가상세계-현실세계 통합하는 ‘사이버-물리 AI’ 개념 등장

 

 

 

▲ 대구경북과학기술원(DGIST) 연구진은 사이버 물리 AI(CPAI)는 사이버-물리 시스템(CPS) 개념을 처음으로 제안했다. 인공지능(AI)을 사이버-물리 시스템(CPS)에 통합할 때 발생하는 문제들을 다루는 학제 간 연구 분야다(이미지=DGIST)

 

인공지능(AI)과 사이버-물리 시스템(Cyber-Physical System, CPS)을 효과적으로 결합하는 새로운 개념이 등장했다.

 

박경준 대구경북과학기술원(DGIST) 전기전자컴퓨터공학과 교수팀은 ‘사이버-물리 AI(Cyber-Physical AI, CPAI)’를 세계 최초로 제안했다고 25일 밝혔다. 이번 연구는 AI를 자율주행차, 스마트 팩토리, 의료 로봇 등 다양한 물리 환경에서 신뢰성 있게 활용할 수 있는 기반이 될 것으로 기대된다.

 

AI를 효과적으로 구동하기 위해선 전용 연산장치가 필요하다. 보통 그래픽처리장치(GPU)를 많이 사용한다. GPU 전문기업 엔비디아(NVIDIA)의 최고경영자 젠슨 황(Jensen Huang)은 최근 “미래 기술의 핵심은 물리 AI(Physical AI)”라고 강조한 바 있다.

 

물리 AI는 감지 및 제어 장치를 갖추고 현실에서 직접 작동하는 기계장치를 통제하는 AI를 의미한다. 자율주행차, 로봇, 스마트 팩토리 등에 AI를 설치해 움직이는 것이 대표적인 사례다. CPS는 가상현실 시스템과 현실세계를 접목한 개념이다. 예를 들어 자동차용 내비게이션 역시 CPS 기술의 일환으로 해석할 수 있다. 현실 세계에 있는 자동차가 움직이면 지도 속에서 자동차가 똑같이 움직인다. 공장 자동화 등의 과정에선 그 반대 개념도 가능하다. 가상현실 속 로봇을 조작해 현실 속 로봇을 통제할 수 있도록 만들면, 산업 현장 전체의 로봇을 효과적으로 통제할 수 있다. CPS는 이런 장점 때문에 스마트 팩토리, 자율주행차, 사물인터넷(IoT) 기반 시설 등에서 광범위하게 활용된다.

 

그러나 AI가 CPS와 결합하는 과정에서 다양한 한계가 지적되고 있다. AI가 현실 환경에서 신뢰성 있게 작동하기 위해서는 여러 가지 문제가 해결돼야 하기 때문이다. 우선 AI의 오작동은 현실에서 심각한 사고로 이어질 수 있어 주의가 필요하다. 자율주행차가 보행자를 인식하지 못하면 교통사고가 발생할 수 있거나, 의료 로봇의 경우 환자의 생명을 위협할 수도 있다. 또 AI가 CPS 내에서 비효율적으로 작동하면 불필요한 연산 증가로 인해 배터리 소모가 커지고 실시간 판단 속도가 저하될 가능성이 있다. 마지막으로, AI와 CPS의 통합 과정이 체계화되지 않아 신뢰성을 확보하기 어려운 것도 문제로 지적됐다.

 

DGIST 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 '사이버-물리 AI(CPAI)' 개념을 세계 최초로 제안했다. CPAI는 AI가 CPS에서 안전하고 효율적으로 동작할 수 있도록 하는 체계적 접근 방식이다. 연구팀은 CPAI를 정의하면서 이를 Constraint(제약), Purpose(목적), Approach(접근 방식)이라는 세 가지 차원에서 분석하고 기존 연구를 체계적으로 재분류했다.

 

CPS에서 AI가 도입되는 과정에서 발생할 수 있는 문제를 9단계로 구분하여 분석하고, 이를 해결하기 위한 구체적인 방법 역시 제시했다. 특히, 데이터 편향, 드리프트, 신뢰성 부족과 같은 AI-CPS 통합 과정에서 빈번하게 발생하는 문제들을 실험과 사례 분석을 통해 해결할 방안을 모색했다.

 

▲ 사이버-물리 시스템(CPS)과 인공지능(AI)을 통합하는 과정에서 나타나는 모식도. 대구경북과학기술원(DGIST) 연구진은 CPS-AI 통합 과정의 각 단계마다 서로 다른 문제들이 대두되므로, 이를 종합적으로 해결하기 위해서는 CPAI 시각에서 체계적인 접근이 필요하다고 주장하고 있다.(이미지=DGIST)

 

이번 발표 내용은 기존의 개별적 CPS-AI 연구를 체계적으로 정리한 최초의 시도라는 것이 연구진의 설명이다. AI가 현실 환경에서 신뢰성을 확보하고 자원을 최적화하면서 운영될 수 있도록 했다. CPAI 개념은 AI 기반 자율주행, 스마트 팩토리, 국방 기술 등 다양한 산업에서 실질적인 적용 가능성을 높일 것으로 보고 있다.

 

박경준 교수는 “AI가 현실에서 신뢰성 있는 시스템으로 작동하려면 단순한 기술 적용을 넘어 AI와 CPS 간의 통합을 체계적으로 설계해야 한다”면서 “이번 연구는 기존의 분산된 시도들을 하나로 정리하고, 보다 안전하고 효율적인 AI 시스템을 구축하는 데 기여할 것”이라고 밝혔다.

 

이번 연구는 방위사업청의 재원으로 국방기술진흥연구소의 이종 위성군 우주 감시정찰 기술 특화연구센터 사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받았다.

 

전승민 기자 enhanced@irobotnews.com

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