미래 문명를 지배할 기술

 

미래 문명를 지배할  기술로 아래 7가지를 꼽을 수 있다

 
ㅡ(배아)줄기세포응용
ㅡ에너지저장장치(Energy Storage System)
ㅡ수소연료전지(Hydrogen Fuel Cell)
ㅡ무선전송 및 충전
ㅡ사이보그/로보트/전자인간
ㅡCNT/그래핀 응용
ㅡSmart Grid기술 
 
★ 배아 줄기세포응용

 

줄기세포는 `인간의 장기에는  Spare가 없다´는 절체절명을  타개하고 계속 신체보수를 통해 영생불사의 가능성을 보여주는 기술로 알려져 있다.

 

[난자와 정자가 결합하여 수정란이 된 후, 하나의 세포로 시작한 수정란은 세포분열을 통해 여러 개의 세포로 이루어진 배반포(blastocyst)가 된다. 배반포의 안쪽에는 내세포괴(inner cell mass)라고 하는 세포들의 덩어리가 있는데, 이 세포들은 세포분열과 분화를 거쳐 배아(embryo)를 형성하고, 배아는 임신기간을 거치면서 하나의 개체로 발생하게 된다. 이 과정에서 내세포괴의 세포들이 혈액, 뼈, 피부, 간 등 한 개체에 있는 모든 조직의 세포로 분화하게 되는 것이다. 이러한 내세포괴의 세포를 배반포로부터 분리하여 특정한 환경에서 배양하면, 더 이상 분화는 일어나지 않지만, 분화할 수 있는 능력은 여전히 가지고 있는 상태의 세포로 만들 수 있다. 이러한 세포를 배아줄기세포라고 한다.

배아줄기세포는 모든 조직의 세포로 분화할 수 있는 능력을 지니고 있으며, 이론상으로는 무한정 세포분열을 할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 부상이나 질병 등으로 조직이 손상되었을 때 배아줄기세포를 원하는 조직으로 분화시켜서 그 조직을 재생시키는 데 이용할 수 있도록 연구 중에 있다. -이상출처 배아줄기세포(두산백과) ]

 

과학자들은 배아줄기세포를 이용하여 뇌질환에서 당뇨병, 심장병에 이르기까지 많은 질병을 치료하는데 줄기세포를 이용할 수 있을 것으로 기대를 걸고 있다. 예를 들어 당뇨병을 치료하기 위해 인슐린 생산 세포를 만들어 내거나 척추부상으로 마비된 환자의 기능을 회복시킬 수 있는 신경세포를 길러내는 것이 가능하다고 과학자들은 믿고 있는 것이다.

 

하지만, 배아는 정자와 나자가 만나, 장차 태아로 자랄 수 있는 엄연한 생명의 씨앗이라는 점에서 여러 조직이나 장기를 만들 수 있는 간세포를 얻기 위해 배아를 이용하는 것은 “살인행위나 마찬가지다”는 반대여론도 만만찮다.

 

현재 배아줄기세포를 난자에서 채취하지않고 세포에서 역분화시키는 방법이 연구되고잇다지만 아직까진 난자에서 채취하는 방법밖엔 없다. 그외 성체줄기세포나, 만능유도줄기세포등이 연구되고 있다.

 

아직은 윤리문제, 기술문제가 남아있어 보편화되기에는 시일이 필요하겠지만, 언젠가는 영생불사는 아니라도, 생명연장의 꿈을 실현시켜줄 기술임에는 틀림이 없는 것 같다. 일단 오래살고 볼 일이다.

  

★ ESS 

 

에너지의 고갈에 대비하고, 다양하지만 불안정한 신재생에너지를 포함한 다양한 에너지를 전기에너지로 변환시켜 안정적으로 분산저장하는 장치인 ESS(Energy Storage System) 

 

대규모 발전소에서 ESS를 가동하면, 생산된 과잉의 전력의 저장이나, 발전소 출력 감소분을 상쇄하기 때문에 전기를 안정적으로 공급할 수 있고, 피크 감소용 ESS는 전기료 절감은 물론 발전소와 송전선로 건설 부담도 줄여준다. 불규칙한 전력 품질의 개선될 수 있다.

