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바츨라프 스밀 지음

처음북스 / 2023년 5월 / 324쪽 / 19,000원





발명과 혁신의 역사



발명과 혁신이 현대사회에 끼친 영향

인류의 진화는 발명과 분리하여 설명할 수 없다. 그 이유는 발명이 인류의 역사에서 물리적 변화와 행동 양식을 변화시켰기 때문이다. 한편 발명은 크게 네 가지 범주로 구분된다. 첫 번째 발명의 범주는 석기를 비롯한 다양한 수제 도구인데, 이러한 도구들은 인류가 직립보행을 시작하면서 자유로워진 양손을 사용함에 따라 복잡한 작업을 할 수 있도록 개발되었다. 두 번째 발명의 범주는 다소 복잡한 장치나 기계인데, 이 범주에는 고정형 장치와 운송 수단이 포함된다. 참고로 대표적인 전근대적 발명품으로는 물레방아, 풍차, 물레방아를 이용한 풀무와 용광로, 항해용 범선 등이 있다.

단순한 공구와 기계 그리고 현대 산업을 구성하고 있는 자동화된 복잡한 기계에 새로운 아이디어를 추가하고 구체화하는 것은 필연적인 과정이다. 하지만 주변에서 구하기 쉬운 돌과 나무로는 이런 복잡한 기계를 만들기에는 한계가 있다. 따라서 세 번째 발명의 범주는 신소재이다. 신소재는 돌과 나무의 시대에서 금속, 혼합물, 화합물의 시대에 이르기까지 문명의 진보를 보여 주는 명백한 지표이다.

발명의 네 번째 범주는 새로운 생산관리와 경영 기법의 도입이다. 이는 앞서 언급한 세 가지 범주보다는 다소 제한적이지만, 경제적인 보상이 큰 개선이다. 이 방식은 대량생산 기술과 정보 기술을 이용하여 고도로 자동화된 방식을 의미한다. 대량생산 방식은 제2차 세계대전을 거치면서 전자제어 기술(요즘에는 밥솥이나 커피 메이커에도 내장됨)의 도입으로 인해 더 효율적이고, 더 저렴하며, 더 빠르게 발전되었다. 그뿐만 아니라 전자장치는 데이터 수집과 처리 그리고 보급에도 큰 영향을 미쳤다.

일반적으로 발명과 혁신은 여러 면에서 겹치는 부분이 많다. 하지만 혁신은 새로운 재료, 제품, 프로세스와 아이디어를 도입하고 채택하고 숙달하는 과정이 필수적이다. 그리고 발명에는 상응하는 혁신이 뒤따르지 않을 수도 있는데, 구소련(이하 소련)의 사례는 이런 점에서 발명과 혁신의 괴리를 잘 보여 준다. 소련 과학자들은 당대의 뛰어난 발명품을 수없이 만들어 냈다. 소련의 중점적인 재정 지원에 의해 추진된 연구 개발 덕택에 소련 무기는 미국 무기와 동등하게 경쟁할 수 있었고, 당시 세계 최고의 에너지 기술도 보유했다. 하지만 1991년 소련이 물리적인 충돌 없이 해체되었을 때, 소련에는 주요 산업뿐만 아니라 기본적인 생필품 산업까지 곳곳에 혁신과 발명의 커다란 격차가 있었다.

