생명을 구하는 종이 과학 도구

발명가 마누 프라카시는 종이 현미경부터 기발한 모기 추적기까지 일상생활의 사물을 강력한 과학 도구로 바꿉니다. 이 TED 강연에서는 20센트에 불과한 회전 장난감에서 영감을 얻어 발명한 수동 종이 원심분리기를 소개하고, 전력이 필요하지 않은 이 도구가 1000 달러를 호가하는 기존 원심분리기를 대신할 수 있을 거라고 설명합니다.

저는 도구를 만들고, 그것을
사람들과 공유하는 걸 좋아합니다.

제가 어렸을 때

가장 처음으로 만들었던 도구는
현미경으로 기억하는데요.

제 남동생의 안경 렌즈를
훔쳐와서 만들었죠.

동생은 별로 좋아하지 않았죠.

어쩌면 그 때부터 시작해서

30년이 지난 지금도

현미경을 만들고 있는 것 같습니다.

그리고 이런 도구들을 만드는 이유는
이런 순간들 때문입니다.

(비디오) 소녀: 내 머리카락 속에
검정색의 무언가가 있어요.

마누 프라카쉬: 여기는
샌프란시스코의 어느 학교입니다.

(비디오) MP: 현실 세계는
세상이 실제 어떻게 돌아가는지에 대한

상상력을 지배합니다.

(비디오) 소년: 오 마이 갓!

MP: 맞아요. '오 마이 갓!'

이 표현이 세계적으로 쓰이고
있다는 걸 이제 알았네요.

지난 2년 간

저희 연구실에서는 5만개의
종이현미경을 만들었습니다.

그리고 전 세계 130개
나라에 전달했습니다.

어린이들에게는 무료로 말이죠.

금년에는

지역사회의 도움으로

백만개의 현미경을 전 세계
어린이들에게 보낼 계획입니다.

이것이 무슨 도움이 될까요?

전 세계적으로 영감을 주는
인재 양성에 도움이 될 겁니다.

서로 배우고 가르치면서 말이죠.

케냐에서 캄팔라까지,
카투만두에서 켄자스까지 말이죠.

그리고 제가 가장 좋아하는
경이로운 점 중 하나는

공동체 의식이에요.

니카라과의 한 아이는

모기 유충을 현미경으로 관찰해서

뎅기열 전염 모기를 가려내는 법을
사람들에게 가르쳐주고 있어요.

어느 약리학자는 가짜 약을 구별하는
신기술을 찾아내기도 했습니다.

결정체가 반짝거리는 이유를
궁금해했던 어느 소녀는

반짝이는 결정체가 만들어지는
물리 법칙을 발견하기도 했습니다.

이 도구로 자궁경부암 검진을
시도한 어느 아르헨티나 의사는

저의 발 뒷꿈치에 1 cm나
파고들어 가 있었던

벼룩의 한 종을 발견하게 되었습니다.

이것들이 이례적인 사례라고
생각하는 분도 계실지 모르지만

이런 이례적인 발견을 위한
한 가지 방법이 있습니다.

저는 이를 두고
"검소한 과학" 이라 부릅니다.

과학적 경험을 공유하는 것이죠.

단지 정보만 공유하는 것은 아니고요.

잘 생각해보시면

전 세계 10억 명의 사람들이

사회기반시설이 전혀 없거나

도로도 없고

전기도 없고

의료시설도 없는 곳에서
살고 있습니다.

빈곤 속에서 살고 있는
10억 명의 아이들도 있죠.

그들이 다음 세대의 문제를 해결하도록
어떻게 영감을 불어 넣어야 할까요?

우리는 의료계 종사자들의 도움으로

감염병과 싸우고

최소한의 도구와 자원으로
우리 스스로를 지키고 있습니다.

그래서 스탠퍼드 연구실에서

저는 이것을 검소한 과학과
같은 맥락에 있다고 봅니다.

그런 빈곤 지역 개선을 위한
해결책을 내놓고 있으니까요.

종종 우리는 간단한 방법으로
병을 진단할 수 있기를 원합니다.

