Limitations of Nanoweapons

정보화 시대에 살았던 이론가들은 나노기술이 군사적으로 무엇을 할 수 있을지 여러 예측을 내놓았다. 대체적인 합의는 나노무기가 최소한 동등한 정교함을 가진 나노기술 방어를 배치하지 않는 한 막을 수 없다는 것이었다. 테크노칼립스(Technocalypse)의 사건들은 이를 입증하는 것처럼 보였다. 그러나 이후 실제 사례가 이론을 대체했다. 다양한 세력들이 전쟁의 무기로 나노기술을 사용했고, 그들의 창조물이 열등하다고 여겼던 기술에 막히거나 심지어 패배하기도 했다. 현재의 최신 이론은 이제 나노무기가 어떤 본질적 한계를 가지고 있음을 인정한다. 이러한 한계는 나노 이전 기술에 기반한 대응책이 종종 나노무기의 진격을 늦추는 데 효과적이며, 때로는 나노기술을 완전히 막을 수 있음을 의미한다.

한계 #1: 물리학

나노기술은 정말로 놀라운 일들을 할 수 있지만, 물리 법칙을 벗어나지 못한다. 나노기계는 보존 법칙, 운동 법칙, 중력 등의 법칙에 종속된다. 나노입자나 포글렛이 만들어진 어떤 물질이든 외부 에너지와 다른 화학물질에 보통 물질처럼 반응한다. 나노기술은 기적적인 힘이나 면역성을 가지고 있지 않다. 이 한계는 아래에 나열된 다른 모든 한계의 기초가 된다.

한계 #2: 크기

나노 작용체는 본질적으로 믿기 어려울 만큼 작다. 개별 나노기계는 많은 온보드 연료 공급을 운반하기에는 너무 작다 일반적으로 몇 시간 분량 이하. 방어자는 때로 그저 나노무기보다 오래 버티는 것만으로도 이를 무력화할 수 있다. 충분히 두꺼운 요새는 나노가 문이나 환기구 같은 약점을 통해 들어갈 수 없다면, 연료가 고갈될 때까지 유닛들을 충분히 지연시킬 수 있다. 나노무기 설계자들은 배달 시스템에 공급원료를 통합함으로써 이 약점을 보완한다 — 연료 용액에 현탁된 나노입자를 포함하는 포탄이 이것의 가장 초기에 알려진 형태이다 — 또는 나노무기와 함께 재급유 유닛을 배치함으로써. 후자의 접근 방식은 나노무기 사용의 비용과 전략적 위험 모두를 증가시킨다. 왜냐하면 재급유 유닛이 공격으로부터 보호되어야 하며, 그렇지 않으면 나노무기가 무력화되기 때문이다(synsect가 이 기능에 탁월하다). 가장 발전된 나노기술은 환경으로부터 물질을 수집하여 스스로 연료를 보급할 수 있다; 유기물을 소비하여 연료를 보급하는 바이오나노는 이 전략을 구현하는 더 신뢰할 수 있는 방법 중 하나이다.
그들의 크기(10-9 미터 범위) 때문에 나노 스케일 기계는 전자기 복사를 감지하고 활용하는 능력에 한계가 있다. 나노 작용체는 전체 몸 표면을 수신기로 사용하더라도 긴 파장을 효과적으로 흡수할 수 없다. 무선 주파수 통신과 레이더나 적외선을 사용한 탐지는 전혀 불가능하다. 가시광선을 사용한 광전 전력 생성조차 문제가 된다. 자외선 범위 이상의 파장은 사용 가능하지만, X선과 감마선은 너무 에너지가 높아서 개별 유닛이 지속적인 노출로 손상될 수 있다. 나노기술 장치는 자외선이나 청색에서 보라색 범위의 가시광선을 감지 매체나 광전지 전원으로 사용하는 것으로 제한된다. 이 잘 알려진 한계는 나노무기로부터 보호가 필요한 순수 군사 시설이 종종 그러한 주파수의 빛이 부족한 장소에 건설된다는 것을 의미한다. 한편으로 이것은 나노입자에게 풍부한 전원을 거부한다. 다른 한편으로, 그러한 파장의 인공 광원은 쉽게 감지되고 나노 공격 가능성에 대한 경고 신호가 된다. 대안 전략은 침입하는 나노기술이 해를 끼치기 전에 "살균"되도록 밝은 X선이나 감마선 광원 아래에 시설을 배치하는 것이다. 많은 나노기계를 더 큰 배열로 결합하면 나노 스케일에서 고유한 전자기 한계를 극복할 수 있다 — 많은 나노입자가 협력하여 작업하면 더 긴 파장을 감지하거나 활용할 수 있다 — 하지만 각 나노입자는 더 에너지가 높은 주파수로부터의 손상에 여전히 취약하다. 배열은 또한 개별 나노입자보다 감지하고 공격하기 더 쉽다.

