Let's imagine a sculptor building a statue, just chipping away with his chisel. Michelangelo had this elegant way of describing it when he said, "Every block of stone has a statue inside of it, and it's the task of the sculptor to discover it." But what if he worked in the opposite direction? Not from a solid block of stone, but from a pile of dust, somehow gluing millions of these particles together to form a statue.
조각가가 조각상 하나를 만들고 있다고 상상해볼까요. 정으로 조금씩 돌을 깎아내겠죠. 미켈란젤로는 그 과정을 이렇게 멋지게 표현했습니다. "모든 돌덩이 속에는 이미 조각상이 들어있습니다. 그걸 발견하는 것이 조각가의 몫입니다." 하지만 작업 순서가 반대였다면 어땠을까요? 단단한 돌덩어리에서 시작하는 것이 아니라 무수한 먼지로 시작했다면요. 어떻게든 그 작은 입자들을 붙여서 조각상을 만들어야 했겠죠.
I know that's an absurd notion. It's probably impossible. The only way you get a statue from a pile of dust is if the statue built itself -- if somehow we could compel millions of these particles to come together to form the statue.
어림도 없는 얘기죠. 아마 불가능할 것입니다. 먼지로 조각상을 만드는 유일한 방법은 조각상이 저절로 만들어지는 것 밖엔 없죠. 그런데 우리가 어떻게든 먼지들을 하나로 합쳐서 조각상을 만든다면요?
Now, as odd as that sounds, that is almost exactly the problem I work on in my lab. I don't build with stone, I build with nanomaterials. They're these just impossibly small, fascinating little objects. They're so small that if this controller was a nanoparticle, a human hair would be the size of this entire room. And they're at the heart of a field we call nanotechnology, which I'm sure we've all heard about, and we've all heard how it is going to change everything.
이상한 소리처럼 들리겠지만 저희 연구소에서는 바로 이런 문제를 다루고 있습니다. 물론 저는 돌을 깎지 않아요. 나노물질을 가지고 일하죠. 믿을 수 없을 정도로 작고 흥미로운 물질입니다. 얼마나 작냐면, 이 장치를 나노입자라고 했을 때 인간의 머리카락은 이 공간만 하다고 보면 됩니다. 이것들이 나노기술 분야의 핵심이죠. 다들 나노기술에 대해 들어보셨을 거예요. 또 이것이 세상을 어떻게 바꿀 건지도 들어보셨겠죠.
When I was a graduate student, it was one of the most exciting times to be working in nanotechnology. There were scientific breakthroughs happening all the time. The conferences were buzzing, there was tons of money pouring in from funding agencies. And the reason is when objects get really small, they're governed by a different set of physics that govern ordinary objects, like the ones we interact with. We call this physics quantum mechanics. And what it tells you is that you can precisely tune their behavior just by making seemingly small changes to them, like adding or removing a handful of atoms, or twisting the material. It's like this ultimate toolkit. You really felt empowered; you felt like you could make anything.
제가 대학원에서 공부할 때 나노기술을 공부하는 것이 가장 재미있었습니다. 과학적 발전이 계속 일어났죠. 학회들은 술렁거렸고 연구비 지원 기관들은 엄청난 돈을 쏟아부었습니다. 그 이유는 어떤 물체가 아주 작아지면 우리가 상호작용하는 일반적인 사물에 대한 물리법칙과는 전혀 다른 물리학의 지배를 받습니다. 이걸 양자역학이라고 하죠. 이 이론에 따르면 여러분은 물질의 움직임을 정확히 조종할 수 있습니다. 겉보기에 아주 작은 변화를 줌으로써 말이죠. 예를 들면, 적은 양의 원자들을 더하거나 빼고 물질을 비트는 겁니다. 이건 마치 최고의 공구세트 같습니다. 무엇이든 만들 수 있는 능력을 얻었다는 느낌이 들 정도죠.
