인프라산업 4차 산업혁명과 만나다

안녕하세요

미래건설인 래리킴입니다.

 

◎ Executive summary

- 4차 산업혁명 기술 (인공지능, D&A(Data&Analytics, 사물인터넷)
- 통신, 교통, 에너지, 물류, 의료, 교육, 안전시스템을 포괄하는인프라가 기초하지 않으면 변화를 일으킬 수 없음
- 선진 인프라 기업의 4차 산업기반기술 도입
· (통신) 5G와 혼합현실의 융합기술을 통한 증강현실, 5G 통신 인프라와 IoT 결합을 통한 우편시스템 혁신
· (교통) ITS구축, MaaS(Mobility as a Service)를 통한 소비자 편익성 및 교통관리 효율성 제고
· (에너지) 블록체인을 통한 P2P 거래 서비스 제공 및 무선충전 인프라 구축
· (물류) IoT 기술을 통한 탄력적 물류 네트워크의 구축과 로봇 자동화 기술 도입
· (의료) 도시정부, IT시스템 기업, 자동차 기업, 건설 기업 등다양한 기술을 보유한 업체와 유기적 협력
· (교육) 가상현실 및 IoT 기술을 접목하여 개인 맞춤형 교육환경 제공
· (안전인프라) 드론 및 SNS를 활용한 재난 안전시스템 구축

인프라산업의 패러다임 변화

전통적 인프라산업인 통신 교통 에너지 , , , 물류 뿐만 아니라, 광의의 인프라에 해당하는 의료, 교육, 산전시스템에 걸쳐 국내외 선진기업들이 4차 산업혁명의 주요기반기술들을 도입하고 있다. 이러한 과정에서 인프라산업의 패러다임이 전반적으로 변화하고 있다.

초연결 통신 서비스의 부상
4차 산업혁명시대에는 모든 사물과 사물이 연결되고 모든 서비스가 네트워크를통해 유기적으로 연동되는 ‘연결성’이 핵심이다. 이에 따라 통신인프라는 타 산업과의 유합을 통해 새로운 가치를 만들어 차세대 네트워크 핵심 인프라로 자리매김할 가능성이 높다.5G는 초실시간, 초고용량 네트워크로 수많은 기기를 연결할 수 있다. 4G보다 약 10배 늘어난 100만 대에 이른다. 글로벌 네트워크 업체인 시스코는 2020년 500억대 이상의 기기가 연결될 것으로 전망했다. 이에 따라, 5G 시대에는 네트워크에 연결된 개체의 종류가 더욱 다양해 질 것으로 예상된다. 빠른 속도와 지연시간이 적고 높은 연결성은 자율화된 미래를 가져다 주고, 연결을 통해 수집된 데이터는 더나은 서비스를 제공할 것이다.

교통인프라
도시로의 인구 집중현상이 가중되면서 교통혼잡 및 환경문제는 심각한 사회적 비용을 초래하고 있다. 2030년까지는 세계 인구의 60%가 도시에 거주하게 될 것이라고 UN은 예측하고 있다. 현재 교통시스템으로는 증가하는 수요를 감당할 수 없으며, 이미 미국, 유럽 등 선진국에서는 기존 자동차 중심의 교통 체제의 한계를 직시하고 새로운 교통 체제에 대해 활발하게 논의하고 있다. 기술의 발전은 교통환경 변화를 가속화 시키고 있다. 스마트폰과 초고속 무선통신망의 확산은 교통상황이나 교통자원에 대한 정보의 비대칭성을 줄이는데 기여했으며 기존에 수행할 수 없었던 새로운 서비스와 시장을 형성하고 있다.

