[이승모]자연에서 과학으로, 그리고 다시 기술로

[사이언스 칼럼]이승모 한국기계연구원 나노역학연구실 선임연구원

▲ 이승모 한국기계연구원 나노역학연구실 선임연구원

'자연(自然)'이라는 말은 순 우리말이 아닌 한자어로서, 국어 사전에는 '사람의 힘이 더해지지 아니하고 저절로 생겨난 산, 강, 바다, 식물, 동물 따위의 존재'라고 풀이되어 있다. 하지만 한자어로서 '자연(自然)'이라는 단어의 의미를 다시 풀면 보다 철학적인 명제가 부각된다.

'스스로 자(自)', '그러할 연 (然)', 즉 '스스로 그러하다'라는 의미다. 하늘, 땅, 동물, 식물 등 주변의 모든 것들은 '스스로 그러한' 존재라는 뜻이다. 심지어 만물의 영장이라고 하는 인간까지도 말이다.

45억년에 이르는 지구의 역사에서 지구상에 서식하거나 존재하는 것들은 길고 긴 진화의 과정을 거쳐 과학적, 공학적으로 '스스로 그러한', 가장 '완벽한' 사물로 현존하고 있다. 자연의 비밀을 이해하고자 하는 노력은 아리스토텔레스를 비롯한 고대의 철학자들로부터 시작됐다. 그러나 당시 이해의 정도는 극히 피상적인 단계에 머물렀고, 중세에 이르러서도 기독교의 교리에 집착하는 스콜라 학자들과 자연에 대한 과학적 실험 자체를 교황청에 대한 반역 행위로 받아들이는 통념으로 인해 자연에 대한 이해의 정도는 지극히 정체돼 있었다.

자연 속의 비밀을 파헤쳐 보다 체계적이고, 경험적인 의미를 깨닫고자 하는 과학의 움직임은 르네상스 시대에 이르러서야 태동됐다. 시작은 다빈치였다. 자연을 체계적으로 관찰하고, 논리적으로 추론하여 수학적으로 모델링 하는 것이 처음으로 시도됐다. 새가 비행하는 모습을 모방해 글라이더라는 발명품을 생각해냈고, 소금쟁이를 모사해 물 위에 뜨는 신발을 고안했으며, 생성과 소멸을 반복하는 생명의 원리를 스프링과 태엽이라는 기계 장치로 묘사했다. 어찌 보면 자연에 존재하는 다양한 소재들을 과학이라는 도구를 이용해 해석하고, 기술이라는 도구로 현실화 한 셈이다.

현재의 과학은 나노(nano), 피코(pico), 펨토(femto), 아토(atto) 등 작은 크기에서 일어나는 현상 규명에 다소 집중되어 있다. 최근에는 그래핀(graphene)이라는 소재의 등장으로 이런 분위기는 더욱 가속화되고 있다.

덕분에 물질에 대한 분석 기술은 나날이 발전하고 있다. 새로운 소재의 등장은 물질 자체의 물성에 대한 자세한 연구와 새로운 아이디어를 바탕으로 밝혀진 물성을 잘 이용할 수 있는 실제 응용처(application)에 대한 연구, 이 두 갈래의 연구 붐을 가져왔다.

아침에 눈을 떠서 밤에 잠이 들기 전까지, 우리는 항상 자연 속에 서식하고 있는 무언가를 본다. 하지만 매일 보는 것이니 무심코 지나치는 것이 대부분일 것이다. 새로운 연구 주제나 물질을 찾아서 헤매고, 독특한 응용 분야를 고안하기 위해 고민하는 과학자나 공학자들의 입장에서는 매일 보고 지나치는 자연 속 동식물들은 하나 하나가 모두 연구해 볼 만한 가치가 아주 높은 주제들이다.

자연은 하나 하나가 독립되어 존재하는 정교한 물질이지만, 각각이 이미 인간의 기술로는 모방하기가 거의 불가능할 정도로 완벽한 시스템이며, 끊임없이 변화를 거듭하며 살아 움직이는 통일체. 즉 자연 그 자체는 과학자나 공학자들의 사표(師表)로 받들기에 충분한 가치가 있고, 자연의 섭리를 이해하고자 하는 노력 자체가 과학과 기술을 자연스레 연결하는 첩경을 제시하는 것이다.

'자연 모사 공학(Nature Inspired Engineering)'은 이미 6세기 전 다빈치로부터 시작됐다. 해외에서는 여러 연구 그룹들이 매진하고 있으나, 국내에서는 연구 시장이 비교적 협소해 크게 주목 받지 못하고 있다. 자연 속의 비밀을 이해하려는 노력이 축적되어 과학이 탄생했다. 이렇게 태어난 과학이 밑거름이 되어 다시 기술이라는 것이 등장했다. 국내 연구자들이 이 같은 사실을 널리 알게 돼 자연 모사 공학이 국내 연구 분야에 새로운 패러다임으로 등극할 날이 오기를 기대한다.