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사고의 단계
사고에도 단계가 있다.
사고의 단계는 수직적 사고, 수평적 사고, 입체적 사고로 분류된다.
외국의 사고이론도 비슷하게 분류하고 설명하고 있다. 단, 사고의 단계 중 입체적 사고를 처음으로 주장한 사람은 前 한국발명진흥회 김 관형 이사였다.
발명이론에 약방의 감초처럼 등장하는 사고의 단계를 알아본다.
수직적 사고
수직적 사고란, 사물을 보고 생각하는데 고정 관념을 가지고 판단하려는 사고의 한 방법이다.
예를 들어 ‘책상’을 말하면, 제일 먼저 떠올리는 것이 ‘공부하는 곳’이라는 고정된 생각으로 사물을 보고 판단하는 경우이다.
우리는 일반적으로 틀에 박힌 생각에 익숙해왔다. 그것은 어렸을 때부터 부모님이 ‘시키는 대로’ 선생님이 ‘하라는 대로’ 잘 하면 효자고, 모범생이라는 유교적인 윤리관과, 획일적인 교육에 길들여있기 때문이다.
어떤 일정한 틀에 얽매여서, 거기서 조금만 벗어나면 큰일 나는 줄 알고 또 당연한 것으로 아는 잘못된 사고방식과 교육이 우리의 창의력을 그만큼 억제시켜 놓았다.
가까운 예로, 지금 당장이라도 어린이에게 그림을 마음대로 그리도록 하고 그것을 부모님께 가져다가 보이도록 해보라.
물론 열린 생각을 가진 부모님도 있어서 어린이의 상상력을 칭찬해 주고 적극 지지해주는 부모님도 계시겠지만, 대부분의 부모님들은 지금도 ‘어린이의 표현’이 무엇이며, 어떤 것을 상징하고 있는지 묻기 보다는 ‘왜 이 얼굴에는 코가 없니?’ ‘이건 삼각형이지?’ ‘사람의 손은 빨강색이 아니고 살색이란다.’ ‘비행기가 왜 네모지?’ 등등 부모님의 고정된 생각을 아이들에게까지 심어주기에 급급하다.
어른들의 사고방식 속에는 책상은 ‘공부하는 곳’이거나, ‘사무 보는 곳’으로 고정되어 있다. 그러나 아이들에게 책상을 주어보고 어떻게 사용하는지를 관찰해 본다면, 얼마나 차이가 나는지 알 수 있을 것이다.
어떤 아이에게는 책상이 침대가 되기도 하고, 어떤 어린이에게는 텐트가 된다. 비행장 혹은 수영장 그리고 안방도 되고, 주방 혹은 터널이 된다. 경우에 따라서는 피아노가 되기도 하고, 의자도 된다.
그런데 부모님들은 어떤가.
만일 한 어린이가 책상을 수영장으로 생각하고 위에서 뛰어내린다면, 아이의 생각을 지지하기 보다는 ‘책상은 공부하는 곳이에요’하며 예쁜 목소리로, 그것도 어느 경우에는 화나는 것을 참으며, 억지로 아이를 설득한다.
그것은 곧 아이에게서 창의력을 빼앗아가는 가장 쉬운 방법이다.
한 실험의 예를 보자. 개구리를 유리병에 가두고, 투명한 유리판으로 병의 입구를 막아놓았다. 개구리는 처음 몇 번은 밖으로 튀어나가기 위해 점프를 한다. 그러나 입구에 머리를 찧고, 장애물에 걸리면서 ‘아, 나갈 수가 없구나.’하고 스스로 판단하게 된다.
그 다음에는 입구에 막아 놓았던 유리판을 치워 놓아도, 개구리가 다시는 튀어 오르지 않는 것이다. 개구리의 머리 속에는 이미 입구가 막혀서 나갈 수 없다는 관념이 학습되어 버린 탓이다.
발명의 세계에서는 사물을 한 가지 생각으로만 판단하거나, 틀에 박힌 고정된 생각을 바꾸어야 성공할 수 있다.
