 이미지 제공: Bernd Helfert |
AT 105세기, 일반 물질을 이용한 제조업은 어셈블러 기술에 크게 의존한다. 이 제조 방식에는 크기가 제각각인 기계가 쓰인다. 나노테크·바이오테크·신테크의 나노 규모 장치부터 이동형 마이크로봇과 합성 곤충, 수 톤급 매크로봇에 이르며, 이들을 지원하는 나노 규모에서 메가 규모까지의 배양조와 공급 라인 같은 고정 구조물도 포함된다.
세부 사항이 아무리 복잡하고 규모가 아무리 크더라도, 어셈블러 기반 제조의 원리는 매우 단순하다. 정보(템플릿)와 원자재를 조립 구역에 투입하면, 나노봇에서 메가구조물에 이르는 반자율 봇들이 템플릿의 지시에 따라 원하는 제품을 만들어낸다. 이러한 시설을 오토팹(autofab) 또는 나노팹(nanofab)이라 부르며, 문명 은하계에서 생산되는 제조품의 대다수를 담당한다. 물론 모도소폰트 수준의 원시 수공예나 중간 기술 생산 라인, 초월지성(Transapient) 수준의 계량 공학 등 다른 기술들도 쓰이고 있다. 그러나 사용자 친화적 인터페이스를 갖춘 소형 가정용 오토팹은 문명 은하계 거의 모든 가정에 보급되어 있으며, 그보다 큰 산업용 오토팹은 어디서나 문명 사회를 떠받치는 핵심 기둥 중 하나다. 물론 변형된 특수 버전도 존재하지만 기본 원리는 동일하다. 그중 가장 주목할 만한 것은 바이오-배양조와 배양격자(vattice)로, 대량의 유기 생물군 속에서 마이크로바이오·메소바이오 어셈블러들이 유영하는 구조다.
오토팹의 작동에는 나노이트와 기타 봇, 운영 소프트웨어, 원자재, 전원, 템플릿만 있으면 된다. 제작 대상의 템플릿은 중복성과 파일 크기를 줄이기 위해 정교한 라이브러리 함수에 의존한다. 오토팹 설계와 프로그래밍은 수천 년에 걸쳐 표준화되었고, 에너지와 재료도 대체로 풍부하지만 양질의 템플릿과 지원 라이브러리에 대한 수요는 언제나 높다. 템플릿의 생산과 배포는 8천 년 이상 주요 핵심 산업으로 자리잡고 있다.
전력 생산 및 분배
항성 근처에서 대규모로 전력을 활용할 때는, 에너지가 가장 풍부한 내부 시스템에서 물질이 더 풍부한 중·외부 영역으로 전력을 전송하는 방식이 일반적이다. 중앙 기지에서 수신된 전력은 초전도 재료를 통해 국지적으로 재분배된다. 소규모 응용에는 태양광, 핵융합, 또는 일부 행성 표면에서는 수력·풍력이나 그에 상응하는 에너지원만으로 충분할 수 있다. 외부 시스템에서도 다양한 방법으로 현지 전력을 생산할 수 있으며, 지역 자립을 중시하는 이들이 특히 그렇게 한다. 하지만 대부분의 경우 항성의 막대한 에너지 출력을 포집해 방향을 바꾸는 것으로 충분하다.나노 제조 입지
