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  • PHOTO ESSAY

    UCLA에서 두번째 포닥생활

    김태형 (bioholic)

    2017년 12월 17일, 포토에세이를 작성하고 있는 지금 남가주 (Southern California) 산불은 14일이 넘도록 진행중입니다. 현재 캘리포니아 역사상 세번째로 큰 산불록 기록되고 있는데요, 아직 40% 정도밖에 진화되지 않아서 앞으로 얼마나 더 오랫동안 넓은 지역으로 퍼져나갈지 알 수 없는 상황입니다. LA지역 뿐만 아니라 샌디에고 지역, 산타바바라 지역까지 이번 산불로 인해 강제대피령이 내려진 지역들이 많고, 해당지역은 재난지역으로 선포되었지요. 산불 발생 초기 고속도로 폐쇄로 인해 수업에 못오는 학생/교수들이 많아서 UCLA도 산불 발생 첫날 오후, 둘째날 하루종일 모든 수업이 취소되기도 했습니다. 남가주 산불은 주로 devil winds라고도 불리우는 샌타애나 바람 (Santa Ana winds)에 의해 발생합니다. 이 샌타애나 강풍은 남가주의 가을/겨울철에 주로 발생하는 고온건조한 바람을 일컫는데요, LA 동쪽 내륙의 차갑고 건조했던 고기압이 서쪽 태평양의 저기압으로 이동하면서 시에라 네바다 (Sierra Nevada) 산맥을 넘게 되는데, 이때 협곡을 타고 내려오면서 압축된 공기는 고속의 뜨거운 바람이 되고 습도도 낮아져서 산불을 확산시키는 주범이 됩니다. LA에 살다보면 싫으면서도 익숙해져야 할 것들이 많이 있는데요, (교통체증, 높은 물가 등) 샌타애나 바람도 그런 것들 중 하나입니다. 그동안 주로 가을에 발생하는 현상으로 알려져 있었으나, 이제는 지구온난화 영향으로 연중 아무때나 발생하는걸로 받아들이고 있습니다. 혹시 서핑을 즐기는 사람이라면 샌타애나 강풍이 꼭 싫지많은 않다고 합니다. 바다쪽으로 부는 이 바람으로 인해 파도가 좀 더 서핑하기에 좋은 조건을 만들어 준다고 하네요. 하지만 서핑을 안하는 저로써는 그다지 반가운 바람은 아닌게 확실합니다. UCLA 옆을 남북으로 지나는 고속도로 I-405에서 촬영된 산불모습. (출처: PlayBilly Burton) 동시다발적으로 발생한 산불들을 보여주는 위성사진. (출처: ESA Sentinel 2 satellite imagery from Dec. 8) 포토에세이의 시작을 이런 내용으로 시작하게 돼서 아쉽습니다만, 더 참혹하고 큰 피해를 가져올 수 있는 대지진 이야기로 시작하지 않을 수 있어서 다행이라는 생각도 듭니다. 사실 역사적으로는 남가주에서 산다는 것은 미국 어느 지역에서나한 가지 이상씩은 가지고 있는 자연재해에 대한 두려움 없이 살 수 있다는 점이 대표적인 장점이었다고 하는데요, 제가 LA로 이사온 2014년부터 최근 3년간은 가뭄과 산불 등 끊임없는 자연재해에 시달리고 있는 모습을 보게 됩니다. 그럼에도 불구하고 저와 저희 가족은 LA에서의 삶에 꽤 만족하고 있습니다. 그 이유로는 뭐니뭐니 해도 미국 최대의 한인타운이 바로 옆에 있기 때문입니다. 서울특별시 나성구 (나성은 LA의 중국식 표기입니다) 라는 별명을 갖고 있는 LA K-town에 가면, 정말 한국에 온 것 같습니다. (2017년의 한국 말고, 1980~90년대 모습에 더 가깝긴 합니다.) 여기에 뭐가 있길래 그렇게 좋은지 일일이 나열할 필요 없이, 그냥 한국에 있는 것은 LA에 다 있다고 생각하시면 되지요. 11년전, 처음 미국으로 유학 올 당시만 해도, K-town의 존재유무는 하나도 중요하다고 생각하지 않았었는데, 살면 살수록 한인타운의 편리함이 점점 더 소중해 지는건, 제가 어쩔 수 없이 한국사람이기 때문인 것 같습니다. 노스 캐롤라이나에서 살다가 LA로 처음 이사온 뒤, CGV 를 보고 감동받아서 찍은 사진. LA 같은 대도시에 살다보니 가까운 곳에 총영사관이 있어서 투표권을 행사하기도 수월해서 좋습니다. 소개가 늦었지만, 제 소개를 간단히 드리고 이야기를 이어가야겠지요? 저는 2006년에 처음 노스 캐롤라이나로 유학을 와서 그곳에서 cancer biology를 연구하며 박사학위를 받고 첫번째 포닥으로 cancer metabolism연구를 하다가, 2014년에 캘리포니아 로스 앤젤레스에 있는 UCLA로 옮겨서 cancer biophysics를 공부하며 두번째 포닥생활을 하고 있습니다. (네, 노스캐롤라이나에서 7년을 살았기 때문에 LA K-town은 저에게 정말 중요한 곳입니다.) 