 

또, 신재생에너지인  태양광이나, 수소연료전지등 분산된 소규모 발전단위에서 불규칙하고 불안정하게 이루어지는 발전량을  저장해 두었다가 필요할 때에, 안정적으로 공급하기 위해 필수적인 미래 유망사업이다.

 

여기에는 전기를 모아두는 배터리와 배터리를 효율적으로 관리해 주는 관련 장치들이 있다. 

 

ESS세계시장규모는 2020년경에 58조원으로 추산한다. 이후, 이 규모는 기하급수적으로 증가할 것으로 예측한다. 한전은 2017년까지 약 6,000억 원을 투자해 자체 변전소에 ESS설비를 설치해 나갈 계획임을 밝힌 바 있다

 

 

한전 제주도 조천변전소의 ESS (사진: 한전 제공)

 
★수소연료전지

 

수소연료전지는 물이나 가스를  개질하여  얻어지는  수소와 공기로 전기를 만들어내는, 분산형 미래동력원 즉 발전기의 일종이다. 용어에 전지가 들어가지만, 수동적으로 전기를 받아들려 저장하였다가 필요시 저장된 전기를 내보내는 배터리와 달리, 이것은 스택(Stack) 이라는 일종의 발전기에 산소와 수소 넣어 이 속에서 반응시켜 전기를 얻는 장치이다.

수소 분자가 한쪽은 많고 한쪽은 적기 때문에 확산을 해서 반대쪽으로 가려고 하는데, 전해질이 막고 있기 때문에 이온으로 변한다. 이 전해질은 전자가 통과 불가능하기 때문에 외부 전극을 두어 분리시켜 옮기게 되고 여기서 외부 전극을 따라 흐르는 전자를 통해 우리는 전기를 얻게 된다. 즉, 촉매와 전해질을 통해, 양극쪽에서 수소와 음극쪽에서 산소가 만나  수소이온으로 변하면서 물과 전기를 발생시키는 것이다.

 

 

수소연료전지는  수송용, 가정용, 발전용, 휴대용으로 용도별 쓰임새가 있다. 휴대용은 기존의 건전지등의 효율성에 비해 경쟁력의 문제가 있을 수 있고, 수송용은 고압의 압축수소(약700기압)가 필요하고, 고성능 스택, 공기공급장치, 물관리장치등이 필요해서 공간의 제약과 비용문제로 모든메이커들이 양산돌입에 고심하고 있다. 도요타, 현대의 경우 2015년경에 양산제품이 나올전망이다. 

 

 

<수소연료전지차와 수소용기>

 

발전용이나 가정용은 수송용에 비해 공간의 제약을 덜 받고, 수송용과 같이  수소를 직접 배관공급하거나 천연가스에서 개질하여 수소를 뽑아서 공급하기 때문에 고압의 용기가 불필요하다. 다만, 스택이나 발전에 사용되는 부품등의 성능이나 내구, 비용등에서 문제가 있어 아직은 시범단지 형태로  운영되고 있는 수준이다.

 

 
 <수소연료전지 가정용 실용화 단지>

 

★무선전송 밎 충전기술 

 

전력을 마이크로웨이브등으로 변환, 무선으로 송전함으로써 송전탑등이 사라지고, ESS, 전기자동차시대를 촉진하고 앞당길 것으로 예상하는 무선전송 밎 충전기술

 

미쓰비시중공업과 오므론, 카지마 등 22개 기업과 교토 대학을 중심으로 하는 13개 대학은 전파를 이용해 전기자동차(EV)나 휴대전화, 스마트폰 등을 무선 충전하는 기술개발에 나섰다.

 

 ‘무선 전력 전송 실용화 컨소시엄’ 발족- 컨소시엄에 참가하는 기업이 연구 자금을 지원하고, 교토 대학과 오사카 대학 등 연구기관의 성과를 기업이 향후 활용하도록 하고 있는 것이다.  전자레인지에 흔히 사용되는 마이크로파 특성을 이용해 전기를 보내고, 떨어진 곳에서 충전하는 기술을 연구할 계획인데, 2020년 경이면, 떨어진 장소로 송전하는 기술을 실용화해 1회의 충전으로 주행거리나 이용시간이 짧아 전기 자동차나 스마트폰의 단점을 극복할 수 있을 것으로 기대하고 있다

 

 또, 대규모 화재가 발생했을 때 피해상황을 조사하는 무인 비행기를 충전하는 시스템 등도 개발할 예정이라고 알려져 있고, 또한, 2040년쯤을 목표로 우주에 띄운 인공위성의 태양광 패널에서 전기를 만들고, 지상의 수전장치에 송전하는 기술에도 응용할 계획이다.

