이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (12)   지난 호에서는 ‘정보의 가시화’ 또는 ‘정보의 시각화’와 그 중요성에 관하여 여러 가지 사례를 바탕으로 소개하였다. 데이터의 시각화 사례를 다양한 주제의 인포그래픽(infographic)을 통하여 살펴보았다. 정보의 시각화 과정에서 여러 가지 정보가 의도와 다르게 왜곡되거나 해석될 소지가 있다는 점을 지적하였다. 정보의 수집 못지 않게 정보의 분류와 올바른 태깅(tagging)이 중요하다는 것을 강조하였다.  이번 호에서는 올해의 연재를 마치면서 ‘입체 이미지 정보의 유혹과 과제’라는 주제로 ‘입체 이미지 정보의 자료화’와 ‘정보의 입체적 시각화’에 동반되는 여러 가지 문제점과 제약에 관해서 소개하고자 한다. 그리고, 다차원 정보의 효과적인 시각화에 따른 과제와 전망에 관해서도 소개하고자 한다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다.  이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com 홈페이지 | www.wafermasters.com   그림 1. 외형만으로는 과육의 색상이나 씨의 유무를 판단하기 어려운 다양한 품종의 수박   겉모습과 실체  사물, 현상 또는 사람의 겉모습만으로 실체를 파악할 수 있을까? 경험과 지식을 통해서 추정은 가능하지만 실체를 정확하게 알 수는 없다. 추정한 결과가 높은 확률로 맞는 경험을 한 사람은 자신의 판단에 확신을 가질 것이고, 그렇지 못한 사람은 겉모습을 바탕으로 판단하는 것에 주저하게 될 것이다. <그림 1>에 소개한 다양한 종류의 수박 사진만 보아도 일반적으로 생각하는 수박의 이미지와 다른 것도 포함되어 있어 당황스럽기까지 하다. 새로운 품종의 수박을 개발하여 과육의 색이나 외형이 달라진 것이지만 우리가 일반적으로 수박이라고 생각하는 특징을 가지고 있기 때문에, 수박이라고 분류해도 그럴 수 있겠다고 생각하게 된다. 이런 경험을 자주 하게 되면 점점 수박에 대한 정의와 개념에도 변화가 생기게 된다. 한 가지 분명한 것은 겉모습만으로 실체를 올바르게 알 수 없다는 것이다. 겉모습은 많은 특징 중의 하나일 뿐이다. 과육이 노란 수박만 경험해 온 사람에게는 수박의 과육은 노란색이어야만 할 것이다. 그런 사람에게 빨간색 과육의 수박이 수박으로 인정받기 위해서는 다른 특징을 종합적으로 비교해서 수박으로 인정받아야 할 것이다. 시한폭탄처럼 생긴 수박도 잘라도 보고 맛도 보고 한 다음에나 수박으로 인정될 것이다. 학습에 의해서 어떤 개념을 접하고 한정된 경험을 하게 되면 사물, 현상 또는 사람에 대한 판단 기준이 제한적이지만, 다양한 경험을 하게 되면 대체로 다양성을 받아들이는 방향으로 변화하게 된다. 아마도 학생 시절에는 교과과정에 따른 학습에 의해서 옳고 그름의 경계가 명확하다고 느끼지만, 시간이 지나면서 다양한 경험을 통해 모든 경계가 모호한 것임을 느껴가는 경험을 했을 것이다. 모든 사물에는 이름이 붙어 있지만 그것도 누군가에 의해서 구분되어 이름이 붙여졌을 뿐, 그다지 큰 의미는 없는 경우가 대부분이다.  누군가가 수박의 특징에 대해서 이야기하라고 하면 어떻게 답하게 될까? 아마도 학습이나 경험을 통해서 알게 된 수박의 형태, 크기, 구조, 색상, 맛 등에 관한 정보를 나열하게 될 것이다. 모든 특징을 전부 알지도 못하거니와 모든 경우를 나열할 수도 없으므로, 알고 있는 범위에서 가장 확률이 높은 특징을 몇 가지 나열하는 정도가 될 것이다. 이것은 본인이 가지고 있는 수박의 판단 기준이라고 할 수 있을 것이다. 다른 사람이 조금 다른 수박에 대한 판단 기준을 가지고 있다고 하더라도 그다지 이상한 일도 아니다. 이미지 정보의 겉모습과 실체도 이와 같이 보는 이의 경험과 지식에 따라서 다르게 판단될 수 밖에 없는 것이다.   그림 2. 수박의 활용 목적과 용도에 맞게 절단하는 다양한 방법   목적에 맞는 활용 계속해서 수박 이미지를 예로 들어 정보의 활용에 관해서 생각해 보자. 눈 앞에 수박이 하나 있다고 하자. 관상용일 수도 있고 간식용일 수도 있을 것이다. 어쩌면 수박이 있는지도 모르고 지나치게 될 지도 모른다. 수박을 음식물로 섭취의 대상으로 생각한다면 어떤 방법으로 어떻게 잘라서 어느 부분을 먹을까 고민해야 할 것이다. <그림 2>에 다양한 수박 절단 방법을 예시하였다. 같은 수박이라도 자르기 쉬운 방법으로 자를 것인가, 먹기 좋게 자를 것인가, 보기 좋게 자를 것인가, 다른 요리에 사용하기 좋게 자를 것인가, 관상용으로 자를 것인가를 정해야 할 것이다. 그런 판단을 하기 위해서는 목적이 정해져야 할 것이다. 수박을 보고 목적을 생각하는 경우도 있을 것이고, 목적을 정해 놓고 수박을 생각하는 경우도 있을 것이다.  이미지 정보 또한 이와 같아서, 이미지를 보고 정보를 추출하는 방법도 있고 특정의 정보를 추출하기 위해서 이미지를 고르는 경우도 있을 것이다. 추출하고자 하는 정보가 정해졌다면 그 정보를 최소한의 노력으로 추출할 수 있는 방법으로 이미지를 취득할 수 있는 촬영 방법을 고려하는 일부터 시작하지 않을까 싶다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (11)   지난 호에서는 ‘제어’의 개념에 관하여 간단히 설명하고 고대 그리스 알렉산드리아 신전에서 사용되었다고 하는 자동문의 동작 원리, 증기기관의 원심조속기를 비롯하여 다양한 방식의 제어 사례를 소개하였다. 모든 제어에 필요한 기본적인 구성 요소의 기능과 역할에 관하여 살펴보고 수동, 자동, 반자동, 적응형, 학습형 등 다양한 제어 방식의 차이점과 특징에 관해서도 다루었다. 인간의 경험, 심리 상태로 인한 개인차와 선택적 거부 습성이 제어 결과에 미치는 영향에 관해서도 알아 보았다. 