자연의 엔지니어가 전하는 놀라운 교훈

"자연에서 영감을 받다"라는 주제로 열리는 이 컨퍼런스에 참석하게 되어 정말 기쁩니다. 상상하실 수 있겠죠? 그리고 전희(foreplay) 섹션에 참여하게 되어 정말 기쁩니다. 이 섹션이 전희라는 걸 알아채셨나요? 제가 가장 좋아하는 동물 중 하나인 서부 논병아리에 대해 이야기하게 되었거든요. 이 녀석들이 구애 춤을 추는 모습을 보기 전까지는 인생을 논할 수 없을 겁니다. 저는 글레이셔 국립공원의 보우먼 호수에 있었는데, 길고 가느다란 호수에 산들이 거꾸로 뒤집힌 듯한 모습이었어요. 저와 제 파트너는 조정용 뱃머리를 가지고 있었죠. 그래서 조정을 하고 있었는데, 서부 논병아리 한 마리가 나타났습니다. 구애 춤을 추는 모습은 마치 둘이, 짝을 지어 물속으로 뛰어드는 것 같았습니다. 점점 더 빠르게, 점점 더 빠르게 헤엄치다가, 마침내 물 위로 떠오르는 듯한 속도로 똑바로 서서 마치 물 위를 헤엄치는 것 같았습니다. 우리가 노를 젓고 있을 때 논병아리 한 마리가 나타났어요. 우리는 마치 두개골 속에 있는 것처럼 아주, 아주 빠르게 움직였죠. 그런데 이 논병아리가 우리를 유망주로 착각하고는 우리 옆 물가를 따라 수 킬로미터를 구애의 춤을 추듯 달리기 시작했던 것 같아요. 멈췄다가 다시 시작하고, 다시 멈추고 다시 시작했죠. 이게 바로 전희예요. (웃음)

1:46 그 순간 저는 종을 바꿀 뻔했습니다. 물론 삶은 오락 분야에서 우리에게 무언가를 가르쳐 줄 수 있습니다. 삶은 우리에게 많은 것을 가르쳐 줄 수 있죠. 하지만 오늘 제가 이야기하고 싶은 것은 기술과 디자인 분야에서 삶이 우리에게 무엇을 가르쳐 줄 수 있는지에 대한 것입니다. 이 책이 출간된 이후, 주로 생체모방 연구에 관한 책이었는데, 건축가, 디자이너, 엔지니어, 즉 우리 세상을 만드는 사람들이 전화를 걸어 "생물학자가 디자인 테이블에 앉아 실시간으로 영감을 얻을 수 있도록 도와주세요"라고 말하기 시작했습니다. 아니면, 저에게는 정말 즐거운 부분인데, 자연 세계로 우리를 데려가 주세요. 디자인 챌린지를 진행하고, 자연 세계에서 우리에게 영감을 줄 만한 최고의 적응자들을 찾아갈 것입니다.

2:40 이건 저희가 폐수 처리 엔지니어들과 함께 갈라파고스 여행에서 찍은 사진입니다. 그들은 폐수를 정화하는 일을 합니다. 그런데 그들 중 일부는 사실 그곳에 가는 것을 매우 꺼렸습니다. 처음에 그들이 저희에게 한 말은, "우리는 이미 생체모방을 하고 있다"는 것이었습니다. 박테리아를 이용해서 물을 정화하고 있다고요. 그래서 저희는 "그건 자연에서 영감을 받는 게 아니다"라고 말했습니다. "그건 생물 처리 기술이고, 생물 보조 기술입니다. 생물체를 이용해서 폐수를 처리하는 건 "길들임"이라는 아주 오래된 기술입니다. 생물체로부터 무언가를 배우고, 아이디어를 얻어서 적용하는 것이죠." 하지만 그들은 여전히 ​​제대로 이해하지 못했습니다.

