스토리 2020.08.04

늘어나는 인구수를 예측하는 방법? ‘지수함수와 예측모델’

바이러스는 숙주세포의 핵 속에 있는 핵산(DNA 혹은 RNA)의 복제 장치를 이용해서 자기와 똑같은 개체를 수없이 많이 복제한다. 이때 숙주세포가 갖는 많은 기능이 활성화되지 못하게 되므로 우리 면역계가 이 바이러스에 감염된 숙주세포를 죽인다. 그리고 바이러스에 공격당한 숙주세포가 지나치게 많으면 바이러스 질환이 나타난다. 박테리아와 같은 세균은 일정한 시간이 지나면 1개가 2개로 자기 복제하며 분열하지만 바이러스는 숙주세포에 기생하기 때문에 빠르게 자기와 똑같은 개체를 만든다. 이처럼 바이러스의 분열이 세균의 분열보다 훨씬 빠르지만, 여러분의 이해를 돕기 위해 바이러스가 매시간 분열하면서 2배씩 늘어난다고 가정해보자. 1개의 바이러스로 시작하여 하루가 지나면 몇 개로 늘어날까? 즉, 1시간이 지나면 2개, 2시간이 지나면 4개, 3시간이 지나면 8개와 같이 증가할 것이고, 하루는 24시간이므로 1개의 바이러스는 하룻밤 만에 224=16,777,216개가 된다.   실생활에서 발견할 수 있는 지수함수 예시 실생활에서 이처럼 2배씩 증가하는 간단한 예는 수타면과 꿀타래이다. 수타면을 만들려면 밀가루 반죽을 길게 늘여 반으로 접고 다시 늘려 반으로 접기를 반복한다. 그러면 면발의 수는 차례로 1, 2, 4, 8, 16 등으로 늘어나게 된다. 그래서 맛있는 수타면을 만들기 위해 10번의 늘리기를 반복했다면 면발의 수는 210=1024가 된다. 이제 2배씩 늘어나는 상황을 a배씩 늘어나는 경우로 생각을 넓혀보자. 만일 어떤 바이러스가 매시간 분열하며 a배 늘어난다면  x시간이 지난 후에 바이러스는 ax개가 된다. 이때, a가 1이 아닌 양수이면 실수 x에 대하여 ax의 값은 하나로 정해진다. 따라서 에 ax를 대응시키면 y=ax은 x의 함수이다. 이 함수를 a를 밑으로…
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트렌드 2020.07.31

플렉시블 디스플레이에서 전기자동차까지! 4차 산업혁명 시대에 주목받는 ‘전고체 배터리’

2019년 삼성전자는 세계 최초의 접는 스마트폰 ‘갤럭시 폴드’를 출시해 전세계 소비자의 이목을 집중시켰다. 이 스마트폰은 화면을 접어서 쓴다는 점 때문에 역사에 중요한 획을 그었다. 디스플레이를 접어서 사용하는 것은 대중에게는 영화 속에서나 가능한 일이거나 미래의 일처럼 느껴졌기 때문이다. 화면이 접히는 스마트폰은 스마트폰 역사에서 혁신적인 변화지만, 사실 접는 것은 과도기적인 단계라고 할 수 있다. 궁극적인 목표는 자유자재로 휘거나 둘둘 마는 것이기 때문이다. 스마트폰을 접는 건 디스플레이와 기기의 일부만 휘게 만들면 되는 일이지만 어느 부위나 자유롭게 구부릴 수 있게 하려면 디스플레이 전부, 그리고 회로와 배터리까지 모두 휘어지게 만들어야 하는데 여간 어려운 일이 아니다. 특히 현재 모든 스마트폰이 사용하는 리튬이온배터리는 폭발 등의 위험 때문에 휘어지게 만들 수 없다. 결국 새로운 배터리 개발이 필요한데, ‘전고체 배터리’가 그 대안으로 떠오르고 있다.   전고체 배터리란? ▲리튬이온 배터리 VS 전고체 배터리 비교 (출처: 삼성SDI) 전고체 배터리는 쉽게 말해 전부 고체로 이뤄진 배터리를 말한다. 전부 고체여서 일부분이 액체인 리튬이온 배터리보다 자유롭게 모양을 만들 수 있고 휘어지게도 만들 수 있다. 애초에 배터리를 전부 고체로 만들면 되지 않느냐고 생각할 수 있지만 ‘일부 액체’에서 ‘전부 고체’로 가는 기술적인 장벽이 크기 때문에 지금까지는 전고체 배터리를 상용화하지 못했다. 전부 고체라는 말의 의미를 이해하려면 먼저 배터리의 원리를 알아야 한다. 배터리는 기본적으로 물질이 가지고 있는 산화 환원 경향 차이를 이용해 전류를 흘려보내는 장치로,…
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트렌드 2020.07.29