차량의 전동화 및 자율주행기술은 교통환경을 변화시키는 중요한 요소이다. 최근에 ITS(Intelligent Transportation System, 지능형교통시스템)을 구축하여 세계각국에서 확대해 나가고 있다. ITS는 인공지능 기반의 교통시스템이 주행과 관련되어 실시간으로 모든 정보를 수집하여 주변 상황과의 상호작용으로 발생하는 상황을빠르게 처리하는 기술이다.
ITS가 구축된 도시에서는 커넥티드 카를 실현할 수 있게 된다. 차량간(V2V,Vehicle to Vehicle), 차량-인프라(Vehicle to Infrastructure)간 네트워킹 구현을통해 자동차가 다른 사물과 능동적인 정보를 주고 받을 수 있게 되는 것이다.
MaaS 교통으로 ‘이동(Mobility);의 퀀텀점프 4차 산업혁명의 시대를 맞이하면서 미래의 교통체제는 다양한 이동수단들과 서비스, 인프라들이 서로 긴밀하게 연결되면서 거대한 모빌리티 생태계로 변하게 될 것이다. 출발지부터 목적지까지의 교통상황과 이용자 주변 운송 수단의 상황에 따라최 적화된 여러 가지 루트가 제안되며 그에 따른 이용 요금이 제시된다. 이에 따라 세계 각국에서 MaaS의 파일럿 테스트를 진행하는 도시가 생겨나고 있다. 프랑스 파리, 독일의 히노보와 구텐베르크, 스페인의 바르셀로나, 오스트리아의 비엔나, 싱가폴, 미국의 라스베가스와 로스엔젤레스, 그리고 핀란드의 헬싱키 등이 새로운 이동 서비스를 파일럿 테스트 하면서 그 효과성을 검증하고 있다.

혁신을 혁신하는 IoE
4차 산업혁명과 에너지의 융합은 ‘IoE(Internet of Energy, 에너지인터넷)’로 요약할 수 있다. IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 기술은 현실 세계에 존재하는사물 및 사이버 환경에 존재하는 사물들을 인터넷을 통해 연결시켜 다양한 서비스
를 제공할 수 있도록 하는 인터넷 인프라 기술이다. 이를 에너지 대상으로 반영되 고 구현된 것이 IoE이다.
IoE를 구축하기 위해서는 에너지 사업자의 일방적인 전력 공급에서 벗어나 신재생에너지 등 분산자원 기반의마이크로그리드로의 전환이 필요하다. 에너지 생산자는 에너지를 생산하고 남은 전력을 시장에 판매할 수 있고, 생산자와 소비자 간 직거래를 하거나 중개 사업자는 거쳐 판매할 수 있게 된다.
거래를 위해서 취약성을 극복하기 위해서는 P2P 최근 블록체인 기반의 에너지 유통 및 거리 기술 도입이 검토되고 있다. 블록체인은 분산원장으로 정의할 수 있다. 중앙에서 관리하는 것이 아니라, 개인 기기에서 저장되어 관리되기 때문에 스스로 운영된다는 특성이 있다. 호주에서는 파워레져(Power Leger)가 블록체인으로 P2P 전력을 판매허용하는 시험 프로그램을 퍼스 주변에서 시작했다.

전기차 보급을 확산케 할 무선충전 인프라
최근에는 2차원 평면 구조를 벗어나 높은 공간상의 자유도를 갖는 무선충전에 대한 기술 연구가 진행되고 있다. 무선충전 기술은 가전, 전기자동차, 산업용 기기 등 다양한 분야로 확산되고 있으며 이에 따라 무선충전 시장은 크게 성장할 것으로 보인다. 시장 조사 업체는 IMS는 무선충전 시장이 2012년 약 49억 달러에서 2020년 약 151억 달러까지 성장할 것으로 예측하고 연평균 성장률 또한 151.1%로 전망하고 있다. 이는 웨어러블 기기를 필두로 점차 영역을 넓히고 있다.
특히 최근에는 전기자동차 분야까지 시장이 확대되어 도로에 깔린 무선 전력 공급 인프라가 전기차의 상용화를 촉진시키기 때문에 최근 각광받고 있다. 현재 출시되는 전기자동차의 운행거리가 길지 않으며 충전기가 있는 곳에 전기차를 주차해야지만 충전이 가능하다. 하지만 움직이는 물체에 무선으로 전력을 공급해 충전할 수있는 기술이 개발되어 이런 문제점을 해결할 길이 열렸다. 즉, 도로에 무선 충전기 역할을 하는 코일을 깔아두고 이 도로를 전기차가 달리면 전기차 바닥에 잇는 코일이 가기공명을 통해 에너지를 공급할 수 있다는 것이다. 이러한 도로-자동차 간 시스템이 보편화 되면 전기차의 생산 가격 중 매우 큰 부분을 차지하는 대용량 배터리가 불필요하게 된다.