그 사이에 결혼도 하고 아이가 두 명이나 생겼습니다. 아내는 현재 박사과정 3년차이고, gut mycobiome을 연구하고 있습니다. 첫째딸은 4살, 둘째아들은 1살인데, 포닥으로서 연구도 하면서 아이들을 키우는게 쉽지만은 않지만, 다른 선배님들이 다들 해내셨듯이 저희도 열심히 하고 있습니다. 게다가 다행히도 저와 아내의 지도교수님들도 모두 아이를 키우면서 공부하신 경험이 있으시고, 워낙 나이스하신 분들이라 아이들을 키우면서 발생할 수 있는 모든 문제들에 대해 충분히 이해해 주시고 적극적으로 서포트 해주셔서 정말 감사하게도 수월하고 행복하게 연구/학업/육아를 병행하고 있습니다. 현재 UCLA에서 함께 일하고 있는 제 포스트닥 어드바이저이신 Dr. Amy Rowat. 저는stress signal 에 의해 암세포와 그 주변 환경이 어떻게 반응하는지 그 메카니즘에 초점을 두고 cancer cell과 tumor microenvironment의 물리적 특성 (physical properties)를 연구하고 있습니다. 우리 몸의 세포들은 스트레스를 받았을때 분비되는 에피네프린/노르에피네프린에 의해 beta-adrenergic 신호전달 체계가 활성화 되는데요, beta-blocker를 사용하여 이 신호를 차단시키면 암세포의 전이를 줄일 수 있다는 동물실험 및 임상 데이타가 있습니다. 이러한 현상을 설명하기 위해 다양한 가설들이 제시되고 테스트 되고 있는 와중에, 저희가 제시하는 한 가지 가설은 beta-adrenergic 신호에 의해 암세포의 F-actin remodeling 과 actomyosin contractility가 조절된다는 것입니다. 암의 전이기작을 설명하고 효과적인 차단을 위해 그동안 많이 연구되어 온 유전학적, 생화학적 설명에 추가적으로 이러한 세포의 물리적/기계적 특성 또한 새로운 약물치료 타겟이 될 수 있음을 보여주고자 하였고, 현재까지 in vitro 실험 결과는 이러한 가설을 뒷받침 해주고 있습니다. 앞으로는 in vivo 실험을 통해 실제 이러한 발견이 암환자의 치료효과 증진에 기여할 수 있는지 확인할 계획입니다. 이를 위해서는 다양한 공동연구가 필요한데요, 다른 지역 도시들처럼 LA에도 연구중심대학, 병원들이 많이 포진해 있어서 큰 도움이 되고 있습니다. UCLA 자체 의과대학과 병원 외에도 바로 옆 비버리 힐즈에는 남가주 지역 최고의 연구중심병원 Cedars-Sinai 병원이 있고, LA 다운타운 남쪽에는 USC 대학이 있으며 북쪽 파사데나에는 유명한 Caltech 대학이, 그리고 좀 더 동쪽으로 가면 암연구에 특화된 City of Hope 병원이 있습니다. 그래서 저희 실험실 뿐만 아니라 많은 랩들이 공동연구를 진행하기에 참 좋은 환경이 조성되어 있습니다. beta-adrenergic 신호전달 체계에 의해 암세포의 물리/기계적 성질이 조절되고 이는 또 암세포의 전이도 촉진시킴을 보여주었던 2017년 논문에서 발췌한 그림. (http://jcs.biologists.org/content/129/24/4563) 저 학교들 외에도 LMU, CSU, UCR 등 더 많은 대학들이 LA지역에 포진해 있습니다. 미국에서 LA와 같은 대도시에 산다는 것은 비싼 생활비를 지불하는 대신 그만큼 누릴 수 있는 것들이 많다는 것을 의미합니다. 누린다는 것의 의미가 모호하기는 하지만, 맛집이 많으니 유명한 맛집들을 섭렵한다던가, 금융서비스, 온/오프라인 쇼핑, 공연, 전시, 여행 등등 누릴 수 있는 것들이 많다는 의미였습니다. 아이가 있는 집들은 이러한 도시 프리미엄을 누리기에 제약이 많기는 하지만 그래도 LA에 사는 동안 최대한 노력해야겠지요. 저희는 아직 아이가 어려서 많은 곳을 가보지는 못했지만, LA 근처에는 가족들이 즐길 수 있는 것들이 참 많이 있습니다. 