미래를 내다보는 4차 산업혁명

[농부의 딸]

4차 산업혁명 시대가 개막한다.

16세기부터 시작된 과학기술 혁명이 IT혁명으로 이어지고 있다.

지구촌이 본격적으로 4차산업혁명시대에 진입하고 있다. 4차 산업혁명을 이해하려면

컴퓨터, 스마트폰, 인터넷 외에 인공지능(AL: Artificial intelligence), 나노기술, 무선통신, 센서기술등을 이해해야 한다.

인공지능(Artificial intelligence), 딥러닝(deep learning) 기계학습

인공지능이란 기계가 사람의 지능을 흉내내는 것이다. 인공지능을 갖추기 위해 컴퓨터는 여러가지 방법을

시도해볼 수 있는데 그중에서 '기계학습' 과 '딥러닝'이 최근 알파고 바둑에서 사용되었던 기법이다.

간단히 예를 들어보자. 키 큰 사람은 보통 체중도 무겁다. 그래서 수많은 사람들의 키와 체중을 수집해(x.y) 

평면에 찍어보면 그 점들이 y=ax+b라는 직선 주변에 모이게 된다. 보다 많은 사람들의 테이터를 넣어준 다음 

컴퓨터에게 "키가 173이면 체중은 얼마쯤 될까?"라고 물으면 통계적으로 정확한 답을 줄 수 있게 된다.

컴퓨터에게 많은 데이터를 줄수록 컴퓨터가 정확한 답을 줄 수 있다.

마찬가지 원리로 아침 공복과 당뇨 데이터를 컴퓨터에 많이 넣어서 그 점들이 일직선 가까이 모인다면

컴퓨터는 아침공복과 당뇨의 상관관계가 높다고 판단하게 된다. 기계가 진단 정보를 학습해낸 것이다.

주어진 문제가 키와 체중같은 단순한 문제가 아니라 키, 체중, 혈당, 혈압... 같이 많은 파라메타로 이루어진 

문제라면 더욱 고차원적 문제가 된다. (파라메타: 일정하게 정한 한도)

컴퓨터에게 고양이 사진을 보여주면 어떻게 인식할 수 있을까?

컴퓨터는 먼저 선, 면,색깔, 크기등 단순한 요소에서 출발해 귀, 눈, 코, 발 같은 부분을 식별해 내려고 한다.

컴퓨터는 아주 작은 크기의 화면부터 살펴보면서 그 영역이 점인지, 선인지(수평, 수직, 대각선), 곡선인지,원인지와

같은 단순한 판단을 한다. 일단 이 수준에서 내려진 판단이 상위 수준으로 보내진다. 상위 수준에서는 하위 수준에서

올라온 정보에 기반을 두고 그 영역이 눈인지 코인지 귀인지를 판단하게 된다. 이러한 정보들은 다시 상위층으로 

보내져 최종적으로 전체 그림이 어떤 동물인지를 판단하게 된다.

여기서 보는 바와같이 '딥러닝(deep learning)'은 많은(deep) 층들(layer)로 이루어져 있고

가장 밑바닥 층은 가장 작은 부분을 보면서 그 격자 속 이미지가 무엇인지에 대해(점 직선 곡선 원 등인지)

Yes or No 로 판단한다(leaming). 이 층에서 생성된 신호는 상위 층으로 보내진다.

상위층에서는 밑에서 올라온 Yes or No신호에 기반을 두고 보다 큰 이미지 부분이 눈인지 코인지 입인지 여부를 

판단한다. 이런 과정이 점차 상위층으로 올라가면서 컴퓨터는 보다 높은 수준에서 판단(고양이, 개인지, 고흐, 고갱 

그림인지, 어떤글자)을 하게된다. 이처럼 밑으로부터 위로 여러 층을 두고 올라가며 판단을 종합하는 기법을

 '딥러닝 기계학습' 이라고 한다.

만일 주어진 문제가 고양이 인식이 아니고 의료진단 이라면 수많은 환자들의 데이터들을 입력시키고 그 환자들이 

언제 어떻게 발병했는지 등 병력도 넣어준다. 그러면 컴퓨터가 이러한 여러가지 파라메터들 간의 상관관계를 

분석하게 한다. 의사는 홍수같이 많은 데이터 간의 수많은 상관관계를 분석해낼 수 없지만 컴퓨터는 분석해낼 수 

있다. 의사는 매년 수만편 나오는 논문을 다 읽고 기억할 수 없지만 컴퓨터는 할 수 있다.

의사는 사진 색깔을 몇 단계밖에 구분하지 못하지만 컴퓨터는 수천, 수만 단계까지 구분해낼 수 있기 때문에

컴퓨터는 의사보다 정확하게 진료를 할 수 있게 된다. 이것이 바로 인공지능이다.

