상상하는 공학 진화하는 인간

✔  새로운 아이디어가 상상에서 끝나지 않고 미래를 바꾸는 기술이 될 수 있도록
　 오늘의 문제를 해결하고 내일의 가능성을 설계하는 공학!
✔  KAIST의 세계적인 기계공학자들이 들려주는 첨단 기술의 해법과 상상력!

언제쯤 아이언맨 같은 로봇을 직접 입게 될까? 기후 위기를 효과적으로 해결할 에너지 혁신 기술이 있을까? 로봇팔이 인간의 뜻대로 움직이는 기술적 원리는 뭘까? 동전만한 실험실에 내 장기를 구현할 수 있다면? ‘기술 혁명 시대’라 칭할 수 있는 오늘날, 공학 기술은 우리의 일상생활과 사회 발전에 핵심적인 역할을 맡고 있다. 그만큼 우리는 기술에 대한 이해와 공학적 사고가 필수 교양이 된 시대를 살고 있는 셈이다. 그러나 비전공자의 입장에서 나날이 고도화되어 가는 기술 변화를 파악하기란 어려우며, 여기에 미래 전망에 대한 질문까지 덧붙는다면 답을 내놓기란 더욱 까다로워진다. 이에 첨단 기술의 오늘을 알려주고 미래를 함께 고민하기 위해 KAIST 기계공학과 교수 27명의 지식을 한데 모은 책 『상상하는 공학 진화하는 인간』이 출간됐다. KAIST 기계공학과는 한국 최초의 인간형 로봇 개발 등 신기술을 선도하며 공학 분야의 글로벌 리더로 인정받고 있다. 각자의 연구 분야에서 세계적 수준의 성과를 이뤄낸 공학자들이 필진으로 참여하여 한 권의 책 안에 첨단 기술의 원리, 적용 사례뿐 아니라 앞으로의 발전 가능성까지 깊이 있는 지식을 빼곡히 담았다. 무엇보다 이 책은 전문적인 용어와 개념을 비전공자의 눈높이에 맞춰 차근차근 설명하여, 기술에 대한 지식을 바탕으로 새로운 내일을 준비하는 미래 세대는 물론 첨단 기술의 양상과 흐름을 파악하고자 하는 일반인 모두가 읽을 수 있는 책이다. “기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다.” 공학은 자연과학의 원리를 그 시대의 필요에 맞춰 활용하여 새로운 기술과 가치를 창출하는 학문으로서, 지금껏 인류가 직면한 여러 문제들을 해결해 왔다. 다양한 공학 분야 중 특히 기계공학은 18세기 산업혁명을 촉발한 증기기관의 발명과 함께 본격화되어 각종 도구와 기계로 문명을 발전시켰다. 이러한 기계공학은 여러 종류의 공학 가운데 가장 오랜 역사를 갖고 있기에 흔히 오늘날 4차 산업혁명의 본류와는 거리가 있다고 오해받곤 한다. 하지만 기계공학은 융합과 혁신의 중심에 있는 학문으로 기계공학의 전통적인 분야인 역학과 설계는 데이터 기반의 인공지능과 결합하여 그 역할이 확장되고 있다. 급속도로 진화하는 로봇 기술 외에도 미래 모빌리티, 열관리, 에너지, 소재, 첨단 반도체, 의학, 심리학 등 기계공학이 관여하지 않는 분야가 없을 정도다. 이에 KAIST 기계공학과 학과장인 김정 교수는 영국 기계학회의 슬로건을 빌려 이렇게 말한다. “Nothing moves without mechanical engineers.