[理知논술/고교 통합교과 논술]과학논술<7>피드백(feedback)

피드백(feedback)에 의해 이뤄지는 자기조절작용은 19세기에 생물학계에서 다뤄지기 시작하였으나, 이것이 일반화된 개념으로 자리 잡은 것은 사이버네틱스(또는 시스템이론)의 창시자인 노버트 위너(Nobert Wiener)에 의해 1940∼1950년대에 이뤄졌다. 현재 이 개념은 자연과학과 수학, 사회과학의 거의 전 분야에 걸쳐 폭넓게 사용되고 있는 대표적인 통합교과적 개념이다.

피드백(feedback)

피드백이란 시스템에서 산출(output)된 정보가 다시 시스템으로 입력(input)되는 것을 뜻한다. 이때 시스템은 수용기(receptor)와 통합센터(integrating center), 작용기(effector)로 구분할 수 있는데, 피드백돼 입력된 정보가 작용기의 효과를 증폭시키는 결과를 초래하면 이를 양성 피드백(positive feedback)이라 하며, 정보가 작용기의 효과를 감소시키는 결과를 초래하면 이를 음성 피드백(negative feedback)이라고 한다. 음성 피드백 시스템을 이용하면 계(system)의 상태를 일정 범위 내에서 통제하는 것이 가능한데, 공학적인 장치로서 냉장고의 자동 온도조절장치나 비행기의 자동 고도조절장치 등이 대표적인 사례이며 생물체에서 혈당량이나 체온, 체액 농도를 조절하는 것이 음성 피드백의 대표적인 예이다. 양성 피드백 시스템의 대표적인 예로 옥시토신의 분비조절을 들 수 있는데, 뇌하수체에서 분비하는 옥시토신이 자궁벽을 수축시키면 그 결과 옥시토신의 분비가 더욱 촉진되어 결국 자궁의 수축이 충분히 촉진되면 태아가 자궁에서 질로 밀려나가 출산되는 것이다.

■ 예제

비행기 조종사가 조종간을 놓고 있어도 자동으로 고도가 유지되는 시스템을 만들고자 한다. 어떻게 하면 되겠는가?

항상성(homeostasis)

호메오(homeo)란 ‘동일하다’는 뜻을 가진 어근이며 스타시스(stasis)는 ‘상태’를 뜻한다. 항상성이란 계(system)가 정상 상태를 유지하려는 성질을 말하며 특히 생물학에서 널리 사용되는 개념이다. 항상성을 유지하기 위해서는 음성 피드백 시스템이 필수적으로 요구되는데, 특히 동물의 경우 시상하부(간뇌)를 중추로 하는 음성 피드백 시스템의 결과로 체액의 농도(삼투압), 혈당량, 체온 등이 일정한 범위 내로 조절된다. 동물은 자율신경과 내분비계를 이용하여 상시적으로 항상성을 유지한다. 항상성 개념은 ‘세포’나 ‘개체’의 수준을 넘어 ‘생태계’의 수준에도 적용 가능하다. 예를 들어 특정한 생태학적인 지위를 가진 종이 외부적인 충격에 의해 일시적으로 증가하거나 감소할 경우, 생태계에 존재하는 먹이사슬의 결과 그 종의 개체수는 다시 원래대로 회복되는 경향이 있다. 예를 들어 메뚜기가 외부로부터 이주하여 일시적으로 증가한다 해도, 그 메뚜기 개체수는 곧 원래대로 돌아가려는 압력을 받게 된다. 압력으로 작용하는 대표적인 요소는 개구리나 살쾡이와 같은 포식자, 제한된 먹이와 공간 등이 대표적이다. 생태계의 먹이사슬은 이러한 음성 피드백 시스템에서 핵심적인 기능을 수행하므로, 먹이사슬이 일정 수준 이상으로 손상되면 특정한 종의 증가나 감소가 제대로 제어되지 않는다.

■ 예제

어떤 선원이 바다에 표류하고 있다. 식수가 부족하여 심한 갈증을 느끼던 그 선원은 바닷물을 마시기로 했다. 바닷물을 마시게 되면 어떤 문제가 생기는지 설명하라(단, 바닷물의 염분 농도는 3%이며 사람 오줌의 염분 농도는 최고 2%이다).

경제현상에서의 피드백

전통적인 경제학 이론은 수확체감(diminishing returns)을 전제로 한다. 경제적 활동이 음성 피드백을 낳아서 결국 예측 가능한 시장 균형에 접근해 간다는 것이다. 대표적인 예로 유가가 폭등하면 정부는 에너지 절약 정책을 시행하고 석유회사는 더 많은 유전을 탐사한다. 그 결과 유가는 다시 하락할 것으로 예측 가능하다. 이처럼 음성 피드백에 의해 도달하는 시장 균형이 가장 효율적인 자원 활용과 배분을 가능하게 한다는 것이다. 그러나 최근에는 수확체증(increasing returns)에 근거하여 설명할 수 있는 새로운 경제현상들이 나타나고 있다. 대표적인 사례들은 지식기반적 분야들, 즉 제조업 가운데 첨단기술을 활용하는 분야나 정보기술(IT)산업 등에서 찾아볼 수 있다. 이러한 영역에서 음성 피드백이 아닌 양성 피드백이 나타나는 이유는, 일단 개발이 완료된 이후부터는 추가 생산비가 저렴하기 때문이다. 예를 들어 새로운 항공기 엔진의 설계와 개발, 인증과정까지 들어가는 비용은 20억∼30억 달러이다. 그러나 추가 생산에는 대당 5000만∼1억 달러만 있으면 된다. 그리고 추가로 생산이 진행될수록 생산원가는 더욱 절감된다(따라서 이익은 급증할 것이다). 부수적인 이유로 생산이 늘어나면 제조과정 등에서 새로운 노하우를 발전시킬 수 있어 비용을 절감할 수 있으며, 관련된 제품을 설계하고 생산하는 데 들어가는 비용도 절약되는 경향을 들 수 있다. 예를 들어 일본에서 반도체 집적회로를 개발할 때 그 목적은 정밀기계의 제작에 있었지만, 반도체를 소비용 가전제품에 활용함으로써 투자비용을 크게 상회하는 이익을 창출할 수 있었다.

■ 예제

VCR이 처음 소비자에게 판매될 때 VHS와 베타 방식이 경쟁하였다. VHS는 표준을 공개하여 여러 회사가 참여하였으나 베타 방식은 이를 개발한 소니(Sony)사가 독점을 고집하였고 결국 베타 방식은 기술적 우위에도 불구하고 시장에서 패하였다. 마이크로소프트사의 MS-DOS와 윈도는 각각 디지털리서치사의 DR-DOS와 애플사의 Mac OS보다 기술적으로 뒤떨어졌으나, 초기 시장점유율에서의 우세를 바탕으로 시장의 대부분을 점유하였다. 이 같은 현상이 왜 발생하는가?

답안은 이지논술 사이트에