미래 산업을 바꿀 7대 파괴적 혁신기술
웨어러블 컴퓨터에서 포스트 배터리까지

저성장을 돌파할 추진력으로 파괴적 혁신기술이 주목받고 있다. 삼성경제연구소에 따르면 파괴적 혁신기술은 ▲기존 산업의 경쟁 질서를 바꾸고 ▲타 산업에 영향을 미치며 ▲소비자의 행동이나 사고를 변화시켜 새로운 시장과 사업을 창출하는 기술이다. 최근 삼성경제연구소 장성원 수석연구원 등이 발표한 <미래 산업을 바꿀 7대 파괴적 혁신기술> 내용을 자세히 살핀다.

김유활 기자 (yhkim@hellot.net)


파괴적 혁신기술은 소비자의 요구를 반영, 능동형 맞춤, 스마트 세이빙, 불균형 해소 등 3가지 키워드를 중심으로 개발되고 있다. 능동형 맞춤은 사용자의 명령을 수행하는 데서 나아가 개인별 요구사항과 의도를 먼저 분석해 최적의 서비스를 제시한다. 스마트 세이빙은 통념상 절감하기 어렵다고 생각했던 분야에서 시간, 에너지, 원재로 등을 절감한다. 불균형 해소는 시간, 공간, 사용층 등의 불균형을 해소한다.
이들 3가지 키워드를 충족하는 7개 파괴적 혁신기술은 ▲웨어러블 컴퓨터 ▲3D 프린팅 ▲상황인식기술 ▲자동주행차 ▲초령량 소재 ▲포스트 배터리 ▲유전자 치료제 등이다.

웨어러블 컴퓨터, 입는 컴퓨터 시대가 열린다



웨어러블 컴퓨터는 신체나 의복에 착용해 다양한 정보를 제공한다. 지난 1966년 MIT대학이 개발한 HMD(Head Mounted Display)가 효시이고, 1981년 스티브만이 개발한 배낭형 컴퓨터는 ‘웨어러블’의 방향을 제시했다. 또한 2000년 중반까지 미국 보콜렉트의 ‘Talkman’, 미국 육군의 ‘Land Warrior’ 등 물류나 군사 분야의 착용형 제품이 실용화됐다.
IMS 리서치 조사에 따르면 웨어러블 컴퓨터 제품은 2011년 1400만대 규모에서 오는 2016년 9300만대로 증가해 시장 규모가 60억 달러에 이를 전망이다. 스마트폰과 블루투스로 연결된 손목 착용형 웨어러블 기기가 증가하는데 이미 구글이나 애플 등 스마트폰 강자들도 최근 웨어러블 컴퓨터 개발에 적극 참여하고 있다. 또한 건강정보 등 실시간 데이터에 대한 관심이 증가하면서 건강, 피트니스, 소셜 네트워킹 분야의 웨어러블 기가 수요가 증가할 것으로 기대된다.
웨어러블 컴퓨터는 기기 의존형 헬스케어 산업을 확대하고, 광고·제조업 등에서 새로운 사용자 경험을 제공할 전망. 웨어러블 기기를 통해 축적된 생체정보와 네트워크를 통한 진단기기 활용으로 헬스케어 산업이 기기 의존형으로 변화하고 있다. 의류 등 어패럴 산업은 제품에 환경·인체에 대한 감지 및 반응 시스템을 적용해 기술·데이터·서비스 중심의 하이테크 산업으로 변신하게 된다.
구글 글래스 등 헤드세트형 기기는 증강현실 기술과 결합해 광고, 정비, 제조업 등에서 새로운 사업모델과 사용자 경험을 제공한다. 거리에서 상점을 보면 선호하는 디자이너의 제품이 팝업되는 등 새로운 광고 방식이 나타나 소비자의 편의성을 증대하며, 정비나 조립공정을 실시간으로 보여줄 수 있는 정비·제조 분야에서는 작업자의 실수를 방지할 수 있으며, 작업효율이 향상된다.
과제도 많다. 기술 장벽 극복, 정보보안 등 소비자 수용성을 높이기 위한 작업이 같이 진행되어야 한다는 지적이다. 직물 내 전자회로 구현, 자유로운 형태 변형을 위한 나노기술과의 결합 등 기술 간 장벽 극복이 필요하다. 또한 클라우드의 정보보안 기능 강화 등 개인정보 유출방지 방안과 사생활 침해 등에 대한 대응책 마련도 필수적이다.



