나노 기술의 다음 단계

실리콘 기반의 컴퓨터 칩은 매년마다 크기가 반으로 줄고, 성능은 두 배로 증가하고 있으며, 그 덕에 우리가 사용하는 장치들은 더욱 들고 다니니 쉽고 사용하기 쉬워지고 있습니다. 그런데 그 컴퓨터 칩의 크기를 더이상 줄일 수 없다면 어떻게 될까요?
본 적도 만져본 적도 없는 나노 물질의 세계를 연구하는 조지 투렙스키 박사는 수십억 개의 카본 나노튜브가 스스로 패턴을 이루어 전자 회로를 구성하도록 하는 화학적 처리 방법을 개발하고 있습니다. 자연의 유기체가 복잡하고 다양하고 아름다운 구조를 만들어내는 것과 같은 방법이죠. 이 방법으로 차세대 컴퓨터의 비밀을 풀 수 있게 될까요?

조각가가 조각상 하나를
만들고 있다고 상상해볼까요.

정으로 조금씩 돌을 깎아내겠죠.

미켈란젤로는 그 과정을
이렇게 멋지게 표현했습니다.

"모든 돌덩이 속에는 이미
조각상이 들어있습니다.

그걸 발견하는 것이
조각가의 몫입니다."

하지만 작업 순서가
반대였다면 어땠을까요?

단단한 돌덩어리에서
시작하는 것이 아니라

무수한 먼지로 시작했다면요.

어떻게든 그 작은 입자들을
붙여서 조각상을 만들어야 했겠죠.

어림도 없는 얘기죠.

아마 불가능할 것입니다.

먼지로 조각상을 만드는 유일한 방법은

조각상이 저절로
만들어지는 것 밖엔 없죠.

그런데 우리가 어떻게든
먼지들을 하나로 합쳐서

조각상을 만든다면요?

이상한 소리처럼 들리겠지만

저희 연구소에서는 바로
이런 문제를 다루고 있습니다.

물론 저는 돌을 깎지 않아요.

나노물질을 가지고 일하죠.

믿을 수 없을 정도로 작고
흥미로운 물질입니다.

얼마나 작냐면, 이 장치를
나노입자라고 했을 때

인간의 머리카락은
이 공간만 하다고 보면 됩니다.

이것들이 나노기술 분야의 핵심이죠.

다들 나노기술에 대해
들어보셨을 거예요.

또 이것이 세상을 어떻게
바꿀 건지도 들어보셨겠죠.

제가 대학원에서 공부할 때

나노기술을 공부하는 것이
가장 재미있었습니다.

과학적 발전이 계속 일어났죠.

학회들은 술렁거렸고

연구비 지원 기관들은
엄청난 돈을 쏟아부었습니다.

그 이유는

어떤 물체가 아주 작아지면

우리가 상호작용하는 일반적인
사물에 대한 물리법칙과는

전혀 다른 물리학의 지배를 받습니다.

이걸 양자역학이라고 하죠.

이 이론에 따르면 여러분은 물질의
움직임을 정확히 조종할 수 있습니다.

겉보기에 아주 작은
변화를 줌으로써 말이죠.

예를 들면, 적은 양의
원자들을 더하거나 빼고

물질을 비트는 겁니다.

이건 마치 최고의 공구세트 같습니다.

무엇이든 만들 수 있는 능력을
얻었다는 느낌이 들 정도죠.

그리고 우리는

그러니까, 저와 함께
공부했던 대학원생들은

나노물질로 아주 빠른 컴퓨터를
만들고자 노력했습니다.

저희는 양자 입자의 구성을
연구하고 있었고

언젠가는 그것으로 우리 몸 속의
질병과 싸울 수 있을거라 생각했죠.

심지어 탄소 나노뷰트를 이용해서
우주로 가는 엘리베이터를 만들려는

연구팀도 있었습니다.

찾아보셔도 됩니다. 사실이니까요.

어쨌든, 우리는 이것이

컴퓨터에서 의학까지, 과학과 기술
전분야에 영향을 줄거라고 생각했죠.

그리고서 깨달았습니다.

제가 맹목적으로 빠져있었다는 걸요.

완전히 빠져있었죠.

하지만 그건 15년 전입니다.

그리고

과학이 놀랍도록 발전했습니다.

많은 것들을 배웠죠.

우린 그 과학 지식을 새로운 기술에
접목시킬 수 없었습니다.

사람들에게 실제로 영향을
줄 수 있는 기술들 말이죠.

왜냐하면, 이 나노물질들은

양날의 검과 같기 때문입니다

이것들이 흥미로운 이유 중 하나인

작은 크기 때문에

그 물질을 다루는 것이 불가능했습니다.