그 유명한 디즈니랜드 (https://disneyland.disney.go.com) 는 물론이고, 게티센터 (http://www.getty.edu/visit/center), 월트디즈니 콘서트홀 (https://www.laphil.com), 스테이플스 센터 (https://www.staplescenter.com), LA다저스 경기장 (http://losangeles.dodgers.mlb.com/la/ballpark), LACMA (LA카운티 아트뮤지엄, http://www.lacma.org), 그리피스 천문대 (http://www.griffithobservatory.org), LA 동물원 (http://www.lazoo.org), 캘리포니아 과학센터 (https://californiasciencecenter.org), 헐리우드 보울 (https://www.hollywoodbowl.com), 유니버셜 스튜디오 (https://www.universalstudioshollywood.com) 등등. 한편 바다를 좋아한다면 유명한 해변들이 줄지어 있습니다. 말리부까지 가지 않더라도 바로 옆 산타모니카에서 시작해서 남쪽으로 내려가면 베니스 비치, 맨하탄 비치, 레돈도 비치들이 있고, 롱비치 밑으로 더 내려간다면 헌팅턴 비치, 뉴포트 비치, 라구나 비치 등등 어디선가 이름을 들어봤음직한 비치들이 많이 있습니다. LA 사람들 (앤젤리노라고 부릅니다)은 하이킹도 좋아합니다. 영화에 많이 등장했던 헐리우드 사인은 물론이고, 다양한 하이킹 코스들이 LA 북쪽 밸리지역에 포진해 있지요. 그리고 LA에서 벗어나면 더더욱 즐길거리들이 많이 있지요. 멀리 라스베가스는 물론이고, 가까이 샌디에고 근처에 있는 레고랜드 (https://www.legoland.com/california), 씨월드(https://seaworld.com/san-diego), 샌디에고 동물원 (http://zoo.sandiegozoo.org) 등등등. 나열하자면 끝도없이 가족단위로 아이들을 데리고 놀러갈만한 곳이 참 많이 있습니다. 하지만 이러한 것들을 누리기엔 포닥으로서 시간이 부족한 것도 문제지만 금전적인 문제도 무시할 수 없습니다. UCLA 포닥 1년차 월급은 세전 약 $4,000 에서 시작합니다. 사람마다 다르지만 각종 세금, 비용을 공제하고 나면 한달에 $4,000이 안되는 돈을 월급으로 받지만, LA지역 집값이 매우 비쌉니다. 다행히 UCLA에는 대학원생/포닥/레지던트 등을 위한 학교 아파트가 있는데, 학교 아파트 2베드 렌트비가 한달에 약 $1,700 정도 합니다. 하지만 길 하나 건너면 일반 아파트들이 있는데, 이곳 렌트비는 보통 2베드에 $2,400~$3,200 정도 합니다. 당연하게도 학교 아파트에 들어오려는 경쟁이 치열해서, 3,000 세대를 받을 수 있는 대형 단지임에도 불구하고 대기자 명단에 이름을 올려놓고 3 ~ 12개월을 기다리고 입주하는 경우가 흔합니다. 아이가 있는 사람들은 아이를 데이케어/프리스쿨에 보내야 하는데, 한인타운 기준으로 하루종일 케어 해주는 경우 보통 한달에 $700 ~ $1,200 정도 내야 합니다. 초등학교에 입학하더라도 퇴근시간까지 아이를 맡길 수 있는 방과후 과정을 등록한다면 역시나 한달에 수백불의 비용이 듭니다. 혹시라도 LA지역으로 유학을 오시는 분들은 이러한 경제적인 상황 또한 정확히 계산해보시고 결정하실 필요가 있어서 조금 자세히 말씀드렸습니다. LACMA 에서 특히 유명한 Urban Light 앞에서. LA의 숨겨진 보물 찾기 놀이하다가 알게된 Venice Canals. 사람들이 살고 있는 주거지역이지만, 이탈리아 베니스에 갈 수 없다면, 이곳도 충분히 예쁩니다. 2014년에 LA 로 이사오자마자 구경 갔었던 헐리우드 사인. 몇 일전에 크리스마스 기념으로 저희 아파트 단지에 방문한 산타 할아버지와 함께 찍은 가족 사진. 금전적으로 넉넉하지 않고, 논문과 그랜트 스트레스를 받으며, 좁은 집에서 아이들과 뒤엉켜 살고 있지만, 실험이 잘 되어 드디어 figure 하나를 완성했을 때, 논문이 accept되거나 학회나 세미나에서 정말 멋진 스토리를 들으며 감동받았을 때, 아이들을 학교에 데려다 주고 출근하면서 신호대기중 화창한 서던 캘리포니아 날씨에 감사함을 느낄 때, 주변의 좋은 사람들과 함께 일하고 육아도 하면서 느끼는 감사함과 보람을 생각해보면 ‘나는 정말 행복한 삶을 살고 있다’고 느끼게 됩니다. 더 행복하고 나은 내일을 위해 열심히 노력중이신 한국과 미국의 모든 연구자분들께 응원의 박수를 보내며, 박사과정이나 포닥으로 유학을 준비중이신 분들께 제가 도움이 될만한 것이 있다면 언제든지 연락주세요. 감사합니다.