3D 프린팅이 산업 지형을 바꾼다

3D 프린팅은 3차원 설계도에 따라 한 층씩 소재를 쌓아올려 입체 형태로 만드는 기술이다. 가공이나 주조작업이 아닌 설계도에 따라 적층하는 방식으로 수정이 용이해 제품의 개발시간과 비용을 대폭 절감시킨다. 람보르기니는 실제 시제품 제작에 3D 프린터를 이용해 4만 달러에 이르던 제작비용과 4개월에 달하던 제작기간을 3000달러와 20일로 축소했다.


초기에는 소재가 플라스틱에 국한됐지만 최근 티타늄과 철강합금을 이용할 수 있는 기술이 개발됐다.
그러나 가격이 하락하고 생산속도와 제품의 내구성이 향상되어야 보급이 확대될 전망이다. 최근 가정용 3D 프린터가 낮은 가격에 출시되고 있으나 산업용은 1000만원에서 10억원 수준으로 여전히 고가이다. 이와 관련 산업용 저가 모델 가격은 오는 2016년 2000달러 이하로 하락할 것으로 기대되고 있다.
3D 프린팅은 맞춤형과 다양성이 중요한 분야에서 보급이 확대되고 있다. 시제품을 비롯한 소량의 맞춤형, 특수 목적의 제품 제작에 활용되고 있다. 보잉은 항공기 소형 부품 300여 종을 3D 프린터로 제작하고 있다. 플라스틱 모델을 비롯한 장난감, 취미 제품 등 다양성이 중요하고 신속하게 제작해야하는 분야에서도 보급이 확대될 것으로 내다보인다.
이 기술은 나노기술, 의학, 우주항공 등 분야에서 기술 혁신을 가속화할 전망이다. 이들은 3D 프린팅 기술과 융합하며 새로운 문제 해결 방식을 발굴할 수 있을 것이란 관측이다.
제조업의 진입장벽이 완화되고 지적재산권 관련 산업이 변화할 것이란 전망이다. 설계도나 아이디어만으로 제품의 제작이 가능, 제조업의 진입장벽이 완화되고 벤처 창업도 활성화될 것이란 설명이다. 네덜란드의 셰이프웨이는 제품 설계, 판매, 제조, 배송을 한꺼번에 지원하는 통합 서비스를 제공해 벤처 창업을 지원하고 있다. 또한 3D 디자인과 관련된 지적재산의 관리, 복제 방지 산업도 발전할 것으로 내다보인다.
이와 관련 현재 1.5인치 정육면체 크기의 제품 생산에 평균 1시간 정도가 소요되고 있어 대량 생산을 위해서는 생산 속도 향상이 선결 과제이지만, 제작 방식의 특성상 사출 성형의 속도에는 미치지 못할 것으로 지적되고 있다. 또한 층층이 쌓아올려 단층 방향의 충격에 취약한 특성도 보안되어야 할 숙제이다.

