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TRIZ를 이용한 적정기술 개발

바퀴처럼 구르는 아프리카 물통… TRIZ와 적정기술이 만나 기적 낳다

신정호 | 160호 (2014년 9월 Issue 1)

Article at a Glance – 혁신

적정기술 개발을 위한 트리즈(TRIZ)의 활용 ‘USI’

1) 상황 이해하기(Understand the situation)

2) 문제 탐색하기(Search problems to solve)

3) 새로운 상상하기(Imagine something new)

 

적정기술로서 갖춰야 할 기본 요건 ‘PPAS’

1) 그 기술을 필요로 하는 장소(Place)에 적합할 것

2) 그 기술을 활용할 사람들(People)에게 적합할 것

3) 가격이 알맞을 것(Affordable)

4) 지속가능할 것(Sustainable)

 

 

 

에른스트 슈마허(Ernst Friedrich Schumacher, 1911∼1977)는 독일 태생의 영국 경제학자로 적정기술의 개념 보급에 큰 공헌을 한 사람이다. 그는 1973년 그의 저서 <작은 것이 아름답다(Small is beautiful)>에서 첨단 기술과 전통 기술 사이에 있는 중간 기술(Intermediate Technology)에 대해 언급했고 이것이 적정기술(Appropriate Technology)의 개념으로 발전했다. 적정기술은 창의적인 문제해결 방법론인 트리즈(TRIZ)와도 밀접한 관련이 있다. 양자 간 관련성을 이해하기 위해선 트리즈의 주요 개념 중 하나인 이상성(Ideality)에 대해 살펴볼 필요가 있다.

 

트리즈의 이상성과 적정기술

트리즈에서는 문제 해결의 이상적인 목표를 이상성이라고 정의한다. 이는 유용한 특성의 합을 유해한 특성들의 합으로 나눈 비율을 뜻한다. 시스템의 기능을 유용한 특성이라고 한다면 그 시스템에 소요되는 비용은 유해한 특성이라고 볼 수 있다. 트리즈 관점에서 가장 이상적인 시스템은 이상성이 무한대인 시스템, 즉 비용이 전혀 소요되지 않으면서도 필요한 기능이 구현되는 상태다. 모든 기술 시스템은 이상성의 값이 증가하는 방향으로 진화를 지속한다. 열쇠가 없어도 문을 여닫을 수 있는 지문인식 장치, 병따개가 없어도 뚜껑을 딸 수 있는 병뚜껑 등이 대표적인 예라고 할 수 있다. 이 같은 트리즈의 이상성은 적정기술이 추구하는 목표와 정확하게 일치한다. 적정기술은 적은 비용으로 작동할 수 있고 유지 보수에 비용이 거의 들지 않으면서도 원하는 기능을 발휘할 수 있는 시스템을 만드는 것이기 때문이다.그렇다면 트리즈를 적정기술 개발에 어떻게 활용할 수 있는지에 대해 구체적으로 살펴보도록 하겠다.

 

 

적정기술 개발을 위한 트리즈의 활용

적정기술 개발에 트리즈를 활용하기 위해서는 크게 3단계를 거쳐야 한다. 1단계는상황 이해하기(Understand the situation)’. 제일 중요한 단계로 실제 적정기술이 사용될 장소와 사람을 포함한 환경에 대해 정확하게 이해하고 필요한 기술이 무엇인지 정의해야 한다. 만약 상황을 제대로 이해하지 못한다면 문제해결의 방향을 제대로 정하지 못하게 된다. 2단계는문제 탐색하기(Search problems to solve)’. 1단계에서 정의한 기술을 구현하는 데 문제가 되는 사항들을 구체적으로 파악하는 단계로 개괄적인 개선방향을 설정하게 된다. 마지막 3단계는새로운 상상하기(Imagine something new)’. 2단계에서 파악한 개별 문제에 대한 다양한 새로운 상상을 통해 개선방법을 파악하는 단계다. 이 단계에서 트리즈의 40가지 발명 원리가 적극 활용될 수 있다.

 

 

위에서 설명한 세 가지 단계는 흔히 각각의 영문 첫 글자를 따 ‘USI(you see)’라고 칭한다. 새로운 적정기술을 찾기 위해 바로 당신이 잘 살펴봐야 한다는 의미를 담고 있다. 지금부터 소개하는 적정기술 농기구 개발 사례는 2012년 진행된 특허청 후원 트리즈 교육을 통해 적정기술 개발에 트리즈가 활용된 사례다. 이 과제는 아프리카에서 활용이 가능한 기술을 개발하고자 하는 취지에서 시작됐다. 각 단계별로 기술 개발의 과정을 살펴보도록 하자.

