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우리가 사는 세상을 창조한 엔지니어, 그들의 마음속으로 떠나는 여행
“바코드, 현금자동입출금기, 휴대전화, 일회용 기저귀, 영화〈새〉…
인류 문명의 발달에 기여한 혁신 기술의 근원을 밝힌다!”
〈사이언스〉〈네이처〉 추천 2016년 가장 주목할 만한 과학교양서
휴대전화나 냉장고처럼 매우 기술적인 산물에서부터 가구나 책과 같은 단순한 물건들에 이르기까지, 우리가 사는 세상에는 엔지니어들의 손길이 닿지 않은 것들을 찾아보기 힘들 만큼 공학의 힘이 곳곳에 존재한다. 하지만 무에서 유를 창조한 엔지니어들에 대한 평가는 야박하기 그지없다. 신간《맨발의 엔지니어들》(원제: Applied Minds)은 18세기 프랑스 전쟁에서 시작해 오늘날의 디지털 세상으로 우리를 안내하며, 역사적으로 엔지니어들이 뛰어넘은 여러 가지 도전들을 소개하고 발상의 근원을 밝힌다. 공학의 업적보다 공학적 사고에 초점을 맞춰 파나마 운하나 부르즈 칼리파 같은 거대 공학 시스템을 개발하고 구축한 엔지니어들의 사고 과정을 집중 조명한다.
미국국립과학원 정책자문위원이자 생의학공학자인 저자는 복잡한 문제에 도전하는 엔지니어들이 세 가지 특성을 보인다고 말한다. 이들은 논리, 시간, 순서 그리고 기능으로 연결된 복잡한 문제의 구성요소를 분해하여 구조를 파악하고, 제약조건 아래 설계를 완성하며, 문제에 대한 타당한 해결책을 얻기 위해 제약조건 아래 트레이드오프, 즉 절충을 한다는 것이다. 저자에 의하면 이 세 가지 특성을 모두 지닌 엔지니어들은 복잡한 문제를 처리 가능한 개별 요소로 분해하는 ‘모듈식 시스템 사고’를 활용한다. 그들은 시행착오적 접근방식을 선호하기도 한다. 예를 들어 구글 엔지니어들을 어떤 문제를 해결하기 위해 최상의 방법을 놓고 긴 시간 토론하기보다 즉각 실행해보고 반복하면서 정교하게 다듬어가는 접근방식을 따른다.
책 전반에 걸쳐 저자는 다양한 사례를 소개하며 베일에 가려 있던 엔지니어들의 활약상을 상세하게 전한다. 18세기에 루이 15세를 위해 대포를 설계했던 발리에르와 그리보발의 이야기로 서두를 열고 1900년대 초에 클래런스 손더스가 어떻게 슈퍼마켓 디자인을 혁신했는지, 제2차 세계대전 당시 마거릿 허친슨이 어떻게 페니실린 대량생산 방법을 개발했는지, 1970년대에 스티브 새슨이 어떻게 디지털 카메라 산업을 어떻게 개척했는지 그리고 현대 엔지니어인 G.D. 아가르왈과 비르 바드라 미슈라가 어떻게 인도 갠지스 강 정화를 위한 해법을 모색해왔는지 등을 소개한다. 표준시간대, 우편번호, 바코드 등의 개발 과정을 다루면서 엔지니어들이 시스템 효율을 높이기 위해 어떻게 표준화를 활용하는지도 설명한다.
방대한 자료 분석과 사례 연구를 통해 공학의 눈부신 역사를 개괄하고 엔지니어의 마인드를 분석하여 일상에 적용 가능한 실용적 측면을 상세하게 소개하고 있는 이 책은, 공학적 사고에 대한 훌륭한 안내서이자 창조적 사고를 할 수 있도록 도와주는 교과서다. 독자들은 실용적이면서도 깊이 있는 분석이 담겨 있는 이 책을 통해 일상을 압박하는 무거운 과제들에 대한 특별한 해결책을 찾아낼 수 있을 것이다. 또한 공학적 사고에서 빌린 전략을 어떻게 적용할지 미래의 경로를 미리 추적해볼 수 있다.
