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테라젠 문명은 하이로테크에서 방대한 종류의 소재를 활용한다. 올드 어스 최초 문명 이전부터 쓰인 검증된 재료부터 불과 수백 년 전에 발명된 완전히 새로운 소재 계열까지 그 범위는 광대하다. 웜홀 네트워크, 반작용 없는 추진 장치, 뱅크스 오비탈 이상의 메가스케일 구조물 같은 테라젠 문명의 기본 요소 일부에는 이국적 물질이 필수적이다. 그러나 그 생산과 활용은 초월지성(Transapient) 존재들의 영역이다. 테라젠 권역에서 살아가는 지각 있는 존재들의 일상적 경험에서는, 원자로 이루어진 수많은 형태의 물질이 압도적으로 중심을 차지한다.
기본 건축 소재
현대에 가장 널리 쓰이는 건축 소재는 풍부한 원소로 만들 수 있으면서 간단한 건식 나노 또는 바이오나노로 제조하기 쉬운 것들이다. "상위 10대" 원소인 수소, 산소, 탄소, 질소, 규소, 마그네슘, 철, 황, 알루미늄, 칼슘이 특히 선호된다. 헬륨, 네온, 아르곤은 비활성 기체로 유용한 화합물을 형성하지 못한다. 따라서 풍부함에도 불구하고 건축 목적의 "상위 10대"에는 포함되지 않는다.테라젠 기술에서 가장 보편적인 소재는 "다이아몬드형"이라 불리는 재료군이다. 모두 원소 탄소로 구성된다. 다이아몬드형이 이토록 널리 쓰이는 데는 몇 가지 이유가 있다. 첫째, 탄소는 우주에서 네 번째로 풍부한 원소이며, "상위 10대" 중 원소 상태 그대로 건축 소재로 쓸 수 있는 세 가지 원소 중 하나다. 나머지 둘은 철과 알루미늄이다. 둘째, 탄소의 가장 흔한 화합물은 테라젠 기술이 활용하는 온도 범위에서 기체나 액체 상태다. 이는 나노제조 속도를 높이는 데 크게 유리하다. 셋째, 탄소-탄소 결합은 극히 강하며, 다이아몬드형 제품은 무게 대비 강도 비율이 매우 뛰어나다.
기본 다이아몬드형은 단순히 다이아몬드 결정 형태의 탄소다. 같은 원소로 이루어진 결정이 모든 방향으로 무한히 반복되는 구조이므로, 단순한 비감독 나노로 대량 제조할 수 있다. 기본 소재는 가시광선에 투명하지만, 높은 굴절률로 인해 이미지가 심하게 왜곡된다. 색상은 다양하게 만들 수 있으며 투명도도 완전 투명부터 검정까지 자유롭게 조절된다. 다만 극히 단단함에도 불구하고 단순 다이아몬드형은 팔면체 벽개가 매우 뚜렷해 쉽게 깨진다. 올드 어스에서 나노기술이 등장하기 전, 수정 다이아몬드는 희귀성 때문에 귀한 보석으로 여겨졌다. 당시 보석 세공사들은 다이아몬드의 취성을 창의적인 성형 수단으로 활용했다. 단순 다이아몬드형의 벽개·파쇄 경향을 극복하는 가장 저렴하고 간단한 방법은 카르보나도 광물을 모방한 형태를 만드는 것이다. 천연 광물과 마찬가지로, 나노제조 카르보나도는 미세결정질 구조를 가진다. 따라서 다이아몬드의 천연 경도를 유지하면서도 파쇄에 훨씬 강하다. 천연 카르보나도는 검정색이며 최저가 나노제조 카르보나도도 마찬가지지만, 나노제조 공정을 조정하면 다양한 색상과 투명도를 구현할 수 있다. 카르보나도는 가장 단순한 대량 응용에 쓰이거나 자원이 부족한 개인·정치체가 사용하며, 흔히 부당하게 "빈곤" 소재로 취급받는다.