And we were doing it -- and by we I mean my whole generation of graduate students. We were trying to make blazing fast computers using nanomaterials. We were constructing quantum dots that could one day go in your body and find and fight disease. There were even groups trying to make an elevator to space using carbon nanotubes. You can look that up, that's true. Anyways, we thought it was going to affect all parts of science and technology, from computing to medicine. And I have to admit, I drank all of the Kool-Aid. I mean, every last drop.
그리고 우리는 그러니까, 저와 함께 공부했던 대학원생들은 나노물질로 아주 빠른 컴퓨터를 만들고자 노력했습니다. 저희는 양자 입자의 구성을 연구하고 있었고 언젠가는 그것으로 우리 몸 속의 질병과 싸울 수 있을거라 생각했죠. 심지어 탄소 나노뷰트를 이용해서 우주로 가는 엘리베이터를 만들려는 연구팀도 있었습니다. 찾아보셔도 됩니다. 사실이니까요. 어쨌든, 우리는 이것이 컴퓨터에서 의학까지, 과학과 기술 전분야에 영향을 줄거라고 생각했죠. 그리고서 깨달았습니다. 제가 맹목적으로 빠져있었다는 걸요. 완전히 빠져있었죠.
But that was 15 years ago, and -- fantastic science was done, really important work. We've learned a lot. We were never able to translate that science into new technologies -- into technologies that could actually impact people. And the reason is, these nanomaterials -- they're like a double-edged sword. The same thing that makes them so interesting -- their small size -- also makes them impossible to work with. It's literally like trying to build a statue out of a pile of dust. And we just don't have the tools that are small enough to work with them. But even if we did, it wouldn't really matter, because we couldn't one by one place millions of particles together to build a technology. So because of that, all of the promise and all of the excitement has remained just that: promise and excitement. We don't have any disease-fighting nanobots, there's no elevators to space, and the thing that I'm most interested in, no new types of computing.
하지만 그건 15년 전입니다. 그리고 과학이 놀랍도록 발전했습니다. 많은 것들을 배웠죠. 우린 그 과학 지식을 새로운 기술에 접목시킬 수 없었습니다. 사람들에게 실제로 영향을 줄 수 있는 기술들 말이죠. 왜냐하면, 이 나노물질들은 양날의 검과 같기 때문입니다 이것들이 흥미로운 이유 중 하나인 작은 크기 때문에 그 물질을 다루는 것이 불가능했습니다. 말 그대로 먼지 더미로 조각상을 만드는 것과 같았죠. 게다가 그것들을 다룰 수 있을 만큼 세밀한 도구도 없었습니다. 있었다고 해도 힘들었을 거예요. 왜냐하면 기술에 적용하려면 그 수 백만의 입자들을 하나하나 모아야 하는데 그럴 수 없었기 때문이죠. 바로 그 문제로 모든 가능성과 모든 기대감이 그대로 멈췄습니다. 가능성과 기대감 모두 말이죠. 질병과 싸우는 나노봇도 없고 우주로 가는 엘리베이터도 없으며 제가 가장 관심있었던 새로운 컴퓨터도 사라졌죠.
Now that last one, that's a really important one. We just have come to expect the pace of computing advancements to go on indefinitely. We've built entire economies on this idea. And this pace exists because of our ability to pack more and more devices onto a computer chip. And as those devices get smaller, they get faster, they consume less power and they get cheaper. And it's this convergence that gives us this incredible pace.
여기서 마지막이 제일 중요합니다. 우리가 예상컨대 컴퓨터의 발전 속도는 무한대로 증가할 것입니다. 이 개념을 토대로 모든 경제 기반이 세워졌죠. 그 발전 속도는 더욱 많은 장치들을 컴퓨터 칩에 넣을 수 있는 능력에 달려있습니다. 그리고 그 장치들이 작아질수록 속도는 빨라지고, 에너지 소비도 줄어들며 가격은 저렴해집니다. 이들이 통합되어 놀라운 속도로 발전하는 것이죠.
