장마가 끝나면 뜨거운 여름이 시작된다. 한여름엔 ‘피서(避暑)’라는 말처럼 더위를 피해 시원한 강이나 산으로 떠나야 제격이다. 요즘은 적지 않은 사람들이 바닥이 보일 정도로 투명한 바다를 자랑하는 외국으로 떠나고 있다. 외국 여행이 평범한 일상이 되고 있다.
외국이 아니라 달이나 화성으로 떠나는 우주여행은 어떨까. 피서와는 거리가 있지만 색다른 경험에 자신만의 추억을 쌓는 데는 최고일 것이다. 물론 우리가 우주여행을 떠날 수 있으려면 여러 가지 문제가 해결돼야 한다.
대표적인 것이 의식주에서 ‘식(食)’과 ‘주(住)’에 해당하는 먹고 마시며 거주하는 문제다. 달로 여행을 떠나더라도 그곳에 머물 수 없으면 멀리서 달을 구경하고 그냥 돌아와야 한다. 또 화성으로 여행을 떠나려면 오고 가는 데만 3개월이 넘게 걸리는데, 그동안 맛없기로 유명한 우주식량으로 배를 채워야 한다.
이런 문제 해결에 3D프린터가 나섰다. 3D프린터는 잉크젯프린터가 종이에 글자를 인쇄하듯이 플라스틱이나 고무 같은 재료를 이용해 물건을 입체적으로 인쇄하는 프린터다. 손으로 만들기 어렵거나 어딘가를 끊었다가 꼬거나 붙여야 하는 복잡한 모양도 한 번에 인쇄할 수 있다.
재료도 플라스틱이나 고무에서 금속이나 음식, 살아있는 세포까지 다양해져 3D프린터로 만들 수 있는 물건은 무궁무진하다. 전문가들은 3D프린터가 의료와 건축, 의류, 음식 같이 생활 곳곳에 쓰여 우리 삶에 혁신적인 변화를 이끌 것으로 기대하고 있다.
3D프린터가 물건을 인쇄하는 원리는 간단하다. 피규어를 인쇄한다면 먼저 컴퓨터를 이용해 사람이나 캐릭터를 입체적으로 수천~수만 개 이상의 얇은 층으로 잘게 쪼개서 분석한다. 이렇게 얻은 정보에 따라 발바닥부터 머리까지 얇은 층을 한 층씩 쌓아 올린다. 물건에 따라 위치와 크기를 조절하면서 조금씩 층을 쌓으며 인쇄한다.
•달의 흙과 돌로 달 기지 건설
미국 워싱턴대학교 연구팀은 달에서 얻은 재료로 부품을 인쇄할 수 있다는 사실을 밝혀 2012년 11월 ‘쾌속조형저널(Rapid Prototyping Journal)’에 논문으로 발표했다. 연구팀은 미국항공우주국(NASA)으로부터 달에서 가져온 돌과 거의 비슷한 물질을 얻었다. 그 다음 3D프린터를 이용해 이 물질로 어떤 것을 만들 수 있는지 직접 실험을 했다. 연구팀은 달과 비슷한 물질로 부품과 같은 여러 가지 형태를 만들어냈다.
3D프린터를 이용하면 달의 흙이나 돌을 재료로 지구에서처럼 원하는 것을 대부분 만들 수 있다는 얘기다. NASA는 오래전부터 3D프린터를 활용하고 있다. 실제로 화성탐사로봇 로버(Rover)에는 3D프린터를 이용한 부품이 70개나 들어가 있다.
3D프린터로 건물을 만든다는 얘기가 자칫 황당하게 들릴 수 있지만 2013년 5월 말 네덜란드에서는 뫼비우스 띠처럼 생긴 2층 건물을 3D프린터로 찍어 내겠다는 계획을 발표했다. 5m 높이의 대형 3D프린터를 이용할 계획인데 이미 돌, 모래 등 다양한 건축 재료로 모형을 찍어내는데 성공했다. 미국과 영국에서도 3D프린터로 건물을 짓는 계획을 추진하고 있다.
[그림 1]5m 높이의 대형 3D프린터로 만들 예정인 네덜란드의 건축물. 사진 제공 : Universe Architecture장거리 우주여행에서 먹는 일은 아주 중요하다. 다양한 음식에는 그만큼 재료나 준비해야 할 게 많이 필요하다. 하지만 우주선은 공간이 제한적이라서 조금 밖에 실을 수 없고, 요리할 수 있는 환경을 갖추는 것도 불가능에 가깝다. 그런데 우주에서도 지구에서처럼 먹을 수 있게 하려는 움직임이 일고 있다.
2012년 NASA는 우주인이 이용할 수 있는 ‘3D푸드프린터’를 6개월 안에 개발해 달라고 한 기업에 요청했다. 이 기업의 연구팀은 15년이 지나도 먹을 수 있는 조건을 갖춰야 하는 장거리 우주여행용 음식을 위해 재료를 모두 가루 형태로 만들고 있다. 식재료의 습기를 빼고 가루로 만들면 상온에서 30년이 지나도 썩거나 변하지 않는다.
연구팀은 2012년 11월에 3D푸드프린터로 초콜릿을 입힌 쿠키를 만드는 데 성공했다. 3D푸드프린터로 음식을 만드는 방법은 어떻게 될까. 연구팀이 생각하는 피자 인쇄 방법은 다음과 같다. 우선 뜨겁게 달군 쟁반 위에 도우를 인쇄한다. 쟁반이 달궈져 있어 인쇄와 동시에 도우가 구워진다. 이 위에 가루 형태로 저장해둔 토마토소스를 물과 기름을 섞어서 인쇄한다. 마지막으로 맛있는 단백질 층을 쌓아 토핑을 하면 완성된다. 모든 재료를 가루로 만들어 합성하기 때문에 단백질 층 재료는 동물이나 우유, 식물을 포함해 어떤 것을 써도 괜찮다.
[그림 2]3D푸드프린터로 만든 꼬인 띠 모양의 과자(좌)와 영국 엑세터대학교와 브루넬대학교 연구팀이
개발한 초콜릿 3D프린터(우). 사진 제공 : oskay, 엑세터대학교특히
3D푸드프린터는 재료를 모두 가루 형태로 만들어 쓰기 때문에 원재료를 다양하게 바꿀 수 있다는 큰 장점이 있다. 단백질 성분으로 고기류 대신 벌레나 콩과 같이 자연에 널려 있지만 직접 먹기에 거부감이 있거나 잘 먹지 않는 수많은 동식물을 음식 재료로 사용할 수 있다는 얘기다. 해조류나 풀, 각종 씨앗, 벌레 같은 다양한 요소를 음식으로 활용한다면 지구 환경 보호에도 크게 기여할 수 있다.
3D프린터를 잘만 활용하면 달이나 화성에 기지를 세울 수도 있고, 지구에서처럼 맛있고 다양한 음식을 먹을 수도 있다. 달이나 화성에서 몇 달을 머무는 긴 우주여행이 좀 더 실현 가능한 이야기가 되는 것이다. 우주여행을 앞당기는데 발 벗고 나선 3D프린터의 다양한 활약상을 기대해 본다.
글 : 박응서 과학칼럼니스트
출처 : 과학향기