[첨단 헬로티]
2016년 1월에 내각회의에서 결정된 제5기(2016～2020년도) 과학기술 기본계획에서 일본이 지향해야 할 미래 사회의 모습으로서 소사이어티 5.0(Society 5.0)이 제창됐다. 이것은 사물인터넷(Internet of Things; IoT)과 인공지능(Artificial Intelligence; AI)으로 대표되는 첨단 정보통신 기술(Information Communication Technology; ICT)을 산업 및 사회의 모든 영역에 보급시켜, 다양한 사람·사물·서비스를 연결함으로써 새로운 가치를 창출하고 경제 발전과 사회 문제 해결을 양립시킨다는 콘셉트이다.
그림 1 Society 1.0에서 Society 5.0으로 (그림은 내각부 작성)
Society 5.0에서는 여러 종류의 다양한 ICT 기기에서 시시각각 수집되는 데이터를 가치 있는 정보로 바꾸기 위한 데이터 해석 기술, 그 정보를 바탕으로 적확한 계획을 세우기 위한 최적화 기술, 그 계획에 기초해 실제 세계에서 작용하기 위한 제어 기술이 요구된다.
이 글에서는 지난 호에 이어 Society 5.0에 대해 다루기로 한다. 지난 호에는 Society 5.0을 실현하기 위한 기술에 대해, 특히 제어 기술에 초점을 맞춰 해설했다. 이번에는 주로 데이터 해석 기술과 최적화 기술에 대해 최근의 연구 동향과 각 기업의 대응을 소개한다.
이 글에서는 Society 5.0에 대해 해설하고, 그러한 사회를 실현하기 위해 요구되는 시스템과 요소 기술에 대해 설명한다. 그리고 다음 글에서는 Society 5.0 실현을 위한 대응 동향에 대해 살펴보면서 앞으로의 전망을 예측한다.
Society 5.0
1995년에 제정된 과학기술기본법에 따라 정부는 과학기술 기본계획을 책정하고, 장기적인 시점에 입각해 체계적이고 일관된 과학기술 정책을 실행하는 단계가 됐다. 내각부 ‘종합과학기술 이노베이션 회의’는 내각 총리대신의 리더십 아래, 과학기술 이노베이션 정책을 추진하기 위한 사령탑으로서 일본 전체의 과학기술을 부감, 종합적이고 기본적인 정책의 기획 입안 및 종합 조정을 하고 있다. 여기서 책정된 제5기 과학기술 기본계획에 따라 2016～2020년도 과학기술 정책을 추진하는 것이 2016년 1월에 내각회의에서 결정됐다.
제5기 과학기술 기본계획에서는 4개의 지향해야 할 국가의 모습을 내걸었다.
1. 지속적인 성장과 지역 사회의 자율적 발전
2. 국가 및 국민의 안전·안심의 확보와 풍족하고 질 높은 생활의 실현
3. 지구 규모 과제의 대응과 세계 발전에 공헌
4. 지적 자산의 지속적인 창출
이 실현을 위한 4개의 주요 시책의 하나로서, 제5기 과학기술 기본계획에서는,
스스로 큰 변화를 일으키고 대변혁의 시대를 이끌어 가기 위해 비연속의 이노베이션을 창출하는 연구 개발을 강화하고, 새로운 가치와 서비스가 계속 창출되는 ‘초스마트 사회’를 세계에 선구적으로 실현하기 위한 일련의 대응을 더욱 심화시키면서 ‘Society 5.0’으로 강력하게 추진한다
라고 Society 5.0의 콘셉트가 제시됐다.
1. Society 5.0 : 현대 정보 사회의 미래상
제5기 과학기술 기본계획에서는 사회의 변천을 그림 1과 같이 위치매김하고 있다. 즉, 원시적인 수렵 사회(Society 1.0)는 농경의 시작에 의해 농경 사회(Society 2.0)로 이동하고, 증기기관의 발명에 의한 산업사회(Society 3.0)를 거쳐 컴퓨터의 등장으로 현대의 정보 사(Society 4.0)에 이르렀다. 그리고 최근 주목받고 있는 IoT나 AI 등을 새로운 사회 변혁을 일으킬 수 있는 기술로 간주하고, 그들을 고도로 활용함으로써 실현되는 미래 사회를 Society 5.0으로 하고 있다.
세계에서는 독일의 ‘인더스트리 4.0(Industrie 4.0)’, 미국의 ‘선진 제조 파트너십(Advanced Manufacturing Partnership; AMP)’, 중국의 ‘중국 제조 2025(Made in China 2025)’ 등 제조 분야에서 ICT를 최대한 활용해, 제4차 산업혁명이라고도 할 수 있는 변화를 선도해 가는 대응이 민관 협력 하에 시작되고 있다.
