자연에서 놀다보니 공학공부 재미있어요

1874년 알렉산더 그레이엄 벨은 죽은 사람의 귀를 가지고 실험하다가 전화기의 기본 구조를 생각해냈다. 벨은 고막이 기계 자극을 통해 가운데귀의 귓속뼈들을 움직이는 것을 보고 이렇게 생각해냈다. "화장지처럼 얇은 막으로 그보다 훨씬 더 크고 무거운 뼈의 진동을 조절할 수 있다면, 더 크고 두꺼운 막으로 전자석 앞에 놓인 쇳조각을 진동시킬 수도 있지 않을까 하는 생각이 떠올랐다."

엔지니어들은 무엇을 어떻게 만들까 하는 아이디어를 어디에서 얻을까? 청소년에게 어떻게 공학을 가르칠까? 두 질문은 어느 때보다도 지금 가장 큰 의미가 있는 질문이다. 다행히 이 질문에는 훌륭한 답이 있다. 이 책은 자연에서 영감을 받은 접근법으로 청소년에게 공학을 가르치는 일을 다룬다. 자연에서 영감을 받은 공학이란 생물의 세계에서 아이디어를 얻어 설계 과제를 다루고 기회를 포착한다는 뜻이다. 자연에서 영감을 받은 공학은 현재 전문적인 공학 실무 영역의 최첨단에 있다.

예를 들면 산호초에서 영감을 받아 자동차 배기가스로 탄소 네거티브 시멘트를 만든다. 산호가 이산화탄소로 단단한 탄산칼슘 분자를 만들어내는 것을 모방하면 가능하다. 아니면 개미에게 영감을 받아 도시 계획을 세울 수 있다. 개미는 어마어마한 군집이 함께 지낼 수 있는 독창적인 수직 건축 양식을 발전시켰다. 세계에서 가장 인구 밀집도가 높은 멕시코시티에 개미에게 영감을 받은 도시 계획을 적용하면 초고층 건물 단 두 동에 모두가 살 수 있다.

이 모든 이야기는 학생과 선생님 모두 자연에서 영감을 받은 공학에 매료되지 않는다면 의미가 없다. 하지만 놀랍게도 자연에서 영감을 받은 공학 과정을 이수한 학생들은 80%가 공학에 흥미를 갖게 되었다고 답했다. 이는 미국 전국 평균의 5배에 이른다. 특히 여학생들이 더 극적으로 전국 평균의 38배나 되는 77%가 공학에 흥미가 생겼다고 답했다.

학생과 선생님 모두 자연에서 영감을 받은 공학에 호감을 품는 이유는 과학 기술이 희망을 주기 때문이다. 대자연을 멘토 삼아 우리의 과학 기술을 재해석하고 재창조함으로써 자연 세계처럼 제대로 기능하는 인간 세계를 꿈꿀 수 있다. 또 학생이 더 자주 밖으로 나가게끔 만들고 학교와 도시를 환경친화적으로 만든다. 학생과 주변 생물계와의 유대를 강화한다. 이렇게 공학 교육은 우리가 사는 세상을 더 잘 이해하고, 진가를 알아보고, 관계를 맺을 기회다.

공학으로 배우는 지속가능성은 '자연은 어떻게 인간과 달리 생산성의 뒤를 이어 훨씬 더 큰 생산성을 낳는 것일까'란 질문에서 시작한다. 자연은 더 많이 만들수록 더 풍요로워지며 보기 흉한 쓰레기가 아닌 더 큰 생산 능력을 남기기 때문이다.

자연이 무언가를 만드는 접근 방식에는 우리와 근본적으로 다른 점이 있다. 지속가능한 생물계를 만들어 내는 번성의 5가지 요소로 채굴 없는 원료, 오염 없는 동력, 무해한 설계, 독창적 효과, 무한한 사용 가능성이 있다. 반면 인간의 만드는 과정은 채취, 생산, 사용, 폐기로 이어지는 단순한 패턴을 보인다.

첫째, 채굴 없는 원료의 경우 자연은 공기에서 살아 있는 모든 것을 만든다. 자연은 이산화탄소 분자를 중심으로 다른 분자를 만든다. 식물은 기체 상태의 이산화탄소를 고정해서 생명 활동의 기본이 되는 포도당 같은 고형 탄수화물과 다른 목질 재료를 만든다. 거대한 숲은 본질적으로 압축한 이산화탄소라 할 수 있다. 둘째, 오염 없는 동력의 경우 지구에서 채굴한 원료 물질을 정제된 재료로 바꾸는 것이다. 이 단계는 불로 대표되는 에너지가 필요하다. 태양 에너지로 전자의 흐름을 만들어 내는 식물의 능력에서 인간은 영감을 받는다.

저자 새뮤얼 코드 스티어는 세계 각국의 교육 단체에서 찾는 교육 컨설팅 전문가로 STEM(과학·기술·공학·수학) 커리큘럼과 교사 교육을 제공하는 비영리 단체의 설립자다. 미국 오티스 예술디자인 대학 교수로 재직하면서 과학과 지속가능한 디자인을 가르치고 있다.

[박윤예 기자]

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