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과학과 놀자자연을 흉내낸 과학 기술, '자연 모사'의 세계
과천과학관과 함께 하는 과학 이야기 (6) 자연계의 모든 생물은 자연 선택과 먹이 사슬이라는 생존 경쟁 속에서 적응과 진화를 거치며 각자 환경에 맞는 특수한 기능을 발달시켰다. 인간이 사용하는 기술 중에는 생물체의 독특한 기능에서 아이디어를 얻은 것이 많다. 이런 것을 ‘자연 모사 기술’이라고 한다.15세기 르네상스 시대의 미술가이자 과학자인 레오나르도 다 빈치는 하늘을 나는 새를 관찰해 공기 역학의 원리를 터득하고 새의 날개를 닮은 비행기를 설계했다. 자연 모사 기술 중에서도 소재와 소자 응용에 큰 영향을 미친 기술 몇 가지에 대해 알아보자.첫 번째로 소개할 생물은 암초에 붙어 서식하는 연체동물 홍합이다. 홍합은 미끄러운 바위 표면에도 찰떡같이 잘 달라붙어 있다. 쉴 새 없이 몰아치는 거센 파도에도 흔들리지 않고 강한 접착력을 보여준다. 비결은 홍합에 붙어 있는 족사다. 족사는 콜라겐 섬유에 접착 단백질이 이리저리 얽혀 있다.과학자들은 홍합의 족사를 연구해 물기가 묻은 표면이나 금속 등 미끄러운 곳에도 쓸 수 있는 접착제를 개발하고 있다. 홍합의 족사 구조를 모방한 그물망 형태의 접착제는 피가 철철 흐르는 수술 부위의 상처를 꿰매지 않고 붙일 수 있는 생체 접착과 물에 계속 닿아 있어 일반 접착제를 사용하기 어려운 배의 유지·보수 등에 활용할 수 있다.거미는 거미줄에 먹이가 걸렸을 때 생기는 미세한 떨림을 감지해 먹잇감을 찾아간다. 거미는 먹이를 더 잘 감지할 수 있는 방향으로 다리 구조를 진화시켜 왔다. 거미 다리를 확대해 보면 미세한 균열 구조가 관찰된다. 이 균열이 붙었다 떨어졌다 하면서 진동을 민감하게 감지해 내는 것이
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과학과 놀자펌·염색은 화학반응…이집트선 진흙·식물 이용했죠
옛날에 어렵게 아이를 가진 부부가 있었다. 이웃에 사는 마녀가 키우는 라푼젤을 먹고 싶다는 아내의 부탁에 남편은 몰래 라푼젤을 따다가 발각되고, 태어날 아기를 마녀에게 넘기는 조건으로 살아남게 된다. 시간이 흘러 아내가 딸을 낳자 마녀는 그 딸을 데려다가 라푼젤이라 이름 짓고 높은 탑에 가둬 기른다. 그러던 어느 날 근처를 지나던 왕자가 아름다운 노랫소리를 듣고 탑을 찾아온다. 그들은 어떻게 되었을까?《라푼젤》은 1800년대 독일의 그림 형제가 모은 동화집에 수록된 작품으로, 라푼젤의 긴 머리카락이 인상적이다. 하지만 라푼젤과 달리 현실에서는 탈모로 스트레스받는 사람이 많다. 탈모의 원인 중 하나는 호르몬인데, 여성 호르몬과 남성 호르몬이 미치는 영향이 다르다. 여성 호르몬은 머리카락의 발육을 촉진하는 효과가 있어 임신 중에는 머리카락이 잘 자라고 빠지지 않는다. 야한 생각을 하면 머리가 잘 자란다는 속설이 터무니없는 낭설은 아닌 셈이다. 하지만 남성 호르몬은 머리카락을 자라게 하는 모유두의 활동을 멈추게 해 탈모를 일으킨다.미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받은 최초의 먹는 탈모 치료제는 효소의 작용을 억제하는 효과로, 테스토스테론과 반응해 탈모를 일으키는 물질이 생기지 않게 해준다. 요즘엔 나이 든 사람뿐만 아니라 젊은 남성 중에서도 탈모 치료제를 먹는 사람이 많은데 외모에 머리카락이 미치는 영향이 그만큼 크다는 의미기도 하다.화학 반응을 이용해 머리카락을 아름답게 만드는 방법으로 펌과 염색이 있다. 머리카락에 웨이브를 주는 펌은 역사가 길어 이미 클레오파트라 시대에 알칼리성 진흙을 머리칼에 바른 뒤 막대기에 감아 붙였다가