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RELAY BOOK

씁니다, 우주일지 (이달의 주자 : 신봉규)

신동욱 저

  접근하는 방법은 달랐지만 우리에겐 우주를 사랑한다는 공통분모가 있었다. 이 소설의 장르는 공상과학입니다. 공상과학이 가지는 특별한 점은 아마도 세계관 자체의 현실성 혹은 구현가능성에 있을 것입니다. 이 소설은 가까운 미래인 2020~2025년 즈음을 소설의 배경으로 잡았고, 근 미래의 모습에 대해 나름 구체적인 설명을 포함하고 있습니다. 소설의 세계관 설정과 내용을 위해 많은 공부를 했다는 것이 소설 전반에 걸쳐 느껴집니다. 필시 작가는 과학과 우주에 대한 열정과 호기심이 그 누구 못지않다고 생각됩니다. 그렇지 않고서는 이 책에 기술된 다양한 지식이나 설정들이 나오지 못할 것이기 때문입니다. 작가는 원래 배우입니다. 화보촬영을 위해 탄 비행기에서 우연히 UFO를 보게 되었고, 그 후로 자칭 ‘우주덕후’가 된 작가는 흔하지 않은 질병인 복합부위통증증후군(CRPS)을 앓고 있다고 합니다. 그래서 그는 시련을 딛으며 ‘공상과학’ 소설을 쓰기로 결심했다고 합니다. 어떠한 상황에서도 영혼은 무한한 상상력을 펼칠 수 있고, 그는 하나의 소설을 통해 그의 모험일지를 써 나간 것입니다. 작가는 소설을 통해 한국 과학계에 대한 시각을 드러내기도 합니다. 여자 주인공인 한국인 물리학자 안나가 나로호 발사 당시를 회상하는 장면이 있습니다. 정치인들은 전면에 보이지만 정작 과학기술자들은 보이지 않던 모습을. 과학적 발견과 기술의 발전을 이룩하는데 실제로 기여했던 연구자들이 전면에서 기뻐하며 그 업적에 대해 박수를 치는 모습으로 과학사는 기억되어야 한다고 작가는 은연 중 생각을 표현합니다. 실제로 연구를 하고 있는 입장에서 생각컨데, 점점 논문 실적과 행정일에 치우쳐가던 저의 모습을 다시한번 가다듬어야 할 필요성을 느낍니다. 그리고 더 나아가 과학을 수행하는 것이 어떠한 과정일지 간접적으로라도 대중들을 통해 흡수되어야 한다고 생각합니다. 그러기에는 위해서는 이처럼 소설과 영화 등의 문화적 매개체가 있어야 한다고 생각됩니다. 이 소설 속에는 연구비를 따기 위한 고민과 방법들이 나름의 요소로 기술되어 있습니다. 예를 들면, 우주선의 명칭이 왜 페덱스1호로 정해졌는지 나름의 논리로 기술됩니다. 그것이 표현하는 것이 실제와 좀 다를지라도 문제의 본질을 함유하고 있다면 의미가 있다고 생각됩니다. 과학을 한다는 것이 무엇이며 어떤 과정이 있는지, 왜 하는지를 그려낸다면, 이또한 대중들의 과학에 대한 인식에 영향을 미칠 것이기 때문입니다. 실제로 과학을 어떻게 하는 것인지 알기가 매우 어려움에도, 현실에 존재하는 지점들을 이처럼 담아낸 소설이라는 점에서 저는 이 소설이 공상과학 장르로서의 가치가 있다고 생각합니다. 실제로 작가는 우주 천체 분야의 박사님들을 만나 자문을 구했다고 하니 노력이 대단하다고 생각됩니다. 실제로 작가는 이렇게 언급합니다. ‘이 소설은 내가 썼다기보다는, 우리나라에서 과학을 사랑하는 이들이 발간한 책들이 쓴 것이다. 좋은 책들을 발간해준 그들에게도 감사를 표한다.’ 스토리에 대한 자세한 내용은 스포일러가 될 수 있어 자세히 언급은 하지 않겠으나, 이 소설은 유난히 똥에 대한 언급이 자주 나옵니다. 아마도 ‘개똥도 약에 쓸려면 없다.’ 라는 속담이 있듯이, 이 소설은 우주선에서 똥 마저도 아껴야할 자원으로써 활용되는 모습을 여과없이 보여줍니다. 또한 우주복과 우주선에 대한 디테일한 설정과 기술은 그 자체로 간략하고 재미가 있습니다. 이처럼 ‘아늑한 지구’에서는 생각하지 못할 ‘특이한(?!)’ 생존 방식을 어떻게 과학과 기술을 통해 구현하는지 보여줍니다. 그리고 그 과정은 하나의 인간의 경험이며, 실수와 반복을 통해 헤쳐나가는 것임을 보여줍니다. 흔히 대중에게 비춰지는 과학과 기술의 모습은 한번에 이루어지는 우아한 마술쇼와 같다고 생각되는데, 실상은 처절한 몸부림과 실패, 그리고 반복의 역사로 이루어지는 것임을 전하는 것 같았습니다. 이 소설 속 주인공의 처절한 몸부림을 보기 전에, 드라마나 영화 속에서 제가 실제와 같다고 체감할 수 있었던 과학자나 공학자의 모습은 ‘빅뱅이론’ 시트콤에서 일을 시작한 이론 물리학자 쉘든 쿠퍼와 쿠스트라 팔리였습니다. 