충북대학교 전기공학부
교수 김시호
 
 

1. 전기전자공학의 발전과 기술의 패러다임 변화

전기전자정보공학의 발전 역사를 트랜지스터가 발명된 1947년을 기준으로 살펴보면 약 20년을 한 세대로 새로운 기술과 제품이 발명되어서 사회와 산업에 매우 큰 영향을 끼치게 되는 경향을 발견하게 된다. 기술이나 제품의 큰 틀이 변화하는 것을 패러다임 변화(paradigm shift)라 한다. 전자공학의 시작은 트랜지스터 발명으로부터 출발한다고 볼 수 있으나, 전기공학은 그보다 50년 정도 앞서서 에디슨이 백열전구를 발명하면서 전기에너지를 이용하여 조명을 시작하면서부터이다. 전기공학은 인접학문 분야인 전자공학, 정보통신공학, 컴퓨터공학의 모태가 되는 학문영역으로써 전기를 정보처리 보다는 에너지로 사용하는 기술 분야에 더 집중하는 학문이라고 생각하면 쉽게 구분할 수 있다.
 

<전기전자정보 기술 패러다임의 변화>
 
 

1947년 트랜지스터의 발명이후에 트랜지스터를 이용하여 라디오, TV와 유선 전화 제품들이 개발되었고 이러한 가전제품을 구입함으로써, 일반인들이 가정에서 뉴스, 음악, 영화, 드라마 등을 즐길 수 있는 정보혁명이 있었다. 1960년대에는 반도체 칩을 제작하는 집적회로 기술이 개발되었으며 이러한 반도체 집적회로 기술의 발전으로 비디오, 캠코더, 녹음기 등의 가전 제품이 출현하였고 또 한번의 생활의 변화와 정보 혁명을 가져왔다. 1980년대에는 개인용 컴퓨터가 개발되었으며, 가정에 PC 통신과 인터넷이 보급되기 시작하였다. 1990년대말부터 현재까지 휴대전화의 발명과 정보통신 기술 혁신은 모든 개인이 실시간으로 연결되는 기술의 발전을 가져왔다. 기술 발전단계에서 일반적으로 비디오와 녹음기로 대변되는 1980년대 중반부까지를 아날로그 시대라고 부르며, PC가 보급되기 시작하고 휴대전화로 발전되는 시기를 디지털 시대라고 부른다. 유명 전자회사의 광고에서 디지털 시대를 많이 홍보하고 있으므로 일반인들은 우리가 디지털 시대의 중심에 서 있다고 생각하고 있을 것 같다. 그러나 필자는 트랜지스터가 발명된 1947년부터 60년이 지난 2008년까지를 디지털 시대라고 부르고자 한다. 우리는 현재 2010년에 살고 있다. 그러면 이제는 디지털 시대를 넘어서 새로운 기술시대로 접어들고 있는 것이다. 즉, 새로운 기술과 사회의 패러다임 변화를 직면하고 있다고 볼 수 있다. 그러면 “다음 세대의 기술은 무엇이고 사회는 새로운 기술의 발전에 의해서 어떻게 변화할 것인가?”라는 질문을 던지게 된다.

