아래의 제시문에서 언급하고 있는 첨단과학 기술들 중 하나를 선택하여 생명공학과의 관련성을 설명하고, 이러한 첨단기술로 인한 미래 사회의 변화에 대하여 논술하시오.(1,200± 100자)
(가) 원시적 형태의 컴퓨터인 에니악은 어느 정도의 크기였을까? 거의 하나의 건물을 다 차지할 정도의 엄청난 크기를 자랑했다고 한다. 하지만, 현재의 컴퓨터는 무릎에 올려놓고 사용할 수 있을 정도의 크기로 소형화되었을 뿐 아니라 그 처리속도는 초기의 컴퓨터와는 비교도 할 수 없을 정도로 빨라졌다. 이러한 일이 어떻게 가능해졌을까? 정답은 바로 반도체 때문이다. 반도체란 도체와 부도체의 중간 정도의 비저항을 갖는 물질로 기본적으로 실리콘이나 게르마늄을 이용하여 만들지만 다른 불순물을 첨가하여 의도하는 대로 전류를 흐르도록 할 수 있는 성질을 가지고 있다. 초기에는 트랜지스터와 같이 단순한 형태로 이용되었으나, 현재는 이러한 원리를 이용하되 집적한 형태로 하여 많은 양의 정보를 한꺼번에 처리할 수 있도록 발전하고 있다.
반도체의 개발과 더불어 컴퓨터의 성능 또한 비약적으로 향상되었으며, 이용분야도 점점 확대되어 작게는 조그만 계산기에서부터 크게는 자동차, 항공기, 우주선에 이르기까지 반도체가 이용되지 않는 부분이 없다고 해도 과언이 아닐 정도이다. 하지만, 이러한 반도체의 연구도 끝이 보인다. 이유는 어이없게도 인간의 과학기술 발전 때문이다. 과학기술의 발전과 더불어 처리해야 하는 정보의 양의 점점 늘어나게 되면서 반도체에서 처리해야하는 정보가 증가하여 반도체의 집적도가 점점 증가하고 있다. 하지만, 제한된 크기의 반도체 내에서 더 많은 회로를 집적하기 위하여 금으로 회로를 만들고 있으나, 금의 굵기가 일정수준 이하로 가늘어지게 되면 전자가 금으로 만들어진 회로를 따라 이동하는 것이 아니라 오작동이 발생할 확률이 증가하게 되는데, 이제 거의 그러한 한계선까지 반도체의 집적이 이루어졌다는 것이다.
(나) 우선 일상생활에서 늘 접하는 금을 예로 들어 나노물질들이 독특한 성질을 발현하는 현상을 알아보자. 일반적으로 금하면 사람들은 누런색의 황금을 연상한다. 그러나 크기가 20nm 이하의 금덩어리(금 입자)는 빨간색을 띤다는 사실은 잘 모르고 있다. 마찬가지로 덩치 큰 벌크(bulk, 마이크로미터 이상의 크기) 상태의 은덩어리는 은백색을 띄고 있지만 나노크기의 은덩어리는 노란색을 띈다. 이처럼 모든 물질은 그 크기가 수-수십 나노미터 정도가 되면 색깔부터 달라진다. 뿐만 아니라 나노물질들은 그 크기가 조금씩만 변하여도 색깔이 변한다. 이를테면 CdSe 반도체 나노입자는 그 크기가 1.2nm에서 12nm로 크기가 증가함에 따라 청색에서 초록, 노란색을 거쳐 빨간색으로 변한다. 이처럼 나노미터 크기의 입자들이 분산된 용액들은 보통 형형색색의 무지개빛 형광을 발한다.