(기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다)” 따라서 기계공학을 이해하는 것은 기술 문명의 변천사와 공학의 기초를 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 이 책은 2부 6장으로 구성되어 있다. 1부 ‘세상을 바꾸는 공학’에서는 기술이 세상을 어떻게 변화시켜 왔으며, 앞으로는 어떻게 발전될 것인지 알아본다. 이미 우리의 일상 속 가까이 들어와 있는 로봇과 모빌리티 기술의 가능성을 짚어보고 (1장 ‘새로운 역사를 쓰는 로봇 기술과 모빌리티’), 탄소 중립을 달성하기 위한 친환경에너지의 중요성과 그 활용 기술(2장 ‘내일의 생존을 위한 에너지 혁신’)을 살펴본다. 3D프린터와 인공지능 등의 첨단 기술이 생산 현장을 획기적으로 변화시키는 사례(3장 ‘미래를 그리는 첨단 생산 기술’) 역시 신기술의 현재를 가늠하기 위해 눈여겨볼 필요가 있다. 2부 ‘인간을 진화시키는 공학’에서는 인간 삶의 가능성을 확장하는 공학의 기술에 대해 알아본다. 특히 의공학의 발전, 더 나아가 인간과 기계가 결합해 가는 사례에 대한 연구는 우리의 상상력을 자극한다. 각종 첨단 센서와 음향 블랙홀 등 우리가 잘 인식하지 못하지만 인간의 생활에 도움을 주는 기계 (4장 ‘눈에 보이지 않지만 항상 우리 곁에 있는 기계’)에 대해 알아보고, 광학 기술과 장기 칩 등 보다 쉽고 정확하게 질병을 찾아낼 수 있도록 돕는 의공학의 발전 가능성(5장 ‘새로운 의료 패러다임을 이끄는 공학’)을 탐구해 본다. 또한 사람이 단순히 기계를 사용하는 것이 아니라 기계와의 융합을 통해 진화할 수 있는 가능성 (6장 ‘기계와 함께 진화하는 인간’)도 살펴본다. 인간을 위한 기술을 향하여, 우리가 공학을 배워야 하는 이유 물론 기술이 인류의 삶을 풍요롭게 만들기만 하는 것은 아니다. 기술로 인한 부작용과 폐해 또한 크다. 화석연료를 기반으로 한 기술의 급격한 발전과 대량 생산 시스템은 기후 위기라는 결과를 낳았다. 인공지능의 발전이 인간 삶에 이롭기만 할 것인가에 대한 논쟁도 치열하다. 따라서 필진들은 기술을 연구하는 사람으로서 가져야 할 윤리 의식을 강조하며 미래의 기술 발전이 누구를 위한 것이어야 하는지 질문을 던지는 일도 잊지 않는다. 전(前) KAIST 공과대학 학장을 역임한 배충식 교수는 말한다. “기술 발전과 함께 생겨난 문제들이 기술로만 풀릴 수는 없겠지만 더 나은 기술을 만들어야 해결 가능성이 높아지는 것 또한 사실이다.” 지속가능한 세상을 함께 만들기 위해 우리가 공학을 배워야 하는 이유이다. 이러한 취지에 공감한 이광형 KAIST 총장, 뇌과학자 정재승 교수, 석상옥 네이버랩스 대표 등 국내 최고의 이·공학자들은 본 도서를 미래를 이끌어갈 청년들에게 추천했다. 『상상하는 공학 진화하는 인간』은 오늘날 기계공학이 이끌어가는 다양한 첨단 기술을 깊이 있게 다룬 공학 교양서로, 오늘날 우리 삶에 깊숙이 파고든 기술 혁명의 방향과 흐름을 제시하는 안내서가 될 것이다.

