4차 산업혁명

4차 산업혁명(The 4th Industrial Revolution)

4차 산업혁명은 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 기술을 적용한 새로운 산업을 말한다. 산업 4.0(industry 4.0) 또는 제4차 산업혁명(The 4th Industrial Revolution)이라고도 한다.

개요

제4차 산업혁명(第四次 産業革命)은 2016년 클라우스 슈밥(Klaus Schwab)이 의장으로 있는 세계경제포럼(WEF; World Economic Forum)에서 주창된 용어이다. 4차 산업혁명은 정보통신기술(ICT)의 융합으로 이루어낸 새로운 산업혁명 시대를 일컫는다.

제4차 산업혁명은 빅데이터에 입각하여 물리적 세계와 디지털 세계를 통합시킴으로써 경제 및 산업 등 사회의 모든 분야에 영향을 미치는 것으로 설명될 수 있다. O2O를 통하여 물리적인 세계와 디지털적인 세계의 통합이 수행되고, 인체의 정보를 디지털 세계에 접목하는 기술인 스마트워치나 스마트밴드를 이용하여 생물학적 세계는 모바일 헬스케어로 구현될 수 있다. 가상현실(VR)과 증강현실(AR) 및 혼합현실(MR)도 물리적 세계와 디지털 세계의 융합에 해당될 수 있다.

4차 산업혁명에는 인공지능, 빅데이터, 클라우드, 블록체인, 사물인터넷(IoT), 자율주행 자동차, 드론, 로봇, 나노, 바이오, 양자컴퓨터, 3D 프린팅 등 다양한 새로운 혁신적 기술들이 포함될 수 있다.

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역사

산업혁명의 역사

산업혁명은 18세기 영국에서 증기기관을 발명하여, 기계와 공장의 도입에 따른 대량생산으로 인해 시작되었다. 이후 제2차 산업혁명인 전기 전자 제품의 발명과 제3차 산업혁명인 컴퓨터·인터넷·스마트폰 등 정보화 혁명을 거쳐, 마침내 인공지능과 사물인터넷 등을 통해 현실과 가상 세계의 융합이 이루어지는 제4차 산업혁명 단계에 들어서게 되었다.

• 제1차 산업혁명 : 1760년부터 1840년까지 증기기관의 발명에 따라 수공업에서 벗어나, 기계화, 화학제조업, 철강산업 등 공장이 등장하는 변혁의 시기이다. 제1차 산업혁명은 18세기에서 19세기에 유럽과 미국에 걸쳐 일어났다. 주로 농경사회에서 산업화된 도시로 바뀌는 시기로서, 증기기관의 발명과 함께 철강 산업이 핵심적인 역할을 했다.

• 제2차 산업혁명 : 1870년 제1차 세계대전 직전부터 1914년 사이에 일어난 기술혁명이다. 전기 및 전자 제품의 발명으로 인간 생활이 윤택해졌다. 전구, 전화, 모터, 축음기, 내연기관 등이 등장하고, 기존의 철강 및 석유 분야에서 대량생산을 위해 전기를 사용했다. 특히 베서머 제련법에 의하여 강철의 대량생산이 가능해졌다. 전기, 전화, 철도가 세계화의 물결을 만든 시기이기도 하다.

• 제3차 산업혁명 : 1970년대에 컴퓨터의 등장으로 시작된 정보화 혁명의 시대이다. 제3차 산업 혁명의 발전에는 개인용 컴퓨터, 인터넷 및 스마트폰 등 정보통신기술(ICT)이 포함된다. 2011년 제레미 리프킨의 《제3차 산업혁명》이라는 책의 제목에서 나온 용어로서, 디지털 혁명이라고도 한다. 아날로그 전자 및 기계 장치에서 현재 이용 가능한 디지털 기술에 이르기까지의 발전을 가리킨다.

• 제4차 산업혁명 : 2010년대 이후 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 기술을 통해 현실세계와 가상세계가 융합되는 새로운 기술 혁신을 말한다. 이 용어는 클라우스 슈밥이 2016년 다보스포럼에서 처음 사용했다. 기술이 사회와 심지어 인간의 신체에도 내장되는 새로운 방식을 대표하는 디지털 혁명 위에 구축되고 있다. 4번째 산업혁명은 기술 발전에 의해 특징지어졌던 이전의 3가지 혁명과 근본적으로 다른 점이 존재한다. 제4차 산업혁명의 기술은 수십억 명의 사람들을 계속해서 웹에 연결하고 비즈니스 및 조직의 효율성을 획기적으로 향상시키며 더 나은 자산 관리를 통해 자연환경을 재생산할 수 있다는 커다란 잠재력을 가지고 있다.

주요 기술

사물인터넷

사물인터넷(IoT)과 4차 산업혁명

사물인터넷은 인터넷으로 연결된 사물들이 서로 데이터를 주고받아 스스로 분석하고 학습한 정보를 사용자에게 제공하거나 사용자가 이를 원격 조정할 수 있는 인공지능 기술에 기반하고 있다. 여기서 사물이란 가전제품, 모바일 장비, 웨어러블 디바이스 등 다양한 임베디드 시스템이 된다. 사물인터넷에 연결되는 사물들은 자신을 구별할 수 있는 유일한 아이피(IP)를 가지고 인터넷으로 연결되어야 하며, 외부 환경으로부터 데이터 취득을 위해 센서를 내장할 수 있다. 모든 사물이 해킹의 대상이 될 수 있어 사물인터넷의 발달과 보안의 발달은 함께 갈 수밖에 없는 구조이다.