나노물질들은 이처럼 벌크상태와는 달리 매우 독특한 광학적인 성질을 나타낸다. 나노크기의 금 입자는 광학적인 색깔만 벌크상태와 다른 게 아니라 화학적인 성질도 크게 다르다. 일반적으로 금은 지금까지 매우 안정하고 화학반응에는 잘 참여하지 않는 귀금속으로 알려져 왔다. 그러나 2 ~ 5nm 크기의 금 입자들을 산화철(Fe2O3) 위에 부착시키면 상온 이하의 온도에서도 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 놀라운 촉매 반응성을 보인다. 뿐만 아니라 상온에서 프로필렌을 산소분자로 산화시켜 공업적으로 매우 유용한 분자인 프로필렌옥사이드를 생성시킨다. 따라서 이를 응용하면 불쾌한 냄새를 내는 분자들을 매우 효과적으로 산화시켜 냄새를 제거하기 때문에 화장실용 벽지로서의 개발도 추진되고 있다.
(다) 일종의 발전장치(發電裝置)라고 할 수 있다. 산화 ?환원반응을 이용한 점 등 기본적으로는 보통의 화학전지와 같지만, 닫힌 계내(系內)에서 전지반응(電池反應)을 하는 화학전지와 달라서 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어, 반응생성물이 연속적으로 계외(系外)로 제거된다. 가장 전형적인 것에 수소-산소 연료전지가 있다. 이 전지는 다 같이 알칼리 수용액을 전해질로 하며, 순수한 수소와 산소를 사용한다. 이 밖에도 수소 외에 메탄과 천연가스 등의 화석연료(化石燃料)를 사용하는 기체연료와, 메탄올(메틸알코올) 및 히드라진과 같은 액체연료를 사용하는 것 등 여러 가지의 연료전지가 나왔다. 이 중에서, 작동온도가 300℃ 정도 이하의 것을 저온형, 그 이상의 것을 고온형이라고 한다. 또, 발전효율의 향상을 꾀한 것이나, 귀금속 촉매를 사용하지 않는 고온형의 용융탄산염(溶融炭酸鹽) 연료전지를 제2세대, 보다 높은 효율로 발전을 하는 고체전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라고 한다.
최근, 가장 실용화에 접근한 것은 제1세대의 것으로서, 미국 UT사(社)를 중심으로 일반 민수용(民需用)으로 개발된 인산전해질(燐酸電解質) 연료전지가 그 좋은 예이다. 이것은 화석연료를 개질(改質)한 수소를 주성분으로 하는 수소가스와 공기 속의 산소를 사용한 수소-공기 연료전지이다. 연료전지는 저공해성이며, 소음이 없고, 배열(排熱)을 이용할 수 있기 때문에 종합효율이 높다. 1988년에 한국에서는 동력자원연구소와 한국전력(주) 기술연구원에서 메탄올을 연료로 하여 열과 전기를 동시에 얻는 5kW급 연료전지를 개발하였다. 이 연료전지는 천연가스 등의 연료와 공기 중의 산소를 반응시켜 전지를 얻는 기술로, 효율이 50~60 %로서 매우 높다.
[학생논술]
최근 들어 전자 기기의 소형화 열풍이 거세게 불고 있다. 특히 휴대폰이나 음악 감상 기기, 노트북 컴퓨터 등은 휴대성을 향상시키기 위해 점점 더 작아지고 있는데 여기에는 반도체의 역할이 크게 작용한다. 작은 크기에 더 많은 정보를 담기 위해서는 반도체가 필수적으로 사용되어야 한다. 그러나 집적도의 한계가 드러나면서 이제는 새로운 기술로써 그 한계를 극복하는 것이 절실한 때이다. 따라서 이 기술을 생명 공학에서 찾으려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
반도체라는 첨단 전자 산업과 생명 공학은 그다지 관련이 없고 그 접점을 찾기 어려워 보이지만 생명공학으로부터 충분히 획기적인 기술을 발견해 낼 수 있으며 다른 분야에서는 이미 그 기술을 적용한 사례가 있다. 보청기는 귓 속 고막의 원리를 응용하였고 수영복의 경우 물살을 빨리 가르기에 좋은 상어 비늘의 구조를 이용한 기술이 쓰인 바 있다.
