개요
분자 나노기술(Molecular nanotechnology, MNT)은 메카노합성(mechanosynthesis) 수단을 통해 복잡한 구조를 원자 단위의 정밀한 명세에 맞춰 구축하는 능력을 기반으로 하는 기술이다. 기존의 나노스케일 재료(nanoscale materials)와는 구별되는 개념으로, 리처드 파인만(Richard Feynman)이 제시한 나노머신을 이용한 미니어처 공장 비전에서 출발한다. 이 고도화된 나노기술(또는 분자 제조)은 분자 기계 시스템에 의해 안내되는 위치 제어 메카노합성을 활용한다. MNT는 생물물리학, 화학, 기타 나노기술, 생명체의 분자 기계에서 입증된 물리적 원리들을 현대 거대 공장의 시스템 공학 원리와 결합하는 것을 포함한다.[1][2]
기존 화학은 부정확한 공정으로 부정확한 결과를 얻고, 생물학은 부정확한 공정을 이용해 확정적인 결과를 얻는 반면, 분자 나노기술은 독창적인 확정적 공정을 사용해 확정적인 결과를 얻고자 한다. 목표는 분자 반응을 위치 제어된 장소와 배향에서 균형 잡아 원하는 화학 반응을 얻고, 이 반응들의 생성물을 추가로 조립해 시스템을 구축하는 것이다.[2]
역사·유래
초기 구상과 로드맵
MNT 개발을 위한 로드맵은 여러 미국 국립연구소를 관리하는 배틀(Battelle)과 포어사이트 인스티튜트(Foresight Institute)가 주도하는 광범위한 기술 프로젝트의 목표였다. 이 로드맵은 원래 2006년 말 완료 예정이었으나 2008년 1월에 공개되었다. 나노팩토리 협력(Nanofactory Collaboration)은 10개 기관, 4개국 23명의 연구자가 참여하는 더 집중적인 지속적 노력으로, 위치 제어 다이아몬드 메카노합성과 다이아모이드 나노팩토리 개발을 구체적으로 겨냥한 실용적 연구 의제를 개발하고 있다.[2]
사회적 함의 연구
2005년 8월, 책임 있는 나노기술 센터(Center for Responsible Nanotechnology)가 다양한 분야의 50명 이상 국제 전문가로 구성된 태스크포스를 조직해 분자 나노기술의 사회적 함의를 연구했다.[2]
자기복제 나노로봇 개념의 변화
MNT 나노제조는 K. 에릭 드렉슬러(K. Eric Drexler)가 1986년 MNT 논의에서 제안한, 조율된 나노스케일 로봇 무리가 함께 작업한다는 아이디어와 대중적으로 연결되어 왔다. 그러나 이 개념은 1992년에 대체되었다. 초기 제안에서는 충분히 능력 있는 나노로봇이 특수 분자 구성 요소를 포함하는 인공 환경에서 더 많은 나노로봇을 건설할 것이었다.[2]
비평가들은 자기복제 나노로봇의 실현 가능성과, 만약 달성된다면 통제 가능성 모두에 의문을 제기했다. 돌연변이가 통제를 제거하고 병원성 돌연변이 변종의 복제를 선호할 가능성을 지적했다. 옹호자들은 첫 번째 의문에 대해 2002년 레고 블록으로 만든 최초의 거대 자율 기계 복제기가 실험적으로 구축되고 작동했음을 지적했다. 나노스케일에서 이용 가능한 제한된 센서륨과 거대 규모의 감각적 이점을 비교하면서, 위치 제어 나노스케일 메카노합성 제조 시스템은 툴팁의 데드 레코닝(dead reckoning)과 신뢰할 수 있는 반응 순서 설계를 결합해 신뢰할 수 있는 결과를 보장하므로 제한된 센서륨은 핸디캡이 아니라고 주장했다. 소형 나노부품의 위치 조립에도 유사한 고려가 적용된다.[2]
