[과학향기]지문이 촉각을 위해 존재한다고?

지문이 촉각을 위해 존재한다고?

[제 967 호/2009-08-12]

“유일하게 지워지지 않는 서명은 사람의 지문이다.”

미국의 소설가 마크 트웨인(Mark Twain)이 한 말이다. 나이가 들면서 얼굴은 변하지만 지문은 한번 생겨나면 바뀌지 않는다는 의미다. 물론 심한 습진 같은 피부병으로 지문이 일시적으로 지워지거나 고된 노동이나 화상 같은 사고 때문에 지문이 없어지는 경우도 있다. 하지만 평생 변하지 않고 그대로 남아 있는 게 일반적이다. 그래서 사람을 구별하는 데나 범인을 잡을 때 지문을 이용한다.

지문(指紋, fingerprint)이란 말 그대로 손가락 안쪽 끝에 있는 살갗의 무늬나 그것을 찍은 흔적을 말한다. 사람마다 유일하게 갖고 있는 타고난 지문은 임신 4개월째에 만들어진다. 손가락과 손바닥, 발가락과 발바닥 위의 작은 산과 계곡의 모양으로 배열된 선의 대부분은 유전자적 체계에 따라 만들어진다.

몇몇 쌍둥이의 경우 지문에서도 유사성을 보인다. 하지만 지문이 만들어지는 데는 압력의 비율, 모태 속 태아의 위치 등도 영향을 미치기 때문에 쌍둥이조차 서로 다르며 왼손과 오른손의 지문 또한 다르다. 동양계와 유럽계의 지문에도 커다란 차이가 있다.

두 사람의 손가락에 있는 지문이 일치할 수 있는 확률을 억지로 계산해도 640억분의 1 정도라고 하니, 전 세계에서 지문이 같은 사람은 없다고 해도 과언이 아니다. 범죄 수사에서도 힘을 발휘하는데, ‘법정증거’로 채택되지는 않지만 범죄사실을 입증하는 결정적인 역할을 한다.

사인 대신 도장의 사용이 더 일반적인 한자문화권에서는 도장이 없을 경우 서명과 같은 의미로 지장을 찍는 관습이 있다. 지문은 손가락에만 한정되어 나타나지 않는다. 손금으로 알려진 장문(掌紋), 발바닥에는 족문(足紋)이라는 게 있어 병원에서 아기를 낳으면 족문을 찍어 아이가 바뀌는 것을 막으며, 친자확인 등의 소송에서도 중요한 역할을 한다.

흥미롭게도 원숭이, 침팬지, 오랑우탄 등의 영장류뿐 아니라 유대류(有袋類)인 코알라도 독특한 지문을 가지고 있다. 남미에 사는 원숭이들은 꼬리에 저마다 독특한 무늬를 가지고 있고, 소는 코 근처에 일생 동안 변하지 않는 울퉁불퉁한 무늬의 비문(鼻紋)이 있어 개체 식별에 쓰인다.

<경찰 과학수사계 직원들이 지문과 족적을 확인하는 가변광원장비(SL350)를 이용해 지문을
확인하고 있다. 지문은 사람마다 모양이 달라 범죄수사 등에 자주 활용된다. 동아일보 자료사진>

물론 지문은 범죄학에 이용하라고 만들어진 게 아니다. 그렇다면 사람에게 지문이 있는 진짜 이유는 무엇일까? 여태까지의 정설은 지문이 손가락과 물체 표면의 마찰력을 높여 미끄럼을 방지해 무언가를 더 단단히 붙잡도록 하기 위해서라는 것이다.

물론 직접적인 실험결과에 의한 설은 아니지만, 100여 년 동안 과학자들 사이에 알려진 정설이다. 예를 들어 컵을 잡았을 때, 손가락 사이의 젖은 컵이 손에서 미끄러지지 않도록 지문이 타이어의 홈처럼 막아주고, 또 발바닥의 주름 역시 수영장에서 미끄러져 넘어지지 않도록 도움을 준다는 것이다.