정보 기술 연구 및 자문회사 가트너에 따르면 2009년까지 사물인터넷 기술을 사용하는 사물의 개수는 9억여 개였으나 2020년까지 이 수가 260억 개에 이를 것으로 예상된다. 이와 같이 많은 사물이 연결되면 인터넷을 통해 방대한 데이터가 모이게 되며, 이렇게 모인 데이터는 클라우드 시스템에 올려두게 되는데, 기존 기술로 분석하기 힘들 정도로 방대해진다. 이것을 빅데이터(big data)라고 부른다. 따라서 빅데이터를 분석하는 효율적인 알고리즘을 개발하는 기술의 필요성이 사물인터넷의 등장에 따라 함께 대두되고 있다. 시스코 시스템즈의 조사에 따르면 2013년부터 2022년까지 10년간 사물인터넷이 14조 4천억 달러의 경제적 가치가 있을 것이라고 예상한다.

빅데이터

빅데이터와 4차 산업혁명

빅데이터란 생성된 양이 많고 생성 속도가 빠른 비정형 데이터를 말한다. 기존의 데이터는 일정한 형식에 맞게 정리하여 체계적으로 관리할 수 있었으나, 소셜 네트워크 서비스(SNS), 자율주행 자동차, 기타 각종 기계장치 등에서 생성된 방대한 양의 비정형 데이터는 새로운 접근방법을 필요로 하게 되었다. 빅데이터는 기존의 오라클(Oracle) 등 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS)으로는 분석이 어려워, 새로운 빅데이터 분석 도구가 필요하게 되었다. '빅데이타'가 아니라 '빅데이터'가 올바른 표기법이다.

빅데이터 기술은 빅데이터로부터 의미 있는 자료를 추출하고 결과를 분석하는 기술이다.

빅데이터는 기존의 오라클(Oracle) 등 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS)으로는 분석이 어려워, 하둡(Hadoop)이나 노에스큐엘(NoSQL) 계열의 몽고디비(MongoDB), 에이치베이스(HBase), 카산드라(Cassandra) 등을 사용하여 분석한다. 빅데이터 분석 솔루션에는 스플렁크(Splunk) 등이 있다.

빅데이터는 과거에 비해 데이터의 양이 폭발적으로 증가했다는 점과 함께 종류도 다양해져서 사람들의 위치정보와 행동뿐만 아니라 SNS를 통해 개인의 의견까지 분석하고 예측할 수 있다. 빅데이터는 규모가 방대한 만큼, 정치, 경제, 사회, 문화, 과학기술 등 많은 영역에서 인류와 사회에게 필요한 정보를 제공할 수 있는 가능성을 보여주고 있으며 그 중요성이 부각되고 있다. 세계경제포럼은 2012년 떠오르는 10대 기술 가운데 그 첫 번째를 빅데이터로 선정했으며, 대한민국 지식경제부 R&D 전략기획단은 IT 10대 핵심기술 가운데 하나로 빅데이터를 선정하는 등 빅데이터 기술에 전 세계가 주목하고 있다.

클라우드

클라우드와 4차 산업혁명

클라우드(cloud) 또는 클라우드 서비스(cloud service)란 데이터, 소프트웨어 및 다양한 컴퓨터 자원 등을 기존의 사용자가 소유하고 있는 PC나 스마트폰 같은 하드웨어에 두지 않고, 이것 중 필요한 것들만 인터넷을 통해 접근할 수 있도록 하는 것을 말한다. 클라우드에 저장한 자료는 사용자가 인터넷을 이용하여 간단히 공유, 조작할 수 있다. 영어로 cloud는 말 그대로 '구름'을 뜻하는데, 세세한 부분이 관찰되지 않는 외부 인터넷 접속 영역의 시스템 아키텍처로 구름 모양을 이용한 데에서 유래하였다. 사용자는 이 구름 속 시스템의 내부적인 구조를 알지 못하더라도 서비스 업체에서 제공하는 다양한 컴퓨팅 자원에 접근할 수 있다. 이를 클라우드 컴퓨팅(cloud computing)이라고도 한다.

클라우드는 사용 형태에 따라 크게 두 가지로 나뉜다. 기업 내부의 비밀을 유지하기 위해 외부에 공개되지 않도록 내부 사용자에게만 제한하는 폐쇄형 클라우드(private cloud)와 일반 대중에게 모두 공개하는 공개형 클라우드(public cloud)가 있다. 이 둘의 장점을 적절히 섞은 혼합형 클라우드(hybrid cloud)도 있다. 클라우드 서비스는 점차 제공하는 자원의 영역이 넓어지면서 발전하였다.

컴퓨터를 이용하는 사용자가 데이터, 소프트웨어 등을 자신의 하드웨어에 보관·관리해오던 방식과 달리, 클라우드 서비스는 클라우드 안의 다양한 컴퓨팅 자원을 원하는 만큼, 무료나 유료로 제공받는다. 장치가 아닌 인터넷을 기반으로 데이터에 접근할 수 있기 때문에 다양한 하드웨어에서 일관성 있는 사용자 환경을 구현할 수 있다. 사용자는 클라우드 시스템에 대한 전문지식 없이 쉽게 사용이 가능하다. 클라우드 컴퓨팅 제공자가 대형 데이터센터에서 물리적 ICT 자원을 통합적으로 관리하므로, 클라우드 사용자는 시스템 운용 및 서버 관리 비용 등이 들지 않는다. 클라우드를 제공받는 사업자는 ICT 관리 인건비나 자체 데이터센터 구축비 등 비용을 많이 절감할 수 있어 경제적이다. 이용 비용 또한 실제로 이용한 만큼 지불하기 때문에 변동 비용을 효과적으로 관리할 수 있다.