본질적으로 취성을 지닌 많은 소재와 마찬가지로, 다이아몬드 결정의 특성도 다른 소재를 포함한 기지에 복합시키면 크게 향상된다. 이 전략은 진화가 선사피엔트 바이온트의 딱딱한 신체 부위에서 먼저 개발한 방식이다. 덕분에 뼈, 치아, 껍데기 같은 소재는 구성 광물이 본질적으로 취성을 지님에도 오늘날까지 유용하게 쓰인다. 다이아몬드형에서는 다이아몬드 결정에 버키파이버를 엮어 넣는 방식이 가장 일반적이다. 버키파이버 역시 탄소로 만들어지므로 공정 복잡도는 높아지지만 소재 비용은 늘어나지 않는다. 단, 버키파이버가 다이아몬드에 완전히 감싸여 표면에 노출되지 않도록 주의해야 한다. 일부 풀러렌 유도체는 바이온트에게 독성을 띠기 때문이다. 다이아몬드형 제품은 다른 성분을 엮어 넣는 것 외에도, 목재와 유사한 복잡한 발포 미세구조로 제조되기도 한다. 나노제조 공정이 더욱 복잡해지지만, 완성된 소재는 매우 가볍고 순수 다이아몬드 결정보다 훨씬 유연하다.
빈스토크나 회전형 주거지처럼 인장 강도가 요구되는 곳에서는 단분자 탄소 또는 버키튜브를 능가하는 소재가 없다. 이런 구조물들은 버키튜브 없이는 애초에 건설이 불가능하다.
일반적인 테라젠 대기 환경에서 다이아몬드형은 연소에 취약하다. 또한 소재를 주변 산소와 결합시키는 단순 파괴 나노에도 취약하다. 이런 나노는 탄소 연소 시 방출되는 열만으로도 작동·복제되므로 별도의 전력원이 필요 없다. 다이아몬드형 구조물은 이 과정을 통해 빠르게 이산화탄소 기체로 분해될 수 있다. 이 성질은 통제된 방식으로 활용하면 다이아몬드형 구조물의 성형과 절단을 간편하게 해주지만, 사고나 테러·군사적 공격에 매우 취약하다는 약점이 된다.
단순 다이아몬드형의 대안으로는 일반 원소로 만들어진 비교적 단순한 광물들이 있다. 석영(이산화규소)은 이 분야에서 극히 보편적으로 쓰인다. 다이아몬드형만큼 단단하지는 않지만, 쿼츠형은 파쇄에 더 강하다. 산소를 포함한 대기에서 불에 타지 않으며, 거의 모든 환경에서 비전력 나노 공격에도 끄떡없다. 쿼츠형의 나노제조 비용은 다이아몬드형보다 높다. 규소는 탄소보다 존재량이 7분의 1도 안 되며, 두 원소를 다루는 공정이 한 원소를 다루는 것보다 복잡하기 때문이다. 무엇보다 원료가 고체 상태라 작업 속도가 크게 느려지는 것이 주요 원인이다. 쿼츠형도 다이아몬드형과 마찬가지로 파쇄될 수 있지만 그 난이도가 더 높다. 해결책인 미세결정질 구조, 발포, 기지 소재 첨가는 다이아몬드의 경우와 크게 다르지 않다. 미세결정질 석영, 즉 마노(agate) 구조물은 많은 테라젠에게 매우 아름답게 여겨진다. 쿼츠형도 다이아몬드형과 마찬가지로 다양한 색상과 투명도로 제작할 수 있다.
강옥형(산화알루미늄)은 세 번째 주요 결정형 구조 소재다. 산화알루미늄의 경도는 다이아몬드에 이어 두 번째이며, 쿼츠형 제품처럼 고온에 강하고 산화 대기에서 연소나 단순 나노 공격에 취약하지 않다는 추가적인 장점도 있다. 내구성과 고온 저항성 덕분에 벡(Vec)의 컴퓨트로늄으로도 자주 사용된다. 다이아몬드처럼 강옥도 올드 어스에서 루비와 사파이어 형태의 귀한 보석으로 여겨졌으며, 보석 소재의 이름을 따 '사파이어형'이라 불리기도 한다. 강옥형의 색상과 투명도는 다이아몬드형·쿼츠형과 마찬가지로 자유롭게 조절할 수 있으며, 검정·녹색·파랑·노랑·빨강 등 원하는 색으로 만들 수 있다.
