The science of friction -- and its surprising impact on our lives | Jennifer Vail

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

번역: Kevin Yang 검토: Jihyeon J. Kim

I have to admit that it's a lot of fun

사람들이 저에게 직업이 뭐냐고 물어볼 때,

when people ask me what I do for my job,

웃지 못할 상황들이 종종 벌어지는데요.

because I tell them I literally rub things together.

왜냐면 제 직업은 말 그대로 비비는 일이라고 말하기 때문이죠.

This sounds ridiculous,

어떤 것들을 비비는 일이라니

just rubbing things together.

말도안되는 얘기로 들릴 수도 있지만

But it has a technical name:

엄연히 전문적인 명칭까지 있는 분야입니다.

tribology.

바로 Tribology(마찰 공학)입니다.

T-r-i-b-o-l-o-g-y,

T-r-i-b-o-l-o-g-y

from the ancient Greek word "tribos,"

이 명칭은 고대 그리스어의 'tribos'

which means "to rub."

즉, '비비다'라는 단어에서 파생했습니다.

It's a funny-sounding word you've probably never heard before,

이런 재미있는 이름의 학문은 들어보신 적이 없으시겠지만,

but I promise you,

여러분께 장담하는데

discovering it changes your experience with the physical world.

마찰 공학을 발견하고 나면 세상이 완전히 달리 보이실 겁니다.

Tribology has given me amazing projects.

저는 이 분야에서 흥미로운 프로젝트를 많이 맡았습니다

I've worked on materials that fly, and I've worked on dog food --

날수 있는 물질에 관한 연구부터, 개 사료 관련 프로젝트도 진행했죠

a combination that doesn't sound like one person has any business doing

이렇게 서로 다른 프로젝트를 한 사람이 단지 몇년에 걸쳐 할 수 있는 일인지

in the span of just a couple years,

의아하게 들릴 수도 있을 겁니다.

until you start to view the world through a tribological lens.

마찰 공학이라는 렌즈를 통해서 세상을 보기 시작하기 전까지는 말이죠.

And I think you'll be surprised

아마 여러분들은 놀라실 겁니다

at how significant a little bit of tribology can be

정말 작은 부분의 마찰공학이 아주 커다란 문제를 해소하는데

in alleviating some very large problems.

중요한 역할을 할 수 있다는 점에서 말이죠.

Tribology is the study of friction, wear and lubrication.

마찰 공학은 마찰, 마모, 그리고 윤활을 연구하는 학문입니다.

You have all experienced all three of these things.

여러분 이 세가지를 모두 경험해 보셨을 겁니다.

Remember the last time you tried to move a heavy object across the floor,

바닥에 놓인 무거운 물체를 밀어서 옮기려고 했을 때를 기억해 보세요

and you could just feel something resisting you?

무언가 방해하고 있다는 느낌을 받지 않으셨나요?

That would be friction.

그 무언가가 바로 마찰력입니다.

Friction is the force that opposes motion.

사물의 움직임에 저항하는 힘이 바로 마찰력입니다

Wear is the loss or transfer of material.

마모는 물건이 닳거나 떨어져 나가는 현상입니다.

It's the reason you have to replace your favorite shoes,

이것이 여러분이 아끼는 신발을 다시 사게 되는 이유죠.

because eventually the soles disappear.

왜냐면 신발 밑창이 마모되어 결국 닳아 없어지기 때문입니다.

Lubricants are used to reduce friction and wear.

윤활제은 마찰과 마모를 줄이는데 사용됩니다.

They loosen up those stubborn rusted bolts that just otherwise will not budge.

가령, 윤활제는 녹슬어서 꿈적이지도 않는 나사를 느슨하게 하죠.

But tribology is also defined as the science of interacting surfaces

한편, '상대 운동을 하는 두 표면 간의 상호 작용'으로도

in relative motion.

마찰 공학을 정의할 수 있습니다.

So, interacting surfaces in relative motion:

'상대운동을 하는 표면간의 상호 작용' 이란 표현은 어렵게 들리지만

there are a lot of those in the world.

우리 주변에서도 흔히 관찰할 수 있는 것들인데요

As you're sitting there right now, are you wiggling your foot at all

지금 앉아서 발 꼼지락 거리고 계신 분들이나

or maybe shifting around in your seat?

