이공계 연구실 이야기

이공계 연구실 이야기

유영제 지음

동아시아 / 2009년 8월 / 230쪽 / 12,000원



제1부 연구란 무엇인가



01 연구는 피카소다?

언젠가 미술사를 전공하는 미대 교수와 이야기를 나눈 적이 있다. 미술과 공학은 꽤 거리가 멀게 느껴지지만 무엇인가 공통점이 없겠느냐는 이야기가 골자였다. 한참을 설왕설래하다가 둘 다 새로운 것, 의미가 있는 것을 추구한다는 데 의견의 일치를 보았다. 그러면서 대화는 피카소에 대한 이야기로 이어졌다. 피카소의 그림 '거울 앞의 소녀'를 보면 그림에 문외한이라도 몇 가지 특징을 손쉽게 발견할 수 있는데, 하나는 사람과 사물을 기하학적으로 표현하였다는 것이고, 다른 하나는 보이지 않는 한쪽 얼굴을 묘사하면서 거울에 비친 또 다른 자아를 그려내는, 이른바 입체적 특징을 찾아볼 수 있다는 것이다. 다시 말해 이 그림은, 피카소 화풍의 특징을 쉽게 찾아볼 수 있고 내면의 세계까지 생각하게 한다는 점에서 이른바 독창성(originality)과 우수성(significance)이 매우 뛰어난 작품이라 할 수 있다.

미술에서와 같이, 과학 및 공학 분야에서도 '독창성'과 '우수성' 두 단어는 연구의 본질과 방향을 나타낸다. 즉 독창성과 의미 있는(significant) 연구를 수행해야 한다는 것이다. 그런데 하루아침에 독창성 있는 연구를 수행하게 되는 것은 아니다. 피카소가 10여 년 이상 평범한(?) 그림을 그린 후에 자기의 독특한 화법을 구사하였듯이, 연구에서도 얼마 동안 고뇌와 사색 또는 시행착오의 시간이 필요하다. 또 철학자들이 많은 인생의 경험을 쌓고 깊은 성찰의 시간을 가진 뒤에 인생에 대하여 좋은 이야기를 하듯이, 많은 세상 경험을 하고 학문에 대하여 오래 탐구한 후에야 비로소 중요한 과제를 연구할 수 있게 된다. 그러나 과거와 달리 오늘날은 지식 정보화 시대이기 때문에 많은 선배 연구자들의 고뇌와 경험, 사회적 중요성, 지금까지의 연구 결과 등을 쉽고 빨리 받아들일 수 있게 되어 그만큼 연구를 수행할 때 시행착오를 줄일 수 있는 것은 물론이다.

미국에서 교수를 하는 친구에게 '연구는 피카소다'는 화두를 넌지시 던져보았다. 그랬더니 그는 자연과학, 공학을 하는 이들은 예술가보다 더 자부심을 가져도 좋지 않겠느냐고 이야기하면서 "연구는 Picasso+(plus)"라고 수정해주었다. 이유인즉슨, 자연과학과 공학의 연구 결과는 질병 치료, 식량 문제 해결, 유용한 소재 제공 등과 같이 우리 인류에게 직접적으로 혜택을 줄 수 있기 때문이란다.

