드론, 4차 산업혁명 분야의 종합선물세트다. 4차 산업혁명의 4대 축은 인공지능(AI), 블록체인, 가상현실, 드론이다. 이들 중 융합의 총아를 꼽으라면 단연코 드론으로, 이른바 종합선물세트이다. 도서관에서 드론 제작에 관련된 책을 몇 권 보았다. 모두 200쪽 내외의 작은 입문서이다. 모든 책이 소책자임에도 커버하는 범위로 치면 공학백과사전이다. 앞부분에는 프로펠러의 추진력과 양력의 개념이 나온다. 이는 기계공학이다. 중반부에는 드론 제어부를 위한 회로 제작 기법과 전자기판이 나오고 회로가 나온다. 이 분야는 전자공학이다. 뒷부분에서는 드론을 제어하는 소프트웨어 프로그래밍 기법을 다룬다. 이는 컴퓨터공학이다. 작은 책 한권이 기계공학, 전자공학, 컴퓨터공학까지 모두 다루고 있다. 드론의 대중화가 진행된 지 거의 5년이다. 드론 덕분에 과거에는 볼 수 없었던 것을 이제 쉽게 볼 수 있다. 만년설로 뒤덮인 깍아지른 험준한 산. 거대한 눈사태를 만들며 내려오는 스키어와 그를 먹어치우려는 듯이 바짝 붙어 쫓아오는 눈사태가 이루어 내는 장관, 집채만 한 파도를 가르며 빠져나오는 서퍼, 120층 건물 옥상 난간에 걸터앉아 휴식을 취하는 유리창 닦는 이의 표정, 아프리카 초원을 달리는 수만 마리 소떼의 집단이주 등이 그것이다. 카메라를 장착한 드론 덕택에 우리는 새의 눈으로 세상을 볼 수 있게 됐다. 드론은 낚시를 비롯한 취미뿐만 아니라 자연재해지역의 탐색도 가능하며 매우 주요한 택배 운송수단이기도 하다. 지난 4월 29일, 미국 메릴랜드주에서는 신장이식에 필요한 신장 이송에 드론을 사용했다. 이식할 장기의 상태를 최상으로 유지하기 위해 장기가 기증자의 신체에서 적출된 후 최단시간 안에 수술을 시작해야 하기 때문이다. 어떤 기술이건 규제는 본질적으로 대중화에 후행한다. 자동차가 대표적인 예다. 19세기 후반 독일의 카를 벤츠가 자동차를 발명한 이후 1930년대가 돼서야 미국은 운전면허를 도입했다. 지난 6월 1일 캐나다에서 드론 면허제도가 발효됐다. 드론 면허제의 발효는 드론 대중화 시대의 도래를 의미한다. 250g 이상의 드론은 등록이 필수로, 운항자도 반드시 면허를 취득해야 한다. 면허 취득에 나이제한도 있다. 기본 면허는 14세, 고급 면허는 16세가 돼야 취득이 가능하다. 친기업 정서 때문인지는 모르겠으나, 미국에서 드론 운항에 대한 규제가 캐나다보다는 덜하다. 캐나다에서와 비슷하게 특정 무게 이상이면 (0.55 파운드, 약 300g) 등록이 필수다. 하지만 취미로 드론을 날리는 사람은 면허가 필요 없다. 몇 가지 제한 조건을 지키면 ‘취미’드론이다. 고도제한(100m 미만), 속도제한(시속 160 km 미만), 시야유지에 대한 제한이다. 여기에 재미있는 제한규정이 또 있다. 취미 드론이 되기 위해서는 ‘사람이 탄 비행체가 지나가면 양보할 것’이라는 규정을 지켜야 한다. 최근 드론과 AI가 만났다. 4차 혁명 분야의 어벤저스 탄생이다. 지난 4월 미국 전투기 제조사 록히드 마틴은 알파 파일럿 자율주행 드론 레이싱 대회를 개최했다. 우승상금이 12억원이다. 드론이 AI 알고리즘을 이용해 장애물을 피하면서 운항하는 대회다. 우승 팀은 인간이 조종하는 드론과 레이싱할 기회를 부여받는다. 설마 드론 조종만큼은 인간이 AI알고리즘보다 낫겠지 하는 조심스런 자만을 해본다. 지난번 알파고와 이세돌의 바둑대전 때, 인간의 승리를 예상하다가 대패한 쓰라린 경험이 있어서 차마 호언은 못 하겠다. 자율주행 드론 시대가 오면, 면허증을 AI 알고리즘에게 발급해야 할까 아니면 AI 알고리즘 개발자에게 발급해야 할까. 운항 규정을 어긴 AI 알고리즘에게 어떤 제재를 가해야 하나. AI 알고리즘이 제재의 고통을 느끼는 자의식이 있을까. 생각이 꼬리를 문다. 어쨌든 AI 드론은 음주운항은 안 할 것이니 한편으로는 안심이다. 어차피 제도는 기술에 후행한다. 나머지 규제는 자율주행 드론이 눈앞에 날아 다니면 그때 생각하자. 원유집 카이스트 교수 컴퓨터 공학

과거 수만 년 혹은 수십만 년 동안 인류의 역사를 뒤돌아봐도 지금보다 기온이 높았던 시기는 없었다. 특히 지난 100여년간 지구 평균 지표면 기온이 섭씨 1도 이상 상승했는데, 이런 급격한 변화가 나타난 시기를 인류의 역사에서는 찾을 수가 없다. 인류의 역사가 아니라 지구 전체의 역사로 확장해보면 어떨까. 공룡의 시대, 그 이전에 여러 파충류나 포유류가 번성했던 시대까지 거슬러 올라가면 지금 지구의 기온은 오히려 매우 낮은 편에 속한다. 수천만 년, 수억 년 전에는 기온이 지금보다 훨씬 높았다는 얘기이다. 그래서 북극이든 남극이든 지구상 어느 곳에도 빙하·빙산이나 영구동토층이 없었던 시기가 수억 년간 지속했다. 지구 기온이 높았던 당시의 대기 중 이산화탄소 농도는 지금과는 비교가 되지 않을 정도로 높았다. 수천 ppmv(100만분의 1의 공간에 담긴 이산화탄소의 양)였으니 현재 400ppmv보다 10배 이상 높았다. 그때에는 육지가 지금처럼 여러 대륙으로 나뉘어 있지도 않았다. 