AI로 열어가는 새로운 미래

로봇 제어에서 정신질환 치료까지

미국 잡지인 사이언티픽 아메리칸(SA)은 7월 2일, 닛케이 사이언스와 ‘AI로 열어가는  미래’라는 제목의 심포지엄을 도쿄 도내에서 개최했다. AI(인공지능)는 연구가 급격히 진행되어 실용화를 위한 시도가 활발히 이루어지고 있다. 심포지엄에서는 3명의 일본 전문가가 등단하여 연구성과 및 응용 가능성을 소개했을 뿐만 아니라, 기술적인 과제 및 사회적∙윤리적인 문제를 논의. 약 100여명의 청중이 열심히 귀를 기울였다. 사회는 M. 디크리스티나 SA 편집장이 맡았다.

가와히토 씨는 로봇을 사용하여 뇌의 메커니즘을 해명하는 연구나 뇌 안에 특정의 신경 활동 패턴을 불러 일으켜 그 인물의 행동을 바꾸는 연구에서 1인자이다. 가와히토 씨에 따르면 전세계에서 AI라고 부르며 주목하고 있는 것은 딥 뉴럴 네트워크(심층학습)가 인간 뇌의 시각정보 처리를 매우 단순화시킨 모델이며, 수년 전부터 인간의 능력을 뛰어넘을 정도로 높은 인지 능력을 가지고 있다는 것을 알게 되었다.

-- 인간의 지능 해명은 아직 진행 중 --
여기에 강화 학습을 조합시키면, 예를 들어 바둑에서는 인간 세계의 최고 바둑 기사를 무릎 꿇게 한 ‘알파고’와 같은 강력한 소프트웨어가 등장하여 현재도 진화하고 있다. AI는 이미 인간의 지능을 능가해버렸다고 지적하는 목소리도 있으나, 가와히토 씨는 “AI가 떠안고 있는 문제가 모두 극복되었다고는 말 할 수 없으며, 결코 인간과 같은 지능을 실현한 것은 아니다”라고 강조했다.

반도체 업계의 판도가 바뀐다

제1부: 주역 교체의 시기
무(無)에서 가치를 창조하는 고속연산, 7㎚반도체 수요의 견인 역할

가상통화 마이닝(채굴) 및 AI(인공지능) 해석 등을 위해 초고속 데이터 연산 머신의 수요가 높아지고 있다. 초고속 머신의 특수는 반도체의 첨단 프로세스 개발을 촉구하여 고효율의 방열(열 확산) 기술을 불러 올 전망이다. 반도체 제조사에서는 미국 실리콘밸리의 기업보다도 중국의 신흥기업이 그 존재감을 높이고 있어, 업계의 판도가 뒤바뀌게 될 가능성도 있다.

최첨단 프로세스의 반도체를 사용해 고속 연산하는 컴퓨터인 ’초고속 머신’이 시장에서 활약하고 있다. IoT 데이터 및 데이터 거래부터 연구개발 및 경영에 이르기까지 가치를 불어 넣는 데이터를 창출하는 빅데이터 해석과 비트코인 등 가상통화 마이닝(채굴)이 새로운 견인 역할을 맡는다.

특히 가상통화 마이닝에서는 결재의 정당성 검증으로 보수를 얻을 수 있기 때문에 투자가가 이익을 창출하는 도구로서 2년 전후의 주기로 최첨단 초고속 머신의 구입을 계속해서 늘리는 경우가 많다. 따라서 마이닝용 ASIC는 16㎚세대의 프로세스(16㎚프로세스) 제조 라인의 수요를 압박하는 주요 원인이 되고 있다.

3D성형∙게놈편집 등, 윤리∙제도에 대한 논의는 지금부터

과즙과 향료 등의 페이스트(Paste)를 함유한 입체적인 과자 등을 만드는 ‘3D 푸드 프린터’. 야마가타 대학의 후루카와 교수는 맛과 식감 등을 데이터화해 3D프린터로 전송하면 원격지에서도 요리가 만들어지는 연구를 추진하고 있다. 향후, 농수산물 성분 등의 정보가 저장된 카트리지를 삽입하면 언제 어디서든 좋아하는 요리를 재현할 수 있는 3D 푸드 프린터 개발을 구상하고 있다.