이번 호에서는 ‘구슬이 서말이라도 꿰어야 보배’라는 속담이 있듯이 ‘정보의 가시화’와 그 중요성에 관하여 여러 사례를 바탕으로 소개한다. 데이터 가시화, 시각화의 중요성은 인포그래픽스(infographics)라는 새로운 분야를 탄생시켰다. 수집된 정보를 시각적으로 잘 표현하여 이해하기 쉽고 활용하기 쉽게 하기 위한 노력이 정보의 수집 이상으로 중요하다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다. 이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com 홈페이지 | www.wafermasters.com   그림 1. 나무위키에 소개된 라면의 재료, 구성, 제조 방법, 조리 방법, 소비 특성 등에 관한 서술적인 설명문   ‘정보’와 ‘인포그래픽’ ‘정보’는 일상생활부터 전문영역에 이르기까지 매우 다양한 뜻으로 사용된다. 예를 들면 언어(말과 글), 개인 식별, 화폐, 금융, 법률, 규칙, 지식을 비롯하여 자연 환경 속의 빛이나 소리, 냄새, 맛, 압력 등 오감을 자극하는 신호와 생체의 신경, 호르몬 등의 생체 신호에 이르기까지를 정보라고 할 수 있다. 이 연재에서는 이미지 정보의 취득, 분석 및 활용이라는 주제로 정보에 접근하고 있으므로 시각적인 정보에 초점을 맞추어 이야기하고자 한다. 전자공학, 컴퓨터공학, 정보공학 분야에서는 정보(情報, information, info, info.)에 대해 특정 목적을 위하여 광(光) 또는 전자적 방식으로 처리되어 부호, 문자, 음성, 음향 및 영상 등을 표현하는 모든 종류의 자료(데이터, data) 또는 지식을 가리킨다. 탐구 대상에 관한 힌트가 될만한 것이라면 무엇이든 정보라고 할 수 있다. 경우에 따라서는 힌트가 되지 못하는 정보도 있을 것이므로 정량화할 수 있는 모든 것을 정보라고 할 수 있을 것이다. 우리가 감각으로 느끼는 모든 것은 정량화된 정보이지만, 여러 종류의 정보를 바탕으로 인식하고 그 의미를 부여하기 때문에 판단 결과는 늘 정성적인 느낌으로 다가온다. 그 느낌을 타인과 공유하거나 전달하기 위해서는 언어적인 표현을 하게 된다. 주로 말과 글로 전달하지만 의미가 보다 잘 전달될 수 있게 하기 위하여 표정이나 손짓 발짓 몸짓 등의 제스처를 사용하기도 하고, 그림이나 그래프 숫자를 사용하여 의미를 전달하고 전달된 내용을 확인하곤 한다. 정보의 홍수 속에 살아가는 현대 사회에서는 정보를 시각화하는 것을 의미하는 인포그래픽(infographic :  정보를 나타내는 information과 graphic의 합성어로 시각디자인을 의미)의 중요성이 대두되고 있다. 좋은 인포그래픽은 처음 보는 사람도 직관적으로 쉽게 정보를 얻을 수 있게 디자인되어 있다. 해석에 시간이 오래 걸린다면 정보 전달 효율이 떨어지는 것이므로 좋은 인포그래픽이라고 하기 어렵다. 같은 정보라도 관심의 대상에 따라서 효율적인 정보 전달에 적합한 디자인이 필요하다. 통계의 차트도 인포그래픽의 고전적인 형태라고 볼 수 있다. 주변에서 쉽게 볼 수 있는 기본적인 인포그래픽으로는 지하철이나 버스 노선도를 꼽을 수 있다. <그림 1>에 우리나라 사람들의 대중적인 사랑을 받고 있는 라면에 관하여 나무위키에서 소개한 서술적인 정보를 표시하였다. 일부 단어와 표현은 하이라이트하여 단정적인 내용을 구별하기 쉽게 하였다. 내용을 읽어본 후 개인적인 경험과 지식을 바탕으로 라면을 상상해 보고 설명이 적절한지, 설명이 부족한 부분은 없는지 생각해 보는 것도 인포그래픽의 중요성을 이해하는데 도움이 될 것 같다. 아마도 라면의 맛, 냄새, 온도를 떠올리며 입가에 미소를 짓거나 침샘을 자극할 수도 있을 것이다.   정보의 다양성 라면을 어떻게 정의할 것인가? 직접 경험한 사람은 본인의 경험을 바탕으로 서술할 것이고, 경험하지 못한 사람은 여러가지 정보를 찾아본 후 그 정보를 바탕으로 라면에 관해서 상상하게 될 것이다. 어디까지가 라면에 관한 정보가 될까? 나무위키에 소개된 라면이라는 제목에 소개된 여러가지 항목을 <그림 2>에 정리하였다.   그림 2. 라면의 특징을 설명하고 다양한 정보를 소개하기 위해 사용된 목차   여러 사람들이 편집한 것으로 집필자가 중요하다고 생각되는 항목을 소개할 수 있도록 분류하여 목차를 만든 것이다. 일반 소비자에게는 전혀 관심이 없는 내용도 있을 것이고 라면의 역사, 문화적 의미에 관심이 많은 사람이라면 항목을 추가하고 싶어지는 사람도 있을 것이다. 라면은 지속적으로 새로운 제품도 나오고 유행도 바뀌기 때문에 시기를 특정하지 않고 정의하는 것 자체가 어려운 일이 될 수 있다. 이것은 비단 라면에만 국한된 것이 아니다. 우리가 사용하고 있는 언어 자체도 시대에 따라서 그 의미도 달라질 수 있기 때문에, 무언가를 언어적으로 정확하게 서술한다는 것은 매우 어려운 일이다. 때로는 새로운 용어를 만들어 설명할 수 밖에 없는 경우도 생기게 된다. <그림 2>의 목차만 보더라도 10년 전에는 등장하지 않았을 법한 라면 제조사의 이름이 눈에 띈다.   ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (10)   지난 호에서는 시각적 자극을 통해서 얻어지는 시각 정보의 ‘분석과 분석 결과의 활용’에 관하여 무지개, 해무리, 착시 현상, 신기루와 같은 자연 현상부터 빛과 그림자의 예술적인 응용을 예로 들어 살펴보았다. 현상의 관찰도 중요하지만 눈에 보이는 것이라고 하더라도 진실과 다를 수 있으며 눈에 보이지 않지만 실제로 일어나고 있는 현상도 많기 때문에, 다양한 관점에서 심도 있는 분석이 중요하다는 것을 강조하였다. 이번 호에서는 ‘제어’의 개념에 관하여 이야기하고 제어에 필요한 기본적인 구성 요소의 기능과 역할에 관하여 살펴보고자 한다. 수동, 자동, 반자동, 적응형, 학습형 등 다양한 형태의 제어 방식에 관하여 여러 가지 사례를 예로 들어 소개한다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다.  