지구에는 한 개의 대륙만이 있어서 해류의 흐름에 막힘이 없었고, 열대-중위도-극 지역 사이의 열 수송이 매우 효율적으로 이뤄졌다. 이처럼 이산화탄소량이 많은 것에 추가해서 해양 열 수송이 원활했기 때문에 극 지역에서도 영상의 기온이 유지될 수 있었다. 지금 기후학적 여름이 되려면 아직 며칠 더 남았는데, 벌써 폭염주의보가 내려진 지역이 많다. 올해 여름이 작년보다 더 덥지 않을까 걱정이다. 그런데 지구의 역사를 살펴보면 지금의 더위는 별것이 아니다. 아무리 덥다 해도 북극 해양과 남극 대륙은 얼음으로 덮여 있고, 시베리아의 일부 지역은 영구동토층으로 남아 있다. 지구온난화가 지금보다 훨씬 심각해질 것으로 예상되는 21세기 말에도 이런 상황이 완전히 바뀔 것 같지는 않다. 이에 현재 진행되고 있는, 그리고 앞으로 진행될 지구온난화는 인간의 문제이지 지구의 문제는 아닌 셈이다. 더욱이, 지구온난화는 미세먼지와도 밀접하게 연관된 듯하다. 우리나라 주변에서는 온난화로 인해 공기의 흐름이 약해져 미세먼지 고농도를 일으키는 대기 환경이 더 자주 만들어지고 있다. 그래서 미세먼지 배출량을 줄여도 고농도 일수가 줄어들지 않고 오히려 더 증가하고 있다. 미세먼지는 역으로 지구온난화에도 영향을 끼치고 있다. 우리나라의 경우, 1980년대와 1990년대에 노후화된 많은 디젤 버스나 트럭에서 뿜어져 나왔던 검댕 에어로졸이 햇빛을 직접 흡수해서 이산화탄소처럼 온난화를 가속했다. 우리는 다행히 정부의 강력한 미세먼지 저감대책으로 상황이 많이 호전됐지만 문제는 중국과 여러 동남아시아 국가에서 아직도 이런 노후화된 차량이 여전히 운행되고 있다는 점이다. 검댕을 비롯한 미세먼지는 북극까지 흩어져서 얼음이나 눈 위에 쌓이기도 한다. 그러면 햇빛의 반사도를 줄여서 그 지역의 온난화를 가속한다. 고위도 지역의 기온이 높아지면 열대 지역과의 기온 차이가 줄어들고 기압경도도 약해져 중위도 지역에서는 바람이 약해지고, 미세먼지 고농도가 더 자주 발생한다. 그러면 이 미세먼지는 또 극 지역으로 흩어지면서 얼음과 눈의 반사도를 약화한다. 이와 같이 지구온난화와 미세먼지 사이에는 서로 상황을 악화시키는 양의 피드백이 작동하는 것이다. 미세먼지는 온난화를 가속할 뿐만 아니라 강수량의 강도와 일수에도 영향을 주고 심지어 태풍의 세기도 바꾸고 있다고 한다. 이처럼 지구온난화·미세먼지 사이에 밀접한 연관성이 있음에도, 현재 우리가 알고 있는 지식은 많지 않다. 특히, 전 세계에서 이산화탄소와 미세먼지 배출이 가장 많은 중국의 영향을 직접 받는 우리나라는 그 피해가 가장 클 것이다. 그런데도 이를 해결하려는 노력이 뚜렷하지 않아 더 안타깝다. 작년 여름의 혹독한 더위에 이어 올여름 무더위도 중국 미세먼지의 영향을 받아서 더 심각해질 가능성이 크다. 허창회 서울대 교수 대기과학

4차 산업혁명 시대에는 데이터가 가장 중요한 기초 자원이다. 데이터를 얻기 위해서는 센서에서 발생한 데이터를 유무선 네트워크를 통해 클라우드 컴퓨팅 시스템의 데이터 센터에 모으게 된다. 이때 무선 통신 단말기, 자율주행자동차, 드론, 로봇 등과 같이 이동하는 사물이나 인간으로부터 데이터를 주고받기 위해서는 빛이나 전자파를 사용해야 한다. 빛은 눈이 부시고, 직진성이 매우 높아 눈에 보이는 곳과의 통신만이 가능하다. 그래서 건물 안에서 구석진 곳에서 무작위의 단말기와 넓은 공간에서 이동하면서 데이터를 주고받으려면 전자파를 써야 한다. 결국 전자파가 4차 산업혁명 시기의 인간에게 꼭 필요한 자연의 선물이다. 이러한 전자파 환경에서 빅데이터 교환을 위해 더욱 데이터 전송 용량을 높이기 위해서는 무선통신 주파수를 더 높은 초고주파까지 높여야 한다. 그래서 5G 통신에서는 초고주파이면서도 파장의 크기가 짧은 밀리미터(㎜) 대역인, 밀리미터파인 28㎓까지 높은 주파수를 사용하게 됐다. 이런 결과로 고주파 전자파의 특성이 5G 무선 이동 통신에 크게 영향을 미친다. 전자파의 특징을 나타내는 대표적인 공식이 ‘맥스웰 방정식’이다. 4개의 미분 방정식으로 표현되는 이 방정식은 1865년에 맥스웰이 제안했다. 원자 영역으로 가면 전자기학의 양자역학 버전이라고 할 수 있는 양자 전기역학으로 표현하면서 더 이상 맥스웰 방정식을 쓰지 못한다. 하지만 일반적으로 우리가 경험하는 전기 및 전자 공학 범위에는 가장 잘 맞고 검증된 공식이다. 5G 안테나 설계나 모뎀 설계에 필요한 이론은 모두 이 맥스웰 방정식이 제공한다고 보면 된다. 맥스웰 방정식 수식에 의하면 전자가 있으면 전기장이 생기고, 전류가 흐르면 자기장이 생긴다. 그런데 5G 통신에서는 주파수가 오르면서 이야기가 달라지기 시작한다. 주파수가 오르면 전류가 자기장을 만들고, 그 자기장이 시간에 따라 주기적으로 변하면서 전기장이 생긴다. 전기장과 자기장이 교차하면서 발생한다. 이 두 가지가 주파수를 갖고 시간에 따라 빠르게 변화한다. 이렇게 전기장과 자기장이 교차하면서 만들어지면 공간적으로 퍼져 나아가게 된다. 이 현상을 전자파라고 한다. 