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[김정호의 4차혁명 오딧세이] '세상 움직이는 진짜 힘' 경계 조건을 아십니까?

기사입력 : 2017년09월29일 16:00

최종수정 : 2017년09월29일 16:00

문제의 해법이 많아지면 최종 해법은 경계선에 있는 조건이 결정
한반도의 복잡한 정세 해법을 결정하는 '경계 조건'에 관심 가져야

문제의 궁극적 해법을 결정하는 '경계 변수'

대학교와 대학원에선 공학문제 연습에 있어 미분 방정식 문제를 가장 많이 푼다. 전자공학의 전자파의 전파 문제, 안테나 설계 문제, 반도체 내의 전자 존재 문제, 반도체 내의 에너지 문제, 기계공학에서의 진동 문제, 마찰문제 등이 이에 해당한다.

이러한 연습 문제에선 기술과 자연 내의 현상을 대부분 아주 간단한 선형 2차 미분방정식으로 모델을 하고, 그 수학식으로 해를 얻는다. 이를 통해 어떤 솔루션이 존재하는 지, 어떤 물리적 의미를 갖는 지를 해석한다. 하지만 이러한 접근은 한계가 있다. 실제 자연 문제는 비선형적인 경우가 많다. 

필자의 연구실에선 하이브리드 전기 자동차의 전자파 문제를 컴퓨터로 계산한 적이 있다. 자동차의 경우 나노 미터급 크기의 반도체 구조에서 시작해 자동차 전체 바디 사이즈인 미터 크기까지 큰 크기의 범위 내에서 동시에 컴퓨터로 계산한다. 결국 컴퓨터를 이용해 시뮬레이션할 때, 반도체도 모델해야 하고, 케이블, PCB, 샤시, 바퀴까지 포함해서 계산해야 한다. 컴퓨터로 계산한다 해도 2차 미분방정식이 이 범위이면 계산이 매우 어렵다. 아주 다양한 컴퓨터 계산 알고리즘을 사용한다. 

그런데 이러한 미분방정식의 해는 좌표계에 따라 다른 함수 해를 갖는다. 예를 들어 (x,y,z)로 표현되는 직각 좌표계의 경우 정현파 삼각함수인 sin(x), cos(x) 등의 해를 갖는다. 그래서 시간 또는 공간에 따라 주기적으로 변화하는 함수 해를 갖는다. 

그런데 각각의 좌표계에는 미분방정식의 무한대의 해가 존재하며, 이 무한대의 해에서 특정 해답은 바로 '경계 조건'(Boundary condition)에 의해 결정된다. 직각 좌표계의 경우 (x, y, z) 세 축 방향으로 맨 끝의 길이와 상태가 3가지 경계 조건이 된다. 이 경계 조건이 결정되면 특정한 주파수, 에너지의 정현파 삼각함수가 최종 해가 된다.

여기서 결정되는 특정한 주파수, 에너지 등은 연속적인 값이 아니라 뚝 뚝 끊어진 불연속 값을 갖는다. 따라서 미분방정식의 해와 특정 값은 최종적으로 경계 조건이 결정한다. 4차 산업혁명은 디지털 세계다. 그렇게 보면 4차 산업혁명은 경계 조건을 만족하는 미분방정식의 해가 될 수 있다.

한반도 운명을 결정할 수 있는 '경계 변수' 에 관심 가져야

한반도는 미국, 일본, 중국, 러시아 등 강대국들과 인접하고 있다. 우리는 항상 힘의 균형과 비균형 사이에서 생존해 왔다. 그 힘은 때론 대륙세력이 되기도 하고, 때론 해양세력이 되기도 한다. 최근 북한 핵 문제가 전면에 등장하면서 우리 주변의 경계 조건에 대해서 다시 한번 실감하고 있다. 한반도 주변의 경계 조건이 우리가 취할 수 있는 해를 정한다.

아메리카 대륙을 맨 처음 발견한 크리스토퍼 콜럼버스(아래 사진)는 동생인 바르톨로메오 콜럼버스와 지도 제작 일을 하고 있었다. 그런데, 그 당시 베스트셀러였던 동방견문록을 읽고 기존의 관념과는 다르게 지구는 둥글고 세상은 그다지 크지 않으며, 바다 서쪽 끝에는 낭떠러지가 아닌 무언가가 있을 것이라는 생각을 하게 됐다고 한다.

콜럼버스는 지구는 둥글테니까 서쪽으로 계속 항해를 하면 언젠가는 세계를 한 바퀴 돌아서 중국과 인도에 닿을 수 있으리라 믿었다. 그는 이사벨 1세의 후원으로 탐험을 시작할 수 있었다. 그리고 1492년 8월 3일 스페인 카디스를 떠나 3달뒤인 10월 12일 지금의 바하마 제도에 상륙한다.

