진화하는 기계 공생하는 인간, 기계공학과

-인간의 편의를 위한 모든 것들을 설계하고 만들기 위해 연구

전자전기, 화학, 기계 관련 학과를 일컫는 일명 ‘전화기’ 학과는 대학의 이름에 상관없이 취업률이 매우 높아 늘 인기가 높다.

또한 기계공학은 다양한 분야와 융합하는 것이 비교적 자유로우며, 산업이 발전할수록 기계공학 기술자나 연구원을 필요로 하는 곳이 점점 더 많아지기 때문에 실제 취업 전문가들도 무한한 가능성이 있는 학과로 보고 있다.

지금부터 기계공학과에 대해 알아보자.

-이 기사는 <나침반> 8월호 '진로나침반'에 8p분량으로 실린 내용의 일부입니다.
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인류 역사는 기계 등장 이전과 이후로 나뉜다
상상력이 기계를 만들고, 인류는 모든 것을 바꾸기 시작했다. 기계의 사전적 정의는 ‘동력을 써서 움직이거나 일을 하는 장치’이다. 하지만 이 정의가 오늘날 기계라고 부르는 모든 것들을 포함할 수는 없다.

대표적인 예로 스마트폰이 있다. 따라서 인간의 편의를 위해 만들어진 모든 물건, 에너지(사람의 힘, 열에너지, 전기에너지 등)를 이용해 특정한 일을 수행함으로써 우리를 편리하게 해주는 것들 모두를 ‘기계’라고 할 수 있다.

기계공학은 ‘인간의 편의를 위한 모든 것들을 설계하고 만들기 위한 연구를 하는 학문’이다. 따라서 기계공학은 모든 공학의 기초가 될 수 있다.

기원전 아주 오랜 옛날, 그 당시 어설프게 만들었던 바퀴와 나사는 현대에도 조선업, 우주항공산업, 생명공학산업까지 거의 모든 분야를 아우르는 다양한 분야에서 사용된다.

때문에 기계공학을 배울 땐 어떤 특정한 분야에 대해 구체적으로 배우기보다는, 폭넓게 적용될 수 있는 근본적인 원리를 주로 배우게 된다.

무엇이든 상상하고 미래를 위해 도전하라!
어린 시절 읽었던 동화 속 주인공이 제법 큰 유리구슬을 들고 문지르면, 구슬 안에 자신이 보고 싶어 하는 사람이 무엇을 하고 있는지 알 수 있으며, 심지어 대화도 할 수 있었다.

그런데 현대에 들어서 영상통화가 개발되자 동화가 현실이 됐다. 기계가 발달할수록 상상력은 더욱 커져만 간다.

기계공학은 이렇게 과거의 인류가 상상했던 황당무계한 바람들을 현실의 세계에서 구현하게 했다. 우리가 무심히 거는 전화, 습관적으로 타는 자동차, 비행기, 모두 과거의 인류가 간절히 바랐던 소망이 구현된 기계들이다.

기계는 이처럼 작동의 편리함과 높은 효율, 친환경성, 안정성을 추구하면서 더 나은 세상을 만들고 싶어 하는 인간의 욕구를 반영한다.

이러한 욕구는 다시 상상력에 불을 지른다. 이를 발전시키는 것이 기계공학도의 역할이다. 불가능은 없다. 다만 지금 실현되지 않았을 뿐이다. 기계는 반드시 언젠가 더 필요로 하는 누군가에 의해서 만들어진다.

기계공학 전공에 필요한 적성
명확한 문제해결을 위해 논리적이며 분석적인 자세가 요구되며, 빠르게 발전하는 공학 분야의 특성상 혁신적이며 창의적인 사고력이 필요하다.

타 관련 전문가와 협력하게 되는 경우가 많으므로 융통성과 협동정신 또한 필수적이다.

이런 학생 기계공학에 딱!
-수학과 물리, 화학은 내 손 안에 있다
-상상력이 무궁무진하고 한번 시작한 일은 어떻게든 끝을 본다
-독서를 통한 인문학적 소양으로 상상력의 연료를 꽉 채웠다
-기계가 너무 사랑스럽다
-무얼 보든 “저건 어떻게 움직이지?”를 늘 상상하고 궁금해 한다
-나는 대기업 CTO가 꿈이다

기계공학이 ‘수학, 수학’ 하는 이유
우리 주변의 기계들은 대부분 대규모로 작업되어 나오는 것들이다.

삼성 스마트폰 ‘갤럭시’ 시리즈는 수천만 대가 동일한 디자인과 사양으로 제작되고, 거의 모든 자동차는 한번 설계되면 5년 이상 동일한 틀을 유지한 채 만들어진다. 물론 이것도 필요에 의해서 단종되기도 하고 다시 리뉴얼해서 만들어진다.