참고로 현대 문명에서 강철은 가장 중요한 금속이다. 그런데 유럽, 북미, 일본과 같은 선진국에서는 1950년대에 이미 전로(basic oxygen furnace) 방식이 평로를 대체하기 시작했다. 그러나 소련에서는 구식 평로(openhearth furnace, 제강에 쓰이는 반사로의 일종이며, 에너지 사용량이 많으며 생산 속도가 느림)가 철강 생산의 절반을 차지할 정도로 소련의 산업은 낙후되어 있었다(소련은 해체 직전까지도 평로를 주로 사용할 정도였다). 또한 청바지에서부터 PC에 이르기까지 일반 소비재의 대량생산 시스템의 낙후 문제는 소련 국민의 가장 큰 불만 사항 중 하나였으며, 이는 결국 소련의 종말에 기여한 요인 중 하나였다. 한편 소련과는 대조적으로, 중국의 전례 없는 경제 발전은 1990년도 이후에 광범위한 외국의 발명품을 신속하게 활용(또는 도용)하여 혁신을 이루었다. 해외에서 이미 검증된 설비와 기술의 과감한 도입과 적용 그리고 전례 없이 쏟아지는 기술 개발 성과로 인해 중국 경제 규모는 14배 성장하고 1인당 국민 소득은 11배 성장하기에 이르렀다. 참고로 중국 정부의 노력과 외국의 직접 투자 덕분에 최신 기계, 설계 및 프로세스가 성공적으로 도입되었는데, 이는 특허 취득과 동시에 중국시장 진출을 열망하는 미국, 유럽, 일본 기업들의 적극적인 노하우 공유 덕분에 이뤄졌으며, 이 과정에서 광범위한 산업 스파이 활동이 동반되기도 했다. 중국 공산당은 소련의 붕괴에서 교훈을 얻었다. 고르바초프처럼 개혁하기 어려운 정치를 개혁하는 대신, 유례없는 혁신 주도의 경제성장을 통해 국민의 삶의 질을 급속히 향상시키고 당의 통제를 더 강화하는 것이 필요하다는 것을 깨달았다.

중국은 후발 주자로의 혜택을 누리면서 선진국의 완성된 발명을 기반으로 하여 혁신의 흐름을 탈 수 있었다. 1950년대의 일본과 1970년대의 한국도 이런 후발 주자로서의 혜택을 누렸지만, 일본과 한국의 경우는 혁신과 창의적 경제라는 점에서 중국과 다르다. 소니의 가전제품의 혁신, 토요타의 고품질 적시 생산방식, 삼성, SK하이닉스, LG, 파나소닉 등의 반도체, 휴대폰, 2차 전지가 좋은 예이다. 반면 아직은 중국의 산업이 전 세계에 기여한 바는 없다(화웨이의 경우는 다르다고 주장할 수도 있다).

한편 발명이라는 긴 궤적을 되돌아보면 발전의 가속도에 놀라게 된다. 18세기에는 덜 집약적이며 느리게 진행되던 기술의 진보가, 산업혁명을 거치면서 19세기에 이르러 양과 질이라는 관점에서 획기적인 발전을 이루었다. 그러나 20세기의 발전은 산업혁명 시기의 발전보다 더 눈부시다. 어느 때보다 빨라진 혁신은 20세기 말과 21세기 초에 끊임없이 공유되는 마법의 주문 같은 신념이다.

증가하는 특허 수가 혁신의 가속화를 알 수 있는 완벽한 척도는 아니지만(대부분의 특허는 진정한 혁신보다는 사소한 변화나 개선을 보호하기 위한 것이다), 미국특허청이 승인한 특허 수의 증가를 살펴보면 놀랍다. 1800~1810년에는 911건의 특허를 승인하였는데, 1890년대에는 거의 25만 건으로 증가했다. 그리고 1990년대에는 약 165만 건으로, 200년 만에 거의 2,000배 증가했다.

물론 이렇게 많은 특허 중에는 수준이 미달인 것과 단순한 것도 많다. 게다가 어떤 면에서는 분명히 오해의 소지가 있는 특허도 있는데, 심지어 말도 안 되는 특허와 정말로 미친 창작물도 포함되어 있다. 1932년 알포드 브라운과 해리 제프콧은 미국특허청의 문서에서 이런 사례들을 수집했는데, 그중에는 죽은 사람이 의식을 회복할 경우 무덤에서 사다리를 타고 나올 수 있도록 개선된 ‘관’이나, ‘보조개 제조 장치’ 같은 특허도 있었다. 이러한 말도 안 되는 일은 아직도 일어나고 있는데, 이는 ‘전자 프론티어 재단’의 웹페이지에서 매달 발행하는 ‘이달의 멍청한 특허’를 확인해 보면 알 수 있다.