오늘 저는 두 가지 새로운
도구를 소개하려고 합니다.

그 중 하나는 우간다에서
시작되었는데요.

2013년에

종이 현미경으로 주혈흡충증을
찾으려고 현지 조사를 나갔을 때

사소한 관찰을 하게 되었습니다.

아주 외딴 지역에 있는 진료소에서

원심 분리기가 문을 고정시켜놓는
용도로 사용되는 걸 보았습니다.

말 그대로 문버팀쇠로 쓰이고 있었어요.

사람들에게 물어보니
이렇게 말하더군요.

"오, 여기는 전기가 안들어와요.

그래서 이게 문버팀쇠로
쓰기에 딱 좋아요."

원심 분리기가 무엇인지
잘 모르는 분들도 계실텐데요.

이것은 샘플 처리를 위한 도구입니다.

핼액과 체액 성분을 분리시켜서

병원균을 찾아낼 수 있는 장비죠.

그러나 원심 분리기는
부피가 크고, 비싸요.

아마 천 달러 정도 할 거예요.

그리고 들고 다니기도 어렵죠.

물론 전기 없이는 작동이 안되죠.

이해가 되시죠?

그래서 저희는 이 문제의
해결 방법을 찾기 시작했어요.

현지 조사에서 돌아와서도
계속 장난감들을 생각했어요.

여기에

몇 개 가지고 왔는데요.

처음에는 요요로 시작했어요.

저는 요요를 정말 못합니다.

이 장난감이 회전하는 걸 보고
저희는 궁금했어요.

실제로 이런 장난감의
물리 법칙을 이용해서

원심 분리기를 만들 수
있을지 생각했죠.

평소엔 이것보다 잘 하는데요.

눈치채신 분도 계실텐데요.

가능성 있는 장난감들을 찾다 보니

이런 팽이 장난감도 시도해 보았고요.

그러다가 실험실에서

우연히 이 물체가 눈에 들어왔습니다.

이것은 회전 바퀴입니다.
붕붕이나 회전차라고도 하죠.

두 개의 줄과 작은 원반으로
되어 있는데요.

줄을 당기면 원반이 돌아가죠.

어렸을 때 이 장난감으로
놀아보신 분 계신가요?

팔랑개비 팽이라고 불렸죠.

네. 절반 정도나 되네요.

다들 잘 모르는 사실은

이 작은 물체가

인류역사상 가장 오래된
장난감이라는 것입니다.

5000년이나 된 이런 유물들이
세계 곳곳에 숨어있다 발견되었습니다.

그런데 재밌는 점은

사실 이것의 작동 원리를
우리는 모른다는 거예요.

저는 그 점이 흥미로웠습니다.

그래서 사무실로 돌아와서

두 개의 공식을 적었어요.

가해지는 회전력을 알고

원반의 항력과

이 꼬인 줄에서의 항력을 안다면

이걸 수학적으로 풀 수 있습니다.

이 공식뿐만 아니라

10쪽에 걸친 공식을 유도한 끝에

우리는 이 동적 시스템의
완성된 해법을 찾을 수 있었습니다.

그 결과물이 바로
"종이 원심 분리기"입니다.

이 분은 제 박사후 연구원인
'사드 밤라'씨인데요.

종이 원심분리기의 공동발명자입니다.

사진의 왼쪽에 있는 것이 저희가
교체하려 했던 원심분리기입니다.

여러분들이 보는 이 작은 물체는

원반과 2개의 실, 그리고
손잡이로 구성되어 있어요.

그리고 돌리려면..

줄을 당기면 원반이 회전하죠.

그리고 분석해보면

수학식을 풀어서

이 물체의 회전수를 계산해보면

이론적으로 분당 백만회까지 회전합니다.

그런데 인체 해부학 측면에서
약간의 한계가 있는데요.

이 물체의 공진 주파수가
10 Hz 정도 되기 때문입니다.

피아노를 쳐본 분이시라면

사람은 2 나 3 Hz 이상
속도를 낼 수 없죠.