우리 대신 맛보는 기술! ‘전자혀’

조선 시대 임금이 먹던 음식을 수라라고 한다. 잘 차려진 밥상을 보고 ‘수라상 같다’라고 하는 말이 여기서 나왔다. 좋은 재료를 써서 숙련된 주방 상궁이 만들지만, 임금이 바로 먹지는 못한다. 기미 상궁이 은수저로 먼저 맛보고, 독이 있는지 아닌지 판단한 다음에야 먹을 수 있다. 21세기에 사는 우리는, 어쩌면 모두 임금님 자리에 앉을 수 있을지도 모른다. 우리 대신 먼저 맛을 봐줄, 전자 혀가 있기 때문이다.   인공 세포막을 통해 다섯 가지 기본 맛을 판별해내는 센서 ‘전자혀’ 전자혀는 맛을 측정하고 수치화해서 비교/평가하는 기기다. 우리가 혀에 있는 1만여 개의 미뢰를 통해 맛을 느끼는 것처럼, 전자혀는 미각 센서를 통해 맛을 느낀다. 우리 혀가 느끼는 단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛, 감칠맛을 센서를 통해 감지해, 숫자로 바꾼다. 쉬워 보이지만 아직 제대로 구현되진 못했다. 당도계나 염도계처럼 특정 성분량을 재는 기기는 있지만, 사람 같은 전자혀는 아직 나오지 않았다. 시/촉/청각 기술과는 다르게, 미각은 후각과 함께 천천히 발전하고 있는 감각 기술이다. 왜 그럴까? 분명히 혀는 다섯 가지 맛을 느끼지만, 우리 뇌에서 느끼는 맛은 종합 예술에 가깝다. 재료, 냄새, 씹히는 느낌, 먹는 순간의 분위기 등이 모두 조합된 결과다. 특히 후각이 중요한 역할을 한다. 맛을 내는 물질도 수도 없이 많다. 심지어 어떤 맛은 미뢰에서 느끼지도 않는다. 매운맛은 통각으로 분류되고, 떫은맛은 혀의 상태에서 비롯된다. 이 모든 게 어떻게…
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스토리 2020.07.22

[호기심 과학] 해변에 숨어있는 디스플레이와 반도체 재료!

