꿈꾸는 공대생

서울대학교 기계항공공학부

이 건 우

• 인간과 기계공학 서울대 기계항공공학부 이건우

• 꿈꾸는 공대생 서울대 기계항공공학부 김종원

이번 시간에는!

인간과 기계 공학

서울대학교 기계항공공학부

이 건 우

[ 학 습 목 차 ]

• 기계공학이란?

• 기계공학의 역사

• 우리 생활과 기계공학

• 기계공학의 미래

1. 기계공학이란?

1) 기계공학의 정의

인간의 삶에 필요한 제품을 고안하고,

반복 제작 가능한 실체로 제작하는데

필요한 지식을 제공하는 학문

#1

#2

#4

#3

1. 기계공학이란?

• 기계공학 = 피자의 도우?

#5 #7

#6

2. 기계공학의 역사

1) 자연 동력을 이용한 기계 장치

• 물의 낙차, 바람 등 자연동력을 이용한 기계적 장치의 발명

아르키메데스의 양수기(Screw) 레오나르도 다빈치의 프로펠러 풍차

#8 #9 #10

2. 기계공학의 역사

2) 산업혁명과 기계공학의 발전

• 증기기관의 발명, 그리고 산업혁명

#11

#12

#13

#14

2. 기계공학의 역사

3) 내연기관과 증기터빈

• 내연기관: 가스, 석유 등을 이용한 소형 고출력 동력 장치

• 증기터빈: 증기를 이용하여 블레이드를 회전 시켜 전기를 생산하는 장치

#15 #16

2. 기계공학의 역사

4) 로봇 그리고 우주항공

• 로봇 기술의 발전으로 대량 생산 및 생산 자동화

• 지상에서 항공 기술, 그리고 우주 기술의 발전

#17 #18

3. 우리 생활과 기계공학

1) 스마트폰

#19

#20

#21

3. 우리 생활과 기계공학

2) 의공학 분야

#22 #23

#24

3. 우리 생활과 기계공학

3) 3D Printing

#25 #26

4. 기계공학의 미래

#27

#28

#29

자료 출처

#1 기계공학의 대표: 자동차, https://pixabay.com

#2 자동차 구조해석, https://en.wikipedia.org/

#3 자동차의 엔진, https://pixabay.com/

#4 자동차의 공기역학적 실험, https://pt.wikipedia.org/

#5 Giardiniera 피자, https://www.flickr.com/

#6 치즈 피자, https://www.flickr.com/

#7 페퍼로니 피자, https://www.flickr.com/

#8 아르키메데스의 양수기, https://commons.wikimedia.org/

#9 다빈치의 프로펠러, https://commons.wikimedia.org/

#10 풍차, https://commons.wikimedia.org/

#11 제임스 와트, https://commons.wikimedia.org/

#12 증기기관, https://commons.wikimedia.org/

#13 증기차, https://commons.wikimedia.org/

#14 증기기관차, https://commons.wikimedia.org/

#15 내연기관, https://commons.wikimedia.org/

자료 출처

#16 증기터빈, https://commons.wikimedia.org/

#17 산업용 로봇, https://commons.wikimedia.org/

#18 우주왕복선 발사, https://commons.wikimedia.org/

#19 스마트폰 플랫폼, https://www.flickr.com/

#20 페이퍼 폰, https://commons.wikimedia.org/

#21 스마트 와치, https://www.flickr.com/

#22 다빈치 로봇 수술 장비, https://commons.wikimedia.org/

#23 의료 영상, https://commons.wikimedia.org/

#24 인공 기관(의수), https://en.wikipedia.org/

#25 3D printing, https://en.wikipedia.org/

#26 3D printing을 이용한 의수, https://pixabay.com/

#27 인공 지능, https://commons.wikimedia.org/

#28 HoloLens(AR/VR), https://commons.wikimedia.org/

#29 Bio-Nano technology, https://pixabay.com/

꿈꾸는 공대생(1)

서울대학교 기계항공공학부

김 종 원

[ 학 습 목 차 ]

• 꿈과 비전의 정의

• Fractal 과 우리가 사는 세상

꿈 = 비전 (vision)

- 보이는 것, 눈에 비치는 모습, 광경

- 통찰력, 꿰뚫어 보는 힘

- 미래상, 미래의 모습

• 내가 수행하는 연구의 꿈과 비전

- 내가 수행하는 이 연구가 몇 년 뒤, 몇 십 년 뒤에 변화시킬 사회의 모습

• 공대생으로서의 꿈과 비전

- 공대를 졸업하고 몇 십 년 뒤의 나의 모습

그렇다면 각자의 꿈과 비전은?