그런데 얼마 전, ‘실험 생물학 저널(Journal of Experimental Biology)’ 최신호에 이와 정 반대되는 연구 결과가 발표되어 화제다. 영국 맨체스터대학교 생체역학자 롤랜드 에노스 교수와 피터 워만 교수팀이 실제로 실험을 해보니 오히려 지문이 물체와 손 사이의 마찰력을 3분의 1이나 줄인다는 것이다. 이들이 마치 지문이 없는 것처럼 나타나게 하는 특수장치를 개발하여 플라스틱 투명판과 손 사이의 마찰력을 알아본 결과, 지문의 굴곡이 물건과 손이 닿는 면적을 줄임으로써 오히려 마찰력이 낮아졌다.

즉, 지문 사이의 가는 홈이 있기 때문에 물체와의 접촉면이 적어지면서 마찰력도 줄인다는 얘기다. 이 말은 접촉면이 넓을수록(지문이 없을수록) 마찰력이 커져 물체를 더 꽉 잡을 수 있다는 것을 의미한다.

물건을 단단하게 붙들기 위해서라는 기존의 주장이 틀리다면, 지문은 도대체 어떤 역할을 하기 위해 생긴 것일까. 연구팀은 지문의 존재 이유가 무얼까 하는 새로운 고민에 빠져들었다. 그런데 그 해답을 ‘지문과 같은 골이 손의 촉각을 예민하게 한다’는 프랑스 학자들의 연구에서 찾았다고 한다.

에노스 박사팀은 지문이 생긴 이유에 대해, 지문이 손끝의 물기를 잘 빠지게 하는 배수로 역할을 해 젖은 표면을 잡을 때 더 잘 붙잡을 수 있게 한다고 주장한다. 또 거친 물체를 잡을 경우 손과 발에 가해지는 충격을 줄임으로써 지문이 피부의 변형을 도와 손가락이나 발바닥에 물집이 잘 잡히지 않도록 하기 위함이라고도 한다.

이렇듯 실제 실험을 통해 지문의 역할이 새롭게 밝혀졌음에도 불구하고, 일부 학자들이 “에노느 박사팀은 사람 손이 촉감을 느낄 정도의 세기로만 실험했을 뿐 더 강한 힘이 주어지는 마찰력은 실험하지 않았다”는 의견을 제시하면서 그 의문이 완전히 풀린 상태는 아니다.

보통사람이라면 물건을 단단하게 붙들기 위해 지문이 있으면 어떻고, 손발에 상처 나지 않게 하기 위한 것이라 한들 무슨 큰 차이가 있느냐고 질문할 수 있다. 그러나 과학자들은 지문의 역할을 보다 정확히 이해해야만 의수나 로봇 손의 기능을 진짜 손의 수준으로 끌어올리는 데 도움이 된다고 말한다. 사람의 손처럼 물건을 만지고 잡으며 감각을 느끼게 하는 데 지문이 그만큼 중요한 열쇠라는 얘기다.

인류가 다른 동물보다 뛰어난 이유 중 하나는 손을 사용하기 때문이다. 그리고 사람의 손이 가진 특별한 기능을 이해하려면 지문의 역할도 빼 놓을 수 없다. 손이 가진 섬세한 기능을 흉내 내기 위한 노력은 지금도 진행 중이다.

글 : 김형자 과학칼럼니스트

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도전

1. 어제는 야곱을 만나서 맥주 500cc 한 잔을 마셨다.( 두 모금 정도 남겼으니 조금 못 미치긴 했다.) 

역대 최고 기록이다. 예전에 6년 전 쯤 울화가 치밀어 노래방에 가서 한 시간 동안 노래 부르며 울다가 친구 만나 맥주를 마셨는데, 5모금 마시곤 집에 가서 다 토해냈다. 정말 술이 안 받는 건지, 하필 그날 따라 속이 안 좋았던 건지 모르겠지만 그 후 술 마실 일은 거의 없었다. 2007년 연말 회식 때 장감님들 덕분에 소주 4잔 정도 마신 기억은 난다. 맛 없었다. ;;;; 

어제는, 먹을 만하긴 했지만, 맛은 없었다. 그래서 앞으로도 그냥 콜라나 사이다 마시기로 했다.  