3:27 그래서 해변을 산책하러 갔는데, 제가 "음, 여러분의 큰 문제 중 하나를 말해 보세요. 지속 가능성을 방해하는 설계 과제, 즉 지속 가능성 속도 제한을 말해 보세요."라고 했습니다. 그들은 스케일링, 즉 파이프 내부에 미네랄이 쌓이는 현상을 이야기했습니다. 그리고 그들은 "집에서처럼 미네랄이 쌓이는 거 아시죠?"라고 말했습니다. 그러면 파이프 구멍이 막히고, 파이프를 독소로 씻어내거나 파내야 합니다. 이 스케일링을 막을 방법이 있다면… 그래서 해변에서 조개껍질을 주워서 "스케일링이 뭐예요? 파이프 안에 뭐가 들어있나요?"라고 물었습니다. 그들은 "탄산칼슘이에요."라고 대답했습니다. 저는 "이게 바로 탄산칼슘이에요."라고 말했습니다.

4:09 그리고 그들은 그것을 몰랐습니다. 조개껍질이 무엇인지 몰랐습니다. 단백질에 의해 주형화되고, 바닷물에서 나온 이온들이 그 자리에서 결정화되어 껍질을 만듭니다. 단백질 없이도 같은 과정이 파이프 내부에서 일어나고 있습니다. 그들은 몰랐습니다. 이는 정보 부족이 아니라 통합 부족입니다. 아시다시피, 사일로, 사람들이 사일로에 갇혀 있는 것과 같습니다. 그들은 같은 일이 일어나고 있다는 것을 몰랐습니다. 그래서 그들 중 한 명이 그것에 대해 생각해 보고 이렇게 말했습니다. "좋아요, 만약 이것이 바닷물에서 자동으로 일어나는 결정화, 즉 자기 조립이라면, 왜 껍질의 크기가 무한하지 않을까요? 무엇이 크기 변화를 막을까요? 왜 계속 자라지 않을까요?" 저는 이렇게 말했습니다. "음, 마치 단백질을 분비해서 결정화가 시작되고, 그 후 모두가 몸을 기울여 결정화를 막는 단백질을 놓아주는 것과 같은 원리입니다." 말 그대로 결정의 성장하는 면에 달라붙습니다. 그리고 실제로, 그 단백질, 즉 멈춤 단백질을 모방한 TPA라는 제품이 있는데, 파이프의 스케일링을 막는 환경 친화적인 방법입니다.

5:26 모든 게 바뀌었어요. 그때부터 엔지니어들을 다시 배에 태울 수 없게 됐죠. 첫날에는 하이킹을 했는데, 찰칵, 찰칵, 찰칵, 찰칵 하는 소리가 들렸어요. 5분 후, 그들은 다시 배에 올라탔죠. 이제 끝났어요. 아시다시피, 저는 그 섬을 봤어요. 그 후, 그들은 온통 기어 다녔어요. 우리가 허락하는 한, 그들은 스노클링을 했어요. 중요한 건, 그들이 평생 동안 해결하려고 노력했던 문제들을 이미 해결해 버린 유기체들이 세상에 존재한다는 걸 깨달았다는 거예요.

6:05 자연 세계에 대해 배우는 것은 하나의 일입니다. 자연 세계로부터 배우는 것은 전환입니다. 심오한 전환이죠. 그들이 깨달은 것은 질문에 대한 답이 어디에나 있다는 것이었습니다. 그들은 세상을 보는 렌즈를 바꾸기만 하면 됐습니다. 38억 년에 걸친 현장 실험. 10억에서 30억 년 -- 크레이그 벤터가 아마 말해줄 겁니다. 저는 3천만 개보다 훨씬 더 많은 잘 적용된 해결책이 있다고 생각합니다. 제게 중요한 것은 이러한 해결책들이 맥락 속에서 해결된다는 것입니다. 그리고 그 맥락은 바로 지구입니다. 우리가 문제를 해결하려는 바로 그 맥락이죠. 그러니까 삶의 천재성을 의식적으로 모방하는 것입니다. 비록 알이 헤어스타일을 바꾸려고 애쓰고 있지만, 맹목적으로 모방하는 것이 아닙니다. 자연 세계의 디자인 원칙, 천재성을 받아들이고 거기서 무언가를 배우는 것입니다.

