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우리는 미래를 알 수 없다. 그러나 예측할 수는 있다. 다행히 과학기술 분야는 갑자기 하늘에서 무언가 뚝 떨어지는 것처럼 하루아침에 되는 것이 없다. 일반인이나 비전문가가 보기에는 갑자기 어떤 기술이 새로 생겨난 것처럼 보일 수 있다. 그러나 실제로는 그 분야 전문가들이 오랫동안 연구해서 만든 결과물이다.
그렇다면 10년 후의 세상은 어떤 모습일까, 우리는 어떤 세상에 살고 있을까? 잡힐 듯 보일 듯, 그러나 궁금한 것이 참 많은 우리의 미래!
첨단 과학기술이 선보이는 초연결 시대이자 융합의 시대로 떠나 보자!

“오늘 우리는 스마트 헬스케어 변기라는 생각을 비웃을지 몰라도
이번 수상은 가장 개인적인 순간조차
건강에 긍정적 영향을 미칠 잠재력이 크다는 점을 분명히 한 것입니다.”

항문 생김새로 신원을 식별하고 배설물을 분석해
질병을 진단하는 변기를 개발해서
2023년 이그노벨상을 수상한 박승민 박사의 소감이다.
이 책은 앞으로의 시대 주역인 청소년들에게
이렇듯 창의성 넘치는 다양한 생각들을 만날 수 있는 기회를 마련한다.


10년 후의 세상은 어떤 모습일까,
우리는 어떤 세상에서 살고 있을까?
잡힐 듯 보일 듯, 그러나 궁금한 것이 참 많은 우리의 미래!
첨단 과학기술이 선보이는 초연결 시대이자 융합의 시대로 떠나 보자!

이 책은…

지금 우리는 새로운 기술이 빠른 속도로 발전하면서 세상을 바꿔 놓는 첨단 과학의 시대에 살고 있다. 인공지능, 가상현실, 메타버스, 드론, 로봇, 3D 프린팅, 빅데이터 등은 더 이상 낯선 단어가 아닌, 우리가 먹는 음식, 생활하는 환경, 건강과 질병, 직업 등 우리의 일상생활을 지배하고 있다. 이처럼 미래 사회는 첨단 과학을 중심으로 서로 다른 분야들을 연결하여 어떤 일을 기획하고 결과를 만들어 가는 초연결 시대, 융합의 시대라 할 수 있다. 이 책은 이러한 시대에 걸맞은 주역으로서 앞으로 대학 전공과 직업을 선택하려는 청소년들에게 유용한 과학기술의 발전과 변화된 미래의 모습에 대한 정보가 풍부하게 실려 있다. 미래를 준비하는 청소년을 비롯해 그들을 지도하는 학부모와 선생님들에게 유익하고 흥미로운 정보의 세상으로 초대한다.


과거와 현재 그리고 미래를 오가며
과학기술이 만들어 가는 사회는 어떤 모습일까?

마블의 영화 〈앤트맨〉(2015)에서 스콧은 개미만큼 작아졌다가 다시 커지기를 자유자재로 반복하며 슈퍼히어로로 활약을 펼친다. 널리 알려진 히어로는 슈퍼맨이나 헐크처럼 힘이 세고 덩치가 크지만, 이런 상식을 깨고 오히려 개미만큼 작아지는 능력을 지닌 히어로가 탄생했다. 언젠가부터 작은 것이 큰 힘을 발휘하는 시대에 살고 있다. 작은 반도체 칩 덕분에 스마트폰과 전자제품의 성능이 좋아졌다. 바로 나노기술이 세상을 크게 바꾸는 시대가 왔다.
여기에 더하여 작은 마이크로칩 위에 인체를 올려놓으려는 과학자가 등장했다! ‘앤트맨’처럼 실제로 사람이 개미만큼 작아져서 마이크로칩 위에 올라가는 것이 아니라 인체의 주요 장기들을 칩 위에 올려놓으려는 시도가 진행되고 있는 것이다. 얼핏 보면 한여름 밤의 무더위를 식혀 줄 공포영화의 한 장면과도 같은 장기 칩. 이것은 작은 칩 위에 장기 모형을 올려놓은 것이 아니다. 진짜 살아 있는 사람의 장기를 칩 위에 올려놓은 것이다. 과학자들은 왜 굳이 작은 칩 위에 인체의 장기를 올려놓으려고 할까?
과학 연구자로서 20년 이상 연구해 왔고, 현재 과기부에서 인도 뉴델리에 세운 한인도연구혁신센터 센터장으로 근무하면서 한국과 인도를 연계한 첨단 과학 연구 기획 일을 하고 있는 김영호 박사가 ？10년 뒤, 어떤 일이 생길까? _삶을 바꾸는 첨단 과학기술？에서 그 궁금증을 풀어 준다.
우리는 미래를 알 수 없다. 그러나 예측할 수는 있다. 다행히 과학기술 분야는 갑자기 하늘에서 무언가 뚝 떨어지는 것처럼 하루아침에 되는 것이 없다. 일반인이나 비전문가가 보기에는 갑자기 어떤 기술이 새로 생겨난 것처럼 보일 수 있다. 그러나 실제로는 그 분야 전문가들이 오랫동안 연구해서 만든 결과물이다. 보통 10년에서 20년 정도 연구ㆍ개발한 기술을 이용하여 일반인이 사용하는 신제품을 만들어 내놓는다. 그래서 과학기술 분야의 미래는 어느 정도 예측할 수 있다.
미래 과학기술이 어떤 것인지 궁금하다면, 저자의 안내에 따라 다양한 첨단 과학 분야에서 연구에 몰두하고 있는 과학자들의 실험실을 기웃거리면서 그 해답을 찾을 수 있을 것이다.


