[창간1주년 특별기획⑧] 4차 산업혁명 이끄는 핵심 기술 현주소

경제 / 김들풀 / 2019-07-29 16:32:34
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각국 정부와 주요 기업들의 4차산업혁명 핵심 기술 동향
인공지능(AI), 지능형 반도체, 초고성능 컴퓨팅 등 IT기술은 물론 뇌과학, 수학, 첨단소재, 기초과학부터 응용기술까지 인류가 전혀 경험하지 못한 빠른 속도의 획기적 기술진보가 이뤄지고 있다.

이는 산업 시스템과 구조 전반에 파괴적인 혁신을 촉발하고 있다. 우리는 이를 '4차 산업혁명'이라고 부른다.

AI, 빅데이터, IoT(사물인터넷), 블록체인, 클라우드, 모바일(5G), VR・AR, 초감지센서 기술 등은 각종 기기와 자동차, 로봇, 공장, 의료 서비스 등 기존 산업에 융합·연결된 4차 산업혁명을 이끌고 있는 핵심 기술들이다.

▲ 전 세계의 인공지능 시장은 2030년에 3671억 달러(한화 약 432조4000억 원)까지 확대될 전망이다. [Pixabay]

인공지능(Artificial Intelligence, AI)

인공지능 기술은 금융, 의료, 제조업 등 경제·산업은 물론 사회·문화적 측면에서 광범위한 파급효과를 가져올 전망이다.

경제·산업 측면에서 인공지능 기술은 이미 자율주행 자동차, 지능형 로봇, 스마트 팩토리 등 제조업 및 의료, 교육, 금융 등 서비스업과 융합되며 상용화되기 시작했다. 특히 사회·문화적 측면에서 인공지능의 확산은 대대적인 고용구조의 변화와 새로운 사회 규범 및 질서체계 가 확립될 것으로 전망된다.

세계 인공지능 시장은 다양한 산업에 적용하면서 놀라울 기세로 성장하고 있다. 미국 리서치 업체인 트랙티카(Tractica)의 보고서에 따르면, 전 세계의 인공지능 시장은 2030년에 3671억 달러(한화 약 432조4000억 원)까지 확대될 전망이다.

인공지능은 영상인식 및 처리, 음성인식 통번역 등 다양한 형태의 기술이다. 문제는 미국 기업을 중심으로 유럽. 중국 기업들이 기술 주도권을 선점하고 있다.

이에 비해 국내 인공지능 산업은 이제 막 형성 단계로 일부 대기업 및 IT기업에서 관련 연구에 투자를 확대해 나가고 있는 실정이다.

▲ 빅데이터는 크기(Volume), 속도(Velocity), 다양성(Variety)과 최근에는 가치(Value)가 더해지고 있다. [AIRMAN Magazine]

빅 데이터(Big Data)

빅데이터는 이전에도 존재한 디지털 환경에서 생성되는 데이터다. 이제는 그 규모가 방대하고, 생성주기도 짧고, 형태도 수치 데이터뿐 아니라 문자와 영상 데이터를 포함하는 대규모 데이터를 의미한다.

빅데이터의 특징으로 크기(Volume), 속도(Velocity), 다양성(Variety)을 들 수 있다. 최근에는 네 번째 특징으로 가치(Value)가 더해졌다. 이는 정형화된 데이터가 아니라 엄청난 규모의 비정형적인 데이터가 생성되고 있다. 따라서 가치 창출은 시간이 지나면서 매우 빠르게 전파, 또는 변화하고 있는데 전체를 파악하고 유효한 패턴을 발견하는 것이 매우 어렵다.

이 분야 역시 국내 기업들은 글로벌 기업에 비해 현저히 낮은 수준의 분석 능력을 갖추고 있다.

▲ 국내 클라우드 서비스 시장은 해외 기업의 점유율이 67%이며 국내 기업 시장 점유율은 10% 미만이다. [Flickr]

클라우드(Cloud)

클라우드는 빅데이터와 관련이 깊다. 데이터를 인터넷과 연결된 중앙컴퓨터에 저장해서 인터넷에 접속하기만 하면 언제 어디서든 분석 서비스를 이용할 수 있는 것을 말한다.

글로벌 클라우드 서비스 시장은 미국 아마존웹서비스(AWS), 마이크로소프트(MS), 오라클 등이 선점하고 있다. 덕분에 아마존과 마이크로소프트는 '꿈의 시가총액 1조'를 넘나들고 있다.