• 25년 뒤에 공중에서 내 모습을 보았을 때 어디서 무슨 일을 하고 있는 모습인가?

• 그 모습은 얼마나 굉장한가?

• 그리고 그 모습은 지금 내 가슴 속에 얼마나 뜨겁게 끓고 있나?

• 그래서 그 모습이 내 인생을 미치도록 드라이브하고 있나?

• 이 모습은 프로페셔널 직업을 말한다(y축)

- 전공할 주제나 분야(x축)를 말하는 것이 아니다.

일반 복사기로…

• 무한히 50% 축소 복사를 반복하면?

초기 이미지가 무엇이든 관계없이

하나의 점으로 수렴한다.

#1

#2

3벌 렌즈 복사기

• 실용성은 없어도, 어렵지 않게 만들 수는 있다.

#3

3벌 렌즈 복사기로…

• 무한히 50% 축소 복사를 반복하면?

#3

초기 이미지가 무엇이든 관계없이

특정 fractal image로 수렴한다.

#4

Fractal image란?

•부분을 확대하면 전체 이미지와 같다.

Sierpinski triangle

자신의 부분에 전체 형상과 동일한 것 (또는 비슷한 것)이 있다.

#5

3벌 렌즈 복사기의 렌즈 방향을 회전…

• 또 다른 특정 fractal image로 수렴한다.

각각 임의로 90도 회전한 후에 50% 축소 복사를 계속하면?

#3

#6

90도 회전 원칙으로 3벌 렌즈 복사기에서 얻을 수 있는 fractal image들 (1)

단, 렌즈의 상대위치가 아래와 같이 변경됨

#7

도대체 몇 개의 fractal image를 얻나?

• 3개의 렌즈

•각각 90도 회전

경우의 수: 4 x 4 x 4 = 64가지?

• 90도 회전해서 만든 image를 좌우 대칭을 시켜서 추가로 image들을 더 만들면,

경우의 수: 8 x 8 x 8 = 512가지?

이 중에서 같은 것은 제외하고 서로 다른 image만 모으면 총 [ ]가지… 224

90도 회전 원칙으로 3벌 렌즈 복사기에서 얻을 수 있는 fractal image들 (2)

#7

90도 회전 원칙으로 3벌 렌즈 복사기에서 얻을 수 있는 fractal image들 (3)

[주]축소 복사 비율이 50% 보다 항상 작거나 크면 fractal 이미지로수렴하지 않는다.

총 224개

#7

3벌 렌즈 복사기 image와 우리 사는 세상

비슷한 것도 있고 다른 것도 있고… 그래도 나비는 나비!

#7

우리 사는 세상의 fractal image들…

• 너무나 많다: 나무, 산맥, 해안선, 콩팥, 하천…

#8 #9

우리 사는 세상을 지배하는 원리는 복잡한가, 단순한가?

단순한 구조의 3벌 렌즈 복사기가 무한하게 다양하고 복잡한 것들을 만들어낸다면?

• 다양하고 복잡하게 보이는 우리 사는 세상을 지배하는 원리가 실제로는 매우 단순할 수 있다.

과학?

#7

#3

#9

꿈꾸는 공대생(2)

서울대학교 기계항공공학부

김 종 원

[ 학 습 목 차 ]

• 비선형 동역학 시스템 : Lorenz Attractor

• Lorenz Attractor 와 우리 인생

일상 생활에서 접하는 또 다른 비선형 dynamic system: Lorenz attractor

• 지구 대기의 순환 현상을 모델링

3차원 공간에서의 fractal image

#10

(d)분기를 반복하면서 계속 퍼져나가는 점들 (t=n)

Lorenz attractor에서의 상태 변화 모습

(a)점 x 부근에 모여 있는 수 많은 점들 (t=0)

(b)분기선으로 다가오는 수 많은 점들 (t=1)

(c)분기선에서 다가오는 수 많은 궤적으로 분기된 점들 (t=2)

Lorenz attractor에서의 상태 변화 모습

비선형 dynamic system의 특성

• 어느 지점에서도 상태가 서로 겹치지 않는다.