그렇다면 반도체의 경우 어떤 생명 공학 기술을 이용할 수 있을까. 인간의 신경계 구조에서 그 답을 찾을 수 있다. 신경계와 반도체 회로는 구조나 원리 면에서 상당히 유사하다. 반도체 회로는 굵기가 매우 가는 금으로 만들어지고 신경계도 가느다란 신경 세포로 구성되어 있다. 또, 반도체는 전자가 회로를 이동하면서 정보를 전달하고 신경계는 세포 내부와 외부의 전기적 에너지 차이로써 자극을 전달한다. 이러한 점으로부터 착안하여 새로운 정보 전달 소재나 개선된 반도체를 고안해 낼 수 있을 것이며 그 형태는 금이 아닌 새로 개발된 물질로 이루어진 반도체일 수도 있고 인공적으로 형성된 정보 전달을 위한 신경 세포일 수도 있다.
이러한 기술이 개발된다면 인류 사회는 지금과는 다른 제2의 정보화 사회를 맞이하게 될 것이다. 정보 저장 능력이 뛰어난 신소재의 적용으로 무릎에 올려놓는 컴퓨터 대신 손에 쥐는 컴퓨터가 등장할 것이며 이와 연계하여 문서화 된 서류 대신 칩을 삽입하여 손 안의 컴퓨터로 작업할 수 있을 것이다. 넓은 도서관은 그 규모가 가판대만큼이나 작아질 것이고 주민등록증 대신 초소형 생체칩을 몸 안에 이식하여 신분 확인 절차의 간소화와 신분증 분실 건수 감소, 실종자 추적이 가능해 질 것이다.
과학 기술의 발달과 함께 정보의 양은 하루가 다르게 급증하고 있으나 그 방대한 양의 자료를 모두 처리하고 저장하기에는 지금의 기술로써 한계가 있다. 따라서 생명공학이라는 새로운 분야와의 접목을 통해 그 돌파구를 찾아야하며 그것이 성공했을 때 나올 시너지 효과는 막대할 것이다. 그리하여 더 나은 미래를 위한 신기술을 끊임없이 연구해야 한다.
[총 평]
논제의 요구사항인 ‘첨단과학 기술과 생명공학과의 관련성’, ‘첨단 기술로 인한 미래 사회의 변화’에 대해 적절히 기술했습니다.
서론, 본론, 결론의 분량이 형식 및 내용 면에서 균형을 이루고 있습니다. 문장이 대체로 자연스럽고, 띄어쓰기나 맞춤법도 비교적 잘 지켜진 편입니다. 문장의 논리성 측면에서 볼 때, 한 문장 내에서 전제와 결론 부분이 어긋나지 않고 충분한 연관성을 지니고 있으며, 전제에 따른 결론의 필연성을 획득하고 있습니다. 단, 간혹 문장 길이가 길어 의미전달이 모호한 경우가 있습니다.
첨단 과학 기술과 생명 공학 사이의 연관성을 획득하기 위해 제시한 사례가 적절하며, 이 둘 사이의 연관성에 주목하며 도입한 것도 적절합니다. 반도체와 신경계의 속성상 유사점을 짚어내어 이 둘 사이의 상관관계를 논함으로써 주어진 논의를 보다 심층적으로 전개했으며, 이로써 설득력을 획득하고 있습니다. 미래 사회에 대한 논의에서도 도서관의 규모 축소, 새로운 신분 확인 기술 등 앞 단락의 논의로부터 추론할 수 있는 발전된 사례를 제시함으로써 단락 간 흐름을 깨지 않으면서 논의를 심화하고 있습니다.
한 가지 아쉬운 점은 미래 사회의 전망에 있어서 긍정적 측면만을 언급함으로써 논리 전개의 균형을 유지하지 못한 점입니다. 주어진 분량을 고려하여 간략하게 논의되어야 할 부분은 과감히 정리하고, 다각적 사고를 표출하는 것이 적절합니다.