클라우드 서비스로 데이터가 하나의 하드웨어에 국한되지 않고 인터넷을 통해 공유할 수 있어 기기의 제약에서 벗어나 업무 연속성을 확보하게 된다. 이런 방식으로 하드웨어가 소실되어도 복원력이 높아 가용성이 좋다. 또한 이용자는 클라우드 서비스 제공자와 접촉하지 않고 자신이 원하는 맞춤형 클라우드 서비스를 이용할 수 있다. 기업의 의사결정이나 환경 변화에 유연하게 대처할 수 있어 스마트워크 방식 등으로 기업의 생산성 향상에 기여한다.

인공지능

인공지능과 4차 산업혁명

인공지능(人工知能, AI, artificial intelligence)이란 인간처럼 학습하고 생각할 수 있는 컴퓨터 시스템을 말한다. 인공지능은 컴퓨터 프로그램을 이용해 인간의 학습능력, 추론능력, 지각능력, 자연어의 이해능력 등 모든 지능적인 행동들을 모방할 수 있다. 인공지능은 4차 산업혁명의 핵심 기술이다. 인공지능 스피커, 챗봇, 숍봇, 외국어 자동번역기, 자율주행 자동차, 인공지능 로봇 등 인공지능 기반의 다양한 서비스와 제품이 출시되고 있다.

인공지능이라는 용어는 1956년 디지털 역사에 지대한 공헌을 한 사람들이 참여한 미국의 다트머스 회의(Dartmouth Conference)에서 처음 언급되었다. 이 회의에서 인공지능이라는 분야를 확립하였다. 이 회의를 개최한 존 매카시(John McCarthy) 교수는 인공지능을 인간의 지능으로 할 수 있는 학습, 사고, 행동, 자기계발 등을 컴퓨터가 할 수 있도록 연구하는 것이라고 정의했다.

인공지능은 크게 약인공지능(Weak AI), 강인공지능(Strong AI), 초인공지능(Super AI)의 3가지의 종류로 분류된다. 약한 인공지능은 미리 정의된 규칙에 의해 인지 능력을 필요로 하지 않는 정도의 특정영역의 문제를 푸는 기술이다. 약인공지능과 대비되는 강한 인공지능은 기계가 진짜 인간과 같은 지성과 감정, 자의식과 인지능력을 가지고 문제를 해결할 수 있는 인간형 인공지능을 말한다. 초인공지능은 모든 면에서 인간을 능가하는 능력을 가진 초인적 존재를 말한다. 인공지능은 특정 분야에서 인간보다 우수한 지능을 가진 약인공지능 단계에서 시작하여, 모든 분야에서 인간과 동일한 지능을 가진 강인공지능 단계를 거쳐, 궁극적으로 모든 면에서 인간을 능가하는 초인공지능 단계로 발전할 것으로 예측하고 있다.

자율주행 자동차

자율주행 자동차와 4차 산업혁명

자율주행 자동차(autonomous driving car)란 운전자의 조작이 없이도 인공지능(AI) 기반으로 자율주행이 가능한 자동차를 말한다. 자율주행 자동차는 운전자의 조작 없이 카메라와 센서, GPS 정보 등을 이용하여 인공지능 기반으로 스스로 주위 환경을 인식하고 목적지를 향해 운전할 수 있다. 자율주행차(self-driving car), 무인자동차(driverless car), 스마트 카(smart car), 커넥티드 카(connected car), 로봇 자동차(robot car) 등 다양한 이름으로 불리고 있다. 간략히 자율차 또는 자주차라고도 한다. 자율주행 자동차는 4차 산업혁명의 핵심 키워드 중 하나이다.

전 세계적으로 자동차 업체는 물론이고, IT 기업들까지 인공지능 기반의 자율주행 자동차 개발에 뛰어들고 있다. 자동차 업계에서는 현대자동차㈜, 토요타, 혼다, 닛산, GM, 포드자동차, 메르세데스-벤츠, BMW, 아우디, 볼보 등이 자율주행 자동차 개발에 뛰어들었다. 글로벌 IT 기업들 중에서는 구글 자동차, 테슬라 자동차, 애플, 엔비디아, 삼성전자㈜, 네이버㈜, 바이두, 우버 등이 인공지능 자율주행 자동차 개발에 뛰어들고 있다. 일본 소프트뱅크에 인수된 영국의 ARM 회사는 2016년 자율주행 자동차 전용 반도체인 '코덱스 R52'를 개발했다.

드론

드론(drone)은 조종사가 없이 무선 전파로 조정할 수 있는 무인 항공기를 말한다. 드론에 카메라를 부착하여 사진이나 동영상을 촬영할 수 있다. 인공지능(AI) 기술을 적용하여 스스로 장애물을 회피하여 비행하도록 할 수 있다. 드론은 원격 조종을 통해 반자동으로 운전하거나, 혹은 사전에 프로그램된 경로에 따라 자동으로 비행하거나, 인공지능을 탑재하여 자체 환경판단에 따라 스스로 비행할 수 있다. 카메라를 장착한 촬영용 드론, 책이나 가벼운 물건을 실어 배송하는 쇼핑용 드론, 비료나 농약을 실어 살포하는 농업용 드론, 총을 단 군사용 드론 등이 있다. 세계 최대의 민간 드론 제조 회사인 중국 디제이아이(DJI)의 팬텀4 등의 제품이 있다. 드론은 스마트폰으로 조정할 수 있는 액추에이터의 일종이다. 무인기 또는 무인 항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)라고도 한다. 드론은 좁은 의미로는 하늘을 나는 비행체만을 의미하지만, 넓은 의미로는 드론을 조종하기 위한 지상통제장비와 통신장비 등 전체 시스템을 통칭한다.