반면 국내 IT 대기업의 클라우드 서비스 개발은 모두 실패했다. 심지어 이들 기업 데이터센터(IDC)는 마이크로소프트와 아마존, 오라클 등 글로벌 IT 기업에 공간을 임대하는 코로케이션 서비스를 하는 실정이다.

이유는 국내 기업의 빅데이터를 인공지능(AI)으로 분석할 수 있는 소프트웨어 개발 능력의 한계 때문이다.

현재 국내 클라우드 서비스 시장만 보더라도 아마존웹서비스(AWS), 마이크로소프트 등 해외 기업의 점유율이 67%에 달한다. 국내 기업은 KT와 네이버 비즈니스 플랫폼(NBP) 등이 추격하고 있으나, SaaS(Software as a Service) 분야의 국내 시장 점유율은 겨우 10% 미만이다.

▲ 구글 자율주행자동차 웨이모. 2009년부터 2018년까지 실제 도로 1600만 km를 달렸다. [Google]

자율주행 자동차(Autonomous Car)

자율주행 자동차는 운전자가 브레이크, 핸들, 가속페달 등을 제어하지 않아도 도로의 상황을 파악해 자동으로 주행하는 자동차다.

시장조사업체 네비건트리서치에 따르면 세계 자율주행차 시장은 2020년 전체 자동차 시장의 2%인 2000억 달러를 차지한 뒤 2035년까지 1조2000억 달러에 달할 것으로 전망했다.

자율주행 자동차도 미국이 핵심기술과 시장을 선도해 나가고 있다. 구글 웨이모를 비롯해 자율주행차 경쟁력 2위인 지엠(GM), 테슬라, 우버 등 수십 개 업체가 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 또한 유럽 연합이 그 뒤를 쫓고 있다.

현재 미국 애리조나 피닉스와 캘리포니아 일대에서는 구글 웨이모의 레벨 4 무인 자율자동차가 택시 서비스를 실시하고 있다.

구글 웨이모는 2009년부터 2018년 11월까지 실제 도로에서 시험주행을 총 거리 1000만 마일(1600만 km) 달렸다. 이는 사람들이 운전하는 경우 350년이 걸려야 도달하는 주행거리다.

반면, 한국은 공식적으로 2016년부터 2018년 6월까지 총 47대로 20만km, 비공식 70만 km를 실제 도로에서 달렸다. 단순 수치로만 봐도 웨이모 한 기업이 달린 거리에 한참 못 미친다.

물론 자율주행 자동차는 자율주행 소프트웨어와 라이다, 카메라, 센서, 초정밀 지도 등과 도로 인프라가 중요하다. 이 역시도 국내 기술은 초보 수준에 머물러 있다.

▲ MS MR(Mixed reality, 혼합현실) 기기 홀로렌즈 의료 분야에 적용중이다. [Microsoft]

AR / VR (Augmented Reality, 증강현실/Virtual Reality, 가상현실)

AR(Augmented reality, 증강현실)과 VR(Virtual reality, 가상현실) 모두 실시간으로 현실 세계와 상호작용이 가능한 기술이다.

AR은 실제 현실에 가상의 3D 객체를 더해 보여주는 방식이고, VR은 모두 허구의 상황이 제시된다는 점에서 차이가 있다. MR(Mixed reality, 혼합현실)은 AR과 유사하지만 VR에 실제 영상을 투영하는 기술이다.

AR과 VR, MR은 모두 실제로 존재하지 않은 현실을 구현해 사람이 이를 인지할 수 있도록 하는 기술이다. 따라서 산업 및 의료, 교육 분야 등 다양한 분야에서 활용하고 있다.

관련 시장은 구글, 마이크로소프트, 페이스북 등 해외 IT기업이 선도하고 있다. 이는 컨텐츠 개발과 대용량 데이터를 처리할 수 있는 기술을 확보하고 있기 때문이다. 심지어 마이크로 소프트는 공간 컴퓨팅에 있어 홀로 인터넷 플랫폼을 구축하고 있다.

국내 관련 핵심기술은 거의 없다고 볼 수 있다. 삼성전자 VR 기어 시리즈 하드웨어와 소프트웨어도 페이스북이 인수한 오큘러스(Oculus) 제품이다.