이처럼 고주파 주파수를 가진 전류를 흘렸을 때, 전자파를 인위적으로 발생시키고, 효율적으로 공간으로 전파시키는 구조를 안테나라고 한다. 그런데 5G 경우처럼 고주파가 되면 전자파의 파장이 줄어들어 안테나 사이즈를 줄일 수 있다. 그래서 안테나를 2차원으로 배열할 수 있고, 전자파를 공간적으로 성형할 수 있다. 그러면 원하는 단말기에만 전자파를 쏘아 줄 수 있다. 공간적 선택 능력이 생긴다. 이럴 경우 단말기가 이동하면 전자파 빔도 같이 이동해 추적해 줘야 한다. 이래저래 주어진 전자파 환경과 주파수에서 통신 속도를 높이려 하는 시도에서 난이도가 증가하고 있다. 안테나로부터 발생하고 전파하는 전자파는 공간으로 퍼져나간다. 그런데 거리에 따라 에너지의 크기가 거리의 제곱에 비례한다. 공간으로 퍼져 나가도 총에너지가 같아야 하는 원리 때문이다. 이에 멀리 떨어지면 전자파 크기가 줄어든다. 일반적으로 주어진 송수신 출력이 주어지면 송수신 최대 거리가 정해진다. 그 결과 한 개의 기지국이 담당하는 셀(Cell) 이 정해진다. 또 다른 고주파 전자파의 특징은 물체를 만나면 신호의 감쇄가 급격히 증가한다. 5G의 28㎓에서 특히 심하다. 그래서 송수신 셀의 크기를 더욱 줄일 수밖에 없다. 5G의 경우 약 100m이다. 100m마다 기지국을 설치해야 한다. 기지국 수가 훨씬 늘어날 수밖에 없다. 5G 통신에서 이러한 이유 때문에 통화 품질 문제는 계속된다. 안테나의 설계 난이도도 증가한다. 일정한 공간만 5G가 통한다. 따라서 기지국, 단말기 비용이 급격히 증가한다. 이 모두 맥스웰 방정식이 표현하는 전자파의 특성 때문이다. 이동 중에 데이터를 주고받고자 하는 자유를 갖고자 한다면 이 현상은 바뀌지 않는다. 자유가 주는 비용이다. 이를 줄이려면 전자파 이론을 잘 이해하고, 잘 활용하는 수밖에 없다. 김정호 카이스트 석좌교수 전기전자공학

생명과학 분야는 나노의 세상에서 일어나는 생명현상에 주목하고 있다. 인류에게 중요한 대부분의 생명현상과 질병 원인은 생체분자에서 일어나고 있으며, 나노기술은 생명과학의 비밀을 서서히 풀어 가고 있다. 물질 내부를 들여다보듯 세포 내부를 현미경으로 세밀하게 관찰하며 나노기술로 정밀하게 제어하는 기술이 개발되고 있다. 생명과학에서 나노기술의 중요성은 계속 증가하고 있다. 나노(nano)는 ‘10억분의 1’을 뜻하는 말로, 그리스어 ‘난쟁이(nanos)’에서 유래했다. 물질을 구성하는 기본단위인 원자를 4∼5개 한 줄로 세우면 1m보다 10억분의 1 작은 ‘1nm’가 된다. 나노의 세상은 몇 개의 원자가 비집고 들어가는 무척이나 작고도 좁은 세상이다. 그래서 나노의 공간에선 원자와 원자 사이가 매우 긴밀하게 영향을 주고받는다. 나노의 세상엔 큰 세상에서 볼 수 없는 일이 벌어진다. 특히 물질이 나노의 크기에 다다르면 큰 물질에서 발견할 수 없는 새로운 물성이 나타난다. 나노의 세상이 매력적인 이유는 크기에 따라 물질의 특성이 변하기 때문이다. 나노의 세상은 인류에게 어떤 호기심과 가능성을 열어줄 것인가. 오늘날 나노와 관련된 분야는 급속히 증가하고 있다. 나노과학은 눈으로 볼 수 없는 나노의 작은 세계로 인류의 지혜를 확장하고 있고, 나노기술은 물질 크기를 제어해 새로운 소재 개발의 가능성을 열어가고 있다. 나노의 세상이 우리가 상상하는 것보다 더 매력적인 이유는 여전히 미지의 영역이기 때문이다. 미국 물리학자 리처드 파인먼도 나노의 세계를 ‘아주 풍부한 공간’ 또는 ‘무한한 가능성이 있는 공간’이라 했다. 현대 과학기술은 다양한 방법으로 나노구조를 만든다. 원자를 하나의 레고 블록으로 본다면 레고 블록의 종류와 쌓는 방법은 매우 다양하다. 레고 블록을 정교하게 제어해 하나씩 쌓거나 큰 물질을 조금씩 깎아서 나노구조를 만들기도 한다. 어떻게 하면 좀 더 정교하고 값싸게 나노구조를 만들 것인지가 오늘날 나노기술의 핵심이다. 크기만 작아져도 새로운 물질을 만들 수 있다니, 나노기술은 인류가 그토록 꿈꿔 왔던 진정한 ‘연금술’이라 할 수 있다. 나노의 세계는 눈으로 볼 수 있는 ‘큰 세계’와는 사뭇 다른 물질 구조와 특성을 가진다. 나노의 세계는 너무 작아 직접 눈으로 볼 수 없는데, 미세한 사물을 확대해 눈으로 볼 수 있도록 만든 장치가 ‘현미경’이다. 원자의 구조와 빛의 본질에 대한 인류의 갈망은 현미경의 발전을 촉진했다. 원자를 현미경으로 보려면 전자나 엑스선 같은 특별한 빛의 도움을 받아야 한다. 빛은 저마다 고유 파장을 가지며, 파장에 따라 물질에 대한 반응이 다르다. 적절한 빛을 광원으로 선택하고 최신 광학 설계와 정밀 제어 기술을 활용한 고성능 현미경으로 나노의 세상을 볼 수 있다. 나노기술은 소재, 전자, 에너지, 생명의료, 우주항공, 인공지능(AI) 등 거의 모든 분야에서 핵심적인 역할을 담당하고 있다. 하지만 그중에서도 가장 직접적으로 연관된 분야는 반도체와 생명과학 분야를 들 수 있다. 과학기술정보통신부는 산업통산자원부 등과 함께 시스템 반도체 비전과 전략을 수립해 신개념 반도체 원천기술 개발과 인력 양성을 위해 앞으로 10년간 2400억원을 투자할 예정이다. 