한편 현대의 발명품은 기술적, 환경적, 사회적 측면에서 우리가 직면한 문제에 대해 훌륭한 해결책을 제공한다. 그런데 이러한 해결책들은 부수적이거나 점진적인 발전뿐만 아니라 ‘파괴적’, ‘변혁적’ 또는 ‘혁명적’인 변화를 이끌어 낼 수 있으며, 이러한 변화의 잠재력은 음식에서 장수, 에너지에서 여행에 이르기까지 (거의 모든) 다양한 분야에 걸쳐 확장된다. 참고로 우리는 이미 영양실조 인구를 전 세계 인구의 10분의 1 미만으로 줄이는 데 성공했다. 어쩌면 미래에는 식량 부족을 완전히 제거하는 것도 가능할지 모른다. 그리고 그 과정에서 온도와 습도가 조절되는 고층 건물에서 식량을 대량 생산하거나, 음식물 대신 완전한 영양을 제공하는 합성 캡슐을 섭취함으로써 농작물에 대한 의존에서 벗어날 수도 있다. 아울러 지난 2세기 동안 부유한 나라들의 평균수명은 2배 늘었는데, 향후 유전자 변형이나 유전자 가위(CRISPR) 기술을 통해 그 수명이 2배 더 늘어날 수도 있다.

현대 발명의 기하급수적인(심지어 그보다도 빠른) 발전 속도를 고려한다면, 이러한 목표는 이상하거나 불가능한 것으로 여겨지지 않는다. 숫자가 보여 주는 것은 명확하다. 오랜 기간 기하급수적인 성장은 결국 모든 것이 가능해질 수 있는 임계점을 지나, 특이점으로 귀결될 것이다. 하지만 이러한 가능성이 있다고 해서 특이점을 맹목적으로 숭배할 필요는 없다. 알츠하이머 치료제와 같은 획기적인 신약, 고밀도 전기에너지 저장 장치, 화성의 인류 정착과 같은 평범해 보이는 주장들도 인상적이기는 마찬가지이다. 이 책에서는 과장된 주장이나 환상보다는 다소 현실적인 세상에 관해 이야기하고자 한다.

한편 이 책에서는 현대 발명의 널리 알려진 문제점이나 치명적인 결과에 대해서는 자세히 다루지 않는다. 발명으로 인한 부작용, 단점, 합병증 등은 예측이 가능하다. 대부분 문제점들은 추적 관찰되고 평가되는데, 이는 발명으로 인한 삶의 질 향상에 따른 비용 관점으로 볼 수도 있다.

처방 약이 건강과 환경에 미치는 영향은 현대사회에서 가장 널리 알려진 발명의 부작용 중 하나다. 이에는 단순한 불편함뿐만 아니라 기저 질환에 따른 금기 사항을 비롯해 하천에 흘러 들어가는 수많은 약물과 항생제 내성 박테리아의 확산과 같은 치명적인 결과를 포함한다. 내연기관에 의해 구동되는 자동차의 발명이 가져온 부작용도 의약품의 부작용에 못지않다. 내연기관은 인류에게 이동성과 편리함을 넘어서 자유를 선사했지만, 배기가스 문제와 도시 경관 문제는 물론이고, 처방 약의 부작용에 버금가는 많은 사망자 문제를 일으켰다. 선진국에서는 1970년대에 들어서야 배기가스 배출량을 줄이기 위한 노력을 시작했다. 합리적인 도시 설계의 한 축인 자동차 문제의 효과적인 해결 방안은 여전히 존재하지 않으며, 전 세계적으로 연간 약 135만 명의 운전자와 보행자 사망자가 발생하고 있다.

부작용으로 인해 생기는 바람직하지 않은 결과까지 받아들인 인류의 발명품은 의약품과 자동차에 그치지 않는다. 플라스틱으로 인한 토지와 수질오염 문제, 합성 질소비료의 과도한 사용으로 인한 문제까지 언급하기 시작하면 이 책의 한정된 지면으로는 부족하다. 그렇기에 이 책에서는 빠르게 발전한 발명의 흐름 속에서 상대적으로 발전 속도가 느렸던 영역과 초기 기대만큼 효과적이지 못했던 혁신에 초점을 두어 발명의 실패를 다루고자 한다. 다시 정리하면, 이 책에서는 발명과 혁신 실패를 다음의 세 가지 범주로 나누었다. 첫 번째로 초기에 환영받았으나 결국 퇴출당한 경우, 두 번째로 기대에 어긋난 경우, 마지막으로 잘못된 기대로 인해 실망으로 끝난 경우이다. 보다 자세히 살펴보자.