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과학과 놀자태양광 설비·친환경 소재 사용 지원…'1등급 제로에너지건물' 늘려 나가야죠
2020년 10월 국가비전으로 2050년 탄소중립이 선언됐다. 2021년 5월 출범한 탄소중립위원회의 검토를 바탕으로 2021년 10월 정부는 ‘2050 탄소중립 시나리오안’을 발표했다. 이 중 건물 부문은 탄소 배출량을 2018년 5210만톤CO2eq에서 2050년까지 620만톤CO2eq로 88.1% 줄이는 것을 목표로 하고 있다. 또 2021년 10월 발표된 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC) 상향안에서는 2018년 대비 절감률을 32.8%로 올렸다.건물 부문의 온실가스는 건물에서 사용되는 에너지에 의해 발생하는 양으로 산정한다. 즉, 건물 부문에서 온실가스를 줄인다는 의미는 건물 에너지의 사용을 줄인다는 의미다.건물 에너지는 크게 두 가지로 구분된다. 석탄, 석유, 천연가스 등과 같이 건물 내부에서 연소시켜 에너지를 얻는 직접 배출량과 전력, 열에너지(지역난방) 등과 같이 1차 에너지를 전환해 건물에서 사용하는 간접 배출량이다.2021년 한국부동산원의 에너지 사용량 통계에 따르면 2020년 전체 건축물의 에너지 사용량은 3318만7000TOE(석유환산톤)였다. 용도별로는 공동주택(43.3%) 단독주택(16.3%) 등 주거용 건물이 전체의 약 60%를 차지하고 그 외는 비주거용에 해당했다. 에너지원별로 보면 전기가 전체의 52%를 차지하고, 도시가스(41%) 지역난방(7%) 순이었다. 한편 주거용 에너지 사용량은 도시가스(52%)가 가장 많았으며 비주거용의 경우에는 전기(74%)가 가장 많은 것으로 조사됐다. 건물 에너지 어떻게 평가할까건물마다 외피, 면적, 연도 등 에너지에 영향을 미치는 다양한 인자가 존재하기 때문에 건물별 에너지 효율을 구체적으로 평가할 방법이 필요하다. 이에 정부는 건물의 에너지 소요량 및 이산화탄소 발생량을 포함한 에너지 성능을 평
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과학과 놀자안녕? 난 불이야, 내 이야기를 들어 볼래?
과천과학관과 함께 하는 과학 이야기 (5) 내가 인간에게 처음 발견된 것은 번개와 함께 나무에 내려와 신나게 타오를 때였어. 어느 용감한 녀석이 겁도 없이 땅바닥에 있던 마른 나뭇가지를 주워 나를 태우면서 나의 여행이 시작됐지.인간들은 나를 이용해 고기를 구워 나쁜 세균을 없앴고, 질긴 식물의 잎과 줄기를 씹어먹기 좋게 연하게 만들었어. 덕분에 인간들은 음식물을 소화하는 데 필요한 에너지를 줄일 수 있었고, 남은 에너지를 뇌로 보낼 수 있었지.나는 인간들에게 어둠을 밝히는 빛을 줬고, 추운 겨울을 따뜻하게 보낼 수 있게 해 줬어. 늑대나 곰처럼 인간을 위협하던 동물들에게 나는 공포의 대상이었지. 나를 손에 들고 무리지어 이동하는 인간들은 야생동물을 두려워할 필요가 없어졌어.18세기 영국에서 토머스 뉴커먼과 제임스 와트는 석탄으로 나를 만들어 물을 끓이고, 거기서 생겨난 증기의 힘으로 피스톤이라는 물체를 움직이게 하는 장치를 만들어냈어. 사람들은 그것을 ‘증기기관’ 이라 불렀지.이제 사람들은 나를 이용해 말이나 소에서 얻던 에너지를 얻을 수 있게 됐어. 그것도 말이나 소보다 훨씬 더 큰 에너지를 말이야. 그 덕에 사람들은 ‘돛 없이 움직이는 배’와 ‘저절로 움직이는 베틀’을 만들 수 있게 됐어. 그러자 사람들의 이동이 많아지고 온 세상에 좋은 물건들이 넘쳐나게 됐지. 오랜 세월이 지나 누군가 이 사건을 ‘산업혁명’이라고 불렀어.얼마 지나지 않아 석유와 가스라는 것이 땅 속에서 발견됐어. 이후 나는 증기를 거치지 않고 직접 공기를 데워 피스톤을 움직일 수 있게 됐어. 사람들은 이런 기계를 ‘내연기관’이