논리학이나 수학에서는 전통적인 생각과 고정된 사고방식을 필요로 한다. 수학에서는 한 단계, 한 단계씩 끊임없이 풀어나가고, 그 단계가 모두 논리 정연한 것이어야 한다.
그러나 아이디어는 여러 가지 방법으로 생각을 해서 많은 착상 중에 우수한 아이디어를 골라 발명으로 연결시키는 것이 중요하므로 고정된 생각에서 벗어나야 한다. 그런데 우리는 지금도 은연중에 고정된 생각에서 벗어나지 못하고 있다.
예를 들면 ‘하지 말라.’이다.
‘먼지 나니까 뛰지 말라.’
‘어른들 말할 때는 끼지 말라.’
‘친구들과 싸우지 마라.’
‘위험하니 가지 마라.’
‘밥 먹을 때는 이야기 하지 마라.’
‘책에 낙서하지 마라.’ 등등…
아이디어를 찾기를 원한다면 우리의 자녀교육 방법부터, 어른들의 고정관념이 ‘하지 마라.’에서, ‘하자.’로 바뀌어야 할 것이며, 많은 지지가 따라야 한다.
‘이것이 왜 이렇게 되었는지 같이 해 볼까?’
수직적 사고를 버려라. 기다리던 발명이 그 빈 자리로 다가올 것이다.
수평적 사고
수평적 사고는 전통적인 고정 관념을 탈피하여, 사고의 중심을 수평으로 이동시키는 유연하고 함축성 있는 사고의 한 방법이다.
아이디어를 창안할 때, 사실과 꼭 맞는 논리를 펴지 아니하고, 원인과 결과의 흐름이 원리 원칙대로 맞아 들어가지 않더라도 이런 것들을 뛰어 넘어가며 생각하는 것으로 뻔한 이야기라도 뒤집어서, 혹은 거꾸로 보며 생각하는 기법을 말한다.
수평적 사고의 테크닉은 하나의 사물을 관찰할 때, 여러 방법으로 관찰하며 아이디어를 개발하는 데 있어 매우 중요한 사고방식이다.
만일 구멍을 하나 뚫는다고 할 때, 돌이나 바위에 부딪치게 되면 그 구멍은 포기하고, 옆에 다른 구멍을 뚫는 식의 방법으로 다양하게 여러 가지를 생각할 수 있는 유연한 사고의 기법이다.
어느 음식점에 갔을 때의 일이다.
둥근 탁자에 여럿이 모여 앉았는데, 웨이터가 중심에 놓인 둥근 유리판 위에 음식을 차려 놓았다. 평소의 습관대로 손이 잘 닿지 않는 음식을 덜기 위해, 사람들은 손을 길게 내뻗거나 엉덩이를 약간 들며 엉거주춤한 자세로 음식을 자기 그릇에 알맞게 덜어 내는데, 한 사람이 갑자기 둥근 유리판을 자기 앞으로 빙 돌려놓았다.
‘아차!’
회전원판인 것을 잊고 있었던 것이다.
우리는 이처럼 가끔씩 ‘아니다.’고 하면서도 습관적으로, 혹은 익숙하지 않아서 유연한 생각에 인색할 때가 있다.
인간관계에서도 가장 상대하기 힘들고 경계의 대상이 되는 사람은 ‘융통성이 없는’사람이다.
유연한 생각, 수평적 사고를 하자. 발명에서는 무엇보다도 생각의 이동과 다각적인 생각을 강조한다.
요즘 아파트, 혹은 주택의 주방에 가서 싱크대를 살펴보면 재미있는 것이 있다. 얼마 전까지만 해도 싱크대의 수도꼭지는 고정되어 있는 것이 당연했고, 목욕탕의 샤워기는 길게 늘어지게 되어 있었다. 주부들이 싱크대의 고정되어 있는 수도꼭지에서 물을 틀어 쓰면서 불편하다고 느끼기는 했겠지만 샤워기처럼 길게 늘여 쓸 생각은 별로 하지 못했을 것이다.
