ITFIND 주간 기술 동향 기술이 세상을 바꾸는 순간

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002 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
과학기술의 발전과 세계화의 영향으로 상호 간 연결성이 증가하면서 세상의
변화는 점점 더 빠르고 복잡해지고 있습니다. 기술과 사회의 융합, 초연결이 보
편화되는 미래사회에서는 이런 현상이 더욱 가속화될 것이며, 기술의 영향력은
점점 더 커질 것입니다. 4차 산업혁명과 지능정보사회로 이행하며 기술이 더욱
중요해질 미래사회에 대비하기 위하여, 사회변화에 큰 영향을 미칠 기술은 무
엇이고, 그것이 언제 사회에 확산될 지 제시하는 것은 큰 의미가 있다고 생각합
니다. 변화를 초래할 대상기술과 기준시점이 제시된다면 미래준비를 위한 중요
한 실마리가 될 수 있기 때문입니다.
그동안 미래를 예측한 연구나 조사 결과 중에서 기술의 사회적 확산시기에
주목한 보고서나 책들은 많지 않았습니다. 또한, 일반 대중들이 이해하기 쉬운
관점에서 기술과 그 사회적 확산시기, 그로 인한 미래사회 변화상 등을 제시하
려는 노력은 부족했었습니다. 그래서 이번에는 혁신기술과 그 기술의 기술확산
점 도달시기에 초점을 맞추어 미래예측을 진행하고, 일반 대중들에게 알리기
위하여 이를 책자로 발간하게 되었습니다.
기술확산점(Tipping Point)은 기술이 사회에 급속도로 확산되는 시점을 의미합
니다. 쉽게 말하자면, 연구자나 얼리어답터(Early adopter)처럼 특정한 사람들만이
기술을 사용하고 향유하는 것이 아니라 일반 사람들에게도 그 기술이 퍼져나
가는 시기인 것입니다. 기술이 대중화되면 사회 변화의 촉매로 작용하여 그 전
발 간 사
발 간 사 | 003
기 술 이 세 상 을 바 꾸 는 순 간
과는 삶의 모습이 달라지게 됩니다. 4차 산업혁명의 시대에는 현재보다 기술의
확산이 더 빈번히, 더 빠르게 일어날 것으로 예상됩니다. 기술의 사회적 확산시
기 예측이 중요한 이유입니다.
이 책에서는 자율주행 자동차, 3D 프린팅 등 미래사회에 파급력이 큰 24개
혁신기술의 사회적 확산시기를 예측하고, 기술확산에 도달한 이후 기술의 단
계별 발전전망을 제시하였습니다. 또한 기술별로 미래사회의 시장성과 산업 및
사회적 변화를 전망하고, 기술의 확산 실현을 위한 과제를 제시하였습니다.
이를 통해 기술의 개발과 상용화 위주의 관점에서 더 나아가 기술의 사회적
확산까지 시야를 확대해 보고자 하였습니다. 또한, 국민의 생활과 연관된 혁신
기술을 선정하고 기술확산의 시기가 언제인지 제시함으로써, 혁신기술의 수요
자이자 수혜자인 국민이 미래를 준비하는 데 도움이 되도록 노력하였습니다.
이제 기술과 사회는 상호작용하며, 공진화가 더욱 가속화되는 단계로 접어
들었습니다. 이런 변화의 흐름을 반영하여 이 책의 발간이 기술확산에 대한 건
전한 논의와 연구의 계기가 되길 바랍니다. 보고서 준비에 노력을 아끼지 않은
집필진, 산학연 전문가, 관계자 등 모든 분의 노고에 감사드립니다.
미래창조과학부 장관 최 양 희
004 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술은 인류 역사의 중요한 변곡점이 있을 때마다 중심적인 역할을 해왔습니
다. 동서고금을 막론하고 기술에 대한 패권을 차지한 나라가 세계를 지배하는 강
대국의 지위를 누려왔습니다. 강대국의 조건에는 경제력, 군사력, 정치적 영향
력, 문화적 영향력, 과학기술력 등이 포함되는데, 이 중에서 가장 밑바탕이 되면
서도 단기간에 이룩할 수 없는 것이 과학기술력이라고 생각합니다. 21세기 들
어 G2로 불리며 미국에 맞서 초강대국으로 떠오른 중국이 무서운 이유는 그동안
‘세계의 공장’의 지위를 통해 거둬들인 막대한 자금력을 바탕으로 과학기술에 집
중 투자하여 엄청난 성과를 거두고 있기 때문입니다. 조선, 철강, 석유화학 등 기
존 우리나라의 주력 산업을 잠식해 올 뿐만 아니라, 휴대폰, 반도체 등 첨단기술
기반 산업에서도 빠르게 치고 올라오고 있습니다. 이와 더불어 장기간 투자로 다
져온 군사, 우주 기술을 바탕으로 이루어낸 우주정거장 건설 등 잇따른 우주개발
성과를 보면 더 이상 중국은 기술 추격국이 아님을 알 수 있습니다.
최근 지난 과거와는 다르게 기술의 변화 양상이 점점 더 빠르게 전개되고 있
습니다. 정보통신기술의 발달로 한 사회나 국가에서 새로운 기술이 실현되면 인
터넷을 통해 전 세계로 매우 빠르게 전파됩니다. 앞으로는 그 속도가 더 빨라질
수도 있습니다. 미래사회를 바꿀 영향력을 가진 혁신적 기술이 등장하면 그 기술
의 편리성 때문에 걷잡을 수 없이 빠른 속도로 사회에 퍼져나가게 되며 우리 생
활의 많은 부분을 바꾸게 될 것으로 예상이 됩니다.
머 리 말
머 리 말 | 005
기 술 이 세 상 을 바 꾸 는 순 간
따라서 기술이 개발단계에 있을 때부터 그 기술의 확산시기를 예측하고 사회
적으로 끼칠 영향에 대해 미리 고민하여, 투자시기를 최적화하고 부정적인 영향을
최소화하기 위한 노력이 동반되어야 합니다. 물론 혁신기술의 확산 시기를 예측하
는 것에는 필연적으로 불확실성이 동반되며, 이 연구에서 제시한 시기도 실제 결
과와는 다소 다를 수 있습니다. 하지만 학계, 연구계, 산업계 및 시민사회에 기술의
확산에 대비할 수 있는 기준점을 제시한다는 측면에서 그 의의가 있습니다.
우리나라는 단기간에 지구상에서 가장 가난한 나라 중 하나에서 세계 10위권
의 경제 대국으로 도약하는 저력을 보여 주었습니다. 그 과정에서 과학기술이 핵
심적인 역할을 하였는데, 그 바탕에는 과학기술을 최대 가치로 여기는 기술보국
(技術報國)의 정신이 깔려 있었습니다. 최근 그동안 누려왔던 기술 추격자의 이점
이 사라짐에 따라 우리나라는 경제적 위기 상황에 직면하고 있습니다. 이를 슬기
롭게 이겨내기 위해서는 위기는 곧 기회라는 인식을 가지고 혁신기술에 대한 선
도적 도전자세가 중요하다고 생각합니다. 아무쪼록 혁신기술의 확산에 대비하
고 우리가 원하는 미래를 주도하여 열어나가는데 있어 이 책이 도움이 될 수 있
기를 기대합니다.
감사합니다.
미래창조과학부 과학기술예측위원회 위원장 노 도 영
006 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술이 세상을 바꾸는 순간
미래세상을 만들어가는 혁신적 기술의 확산
발간사 002
머리말 004
제1장 들어가며 009
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 015
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 035
제1절 멀티콥터 드론 036
제2절 실감형 가상·증강 현실 046
제3절 스마트 팩토리 054
제4절 만물인터넷 062
제5절 3D 프린팅 071
제6절 빅데이터 활용 개인맞춤형 의료 081
제7절 스마트 그리드 090
제8절 초고용량 배터리 099
제9절 극한성능용 탄소섬유복합재료 106
목 차 | 007
제10절 롤러블 디스플레이 114
제11절 희소금속 리사이클링 122
제12절 웨어러블형 보조 로봇 132
제13절 자율주행 자동차 139
제14절 포스트 실리콘 반도체 147
제15절 인지컴퓨팅 155
제16절 CO₂ 포집·저장(CCS) 163
제17절 유전자 치료 171
제18절 줄기세포 179
제19절 지능형 로봇 187
제20절 인공장기 195
제21절 양자컴퓨팅 202
제22절 뇌·컴퓨터 인터페이스 209
제23절 인공광합성 217
제24절 초고속 튜브 트레인 225
제4장 맺음말 233
기술이 세상을 바꾸는 순간
들어가며
CHAPT0ER 1
지금으로부터 10년 전인 2007년을 떠올려 보자.
그때는 대부분의 사람들이 휴대폰으로 피처폰을 사용했었다.
지금은 스마트폰을 쓰지 않는 사람을 찾아보기가 어렵다.
10년 전에는 스마트폰을 아는 사람도 많지 않았었는데,
지금은 생활의 필수품이자 가장 지배력이 강한 매체가 된 것이다.
그렇다면 지금으로부터 10년 후, 혹은 20년 후에는
어떤 기술이 사회를 변화시키게 될까?
010 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
지금으로부터 10년 전인 2007년을 떠올려 보자. 그때는 대부분의 사람
들이 휴대폰으로 피처폰을 사용했었다. 지금은 스마트폰을 쓰지 않는 사
람을 찾아보기가 어렵다. 10년 전에는 스마트폰을 아는 사람도 많지 않았
었는데, 지금은 생활의 필수품이자 가장 지배력이 강한 매체가 된 것이다.
그렇다면 지금으로부터 10년 후, 혹은 20년 후에는 어떤 기술이 사회를 변
화시키게 될까?
기술은 항상 사회 변화의 동인으로 작용해 왔다. 단적인 예로 산업혁명
을 들 수 있다. 1차 산업혁명은 증기기관을 통한 노동력의 변화, 2차 산업
혁명은 전기를 통한 대량생산, 3차 산업혁명은 컴퓨터와 정보기술(IT)을 활
용한 디지털 혁명으로 사회변화를 선도해 왔다. 앞으로는 4차 산업혁명1)
이 변화를 주도할 것이다.
1) 기계의 지능화를 통해 생산성이 고도로 향상되어 산업구조의 근본이 변하는 것을 말하며, 지능정보기술은 이를
유발하는 주요 동인이다.
들어가며
제1장
제1장 들어가며 | 011
4차 산업혁명은 지능정보 사회가 이끌 것이다. 지능정보사회는 지능정
보기술2)이 변화의 핵심 동인이다. 지능정보기술은 사람과 사물, 정보를 상
호 연결하여 기술과 사회의 융합을 가속화할 것이다. 이는 기술의 영향력
이 앞으로는 더욱 커질 것임을 시사한다.
그렇다면 파급효과가 큰 기술들은 언제 사회 전반에 확산되는 것일까?
이 점은 중요한 포인트가 아닐 수 없다. 언제 확산될지 예측이 되어야 이를
바탕으로 무엇을 준비할 것인지를 도출할 수 있기 때문이다. 확산 시기가
기준점 역할을 하는 것이다.
미래사회를 변화시킬 기술들도 사회에서 언제쯤 널리 받아들여지고 쓰
일지를 예측하게 되면 이에 대비해서 우리가 무엇을 해야 할지에 대한 대
응방안을 세울 수 있게 된다.
기술이 사회에 급속도로 확산되는 이 시점을 이 책에서는 기술확산점
(Tipping Point)이라고 하고, 중요한 분석의 기준으로 활용하고자 한다. 이 책의
제목을 ‘기술이 세상을 바꾸는 순간’으로 정한 이유도 미래사회를 바꿀 기
술들과 그 기술확산점이 이 책의 뼈대를 이루고 있기 때문이다.
이 책에서 제시한 기술의 사회적 확산 시기는 2차례의 전문가 델파이
조사를 실시하여 도출한 것이다. 신뢰도를 높이기 위하여 과학적인 조사
방법론을 사용하였다.
그러나 잊지 말아야 할 것은 모든 예측은 근삿값이라는 점이다. 즉, 가
깝고 유사한 시기를 제시하는 것이지 정확한 시기를 제시하는 것은 어렵
다. 그럼에도 불구하고 미래예측에 기반한 미래준비는 우리에게 필요하다.
2) 인공지능 기술과 데이터 활용기술[ICBM; 사물인터넷(IoT), 클라우드(Cloud), 빅데이터(Big Data), 모바일(Mobile)]을
융합하여 기계에 인간의 고차원적인 정보처리능력(인지, 학습, 추론)을 구현하는 기술을 말한다. (제4차 산업혁명에
대응한 ‘지능정보사회 중장기 종합대책’)
012 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
4차 산업혁명, 지능정보사회로의 이행과 같은 미래사회의 큰 흐름은 변하
지 않을 것이기 때문이다.
따라서 이 책에서는 미래사회에 파급력이 큰 기술과 사회적 확산 시기
라는 2가지 주제를 통해서 다음과 같은 사항을 알리고자 한다.
첫째, 관점의 확산이 필요하다. 기술의 개발과 보급도 중요하지만, 기술
과 사회의 융합이 시대적인 큰 흐름인 만큼 기술의 사회적 확산에 대한 연
구와 논의도 앞으로 더욱 중요해질 것이다.
둘째, 이 책에서 기술확산점을 분석한 24개 기술의 경우, 향후 10년 이
내에 절반 이상이 세계와 국내에 모두 확산될 것으로 예측되었다. 10년 전
에는 스마트폰을 아는 사람도 많지 않았지만 지금은 스마트폰 없는 세상
은 상상하기 힘들 듯이, 10년 후에는 이를 능가하는 기술적, 사회적 변화
가 다가올 것을 감안하고 이에 대비해야 한다.
셋째, 전문가 델파이 조사 결과 롤러블 디스플레이 기술은 세계에서 가
장 빨리 우리나라에서 사회적 확산이 일어날 것으로 예측되었다. 이처럼
우리가 세계적으로 변화를 선도할 수 있는 기술, 세계 수준과의 간극이 적
은 기술이 있는 반면에 그렇지 못한 기술도 있었다. 세계와 국내의 확산
시기 격차는 절대적인 기준은 아니지만, 현재의 수준을 돌아보고 미래를
계획하는 데 참고로 활용할 수 있을 것이다.
넷째, 미래사회에 대비하여 사회 구성원 모두의 노력이 앞으로 더욱 중
요해질 것이다. 기술과 사회가 함께 진화해나가는 시대에서는 정부, 학계,
연구계, 기업, 시민사회가 모두 제 역할을 하는 것이 필요하다.
세계는 지금 4차 산업혁명으로의 이행이라는 중요한 시험을 앞두고 있
다. 우리 또한 적응하느냐 도태되느냐의 기로에 서 있다. 인생을 바꿀 만
큼 중요한 시험의 수험기간을 2년으로 예상했더라도, 노력 여하에 따라서
제1장 들어가며 | 013
는 그 기간을 1년으로 줄일 수도 있다. 이와 마찬가지로, 앞으로의 노력 여
하에 따라서 기술의 사회적 확산 시기도 예측보다 앞당길 수 있다. 그런
변화에 이 책이 조금이나마 기여하기를 바란다.
기술이 세상을 바꾸는 순간
CHAPT0ER 2
미래준비의 포인트,
기술확산점
과학기술의 발전과 세계화, 정보화, 양극화 등으로
많은 분야의 불확실성이 갈수록 커지고 있다.
더욱이 대한민국의 변화 속도는 전 세계에서 가장 빠른 수준이며,
미래사회에 무슨 일이 일어날지 예측해보는 것은
그만큼 더 어려워졌다.
016 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
미래사회에는 어떤 일이 벌어질까?
과학기술의 발전과 세계화, 정보화, 양극화 등으로 많은 분야의 불확실
성이 갈수록 커지고 있다. 더욱이 한국의 변화 속도는 전 세계에서 가장 빠
른 수준이며,출처1 미래사회에 무슨 일이 일어날지 예측해 보는 것은 그만큼
더 어려워졌다.
하지만 미국의 저명한 경영학자 피터 드러커(Peter Ferdinand Drucker)가 “미래를
예측하는 가장 좋은 방법은 미래를 만들어가는 것”이라고 지적한 것을 상기
해 볼 때, 미래사회에서 어떤 일이 벌어질 것인지를 생각해 보는 것은 미래
사회를 만들어갈 수 있는 주도권을 확보한다는 측면에서 매우 중요한 의미
를 가진다. 특히, 기술과 사회의 관계적 측면에서 경제·사회적 환경에 필요
한 기술을 양산하거나, 선도적 기술로 인하여 경제·사회적 환경이 변화할
미래준비의 포인트,
기술확산점
제2장
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 017
수 있다는 공진화3)적인 특성을 고려해 본다면 많은 사람이 기술에 의해 미
래사회에서 일어날 수 있는 일들을 인식할 필요가 있다.
그렇다면 미래사회에는 어떤 일이 벌어질까? 이에 대하여 2016년 미래
창조과학부와 한국과학기술기획평가원은 미래사회에서 일어날 수 있는 사
회·기술·경제·환경·정치적 변화로서 5가지 차원의 메가트렌드4)를 이
끌어냈다.5)
표 5가지 차원의 메가트렌드 출처2
메가트렌드 트렌드명 관련 내용
휴먼
임파워먼트
기대수명 증가
초고령화 사회, 실버산업 성장, 건강 증진, 의료산업의 고도화, 노동인구
부족, 사회보장 요구 증가, 평균 수명 증가, 생명과학기술의 발달
자아 중심 사회
삶의 질 중시(일-삶 균형), 문화산업성장, 여가문화·건강 욕구 증가,
개인주의 심화, 가족개념 변화(1인 가구)
인구구조 변화 인구감소국가 증가, 인구구조 변화(역피라미드), 출산율 감소
여성 임파워먼트 젠더 이슈 심화, 여성의 지위(경제·사회) 향상, 여성의 역할 확대
인간 능력 확대
기계의 발전에 따른 인간 능력 강화, 번역기술 향상(만국어 통역기),
인지과학 확대, 감성기반기술 발달, 뇌과학의 발달
초고속 이동 초고속 교통의 발달, 세계 1일 생활권
인공지능과 자동화
로봇기술의 발달, 인공지능의 발달, 드론 활용 증가, 기계의 자동화와
인간의 통제, 지능형 교통시스템 보편화
새로운 소재 신소재, 나노기술의 발달
우주 시대 우주 경쟁의 재시작, 우주 공간의 상업적 가능성
3) 공진화(共進化, co-evolution)란 한 생물 집단이 진화하면 이와 관련된 생물 집단도 진화하는 현상을 가리키는
진화생물학의 개념으로, 여기서는 기술과 경제·사회가 상호작용하여 변화하는 의미로 사용하였다.
4) 메가트렌드(Mega-trends)란 미국의 미래학자 존 나이스비트(John Naisbitt)의 저서 '메가트렌드'에서 유래한 용어로,
20~30년 주기로 나타날 수 있는 거대한 사회·문화적 변화를 말한다.
5) 미래창조과학부와 한국과학기술기획평가원(2016)은 2040년까지(시간축)의 전 세계적(공간축)인 미래사회 변화
트렌드를 조사하고 메가트렌드를 도출하였다. 제4회 예측조사(2011년) 이후 발표된 국내외 트렌드 관련 문헌 중
지명도가 높고, 전 분야에 대해 분석된 문헌을 대상으로 하여 거시적 환경 분석 모형인 STEEP (S, 사회 society:
인구통계, 교육, 생활양식, 사고방식, 문화, 보건, 가족 / T, 기술 technology: 과학기술, R&D 예산 및 인력 / E, 경제
economy: 경기 동향, 노동, 취업, 환율 및 금리, 인플레이션, 시장, 빈곤 / E, 환경 environment: 환경문제, 자원문제
/ P, 정치 politics: 국제 조직, 국가 정책 및 규제, 분쟁, 법, 여론, 구조조정, 민영화) 및 분석틀을 활용하여, 문헌별로
언급된 트렌드의 통합·조정 및 주요 내용을 조사하였다.
018 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
메가트렌드 트렌드명 관련 내용
초연결에
의한 혁신
디지털 네트워크
사회
가상지능공간 활성화, 모바일 커뮤니케이션(온라인 공유, 협업, 창조 등) 증가,
새로운 의사소통 수단 등장, 사람 간 연결성 증가, 새로운 서비스 모델(앱 경제)
등장, 사이버 범죄(공격) 증가, 글로벌 연결성 증대, 스마트시티의 본격화,
디지털재산권에 대한 문제 대두, 빠른 정보 공유와 확산
초연결 기술
정보통신기술의 발달, 네트워크 기술의 발전, 모바일(유비쿼터스)
기술의 발전, 데이터 수립·처리능력 향상
네트워크 중심의
권력 이동
정치 다극화, 하드파워의 한계, 네트워크 정치의 등장
전자민주주의
가속화
직접민주주의 대두(대의민주주의 약화), 정책 결정을 위한 의사결정 시스템 확대
(집단지성), 정부·국가의 형태 및 역할 변화, 전자정부 구현, 정보공개 투명화
환경
리스크
심화
식량 위기 악화 기후변화로 인한 농산물 생산 감소, 식량 부족의 심화, 식량 안보문제 대두
에너지 수급
불균형
국가 간 자원 및 에너지 확보 분쟁 증가, 에너지 및 자원고갈 위기, 에너지
수급 불균형, 에너지 수요 증가(가격 상승), 차세대 대체에너지 필요성 증대,
자원무기화(자원패권주의, 자원민족주의) 심화
물 스트레스 심화 물 수요의 지속적 증가, 물 부족의 심화, 국가 간 수자원 분쟁 심화
자연재난 증가 이상기후 현상 지속, (대형)자연재해 증가, 지구온난화 심화, 해수면 상승
생태계 파괴 심화 생태계 오염 심화, 녹색기술 필요성 증대
사회
복잡성의
진화
국제적 갈등 심화
사이버테러의 증가, 테러위험의 증가, 민족·종교·국가 간 갈등의 심화,
로봇전쟁과 핵전쟁 위협 우려
문화적 다양성 확대 다문화 확산 및 복지 수요 증가, 탈 민족적 문화 증가
경제·사회적
불평등 심화
소득 격차 증대, 양극화 심화, 사회불안정성 심화, 장기투자 감소,
자본시장 편중, 사회적 분화 심화
융합을 통한 창조
과학기술의 융복합화 증대, 신산업·신기술 등장, 산업의 융합화,
미래형 IT 융합의 진화
기술발전에 따른
부작용 증가
기술 오용 심화, 생명 경시 풍조 증가
사회적 재난 증가
원자력 안전 우려 증가, 대형 인재(원유 누출, 핵사고 등) 심화,
주요 인프라의 부족으로 인한 재난 위험 증가
건강 위해요인 증가
식품안전성 위협 증가, 신종 질병 위협 증가, 공공안전 위해 요인 확대,
전염병의 급속한 확산
통일 이슈 증가 북한 체제 불안, 국방비 증가, 주변국과 지정학적 갈등 심화
국제 권력의
유동성 심화
새로운 안보 이슈의 등장, 국제질서의 다극화, 거버넌스 개념의 확대 및 다양화
안보 위협요소의 진화 인종 갈등 및 테러 위협의 증가, 국제적인 조직범죄의 확대, 대규모 테러공격
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 019
메가트렌드 트렌드명 관련 내용
경제
시스템의
재편
글로벌 인구 이동
인력이동의 글로벌화, 노동의 세계적 분업, 세계인구지도의 변화,
생활권의 글로벌화
도시화 확대
세계 도시인구의 증가, 도시 빈곤층 증가, 새로운 거대도시 출현,
녹색도시와 창조적 도시 등장
세계 인구 증가 식량 위기 악화, 물 부족, 에너지 부족, 지속가능한 에너지 개발 필요성 증대
글로벌 경제의
연결성 강화
세계시장의 통합, 무역경계 축소, 국제협력 증가, 새로운 국제통화제도 부상
신흥국·
개도국의 부상
신흥 개도국 대두, 아시아 경제 영향력 증가, 신흥국의 선진국 기업 인수
합병 증가
중국의 국제적
영향력 확대
중국의 경제적·외교적·문화적 영향력 증대
신경제
시스템의 확산
지식기반경제 강화, 공유경제의 활성화, 디지털 화폐 활성화, 가치창출을
위한 서비스 중요성, 개인 친화적인 제품 증가
일자리의
구조적인 변화
높은 구조적 실업 및 불완전고용, 고용 없는 성장 지속
선진국 저성장
위험 지속
미래 국제경제 및 재정위기 대처능력 감소, 금융위기 증가, 저성장 지속,
국가부채 증가
그리노믹스6)의
활성화
그리노믹스(greenomics) 등장, 세계 경제 에너지 가격 쇼크 도래
제조업
패러디임 변화
4차 산업혁명 가속화, 첨단기술 집중형 산업화, 자가생산 및 소비 증가,
3D 프린터의 활성화
시장의 패턴 변화 지속가능한 소비문화 등장, 소비패턴 변화
6)이러한 메가트렌드가 20~30년 후에 전부 일어날지는 알 수 없다. 그럼
에도 지속적으로 이러한 내용을 조사하고 확인하는 작업은 우리 스스로 미
래를 만들어가려는 의지와 선택의 일환이며, 현재를 바꾸어나갈 수 있는 추
진력이라고 할 수 있다. 그러므로 이러한 작업들은 지속적으로 이루어져야
하며, 그 과정에서 도출되는 다양한 논의들은 미래를 만들어가는 과정에 반
영될 것이다.
6) 그리노믹스(greenomics)는 환경(green)과 경제(economics)의 합성어로, 친환경적인 경제정책을 의미한다.
020 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
그렇다면 무엇을 준비할 것인가? : 기술확산점의 예측과 분석
20~30년 후 펼쳐질 미래사회의 일들은 현재와는 다른 양상, 즉 ‘변화’와
관련된 것들이다. 변화는 불안감을 동반한다. 불안감의 원천은 불확실성7)
에 있다. 불확실성은 현재와 달리 모든 것이 아직 정해져 있지 않은 미래 상
황의 문제를 해결하기 위한 정보가 부족하거나 부재한 상황에서 나타난다.
왜냐하면, 현재 논의되는 문제해결을 위한 정보와 대처 방안은 과거의 문제
를 해결하는 데 적합한 것으로 판명되었을 뿐이지 미래에 나타날 문제들에
대해 적합하다는 보장이 없기 때문이다.출처3
특히, ‘기술발전 및 확산과 관련하여 미래사회에서 어떤 일이 벌어질 것
인가?’에 대하여 생각해 볼 경우 이러한 불확실성은 증가할 수밖에 없다. 이
러한 기술발전 및 확산과정에서 나타날 수 있는 불확실성에 대응하기 위해
서는 적절한 지식과 정보를 수집해서 불확실성을 줄이기 위한 여러 가지 방
안들을 모색할 필요가 있다.
그렇다면 과학기술의 주무부처인 미래창조과학부에서는 기술발전 및
확산과 관련한 불확실성에 대응하기 위하여 무엇을 준비할 것인가? 여러
가지가 있을 수 있겠지만, 그 중 중요한 하나는 기술확산점을 예측하고 분
석하는 것이다. 기술확산점은 기술이 사회적으로 급속도로 확산되는 시점
을 말한다. 기술확산이 시작되면 다양한 사회문화, 생활의 변화가 예상된
다. 따라서 기술확산점이 다가오기 전에 이를 예측하고 분석하는 것은 미래
7) 불확실성이란 ‘판단이나 의사결정에 필요한 적절한 정보의 부족’이라 할 수 있다. 불확실한 정보나 애매한 정보,
잘못된 정보 등은 개인, 조직, 국가, 사회의 의사결정에 있어서 불확실성을 증대시킨다. Funtowicz & Ravetz(1993,
743)는 불확실성을 기술적 불확실성(수·단위·표준편차 등에 관한 것으로, 데이터 수집 및 분석에서 측정의
오차에서 비롯되는 부정확성), 방법론적 불확실성(수집된 정보에 대한 가치 및 신뢰성에 대한 불확정성), 인식론적
불확실성(과학적 지식의 생산과정에서 사회적 집단 간의 인식 차이로 발생하는 불확정성과 실제와 지식 간의 극복할
수 없는 절대적 무지) 등으로 구분하고 있다.
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 021
준비를 위한 중요한 포인트가 될 수 있다. 기술확산점에 대한 설명과 논의는
미래사회에서 영향을 줄 수 있는 기술에 대한 불확실성을 줄이고 많은 사람
들이 해당 기술을 수용하여 사용할 수 있도록 학계, 연구계, 산업계와 시민사
회에 생산적인 논의를 제공하는 과정이라고 할 수 있다. 이를 위하여 이 책에
서는 국민들에게 기술확산점을 알기 쉽게 설명하여 기술발전과 확산의 모습
을 정성적으로 보여주고자 한다. 또한, 기술확산의 시기가 언제인지 예측하
여 산학연과 사회에서 이를 대비할 수 있도록 기준점을 제시하고자 한다.
기술확산점의 기준과 의미
이 책에서 기술확산점은 미국의 사회학자 에버릿 로저스(Everett M. Rogers)가 새
로운 기술로 구현된 제품·서비스 등이 수요자들에게 확산되는 과정을 분석
한 ‘기술수용주기 모형’(Technology Adoption Life Cycle)
8)을 기본으로 활용하여 예측되
었다. 예를 들어 수요자를 5단계로 구분하고 기술이 선도 2개 그룹에 수용된
후, 확산이 가속되는 시점을 기술확산점(전체 수요자의 약 16% 수준)이라고 보았다. 다
만, 이 이론은 수요자 즉 소비자를 기준으로 구성되었는데, 실제로 기술의 확
산은 이 요인 외에도 다양하게 존재할 수 있으므로 이를 기본적인 기준으로
활용하되, 기술적 특성에 따라 다양한 형태로 기술확산점을 유형화하였다.
8) Everett M. Rogers는 그의 저서 <혁신의 확산>에서 기술수용주기 모형을 분석했는데, 혁신적인 기술과 이를 이용한
신상품·서비스들이 세상에 나오면 이를 받아들이는 수용자는 5개의 집단으로 구성될 수 있다는 모형이다.
• 혁신수용자(innovators: 2.5%): 가장 먼저 신상품을 구입하는 기술 애호가이자 새로운 것을 선호하는 혁신의 적극적인 수용자
• 선각수용자(early adopter: 13.5%): 남들보다 앞서서 혁신적인 제품을 경험해 보고자 하는 얼리어답터
• 전기 다수수용자(early majority: 34%): 기술이 완성되고 가격이 충분히 하락하는 구조를 보일 때 구매에 참여하는 실용주의자
• 후기 다수수용자(late majority: 34%): 검증된 제품의 사용자 집단에 뒤늦게 합류하는 보수주의자
• 지각수용자(laggards: 16%): 변화 자체를 거부하고 혁신 자체를 무시하는 지각 수용자
022 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
0%
50%
100%
시간
초기시장
소비자의
기술수용비율
기술확산점
(Tipping Point)
전기
다수수용자
34%
후기
다수수용자
34%
소비자 분포
지각수용자
16%
선각수용자
2.5% 13.5%
혁신수용자
주류시장 말기시장
누적 분포
기술수용주기 모형과 기술확산점
기술확산점을 예측하는 것은 쉽지 않은 작업이다. 기술의 사회적 수용 속
도를 판단하기가 어렵기 때문이다. 현대 과학기술은 발전 속도가 빠를 뿐만
아니라 발전 방향에 대한 불확실성도 매우 높은 특징을 지닌다. 현대로 올
수록 기술적 발전 속도가 빨라지고 해당 기술에 대한 사회적 수용 속도도
매우 빨라서 향후 기술발전 방향에 대한 예측도 더욱 어려워진다.출처4
20 30 40
1,000만 명
인터넷
전화
PC
팩스
이동전화
기술적 발전 순서 케이블 TV
(년)
고객수
기술의 사회적 수용속도 증가
새로운 커뮤니케이션 기술의 도입과 기술수용 속도의 변화 출처5
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 023
100%
75%
50%
25%
0%
US Smartphone Penetration
Early
Majority
Adopter categorization on the basis of innovativeness
Oct-20
Jul-20
Apr-20
Jan-20
Oct-19
Jul-19
Apr-19
Jan-19
Oct-18
Jul-18
Apr-18
Jan-18
Oct-17
Jul-17
Apr-17
Jan-17
Oct-16
Jul-16
Apr-16
Jan-16
Oct-15
Jul-15
Apr-15
Jan-15
Oct-14
Jul-14
Apr-14
Jan-14
Oct-13
Jul-13
Apr-13
Jan-13
Oct-12
Jul-12
Apr-12
Jan-12
Oct-11
Jul-11
Apr-11
Jan-11
Oct-10
Jul-10
Apr-10
Jan-10
Oct-09
Jul-09
Apr-09
Jan-09
Oct-08
Jul-08
Apr-08
Jan-08
Oct-07
Jul-07
Apr-07
Jan-07
Oct-06
Jul-06
Apr-06
Jan-06
Oct-05
Jul-05
Apr-05
Jan-05
iPhone
Launch
First Android
phone launch
Droid
Launch
iPhone 5C
Launch
Other
Palm
Microsoft
Apple
RIM
Android
92 Logistic Function
Derivative of Logistic Function
Innovators Early Adopters Early Majority Laggards
2.5% 13.5% 34% 34% 16%
Late Majority
Galaxy S
Launch
미국 스마트폰의 확산 출처6
예를 들어 스마트폰이 처음 출시되었을 때 많은 사람들이 스마트폰을 사
용하리라는 것은 쉽게 예상되지 못했다. 또한 10년 후 미래사회를 예측했던
내용과 실제 10년 후 미래사회를 비교한 결과 중요한 핵심어가 겹치지 않았
다는 지적도 있다.출처7 그럼에도 불구하고 기술확산점을 예측·분석하는 것
은 의미가 있다. 다양한 방식의 미래예측은 미래준비에 필수적이며, 이를
통하여 미래의 변화 방향을 감지할 수 있다. 또한 기술 개발에 머무르지 않
고, 기술의 사회적 확산까지 고려하여 예측함으로써 향후 미래준비에 있어
다양한 시사점을 제시해 줄 수 있다.
기술확산점의 유형
앞에서 언급한 바와 같이 실제로 기술은 다양한 형태로 확산된다. 이 책
에서는 시간, 이용자 수 범위, 기술 완성도 등을 고려하여 기술확산점을 유
024 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
형화하였다.9)
첫 번째 유형은 혁신기술이 기존 기술을 전부 대체하는 경우이다. 전신
이 전화로, 흑백TV가 컬러TV로 대체되는 과거 사례를 떠올리면 이해가 쉬
울 것이다. 이 경우에는 기술수용주기 모형을 활용하여 신기술이 전체 시장
의 16%를 차지하는 시점을 기술확산점으로 설정하였다. 예를 들면, 뇌-컴
퓨터 인터페이스 기술은 사지 마비 장애인의 16%가 뇌-컴퓨터 인터페이스
기술을 사용하는 시점을 기술확산점으로 보았다.
두 번째 유형은 기존 기술의 일부 시장을 대체하는 경우이다. 이 유형은
혁신기술이 기존 기술의 몇 %를 대체하는지를 설정하고, 대체 시장 점유율
의 16%를 기술확산점으로 설정하였다. 예를 들어 ‘자율주행 자동차’가 자동
차 시장의 약 75%를 대체하는 것으로 예상되는 경우, 자율주행 자동차의 기
술확산점은 자동차 시장의 12%(0.75x16%)로 설정할 수 있는 것이다.
세 번째 유형은 네트워크를 기반으로 구현되는 기술에 적용된다. 네트워
크 기반의 기술이 실제로 작용하기 위해서는 일정 규모 이상의 이용자 또는
연결이 필요하므로, 이용자 또는 연결 수를 기술확산점으로 설정하였다. 예
를 들어 ‘스마트 그리드’는 100만 명 이상의 광역도시에 스마트 그리드 시스
템을 구현한 시점을 기술확산점으로 볼 수 있다.
네 번째 유형은 기술(제품)의 완성과 동시에 기술이 확산되는 경우이다. 시
장의 수요는 많으나, 기술이 완성되지 않아 확산되지 않는 경우이므로, 기
술의 완성을 기술확산점으로 설정하였다. 예를 들어 ‘롤러블 디스플레이’는
롤러블 컬러 디스플레이가 상용 모바일 제품에 최초로 적용되는 시점이 기
9) 2015년 세계경제포럼(WEF) 보고서의 경우 사회적 파급력이 높을 것으로 예상되는 21개 소프트웨어 기술의
Tipping Point와 사회적 영향을 분석하였는데, 소프트웨어의 발전이 가져오는 사회적 변화 시기를 Tipping Point로
제시하였으며, 위원회 직관으로 사용 범위 또는 특정 사례를 Tipping Point로 정의내린바 있다. 기술(제품) 및
해당산업의 성숙도에 따라 정의를 차별화하였다(WEF, 2015).
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 025
술확산점이 될 수 있을 것이다.
다섯 번째 유형은 최초의 모델이 실제로 적용되는 인프라 기술에 적용하
였다. 인프라를 기반으로 하는 기술의 경우에는 실제로 모델이 구현되는 시
점을 기술확산점으로 설정하였다. ‘초고속 튜브 트레인’을 예로 들면, 시속
1,000km 이상으로 운행하는 상용화된 초고속 튜브 트레인이 최초로 운행
되는 시점이 기술확산점이 될 수 있다.
여섯 번째 유형은 독특한 기술 확산 특성을 가진 경우이다. 안전성, 가격
경쟁력 등이 중요하다고 생각되는 기술들에 적용하였다. 이 경우에는 유사
사례 발굴 적용 등 다양한 방법으로 기술확산점을 설정하였다. 예를 들면,
‘멀티콥터 드론’은 미국 민간 항공기의 사고율을 참고하여, 멀티콥터 드론
의 운용 중 발생하는 사고율을 100만 비행시간당 2회 이하로 낮출 수 있는
안전운용기술이 완성되는 시점을 기술확산점으로 볼 수 있다.
기술별 제시항목
이 책에서는 기술확산점의 예측과 분석을 통해서 다음과 같은 사항을 제
시하고자 하였다.
첫째는 혁신기술 그 자체이다. 요즘 4차 산업혁명이 화제로 떠오르면서,
많은 혁신기술이 뉴스와 신문 지상에 오르내리고 있다. 이 책에서 다루는
24개 기술 중에는 많이 알려진 기술도 있고, 그렇지 않은 기술도 있다. 하지
만 그 기술들 모두 미래사회에 파급효과가 클 것으로 예상되므로 미리 알고
있으면 미래준비에 도움이 될 수 있을 것이다. 이를 위하여 기술의 정의, 기
술의 발전 과정, 기술 개발 동향 등을 소개하고 기술을 활용하여 만들어진
026 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
제품이나 기술을 설명해줄 수 있는 이미지를 제시하여 기술에 대한 기본적
인 이해가 가능하도록 하였다.
둘째는 기술확산점의 도달 시기이다. 전문가 델파이 조사를 통하여 선정
한 각 기술별 기술확산점의 도달 시기는 비록 예측이기는 하지만, 미래준비
를 위하여 얼마의 시간이 남아있는지, 또 그를 위하여 무엇을 해야 하는지
에 대한 기준점 역할을 해 줄 것이다.
세 번째는 기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망이다. 이는 해당 기
술이 기술확산점에 도달하여 사회적으로 확산된 이후 추가적인 기술의 발
전 및 그에 따른 사회의 변화 양태를 정성적으로 전망하였다.
네 번째는 미래사회의 변화 전망이다. 해당 기술의 사회적 확산이 실현
되면 미래사회가 어떻게 변화할지 다들 궁금할 것이다. 이를 해소하기 위해
서 기술별로 미래사회에서 시장과 산업, 사회적으로는 어떤 일들이 발생할
것인지를 개략적으로 제시하였다.
마지막으로는 기술확산 실현을 위한 과제를 제시하였다. 기술확산을 실
현하기 위하여 정부가 우선적으로 추진해야 할 사항을 전문가 델파이 조사
를 실시, 그 결과를 제시하고 다가오는 기술 확산에 대비하여 정부가 무엇
을 해야 할지에 대한 전문가들의 견해를 서술하였다.
기술확산점의 분석 경과
기술확산점은 미래창조과학부, 한국과학기술기획평가원 및 과학기술예
측위원회10)의 전문가들이 참여하여 분석을 진행하였다. 기술확산점 분석을
위한 대상기술 선정 및 세부 분석 과정은 다음과 같다.
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 027
분석 대상기술은 먼저 국내외 미래유망기술 사례와 미래기술위원회의
의견을 바탕으로 총 45개의 후보가 도출되었다. 이 후보 기술 중 미래사회
에 사회·경제적으로 영향력이 높고 파급효과가 클 것으로 예상되는 기술
을 선정하기 위해 총괄위원회 및 미래기술위원회 위원들을 대상으로 설문
조사를 진행하였다. 이어진 총괄위원회 회의에서 설문조사 결과를 바탕으
로 후보 기술의 명칭과 범주 등을 수정하고, 일부 기술을 추가 및 삭제하는
과정을 거쳐 최종 24개의 대상기술을 도출하였다. 10)
대상기술 도출 후 기술확산점을 정의하였다. 앞 절에서 언급된 기술별
특성에 따라 기술확산점의 유형을 가이드라인으로 제시하였다. 이를 바탕
으로 기술확산점 정의(안)을 마련하여, 미래기술위원회의 의견수렴 과정을
거친 후 총괄위원회 검토를 거쳐 정의를 확정하였다.
기술확산점 세부 분석은 크게 두 가지 경로로 진행되었다. 먼저 24개 기
술별 담당 전문가를 중심으로 기술의 발전 과정, 개발 동향, 단계별 발전 전
망, 미래사회 변화 전망, 기술확산 실현과제 등을 도출하였다. 이와 병행하
여 국내외 기술확산점 도달 시기와 선도 국가, 기술확산 실현과제 중 우선
순위 등을 분석하기 위해 국내의 과학기술 전문가를 대상으로 대규모 델파
이11) 설문조사가 진행되었다. 1차 델파이 조사는 2016년 10월 6일부터 31일
까지, 2차 델파이 조사는 2016년 11월 21일부터 12월 12일까지 진행되었다.
2차 조사까지 모두 응답한 총인원은 2,691명이었으며, 기술별 총 응답 건수
10) 제5회 과학기술예측조사를 위해 구성되었으며, 총괄위원회, 미래예측위원회, 미래기술위원회로 구성되었다.
총괄위원회는 과학기술예측조사 전반의 주요사항에 대한 검토 및 조정 역할을 담당한다. 미래예측위원회는
미래사회의 이슈 및 수요를 도출하는 역할을 담당한다. 미래기술위원회는 미래수요 및 과학기술 트렌드를 토대로
혁신기술을 도출하는 역할을 담당한다.
11) 델파이(Delphi) 설문조사는 예측활동에 가장 보편적으로 이용되는 설문 방식으로, 동일한 설문 대상자 집단에 2회
이상의 순환 설문을 진행한다. 1차 조사 때의 응답 정보를 정리해서 2차 조사 시 보여줌으로써 응답자가 설문에
대한 자기 의견을 조정할 수 있는 기회를 주는 방식으로 설문 결과의 정확도를 제고한다.
028 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
는 5,158건이었다. 24개 기술별 전문가의 분석과정과 델파이 조사 결과를
종합하여 혁신기술을 세부 분석하고, 미래기술위원회의 의견수렴과 총괄
위원회의 검토를 거쳐 최종 확정하였다.
기술확산점 도달 시기 표시 방법
참고로, 기술확산점 도달 시기의 델파이 조사결과를 나타낸 박스 플롯
(box plot)
12) 그래프에 대한 이해를 돕기 위하여 간단한 설명을 덧붙이고자 한
다. 기술확산점 도달 시기는 해당 기술의 델파이 응답 중 중앙값(Median)으로
하였으며, 응답 결과를 박스 플롯으로 표현하였다. 박스 플롯의 각 위치별
정의는 아래 그림과 같다.13)
기술확산점 도달 시기를 나타내는 박스 플롯(box plot)의 각 위치별 정의13)
1분위수 중앙값 3분위수
(1분위수-1.5*IQR)
보다 큰 응답값 중 최솟값
(3분위수+1.5*IQR)
보다 작은 응답값 중 최솟값
12) 박스 플롯(box plot)은 상자수염그림(box and whisker plot)이라고 하는데, 상자(box)와 수염처럼 길게 늘어진
선분으로 구성되어 있다.
13) IQR(Interquartile Range), 사분범위는 측정치들의 분포가 대푯값(집중경향치)을 중심으로 하여 어느 정도 밀집 혹은
분산되어 있는가를 나타내는 통계치인 변산도의 일종으로, 분포의 양 끝 1/4을 제외한 범위를 말한다. 사분범위를
사용하면 자료의 극단적인 값들에 의한 영향을 덜 받는 장점이 있다.
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 029
위의 박스 플롯에서 좌우의 수염 선분의 끝을 의미하는 극값은 아래 그
림에서 보이는 바와 같이 좌우 극값의 범위 내에 전체 응답의 99.3%가 분
포한다는 것을 의미하고, 좌측이 최솟값, 우측이 최댓값을 의미한다. 상자
(box)에 해당하는 부분은 1분위 수(Q1, 25% 지점)와 3분위 수(Q3, 75% 지점)를 의미
하며 전체 응답의 50.0%가 분포하고 있음을 의미한다.