이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com  홈페이지 | www.wafermasters.com   제어란 무엇일까? ‘제어(制御, control)’라는 단어를 사전에서 찾아보면 여러 가지 뜻이 있으나, 이 글에서 다루는 의미는 ‘기계나 설비 또는 화학 반응 따위가 목적에 알맞은 작용을 하도록 조절함’이 가장 적합한 설명이다. ‘상대편을 억눌러서 제 마음대로 다룸’, ‘감정, 충동, 생각 따위를 막거나 누름’이라는 뜻도 아울러 소개되어 있다. 자연스럽게 평형을 이루었거나 정적(靜的)인 상태라면 굳이 제어를 생각할 필요는 없다. 제어 대상을 현재 상태에서 희망하는 상태(목표치)로 변화시키기 위해서 대상에 힘 또는 에너지를 공급하거나, 공급되는 에너지를 차단하거나 감소시키는 방법으로 목표치에 도달하게 조절하는 것이 제어라고 할 수 있다.    그림 1. 원시적 무기와 현대 무기의 발사체 제어 방식 비교    <그림 1>에 나열한 여러 가지 형태의 무기 이미지를 모아서 에너지의 조절(제어) 방식에 따라 구별해 보았다. 돌, 화살, 총탄 모두 외부에서 어떤 힘이 가해지지 않으면 움직이지 않는다. 미사일의 경우에도 내부에서 연료를 연소해서 추진력이 생기지 않으면 미동도 하지 않는다. 물리학에서 이야기하는 관성의 법칙, 즉 ‘물체가 밖의 힘을 받지 않는 한 정지 또는 등속도 운동의 상태를 지속하려는 성질’을 가지고 있기 때문이다. 무기의 특성상 목표물까지 날아가서 목표물에 명중하기 위해서는 외부 또는 내부에서 힘을 가하여 원하는 방향으로 원하는 속도로 날아가도록 해야 한다.  <그림 1> 왼쪽에 있는 돌, 화살, 총탄의 경우에는 발사할 때의 힘으로 속도가 정해지고 발사 각도로 발사기를 떠나게 되면 주변 환경의 변화에도 무방비 상태이며, 중력의 영향으로 계속 낙하하면서 목표물에 도달하거나 지상에 떨어질 때까지 포물선 궤도로 나아갈 뿐이다. 이동하는 목표물을 겨냥할 경우에는 발사체를 발사할 당시의 예상과 다른 방향으로 이동하면 목표물을 맞출 수도 없다. 발사체를 떠나는 순간 우리가 할 수 있는 일은 없다. 반면, 오른쪽에 표시된 미사일의 경우에는 자신의 위치와 목표물을 위치를 실시간으로 추적하면서 목표물에 명중할 수 있도록 연료의 연소량을 조절(제어)하여 발사 후의 상황 변화에 대응하여 목표물을 맞추는 방법이 사용된다. 발사 후에도 상황 변화에 맞추어 어느 정도의 범위 내에서 목표물에 명중할 확률이 가장 높은 경로로 발사체의 속도와 방향을 실시간으로 자동 계산하여 제어하는 방식이다. 많은 종류의 센서와 복잡한 제어 알고리즘을 갖춘 전자 제어 시스템이 필요하다.   고대 그리스의 자동 제어 전자 제어 시스템이 없었을 때에는 제어가 불가능했을까? 그렇지 않다. 고대 그리스 알렉산드리아 신전에서 증기의 힘을 이용한 자동문과 그 동작 원리를 <그림 2>에 소개한다. 그리스-이집트의 수학자이며 발명가인 헤론(Heron, 서기 10년~70년)이 개발한 것으로 알려져 있다. 신전의 제단에 불을 붙이면 제단 아래의 공기가 덥혀져 공기의 압력이 상승하고, 제단 아래에 있는 물탱크의 물이 신전 문의 회전축과 연결된 양동이에 채워지도록 고안되었다. 양동이에 물이 차면 그 무게로 양동이가 중력에 의해서 아래로 내려가고, 회전문의 회전축에 감긴 밧줄이 당겨져 문이 열리게 된다.    그림 2. 고대 그리스 알렉산드리아 신전에서 증기의 힘을 이용한 자동문     ■ 기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (9)   지난 호에서는 시각적인 자극을 통해서 이루어지는 관찰 및 측정에 관해서 살펴보았다. 정보의 올바른 관찰과 분석이 선행되어야 분석 결과의 의미 있는 활용이 가능하다. 눈에 보이는 것이라도 정보의 진위를 포함하여 측정의 원리와 한계를 이해하고, 신뢰성을 고려한 신중한 분석이 필요하다. 이번 호에서는 이미지 데이터의 ‘분석’ 및 ‘분석 결과의 활용’에 관하여 살펴보고, 분석 결과의 활용시에 고려해야 할 여러가지 사항에 관해서 분석 결과의 성공 및 실패 사례를 통하여 소개한다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다. 이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com 홈페이지 | www.wafermasters.com   그림 1. 먹음직스런 페퍼로니 피자의 이미지(실물일까? 모형일까? 이미지의 이미지일까?)   눈에 보이는 것은 사실일까? ‘바보상자(idiot box)’라는 말이 있다. 예전에는 텔레비전을 뜻하는 말로 자주 사용되었다. 실제로 텔레비전은 무수한 정보들과 오락거리를 일방적으로 쏟아낸다. 시청자 스스로 아무 생각도 할 필요가 없게 만든다. 텔레비전에서 정리ㅎㅏㄱㅗ 방송해 준 내용이 곧 사실처럼 여겨지기 때문에 바보상자라고 불리게 되었다. 지금은 그 자리를 스마트폰이나 유튜브가 대신하고 있는 것 같다. 보고 싶은 것만 보고, 믿고 싶은 것만 믿게 한다. 자신과 같거나 비슷한 생각을 하는 사람들과의 연대가 더욱 강해져서 진영논리로 발전되어 사회가 양분되어 가는 느낌이다. 모두가 자신의 관점이 옳다고 주장한다. 같은 현상을 보고도 입장에 따라서 해석이 달라지는 것을 쉽게 볼 수 있다. <그림 1>에 먹음직스런 페퍼로니 피자의 이미지를 소개하였다. ‘먹음직스런’이란 표현도 이미 비슷한 피자를 먹어보아 그 맛을 상상할 수 있는 사람의 표현임은 말할 나위도 없다. <그림 1>의 이미지가 무엇인지 상상도 할 수 없는 사람에게는 그저 정체미상의 이미지에 불과하다. 