• 오랜 시간 뒤에 어느 상태에 있는가는 초기 조건에 의해서 결정된다. 초기 조건에 매우 민감하다.

• 따라서 먼 미래는 예측이 불가능하다.

#11

왜 초기 조건에 민감한가?

•분기선 B-B가 있기 때문이다 (비선형성).

• 그리고 분기선에서 어디로 갈지는 분기선 직전에서 점 x가 어떤 상태인지에 의해서 결정된다.

미래는 예측 불가능하다: 오늘부터 만 365일되는 시각의 날씨는?

• 구름 한 점 없는 맑은 날씨? G1

• 구름은 있어도 해가 조금 비치는 날씨? G2

• 구름이 많고 비가 약간 내리는 날씨? B1

• 검은 구름에 엄청난 소나기에 번개도 치는 날씨? B2

날씨 좋음 날씨 나쁨

G1

G2

B2

B1

Lorenz attractor와 우리 인생

•우리 인생도 “비선형 dynamic system” • 남녀 간에 느끼는 “사랑 감정”의 상태

• 내가 느끼는 “행복감”의 상태 • 일원역 승차

• 어디 앉나?

• 피곤한 군상

• 대청역 설명

• 현대중공업 로봇 생각

• 손금 광고

• 도곡역 옛날 생각

• 돈 걱정

• 소화기 부착 (큰 문턱)

• 진동소음흔들림

• 한강다리

• 옥수역 어머니 생각

• 승객 큰소리

• 좋은 아이디어 튀어나옴

• 뚱뚱한 남자 옆

• 충무로 하차 (작은 문턱)

• 내리기 전에 승차

• 애니팡 아줌마

• 서울역 하차

문턱의 예

좋음: 양 나쁨: 음

우리 인생은 비선형 dynamic system

•행복함과 불행함을 느끼는 패턴 - 일원역에서 서울역까지

- 하루 동안

- 1년 동안

- 대학생활 동안

- 일생 동안

• 그렇다면,

- 우리 인생은 흑백 논리가 아니다: Lorenz attractor 단면은 fractal image. 우리 인생은 [ ]적..

- 다음 문턱은 빨리 올 수도 느리게 올 수도 있다.

- 사소하다 생각한 문턱이 미래에 큰 영향을 줄 수 있다.

fractal

우리 인생이 비선형 dynamic system이면..

•초기조건에 대해서 민감하다. - 일정 시간 후에 수많은 상태들 중에서 어떤 상태에 도달하였는지는

초기조건에 따라서 결정된다.

- 서로 매우 가까운 초기조건들로부터 출발하였을지라도, 대부분의 경우,

일정 시간 후에는 전혀 다른 상태에 도달하게 된다.

- 초기조건은 현재의 나의 상태이다. 시시각각 변한다.

• 내 인생의 먼 미래는 전혀 예측 불가능하다.

나의 job carrier 측면의 인생에 대해서

• 이공계생으로서 인생을 살면서 나의 직업에 대해서 느끼는 “성공감/성취감”의 상태

• 25년 뒤에 과연 어느 상태에 있기를 원하는가?

좋은 상태 나쁜 상태

점 x부근에 모여 있었던 수많은 점들 예

1977년 4월 19일

#7

21년 후... 그들은 어디에 있었는가?

1977년 4월 19일

1998년 5월 30일

점 x부근에 모여 있었던 수많은 점들 예

꿈꾸는 공대생(3)

서울대학교 기계항공공학부

김 종 원

[ 학 습 목 차 ]

• 꿈과 비전의 필요성

• 꿈을 이루기 위한 마음가짐

• 결론

미래에 점 q에 있으려면 우선 꿈과 비전 (25년 뒤의 나의 모습)을 만들어야 한다.