머리말 기계공학, 세상을 움직이다│김정 1부 세상을 바꾸는 공학 1장 새로운 역사를 쓰는 로봇 기술과 모빌리티 · 로봇이란 무엇인가│황보제민 · 현재와 미래를 달리는 보행 로봇│박해원 · 사람이 로봇을 ‘입다’│공경철 · 무엇이 우리를 움직이게 만드는가?│김진환 · 박쥐와 자율주행 자동차는 어떻게 공간을 인식할까?│박용화 · 기계에 눈을 달다│윤국진 2장 내일의 생존을 위한 에너지 혁신 · 지금 당장 시작해야 한다│장대준 · 탄소 중립의 핵심, 수소에너지 기술│이강택 · 전점 뜨거워지는 세상, 열과의 전쟁│남영석 3장 미래를 그리는 첨단 생산 기술 · 생각하는 기계, 산업에 혁신을 일으키다│유승화 · ‘현대 문명의 쌀’, 반도체 기술의 핵심│김영진 · 자동차부터 심장까지 개인 맞춤형으로 제작하는 시대│김산하 · 커피, 와인, 위스키, 음료를 바라보는 공학자의 눈│김형수 · 피라미드와 우주태양광발전 구조물의 공통점은?│김성수 2부 인간을 진화시키는 공학 4장 눈에 보이지 않지만 항상 우리 곁에 있는 기계 · 첨단 센서, 더 안전하고 편리한 세상을 위하여│박인규 · 조용하고 쾌적한 미래를 위해 소음과 진동을 제어하다│전원주 · 大를 위한 小의 역학│심기동 · 스타트업을 꿈꾸는 기계공학자│윤용진 5장 새로운 의료 패러다임을 이끄는 공학 · 기계공학과에도 의대가 있다│김현진 · 빛이 있으라!│유홍기 · 내 몸 밖에 내 장기를 만들 수 있을까?│전성윤 6장 기계와 함께 진화하는 인간 · 생명체를 닮아가는 로봇│경기욱 · 육백만 불의 사나이는 현실에서 가능한가?│박형순 · 내 몸 안에 기계역학이 숨쉰다│구승범 · 뉴턴의 후예들, 뇌와 기계를 연결하다│이필승 맺음말 미래를 안내하는 길잡이│배충식

KAIST 기계공학과 KAIST 기계공학과는 1971년 설립되어 기술 시대를 선도하는 차세대 리더 양성에 주력하며 학계와 산업계에 우수 인재들을 배출해 왔다. 세계 최고 수준의 연구와 교육을 통해 미래를 향한 상상력과 탁월함으로 비전을 제시하고, 세상을 품고 공동체와 함께 성장하는 인재 양성을 목표로 한다. 시스템 설계, 로봇, 기능성 소재, 지능형 이동체, 초정밀 기계, 신제조공학, 친환경에너지, 의료공학 기술에 이르기까지 광범위한 분야를 연구하고 있다. 이러한 융합과 혁신을 통해 인류와 사회가 직면한 문제를 해결하고 행복과 번영을 위한 새로운 가치를 창조하고자 한다. 김정│ MIT에서 기계공학 박사학위를 받았다. 로봇의 촉각에 대해 연구하고 있으며 2024년 이달의 과학기술인으로 선정됐다. KAIST 기계공학과 학과장으로 재직 중이다. 황보제민│ 취리히연방공과대학에서 석·박사학위를 받았다. 사족보행 로봇을 연구하고 있으며 2024년 송암미래석학 우수연구상을 수상했다. 박해원│ 미시간대학에서 기계공학 박사학위를 받았다. 사족보행 로봇 및 휴머노이드 로봇을 연구하고 있으며 KAIST 휴머노이드 로봇 연구센터 소장을 맡고 있다. 공경철│ 캘리포니아대학 버클리캠퍼스에서 박사학위를 받았다. 인간 보조 로봇을 연구하고 있으며 국제 사이보그 올림픽에서 금메달을 수상했다. 김진환│ 스탠퍼드대학에서 박사학위를 받았다. 이동 로봇과 필드 로봇을 포함한 다양한 종류의 유무인 이동체를 자율적으로 운용하는 방법을 연구하고 있다. 박용화│ KAIST에서 기계공학 박사학위를 받았다. 삼성전자에서 미래 센서를 연구했다. 사람처럼 보고, 듣고, 건강을 진단하는 기계를 만들며 인공지능 산업 발전으로 장관 표창을 수상했다. 윤국진│ KAIST에서 전기및전자공학 박사학위를 받았다. 