SF / 과학 포럼
SF 작품의 가능성은 어떻게 펼쳐질 수 있을까요? 그리고 어떤 상상의 이야기가 가능할까요?
SF에 대한 가벼운 흥미거리에서부터 새로운 창작을 위한 아이디어에 이르기까지...
여기는 과학 소식이나 정보를 소개하고, SF 속의 아이디어나 이론에 대한 의견을 나누며, 상상의 꿈을 키워나가는 곳입니다.
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문득 나노머신이라면 만사형통의 특수작동과 역할이, 실제로는 팩트를 좀 벗어나는 것 같아서 토를 달아봅니다.
나노머신의 가장 큰 단점이자 특징은 속도가 매우 느리다는 것입니다.
그것은 마치 바닷물 속에서 헤엄치는 사람과 비슷하거나 그 이하의 속도와 비슷합니다.
사람 자체의 수영의 절대속도는 어떨런지는 모르나 망망 대해속에서 사람이 수영하는 속도는 전체 바다의 크기로 봤을때 매우 느리다는 거죠.
개미가 개미가 사는 세계에서 개미가 달리는 속도는 매우 빠를지 모르나, 사람 스케일로 봤을땐 아무리 빠르게 달려봤자 사람이 느리게 걷는 걸음만 못합니다.
나노머신이 작동하는 마이크로 세계와 우리가 현실에서 살고 있는 매크로 세계는 사람과 개미의 이 스케일 차이보다 더욱 심합니다.
또한 보통 나노머신이 작동하는 sf물을 보면 사람 인체나 로봇 신경회로(혹은 사이보그의 유사혈액 : 젤라틴 겔) 속을 침식하는 모양으로 등장하곤 하는데,
이 작은 물체가 한정된 적은 전기에너지 사용으로 이런 저항매질 속을 온몸으로 헤쳐내고 움직이기가 쉽지가 않죠.
(최소한 물질들의 반데르발스 힘을 끊어내고 그속을 헤쳐나가야 해서...)그래서 속도가 더더욱 더딜 수밖에 없습니다.
이는 머신 사이즈 규모로 이야기 될 수밖에 없는 한계적 특성을 가졌고,
나노머신이 수십에서 수백나노미터 사이즈형태를 가진다면 1mm를 이동하려 해도
수백초 이상의 시간이 필요하다는 계산이 섭니다.
즉 자체 동력으론 한계가 있고, 반드시 네트웤 영역에서 해킹 내지, 혈류에 따라 이동하는 것이 아니라면
'나노머신'의 침식은 기실 며칠 몇십일의 시간이 지나야 침투 효과를 볼 수 있습니다.
가끔은 작품내에 눈깜짝할 사이에 나노머신 침식이 일어나는 동시에, 심지어 나노사이즈에서 화학결합구조마저 바꾸는 묘사를 보고는 깜짝 놀라곤 합니다.
세포는 광학 현미경으로 보이죠. 바이오 나노머신이라기 보다는 바이오 마이크로 머신이라 칭하는게 맞습니다. 나노사이즈는 빛의 파장상 현미경으로 보이지 않습니다. 다만 언급하신대로 클러스터나 그레인 형태를 만들어 덩치가 커진다면 보일 수는 있겠습니다만, 그렇게 커져 있을때 매질속의 움직임이 최상의 추진동력을 얻기 위한이라면 가능할지도 모르겠습니다. 그러나 덩치가 커진다고 그 힘의 이득 스케일은 커진 몸집만큼이나 받는 힘은 비슷한 스케일로 비례해서 늘어나게 됩니다.
바이오 마이크로 머신이 나노머신의 훌륭한 모델이 되는건 맞습니다만 그들의 활발한 동역학적 활동 또한 숙주의 혈류나 감염활동에 의한, 즉 바이오 마이크로 머신의 자체 운동에너지보다는 숙주의 에너지에 기인한게 맞습니다.
마이크로 바이오머신이 활발한 자기복제 외에 나노머신이 강력한 동력원을 갖고 움직일 수 있다는 것에 대한 반론은 없는 말씀이군요.
그리고 카슈미르 효과에 의한 반물질 동력원이라뇨.
우주영역이면 모를까, 나노머신이나 생체물질 사이에 반물질이라는게 나오면 이때부터는 사람들이 사이언스라기 보다는 판타지로 취급할 듯 합니다. 법사와 마녀가 출몰하는...
