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제4차 산업혁명

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목차

1. 개요

제4차 산업혁명은 2010년대 이후 기술 발전을 특징으로 하는 개념으로, 클라우스 슈밥에 의해 널리 알려졌다. 이는 로봇 공학, 인공 지능, 나노 기술, 사물 인터넷 등 여러 분야의 기술 융합을 통해 사회와 경제 전반에 걸쳐 혁신적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 1차, 2차, 3차 산업혁명에 이어 디지털 혁명 위에 구축되며, 속도, 범위, 기술 정책의 변화를 특징으로 한다. 4차 산업혁명은 생산성 향상, 맞춤형 서비스 제공, 새로운 일자리 창출 등의 긍정적인 영향을 가져올 수 있지만, 일자리 감소, 소득 불평등 심화, 사이버 보안 위협 등 부정적인 영향도 예상된다. 각국은 4차 산업혁명 기술 도입을 위해 노력하고 있으며, 독일의 인더스트리 4.0, 일본의 소사이어티 5.0, 미국의 다양한 자생적 운동 등이 그 예시이다.

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제4차 산업혁명
지도
개요
명칭제4차 산업혁명
다른 명칭인더스트리 4.0
4차 산업혁명
4IR
정의사이버-물리 시스템, 사물 인터넷, 클라우드 컴퓨팅, 인공지능 등의 기술 융합
디지털 혁명을 기반으로 한 새로운 산업 시대
특징기술 융합 및 복합화
초연결성 및 지능화
자동화 및 맞춤화
데이터 기반 의사 결정
기술 요소
주요 기술사이버-물리 시스템
사물 인터넷
클라우드 컴퓨팅
인공지능
빅데이터
로봇 공학
3D 프린팅
증강 현실
가상 현실
블록체인
영향
사회적 영향생산성 향상
새로운 일자리 창출
기존 일자리 변화
불평등 심화 가능성
교육 및 훈련의 중요성 증대
산업적 영향스마트 공장 확산
맞춤형 생산 증가
공급망 최적화
새로운 비즈니스 모델 등장
경제적 영향경제 성장 잠재력 증가
생산 비용 절감
새로운 시장 창출
불확실성 증가
정치적 영향새로운 규제 및 정책 필요
국제 협력 강화 필요
사이버 안보 중요성 증대
역사적 배경
이전 산업 혁명1차 산업 혁명: 기계화 (증기 기관)
2차 산업 혁명: 대량 생산 (전기)
3차 산업 혁명: 자동화 (컴퓨터)
4차 산업 혁명2010년대 중반부터 본격화
용어의 기원2011년 독일에서 처음 사용
주요 동인정보통신기술(ICT) 발전
소프트웨어 혁명
융합 기술 발전
주요 도전 과제
기술 격차기술 접근성 불평등 심화
일자리 변화기존 일자리 감소 및 새로운 일자리 창출에 대한 사회적 대응
개인 정보 보호데이터 수집 및 활용에 대한 윤리적 문제
사이버 보안데이터 보안 및 시스템 안전 확보
규제 및 정책새로운 기술 변화에 대한 적절한 규제 마련
미래 전망
기술 발전인공지능 및 자동화 기술 발전 가속화
산업 변화새로운 산업 구조 및 비즈니스 모델 등장
사회 변화인류 삶의 방식에 큰 변화 예상
지속 가능한 발전지속 가능한 발전에 대한 새로운 기회 제공
참고 자료
관련 서적The Fourth Industrial Revolution (클라우스 슈밥)
관련 기사The Fourth Industrial Revolution: what it means, how to respond (세계경제포럼)
Why Everyone Must Get Ready For The 4th Industrial Revolution (포브스)

2. 역사

"4차 산업혁명"이라는 용어는 독일 정부의 첨단 기술 전략을 개발하던 과학자 팀이 처음 사용했다.[13] 세계경제포럼(WEF) 창립자이자 회장인 클라우스 슈밥은 2015년 ''포린 어페어스''에 기고한 글을 통해 이 용어를 널리 알렸다.[14] 2016년 스위스 다보스-클로스터스에서 열린 세계경제포럼 연례회의의 주제는 "4차 산업혁명의 숙달"이었다.[15]

2016년 10월 10일, 세계경제포럼은 샌프란시스코에 4차 산업혁명 센터를 개설한다고 발표했다.[16] 이는 클라우스 슈밥의 2016년 저서 제목이기도 하다.[17] 슈밥은 4차 산업혁명 시대에 하드웨어, 소프트웨어, 생물학을 결합한 기술(사이버 물리 시스템)과[18] 통신 및 연결성의 발전을 강조한다. 그는 로봇 공학, 인공 지능, 나노 기술, 양자 컴퓨팅, 생명 공학, 사물 인터넷, 산업 사물 인터넷, 분산 합의, 5세대 무선 기술, 3D 프린팅, 자율 주행차와 같은 분야에서 획기적인 기술 발전이 나타날 것으로 예상한다.[19]

세계경제포럼의 ''그레이트 리셋'' 제안에서 ''4차 산업혁명''은 COVID-19 팬데믹 이후 경제를 지속 가능하게 재건하기 위한 전략적 정보로 포함되었다.[20]

독일에서는 인더스트리 4.0이라는 용어로 4차 산업혁명을 주도하고 있다. 이는 독일 공학 아카데미(acatech)와 독일 연방 교육과학부가 2011년에 발표한 것으로,[107] 같은 해 하노버 메세에서 주목을 받았다.[108] 2013년 4월 8일 하노버 메세에서 인더스트리 4.0 작업반의 최종 보고서가 발표되었다.[109]

2. 1. 1차 산업혁명

런던 과학 박물관에 있는 "퍼핑 빌리 (Puffing Billy)" 증기 기관


최초의 산업혁명(제1차 산업혁명)은 1760년에서 1820년 사이 유럽, 특히 영국을 중심으로 일어났다.[143] 대항해 시대를 주도한 영국은 각 식민지로부터 다양한 자원과 특산품을 수입했다. 특히 면화를 중심으로 의복 수요가 급증하자, 이를 해결하기 위해 방적기, 방직기와 같은 기계가 고안되었다. 증기기관은 이러한 기계들과 결합하여 가내수공업 시대를 마감하고 공장 시대를 열었으며, 농경 사회에서 산업과 도시 중심으로 사회를 급격하게 변화시켰다.[143] 철강 산업은 증기 기관 개발과 함께 산업혁명의 핵심적인 역할을 수행했다.[143] 증기기관은 증기자동차, 증기선, 증기기관차 등 새로운 이동 수단을 탄생시켜 물류와 유통을 발전시키고 산업혁명의 파급력을 높였다고 평가된다.