의자에서 옴짝달싹하고 계신 분들,

Because guess what? Tribology is happening.

모두 마찰 공학을 활용하고 계십니다.

Even the smallest shift in your seat

여러분이 앉은 자리에서 아주 살짝 움직이셔도

involves two surfaces moving relative to each other.

두 표면 간의 상대 운동이 일어납니다.

And your tribological interaction for the shift

또 여러분이 의자에서 움직이며 만들어 낸 상대 운동은

will be different than the person next to you.

한 사람 한 사람이 다릅니다.

This is because the clothes you're wearing

여러분이 입고 계신 옷의 소재가

change the friction between you and the seat.

여러분의 몸과 의자간의 마찰에 영향을 미치거든요.

If you're wearing silk, it's a little easier to squirm around in the seat

지금 견소재를 입은 분들은 울소재를 입은 분들보다

than if you're wearing wool.

의자에서 움직이시기가 수월할 겁니다.

견소재가 마찰을 덜 타기 때문입니다.

That's because the friction is lower for silk.

If you're moving your ankle or wiggling your ankle at all,

발목을 움직이고 까딱거리다가

did it make a popping sound?

똑딱 소리가 났던 적이 없으신가요?

You've had that, right?

다들 있죠?

You get up, you move around, and some joint cracks or pops.

일어나서 걸어다니다가 갑자기 관절에서 똑 소리가 나면

그게 다 마찰 덕분입니다.

Thank you for that sound, tribology.

That sound can come from the fluid that lubricates your joints

그 소리는 관절을 윤활하게 해주는 체액이

just moving around.

순환하다보면 나는데

You're essentially releasing gas bubbles in that fluid.

더 정확히는, 체액 내의 기포가 터지는 소리입니다.

That sound can also come from the tendons simply moving over each other.

힘줄들이 움직이다 부대낄 때에도 비슷한 소리가 납니다.

Pretty common in the ankle,

흔히 발목에서 나는 소리인 만큼

so any of my fellow foot-wigglers out there

저처럼 발목을 까닥거리시다보면

may suddenly find themselves curious about the tribology of tendons.

문득 힘줄에 마찰의 공학이 어떻게 작용하는지 궁금해지지 않을까요?

But how does one become a tribologist like me?

그래서 저같은 마찰 공학자가 되려면 어떻게 해야 하냐고요?

It starts when you're a kid, of course.

물론 어려서 시작하는 게 상책이죠.

I was a ballerina growing up.

저는 어렸을 때 발레리나 지망생이었습니다.

I reached the level where I was dancing on my toes,

어느 단계에 오르니 발끝으로 서는 게 가능해지더군요.

or "en pointe."

'푸앙트 자세'라고도 하죠.

Now, when you're dancing en pointe, you're wearing those amazing shoes,

푸앙트 자세로 춤을 추려면 화면에 보시는 예쁜 신발을 신어야 하는데

but they can be slippery on the stage.

무대에서 굉장히 잘 미끌어지는 신발입니다.

The last thing you want to do when you're trying to dance on your toes

발끝으로 서서 춤을 추다가 미끌어지거나 넘어지는 것은

최악의 상황이기 때문에

is to slip and fall.

발레리나들은 송진이라는 것을 잔뜩 들고 다닙니다.

So we had boxes of stuff called rosin.

We would step into the rosin, put a light coating on our shoes.

송진 가루를 바닥에 뿌리고 밟아서 신발을 가볍게 코팅하는 거죠.

Rosin comes from tree sap

송진은 나무 수액에서 추출하는 물질로

and, in its powdered form, makes things less slippery.

가루 상태로 바르면 물건의 표면을 덜 미끄럽게하는 효과를 냅니다.

You learned real fast as a dancer

발레를 배우다보면

how much was the right amount to put on your shoes,

송진을 얼마나 발라야 하는지는 금방 배웁니다.

because if you didn't put enough on, you were probably going to slip

부족하게 발랐다가는 신발과 무대 사이의 마찰이 부족해서

due to the low friction between your shoe and the stage.