Society 5.0은 선진적인 ICT의 고도 활용을 제조 분야에 그치지 않고, 생산․유통․판매, 교통, 건강․의료, 금융, 공공 서비스 등 폭넓은 영역으로 전개해 다른 분야의 시스템을 자율적․자동적으로 연계 협조함으로써 산업 구조의 변혁, 사람들의 작업 방식과 라이프 스타일의 변화, 국민에게 있어 풍족하고 질 높은 생활을 실현하는 원동력이 되는 것을 목표로 한다.
2. Society 5.0으로 실현하는 사회
지금까지의 사회에서는 거주하는 지역과 나이, 능력, 리터러시 등에 따라 개인이 받는 사물이나 서비스에 격차가 생기는 면이 있었다. 또한, 서비스끼리의 지식․정보의 공유와 연계가 불충분하기 때문에 본래 누릴 수 있어야 할 서비스 가치를 제공할 수 없는 상황도 생기고 있었다(그림 2).
그림 ２ Society 5.0으로 실현하는 사회 (그림은 내각부 작성)
Society 5.0에서는 빅데이터를 바탕으로 한 AI와 로봇이 지금까지 인간이 하고 있던 작업이나 조정을 대행․지원함으로써 사람들은 일상의 번거롭고 힘든 작업 등에서 해방되고, 필요한 사물․서비스를 필요한 사람에게 필요한 때에 필요한 만큼 제공해 사회의 다양한 요구에 세밀하게 대응할 수 있으며, 모든 사람이 질 높은 서비스를 받을 수 있고 나이, 성별, 지역, 언어 등의 여러 가지 차이를 극복해 활기차고 쾌적하게 살 수 있는 ‘초스마트 사회’를 실현하는 것이 기대되고 있다.
3. 사이버 공간과 피지컬 공간의 고도 융합
AI나 로봇이 보다 현명하게 자율적으로 행동하고, 새로운 서비스 가치를 창출하기 위해 ‘사이버 공간과 피지컬 공간의 고도 융합’이 필요하다. 그림 3과 같이 지금까지의 정보사회(Society 4.0)에서는 사람이 사이버 공간에 존재하는 클라우드 서비스에 인터넷을 경유해 액세스하고 정보와 데이터를 입수해 분석을 해왔다. 또한, 개별 서비스는 충분히 연계돼 있지 않아 필요한 정보나 데이터에 필요한 타이밍에 액세스하는 것이 어려웠다.
Society 5.0에서는 우리들이 사는 사회, 피지컬 공간의 곳곳에 배치된 센서로부터 방대한 정보가 사이버 공간에 집적된다. 사이버 공간에서는 이 빅데이터를 AI가 해석하고, 그 결과가 로봇 등을 통해 피지컬 공간의 인간에게 다양한 형태로 피드백 된다. 이것에 의해 지금까지는 실현할 수 없었던 새로운 가치를 산업과 사회에 가져다줄 것으로 기대된다.
그림 ３ 사이버 공간과 피지컬 공간의 고도 융합 (그림은 내각부 작성)
4. 경제 발전과 사회적 과제 해결의 양립
세계를 둘러싼 환경은 큰 변혁기에 있다. 경제 발전이 추진되는 가운데 사람들의 생활은 편리하고 풍족해졌으며, 에너지와 식량의 수요가 증가하고 수명 연장이 달성되어 고령화가 진행되고 있다. 또한, 경제의 글로벌화가 진행되어 국제적인 경쟁도 격화되고, 부의 집중과 지역 간의 불평등이라는 면도 생기고 있다. 이러한 경제 발전에 상반해 해결해야 할 사회적 과제는 복잡해지고 있으며, 온실 효과 가스 배출 감소, 식량의 증산과 손실 감소, 고령화 등에 동반하는 사회 비용의 억제, 지속 가능한 산업화의 추진, 부의 재분배와 지역 간의 격차 시정 등의 대책이 필요해지고 있다. 그러나 현재의 사회 시스템은 경제 발전과 사회적 과제 해결을 양립하는 것이 어려운 상황이다(그림 4).
그림 ４ 경제 발전과 사회적 과제 해결을 양립 (그림은 내각부 작성)
이러한 과제에 대해 Society 5.0에서는 초스마트 사회의 실현에 의해 사물이나 서비스를 필요한 사람에게 필요한 때에 필요한 만큼 제공함으로써 사회 시스템 전체가 최적화된 경제 발전과 사회적 과제의 해결을 양립해 갈 수 있는 사회가 될 것으로 기대되고 있다. 이러한 대응은 일본뿐만 아니라 세계의 여러 가지 과제 해결에도 통하는 것으로, 국제연합의 ‘지속 가능한 개발 목표’(Sustainable Development Goals: SDGs)의 달성에도 통하는 것이다.