드론은 군사적 용도로 시작되었다. 제2차 세계대전 직후 낡은 유인항공기를 '공중 표적용 무인기'로 재활용하기 위해 만들어졌다. 드론은 적 기지에 투입돼 정찰 및 정보 수집 임무를 담당했는데, 기술이 발달함에 따라 기체에 원격탐지장치, 위성제어장치 등 최첨단 장비를 갖춰 사람이 접근하기 힘든 곳이나 위험지역까지 업무 수행 영역을 확대하게 됐다. 드론 기술이 민간에 개방되면서, 과학기술, 정보통신, 배송, 촬영, 농업 등 다양한 분야에 확대되어 사용되고 있다.

로봇

로봇과 4차 산업혁명

로봇(robot)이란 주어진 일을 자동으로 처리하는 기계를 말한다. 예전에는 로보트라고 쓰는 경우도 있었다. 공장에서 사용되는 산업용 로봇, 호텔·쇼핑·업소 등에서 사용되는 서비스 로봇, 가정용 청소 로봇, 전쟁에 투입되는 전투 로봇, 인간의 모습을 한 휴머노이드 로봇, 인공지능(AI)을 탑재한 인공지능 로봇, 나노 크기의 극미세 나노 로봇 등 다양한 로봇이 있다

로봇은 사람과 유사한 모습과 기능을 가진 기계, 또는 무엇인가 스스로 작업하는 능력을 가진 기계를 말한다. 로봇의 종류는 크게 제조공장에서 조립, 용접, 핸들링 등을 수행하는 자동화된 산업용 로봇과 환경을 인식하고 스스로 판단하는 기능을 가진 지능형 로봇으로 나뉜다. 사람과 닮은 모습을 한 로봇을 안드로이드(android)라 부르는데, 인공의 동력을 사용하는 로봇은 사람 대신, 또는 사람과 함께 일을 하기도 한다. 일반적으로 로봇은 제작자가 계획한 일을 하도록 설계된다.

로봇의 어원은 체코어로 노동을 의미하는 단어인 로보타(robota)에서 비롯되었다. 로봇이라는 말은 1921년 체코슬로바키아(Czechoslovakia)의 극작가 카렐 차페크(Carel Capek)의 희곡 'R.U.R(Rossum’s Universal Robots)'에서 처음 쓰여 일반적으로 사용되기 시작했다. R.U.R은 기술의 발달과 인간 사회와의 관계에 대하여 아주 비관적인 견해를 상징적으로 표현했다. 그는 그의 희곡 중에서 모든 정신노동과 육체노동을 인간과 똑같이 할 수 있으나 인간적 정서나 영혼을 가지지 못하며 마모되었을 때에는 폐품으로서 신품과 교환할 수 있는, 로봇이라고 불리는 인조인간을 등장시켜 노동자로서의 로봇이 인간의 지배를 받는 사회를 그렸다. 그리고 이 로봇들이 노동을 통해 지능 및 반항정신이 발달하여 결국 인간을 멸망시키는 이야기를 전개시켰다. 카렐 차페크의 견해는 현대의 오토메이션(automation)이 사회에 미치는 영향에 대한 하나의 전형적인 견해로서 당시 관심을 끌었다.

차페크 이후에 나온 대부분의 SF는 로봇을 인간의 적수로 규정하는 천편일률적인 태도를 지니고 있는 것에 반발하여, 미국의 SF 작가인 아이작 아시모프(Isaac Asimov)는 로봇이야말로 엄격한 법칙에 따라 운용되는 기계 장치라는 점을 부각시키기 위해 일련의 작품을 집필했다. 작품 속에서 그는 로봇이 따라야 하는 규칙을 다음과 같은 세 가지로 정리했고, 훗날 이는 '로봇 공학 3원칙'으로 불렸다.

블록체인

블록체인과 4차 산업혁명

블록체인(blockchain)이란 다수의 거래내역을 묶어 블록을 구성하고, 해시를 이용하여 여러 블록들을 체인처럼 연결한 뒤, 다수의 사람들이 복사하여 분산 저장하는 알고리즘이다. 중국어로는 취콰이리앤(区块链, 구괴련, qū kuài liàn)이라고 한다. 블록체인 기술을 이용하면 데이터의 위변조가 불가능하여 권위 있는 중개기관이 없더라도 신뢰할 수 있는 안전한 거래와 데이터 처리를 할 수 있다.

블록체인은 비트코인과 이더리움 등 암호화폐에 사용된 핵심 기술이다. 은행 등 제3의 중개기관이 없더라도 블록체인 기술을 이용하면 누구나 신뢰할 수 있는 안전한 거래를 할 수 있다. 블록체인은 암호화폐뿐 아니라, 온라인 거래내역이 있고 이력관리가 필요한 모든 데이터 처리에 활용할 수 있다. 블록체인 기반의 스마트 계약, 물류관리 시스템, 문서관리 시스템, 의료정보관리 시스템, 저작권관리 시스템, 소셜미디어관리 시스템, 게임아이템관리 시스템, 전자투표 시스템, 신원확인 시스템 등 다양한 활용이 가능하다. 블록체인은 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나이다. 중개기관이 필요 없는 블록체인 기술을 활용함으로써 인류는 새로운 거래 방식과 조직 운영 원리를 바탕으로 과거 인터넷 기술이 가져온 것 이상의 큰 사회적 변화와 혜택을 누릴 수 있을 것으로 예측하고 있다.