일을 시작하고 서로 아무말 없이 몇십분간 칠판의 공식과 그래프를 지켜보는 장면이었는데, 그것은 실제로 일어나는 일임을 많은 분들이 알고 있을거라고 생각됩니다. 과학을 하는 것이 어떠한 모습일지 조금이라도 더 많이 알리는 현실적 작품들이 나오길 기대해 봅니다. 물론 재미있으면 더 좋겠지요! 소개한 소설의 배경에는 우주와 천문학에 관련된 내용이 많습니다. 그 외에 탄소나노튜브를 이용한 우주궤도 엘레베이터 설정이 나오기도 합니다. 고체물리학과 표면물리에 관심이 많은 저로서는 응집물리분야와 관련된 재미난 공상과학이 더 많이 나왔으면 하는 바람이 있습니다. 앞으로 더 많은 매체와 방법들을 통해서 더 많은 사람들이 과학에 관심을 가지고, 순수한 호기심과 열정을 가질 수 있다면, 그것이 어떠한 가치로 이어질 수 있는지 더 많은 논의를 하고 싶은 것이 저의 바람입니다. 그런 저에게 활활 타오를 마음의 장작을 하나 추가해 주었던 소설, ‘씁니다, 우주일지’ 책 이야기였습니다. 감사합니다.   제 다음 릴레이 주자는 일본 KEK 물질구조과학연구소에 계신 이상현 박사님입니다. 언제나 인자하고 포근한 마음으로 주변인들을 편안하게 해주시는 매력이 있으신 분입니다. 또한 학문을 대하실 때의 진지함까지 겸비하신 멋있으신 선배님입니다. 중성자 회절장치를 이용하여 고체 자기구조 연구를 수행하고 계신 이상현 박사님의 재미난 책 이야기를 기대해 봅니다. 자세히 보기

신봉규 (shinbkosen)
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르네상스 공돌이

제 4차 산업혁명 축복일까? 재앙일까?

전창훈 (cjun0828)

요즘 부쩍 AI나 제4차 산업혁명에 대한 이야기들이 난무하고 있습니다. 아직 외국에서는 4차 산업혁명이라는 말을 직접 사용하지는 않지만, 관련기사들이 많이 나오고 있습니다. 그 내용중에는 아주 획기적이거나 아니면 매우 끔찍한 내용들도 많습니다. 예를 들면, 고령화가 심한 일본에서는 간병인 로봇을 개발중이며, 실제 현장에 투입하여 간단한 일은 하고 있는 모양입니다. 그런데 그 로봇에게 이미 작고한 배우자의 목소리를 넣어서 환자의 정서적 안정을 도모하려고 한다는 기사를 보고는 아연실색했습니다. 당연히 가능한 일이고 원하는 사람들도 있을 것입니다. 그러면 정신이 혼미한 노령자는 자신이 이미 죽어서 내세에서 배우자를 다시 만난 것인지, 아니면 죽은 배우자가 다시 이승으로 환생한 것인지 정말 오락가락할 때가 많을 것 같습니다. 제가 일전에 자율주행차량에 대한 글을 올린 적이 있습니다. 당연히 사고위험이나 해킹을 걱정했습니다만, 이번에 제가 접해본 기사는 상당히 새로운 면을 보여줍니다. 무슨 이야기인고 하니, 자율주행이 실현되면 차량 에너지 소비가 늘어날 것인가 아니면 줄어들 것인가에 대한 연구였습니다. 저는 에너지 소비에는 큰 변화가 없을 것으로 생각했습니다만, 미국 BCG (Boston Consulting Group) 조사에 의하면 반 정도로 줄어들 것이라는 견해와 오히려 두 배로 증가할 것이라는 견해가 대립된다고 합니다. 줄어든다는 견해는 아마도 운전과 주행코스의 최적선택 같은 기술에 의할 것입니다. 말하자면 가장 훌륭한 운전사 (코너링이 좋다는 어느 집 아드님 같은…)에게 핸들을 맡기고, 가장 훌륭한 GPS로 실시간 교통상황을 살펴보며 운행하는 상황처럼 된다는 이야기입니다. 그런데 두 배로 증가할 것이라는 견해가 재미있습니다. 만약 회의장에 조금 일찍 도착하게 되었다고 합시다. 그러면 뒷좌석에 타고 있던 차주는 지하에 파킹을 지시하고 회의장에 올라가 조금 기다리는 대신에, 자신은 차안에서 자료를 보며 앉아있고 차에게는 주위를 천천히 배회하라고 지시할 확률이 높다는 것입니다. 무수하게 파생될 이런 ‘잔머리’ 행위는 지금으로서는 완벽하게 상상이 안된다는 것입니다. 도심은 파킹비가 비싸니 도심에 들어오면 차를 계속 돌게 할 확률이 높습니다. 그러면 뒤이어서 승객이 없는 차는 주행을 막는 법안이 생길 것입니다. 아마도 승객유뮤를 표시하려고 택시처럼 차량 위에 색깔 다른 불이 들어오게 될 것입니다. 