7:07 이렇게 많은 IT 전문가들이 있는 그룹에서, 제가 굳이 언급하지 않을 부분은, 바로 소프트웨어 측면에서, 여러분의 분야가 생명체로부터 엄청나게 많은 것을 배웠다는 것입니다. 면역 체계처럼 스스로를 보호하는 컴퓨터가 있고, 우리는 유전자 조절과 생물학적 발달에서 배우고 있습니다. 신경망, 유전 알고리즘, 진화 컴퓨팅에서도 배우고 있습니다. 이건 소프트웨어 측면에서의 이야기입니다. 하지만 제가 흥미로운 점은 우리가 이 부분을 그렇게 많이 살펴보지 않았다는 것입니다. 제 생각에 이런 기계들은 실리콘 밸리의 물에 수십 가지의 발암 물질이 있다는 점에서 그다지 첨단 기술이 아닙니다. 따라서 하드웨어는 삶이 성공이라고 부를 만한 수준에는 전혀 미치지 못합니다. 그렇다면 컴퓨터뿐만 아니라 모든 것을 만드는 것에 대해 무엇을 배울 수 있을까요? 우리가 타고 온 비행기, 자동차, 우리가 앉아 있는 좌석에서요. 우리가 만드는 세상, 인간이 만든 세상을 어떻게 재설계할 수 있을까요? 더 중요한 건, 앞으로 10년 동안 우리는 무엇을 물어야 할까요? 세상에는 우리 삶에 유용한 멋진 기술들이 많이 있습니다.

8:25 교과 과정은 어떻게 되나요? 저에게는 세 가지 질문이 핵심입니다. 생명체는 어떻게 물질을 만들까요? 이건 정반대입니다. 우리가 물질을 만드는 방식입니다. 재료 과학자들은 이를 '열, 두드리기, 처리'라고 부릅니다. 위에서 아래로 깎아내는 방식으로, 96%의 폐기물과 4%의 생성물만 남습니다. 가열하고, 고압으로 두드리고, 화학 물질을 사용합니다. 좋습니다. 가열하고, 두드리고, 처리합니다.

8:53 생명은 그럴 여유가 없습니다. 생명은 어떻게 물질을 만들까요? 생명은 어떻게 물질을 최대한 활용할까요? 제라늄 꽃가루입니다. 그리고 그 모양 덕분에 공기 중을 쉽게 날아다닐 수 있습니다. 저 모양을 보세요. 생명은 물질에 정보를 더합니다. 다시 말해, 구조입니다. 생명은 물질에 정보를 더합니다. 물질에 정보를 더함으로써, 그 구조가 없을 때와는 다른 기능을 부여합니다. 그리고 셋째, 생명은 어떻게 물질들을 체계 속으로 사라지게 할까요? 생명은 물질을 다루지 않기 때문입니다. 자연계에는 체계에서 분리된 어떤 것도 없습니다. 아주 간단한 교과 과정입니다. 지금 더 많이 읽고 이야기를 따라가면서 생물학 분야에서 놀라운 일들이 일어나고 있습니다. 그리고 동시에 많은 기업들의 이야기를 듣고 그들이 겪는 엄청난 어려움들이 무엇인지 알아가고 있습니다. 두 분야는 서로 소통하지 않습니다. 전혀요.

10:11 생물학계에서 우리가 처한 이 진화적 난관을 헤쳐나가는 데 도움이 될 만한 것은 무엇일까요? 12번부터 아주 빠르게 살펴보겠습니다.

10:23 제가 가장 흥미롭게 생각하는 것은 자가 조립입니다. 나노 기술 측면에서 이 이야기를 들어보셨을 겁니다. 다시 조개껍질 이야기로 돌아가서, 조개껍질은 자가 조립되는 물질입니다. 왼쪽 아래에는 바닷물에서 형성되는 진주조개 사진이 있습니다. 미네랄과 폴리머가 겹겹이 쌓인 구조로, 매우 견고합니다. 최첨단 세라믹보다 두 배나 더 강합니다. 그런데 정말 흥미로운 점은 가마에서 만들어지는 세라믹과 달리 바닷물에서 만들어진다는 것입니다. 생물의 몸 가까이, 안팎으로, 그리고 바로 근처에서 일어납니다. 여기는 샌디아 국립 연구소입니다. 제프 브링커라는 사람이 자가 조립 코딩 공정을 개발했습니다. 실온에서 세라믹을 만드는 방법을 상상해 보세요. 무언가를 액체에 담갔다가 꺼내면 증발을 통해 액체 속 분자들이 서로 결합해서 마치 결정화가 일어나는 것처럼 퍼즐처럼 서로 맞물리게 됩니다. 우리의 모든 단단한 재료를 그런 식으로 만든다고 상상해 보세요. PV 셀, 태양 전지, 지붕에 전구체를 뿌리고, 빛을 모으는 층상 구조로 자가 조립하는 것을 상상해 보세요.