이 물체가 낼 수 있는
최고 회전속도는

분당 10,000회도 아니고

50,000 회도 아닙니다.

분당 120,000회입니다.

중력의 3만 배나 되는
원심력이 발생하죠.

여러분을 이 디스크에 붙여서
회전시킨다고 가정하면

어느 정도의 힘을
느끼게 될지 상상해보세요.

이런 도구들의 한가지 요인은
진단에 사용할 수 있다는 점입니다.

그래서 제가 간단히
시범을 보여드리겠습니다.

이제 제 손가락을 살짝 찌를 건데요.

피가 약간 나올 텐데

피 보는 게 싫으시면 안보셔도 돼요.

채혈 도구가 있어야 하고요.

이건 쉽게 구할 수 있습니다.

완전히 수동으로 작동하죠.

그리고.. 오늘 아침식사를 했다면...

하나도 안 아프네요.

이 작은 관으로 혈액을 채취합니다.

이제 이 한 방울의 혈액이
모든 걸 말해줄 거예요.

가장 흥미로운 부분이죠.

제가 말라리아에 걸렸는지
이걸로 바로 알 수 있습니다.

이 작은 관을 따라

혈액이 타고 나오는 걸 볼 수 있죠.

혈액이 조금 더 필요하겠네요.

이 정도면 충분할 것 같네요.

이제 이 관을 찰흙으로
봉인하겠습니다.

이제 샘플이 봉인되었습니다.

이제 이 샘플을

종이 원심 분리기에 고정시킵니다.

테이프로 구멍을 막아줍니다.

이제 샘플은 완전히 봉인되었습니다.

회전시킬 준비가 되었네요.

이 물체를 당기고 밀어보겠습니다.

일단 좀 감아두고요.

물체가 돌기 시작하는 게 보이시죠.

일반적인 원심 분리기와는 달리

이것은 엇회전식 원심 분리기 입니다.

회전과 역회전이 반복되죠.

이제 점점 빨라집니다.

가속도가 붙은 게 보이시죠.

이 소리가 들리실지 모르겠네요.

이렇게 30초만에

혈구와 혈장을 분리할 수 있습니다.

혈구와 혈장의 비율은 --

(박수)

자 이제, 이 부분을 보시면

이 부분을 잘 보시면

혈액과 혈장이 두 부분으로
나뉘어져 있는 게 보이시죠.

그 비율에 따라 제가 빈혈이
있는지 없는지도 알 수 있습니다.

우리는 여러 종류의
종이 원심 분리기를 만들 수 있어요.

이 도구를 조금 더 오래 돌리면
말라리아 기생충도 발견할 수 있습니다.

분리한 핼액 속에 있는
말라리아 기생충을

기존의 원심 분리기와
동일하게 찾아낼 수 있죠.

다른 도구는 핵산을 분리시켜

현지 조사에서 핵산 테스트를
할 수 있게 하였습니다.

이것은 대량의 샘플을
분리시킬 수 있는 도구 입니다.

그리고 마지막으로

현재 개발중인 새로운 도구인데요.

이것 하나로 여러가지
실험을 해볼 수 있습니다.

이 도구로 샘플 준비부터
화학 실험까지 한번에 할 수 있죠.

이제...

다 좋은데요.

하지만 이런 도구를 고안했다면
이걸 사람들에게 보급해야겠죠.

그 중 하나로 한 일은.. 저희는
마다가스카에 막 돌아왔는데요.

이건 말라리아 임상실험을
하고 있는 장면입니다.

(웃음)

여러분도 커피 마시면서
할 수 있어요.

그러나 가장 중요한 것이 있어요.

이 곳은 도로에서 6시간이나
떨어진 곳에 있는 마을입니다.

저희는 그 마을의 한 어르신과
의료 전문가와 함께 있었는데요.

저를 가장 흥분되게 하는 부분은

바로 저 미소입니다.

단순하지만 이렇게 강력한 도구를
세계 곳곳에 보급할 수 있다는 점이죠.

한가지 빠뜨린 것이 있는데요.

이 모든 것을 만드는데
20센트 밖에 안들었어요.