또 한 가지 생각해 볼 것은, 과연 <그림 1>이 실물의 이미지인지 모형의 이미지인지, 그것도 아니면 사실적인 그림이나 사진을 이미지로 만들어 낸 것인지 알아낼 수 있을까 하는 것이다. <그림 1>을 보고 0.01초도 안되는 순간에 우리는 외형, 색상 분포, 8등분한 모양을 보고 잘 구워진 먹음직한 페퍼로니 피자라고 생각했을 것이다. 이것은 과거의 경험과 기억 속의 정보의 대조를 통해서 거의 반사적으로 판단한 결과이다. 그 어디에도 사실 관계를 확인하려는 노력은 없었을 것이다. 어디까지나 추정이다. 이러한 현상은 일상에서 매 순간 무한 반복된다. 그러한 즉흥적인 판단 결과는 과연 어느 정도 믿을 수 있는 것일까? 실생활에 큰 지장이 없는 정도의 신뢰성을 가지고 있기 때문에 불편을 느끼지 못하는 것이고, 대부분의 경우에는 설사 틀렸다고 하더라도 생사에 영향을 줄 만큼 심각한 사태로 발전하지 않기 때문에 매우 둔감해져 있다. 그러나 사안에 따라서는 느낌 또는 눈썰미에 의한 판단의 결과가 매우 심각한 사태를 불러오기도 한다.   무지개와 색상 우리나라를 포함해서 대부분 나라의 학교에서는 무지개의 색상을 ‘빨주노초파남보’의 일곱 가지로 가르치고, 그 색상의 순서까지 외우게 한다.(그림 2) 그러나 실제 무지개를 보면 색상이 그다지 선명하지도 않으며, 색을 일곱 가지로 나누어야 하는 합리적인 이유를 발견하기 어렵다. 다만 누군가가 그렇게 나눠놓은 것을 무작정 따라서 배우고 마치 상식인 것처럼 생각하고 있다. 학교에서는 당연하다는 듯이 그런 답을 요구하는 시험 문제도 출제되니 외울 수 밖에 없는 것도 사실이다. 그런데 일곱 가지 조명이 있는 것도 아닌데 어떻게 갑자기 일곱 가지 색깔이 나타났는지에 대한 이해는 부족하다. 굳이 알아야 할 필요는 없을 지도 모르겠지만, 자연현상의 원리를 이해한다면 그 원리의 이해를 바탕으로 새로운 응용도 가능해지기 때문에 알아 두면 크게 손해날 일은 없다.   그림 2. 우리나라와 서양에서 일반적으로 이야기하지만 실제와는 다른 일곱 가지의 무지개 색   ■ 기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (8)   지난 호에서는 정적 측정(static measurement)과 동적 측정(dynamic measurement)의 차이에 관하여 소개하고, 시각적으로 인식할 수 있는 이미지를 바탕으로 한 정적 측정과 동적 측정시의 문제점과 주의해야 할 점에 관해서 살펴보았다. 이미지 센서의 종류와 동작 원리의 차이점 및 이미지의 왜곡 현상에 관해서도 소개하였다. 현상의 해석에 있어서 다양한 측면의 관찰과 기본 원리에 대한 이해가 우선되어야 한다는 점을 강조하였다. 이번 호에서는 관찰 및 측정 결과의 분석과 활용에 관해서 생각해보고자 한다. 시각 정보를 이용한 관찰 또는 측정 결과를 단순하게 믿기보다는, 측정의 원리와 한계를 이해하고 측정 결과의 신뢰성을 고려한 분석이 필요하다는 사실을 인식하는 계기가 되었으면 한다. 올바른 정보의 분석이 선행되어야 올바른 적용과 활용도 가능해진다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 | 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다. 이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com 홈페이지 | www.wafermasters.com   그림 1. 한국을 제외한 114개국 5만명을 대상으로 한 매운 맛에 관한 설문조사   측정보다 관찰이 우선 ‘측정’은 일정한 양을 기준으로 하여 같은 종류의 다른 양의 크기를 재는 것을 말한다. 기계나 장치를 사용하여 재기도 하며 측정 결과는 정량적으로 표현된다. ‘관찰’은 사물이나 현상을 주의하여 자세히 살펴보는 것을 말한다. 느낌에 의존하며 느낌의 표현이 사용된다. 관찰에는 특별한 도구가 필요하지 않으나 측정에는 도구가 필요하다. 무엇을 측정할 것인가를 결정하기 위해서도 관찰이 필요하므로, 관찰이 측정보다 우선된다. 관찰은 관찰자의 느낌이 정성적인 해석으로 연결되어 관찰자의 매우 주관적인 판단으로 이어지게 된다. 눈대중 또는 목측이 이에 해당한다. 이러한 관찰 결과 표현상의 주관성, 개인차의 문제점이 발생할 수 밖에 없다. 관찰자에 따른 개인차를 줄이기 위한 방법의 하나로, 일정한 양을 기준으로 하여 같은 종류의 다른 양의 크기의 대소관계를 정량적으로 표현할 수 있도록 고안된 방법이 측정이다. 측정은 객관성을 확보하기 위한 방법이며 수치화된 결과로 표시되는 특징을 가지고 있다. 측정의 정확도와 정밀도를 높이는 방법이 개량에 개량을 거듭하여 많은 분야에서 정밀 측정에 필요한 도구들이 개발되어 활용되고 있다. 산업 현장의 품질 관리는 측정으로 시작해서 측정으로 끝난다고 해도 과언이 아니다. 그렇다고 관찰이 무시될 수 있는 것도 아니다. 모든 것을 측정 도구로 측정할 수도 없고 가능하다고 하더라도 효율적이지 않다. 측정 장치가 문제를 일으키는 경우도 많다. 측정 장치에 문제가 생기면 측정 결과도 영향을 받게 된다. 관찰과 측정 모두가 상호보완적으로 이루어질 때, 진정한 의미의 품질 관리가 가능해진다. 측정이 나뭇잎을 보는 것이라면 관찰은 나무를 보는 것과 같다. 측정이 매우 단순한 잣대로 한 가지의 대상에 대한 기준치와의 비교를 염두에 둔 것이라면, 관찰은 전체적인 조화를 판단하는 것과 같다. 분석적이며 세분화된 서양의학과 직관적이며 조화를 추구하는 동양의학의 차이로 비유할 수도 있을 것 같다. 같은 대상을 두고 현미경 관찰 → 육안 관찰 → 항공사진 → 위성사진의 순서로 미시세계에서 거시세계로 관찰할 것인가, 위성사진 → 항공사진 → 육안 관찰 → 현미경 관찰의 순서로 거시세계에서 미시세계로 관찰해 갈 것인가의 문제일 뿐이다. 관찰자의 개인적인 느낌을 배제하고 기준과의 비교를 통하여 객관의 영역으로 가져올 방법을 찾아 갈 것인가, 개인적인 경험을 바탕으로 주관적인 판단을 중시할 것인가의 차이라고 할 수 있다. <그림 1>에 2022년에 실시된 매운 맛에 관한 설문조사를 포스터 이미지의 형태로 표현해 보았다. 