이같은 과정을 거쳐 도출한 기술확산점 도달 예상시기는 세계와 국내
를 기준으로 30, 31쪽의 그림과 같다. 32, 33쪽에서는 기술확산점 도달 예
상시기를 결정하는 기준이 된 기술확산점 정의도 함께 표기하여 예상시기
를 판단하는 근거가 어디에서 비롯되는지 제시함으로써 전체적인 이해에
도움이 되도록 하였다.
박스 플롯의 위치별 응답분포 비율 출처8
24.65% 50% 24.65%
IQR
Q1 Q3
-4σ -3σ -2σ -1σ 0σ 1σ 2σ 3σ 4σ
-4σ -3σ -2σ -1σ 0σ 1σ 2σ 3σ 4σ
Median
Q1-1.5×IQR Q3+1.5×IQR
-2.698σ -0.6745σ 0.6745σ 2.698σ
030 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술확산점 도달 예상시기 : 세계
스마트 그리드
초고용량 배터리
극한성능용 탄소섬유복합재료
만물인터넷
3D 프린팅
빅데이터 활용 개인맞춤형 의료 2022
롤러블 디스플레이
희소금속 리사이클링
웨어러블형 보조 로봇
자율주행 자동차
2023
포스트 실리콘 반도체
인지컴퓨팅
CO₂ 포집·저장(CCS)
유전자 치료
줄기세포
지능형 로봇
인공장기
2024
초고속 튜브 트레인
2028
양자컴퓨팅
뇌-컴퓨터 인터페이스
2025
인공광합성
2026
2021
멀티콥터 드론
실감형 가상·증강 현실
스마트 팩토리
2020
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 031
기술확산점 도달 예상시기 : 국내
3D 프린팅
멀티콥터 드론
스마트 그리드
실감형 가상·증강 현실
초고용량 배터리 빅데이터 활용 개인맞춤형 의료
스마트 팩토리
극한성능용 탄소섬유복합재료
포스트 실리콘 반도체
희소금속 리사이클링
웨어러블형 보조 로봇
인지컴퓨팅
CO₂ 포집·저장(CCS)
유전자 치료
자율주행 자동차
줄기세포
지능형 로봇 인공장기
인공광합성
양자컴퓨팅
뇌-컴퓨터 인터페이스
롤러블 디스플레이
만물인터넷
2025
2026
2027
2030
2028
2029
2024
2023
2032
2031
초고속 튜브 트레인
2033
032 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
24개 혁신기술의 기술확산점 도출결과 요약
기술 기술확산점 정의
기술확산점 도달 예상시기
세계 국내
멀티콥터 드론 멀티콥터 드론의 운용 중 발생하는 사고율을
100만 비행시간당 2회 이하로 낮출 수 있는
안전운용 기술이 완성되는 시점
2020년 2024년
실감형 가상·
증강 현실
게임 등 상호작용형 엔터테인먼트 시장에서
실감형 가상·증강 현실용 콘텐츠의 점유율이
11%가 되는 시점
2020년 2024년
스마트 팩토리 고도화된 스마트 팩토리의 비중이 전체
공장의 16%에 도달하는 시점
2020년 2025년
만물인터넷 만물인터넷 서비스의 가정 보급률이
11%가 되는 시점
2021년 2023년
3D 프린팅 3D 프린터의 일반 가정 보급률이
3%가 되는 시점
2021년 2024년
빅데이터 활용
개인맞춤형 의료
10만 명 이상의 개인별 의료정보가
국가적으로 통합되어 진료현장에 활용되는 시점
2021년 2025년
스마트 그리드 100만 명 이상의 광역 도시에
스마트 그리드 시스템을 구현한 시점
2022년 2024년
초고용량 배터리 1회 충전으로 800km를 주행할 수 있는
전기자동차의 상용모델이 국내에 출시되는 시점
2022년 2024년
극한성능용
탄소섬유복합재료
탄소섬유복합재료를 모든 외장재에 도입한
승용차의 첫 양산형 모델이 나오는 시점
2022년 2026년
롤러블
디스플레이
롤러블 컬러 디스플레이가 상용 모바일
제품에 최초로 적용되는 시점
2023년 2023년
희소금속
리사이클링
순환금속 리사이클링으로부터 공급되는
희소금속의 양이 희소금속 산업 수요의
8%가 되는 시점
2023년 2026년
웨어러블형
보조 로봇
하반신 마비 장애인의 보행을 보조하는
웨어러블 로봇의 렌탈 가격이 월 100만 원
이하가 되는 시점
2023년 2027년
BIG DATA
ROLLERBLY DISPLAY
제2장 미래준비의 포인트, 기술확산점 | 033
기술 기술확산점 정의
기술확산점 도달 예상시기
세계 국내
자율주행 자동차 자율주행 자동차가 자동차 신차 판매의
12%를 점유하는 시점
2023년 2028년
포스트 실리콘
반도체
주요 반도체 제조 기업에서 포스트 실리콘 반도체를
초기 양산 시제품으로 생산하는 시점
2024년 2026년
인지컴퓨팅 인지컴퓨팅을 기반으로 사람을 이해하고 언어로 소통
하는 맞춤형 개인비서 AI 서비스를 활용하는 인구의
비중이 스마트폰 사용 인구 중 16%에 도달하는 시점
2024년 2027년
CO₂ 포집·저장
(CCS)
화력발전의 1%에 CCS가 적용되는 시점 2024년 2028년
유전자 치료 복합질환의 치료를 위한 2가지 이상의 유전자
치료제가 미국 FDA, 유럽 EMA, 일본 PMDA 등 허가
기관으로부터 의약품 범주의 시판 허가를 얻는 시점
2024년 2028년
줄기세포 특정난치병 10종 이상에 대하여 줄기세포를
활용한 치료 방법이 개발되어 임상치료에
적용되는 시점
2024년 2028년
지능형 로봇 네트워크 기반 지능형 로봇의 일반가정
보급률이 8%를 돌파하는 시점
2024년 2028년
인공장기 인체에 삽입되어 완전하게 독립적으로 기능하는
인공신장이 개발되어 인공신장 이식 건이
16%가 되는 시점
2024년 2029년
양자컴퓨팅 기상예측에 양자컴퓨팅을 처음으로 도입하는 시점 2025년 2031년
뇌-컴퓨터
인터페이스
사지마비 장애인의 16%가 뇌-컴퓨터
인터페이스 기술을 사용하는 시점
2025년 2032년
인공광합성 인공광합성 기술을 이용한 제품 생산이
기존 시장을 대체하는 비율이 3%가 되는 시점
2026년 2030년
초고속 튜브 트레인 시속 1,000km 이상으로 운행하는 상용화된
초고속 튜브 트레인이 최초로 운행되는 시점
2028년 2033년
CO₂
CO₂
CO₂
* 세계 기준으로 기술확산점 도달 예상시기가 빠른 순서대로 나열함
기술이 세상을 바꾸는 순간
혁신기술별
기술확산점 분석
CHAPT0ER 3
지금부터는 본론으로 들어가 혁신기술별 기술확산점
분석 결과를 제시하고자 한다. 기술을 설명하는 순서는
세계를 기준으로 기술확산점 도달 예상시기가 빠른
기술부터 언급하였다. 기술확산점이 언제 어떤 형태로 다가올지,
기술에 의해 미래세상은 어떤 모습으로 변화할지, 그리고
기술확산에 대비하여 어떤 준비를 해야 하는지 등을 다루었다.
036 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
제1절
멀티콥터 드론
멀티콥터 드론14)은 각각의 회전수가 신속하게 조절되는 프로펠러를 3개 이상
장착하여, 수직 이착륙 및 제자리 비행 등 정밀한 자세 제어와 민첩한 기동이
가능한 무인항공기 기술이다.
14) 멀티콥터 드론은 우리가 흔히 알고 있는 드론을 의미한다. 그러나 드론은 항공우주 과학기술 분야에서 무인항공기
(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)를 통칭하여 사용되는 용어이므로, 여기서는 이와 구별하여 멀티콥터 드론이라고
표현하였다.
시험 배송 중인 아마존 사의 멀티콥터 드론 출처9
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 037
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
1989년, 일본의 키엔스(Keyence) 사는 자사의 자이로 센서를 응용한 소형
쿼드로터15) 드론 자이로소서(Gyro-Saucer)를 개발 및 양산하여, 실내비행 완구/
취미 용도로 출시하였다. 이는 로봇공학 분야에서 멀티콥터 드론의 제어이
론을 본격적으로 연구하는 계기가 되었다. 오스트레일리아 폴 파운즈(Paul
Pounds) 등은 2002년 멀티콥터 제어이론을 적용한 쿼드로터 드론을 개발하여
자율 비행에 성공하였다.
2000년대 중반까지 스위스 로잔연방공과대학교(EPFL), 미국 펜실베니아
대학교 등의 대학 및 연구기관에서 개발한 멀티콥터 드론 제어기술이 오픈
소스(Open Source)로 일반에 공개되며 확산되기 시작했다. 독일 마이크로드론
즈(Microdrones) 사를 비롯한 기업들의 창업이 이어졌고, 산업용 및 취미용 드
론의 개발이 이루어졌다. 중국 DJI 사는 2012년 쿼드로터 드론 파이어 와이
어(Fire Wire), 이후 개선된 팬텀(Phantom) 시리즈를 양산하여 취미용 드론이 세계
적으로 보편화되는 계기를 만들었다.
DJI, 3D 로보틱스(3D Robotics) 사 등에서 비행 안정성과 신뢰성이 향상된 쿼
드로터 드론을 출시하면서 개인 취미용 무선조종 드론 시장이 형성되었고,
연 100% 이상의 성장을 보이고 있다. DJI 사는 2015년 매출 10억 달러를 초
과하였다.
멀티콥터 드론의 설계기술은 프로펠러를 8개 이상 장착하는 수준으로
발전하고 보편화되었으며, 부품 시장 또한 확대되면서 신뢰성과 성능이 향
15) 쿼드로터는 회전날개 네 개를 이용하여 뜨고 추진하는 멀티콥터 드론을 말한다.
038 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
상되고 가격은 하락하는 추세에 있다. 드론을 활용한 서비스 산업 시장 또
한 성숙·확장되면서, DJI 사 등은 산업용 드론의 표준을 선점하기 위해 다
양한 모델을 양산하고 있다.
중국 DJI 사의 최신 촬영용 드론 Inspire2 출처10
소형 쿼드로터 드론 시장 성장추세 출처11
Drones Sold per Year
1,200,000
900,000
600,000
300,000
-00
2013 2014 2015 (Year)
(Drones Sold)
Parrot
DJI
3D Robotics
기술 개발 동향
미국 등 선진국에서 멀티콥터 드론 설계 및 제어기술이 안정화 단계에
접어들면서, 멀티콥터 드론은 활용 분야에 최적화된 다양한 크기 및 형태로
발전하고 있다. 또한, 멀티콥터 드론의 비행성능 및 신뢰성을 향상시키기
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 039
위해 BLDC(Brush-less Direct Current)
16) 모터, 모터 제어기, 통합형 비행컴퓨터 등
핵심부품의 성능 향상을 위한 기술이 개발되고 있다.
우리나라는 소형/초소형 레이싱 드론 분야에서는 세계 시장에 도전하는
수준의 성과를 내고 있으나, 멀티콥터 드론 관련 학술연구 및 산업기술 수
준은 미국, 스위스 등 기술 선도국과 시장 선도기업인 DJI 등에 뒤처져 있
다. 이를 극복하기 위하여 정부 관련 부처가 협력하여 ‘무인이동체 기술 개
발 및 산업성장 전략’(2015.5), ‘무인이동체 발전 5개년 계획’(2016~2020, 2016.5) 등
드론 기술 및 산업 발전을 위한 로드맵과 지원정책을 수립하였다. 또한, 과
학영농 및 택배 서비스, 안전운용, 공공안전 등의 분야에서 기술 개발이 활
발하게 진행되고 있다. 예를 들면, 한국해양과학기술원(KIOST)에서는 공중과
수면, 물속을 자유자재로 이동 가능한 드론을 개발하였고, 한국과학기술원
(KAIST)에서는 이동하고 있는 차량에서 드론을 무선 충전할 수 있는 테라드론
시스템을 개발하였다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 멀티콥터 드론 기술의 기술확산점 도달 시기를 델
파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2020년에, 국내 기준으로는
2024년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다.
16) 직류형 중 브러시가 없는 모터, 브러시는 회전하는 내부의 코일에 계속 전류를 공급해주는 탄소 마찰판으로 마찰로
인한 마모가 있는데, BLDC모터는 브러시가 닳을 걱정 없이 반영구적으로 사용 가능하며, 일반 DC모터보다 약 30%
효율이 더 높다.
040 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술확산점 도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 멀티콥터 드론
의 운용 중 발생하는 사고율을 100만 비행시간당 2회 이하로 낮출 수 있는
안전운용기술(Safe-Operation Technologies)이 완성되는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
미국 중국 한국 EU 일본 없음 기타
56.2
37.1
2.6 2.2 1.3 0.6 0.0
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과17)
멀티콥터 드론이 상업적으로 널리 활용되기 위해서는 안전성 확보를 위한
기반 기술 완성이 가장 중요하다. 멀티콥터 드론의 사고에는 설계 및 기술적
인 결함, 부품의 결함 및 내구성, 운용자의 실수, 환경적인 요인 등이 작용한다.
17) 조사 항목 중 ‘없음’은 지금은 알 수 없다는 의미로, 전 세계적으로 아직까지 기술확산점에 가장 먼저 도달할 나라를
예측할 수 있을 정도로 관련 연구가 진행되고 있지 않다는 응답에 해당하며, ‘기타’는 주요국을 제외한 나머지
국가를 의미(이하 공통)
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 041
2003 2004
0
1
2
3
4
5
6
Calendar Year
Part 121 Accident Rates 2003-2012
Accident Rate
(per Million Departures / Flight Hours)
Accident per Million Flight Hours
Accident per Million Departures
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
미국의 민간 여객기 사고율 통계 출처12
상대적으로 기술적 이해도가 높고 교육 훈련, 운용 경험이 풍부한 상용 운용
자에 비해 일반 민간인이 운용하는 수백만 대 단위의 취미용 멀티콥터 드론
이 많은 사고를 일으키고 있으나, 아직 공식적인 통계는 존재하지 않는다.
실제로 일반 시민이 운용하는 취미용 멀티콥터 드론이 여객기의 항로에
진입하여 대형 사고를 유발할 위기에 처했던 사례가 빈번하게 발생하고 있
다. LA타임즈에 따르면, 미국 캘리포니아 주에서는 2014년 이후 약 200회에
달하는 근접 사례가 보고되었다.
이런 점을 충분히 고려하여, 멀티콥터 드론의 기술확산점을 민간 여객기
의 사고 수준(미국 2012년 기준, 100만 시간당 2회)을 참고하여 정의하였으며, 안전 운
용 기술에는 테러의 발생이나 대형 사고를 예방할 수 있는 운용통제(Operation
Control) 기술도 포함한다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
멀티콥터 드론 기술은 기술확산점 도달 이후 중량화물 배송, 지상로봇
협업배송, 드론 앰뷸런스 및 드론 택시로 발전해 갈 것으로 전망된다.
기술확산점에 도달하면 드론을 이용한 상용 택배 서비스가 인구 밀집도
042 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
가 비교적 낮은 지역에 대하여 제한적으로 허가되며, 택배업계는 우선적으
로 경량 화물에 대한 시범 서비스를 실시하여 안전성·경제성 등을 분석하
게 될 것이다.
멀티콥터 드론의 중량화물 배송이 가능해지면, 상업용 드론 기술의 성숙
과 시장수요 성장에 따라 드론의 부품 표준화가 실현되고 드론 설계 및 부
품이 최적화되어, 30kg 이상 수준의 중량화물 배송에 대한 경제성이 확보
될 것이다.
지상로봇 협업배송 단계에서는 드론의 이착륙이 가능한 위치에서 배송
하던 것에서 발전하여, 지상배송 로봇과의 협업을 통하여 진정한 기종점 간
(Door-to-Door) 택배 서비스가 실현될 것이다.
멀티콥터 드론 기술이 고도로 발전하면 드론의 안전성, 신뢰성, 중량화
물 이송능력을 바탕으로 승객을 이송하여 기종점 간 서비스를 제공하는 수
준에 이를 것이다. 처음에는 유인 앰뷸런스 드론으로 시작하여, 무인 앰뷸
런스 드론, 무인 택시 서비스 등을 제공하는 자율형 개인용 항공기(Autonomous
Personal Air Vehicle)로 발전할 것으로 예상된다.
아르고 디자인(Argo Design) 사의 앰뷸런스 드론 개념도 출처13
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 043
3. 미래사회 변화 전망
미국의 세계적인 다국적 투자은행인 골드만삭스에 따르면, 멀티콥터 드
론의 세계시장 규모는 2015년 14억 달러 규모에서, 2017년에는 50억 달러
에 이를 전망이다. 전문인력이 운용하는 산업용 드론 서비스의 시장수요는
송전선 감시와 같이 제한된 규모의 3D(Dangerous, Dirty, Difficult) 임무 서비스 시장
이 창출되어 이를 바탕으로 성장할 것으로 예상된다.
산업적으로는 초소형 드론의 비행제어를 위해 개발되는 초소형 일체형
비행컴퓨터 기술과 전기 추진시스템 기술이 접목되어, 초소형 지상 로봇,
하이브리드형 드론 로봇 등의 새로운 형태의 로봇 기술 시장에 파급 효과가
클 것으로 예상된다. 또한 개인용 드론의 성능 향상은 항공촬영 영상을 응
용한 레포츠, 영상정보 SW 등의 드론 활용 산업의 창출 및 발전에 긍정적인
효과를 미칠 것으로 전망된다.
멀티콥터 드론은 사회·문화적인 변화의 동인으로도 작용할 것이다. 스마
트폰의 보급을 통해 정보통신기술이 개인 차원에서 수용되고 활용됨으로써
SNS 문화가 태동되었듯이, 개인용 드론의 보급을 통해 항공촬영 영상 정보의
대중화와 이를 활용한 서비스, 문화가 싹틀 전망이다. 또한, 드론을 활용한 신
속한 사고 대응 및 범죄 예방으로 사회 안전 수준이 향상될 것으로 기대된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
멀티콥터 드론이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전
문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 제도
044 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
개선(33.6%), 기술 개발(19.8%), 인력 양성(18.4%) 등의 순으로 나타났다.
멀티콥터 드론을 제대로 활용하려면 제도적인 돌파구가 필요하다. 중량
의 장비 또는 화물을 탑재하여 상업적으로 운용하려면, 추락 시 인명사고
를 방지할 수 있는 확실한 안전대책을 강구할 수 있는 법 규정 제정과 비행
공역 및 항로를 자율적으로 관제할 수 있는 법률 제정, 기술 및 지원시설 확
립 등이 선행되어야 한다. 또한, 드론의 보편화에 따른 개인의 사생활 보호
등에 대한 사회적 윤리의식 형성 및 관련 법 규정도 요구된다. 이와 더불어,
드론 기술 개발에 대한 사회적 공감대 형성을 위한 미디어 홍보 정책개발
도 필요하다.
멀티콥터 드론의 확산을 위해서는 기술 개발도 중요하다. 현재까지의
멀티콥터 드론 기술 개발에서는 로보틱스 관점에서의 비행제어 성능에 집
중하였다. 그러나 드론의 비행성능 및 신뢰성 향상에는 BLDC 모터, 모터
제어기, 저소음 프로펠러, 마이크로 센서, 통합형 비행컴퓨터, 고속 데이터
통신, 기체 경량화 소재 개발 등 핵심기술 개발이 요구된다. 더 나아가 멀티
콥터 드론의 궁극적인 발전과 확산을 위해서는 초고용량 배터리 기술, 인
공지능 기술, 자율주행 기술 등 미래 핵심기술의 발전 또한 필요하다. 또한,
드론을 활용한 멀티미디어 영상콘텐츠 개발, 드론 기술과 예술을 융합한
드론 군집 공연 등 다양한 문화 콘텐츠의 개발을 통하여 드론 관련 서비스
산업을 창출해야 한다.
무인항공기 산업 전체 규모에 맞먹을 정도로 빠르게 성장하고 있는 멀
티콥터 드론 분야의 기술 인력 양성을 위해서, 전문가 그룹에 국한되었던
드론 기술 개발 환경 및 기술정보를 대학생, 대학원생을 포함한 모든 연구
자에게 확대할 필요가 있다. 특히, 실제적 드론 기술 개발을 경험할 수 있는
프로젝트성 과목을 개설하고 운영함으로써, 학생들에게 동기를 부여하는
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 045
동시에 실무적 기술 개발 경험을 쌓도록 해야 한다. 이와 함께 멀티콥터 드
론의 설계부터 부품 및 소프트웨어 개발, 시스템 통합, 정비, 운영, 비행, 인
증/평가, 안전운용까지 체계적인 전주기적 전문인력 양성을 위해 노력해야
한다.
인프라 구축도 멀티콥터 드론의 확산을 위하여 시급히 해결해야 할 과
제다. 우선, 전국적 비행시험을 위한 인프라 확충이 필요하다. 이를 위하
여 고흥 실증시범특구, 청주 실증시범특구 등은 물론 전국의 관광·물
류·농업·군사·치안 특화지구 등까지 포괄하는 비행 인프라 구축이 필
요하다. 그 밖에도 테스트 공역 할당, 드론용 주파수 배분, 기지국 설치 등
의 ICT(Information and Communication Technology, 정보통신기술) 인프라 지원도 마련해야
할 것이다.
멀티콥터 드론의 확산을 위해서는 협력 활성화도 빼놓을 수 없다. 드론
기술은 반도체, 시스템, 임베디드18)의 모든 분야가 결합되어야 하는 다학제
적 융합기술로, 관련 분야의 협력 활성화를 통해서만이 새로운 기술 개발
및 시장개척이 원활히 진행될 것이다. 최근 각광을 받고 있는 멀티콥터 드
론 기술의 성과는 로보틱스 연구자들이 1990년대 후반부터 20년 가까이 오
픈소스 형태로 정보를 공유하고 협력하여 기술을 개발한 데서 얻은 결실이
다. 2017년 1월 성공적으로 개최된 드론쇼코리아 등과 같이 국내 드론 기술
및 산업 정보를 공유하는 기회를 확대할 필요도 있다. 또한, 컨소시엄 형태
의 기술 개발을 지원하고 특화된 분야의 우수한 능력을 보유한 인력 또는
기관 간 협력을 유도함으로써, 과도한 경쟁을 방지하고 기술 개발 협력체
계를 발전시키는 것이 필요하다.
18) PC 이외의 디지털 장비에 내장되어 시스템을 제어하는 장치(혹은 소자)를 말한다.
실감형 가상·증강 현실
046 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
제2절
홀로그램을 활용한 실감형 가상·증강 현실 출처14
실감형 가상·증강 현실은 인간의 3차원 시각 인지의 모든 신호(Cue)를 자극하는
실감 영상을 기반으로 하여 실제와 유사한 경험 및 감성을 제공하는 기술이다.19)
19) 가상현실(Virtual Reality)은 어떤 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터로 만들어서, 그것을 사용하는 사람이 마치 실제
주변 상황과 상호작용을 하고 있는 것처럼 만들어 주는 컴퓨터 인터페이스를 말한다. 증강현실(Augmented
Reality)은 실세계에 3차원 가상물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 가상현실 기술은 가상환경에 사용자를 몰입하게
하여 실제 환경을 볼 수 없는 데 반해 증강현실 기술은 실제 환경과 가상의 객체를 혼합하여 보여주기 때문에 보다
나은 현실감과 부가 정보를 제공한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 047
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
1992년 미국 메사추세츠 공대(MIT) 벤턴(Benton) 교수팀에서 홀로그램 동
영상 재생 시스템인 홀로비디오(Holo Video)를 제안한 것이 실감형 가상·증
강 현실 기술의 시초다. 2007년 독일의 시리얼(SeeReal) 사는 20인치 홀로그
램 기반 3차원 디스플레이 장치인 비지오20(Visio20)을 개발하여 세계 최초
로 상용화에 성공하였다.
2008년 영국의 키네티큐(QinetiQ) 사에서는 총천연색 홀로그램 디스플
레이를 시연하였다. 이듬해 일본의 니혼대는 컬러 홀로그래픽 디스플레
이 기술, 원통형 홀로그래픽 기술, 프린지 프린팅 기술,20) 음향광학변조기
(AOM),21) LCD22) 등을 이용한 홀로그램 동영상 재생시스템을 구축하였다.
2010년 미국 마이크로소프트(Microsoft) 사는 동작 인식이 가능한 실감형
가상·증강 현실 기반의 비디오 게임용 콘솔인 엑스박스 360 키넥트(Xbox
360 Kinect)를 출시하였다.
미국의 벤처회사인 립모션(Leap Motion) 사는 2013년 손가락의 움직임을
검출하는 컴퓨터 입력 인터페이스인 립모션을 출시하였고, 2014년엔 일
본의 동경농공대 다카키 교수팀에서 시야각 40도급 디지털 홀로그램 3차
원 디스플레이를 시연하였다.
20) 프린지 패턴(간섭무늬)을 디지털 데이터 형태로 생성 및 조작할 수 있게 하는 프린팅 기술이다.
21) 음향광학변조기(Acousto-Optic Modulator)는 홀로그램을 나타낼 수 있도록 해주는 공간광변조기의 일종으로,
초음파를 통해 빛의 진행방향을 변화시키는 현상을 이용한다. 일반적으로 홀로그램은 전자적으로 제어할 수 있는
공간광변조기에 컴퓨터 생성 홀로그램을 업로드한 후 레이저나 LED와 같은 광원을 조사하여 입체영상을 재현한다.
22) 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 액정의 광학적 성질이 전기적으로 변화하는 것(전압을 가함으로써 빛을
반사)을 이용하여 숫자, 문자, 화상 등을 표시하는 전자장치이다.
048 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
모션 인식이 되는 실감형 가상·증강 현실 기반의 비디오게임 콘솔 엑스박스 360 키넥트 출처15
기술 개발 동향
세계적으로는 미국 마이크로소프트, MIT 미디어랩, 영국의 키네티큐 사,
일본의 NICT23) 등에서 관련 연구를 선도하고 있다. 일본 NICT에서는 컬러
정보뿐 아니라 적외선 카메라를 이용하여 얻은 HD급 해상도의 카메라 깊
이 지도(Depth map) 정보를 소프트웨어 컨버터를 이용하여 홀로그램으로 변환
시켰다. 일본의 치바대학은 간략화된 알고리즘을 FPGA24) 기반 플랫폼에 구
현하여 HD급 디지털 홀로그램을 실시간으로 생성할 수 있는 시스템을 개
발하였다. 미국의 마이크로소프트는 홀로그램 기반의 증강현실 헤드셋 홀
로렌즈(Hololens)를 개발하고 이를 통하여 생활 주변의 모든 것을 자동으로 추
적하고 위치를 확인할 수 있는 관련 특허를 신청하였다.
국내에서는 한국전자통신연구원(ETRI)이 4K LCD 대면적 공간광변조기25)
23) NICT: National Institute of Information & Communications Technology
24) FPGA: Field Programmable Gate Array, 이미 설계된 하드웨어를 반도체로 생산하기 직전 최종적으로 동작 및
성능을 검증하기 위해 제작하는 중간 개발물 형태의 집적회로(IC)이다.
25) 디지털 형태로 저장된 홀로그램 데이터를 빛 상태 제어를 통해 3차원 영상으로 복원 및 재생하는 장치를 말한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 049
와 동공추적 기술을 이용한 시야창 기반의 20인치급 홀로그램 영상을 구현
하였다. 또한, 테이블 디스플레이 위에서 360도 모든 방향으로 컬러 홀로그
램 영상을 재현할 수 있는 3인치 크기의 입체영상기술을 개발하기도 하였
다. 한국과학기술연구원(KIST)은 미국 MIT 방식을 발전시켜 해상도가 향상
된 홀로그래픽 동영상 표시 장치를 개발하였다. 서울대학교에서는 위상공
간광변조기를 곡선 배열(Curve array) 형태로 광시야각을 제공하는 홀로그래픽
3D 디스플레이 시제품 모델에 대한 연구를 진행하였다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 실감형 가상·증강 현실의 기술확산점 도달 시기
에 대해 델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2020년에, 국내 기
준으로는 2024년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기
술확산점 도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 게임 등 상호작용형
(참여형) 엔터테인먼트 시장에서 실감형 가상·증강 현실용 콘텐츠의 점유율
이 11%가 되는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
050 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 일본 한국 중국 EU 기타 없음
67.3
14.5
9.9 5.3 2.6 0.3 0.0
가상·증강 현실은 상호작용형 미디어로, 향후 홀로그램 기반의 실감
형 기술로 전환될 것으로 예상된다. 가상 물체의 3차원 분포를 공간상에 실
제와 구분이 어려운 수준으로 구현하게 되면 홀로그램 기반 실감형 가상·
증강 현실이 광범위하게 확산될 것으로 보인다. 이에 따라 게임 등 상호작
용형 엔터테인먼트 시장에서 실감형 가상·증강 현실을 이용한 콘텐츠의
시장규모가 궁극적으로 70%가 될 것으로 예상되며, 그의 16%에 해당하는
11%를 기술확산점으로 설정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
실감형 가상·증강 현실은 기술확산점 도달 이후 무안경식 홀로그램 가
상·증강 현실, 다(多)사용자 참여형, 원격상호작용형의 단계로 발전해 갈 것
으로 전망된다.
게임 등에 홀로그램 HMD(Head Mount Display)
26)가 사용되면서 홀로그램 기술
기반 가상·증강 현실 시장이 창출되는 기술확산점에 이르면, 사용자는 시
26) 안경처럼 머리에 쓰고 대형 영상을 즐길 수 있는 영상표시장치이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 051
각 피로 없이 실감형 3차원 영상을 즐길 수 있게 될 것이다. 기술이 더욱 발
전하면 장치를 착용하지 않고도 실감형 3차원 영상을 즐기는 것이 가능해
질 것으로 전망된다.27) 처음에는 사용자 개인별로, 이후에는 참여형 미디어
에서 다수의 모든 참여자가 장치 없이 실감형 3차원 영상을 시청하는 것도
가능해질 것으로 보인다.
결국에는 다수 사용자의 동작 정보를 원격으로 입력받아 상호작용하는
형태로 실감형 3차원 영상을 즐기는 시대가 도래할 것으로 기대된다.
3. 미래사회 변화 전망
시장조사업체 디지캐피털(Digi-Capital)에 따르면, 가상·증강 현실 제품의
시장규모는 2016년 현재 40억 달러 수준이며, 2020년 1,500억 달러 규모로
연평균 147% 성장할 전망이다.
홀로그램 기반 실감형 가상·증강 현실이 기술확산점에 도달하는 시기
에는 게임을 넘어 영화, 텔레비전, 연극, 공연 등의 기존 관찰형 미디어가 참
여형으로 진화할 것이다.28) 이에 따라 미디어 전반에 홀로그램 기반 실감형
가상·증강 현실 기술이 적용될 것으로 기대된다.
또한 인간친화적인 홀로그램 기반 참여형 미디어의 출현은 원격의료·
원격교육·원격회의 등 원격연결 기반의 신 산업군을 창출할 것으로 전망
된다. 가상훈련의 고도화로 전문산업인력 양성이 용이해질 것이며, 산업 전
27) 한 명의 사용자를 위한 홀로그램 구현은 아이 트래킹(eye tracking) 방식으로 가능하여 다사용자 참여형에 비해
난이도가 낮은 편이다.
28) 영화나 TV와 같이 이미 제작된 미디어를 일방향으로 제공받아 보는 것을 관찰형 미디어라고 지칭하고, 컴퓨터의
가상세계 속에서 다른 사람이나 물체와 감각적인 상호작용을 주고받는 경우를 참여형 미디어라고 지칭한다.
052 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
반의 생산성 향상에 기여할 것이다. 그뿐만 아니라 참여형 미디어의 출현으
로 새로운 형태의 참여형 엔터테인먼트 산업군을 창출할 것으로 예상된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
실감형 가상·증강 현실이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야
할까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로
는 인력 양성(30.3%), 기술 개발(30.2%), 인프라 구축(16.2%) 등의 순으로 나타났다.
우선 기술의 발전과 확산을 위해서는 원격의료 및 참여형 엔터테인먼트
산업 고도화에 따른 파생 산업의 확대를 위한 인력을 양성해야 한다. 특히,
가상·증강 현실 기반 콘텐츠에 대한 창작, 전송서비스 및 인터랙션 기술
개발이 가능한 인력 양성이 반드시 필요하다. 가상·증강 현실 경진대회나
체험공간을 마련하여 일반 시민들의 관심을 유도하고 미래인력도 양성해
야 한다.
관련 기술인 홀로그램 기반 가상·증강 현실 콘텐츠 제작 기술, 대용량
데이터 전송 및 콘텐츠 유통 기술, 가상·증강 현실 서비스 플랫폼 구축 기
술도 마련되어야 한다. 여기에 인체 안전성 평가 및 개선을 위한 기술 개발
또한 병행되어야 한다. 그리고 하드웨어 측면의 프로세스, 연산장치, 디스
플레이(시야각 확장), 뇌신경학 등의 연구 및 개발도 계속해야 한다. 가상·증
강 현실 기기의 경량·소형화를 위한 소재, 고효율 배터리 기술 등의 개발
도 요구된다.
또한 홀로그램 기반 실감미디어 콘텐츠를 자유롭게 창작할 수 있는 작업
공간과 일반대중이 콘텐츠를 즐길 수 있는 스튜디오를 마련할 필요가 있다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 053
고용량 홀로그램 데이터의 원활한 전송을 위한 초고속 광대역 네트워크 구
축과 3D 홀로그램 TV 방송용 인프라 구축도 반드시 필요하다.
원천기술 개발을 위해 산학연 간의 협력 강화 또한 빼놓을 수 없다. 참여
형 콘텐츠 창작과 다양한 아이디어 도출을 위한 인문·예술 분야와의 융합
도 필요하다. 국제적으로는 기술선도국과의 학문적 교류나 글로벌 기업과
의 기술적 제휴를 병행할 필요가 있다.
제도 면에서 살펴보자면, 원격의료를 비롯한 전문영역으로의 확산을 위
해 규제를 재정비하고, 안정성 및 효과성을 평가할 수 있는 검인증 제도를
마련할 필요가 있다. 또한 가상·증강 현실 기술표준화, 사업화 제도 활성
화 등이 요구된다.
054 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
제3절
스마트 팩토리
독일 보쉬(Bosch) 사의 스마트 팩토리 출처16
스마트 팩토리는 제품 제조와 관련된 모든 과정에 정보통신기술(ICT)을 융합하여
고도로 지능화된 공장을 구현하는 기술이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 055
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
1960년대 후반 전력선통신(PLC)
29) 기술이 공장에 적용되어 디지털 컴퓨터
를 공작기계에 연결, 부착한 것이 스마트 팩토리의 시초가 되었다. 20여 년
이 지난 1980년대 이후 자동화 기술이 발달하고 로봇이 출현하면서 컴퓨터
에 의한 통합생산(CIM)
30) 방식으로 발전되었다. 1990년 이후 ICT 기술이 공장
생산라인에 본격적으로 도입되기 시작했고 2010년 이후부터는 소형화, 모
듈화, 자율분산화가 진행되면서 스마트 팩토리 기술들이 활발히 연구개발
되기 시작하였다.
기술 개발 동향
최근에는 사물인터넷(IoT), 사이버물리시스템(CPS) 등의 기술이 전통 제조
업을 혁신할 수 있는 정보통신기술로 부각되고 있다. 또한, 3D 프린터, 차세
대 로봇 등 첨단 디지털 제조장비의 등장은 제조공정을 획기적으로 혁신할
수 있는 기회로 지목되고 있다.
이에 따라 전 세계 기업이 발 빠르게 움직이고 있다. 미국은 민간 산업계
를 중심으로 산업 인터넷 컨소시엄31)을 발족하여 기술의 발전과 확산을 추
29) Power Line Communication, 일반가정이나 사무실에 전기를 공급하는 전력선을 통신 매체로 이용하는 기술을
말한다.
30) Computer Integrated Manufacturing, 컴퓨터를 이용해 기술 개발, 설계, 생산, 판매에 이르기까지 하나의 통합된
체제를 구축하는 방식이다.
31) 2014년 3월 미국의 5개 회사(AT&T, CISCO, GE, IBM, INTEL)가 IoT 표준화를 목표로 한 비영리 그룹인 ‘산업 인터넷
컨소시엄(Industrial Internet Consortium, IIC)’을 창설하였다. IIC는 모바일 기기, 각종 장비, 사람, 처리, 데이터 등을
하나로 연결하는 공통 아키텍처를 만들고, 정보처리에 대한 상호운용성을 확보하기 위한 필수사항들을 점검하는
것을 목표로 한다. 에너지 및 공장시설, 헬스케어, 제조업, 공공부문, 수송 등의 영역을 인터넷 환경에서 서로 연동할
수 있게 하자는 것이다.
056 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
진하고, 독일은 산학연 컨소시엄에서 첨단 정보통신기술을 융합한 스마트 팩
토리를 구축하고 있다. 특히, 지멘스(Siemens) 암베르크(Amberg) 공장은 제조업과
정보통신기술이 융합된 유럽 최고의 공장으로 불리며, 자동화율 75%, 불량
률 0.001% 수준으로 빅데이터 분석 기반의 스마트 팩토리로 운영되고 있다.
우리나라에서는 2014년 정부가 제조업과 ICT 융합을 통한 스마트 산업
혁명을 위해 ‘제조업 혁신 3.0’ 전략을 발표하면서 스마트 팩토리 도입에 박
차를 가하고 있다. 정부는 2017년까지 민·관 공동으로 24조 원을 스마트
팩토리 등 제조업 혁신에 투입하고, 이를 통해 2020년까지 국내 중소·중견
기업 공장 1만 개를 스마트 팩토리로 바꿀 계획이다.
독일 지멘스 사의 암베르크 공장 내부 전경 출처17
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 스마트 팩토리의 기술확산점 도달 시기를 델파이
조사한 결과, 세계 기준으로는 독일에서 2020년에, 국내 기준으로는 2025년
에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 057
기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 고도화된 스마트 팩토리의 비중이 전
체 공장의 16%에 도달하는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
EU 미국 일본 중국 한국 없음 기타
49.6
27.9
12.9
4.8 4.0 0.7 0.0
※ EU 내 응답 비중(독일: 97.0%, 네덜란드: 1.5%, 스웨덴: 0.7%, 오스트리아: 0.7%)
기존 공장은 제품 생산 가격 및 공장의 생산 성능 측면에서 경쟁력을 확
보하기 위해 궁극적으로는 스마트 팩토리의 발전단계(기초-중간1-중간2-고도화)에
서 최종 단계인 고도화32)에 해당되는 수준으로 완전히 대체될 것으로 전망
된다. 이에 따라 고도화된 스마트 팩토리의 비중이 전체 공장의 16%에 도달
하는 시점을 기술확산점으로 설정하였다.
32) 고도화된 스마트 팩토리는 설계-생산-조달-유통의 통합으로, 사물인터넷과 사이버물리시스템을 기반으로 제조 전
과정이 실시간으로 연계되고 최적화 및 지능화된 공장을 의미한다.
058 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
스마트 팩토리는 기술확산점 도달 이후 모듈러 유연생산33) 공장, 개인맞
춤생산 공장, 진화형 자율생산 공장으로 발전해 갈 것으로 전망된다.
스마트 팩토리가 기술확산점에 도달하는 시점에는 공장 내 제품, 설비,
센서 등이 네트워크로 연결되고, 현장 내 모든 정보가 수집·분석되어 지능
화되며, 소비자들의 수요가 개인화·맞춤화됨에 따라 공장의 고도화가 가
속화될 것이다. 이것이 다음 단계로 넘어가면 사물인터넷을 기반으로 공장
내 이종 제조설비/단말들이 소비자들의 수요변화에 따라 가변적으로 빠르
게 재구성할 수 있게 되어 유연생산이 가능해질 전망이다.
기술이 더욱 발달하면 개인맞춤생산 공장의 시대가 열릴 것으로 보인다.
소비자 수요가 급변하고, 제품 주기가 빨라지면서 기존의 대량생산 공장과
는 달리 맞춤형 소량생산 공장이 지역적으로 분산되어, 소비자 수요에 재빨
리 대응하는 방식의 지역별 생산이 가능해지는 것이다.
궁극적으로는 공장 내 지능화된 설비들이 자재와 유기적으로 연결되어
동작하며, 이전의 작업 경험을 기반으로 스스로 학습하여 최적의 생산과정
을 진화시켜가는 시대가 도래할 것으로 기대된다.
3. 미래사회 변화 전망
세계 스마트 팩토리 관련 솔루션 시장은 2016년 2,210억 달러에서 연평균
8.3%씩 성장하여 2022년에 3,559억 달러까지 증가할 전망이다.출처18
33) 하나의 상품에서 다른 상품의 제조로 신속하게 전환하는 능력을 말한다
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 059
스마트 팩토리가 기술확산점에 도달하는 시기에는 신제품 개발을 원하
는 누구나, 대규모 자본이 없이도 손쉽게, 웹을 통해 제품 설계·생산·부
품 조달·완제품 제작·유통을 모두 통합된 서비스의 형태로 제공받을 수
있게 될 것이다. 또한 모든 제품들은 생산에서 유통·판매 그리고 애프터
마켓까지 추적관리가 가능하게 되어 사회·문화적으로 큰 변화를 몰고 올
것으로 보인다.
또한 기존 제조 산업에 정보통신기술이 융합되면서 스마트 팩토리는
새로운 지능생산체계로 변환될 것이며, 3D 프린터, 지능형 로봇 등 혁신
형 장비의 활용이 확대되면서 독립된 전용 생산설비들이 사물인터넷(IoT)
기반의 스마트 설비로 전환될 것이다. 소비자들의 맞춤화, 개인화 제품에
대한 니즈 증가에 따라 다품종 소량생산이 가능한 유연생산 체계, 수요응
답형(On-Demand) 개인화 생산체계로의 전환도 예상된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
스마트 팩토리 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할
까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는
인프라 구축(33.8%), 기술 개발(23.0%), 협력 활성화(16.9%) 등의 순으로 나타났다.
지능화된 생산 체계를 갖추고 자율 운영이 가능한 미래형 스마트 팩토
리 모델을 제시하기 위해서는 이를 시험 검증할 수 있는 인프라 구축이 필
요하다. 이때 산업 간의 스마트 팩토리 구현 방향이 다르므로, 각 산업에 맞
는 표준모델 공장이나 시범 공장을 마련해야 한다. 이와 함께, 전 세계적으
로 급성장할 것으로 예측되는 개인화 제조 중심의 다품종 소량생산 시장을
060 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
효과적이고 경제적으로 지원할 수 있는 온라인 개인맞춤 소량생산 플랫폼
및 관련 인프라 구축도 해야 한다.
개인맞춤, 자율생산 스마트 팩토리가 실현되기 위해서는 인공지능 기술,
사물인터넷 및 데이터 분석 기술, 지능형 로봇기술 개발 또한 중요하다. 더
불어 스마트 팩토리 구축에 소요되는 기초적인 센서류 및 자동화 장비, 소
프트웨어 등의 상당수가 수입품이므로, 이를 국산화하는 것이 시급하다.
산업별, 업종별, 기업 규모별로 스마트 팩토리 적용을 위한 환경이 다르기
때문에 대부분의 산업에 적용할 수 있는 저가의 표준화된 기술 개발 또한
절실하다.
협력 문제도 빼놓을 수 없다. 스마트 팩토리는 설계, 제조, 정보통신, 보
안 등 다양한 기술이 접목되어야 완성될 수 있는 새로운 제조 시스템으로,
다양한 협력과 이를 조정할 수 있는 콘트롤타워가 필요하다. 이를 위하여
현재 정부, 경제단체, 연구소 등이 참여한 ‘민관합동 스마트 공장 추진단’에
서 협력과 네트워킹에 기반한 정책을 입안하고, 인공지능·빅데이터 등의
기술과 기존 제조업의 유기적인 협력 방안 및 스마트 팩토리 고도화 모델
을 마련할 필요가 있다. 또한, 기존 대기업 중심의 수직적 생산 구조에서 수
평적 구조로 전환하는 새로운 제조 생태계를 조성할 수 있는 산학연 협력
모델 개발이 필요하다. 단독으로 스마트 팩토리 구축이 어려운 중소기업의
현실적인 기술 정착을 위한 협력도 필요하다. 이와 함께, 독일의 인더스트
리 4.0 등 스마트 팩토리 선진국과의 국제협력 활성화를 위한 구심점 마련
도 고려해야 한다.
ICT 분야에 국한된 교육에서 탈피해 첨단 제조기술을 위한 디자인, 3D
프린팅, 센서와 자동화, 로봇 등 융합형 인재 육성을 위한 커리큘럼 개발 및
인력 양성 시스템을 구축하는 것도 필요하다. 이를 위해 공학교육혁신센터
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 061
나 특성화 대학에 스마트 제조기술 등의 교육 프로그램을 개발·운영하고,
국가직무표준(NCS)에 신기술 분야를 추가·반영할 필요가 있다. 또한 해외
설계 전문대학원에 청년 인력을 파견하고 해외 전문가를 초빙하는 등 선진
기술의 습득을 위하여 노력해야 한다.
