미래를 바꿀 10가지 기술

기술들의 변화와 발전이 우리의 미래의 삶의 모습을 결정하고, 또 요즘 시대엔 빠른 기술의 발전과 진보가 있는만큼 유심히 보지 않으면 도움이 될것 같지만 관심을 받지 못하고 사장되는 기술들이 많은데요, 세계경제포럼에서 뽑은 우리 미래를 바꿀 10가지 기술 중 5가지가 IT와 관련된 기술이네요.

웨어러블기기, 빅데이터, 스크린없는 디스플레이 기술 등등 우리의 삶을 더욱 더 편리하게 만들만한 기술들이 있는데요, 과연 이런 기술들의 발전이 우리 삶에 우리가 상상하는 모습으로 나타나 우리 삶을 더욱 더 편리하게 만들지 아니면 상상하지 못했던 부작용들이 나타나 여러 문제들을 야기할지 궁금하네요

[곽노필의 미래창]웨어러블기기·뇌컴퓨터 등 미래 바꿀 10가지 기술

 | 기사입력 2014-03-03 15:53  0 

[한겨레] 세계경제포럼 발표…연구기관보다 기업가 시각

기술 잠재력 주목도 높이고 투자촉진 위해 선정

몸에 붙이거나 삽입하는 웨어러블기기, 바닷물에서 생활용수도 뽑고 금속도 채취하는 기술, 별도의 스크린장치 없이 허공에서 보여주는 디스플레이, 일상 생활 데이터들로 미래를 예측해주는 기술, 약물 대신 장내 미생물을 활용한 치료법, 컴퓨터와 뇌를 직접 연결해주는 장치….

스위스 다보스에 본부를 두고 있는 세계경제포럼(WEF)이 최근 발표한 미래 사회를 바꿀 ‘10대 뜨는 기술’(Top 10 emerging technologies)의 면면이다.

‘뜨는 기술에 관한 세계경제포럼 글로벌 어젠다 위원회’(GACET)는 2월26일(현지시간) 명단을 발표하면서 “기술은 현대 세계에서 가장 큰 변화의 대리인이 됐다”며 “위험이 없는 건 아니지만 긍정적인 기술 성과들이 자원 부족에서부터 환경 변화에 이르기까지 우리 시대에 닥친 글로벌 과제들에 대한 혁신적인 해결책을 약속하고 있다”고 밝혔다. 

포럼은 2012년부터 매년 ‘뜨는 기술’을 발표해고 있다. 포럼이 ‘뜨는 기술’을 선정하는 이유는 이 기술들의 잠재력에 대한 주목도를 높이고 투자를 촉진하기 위한 것이다. 위원회는 “적절한 투자가 이뤄지지 않고 구시대적 규제가 온존하고, 공공의 이해가 없으면 이 유망 기술들이 잠재력을 발휘하기는 어렵다”고 주장했다. 

포럼은 지난해 11월 열린 회의에서 세계 전문가들의 의견을 모아 명단을 만든 뒤 올 1월 열린 다보스포럼에서 의견을 최종 수렴해 명단을 확정했다고 한다.

신체적응형 웨어러블기기…몸속 삽입형, 깔창형, 문신형 등 다양 

포럼이 선정한 기술들은 세계 산업계를 이끌고 있는 기업인들의 시각이 담겨 있다는 점에서, 일반 연구기관들의 혁신기술 보고서에 비해 좀더 현실적이고 사업가적인 고려들이 많이 개입돼 있다고 볼 수 있다. 위원회가 이번에 선정한 10대 기술 중 첫번째로 웨어러블기기를 꼽은 것도 이 때문으로 보인다.

요즘 세계 산업계와 소비자들 사이에서 가장 주목받고 있는 차세대 기술은 웨어러블기기다. 올 1월 초 미국 라스베이거스에서 열린 가전쇼(CES)에서도, 지난 2월말 스페인 바르셀로나에서 열렸던 모바일월드콩그레스(MWC)에서도 웨어러블기기 신제품들이 가장 큰 화젯거리였다고 해도 과언이 아니다. 

