물 위를 걷고 벽을 기어오르는 법 : 동물 운동과 로봇의 미래

동물 운동과 로봇의 미래

데이비드 L. 후 지음 | 조미현 옮김

에코리브르 2019년 10월 17일 출간 종이책 : 2019년 03월 29일 출간

작품소개

책소개

▶ 교양과학에 관한 내용을 담은 전문서적입니다.

목차

감사의 글

서론: 동물 운동의 세계
1 물 위를 걷기
2 모래 밑 헤엄치기
3 날뱀의 모양
4 속눈썹과 상어 가죽
5 죽은 물고기의 유영
6 빗속을 날기
7 머리보다 힘
8 개미는 유체 또는 고체?
결론: 미래

참고문헌
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출판사 서평

동물 운동의 비밀,
그리고 그들이 우리에게 가르쳐주는 것들에 대한 발견!

저자는 반려동물로 많이 키우는 개로 이야기를 시작한다. 산책을 하고 돌아와 목욕을 시킨다. 그러고 나면 개는 힘껏 몸 털기를 한다. 저자는 그 모습을 고속 필름으로 촬영해 분석했다. 놀랍게도 몸 털기가 지구 중력의 최대 12배에 달한다고 한다. 그래서 저자는 생쥐부터 곰에 이르기까지 1만 배의 체중 범위에 걸쳐 있는 동물들의 고속 필름을 수집했다. 1초당 곰은 4회, 개는 4∼7회, 쥐는 18회, 생쥐는 어지럽게도 29회 몸을 턴다. 사람이 눈을 한 번 깜빡이면 생쥐의 몸 털기 10회를 놓치는 셈이다. 그럼 왜 몸집이 작은 동물일수록 1초당 몸을 터는 횟수가 더 많은 걸까? 작은 동물일수록 반경이 더 작아서 구심력이 덜 발생한다. 덩치 큰 동물과 동일한 물방울 방출의 힘을 일으키려면 더 빨리 돌려야 한다.
동물들의 외모는 상당히 달라 보이지만 한 가지 공통점을 갖고 있는데, 생존하기 위해 움직이지 않을 수 없다는 사실이다. 운동은 단순한 이유로 인해 진화했다. 바로 에너지의 필요다. 이는 일반적으로 정주성(定住性)을 띠는 식물과 동물을 구분하는 요소 중 하나다. 식물은 태양광을 이용해 스스로 영양분을 얻는 독립 영양체다. 반면 동물은 끊임없이 먹잇감을 찾아다니고 섭취함으로써 에너지를 얻는 종속 영양체다. 초식동물은 먹이를 찾아다니느라 움직이고, 포식자는 그들을 뒤쫓기 위해 움직인다. 포식자든 피식자든 민첩하고 반응 빠른 동작이 잡아먹히는 일을 피하는 한 가지 방법이다. 하지만 동물은 움직이는 데 많은 에너지를 쏟으면 쏟을수록 에너지 공급을 보충하기 위해 더 많이 먹어야 한다. 따라서 동물은 속도, 절약, 기동성이라는 관점에서 한계를 넘어서는 경우가 흔하다. 물론 이런 동물의 운동은 다양한 환경을 탐색하고 적응하는 것과도 깊은 관련이 있다.
동물 운동은 우리 주변 어디에나 존재하고, 그것은 동물이 세상에서 일을 처리하는 주된 방식이다. 이렇게 다양한 동물 운동은 어떻게 생겨났을까?
동물 운동의 다양성은 하나의 공통된 맥락, 바로 진화로 가능해졌다. 진화는 믿을 수 없을 만큼 단순하면서도 강력한 알고리즘으로 작용한다. 따라서 모든 종류의 동물 운동은 아무리 기이한 것이라 할지라도 진화의 과정을 통해 출현했다. 물 위를 걷는 것도 매력적인 한 예다. 곤충은 대략 4억 년 전에 진화했고, 3억 년 후에는 육생 곤충류와 거미류가 물 표면에 대량 서식하기 시작했다. 이러한 이주 덕분에 그들은 포식자를 피해 새로운 먹이원과 새끼를 부화시킬 안전한 장소를 찾게 됐다. 현존하는 물 위를 걷는 곤충 중 가장 원시적인 물노린재(Velia)는 그 진화의 원조인 벌레들과 상당히 비슷하다. 많은 육생 곤충이 그렇듯 이것들도 6개의 다리를 써서 개미와 비슷하게 발끝으로 걷는다. 이 동작은 물에서는 별로 효과가 없어 마치 얼음 위에서 영원히 미끄러지고 있는 것처럼 미친 듯이 움직여도 거의 진전이 없다. 게다가 느린 걸음 때문에 물가로 가까이 가는 데도 제약이 있다. 물 위를 걷는 이 원시적인 곤충은 개구리밥과 그 밖의 신종(新種) 식물이 안전을 위해 기어 올라갈 장소를 제공해주는 얕은 곳에 서식한다.
시간이 흐르면서 물 위를 걷는 곤충의 가운뎃다리들이 더 길게 진화하면서 발끝으로 걷는 것보다 확실히 장점을 가져다줬다. 결국 이들의 다리는 배의 노처럼 작동할 수 있을 만큼 아주 길어졌다. 소금쟁이라는 이 새로운 종은 배처럼 노를 저을 수 있고, 나머지 다리를 지지대용 수상 플랫폼으로 삼아 균형을 잡을 수 있다. 이는 매우 효과적인 보행이라 이런 곤충을 손으로 잡기란 거의 불가능하다. 반면 소금쟁이는 수면에서 이동하는 데 워낙 특화된 나머지 땅에서는 카누 같은 다리들을 꼴사납게 질질 끌면서 느릿느릿 움직인다. 소금쟁이에게는 돌이킬 방도가 없다. 물 위는 이들의 영구 거주지가 되어버렸다.
무척추동물만 물 위를 걷는 능력을 개발한 것은 아니다. 예수그리스도도마뱀, 즉 바실리스크도마뱀은 흰 점이 난 초록색 몸통에 커다랗고 노란 눈이 있다. 녀석은 놀라면 삽시간에 후다닥 물 위를 뛰어갈 수 있다는 점을 제외하면 보통 도마뱀처럼 움직인다. 수면을 철썩 때리고 무게를 지탱하는 데 사용하는 주름 달린 긴 발가락이 있다. 마찬가지로 붉은 눈에 몸통은 검은색과 흰색인 서부논병아리도 무게가 바실리스크도마뱀의 10배 가까이 되지만 물 위를 달릴 수 있다. ‘러싱(rushing)’이라는 정교한 짝짓기 구애 동작 때, 수컷은 암컷을 사로잡기 위해 물을 가로질러 최대 50미터를 달린다. 이들 수컷과 암컷 새는 배우자를 간택한 이후에도 부부의 유대를 강화하기 위해 함께 물 위를 달리곤 한다. 이런 도마뱀과 새는 양쪽 다 진화론적 기원에 따른 제약을 받는다. 가장 작은 척추동물은 곤충 크기지만, 바

