색과 명암을 인지하는 우리 눈의 정교한 구조와 기능!본다’라는 기능을 위한 최적의 구조
스토리 2020.10.23

색과 명암을 인지하는 우리 눈의 정교한 구조와 기능! ‘본다’라는 기능을 위한 최적의 구조

눈은 우리 몸에서 가장 중요한 부분 중 하나다. 우리가 살아가는 데 있어 눈이 보이지 않는다. 얼마나 많은 불편을 겪어야 할지, 그건 잠시만 눈을 감고 걸어보아도 충분히 체험이 가능하다. 또 우리는 눈으로 보아야 할 것이 너무나 많은 세상에 살고 있다. 각종 디스플레이를 통해 화려한 멀티미디어 영상들을 즐기고, 인터넷에 접속해 그 많은 정보들을 받아들이는 것도 모두 우리의 눈이 건강하고 제 역할을 할 때 가능한 것이다. 옛말에 ‘몸이 천 냥이면 눈은 구백 냥’이란 말이 있는 것처럼 매우 중요한 역할을 하고 있는 눈. 오늘은 그중에서도 색과 명암을 인지하는 우리 눈의 정교한 구조와 기능에 대해 알아보자. ‘눈’이 아니라 ‘뇌’로 본다!! 눈의 구조를 제대를 알기 위한 가장 좋은 방법은 눈 해부 실험을 해보는 것이다. 해부 전 소 눈의 겉모습을 살펴보면, 일단 앞쪽에는 얇은 각막이 있음을 관찰할 수 있다. 가끔 우리 눈에 속눈썹이 들어가거나 할 때 어쩔 수 없이 눈을 만지게 되는데, 이때 만져지는 부분이 바로 눈의 가장 바깥쪽 막인 각막이다. 그리고 눈의 뒤쪽을 보면 마치 꼬리처럼 달려있는 부분이 보인다. 그 부분은 시신경으로, 이 시신경이 길게 뻗어 있어서 대뇌까지 연결되어 있다. 망막에 상이 맺히면 시각 세포가 흥분하고, 그 흥분을 시각 신경을 통해 대뇌까지 전달하기 때문에 마침내 대뇌의…
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일상 속 디스플레이 2020.10.19

일상 속 디스플레이의 발견 19편: 디테일한 묘사로 한층 더 실감나게!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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칼럼 2020.10.16

당신의 삶을 바꾼 퍼스트 펭귄, 세계 최초 모바일 혁신 제품은?

인터넷 서점에서 ‘처음’을 검색하면 수천 종이 넘는 책이 나타난다. ‘나도 내가 처음이라’, ‘돈 공부는 처음이라’, ‘처음부터 엄마는 아니었어’ 등등. 그만큼 힘들어서 그렇다. 어쨌든 움직여야 하는데, 아무도 해본 적이 없으니 위험하다. ‘마지막 강의’의 저자 랜디 포시는 이럴 때 처음 움직이는 사람에게, 퍼스트 펭귄이라는 이름을 붙인 상을 줬다고 한다. 적이 은밀히 잠복해 있을지도 모르는 물속으로, 반드시 어느 하나의 펭귄은 먼저 뛰어들어야 한다. 누군가는 이런 퍼스트 펭귄이 되어야 한다. 모바일 세상에도 그런 퍼스트 펭귄들이 있다. 지금 우리 삶을 바꿔놓고 변화를 주도했던 펭귄들, 세계 최초의 모바일 혁신 제품들을 소개한다. 모바일 ‘휴대폰’ 혁신 제품들 1. 세계 최초 ‘휴대폰’, 모토로라 DynaTAC 8000X (1984) ▲모토로라, 다이나택 8000X (출처: 모토로라) 휴대폰 개발에는 긴 시간이 걸렸다. 1947년에 처음 아이디어가 나오고, 1973년에 프로토타입이 만들어졌음에도 불구하고, 1984년에야 출시될 수 있었다. 모토로라의 ‘DynaTAC 8000X‘는 크기(33cm)와 무게(790g)가 표준 벽돌과 비슷해서 벽돌폰이라 불리기도 했다. 이제 와서 다시 보면 휴대폰보다는 전쟁 영화에 나오는 무전기와 더 닮았다. 완전 충전에 걸리는 시간도 10시간. 이렇게 비싸고 무거운 제품이지만, 출시할 때는 구매 대기자만 해도 수천 명에 달했다고 하는데, 당시에는 전화기를 들고 다닐 수 있다는 개념 자체가 혁명적 개념이었기 때문이다. 망도 없어서, 1세대 휴대전화 네트워크(AMPS, Advanced Mobile Phone System) 자체가 이때 함께 구축되었다. 2. 세계 최초 ‘TFT-LCD 컬러 휴대폰’, 삼성 SGH-T100 (2002) ▲ 삼성, SGH-T100 (출처: 삼성전자) 휴대폰 개발에서 우리나라는 후발주자였지만, 컬러 휴대폰 시장은 한국에서 먼저 문이 열렸다. 세계 최초로 TFT-LCD 디스플레이를 달고 나온 삼성전자 SGH-T100이 그 주인공이다. 고선명·고화질의 TFT-LCD를 차용해 당시 삼성 휴대폰의…
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트렌드 2020.10.15