두 번째 의문에 대해서는 박테리아가 (필연적으로) 진화하도록 진화한 반면, 나노로봇 돌연변이는 일반적인 오류 수정 기술로 적극적으로 방지할 수 있다고 주장했다. 유사한 아이디어가 포어사이트 분자 나노기술 가이드라인(Foresight Guidelines on Molecular Nanotechnology)에 제시되어 있으며, 프레이타스(Freitas)와 머클(Merkle)이 최근 발표한 137차원 복제기 설계 공간 지도는 복제기가 원칙적으로 좋은 설계를 통해 안전하게 통제될 수 있는 수많은 방법을 제공한다.[2]
그러나 돌연변이 억제 개념은 다음과 같은 질문을 제기한다: 무작위 돌연변이와 결정론적 선택의 과정 없이 나노스케일에서 설계 진화가 어떻게 일어날 수 있는가? 비평가들은 MNT 옹호자들이 기존 감각 기반 선택 과정이 부재한 이 나노스케일 영역에서 그러한 진화 과정을 대체할 방안을 제시하지 못했다고 주장한다. 나노스케일에서 이용 가능한 센서륨의 한계가 성공과 실패를 가려내기 어렵거나 불가능하게 만들 수 있다. 옹호자들은 설계 진화가 기존 공학 패러다임인 모델링, 설계, 프로토타이핑, 테스트, 분석, 재설계를 사용해 결정론적으로 엄격한 인간 통제 하에서 일어나야 한다고 주장한다.[2]
어쨌든 1992년 이후 MNT 기술 제안에는 자기복제 나노로봇이 포함되지 않으며, MNT 옹호자들이 제시한 최근 윤리 가이드라인은 무제약 자기복제를 금지한다.[2]
작동 방식과 유형
메카노합성과 위치 제어
MNT의 핵심은 메카노합성이다. 이는 분자 기계 시스템의 안내 하에 위치 제어 방식으로 원자 단위 정밀도로 구조를 구축하는 것이다. 기존 화학의 비확정적 공정과 달리, 확정적 공정으로 확정적 결과를 얻는 것을 목표로 한다. 분자 반응을 위치 제어된 장소와 배향에서 균형 잡아 원하는 화학 반응을 유도하고, 생성물을 조립해 시스템을 구축한다.[2]
스마트 재료와 나노센서
나노미터 규모에서 특정 과업을 위해 설계·공학된 모든 재료는 스마트 재료(smart material)다. 예를 들어 다양한 분자에 다르게 반응하도록 재료를 설계할 수 있다면, 인공 약물이 특정 바이러스를 인식하고 불활성화할 수 있다. 자기치유 구조물은 인간 피부와 같은 방식으로 표면의 작은 찢어짐을 자연스럽게 수리할 수 있다.[2]
나노센서(nanosensor)는 더 큰 기계 내의 작은 구성 요소로, 환경에 반응하고 근본적이고 의도적인 방식으로 변화하는 점에서 스마트 재료와 유사하다. 간단한 예로 광센서(photosensor)는 입사광을 수동적으로 측정하다가 빛이 지정된 임계값을 넘거나 아래로 내려가면 흡수된 에너지를 전기로 방출해 더 큰 기계에 신호를 보낸다. 이러한 센서는 기존 센서보다 비용이 적게 들고 전력을 덜 쓰면서도 주차장 조명을 어두워질 때 켜는 등 동일한 모든 응용 분야에서 유용하게 작동할 것으로 예상된다.[2]
복제 나노로봇과 나노팩토리
초기 개념에서는 특수 분자 구성 요소를 가진 인공 환경에서 나노로봇이 자기복제하는 것이었으나, 1992년 이후 기술 제안에서는 자기복제 나노로봇을 포함하지 않는다. 대신 위치 제어 다이아몬드 메카노합성과 다이아모이드 나노팩토리 개발에 초점을 맞춘다. 나노팩토리가 다른 나노팩토리를 생산할 능력을 갖추면 생산은 투입 재료, 에너지, 소프트웨어 등 상대적으로 풍부한 요소만으로 제한될 수 있다. 나노팩토리 무게는 1킬로그램 이상이 될 수 있다.[2]