‘몽타주의 달인’ 히치콕의 영화는
모듈식 시스템 사고가 극적으로 발현된 공학의 결과물
공학적 사고는 다양한 직종에 성공적으로 적용될 수 있다. 공학적 사고의 핵심 요소인 구조, 제약조건, 트레이드오프와 기본 개념인 재조합, 최적화, 효율, 표준화, 시제품화 등이 비공학적인 문제를 해결하는 데 효과적이기 때문이다. 저자는 공학적 사고를 지닌 대표적인 인물로 영화감독 앨프리드 히치콕을 꼽으며 그의 영화에 모든 공학적 사고의 핵심 요소와 기본 개념이 집약되어 있다고 말한다. 히치콕이 영화계에 남긴 많은 혁신적 업적들은 엔지니어로 활동한 직업 경험에서 비롯되었으며 후대 감독들을 위한 도약의 발판을 마련하는 데 기여했다는 것이다.
히치콕의 목표는 꿈을 시계의 똑딱 소리와 같은 현실적인 무언가로 바꿔 관객으로 하여금 직접 악몽을 경험하도록 하는 것이었다. 이를 위해 히치콕은 모든 것, 심지어 관객에게 등골을 오싹하게 만드는 매우 직접적이고 본질적인 경험을 가져다주는 긴장감이 넘치는 장면을 연출할 때도 기술적인 논리를 적용했다. 그는 영화 편집에 있어 전형적인 모듈식 시스템 접근방식이자 현대 영화에 큰 영향을 미친 몽타주의 달인이었다. 히치콕의 대표작 중 하나인〈사이코〉는 그가 모듈식 시스템 사고는 물론 공학적 사고의 핵심 요소인 구조, 제약조건, 트레이드오프를 어떻게 다루는지를 잘 보여주고 있다.
〈사이코〉에서 가장 독창적인 장면은 벌거벗은 여자가 샤워하다가 칼에 찔려 죽는 모습이다. 그러나 영화적으로 말하면 이 장면은 한 번에 찍은 것이 아니었다. 〈사이코〉를 걸작의 반열에 올려놓은 것은 바로 그가 부린 가위의 마술이었다. 이는 모듈식 시스템 사고가 극적으로 발현된 기술이라 할 수 있다. 히치콕에게 자르기는 단순히 자르기가 아니었다. 자르기는 무언가를 끊어낸다는 뜻으로 사용되지만 그에게는 조립이라는 의미였다. 그는 관객의 시선이 다른 곳으로 옮겨가기 전에 연속적으로 움직이는 필름 조각들을 조립했던 것이다.
기술 예술가인 히치콕의 접근방식은 확실히 남달랐다. 그는 칼, 얼굴, 손, 샤워기, 발, 욕조에 담긴 물, 커튼 위의 검은 그림자 등 78개나 되는 필름 조각들을 섞고 맞추면서 공포감을 연출해냈다. 히치콕은 이렇게 말했다. “〈사이코〉는 최소한의 폭력을 사용한 영화이지만 관객의 마음속 긴장감은 최고조에 이르렀다. 그런 긴장감이 필름에서 관객의 마음으로 옮겨갔던 것이다. 영화가 막바지에 이를 때까지 폭력적 요소를 전혀 넣지 않았는데도 관객은 극도의 공포감을 느끼며 소리를 질러댔다. 고맙게도 말이다.”
저자는 히치콕을 가리켜 최종 결과를 미리 정해놓고 그것을 어떻게 구현할지를 거꾸로 생각하는 백워드 사상가(backward thinker)라고 말한다. 히치콕은 최종 창조물을 미리 정해두고 있었지만 유연하게 바꾸었고, 즉흥적인 것을 구현하는 데 가치를 부여했다. 그는 영화 촬영의 기술적인 측면을 구현하고 스토리와 대사를 체계적으로 구성하는 데 엔지니어로서 쌓은 경험을 적용했다. 50여 편에 이르는 그의 영화에서 공학과 기술이야말로 스토리를 이어가게 해주는 숨은 공로자였다.