02 경영에서 배우는 연구 노하우

어느 컨설팅 회사 사장이 성공하기 위한 기업의 조건을 설명하는 것을 들은 적이 있었다. 그는 성공한 기업의 하나로 미국의 나이키 회사를 손꼽았는데, 나이키는 농구공으로 시작하여 명성을 얻은 다음 농구 분야의 스포츠 의류로 사업 영역을 확장하여 농구 분야의 세계 일류 기업으로 성장하였고, 그다음 여러 스포츠 분야로 사업을 확대하면서 기업을 잘 성장시킨 경우로 알려져 있다. 그 컨설턴트는 지난 몇 년간 도태된 기업들은 세계적 수준에 도달하기 전에 타 사업 분야로 확장을 하는 바람에 도태되었다고 했다. 요컨대 일반적으로 한 분야에 기업의 역량을 집결시켜 세계적 수준의 기업이 된 후에 유사 분야로 가지치기를 하여야 일류 기업으로 성장할 수 있다는 것이다. 연구에서도 동일한 논리가 적용된다. 이런 연구, 저런 연구 다 해보고 싶고 또 다른 연구에도 호기심이 있지만, 한정된 시간에 제한된 자원으로 모든 것을 다 잘할 수는 없는 법이다. 따라서 무엇보다 연구에서도 한 분야에서 세계적 수준의 연구 성과를 내면서 인정받은 후에 관련 분야의 연구로 확장하는 것이 중요하다. 한편 과거에 '전자 제품' 하면 소니(SONY)가 좋은 제품으로 떠올랐고, '시계' 하면 오메가(Omega), 롤렉스(Rolex)였는데, 이 경우 소니, 오메가, 롤렉스는 특정 제품을 대표하는 브랜드네임이다. 연구도 같은 방식으로 생각할 수 있다. 아인슈타인 하면 상대성 이론을 연상하듯이, 연구원 아무개를 생각할 때 어떤 연구를 바로 연상할 수 있다면 이보다 더 좋은 일은 없을 것이다. 따라서 연구자로서도 브랜드네임을 얻어야 한다. 우리나라의 경우 고급 연구 인력의 수는 선진국에 비하여 절대적으로 열세인데, 이처럼 연구원의 수가 적을수록, 사용하는 연구비 액수가 적을수록 한 연구 분야에 집중하는 것이 우수한 연구 결과를 창출할 확률이 높다.

03 모든 것은 호기심에서 시작되었다

우리가 익히 아는 생물공학(BT, Biotechnology)의 역사에서도 호기심에서 새로운 발견과 기술로 연결된 몇 가지 중요한 성과들을 찾아볼 수 있다. 한 가지 예로 우리가 잘 아는 멘델의 유전 법칙을 들 수 있다. 멘델은 수도사였는데, 수도원 밭에서 자라는 콩의 키가 차이가 나는 것을 보고는 무심히, 그러려니 하고 넘길 수도 있었겠지만, 호기심이 발동하여 '왜 어떤 콩은 키가 크고, 어떤 것은 키가 작을까?'라는 의문을 바탕으로 콩을 유심히 관찰한 결과 유전 법칙을 찾아내었다고 한다.

과학의 세계에서는 연구를 수행하는 것도 중요하지만 경쟁에서 앞서가는 것도 매우 중요하다. 유전 법칙의 발견 이후 많은 과학적 진보가 있었지만, 그중 위대한 발견은 DNA 구조의 이해인데, 미국의 제임스 왓슨과 크릭 두 과학자는 이 업적으로 1962년 노벨상을 수상하였다. 그런데 당시 아무도 DNA 구조에 대하여 연구하지 않았고 오직 두 사람만 연구하였을까? 그렇지 않다. 그 당시에는 DNA가 유전의 핵심 물질로 인식되어 그 구조를 밝히는 것이 과학계의 큰 과제였다. 그래서 내로라하는 수많은 과학자들이 DNA의 구조를 밝히는 연구에 너도나도 참여하였다. 즉 누가 먼저 DNA 구조를 밝히느냐 하는 시합이 벌어진 셈이고, 왓슨과 크릭 두 과학자가 이 시합에서 이긴 것이다.

BT 역사에서 우리가 배우는 것은 호기심과 경쟁이라는 두 단어이다. 호기심을 가지고 연구하는 자세로 열심히 노력하여 경쟁에서 이겨야만 세계무대에서 인정받고 연구자로서 보람을 가질 수 있다. 따라서 우리 주위에서 일어나는 현상에 대하여 호기심을 가질 수 있도록 창의성을 키워주는 교육, 또 경쟁에서 이길 수 있도록 이를 뒷받침해주는 국가 차원의 지원이 무엇보다 절실하다고 하겠다.