블록체인은 간략히 '분산원장'(分散元帳, distributed ledger) 기술이라고 한다. 즉, 거래내역을 기록한 원장을 다수의 사람들에게 분산하여 저장·관리하는 기술이다. 자세히 설명하면, 블록체인이란 다수의 온라인 거래 기록을 묶어 하나의 데이터 블록(block)을 구성하고, 해시(hash) 값을 이용하여 이전 블록과 이후 블록을 마치 체인(chain)처럼 연결한 뒤, 이 정보의 전부 또는 일부를 피투피(P2P) 방식으로 전 세계 여러 컴퓨터에 복사하여 분산 저장·관리하는 기술이다.

양자컴퓨터

양자컴퓨터-디웨이브2와 4차 산업혁명

양자컴퓨터는 양자역학의 원리에 따라 작동하는 컴퓨터이다. 기존 컴퓨터가 0과 1의 조합인 비트(bit) 단위로 모든 연산을 수행한 것과 달리, 양자컴퓨터는 0과 1이 중첩된 상태인 큐비트(qubit) 단위로 연산을 수행한다. 그에 따라 양자컴퓨터는 기존 전자 컴퓨터에 비해 수백만 배 이상 빨리 연산을 수행할 수 있다. 양자컴퓨터의 등장으로 인해 기존의 암호 체계가 더 이상 안전해지지 않게 되자, 새로 양자역학의 원리를 이용한 양자암호(quantum cryptography) 기술이 개발되고 있다.

양자컴퓨터는 1965년 리처드 파인만(Richard Feynman)이 처음 제안한 개념으로 양자역학의 원리에 따라 작동하는 컴퓨터이다. 기존 컴퓨터가 0과 1의 조합인 비트(bit) 단위로 모든 연산을 수행하는 것과 달리, 양자컴퓨터는 0과 1이 중첩된 상태인 큐비트(qubit) 단위로 연산을 수행한다. 큐비트를 이용하면, 기존 컴퓨터로 약 1,000년이 걸려야 풀 수 있는 암호를 양자 컴퓨터로 4분 만에 풀 수도 있다. 양자컴퓨터를 사용하면 기존 컴퓨터로는 연산하기 어려웠던 많은 양의 데이터를 빠른 속도로 처리할 수 있기 때문에, 인공지능(AI), 암호, 기후, 교통 등 다양한 분야에서 사용될 것으로 예상된다.

3D 프린팅

3D 프린터와 4차 산업혁명

3D 프린팅이란 3차원 공간에 재료 물질을 조금씩 쌓아올려서 원하는 사물을 만드는 기술이다. 컴퓨터로 만든 도면을 이용하기 때문에 복잡한 구조물도 쉽게 제작할 수 있다. 물건을 직접 배송하지 않고 인터넷을 통해 도면만 보내주면, 집이나 사무실에서 3차원 프린터를 이용해 물건을 출력할 수 있다. 3D 프린터를 이용하면 저렴하면서도 빠른 속도로 개인에게 딱 맞는 제품을 출력할 수 있다. 과거 공장제 대량생산 시스템과 달리, 3차원 프린터를 이용함으로써 개인 맞춤형 제조업의 시대를 열 수 있다.

가상현실

가상현실은 컴퓨터로 구현된 가상의 공간에서 체험하는 가상의 현실을 말한다. 간략히 브이알(VR)이라고도 한다. VR 기기에는 구글 카드보드와 데이드림(Daydream), 삼성 기어VR, 오큘러스 리프트, 소니 모피어스 등이 있다.

가상현실(VR)은 "실제와 유사하지만 실제가 아닌 인공 환경"이다. 컴퓨터 등을 사용한 인공적인 기술로 실제와는 유사하지만 실제가 아닌 환경이나 상황을 만들어 사용자의 오감을 자극하며 실제와 유사한 공간적, 시간적 체험을 하게 함으로써 현실과 가상의 경계를 자유롭게 드나들게 한다. 또한 실재하는 디바이스를 이용하여 조작이나 명령을 내리는 등 가상현실 속과 상호작용이 가능하다.

가상현실을 구성하는 데 필요한 요소는 3차원의 공간성, 실시간 상호작용성, 몰입 등이 있다. 3차원 공간성은 사용자가 최대한 유사한 경험을 할 수 있는 가상공간을 만들어 내기 위해 물리적 활동 및 명령을 컴퓨터에 입력하고 그것을 3차원의 유사공간으로 출력하는 요소이다. 3차원 공간을 실시간으로 출력하기 위해 컴퓨터와 키보드, 마우스, 조이스틱 등 여러 장비를 통해 사용자는 가상현실에 더욱 몰입할 수 있다.

가상현실(VR) 시장은 증강현실(AR) 및 혼합현실(MR) 시장과 함께 수십억 달러 규모의 큰 시장으로 자리잡고 있으며 계속 성장할 것으로 예상된다.

증강현실

증강현실(增強現實) 또는 AR(Augmented Reality)은 사용자가 눈으로 보는 현실 세계에 가상의 물체나 정보를 겹쳐서 보여주는 것을 말한다. 가상현실(VR)은 현실 세계와 관련이 없이 가상의 공간에서 이미지를 보여주지만, 증강현실은 현실 세계 위에 가상 이미지를 올려서 겹쳐서 보여준다. 에이알(AR)이라고도 한다. AR 기기에는 구글 글래스(Google Glass) 등이 있다. 대표적인 AR 게임에는 포켓몬고(Pokémon GO)가 있다. 증강현실(AR)과 유사한 개념으로 가상현실(VR)과 혼합현실(MR)이 있다.

증강현실은 실제 환경에 가상의 사물이나 정보를 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터 그래픽 기법이다. 현실 세계에 실시간으로 부가정보를 갖는 가상세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여준다. 실제 환경과 가상의 객체가 혼합된 증강현실 기술은 사용자가 실제 환경을 볼 수 있게 하여 보다 나은 현실감과 부가 정보를 제공한다.