상황인식기술은 능동형 스마트 기술

사람이 지시하기 전에 그 의도를 미리 파악해 대응하는 상황인식기술이 부상하고 있다. 상황인식은 사용자의 행위, 생체신호, 과거 생활이력, 주변 환경 등을 분석해 상황에 맞게 적절한 기능을 수행하는 소프트웨어 기술이다. 인간이 명령을 내려야만 기계가 작동하는 기존의 인간 대 기계 관계를 근본적으로 변화시키며, 기계 사용의 스트레스를 획기적으로 경감할 수 있는 기술이다.
적용 사례는 스마트폰 앱인 구글 나우(Google Now)이다. 사용자의 요구를 사전에 예측해 제안하는 최초의 가상 비서 서비스. 예를 들어 출근시간에 날씨, 회사까지의 최적 경로 및 소요시간 등을 알려준다. 과학전문지인 <파퓰러 사이언스>는 2012년 ‘올해의 혁신상’에 구글 나우를 선정한 바 있다.
상황인식기술은 인공지능기술의 급발전과 함께 향후 5년 안에 일반화될 전망이다. 방대한 양의 상황정보 데이터를 분석하고 학습해서 사용자의 숨은 의도를 알아내는 인공지능 알고리즘이 향상되고 있다. 2010년 카네기멜론대학이 개발한 ‘NELL’ 시스템은 스스로 웹에서 문장을 학습하고 의미를 추론해내는 데 정확도가 74%에 육박한다. 2015년에는 전 세계 스마트폰 사용자의 40%가 구글, 애플, MS 등이 제공하는 상황인식 서비스에 가입할 것으로 예상된다.
현재 전 산업 분야에서 사전에 ‘예측 대응’하는 패러다임 변화가 가속화되고 있다. 여행업, 소매 유통업, 소매 금융업 등에서는 타깃 고객층을 더욱 세분화하고 정교화해 고객이 구매할 상품을 예측하고 추전하고 있다. 인텔과 포도스 프래블(Fordor's Travel)은 여행 취향, 여행 이력, 현재 위치, 달력정보 등을 이용해 실시간 여행정보를 제공하는 PVA(Personal Vacation Assistant) 프로그램을 시범 운영하고 있다.
의료, 공공부문에서는 고질적으로 고비용이 발생하는 질병, 재해, 범죄를 개인별로 감지하고 사전에 경고한다.
미국에서는 율형심부전증의 해결책으로 상황인식을 활용하고 있다. 미국에서는 매년 크리스마스 연휴에 울혈심부전증으로 입원하는 노인이 급증하고 있다. 이는 노인성 질환인 울혈심부전증이 명절 때 과식하거나 지나치게 짠 음식을 섭취해 발생된다. 미국처럼 병원비가 비싼 나라에서 1천만 원 이상의 심부전증 치료비는 가족, 정부, 민간 의료 보험사에게 큰 부담으로 작용한다.
MS는 기존의 진달 결과와 병력을 토대로 재발 위험이 높은 환자를 구분해 퇴원 후 별도로 건강관리 프로그램을 운영할 수 있는 예측 모형을 개발, 명절 때 폭식을 삼가라거나 폭염 때 야외 활동을 자제하라고 경고한다.
끊임없이 제기되는 개인정보 침해 문제는 반드시 해결해야 할 당면 과제이다. 맞춤화가 정교해질수록 사용자는 사생활이 침해되었다고 느낄 수 있고 개인 데이터가 제3자에게 넘어갈 경우 불법으로 활용될 소지가 있기 때문이다. 상황인식 서비스 제공기업들은 사용자들이 안심하고 이용할 수 있도록 서비스 정책을 수립하고 관련 보안기술을 연구해야 한다는 지적이다.