여름철 인기 휴양지로 꼽히는 시원한 바다! 비록 파라솔 간격을 2미터 이상 두는 등 거리두기를 실천해야 하는 상황이긴 하지만 그럼에도 불구하고 바다는 여전히 우리 마음을 설레게 하는 매력적인 공간이다. 그런데 혹시 독자 여러분들은 해변에서도 디스플레이와 반도체의 재료가 되는 광물들을 찾아볼 수 있다는 사실을 아셨는가? 이번 편에서는 광물과 암석의 다른 점이 무엇이고, 해변의 모래가 어떻게 디스플레이와 반도체의 재료가 될 수 있는지 알아보자.   광물과 암석의 차이는 무엇일까? ▲순물질로 이루어진 광물 종류의 다이아몬드(왼쪽), 혼합물로 이루어진 암석 종류의 화강암(오른쪽) SiO2라는 화학식으로 나타내는 이산화규소는 반도체의 소재가 되는 규소에 산소가 화합한 화합물이다. 이산화규소가 주요 성분인 석영(크리스탈, 수정)은 규산염 광물 중의 하나이다. 지구 지각 전체의 약 97%를 차지하고 있는 규산염 광물의 종류에는 석영 외에도 장석, 흑운모, 각섬석, 휘석, 감람석 등이 있다. ‘광물’과 ‘암석’은 모두 비슷한 돌로 보이지만 똑같은 돌은 아니다. 광물은 순물질이고 암석은 혼합물이다. 즉 홑원소물질이거나 화합물로 순수한 상태의 광물이 모여서 암석을 이루고 있는 것이다. 그래서 광물과 암석의 가장 큰 차이점은 ‘가격에서도 드러난다. 당연히 순물질이면서 더 귀한 광물이 비싸고, 혼합물이면서 흔한 암석은 싸다. 가장 비싸면서 단단한 광물은 C(탄소)만으로 이루어진 금강석, 즉 우리가 최고의 보석으로 알고 있는 다이아몬드이다. 반면 광물에 비하면 가격이 훨씬 싸고, 또 우리나라에서 제일 흔한 암석 중 하나가 화강암인데 주로 건물 외벽에 마감재로 붙이는 용도로 많이 사용한다.   해변의 모래 속에 포함된 반도체, 규소! 우리 주변에서 정말 흔하게 많이 관찰되는 화강암은 반도체를…
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일상 속 디스플레이 2020.07.21

일상 속 디스플레이의 발견 14편: 삼성 OLED, 물감보다 생생한 컬러!

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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일상 속 디스플레이 2020.07.20

일상 속 디스플레이의 발견 13편: 아름다운 풍경을 OLED에 담다!

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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동물의 우수한 특성을 닮다! 진화하는 생체모방 기술, '동물형 생체모방 로봇'
트렌드 2020.07.17

동물의 우수한 특성을 닮다! 진화하는 생체모방 기술, ‘동물형 생체모방 로봇’

인류는 자연을 닮은 기술을 끊임없이 연구해왔다. 원시인들이 사용했던 창이나 칼 등의 무기는 날카로운 발톱과 이빨을 가진 맹수들에게 영감을 얻은 것이다. 고대 그리스인들은 물고기의 날카로운 등뼈를 보고 톱을 만들었다. 거미가 먹이를 포획하는 모습을 보고 거미줄을 지혈하는 데 사용하기도 했다. 왜 인간은 자연을 닮은 기술을 연구할까? 답은 바로 ‘생존경쟁에서 살아남은 생물체들이 지닌 우수한 특성’ 때문이다. 인류는 각기 생물들이 척박한 자연환경 속에서 생존할 수 있었던 특징을 연구함으로써 인간에게는 없는 부분을 보완할 수 있게 됐다.   동물의 우수한 특성을 닮은 생체모방 로봇 ‘생체모방(Biomimetics)’이란 다양한 생물의 특성이나 구조 등을 모사한 기술을 뜻한다. 생명을 뜻하는 ‘바이오(Bio)’와 모사, 모방을 의미하는 ‘미메틱(mimetic)’라는 단어를 합성한 용어다. 최근 과학계에서는 로봇에 생체모방 기술을 적용하는 연구가 활발하다.  ‘생체모방 로봇(Biomimetric Robot)’은 인간이 가지고 있지 않는 자연의 생존력과 효율성, 장점 등을 로봇으로 구현한 것이다. 생체모방 로봇에는 동물들이 오랜 시간 축적해온 자신만의 ‘생존 비법’이 담겨있다고 할 수 있다. 생체모방 동물 로봇에 대표적인 동물은 바로 ‘뱀’이다. 뱀은 생체모방 로봇에 기본이 되는 동물이다. 물속을 자유롭게 이동하는 수륙양용 로봇이나 팔 형태의 로봇(robot arm) 등 뱀의 이동성을 모방한 뱀 로봇은 다양하다. 뱀 로봇은 갈라진 틈이나 좁은 길, 울퉁불퉁한 표면을 쉽게 이동할 수 있어 구조 대원이 진입하기 어려운 붕괴된 건물 안이나 파열된 상하수도 배관 등 재해 현장에서 활용할 수 있다. 멕시코시티에서는 지난 2017년 지진 구조 현장에 뱀 로봇을 투입하기도 했다. ▲왕 뱀의…
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스토리 2020.07.07