제도적인 뒷받침도 이루어져야 한다. 스마트 팩토리는 자금력이 취약한
중소기업 입장에서는 도입이 어렵기 때문에, 스마트 팩토리 투자 시의 세
제, 교육비 지원 등 제도적인 지원을 통해 확산을 유도할 필요가 있다. 또
한, 맞춤생산 제품에 대한 품질 관리 및 검증, 인증(전자파 인증, KC인증 등) 체계를
구축하고, 디자인·저작권 보호, 제품 거래, 유통 등을 위한 제도적 지원책
을 마련해야 한다. 이와 함께, 현재는 데이터 수집에만 초점이 맞춰져서 바
코드시스템, 생산시점관리시스템(POP),34) 제조실행시스템(MES)
35) 도입 등에
지원이 한정되고 있는데, 앞으로는 현장 최적화 및 스마트 팩토리 기술을
적용하기 위한 기반을 다지는 부분에도 적용해야 한다.
34) Point of Production, 공장의 생산과정에서 기계, 설비, 작업자, 작업 등으로부터 시시각각 발생하는 생산정보를
실시간으로 직접 수집, 처리하여 현장관리자에게 제공하는 시스템이다.
35) Manufacturing Execution System, 실시간 모니터링, 제어, 물류와 작업내역 추적관리, 상태 파악, 불량관리에 초점을
맞추고 있으며, 이를 현장에 국한하지 않고 온라인 시스템으로 계층 간 구성요소들의 상호교환, 공유를 가능하게
하는 시스템이다.
062 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
보다 의미있고,
가치있는 방법으로
사람을 적당한
정보를 필요한
또는 사물)에게
제공
지능적인 의사 결정을 위해
단말과 객체가
인터넷으로 서로 연결
의사결정을 데이터가 좀 더 정보로 을 위해
유용한
재해석
미있고,
법으로
을 연결
사람(또
적시에
지능적
물리적
인터넷
만물인터넷
People
Data
Process
Things
제4절
만물인터넷
만물인터넷 개념도 출처19
만물인터넷(IoE, Internet of Everything)은 사물인터넷36)의 개념을 확장하여 인터넷을
기반으로 기존의 사물은 물론이고 사람, 데이터, 프로세스 등 모든 것을 서로
연결시켜 정보를 상호 소통하는 첨단 지능형 기술 및 서비스이다.
36) 사물인터넷(IoT, Internet of Things)은 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술을 말한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 063
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
만물인터넷은 1999년 캐빈 애쉬튼(Kevin Ashton)에 의해 시작된 사물인터넷
기술에서 발전하였으며, 2000년경 국내 가전기업(삼성전자, LG전자)에 의해 IoT
냉장고 등이 출시되었다.
시스코(Cisco)는 2012년 만물인터넷의 시제품 모델 개발 후 다양한 도메
인에 적용함으로써 만물인터넷의 최초 상용화에 성공하였고, 뉴욕시가 마
이크로소프트와 협력하여 2012년에 대테러감시시스템(DAS: Domain Awareness
System)을 구축하면서37) 정부에 처음 적용하였다. 시스코는 또한 2014년 만
물인터넷 기반의 스마트 팩토리 솔루션을 미국 스탠리 블랙앤데커(Stanley
Black&Decker)에 적용하기도 하였다.38)
DAS DAS
뉴욕市의 최신 범죄감시시스템 ‘DAS’ 폭발물 발견되면
트위터 분석 자료
(예상)
CCTV
(현재 약 3000대)
경찰DB
요청 실시간
제공
일선
경찰관
차량번호 판독기
(현재 약 1000대)
전자지도
911 신고전화 안면인식 시스템
(예상)
폭발물 발견 911
신고 접수
➊
주변 CCTV 자동 분석, 용의자
및 용의자 차량 확인
➋
각지의 차량 판독기로
용의자 차량 위치 실시간 추적
➌
➍ 검거
DB
2012년 뉴욕시가 마이크로소프트와 협력하여 개발한 대테러감시시스템 DAS 개념도 출처20
37) DAS는 맨해튼의 CCTV, 방사능감지기, 차량번호 판독기를 사용하여 사람/물품/차량을 인식 확인하여, 경찰과
소방서에 연결하였다.
38) 스탠리 블랙앤데커에 적용하여 생산가동률을 78%에서 97%로 향상시켰다.
064 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술 개발 동향
현재 국제전기전자기술자협회(IEEE), 국제방송통신기구(IIC), 올신 얼라이
언스(AllSeen Alliance),39) OIC40) 등과 같은 표준기구들을 중심으로 글로벌 기업
들이 센서기술, 플랫폼 기술 등 다양한 기술 표준을 만들기 위한 활동을
하고 있다. 개인 디바이스 연결, 교통, 가전, 웨어러블 기기, 스마트 홈, 헬
스케어, 교육, 스마트 시티 등 다양한 분야에 선도적인 서비스를 중심으로
기술이 발전하고 있다.
국내에서도 중소기업들이 주로 센서·장비 분야에서 경쟁력을 갖추고
응용기술 중심으로 개발하고 있다. 또한, 통신사를 중심으로 만물인터넷
플랫폼을 구성하고, 실증단지41)를 통하여 서비스를 확산하고 있으며, 일
부 대형 신축 건물에 사물인터넷 수준의 기술을 도입하는 중이다.42) 이 외
에도 삼성전자와 LG전자 등은 한국, EU, 미국, 일본, 중국 등 7개 표준기관
과 전 세계 267개 기업이 모여 설립된 oneM2M에 등록해 자동차, 의료, 가
전, 전력 등 만물인터넷의 호환성 확보를 위한 공통 플랫폼 표준화를 추진
중이다.출처21
39) 리눅스 재단이 사물인터넷 확산을 위해 설립한 범산업 컨소시엄이다.
40) Open Interconnect Consortium, 삼성전자가 인텔, 브로드컴, 델, 아트멜 등과 함께 결성한 IoT 통신 표준 공동 개발
컨소시엄이다.
41) SK텔레콤·부산시 컨소시엄에서 해운대 센텀시티에 실증단지를 구성 중이고, KT·삼성전자·대구시 컨소시엄에서
대구시 의료단지 인프라 실증단지를 구성 중이다.
42) 롯데월드 초고층 건물은 5,000여 개의 센서를 내부에 설치하고, 실내 보행자용 길 안내, 매장 위치, 주차정보, 실내
위치기반 서비스, 사이버 도우미 등과 같은 다양한 만물인터넷 서비스를 도입할 예정이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 065
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 만물인터넷 기술의 기술확산점 도달 시기를 델
파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2021년에, 국내 기준으로는
2023년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점
도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 만물인터넷 서비스의 가정 보
급률이 11%가 되는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 한국 중국 EU 일본 기타 없음
58.7
25.5
5.9 5.2 4.7 0.0 0.0
066 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
만물인터넷 서비스는 대중화되더라도 모든 가정에 설치되지는 않을 것
이므로, 현재의 국내 초고속 인터넷 보급률(2016년 기준 69.4%)
출처22을 만물인터넷
이 대중화되었을 때의 보급률이라고 가정하였다. 그리고 이 수치의 16% 정
도가 되는 11%를 기술확산점으로 설정하였다.
이렇게 전망하는 이유는 현재 사물인터넷의 확산으로 점점 더 많은 센서
들이 인터넷에 연결되고 있으며, 인공지능 기술의 발전으로 센서 데이터를
연결한 지능 기술이 확산될 것으로 예상되기 때문이다.
사물인터넷과 만물인터넷의 차이는 사물인터넷이 사용자가 설정한 범
위 내에서의 자동화라고 하면, 만물인터넷 서비스는 개인의 히스토리와 상
태 및 주변상황까지 고려하여 최적의 상태를 스스로 판단한 후 제공되는 서
비스라는 점이다. 예를 들면 집안 온도 설정 시, 사물인터넷 서비스는 사전
정의된 온도 또는 원격으로 설정한 온도를 사용하는 데 그치지만 만물인터
넷 서비스는 사용자의 평소 선호 온도, 사용자의 하루 일과, 현재 체온과 같
은 개인 라이프로그43)와 계절 및 날씨 등을 고려한 상황인지를 더하여 최적
온도를 설정한다.
따라서 일부 선도적인 기업이 사물인터넷 서비스를 기반으로 만물인터
넷 서비스를 도입할 경우, 이런 차이를 서비스에 반영한다면 가정에도 서비
스 도입이 확산되면서 기술확산점에 도달할 것으로 예상된다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
만물인터넷은 기술확산점 도달 이후 의도인지 만물인터넷, 자율 만물인
터넷, 초연결 만물인터넷으로 발전할 것으로 전망된다. 즉, 만물인터넷 서
43) 개인의 일상이나 경험을 디지털 공간에 기록, 보관하는 것을 말한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 067
비스가 11% 이상의 가정에 보급되면서 가족 구성원과 가전·사물이 연결
되어 편리한 서비스를 제공하면 기술확산점에 이르게 된다. 그 후 사람의
의도와 필요에 따라서 인터넷에 연결된 개개의 사물들이 작동하는 ‘의도인
지 만물인터넷’ 서비스가 출현하고, 인터넷에 연결된 사물들이 필요에 따라
스스로 다른 기기에 연결할 수 있고 상호 정보 교류를 통해 스스로 학습하
여 서비스에 대응할 수 있는 기술인 ‘자율 만물인터넷’이 차례로 등장할 것
이다. 이러한 기술이 더 나아가면 결국 전 세계 인터넷에 연결된 모든 사물
이 상호 정보를 공유하고, 상황에 맞는 최적의 시스템을 운용할 수 있는 ‘초
연결 만물인터넷’ 시대가 도래할 전망이다. 예를 들면 도시 교통시스템에서
신호등이 사라지고, 도로와 차량, 사람의 의도 간의 상호 연결로 교통사고
없는 차량 흐름이 완성되는 시대가 오게 될 것이다.
3. 미래사회 변화 전망
만물인터넷의 세계시장 규모는 2013년 2,000억 달러에서 2022년 1조
2,000억 달러로 연평균 22.0% 성장할 것으로 전망하고 있다. 국내 시장은
2013년 2.3조 원에서 2020년 17.1조 원으로 성장할 것이다.출처23 그즈음에는
500억 개의 사물이 인터넷에 연결되어 사람이 디바이스를 제어하지 않고
기계와 디지털 세계가 융합되어 사회와 산업 전반에 혁신을 가져올 것으로
예측된다. 이를 통해 사람과 사물, 정보, 공간이 상호 연결되어 새로운 사회
적, 문화적, 경제적 기회가 등장할 것이다.
이로 인한 산업적 파급효과도 클 것으로 보인다. 만물인터넷은 클라우
드, 모바일, 빅데이터, 인공지능 기술과 함께 기술혁신과 비즈니스의 원동
068 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
력이 될 것으로 전망되고 있다. 이 중 스마트 그리드, 커넥티드 카44)와 같은
관련 업계의 이용에 따른 경제 가치는 9.5조 달러에 이를 것이며, 산업 간 이
용 사례에 의한 경제 가치는 4.9조 달러에 달할 것으로 보인다.출처24
4. 기술확산 실현을 위한 과제
만물인터넷이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전문가
델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인프라 구축
(30.6%), 기술 개발(24.7%), 제도 개선(15.2%) 등의 순으로 나타났다.
1인당 100개 이상의 센서를 사용하게 되는 만물인터넷 시대를 대비하기
위해서는 사람-사물-공간이 지능적으로 연결될 수 있는 인프라를 구축할 필
요가 있다. 또한 국내 만물인터넷 서비스 개발과 시너지 창출을 위한 국내
생태계 조성도 필요하다. 이를 위하여 장기적인 로드맵에 의한 기술 개발과
동시에 국가적 만물인터넷 체계 구축을 위한 시설 및 기반 마련이 요구된
다. 여기에는 무선 네트워크 인프라 구축과 함께 스마트기기, 빅데이터 처
리, 지능화 등 3박자가 공진해 갈 수 있는 국가적 인프라 구축이 포함되어야
할 것이다. 현재 국내 사물인터넷 개발은 개별적으로 진행되고 있어 시너지
창출이 어렵다. 이에 다양한 비즈니스 모델 및 기술을 시범 적용할 수 있는
테스트베드를 정부 차원에서 지정·조성하여 모든 기업이 표준화된 환경
에서 개발할 수 있도록 하여야 한다.
만물인터넷 기술이 발전하기 위해서는 만물지능통신 및 지능형 센서 기
44) Connected car, 정보통신기술과 자동차를 연결시켜 양방향 소통이 가능한 차량을 의미하며, 궁극적으로는 자율주행
시스템을 목표로 한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 069
술, 폭발적인 센서 데이터를 처리하기 위한 빅데이터 기술, 클라우드를 기
반으로 구성되는 실감형 가상현실 기술, 사람-사물-공간을 유기적으로 신
뢰성 있게 연결할 수 있는 기술 등 정보통신 전반에 걸친 기술 개발이 병행
되어야 한다. 또한, 만물인터넷 기술의 해외 의존도를 낮추고 자생력을 높
이기 위해서 고속 라이파이(Li-Fi)
45) 기술, 자연어 처리46) 및 분석, 센서, 저전
력 통신소자 등에 대한 원천기술을 개발할 필요가 있다. 만물인터넷의 안
전한 사용을 위하여 해킹 방지 등 정보보안기술의 개발도 함께 이루어져
야 할 것이다.
만물인터넷 기술의 사회적 확산을 위해서는 규제 완화도 시급하다. 포
지티브 규제가 아닌 네거티브 규제로 전환하여 꼭 필요한 것에만 규제할
수 있는 법적 제도를 마련하는 것이 필요하다. 그리고 만물인터넷에 연결
된 디바이스 사용에 대한 권한 부여, 정보 제공 등으로 인한 사생활 침해를
막고 정보 이용 범위를 정할 수 있는 제도 마련도 필요하다. 만물인터넷 사
용 시 발생하는 데이터 처리와 관리, 사용에 대한 제도 역시 마련되어야 한
다. 또한, 네트워크 연결기기를 사용자가 안심하고 사용할 수 있도록 인증
제도/보상제도 등의 기준도 마련되어야 할 것이다.
관련 인력의 양성도 소홀히 해서는 안 된다. 만물인터넷 서비스는 디바
이스 기술, 통신기술, 빅데이터 플랫폼 기술, 클라우드 기술, 기계학습 등
과 같은 다양한 분야의 기술과 연관되어 있으므로, 이를 통합적으로 이해
하고 서비스를 설계할 수 있는 서비스 설계자를 양성해야 한다. 또한, 만물
인터넷 서비스가 사회적으로 제대로 확산되려면 ICT 기술인력 이외에 서
비스, 콘텐츠, 문화 등 다양한 분야의 인력도 필요하다. 이를 위하여, 만물
45) LED에서 나오는 가시광선을 이용해 와이파이(Wi-Fi)의 100배에 달하는 통신 속도를 구현하는 기술이다.
46) 사람이 보통 쓰는 언어를 컴퓨터에 인식시켜 처리할 수 있도록 변환시키는 작업을 말한다.
070 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
인터넷 기술과 이와 융합될 분야의 인재를 종합적으로 육성하는 기술 전문
학교 설립이나 대학 학과의 개설 및 활성화가 요구된다.
만물통신 인프라를 갖춘 통신사업자와 디바이스 사업자, 그리고 소프트
웨어 개발기업의 상호 협력도 반드시 필요한 부분이다. 특히 기술 표준화
등 만물인터넷의 발전을 위하여 필수적인 사안을 중심으로 협력이 활성화
되어야 할 것이다.47)
47) IBM은 만물인터넷 시대에 대비한 전략의 일환으로 인텔, TI, ARM, B&B Electronics, Elecsys 등 기업들과 파트너십을
맺고 협력을 위한 생태계를 구축하였으며, 다양한 파트너들과 기기, 센서, 게이트웨이를 연결하기 위한 일련의
지침을 발표하고 공동 협력을 진행 중이다. (IITP, IoT 주요이슈, 2014)
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 071
제5절
3D 프린팅
3D 프린터의 작동 원리 출처25
3D 프린팅은 3차원 제품 형상을 디지털로 스캔·설계한 후, 다양한 소재를
얇은 층으로 여러 겹 쌓아 올리는 방식으로 입체 구조물을 제작하는 기술이다.
072 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
3D 프린팅 기술은 1984년 미국 찰스 헐(Charles Hull)이 광경화성 수지48)를
사용하여 3차원으로 적층하는 스테레오리소그래피(Stereolithography) 기술을 최
초로 구현한 것이 시초다. 1986년에는 3D 시스템스(3D Systems) 사가 첫 상용
3D 프린터(SLA)를 출시하였고, 이후 10년간 적층 조형기술을 사용하여 시작
품을 빠른 시간에 제작하기 위한 쾌속조형(RP)
49) 장비들이 개발되었다.
1992년에는 미국의 스트라타시스(Stratasys) 사가 열가소성 필라멘트50)
를 압출하여 적층하는 방식인 압출적층조형(FDM)
51) 장비를 출시했고, 미
국 디티엠(DTM) 사는 레이저로 분말을 소결52)시켜 적층하는 방식인 선택
적 레이저 소결(SLS, Selective Laser Sintering) 장비를 선보였다. 1년 후 미국 MIT
에서 잉크젯 분사방식을 적용한 3차원 프린팅 방식을 개발하여 3DP(Three
Dimensional Printing)라고 명명하였으며, 1995년 지코퍼레이션(Z-Corporation) 사에서
관련 기술을 활용한 첫 상용화 장비를 출시하였다.
3D 프린터 대중화는 2006년 영국 바스(Bath)대학의 보이어(Bowyer) 교수가
렙랩(RepRap) 프로젝트를 통해 개방형 소스에 기반한 재료 압출형(FDM과 유사)
3D 프린터를 제작하여 무료로 공개하면서 이루어졌다. 산업적으로는 독일
의 다수 기업(EOS, SLM, Concept Laser 등)이 금속 3D 프린터를 개발하여 출시함으
48) Photo-Polymer, 평소 액상으로 존재하나 자외선에 일정 시간 노출시켰을 때 경화(굳음) 현상이 나타나는 고분자
물질이며, 3D 프린팅의 주요 재료로 많이 쓰인다.
49) Rapid Prototyping, 설계단계에 있는 3차원 모델을 실용적이고 현실적인 모형이나 시제품(Prototype)으로 만들어
주는 기술을 뜻한다.
50) 열과 힘의 작용으로 영구적 변형이 생기는 열가소성 합성수지를 긴 섬유 형태로 제작한 소재이다.
51) Fused Deposition Modeling, 압출기가 노즐을 통해 원료를 밀어 얇게 짜면서 이를 층층이 쌓아 올리는 것을 말한다.
52) 분말체(가루)를 가열하였을 때, 분말 입자 간에 결합이 일어나 특정 모양을 형성하는 현상이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 073
로써 시작품 제작을 넘어 제품을 직접 제조하는 데까지 용도의 범위를 넓혀
가고 있다.
2015년 중국의 윈선 사에서 3D 프린터를 사용하여 만든 건물 출처26
기술 개발 동향
세계적으로는 다양한 재료를 활용한 3D 프린팅 기술이 개발되면서 건축모
형· 건축자재·주택 등 건축분야, 자전거·자동차·항공기·산업용 기계 등
제조분야, 인공뼈·인공관절·치아보형물 등 의료 분야의 일부 제품을 3D 프
린팅 제품으로 대체하고 있으며, 식품 등으로 활용분야가 계속 확장 중이다. 한
예로 2014년 미국의 제너럴일렉트릭(GE)에서는 금속 3D 프린터를 사용하여 기
존 20개의 부품으로 조립되던 항공기 엔진용 노즐을 일체화하여 생산하였다.
같은 해 미국의 로컬 모터스(Local Motors) 사는 3D 프린터로 외형이 제작된 전기자
동차를 선보였으며, 현재 양산 준비 중이다. 2015년 중국의 윈선(Winsun) 사에서
는 대형 건축용 3D 프린터를 사용하여 6층 건물을 건축하였다. 한편 2016년 8
월에는 세계 최초의 3D 프린팅 레스토랑 푸드잉크(Food Ink)가 영국 런던에서 개
장하여, 총 9가지 코스로 구성된 3D 프린팅 음식 서비스를 제공하고 있다.
074 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
‘푸드잉크’에서 김 시트 위에 3D 프린터로 컴퓨터 회로 패턴 모양의 소스를 장식 출처27
우리나라에서도 많은 기업이 오픈소스 기술에 기반한 재료압출형 개인
용 3D 프린터를 판매하고 있으며, 일부 기업에서는 산업용 프린터를 출시
하여 글로벌 기업과 경쟁하고 있다. 대표적으로 캐리마에서 DLP(Digital Light
Processing)
53) 방식을 이용한 프린터를 출시하여 소형 고정밀 제품(의료기기, 보석 등)
에 적용하고 있다. 인스텍에서는 DED(Direct Energy Deposition)
54) 방식을 사용한 금
속 프린터를 출시하여 금형 보수, 무기 부품, 임플란트 등에 적용하고 있다.
최근 센트롤, 윈포시스, 스맥 등의 업체에서 PBF(Powder Bed Fusion)
55) 금속 프린
터를 개발하여 산업용 프린터의 대중화에 기여할 것으로 기대되고 있다.
53) 고정밀 이미지를 구현하는 DMD 칩을 이용해 프로젝션 방식으로 광경화성 수지를 적층하는 방식이다.
54) 고출력 레이저를 금속 표면에 조사하여 금속 표면에 용융 풀(Melt pool)을 생성하고, 동시에 용융 풀 안으로 금속
분말을 공급하면서 헤드를 정해진 공구 경로에 따라 이동시켜 원하는 형상을 제작한다.
55) 분말소결/용융 방식, 금속 분말을 얇게 깔고 레이저 프린터와 동일한 원리로 고출력 레이저를 분말에 조사해 소결
혹은 용융시키는 방식으로 형상을 만든다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 075
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
3D 프린팅의 기술확산점 도달 시기를 전문가들을 대상으로 델파이 조사
한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2021년에, 국내 기준으로는 2024년에
해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시기
예측을 위한 기술확산점의 정의는 3D 프린터의 일반 가정 보급률이 3%가
되는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 중국 한국 EU 일본 없음 기타
62.8
12.3 10.1 7.8 5.8 1.0 0.3
076 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
3D 프린터가 혁신적인 이유는 집집마다 제조시설을 갖추는 개인맞춤
형 생산 시대를 열 수 있기 때문이다. 그러므로 일반 가정 보급률이 가장
의미가 크다. 이에 따라 현재 가정에 보급된 전자기기 중 개념적으로 가장
비슷한 일반 프린터(2D)의 대략적인 보급률56)을 기준으로 기술확산점을 정
의하였다. 즉, 3D 프린터의 확산이 끝나면 현재 일반 프린터 보급률과 비
슷한 수준인 전체 가구 중 20%가 보유할 것으로 예상되므로, 기술확산점
은 그의 16%에 해당하는 3%로 설정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
3D 프린팅 기술은 기술확산점 도달 이후 복합소재 프린팅, 4D 프린팅,
바이오 프린팅으로 발전해 갈 것으로 전망된다.
일단 기술확산점에 이르면 소비재 분야에서 개인이 디자인하고 생산하
는 1인 제조기업 붐이 일기 시작하며 주문형 생산 방식이 활성화될 것이
다. 이어 3D 프린팅 재료가 합금, 유리, 나노 소재 등으로 다양화되고, 자
동차, 건설, 신발·의류 제조 등 산업 전반에 확산되며 ‘복합소재 프린팅’
의 시대를 열어갈 것으로 예상된다.
이후 자가조립(Self-assembly) 현상 등을 이용한 4D 프린팅 기술57)이 개발되
어 기존의 제조공법으로는 불가능했던 신개념의 제품 제작이 가능하게 되
고, 3D 프린팅으로 인공혈관이나 인공신장 등 장기 및 인체 조직을 제작
해 인체에 이식 가능한 ‘바이오 프린팅’의 시대가 도래할 전망이다.
56) 2013년 통계청 기준으로 가구당 일반 프린터의 보급률은 19%이다.
57) 주변 환경 및 조건에 따라 형상이 변하는 물체를 제작하는 3D 프린팅 기술이다.
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3. 미래사회 변화 전망
3D 프린팅 제품의 시장규모는 2013년에 8,100만 달러에서 2025년 32
억 달러로 연평균 35.8%씩 성장할 전망이다. 연관분야 전체로는 2,300억
~5,500억 달러 범위의 생산성을 가져올 것으로 예상된다.58)
기술확산점에 도달하는 시기에 3D 프린팅은 제조업 영역을 넘어 서비스
업 등 산업 전반에 걸쳐 기반기술로 정착될 것으로 보인다. 개인의 일상에
도 일반적으로 사용되면서 가정, 사무 공간 등에서 3D 프린팅으로 필요한
기본적인 물품을 바로 만들어 쓸 수 있는 시대가 도래할 것으로 예상된다.
3D 프린팅이 고도화되면 설비투자의 비용이 절감되며, 별도의 부대설비
없이 누구나 혼자서도 각종 제품을 생산할 수 있어 1인 제조업이 활성화될
전망이다. 또한, 나노기술, 의학, 우주·항공 등 다른 기술 분야와의 융합을
통해 마이크로 단위의 초정밀 가공으로 인공장기·인체조직 등을 재현할
수 있게 되고, 대형 복합 3D 프린터를 활용해 비행기, 우주선 등의 첨단제품
까지도 제작할 수 있을 것이다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
3D 프린팅이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전문가
델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 기술 개발
58) 연관분야 전체의 시장규모는 시제품 제작, 치공구(Jig & Fixture), 직접 생산제품(최종 부품/제품)을 모두 포함한
것이며, 앞줄의 3D 프린팅으로 출력한 제품 시장 규모는 이중 직접 생산제품(최종 부품/제품) 시장 규모이다. Lux
Research(2014.4). LG Business Insight 재인용(2016.1).
078 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
(32.2%), 인력 양성(25.2%), 인프라 구축(22.1%) 등의 순으로 나타났다.
현존하는 3D 프린팅 제품의 단점(비교적 낮은 해상도·정밀도·강도·작업 속도 등)을
극복하기 위해서는 3차원 프린팅용 기능성 소재 기술 및 처리 기술(3D 프린팅
을 위한 레이저 기술, 용융 기술, 적층 기술 등)이 지속적으로 개발되어야 한다.
3D 프린터 주변기기 시장에서 활용될 기술도 적극 육성할 필요가 있다.
대표적인 주변기기인 3D 스캐너는 간편하게 피사체의 3D 모델을 만들어
초·중급 사용자들에게 유용하므로 사회적 확산에 도움이 될 것이다. 또한
3D 프린터로 제작한 출력물의 표면 거칠기나 내부 물성 향상을 위한 후처
리 장비도 3D 프린팅을 활용한 제품의 직접 제조와 더불어 수요가 증가하
고 있다.
3D 설계 소프트웨어 기술도 현재 선진국에 비해 많이 뒤처져 있어 시급
한 육성이 필요하다. 3D 설계도를 제작하기 위해 사용되는 CAD 소프트웨
어는 대부분 해외 제품에 의존하고 있는데, 최근에는 일반인들이 손쉽게 사
용할 수 있는 3D 설계 소프트웨어가 출시될 정도로 보편화되고 있음을 감
안할 때 국내 관련 기술도 조속히 육성할 필요가 있다. 또한 기존의 제조기
술 기반 설계59)의 한계를 극복하기 위한 3D 프린팅 특화 설계기술60) 및 관
련 설계 소프트웨어 기술의 체계적인 육성도 필요하다.
본체 원격 조종이나 인쇄물 미리보기 등 3D 프린팅 관련 애플리케이션의
개발 또한 요구된다. 이와 함께, 3D 프린팅과 연관된 기술과 산업(로봇, 드론, 시
제품 제작 등)이 매우 포괄적이고 광범위한 만큼, 융합의 방향과 범위에 대한 추
59) 제조기술 기반 설계(DFM; Design for Manufacturing) : 제품 설계 시 가공성이나 성형성, 조립 특성 등의 제조
특성을 고려한 설계를 의미한다.
60) 3D 프린팅 특화 설계(Design for Additive Manufacturing; DFAM) : 3D 프린팅(적층제조기술)에 특화된 설계기술로
3D 프린팅이 복잡한 형상을 제약 없이 제작할 수 있는 장점을 활용하여 기존의 제조기술로는 불가능했던 설계를
구현함으로써 제품의 기능성이나 제조 단가를 개선할 수 있다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 079
적과 예측을 통하여, 융합기술의 선행개발에 꾸준히 노력해야 할 것이다.
3D 프린팅 기술의 사회적 확산을 위해서는 소비자가 생산자가 되는 기
술의 특성상 3D 프린팅에 대한 교육을 학교 교육 과정에 포함하여 어린 시
절부터 기술에 대한 이해도를 제고하는 것이 무엇보다 필요하다. 이를 위하
여 3D 모델링 교육, 제조 역량의 강화, 전문지식을 보유한 강사의 양성 등
을 골자로 한 교육 시스템을 마련해야 할 것이다. 파생 산업의 확대, 기존 산
업의 축소 등에 따른 일자리 변화에 대비하여 인력 재교육 프로그램도 개발
및 운영해야 한다. 3D 프린팅에 특화된 전문 설계인력과 제조기술자의 체
계적인 양성 또한 요구된다.
3D 프린터·스캐너 등의 자유로운 활용과 시제품 아이디어 공유 등을
위한 개방형 공간을 마련하고, 온라인 마켓 등 3D 설계도를 손쉽게 사고팔
수 있는 시장을 조성할 필요도 있다. 3D 프린터 기술을 활용한 제품 개발을
위한 규격의 개발, 호환성 확보를 위한 표준 포맷의 확보 등을 위해서도 노
력해야 한다. 이와 함께 학교나 공공기관에 일반인이 손쉽게 활용할 수 있
는 3D 프린터를 비치하고, 중소기업에서 활용할 수 있도록 산업용 3D 프린
터를 설치한 전문센터를 구축하는 등 3D 프린팅의 사회적 저변을 확대하기
위한 노력이 필요하다.
현재 선진국의 거대 기업이 국내 시장을 잠식하고 있고 국내 기업은 대
부분 중소기업인 점을 감안하여 국내 기업이 초기의 재정적·기술적 장벽
을 극복하고 글로벌 기업과 경쟁할 수 있도록 범정부적인 지원과 산·학·
연 간 협력을 강화해야 한다. 또한, 개별적이고 산재되어 있는 3D 프린팅 관
련 소재/부품, 장비, 공정, 소프트웨어 및 콘텐츠 관련 협력을 강화하고, 3D
프린터가 다양한 산업에서 활용될 수 있도록 비즈니스 모델 개발과 적용을
연계하여 연구개발해야 할 것이다.
080 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
끝으로 제도 면에서는 기존의 양산 기반 제조기술 규제에 얽매이지 않
도록 3D 프린팅 제품에 특화된 검인증 제도가 도입되어야 하며, 관련 장
비·소재의 수출입 관련 제도를 정비하여 국내 산업을 보호할 수 있도록
제도 개선이 필요하다. 3D 설계도의 유통이 활성화될 경우 저작권 보호 및
유통에 관련된 제도도 제정해야 한다. 기본적으로 네거티브 방식의 규제를
채택하여 기술발전 및 확산이 저해되지 않도록 하되, 무기 제작이나 저작
권 침해 등의 불법적 사용 여지가 있는 내용물 출력에 대한 규제안을 마련
하여야 한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 081
현재 미래
개인DATA
의사
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과학
·
바이오
·환자 유전체 정보
동일 질병의 환자들에게 동일한 약을
처방한 후 효과가 없으면 약을 바꿈
환자를 카테고리별로 분류해
맞춤약과 치료법을 처방함.
부작용 최소화·의료비 절감
·병력·가족력
·생활습관·환경
·질병 증상 등
제6절 빅데이터 활용
개인맞춤형 의료
빅데이터 활용 개인맞춤형 의료의 개념 출처28
빅데이터 활용 개인맞춤형 의료 기술은 개개인의 고유한 특성을 나타내는 빅
데이터 정보의 분석을 통해 개인별 질환 발생 예측이 가능하며, 개인에게
해당 질병이 발생하기 이전에 적절한 선제적 조치를 설계하고 적용하는 기술
이다.61)
61) 고전적인 인구집단 기반의 예방의학의 패러다임보다 진일보한 개념이다.
BIG DATA
082 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
미국 IBM은 2006년 인지컴퓨팅62)의 대명사인 왓슨(Watson)의 연구를 시
작하여 2011년에 공개하면서 빅데이터를 활용한 개인맞춤형 의료의 장
을 열었다. 이후 IBM은 2011년 왓슨을 본격 상업화하였고, MD 앤더슨과
MSK(Memorial Sloan-Kettering) 암센터가 이를 의사결정 시스템63)으로 사용하고
있다.
2012년 3월부터 왓슨은 의료데이터를 통해 지식을 쌓았으며,64) 이를 바
탕으로 IBM은 2013년 의료 지원 서비스(폐암 진단 및 치료 결정 등)를 개시하였다.
또한 2015년 4월에는 개인 임상·연구·건강 데이터를 익명화·공유·통
합하여 의사·연구진·보험사에 혁신적 통찰을 추출·제공할 의료분야
플랫폼으로 왓슨 헬스 클라우드(Watson Health Cloud)를 구축하였다.65)
우리나라에서는 2016년 종양학 빅데이터를 학습한 왓슨 포 온콜로지
(Watson for Oncology)를 가천대 길병원에서 최초로 도입하였다.66)
62) 컴퓨터로 사람의 인지기능인 지각, 행동, 언어, 시각, 기억, 학습, 추론, 의사결정 등을 모방하여 환경 인식과 행동,
시각 및 언어처리 능력, 연상기억, 유연한 학습과 추론, 안정적인 의사 결정 등을 수행하는 기술이다.
63) 임상의사 결정지원체계로 진료에 임하는 의사가 진단이나 치료방침을 결정할 때 이에 필요한 기본지식을 제공하고
올바르게 추론할 수 있도록 도와주는 프로그램으로, 영어로는 CDSS(Clinical Decision Support System)라고 한다.
64) 60만 건 이상의 진단서, 200만 페이지의 의료 전문 서적, 150만 명의 환자 기록을 습득하였다.
65) 왓슨 헬스 클라우드는 테바와 함께 컬럼비아대, 보스턴 어린이 병원, 아일랜드의 CRO인 아이콘, 세이지 바이오
네트웍스와 각각 제휴를 체결하였다.
66) 종양학 전문의를 보조하여 수만 건의 암 논문 데이터 판독 및 맞춤 의료 정보를 추천한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 083
IBM의 왓슨 헬스 클라우드 출처29 애플의 헬스킷 출처30
기술 개발 동향
세계적으로는 개인 진료정보와 라이프로그 데이터에 대해 산학·산산
협력의 형태로 관련 사업을 추진 중이다. 애플(Apple) 사는 헬스킷(Healthkit)을
발표한 후 리서치킷(ResearchKit)을 출시하였고, 2015년 3월 스탠퍼드 대학에서
리서치킷으로 하루 동안에만 1만 명 이상이 참여자로 등록하였다.67) 또한,
왓슨을 소유한 IBM이 애플의 헬스킷, 리서치킷을 지원하기 위해 파트너십
을 맺는 등 활발한 협업이 이루어지고 있다.
우리나라에서는 국립보건연구원이 2001년부터 2014년까지 40~69세 인
67) 리서치킷(Researchkit)은 아이폰을 통해 좀 더 자주, 정확하게 의학 관련 데이터를 모을 수 있는 오픈 소스
소프트웨어 프레임워크로, 사용자 승인을 받은 후 가속도계, 자이로스코프, 마이크, GPS와 같은 아이폰 내
첨단 센서가 생성하는 데이터에 접근해서 사용자의 활동량, 운동 장애, 기억력 등 건강 정보를 파악할 수 있다.
헬스킷(HealthKit)은 애플이 건강 및 피트니스 관련 앱들이 서로 정보를 전달할 수 있도록 개발자에게 제공한 오픈
소스 소프트웨어로 리서치킷과 연동할 수 있다.
084 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
구 집단을 대상으로 대규모의 코호트(Cohort)
68)를 구축하는 한국인유전체역
학조사사업(KoGES)으로 24만 5,000여 명분의 자료를 수집하였다. 성별, 나
이, 과거의 질병 이력, 흡연과 음주 습관, 신체 활동, 사회 심리 요인 등이
포함되었고, 역학 자료로는 혈압, 심전도 등의 활력 징후(Vital sign)와 함께 혈
액, 소변, 유전체 등의 생체시료가 포함되었다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 빅데이터 활용 개인맞춤형 의료 기술의 기술확산
점 도달 시기를 델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2021년에,
국내 기준으로는 2025년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측
되었다. 기술확산점 도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 10만 명
이상의 개인별 의료정보가 국가적으로 통합되어 진료현장에 활용되는 시
점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
68) 조사 연구 시 특정한 기간 내에 출생하거나 조사하는 주제와 관련된 특성을 공유하는 사람들의 집단을 말한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 085
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 한국 일본 중국 EU 없음 기타
73.9
7.7 6.5 6.1 5.5 0.2 0.0
빅데이터를 의료 자원으로 활용하기 위해서는 일정 규모 이상(최소 10만
명)
69)의 진료정보, 라이프로그, 유전체 정보 등이 확보된 인프라가 구축되
어야 한다. 따라서 각각의 정보가 연계·활용될 수 있는 기반 구축과 함께
임상 의사가 진료 행위에 빅데이터 활용을 수용하는 시점으로 기술확산점
을 정의하였다.
이 기술은 인간을 대상으로 하며 기존 진료방식과 비교되므로, 기술확
산점에서는 기존 진료방식 대비 신뢰수준이 95%70) 이상이 되어야 확산이
가능할 것으로 보았다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
기술이 기술확산점에 이르면 의료현장에서 각 질환별로 기존 의료행위
와 비교하여 신뢰수준과 우수성 등에 대한 대규모 임상연구가 실시될 것
이다. 이후 특정(주요) 질환을 중심으로 수행된 빅데이터 활용이 점차 모든
69) 10만 명은 정밀의료 자원 관련 국제교류 협력을 위한 최소 단위이다.(HIROs, 2016)
70) 통계적으로 약 95%의 값들이 평균에서 2표준편차의 범위(2σ)에 존재하며, 어떤 예측값이 다른 값과 2표준편차 이상
차이가 나면 통계적으로 유의하다고 본다.
086 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
질환으로 확대되고, 질환별 연관관계를 진료행위에 반영하는 것이 가능해
지면서 맞춤의료의 우수성이 증명되기 시작할 것으로 보인다.
기술이 더욱 발달하여 모든 질환에서 기존 진료방식 대비 99% 이상의
신뢰수준을 달성하게 되면 새로운 지식의 확보로 원인과 치료방법을 몰랐
던 기존 진료의 한계를 극복하는 사례가 많아질 것으로 전망된다.
결국, 최종적으로는 빅데이터를 활용한 맞춤의료가 정착되면서 병원
내 의료진 구성 및 국가적 의료체계가 변화할 것으로 기대된다.
3. 미래사회 변화 전망
유전체 정보, 진료·임상 정보, 생활습관 정보 등을 통합분석하여 환자
특성에 맞는 맞춤형 의료서비스를 제공하는 세계 정밀의료 시장은 2015년
기준 45조 원에서 연평균 12.6%씩 성장하여 2025년이 되면 147조 원 규모
에 달할 것으로 전망된다.출처31
기술의 발전은 사회·문화적 변화도 촉발할 것으로 보인다. 대표적으로
개인 스스로가 건강 정보를 관리함으로써, 질병 발생 후 치료라는 기존의
개념에서 자기주도적 예방·관리 차원으로 건강관리의 개념이 전환될 것
으로 보인다. 다만 빅데이터에 의해서 전해지는 의료기술은 정확도가 향
상될지라도 윤리·도덕적 판단이 포함되었다고 기대하기는 어렵다. 그리
고 그 정확도가 검증되지 않아 일어나는 의료사고에 대해서 누구에게 책
임을 물을 것인가 라는 사회적 논란이 발생할 것으로 보인다. 그러므로 실
제 의료현장에 적용해 나가는 과정에서는 기술적 진보 이외에 사회적 합
의 과정이 함께 해야 한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 087
산업적으로는 빅데이터를 생성·관리·활용하기 위한 플랫폼을 먼저
구축하는 것이 관건이 될 전망이다. 스마트폰 사례에서와 마찬가지로, 빅
데이터를 활용한 개인맞춤형 의료에서 발생하는 막대한 부가가치의 대부
분을 차지하는 것은 결국 플랫폼을 장악한 기업 또는 국가가 될 것이다. 이
플랫폼에는 다양한 의료데이터·라이프로그 수집의 정확성을 높이는 진
단·웨어러블·유비쿼터스 기술, 수집된 데이터를 효율적이고 안전하게
관리하는 데이터베이스·보안·클라우드 기술, 데이터를 자동으로 분석
하고 이용자들이 효과적으로 활용할 수 있는 기술 등이 접목되어야 한다.
이 기술들과 관련한 산업 또한 동반적으로 성장하겠지만, 결국은 플랫폼
과 연계되어야 지속적으로 성장·발전할 수 있을 것이다. 기존의 의료산업
체계도 빅데이터를 중심으로 상당히 재편될 것으로 보인다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
빅데이터 활용 개인맞춤형 의료기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무
엇을 해야 할까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할
방안으로는 제도 개선(31.9%), 인력 양성(21.6%), 인프라 구축(19.2%) 등의 순으로
나타났다.
관련 규제를 개선할 때는 유연하고도 신중하게 진행해야 한다. 의료 서
비스 관련 제도는 양가 가치(기술 및 산업의 진입 장벽을 낮추기 위한 규제완화 조치와 소비자의
안전을 위해 양보할 수 없는 규제) 간의 조율이 중요하기 때문이다. 대체될 수 없는 생
체정보를 다루는 만큼 비식별 데이터의 수집 활성화 등 유관된 제도를 함께
정비하되, 개인의 생체정보에 대한 보호에도 소홀해서는 안 된다. 의료기관
088 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
에 제한되지 않은 의료정보의 수집·관리·이동이 가능하도록 제도를 개
선하되, 사회적 합의에 의해서 신중하게 접근하여야 한다.
현재는 의료, 빅데이터 각각의 전문가는 많으나, 서로 융합시킬 수 있는
전문가는 부족한 상황이다. 데이터를 관리·처리하는 능력뿐 아니라 의료
지식도 풍부한 통합적 지식을 갖춘 인력이 필요하다. 그리고 단순 기술적
지식뿐만 아니라 윤리·도덕적 인식도 함께 갖춘 인력을 육성해야 한다. 이
와 더불어, 바이오인포메틱스(Bioinformatics)
71) 분석 전문가, 코호트 구성 및 관
리 전문가, 빅데이터 관련 제도 법률 전문가, 빅데이터 관련 성과 특허 전문
가, 중개연구 관련 추진 전문가 등도 꾸준히 양성해야 한다.
빅데이터 기반의 개인맞춤형 의료가 이루어지기 위해서는 개별적인 연
구보다는 국가 단위의 종합적인 인프라와 생태계가 갖춰지는 것이 필요하
다. 빅데이터 구축은 민감한 의료정보를 대량으로 수집해야 가능한데, 현
재는 병원마다 각기 다른 병원정보시스템을 사용하고 있기 때문에, 이들을
통합하고 교류를 활성화시킬 수 있는 센터나 시스템을 먼저 구축해야 한
다. 세부적으로는 광범위한 의료정보 및 라이프로그를 수집·처리하기 위
한 데이터베이스·클라우드 시스템과 대용량 데이터 처리시스템이 구축되
어야 하고, 이를 안전하게 보관·관리할 수 있는 보안 체계의 구축이 필요
하다.
개인별 맞춤의료의 제공은 모든 정보가 수집·관리·활용되는 플랫폼에
서 제공될 것이다. 플랫폼 내에서는 기술적으로 제공되는 서비스와 함께 이
를 운영할 기준이 마련되어야 하며, 이러한 플랫폼을 바탕으로 신뢰를 기반
71) 컴퓨터를 이용해 각종 생명정보를 처리하는 학문으로, 방대한 생물의 유전자 정보를 분석하기 위한 학문이다.
유전자 예측 프로그램 개발, 생명정보 데이터베이스(DB) 구축 등 정보 기술의 개발과 바이오칩이라 불리는 첨단
반도체의 개발 등이 해당된다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 089
으로 한 협력을 지속할 수 있을 것이다. 이를 통하여 빅데이터의 공유, 데이
터의 표준화 등이 추진될 수 있도록 산학연과 의료계가 협력적인 업무체계
를 구축해야 한다. 기술의 성격상 빅데이터, 통계, 의료분야 등 다자간 협력
활성화 및 인력교류도 필요하며, 국외 선진 연구자들과의 협력을 통하여 선
진국과의 기술적 격차를 극복하기 위하여 노력해야 한다.