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과학과 놀자나와 비슷한 성향의 사람들이 좋아한 콘텐츠, OTT 서비스 업체가 나에게도 추천해주죠
코로나 덕분에 급성장한 회사가 있다. 전 세계 OTT(Over-the-top) 시장을 선도하고 있는 넷플릭스다. 닐슨코리아가 발간한 ‘2020년 하반기 미디어 리포트’에 따르면 넷플릭스는 코로나 영향 속에서도 순이용자수가 64.2% 늘었다. 한국수출입은행 보고서 역시 넷플릭스뿐 아니라 왓챠, 웨이브, 티빙과 같은 국내 OTT 서비스도 2012년 이후 연평균 28%의 고속 성장을 거듭하고 있다고 밝혔다. 바야흐로 대OTT 시대다.OTT 서비스가 기존 TV 채널이나 VOD 서비스에 비해 사용자의 적극적인 가입 및 시청을 위해 활용하는 전략은 크게 두 가지다. 첫 번째는 해당 OTT 서비스를 가입해야만 시청할 수 있는 오리지널 콘텐츠다. K드라마의 인기를 이끈 ‘오징어게임’이 대표적인 사례다. 사람들은 오징어게임이나 킹덤 같은 유명 콘텐츠를 시청한 이후에도 넷플릭스에 머문다. 사용자의 시청 이력을 바탕으로 개인 취향에 맞는 영화와 드라마를 지속적으로 추천해 주기 때문이다. 이것이 바로 OTT 서비스의 차별화 전략 두 번째, 개인화다.개인화란 사용자의 과거 시청 이력으로부터 그 취향을 분석하고 이를 토대로 개별 사용자에게 맞춤화된 콘텐츠를 제공하는 것을 말한다. 초기 추천 서비스의 경우 사용자가 입력한 나이, 성별, 거주지와 같은 개인 정보에 따라 미리 준비해 둔 추천이 이뤄졌다. 이는 해당 범주에 속하는 대부분의 사용자에게 만족스러운 추천 결과를 제공해 줄 수는 있겠지만, 개인에 따라 서로 다른 결과를 제공해주는 개인화와는 다른 개념이다. 어도비 설문 조사에 따르면 콘텐츠가 개인화되지 않은 경우 소비자의 42%가 불만을 표출한다고 할 정도로 개인화 서비스는 필수적인 마케팅 전략이 됐다.
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과학과 놀자암세포만 골라 '싹둑', 암 정복 다가선 면역세포 치료법
과천과학관과 함께 하는 과학 이야기 (4)우리 몸의 세포는 저마다의 주기에 따라 분열과 증식, 사멸을 반복하면서 몸에 필요한 세포의 수와 기능을 유지한다. 그런데 유전자에 치명적인 돌연변이가 발생하면 세포가 비정상적으로 빠르게 분열하면서 커다란 덩어리, 즉 종양을 형성하는데 이것ㄷ이 바로 암세포다. 이 암세포는 면역계를 피해 새로운 환경에 적응해 살아남은 것으로서, 생존력이 강할 수밖에 없다.건강한 사람의 몸에도 매일 수천 개의 암세포가 생겨난다. 하지만 체내 면역력을 담당하는 면역세포가 암세포를 공격해 암이 발생하지 않도록 한다. 노화, 질병 등의 이유로 면역세포의 수와 기능이 떨어지면 암이 생기게 된다. 이 말은 면역계가 잘 작동하지 않으면 암이 발생하지만, 면역계를 잘 조절하면 암을 치료할 수 있다는 뜻이기도 하다.그동안 암 치료에는 몸에 퍼져 있는 암세포를 사멸시키거나 성장을 늦추기 위해 약물(항암제)을 사용하는 항암 화학 요법과 방사선 치료법이 주로 쓰였다. 그러나 이 치료법은 탈모 설사 등을 동반하고, 암세포뿐만 아니라 정상 세포까지도 무차별 공격하는 부작용이 있다.이 때문에 면역세포를 활용해 암세포만을 골라서 제거하는 ‘항암 면역세포 치료’가 주목받고 있다. 체내 면역세포에는 T세포, NK세포, 수지상세포 등이 있다. T세포는 암세포를 공격, 파괴하는 면역 반응의 중심 역할을 한다.T세포는 암세포를 직접 찾아내지는 못하고, T세포의 수상 돌기 형태인 수지상세포로부터 암세포에 대한 정보를 받아 활동한다. NK세포는 림프구계의 세포로, 몸 속의 이상 세포를 직접 공격해 사멸시킨다. 이러한 면역세포들을 이용해 체내 면
