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• 인간을 위한 기술을 향하여, 우리가 공학을 배워야 하는 이유 물론 기술이 인류의 삶을 풍요롭게 만들기만 하는 것은 아니다. 기술로 인한 부작용과 폐해 또한 크다. 화석연료를 기반으로 한 기술의 급격한 발전과 대량 생산 시스템은 기후 위기라는 결과를 낳았다. 인공지능의 발전이 인간 삶에 이롭기만 할 것인가에 대한 논쟁도 치열하다. 따라서 필진들은 기술을 연구하는 사람으로서 가져야 할 윤리 의식을 강조하며 미래의 기술 발전이 누구를 위한 것이어야 하는지 질문을 던지는 일도 잊지 않는다. 전(前) KAIST 공과대학 학장을 역임한 배충식 교수는 말한다. “기술 발전과 함께 생겨난 문제들이 기술로만 풀릴 수는 없겠지만 더 나은 기술을 만들어야 해결 가능성이 높아지는 것 또한 사실이다.” 지속가능한 세상을 함께 만들기 위해 우리가 공학을 배워야 하는 이유이다. 이러한 취지에 공감한 이광형 KAIST 총장, 뇌과학자 정재승 교수, 석상옥 네이버랩스 대표 등 국내 최고의 이·공학자들은 본 도서를 미래를 이끌어갈 청년들에게 추천했다.『상상하는 공학 진화하는 인간』은 오늘날 기계공학이 이끌어가는 다양한 첨단 기술을 깊이 있게 다룬 공학 교양서로, 오늘날 우리 삶에 깊숙이 파고든 기술 혁명의 방향과 흐름을 제시하는 안내서가 될 것이다.
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• 기술 혁명 시대를 살아가는 모두를 위한 필독서!” 이광형 KAIST 총장, 김동환 대한기계학회 회장, 뇌과학자 정재승 교수 ‘휴보 아빠’ 오준호 교수, 석상옥 네이버랩스 대표 대한민국 최고의 이·공학자들이 미래를 준비하는 청년들에게 강력 추천하는 책 새로운 아이디어가 상상에서 끝나지 않고 미래를 바꾸는 기술이 될 수 있도록 오늘의 문제를 해결하고 내일의 가능성을 설계하는 공학! KAIST의 세계적인 기계공학자들이 들려주는 첨단 기술의 해법과 상상력! 언제쯤 아이언맨 같은 로봇을 직접 입게 될까? 기후 위기를 효과적으로 해결할 에너지 혁신 기술이 있을까? 로봇팔이 인간의 뜻대로 움직이는 기술적 원리는 뭘까? 동전만한 실험실에 내 장기를 구현할 수 있다면? ‘기술 혁명 시대’라 칭할 수 있는 오늘날, 공학 기술은 우리의 일상생활과 사회 발전에 핵심적인 역할을 맡고 있다. 그만큼 우리는 기술에 대한 이해와 공학적 사고가 필수 교양이 된 시대를 살고 있는 셈이다. 그러나 비전공자의 입장에서 나날이 고도화되어 가는 기술 변화를 파악하기란 어려우며, 여기에 미래 전망에 대한 질문까지 덧붙는다면 답을 내놓기란 더욱 까다로워진다. 이에 첨단 기술의 오늘을 알려주고 미래를 함께 고민하기 위해 KAIST 기계공학과 교수 27명의 지식을 한데 모은 책 『상상하는 공학 진화하는 인간』이 출간됐다. KAIST 기계공학과는 한국 최초의 인간형 로봇 개발 등 신기술을 선도하며 공학 분야의 글로벌 리더로 인정받고 있다. 각자의 연구 분야에서 세계적 수준의 성과를 이뤄낸 공학자들이 필진으로 참여하여 한 권의 책 안에 첨단 기술의 원리, 적용 사례뿐 아니라 앞으로의 발전 가능성까지 깊이 있는 지식을 빼곡히 담았다. 무엇보다 이 책은 전문적인 용어와 개념을 비전공자의 눈높이에 맞춰 차근차근 설명하여, 기술에 대한 지식을 바탕으로 새로운 내일을 준비하는 미래 세대는 물론 첨단 기술의 양상과 흐름을 파악하고자 하는 일반인 모두가 읽을 수 있는 책이다. “기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다.” 공학은 자연과학의 원리를 그 시대의 필요에 맞춰 활용하여 새로운 기술과 가치를 창출하는 학문으로서, 지금껏 인류가 직면한 여러 문제들을 해결해 왔다. 