역사를 돌이켜 보면 해상을 지배한 국가가 세계를 지배했다. 해상을 점유한 이후 무역 교류를 통해서 문화와 기술이 전달되고, 부를 축적하고 전쟁을 했다. 2차 세계 대전 중의 미국과 일본의 태평양 전쟁도 결국 태평양을 누가 점유할 것인가에 대한 '경계 조건' 전쟁이었다. 이처럼 많은 자연, 기술, 국가의 상태는 경계 조건에 의해서 결정된다.

지금 한반도는 경계 조건이 너무 좁다. 저 멀리 태평양, 인도양, 시베리아까지 넓어 지면, 우리가 취할 수 있는 해법이 다양할 것으로 생각한다. 아름다운 기타 줄 소리처럼, 기타 줄이 길어지고 굵어 지면, 웅장한 저음을 만들 수 있다. 4 차 산업혁명은 인공지능 빅데이터, 사물인터넷 등을 근간으로 세상이 바뀐다. 이러한 새로운 미분방정식에서 새로운 확장된 경계 조건이 되면 우리에게 새로운 기회가 된다. 경계 조건을 크게 확장할 필요가 있다.

<김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수>

김정호 카이스트 교수

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[단독] 日 여행객 'K-쌀' 사간다 [세종=뉴스핌] 이정아 기자 = 일본 여행객이 한국을 방문, 한국 쌀을 직접 구매해 들고 나가는 사례가 급증하고 있다. 일본 내 쌀값이 고공행진을 이어가는 가운데 '밥맛 좋은 한국 쌀'이 대체제로 급부상하면서 벌어지는 현상이다. 3일 <뉴스핌>이 입수한 자료에 따르면, 올해 1월부터 6월까지 상반기 동안 일본 여행객이 한국에서 직접 구매해 일본으로 들고 간 국산 쌀은 3만3694kg로 집계됐다. 일본은 지난 2018년부터 휴대식물 반출 시 수출국 검역증을 의무화한 나라로, 병해충과 기생식물 등 식물위생 문제에 매우 엄격하다. 특히 쌀처럼 가공되지 않은 곡류는 검역 과정이 매우 까다롭다. 그럼에도 불구하고 일본 여행객들의 한국산 쌀 열풍은 지속됐다. 지난해 한 해 동안 일본 여행객이 반출한 국산 쌀은 1310kg에 불과했지만, 올해는 상반기에만 무려 25배 이상 급증했다. 같은 기간(2024년 1~6월)으로 비교하면 작년 106kg에서 올해 3만3694kg로 약 318배 증가한 셈이다. 농식품부 관계자는 "일본 여행객들의 '쌀 쇼핑'이 열풍을 불면서 관련 문의가 급증했다"며 "한국쌀이 일본쌀에 비해 맛과 품질이 뒤떨어지지 않는다는 인식이 생기면서 반출되는 양도 많아지고 있다"고 설명했다. 쌀을 화물로 탁송하는 사례도 동반 상승했다. 올해 상반기 기준 화물검역을 통해 일본으로 수출된 국산 쌀은 43만1020kg에 달한다. 지난해 화물 검역 실적이 1.2kg에 그쳤던 것과 비교하면 폭증 상태다. 업계에서는 이번 흐름이 국산 쌀에 대한 일시적 특수로 끝나지 않고 국내에서 정체된 쌀 소비의 새로운 돌파구가 될 수 있을 것으로 내다보고 있다. 임정빈 서울대 농경제학과 교수는 "일본에서 쌀 가격이 두 배 이상 올랐으니 한국에 와서라도 쌀을 구매하는 여행객이 늘어난 것"이라고 짚었다. 이어 "다만 일본의 쌀 관세율이 매우 높기 때문에 한국 쌀의 가격만 보지는 않았을 것"이라며 "국산 쌀의 품질이 높기 때문에 이 부분에서도 합격점이 있을 것"이라고 평가했다. [영종도=뉴스핌] 윤창빈 기자 = 11일 오전 인천국제공항 제1터미널에 중국발 여행객들이 입국하고 있다. 2023.03.11 pangbin@newspim.com 정부 역시 이같은 수요에 대응해 일본 관광객을 대상으로 검역제도 안내·홍보에 나서기로 했다. 현재는 농림축산검역본부를 통한 사전신청, 수출검역, 식물검역증 발급, 일본 통관까지 최소 3단계 이상이 요구된다. 다만 한국 쌀을 일본으로 반출할 때 한국에서 식물검역증을 발급받아야 한다는 사실을 모르는 일본 관광객이 일본에 돌아가 쌀을 폐기하는 일이 생기면서 홍보의 필요성이 대두됐다. 농식품부 고위 관계자는 "지난달 오사카 엑스포 현장 방문을 계기로 일본 농림수산성과 예방할 기회가 주어졌는데 그 자리에서 쌀 검역 문제가 논의됐다"며 "한국 정부는 일본 여행객이 애써 한국 쌀을 구매한 뒤 일본으로 돌아가 폐기하는 일이 없도록 제도 홍보에 만전을 기하겠다"고 전했다. plum@newspim.com 2025-07-03 11:10
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