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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

생체모방공학이 생물의 기술을 능가할 수 없는 이유

미디어위원회
2024-06-04

생체모방공학이 생물의 기술을 능가할 수 없는 이유

: 인간은 자연에서 배울 수는 있지만, 성공적으로 복제할 수는 없다.

(Why Biology Will Always Surpass Biomimetics

Humans can learn from nature but can never successfully duplicate nature)

by Jerry Bergman, PhD


    창조론적 세계관을 받아들여야 하는 두 가지 이유는 다음과 같다 : 1)생물의 독창적인 설계와 2)생물의 경이로운 복잡성이다.

사이먼 프레이저 대학(Simon Fraser University)의 생의학 및 운동학 교수인 맥스 도넬란 (Max Donelan)은 자연의 우월성에 대한 몇 가지 사례를 소개했다. 그는 지구의 거친 표면을 이동하는 특정 동물의 비교할 수 없는 능력에 대해 언급했다 :

누(wildebeest)는 거친 지형에서 수천 km를 이동할 수 있고, 산양(mountain goat)은 말 그대로 절벽을 기어오르며 존재하지 않는 것 같은 발판을 찾아낼 수 있으며, 바퀴벌레(cockroaches)는 다리를 잃어도 속도가 늦춰지지 않는다.... 이러한 지구력, 민첩성, 견고함을 갖춘 로봇은 아직까지 없다.[1]

설계(design)에 대한 유사한 주장들은 다른 많은 곳들에서도 제기된 바 있다.[2] 인류가 자연계에서 작동되고 있는 원리를 살펴보고, 인류의 기술 발전에 중요한 정보를 얻었다는 사실은 오랜 역사를 갖고 있다.[3] 인간이 생물계를 연구하면서 얻은 통찰력에 관한 많은 책들 중에서 '인간 공학자 - 자연의 모방자(Man the Engineer—Nature’s Copycat)'라는 제목의 책이 있다.[4] 우리는 생물들로부터 많은 것을 배울 수 있지만, 지금도 생명체를 만들어낼 수 없으며, 미래에도 그럴 수 없을 것이다. 설사 우리가 모든 구성물질들을 합성하고 조립할 수 있다고 할지라도, 그것이 “켜지고” 작동되지는 않을 것이다(2010. 2. 5. 논평 참조). 참되시고 살아계신 하나님만이 생명의 유일한 원천인 것이다.


딱딱한 로봇과 부드러운 생물의 비교

“로봇은 왜 생물을 능가할 수 없는가?”[5]라는 제목의 기사에서, 공학적 기준으로 볼 때, 생물들은 생체 구성 요소들의 통합과 제어에 탁월하다.[6] 하지만 생물들은 “인공 부품들에 비해 놀라울 정도로 성능이 우수하다”라고 사이먼 프레이저 대학(Simon Fraser University)의 연구자들은 주장하고 있었다. 연구자들은 매우 다른 두 가지 유형의 재료, 즉 딱딱한 재료와 부드러운 재료를 비교했다. 강철, 구리, 플라스틱, 유리, 전선 등과 같은 대부분의 인공 부품들은 딱딱하다. 이들은 단기간 동안 잘 작동할 수 있다. 하지만 생물들은 부드러운 생체 조직과 신체 기관을 사용한다. 부드러운 신체 부위는 수영, 달리기, 나무타기를 할 때 구부러질 수 있고, 하나의 컴팩트한 세트처럼 움직일 수 있다. 반면 로봇의 프레임워크와 대부분의 구성 요소들은 단단하기 때문에, 특별히 설계된 관절이 있을 때에만 움직일 수 있다.

또한 근육과 신경과 같은 생물학적 구성 요소들은, 내장된 유전정보에 따라 배아의 세포 세트에서부터 발달한다. 초기 근육이 발달하면, 생물체가 성체가 될 때까지, 길이와 크기가 계속 증가한다. 또한 근육은 모든 생물들의 요구 사항을 수행하고, 지속적으로 유지되고 수리되며, 부상과 같은 손상으로부터 복구된다. 그리고 오직 생명체만이 스스로 번식할 수 있다.

반면 로봇의 근육과 신경을 모방하는 재료에는 모터, 도르레(pulleys), 전선, 유압장치 등이 포함되며, 이러한 재료는 발달하거나 성장하지 않는다. 이러한 부품들은 “성체” 형태로 제작되며, 설치 시점에 제대로 작동해야 한다. 유압장치는 공기나 오일과 같은 압축된 가스나 액체를 사용하며, 다양한 접합부, 신축 단면, 작동체에 힘을 전달한다. 유압장치는 전원 공급 장치, 하나 이상의 모터들, 피스톤 및 밸브 세트, 피드백 루프(feedback loop)로 구성된다. 모든 부품들은 조립 시에 올바르게 작동되도록 통합되어야 하며, 배아 로봇에서부터 성장될 수 없다. 또한 필요한 노하우를 갖춘 사람이 외부에서 정기적으로 유지 보수해야 한다. 일부 유지보수를 스스로 수행하는 비교적 간단한 내장형 시스템이 존재하지만, 이러한 시스템은 살아있는 생물체에서 관찰되는 것만큼 포괄적이지 않다. 성체 동물은 장기가 손상된다 하더라도, 거의 완벽하게(예로 간) 복구할 수 있다. 로봇은 인간이 할 수 없는 많은 동작들을 수행할 수 있다고 주장할 수도 있다. 예를 들어, 로봇은 손을 360도로 빠르게 돌리는 등 인간이 할 수 없는 불가능한 동작을 할 수도 있다(그렇게 설계된 경우)고 말한다. 그러나 헨더슨의 말처럼,