삼성전자는 2030년까지 시스템 반도체 사업에 133조원을 투자하고 전문인력을 채용할 계획이다. 과감한 투자의 근간에는 극자외선을 이용한 ‘5나노 공정’ 등 원천 나노기술 개발의 뒷받침이 있다. 세계적인 과학저널 ‘사이언스’는 올해 과학기술의 주요 추세 중에서, 극저온 전자현미경 기술과 분자 추적 레이블 기술이 융합해 세포 안의 분자구조를 3차원으로 볼 수 있는 새로운 현미경 나노기술이 개발될 것으로 전망하고 있다. 특정 분자를 염색해 3차원으로 이미지를 얻으면 분자와 세포가 생체반응에 따라 어떻게 반응하고 움직이는지를 분자 수준에서 이해할 수 있다. 나노기술이 열어갈 새로운 세상이 다가온다. 나노기술은 거의 모든 과학기술의 핵심쟁점에 스며들어 있으며 인류의 삶을 변화시키고 있다. 나노기술은 인류가 꿈꿔온 이 시대의 진정한 연금술이다. 원병묵 성균관대 교수 신소재공학

올해 2월 정부 발표에 따르면 2018년 기준 만 3세 이상 인구 5039만3000명 중 인터넷 이용자 즉, 최근 1개월 내 인터넷을 이용한 사람의 비율은 91.5%(4061만2500명)에 이른다. 이제 인터넷은 우리 생활의 필수재가 됐다. 그런데 우리가 4차 산업혁명이라는 목적지를 향해 인터넷이라는 자동차를 운행하기 위해서는 자동차가 달릴 인터넷 고속도로 즉, 인터넷망이 효율적으로 구축돼 있어야 한다. 도로가 국가 및 지방자치단체 등 여러 주체가 구축· 관리하면서 연결돼 있는 것처럼, 인터넷망도 여러 사업자가 구축·관리를 하면서 서로 거미줄처럼 연결돼 있다. 인터넷망은 어떻게 연결되고 있고, 어떤 기술적·경제적 이슈가 있는 것일까. 원래 인터넷(Internet)은 어원에서와 같이 네트워크의 네트워크로서 전 세계의 컴퓨터를 연결해 놓은 네트워크의 총합이라고 할 수 있다. 한국의 특정 통신사의 인터넷 가입자가 다른 통신사에 연결돼 있는 인터넷 사이트에 접속하는 경우나 미국에 서버가 있는 인터넷 사이트에 접속하기 위해서는 인터넷망 간 상호 접속이 이뤄져야 한다. 인터넷망의 상호접속이란 인터넷에 접속하는 서비스를 제공하는 ISP(Internet Service Provider의 약자로 통신·케이블방송사가 이에 해당) 간 인터넷 트래픽 교환을 위해 인터넷망을 연동하는 것을 의미한다. 이를 통해 이용자들은 하나의 ISP에만 가입하면 전 세계에 산재한 콘텐츠나 다른 ISP 가입자와 접속이 가능해져 인터넷의 보편적 연결성이 실현된다. 국내 인터넷망은 유선 메이저 3사인 KT, SKB, LGU+가 백본사업자로서 상호 연동이 돼 있고, 이들이 해외사업자와도 접속 돼 있다. 이동통신사는 각 유선사업자와 직접 연동이 돼 있으며, 케이블을 비롯한 중소유선 ISP는 메이저 3사와 연동해 인터넷 서비스를 제공하고 있다. 포털 등 CP(Contents Provider)는 메이저 3사의 전용회선 등을 통해 연결돼 있으며, 이들은 사업자 간 상호접속이 아닌 최종 이용자로서 망사용료를 지불하고 있다. 그런데 상호접속을 하게 되면 ISP 간에 인터넷망 사용에 대한 접속대가를 정산하게 된다. 현재 한국은 메이저 3사와 같이 네트워크 규모가 큰 사업자 간에는 트래픽 양에 따라 발신사업자가 착신사업자에게 접속료를 상호 정산하고 있다. 중소유선 ISP와 같은 하위 계위 사업자는 상위 계위 사업자에게 접속료를 지불하는 일방정산을 하고 있다. 접속료는 ‘접속통신요율×트래픽’ 공식에 따라 산출된다. 트래픽이 많아질수록 접속료가 오르는 구조라 중소유선 ISP는 트래픽이 많아지면 더 많은 접속료를 메이저사에 내야 한다. CP의 경우에도 영향이 있을 수 있다. A통신사가 네이버나 카카오 같은 CP에 전용회선을 제공한다고 가정하면 CP에서 트래픽이 발생해 다른 B통신사로 넘어갈 경우 A가 B에게 접속료를 지불해야 한다. 트래픽이 많아질수록 A가 부담하는 접속료도 늘어나는데, A는 이 비용을 CP에 전가할 수 있다. 2016년부터 도입된 이런 인터넷망 상호접속 제도로 인해 중소유선 ISP와 CP들은 접속료 상승에 따른 어려움을 호소하고 있다. 통신사는 과열경쟁으로 지나치게 저가화됐던 망사용료가 정상화돼 가는 과정이라고 보고 있으며, 이제는 통신사들의 망 투자비를 수익이 늘어난 CP도 부담해야 한다고 보고 있다. 한편 CP들은 자신들은 통신사에 망 사용 대가를 정당하게 내고 있는 반면 글로벌 정보기술(IT) 기업은 망사용료를 내지 않아 역차별이 발생하고 있다는 입장이다. 이러한 여러 이슈를 해결하기 위해 과학기술정보통신부는 인터넷망 상호접속 제도 개선작업을 진행하고 있고, 방송통신위원회도 CP와 ISP 간 망 이용 대가 기준 및 절차를 정하기 위한 가이드라인 작업을 진행하고 있다. 최종 소비자의 저렴하면서도 고품질의 인터넷 이용, 통신사의 네트워크 투자, CP의 경쟁력 강화, 국내 사업자의 글로벌 CP와의 협상력 강화라는 때로는 충돌되는 이해관계를 조정하는 합리적인 논의를 통해 인터넷 생태계의 건전한 지속발전이 가능한 제도 개선이 이뤄지기를 기대한다. 이성엽 고려대 기술경영대학원 교수 ICT학