▲ 평창 동계올림픽 당시 인텔의 슈팅스타(Intel's Shooting Stars) 드론 1218개가 형상화한 오륜기 [Intel]

드론(Drone, 무인항공기)

드론은 무선전파로 조정할 수 있는 무인 비행기로, 1989년 일본 키엔스사가 자이로 센서를 응용한 소형 쿼드로터 드론 자이로소서(Gyro-Saucer)를 완구, 취미로 개발 출시했다.

이후 미국과 중국 등에서 아이디어를 낚아채 드론 설계 및 제어기술을 안정화 단계에 접어들면서, 이벤트 및 택배 서비스, 과학농업, 안전운용, 공공안전 등 다양한 분야에서 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다.

글로벌 드론 시장규모는 2020년까지 115억 달러까지 성장할 것으로 전망되고 있는 가운데, 하드웨어와 소프트웨어 기술 모두 미국의 아마존과 구글 등과 중국 DJI, 유럽 중심으로 재편되고 있다.

일례로, 평창 동계올림픽 당시 공중에 무려 1218개의 드론이 만들어낸 거대한 스노우보더와 오륜기 이벤트는 인텔의 슈팅스타(Intel's Shooting Stars) 드론을 이용했다. 특히 드론 하드웨어도의 출동 방지기능, 사물인식 기능 등도 중요하지만 GPS를 통한 정밀한 위치 조작과 수많은 드론을 일사불란한 애니메이션 효과를 줄 수 있는 소프트웨어 기술이 주목받았다.

한국은 드론을 차세대 주력산업으로 육성하기 위해 기술 및 산업 발전을 위한 지원정책을 수립했다. 하지만 관련 하드웨어와 소프트웨어 기술 개발보다는 응용 기술 시범사업을 진행 중이다.

▲ 아마존(Amazon) 협업 코봇(Co-Bot) 키바(Kiva) 로봇. 전 세계 물류센터에 4만5000대가 투입돼 4만5000 직원들과 협업한다. [amazon] 

로봇(Robot)

로봇은 인간을 모방해 외부환경을 인식(Sense)하고 상황을 판단(Think), 자율적으로 동작(Act)하는 기계다. 현재 로봇은 제조용 로봇과 서비스용 로봇으로 구분되고, 서비스용 로봇은 전문서비스용 로봇과 개인서비스용 로봇으로 분류된다.

최근 제조업의 생산성 경쟁 심화, 안전 이슈 부상, 저출산·고령화 심화 등으로 인해 로봇산업이 부상하고 있다.

인간의 감정을 흉내 내는 지능형 감성로봇(Emotional robot)으로 진화하고 있으며, 사물인터넷(Internet of things, IoT), 빅데이터(Big data) 및 인공지능(Artificial intelligence, AI) 기술까지 융합하는 기술 발전을 기반으로 로봇산업은 전통적인 제조업뿐만 아니라 의료, 실버, 국방, 건설, 생활가전, 물류, 드론 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 또한 교육, 문화, 예술에도 접목을 할 수 있어 넓은 분야에서 발전 가능성이 매우 큰 산업이다.

특히 최근 고령화, 4차 산업혁명의 대두라는 사회적 트렌드에 맞춰 인간과 기계의 융합·협력이 강조되고 있다. 이는 기존 인간의 노동을 대체하는 개념의 로봇이 아닌 인간과 협력이 가능한 협동로봇 개념이 산업현장에서 적용되기 시작했다.

가령 아마존(Amazon)은 사람과 함께 협업하는 코봇(Co-Bot)인 키바(Kiva) 로봇이 전 세계 물류센터 120여 곳 가운데 20곳에 무려 4만5000대가 투입돼 4만5000명의 직원들(직원들은 로봇이 할 수 없는 아이템을 분류하고, 포장 색깔을 골라 포장 디자인)과 협업하고 있다.

제조용 로봇 완제품 시장은 파낙, ABB, 야스카와, 쿠카 등 글로벌 4대 기업이 점유율 70% 이상이다. 하지만, 중국 정부의 '중국제조 2025' 정책으로 인해 중국시장이 2020년까지 글로벌 로봇시장을 석권할 전망이다.

글로벌 로봇시장은 가파르게 상승하고 있다. 글로벌 생산 체계가 실물 공장을 가상현상과 연결하는 '인더스트리(Industry) 4.0'로 전환되면서 제조업용 로봇 수요가 급증하고 있다.