또한, 일상생활에서 라이프로그를 자연스럽게 수집할 수 있는 웨어러블
기기와 의료기관에서 사용하는 영상·진단기기가 고해상도로 구현되어야
한다. 이렇게 수집된 정보는 자동적·체계적으로 데이터로 분류될 수 있도
록 빅데이터 관련 소프트웨어 및 인지 알고리즘 기술도 발전해야 한다. 또
한, 개인맞춤형 의료의 개발에 있어 실제 국민이 활용할 수 있도록 모바일
연계, 원격의료 등의 기술을 동시에 개발할 필요가 있으며, 공공의료 클라
우드 등 의료정보 빅데이터 분석을 위한 기반기술도 개발해야 할 것이다.
090 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
EV충전
홈EMS
공장
EMS
그리드
관리
분배
빌딩EMS
·수요반응사업
·분산자원통합 서비스사업
·전기차충전사업
·에너지저장사업
발전기
에너지
보관소
화력발전소 원자력발전소 수력발전소
TV,냉장고,
세탁기 등
가전 스마트미터
전력통합
신재생에너지
계통연계
발전소
전송 변전소
가정/주택
·Microgrid 사업
산업단지
개방화·고도화된 전력망
도시형 건물/상가
제7절
스마트 그리드
스마트 그리드 개념도 출처32
스마트 그리드(Smart Grid)는 기존의 전력망에 정보통신기술(ICT)을 접목하여 전력
공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보와 전력을 교환함으로써 에너지 효율을
극대화하는 지능형 전력망 기술이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 091
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
본격적인 스마트 그리드에 대한 연구는 미국을 중심으로 2000년 초반기부
터 추진되었다. 특히, 2000년에 전력연구원(EPRI)
72)의 CEIDS 프로젝트73)와 에
너지부(Department of Energy)에서 ‘그리드 2030(Grid 2030)’을 국가 비전으로 발표한 것
이 그 시발점이 되었다. 최초의 실증 사례로는 2007년 컨소시엄이 결성된 미
국 콜로라도 주 볼더(Boulder) 시의 스마트 그리드 도시 구축 사례를 들 수 있다.
국내의 경우 2004년 시작된 전력 IT 10대 사업을 통해 한전, 전력거래소,
전기연구원, 경원대 등이 참여하는 한국형 에너지 관리 시스템(K-EMS), 지능
형 송전 네트워크 감시운영 시스템 개발 등을 추진하였다. 그리고 6년 후인
2010년, 전력IT사업을 통해 한국형 에너지관리 시스템, 345메가와트급 정
지형 무효전력 보상장치(STATCOM)
74) 개발 등 총 77종 32건의 사업화를 추진
하며 마침내 상용화에 성공하였다.
이후 2013년 5월까지 추진된 제주 실증단지에서는 153개 단위기술 검증
및 9개 비즈니스 모델(BM) 검증을 진행하였다. 2014년 제주 가파도 및 전남
가사도 등에 마이크로 그리드75)를 기반으로 하는 에너지 자립섬을 구축하
였고, 2015년에는 대용량 에너지 저장 시스템(ESS)
76)도 구축하였다.
72) Electric Power Research Institute
73) Consortium for Electric Infrastructure to Support a Digital Society, 전력망에 통신네트워크의 기술인 스마트 그리드
기술을 활용한 프로젝트이다.
74) Static Synchronous Compensator, 전기를 송·배전할 때 손실되는 전력을 최소화하고 전압의 안정성을 높이는
설비이다. 즉, 풍력이나 태양광 등 신재생에너지 발전 시 기상상황에 따라 발전량이 급변하더라도 출력전압을
일정하게 유지해 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 하는 장치를 말한다.
75) 소규모 지역에서 전력을 자체적으로 공급할 수 있는 스마트 그리드 시스템이다.
76) Energy Storage System: 가정·상업·산업부문이나 발전소 등에서 전력을 저장해두었다가 필요할 때
사용·송전하기 위한 저장장치이다.
092 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술 개발 동향
전 세계에 걸쳐 단기적으로는 스마트 그리드 실증사업, 중기적으로는 스
마트 그리드 및 마이크로 그리드의 확대 적용, 장기적으로는 독립형 마이크
로 그리드 적용에 필요한 기술 개발이 동시에 추진 중이다. 특히, 스마트시
티 추진에 있어서 에너지 관리 시스템 등 소비자 영역에서의 커뮤니티 마이
크로 그리드 기술 개발 및 구축이 중점 추진되고 있다.
유럽, 미국, 일본 등에서는 기후변화 대응 및 온실가스 감축을 위한 신재
생·분산자원77) 중심의 마이크로 그리드 연구개발 사업 및 확산 사업이 진
행 중이다. 이를 통해 비즈니스 모델 개발, 서비스 영역의 수준 향상 등을 선
도적으로 추진하고 있다.
국내에서는 2015년 캠퍼스 및 도시·커뮤니티 연계형 신재생 및 분산자
원 기반 마이크로 그리드 기술 개발이 추진 중이다. 에너지 정보 기반의 지
식 서비스화를 통한 고부가가치 창출과 소비자 연계형 융복합 신서비스 기
술 개발 역시 추진 중이다.
77) 분산자원은 집중형 자원과 대비되는 개념으로, 중앙 비통제 또는 수요지에서 가까운 위치의 자원을 뜻한다.
유럽 및 북아프리카 슈퍼 그리드 출처33
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 093
특히, 스마트 미터기(AMI; Advanced Metering Infrastructure)
78)를 기반으로 하는 국민
수요자원거래시장79)과 시장에서 거래되는 분산자원 중개 서비스에 대한 기
술을 개발하고 있으며, 이를 통해 관련 분야의 활성화가 예상된다. 또한, 지
역 간 마이크로 그리드 구축과 커뮤니티 또는 국가 간 마이크로 그리드가
연계되는 슈퍼 그리드 기술 개발 및 구축을 모색하고 있다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 스마트 그리드의 기술확산점 도달 시기를 델파이
조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2022년에, 국내 기준으로는 2024년
에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시
기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 100만 명 이상의 광역 도시에 스마트
그리드 시스템을 구현한 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
78) 스마트 미터기(AMI)는 스마트 그리드 구현에 필요한 핵심기기로, 최종 전력소비자와 전력회사 간 양방향 통신을
이용하여 실시간 요금정산, 전력사정에 따른 가전 제어 등을 가능하게 하는 기기를 말한다.
79) 전기사용자가 일상 속에서 전기를 아낀 만큼 전력시장에 판매하고 금전으로 보상받는 수요반응 제도
094 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 한국 EU 일본 중국 기타 없음
47.4
21.4
16.9
10.5
2.6 1.1 0.0
2009년 12월부터 2013년 5월까지 추진된 제주 실증단지에서는 153개 단
위기술 및 9개 비즈니스를 검증하였으며, 이후 정부는 13개 지역80)에 에너
지 효율화 서비스, 수요관리, 자립형 분산전원 등 비즈니스 모델이 적용되
는 스마트 그리드 확산 사업을 추진하고 있다. 확산 사업을 통해 실질적인
기술 및 서비스의 확산이 시작될 것으로 전망된다.
특히, 정부는 2025년까지 광역 단위로 스마트 그리드 확산을 추진하고
있으므로 광역시 인구 기준인 100만 명을 기술확산점 정의에 활용하였다.
스마트 그리드 사업은 추후 정부 정책81)에 따른 목표 달성을 위한 수요
관리 서비스 확산, 스마트 미터기 기반 에너지 정보 서비스, 에너지 프로슈
머82) 서비스 등으로 확산될 것으로 보인다.
80) 8개 사업자(한국전력, KT, SKT, 포스코ICT, LS산전, 현대오토에버, 짐코, 수완에너지)가 2018년까지 서울, 제주를
포함한 13개 지역에 확산사업을 통한 인프라를 구축하고 서비스를 제공할 예정이다.
81) 제2차 에너지 기본계획(2014.1.14.), 제7차 전력수급 기본계획(2015.7.23.), 제5차 에너지 이용 합리화 기본계획
(2014.12.3.), 제4차 신재생에너지 기본계획(2014.7.25.), 에너지신산업 성과확산 및 규제개혁 종합 대책(2016.7.5.) 등
82) 생산한 전력을 자가소비하고 남은 전력을 (인근) 소비자에게 판매하는 자를 의미한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 095
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
스마트 그리드는 기술확산점 도달 이후 마이크로 그리드 확산, 에너지
인포메틱스 서비스,83) 슈퍼 그리드84) 구축의 단계로 발전해 갈 것으로 전망
된다.
스마트 그리드 기술은 기술확산점에 도달하면 전국의 주요 지역에 마련
된 거점을 중심으로 광역 단위로 확산될 것으로 예상된다. 다음으로는 초
연결·IoT 기반의 지역·커뮤니티 단위 마이크로 그리드 구축이 확대되고,
수용가85) 중심의 분산자원·에너지 프로슈머 활성화 및 스마트시티 연계
구축 등도 현실화될 것으로 보인다.86)
기술이 더욱 발전하면 계통 고장·장애 진단을 위한 상태 정보, 수용가
미터링 정보 등을 중심으로 빅데이터, 인공지능, 사이버물리시스템(Cyber
Physical System) 기반의 에너지 인포메틱스 서비스가 제공될 것으로 전망된다.
기술의 고도화는 마침내 각국의 신재생에너지원 중심 지역과 스마트 그
리드 주요 지점을 연계하는 슈퍼 그리드를 현실화시킬 것이며,87) 분산자원
의 활발한 활용으로 온실가스 저감에 대한 국제적 노력이 성과를 거두게 될
것이다.
83) 에너지 정보의 체계화를 전문적으로 설명해주는 서비스를 말한다.
84) 규모가 큰 전력 공급을 위해 구축하는 대륙 규모의 광역 전력망을 말한다. 메가 그리드(Mega-grid) 혹은 대륙망
(Continental-grid)이라고도 한다.
85) 자신이 사용할 목적으로 전기를 구입하는 소비자
86) 현재 수요관리 서비스의 국민 수요반응(DR, Demand Response)으로의 확대(2014.11.∼2016.5.까지 3.27GW 용량
보유) 및 스마트 미터기(AMI, Advanced Metering Infrastructure) 보급 확대(2020년까지 국내 전기사용 고객 2,000만 호
전체에 보급 계획)를 추진 중이다.
87) 북유럽 슈퍼 그리드, 남유럽-북아프리카-중동 슈퍼 그리드 등이 추진 중이다.
096 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
3. 미래사회 변화 전망
아시아 지역을 기준으로 스마트 그리드의 시장규모는 2014년 76억 달러
에서 2019년까지 139억 달러 수준으로 2배 가까이 증가할 것으로 예상된
다.출처34 또한, 세계 마이크로 그리드 시장은 2013년 약 83억 달러에서 2020년
경 약 5배인 400억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다.출처35
초연결, 초지능으로 대별되는 제4차 산업혁명의 가시적인 기술과 서비스
가 실현되면서, 소비자 영역에서의 에너지 융합서비스가 활성화될 것이다.
분산자원의 활성화를 통해 공공재로서의 에너지를 누구나 생산·저장·판
매할 수 있게 될 가능성이 충분하다. 결국엔 스마트 그리드를 통해 폭염, 혹
한 등 기후변화로 인한 전력수요 증가에 대비할 수 있으므로, 블랙아웃 등 전
력공급 차질로 인한 피해 발생 가능성 또한 획기적으로 줄어들 것이다.
산업적 파급효과도 클 것으로 예상된다. 미래사회는 세계 경제의 글로벌
화가 급격히 진행되고 기술과 비즈니스의 융복합으로 산업 간 경계가 더욱
불분명해질 것이다. 결국 에너지와 ICT의 융합산업 이외에 다양한 형태의
산업 간 융합이 이루어질 것이며, 타 산업에 대한 영향이 더욱 커질 것으로
보인다. 따라서 전력 생산 기간산업, 전력시장 및 서비스 제공 사업, 정보통
신 서비스 사업, 연관·지원 사업, 융복합 사업 등으로 산업이 확대될 전망
이다. 에너지 인공광합성, 전기차 기반 자율주행 자동차, 인공지능(AI) 기반
에너지관리시스템, 패킷 에너지 전송 시스템,88) 블록체인89) 기반 에너지 자
산 거래 등이 그 예가 될 것이다.
88) 킬로와트시(kWh) 단위의 에너지양 등 에너지를 구분 짓는 특정 발전량의 형태로 전송하는 시스템을 말한다.
89) Block chain, 가상 화폐로 거래할 때 발생할 수 있는 해킹을 막는 기술이다. 거래에 참여하는 모든 사용자에게 거래
내역을 보내 주며 거래 때마다 이를 대조해 데이터 위조를 막는 방식을 사용한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 097
4. 기술확산 실현을 위한 과제
스마트 그리드가 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전
문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인프라
구축(41.9%), 제도 개선(23.0%), 기술 개발(15.9%) 등의 순으로 나타났다.
스마트 그리드 서비스의 기반이 되는 인프라 확산사업과 더불어 소비
자 영역(가정, 빌딩, 공장·단지, 도시 등)별 마이크로 그리드 구축과 각 마이크로 그리
드 간 상호운용이 가능하도록 연동될 수 있는 기반의 확보가 필요하다. 또
한 기존 발전 설비와의 연계를 전제로 신재생에너지를 이용하여 분산형 발
전 설비를 확충하고, 하이브리드 전력변환시스템 또한 구축해야 한다. 이때
적용 지역의 환경이나 사업주체에 따라 그리드의 설비 및 제어 특성이 다를
수 있으므로, 이를 호환할 수 있는 형태로 인프라 구축이 되어야 한다.
제도 개선도 중요하다. 공공재로서 에너지 체계가 변화할 것에 대응하여
시장에서 활발하게 유통될 수 있도록, 기존의 독점적인 공급자·운영자 중
심에서 소비자 중심으로 제도를 개선해야 한다. 스마트 그리드를 포함한 에
너지 신산업 육성을 위해서는 전력산업 구조개편을 통해 전력시장을 자유
화할 필요가 있다. 또한, 에너지 정보에 대한 시장을 공개하여 기업들이 새
로운 비즈니스 모델을 만들어 낼 수 있도록 제도를 마련해야 한다.
또한 신재생에너지, 에너지 저장장치, 전기차 등 점차 다양한 형태의 에
너지 생산자원과 수요자원이 증가함에 따라, 이러한 자원과 시스템 간 다양
한 정보의 흐름과 에너지 유통을 관리·제어할 수 있는 기술 개발이 필요하
다. 에너지의 안전하고 안정적인 공급을 위해 탈 탄소 소형전력 생산 기술,
098 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
에너지 수확(Energy Harvesting)
90) 기술, 분산자원 하이브리드 PCS91) 기술, PnP 모
듈러형 마이크로 그리드 시스템,92) 수요 및 신재생·분산자원 최적화 기술
등도 함께 개발할 필요가 있다.
이와 함께 전력 시스템 및 에너지 관련 주력산업 기술과 사물인터넷, 인
공지능, 빅데이터 등 ICT 간의 융합기술을 창출할 수 있는 인재의 양성이 필
요하다. 또한 전기 이외의 열 그리드, 가스 그리드 등 다양한 에너지원의 통
합 기술을 개발할 인력, 에너지 정보 기반의 새로운 비즈니스를 창출할 에
너지 데이터 과학자 등의 전문 인력 확보도 중요하다.
산학연의 혁신적 기술 개발 및 협력 연구를 활성화시키기 위한 노력도
필요하다. 이를 위해 소비자 도메인 전력망 및 통신망 등의 인프라를 개방
하고, 개방형 에너지 정보 IDC93)와 학계 및 연구계에서 개발한 선도적 기술
을 적용하기 위한 스마트 그리드 개방형 R&D 센터를 구축하는 것이 필요하
다. 이러한 서비스 인프라 구축을 위해서는 사업 주체와 지자체의 협력 관
계도 긴밀하게 구축해야 한다.
90) 집이나 사무실 조명, 걸을 때 발생하는 압력, 자동차나 기차가 움직일 때 발생하는 진동 등 현재는 그냥 버려지는
에너지를 수집해 전기로 바꿔 쓰는 기술을 뜻한다.
91) 태양광, 풍력발전 등의 분산형전원에 전력변환장치(Power Conversion System) 등의 설비를 혼합하여 발전하는
유형을 말한다.
92) 소규모 지역에서 전력을 자급자족할 수 있는 마이크로 그리드 시스템으로, 설치하면 별도의 다른 설정 없이
자동으로 기동(PnP, Plug & Play)할 수 있도록 모듈화된 것을 말한다.
93) Internet Data Center, 전력 정보와 관련된 데이터를 모아 인터넷으로 제공하는 센터를 의미한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 099
핸드폰, PDA 초고용량 - 차세대 PC, 디지털음향기기
HEV, E-bike 고출력 - 친환경 이동수단, 에너지 고효율화
로봇청소기 고안정성 - 휴먼 인터페이스, 미래복지사회
UPS 고신뢰성 - 신재생에너지 하이브리드
Li-ion batterySW Present Future
Mobile
IT
EV
Robot
전력저장
Lithium Ion
제8절
초고용량 배터리
리튬이온전지의 활용 분야 출처36
초고용량 배터리는 외부 전원으로 공급받은 전기를 충전하는 기술로,
혁신적인 소재 및 구조 등을 통해 기존 대비 부피당 저장 용량과 충전 시간,
안정성 등 성능이 상당히 개선된 배터리 기술이다.
100 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
19세기 중반 납축전지의 개발로 시작된 배터리 기술은 휴대전자기기의
급속한 보급과 함께 니켈수소전지에 의해 주도되다가 최근에는 리튬이온
전지94)로 급속히 대체되고 있다.95)
리튬이온전지는 1991년 소니(Sony)에 의해 최초로 출시되어 당시 가전제
품 분야에 혁명을 일으키면서 MP3 플레이어, 디지털 카메라, 노트북, 스마
트폰, 태블릿 PC 등 소형화 고용량 전략을 요구하는 가전기기의 핵심 부품
으로 부각되었다. 이후 고용량 배터리는 IT제품,96) 자동차,97) 에너지 저장98)
을 위한 용도로 세분화되어 기술이 발전하게 된다.
리튬이온전지를 이용한 닛산(Nissan)의 전기차 LEAF 출처37 한국전력의 에너지저장시스템(ESS) 출처38
94) 리튬이온전지는 빙엄턴 대학의 위팅엄 교수와 엑스사에 의해 1970년대에 처음 제안되었다.
95) 리튬이온전지는 니켈수소전지에 비해 2배의 용량을 가지고 있어서 소형화가 용이하다.
96) 현재 리튬이온전지의 대표적인 사용처로 장시간 연속사용과 소형, 경량화가 핵심이다.
97) 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등 친환경 자동차에 탑재되며, 고출력, 내구성, 안정성이 핵심이다.
98) 태양광, 풍력 발전 등으로 생산한 변동성이 큰 전력을 저장하여 안정적으로 전력 그리드를 운영하기 위해서는
대용량, 안정성이 핵심이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 101
기술 개발 동향
전 세계적으로 모바일 IT, 자동차 산업 등의 기반이 되는 중소형 이차전
지99) 시장 선점을 목표로 원가 절감 및 고신뢰성 확보를 위한 기술 개발이
진행 중이다. 또한 세계 주요국들은 ESS(Energy Storage System, 에너지 저장 시스템) 설치
의무화와 보조금 지급을 통해 ESS의 보급 확대 정책을 추진하고 있다.100) 발
전 부문에서는 ESS를 이용하여 신재생에너지 보급으로 발생되는 전력 수급
변동성과 이로 인한 전력망의 불안정성을 해결하고, 수시로 변화하는 주파
수를 조정하여 전력망의 신뢰도를 향상시키는 연구가 진행 중이다.
우리나라에서도 고용량 배터리의 R&D 성과를 에너지신산업 및 ESS와
신재생에너지 융합모델 등 관련 실증·보급 사업에 적용하기 위한 기술로
연계·개발하고 있다.101) 특히 풍력발전 연계형 ESS와 태양광발전 연계형
ESS를 개발 중이며, 신재생에너지 공급인증서(REC)
102) 가중치 확대 등 제도적
지원과 더불어 ESS의 보급 확대를 위한 연구도 병행하고 있다.
99) 충전으로 여러 번 사용이 가능한 전지. 1차 전지는 1회 사용만 가능하다.
100) 미국 캘리포니아 주는 2020년까지 공급전력의 5%에 ESS를 의무적으로 설치하는 것을 목표로 하며, EU는
2020년까지 유럽 내 태양광 발전 시설의 12%에 ESS를 설치하는 것을 목표로 하고 있다.
101) ‘에너지 신산업’은 기후 변화 대응, 에너지 안보, 수요관리 등 에너지 분야의 주요 현안을 효과적으로 해결하기
위한 문제 해결형 산업으로 산업부에서 추진하는 주요 정책이다. 관련 대표 사업으로 전기차, 친환경에너지타운,
제로에너지빌딩, ESS, 에너지 자립섬, 수요자원 거래시장, 태양광 대여, 발전소 온배수열 활용사업 등이 있다.
102) 신재생에너지 공급인증서(REC, Renewable Energy Certificate)는 발전사업자가 신재생에너지 설비를 이용하여
전기를 생산·공급하였음을 증명하는 인증서로, 공급의무자는 의무공급량을 신재생에너지 공급인증서를 구매하여
충당할 수 있다. 공급인증서 발급대상 설비에서 공급된 MWh 기준의 신재생에너지 전력량에 대해 가중치를 곱하여
부여하는데, 가중치를 확대할 경우 신재생에너지 확대를 유도할 수 있다.
102 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 초고용량 배터리 기술의 기술확산점 도달 시기를
델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2022년에, 국내 기준으로는
2024년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점
도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 1회 충전으로 800km를 주행
할 수 있는 전기 자동차의 상용모델이 국내에 출시되는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 일본 한국 중국 EU 없음 기타
43.2
21.6
16.6 14.3
3.7 0.7 0.0
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 103
초고용량 배터리의 활용처 중 파급효과가 가장 큰 것은 전기 자동차이
다. 따라서 서울-부산 왕복 기준인 800km103)를 한 번 충전으로 이동 가능한
전기 자동차의 출시 시점104)을 기술확산점으로 설정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
초고용량 배터리는 기술확산점 도달 이후 전기 자동차용 배터리, 가정·
상업용 ESS, 발전용 ESS의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
1회 충전 시 최대주행거리가 800km인 전기 자동차 상용모델이 처음으
로 국내시장에 출시되면서 기술확산점에 도달하면 점차 승용차를 포함하여
SUV, 버스, 화물차 등 경제성 있는 다양한 전기 자동차 모델이 출시될 것으
로 예상된다.
다음 단계로는 주택과 빌딩 등에서 비상 전원 또는 피크 전력에 대응하기 위
한 고용량 배터리 제품이 시장에 보급될 것으로 보인다. 이후 신재생에너지 발
전비중이 증가함에 따라 기존 전력망의 안정성(신재생발전의 간헐성 완화)을 보장하기
위하여 초고용량 배터리와 신재생에너지원 간의 결합이 상용화될 전망이다.
3. 미래사회 변화 전망
향후 세계 이차전지 시장은 대용량 ESS 등 중대형 이차전지가 주도할 것
으로 전망된다.출처39 전체 이차전지 시장은 2015년 661억 달러에서 2020년
103) 테슬라에서 2016년에 출시된 모델S의 주행거리가 470km이며, 기아자동차 쏘울EV 2017년형 모델의 주행거리는
148km다.
104) 상용모델에는 기존 가솔린 또는 디젤자동차 대비 경제성(구매가격), 안전성(배터리), 편리성(충전소) 등의 개념을
포함한다.
104 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1,031억 달러로 확대되며, 이 중 ESS 시장은 2015년 31억 달러에서 2020년
171억 달러로 5배 이상 성장할 것으로 보인다. 리튬이차전지 시장은 2015년
248억 달러에서 2020년 541억 달러로 성장할 것으로 예상된다. 한편 국내
ESS 시장은 2013년 827억 원에서 2020년에는 8,629억 원으로 10배 이상 확
대될 것으로 예측하고 있다.
초고용량 배터리가 기술확산점에 도달하면 가정에서 승용차 구매 시 전
기자동차와 하이브리드 자동차를 선택하는 것이 보편화될 것으로 예상된
다. 또한 신재생에너지를 이용한 발전이 가정마다 일반화되면서 초고용량
배터리를 이용하여 전력수급에 따라 이루어지는 전력거래가 비즈니스 모
델로 확산될 것으로 예상된다.
산업적 파급효과도 상당할 것으로 보인다. 전기자동차는 기존 내연기관
자동차에 비해 훨씬 적은 부품 수와 단순화된 시스템으로 작동되기 때문에
신생기업의 자동차 산업 진입이 활발해질 것이며, 신재생에너지 보급이 증
가함에 따라 관련 부품 산업들의 국산화가 가속되고 가격경쟁력이 높아질
것으로 예상된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
초고용량 배터리가 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까?
전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 기술
개발(32.2%), 인프라 구축(22.7%), 인력 양성(19.5%) 등의 순으로 나타났다.
우선 핵심 기술에 대한 개발이 이루어져야 한다. 중소형 배터리 분야에서
는 전극, 부품, 셀 제조기술에서 에너지 밀도 향상이 중요하며, 대용량 배터리
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 105
에서는 저가격화와 장수명이 가능한 기술 개발이 핵심이다. 더 나아가 배터
리 셀의 모듈화, 패키징, 인버팅,105) 폭발·화재 방지 기술이 동반되어야 한다.
초고용량 배터리 중심의 차세대 이차전지 분야를 조기 상용화하기 위해
서는 기술 실증과 양산공정 개발의 연계가 중요하다. 또한 신재생에너지와
ESS의 융합모델을 실증·보급하기 위한 인프라와 충전소, 전력 분배 및 판
매 등의 시설에 대한 인프라 구축이 필수적이다.
인력 양성 방안도 고민해야 한다. 배터리의 대표적인 응용 분야인 전기
자동차, 모바일 전자 기기, 가정용 ESS 등과 관련된 산업은 전후방 연관 산
업들이 많기 때문에 파생산업에 적합한 인력 양성이 중요하다. 또, 배터리
의 특성상 다양한 에너지원 및 다양한 산업과 융합하는 비즈니스 모델이 예
상되므로 융합형 인력 양성이 필요하다. 제품과 부품의 국산화를 통해 외국
기업의 국내시장 잠식 우려를 불식시키고, 유지·관리 측면에서도 효율적
으로 대응할 수 있도록 산학연 간 협력 강화 또한 반드시 필요하다.
배터리의 내구성과 안전성을 보증할 수 있는 품질관리시스템도 도입되
어야 한다. 신재생에너지와의 연계 시 신재생에너지 공급인증서 가중치 확
대 또한 장기적으로 보장되어야 한다. 이와 함께, 전기 자동차 보급 확대를
위한 보조금 제도를 강화할 필요가 있다. 또한 현재 전기 자동차 사용자들
에게 구입 보조금 및 전기료 혜택의 제도가 있지만, 짧은 운행거리 및 적은
수의 충전소로 인해 원활한 이용에 어려움이 있는 것이 사실이다. 따라서
제도적으로 일정 면적 이내에 일정 수 이상의 전기 차량이 있을 경우, 해당
지역은 의무적으로 충전소를 설치하는 방안이 필요하다.
105) 직류를 교류로 변환하는 것을 말한다.
106 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
제9절 극한성능용
탄소섬유복합재료
손으로 들 만큼 가벼운 탄소섬유복합재료로 만든 차체 출처40
극한성능용 탄소섬유복합재료 기술은 탄소섬유106)를 보강재로 사용하는 섬유강화
복합재료를 제조하는 기술로, 이 재료는 저중량·고강도의 특성을 갖는 동시에
열 변형이 적어 극한 환경에서도 고성능·고기능을 발휘할 수 있다.
106) 유기섬유를 가열·탄화하여 만든 섬유로 금속(알루미늄)보다 가볍고, 금속(철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나며,
내열성과 내충격성이 강하여 구조재료용 복합재료 강화재로 주로 사용된다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 107
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
기술의 시작은 1960년대로 거슬러 올라가 폴리에스터나 나일론 등을 이
용한 복합재료인 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP) 제조에서 찾아
볼 수 있다. 1970년대에 각종 제조기법의 개발과 함께 스포츠 레저용품, 비
행기 등의 구조재료로 복합재료가 최초로 상용화되었고, 1980년대 후반에
는 유리섬유(Glass fiber), 탄소섬유 등을 사용한 복합재료가 등장하였다.
탄소섬유의 물성 증가 및 생산 단가 하락으로 탄소섬유복합재료의 생산
이 본격적으로 시작된 것은 1990년대 후반이었다. 특히 항공 분야에서는
구조물의 무게에서 복합재료가 차지하는 비율이 10년간(1997년~2006년) 25%까
지 증가하였다.
2005년에는 한국과학기술원(KAIST) 홍순형 교수팀이 탄소나노튜브(CNT)
를, 2008년에는 일본 후지쯔 실험실이 탄소나노튜브 및 그래핀(Graphene)을
이용하여 각각 탄소나노 복합재료(Nano-carbon composite materials)를 제조하는 데
성공하였다.
기술 개발 동향
세계적으로는 에어버스(Airbus) 등의 항공기 제조사에서 항공기 재료의 많
은 부분을 순차적으로 탄소섬유복합재료로 대체하고 있다. 또한, 벤츠(Benz)
는 SLR 맥라렌(SLR McLaren) 차체에 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)
107)을 적용했고,
BMW는 i3 차체 등에 적용하고 있다. 세계 최대 탄소섬유 제조사인 SGL 카
107) Carbon Fiber Reinforced Plastics, 탄소섬유강화플라스틱
108 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
본그룹(SGL Carbon AG) 지분의 43%를 자동차 제조사인 BMW가 실질적으로 소
유할 만큼, 자동차 업계 내에서 탄소섬유복합재료에 대한 많은 투자가 이
뤄지고 있다.
탄소섬유복합재료의 사용이 가능한 주요 자동차 부품 출처41
루프
테일게이트
트렁크 바닥
여분 타이어
보관장소
휀더
후드
범퍼 빔·
범퍼 코어
브레이크디스크 및 휠
도어
사이드립
한편 국내에서는 효성에서 탠섬(TANSOME)이라는 탄소섬유를 만들었고, 롯
데화학에서는 이 수지를 결합해 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 생산하여 기
아자동차의 소렌토와 스포티지에 일부 적용하고 있다. 2016년에 일본의 도
레이첨단소재 사가 구미에 신소재 공장 기공식을 가졌으며, 2021년까지 연
간 6만 2,000톤(현재 4,700톤) 생산을 목표로 하고 있다. LG화학은 탄소나노복합
재료에 중점적으로 투자하여 현대모비스 등과 함께 자동차용 재료에 대한
연구를 진행 중이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 109
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 극한성능용 탄소섬유복합재료 기술의 기술확산점
도달 시기를 델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 일본에서 2022년에, 국
내 기준으로는 2026년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었
다. 기술확산점 도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 탄소섬유복합
재료를 외장재108)에 모두 도입한 승용차의 첫 양산형 모델이 나오는 시점으
로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
일본 미국 EU 중국 한국 기타 없음
39.7
32.2
16.1
6.3 4.6 0.6 0.6
108) 외판, 차체, 섀시, 루프, 후드 등 현재 철을 이용하고 있는 자동차 외장재를 의미한다.
110 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
극한성능용 탄소섬유복합재료는 우주선이나 항공기에는 이미 사용되고
있고 일부 주문제작형 스포츠카(경주용 자동차)에 적용된 사례는 있으나 일반
양산형 승용차에 적용된 적은 없다. 그러므로, 첫 모델이 출시되면 안정성
과 경제성이 해결되었다는 상징적인 의미가 있어 이 시점을 기술확산점으
로 설정하였다.
일반 양산형 승용차 적용을 기술확산점의 기준으로 설정한 것은 극한성
능용 탄소섬유복합재료가 자동차 경량화 소재로 크게 주목받고 있기 때문
이다. 자동차의 총 중량을 10% 줄이면 6~7%의 연비 개선 효과를 볼 수 있
다. 하지만 스틸(철강 소재)을 기준으로 탄소섬유는 무게가 50% 가볍지만 5.7
배 비싸기 때문에 현재는 가격경쟁력 측면에서 제약이 있다. 그러나 최근
자동차 경량 소재로 쓰이는 초고장력강의 경우 전체 스틸 사용량에서 차지
하는 비중이 2002년 3%에서 2010년 무려 29%까지 증가할 정도로 자동차
경량소재에 대한 수요가 매우 높은 상황109)이다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
극한성능용 탄소섬유복합재료 기술은 기술확산점 도달 이후 자동차 중
량을 67% 수준까지 경량화할 수 있고, 탄소섬유복합재료 사용이 보편화되
면 철강 소재의 70%를 대체할 것으로 전망된다.
우선 기술확산점에 이르러 탄소섬유복합재료를 외장재에 도입한 국내
승용차의 첫 양산형 모델이 출시되면 기존의 자동차 대비 연비 또한 대폭
개선될 것으로 기대된다. 자동차 부품 중 탄소섬유복합재료로 대체할 수 있
는 모든 부분에 적용했을 때 가능한 경량화 수치는 67%로, 기존의 자동차
109) 다임러 크라이슬러 기준, 출처: 자동차 경량화와 복합재료, 공구저널 2015년 11월호
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 111
부품용 소재를 모두 대체할 수 있는 단계에 해당된다.
더 나아가 자동차를 포함한 모든 철강 소재의 70%를 대체하는 수준까
지 탄소섬유복합재료의 사용이 보편화되는 시점에는 재료의 가격이 현재
/kg 수준에서 /kg110)까지 내려갈 것으로 전망된다.
3. 미래사회 변화 전망
2016년 1월 일본의 후지경제지에 따르면 탄소섬유의 성능향상과 저가화
가 진행됨에 따라 적용되는 범위 역시 점차 확대되는 추세로, 2014년 관련
시장은 9,410억 엔이었으며, 2025년에는 2조 5,586억 엔까지 성장할 것으로
예측된다.
자동차에 복합재료를 적용하는 시기가 오면 연비 개선으로 연료의 소비
를 줄일 수 있으므로 환경오염 저감 등의 효과를 볼 수 있을 것이다. 또한,
우주개발에 필수적인 극한성능용 복합재료의 개발로 우주여행의 대중화에
도 이바지할 수 있을 것이다.
복합재료는 철보다 가벼우면서 강도가 더 높기 때문에 궁극적으로 철강
소재를 대부분 대체할 수 있으므로, 항공기, 자동차 및 스포츠·레저 분야
뿐만 아니라, 선박, 일반 산업기기, 의료기기, 군수용품, 건축 및 토목 자재
에 이르기까지 다양하게 응용될 수 있다. 이로 인해 여러 산업분야에 직간
접적인 파급효과가 클 것으로 예상된다.
110) 주요 생산기업인 일본 도레이, 미쓰비시 테이진은 2025년까지 /kg, 미국 ORNL, DOW, Zoltek은 2019년까지
/kg을 달성하는 것을 목표로 삼고 있다.
112 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
4. 기술확산 실현을 위한 과제
극한성능용 탄소섬유복합재료 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무
엇을 해야 할까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할
방안으로 기술 개발(29.9%), 인력 양성(27.1%), 인프라 구축(21.6%) 등의 순으로 나
타났다.
탄소섬유 제작에서부터 탄소섬유 활성화 기술 그리고 탄소섬유와 결합
될 수 있는 재료 개발 및 단가경쟁을 위한 생산까지 종합적인 기술 개발이
필요하다. 특히, 경제성 차원에서의 원소재 가격 인하와 이를 이용하여 제
품을 제조하는 공정의 생산성이 함께 향상되어야 실제 상용화가 가능할 것
이다. 물론 탄소섬유의 국내 생산 증대 및 물성 향상을 위한 연구 및 기술 개
발은 기본적으로 이루어져야 한다.
인력 양성면에서는 탄소섬유소재뿐만 아니라 접착, 가공, 성형과 같은
기술과 복합재료 설계·해석 등 수요 산업에 대한 종합적인 안목과 능력을
가진 인력의 육성이 필요하다. 이를 위하여 관련 기술에 대한 산학연 연계
형 학과 개설 등 인력 양성에 대한 지원을 확충하여 기술 개발이 선순환 구
조를 이루도록 해야 한다.
기술 확산을 위해서는 섬유 및 복합재료 제조 회사와 부품 사용 회사 간
의 긴밀한 협력이 이루어져야 하며, 대학 및 연구소의 학문적 뒷받침이 있
어야 한다. 현재 전북 탄소밸리에 탄소섬유 생산, 중간재 및 복합재 가공·
성형, 관련 제품 개발 및 신뢰성 분석 등을 위한 기본적인 인프라가 구축되
어 있으나 더욱 보강·발전시킬 필요가 있다.
이미 외국(일본)의 소재 회사가 공장을 확장하고 생산량을 늘리는 시점에
서 더욱 필요한 것은 국내의 독자적인 기술을 기반으로 한 협력체계의 구축
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 113
이다. 기초적 기술 연구는 출연연구소나 산학연에서 진행하고, 탄소섬유복
합소재의 순도를 높이고 단가를 낮추는 연구는 기업에서 이루어지는 역할
분담이 효율적으로 가동된다면, 연구개발 속도가 더욱 빨라질 수 있을 것이
다. 또한, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등의 복합소재 개발 기술은 재료분야
뿐만 아니라 기계, 화학 등이 융합되어야 하는 학문이다. 그러므로 협력을
위한 세미나 및 전시회 등을 국내에서 유치하여 연구자 만남의 장을 확대할
필요가 있다.
이와 함께 현재 탄소재료 및 탄소복합재료에 대한 제조 및 생산 관련 인
증이 이루어지지 않고 있으므로, 관련 제도를 국가적으로 확립해 나가야 한
다. 환경 보호와 에너지 절감, 산업 발전 등의 측면을 종합적으로 고려하여
도입의 필요성이 인정된다면, 연비 절감 및 차체 중량 제한 등을 위한 규제
적용도 신중히 검토할 필요가 있다.
114 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
제10절
롤러블 디스플레이
롤러블 디스플레이 시제품 예시 출처42
롤러블(Rollable) 디스플레이는 자유롭게 휘어지는 플렉서블(Flexible) 디스플레이를
기반으로 원기둥 형태로 말아서 보관했다가 필요시 펼쳐서 사용 가능한
디스플레이다.
ROLLERBLY DISPLAY
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 115
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
롤러블 디스플레이 기술은 1998년 미국의 벤처회사 이잉크(E-Ink) 사가 E-Ink
기술기반의 흑백 롤러블 디스플레이 기술을 발표하면서 처음 등장하였다. 이
후 폴리머 비전(Polymer Vision) 사는 2008년 리디어스(Readius)라는 제품명으로 흑백
폴더블 디스플레이를 모바일 월드 콩그레스(MWC)
111)에서 발표하였고, 2009년
에는 국제정보디스플레이학회(SID 2009)에서 E-Ink 기술에 컬러필터를 적용하여
4.1인치 컬러 롤러블 디스플레이112)를 발표하였으나 상용화에는 실패하였다.
소니도 ‘SID 2010’에서 유기트랜지스터 및 OLED113) 기술을 기반으로 4.1인
치 컬러 롤러블 디스플레이를 구현해 보였으나 데모제품의 완성도에 미흡한
점이 있었다.114)
우리나라 기업의 기술도 약진을 거듭해 LG디스플레이가 ‘SID 2015’에서
산화물트랜지스터 및 OLED 기술 기반으로 18인치 컬러 플렉서블 디스플레
이를 발표하였으며, 곡률반경115) 30 mm의 롤러블 디스플레이116)가 가능함을
보여주었다. 삼성디스플레이도 ‘SID 2016’를 통해 5.7인치 컬러 롤러블 디스
플레이117)를 시제품으로 발표하였다. 그러나 컬러 롤러블 디스플레이의 상용
화는 아직 이루어지지 않았다.
111) MWC(Mobile World Congress)는 세계 유수의 휴대폰 제조업체와 이동통신 업체들이 참가하는 세계 최대규모의
이동통신산업 전시회로서, 1987년부터 스페인의 바르셀로나에서 매년 개최된다.
112) 당시 스펙은 명암비 8:1, 곡률반경 6mm 였다.
113) OLED(Organic Light Emitting Diode)는 얇은 유기화합물 박막에 전압을 가해 전류가 흐르면서 염료의 형광 혹은
인광 파장에 따라 빛을 내는 발광현상을 이용하여 만든 디스플레이를 말한다.
114) 당시 스펙은 명암비 1000:1, 곡률반경 4mm, 121ppi 였으나, 구동되지 않는 라인 및 픽셀이 관측되었다.
115) 곡면이나 곡선의 각점에 있어서 활 모양으로 휘어진 정도를 표시하는 값. 값이 작을수록 많이 휜 것이다.
116) WXGA 해상도(1200 x 810)를 구현하였다.
117) Full-HD 해상도 1920 x 1080 (386 ppi), 곡률반경 10 mm를 구현하였다.
116 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
삼성디스플레이의 5.7인치 QHD급 롤러블 디스플레이 출처43 LG디스플레이의 18인치 롤러블 디스플레이 출처44
기술 개발 동향
2010년까지 미국, 유럽, 일본에서 초기 롤러블 디스플레이 기술을 선점
하기 위해 시제품을 발표하였으나, 완벽한 화질을 구현하지 못하여 상업화
로 이어지지 못했다.
현재는 대만과 중국의 연구소 및 회사에서 국내 디스플레이 회사의
기술을 추격하고 있는데, 주로 모바일 디스플레이 크기인 4.5인치에서
QVGA(320x240), 4.6인치에서 WVGA(800x480)의 해상도를 갖는 OLED 기반의
컬러 롤러블 디스플레이를 발표하고 있다.
국내에서는 LG와 삼성 양대 디스플레이 회사가 세계적인 수준으로 기술
을 주도하고 있다. 개발방향은 스마트폰용 소형 디스플레이로서, 현재 1cm
이하의 곡률반경에서 해상도를 현 보급형 스마트폰 수준까지 구현하는 시
제품이 개발되었다. 또한 18인치 및 그 이상의 중대형 디스플레이에서 수
cm의 곡률반경을 갖는 롤러블 디스플레이를 개발 중이다. 전자는 롤러블
스마트폰 및 태블릿 적용이 목적이고, 후자는 두루마리 컴퓨터나 롤스크린
타입의 대형 TV로 활용 가능하다. 내구성이 향상되고 기타 부품들과 일체
화된, 새로운 디자인을 갖는 제품에 대한 개발이 현재 진행 중이다. 특히, 배
터리와 같은 다른 부품의 플렉서블화 기술도 함께 개발 중이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 117
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 롤러블 디스플레이 기술의 기술확산점 도달 시기
를 델파이 조사한 결과, 2023년에 국내에서 세계 최초로 해당 기술이 사회
적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시기 예측을 위한 기술
확산점의 정의는 롤러블 컬러 디스플레이가 상용 모바일 제품에 최초로 적
용되는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
한국 미국 일본 중국 EU 기타 없음
60.3
20.1
10.3 6.9 2.3 0.0 0.0
118 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
롤러블 디스플레이는 기술에 대한 수요가 매우 높고 활용도도 다양하여
시장에 출시되면 급속도로 확산될 것으로 예상된다. 이에 따라 상용제품이
출시되는 시점을 기술확산점으로 설정하였다. E-Ink 기술기반의 롤러블 흑
백 디스플레이의 상용화는 활용도 및 기존 디스플레이 시장 대체 효과가 제
한적일 것으로 예상되어 컬러 디스플레이 상용 시점으로 기술확산점을 설
정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
롤러블 디스플레이는 기술확산점 도달 이후 모바일 및 스크린 디스플레
이, 항공 및 우주 산업에 적용될 것이며 디포머블(Deformable) 디스플레이118)로
발전해 갈 것으로 전망된다.
기술확산점에 도달하면 개발기술로 연구되던 롤러블 디스플레이를 상
용화하여 적용한 제품을 접할 수 있고, 이를 적용한 새로운 제품 개발이 활
발해질 것으로 예상된다. 이후 휴대폰, 게임기, 태블릿, 노트북 등의 소형 디
스플레이에 적용되어 시장이 확대되며, 대형 디스플레이용으로는 기존 프
로젝터와 스크린을 대체할 것으로 보인다.
장기적으로는 항공, 우주 산업에서 적용 가능할 정도의 고신뢰성을 획득
하여 공간 확보가 필요한 항공기, 우주선에서의 핵심 디스플레이로 활용될
것으로 전망된다. 궁극적으로는 자유자재로 변형이 가능한 4세대 플렉서블
디스플레이의 개발이 완성되어 대면적의 디스플레이를 종이처럼 작게 접
어서 보관할 수 있는 ‘디포머블 디스플레이’의 시대가 도래할 것으로 예상
된다.
118) 자유자재로 휘어지고 변형되는 4세대 디스플레이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 119
3. 미래사회 변화 전망
OLED 디스플레이 시장은 2015년 기준으로 124억 달러 수준이었으며,
2020년까지 연평균 20.9% 성장률을 보이며 320억 달러까지 성장할 것으로
예상된다.출처45 그 중 스마트폰 디스플레이 시장이 가장 큰 시장으로 2020년
에도 그 비중이 79%를 차지할 것으로 보인다. 삼성전자의 ‘갤럭시 엣지’ 같
은 현 벤디드(Bended) 디스플레이에서 곧 폴더블(Foldable) 디스플레이가 스마트
폰에 채택, 상업화될 예정이며, 롤러블(Rollable) 디스플레이는 그 이후에 시장
에 선보일 전망이다.