미래에 인간이 만드는 인공 나노머신의 이야기 입니다. 생물은 원자 이하의 에너지 단위와 크기를 이용할 수 없었지만 인간은 이미 이용하고 있죠. 지금으로선 공상이나 유사과학에 불과한 이야기라 하더라도 먼 미래에 그것이 불가능하리라 예측하기가 힘든 분야가 극미세 기계입니다. 물론 화학 스케일, 그 아래 원자 단위 스케일에서 커지는 미시적 힘들과 양자 효과에 의해 우리가 아는 기계와 많이 다른 형태와 한계를 지니고 있을테죠. 하지만 세포내 소기관들과 아미노산, 단백질들이 불과 원자 몇백~ 몇천개 크기에서도 잘 작동하는 것을 보면 우리가 나노머신을 만들게 될 때에 그보다 못하리라 생각하는 것도 어불성설입니다. 리보솜 같은 효소가 RNA를 복제하거나 단백질을 조립하는 속도는 엄청나게 빠르죠. 그러한 기계들과 부품들은 원자나 전자간 전자기력을 아주 잘 이용하는 한 예죠. 물론 그런 미시적 스케일의 나노머신이 음속을 돌파할 수는 없을 겁니다. 하지만 현실에서도 확산이나 열 평형 같은 전자기적 현상들이 매우 빠르게 일어 납니다. 사람의 폐도 가스 교환을 확산에 의존하고 있죠. 우리가 이런 것들을 알고 있는데 그러한 효과적인 운송방법을 고안해내지 못하리란 법도 없습니다. 반도체도 그런 미시적 양자효과를 이용한 훌륭한 예입니다. 아직 머신이라 불리기는 매우 힘들지만 나노 단위로 실리콘 위에 패터닝 된 반도체 회로도 원시적인 나노머신이라 할만하지요.
결국 이야기하시는 바는 창작물들에서 보여지듯 나노 사이즈의 기계가 순식간에 확산되거나 침투해서 장악하는 것이 불가능 하다 라는 것인데 이것에는 별반 반박할 이유는 없습니다. 창작물들은 엄밀한 SF물이 아닌 이상 대개 플롯이나 시나리오 전개가 중요하지 그것이 가능한 현실적 개연성이 중요한 것이 아니니까요. 현재로선 그런 기계를 그렇게 빨리 움직일 방법도, 이론도 없어요. 나노 머신, 하다못해 세포 사이즈의 자율 기계도 아직은 망상의 영역이죠. 하지만 자연에는 이미 훌륭히 설계된 그런 기계들이 돌아다니니 생물이 이용할 수 없는 에너지까지 이용 가능한 우리로선 더 굉장한 설계를 고안해낼 수 있다는 겁니다.
몇년전에 혈관조영제 맞고 CT찍을 일이 있었는데 정말 깜짝 놀랐습니다. 정맥주사로 조영제 들어가자 마자 온몸으로 화끈거림이 퍼져나가는데 10초 내외정도로 밖에 안 걸리더군요.
나노머신도 정맥주사로 주입한다면 굵은 혈관 근처는 말 그대로 순식간에 퍼져나갈겁니다. 모세혈관까지도 몇분에서 몇십분 단위면 스며들것같다는 생각이 드네요. 오히려 특정기관이나 부위로는 스며들지 못하거나 작용하지 못하게 하는게 더 중요하지 않을까요.
본문에 말씀하신것 처럼 나노머신들이 직접 원하는 부위로 이동하는건 거의 불가능할거라는 생각이 드네요. 하지만 기존의 순환계통(생물의 혈관이든 기계의 냉각,윤활계통이든)을 이용한다면 나노머신의 운동능력은 그리 중요하지 않을 것 같습니다.
익히 아시겠지만 조영제가 x선에 반응하는 감광제죠. 그냥 찍으면 뼈 외에는 다 물로 보이거든요.
그래서 인체에 조영제를 투여하고 x선을 투시하면 종양 같은게 스캔이 되죠.
주로 원자력 병원의 암환자들 암의 위치 및 크기를 확인하기 위해 쓰이죠.
이 조영제의 성분은 혈관을 떠돌면서 특이세포, 즉 암세포에 잘 달라붙는 성질이 있고,
잘 빠져 나와서 비교적 인체에 무해합니다.
여튼 조영제 역시 인체 순환계의 혈류 도움을 받아 움직이는 것이지 자체의 무언가로 움직이진 않습니다.
학창시절 10년도 더 이전에 이런 문제로 한학기 과제를 한 것이 생각나네요. 지금은 다 까먹어서 모르지만 하하...
설마 암은 아니시겠죠?...
걱정해주셔서 감사합니다. 암은 아니고요, 보통보다 신장쪽 혈관이 굵어졌다는데 아직은 크게 걱정할 건 아니라더군요.
결국 나노머신의 나노한 크기 때문에 자가 운동능력이라던지, 어떤 획기적인 작용이 가능할지 하는부분에 회의적이신 부분에 동의합니다. 다만 혈류를 타고 이동하는 속도가 엄청 빠르다는걸 깨닫은 순간이 너무 인상적이라서 언급하게 되었네요. 피의 속도라는게 그렇게까지 빠르다고 보통은 생각지 않잖아요. 주사를 맞아도 바로 효과가 돈다는 생각은 들지 않았었는데, 조영제를 맞아보니 약제가 인체에 퍼지는건 순간이구나, 작용하는데 시간이 걸리는것이었구나 하는걸 비로소 알았습니다.
