“제4차 산업혁명의 핵심동력 ‘나노기술’에 주목하라!”
세계 최초로 ‘나노기술’의 개념을 정립, 과학계의 판도를 뒤바꾼 에릭 드렉슬러 최신작!
원자 재조합을 통해 21세기 미래세계를 지배할 나노기술의 놀랍고도 무한한 가능성을 말한다
“분자 단위에서 제품을 만드는 날이 수십 년 안에 온다. 기존보다 50배 강하면서도 가벼운 강철, 에너지 소모가 거의 없는 컴퓨터, 각설탕 한 개에 도서관 내 정보를 다 담을 수 있는 기술 모두 가능해진다. 나노기술은 결국 ‘궁극의 제조기술’이다. 이를 통해 인류는 급진적 풍요를 맛보게 될...
“제4차 산업혁명의 핵심동력 ‘나노기술’에 주목하라!”
세계 최초로 ‘나노기술’의 개념을 정립, 과학계의 판도를 뒤바꾼 에릭 드렉슬러 최신작!
원자 재조합을 통해 21세기 미래세계를 지배할 나노기술의 놀랍고도 무한한 가능성을 말한다
“분자 단위에서 제품을 만드는 날이 수십 년 안에 온다. 기존보다 50배 강하면서도 가벼운 강철, 에너지 소모가 거의 없는 컴퓨터, 각설탕 한 개에 도서관 내 정보를 다 담을 수 있는 기술 모두 가능해진다. 나노기술은 결국 ‘궁극의 제조기술’이다. 이를 통해 인류는 급진적 풍요를 맛보게 될 것이다.” _에릭 드렉슬러
2016년 노벨 화학상은 머리카락보다 1,000배나 작은 분자기계를 만들어낸 세 명의 과학자에게 수여되었다. 이는 기계운동 원리를 분자 수준에 적용해 기계처럼 제어가 가능하고 관찰할 수 있는 새로운 형태의 분자 시스템을 고안해낸 것으로 곧 나노기술의 비약적인 발전을 의미한다. 1981년 20대 중반에 불과하던 MIT 대학원생 에릭 드렉슬러가 발표한 논문 〈분자 엔지니어링〉에서 나노기술을 처음 소개한 지 40여년 만에 이룬 기술혁명의 쾌거였다.
에릭 드렉슬러는 나노기술의 역사에서 빼놓을 수 없는 존재다. 그는 나노 수준의 공학이라는 숨어 있는 아이디어, 즉 ‘나노기술’의 개념을 세계 최초로 정립하고 탐험한 인물이다. 그는 나노기술에 관한 최초의 저술로 평가받는 그의 첫 번째 저작 《창조의 엔진(Engines of Creation)》(1986)에서, 원자를 재배치하는 분자조립기계가 등장한다면 산업혁명ㆍ항생제ㆍ핵무기를 모두 합친 것보다 더 커다란 변혁을 가져올 것이라고 예견했다. 이러한 그의 선구자적 혜안은 전 세계 과학계의 판도를 뒤흔들었을 뿐만 아니라, 그를 미래사회를 선도하는 세계적 석학의 반열에 올려놓는다.
그런 그가 《급진적 풍요》로 다시 돌아왔다. 이 책은 ‘나노기술’에 관한 그의 40년 연구의 결정판이라 할 수 있다. 《창조의 엔진》에서는 나노기술의 개념을 알리는 데 주력했다면, 이 책에서는 나노기술의 진정한 의미와 발전 과정, 이를 둘러싼 여러 과학적 시도와 시각을 상세하게 다루고, 특히 그것이 몰고 올 전 지구적 변화를 설명하는 데 중점을 두었다. 무엇보다 드렉슬러는 정치ㆍ경제ㆍ사회ㆍ문화ㆍ의학ㆍ환경 등 다양한 분야에서 급진적이고 개혁적이며 지속 가능한 풍요를 인류사회에 안겨줄 나노기술의 미래를 오랜 연구 활동과 대중 강연을 통해 쌓아올린 폭넓은 지식ㆍ탁월한 통찰로 흥미진진하게 풀어냄으로써, 천지창조에 비견될 정도의 놀랍고도 무한한 가능성을 우리에게 보여준다.