일본은 세계 10대 기업 중 7개를 보유하고 있으며 기술력은 세계 최고다. 하지만, 해외로 제조업 기지를 이전하는 기업 수가 증가하고 있다. 미국은 트럼프의 제조업 장려 정책으로 특히 자동차 산업의 로봇산업 수요가 급증하고 있다.

독일은 글로벌 4대기업인 쿠카를 보유하는 등 특히 스마트 팩토리 기술력이 세계에 가장 앞서고 있다. 그 밖에 대만 및 프랑스가 제조업 경쟁력을 위해 투자를 지속하고 있다.

한국은 근로자 1만 명당 로봇 밀집도가 531명으로 세계 최고 산업용 로봇 활용국이다. 산업용 로봇 생산은 세계 4위, 산업용 로봇 시장규모 세계 2위를 기록하고 있다. 하지만 국내 로봇산업은 기술력 부족으로 핵심 부품과 소프트웨어 자립도가 낮고 제조 로봇산업과 비교해 상대적으로 서비스 로봇 산업 경쟁력이 열악하다.

▲ 3D 프린터 소재인 금속과 액체금속. [페이턴틀리 애플(Patently Apple)]

3D 프린터(Three Dimensional Printer)

3D 프린터는 3차원의 입체적 공간에 인쇄하는 장치다. 분말 기반의 재료를 레이저로 녹인 뒤 응고시켜서 프린트하거나 액체 기반의 재료를 강한 자외선 혹은 레이저로 순간적으로 굳혀서 프린트한다. 또 가장 흔한 방식으로 고체 기반의 재료를 열을 가해서 녹인 뒤 쌓아 올려 상온에서 식혀 굳히는 방식이 있다.

3D 프린터의 주재료로 플라스틱 소재를 많이 이용한다. 최근 다양한 산업 분야에서 3D 프린터의 활용 가능성에 주목하면서 플라스틱 소재 외에도 고무, 금속, 세라믹, 음식재료 등 다양한 소재가 이용되고 있다.

전통적으로 항공이나 자동차와 같은 제조업 분야에서 주로 활용되었으나, 최근에는 그 활용 영역을 빠르게 넓혀 가고 있다. 가장 대표적인 분야가 의료, 건설, 소매, 식품, 의류 산업이다.

의료 분야는 가장 적극적으로 3D 프린터 기술을 도입하고 있는 분야로, 관절, 치아, 두개골, 의수 등을 비롯한 인공 귀나 인공 장기를 만드는 데 이용한다. 미국 항공우주국(NASA)은 우주에서 먹을 음식을 만들기 위해 3D 푸드 프린터를 개발했다.

국내 300여 개 3D 프린팅 업체 대부분 수익을 내지 못하고 있다. 가장 큰 이유 중 하나는 소재 때문이다. 쉽게 말하면 플라스틱 소재는 가성비가 나오지 않는다. 하지만 줄기세포 분자 등 바이오 소재나 금속(또는 액체금속)은 각광을 받고 있다. 즉, 소재를 확보해야 한다.

▲ UC버클리에서 개발한 몸 속에 이식할 수 있는 마이크로 칩. [UC버클리]

생체 인터넷(Internet of Biosignal, IoB)

생체신호인터넷(Internet of Biosignal) 또는 생체인터넷(Internet of Biometrics or Biometry)이란 몸에 착용 가능한 다양한 센서들(Sensors)이 건강 관련 생체정보 데이터들을 실시간으로 감지하고 분석해 사용자들에게 모바일 기기나 착용용 기기(WCs)에 제공하여 건강을 유지하게 하는 것을 말한다.

혈당(blood sugar), 심박동(heart rate, heartbeat), 심전도(EKG/ECG, ElectroCardioGram), 수화/수분(Hydration), 땀(Sweat), 혈압(blood pressure), 영양(nutrition), 혈당(blood sugar), 수면(sleep), 호흡수(respiratory rate), 산소 포화도(oxygen saturation), 몸무게(weight), 키(height), 온도와 습도 등이다.

이들 생체정보들은 위험상황을 사전에 감지해 본인의 생명을 살릴 수도 있으며, 장기기증상태로 타인의 생명까지 살릴 수 있다.

특히 원격의료(Tele medicine) 기술과 각종 센서들이 융합된 마이크로 크기의 칩(SOC, System on a chip) 또는 마이크로유체칩(Microfluidics Chip) 또는 렙–온어–칩(Lab on a Chip)은 현장에서 검사/분석하고 진단하고 치료할 수 있는 현장 진단(Point-of-care, POC, field diagnosis, Field check, on-the-spot check)으로 발전하고 있다. 이는 착용용 진단분석 기기를 통해 의사와 쌍방향으로 실시간 치료가 가능하다.