그림 속의 이미지는 얼마나 맵게 느껴질까? 그림에서는 매운 맛을 혀로 느낄 수 없으니 자신의 경험에 근거하여 판단하게 될 것이므로 개인차가 매우 클 것이다. 포스터에 사용된 붉은 고추와 고추가루는 이미지일 뿐 실물이 아니다. 정교하게 만들어진 모형을 촬영한 것이나 디자인한 것일 수도 있지 않을까?   다양한 관찰 방법 - 여론 조사도 관찰이자 측정 매운 맛을 느끼는 정도는 개인차가 매우 크다. 단순하게 매운 맛이라고 표현하지만 고추의 매운 맛과 고추냉이(와사비)의 매운 맛은 다르며 산초도 다르다. 우리나라에서도 흔히 맛 볼 수 있는 중국음식인 마라탕은 초피, 팔각, 정향, 회향 등을 넣고 가열해서 향을 낸 기름을 사용한다. 이렇게 향을 낸 기름에 고춧가루와 두반장을 넣고 육수를 부은 다음 기호에 따라 야채, 고기, 버섯, 두부, 완자, 해산물 등을 원하는 대로 넣어 끓이는 음식으로, 혀가 마비되는 듯하게 저린 매운 맛을 내는 특징이 있다. 매운 맛은 그 강도 뿐 아니라 매운 맛의 종류까지도 구별해야 하는데, 이런 구별 없이 자극의 정도로만 매운 맛을 평가하는 것이 올바른 평가 방법인지 의문스럽기는 하다. 특정한 종류의 매운 맛에 익숙해지면 처음 매운 맛을 경험했을 때와는 다르게 혀의 감각이 둔감해져서, 그다지 자극이 크게 느껴지지 않는다.   ■ 기사의 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (7)   지난 호에서는 에너지의 개념과 에너지의 기준 단위인 1 줄(J)의 정의에 관해서 소개하고 에너지(energy), 일(work), 힘(force), 동력(power) 사이의 관계를 살펴보고 ‘에너지 측정’ 및 에너지의 각종 단위 간의 환산방법 등을 정리하여 소개하였다. 아울러 에너지 변환 방식 및 에너지 변환 효율 등에 관해서도 소개하였다. 이번 호에서는 정적 측정(static measurement)과 동적 측정(dynamic measurement)에 관해서 생각해 보고자 한다. 이번 호의 내용이 이미지 정보의 취득, 분석 및 활용을 전제로 소개하고 있으므로, 시각적으로 인식할 수 있는 이미지를 바탕으로 한 정적 측정과 동적 측정시의 문제점과 주의해야 할 점에 관해서 살펴 본다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설 비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다. 이메일| woosik.yoo@wafermasters.com 홈페이지 | www.wafermasters.com   잔상 잔상(afterimage)은 시각적 외부자극이 사라진 뒤에도 감각 경험이 지속되어 나타나는 현상이다. 촛불을 한참 바라본 뒤에 눈을 감아도 그 촛불의 상이 나타나는 현상 등이다. 눈의 망막을 통해 이미지를 전달받으면 사물이 시야에서 사라져도 뇌에 그 이미지가 잔상으로 잠시 지속된다. 시각적 자극은 이미 눈앞에서 사라졌지만 여전히 시각적 자극이 존재하는 것처럼 느끼게 된다. 강한 빛이나 색상을 접하면 이러한 현상은 더 두드러지게 나타난다. 어떤 밝은 빛을 보다가 다른 곳이나 흰색 종이나 천으로 눈을 돌리면 앞서 보았던 색의 보색(complementary color)이 순간적으로 나타나는 느낌이 든다. 의사가 수술실에서 강한 조명 아래서 붉은 피를 보다가 의사의 흰 가운을 보면 초록색의 잔상이 남게 된다. 이러한 보색잔상(complementary afterimage) 효과를 줄이기 위하여 의사의 수술복은 초록색으로 디자인된 것이다. 번개는 구름과 구름, 구름과 대지 사이에서 고전압으로 대전된 정전기가 방전되면서 순식간에 일어나는 현상이다. 강한 번개가 치면 오랫동안 밝게 빛나는 것 같은 느낌을 받는다. 매우 짧은 시 간에 일어나는 방전 현상임에도 불구하고 잔상 때문에 상당히 긴 시간 동안 번개가 지속된 것으로 느끼게 된다. 강한 번개로 섬광의 밝기가 매우 밝은 경우 잔상도 오래 간다. 육안으로는 실제로 번개가 어떻게 방전이 시작되어 어떻게 끝났는지를 확인하는 것은 쉽지 않다. 다만 번개가 가지를 치면서 밝은 빛이 하늘에서 지상으로 이동하는 것을 기억하는 정도에 그치고 만다.   그림 1. 낙뢰를 2만 5000 FPS(40 ㎲ 간격)로 고속 촬영한 사진   <그림 1>에 2만 5000 FPS(frames per second), 즉 1초에 2만 5000장의 속도로 고속촬영한 번개의 사진을 시간 순서대로 예시하였다. 처음에는 구름 사이에서 작은 불꽃으로 시작된 것이 점점 가지를 치면서 지상으로 내려가가다 120 ㎲(1만 분의 1.2초) 후에 최대의 방전이 발생하고, 이후에는 남아 있는 정전기가 방전을 일으킨 경로로 에너지를 소진하는 형태로 마무리짓는 것을 확 인할 수 있다. 고속 촬영 장치의 도움 없이 이렇게 시시각각 진행되는 과정을 관찰할 수는 없다. 그렇다고 잔상이 꼭 나쁜 것도 아니다. 잔상이 없다면 영화도, TV도, 애니메이션도, 컴퓨터 화면도 단지 조잡하고 우스꽝스런 행위예술에 지나지 않았을 것이다. 불행인지 다행인지 우리 눈은 시각적 자극에 잘 속아주기도 하고, 산업계에서는 우리 눈을 속이는 방법을 활용하여 콘텐츠를 만들어 잘 속아주는 우리를 대상으로 상업화에 열을 올리고 있다. 영화의 경우 대개 24 FPS이다. 최신의 TV에서는 화면을 업데이트하는 비율(refresh rate)을 60 Hz(초당 60회) 또는 120 Hz(초당 120회)까지 할 수 있도록 설계되어 있다. 동영상이 부드럽고 자연스러워 보이도록 하기 위함이다. 이러한 점에서 보면 눈에 보이는 것이 사실이라고 믿는 것도 매우 위험한 일임을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 시각적 이미지를 바탕으로 판단하는데 어떠한 문제점들이 있으며, 어떠한 점에 주의해야 하는지 살펴보도록 하자.