페니실린 대량생산시대를 연 마거릿 허친슨…
베일에 가려진 엔지니어들을 찾아서
생물학자인 알렉산더 플레밍은 오늘날 널리 사용되는 항생제 중 하나인 페니실린을 발견한 후 한동안 이렇다 할 연구 성과를 올리지 못했다. 그러다 화학공학자인 마거릿 허친슨이 발효 연구와 정유 공장의 화학물 분리 과정을 접목시켜 페니실린을 대량생산하는 데 성공하면서 그 효능이 널리 인정받자 다른 두 명의 과학자와 노벨생리의학상을 공동 수상했다. 플레밍과 두 과학자에게는 기사 작위가 수여되는 등 수많은 명예가 답지했지만, 정작 필요한 때 대량생산의 쾌거를 이룬 허친슨과 그녀의 동료들은 페니실린의 역사에서 짤막하게 언급되어 있을 뿐이다. 국가의 영웅이란 칭호를 얻은 플레밍의 장례식은 런던의 세인트폴 성당에서 국장으로 치러졌지만, 허친슨은 아무런 격려도 받지 못하고 매사추세츠 주의 자기 집에서 조용히 눈을 감았다.
이런 평가에는 여성에 대한 차별도 한몫했겠지만, 공학을 과학보다 아래로 보는 시각도 크게 작용했을 것이다. 저자는 최초의 창조도 중요하지만 그것을 현실에 맞게 개선하고 각색하는 것 역시 중요하다고 말한다. 비록 창작과 동일한 수준으로 인정받지 못하더라도 각색도 뛰어난 창작 활동의 일종이라는 것이다. 그런 면에서 공학은 우리 삶을 더욱 풍요롭게 만들 수 있다. 포도주 틀을 목판 인쇄에 활용한 구텐베르크의 공학적 발명으로 지식 혁명이 촉발되었다는 사실만 봐도 그렇다. 도요타생산방식은 식료품 체인점 피글리위글리의 운영 원칙을 각색해 받아들였고, 존 셰퍼드배런은 초콜릿바 뽑기 기구의 이미지를 구상하다 현금자동입출금기를 개발했으며, 허친슨은 정유회사에서 활용하는 화학물 분리 과정을 적용해 페니실린을 대량생산했다. 저자는 이런 공학적 접근방식이야말로 단순한 모방을 넘어 전략적 영감과 목적에 따라 이루어진 참신한 창조라고 주장한다.
그 대표적인 사례로 18세기 프랑스 장군 그리보발이 선호했던 파라미터 변이 원리 덕분에 오늘날 응용 제조 기술을 활용해 고품질의 약품, 백신, 청량음료, 식품 등의 표준화된 생산이 가능했다. 파라미터 변이란 다른 요소들을 일정하게 유지한 상태에서 각 요소를 개별적으로 시험하거나 교체하는 원리를 일컫는데, 저자는 이런 사례가 공학이 경제 발전에서 핵심적인 역할을 해왔음을 보여주는 단적인 증거라고 주장한다. 한마디로 말하면 공학은 현실세계의 문제를 해결하는 데 집중하는 학문이다. 실험실에서는 별 탈 없이 나오는 결과도 현실에서는 여러 가지 제약조건들 때문에 적용하기 어려운 경우가 많다. 공학은 우리로 하여금 허친슨이 그랬듯 재조합하고 최적화하고 때로 시행착오를 거듭하면서 유용한 해결책에 접근하도록 해준다.
인간은 발견자이기 전에 도구 제작자다
물리학자인 아이작 뉴턴이 우주의 물리법칙을 발견했지만 태양계 바깥으로 탐사선을 쏘아 올린 것은 엔지니어들이었다. 분자생물학자인 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 DNA 구조를 규명했지만 줄기세포 응용 기술은 공학자들의 업적이었다. 과학의 핵심이 ‘발견’이라면 공학의 정수는 ‘창조’다. 저자는 역사를 거슬러 올라가서 보면 인간은 ‘발견자’이기 전에 ‘도구 제작자’로서 문명을 일구었다고 주장한다. 저자의 주장대로 사실 공학의 많은 도구들이 더 나은 과학을 추구할 수 있는 인간의 능력을 향상시켜왔다. 과학자들은 자신들의 이론을 제안하거나 시험하거나 발전시키는 데 필요한 막대한 양의 자료를 수집하기 위해 공학에 의존하고 있다.