As an example: if I took the room-sized computer that sent three men to the moon and back and somehow compressed it -- compressed the world's greatest computer of its day, so it was the same size as your smartphone -- your actual smartphone, that thing you spent 300 bucks on and just toss out every two years, would blow this thing away. You would not be impressed. It couldn't do anything that your smartphone does. It would be slow, you couldn't put any of your stuff on it, you could possibly get through the first two minutes of a "Walking Dead" episode if you're lucky --
한 가지 예를 들죠. 우주인 세 명을 달에 보낼 때 이 방만한 크기의 컴퓨터를 사용했는데 어떻게든 그걸 압축시키는 겁니다. 당시 최고 성능이었던 그 컴퓨터를 압축시켜 스마트폰 크기만 하게 만들었다해도 실제 여러분이 쓰는 스마트폰 300달러에 사서 2년마다 바꾸는 그 스마트폰이 이 컴퓨터보다 한참 앞설 것입니다. 놀랄 일도 아니죠. 이 컴퓨터로는 스마트폰으로 하는 어떤 일도 할 수 없을 거예요. 속도도 느리고 그 어떤 정보도 넣을 수 없죠. "워킹 데드"의 처음 2분을 보면 배터리가 다 떨어질 걸요. 그나마 운이 좋다면요.
(Laughter)
(웃음)
The point is the progress -- it's not gradual. The progress is relentless. It's exponential. It compounds on itself year after year, to the point where if you compare a technology from one generation to the next, they're almost unrecognizable. And we owe it to ourselves to keep this progress going. We want to say the same thing 10, 20, 30 years from now: look what we've done over the last 30 years. Yet we know this progress may not last forever. In fact, the party's kind of winding down. It's like "last call for alcohol," right? If you look under the covers, by many metrics like speed and performance, the progress has already slowed to a halt. So if we want to keep this party going, we have to do what we've always been able to do, and that is to innovate.
중요한 것은 발전이 서서히 일어나는 것이 아니라 멈추지도 않고 기하급수적으로 해가 거듭될수록 발전 속도가 가중된다는 것입니다. 어느 정도냐면 어떤 기술을 가지고 한 세대와 다음 세대를 비교해보면 구분이 안될 정도의 발전 속도입니다. 그리고 우리는 이 발전이 계속 유지되도록 해야 합니다. 10년, 20년, 30년 후에도 지난 30년 간 해낸 걸 평가하며 같은 이야기를 하게 되겠죠. 하지만 이 발전이 영원하진 않을 것입니다. 사실, 이제 파티가 끝나는 시간이 가까워지고 있어요. 마치 이번이 마지막 건배인 것처럼 말이죠. 이면을 들여다 보면 속도나 성능 측면에서 보자면 발전은 이미 느려져서 멈추기 직전입니다. 그래서 이 파티가 계속되길 원한다면 우리가 할 수 있는 일을 해야 하는데 그게 바로 혁신이라는 것입니다.
So our group's role and our group's mission is to innovate by employing carbon nanotubes, because we think that they can provide a path to continue this pace. They are just like they sound. They're tiny, hollow tubes of carbon atoms, and their nanoscale size, that small size, gives rise to these just outstanding electronic properties. And the science tells us if we could employ them in computing, we could see up to a ten times improvement in performance. It's like skipping through several technology generations in just one step.
우리 연구진의 역할과 임무는 탄소 나노튜브를 이용해서 혁신하는 것이죠. 그것이 기술발전의 속도를 계속해서 유지해 줄 거라고 믿기 때문입니다. 탄소 나노튜브는 말 그대로 탄소 원자로 이루어진 속이 빈, 작은 튜브입니다. 이 나노 단위의 작은 크기로 인해 놀라운 전자적 특성이 일어납니다. 이 특성을 컴퓨터 개발에 적용하면 성능을 10배까지 향상시킬 수 있죠. 몇 세대에 걸쳐 일어날 기술 발전을 한번에 건너뛰는 것과 같습니다.
So there we have it. We have this really important problem and we have what is basically the ideal solution. The science is screaming at us, "This is what you should be doing to solve your problem." So, all right, let's get started, let's do this. But you just run right back into that double-edged sword. This "ideal solution" contains a material that's impossible to work with. I'd have to arrange billions of them just to make one single computer chip. It's that same conundrum, it's like this undying problem.