자동주행차가 현실 속으로



자동주행차는 스스로 위치와 상황을 감지해 속도와 조향을 제어하는 기술이다. 이를 위해선 기계, 전자, 전산, 항공 등 다양한 전문기술이 필요하다. 미국 DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency)에서 2004년 자동주행차 경주대회를 개최하기 시작한 후 GM, 폭스바겐 등 민간 기업의 참여가 급증하고 기술 개발이 활발해지고 있다.
자동주행차 관련 기술은 이미 일반 차량에도 차선 이탈 방지, 자동 주차, 지능형 순항 제어, 보행자 보호 시스템 등과 같은 기술이 적용되고 있으며, 자동주행차 운행 사례도 증가하는 추세이다. 캘리포니아주에서는 위험한 굽은 도로와 복잡한 시내를 포함해 48만km를 무사고 운전에 성공한 2년간의 구글 자동자동차 시험 운행 결과를 근거로 네바다, 플로리다, 하와이에 이어 자동주행차 주행을 합법화했다.
스위스 로잔연방공과대학은 시속 20km 미만의 자동주행차를 교내 셔틀버스로 도입했으며, 미국과 싱가포르 대학에서도 도입을 고려 중이다.
이와 관련 효율적인 인프라 활용으로 도로 교통 및 건설산업이 축소되고 운전 주체 변화로 보험제도가 바뀌는 등 관련 산업이 변화할 전망이다. 자동차 간 통신을 활용한 근접·군집 주행으로 도로 활용도가 2.7배 높아지면서 도로 확장, 신호등 등 인프라 증설 수요가 감소될 것으로 예측된다. 현재 도로에서 차가 차지하는 공간은 10~20%, 고속도로는 5% 미만이다.
보험의 책임 주체 변화, 정부의 교통법규 벌금 수익 감소, 병원 응급실 규모 축소, 에어백 부착, 일정량 이상의 철 사용 등 안전 문제로 인한 자동차 디자인 제약 완화 등의 변화가 예상된다.
탑승자 대상 광고, 렌털 서비스 등 다양한 새로운 비즈니스 기회를 창출할 것이란 전망이다. 탑승자 위치를 활용한 광고 및 검색, 탑승자 행동 패턴 데이터 등은 자동주행차를 활용한 수익 창출의 기반이 된다는 것. 자가 운전의 필요성이 감소하면서 자동주행차 공유 및 랜털 서비스가 성행할 것으로 기대된다. 자동차 스스로 교외로 이동하거나 다른 탑승자 위치로 이동 가능해 도심 면적의 3분의 1을 차지하고 있는 주차장을 다른 용도로 사용할 수 있다는 설명이다. 또한 차내를 사무실, 제품 전시관, 놀이터 등 특수 목적 공간으로 변경 가능하다.
10년 내에 자동주행차 생산이 가능할 전망이지만 상용화에는 더 많은 시간이 필요할 전망이다. 현재 자동주행차 가격은 30만 달러로 대중화되기에는 고가이며, 자동차 간 네트워크 및 도로 관련 인프라 구축과 각종 관련 법제 정비에 많은 비용과 시간이 소요될 전망이다.



초경량 소재, 깃털보다 가벼운 다기능

최근 깃털보다 가벼우면서 다양한 특성을 겸비한 초령량 소재들이 잇달아 발표되고 있다. 마이크로래티스(2011년), 에어로그래파이트(2012년) 등 나노기술을 이용한 초경량 소재의 개발이 활발해지고 있는 것이다. 에어로그래파이트의 밀도는 강철의 4만분의 1 수준으로 지금까지 개발된 소재 중 가장 가벼운 물질이다.
이들은 가벼울 뿐만 아니라 전도성, 탄성, 에너지 흡수 등의 특성도 겸비한다. 배터리 전극, 구조물, 충격 흡수 등에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
초경량 소재의 적용분야는 우주항공 부문에서 다양한 운송 수단으로 확대될 전망이다. 발사체의 무게 감소로 인해 발사비용이 절감되고, 항공기의 비행시간이 단축되어 우주항공산업의 발전을 가속화할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 다양한 운송 수단에 적용되면 연비가 향상되어 에너지 가격이 하락할 전망이다. 승용차의 경우 외장 및 프레임 등에 사용되는 금속 소재의 무게 비중이 70%에 달해 초경량 소재로 대체할 수 있는 여지가 많은 편이다.
실제 보잉과 GM은 초경량 소재 개발에 적극적이다. 이들이 공동으로 운영하는 HRL(Hughes Research Laboratories)에서 마이크로래티스 개발을 추진하고 있다. HRL은 미 국방성의 연구비 지원을 받아 마이크로래티스 개발에 성공했다. 보잉은 무인 항공기와 인공위성 적용을 목표로 하고 있으며, GM은 자동차의 연비 개선과 전기차에 활용하기 위해 참여하고 있다.
충격이나 진동을 흡수하는 등 기능성을 가진 구조용 소재로서 건축물에 확대 적용이 가능하다. 층간 소음과 충격을 방지하거나 태풍, 지진 등 자연재해 방지용 건축 자재 또는 진동 에너지 저장용으로 적합하다. 단단하면서도 에너지 흡수율이 뛰어나 충격, 음향, 진동 에너지의 흡수 및 저장용으로 활용할 수 있다.
기존 소재 수준의 가격 경쟁력과 가공 용이성 확보가 보급의 관건이다. 마이크로래티스는 고속 대량 생산이 가능하므로 가격 경쟁력을 조기에 확보하는 것이 가능하다. 고분자에 빛을 조사해 3차원 격자구조를 만드는 방식으로 제작시간을 단축한다. 반면 에어로그래파이트는 반도체 제작에 적용되는 고온, 고압의 진공증착 방식이 필요해 아직 대량 생산은 부적합하다.