넘어지기 십상이고

Best case scenario,

운이 좋으면

you're the clumsy ballerina on stage,

그냥 실수 한 번 한 것으로 끝나지만

but the worst case scenario would be an injury.

최악의 경우엔 부상으로 이어지니까요.

Already, I was optimizing and manipulating friction.

저는 이 때부터 마찰력을 조정해서 최적화하는 훈련을 한 셈입니다.

You see, I was destined to be a tribologist.

보시다시피, 마찰 공학자가 될 운명이었던 거죠.

(Laughter)

(웃음)

But you were also a junior tribologist.

저뿐만 아니라, 여러분도 어렸을 때 마찰 공학 훈련을 하셨습니다.

When you used crayons or colored pencils,

우리 모두 크래용이나 색연필을 쓰다가

you knew that the harder you pressed, the darker the color.

세게 눌러서 칠하면 더 진한 색이 나온다는 것을 깨달았습니다.

You also knew this meant you were going to have to sharpen

세게 눌러서 칠한 크래용과 색연필은

that crayon or colored pencil more frequently,

더 빨리 닳아지기 때문에

더 자주 깎아야 한다는 것도 알게 되었습니다.

because it was wearing down faster.

Now let's talk about those enticing shiny waxed floors

또 갓 왁스칠한 바닥을 보면

that you just had to slide across.

절대로 얌전히 지나갈 수 없었죠.

You knew if you put on a pair of socks,

양말을 신고 미끌어지면

you were going to get a really good slide across that floor.

기막힌 슬라이딩이 가능하지만

맨발로는 어림없다는 것도 배웠습니다.

Good luck trying to do that barefoot.

Master manipulators of friction.

이처럼 어릴 적 우리 모두 마찰 조종의 달인들이었습니다.

All kids are tribologists.

어릴 때는 그렇다치고

What about us as adults?

어른이 된 지금은 또 어떤가요?

At some point today, you brushed your teeth.

오늘 양치질을 한 번은 하셨을 겁니다.

I hope.

그렇죠?

(Laughter)

(웃음)

This is tribology in action.

마찰 공학은 양치질에도 숨어있습니다.

The toothpaste and toothbrush are working to remove or wear

치약과 칫솔은 우리의 이에서

the plaque from your teeth.

플라크를 제거하고 마모시키는 기능을 합니다

For the record, my dad is a dentist.

참고로 저희 아버지가 치과의사신데요

Never thought my career was going to circle back to the family business.

가업을 이어받게 되리라곤 생각치도 않던 차에

But one day, we found ourselves speaking the same language

플라크 제거 효율을 조사하는 실험 계발을 의뢰 받고보니

when I was tasked with developing a test to investigate plaque removal.

아버지와 일하는 분야가 겹치게 됐어요.

Sounded simple enough,

의뢰를 받을 때는 간단한 작업 같아 보였는데

until I started to look at it as a tribologist,

마찰 공학적 관점으로 접근하려 하니

and then it became incredibly complex.

엄청나게 복잡한 작업이더군요.

You have hard materials -- those would be your teeth --

치아의 단단한 재질과

soft materials like your gums, the toothpaste, the toothbrush.

잇몸, 치약, 칫솔 등의 부드러운 재질,

There's lubrication -- the form of saliva and water --

윤활제로 작용하는 침과 물의 구성,

the dynamics of the person doing the brushing and more.

양치하는 사람의 완력 등을 다양하게 고려해야 하는 작업이었습니다.

I promise if we put diamonds in your toothpaste,

가령, 치약에 다이아몬드 가루를 넣으면

you're going to remove that plaque.

플라크 제거에는 분명 효과가 있을 겁니다.

Probably going to remove your teeth as well.

문제는 이빨도 같이 제거되겠죠.

So there's a fine balance to be had between wearing the plaque away

다시 말해, 플라크는 마모시키지만 치아와 잇몸에는 상처를 내지 않는

and not damaging your teeth and gums.

균형점을 찾는 것이 과제입니다.

We're brushing our teeth because we ate.

양치질을 하는 이유는 우리가 식사를 하기 때문이죠.

Eating is another routine thing we all do.

식사 또한 우리가 규칙적으로 하는 행동입니다.

Seems simple enough.

