IoT 및 피지컬 AI의 시대가 온다 > News Insight

2025년 미국 라스베이거스에서 열린 국제 전자제품 박람회(CES 2025)의 기조연설에서, 엔비디아(NVIDIA)의 CEO 젠슨 황(Jensen Huang)은 ‘피지컬 AI(Physical AI)’ 시대의 도래를 선언했다. 그는 챗봇을 비롯한 현재의 인공지능(AI)이 주로 PC나 스마트폰 등 수동적 기기에서만 작동하고 있어 활용 분야가 제한적이라고 지적했다. 그러면서 향후 AI는 로봇, 자동차, 가전기기와 같은 능동적이고 물리적인 장치로 그 활용 영역을 확장할 것이라고 전망했다.

‘피지컬(Physical)’이란 실제 환경과 상호작용하는 물리적 장치 또는 기기를 의미​

여기에서 말하는 ‘피지컬(Physical)’이란 실제 환경과 상호작용하는 물리적 장치 또는 기기를 의미한다. 기존의 피지컬 기기는 크게 세 가지 요소로 구성된다. 첫째는 주변 환경을 인지하는 센서, 둘째는 센서 데이터를 분석하고 명령을 전달하는 하드웨어 및 소프트웨어, 셋째는 명령에 따라 실제 움직이는 구동장치(모터, 히터 등)이다.

첫째 요소인 센서는 4차 산업혁명의 핵심 요소이다. 시각을 담당하는 카메라, 청각을 대신하는 초음파 센서뿐만 아니라 온도, 습도, 가속도, 산소 농도 등을 측정하는 다양한 센서가 존재한다. 이 센서들이 피지컬 기기에 적용되기 위해서는 신뢰성, 저전력 소모, 경량화, 가격 경쟁력과 같은 조건들이 반드시 충족되어야 한다.

둘째 요소인 하드웨어와 소프트웨어 중에서 하드웨어를 먼저 보면, 컴퓨터 중앙처리장치인 CPU 를 사용할 수 있다. 카메라를 비롯한 이미지 센서에서 수집되는 큰 용량의 데이터를 분석할 수 있는 장점이 있다. CPU 를 사용하려면 추가로 코딩을 영구히 저장하는 플래시 메모리와 분석 도중에 나오는 중간값 들을 임시 저장하는 메모리도 필요하고 그외의 부수적인 추가 부속품 들이 필요하다. 따라서 소모 전력 최소화 와 경제성에 제한이 있다. CPU 보다 피지컬 기기에 많이 사용되는 MCU(Microcontroller Unit) 는 CPU 및 부수적인 부품들을 하나의 집적회로 안에 모두 만들어 놓은 것이다. 일명 원칩 컴퓨터라고 부르기도 했는데 소형화 되어 있고, 저전력으로 작동되고, 사용이 간편하며 가격이 저렴한 이유로 다양한 가전기기 뿐만 아니라 자동차 등에도 많이 사용되고 있다. 

소프트웨어 측면에서 피지컬 기기 개발 시 주로 사용되는 언어는 메모리 접근이 쉽고 빠른 실행 속도를 지원하는 C 언어이다. 파이선 언어를 사용하여 MCU 를 코딩을 할 수도 있다. 파이선은 큰 데이터 처리에 중점을 두고 만든 언어이다. 파이선의 특징은 인터프리티드 언어라는 것인데 이 뜻은 코딩 작성중에 각 명령의 적합성을 판단하여 즉시 에러 여부를 알려준다는 장점을 가지고 있다. 그러나 항상 인터프리터 라는 소프트웨어를 코드에 포함 시켜야 하기 때문에 추가 메모리를 사용하는 CPU 를 사용해야한다. 인터프리티드 언어의 또다른 약점은 프로그램이 구동 할때 한줄씩 번역하면서 명령을 수행하기 때문에 속도가 C 언어 보다 느리다는 것이다. C 언어 와 같이 코딩 전체를 마친 다음에 CPU 가 이해할 수 있는 기계어로 한번에 바꾸는 언어를 컴파일 언어라고 부른다. 코딩 도중에 번역 하면서 오류 여부를 알려주는 파이선 과 달리 컴파일 언어는 최종에야 에러를 판단할 수 있다는 불편함이 있다. 그러나 경량화 되어 작은 메모리에 적합하고, 빠른 작동을 필요로 하는 실시간 컨트롤을 목적으로 하는 경우 CPU  및 MCU 에서 C 언어를 사용한다. 파이선 언어도 발전하여 MCU 에 사용할 수 있는 마이크로 파이선과 같은 언어들이 개발 되었다. 그러나 아직은 C 언어 보다 크고 느리다. C 와 C++ 언어를 바탕으로 쉽게 MCU 를 코딩할 수 있도록 만든 소프트웨어의 게임 체인저는 아두이노 언어이다. 많은 피지컬 기기들이 아두이노 언어를 사용하여 코딩하고 있다.