 

물론 대규모, 대용량의 마이크로파가  인체에 주는 영향등도 동시에 해결되어야 겠지만, 어쨋튼, 무선 전송 및 충전은 문명의 발전상 회피할 수 없는 기술이 될 것이다. 

 

  

자료원: 일본경제신문, WiPoT 홈페이지 참조 
 

★ 사이보그/로보트/전자인간

 

[거인족 출신으로 손재주가 뛰어났던 프로메테우스는 어느 날 진흙을 빚어 하나의 형상을 만들었다. 이 진흙 형상에 아테나 여신이 생명을 불어넣자, 생명이 없던 진흙덩어리는 스스로 움직이며 살아가는 존재로 탈바꿈되었다. 다른 동물들과 달리 두 발로 걷고 머리를 들어 똑바로 하늘을 바라볼 수 있는 존재, 이들의 이름은 인간이었다.

 

하지만 인간은 다른 동물들을 공격할만한 날카로운 발톱이나 이빨도 없었고 위험에서 자신을 보호할 단단한 갑옷이나 등딱지도 없어 매우 약한 존재였다. 프로메테우스는 자신이 만들어낸 인간의 연약함을 불쌍히 여겨, 몰래 신들만이 사용할 수 있었던 불을 훔쳐내 인간에게 주었다. 이후로 인간은 이 땅에 사는 동물 중 가장 강력한 힘을 가지게 되었다. -그리스 신화 중에서 '프로메테우스와 인간']

 

'인간의 몸에 전자장치 이식…난치병 치료 앞당겨 가까운 미래에, 腦에 칩 이식, 컴퓨터가 생각까지 읽어...'

인간의 몸에 기계 또는 전자장치를 결합시킨 ‘사이보그(Cyborg)’ 세상이 오고 있다. 사이보그란 1950년대 의학자들이 만들어낸 개념으로 ‘사이버네틱 오가니즘(Cybernetic Organism)’을 줄인 말로 신체 일부를 기계 또는 전자장치로 대신하거나 몸을 기계와 결합해 도움을 받고 있는 사람을 뜻한다. 향후 과학과 의학기술이 발전하면, 사이보그 기술이 판을 치게될 것이다.

 

우선은 공상과학소설에나 등장하던 그런 사이보그가, 현실적으로 우리 곁에 나타나고 있다. 사람들이 점점 각종 정보기기를 다루게 되면서 자기 몸의 일부처럼 편하게 사용하려는 욕구 때문에 전자기기를 몸속에 이식하고 있는 것이다.

처음에는 미국의 MIT 등에서 컴퓨터나 정보기기들을 옷처럼 입거나 액세서리처럼 달고 다니는 연구가 많았지만, 점차 몸속에 아예 정보기기를 이식하는 사례가 늘고 있다. 미국의 어플라이드 디지털 솔루션스(Applied Digital Solutions)사의 ‘디지털 앤젤’이라는 칩은 각 개인 정보를 담는 것은 물론, 위급 상황시 이식자의 위치를 추적할 수 있게 해주고 의료 정보까지 제공한다.

도, 눈과 귀, 혀등 사람의 감각기관을 대신하는 전자 장치도 개발 중이다. 청각 장애인들이 전화를 받을 수 있을 정도로 해주는 달팽이관 이식장치(chochlear implants)는 현재도 개발돼 있다. 나노기술의 발전도 몸에 이식할 수 있는 좁쌀만한 컴퓨터를 만드는 등 사이보그의 실현을 앞당겨 줄 것으로 기대된다.

기계와 살아 있는 동물의 신경을 연결하려는 연구도 진행 중이다. 독일의 막스 플랑크연구소 (Max Planck Institute)에서는 신경에 신호와 정보를 주고받는 통신 기술을 개발, 살아 있는 거머리의 움직임을 컴퓨터로 제어하기도 했다.

