강 아래 강 Rio Abajo Rio

“~원 모어 타임~ 0.5km를 뛰었습니다.”
이어폰을 귀에 꼽고 최신 가요를 들으며 3km 달리기를 한다. 음악이 흘러나오는 중간, 달린 거리와 시간을 알려주는 음성이 흘러나온다. 조깅을 마친 뒤 MP3 플레이어 액정화면에 뛴 거리와 달린 시간, 그리고 열량(칼로리) 소모량이 표시된다. 김성규 씨는 요즘 건강달리기(조깅) 재미에 푹 빠졌다. 신발에 붙은 센서가 자동으로 운동정보를 검사해 줘 운동량을 체계적으로 관리할 수 있기 때문이다.

‘똑똑해진’ 신발 덕분에 즐거워진 사람은 김 씨뿐만이 아니다. 한국인의 표준발을 기준으로 만든 신발이 나와 자신의 발에 딱 맞는 운동화를 찾은 사람도 있다. 최근 첨단기술의 ‘날개’를 단 신발의 활약이 눈부시다. 어떤 날개를 달았는지 들여다보자.

김 씨가 이용한 운동화는 밑창에 들어가는 500원짜리 동전 크기의 송신센서와 MP3 아래쪽에 꽂는 수신기가 한 세트다. 달리기를 시작하면 송신센서가 가속도를 감지해 운동 거리와 시간, 그리고 소모된 열량을 계산한다. MP3에 꽂혀있는 수신기는 송신센서에서 보내는 운동데이터를 받아 MP3 플레이어의 액정에 보여주고 이어폰을 통해 이를 음성으로 알려준다. 김 씨는 이 데이터를 홈페이지에 올려 자신만의 달리기 일지를 만들었다. 지난여름 나이키가 애플의 MP3 플레이어 ‘아이팟나노’와 결합해 내놓은 ‘나이키플러스’(NIKE+)가 김 씨의 운동화다.

반면 추한감 씨는 신발로 운동량을 조절한다. 추 씨가 사용하는 모델은 신발 깔창 아래에 들어가는 ‘S3스피드센서’와 손목시계형 컴퓨터 ‘RS800’, 그리고 심박측정기가 붙어 있는 운동복 상의 한 벌로 이뤄진다. S3스피드센서가 운동정보를 측정해 손목시계형 컴퓨터인 RS800에 보내면 운동복 상의에 붙어 있는 심박측정기가 측정한 심장박동수 정보를 더해 체력 수준이나 나이, 그리고 운동 목적에 맞는 운동 강도를 제시해 준다. 추 씨는 아디다스가 핀란드의 세계적인 심박측정기회사 폴라일렉트로와 함께 내놓은 ‘프로젝트퓨전’(Project Fusion)을 사용한다.

나이키플러스와 프로젝트퓨전은 아이팟이나 RS800 같은 부가장비가 필요하지만 운동화에 센서와 운동량이나 비만도 같은 운동정보를 표시하는 액정장치가 붙은 일체형을 사용하는 최아영 씨도 있다. 최 씨는 추가로 사야할 장비가 필요 없는 국내 업체 아이손이 개발한 ‘아이런’으로 저렴한 가격에 ‘똑똑한 신발’의 코치를 받고 있다.

인터넷 쇼핑으로 신발을 사려는 주정홍 씨는 컴퓨터 앞에서 마우스를 수십 분째 만지작거리고 있다. 마음에 드는 신발을 골랐지만 치수가 고민이다. 주 씨는 발의 길이에 비해 발의 볼이 유난히 넓어 그동안 치수가 맞는 신발을 골라도 신발의 볼이 좁아 발이 불편한 경우가 많았다. 발이 한창 자랄 때는 발의 길이가 착화감(신발을 신었을 때 발이 편한 정도)에 가장 큰 영향을 미친다. 하지만, 발이 다 자란 뒤에는 발이 점점 두꺼워지며 둥근 형태가 된다. 이때부터 발의 길이보다 발의 볼이 착화감에 더 큰 영향을 미친다.

하지만, 이런 고민도 조만간 사라질 전망이다. 발의 치수를 정확히 재는 레이저스캐닝 기술이 발전하면서 수많은 사람의 발 모양을 고려한 신발이 등장했기 때문이다. 맞춤형 신발이 아닌 이상 대부분 사람의 발에 꼭 맞는 신발을 만들려면 ‘라스트’를 정교하게 만드는 일이 가장 중요하다. 라스트는 쉽게 말해 신발을 만들 때 사용되는 ‘발의 모형’이다. 한국신발피혁연구소는 프로스펙스와 함께 3년 동안 3000여 명의 성인 발의 부위를 39개 부분으로 나눠 정밀하게 측정해 한국인의 표준발 모델인 ‘한국형 라스트’를 개발했다.