나노 제조는 재료가 고농도로 집중되어 있을 때 가장 빠르고 쉬우며, 원료가 유체 상태라면 더욱 유리하다. 고체 재료는 제조에 앞서 분해 과정이 필요한데, 이는 에너지를 소모하고 표면적 제약을 받는다. 다양한 나노 제조품이 필요하다면 행성이나 위성에서 발견되는 다양한 원소 구성도 유리하다. 단일 소행성이나 혜성은 주로 니켈-철, 규산염, 탄소질, 빙질 중 하나로 이루어져 있어 원소 종류가 비교적 제한적이기 때문이다. 현지에 드문 원소도 대량의 재료, 특히 수권이나 대기를 나노테크 분류·농축 장비로 처리하면 농축할 수 있다. 대기가 있는 경우, 생명체 서식 세계에서 발견되는 반응성 기체(예: 산소)는 나노장치의 작동을 방해할 수 있어 오히려 불리하다. 고체 표면 1미터 이상 아래나 대기·수권 안쪽 같이 보호된 공간도 바람직하다. 우주선과 태양풍에 덜 노출될수록 나노이트의 손상과 변이 위험이 줄어들기 때문이다. 작업 자체에는 진공 환경이 유리한 경우도 많다. 이 때문에 적절한 환경을 조성하기 쉬운 비대기 환경이 선호되지만, 유체 원료를 손쉽게 확보할 수 있다는 점이 더 중요하게 작용하기도 한다. 주변 온도도 변수다. 대부분의 나노는 섭씨 500도를 크게 넘으면 기능을 잃고, 영하 200도 아래에서는 작동이 매우 느려진다. 다만 이 범위 안에서는 해당 온도에 맞게 나노어셈블러를 설계할 수 있다. 극저온의 경우 재료를 가열하면 되지만, 냉각은 보통 훨씬 어렵다. 나노에는 에너지원도 필요하지만, 상대적으로 가장 덜 중요한 요소다. 현지 생산이 가능하고, 비대기 환경이라면 내부 시스템에서 전송받을 수도 있기 때문이다.이러한 조건들을 종합하면, 가장 생산성 높은 제조 환경은 두꺼운 수권 또는 화학적 평형 상태의 대기를 가진 행성·위성(또는 뱅크스 오비탈 같은 대형 인공 천체)이다. 보통 항성 가까이 위치하되 온실효과가 과도하지 않은 곳이 이상적이다. 그 다음으로 경제적인 선택지는, 내부 시스템에서 전력을 전송받을 수 있다는 전제하에, 얼음이나 암석 표면을 가진 행성·위성·대형 소행성이다. 반응성 기체를 포함한 대기를 가진 생명체 서식 세계도 마찬가지다. 행성 고리, 소행성대, 오르트 구름 같은 분산된 자원은 개발 비용이 더 든다. 이러한 환경에서는 암석과 얼음 덩어리를 옮겨 다니며 처리할 수 있는 재료가 한정되기 때문이다. 가장 느리고 비용이 많이 드는 제조 환경은 성운처럼 극도로 희박한 매질 속이다.
마지막으로 고려해야 할 요소는 나노 제조품을 사용 지점까지 운반하는 비용이다. 물론 가능하다면 언제나 인구가 밀집해 있고 접근하기 쉬운 곳에서 나노 제조를 수행한다. 이 경우 핵심 변수는 거리가 아니라 운송에 드는 에너지 비용이다. 중력정에서 나노 제조품을 끌어올리는 것은 소형·경량·고가 품목이거나, 해당 재료를 다른 곳에서 구할 수 없을 때만 경제성이 있다. 그래서 나노 제조는 외부 시스템에서 이루어지는 경우가 많다. 내부 시스템에서 외부 시스템 기지로 전력을 전송하는 편이, 완성품을 항성 주변 더 높은 궤도로 올리는 것보다 쉽기 때문이다. 대부분의 행성 표면에서 이루어지는 나노 제조가 해당 행성 거주민 이외에는 크게 쓸모가 없는 이유도 여기에 있다. 빈스토크(beanstalk)가 있더라도 수출에 드는 에너지 비용은 여전히 만만치 않다. 이러한 에너지 비용과 환경적 고려사항만 없다면, 나노 제조의 최적 입지는 대기와 액체 물을 가진 세계의 해안가가 될 것이다.
