 만큼만 만들 수는 없을까?
에너지를 아끼는 기술, 스마트 그리드 68
스마트 그리드에 필요한 핵심 기술 72
송전 효율을 높이는 기술 77
우리나라 스마트 그리드 현주소 80

4 수소 연료전지 : 착한 연료일까, 제2의 석유일까?
점점 더 심해지는 미세먼지 85
친환경적인 수소 연료전지 자동차 86
수소 연료전지는 어떻게 생겼을까 91
수소를 얻는 다양한 방법 95
우리나라의 수소 연료전지 시스템 97
연료전지는 정말 착한 기술일까 99

5 에너지 하베스팅 : 버려지는 에너지를 모아서 쓸 수 있을까?
스마트 시대의 전력 공급 장치 103
압력을 이용하는 압전 에너지 하베스팅 106
정전기를 이용하는 정전 에너지 하베스팅 111
단점을 보완한 하이브리드 에너지 하베스팅 115
멀고도 가까운 미래, 스마트 도시 117

6 핵 발전 : 핵에너지는 과연 안전할까?
이산화탄소를 줄이는 두 가지 방법 121
위험하지만 필요한 핵분열 발전 123
지속 가능한 핵융합 에너지 129
핵에너지의 미래 137

7 미래의 물 : 마실 물을 어떻게 구할까?
세계 곳곳에서 벌어지는 물 분쟁 142
땅이 정수한 물, 지하수를 개발하다 144
바닷물을 이용하는 담수화 기술 145
전기 없이 깨끗한 물을 만드는 적정 기술 151
물 절약 시스템, 스마트 워터 그리드 154

8 미래의 식량 : 식량 위기를 어떻게 해결할까?
첨단 농업 시대를 열다 160
가축을 대신할 고기를 만들다 165
새로운 식재료를 발굴하다 168
식량 위기와 식량 자급률 172

9 환경 제도 : 지속 가능한 세계는 가능할까?
지구 생명체를 지키는 온실 효과 179
지구 온난화의 주범, 온실 가스 182
기후 변화를 막기 위한 노력 184

사진 출처 190
찾아보기 193

[제3권 질병 없는 시대의 생명공학]
들어가는 글: 평균수명 100세 시대, 생명공학은 어디까지 발전했을까? 4
1 감정인식 기술: 기계가 마음을 읽을 수 있을까?
사람은 어떻게 감정을 드러낼까 16
목소리와 표정, 생체신호를 주목하라 22
감정인식 기술은 어떻게 쓰일까 27

2 뇌-컴퓨터 접속: 생각만으로 기계를 움직일 수 있을까?
의식은 어떻게 생겨나서 행동으로 연결될까 33
뇌파에서 운동피질까지 뇌-컴퓨터 접속의 원리 40

3 인공지능: 인공지능이 인간의 뇌를 닮아 있다고?
인간의 뇌가 정보를 처리하는 방법 51
정보를 패턴으로 기억하는 신피질 55
인공신경망은 어떻게 작동할까 61

4 생체공학: 신체를 부품처럼 교체하는 날이 올까?
의학과 공학의 만남 66
유전자와 줄기세포를 이용한 치료 기술 74

5 합성생물학: 진화하는 감염병을 없앨 수 있을까?
걷잡을 수 없이 퍼져 나가는 감염병 85
점점 강해지는 감염병을 막는 과학기술 92
감염병의 미래를 바꾸는 합성생물학 100

6 스마트한 건강 관리: 유전자 정보와 빅데이터를 활용하다
과학기술을 활용한 맞춤형 의료 서비스 111
의료정보 빅데이터는 어떻게 쓰일까 115
스마트폰으로 지키는 건강 120

7 암: 암을 완전히 치료할 수 있을까?
암세포는 어떻게 생길까 129
암을 진단하고 치료하는 미래기술 137

8 치매: 기억과 관계를 파괴하는 질병
왜 치매에 걸리는 걸까 149
치명적인 치매 증상 153
치매의 진단과 치료 156

9 노화: 100세보다 더 오래 살 수 있을까?
노화의 원인, 활성산소종 168
유전자와 노화의 관계 172
유전자의 발현을 조절해 노화를 늦추다 176