롤러블 디스플레이가 상용화되면 사회, 문화, 산업적으로 다양한 파급효
과를 가질 것으로 예상된다. 일단 롤러블 디스플레이는 단단한 유리 기판을
사용하지 않으므로 깨질 염려가 없고, 큰 화면을 작게 둘둘 말 수 있으므로
휴대성이 좋아져 모바일 기기를 중심으로 확산될 것이다. 특히, 현재 기기의
크기에 따라 구분이 되는 스마트폰, 태블릿, 노트북의 개념이 하나로 통합될
것으로 예상된다.
또한 롤러블 디스플레이는 기존의 정형화된 디스플레이에 비해 다양한
규격과 크기로 제작 가능하기 때문에 다양한 소비자의 요구를 만족시키는
다품종 제품 제조를 위한 생산라인이 필요할 것이다. 자동차, 기차, 항공기,
배, 우주선 등 내부 공간이 제한된 운송 수단에서 설치 제약을 받지 않는 정
보전달 매체로서의 시장도 더욱 확대될 것이다.
120 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
4. 기술확산 실현을 위한 과제
롤러블 디스플레이 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야
할까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으
로는 기술 개발(38.7%), 협력 활성화(22.5%), 인력 양성(20.1%) 등의 순으로 나타
났다.
우선 롤러블 디스플레이 기판과 OLED의 소재·전극·배선에 플렉서
블 기술을 적용할 때 내구성을 향상시키기 위한 연구 및 플렉서블 배터리
등 관련 소재·부품의 지속적인 개발이 필요하다. 또한, 향후 웨어러블 디
바이스, 가상·증강 현실 기술 등과의 다양한 융합기술 선행개발이 사회
적 확산에 중요한 요소로 작용할 것이다.
롤러블 디스플레이의 성공적인 확산을 위해서는 소재, 장비, 공정, 디자
인 간 연계와 협력이 중요하며, 이를 위하여 산학연의 밀접한 제휴를 통하
여 기초연구부터 양산응용 기술 개발까지 매끄러운 연계체계가 구축되어
야 한다. 산업계에서 빠른 시장상황에 대응하느라 부족한 이론적 검증이
나 재료 탐색 등을 학계에서 뒷받침해주는 노력도 필요하다. 대기업과 중
소기업의 협력이 무엇보다도 중요한 기술인 만큼 기업 간 네트워크 강화
방안을 적극적으로 모색할 필요가 있다. 새로운 아이디어의 제품화 및 시
장 창출이 가능하도록 패널, 완제품, 소프트웨어 업체 간의 소비자 요구에
기반을 둔 긴밀한 협력 및 의사소통 역시 반드시 필요하다.
기존 디스플레이 업계의 숙련된 인력과 학계의 신진 인력이 시너지를
일으킬 수 있도록 실제 운영이 가능한 AMOLED119) 팹120)에서 이뤄지는 교
육프로그램을 마련하고 공동연구개발을 추진하는 것 역시 필요하다. 우리
나라는 현재 최고 수준의 기술력을 가지고 있으나 중국이 대규모 자본 및
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 121
인력을 투입하여 빠른 속도로 추격하고 있으므로, 전문인력의 육성과 함
께 고급인력의 유출방지를 위한 노력도 게을리하지 말아야 한다.
크기 및 디자인이 다양한 롤러블 디스플레이 시제품들을 개발하기 위
해서는 시제품 모델의 롤러블 디스플레이를 만들 수 있는 AMOLED 팹 구
축이 필요하다. 제품 아이디어가 있는 회사에 하드웨어를 제공하여 아이
디어를 실제화하고, 개선방안을 도출하는 선순환이 가능하도록 인프라를
구축해야 한다. 119) 120)
119) OLED는 화면을 구동하는 방식에 따라 PMOLED(Passive Matrix OLED, 수동형 유기발광 다이오드)와
AMOLED(Active Matrix OLED, 능동형 유기발광 다이오드)로 구분된다. AMOLED는 화면을 구동하는 방식이
능동형으로, 발광 소자마다 박막 트랜지스터 회로와 연결되어 각 소자의 발광 여부 및 세기를 개별적으로 제어할
수 있다. AMOLED는 응답속도가 빠르고 소비전력이 낮으며, 색 재현율과 명암비도 월등하여 동영상에 최적화된
디스플레이로 평가받는다. 현재 휴대폰, TV 등에 적용되는 OLED는 모두 AMOLED 방식으로 구동된다.
120) 팹(Fab)은 fabrication facility의 준말로 제조 시설을 의미한다.
122 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
적외선 LED
칩 세라믹 콘덴서 갈륨, 알루미늄, 비소, 금
은, 티탄, 바륨, 납, 니켈, 지르코늄
액정
인듐, 주석, 동, 규소
유리에폭시 기반
동, 규소(브롬)
스피커
네오디뮴
카메라
동, 니켈, 금
칩코일
동
케이스
규소, 동, 니켈, 금
합금
납, 주석
모터
네오디뮴, 철, 동
칩
철, 은, 니켈, 동, 납, 아연
IC
금, 은, 동, 규소, 갈륨, 비소
버튼
철, 니켈, 크롬, 금
칩 탄탈 콘덴서
탄탈, 은, 망간
버튼 전지
리튬
이어폰, AC 잭
금
플라스틱
안티몬
휴대폰 속에 들어 있는 주요 금속광물 출처46
제11절
희소금속 리사이클링
희소금속121) 리사이클링은 순환금속 자원으로부터 전략산업의 기본 재료가
되는 희소금속을 회수하는 기술로, 천연자원의 고갈을 막고 수입에 의존하는
희소금속을 국내 순환금속 자원으로부터 안정적이고 경제적으로 공급하기 위한
기술이다.
121) 희소금속(rare metal)은 산출량은 적지만 유용한 금속원소들로, 타이타늄·규소·저마늄·베릴륨·우라늄·지르코늄
등이 이에 속한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 123
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
순환자원에 포함된 희소금속을 재활용하는 기술은 광석으로부터 금속
을 제련하는 기술에 기반하여 발달해 왔다. 국내의 순환금속 리사이클링 기
술은 금속의 종류에 따라 차이는 있으나, 세계적으로 기술이 가장 발달해
있는 일본, 프랑스, 독일 등의 기술 수준에 근접해 있다고 할 수 있다. 그러
나 희소금속 리사이클링 기술의 활용을 위해서는 일정 규모 이상의 수요와
소재 산업 등의 발달 등을 통해 리사이클링된 희소금속의 활용처가 안정적
으로 확보되는 등 사회적, 산업적 순환구조가 뒷받침되어야 한다.
일본에서 2005년 LCD 액정 패널에 형성되어 있는 투명전극에서 인듐을
재자원화하는 데 성공하였으며, 2007년 JFE 머티리얼(JFE material) 사에서 전기
로 공법을 이용하여 폐촉매로부터 페로바나듐과 페로니켈몰리합금 생산을
시작하였다.
우리나라의 금속 재활용 현황을 살펴보면, 철, 알루미늄 및 구리를 제외하
면 생산량 및 재활용량이 미미한 수준이다. 2005년 아연제련 부산물을 이용
한 인듐 정제기술의 개발에 의해 50톤의 인듐을 생산하였다. 주석, 코발트 등
대부분의 희소금속의 경우 국내에서 재활용이 활발하지 않거나 제련시설이
없어 스크랩122)으로 수출하고 있는 실정인데, 이는 국내 수요처의 부족에 기
인한다. 국내의 희소금속 재활용 산업은 중소기업을 중심으로 발전하고 있
는데, (주)성일하이텍, 토리컴, (주)리싸이텍코리아 등의 기업에서 폐전자제
품, 폐회로기판 등으로부터 유가금속을 회수하는 사업을 전개하고 있다.출처47
122) 쇠부스러기나 고철과 같이 재생하지 않는 한 직접 사용할 수 없는 재료를 말한다.
124 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
순환자원으로부터 유가금속 회수를 위한 공정 흐름도 출처48
절단
PCB
Iron
Plastic
Others
해체
전해 채취
금속 용융로
분리 & 정제 침출 금속 농축물 정전 선별
플라스틱 농축물
분쇄 체 분리 자력 선별 공기 선별
폐촉매로부터 유가금속을 회수하는 기술의 경우 미국의 GCMC 사, 대만의
풀일드인더스트리(Full-Yield Industry) 사, 일본의 태양광공 사 등에서 상업화 공
장을 가동 중이다. 우리나라에서는 GS에코메탈, 연신금속 등이 바나듐(V),
몰리브덴(Mo) 회수 사업을 2007년부터 시작하였다.출처49
니켈수소전지에서 유가금속을 회수하는 기술에 관해서는 일본의 미츠
이 금속광업과 스미토모 금속광업이 경합을 하고 있으며, 최근 금속회수율
기준으로 니켈 98.5%, 코발트 96.0%, 희토류 98.0%를 달성하였다.
기술 개발 동향
일본은 세계 최고의 소재 기술을 지니고 있는데, 도와홀딩스, JX홀딩스
등의 회사는 세계적 희소금속 추출기술을 보유하여 19여 종의 희소금속을
회수하고 있다. 독일의 아우루비스(Aurubis) 사는 세계 최대의 구리 재활용 업
체로 미국 등 10개 소에 공장을 보유하고 있다. 중국은 국가 차원의 순환금
속 자원화 및 재활용 산업 육성 정책을 강화하여 2010년 기준으로 연 400만
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 125
톤의 자원을 회수하였다. 벨기에의 유미코아(Umicore) 사는 세계 최대의 재활
용 플랜트를 보유하여 17개 금속을 추출하고 소재화하고 있다.
우리나라에서는 LS-니꼬(Nikko) 동제련 사와 고려아연이 금속재활용 분야
에서 독보적인 기술력을 보유하고 있다. LS-니꼬 동제련 사는 동광석 제련
부산물에서 셀레늄, 텔루륨, 팔라듐, 백금 등의 희소금속 회수기술을 보유
중이며, 2020년까지 추가 8종에 대한 기술 확보를 계획하고 있다. 그 밖에
주석, 인듐, 갈륨 함유 스크랩을 생산하는 기업들이 있다. 산업통상자원부
및 환경부는 2008년부터 2014년까지 2,000억 원의 R&D 자금을 폐자원순환
사업 연구에 지원하였으며, 2016년 자원순환 이노베이션로드맵을 통해 도
시 광산123) 분야의 중점기술 및 핵심기술을 발굴하기 위한 계획을 수립하였
다. 이를 통해 신시장 창출 및 대응을 위한 희소금속 재활용 기술을 중심으
로 20개 중점기술 및 55개 핵심기술을 도출하였다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 희소금속 리사이클링의 기술확산점 도달 시기를
델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 일본에서 2023년에, 국내 기준으로는
2026년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도
달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 순환금속 리사이클링으로부터 공
급되는 희소금속의 양이 희소금속 산업수요의 8%가 되는 시점으로 보았다.
123) 도시지역에서 발생한 전기·전자제품, 자동차 등 생활계 폐기물과 폐촉매, 폐액 등 사업장 폐기물에서 값비싼
귀금속과 희소금속을 뽑아내는 사업이다.
126 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
일본 미국 중국 EU 한국 기타 없음
55.9
20.7
12.6 9.0
1.8 0.0 0.0
현재 희소금속 리사이클링 기술 중 일부는 천연자원을 사용하는 경우보
다 에너지 소비 및 경제성 부분에서 유리한 수준으로 발전해 있으며, 희소
자원의 희소성, 천연자원의 고갈, 천연광물의 채취에 의해 발생하는 환경파
괴 등 사회적 비용까지 고려하면 궁극적으로 회수하는 희소금속의 대부분
을 재활용할 필요가 있다. 뿐만 아니라 희소금속의 리사이클링 공정은 원석
으로부터 금속을 제련하는 공정에 비하여 에너지 소모가 적은 고효율의 공
정이 가능하므로, 기후변화 완화에 기여할 수 있는 이산화탄소(CO2) 절감의
효과도 가진다.
희소금속 리사이클링의 확산을 위해서는 궁극적으로 순환금속자원의
안정적 회수 및 희소금속을 활용하는 산업 인프라가 함께 갖추어져야 가능
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 127
하다. 희소금속 리사이클링 기술이 확산되면, 산업수요의 50%를 순환금속
으로부터 자급124)할 것으로 예상되므로, 기술확산점은 그의 16%에 해당하
는 8%로 설정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
희소금속 리사이클링은 기술확산점 도달 이후 회수율 향상 및 고순도화
기술, 미래 첨단제품의 재자원화 기술, 폐금속 처분 제로화 단계로 발전해
갈 것으로 전망된다.
기술확산점 도달 이후에는 순환금속의 리사이클링을 위한 산업 및 사회
인프라(회수를 위한 소단위 지역별 리사이클링 센터 등)가 확산되어, 희소금속의 국내 자급
률이 높아질 것으로 예상된다.
기술이 더욱 발달하면 저품위 금속 슬러지125)에서 고순도 금속회수 기술,
회수기술이 미개발된 유가금속(지르코늄, 니오븀, 저마늄 등) 재자원화 기술, 고융점
합금의 분리 기술, 금속별 선택적 추출 및 고순도화 기술 등이 개발될 것으
로 전망된다.
그 후 3D 프린터, 로봇, 에너지 저장 장치 등 가까운 미래에 다량 배출이
예상되는 첨단제품에 사용된 다양한 희소금속을 고효율로 분리, 재사용하
는 기술이 개발될 것이며, 결국 폐전자제품, 산업부산물, 폐전지 등에 포함
된 희소금속의 99% 이상이 재활용되는 시대가 올 것으로 예견된다.
124) 일본의 경우 2030년까지 희소금속의 50%를 순환금속으로부터 자급하는 목표를 수립하였다.
125) 물, 기름, 불순물 등이 섞여 있는 침전물이다.
128 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
3. 미래사회 변화 전망
국내 희소금속 재활용을 포함한 도시광산 산업의 시장규모는 2014년 19
조 원에서 2024년 30조 원으로 성장할 것으로 예상하고 있으며, 정부는 우
리나라의 기술 수준을 2025년까지 세계 최고 수준 대비 95%까지 발전시킨
다는 목표를 수립하였다.출처50 전략산업에서 희소금속의 수요는 계속하여 증
가할 것으로 예상되는 바, 고순도의 희소금속 회수기술의 확보를 통해 기술
을 고부가가치화할 필요가 있다.
한편 자원 매장량의 감소로 천연자원의 가채년수126)는 점차 한계에 도
달하고 있으며, 국제적으로 소수 국가에 편재된 자원을 해당 국가가 무기
화하는 정책을 구사하고 있다. 일본의 경우 도시광산의 금·은 축적량이
각각 세계 매장량의 16%와 22%에 달하는 것으로 예측되며, 2030년까지
희소금속 산업수요의 50%를 리사이클링을 통해 자급하고자 하는 목표를
세우고 있다.
우리나라도 순환금속 및 산업공정 부산물을 재활용하는 기술을 개발하
여 전략산업의 재료로 쓰이는 희소금속의 국내 자급률을 높이고 글로벌 자
원 경쟁에 효과적으로 대처할 수 있을 것이다.
2014년 도시광산 회수자원 규모는 18.5조 원으로, 이는 국내 자원수요
의 21%에 이른다.출처51 수입에 의존하는 금속을 국내에서 수급한다면 수입
량 대체에 따른 무역역조 개선, 일자리 창출 효과를 가져올 것이다. 또한 순
환금속의 매립·소각 비용의 절감 및 CO2 감축에 따른 환경적 가치도 높다.
2020년부터 파리 기후협정의 발효로 우리나라도 탄소배출권을 사고팔아야
126) 같은 기간 확인매장량(R:Reserve)을 생산량(P:Production)으로 나눈 수치(R/P)로 현재 상태에서 향후 몇 년간
생산이 가능한가를 나타낸다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 129
하는 의무가 부가되므로, 희소금속 재활용으로 에너지를 절약하여 CO2 발
생량을 감축하는 것은 환경적 효과와 함께 산업적인 파급효과를 동시에 가
진다고 하겠다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
희소금속 리사이클링이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할
까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는
기술 개발(29.3%), 인프라 구축(24.4%), 제도 개선(18.5%) 등의 순으로 나타났다.
먼저 희소금속 리사이클링 기술의 확대를 위한 도시광산 공통 기반 기술
을 개발해야 한다. 이를테면 금속성분 분석 기술, 원료 선별을 위한 로봇 기
술, 에너지 절감형 용매127) 설계 및 합성 기술, 대기압 플라즈마128) 기술 적
용, 미립자 회수를 위한 표면 개질 기술129) 등 연관 산업 기술과 융합한 기반
기술의 연구가 필요하다. 또한 공정 과정에서의 환경 안전성 및 경제성을
확보하기 위한 기술도 중요하며, 정보의 통합을 통한 효과적인 자원순환 시
스템을 구축하기 위한 스마트 도시경영 기술도 개발해야 한다.
통합적 국가 자원순환정보 시스템 구축을 통해 재활용 자원의 효율적인
수집과 이송, 공급이 가능한 인프라도 갖추어야 한다. 특히, 지자체와 기업
127) 용질을 녹여서 용액을 만드는 액체이다. 예를 들어 고체와 액체의 혼합물에서는 고체가 용질이고, 액체가 용매이다.
128) 플라즈마는 우주를 구성하는 고체, 액체, 기체 외 제4의 상태로 대부분의 플라즈마는 진공상태에서 구현된다. 섭씨
12,000도에서 발생하는 고온 플라즈마는 폐기물과 오염물질을 용융해 분해하는 데 사용하며, 저온 플라즈마는
질소산화물이나 황산화물 제거, 소각로의 다이옥신 처리, 폐수처리 등에 사용된다. 대기압 플라즈마는 대기압
상태에서 구현되는 플라즈마를 말한다.
129) 사용하는 소재의 표면 조직 및 구조를 바꾸거나 다른 물질을 피복함으로써 보다 고도의 기능을 부가하고자 하는
기술을 말한다.
130 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
을 통합하는 관리 시스템을 도입하여 순환자원의 생산자와 수요자 간의
정보 교환이 체계적으로 이루어지도록 해야 한다. 또한 산업단지 내에서
발생하는 부산물을 기업 간 연계를 통해 활용할 필요가 있으며, 대기업과
중소기업 간의 파트너십 사업을 통해 모기업이 보유한 기술을 중소 협력
사에 보급·확대하는 네트워크 구축도 필요하다.130)
제도 개선 면에서 우리나라는 2003년 시행된 생산자 책임 재활용 제도
를 시작으로 순환자원 활용촉진을 위한 제도적 기반이 조성되기 시작하였
다.131) 2015년부터 2019년까지 3단계 생태산업단지 구축사업이 산업공생
네트워크 구축을 통해 진행 중이다.출처52 이는 산업단지 내에서 발생되는
부산물의 이용 효율을 극대화하기 위한 것이다. 순환금속 리사이클링을
활성화하기 위해서는 도시광산업을 제조업으로 지정하고, 제조물책임법
제도를 확대 추진하며, 재자원화 활성화를 통한 재제조 산업을 육성해야
한다.출처53 이와 함께, 판매자에 대한 회수 의무 부과 등 자원 활용을 강제하
는 규정과 효율적 처리를 위해 처리 시설에 적용되는 환경 관련법을 보완
하는 것도 검토해 볼 필요가 있다.
또한 경제성을 확보하기 위한 공정 개발을 위해서는 현재 학술적인 연
구 성과와 기술력을 보유한 기관이 산업 시스템과 유기적으로 연계하는
협력 체계를 구축하는 것이 무엇보다 중요하다. 한 예로, 한국지질자원연
구원에서는 폐인쇄회로기판, 리튬이온 배터리, 폐촉매로부터 유가금속을
회수하는 기술을 (주)이알메탈, (주)성일하이텍 등에 기술이전한 바 있다.
130) 산업통상자원부 중심으로 ‘대·중소 그린 파트너십’ 사업이 추진되고 있으며, 2008년부터 본격적으로 시작되었다.
이 사업은 유해물질 관리, 기후변화 대응, 화학물질 관리, 지속가능한 자원 관리 등 산업활동에 영향을 미치는
산업환경 이슈의 강화·확대 추세에 따라 열악한 중소기업의 산업환경 이슈 대응 역량을 강화하기 위해 기업과
민간을 중심으로 파트너십을 지원하는 사업으로, 희소금속이 사업 내용에 포함되어 있다.
131) 2011~2015년 제1차 자원순환 기본계획을 통해 자원순환형 사회의 형성을 위한 자원순환기본 계획 수립 등
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 131
순환금속 자원의 추출 및 고순도화 기술과 재제조 방안을 보급하기 위해
서는 기술을 보유한 모기업이 협력업체에 노하우를 이전하고, 지역 에코
혁신사업 프로그램을 통해 지자체 및 전문 컨설턴트와의 파트너십을 강화
하여 환경오염 예방 및 비용절감 효과를 볼 수 있도록 해야 한다.
희소금속 리사이클링은 높은 전문성을 필요로 하는 기술 분야지만, 현
시점에서의 수요는 적어 전문 연구자 및 기술 인력이 많지 않고, 이를 연구
하거나 전공 프로그램으로 보유한 대학도 찾기 어렵다. 그러나 향후 10년
간 도시광산 전략금속에 대한 자립형 공급체계 구축과 미래첨단제품의 재
자원화 등의 분야에서 전문인력의 수요가 높아질 것으로 예측되고 있다.132)
이를 고려한 단계적이고 전략적인 인력 양성 정책을 수립할 필요가 있다.
132) 향후 10년간, 도시광산 전략금속에 대한 자립형 공급체계 구축 분야에서 15만 명 이상, 도시광산 공통 기반기술
개발 보급 분야에서 300여 명, 공정부산물을 활용한 value-up 소재화 분야에서 250여 명, 미래 첨단제품의
재자원화 기술 선점 분야에서 56,500여 명의 인력이 필요할 것으로 예측하였다. (자원순환 이노베이션로드맵 –
도시광산·제재조, 산업통상자원부 등, 2016)
132 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
제12절
웨어러블형 보조 로봇
현대자동차 연구소에서 개발한 웨어러블형 보조 로봇 출처54
웨어러블(Wearable)형 보조 로봇은 중량물을 운반하거나 보행능력을 향상시키기
위하여, 경량 소재(프레임)와 소형 컴퓨터(제어)로 제작된, 인간의 몸에 착용하는
로봇 기술이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 133
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
웨어러블 로봇의 개념이 처음 등장한 것은 1890년 러시아의 니콜라스 얀
(Nicholas Yagn)에 의해서다. 그는 수동 액추에이터133)에 기반한 웨어러블 로봇
개념에 대해 특허를 냈다. 웨어러블 로봇은 이로부터 100여 년이 흐른 1991
년, 일본의 츠쿠바 대학의 산카이 교수팀에서 개발한 할(HAL, Hybrid Assistive Limb)
을 사이버다인(Cyberdyne) 사에서 출시하면서 최초로 상용화되었다.
이후 중량물을 옮길 수 있는 웨어러블 보조 로봇들이 속속 개발되었다.
2010년 미국 군수업체 레이시온(Raytheon)이 내놓은 엑소스2(Exos2)는 금속성
뼈대가 근육 움직임을 도와 무거운 짐을 나를 수 있도록 개발되었고, 2011
년 미국 록히드마틴(Lockheed Martin)이 개발한 웨어러블 로봇 헐크(HULC, Human
Universal Load Carrier)는 90kg이 넘는 짐을 짊어지고 시속 16km로 이동하는 데 성
공하였다. 한편 2012년 이스라엘 기업 리워크로보틱스(ReWalk Robotics)는 재활
을 위한 웨어러블 로봇을 개발하였고, 이 로봇을 착용한 하반신 마비 환자
가 마라톤 풀코스를 완주하는 데 성공하였다.
기술 개발 동향
웨어러블형 보조 로봇은 무거운 무게와 불안정한 동작 때문에 개발 초기
에는 실용화에 성공하지 못했지만, 이후 로봇의 센서, 제어, 소프트웨어 기
술 등이 발전하면서 군사, 의료, 산업용 등 다양한 분야로의 활용 사례가 나
오고 있다. 일본 사이버다인이 개발한 HAL-5은 착용자의 피부에 붙인 센서
133) 전기, 유압, 압축 공기 등을 사용하는 원동기를 이르는 말로 보통은 유체(流體) 에너지를 이용하는 기기를 뜻한다.
134 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
로 근육이 어떻게 움직일지를 예측한 뒤 모터가 다리를 원하는 방향으로 옮
기도록 도와주는 대표적인 재활을 위한 웨어러블 로봇이다.
일본 사이버다인이 개발한 HAL-5 출처55 현대자동차 연구소에서 개발한 웨어러블 로봇 출처56
국내에서는 현대차그룹을 중심으로 크게 세 가지 방향으로 개발되고 있
다. 하반신 마비 환자를 걷게 도와주는 의료용 로봇, 근력이 약한 사람의 활
동을 도와주는 라이프케어용 로봇, 그리고 산업 현장 근로자들이 쓸 수 있
는 산업용 로봇이 그것이다. 한국생산기술연구원에서는 산업용 웨어러블
로봇 하이퍼R1을 개발하여, 2016년 3월에 소방관들이 화재 진압 시 30kg에
달하는 무거운 산소통을 메고 계단을 오르는 실증 실험에 성공하였다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 웨어러블형 보조 로봇의 기술확산점 도달 시기를
델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2023년에, 국내 기준으로
는 2027년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확
산점 도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 하반신 마비 장애인의
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 135
보행을 보조하는 웨어러블 로봇의 렌탈 가격이 월 100만 원 이하가 되는
시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 일본 한국 중국 EU 없음 기타
52.2
38.5
4.3 2.5 1.2 1.2 0.0
현재 웨어러블 보조 로봇은 시장의 요구는 높으나 양산화 전 단계로 가격
이 높은 상태134)다. 양산시 가격이 현재의 1/3로 낮아질 전망이지만 소비자
가 체감하기엔 여전히 높기 때문에 기술의 확산을 위해서는 생산 가격을 더
욱 낮추어야 한다. 최초로 웨어러블 로봇 상용화에 성공한 일본 사이버다인
에서 최근 로봇 렌털 사업을 시작하였는데, 공식적인 월 렌탈 가격은 15만
134) 록히드마틴의 헐크는 한화 2억9,700만 원, 재활 로봇 엑소는 1억 1,855만 원이다.
136 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
9,000엔135)
(한화 약 160만 원(2017.3 환율 기준), 5년 계약 시)으로 책정되었음을 참고할 필요
가 있다.
앞으로 다양한 회사에서 웨어러블 로봇의 대량생산 상용화에 성공할 경
우 가격 경쟁으로 판매 단가는 계속 하락할 것으로 예상된다. 이에 따라 기
술적 난이도가 높은 하반신 마비 장애인의 보행을 보조하는 로봇이 월 100
만 원 이하의 가격으로 공급될 경우 기술 확산이 시작될 것으로 보인다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
웨어러블형 보조 로봇은 기술확산점 도달 이후 상지 로봇,136) 소프트 엑소
슈트(Soft exo-suit), 장시간 사용가능 로봇의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
기술확산점에 도달하면, 대량생산을 통한 제품가격 하락으로 의료, 산
업, 군사용 등 다양한 분야에서 웨어러블 로봇 사용이 급증하기 시작할 것
이다. 기술 확산점 시기에 보행보조 로봇에 국한되었던 웨어러블 로봇의 시
장이 성장하면 중량물을 옮기기 위한 산업용·군사용 웨어러블 상지 로봇
이 대량으로 생산·보급될 전망이다.
이후 기술의 발전에 따라 신소재가 개발되면 기존의 딱딱한 알루미늄이
나 티타늄 골격을 대체하는 부드러운 웨어러블형 보조 로봇이 개발될 것으
로 예상된다. 또한 2차 전지 혁신과 함께 신소재로 제작된 소프트 엑소슈트
로 인해 기존의 2~3시간인 로봇 구동시간을 10시간 이상까지 향상시켜서
일상생활에서 충전의 불편 없이 사용가능하게 될 전망이다.
135) 웨어러블 보조 로봇의 가장 기본기능인 노약자용 보행보조 기능에 한정할 때의 가격이다.
136) 사람의 팔과 각 관절 축을 유사하게 만들어서 환자의 팔에 나란히 부착하여 작동하도록 설계된 로봇으로, 손과 팔
운동 능력을 로봇의 도움으로 배가시킬 수 있다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 137
3. 미래사회 변화 전망
웨어러블 로봇 산업의 규모는 2014년 6,800만 달러에서 연평균 34.7%씩
성장해 2025년에는 18억 달러 규모에 달할 것으로 전망된다.출처57
웨어러블 로봇의 개발은 재활훈련의 자동화, 보병의 기계화를 실현시킬
것으로 보인다. 또한 노약자와 하반신 장애인들이 독립적으로 일상생활을
할 수 있도록 큰 도움을 줄 것이다.
또한 웨어러블 로봇은 앞으로 산업 현장에서 인력 감축과 작업 효율 제
고의 효과를 거둘 것으로 보인다. 이미 포스코에서는 용광로 내화물을 쌓는
작업에 웨어러블형 보조 로봇을 투입하여 8억 원을 절감한 바 있으며, 대우
조선 해양에서도 웨어러블 보조 로봇인 ‘하이퍼’를 사용하여 3명 1개 조로
운영하던 LNGC 단열박스 설치 작업을 2대의 장비와 2명 1개 조로 움직이
는 방식으로 바꿀 수 있었다. 이 사례들로 미루어 보아 웨어러블 로봇의 산
업적 파급효과는 기업의 주도하에 계속 퍼져나갈 것으로 전망된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
웨어러블형 보조 로봇이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할
까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는
인력 양성(28.4%), 기술 개발(26.6%), 인프라 구축(15.9%) 등의 순으로 나타났다.
먼저, 인력 양성을 위해서는 지속적인 투자를 바탕으로 기계공학, 전자공
학, 재료공학, 에너지공학, 로봇공학, 의공학 분야 전문 인력을 양성해야 한
다. 상호 지식을 교환할 수 있는 컨소시엄, 브레인풀시스템(Brain-Pool System)도 도
138 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
입할 필요가 있다. 또한, 파생 산업의 확대, 기존 산업의 축소 등에 따른 일자
리 변화에 대비하여 인력 재교육 프로그램에 대한 개발 및 운영이 필요하다.
웨어러블 로봇의 단점인 무거운 무게와 짧은 배터리 지속시간을 개선하
기 위한 기술도 함께 개발되어야 한다. 관련 기술인 뇌파 제어기술 개발과
소프트웨어 개발 또한 지속적으로 이루어져야 한다. 그리고 웨어러블 로봇
착용자를 위한 주거 공간, 교통, 스포츠 등의 제반환경과 관련한 기술 개발
도 필요하다.
현재 고가인 웨어러블 로봇이 가격 경쟁력을 갖추기 위해서는 대량생산
이 가능하고 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 생산 인프라가 우선적으로 구축
되어야 한다. 또한 환자 및 일반인들이 웨어러블 로봇을 체험할 수 있는 공
간을 각 도시의 구청 혹은 보건소 등에 마련하여 적극적인 홍보를 할 필요가
있다. 개별 연구기관의 상호교류를 통해 운용 및 이론 기술을 공유할 수 있
는 클러스터 인프라의 구축도 필요하다.
무엇보다도 웨어러블 로봇은 제조업의 한 분야이므로, 원천기술 연구를
위한 산학연의 협력과 더불어 생산을 위한 산업계의 적극적인 투자와 정부
의 적극적인 보급 활성화 정책이 함께 병행되어야 할 것이다. 과학기술자뿐
아니라 인지, 심리, 디자인 등 다양한 분야의 전문가들과 의견 교류도 필요
하며, 국제 표준 제정과 표준화된 시스템 개발을 위한 공동 연구 또한 강력
히 요구된다.
기술의 수혜자 중 하나인 재활 환자들에게 큰 혜택을 주기 위해서는 의료
보험 제도, 의료 관계법 등의 개선이 필요하다. 기술 개발 장려 및 상업화에
속도를 낼 수 있도록 정부 지원금과 같은 지원제도 또한 병행되어야 한다.
웨어러블 로봇을 착용하여 발생하는 사고에 대한 법률적인 제도도 미리 마
련할 필요가 있다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 139
제13절
자율주행 자동차
자율주행 자동차 시연 장면 출처58
자율주행 자동차는 스스로 주변 환경을 인식하고 위험을 판단하며, 주행 경로를
계획하여 운전 중 운전자가 가속이나 조향 제동에 전혀 관여하지 않고 스스로
주행이 가능한 자동차이다.
140 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
2010년 구글(Google)은 미국방위고등연구계획국(DARPA)
137) 무인 자동차 대
회에서 우승한 스탠퍼드대학의 세바스찬 스런(Sebastian Thrun) 교수와 카네기멜
론대학의 핵심 연구원들을 영입하여 자율주행 자동차를 최초로 개발하였
다. 2013년 벤츠는 S클래스(S-class)에 자율주행 초기단계의 자율주행 자동차
를 양산하였으며, 같은 해에 S500 인텔리전트 드라이브(S500 Intelligent Drive) 차
량으로 독일의 만하임과 포츠하임 간 104km 구간의 완전자율주행 시연에
성공하였다. 2016년 12월에는 구글이 동반자 없는 시각장애인의 단독 자율
주행차 시험운행에 성공하였다.
시각장애인을 태우고 시범운전 중인 구글의 자율주행 자동차 출처59
137) Defence Advanced Research Projects Agency, 미국방위고등연구계획국은 미국 국방부 소속 연구 기관으로,
국방 관련 기술 개발을 주로 담당한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 141
기술 개발 동향
현재 벤츠, 볼보, 르노, BMW, GM, 도요타 등 세계적 완성차 기업들은 자
동 주차, 충돌 회피, 차간 거리 유지, 차선 유지 기술 등 초기단계의 자율주
행 기술을 실제 차량에 적용하여 시장 선점을 추진하고 있다. 마이크로소프
트, 구글, 애플 등 글로벌 ICT 기업들도 스마트폰 OS 기반의 차량용 인포테
인먼트 플랫폼을 자동차 업계와 협력하여 확산시키고 있으며, 무인 자동차
개발 등 자동차 산업으로의 진입을 시도 중이다.
현대차, 기아차 등 국내 완성차 기업들은 첨단 운전자 지원 시스템 기술
을 고급 차량 중심으로 적용함으로써 급속히 발전하는 자율주행 자동차 기
술 경쟁에서 주도권을 확보하기 위하여 노력하고 있다. 현대모비스, 만도,
LG전자, 임씨넥스 등은 첨단 운전자 지원 시스템 기술의 독자적 확보를 위
한 기술 개발과 레이더, 카메라, 라이다138) 등 핵심 센서의 국산화를 위해 투
자를 집중하고 있다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 자율주행 자동차 기술의 기술확산점 도달 시기를
델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2023년에, 국내 기준으로는
2028년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점
도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 자율주행 자동차가 자동차 신
차 판매의 12%를 점유하는 시점으로 보았다.
138) 전자파에 가까운 성질을 가진 레이저 광선을 사용하여 개발한 레이더이다.
142 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 EU 일본 중국 한국 기타 없음
14.9
5.9 2.7 2.1 0.2 0.0
74.3
신차 판매를 기준으로 설정한 이유는 도로상 자동차 전체로 설정하는 것
보다 그 파급효과를 확인하는 것이 용이하며 더 정확하기 때문이다. 자율주
행 자동차 신차 판매는 2020년에 처음 판매를 시작하여 2035년에 전체 자
동차 판매의 75%까지 성장할 것으로 예상되므로출처60 이의 16%에 해당하는
12%를 기술확산점으로 설정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
자율주행 자동차는 기술확산점 도달 이후 전용도로 자율주행, 일반도로
자율주행, 기종점 간 자율주행의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
일단 자율주행 자동차가 등장하고 널리 보급되어 도로의 교통체증과 교
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 143
통사고가 유의미하게 낮아지는 기술확산점에 이르면, 인프라가 잘 갖추어
진 일부 지역에서는 무인택시 서비스가 상용화되기 시작할 것으로 보인다.
다음으로는 고속도로와 같이 인프라가 잘 갖추어진 자동차전용도로에서는
완전자율주행이 가능한 단계로 진입하여 운전 중에 운전자는 업무처리, 원
격의료, 자기계발, 엔터테인먼트 등을 수행할 수 있을 것으로 예상된다.
다음 단계로 도로상의 모든 이동체(차량, 보행자, 자전거, 오토바이 등) 간에 실시간
소통이 이루어지면 복잡한 도심로에서도 주변 이동체의 움직임이 실시간
예측 가능함에 따라 안전한 자율주행이 가능해질 것이다. 더 나아가 자율주
행 자동차가 주변 이동체의 주행 의도를 정확히 파악하고 교통상황을 이해
할 수 있으며, 기종점 간 모든 도로에서 자율주행이 가능해지면 운전자는
목적지만 입력하면 자동차가 알아서 데려다주는 시대가 도래할 것이다. 이
때쯤 되면 자동차에 운전자가 직접 제어하기 위한 조향·변속 장치가 설치
되지 않은 자동차의 비중이 더 커질 것으로 전망된다.
3. 미래사회 변화 전망
세계 3대 시장(북미, 서유럽, 아시아태평양)의 자율주행 자동차 판매는 2020년
8,000대에서 2035년 9,540만대로 연평균 87.0% 성장할 것으로 전망되고 있
다. 또한, 2035년 자동차 판매량의 75%를 자율주행 자동차가 차지할 것으
로 예상된다.출처61
이렇게 되면 자동차가 단순한 이동수단에서 이동하는 사무공간, 생활공
간으로서 개념이 확대될 것이다. 또한, 고령 운전자의 증가와 안전한 자동
차에 대한 수요가 확산되면서 차량의 결함, 사고 예방 및 회피, 충돌 등 다양
144 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
한 위험상황으로부터 운전자 및 탑승자를 보호하여 교통사고와 피해를 최
소화할 수 있게 될 것으로 보인다.
산업적으로는 자동차 산업이 소재, 파워트레인,139) 차체, 엔진 등을 제조
하는 부품업체 중심에서 센서, ECU,140) 액추에이터 등을 제조하는 전장부
품 업체, 소프트웨어 업체, 기타 산업 등으로 확장되면서, 시장 주도권 확보
경쟁이 더욱 치열해질 것으로 전망된다. 특히 단순 이동 수단에서 외부와의
연결을 통해 다양한 ICT서비스가 제공되는 복합 서비스 공간으로 변화되면
서, 자율주행 자동차를 중심으로 한 새로운 서비스 산업 생태계도 탄생 가
능할 것으로 예상된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
자율주행 자동차가 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까?
전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 제
도 개선(24.8%), 인력 양성(22.5%), 인프라 구축(22.4%) 등의 순으로 나타났다.
우선 제도적으로는 자율주행 자동차의 윤리적 딜레마141)에 대한 사회적
합의는 물론이고 안전성 확보를 위한 성능 및 안전기준 정비, 교통사고 자
동차보험 보상 추진, 리콜·검사제도 마련 등이 필요할 것이다. 자동운전
중에 사고가 날 경우에는 자율주행 자동차 운행으로 인한 교통사고 감소
139) 자동차에서 클러치, 토크 컨버터, 트랜스미션 등 동력을 전달하는 일련의 기구를 이르는 말. 동력 전달계라고도
한다.
140) Electronic Control Unit 자동차의 엔진, 자동변속기, ABS 따위를 제어하는 전자 장치이다.
141) 예를 들어, 자율주행 자동차가 교통사고를 피할 수 없는 상황에 직면했을 때, 차량의 운전자를 보호하는 것과
보행자를 보호하는 것 중 하나를 선택해야 될 경우 어떤 식으로 프로그래밍을 할지에 대한 논란이 있다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 145
등의 사회적 편익 등을 감안해 ‘제조물책임법’ 개정 시 반영할 필요가 있
다. 이때 글로벌 표준에 적극 참여하여 국내에서 선제적으로 입법화하도
록 해야 한다.
인력 면에서는 ICT 업계 인력이 자동차 시장에 진입할 수 있는 기회를
창출하고, 대학 등을 중심으로 다양한 연구개발 참여기회를 제공하면서
관련학과 개설 등의 노력을 병행해야 할 것이다. 특히 개발자의 직군을 하
드웨어(HW)·소프트웨어(SW)로 분리하지 않고 다양한 직무를 경험토록 하
며, 학교에서도 다양한 관점에서 전자·전산·네트워크 등이 통합된 프로
젝트로 경험할 수 있도록 포트폴리오식 교육진행을 해야 한다. 자동차-ICT
융합형 인력 양성과 중소부품업체의 고급 인력 확보를 위한 지원방안도
마련되어야 한다.
다양한 도로 환경에서 자율주행 자동차의 성능을 평가하여 문제점을 개
선하기 위해서는 고속도로와 도심로의 실제 상황을 구현할 수 있는 실험
인프라와 환경 구축이 필요하다. 또한, 정밀도로지도, 정밀GPS, 차세대 지
능형교통시스템,142) 해킹 방지를 위한 안전장치, 데이터베이스 구축 등의
인프라 확충이 요구된다.
기술 개발도 속도를 내야 한다. 자율주행 자동차와 주변 이동체와의 통
신서비스 신뢰성을 보장하고, 프라이버시를 보호하는 차량보안을 위해 대
용량 초고속 차량 통신 시스템 및 보안 기술의 개발이 필요하다. 이미지 처
리 속도, 센싱, 기계학습 알고리즘에 대한 기술발전도 선행되어야 한다. 또
한, 다양한 주행상황에서 시스템이 능동적·안정적·효율적으로 운용되
142) 교통 혼잡을 효율적으로 조정하고 안정성을 획기적으로 증진시키기 위하여 도로, 차량, 신호시스템 등 기존
교통체계의 구성 요소에 전자ㆍ제어ㆍ통신 등 첨단기술을 접속시켜 구성요소들이 상호 유기적으로 작용토록 하는
차세대 교통체계 및 시스템으로, ITS(Intelligent Transportation System)라고 불린다.
146 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
는 고도의 자율주행 인공지능 핵심 기술과 자율주행 자동차 도로 관제시
스템 기술 개발도 조속히 이루어져야 한다.
이와 함께, 자율주행 자동차 산업 육성을 위한 범정부 콘트롤타워를 구
성하고, 국가적인 차원의 기술 개발 지원, 범부처 차원의 법·제도 정비,
인프라 확충, 실용화 지원을 통해 산학연 협력 증진을 유도해야 한다. 아울
러 독자적인 원천기술 확보에 대한 제한이나 어려움을 극복하기 위해서는
외국 선진기술의 도입이나 외국기관과의 협력이 중요하다. 산학연은 연구
방법 및 목적을 상호 보완적이고 협력적인 방향으로 추진해야 한다. 다만
대기업 위주의 수직계열화 보다는 중소기업 중심의 수평계열화 형태로 협
력을 추진할 필요가 있다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 147
나노구조물질
(Nanostructured mat’ls)
탄소
Materials (Carbon)
실리콘
(Silicon)
저마늄 & Ⅲ-V족 화합물
(Ge & Ⅲ-V mat’ls)
강상관 물질
(Strongly correlated mat’ls)
기존 기술
새로운 기술
제14절
포스트 실리콘 반도체
반도체 기술 로드맵에서 제시한 포스트 실리콘 반도체의 후보물질143)
포스트 실리콘 반도체는 기존 실리콘 반도체의 속도, 크기 및 전력소모 등의
물리적 한계를 뛰어넘어, 저전력 특성이 우월하면서도 초고속 동작이 가능한
새로운 형태의 소재 및 소자를 이용한 반도체 기술이다.
143) 강상관 물질은 전하 간 반발력으로 인하여 발생하는 고체 내부 전자들 간의 상호작용이 강한 물질로,
고온초전도체, 유기전도체 등이 여기에 속한다. 출처: Semiconductor Industry Association(2015), “International
Technology Roadmap for Semiconductor 2.0 2015 Edition” 참조하여 재구성
148 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
현재 실리콘 기반의 반도체는 지속적으로 회로 선폭 축소에 따른 성능
향상을 이뤄내고 있으며, 최근 삼성전자에서 세계 최초로 10nm(nano meter, 나
노미터) 공정의 시스템 반도체 양산에 돌입한다고 밝혔다.출처62 또한 삼성, 인
텔, TSMC144) 등 일부 선도업체에서 7nm 공정을 개발 중이다. 하지만 물리
적 한계 때문에 더 이상 선폭을 줄이기 힘든 상황까지 왔으며, 5nm 공정까
지 개발될 가능성은 있지만 기술적으로 난이도가 매우 높고, 가격 경쟁력
측면에서도 난관이 예상된다. 이에 따라 더 이상 선폭을 줄이는 방식으로
의 성능 향상이 불가능한 시기가 수년 내로 도래하게 될 것으로 보인다.
포스트 실리콘 반도체는 기존 실리콘 반도체의 물리적 한계를 뛰어넘는
새로운 형태의 반도체를 의미하며, 아직까지는 새로운 포스트 실리콘 후보
물질을 발굴하기 위한 초기단계의 연구가 진행 중이다. 따라서 최초 개발
및 상용화 사례를 하나만 꼽는 것은 시기적으로 적절치 못하다. 향후 양산
까지 성공한 사례가 나오게 되면 그때 언급할 수 있을 것으로 보인다.