기존의 가상현실(VR)은 가상의 공간과 사물만을 대상으로 하지만, 증강현실은 현실 세계에 가상의 사물을 합성하여 현실의 효과를 더욱 증가시키는 점이 특징이다. 때문에 단순히 게임과 같은 분야에서만 한정된 적용이 가능한 기존의 가상현실과 달리, 증강현실은 다양한 현실 환경에 응용이 가능하다. 특히, 증강현실은 유비쿼터스 환경에 적합한 차세대 디스플레이 기술로 각광받고 있다.

혼합현실

혼합현실과 4차 산업혁명

혼합현실은 현실세계와 가상세계를 뒤섞어서 보여주는 것을 말한다. 복합현실 또는 융합현실이라고도 한다. 가상현실(VR)은 현실세계와 관련이 없이 가상의 공간에서 이미지를 보여주고, 증강현실(AR)은 현실세계 위에 가상 이미지를 올려서 겹쳐서 보여주지만, 혼합현실은 현실세계와 가상세계가 지능적으로 상호작용하면서 혼합된 이미지를 보여준다. 혼합현실의 사례로 마이크로소프트의 홀로렌즈(HoloLens)와 매직리프(Magic Leap) 및 인텔의 알로이(Alloy) 등이 있다.

혼합현실은 1994년 토론토 대학교 폴 밀그램(Paul Milgram)이 처음 현실-가상 연속계(Reality-Virtuality continuum)으로 정의한 개념이다. 혼합현실은 쉽게 말해 증강현실과 증강가상현실을 포함하는 기술이라고 할 수 있다. 기술적으로는 현실과 증강현실 그리고 가상현실의 요소를 모두 혼합하기 때문이다. 가상현실(VR)은 현실세계와 관련이 없이 가상의 공간에서 이미지를 보여주고, 증강현실(AR)은 현실세계 위에 가상 이미지를 올려서 겹쳐서 보여주지만, 혼합현실은 현실 세계를 배탕으로 현실과 가상의 정보를 혼합하여 기존보다 더욱 진화된 가상세계를 구현하는 기술이다.

혼합현실은 가상현실과 증강현실의 장점은 결합하고 단점을 보완하는 차세대 기술로 각광 받으며 등장했다. 혼합현실은 가상현실이 주는 이질감을 완화하고 증강현실의 낮은 몰입도를 개선하여 가상의 이미지가 현실의 일부인 것처럼 느껴져 현실과 가상이 자연히 연결된 스마트 환경을 제공하여 사용자들이 풍부한 체험을 즐길 수 있게 사용자와의 인터랙션을 더욱 강화했기 때문이다. 가상현실은 실제 현실과 흡사하게 느끼도록 몰입도를 주지만 인지 부조화로 사이버 멀미, 두통 등이 발생했다. 증강현실은 현실의 정보를 쉽고 빠르게 접한다는 장점이 있지만 특정장치를 이용해야만 구현되어 몰입도 측면에서 한계가 발생한다. 혼합현실은 현실과 가상을 균형 있게 융합하여 새로운 플랫폼으로 몰입감을 높이면서 효과적인 정보 전달이 가능하여 일상생활부터 산업 분야까지 다방면으로 활용이 가능하다.

스마트 팩토리

스마트팩토리(smart factory)는 사물인터넷 기술을 이용해 제품개발, 공급망관리, 자원관리 등 중요한 의사 결정을 스스로 내릴 수 있는 공장을 말한다. 스마트공장이라고도 한다. 4차 산업혁명의 핵심 개념이다.

스마트팩토리는 설계 및 계발, 제조 및 유통 등 생산과정에 디지털 자동화 솔루션이 결합한 정보통신기술(ICT)을 적용하여 생산성, 품질, 고객만족도를 향상하는 지능형 생산공장이다. 공장 내 설비와 기계에 사물인터넷을 설치하여 공정 데이터를 실시간으로 수집하고, 이를 분석해 스스로 제어할 수 있게 한다. 스마트팩토리는 산업 현장의 생산성 향상을 위해 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT) 등 다양한 기술이 융합된 자율화된 공장을 말하는 것이다. 예를 들어 사물인터넷은 대표적으로 센서와 디바이스 간의 통신에 사용되고 있다. 센서에서 다양한 데이터를 수집하고, 이를 게이트웨이나 서버에 전송한 후, 서버는 데이터를 분석하고 분석 결과를 보여주며, 관리자에게 전송한다. 이때, 인공지능, 기계학습 기술이 적용된 서버(Cloud)는 빅데이터를 분석하여, 설비의 고장이나 이상을 예측하고, 생산성 향상을 위한 방법을 제시해준다.

로봇 프로세스 자동화

로봇 프로세스 자동화(Robotic Process Automation) 또는 간략히 RPA(알피에이)란 소프트웨어 로봇 또는 인공지능으로 관리하는 비즈니스 프로세스 기술의 한 형태다. 일반적으로 애플리케이션과 시스템 데이터를 수집하고 해석하기 위해 여러 가지 방법으로 사용할 수 있다.