의료용 나노로봇
MNT의 가장 중요한 응용 중 하나는 의료용 나노로봇공학 또는 나노의학(nanomedicine)으로, 로버트 프레이타스(Robert Freitas)가 수많은 책과 논문에서 개척했다. 대량의 의료용 나노로봇을 설계, 구축, 배치할 수 있게 되면 최소한 질병의 신속한 제거와 물리적 외상으로부터의 신뢰할 수 있고 비교적 고통 없는 회복이 가능해질 것이다. 의료용 나노로봇은 유전적 결함의 편리한 교정과 수명 대폭 연장도 가능하게 할 수 있다. 더 논쟁적으로는 자연적 인간 능력의 증강에도 사용될 수 있다. 한 연구는 종양, 동맥경화, 뇌졸중으로 이어지는 혈전, 흉터 조직 축적, 국소 감염 주머니 등의 상태가 의료용 나노로봇을 이용해 해결될 수 있다고 보고했다.[2]
유틸리티 포그
분자 나노기술의 또 다른 제안된 응용은 "유틸리티 포그(utility fog)"다. 이는 네트워크로 연결된 현미경적 로봇(분자 조립기보다 단순한) 구름이 소프트웨어 명령에 따라 모양과 특성을 변경해 거시적 물체와 도구를 형성하는 것이다. 물질재를 다양한 형태로 소비하는 현재 관행을 수정하는 대신, 유틸리티 포그는 단순히 많은 물리적 물체를 대체할 것이다.[2]
위상배열 광학
또 다른 제안된 응용은 위상배열 광학(phased-array optics, PAO)이다. 그러나 이는 일반 나노스케일 기술로 해결 가능한 문제로 보인다. PAO는 위상배열 밀리미터 기술의 원리를 광학 파장에서 사용할 것이다. 이는 홀로그램, 일출과 일몰, 부유하는 레이저 등 어떤 광학 효과든 가상으로 복제하는 것을 허용할 것이다. PAO 시스템은 BC 크랜드올(BC Crandall)의 《나노기술: 지구적 풍요에 대한 분자적 사색(Nanotechnology: Molecular Speculations on Global Abundance)》 중 브라이언 와우크(Brian Wowk)의 논문 "위상배열 광학(Phased-Array Optics)"에 기술되어 있다.[2]
사례
자료에 구체적인 구현 사례나 상용화된 게임·소프트웨어 사례는 언급되지 않았다. MNT는 여전히 개발 초기 단계에 있으며, 나노팩토리 협력 등 연구 프로젝트가 다이아몬드 메카노합성과 나노팩토리 개발을 위한 연구 의제를 추진 중이다.[2]
규제·논란·평가
잠재적 사회적 영향과 위험
분자 제조(molecular manufacturing)는 나노기술의 잠재적 미래 하위 분야로, 원자 정밀도로 복잡한 구조물을 구축 가능하게 할 것이다. 나노기술의 상당한 발전이 필요하지만, 일단 달성되면 나노팩토리에서 고도로 진보된 제품을 저비용으로 대량 생산할 수 있게 된다. 나노팩토리가 다른 나노팩토리를 생산할 능력을 갖추면 생산은 투입 재료, 에너지, 소프트웨어 등 상대적으로 풍부한 요소만으로 제한될 수 있다.[2]