세번째 요소인 구동 부분에 사용하는 모터의 예를 들면 DC 모터, 서보 모터, 스텝 모터, BLDC 모터 등이 있다. DC 모터는 충전전기 면도기를 비롯하여 다양한 분야에 사용 되는 모터이다. 서보 모터는 모터 축을 일정한 각도로 회전 시킬수 있는 모터로 로봇, 공장 자동화 등에 사용된다. 스텝 모터는 모터축 회전을 적은 스텝으로 나누어 회전할 수 있도록 만든 모터이다. 미세 위치 컨트롤에 유리하여 3D 프린터, 스마트 팩토리 등에 사용되고 있다.

IOT(사물 인터넷) 는 피지컬 기기의 집적회로(CPU 및 MCU 등)에 인터넷 연결 기능을 수행할 수 있도록 하드웨어와 소프트웨어를 추가한 것​

IOT(사물 인터넷) 는 피지컬 기기의 집적회로(CPU 및 MCU 등)에 인터넷 연결 기능을 수행할 수 있도록 하드웨어와 소프트웨어를 추가한 것이다. 인터넷이 가능한곳 이면 세계 어디에서나 피지컬 기기가 하는 일을 모니터링하고 컨트롤 할수 있다. 센서에서 수집 되는 데이터를 현장에서 사용하고 또 클라우드에 저장시켜 AI 및 Big Data 분석에 사용할 수 있게 한다.

피지컬 AI 는 피지컬 기기의 집적회로에 AI 기능을 추가한 것​

피지컬 AI 는 피지컬 기기의 집적회로에 AI 기능을 추가한 것이다. 현재 AI 에 질문을 하기 위하여 PC 및 스마트폰을 사용한다. 두 기기 모두 CPU(중앙처리장치) 를 사용하는 컴퓨터 이다. (데이터를 학습시켜 가장 적합한 모델을 만들 때 사용하는 엔비디아의 GPU(Graphics Processing Unit) 같은 집적회로 는 이글에서 논외로 한다.) 앞에서 언급한 MCU 를 사용하면 피지컬 AI 기기가 경제성이 확보되 실용화 하기에 용이하다. 여기에서 MCU 의 큰 단점은 메모리 용량이 적어 큰 AI 모델 코드를 내제 시킬수 없다는 것이었다. 최근 AI 모델을 컴펙트하게 만들어 MCU 에서 사용하는 기술들이 개발되고 있고 실전 응용 사례들이 나오고 있다. 아두이노 라는 저렴한 MCU 보드에서 사용하는 Tensorflow Lite 가 그 예이다(아두이노는 유일하게 소프트웨어 와 하드웨어 둘다 가지고 있다). 본래 Tensorflow 는 많은 양의 데이터를 사용하여 CPU 및 GPU 에서 AI 코딩을 할수 있도록 구글에서 만든 소프트웨어 이다. Tensorflow 를 작고 저렴한 MCU 에서 사용하도록 만든것이 Tensorflow Lite 이다. Tensorflow 는 파이선 이라는 컴퓨터 언어를 사용한다. MCU 에서 Tensorflow Lite 를 사용하기 위하여 파이선 언어를 C 언어로 치환하여 아두이노 코드에서 사용한다.

피지컬 AI 는 대한민국이 세계적으로 리드할수 있는 분야이며 향후 큰 시장을 창출할 사업 영역​

피지컬 AI 는 대한민국이 세계적으로 리드할수 있는 분야이며 향후 큰 시장을 창출할 사업 영역이다. 트럼프 대통령 당선인 시절 사저 경비를 담당했던 AI 로봇 경비견은 현대 자동차가 가지고 있는 보스톤 다이나믹스 에서 만든 제품이다. 피지컬 AI 는 벤처, 중소 및 중견 기업에서 신제품을 창출할 수 있는 분야이다. 중국이 팁씨크 AI 를 출시하여 대한민국 AI 를 앞서고 있다. 또한 다수의 기술 제품군에서 우리를 위협하고 있다. 삼성이 만드는 갤럭시 휴대폰에 사용하는 안드로이드 라는 소프트웨어는 구글이 만든 것이다. 석유 한 방울 나오지 않는 나라이지만 대한민국은 세계 유수의 석유 수출국으로 자리 메김하고 있다. 피지컬 AI 로 세계 경제를 리드하는 국가로 발돋움할 수 있는 기회가 오고 있다.

현재 가장 큰 걸림돌은 인력​

주제에 첨언하여 현재 가장 큰 걸림돌은 인력이다. 국내에 있는 기술 인력이 해외로 나가고 있는 것이 현재 상황이다. 산학연 합동이 아니라 국민 전체가 합심하여 냉혹한 국제질서 에서 밀리지 않도록 피지컬 AI 기술력을 향상 시켜야 한다. 젊은이들 에게 희망찬 미래를 보여 주고, 오늘의 대한민국을 이룩한 시니어 세대들에게 땀 흘려 보람찬 일생을 보냈다는 자부심을 가질 수 있도록 해야 한다.​ 

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