정부관료, 변리사, 변호사, 의사

#18,#19

교수

#13

대기업 임원

#14

기술기반기업 사업가

, #16 #15 #17

연구소 전문연구직 #12

특히, 25년 뒤 나의 모습은 세계 속에서..

정부관료, 변리사, 변호사, 의사

#18,#19

교수

#13

대기업 임원

#14

기술기반기업 사업가

, #16 #15 #17

연구소 전문연구직

세계는 더 좁아진다.

#20,#21

25년 뒤 나의 모습은 어느 길로 가든지 상관없이…

정부관료, 변리사, 변호사, 의사

#18,#19

교수

#13

대기업 임원

#14

기술기반기업 사업가

, #16 #15 #17

연구소 전문연구직

Global top 1% leader

도대체 각자 꿈과 비전이 있기는 한가?

• 꿈을 만들기 위해서 노력은 해보았나?

• 분야별로 위인전(?)을 읽는다. 그 모습을 자세하게 알면 알수록 더욱 확실하게 선택할 수 있다.

– 이 길이 과연 내가 갈 길인가?

– 생생한 모습으로 가슴에 강렬하게 각인되는 그런 모습

– Role model을 몇 명 만든다.

– 최고의 최고의 교수의 모습?

• 리처드 파인만 교수의 일생은 쓴 책 – “천재”

• EBS 다큐멘터리 – “최고의 교수”

• 카네기 멜론 컴퓨터공학부 교수 – “마지막 강의”

생생한 모습을 알아야 꿈이 만들어 진다.

• 5 가지 길에 대해서 위인전을 읽으면 확실하게 선택할 수 있다. – 확실히 알수록 가슴에 강렬하게 각인되는 모습을 만나게 되면

꿈이 만들어 진다.

– Role Model을 3명 정도 만든다. 그 Role Model의 이름, 인생, 하는 일 등을 외울 정도로…

– 이것은 남자/여자 친구 선택하는 것과 같다.

• 과제 – 위인전 20권을 읽고 “나의 인생 꿈 보고서”를 작성.

– 서론, 1장, 2장, 3장, 결론의 구성으로 50쪽 이상

꿈과 비전을 만들라는 것은 취급할 주제를 정하라는 것이 아니다.

• 유망한 분야 선택은 평균치기 사고방식일 뿐… – 로봇 분야?

– 바이오 분야?

– 자동차 분야?

• 먼저 5가지 길 중에서 어느 길로 가서 25년 뒤에 Global Top 1% “무엇”(직업)이 되고 싶은지를 먼저 정하는 말이다. – 교수, CEO, 창업가, 전문연구직으로서 모두 로봇을, 바이오를,

또는 자동차를 취급할 수 있다.

평균치기 사고 방식에서 벗어나라…

• “대학교 졸업하면 무언가 되겠지…”

• “이공계 출신은 경영대 출신보다 월급이 작다.”

• “자연대, 공대보다 의대 출신이 월급이 많다.”

• “대기업 입사해도 50대 정도면 그만 두게 되며 그 이후가 막막하다. 공무원이 낫다.”

• 평균치기 Something이 되는 꿈이 아니다.

• 어느 Job Career로 가든 최고의 Something이 되는 것을 말한다. – 토스터 장사를 해도 1억 원 이상 번다.

– 중국집을 하더라도 사람들이 줄을 서는 맛집.

꿈을 만들 때 부정적인 생각을 “해봤나?” 생각으로 박살낸다.

• 내가 할 수 있을까? – 나는 타고난 능력과 재능이 없어서…

– 그 사람은 천재라서 그렇게 된 것인데…

– 나는 돈이 없어서 할 수 없어…

– 내 적성에 맞지 않아서…

– 나는 너무 내성적이어서…

– T/O가 없을 거야…

– 누가 나에게 신경이나 쓰겠어…

• 그렇지만 난 너무나 그 모습이 되고 싶은데…

• 도대체 해보기는 했나?

열등감은 누구에게나 다 있다.

• 내가 가지고 있는 열등감을 인정하라.

• 그러나, 열등감이 나만의 꿈과 비전을 만드는 것은 방해할 수는 없다.

• 해보지도 않고 꿈과 비전을 자르면 뭐가 남는가?