한 끼 식사 비용으로 살 수 있는 견고한 초경량 자동차부터 원하는 성능만 골라 주문하면 1분 만에 완성되는 고성능 가전제품, 수술 없이 손상된 장기를 복구하고 혈관 구석구석을 돌아다니며 몸속을 청소해주는 초소형 나노로봇, 아프리카 같은 척박한 환경에서도 기후의 영향 없이 유기농 곡물을 풍족하게 생산할 수 있는 농업 시스템과 이산화탄소를 제거해 지구의 대기를 산업혁명 이전의 상태로 회복해주는 환경 복구 시스템까지. ‘나노기술’ 분야의 창시자이자 대가의 안내를 받으며 떠나는 첨단과학과 그 영향을 탐구하는 위대한 여정에 여러분을 초대한다.
농업혁명, 산업혁명, 정보혁명을 넘어 나노기술혁명은 세상을 어떻게 바꾸어놓을 것인가?
폭발적인 물질혁명을 이뤄낼 나노기술의 미래를 생동감 있게 그려낸 화제작!
사람 머리카락 굵기 1만분의 1 크기, 사람 손톱이 1초 동안 자라는 길이, 이것이 바로 나노세계다. 이런 극한의 단위에서 미래의 성장 동력을 찾고 이를 발전시켜온 에릭 드렉슬러. 이 책에는 나노기술 이론을 체계화하고 대중적으로 확산시키기 위해 생애를 걸고 집념을 불태웠던 그의 노력과 미래사회에 대한 비전이 구체적으로 담겨 있다.
그렇다면 나노기술이 바꿀 미래의 모습은 어떠할까? 이 책은 한때 너무나도 파격적인 것으로 생각되었던 나노기술의 개념이 어떻게 과학과 대중문화 속에 자리잡아왔는지, 그리고 점점 더 가속화하는 나노기술의 진보가 어떤 변혁을 가져올지를 생생하게 그리고 있다. 드렉슬러는 책의 서두에서 나노기술이 “나노 크기의 장치에 기초한 기계를 이용해서 물건을 제조하고, 원자 수준의 정밀성을 갖춘 제품을 만들어낸다”는 두 가지 특징을 갖고 있으며 “원자정밀제조(APM) 기술을 대규모로 고속 대량생산에 적용하는 것이 나노기술 발달의 핵심이고, 이 기술은 다가올 미래세계를 완전히 새롭게 탈바꿈할 것”이라고 주장한다.
그가 강조한 ‘APM 생산공정’이란 마치 레고 블록을 조립하듯이 나노미터 크기의 기본 구성 물질을 인간에게 유용한 구조로 재조립하고 배치하는 장치를 말한다. 즉 수많은 부품들이 매뉴얼에 따라 조립되어 하나의 제품으로 생산되듯이, 수조 개의 원자를 매뉴얼에 따라 조립함으로써 새로운 물질이나 제품을 생산할 수 있게 된다. 이런 공정의 가장 큰 이점은, 나노 수준에서 원자를 원하는 위치에 장착하기 때문에 큰 규모의 생산시설 없이도 뛰어난 정밀함으로 튼튼하고 가벼운 물질을 만들어낼 수 있다는 것이다. 결과적으로 생산비용이 저렴하고, 고장은 거의 없는, 필요에 의해 언제든지 용도 변경까지 가능한 제품이 쏟아질 것이다.