초연결 시대, 융합의 시대를 이끄는
첨단 과학기술의 현장 속으로…

모두 4부로 구성된 이 책은 미래 사회를 만들어 가는 첨단 과학이 우리의 일상생활을 어떻게 바꾸는지 구체적이고도 다양한 사례를 흥미롭게 펼쳐 보인다. 1부에서는 건강과 질병을 주제로 디지털 기술이 접목된 첨단 의료기술에 대해 살펴보고, 2부에서는 환경 위기를 주제로 지구 환경의 파괴로 인한 기후 위기에 관한 해법을 살펴본다. 3부에서는 새로운 먹거리를 주제로 미래 음식과 맛의 과학에 대해 살펴보고,. 마지막으로 4부에서는 창의성을 주제로 한 초연결 시대의 별난 생각과 도전을 살펴본다.
〈1부 건강과 질병: 디지털 기술의 날개를 단 첨단의료〉에서는 게임을 열심히 하면 정말 병이 나을까? 가상 세계와 현실 세계를 연결하면 무슨 일이 일어날까? 인체를 손톱만 한 칩 위에 올려놓을 수 있을까? 뇌세포가 스스로 재생하면 치매가 치료될 수 있을까? 등의 궁금증을 해결해 주는 디지털 치료제, 메타버스, 휴먼 칩, 블록체인, 뇌질환 연구의 과정과 사례 등이 흥미롭게 펼쳐진다.
〈2부 환경 위기: 지구온난화와 기후 위기 해법〉에서는 소가 방귀를 뀌어 지구온난화가 심해졌다는데 해결 방법은 없는지, 플라스틱 쓰레기가 들어 있는 음식을 먹어도 괜찮을지, 바닷가 생태계의 탄소 창고를 어떻게 하면 지킬 수 있을지, 세균이 만든 미생물 연료전지로 휴대폰을 충전해도 되는지 등 점차 심각해지는 기후 위기를 해결하기 위한 진지한 고민과 아울러 창의적인 해법을 소개한다.
〈3부 새로운 먹거리: 미래 음식과 맛의 과학〉에서는 미리 만나 보는 미래 농촌 풍경에서 인공지능이 이끌어 가는 스마트팜은 어떤 모습일지, 3D 프린터로 만든 음식과 실험실에서 세포를 배양해서 만든 스테이크는 언제쯤 식당에서 팔지, 아울러 온도에 따른 맛의 비밀과 건강에 좋은 물맛에 대해 살펴본다.
〈4부 창의성: 초연결 시대의 별난 생각과 도전〉에서는 왜 실패를 자랑하고 연구하는지, 미술과 과학의 색다른 만남에서 어떤 예술이 탄생할지, 식물만 하는 것으로 알려진 광합성이 동물이 하면 어떻게 될지, 노벨 과학상과 이그노벨상에 있는 특별한 창의성이 무엇인지를 다룬다.

