안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
Q. 고속도로 과속 탐지기(카메라)에도 과학 원리가 숨어있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.루프식 검지 방식을 보완하기 위한 여러 다른 기술들에 대한 연구(RFID, 지자기 센서, 레이더, 영상처리 기술 등을 이용한 과속 차량 탐지 기술)가 진행 중입니다. 그중 RFID 기술을 이용한 과속 차량 탐지 시스템을 알아보도록 하겠습니다. RFID(Radio-Frequency Identification) 기술이란 전파를 이용해 먼 거리에서 정보를 인식하는 기술을 말하는 것으로, 여기에는 RFID 태그와 RFID 판독기가 필요합니다. RFID 태그는 안테나와 집적 회로로 이루어지는데, 집적 회로 안에 정보를 기록하고 안테나를 통해 판독기에게 정보를 송신합니다. 이 정보는 태그가 부착된 대상을 식별하는 데 이용됩니다. RFID 기술을 이용한 과속 차량 탐지 시스템은 차량에 RFID 태그를 부착하여 차량의 앞뒤 번호판에 집적 회로로 차량 정보를 기록하고 안 테나를 통해 RFID 판독기에 정보를 송신하도록 하고, 과속을 감지하고자 하는 두 개의 구간의 도로면에 RFID 판독기 역할을 하는 안테나를 설치하여 RFID 태그와 통신을 통해 첫 번째 구간을 지나는 시간과 두 번째 구간을 지나는 시간을 얻어 냅니다.
Q. 세상에서 가장 단단한 물질은 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.다이아몬드라고 생각합니다. 아직까지 이것보다 단단한 물질은 아직 없는 것으로 생각됩니다.
Q. 치매가 생기는 과학적인 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.치매는 후천적으로 기억, 언어, 판단력 등의 여러 영역의 인지 기능이 감소하여 일상생활을 제대로 수행하지 못하는 임상 증후군을 의미합니다. 치매에는 알츠하이머병이라 불리는 노인성 치매, 중풍 등으로 인해 생기는 혈관성 치매가 있습니다. 이 밖에도 다양한 원인에 의한 치매가 있습니다. 뇌의 사진 예시원인전반적인 뇌 기능의 손상을 일으킬 수 있는 모든 질환이 치매의 원인이 될 수 있습니다. 흔히 알고 있는 알츠하이머병은 원인 미상의 신경퇴행성 질환으로, 전체 치매의 50~60%를 차지합니다. 뇌의 혈액순환장애에 의한 혈관성 치매가 20~30%를 차지합니다. 나머지는 기타 원인에 의한 치매입니다. 알츠하이머병은 두뇌의 수많은 신경세포가 서서히 쇠퇴하면서 뇌 조직이 소실되고 뇌가 위축되는 질환입니다. 이 질환의 원인은 명확하게 밝혀지지 않았습니다. 뇌세포의 유전적 질환이 아닌지에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있습니다. 다만 유전적 이상이 없는 상태에서 발병하는 알츠하이머병이 80% 이상을 차지하고 있습니다. 아직 명확하게 알려진 부분이 없습니다. 혈관성 치매는 뇌 안에서 혈액순환이 잘 이루어지지 않아 서서히 신경세포가 죽거나, 갑자기 큰 뇌혈관이 막히거나 뇌혈관이 터지면서 뇌세포가 죽으면서 발생하는 치매를 의미합니다. 증상치매와 건망증은 다릅니다. 건망증은 일반적으로 기억력의 저하를 호소하지만, 지남력이나 판단력 등은 정상이어서 일상적인 생활에 지장을 주지 않습니다. 건망증 환자는 기억력 장애에 대한 주관적인 호소를 하며 지나친 걱정을 하기도 하지만, 잊어버렸던 내용을 곧 기억해 낸다거나 힌트를 들으면 금방 기억해 냅니다. 치매는 기억력 감퇴뿐 아니라 언어 능력, 시공간 파악 능력, 인격 등 다양한 정신 능력에 장애가 발생함으로써 지적인 기능의 지속적 감퇴가 초래됩니다. ① 기억력 저하건망증이라면 어떤 사실을 기억하지 못하더라도 힌트를 주면 금방 기억을 되살릴 수 있습니다. 하지만 치매 환자는 힌트를 주어도 기억하지 못하는 경우가 많습니다. ② 언어 장애가장 흔한 증상은 물건의 이름이 금방 떠오르지 않아 머뭇거리는 현상인 '명칭 실어증'입니다. ③ 시공간 파악 능력 저하길을 잃고 헤매는 증상이 나타날 수 있습니다. 초기에는 낯선 곳에서 길을 잃는 경우가 나타납니다. 점차 증상이 진행되면, 자기 집을 못 찾는다거나 집 안에서 화장실이나 안방 등을 혼동하는 경우가 나타납니다. ④ 계산 능력의 저하거스름돈과 같은 잔돈을 주고받는 데 자꾸 실수가 생깁니다. 이전에 잘하던 돈 관리를 못 하게 되기도 합니다. ⑤ 성격 변화와 감정의 변화이는 매우 흔하게 나타날 수 있는 증상입니다. 예를 들어, 과거에 매우 꼼꼼하던 사람이 대충대충 일을 처리한다거나, 전에는 매우 의욕적이던 사람이 매사에 무관심해지기도 합니다. 감정의 변화도 많이 관찰됩니다. 특히 우울증이 동반되는 경우가 많습니다. 수면 장애가 생길 수도 있습니다. 잠을 지나치게 많이 자거나, 반대로 불면증에 시달리기도 합니다.