말 그대로 먼지 더미로
조각상을 만드는 것과 같았죠.

게다가 그것들을 다룰 수 있을 만큼
세밀한 도구도 없었습니다.

있었다고 해도 힘들었을 거예요.

왜냐하면 기술에 적용하려면 그 수 백만의
입자들을 하나하나 모아야 하는데

그럴 수 없었기 때문이죠.

바로 그 문제로

모든 가능성과 모든 기대감이
그대로 멈췄습니다.

가능성과 기대감 모두 말이죠.

질병과 싸우는 나노봇도 없고

우주로 가는 엘리베이터도 없으며

제가 가장 관심있었던
새로운 컴퓨터도 사라졌죠.

여기서 마지막이 제일 중요합니다.

우리가 예상컨대

컴퓨터의 발전 속도는
무한대로 증가할 것입니다.

이 개념을 토대로 모든
경제 기반이 세워졌죠.

그 발전 속도는

더욱 많은 장치들을 컴퓨터 칩에
넣을 수 있는 능력에 달려있습니다.

그리고 그 장치들이 작아질수록

속도는 빨라지고,
에너지 소비도 줄어들며

가격은 저렴해집니다.

이들이 통합되어 놀라운
속도로 발전하는 것이죠.

한 가지 예를 들죠.

우주인 세 명을 달에 보낼 때
이 방만한 크기의 컴퓨터를 사용했는데

어떻게든 그걸 압축시키는 겁니다.

당시 최고 성능이었던
그 컴퓨터를 압축시켜

스마트폰 크기만 하게 만들었다해도

실제 여러분이 쓰는 스마트폰

300달러에 사서 2년마다
바꾸는 그 스마트폰이

이 컴퓨터보다 한참 앞설 것입니다.

놀랄 일도 아니죠.

이 컴퓨터로는 스마트폰으로 하는
어떤 일도 할 수 없을 거예요.

속도도 느리고

그 어떤 정보도 넣을 수 없죠.

"워킹 데드"의 처음 2분을 보면
배터리가 다 떨어질 걸요.

그나마 운이 좋다면요.

(웃음)

중요한 것은 발전이 서서히
일어나는 것이 아니라

멈추지도 않고

기하급수적으로

해가 거듭될수록 발전 속도가
가중된다는 것입니다.

어느 정도냐면 어떤 기술을 가지고

한 세대와 다음 세대를 비교해보면

구분이 안될 정도의 발전 속도입니다.

그리고 우리는 이 발전이
계속 유지되도록 해야 합니다.

10년, 20년, 30년 후에도
지난 30년 간 해낸 걸 평가하며

같은 이야기를 하게 되겠죠.

하지만 이 발전이
영원하진 않을 것입니다.

사실, 이제 파티가 끝나는
시간이 가까워지고 있어요.

마치 이번이 마지막
건배인 것처럼 말이죠.

이면을 들여다 보면

속도나 성능 측면에서 보자면

발전은 이미 느려져서
멈추기 직전입니다.

그래서 이 파티가 계속되길 원한다면

우리가 할 수 있는 일을 해야 하는데

그게 바로 혁신이라는 것입니다.

우리 연구진의 역할과 임무는

탄소 나노튜브를 이용해서
혁신하는 것이죠.

그것이 기술발전의 속도를 계속해서
유지해 줄 거라고 믿기 때문입니다.

탄소 나노튜브는 말 그대로

탄소 원자로 이루어진
속이 빈, 작은 튜브입니다.

이 나노 단위의 작은 크기로 인해

놀라운 전자적 특성이 일어납니다.

이 특성을 컴퓨터 개발에 적용하면

성능을 10배까지 향상시킬 수 있죠.

몇 세대에 걸쳐 일어날 기술 발전을
한번에 건너뛰는 것과 같습니다.

이제 보세요.

우리에겐 아주 중요한 문제가 있고

그걸 해결할 수 있는
아주 이상적인 방법도 있죠.

과학은 우리에게 이렇게 외칩니다.

"문제를 해결하려면
이 방법뿐이야."라고 말이죠.

좋아요, 시작해봅시다.

해보자고요.

앞서 말한 '양날의 검'으로
다시 돌아가볼까요.

그 "이상적인 해결법"은 우리가
다룰 수 없는 물질을 의미합니다.

컴퓨터 칩 하나를 만들려면 그 물질을
수십억 개를 배열해야만 했죠.

아주 어려운 일이었고
끝이 보이지 않는 듯 했습니다.

