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[창의력 키우기] 과학창의력
'헬로∼공부야'는 영재교육 전문기관 와이즈만의 도움으로 과학 창의력과 수학 사고력을 키워줄 수 있는 다양한 예시문항을 게재합니다. 이번 주에는 거미줄 활용법, 작은 저장 매체에 정보 저장하기, 글자 암호 해독하기, 효과적으로 도형의 넓이 구하는 법 등의 주제를 다룹니다.
[초 등] 거미줄 특성 활용한 상품 제안
거미줄은 끈적끈적하고 탄력이 대단합니다. 거미줄을 인위적으로 여러 가닥 모으면 그 어떤 섬유보다 강하다고 합니다. 아침 이슬에 젖어 반짝이는 거미줄을 보면 금방 끊어질 것처럼 약해 보이지만, 같은 무게로 견주어보면 강철보다 5배 정도 튼튼하고 방탄복 소재로 쓰이는 합성섬유인 케블러(Kevlar)보다도 단단합니다. 또 신축성이 뛰어나 길이가 30% 정도 더 늘어나고 높은 온도에서 잘 견디며, 물에 젖지 않고 인체에 알레르기를 일으키지 않습니다.
이처럼 거미줄은 기막힌 소재지만 활용하기에는 많은 어려움이 있습니다. 거미는 누에처럼 고치를 따로 만들지 않는 데다 자기 영역을 침범당하면 목숨을 걸고 싸우기 때문입니다. 최근 많은 과학자가 인공적으로 거미줄을 만들어내는 연구를 벌이며 적지 않은 성과를 올리고 있어 머지않아 인공 거미줄을 사용할 수 있을 것으로 보입니다.
<문제>
대량의 인공 거미줄 만들기에 성공한다면 여러분은 거미줄을 어떻게 활용할 것인가요? 거미줄의 특성을 활용한 기발한 개발품을 만들어 주세요.
(단, 거미줄을 이용해 개발한 아이디어 상품의 이용 방법과 장점, 단점을 구체적으로 설명하세요.)
<해설>
거미줄은 거미가 항문에서 분비하는 실크(silk) 단백질로 만들어집니다. 어미 거미는 대개 1분에 5∼6피트의 실크를 분비합니다. 따라서 5천마리가 수명이 다할 때까지 뽑아내는 실을 모두 합쳐야 겨우 옷 한 벌을 짤 수 있습니다.
거미 실크는 경제성 측면에서 사용가치가 없었지만, 유전공학 발달에 힘입어 대량생산의 길이 트이게 되었습니다. 거미줄의 인공 합성에 가장 투자를 많이 한 기관은 미국 육군. 군사용품에 필요한 신소재의 하나로 거미 실크에 기대를 걸었기 때문이죠. 1989년 거미 실크의 단백질을 만드는 유전자가 발견되면서부터 강철 못지않은 생물재료라는 의미에서 생물강철(biosteel)이라 불리는 거미줄을 산업화하는 방법이 여러모로 개발됐습니다.
거미줄의 생산공장으로 가장 유망한 것은 누에로, 거미 실크의 단백질을 합성하는 유전자를 누에의 명주실을 분비하는 조직에 집어넣으면 결국 누에가 거미줄을 대량으로 합성하게 될 것이라는 생각에서 출발했습니다. 1998년 캐나다에서는 거미 유전자를 염소의 유방 세포 안에 넣어서 염소가 젖으로 거미줄 단백질을 대량 분비하게 하는 작업에 착수했습니다.
인공 거미줄이 생산되면 방탄복이나 낙하산 등 군사용품이나, 현수교를 공중에 매달 때 강의 양쪽 언덕에 건너지르는 사슬의 재료로 사용될 수 있겠죠. 인공힘줄, 인공장기에서 수술부위를 봉합하는 시트에 이르기까지 의료부문에서 쓰임새 역시 다양합니다.
[중 등] 많은 용량 데이터 저장 위해선
컴퓨터가 만들어진 후 데이터를 저장하기 위한 기록매체는 여러 변화를 거듭했다. 그 과정에서 1982년 처음 상용화된 CD(콤팩트디스크)는 큰 변화를 불러일으켰다. 아날로그 신호가 아닌 0과 1로 된 디지털 신호를 저장할 수 있게 됐기 때문이다. 합성수지로 된 원반에 레이저로 신호를 새겨 데이터를 저장하는 이 장치는 당시로는 큰 용량인 650MB를 저장할 수 있었다. 이후 1990년대 중반에는 DVD라는 표준이 만들어졌고 4.7GB의 데이터를 저장할 수 있게 됐다. 차세대 저장매체로 각광받는 'blu-ray(블루레이)'는 HDTV의 발달과 함께 최대 50GB의 용량을 저장할 수 있게 되었다.
<문제>
그런데 용량은 수십 배로 증가했으나 저장매체의 크기 자체는 전혀 변화하지 않았다. 어떻게 같은 크기의 저장매체에 훨씬 더 많은 정보를 저장할 수 있게 된 것일까?
<해설>
그 이유는 저장방식에서 찾을 수 있다. CD, DVD 등의 저장매체는 레이저를 이용해서 기록하기 때문에 광학식 저장매체라고 부른다. 이런 저장매체는 레이저로 0과 1을 디스크 표면에 기록하고 그 기록을 다시 읽어서 데이터를 불러낼 수 있다. 결과적으로 기록에 사용되는 공간이 작을수록 더 많은 양의 데이터를 저장할 수 있다. 이를 위해 더 짧은 파장의 레이저를 사용하게 된다. 물론 저장 매체도 더 고밀도로 만들어야 한다. 따라서 DVD 플레이어에서는 CD를 읽을 수 있지만 CD 플레이어에서는 DVD를 읽을 수 없는 것이다. CD에서 사용했던 레이저의 파장은 780nm(10-9m)였으며, DVD는 650nm의 파장을 사용했고 블루레이는 405nm 파장의 레이저를 사용한다.
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 / 입력시간: 2008. 03.18. 11:36
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