소재
나노기술은 매우 다양한 소재를 만들 수 있지만, 우주에서 풍부하게 존재하는 원소일수록 생산 비용이 낮다. 물, 암모니아, 메탄은 액체나 얼음, 포접화합물 형태로 가장 경제적인 소재이지만, 대부분의 테라젠 클레이드에게는 그다지 유용한 최종 제품이 아니다. 이들이 편안하게 느끼는 온도에서 안정적으로 존재하지 못하기 때문이다. 반면 무우는 이 점에서 상대적으로 유리하다. 예를 들어, 그들은 물 얼음의 다양한 상(相)을 활용하는 극히 발전된 기술을 보유하고 있다.테라젠에게 적합한 온도 환경에서는 다양한 유기 소재가 매우 유용하다. 탄소로 만들 수 있는 화합물의 다양성은 다른 어떤 원소도 따라오지 못하며, 수소는 단연 가장 풍부한 원소다. 기본 탄화수소 폴리머는 여전히 저렴하고 다용도로 쓰이며, 플라스틱의 시대는 아직 끝나지 않았다. 셀룰로오스, 리그닌, 키틴, 껍질, 뼈, 단백질 같은 복잡한 유기물도 놀라울 정도로 저렴하고 활용 범위가 넓다. 건식 나노기술 또는 바이오 나노기술이 실용화된 이후, 목재의 시대가 더욱 정교한 형태로 돌아왔다. 목재형 물질은 매우 흔하다. 정교한 미세구조에서 비롯되는 실용적·미적 매력 때문이기도 하지만, 그 구성 원소가 워낙 풍부하기 때문이기도 하다.
순수 탄소는 나노 제조 산업의 근간이다. 탄소 자체의 우주적 풍부도와 탄소-탄소 결합의 강도 덕분이다. 다이아몬드이드와 풀러렌의 다양한 종류는 어디에나 존재한다. 이들은 나노 제조의 초창기 산물 중 하나로, 오늘날까지도 가장 흔하게 생산되는 소재 범주로 남아 있다.
산소는 탄소보다도 풍부한 원소다. 산소 자체는 구조 소재로 쓰이지 않지만, 규소·칼슘·알루미늄 같은 원소와 결합하면 탄산염, 규산염, 알루미노규산염(암석)이나 각종 세라믹을 만들 수 있다. 탄화규소, 질화규소, 산화알루미늄 등 공유결합 기반의 단단한 물질들은 다이아몬드이드와 비슷한 방식으로 사용된다. 다만 희귀한 원소를 포함하거나 화학식이 복잡할수록 제조가 어렵고 비용도 높아진다. 이 중 가장 흔한 것은 산화알루미늄으로, 코런덤이드(흔히 사파이어이드라 불리는) 형태로 사용된다. 니켈과 철은 우주에서 상당히 풍부하며, 특히 금속 특유의 물성이 필요한 응용 분야에서 많이 쓰인다. 크로뮴, 망간, 타이타늄, 코발트도 상대적으로 흔하기 때문에 금속 형태 또는 합금으로 활용된다. 인류가 오래전부터 사용해 온 구리와 납뿐 아니라 지르코늄, 세륨 같은 원소도 쓰인다. 이들은 우주적으로는 풍부하지만 다른 원소들 사이에 분산되어 있어 농축 형태로는 잘 발견되지 않는다. 더욱 특수한 용도에는 이른바 '희토류'가 사용된다. 희토류는 금이나 은보다 실제로 더 풍부하지만, 옛 지구(Old Earth)에서는 일반적인 지질 작용으로 농축되지 않아 활용되지 못했다. 나노기술의 원자 분류 능력이 이 한계를 극복했고, 이제 희토류 금속도 널리 쓰이게 되었다.
가장 희귀한 원소 중 일부는 기존 소재에서 걸러내는 것이 아니라 직접 만들어낸다. 핵합성을 통해 더 무거운 원소를 생산하는 것이다. 이는 보통 심층 산업 구역(DWIZ, 딥웰 산업 구역(Deep Well Industrial Zone))에서 이루어진다. 원소를 나노 분류로 확보하는 것과 직접 제조하는 것 사이의 비용 역전점은 금이나 텅스텐 수준의 우주적 풍부도 근방이다. 물론 이 기준은 해당 성계의 금속 함유량에 따라 달라진다.