2.  이가 아프기 시작한 지 한 달이 더 됐는데, 드디어 치과에 갔다. 원인은 사랑니란다. 아랫쪽 사랑니 두 개 빼고, 하는 김에 충치 진행형인 어금니 두 개 치료하잔다. 아씨, 견적이 좀 나오겠다....ㅜ.ㅜ 

오늘 염증 치료 받느라 마취를 했는데 한 시간이면 풀린다더니 3시간 걸려서 풀렸다. 혀에 감각이 없어지니 아주 기분 메롱이었다.  

3. 시티 오브 갓. 원래 예전에 상영했던 것을 시네큐브가 재상영한 것일까?  

암튼, 아주 소수만 입장할 수 있는 작은 상영관에서 보았다. 영화 참 재밌고, 음악도 너무 좋았고, 지극히 현실적인 얘기라고 생각하는 순간 비통함도 느꼈지만, 동시에 엄청 졸고 나왔다. 거의 일주일 가까이 잠을 설쳤는데 하필 그 잠이 보고 싶던 영화 볼 때 쏟아지냔 말이지.  

4. 알라딘에서 멀어지기, 얼마만큼 가능할까?  

제로보드 같았으면 전체 자료 다 다운이 가능할 텐데, 아마 여기엔 그런 기능은 없을 것이다. 있다 해도 다 내리긴 너무 아깝잖아. 뿌린 시간이 얼만데.  

다른데 옮겨 심는 것도 아찔하다. 리뷰는 옆 동네에 꽤 옮겨놓은 게 있지만 아직 1년 치는 더 옮겨야겠고.  

하루하루 더 지날수록 마음이 가라앉아야 마땅할 텐데, 오히려 날마다 더 끓어오른다. 무언가에 잠시 열중하면 그때 뿐이고, 시선을 드는 순간 바로 분노에 사로잡힌다. 나쁜 것은, 미워지는 사람이 자꾸 늘어간다는 것이다. 이러다 내가 병들겠다.  

제일 좋은 방법은 이럴 때 다 내려놓고 훌쩍 여행이라도 떠나서 인터넷 같은 건 쳐다보지도 않고 사는 건데, 일해야지 어딜 가나.  

편 가르기? 우습다. A와 B라는 서로 다른 의견의 충돌이 아니었다. 이건 O, X다. 둘이 같이 옳거나 둘이 같이 틀릴 수가 없는 일이다. 중간도 없다.  

5. 비가 계속 오는구나...... 마실도 자제해야지.

[과학향기]똑딱이와 DSLR의 갈림길, 하이브리드 카메라가 뜬다

똑딱이와 DSLR의 갈림길, 하이브리드 카메라가 뜬다

[제 966 호/2009-08-10]

‘없어서 못 파는 카메라’가 등장했다. 최근 올림푸스가 ‘초소형 DSLR’이라는 홍보문구와 함께 내놓은 디지털카메라 ‘펜 E-P1’이야기이다. 회사가 예약판매를 위해 준비했던 1,000여대의 카메라가 발매 5시간 만에, 정식판매를 위해 준비해 둔 물량 500여대는 2시간 만에 동이 났다.

홈쇼핑이나 인터넷 홈쇼핑에서 신제품이 넘쳐나는 시대다. 100만원이면 큼지막하고 좋은 카메라를 렌즈까지 끼워서 살 수 있는 세상인데, 몸체만 120만원이 넘는 이 카메라가 뭐기에 ‘없어서 못 팔’ 정도로 인기를 끌고 있을까?

카메라의 종류를 구분하는 방법은 다양하지만, 몇 가지 중요한 기준은 있다. 흔히 사용하는 방법은 사진사가 카메라에 찍힐 영상을 어떻게 들여다보는지를 따지는 것이다.

특히 개인용 카메라는 SLR(Single Lens Reflex)이라고 불리는 일안반사식 카메라가 대세인데, 디지털 세상으로 바뀌면서 앞에 D(Digital)자를 붙인 DSLR 카메라가 인기를 끌고 있다. DSLR 카메라는 필름 대신 빛에 반응하는 센서(CCD 또는 CMOS)가 들어 있지만, 기본적인 원리는 흔히 수동식 카메라라고 부르던 과거의 SLR 카메라와 꼭 같다.