포스트 배터리, 고밀도에 저가이며 유연하다



구부림이 가능하고(플렉시블), 고밀도(금속공기), 저가격(금속이온)의 포스트 배터리가 주목받고 있으며, 다양한 기관에서 개발 중이다. 전해질을 고체화해 플라스틱 패키징(플렉시블)하거나 전지 양극에 리튬 대신 저렴한 마그네슘 등의 화합물을 활용(금속이온)하는 방향으로 진화하고 있다.
리튬이온전지는 휘거나 구부리는 것이 불가능하고 에너지 밀도가 낮으며 가격이 비싸 전기차, 전력 저장 등에 활용하는 데 한계가 있다. 현재 완성차 및 전지업체, 벤처, 연구소 등에서 포스트 배터리를 개발하고 있다.
2020년 이후 포스트 배터리가 상용화될 것으로 전망된다. 2020년경에는 리튬공기 및 플렉시블 전지의 시제품이 나올 것으로 기대되는데 기존 리튬이온전지 대비 성능은 7배(700Wh/kg), 비용은 10분의 1 수준(10만엔/kWh)인 리튬공기전지가 상용화될 것으로 기대된다. 마그네슘은 리튬의 50분의 1 가격으로 전지비용이 6분의 1로 낮아질 것으로 관측되고 있다.
플렉시블 전지는 혁신적인 디자인의 디바이스를 통해 새로운 시장을 창출하고 다양한 착용형 제품의 IT 접목을 가속화하고 있다. 모프폰(Morph Phone), 플렉시블 태블릿, 웨어러블 컴퓨터 등 획기적 디자인을 바탕으로 모바일 기기의 응용분야가 다양해질 것으로 기대된다. 특히 안경, 시계, 신발, 의복 등 웨어러블 제품에 대한 IT 융합을 가속화하여 산업의 경계를 재편할 것이란 설명이다.
고용량 전지는 전기차의 저변을 확대하고 xEV 경쟁구도를 재편할 것으로 전망된다. 고용량 전지와 고속 충전 인프라가 확충되면 전기차 수요가 확대될 것으로 보이며, 전지의 고용량화는 하이브리드차(HEV) 위주의 전기차 시장을 순수 전기차(EV) 중심으로 재편할 수 있을 것으로 내다보고 있다. 2010년 전체 xEV 940만 대 중 96.8%를 하이브리드차가 차지하고 있다.
초저가 전지는 실증단계인 유틸리티 및 주택용 전력 저장 시장을 창출하고 신재생 에너지의 저변을 확대하며 전력망 업그레이드 부담을 경감시킨다. 피크 수요 절감과 신재생의 불안정한 전력 품질 안정화에 활용될 수 있다. 2022년 아시아 전력 저장 시장은 누적 25GW로 원전 25에 달하는 규모로 성장이 예측되고 있다.