물류 인프라 진화
4차 산업혁명이 부상하면서 물류 4.0의 시대가 도래하고 있다. 이는 로봇, 무인자동차, 인공지능, IoT를 꼽을 수 있으며 물류기기 및 개체 간의 연결에 따른 데이터활용이 물류산업의 새로운 경쟁력으로 대두 될 것이다. 전세계적으로 거래의 방식과 범위가 다양ㅇ해지면서 맞춤형 운송서비스에 대한수요가 늘어나고 있다 온라인을 통한 해외 직구나 . 개인간 건래가 확대되면서 소규모의 개인화된 물류서비스 수요가 증가하고 있다. 이러한 거래 물품도 기존 규격화된 공산품 중심에서 신선식품, 생물 및 음식배달, 각종 심부름 등으로 품목이 다양화되는 모습을 보이고 있다.
선진화된 물류기업은 초소화 센서의 일종인 RFID 태그를 활용하여 실시간으로관리하고, 제품이 이동할 때 어느 도시를 지나 언제쯤 도착하는지 시각화해서 실시간으로 보여준다. 제조업체가 생산 제품을 전 세계로 배송할 때 배의 속도와 날씨 정보, 태풍 유무 등을 종합적으로 고려하여 도착시간을 미리 개산할 수 있고, 도착할 지역 주변의 페이스북과 트위터를 분석하여 해당 항구에서 국지적인 상황이 발생하는지도 판단할 수 있다.

로봇, 자동화 기술을 통한 물류 무인화 실현
수송 규모의 확대와 소량 다품종 처리 시설 도입 등에 따라 물류 창고의 대형화 및 고도화가 가속되고 있다. 수요 측면에서 온라인 구매의 증가, 산업 측면에서 M&A를 통한 기업의 대형화, 인프라 측면에서 시설 교통발전에 따른 거점 집중화
가 진행되면서 물류 창고의 대형화가 진행되고 있다. 이에 더해 1인 가구의 증가, 신선 물류에 대한 수요 증대에 라 물품의  유형, 크기가 다양화되고 이를 처리하기 위한 창고 시설 기술이 도입되면서 물류 창고가 고도화 되고 있다.

의료 인프라 정밀, 예측 예방 개인 맞춤형 의료
4차 산업혁명시대에 헬스케어는 기존의 의료서비스와 다르게 질병 예방 개념이 포함되어 있다. 즉, 현재 징후를 통해서 제시할 수 있는 병의 치료법과 더불어 향후 발생할 수 있는 질병을 예측하고 건강유지를 위해 지속적 관리를 도모한다는 개념이 포함되어 있다. 현재 ‘치료, 진단’ 중심에서 향후 ‘정밀의료, 예측의료, 예방의료, 개인 맞춤형 의료’ 중심으로 변화하고 있다.

빅데이터를 활용한 헬스케어 4.0시대의 도래
특시 NGS(Next Generation Swquencings, 차세대 염기서열분석)의 대중화를 통해 데이터 접근 및 확보가 용이해지면서, 분자 이미징 등을 통한 기술로 과거에 접근하지 못한 영역의 데이터 확보가 가능해질 것으로 예상된다. 이에 따라 제약 산업이 크게 발전할 것으로 보이며 정밀 의학에 기반하여 신약 개발이 이뤄질 것으로 보인다. 이를 가능하게 하는 대표 사례는 왓슨 온콜로지(IBM), 일루미나의 $100 유전체 시퀀싱 기술 등이 있다.
뿐만 아니라 IT기기, 특히 모바일 기기는 데이터를 추적하고 관찰하는 범위를 확대해준다. 미국의 최대 원격 진료 서비스 업체인 텔라닥(Teladoc)은 원격진료를하고자 하는 의사와 치료를 받고자 하는 환자를 모바일 플랫폼으로 연결해준다. 헬
스케어 데이터 플랫폼인 발리딕(Validic)은 소비자들이 사용하는 헬스케어 제품이 수집한 데이터를 모아서 이를 필요로 하는 기관에 연결해 준다. 의사가 외과 수술에서 환자 몸에 자신만의 눈에만 보이는 절개선을 표시하고 각종 장기의 이름과 주의점을 쓸 수 있게 된다. 구글은 학생들이 가고 싶어하는 곳을 가상현실로 옮겨 수업에 활용할 수 있는 익스페디션(Expedition)서비스를 소개했으며, 2015년 말 전 세계 모든 교실에 가상현실 기기를 보급한다는 계획을 발표, 시
행 중이다.