언젠가는 우리 주변에서 컴퓨터가 사라질 것이다. 우리가 입고 다니거나 몸안에 지니고 있을 것이기 때문이다. 우리의 뇌 안에 칩을 넣어 인간의 생각을 직접 컴퓨터 통신망(네트워크)에 접속할 수 있을 것이다.

이렇게 되면 모든 감각을 통제할 수 있는 완전 가상 현실이 가능해진다. 칩은 각각의 IP 주소를 갖고 네트워크를 형성하며, 무선으로 다른 사람들의 네트워크와도 연결돼 하나의 거대한 통합 신경망을 이룰 것으로 예상된다.

인간의 사이보그화는 인간에게 좀더 향상된 몸의 기능과 감각을 제공할 것이다. 불치병을 극복할 수도 있고, 인간의 정보 처리 능력을 향상시켜 효율적인 경제활동을 벌일 수도 있다. 즉 인류는 전혀 새로운 종으로 한 단계 발전할 수 있다. 메모리와 정보 처리 속도의 발전은 인간의 감각·인지 능력을 지금보다 월등한 초지능(hyper-intelligence)으로 만들 수 있다.

그러나 인간의 사이보그화는 위험한 면도 적지 않다. 개인의 모든 정보가 칩 안에 저장되므로 자칫 개인 사생활이 침해될 우려가 크다. 조지 오웰의 소설 ‘1984년’처럼 절대권력자인 ‘빅 브라더(Big Brother)’에 의해 항상 감시당하거나 추적당하는 삶을 살 수도 있다. 또 빈부 격차로 부자는 ‘좋은 몸’을 가지고, 가난한 자는 ‘나쁜 몸’을 가지는 문제도 있을 수 있다. 

 

나아가서는, 인간을 대신하는 전기,전자,기계, 화학, 재료,센서, 제어,통신등의  기술 이 망라되고 융합된  로보트인간, 전자인간이 인간을 대신하여, 육체적 노동을 대신할 뿐만 아니라, 정신적 영역까지 대신할 날이 올 것이다. 

 

그리되면, 지능을 가지게 된 전자인간이, 제어수단을 놓친 인간을 지배하는 시대가 올지도 모르겠다. 신을 창조한 인간이, 급기야 신의 노예로 전락하듯이, 전자인간을 창조하고, 다시 전자인간에 지배당하는 세태를 맞이하게 될지 모른다.
 

★ 그래핀(Graphene)과 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)

 

구리보다 100배의 전기전도성, 강철보다 100강도이면서 신축성이 뛰어나고 투명하여  휘는그TV화면등 Display분야에 일대혁신을 가져 오는 것등이 기대되는 그래핀 과  또, 우수한 전기적 특성과 기계적 특성으로 전기전도성 복합체, 고강도 복합체, 방열복합체 등으로 폭넓게 적용 가능하고, 특히 전기전도성 복합체의 경우 기존 필러 (탄소섬유, 카본블랙)에 비하여 훨씬 적은 양을 투입하여 높은 전도도를 구현할 수 있다고 알려진 CNT소재응용 
 

Graphene

What is Graphene?(그래핀이란 무엇인가)

관련출처:http://www.enago.com/blog/graphene-thin-is-in-physics-nobel-prize-2010/ 

 

탄소(C)가 벌집 모양의 면으로 만들어진 것이 흑연이고 입체적으로 만들어진 것이 다이아몬드다. 이 흑연은 여러겹의 면으로 쌓여 있는데 한겹만으로 만들어진 것을 그래핀이라고 한다.

 

이 그래핀은 전기전도성이 구리의 10배인데다 얇게 만들 수 있고 가볍고 투명하고 탄성도 뛰어나다. 무었보다 내구성이 철보다 100배나 강해 아직 탄소 나노튜브 말고는 상대할 물질이 없는데다 전자의 이동도가 높고(실리콘보다 100배) 부저항현상을 보여 반도체로도 실리콘을 데체할걸로 보이는등 각광받는 물질이다. 

 

최근 삼성과 애플은 휴대폰에 이 휘어지는 그래핀을 디스플레이로 쓰려고 한다고 한다.  삼성은 웨이퍼크기의 단결정 그래핀을 성장시키는데 성공, 반도체에 새 바람이 불어올걸로 보인다.