얼마 전 실리콘밸리에 있는 소도시 팰로앨토에 출장을 다녀왔다. 인천공항 출국장에서 무심코 국제면허증을 펼쳐봤는데 만료된 지 3일이 지났다. 어쩔 수 없이 급하게 스마트폰에 우버와 리프트 앱을 설치하고 신용카드정보를 입력했다. 총 소요시간 5분. 그리고 사용이다. 이번 출장은 현지교통수단으로 렌터카 대신 우버 택시를 이용했다. 본의 아니게 이용하게 된 카셰어링 서비스인데 결론은 대만족이다. 가격, 편리성 등 모든 부문에서 상당히 매력적이다. 새로운 운송수단을 경험한 것이 이번 출장의 가장 큰 수확이다. 4차산업의 아이콘, 공유경제의 심벌인 우버가 지난달 26일 시가총액 915억달러의 상장 계획을 발표했다. 한화로 약 100조원이다. 2014년 중국의 인터넷 유통업체 알리바바닷컴이 250억달러로 상장해 뉴욕증권거래소(NYSE)의 상장 기록을 세운 바 있다. 5년 만에 우버가 신기록을 갈아치웠다. 우버는 운전자와 손님을 연결해주는 간단한 앱이다. 탑승객이 앱에 목적지를 입력하고, 호출버튼을 누른다. 승객 주변에 위치한 우버 운전자의 스마트폰에 운송요청이 뜬다. 운전자는 요청을 수락한다. 운전자와 승객이 매칭되면 운전자는 앱에 표시된 승객 위치로 이동한다. 승객이 탑승한다. 이미 목적지를 입력해 놓았기에 특별히 대화가 필요 없다. 운전자는 입력된 목적지로 이동할 뿐이다. 요금은 승객이 하차함과 동시에 자동으로 계산된다. 승객과 운전자를 매칭해주는 간단한 앱에는 최첨단 소프트웨어 기술이 녹아있다. 승객이 운송요청을 했을 때, 다수의 우버 운전자들이 요청 동시에 ‘수락’ 버튼을 누를 수 있다. 반드시 한 명의 운전자만 ‘수락’에 성공해야 한다. 배타적 접근 보장 문제를 해결해야 한다. 배타적 접근 보장은 알고리즘 난제 중의 하나다. 운전자의 평점과 특성, 승객의 패턴 등을 모두 데이터베이스(DB)에 기록하고 이를 실시간으로 분석해 우수기사, 우수고객에게 쿠폰 등의 인센티브를 준다. 실시간 빅데이터 분석이라는 첨단 문제를 해결해야 한다. 우버는 최근 ‘합승’서비스를 시작했다. 깜짝 놀랐다. 고난도의 알고리즘을 필요로 하기 때문이다. 우버를 부를 때 ‘개인’서비스를 이용할 것인지 ‘합승’서비스를 이용할 것인지를 선택할 수 있다. ‘합승’서비스를 이용하면 요금이 15% 정도 더 저렴하다. 운전자는 목적지가 비슷한 근처의 손님을 태울 수 있다. 합승을 하면 운전자와 우버사는 2명에게 요금을 받으니 이익이다. 합승손님을 태울 때, 어느 정도까지 돌아가야 되는가, 어떤 길로 돌아가야 가장 빠른가, 다수의 목적지 중 어디를 먼저 가야 하는가 등의 문제가 존재한다. 이것이 저 유명한 ‘영업사원의 이동’이라는 문제이다. 다수의 도시를 다녀야 하는 영업사원이 어떤 순서로 거래처를 방문해야 총 이동거리를 최소화할 수 있을 것인가 하는 문제이다. 원거리까지 돌아가서 합승손님을 태우거나, 나중에 탑승한 손님의 목적지를 먼저 방문하면, 기존 탑승객이 항의할 가능성이 크다. 또 홍수, 태풍 등 자연재해 등으로 정전이 발생해도 전 세계의 우버 서비스는 끊김없이 지속돼야 한다. 소프트웨어의 ‘가용성’ 문제를 해결해야 한다. 단순한 택시 서비스처럼 보이지만 우버에는 고도로 정교한 소프트웨어 기술이 녹아있다. 승객과 운전자를 매칭하는 단순한 아이디어만으로 우버의 화려한 창업 신화가 가능했을까. 소프트웨어 기술력 없이 비즈니스 아이디어만 가지고 창업한 많은 회사는 대부분 바람처럼 왔다가 흔적 없이 사라진다. 우버 서비스의 근간에는 배타적 접근 보장, 가용성 보장, 최단거리 검색, 실시간 빅데이터 분석 등 각종 최첨단 소프트웨어 기술이 모두 융해돼 존재한다. 소프트웨어 기술력이 겸비됐기에 우버는 21세기 운송수단의 개념을 재정의하는 데 성공했다. 4차 산업혁명시대에서 소프트웨어 기술의 중요성을 다시 한번 확인하는 순간이다. 그나저나, 실리콘밸리 월세 아파트에 사는 지인의 한숨이 더 깊어졌다. 실리콘밸리의 집값. 이제 우버의 상장으로 더욱 오르게 생겼단다. 수많은 백만장자가 쏟아져 나올 테니 말이다. 원유집 카이스트 교수 컴퓨터공학

벚꽃이 필 무렵부터 초여름 더위가 찾아오기 전까지 4, 5월은 황사의 계절이다. 올해에도 어김없이 몇 번의 황사가 우리나라를 뒤덮고 지나갈 것이다. 미세먼지로 오염된 공기를 숨 쉬는 것만 해도 마음이 편치 않은데 황사 먼지는 불청객 수준을 넘어서 공포감까지 느끼게 한다. 그 이유는 황사먼지도 미세먼지와 마찬가지로 피부와 눈, 코, 인후 점막에 붙어서 신체를 자극하고 혈관에 쌓이는 등 폐렴, 폐암, 천식, 심장질환, 뇌졸중 등의 질병을 악화시킬 수 있기 때문이다. 그뿐만 아니라 황사먼지는 농업, 항공, 기계, 전자 등 여러 산업 분야에도 심각한 피해를 끼치기도 한다. 황사는 중국 북부지역과 몽골 남부지역의 사막에서 발생한 모래먼지 현상을 가리킨다. 사막에서 세찬 바람이 불면 모래먼지가 수 킬로미터 상공까지 올라가고, 동북아시아 상공을 휘감고 있는 강한 서풍대를 따라 1000㎞ 이상 떨어져 있는 우리나라까지 날아온다. 