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3년 안에 우리의 실생활을 뒤바꿀 과학 연구는 이미 시작되었다. 《2023 미래 과학 트렌드》는 예정된 과학기술의 변화, 그 흐름을 한발 앞서 소개한다. 기초과학부터 최첨단 기술까지, 분야별 현장 전문가가 핵심 키워드를 선정했다. 매년 더해질 이 책 한 권이면 2023년을 비롯해 한 해를 장식할 과학 이슈와 산업화 초읽기에 들어선 과학기술의 핵심을 장벽 없이 만날 수 있다. 최고의 과학자 집단, 국립과천과학관에서 시도하는 ‘국내 유일’ 대규모 프로젝트!

국내 최고 과학자들이 예측한 2023 기술 변혁의 핵심 키워드
오늘의 과학이 다가올 3년을 장악하는 산업이 된다

★국내 유일! 현장 전문가의 사이언스 인사이트를 읽다★

▶ 131억 년이 담긴 제임스웹우주망원경의 첫 이미지의 비밀은? ▶ 인류 최초 지구 방어 프로젝트 DART ▶ 루나게이트웨이 건설의 의미는? ▶ 양자 얽힘은 어떻게 통신의 미래가 되는가 ▶ 인류는 알츠하이머 정복에 성공했을까? ▶ 차세대 태양전지의 광전변환효율은? ▶ 새 에너지원을 향한 도전, 핵융합으로 인공 태양을 만들다 ▶ 달에서 찾은 기회, 헬륨-3 ▶ 이산화탄소만이 문제가 아니다, 이제는 메테인에 주목하라! ▶ 웨어러블 디바이스를 가능하게 하는 혁신 소재는? ▶ 로봇 산업의 핵심은 소통이다!

3년 안에 우리의 실생활을 뒤바꿀 과학 연구는 이미 시작되었다. 《2023 미래 과학 트렌드》는 예정된 과학기술의 변화, 그 흐름을 한발 앞서 소개한다. 기초과학부터 최첨단 기술까지, 분야별 현장 전문가가 핵심 키워드를 선정했다. 매년 더해질 이 책 한 권이면 2023년을 비롯해 한 해를 장식할 과학 이슈와 산업화 초읽기에 들어선 과학기술의 핵심을 장벽 없이 만날 수 있다. 최고의 과학자 집단, 국립과천과학관에서 시도하는 ‘국내 유일’ 대규모 프로젝트!
이제 문화라고도 불리는 과학은 발견과 연구가 거듭되며 교과서 속 고정된 이론이 아닌, 변화하는 세상의 주요 트렌드가 되었다. 자고 일어나면 새로운 과학 지식이 ‘놀라운 발견’이라고 각종 매체에 업로드되며, 연일 주가를 오르내리게 하는 과학기술 이슈가 등장한다. 전 세계의 이목을 사로잡은 대규모 연구는 스핀오프 기술(특정 연구 분야에서 획득된 기술이 다른 분야의 개발로 이어지거나 고비용 첨단 산업 기술이 민간에 파급되는 현상을 말한다)을 동반하며, 산업화의 주기가 짧아지고 있다. 따라서 업데이트된 내용을 앞서 제대로 파악하는 일은 경제, 사회 등 우리 삶과 무관하지 않다.
그렇다면 내 삶에 직접 영향을 미칠 과학기술의 주요 키워드는 무엇일까? 세상을 바꾸는 힘 과학과 기술을 우리는 대체 어디까지 알아야 할까? 이 방대한 지식을 단번에, 모두 소화하기는 쉽지 않다. 이럴 때 높게만 보이던 과학의 문턱을 수월하게 넘도록 돕는 유용한 책이 바로 《2023 미래 과학 트렌드》다. 과학관이라는 현장에서 직접 소통해온 오랜 경험을 가진 이들이 어렵게 여겨지는 과학 분야에 시의성을 더해 흥미롭게 접근한다. 믿을 수 있는 전문가의 탁월한 주제 선택 및 화제 예측이 우리가 곧 실생활에서 만날 과학기술의 혁신을 미리 경험하게 한다.