컴퓨터 비전 및 기계학습을 연구하고 있으며, KAIST 기술혁신상, 과학기술정보통신부장관 표창 등을 수상했다. 장대준│ KAIST에서 화학공학 박사학위를 받았다. 자유형상 압력 탱크를 비롯한 혁신적인 에너지 저장 및 시스템을 개발하였으며, 2개 기업을 창업하였다. 이강택│ 플로리다대학에서 재료공학 박사학위를 받았다. 연료전지, 그린수소 생산, 차세대 배터리 및 디지털 트윈 기술을 연구하고 있다. 남영석│ UCLA에서 기계공학 박사학위를 받았다. 지능형 열관리 및 열에너지 기술을 연구하고 있다. 유승화│ 스탠퍼드대학에서 물리학 석·박사학위를 받았다. 고체역학 이론, 다물리 시뮬레이션, 인공지능 기반 설계 방법론을 연구하고 있다. 김영진│ KAIST에서 기계공학 박사학위를 받았다. 레이저 광학 기반 반도체·디스플레이 측정/검사 및 리페어 기술을 연구하고 있으며, 2021년 젊은과학자상을 수상했다. 김산하│ MIT에서 기계공학 박사학위를 받았다. 고부가 가치의 혁신적인 제품들을 효과적으로 구현할 수 있는 첨단 제조 공정 기술들을 연구하고 있다. 김형수│ 델프트공과대학에서 기계공학 박사학위를 받았다. 반도체 세척, 배터리 및 디스플레이 소자 코팅 기술을 연구하고 있으며 2024년 대한기계학회 가산학술상을 수상했다. 김성수│ KAIST에서 기계공학 박사학위를 받았다. 복합재료 공정 설계를 바탕으로 자동차, 우주 항공 분야 설계를 연구하고 있으며, 2023년 대한기계학회 실험역학학술상을 수상했다. 박인규│ 캘리포니아대학 버클리캠퍼스에서 기계공학 박사학위를 받았다. MEMS/NANO 기술 기반의 초소형, 저전력 센서를 연구하여 이를 헬스케어, 환경, 로봇 시스템에 적용하고 있다. 전원주│ KAIST에서 항공우주공학 박사학위를 받았다. 소리, 진동, 초음파와 같은 파동에너지를 제어하는 메타물질 등의 신기술을 연구하고 있으며 2022년 KAIST 기술혁신상을 수상했다. 심기동│ KAIST에서 기계공학 박사학위를 받았다. 다양한 스케일 및 환경에서 재료의 기계적 거동을 연구하고 있으며, 2021년 포스코 사이언스펠로우에 선정됐다. 윤용진│ 스탠퍼드대학에서 기계공학 박사 및 경영공학 박사 부전공 학위를 받았다. 대학산업기술지원단장 및 국방첨단드론센터장을 맡고 있다. 김현진│ 스탠퍼드대학에서 기계공학 박사학위를 받았다. 전산역학, 생체역학, 의료 진단 기술을 연구하고 있다. 유홍기│ KAIST에서 기계공학 박사학위를 받았다. 광학 측정 기술과 광학 의료기기를 연구하고 있다. 전성윤│ MIT에서 기계공학 박사학위를 받았다. 미세유체 시스템을 이용하여 질병 모델과 약물 테스팅을 연구하고 있다. 경기욱│ KAIST에서 기계공학 박사학위를 받았다. 인공근육을 이용한 웨어러블 햅틱 인터페이스, 소프트 로봇 등을 연구하고 있으며 KAIST 인간로봇상호작용핵심연구센터소장을 맡고 있다. 박형순│ KAIST에서 기계공학 박사학위를 받았다. 뇌 신경 재활 로봇공학을 연구하고 있으며 KI 헬스사이언스 연구소장을 맡고 있다. 한국로봇학회 학보ART상, 대한기계학회 바이오공학학술상 등을 수상했다. 구승범│ 스탠퍼드대학에서 기계공학 박사학위를 받았다. 동역학의 원리를 기반으로 인체 관절의 구조와 운동 사이의 관계를 연구하고 있다. 이필승│ MIT에서 건설환경공학 박사학위를 받았다. 기계/해양공학 문제의 컴퓨터 시뮬레이션, 해양시스템 개발, 실험생물학 등을 연구하고 있다. 배충식│ 런던임페리얼칼리지에서 박사학위를 받았다. 수송동력기관을 중심으로 탄소 중립 에너지 동력 기술을 연구하고 있으며, 기계공학과 학과장과 공과대학 학장을 역임했다.