모래먼지가 대류권 제트류를 만나면 이 황사는 태평양을 건너 북미대륙까지 도달하기도 한다. 사막에는 연간 200㎜를 넘지 않을 정도로 적은 양의 비가 내린다. 우리나라에 내리는 강수량이 연간 1300∼1400㎜이니 7분의 1에 해당하는 양이다. 이 메마른 사막에도 겨울에는 눈이 내리는데 그 양이 많으면 사막을 뒤덮기도 한다. 눈이 얼어서 사막 지면에 달라붙으면 바람이 강하게 불어도 모래먼지가 일어나지 않는다. 눈이 많지 않아도 땅이 얼면 먼지가 날리지 못한다. 이것이 겨울에 황사가 적은 이유이다. 그런데 봄이 되면 사막의 눈이 녹고 얼었던 땅도 녹으면서 땅이 푸석푸석해진다. 이때에는 바람이 조금만 불어도 사막의 모래먼지가 하늘 높이 올라갈 수 있다. 만약 지난겨울에 중국 사막에 많은 눈이 내리고 추워서 땅이 늦게 녹는다면 우리나라에 나타나는 황사 발생 일수가 적어지거나 황사현상이 늦게 찾아오게 된다. 반대로 전년도 겨울에 눈이 적고 봄철에 온도가 높아서 땅이 빨리 녹는다면 황사는 잦고 일찍 찾아올 것이다. 우리나라가 장마에 접어들 즈음에는 중국 북부지역에도 습도가 높고 비가 많아 모래먼지가 만들어지지 않는다. 또한 이때에는 남쪽으로부터 불어오는 바람이 우세해 사막의 모래먼지가 현지에서 만들어진다 해도 우리나라로 오지 않는다. 우리에게는 황사가 귀찮고 두려운 존재이지만 어쩔 수 없이 발생하는 자연현상이다. 동남아시아와 중국 남부지역은 세계적으로도 비가 많이 내리는 지역이다. 이 지역에서 비가 내리려면 대류권 하층에서는 주변 지역의 습한 공기가 모여들어 하늘로 올라가야 한다. 이 공기는 올라가면서 응결해 비를 만든다. 비를 뿌린 후 대류권 상공으로 올라간 이 공기는 상층에 남아 있지 않고 주변의 다른 지역으로 이동해서 지면으로 내려온다. 대기 상·하층 사이의 질량보존을 만족시켜야 하기 때문이다. 이 과정을 정리하면, 중국 남부지역에서 상승한 공기가 중국 북부지역에서 하강하는 순환구조가 만들어진다. 이와 같은 동아시아 공기의 순환구조로 인해 중국 북부와 몽골지역에서 건조한 사막이 형성된다. 황사의 강도와 발생 횟수는 동북아시아 지역의 겨울철과 봄철 기후와 밀접하게 연관돼 있다. 동남아시아와 중국 남부지역에서 내리는 비와도 연관돼 있다. 게다가 북극지역의 빙하 면적이 우리나라 황사 활동에 영향을 끼칠 가능성도 제기되고 있다. 지난 십 수년의 자료를 분석하니 봄철 빙하 면적이 작을수록 우리나라 연중 황사 발생 횟수가 뚜렷하게 증가했다. 북극 카라·바렌츠해에서 빙하가 줄어들면 동북아시아에서는 기압골이 강화되고, 이에 따라 몽골과 중국 북동부 등의 황사 발원지에서는 불안정한 대기가 자주 나타나고 황사 발생이 증가했다. 결과적으로 지구온난화로 인해 북극해의 빙하가 감소하고 우리나라에는 황사를 더 자주 발생시키고 있다. 걱정스러운 점은 지구온난화로 인해 앞으로 황사가 더 자주 발생하고 강해질 것이라는 예측이다. 동북아시아 지역의 기온이 올라가면 사막에 내릴 눈이 비로 바뀔 것이고, 겨울에 얼었던 땅이 봄에 더 빨리 녹을 것이기 때문이다. 허창회 서울대 교수·대기과학

4차 산업혁명 시대에 가장 기초적인 자원이 빅데이터이다. 이 빅데이터를 기반으로 인공지능(AI)이 학습을 한다. 그래서 컴퓨터의 인지능력과 판단능력, 그리고 미래예측능력이 인간을 앞서가게 된다. 그러면서 미래의 대부분 인간의 일자리를 로봇과 컴퓨터가 대체할 것으로 예상한다. 이러한 4차 산업혁명 시대에 쌀이자 원유인 빅데이터를 생성하는 기초소자가 바로 센서이다. 센서는 일반적으로 반도체로 만들어지고 주변 환경의 전압, 전류, 전자파, 빛 등 전자기적 물리신호뿐만 아니라 온도, 압력, 속도, 가속도, 회전속도, 힘 등 기계적 신호도 측정한다. 더 나아가 화학적 감지기능으로 기체의 종류, 기체의 양, 불순물 농도 등 화학적 감지기능을 갖기도 한다. 센서 내부에서는 이렇게 감지한 아날로그 감지신호를 디지털값으로 전환한다. 그리고 유무선 통신회로와 네트워크를 통해서 프로세서 보내고, 메모리에 저장하고, 멀리는 데이터 센터로 보내게 된다. 이러한 센서를 반도체로 구현하면 장점이 많이 있다. 일단 작고, 가볍고, 전력소모가 적다. 그리고 대량생산이 가능하다. 최근에는 배터리를 제외한 전체를 1개의 반도체로 구현해서 가볍고, 작고, 저전력이고, 값싸게 구현하려고 하고 있다. 그래야 언제 어디서나 누구에게나 모든 사람과 사물에 설치할 수 있다. 센서가 이러한 기능과 구조를 가지려면 센서가 배터리 교체 없이 거의 무한대의 시간 동안 동작할 수 있어야 한다. 그래서 전력소모가 적게 설계하는 것이 무엇보다도 중요하다. 지금까지 이러한 센서가 가장 많이 필요했던 시스템은 스마트폰 산업이었다. 하지만 그 시장의 성장속도는 이제 둔화되고 있다. 앞으로는 자율주행자동차가 스마트폰 다음으로 등장하는 빅데이터 생산 플랫폼으로 등장한다. 각종 센서가 자동차의 자율주행을 위한 위치와 주변 정보를 포함해 자동차의 운전상태, 운전자의 감정, 건강, 욕구상태 등 무한한 정보를 생산할 수 있다. 