현재 전 세계에서 핏빗(FitFit), 나이키(Nike)의 퓨얼밴드(Fuel Band), 런키퍼(RunKeepr) 등이 생체정보들의 분석(A)/진단(D)/처방(T)/예방(P)하는 모바일 헬스 케어 앱은 수만개 이상 출시됐으며, 이들 앱을 다운로드받아 사용하는 사람도 수억 명에 달한다.

애플이 최근 출시한 애플워치 4는 '심전도(ECG) 센서'와 '넘어짐 감지 기능'을 탑재해 출시되자 마자 전 세계에서 사람들의 생명을 살리고 있다. 특히 심방세동(AF·atrial fibrillation)을 감지한 심전도 측정은 병원에서만 검사할 수 있었다.

애플과 구글 등 해외 IT기업은 건강과 생명관련 생체인터넷을 클라우드와 빅 데이터에 베이스를 두고 추진하고 있다.

삼성전자 갤럭시S9과 갤럭시S9 플러스에는 혈압과 스트레스를 측정할 수 있는 특수 광학 센서가 탑재되어 있다. 샌프란시스코 캘리포니아 대학과 공동으로 개발한 '마이 BP 랩' 앱을 설치하면 된다.

KT도 소량의 혈액과 소변으로 심혈관 질환 (협심증, 심근경색), 호흡기 질환, 당뇨, 전립선암 등의 질병을 신속히 진단할 수 있는 디지털 헬스케어 솔루션을 출시했다.

글로벌 기업들은 인간중심의 건강/생명을 중시하는 생체인터넷을 추진하고 있다. 사실 사물인터넷은 원격제어와 원격작동 이외에는 뚜렷한 비즈니스 모델이 아직 없지만, 생체인터넷은 다양한 비즈니스 모델을 개발할 수 있다.

따라서 한국도 기존의 스마트폰 이외의 스마트 워치, 스마트 글라스, 스마트 렌즈, 스마트 링 등의 분야에서는 클라우드와 빅 데이터를 바탕으로 하는 별도의 전략을 수립하고 추진해야 한다.

생체인터넷 분야는 이제 막 시작이다. 나 혼자 독불장군식으로는 절대 성공할 수 없다. 오픈 이노베이션으로 추진해 소프트웨어개발키트(SDK)를 공개하고, 앱 개발자, 병원, 대학, 벤처, 서비스 사업자, 통신 사업자 등이 모두 참여할 수 있는 오픈 플랫폼을 구축하여 생태계(Ecosystem)을 만들어야 한다.

또 우리가 잘할 수 있는 기타 몸에 착용하는 IoB 기기, 패치, 파스, 현장진단(POC) 기기 등과 IoB에 무선으로 전력을 공급하는 기술과 몸에 이식할 수 있는 무선충전을 동시에 하는 마이크로 이식기 개발 등에 집중하면 성공할 수 있다.

▲ 한국이 세계 최초로 상용화한 5G 이동통신. [KT]

5세대 이동통신(5G)

차세대 이동통신 5G는 한국이 세계 최초 상용화를 달성했다. 기존 네트워크보다 빠른 것뿐만 아니라, 끊김이나 지연 현상이 없이 수많은 센서를 초연결하기 때문에 차세대 기술로 주목받고 있다.

5G는 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 증강 · 가상현실(AR/VR), 빅데이터 등 다양한 기술과 연계해 자율주행차 제어, 스마트홈, 스마트팩토리, 로봇 원격 제어, 실시간 클라우드 컴퓨팅, 스트리밍 서비스까지 많은 분야에서 일대 혁신을 불러일으킬 것으로 기대된다.

하지만, 우리 현실을 돌아보면 5G에 실을 만한 기술과 컨텐츠가 없다는 것이 문제다. 자율주행 자동차도 AR/VR 분야 컨텐츠도 매우 빈약하다. 또 로봇 제조 및 기술과 제조업 혁신을 위한 스마트팩토리 글로벌 지수, 드론 운용 능력 등 각종 분야에서 우리의 기술 수준과 소프트웨어 등이 빈약하기는 마찬가지다.

UPI뉴스 / 김들풀 전문기자 itnews@upinews.kr

 

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