초현실 초실감 교육 저변 확대
교육과 기술의 결합을 통해 가까운 미래에 완전히 새로운 교육 환경을 경험할 것이다 에듀테크 시장은 일방향의 교육방식에서 . 서로 지식과 아이디어를 공유하여 협업과 공동창작을 통해 새로운 컨텐츠를 만들어 나가는 것은 물론 직접적인 참여와 토론을 이끌어 내는 소셜 러닝이 이루어지고 있다. 즉, 과거의 종이 교과서에서 현재는 보고 듣는 디지털 교과서로, 미래에는 만지고 조작할 수 있는 디지털 교과 서로 진화하게 된 것이다.
이에 더불어 햅틱 기술은 물리적인 움직임을 동반하는 학습에 매우 유용하게 쓰일 수 있어 시각을 넘어서 촉각으로서의 실감형 교육을 구현할 수 있다. 햅틱 기술은 인공 촉감을 출력하는 장치라 할 수 있는데, 사용자의 움직임, 위치 등을 압력받는 기능과 가상현실 속에서 발생하는 사건에 상응하는 촉감이나 힘을 사용자에게 출력하는 기능을 동시에 수행한다. 예를들어, 아마추어 운동이나 초보자들이 몸에 부착한 센서로 움직임을 파악할 수 있게 해주며, 진동 등 햅틱 피드백으로 올바른 자세, 동작을 유지할 수 있게 도와준다.

안전시스템의 혁신
사물인터넷과 양방향 네트워킹이 활용된 재난방지 시스템은 안전 수준을 한 차원 더 업그레이드 할 것으로 전망된다. 재난 재해는 광범위한 지역에 예기치 못하게 인간의 통제가 불가능한 특성을 보유하고 있다. 따라서 재난 재해 발생 시, 피해 규모를 최소화하기 위해서 빠르게 재난 정보를 전달하고 피해지역의 정보를 수집하여 초동 구조 체계를 갖추는 것이 무엇보다 중요하다. 최근 이용이 급속하게 확산되고 있는 스마트폰, 태블릿 등의 모바일 기기와 소셜미디어는 재난재해 대응에 유용한 도구로 부상하고 있다.

기업들의 4차 산업 대응
[통신인프라①] 혼합현실 서비스를 구현시킨 구글의 탱고 5G시대에 실감형 컨텐츠의 특징은 관람을 하는 것이 아니라 체험한다는 것이다. 이러한 기술의 대표는 구글의 탱고(Tango)이다. 탱고는 차세대 증강현실(AR)기술이자 서비스이다. 카메라 등의 영상 기기를 통해 현실의 이미지나 배경을 촬영한 이후에 3차원 가상이미지를 합성해서 하나의 영상으로 보여주는 기술이다. 실제로 5G 발전을 바탕으로 탱고가 상용화 된다면, 집안 공간들을 스캔하고 물건들의 위치
를 입력하여 정보를 입히면 집에서도 증강현실을 사용할 수 있을 것이다.

[통신인프라②] 스마트 우편함의 선두주자 브이컴 기존 개방형 우편함은 우편물의 분실, 훼손, 개인정보유출, 광고성 전단지 투입 및 등기우편물 배달 불가 등의 여러 문제점이 노출되었다. 스마트 우편함은 통신 기능이 연결되어 있는 무인 택배함과 유사한 전자식 우편함으로, 지정된 사람만 우편함에 넣을 수 있고 거주자는 본인의 우편함 우편물만 찾아갈 수 있다. 이번 사업으로 우편의 신뢰도 향상과 국민의 개인정보를 보호하고, 우편 분실과 관련된 민원 감소로 업무효율성 증대효과를 이룰 수 있을 것으로 기대된다. 마지막으로 거주자 부재시 등기우편 3회 방문이 의무화 되어 있는 현장 집배원 근로시간도 단축할 수 있기 때문에 효율적인 인력운영이 가능할 것으로 보인다.