여기에 참여한 신발피혁연구소 문광석 팀장은 “이번 연구를 통해 한국인의 표준발이 미국이나 일본인의 표준발과 비교했을 때 발의 길이에 비해 발의 볼이 더 크다는 사실이 밝혀졌다”며 “외국상표의 신발은 한국인보다 발의 볼이 좁은 외국인 발의 라스트를 적용해 만들기 때문에 길이만 보고 신발을 고를 경우 갑갑함을 느낄 수 있다”고 지적했다. 프로스펙스는 지난 10월 ‘한국형 라스트’를 적용한 러닝화 ‘듀플렉스’를 선보였다.

미국 워싱턴대의 고고학자 에릭 트린커스 교수는 2005년 8월 고고과학저널(JAS)에 발표한 연구보고서에서 초기 인류의 발뼈 수십 개를 조사한 결과를 토대로 인류가 튼튼한 신발을 신으면서 엄지를 제외한 나머지 작은 발가락이 해부학적으로 약해졌다고 주장했다. 인간의 발을 변화시킨 신발이 이제 인간에 의해 새롭게 변신하고 있다.
(글:안형준 과학칼럼니스트)

지난 2월 화재로 불타 버린 숭례문에 대해 문화재청은 “2006년 작성해놓은 ‘숭례문 정밀실측 조사보고서’를 바탕으로 원형 그대로 복구하겠다”는 방침을 발표했다. 이 보고서에는 2005년 숭례문 각 부분을 정밀하게 측정한 도면 182장과 1961년 중건 당시 도면 12장이 포함돼 있다. 숭례문에 쓰인 모든 목부재와 기와, 돌의 크기를 mm단위로 쟀을 정도로 정밀하게 기록돼 있다.

그러나 문화재청의 계획과 달리 숭례문의 완전복원은 사실상 불가능할 것이라고 보는 이가 많다. 숭례문의 기둥과 보로 쓰인 나무의 나이테를 조사한 결과 위층 대들보 위 기둥에 얹혀 있는 마룻보와 고주(高柱, 높은 기둥)는 조선 태조 숭례문 창건 당시의 목재였다. 화재로 불타 버린 숭례문 기둥에 쓰인 소나무는 과연 최고 목질의 나무였을까.

삼국시대나 고려시대에는 느티나무가 소나무보다 더 높은 평가를 받으며 궁궐이나 중요한 목조건물을 지을 때 많이 쓰였다. 내구성도 느티나무가 더 좋다는 게 전문가들의 평가다. 실제로 경북 경산 임당동 원삼국고분이나 부산 부천동 초기 가야 고분, 신라 천마총, 고려 부석사 무량수전의 기둥 16개는 모두 느티나무가 쓰였다.

박상진 경북대 임산공학과 명예교수는 “건물의 기둥으로 소나무를 사용할 때 100년을 버틴다면 느티나무는 300년은 버틸 수 있다”며 “느티나무의 비중은 1cm³당 0.70∼0.74g으로 소나무의 0.45∼0.50g보다 커서 마찰이나 충격에 훨씬 강하다”고 설명했다. 느티나무 목재는 나뭇결이 곱고 황갈색 빛깔에 윤이 난다. 또 벌레 먹는 일이 적고 다듬기까지 좋아 고급목재로 쓰였다.

그런데 조선시대에는 소나무가 널리 쓰였다. 느티나무가 밀려난 이유는 무엇일까. 고려 말기 몽골의 침입이나 무신정변 같은 사회 혼란을 겪으면서 축대벽을 쌓거나 건물을 짓느라 숲 속의 느티나무를 마구 벤 탓이다. 간혹 마을 인근에 느티나무가 자랐지만 이런 나무는 쓸 수 없었다. 울창한 숲 속에서 자란 나무는 ‘콩나물’처럼 곧고 기다란 형태를 지닌다. 반면 열린 공간에서 자란 나무는 키가 2~3m만 자라도 가지가 사방으로 돋아나 기둥으로 쓰기에는 부적합하다.

궁궐이나 사찰 같은 목조건물을 지으려면 10m 이상 곧게 자란 나무가 필요하다. 기둥으로 쓸 수 있는 나무가 필요했던 조선 왕조는 느티나무를 대신해 숲에 늘어난 소나무에 주목했다. 특히 경북 봉화나 울진, 강원지역의 금강소나무나 안면도 소나무는 전봇대처럼 곧게 자라나 이 조건에 맞았다. 그래서 이 지역은 민가에서 소나무를 함부로 베어내지 못하도록 출입을 막았다.