저자는 수많은 궁금증을 독자와 함께 생각해 보고 이야기를 나누고 싶은 미음에서 이 책을 썼다. 10년 전, 현재의 상황과 일하는 방식이 달랐듯이 10년 뒤, 새로운 시대 역시 일하는 방식도 다를 것이다. 예전에는 같은 분야의 사람들이 모여서 함께 일했다. 쉽게 말하면 컴퓨터를 전공한 사람은 컴퓨터 분야의 회사에 취직해서 컴퓨터를 전공한 사람들과 함께 컴퓨터 관련 제품이나 소프트웨어를 만들었다. 그러나 다가올 미래에는 서로 다른 다양한 분야를 전공한 사람들이 함께 모여 일하면서 새로운 융합 결과물을 만들어 낼 것이다.
따라서 저자는 다가올 미래에 대비해 자신의 전공과 다른 분야의 사람들과 함께 일하기 위해 준비해야 한다고 강조한다. 좀 더 쉽게 말하면 전공 분야뿐만 아니라 다른 분야에 관한 기초적인 개념을 이해할 수 있어야 하고, 열린 마음으로 새로운 것에 도전하는 자세를 갖추어야 한다는 식이다. 이러한 준비가 필요한 이유는 여러 분야의 사람들과 같이 일할 때 적어도 서로 말이 통해야 하고 서로 신뢰해야 하기 때문이란다.
이 책에는 미래를 준비하는 청소년이 자신의 미래를 설계하며 대학 전공과 직업을 선택하는 과정에서 필요한 과학기술의 발전과 변화된 미래의 모습에 대한 정보가 곳곳에 담겨 있다. 또 미래가 궁금한 대학생이나 일반인도 이 책에서 유익하고 흥미로운 정보를 많이 얻을 수 있다. 이 책은 다양한 주제를 각 장으로 나눠서 꾸몄으므로 처음부터 차례로 읽어도 되고 흥미로운 주제부터 읽어도 좋다.
이제 저자의 안내에 따라 과거와 현재 그리고 미래를 오가며, 기발한 창의력과 집념으로 과학기술이 만들어 가고 변화시키는 그 현장 속으로 떠나 보자.

책을 펴내며

1부 건강과 질병: 디지털 기술의 날개를 단 첨단의료
1. 디지털 치료제, 게임을 열심히 하면 정말 병이 나을까?
2. 메타버스, 가상 세계를 현실 세계에 연결하면?
3. 휴먼 칩, 허파와 심장을 어떻게 마이크로칩에 올려놓았을까?
4. 블록체인, 가상화폐 기술이 내 건강도 지켜 준다?
5. 뇌질환, 고령화 시대에 치료가 가능할까?

2부 환경 위기: 지구온난화와 기후 위기 해법
1. 소 방귀, 소가 방귀 뀌어 지구온난화가 심해졌다?
2. 플라스틱 쓰레기, 내 식탁의 음식에 들어 있다?
3. 블루카본, 바닷가 생태계의 탄소 창고를 지키려면?
4. 미생물 연료전지, 세균이 만든 전기로 휴대폰을 충전해도 될까?

3부 새로운 먹거리: 미래 음식과 맛의 과학
1. 스마트팜, 인공지능이 농사지은 쌀의 맛은 어떨까?
2. 3D 프린팅 음식과 실험실 배양육, 메뉴판에 이런 것이?
3. 비밀 레시피, 온도에 따라 맛이 달라진다?
4. 물맛, 건강에 좋은 물은 어떤 물일까?

4부 창의성: 초연결 시대의 별난 생각과 도전
1. 실패, 왜 자랑하고 연구해야 할까?
2. 미술, 과학과의 색다른 만남이라?
3. 광합성, 식물이 아닌 동물이 하면 어떻게 될까?
4. 창의성, 노벨 과학상과 이그노벨상엔 뭔가 특별한 것이 있다!

마무리하며
참고한 자료/ 사진 출처

18쪽_ 디지털 치료제는 우울증, ADHD, 뇌졸중, 치매, 파킨슨병, 불면증, 당뇨, 자폐 등 다양한 질병 치료에 이용할 수 있다. 실제로 국내외 많은 기업에서 여러 질병을 치료하기 위한 디지털 치료제를 개발하고 있다. 미국식품의약국의 허가를 받은 디지털 치료제로는 웰닥(WellDoc)에서 만든 당뇨병 자가 관리 시스템 ‘블루스타(BlueStar)’, 볼룬티스(Voluntis)에서 만든 당뇨병 치료를 위한 ‘인술리아(Insulia)’와 암 환자를 위한 ‘올레나(Oleena)’, 프로테우스 디지털 헬스(Proteus Digital Health)에서 만든 조현병 환자를 위한 어빌리파이 마이사이트(Abilify Mycite) 등이 있다.
이러한 디지털 치료제는 소프트웨어이므로 앱이나 게임처럼 인터넷에 접속하여 스마트폰에 내려받아 설치하거나 인터넷상에서 바로 사용할 수 있다. 이에 따라 시간과 장소의 제약이 없이 언제 어디서나 사용할 수 있다. 이뿐만 아니라 미래에는 메타버스 같은 가상공간에서도 환자 치료를 위한 치료제로 사용될 것으로 전문가들은 내다보고 있다.