전염병 확산을 예측하는 ‘수학적 모델링’

2020년 1년 동안 매일 빠짐없이 미디어에 오르내리는 주제는 코로나19와 관련한 소식이다. 덕분에 전 국민이 각종 전문 용어에 익숙해지게 됐는데, 그중 하나가 바로 ‘수학적 모델링’ 혹은 ‘수학 모델’이다. 의학이 아닌 수학 용어가 왜 갑자기 튀어나온 걸까. 국내외 학자들이 코로나19의 확산 추세를 분석하고 예측한 결과를 소개하면서 이 용어가 자주 언급됐기 때문이다. 하지만 익숙해진 만큼 수학적 모델링이라는  용어가 무엇이고 어디에 쓰이는지 제대로 아는 사람은 많지 않다. 다양한 분야에서 벌어지는 현상을 수학 언어로 설명하는 ‘수학적 모델링’ 언론을 통해 코로나19 확진자 수의 변화를 예측하는 수학적 모델링 연구가 많이 소개되기 때문에 많은 사람이 수학적 모델링을 감염병 연구에 쓰이는 수학적 기법이라고 생각할 수 있다. 하지만 그렇지 않다. 수학적 모델링은 자연과 사회, 기술 등 다양한 분야에서 벌어지는 현상을 수학이라는 언어로 설명하는 것을 말한다. ▲수학적 모델링의 아버지라 할 수 있는 ‘아이작 뉴턴’. 수학적 모델링의 역사는 16~17세기까지 거슬러 올라간다. 수학과 물리학, 천문학이 발전하면서 독일의 요하네스 케플러, 영국의 아이작 뉴턴 같은 학자들이 수학을 이용해 자연 현상, 특히 천체의 운동을 설명하고 예측하기 시작했다. 고등학교에서 배운 미적분학을 이용한 운동방정식이 바로 대표적인 사례다. 아이작 뉴턴은 천체가 운동하는 원리를 자신이 고안한 미분방정식으로 설명했고, 이를 통해 천체의 향후 움직임을 예측할 수 있었다. 이처럼 어떤 현상 혹은 시스템의 작동 원리를 수학적으로 기술하는 것을 수학적 모델링이라고 한다. ▲아이슈타인은 일반상대성이론을 통해 별과 행성의 중력이 시공간을 휘게 한다고 예언했다. (출처: 위키미디어) 2020년 노벨물리학상의 주인공인 ‘블랙홀’도 수학적…
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스토리 2020.10.08

애매한 상황을 수학적으로 판단한다! 일상 속에 숨은 ‘퍼지 이론’

