CPS기술에 범국가적인 관심을 가져야 한다.

우리는 CPS(Cyber-Physical Systems)에 더 관심을 가져야 합니다.

제가 CPS를 처음 접한 것은 어느 대기업의 Smart Plant 특허분석 용역을 수행하면서부터이었습니다. 벌써 4년이 다 되어가네요.

진정한 제4차 산업혁명의 완성은 CPS의 완성에 있다는 것을 알게 된 것도 그때입니다.

현대 사회는 이제 인간의 능력으로는 분석하기 어려울 정도로 복잡한 시스템이 되었습니다. 과거처럼 원인을 분석하여 찾고 해결책을 만드는 방법으로는 현대의 복잡한 시스템을 운영할 수 없습니다. 시스템의 복잡성으로 그 원인이 너무 복잡하고 다양하기 때문입니다. 변수가 아주 많은 복잡한 비선형고차원 방정식이 되었습니다. 따라서 원인의 분석보다는 시스템에 적응하여 이를 좀더 신뢰할 수 있으면서 자율적으로 작동할 수 있는 기술이 필요할 수 밖에 없습니다. 또한 소프트웨어란 사이버세계의 모델링 만으로 하드웨어란 물리 세계의 문제를 해결할 수 없습니다.

CPS는 물리 세계를 재현하거나 투영한 시스템으로 모델링하는 고도화된 기술이 필수과제입니다. 그래야만 물리 시스템을 우리가 원하는 방향으로 변화시킬 수 있기 때문입니다. 사이버와 물리가 융합된 CPS로의 전이가 곧  제4차 산업혁명시대인 것입니다.

이것은 단지 제조업의 Smart 시대만을 위한 것이 아닙니다. 우리가 그리는 스마트시티, 스마트국가를 위해서 필요한 핵심기술입니다.

"가상물리시스템"이라고 번역되는 CPS는 2007년경 미국대통령과학정책자문위원회(PCAST)의 권고에 따라 미과학재단(NSF) 이사회에서 국가적으로 지원을 채택한 범국가적인 연구프로그램의 주제이었습니다. 벌써 10년도 더 되었죠? CPS는 그 기술적 중요성 뿐 아니라 한 국가의 안전과 경쟁력을 유지시키는 주요 분야(국방, 항공우주, 자동차, 화학, 도시기반, 에너지, 국민건강, 제조업, 재료, 안전 및 교통 분야 등)에 엄청난 파급효과를 가져올 것이란 평가때문에 국가적인 관심의 대상이 되었습니다.

CPS는 최근 독일의 Industry 4.0에서 자주 언급되면서 많이 알려졌지만, 그 의미를 정확히 이해하기는 쉽지 않습니다. 미래 SF영화에서 로봇이 미래도시에서 스스로 치료하고 인간 사회생활에 적응해가는 모습을 떠올리면 좀 수월할까요? 그래도 쉽게 다가오지 않을 수 있습니다. 때문에 어떻게 이해를 도울까 고민하다 예전에 읽었던 손상혁 교수님의 "융합의 또 다른 이름, 사이버 물리 시스템"이란 기고문을 찾아 참조하며 이 난제를 풀어보려고 합니다.

CPS는 자주 산업사물인터넷(iIoT)과 같은 의미로 사용되기도 하지만 엄밀하게는 다른 의미입니다. 사물인터넷 IoT는 인간의 개입 없이 물리적인 사물들 사이를 인터넷과 연결한 사물 공간 연결망을 의미합니다. 따라서 IoT는 사물을 연결하는 네트워크 방법에 더 관심이 있습니다. 즉, 사물, 서비스, 공간, 데이터 등 서로 다른 오브젝트들 간을 연결하는 통신프로토콜 표준화가 핵심기술이 되고 있습니다. 현재 IoT는 센서와 미들웨어의 표준화 개발로 사물에 연결성을 제공하여 수많은 빅데이터를 모으거나 모은 빅데이터를 처리하는 데 집중하고 있는 수준입니다.

반면 CPS는 센세를 개발하여 사물로부터 모을 수 있는 데이터를 확장하거나 표준화하고, IoT를 통해 사물들로 부터 수집된 정보를 SW인 사이버 세계에서 딥런닝같은 기술을 이용하여 분석하고 모델링하여 처리한 결과에 물리세계를 고도화된 시스템으로 모델링한 결과를 융합시켜 현실의 HW인 액츄에이터의 움직임을 제어하고, 이를 통해 지속적으로 일어나는 변화에 "능동적으로 적응"하는 것에 중점을 두고 있습니다. 센서를 기반으로 장치 혹은 물리 시스템들을 네트워크로 연결하는 측면에서는 IoT와 핵심 개념이 동일하지만, IoT는 다양한 물리 시스템들의 연결성에 주목하는 반면 CPS는 단순한 연결성을 뛰어넘어 어떻게 물리 시스템을 자율적으로 오류를 치료하여 높은 신뢰성을 가지고 실시간으로 제어할 수 있는지에 주목한다는 점에서 차이가 있습니다. IoT가 수집된 데이터를 이용하여 상황을 판단하는 기능을 수행하는 것에 더 관심이 있다면 CPS는 상황에 적응하고 제어하는 기능까지 수행하는 것에 더 관심이 있습니다.

IoT 시스템은 기기의 기능을 좀 더 지능적으로 수행하기 위한 빅데이터 분석과 모델링이 사이버 세계에서 이루어질 뿐 근본적인 물리 세계의 모델링은 포함되어 있지 않습니다. IoT는 사이버 세계와 물리 세계의 융합이 아니라 기기의 복잡해진 기능을 네트워크를 통해 사이버 세계로 옮겨 수행할 뿐이다. CPS는 제4차산업을 대표하는 IoT, Big Data, Machine Learning, Robot를  모두 아우르는 개념이기도 합니다.

제4차 산업혁명의 성공을 위해 우리가 범국가적으로 CPS(Cyber-Physical Systems)에 더 관심을 가져야 하는 이유입니다.