랩에서 테크의 중심까지
_국립과천과학관의 노하우가 담긴 미래 과학 프로젝트의 출발
국립과천과학관은 지식 전달을 넘어 공감과 소통의 장을 제공하기 위해 끊임없이 고민하고, 사람들이 과학적 세계관을 갖도록 돕는 기관이다. 이곳의 과학자들은 다양한 과학기술 분야의 현주소를 명료하게 소개하고 그 의미까지 전한다. 정확한 지식과 실용성을 나누는 데 익숙한 현장 전문가, 친근한 과학 커뮤니케이터가 하루하루 달라지는 과학기술의 파장을 예측한다.
이러한 트렌드 분석은 조금이라도 더 빠르게 기술 변화의 방향을 파악하고자 하는 이들에게 단초를 얻도록 도움을 준다. 또한 당장 화제가 된 과학의 의미에 귀 기울이는 사람들에게는 배경지식까지 수월하게 익힐 수 있게 한다. 현실로 떠오를 과학의 결과물, 게임체인저가 될 기술은 물론 궁금한 정보를 든든한 과학자의 눈으로 넓고도 얕지 않게 살펴본다. 단 한순간도 정체되지 않는 생동감 있는 과학의 오늘과 내일을 읽는다.
우주과학, 화학, 물리, 생명과학, 기후과학, 컴퓨터공학, 기계공학 등 학문으로서의 과학부터 실용의 첨단을 달리는 분야까지 《2023 미래 과학 트렌드》는 매년 새로운 주제와 키워드로 독자에게 다가갈 예정이다. 과학기술의 시대를 관통하며 살아가는 우리들에게 과학의 지형도를 머릿속에 그리도록 하는 이 책 한 권이면 최신 과학 트렌드를 가장 확실하게 섭렵할 수 있다. 흥미 위주로 자극적인 정보를 던지는 수준을 넘어 각각의 바탕이 되는 원리를 착실히 설명하기에 누구나 읽기 쉽다. 이 책의 강점은 전 세계의 흐름뿐 아니라 화제의 연구들에서 주도적 역할을 하는 우리나라 이야기를 빼놓지 않으며 한국에 발을 딛고 이야기한다는 것이다. 부록으로 2021년과 2022년의 노벨상 해설 강의까지 읽고 나면 학문, 기술의 미래 그리고 시장의 틈새까지 한눈에 파악할 수 있다.

2023년, 인류 최대의 우주탐사 시대가 온다
_확장되는 오늘의 과학으로 스핀오프 기술의 파장을 예측하다
‘PART 1. 지속 가능한 우주탐사’에서는 앞으로 우주과학 분야의 20년을 책임질 제임스웹우주망원경 발사와 첫 이미지에 담긴 131억 년으로 시작해, 전 세계의 시선이 집중된 루나게이트웨이 건설, 달 탐사 아르테미스프로그램의 최첨단 기술은 물론, 인류 최초의 지구 방어 프로젝트 DART의 소행성 폭파 성공까지, 인류 탄생 이래 가장 역동적인 우주 시대를 맞이한 현 상황을 박진감 넘치게 서술한다. 우리은하 블랙홀 촬영의 데이터 분석, 초신성 폭발 관측으로 밝히는 은하 탄생의 비밀 또한 어디에서도 볼 수 없는 앎이라고 할 수 있다.
‘PART 2. 산업화 초읽기, 확장되는 과학’의 중심 키워드는 인공지능, 로봇, 데이터, 핵융합, 메타버스, 딥페이크 등 4차 산업의 핵심이 주를 이룬다. 누리호가 극복한 공학의 난제, 물리법칙 없이 물리법칙을 예측해내는 데이터사이언스가 가져온 충격, 우리나라가 세계 최고인 핵융합 기술, 새 에너지원 개발로 일컬어지는 인공 태양의 현주소, 소통하는 로봇의 확산 등 스핀오프 기술로써 미래 산업을 예상한다.
또한 ‘PART 3. 새로운 소재, 무한한 기회’에서 산업화 초읽기에 들어선 화학의 최신 이슈를 제시한다. 차세대 태양전지, 웨어러블 디바이스, 신경세포 모방 기술이 어떠한 혁신을 이루어낼지, 그린암모니아를 기회로 잡은 선박 업계, 도시의 유전이라 불리는 미래 플라스틱 등 화제의 중심인 새로운 소재를 소개하고 우리 삶을 즉각 달라지게 할 기술이 무엇인지 살펴본다.