전자기 복사에 적용되는 동일한 해상도 문제는 유닛의 소리를 사용하거나 감지하는 능력도 제한한다. 나노입자는 수신기 체인을 형성하지 않고는 가청 주파수 소리를 감지할 수 없으며, 초저주파음은 더욱 그렇다. 특정 주파수를 듣기 위해 큰 그룹으로 결합해야 할 필요성은 나노기계가 작은 크기로부터 얻는 은밀함의 이점을 빼앗는다. 나노 작용체는 탐지와 통신 모두에 초음파를 사용할 수 있고 실제로 사용하며, 일부 유형은 그것으로부터 전력을 얻을 수도 있다(모든 방송 전력과 마찬가지로, 이것은 재밍에 취약하다).

작은 크기에서 오는 기본적인 공학 한계는 빠르게 움직이기 어렵다는 것이다. 가장 발전된 유틸리티 포그조차도 달리는 베이스라인보다 빠른 속도를 간신히 낼 수 있다

제한 #3: 물리적 특성

나노머신들은 물질로 만들어지며, 그 물질은 그 성질에 따라 정상적으로 작동한다. 다이아몬드이드는 천연 다이아몬드와 동일한 반응성 및 전도성 특성을 가지며, 커런덤이드는 커런덤과 동일한 특성과 취약점을 가지고 있다. 공격하는 나노-작용제가 무엇으로 만들어졌는지 아는 방어자는 때때로 적절한 부식제를 사용하여 그것들을 무력화시킬 수 있다. 단일 유닛을 파괴하는 데 필요한 반응물이 매우 적기 때문에 이 과정은 보통 빠르다. 부식 공격에 대해 나노-작용제를 절연하는 것은 완전히 비효과적이다. 단일 분자 두께의 보호 재료층조차도 유닛의 기능을 손상시킬 것이다. 본래 부식에 강한 재료로 만들어진 작용제는 작동을 방해하거나 단순히 이동을 저해하는 접착제에 취약하다. 일부 분해자(Disassembler)들은 단순히 그러한 장애물을 "먹어치울" 수 있지만, 이것은 주요 표적으로의 진격을 늦춘다(이것이 종종 그러한 방해물을 사용하는 전체 목적이다). 나노머신들이 화학 공격으로부터 스스로를 방어하는 가장 좋은 방법은 일부가 영향 구역 밖에 있을 만큼 충분히 넓게 분산되는 것이다. 이 방어는 매우 효과적이지만, 유닛들이 더 먼 거리에서 서로 통신해야 하므로 시스템 지연을 증가시킨다.
온도는 나노머신들에게 다루기 어려운 문제다. 개별 유닛들은 냉각 시스템이나 열 절연을 포함하기에는 너무 작다. 나노-작용제에게 가능한 유일한 열 조절은 물리적 구조(냉각 핀이나 열 보존 형태)나 구성(즉, 반사율이나 열전도율)에서 비롯되는 것이다. 이러한 이유로 대부분의 나노-작용제는 상당히 좁은 온도 범위 내에서 작동하도록 제한된다. 하일로나노는 이 점에서 바이오나노보다 우수하다. 셔츠소매 환경에서 작동하도록 설계된 대부분의 나노무기(Nanoweapon)들은 바이온트들이 견딜 수 있는 극심한 더위나 추위를 견디지 못한다. 극심한 더위에 최적화된 나노-작용제는 휴가 견딜 수 없을 정도로 뜨겁다고 느낄 온도에서 얼어붙을 것이고, 깊은 우주의 추위에서 작동하도록 만들어진 나노는 질소의 끓는점만큼 낮은 온도에서 타버린다. 더욱 큰 우려는 열 충격이다. 갑작스러운 온도 변화는 영향 구역 안의 모든 나노-작용제를 산산조각 낼 수 있다. 화염방사기와 액화 가스 수류탄은 바로 이 이유로 흔한 대-나노 대응책이다. 화학 공격과 마찬가지로, 나노무기의 온도 기반 공격에 대한 유일한 진정한 방어는 분산이며, 주변 온도에 대해서는 그것조차 비효과적이다. 항성계의 내부 지역에서 작동하는 나노-작용제를 설계하는 것은 매우 어렵다. 기계들은 종종 극심한 추위에서 뜨거운 열로의 급격한 변화를 처리해야 한다. 궤도 조건을 위해 설계된 나노는 일반적으로 추위에 최적화되어 있으며 햇빛에 갑자기 노출되면 더 반사적이 되는 재료로 만들어진다. 거시 규모 전달 시스템은 또 다른 일반적인 해결책이다.