 

어려운 초전도체의 전단계에서 그래핀이 초전도체 대역을 할 가능성도 많고 전선등에 응용되면 전력송전시스템에도 혁신을 가져올 것이다. 에너지손실을 줄여 지구 온난화에도 한몫 할 수 있다. 전선기능만 구리와 대체된다면 훨씬 작고 가벼운 초강력 모터가 나오게 된다. 엔진보다 힘이 더 좋은 모터가 있다면 엔진은 그저 발전용으로만 쓰이게 될지도 모른다. 

 

그래핀을 말아서 원통처럼 만들면 탄소나노튜브, 공처럼 만들면 풀러렌이 된다.

 

탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)

 

탄소끼리 육각형으로 결합 하여 원통형 튜브구조를 이룬 탄소 동소체로, 강도와 유연성이 뛰어난 차세대 신소재

○ 인장강도가 동일한 굵기의 강철대비 최대 100배 이상

○ 높은 인장강도에도 유연하여 90도까지 손상없이 휠 수 있음
○ 고도의 유연성과 강도 등을 요하는 분야에서 핵심소재로 사용될 가능성

○ 높은 열전도성을 통해 발열체와 방열체의 소재로 사용

○ 우수한 전기전도성을 통해 전자파 및 정전기 해소 소재로 사용

 ★ Smart Grid(스마트 그리드) 

['발전(發電)-송전·배전-판매'의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 '지능형 전력망'을 가리킨다. 발전소와 송전·배전 시설과 전력 소비자를 정보통신망으로 연결하고 양방향으로 공유하는 정보를 통하여 전력시스템 전체가 한몸처럼 효율적으로 작동하는 것이 기본 개념이다..(이상 네이버 백과)]

전력 공급자는 전력 사용 현황을 실시간으로 파악하여 공급량을 탄력적으로 조절할 수 있다. 전력 소비자는 전력 사용 현황을 실시간으로 파악함으로써 사용 시간과 사용량을 조절할 수 있다. 또,  태양광 발전이나 연료전지, 전기자동차의 전기에너지 등 가정에서 생산되는 전기를 판매할 수도 있게 된다.

 

앞으로 전기자동차가 보편화된다면, 전력사용량이 peak시간대인 정오부근에,  많은 차량들이 사무실 지하차고에서 낮잠을 자고 있는데, 이들 차량의 배터리전기를 이를 이용할 수 있으면, peak치 전력공급능력을 급격히 증대시킬 수 있고, Peak치를 지나면, 다시 사용한 만큼 자동으로 충전을 시키는등, 스마트그리드가 보편화되면, 이처럼 유휴전기를 효율적으로 이용하는 수단을 제공한다.

 

또, 풍량과 일조량 등에 따라 전력 생산이 불규칙한 한계를 지닌 신재생에너지를 전기로 변환하여 저장해두었다가 이를 필요시기에 안정적으로 활용함으로써 신재생에너지의 활용도를 증대가시키게 된다.. 당연히, 신재생에너지 활용도가 높아지면 화력발전소를 대체하여 온실가스와 오염물질을 줄일 수 있게 되어 환경문제를 해소하는 데도 도움이 될 것이다.

 

미래시대에는, ESS로 개별적으로 전력에너지를 해결하고, Smart Grid로 잉여전력을 활용하던가, ESS로 부족한 전기를 보충받음으로써, 송전탑을 줄이고, 자연친화적인 새로운 문명으로 전환이 이루어지는 계기가 될 것이다. 

★ 그외

 

인터넷과 사물정보간의 직접연결하는 사물 인터넷, 에너지 문제의 근본적인 해결책으로 기대되는 핵융합 기술. 우주에서 태양광을 모우는 기술과 이를 마이크로웨브(Micro Wave)로  지상으로 보내는 기술, 극초음속 비행체기술등이 
 
우리 시대 마지막, 다음세대, 늦어도 다음다음 세대내에 보편화되거나 실생활에 모습을 들어낼 기술들이라  짐작되는 대표적 기술들입니다 
 
어쩌면 이른바, `만물의 이론(Theory of Everything)´이 완전히 밝혀지고, 이를바탕으로 우주의  96%를 차지한다는 암흑에너지, 암흑물질이나 이를 이용할 수 있다는  단서를 발견할 지도 모를 일이다