안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 기계 공학 산업도 인공지능(AI) 산업과 밀접한관계가 있을까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학의 최근 몇년간 근래의 동향을 보면인공지능과 머신러닝, 자율주행기술, 3D프린팅 등의 분야에서중대한 발전이 이뤄지는 상황입니다.1, 자율주행환경감지 다양한 센서를 사용하여 주변환경을 실시간 감지함라이다, 레이더, 카메라 및 초음파센서 등 통해 도로상 장애물,차선, 신호등 보행자 인식판단/ 의사결정수집된 환경 데이터분석으로 알로리즘 / 인공지능 기술 이용하여 운전결정차량/보행자 움직임따라 속도조절/차선변경/ 정지등 행동 결정제어/ 주행결정된 운전명령 따라 주행명령 수행하는데 있어서조향, 가속, 제동 등 제어시스템이 작동하고GPS 및 지도 데이터와 함께 정확한 위치 추정과 경로계획을 수행합니다실시간 모니터링주변환경/운전상태 실시간 모니터링 통한 잠재적 위협 감지 2, 3D 프린팅디지털 모델링컴퓨터그래픽스 도구 사용으로 복잡한 형태의 3차원 모델 생성슬라이싱디지털모델링 객체를 3D프린터 전송전 소프트웨어에서 여러개 가로단면으로 분할이 단면을 3D프린터에서 한번씩 하나씩 생성될 층을 나타냄적층재료 한층식 적층으로 객체 형성이때 재료는 플라스틱, 금속, 세라믹, 생체재료 등 사용완성/ 후처리제거가능한 지지물제거, 연마, 도색, 조립 등 이 기술통한 기계부품제작, 의료모형 제작 가능 복잡형상 부품제작 단순화, 생산성 향상 , 소재낭비 줄임, 맞춤형 제작 가능하게 함3, 에너지효율 , 신재생 에너지 에너지효율 통한 기계 및 시스템 설계, 운영 및 유지관리 과정에서 다양한 방법으로 달성가능고효율모터 / 장치 (전기모터, 압축기, 펌프 등) 사용으로 전력소비 최소화저탄소재료/공정 으로 친환경재료 선택과 생산공정 개선통한 탄소배출량 감소열회수/열교환 시스템 - 공장/건물 열회수 및 재활용으로 에너지손실 최소화에너지관리 시스템 - 센서, 제어시스템활용으로 에너지 사용량 모니터링/ 최적화 신재생 에너지태양광 - 태양광선으로 발전된 전기를 생산하는 태양광 패널 사용풍력 - 풍력 터빈 통한 바람의 운동에너지를 전기로 변환하여 생산수력 - 댐/강류 등 수원에서 물의 운동에너지 이용하여 전기 생산지열 - 지하 저장된 열 추출로 난방, 전기생산 활용해양에너지 - 파도,조류,해류 등 에너지로 전기생산4, 사물인터넷 다양한 기계장치들이 인터넷을 통해 연결되어 데이터를 주고받는 기술로 센서, 엑추에이터, 네트워크 연결 등 기술활용으로 현실 객체들을 디지털 네트워크에 연결 / 제어 가능스마트폰, 센서, 카메라, 가전제품, 차량 등 장치가 인터넷으로 연결되어데이터 수집 및 전송으로 원격제어 가능온도,습도, 조도 등 측정 센서통해 상태 모니터링 후 위치센서 사용으로 물체의 위치정보 파악수집한 데이터를 인터넷 통해 다른 장치 및 클라우드 서버와 공유, 실시간 저장, 처리 /분석됨분석통한 패턴이나 추세등 정보를 도출수집된 데이터기반 자동화된 작업 과 제어 기능을 실행위에 열거한 바와 같이기계공학은 인공지능과 머신러닝, 자율주행기술, 3D프린팅, 에너지효율 및 신재생에너지,사물인터넷과 같은 최신 기술동향에 큰 영향을 받는 상황입니다.이 기술들은 모두 생산성 향상과 환경보호를 위한 지속 가능한 방향으로 서로 상호보완적으로 진화하는 중입니다.