로봇 프로세스 자동화는 비즈니스 논리와 정형화된 입력에 기반한 애플리케이션이며, 비즈니스 프로세스 자동화를 목적으로 한다. 기업은 로봇 프로세스 자동화 도구들로 트랜잭션을 처리하고, 데이터를 조작하고, 대응을 시작하고, 다른 디지털 시스템과 통신하는 애플리케이션들을 캡처하고 해석하는 소프트웨어나 '로봇'을 구성할 수 있다. 로봇 프로세스 자동화를 적용할 수 있는 분야는 이메일 자동 응답 생성 같은 간단한 작업부터, 수많은 봇을 배포하고, ERP 시스템 작업을 자동화하는 프로그래밍까지 다양하다. EPAM 시스템즈(EPAM Systems) IA 자문이자 부사장인 레지나 비아드로에 따르면, 로봇 프로세스 자동화 도입의 선두 주자는 소프트웨어를 활용해 인력이나 비용 증가 없이 비즈니스 프로세스를 향상할 방법을 찾고 있는 금융 서비스 업체의 최고운영책임자들이다. 비아드로는 금융 서비스, 의료, 소매, HR 등 많은 분야 고객들의 로봇 프로세스 자동화 자동화 도입을 지원했다. 이는 로봇 프로세스 자동화 사용사례가 광범위하다는 것을 입증한다.

엣지컴퓨팅

엣지컴퓨팅과 4차 산업혁명

엣지컴퓨팅(Edge Computing)은 사용자 또는 데이터 소스의 물리적인 위치나 그 위치와 가까운 곳에서 컴퓨팅을 수행하는 것을 말한다. 컴퓨팅 서비스를 사용자가 사용하는 단말 장치와 가까운 위치에서 처리하게 되면 사용자는 더욱더 빠르고 안정적인 서비스를 받을 수 있으며 기업은 유연한 하이브리드 클라우드 컴퓨팅의 이점을 얻을 수 있다. 엣지컴퓨팅은 기업이 다수의 위치에서 공통의 리소스 풀을 사용하여 데이터 연산 및 처리를 분산시킬 수 있는 방법의 하나다.

비유를 통해 설명하자면 엣지컴퓨팅과 도넛은 공통점이 있다. 소비자 가까이 있을수록 좋다는 것이다. 집 근처 도넛 가게에 가는 건 시간이 좀 걸릴 수 있지만, 책상 위 손만 뻗으면 닿는 곳에 도넛이 있다면 즉각적인 만족감을 느낄 수 있다. 엣지컴퓨팅도 마찬가지이다. 클라우드에서 구동되는 인공지능 애플리케이션에 데이터를 전송하면 반을 얻기까지 시간이 꽤 걸린다. 하지만 사용자 가까이에 있는 에지 서버에 데이터를 전송하면 무지개색 토핑이 뿌려진 글레이즈 도넛이 담긴 핑크색 박스에서 바로 도넛을 집어 먹는 것과 같다.

지금 입고 있는 옷 주머니 속에서 엣지컴퓨팅이 뭔지 살짝 경험해 볼 수도 있다. 최신 스마트폰들은 통신 네트워크의 '에지'에서 작동하고 있으며, 전보다 스마트한 음성 응답과 고화질의 이미지를 처리한다. '엣지컴퓨팅'이라는 용어는 수십 년 전에 만들어진 용어로, 데이터를 소스에서 최대한 가까운 곳에서 수집하고 처리하는 개념이다. 기가바이트에서 테라바이트의 스트리밍 데이터가 수집되는 지점에서 프로세서를 적용해야 한다. 자율주행 자동차, 공장 현장에 설치된 로봇, 병원의 의료용 영상기기, 리테일 업계의 계산대용 카메라 애플리케이션들이 엣지컴퓨팅에 의존하고 있다. 2025년까지 약 1,500억 개의 기계 센서와 사물 인터넷 장치들이 연속적으로 데이터를 스트리밍하고 처리해야 할 것으로 예상된다. 기존 4G 대비 10배 이상 빠른 속도를 자랑하는 5G 네트워크는 인공지능 서비스의 가능성을 더욱 높여줄 것이고, 이에 맞춰 엣지컴퓨팅 속도도 더 빨라져야 할 것이다.

특징

4차 산업혁명의 특징은 초연결성, 초지능성, 예측 가능성이다.

• 초연결성 : 사람과 사람의 연결을 넘어 사람과 사물부터 사물과 사물까지도 인터넷 통신망으로 연결시킨다.
• 초지능성 : 초연결된 스마트기기들이 생성한 방대한 데이터를 분석하고 패턴을 파악한다.
• 예측 가능성 : 분석한 결과를 기반으로 인간의 행동을 예측할 수 있다.

이와 같이 초연결성, 초지능성, 예측 가능성이라는 일련의 단계를 통하여 새로운 가치를 창출해 내는 것이 바로 4차 산업혁명의 특징으로 볼 수 있다. 정보통신 기술의 발달이 전 세계적인 교류를 가능하게 했으며 상호간 네트워크는 더욱 강화되어 초연결 사회가 현실화되며 그와 관련된 시장의 규모는 더욱 커질 것이다. 또한 알파고의 등장은 초지능화 사회로의 진입을 보여주고 있다. 앞으로 더욱 다양한 산업 분야에서 연결과 융합은 또 다른 부가가치를 창출해 낼 것으로 예측되고 있다.

활용

4차 산업혁명의 사례를 본다면, 독일의 '인더스트리 4.0'(Industry 4.0)이 대표적이다. 독일은 '센서 기반 자동화'(sensor-enabled automation)를 기반으로 한 '생각하는 공장'이 돌아가고 있다. 특별한 생산 설비나 인사의 움직임 없이 설비 곳곳에 IC 태그나 바코드 정보를 해독하는 센서를 붙임으로써 기계들은 서로 연결된다. 이렇게 연결된 기계들은 끊임없이 정보를 교환하게 되고 자체적으로 조정까지도 이루어지는 스마트 공장이 형성된다. 단지 연결과 융합을 통해서 대폭적인 생산량 증대가 이루어졌다.