기술 개발 동향
현재 전 세계적으로 III-V족 화합물 반도체,145) 그래핀146) 등 다양한 저차
원 물질에 대한 연구를 통해 포스트 실리콘 반도체를 개발하는 연구가 활
144) Taiwan Semiconductor Manufacturing Company의 약자로 대만의 대표적인 반도체 회사의 이름이다.
145) 실리콘, 저마늄 등 한 가지 원소로 이루어진 단원자 반도체와 달리 Ⅲ족 Ⅴ족 원소를 결합하여 만든 화합물로
갈륨비소, 갈륨질소, 인듐인 반도체 등이 이에 속한다. 기존 실리콘 반도체보다 전자를 전달하는 속도가 훨씬
빠르고, 열 손실은 10분의 1로 줄기 때문에 훨씬 뛰어난 성능을 낼 수 있다.
146) 연필심에 사용되는 흑연의 얇은 층(0.2nm)으로 물리적, 화학적 안정성이 매우 높다. 구리보다 100배 이상 전기가
잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100배 이상 전자의 이동성이 빠르다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 149
발히 진행 중이다. 특히 새로운 후보물질 발굴과 이에 대한 원리적 접근부
터 이를 이용한 새로운 활용에 이르기까지 폭넓은 연구가 추진되고 있다.
다만 아직 초기단계이기 때문에 산업계에서의 적극적인 대체 노력은 드러
나고 있지 않다.
국내에서 포스트 실리콘 물질로 활발히 개발되는 분야로 나노선147)과 그
래핀을 꼽을 수 있다. 연세대, 서울대, 포항공대, 한국과학기술원(KAIST) 등에
서는 나노선의 합성과 특성평가를 중심으로 새로운 소자에 대한 연구가 진
행되고 있다.
2012년에 삼성전자에서 ‘사이언스’(Science) 온라인 판에 그래핀을 이용한
새로운 반도체 구조 개발을 발표한 이후 2016년 UNIST, 포항공대에서는
그래핀의 단점을 보완한 이차원 반도체 소재의 합성 기술을 개발하였다.
초소형 나노선으로 만든 프로세서 출처63 그래핀 출처64
147) 단면의 지름이 수 나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터)인 극미세선으로 레이저나 트랜지스터, 메모리,
화학감지용 센서기(감지기) 등 다양한 분야에 쓰인다.
150 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 포스트 실리콘 반도체의 기술확산점 도달 시기를
델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2024년에, 국내 기준으로는
2026년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점
도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 주요 반도체 제조 기업에서 포
스트 실리콘 반도체를 초기 양산 시제품으로 생산하는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 한국 일본 중국 EU 없음 기타
60.8
25.4
7.7 4.6 0.8 0.8 0.0
성능 면에서는 포스트 실리콘 반도체가 기존 실리콘 반도체보다 월등히
우수하겠지만, 초기에는 가격경쟁력 측면에서 불리하므로 모든 영역이 대
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 151
체되지는 않을 것이다. 기술이 발전하면 웨어러블 디바이스, IoT 및 환경센
서 등 저전력이 필요한 특정분야에서 요구되는 기능을 수행할 수 있는 반도
체에 우선 적용될 것으로 보인다.
주요 반도체 기업에서 일부 메모리 및 로직공정에 적용하여 초기 양산
물량이 제공될 때 현재의 실리콘 반도체를 대체하기 시작될 것이므로 이를
기준으로 기술확산점을 설정하였다. 10nm 이하의 공정까지 내려가 개발되
고 있는 기존의 실리콘 기반 반도체의 성능을 뛰어넘는 포스트 실리콘 반도
체가 양산되기 시작한다면 그것만으로도 큰 의미가 있다고 본 것이다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
포스트 실리콘 반도체는 기술확산점 도달 이후 IoT 디바이스 적용, 양산
가격 현실화, 컴퓨터 적용 확산의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
기술확산점에 이르면 주요 반도체 제조기업에서 초기 양산용 시제품 생
산을 통해 시장성 확보 여부를 적극 검토하여, 일부 포스트 실리콘 반도체
의 응용제품을 시장에 도입하게 될 것이다.
기술이 더욱 발달하면 웨어러블 디바이스 등 특정분야의 IoT 디바이스
개발에 적용하여 기존보다 낮은 전력소모 및 소형화를 통해 접근하기 쉬운
응용디바이스가 출현하면서 산업 전반으로 점차 확산될 것으로 보인다.
점차 포스트 실리콘 반도체의 양산가격이 현실화되면 메모리 및 로직 응
용 분야로의 적용이 확대되고, 포스트 실리콘 반도체의 가격경쟁력 확보가
가능하게 될 것으로 예상된다.
기술이 고도화되면 포스트 실리콘 반도체 적용 컴퓨터의 대중화로 기존
실리콘 반도체 기반 컴퓨터를 대체하게 되고, 포스트 실리콘 반도체 기반
개인용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트카 등이 보편화된 시대가 도래할 것이다.
152 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
3. 미래사회 변화 전망
미국의 시장조사기관 IDC(2015)에 따르면, 세계 반도체 시장은 2019년
3,894억 달러에 달할 것으로 전망되고 있으며 신개념 반도체 소자는 주로
메모리 반도체, 광전자(Optoelectronics)
148) 등 개별소자를 중심으로 우선 적용될
것으로 예상된다. 또한, IoT 디바이스 및 슈퍼컴퓨터 등의 제품에도 적용될
것이다. 포스트 실리콘 반도체 시장은 서보모터,(Servo Motor)
149) 데이터센서용
UPS,150) 차량용 전력반도체 제품 등을 중심으로 형성되기 시작하여, 저전
력, 고성능의 다양한 포스트 실리콘 반도체 안정화를 통해 고성능 컴퓨팅
제품군으로 점차 확대되어 나갈 것으로 전망된다.
포스트 실리콘 반도체는 기존 실리콘 반도체보다 전력 구동 능력이 나
은 전력반도체, 고주파에 적합한 RF용 반도체151)일 뿐만 아니라 저전력이
면서 100배 이상 빠른 연산능력을 갖춘 반도체다. 따라서 포스트 실리콘 반
도체를 통해 저전력, 고성능, 웨어러블 등의 특성 확보로 IoT 시대를 앞당
길 수 있는 다양한 임베디드 시스템이 구현될 것으로 전망된다. 또한 ICT기
기 및 고성능 컴퓨터에 적용하여 기존 사업 분야에서 새로운 산업과 시장
을 도출하기 위해 경쟁적으로 채택할 것으로 예상된다. 특히 게임, 무인 수
송, 제약, 보안, 헬스케어, 로봇, 우주항공 분야 등 다양한 산업에서 새로운
148) optics(광학)와 electronics(전자공학)의 합성어로서 빛과 전자에 의한 여러 가지 기능을 갖는 기능 소자를 중심으로
한 공학이다.
149) 모터의 회전수는 모터에 걸려있는 부하의 양(모터에 일을 시키는 정도)에 따라서 속도가 줄어들거나 빨라지게
되는데, 부하의 양에 상관없이 원하는 속도로 일정하게 유지하게끔 제어하는 제어장치가 달려있는 모터를
서보모터(Servo Motor)라고 한다.
150) Uninterruptible Power Supply의 약자로 무정전전원공급장치라고도 하며, 일반 전원 또는 예비 전원 등을 사용할
때 전압 변동, 주파수 변동, 순간 정전, 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고 항상 안정된 전원을 공급하여
주는 장치이다.
151) 통상 GHz대 이상의 고주파수 대역 신호를 고속처리할 수 있는 고주파 시스템에 사용되며, 전력 소모가 적고
빠른 속도의 구현이 유리한 2종류 이상의 원소가 결합된 화합물 반도체가 주로 사용된다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 153
서비스를 창출해 낼 수 있는 파급효과가 매우 클 것으로 보인다.
특히 우리나라는 실리콘 반도체 산업에서 두각을 나타내고 있어 포스트
실리콘 반도체 산업에서 장비, 화학소재 등 기초기술부터 전자기기 등 응
용기술에 이르기까지 원천기술의 확보가 가능할 것으로 예상된다. 또한 디
스플레이, 에너지 산업까지 포스트 실리콘 반도체 산업의 성과가 확산될
것으로 전망된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
포스트 실리콘 반도체가 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할
까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는
인력 양성(30.9%), 기술 개발(29.0%), 인프라 구축(23.8%) 등의 순으로 나타났다.
반도체 산업이 국가 경제에서 차지하는 비중에 비해 학계에서의 교원
확충 규모나 전공자 배출 규모는 매우 부족한 실정이다.출처65 후발주자인 중
국과 비교하였을 때에도 큰 폭의 차이를 보이고 있어 인력 양성 측면에서
교원 확충 등 투자가 시급하다.
특히 포스트 실리콘 반도체 관련 연구는 현재 태동 단계로, 산업계에서
연구를 주도하기보다 학계 및 정부출연연구소 주도의 연구가 적합하며 이
를 위한 관련 분야 연구 인력 양성이 필수적이다. 주요 공과대학을 대상으
로 고용 연계형 연구개발 및 인력 양성 프로그램의 지속적인 확대를 통해
석·박사급의 우수 인력을 적극 육성해야 한다.
반도체 소재 기술·소자 모델링 기술·소자 제작을 위한 공정개발과
신뢰성 검증을 위한 검증기술 개발도 필요하다. 각 재료에 맞는 전구체
154 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
(Precursor)
152) 개발부터 반도체 제작·측정 장비 등에 필요한 재료, 전기전자,
물리, 화학, 모델링 등 관련 기술을 개발하여야 한다.
반도체 분야의 연구는 재료 수준을 넘어서 실제 소자를 제작·평가하
는 수준의 연구가 필요하지만 개별 연구실에서 이러한 인프라를 갖추기에
는 많은 어려움이 있다. 이를 위해 서울대 반도체공동연구소나 나노종합기
술원 등의 공동 활용 가능한 시설이 일부 있으나 반도체 연구 저변을 넓히
기에는 부족한 것이 사실이다. 또한 보유 장비의 노후화로 실제 산업계에
서 제작 중인 소자와 큰 격차가 존재한다. 따라서 새로운 포스트 실리콘 후
보물질에 대한 반도체 소재·소자·공정·설계 연구개발을 위한 산학연
R&D 클러스터의 조성과 함께 반도체의 신뢰성 검증을 위한 지원센터를 설
립하여 중소 장비·소재 업체 전용의 전 공정 연구개발을 위한 시험시설을
구축할 필요가 있다.
포스트 실리콘 반도체 기술의 확보 및 확산을 위해서는 학제 간 융합, 산
학연 간의 협력, 그리고 국내외 연구진 사이의 활발한 교류 또한 반드시 이
루어져야 한다. 벨기에의 반도체 연구소 IMEC, 미국의 글로벌 반도체 기술
컨소시엄인 세마테크(Sematech), EU의 그래핀 플래그십(Graphene Flagship) 등과 같
은 해외 사례를 벤치마킹하여 공동장비 사용 등의 인프라 구축에 그치지
않고, 다양한 배경을 가진 반도체 연구 인력이 서로 교류할 수 있는 장을 마
련할 필요가 있다.
제도적인 면에 있어서는 학계와 산업계 사이의 기술적 공백을 메워줄
가교가 될 수 있는 스타트업(Start-up) 기업에 대하여 차세대 반도체 산업에 특
화된 지원책을 마련하여 참여를 유도해야 한다.
152) 어떤 물질이나 반응에서 특정 물질이 되기 전 단계의 물질을 말하며, 반도체 전구체는 반도체 공정에서 사용하는
박막증착용 화합물을 의미한다.
제1절
멀티콥터 드론
시험 배송 중인 아마존 사의 멀티콥터 드론 출처9
제33장 혁신기술별 기술확산점 분석 || 155
제15절
인지컴퓨팅
미국의 퀴즈프로그램 제퍼디쇼에서 우승한 왓슨 출처66
인지컴퓨팅은 사람의 인지능력을 모사하여 외부입력에 대한 추론, 학습, 대응
등을 수행하는 컴퓨팅 기술이다.
156 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
인지컴퓨팅은 2011년 IBM의 왓슨(Watson)이 언어를 실시간으로 분석하고
정답을 도출하여 미국의 퀴즈프로그램인 제퍼디(Jeopardy) 쇼에서 우승함으로
써 대중에게 처음 인식되었다. 한편 같은 해 11월부터 애플의 시리(Siri)가 인지
컴퓨팅의 초기적인 서비스를 제공하기 시작한 것이 첫 상용화라 할 수 있다.
이후 2012년 이미지넷 이미지 인식 대회(ImageNet Large Scale Visual Recognition
Competition, ILSVRC)에서 캐나다 토론토대의 제프리 힌튼(Geoffrey Hinton) 교수팀은
알렉스넷(AlexNet) 구조를 이용한 심층 신경망(Convolutional Neural Networks)
153)을 사
용하여 기존 수준을 크게 뛰어넘는 성능으로 우승하였다.
애플 아이폰에 내장된 시리 출처67 아마존의 스마트 스피커 에코 출처68
153) 최근 부각되고 있는 딥러닝(Deep Learning) 알고리즘의 일종이다. 딥러닝이란 다층구조 형태의 신경망을 기반으로
하는 머신 러닝의 한 분야로, 다량의 데이터로부터 높은 수준의 추상화 모델을 구축하고자 하는 기법이다. 2016년
알파고(AlphaGo)와 이세돌의 바둑 대결로 딥러닝 기반 인공지능 알고리즘이 더욱 유명세를 얻게 되었다. 알파고는
슈퍼컴퓨터를 이용해 계산을 최적화하기 위한 알고리즘으로 딥러닝을 도입하였으며, 계산 능력이 최적화된
초기적인 형태의 약한 인공지능이라고 할 수 있다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 157
2012년 구글의 나우(Now), 2014년 마이크로소프트의 코타나(Cortana)는 자
연어 요청 내용을 인지하여 응답하는 등 관련 기술이 다양화되었음을 보
여주었다.
2014년에 발매된 아마존의 스마트 스피커 에코(Echo)에 내장된 인공지능
비서 알렉사(Alexa)는 자연어 요청에 대한 응답으로 음악을 재생하거나 날
씨 정보와 교통 정보를 제공하고 스마트 기기를 실행하는 등의 기능을 수
행할 수 있다.
기술 개발 동향
세계적으로는 구글, 페이스북과 같은 초대형 ICT 회사가 학계와 긴밀한
관계를 유지하며 업계 선두를 유지하고 있다. 학계에서 나오는 순수기술
이 곧바로 산업화에 이용되는 분야적 특성이 있어 관련 학술학회를 중심
으로 첨단기술이 소개되는 경향이 있다. 현재는 딥러닝을 이용한 인공지
능의 응용범위를 넓히는 노력이 대세이다.
국내에서는 ICT 관련업체가 제품에 인지컴퓨팅의 요소를 포함하여 수
익을 확대하고 있다. 하지만 근본적인 기계학습 기술에 관심을 보이기보
다는 기술을 활용하는 아이디어와 딥러닝 사용법에 대한 관심도가 높다.
삼성전자는 2012년 삼성 갤럭시S3 이후 모델에 S보이스를 적용하였고,
2017년에 출시될 예정인 갤럭시S8에 앱을 실행하지 않고 말로써 지시하
는 인공지능 비서 서비스를 제공할 예정이다.
SK텔레콤에서는 음성인식 기반 인공지능 서비스 누구(Nugu)를, KT에서
는 TV 제어가 가능한 음성 및 영상인식 기반 인공지능 서비스 기가지니
(GIGA Genie)를 각각 출시하였다.
158 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 인지컴퓨팅의 기술확산점 도달 시기를 델파이 조
사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2024년에, 국내 기준으로는 2027년에
해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시기
예측을 위한 기술확산점의 정의는 인지컴퓨팅을 기반으로 사람을 이해하
고 언어로 소통하는 맞춤형 개인비서 인공지능 서비스를 활용하는 인구의
비중이 스마트폰 사용 인구 중 16%에 도달하는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 EU 일본 한국 중국 기타 없음
81.5
7.7 7.7
1.5 1.5 0.0 0.0
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 159
인지컴퓨팅 기반의 개인비서 AI는 인지의 핵심인 학습 기능, 지식 자가
증식 등을 구현하려면 높은 기술적 완성도가 필요하지만, 학습보조, 정보제
공 등에서 구매자에게 높은 효용을 안겨줄 것으로 예측된다.
일반가정에서 구매할 만한 가격경쟁력을 확보한다면 모든 가구에서 개
인비서 AI를 활용하게 될 것으로 보인다. 이에 따라 가구 내 보급률이 16%
에 도달하는 시점을 기술확산점으로 설정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
인지컴퓨팅은 기술확산점 도달 이후 전문가 보조, 의사결정 참여, 부분
적 강인공지능의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
인지컴퓨팅을 위한 기계학습,154) 인공지능, 검색 기술이 믿을만한 수준에
이르는 기술확산점에는 인지컴퓨팅을 이용한 개인비서에 대한 개념이 확
산되고 일반화될 것으로 보인다.
다음으로는 의사, 변호사 등의 전문적 지식이 요구되는 곳에 인지컴퓨팅
이 의사결정을 보조하는 단계로 나아가게 될 전망이다. 전문가가 의사 결정
한 사례들을 학습 알고리즘에 적합한 형태로 대규모 데이터베이스에 구축
하여, AI 알고리즘155)이 자신의 판단 결과를 전문가의 판단과 실시간 비교하
여 학습 내용을 업데이트하거나 의사결정의 오류 가능성을 제시하는 단계
이다.
다음으로는 중요한 정치적, 경제적 결정에 인지컴퓨팅 의사결정 기술의
참여가 일반화되는 단계가 온다. 이 단계에서는 예측 성능 한 가지에 집중
하는 단순 기계학습 알고리즘을 넘어, 복잡한 현실 세계에서와 같이 다양한
154) 컴퓨터가 방대한 양의 정보를 학습하고, 그 정보를 효율적으로 사용할 수 있는 능력과 결부시키는 기술을 말한다.
155) 딥러닝의 형태가 아닌 실시간 학습 내용의 업데이트를 위한 차세대 온라인 알고리즘의 형태다.
160 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
가치를 추구하는 의사 결정을 지원하도록 알고리즘156)이 개발된다.
궁극적으로는 인지과학에서 정의되는 인간 인지 기능의 대부분이 구현
되고, 인간이 관심을 가지는 다양한 토픽에 대해 의사소통이 가능해지는 단
계가 올 것으로 전망된다.
3. 미래사회 변화 전망
ICT 시장 분석 및 컨설팅 기관인 IDC 리서치에 따르면, 세계 인지컴퓨팅
시장은 오는 2019년까지 평균 55%의 성장률을 보이며 313억 달러까지 급
성장할 것으로 전망된다.
인지컴퓨팅이 확산된 사회에서는 필요한 정보가 일상생활과 자연스럽
게 조화되고, 개인이 얻을 수 있는 정보의 양이 크게 증가할 것이다. 개개인
이 인지컴퓨팅의 도움으로 이를 분석할 수 있는 능력을 갖추게 되어 법률·
의료 등 전문서비스 분야에서도 변화를 가져올 것이다. 하지만 인지컴퓨팅
사용 가격이 높으면 빈부에 따라 정보격차가 심화될 수도 있다.
또한, 인지컴퓨팅은 데이터를 얻을 수 있는 거의 전 산업분야에 적용될
수 있어 4차 산업혁명의 핵심기술 중 하나로 손꼽힌다. 예를 들면, 에너지
의 수요 변화를 예측해 효율적으로 전력을 운용할 수 있게 되고, 새로운 소
재를 개발할 때도 어떤 분자의 조합이 낮은 에너지를 가지는지 학습을 통해
예측할 수 있어 개발 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.
156) 복잡한 현실 세계에서의 상충되는 가치의 존재를 고려(speed-accuracy trade-off 등)한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 161
4. 기술확산 실현을 위한 과제
인지컴퓨팅이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전문가
델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인력 양성
(41.2%), 기술 개발(30.9%), 협력 활성화(13.3%) 등의 순으로 나타났다.
인지컴퓨팅은 과거 50여 년간 몇 번의 주목을 받다가 실패한 분야이기
때문에 최근 10여 년간 투자 부족으로 전공 인력이 턱없이 부족한 상황이
다. 시각, 청각, 언어 관련 인지 능력과 인공지능 기술을 종합적으로 연구할
수 있는 인력이 필요하며, 통계, 데이터 마이닝,157) 빅데이터 등 소프트웨어
인력풀 또한 확보해야 한다. 인지컴퓨팅 기반 제품 및 서비스 개발을 위한
전문 인력 양성교육도 시급하다. 또한 초중등학교의 소프트웨어 교과과정
에 인지컴퓨팅에 대한 교육을 포함하여 다가오는 미래사회에 대비할 수 있
는 역량을 키워주고 미래인재로 성장할 수 있는 기회를 제공해야 한다.
기술의 발달을 위해서는 최적화, 확률추론, 정보이론 등의 기계학습 관
련 알고리즘을 개발하는 것이 가장 중요하지만, 이는 기술과 매우 밀접하게
발전하는 분야이기 때문에 동반 개발이 반드시 요구된다. 현재 원천성 기술
을 거의 해외의 오픈소스를 기반으로 개발하고 있는 열악한 실정이므로 기
술 수준을 높이기 위한 기술 개발 또한 필수적이다. 비록 핵심기술은 늦었
지만, 인지컴퓨팅 기술을 응용할 수 있는 다양한 분야에서 선도적 연구개발
프로젝트를 추진한다면 초기 기술 및 시장 경쟁력 확보의 토대가 될 것이
다. 자율주행차의 개발과 맞물려 기술을 개발하는 것이 한 예가 될 수 있다.
인식 기술, 정보 전략, 컴퓨팅 등의 분야에서 시너지를 내기 위한 협력 연
157) 대량의 데이터 속에서 유용한 정보를 발견하는 과정을 말한다.
162 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
구도 필요하다. 인공지능은 안정성과 위험성 등에서 부정적 영향이 예상되
기 때문에 분야별 충분한 연구검토가 필요하며, 윤리적·사회적 이슈에 대
한 토론을 함께 진행할 필요가 있다. 다양한 분야의 기술이 융합되는 분야
이고 최종 산출물이 사용자와 상호소통을 해야 하는 분야인 만큼, 학제 간
혹은 산업 분야 간 교류와 협력도 중요하다. 또한 자동차·통신 등의 분야
에서 빅데이터를 소유한 기업들과 연구 기술을 가진 학계의 시너지 효과를
위한 협력이 요구된다.
인지컴퓨팅 기술은 고도의 컴퓨팅 성능을 요구하기 때문에 많은 연구자
가 활용할 수 있는 인프라를 정부 차원에서 준비할 필요가 있다. 인지기술,
센서 기술 등의 융합으로 이뤄지는 만큼 융합연구가 가능한 연구 인프라 형
성 또한 절실하다. 최근 인공지능(AI)의 발전, 특히 자연어 처리 분야에서는
공개된 대용량 데이터의 역할이 컸다. 따라서 여러 종류의 자연어 처리 기
술의 개발을 위한 공개 데이터를 정부 주도로 확보해 나아갈 필요가 있다.
인지컴퓨팅은 의료 분야뿐만 아니라 다양한 분야에서 활용이 가능하고
대용량 데이터의 활용이 필수적인 기술이므로, 제도적으로 기술의 발전을
막는 규제들(예: 의료법, 개인정보보호법 등)을 정보의 활용 측면에서 완화할 필요가
있다. 인지컴퓨팅 기술이 발전되면 기존에 사람이 행하던 직무를 기계가 대
신하게 되므로, 기술 개발 및 도입 과정에서 기존의 규제(예: 자격 제도 등)와 충
돌할 수 있는 부분에서 실험적 시도가 가능하도록 제도를 보완해야 하며,
사회적 합의를 위한 공론화의 장을 활성화해야 한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 163
대규모 CO2 배출원
(발전소, 제철소 등)
CO2 전처리
(불순물처리, 압축 등)
CO2 저장
(유가스전, 염대수층)
선박수송
파이프라인수송
CO2 주입플랜트
포집
Capture
수송
Transport
주입
Injection
저장
Storage
제16절
CO2 포집·저장(CCS)
CO2 포집·저장 기술의 정의 출처69
CO2 포집·저장(CCS, Carbon Capture and Storage)은 화석연료를 사용하는 발전소,
시멘트 및 석유화학 공장의 배출가스에서 이산화탄소를 선택적으로 포집 및
압축, 수송한 후 땅속 및 해양지층에 저장하여 대기로부터 격리하는 일련의
기술이다.
CO₂
CO₂
CO₂
164 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
1960년대부터 화학제품이나 비료의 원료, 식용으로 활용하기 위하여 흡
수법에 의한 습식포집기술158)로 고순도 CO2를 제조하였으며, 저장 기술도
천연가스 정제 중 포집된 CO2를 석유증산에 활용하며 등장하였다.
CO2 포집·저장이 최초로 상용화된 것은 1991년 탄소세부가정책이 시행
된 노르웨이다. 노르웨이는 1996년 세계 최초로 CO2를 연 100만 톤급씩 연안
대염수 층에 저장하는 상용급 슬라이프너(Sleipner) 프로젝트를 시작하였다.
노르웨이의 슬라이프너 프로젝트 출처70 사스크파워 사의 CCS 프로젝트 출처71
이후 천연가스 생산, 수소 정제, 비료 공정에서 포집하여 저장하는 대부
분의 CO2가 원유 회수 증진159)에 사용되고 있다. 발전부문에서는 2015년 캐
나다의 사스크파워(SaskPower) 사의 100만 톤급 CO2 포집·저장 프로젝트가
158) CO2 포집기술은 아민계열 혹은 암모니아 계열 흡수제를 활용한 습식흡수법, 기존의 흡수용액 대신 고체흡수제를
활용한 건식흡수법 및 분리막(멤브레인)을 활용한 막분리법 등으로 나누어지는데, 아민흡수제를 이용한 흡수법이
상업적으로 가장 오랫동안 활용되었다.
159) EOR; Enhanced Oil Recovery. 땅속에 CO2를 주입하여 갇혀있던 원유나 가스를 추가적으로 생산하는 방법으로,
CO2는 대기로 배출되지 않고 폐광 속에 영원히 남게 된다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 165
CCS로 틀을 갖추어 운전 중인 가장 큰 규모의 프로젝트로 간주된다. 미국에
서는 140만 톤 급 CCS 프로젝트인 페트로노바(Petro Nova)가 2017년 초에 운전
을 시작할 예정이다.
기술 개발 동향
포집 기술에 있어서는 현재의 CO2 1톤당 100달러 이상인 CCS 비용을 저
감하기 위한 다양한 노력들이 진행되고 있다. 특히 미국 에너지부(DOE)는
2030년까지 포집비용을 CO2 1톤당 30달러 이하로 낮추는 것을 목표로 차
세대 기술 개발을 주도하고 있다.
국내에서는 포집 기술에 관련하여 습식아민을 이용한 10메가와트(MW)
포집플랜트 운영, 건식흡수제를 이용한 10메가와트 포집플랜트 최적화, 멤
브레인 기술 등 포집비용을 대폭 낮추기 위한 차세대 혁신기술을 현재 개
발 중이다.
저장기술과 관련해서는 우리나라 육상과 해양지중의 포집 용량을 파악
하는 대규모 CO2 저장소 지도(아틀라스)를 마련하고, 영일만에 10만 톤급 저장
파일럿 플랜트를 준비 중이다. 활용 기술로는 CO2를 활용한 미세조류, 포름
산 제조, 고부가가치 화합물 전환, 연료 전환 등의 기술을 개발하고 있다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
CO2 포집·저장(CCS) 기술의 기술확산점 도달 시기를 전문가들을 대상으
로 델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2024년에, 국내 기준으
166 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
로는 2028년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확
산점 도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 화력발전의 1%에 CCS가
적용되는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 EU 일본 한국 기타 중국 없음
55.0
27.3
9.0
3.3 2.7 2.3 0.3
CO2 저장에 대한 초기 인프라 구축 비용이 많이 들기 때문에 CCS는 화
력발전의 1%에 적용될 때까지가 투자비가 가장 많이 소요되며, 기술적으
로도 안정성 등이 검증되는 시점이라고 볼 수 있다.160) 다만 초기 시장에선
경제성을 맞추기 어렵기 때문에 인센티브 제도 및 탄소세 부과 등 정책적
160) 에너지기술확산 제1법칙에서는 하나의 에너지기술이 의미를 갖기 위해서는 그 기술이 전 세계 에너지의 1%를
차지하는 시점으로 정의하고 있다. (참고자료: G.J. Kramer et. al. Nature, 2009, 462, 568-569)
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 167
인 유인에 의해 적용이 시범화될 것으로 보인다.
2015년 전 세계 석탄 화력발전 설치용량은 약 2,000기가와트 일렉트릭
(GWe)
161)이므로 그중 1%인 20기가와트 일렉트릭에 해당하는 발전소에 CCS
가 설치되는 시점이 기술확산점이 되고, 이는 1억 2,000만 톤의 CO2 포
집·저장 용량을 의미한다. 2015년 CCS에 의한 전 세계 CO2 포집·저장
량은 2,800만 톤이다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
CO2 포집·저장(CCS)은 기술확산점 도달 이후 저비용 CCS 기술, 환경친
화적 차세대 CCS 기술, 다양한 포집원용 CCS의 단계로 발전해 갈 것으로
전망된다.
전체 화석연료 발전소 및 연소기162)의 1%에 CCS가 보급·설치되는 기
술확산점에서는 CCS 기술의 검증이 완료되어 사회적 확산이 가속화될 것
이다. 이후 기술이 더욱 발전하면 발전 및 산업체에서 CCS 비용이 대폭 저
감되어 CO2 1톤당 처리비용이 30달러에 접근하는 기술이 시장에 적용될
것으로 보인다.
기술의 발달은 CCS의 비용을 개선할 뿐만 아니라 환경친화적이고 안전
한 CCS 차세대 혁신기술을 개발 및 보급시킬 수 있게 할 것이다. 결국 대
기 중, 자동차 등 다양한 포집원에서 CCS 기술이 활용되어 CO2 감축이 가
속화되는 시대가 올 것으로 전망된다.
161) 세계에너지기구(IEA)에서 발표한 에너지기술전망(ETP)에 근거한 수치이다. Gwe는 GigaWatt electric으로
1GWe=1,000MWe=1,000,000 KWe이다.
162) 압축기를 나온 고압공기에 연료를 분사하여 혼합하고, 이것을 연소시켜 가열하는 장치이다.
168 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
3. 미래사회 변화 전망
현재 조업 중인 CCS 플랜트는 15기, 건설 중인 것을 합하면 22기로 전
체 포집용량으로 치면 2,800만 톤에 해당한다. 국제에너지기구(IEA)는 지구
의 온도를 2도 이상 올라가지 않도록 하는 목표를 달성하기 위하여 2025
년까지 CO2 5억 4,000만 톤을 저장하도록 권고하고 있다.출처72 전 세계 CCS
시장은 2016년 14억 3,700만 달러에서 2021년 78억 9,000만 달러로 연평균
40.6% 성장할 것으로 전망된다.출처73
화석연료를 사용하여 전기를 생산하거나 산업체에서 화석연료를 이용
하는 것이 온실가스 배출의 주원인이라는 사회적 인식이 있으며, CO2 배
출을 제한하는 제도적 규제도 커지고 있다. 따라서 앞으로는 화석연료를
반드시 활용해야만 하는 연소를 포함한 분야에서는 CO2 포집·저장 및 자
원화기술(CCUS)
163)를 포함한 일괄 공정으로 운전될 것이다. 이를 통해 천연
가스보다 더 청정한 수준으로, 대기오염 물질들이 전혀 배출되지 않는 공
정을 통해 화석연료를 활용하는 것이 보편화될 것이다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
CO2 포집·저장(CCS) 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해
야 할까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안
으로는 기술 개발(25.4%), 인력 양성(22.4%) 및 인프라 구축(20.1%) 등의 순으로
163) Carbon Capture Utilization and Storage, 기존의 CCS 기술에 더하여 CO2를 광물화하거나 생물·화학적 전환을
거쳐 타 산업의 원료로 활용하거나 친환경 제품을 생산하는 기술이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 169
나타났다.
우선, 아직까지 비싼 포집비용의 절감을 위한 기술 개발이 필요하다. 저
장에 있어서는 안전성 확보를 위한 기술이 요구되며, 특히 수중 해양퇴적
층에 저장하여 장기적으로 관리하는 기술의 개발이 중요하다. CCS가 다른
저탄소 기술들과 경쟁하기 위해서는 가격 경쟁력이 중요하므로, 포집 및
저장의 대형화를 위한 R&D를 통해 가격을 낮추고 신뢰성을 확보하는 것이
필수적이다.
현재는 CCS 분야에 대한 인식이 낮고 관련 전문기술의 확보가 용이하지
않기 때문에 탄소배출감시, 탄소배출권, 탄소세, 탄소저감, 탄소저장 기술
개발 등 관련분야의 전문 인력을 양성하는 것 또한 시급하다. 특히 온실가
스 포집 공정의 근간이 되는 화학공정 분야 전문가가 부족하므로 대학 등
교육기관에서 신규 인력의 양성에 힘써야 한다.
국내에서 CCS 구현을 위한 선결조건으로는 대용량 저장소 인프라 확보
가 필수적이다. 이를 위해 저장용량 밀집 지역에 저장 플랫폼 구축이 요구
된다. CO2 포집·저장을 안전하고 경제적으로 수행할 수 있음을 실증할 수
있는 테스트베드 구축도 중요하다.164) CO2 배출 지역과 저장 플랫폼 사이의
CO2 수송을 위하여 수송 파이프라인 네트워크 또한 구축되어야 한다.
CCS 기술의 시장 진입 및 상용화 촉진을 위해서는 탄소절감 노력에 대
한 인센티브 제시가 중요하다. 대용량의 포집설비 설치 및 대규모 저장소
확보 등을 위해 필요한 초기의 막대한 재원을 조달할 수 있도록 보조금 지
급, 세제 지원 및 요금 감면 등의 제도를 마련하는 것이 필요하다. 만약, 기
후변화로 인한 환경·산업적인 이유로 탄소 절감의 필요성이 매우 커진다
164) 연 7만 톤 급 CCS 플랜트 구축 시 현재 기준으로 400억 원가량의 사업비가 소요된다.
170 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
면, 탄소절감을 의무화할 수 있는 제재 조치 등 규제의 도입도 신중히 검토
할 필요가 있다.
CCS 기술은 포집, 압축, 수송, 저장, 모니터링 등 기술의 융합 성격이 강
하고 대규모이기 때문에 초기 투자에 대한 부담과 리스크가 크다. 이러한
장애 요인을 해결하기 위하여 여러 분야 간의 협력 및 융합과 더불어, 프로
젝트의 국제 공동 수행 등이 필요하다. 특히 국내 저장 대상 지층이 많지 않
아 해외의 저장 대상 지층을 활용해야 할 필요성이 더 클 것이므로, 저장 기
술 부분에서의 국제 네트워크가 중요하다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 171
간
폐
위
대장
암세포
암세포
4 암세포 터져서 사멸
백시니아 바이러스(천연두
예방백신에 쓰는 바이러스)에
‘암세포만 공격하라’는
유전 정보(DNA) 주입
DNA
유전 정보(DNA)
바뀐 바이러스
바이러스
유전 정보가 바뀐
바이러스를 환자
몸 속에 투여
2
유전자
유전자란?
유전물질인 DNA로
이뤄져 있으며, 세포 한 개당
5만~10만개의 유전자가 들어 있음.
DNA
간암 환자의 유전자 치료법
바
3 바이러스가 암세포에
들어가 증식
제17절
유전자 치료
유전자 치료법 개념도 출처74
유전자 치료는 질병을 유발하는 돌연변이 유전자를 정상적인 유전자로 대체
하거나, 기능이 부적절한 변이 유전자를 비활성화하고, 질병을 치료하는 데
도움을 주는 유전자를 이식하는 등 질병의 치료와 예방을 목적으로 하는 유전자
기반의 치료 기술이다.
172 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
1990년대에 미국보건원(NIH)과 펜실베니아 대학의 연구자들이 FDA의 승
인 아래 희귀질환에 대한 유전자 치료를 시도하였으나, 일부 환자에서 부작
용으로 혈액암이 발병했고 사망 사례가 발생하였다. 그러나 끊임없는 노력
끝에 2012년 네덜란드 유니큐어(uniQure) 사의 글리베라(Glybera)가 매우 희귀한
유전 질환인 지단백지질분해효소결핍증(LPLD)
165)의 치료제로써 유럽에서 최
초로 승인을 받았다. 유니큐어는 현재 이탈리아 치에시(Chiesi)와 공동으로 혈
우병과 파킨슨병 유전자 치료제를 개발 중이며, 심혈관 치료를 위해 미국의
다국적 제약회사 브리스톨 마이어스 스큅(Bristol-Myers Squibb, BMS)과 협력하고
있다. 한편 미국 블루버드 바이오(bluebird bio)에서는 유전자 치료, 항암면역치
료, 유전자 가위 기술을 이용한 희귀질환 및 암 치료제, CAR T세포 치료제
166)를 개발 중이다.
한편, 차세대 유전자 치료 기술인 크리스퍼-캐스9(CRISPR-Cas9, 일명 3세대 유전자
가위)
167)이 발표된 후 유전자 가위 기술이 한층 부각되고 있으며, 에디타스 메
디슨(Editas Medicine), 인텔리아 세라퓨틱스(Intellia Therapeutics), CRISPR 세라퓨틱스
(CRISPR Therapeutics), 카리부 바이오사이언스(Caribou Biosciences) 등의 벤처기업이 관
련 기술을 개발하고 있다.
165) Lipo-Protein Lipase Deficiency, 유전자 결핍으로 인해 지질단백 지질분해효소가 감소하여 지방산을 효과적으로
분해하지 못함으로써 지방이 혈관을 막는 희귀질환이다.
166) CAR(Chimeric Antigen Receptor)는 키메릭 항원 수용체를 의미하며, CAR T세포 치료제는 항암 면역요법
중 하나로 환자의 T세포를 체외에서 조작하여 암세포 표면의 특정 단백질 항원을 인식하는 CAR를 면역세포
표면에 생성하도록 만든 뒤 다시 환자에게 주입하여, 일종의 유도탄처럼 암세포만을 정확하게 공격하는
면역세포치료제이다.
167) 이용하고자 하는 특정 염기서열을 인식하여 절단하고 편집하는 기술로, CRISPR는 DNA 내 염기서열 중 하나이고,
Cas9는 유전자를 절단하는 역할의 단백질을 의미한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 173
최초의 유전자 치료제 글리베라 출처75 유전자 가위 기술 개념도 출처76
➊ 유전자가위(효소)
➋ 질병 유발
DNA와 결합
질병 유발하는
DNA염기서열
➌ 질병 유발 DNA 제거
기술 개발 동향
유전성 희귀질환의 치료제가 2012년 최초 시판승인을 받은 이후 세계
적으로 다양한 희귀질환을 대상으로 임상단계의 개발이 진행 중이다. 그
중 대표적인 희귀질환은 안과질환, 혈우병, 선천성 면역질환, 일부 혈액종
양, 신경질환 등이다. 이들 중 일부는 2020년 이전에 시판 승인이 예상되고
있다.
우리나라에서는 넓은 의미에서 유전자를 조작한 바이러스인 신라젠의
간암치료제 펙사벡(Pexa-Vec)
168)이 외국에서 3상 임상시험을 진행 중이다. 코
오롱의 골관절염에 대한 연골세포 치료제 인보사(Invossa)도 유전자를 변화
시킨 측면에서 유전자 치료제로 분류할 수 있고, 국내 승인을 얻기 위해 식
약처에 자료를 제출해 검토 중이다.
168) 유전자 조작 바이러스를 이용하여 암세포를 없애는, 이른바 암 살상 바이러스(oncolytic virus)를 이용한 연구로,
펙사벡(Pexavec)은 우두바이러스 유전자를 조작해 환자의 암세포만을 감염시키고, 환자의 면역체계는 바이러스에
감염된 암세포를 위험물질로 인식해 공격하는 식으로 치료한다.
174 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 유전자 치료의 기술확산점 도달 시기를 델파이 조
사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2024년에, 국내 기준으로는 2028년
에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시
기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 복합질환의 치료를 위한 2가지 이상
의 유전자 치료제가 미국 FDA, 유럽 EMA, 일본 PMDA 등 허가기관으로부
터 의약품 범주의 시판 허가를 얻는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 중국 일본 EU 한국 없음 기타
72.6
8.5 8.5 5.1 4.7 0.4 0.0
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 175
현재 매우 희귀한 돌연변이에 의한 유전병의 치료제로는 이미 시판이 허
가된 제품이 있고 개발도 활발하다. 그러나 보편적인 치료기술로 활용되기
위해서는 유전과 환경 등의 요인이 복합적으로 작용하는 질병169)의 치료제
로 개발되어야 한다. 특히 안전성과 유효성을 확보하여 허가기관의 시판 승
인을 얻는 것이 기술의 상업화와 확산에 필수적이다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
유전자 치료는 기술확산점 도달 이후 유전자전달 운반체 고도화, 유전자
비활성화, RNAi 치료 기술, 유전자 가위 기술로 발전해 갈 것으로 전망된다.
유전자 치료가 사회 전반적으로 광범위하게 사용되면 비교적 흔한 질병
의 안전하고 유효한 치료기술로 승인이 되면서 다양한 질병의 치료제로 개
발이 활성화될 것이다. 기술이 더욱 발전하면 유전자를 원하는 장기로 전달
하는 안전한 벡터가 개발되면서 유전자 치료가 더욱 많은 질병 치료에 활용
될 것으로 보인다. CAR T세포와 탈체(Ex vivo)
170) 유전자 치료기술이 상용화되
면 다양한 암의 치료에 활용될 것으로 기대된다.
기술이 더욱 고도화되면 RNAi171)를 활용한 치료기술의 발달로 암과 바이
러스 질환 등의 치료제로 안전하게 활용될 것으로 보인다. 더 나아가 크리
스퍼-캐스9과 같은 유전자 가위 기술을 활용하여 유전자 교정을 통한 질병
치료가 실용화될 것으로 전망된다.
169) 심혈관계 질환, 당뇨, 골관절염, 고혈압, 암 등
170) 치료 목적으로 장기나 조직을 체외로 꺼내었다가 다시 원위치로 돌려놓는 것을 말한다. 예를 들면, 환자의 몸에서
꺼낸 세포를 인공 배양하여 여기에 정상적인 유전자를 이식한 후 다시 원래 환자의 몸으로 이식시키는 방법이
있다.
171) RNA interference, 세포 내에서 활성화 상태의 유전자와 그렇지 않은 유전자를 구별하는 역할을 한다.
176 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
3. 미래사회 변화 전망
최근 조사에 의하면 2020년에 유전자 치료제 글로벌 시장은 5억 달러에
불과하나 2025년에는 130억 달러로 급격히 성장할 것으로 예상된다.출처77
2025년에는 비교적 흔한 질환인 혈우병이나 심부전 등의 질환의 치료에 유
전자 치료제가 승인될 것으로 예상되기 때문이다.
유전자 치료가 확산되면 사회적으로도 적지 않은 영향을 미칠 것으로 예
상된다. 특별한 치료방법이 없는 심각한 유전 질환의 치료제가 등장하고 매
일 약을 먹지 않아도 되는 일생 1회의 치료가 상용화되면 제약 산업이 재편
되고 환자들의 삶의 질이 크게 향상될 것이기 때문이다.
대신 1회 치료비용이 최고가에 달하여 사회적인 문제로 대두될 가능성
이 있다.(Glybera의 경우 환자 1인 치료비용이 160만 달러에 달함) 2030년 이후 정자나 난자의
유전자를 유전자 가위로 조작하여 태아에게 소위 열성유전자를 제거하고
우성유전자를 도입할 수 있게 된다면 그로 인한 윤리적, 사회적 문제가 다
수 발생할 수 있을 것이다.
산업적 파급효과도 클 것으로 보인다. 유전자 치료제 개발과 관련된 기
초 연구를 통해 동반된 질병의 병태생리적 이해가 가능해져 새로운 치료 수
단이 대거 등장할 것이다.
제약산업은 현재와 다른 형태로 재편되어 유전자 치료제 관련 기술을 고
도로 갖춘 소규모의 제약사가 주류를 이룰 것이다. 의료기관도 유전자 치료
기술을 개발하여 시술의 형태로 제공하는 개인맞춤 정밀의학을 구현하는
연구중심의 의료기관으로 변화할 것이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 177
4. 기술확산 실현을 위한 과제
유전자 치료 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까?
전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인력
양성(28.4%), 기술 개발(23.2%), 제도 개선(21.1%) 등의 순으로 나타났다.
기술 개발과 규제를 균형있게 추진할 전문 인력의 확보와 재교육이 우선
중요하다. 유전자 치료는 현재 기초연구가 대다수이며, 전임상과 임상과 직
접 연계된 연구를 하는 연구자들이 희박하다. 이를 개선하기 위하여 유전자
치료 연구 및 기술 개발에 전문성을 가진 의료진과 유전자 치료에 선행되는
유전자 검사 및 진단에 대한 연구 전문가 육성이 요구된다. 또한, 유전자 치
료는 기술적 측면뿐만 아니라 관련 윤리 및 공익성을 이해하고 이를 합목적
적으로 활용할 역량을 지닌 인재를 요하므로, 연구의 초기단계에서부터 윤
리교육을 시행해야 한다. 또한 사회적 확산을 위해서는 고객에게 유전자 치
료 시 충분한 정보를 제공할 유전상담사의 교육과 육성 또한 필요할 것이다.