이런 기계 제작 과정에서는 주어진 조건에서 최적의 작동성능을 제공하기 위한 고민이 우선돼야 하고, 대량생산을 위한 효율적인 방법과 이윤을 남기기 위한 경제적인 요소도 함께 고려돼야 한다.

이때, 기계를 설계하고 제작하는 전 과정에서 정량적인 분석이 필요한데, 이를 위한 도구가 되는 것이 바로 수학이다.

여기에서의 수학은 고체역학, 유체역학, 동역학 등 기계작동에 관여하는 자연의 법칙을 수학적으로 표현하는 것과 이 식을 이용하여 주어진 상황을 풀어 나가는 문제 해결 능력을 포괄한다.

이처럼 기계공학은 분야는 다양하지만 그 밑바탕에는 항상 수학적인 기초가 있어야 한다.

대학교에서 배우는 학과목과 고교 고과목 비교
기계공학과에서는 실생활에서 필요한 기계의 설계와 생산부터, 자동차, 초고속 열차, 인공위성, 에너지, 로봇, 인공 장기, 나노 기술 등 미래의 첨단 기술에 대해 배운다.

■고체·재료 분야
기계를 구성하는 고체 재료에 걸리는 힘, 변형량 등을 계산해서 기계가 외부의 환경에 견딜 수 있는 내구성을 갖도록 하고, 기계를 이루는 여러 가지 재료(금속, 세라믹, 플라스틱 등)의 특성을 연구한다. 고체역학, 공학재료학, 유한요소법, 재료거동학 등의 과목이 있다.

■열·에너지 분야
1700년대 증기기관이 만들어진 이후로 열기관에 대한 집중적인 연구가 진행되었고 열역학이 탄생하였다. 이 분야는 고등학교 물리2에 있는 열역학 관련 내용과 연관이 있으며 화학적인 지식도 필요로 한다. 열역학, 열전달, 냉동, 공기조화, 에너지공학, 내연기관 등의 내용을 다룬다.

■유체 분야
공기나 물 등의 유체의 유동과 기계요소간의 상호작용에 대해 연구한다. 유체의 움직임을 서술하기 위해 수학적 표현이 필요하며 미적분이 특히 중요하다. 유체역학, 유체기계, 열유체응용설계, 응용유체역학 등이 있다.

■동역학·제어·로봇 분야
대부분의 기계요소들은 가만히 있지 않고 움직이기 때문에, 기계의 움직임을 분석하고 원하는 대로 제어하는 것이 중요하다. 이 분야는 고등학교 때 배우는 뉴턴의 운동법칙과 전기회로에 대한 기본지식을 필요로 하며, 동역학, 자동제어, 메카트로닉스, 로봇공학 등을 배운다.

■생산·설계 분야
‘어떤 기계를 만들 것인가?’ 못지않게 중요한 것이 ‘어떻게 만들 것인가?’이다. 이 분야에서는 기계의 설계, 기계를 제작하고 생산하는 과정을 주로 배우게 되며, 기구학, 전산기이용기계제도, 전산기응용설계, 기계요소설계, 생산공학 등의 과목이 포함된다.

■바이오·나노 분야
고체역학, 열역학, 유체역학 등 전통적인 기계공학의 내용을 생물학에 응용하거나, 마이크로/나노 규모에서 일어나는 현상을 기계공학적인 이론으로 해석 및 연구하는 분야이다. 이렇게 작은 크기의 기계를 일컬어 MEMS(Micro Electrical Mechanical System)라고 부르며, 이와 관련된 초소형기전공학, 생체공학 등을 배우게 된다.

기계공학의 미래
“다른 학문과 융합해 더 편리한 세상을 꿈꾸라”
지금 우리는 기계로 일어나고, 먹고, 놀고, 사람을 만나고, 건강을 유지하고, 잠을 자
고, 여행하고, 아름다움을 가꾸고, 때론 기계로 숨을 쉬고 기계가 수술을 하기도 하는 세상에 살고 있다.

그러나 기계의 꿈은 계속 진화하고 있다. 이제까지의 원리와 가치체계를 뒤집을 또 다른 기계를 꿈꾼다. 그렇게 날개 없는 선풍기가 탄생했고, 전기나 기름 없이도 자동차는 달린다. 기계가 기계를 계속 진화시키고 있는 셈이다.

현재 기계 진화의 최종목표는 기계를 통해 인간이 세상의 안과 밖을 자유자재로 넘나드는 것이다. 멀리는 우주까지 작게는 우리 몸의 세포 속을 넘나들고, 우리가 하는 일을 똑같이 해내고 우리의 삶을 더 편리하게 만들어주는 것이다.