복잡도
다른 조건이 같을 때, 형태가 복잡할수록 제조 비용이 크게 높아진다. 같은 질량의 다이아몬드이드 단순 블록은 막대 논리 방식의 다이아몬드이드 컴퓨터보다 훨씬 저렴하며, 단순한 다이아몬드 결정은 제이다이트 같은 광물보다 덜 복잡하다. 마찬가지로 나노 제조 물체에 운송 수단의 형태, 발포체 또는 목재형 미세구조 같은 복잡한 형태를 부여하는 것도 매우 비싸다. 나노봇 군집에서 복잡한 창발 효과가 요구되기 때문이다. 가장 비용이 높은 것은 스마트 소재다. 형상 기억이나 환경 반응성을 지닌 소재부터, 일정한 처리 능력을 갖추고 명령이나 사전 설정 프로그램에 따라 형태·색상·질감 등의 특성을 바꿀 수 있는 소재까지 다양하다.산업용, 지역사회용, 가정용 제조
통제된 환경에서 재료인 '공급물(feed)'을 사용하는 수조 기반 나노 제조는 가장 저렴하고 다재다능한 나노 제조 방식이다. 이러한 수조는 순수하거나 단순한 화합물 형태의 원소를 공급하는 피드라인에 연결되거나, 드물게는 필요한 소재를 직접 비축해 둔다. 나노봇이 이 통제된 환경에 투입되면 주문에 따라 물건을 제작한다. 이러한 수조의 규모는 다양하다. 우주선, 거주지, 초대형 공학 구조물의 부품을 만드는 거대한 시설부터, 차량이나 크고 복잡한 물건을 다루는 지역 또는 공동체용 수조, 그리고 가장 작고 단순한 물건을 생산하는 가정용 나노팩 유닛까지 폭넓게 존재한다. 상점과 공장의 기능을 겸하는 지역 나노팩 수조는 많은 사회에서 일반적인 시설이다. 나노팩용 피드라인은 현대 도시 생활의 기반 시설 중 하나다. 산업용·공동체용·가정용 나노팩의 비중은 클레이드와 문화에 따라 크게 다르다. 예를 들어 클레이드 마와스 같은 오랑우탄 선택진화(Provolve)는 비효율적임에도 불구하고 광범위한 가정용 나노 제조 기능을 선호하는 편이다. 불필요한 사회적 상호작용을 피하려는 성향 때문이다. 반면 인간 준베이스라인은 큰 물건을 구하러 밖에 나가는 것을 선호할 수 있다. 공동체 나노팩의 범위와 출력이 더 크기 때문이기도 하지만, 이것이 사람들과 어울리고 소식을 나누며 서로 얼굴을 마주하고 자신을 드러낼 기회가 되기 때문이다. 일부 정치체는 대형 나노팩 시설의 이용을 제한하기도 한다. 지배층의 통제 욕구에서 비롯되기도 하고, 악의적이거나 부주의한 사용을 막으려는 실용적인 이유에서이기도 하다. 대부분의 정치체에서 합법적인 나노팩이 생산할 수 있는 품목의 범위는 개인 신원과 연동되어 있어, 어린이나 불안정한 개인이 위험한 설계에 접근하지 못하도록 막는다. 정치체가 상당히 자유로운 편이라 해도, 대부분의 가정용 또는 공동체용 나노팩에는 이런 종류의 안전 기능이 일부 포함되어 있다.오토팹의 대안
스포어테크 기술은 수조 및 피드 방식보다 복잡하다. 오토팹보다 견고하지만, 유연성은 일반적으로 떨어진다. 대부분의 포자 기기는 하나의 제품이나 좁은 범위의 제품만 생산하는 반면, 오토팹은 매우 넓은 범위의 제품을 만들도록 프로그래밍할 수 있다. 대부분의 포자가 담고 있는 데이터베이스가 제한적이기 때문이다. 포자는 대량으로 배포되지만 소량의 예비 재료만 포함하고 있어, 적합한 환경을 찾은 극히 일부의 포자만 성공적으로 복제를 시작한다.시드테크는 여러 면에서 스포어테크와 유사하지만, 씨앗에 더 큰 데이터베이스, 내장된 원료 예비분, 더 넓은 범위의 복제 장치가 포함되어 있다. 대형 씨앗은 사실상 소량의 원료를 갖춘 소형 오토팹이나 다름없으며, 완벽한 복제 조건을 찾는 데 덜 의존한다.