그런데 고정되어있던 수도꼭지가 샤워기처럼 이동을 시작한 것이다. 그제 서야 주부들은 ‘왜 진작 이런 생각을 못했지?’하며 그 편리함에 기뻐하고 있을 것이다. 그러면서 그동안 우리의 생각이 얼마나 고정되어 있었는가를 생각하면, 놀라움을 금치 못할 것이다.
우리의 고정된 생각을 조금만 수평으로 이동시켜 본다면 행운을 거머쥘 수도 있다. 1930년 경, 샌프란시스코에서 많은 양의 황금이 쏟아지고 있었다. 자연히 이곳은 황금을 캐기 위해 모여드는 서부의 사나이들로 인산인해를 이루었고, 전 지역이 천막촌으로 변해갔다.
그 와중에 스트라우스는 천막을 팔아 톡톡히 재미를 보고 있었다.
어느 날, 그에게 찾아온 군납 알선업자가 대형 천막 10만개 분량의 천막 천을 주문했다.
스트라우스는 즉시 빚을 내어, 공장과 직공을 늘려 밤낮으로 생산한 결과 3개월 만에 약속받은 천막 천을 생산했다. 그런데 모든 희망을 걸었던 군납의 길이 막혀버렸다.
시간이 흐르자 빚 독촉은 심해지고, 직공들은 월급을 안 준다고 아우성이었다. 작은 산만한, 그 엄청난 양의 천막 천을 한꺼번에 사줄 사람도 없었다. 스트라우스는 홧김에 술이라도 듬뿍 마셔볼 양으로 주점에 들렀다가, 그곳의 광부들이 옹기종기 모여 앉아 헤진 바지를 꿰매고 있는 것을 발견했다.
‘쯔쯔… 바지가 모두 닳았군. 천막천이라면 좀 체로 닳지 않을 텐데…’
스트라우스는 그 순간에 떠오른 아이디어를 실행에 옮겼다. 천막 천으로 광부들의 바지를 만들기 시작한 것이다.
이것이 오늘 날 전 세계 젊은이들이 즐겨 입는 청바지이다.
천막 천에 고정된 생각을 옷감으로 수평 이동한 그의 생각이 발명과 함께, 부를 거머쥐게 한 좋은 예이다.
생각을 바꾸는 데는 비용이 드는 것도 아니다. 당장 생각을 바꾸자. 생각을 바꾸면 습관이 바뀌고, 습관이 바뀌면 인생도 바뀐다고 한다.
입체적 사고
입체적 사고란 전통적인 논리성을 강조하는 수직적 사고와, 사고의 중심을 수평적으로 이동하며 다각적으로 생각하는 수평적 사고를 결합한 한정적 사고방법이다.
예를 들어 생각해 보자.
‘학생용 가방’하면 초등학생은 등에 메고, 중·고등학생은 손에 드는 가방이 일반적이었다. 처음에는 튼튼하고 질기게 하여 잘 팔리도록 했다. 그런데 너무 튼튼하여 어느 정도 시간이 흐르자 수요가 감소했다.
이 때 수직적 사고를 적용한다면 가방을 더욱 튼튼하게, 혹은 부드럽게 만들었을 것이다. 그런데 수요가 감소했을 경우 수평적 사고를 적용한다면 튼튼한 가방 대신 모양이 다르고, 아름답거나 기능이 추가되어 다용도로 쓸 수 있는 가방을 만들 수 있을 것이다.
한편 수요가 감소했을 때, 입체적 사고를 적용한다면 먼저 수평적 사고를 적용하여 몇 가지 대안을 개발하고, 각각의 대안에 수직적 사고를 적용하여 장기적, 혹은 단기적 효과를 검토하게 될 것이다.
그런데 이러한 대안은 무한대로 많을 수 없고, 한정적일 것이다. 이 때문에 입체적 사고를 제안한 前 한국발명진흥회 김 관형 이사는 ‘입체적 사고는 한정적 사고 방법’이라고 주장하기도 했다.