과학은 인류가 쌓아온 경험과 관측된 결과를 바탕으로 새로운 현상의 원리를 밝히는 과정이다. 그 과정은 언제나 논리적이며 정확해야 하기 때문에, 주로 수학이라는 기가 막힌 도구를 이용한다. 수학은 예외가 없다. 열 개의 사탕 중에 여섯 개를 먹었다면, 무조건 네 개가 남아야만 한다. 하지만 현실은 그렇게 명확하지 않은 경우가 종종 있다. 예를 들어, 한 반에 키가 큰 아이들은 몇 명인지 세어보자. 만약 160cm라는 정확한 수치적 기준이 주어졌다면 간단한 이야기겠지만, 단순히 큰 아이들이라는 주관적인 기준을 세우기는 쉽지 않다. 좀 더 일상적으로 가보자. 우리는 평소 집이나 회사에서 쾌적한 환경을 만들기 위해 늘 노력한다. 특히 무더운 여름이나 추운 겨울이 오면, 사무실의 적당한 온도를 맞추는 것이 관건이다. 하지만 이것 역시나 굉장히 어렵다. 적당하다는 단어가 갖고 있는 언어적 의미는 모두가 이미 알고 있지만, 이걸 수치적으로 정확하게 맞추는 건 전혀 다른 이야기다. 듣기만 해도 정의조차 쉽지 않은 난제처럼 들린다. 불분명한 기준은 수학적으로 정의하기가 어렵기 때문이다. 이런 현실 세계의 매우 애매한 기준을 수학적으로 접근하려고 시도하는 이론이 바로 ‘퍼지 이론’이다. 1990년대 세탁기나 청소기 등 대형 가전제품에서 주로 활용된 인공지능의 개념 역시 퍼지 이론과 닿아 있었다. 특히 당시 대한민국의 기업들은 아예 퍼지 이론을 광고의 핵심 키워드로 활용하기까지 했다. 하나의 예로, 지금까지 기존의 세탁기는 세탁물을 통 속에 넣고 세제를 넣은 뒤 정해진 스위치를 눌러서 세탁을 시작했다. 하지만 퍼지 이론이 적용된 인공지능 세탁기는 센서를 통해 세탁물의 중량을 감지하고, 옷감의 종류나 질을…
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트렌드 2020.10.06

트랜스포머 영화가 현실로 오다! 진화하는 ‘모듈형 로봇’ 기술

어린 시절 팔과 다리를 자유자재로 분리하고 합체 시킬 수 있는 ‘로봇’은 어린이날 선물로 인기 만점이었다. 이런 로봇의 인기는 ‘로봇 태권 V’에서 ‘또봇 V’, ‘로보카폴리’ 등으로 시대의 흐름에 따라 이름을 달리했다. 지난 2007년도에 개봉한 영화 ‘트랜스포머(Transformers)’는 자동차가 거대한 로봇으로 변신하는 모습을 실사화하며 유년 시절의 꿈을 완벽하게 소환해냈다. 이제 로봇은 장난감도, 영화도 아닌 실제가 됐다. 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 가상 증강현실, 비전 센서 기술 등이 급격히 발달하며 필요 작업에 따라 스스로 결합하고 분리하며 다양한 형태로 변신하는 ‘모듈형 로봇’이 우리 곁에 현실로 나타났기 때문이다.   사람과 함께 행동한다! 스스로 분리하고 합체하는 모듈형 로봇이란? ‘모듈형 로봇’이란 일체형 로봇이 아닌 각기 다른 부분으로 조합해 하나로 합체된 형태의 로봇이다. ‘모듈(module)’이라는 말 자체가 연결할 수도 있고 분리할 수도 있다는 뜻이다. 모듈형 로봇은 어린시절 장난감 로봇처럼 분리하거나 결합하는 것이 가능하다. 최근 발전된 형태의 모듈형 로봇은 인공지능(AI) 기반의 자율로봇으로써 로봇 스스로 움직이거나 사람의 옆에서 함께 제품을 조립하는데 보조적인 역할을 수행할 수도 있다.   다양한 모듈형 로봇, 어떻게 활용될 수 있을까? ‘모듈형 로봇’은 다양한 형태로 우리 일상 속에 들어오고 있다. 모듈형 로봇이 가장 광범위하게 사용되고 있는 곳은 ‘스마트 공장’이다. 스마트 공장에서 모듈형 로봇은 사람들과 함께 일을 하고 있다. 과거 기계화 자동화된 공장에서 로봇은 자체적으로 움직이는 작업을…
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스토리 2020.09.28