곧고 크게 자라는 나무로 전나무도 있다. 하지만, 금강소나무는 나무 바깥쪽의 변재보다 안쪽의 심재가 차지하는 비율이 상대적으로 높아 미생물이나 흰개미의 공격에 더 강하다. 심재가 2차 대사산물이나 송진 같은 여러 가지 화학물질을 담고 있기 때문이다. 왕실에서 금강소나무를 궁궐 목재로 고집한 것도 이런 이유다. 특히 금강소나무는 다른 소나무보다 단단하다. 생장이 더뎌 나이테가 촘촘하기 때문인데, 가령 다른 나무가 1cm 자라는 데 1년이 걸린다면 금강소나무는 3년이 걸릴 정도다.

나무의 강도로 치자면 도토리가 열리는 참나무가 으뜸이다. 참나무는 전국 어디서나 자생하기 때문에 목재를 구하기도 쉽다. 그러나 참나무는 비중이 1cm³당 0.8g으로 너무 무겁다. 비중이 크면 목재가 단단해서 대패질이나 톱질하는 데도 어려움이 따른다. 건축 자재로 이용하려면 적당한 강도와 가공하기 편리해야 한다는 조건을 갖춰야 한다.

그런데 현재 지름 1m가 넘는 금강소나무가 국내에 별로 없으며, 있어도 개인 소유로 정부가 활용하기 쉽지 않다. 금강소나무를 구하지 못해 숭례문 복원이 쉽지 않게 되자 일부에선 ‘더글러스 퍼’(Douglas-fir)란 나무를 수입해야 한다는 의견이 나오고 있다. 미국이나 캐나다 등지에 자라는 더글러스 퍼는 금강소나무와 재질이 비슷하며 색상이 붉어 정서적으로 비슷한 느낌을 준다. 하지만, 우리 민족의 정서를 대변하는 숭례문 복원에 외국에서 자란 목재를 쓴다는 것은 국민정서에 맞지 않은 측면이 있다.

이웃나라인 일본에선 궁궐의 보수나 복원을 위해 별도의 숲을 관리하고 있다. 가령 일본에서 3대 아름다운 숲으로 꼽히는 기소지방의 편백나무림은 일본 왕가의 조상신을 모시는 이세신궁(伊勢神宮)의 보수에 필요한 목재를 공급하고자 마련된 곳이다. 이제 우리나라도 산림청이나 문화재청이 앞장서 대비책을 마련해야 할 때이다.
(글 : 서금영 과학칼럼니스트)

비행기가 이륙하려면 충분한 양력을 만들 수 있는 활주로가 필요하다. 엔진이 내는 추진력으로 중력을 이기기 위한 거리다. 그런데 아무리 힘 센 엔진을 달아도 땅을 박차고 나는 일은 결코 만만치 않다. 비교적 소형 전투기인 F-16이 이륙할 때에도 400m가 넘는 활주로가 필요한 이유다. 하지만 웬일인지 덩치가 비슷한 F-18은 항공모함 위에서 불과 수십 미터만 달리면 날아오른다. 무엇 때문일까.

바로 ‘캐터펄트’라고 불리는 사출기가 있기 때문이다. 이 장치는 항공모함 위의 비행기, 즉 함재기를 ‘초고속 썰매’에 태워 이륙할 때까지 가속한다.활주 거리가 짧아도 함재기가 날 수 있게 도와준다. 그런데 최근 미군이 사출기의 대표적 모델이던 증기 추진식 사출기를 퇴출하겠다고 발표했다. 증기 사출기는 지난 반세기 동안 최첨단 군사과학의 결정체인 항공모함을 지켜온 기술이다.

항공모함이 처음 등장했을 때 함재기는 상당히 원시적인 방법으로 이륙했다. 엔진 출력을 최대한 높인 함재기의 뒷덜미를 붙잡았다가 순간적으로 놓는 방식이었다. 항공모함이 항해하는 속도와 이 때 생기는 맞바람이 함재기의 이륙을 도와주는 힘의 전부였다.

이 때문에 일각에서는 좀 더 효과적으로 함재기를 띄울 수 있는 방법을 고민하기 시작했다.
함재기의 이륙을 보조할 수 있는 장치가 있다면 덩치와 무장 탑재력을 한층 키울 수 있기 때문이다. 사출기가 등장한 건 이 같은 요구가 폭발적으로 제기된 제2차 세계대전이 계기가 됐다.

제2차 세계대전 중 영국 해군을 중심으로 본격 보급된 사출기는 주로 화약이나 압축공기를 뒤로 뿜었다. 함재기의 엔진 외에 다른 보조 동력을 이용한다는 측면에서 이는 항공모함 운용의 폭을 넓힌 중요한 사건이었다. 사출기의 힘을 빌린 함재기는 사력을 다해 이륙해야 했던 기존 함재기보다 연료소모도 줄이고 더 안전한 환경에서 날아오를 수 있었다.