인간 생존의 근원으로 다가가는 생명과학의 시대가 열리다
_팬데믹을 넘어 일상의 건강을 영위하기 위한 연구실의 혁신
코로나19의 영향으로 2019년에서 2021년을 지배했던 mRNA 백신, 크리스퍼 유전자편집기술 등의 생명과학 관련 이슈는 이제 더 나아가 일상을 지키기 위한 세포 정복의 연구로 이어질 것이라 현장의 과학자들은 예상한다. 2022년 노벨생리의학상은 온도와 감각 수용체 발견에 주어졌는데, 삶에서 당연하게 여기며 누렸던 감각이 결국은 인류의 생존에 큰 영향을 준다는 데 집중했다. ‘PART 4. 일상을 지키기 위한 세포 정복’은 알츠하이머 신약 개발의 과정부터 제대로 읽는 대체육의 과학, 골수이식에 대한 편견을 없애줄 조혈모세포 이야기까지 우리를 우리답게 만드는, 일상을 영위하는 데 중요한 주제들을 하나씩 꼽아 제시한다.
이에 더해 ‘PART 5. 지구에서 공존하기 위한 절박한 외침’은 우리에게 닥친 가장 심각하고 암울한 문제를 따져본다. 다이아몬드를 캐기 위해 어마어마한 자원을 낭비하고 지형까지 바꾸는 상황에서 그 진정한 가치를 지질학적으로 분석하고, 벌들이 사라지는 진짜 이유를 살펴보며, 이제 이산화탄소 문제를 넘어 더 주요하게 주시해야 할 메테인의 존재를 부각한다. 기후재앙에서 살아남기 위한 전 세계의 단일한 목표는 매년 촘촘하게 업데이트될 예정이다.
마지막으로 ‘PART 6. 오늘의 문화가 된 과학’은 일영원구라는 우리 과학 유산 발굴의 의미와 가치를 찾아가는 과학적 절차, 새로운 과학 소비자의 등장부터 지역의 미세먼지 분포, 폭염의 지역적 추이 등 직접 데이터를 쌓아 분석하는 시민과학자의 탄생까지 다채롭게 변화하는 과학문화 현상을 심층 분석한다. 또한 과학적관리법의 등장이 주 4일제 근무에 어떤 이야기를 더해줄 수 있을지 등 논란의 한가운데 있는 첨예한 대립을 해설해 과학 담론을 풍성하게 한다.
국립과천과학관의 과학자와 공학자는 한 해의 주요 과학 키워드와 배경을 함께 풀어주면서 새로운 소식이 왜 새로운지 깨닫게 한다. 이에 따라 아직 과학과 기술에 대한 많은 정보를 갖고 있지 않은 독자들도 자연스럽게 지식을 체득하게 된다. 과학자, 공학자가 꿈인 학생들에게 이 책은 관심 분야의 연구 흐름과 트렌드를 지속적으로 살펴볼 기회가 된다. 또한 일반 독자들이라면 언론에서 자주 소개되는 연구들, 우리 생활을 직접적으로 바꾼 과학기술을 분야 전문가의 시선으로 딱 한 뼘만 더 깊이 흥미진진하게 만날 수 있을 것이다. 오늘의 과학, 내일의 기술, 앞으로 달라질 산업이 궁금한 이들을 위한 급변하는 세계 속 과학 트렌드가 펼쳐진다.

책머리에

PART 1 지속 가능한 우주탐사
: 인류 탄생 이래 가장 역동적인 우주 시대가 온다 (우주과학)

차세대 제임스웹우주망원경의 첫 이미지
심우주 탐사를 위한 전초기지, 아르테미스프로그램
인류 첫 지구 방어 실험 DART의 성공
우주망원경으로 보는 빛
초신성 폭발을 직접 관측하다
우리가 만난 두 번째 블랙홀

PART 2 산업화 초읽기, 확장되는 과학
: 스핀오프 기술이 가져올 파장을 예상하다 (과학기술)

누리호가 극복한 공학의 난제들
물리학의 미래, 데이터사이언스
인공 태양을 만드는 핵융합의 최전선
최첨단 가스터빈의 핵심 기술
디지털 신호로 읽는 메타버스
딥페이크 제대로 이해하기
인공지능이 만드는 인공지능
소통하는 서비스 로봇의 현장

PART 3 새로운 소재, 무한한 기회
: 활용 범위가 확장된 신소재 개발에 해답이 있다 (화학)