• 되기만 하면 너무나 좋겠는데,

과연 그렇게 될지는 너무 어려워 보이는 것이 바로 꿈이다.

강한 꿈과 비전이 있으면 진로 고민이란 말이 나오지 않는다…

• 옛날에 눈앞의 진로 결정을 어떻게 했나?

• 당시에 30년 뒤의 나의 모습, 즉, 꿈과 비전이 있어서 그것을 실현하기 위한 방법으로 결정했나? – 나는 무엇을 만드는 것이 좋다? 나는 로봇, 자동차가 좋다?

나는 내 적성이 공학에 맞는다?

- 짜장면 3,500

- 짬뽕 3,500

- 공대

- 의대

- 자연대

• 1993. 8. – 현재 서울대 기계항공공학부 교수

• 1996. 7. – 1997. 7. 삼성전관 기술자문교수

• 1989. 7. – 1993. 7. 자동화시스템공동연구소 특별연구원 신도리코 기술고문

• 1987. 9. – 1989. 6. 대우중공업 중앙연구소 전자기술부 과장

• 1984. 9. – 1987. 8. 미국 위스콘신대학교 박사 (기계공학)

• 1980. 3. – 1984. 8. 대우중공업 공작기계사업본부 대리

• 1978. 3. – 1980. 2. 한국과학기술원 석사 (유압제어)

• 1974. 3. – 1978. 2. 서울대학교 학사 (기계공학과)

• 교육관련 수상 실적

– 2006년 서울대학교 교육상

– 2004년 훌륭한 공대교수상 (교육상)

학부 때 누군가 나에게 ‘꿈이 무엇인가’ 질문했었다면…

꿈과 비전이 확실하면….

• 자신의 Role Model 세 명의 인생을 살펴 보고 그가 어떤 길을 택했는지 살펴 본다.

• 앞으로의 크고 작은 결정이 쉬워지며, Vector Sum의 효과가 있다. – 박사 학위를 받아야 하나? 국내에서 아니면 유학을?

– 연구 분야는 무엇으로?

– 회사 취직해야 하나? 어느 회사로? 그 회사의 연구소로 가야 하나? 아니면 현장으로?

– 당장 다음 학기에는 무슨 과목을 수강할 것인가?

– 군대를 언제 갈 것인가? 병역 특례? 전임연구원?

– 여성 엔지니어로서 어떻게 진로를?

• 아무리 사소하다고 보이는 일이라도 포기하거나 양보해서 조금씩 물러서면 안 된다.

• 인생은 비선형, 초기조건에 민감하기 때문에…. – 조그만 양보와 포기가 가져오는 엄청난 차이

20대 40대 30대

꿈과 비전을 실현하기 위해 필요한 일이라면 절대로 포기하지 말라.

크고 작다고 생각되는 수많은 문턱을 만난다. (fractal image와 같이)

• 문턱 = 내가 선택하는 순간 또는 다른 존재에 의해서 나의 거취가 선택을 당하는 순간 – 비선형 동역학 시스템에서의 “분기선”

• 문턱에는 절대 작은 것이 없다. 실제로는 매우 큰 영향을 미칠 수 있다. 초기조건에 민감하므로… – 따라서 모든 문턱에서 포기하지 말고 양보하지 않는다.

그 문턱들은 시시각각 찾아 온다. (fractal image와 같이)

• 지금 이 순간이 문턱에 진입하는 순간인지 아닌지 알 수 있도록 깨어 있어야 한다.

• 문턱에 진입 순간이라면 죽을 힘을 다해서 문턱을 돌파해서 꿈을 실현하는 쪽으로 분기한다.

문턱 넘기 예제 : 병아리 껍질 깨기

• 우선 이 순간이 껍질을 깨고 세상에 나가야 하는 문턱이라는 것을 인식할 수 있어야 한다.

• 문턱이라고 인식이 되면 죽을 힘을 다한다. – 죽을 힘을 다 한다는 것은 “최대 Power”를 낸다는 뜻.

– 껍질을 깨는데 필요한 에너지의 합은 병아리마다 모두 공평하게 주어졌다. 인생은 공평하다.

– 다만, 최대 Power를 내기 위한 괴로움을 참는 능력이 있고 그것을 실제로 행동으로 옮기는가 아닌가 하는 것은 병아리마다 다르다. 이래서 인생은 불공평하다.