현대사회에서 퇴출당한 발명



복잡한 문제를 해결하기 위한 방법에는 항상 부작용이 따른다. 해로운 것을 제거하거나 바람직하지 않은 영향을 완화하려는 방법도 부작용을 동반한다. 그리고 성능 향상, 수익 증진, 안전, 편안함을 위한 혁신도 예외가 아니다. 부작용은 예측할 수 있거나 허용할 수 있는 것부터 예기치 못한 심각한 것까지 그 범위가 다양하다. 그런데 만약 완벽한 개선책이 있다면 부작용을 쉽게 제거할 수 있지만, 그렇지 않을 경우에는 피해가 상대적으로 적은 다른 해결책을 찾아볼 수도 있다. 여기에서는 혁신을 통한 발명 가운데 결국 실패(부작용으로 인하여)로 판명된 대표적인 사례 세 가지를 소개하고자 한다.

첫 번째는 유연휘발유이다. 유연휘발유는 자동차 내연기관의 노킹(Knocking)을 해결하기 위한 수단으로서, 저렴하고, 간편하며, 효과적이다. 그런데 엄청난 우연의 일치라고 볼 수 있지만, 토마스 미즐리는 이 책에서 소개하는 실패한 발명 세 가지 가운데 두 가지와 연관이 있다. 그는 우선 유연휘발유 개발 연구를 주도했고, 몇 년 후에는 무독성 및 불연성 프레온가스 개발을 주도했다. 개발된 프레온가스는 프레온-12라는 브랜드로 출시되었는데, 프레온-12는 프레온가스(이하 CFC) 형태의 다양한 합성 화합물의 시초이며 CFC는 냉장고와 에어컨의 압축-냉각 사이클에 사용되는 대표적인 합성 화합물이다. 그런데 CFC의 활용 범위는 냉장고와 에어컨에 그치지 않는다. CFC는 발포제, 의약품, 페인트, 화장품 등을 담고 있는 에어로졸 캔의 분사제, 산업용 탈지제 및 용제로도 널리 활용됐다.

세 번째는 최초의 현대적 합성 살충제인 DDT이다. 파울 헤르만 뮐러는 연구를 통해 DDT가 가공할 만한 살충력을 가졌다는 것을 알게 되었고, 이후 DDT는 제2차 세계대전 중에 군대에 의해서 즉각 적용되었다. 그리고 제2차 세계대전 이후에는 곤충이 매개체인 전염병을 억제하고 농작물 생산과 가축의 해충 방제를 위해 널리 사용되었다. 그런데 DDT가 무분별하게 사용된 지 10년이 지나자, DDT에 내성을 가진 곤충이 등장하기 시작했고, 아울러 DDT는 조류 번식에 악영향을 줄 뿐만 아니라, 조산아나 저체중아의 출생과 연관이 있는 것으로 나타나, 환경에 가장 파괴적인 물질로 지목되었다.

앞에서 언급한 발명들은 초기에는 환영받았고, 빠르게 상업화되었으며, 세계적으로 확산되었다. 그런데 수십 년이 지난 후에, 인간과 환경에 바람직하지 않거나 해로운 것으로 밝혀져, 결국 처음 발명된 용도로 사용되는 것이 완전히 금지되었다. 먼저 유연휘발유는 내연기관의 부드러운 운행을 위해 발명되었지만, 수십 년이 지난 후 신경독성 중금속의 배출로 인해 심각한 문제를 일으킬 수 있다는 것이 밝혀져, 1970년부터 미국을 시작으로 많은 국가가 사용을 금지하기에 이른다. 그리고 1970년 직후에는 한때 살충제로 주목받던 DDT의 사용이 금지되었다. 그리고 1987년에는 성층권에 오존층 감소의 원인으로 지목된 프레온가스(CFC)의 점진적인 감축에 전 세계가 합의하였다.

