최종편집 : 2019.09.20(금) 308호

 

 

 

[사이언스칼럼 ②]4차 산업혁명의 핵심기술(2)

2019.08.29 18:19:27

 

 

4차 산업혁명은 ICT 기반 기술과 첨단 디지털 기술이 빅뱅(Big-Bang)으로 융합되고 ‘사람+장소+사물+제품’이 인공지능 기반으로 초 연결되는 새로운 세상이다.

4차 산업혁명은 이전의 세가지 혁명과 근본적으로 다르다.

사물 인터넷, 클라우드, 빅데이터, 모바일, 소셜미디어 의 ICT 기반 기술에 인공지능, 사물인터넷, 3D 프린팅, 자율주행차 등 첨단 디지털 기술들이 동시 다발적으로 융합하여 일어나는 기술 주도형 사회의 대혁명이라 할 수 있다. 본 고에서는 4차 사업혁명의 핵심 기술 8가지에 대해 소개하고자 한다.

3. 3D 프린팅

1960대 말부터 레이저를 이용한 3차원 입체 형상 가공에 대한 연구가 계속 진행되다가, 1980년 일본 나고야 시립산업연구소의 Hideo Kodama가 광경화성 수지를 단일 레이저 UV 광을 이용하여 경화 시키는 기술을 발표하게 되었다.

곧, 1984년 미국 3D Systems 사의 Chuck Hull이 Kodama와 같은 기술을 이용하여 SLA 방식의 3D 프린팅 기술을 개발하였으며, 그는 지금까지 모든 장비에서 사용되고 있는 STL 파일 양식을 고안 제시하였다.

3D(3차원) 프린팅은 디지털 디자인 데이터를 이용해 소재를 적층(積層)하여 3차원 물체를 제조하는 기술이다.

재료를 자르거나 깎는 절삭가공, 틀에 액화된 재료를 넣어 굳히는 소성가공 등의 기존 제조기술과 달리 3D 프린팅은 단면을 겹겹이 쌓는 방식이다.

3D 프린팅 기술의 특성을 분석할 때 주의할 점은 3D 프린팅은 하나의 기술이 아니라 장점과 단점이 매우 다른 여러 기술들의 합집합이라는 사실이다.

현존하는 다양한 3D 프린팅 기술들은 필라멘트 등의 재료를 압출하여 층을 쌓는 고체 방식, 액상의 광경화 수지를 빛에 노출하여 응고하는 액체 방식, 플라스틱이나 금속 분말을 소결(燒結)하는 분말 방식 등 3가지로 구분할 수 있다.

고체 방식의 가장 대표적인 기술은 FDM (Fused Deposition Modeling)이고 액체 방식과 분말 방식의 가장 대표적인 기술은 각각 SLA (Stereolithography)와 SLS (Selective Laser Sintering)이다.

많은 장점에도 불구하고 3D 프린팅은 만들어내는 제품의 품질이 기존 제조기술 대비 미흡하므로 실제 산업에서 활용되기에는 제약이 많다.

예를 들어 매끄러운 표면이 필요한 모바일 기기나, 안전상 이유로 상당 수준의 강도가 요구되는 자동차에는 가까운 미래에 활용되기 어려울 전망이다.

또한, 제조속도가 느리고 남은 분말을 털어내거나 열처리, 연마 등을 하는 후공정이 필요하기 때문에 현재로서는 대량생산이나 기존 제조공정과의 연계가 어렵다.

종합하면, 3D 프린팅은 기존 것을 더 잘 만드는 기술이 아니라, 기존에 못 만들던 것을 만들 수 있는 기술이라고 평가할 수 있다.

전문가가 아닌 누구라도(제조 주체) 어떤 복잡한 모양이나 다양한 제품도(대상물의 범위) 언제 어디서든(시간, 장소) 제조가 가능해진 것이다.
 4D 프린팅은 3차원 프린팅된 형상이 추가적인 외부의 자극(에너지)에 의해서 변형 혹은 반응을 하는 스마트 3차원 프린팅 기술이다.

MIT와 Georgia Tech을 선두로 해서 최근 들어 많은 연구들이 이루어지고 있다.