1차 산업혁명은 수공업 방식에서 증기력과 수력을 이용한 기계 생산 방식으로의 전환을 특징으로 한다. 새로운 기술 도입에는 오랜 시간이 걸렸기 때문에, 유럽과 미국에서는 1760년에서 1820년 또는 1840년 사이를 1차 산업혁명 시기로 본다. 이러한 변화는 섬유 제조업뿐만 아니라 철강 산업, 농업, 광업에도 영향을 미쳤으며, 중산층의 성장과 함께 사회적 영향도 가져왔다.[21]

2. 2. 2차 산업혁명

19세기 후반 ~ 20세기 초, 전기와 대량 생산 시스템 도입으로 인한 산업 발전이 일어났다. 이를 제2차 산업혁명이라고 하며, 제1차 세계 대전 직전인 1870년에서 1914년 사이에 해당한다.[144] 영국의 발전과 미국, 독일 등의 후발 주자들의 발전을 구분짓기 위해 해당 용어를 사용한다는 의견이 있다. 이 시기에는 철강, 석유, 전기와 같은 신규 산업이 확장되었고, 대량 생산을 위해 전력이 사용되었다. 주요 기술 발전으로는 전기를 이용한 모터, 전화, 전구, 축음기, 내연 기관 등이 있다.[145] 포드 자동차를 중심으로 컨베이어 벨트 시스템이 도입되어 대량 생산이 시작되기도 하였다. 이 시기에 개발된 기술들은 세계대전을 거치며 전차, 기관총, 가스전, 전투기, 무전기 등 군수물자로 사용되어, 기계화 전력으로 인한 엄청난 희생자를 낳는 현대전의 서막을 열었다는 아이러니가 있다.

2차 산업혁명은 기술혁명으로도 알려져 있으며, 1871년부터 1914년까지 철도와 전신 네트워크가 널리 구축되어 사람과 아이디어의 이동 속도가 빨라지고, 전기를 사용할 수 있게 되었다.[22] 전기 사용 증가는 공장에서 현대적인 생산 라인을 개발하는 데 기여했다.

2. 3. 3차 산업혁명

제3차 산업혁명(디지털 혁명)은 아날로그 전자 및 기계 장치에서 현재 이용 가능한 디지털 기술로의 발전을 의미하며, 1970년대부터 현재까지 이어지고 있다.[146] 이 혁명에는 개인용 컴퓨터, 인터넷, 정보 통신 기술(ICT)이 포함된다.

제3차 산업혁명은 정보 기술 중심의 경제 전환을 가져왔다. 제레미 리프킨이 2011년에 출판한 제3차 산업혁명은 디지털 통신 기술과 재생 에너지의 결합을 다루었으며,[23] 2017년 바이스 미디어에서 다큐멘터리로 제작되었다.[24]

2. 4. 4차 산업혁명

제4차 산업혁명은 기술이 사회와 인간의 신체에 내장되는 새로운 방식을 대표하는 디지털 혁명 위에 구축되고 있다.[147] 로봇 공학, 인공 지능, 나노 기술, 양자 컴퓨팅, 생명 공학, 사물 인터넷(IoT), 3D 프린팅 및 자율 주행차와 같은 여러 분야에서 새로운 기술이 등장하고 있다.

클라우스 슈밥의 저서 《제4차 산업혁명》에서는 이 4번째 혁명이 기술 발전에 의해 특징지어졌던 이전의 3가지 혁명과 근본적으로 다르다고 언급한다. 이러한 기술은 수십억 명의 사람들을 웹에 연결하고 비즈니스 및 조직의 효율성을 획기적으로 향상시키며 더 나은 자산 관리를 통해 자연 환경을 재생산할 수 있는 커다란 잠재력을 가지고 있다.[148]

"제4차 산업혁명 마스터 하기"는 스위스 다보스-클로스터스에서 열린 세계 경제 포럼 연례회의 (World Economic Forum Annual Meeting 2016)의 주제였다. 2017년 소비자 가전 전시회(CES)에서 제4차 산업혁명으로 가기 위한 기술들이 대거 전시되었다.[https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=shm&sid1=105&oid=138&aid=0002046852]

“4차 산업혁명”이라는 용어는 독일 정부를 위한 첨단 기술 전략을 개발하던 과학자 팀에 의해 처음 사용되었다.[13] 세계경제포럼(WEF)의 이사회 의장인 클라우스 슈밥은 2015년 ''포린 어페어스''(Foreign Affairs)에 발표한 기사에서 이 용어를 더 널리 알렸다.[14]

세계경제포럼의 ''그레이트 리셋'' 제안에서 ''4차 산업혁명''은 COVID-19 팬데믹 이후 경제를 지속 가능하게 재건하기 위한 해결책의 전략적 정보로 포함되어 있다.[20]

3. 주요 특징 및 구성 요소

제4차 산업혁명은 연결, 탈중앙화/분권, 공유/개방을 통해 맞춤 시대의 '''지능화 세계'''를 지향한다.[149] 이를 위해 빅데이터, 인공지능, 블록체인 등 다양한 기술이 활용된다.