182 찾아보기

구글에서 만든 자율주행 자동차, 구글카가 출발합니다. 구글카는 자동차 지붕 위에 설치된 레이저 거리 측정기를 통해서 얻은 측정값과 구글 맵Google Map에서 얻은 정밀한 주변 환경 정보로 도로 위의 각종 상황을 접수해 스스로 장애물을 피하고 교통신호를 지키며 주행합니다. …구글카 앞쪽 옆면에 달린 사이드미러와 실내 중앙에 설치된 백미러 쪽에 부착된 카메라는 신호등을 감지합니다. 또한 인공위성을 이용해 위치를 정확히 알 수 있는 위성위치확인시스템GPS, Global Positioning System으로 차량의 위치를 알아내요. 바퀴에 있는 엔코더Encoder는 바퀴 회전수로 차량 속도를 확인해 GPS가 보다 정확하게 자동차의 위치를 확인할 수 있게 돕습니다.
혹시 자동차가 달리는 중에 GPS가 제대로 작동하지 않으면 어떻게 될까요? 구글카는 이럴 경우 자동차의 속도, 위치, 진행 방향 등을 컴퓨터로 계산해 운행하는 관성항법장치INS,Inertial Navigation System를 이용해 목적지로 향합니다.(1권, 23~24쪽)

인류는 지금까지 엄청난 양의 에너지를 써 왔고, 사용량은 점점 더 늘고 있어요. 이 에너지에는 인체에 영양분을 공급하는 식물성, 동물성 음식부터 자동차, 배, 비행기 등을 움직이는 데 필요한 석탄, 석유와
같은 화석 연료, 그리고 현대 문명사회를 지탱하는 중요한 에너지인 전기까지 거의 모든 형태의 에너지가 포함됩니다. 그렇다면 이렇게 오랫동안 사용되고 있는 에너지는 어디에서 온 것일까요? 지구가 생겨날 때부터 지구 어딘가에 숨어 있던 것일까요? 우리가 사용하는 에너지 중 우라늄, 플루토늄 등을 이용한 핵에너지와, 지구와 달의 인력 때문에 생기는 조력 에너지를 제외한 거의 모든 에너지는 태양 에너지가 전환된 것입니다.(2권, 15쪽)

미래가 공중에 떠오른 공을 쳐다보고 있어요. 공을 잡으려 하니, 살짝 아래로 떨어집니다. 다시 공을 노려보자 위로 떠오르기 시작해요. 평범한 중학생인 미래가 어떻게 이런 마법을 부릴 수 있게 된 걸까요? 마인드 플렉스Mindflex는 헤드셋만 쓰면 누구나 초능력자가 되어 공을 노려보는 것만으로 떠오르게 할 수 있는 게임입니다. 헤드셋은 미래의 뇌에서 발생하는 뇌파를 읽고 기계 장치에 공을 띄우라는 명령을 전달하지요.
지금부터 생각만으로 기계나 컴퓨터를 제어하는 뇌-컴퓨터 접속이 무엇인지 알아보아요. 뇌-컴퓨터 접속을 다른 말로 뇌-기계 접속BMI, Brain-Machine Interface이라고도 하는데요. 사실 두 기술의 출발은 같지 않답니다. 뇌-컴퓨터 접속은 뇌파를 분석해서 외부 기기를 움직이거나 사용자의 생각을 해석하는 것이고, 뇌-기계 접속은 뇌에 전극을 꽂아서 직접 신경 신호를 해독해 외부 기기를 제어하는 것이에요. 1970년대에는 뇌파를 분석하는 기술이 그다지 발달하지 않았으므로 뇌-컴퓨터 접속을 무시하는 경향이 있었지요. 그러나 생체신호를 더욱 정확하게 처리하게 되면서 단순하게 원인을 파악하는 선형적 분석을 뛰어넘는 뇌파 분석 기술이 발전했어요.(3권, 40~41쪽)