자연에서 배우는 발명의 기술(지식은 내 친구 11)(양장본 HardCover)

신나는 생체 공학의 세계를 가장 쉽고 명료하게!

발명과 기술의 원리를 알고 싶은 어린이에게

그리고 어른에게도 강력 추천하는 생체 공학 입문서.

새처럼 날고 물고기처럼 헤엄치고 싶다면,

편리하고 안전하면서 환경에 해가 없는 제품을 개발하고 싶다면,

자연의 매혹적인 생존 기술에서 답을 찾아보라.

일상에 담긴 과학의 원리와 발명의 근본을 알려 주는

어린이 · 청소년 과학 필독서



■ 21세기 가장 주목받는 학문 분야, 생체 공학

말을 알아듣고 숙제를 대신 해 주는 로봇이 있다면?

샤워기 아래에 서 있기만 해도 저절로 몸이 깨끗해진다면?

식물 색소로 현재보다 성능이 훨씬 좋은 태양 전지를 만든다면?

이런 일들이 가능할까?

쉽지는 않겠지만 자연이 가진 놀라운 비법을 잘 응용할 수만 있다면 언젠가는 실현 가능할 듯하다. 이미 여러 생체 공학 연구 팀들이 이런 목적을 이루기 위한 연구에 매진하고 있다.

생물학(biology)과 기술(technics)의 합성어인 '생체 공학(bionics)'은 기존의 과학적, 공학적 한계를 넘어 자연과 인간에 한발 더 가까이 다가간 과학 분야로, 오랜 기간 자연에 적응하여 진화해 온 생물체의 우수한 특성을 인간의 기술에 적용하는 학문이다.

천장을 내달릴 수 있는 도마뱀붙이의 발, 재빠르게 헤엄치도록 돕는 상어의 피부, 낭비가 전혀 없는 구조물인 육각 모양 벌집 등 자연에서 찾을 수 있는 발명과 기술의 아이디어는 무궁무진하다.



친환경적인 미래의 핵심 기술 생체 공학, 《자연에서 배우는 발명의 기술》은 이러한 생체 공학의 의미와 가치, 구체적인 응용 분야, 현재의 성과와 앞으로의 과제 등 생체 공학 전반의 내용을 이론과 실험으로 통합해 담은 과학서이다. 모범이 될 생물체를 어떻게 선정하는지, 과학적으로 어떤 원리에 의해 적용되는지를 실제 연구 사례로 설명하므로 어린이에게도 어른에게도 한층 쉽게 다가온다.



◎ 생체 공학 연구의 현 지점을 알 수 있는 다양한 개발 사례

《자연에서 배우는 발명의 기술》은 독일을 비롯한 여러 나라 생체 연구 팀들의 풍부한 연구 성과를 토대로 생체 공학 전반의 내용을 서술한다. 벨크로, 상어 피부 수영복, 벤츠 생체 공학 자동차 등 구체적인 제품 이야기로 흥미를 끌고 연구 과정에서 어떤 난관에 봉착했으며, 실패와 성공의 사례는 무엇인지 등 현장의 살아 있는 에피소드로 생생함과 재미를 더한다.

이렇게 실질적이며 실용적인 지식은 발명의 원리를 터득하게 하여 그 원리를 일상에 적용해 보고 싶게 만들어 준다. 나아가 현재 연구 중인 과제를 통해 앞으로 우리의 생활을 더 편리하게 해 줄 새로운 발명에 대한 도전 의식을 불태우게도 한다.

참고로 독일은 생체 공학 분야에서 연구 조직망이 가장 잘 확립된 나라로 손꼽히는데, 2000년대 초부터 베를린 공대를 비롯한 30여 개의 연구 팀이 네트워크를 구성하여 생체 모방 기술을 연구하고 있다.



◎ 발명 대회, 경시대회를 준비하는 어린이들에게 유용한 실험과 정보

'되튐 원리를 이용한 풍선 로켓', '헬리콥터 만들기', '물속에서 젖지 않기' 등 이 책에는 매 주제에 맞는 다양한 실험이 나온다.

실험 하면 왠지 머리부터 아파 온다고? 걱정할 필요가 전혀 없다. 어린이를 위한 생체 공학 강의를 꾸준히 해 온 저자 지그리트 벨처가 오랜 경험과 노하우를 바탕으로 어린이가 충분히 소화해 낼 수 있는 실험만을 엄선해 실었기 때문이다. 주변에서 쉽게 구할 수 있는 간단한 도구만 준비하면 된다. 책의 설명을 따라하는 동안 호기심 넘치는 미래의 발명왕들은 '나도 뭔가를 만들 수 있어!'라는 아이디어와 자신감을 얻으며, 다각도로 응용할 수 있는 기초 과학의 토대를 쌓게 된다. 혼자든 여럿이든, 집에서든 학교에서든 어디에서도 유용하게 활용할 수 있는 지식이다.