분자 제조의 제품은 알려진 첨단 기술 제품의 저렴한 대량 생산 버전부터 여러 응용 분야에서 추가 능력을 가진 새로운 제품까지 다양할 수 있다. 제안된 응용 분야로는 첨단 스마트 재료, 나노센서, 의료용 나노로봇, 우주 여행 등이 있다. 또한 분자 제조는 고도로 진보되고 내구성 있는 무기를 저렴하게 생산하는 데 사용될 수 있는데, 이는 나노기술 영향과 관련해 특별히 우려되는 영역이다. 소형 컴퓨터와 모터를 장비한 이러한 무기는 점점 더 자율적이 되고 광범위한 능력을 가질 수 있다.[2]
글로벌 재앙적 위험
크리스 피닉스(Chris Phoenix)와 마이크 트레더(Mike Treder, 책임 있는 나노기술 센터), 앤더스 샌드버그(Anders Sandberg, 인류미래연구소)에 따르면, 분자 제조는 가장 중대한 글로벌 재앙적 위험을 초래하는 나노기술 응용이다. 여러 나노기술 연구자들은 나노기술의 주요 위험이 전쟁, 군비 경쟁, 파괴적 세계 정부로 이어질 잠재력에서 온다고 말한다. 나노기술 무기의 가용성이 상당한 확률로 불안정한 군비 경쟁을 초래할 수 있는 여러 이유가 제시되었다(핵 군비 경쟁과 비교해): (1) 진입 임계값이 낮아 많은 행위자가 경쟁에 뛰어들 유혹을 느낄 수 있다; (2) 분자 제조로 무기를 만드는 것이 저렴하고 숨기기 쉽다; (3) 따라서 타 당사자의 능력에 대한 통찰 부족이 신중함을 이유로 무장하거나 선제공격을 감행하게 만들 수 있다; (4) 분자 제조는 국제 무역 의존도를 줄일 수 있는데, 이는 잠재적 평화 촉진 요인이다; (5) 제조가 저렴하고 인간이 전장에 필요하지 않으므로 침략 전쟁이 침략자에게 더 적은 경제적 위협이 될 수 있다.[2]
모든 국가 및 비국가 행위자의 자기 규제가 달성하기 어렵기 때문에, 전쟁 관련 위험 완화 조치는 주로 국제 협력 분야에서 제안되었다. 국제 인프라를 확장해 국제 수준에 더 많은 주권을 부여할 수 있다. 이는 군비 통제 노력을 조정하는 데 도움이 될 수 있다. 나노기술 전담 국제 기구(국제원자력기구 IAEA와 유사하게) 또는 일반 군비 통제 기구도 설계될 수 있다. 방어 기술에 대한 차등적 기술 개발을 공동으로 진전시키는 정책(행위자가 일반적으로 선호해야 할 정책)도 가능하다. 책임 있는 나노기술 센터는 일부 기술적 제한도 제안한다. 기술적 능력에 대한 향상된 투명성은 군비 통제를 위한 또 다른 중요한 촉진제가 될 수 있다.[2]
그레이 구와 그린 구 시나리오
에릭 드렉슬러가 1986년 저서 《창조의 엔진(Engines of Creation)》에서 제안하고, 프레이타스가 "생물포식성 나노복제기에 의한 지구 생태계 포식의 몇 가지 한계와 공공정책 권고(Some Limits to Global Ecophagy by Biovorous Nanoreplicators, with Public Policy Recommendations)"에서 분석했으며, 주류 미디어와 픽션의 주제가 되기도 했던 또 다른 재앙적 시나리오는 "그레이 구(grey goo)"다. 이 시나리오는 바이오스피어 전체를 에너지원과 구성 요소로 소비하는 소형 자기복제 로봇을 포함한다. 드렉슬러를 포함한 나노기술 전문가들은 현재 이 시나리오를 신빙성 없는 것으로 간주한다. 크리스 피닉스에 따르면 "소위 그레이 구는 우발적 산물이 아니라 의도적이고 어려운 공학적 과정의 산물일 수만 있다." 나노바이오테크의 등장으로 "그린 구(green goo)"라는 다른 시나리오가 제기되었다. 여기에서 악성 물질은 나노봇이 아니라 나노기술을 통해 공학적으로 조작된 자기복제 생물학적 유기체다.[2]