Q. 고주파와 저주파의 과학적 차이는 무엇입니까
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.고주파30㎑~300㎓까지의 높은 주파수를 말함. 보통 방송에 관련된 신호에서는 반송파라고도 한다. 고주파 신호는 보통 사인파형을 그리며 전파된다. 먼 거리를 이동하면 신호가 약해져서 수신측에서는 증폭 회로를 이용하여 고주파를 증폭하여 사용한다.저주파전자기파(電磁氣波)의 주파수에 의한 분류로서, 보통 10 kHz 이하를 말한다. 오디오(음성) 주파수와 비슷하다. 저주파에서는 전자기파의 공간방사가 적고, 물질유전체손실(誘電體損失) ·피층효과(皮層效果) 등도 작으며, 측정기술이 충분히 확립되어 있다. 또 단순히 상대적으로 낮은 주파수 범위라는 정도의 뜻으로 사용되며, 고주파에 대한 말이기도 하다. 무선통신에서는 음성주파를 저주파라고 하는 경우가 많다.
Q. EMP 무기에 대응하여 방어하는 시스템은 개발되고 있는지 궁금한데요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.물론 EMP란 것이 상기한 대로 매우 치명적인 존재이니만큼, 병기로서의 EMP가 발전하는 것에 수반하여 그에 대항해 EMP 차폐기술도 발전하면서 창과 방패의 경쟁이 이루어지는 상황이 전개되고 있기도 하다.단순방호라면 패러데이 새장[9]으로 손쉽게 막는다. 도체 상자나 망 등으로 사물을 감싸되 내부에 있는 물건과 닿지 않으면 전자기파로부터 보호되는 원리이다. 금속제 탄통, 양철 쓰레기통, 알루미늄 호일 등 흔한 소재로 전자기기를 EMP로부터 보호할 수 있다.따라서 차량이나 탱크, 비행기 등도 금속제 외피가 일단 기본적인 패러데이 새장 역할을 하기 때문에 내부의 전자 회로나 시스템은 EMP로부터 어느정도 내성이 있다. 영화 등의 창작물에서는 EMP가 터지면 일단 굴러가던 자동차가 멈추고 날던 비행기가 떨어지는게 주된 클리셰인데 이는 지나친 과장임을 염두에 두자. 실제로 EMP 공격에 답이 없는 치명적인 피해를 받을 가능성이 높은 분야는 외부로 전파탑이 노출된 무선통신망이다.국가적으로나 군사적으로 주요 시설물에는 EMP 차폐기술이 적용된다. 1Mt급 핵폭탄이 성층권이나 전리층에서 폭발할 때 발생하는 EMP의 세기는 최대 50kV/m인데 오늘날에는 EMP 차폐기술이 상당한 발전을 보이고 있는 덕분에 전기장 펄스는 100% 차단이 가능하며, 자기장 펄스는 완전한 차단은 불가능하지만 -100dB 이상 감쇄할 차폐 재료들이 있다. 다만 정확히 확인된 것은 아니긴 하나, EMP 차폐기술을 적용하는 비용이 상당히 비싸다는 후문이 있긴 하다.문제는 전선과 같이 외부로 노출된 물건인데, EMP 발생시엔 전원선으로도 서지가 들어오므로 EMP에 대응하기 위한 특별한 접지 보호기를 쓴다. 여기에는 작은 FCG가 있어 역위상의 EMP를 발생, 마주오는 파동을 상쇄하는 식으로 작동한다. 이미 2018년 4/4분기 기준으로 EMP 유입 에너지 ~10MHz / 11~60kV / 400kA@125mS 까지도 잔류전압 10V 이내로 막아낼 수 있는 초고성능 서지 보호기가 국산으로도 존재한다. FCG가 들어가지 않으므로 가격도 저렴한건 덤이다.