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (6)   지난 호에서는 ‘시간이란 무엇인가?’라는 의문으로부터 출발하여 일상적으로 사용하는 시간의 기준 단위가 어떻게 정의되어 왔는지 살펴보았다. 시간 측정의 오차를 줄이기 위하여 1초에 대한 정의가 역사적으로 어떻게 바뀌어 왔으며 바뀌게 된 배경을 소개하였다. 이번 호에서는 에너지의 개념과 에너지의 기준 단위인 1 줄(J)의 정의에 관해서 소개하고 에너지(energy), 일(work), 힘(force), 동력(power) 사이의 관계를 살펴본다. ‘에너지 측정’ 및 에너지의 각종 단위 간의 환산방법 등을 정리하여 소개한다. 에너지 변환 방식 및 에너지 변환 효율 등에 관해서도 살펴본다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원 , 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다. 이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com 홈페이지 | www.wafermasters.com   그림 1. 국가별 1인당 연간 에너지 소비량   에너지란 무엇이며 어떻게 측정할까? 에너지란 무엇일까? 일상생활 속에서 분명히 자주 사용하는 단어이지만 순수한 우리말로 잘 표현할 수 있는 단어가 없다 보니, 영어 단어 energy의 발음을 그대로 적어 시용하는 것이 일반적이다. 정작 에너지의 개념을 누군가 묻기라도 한다면 한참 당황하다가 여러 가지 활용사례를 들어가면서 그 의미를 설명하려고 하지 않을까 싶다. ‘인간이 활동하는 근원이 되는 힘’ 또는 ‘기본적인 물리량의 하나로 물체나 물체계가 가지고 있는 일을 하는 능력을 통틀어 이르는 말’ 정도로 적당히 얼버무리지 않을까 싶다. 사실, 용어의 정의만큼 설명하기 어려운 것이 없다. 단어의 뜻이 불분명해서 사전을 찾아보면 사전의 설명을 이해하는 것이 더 어렵게 느껴지는 경우가 많다. 그것은 세계 각국의 언어 모두에 공통적으로 해당되는 현상이기도 하다. 요즈음에는 에너지 드링크(energy drink), 에너지 바(energy bar)라는 이름으로 유통되는 음료수와 식품의 종류도 많다. 에너지 드링크는 말 그대로 에너지 보충용 음료수이다. 주로 체력 보충을 목적으로 마시는 음료로, 수분과 전해질 보충을 목적으로 마시는 스포츠 드링크류와 구별된다. 에너지 바는 열량을 많이 소모하여 열량 보충이 필요하거나 식사 시간이 모자랄 때 한 끼 식사 대용으로 먹을 수 있는 식품으로 칼로리 바(Calorie bar)라고도 불린다. 주요 재료는 열량이 많은 초콜릿을 함유한 곡식류같은 것이 사용된다. 에너지 드링크나 에너지 바의 영양정보에는 반드시 내용량의 성분별 중량과 열량이 kcal로 표시되어 있다. 즉, 에너지는 열량으로 표시되며 단위는 칼로리 바라는 이름에서도 상상할 수 있듯이 cal 또는 kcal이다. 세계 각국의 1인당 연간 에너지 소비량의 통계치로 세계지도에 색상을 입힌 것을 <그림 1>에 표시하였다. 우리나라 주변 국가, 세계 주요 국가 및 세계에서 1인당 연간 에너지 소비량이 최저 수준인 아프리카 동쪽의 섬나라인 마다가스카르(Madagascar)의 통계치를 kWh로 표시하였다. 에너지의 단위임에도 단위로 kWh가 사용되고 있다. 에너지의 표준 단위와 그 정의를 살펴보고 cal(또는kcal)와 kWh의 관계를 알아보자. 이 글을 쓰는 데에도 체력을 소모하니 에너지가 사용되는 것은 분명하다. 과연 몇 kcal나 필요할까? 정확하게 측정할 수 있을까?   다양한 형태의 에너지 에너지는 정의대로 ‘물체나 물체계가 가지고 있는 일을 하는 능력’을 의미하므로, 일을 할 수 있는 능력만 있다면 다양한 형태로 존재할 수 있다. 에너지 드링크, 에너지 바를 포함해서 석유, 전기 등 우리 주변의 모든 것이 에너지라고 볼 수 있다. 다만 그 유용성이 에너지의 형태에 따라 달라지므로 에너지의 양 못지 않게 중요한 것이 활용의 편리성이다. <그림 2>에 다양한 형태의 에너지원을 분류해 보았다. 분류 방법은 보는 관점에 따라서 더 세분화할 수도 있고 합쳐서 표시할 수도 있다. 에너지 드링크나 에너지 바는 화학 에너지에 해당된다. 다양한 에너지의 형태로 표시하고 있지만 모든 에너지의 형태는 한 가지로만 존재하는 것은 아니고, 여러 가지 성질의 형태로 공존하고 있지만 대표적인 성질로 구분하면 이러한 방법으로 구분이 가능하다는 것으로 이해해야 할 것이다. 예를 들어 열 에너지라고 표시한 그림을 보면 불꽃으로 함축적으로 표시되어 있지만 열은 복사, 대류, 전도의 세 가지 방법으로 에너지가 전달된다. 복사 에너지, 빛 에너지로도 구분이 가능하고 연료가 연소되면서 화학적 성질이 변화하고 있으므로 화학 에너지라고 볼 수도 있다. 물론 불꽃이 연소하면서 소리도 나기 때문에, 비중은 높지 않지만 소리 에너지의 성분도 가졌다고 할 수 있을 것이다.   그림 2. 다양한 형태의 에너지(분류 방법에 따라서 세분화될 수 있음)   ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