태양전지의 내일, 페로브스카이트
다시 암모니아가 뜬다
신경세포 모방과 고분자 전자 소재
신축성 소재로 만드는 웨어러블 디바이스
도시의 유전, 미래 플라스틱

PART 4 일상을 지키기 위한 세포 정복
: 건강한 삶을 가져올 연구실의 혁신, 그 해답을 내다보다 (생명과학)

알츠하이머병, 이제 극복이 가능할까
푸드테크 중심에 선 대체육의 과학
골수이식은 더 이상 두려운 일이 아니다

PART 5 지구에서 공존하기 위한 절박한 외침
: 기후재앙을 막을 수 있었던 한계 시점은 이미 넘었다 (지구과학, 기후과학)

지질학으로 본 다이아몬드의 가치
꿀벌은 왜 사라지는가
온실가스 메테인 다시 보기

PART 6 오늘의 문화가 된 과학
: 소통하는 과학의 다채로운 변화에 주목하다 (과학문화)

휴대용 해시계 일영원구의 발견?
아프가니스탄의 과학자들
주 4일 근무제와 과학적관리법
시민과학 프로젝트
새로운 과학 소비자의 등장

2021-2022 노벨상 특강
노벨상을 수상한 기상학자_ 2021 노벨물리학상
제3의 촉매_ 2021 노벨화학상
감각의 비밀, 온도와 촉각 수용체_ 2021 노벨생리의학상
현대 문명의 강력한 도구, 양자 얽힘_ 2022 노벨물리학상
유기합성의 역사와 클릭 화학_ 2022 노벨화학상
우리를 우리답게 만드는 것_ 2022 노벨생리의학상

참고 자료

약 5개월간의 거울 및 초점 정렬, 그 외 여러 테스트 과정과 시험 가동을 무사히 마친 후 2021년 7월 12일, JWST가 관측한 첫 이미지들이 공개되었다. 크리스마스에 배달을 시작한 선물이 이제야 도착했다. 사진은 과학적으로도, 예술적으로도 아름다움 그 자체였다. 전 세계인의 관심이 집중되었던 만큼 첫 번째 이미지는 백악관에서 조 바이든 대통령이 직접 공개했다. 바로 SMACS 0723이라고 하는 거대 은하단이었다. _ 21쪽, 〈차세대 제임스웹우주망원경의 첫 이미지〉 중에서

DART는 10개월을 비행하여 지구로부터 1,000만 킬로미터 넘게 떨어진 디디모스 이중소행성계에 도달했고, 2022년 9월 27일 시속 약 2만 4,000킬로미터로 목표물 디모르포스에 충돌했다. 충돌을 4시간가량 앞두고 9만 킬로미터 거리에서부터는 전파로 원격 제어할 수 없는 긴박한 상황이었기 때문에 계획대로 스마트 항법 비행 체제로 전환되었다. 우주선 스스로 카메라의 정보에 의존해 자율 비행하면서 음속의 18배나 빠른 초속 6.1킬로미터로 날아가 지름 160미터 크기의 소행성을 맞히는 고난도 항법 기술이었지만, 목표했던 소행성의 중심에서 단 17미터 비켜난 지점에 정확히 명중했다. _ 61쪽, 〈인류 첫 지구 방어 실험 DART의 성공〉 중에서

오픈AI(OpenAI)에서 개발한 DALL-E2는 문장으로 묘사한 것을 이미지로 그려주는 인공지능이다. DALL-E2는 오픈AI에서 개발한 현재 최대 자연어 처리 인공지능 모델인 GPT-3를 적용하여 사용자가 요구한 문장을 이해하고 GAN으로 그에 맞는 이미지를 생성한다. 즉, 두 종류 이상의 입력을 사용하는 멀티모달(Multi-Modal) 모델이다. 위의 내용은 DALL-E2의 콘텐트 정책이다. 이에 위배되는 내용으로 이미지를 만들려고 하면 결과물을 생성하지 않고 정책을 확인할 수 있도록 안내한다(예를 들어 ‘눈물
을 흘리는 일론 머스크 그림’). 이렇게 GAN과 같은 생성모델을 적용한 인공지능의 경우, 서비스 제공 단계에서 섬세한 AI 윤리 정책을 반영한다면 사용자 차원의 부작용을 어느 정도는 방지할 수 있다. _166쪽, 〈딥페이크 제대로 이해하기〉 중에서

