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발명의 단계
발명에도 단계가 있다.
발명의 단계는 비분할 결합, 분할 결합, 비약결합으로 분류된다. 외국의 발명이론도 비슷하게 분류하고 설명하고 있다.
발명이론에 약방의 감초처럼 등장하는 발명의 단계를 사례와 함께 알아본다.
비분할 결합
첫 단계가 비분할 결합이다.
비분할 결합이란, 어떤 물건을 분할하지 않고 있는 그대로 다른 용도로 사용하든가, 다른 물건과 결합시켜 두 가지 이상의 용도를 갖게 하는 것이다.
예를 들면 드라이버에 전등을 부착하는 것 같은 발명이다.
보통 사람이 발명으로 성공하려면 간단한 아이디어 상품이면서 많은 사람이 절실히 필요한 것을 찾아내야 하는데, 발명을 처음 시작할 때 이 기법을 사용하면, 어렵지 않게 해낼 수 있다.
일본 ‘나가모리전기회사’의 연구실에서 회의가 열렸다.
이 회사 연구팀의 가족은 고작 서 너 명으로 각종 드라이버를 생산 판매하며 말이 연구원이지 실제로는 다른 업무까지 겸하는 사람들이다.
“히야꼬, 오늘 매상은 어때?”
“어제 보다 더 줄었는데요.”
“그래? 큰일이군.”
이 회사에서는 매상이 날로 줄어들자 새로운 상품을 개발해야 했고, 연구팀은 연구에 몰두하고 있었다.
“아무래도 안 되겠어요. 대책을 세워야 하지 않을까요?”
“그래, 우선 시장 조사부터 하자 구.”
시장 조사 결과 그들은 놀라운 사실을 발견했다.
당시 드라이버의 용도는 기계 겉 부분의 나사못을 빼거나 박는 것이 고작이었는데, 실제 필요한 드라이버는 기계 속의 구석지고 어두운 곳의 나사못을 다루는 것이었다.
조사 결과가 밝혀지자 연구팀의 과제는 보다 분명하게 드러났다. 연구팀은 본격적으로 개발에 들어갔다. 그런데 쉽사리 찾아내리라 생각했던 기발한 아이디어는 좀체 떠오르지 않았다.
“무슨 좋은 방법이 없을까요?”
“글쎄 말이야. 다시 한 번 현장을 가 보는 것이 어떨까?”
“그게 좋겠어요. 현장에 부딪쳐보면 좋은 묘수가 생겨날지도 모르지요.”
“그럼 가 봅시다.”
그들은 또다시 현장을 찾아 나섰다.
현장 기술자들은 기계 안의 구석지고 어두운 곳을 손전등으로 비추어 가며 작업을 하고 있었다.
‘그렇지! 드라이버에 손전등을 추가 하면 되겠구나.’
생각이 여기에 이르자, 연구는 일사천리로 진행되었다. 드라이버 자루의 소재를 투명한 플라스틱으로 하고, 그 속에 전지와 꼬마전구를 넣은 다음, 자루 끝을 렌즈 형으로 하여 전구에서 나온 빛이 드라이버 끝에 집중적으로 비추도록 했다. 특허로도 손색이 없었다.
“이야, 성공이다.”
‘나가모리 전기회사’가 일본 굴지의 회사로 급성장하게 된 것은 말할 것도 없다.
하이만의 지우개 달린 연필 발명도 비분할 결합에서 탄생한 발명이다.
가난한 화가지망생이자 15세짜리 소년가장이었던 하이만이 이 작품을 고안해 낸 것은 1867년 7월.
당시 미국 필라델피아에 살고 있던 하이만은 지독한 궁핍 속에서 병든 홀어머니를 간호하며 먹고 살기 위해 그림그리기에 몰두했었다. 그러나 대화가의 꿈은 자꾸만 시들어 가고 냉혹한 현실만 그를 몰아세웠다.
어느 추운 겨울날 마침 그는 여느 날과 다름없이 일찍부터 열심히 데생작업을 하고 있었다.
오전 중으로 그림을 완성해 내다 팔아야 끼니를 이을 수 있기 때문이었다.
그런데 작은 사고가 생겼다. 데생이 잘못돼 지우고 다시 그려야겠는데 도무지 지우개를 어디에 두었는지 생각이 나질 않았다. 온 방안을 샅샅이 뒤졌으나 지우개는 끝내 찾을 수 없었고, 결국 이날은 한 장의 그림도 그려내지 못했다. 유난히 건망증이 심했던 하이만에게 종종 일어나는 일이었다.