약간의 예외를 제외하고, 하위 부분의 인공적 시스템은 생물들의 하위 부분보다 성능이 뛰어나고 때로는 강력할 수 있다.... 하지만 분명한 것은 전체 시스템 수준에서 생물과 로봇을 비교해보면 움직임 측면에서 생물이 놀랍다는 것이다.[7]


생물학적 설계의 모방과 목표

인간이 만든 기계를 생물의 것과 비교하는 한 가지 목표는, 장치의 개선 방법을 배우려는 것이다. 잘 설계된 로봇은 원자력 발전소의 고위험 방사능 구역에서 자재들을 옮기거나, 설치된 수천 개의 지뢰들을 제거하거나, 식당에서 근로자를 대체할 수 있는 등... 많은 잠재적 용도로 사용될 수 있다.

사이먼 프레이저 대학 연구자들은 미래에 사용될 발전된 로봇 기술을 개발하기를 원하고 있었다. 더 나은 하드웨어를 만드는 데 중점을 두는 것이 아니라, 기존 하드웨어를 더 잘 통합하고 제어하는 방법을 이해하는 데 중점을 두고 있었다. 도넬란(Donelan) 교수는 이렇게 설명한다 : “인간의 엔지니어링이 생물학에서 통합 원리를 배우게 되면서, 작동되는 로봇은 생물만큼이나 효율적이고, 민첩하며, 견고해질 것이다.”[8] 물론 아직은 그런 일이 일어나지 않았다. 하지만 도넬란 교수는 생물학적 설계에서 영감을 얻은 새로운 재료, 장치, 구조의 개발이 진보를 가져올 것이라고 생각하고 있었다. 아마도 그렇게 될 것이다. 하지만 엔지니어들의 모방은 생물에 장착되어 있는 능력에는 결코 미치지 못할 것이다. 절대 근접할 수 없을 것이다!

생물에서 영감을 받은 설계에 관한 한 도서인 '도마뱀붙이의 발: 생물학적 영감 - 자연에서 얻은 신소재 공학(The Gecko’s Foot: Bio-inspiration: Engineering New Materials from Nature)‘을 읽어보라. 여기에는 사막 딱정벌레, 해파리, 거미줄, 규조류... 등에서 보여지는 놀라운 생체 기술들을 소개하고 있다. 책 제목에서 알 수 있듯이, 도마뱀붙이(gecko)의 발바닥과 그 밖의 다양한 생물 사례들은 자연으로부터 무궁무진한 영감을 얻을 수 있도록 한다.[9] 이 목록들은 생물은 너무나 잘 설계되어 있어서, 인간의 기술은 그것보다 훨씬 뒤처져 있다는 사실을 분명히 보여준다. 사이먼 프레이저 대학 연구의 공동저자이자 생물학자인 독일 킬 대학(Kiel University)의 스타니슬라브 고브(Stanislav Gorb)는 다음과 같이 말했다 : “이러한 생물학적 시스템에서 가장 흥미로운 점은 거시적 규모에서부터 미시적 규모 및 분자 수준에 이르기까지 모든 것들이 완벽하게 최적화되어 있다는 것이다.”[10]


창조된 설계를 설명해보려는 진화론자들의 헛된 시도

동식물에 들어있는 이러한 놀라운 시스템들은 명백히 지적설계(intelligent design)를 가리킨다.[11] 그러나 오늘날의 과학적 패러다임은 공학자들에게 이에 대해 진화론적 설명을 만들어내도록 강요한다.[12] 자연에서 발견된 경이로운 설계들이 모두 무작위적 돌연변이들에 의해서 우연히 생겨날 수 있었을까? 진화론자들은 엔지니어들이 모방할 만한 가치가 있는 고도로 복잡한 구조들이 설계되었을 것이라는 주장을 거부하고, 무작위적 과정으로 생겨났다고 주장한다. 창조론자들은 초월적 지혜의 창조주 하나님으로부터 시작한다. 진화론자들은 어떤 힘이 이러한 복잡한 구조들을 만들었다고 생각하는가? 놀랍게도 그들은 무작위적 돌연변이와 자연선택이 그러한 고도로 복잡한 구조들을 만들었다고 믿고 있는 것이다. 이것은 컴퓨터의 성능을 개선하기 위해서, 맹목적으로 총을 쏘는 것과 같다. 방향성 없이, 목적도 없이, 진행되는 무작위적 과정은 장구한 시간이 지난다 하더라도 개선되지 않는다.