현재 후루카와 교수가 개발한 3D프린터는 길이 5mm의 젤라틴을 로봇 팔로 쌓아 조형하는 것이다. 3cm 정도의 사과를 만드는데 약 10분이 걸린다. 올 3월, 최신 기술을 소개하는 미국의 박람회에 출품했을 때 복수의 해외 투자자들로부터 출자 요청이 왔다고 한다. 초밥도 만들 수 있게 되었다. 현재 후루카와 교수는 덴소의 자회사 및 덴쓰 등과 프린터 개량 및 PR을 추진하고 있다. 3D프린터의 진화로 향후 농수산물 생산부터 가공, 유통, 그리고 가정의 식탁 위 풍경까지도 크게 변화할지도 모른다.

진화하고 있는 첨단 기술을 활용한다면 농수산물 자체도 달라질 것이다. 농작물 등의 유전자를 개변하는 기술, ‘게놈편집’. 쓰쿠바 대학의 에즈라 교수는 이 기술을 이용해 혈압 상승을 억제하는 아미노산을 일반 토마토보다 4~5배 많이 함유하고 있는 토마토를 개발했다. 크기는 미니토마토 정도로, 매일 2~3개 섭취하면 혈압이 낮아지는 효과를

아사히카와 의과대학 오타 쓰구히토 씨

비만이나 내장지방 축적의 억제는 이소성 지방을 감소시키고 2형당뇨병이나 비알콜성 지방간 질환(NAFLD) 등의 생활습관병을 예방하는데 있어서 중요한 어프로치다. 그러나 기존의 항비만약은 식욕 억제나 소화관의 지방흡수 저해 등 에너지 섭취를 저하시키는 것이 주요 작용이며 우울증이나 설사 등의 부작용이 적지 않다. 따라서 에너지 소비를 증대시켜 비만을 억제하고 안전성이 확보된 약제나 식품 인자가 요구되고 있다. 본고에서는 브로콜리의 새싹에 많이 포함되어 있는 설포라판이 갖는 비만억제 효과에 대해 저자들의 연구 성과를 소개한다.

또한 NAFLD의 진행형인 지방간염(NASH)은 인슐린 저항성이나 지방독성을 병태 기반으로 한다. 비만이나 내장지방 축적으로 간에 이소성 지방이 축적되고 지질 과산화는 증대한다. 이와 같은 간의 지방독성(Lipotoxicity)에서 발생하는 과잉 산화 스트레스를 기점으로, 염증이나 아포토시스, 섬유화가 발생하여 NASH로 진화할 수 있다.

그러나 NASH의 병태는 다인자에 의한 복잡한 메커니즘이 관여하고 있으며 최근의 임상시험에서는 식품에 많이 포함되어 있는 비타민E와 비교하여 유효한 약제는 드물다. 본고에서는 NAFLD/NASH에 유효한 식품 인자로서 기대를 받고 있는 카로티노이드에 관한 필자들의 연구에 대해 소개하고 싶다.

그래핀을 사용한 정공수송층(正孔輸送層) 페로브스카이트 태양전지의 개발

개량한 용매합성법에 의해 페로브스카이트 층을 퇴적하여 진공생성장치를 사용하여 그래핀을 전사함으로써 그래핀 기반의 정공수송층(HTL) 프리 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 태양전지의 특성은 일반적인 정공수송층을 사용한 페로브스카이트 태양전지에는 미치지 않지만, 그래핀의 높은 가스 차단성에 의해 뛰어난 안전성을 나타냈다.

페로브스카이트 태양전지는 최근 수년간 눈부신 발전을 이뤄냈다. 변환 효율은 매일같이 갱신을 이어가 실리콘계(係) 태양전지에 근접한 고효율이 달성되고 있다. 또한 고온∙고 진공을 필요로 하진 않는 도포 프로세스에 의한 제작이 가능하며 저가의 원료로부터 구성되기 때문에 고효율에 저가인 태양전지로서 상당한 주목을 받고 있다. 현재, 전세계에서 다분야에 걸쳐 연구자들이 조기 실용화를 목표로 연구하고 있으나, 최대의 과제는 그 안정성 및 내구성에 있다.