11:43 IT 업계에 흥미로운 소재가 있습니다. 바로 바이오 실리콘입니다. 규산염으로 이루어진 규조류입니다. 우리가 지금 만들고 있는 실리콘은 칩 제조 과정에서 발암 문제를 야기하고 있는데, 바로 이 생물 광물화 과정을 모방하고 있습니다. UC 산타바바라에서 촬영한 사진입니다. 이 규조류를 보세요. 에른스트 헤켈의 연구에서 나온 것입니다. 이렇게 가능하다고 상상해 보세요. 다시 한번 말씀드리지만, 이 과정 역시 주형화 과정을 거치고 액체 상태에서 고체화됩니다. 실온에서 이런 구조를 얻을 수 있다고 상상해 보세요. 완벽한 렌즈를 만들 수 있다고 상상해 보세요. 왼쪽에 있는 것은 별거북입니다. 루슨트 테크놀로지스 연구진이 발견한 렌즈로 덮여 있는데, 이 렌즈는 왜곡이 전혀 없습니다. 우리가 아는 렌즈 중 가장 왜곡이 없는 렌즈 중 하나입니다. 그리고 몸 전체에 수많은 렌즈가 있습니다. 흥미로운 점은 이 별거북이 자가 조립된다는 것입니다. 루슨트의 조안나 아이젠버그라는 여성은 현재 저온 공정을 통해 이러한 종류의 렌즈를 만드는 방법을 연구하고 있습니다. 그녀는 또한 광섬유를 연구하고 있습니다. 광섬유는 바다 스펀지처럼 생긴 물질에 광섬유가 들어 있는 것입니다. 광섬유의 맨 아래에는 빛을 움직이는 데 실제로 우리보다 더 효과적인 광섬유가 있는데, 이 광섬유는 놀라울 정도로 유연해서 매듭으로 묶을 수 있습니다.

13:13 또 다른 멋진 아이디어가 있습니다. 이산화탄소를 원료로 사용하는 것이죠. 코넬 대학교의 제프 코츠라는 사람이 스스로에게 이렇게 말했습니다. "식물은 이산화탄소를 우리 시대의 가장 큰 독으로 여기지 않아. 우리는 그렇게 생각해." 식물은 이산화탄소를 이용해 녹말과 포도당의 긴 사슬을 만드는 데 바쁘죠. 그는 촉매를 발견했고, 이산화탄소를 이용해 폴리카보네이트를 만드는 방법을 찾아냈습니다. 이산화탄소로 생분해성 플라스틱을 만든다니, 정말 식물과 비슷하네요.

13:42 태양 에너지 변환: 가장 흥미로운 현상입니다. ASU 연구진은 퍼플 박테리아 내부의 에너지 수확 장치를 모방하는 연구를 진행하고 있습니다. 더욱 흥미로운 점은 최근 몇 주 동안 수소화효소라는 효소가 양성자와 전자로부터 수소를 생성하고, 수소를 흡수할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 연료 전지, 즉 연료 전지의 양극과 가역 연료 전지에서 일어나는 현상과 거의 같습니다. 저희 연료 전지는 백금을 사용하고, 생명체는 매우 흔한 철을 사용합니다. 그리고 한 연구팀이 수소를 다루는 이 수소화효소를 모방하는 데 성공했습니다. 백금 없이도 연료 전지에서 수소를 생성할 수 있다는 것은 매우 흥미로운 일입니다.