4차 산업혁명은 현실 세계의 모든 것을 가상 세계에 연결하고, 빅데이터와 인공지능 분석을 통해 예측 및 맞춤을 현실 세계에 적용한다.[150][151] 이는 사이버 물리 시스템(CPS), 사물 인터넷(IoT),[25] 클라우드 컴퓨팅,[26][27][28][29] 인지 컴퓨팅 및 인공 지능을 포함한 제조 기술 및 공정에서의 자동화와 데이터 교환 추세를 의미한다.[29][30]

기계는 반복적인 작업뿐만 아니라 머신 러닝과 컴퓨팅 성능의 결합을 통해 점점 더 복잡한 작업도 수행할 수 있다.[31]

4차 산업혁명은 다음과 같은 특징을 가진다.


  • 속도 (Velocity): 기존 산업에 영향을 미치고 대체되는 속도가 기하급수적이다.[14]
  • 범위 및 시스템 영향: 영향을 받는 부문과 기업이 매우 많다.[14]
  • 기술 정책의 패러다임 전환: 새로운 정책들이 고안되고 있다. (예: 싱가포르의 4차 산업혁명 공식 인정)[14]


4차 산업혁명은 고용량 연결성, 새로운 인간-기계 상호 작용 방식(터치 인터페이스, 가상 현실 시스템), 디지털 명령어를 물리적 세계로 전달하는 개선(로봇 공학, 3D 프린팅), 빅데이터와 클라우드 컴퓨팅, 신재생에너지 시스템(태양열, 풍력, 파력, 수력, 전기 배터리)의 개선 및 도입으로 정의된다.

또한, 사이버 물리 시스템이 스스로 결정을 내리고 가능한 한 자율적으로 작업을 수행하는 분산된 의사 결정 능력도 강조한다. 예외, 간섭 또는 상충되는 목표의 경우에만 작업이 상위 수준으로 위임된다.[32][26]

수직 농장

3. 1. 사이버 물리 시스템 (CPS)

4차 산업혁명은 제조 기술 및 공정에서 자동화와 데이터 교환을 추구하는 경향을 의미하며, 여기에는 사이버 물리 시스템(CPS), 사물 인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 인지 컴퓨팅, 인공 지능 등이 포함된다.[25][26][27][28][29][30]

사이버 물리 시스템은 물리적 프로세스를 모니터링하여 물리적 세계의 가상 복제본을 설계할 수 있게 한다. 이러한 시스템은 독립적으로 분산된 의사 결정을 내리고 높은 수준의 자율성을 달성하는 특징을 지닌다.[34] 예외, 간섭 또는 상충되는 목표가 발생할 경우에만 상위 수준으로 작업을 위임한다.[32][26]

자율주행 자동차


모듈화된 스마트 팩토리 내부에서 사이버 물리 시스템은 현실 공정을 감시 및 제어하는 동시에, 현실 세계의 가상 복제본을 생성하여 분산형 의사 결정을 내린다.

3. 2. 사물 인터넷 (IoT)

사물 인터넷(IoT)은 O2O를 통해 실생활의 모든 정보를 온라인으로 연결하여, 인터넷을 활용한 최적의 해결책을 제시하고 실행하여 생산성을 극대화하는 도구이다. 예를 들어 병원의 모든 활동과 사물을 인터넷에 연결하여 최적화하면 정보 지연이나 대기 시간을 줄일 수 있다. 이는 환자에게는 빠른 조치를, 병원에는 생산성 향상을 가져다준다.

사물 인터넷(IoT)은 사이버 물리 시스템(CPS), 클라우드 컴퓨팅,[26][27][28][29] 인지 컴퓨팅, 인공 지능을 포함하는 제조 기술 및 공정에서의 자동화와 데이터 교환 추세의 일부이다.[29][30]

3. 3. 인공지능 (AI)

4차 산업혁명에서 인공지능(AI)은 인간의 생산성을 최대한 끌어올리는 도구로 활용된다. 약한 인공지능은 장치가 사용자의 생활 패턴을 이해하고 스스로 동작하게 하며, 강한 인공지능은 생태계 전체의 생활 및 환경에서 최적의 해법을 제시한다.[138]

4차 산업혁명은 제조 기술 및 공정에서 자동화와 데이터 교환을 추구하며, 사이버 물리 시스템(CPS), 사물 인터넷(IoT),[25] 클라우드 컴퓨팅,[26][27][28][29] 인지 컴퓨팅 및 인공 지능을 포함한다.[29][30] 머신 러닝과 컴퓨팅 성능의 발전으로 기계는 반복적인 작업뿐만 아니라 점점 더 복잡한 작업도 수행할 수 있게 되었다.[31]

4차 산업혁명의 적용 분야는 다음과 같다:[34]

모바일 기기
위치 탐지 기술 (전자 식별)
고급 인간-기계 인터페이스
인증 및 사기 탐지
스마트 센서
빅데이터 분석 및 고급 프로세스
다층적 고객 상호 작용 및 고객 프로파일링
증강 현실/웨어러블
컴퓨터 시스템 자원의 주문형 가용성
데이터 시각화



AI은 기기 고장 및 이상을 사전에 예측하여 예지보전을 가능하게 한다. IoT 기술을 통해 수집된 기기 가동 정보, 온도, 습도 등의 빅데이터를 AI으로 분석하여, 평균 고장 간격 기반의 보전보다 더 정확한 보전을 수행할 수 있다.[104][105]

3. 3. 1. 로봇 공학

로봇 기술은 인공 지능(AI)의 발전과 함께 4차 산업혁명의 주요 동력으로 자리 잡고 있다. 특히 2010년대 심층 학습의 발전과 2020년대 생성형 AI의 부상은 로봇 공학에 큰 영향을 미치고 있다.[38] GPT-4o와 같은 AI 모델은 구두 및 텍스트 토론, 이미지 분석 등을 통해 로봇의 기능을 향상시키고 있다.[39]