04 국가 발전은 연구에서 시작된다

한 국가의 발전을 맨 앞에서 이끄는 것은 바로 산업이고, 산업이 발전하기 위해서는 산업 관련 기술, 지적 자산이 많이 축적되어 있어야 한다. 만약 지적 자산이 풍부하지 않으면 외형적으로 산업은 발전한 것 같지만, 주요 소재나 부품을 수입에 의존하여야 하므로 부가가치가 적어질 수밖에 없다. 그런데 지적 자산은 우수한 인재와 연구자에 의하여 만들어진다. 그러므로 초ㆍ중ㆍ고등학교에서 보다 창의성 있는 우수 인재를 배출하기 위한 교육개혁이 이루어져야 하고, 또한 대학에서 배출한 인재가 대학원에서, 연구소에서, 기업에서 세계 최고 수준의 연구 결과를 창출할 수 있도록 연구 여건을 갖추는 것이 무엇보다 중요하다고 하겠다.

이공계 연구실 이야기



호기심을 풀어주는 직업 - 김도연 교수 이야기 : 일반적으로 대학의 역할 혹은 책무로 꼽히는 세 가지는 교육, 연구 그리고 사회봉사다. 그런데 사회봉사란 대학뿐 아니라 기업을 포함한 모든 단체가 궁극적으로 지향해야 할 목표 중의 하나이므로, 결국 대학이 지니고 있는 고유 역할은 교육과 연구인 셈인데, 교육이 지식을 전달하는 과정이라면 연구는 새로운 지식을 만들어내는 일이다. 대학에서 연구 활동이 요구되는 이유는 연구를 통한 교육의 효과가 가장 뛰어나기 때문이다. 즉 교수와 학생이 함께 호기심을 풀어가는 과정에서 학생들은 가장 많은 지식을 습득하며, 동시에 스스로 지식을 만들어낼 수 있는 방법을 터득할 수 있게 된다.

한마디로 연구란 스스로의 호기심에서 비롯된, 누구도 해답을 얻지 못했던 문제를 풀기 위해 아주 오랫동안 생각하는 과정이고, 연구의 결과는 논문이란 형태로 발표되곤 한다. 따라서 논문을 거짓으로 작성한다는 것은 상상도 할 수 없는 일이다. 스스로 호기심을 풀기 위한 작업이 연구인데, 자기 자신을 속여 무슨 기쁨을 얻을 수 있겠는가? 시카고 대학교의 심리학 교수 미하이 칙센트미하이는 뛰어난 연구 성과로 인류의 역사를 바꾼 많은 사람들을 인터뷰하고 그 결과를 책으로 펴냈는데, 성공한 연구자들이 지닌 특성은 예외 없이 어린 시절부터 왕성한 호기심을 지니고 있었고, 그들 스스로가 꼽은 부모에게 물려받은 제일 중요한 가치관은 정직이었다고 한다. 결국 연구자로서 성공하기 위해 가장 필요한 두 가지 덕목은 호기심과 정직이라 할 수 있다.

병실에서 연구실로 - 안규리 교수 이야기 : 훌륭한 임상 의사만으로는 부족한 일이 있다는 것을 처음 느꼈던 것은 내과 전공의 4년차일 때, 의사로서 꽤 내공을 쌓았다는 건방진 생각이 슬슬 들기 시작하던 때였다. 그 가을에 우리나라에 원인 모를 '괴질'이 돌았는데, 괴질에 의해 급성신부전증에 빠진 49세 남자 환자를 진찰했더니 다음과 같이 말했다. "벼 베러 들어가기가 무섭습니다. 논에서 괴질에 걸리면 열이 펄펄 나고 황달이 생기거나 각혈하면서 죽어요."