 

트리즈(TRIZ)

트리즈는 러시아의 과학자 겐리히 알트슐러(Genrich S. Altshuller, 1926∼1998)가 정립한 문제해결 방법론이다. 전 세계 200만 건 이상의 특허를 분석해 모든 문제에는 모순을 해결하는 일정한 패턴이 있다는 걸 발견해 정리한 이론으로 러시아어로 ‘Teoriya Resheniya Izobretatelskih Zadach’의 약자다. 이를 영어로 번역하면 ‘Theory of Inventive Problem Solving’으로 발명문제를 해결하는 이론 정도로 직역할 수 있다. 여기에서 언급하는 발명문제는 하나 이상의 기술적 모순을 포함한 문제다. 결국 트리즈는 문제의 모순을 해결하는 패턴을 다룬 방법론이라고 이해할 수 있다.

 

트리즈의 여러 도구 중 가장 대표적인 건 모순 해결의 패턴을 정리한 40가지 발명원리다. 40가지 발명원리는 다음과 같이 구성돼 있다. 이 원리들을 통해 다양한 모순해결의 가능성을 검토해볼 수 있다.

 

 

1단계: 상황 이해하기

본 과제에서 관심을 가진 장소는 가난한 이들이 많은 아프리카다. 아프리카는 인구의 50%가 극빈자로 분류되며 하루 평균 생활비는 70센트 정도라고 한다. 아프리카에서 가난이 지속되는 가장 큰 이유는 식량 수확량 부족이다. 식량 수확을 위해서는 충분한 농기구와 운반 수단이 필수적이다. 하지만 실제로 아프리카에는 운반 수단이 없어 대부분 여자들이나 아이들이 머리에 이고 운반한다고 한다. 그래서 본 과제에서는 아프리카에서 사용될 수 있는 새로운 농기구를 개발하는 것을 목표로 설정했다.

 

2단계: 문제 탐색하기

새로운 농기구를 개발하기에 앞서 우리나라에서 전통적으로 사용됐던 다양한 농기구들을 살펴보기로 했다. 과거에 우리도 비슷한 경제 상황에서 비슷한 문제를 고민했을 것이며, 이런 고민의 결과로 만들어진 도구들을 잘 벤치마킹한다면 좋은 지혜를 얻을 수 있을 것이라 판단했기 때문이다.

 

다양한 도구들을 관찰한 끝에 우리가 관심 있게 살펴본 도구는 짐을 옮길 때 쓰는 지게였다. 지게는 짐을 얹어 사람이 지고 다니게 만든 기구로 디딜방아와 더불어 우리가 발명한 우수한 농기구 중의 하나로 꼽히고 있다.

 

하지만 지게를 아프리카 땅에서 그대로 사용할 수는 없는 일이다. 적정기술로서 갖춰야 할 기본 요건이 충족돼야 하기 때문이다. 적정기술은 이른바 ‘PPAS(Place, People, Affordable, Sustainable)’라고 명명할 수 있는 네 가지 조건을 갖춰야 한다. , 적정기술은 그 기술을 필요로 하는장소(Place)’에 적합한 것이어야 한다. 동시에 적정기술은 현지사람들(People)’에게 정말 필요한 기술이어야 하며 현지 사람들이 직접 활용하고 운영할 수 있는 수준의 기술이어야 한다. 또한 적정기술은 가격이 알맞아야(Affordable) 한다. 초기 도입 비용과 부품들의 가격이 현지 사람들이 지불할 만한 수준으로 저렴해야 한다. 마지막으로 적정기술은 반드시 오랜 기간 운용될 수 있어야 하며 현지인 스스로 지속가능한(Sustainable) 상황을 만들 수 있는 조건을 갖춰야 한다.따라서 우리나라 전통 농업 사회에서 활용했던 지게를 오늘날 아프리카에서 활용할 수 있는 적정기술로 만들기 위해선 PASS 조건을 갖출 수 있도록 개선하는 노력이 필요하다. 이는 크게 세 가지 방향으로 정리해 볼 수 있다.