다음 날부터 그는 지우개에 실을 꿰어 연필에 매달아 사용해보았다. 잃어버릴 염려는 없었지만 연필을 사용할 때마다 지우개가 덜그럭거려 여간 불편한 게 아니었다.
그러던 어느 날 외출을 하기위해 모자를 쓰는 순간 거울 속에 비친 자신의 모습에서 반짝이는 영감을 얻는다.
‘지우개를 연필의 머리부분에 모자 씌우듯 고정시키면 잃어버릴 염려도 없고 편리하게 사용할 수 있겠구나!’
서둘러 양철조각을 구해 연필과 지우개를 접속시켜 보았더니 고민이 말끔히 해소됐다.
친구의 도움으로 특허출원을 마친 하이만은 리버칩 연필회사 사장을 찾아갔다. 사장은 매년 5천 달러씩 주는 조건으로 하이만의 특허를 사들였다.
이밖에도 미국의 플림톤은 스케이트에 바퀴를 부착시켜 ‘롤러스케이트’를 발명했다.
또 스트라우스는 천막 천을 가지고 ‘청바지’를 만들어 1년 판매량 2천만 개, 순이익 6천 달러의 성공을 거두며 당시 전 산업분야에 걸쳐 단일품목 중 가장 많이 팔리고, 가장 큰 순이익을 올린 품목으로 기록되었다.
또한 전등은 오랫동안 조명의 역할 만을 해왔으나 파장을 조금만 바꾸면 살균 램프가 되었다.
일종의 비분할 결합으로 성공한 사례들이다.
비분할 결합은 발명의 첫 단계로서 초보적인 수준에 불과하지만 가장 중요한 기법 중의 하나로 이 기법을 이용하면 실용신안이나 디자인 출원 정도는 어렵지 않게 해낼 수 있을 것이다.
시작이 반이라고 했다. 지금 당장 무엇이든 좋으니 비분할 결합을 해보라.
분할 결합
두 번째 단계로 분할 결합이 있다.
이것은 어떤 물건을 분해한 다음, 그 분해 된 부품을 다르게 결합하거나, 다른 부품을 추가 결합하여 새로운 용도를 갖게 하는 것이다.
예를 들어 4칸 회전문을 분해하여 3칸 회전문으로 다시 결합한 것과, 냉장고를 분해한 다음 냉동 기능을 추가하여 결합한 것 등이다.
우선 냉장고와 냉동법이 어떻게 발명 되었는지 각각 살펴보자.
냉장고는 누가 발명했을까? 여러 주장이 있으나 가장 먼저 특허를 받은 사람은 미국의 야콥 파킨스였다. 야콥은 본래 미국인이었으나 대부분의 생활을 영국에서 했고, 냉장고 원리의 특허도 영국의 특허청에서 받았다.
그의 특허명세서에는 냉장고의 원리에 대하여 ‘공기압축 사이클’을 중심으로 기록하고 있는데 내용은 이렇다.
“이 사이클에서는 휘발성 액체의 증발에 의해서 냉각이 이루어지고, 동시에 그 휘발성 액체를 항상 응축하며 손실 없이 되풀이하여 운전에 이용할 수 있습니다.”
그러나 야콥의 특허는 모델 이상의 상품으로 생산되지는 못했다. 후원자도 없었지만 야콥이 너무 늙어 더 이상 활동할 수 없었기 때문이다.
냉장고를 처음으로 상품화하는데 결정적인 기여를 한 사람은 제임스 해리슨이다. 제임스는 오스트레일리아로 이주하여 인쇄공으로 일하고 있었는데, 그는 야콥이 누구인지도 몰랐고, 야콥이 냉장고의 원리를 발명한 사실은 더욱 모르고 있었다. 제임스는 활자의 세척에 에테르를 사용하면서 그 뛰어난 냉각효과를 이용할 방법을 찾고 있었다.
“에테르의 이 뛰어난 냉각효과를 달리 이용할 방법은 없을까?”
처음에는 막막하기만 했으나, 몇 년 동안 인쇄기를 수리하면서 그는 스스로 지혜를 터득하여 냉장고를 설계하는 데 성공했다.
냉동법을 처음 발명한 사람은 여행이 취미였던 ‘크렌즈 버즈아이’이다.
미국 동북 지방의 해변 마을에서 바다까지 얼어붙는 지독한 추위가 계속되던 어느 날, 버즈아이는 출항을 앞에 두고 기선을 손질하고 있었다. 그러다가 그는 놀라운 광경을 목격하게 되었다.