자동차 안에서의 대화, 전화통화, 눈빛의 변화까지 데이터가 된다. 이처럼 자율주행자동차에 설치되는 센서의 숫자도 급속히 늘어날 전망이다. 자율주행자동차에 필요한 기계적인 구동센서를 위해서 일종의 발전기를 반도체 내에 만들어야 한다. 직진운동이나 회전운동을 전기신호로 변환해야 한다. 그러려면 전기장을 이용하거나 자기장을 이용해야 한다. 이처럼 기계적인 운동을 전기적으로 바꾸어 주는 대표적인 반도체를 MEMS(미세전자기계시스템) 센서라고 한다. 바로 이 MEMS 센서가 기계세계와 전자세계를 연결하는 반도체 센서부품이 된다. 다음으로 많이 사용될 센서가 바로 카메라 센서이다. 특히 자율주행자동차의 AI 기능은 이들 고화질 CCD 카메라의 성능에 달려 있게 된다. ‘백문이 불여일견’(百聞不如一見)이라는 속담이 있다. 백 번 들어도 한 번 보는 것만 못하다는 뜻이다. 그만큼 영상이 주는 정보량이 많다는 뜻이다. 우리 눈은 가시광선의 영상만 파악하지만 반도체 이미지 센서를 이용하면 자외선, 적외선 등 우리 눈으로 인식하지 못하는 빛의 영역까지 담을 수 있다. 이러한 배경으로 경쟁력 있는 영상 이미지센서를 생산하고 있는 소니가 다시 부활하고 있는 것이다. 인텔에 17조원에 인수된 모빌아이도 자율주행자동차용 카메라 기술 회사이다. 한 걸음 더 나아가 미래에는 이러한 센서 안에 AI 기능도 포함될 전망이다. 그러면 센서가 AI 판단까지 내리게 된다. 그러면 ‘AI 센서’시대가 된다. 그렇게 되면 클라우드 시스템이 독점하고 있는 데이터도 극단적으로 분산되고 AI도 분산된다. 우리나라 반도체 산업은 메모리 산업에 지나치게 집중돼 있다. 하지만 비메모리시스템 반도체 전 세계 시장에서 차지하는 규모는 3% 이내로 매우 작다. 하지만 이러한 메모리 산업조차도 중국의 추격에 위협받고 있다. 카메라 센서를 포함한 센서의 시장에 새로운 도전장을 내밀 절호의 기회이다. 김정호 카이스트 석좌교수 전기전자공학

3차원 인쇄 기술은 영화에 자주 등장한다. 주인공이 상대방 얼굴을 스캔해 3차원 프린터로 재빨리 제작한 후 능숙하게 그 사람의 역할을 대신한다. 3차원 인쇄 기술은 영화적 상상을 넘어 우리의 현실에 깊숙이 들어와 있다. 3차원 인쇄 기술로 복잡한 입체 형상을 쉽게 제작할 수 있다. 3차원 인쇄 기술은 제조 혁명을 이끌 뿐만 아니라 세상을 바꿀 혁신 아이콘이다. 최근 세계 제조 산업에서 핵심 기술로 급성장하고 있으며, 우리 정부도 2019년 ‘3D 프린팅 산업 진흥 시행계획’을 수립해 국가적 차원에서 기술력 확보에 노력하고 있다. 3차원 인쇄 기술의 아이디어는 1981년 일본 고다마 히데오가 처음 착안했고, 1986년 미국 척 헐이 설립한 3D 시스템스가 3차원 인쇄 기술을 최초로 제품화했다. 2009년 스트라타시스가 보유한 압출적층 방식의 3차원 인쇄 기술 특허가 공개되면서 관련 기술은 2010년 이후 시장에서 주목 받았다. 이 기술은 플라스틱을 녹인 액체를 분사해 층층이 쌓는 방식인데, 액체를 층층이 쌓아 굳히면서 사물의 입체 형상을 완성한다. 여러 층을 쌓아 전체 형상을 만드는 데 시간이 걸리지만 프린터 외에 별다른 설비가 필요하지 않은 매력적인 제조 기술이다. 2014년 3D 시스템스가 보유하고 있던 레이저 소결 특허도 공개되면서 관련 분야의 발전을 촉진했다. 레이저는 한 점으로 집중하기 쉽다. 이 원리를 이용하면 레이저를 집중해 한 점에서 가열할 수 있다. 금속이나 플라스틱 분말은 레이저 가열에 의해 녹았다가 응고하면서 분말끼리 달라붙어 소결이 일어난다. 분말이 담긴 용기에 레이저를 집중 조사해 입체 형상으로 만든다. 이외에도 빛을 쬐면 단단하게 굳는 광경화 수지를 활용하는 방법도 있다. 1997년 텍사스 인스트루먼트가 개발한 이 방법은 특수한 투영기로 빛을 조사하면 광중합 반응을 일으키는 광경화 수지가 굳어 입체 형상을 만든다. 빛을 이용하면 층층이 쌓는 것보다 빠르게 입체 형상을 만들 수 있다. 아크릴 수지는 빛을 흡수하면 중합 반응이 일어나 분자끼리 결합한다. 액체 아크릴 수지는 빛에 의해 순식간에 고체로 응고해 입체 형상으로 바뀐다. 이 방법은 빛에 반응하는 광경화 수지만 가능하다. 아이디어는 빠르게 발전하고 있다. 2019년 1월 미국 로런스 리버모어 국립연구소와 캘리포니아 대학 연구진은 기존의 엑스선 단층 촬영 기술을 활용해 새로운 인쇄 기술을 제안했다. 병원에서 환자 내부를 엑스선으로 찍어 입체로 분석하는 기술이 엑스선 단층 촬영 기술이다. 이 기술을 역이용해 컴퓨터가 제공한 입체 형상 정보를 액체 수지가 담긴 용기에 투사해 입체 형상을 단번에 찍어내는 방식이다. 지금까지의 3차원 인쇄 기술 중 가장 빠르다. 미래 기술 전문가들은 현재의 개발 속도라면 3차원 인쇄 기술은 2026년쯤 산업 전반에 널리 활용돼 안정기에 들어갈 것이라 전망하고 있다. 3차원 인쇄는 복잡한 디자인, 소량 생산, 주문형 제조에 적합하다. 입체 형상 정보가 있으면 어떤 디자인도 제조할 수 있다. 