위원회는 단순히 웨어러블기기로 표현하지 않고 신체적응형 웨어러블기기(Body-adapted Wearable Electronics)라는 표현을 썼다.

웨어러블 기술은 이미 구글 글래스에서 피트비트(fitbit)의 손목밴드에 이르기까지, 몇년 전부터 세상의 주목을 받아왔다. 지금까지 나온 기기들은 주로 운동량과 맥박, 수면 패턴 등을 측정해줌으로써 자신의 건강 상태를 체크할 수 있게 해주는 것이 대종이었다. 형태는 손목밴드나 클립 고정 같은 외부 탈착 수준이었다.

최근 등장하는 웨어러블기기는 기기를 착용하는 사람의 신체 부위 형태에 딱 들어맞는 디자인으로 바뀌고 있다. 크기가 작으면서도 다양한 센서와 피드백 시스템을 갖추고 있고, 모양도 이전 것들보다 덜 튄다. 심장박동수를 측정해주는 귀속 이어폰, 옷 안에 착용하는 센서, 생체 신호를 추적하는 임시 문신, GPS와 연결된 촉각 신발깔창 등이 그런 것들이다. 이 기기들은 겉에서 보이지 않는다. 촉각신발창은 맹인들을 위한 길 안내에 적합하다. 구글 글래스는 이미 환자 의료 기록을 확인하는 수술 보조도구로 사용되기 시작했다. 

기술 분석가들은 웨어러블기기의 성공 요인으로 기기의 크기, 편안함, 실시간 피드백 등을 꼽는다. 그러나 사생활 침해 논란도 있다. 예컨대 안면 인식 카메라 기능이 있는 기기가 그런 사례다.

위원회는 이런 고비만 넘긴다면 2016년까지 웨어러블기기 시장은 수억대 규모로 커질 것이라는 분석가들의 전망을 덧붙였다.

나노 탄소복합물질…더 가볍고 더 강한, 그래서 더 안전한

두번째로 선정된 것은 나노 구조를 가진 탄소복합물질(Nanostructured Carbon Composites)이다.

차량에서 나오는 배출가스는 환경오염원이다. 따라서 운송수단의 효율을 높이는 것은 이를 감소시키는 길이다. 탐소섬유를 사용하면 차량의 무게를 10% 이상 줄일 수 있다. 차가 가벼워지면 연료가 덜 들고, 이는 온실가스 배출 감소로 이어지기 때문이다.

그러나 자동차 기술에선 효율만을 생각해선 안된다. 승객의 안전도 똑같이 중요하다. 탄소섬유와 주변 고분자 매트릭스 사이의 인터페이스는 충돌사고 발생시 이 표면들이 찢어지지 않고 힘을 분산시켜 승객을 보호해준다. 

탄소섬유 복합물질을 재활용하는 것도 과제다. 이는 그동안 이 기술이 확산되는 데 걸림돌이 돼온 부분이다. 이제 이를 해결해줄 수 있는 새로운 기술이 나오고 있다고 위원회는 평가했다. 탄소복합 물질 상업화의 걸림돌들이 거의 제거된 셈이다.

바닷물에서 희소 금속 뽑아내…해수 담수화 확산의 빗장 풀릴듯

담수화 과정에서 금속을 추출하는 기술도 주목되는 기술이다. 이 기술로 인해 바닷물 담수화가 경제성을 갖출 수 있게 됐기 때문이다.


세계 인구가 증가하고 개발도상국들이 가난에서 벗어남에 따라 깨끗한 물은 지구에서 가장 부족한 자연자원 중 하나가 될 위험에 처해 있다. 마실 물은 물론 농업 및 공업용수도 부족하다. 따라서 해수 담수화는 오래 전부터 깨끗한 물의 새로운 공급원으로 주목받아 왔다.

