과학도라면 직접 로봇을 만들고 원자로를 운전해봐야 하지 않을까. 혈기왕성한 젊은 과학도의 피를 끓게 만들 연구실을 꼽아봤다.
2011 UPDATE By Andrew Rosenblum photographs by john b. carnett
17. 코넬대학 창의기계연구소
유망 직업: 기계공학자, 생물의공학자
코넬대학 기계공학과 부설 창의기계연구소에서는 3D 프린터를 이용, 온갖 것들을 만든다. 컵케이크 프로스팅, 사슬 갑옷, 심지어 인체의 일부도 제작 가능하다.
연구소장인 호드 립슨 교수는 이런 활동은 학부생들에게 기막힌 교육이 된다고 강조한다. 3D 프린팅은 기초적 공학 메커니즘만 습득하면 수행이 가능하며 여러 창의적 아이디어를 시도하기에도 최적이라는 이유에서다.
얼마 전 학부생과 대학원생들이 공동 개발한 신개념 오픈소스 3D 프린터 ‘팹@홈(Fab@Home)’이 그 실례다.
이 제품은 온라인상에 설계도가 공개돼 있어 누구든 이를 보고 3D 프린터를 만들 수 있다. 2002년에 개발된 바이오프린팅 역시 창의적 사고의 산물로 꼽힌다. 이는 살아있는 인간 세포를 잉크로 염색하는 기술로서 피부, 척추, 연골 등 손상된 인체 조직을 복원하는 재생의학 분야의 난제를 풀 돌파구를 제공할 것으로 기대되고 있다.
학부생이었던 2008년부터 창의기계연구소에 몸담고 있는 박사과정의 제프리 립튼은 이렇게 밝혔다.
“처음엔 프린팅 된 것들을 갖고 노는 것부터 시작했죠.
나중에는 다양한 다공성 물질을 프린트했고 외과수술에서 쓰일 수 있는 생물학적 담체(supporting material)를 만들기도 했어요. 손상된 조직에 이 담체를 넣어주면 이를 기반으로 세포들이 자라나 담체를 채우게 됩니다. 인공 조직이 실제 인체 조직이 되는 거예요.” 18. 엔진&에너지 변환 연구소 (EECL) 콜로라도주립대학 유망 직업: 기계공학자 주요 수업: 2,300마력급 초대형 엔진의 개량과 점화 레이저(ignition laser)의 개발.
(2009년 9월호 참조)
19. 저온과학·엔지니어링 연구소
몬태나주립대학
유망 직업: 남극 탐험가
주요 수업: 남극 지하 3㎞에서 채취한 25만년 전의 빙핵 속에서 생명체 찾기. 이를 위해 영하 62℃의 극저온실험실에 들어가야 한다.
또한 눈사태 관련 연구도 수행한다.
(2008년 9월호 참조)
20. 서던캘리포니아대학 시각화 과학 이니셔티브 (VSI)
유망 직업: 애니메이터 “대형 특수효과 스튜디오에서 수년간 일하면서 뉴욕시를 5~6번은 날려버린 것 같아요. 그러던 어느 날 문득 특수시각효과 장비들을 좀 더 발전적으로 활용할 수 있을 것 같다는 생각이 들더군요.” 서던캘리포니아대학의 VSI에서 시각효과를 강의하고 있는 에릭 핸슨의 말이다. 현재 VSI에서는 과학적 개념을 시각효과로 구현하는 기법을 개발하고 있다.
이를 통해 할리우드 및 게임업계가 과학적 사실들을 화면에 제대로 표현할 수 있도록 도와주는 전문가를 양성하고자 한다.
또한 이는 과학자들의 연구성과를 일반대중이 이해하기 쉽게 전달하는 도구가 될 수 있으며 궁극적으로 실제 연구에 활용 가능한 디지털 도구의 개발도 가능하다.
일례로 2008년 핸슨의 강의를 듣는 몇몇 학생들은 캘리포니아 요세미티 계곡의 사진 1만장을 합쳐 파노라마 사진을 만들고는 이를 영사해 디지털 지형모델을 만들었다. 그리고 미 국립공원관리청(NPS) 소속 지질학자인 그레그 스토크 박사는 디지털 모델과 지금의 계곡 모습을 비교하며 변화상을 연구 중이다.
핸슨과 그의 학생들은 이 경험을 바탕으로 캘리포니아주 연안의 휴양지인 산타 카탈리나 섬과 주변 해저지형의 디지털 모델 제작에 참여하고 있다. 또한 애니메이션·디지털아트학과 케시 스미스 교수도 애니메이션 상급과정의 학생들을 그곳으로 데려가 생물학적 연구주제, 즉 기후변화의 결과, 해저 고온 열수구에서 살아가는 서관충이 유독물질을 당분으로 바꾸는 메커니즘 등을 3D로 시각모델화 하고 있다.
21. 하와이 화산 관측소
미국 지질조사소 (USGS)
유망 직업: 지구물리학자
주요 수업: 활화산에 올라 용암의 흐름 측정.
최대 8명의 학생이 팀을 이뤄 야영하며 화산지대를 탐사하고 용암 지도를 작성한다.