“어? 이 물고기는 두 달 전에 먹다 남은 것인데 왜 이렇게 싱싱하지? 이제 막 잡아 올린 것처럼 싱싱하네.”
그는 이 물고기가 영하의 낮은 온도에 꽁꽁 얼어 신선도를 유지하고 있었다는 사실을 곧 알아냈다.
‘그렇다면 쇠고기나 채소 같은 것도 이렇게 얼려두면 오랫동안 신선도를 유지할 수 있을까?’
즉시 집으로 돌아온 버즈아이는 토끼를 잡아 실험을 시작했다.
종이 상자에 양초를 입히고, 그 안에 여러 개의 칸을 만들어 토끼고기와 얼음을 차례로 채워놓아 보았다. 얼음 칸 사이의 토끼고기는 곧 얼어붙어 상할 염려가 없었다.
특허 출원을 마친 그는 식품회사인 ‘제너럴 푸드사’를 찾아갔다. 식품 저장에 고심하고 있던 제너럴 푸드사는 버즈아이의 특허를 당시로서는 세계 최고의 가격으로 사들였다.
각각 어렵고, 힘들게 발명된 냉장의 원리와 냉동의 원리는 분할 결합되어 또 하나의 새로운 발명품이 된 것이다.
피에르 미쇼의 페달자전거 발명도 분할 결합에서 탄생되었다.
자전거는 페달이라는 개념을 도입해 기계적인 동력을 부여함으로써 본격적인 기업화와 대량보급에 성공한 주인공이기 때문이다.
프랑스 파리 변두리의 한 만물 수리상 고장 난 물건이면 무엇이든 고치는 미쇼의 이 점포에 드라이스가 만든 자전거가 수리를 위해 맡겨졌다.
발명가의 이름을 따 ‘드라이스호’라 불린 이 자전거는 말이 ‘자전거’이지 실제는 나무로 만든 장난감에 가까웠다.
한 시간에 간단히 수리를 마친 미쇼는 시험 삼아 아들 에룬스트에게 직접 타보도록 했다.
“아빠 너무 힘들어요, 좀더 편리한 자전거는 없나요?”
자전거를 타고난 아들이 칭얼거리며 내뱉은 말이었다.
당시의 자전거는 페달 없이 오직 발로 땅을 치는 힘으로 움직였기 때문에 에룬스트의 반응은 당연한 것이었다.
순간 미쇼는 동력장치를 떠올렸다. 만물박사로 통하던 미쇼에게 그 정도의 물건을 만드는 것은 식은 죽 먹기.
1주일 만에 밟기만 하면 거침없이 앞으로 쑥쑥 나가는 페달이 달린 새로운 자전거를 만드는데 성공했다.
신기한 자전거에 대한 소문은 금세 퍼졌고 이내 주문이 밀려들었다.
만물수리상은 자전거공장으로 바뀌고 첫해 90대, 이듬해에는 1백42대를 만들어 짭짤한 재미를 봤다.
3년째에는 프랑스 전역은 물론 영국에서까지 주문이 밀려들어 3백여 명의 종업원을 채용, 대량생산에 들어갔다. 몇 년 후인 1868년 5월31일에는 파리에서 세계 최초의 자전거경주가 열릴 정도로 페달달린 자전거의 인기는 폭발적이었다.
멜빵은 아기를 등에 업기 위해 만들어진 것인데 미끄러져 내려가지 않게 하기 위해 가슴 앞에서 띠를 열십자 모양으로 엇매어 조여야 한다. 그러자니 가슴이 답답하여 숨쉬기도 불편할 만큼 불편했다.
그러나 란도 셀은 어깨에 걸치는 것으로 같은 기능을 가졌지만, 가슴이 답답하지 않게 제작되었다.
따라서 란도 셀도 분할결합에서 비롯된 발명이라 할 수 있다.
분할결합은 이용하면 특허출원을 위한 고도의 기술을 요하는 발명도 할 수 있다. 이 기법은 주로 신제품 개발에 많이 이용되고 있다. 지금 당장 도전하라. 발명에서의 승자는 하루라도 빨리 도전하는 자 만이 될 수 있다.
비약 결합
마지막 세 번째 단계로 분할 결합이 있다.
비약 결합이란 글자 그대로 비약적인 고도의 단계에 속하는 발명기법이다.
그것은 어떤 물건으로부터의 고정관념을 탈피하여 획기적인 기능을 창출하는 것이다.
이를 위해서는 획기적인 기능과 원리를 결합한다.
트랜지스터를 반도체로 발전시킨 것과 수동을 자동으로 개선한 것은 기술의 비약적인 발전을 가져왔고, 이 것이 곧 비약결합의 좋은 예이다.