그러나 담수화엔 심각한 약점이 있다. 에너지가 많이 필요한 것은 물론이고, 담수화 과정에서 만들어진 고농축 소금물이 다시 바다로 유입될 경우 해양생태계에 심각한 영향을 끼칠 수 있기 때문이다. 이 고농축 소금물에는 리튬, 마그네슘, 우라늄 등의 금속 성분이 함유돼 있다. 리튬과 마그네슘은 전기모터용 고성능 배터리와 풍력 터빈용 경량 합금에 사용된다. 이 금속들은 자원 부족 문제가 현안이 돼 있는 것들이다.

촉매를 이용한 화학반응을 통해 담수화 과정에서 이 금속들을 채취하는 새로운 기술이 각광받고 있다. 

위원회는 “이 기술로 금속을 채취하는 비용은 결국엔 땅에서 금속을 채굴하는 수준과 비슷해질 것으로 보인다”며 이는 해수 담수화 비용을 낮춰 담수화를 확산시키고 나아가 물 생태계를 위기에서 구해줄 것이라고 내다봤다.

전력망 안에 전기 저장…흐름전지, 고체전지, 탄소 메탄화 기술도 주목

네번째는 배전망(그리드) 방식의 에너지 저장이다. 태양이나 풍력 같은 재생에너지를 통해 생산된 잉여 에너지를 저장해 놨다 쓰는 기술이다. 

원래 전기는 직접 저장이 불가능하다. 따라서 수요와 공급을 잘 맞추는 것이 중요하다. 반면 석탄이나 가스 같은 화학 에너지는 상대적으로 대용량 저장이 가능하다. 따라서 전통적인 화력발전소는 수요에 맞춰 에너지를 제공한다. 그러나 화석 연료 역시 기후변화의 원인인 온실가스를 배출하는 문제가 있다. 이에 따라 많은 나라들이 탄소 기반의 발전소를 재생가능 에너지나 핵 또는 비화석 에너지로 바꾸고 싶어한다. 

그러나 풍력이나 태양광 등 청정에너지원은 매우 간헐적이다. 소비자와 전력망 운영자가 필요할 때 전기를 생산하는 것이 아니라, 날씨 여건이 맞아떨어져야만 전기를 생산한다. 생산량을 조절할 수도 없다. 또 원자력발전소는 동일한 양의 전기를 생산하는 문제점이 있다. 따라서 그리드 방식의 전기저장은 오랫동안 청정에너지 시스템에는 성배와 같은 존재였다. 현재 유일하게 양수발전소가 이에 걸맞은 전기를 생산하고 있으나, 비용이 많이 들고 환경에 좋지 않은 영향을 끼치는데다 특정 지형에서만 설치할 수 있다는 단점이 있다.

미래엔 흐름전지(flow battery)같은 기술이 개발돼 석탄이나 가스를 저장하듯, 유체 형태의 화학에너지를 저장할 수 있을 것이다. 다양한 고체전지들도 경쟁 상대로 떠오르고 있다. 새롭게 개발된 그래핀을 이용한 초고용량 축전지는 급속 충전과 방전을 수만번 이상 할 수 있게 해준다. 대형 바퀴나 지하에 저장된 압축공기 같은 잠재적 운동 에너지를 이용하는 방법도 있다.

독일에선 좀 더 새로운 방식을 실험하고 있다. 수소 전기분해를 통한 이산화탄소의 메탄화다. 잉여 전기로 물을 수소와 산소로 분해하고, 수소는 이산화탄소와 반응해 메탄을 만든다. 이 메탄이 필요시 연소를 통해 전기를 생산하는 것이다. 이런 기술들은 아직 초기 단계이다. 하지만 미래엔 매우 높은 경제적 가치를 지니게 될 것이다.

위원회는 “어떤 기술이 승자가 될지는 모르지만 이 분야의 기술발전 속도는 그 어느 때보다 빠른 것처럼 보인다”며 가까운 시일 안에 근본적 혁신이 일어날 것으로 예상했다.

충전 빠르고 용량 큰 나노와이어 리튬이온전지…2년 안 스마트폰 장착

다섯번째는 수명이 길고 충전 속도는 빠르고 힘은 센 ‘나노와이어 리튬이온전지’다.