나노머신의 이동속도에 대한 의견을 읽다보니 왠지 이런 생각이 들어서 씁니다.
나노머신이 주변의 분자를 모아서 자체적으로 화약처럼 폭발할수 있는 화학물질을 생성해서 저장한후 이 물질을 연료로 사용하며 로켓 추진으로 이동한다면 어떨까요?
그러면 속도를 유지할 수 있는 시간은 현재의 미사일이나 로켓처럼 몇 초 정도로 매우 짧겠지만, 순간 가속도나 순간속도는 대기중에서 총알에 비견될만한 고속을 낼수도 있지 않을까요?
그리고 몇 초동안 빠르게 움직인후 연료를 재 생성해서 충전하기 전 까지는... 대략 몇시간에서 며칠동안은 못 움직이겠죠 !
또한 나노머신의 동력원 이야기인데...화학에너지를 동력으로 사용한다면 나노머신 자체에 저장할 수 있는 에너지에 한계가 있겠지만, 핵에너지...예를들면 동위원소 핵전지처럼 단위 질량당 에너지밀도가 화학에너지 보다 괴랄하게 높은 기술을 동력으로 사용한다면, 몇 십년정도의 가동시간을 지니면서 필요한 몇초간은 고속으로 이동하며 다니고 다시 연료를 충전하는 방식의 고기동 나노머신(?)이 이론적으로는 가능할수도 있지 않을까요?
현실적으로 설득력있게 구체화된 나노머신의 예시가 있습니다.
그건 바로 생물입니다.
생물의 세포는 매우 훌륭한 나노머신이죠. 지질 방어막 아래에 각종 대사를 하는 효소나 세포 소기관 같은 내부 장치들이 존재하고 자신의 완벽한 설계도를 갖춰서 언제나 자기 자신을 유지보수하며 최종 목적인 번식을 위해 복제를 해나갑니다. 이렇게 완전 자율로 주위의 환경을 이용해 에너지를 만들어서 작동을 이어나가는 인공기계는 아직까지 만들어진 적도 없고 현대의 기술로도 까마득한 진보가 있어야 제작이 가능합니다.
또한 나노머신은 그렇게 느리지 않습니다. 치명적인 바이러스나 세균은 남의 시스템을 해킹해서 자신을 위장해 침투해 정상적으로 작동하는 체계를 무력화 시키고 단백질 제조권한과 유전자에 간섭해서 자기 자신을 복제하는데 그리 오랜 시간이 걸리지 않습니다. 대장균은 적당한 환경만 조성된다면 하루만에 수백배로 불어나기도 하죠.
인간이 이 단계의 나노머신을 만들어 낸다면 ATP중합 효소에 스크류를 달아 추진 하는 짚신벌레나 탄소 나노튜브로 된 섬모로 헤엄치는 세균, 미토콘 드리아의 100배 이상의 축전을 할 수 있는 세포 장치나 광효율 70% 정도는 넘어주는 광합성 기관도 충분히 만들 수 있을겁니다. 이쯤 되면 모든 공업이 공장 하나에서 가능해져서 먹는 형태로 자원 추출을 하고 배설하는 형태로 완제품을 만들어내는 자동 공장도 만들어 질겁니다. 거대한 배를 만들기 위해 강판을 자르고 기계를 설치하고 할 것도 없이 처음부터 끝까지 나노머신 프린팅도 가능하겠죠.
더구나 이 단계라면 그와 같은 나노머신을 만들기 위해 단백질을 쓸 필요도 없을 겁니다.
확실히 나노머신의 스케일에서 우리가 느끼는 단위는 너무나 크기 그지 없습니다. 하지만 그러한 인공나노머신이 단독으로 움직일 필요도 없고, 각자 자신의 복제가 자신의 경쟁 상대일 이유도 없습니다. 명령과 장소에 따라 얼마든지 이합집산을 통해 단세포와 다세포 동물의 형태를 오가면서 필요한 기관은 인간의 줄기세포 처럼 그때 그때 구성해서 만들 수도 있을 것이고 목표한 표적의 환경에 놓이게 되면 자가 복제나 목표 환경 시스템을 이용해 매우 빠르게 이동이나 해킹, 점령이 가능할 겁니다. 나노머신 한개가 느리다면, 나노머신 100개가 모여서 30개는 추진 장치를 만들고, 30개는 동력 장치로 기능하고 나머지는 색적수단을 맡아도 됩니다. 그렇게 모여도 여전히 크기는 현미경으로 보아도 될 정도지만 속도는 매우 빨라지겠지요.
결론은 미래의 한계에서 대해서 섣불리 논하기는 힘들다는 겁니다. 미래에는 카시미르 효과에 의해서 생겨나는 반물질을 포집해 동력원으로 쓰는 나노 단위 반물질 반응로를 가진 나노머신이 나올지도 모르죠.