이제 보세요. 우리에겐 아주 중요한 문제가 있고 그걸 해결할 수 있는 아주 이상적인 방법도 있죠. 과학은 우리에게 이렇게 외칩니다. "문제를 해결하려면 이 방법뿐이야."라고 말이죠. 좋아요, 시작해봅시다. 해보자고요. 앞서 말한 '양날의 검'으로 다시 돌아가볼까요. 그 "이상적인 해결법"은 우리가 다룰 수 없는 물질을 의미합니다. 컴퓨터 칩 하나를 만들려면 그 물질을 수십억 개를 배열해야만 했죠. 아주 어려운 일이었고 끝이 보이지 않는 듯 했습니다.
At this point, we said, "Let's just stop. Let's not go down that same road. Let's just figure out what's missing. What are we not dealing with? What are we not doing that needs to be done?" It's like in "The Godfather," right? When Fredo betrays his brother Michael, we all know what needs to be done. Fredo's got to go.
그래서 이쯤에서 멈추자고 했죠. 똑같은 짓을 계속할 게 아니라 우리가 놓친 것이 무엇인지 찾아보자고 했습니다. 우리가 간과한 것이 무엇인지 어떤 중요한 것을 놓친 건 아닌지 생각했죠. 영화 "대부"의 한 장면 같죠? 영화에서 프레도가 동생 마이클을 배신했을 때 그 다음으로 그가 했어야 할 일을 우리는 알고 있죠. 프레도는 떠났어야 했어요.
(Laughter)
(웃음)
But Michael -- he puts it off. Fine, I get it. Their mother's still alive, it would make her upset. We just said, "What's the Fredo in our problem?" What are we not dealing with? What are we not doing, but needs to be done to make this a success?" And the answer is that the statue has to build itself. We have to find a way, somehow, to compel, to convince billions of these particles to assemble themselves into the technology. We can't do it for them. They have to do it for themselves. And it's the hard way, and this is not trivial, but in this case, it's the only way.
그러나 마이클은 보복을 나중으로 미뤘습니다. 좋아요. 어머니가 살아 계셨기 때문에 어머니를 생각해서 그랬던 거죠. 우리는 물었습니다. "우리 문제에서 프레도는 무엇일까?" "생각지 못한 게 무엇일까?" "우리가 놓친 것 중에 성공을 위해 필요한 것은 무엇일까?" 그 대답은 조각상은 스스로 만들어져야 한다는 것이었습니다. 어떻게든 방법을 찾아내야 했죠. 그 수십억개의 입자들을 어르고 달래서 스스로 뭉쳐서 기술로 완성될 수 있도록 말이죠. 우리가 그렇게 만들 수는 없고 입자 스스로 만들어내야 합니다. 아주 어렵고 중요한 일이죠. 하지만 그것이 유일한 방법입니다.
Now, as it turns out, this is not that alien of a problem. We just don't build anything this way. People don't build anything this way. But if you look around -- and there's examples everywhere -- Mother Nature builds everything this way. Everything is built from the bottom up. You can go to the beach, you'll find these simple organisms that use proteins -- basically molecules -- to template what is essentially sand, just plucking it from the sea and building these extraordinary architectures with extreme diversity. And nature's not crude like us, just hacking away. She's elegant and smart, building with what's available, molecule by molecule, making structures with a complexity and a diversity that we can't even approach. And she's already at the nano. She's been there for hundreds of millions of years. We're the ones that are late to the party.