 

1. 어떻게 조립과 분해를 쉽게 할 수 있을까?

지게는 대부분 몸체와 가지가 한 몸을 이루고 있다. 이 때문에 제품의 부피가 커질 수밖에 없고 배송에 비용이 많이 들게 마련이다. 또한 가지가 부러진 경우 수리에 애를 먹을 수 있다. 하지만 조립과 분해가 쉽다면 적은 비용으로 간편하게 운반할 수 있고 문제 있는 부품을 쉽게 교환할 수 있을 것이다.

 

2. 지게에 다른 기능을 부여할 수는 없을까?

지게는 기본적으로 짐을 운반하는 기구다. 운반기능 외에는 별다른 기능이 없다. 만약 새로운 추가 기능을 지게에 부여할 수 있다면 자원의 활용도를 높여 효율적인 도구가 될 것이다.

 

3. 고정장치를 없앨 수 없을까?

기구를 만들다 보면 여러 부품들을 연결할 때 볼트와 너트 등의 고정장치로 결합하게 된다. 이런 경우 제작에 노동력이 많이 소요됨은 물론 향후 유지보수도 어려워진다. 이에 본 과제에서는 고정장치가 없이도 결합과 분해가 쉬운 구조에 대해 고민했다.

 

3단계: 새로운 상상하기

2계에서 탐색한 문제들을 해결할 수 있는 해결방안을 찾기 위해 트리즈의 발명원리를 활용했다.

 

1. 분할 원리 적용

 

분할(Segmentation)

- 독립적인 하위 시스템으로 나눈다.

- 조립과 분해가 쉽게 만든다.

- 분할의 정도를 높인다.

 

트리즈의 발명원리 중 첫 번째로 나오는 발명원리가 분할이다. 지게의 조립과 분해를 쉽게 하기 위해서 지게의 몸체 부분과 가지 부분을 분할하는 해결방안이다. 몸체는 일체형으로 제작하고 두 개의 가지 부분을 분할해 필요한 때에만 결합해 활용할 수 있는 구조를 구상했다. 전체 구조가 매우 단순해질 수 있고 운반이나 보관에 필요한 공간을 대폭 줄일 수 있다. 이 경우 가지 결합부의 강도를 보강하는 것이 필요하다.

 

 

2. 반대로 원리 적용

 

반대로 (Reverse)

- 요구되는 작용을 거꾸로 한다.

- 고정 부분은 움직이게, 유동 부분은 고정시킨다.

- 뒤집는다.

 

지게를 다른 용도로 사용하기 위한 해결방안을 찾기 위해 트리즈의 13번째 발명 원리인 반대로 원리를 활용했다. 지게의 몸통 부분을 뒤집어서 활용하면 몸통의 모서리 부분이 땅을 개간하는 쟁기의 기능을 할 수 있다. 모서리 부분에 땅을 팔 수 있는 도구를 결합하는 게 필요하다.

 

 

3. 셀프서비스 원리 적용

 

셀프서비스 (Self-service)

- 스스로 보완작용을 하고 유지 보수할 수 있게 한다.

- 유휴 자원을 활용한다. 요구되는 작용을 거꾸로 한다.

 

고정장치 없이 결합하는 문제를 해결하기 위해 셀프서비스 원리(25번째 트리즈 발명 원리)를 적용했다. 가장 이상적인 시스템은 비용이 전혀 소요되지 않으면서도 효과를 얻을 수 있는 시스템이라는 점을 이미 언급한 바 있다. 이런 의미에서 가장 이상적인 고정장치는 고정장치 없이도 스스로 고정이 되는 것이다. 그래서 분할된 부품들이 서로 끼워질 수 있는 구조로 만들어 결합 후 하중이 가해지면 가해질수록 단단히 결합되게 만들어야 한다.

 

 

HandyGG 개발 결과

 

 

 

 

 

앞에서 도출된 아이디어들을 기반으로 개발된 것이 바로 HandyGG. HandyGG휴대가 가능한 지게+쟁기라는 의미를 담은 이름이다. 이 발명품은 아주대 한주한 학생이 주 발명자로 참여한 과제의 결과물이다. 몸체는 일체형으로 제작됐고, 가지 부분은 탈부착이 가능하도록 구성됐다. 또한 그림에서 살펴볼 수 있는 것처럼 가지 부분의 바 두 개를 분리한 후 몸체를 뒤집어 아래 쪽에 삽 부품과 함께 끼우면 쟁기로 변환이 가능하다. 또한 서로 끼워지는 구조로 인해 어떤 고정장치가 없어도 추진력만으로 서로 단단하게 결합이 된다. 지게와 쟁기의 두 가지 기능을 갖춘 새로운 발명품인 셈이다.