전기저장매체인 배터리는 현대인의 생활에 무척이나 중요하다. 리튬이온전지는 무게나 크기에 비해 좋은 에너지 밀집도를 갖추고 있어 모바일폰, 노트북컴퓨터, 전기자동차 등에 널리 쓰인다. 하지만 전기차가 가솔린자동차만큼 널리 쓰이려면 배터리 수명과 에너지 밀도 등이 크게 개선돼야 한다. 

배터리는 음극과 양극, 두개의 전극과 전해액으로 구성돼 있다. 이 전해액은 이온이 전극 사이를 움직이면서 전류를 생산하도록 해준다. 리튬이온 전지에서 두 전극은 흑연으로 돼 있다. 그러나 최근 좀 더 성능이 좋은 실리콘 전극이 개발되고 있다.

그러나 실리콘은 충전과 방전시 부풀었다 줄었다를 반복하면 균열이 생기는 경향이 있다. 지난해 연구자들은 이 문제점의 해결책을 내놨다. 이는 고속 충전과 전송이 가능한 실리콘 나노와이어나 나노입자를 만들어내는 것이다. 이 실리콘 배터리는 전기 용량도 30~40% 더 많다.

이 차세대 전지는 전기차 시장을 크게 바꾸고 가정에서도 태양광전지를 사용할 수 있게 해준다. 앞으로 2년 안에 실리콘 양극 리튬 배터리가 스마트폰에 장착될 것으로 기대된다.

손에 잡히는 스크린은 옛말…허공에서 보여주는 시대 임박

여섯번째는 스크린 없는 디스플레이다. 허공을 입체 디스플레이 공간으로 활용하는 기술이다.

통신기기가 작아짐에 따라 기기를 갖고 뭔가를 하는 것이 힘들어지고 있다. 예컨대 스마트폰으로 소설을 쓰는 일은 엄두도 못낼 일이다. 스크린 디스플레이의 공간이 작아지면서 스크린없는 디스플레이에 기회가 왔다. 풀사이즈의 키보드는 사용자 앞에 투사된다. 스타워즈 영화에서 보았듯, 3차원의 홀로그램 이미지도 가능하다. 2013년 MIT 미디어랩은 일반 TV 수준의 해상도를 갖춘 저렴한 홀로그래픽 컬러영상 디스플레이 시제품을 개발했다.

스크린 없는 디스플레이는 또 사람의 망막에 직접 이미지를 투사하는 방식으로 구현할 수도 있다. 이는 무거운 하드웨어 필요성을 없애줄 뿐 아니라, 다른 사람과 화면을 공유하지 않음으로써 프라이버시도 보호해주는 효과도 있다. 2014년 1월 한 신생기업이 망막 디스플레이로 게임과 영화를 즐기는 기술을 개발하기 위해 킥스타터를 통해 자금을 모았다. 좀 더 길게 보면, 눈을 통하지 않고 영상 정보를 곧바로 뇌로 전송하는 신경 인터페이스도 나올 것이다.

이 분야는 2013년에 기술이 급속이 발전했다. 이에 따라 스크린 없는 디스플레이 등장이 임박한 것으로 보인다. 다양한 기업들이 가상현실 헤드셋, 생체공학 콘택트렌즈, 노인과 시각장애인용 모바일폰, 그리고 안경을 쓸 필요없는 홀로그램 비디오 같은 중요한 성과들을 거뒀다.

약물 대신 장내 미생물로 중대 질병 치료…가지 않은 길이 열린다


일곱번째는 인체 장내미생물요법이다. 인체 미생물을 활용해 중대한 질병을 치료하는 기술이다.

인간의 몸은 하나의 유기체보다는 하나의 생태계다. 몸 안의 미생물 수는 인체 세포 수보다 10배나 많다. 이 미생물군집은 지난 몇 년 동안 중요한 연구주제였다. 2012년에 나온 인간 미생물군집 프로젝트 보고서에는 80개의 연구단체에서 나온 결과물들이 담겨 있다. 그들은 1만개 이상의 미생물종이 인간 몸에 있으며, 수조개의 세포로 이뤄진 미생물들이 인체의 1~3%를 차지한다는 사실을 알아냈다. 