[교통인프라①] e호라이즌을 통해 V2V 시대 여는 IBM
4차 산업혁명시대에 교통분야에서는 끊임어벗이 매끄럽게(Seamless) 이어지는 연결성이 가장 중요한 화두이며, 도시 내에서 이를 실현시키기 위해 다양한 기술이 적용되고 있다.
IBM은 지능형 교통솔류선으로부터 다방면의 솔루션을 제공한다. 중국의 신흥도시 전장시는 IBM IOC를 도입하여 대중교통 시스템을 새롭게 구축하였다. 도시 전체의 교통량을 실시간으로 파악하여 교통체증 해소, 교통관리 개선, 신속 사고 대처, 교통 사용자의 경험을 개선하였다.
최근에는 콘티넨탈 시스코와 함께 호라이즌 , e 플랫폼을 개발하고 있다. 이는 디지털 지도를 통해서 도로 전방을 예측하고, 당장 눈에 보이는 것 이상으로 시야를 효과적으로 확장시켜 더욱 안전하고 똑똑하며 완벽한 운전을 할 수 있도록 도와준다. 도로 인프라와 정보 네트워크의 지능형 교통시스템에서 더 발전하여 차량과 차량사이의 각종 센서데이터와 V2X (Vehicle to Everything)을 통해 네트워크화된 센서데이터, 그리고 주변 환경을 연결함으로써 자율주행을 위한 기반이 될 것으로 보인다.

[교통인프라②] 교통계의 넷플릭스, MaaS Global
이용가능한 교통 수단 정보를 융합하여 이용들이 필요에 따라 목적지까지 갈 수 있는 서비스를 제공하는 MaaS를 제공하려는 도시들이 전세계적으로 성행하고 있다. 특히 헬싱키는 국가적인 차원에서 보다 앞서나가고 있다.예를 들어 서울에서 이러한 기술을 사용한다고 가정하고 이용자가 광화문의 경복궁 앞에서 출발해 수원 시청을 목적지로 설정한다면, 출발지부터 목적지까지의 교통 상황과 이용자 주변 운송 수단의 상황에 따라서 최적화된 여러 가지 루트를 제안하고 그에 따른 이용 요금을 제시한다. 이용자는 그 중 하나의 루트를 선택하면해당 루트를 이용할 수 있게 되고 그 중에서 예약이 필요한 교통수단(택시, 렌터카,쉐어링카 등)이 자동으로 예약되고 이용자가 해당 교통 수단을 이요하는 곳에 도착
시간에 맞춰 대기하고 있게 된다. 결국 목적지까지 끊임없는 서비스를 제공하는 것이 핵심이라고 할 수 있다.

[에너지인프라①] 파워레져, P2P 에너지 거래 실현
호주 에너지 분야의 신생업체인 파워레져는 에너지 거래 네트워크 개발을 통해에너지 네트워크 회사인 벡터(Vector Ltd.)와 협업하여 블록체인을 지원하는 P2P에너지 거래 플랫폼을 구축하였다. 수백건의 에너지 거래가 이뤄짐과 동시에 결제까지 진행하기 위해서 블록체인 기술로 일련의 거래를 빠르고 신뢰성 있게 처리할 수 있다.

에너지인프라 [ ②] 무선 충전기술의 미래, 퀄컴 Halo 프로젝트
세계 최대 무선통신 반도체 업체인 ‘퀄컴(Qualcomm)’이 무선충전기술에 대해 활발히 논의 중이다. 퀄컴은 이 사업을 ‘Halo’라고 명명했다. 자기 유도방식의 무선충전 기술로, 충전소 바닥 위와 지표면 아래에 설치된 충전기 간의 전력 전송을 통해,무선으로 충전을 진행하는 방식이다.이와 같은 무선충전은 미래에는 자율주행과 함꼐 공공춘전소 등에서 매우 중요한 솔루션이 될 것으로 전망되고 있다. 퀄컴은 이처럼 가정, 슈퍼마켓, 물, 공공충전소 등 어디를 가더라도 전기차가 끊임없이 충전할 수 있는 전기이동성 에코시스템 구축은 물론, 나아가 주행 중 노면에서 충전하거나, 전기차가 무선으로 전기 그리드에 접속하여 고객의 희망에 따라 가장 효율적인 기간대, 가격대에 충전을 결정하고 진행하거나 차량의 전력을 그리드에 되파는 스마트 충전, 무선 양방향 V2G(Vehicle to Grid)와 같은 미래의 스마트 시티 구축에도 나서고 있다.