 

1 HandyGG 기술 요약

 

본 장치는 강철로 제작돼 충분한 강도를 확보하고 있으며 최대 300㎏까지 운반이 가능하고 전체 기구의 무게도 3.8㎏으로 매우 가볍다. 또한 머리에 이거나 손에 들고 운반하는 방법과 비교했을 때 에너지 소모를 44%나 줄일 수 있다. 또한 하중이 온몸에 분산돼 목이나 허리에 무리가 가지 않아 어린이나 여성들이 다치는 것을 방지할 수 있다.

 

 

만약 1에이커( 4046)를 경작할 때 두 사람이 일반적인 괭이를 가지고 작업을 한다면 25일 정도가 소요되나 HandyGG를 사용하면 9일이면 충분하다. 제품의 가격은 5000개를 중국에서 생산해 배송하는 경우를 가정했을 때 개당 30달러 정도로 예상된다. 현재 이 발명은 최근 특허로 등록(10-1395501)됐으며 현지 보급을 위해 다양한 기관과 협의 중이다.

 

트리즈의 발명원리로 살펴본 대표적인 적정기술 사례들

큐드럼 (Q Drum)

가장 대표적인 적정기술 사례로 손꼽히는 큐드럼을 본 기고문에서 언급한 USI 3단계에 따라 살펴보도록 하겠다. 물론 큐드럼은 수익성 측면에서 평가했을 때 사업적으로 성공했다고 말하기는 힘들지만 기술적인 측면에서만 평가했을 때 다뤄 볼 가치가 있는 사례라 할 수 있다. 한 번에 무려 50리터의 물을 어린아이도 쉽게 운반할 수 있도록 만든 기술이기 때문이다.

 

그림 1큐드럼 (Q Drum)

 

 

1) 상황 이해하기(Understand the situation)

물이 부족한 아프리카에서는 식수를 구하기 위해 땡볕 아래서 무거운 물 양동이를 들거나 머리에 이고 수㎞를 걸어 다녀야 하기 때문에 이는 매우 힘든 일이다.

 

2) 문제 탐색하기(Search problems to solve)

어떻게 하면 힘을 덜 들이고도 물을 편리하게 운반할 수 있을까? 어떻게 하면 단순하면서도 오래 사용할 수 있는 내구성을 갖출 수 있을까? 어떻게 하면 떨어져 나가는 부품 없이 사용할 수 있을까?

 

3) 새로운 상상하기(Imagine something new)

14번째 트리즈 발명원리구형화

: 물통의 모양을 원형으로 만들어서 들어 옮길 필요 없이 쉽게 굴러갈 수 있는 형태로 만든다.

7번째 트리즈 발명원리포개기

: 가운데 구멍을 만들어 끈을 통과시켜 쉽게 물통을 끌 수 있게 한다.

25번째 트리즈 발명원리셀프서비스

: 떨어져 나가는 손잡이나 축이 없이도 굴러갈 수 있는 구조로 하고 어디에서나 쉽게 구할 수 있는 식물 줄기나 가죽으로 끈을 만들어 쓸 수 있게 한다.

 

라이프스트로(LifeStraw)

라이프스트로는 글로벌 사회적 기업인 베스터가드 프란센 그룹이 개발했다. 오염된 물을 정화시킬 수 있는 빨대로 한 사람이 1년 동안 먹기에 충분한 분량인 최대 1000리터의 물을 정수할 수 있으며 박테리아를 99.9% 이상 제거해 준다고 한다.

 

그림 2라이프스트로(LifeStraw)

 

 

1) 상황 이해하기

식수가 부족한 나라에서는 10초에 한 명꼴로 오염된 물로 인해 많은 사람들이 목숨을 잃는다. 특히 아프리카 지역에서는 오염된 물로 인해 치명적인 질병에 걸리거나 피부병에 시달린다고 한다.

 

2) 문제 탐색하기

어떻게 하면 오염된 물을 깨끗한 물로 쉽게 바꿀 수 있을까? 어떻게 하면 휴대가 간편할 수 있을까?