유전자 치료제로 질병 정복 시대 개막



유전자 치료제는 난치병의 원인인 비정상 유전자를 정상 유전자도 대체, 질병을 완치하는 신개념 치료제이다. 대부분의 의약품은 원인 치료 대신 증세 조절에 중점을 두고 있어 복용을 중단하면 질별이 악화되는 반면, 유전자 치료제는 손상된 유전자를 정상화시켜 발병 원인을 제거하는 근원 치료제로 유전자 이상으로 발병하는 암, 희귀질환 등의 고통과 두려움에서 해방될 수 있는 혁신기술이다.
지난해 10월 글리베라가 유럽 최초로 승인받음에 따라 오는 2015년까지 희귀질환 등 난치병 분야에서 10개의 유전자 치료제가 상용화될 전망이다.
글리베라는 음식물 중 지방을 분해하지 못하는 희귀 유전성 질환인 혈증 지질 분해 결핍증 치료제로 올해 이후 유럽에서 판매될 예정이다.
이 같은 주변 환경에 따라 비용 지불 기준을 치료 행위에서 치료 결과로 전환해 헬스케어의 비효율성을 개선하자는 움직임이 본격화되고 있다.
현 의료체계는 치료 성과 대신 치료 행위를 기준으로 비용을 지불하는 구조로 과잉 진료, 중복 치료 등 비효율성을 심화시키고 의료비 증가에 핵심 요인이다. 치료비용이 월등히 높은 유전자 치료제가 상업화되면서 치료 결과와 의료비 지급 연동 등 지불 방식에 대한 논의가 활발한 상황이다.
이에 따라 치료비 부담 경감 대신 질환 예방에 중점을 둔 건강보험 상품도 등장하고 있다. 또한 유전자 교체를 통한 피부색 전환, 노화 지연 등 미용이나 항노화 산업이 부상하고 있다. 영국, 스페인 등지에서는 노화에 관여하는 유전자를 젊은 유전자로 교체해 노화를 지연시키려는 연구가 활발하다.
유전자 치료제는 고열·발암 등 부작용과 약효 유지 문제가 최대 단점이다. 치료 시 고열·혼수 등 면역 거부 반응이 발생하거나 고장난 유전자를 정확하게 대체하지 못해 발암, 약효 감소 등 부작용이 빈번할 수 있기 때문이다.

무엇을 시사하는가?

파괴적 혁신기술은 기술혁신의 한계를 극복하게 해주고 미래 산업을 재편하는 핵심이 될 것으로 보인다.
이를 위해선 목표 기술과 응용분야를 명확히하고 개발 성과 극대화를 위한 기반 마련을 지원해야 한다는 게 전문가들의 주문이다.
기업은 이를 위해 도전해야 할 혁신기술 대상을 압축하고 외부 자원을 적극 활용해야 한다. 또한 기술의 응용분야를 명확히 하고 초기 시장을 신속히 확대하는 데 주력해야 한다.
구글벤처의 경우 모바일, 인터넷, 빅데이터, 바이오 등 혁신기업에 투자를 실시하고 있다.
연간 투자 금액은 총 3억달러에 이르며, 오는 2017년까지 15억 달러를 투자한다는 계획이다. 특히 유전자 검사 및 질병 예측분야에 지난 2010년 이후 4000만 달러 이상을 투자했다.
음성인식 전문기업인 보콜렉트는 전 세계 40여 기업의 물류·유통 관련 SCM 솔루션 공급 업체와 공동 개발 파트너십을 체결하고 웨어러블 솔루션 시장을 선점하고 있다. 소매, 제3자 물류 등 고객사들이 가지고 있는 다양한 시장 니즈, 도메인 지식 확보 등을 통해 표준적 웨어러블 솔루션 제품을 상용화하고 있는 것이다.
아울러 정부는 기술 상용화를 위해 시장과 제도 등 여건 조정에 주력해야 한다. 단기 상용화가 가능한 기술은 시장 창출을 위한 여건을 조성해주고, 기반기술 육성은 관련 업계를 중심으로 산학연 컨소시엄을 구성해 추진해야 한다는 목소리가 높다.