전자회로 Level에서는 전원과 Ground 사이에 다이오드 및 RLC[10]회로를 구성해서 고전압, 고전류 Surge[11] 인가시 다단으로 보호회로와 내부 구동회로를 파손시키지 않는 범위에서 빠르게 접지를 통해 지면으로 빼버리게 설계한다. 정전기보호는 덤이다. 최근 통신 IC를 설계할 때 정전기 방지를 위해 마지막에 ESD(정전기) 보호회로를 넣는데 이를 통해 자동으로 어느정도 EMP대처능력을 가지게 된다.독일 지멘스사에서 TEMPEST 라고 하는 시스템을 구축해주는 서비스가 있다. 이 시스템을 사용하면 가정집이든 군사시설이든 따지지 않고 해당 건물에 대해 EMP 방호 시공을 해준다. 보통은 새로 건물을 지을 때 발주를 하는 편이니 전자파에 민감하고 돈이 아주 넉넉한 사람이라면 집을 재건축 할 일이 있을 때 지멘스에 연락해보자. 굳이 재건축이 아니라 시공만으로도 되긴 하는데 그러면 집이 조금 좁아진다. 차폐를 위해 벽에 덧대는 스테인리스/알루미늄 격벽 때문이다. 그리고 시공 이후에 창문을 다 닫은 상태에선 무선 LAN 이 먹통이 되는데, TEMPEST 시공시 창문도 전자기 감쇄 유리를 사용하여 발생하는 현상. 소형 중계기도 실내에 설치하면 좋다. 그 외에 전력망은 FCG 를 붙이지만 대부분의 외부 네트워크는 광케이블로 받아서 특수 차폐 배관을 경유하여 내부로 인입한다. 즉, olleh 나 SKbroadband, CJ Hellovision 등 FTTH 서비스를 이용하는 경우에나 바로 인입이 가능하다. 통상적인 일반 유선 전화기는 그대로 인입은 가능하나 다소 어렵다.컴퓨터도 EMP 강화 컴퓨터(지멘스 SITEMP)가 있다. EMP 재난 상황에서는 발전소도 마비될 확률이 상당히 높지만, 이미 EMP 방호를 하겠다는 얘기는 돈지랄을 하겠다는 얘기이므로 자가발전기를 설치해 두면 된다. 즉, 돈만 있으면 현대 문명을 그대로 즐기면서 EMP 방호가 가능하다. EMP 차폐기술이 점차 발전해 감에 따라서, 대도시에서 EMP가 터지면 인류 문명이 몇 세기 전으로 후퇴한다느니, 증기기관으로 돌아가야 한다느니 같은 이야기는 공상에 가까운 이야기로 전락하게 되었다. 물론 EMP를 평시에 대비하지 않는/못하는 민간인들에게 있어서는 심각한 물적 피해를 초래할 수 있다는 것은 사실이지만, 정부와 군사 기관 등 사회 기반시설과 안보 관련 시설은 EMP에 대한 철저한 대비와 방호를 적용받고 있기 때문이다. 심지어 중요 시설 정도가 아니더라도, 날로 엄격해지는 전기-전자제품의 안전 관련 규정 때문에 민간인 대상의 전자제품들 역시 상당한 수준의 EMP 방호력을 갖추게 되었다. 이러한 점은 자동차의 경우가 대표적인데, ISO26262라는 자동차 전자 장비 신뢰성 규격이 나날히 흉악해진 탓에 어지간한 EMP가 들어오지 않는 이상 자동차도 충분히 버틸 수 있다. ECU는 물론이고 엔진룸 전체에 전자파 차폐 기술이 들어가 있기 때문. 사실 이러한 부분은 EMP 공격에 방어하는 의미라기보다도, 엔진에 잡 전파가 들어가면 ECU와 주변 기기에 오작동이 날수 있고, 주행 중이면 사고로 연결되는만큼 그러한 오작동을 막기 위한 설계이다. 