요구되는 기술
초스마트 사회의 실현에는 다양한 ‘사물’이 네트워크를 통해 연결되고, 그들이 고도로 시스템화되는 동시에 복수의 다른 시스템을 연계 협조시키는 것이 필요하다. 이에 따라 여러 종류의 다양한 데이터를 수집․해석하고, 연계 협조한 시스템 간에 횡단적으로 활용할 수 있게 함으로써 새로운 가치와 서비스를 창출한다. 이 실현을 위해 국가로서 대응해야 할 경제․사회적 과제를 바탕으로 과학기술 이노베이션 종합전략 2015에서 정한 아래에 나타낸 11 시스템 개발을 선행적으로 추진, 이들의 개별 시스템의 고도화를 통해 단계적으로 연계 협조를 추진해 가는 방침으로 되어 있다.
1. 에너지 가치 사슬의 최적화
2. 지구 환경 정보 플랫폼 구축
3. 효율적이고 효과적인 인프라 유지 관리․갱신의 실현
4. 자연 재해에 대한 강인한 사회 실현
5. 고속도로 교통 시스템
6. 새로운 제조 시스템
7. 통합형 재료 개발 시스템
8. 지역 포괄 케어 시스템의 추진
9. 접대 시스템
10. 스마트 푸드 체인 시스템
11. 스마트 생산 시스템
또한, 이러한 11 시스템 개별 대응과 병행해 여러 시스템 간의 연계 협조를 가능하게 하고, 현재로서는 예상되지 않는 새로운 서비스도 포함해 다양한 서비스를 활용할 수 있는 공통의 플랫폼을 단계적으로 구축한다고 되어 있다. 특히 여러 시스템과의 연계 촉진과 산업 경쟁력 향상의 관점에서 ‘고속도로 교통 시스템’, ‘에너지 가치 사슬의 최적화’ 및 ‘새로운 제조 시스템’을 코어 시스템으로서 개발하고, ‘지역 포괄 케어 시스템의 추진’, ‘스마트 푸드 체인 시스템’ 및 ‘스마트 생산 시스템’ 등의 다른 시스템과의 연계 협조를 조속히 도모해 경제․사회에 새로운 가치를 창출하는 것으로 하고 있다.
그러한 공통 플랫폼 구축에 필요하게 되는 기반 기술, 즉 사이버 공간에서 정보의 유통․처리․축적에 관한 기술은 일본이 세계에서 선구적으로 초스마트 사회를 형성하고, 빅데이터 등에서 부가가치를 창출해 가는데 있어 필수적인 기술이다. 이를 위해 국가는 특히 이하의 7가지 기반 기술에 대해 신속한 강화를 도모할 방침이다.
1. 설계부터 폐기까지의 라이프 사이클이 길다고 하는 IoT의 특징에 근거해 안전한 정보통신을 지원하는 ‘사이버 시큐리티 기술’
2. 하드웨어와 소프트웨어의 콤포넌트화와 대규모 시스템의 구축․운용 등을 실현하는 ‘IoT 시스템 구축 기술’
3. 비구조 데이터를 포함하는 여러 종류의 다양한 대규모 데이터로부터 지식․가치를 도출하는 ‘빅데이터 해석 기술’
4. IoT나 빅데이터 해석, 고도의 커뮤니케이션을 지원하는 ‘AI 기술’
5. 대규모 데이터의 고속․실시간 처리를 저소비 전력으로 실현하기 위한 ‘디바이스 기술’
6. 대규모화되는 데이터를 대용량․고속으로 유통하기 위한 ‘네트워크 기술’
7. IoT의 고도화에 필요한 현장 시스템의 실시간 처리의 고속화와 다양화를 실현하는 ‘에지 컴퓨팅’
대응의 동향
앞에서 말한 7가지 기반 기술과 주변 기술에 대해 산학에서 여러 가지 연구 개발이 이루어지고 있다. 또한, 신기술을 기다리기만 하는 것이 아니라, 앞의 11 시스템에 대해서도 현재의 여러 가지 기술을 Society 5.0의 시점에서 검토해 적절하게 조합함으로써 스마트한 시스템을 구축하는 대응이 활발하다. 이하에 이들의 동향과 함께 여러 가지 활용 사례를 소개한다.
