1. 팀 소개
- 안녕하세요. 저희 팀 이름은 '슈(투트)가(르트)맨' 의 약자인 '슈가맨' 이구요, 독일 남서부 지역에 위치한 슈투트가르트 (Stuttgart) 에 살고 있는 학생, 연구원, 엔지니어로 구성되어 있습니다. 모처럼 저녁에 한 자리에 모두 모여 즐거운 저녁 식사를 함께하며 이번 토론주제인 '지속가능한 발전을 위한 과학기술' 에 대해 각자 전공 분야를 중심으로 이런 저런 이야기들을 나누었습니다.
2. 토론 주제
- 지속가능한 발전을 위한 과학기술
3. 토론 내용
1) 주요 키워드
2) 주요 질문
Q1. 지구에서 꼭 살아야 할까?
Q2. 인구 폭발로 인한 주거지 부족 문제의 대안으로 지하 도시 개발은 가능할까?
Q3. 달과 화성으로 이주하는 것이 현실적으로 가능할까? 언제쯤?
Q4. 에너지 부족 문제의 현실적인 대안은 무엇이 있을까?
Q5. 새로운 에너지원의 개발보다 기존 에너지의 절약이 현실적인 대안이 될 수 있을까?
Q6. 제로 에너지 하우스가 현실적으로 도움이 많이 될까?
Q7. 도시 기후를 예측하고 관리할 수 있을까?
Q8. 정책차원에서 에너지 절감과 효율적인 사용을 제재할 수 있을까?
Q9. 풍력 발전을 보다 많은 곳에서 사용할 수 없을까?
Q10. 우리는 앞으로 자연의 깨끗한 물을 계속 마실 수 있을까?
Q11. 수소연료전지 시스템에서 배출되는 물을 공용 식수로 사용할 수 있을까?
Q12. 환경오염 예측을 위해 전산유체해석이 효과적으로 사용될 수 있을까?
Q13. 전산유체해석이 효율적인 건물 내 공조와 온도 관리를 위해 활용될 수 있을까?
Q14. 실험실에서 폐기된 화학 약품의 복원이 가능할까?
Q15. 인공지능과 로봇의 발전이 우리의 일자리를 줄이지 않을까?
Q16. 인공지능 윤리규범은 잘 지켜질 수 있을까? 인류와 인공지능+로봇의 앞으로 관계는?
Q17. 군사부문에서 인공지능과 로봇의 활용은 어디까지 갈까? 스카이넷? 터미네이터?
Q18. 알파고가 보여 주었던 직감과 추론, 지금 다시 붙으면 한 번은 이길 수 있을까?
Q19. 자의식을 가진 로봇에게 창조주와 신의 존재란? from 미드 배틀스타 갤럭티카
Q20. 디지털 정보 공간은 충분할까? 새로운 개념의 정보 저장 공간이 필요할까?
Q21. 운전할 때 만약 자동차 엔진 소리가 더이상 들리지 않는다면?
Q22. 환경 보호를 위해 일상에서 우리가 할 수 있는 것은 없을까?
Q23. 지속가능한 발전에 과학기술만 필요한가? 미래에서 사람의 역할?
3) 아이디어
S1. 에너지 시계
- 전기, 물, 가스 등 일상 생활에서 많이 사용되고 그 비중이 높은 에너지와 자원을 위주로 개인별 사용량과 거주 지역 통계 데이터를 사물인터넷 (IoT) 을 통해 스마트폰에서쉽게 확인할 수 있도록 하는 아이디어이며, 지구 종말 시계와 같은 개념에서 현재 에너지 에너지 사용 현황을 수시로 체크하고 스스로 절약할 수 있도록 하는 것이 포인트이다.
S2. 소량의 전기 생산
- 열전 효과를 이용해서 건물에 차가운 외벽과 따뜻한 내부 사이에 온도차이를 이용한 열전 효과, 옷에서 마찰에 의해 발생된 정전기, 신발과 도로에 가해지는 압력 등을 통해 소량의 전기를 생산하는 개념이다.
4) 심화 정리
C1. 지구에서 꼭 살아야 할까?
출처: The Path to Mars
(https://blogs.nasa.gov/bolden/2014/04/11/the-path-to-mars/)
[배경]
영화 인터스텔라의 세계관처럼 지구 환경이 인류의 힘으로 더 이상 돌이킬 수 없을 정도로 나빠진다면, 인류의 생존을 위해 다른 행성을 찾아 떠나야 하지 않을까? 라는 물음으로 토론을 시작하였습니다.
영화 속 지구 상에 남아 있는 유일한 식량인 옥수수가 병충해로 곧 사라질 위기 속에 사회적 관심은 온통 농업 기술과 안정적인 식량 확보에 집중되어 있지만, 결국 영화 제목 그대로 인류는 항성 간 우주여행을 통한 주거지 이동을 선택하게 됩니다. 이를 위해 무엇이 필요할까요? 혹시 영화 에일리언의 배경처럼 행성 LV-426 의 테라포밍을 위해 거주 중인 사람들이 정체불명의 괴수에게 공격 받는 것은 아닐까요?