과거 휴머노이드 로봇은 제한적인 기능과 부정확한 제어로 인해 활용도가 낮았다. 그러나 최근에는 머신 러닝, 특히 강화 학습을 기반으로 하여 더욱 유연하고 훈련이 쉬우며 다재다능한 휴머노이드 로봇이 개발되고 있다.[47]

로봇은 산업 현장에서 생산 공정을 재정의하고 전환 시간을 단축하는 데 기여하며,[40] 사람을 도와주는 로봇(예: 청소 로봇, 노인 보조 로봇 등)은 사회 전체의 생산성을 높일 것으로 기대된다. CES 2017/2018에서는 인공지능 로봇이, CES 2020에서는 사회생활을 함께하는 소셜 로봇, 만능형 로봇이 주목받았다.

3. 4. 빅데이터

4차 산업혁명에서 빅 데이터는 방대한 데이터를 처리하고 분석하는 핵심 기술이다. 이는 인공지능을 중심으로 한 소프트웨어와 최신 로봇 기술과 결합하여 혁신적인 변화를 가져온다.[152]

4차 산업혁명에서 빅데이터와 클라우드 컴퓨팅 기술은 독립형/독립형 신재생에너지 시스템(태양열, 풍력, 파력, 수력 및 전기 배터리)의 개선 및 도입에 기여한다.

사물 인터넷(IoT) 기술 도입으로 기기 가동 정보, 설치 장소의 온도, 습도 등의 정보를 빅데이터로 수집하고, AI로 성능 저하 등을 검출하여 수리함으로써, 평균 고장 간격을 기반으로 하는 보전보다 더 정확한 보전이 가능해진다.[104][105]

현대 정보통신기술인 사이버 물리 시스템, 빅데이터 분석, 클라우드 컴퓨팅은 결함 및 불량 제품의 조기 발견을 지원하여 예방을 가능하게 하거나, 경쟁 우위를 점할 수 있는 효율성, 품질, 민첩성의 이점을 향상시킬 수 있다.

4차 산업혁명의 적용은 다음과 같은 기술들을 통해 이루어진다.[34]

기술
모바일 기기
위치 탐지 기술 (전자 식별)
고급 인간-기계 인터페이스
인증 및 사기 탐지
스마트 센서
빅데이터 분석 및 고급 프로세스
다층적 고객 상호 작용 및 고객 프로파일링
증강 현실/웨어러블
컴퓨터 시스템 자원의 주문형 가용성
데이터 시각화



빅데이터 분석은 통합된 인더스트리 4.0 및 사이버 물리 시스템 환경에서 다음의 6C로 구성된다.

6C 시스템
연결(Connection) - 센서와 네트워크
클라우드(Cloud) - 컴퓨팅과 데이터온디맨드
사이버(Cyber) - 모델 및 메모리
내용/문맥(Content/context) - 의미와 상호 관계
커뮤니티(Community) - 공유 및 협업
커스터마이제이션(Customization) - 개인화와 가치



이 시나리오에서 공장 관리에 유용한 통찰력을 제공하기 위해 데이터는 의미 있는 정보를 생성하는 고급 분석 및 연산 도구로 처리되어야 한다. 산업 공장에서 보이는 문제와 보이지 않는 문제의 존재를 고려할 때, 정보 생성 알고리즘은 제조 현장에서의 기계 열화 및 부품 마모와 같은 보이지 않는 문제를 감지하고 해결할 수 있어야 한다.[127][128]

3. 5. 클라우드 컴퓨팅

사이버 물리 시스템(CPS), 사물 인터넷(IoT)과 함께, 클라우드 컴퓨팅은 4차 산업혁명의 주요 기술로 꼽힌다.[26][27][28][29] 빅데이터와 클라우드 컴퓨팅 기술은 데이터 저장 및 처리의 효율성을 높여, 4차 산업혁명에 기여한다.

현대 정보통신기술인 클라우드 컴퓨팅은 결함 및 불량 제품의 조기 발견을 지원하여 예방을 가능하게 하거나, 경쟁 우위를 점할 수 있는 효율성, 품질, 민첩성의 이점을 향상시킬 수 있다.

빅데이터 분석은 통합된 인더스트리 4.0 및 사이버 물리 시스템 환경에서 6C로 구성된다. 6C 시스템은 다음과 같다.

요소설명
연결(Connection)센서와 네트워크
클라우드(Cloud)컴퓨팅과 데이터온디맨드
사이버(Cyber)모델 및 메모리
내용/문맥(Content/context)의미와 상호 관계
커뮤니티(Community)공유 및 협업
커스터마이제이션(Customization)개인화와 가치



이 시나리오에서 공장 관리에 유용한 통찰력을 제공하기 위해 데이터는 의미 있는 정보를 생성하는 고급 분석 및 연산 도구로 처리되어야 한다. 산업 공장에서 보이는 문제와 보이지 않는 문제의 존재를 고려할 때, 정보 생성 알고리즘은 제조 현장에서의 기계 열화 및 부품 마모와 같은 보이지 않는 문제를 감지하고 해결할 수 있어야 한다.[127][128]

유럽연합 집행위원회는 2015년 인더스트리 4.0 주제를 육성하기 위한 주요 이니셔티브로 국제적인 연구 프로젝트 CREMA[121] (XaaS 및 클라우드 모델을 기반으로 하는 클라우드 기반의 신속하고 유연한 제조 방법 제공)를 시작했다.

3. 6. 3D 프린팅

3차원 프린터를 사용하면 개인 맞춤형 시대에 맞게 싸고 빠르게 본인에게 맞는 장치를 만들 수 있다. 예를 들어 본인만의 음식, 집, 인체 조직, 약 등을 만들 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다.