SLR카메라의 최대 장점은 눈으로 본 그대로 사진을 찍을 수 있다는 점이다. SLR 형식의 카메라 내부에는 거울이 들어 있는데, 필름(또는 디지털센서)에 비추어줄 빛을 반사시켜 파인더로 옮겨준다. 파인더를 들여다보던 사진사가 이때다 싶어 셔터를 누르면 카메라는 거울을 위로 들어 올리며 빛을 필름으로 보내 사진을 찍는다. SLR 카메라가 유달리 찰칵 소리가 큰 이유다.

사용자가 카메라 뒤쪽에 붙은 액정화면을 바라보며 사진을 찍을 수 있는 액정식도 있는데, 흔히 똑딱이라 불리는 소형 디지털 카메라에 자주 사용되고 있다. 렌즈를 통해서 들어오는 상을 CCD로 바로 읽어서 디지털화한 화면을 LCD로 보여주는데, 어떤 사진이 찍힐 지 바로 이해할 수 있어서 카메라를 잘 모르는 사람들도 손쉽게 사용할 수 있다. 개념적으로만 생각한다면 가장 편리하고 진보된 방식인 셈이다.

액정식은 최대의 특징인 액정화면이 장점이면서도 단점이다. 자연적인 빛을 그대로 반사해 주는 SLR에 비해 아무래도 시각적으로 불편하고, 신호 처리를 해야 하니 필수적으로 시간차가 발생해 누르는 순간 사진을 찍는 민첩함도 떨어진다.

이런 구분법은 모두 조작의 편리함과 관계가 있을 뿐, 화질과는 큰 관계가 없다. 하지만 사진에 취미를 붙여갈수록 사람들은 고성능의 SLR 카메라를 찾는 경우가 많다. 왜 그럴까.

DSLR 카메라의 커다란 크기 때문이다. 제작사는 필름카메라 시절 부터 사용하던 렌즈를 그대로 쓰기 위해선 어느정도 큰 크기를 유지해야 했고, 필름과 비슷한 크기의 CCD를 사용할 수 밖에 없었다. 사실 디지털카메라를 선택하는 가장 중요한 기준이 바로 CCD의 크기라고 할 수 있는데, 수백만 원을 호가하는 고급형 DSLR카메라에는 필름과 똑같은 크기(36 X 24mm)의 CCD가 들어 있으며, 100만원 안팎의 중, 저가형 카메라의 경우는 이보다 약간 작은 크기의 CCD가 사용되는 것이 보통이다. 보급형인 소형카메라에는 보통 손톱만한 작은 CCD가 사용되며, 심한 경우는 쌀알만 한 CCD가 들어있다.

흔히 카메라를 구분하는 기준인 ‘화소’는 ‘화질’과 다르다. 화소는 사진의 품질보다는 사진을 구성하는 점의 총 개수일 뿐이다. 즉 500만 화소면 500만개의 점으로 사진이 이루어진다는 것이다. 따라서 CCD 크기가 다른 상태에서 화소 수를 비교하는 것은 큰 의미가 없다. 같은 1,000만 화소라 할지라도 DSLR이 소형 디지털카메라에 비해 각 화소별로 빛을 받는 면적이 크고, 당연히 사진이 더 밝게 찍힌다. 빛의 양이 충분하니 노이즈도 적은 깨끗한 사진을 얻을 수 있다. DSLR 카메라가 화질이 더 뛰어나다는 말은 여기서 비롯된 것이다.

하지만 사진을 본격적으로 찍고자 하지 않는 한 SLR카메라는 크고 무거워서 아무래도 불편하다. 적당히 잘 찍히면서도 가지고 다니기 편한 카메라를 찾는 실용주의자들에겐 부담스럽게 인식되곤 했다. 카메라 제작사들도 나름대로 크기를 줄이려고 했지만, 내부에 들어있는 거울과 머리부분에 쑥 튀어나와 있는, 빛을 파인더로 모아주는 펜타프리즘 만큼은 어쩔 수 없어서 소형화에 한계가 있다.