“첨단 기술에 대해 KAIST 교수진들이 제작한 지도!” 미래는 무엇으로 만들어지는가? 나는 이 질문에 답하기 위해 인간과 환경의 상호작용, 그리고 융합을 주목한다. 환경 변화는 곧 기술 변화로, 로봇과 모빌리티부터 인체 공학까지 현대의 기술들은 빠르게 변화하고 있다. 이 책의 제목처럼 공학적 상상력을 통해 인간 역시 진화하고 있는 셈이다. 기계공학은 이를 위한 융합의 중심에 있는 학문이라 할 수 있다. 기계공학이 다루는 광범위한 분야와 첨단기술을 총망라한 이 책은 기술 혁명 시대를 살아가기 위한 필독서다. 공학자를 꿈꾸는 청년들뿐 아니라 미래를 준비하고자 하는 이들에게 강력히 추천한다. 이광형┃KAIST 총장 우리의 미래 세대에게 기계공학의 가치와 비전을 알려야 한다는 소명을 지니고 있던 참에 KAIST의 기계공학자들이 쓴 본 도서가 내 소명의 짐을 덜어줘서 무척이나 반가웠다. 인공지능 및 반도체 등 첨단기술이 하루가 다르게 등장하고 있는 이 시점에 왠지 기계공학자는 이 본류에탑승하지 못하고 있다는 불편한 시각을 접하고 있다. 그러나 기계공학은 첨단기술 발전을 선도하는 학문으로써 그 다양성은 어떤 공학분야보다 더 크다. 사회의 난제를 해결하고 이를 제품화할 수 있는 분야는 기계공학이 유일하다. 인공지능, 로봇, 차세대 에너지, 바이오, 우주항공, 미래 모빌리티 등 기계공학은 움직이는 모든 것을 연구하고 그에 참여한다. 열정적인 기계공학자들이 쓴 본 도서는 미래 세대에게 ‘열정과 비전으로 세상을 움직여보지 않겠느냐’고 묻고 있는 듯하다. 이 질문에 응답하는 이들이 미래를 창조할 수 있을 것이다. 본 도서가 기계공학으로의 첫걸음을 내딛는 새로운 세대에게 든든한 동행자가 되어주리라 확신한다. 김동환┃대한기계학회 회장, 서울과학기술대학교 총장 KAIST 기계공학과는 세계적으로도 유례를 찾기 힘들 정도로 혁신적인 학과다. ‘기계 없는 기계공학과를 지향한다’는 어느 교수님의 말처럼, 기계공학과가 통상 다루지 않는 심장, 뇌, 소음, 태양광, 인공지능, 로봇, 자율주행 자동차 등 ‘세상의 모든 작동하는 것들’이 이 책 안에는 기계의 관점에서 흥미롭게 서술돼 있다. 하나의 세포도 ‘생명을 만들어내는 기계’라는 관점을 상기해 본다면, 기계 없는 기계공학과란 전통적인 기계를 넘어 생명과 도시를 살리고 지구를 구하는 모든 것들을 다루겠다는 강력한 비전이다. KAIST 기계공학과 교수들과 학생들이 어떤 연구를 하고 있는지 그 최전선의 지형도를 가늠해 볼 수 있는 이 책에서 청소년과 젊은이들이 혁신적인 기계공학의 미래 비전을 배우길 희망해 본다. 정재승┃KAIST 뇌인지과학과·융합인재학부 교수 국내 최초의 인간형 로봇인 휴보를 개발한 지 20년이 되었다. 그사이 인공지능을 비롯한 첨단기술들의 진화 속도는 우리의 예측을 넘어서는 수준에 이르렀다. 여전히 막연한 두려움을 불러오기도 하는 이러한 변화에 대비하기 위해 개인에게 필요한 첫 번째는 관심과 학습이다. 오늘날 공학적 교양이 모든 이들에게 필요한 이유이다. 기계공학은 가장 오랫동안, 다양한 분야에서 공학 기술을 통해 세상의 변화를 이끌어왔고 그 추세는 더욱 가팔라질 것이다. 기계공학 분야의 명실상부 글로벌 리더인 KAIST의 교수진들의 본 도서가 미래를 향한 친절한 길잡이가 되어주리라 믿는다. 