작가정보

저자(글) 데이비드 L. 후

저자 : 데이비드 L. 후
매사추세츠 공과대학(MIT) 기계공학과를 졸업하고, 같은 대학에서 수학과 박사 학위를 받았다. 2005~2008년에는 뉴욕 대학 커런트 수리과학연구소에서 수학 강사로 일했다. 유체역학자이자 동물 운동의 생체역학 분야를 선도하는 연구자로서, 비행·수영·달리기는 물론 기계공학·수학·신경과학 등 다양한 분야를 결합한 연구를 진행하고 있다. 로봇이 인간과 상호 작용하고, 최소 침습 수술을 지원하고, 행성 간 탐사를 수행하거나 탐색 및 구조 작업을 진행하기 전 생물학적 대응물과 관련한 작업이 어떻게 이뤄지는지 근본적인 물리적 이해가 필요한데, 따라서 그의 연구는 로봇 연구에 큰 영향을 미치고 있다. 현재 조지아 공과대학 기계공학과 생물학 부교수이며, 물리학 겸임부교수이기도 하다. 현재 애틀랜타에서 살고 있다.
생물학, 공학, 물리학, 로봇공학을 아우른 이 책 《물 위를 걷고 벽을 기어오르는 법》은 동물 운동 이면의 놀라운 역학을 이해하기 쉽게 풀어 설명해준다.

역자 : 조미현
서울대학교 신문학과를 졸업하고, 영화 잡지 〈월간 키노〉에서 기자로 일했다. 그 밖에 장편영화 연출부, 독립영화 프로듀서, 실험극단 기획자 등으로 활동했다. 옮긴 책으로 《무신론자와 교수》 《자본 없는 자본주의》 《세계 경제의 황금기는 다시 오지 않는다》 《불평등의 역사》 《에드먼드 버크와 토머스 페인의 위대한 논쟁》 《십대의 재능은 어떻게 발달하고 어떻게 감소하는가》 《마음의 혼란》 등이 있다.

번역 조미현