관리자가 버튼을 누르자 기계가 움직이기 시작한다. 처음에는 아무 일도 일어나지 않는 것처럼 보인다. 그러나 1분도 채 되지 않아서 여러분의 눈앞에 있는 기계가 왼쪽 벽 각각의 방에서 튀어나오는 부품들을 집어 올려서 방 가운데에 있는 조립 플랫폼 위로 가져와서 첫 번째 부품을 연결해서 고정하고 나머지도 차례차례 조립한다. (…) 가장 큰 방에서 이루어지는 자동차 조립은 1분 안에 끝난다. 그러면 밀폐되었던 오른쪽 문이 열리고 자동차가 마치 비닐 포장 같은 것에 둘러싸여서 나온다. 만일 여러분이 태어난 지 몇 분밖에 되지 않은 이 차를 기념품으로 사고 싶다면 크게 망설일 필요가 없다. 고급 식당에서 저녁 한 끼 먹을 정도의 가격으로 충분히 살 수 있을 테니까. 그런데 이런 초경량, 고성능, 탄소 배출 ‘제로’인 자동차를 한 대 더 구입하면 괜히 집 공간만 비좁아질 수도 있다. 대신 다른 버튼을 한 번 누르면 자동차는 옆에 있는 기계로 들어가 분해되고 부품들은 재활용된다._[최종 제품 관점에서 생산 과정 돌아보기] 중에서
APM 수준의 기술은 새로운 물건을 만드는 데서 그치지 않는다. 정보기술, 에너지, 자원, 농업, 안보, 의료 등 다양한 분야에도 적용된다. 고성능 역삼투압 담수화 시스템을 활용하면 전 세계의 물 부족 문제를 단번에 해결할 수 있고, 친환경 태양광 발전만으로도 충분한 양의 전력을 생산할 수 있으며, 폐쇄 환경 농업 시스템만 있다면 환경과 기후의 영향 없이 원하는 농작물을 얼마든지 생산할 수 있고, 초소형 나노로봇을 이용하여 몸속 상처 조직에 직접 침투해 수술 없이도 치료가 가능하다. 그중에는 지구의 대기를 산업혁명 이전의 상태로 되돌리는 환경 복구 시스템도 있다.
이미 과거에 배출한 이산화탄소의 효과를 바로잡기 위해서는 엄청난 규모(약 3조 톤)의 기체를 대기에서 포획해야 한다. 이 정도 규모의 복구 작업은 그 문제를 낳은 산업 문명의 능력을 벗어나는 일로 보인다. (…) 그러나 APM의 관점에서 이것은 해결 가능한 도전이다. APM 수준의 기술은 이산화탄소를 포획해서 압축하는 열역학적으로 효과적인 수단을 제공할 수 있다. 한편 거기에 필요한 에너지는 사하라 사막 면적의 0.5퍼센트 정도에 분산시켜 설치한 태양전지판에서 10년에 걸쳐 생산할 수 있다. 이런 방법으로 APM 기반의 생산은 충분한 탄소 포획 능력을 제공함으로써 감당할 만한 비용으

+ 세계경제를 근본적으로 변화시킬 수 있는 생산 형태를 창조할 뿐만 아니라, 환경 또한 보존할 수 있는 놀라운 기회를 가져다줄 나노기술의 현재와 미래가 한 권에 담겨 있다. _〈네이처〉

+ 나노기술의 발전과 미래의 가능성을 두루 담은 고무적인 지침서. 나노기술의 창조적 작품인 과학과 기술에 대한 흥미진진한 이야기를 통한 지적 여정을 함께할 수 있는 책! _〈커커스리뷰〉

+ 이 책은 기술 발전 양상을 놀라울 만큼 간단명료하게 정리했을 뿐만 아니라, 사물을 제조하는 이 ‘새로운 방식’이 어떻게 풍요를 이루어 가는지를 생생하게 그리고 있다. 에릭 드렉슬러의 놀라운 논지는 세심한 주의를 기울여 탐구해볼 만하다. _에모리 로빈스, 로키마운틴연구소 회장 겸 수석과학자