무선통신, 센서와 나노기술과 변화들

인공지능에 비해  '무선통신' 은 우리에게 친숙한 기술이다.

방안에 설치된 WIFI 공유기, 건물 옥상에 설치된 이동통신사 3G/LTE 기지국등이 우리가 많이 사용하고 있는

무선통신이다. 이외에도 무선이어폰, 무선스피커, 프린터등과 통신하는데 사용되는 블루투스 등이있다

'센서'(sensor)는 무게, 온도, 속도등의 신호를 입력받아 그에 상응하는 숫자(digital)를 표시해주는 기기다.

저울은 체중을 숫자로 알려주는 일종의 무게센서이다. 체온계는 온도를 숫자로 표시해 준다.

그러나 보통 센서라고 하면 나노기술을 사용해서 훨씬 작은 크기로 만들어지는 센서들을 칭한다.

'나노기술'(Nano Technology)이란 10억분의 1미터 단위의 물질을 합성하고, 조립, 제어하는 기술을 말한다.

우리가 컴퓨터에 센서라고 입력해보면 속도센서, 빛센서, 터치센서, 소리센서 등 수많은 소형센서들이

아주 저렴한 가격에 팔리고 있음을 알 수 있다. 스마트폰 안에도 빛센서, 소리센서, 터치센서 등 20-30개의

센서가 들어있기 때문에 사진을 찍고 통화하는 일들이 가능해지는 것이다.

최근에는 3종류(센서+ 컴퓨터+ 무선통신)의 회로를 손톱만한 크기의 칩(chip)에 같이 넣어

'mote sensor node' 라는 이름으로 저렴하게 판매하고 있다. 이 mote chip 은 워낙 소형이여서 양말이나

지갑에도 부착시킬 수 있고 삼킬수도 있다. 만약 양말 속에 이 mote chip 을 넣어두면 chip 안에 있는 센서가

그사람의 이동경로와 시간을 무선통신으로 지구 어느곳으로든 전달할 수 있다.

그러면 지구 반대편에서도 그 사람이 어느위치에서 무엇을 하고 있는지 알 수 있다

이것을 삼키면 내시경 기능을하게된다.

화분에 넣어두면 수분을 센싱해서 스마트폰으로 물줄 시간을 알려주고

아기 기저귀에 부착시키면 기저귀 교체시간을 알려준다. 건설현장 중장비에 부착하면 소음, 열, 충격,

진동 등을 센싱해서 기계 상태를 컴퓨터로 보내서 부품이나 오일을 선제적으로 교체하도록 알려준다.

부품교체가 시급한 경우에는 부품의 3차원파일을 인터넷으로 보내 현장에 있는 3D 프린터로 그 부품을

찍어내도록 기술이 바뀌고 있다.

4차 산업혁명은 '초연결사회'

두뇌(AI)와 신경망(sensor)의 지배 받는다

pc뿐 아니라 수많은 미세한 센서들도 유뮤선통신으로 연결되어 있다.

그래서 21세기를  '초연결사회'라고 부른다. 컴퓨터와 센서들이 극도로 작아지고 파격적으로 싸지면서

사람, 기기, 자연 구석구석에 스며들어 이들 간에 정보와 제어를 주고받는 세상이 된 것이다.

이렇게 진행되는 것이 바로 4차 산업혁명이다. 이렇게 되면 모든 부품이 자기 자신과 주변환경에 대한

정보를 알려주고, 인공지능은 이렇게 수집된 방대한 데이터(Big Data)를 바탕으로 공장을 혁신시키게 된다.

공장 혁신만 일어나는 것이 아니다. 모든 판례를 컴퓨터에 넘겨주면 인공지능이 법조계가 일하는 방식을

혁신시킨다. 판사마다 다른 판결을 내리는 일이 없어진다.  마찬가지로 보험회사, 의료, 회계,금융,

언론등 분야에서 업무의 상당 부분을 IT기술이 혁신적으로 바꾸고 도와주게 된다.

4차 산업혁명 사회에서는 사람-사물-공간이 무선인터넷으로  초연결된다.

이를 통해 사람이 수집하는 것보다 훨씬 많은 정보들이 수집되며, 이렇게 수집된 정보들은 인공지능에 의해

초지능적으로 혁신을 추구하는데 사용된다.  4차 산업혁명은 제조업뿐 아니라 거의 모든 분야에 근본적인

변화를 가져오게 된다. 산업혁명은 에너지와 기계가 상징하는 'muscle 혁명' 이였지만 앞으로는

모든 muscle들이 두뇌(AI)와 신경망(sensor)의 지배를 받는 4차 산업혁명 시대가 개막되는 것이다.

이대 컴퓨터공학과교수/고건