기계공학
Q. 인공지능(AI)의 데이터 학습은 어떻게 이루어지나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.인공지능 학습 방법은 통틀어머신러닝 이라하는데요컴퓨터가 스스로 학습하고 인공지능 성능을 향상시키는 기술적 방법을 말합니다.이 머신러닝의 학습방법 중 대표적 4가지를 서술해보면1, 지도학습 사람이 정답을 알려주고 학습을 시키는 방식으로 이방법은 컴퓨터 자율적 판단이 아닌 확률을 토대로 판단하게되고 사람이 제시한 여러가지 기준을 토대로 확률상 컴퓨터가 학습하는 기능입니다. 예로 자주듣는 음악 장르/ 좋아하는 가수가 컴퓨터에 입력되면 그와 비슷한 정보를 지닌 음악을 추천해주는 것 소고기는 샤브샤브 재료로 사용됨, 살짝 익혀먹으면 맛있음 을 입력해두면 이것을 토대로 컴퓨터가 확률적으로 판단해서 소고기 관련 음식을 판단하게 하는 것2, 강화학습방식 컴퓨터에 보상을 주면서 학습을 시키는 방식으로 컴퓨터에게 알려주고 싶은 분야가 있다면 그분야의 학습이 끝난다음에 컴퓨터가 내린 판단 하나하나에 좋음/ 나쁨에 대해 알려주는 방식으로 예를 들면 바둑에 대한 경우의 수가 많은데 한판을 다 두고나면 바둑알을 놓은 판 하나하나에 대해 잘했음 못했음을 판단해 주는 학습 입니다3, 비지도 학습방식 많은 자료들을 비슷한 것으로 분류 시 쓰이는 방식으로 넘치는 각종 데이터를 비슷한 주제에 따라 분류해 주는 기능으로 컴퓨터 스스로 정보를 탐색하여 여러 데이터 속에서 공통점을 찾아서 분류하기에 사람은 방대한 자료만 계속 제공해 주면 되는 방식입니다.4, 딥러닝 뇌구조와 유사한 절차를 통해 뇌구조 방식을 본더 인공 신경망을 만든것으로 인공신경망은 여러층으로 쌓아 올려서 반복학습을 하게 됩니다. 꾸준한 반복 학습을 통해 학습이 이뤄지는 방식으로 사물인식, 개인비서, AI스피커 등에서 활용됩니다. 사람이 개입하여 기계를 학습시키는 것과 달리 기계가 스스로 학습하는 특징인데요. 대규모 데이터 속에서 일련의 패턴/ 규칙을 스스로 찾아서 학습하는데 학습데이터를 기반으로 의사결정이나 예측 등을 수행합니다. 딥러닝 구조는 3가지 층으로 나누어 데이터 정보를 수집하고, 학습하는데 입력층 / 은닉층 / 출력 층으로 나눠집니다.입력층 : 데이터 정보 입력하고 학습하는 층은익층 : 학습한 데이터를 여러단위로 분류하고 정돈하는 층출력층 : 정돈된 데이터를 출력해서 결과를 만드는 층 딥러닝을 위해서는 대규모 데이터가 필요한데 이 데이터는 가공해줘야하고 이를 데이터가공이라합니다. 정돈된 데이터는 정형, 정돈안된 데이터는 비정형 이라합니다 블로그나 SNS 등 정보가 비정형 되겠습니다.가공과정은 정보를 정리하는 색인 작업이라생각하면되는데딥러닝 성능을 좌우하는 것은 이 가공된 데이터의 품질입니다.데이터정제와 라벨링 작업을 최종적으로 마친 학습데이터(훈련데이터) 를 가지고본격적인 딥러닝 교육이 시작됩니다.이상으로 간단히 인공지능 학습방법의 4가지 분류에 대해열거해 보았습니다.
기계공학
Q. 비행기의 센서도 자주 오작동을 일으키는 것인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.비행기는 운항 후 항목별로 정기적인 검진 체크리스트 가 있기에딱히 기령 연식이 노후되지 않은 내에서는크게 오류는 없습니다다만 기종에 따라 다른 부분인데요2017년 선보인 보잉 737맥스 8 기종이5개월 사이 2차례 추락으로 탑승객이 사망한 사고를 볼 수 있는데요“보잉이 받음각(angle-of-attack) 센서에 오류가 발생했을 때 점등(點燈)되는 계기판 경고등에 결함이 있다는 사실을 알고도 묵인했다”는 사실이 밝혀진 부분 인도네시아와 에티오피아 사고는 모두 받음각 센서의 오류로 발생했는데. 오류 경고등이 제대로 작동하지 않은 상황에서 새롭게 탑재된 시스템이 작동한 것이지만보잉이 이 기술을 조종사/항공사 들에 제대로 고지하지 않은 부분 이었습니다.정상적인 설계와문제발생가능성에 대한 정상적인 고지/ 정상적인 점검 이 이뤄진다면 이런 사고는 없을 것입니다.보잉이 그런부분에서 은폐를 하다 일어난 사고였습니다.결국 설계 문제를 고지하지 않았던 문제라이벌 회사인 에어버스 경우는 그런 경우는 없었지요일반적으로비행기 핵심구성요소 10가지에 대한 정기적인 점검이 항상 이뤄지기에일반적으로은 크게 센서오류가 잘 발생한다고는 볼 수 없겠으나일단 비행기 사고는 대형사고로 이어질 가능성이 있기에이륙전 어떤 오류라도 발 생 시 기장은 이륙을 멈출 의무가 있습니다.