한계 #4: 불에는 불로

나노무기들에 대해 효과적으로 방어하는 것은 나노기술을 필요로 하지 않는다 — 하지만 동등하거나 더 발전된 나노기술을 가지는 것은 확실히 효과가 있다. 역사는 더 발전된 나노무기들을 가진 적에 대해 나노무기들이 성공적으로 배치된 사례를 거의 포함하지 않으며, 그 사례들의 대부분은 초월지성(Transapient) 개입을 포함한다. 유사한 무기를 사용하는 전투원들 간의 모든 군사 충돌에서, 우수한 기술을 가진 쪽이 상당한 이점을 가진다.

한계 #5: 전략

위에서 든 모든 문제는 나노무기들이 효과적으로 배치될 수 있는 방법을 제한한다. 화학물질이나 초음파를 사용할 기술적 능력을 가진 적, 나노 에이전트들에 대응할 수 있는 능력은 말할 것도 없고, 기습당하지 않는 한 나노 공격에 특별히 취약하지 않다. 이것이 테크노역병(Technoplague)들이 초기에 그렇게 많은 피해를 입혔지만 결국 패배한 이유다. 군사 전략가들은 나노무기들의 가장 효과적인 사용이 대응책을 준비할 시간이 있기 전에 목표를 무력화하는 매복 무기로서라는 것을 배웠다. 이 전략은 공격자가 여러 유형의 나노 에이전트들을 사용할 때 가장 효과적이다. 이 계획에서 처음 배치되는 에이전트들은 대응책이 활성화되기 전에 공격하도록 설계된 특수 유닛이다. 실제 전투 유닛들은 그 후 방해받지 않고 작동할 수 있다. 나노무기들은 또한 후위 장치로서 효과적이다. 퇴각을 엄호하려고 나노 에이전트들을 배치하는 것은 군대에게 귀중한 탈출 시간을 줄 수 있다. 특히 추격당하는 쪽이 그 배치에서 기습을 달성할 수 있다면요.

나노무기들의 다른 주요 용도는 포위 공격이다. 환경으로부터 연료를 보충할 수 있는 자가 복제 에이전트들은 이 전략에서 본령을 발휘한다; 넓은 분산은 가장 효과적인 대응책조차도 모든 유닛을 파괴하는 것을 방지한다 특히 일부가 의도적으로 전투 지역 밖에서 대기한다면. 생존한 유닛들은 그 후 그들의 수를 다시 늘릴 만큼 충분히 오래 탐지를 피하기만 하면 되며, 그때 공격이 다시 시작된다.

위의 두 전략 모두의 문제점은 나노기술에 익숙한 상대는 아마도 그것들을 알고 있다는 것이다. 기습의 요소를 최소화할 만큼 충분히 빠르게 활성화될 수 있는 대응책은 최초의 반나노 장치들에 속했다. 초음파 발사기, 화염방사기 및 극저온 유체 분배기는 알려진 은하 전역의 군사 유닛에서 흔하다. 신속 배치 반나노 대응책, 또는 QDANC들은 나노무기들이 어떤 피해를 전혀 못 입히게 할 수는 없지만 기습 공격이 완전한 성공이 되는 것을 막을 수 있다. QDANC들은 청색 구(Blue goo)에 비해 이점이 있다. 적절히 사용하면 QDANC는 공격하는 나노 에이전트들이 목표에 도달하기 전에 파괴할 수 있다. 나노기술 포위 무기에 관해서는, 그것들을 패배시키는 것은 종종 나노 에이전트들이 효과적으로 작동할 수 없는 장소에 안전한 시설을 건설하는 것만큼 간단하다. 기계들에게 연료나 복제 자원을 거부하는 것은 나노기술 포위의 장기적 위험을 제거한다. 주어진 유형의 나노기술 분해기는 일반적으로 좁은 범위의 물질에 대해 효과적이다(범용 분해기가 존재한다면, 그것들은 고위 초월지성들 외에는 모두의 기술적 능력을 넘어선다).