다만 소 뒷걸음에 쥐 잡듯이 이러한 오작동 방지 설계가 EMP에 대한 내성을 증대시키는 결과를 가져온 것이다.다만 이러한 설계는 최신 차량에만 적용되는 것이기 때문에 전자제품이 어설프게 사용된 자동차는 영향을 받을 가능성은 있다. 일단 EMP로부터 확실한 내성이 있는 자동차들은 엔진에 전기전자제품이 거의 쓰이지 않은 구형 디젤차량 정도다. 현대, 기아의 구형 포터와 봉고, 같은 계열 엔진을 쓰는 록스타와 1세대 스포티지, 레토나[12] 등은 엔진 정지 때만 쓰는 솔레노이드 밸브[13]만이 전기와 관련이 있고 쌍용의 구형 코란도와 무쏘 수동 차량 등은 아예 전기와 무관한 차종이다. (시동 걸 때는 배터리로 걸지만 시동 끄는 것은 진공회로로... 다만 디젤 엔진은 겨울철에는 전기가 없으면 시동 때 엔진 내부를 예열하는 플러그를 가열할수 없어서 시동이 힘들다.) 원칙적으로 전자 제어식이 아닌 구형 디젤 엔진 차량[14]은 밀어서 시동 걸면 EMP가 아니라 배터리를 뽑고 모든 전기선을 다 들어내도 상관 없는 차량이다. 밀어서 잠금해제[15] 타자기도 쓸 수 있다. 또한, 80년대와 그 이전 옛날 자동차의 경우 연료 분사기의 역할을 하는 "카뷰레터"(caburetor)라는 부품을 쓰는데[16], 카뷰레터 또한 그 특성상 전자파의 영향을 안 받기에 EMP로부터 안전하다. 한국의 경우에는 87년도 이전 환경기준으로 생산된 휘발유 차량들은 배출가스 5등급으로 분류되는데다가 카뷰레터를 제대로 정비할 수 있는 기술자도 전국에서 한 손에 꼽을 만큼 남아서 평상시 운행에 제약이 따르는 부분이 많기에, 사실상 미국이나 일본같이 오래 전부터 자동차를 만들어 오고 클래식카 문화가 활성화된 국가 한정으로나 현실성 있는 얘기인 셈[17].송전탑도 EMP 내성을 갖추고 있다. 한국전력에서 사용중인 345kV 이상 송전선들은 송전탑 및 T/T 측에서 SPD를 쓴 강제 방전을 할 수 있고, 직접뢰 혹은 그 이상의 200kA/30us 이상 전류에 내성을 가진다.[18] 게임의 능력치로 비유하자면 방어력을 포기하고 체력 최대치를 챙긴 모습이라고 할 수 있겠다.광 전송 선로로 전환을 거의 대부분 완료한 한국통신 시절 KORNET 시스템은 단말의 경우는 몰라도 전화국 간의 기간 연결에 쓰는 장비의 EMP 내구도를 증명한 상태이다. 장거리 링크에 쓰이는 고에너지 레이저 변환전송기의 Isolation 규격에 따라 전화국에서 쓰이는 광 링크 종단은 건물 안에 있는 특별하게 밀폐한 곳에서 한다. 덕분에 매우 센 EMP가 나도 별로 영향이 없다. CCC 등에서 외부 링크를 광케이블로 따는 까닭의 하나이다.기타 다산네트윅스에서 공급하는 일반전화 가입자종단 단말카드의 경우에도 이미 미친듯이 SPD 를 도배하고 있어 EMP 정도로는 끄떡도 없다. 가입자선로 역시 이중차폐도선을 쓰는 데다가, 그 선을 받는 단말카드 역시 차폐실 안에 있고 그 카드마저도 알루미늄 제 커버로 쌌다. 단말 카드에서 쓰이는 SPD 의 용량도 많이 증가하여 가정용 전력선로 규정에는 못 미치지만 50kA/150us의 규격에는 맞다.