만일 우리가 제품을 (더 나은 제품을) ‘정말’ 잘 만들 수 있다면, 그것도 깨끗하고 비용이 적게 드는 방식으로, 전 세계에서 그렇게 한다면 세상은 과연 어떤 모습이 될지 상상해보자. 엄청나게 효율적인 태양전지판을 만드는 데 판지나 알루미늄 포일을 만드는 정도의 비용밖에 들지 않는다면? 슈퍼컴퓨터급 노트북을 만드는 데도 그 정도 비용이라면? 그뿐만이 아니다. 고성능 자동차와 조명, 그리고 산업 문명을 떠받치는 눈에 보이지 않는 기간산업 역시 탄소발자국을 거의 남기지 않으면서 저렴한 비용으로 만들어 공급하고 운영할 수 있다면 과연 어떻게 될까? 사물을 제조하는 우리의 능력이 정말로 그 정도로 뛰어나다면 미래 세계에 대한 전망에는 빈곤과 결핍 대신 전례 없는 풍요(급진적이고 개혁적이며 지속 가능한 풍요)가 자리 잡을 것이다. 사람들이 원하는 것을 과거에는 꿈도 꿀 수 없었던 정도로, 더 많이, 더 낮은 비용(경제적 의미에서든 환경적 의미에서든)으로 만들어낼 수 있을 것이다. _<꼭 필요한 서문> 중에서

디지털 매체를 다운로드받는 경우와 마찬가지로 제품 한 단위당 들어가는 경영, 금융, 마케팅, 판매, 사무 지원, 법무 지원 등의 한계비용은 사실상 0에 가깝다. 따라서 APM은 오늘날의 디지털 매체와 비슷한 비용 구조라고 볼 수 있다. APM 시스템에서 최초의 제품을 생산하는 데 드는 비용은 새로운 이미지, 비디오, 소프트웨어 응용 프로그램 등을 만드는 데 드는 비용과 비슷하다. 그러나 제품을 유통하거나 배송하는 데 드는 비용은 낮고 분산되어 있으며 필요한 경우에만 발생한다. 오늘날 주문형 출판과 마찬가지로 재고 문제가 사라져버린다. 소비자는 창고에 쌓여 있는 재고 중에서가 아니라 잠재적으로 무궁무진한 제품 목록에서 원하는 제품을 고를 수 있다. _<급진적 비용 절감의 원천> 중에서

폐쇄 환경 농업(enclosed agriculture, 예를 들어 온실)은 농업을 온도, 토양, 물의 제약에서 자유롭게 해 식물 산출량을 크게 증가시키고 안정시킬 수 있다. 특정 장소의 특성과 기후가 농작물의 성장 조건을 결정하는 노지 재배와 비교할 때 통제된 환경은 농지의 생산성을 10배 이상 증가시킬 수 있다. 농작물의 성장 조건을 최적화하려면 외부와 차단된 공간에서 온도(너무 뜨겁거나 춥지 않고 대개 따뜻한 정도로), 습도(대개 높은 편이지만 포화될 정도는 아니도록), 햇빛(밝으나 직사광이 아닌 분산된 형태로)을 조절하고, 토양에는 질소, 인, 칼륨을 풍부하게 공급한다. 적절하게 조절된 폐쇄 환경은 살충제를 쓰지 않아도 해충을 막아주고, 질소와
인을 하천으로 방출하지 않고 재활용해서 농작물에 영양을 공급하면서 환경오염도 막는다. _<에너지, 자원, 농업의 변혁> 중에서

무엇보다도 세계가 적절한 APM 수준의 생산능력에 접근하게 되면 시장과 천연자원을 확보하려는 경쟁 압력은 줄어들 것이다. 단순히 자원이 더는 희소하거나 중요하지 않기 때문에 중대한 이해관계의 대상이 되지 않고, 그에 따라 수입과 무역수지가 물질적 안위에 필수 요소가 되지 않으며, 그 결과 수출 시장의 중요성 역시 줄어든다. 오늘날 어떤 국가든 석유 공급이 차단된다면 큰 혼란과 무능 상태에 빠질 것이다. 그런데 적절한 APM 수준의 생산능력은 에너지 독립 경제를 빠르게 실현시킬 것이다. 석유 수입이 더는 국가 생존을 위협하는 요소가 되지 못한다. 공업용 원재료, 부품, 재료 역시 마찬가지다. 핵심적인 APM 수준의 기술에 대해 광범위하게 접근함으로써 자급자족 경제를 실현할 수 있다. _<국가이익의 상호 조화> 중에서

해제_ 원자정밀제조가 4차 기술혁명을 일으킬 것인가
꼭 필요한 서문
1부 예상치 못한 세상