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과학과 놀자오염된 실내 환경은 건강·집중력 등에 영향 끼쳐…온도·소음·조명·공기 질 등 4가지 항목 평가해요
20세기 이후 대부분의 사람들은 건물 실내에서 하루 중 대략 90% 이상의 시간을 보내고 있다. 특히 우리나라 사람들은 직장과 학교, 식당 등 공공시설의 실내 체류 시간이 미국, 캐나다 등 선진국에 비해 평균 한두 시간 더 많다는 연구 결과도 있다. 실내 환경은 건물 안에서 인간을 둘러싸고 있는 주변의 모든 것이라고 표현할 수 있으며 그만큼 실내 환경은 우리에게 밀접하다.하지만 실내 활동 및 거주 시간 증가, 공기 질에 대한 국민적 관심 증가, 에너지 효율 증가를 위한 건물 밀폐화 등으로 실내 환경에 대한 여러 부작용도 부각되고 있다.예를 들어, 건물 안의 다양한 오염물질이 방출돼 발생하는 빌딩증후군, 화학물질 과민증 등이 있다. 건물에서 오래 생활하면서 머리가 자주 아프고 어지러우며, 눈 또는 목이 충혈되거나 뻣뻣하고, 피곤하거나 졸리며, 호흡기 질환 및 집중력이 감퇴하는 등 다양한 증상이 이와 관련있다는 연구들도 있다. 세계보건기구(WHO)의 보고에 따르면 세계적으로 모든 빌딩의 40% 정도가 실내 공기 오염에 따른 건강상의 문제를 일으키고 있다. 실내환경질 평가실내 환경은 해당 공간에 머무르는 학생과 직장인에게 공부 시간, 업무 생산성, 건강, 삶의 질 향상에 영향을 미친다. 이 때문에 실내 공간에 머무르는 사람, 즉 재실자에게 최적의 실내 환경을 제공하기 위한 실내 환경 평가 분야의 연구도 활발하게 이뤄져왔다. 실내 환경이 얼마나 오염됐는지, 개선됐는지를 평가하기 위해 연구적으로 실내환경질(IEQ)이라는 용어를 사용한다.IEQ의 영향 요인은 물리적, 문화적, 심리적 요소 등 다양한 요소를 포함하지만, 일반적으로 열 쾌적성(온도·습도), 소음 쾌적성, 빛 쾌적
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과학과 놀자정월 대보름달과 추석 보름달, 어느 달이 더 클까?
과천과학관과 함께 하는 과학 이야기 (3)보름달은 예로부터 풍요와 번영, 행운을 상징한다. 농경사회에 살았던 우리 조상들은 정월 대보름, 즉 음력 1월15일에 뜨는 보름달을 보며 한 해 농사의 풍년과 건강을 기원했다. 정월 대보름 외에도 6월 유두, 7월 백중, 8월 한가위(추석) 등 보름달이 뜨는 날을 중요한 명절로 삼았다.보름달은 대략 29.5일마다 한 번씩 뜬다. 1년에 12~13회 뜬다는 얘기다. 이 중 어떤 보름달이 우리 눈에 가장 크게 보일까. 정월 대보름이나 추석 보름달이 가장 클 것이라고 생각하는 사람들이 많다. 아마도 명절 이름에 크다는 의미의 '대'와 '한'이 들어 있어서 그럴 것이다. 하지만 과학적으로 따져보면 그렇지 않다.달은 지구를 중심으로 타원형 궤도를 돈다. 그래서 지구와 달은 가까워졌다 멀어졌다를 반복한다. 가장 가까울 때(근지점) 거리는 약 36만3300㎞, 가장 멀 때(원지점)는 약 40만5500㎞이다. 우리 눈에 보이는 달의 크기는 달과 지구의 거리에 따라 결정되는데 가장 클 때와 가장 작을 때의 크기 차이는 약 14%이다.그런데 달이 지구 주위의 근지점에서 다음 근지점까지 가는 기간, 즉 근점월 주기는 약 27.3일로 보름달이 뜨는 주기(삭망 주기)와 2일 정도 차이가 난다. 삭망 주기는 달의 모양과 관련이 있을 뿐 달의 크기와는 관련이 없다. 반면 달의 근점월 주기는 달의 모양과는 상관이 없다.만일 달의 근점월 주기와 삭망 주기가 같다면 특정 시점에 뜨는 달의 크기는 항상 같아야 한다. 정월 대보름에 가장 큰 보름달이 떴다면 앞으로도 계속 정월 대보름에 뜨는 달이 가장 커야 한다는 의미다.그러나 두 가지 주기에 이틀 정도 차이가 있기 때문에 같은 시기에 뜨는