거대 제조 설비가 필요하지 않고 제작 단가가 비교적 저렴하며 모양이 복잡한 형상도 제작 가능하다. 3차원 인쇄 기술을 활용하면 제조 자유도가 무한대에 이른다. 개인 맞춤형 산업에서 3차원 인쇄 기술을 주목하는 것도 이 때문이다. 3차원 인쇄가 만능은 아니다. 여전히 금속을 포함한 많은 소재가 3차원 인쇄로 제작할 수 없다. 분말을 사용할 경우 미세 분말에 따른 작업 안전이 중요하며 분사된 분말을 단단하게 굳히기 위한 후처리가 필요하다. 빛을 활용할 경우 소재와 빛의 반응이 관건이며 빛에 반응이 없는 소재는 이 방법으로 인쇄가 불가능하다. 생체 소재를 인쇄하는 기술도 아직 갈 길이 멀다. 입체 형상 제작이 가능하고 기계적 물성이 뛰어나며 생체 적합성이 확보돼야 한다. 3차원 인쇄를 위한 소재 개발이 절실하다. 지금까지 평면 인쇄를 기반으로 인류가 이룩한 사회 변화는 입체 인쇄를 정점으로 다시 한번 대변혁을 겪을 것이다. 제조 혁신은 물론 의료 혁신에 이르기까지 3차원 인쇄 기술은 인류에게 새로운 도전의 가능성을 열어주고 있다. 원병묵 성균관대 교수 신소재공학

드디어 내일 세계 최초로 한국에서 5세대 이동통신(5G) 서비스가 개시된다. 5G는 인공지능(AI), 빅데이터 등 연관기술의 진화와 결합돼 산업혁신을 견인하고 우리 삶에 엄청난 변화를 가져올 핵심 네트워크 인프라다. 모든 사물의 데이터가 실시간으로 교환·소통되고, 이를 산업에 활용해 자율주행차, 원격의료, 스마트시티, 스마트공장 등 맞춤형 융합 혁신 서비스가 창출될 것이다. 어떻게 5G 주파수는 이런 마법 같은 일을 가능하게 하는 것일까. 기본부터 살펴보면 주파수는 전파가 공간을 이동할 때 1초 동안 진동하는 횟수다. 1GHz는 1초에 10억 번 진동한다는 뜻이다. 전파는 인공적인 유도 없이 공간에 퍼져 나가는 전자파로서 국제전기통신연합(ITU)이 정한 범위 안의 주파수를 가진 것인데 그 범위는 3000GHz 이하다. 주파수는 무선으로 정보를 실어 나른다는 의미에서 도로에 비유될 수 있다. Hz마다 새로운 도로가 될 수 있는 것이다. 통신용으로 사용된 800MHz, 1.8GHz, 2.1GHz, 2.6GHz 대역이 대표적인 도로인데, 이 대역이 2세대 이동통신(2G), 3세대 이동통신(3G), 4세대 이동통신(4G) 서비스에 사용됐다. 높은 주파수 대역에서는 넓은 대역폭을 확보할 수 있어 한 번에 많은 정보를 실어 나를 수 있다. 또한 강한 직진성으로 인해 특정방향으로 송신이 유리하다. 다만, 고층건물 같은 장애물에 영향을 많이 받고 비, 눈, 안개 낀 날에는 멀리까지 신호 전달이 힘들어 신호를 멀리 보내기 위해서는 기지국을 촘촘히 세워야 한다. 낮은 주파수 대역은 잘 휘어 먼 거리를 가지만 넓은 대역폭 확보가 어려워 전송 가능한 데이터양이 적다. 국내에서 5G는 3.5GHz 대역에서 280MHz폭과 28GHz 대역에서 2400MHz 등 총 2680MHz폭이 할당됐다. 고대역 주파수와 넓은 대역폭이 5G 주파수의 특성인 셈이다. 이에 따라 5G 주파수는 다음 세 가지 특성을 가지게 된다. 첫째는 초고속으로 5G는 현재 사용 중인 4G보다 속도가 20배 이상 더 빨라진다. 둘째, 초연결성으로 센서가 부착된 디바이스가 더 많이 연결됨으로써 수많은 정보를 동시에 수집할 수 있게 된다. 초고속, 초연결성은 스마트시티와 재난 대응에 필수적이다. 스마트시티의 본격 구현을 위해서는 방대한 양의 센서, 디바이스를 연결해 수집되는 정보를 빠르게 전송·처리할 수 있는 네트워크가 필요하다. 대규모 재난대응을 위해서는 센서정보, 영상정보, 소셜네트워크서비스(SNS) 정보의 실시간 전송이 필수적이다. 셋째는 초저지연성으로 지연시간이란 스마트폰에서 보낸 데이터가 기지국, 교환실, 서버 등을 거쳐서 다시 스마트폰으로 돌아오는 데 걸리는 시간이다. 5G에서는 지연속도가 0.001초로 나타난다. 원격으로 진행되는 수술은 의사의 움직임을 지연 없이 전달해야 하며, 자율주행 자동차는 물체를 인식하고 제동장치에 이 신호를 전달하는 데 지연이 없어야 한다. 4차 산업혁명의 핵심 전제는 모든 사물이 연결성을 갖는 것이다. 5G 네트워크는 각 영역에서 필요로 하는 연결성을 제공하기 때문에 4차 산업혁명을 위한 필수 인프라가 된다. 이처럼 4차 산업혁명의 출발점이 5G 네트워크라는 점에서 정부와 산업계가 5G 네트워크 개발과 고도화에 각별한 관심을 가질 필요가 있다. 이미 정부는 주파수와 관련해 할당된 대역 외에 트래픽 증가로 인한 추가 수요를 대비하기 위해 작업반을 운영하고 있다. 고정 및 고정위성용으로 분배돼 있는 3.7∼4.2GHz 대역에서 기존 무선국 운용 및 주파수 이용실태 조사 등을 통해 5G 사용 가능성을 검토하고 있다. 주파수 자원의 개발을 통한 5G 산업 활성화 지원, 전파자원의 공정하고 효율적인 이용이라는 정책 목표에 부합하는 계획 수립을 통해 세계 최초는 물론 세계 최고의 5G 일등 국가로의 도약을 기대해 본다. 이성엽 고려대기술경영대학원교수 ICT학