<올림푸스는 기존 DSLR 카메라보다 크기가 50%가 작아진 E-P1을 선보였다.
미러와 펜터프리즘을 삭제해 크기가 50% 정도 작아진 것이 특징이다. 동아일보 자료사진>

그런데 최근 들어 변화의 바람이 불고 있다. DSLR 수준의 화질을 유지하면서도 크기가 작아 휴대가 가능해진 디자인의 카메라가 등장한 것이다. 최근 발매된 올림푸스의 펜 E-P1 시리즈가 대표적인데, CCD 크기는 DSLR과 같아서 화질 좋은 사진을 찍을 수 있고, 렌즈도 교체할 수 있다. 하지만 SLR식의 반사거울을 포기해 크기를 줄인 것이다. 이런 카메라를 2가지 기종의 장점만을 합쳤다고 해서 하이브리드 카메라라고 부르기도 한다.

올림푸스와 공동으로 마이크로 포서즈(17.3 X 13mm) 규격의 하이브리드카메라를 개발하고 있는 파나소닉도 새롭게 LUMIX DMC-GH1를 내 놓으며 시장잠식에 나섰다. 삼성디지털이미징이 올 하반기에 내놓을 NX 시리즈도 이런 하이브리드 방식의 카메라다. 삼성은 올림푸스나 파나소닉 보다 더 큰 APS-C(22.3 x 14.9mm) 규격의 CCD를 채용한 만큼, 보다 뛰어난 화질을 제공할 것이라는 기대를 모으고 있다.

물론 하이브리드 카메라가 반드시 좋은 것만은 아니다. 스포츠나 작품사진 촬영, 취재보도 등 전문가의 영역에선 DSLR 카메라의 성능을 따라잡긴 어렵고, 휴대성만 생각한다면 손바닥만한 소형디지털 카메라가 더 유리하다.

하지만 새로운 시도는 언제나 환영할 만하다. 그리고 하이브리드 카메라가 디지털카메라의 새로운 시대를 여는데 중요한 역할을 하기를 기대해 보자. 높은 화질과 휴대성, 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 새로운 개념인 만큼, 발전의 소지도 충분할 것이다.

글 : 유상연 과학칼럼니스트

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그들의 수영장행

지난 주부터 큰조카가 수영 강습을 받게 되었다. 주3회. 한달 과정. 언니는 수영장 들어가기 전에 샤워부터 하고 가라고 했고, 그대로 따랐던 조카는 남들 준비운동 다 마쳤을 때 혼자 쭈뼛쭈뼛 입장했던 것이다. 게다가 생짜 초보는 조카 하나였고.  

강사샘이 좀 무서운 편이었나보다. 겁먹은 아이에게 차분히 이렇게 하는 거라고 알려준 게 아니라 못하니까 바로 처음으로 돌아가서 물장구만 내내 치게 했다는 거다. 조카는 그날 우울한 채 돌아왔고, 어제는 수영장 입구에서 안 가겠다고 울며불며 떼 써서 결국 강습을 때려치고 집에 돌아왔다는 이야기. 

이모들은 분개했다. 우리가 다 함께 가서 물이 무섭지 않다는 걸 놀이로 보여줘야 한다고 의견을 모았는데, 꺼내본 수영복은 오래되어서 천이 바스러져 있는 거다. 그래서 오늘 아침, 조카들과 언니와 함께 아울렛으로 갔다. 가는 내내 덜커덩 거리는 차. 연식 9년의 마티즈의 풍채를 늘 고민하던 우리는 이게 또 카센터 들어가야 하는 것 아니냐며 걱정을 했다. 매장에 도착해 보니 트렁크가 열려 있었던 것. 후, 다행이다...-_-;;;; 

25,000원짜리 실내 수영복을 하나 사고(무수한 비키니들은 눈길도 주지 않고...;;;;) 아차 수영모자! 하고 보니, 웬 수영모자가 이리들 비싼가. 인터넷에서  2,000원짜리 수영모자도 보았는데...;;;;; 

뭐 암튼, 게 중 싼 걸 골라서 집으로 일단 갔다. 셔틀버스 점심 시간이 겹쳐서 그냥 우리 차로 가자~하고는, 둘째 조카를 위한 개구락지 튜브를 들고 수영장으로 입장하니, 뭇 사람들의 시선이 다 쏠리는 거다. 그래, 이 튜브가 좀 튀긴 하지.... 