페로브스카이트 태양전지를 열화 시키는 요인 중 하나는 대기중의 물이나 산소가 페로브스카이트층까지 투입되어 페로브스카이트 결정을 분해해 버리기 때문이다. 그 문제에 관해서는 유기 디바이스에 사용되고 있는 밀봉기술을 사용해 어느 정도 극복할 수는 있으나, 안정성의 향상, 더 나아가 밀봉 프로세스를 없앰으로써 저비용화를 실현하기 위해서는 물이나 산소 등의 투입을 차단시키는 기능을 태양전지 구조 자체에 도입할 필요가 있다.

메커니즘에서 의료에의 응용까지   

수 많은 세포분열과 기능의 분화를 거쳐 우리들은 수정란에서 인간으로 성장해왔다.이러한 프로세스를 돕고 더욱이 우리들 생명을 유지하기 위해서는 에너지가 필수적이다. 생물을 유지하는 에너지는 어떠한 메커니즘으로 만들어지고 어떻게 사용되는 것일까? 이러한 의문을 분자, 세포, 그리고 생물의 레벨부터 생각해보자. 많은 발견에 의해 밝혀진 생물이 에너지를 사용하는 메커니즘은 하나의 장대한 드라마라고 할 수 있다 

드라마의 전편은 생명에게 있어 사용하기 쉬운 에너지 물질이 만들어지기까지의 과정이다. 태양광 에너지를 식물이 취해서 변환하고, 이산화탄소와 물로 효소와 당(턴수화물)을 만든다. 당을 우리들은 식물로부터 받아 소화한 후에 글루코스(포도당)로 세포 내에 저장한다. 

글루코스는 단계에 따라 화학적으로 변환되어 세포내의 세포 내의 소 기관 미토콘드리아에서 ‘아데노신 3인산’이 합성된다. 여기에 효소가 필요하다. 아데노신 3인산이란, 영여명으로 ‘Adenosine Tri-Phosphate’로 앞의 세 문자를 따서 “ATP”로 불려지는 화합물로 고교에서 생물을 배운 사람은 들은 적이 있을 것입니다.

ATP는 이 책의 주제로서, 에너지 드라마의 주역이다. ATP는 사람으로부터 세균에 이르기까지 생활 활동의 다양한 장면에서 에너지를 받아서 전달한다. 그 범용적인 역할에서 ‘에너지 통화’라고도 불려진다.

나카오 타카마사 외 4인 / 미쓰비시전기 인포메이션시스템즈㈜

거리에 감시카메라가 넘쳐나고 있다. 그러나 기존에는 사건이 발생했을 때 촬영된 영상을 검증하는 용도 외에는 귀중한 영상정보가 유효하게 활용되지 못했다. 2020년 도쿄올림픽∙패럴림픽을 앞두고 안전이 요구되면서 감시카메라 시장은 확대되고 있다. 또한 일본을 찾는 외국인과 고령자 등 도움이 필요한 사람에 대한 지원을 기대할 수 있다.

이와 같은 기대에 부응하기 위해 미쓰비시전기 인포메이션시스템즈(MDIS)는 최근에 급속하게 발전하고 있는 AI기술을 활용한 영상해석솔루션 ‘kizkia’를 개발하였다. kizkia는 사람속성감지, 방치된 물건이나 비틀거리는 사람을 감지하는 기능이 있어, 기존의 기계학습으로는 정의하기 어려웠던 애매한 속성과 사람들이 놓치기 쉬운 것들을 찾아낼 수 있다.

또한 새로이 사물속성감지 개발을 추진하고 있으며 이것도 kizkia에 장치할 예정이다. kizkia는 미쓰비시전기의 AI기술 브랜드 ‘Maisart’기술을 활용하여 GPU없는 영상처리를 실현하고 있다. 이러한 기능을 통해 도움이 필요한 사람에게 ‘실시간 대응’하고, 기존에는 분석∙상정이 어려웠던 ‘미래 예측’ 지원을 가능하게 하여 안심∙안전∙쾌적한 사회 실현에 공헌한다.