4차 산업혁명은 3D 프린팅 기술에 크게 의존한다. 3D 프린팅은 여러 기하학적 구조를 출력하고 제품 설계 과정을 단순화하며, 소량 생산에서 리드 타임(Lead Time)과 총 생산 비용을 줄일 수 있다. 또한 유연성을 높이고 창고 비용을 절감하며 대량 맞춤화(Mass Customization)를 가능하게 한다. 예비 부품을 출력하여 현장에 설치함으로써 공급 업체 의존도를 줄이고 공급 리드 타임을 단축할 수 있다.[49]

3. 7. 예측 정비

생산 라인의 효율을 높이는 것은 이전부터 꾸준히 진행되어 왔지만, 제4차 산업혁명 시대에는 생산 설비의 고장으로 인한 가동 중단 없이 기기 이상을 사전에 예측하고 유지보수하는 예지보전이 중요해졌다. 산업 사물 인터넷(IoT) 기술을 도입하여 기기 가동 정보, 설치 장소의 온도, 습도 등 다양한 정보를 빅데이터로 수집하고, AI을 통해 성능 저하 등을 감지하여 수리한다. 이를 통해 평균 고장 간격을 기반으로 하는 기존의 보전 방식보다 더 정확한 예측 정비가 가능해졌다.[104][105]

3. 8. 스마트 센서

스마트 센서는 데이터를 생성하고 자가 모니터링 및 자가 구성부터 복잡한 프로세스의 상태 모니터링까지 추가적인 기능을 수행할 수 있는 장치이다. 무선 통신 기능을 통해 설치 작업을 크게 줄이고 고밀도 센서 어레이를 구현하는 데 도움이 된다.[51]

센서, 측정 과학 및 스마트 평가의 중요성은 여러 전문가들에 의해 인식되어 "4차 산업혁명: 센서 시스템 없이는 아무것도 할 수 없다"는 말이 나올 정도이다.[52]

하지만 시간 동기화 오류, 데이터 손실, 수집된 대량의 데이터 처리와 같은 몇 가지 문제점들이 완전한 시스템 구현을 제한하며, 배터리 전력 또한 추가적인 제한 요소이다. 스마트 센서가 전자 장치에 통합된 예로는 스마트워치가 있는데, 여기서 센서는 사용자의 움직임으로부터 데이터를 수신하고 처리하여 하루 동안 걸은 걸음 수, 소모 칼로리 등의 정보를 제공한다.

스마트 센서는 농업 및 식품 산업 분야 외에도 다양한 분야에서 활용된다.

3. 8. 1. 농업 및 식품 산업에서의 활용

스마트 센서는 농업 및 식품 산업 분야에서 아직 시험 단계에 있다.[53] 이러한 센서는 구획에서 이용 가능한 정보(잎 면적, 식생 지수, 엽록소, 습도, 온도, 수분 포텐셜, 방사선)를 수집, 해석 및 전달한다.[54] 이 데이터를 바탕으로 스마트폰을 통한 실시간 모니터링을 가능하게 하고, 결과, 시간 및 비용 측면에서 구획 관리를 최적화하는 다양한 조언을 제공하는 것을 목표로 한다. 농장에서는 이러한 센서를 사용하여 작물 단계를 감지하고 적절한 시기에 투입물과 처리 방법을 권장할 수 있으며, 관개 수준을 제어할 수 있다.[54]

식품 산업은 점점 더 많은 안전성과 투명성을 요구하며, 완벽한 문서화가 필요하다. 새로운 기술은 추적 시스템뿐만 아니라 인적 데이터와 제품 데이터 수집에도 사용된다.[55]

3. 9. 첨단 헬스케어

CES 2020에서 미국의 디지털 헬스케어 시장은 강세를 보였으며, 참여 업체는 2019년에 비해 20% 증가했다. 이들 업체는 각종 생체 정보를 관리하고 건강 관리 기능을 제공한다.[34]

3. 10. 기타 요소 기술

블록체인은 '블록'이라 불리는 소규모 데이터들이 P2P 방식을 기반으로 생성된 체인 형태의 연결고리 기반 분산 데이터 저장 환경에 저장되어, 누구도 임의로 수정할 수 없고 누구나 변경 결과를 열람할 수 있는 분산 컴퓨팅 기술 기반의 원장이다.

양자암호는 기존 암호체계가 수학적 복잡성에 기반하는 것과 달리, 자연현상에 기반한다. 양자 키 분배(Quantum Key Distribution)체계라고도 불리는 양자 암호는 도청 시도가 있을 경우 그 존재가 드러나고 신호가 왜곡되어 도청자도 정확한 정보를 얻을 수 없는 보안성을 띄고 있다. 보안업계는 양자난수를 모든 IT 기기에 적용하면 해킹이 불가능한 암호 체계를 구현할 수 있을 것으로 기대한다.

4차 산업혁명은 사이버 물리 시스템(CPS), 사물 인터넷(IoT),[25] 클라우드 컴퓨팅,[26][27][28][29] 인지 컴퓨팅, 인공 지능을 포함한 제조 기술 및 공정에서의 자동화와 데이터 교환 추세를 의미한다.[29][30]

4차 산업혁명은 사이버 물리 시스템의 고용량 연결성, 터치 인터페이스 및 가상 현실 시스템과 같은 새로운 인간-기계 상호 작용 방식, 로봇 공학 및 3D 프린팅(적층 제조)을 포함하여 디지털 명령어를 물리적 세계로 전달하는 개선, "빅데이터"와 클라우드 컴퓨팅, 그리고 독립형/독립형 신재생에너지 시스템(태양열, 풍력, 파력, 수력 및 전기 배터리(리튬이온 신재생 에너지 저장 시스템(ESS) 및 전기 자동차)의 개선 및 도입으로 정의된다.