저자는 자연법칙과 과학적 증거에 의존하는 공학은 새로운 과학 지식을 생성하는 데 기여한다고 말한다. 비행기는 공기역학자들의 공식적인 연구가 이루어지기 전에 이미 구현되었다. 증기엔진은 열역학이라는 새로운 과학 분야를 열었고, 산업혁명은 과학 연구를 위한 길을 개척했다. 학자들은 공학이 앎과 실천이라는 독립된 영역을 차지해왔기 때문에 별개의 것으로 존중받아야 한다고 오랫동안 주장해왔다. 저자는 플라톤 이래 순수 지식의 우월함을 강조하는 서양의 지적 편향 때문에 공학이 경시되어왔다고 주장한다. 기술이 과학과 공학의 산물임에도 불구하고 공학에 대한 언급 없이 ‘과학과 기술’이라고 불리는 것은 매우 불행한 일이라며 안타까워한다. 아울러 공학사상가 헨리 페트로스키의 말을 빌려 “과학은 공학의 도구다. 끌이나 정이 조각품을 창조했다고 말하지 못하는 것처럼 과학이 로켓을 만들었다고 말할 수 없다”라고 설파한다.
과학의 가치는 이미 우리가 배운 대로 과학의 목적에 내재되어 있다. 기본적으로 과학은 정해진 결과물을 멀리한다. 공학은 이처럼 궁극의 주관성을 받아들인다는 생각과 반대로 달려간다. 객관성은 실패를 방지하거나 혹은 실패를 분석하고자 할 때 엔지니어에게 유용한 원칙이 될 수 있다. 저자는 현실에서 과학과 공학의 공생은 두 분야 간의 불일치와 각각의 결점을 보완하는 데 도움이 된다고 말한다. 브루클린 다리의 설계와 달리 과학에서는 지식의 완결판이란 없다고 덧붙인다. 우리가 내린 가설이 우리를 어떤 방향으로든 데려갈 수 있다는 것이다.
공학적 사고는 인류에게 문명으로 가는 길을 열어주었다
인생은 우리 앞에 늘 불편한 문제를 던진다. 그리고 끊임없이 좋은 선택을 해야 한다는 압박에 시달리도록 한다. 아이디어와 금전적 자원이 한정된 시대에 우리는 어떻게 최소의 것으로 최대의 것을 만들 것인가? 어떻게 정치, 경제, 교육, 의료 등의 분야에서 비효율이 확산되는 것을 막을 것인가? 저자는 이런 문제들에 내재된 요소들을 매일같이 다루는 사람들이 엔지니어들이라고 말하며 이 책을 통해 모듈식 시스템 사고와 구조, 제약조건, 트레이드오프를 활용해 문제해결을 도모하는 다양한 엔지니어들을 소개한다.
세계에서 가장 높은 건물인 두바이의 부르즈 칼리파는 마이크로소프트 오피스 제품과 비슷한 점이 없어 보이고, 디지털 서라운드 음향은 도시 전역의 통신망과는 다르게 작동한다. 그러나 이런 공학의 업적들에는 많은 공통점이 있다. 공학은 문화의 하드웨어이자 경제성장의 엔진이며 경제 발전을 위한 새로운 기회와 경로를 지속적으로 제시한다.
저자는 공학적 사고는 좀 더 철학적이고 논쟁적이며 현실적으로 삶을 바라보도록 해주지만 그렇다고 만병통치약은 아니라고 말한다. 다만 삶을 위한 지속적인 인식의 전형이고 내구성 있고 실용적인 구조물이라 정의한다. 아울러 공학적 사고는 따로 교육을 받지 않아도 누구나 습득할 수 있으며 어디에나 적용할 수 있는 다기능 도구상자와 같다고 덧붙인다. 비전을 공유하면 인간은 더 나은 해법을 찾을 수 있고, 중구난방의 움직임을 진보의 힘으로 응집시킬 수 있고, 현재와 미래의 복잡성을 해소하기 위해 사회적 근육을 단련시킬 수 있다. 인간은 각자의 운명을 스스로 설계한다는 측면에서 모두가 엔지니어다.