다양한 공학 분야 중 특히 기계공학은 18세기 산업혁명을 촉발한 증기기관의 발명과 함께 본격화되어 각종 도구와 기계로 문명을 발전시켰다. 이러한 기계공학은 여러 종류의 공학 가운데 가장 오랜 역사를 갖고 있기에 흔히 오늘날 4차 산업혁명의 본류와는 거리가 있다고 오해받곤 한다. 하지만 기계공학은 융합과 혁신의 중심에 있는 학문으로 기계공학의 전통적인 분야인 역학과 설계는 데이터 기반의 인공지능과 결합하여 그 역할이 확장되고 있다. 급속도로 진화하는 로봇 기술 외에도 미래 모빌리티, 열관리, 에너지, 소재, 첨단 반도체, 의학, 심리학 등 기계공학이 관여하지 않는 분야가 없을 정도다. 이에 KAIST 기계공학과 학과장인 김정 교수는 영국 기계학회의 슬로건을 빌려 이렇게 말한다. “Nothing moves without mechanical engineers.(기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다)” 따라서 기계공학을 이해하는 것은 기술 문명의 변천사와 공학의 기초를 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 이 책은 2부 6장으로 구성되어 있다. 1부 ‘세상을 바꾸는 공학’에서는 기술이 세상을 어떻게 변화시켜 왔으며, 앞으로는 어떻게 발전될 것인지 알아본다. 이미 우리의 일상 속 가까이 들어와 있는 로봇과 모빌리티 기술의 가능성을 짚어보고(1장 ‘새로운 역사를 쓰는 로봇 기술과 모빌리티’), 탄소 중립을 달성...하기 위한 친환경에너지의 중요성과 그 활용 기술(2장 ‘내일의 생존을 위한 에너지 혁신’)을 살펴본다. 3D프린터와 인공지능 등의 첨단 기술이 생산 현장을 획기적으로 변화시키는 사례(3장 ‘미래를 그리는 첨단 생산 기술’) 역시 신기술의 현재를 가늠하기 위해 눈여겨볼 필요가 있다. 2부 ‘인간을 진화시키는 공학’에서는 인간 삶의 가능성을 확장하는 공학의 기술에 대해 알아본다. 특히 의공학의 발전, 더 나아가 인간과 기계가 결합해 가는 사례에 대한 연구는 우리의 상상력을 자극한다. 각종 첨단 센서와 음향 블랙홀 등 우리가 잘 인식하지 못하지만 인간의 생활에 도움을 주는 기계(4장 ‘눈에 보이지 않지만 항상 우리 곁에 있는 기계’)에 대해 알아보고, 광학 기술과 장기 칩 등 보다 쉽고 정확하게 질병을 찾아낼 수 있도록 돕는 의공학의 발전 가능성(5장 ‘새로운 의료 패러다임을 이끄는 공학’)을 탐구해 본다. 또한 사람이 단순히 기계를 사용하는 것이 아니라 기계와의 융합을 통해 진화할 수 있는 가능성(6장 ‘기계와 함께 진화하는 인간’)도 살펴본다. 인간을 위한 기술을 향하여, 우리가 공학을 배워야 하는 이유 물론 기술이 인류의 삶을 풍요롭게 만들기만 하는 것은 아니다. 기술로 인한 부작용과 폐해 또한 크다. 화석연료를 기반으로 한 기술의 급격한 발전과 대량 생산 시스템은 기후 위기라는 결과를 낳았다. 인공지능의 발전이 인간 삶에 이롭기만 할 것인가에 대한 논쟁도 치열하다. 따라서 필진들은 기술을 연구하는 사람으로서 가져야 할 윤리 의식을 강조하며 미래의 기술 발전이 누구를 위한 것이어야 하는지 질문을 던지는 일도 잊지 않는다. 전(前) KAIST 공과대학 학장을 역임한 배충식 교수는 말한다. “기술 발전과 함께 생겨난 문제들이 기술로만 풀릴 수는 없겠지만 더 나은 기술을 만들어야 해결 가능성이 높아지는 것 또한 사실이다.” 지속가능한 세상을 함께 만들기 위해 우리가 공학을 배워야 하는 이유이다. 이러한 취지에 공감한 이광형 KAIST 총장, 뇌과학자 정재승 교수, 석상옥 네이버랩스 대표 등 국내 최고의 이·공학자들은 본 도서를 미래를 이끌어갈 청년들에게 추천했다.『상상하는 공학 진화하는 인간』은 오늘날 기계공학이 이끌어가는 다양한 첨단 기술을 깊이 있게 다룬 공학 교양서로, 오늘날 우리 삶에 깊숙이 파고든 기술 혁명의 방향과 흐름을 제시하는 안내서가 될 것이다.