오준호┃KAIST 기계공학과 석좌교수 겸 명예교수, 레인보우로보틱스 CTO 공학에서 새로운 해법은 결코 과거의 답습에서 나오지 않는다. 현재를 당연하게 받아들이지 않는 공학적 상상력이 필요하다. 그렇게 탄생한 신기술들이 우리 삶에 실질적인 도움을 주며 일상을 자연스럽게 변화시킬 수 있다. 이 책에 담긴 오늘날의 기계공학들도 그렇게 일상을 비트는 상상으로부터 탄생해 일상을 변화시키는 것을 종착역으로 삼는다. 이 책은 첨단 기술을 통해 세상이 어떻게 변해갈지에 대해 KAIST 교수진들이 제작한 지도이기도 하다. 기술 분야의 현장, 그리고 일상의 미래를 궁금해하는 이들에게 권하고 싶다. 석상옥┃네이버랩스 대표

기계공학, 세상을 움직이다 기계공학의 본질은 각 시대에 가장 중요한 도구, 기계 혹은 장치의 설계, 제조, 응용을 통해 새로운 가치를 창출하는 것입니다. 그 결과 전통적인 설계, 구조, 재료, 유동 등에서 나아가 나노 스케일의 반도체 공정과 가상 공간으로 진출했고, 헬스케어는 물론 심리학까지 그 범위를 확장하고 있습니다. 이쯤 되면 영국 기계학회의 슬로건인 “Nothing moves without mechanical engineers.(기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다)”라는 말이 결코 과언이 아님을 알 수 있습니다. 지금의 시대를 흔히 ‘기술 패권 시대’라고 합니다. 즉 기술을 무기로 한 강력한 산업과 제조업을 가진 나라가 경쟁에서 주도권을 가진다는 것입니다. 우리나라의 대중, 특히 미래 세대들이 다소 어렵더라도 공학의 원리와 기술에 대해 알아야 하는 이유라고 할 수 있겠습니다. 이 책의 마지막에는 결론이 존재하지 않습니다. 이 책의 새로운 장들은 여러분들이 후일 추가해 주셨으면 합니다.

공학자는 미래를 기다리지 않는다. 자신의 손으로 직접 미래를 만든다! 신기술을 둘러싼 다양한 질문과 KAIST 기계공학자들의 명쾌한 응답! 2011년 3월 11일, 일본 도호쿠 지역에서 강도 7의 지진이 발생했습니다. 이 지진이 유발한 거대한 쓰나미는 높이가 15m에 달했고, 곧이어 후쿠시마 원자력발전소를 강타했습니다. 사람이 들어가기엔 너무 위험할 만큼 상황이 악화되자 일본 정부와 도쿄전력은 로봇을 투입하기로 합니다. 당시 일본의 로봇 기술은 세계 최고라고 알려져 있었지만 그 어떤 로봇도 이 정도의 재난 상황에 대처하기란 어려웠습니다. 후쿠시마 원자력발전소 사태는 당시의 로봇 기술이 재난 상황에 얼마나 무력한지 여실히 보여주었습니다. 그리고 이를 주시했던 미국의 국방고등연구계획국은 사고 발생으로부터 4년이 지난 2015년에 로봇 기술을 발전시킬 목적으로 재난구조로봇대회를 개최합니다. 1장 새로운 역사를 쓰는 로봇 기술과 모빌리티, <현재와 미래를 달리는 보행 로봇> 중에서 온실가스를 줄이기 위해서 비닐봉지와 종이봉투 중에 어느 것을 써야 할까? 원료 측면에서만 보면 종이봉투가 좋다. 하지만 실제 제조 과정까지 들여다보면 종이봉투가 5배 이상의 에너지를 더 많이 소모하며 그만큼 더 많은 탄소를 배출한다. 이처럼 겉보기에는 친환경적이지만 본질적으론 반(反)환경적인 제품들이 많아지고 있다. 위의 예에서 보듯이, ‘겉보기 친환경성’과 ‘절대 친환경성’은 다르다. 