시간 측정   지난 호에서는 무게의 기준 단위인 1 kg의 정의와 ‘무게 측정’에 동반되는 문제점을 구체적인 사례를 통하여 살펴보았다. 1889년에 무게의 표준으로 채택되었던 1 kg 원기가 2019년에 플랑크 상수로 대체된 배경도 소개하였다. 이번 호에서는 ‘시간이란 무엇인가?’라는 의문에서 시작하여 일상적으로 사용하는 시간의 기준 단위의 정의에 관해서 살펴본다. 시간을 정의하고 측정하기 위한 다양한 노력의 역사와 더불어 1초에 대한 정의가 어떻게 바뀌어 왔는지와 바뀌게 된 배경에 관해서 소개한다. 세계 표준시가 어떻게 정해졌는지, 어떻게 이용되고 있는지도 살펴본다. 시간 측정의 오차를 줄이기 위한 여러 가지 아이디어들과 다양한 종류의 시간 측정 장치들을 소개한다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다.  이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com  홈페이지 | www.wafermasters.com   시간이란 무엇일까 한 마디로 매우 어려운 질문이다. 물리학에서도 시간을 어떻게 정의하고 어떻게 이해해야 할지 역사적으로 많은 논쟁이 있어 왔다. 시간은 과거로부터 현재를 거쳐 미래로 지나가는 불가역적인 연속적인 흐름 또는 순서라고 이야기하는 정도이다. 우리는 눈, 귀, 코, 혀, 피부를 통해서 감지하는 오감으로 외부 환경을 인식한다. 시간은 무엇으로 어떻게 인지하는 것일까? 우리는 시간을 느끼는 감각기관을 가지고 있지 않다. 코로 냄새를 맡아도 대기의 78%를 차지하는 질소와 21%를 차지하는 산소의 냄새를 맡지 못하고 있으니, 감각기관이 있다고 해도 모든 것을 감지할 수 있는 것은 아니다. 시간을 느끼는 감각기관을 가지고 있지도 않으면서 어떻게 시간을 인지하느냐 하는 의문이 생길 수 밖에 없다.   그림 1. 시간은 무엇이며 어떻게 인식될까?    <그림 1>에서 나무, 작은 알, 돌멩이의 사진을 살펴보자. 세 가지 모두 사진 촬영 당시의 정적인 모습을 나열한 것에 불과하다. 그러나 나무와 작은 알의 경우에는 각 사진 간에 변화된 모습을 통해서 시간의 흐름을 읽어낸다. 시간이 무엇인지 정확하게 알 수는 없지만, 우리 눈에 비친 모습이 다르다는 것으로부터 같은 것이 변화한 것인지 전혀 다른 것인지 판단할 근거를 갖게 된다. 돌멩이의 경우에도 4장의 사진이 나열되어 있으나, 전혀 외형의 변화가 없는 것으로 보아 같은 사진인지 매우 흡사한 모양의 다른 돌멩이인지 구별할 수 없다. 마치 다른 그림에서 다른 부분을 찾는 게임처럼 보이기도 한다. 물론 시간의 흐름도 느끼지 못한다. 여러 장의 사진 속에서 시간의 흐름으로 판단하게 하는 근거는 무엇일까? 사진에 담겨 있는 사물의 형태, 색상, 위치 등 다양한 특징의 차이를 찾아내어 자신의 체험이나 지식으로 형성된 데이터베이스와 비교하게 된다. 이러한 과정을 거쳐서 사진 속의 사물이 동일한 대상이라고 판단하게 되면 그 변화를 시간의 차이로 인식하게 되는 것이다.      ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

무게 측정   지난 호에서는 길이 측정에 동반되는 길이의 기준 단위인 1 m의 정의 및 변천 과정과 여러 가지 길이 측정 방법을 소개하였다. 현미경으로 관찰해야 하는 미시 세계 및 망원경으로 관찰해야 하는 대상에서의 길이 측정의 의미와 주의할 점을 포함하여, 각종 길이 측정 방법의 장단점에 관해서 살펴보았다. 이번 호에서는 일상적으로 사용하는 무게의 기준 단위인 1 kg의 정의에 관해서 살펴본다. ‘질량’과 ‘무게’의 개념에 관해서도 생각해 본다. 무게를 측정하는 여러가지 방법과 측정 방법의 장단점을 소개한다.   ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제   ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다. 이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com 홈페이지 | www.wafermasters.com   무게와 질량 질량(質量, mass)은 물질이 갖고 있는 고유한 양 중의 하나이다. 질량은 물체의 관성의 크기를 표시하는 양, 곧 물체에 작용하는 힘과 그에 의해 생기는 가속도와의 비로 정의된다. F = ma라는 식으로 표시되는데, 이 식에서 F는 힘(force), m은 질량(mass), a는 가속도(acceleration)를 의미한다. 질량의 단위는 킬로그램(kg)이며, 국제적인 협의에 1 ㎥(가로, 세로, 높이 모두 1 m인 부피)의 물의 질량을 1000 kg(1 t)으로 정한 것에 유래한다. <그림 1>에서 보는 바와 같이 1000 kg은 실용적으로 사용하기에 너무 큰 양이므로, 그 1000분의 1에 해당하는 1 L(가로, 세로, 높이 모두 10 cm인 부피) 4℃의 물의 질량을 기준으로 삼았다. 1889년에 1 kg에 해당하는 원기를 백금(Pt) 90%와 이리듐(Ir) 10%의 합금으로 만들어 프랑스 파리 근교의 세브르(Sevres) 국제도량형국(BIPM) 금고에 보관해 왔다. <그림 2>와 같은 원기의 크기는 직경과 높이가 각 3.9 cm 크기로 2019년 5월 19일까지 사용되었다.   그림 1. 1 kg의 고전적 정의   2019년 5월 20일부터는 원기 대신에 플랑크 상수(Planck's constant h = 6.62607015 × 10-³⁴ ㎡ kg/s)로 대체되어 130년간의 임무를 마쳤다. 인공적으로 만든 원기를 표준으로 삼을 경우, 인공 원기의 물리적 특성이 변할 수 있다는 문제점이 발생한다. 1kg의 기준이 바뀌면 질량과 관련된 물리량의 정의도 바뀌게 된다. 실제로 국제도량형국(BIPM)은 2007년 “kg 원기의 질량이 50 ㎍(마이크로그램) 줄었다”고 밝혔다. 7개의 SI 기본 단위 가운데 시간(s), 길이(m), 전류(A), 온도(K), 몰(mol), 광도(cd) 등 6개 단위는 모두 물리적 원리를 바탕으로 정의되어 있는데 반하여, 질량(kg)만이 유일하게 인공적으로 만든 원기를 표준으로 삼고 있었다. 하지만, 2019년 5월 20일자로 모든 기본 단위가 물리적 원리를 바탕으로 정의되었다.   그림 2. 1889년부터 130년간 1 kg의 표준으로 사용된 원기     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