또한, 사이버 물리 시스템이 스스로 결정을 내리고 가능한 한 자율적으로 작업을 수행할 수 있는 분산된 의사 결정 능력도 강조한다. 예외, 간섭 또는 상충되는 목표의 경우에만 작업이 상위 수준으로 위임된다.[32][26]

4. 각국의 4차 산업혁명 추진 현황

4차 산업혁명은 여러 국가에서 각기 다른 이름으로 활발하게 추진되고 있다. 혹자는 대한민국만 4차 산업혁명을 이야기한다고 하지만, 이는 용어의 차이일 뿐이다.[64] 주요 국가들의 4차 산업혁명 추진 현황은 다음과 같다.

국가관련 정책/활동 (시작 연도)
독일Industry 4.0 (2010년)
유럽Horizon Europe (2014년)
미국Advanced Manufacturing Partnership 2.0, Cyber-Physical System, Digital Transformation, Smart America Challenge, 4th Industrial Revolution 등 (2011년)
일본일본 재흥전략, 소사이어티 5.0 (2015년)
중국Made in China 2025 (2014년)
대한민국4차 산업혁명 (2016년), 대통령 직속 4차산업혁명위원회 (2017년)


4. 1. 대한민국

대한민국은 2017년부터 대통령 직속 4차 산업혁명 위원회를 운영해 왔다. 더불어민주당 정부는 혁신 주도 경제 정책의 일환으로 I-Korea 전략(2017)을 추진하여 인공지능(AI), 드론, 자율주행차 등 새로운 성장 동력에 초점을 맞추고 있다.[84]

4. 2. 독일

"인더스트리 4.0"(Industrie 4.0) 또는 I4.0, I4는 2011년 독일 연방정부의 첨단 기술 전략 프로젝트에서 유래한 용어로, 제조업의 컴퓨터화를 촉진한다.[8][67] 이 용어는 같은 해 하노버 메세에서 공개적으로 소개되었다.[68] 볼프강 발슈터 교수는 "Industry 4.0" 용어의 발명가로 불리기도 한다.[69]

2012년 10월, 인더스트리 4.0 작업반은 독일 연방 정부에 구현 권고안을 제시했고, 2013년 4월 8일 하노버 메세에서 최종 보고서가 발표되었다.[70] 이 작업반은 보쉬(Robert Bosch GmbH)의 지그프리트 다이스와 독일 과학·공학 아카데미(German Academy of Science and Engineering)의 헤닝 카거만이 이끌었다.[70]

독일 연방 정부는 연방교육연구부(BMBF)와 연방경제에너지부(BMWi) 장관들을 통해 I4.0 정책 개발을 주도하며, 디지털 전환의 방향을 설정하고 있다.[73]

인더스트리 4.0 전략은 고도로 유연한 (대량) 생산 조건에서 제품의 강력한 맞춤화를 포함한다.[74] 필요한 자동화 기술은 자체 최적화, 자체 구성,[75] 자체 진단, 인지 및 복잡한 작업에서 근로자를 위한 지능형 지원 방법의 도입을 통해 개선된다.[76]

스마트 팩토리 구현은 인더스트리 4.0의 근간이다.[103] 모듈화된 스마트 팩토리 내부에서는 사이버 물리 시스템이 현실 공정을 감시 및 제어하고, 가상 복제본을 생성하여 분산형 의사결정을 내린다. 생산 공정과 유통 공정의 디지털화를 통해 자동화, 가상화를 크게 높여 생산 및 유통 비용을 최소화하고 생산성을 향상시킨다.[104]

예지보전은 생산 설비의 가동률을 높이는 중요한 요소이다. IoT 기술 도입으로 기기 가동 정보, 설치 장소의 온도, 습도 등의 정보를 빅데이터로 수집하고, 성능 저하 등을 AI로 검출하여 수리함으로써, 더 정확한 보전이 가능해진다.[104][105]

기업들이 인더스트리 4.0 원칙을 적용함에 따라 브랜드가 바뀌기도 하는데, 항공우주 부품 제조업체인 메깃(Meggitt PLC)은 자체 인더스트리 4.0 연구 프로젝트를 M4로 브랜드화했다.[71]

4. 3. 미국

2019년 미국 국토안보부는 '산업용 사물 인터넷(IIoT): 기회, 위험, 완화'라는 제목의 논문을 발표했다. 이 논문은 중요 인프라의 기본 구성 요소가 더 큰 연결성과 최적화를 위해 점점 디지털화되고 있으며, 따라서 그 구현, 성장 및 유지 관리에 신중한 계획과 보호가 필요하다고 설명한다. 또한 산업용 사물 인터넷(IIoT)의 응용 프로그램뿐만 아니라 관련 위험도 논의하며, 위험 완화가 가능한 몇 가지 주요 영역을 제시한다. 미국 국토안보부는 공공, 민간, 법 집행 기관, 학계 및 기타 이해 관계자 간의 협력을 강화하기 위해 국가 사이버 보안 및 통신 통합 센터(NCCIC)를 설립했다.[86]

4. 4. 일본

일본은 2019년 제5차 과학기술기본계획에서 미래 사회의 청사진으로 소사이어티 5.0을 제시했다.[82] 소사이어티 5.0은 디지털 영역과 물리적 세계를 긴밀하게 연결하는 시스템을 통해 경제 발전과 사회적 과제 해결 간의 조화로운 균형을 이루면서 시민의 웰빙을 우선시하는 사회를 구상한다.