발표 시간이 마이너스네요.
그럼 남은 시간 동안은

우리 연구실에서 가장 최근에 --

(웃음)

발명한 것을 보여드릴게요.

어버즈(Abuzz)라는 건데요.

여러분의 도움을 얻어서 모기와
싸울 수 있도록 하자는 개념입니다.

우리 적을 찾을 수 있도록
여러분이 도움을 줄 수 있습니다.

모기가 적인 이유는 말라리아, 지카,
치쿤쿠니아, 뎅기열을 옮기기 때문이죠.

그런데 점은 그 적들이 실제로
어디에 있는지를 모른다는 점입니다.

모기 서식지를 표시한 지도는 없잖아요.

그래서 생각해봤습니다.

3,500종의 모기들이 존재하는데
모두가 거의 비슷하게 생겼어요.

몇몇은 아주 똑같이 생겨서

곤충학자조차 현미경으로 봐도
구분하기 힘듭니다.

그러나 그들에게도 약점은 있죠.

이것은 모기들이 서로
작업을 거는 모습인데요.

수컷이 암컷을 따라다닙니다.

사실 이들은 날개짓 주파수로
대화를 하고 있습니다.

(윙윙 소리)

그러므로, 그들만의 신호가 있지요.

이제 이런 보통 핸드폰으로

5-10달러 짜리 폴더폰으로--

이 핸드폰을 기억하는 분 계신가요?

(웃음)

모기의 음향 신호를
녹음할 수 있습니다.

방법을 정확히 알려드릴게요.

밖에서 모기를 잡아왔는데요.

빌 게이츠와는 달리, 저는
이 모기들을 놔주지 않을 겁니다.

(웃음)

그러면 어떻게 소리를
녹음하는지 알려드릴게요.

그냥 툭 치기만 하면 됩니다.
그러면 모기가 날라가죠.

먼저 소리를 들어보고요.

지금 실제로 소리가 들리네요.

그리고 마이크가 장착된
핸드폰을 가져와서 --

그냥 보통 핸드폰인데,
마이크 성능이 아주 좋아요.

가까운 소리는 녹음이 잘 됩니다.

지금은 시간이 없기 때문에

제가 어제 녹음한 것을 들려드릴게요.

(모기 윙윙거리는 소리)

여러분이 평소 듣던
아주 매력적인 소리죠.

다들 좋아하는 소리죠?

이것의 장점은

이 방법으로 보통 핸드폰으로도

어떤 종류의 모기인지
알 수 있다는 점입니다.

이런 폴더폰을 사용해서

저희는 병원균을 옮기는
20-25종 모기들의

음향 데이터베이스를 구축했습니다.

이 자료와 머신러닝 기술을 통해서

누구든 데이터를 업로드하면

어떤 종류의 모기일 가능성이
있는지 확인할 수 있죠.

어버즈(Abuzz)라고 하고요.

가입을 원하시면
웹사이트를 방문해주세요.

마지막으로

아주 중요하고, 제가 늘 새기고
있는 말을 해드리겠습니다.

오늘날 우리에게 닥친 어려움 중 하나는
아주 심각한 문제들을 많다는 것입니다.

백만 명의 인구가 의료 시설이
전혀 없는 곳에서 살고 있고요.

기후변화, 생물 다양성의 감소
등등 많은 문제를 안고 있죠.

우리는 과학이 이런 문제들을
해결해 줄 것이라고 기대합니다.

그러나 오늘 이 강연장을 떠나기 전에
한가지 약속을 해 주셨으면 합니다.

누구나 과학을 이용할 수
있도록 하겠다는 약속이요.

여유가 되는 사람들뿐만 아니라

그렇지 않은 백만명의
사람들한테 까지도요.

과학과 과학적 능력을
인권으로 만들어봅시다.

무언가 발견할 수 있을 것 같은
찌릿한 느낌을 받을 수 있도록

아이들에게 영감을 주면

다음 세대에는 그 아이들이
이런 심각한 문제들을 해결할 수 있는

가능성을 열어주게 될 것입니다.

감사합니다.

(박수)