기타 소재
다양한 유리 종류 같은 비정질(공유결합이지만 비결정질) 소재는 나노기술로 제조할 수도 있지만, 다른 방법이 더 간편한 경우가 많다. 오팔은 또 다른 인기 소재로, 대개 기본적인 생명공학 기법으로 만들어진다. 이러한 비정질 소재들은 나노기술로는 정확히 동일한 작품을 복제할 수 없다는 점 때문에 예술가들이 즐겨 찾는다.실리카, 다이아몬드, 코런덤처럼 단순한 화합물 외에도, 다양한 천연 광물을 인공으로 재현하는 것이 일반적이다. 대부분은 희귀한 원소가 필요하거나 결정 구조가 복잡해 나노제작 요건이 까다롭기 때문에 만들기 훨씬 어렵다. 운모 같은 층상 규산염은 단단하면서도 유연한 막이 필요할 때 유용하며, 그 외에도 다양한 암석에서 발견되는 광물들이 쓰인다. 경옥(나트륨·알루미늄·규소·산소만 필요)과 같은 일부 단사슬 규산염은 특히 가치 있다. 다이아몬드이드나 코런덤만큼 단단하지는 않지만, 그 단순한 광물들이 갖지 못한 천연 내파쇄성을 지니며 그 자체로도 아름답기 때문이다. 테라젠 영역 대부분에서 경옥을 집 건축에 품격 있게 사용하는 것은 세련미의 상징으로 여겨진다.
은, 백금, 이리듐, 오스뮴, 금 같은 희귀 금속은 예나 지금이나 같은 이유로 높이 평가된다. 우주에서의 상대적 희소성과 천연의 심미적 매력 때문이다. 인공 핵합성이나 고급 클라크텍 '연금술' 기법으로 이 원소들을 만들 수 있지만, 철보다 무거운 원소를 만들려면 상당한 에너지가 투입되므로 나노체걸 공정만큼이나 비용이 든다. 금이나 우라늄보다도 희귀한 가장 무거운 원소들은 이런 방식으로 만드는 편이 경제적으로 낫다. 다만 대부분 방사성을 띠어 일상적인 물건에는 쓸 수 없다는 점이 아쉽다. 출처와 관계없이, 희귀 금속은 자연 농축 광석만이 유일한 공급원이던 시절보다 훨씬 폭넓게 구할 수 있게 되었다. 그럼에도 이 소재들은 주로 장식이나 특수 기술 장치에 사용된다.
물론 플라스틱, 유리, 시멘트, 목재, 가죽 유사 소재, 고무, 석고, 스터코, 전통 세라믹, 구식 금속 합금 같은 구 지구의 구조 재료는 모두 나노기술이나 바이오나노 기술로 생산할 수 있다. 많은 경우 미세구조에 세심한 주의를 기울여 품질이 크게 개선되기도 한다. 다양한 문화권에서 이를 '옛 방식'(수공예부터 후기 정보화 시대 생명공학까지)으로 만드는 것을 심미적·지위적 이유로 선호한다.
산업화 시대처럼 단순 탄화수소 중합체(플라스틱)는 어디서나 볼 수 있다. 다만 주요 구조 부재보다는 표면재나 외장재로 더 많이 쓰인다. 가장 흔한 원소를 사용하기 때문에 제조 비용이 매우 낮지만, 일부 대안 소재에 비해 내구성이 떨어진다. 그래서 가치가 높지 않고, 개인 주거 공간에서는 되도록 눈에 띄지 않게 제한적으로 사용된다.
휴대 기기부터 차량에 이르는 소형 물건들, 그리고 많은 표면에는 나노기술을 이용해 작은 흠집을 스스로 복구하고, 그림을 표시하며, 색상이나 질감을 바꾸는 '스마트' 소재가 코팅되어 있다. 마찬가지로 형상 기억 소재도 일부 특수 용도에 활용된다. 금속 합금도 있지만 대부분은 고급 유기물 또는 복합 소재다. 완전히 프로그래밍 가능하고 반응형으로 형태를 바꾸는 물건이나 표면은 정적인 물건보다 수배 이상 비싸고, 내구성도 다소 떨어지며 고장에도 취약하다. 물론 정보화 시대 기준으로는 여전히 매우 견고하지만.
창문이 필요하거나 넓은 면적을 덮어야 할 때는 에어로겔이 흔히 쓰인다. 강도를 높이기 위해 투명 다이아몬드이드를 기반으로 하는 경우가 많지만, 다양한 이유로 실리카나 다른 소재를 기반으로 하기도 한다.
문서
빔 또는 고폭 무기에 맞을 때 표면이 삭마, 즉 기화되면서 무기의 파괴 효과를 분산시키는 장갑. 삭마 장갑은 마모가 빠르기 때문에 지속적인 교전에서는 유용성이 떨어진다. 소프트, 하드, 적층형, 반응형, 스마트 삭마재를 포함한다.