길이 측정   지난 호에서는 이미지 정보의 취득, 분석 및 활용에 관한 연재의 두 번째 회로, 물리량의 측정에 동반되는 단위의 중요성과 의미를 짚고, 일상생활에서 단위 때문에 발생하는 오해와 불편함의 사례를 통해서 측정 단위를 정확하게 정의해야 하는 이유에 관하여 살펴보았다. 아울러 SI 국제 표준단위계의 탄생과 변천 과정도 함께 소개하였다. 이번 호에서는 길이 측정에 동반되는 단위의 정의 및 변천 과정에 관하여 살펴보고 여러 가지 측정 방법을 소개하도록 한다. 각종 측정 방법의 장단점과 올바른 측정 도구 선택의 중요성에 관하여 생각해보고자 한다. 현미경으로 관찰해야 하는 미시 세계와 망원경으로 관찰해야 하는 대상에서의 길이 측정의 의미에 관해서도 살펴보기로 한다. ■ 연재순서 제1회 측정의 목적(호기심, 정보 수집) 제2회 단위(비교의 기준) 제3회 길이 측정 제4회 무게 측정 제5회 시간 측정 제6회 에너지 측정 제7회 정적 측정과 동적 측정 제8회 측정 결과의 분석 제9회 분석 결과의 활용 제10회 제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 제11회 정보의 가시화 제12회 입체 이미지 정보의 유혹과 과제 ■ 유우식 미국 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 동국대학교 전자공학과, 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인문학술원 객원연구원, 국민대학교 산림과학연구소 연구원, 문화유산 회복재단 학술위원이다. 이메일 | woosik.yoo@wafermasters.com 홈페이지 | www.wafermasters.com   그림 1. SI 국제 표준단위계에서 길이의 표준이 된 1 m의 정의와 변천의 역사   길이의 표준(1 m) 15세기 말에서 16세기 초반에 유럽인들이 항해술을 발전시켜 아메리카로 가는 항로와 아프리카를 돌아 인도와 동남아시아, 동아시아로 가는 항로를 발견함으로써 해상으로 세계일주가 가능해졌다. 다양한 지리상의 발견을 이룩한 이 시대를 ‘대항해시대(大航海時代)’라고 부르기도 한다. 육로와 해상을 통한 무역이 활발해지면서 서유럽을 중심으로 공업이 번성하게 됐고, 이에 따라서 길이의 기준을 세계적으로 통일할 필요성이 생겼다. 길이, 무게, 시간 등의 단위를 통일시키고자 하는 논의는 17세기 유럽에서 시작되었으며, 1세기 이상 논의를 거듭한 끝에 단위의 정의에 이르게 되었다. 미터(미국식 영어 : meter, 영국식 영어 : metre)는 단위를 뜻하는 프랑스어 ‘metre’ 및 측정(measure)을 의미하는 그리스어 ‘μετρον(metron)’에서 유래한 것이다. 따라서 1 m는 단위 길이라는 뜻이 내포되어 있다. <그림 1>에 SI 국제 표준단위계에서 길이의 표준이 된 1 m의 정의와 변천의 역사를 알기 쉽게 시대순으로 정리하였다. 1790년까지 프랑스에서는 시계의 추가 왕복하는데 2초(한쪽의 최고점에서 반대쪽의 최고점까지 이동하는 시간은 1초) 걸리는 실의 길이를 길이 측정의 기준으로 삼고 있었다. 그 길이는 1 m보다 약간 짧은 993.6mm였다. 실제로는 위도 45°(프랑스 남부의 프로방스알프코트다쥐르(Provence-Alpes-Cote d'Azur) 또는 일본 홋카이도(北海道)의 위도에 해당)에서의 시계를 기준으로 삼았다. 1791년에 프랑스 정부에서 전 세계적인 단위의 표준으로 미터법을 제정하면서 길이 또는 거리의 기준을 지구의 크기로 정했다. 지구 적도에서 북극점까지의 곡선 거리를 1만 km로 정하고, 이 거리의 4배에 해당하는 지구 전체 자오선 길이(지구 단면의 바깥쪽 둘레)인 4만 km를 기준으로 하였다. 지리적으로 1 m는 적도에서 극점까지 거리의 1000만분의 1이 기준이 된 셈이다. 초기에는 1 m의 표준 원기를 금속 물질로 제작했으나, 금속의 특성상 온도와 습기 등의 환경에 따른 미세한 변화가 존재하기 때문에 미터를 정의하는 방법도 차츰 환경의 영향이 적은 쪽으로 개량되었다. 1791년 : 적도에서 프랑스 파리를 지나서 북극까지의 거리의 1천만분의 일(1/10,000,000) 1795년 : 황동(brass)으로 된 임시 미터 원기의 길이 1799년 : 백금(platinum, Pt)으로 된 표준 미터 원기의 길이 1889년 : 단면이 X자 모양인 백금 90%-이리듐 10%(Pt0.9 Ir0.1) 합금으로 된 국제 미터 원기 원형의 0℃에서의 길이 1927년 : 단면이 X자 모양인 백금 90%-이리듐 10%(Pt0.9 Ir0.1) 합금으로 된 국제 미터 원기 원형을 571 mm 간격으로 배치된 직경 10mm 이상의 원통형 금속봉 위에 중심이 오도록 놓았을 때의 대기압, 0℃에서의 길이 1960년 : 진공에서 크립톤-86(Krypton, 86Kr) 원자의 2p10과 5d5 준위 사이의 전이에 해당하는 복사 파장(6,057.802106 Å, 1 Å = 10-10 m)의 1,650,763.73배의 길이 1983년 : 진공에서 빛이 1/299,792,458초(약 3억분의 1초) 동안 진행한 거리 2019년 : SI 기본단위를 다시 정의하면서 세슘-133(Cesium, 133Cs)원자의 섭동이 없는 기저상태의 초미세 전이 주파수 ΔνCs는 9,192,631,770 Hz로 시간을 추가로 정의(여기서 Hz는 s-1과 같다.) 길이의 표준을 정하면서 빛의 파장, 빛의 속도 등 시간이 정의되지 않으면 길이를 정의할 수 없으므로, 시간의 표준이 길이의 기준에도 등장하게 된 것이다. 길이의 정의는 길이와 시간 개념의 정의이기도 하다. 국제도량형국(BIPM : Bureau International des Poids et Mesures)이 간행하는 SI 책자의 ‘5.4 물리량의 값을 표기하는 방식에 대한 규정 및 협약’에 의하면, 모든 숫자는 세 자리씩 띄어서 표기하고 숫자와 단위는 띄어쓰는 것이 원칙이다. 이 글에서는 숫자의 가독성을 위해서 쉼표를 추가하였음을 밝혀 둔다.     ◼︎ 전체 내용은 PDF로 제공됩니다.