창의적으로 문제를 해결하는 방법! 정답 없는 문제 풀어내는 ‘페르미 추정’

  이런 문제를 어떻게 푼다고? 바로 ‘페르미 추정법’으로 풀자! 우리나라에서 하루에 팔리는 치킨은 몇 마리일까? , 시카고에 있는 피아노 조율사는 모두 몇 명일까?, 서울에 있는 미용실은 몇 곳일까? 이런 질문에 선뜻 답하기 쉽지 않다. 하지만 잠깐만 수학적으로 생각한다면 어렵지 않게 답을 얻을 수 있다. 우선 첫 번째 질문에 대한 답을 구해 보자. 과연 하루에 팔리는 치킨은 몇 마리일까? 현재 우리나라 인구는 약 5000만 명이고, 2~3명이 한 가구를 이룬다고 가정하면 우리나라 전체 가구 수는 약 2000만이다. 한 가구당 평균적으로 얼마나 자주 치킨을 주문할까? 하루 한 번은 너무 잦고, 한 달에 한 번은 너무 드무니 대략 일주일에 한 번 정도 주문한다고 가정하자. 그러면 일주일에 2000만 마리의 치킨이 팔리고, 일주일은 7일이므로 하루에 팔리는 치킨은 2000만을 7로 나눈 값이다. 즉, 20,000,000÷7≈2,857,00이므로 평균적으로 하루에 약 290만 마리의 치킨이 팔린다고 할 수 있다. 나아가 이 추측으로부터 우리나라에 있는 치킨집의 수도 알 수 있다. 치킨집이 유지되기 위해서는 적당한 이익이 보장되어야 하는데, 하루에 10마리 정도만 팔린다면 치킨집은 문을 닫을 것이다. 그렇다고 하루에 1000마리 정도를 튀겨낼 수 있는 치킨집은 많지 않을 것이다. 그래서 하루에 평균적으로 50마리 정도 팔린다고 가정할 수 있고, 이 치킨집이 일주일에 6일 영업한다면 한 가게당 일주일에 300마리의 치킨을 공급할 수 있다. 그런데 일주일에 2000만 마리가 필요하므로 20,000,000÷300≈67,000이다. 즉, 우리나라에는 약 67,000개의 치킨집이 있다고 추정할 수 있다. 그런데 2019년 6월 3일에 한국경제신문의 보도에 따르면 우리나라에 있는 치킨집 수는 8만 7000개 (2019년 2월 기준)이다. 약 2만 개 정도 차이는 있지만, 이 정도면…
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스토리 2020.07.06

전자 혁명의 시초 ‘트랜지스터’ 알아보기!