DNA 정보 해독, 생물정보학, 배양기술을 통해 인체와 공생하는 다양한 미생물종이 확인되고, 질병 및 건강과의 연관성이 규명됐다. 이 엄청난 양의 미생물들은 우리의 생존에 중요한 역할을 하고 있음이 확실해지고 있다. 예컨대 장내 박테리아는 음식을 소화하고 영양소를 흡수할 수 있게 해준다. 반면 몸 안의 병원균들은 질병을 일으키고 심지어 사망에 이르게 한다.

특히 장내 미생물군집이 감염병, 비만, 당뇨, 염증성 장 질환 등의 질병에서 어떤 역할을 하는지가 초점이다. 장내 미생물들을 파괴해 버리는 항생제 치료는 클로스트리듐 디피실리균 감염같은 합병증을 유발해 드물기는 하지만 생명을 위협하기도 한다. 

위원회는 “건강한 장 속에 있는 미생물군을 활용하는 신세대 치료법은 현재 개발 중”이라며 인체 미생물 기술의 발전이 중대 질병에 대한 새로운 치료법을 개발하고 건강관리 수준을 개선하는 데 미증유의 길을 열고 있다고 평가했다.

유전자요법의 신기원…DNA 직접 손대는 대신 RNA로 치료한다

여덟 번째는 RNA기반 치료법이다.

리보핵산(RNA)은 세포생물학에서 필수적인 분자로, DNA에 코딩돼 있는 유전정보를 읽어내 단백질 생산을 하도록 전달해줌으로써 세포가 정상적인 기능을 할 수 있게 해준다. 그러나 단백질 생산은 대부분의 인간 질병과 장애를 초래하는 핵심 요인이기도 하다. 때문에 RNA기반 치료법은 기존 약물치료로는 불가능했던 문제들을 처리할 수 있는 잠재적 대안으로 간주돼 왔다. 그러나 애초 기대는 높았으나 이 분야 자체의 복잡성이나 세포의 유전자 발현시 나타나는 다양한 변이들에 대한 이해 부족으로 인해 이 분야의 기술은 더디게 발전해 왔다. 

지난 몇 년 동안 바이오건강기술에 대한 관심이 다시 일면서 2014년 현재 2개의 RNA기반 치료법이 승인을 받았다. 먼저, RNA기반 약물요법은 유전적 장애와 암, 감염병 등에 쓰인다. 이는 결함이 있거나 지나치게 발현된 유전자의 발현을 억제하는 RNA개입 메카니즘에 기반한 것이다.

이보다 더 나아간 방식은 전령RNA(mRNA) 분자에 기반한 치료법이다. 근육이나 정맥에 투여된 특정 배열의 전령RNA가 약물을 공급받을 단백질을 찾아 약물 효과를 내도록 공격하는 방식이다. DNA를 직접 변화시키는 치료법과 달리, RNA기반 치료법은 세포의 게놈에 영구적인 변화를 일으키지 않는다. 필요에 따라 치료를 늘리거나 중단할 수도 있다. 

원래의 단백질을 약화시키거나 치료용 단백질을 생산하는 RNA기반 약물요법은 RNA 기초과학과 합성기술, 그리고 시험관 배양의 발전이 어울려 가능해졌다.

위원회는 “대형 제약사나 학계, 일반 기업들이 RNA기반 요법 개발을 위해 서로 협력하고 있다”며 수년 안에 RNA가 그동안 치료가 어려웠던 질병들에 새로운 치료법을 제시할 것으로 예상했다.

일상 생활에서 쌓이는 빅 데이터들로 자신의 미래 예측한다

아홉 번째는 자기 측정(Quantified Self), 즉 예측 분석이다. 빅 데이터와 알고리즘을 이용해 미래 예측 모델을 구축할 수 있는 기술이다.

자기 측정(Quantified Self)은 자신의 건강과 행동을 개선하기 위해 일상적 활동에 대한 데이터를 지속적으로 수집하고 분석하는 것을 가리켰다. 그러나 오늘날 사물인터넷의 등장과 함께 이런 움직임은 이제 물 만난 고기가 돼, 더욱 광범위한 영향력을 발휘할 수 있게 됐다. 