이점
나노기술(여기서 논의된 목표를 더 구체적으로 지칭하기 위해 분자 나노기술이라 함)은 제조업의 역사적 추세를 물리법칙이 부과하는 근본적 한계까지 지속하게 할 것이다. 놀랍도록 강력한 분자 컴퓨터를 만들 수 있게 할 것이다. 강철이나 알루미늄 합금보다 50배 이상 가볍지만 동일한 강도를 가진 재료를 만들 수 있다. 제트기, 로켓, 자동차, 심지어 의자까지 오늘날 기준으로 놀랍도록 가볍고 강하며 저렴하게 만들 수 있다. 분자 컴퓨터의 안내를 받는 분자 수술 도구가 혈류에 주입되어 암세포나 침입 박테리아를 찾아 파괴하고, 동맥을 뚫거나, 순환이 손상되었을 때 산소를 공급할 수 있게 될 것이다.[2]
나노기술은 우리의 전체 제조 기반을 새롭고, 근본적으로 더 정밀하고, 근본적으로 더 저렴하고, 근본적으로 더 유연한 제품 제조 방식으로 대체할 것이다. 목표는 단순히 오늘날의 컴퓨터 칩 제조 공장을 대체하는 것이 아니라, 자동차, 텔레비전, 전화기, 책, 수술 도구, 미사일, 책장, 비행기, 트랙터 등 모든 조립 라인을 대체하는 것이다. 목적은 사실상 어떤 제품도 건드리지 않는 제조업의 보편적 변화다. 21세기 경제적 진보와 군사적 준비태세는 나노기술에서 경쟁적 위치를 유지하는 데 근본적으로 의존할 것이다.[2]
현재 나노기술과 분자 나노기술의 초기 개발 상태에도 불구하고, MNT의 경제와 법에 대한 예상 영향에 대해 많은 우려가 있다. 정확한 효과가 무엇이든, MNT가 달성된다면 제조품의 희소성을 줄이고 식량과 건강 보조기구 등 더 많은 재화를 제조 가능하게 만들 경향이 있다.[2]
MNT는 다른 분야의 발전으로 이미 치료되지 않은 모든 의학적 상태를 치료할 수 있는 나노의료 능력을 가능하게 할 것이다. 건강이 흔해지고, 어떤 형태의 건강 불량도 오늘날 천연두와 괴혈병만큼 드물게 될 것이다. 심지어 냉동보존술(cryonics)도 실현 가능해질 것이다. 냉동보존된 조직이 완전히 수리될 수 있기 때문이다.[2]
위험과 특이점
분자 나노기술은 일부 분석가들이 기술적 특이점(technological singularity)으로 이어질 수 있다고 믿는 기술 중 하나다. 이는 기술적 성장이 예측 불가능한 효과를 가질 정도로 가속화된 지점이다. 일부 효과는 유익할 수 있지만, 다른 효과는 해로울 수 있다. 예를 들어 비우호적 범용 인공지능(unfriendly artificial general intelligence)이 분자 나노기술을 활용하는 경우다.[2]
일부는 분자 나노기술이 엄청난 위험을 가질 것이라고 느낀다. 더 저렴하고 파괴적인 재래식 무기를 가능하게 할 수 있다. 또한 분자 나노기술은 바이러스와 암세포가 인체를 공격할 때처럼 자기복제하는 대량살상무기를 허용할 수 있다. 논평자들은 일반적으로 MNT가 개발된다면 그 자기복제는 매우 통제되거나 "본질적으로 안전한(inherently safe)" 조건 하에서만 허용되어야 한다는 데 동의한다.[2]
나노기계 로봇이 달성된다면, 그리고 만약... (자료 중단)[2]
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