  세 발 달린 미니 마법사, ‘트랜지스터’ 회로를 구성하는 주요 부품들은 모두 ‘다리’를 가지고 있다. 회로에 흐르는 전기를 받는 부분과 내보내는 부분이 있기 때문에 기본적으로 두 개의 다리를 가진다. 대표적으로 ‘저항’과 ‘축전기’는 다리가 두 개씩 있는데 저항의 다리는 양쪽으로 뻗어 있고, 축전기는 같은 방향으로 두 개의 다리를 뻗고 있다. 오늘 다룰 트랜지스터는 이와 달리 세 개의 다리를 가지고 있어 다른 부품과 구별이 매우 쉽다. 트랜지스터는 미국 벨 연구소에서 근무하던 쇼클리, 바딘, 브래튼이 1948년 발명한 것으로 전기 전자회로에서 없어서는 안 될 매우 중요한 부품이다. 트랜지스터를 발명한 당시에는 이 부품에 특별히 정해진 이름이 없었는데 벨 연구소 내에서 이름 공모를 위한 투표를 실시해 6개의 이름 후보 중 압도적 선호로 선정됐다. 트랜지스터(Transistor)는 전송하다는 뜻의 Transfer, 저항 소자라는 뜻의 Varistor의 합성어로, 전기전도성을 가지면서 동시에 저항의 역할도 한다는 의미에서 그 특징을 가장 잘 표현하는 이름이었기 때문에 연구원들에게 매력적으로 보였던 것 같다. ▲ 세계 최초의 진공관 컴퓨터 ‘에니악(ENIAC)’ (출처: 위키피디아) 트랜지스터 발명 이전의 전자기기는 어떤 모습이었을까? 현재 우리가 사용하고 있는 컴퓨터의 첫 번째 조상님은 1946년에 개발된 ‘에니악(ENIAC)’이다. 에니악은 1만 8천 개가 넘는 진공관을 사용해 작동됐다. 진공관은 부피가 큰 부품이었기 때문에 에니악의 크기는 길이 25미터, 폭 1미터, 높이 2.5미터였으며, 무게만 무려 30톤에 달했다. 컴퓨터 한 대가 일반 승용차 30대 정도의 무게에 해당했으니 컴퓨터의 조상님은 어마어마한 거인의 외모를 가지고 있었던 것이다. 하지만 트랜지스터 개발로 전자 부품 소형화…
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스토리 2020.06.25

[호기심과학] 병도 주고 약도 주는 자외선, 현명하게 자외선을 차단하는 방법은?

봄이 언제 지나갔는지도 모르게 우리 곁을 훌쩍 지나가 버렸다. 이제 외출하면 갑자기 올라간 기온으로 인해 열기가 확 느껴지면서, 눈이 부실만큼 강하게 햇볕이 내리쬐는 것을 느낄 수 있다. 한낮에 뜨겁게 내리쬐는 태양이지만, 우리가 무언가를 볼 수 있는 것은 바로 이 태양의 ‘빛’ 덕분이다. 사실 현대 사회에서는 태양뿐 아니라 핸드폰과 TV, 모니터 등과 같은 수많은 디스플레이들도 ‘빛’을 내고 있다.   우리가 볼 수 있는 ‘빛’은 무엇일까? 우리가 실제로 물체를 보고, 디스플레이를 통해 다양한 영상을 볼 수 있는 것은 바로 빛 즉, 광선 중에서도 ‘가시광선’이 우리 눈에 들어와서 망막의 시각세포를 흥분시키기 때문에 가능한 일이다. ‘가시광선(可視光線, visible ray)’은 용어 그대로 우리가 볼 수 있는 빛으로, 가시광선의 파장은 380nm(나노미터, 10억 분의 1미터)에서 780nm의 범위이다.  가시광선의 파장이 짧은 순서대로 나열해 보면 ‘보남파초노주빨’이 되는데 가시광선보다 파장이 더 짧거나 길면 우리는 보지 못한다. 가시광선 중 보라색보다 더 파장이 짧은 광선을 자외선(紫外線, Ultraviolet ray, UV)이라고 부른다. 단어 그대로 보라색 바깥쪽이란 의미이다. 그리고 빨간색 가시광선 (610∼590nm)보다 파장이 더 긴 광선을 적외선(赤外線, infrared ray)이라고 부르는데, 이 역시 빨간색 바깥쪽을 말한다. 즉 자외선, 적외선이란 용어 자체가 파장의 범위를 설명하는 것이다. 눈에 보이지 않는 이 광선들이 우리에게 큰 영향을 미치는데, 햇빛을 받으면서 뜨겁다고 느끼는 건 바로 열작용을 주로 하는 적외선 때문이다. 햇빛에 의한 살균작용이 가능하고, 또 피부가 검게 타는 것은 화학작용을 하는 자외선 때문이다. 피부색을 결정하는 멜라닌 색소세포가 자외선에 의해 자극을 받아…
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