기술은 인간에게 도구를 제공하는 선에서 멈추어야 한다고 생각합니다. 하지만 AI나 제4차 산업혁명은 도구를 넘어 인간 본질까지 대체하려는 방향으로 가려고 합니다. 아인슈타인은, “만약 제3차 세계대전이 일어나고도 인류가 살아남는다면, 제4차 대전에서는 돌이나 막대기로 전쟁할 것이다.”라는 이야기를 했다고 합니다. 즉 모든 문명을 말아먹고 다시 시작할 것이라는 이야기입니다. 그리고 그런 후에도 여전히 전쟁을 할 것이라는 이야기입니다. 그런데 이제는 전쟁이 아니라, 호팅 박사도 염려했듯이 AI가 인간을 파괴할 확률이 높습니다. 하지만 불행하게도 이 길을 누구도 막을 수 없다는 것입니다. 그것은 마치 현재의 휴대전화 같은 것입니다. 처음에 휴대전화가 나왔을 때, 거부하고 휴대전화 없이 사는 사람들이 소수 있었습니다. 하지만 지금은 어떤가요? 특히 한국에서는 모든 인증을 휴대전화 번호로 하는 세상이니, 전화 번호가 주민등록 번호보다 더 중요한 세상이 되었습니다. 이런 사회에서 휴대전화 없이 산다는 것은 세상 밖에 산다는 것을 의미합니다. 그래서 이제 신기술이 생겨나도 우리는 그 길로 가지 말자는 이야기를 할 수 없는 시대입니다. 아니 오히려 추종그룹에서 벗어나 선도그룹에 속해야지 뭐하고 있냐며 채찍질하는 시대입니다. “피할 수 없다면 즐겨라!”는 말을 여기에 적용하려니 마음이 좀 불편합니다만, 최선이 무엇일까요? 법과 제도를 미리 정비하는 일입니다. 기술이 적용되어 문제가 생기면 비로소 입법 토론이 활성화되고, 이해관계자들간의 견해를 조율하느라 세월이 또 가게되어 법은 늘 뒷북을 칩니다. 현재 대부분의 나라는 죄형법정주의를 채택하고 있습니다. 라틴어로 하면 Nulla Poena Sine Lege (Null Punishment Without Law)이라고 한다고 합니다. 법에 규정되어 있지 않으면 나쁜 짓을 해도 처벌할 수 없다는 것입니다. 그러니 새로운 사회환경이 급격하게 조성되면 혼란스러울 수 밖에 없습니다. 우리는 그동안 무수한 사건-사고를 통해, 수많은 사람들이 격심한 경제적 고통을 겪거나 죽어나간 후에야 비로소 법이 만들어지고 재발방지를 약속하는 장면들을 익숙하게 보아왔습니다. 기술은 지수함수적으로 변하지만 법은 선형함수로 따라가기 때문입니다. 소잃고 외양간 고친다는 속담이 늘 새롭게 다가옵니다만, 이제는 도대체 어디가 외양간인지도 아리송해지는 세상입니다. ‘인문학의 전성시대’라는 구호는 기술과 인간을 겹합하는 방식에 대한 성찰 없이는 허망한 슬로건입니다. 새해에는 과학기술과 인문학을 아우르는 우리 사회의 집단지성이 엄청난 시너지를 발휘하는 한 해가 되길 바랍니다. 자세히 보기

연구실 탐방

[광운대학교]고분자연구실

안녕하세요. 고분자 연구실에서 석사 과정을 밟고 있는 김성수입니다. 저희 연구실은 광운대학교 화학과 소속으로 새로운 공액 전도성 고분자(Conjugated Conducting polymer) 합성과 성질 그리고 광전지 특성에 대해 연구하고 있습니다. 연구실의 주 연구분야는 태양전지소자의 전자주개층(Donor layer)에 적용될 전도성 고분자 합성으로 새로운 전도성 고분자 합성을 위해 구조를 디자인하고 단위체합성부터 고분자 합성까지 진행하고 있습니다. 국가과제 또한 태양전지에 응용가능한 새로운 공액 전도성 고분자 소재개발, 우수한 반도체 금형 세정효율성을 지닌 대전성 시트형 열경화성 조성물 개발 등 전도성 고분자뿐만아니라 감광성, 대전성 고분자등을 연구하였고 최근 아이오노머 수지를 기반으로 한 엔지니어링 플라스틱에 대한 연구도 진행하고 있습니다. 저희 연구실은 현재 저를 포함하여 교수님과 함께 석사 과정5명과 4학년 학부생 3명이 활발한 분위기 속에서 연구를 진행하고 있으며, 현재까지 28명의 석사와 2명의 박사를 배출하였습니다. 앞서 연구실 소개에서 말했듯이 저희 연구실은 전도성 고분자에 대한 연구를 진행하고 있습니다.전도성 고분자란 전기가 흐르는 플라스틱으로 1970년대 알렌 히거와 다른 교수진에 의해 폴리아세틸렌의 발견으로 시작되어, 지금까지 디스플레이, 트랜지스터, 바이오센서, 태양전지 등 수많은 연구분야로 뻗어가고 있습니다.   