– 어떤 병아리가 되고 싶은가?

죽을 힘을 다한다는 것은?

강의시간, 하루, 1년, 일생

집중도

및

긴장도 평균치기 Something

불가능한 Something

강의시간, 하루, 1년, 일생

집중도

및

긴장도

문턱

Global Top 1% Leader

특정 fractal image

내 가슴 속의 강한 꿈은 매 문턱에서 죽을 힘을 발휘하게 만든다.

• 아무런 동기도 없이 죽을 힘을 내는 사람은 없다.

• 고등학생 패러다임에서 벗어나라. – 일류 대학원이나 회사에 가기 위해 문턱마다 죽을 힘을 다한다고 해도

최대 Power의 50%나 낼까 말까다.

• 인생 25년 후 나의 모습으로 죽을 힘을 다 한다. – 과연 될지는 모르겠으나, 그래도 가슴 떨리는 그 굉장한 모습을 위해서

이 순간 최대 Power로 문턱을 돌파한다.

결론 – “꿈꾸는 공대생” 요약

• 25년 뒤에 나는 어디서 무슨 굉장한 모습인가? – 여름 방학에 위인전을 참고문헌까지 포함 10권 이상 읽고,

꿈을 대변할 수 있는 Role Model 3명을 만든다.

– 그 3명에 대해서 각각 20분씩 60분 동안 신나게 말할 수 있다면 드디어 꿈을 만든 것이다.

• 꿈을 만들 때 평균치기 사고방식에 빠지지 말라. – 도대체 그 꿈을 위해 지금까지 한 것이 무엇이 있나?

– 인생은 어차피 한번 사는 것, 일단 이제부터 죽을 힘을 다해서 “해봤나?” 정신으로 해보는 거다.

• 세상에 크고 작은 문턱은 없다. 양보하지 말라. – 작다고 생각되는 문턱이 미래에 큰 영향을 줄 수 있다.

인생도 자연과 같이 초기조건에 민감하다.

“인간으로서 할 일을 다한 후

하늘의 뜻을 기다린다.”

Good Luck!

신세대 엔지니어로서

25년 뒤에 Global Top 1% Leader가 되어 있으리라고 믿으며…

자료 출처

#1 Single Reduction Copy Machine, Heinz-Otto Peitgen, Hartmut Jurgens, Dietmar Saupe, Chaos and Fractals 2nd Edition, Springer, 1992, p.23

#2 Office Printers, https://flic.kr/

#3 Multiple Reduction Copy Machine (MRCM), Heinz-Otto Peitgen, Hartmut Jurgens, Dietmar Saupe, Chaos and Fractals 2nd Edition, Springer, 1992, p.24

#4 MRCM Applied to MRCM, Heinz-Otto Peitgen, Hartmut Jurgens, Dietmar Saupe, Chaos and Fractals 2nd Edition, Springer, 1992, p.25

#5 Sierpinski Triangle, https://flic.kr/

#6 The Twin Christmas Tree, Heinz-Otto Peitgen, Hartmut Jurgens, Dietmar Saupe, Chaos and Fractals 2nd Edition, Springer, 1992, p.226

#7 The variations for MRCMs with blueprint 5.18., Heinz-Otto Peitgen, Hartmut Jurgens, Dietmar Saupe, Chaos and Fractals 2nd Edition, Springer, 1992, p.232

#8 Fractal Veins, https://flic.kr/

#9 Fractal River Delta, https://flic.kr/

#10 Lorenz System, http://en.wikipedia.org/

#11 Sensitive Dependence on Initial Condition, http://en.wikipedia.org

#12 Think, https://flic.kr/

#13 Lecture, https://flic.kr/

#14 Toyota Logo, https://flic.kr/

자료 출처 #16 Logo Microsoft, https://flic.kr/

#17 Google Logo, https://flic.kr/

#18 Biomedical Engineering, https://flic.kr/

#19 China, https://flic.kr/p/

#20 Justice Scales, https://flic.kr/

#21 Hexagonal World Map, https://openclipart.org/

#22 Man Silhouette Clip Art, http://www.clker.com/