IoT 기기의 보급으로 자동차․철도 등의 수송 기기나 제조 기기뿐만 아니라, 인프라, 생체 데이터 등 다방면에 걸친 대상을 상시 관측할 수 있게 됐다. 이에 따라 시계열 데이터 분석에 대한 요구가 지금까지보다 증가해 높아지고 있다. 최근 심층학습은 AI의 대명사로도 되어 있는데, 시계열 데이터의 취급을 어려워하고 있었다. 또한 취급되는 데이터가 다방면에 걸쳐 있기 때문에 개별 데이터에 대해 전문가가 특징량을 설계하는 것도 어렵다. 우메다 유우헤이씨(후지쯔연구소) 등은 IoT 기기의 시계열 데이터에 대해, 위상적 데이터 해석이라고 불리는 새로운 기술을 이용해 특징량을 시스티매틱하게 추출해 심층학습 등의 기존 AI로 분류․예측 가능하게 하는 방법을 사례와 함께 소개했다.
AI에 의한 분석․예측 결과를 활용하기 위해서는 인간이 이해할 수 있는 것이 중요하다. AI의 해석 가능성은 최근 AI 연구에서 뜨거운 화제가 되고 있다. 진화적 룰 학습은 대량의 복잡한 데이터에 숨어있는 규칙성을 해석할 수 있는 룰로서 추출할 수 있기 때문에 각광을 받고 있다. 나카타 마사야 선생(요코하마국립대학)은 진화적 룰 학습에 의한 데이터 해석을 해설했다.
데이터에 기초한 현상의 모델화는 고차원의 최적화 문제이다. 데이터의 다양화에 동반해 대상의 물리현상이 해명되어 있지 않은 등의 이유로, 모델화를 블랙박스 최적화 문제로서 다룰 수밖에 없는 케이스가 증가하고 있다. 또한, 모델화는 비력의 에지 단말 상에서 하는 수요도 높아지고 있다. 아키모토 요헤이 선생(쓰쿠바대학)은 고차원 블랙박스 최적화 문제를 한정된 계산 자원으로 해결하기 위한 최적화 기법에 대해 소개했다.
고도성장기에 정비된 공공 건축물, 인프라 시설의 노후화 대책이 전국적으로 큰 과제가 되고 있다. 한다 히사시 선생(긴키대학) 등은 설비에 구비된 센서 데이터를 이용해 이상 검지를 시도하는 접근을 해설했다.
항공우주 분야에서는 시뮬레이션 기술의 발전에 따라 기존의 기체 설계 등에서 이루어져 왔던 정상적인 유체해석에서, 보다 복잡한 비정상 현상의 해석으로 분석 대상이 확대되고 있다. 치바 카즈히사 선생(전기통신대학) 등은 비정상 데이터 해석을 위한 최신 데이터 해석 기술의 응용과 그것이 안전 운항에 도움이 될 수 있게 하는 새로운 시도를 소개했다.
Society 5.0에서는 대량의 IoT 기기가 사회의 곳곳에 존재하게 된다. 모든 기기에 대해 배선 공사와 정기적인 전지 교환을 하는 것은 현실적이지 않다. 타케우치 케이지씨(NTT데이터경영연구소)는 빛․온도차․진동․전파 등 주변의 환경에서 에너지를 취득해 전원 공급하는 에너지 하베스팅 기술의 개발․실용화 동향과 IoT․AI에 대한 활용 사례를 소개했다.
건축 업계의 ICT화를 추진하는 i-Construction 시책(특히 주요 시책의 하나인 ICT 토공)은 Society 5.0의 중점 테마 중 하나로 들 수 있다. 코마츠가 추진하는 스마트 컨스트럭션은 건설 현장의 가시화를 추진, 건설 현장과 공정 전체의 최적화가 도모되어 왔다. 야마모토 히로시씨(코마츠)는 건설 현장의 과제 해결과 스마트 컨스트럭션 실장에 대해 소개했다.
맺음말
이 글에서는 Society 5.0의 기본 콘셉트에 대해 해설하고, 그러한 사회에서 요구되는 기술에 대해 특히 데이터 해석과 최적화의 관점에서 살펴봤다.
Society 5.0도 그 콘셉트가 제시된 지 3년이 지났으며, 조금씩 세간의 이미지도 굳어져 왔다고 생각한다. 한편, Society 5.0은 본래 사회의 모든 영역을 끌어들이는 큰 대응으로, IoT나 AI 등에 관한 모든 활동을 뒷받침할 만한 넓은 저변을 가지고 있다.
Society 5.0이라고 하면 일반적으로 상상되는 전형적인 기술이나 사례에 그치지 않고, 그 취지에 비춰 흥미 깊고 미래에 큰 영향을 미칠 것으로 생각되는 기술․사례도 빠른 시일 내에 다룰 계획이다. 이것이 새로운 사람들의 흥미를 끌어 저변을 보다 넓힐 수 있게 되기를 바란다.
濱田 直希, 후지쯔연구소