 

3) 새로운 상상하기

31번째 트리즈 발명원리다공질 재료

: 세균 및 불순물을 걸러낼 수 있는 필터를 활용해 오염된 물을 정수한다.

 

21번째 트리즈 발명원리고속처리

: 기다릴 필요 없이 바로 정수해서 마실 수 있도록 한다.

 

25번째 트리즈 발명원리셀프서비스

: 별도의 전기 장치 없이 입으로 빨아들이는 힘만을 이용해 물을 필터에 통과시킨다.

 

1리터의 빛 (Liter of Light)

1리터의 빛이라 불리는 페트병 태양 전등은 대낮에도 컴컴한 개발도상국 빈민가에 빛을 선사하는 기술이다. 이 적정기술은 필리핀을 포함한 많은 나라에 널리 보급돼 빈민들에게 빛을 선사하고 있다. 페트병 태양 전등이 만들어내는 빛이 55W가량 전구 하나의 빛과 같은 밝기를 만들어 낸다고 한다.

 

그림 3 1리터의 빛 (Liter of Light)

 

 

1) 상황 이해하기

필리핀 지역의 많은 빈민가에서는 집들이 다닥다닥 붙어 있기 때문에 햇볕이 집안에 들지 못한다. 그래서 낮 시간에도 집 안은 매우 컴컴하다. 가난한 탓에 대낮에도 어둠 속에서 살 수밖에 없기에 일상생활에 큰 불편을 안고 살아간다.

 

2) 문제 탐색하기

어떻게 하면 전기를 사용하지 않고도 어두운 집안을 낮 시간 동안만이라도 밝게 할 수 있을까?

 

3) 새로운 상상하기

3번째 트리즈 발명원리국소적 품질

: 지붕의 일부분에 구멍을 내고 그곳으로 빛을 통과시킨다.

 

20번째 트리즈 발명원리유익한 작용 지속

: 통과된 빛이 한 지점만 비추는 것이 아니라 사방을 비출 수 있도록 물이 채워진 병에 표백제를 넣어 산란시킨다.

 

22번째 트리즈 발명원리해를 이롭게

: 버려지는 페트병을 물병으로 활용한다.

 

세상을 바꾸는 작은 아이디어

 

첨단 기술의 발달로 우리가 사는 세상은 점점 더 편리해지고 있다. 편리한 세상 속의 우리는 먼 곳에서 물을 길어올 필요도 없고, 오염된 물을 마실 걱정도 없으며, 낮이나 밤이나 밝은 곳에서 살고 있다. 하지만 개발도상국의 주민들은 이 모든 것들이 생존을 위한 중요한 문제다. 이런 문제들을 찾아 그들의 입장에서 그들이 필요한 기술을 개발하고 보급하려는 움직임이 전 세계적으로 펼쳐지고 있다.

 

성공적으로 보급되고 현지에서 지속가능성을 확보한 기술들도 있지만 현지 비즈니스와 연계되지 못한 기술들은 한시적인 지원이 있을 때에만 반짝 효과를 내는 한계를 드러내기도 한다. 모든 적정기술은 앞서 언급한 장소(Place), 사람(People), 저렴한 비용(Affordable), 지속가능성(Sustainability) 4가지 요소에 대한 검토가 치밀하게 이뤄졌을 때 성공할 수 있다. 이러한 조건을 만족하는 기술을 개발하기 위해서는 기존 틀을 벗어난 창의적인 아이디어들이 필요하다. 그런 의미에서 트리즈가 새로운 적정기술을 개발하는 데에 널리 활용될 수 있으리라고 본다.

 

적정기술은 세상을 아름답게 하는 기술, 우리 모두가 함께 살아가기 위한 공존의 기술이다. 세상을 아름답게 만드는 많은 적정기술들이 지속적으로 연구개발돼 다 함께 행복하게 살아가는 멋진 세상이 되기를 기대해본다. 작은 아이디어가 세상을 바꾼다.

 

 

신정호 이트리즈 대표 cco@etriz.com

필자는 KAIST에서 기계공학 석사 및 박사 학위를 받고 독일 베를린공대 설계방법론 연구실에서 초청 연구원을 지냈다. 2004년부터 LG전자 생산기술원에서 근무하며 트리즈팀 리더를 지냈고 2012 3월 이트리즈를 설립했다.

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