전도성고분자의 실생활 응용분야 (OLED, Bio-sensor, Transistor, Solar cell etc)  2.1) 전도성 고분자의 원리 그 중 저희 연구실에서 중심으로 진행하고 있는 것은 태양전지소자에 응용될 수 있는 고분자를 합성하는 것으로 태양광으로부터 에너지(h)을 받게 되면 엑시톤(exiton)이 형성되는데 이것이 전자주개층(Donor layer)와 전자받개층(Acceptor layer)로 이동하게 되면 엑시톤이 전자(electron)와 정공(hole)으로 분리되어 전자는 전자받개층으로 정공은 전자주개층으로 이동하게 되면서 태양전지로 작용하게 되고 이러한 원리를 PV effect (Photovoltaic effect)라 합니다. PV effect가 잘 일어나기 위해서는 서로간의 표면적을 넓혀 엑시톤이 보다 분리가 잘 일어나게 해주는 것과 전자주개층에 사용되는 고분자와 전자받개층에 사용되는 고분자의 밴드갭(Band-gap)이 잘 맞아야 되는 것 2가지 방법이 있습니다. 전자주개층과 전자받개층의 표면적을 넓히는 방법으로는 각각의 층을 코팅하는 것이 아니라 섞어주어 함께 코팅하는 것, 즉 단일층(냐Single layer)가 아닌 Bulk hetero junction(BHJ)구조로 만들어줍니다. 또 하나는 전자주개층과 전자받개층의 밴드갭을 조절하여 전자의 이동이 수월하게 만들어주는 것으로 저희 연구실에서 진행하고 있는 주 연구분야입니다. 전자받개층은 주로 플러렌(Fullerene) 중 PC60BM, PC70BM, PC71BM을 사용하고 있으며 이에 적합한, 전자주개층에 사용할 수 있는 고분자를 합성하고 있습니다. 고분자태양전지(PSC)의 효율(Power Conversion Effeciency; PCE)을 살펴보면 2005년도 P3HT고분자 5.7%로부터 2017년 지금까지는 11% 내외를 기록하고 있습니다. 실리콘 또는 페로브스카이트(Perovskite)와 같은 무기물 태양전지의 경우 20% 이상의 효율을 내고 있어 아직 고분자 태양전지의 상용화는 어렵지만 상대적으로 가격이 저렴하고 중량이 가벼우며 환경적으로도 우수하기 때문에 발전가능성이 크다고 볼 수 있습니다  2.2) 낮은 밴드갭을 가지는 전도성 고분자의 합성과 성질 그리고 광학적 특성연구 저희 연구실에서 합성을 진행하고 있는 고분자는 앞서 말씀드린 전자주개층에 사용되는 고분자로 기존에 알려져 있는 고분자로부터 영감을 받아 새로운 구조를 디자인하여 단위체 합성을 하고 고분자 중합과정을 거치고 있습니다. 전자의 이동을 수월하게 하기 위해 낮은 밴드갭을 가지는 고분자를 중합하는 것이 목적이므로 새로운 고분자의 구조 또한 전자의 이동이 수월하도록 공액성(Conjugation)을 가지며 분자간의 Inductive effect를 이뤄야 합니다. 즉, 전자받개 작용기(Electron Withdrawing group; EWG)를 가진 유기화합물과 전자주개 작용기(Electron Donating group; EDG)을 가진 유기화합물이 반복구조를 이룰 수 있도록 디자인을 하고 있습니다. 각각 합성된 유기화합물은 Palladium catalyzed cross coupling reaction 중 Stille cross coupling reaction과 Hermann’s catalyst를 이용한 DArP(Direct Arylation polymerization)를 이용하여 고분자 중합을 하고 있습니다. Stille cross coupling reaction은 주석(Tin; 원소기호Sn)을 이용한 금속반응으로 상대적 비용이 높고 부산물 제거과정과 유해성분으로 인해 다루기 어려운 점이 있으나 합성효율이 높다는 장점이 있어 여러 번의 정제과정을 거쳐서 고분자 중합을 이루고 있습니다. 이에 반해 DArp는 금속반응의 단점을 완벽히 보완한 합성방법으로 주석, 아연, 마그네슘과 같은 금속반응을 거치지 않고 수소와 할로젠 원소를 Hermann’s catalyst를 이용하여 합성하기 때문에 경제적, 환경적으로 우수한 합성방법입니다. 