4. 5. 기타 국가

호주는 2015년 디지털 전환청(Digital Transformation Agency)과 2016년 총리 산하 4차 산업혁명 태스크포스(Prime Minister's Industry 4.0 Taskforce)를 설립하여 독일, 미국 산업계와의 협력을 증진하고 있다.[66]

에스토니아의 디지털 전환은 1991년 독립 회복과 함께 시작되었다. 50년간의 소련 점령(Soviet occupation of Estonia)으로 정보 혁명(information revolution)에 늦게 합류했지만, 디지털 시대로 도약(leapfrogged)했다. 마르트 라알(Mart Laar) 총리의 초기 결정은 오늘날 세계에서 가장 디지털로 발전된 국가(digitally advanced nations) 중 하나인 e-에스토니아(e-Estonia)를 건설하는 데 기여했다. 에스토니아 디지털 어젠다 2030(Estonia's Digital Agenda 2030)[80]에 따르면, 에스토니아 디지털 전환의 다음 단계는 민간 및 기업 환경 모두에서 이벤트 기반 및 사전 예방적 서비스로 전환하고, 녹색 친화적이며 AI 기반의 인간 중심 디지털 정부를 개발하는 것이다.

인도는 급성장하는 경제와 광범위한 제조업 부문을 바탕으로 디지털 혁명을 받아들여 제조업에서 상당한 발전을 이루었다. 인도의 Industry 4.0 프로그램은 최신 Industry 4.0 기술 발전을 채택하면서 비용 효율적인 방식으로 글로벌 경쟁력을 갖춘 제품을 생산하기 위해 기술을 활용하는 데 중점을 둔다.[81]

말레이시아의 4차 산업혁명 국가 정책은 Industry4WRD로 알려져 있다. 2018년에 시작된 이 정책의 주요 계획에는 디지털 인프라 강화, 4차 산업혁명 기술 숙련 인력 양성, 그리고 산업 전반의 혁신 및 기술 도입 촉진 등이 포함된다.[83]

남아프리카 공화국은 2019년에 학계, 산업계, 정부 배경을 가진 약 30명의 이해관계자로 구성된 4차 산업혁명 대통령 위원회를 설립했다.[84][85] 남아프리카 공화국은 또한 4차 산업혁명에 관한 부처 간 위원회를 설립했다.

우간다는 2020년 10월 전자 정부, 도시 관리(스마트 도시), 의료, 교육, 농업, 디지털 경제에 중점을 둔 자체 국가 4차 산업혁명 전략을 채택했다. 정부는 국내 기업을 지원하기 위해 2020년 국내 신생 기업 법안을 도입하는 것을 검토했는데, 이 법안은 모든 회계 담당자가 해외에서 디지털 솔루션을 조달하기 전에 국내 시장을 먼저 활용해야 한다는 내용을 담고 있었다.[84]

2019년에 영국의 기업·에너지·산업 전략부(Department for Business, Energy & Industrial Strategy)가 발표한 정책 보고서 "제4차 산업혁명을 위한 규제(Regulation for the Fourth Industrial Revolution)"는 변화하는 기술 및 사회적 환경에서 경쟁력을 유지하기 위해 현행 규제 모델을 발전시켜야 할 필요성을 강조했다.[9]

5. 4차 산업혁명이 가져올 변화와 과제

4차 산업혁명은 사회, 경제, 문화 등 다양한 분야에 영향을 미치고 있다. 4차 산업혁명의 옹호자들은 이것이 단순한 3차 산업혁명의 연장이 아니라, 속도, 범위 및 시스템 영향, 기술 정책의 패러다임 전환 면에서 별개의 혁명이라고 주장한다.[14] 예를 들어 싱가포르는 혁신 정책에서 4차 산업혁명을 공식적으로 인정했다.

하지만 비판론자들은 4차 산업혁명을 마케팅 전략으로 보기도 한다.[33] 이들은 특정 부문에서 혁신적인 변화는 있지만, 체계적인 변화는 아직 없다고 주장한다. 또한, 4차 산업혁명에 대한 인식과 정책 전환 속도는 국가마다 다르며, 그 정의도 명확하게 합의되지 않았다고 지적한다.

4차 산업혁명 시대에는 여러 과제가 존재한다.


  • 기술 발전과 사회적 형평성 조화: 자동화와 기술 발전은 경제적 변화를 가져와 일자리가 줄어들거나 새로운 역할이 생겨날 수 있으며, 이에 따라 광범위한 노동력 재교육과 시스템 적응이 필요하다.
  • 개인정보보호와 사이버 보안 문제: 4차 산업혁명 기술은 많은 데이터를 활용하므로, 개인정보 유출, 감시, 불신 문제가 발생할 수 있다. IT 보안, 기계 간 통신(M2M)의 신뢰성 및 안정성, 제조 공정의 완전성 유지, IT 장애 회피, 산업 노하우 보호 등도 해결해야 할 과제이다.
  • 성 불평등 심화: 인공지능(AI)으로 대체될 가능성이 높은 직무를 가진 직종에서 성 불평등 위험이 커질 수 있다.
  • 기타 과제: 규제 및 표준 부족, 불명확한 법적 문제 및 데이터 보안, 경제적 효과의 불확실성과 과도한 투자, 변화에 대한 저항, 기업 IT 부서의 일자리 감소 위협, 육체노동자의 일자리 상실 가능성 등도 4차 산업혁명 시대의 과제로 꼽힌다.