오늘날 이루어지고 있는 위대한 발명이나 첨단 기술은 엄청나게 복잡한 문제들을 다양한 생각으로 부드럽게 탐색하여 인력과 시간 및 비용을 최소한으로 하고, 보다 큰 효과를 얻을 수 있도록 많은 아이디어 중에 꼭 필요한 방안만을 선정한 후에 목표에 적합한 뛰어난 방법을 실현해야 성공할 수 있다.
록키 리서치사의 초고속 제빙기 발명이 좋은 예이다.
20여 년 전부터 얼음을 얼리기 위해 냉장고 앞에 서서 초조히 기다릴 필요가 없어졌다. 음속 비행기나 자기 부상 열차의 뒤를 이은 초고속 제빙기가 탄생되었기 때문이다.
이전까지 나온 냉장고의 제빙 속도는 한 시간여, 아무리 빨라도 20분 이상이 걸린다. 이 시간은 갑작스레 손님이 오셨을 때 등 급하게 얼음이 필요한 경우에는 기다리기 힘든 무척 긴 시간이다. 그러나 새로 탄생된 초고속 제빙기가 얼음을 얼리는 데 걸리는 시간은 단 5분. 그야말로 획기적인 시간 단축이었다.
이 초고속 제빙기를 개발한 화제의 기업은 미국의 가전업체인 록키 리서치사.
열명 남짓한 사람들이 모인 자리에서 작은 숨소리조차 들리지 않았다.
모두의 신경은 잔뜩 잡아당긴 고무줄처럼 팽팽하게 긴장되어 한곳에 모여 있었다. 작은 시계와 온도를 가리키는 계기판. 터질 듯한 관심의 화살이 모두 그곳으로 집중되어 있었던 것이다.
‘조금만 더... 조금만... 더’
계기판의 빨간 기준선. 섭씨 0도를 가리키는 작은 선 밑으로 바늘이 옮겨 갈 때마다 그들의 눈썹은 약간씩 꿈틀거리며 움직였다. 마치 운명의 시간을 기다리는 사람들처럼 그들의 표정은 비장했다.
그렇게 4분여의 시간이 흘렀을 때였다. 갑자기 그들 사이에 흐르던 침묵이 약속이나 한 듯이 일제히 터져 나온 탄성에 망가지고 말았다.
“이... 이럴 수가!”
“영하 15도야. 성공이라고!”
“하느님 감사합니다.”
봇물처럼 터진 감정의 물결은 걷잡을 수 없이 쓸려나갔다. 오랜 기다림 끝에 내리는 단비를 맞는 농부들처럼 그들은 일제히 기쁨의 탄성을 내지르고 또 내질렀다. 그들의 뒤로 영하 15도를 가리키는 계기판과 4분 십여 초를 나타내는 시계만이 변하지 않은 채 남아 있었다.
미국에 수없이 널린 가전업체 중의 하나에 지나지 않는 록키 리서치사에서 벌어진 이 사건은 단지 회사 내에서 일어난 신나는 일에 그치는 것은 아니었다. 그것은 세계 가전업계를 놀라게 하는 하나의 커다란 사건이었다.
그들의 오랜 기간동안 몰두하여 성공을 일구어낸 것은 제빙 속도를 현저히 단축시킨 초고속 제빙기의 개발이다. 록키 리서치사는 종래 제빙기에서 일률적으로 쓰이던 기계적인 압축장치와 프레온 가스 등의 냉매를 사용하지 않고 화학반응만으로 처리하는 획기적인 방법을 장안해낸 것이다.
“복잡하거나 특별한 기술적 차이가 있지는 않습니다. 종전의 방식을 약간 변형시킨 것 뿐이죠.”
록키 리서치사의 설명처럼 새로운 제빙기는 냉매의 응축과 증발이라는 종래의 제빙원리에서 크게 벗어나지 않는다. 하지만 이른바 ‘역 마이크로웨이브’라 불리는 새로운 방법을 창안하여 이에 의해 제빙 속도를 크게 개선하는 놀라운 효과를 보인 것이다.