문서
단순한 화학적 구성 요소로부터 사실상 모든 분자 구조나 장치를 제작하도록 프로그래밍할 수 있는 분자 기계. 드렉슬러(drexler)라고도 불린다.
구형을 이룰 만큼 크지 않거나 내부 분화가 일어날 만큼 충분히 뜨겁지 않은 소형 천체.
fab, nanofab, autofac, nanoforge, nanofac 등으로도 불린다. 원자재로부터 완성품을 만드는 나노기술 제조 장치로, 테라젠 스피어 전역에서 보편적으로 사용된다.
바이오테크에서 세균을 활용하는 기술. 단순한 바이오봇, 바이오나노 처리 노드 등 다양한 용도로 쓰인다.
다양한 바이오테크 제품을 생산할 수 있는 생물학적 공장 또는 제조 장치.
생체분자, 유전자 변형 미생물, 또는 기타 바이오테크를 기반으로 한 모든 분자 나노기술.
물질 레이저. BEC(보스-아인슈타인 응집)의 유도 방출을 통해 보손이 결맞음 위상으로 정렬된다. 보저는 에너지 저장·방출 및 무기 시스템 등 다양한 분야에 활용된다.
원자재를 거시·미시·메조·나노 스케일에서 화학적으로 변환하여 바이오플라스토이드, 합성 석유 제품, 비지능형(거시 규모) 세제, 플라스틱, 천연·합성 연료, 의약품, 풀러렌, 종이, 산업용 화학물질 등의 최종 제품으로 만드는 분야. 대부분의 제품은 가정용 nanofab으로 손쉽게 합성할 수 있지만, 대형 화학 플랜트에서 대량 생산이 필요한 경우 화학 공학은 여전히 중요한 역할을 한다.
화학 원소를 산업적 규모로 생산하는 시설.
빛 대신 각종 물질과 화학 반응을 에너지원으로 삼아 유기물을 1차 생산하는 방식. 은하 전체에 걸쳐 흔히 나타나지만, 테라젠 생태계에서는 드문 현상이다.
대규모 중공업 및 제조 지대는 주로 내부 구역과 중간 구역의 고도 개발 지역에 집중되어 있다.
상황에 따라 새 부품이나 교체 부품을 생산할 수 있도록 하나 이상의 nanoforge를 구조 내부에 통합한 시스템.
많은 네겐트로픽 인류 유토피아 세계의 가정과 기관에 보급된 고효율 물질 컴파일러.
자기복제 장치를 통칭하는 말로, 특히 소형 복제 장치를 가리키며 통제되지 않은 복제로 인한 위험을 암시하는 경우가 많다. 원래 설정된 매개변수를 벗어나 확산·증식하는 나노군집을 흔히 '구(goo)'라 부른다.
IL 또는 'ill'이라고도 한다. 네겐트로픽 클레이드 구성원들이 자신들의 물질 컴파일러 시스템인 게니우스 로키(Genius Loci)와 다른 클레이드의 시스템을 구별할 때 쓰는 표현으로, 자신들의 시스템이 더 우월하다는 뉘앙스를 담고 있다. 용례: "G. L.한테 스키보드 만들어 달라고 해도 안 되네. 그 ill이 어딨는지 꼭 알려줘, 자르!!"
자재를 원래 위치에서 필요한 목적지까지 조달하고 운반하는 활동.