이제와서 결과를 놓고 보면 말도 안되는 문제는 아니에요. 우리는 뭔가 그렇게 만들지는 않죠. 그렇게 스스로 만들어지도록 하는 것은 하나도 없습니다. 그런데 주위를 둘러보면 사방에 그렇게 만들어진 게 있죠. 대자연은 모든 것이 스스로 창조되게끔 합니다. 모든 것이 새롭게 생겨납니다. 해변에 가보면 이런 단순한 유기체들이 단백질을 이용해서 기본적으로는 단백질 분자로 바닷속에서 고른 모래의 형상을 본떠서 정말 다양하고 독특한 형태를 만들어냅니다. 그리고 자연은 인간처럼 대충하지 않고 아주 정교합니다. 자연은 우아하고 영리해서 분자 하나하나를 이용해서 아주 복잡한 구조를 만들어내죠. 그리고 인간이 범접할 수 없을 정도의 다양성을 가집니다. 자연은 이미 나노 단위로 일하고 있습니다. 수억 년 동안이나 그렇게 해왔죠. 오히려 우리가 늦은 것입니다.
So we decided that we're going to use the same tool that nature uses, and that's chemistry. Chemistry is the missing tool. And chemistry works in this case because these nanoscale objects are about the same size as molecules, so we can use them to steer these objects around, much like a tool. That's exactly what we've done in our lab. We've developed chemistry that goes into the pile of dust, into the pile of nanoparticles, and pulls out exactly the ones we need. Then we can use chemistry to arrange literally billions of these particles into the pattern we need to build circuits. And because we can do that, we can build circuits that are many times faster than what anyone's been able to make using nanomaterials before. Chemistry's the missing tool, and every day our tool gets sharper and gets more precise. And eventually -- and we hope this is within a handful of years -- we can deliver on one of those original promises.
그래서 우린 자연이 일하는 방식을 그대로 따라 하기로 했죠. 바로 화학입니다. 화학을 놓친 거였어요. 화학이 효과적인 이유는 나노 단위의 물질은 분자와 거의 같은 크기이기 때문입니다. 그것들을 조종하기 위해서 화학을 도구로 사용할 수 있습니다. 그게 저희 연구실의 성과였습니다. 먼지 구덩이 속을 볼 수 있는 화학적 도구를 개발한 것이죠. 나노 입자들로부터 우리가 원하는 것을 정확히 끄집어 낼 수 있었습니다. 화학을 이용해서 말 그대로 수십억 개의 나노 입자를 배열하고 회로를 구성하기 위한 패턴을 만들 수 있습니다. 그것이 가능해진 덕분에 과거에 나노 물질을 다룰 때보다 몇 배 더 빠른 회로를 구성할 수 있게 되었습니다. 우리가 놓쳤던 화학이란 도구는 날이 갈수록 정교하고 정확해지고 있습니다. 그리고 결국에는 바라건대 수 년 내에 처음 약속했던 결과를 내놓을 수 있을 거라 기대합니다.
Now, computing is just one example. It's the one that I'm interested in, that my group is really invested in, but there are others in renewable energy, in medicine, in structural materials, where the science is going to tell you to move towards the nano. That's where the biggest benefit is. But if we're going to do that, the scientists of today and tomorrow are going to need new tools -- tools just like the ones I described. And they will need chemistry. That's the point. The beauty of science is that once you develop these new tools, they're out there. They're out there forever, and anyone anywhere can pick them up and use them, and help to deliver on the promise of nanotechnology.
이제 컴퓨터는 단지 하나의 사례에 불과합니다. 제가 관심을 갖고, 저희 팀이 연구하고 있는 것들 중 하나죠. 다른 분야도 있습니다. 재생 에너지, 의학 신소재 이들 과학 분야에 나노 기술이 접목되어야 합니다. 모두 가장 많은 잇점을 얻을 수 있는 분야입니다. 그런데 그러기 위해서는 현재와 미래의 과학자들에게는 새로운 도구가 필요할 것입니다. 제가 설명한 그런 도구들 말이죠. 그리고 화학도 필요할 거예요. 그게 핵심이죠. 과학이 아름다운 이유는 일단 새로운 도구를 개발해내면 세상에 공개됩니다. 영원히 공개되죠. 그래서 어디서든 누구나 그걸 골라서 쓸 수 있고 나노기술의 목표 실현에 도움을 줄 수 있습니다.
Thank you so much for your time. I appreciate it.
경청해 주셔서 고맙습니다.
(Applause)
(박수)