세 가지의 역사적 발명 실패 사례에서 공통으로 인류가 얻은 교훈은 두 가지이다. 첫 번째는 인류가 대안을 찾아냈다는 것이고, 두 번째는 세계적인 합의를 통해 해로운 물질을 금지하고 대체재를 사용했다는 것이다(물론 위반 사례도 있었지만). 참고로 휘발유에 납을 첨가제로 사용하기 이전에 납을 대체할 수 있는 물질도 존재했다. 하지만 불행히도 납이 선택되었고, 이를 완전히 없애는 데는 많은 시간이 소요되었다. 반면 성층권 오존 감소의 원인으로서 CFC를 감소시키고 궁극적으로 제거하려는 조치는 빠르게 진행되었고 가장 효과적인 세계 조약 중의 하나가 되었다. 한편 DDT 금지에 따른 결과를 평가하기는 어렵다. 왜냐하면, DDT 이후에도 살충제뿐만 아니라 벌레와 곰팡이를 퇴치하는 화합물 등의 수많은 농약이 개발되었고, DDT 대신 도입된 수많은 농약도 지속적으로 사용하게 되면 환경과 건강에 위험한 영향을 미칠 수 있다는 사실이 연구를 통해 속속 밝혀지고 있기 때문이다.

한편 3가지 발명품은 기업 연구의 산물이라는 공통점이 있는데, 발명품을 상업화하는 과정에서 규제 기관의 승인이 필요했기에 유해성이 입증되었다면 도입을 막을 수 있었지만 그러지 못했다. 널리 알려진 위험과 과학자들의 강력한 반대에도 불구하고 테트라에틸납(이하 TEL)의 사용이 승인되었고 오래도록 사용되었다. 납의 사용은 결국 금지되었지만, 놀랍게도 신경독성에 대한 우려가 주요 요인은 아니었다. TEL의 역사는 공중 보건의 실패를 상징한다. 이미 알려져 있었던 납의 위험을 미리 고려했더라면, 수십 년이 지난 뒤에야 유연휘발유의 실패를 인정하고 사용을 금지할 필요는 없었을 것이다.

또한 CFC와 DDT의 역사는 이와는 다르게 더 심오한 교훈을 남겼다. 바로 자연에 대한 인간의 개입이 초래한 결과이다. 인간의 개입에 따른 결과는 당장 나타나지는 않지만, 복잡한 위험이 따른다. 즉 개발 초기의 생각과는 동떨어진, 전혀 상상할 수 없는 복합적인 위험이 따르는데, 문제는 시간이 지나고 결과가 축적되어야만 정확한 결과를 알 수 있다는 것이다. 그러므로 시간이 지남에 따라 나타나는 부작용을 줄이기 위해서는 결과를 면밀히 추적하고 때로는 상상력을 발휘해야 한다.



세계를 지배할 뻔한 발명



발명의 역사에서 혁신적이며 중요한 새로운 발견(과학적·기술적 돌파구)도 당시에는 그 위대함을 제대로 알지 못하는 경우가 많았다. 전문 저널들은 소수의 전문가만이 읽을 수 있었고, 수많은 특허가 가치를 인정받지 못하고 잊혀지기도 했다. 또 몇몇 특허는 시간이 지나서야 비로소 가치가 발견되고 혁신으로 발전하게 되었다. 가장 좋은 예는 제임스 맥스웰의 전자기 이론일 것이다. 맥스웰은 1865년부터 1873년 사이에 전자기 이론을 완성했지만, 그의 이론이 주목받기까지는 오랜 시간이 걸렸다. 현재 그의 연구는 라디오, TV, 휴대전화, 인터넷, GPS 등 모든 현대 무선 전자 기기의 기반을 이루고 있는데, 이러한 현대 무선 전자 기기들은 맥스웰의 아이디어와 고도의 기술 결합을 통해 탄생했다.