환자는 심한 황달과 부종으로 이미 자신의 모습을 잃고 있었다. 맥없이 돌아와서 스승인 이정상 교수님께 협조를 청했다. "이런 환자는 처음인데……." 일주일 반이 그렇게 지났고, 우리가 결국 이 환자를 부검실로 옮겨야 했던 늦은 저녁에 전화벨이 울렸다. "안 선생, 아무래도 렙토스피라병 같아. 그러니 렙토스피라균 배양 검사를 해보게." 그때까지 우리나라에는 렙토스피라병이 없다고 했다. 이 환자가 균배양으로 증명한 첫 환자였으니까. 이후 몇 달 동안 밤낮 없이 우리는 '렙토'를 해결하기 위해 매달렸다. 1년이 지난 가을에 독시사이클린이 태연히 투여되고 있는 병실을 돌아보면서, 나는 환자를 돌본다는 것이 지식의 답습만으로는 충분하지 않다는 사실을 실감하였다.

당시 의사는 병원으로 해외 연수를 가는 것이 일반적이었다. 나는 '렙토'로 받은 연구에 대한 호기심을 누를 수가 없었기에 경험을 조금이라고 더 쌓아볼 요량으로 스크립스(Scripps) 연구소 문을 두드렸는데, 이 연구소에는 이름 한번 들어본 적 없던 수많은 유전자, 분자, 단백질과 그리고 아주 큼직한 마우스 정도에 몰두한 400여 명의 연구자들로 가득 차 있었다. 나는 도대체 인간이 아프다는데 그 이상한 분자 하나를 알아서 뭐하는지 고민했고, 한꺼번에 두 마리 토끼는 잡을 수 없다며, 다음 학기에는 귀국을 해야겠다고 보따리를 쌌다 풀었다를 반복했다. 그렇게 시간을 보내는 사이, 나는 연구소 주변에 더 많은 연구소와 수많은 벤처가 세워지고, 여러 의학자들이 과학자 손을 잡고 이름조차 제대로 없던 분자들을 항체 치료제를 비롯한 수많은 신약들로 탈바꿈시키는 것을 보게 되었다. 결국 토끼는 한 마리였다. 의학이 털이라면 과학은 가죽이었다. 과학과 응용은 가죽과 털의 관계였다.

한편 내가 관심 있는 장기이식 분야는 면역학에 토대를 두고 있으며, 2008년에는 전 세계적으로 약 40만 명이 신장, 간, 췌장, 심장, 폐 이식을 받고 있고, 소장 이식이나 얼굴 같은 조직 이식도 곧 상용화될 전망인데, 이는 과학과 임상의 만남이 없었다면 불가능했을 일이었다. 요즈음 Bench to Bedside라는 말을 자주 듣는다. 그러고 보니 나는 오래전 Bedside to Bench(병실에서 연구실로)의 역주행 길을 나선 셈이다. 다행히도 요즈음에는 많은 의사들이 이 길을 걸어가고 있다. Bench에서 Bedside로 오고 있을 누군가를 만나, 같이 고민하고, 격려하면서 궁극적으로 우리 이웃, 환자의 아픔을 해결하기를 소망하면서…….

제2부 연구를 잘하기 위한 6가지 방법



01 창의성을 계발한다



창의성이란 새로운 것을 찾아내는 것이다 : 연구를 잘 수행하여 지식을 창출하는 데는 창의력이 매우 중요하다. 이러한 창의력 개발은 모든 교육 과정의 주요 목표이기도 한데, 학교에서는 어떤 과목을 학습할 때 open question(의견의 자유로운 표명을 구하는 문제/질문)을 제시하여 생각하게 만드는 것이 중요하다. 그렇게 함으로써 여러 가지 아이디어를 생각하게 되고, 그런 과정에서 창의성이 개발된다. 또 무슨 연구를 하면 좋은지, 연구를 어떻게 수행하면 좋은지에 대하여 고민하는 훈련을 통해서도 창의성이 개발되고 연구 능력이 향상되는데, 이러한 고민을 해결하기 위하여 학술지나 참고 문헌을 통하여 지금까지의 관련 연구 동향을 꼼꼼히 분석하고 새로운 해결 방법을 제안해내는 과정, 그리고 그것을 묵묵히 오랜 기간에 걸쳐 실제 부딪쳐보는 과정을 통하여 연구 능력이 향상될 수 있다. 독서 역시 창의성 개발에 도움이 된다.