자유수영은 어른 5천원, 아이들 4천원. 조카만 수강생이어서 천원 할인 받았다. 카드도 안 받으면서 현금 영수증도 안 주다닛! 

언니, 수영장에 같이 온 게 25년 만이야. 수영장엘 다 오다니, 난 갑자기 중산층이 된 기분이야.  

막 이러면서 오버해가며 옷을 다 갈아입고 보니, 아뿔싸, 새로 산 수영모자를 집에 두고 온 거다. 아, 대략 난감! 

그래서 부랴부랴 다시 나가서 수영장에서 파는 모자 구입. 벌써 얼마를 쓴겨. 눈물 주르륵!  

게다가 언니가 야심차게 준비해온 형광색 물안경 3세트는, 알고 보니 모두 어린이 싸이즈였다. 아... 안 그래도 얼굴 면적 좀 나와주는 우리 자매. 안경 쓴 모습 흉하다고, 빨리 벗으라고, 이마에 걸치라고 하고는 서로 민망해 했다.

그래도 어쨌든 우린 씩씩하게 입장을 했는데, 수영장이 너무 깊은 거다. 강습하는 두 줄 피해서 제일 끝으로 갔다가 내 목을 넘어서는 물을 보고 기겁하고 뛰쳐나왔다. 제일 낮은데도 기본 140cm이니, 조카의 키를 넘어버린다. 그래서, 유아용 풀장에서 놀았다.(ㅡㅡ;;;) 

아, 역시나 너무 튀는 조카의 개구락지 튜브.  

큰 조카는 겁을 잔뜩 먹고 어깨의 힘을 빼라는 얘길 실행에 옮기지 못한다. 등에 매는 튜브를 달아주고, 키판(맞나?)을 잡고 몸이 푹 가라앉게 힘을 빼라고 알려준다. 내 허벅지까지도 안 오는 그 풀장에서 나는 물장구 치는 시범도 보여준다. 아, 주변 얼라들 보기 부끄부끄...;;;;; 

무튼, 조카는 이제 좀 감이 온다며, 물장구를 한 번 쳐보겠다고 하는 순간, 누가 호루라기를 삐이익 분다. 그리고 모두 나가버리는 사람들. 에???? 

우리 입장한지 30분 밖에 안 됐는데 뭥미??? 

알고 보니, 주말 1시부터 6시 자유수영은 일요일에만 해당되고, 토요일은 3시에 수영강습이 있어서 자유수영이 끝난다는 거다.  

아, 수억 들여서 큰 맘 먹고 온 풀장을 얼마나 쓸쓸히 나왔던고.  

우리 입장할 때 다들 쳐다본 게 너무 커다란 튜브 때문이 아니라 이 시간에 떼로 들어온 게 어이 없어서였을까? 

암튼, 조카는 혼자 남자인 까닭에 홀로 샤워하고 옷 갈아입고 나와서 우릴 기다린다. 이래서 사내 아이는 아빠랑 같이 와야 하나보다.  

그 소식을 전화로 들은 형부는 안쓰러워 한다. 그래서 내일은 꼭 아빠랑 같이 간다고... 

이모도 같이 가잔 소리에 손사래를 친다. 그건 곤란해...;;;;; 

게다가 모레부터는 보충수업이라공. 내일은 수업준비에 올인해야쥐... 

뭘 하든 투자비용은 드는 법. 본전을 뽑으려면 이 여름이 다 가기 전에 몇 차례는 더 가줘야지. 지구는 여전히 뜨거우니까...;;;

디지털 카메라 가격 문의

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지난 번 오디오 때랑 비슷해... 아저씨 집에 못 들어가시겠다...