인터넷이 적용되는 분야가 점점 소형화, 고속화, 고성능화, 휴대화가 이루어지면서 앞으로 우리가 사는 생활 전 분야에 혁명적인 변화가 올 것이라고 예상하고 있다. 특히 점점 실 세계에 있는 다양한 기계, 장치, 구조들에 스마트, 지능형 기능이 제공되면 전에는 불가능 했던 수준의 효율과 생산성, 안전성, 속도가 가능해 질 것이고 이는 네트워킹, 정보 처리, 센서기술, 구동 기술이 결합하는 새로운 차원의 스마트 시스템이 될 것이라고 예측하고 있다.
이와 같이 사이버 세계의 기술과 실물 시스템들이 통합되어 지능을 갖게 되는 영역을 연구하는 기술 분야를 사이버 물리 시스템 (CPS: Cyber-Physical System)이라고 한다. 최근 미국의 표준기술연구소는 이 분야의 학계, 산업계 정부의 전문가들이 모여서 21세기 사이버물리시스템의 연구개발 기회와 전략적 비전을 담은 리포트를 발간하였다.
과거의 컴퓨터 제어를 위한 임베디드 시스템을 넘어서는 개념으로 수 많은 센서, 제어, 프로세서들이 네트워크를 통해 분산되고 통합될 수 있는 환경이며 단지 실재 세계에서의 제어와 처리가 아닌 사이버 공간과의 통합을 통한 새로운 진화를 의미한다. 이러한 기술에 영향을 받을 분야는 지능형 자동차와 도로, 차세대 항공 운수 산업, 산업 인터넷, 스마트 지구를 위한 전 분야를 얘기할 수 있다.
유럽 연합은 이미 아르테미스 프로그램을 통해 2020년까지 이 분야에서 리더가 되기 위해 올해까지 70억 달러를 투자할 계획이며, 일본 역시 이 영역에 대한 기존 강점을 십분 발휘하기 위한 관심을 끌어올리고 있다.
로봇, 지능형 빌딩, 차세대 의료 장비, 자동차 모두 이러한 개념의 새로운 시스템을 기반으로 변화될 것이라는 예측이며, 항공, 자동차, 에너지, 의료, 제조, 가전 산업 모두 이러한 방향으로 나아가고 있는 중이다.
GE의 보고서에 따르면 32조3천억 달러에 달하는 경제 영역이 직접적인 영향을 받을 것이며 2025년까지 82조 달러의 성장 잠재성을 갖고 있다고 예상하고 있다.
이러한 사이버 물리 시스템의 기술적 도전 영역으로는 첫째, 복잡하고 서로 다른 대규모의 시스템을 어떻게 통합할 것인가 하는 점이다. 통합에서 늘 거론되는 공통의 용어, 모델링 언어, 상호작용을 어떻게 기술할 것인가에 대한 문제들이다. 또한, 어떻게 다른 시스템간의 인터페이스를 규정할 것이며 상호운용성과 통합의 문제이다.
두 번째 영역은 사람과 시스템의 상호작용에 대한 문제이다. 사람과 기기들과의 상호작용은 어떻게 하면 사람의 오류를 최소화하며 자동화하는 문제와, 동시에 아주 중요한 의사결정 지점에서 사람의 관여를 완전 배제할 수 없기 때문에 상황 인식과 함께 이러한 환경에서 사람의 행위 모델링을 어떻게 할 것인가 하는 이슈를 갖고 있다. 서로 다른 언어와 문화적 배경을 갖고 있는 사람들이 기기와 어떻게 소통하고 상호작용할 것인가 역시 중요한 연구 주제이기도 하다.
세 번째는 대규모 시스템 수준의 디자인 기술이다. 지금까지와는 규모가 다른 구성과 모듈화의 문제이다. 이를 위해 새로운 차원의 시스템 과학과 수학적 기반이 요구되며, 디자인 전 영역에서의 새로운 방법론에 대한 연구가 필요하다.
네 번째는 신뢰, 안전, 프라이버시 이슈이다. 사이버 안전성은 국가의 인프라 수준이나 개인 영역모든 수준에서, 시스템의 완결성, 지적 자산 모든 영역에서 필요하며, 사이버 물리 시스템으로 구축된 공공 시스템, 기업 시스템 모두에 불법적인 침투를 어떻게 막을 것인가 하는 문제를 해결해야 한다. 또한 개인이 갖는 프라이버시 침해 문제를 어떻게 다룰 것인가 하는 사회적 이슈 역시 논의해야 하는 이슈이다.
이 밖에도 불확실성의 처리, 성능 측정과 평가 기술, 거버넌스 문제들이 점진적으로 해결되거나 적절한 수준으로 개발되어야 한다.
운전자 없이 움직이는 자동차가 이미 실현되고 있고, 수많은 종류의 로봇이 생활에 투입되고, 각종 스마트 장비들이 우리 일상에서 사용되는 것이 단지 독립적인 기술의 발달과 몇 몇 기업의 노력으로 그칠 수 없는 것은, 이러한 모든 기술이 사이버 공간에서의 정보 및 데이터 처리와 연관되며, 이들이 실 세계에 존재하는 다른 시스템과의 연계와 통합, 네트워킹이 점차 중요한 비중을 차지할 것이기 때문이다.
사이버 물리 시스템은 그 자체가 흥미로운 분야이기 때문이 아니라 21세기의 새로운 국가 경쟁력이고, 모든 산업 분야에 미치는 영향이 크며, 개인과 사회, 정부 조직 모두의 삶에도 큰 변화를 가져올 것이기 때문이다.
지금까지 인류가 발전시켜온 각 분야의 모든 산업 기술과 정보기술이 이제 통합되고 연결되어 새로운 인프라로 발전시켜나갈 준비를 이제부터 해야 하기 때문이다. 21세기를 어느 나라가 이끌어 나갈 것인가 하는 것은 이제 사이버 세계와 실 세계를 통합하는 새로운 기술 영역을 누가 지배할 것인가 하는 주제로 우리에게 주어지는 숙제이다.
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