30~31쪽_ 미래에는 메타버스를 이용하여 질병 치료도 가능할 것이라고 전문가들은 말한다. 외과 수술이야 실제 병원에서 해야겠지만 정신건강과 관련된 진료는 가상 세계에서도 가능하다는 뜻이다. 환자가 가상현실의 다양한 연출 장면이나 게임을 체험하면서 자신의 정신질환을 치료할 수 있을 것이다. 우울증이나 약물 중독 환자를 치료하기 위해 개발되고 있는 디지털 치료제는 메타버스 가상 세계에서 환자 치료에 활용될 가능성도 크다.
그리고 환자가 느끼는 통증을 완화해 주기 위해서 가상현실의 장면과 여러 체험도 활용할 수 있다. 이외에도 환자의 재활 과정이나 환자 개인 맞춤 질병 예방과 치료 서비스 제공에 메타버스가 활용될 것이다. 이와 같은 일들이 가능해지는 미래에는 메타버스 안에 세워진 병원이 진짜로 환자를 진료하고 치료하는 공간이 될 것이다.

80쪽_ 지금까지 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌졸중 등과 같은 뇌질환은 치료될 수 없는 것으로 여겨졌다. 그러나 최근에 뇌에서 잠들어 있던 신경 줄기세포를 깨워 새로운 신경세포를 만든 연구 결과와 유전자 치료법으로 새로운 신경세포를 만든 연구 결과 등, 앞에서 살펴본 최신 연구 결과들이 뇌질환을 치료하기 위한 약을 개발하는 데 활용될 수 있다. 쥐와 같은 동물을 대상으로 하여 뇌 신경세포가 새로 만들어지는 좋은 결과를 얻었지만, 앞으로 좀 더 연구가 진행되면 사람에게도 효과가 입증되는 뇌질환 치료법이 개발될 것이다. 따라서 치매나 뇌졸중 같은 뇌질환 치료법이 머지않아 개발될 것이라는 희망을 품어 볼 수 있게 되었다.

102쪽_ 붉은색 육류 소비는 건강 문제와도 맞닿아 있다. 또 많은 소를 사육하려면 소에게 먹일 풀을 키우기 위한 넓은 목초지와 방목지가 필요한데 이 과정에서 삼림이 파괴되고 토지가 황폐해진다. 이 또한 소 방귀 못지않게 환경을 파괴한다. 그리고 소고기와 같은 붉은색 육류를 지나치게 많이 섭취하면 암, 심장병, 뇌졸중, 당뇨병 등의 위험이 증가한다.
환경보호단체는 지구온난화뿐만 아니라 건강을 위해서도 소고기와 같은 육류 소비를 줄이자는 캠페인을 벌이고 있다. 사실 옛날에는 소가 밭을 갈거나 수레를 끄는 등 여러 가지 일을 했다. 그러나 요즘은 기계화되어 소는 우유와 육류를 얻기 위해서만 사육되고 있다. 또 현대인의 식생활을 보면 평소에 필요 이상으로 지나치게 많은 육류를 섭취하고 있어 오히려 건강이 악화되고 여러 질병에 더 많이 걸리는 상황에까지 이르렀다. 따라서 이제 소고기나 돼지고기 같은 육류 섭취를 조금 줄이고 대신 건강에 좋은 채식을 늘리는 것이 환경과 우리 건강에 유익하다.

147쪽_ 전기를 많이 만들려면 많은 양의 오줌이 필요하다. 그렇다면 축제에서 많은 사람의 오줌을 모아서 전기를 만들면 되지 않을까? 실제로 영국에서 그런 일이 있었다. 영국에서 개최되는 세계적인 음악 및 행위예술 축제인 글래스턴베리 페스티벌에서 있었던 일이다. 영국의 브리스틀 웨스트잉글랜드대학 연구팀은 2015년부터 수년간 글래스턴베리 페스티벌에 참가해 축제에 온 사람들이 화장실에서 볼일을 본 소변을 모아 전기를 만들었다. 축제에 참여한 사람들의 소변을 5일 정도 모아서 전기 300와트시(Wh)를 생산한 것이다. 이렇게 생산한 전기는 전구를 밝히거나 휴대폰 등 여러 전자기기 충전에 사용했다고 한다.