무작위로 나눈 그림에도 이유가 있다! ‘보로노이 다이어그램’과 ‘델로네 삼각분할

무시무시한 위력을 지닌 태풍 여러 개가 우리나라에 큰 피해를 주며 지나간 자리에는 어느덧 고추잠자리가 높게 날며 가을을 알리고 있다. 이 때 하늘거리며 푸른 하늘을 나는 잠자리의 날개를 잘 관찰해보자. 잠자리의 날개가 스테인드글라스처럼 되어 있는 것을 발견할 수 있다. 그렇다면 이런 잠자리 날개의 구조를 수학으로도 설명할 수 있을까? 수학은 못하는 것이 없다.   평면을 나누는 수학적 분할 방법에는 무엇이 있을까? ▲왼쪽부터 보로노이 다이어그램과 델로네 삼각분할을 활용해 평면을 분할한 모습. 수학에는 평면을 나누는 분할 문제가 여러 가지 있다. 그 중에서 평면 위에 주어진 점을 꼭 하나씩만 포함하는 볼록 다각형으로 평면을 나누는 방법이 있는데, 이를 ‘보로노이 다이어그램’이라고 한다. 이것은 20세기 러시아의 수학자 조지 보로노이의 이름을 딴 것이지만, 그보다 훨씬 이전에 수학자이자 철학자였던 그 유명한 데카르트에 의하여 발견된 것으로 추정되고 있다. 한편, 보로노이 다이어그램의 생성점들을 연결하여 삼각형들로 면을 분할하는 방법이 있는데 이를 ‘델로네 삼각분할’이라고 한다. 즉 델로네 삼각분할이란, 평면에 있는 세 점을 잡아 가능하면 정삼각형에 가깝도록 나누는 것이다. 델로네 삼각분할은 이 분야를 많이 연구했던 러시아의 수학자 보리스 델로네의 이름에서 따왔다.   보로노이 다이어그램은 어디서 사용될 수 있을까? ▲점이 하나씩 포함되도록 평면을 분할한 ‘보로노이 다이어그램’을 나타낸 그림. 보로노이 다이어그램의 가장 중요한 조건은 최대한 가까운 두 점을 수직이등분선을 이용해 점이 꼭 하나씩 포함되도록 평면을 분할해야 한다는 것이다. 즉, 위의 그림에서 AB 두 점을 연결하는 가상의 선분(점선)을…
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일상 속 디스플레이 2020.09.28

일상 속 디스플레이의 발견 18편: 넓어진 화면으로 멀티태스킹까지?

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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스토리 2020.09.25

[호기심 과학] 디스플레이의 색상은 어떻게 만들어질까? 빛의 합성과 디스플레이!