역 마이크로웨이브 방식은 오존층을 파괴하는 물질로 알려진 프레온 가스는 일체 쓰지 않는다. 그 대신에 기체 암모니아를 사용한다.
열을 가하면 기체 상태의 암모니아가 방출되어 응축기는 거쳐 원래의 상태로 돌아오게 된다. 이때 순환과정에서 암모니아는 열의 흡수 방출을 하며 냉각 장치의 온도를 순간적으로 영하 15도까지 하강시키는 것이다. 이때 소비되는 시간은 고작 5분도 되지 않는 짧은 시간이다.
자연을 이용하여 전기를 만들어 내는 방법도 여러 가지가 있다.
바람을 이용한 발전, 혹은 댐을 만들고 그 물을 이용하는 수력발전 등이 있는데, 바닷물, 특히 파도를 이용한 발전이 영국 퀸즈대학의 토목공학도들에 의해 개발되었다.
파도를 이용한 이 전력 생산 방법은 우선 해안선을 따라 대규모의 콘크리트 용기를 만드는 것으로 시작된다.
토목공학자들이 영국의 이슬레이 섬 해안에 설치한 콘크리트 용기는 120입방미터로서, 이 용기로 파도가 쏟아져 들어와 용기 속의 공기를 압축하게 되고 다시 밖으로 빠져나가면서 용기 속을 진공으로 만들도록 고안되었다.
이렇게 대규모의 공기가 들어왔다가 나가는 과정이 반복되고, 압축과 진공이 되풀이되면서 특수하게 설계된 터빈이 1분에 1,500번 정도 돌아가게 된다. 이슬레이 섬에서 생산된 전력은 이 섬의 바로 옆에 위치한 포트나헤븐 마을의 주민 200가구가 쓸 수 있을 정도로 넉넉한 전력량이라고 한다.
토목공학자들의 수석연구원인 톰슨 교수는 말한다.
“석탄만큼 싸지만 환경에 전혀 피해를 주지 않는 에너지 입니다.”
우리가 아는 수력·풍력·화력 발전이 사고의 단계를 거쳐 파도력 발전으로 이어졌다.
이 것으로 끝일까?
‘지구는 끊임없이 도는 특성을 갖고 있는데, 만약 이런 회전력을 이용하여 전기를 만들어 낼 수 없을까?’
황당하기도 하고, 그럴듯하기도 한 이 질문에 명확한 해답이 나온 것이다.
미국 샌디아고에서 몇 사람의 은퇴한 공학자와 물리학자들이 거대한 지구의 회전력을 이용하여 막대한 에너지를 얻는 방법을 고안해 낸 것이다.
그들이 개발한 ‘자이로 동력기’라는 기계는 지구가 회전하면, 자체에 내장되어 있는 회전자가 지구가 돌아가는 반대 방향으로 역회전하게 되어, 이렇게 생긴 회전자의 회전은 기어에 의해서 발전기로 전달되고 전기가 생산되는 것이다.
그들이 만든 자이로 동력기는 지름 5㎝의 회전자를 가진 작은 시제품에 불과하여 아직 전기를 만들지는 못했지만 핵심적인 기술이 개발되었기 때문에 완성품의 개발은 시간문제라 한다.
인간의 사고는 끝이 없고, 입체적 사고의 합리적 방법의 절차는 만족할만한 발명을 효과적으로 이끌며, 발명으로 성공하는 지름길이 될 것이다.
글 : 왕 연 중
* 영동대학교 발명특허공무원학과 교수
* 한국발명문화교육연구소 소장
* 한국과학저술인협회 이사 겸 사무총장
* 한국청소년과학기술진흥회 이사
* 한국발명신문 논설위원
* 한국법률신문, 한국법률일보 편집위원
* 한국스카우트연맹 편집위원
* 특허청 발명교육센터 발명 강사
* 세계최다발명도서저술인(104권)
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왕연중의 발명칼럼
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