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• 머리말 기계공학, 세상을 움직이다│김정 1부 세상을 바꾸는 공학 1장 새로운 역사를 쓰는 로봇 기술과 모빌리티 · 로봇이란 무엇인가│황보제민 · 현재와 미래를 달리는 보행 로봇│박해원 · 사람이 로봇을 ‘입다’│공경철 · 무엇이 우리를 움직이게 만드는가?│김진환 · 박쥐와 자율주행 자동차는 어떻게 공간을 인식할까?│박용화 · 기계에 눈을 달다│윤국진 2장 내일의 생존을 위한 에너지 혁신 · 지금 당장 시작해야 한다│장대준 · 탄소 중립의 핵심, 수소에너지 기술│이강택 · 전점 뜨거워지는 세상, 열과의 전쟁│남영석 3장 미래를 그리는 첨단 생산 기술 · 생각하는 기계, 산업에 혁신을 일으키다│유승화 · ‘현대 문명의 쌀’, 반도체 기술의 핵심│김영진 · 자동차부터 심장까지 개인 맞춤형으로 제작하는 시대│김산하 · 커피, 와인, 위스키, 음료를 바라보는 공학자의 눈│김형수 · 피라미드와 우주태양광발전 구조물의 공통점은?│김성수 2부 인간을 진화시키는 공학 4장 눈에 보이지 않지만 항상 우리 곁에 있는 기계 · 첨단 센서, 더 안전하고 편리한 세상을 위하여│박인규 · 조용하고 쾌적한 미래를 위해 소음과 진동을 제어하다│전원주 · 大를 위한 小의 역학│심기...동 · 스타트업을 꿈꾸는 기계공학자│윤용진 5장 새로운 의료 패러다임을 이끄는 공학 · 기계공학과에도 의대가 있다│김현진 · 빛이 있으라!│유홍기 · 내 몸 밖에 내 장기를 만들 수 있을까?│전성윤 6장 기계와 함께 진화하는 인간 · 생명체를 닮아가는 로봇│경기욱 · 육백만 불의 사나이는 현실에서 가능한가?│박형순 · 내 몸 안에 기계역학이 숨쉰다│구승범 · 뉴턴의 후예들, 뇌와 기계를 연결하다│이필승 맺음말 미래를 안내하는 길잡이│배충식
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• 머리말 중에서 기계공학, 세상을 움직이다 기계공학의 본질은 각 시대에 가장 중요한 도구, 기계 혹은 장치의 설계, 제조, 응용을 통해 새로운 가치를 창출하는 것입니다. 그 결과 전통적인 설계, 구조, 재료, 유동 등에서 나아가 나노 스케일의 반도체 공정과 가상 공간으로 진출했고, 헬스케어는 물론 심리학까지 그 범위를 확장하고 있습니다. 이쯤 되면 영국 기계학회의 슬로건인 “Nothing moves without mechanical engineers.(기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다)”라는 말이 결코 과언이 아님을 알 수 있습니다. 지금의 시대를 흔히 ‘기술 패권 시대’라고 합니다. 즉 기술을 무기로 한 강력한 산업과 제조업을 가진 나라가 경쟁에서 주도권을 가진다는 것입니다. 우리나라의 대중, 특히 미래 세대들이 다소 어렵더라도 공학의 원리와 기술에 대해 알아야 하는 이유라고 할 수 있겠습니다. 이 책의 마지막에는 결론이 존재하지 않습니다. 이 책의 새로운 장들은 여러분들이 후일 추가해 주셨으면 합니다. 본문 중에서 공학자는 미래를 기다리지 않는다. 자신의 손으로 직접 미래를 만든다! 신기술을 둘러싼 다양한 질문과 KAIST 기계공학자들의 명쾌한 응답! 2011년 3월 11일, 일본 도호쿠 지역에서 강도 7의 지진이 발생했습니다. 이 지진이 유발한 거대한 쓰나미는 높이가 15m에 달했고, 곧이어 후쿠시마 원자력발전소를 강타했습니다. 사람이 들어가기엔 너무 위험할 만큼 상황이 악화되자 일본 정부와 도쿄전력은 로봇을 투입하기로 합니다. 당시 일본의 로봇 기술은 세계 최고라고 알려져 있었지만 그 어떤 로봇도 이 정도의 재난 상황에 대처하기란 어려웠습니다. 후쿠시마 원자력발전소 사태는 당시의 로봇 기술이 재난 상황에 얼마나 무력한지 여실히 보여주었습니다. 그리고 이를 주시했던 미국의 국방고등연구계획국은 사고 발생으로부터 4년이 지난 2015년에 로봇 기술을 발전시킬 목적으로 재난구조로봇대회를 개최합니다. 1장 새로운 역사를 쓰는 로봇 기술과 모빌리티, 〈현재와 미래를 달리는 보행 로봇〉 중에서 온실가스를 줄이기 위해서 비닐봉지와 종이봉투 중에 어느 것을 써야 할까? 