냄새도 색도 없는 수소를 알아채는 센서 이야기

주유소에서 나와 달리는데 차 안에서 시큼한 냄새가 스친 적 있나요? 창문을 내려도, 보닛을 열어 봐도 어디서 나는 건지 도무지 알 수 없던 찜찜함이요. 냄새라도 나면 다행인데, 색도 냄새도 없는 기체가 새고 있다면 무엇으로 알아챌 수 있을까요? 이 질문을 품고 이야기를 시작해 볼게요.

이미지 출처: NASA

냄새도 색도 없는 기체는 어떻게 알아챌까요?

수소는 색도 냄새도 없는 기체예요. 코로도 눈으로도 확인되지 않으니 사람의 감각만으로는 새는 순간을 알아채기 어려워요. 게다가 아주 가벼워서 빠져나오면 금세 위로 흩어져 버려요. 공기와 섞이면 불이 붙을 수 있는 기체라서, 조용히 새는 상황을 놓치면 곤란해져요.

그래서 기체를 대신 느껴 주는 장치가 필요해요. 일반적으로 가스를 감지하는 장치 중에는 기체가 닿으면 재료의 전기 저항이 바뀌는 성질을 이용하는 것이 있어요. 저항이 바뀌면 흐르는 전류의 세기도 달라지니, 그 차이를 신호로 읽어 낼 수 있어요. 문에 달린 벨이 사람이 지나가면 울리듯, 기체가 닿으면 신호를 보내는 작은 알림 장치라고 생각하면 쉬워요.

로켓 연료 배관은 이어 붙인 부위가 많아요. 발사 전후에는 사람이 가까이 가기 어렵거나 위험한 환경이 되기도 해요. 그런 곳에서는 사람이 일일이 확인하기보다 누출을 자동으로 감지하는 장치를 여러 곳에 두는 편이 현실적이에요. 각 장치가 보낸 신호를 한곳에서 모아 보면 어디가 이상한지 곧바로 가늠할 수 있어요.

주방 벽의 가스 경보기나 천장의 연기 감지기도 같은 발상이에요. 사람이 잠든 밤에도 대신 지켜보다가 이상이 생기면 소리로 알려 주니까요. 눈에 보이지 않는 위험을 맡아 주는 작은 물건이 이미 우리 집에도 있는 셈이에요. 평소에는 존재조차 잊고 지내다가 울리는 순간에야 고마움을 느끼게 되죠.

추진제가 새는 것을 막으려면 무엇이 필요했을까요?

NASA는 조립, 발사 전 작업, 비행 중 추진제 누출 탐지 능력을 개선하려 했어요. 이 노력의 목적은 수소 전달 시스템을 조립하고 유지하는 데 드는 운영 비용을 줄이는 것이었어요. 여러분이 이런 일을 맡았다면 어디부터 손을 댔을까요?

자전거 타이어에 바람이 빠질 때 물을 묻혀 거품이 올라오는 곳을 찾아본 적 있나요? 눈에 보이는 거품이 올라오니 그나마 위치를 짚을 수 있는 거예요. 거품조차 만들지 않는 기체라면 훨씬 막막해지겠죠. 허리를 숙이고 바퀴를 한참 돌려 보던 그 시간이 떠오르지 않나요?

보일러 배관 점검을 받던 날을 떠올려 보세요. 기사님이 구석구석 들여다보는 동안 한참을 기다렸을 거예요. 만약 그 일을 장치가 대신해 준다면 얼마나 편할까 싶지 않나요? 시간이 줄고 손이 덜 가는 만큼 부담도 가벼워질 것 같다는 상상이 절로 들어요.

책장을 조립하다 나사 하나를 빠뜨리면 다 끝낸 뒤에 도로 풀어야 하잖아요. 중간중간 확인할수록 되돌리는 수고가 줄어든다는 걸 우리는 경험으로 알아요. 배관을 잇든 가구를 맞추든 늦게 발견한 실수는 늘 더 크게 돌아오죠. 그래서 작은 이상을 빨리 알려 주는 눈이 반가운 법이에요.

이미지 출처: NASA

센서를 여러 대 이어 붙이면 무엇이 달라질까요?

NASA는 가혹한 조건에서도 작동할 수 있는 네트워크로 연결된 여러 대의 수소 센서를 이용해, 누출을 자동으로 탐지하는 시스템을 개발하는 데 집중했어요. 센서 한 대면 충분하지 않을까 싶기도 하죠? 아파트 단지 정문에만 감시 카메라가 달려 있으면 후문 사정은 알 수 없어요. 곳곳의 화면이 경비실 한곳에 모이면 이야기가 달라지고요.

여럿이 쓰는 단체 채팅방을 떠올려 보세요. 각자 다른 곳에서 보낸 메시지가 한 화면에 모이니 누가 어디서 무슨 말을 했는지 한눈에 읽혀요. 네트워크라는 말이 낯설다면 그런 연결을 상상하면 돼요. 대화가 끊기지 않고 이어질 때의 안정감은 다들 알 거예요.

여름 한낮 대시보드 위에 올려 둔 물건이 어떻게 되는지 아시죠? 한겨울 베란다에 내놓은 화분도 마찬가지고요. 사람이 쓰는 평범한 물건도 날씨 앞에서는 이렇게 약해요. 그런 환경에서도 제 몫을 해야 하는 장치라면 어떤 모습이어야 할까요?