유전자 전달체나 세포기능의 변화와 관련된 면역 시스템에 대한 연구와
면역조절 기술, 유전자 전달 기술 등의 개발 또한 요구된다. 이와 더불어 향
후 기술경쟁력 확보를 위한 크리스퍼-캐스9, 징크핑거(Zinc finger)
172) 및 바이러
스 유전자 전달체와 같은 새로운 개념의 유전자 치료 기술에 대한 연구개발
을 꾸준히 시행하여야 하고, 파생 기술에 대한 특허 취득도 게을리하지 말
아야 한다. 유전자 치료가 질병치료뿐만 아니라, 웰니스 분야로 확대될 것
을 고려한 연구 및 기술 개발도 필요하다.
우리나라에서는 생명윤리 문제로 인하여 연구범위가 미국과 유럽 등 선
172) 단백질과 핵산 분해요소를 붙여 만든 인공 유전자 가위이다.
178 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
진국에 비하여 제한적인데, 이에 대한 규제의 완화가 가장 중요할 것이다.
신약 개발 후 소정의 임상시험을 거쳐 상품화되기까지 소요되는 시간이 매
우 길고, 막대한 비용이 소요되므로, 안전성, 유효성의 확보와 함께 원활한
임상시험이 가능할 수 있도록 신약개발 승인 절차 및 기준을 재정립해야 한
다. 또한, 초고가의 치료가 일반 환자들에게도 보편적으로 적용될 수 있도
록 의료보험 제도를 보완하는 것이 필요하다.
유전자 치료 기술이 발전하려면 다양한 질병 및 질환별 유전자의 데이
터베이스 확보가 필요하다. 이를 위해서 먼저 미국 국립생물공학정보센터
(NCBI)의 젠뱅크(Genbank), 이에스티(EST), 마이크로어레이(Microarray)에서 구축한
데이터베이스 등과 같이 한국형 유전자 치료 인프라 구축과 전문 관련병원
과의 체계 구축이 필요하다. 또한 유전자 치료제 개발의 타겟이 되는 유전
자를 발굴하기 위해 질병의 병태생리에 대한 연구가 요구되며, 이를 위한
기초연구자들을 배출하는 의료기관과 연구기관을 확충해야 한다. 유전자
치료의 임상개발과 시술이 가능한 시설도 의료기관에 설치해야 한다.
국내 원천기술 개발을 위한 산학연 간 협력 강화 또한 시급히 이루어져
야 한다. 외국의 선진 대학과 연구소 그리고 기업이 국내 시장을 잠식하거
나 환자가 외국으로 유출될 가능성이 매우 크기 때문이다. 또한, 실제 환자
샘플을 다루고 치료에 활용하는 기술이므로, 병원과 제약 회사 간의 협력체
계가 구축되어야 확산이 원활히 이루어질 것이다. 이를 위하여, 우선 1~2개
의 유전자 치료제 상용화를 목표로 협력체제를 구축하고 가동해 볼 필요가
있다. 유전자 치료의 안전성과 효능 검증 체계 확보 및 다양한 유전자 질환
과 치료 유전자에 대한 정보 공유를 위해서는 국제 협력도 원활히 이루어져
야 할 것이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 179
체세포 주입
줄기세포
추출
치매 등 뇌조직 손상
환자에게 이식
백혈병
환자에게
이식
심장병
환자에게
이식
신경세포
각종 혈액 세포
심장 근육 세포
줄기세포
추출
면역
적합성
검사
다양한
세포로
분화
줄기세포주
배양
줄기세포
추출
체세포
난자
골수
피부세포
분리·배양
바이러스이용
유전자 조작
원시세포
(iPS)
탯줄 혈액
핵 제거 핵 배아
제거된
난자
배반포기
배아
융합 배양
➞
➞ ➞
➞ ➞ ➞
1. 배아줄기세포
2. 성체줄기세포
3. 유도만능줄기세포
제18절
줄기세포
줄기세포 개념도 출처78
줄기세포 기술은 자체 증식을 통해 몸의 다양한 조직 내 세포로 분화할 수 있는
능력을 가진 줄기세포를 분리하거나 배양하고, 분화를 유도하여 난치병을 치료
할 수 있는 기술이다.
180 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
미국 오카타세라퓨틱스(Ocata Therapeutics)
173)는 치료용 배아줄기세포174) 유래
망막상피세포를 이용하여 2010년 세계최초로 노인성 황반변성175) 줄기세포
치료 임상연구에 진입하였다. 이후 전 세계 6개국 이상에서 10여 건의 배아
줄기세포유래 망막상피세포를 이용한 임상연구가 진행되고 있으며, 신경 질
환과 당뇨질환 치료제의 임상연구가 진행 중이다. 성체줄기세포176) 유래 세
포치료제의 경우 2011년 국내 최초로 시판허가를 받았다. 2014년에는 일본
이화학연구소(RIKEN)에서 유도만능줄기세포177) 유래 망막상피세포를 이용한
최초의 환자맞춤형 임상연구가 진행되었고, 2017년 동종 면역적합성 유도만
능줄기세포를 이용한 임상적용을 계획하고 있다.
173) 현재는 일본 아스텔라스 제약이 인수하였다.
174) 포배기배아에서 추출한 세포로, 몸을 구성하는 모든 세포로 분화할 수 있는 미분화 세포이다. 뇌질환에서 당뇨병,
심장병에 이르기까지 많은 질병 치료가 가능하다.
175) 신체의 노화에 따라 망막 황반의 기능이 저하되면서 시력이 떨어지거나 상실되는 질병이다.
176) 조직이나 기관의 분화된 세포들 사이에서 발견되는 미분화 세포로, 성체줄기세포가 존재하고 있는 조직이나
기관의 세포를 유지하고, 손상된 세포가 있으면 치료할 수 있어 장기 재생을 할 수 있을 뿐 아니라 이식된 후 각
장기의 특성에 맞게 분화하는 등의 치료가 가능하다.
177) 분화가 이미 끝난 체세포를 분화 이전으로 되돌린 세포로, 환자의 피부세포를 떼어내 배아줄기세포 유사체를
만들어 그 환자의 질병을 치료한다.
2011년 국내 최초로 시판허가된 성체줄기세포 유래 세포치료제 출처79
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 181
기술 개발 동향
성체줄기세포의 경우 전 세계적으로 500건 이상의 관련 임상이 진행 중
이다. 또한, 유도만능줄기세포는 처음 개발한 일본을 중심으로 다양한 세포
치료제로의 개발이 진행되고 있으며, 임상연구를 통해 다양한 질병에 도입
가능성을 확인하고 있다. 더욱이 최근 각광을 받고 있는 유전자교정 기술을
이용하여 품질과 효능이 증진된 세포치료제를 확보하려는 추세이다.
우리나라에서는 강점을 가지고 있는 배아줄기세포와 체세포복제줄기세
포178)를 이용하여 여러 질병을 대상으로 세포치료제를 개발하고 있으며, 일
부 선도기관에서 임상연구의 조기 활성화를 통해 주도권을 확보하려는 추
세이다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 줄기세포 기술의 기술확산점 도달 시기를 델파이
조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2024년에, 국내 기준으로는 2028
년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도
달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 특정 난치병 10종 이상에 대하
여 줄기세포를 활용한 치료 방법이 개발되어 임상치료에 적용되는 시점으
로 보았다.
178) 핵을 제거한 난자에 몸에서 떼어낸 체세포를 집어넣어 배아-유사체를 만들고, 이로부터 만들어진 배아줄기세포-
유사체 줄기세포이다.
182 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 일본 한국 중국 EU 기타 없음
58.3
20.5
9.2 7.1 5.0 0.0 0.0
줄기세포 치료가 주목을 받는 이유는 파킨슨, 류머티즘, 루푸스, 노인성
황반변성, 척수손상 등 기존의 어떤 방법으로도 치료효과를 기대할 수 없었
던 난치병 극복을 대상으로 하기 때문이며, 이를 위한 다양한 질병 맞춤형
치료제의 개발과 공급시스템의 확보에 큰 의미가 있다. 그러나 적용 범위가
현재와 같이 면역거부반응에서 자유로운 난치성 망막질환 또는 신경질환
등 한두 개의 질병치료에 국한된다면 그 효과가 제한적일 것이다. 따라서 면
역거부반응이 일어나는 다양한 난치성 질환에 효과를 보이는 세포치료제가
10종 이상의 질환에 적용되었을 때 비로소 안전성 및 효과성이 충분히 검증
되었다는 상징적 의미가 있으므로 이를 기술확산점으로 설정하였다.179)
179) 보건복지부의 희귀난치성 질환자 의료비지원사업이 지원하는 대상 질환의 수는 134종이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 183
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
줄기세포 기술은 기술확산점 도달 이후 특정 질환용 세포치료제, 질환
별 세포치료제, 다양한 줄기세포 유래 세포치료제로 발전해 갈 것으로 전
망된다.
기술이 기술확산점에 이르면 10종 이상의 특정 난치성 질환을 치료할 수
있는 줄기세포치료제들이 개발되고, 임상연구를 통해 그 치료효과를 확인
할 수 있을 것이다. 이를 바탕으로 줄기세포치료제가 상용화되면 재생의학
180)의 산업화가 확산될 전망이다. 이후 다양한 난치성 질환을 치료할 수 있
는 줄기세포치료제의 품질 개선(유전자 조작 등)과 공정 개발 등을 통해 재생의
학이 대중화될 것으로 예상된다. 그리고 마침내 유전변이를 가진 환자의 질
환에 품질개선 없이 적용할 수 있는 고품질 및 대량 배양 동종(同種) 면역적
합성 줄기세포 기술 등이 개발되어 다양한 세포치료제가 나타나면, 질환별
치료 기능 비교·경쟁을 통해 재생의학이 고도화될 것으로 기대된다.
3. 미래사회 변화 전망
2013년 세계 줄기세포 시장 수익은 400억 1,000만 달러였으며, 2018년에
는 24.1%의 연평균 성장률과 함께 2013년보다 3배 가까이 더 늘어난 1,176
억 6,000만 달러에 달할 것으로 예측되었다.출처80
줄기세포치료를 포함한 재생의학의 발전은 수명연장을 실현시켜 초고
령 사회를 가속화할 것으로 보인다. 이로 인해 질병과 노화극복을 위한 신
180) 인간의 세포와 조직, 장기를 대체하거나 재생시켜서 원래의 기능을 할 수 있도록 복원시키는 의학 분야이다.
184 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
산업이 다수 나타나고, 고령인구의 삶의 질 개선을 위한 사회적인 요구와
개선방안이 제기될 것으로 예상된다.
산업 면에서는 현재 줄기세포 치료에 최대 제한점으로 여겨지는 면역거
부반응을 극복할 수 있는, 동종 면역적합성 줄기세포181) 사업이 국가 기간
산업으로 발전할 것으로 예상된다. 동종 면역적합성 줄기세포의 확보 및
공급에는 법과 제도적인 측면에서 국가적인 지원이 필요하기 때문이다.
또한 이로부터 공급받은 줄기세포를 이용하여 다양한 질병에 적합한 고효
율 줄기세포치료제를 생산·보급하는 산업의 형태로 확장·발전할 것으
로 예상된다. 줄기세포가 점차 대중화되면 의료보험 산업에도 큰 영향을
줄 것이다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
줄기세포 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전
문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 제도
개선(27.6%), 인력 양성(27.5%), 협력 활성화(16.0%) 등의 순으로 나타났다.
우선 규제 합리화가 뒷받침되는 것이 중요하다. 법과 제도의 개선을 통
해 동종 면역적합성 줄기세포를 확보하고 공급체계를 구축할 수 있도록
적극적인 지원이 필요한 것이다. 예를 들어 동종 면역적합성 줄기세포 확
보를 위해서는 인체 자원과 개인정보의 이용이 필수적이므로 관련법의 면
밀한 분석을 통한 개선이 필요하다. 실제로 일본은 최근 법과 제도의 개선
181) 면역 관련 유전자형이 모계와 부계가 일치함에 따라 이식되었을 때 모체의 면역관련 유전자형과 일치가 용이하여
면역거부반응을 최소화할 수 있는 줄기세포를 말한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 185
등 정부의 적극적인 지원을 통해 주도권을 잡아가고 있음을 참고할 필요
가 있다. 또한, 기술 발전의 결과가 난치병을 앓는 소수의 부유층에게만 혜
택이 집중되지 않고 저소득층을 포함한 일반 국민도 혜택을 누릴 수 있도
록 건강보험제도 반영 등 제도적 장치 또한 마련되어야 한다.
현재 줄기세포의 분화 조건, 과정, 제어 등에 관한 다양한 기초연구와
상용화를 위한 응용기술 개발 분야의 인력이 모두 부족한 상황이므로 이
에 대한 적극적인 지원대책 또한 요구된다. 이를 위해 기초과학 연구 인력
의 신분보장과 처우 개선을 통해 장기간 안정적인 연구가 가능한 제도를
마련해야 한다. 국공립 연구소뿐만 아니라 산업체 연구소에도 우수 인력
확보를 위한 지원이 필요하다. 해외의 우수한 전문 인력을 영입하여 기술
경쟁력을 키워갈 수 있는 방안도 마련해야 한다.
줄기세포연구는 의학과 기초과학 및 공학의 협력을 통해서만이 성과
를 이룰 수 있으며, 기초연구, 응용연구, 임상연구가 동시에 이루어져야 그
성과를 극대화할 수 있다. 또한 이 기술이 사회적으로 확산되려면 무엇보
다도 줄기세포로 치료 가능한 질병의 환자에 대한 직접적인 연구가 활발
히 이루어져야 한다. 병원과 연구소 간 협력 활성화를 통해 정보를 공유하
고, 검체의 공급이 원활하게 이루어져야 한다. 이를 위하여 국가 차원에서
인프라를 개발하고, 연구개발사업 형태로 출연연구소와 병원 간 공동연구
및 임상시험을 추진할 필요가 있다.
기술적으로는 해당 분야가 아직도 안정적인 특정 조직으로의 분화 기술
개발에 어려움을 겪고 있는 만큼, 다양한 분화 조절제의 개발과 기형종 생
성 억제제의 개발 연구가 필요하다. 그리고 선도적인 기술경쟁력을 확보
하려면 다른 나라에서 선행연구된 기술 이외에도 새로운 방식의 기술 개
발과 연구를 시도해 볼 필요가 있다. 이와 함께 인공장기 등 다른 혁신기술
186 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
과의 융합 및 연계에 대비한 기술 개발도 준비해 나가야 한다.
줄기세포 연구는 현재 소수의 연구중심 병원에서 시행되고 있으나, 줄
기세포 기술이 발전하고 확산되려면 줄기세포 연구를 장기적·안정적으
로 할 수 있는 별도의 연구시설이 필요하다. 이를 위해 인간줄기세포의 공
동연구, 상업화 기술이전, 공동 상업생산, 공동 연구·생산 단지 등이 마련
된 인프라 구축도 고려할 필요가 있다.
또한, 줄기세포를 이용한 고효율의 세포치료제 개발 기술은 그동안의
지속적인 지원에도 불구하고 선진국에 비해 성과가 저조한 상황이다. 이
는 연구비 지원을 단기적인 실용화에 집중한 결과로 보이며, 향후 장기적
인 원천기술 개발에도 지속적인 지원이 요구된다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 187
제19절
지능형 로봇
미국 DARPA 로보틱스 챌린지 2015에서 최종 우승한 KAIST 휴보가 미션을 수행하는 모습 출처81
지능형 로봇은 외부환경을 인식하고, 상황을 스스로 판단하여 자율적으로
학습, 계획, 동작하는 로봇이다.182)
182) 교육, 의료, 실버(케어), 사회안전, 재난대응, 국방, 건설, 해양, 헬스케어 등 다양한 산업분야와 로봇기술의
융복합화를 통해 지능화된 서비스를 창출하는 로봇화 개념을 포함한다.
188 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
지능형 로봇의 한 종류인 소셜 로봇183)의 경우 1997년 미국 MIT에서 사
람의 얼굴과 목 부분을 모방한 ‘키스멧(Kismet)’을 개발한 것이 시초이다. 키
스멧은 음성을 읽어 들일 수 있는 2개의 마이크, 주위에 사람이 다가오고
있는지를 감지할 수 있는 3개의 적외선 센서, 2개의 체온감지 센서를 탑재
하고 있다. 또한 눈꺼풀, 입, 목 등을 움직일 수 있도록 9개의 모터를 장착
하여, 행복, 슬픔, 놀람, 지루함, 그리고 화남의 감정을 표현할 수 있다.
지능형 로봇의 또 다른 종류인 인간 협업 로봇의 경우, 독일의 항공우주
센터(DLR)에서 2009년에 우주탐사용 휴머노이드로 개발된 ‘저스틴(Justin)’이
인간 협업 로봇의 기본 기능을 탑재한 최초의 시제품 모델로 손꼽힌다.
우주탐사용 휴머노이드 저스틴 출처82 산업현장용 양팔로봇 백스터 출처83
상용화 사례를 살펴보면, 2012년 미국의 리씽크 로보틱스(Rethink Robotics)
사에서 산업현장용 양팔로봇인 백스터(Baxter)를 출시하였다. 스마트폰처럼
183) 사람과 의사소통하고 교감하는 로봇을 말한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 189
현장의 작업자 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 설계되어, 작업자의 옆에서 안
전하게 조립, 패키징, 테스팅 및 분류 작업 등을 수행할 수 있다. 소셜 로봇의
경우는 2014년 일본의 소프트뱅크(SoftBank) 사가 출시해 큰 인기를 모은 감성
대화로봇 페퍼(Pepper)가 현재까지 가장 대표적인 상용화 사례에 해당된다.
기술 개발 동향
현재 세계적으로는 원격존재 로봇184)인 빔프로(Beam Pro), 더블(Double) 등
이 미국에서 상용화되었다. 또한 가정용 소셜 로봇인 지보(Jibo), 버디(Buddy)
등을 포함하여 4종 이상의 제품들이 출시되었거나 출시를 준비 중이다.
산업용 지능형 협업 로봇은 독일 쿠카(Kuka) 사의 LBR IIWA, 스위스 ABB
사의 유미(Yumi), 일본 화낙(Fanuc) 사의 CR-35iA 등이 출시되어 시범적으로
운용되고 있다.
소프트뱅크의 감성 대화로봇 페퍼 출처84 간단한 식사준비를 하는 KIST의 마루-Z 출처85
184) 원격존재로봇(Telepresence Robot)은 멀리 떨어져 있는 사람의 움직임을 똑같이 따라할 수 있는 로봇을 말한다.
190 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
국내에서는 정부 주도 연구개발과제를 중심으로 개발이 추진되고 있으나
음성대화를 위한 인공지능 기술 미흡과 상용화 플랫폼 부재로 인해 아직
상용화 사례가 없으며, 일부는 기획 단계이다. 특히, 가격 경쟁력 확보를
위한 원천기술 개발이 아직은 미흡한 수준이다. 다만, 2010년 한국과학기
술연구원(KIST)의 네트워크 기반 휴머노이드 ‘마루(Maru)’가 가정에서 음식을
준비하여 서비스한 바 있고, 2015년 한국과학기술원(KAIST)의 ‘휴보(Hubo)’가
미국 국방부 산하 방위고등연구계획국 로봇 대회(DARPA Robotics Challenge)에서
우승함으로써, 관련 분야에서 세계 수준의 기술력을 보유하고 있다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 지능형 로봇의 기술확산점 도달 시기를 델파이 조
사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2024년에, 국내 기준으로는 2028년에
해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시기
예측을 위한 기술확산점의 정의는 네트워크 기반 지능형 로봇185)의 일반가
정 보급률이 8%를 돌파하는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
185) ICT기술 및 네트워크와의 융합을 통하여 사용자와 소통하면서 감성 대화, 정보 제공, 가사 보조, 협업 등
지능적이고 능동적인 서비스를 제공하는 로봇이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 191
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 일본 한국 중국 EU 없음 기타
54.6
35.4
3.6 3.2 2.9 0.4 0.0
특정 작업 및 분야에 특화된 산업용·전문가용 로봇과 달리, 일반가정에
서 사용할 수 있는 네트워크 접속형 개인용·가정용 로봇의 보급률이 로봇
의 대중화를 판단할 수 있는 주요한 지표라고 보았다.
고령화 및 일인 가정의 증가로 가정용 지능형 로봇에 대한 수요가 증가
하고 있고, 일반 가정에서도 정보와 교육적 측면에서 활용성이 높으므로 궁
극적으로는 전체 가정의 50%까지 보급될 것으로 예측됨에 따라 기술확산
점은 이의 16%에 해당하는 8%로 설정하였다. 앞으로 5G186) 무선 네트워크
서비스가 본격 시작되는 것을 기점으로 네트워크 접속형 지능형 로봇의 보
급이 활성화될 것으로 예상된다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
지능형 로봇은 기술확산점 도달 이후 소셜 로봇, 인간 협업 로봇, 헬스케
어 및 가사 로봇 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
지능형 로봇이 기술확산점에 도달하면 고령화 및 나홀로족의 증가에 따
186) 4G 롱텀 에볼루션(LTE)에 비해 면적당 데이터 처리용량은 100배 많고, 전송속도는 20배 이상 빠른 차세대
이동통신기술이다.
192 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
라 원격 사용자와의 소통을 지원하는 원격존재 로봇, 음성대화 로봇 등의
사용이 활성화될 것으로 보인다. 이후 음성대화 인공지능 기술이 더욱 발전
하면 음성 채팅을 통해 감성 대화 및 상호 소통, 정보 제공, 자연스러운 소통
등이 가능한 개인용·가정용 소셜 로봇의 사용이 대중화될 전망이다.
기술이 다음 단계로 접어들면 공장에서 양팔과 양손을 사용하여 작업자
와 같은 공간에서 함께 협업할 수 있는 로봇이 공장 자동화 인공지능과 결
합하여 사용됨으로써 생산성 및 작업의 질이 대폭 개선될 것으로 예상된다.
한편 기술 발달과 함께 고령화 사회가 본격화됨에 따라, 간병·간호보조·
가사일 등을 수행할 수 있는 지능형 로봇의 시대가 도래할 것으로 전망된다.
3. 미래사회 변화 전망
국제로봇연맹(IFR, International Federation of Robotics)에 따르면, 세계로봇시장은 오
는 2018년 211억 달러 규모를 형성하며 본격적인 성장 단계에 진입한다. 이
중 인간 협업로봇을 포함한 제조용 로봇의 시장규모는 2018년 120억 달러
규모로 전망되고, 지능형 로봇이 주로 활용될 분야인 서비스 로봇 시장은
2018년 91억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다.
지능형 로봇의 확산은 사회, 문화적으로 많은 변화를 몰고 올 것으로 보
인다. 고령화 사회로의 급속한 진전과 더불어 나홀로족의 증가 추세에 따라
소셜 감성 로봇, 원격 사용자 간의 소통을 지원하는 원격존재 로봇 등의 보
급이 더욱 확산될 것이며, 로봇으로 외로움을 달래고, 로봇을 삶의 동반자
로 여기는 사람이 점점 늘어날 것이다. 제조용 로봇이 지능화됨에 따라 노
동력의 대체가 가속화될 것이므로, 그에 따른 사람의 일자리 부족 문제는
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 193
반드시 미리 대비해야 한다.
산업적으로는 아시아를 중심으로 전자제품을 제조·생산하는 기술이 발
전함에 따라 기존 생산 공정에 인간과 협업하는 지능형 로봇을 도입하기 위
한 재투자가 활발히 이루어질 것이며, 이것은 생산효율 증대에 기여할 것이
다. 또한 모바일 플랫폼 기반의 소셜 로봇 중심으로 개인 서비스 로봇 시장
이 확대되어 대중화될 것이다. 물류시스템, 의료재활보조, 재난복구·안전
등 전문서비스 로봇에 대한 수요는 제한적이나 확대되어 새로운 시장을 창
출할 것으로 전망된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
지능형 로봇이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전문
가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 기술 개
발(31.3%), 인력 양성(28.0%), 협력 활성화(17.6%) 등의 순으로 나타났다.
기술 개발 면에서는 지능형 로봇을 실생활에서 상용화하기 위한 킬러
앱 개발이 가장 시급하다. 이를 위한 저가격 하드웨어 및 소프트웨어 플랫
폼 기술, ICT 기반 콘텐츠 기술, 유무선 네트워크 기술, 대화·작업·자율주
행·인터랙션 등을 포함한 혁신형 인공지능 기술, 저가격 부품 기술, 혁신
형 원천 기술 등의 개발도 반드시 필요하다. 또한, 네트워크, 로봇 플랫폼,
UX187) 등 기술적 요소들을 결합, 하나의 시스템(제품)으로 완성하기 위한 체
계적인 시스템 통합 기술도 개발되어야 한다.
187) User Experience의 약자로 사용자 경험을 의미하며, 제품을 디자인할 때 사용자가 감성적인 면에서도 만족할 수
있도록 만드는 것을 의미한다.
194 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
이와 함께, 뿌리산업, 자동차, 의료서비스, 교육 등 타 산업과 로봇의 융
합으로 새로운 비즈니스를 창출할 수 있는 기업 실무형 로봇 전문 인력을
양성해야 한다. 이를 위해 전공분야에 대한 기본기와 전문지식을 확실히
갖춘 인력 양성, 인문학적 소양 및 수학적인 기초지식을 포함한 창의·융
합·통합 역량을 향상시키기 위한 융합교육 석사과정 운영, 선택형 취업
을 위한 고용연계 프로그램 개발 등을 추진하여야 한다.
혁신형 킬러 앱 발굴 및 신제품 개발을 위한 수요처와 개발자 간의 실
질적인 협력 또한 요구된다. 예를 들면, 뿌리산업 기업체 및 직원, 병원과
의사, 교육기관과 교사, 콘텐츠 제작 기업 등이 힘을 모아야 하는 것이다.
신형 핵심기술 개발을 위한 다학제 간 융합연구도 이루어져야 한다. 또한,
국내의 취약한 기술을 보완하고 최신 기술 및 제품화 동향을 분석하며, 국
내 강점기술의 시장을 개척하기 위해 기술 선도 국가 또는 글로벌 기업과
의 연구개발 협력도 필요하다.
향후 지능형 로봇은 네트워크를 통해 외부 서버에서 콘텐츠를 제공받
는 ‘클라우드 로봇’의 형태로 발전될 것으로 예상됨에 따라, 와이파이(Wi-
Fi), 5G 통신망은 물론 초고속 유선 네트워크망을 결합한 10G급 이상의 국
가적 고속 네트워크 인프라 구축도 이루어져야 한다. 로봇 부품의 표준화
및 검인증 체계 구축, 로봇 제품의 기능과 서비스 실증 및 안전성 평가 시
스템 구축도 필요하다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 195
인공뇌
시신경을 자극하는
인공망막
근육의 움직임을
그대로 재연하는
인공지능 의족
휴대용 췌장
반영구 사용가능한
완전 치환형 인공심장
대량생산
가능한 인공 피부
탈·부착이
가능한 신장
전자 의수
인공 간
제20절
인공장기
인공장기 개발 현황 출처86
인공장기는 인간의 신체 장기를 대용하기 위하여 인공적으로 제작한 장기로,
줄기세포·생체조직·동물의 장기(이종장기)를 이용해 만든 바이오 인공장기와
전기 및 기계공학 기술을 이용해 제작한 전자기기 인공장기로 구분된다.
196 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
1967년 남아프리카 공화국의 의사인 크리스천 버나드(Christian Barnard)가 심
장 기능 이상 환자에게 인공심장을 이식한 것이 최초의 인공장기 이식 사례
이다. 그러나 환자는 18일밖에 생존하지 못했다. 최초로 상용화된 인공장기
는 미국 아비오메드(Abiomed) 사에서 개발한 완전 삽입형 인공심장 아비오코
(AbioCor)로 2006년부터 미국 FDA에 의해 판매 허가를 받았다.
신카디어 시스템즈에서 개발한 완전 인공심장 출처87
미국의 신카디어 시스템즈(SynCardia Systems, Inc.)는 2010년 6월, 완전 인공심
장에 전력 공급이 가능한 프리덤(Freedom) 이동식 드라이버188)를 이용한 완전
인공심장을 개발하여 3명의 환자가 이를 이식받은 후 퇴원하였다. 이듬해
188) 무게 13.5파운드의 프리덤 드라이버는 병원 밖에서도 신카디어 완전 인공심장에 전력을 공급할 수 있도록 설계된,
신체 착용이 가능한 세계 최초의 이동식 드라이버이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 197
인 2011년 11월에는 스웨덴 카롤린스카(Karolinska) 연구소에서 다공성 섬유질
플라스틱으로 만든 기관지 모양의 지지체에 환자의 골수에서 추출한 줄기
세포를 심고 배양하여 기관지암을 앓던 환자에게 기관지를 이식하는 데 성
공하였다.
기술 개발 동향
세계적으로 전자기계·생체 인공장기는 심실 보조장치같이 이미 상용화
된 장치뿐만 아니라 프랑스 카르마(Carmat) 사의 인공심장과 미국 아비오메드
(Abiomed) 사의 완전 이식형 인공심장이 환자에게 이식되는 등 향후 상용화가
가능할 것으로 보인다.
미국 오르가노보(Organovo) 사에서는 환자에게 이식 가능한 세포로 이루어
진 바이오 잉크를 원하는 모양으로 쌓을 수 있는 3D 바이오 프린팅 기술을
개발하였다. 이를 이용하여 인공 간을 제작한 후 미국 외의 지역에서 임상
개발을 진행할 예정이다. 미국 밴더빌트대학교 메디컬센터(Vanderbilt University
Medical Center)의 윌리엄 피셀 박사(Dr. William Fissell) 연구팀에서는 마이크로 실리
콘 칩과 신장 세포가 결합된 바이오-하이브리드(Bio-hybrid) 인공장기를 개발하
고 있으며, 2017년 말까지 준비조사를 진행할 계획이다.
국내에서는 조직공학기술189)을 이용한 맞춤형 혈관 및 피부 이식재를 개
발하고 있으며, 3D 프린팅 기술과 복합 생체 재료를 이용하여 인공뼈·인
공간을 개발하기 위한 연구를 진행 중이다. 2016년 12월에는 서울대·강원
대 연구진이 공동연구를 통해 돼지간을 이용한 인공간 개발에 성공하기도
하였다.
189) 생체조직의 대용품을 만들어 이식함으로써 생체 기능의 유지·향상·복원을 가능하게 하는 것을 목표로 삼은
학문이다.
198 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 인공장기의 기술확산점 도달 시기를 델파이 조사
한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2024년에, 국내 기준으로는 2029년에
해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시기
예측을 위한 기술확산점의 정의는 인체에 삽입되어 완전하게 독립적으로
기능하는 인공신장이 개발되어 인공신장 이식 건이 16%가 되는 시점으로
보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 중국 일본 EU 한국 기타 없음
71.8
10.8 9.9
3.8 3.3 0.5 0.0
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 199
인공장기의 실제 대체 가능성 및 활용성을 고려했을 때 인체 장기 중 신
장 이식 건190)의 비중이 가장 크고 인공장기 대체 가능성이 가장 높기 때문
에 신장 이식을 기준으로 설정하였다. 현재 인공 피부·연골·혈관·뼈와
같은 임플란트성 인공장기가 상품화되었지만, 신장과 간장 등 인체 주요 장
기에 대한 인공장기 개발은 대부분 연구단계에 그치고 있다. 따라서 아직 기
술적으로 완벽하지 않지만 조만간 인체에서 장기간 신장의 기능을 완벽하
게 구현할 수 있는 전기·기계 기반의 인공신장이 개발될 것으로 예상된다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
인공장기는 기술확산점 도달 이후 전자기계·생체 인공장기, 바이오 인
공장기, 차세대 인공장기의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
일단은 기술확산점에 이른 후에도 유전자가 일치하는 기증자를 찾기 어
려운 응급환자를 중심으로 전자기기 인공장기의 이식 사례가 확대될 것으
로 보인다.
이후 기술이 더욱 발전한다면 전자기계·생체 인공장기가 소형화되어, 환
자가 휴대하거나 인체 내에 삽입하여 일상생활이 가능하게 될 것이다.
인공장기 기술이 더욱 발전하면 동물의 조직이나 세포를 활용해 장기의
기능을 수행할 수 있는 보조기기 형태를 제작하는 것이 아니라, 인간의 세포
(줄기세포)를 이용하여 환자의 손상된 장기를 체외에서 배양한 후 이식하는 것이
가능해질 전망이다. 또한 기술의 고도화가 계속된다면, 3D 바이오 프린팅 기
술 및 바이오 잉크를 이용하여 인간의 장기와 유사한 크기와 기능을 갖춘 인
공장기를 제작하고, 면역 거부반응 없이 이식하는 시대를 실현시킬 것이다.
190) 2015년 기준으로 신장의 장기 이식 건은 전체의 49%(질병관리본부 장기이식관리센터)이다.
200 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
3. 미래사회 변화 전망
미국의 시장조사 전문기관인 마케츠앤드마케츠(MarketsandMarkets)의 발표에
따르면, 세계 인공장기 시장은 2012년 127억 달러에서 2017년 178억 달러
규모로 연평균 7.0% 성장할 것으로 전망된다.출처88
인공장기의 개발은 현재 2만 명이 넘는 장기 이식 대기자에 비해 기증자
가 턱없이 부족한 장기 수급 불균형 문제를 직접적으로 해결할 수 있을 것
으로 기대된다. 인공장기 이식자가 점차 늘어남에 따라 인공장기에 대한 인
식 또한 개선될 것이며, 궁극적으로 인간 수명 연장에 크게 기여할 수 있을
것으로 보인다.
인공장기 분야가 발전하면 관련된 산업인 전기·기계 분야 및 세포·조
직 배양 등의 바이오 분야도 동반 성장하여 각 분야에서 막대한 시장 가치
를 창출할 것으로 기대된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
인공장기가 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전문가
델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인력 양성
(29.3%), 기술 개발(23.9%), 인프라 구축(17.0%) 등의 순으로 나타났다.
우선 연구 인력의 확충을 위한 다양한 제도적 지원이 필요하다. 특히, 의
공학 전공자 양성을 위하여 의용생체공학과와 같은 관련학과를 육성할 필
요가 있다. 의학과 공학을 섭렵한 융복합 R&D 역량을 지닌 인재의 육성과
바이오 인력 유출을 막기 위한 창의적 인재육성 교육환경과 안정적인 인건
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 201
비를 제공할 수 있는 시스템이 갖춰져야 하는 것은 물론이다.
이와 더불어 이종 이식의 면역거부반응 해소, 인공장기의 기능 유지 등
인공장기가 제대로 기능할 수 있도록 지원하는 기술 개발이 시급하다. 기존
장기의 제작에 대한 기초적인 연구가 선행되어야 하고, 인공장기를 만들기
위한 줄기세포 기술 및 세포·조직 배양 기술, 생체 신소재 등 기반기술 개
발도 필요하다.
인공장기 연구를 수행하기 위한 인프라 경쟁력이 세계 상위 수준과 비교
하면 미흡하므로 국가핵심시설 인프라와 장비의 적극적 지원이 요구된다.
또한 기업 간 기술 협력, 지식재산권 보호 등을 위한 유기적 협력 시스템을
마련해야 한다.
인공장기의 시장 창출과 확대를 위해서는 인허가 제도 마련과 규제완화
가 중요하다. 인공장기 연구결과의 불확실성으로 인한 환자의 병원 비용 및
고통 등과 같은 리스크 절감을 위해 비용 분담 및 인공장기 관련 전문병원
설립 등과 같은 지원 제도 또한 마련되어야 한다. 해외 사례를 들어보면, 미
국에서는 인공장기 개발을 위한 정부 지원 프로그램을 이미 1996년부터 실
시하고 있고, 일본은 3개 연구그룹의 협업을 통해 2012년 완전 삽입형 인공
심장 무선 펌프를 개발하였다. 또한, 인공장기 적용 확대에 필수적인 임상
시험 절차와 규정도 체계적으로 확립한 상황이다. 우리나라도 인공장기에
대한 관리 주체 및 분류체계를 정확히 정의해야 하고, 지속적인 연구개발에
대한 지원을 뒷받침해야 한다.
마지막으로 공학자·과학자·의사들이 모여 자유롭게 기술에 대한 토론
을 하고 과제를 제안할 수 있는 연구 협력 인프라도 마련해야 한다. 지속적
인 기초 및 임상연구를 위하여 산학연 협력뿐만 아니라 선진국이 포함된 국
제공동연구 등 해외 연구기관과의 협력체계를 구축하는 것 또한 필요하다.
1014
1012
1010
108
106
104
102
1014
1012
1010
108
106
104
102
180 296 489 681 945
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Problem size (bits)
QMC and SA single-core annealing time (㎲)
D-Wave annealing time (㎲)
85th
75th
50th
QMC
D-Wave
SA
제21절
양자컴퓨팅
202 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
구글이 공개한 양자컴퓨터의 속도 향상 결과 그래프 출처89
양자컴퓨팅은 양자의 고유한 특성인 중첩과 얽힘을 이용하여 한 단위가 0과
1의 상태뿐만 아니라 수많은 상태를 가질 수 있어서 초고속 병렬연산이 가능한
컴퓨팅 기술이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 203
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
양자컴퓨팅은 1998년 영국 옥스퍼드대의 조너선 존스(Jonathan Jones)가 핵
자기공명을 이용한 양자컴퓨팅을 구현함으로써 처음 시작되었다. 그리고
2011년 캐나다에 본사를 둔 D-웨이브 시스템즈(D-wave Systems) 사에서 양자컴
퓨터를 최초 상용화함으로써 양자컴퓨팅 시대를 활짝 열었다.
일반 컴퓨터보다 약 1억 배 빠르게 연산 가능한 양자컴퓨터 D-웨이브 2X 출처90
2년 후인 2013년 구글과 NASA는 양자인공지능연구소(QuaAIL)를 공동으
로 설립, 초전도 전자기술에 기반한 양자컴퓨팅 기술 개발을 시작하였다.
2015년에는 양자컴퓨터를 최초로 상용화한 D-웨이브 시스템즈 사가 일반
204 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
컴퓨터보다 약 1억 배 빠르게 연산 가능한 양자컴퓨터인 1,097 큐비트191)
제품 D-웨이브 2X(D-Wave 2X)를 선보이며 기술 발전에 박차를 가하였다. 한
편 같은 해 호주 뉴사우스웨일즈대에서는 세계에서 최초로 실리콘칩을 바
탕으로 양자컴퓨팅을 구현하였다.192)
기술 개발 동향
현재 세계적으로 양자컴퓨팅 기술 개발에 대한 활발한 투자가 이뤄지고
있다. 캐나다에서는 D-웨이브 시스템즈, 미국에서는 구글, 마이크로소프트,
IBM 등의 기업을 중심으로 연구가 진행되고 있다.
일본에서는 레이저 네트워크 방식의 새로운 양자컴퓨팅 기술을 개발하
고 있고, 영국에서는 최초의 양자컴퓨팅 OS를 개발 중이다. 또한, 항공 기
술, 우주 탐사, 로봇 기술, 통신 기술, 시스템 진단, 패턴 인식, 질병 진단 등
다양한 분야에 등장하는 복잡한 최적화 문제193)를 해결하기 위한 적용 연구
도 확대되고 있다.
우리나라는 해외에 비해서 양자컴퓨팅 관련 연구가 뒤처져 있지만, 최근
학계와 연구소를 중심으로 선진 연구기관들과의 협력연구를 진행하고 있다.
대표적으로, 한국과학기술연구원(KIST)에서는 2016년부터 개방형 연구사업
으로 국내외 최고 수준의 전문가들로 연구팀을 구성하여 양자컴퓨팅 원천기
술을 개발하고 있다.
191) 큐비트(qubit)는 물질의 최소단위인 양자(quantum) 정보의 단위(unit)이다. 현재 컴퓨터가 정보를 1과 0의 값을
갖는 비트(bit) 단위로 처리하고 저장하는 것과 달리, 양자컴퓨터는 1과 0의 상태를 동시에 갖는 큐비트 단위를
쓴다. 양자역학의 원리를 이용하는 양자컴퓨터는 큐비트라 불리는 양자비트 하나에 0과 1의 상태를 동시에 표시할
수 있어 데이터를 병렬적으로 동시에 처리하며, 큐비트 수가 늘어날수록 처리 가능한 정보량도 기하급수적으로
늘어난다.
192) 오늘날 컴퓨터 업계에서 사용하는 실리콘칩 제조방식과 똑같은 기술에 기반하기 때문에 양자컴퓨터를 보다 쉽게
실현시켜줄 성과로, 실리콘 양자컴퓨터를 현실화하기 위한 장벽을 극복했다는 데 의미가 있다.
193) 수학에서 시간, 거리, 넓이, 부피 또는 이익이 최대 또는 최소가 되게 하는 점이나 값을 찾는 것을 의미한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 205
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 양자컴퓨팅 기술의 기술확산점 도달 시기를 델
파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2025년에, 국내 기준으로는
2031년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점
도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 기상예측에 양자컴퓨팅을 처
음으로 도입하는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 중국 일본 EU 기타 한국 없음
78.5
7.5 5.4 4.3 2.2 1.1 1.1
206 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
양자컴퓨터는 반도체의 회로 집적도가 크게 증가하면서 생기는 전자 터
널링 현상194)을 해결할 미래 컴퓨터의 대안으로 주목받고 있다.
양자컴퓨팅은 속도 측면에서 파괴적 혁신을 일으킬 것이며, 현재 슈퍼
컴퓨터의 컴퓨팅 방식을 대체하게 될 것이다. 따라서 슈퍼컴퓨터를 활용하
는 대표 사례인 기상예측 시 양자컴퓨팅을 도입하면 기술의 신뢰도와 완성
도가 충분히 성숙되었다고 전망하여 이를 기술확산점으로 설정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
양자컴퓨팅의 성능이 기존 방식의 컴퓨팅 성능보다 높아지는 기술확산
점에 이르면, 기상청과 같은 기관에서 양자컴퓨터를 도입하게 될 것이다.
양자컴퓨터 기술이 더욱 발전하면 이전보다 빠른 속도로 빅데이터를 처리
할 수 있게 되어 공공기관뿐만 아니라 의료와 보안, 재료과학, 공학 등 산
업 전반에 확산될 것으로 예상된다.
양자컴퓨팅으로 빅데이터 처리의 속도가 빨라지면 인공지능 분야에의
적용이 확대되어 인공지능의 대중화가 가능하게 될 것으로 보인다. 결국
양자컴퓨터가 소형화되어 기존 컴퓨팅 방식을 대부분 대체하게 되고, 개
인이 양자컴퓨터를 직접 사용하는 시대가 도래할 것으로 전망된다.
194) 반도체의 집적도가 점점 높아지면 반도체의 저장 용량과 속도가 계속 증가하면서, 내부회로를 구성하는 구조물과
물질의 층도 점점 얇고 작아진다. 이것이 어느 수준 이상 얇아지면 전자가 파동성을 띄면서, 전자가 정해진
경로에서 이탈하지 않도록 막아주는 역할을 하는 산화물 반도체를 전자들이 그대로 통과하는 현상이 발생한다. 이
현상이 발생하면 반도체가 제대로 기능하기 어려워진다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 207
3. 미래사회 변화 전망
양자컴퓨팅 관련 제품이 인공지능 시장에 적용되면 시장규모는 2025년
에는 2,000조 원이 될 것으로 IBM에서는 전망하고 있으며, 다국적 컨설팅
전문회사 맥킨지(McKinsey)에서는 양자컴퓨팅 기술로 인한 경제적 파급효과
가 2025년 6조 7,000억 달러에 이를 것으로 예상하였다. 제조업, 자동차, 금
융, 의료, 각종 서비스업 등 거의 모든 산업에 걸쳐 양자컴퓨팅이 파급력을
발휘할 것으로 예측된다.
양자컴퓨팅이 기술확산점에 도달하는 시기에는 다양한 차량들의 교통
흐름을 실시간으로 파악할 수 있게 되어 자율주행이 가능한 무인자동차 시
대가 본격적으로 열릴 것으로 예상된다. 새로운 보안체계의 구축 및 기상이
변 예측, 우주현상, 질병 진단 등 지금까지 해결하지 못했던 문제를 양자컴
퓨팅이 해결함으로써 인류에게 새로운 경험을 가져다줄 것이다.
엄청나게 빠른 연산속도를 기반으로 거대한 데이터베이스를 순식간에
처리 및 분석할 수 있는 양자컴퓨팅은 많은 기업들이 기존 사업에 대해 경
쟁력을 확보할 수 있게 하고, 자동차, 제약, 보안, 헬스케어, 로봇, 우주항공
분야 등 다양한 산업분야에서 새로운 서비스를 창출하는 등 매우 큰 파급효
과를 갖게 될 것이다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
양자컴퓨팅 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까?
전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인
208 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
력 양성(36.3%), 기술 개발(33.3%), 협력 활성화(14.1%) 등의 순으로 나타났다.