하루 종일 손에서 놓지 않는 스마트폰, 업무와 공부를 위해 내내 들여다보고 있는 PC나 노트북의 모니터, 그리고 휴식을 원하는 순간에도 켜놓고 있는 TV. 우리는 아침에 눈을 뜨고 잠에 들기 직전까지 일상을 디스플레이와 함께한다. 그렇다면 디스플레이의 화려하고 선명한 색상은 어떻게 만들어질까? 오늘 칼럼에서는 빛의 합성을 통한 디스플레이 색상 구현에 대해 함께 알아보자.   디스플레이의 픽셀과 해상도가 가지는 의미는? 요즘 하루가 멀다 하고 기능이 강화된 새로운 스마트폰 제품들이 쏟아져 나오다 보니 약정 기간만 지나기를 애타게 기다렸다가 새 폰으로 갈아타게 되는 경우가 많다. 교체 대상이 되는 여러 스마트폰 중 어떤 것을 선택할지 결정하기 위해서 상세 스펙을 비교하게 되는데, 이때 필자는 디스플레이 항목에서 해상도가 얼마나 되는지를 체크한다. 해상도를 이해하기 위해서는 먼저 픽셀(Pixel)을 알아야 한다. 스마트폰이나 모니터, 그리고 TV 모두 현미경적 수준에서 들여다보면 픽셀(화소, 畵素)로 이루어져 있고, 이 픽셀의 수가 많으면 많을수록 더욱더 세밀한 표현을 할 수 있다. 이 픽셀들은 빛의 3원색인 빨강(R, red), 초록(G, green), 파랑(B, blue) 값을 표현하는 부분 픽셀(Sub-pixel)들로 구성되어 있는데, 각각의 픽셀은 이 부분 픽셀이 표현하는 빛의 양과 색의 조합을 통해서 다양한 색상을 표현하게 된다. 필자의 폰인 갤럭시 S20 울트라의 경우 3200 X 1440의 해상도를 가지고 있다. 이것은 가로 축에 3200개, 세로 축에 1440개의 픽셀이 배치되어 있다는 뜻이다. 그렇다면 갤럭시 S20 울트라의 전체 픽셀 수를 계산해보자. 가로, 세로의 픽셀 수를 곱하면 결과 값은 4,608,000으로, 무려 4,608,000개의 픽셀로 화면이 꽉 차 있다는 의미이다. 즉, 해상도란 디스플레이 표현이 얼마나 세밀한지의 정도를 나타내는…
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스토리 2020.09.22

과학·공학의 필수! 주기를 그리는 ‘삼각함수’

  고대 문명에서 발견된 삼각형의 진리 기원전 4,000년경, 티그리스강과 유프라테스강 사이에 형성된 넓고 비옥한 평야에서 세계 4대 문명 중 하나인 메소포타미아 문명이 탄생한다. 메소포타미아 지역(현재의 이라크 주변)의 남쪽 지역에는 바빌로니아 왕국이 있었는데, 바빌로니아인들은 설형문자, 일명 쐐기문자를 만들어 인류 문명의 씨앗을 싹트게 했다. 이 지역에서는 질 좋은 점토를 쉽게 구할 수 있었다. 바빌로니아인들은 이를 이용해 점토판을 만들었고, 그들이 깨우친 진리를 쐐기 문자로 새겼다. 여기에는 지리학, 천문학, 법학에 이르기까지 무수히 많은 내용이 담겨있다. ▲ 바빌로니아 수학에 관한 내용을 담은 점토판 ‘플림톤 322(Plimpton 322)’ (출처: 위키백과) 이들 점토판 중에는 알 수 없는 숫자의 배열이 담긴 점토판(Plimpton 322)이 있었는데, 훗날 이 숫자는 삼각형의 세 변과 각도의 비율을 관계식으로 나타낸 ‘삼각법’이라는 사실이 밝혀졌다. 직각삼각형의 빗변은 늘 밑변, 높이와 일정한 비율을 갖고 유지하고 있는데 삼각법은 이들의 비율을 나타낸 관계식이다. 연구자들은 이들이 사원, 궁전 등을 건축하기 위해 삼각법을 이용했을 것으로 추측한다. 이후 동서양을 막론하고 삼각형 각과 변의 길이를 다룬 학자는 끊임없이 등장했다. 기원전 200년 전의 천문학자 히파르코스도 삼각함수표를 만들었다는 사실이 알려져 있다. 현재 우리가 알고 있는 삼각함수의 원형은 굽타 시대 인도에서 비롯된 것으로 여긴다. 실제로 삼각함수 용어 사인(sine)은 인도의 산스크리트어에서 나온 말이다. 인도에서 연구된 삼각함수는 이슬람을 거쳐 유럽으로 넘어갔다. 그리고 1748년 스위스에서 태어난 수학자 레온하르트 오일러가 ‘사인’ ‘코사인’ 등 지금의 삼각함수 약어를 만들어 정립했다.   원에서 탄생한 삼각함수 직각삼각형은 두 변이 이루고 있는 한 각이 직각(90도)인 삼각형이다. 삼각함수의 삼각비는…
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