헨더슨은 진화론적 장구한 시간을 언급하면서, 생물에서 영감을 얻는 공학적 개발에 대해 이렇게 쓰고 있었다 : 

진화는 방향성이 없기 때문에, 더 빠르게 발전할 수 있다... 우리는 로봇을 설계할 때 훨씬 더 정확히 할 수 있다. 한 로봇으로부터 무언가를 학습하여, 다른 모든 로봇에 다운로드 할 수 있다. 생물학에는 그러한 옵션이 없다. 따라서 로봇을 설계할 때, 진화를 통해 할 수 있는 것보다 훨씬 더 빠르게 할 수 있다... 그러나 진화는 훨씬 더 대대적으로 출발한다.[13]

하지만 수억 수천만 년이 도움이 될까? 헨더슨은 계속 말한다,

로봇 공학 분야가 좀 더 낙관적인 것은, 연구자들은 로봇 공학의 기술을 개발하는 데 걸린 시간은 수억 수천만 년에 걸쳐 진화한 수많은 세대의 생물들과 비교하면 상대적으로 짧다. 사실 그 과정은 놀랍도록 빠른 것이다.[14]

다른 저자들은 진화가 장구한 시간에 걸쳐 “진화에 의해 자연선택된 기본 구성 요소들과 구축 원리”가 만들어졌다고 동일하게 설명하고 있었다.[15] 위키백과에 따르면, 생물영감(bioinspiration)은 “생물학적 진화의 산물에서 기능을 관찰하고 이해하는 데 기반을 두고 있는 것”이라고 설명하고 있다.[16] 자연선택으로 연마된 돌연변이는 설계된 것처럼 보이는 결과를 만들어내며, 과학자와 엔지니어에게 영감을 제공하고 있다고 주장되는 것이다. 이러한 주장은 의심스러운데, 맹목적이고, 방향성이 없는, 무작위적 과정이 발전을 위한 공학적 기술을 만들어낼 수 있느냐 하는 것이다. 


요약

인간은 자연계에서 많은 것을 배우고 모방할 수는 있지만, 하나님이 완전한 시스템으로 창조하신 창조물과 같은 것을 결코 만들어낼 수 없다. 과학자들이 모방하고 싶어하는 경이로운 공학적 구조와 특성들이 수천만 년에 걸친 무작위적 유전적 손상들에 의해 나타났다는 주장은 매우 불합리해 보이며, 신뢰할 수 없어 보인다. 다윈 이전의 과학자들은 생물들에서 보여지는 설계를 전지전능하신 창조주의 탓으로 돌리는 일이 일상적이었다. 위대한 과학자들의 전기에서 많은 사례들을 살펴보라.


References

[1] Henderson, W. “Why can’t robots outrun animals?

https://www.sfu.ca/sfunews/stories/2024/04/why-can-t-robots-outrun-animals-/, 2024.

[2] Allen, R. Bulletproof Feathers: How Science Uses Nature’s Secrets to Design Cutting-Edge Technology. The University of Chicago Press, Chicago, IL, 2010.

[3] Martin, R.E. “Nature invented them first.” Popular Science 123(4):14-21, 1933.

[4] Munch, T. Man the Engineer—Nature’s Copycat. Westminster Press, Philadelphia, PA, 1974.

[5] Henderson, 2024.

[6] Henderson, 2024.

[7] Henderson, 2024.

[8] Henderson, 2024.

[9] Forbes, P. The Gecko’s Foot: Bio-inspiration: Engineering New Materials from Nature. W.W. Norton & Company, New York, NY, 2006.

[10] National Institute of Standards and Technology, “Gecko feet are coated in an ultra-thin layer of lipids that help them stay sticky.” Phys.Org. https://phys.org/news/2022-07-gecko-feet-coated-ultra-thin-layer.html, 6 July 2022.

[11] Bergman, J. “Affirmations of God’s existence from design in nature.” https://answersingenesis.org/is-god-real/affirmations-of-gods-existence-from-design-in-nature/, 2012.

[12] French, M.J. Invention and Evolution: Design in Nature and Engineering. Cambridge University Press, New York, NY, 1988.

[13] Henderson, 2024.

[14] Henderson, 2024.

[15] Sanchez, C., et al. “Biomimetism and bioinspiration as tools for the design of innovative materials and systems.” Nature  Materials 4(4):277-288, doi: 10.1038/nmat1339, April 2005.

[16] “Bioinspiration.” https://en.wikipedia.org/wiki/Bioinspiration.


*참조 : ▶ 생체모방공학

https://creation.kr/Topic102/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6487906&t=board

▶ 동물의 경이로운 기능들

https://creation.kr/Topic102/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6488433&t=board

▶ 창조를 믿었던 위대한 과학자들 

https://creation.kr/Topic501/?idx=6790566&bmode=view


출처 : CEH, 2024. 5. 15.

주소 : https://crev.info/2024/05/biology-vs-biomimetics/

번역 : 미디어위원회



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