무엇보다 인력 양성이 중요하다. 이를 위해 양자컴퓨팅을 위한 신규 하
드웨어·소프트웨어 개발 인력을 양성하고 기존 소프트웨어 인력을 재교
육하는 프로그램을 개발 및 운영해야 한다. 양자컴퓨팅을 연구하는 연구
자의 수가 절대적으로 부족하고 선진국과의 기술격차가 있으므로, 양자역
학과 컴퓨터공학의 다학제적 인재를 양성하여 전문가를 육성하는 동시에
해외의 우수한 인력을 영입하고, 핵심기술을 확보할 수 있는 터전을 마련
하는 것 또한 중요하다.
기술 발전을 위해서는 안정된 양자 통제 기술과 양자 원리를 반영한 양
자학습 알고리즘, 양자컴퓨터 구현을 위한 핵심 하드웨어 부품 기술 개발
과 컴퓨팅 관련 이론에 대한 기술 개발도 잊지 말아야 한다.
기초 학문 단계의 양자 정보 기술을 응용 단계로 확산시키고 원천기술
을 개발하기 위해서는 산학연 협력체계를 구축하고, 해외 전문연구기관과
의 공동연구 참여를 확대하는 등 노력을 다하여야 한다.
또한 많은 기업들이 사업에 활용할 수 있도록 양자컴퓨터의 성능 안정
화, 대량생산을 통한 가격 인하, 양자컴퓨팅이 가능한 소프트웨어 개발·
보급 등 관련 연구 인프라를 구축할 필요가 있다. 기술의 체계적인 발전과
성장을 위해서는 국가 주도의 연구단 및 연구시설을 만들어 소수의 흩어
져 있는 인력들의 역량을 하나로 결집하는 것도 필요하다.
양자컴퓨팅에 의해 기존의 보안체계가 무력화되는 것을 막기 위해 관계
법령을 정비하고, 양자컴퓨팅에 의한 새로운 보안 관련 제품에 대한 안전
성 인증 제도를 개발하는 등 제도적인 뒷받침도 마련해야 한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 209
제22절
뇌-컴퓨터 인터페이스를 이용해 로봇팔로 초콜릿을 먹는 모습 출처91
뇌-컴퓨터 인터페이스는 뇌에서 발생하는 신경 신호를 측정 및 분석하여
휠체어나 컴퓨터와 같은 외부 기기를 제어하거나 사지마비 장애인의 의사
소통을 가능하게 하는 기술이다.
뇌-컴퓨터 인터페이스
210 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
1973년 미국 UCLA의 자퀴스 비달(Jacques Vidal) 교수가 최초로 뇌-컴퓨터 인
터페이스의 개념을 제안하였으며, 1977년에 실시간으로 뇌파를 분석하는
방법을 실제로 구현하여 논문을 발표하였다.
최초로 상용화된 뇌-컴퓨터 인터페이스용 뇌파신호 측정 장비는 2004년
오스트리아 지텍(G.TEC) 사에서 출시하였다. 같은 해 6월 미국 브라운대학교
연구팀195)은 사지마비 장애인에게 유타 어레이(Utah Array)라는 전극을 삽입해
서 생각만으로 마우스 커서를 제어하는 데 성공하였다.
2012년 12월에는 미국 피츠버그 대학 연구팀이 사지마비 장애인의 운동
피질에 2개의 미세 전극 배열을 삽입하여 7자유도196)를 가진 로봇팔을 제어
뇌파로 제어되는 로봇을 착용한 사지마비 장애인의 브라질 월드컵 개막식 시축 출처92
195) 브라운대학교 연구팀은 연구 과정에서 브레인게이트(BrainGate)라는 스타트업을 만들었으나 현재는 문을 닫은
상태다.
196) 자유도(Degree of Freedom)은 로봇의 위치와 자세를 결정하기 위해 필요한 변수들의 최소 개수를 의미하며,
인간의 팔은 어깨 3자유도, 팔꿈치 1자유도, 손목 3자유도 등 총 7자유도로 인지된다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 211
하는 데 성공하였다. 2년 뒤인 2014년 6월, 국제 공동 프로젝트인 워크어게
인프로젝트(Walk Again Project)를 통해 개발된, 뇌파로 제어되는 웨어러블형 보
조 로봇을 착용한 사지마비 장애인이 브라질 월드컵 개막식에서 시축을
하는 데 성공하였다.
기술 개발 동향
신경 신호를 해석하는 기술은 지속적으로 발전해서, 2016년 4월, 미국
오하이오주립대 연구팀은 장애인이 자신의 마비된 팔을 다시 움직이게 하
는 데 성공하였다. 뇌에서 발생하는 신경신호를 측정하는 기술도 지속적
으로 발전해서, 2016년에는 뇌혈관 속에 삽입한 스텐트(stent)를 이용하여 신
경신호를 측정하는 스텐트로드(stentrode)가 개발되었고, 2015년에는 스위스
로잔공대에서 e-듀라(e-dura)라고 불리는 신축성 있는 전극이 개발되어 보다
간편한 수술을 통해 뇌-컴퓨터 인터페이스를 구현할 수 있는 길이 열렸다.
국내에서는 침습적197)인 방식보다는 뇌파나 기능적 근적외선 분광198)
등을 이용하는 비침습적인 방식의 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 주로 개
발되고 있다. 외부 기기의 제어보다는 사지마비 장애인의 의사소통을 위
한 기술로 개발되고 있으며, 2016년에는 우리나라에서도 침습적인 방식의
뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 개발하는 연구 과제가 시작되었다.
197) 침습적 방식은 외과적 수술 등 신체에 상처를 입혀서 치료나 검사를 하는 방식이고, 비침습적 방식은 초음파검사
등과 같이 신체에 상처를 입히지 않고 할 수 있는 방식이다.
198) 적외선은 가시광선보다 파장이 긴데, 그 중에서 파장이 가장 짧은 0.75~3㎛인 것을 근적외선이라 한다. 기능적
근적외선 분광이란 근적외선을 이용하여 대뇌 피질의 혈류량 변화를 관찰하는 뇌영상 장비이다.
212 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 뇌-컴퓨터 인터페이스의 기술확산점 도달 시기를
델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2025년에, 국내 기준으로는
2032년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점
도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 사지마비 장애인의 16%가 뇌-
컴퓨터 인터페이스 기술을 사용하는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 EU 일본 중국 한국 기타 없음
75.9
7.8 7.8 4.3 3.5 0.7 0.0
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 213
뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 가장 대표적인 적용 분야는 사지마비 장애
인의 외부기기 제어 및 의사소통이며, 세계적으로 많은 연구 그룹이 이 목
표 달성을 위한 연구를 수행하고 있다. 미국, 중국 등에서는 이미 사람을 대
상으로 침습적 방식의 연구가 진행 중이다. 그러므로 사지마비 장애인의 기
술 사용률이 가장 의미가 크다.
뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 고도화되고 안정성이 확보된다면 사지마
비 장애인 모두가 사용할 것으로 예상되므로, 사지마비 장애인의 16%가 이
기술을 사용하는 시점을 기술확산점으로 설정하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 기술확산점 도달 이후 장애인의 의사전달,
감정·뇌 상태 모니터링, 완전 이식, 무선 뇌-컴퓨터 인터페이스로 발전해 갈
것으로 전망된다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 기술확산점에 이르면 사지
마비 장애인의 운동 의도를 읽어서 휠체어나 로봇팔과 같은 외부기기를 제
어할 수 있는 침습형 뇌-컴퓨터 인터페이스199) 기술의 신뢰도가 크게 높아지
면서 장애인들에게 급속히 보급되기 시작할 것이다. 이후 뇌파나 근적외선
분광법을 이용하여 의사소통을 할 수 있는 기술이 완성되면서 외부와 단절
된 장애인의 삶의 질이 높아질 것으로 예상된다. 나아가 휴대용 뇌파 측정기
기를 이용하여 감정이나 뇌 상태를 인식하는 기술이 발달하면 이를 응용한
게임, 교육 콘텐츠 등이 인기를 모으며 대중에게 보급될 것으로 전망된다. 기
술이 더욱 발전하면 마침내 머리 내부에 완전 이식이 가능한 무선 방식의 뇌-
컴퓨터 인터페이스 장치가 개발되어 장애인들에게 보급될 것으로 예상된다.
199) 두개골 내부에 전극을 삽입하여 신경신호를 직접적으로 얻는 뇌-컴퓨터 인터페이스 방식으로 운동의도를 읽어
외부 기기를 제어하는 데 적합하다.
214 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
3. 미래사회 변화 전망
뇌-컴퓨터 인터페이스 산업의 2014년 세계시장 규모는 7.6억 달러이고,
연평균 11.5%의 성장률로 고속 성장하여 2020년에는 14.6억 달러에 이를
것으로 예측된다.출처93
뇌-컴퓨터 인터페이스의 발달로 사지마비 장애인들이 외부와 소통할
수 있게 되면 다수의 장애인들이 경제활동에 다시 참여할 수 있게 될 것이
다. 또한 뇌-컴퓨터 인터페이스를 접목한 재활훈련 방식이 대중화되면서
뇌졸중 환자의 재활 효율이 높아져 고령화 사회의 큰 부담으로 작용할 수
있는 뇌졸중 환자에 대한 사회적 비용이 크게 감소하게 될 것으로 보인다.
또한 의료 패러다임이 치료 중심에서 예방 중심으로 변화하고 고령화
사회가 도래함에 따라, 가정에서 간편하게 뇌 건강을 모니터링할 수 있
는 웨어러블 뇌 모니터링 시스템에 대한 시장의 요구가 꾸준히 증가하고
있다.
뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 고도화되어 개인의 감정과 뇌 상태를 읽
을 수 있는 수준에 다다르면 스마트폰 비서, 수면 건강관리, 뉴로 에듀케
이션200) 등과 같은 다양한 감성 인터페이스 응용 기술들이 상업화되면서
새로운 시장을 형성하여 산업적으로도 파급효과가 있을 것으로 보인다.
200) 뇌 신호를 통해 수업 집중도를 측정하고 공부 상태를 진단하는 등 뇌공학 기술을 활용한 교육 컨설팅을 의미한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 215
4. 기술확산 실현을 위한 과제
뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해
야 할까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안
으로는 인력 양성(34.8%), 기술 개발(29.6%), 인프라 구축(14.2%) 등의 순으로 나
타났다.
뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 전기전자, 소프트웨어(컴퓨터공학), 기계전자
(로봇 등 하드웨어), 생체재료(삽입형 전극 등을 사용할 경우), 의공학, 재활공학, 의학 등 다
양한 분야와 연관되어 있는 융복합 기술이기 때문에 이를 통합적으로 수행
할 수 있는 인력의 육성이 필요하다. 산업화가 가시적인 수준에 도달하면
인력 양성을 위한 전문 교육 프로그램 또는 교육 센터를 지정하여 관련 인
력을 양성할 필요가 있다. 정기적인 워크숍 개최와 국제교류 지원 등을 통
해 연구 인력들이 최신 기술에 대한 소양을 갖출 수 있는 기회를 제공해야
하며, 동영상·온라인 강연 자료 보급을 통해 지속적인 재교육을 실시해야
한다. 이와 함께, 관련 기술의 실용화를 위한 장기적인 투자와 연구도 필요
하다. 지속적인 연구 환경을 보장하려면 국책 연구 기관에서 관련 분야 신
진 및 중진 과학자의 적극적인 유치가 필요하며, 미국 등 선진국으로 우수
연구자들이 유출되지 않도록 처우 개선 등 보완책을 마련해야 한다.
기술의 개발도 필요하다. 예를 들어 뇌-컴퓨터 인터페이스의 효용성과
신뢰도를 높이기 위해서는 뇌자극 기술과 신경신호 계측용 전극 기술이 고
도화되어야 한다. 매우 미약한 신호인 뇌신호 인터페이스를 위한 센서 및
신호 처리 기술이 필요하며, 사용자 편의성 증대를 위하여 관련 장치의 경
량화 기술도 개발해야 할 것이다.
현재 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 각각의 개별기술에 대한 연구개발 그
216 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
룹들만 존재하므로, 이를 통합해 산학연 합동융합연구를 할 수 있는 인프라
구축이 선행되어야 한다. 기초 연구에 대해 집중적인 투자가 이루어져야 하
나, 자칫 시장 형성 단계에서 주도권을 상실할 가능성이 있으므로 일부 검
증된 기술들에 대한 응용·개발 연구에도 꾸준한 투자가 필요하다. 이를 위
해 산학연의 공동 연구를 위한 연구 공간을 마련하거나 정기적인 포럼을 통
한 정보 교류의 장을 마련할 필요가 있다.
현재 침습적인 방식의 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 임상은 미국, 중국
등의 일부 국가에서만 허용되고 있어 기술 격차가 벌어지고 있는 상황이므
로 국내에서도 관련 규제를 완화할 필요성이 있다. 또한, 이 기술의 대표적
인 수혜자가 될 장애인들이 비교적 고가의 장비를 사기 어려운 경제적 사정
을 가지고 있음을 감안하여 이에 대한 제도적 해결책도 마련해야 한다.
마지막으로, 다학제적인 공동 연구가 필수적인 학문 분야이므로 우수한
연구실적을 거두고 있는 학교 및 연구소 등과 연계하여 기술적 제휴와 활발
한 인적 교류가 이루어질 수 있도록 하는 등 산학연과 의료계의 협력을 활
성화할 시스템을 구축해야 한다. 산재해 있는 관련 연구자들을 모아 실질적
협력 연구가 가능하도록 연구회 지원 사업 등도 실시할 필요가 있다. 또한,
해외 연구기관과의 활발한 교류 및 협력을 통하여 현재의 기술 수준을 제고
하고 원천기술을 개발하기 위해 노력해야 한다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 217
태양
빛
일반 광합성
H2O(물) + CO2(이산화탄소) + 빛
➡ 포도당 + O2(산소)
CO2
O2
인공 광합성
전자
전자
에너지
CO2
화합물
빛
의약품
섬유 연료
플라스틱
제23절
인공광합성
이산화탄소와 빛으로부터 각종 화합물을 제조하는 인공나뭇잎 개념도 출처94
인공광합성은 자연광합성을 모사하여 태양빛을 받아 이산화탄소와 물,
광촉매로부터 직접 정밀화학제품과 에너지 등 화합물을 생산하는 기술이다.
218 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
1912년 이탈리아의 자코모 차미찬(Giacomo Luigi Ciamician) 박사가 인공광합성
을 예측한 이래 다양한 연구가 진행되었다. 1970년 미국 버클리대학의 캘빈
그룹(Calvin group)에서는 가시광선 흡수, 광에 의한 전자 이동, 산화·환원 등
에 대한 연구를 수행하여 응용 가능성을 확인하였다.
대표적인 인공광합성 기술인 염료감응태양전지201)는 1991년 처음 소개되
어 2000년대 들어와서 일부 상용화되었으나 효율이 낮다는 문제가 있었다.
이후 2011년 미국 MIT의 대니얼 노체라(Daniel Nocera) 교수 연구팀은 개인
용 에너지 생산을 가능하게 할 수 있는 인공잎을 개발하였다. 2013년에는
미국 에너지국의 로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Lab.)가 ‘인공
숲’이라 불리는 완전 통합형 인공광합성 나노시스템을 개발하여 인공광합
성 보편화의 기초를 만들었다.
MIT에서 개발한 인공잎 출처95 로렌스 버클리 국립연구소가 만든 인공숲 출처96
201) 영어로는 Dye-sensitized solar cell(DSSC)이라고 하며, 유기염료와 나노기술을 이용하여 고도의 에너지 효율을
갖도록 개발된 태양전지를 의미한다. 1991년 스위스 연방 기술원(EPFL) 화학과의 마이클 그랏첼(Michael.
Graetzel) 교수가 최초로 개발하였다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 219
기술 개발 동향
현재 영국 글래스고대학에서는 인공광합성을 이용하여 액체연료를 생
산할 수 있는 인공잎을 만들기 위한 합성생물학 접근법을 연구 중이며, 미
국 MIT 연구진은 태양광 발전에 쓰이는 실리콘 태양전지와 값싼 촉매를 이
용하여 식물의 잎처럼 물을 분해하는 인공잎을 개발하고 있다.
KIST에서 개발한 인공광합성 디바이스 시스템 출처97
우리나라에서는 염료감응태양전지의 효율 향상 연구와 인공광합성을
이용하여 포름산202) 등의 정밀화학제품을 만들기 위한 연구가 진행 중이다.
한국과학기술연구원(KIST)에서는 빛에너지로부터 정밀화학 물질 생산이 가
능한 신개념 생체촉매 기반 인공광합성 기술 개발 연구를 진행하고 있다.
2016년 7월 태양전지기술과 촉매기술의 융복합을 통하여 태양광 에너지만
으로 작동하는 자가 구동, 일체형 인공광합성 디바이스 기술을 개발한 것이
202) 고무제품 생산, 섬유 염색, 세척제, 향료, 살충제 제조 공업 및 연료전지의 연료 등을 만드는 데 중요한 화학물질이다.
220 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
대표적인 예이다. 한국화학연구원 인공광합성연구그룹에서도 2016년 7월
태양광만을 이용해 이산화탄소로부터 포름산을 생산하는 플라스틱 나뭇잎
원천기술 개발에 성공하였다. 또한, UNIST에서는 2016년 12월 독일 헬름홀
츠 연구소와 공동으로 수소전환율이 8%203)로 세계 최고 수준의 인공나뭇잎
(광촉매) 소자를 개발하기도 하였다.
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 인공광합성의 기술확산점 도달 시기를 델파이 조
사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2026년에, 국내 기준으로는 2030년에
해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시기
예측을 위한 기술확산점의 정의는 인공광합성 기술을 이용한 제품 생산이
기존 시장을 대체하는 비율이 3%가 되는 시점으로 보았다.
인공광합성 기술은 현재 염료감응태양전지 분야에서 응용되고 있지만,
천연광합성과 같이 탄수화물, 포름산과 같은 물질을 제조하여 기존 제품 생
산을 대체하는 것에 가장 큰 의미가 있다. 따라서 인공광합성으로 제조 가
능한 대표적인 유기물인 메탄올, 포름산 생산량을 20% 대체하는 시점을 기
준으로 삼았다.204) 즉, 인공광합성을 이용한 유기물 대체율이 20%인 시점의
16%에 해당하는 3%를 기술확산점으로 설정하였다.
203) 기존 광촉매의 수소전환효율은 약 5%이며, 수소전환효율 10%가 상용화의 기준으로 여겨진다.
204) 2050년 이산화탄소 감축 목표 20%의 달성 시 세계 메탄올, 포름산 생산량(현재 기준)의 20% 대체가 가능하다.
(유엔개발계획, GI premium market research reports 참조)
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 221
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 EU 일본 한국 중국 없음 기타
64.8
14.4
11.2
5.6 2.4 1.6 0.0
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
인공광합성은 기술확산점 도달 이후 태양광 에너지, 유기물 생산, 태양
광 공장 보편화의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
기술확산점에 도달하면 인공광합성을 이용하여 기존의 방식보다 친환
경적이고 저렴하게 제품을 생산할 수 있게 되므로 인공광합성 기술이 빠르
게 확산될 것으로 보인다. 일반 가정까지 인공광합성 기술이 확산되는 단계
에 이르면, 인공잎을 활용하여 기존보다 효율이 높고 저렴한 태양광 전기
생산 기술이 보급될 것으로 예상된다.
기술이 더욱 발전하면 기존의 화학공장 및 발전소를 대체하여 인공광합
성 공장에서 각종 화학제품(포름산, 탄수화물 등)과 에너지를 청정하게 생산하게
222 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
될 것으로 보인다. 더 나아가 태양광을 활용한 태양광 공장이 보편화되고,
이를 활용하여 의식주, 지구온난화 및 에너지 고갈 문제를 해결할 수 있는
시대가 도래할 것으로 기대된다.
3. 미래사회 변화 전망
인공광합성 기술은 아직 상용화 단계에 도달하지 못하고 개발단계에 머
물고 있어 정확한 시장전망은 어렵다. 현재 염료감응태양전지 분야에서 가
장 많이 응용되고 있으며, 향후 탄수화물, 포름산, 메탄올205)과 같은 정밀화
학 제품을 제조하는 기존 제품 생산을 대체할 것으로 예상된다. 이 기술은
이산화탄소를 활용하므로 이산화탄소 감축과 밀접하며, 2020년 즈음에는
1조 달러 이상의 경제적 효과를 보일 것으로 예상된다.206)
인공광합성 기술이 사회적으로 확산되면 인공잎의 개발 등으로 개인이
대기 중에 존재하는 이산화탄소 및 태양광을 이용하여 에너지를 발생시키
고, 최종적으로는 탄수화물과 같은 식량원을 손쉽게 얻을 수 있을 것이다.
또한, 이산화탄소를 재사용하여 지구온난화를 예방함으로써 기후 변화 및
해수면 상승으로 인한 재해를 방지할 수 있을 것이다.
또한 태양광은 무한 에너지원이므로, 이를 이용해 신약원료물질, 광학
이성질체207)와 같은 고부가가치의 정밀화학물질을 친환경적으로 생산할
수 있다는 점에서 그 파급효과가 매우 클 것으로 예상된다. 인공광합성과
205) 화학제품의 중간물질 생산, 연료전지, 폐수처리제, 바이오디젤 등에 사용된다.
206) CO2 방출에 의해 발생하는 경제적 손실 중 20% 대체를 기준으로 산정하였다.(data.worldbank.org 참조)
207) 서로 거울에 비친 것처럼 정확한 대칭 모양이지만 겹쳐지지는 않는 분자로, 의약품 등에 주로 사용된다. 우리 몸을
구성하는 아미노산도 광학이성질체의 일종이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 223
연계된 다전자 광촉매 분야, 전자 및 양성자 동시수송 분야, 분자 분리 멤
브레인208) 분야, 나노 융복합기술 분야 등의 산업이 크게 발전할 것이다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
인공광합성 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까?
전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인력
양성(33.7%), 기술 개발(23.1%), 인프라 구축(18.5%) 등의 순으로 나타났다.
현재 인공광합성 관련 연구 인력은 매우 부족한 상황으로, 이를 해결하
기 위해서는 식물 및 미생물의 광합성 기작에 대한 기초적인 연구를 하는
생물학 분야 인력, 촉매를 개발하는 화학 분야 인력 및 이의 실증을 위한 공
학 분야 인력 등을 골고루 양성해야 한다. 또한 기존 나노와 바이오 기술 관
련 인력을 인공광합성 분야로 유도할 필요가 있다.
기술로는 촉매 기술 개발이 가장 중요하며, 인공광합성을 제대로 구현하
기 위해서는 식물·미생물 내에서의 광합성의 기초기작에 대한 이해가 선
행되어야 한다. 또한 각 단계별로 에너지 손실을 줄이는 기초연구가 필요하
며, 정밀화학 물질로의 전환을 위한 효율적인 공정 및 시스템 구축 등 다양
한 분야의 응용연구가 연계되어 함께 진행되어야 할 것이다. 산업화에 가장
접근하기 쉬운 분야를 우선적으로 공략함으로써 세계적 주도권을 확보하
는 전략도 빼놓아서는 안 된다.
국내 인공광합성 관련 연구센터로는 한국인공광합성연구센터(KCAP)가 있
208) 특정성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 분리할 수 있는 액체 혹은 고체의 막이다.
224 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
지만, 지원 규모는 매우 작은 편이다. 다양한 분야를 포함하고 있는 기술적
특성을 감안할 때 연구시설 및 인적 인프라의 확충이 반드시 필요하다. 원
천기술이 확보된 경우 실증을 위한 중규모 인프라 구축에 연구비를 투자해
야 한다. 인공 환경의 계측과 제어 장비 개발 및 이의 산업화를 위한 연구단
지와 협력단 구성도 필요하다.
선진국에서는 범정부 차원에서 지원하고 있는 것처럼, 우리나라도 장기
적인 기술 개발이 가능하도록 협력체계를 공고히 해 나가야 한다. 이와 함
께 현재 한국인공광합성연구센터 프로젝트로 진행되고 있는 공동연구를
확대하고 연구 분야도 다양화해야 한다. 인공광합성을 통해 생산된 정밀화
학물질은 섬유, 식품, 제약 등 관련 산업에 폭넓게 활용될 수 있고, 태양빛을
이용한 대체에너지 개발, 광센서 디자인, 바이오에너지 개발 등에 응용될
수 있는 만큼 관련 분야의 협력 연구 또한 필수적이다.
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 225
차량현가력
공력
전자기력
(추진/부상)
제24절
초고속 튜브 트레인 개념도 출처98
초고속 튜브 트레인
초고속 튜브 트레인은 터널을 아진공209) 튜브 상태로 만들어 공기저항을 최소화
하고, 캡슐형 차량이 공중에 뜬 채로 시속 1,000km 이상의 속도로 주행하는
수요 응답형(On-demand)
210) 초고속 교통기술이다.
209) 충분히 진공에 가까운 상태를 말한다.
210) 수요응답형 교통체계는 이용승객의 요구 및 수요에 따라 자유롭게 운행되는 유연화된 대중교통체계를 의미한다.
226 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
1. 기술의 발전 과정과 개발 동향
기술의 발전 과정
초고속 튜브 트레인의 최초 개념은 미국 교통성 철도관리국의 고속지상
운송연구소(OHSGT) 주도 아래 진행된 튜브차량시스템(Tube Vehicle System, TVS)에
대한 연구(1966~1969)를 통해 도출되었으며, 1972년에 솔터(R. M. Solter)라는 물리
학자 역시 ‘초고속 이동시스템’이라는 제목의 논문을 통해 진공으로 이루어
진 튜브를 오가는 초고속 운송수단에 대한 구상을 밝혔다.
아직까지 시속 1,000km 이상의 상용화 개발은 이루어지지 않았으며,
2012년 스페이스엑스(SpaceX) 사의 CEO인 앨런 머스크(Elon Musk)가 진공 튜브
안에서 캡슐 형태의 고속열차가 사람이나 물건을 실어 나르는 시스템인 하
이퍼루프(Hyperloop)를 제안하였다.
2016년 5월 11일에는 미국의 네바다 사막에서 하이퍼루프 원(Hyperloop One)
사의 시험 추진체가 시험용 1km 구간에서 1.1초 만에 시속 186km에 도달
하는 데 성공하였다.
미국 네바다 사막에서 시험주행한 하이퍼루프 출처99
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 227
그러나 당시 시험주행에서는 진공 시스템을 제외하고 추진 시스템만 점검
했다는 한계가 있었다. 하이퍼루프 원 사는 현재 진공튜브가 포함된 3km
의 시험선을 건설 중에 있으며 2017년 초에 캡슐 운행 테스트를 진행할 예
정이다.
현재 세계 각국에서는 진공이 인체에 미치는 영향 등에 대한 안전성 입
증을 통해 초고속 튜브 트레인을 시속 1,200km로 달리는 획기적인 차세
대 교통수단으로 자리매김 시키기 위한 투자와 개발을 서두르고 있다.
기술 개발 동향
2012년 앨런 머스크가 초고속 튜브 트레인을 제안하기 전부터 관련 연
구개발이 1990년대 이후에 이미 시작되었으며, 세계 각국에서 다양한 기
술적인 시도가 이루어져 왔다. 대표적인 사례로는 화물 운송용으로 개발
중인 튜브익스프레스(TubExpress), 카고캡(CargoCap)과 여객용으로 개발 중인
ET3, 플렉스택시(Flextaxi), 그리고 튜브웨이(Tubeway) 등이 있다. 개발 중인 국
가로는 미국, 독일, 오스트리아, 러시아 등이 있다.
국내에서는 한국철도기술연구원에서 2007년부터 튜브운송기술 연구
를 수행하고 있다. 2011년에는 진공튜브열차를 52분의 1 크기 모형으로
만들어 0.2기압의 진공튜브 안에서 시속 700km까지 달리는 실험에 성공
한 바 있다. 이 기술도 하이퍼루프와 마찬가지로 진공을 이용해 저항을 줄
이는 것이 핵심이다.
228 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망
기술확산점
전문가들을 대상으로 초고속 튜브 트레인의 기술확산점 도달 시기를 델
파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2028년에, 국내 기준으로는
2033년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점
도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 시속 1,000km 이상으로 운행
하는 상용화된 초고속 튜브 트레인이 최초로 운행되는 시점으로 보았다.
기술확산점 도달 시기 조사 결과(단위: 년)
2015 2020 2025 2030 2035 2040
세계
2015 2020 2025 2030 2035 2040
국내
기술확산점에 가장 먼저 도달할 것 같은 국가 조사 결과
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
(%)
미국 EU 중국 한국 일본 기타 없음
72.2
11.1 11.1
2.8 2.8 0.0 0.0
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 229
초고속 튜브 트레인은 인프라 기술로서, 수요와 활용도가 비행기보다도
높다. 비행기보다 더 빠르고, 도심 속에 터미널을 건설할 수 있는 장점이 있
기 때문이다. 보다 먼 미래에는 기종점 간 운송도 가능하다. 따라서 기술력,
안전성 등의 문제가 해결되어 최초로 상업적인 운행이 실현되면 급속히 확
산될 것으로 예상되므로, 상업적인 최초 운행시점을 기술확산점으로 설정
하였다.
기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망
초고속 튜브 트레인은 기술확산점 도달 이후 스마트 트레인, 열차시스템
고도화, 그린 트레인211)의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다.
일단 기술확산점에 도달하면 저항을 극도로 감소시킬 수 있는 설계기술
과 인프라 덕분에 음속에 가까운 속도로 열차가 이동하며 항공기와 경쟁하
게 될 것으로 예상된다. 기술이 더욱 발전하면 승객의 요구에 따라 모든 교
통수단을 환승하지 않고 이용하며, 기종점 간 수송이 가능하고 24시간 관제
가 필요 없는 맞춤형 열차주행(스마트 트레인)이 정착될 전망이다.
열차시스템 고도화 시기가 오면 우리나라 철도가 남북한의 통일된 한반도
철도를 넘어 동북아를 거쳐 유럽까지 하나의 대륙철도로 연결될 수 있을 것
으로 보인다. 이를 위해 ICT·나노·인공지능·로봇 등의 혁신기술이 융복
합되어 열차시스템이 첨단 지능화된 시스템으로 고도화될 것으로 전망된다.
더 나아가 하늘의 철길을 따라 이동하는 새로운 개념의 차세대 운송시스
템인 그린 트레인이 개발되어 마이크로파를 통하여 원거리에 무선으로 전
력을 공급하는 시스템이 활성화되고, 태양에너지를 자유롭게 이용할 수 있
211) 마이크로파를 이용해서 하늘에 가상의 철길을 만들어주면 그 철길을 따라 에너지를 받으며 하늘을 날 수 있는
미래형 운송 시스템을 의미한다.
230 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
어 화석연료 사용에서 비롯된 에너지 문제에서 해방되는 시대가 펼쳐질 것
으로 기대된다.
3. 미래사회 변화 전망
철도산업의 세계시장 규모는 2014년 223조 원에서 2025년 610조 원으로
성장할 것으로 예상되며, 초고속 튜브 트레인이 상용화되어 세계시장의 약
30%를 점유할 경우, 2025년을 기준으로 183조 원의 신산업 창출효과가 나
타날 것으로 예상된다.출처100
초고속 튜브 트레인이 기술확산점에 도달하는 시기에는 건설교통 영역
을 넘어 서비스업 등 산업 전반에 걸쳐 기반기술로 정착될 것이다. 개인이
일상적으로 활용할 정도로 일반화되면서 초고속 튜브 트레인이 운행되는
구간에서 세계 모든 나라가 1일 생활권으로 묶일 것으로 예상된다.
초고속 튜브 트레인은 도심 내부에 터미널을 구축할 수 있어 비행기보다
도 이동시간이 훨씬 단축될 수 있다. 따라서 미래에는 나노기술, 우주항공
등 다른 기술 분야와의 융합을 통해 비행기를 일부 대체하거나 공존하는 교
통수단이 될 것으로 전망된다.
4. 기술확산 실현을 위한 과제
초고속 튜브 트레인이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할
까? 전문가 델파이 조사 결과, 기술 개발(37.2%), 인프라 구축(30.1%), 인력 양성
제3장 혁신기술별 기술확산점 분석 | 231
(13.7%) 등의 순으로 나타났다.
먼저 관련 기술의 개발이 가장 시급하다. 예를 들어, 진공 상태의 튜브 속
을 열차가 달릴 때 발생하는 열에 견디기 위한 동체와 부속품의 재료기술은
물론, 자기부상 기술, 복합재료를 이용한 내압 구조물 설계 및 제작 기술, 튜
브의 진공 유지 기술, 선형가속기의 추진 기술, 튜브 위에 설치된 태양광 패
널로 스스로 전력을 생산하는 기술 등이 개발되어야 한다.
인프라 면에서는 실증시험용 테스트베드 구축을 위한 지원이 필요하다.
또한 진공 또는 아진공 튜브를 건설하는 작업에는 많은 비용이 발생하므로
국가 주도의 인프라 구축이 요구된다. 실용 노선 제작 시 공기역학적 진공
효과를 극대화시키기 위해서는 튜브를 열차의 크기에 맞게 균일하게 건설
해야 하고, 또한 튜브 안을 자기부상 형태로 다닐 수 있도록 만들어야 하기
때문이다.
인력 면에서는 기계, 전기전자, 토목, 교통정책 등 각 분야의 기본지식과
더불어 ICT와 사물인터넷을 아우르는 실무형 전문 인력을 양성하여야 한
다. 대학 등에는 다양한 연구개발 참여기회를 부여하고, 열린 연구를 할 수
있는 융복합 연구 인력을 체계적으로 육성하여야 한다. 또한 산학연 협력체
계와 더불어 연구개발기간과 건설비 절감을 위하여 해외 유관 기관과의 교
류와 협력을 활성화하여야 한다.
또한 초고속 튜브 트레인은 동체가 매우 미세한 높이로 뜬 상태에서 초
고속으로 좁은 터널 안쪽을 이동하기 때문에, 동전만한 물체조차 큰 위
협이 될 수 있다. 따라서 열차운행 안전을 검증할 수 있도록 철도안전법
을 정비해야 하고, 튜브 건설과 차량 운행에 필요한 관련법령을 준비할
필요가 있다.
기술이 세상을 바꾸는 순간
미래예측은 어렵다. 그러나 반드시 필요한 것이기도 하다.
미래의 불확실성이란 난제에 대한 정답은 될 수 없다고 하더라도
해답의 실마리는 될 수 있기 때문이다. 처음부터 정확한 대비책을
제시할 수는 없지만, 미래예측으로 기준을 잡고 미래에 유연하게
대처하다 보면 미래에 대한 준비가 마냥 어렵고
아득하게만 느껴지지는 않을 것이다.
CHAPT0ER 4
맺 음 말
234 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
미래예측은 어렵다. 그러나 반드시 필요한 것이기도 하다. 미래의 불확
실성이란 난제에 대한 정답은 될 수 없다고 하더라도 해답의 실마리는 될
수 있기 때문이다. 처음부터 정확한 대비책을 제시할 수는 없지만, 미래예
측으로 기준을 잡고 미래에 유연하게 대처하다 보면 미래에 대한 준비가 마
냥 어렵고 아득하게만 느껴지지는 않을 것이다.
우리가 이번에 시도한 혁신기술의 기술확산점 예측은 그런 점에서 의미
를 찾아야 할 것이다. 기존의 관점이 기술의 개발이나 상용화에만 초점을
맞추었다면, 이번엔 기술의 확산까지 관점의 범주를 넓혀서 본 것이다. 관
점을 넓혀서 보면 어떻게 대비해야 할지에 대한 생각도 다양해지게 된다.
기술확산점 도달 시기에 대한 예측은 기준시점을 잡아준다. 언제 도래하는
지에 대해 기준이 생기게 되면, 그때까지 무엇을 해야 할지에 대한 생각도
생기게 마련이다.
미래는 모든 이에게 다가온다. 더욱이 앞으로의 사회는 초연결 사회라
맺 음 말
제4장
제4장 맺음말 | 235
고 일컬어진다. 이러한 초연결 사회의 핵심적 속성은 ‘관계’이며, 관계의 특
성은 ‘함께 변화하는 것’이다. 초연결 사회에서 발생하는 하나의 변화는 사
회 구성원들을 함께 변화시킬 가능성이 높다. 이러한 사실은 사회의 구성원
들이 기술확산점에 대해 다양한 측면에서 고민해야 한다는 것을 의미한다.
기술의 발전과 확산은 그 자체로 끝나는 것이 아니라 사회의 구성원들이 변
화하는데 영향을 주며, 이러한 변화들은 다시 기술의 발전과 확산에 영향을
줄 수 있기 때문이다.
따라서 사회의 변화에 지대한 영향을 줄 수 있는 기술확산점에 대하여
사회의 구성원들이 생각해 본다는 것은 미래의 불확실성을 줄이고 미래에
대한 적응능력을 키운다는 점에서 중요한 의미를 가진다고 할 수 있다.
그런 점에서 앞에서 제시한 혁신기술과 그 기술확산점에 대한 예측 및
분석은 사회의 구성원들인 정부, 학계, 연구계, 산업계 그리고 시민사회에
생산적인 논의를 제공하는 계기가 될 것이다.
먼저, 정부는 기술확산을 위한 생태계 조성에 노력해야 한다. 혁신기술
을 비롯하여 미래사회에 파급효과가 클 것으로 예상되는 기술들에 대한 시
설과 장비를 구축하고, 원천기술을 비롯한 기술을 개발하며, 기술의 개발과
확산을 위하여 규제 합리화를 비롯한 사회적 제도를 정비해야 한다. 또한
다가오는 4차 산업혁명에 대비하여 창조적인 융합인재를 배출할 수 있는
교육을 실시하고, 산학연 간, 대기업-중소기업 간, 더 나아가 사회구성원들
간에 협력 활성화가 이루어질 수 있도록 기반을 마련해야 한다. 이와 함께,
기술의 발전과 확산에 따라 피해를 받거나 소외될 가능성이 큰 취약계층을
보호하기 위한 사회적 안전망을 갖춰나가야 한다. 공공복리의 증진을 위해
필요하지만, 대규모 투자가 필요하거나 시장성이 낮은 기술에 대해서는 정
부가 나서서 개발하는 모습도 필요하다.
236 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
학계와 연구계는 신기술에 대한 이론적 기반을 제공하는 동시에 새로운
혁신 아이디어를 제공할 필요성이 있다. 좋은 기술을 개발하는 것에만 생각
이 머무를 것이 아니라, 그 기술이 미칠 사회적 영향을 연구개발 단계에서
부터 같이 고민해야 한다. 또 하나 놓치지 말아야 할 것은 과학기술과 인문
사회과학의 융합연구이다. 독일의 저명한 미래학자인 마티아스 호르크스
(Matthias Horx)의 지적처럼 사람들은 뛰어난 기술보다 편안한 기술을 더 선호
할 수 있다. 초음속 여객기 콩코드를 예로 들어보자. 지금은 운행을 중단하
고 박물관 유물이 된 콩코드는 당시에는 뛰어난 기술이었음에도 불구하고
비싼 탑승가격, 소음, 높은 연료 소모와 유지보수 비용, 1백 명에 불과한 탑
승 인원 등으로 결국 시장에서 성공하지 못했다. 기술적 우위에도 불구하
고, 사람들의 필요를 제대로 읽지 못했기 때문에 널리 확산되지 못한 것이
다. 이처럼 기술의 확산에는 사람들의 필요를 충족하는 것이 필요하며 이를
위해서는 인간 심리와 문화 등에 대한 이해가 중요하다. 이를 위해서는 기
술의 확산에 대비한 과학기술과 인문사회과학의 융합연구가 이루어질 필
요가 있다.
기업에서는 새로운 시장에 대한 개척과 서비스의 고도화를 위한 노력을
더욱 증진해야 할 것이다. 10개의 볼링핀을 넘어뜨리려면, 가장 앞에 놓인
볼링핀을 노리는 것이 가장 효과적이다. 이처럼 제품의 확산과 기업의 성장
을 도울 수 있는 거점시장을 파악하고 개척하는 것은 중요한 일이다. 제품
의 구매와 확산은 뛰어난 기술과 탁월한 서비스가 모두 제공될 때 가능하
므로, 소비자를 매혹할 수 있는 서비스의 개발에도 노력을 게을리해서는 안
될 것이다.
4차 산업혁명 시대에 개인맞춤형 생산과 1인 제조 기업은 앞으로 점점
더 늘어날 것이다. 생산자이자 소비자로서 국민은 생산 및 판매 과정부터
제4장 맺음말 | 237
적극적으로 참여해 스스로의 목소리를 높일 필요가 있다. 이를 위하여
시민사회에서는 과학기술의 수요자로서 새로운 과학기술에 대한 참신
한 제안을 할 필요가 있다. 또한 꾸준한 모니터링을 통해 환경·윤리적
측면 등 기술발전에 따라 소홀해지기 쉬운 가치들에 대하여 건설적인 문
제를 제기하는 역할도 필요할 것이다.
프랑스의 대문호 빅토르 위고(Victor Marie Hugo)는 “미래는 많은 모습을 가
지고 있다. 약한 자에게는 영원히 닿을 수 없는 곳이고, 겁쟁이에게는 미
지의 세계이며, 용감한 자에게는 기회다.”라고 하였다. 미래가 정확히 어
떤 모습으로 다가올지는 아무도 모른다. 또한 어떻게 대비하느냐에 따라
서 그 결과는 많이 다를 것이다. 미래준비는 어느 한 주체가 전담하는 것
이 아니다. 우리 모두의 몫이다. 모두 함께 미래를 기회로 만들어보자.
238 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
제2장_ 미래준비의 포인트, 기술확산점
출처1. 통계개발원, 한국의 사회동향 2013.
출처2. 미래창조과학부·한국과학기술기획평가원·한국과학기술기획평가원. 2016. 제5회 과학기술예측조사:
1차년도 연구.
출처3. 김영평. 1991. 불확실성과 정책의 정당성. 서울: 고려대학교 출판부
출처4. Marsh, N., MCallum, M., & Purcell, D. 2002. “Strategic foresight: the power of standing in the future”
Crown Content
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참고자료 출처
참여해 주신 분들
참여해 주신 분들 | 243
필 진
작성 내용 담당 전문가
기술확산점 총론 이철주 고려대학교 정부학연구소 선임연구원
멀티콥터 드론 안 존 세종대학교 항공우주공학과 부교수
실감형 가상·증강 현실 김태근 세종대학교 광전자공학과 교수
스마트 팩토리 엄낙웅 한국전자통신연구원 책임연구원
만물인터넷 민옥기 한국전자통신연구원 책임연구원
3D 프린팅 박 근 서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과 교수
빅데이터 활용 개인맞춤형 의료 박성호 한국보건산업진흥원 책임연구원
스마트 그리드 이일우 한국전자통신연구원 책임연구원
초고용량 배터리 홍성준 한국에너지기술연구원 선임연구원
극한성능용 탄소섬유복합재료 김세훈 주식회사 김랩 대표이사
롤러블 디스플레이 정병준 서울시립대학교 신소재공학과 부교수
희소금속 리사이클링 한영수 한국지질자원연구원 선임연구원
웨어러블형 보조 로봇 김정석 가천대학교 의용생체공학과 조교수
자율주행 자동차 문종덕 한국산업기술평가관리원 수석연구원
포스트 실리콘 반도체 최정혜 한국과학기술연구원 책임연구원
이성철 전자부품연구원 수석연구원
인지컴퓨팅 노영균 서울대학교 기계항공공학부 BK 조교수
CO₂ 포집·저장(CCS) 이창근 한국에너지기술연구원 책임연구원
유전자 치료 장인진 서울대학교 의과대학 교수
줄기세포 이동율 차의과학대학교 의생명과학과 교수
지능형 로봇 유범재 한국과학기술연구원 로봇연구단 책임연구원
인공장기 김현철 서강대학교 화공생명공학과 부교수
양자컴퓨팅 이성철 전자부품연구원 수석연구원
뇌-컴퓨터 인터페이스 임창환 한양대학교 생체공학과 부교수
인공광합성 박노형 한국생산기술연구원 수석연구원
초고속 튜브 트레인 함영삼 한국철도기술연구원 수석연구원
244 | 기술이 세상을 바꾸는 순간
과학기술예측위원회
노도영 광주과학기술원 물리·광과학과 교수, 위원장
권철홍 한국에너지기술연구원 기술정책연구실 책임연구원
이종관 성균관대학교 철학과 교수
이재신 중앙대학교 미디어커뮤니케이션 학부 교수
함영삼 철도기술연구원 철도안전연구실 수석연구원
허 진 인천대학교 전기공학과 교수
김수현 한국과학기술원 로보틱스 및 자동화 연구센터 교수
김성수 한국화학연구원 의약화학연구센터 책임연구원
박종래 서울대학교 재료공학부 교수
노병규 한국인터넷진흥원 경영기획본부 본부장
장윤숙 셀트리온 전무
이태원 포스코에너지 연료전지연구소 상무
이상헌 MSD테크놀로지 대표
송용설 아모그린텍 부사장
김범열 LG경제연구원 수석연구원
한국과학기술기획평가원(KISTEP) 미래예측본부
이승룡 연구위원
박종화 부연구위원
유준우 연구원
김윤아 연구원
미래창조과학부 미래전략기획과
이은주 과장
김도형 주무관
참여해 주신 분들