5. 1. 긍정적 영향

Industry영어 4.0 옹호자들은 4차 산업혁명이 생산성 향상에 크게 기여한다고 주장한다. 사이버 물리 시스템(Cyber Physical System)을 도입한 "스마트 팩토리 구현"이 인더스트리 4.0의 근간이다.[103] 생산 공정과 유통 공정의 디지털화를 통해 생산 및 유통 자동화, 가상화를 크게 높여 생산 비용과 유통 비용을 최소화하고 생산성을 향상시킨다.[104]

생산 라인의 고효율화는 이전부터 진행되어 왔지만, 생산 설비의 기기 고장 및 이상을 사전에 예측하여 보전함으로써 생산 설비의 가동률을 높이는 예지보전도 중요한 포인트이다. IoT 기술 도입으로 기기 가동 정보, 설치 장소의 온도, 습도 등의 정보를 빅데이터로 수집하고, 성능 저하 등을 AI로 검출하여 수리함으로써, 이전보다 더 정확한 보전이 가능해진다.[104][105]

독일 정부의 인더스트리 4.0 전략은 매우 유연한 (대량) 생산 조건 하에서 제품의 강력한 맞춤화를 추구한다.[115] 요구되는 자동화 기술은 자동 최적화, 자동 설정[116], 자가 진단, 인지 기능, 그리고 점점 더 복잡해지는 작업에서 작업자의 지능형 지원 방법 도입을 통해 개선되고 있다.[117]

인더스트리 4.0의 일부 예로는 고장을 예측하고 자율적으로 유지보수 공정을 작동시키는 기계나 생산 과정에서 예상치 못한 변화에 대응하는 자기조직화된 물류가 있다.

2013년 7월 기준으로 인더스트리 4.0의 가장 큰 프로젝트는 독일 연방교육연구부(BMBF)의 첨단 클러스터인 "Intelligent Technical Systems Ostwestfalen-Lippe (it's OWL)"이다.[118] 또 다른 주요 프로젝트는 BMBF 프로젝트 RES-COM[119]과 마찬가지로 뛰어난 클러스터인 "고임금 국가를 위한 통합적 생산 기술 (Integrative Production Technology for High-Wage Countries)"이다.[120] 2015년, 유럽연합 집행위원회는 인더스트리 4.0 주제를 육성하기 위한 주요 이니셔티브로 국제적인 연구 프로젝트 CREMA[121]를 시작했다.

5. 2. 부정적 영향

4차 산업혁명은 여러 가지 부정적인 영향을 초래할 수 있다.

  • 일자리 감소: 자동화와 기술 발전은 경제적 변화를 일으켜 일자리가 감소하는 동시에 새로운 역할이 생겨나게 한다. 이로 인해 노동자들은 새로운 기술을 배우고 시스템에 적응해야 한다.[60] 특히 육체노동자의 경우 자동화 및 IT 제어 프로세스로 인해 많은 일자리를 잃을 수 있다.[58][59][61]
  • 성 불평등 심화: AI로 대체될 가능성이 높은 직무를 가진 직종에서 성 불평등 위험이 증가할 수 있다.[62][63]
  • 정신 질환 문제: 4차 산업혁명의 성장과 함께 정신 질환이 만연해질 수 있다는 문제가 제기된다.[92] 이는 이미 고도 기술 분야 종사자들 사이에서 나타나는 문제이기도 하다.[93]
  • AI 윤리 문제: 4차 산업혁명은 AI의 편향과 윤리적 문제에 대한 비판을 받고 있다. 의사결정에 사용되는 알고리즘이 기존 사회적 불평등을 악화시켜 소외 계층에 더 큰 영향을 줄 수 있으며, 투명성과 책임성도 부족하다는 지적이다.[94]
  • 기타 문제점:

문제점내용
높은 경제적 비용
사업 모델 적응
불확실한 경제적 효과/과도한 투자[58][59]
개인정보보호 우려
감시와 불신
이해관계자들의 변화에 대한 전반적인 저항
기업 IT 부서의 일자리 감소 위협
규제, 표준 및 인증 형식 부족
불명확한 법적 문제 및 데이터 보안[58][59]



한편, 일상 업무 자동화가 발전하면서 자동화 제품보다 수제품을 더 가치 있게 여기는 IKEA 효과가 나타나기도 한다.[91]

5. 3. 과제

4차 산업혁명 시대에는 여러 과제가 존재한다. 우선 기술 발전과 사회적 형평성을 어떻게 조화시킬 것인지가 중요한 문제이다.[60] 자동화와 기술 발전은 경제적 변화를 가져와 일자리가 줄어들거나 새로운 역할이 생겨날 수 있으며, 이에 따라 광범위한 노동력 재교육과 시스템 적응이 필요하다.[60]

개인정보보호와 사이버 보안 문제도 중요하다.[58][59] 4차 산업혁명 기술은 많은 데이터를 활용하므로, 개인정보 유출, 감시, 불신 문제가 발생할 수 있다.[58][59] IT 보안, 기계 간 통신(M2M)의 신뢰성 및 안정성, 제조 공정의 완전성 유지, IT 장애 회피, 산업 노하우 보호 등도 해결해야 할 과제이다.[125]

4차 산업혁명은 성 불평등을 심화시킬 수 있다는 우려도 있다.[62][63] 인공지능(AI)으로 대체될 가능성이 높은 직무를 가진 직종에서 성 불평등 위험이 커질 수 있다.[62][63]

그 외에도 규제 및 표준 부족, 불명확한 법적 문제 및 데이터 보안,[58][59] 경제적 효과의 불확실성과 과도한 투자,[58][59] 변화에 대한 저항, 기업 IT 부서의 일자리 감소 위협,[58][59][61] 육체노동자의 일자리 상실 가능성 등도 4차 산업혁명 시대의 과제로 꼽힌다.[58][59][61]

6. 미래 전망 (인더스트리 5.0)

'''인더스트리 5.0'''은 효율성 증대뿐만 아니라 사회적 안녕과 경제 및 산업 생산의 지속 가능성 증진에 중점을 두는 산업 환경으로의 패러다임 전환 전략으로 제시되었다.[95][96][97] 인더스트리 5.0은 인더스트리 4.0의 다음 단계로, 5G의 다음 단계인 6G가 이미 연구되고 있는 것처럼 이미 검토되고 있다.[136]

2023년의 한 논문에 따르면, 인더스트리 4.0과 인더스트리 5.0 모두 정보통신기술, 창의성, 혁신성, 빅데이터, 의사소통 능력을 중요한 기술로 강조하고 있다.[136]

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