회의실 마이크를 생각해 봐도 좋아요. 여러 개가 놓여야 어느 자리의 목소리든 놓치지 않고 모을 수 있어요. 한 곳만 잘 듣는 장치로는 방 전체를 지키기 어렵다는 걸 누구나 직관적으로 알죠.

연구센터의 기술은 누구의 손으로 넘어갔을까요?

Glenn Research Center의 Technology Commercialization Office는 Makel Engineering, Inc.에 STTR 계약과 추가 자금을 주었어요. 이는 NASA의 자동 수소 감지 기술을 산업용과 소비자용 응용을 위해 상용화하려는 것이었어요. 연구실에서 나온 결과물이 가게 진열대까지 오려면 누군가의 손을 거쳐야 하죠.

집 부엌에서 만든 소스가 마트 선반에 오르기까지를 떠올려 보세요. 한 병을 맛있게 만드는 솜씨와 매번 똑같이 대량으로 찍어 내는 노하우는 전혀 다른 숙제예요. 기술도 연구실에서 시험할 때와 많은 사람이 쓰는 물건이 될 때 요구되는 게 달라요. 그 사이를 이어 주는 사람이 없다면 어떻게 될까요?

연구 결과가 서랍 속에 머물지 않고 세상에 나오는 길은 여러 갈래예요. 그 길을 상상하다 보면 내 주변 물건 중 무엇이 연구실에서 출발했을지 궁금해져요. 냉장고 자석 하나, 손목시계 하나에도 누군가의 오랜 시행착오가 들어 있겠죠. 책상 위 물건들도 말하지 않는 사연을 품고 있을지 몰라요.

서로 잘하는 일이 다른 두 사람이 마주 앉은 장면을 상상해 볼 만해요. 요리사와 농부가 식재료를 두고 이야기를 나누는 모습처럼요. 한쪽은 만드는 법을, 다른 쪽은 쓰이는 현장을 알고 있으니 대화가 길어질 수밖에 없어요.

자동차 회사와는 어떻게 이어졌을까요?

Makel Engineering은 Ford Motor Company에 프로토타입 H2ICE 차량용 수소 누출 감지 시스템을 제공하고 있어요. 시제품은 옷으로 치면 매장에 걸리기 전에 한 번 입혀 보는 샘플 같은 거예요. 내가 탈 차가 도로에 나오기까지 얼마나 많은 시험을 거칠지 궁금하지 않나요?

운전하는 동안 연료 계통은 보닛 아래 숨어 있어서 신경 쓸 일이 거의 없어요. 그런데 계기판에 경고등이 하나 켜지면 그제야 그 안에서 벌어지는 일이 궁금해지죠. 보이지 않는 곳을 대신 지켜보는 장치 덕분에 마음이 놓이는 순간은 누구에게나 있어요.

주차장에서 후방 카메라 화면을 처음 봤을 때가 기억나나요? 뒤를 돌아보지 않아도 되는 편안함이 어느새 당연해졌어요. 처음엔 신기하던 것이 어느새 없으면 허전한 존재로 바뀌는 과정은 늘 조용히 진행돼요. 앞으로 어떤 장치가 그런 자리를 채우게 될지 상상해 보는 것도 재미있어요.

엘리베이터 안의 비상 버튼처럼 평소엔 눈길도 주지 않다가 필요한 순간에야 존재가 드러나는 물건도 있어요. 그런 물건일수록 조용히 제 할 일을 해 주길 바라게 되죠. 여러분 주변에는 그런 조용한 물건이 몇 개나 있는지 세어 보면 의외로 많아요.

한 번에 뛰어넘기 어려운 개울은 어떻게 지날까요?

Ford는 H2ICE를 단기적이고 저비용의 전환 전략으로 보고 있어요. 큰 개울을 건널 때는 한 번에 뛰어넘기보다 돌을 하나씩 밟는 편이 안전해요. 첫 발판이 자리를 잡으면 다음 발판이 어디쯤 필요한지가 눈에 들어오고요. 전환이라는 단어에서는 어떤 풍경이 떠오르나요?

Ford는 H2ICE가 온보드 연료 저장과 주입, 안전 센서를 포함한 수소 관련 기술의 발전을 자극할 것으로 보고 있어요. 새로운 전자 기기가 등장하면 충전기, 케이스, 거치대 같은 주변 물건이 줄줄이 따라 나오곤 하죠. 하나가 먼저 자리를 잡으면 곁에 있는 것들도 덩달아 달라지는 모습은 일상에서도 흔해요. 여러분 주변에는 어떤 물건이 그렇게 연달아 생겨났나요?

기름을 어디서든 넣을 수 있다고 느끼는 건 길가마다 주유소가 자리 잡은 덕이에요. 새로운 연료를 쓰는 차가 늘어도 채울 곳이 없으면 곤란하겠죠. 그 편리함이 처음부터 당연했던 것은 아닐 거예요. 여러분이 사는 동네에서 가장 가까운 주유소까지는 몇 걸음쯤 걸릴까요?

주방 벽의 경보기가 조용한 날에도 늘 깨어 있다는 사실이 새삼스럽지 않나요? 오늘 손이 닿았던 물건 중에도 보이지 않는 무언가를 대신 지켜보는 것이 있었을 거예요. 다음에 천장의 감지기나 차의 경고등을 마주치면 잠깐 올려다보며 그 작은 파수꾼을 떠올려 보세요.

참고 자료: NASA Spinoff 공식 사례 (GRC-SO-157) · spinoff.nasa.gov
이미지는 NASA 공개 자료이며, 이 글은 NASA의 공식 입장이나 보증과 무관합니다.