151~152쪽_ 전기가 없는 세상은 상상할 수 없다. 우리 주변에는 전기로 작동하는 물건이 가득하다. 전기를 친환경적이고 깨끗한 에너지라고 생각하기 쉽다. 그러나 대부분의 전기는 화석연료를 태우거나 원자력발전으로 생산된다. 이 과정에서 발생하는 온실가스와 원전폐기물은 환경을 파괴한다. 친환경적이고 지속 가능한 에너지원으로 풍력발전과 태양광발전 등의 사용을 확대하고 있지만 한계가 있다.
친환경적이면서 전기에너지를 생산할 수 있는 미생물 연료전지 기술은 미래에 다양하게 사용될 것이다. 여기에 사용되는 미생물은 특별한 것이 아니라 주변에 있는 일반적인 세균이다. 또 오염물질이 가득한 폐수나 오줌을 이용한 미생물 연료전지는 폐수 처리와 함께 전기도 만들 수 있으니 더욱 좋다.

185쪽_ 미래에는 집집마다 냉장고 옆에 음식을 만들어 주는 3D 음식 프린터를 놓고 쓸 것이다.
첨단 과학이 만든 새로운 먹거리를 머지않아 맛볼 생각을 하니 기분이 좋다. 최근 인구증가와 환경 파괴로 식량 걱정이 나날이 커지고 있는 상황이라 더욱 반갑다. 그런데 실험실 고기나 3D 프린팅 음식이 우리 건강을 해치지는 않을까? 기존에 없던 새 먹거리가 등장했으니 당연히 음식물의 안전성을 되짚어 봐야 한다. 실험실 고기를 만드는 일부 업체에서 배양육을 제조하는 과정에서 유전자 편집을 사용하고 있는데 이것이 유전자변형생물체(Genetically Modified Organism, GMO)처럼 위험성이 있는 것은 아닌지에 대해 논란이 될 수 있다.
따라서 이 실험실 고기가 건강에 미치는 영향에 대해 앞으로도 연구할 필요가 있다. 이렇게 안전하게 믿고 먹을 수 있는 미래 먹거리를 제대로 마련해야 한다. 미래에는 우리 건강과 함께 환경도 보호하는 맛있는 먹거리가 많이 등장할 것이다.

218쪽_ 최근 과학계 내에서 자기반성의 목소리와 함께 변화를 이끌기 위한 시도가 이루어지고 있다. 바로 과학 연구에서 ‘실패’에 대한 관점의 전환과, 실패해도 괜찮으니 창의적이고 도전적인 연구를 하라고 장려하는 것이다. 정부는 2021년 2월에 국가과학기술자문회의 운영위원회를 열어 ‘국가연구개발 과제평가표준지침 개정안’을 심의했다. 이에 따르면, 연구 과제 성과 평가에서 ‘실패’라는 용어를 사용하지 않기로 했고, 평가 결과 등급을 ‘우수, 보통, 미흡’으로 표준화하기로 했다. 그러나 부적절한 수행 또는 성과를 달성하지 못한 경우에는 ‘극히 불량’ 등급을 주도록 했다. 또 정부는 〈과학기술기본법〉 시행령을 2021년 9월에 개정했다. 여기에는 실패할 가능성이 큰 도전적 연구개발을 장려하는 내용이 담겨 있다.

257쪽_ 아직 우리나라에선 과학 분야 노벨상 수상자가 없지만, 이그노벨상 수상자는 있다.(……)
2023년에는 항문의 생김새로 신원을 식별하고 배설물을 분석해 질병을 진단하는 변기를 개발한 미국 스탠퍼드대학 의대의 박승민 박사가 이그노벨 공공보건 분야 수상자로 선정되었다. 이 변기는 대변 모양을 시각적으로 분석해 암이나 과민성 대장증후군 징후를 찾아낼 뿐만 아니라 소변에 포도당이나 적혈구 등이 포함되어 있는지도 확인할 수 있다. 아울러 지문처럼 사람마다 형태가 다른 항문 모양으로 신원을 파악해 여러 사람이 사용하더라도 추적 관찰이 가능하게 했다. 박승민 박사는 “오늘 우리는 스마트 헬스케어 변기라는 생각을 비웃을지 몰라도 이번 수상은 가장 개인적인 순간조차 건강에 긍정적 영향을 미칠 잠재력이 크다는 점을 분명히 한 것”이라는 수상 소감을 남겼다.