선박이나 거주 시설에 보관된 원료 물질 비축분. 일상적인 건설 작업이나 긴급 수리에 사용된다.
nanofab 기술을 사용하지 않는 대규모의, 종종 의도적으로 구식 방식을 고수하는 제조 시설.
소행성, 소행성체, 위성, 행성 또는 기타 우주 천체에서 광물 자원을 추출하는 작업.
모르소브킨 페이퍼클립 극대화 블라이트는 6577AT에 모르소브킨 궤도 집합체에 있던 FabHacking(공용 제조기 해킹) 포럼에서 선더링 이전의 고대 우화를 바탕으로 한 농담에서 시작된 것으로 알려져 있다.
공공·개인·산업용 nanofac에 기초 물질을 공급하는 저장 및 운송 시스템의 총체.
바이오나노든 하일로나노든 분자 또는 나노 규모 장치를 통칭하는 말. 반응성 나노입자의 집합체를 가리키기도 한다.
나노 규모의 메커니즘을 사용하고 나노 규모에서 물체를 조작하는 하이로테크, 바이오테크, 또는 신테크 봇. 관례상 나노봇은 1마이크로미터 미만이며, 나노기술로 구현된 더 큰 봇은 메소봇, 사이토봇, 마이크로봇이라 부른다. 그보다 더 크면 마이트봇, 신섹트, 또는 단순히 봇이라 칭한다.
오토팹의 다른 이름.
주목할 만한 역사적 제조기 모델들
오토팹의 다른 이름.
나노기술을 이용한 재화 제조. 반드시 거시적 규모일 필요는 없지만 주로 거시적 품목을 대상으로 한다. 대규모 산업 시설에서도, 소형 개인용 오토팹에서도 제조가 가능하다.
오토팹의 다른 이름.
나노기술 "씨앗". 어셈블러와 복제기를 담은 독립적·밀폐형 캡슐로, 미리 프로그래밍된 템플릿을 내장하거나 외부 소스에서 지시를 받는다. 기판 위에 "심은" 뒤 에너지나 영양 분무로 활성화하면, 주변에서 획득한 자원과 주변 에너지(예: 태양광)를 이용해 원하는 제품으로 성장한다. 일부 대형 나노시드는 소형 반물질(Amat) 배터리를 사용하기도 한다.
해양 생물의 껍데기부터 우주선 선체까지 다양한 곳에 사용되는 수동적 착색제. 고체 상태인 경우가 많다.
왜소행성부터 가스 거성까지, 행성체에서 자원을 활용하고 채굴하는 기술.
나노·메소·마이크로·매크로테크를 결합한 강력한 물질 컴파일러. 행성 표면에 설치하면 주변 물질로 무엇이든 만들어낼 수 있다.
대형 자기복제 스포어테크 유닛
우주선 건조 및 수리 시설.
도넛 형태의 표면 구조. 미세중력 환경을 원하지 않는 소형 궤도 시설이나 우주 정거장에서 인기 있는 설계다. 토러스는 축을 중심으로 천천히 회전하며 원심력으로 중력을 만들어낸다.
구축 가능한 모든 것을 구축할 수 있는 (가상의) 기계. 이상적인 나노팹이 그 예다. 범용 컴퓨터의 물리적 대응물이라 할 수 있다.
세포 배양으로 유용한 물질을 만드는 정보화 시대 기술.
조이픽 생명정치체(Zoeific Biopolity)의 초거대 목성형 행성 리틀 다윈 궤도를 도는 바이오팩처링 다이슨 트리와 거대 복합 단지를 가리키는 속어.
나노기술 무기 보관소/어셈블러.
프로그래머블 음료 종류를 가리키는 구어체 표현. 원래는 브랜드명이었다.
프로그램이나 나노기술 장치에 올바른 종료 조건을 부여하지 못하는 문제.
관련 주제
개발 노트
글: Stephen Inniss
일부 내용: M. Alan Kazlev
최초 게시일: 2005년 7월 25일.
일부 내용: M. Alan Kazlev
최초 게시일: 2005년 7월 25일.
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