2016년 인간의 바둑 실력을 넘어선 구글 딥마인드의 알파고나 2020년 GPT-3라는 1,750억 개의 파라미터를 사용하여 인간과 구별하기 어려울 정도로 대화할 수 있는 인공지능 언어 모델처럼, 강력한 성능을 보인 인공지능이 상용화로 바로 이어지지 않는 이유는 무엇일까?_ 173쪽, 〈인공지능이 만드는 인공지능〉 중에서

페로브스카이트는 미래를 열 매력적인 소재다. 값싼 유기물과 금속으로 합성할 수 있어 제조단가도 실리콘과 비교하면 저렴하다. 여기에 실리콘 태양전지처럼 반도체 제조 공정을 따르지 않는 저렴하고 대면적의 박막 프린팅 가공 방식을 적용할 수 있어 대량생산의 기대가 크다. 무척이나 어려운 과제가 산적해 있음에도, 세계 곳곳에서 연구가 멈추질 않는다. 쉽지 않겠지만 그렇다고 불가능하지도 않다. 무엇보다 전례가 없을 정도로 페로브스카이트 태양전지의 효율은 가파르게 상승하고 있다. _222쪽, 〈태양전지의 내일, 페로브스카이트〉 중에서

후보가 다양하지만 각각 장단점이 뚜렷하게 나뉘는 상황에서 우리가 선택할 수 있는 것은 여러 소재를 함께 사용하여 단점은 보완하고 성능을 높이는 방향이다. 따라서 뛰어난 신축성이 필요한 부분은 고분자로, 높은 구동 안정성이 요구되는 부분은 금속과 세라믹으로, 신체에 바로 맞닿는 곳은 생체 소재를 사용하려는 시도가 지속적으로 이어지고 있다. 4차 산업혁명 시대에 들어와 인공지능과 로봇이 주목받지만 이 모든 발전의 바탕에는 항상 소재의 발달이 있었다. _255쪽, 〈신축성 소재로 만드는 웨어러블 디바이스〉 중에서

배양육은 어떻게 만들까? 연구하는 기업마다 기술은 다르지만 대체로 다음과 같은 과정을 거친다. 우선, 배양육을 만들기 위해서는 동물의 세포가 필요하다. 세포는 국소마취 후 채취한다. 그리고 채취한 세포 중 근육으로 자라날 수 있는 것을 선별한다. 체내에서는 세포가 자라는 데 필요한 영양분을 자연스럽게 공급받지만 일단 몸 밖으로 나온 세포에는 분화와 성장을 위해 필요한 수분과 영양분을 배양액 형태로 공급하여야 한다. 세포를 체외 증식, 분화시키고 난 후에는 이를 모은다. 필요한 경우 첨가물을 넣고 패티, 소시지 등의 형태로 가공하면 제품이 완성된다. _285쪽, 〈푸드테크 중심에 선 대체육의 과학〉 중에서

지하 360~750킬로미터에서 만들어진 다이아몬드 안에서 발견된 금속 내포물의 철 동위원소 비율을 분석하여 지각 속 사문석이 지구 내부로 이동되었을 증거를 찾아냈다. 앞서 말한 대로 지구 내부와 그 움직임을 인간이 직접 관측해 연구를 진행하기란 어렵다. 시공간적인 접근 자체가 제한되기 때문이다. 이론적으로 유추한 바의 증거를 찾아내는 것이 그래서 반가운 일이다. 지각에 있던 암석이 지구 내부로 이동되었다는 증거는 곧 판의 섭입 과정에 대한 이론을 지지하는 사항이 된다. _309쪽, 〈지질학으로 본 다이아몬드의 가치〉 중에서

우리나라에서 성인을 대상으로 하는 시민과학 사례를 살펴볼 때 주로 생태나 환경 분야에 속하고 모니터링 형태가 가장 많다. ‘지구 사랑 탐사대’에서는 수원청개구리 울음소리 수집을 시작으로 귀뚜라미에 대한 조사로 이어졌다가, 이제는 더욱 다양한 생물을 찾아 자료를 수집하고 있다. 이런 형태의 시민과학은 대부분 시민과학자가 방대한 자료 수집에 참여하는 형태이기 때문에 기여형에, 보전 또는 조사 프로젝트라고 할 수 있다. _396쪽, 〈시민과학 프로젝트〉 중에서