14:33 형태의 힘: 여기 고래가 있습니다. 이 고래의 지느러미에 결절이 있는 것을 보았습니다. 그리고 그 작은 돌기들은 실제로 효율성을 높여줍니다. 예를 들어 비행기 가장자리의 효율성을 약 32% 높입니다. 날개 가장자리에 이것을 붙인다면 화석 연료를 엄청나게 절약할 수 있을 겁니다. 색소 없이도 색깔을 만들 수 있습니다. 이 공작은 모양으로 색을 만들어냅니다. 빛이 투과되고, 층에서 반사되는데, 이를 박막 간섭이라고 합니다. 마지막 몇 겹의 층이 빛을 이용해 색을 만들어내는 자가 조립 제품을 상상해 보세요. 표면 바깥쪽에 모양을 만들어서 물만으로도 스스로 세척할 수 있다고 상상해 보세요. 잎이 바로 그런 역할을 합니다. 가까이서 찍은 사진이 보이시나요? 저건 물덩어리이고, 저건 먼지 입자입니다. 그리고 저건 연잎을 가까이서 찍은 사진입니다. 로터스산이라는 제품을 만드는 회사가 있는데, 건물 외벽 페인트가 마르면 자가 세척 잎의 융기가 생기고, 빗물이 건물을 세척하는 원리를 모방한 것입니다.

15:47 물은 우리의 가장 크고 위대한 도전이 될 것입니다. 바로 갈증을 해소하는 것입니다. 물을 끌어올리는 두 가지 유기체를 소개합니다. 왼쪽은 안개 속에서 물을 끌어올리는 나미비아 딱정벌레입니다. 오른쪽은 쥐며느리로, 공기 중에서 물을 끌어올리고 깨끗한 물은 마시지 않습니다. 몬터레이의 안개와 애틀랜타의 땀 냄새 나는 공기에서 건물 안으로 물이 들어오기 전에 물을 끌어올리는 것이 핵심 기술입니다.

16:19 분리 기술은 매우 중요해질 것입니다. 더 이상 단단한 암석 채굴을 하지 않는다면 어떨까요? 폐기물에서 금속을 분리해 낼 수 있다면 어떨까요? 물 속의 소량의 금속을 말이죠. 미생물이 하는 일이 바로 이것입니다. 미생물은 물에서 금속을 킬레이트화합니다. 샌프란시스코에 MR3라는 회사가 있는데, 미생물 분자를 모방한 물질을 필터에 삽입하여 폐기물을 채굴합니다. 친환경 화학은 물 속의 화학입니다. 우리는 유기 용매 속에서 화학을 합니다. 이 사진은 거미에서 방사구가 나오고 거미줄이 만들어지는 모습입니다. 아름답지 않나요? 친환경 화학은 산업 화학을 자연의 레시피북으로 대체하는 것입니다. 쉽지 않은 일입니다. 생명체는 주기율표의 원소 중 일부만 사용하기 때문입니다. 그리고 우리는 독성 원소까지 모두 사용합니다. 주기율표의 일부 원소를 이용하여 세포와 같은 기적의 물질을 만들어낼 수 있는 우아한 레시피를 찾아내는 것이 친환경 화학의 과제입니다.

17:38 시간 경과에 따른 분해: 더 이상 좋지 않다고 생각될 때까지 좋은 상태로 유지되다가, 정해진 시간에 녹아내리는 포장재. 여기 바닷물에서 발견할 수 있는 홍합인데, 바위에 붙어 있는 실에는 시간이 정해져 있어서 정확히 2년이 지나면 녹기 시작합니다.

17:55 치유: 좋은 아이디어네요. 저기 있는 작은 녀석은 완보동물입니다. 전 세계적으로 백신이 환자에게 전달되지 않는 문제가 있습니다. 냉장 보관이 어떻게든 망가졌기 때문입니다. "콜드 체인"이라고 하는 것이 망가진 거죠. 브루스 로스너라는 사람이 완보동물을 연구했습니다. 완보동물은 완전히 말라도 몇 달씩이나 살아 있고 스스로 재생하는 능력이 있습니다. 그리고 그는 백신을 건조하는 방법을 찾아냈습니다. 완보동물 세포 안에 있는 것과 같은 종류의 설탕 캡슐에 백신을 담는 것이죠. 즉, 백신을 더 이상 냉장 보관할 필요가 없다는 뜻입니다. 장갑함에 넣어두면 되죠. 생물에게서 배우는 것이죠. 이 세션은 물에 관한 것입니다. 물 없이도 생존할 수 있는 생물에 대해 배우고, 냉장 없이도 오랫동안 지속되는 백신을 만드는 방법을 배우는 것입니다.