대부분의 우주 및 성간 탐사선과 선박은 어떤 형태로든 삭마 열 차폐를 사용한다. 외부 표면에 열 방산 차폐재를 코팅하여, 상대론적 입자와의 충돌(성간 선박의 경우)이나 고속 대기권 진입 시 기화되거나 타버린다. 삭마 차폐는 빔 및 입자 무기에 대한 방어 수단으로도 사용된다.
탄소 동소체의 혼합물로, 나노기술 기계화학을 통해 탄소-탄소 결합을 정밀하게 배열하여 표준 다이아몬드이드보다 높은 경도, 인성, 유연성을 구현한 소재.
공기정역학적 진공-공압 셀 폼(Aerostatic Vacuum-Pneumatic Cell Foam). 진공 비행선 및 기타 대형 부력 차량과 구조물에 널리 쓰이는 소재다.
하나 이상의 다른 원소를 첨가하여 변형한 금속 원소('둔감' 합금), 또는 나노기술 장치를 추가한 금속 원소('스마트' 합금).
로봇 및 기타 기계, 그리고 소폰트인 사이보그와 벡에 사용되는 인공 근육 유사 소재. 단순 형상기억 폴리머부터 이른바 궁극 근육까지, 강도와 내손상성의 범위가 매우 다양한 마이오머가 존재한다.
구형이 될 만큼 크지 않거나 분화가 일어날 만큼 충분히 뜨겁지 않은 소형 천체.
관형 구조의 풀러렌 탄소 분자. 나노튜브는 단일 탄소 원자층으로 이루어진 실린더 형태다. 강철보다 10배 강하면서도 무게는 훨씬 가볍다.
유틸리티 포그 기반 장치로, 행성 표면부터 성간 공간까지 다양한 환경에서 화물을 운반하는 데 사용된다.
세라믹 재료 가공의 과학 및 기술.
다이아몬드이드에 유사한 방식으로, 코런덤(산화알루미늄, Al2O3)의 다양한 형태를 기반으로 한 코런덤 유사 소재.
다이아몬드 유사 화학 구조 또는 시스템. 특히 Eric K. 드렉슬러가 최초로 구상한 나노머신처럼, 다이아몬드 파생물 및/또는 강성 탄소 결합에 기반한다.
일반적으로 사용되는 재사용 가능 테이프 롤.
유틸리티 포그 기반 '팔다리'를 사용하는 핸드테크 장치의 일종. 엔젤넷 환경이 없는 곳에서 작업하는 소폰트가 가변적인 수의 팔다리, '스마트' 앵커 라인, 그리퍼 등을 생성하는 데 자주 사용된다.
일반적인 양성자, 중성자, 전자로 구성되지 않으면서도 유사한 구조를 형성하는 물질을 가리키는 용어. 독점물/마그매터의 구성 입자가 대표적인 예다. 이런 '원자' 중 일부는 '분자'나 금속 또는 이온 화합물의 유사체를 형성하며, 뱅크스 오비탈과 같은 구조물 건설에 활용될 수 있다.
이축 신축 스크롤 폴드 및 텔레스코픽 라멜라 아키텍처(Biaxially Extensible Scrolling-Folds and Telescopic-Lamellae Architecture).
마이크로스케일 공학을 활용해 비행을 가능하게 하는 소재.
순수하게 탄소만으로 이루어진 분자로, 속이 빈 구체, 타원체, 또는 튜브 형태를 띤다. 결정을 이루는 흑연이나 다이아몬드 같은 탄소 형태, 또는 그을음 같은 비정질 탄소와는 구별된다.
원자 단위로 정밀하게 제조된 풀러렌 유사 소재. 마그매터 성분을 포함하여 성능이 크게 향상되며, 일부 ISO들이 널리 사용한다.
다양한 자기홀극 입자로 구성된 이색적이고 극도로 강하며 고밀도인 물질.
각종 재료의 성질과 특성을 연구하고 응용하는 학문이다. 합금, 세라믹, 복합재료, 겔, 멤브레인, 폴리머, 합성재료, 생물학적 재료를 다루며, 완전히 새로운 나노생성 재료까지 포함한다. 연구 규모는 거시, 마이크로, 나노, 피코에 이른다.
선박이나 거주지에 비축해 두는 원료 물질 저장고다. 일상적인 건설 작업이나 긴급 수리에 쓰인다.