기계공학
Q. 기계공학 관련 분야에서 신재생에너지를 통해 하는 산업군이 있을까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.신재생 에너지원을 사용하여발전, 수송, 냉난방 등 산업전반에 적용하기 위해 필요한 기술을 기계공학적 관점에서 접근하여 개발한다고 보시면 되겠는데요.기계공학의 일반적인 수강으로도 가능하겠으나기계공학 내에서도 특화된 신재생에너지과라는 분야가 있기에그에 따른 커리큘럼에서 수강후 여러방면 산업으로 진출 가능합니다신재생 에너지원 종류, 특성,전력발생원리 관련 및 신재생 에너지 산업 전반 현황 태양광, 풍력, 연료전기 등 에너지생산 및 에너지관리 기초지식 스득새로운 청정 에너지 원 활용한 발전가능성 학습신재생 에너지 활용한 전기, 전자기기 제어기 설계/ 제작/ 응용 기술 실습신재생 에너지 특성 분석 / 이를 이용한 벌전설비 및 전력변환장치 설게 기술 배양인버터, 컨버터 등 전력변환 회로 특성 이해, 회로설계 및 제작 통한 전련변환회로 응용기술 배양등의 커리큘럼으로 수학하게됩니다.관련 산업 군으로는 태양광 및 차세대 전지분야LED 관련 산업체, 신재생 에너지 관련 부품 업체 및 개발 업체태양열 및 풍력, 지열 등 관리업체, 전기 자동차 및 에너지 관련업체,에너지 및 방사능 관련 산업그외 정부 및 공공기관 쪽 으로는 한국 수력원자력, 한국 가스기술공사, 한국전력 등 과 관련되겠습니다.
기계공학
Q. 나노로봇을 통해서 어떤 치료를 할 수 있게 됐는지 궁금합니다
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.완벽하게 일반적 치료에 적용하는 수준은 아닙니다만암세포만 골라서 파괴하는 나노봇이 임상에서는 진행중입니다.직경 100nm의 다기능성 나노봇을 암세포 조직에 선택적으로 약물을 전달하는 시스템입니다.아직은 조직특성에 따라 약물전달성능이 크게 다르고암조직 깊숙한 곳까지 침투하긴 어려운 단점이 있는 상태입니다.외국 경우를 보면스위스 취리히 연방공대 연구진은 대동맥에서부터 뇌혈관까지 탐색할 수 있는 나선형 자성 로봇을 개발했는데뇌혈관의 폐색으로 뇌 혈류가 감소해 뇌 신경세포가 기능을 못하는 ‘급성 허혈성 뇌졸중’과 같은 질환을 치료하기 위해 뇌에 접근해 문제를 파악할 수 있습니다.중국 항저우과학기술대학교 연구진은 혈관 색전술을 수행할 수 있도록 섬유처럼 부드러운 마이크로 로봇을 개발했했는데 혈관을 의도적으로 막아 혈액 공급을 줄이는 혈관 색전술은 뇌동맥이나 뇌종양 치료에 임상적으로 널리 사용됩니다. 기존의 색전술은 혈관을 통해 목표 지점까지 가는 관을 삽입해야 해 환자가 감수해야 할 위험이 컸는데, 마이크로 로봇을 활용하면 관을 삽입하지 않아도 되는 장점이 있습니다올해 초 국내에서는기초과학연구원(IBS)은 “천진우 IBS 나노의학 연구단장(연세대 언더우드 특훈교수) 연구팀이 유전자 신호를 감지해 스스로 움직이는 나노 로봇을 세계 최초로 개발했다”고 밝혔는데요로봇 표면의 구멍을 통해 바이러스 같은 인자가 내부로 유입되면, 특정 유전자 신호에 반응하는 DNA 가닥이 서로 결합하도록 만들어졌는데이와 같이 DNA 가닥이 연결되면 로봇의 로터가 회전하면서 움직이는 방식입니다.자성 엔진을 사용하기 때문에 인체 외부에서 자력을 이용해 무선으로 로봇을 제어할 수 있습니다. 아주 세밀하게 로봇을 움직이면서 다양하게 활용할 수 있는데요바이오 나노 로봇 분야 세계적 권위자인 페어 피셔 독일 막스플랑크연구소 교수는 ‘세계에서 가장 진보된 나노 로봇이며, 특히 지능형 나노 로봇 개발에 퀀텀 점프(비약적 도약)를 이룬 연구’라고 평가했습니다.이처럼 여러방식으로 연구 및 적용 및 활용 되는 상황이고 계속 발전중이나 상용적으로 적용되다고는 볼 수는 없겠지만세포 수준의 진단과 교정, 치료 등 다양한 분야에서 나노 로봇을 활용할 수 있게 될 것으로 보입니다.