원료 측면에서만 보면 종이봉투가 좋다. 하지만 실제 제조 과정까지 들여다보면 종이봉투가 5배 이상의 에너지를 더 많이 소모하며 그만큼 더 많은 탄소를 배출한다. 이처럼 겉보기에는 친환경적이지만 본질적으론 반(反)환경적인 제품들이 많아지고 있다. 위의 예에서 보듯이, ‘겉보기 친환경성’과 ‘절대 친환경성’은 다르다. 최근 많은 기업이 친환경을 강조한 그린 마케팅을 시도하지만, 포장만 그럴듯한 ‘환경 세탁(green washing)’으로 소비자들이나 투자자들을 속이는 경우가 발생하고 있다. 이런 눈속임과 사기를 방지하려면 소비자들의 슬기로운 판단과 지속적인 감시가 절대적으로 필요하다. 2장 내일의 생존을 위한 에너지 혁신, 〈지금 당장 시작해야 한다〉 중에서 스마트 세상을 살아가는 우리는 인류가 달에 사람을 보낼 때 썼던 컴퓨터들보다 빠르고 강력한 성능을 자랑하는 작은 스마트폰을 손에 들고 다닙니다. 이런 엄청난 변화는 집적회로 기술의 지속적인 발전 덕분입니다. 현대의 반도체는 실리콘 웨이퍼상에 다양한 금속 및 반도체 산화물들을 미세한 선폭으로 새겨 넣는 패터닝 과정을 층마다 반복하여, 복잡한 미세 구조들을 여러 층으로 쌓아감으로써 만들어집니다. 3장 미래를 그리는 첨단 생산 기술, 〈‘현대 문명의 쌀’, 반도체 기술의 핵심〉 중에서 음향 메타물질은 인공의 구조물로, 일반적인 물질과는 완전히 다른 음향학적인 특징을 가지고 있습니다.... 과학자들은 실제로 밀도를 음수로 만들지는 않지만 음파의 입장에서 밀도가 음수처럼 느껴지게 하는 물질을 설계할 수 있다는 사실을 발견했어요. 그 결과 매우 얇은 두께와 가벼운 무게만으로 음파를 거의 완벽하게 차단할 수 있게 되었습니다. 음향 메타물질만큼이나 흥미로운 음향 블랙홀 기술도 개발되고 있습니다. 음향 블랙홀은 마치 블랙홀이 빛과 모든 물질을 끌어들이는 것처럼, 파동을 특정 지점에 집중시켜 열로 소산시킬 수 있는 새로운 기술입니다. 4장 눈에 보이지 않지만 항상 우리 곁에 있는 기계, 〈조용하고 쾌적한 미래를 위해 소음과 진동을 제어하다〉 중에서 과학자들은 우리 장기가 어떻게 작동하고, 질병이 장기에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있기를 원했다. 하지만 시험관 안에 담긴 세포나, 살아 있는 동물로 하는 실험은 실제 인체의 환경과 다른 점이 많아 인간의 질병과 장기에 대해 파악하는 데 한계가 있었다. 이때 미세유체 시스템은 기존 실험의 한계를 보완해 줄 수 있는 훌륭한 도구가 되었다. 미세유체 시스템 내에 구현된 심장, 폐, 뇌, 안구, 근육, 혈관 등 다양한 장기 시스템을 미세생체 시스템 혹은 장기 칩이라고 한다. 폐 시스템의 경우 사람이 숨을 들이쉴 때 폐포가 늘어나는 현상을 미세생체 시스템 안에 구현하였다. 5장 새로운 의료 패러다임을 이끄는 공학, 〈내 몸 밖에 내 장기를 만들 수 있을까?〉 중에서 2006년 미국 노스웨스턴대학교의 토드 쿠이켄 교수는 표적 근육 재신경화술이라는 고난이도의 수술을 성공시켰다. 환자는 전기 사고로 양팔을 잃은 설리번이라는 남성이었다. 쿠이켄 교수는 이 수술을 통해 환자의 어깨 끝부분에 남아 있던 말초신경 다발을 가슴 근육에 다시 심었고, 그 신경다발에 연결한 센서를 통해 복잡한 상지 동작 의도까지 읽어낼 수 있게 했다. 수술 과정을 좀더 자세히 살펴보자, 설리번 씨의 절단된 팔과 연결된 말초신경계 다발은 어깨 부분에서 잘려 있었는데, 어깨, 팔꿈치, 손목, 손가락을 움직이는 근육으로 연결되어 있던 다발들이 목적지를 잃은 채 아직 살아 있었다. 6장 기계와 함께 진화하는 인간, 〈육백만 불의 사나이는 현실에서 가능한가?〉 중에서
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• 장대준 [저]

• KAIST에서 화학공학 박사학위를 받았다. 자유형상 압력 탱크를 비롯한 혁신적인 에너지 저장 및 시스템을 개발하였으며, 2개 기업을 창업하였다.

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