기계공학의 경우 포괄하고 있는 분야가 넓기 때문에 어느 분야보다 학문융합이 활발히 이루어진다.

전기 공학, 재료공학, 화학공학, 생명공학 등과 같은 다양한 분야와의 융합과 함께 인문학적 소양은 새로운 것을 만들어내는 창조의 힘으로 작용한다.

블루오션
로봇공학분야
삼성전자와 LG전자가 세계 최대 가전·IT 전시회 ‘CES 2020’에서 5G를 기반으로 한 인공지능(AI)·사물인터넷(IoT) 솔루션으로 펼쳐지는 더 나은 삶을 대거 공개하며 일상의 혁신을 주도하고 있다. 전 세계는 지금 휴머노이드 로봇뿐만 아니라 무인 정찰·탐지로봇, 초소형 로봇, 수술을 위한 의료용 로봇 등 다양한 분야로의 응용을 확대하고 있다.

에너지 분야
친환경적인 에너지원에 대한 수요가 날로 증가하고 있는 상황에서 고효율 태양전지, 풍력발전기 등 대체에너지 생산을 위한 장치와 연료전지, 2차전지 등 전기를 저장하고 사용하기 위한 배터리에 대한 연구가 높은 관심을 받고 있다.

바이오엔지니어링 분야
극소 암세포 검지기술, 치매질환을 유발하는 단백질 연구, 소량의 혈액을 통해 질병을 진단하는 랩온어칩(Lab on a chip), 인공피부, 인공조직 등을 만들기 위한 조직공학(tissueengineeing), 수술용 장비를 만드는 의생명공학(biomedical engineering) 등 생명공학분야와 연계된 바이오 분야의 연구가 활발히 진행되고 있다.

졸업 후의 진로
기계공학을 배운 졸업생들은 기계, 자동차, 중공업, 엔지니어링, 건설, 전자, IT, 금융분야 등의 다양한산업체뿐 아니라 변리사, 기술고시, 공무원, 공기업에도 진출하고 있다. 또한 많은 졸업생들은 대학원에 진학하여 연구소의 연구원, 대학의 교수 등으로 임용되기도 한다.

■기업계
각종 기계 및 관련 장비 생산업체, 산업기계제작회사, 자동차생산업체, 자동차부품 설계 및 생산업체, 자동차정비 및 검사업체, 항공기 제작회사, 항공기부품회사, 조선소 등
■공공·정부기관
기계직 공무원, 한국기계연구원, 한국생산기술연구원, 한국표준과학 연구원, 한국과학기술연구원, 한국원자력연구원, 한국에너지기술연구원 등
■기술분야
기계공학기술자, 항공공학기술자, 자동차공학기술자, 조선공학기술자, 메카트로닉스공학기술자 등
■학계·교육계
대학교수 등
■기타
창업, 변리사 등

기계공학 관련 직업 상세
로봇공학기술자 로봇공학기술자는 산업용, 의료용, 해저자원개발용 및 실생활에 이용할 수 있는 로봇을 개발한다.

메카트로닉스공학기술자 메카트로닉스공학기술자는 의복, 식품, 전자, 기계, 자동차, 항공기 등 각종 제품의 생산과정을 자동화하는 설비기술을 연구하고 개발한다.

반도체공학기술자 반도체공학기술자는 각종 전자제품·기기에 사용되는 반도체 설계 및 제조, 조립을 위한 공정별 기술을 개선하고, 최적 생산조건을 설정해 새로운 기능과 성능을 갖춘 반도체를 개발한다.

전자공학기술자 전자공학기술자는 물리학 및 수학의 이론과 원리를 바탕으로 재료 속성에 대한 지식을 활용해 전자제품을 연구개발, 설계하고 생산관리 및 감독한다.

소프트웨어개발자 소프트웨어개발자는 컴퓨터 하드웨어 시스템 및 통신전자기기의 작동, 제어 및 관리에 필요한 소프트웨어 또는 어플리케이션을 연구·설계·개발하고, 소프트웨어의 작동을 검사한다.

기계공학과 준비 TIP!
하고 싶은 일이 있다면 적극적으로 임하는 태도가 필요하다.

자신이 어느 분야에 관심을 갖고 있는지를 생각해보고 그와 관련된 동아리활동, 독서, 봉사 등에 적극적 임한다면 억지로 하는 것보다 스트레스도 덜 받고 보다 재미있는 학교생활을 할 수 있을 것으로 본다.

입시를 준비하기 위해 했던 모든 활동들은 대학 입학만을 위한 것이 아닌 앞으로 자신이 살아갈 인생에 도움이 되는 값진 경험이 될 수 있기 때문에 어느 것에도 주저하지 말고 적극적으로 임하길 바란다.