스마트폰은 이용자가 누구와 교류하는지, 어디를 가는지, 그리고 무엇을 하는지 등 사람의 활동에 대한 풍부한 정보를 갖고 있다. 이 데이터와 특별한 기계학습 알고리즘을 이용하면, 사람과 그의 행동에 대한 상세하고 예측가능한 모델을 만들어낼 수 있다. 이는 도시계획이나 개인 맞춤형 의료 및 진단 서비스 등에 활용할 수 있다. 

예컨대 카네기멜론대의 한 연구팀은 스마트폰 이용자들의 데이터를 분석해 수면 패턴이나 사회적 관계 변화를 추적함으로써 우울증이 언제 시작되는지 예측할 수 있는 방법을 알아냈다. 또 다른 예로는, 라이브후드 프로젝트(Livehoods project)가 있다. 이는 스마트폰과 웹에 담겨 있는 위치정보를 통해 도시공간 속의 이동 패턴을 이해할 수 있게 해준다. 

최근 들어 소비자 행동을 이해하고 값비싼 시장조사를 할 필요가 없도록 값싼 센서들이 각종 제품에 장착되고 있다. 예컨대 자동차는 운전자의 운전습관을 모두 기록할 수 있다. 이 정보는 각 개인이 스마트폰 앱에서도 볼 수 있고, 아니면 도시계획이나 교통시스템 관리의 빅데이터로 활용될 수도 있다. 생활의 모든 국면을 추적해 방대한 자료를 수집하는 움직임은 계속될 것이다.

위원회는 “이 정보들을 어떻게 하면 적절하게 사용할지, 그리고 사생활 침해 등의 사회적 우려와 어떻게 조화를 이뤄갈지가 앞으로의 과제”라고 밝혔다.

컴퓨터에서 뇌로 직접 정보 보낸다…생각만으로 작동하고 기억도 주입

마지막 열 번째는 생각만으로 작동하는 뇌컴퓨터 인터페이스다.

생각만으로 컴퓨터를 조작하는 것은 우리가 생각하는 것보다 빨리 실현될 수 있다. 뇌컴퓨터 인터페이스란 컴퓨터가 뇌로부터 직접 신호를 받아 읽고 해석하는 것을 말한다. 이 기술은 이미 사지마비환자들, 즉 감금증후군(locked-in syndrome)으로 고통받는 사람, 뇌출혈로 인해 휠체어로만 움직일 수 있는 사람, 뇌파로 로봇팔을 작동시켜 커피를 마시는 사람들에게 적용돼 성과를 거두고 있다. 뇌에 직접 컴퓨터 칩을 심어 시각 장애인에게 부분적으로 시력을 회복시켜줄 수도 있다.

최근 연구의 초점은 여러 사람의 뇌를 직접 연결하는 것이다. 듀크대 연구자들은 지난해 두 마리의 쥐 뇌를 인터넷을 통해 연결하는 데 성공했다고 보고했다. 서로 다른 나라에 있는 쥐들은 보상을 받기 위해 서로 협력해서 간단한 임무를 수행하는 능력을 보여줬다. 2013년에는 하버드대 과학자들이 뇌컴퓨터 인터페이스로 쥐와 인간의 뇌를 연결하는 데 성공했다는 연구 보고도 있었다. 

컴퓨터의 기억을 뇌에 직접 주입하거나 컴퓨터가 인간의 기억을 조작하는 연구도 진행중이다. 2013년 중반 MIT 연구자들은 가짜 기억을 쥐의 뇌에 주입시키는 데 성공했다고 밝혔다. 인간의 기억을 직접 조작하는 능력은 외상후 스트레스 장애를 치료하는 데 이용할 수 있다. 장기적으로는 정보가 컴퓨터 파일 형태로 인간의 뇌에 저장될지도 모를 일이다. 물론 이처럼 급속히 발전하는 분야에서 제기되는 윤리적 문제는 명확히 검토돼야 한다.

곽노필 기자 nopil@hani.co.kr

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