금속과 합금의 제조, 가공, 정련, 활용을 다루는 분야다. 천연 금속으로 만든 합금부터 거의 무한한 종류의 나노복합재와 공학적 합금까지 포함하며, 신금속 설계 및 제조도 다룬다. 금속 가공 및 신합금 생산을 위한 설비와 장비도 연구 대상이다.
소행성, 미행성, 위성, 행성 등 우주의 천체에서 광물 자원을 추출하는 작업이다.
저밀도의 강성 폴리모픽 재료와 구조물을 생산하는 기술이다.
노코조(NoCoZo) 전역에 걸친 업계 기관으로, 공개된 표준 규격과의 호환성 여부를 심사하고 나노접착제를 승인한다.
산업용 나노기술과 어셈블러 나노기술을 활용해 분자 수준에서 특정 합금이나 금속 구조를 제조하는 분야다. 나노금속은 다이아몬드이드만큼 강하거나 가볍지는 않지만, 전기 전도성이 우수하고 가공성이 좋다. 탄소 기반 나노재료보다 발화 위험이 낮고, 형상기억 기능도 쉽게 적용할 수 있다.
신축성과 신장 방향을 조절할 수 있는 스마트 소재다. 주로 끈이나 의류에 사용된다.
표면에 닿는 모든 이물질을 튕겨내는 재료군이다.
다양한 기능을 즉시 또는 내부 재구성을 통해 수행할 수 있는 휴대용 범용 기술 장치의 총칭이다.
스마트 로봇 필라멘트 군집을 이용한 폴리모픽 재료 구조 방식이다.
고무처럼 탄성과 유연성을 갖도록 제작된 강력한 다이아몬드이드 복합재다.
특정 파장의 빛을 거의 완벽하게 흡수, 반사 또는 전달하는 재료다.
해양 생물의 껍데기부터 우주선 선체까지 광범위하게 쓰이는 수동형 착색제다. 고체 상태인 경우가 많다.
왜소행성부터 가스 거성에 이르는 행성체에서 자원을 추출하고 활용하는 기술이다.
합성 또는 반합성 비정질 고체 재료로, 일반적으로 고분자량 폴리머다. 천연 또는 합성 유기 화합물인 단량체로 만들어진다.
내부 기체 압력으로 강성을 얻는 재료 및 구조물이다.
명령에 따라 물리적 특성을 바꿀 수 있는 물질이다.
전기 또는 광자 전도성 나노구조 복합 필름과 나노섬유의 표면에 내장된 가변 양자점 배열이다. 다양한 광학적·전기적 특성을 지닌 표면과 복합재를 구현할 수 있다.
우주는 거의 전적으로 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 하지만 별 내부의 핵반응이 만들어낸 불순물들 덕분에 지적 생명체가 탄생할 수 있었다. 이 원소들의 상대적 자연 존재비는 오늘날에도 생물학, 기술, 사회의 발전을 계속 형성하고 있다.
코런덤이드의 대체 용어로, 코런덤의 청색 형태인 사파이어를 연상시킨다. 역사 초기부터 정보화 시대 한참 이후까지 사파이어는 귀하고 값비싼 보석이었기에, 이 이름이 가치를 암시한다는 점에서 더 매력적으로 여겨졌다. '코런덤이드'는 공업 재료인 카보런덤을 너무 연상시킨다는 이유로 기피되었고, 루비처럼 다른 색의 코런덤에서 따온 대안 명칭들은 어감이 좋지 않았다.
원자 및 정보화 시대에 사용된 현미경-조작기로, 개별 원자와 분자를 직접 볼 수 있게 해주었다. 끝이 매우 뾰족한 탐침을 통해 표면 위의 원자나 분자를 밀어 이동시킬 수 있었다. 나노기술의 전신이다.
"스마트" 라텍스 고무.
전기 저항 없이 전류가 흐르는 물질.
최소 길이 대비 극단적인 연장이 가능한 로봇 팔다리.
인공적으로 만든 매우 강력한 근육형 기계.
설계에 궁극 근육을 적용한 벡.
단열을 위한 진공 포켓을 포함한 막.
그래핀 리본을 엮어 만든 초강력 직물 또는 벌크 소재.
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개발 노트
글: Stephen Inniss
최초 게시일: 2005년 5월 28일.
최초 게시일: 2005년 5월 28일.
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