생체공학 기초 안내서: 원리, 모델, 설계, 응용을 한 흐름으로

원리에서 검증까지 흐름으로 이해하는 생체공학 (조직공학, 유한요소해석, 바이오센서, 유전체학)

지식이야기 탐구지식팀 지음

지식이야기 2026년 02월 05일 출간

작품소개

책소개

생체공학 기초 안내서: 원리, 모델, 설계, 응용을 한 흐름으로 는 생체시스템을 공학적으로 이해하고 다루기 위한 가장 기본적인 틀을 한 권에 정리한 책이다. 생체공학이 다루는 대상은 세포, 조직, 장기, 인체 환경처럼 복잡하지만, 이를 설명하는 언어는 결국 보존법칙, 물성, 수송, 신호, 시스템이라는 공학의 기본 원리로 수렴한다. 이 책은 그 수렴의 과정을 원리에서 모델로, 모델에서 설계로, 설계에서 검증으로 이어지는 하나의 흐름으로 구성했다.

본서는 생체물질과 조직을 공학적으로 기술하는 방법에서 출발해 유체, 열, 막 수송, 생체전기 신호의 핵심 구조를 단계적으로 연결한다. 또한 센서와 계측, 시스템 모델과 제어, 생체역학의 기본 틀을 통해 실제 문제를 정의하고 해석하는 공통 절차를 제시한다. 각 장은 개별 주제를 나열하기보다, 같은 형태의 질문을 반복하도록 설계되어 있다. 무엇을 측정해야 하는가, 어떤 가정으로 식을 세우는가, 어떤 변수와 경계조건이 결과를 좌우하는가, 불확실성은 어디서 생기며 어떻게 다루는가 같은 질문들이 장을 넘어서 계속 이어진다.

이 책은 특정 저자의 경험이나 사례 중심의 서술에 기대지 않는다. 대신 생체공학 전반에서 재사용 가능한 개념적 도구와 모델링 습관을 강조한다. 독자는 다양한 생체공학 주제를 접하더라도 동일한 공학적 언어로 정리하고 비교할 수 있게 된다. 생체공학을 처음 접하는 독자에게는 길잡이가 되고, 이미 관련 내용을 배운 독자에게는 흩어진 지식을 하나의 체계로 묶는 기준점이 되는 것을 목표로 한다.


*생성형 인공지능을 활용하여 제작하고 편집 과정을 거쳤습니다. 편집자의 최종 검토를 거쳐 제작되었습니다.

목차

챕터 1 생체공학의 대상과 문제 설정
생체시스템을 공학적으로 다루는 범위
물질, 에너지, 정보의 흐름 관점
스케일 구분과 변수 선택
경계조건과 초기조건의 의미
측정 가능량과 관측 가능성
모델링에서의 가정과 제한
재현성과 검증의 기준

챕터 2 생체물질과 물성의 공학적 기술
연속체 가정과 구성방정식의 역할
점탄성, 점소성의 기본 표현
확산, 투과, 용해의 물리적 해석
표면, 계면, 젖음 현상
전기적 물성의 기초 모델
열적 물성 및 열전달 계수
복합재료 관점의 생체조직 기술

챕터 3 생체유체역학의 기본 구조
질량보존과 운동량보존의 틀
점성, 전단응력, 유동저항
층류와 난류의 구분 기준
관 유동에서의 압력-유량 관계
맥동 유동의 시간 스케일
비뉴턴 유체 모델의 적용 범위
유체-벽 상호작용의 개념

챕터 4 생체열전달과 에너지 균형
에너지 보존식의 구성
전도, 대류, 복사의 구분
생체조직 내부 열원과 대사열
혈류에 의한 열수송 개념
열확산 길이와 시간 스케일
경계조건 설정과 해석의 영향
열적 안전 한계의 공학적 정의

챕터 5 막, 수송, 교환의 모델링
농도 구배와 플럭스의 관계
막 투과도와 선택성의 매개변수화
대류-확산 결합의 기본식
반응-확산 시스템의 구조
흡착과 결합의 동역학 모델
경계층과 유효전달계수 개념
교환기 관점의 전달 효율 해석

챕터 6 생체전기와 신호의 물리적 기반
전위, 전류, 임피던스의 해석
등가회로 모델링의 의미와 한계
전극-조직 계면의 전기화학적 거동
필터링과 대역 제한의 물리적 해석
샘플링과 양자화의 정보 손실
잡음 원인 분류와 SNR 개념
신호의 선형성 가정과 검증

챕터 7 센서와 계측의 원리적 설계
측정 변수와 민감도의 정의
정확도, 정밀도, 반복성의 구분
교정 곡선과 오차 전파 구조
동적 응답과 시간상수 개념
드리프트와 히스테리시스의 원인
간섭과 크로스토크의 최소화 원리
안전 절연과 누설전류 기준의 해석

챕터 8 시스템 모델과 제어의 기초 틀
상태변수와 입력-출력의 설정
선형 시스템 근사의 조건
피드백 구조와 안정성 개념
전달함수와 주파수 응답 해석
시간영역 응답과 과도특성
지연, 포화, 비선형 요소의 영향
제어 성능 지표의 공학적 정의

챕터 9 생체역학과 구조 해석의 기본
응력-변형률 관계의 해석
하중 조건과 지지 조건의 모델링
굽힘, 인장, 압축의 기본 거동
피로와 파손의 공학적 기준
접촉과 마찰의 단순화 모델
형상과 기하학이 응답에 미치는 영향
수치해석에서의 메시와 수렴 개념

챕터 10 통합 설계와 검증의 표준 흐름
요구조건을 공학 변수로 변환
설계 변수, 제약조건, 목표함수의 설정
모델 기반 예측과 민감도 분석
실험 설계와 통계적 검정의 연결
모델 검증과 불확실성 정량화
리스크 분석과 안전계수의 설정
문서화와 추적성의 기본 구조

인물정보

저자(글) 지식이야기 탐구지식팀

생체공학에 대한 관심을 바탕으로 독자 니즈와 시장 흐름을 꾸준히 연구하며, 복잡한 내용을 핵심 개념 중심으로 쉽게 정리한 지식콘텐츠를 성실히 제작하고 있습니다.