[과학기술]
만약 지구에서 가장 가까운 곳에 위치한 달 또는 영화배우 맷 데이먼이 영화 마션에서 우주판 삼시세끼를 찍었던 화성에 대규모 민간인 주거 지역을 건설한다고 상상을 해 보면 우선, 공항에서 비행기 타듯이 지구와 달을 오가며 많은 사람과 화물을 안전하고 저렴하게 나를 수 있는 로켓 및 우주 기술, 주거 지역과 기반 시설 개발을 위한 토목 및 건축 기술, 새로운 주거 공간 개발과 안정적인 에너지 공급을 위해 필요한 우주 자원 채취 및 활용기술, 원거리 우주 여행을 위한 동면 기술, 농업 및 식품 제조 기술, 물 생산 및 정화 기술 등을 예로 들 수 있지만, 아무 것도 없는 공간에서 새로운 삶의 터전을 만들어 나가는 과정이기에 과학 기술 혼자 모든 것을 할 수 있는 것은 아니라고 생각이 되며 과학 기술 이외에 법, 정치, 종교 등을 포함한 사회 전반의 모든 것들이 유기적으로 발 맞추어야 하지 않을까 합니다.
[키워드]
- 로켓 및 우주 기술, 항법 기술, 우주 자원 채취 및 활용 기술, 원거리 행성 탐사 기술, 테라포밍 기술, 농업 및 식품 제조 기술, 물 생산 및 정화 기술 등
C2. 운전할 때 만약 자동차 엔진 소리가 더이상 들리지 않는다면?
출처: Hyundai Veloster Active Engine Sound Wants To Turn Math Into Excitement
(https://www.forbes.com/sites/sebastianblanco/2018/05/25/hyundai-veloster-active-engine-sound/)
[배경]
지구 온난화 문제의 개선을 위한 노력 중 하나로 내연기관 자동차의 탄소 배출량 또한 줄이기 위해 많은 자동차 회사와 부품 업체들이 기술 개발을 위해 노력하는 중이고 이런 트랜드 속에 테슬라와 같이 전기 자동차를 개발 및 생산하는 회사들은 늘 뉴스 미디어의 관심과 루머 한 가운데 위치해 있습니다. 일상에서 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차를 쉽게 만날 수 있는 지금 길거리의 모습을 보면 새로운 변화는 이미 우리 생활의 일부분이 되었다고 생각이 됩니다. 기능적인 측면에서 아직 주행거리, 충전 시간, 안전성 측면에서 문제들이 있지만 화석 연료를 직접 사용하지 않고 에너지 효율 측면에서 보다 좋은 잠재적인 장점들을 많이 가지고 있기에 비록 과정은 쉽지 않겠지만 앞으로 현실적인 장점이 되어 갈 것이라 예상됩니다.
근데 만약 감성적인 부분은 추가해서 고려하면 다른 문제가 없을까요? 자동차를 단순히 이동 수단으로만 본다면 전혀 아무런 문제가 없겠지만 사람의 오감을 통해 느껴지는 자동차의 정체성 변화를 소비자들이 바로 받아 들일 수 있을지 의문입니다. 운전석에 앉아 가속 페달을 밟을 때 느껴지는 엔진의 소리 그리고 몸으로 전달되는 느낌은 이미 오래 전에 각 자동차 브랜드의 고유 정체성이 되어 있습니다. 꼭 자동차 뿐만이 아니라 세탁기, 냉장고, 프린터, 스마트폰 등 일상에서 자주 사용되는 가전제품들 또한 마찬가지입니다. 사람마다 다른 주관적인 평가들을 정량화하기 어려운 이런 상황에서 오감을 통해 느꼈던 익숙한 느낌이 환경의 변화에 적응해 나가는 과정에서 하나 둘 사라진다면 우리는 앞으로 어떻게 해야 할까? 오랜 시간이 흐른 후에 전기 자동차가 많이 개선되어서 시장 점유율이 지금 보다 훨씬 늘어 날 것이고 저 또한 아마 현실적인 이유로 전기 자동차를 타고 있겠지만 운전석에서 어디로 가야 할지 몰라 방황하고 제 마음과 감성은 어떻게 해야 할까요?
[과학기술]
과거에 소비자들의 선택은 일반적으로 제품의 가격과 기능성 사이에 상대적인 관계, 즉 흔히 가성비 라는 기준이 가장 우선이었습니다. 물론, 당시에도 일부 소수의 매니아 성향으로 치부되는 소비자들이 늘 존재하긴 했지만 제품 기획 단계에서 큰 영향을 줄 수 있는 상황은 아니었습니다.
하지만, 시간의 흐름 속에 제품의 기능적인 측면이 아닌 감성적인 측면의 만족도가 소비자들의 선택에 큰 영향을 주게 되었고 기업 간 치열한 경쟁 속에 살아남기 위해 제품 기획 단계에서부터 감성 만족도 개선을 위한 많은 아이디어들을 적용하기 위해 노력하고 있습니다. 개인적으로 유가 문제와 맞물려 회의와 보고서에 연비 개선, 감성 만족도 개선, 중량 관리 등의 표현들을 자주 사용되었던 것이 기억이 납니다.