별로 유별날 게 없어 보이는데요.

But it's another field of tribology,

하지만 식사 역시 마찰 공학의 관점으로 보면

and it's not so simple.

단순하지만은 않습니다.

You have the food, which will break and wear while you're eating,

우리가 식사를 할 때 음식물은 쪼개지고 마모되며

치아, 혀, 침, 식도와 상호 작용을 합니다

and that food is interacting with your teeth, your tongue,

your saliva, your throat.

And all of those interactions are going to influence your experience of eating.

그리고 이 상호 작용들은 곧 식사의 질을 좌우합니다.

I think you can all recall a moment where you tried something new

어떤 음식을 처음으로 먹어보면서

and you just found yourself going,

이런 느낌을 받아보신 적이 있을 겁니다.

"Well, it tastes alright.

"아, 맛은 괜찮은데

I really don't like that texture."

질감이 맘에 안드네."

Tribologists are looking at lubricity, the coefficient of friction,

이러한 상황에서 마찰 공학자들은 윤활의 정도, 마찰 계수를 통해

as ways to connect mouth feel and texture to what you're experiencing,

음식의 식감과 질감이 어떻게 식사의 질을 좌우하는지를 연구합니다.

so that if we're changing the formulations of what we're eating and drinking

음식의 구성 성분을 조절하면

가령, 당이나 지방의 함량을 달리한다면

so the sugar content or fat content are different,

how does that change mouth feel?

식감은 어떻게 달라지며

How do we quantify that?

또, 그 변화를 어떻게 계량할 것인가?

This is what tribologists are looking to solve.

이와 같은 문제에 답을 제시하는 것이 마찰 공학의 목표입니다.

And while my colleagues were in one corner of this lab

연구실 한 편에서 제 동료들이

looking at the fat content of yogurt,

요거트의 지방 함량을 살피고 있을 때,

I was in another corner

저는 반대편에서

studying dog food.

강아지 사료를 연구하고 있었습니다.

That lab smelled really good, by the way, let me tell you.

여담이지만 연구실 냄새가 아주 근사했죠.

We all brush our teeth on a regular basis.

누구나 주기적으로 양치질을 하지만

How many of us brush our pets' teeth?

애완동물을 양치시키는 사람은 얼마나 될까요?

Animals as adults commonly get periodontal disease,

성체 동물에 치주 질환이 흔하다는 점을 감안하면

so we really should be brushing their teeth,

애완동물 양치는 정말 필요한 습관이고

실제로 갈수록 많은 애완동물 주인들이 이를 실천하고 있습니다.

and more pet owners are starting to do this.

제 친구네 고양이는 어떻게 된 건지 양치질을 잘 참는다던데

I know my best friend is really great at brushing her cat's teeth, somehow.

Good luck trying to do that with my cat.

안타깝게도 모든 고양이들이 그렇지는 않죠.

So what pet food suppliers are trying to do

그래서 요즘엔 사료 회사들이

플라크 제거 기능이 있는 간식을 개발하는 추세입니다.

is incorporate plaque removal in things like treats.

If you have a dog,

애완견을 기르시는 분들은

you may have observed that you give a dog a treat,

개한테 간식을 줬더니

and it magically seems to disappear after just one bite.

한 입 만에 감쪽같이 사라진 광경을 보신 적이 있을 겁니다.

So the added challenge here is:

여기서 새로운 문제가 생기죠.

How do you remove plaque when you have one bite?

'한 입 만에 플라크를 제거하려면 어떻게 해야하는가'

I developed a benchtop test to study this problem,

저는 문제 해결을 위해 실험실내에서의 테스트를 구상해봤습니다.

and to do so, I had to mimic the oral system of dogs:

치아, 플라크, 침 등

their teeth, plaque, saliva.

개의 구강구조를 본뜬 장치를 만들고

And I used friction and wear measurements

마찰과 마모 정도를 측정해서

to study the effectiveness of that treat on removing plaque.

간식이 얼마나 효과적으로 플라크를 제거하는지 연구했습니다.

If you're sitting there right now thinking about the last time

마지막으로 애완견 양치시킨 게 언젠지 기억조차 안 나신다는 분들,

you didn't brush your dog's teeth, you're very welcome.