다음과 같이 중합된 고분자들을 NMR, FT-IR, UV-vis, GPC, TGA 등의 데이터 분석을 거쳐 저희와 함께 co-work을 하고 있는 한양대학교 최효성 교수님 연구실을 통해 태양전지소자로 제작하여 효율 측정을 진행하고 있습니다.  2.3) 전도성 고분자와 이온성 액체간의 상호작용에 대한 연구 또 다른 한가지 연구분야는 전도성 고분자와 이온성 액체간의 상호작용을 이용하여 전도도를 높여 고분자태양전지의 효율증대를 연구하는 것입니다. 이온성 액체란 양이온과 음이온이 크기의 비대칭성으로 인해 결정체를 이루지 못하고 분자성 용매를 전혀 함유하고 있지 않은 액체 상태로 존재하는 물질을 말하며 기존 염과는 달리 100℃이하의 온도에서 액체로 존재하는 특성이 있고 일반적으로 질소를 포함하는 링 구조의 유기 양이온과 보다 작은 크기의 무기 음이온으로 이루어져 있는 용융염 구조를 가지고 있습니다. 양이온, 음이온의 조합을 목적에 따라 선택적으로 합성하여 사용할 수 있는데 약 1,018종의 이온성 액체로 합성이 가능하여 “친환경 용매”로 널리 도입되어 우수한 화학적, 전기화학적 안정성, 비가연성, 비휘발성 그리고 높은 이온전도도를 지니고 있을 뿐 아니라 극성이 커서 무기 및 유기 금속 화합물을 잘 용해시키며 넓은 온도 범위에서 액체로 존재하는 특성을 갖고 있어 높은 전도도를 필요로 하는 고분자태양전지에 도입하려는 연구입니다. 일반적으로 전도성 고분자를 소자로 코팅을 진행하였을 때, 발생할 수 있는 핀홀(Pin-hole)현상을 채워주기 위해 도펀트(Dopant)를 이용, 표면거칠기를 평탄화시켜주어 전도도를 높여주는 것입니다. I2를 많이 사용하며 저희 연구실에서는 이온성 액체를 dopant역할을 해주도록 연구하고 있습니다. 이온성 액체를 1wt% 로 기준을 두고 고분자와 용매상에서 장시간 혼합하여 NMR, FT-IR, UV-vis, AFM 등 데이터를 측정해본 결과 일부 고분자에서는 특정 작용기와 이온성 액체간 상호작용이 일어나 작용기의 활성화 또는 분해로 Inductive Effect에 따른 UV-vis에서 Red shift 또는 Blue shift가 발생하였으며 FT-IR에서도 특정 작용기 peak가 사라지거나 더 강해지는 등의 변화가 나타났습니다. 이 중 고분자 태양전지로 응용하기 위해 Red shift가 발생한 혼합물을 고분자 태양전지소자로 제작을 진행하고 있습니다.   저희 연구실에서는 선후배를 막론하고 필요한 것에 대해 토론을 하며 서로에게 부족한 점을 채워주며 화목한 연구실 생활을 하고 있습니다. 개인으로 약 3년간의, 길게는 2년 짧게는 1년동안 함께 지내는 연구실 생활을 보다 즐겁게 하기 위해 다양한 단합 활동을 하고 있습니다. 실험활동과 국가과제연구 등 앉아서 하거나 많은 이동을 필요로 하지 않기에 종종 주말을 이용하여 활동적인 여가활동을 즐기거나 식사 후 티타임을 가지며 서로의 연구 또는 개인생활에 대해 얘기하고 상담해주는 등 커뮤니케이션을 통해 서로를 이해하며 자율적이고 창의적인 연구실 생활을 지향하고 있습니다. 또한 다른 연구실들과도 친분이 두터워 함께 단합활동을 즐기는 편입니다. 학기 중에는 정기적으로 춘/추계 대한화학회에 꾸준히 참여하여 우수 포스터상 또한 받고 있으며, 조교활동을 통해 석사과정을 생각하고 있는 학부 학생들과의 커뮤니케이션을 통해 연구실에 대한 설명도 하고 있습니다. 방학 중에는 해외 학회 등에 참여하여 전도성 고분자뿐만 아니라 다양한 화학에 대해 견문을 넓히고 있으며, 국가과제를 진행하고 있는 외부기관과 워크샵을 통해 국가과제진행과 교류를 하고, 학기 중 진행하던 연구를 보다 빠르게 방학 중에 진행하여 결과를 내는 등 연구실 생활을 하고 있습니다. 스승의 날이나 송년회 등 정기적으로 졸업생들과의 모임을 가지고 있으며 선후배간의 친분을 다지고 있습니다. 연구실은 서울 노원구에 위치하고 있습니다. 광운대역 또는 석계역으로부터 5분정도 걸어 (구)정문으로 들어오셔서 언덕길을 따라 올라오시면 보이는 흰색 건물이 옥의관이고, 해당 건물 4층에 화학과 연구실들이 있고 그 중 가장 안쪽인 403호에 위치하고 있습니다. ■ 주소  : 서울특별시 노원구 광운로 20 광운대학교 옥의관 403호 고분자연구실 ■ 전화  : 02-940-5248 ■ 이메일  : zero1521@kw.ac.kr 자세히 보기
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