(2007년 9월호 참조)
22. 미 국립전파천문대 (NRAO)
우주 음향 탐지 전문가
유망 직업: 천문학자, 천체물리학자 NRAO는 매년 25~30명의 연구 보조원을 선발한다. 이들은 각각 버지니아주 샬롯츠빌의 NRAO 본부, 뉴멕시코주에 있는 세계 최대 전파망원경 네트워크의 하나인 ‘VLA(Very Large Array)’, 그리고 웨스트버지니아 소재 세계 최대 구동식 전파망원경 ‘그린 뱅크 망원경(GBT)’ 등에서 연구자들을 돕게 된다.
이중 GBT에 배치된 인원에게는 연구기간 중 독특한 근무조건이 하나 붙는다. 휴대폰 사용 금지가 그것이다. 직경 110m의 이 거대한 망원경이 설치된 주변지역 3만3,670㎢가 무선통신제한구역(radio quiet zone)으로 지정돼 있기 때문이다. 따라서 이곳에서는 우주의 전파 스펙트럼을 탐지하는 GBT의 작동을 방해할 그 어떤 전자기기도 사용할 수 없다.
실제로 그린뱅크연구단지 내의 전자레인지는 단 4대 뿐이며 그나마도 금속박스 속에 완벽히 차폐돼 있다. 또한 망원경에 접근할 때는 항상 경유 차량을 이용한다.
경유 차량은 휘발유 차량과 달리 연료 점화를 위해 고압전류가 흐르는 점화플러그를 사용하지 않기 때문이다. 휴대폰, 무선전화기, 원격조종(RC) 장난감의 경우 기숙사 내에서도 사용 금지다.
현대인을 상징하는 문명의 이기인 휴대폰을 사용하지 못하는데 따른 불편함이 크지만 GBT에서의 인턴십은 이를 감내할 충분한 가치가 있다. 이곳에서 학생들은 우주의 은하들을 측정하고, 새로 태어난 별의 미립자 방출을 조사하며, 혜성의 물리적 상태를 연구하는 흔치 않은 경험을 할 수 있다.
NRAO에서 연구 보조자로 일했던 하버드대학 천체물리학부 메러디스 멕그리거는 이렇게 말한다.
“당시 저는 은하계보다 더 많은 별들을 탄생시키는 일명 ‘별 폭발 은하(starburst galaxy)’의 물리적 매개변수를 정하는 연구를 했어요. 암모니아와 포름알데히드 방출을 분석하면 은하들의 온도와 밀도를 알 수 있는데 이는 그 은하가 어떻게 진화했는지 규명하는 좋은 자료가 되죠.”
은하 도청 장치
올 여름 NRAO 인턴십에 참가한 학생들이 VLA(Very Large Array) 전파망원경
네트워크를 구성하고 있는 27개의 전파안테나 중 하나에 올라서 있다. 직경 25m의 이 안테나는 전체 중량이 230톤에 달한다
23. SLAC 국립가속기연구소
스탠포드대학
유망 직업: 응집물질 물리학자
주요 수업: X선을 이용해 분자의 3D 이미지 촬영 (2008년 9월호 참조)
24. 외계 지적생명체 탐사 (SETI)
캘리포니아대학 버클리캠퍼스
유망 직업: 천문학자
주요 수업: 생명체가 있을 법한 외계 행성을 분석, 영화 속 ET와 같은 지적생명체를 찾는다. (2008년 9월호 참조)
25. 라이트-패터슨 미 공군기지 인간수행 연구단 (711 HPW)
유망 직업: 국방연구가, 공학자 은하 도청 장치 올 여름 NRAO 인턴십에 참가한 학생들이 VLA(Very Large Array) 전파망원경 네트워크를 구성하고 있는 27개의 전파안테나 중 하나에 올라서 있다. 직경 25m의 이 안테나는 전체 중량이 230톤에 달한다.
의용공학을 전공한 크레이그 월터스는 대학 4학년 봄학기 때 라이트-패터슨 공군기지 711 HPW에서 미군 병사들의 전투력을 강화할 비책 찾기에 고심하고 있었다.
그의 연구과제는 외과적 수술을 배재한 비침습성 뇌 자극을 통해 무인항공기(UAV) 조종사와 관제사들의 각성 상태를 연장시키는 것. 이를 위해 그는 현직 조종사와 관제사들을 면담하고 뇌혈류 초음파(TCD) 검사장치로 혈류를 관찰했다. 그리고는 전극과 센서로 가득 찬 헬멧을 씌워 각성 연장 효과를 실험했다.
711 HWP에서는 매년 150명의 인턴을 선발한다. 선발된 학생들은 군용 장비나 무기시스템을 운용하는 사람의 능력 향상을 연구한다. 장비가 아무리 최첨단이어도 운용자의 능력이 떨어지면 무용지물이 될 수 있기 때문이다. 구체적으로 소프트웨어를 개량, 항공기 조종 시스템을 단순화하거나 지향성 에너지 무기(DEW)에 대한 인체 취약성 연구 등을 수행한다.
윌터스가 속했었던 생체과학부서는 주로 나노입자무기, 화학병기, 피로감 등에 따른 임무능력저하를 분석하고 있다. “당시 사용했던 헬멧은 비행 시뮬레이터를 통한 실험에서 UAV 조종사들의 집중력 향상에 효과를 보였어요. 충돌 등 위험요인 발생 시 미량의 전류를 뇌로 흘려보내는데 조종사의 집중력을 무려 40분이나 유지시켰죠. 보통은 20분을 전후해 집중력이 크게 떨어지거든요.”
미래 전투병 트레이너
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