[사이언스칼럼]현대 공학의 발전

지난 수년간 언론과 정부 발표에서 보아온 바와 같이 올해의 수능에서도 자연계 지원율은 현저하게 낮았다. 우리가 흔히 자연계로 분류하는 공학과 자연과학의 관계를 규명해 본다.

공학과 자연과학은 그 발전 속도가 항상 같지는 않았지만 상호보완적으로 발전되어 왔다. 자연과학이 근본적 지식의 탐구에 관련되어 있는 반면, 공학의 목표는 자연과학에서 도출된 과학적 지식을 인류의 ‘보다 더 나은 삶’을 위해 가장 경제적으로 사용할 수 있는 여러 방법들을 개발하는 응용에 관련되어 있다.

자연 현상을 관찰하여 새로운 지식을 발견하기 전에는 이를 응용할 수는 없으나, 발견된 지식은 곧 활용되어질 수 있다. 실제 문제를 해결하기 위해 노력하는 과정에서 공학은 다시 새로운 지식이 요구되는 자연과학 분야에 피드백 되어진다. 따라서 공학과 자연과학은 서로 보완하며 발전되어진다.

우리는 뛰어난 고대 공학의 업적으로 피라미드나 중국의 만리장성 등을 생각할 수 있다. 이러한 구축물들은 마찰의 극복, 들어올리기, 잡아당기기, 물건이 미끄러지기 쉬운 경사면, 간단한 지렛대 등의 물리적 현상에서 발견된 근본적인 지식을 응용한 것이다.

초기 공학의 원리는 군대에서 주로 도로 및 교량 공사와 방어진지의 구축 등에 관련하여 응용되었다. 유사한 원리들이 비군사적 목적에 응용되었을 때, 이것을 민간인공학 또는 토목공학(Civil Engineering)이라고 호칭하였고 현대 공학의 시초가 되었다.

물리학과 수학 분야의 밀접한 상호 발전은 기계적 원리들을 실제로 응용하기 위한 토대를 마련하였다. 증기기관이 발명되었고 이 기관으로 작동되는 많은 기계장치들을 활용할 수 있어 19세기 초에 기계공학이라는 분야가 등장하였다.

또 다른 예로는 Benjamin Franklin의 연날리기 실험(1752년)으로부터 시작한 전기와 정전기 현상에 대한 기본적인 연구를 들 수 있다. 이러한 전기 과학의 응용은 새뮤얼 모스(Samuel Mors)에 의한 전신의 발명과 토머스 에디슨(Thomas Edison)에 의한 전구의 발명 등으로 전기 사용을 보편화 시켰다. 이러한 전기에너지의 발전, 전송 및 효율적 사용 등을 다루기 위해 전기공학 분야가 형성되었다.

기계 및 전기 분야에서의 기술발전과 더불어 물질의 근본 성질에 관한 연구가 진행되어 물질의 합성에 관한 화학적인 기본 지식들이 축적되었다. 기계장치에는 윤활유가 필요하였고, 다양한 소비재의 생산에는 염료가 필요하였다. 한정된 천연재료 자체로는 수요를 충족할 수 없어 합성재료들이 필요하게 되었고, 이러한 공학적 노력이 자연스럽게 화학공학으로 알려지게 되었다.

18세기 산업혁명을 기점으로 그동안 유지해오던 가내 수공업이 제조 단위의 규모와 복잡성이 극적으로 증대된 대량생산 체계로 변하면서 종전의 경영 및 관리방법으로는 거대하고 복잡한 생산조직에 부적합하게 되었다. 새로운 관리 시스템에 대한 필요성이 산업공학이라는 분야를 발전시켰다.

이러한 공학 분야가 제1차 세계대전 이전에 형성된 공학계열이었고, 이러한 발전은 산업혁명의 결과였고 현재에도 계속되고 있는 기술혁명의 기원이 되고 있다. 제 2차 세계대전 이후로 전자공학, 컴퓨터공학, 항공공학 등과 같은 공학이 발전하였고, 최근의 환경에 대한 관심은 환경공학과 생명공학을 탄생시켰다. 또한 앞으로 다가오는 우주시대는 우주공학을 더욱 발전시킬 것이다.