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2020-09-22 09:26 (화)
[정종기의 AI시대 저널리즘] 렌즈보다 얇은 컴퓨터를 사람의 눈에 삽입하려면 어떤 기술이 필요할까
[정종기의 AI시대 저널리즘] 렌즈보다 얇은 컴퓨터를 사람의 눈에 삽입하려면 어떤 기술이 필요할까
  • 정종기 칼럼니스트 jinsyero@
  • 승인 2020.09.14 13:24
  • 댓글 0
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정종기 박사

최근 하버드대 존 A. 폴슨 공학응용과학대(SEAS) 연구팀이 그래핀처럼 얇은 나노미터(nm) 두께의 초박형 신경망 AI 칩을 개발해 관심이 집중되고 있다. 그래핀처럼 얇은 나노단위 2D 소재를 1000장까지 적층해 인공지능(AI) 알고리즘을 담을 수 있는 성능을 지녔다고 발표했다. 해당 2D 신경망 AI로 만든 장치를 이용해, 손으로 쓴 숫자의 1000개의 이미지를 확인하는 시험을 했는데 94% 정확도로 내부 프로세서가 이미지를 인식·구별했다고 발표했다. 

나노미터 두께의 2D 소재를 이용한 AI 신경망을 개발한 것은 이번이 세계에서도 처음이다. 공상과학(SF) 영화에나 등장하는 첨단 과학을 구현할 수 있는 단초가 마련된 것으로 평가된다.

꿈의 신소재 그래핀(Graphene)은 4차 산업혁명시대에서 아주 중요한 역할을 하고 있고 활용도가 더욱 증가할 것으로 예상된다. 그래핀의 특성 중 하나는 두께가 매우 얇고 단단한 물질이라는 점이다. 그래핀 몇 억 개를 한데 묶어야 겨우 머리카락 굵기가 된다. 또한 고무처럼 구부러지기도 하고, 도르르 말아도 깨지지 않는다. 

그래핀의 특징을 세 가지로 요약하면, 첫 번째로 세상에서 가장 얇고 튼튼한 물질이고 강철보다 200배 이상 강하다. 그래핀은 눈으로 볼 수 없을 만큼 매우 얇고 투명하지만, 강도가 세고 열전도성이 높을 뿐 아니라 전자 이동도 빠르다. 

두 번째로 그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높다. 

세 번째로 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 즉, 휘거나 늘려도 특성을 유지할 수 있다. 빛을 대부분 통과시키기 때문에 투명하며 신축성도 매우 뛰어나다. 그래서 반도체나 플랙시블 디스플레이에 사용할 수 있기 때문에 생활의 많은 것을 변화 시킬 수가 있다. 

최근 삼성전자의 접는 스마트폰도 이 그래핀을 사용해서 개발되고 있다. 그래핀은 얇고 가벼우면서 내구성이 좋고, 독특한 물리적 화학적 성질 때문에 활용 분야는 매우 다양하다. 높은 전기적 특성을 활용한 초고속 반도체, 투명 전극을 활용한 휘는 디스플레이(Flexible Display), 투명 디스플레이(Transparent Display)는 물론 입는 컴퓨터(Wearable Computer)에 적용할 수 있는 차세대 소재이다. 디스플레이만으로 작동하는 컴퓨터, 높은 전도도를 이용한 고효율 태양전지, 이차전지, 자동차, 조명 등이 있는데, 특히 구부릴 수 있는 디스플레이, 손목에 차는 컴퓨터나 전자 종이를 만들 수 있어서 미래의 신소재로 주목받고 있고, 다양한 산업에 응용되어 관련 산업의 성장을 견인할 전략적 핵심 소재로서 각광받고 있다. 

그래핀에 관련된 연구자료를 보면 그래핀의 물리적 화학적 기능은 현존하는 어떤 물질보다 뛰어나며, 활용 범위도 넓어 얇고 가벼우면서 내구성이 강한 물체를 만들어 비행기나 자동차, 건축자재 등에 사용한다. 그래핀의 강도로 섬유를 만든다면 가장 가볍고 안전한 전투복과 방탄복을 만들 수 있다는 점에서 그래핀 시장에서는 그래핀을 이용한 탄소섬유가 주목 받고 있기도 하다. 게다가 빠른 전기전도도는 전기저항을 줄여 의료산업 분야에서의 발전도 예상되고 있다. 

그래핀은 활용도 높은 소재의 특성 때문에 다양한 분야에서 꾸준한 수요가 발생할 것이고, 그래핀 활용이 가능한 틈새시장이 많이 생길 것으로 예상된다. 그래핀을 이용해서 대체할 수 있는 것을 이해하기 쉽게 정리하면 다음과 같다.

먼저, 그래핀은 전기를 빨리 흐르게 하는 성질이 있어서 미래형 태양전지를 개발하는 데 중요한 역할을 한다. 다른 물질에 그래핀을 섞으면 더 튼튼하고 가벼운 물체를 만들 수 있다. 자동차뿐 아니라 다양한 운송 수단에 활용이 가능하다. 전기자동차의 경우 그래핀을 사용해 차체를 만들면 전자파로부터 운전자를 보호할 수 있다. 그래핀이 첨가된 플라스틱으로 섬유를 만들 수 있다. 이러한 섬유로 등산복이나 운동복, 방탄조끼 등 특수한 용도의 옷을 만들 수도 있다. 그래핀을 활용하면 전자 종이뿐 아니라 전자지폐를 만드는 것도 가능하다. 그리고 더이상 휴대전화를 손에 들고 다니지 않아도 된다. 전면이 투명한 화면으로 된 팔찌형 휴대전화는 손목에 차고 다닐 수 있어 더욱 편리하다. 특히 그래핀의 성질을 이용하면 투명하고 얇으며 접을 수 있는 디스플레이를 만들 수 있다. 디스플레이란 휴대 전화, TV, 컴퓨터 모니터처럼 특정 화면에 글자나 그림을 띄우는 기구를 말한다. 

그래핀은 향후 10년에 걸쳐 기존의 전도성 소재와 필름재 등을 대부분 대체하며 시장규모가 폭발적으로 증가할 것으로 예상되며, 그래핀을 이용한 완제품 및 그래핀 생산에 필요한 기계장비들의 시장규모가 급증할 것으로 예상된다. 

비즈니스의 모든 영역이 디지털 기술과 결합되어 초 연결 집단지성을 이루고 근본적인 변화를 일으키고 있다. 그래핀은 앞으로 첨단 기술과 융합되어 다양한 산업에서 더 많이 응용될 것으로 보인다. 

인공지능기술과 꿈의 신소재 그래핀을 활용해 증강현실(AR)을 보여주는 AI 렌즈의 개발이 인공 시력을 대체하는데 크게 도움이 될 수 있을 것이다. 또한 피부에 이식한 홀로그램 컴퓨터나 사람의 뇌와 연결한 세포보다 작은 컴퓨터 등을 활용해 미래의 인과 같은 AI 로봇을 만들 수도 있을 것이다. 이번 하버드대 연구팀이 개발한 신경망 AI 칩을 기반으로 공상과학 영화에서나 볼 수 있었던 최첨단 미래 기술을 현실화 할 수 있는 시기가 크게 앞당겨질 것으로 기대된다. 

<정종기박사, 얼라이언스코리아 대표 / 한국미래융합연구원 대표 / 한국외국어대학교 겸임교수>

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