시설의 외벽을 특정 물질로 건설하고 그 물질에 효과적인 유닛들을 지원하지 않는 환경에 기지를 배치하는 것은 흔한 기술이다. 에너지 자원이 부족하고 환경적 위험이 풍부한 지역에 건설하는 것은 훨씬 더 효과적이다. 수중 위치가 최고 중 하나이다; 그것들은 나노 공격에 대해 100% 방어가 아니지만, 해양 환경의 압력, 염도, 해류 및 변동하는 온도는 강력한 방어이다. 나노머신들 — 심지어 마이크로머신들도 — 더 큰 물체에 편승하지 않고는 염분약층(Halocline)이나 수온약층(Thermocline)을 넘을 수 없다. 무산소 물의 산성은 대부분의 나노 에이전트들을 막아낸다; 바이오나노는 그러한 조건 하에서 특히 효과가 없다. 마지막으로, 물은 빛에 대한 효과적인 장벽이다. 나노머신들이 광전지 또는 방송 전력으로 사용할 수 있는 고에너지 파장조차도 맑은 물 속으로도 매우 깊이 침투할 수 없다. 이것은 수중 작동을 다른 에너지 원천에 의존하는 나노 에이전트들로 제한한다.

나노기술 사용의 전략적으로 자주 간과되는 문제는 비용이다. 심지어 탈희소성(Post-scarcity) 경제도 여전히 자원을 할당해야 한다. 나노기술 무기를 설계하고 건설하는 데 필요한 자원 — 물질, 인프라 및 두뇌력 면에서 — 은 효과적인 반나노 대응책을 개발하는 데 필요한 것보다 훨씬 더 크다. 나노무기들에 너무 의존하는 공격자들은 기술적으로 덜 발전된 방어자들로부터 효과적인 저항을 만날 실질적 위험을 감수하게 된다. QDANC들의 대량 생산은 일반적으로 그러한 방어를 압도하기에 충분한 양의 나노 에이전트들을 제조하는 것보다 더 빠르고 저렴하다. 복잡성도 주요 문제이다. 소폰트를 유능한 나노 엔지니어가 될 정도로 교육하는 데 수년이 걸릴 수 있지만, 기술자는 단지 몇 시간의 교육 후에 화염방사기나 극저온 수류탄을 만드는 방법을 배울 수 있다.
결론

나노무기들은 존재하는 가장 두려운 위협들 중에 남아 있지만, 이것은 주로 대부분의 소폰트들이 기술의 한계를 모르기 때문이다. 대량 살상 무기로서, 핵 및 반물질 폭탄이 더 빠르게 작동하고 대응하기 더 어렵다. 개인 전투 무기로서, 휴대용 지향성 에너지 무기가 더 저렴하다. 나노무기들의 가장 큰 장점은 그것들의 선택성이다. 나노 기반 공격은 재산 피해를 전혀 입히지 않고 반란 인구(또는 그중 특정 부분만)를 파괴할 수 있다. 나노무기들은 심지어 특정 유형의 장비나 특정 구조물을 공격하도록 조정될 수도 있다. 또한 나노 에이전트들을 비밀리에 배치하는 것이 쉽다. 이러한 장점들에도 불구하고 나노무기들은 대응책을 배치할 기술이나 시간이 부족한 방어자들에 대해 갑자기 사용될 때 가장 효과적이다. 이것이 테크노칼립스가 테라젠들을 멸종시키는 데 실패한 이유이다; 단기적 피해는 컸지만, 대부분 베이스라인들로 구성된 인구조차도 한 방법이나 다른 방법으로 장기적 위협을 다룰 만큼 충분히 영리했다. 나노기술을 진정으로 이해하는 사람들은 그것을 궁극의 무기로 간주하지 않는다. 그것은 단순히 많은 도구 중 하나이며, 그 효과적인 사용은 기술의 강점과 약점을 모두 이해하는 사람들에게만 가능하다.