2. 21세기 미래를 이끌어갈 전기공학

디지털 시대에도 아날로그 제품과 기술은 존재하고 있었고 지금도 생산, 판매 및 사용되고 있다. 그러나 기술의 중심이 아날로그에서 디지털로 이동하여 그 제품의 비중이 별로 중요하지 않게 된 것이다. 예를 들어, 스마트폰을 가지고 전화나 게임을 하면서 버스를 타고 가고 있는데, 차안에 있는 다른 사람들은 아날로그 라디오에서 나오는 방송을 듣고 있는 상황을 생각하면 된다. 이러한 관찰을 통해서, 디지털 다음 세대에서도 디지털 기술이 사라진다거나 없어지는 것이 아니고 그 기술은 계속 존재하지만 기술의 중요도가 새로운 세대로 넘어가게 된다고 예측해 볼 수 있다. 그러면, 어떤 이유에 의해서 다음 세대의 기술이 출현하게 되는 것일까? 먼저 에너지 자원의 위기를 생각해 보자.
현재 우리가 누리는 문명은 화석에너지에 의존하고 있다. 그런데, 기술의 발전에 따라서 지난 100여 년간 우리는 지구가 과거 수천만 년간 태양으로부터 받아서 지하에 축적하였던 서유, 석탄 등의 에너지를 무한대로 소비하고 있으며, 이제 에너지 자원의 고갈을 걱정해야 하는 시대를 맞이하게 된 것이다. 물론 석유자원이 당장 고갈되지 않는다고 해도 지금의 소비 형태를 계속 유지한다면 100년 이내에 석유자원이 고갈되는 상황에 직면할 것이다. 이를 대체하여 지금과 같은 풍족한 생활을 누릴 수 있는 대체 에너지원은 아직 발명되지 못했다.
무절제한 에너지 소비와 산업화 및 도시화로 인하여 환경이 파괴되고 있으며 이에 따른 지구 온도의 상승, 생태계 파괴와 생물의 멸종 등 지구 환경 위기를 초래하고 있다.
또한, 생활수준 향상과 의학 기술의 발달로 인간의 평균 수명이 90세에 접근하고 있으며, 사회는 고령화 되고 있다. 우리나라 1960년대 평균 수명은 55세 정도였는데, 정년 퇴직 연령은 55세였다. 평균 수명이 90세가 된다는 것은 엄청난 사회의 변화를 가져오게 될 것이다. 현재 대부분 근로자의 법정 정년이 55세인데, 2030년대에는 55세 은퇴 이후에 35년을 직업 없는 노인으로 살아가는 시대가 온다고 생각해보라. 지금까지 언급한 에너지 고갈, 환경 파괴 고령화 사회에 직면하게 됨으로써 우리가 해결하여야 할 문제는 더 이상 정보 기술의 발전을 통한 생활의 편리함을 추구하는 것이 아니다. 지속가능한 발전 또는 지속가능한 사회의 구축이 가장 중요한 문제(sustainability)가 된 길이다. 지속가능한 발전은 크게 보면 인류 생존의 문제인 것이다.
지금까지의 화석 에너지에 의존한 기술, 환경 파괴를 수반하는 대량 생산과 소비 기술을 극복하고 지속 가능한 발전이 가능하도록 하기 위해서는 친환경 제품, 친환경 에너지 기술의 개발이 필수 불가결하다. 전기공학은 전기를 에너지로 사용하는 분야에 집중하는 학문이라고 소개하였다. 이제 에너지원은 탄소를 연소하는 화석기반 에너지에서 전기에너지로 변화하고 있다. 태양광, 풍력, 조력, 열전 기술 등을 이용한 친환경 신재생 에너지가 새로운 에너지원으로 부각되고 있다. 이러한 기술들은 이미 오래전에 개발되었으나 기술이 미성숙하고 경제성이 부족하여서 크게 이상 주목받지 못했으나 이제는 본격적인 기술 개발을 통해서 실용화가 이루어지고 있다. 대기 오염의 가장 큰 주범이고 석유에너지를 가장 많이 소비하는 제품은 자동차이다. 이제 자동차가 화석 연료를 사용하는 내연기관 자동차에서 배터리로 구동되는 전기 자동차로 발전하고 있다. 전기 자동차의 핵심 기술은 전기공학자에 의해서 개발되어야 한다. 지금까지 전력 회사는 발전소에서 생산한 전기를 수요자에게 일방 통행으로 공급해왔다. 그러나 에너지 효율을 최적화하고 전기를 효율적으로 사용하기 위해서는 지능형 전력망이 필요하게 된다. 이러한 지능형 전력망 기술을 스마트 그리드(smart grid)라고 한다. 디지털 시대 이후의 시대는 신재생 에너지, 전기 자동차, 지능형 전력망으로 대표되는 전기공학 기술 개발이 주도하는 친환경 전기공학시대(Eco-electronics)로 명명될 것으로 필자는 예상하고 있다.
 

<전기공학 3대 핵심 기술>

필자는 1980년도에 대학과 대학원과정에서 공부를 하였다. 필자가 경험한 약 30년 기간 동안 대학 입학생들이 전공을 선택하는 경향을 살펴보면 매우 흥미로운 점을 발견하게 된다. 1980년대까지는 남자 고등학생의 70%는 이과 30%는 문과학생이었다. 현재는 잘 알다시피 고등학생 중에서 문과가 70%, 이과가 30%이다. 1980년대에는 물리학과와 전자공학과가 의과대학보다도 경쟁이 치열한 경우가 많았다. 학력고사 수석자 인터뷰 기사에서 그들은 대부분 법과대학(문과생)이나 물리학과(이과생)로 진학한다고 하였다. 학생들은 90년대 후반까지도 의과대학보다는 명문대학의 자연계열로 진학하는 것을 선호하였다. 지금 와서 현재 대학 진학자들의 선택경향과 그들의 선택을 단순하게 비교하면(물론 개인의 성취도와 만족도를 고려하지 않고 단순한 사회현상을 비교한다고 가정한다), 그들은 최악의 선택을 한 것이다. 그러면 지금의 대학 진학자들의 선택은 2~30년 후에 후회하지 않을 선택이 될 것인가? 사회는 변화하고 있으며 그 변화 속도와 변화의 강도는 더 커지고 있다. 2~30년 후의 미래를 예측한다는 것은 불가능하다고 볼 수도 있다. 그러나 사회의 지속가능한 성장이 가장 중요한 기술적, 사회적 이슈로 등장하게 될 미래의 사회에서는 전기 공학자의 중요성은 현재보다도 더욱 부각될 것으로 생각된다. 현재 눈 앞의 현상만을 바라보고 선택하는 사람보다, 미래를 상상하며 진취적으로 공부하는 대학생들이 성공하고 각광받는 시대가 올 것이라는 말을 이글을 읽는 충북대 학생들에게 꼭 해주고 싶다.