최근까지의 연구는 주로 형상기억 폴리머를 이용하여 외부에서 열을 가하여 형상을 변하시키거나[9], 수분을 흡수하여 부피의 차등변화에 따른 형상 변화에 대한 것들이다.

이 외에도 주변 환경에 따라서 선택적으로 형상이 변화하거나 반응을 하는 분야의 연구는 향후 지속적으로 이루어질 것으로 기대된다.


Material Jetting 방식을 사용해서 구현한 물품들(
www.stratasys.com)


4. 자율주행차

자동차관리법에 의하면 자율주행자동차는 운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자동차를 말한다.

자율주행자동차는 차로 이탈방지 기술, 차선변경 제어 기술, 장애물 회피제어 기술 등 다양한 기술을 이용하여 출발지와 목적지를 입력하면 최적 주행경로를 선택하여 자율적으로 판단하고 주행한다.

즉, 자율주행자동차는 인간의 불확실성과 판단 오류, 부주의를 넘어, 사고 없는 교통환경을 꿈꾸고 있는 것이다.

자율주행 초기 단계에는 Stop and Go 등 혼잡상황에서의 자동주행이나 자동주차 등 비교적 간단하게 활용될 것이지만 이후 실버타운 등 특정 지역에서 내부 교통수단으로 활용될 것으로 예상된다.

특히, 고속도로 등 비교적 교통환경이 복잡하지 않고 기하구조 등 관련 도로환경이 좋은 연속류 도로에 우선 도입될 것으로 보인다.

그리고 완전한 자율주행이 가능해지면, 완전한 형태의 카쉐어링 서비스가 가능하게 될 것이고, 이를 통해 자율주행 개인대중교통 및 차량 공유 서비스 등이 가능할 것으로 예상된다.

자율주행자동차의 제어 기술은 ESC(제동/엔진제어), MDPS(조향제어) 엔진 ECU(엔진제어시스템) 등이며, 이미 성숙단계에 진입하여 자율주행자동차 구현에 큰 기술적 이슈는 없다.

미래의 자율주행 운영 체계가 어떻게 될 것인지에 대한 예측은 매우 다양하다.

다만, 먼 미래에는 모든 차량이 자율주행으로 주행할 가능성이 높지만 그 이전에는 자율주행 차량과 일반 차량이 함께 도로를 주행 할 것으로 예측된다.

그렇다면 기존의 수동 운전자들이 자율주행 차량을 어떻게 인식할 것이냐 하는 것도 중요한 문제가 된다.

실제로 도로에서 자율주행 면허를 받고 테스트해보면 대부분의 수동 운전자들은 자율주행 차량을 답답해 하고 추월해 간다.

자율주행을 구동하는 판단 및 제어기가 기존 사람에 비해 매우 보수적으로 동작하기 때문이다.

그렇다고 해서 자율주행 차량이 사람과 비슷하게 운전하는 것이 좋은지는 생각해 볼 문제이다.

구글의 경우에도 사람과 비슷하게 운전하는 로직을 자율주행 차량에 넣었다가 충돌 위험이 높아졌다는 기사도 있다.

다수의 자율주행 차량이 있고 소수의 수동 주행 차량이 혼재할 때에 소수의 수동 주행 차량이 다수의 자율주행 차량의 보수적인 판단 및 제어 로직을 이용하여 대부분의 도로 리소스를 차지할 수도 있기 때문에 향후 문제의 여지가 있다.

중국에서는 최근 스마트 시티 구축이 한창인데 그 중 하나의 스마트시티에서는 1층에서는 자율주행 차량만이 운행하고 일반 차량은 지하에서만 운행할 수 있는 그림을 그리고 있다.

해당 스마트 시티 1층은 모두 자율주행 차량만 운영될 것이기에 기존 차선 및 신호등이 필요 없는 새로운 도시 구조가 탄생 할 가능성이 있다.

 

조향휠과 가감속 페달이 없는 구글의 자율주행 차량


/이영석 군산대 컴퓨터정보통신공학부 교수

[본 내용은 본사 편집방향과 다를 수 있습니다]

 

 

 

 

 

인사말 ㅣ오시는 길 ㅣ개인정보취급방침 ㅣ 신문구독신청 ㅣ 광고문의  ㅣ 기사제보 ㅣ 독자기고 ㅣ 이메일자동수집거부