감사 인사는 받은 셈 치겠습니다.

But what's the big deal with tribology?

그래서 마찰 공학은 그게 다냐고요?

Let me give you one more example.

마찰 공학이 적용되는 예시를 하나 더 들어보겠습니다.

No matter where you are right now, you got to this location somehow.

여러분은 오늘 어떠한 형태로든 이동을 통해 강연장에 오셨습니다.

Maybe you walked or rode your bike,

도보, 자전거로 오신 분들도 있겠지만

but for most people in this room, you probably came in a car.

아마 대부분은 자동차로 오셨을 겁니다.

Just think about all the tribological systems in a car.

자동차를 마찰 공학의 관점으로 살펴보죠.

You have your personal interactions with the car,

운전자와 자동차 사이,

the car's interactions with the road

자동차와 도로의 사이,

모든 자동차 부품들 사이에는 상호 작용이 존재합니다.

and everything under the hood and in the drivetrain.

Some routine maintenance is directly connected to tribology.

우리가 흔히 하는 타이어 정비도 마찰 공학과 직접적인 연관이 있습니다.

You know how many miles your tires are recommended for using

권고 사항에 따라 일정 거리를 주행한 이후에는

before you replace them.

타이어를 교체해야 합니다.

You regularly check the treads on those tires.

타이어의 접지면은 주기적으로 관찰해야 합니다.

You're actively monitoring the wear of your tires.

타이어가 닳아지지 않았는지는 항시 점검해야 합니다.

Tribology is the study of wear and friction,

마찰 공학은 말씀드렸듯 마모와 마찰을 연구하는 학문인데요

and with tires, friction can be the difference between a safe arrival

타이어의 불량한 마찰은 곧

and a car accident.

차사고로 이어집니다.

This is because the friction between your tires and the road

타이어와 도로 사이의 마찰 정도는

will influence your acceleration, your deceleration

가속과 감속,

and your stopping distance.

정지 거리를 결정합니다.

As a driver, you instinctively already know how important friction is,

운전을 하시는 분들은 마찰이 얼마나 중요한지를 체감하실 텐데요,

because you know that when the roads are wet,

아시다시피 도로가 젖어있으면

they're more dangerous because they're slippery.

더 미끄럽고, 따라서 더 위험합니다.

This is because the water is reducing the friction

물기가 타이어와 도로 간의

between your tires and the road.

마찰을 줄이기 때문입니다.

You may recall that friction is the force that opposes motion,

말씀드렸듯, 마찰은 움직임을 막아서는 힘입니다.

so water reducing that force means it's now easier for you to move,

물기가 마찰력을 줄이면 움직임에 가해지는 저항이 줄기 때문에

hence it's more slippery when the roads are wet.

젖은 도로에서 차가 더 쉽게 미끌어지는 것입니다.

Something else to consider

자동차의 마찰 공학은 여기서 끝이 아닙니다.

is that overcoming friction takes energy,

마찰에 저항하는 과정에서는 에너지가 소비됩니다.

so you're losing energy to friction.

즉, 마찰은 에너지 손실을 가져옵니다.

This is one way your tires can influence your fuel efficiency.

이 때문에 타이어의 상태는 연료 효율에도 영향을 미칩니다.

And, in fact, did you know that about one-third of the fuel

혹시 내연기관 차량에 넣는 연료의

that you put into your internal combustion engine vehicle

1/3이 마찰에 저항하는 데 쓰인다는 것 알고 계셨나요?

will be spent overcoming friction?

One-third.

1/3 씩이나요.

Tribology research has helped us reduce friction

마찰 공학 분야의 연구들은 마찰을 줄임으로써

and therefore increase fuel efficiency and reduce emissions.

연료 효율은 높이고 배기량은 줄이는 공헌을 해왔습니다.

Holmberg and Erdemir have actually done some great studies

Holmberg와 Erdemir의 연구는

showing the impact tribology research can have

마찰 공학의 발전이

on reducing our energy consumption.

에너지 절약에 미칠 수 있는 영향력을 밝혀주었습니다.

And they found that, looking over the span of 20 years,

해당 연구에 따르면 지난 20년간

we had the opportunity to reduce

인류는 승용차의 에너지 사용량을

the energy consumption of passenger vehicles

up to 60 percent.