1장 원자, 비트, 그리고 급진적 변화
정보혁명에서 APM으로
2장 여정의 출발
도서관을 향한 여정
제조를 위한 과학과 우주
아서 칸트로비츠와의 만남
정량화된 꿈의 문화
3장 분자에서 나노 시스템으로
갈등의 엔진
전망과 도전
2부 기술혁명의 역사
4장 세 번의 혁명과 네 번째
최초의 농업혁명
산업혁명
정보혁명
APM혁명
5장 나노세계의 모습과 느낌
시간을 같은 비율로 확장하기
확대경으로 바라본 원자 수준의 질감
원자정밀기계 표면의 질감
화학과 분자생물학에서의 열운동
왜 APM 시스템은 그토록 평범한가
6장 우리가 사물을 만드는 방식
부분, 기계, 자동화된 제조의 힘
비트, 원자, 그리고 디지털 시스템의 힘
생명공학과 분자 나노기계의 힘
화학을 통한 원자정밀기술
기계, 디지털, 분자, 그리고 APM
3부 심원한 기술세계 탐구하기
7장 과학과 시간을 초월한 기술 잠재력
세계에 관한 위대한 이야기
기술의 물리학
일상 속에서 시험받는 교과서적 과학
보편적이지만 유한한 물리 지식
양자역학에서 스프링과 탄성을 가진 구체로
알지 못하는 것과 예측할 수 없는 것
제한된 지식의 영역 안에서의 공학
잠재적 기술의 땅에서 APM의 위치
8장 공학과 과학의 충돌
코끼리와 자동차: 과학과 공학에 관한 쌍둥이 우화
왜 과학과 공학은 서로 반대 방향을 향하는가
시스템공학의 전략
불필요한 충돌의 문제점
공학적 관점 적용하기
9장 기술의 잠재력 탐험하기
우주: 1899
우주시스템공학에서 배울 점
지식을 생산하는 공학
지금 여기에서 APM에 이르는 길
4부 급진적 풍요의 기술
10장 급진적 풍요를 낳는 기계
최종 제품 관점에서 생산 과정 돌아보기
공정을 좀 더 자세히 들여다보기
마이크로블록의 문턱 넘어서기
분자에서 마이크로블록까지
에너지 요구에 대하여
지금 내놓을 수 있는 최선의 답
11장 급진적 풍요의 생산물
세 가지 근본적 질문
급진적 성능 향상의 원천
실용적 적용에서 갖는 의미
급진적 비용 절감의 원천
성능, 비용, 변화 압력
5부 기술의 궤적
12장 오늘날의 원자정밀기술
화학이 가미된 공학
자연의 도구와 모델을 이용하는 원자정밀공학
약간의 원자정밀성을 보이는 재료 가공 방법
탐침으로 결정 위에 패턴 만들기
분자 시스템 조작하기
조각 이어 붙이기: 복합분자시스템
중대한 기술: 설계를 위한 연산 도구
혁명에 이르는 길
13장 미래로 가는 길에 일어난 우스꽝스러운 사건
두 종류의 나노기술
목적, 성공, 그리고 몬스터-밈의 탄생
과학, 공학, 그리고 기회
14장 진보를 가속화하는 방법
경로 탐색을 위한 로드맵
6부 미래로 나아가는 길
15장 문명의 물질적 기초의 변혁
소비자 제품에 관하여
생산수단의 변혁
정보기술의 변혁
하부구조의 변혁
에너지, 자원, 농업의 변혁
환경 문제의 변혁
안보기술의 변혁
의료의 변혁
소화하기 힘든 진실의 만찬
16장 파국적 성공 관리하기
속도와 방향에 관한 질문
지구적 문제에 대한 파괴적 해법
일관성 있는 기대, 관심, 반응
17장 새로운 미래의 안보
혼란의 가능성: 군사적 비대칭성
급진적 국가 안보의 역설
국가이익의 상호 조화
불확실성, 위험, 전망
18장 미래에 대한 논의의 변화
도전적 논의
크고 작은 효과적 행동
뒤돌아보기와 앞을 내다보기
부록 1_ 원자정밀가공의 분자 수준의 물리적 원리
부록 2_ APM에 이르는 점진적 경로
감사의 글
참고문헌
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