최근 많은 기업이 친환경을 강조한 그린 마케팅을 시도하지만, 포장만 그럴듯한 ‘환경 세탁(green washing)’으로 소비자들이나 투자자들을 속이는 경우가 발생하고 있다. 이런 눈속임과 사기를 방지하려면 소비자들의 슬기로운 판단과 지속적인 감시가 절대적으로 필요하다. 2장 내일의 생존을 위한 에너지 혁신, <지금 당장 시작해야 한다> 중에서 스마트 세상을 살아가는 우리는 인류가 달에 사람을 보낼 때 썼던 컴퓨터들보다 빠르고 강력한 성능을 자랑하는 작은 스마트폰을 손에 들고 다닙니다. 이런 엄청난 변화는 집적회로 기술의 지속적인 발전 덕분입니다. 현대의 반도체는 실리콘 웨이퍼상에 다양한 금속 및 반도체 산화물들을 미세한 선폭으로 새겨 넣는 패터닝 과정을 층마다 반복하여, 복잡한 미세 구조들을 여러 층으로 쌓아감으로써 만들어집니다. 3장 미래를 그리는 첨단 생산 기술, <‘현대 문명의 쌀’, 반도체 기술의 핵심> 중에서 음향 메타물질은 인공의 구조물로, 일반적인 물질과는 완전히 다른 음향학적인 특징을 가지고 있습니다. 과학자들은 실제로 밀도를 음수로 만들지는 않지만 음파의 입장에서 밀도가 음수처럼 느껴지게 하는 물질을 설계할 수 있다는 사실을 발견했어요. 그 결과 매우 얇은 두께와 가벼운 무게만으로 음파를 거의 완벽하게 차단할 수 있게 되었습니다. 음향 메타물질만큼이나 흥미로운 음향 블랙홀 기술도 개발되고 있습니다. 음향 블랙홀은 마치 블랙홀이 빛과 모든 물질을 끌어들이는 것처럼, 파동을 특정 지점에 집중시켜 열로 소산시킬 수 있는 새로운 기술입니다. 4장 눈에 보이지 않지만 항상 우리 곁에 있는 기계, <조용하고 쾌적한 미래를 위해 소음과 진동을 제어하다> 중에서 과학자들은 우리 장기가 어떻게 작동하고, 질병이 장기에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있기를 원했다. 하지만 시험관 안에 담긴 세포나, 살아 있는 동물로 하는 실험은 실제 인체의 환경과 다른 점이 많아 인간의 질병과 장기에 대해 파악하는 데 한계가 있었다. 이때 미세유체 시스템은 기존 실험의 한계를 보완해 줄 수 있는 훌륭한 도구가 되었다. 미세유체 시스템 내에 구현된 심장, 폐, 뇌, 안구, 근육, 혈관 등 다양한 장기 시스템을 미세생체 시스템 혹은 장기 칩이라고 한다. 폐 시스템의 경우 사람이 숨을 들이쉴 때 폐포가 늘어나는 현상을 미세생체 시스템 안에 구현하였다. 5장 새로운 의료 패러다임을 이끄는 공학, <내 몸 밖에 내 장기를 만들 수 있을까?> 중에서 2006년 미국 노스웨스턴대학교의 토드 쿠이켄 교수는 표적 근육 재신경화술이라는 고난이도의 수술을 성공시켰다. 환자는 전기 사고로 양팔을 잃은 설리번이라는 남성이었다. 쿠이켄 교수는 이 수술을 통해 환자의 어깨 끝부분에 남아 있던 말초신경 다발을 가슴 근육에 다시 심었고, 그 신경다발에 연결한 센서를 통해 복잡한 상지 동작 의도까지 읽어낼 수 있게 했다. 수술 과정을 좀더 자세히 살펴보자, 설리번 씨의 절단된 팔과 연결된 말초신경계 다발은 어깨 부분에서 잘려 있었는데, 어깨, 팔꿈치, 손목, 손가락을 움직이는 근육으로 연결되어 있던 다발들이 목적지를 잃은 채 아직 살아 있었다. 6장 기계와 함께 진화하는 인간, <육백만 불의 사나이는 현실에서 가능한가?> 중에서