한국과학기술정보연구원(이하 KISTI)은 최근 논문 빅데이터와 인공지능기술 기반의 예측 모델을 통해 미래 고성장 과학기술의 주요 주제를 예측하여 분석한 『KISTI DATA INSIGHT 제33호 - 특이점(Singularity) 시대, 확장과 가속, 그리고 균형의 미래기술』을 발간했다.

국가 과학기술 데이터 전문기관인 KISTI는 인공지능기술을 방대한 과학기술분야 논문데이터에 적용하여 과학기술의 과거와 현재를 분석하고 미래를 예측하는 사이언스맵 분석 방법론 개발에 주력해왔다.

연구진은 15년간 전 세계에서 출판된 과학기술 관련 논문 약 2,200만 건을 분석하여, 논문 간의 인용관계를 기반으로 약 4,500개의 유사한 주제로 묶인 ‘기술군’을 생성했고, 이들 기술군의 미래 고성장 가능성을 KISTI가 개발한 AI기반 알고리즘으로 예측했다.

KISTI의 AI기반 예측 알고리즘은 과학기술 지식의 위계 구조, 기술군 내/외의 지식 연결 구조, 그리고 세부기술의 내용적 맥락을 포괄하는 딥러닝 기반 방식으로 설계했다.

또한 이번 미래기술 선정에는 ‘위크시그널(weak signal) 자동탐지기술’을 결합하여, 미래기술 아이템의 구체성을 강화했으며, 전 세계에서 발표된 수천 건의 최신 미래유망기술들에 대한 메타 분석을 결합해 최종적으로 4대 이슈, 10대 미래 고성장 과학기술을 선정하여 보고서에 수록했다.

위크시그널(weak signal)이란 중요성을 아직은 판단하기 어렵지만, 미래에 대한 정보를 내포하고 있는 작은 신호 또는 이상 징후를 의미하는 것으로, KISTI는 인공지능 알고리즘을 기반으로 다양한 문헌에서 위크시그널을 자동으로 탐지하는 기술을 보유하고 있다.

이번 보고서는 '기술적 특이점' 시대가 다가옴에 따라 인공지능을 비롯한 과학기술이 담당하는 영역이 점차 확장되고 있으며 기술진보가 가속하고 있다고 밝히고 있다. 또한, 기술진보의 부정적인 영향을 상쇄하는 '균형'을 제공하는 기술들의 중요성도 증가하고 있다는 점을 강조한다.

주요 이슈 외에도 주목할 만한 부분으로, 인공지능의 적용으로 과학기술 영역의 연구 주제들이 변화하는 것과 지난 코로나 팬데믹이 과학기술의 진보를 촉발한 측면이 있다는 점을 실제로 확인했다는 점이다.

 

□ 이번 보고서에 수록된 ‘특이점 시대, 확장과 가속, 그리고 균형을 위한 10대 미래 고성장 과학기술’은 다음과 같다.

1. 올-커넥티드 스마트 모빌리티 기술

ㅇ 기술 개요 - 커넥티드-자율주행 시스템 + 지능형 도심교통제어 + 동적 무선 충전기술 등이 결합되어 스마트 시티에서 모두 연결된(all-connected), 그리고 끊김없는(seamless) 모빌리티를 가능하게 하는 기술
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 386(차량교통제어), 1797(예측안전AI), 693(충전효율), 1194(동적무선충전)
ㅇ 위크시그널 - connected and autonomous vehicles, ride-hailing, online-car hailing, truck platooning, Meta-learning, Last mile delivery, Multi-microgrid, Electric-bike

2. 스마트-공간을 위한 차세대 통신 기술

ㅇ 기술 개요 - 스마트-공간을 위한 차세대 통신 기술은 재구성 가능한 지능형 표면 (RIS)과 저전력 광역 네트워킹 (LPWAN) 등의 기술이 결합되어, 스마트 팩토리, 스마트 홈, 스마트 캠퍼스 등의 다양한 환경 (규모·밀도·속도)의 스마트 공간에서 차세대 통신(5G 및 6G) 기반 네트워크의 연결성, 신뢰성 및 에너지 효율성을 향상시키는 기술을 의미함
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 2363(RIS), 2534(LPWAN)
ㅇ 위크시그널 - programmable metasurface, reconfigurable metasurface, meta learning, smart campus

3. 안전한 IoT를 위한 보안 기술

ㅇ 기술 개요 - 안전한 IoT를 위한 보안 기술은 IoT가 일상생활에 적용되면서 스마트 공간을 구성하는 끝단의 엣지디바이스에 대한 보안 위협이 증가함에 따라 악성 SW, 코드, 그리고 봇넷 등을 식별 및 차단하고 대응하기 위한 기술을 의미함
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 1724(iot/android보안)
ㅇ 위크시그널 - adversarial robustness, android botnets, android malware detection, apt malware, cryptojacking, crypto-ransomware, cyber threat intelligence, filelessmalware, iotbotnet, iotmalware, threat intelligence