최대 60% 까지 절약할 수 있었다고 합니다.

When you think about all the cars in the world,

세상에 자동차가 얼마나 많은지를 고려하면

that's a lot of energy we can save.

굉장한 양의 에너지죠.

It's part of the nearly nine percent of our current global energy consumption

또한 마찰 공학을 통해 전세계의 에너지 사용을 약 9% 절약할 수 있으며

that the authors identified tribology can help us save.

승용차의 에너지 사용은 그중 일부에 불과합니다.

That's a significant amount of energy.

엄청난 양의 에너지죠.

So when you look at the numbers, tribology can do some amazing things.

수치를 통해 보셨듯, 마찰 공학은 대단한 일들을 해낼 수 있습니다.

My colleagues have identified up to 20 quads of energy

저희 팀은 절약 가능한 에너지를

we can save across the US alone.

미국에서만 20쿼드 발견했습니다.

To put this in perspective:

그것이 얼마나 엄청난 양인가 하면

one quad of energy is roughly equivalent to 180 million barrels of oil,

1쿼드는 석유 약 1억 8천만 배럴이 내는 에너지이고,

and tribology can help us save 20 times that.

마찰 공학을 통해 절약할 수 있는 에너지는 그 20배입니다.

This is through new materials, new lubricants,

새로운 소재, 새로운 윤활제,

novel component design,

새로운 기기설계,

doing things like making wind turbines more efficient and reliable.

더 효율적이고 안정적인 풍력발전기를 통해 이룰 수 있는 일들입니다.

This happened just by putting 31 people in a room

이 모든 발상이 단칸 실험실에서 겨우 31명의 과학자가

who viewed the world through a tribology lens.

마찰 과학의 시각으로 세상을 관찰하며 시작되었습니다.

Imagine the opportunities that will reveal themselves

더 많은 사람들이 우리 주변의 마찰에 관심을 기울이기 시작하면

as more of us start to see tribology all around.

얼마나 더 큰 가능성이 우리 앞에 나타날까요?

My favorite projects right now are in aerospace applications.

요즘 저는 항공우주 분야에서 활용 가능한 프로젝트에 큰 흥미를 느낍니다.

I love reducing wear and friction in these challenging environments.

공중에서의 마찰과 마모를 줄이는 작업은 난이도가 높은 만큼 큰 성취감을 줍니다.

I can make materials and parts

새로운 재료와 부품들을 만들면

that will reduce the friction in moving components and engines

움직이는 부품과 엔진에 가해지는 마찰을 줄이고

so that they have less force opposing their motion.

작동에 방해가 되는 힘을 줄일 수 있습니다.

Less force to move means they require less power,

부품 작동에 필요한 힘이 줄면 에너지 또한 덜 필요하게 되고

so you can use a smaller actuator,

따라서 보다 작은 작동기로도 기체를 지탱할 수 있게되면

which would weigh less,

기체의 무게는 줄어들고

which saves fuel.

연료 소비는 절감됩니다.

I can also help make parts that last longer through lower wear.

또 마모에 강하고 오래가는 부품들을 개발하면

This will reduce material waste

원자재를 절약할 수 있을 뿐만 아니라

and also means we're manufacturing the parts less frequently,

부품의 교체 빈도와 수요를 낮춰

so we're saving energy in manufacturing.

제조 과정에 들어가는 에너지 또한 절약할 수 있습니다.

I encourage you to start seeing tribology in the world around you

여러분도 오늘부터 생활 속의 마찰을 관찰하며 주변에 있는

and to think about how you would improve those interacting surfaces you experience.

'접촉면간의 상호작용'을 개선할 수 있는 방안을 탐구해가시기 바랍니다.

Even the smallest improvements

그 어떤 작은 변화도

really add up.

큰 보탬이 될 수 있습니다.

Tribology may be a funny-sounding word,

Tribology라는 어감이 좀 이상하게 들릴지 몰라도

but it has a huge impact on our world.

마찰 공학은 우리 세상을 변화시키는 큰 힘입니다.

Thank you.

고맙습니다.

(Applause)

(박수)