사물인터넷(IoT) 활용을 통해 터치 패널 등 인터랙티브한 소통 체계를 갖춘 매체들이 나타나고 있다. 2016년 미국 쇼핑몰에 사물인터넷과 인공지능이 장착된 4차 산업혁명 시대의 디지털 디스플레이가 등장했다. 이 디스플레이는 센서로 지나가는 사람들의 나이, 성별, 체형을 분석하여 그 사람을 위한 쇼핑몰 정보를 제공해 주는 것뿐만 아니라, 인공지능 기반 디지털 마케팅을 수행하였다. 마치 영화의 한 장면처럼 고객의 정보를 토대로 할인 쿠폰을 제공하고 QR코드나 블루투스로 다운받아서 매장까지 방문하게 만드는 마케팅 효과를 가져왔다.

인공지능 기술을 이용한 경우도 있다. 스타벅스가 '마이 스타벅스 바리스타'(MyStarbucksBarista)라는 음성 작동 챗봇(chatbot)을 출시했다. 챗봇은 인공지능에 기반을 둔 음성 작동 서비스이다. 고객이 스크린을 터치하지 않고 음성으로만 주문을 할 수 있는 앱으로서, 이용요금 결제까지 가능하다. 뿐만 아니라 아마존(Amazon)의 가정용 인공지능인 알렉사(Alexa)와 스피커 에코(Echo)를 이용하여 자신의 현재 위치 주변 매장에 주문도 가능하다. 또한 기존 패턴을 이해하여 평소 먹는 커피까지도 자동으로 주문할 수 있다.

평가

긍정적 평가

• 서비스 향상 : 4차 산업혁명의 핵심인 기술의 발전 덕분에 서비스의 질이 향상된다. 4차 산업혁명의 가속화는 인류의 삶을 개선할 수 있는 기술의 개발까지 영향을 미칠 것이고, 생활에 필요한 서비스의 질까지도 향상될 것임을 예상해 볼 수 있다. 4차 산업혁명의 핵심 분야들은 전 산업 분야에 커다란 혁신을 야기할 것이다.

• 사회 문제 해결 : 4차 산업혁명을 통해 기존의 사회 문제를 최적의 솔루션을 통하여 해결할 수 있게 된다. 지금까지 많은 비용과 시간을 투자하였지만 해결하지 못한 사회 문제들이 아직까지도 존재한다. 하지만 빅데이터 기술을 활용하면 가장 적합한 솔루션을 찾아 적은 시간과 비용 투자를 통해 문제를 해결할 수 있고 절약한 자원을 다른 분야에 이용하여 더욱 윤택해진 인간의 삶을 만들 수 있다.

부정적 평가

• 일자리 감소 : 많은 사람들은 인공지능(AI)과 로봇 등으로 인해 앞으로 인간의 일자리가 줄어들 것이라고 전망한다. 심지어 전문직들 또한 일자리 수가 줄어들 것이라는 전망이 우세하다. 4차 산업혁명 시대에는 "100% 안정적인 직업"이라는 것이 존재할 수 없게 된다.

• 인간 지위 위협 : 4차 산업혁명으로 인해 인간의 지위가 위협 받을 수 있다. 인간은 고등적인 사고 능력 덕분에 아주 오랫동안 지구상에서 먹이 사슬의 가장 최상층에 위치해 있었다. 하지만 인공지능과 로봇 등의 등장으로 그 위치를 위협받고 있다. 이들은 인간과 비교하여 암기력, 작업 속도, 생산성 등 모든 면에서 능력의 우세함을 보여준다. 물론 이들을 만든 것은 인간이지만, 이들을 만든 인간은 소수일 뿐이고, 평범한 사람들은 인공지능이나 로봇과 경쟁할 엄두조차 낼 수 없다. 인간을 위협하는 인공지능 로봇을 상대로 '로봇세'라는 방어막을 도입하자는 이야기도 나오고 있다.

전망

4차 산업혁명이 연결과 융합이라는 특성을 안고 있는 만큼, 핵심 분야를 기반으로 무한대의 경우의 수를 가지고 기하급수적인 속도로 성장할 것이다. 새로운 기술을 더해가는 속도는 가속도가 붙어서 시간이 갈수록 더욱 큰 변화를 촉구하게 될 것이다. "우편 마차는 여러 대 연결해도 결코 기차가 될 수 없다." 경제학자 슘페터(Schumpeter)가 약 1세기 전에 말한 혁신의 본질이다. 개량 덕분에 마차의 성능이 좋아졌다고 해도 결코 본질은 변하지 않는다. 결국 4차 산업혁명의 궤도에 올라 새로운 것을 취하지 않는다면, 그들은 도태의 흐름에 몸을 맡기는 격이다.

참고자료

• 〈제4차 산업혁명〉, 《위키백과》
• 〈4차 산업 혁명〉, 《나무위키》
• 이경상 KAIST 문술미래전략대학원 겸직교수, 〈4차 산업혁명 시대를 이끄는 핵심 기술동향〉, 《KESSIA ISSUE REPORT》, 임베디드소프트웨어·시스템산업협회, 2017년 11월
• 전은경 입법조사관, 〈4차 산업혁명의 도래와 대응방안〉, 대한민국 국회, 2016년
• 최숲, 〈4차 산업혁명 장단점 4가지 분석: 서비스 개선, 사회문제 해결, 일자리 감소, 인간 존재 위협〉, 《티스토리》, 2018-04-18
• 엔비디아 코리아, 〈엣지 컴퓨팅은 무엇일까요?〉, 《엔비디아 홈페이지》, 2019-11-05

같이 보기

• 인공지능
• 사물인터넷
• 블록체인

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