4.  인간을 보완하는 소프트로봇 기술

ㅇ 기술 개요 - 생체에 적합한 소프트 소재와 생체조직의 특성(다기능/자가치유/작동방식 등)을 탑재하여 질병의 치료, 모니터링 및 사후 관리에 활용함. 또한 웨어러블 로봇 등의 형태로 인간을 보완할 수 있는 소프트로봇의 제조 및 활용 기술
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 1688(소프트로봇), 1850(소프트/생물모방로봇)
ㅇ 위크시그널 - Soft manipulator, 4D bioprinting, mechanical metamaterials, smart wearables, wearable devices, micro/nanorobots

5. 미래 진단치료를 위한 엑소좀과 논코딩 RNA 활용 기술

ㅇ 기술 개요 - 안정성이 뛰어난 원형 RNA를 비롯한 논코딩 RNA를 기반으로 유전자 발현을 조절하여 질병을 치료함. 또한 RNA 등 세포가 가진 핵심정보의 전달체로 기능하여 차세대 치료제로 주목받는 엑소좀을 활용하여 진단, 치료하는 기술
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 680(엑소좀), 2070(논코딩 RNA, 원형 RNA)
ㅇ 위크시그널 - small extracellular vesicles, hectd1

6. 인공지능 반도체의 핵심, 뉴로모픽 소자 기술

ㅇ 기술 개요 - 뉴런-시냅스 연결 등으로 구성된 인간 두뇌의 신경망을 모사하여 복잡한 연산을 더 빠르고 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 반도체 소자 및 이를 구현한 시스템, 시스템 소프트웨어 기술
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 457(뉴로모픽소자)
ㅇ 위크시그널 - discrete memristor, volatile memristor, neuromorphic photonics, optoelectronic synaptic devices, perovskite quantum dots, synaptic devices

7. 시공간 대칭성 활용 미래 양자시스템 제어-설계 기술

ㅇ 기술 개요 - 양자 역학에 존재하는 시공간 대칭성(parity-time symmetry)을 도입하여 고립계-열린계의 중간 영역에서 양자 현상을 연구함으로써, 양자정보과학, 양자센싱, 양자광학 분야 등에서 에너지 손실을 활용할 수 있는 미래 양자시스템 기술
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 2387(시공간대칭성)
ㅇ 위크시그널 - mechanical metamaterials, non-Hermitian skin effect, topological photonics

8. 꿈의 2D 신소재 보로핀과 그래핀의 새로운 활용 기술

ㅇ 기술 개요 - 2차원 재료는 반도체, 배터리 등 다양한 분야에서 꿈의 소재로 주목받고 있음. 보로핀은 그래핀 이상의 강도와 유연성, 전도성을 가지고 있으며, 그래핀 트위스트로닉스 분야는 그래핀 층의 비틀림으로 인해 구현되는 특성(초전도성, 초유체성 등)이 있음.
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 3780(그래핀 트위스트로닉스), 2317(보로핀)
ㅇ 위크시그널 - borophene

9. 순환경제를 위한 배터리 업사이클링 기술

ㅇ 기술 개요 - 1차적으로 사용 후 배터리의 잔여가치를 활용하여 단계적으로 재사용(Reuse)함. 이후 사용이 종료된 배터리로부터 습식, 건식 등의 방법으로 희소금속을 회수하여 재활용(Recycle)하는 데까지 이르는, 사용 후 배터리의 전주기적 관리를 친환경적이고 인체 무해한 형태로 수행하는 기술
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 698(배터리 전주기 관리), 2907(이차전지 재활용)
ㅇ 위크시그널 - echelon utilization, lithium plating, spent lithium-ion batteries

10. 그린수소와 신재생에너지 하이브리드 시스템 기술

ㅇ 기술 개요 - 탄소를 배출하지 않는 방식으로 생산된 그린수소를 활용함. 또한 태양광, 풍력, 바이오매스 등 다양한 신재생 전력원의 교차 활용을 최적화함. 이로 에너지 이용 효율을 높이고 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있는 하이브리드 에너지 시스템 기술
ㅇ 논문 클러스터(핵심 주제) - 1119(수소 및 재생에너지시스템)
ㅇ 위크시그널 - multi-energy systems, crow search algorithm

□ KISTI 김재수 원장은 “미래는 다양한 형태로 나타날 수 있으므로, 인공지능을 활용한 예측이 보편화하고 있음에도 불구하고, 미래유망기술의 탐색과 분석, 그리고 공론화는 더 바람직한 미래를 만들어가는 데 여전히 중요한 역할을 한다”고 밝혔으며, 김소영 박사 등 저자들은 “10대 미래유망기술 선정으로 이들이 미래에 가장 중요한 기술이라고 단정 짓는 것은 아니며, 향후 국가전략기술과 지속가능발전목표(SDG) 등 다양한 아젠다와 관련하여 미래유망기술 후보군을 대상으로 더욱 깊이 있는 추가 연구를 진행할 예정”이라고 언급했다.