19:02 12번까지는 못 갈 것 같아요. 하지만 제가 말씀드리고 싶은 건, 이 모든 적응 외에도 가장 중요한 건, 이 유기체들이 자손을 돌볼 곳을 지키면서 놀라운 일들을 해낼 방법을 찾아냈다는 사실입니다. 전희를 할 때, 그들은 아주 아주 중요한 것을 생각하는데, 바로 자신의 유전 물질이 지금으로부터 만 세대 후에도 남아 있기를 바라는 것입니다. 즉, 자손을 돌볼 곳을 파괴하지 않고도 자신의 일을 할 수 있는 방법을 찾는 것입니다. 이것이 설계의 가장 큰 과제입니다. 다행히도, 우리에게 최고의 아이디어를 기꺼이 선물해 줄 천재들이 수백만 명이나 있습니다. 그들과 대화하는 행운을 빌어요.

20:03고맙습니다.

20:04(박수)

20:18크리스 앤더슨: 포플레이에 대해 말씀드리자면, 12까지 말씀드려야 할 것 같습니다. 하지만 정말 빨리요.

20:22 Janine Benyus: 아, 정말요? CA: 네. 10, 11, 12의 10초 버전 같은 거죠. 슬라이드가 너무 멋지고 아이디어도 너무 좋아서 10, 11, 12를 보지 않고는 못 지나갈 것 같아요.

20:33JB: 좋아요, 이걸 넣어 보세요. 좋아요, 이걸 잡겠습니다. 좋아요, 좋아요. 자, 이게 바로 치유의 핵심입니다. 감지하고 반응하는 것, 피드백은 정말 중요한 요소입니다. 이건 메뚜기입니다. 1제곱킬로미터 안에 8천만 마리가 살지만 서로 충돌하지 않습니다. 그런데도 우리는 매년 360만 건의 자동차 충돌 사고를 겪습니다.(웃음) 네, 맞아요. 뉴캐슬에 이 뉴런이 매우 크다는 걸 발견한 사람이 있습니다. 그리고 그녀는 메뚜기의 이 매우 큰 뉴런을 기반으로 충돌 회피 회로를 만드는 방법을 연구하고 있습니다.

21:13 11번은 정말 중요하고 중요한 질문입니다. 바로 번식력 증가입니다. 순번대로 농사를 짓는다는 뜻입니다. 우리는 번식력을 키워야 합니다. 그리고, 네, 식량도 얻습니다. 우리는 이 지구의 역량을 키워 생명에게 더 많은 기회를 만들어내야 하기 때문입니다. 사실 다른 생물들도 마찬가지입니다. 전체 생태계가 하는 일도 바로 그것입니다. 생명에게 더 많은 기회를 만들어내는 것이죠. 하지만 우리의 농업은 정반대입니다. 초원이 토양을 만드는 방식에 기반한 농업, 토종 유제류 떼가 목초지의 건강을 증진하는 방식에 기반한 목축업, 심지어 습지가 물을 정화할 뿐만 아니라 놀라울 정도로 생산성을 높이는 방식에 기반한 폐수 처리조차도 마찬가지입니다.

22:05 이게 바로 간단한 설계 개요입니다. 38억 년 넘게 이 시스템이 이 문제를 해결해 왔기 때문에 간단해 보입니다. 즉, 자신의 공간을 어떻게 개선하고 달콤하게 만들지 알아내지 못한 유기체들은 우리에게 그 사실을 알려줄 수 없습니다. 이것이 열두 번째입니다. 생명, 이것이 바로 비밀의 비법, 마법의 비법입니다. 생명은 생명에 적합한 환경을 조성합니다. 토양을 만들고, 공기를 정화하고, 물을 정화하고, 당신과 내가 살아가는 데 필요한 기체들을 혼합합니다. 그리고 이 모든 것을 훌륭한 전희를 즐기면서 그들의 욕구를 충족시키는 과정에서 이루어집니다. 따라서 이 둘은 상호 배타적이지 않습니다. 우리는 이곳을 에덴으로 만들면서 동시에 우리의 욕구도 충족시킬 방법을 찾아야 합니다.

23:05CA: 자닌, 정말 고맙습니다. (박수)