자유로운 연구 환경이 중요하다 : 연구는 호기심에서 시작된다. 어떤 현상을 보고 당연한 것이라고 생각하면 아무것도 얻을 수 없다. 뉴턴이 중력의 법칙을 발견한 계기도 단순한 호기심에서 시작되었다. 물론 호기심만으로 연구가 되는 것은 아니다. 호기심은 시작일 뿐이다. 항상 '왜 그럴까?' 라고 스스로 물어보며, 거기에 대한 답을 구하려고 하는 자세가 연구에서는 매우 중요하다.

공학 마인드를 길러라 : 지식 기반 사회의 주역이 되기 위해서는 새로운 지식을 창출할 수 있어야 하는데, 지식 창출은 상당수 이공계 종사자에 의하여 이루어지고, 특히 공학 기술자의 역할이 매우 중요하다. 그렇다면 우리나라의 공학 교육을 어떻게 하여야 세계 수준으로 만들 수 있을까? 공학 교육에 대한 투자비, 학생 대비 교수의 수 등 우리나라 공학 교육 인프라는 선진국에 비하면 열세이고, 그렇다고 공학 교육 내용이나 방법이 뛰어난 것도 아니다. 현실적으로 어려운 여건 속에서 공학 교육 관계자들이 머리를 맞대고 지혜를 모아야 하는데, 한 가지 방법은 청소년들이 어려서부터 공학 마인드를 가질 수 있도록 교육 프로그램을 만드는 것이다.

공학 마인드란 어떤 현상에 대하여 '왜 그런가? 어떻게 응용할 수 있을까? 실용적인가?'라는 생각을 갖는 것을 말한다. 그럼으로써 과학적 호기심을 생활화하고, 공학적 응용성을 생각하게 하고, 또 실용적인지를 검토하게 하는 것이다. 아울러 공학 마인드를 수학ㆍ과학과 연계시키고 거기서 그치는 것이 아니라, 국어ㆍ사회 등 다른 과목과도 연계시켜 우리 생활에 밀착시키는 공학 교육을 해야 한다.

02 한 우물을 파야 한다



연구 주제 정하기 : 무슨 연구를 할 것인가를 생각하기 전에 무슨 연구를 하고 싶은가를 생각하는 것이 자신에게 더 유익하다. 즉 자기가 관심 있는 분야에 초점을 맞추어 오늘날 우리 인류가 갖고 있는 문제는 무엇인가? 또는 현재 기술의 진보는 어디까지 왔는가를 생각해보고 이러한 문제를 해결할 수 있는, 기술의 진보를 한 걸음 더 나아가게 할 수 있는 과제를 생각해보는 것이 좋다.

새로운 툴(tool)을 이용하라 : 연구를 잘하고, 깊이 있게 하는 방법은 무엇일까? 그중 하나는 새로운 툴(tool), 새로운 기술(technology)을 도입하는 것이다. 생물공학을 예로 들어보자. 과거에는 배양 조건 및 영양분 공급을 최적화함으로써 생산량 또는 생산성을 최대로 할 수 있다고 생각하여 관련 연구가 많이 수행되었다. 그러다가 미생물의 대사 작용이 분자 수준에서 이해되고 유전자조작이 가능해짐에 따라 미생물의 대사 작용을 인위적으로 바꾸어 유용한 물질을 생산하는 대사공학 분야가 발전하기 시작하였는데, 이러한 대사공학적 접근은 새로운 연구 분야를 창출하였고, 더 깊은 연구를 할 수 있게 하였다. 한편 얼마 전부터 몇몇 선구자들에 의하여 나노테크놀로지(nano-technology)가 소개되기 시작하였는데, 앞으로 많은 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 기대되고 있다. 어떠한 화학 물질을 측정할 수 있는 바이오센서 분야에서도 나노기술을 이용하면 바이오센서를 더 작게 만들 수 있고, 더 낮은 농도에서도 검출할 수 있다는 장점이 있다.