종전 뒤 공중전의 주력이 폭격기에서 소형 전투기로 바뀌면서 사출기의 역할은 더욱 늘어났다. 함재기에 탑재하는 폭탄의 수와 종류가 많아졌고 공중전의 중심이 기관총에서 미사일로 바뀌면서 이런 중무장 상태에서 혼자 힘으로 항공모함에서 날아오를 수 있는 함재기는 사실상 없어졌기 때문이다. 자연히 ‘이륙 도우미’의 역할이 절실해졌다.

증기 추진식 사출기는 이륙 도우미의 역할을 만족스럽게 수행할 수 있는 힘을 갖고 있었다. 그것이 지난 반 세기 동안 온갖 첨단 기술이 들어온 항공모함에서 꿋꿋하게 자리를 지킬 수 있었던 이유다.

실제로 미군 주력 항공모함에 설치된 ‘C-13’이라는 증기 추진식 사출기 모델은 무게 35톤의 함재기를 76m 밀어내는 동안 시속 256㎞까지 가속한다. 2톤짜리 고급 승용차를 2400m 날려 보낼 수 있는 가공할 만한 힘이다. 이 같이 놀라운 성능 탓에 낮에는 37초, 밤에는 1분 간격으로 함재기를 발진시킬 수 있다. 그야말로 정신없이 함재기를 밀어내는 셈이다.

그런데 최근 미군은 차세대 핵추진 항공모함 ‘제럴드 R 포드’에 ‘레일건 사출 방식’이라고 불리는 전자기식 사출기를 적용키로 했다. 증기를 통해 물리적인 작용-반작용 원리를 이용하던 전통적 방식에서 벗어나 전자기력이라는 새로운 현상을 이용한 것이다.

전자기식 사출기의 원리는 이렇다. 이륙용 갑판 위에 전자석을 깐 다음 전류를 흘린다. 이 때 발생하는 전자기력은 함재기를 공중에 살짝 띄우는 동력이다.자기부상열차에서 실용화된 기술이다. 사출기는 전진하는 데에서도 전자기 원리를 활용한다. 같은 극끼리 밀어내고 다른 극끼리 끌어당기는 힘이 그것이다. 증기식 사출기가 공기가 꽉 찬 풍선을 놓았을 때 풍선이 앞으로 날아가는 원리를 이용한다면 전자기식은 이보다 진보된 기술적 개념을 갖고 있는 셈이다.

그렇다면 전자기식 사출기를 쓰면 구체적으로 어떤 점이 좋아지는 걸까. 우선 전자기식 사출기는 증기를 내뿜지 않기 때문에 거대한 보일러가 필요 없다. 좀 더 가벼운 선체로 움직일 수 있다는 말이다.

실제로 C-13 증기식 사출기의 무게는 무려 1500톤에 달한다. 미국의 주력 항공모함인 니미츠에는 C-13이 4기나 달려 있다. 엄청난 무게다. 배수량이 9만 톤 정도인 니미츠에서 단 4기의 단일 장비가 이만한 무게를 차지하는 건 놀라운 일이다. 이 때문에 전자기식 사출기를 도입한 항공모함은 기존보다 훨씬 가뿐한 상태로 항해할 수 있을 것으로 군사 전문가들은 전망한다. 더 많은 함재기와 무기를 적재해 전투능력을 향상시킬 수 있다는 얘기다.

게다가 전자기식 사출기는 기존 방식보다 좀 더 부드러운 이륙을 실현한다. 조종사가 좀더 안정적인 자세에서 항공모함을 떠나 임무를 수행할 수 있는 것이다. 게다가 소음과 진동도 줄고 에너지 효율도 향상되는 것으로 알려져 있어 전자기식으로의 패러다임 이동에 속도가 붙을 가능성이 높아지고 있다. 가격도 증기식은 330억, 전자기식은 250억 정도여서 이 같은 추세는 더욱 짙어질 것으로 보인다.

군사기술의 비약적 발전은 정치적 긴장을 전제로 하는 경우가 많다. 1980년 레이건 미국 대통령이 주도한 ‘별들의 전쟁’이 대표적이다. 소련이 쏜 대륙 간 탄도미사일을 우주에서 요격하겠다는 내용이었다. 올해 미국 과학기술 예산 증액 분 상당수가 군사기술 개발에 쏠린 것도 우연은 아닐 것이다. 과학기술이 가져오는 변화를 곰곰이 되짚어 볼 때다.
(글 : 이정호 과학칼럼니스트)