일본에는 과거부터 ‘무엇은 무엇이라고 푼다.’고 하는 수수께끼 놀이가 있다.
‘거미줄은 소매점이라고 푼다.’
이 두 가지 사이에는 언뜻 보면 아무 관계도 없는 것 같다. 그러나 그것을 연관짓는 것이 비약 결합이다.
‘그물을 쳐놓고 손님이 오기를 가만히 기다리고 있으니까.’
수수께끼를 풀면서 두뇌의 활동이 비약적으로 작용한다. 거미들의 생태를 잘 관찰하여, ‘좋은 장소에 거미줄을 치면 그만큼 수확이 크다.’는 이론을 발견하고, 소매점이 번성할 수 있는 아이디어를 찾아내기도 한다. 많은 발명과 발견은 이 비약 결합에 의해 이루어졌다.
지금으로부터 약 1백 50여 년 전, 영국에서는 동전을 넣으면 움직이는 놀이기구가 유행하고 있었다.
당시의 놀이기구는 지금의 전자오락 기구만큼이나 유행하고 있었다. 이 놀이기구를 바라보는 사람들은 한결같이 호기심뿐이었다.
그러나 덴함의 경우는 달랐다.
‘동전을 넣으면 일정한 시간 동안 움직인다. 어떤 원리일까?’
그러나 덴함의 의문은 쉽게 풀렸다. 놀이기구의 제작회사를 찾아간 덴함은 너무나도 간단한 원리에 허탈하기까지 했다.
“동전의 무게로 작동이 가능하지요.”
놀이기구 기술자의 설명을 들으며 덴함은 비약적인 생각을 하게 되었다.
‘그렇다면 우표나 물건을 자동으로 판매할 수 있는 기계를 만들 수 있지 않을까!’
그의 머리 속으로 수많은 상상이 전개되었다. 집으로 돌아온 덴함은 ‘자동판매기’의 기발한 착상을 떠올리고, 연구에 착수했다. 그는 1페니를 넣으면 그것이 슈트에 전해져서 떨어지게 되고, 이때 용수철의 끝이 벗겨져서 우표가 나오는 자동판매기를 발명하게 된 것이다.
덴함은 이 획기적인 발명으로 영국 발명계의 화제가 되었다.
요즘 온 세계에 널리 퍼져 경이로운 업적을 쌓고 있는 컴퓨터도 비약결합의 결과라고 말할 수 있다. 컴퓨터는 사람이 입력해 놓은 프로그램에 따라 자동으로 주어진 자료를 읽고, 기억하며 계산·분류·집계 등을 실행하며 그 결과를 인쇄하는 전자장치이다.
미국의 매사추세츠 공과대학 교수였던 로버트 워너는 수학자로, 어느 날 교수들의 연구실을 찾아가서 이렇게 말했다.
“우리 모두 이제부터 문을 열고 나와 한 곳에 모입시다. 그래서 모두의 지혜를 한데 모아 봅시다.”
그래서 교수들은 한 자리에 모여, 인간의 뇌의 작용에 대한 토론을 벌일 것을 합의하고 얼굴을 마주했다.
당시는 2차 세계 대전 중으로, 그 무렵 미국은 일본의 비행기 폭격에 대처하느라 속을 썩고 있었다.
고사포의 탄환이 비행기가 날고 있는 고도까지 올라가려면 상당한 시간이 걸리고, 비행기는 지그재그 비행을 하므로 명중률이 낮았다. 이것을 격추시키려면 복잡한 진로를 미리 예측하여 거기에 포탄을 쏘아 올려야 하는데, 그러자면 인간의 뇌처럼 고도의 작용을 하는 고사포 조준장치가 필요하다고 여긴 미국 당국이 워너의 그룹에 이 연구를 요청했던 것이다.
이 그룹은 ‘사이버네틱스’라는 새로운 학문을 개척하여 ‘자동제어’를 중심으로 연구했고, 사이버네틱스를 이용한 고사포는 성능이 우수해서 일본의 폭격기를 대부분 명중시켰다. 컴퓨터의 역사는 여기서부터 시작된 것이다.
여기에도 도전하라. 행운은 도전하는 자를 기다리고 있는 것이다.
글 : 왕 연 중
* 한국발명문화교육연구소 소장
* 한국과학저술인협회 사무총장
* 영동대학교 발명특허공무원학과 교수
* 한국스카우트연맹 편집위원
* 특허청 발명교육센터 발명 강사
* 세계최다발명도서저술인(104권)
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왕연중의 발명칼럼
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