사람의 오감 중 소리와 진동에 한정지어 설명을 하면 주로 자동차와 가전 분야에서 일정 규모가 되는 기업들은 별도의 소음진동팀을 가지고 있으며 제품 사용 중 사람이 인지하는 느낌을 정량적으로 표현하고 개선하기 위해 어떤 부품을 어떻게 개선해야 하는지에 대한 연구를 많이 하고 있습니다.
하나의 음향 에너지 흐름으로 설명을 한다면 소리와 진동이 발생되는 메카니즘과 소스의 특성을 규명하는 기술, 구조와 공기를 통해 전달되는 경로의 특성을 분석하는 전달경로분석 기술, 사람이 소리와 진동에 대한 민감도 특성을 분석하는 심리음향 기술, 소리와 진동을 측정하고 분석하는 계측 및 신호처리 기술, 소리와 진동이 발생된 지점에서 전달되는 과정 그리고 사람이 인지하는 과정을 하나로 묶어서 상관 관계를 분석하기 위한 패턴분석 기술 등이 이미 널리 활용되고 있고 최근 이슈인 인공지능 기술이 기존 접근 방법들을 대체할 수 있는가에 궁금증을 가지고 많은 시도가 이루어지고 있습니다.
전기 자동차의 경우, 원하는 스포츠카의 사운드를 다운로드 받으면 운전자가 내연기관 자동차를 몰고 있는 것 같은 느낌이 들게 할 수도 있고 내연기관 자동차에서는 연비 개선을 위해 다운사이징된 4기통 엔진의 소리를 퍼포먼스가 좋은 6기통처럼 들리게 하는 것은 이미 오래 전 이야기입니다. 물론, 오감에 대한 사람의 선호도는 생활 환경과 문화적인 특성에도 영향을 많이 받습니다. 그래서 같은 소리와 진동에도 국적, 나이, 성별 등에 따라 전혀 서로 다른 반응이 나타 날 수 있습니다.
이처럼 무엇인가를 표준화하기엔 다양성과 모호함이 존재하기에 기술적으로 해결해야 할 부분들이 많이 남아 있습니다. 시간의 흐름 속에 많은 것이 변해하고 요구되는 기능에 대한 충족 여부가 늘 가장 중요하겠지만 사람의 마음과 감성을 충족시키기 위한 기술 또한 함께 발전해 나가야 하지 않을까요?
[키워드]
- 오감, 심리음향, 감성 만족도, 신호처리기술, 전달경로분석기술, 패턴분석기술, 가상엔진사운드시스템
C3. 도시 기후를 예측하고 관리할 수 있을까?
출처: Strategies and Projects for Climate Adaptation in the Region of Stuttgart - A Multi-Level Approach
(https://www.region-stuttgart.org)
[배경]
도시 환경은 고밀도의 건물이 분포되어 있으며 대부분의 지표가 아스팔트 및 콘크리트로 포장되어 있고 녹지가 충분하지 않으며 자동차 등의 교통 이동 수단이 밀집되어 있는 특성을 보입니다. 특히, 현재 기후변화로 인해 점차 더워지고 있는 여름철 도시를 고려할 때 도시를 식혀줄 수 있도록 바람의 유입을 고려함과 동시에 도시 내로 유입되는 열을 저감하는 도시계획이 반드시 필요합니다.
저희가 살고 있는 슈투트가르트 (Stuttgart) 는 전반적으로 풍속이 낮으며 이로 인해 원활한 대기 교환에 어려움을 겪고 있지만 도시 중심을 둘러싼 주변 고지대에서 생성된 야간의 차고 신선한 공기가 도시 일부 지역으로 유입되어 취약한 열환경 분포와 대기오염을 완화시켜주는 역할을 합니다. 따라서 슈트트가르트처럼 분지형태의 지형을 보이는 도시들은 바람이 도시 중심으로 원활하게 유입될 수 있도록 이를 반영한 도시 계획이 매우 중요합니다.
[과학기술]
기후는 일반적으로 특정지역에서 30 년 이상의 평균적인 대기학적 기상상태를 의미하며 도시 기후학은 도시 생활 공간 내의 기후학적, 대기위생학적인 특성을 연구하는 학문 분야입니다. 기상분야의 많은 연구와 사례 등을 통해 검증된 3차원 도시 미기상 모델의 시뮬레이션을 통해 도시 내 열을 평가할 수 있습니다. 예를 들면 각 시나리오별로 분석된 종합적인 도시 열 취약성 분석 결과를 바탕으로 새로운 도시계획안의 평가와 수정 보완을 거친 후 물리적으로 실현 가능한 최종 도시공간계획을 결정할 수 있습니다. 과거에 비해 기후 변동이 큰 지금, 아주 많은 사람들이 삶을 영위하는 공간인 도시 공간을 개선하기 위해 필요한 도시 기후 예측 기술은 앞으로 더욱 더 중요해질 것이라 생각이 됩니다.
[키워드]
- 도시기후학, 도시 미기상 모델, 컴퓨터 시뮬레이션, 열 취약성, 도시공간계획