비행기와 배에 부력이 어떻게 작용하는지, 연잎 효과를 건축 기술에 어떻게 적용하는지 등 학교에서 배운 과학 이론이 실제로 어떻게 제품에 적용되는지를 직접 확인해 본다면, 그 지식을 내 것으로 체화하는 데 더없이 좋을 것이다.



◎ 생물학, 화학, 공학 등 다양한 전공 지식의 융합 - 생체 공학으로 과학의 기초를 쌓다

생체 공학은 생물학자, 화학자, 공학자 등 다양한 전공 지식을 가진 연구자가 함께하는 융합적인 학문이다. 여러 학문의 이론과 원리가 적용되어 하나의 발명품으로 만들어지는 과정에 각 분야의 전문 지식이 자연스럽게 녹아 있다. 예를 들어 '비행과 항공'을 다루는 장에서는 우선 새의 생물학적 특성과 나는 원리를 이야기하고, 그 원리를 어떤 재료에 어떻게 적용할지에 대한 다양한 공학적 지식을 설명하며 새처럼 날아오르는 꿈을 실현시키기 위한 인류의 오랜 꿈과 노력을 알 수 있게 한다. 독자들은 하늘과 땅과 물속에서 일어나는 온갖 당연하지만, 들여다보면 너무나 기묘하고 특별한 일들에 대한 놀라움을 새삼 깨달을 것이다.



◎ 현미경 사진을 비롯한 고해상 사진 자료와 과학 정보

샌드피시의 피부를 고배율로 확대한 사진, 펭귄에 물감 주머니를 달아 날개의 궤적을 눈으로 보는 사진 등 본문에는 일반적으로 쉽게 볼 수 없는 전문적인 이미지들이 가득하다. 독일 연구 팀에서 직접 찍은 현미경 사진과 여러 종류의 실험 사진으로, 이 사진들은 전문가의 구체적인 지시로 그린 일러스트와 함께 어린이를 생체 공학의 세계로 이끄는 데 더없이 큰 역할을 한다. 《자연에서 배우는 발명의 기술》은 귀한 사진만으로도 소장 가치가 충분한 전문서의 역할을 다한다.

《자연에서 배우는 발명의 기술》을 통해 주변을 관찰하고 그 내용을 정리해 나간다면 누구라도 발명의 기초를 세울 수 있을 것이다!



★ 독일 청소년도서상 후보작.

생체 공학, 자연이 만든 발명품들

우리가 자연에서 배울 수 있는 것

생체 공학 - 생물학과 공학

목적을 가지고 자연을 살펴보기: '하향' 원리

자연에서 기술로: '상향' 원리

자연은 아이디어 상자



날아다닌다는 꿈

태초에 새가 있었다

연대적인 비행기를 향한 발전

비행기가 날 수 있는 이유

상승 기류의 생체 공학



물속의 물고기처럼

탁월한 수영 선수들의 여러 묘수

현대적인 비행기를 향한 발전

비행기가 날 수 있는 이유

상승 기류의 생체 공학



로봇이 걷기를 배우면

인간을 돕는 로봇

생체 공학적 로봇 팔

생체 공학적 보행 로봇

로봇 축구: 보기와 보여 주기

센서와 통신

생체 공학적 센서들



점착, 접착, 세정

다양한 표면들

곤충들의 멈춤 메커니즘

모래 폭풍이 단련된 기적의 도마뱀

부지런한 벌은 환경에 이롭다

물거미 - 잠수할 때 잠수종을 사용하는 거미

세탁할 필요가 없어 - 연잎의 묘수



경이롭게 튼튼한 건축물

자연에서 영감을 얻다

건물과 건축 재료의 어울림

자연을 본뜬 튼튼한 건물

공기를 감싸고 있는 껍질

접어서 튼튼하게 한다

복합 재료

복합 재료로 된 식물의 줄기



가볍게, 강하게, 적합하게

점점 더 나아지는

풀줄기처럼 튼튼한

나무처럼 튼튼한

뼈 - 최대한 가볍고 필요한 만큼 튼튼하게

생체 공학적으로 최적화된 자동차 부품



영리한 에너지 절약법

북극곰이 등 따습게 지내는 비법

태양 전지 - 태양 에너지로 전기를 생산한다

에너지 절약형 냉난방 장치

나미브사막거저리처럼 물을 마신다

에너지 정책



생체 공학, 셀 수 없이 많은 아이디어

앎을 통한 진보

미래을 향한 도약



부록

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사진과 그림 출처

지그리트 벨처 저자 지그리트 벨처는 1972년에 독일 헤센 주에서 태어나 다름슈타트 공과대학에서 지질학을 공부했다. 일찍이 대학 시절부터 자연 과학을 학생과 교사, 관심 있는 일반인에게 이해하기 쉽게 소개하는 일을 해 왔다. 어린이를 위한 생체 공학 강의를 개발하여 실행하면서 교재를 집필하고 생체 공학의 이해를 돕기 위한 놀이와 모형, 만들기 세트를 제작해 활용한다.