그래서 이쯤에서 멈추자고 했죠.

똑같은 짓을 계속할 게 아니라

우리가 놓친 것이 무엇인지
찾아보자고 했습니다.

우리가 간과한 것이 무엇인지

어떤 중요한 것을
놓친 건 아닌지 생각했죠.

영화 "대부"의 한 장면 같죠?

영화에서 프레도가
동생 마이클을 배신했을 때

그 다음으로 그가 했어야
할 일을 우리는 알고 있죠.

프레도는 떠났어야 했어요.

(웃음)

그러나 마이클은 보복을
나중으로 미뤘습니다.

좋아요.

어머니가 살아 계셨기 때문에
어머니를 생각해서 그랬던 거죠.

우리는 물었습니다.

"우리 문제에서 프레도는 무엇일까?"

"생각지 못한 게 무엇일까?"

"우리가 놓친 것 중에

성공을 위해 필요한 것은 무엇일까?"

그 대답은 조각상은 스스로
만들어져야 한다는 것이었습니다.

어떻게든 방법을 찾아내야 했죠.

그 수십억개의 입자들을 어르고 달래서

스스로 뭉쳐서 기술로
완성될 수 있도록 말이죠.

우리가 그렇게 만들 수는 없고
입자 스스로 만들어내야 합니다.

아주 어렵고 중요한 일이죠.

하지만 그것이 유일한 방법입니다.

이제와서 결과를 놓고 보면
말도 안되는 문제는 아니에요.

우리는 뭔가 그렇게 만들지는 않죠.

그렇게 스스로 만들어지도록
하는 것은 하나도 없습니다.

그런데 주위를 둘러보면
사방에 그렇게 만들어진 게 있죠.

대자연은 모든 것이 스스로
창조되게끔 합니다.

모든 것이 새롭게 생겨납니다.

해변에 가보면

이런 단순한 유기체들이
단백질을 이용해서

기본적으로는 단백질 분자로

바닷속에서 고른 모래의 형상을 본떠서

정말 다양하고 독특한
형태를 만들어냅니다.

그리고 자연은 인간처럼
대충하지 않고 아주 정교합니다.

자연은 우아하고 영리해서

분자 하나하나를 이용해서

아주 복잡한 구조를 만들어내죠.

그리고 인간이 범접할 수 없을
정도의 다양성을 가집니다.

자연은 이미 나노 단위로
일하고 있습니다.

수억 년 동안이나 그렇게 해왔죠.

오히려 우리가 늦은 것입니다.

그래서 우린 자연이 일하는
방식을 그대로 따라 하기로 했죠.

바로 화학입니다.

화학을 놓친 거였어요.

화학이 효과적인 이유는

나노 단위의 물질은 분자와
거의 같은 크기이기 때문입니다.

그것들을 조종하기 위해서

화학을 도구로 사용할 수 있습니다.

그게 저희 연구실의 성과였습니다.

먼지 구덩이 속을 볼 수 있는
화학적 도구를 개발한 것이죠.

나노 입자들로부터

우리가 원하는 것을 정확히
끄집어 낼 수 있었습니다.

화학을 이용해서 말 그대로
수십억 개의 나노 입자를 배열하고

회로를 구성하기 위한
패턴을 만들 수 있습니다.

그것이 가능해진 덕분에

과거에 나노 물질을 다룰 때보다

몇 배 더 빠른 회로를
구성할 수 있게 되었습니다.

우리가 놓쳤던 화학이란 도구는

날이 갈수록 정교하고
정확해지고 있습니다.

그리고 결국에는

바라건대 수 년 내에

처음 약속했던 결과를
내놓을 수 있을 거라 기대합니다.

이제 컴퓨터는 단지
하나의 사례에 불과합니다.

제가 관심을 갖고, 저희 팀이
연구하고 있는 것들 중 하나죠.

다른 분야도 있습니다.
재생 에너지, 의학

신소재

이들 과학 분야에 나노 기술이
접목되어야 합니다.

모두 가장 많은 잇점을
얻을 수 있는 분야입니다.

그런데 그러기 위해서는

현재와 미래의 과학자들에게는
새로운 도구가 필요할 것입니다.

제가 설명한 그런 도구들 말이죠.

그리고 화학도 필요할 거예요.
그게 핵심이죠.

과학이 아름다운 이유는
일단 새로운 도구를 개발해내면

세상에 공개됩니다.

영원히 공개되죠.

그래서 어디서든 누구나
그걸 골라서 쓸 수 있고

나노기술의 목표 실현에
도움을 줄 수 있습니다.

경청해 주셔서 고맙습니다.

(박수)