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빅데이터로 범죄 예측, 전자코로 암 판별 ··· 안전한 세상 열린다

Big data [범죄를 사전에 차단]

한국과학기술기획평가원(KISTEP) 선정 미래안전 유망 기술

머지않아 ‘빅데이터 기반 범죄 예측 시스템’이 범죄 예방에 적극 활용될 것으로 보인다. 범죄를 예측하는 것은 영화와 달리 예언자가 아닌 ‘빅데이터(Big Data)’다. 빅데이터는 말 그대로 다양한 형태로 모아진 방대한 데이터. CCTV 기록, 차량 기록, 날씨, SNS, 신상정보에서부터 출입국·진료·휴대전화·사고 등의 각종 기록 정보들이 여기에 속한다.
 빅데이터 자체는 의미가 없다. 구슬이 서 말이라도 꿰어야 보배다. 수집된 빅데이터 중 각종 정보 간 연관성을 찾아내 분석한 뒤 예측 결과를 도출한다. 이로써 장소별·시간대별로 범죄 발생 가능성을 예측할 수 있다. 사전에 대응할 수 있도록 범죄를 예측하는 기술이다.
 현실에선 범죄 예측 결과가 얼마나 들어맞을까. 실제 미국 연방정부 및 지자체는 강력범죄 예방에 빅데이터를 적극 활용 중이다. 특히 미국 샌프란시스코 경찰청의 범죄 지도는 모범 사례로 꼽힌다. 정확도는 놀라운 수준이다. 샌프란시스코 경찰청은 과거 8년간 범죄가 발생했던 지역과 유형을 세밀하게 분석했다. 그리고 후속 범죄 가능성을 예측해 범죄를 예보했다. 범죄가 발생한 지역을 중심으로 범죄가 다시 일어날 확률이 높다는 사실에 근거한 것이다. 장소, 휴대전화 기록, 차량 기록 등 정보 간 연관성을 분석했다. 6개월간 테스트 결과 예보 정확도는 71%. 범죄가 예보된 10곳 중 7곳꼴로 실제 사건이 발생했다. 샌프란시스코는 빅데이터 분석으로 안전한 지역사회로 변화했다는 평가를 내렸다.
 영국은 홈페이지를 통해 지역별 범죄 현황 및 발생 유형을 구체적으로 보여주는 범죄지도를 운영 중이다. 범죄 위치와 유형을 주소지 주변으로 상세하게 제공한다. 이 정보들은 휴대전화 애플리케이션으로도 제작돼 사용자가 주변 범죄를 시각적으로 인식할 수 있다.
 초기 단계이긴 하지만 국내에서도 빅데이터가 활용되고 있다. 범죄 현장에서 수집된 데이터에 다양한 공간통계분석 기법을 적용해 범죄 위험지역을 예측한다. 연쇄범죄 발생 가능성이 높은 장소와 용의자가 거주할 만한 지역을 예측한다. 범죄 위험도에 따라 순찰차를 배치하고 순찰 경로를 선정한다. 부산연제경찰서는 한 달간 범죄 다발지 중심으로 형사기동차량 거점 근무를 실시한 결과 전년 동기간보다 범죄가 10.5% 감소했다는 결과를 얻었다.


Flying robot [작은 비행로봇이 범죄자 감시]
지난 3~4월 북한 무인비행기가 국내에서 발견돼 관심을 모았다. 군 정찰용으로 사용된 것으로 보이는 무인기다. 무인기는 모형 비행기와 같은 원리다. 리모컨에서 보낸 특정 주파수의 신호대로 작동하는 방식이다. 미래에 활용될 비행기는 좀 더 진화한 형태다. 조종할 수 있는 거리가 길고 가벼우면서 크기는 작다. 초소형 비행감시로봇이다. 15㎝ 정도의 크기로 카메라를 탑재해 원격지 영상을 무선으로 전송한다. 크기가 작아 발각되지 않고 감시하는 것이 용이하다. 초소형이라 도심이나 실내에서도 안전하게 비행할 수 있다. 한 시간 내외로 비행하면서 4~10㎞ 반경의 범위에서 임무를 수행한다. 실제 벌·새나 곤충 모양의 초소형 비행로봇도 개발됐다.
 당초 군용으로 개발되기 시작했지만 범죄 대응에 활용될 것으로 전망된다. 범죄 발생 예상 지역을 순찰하고, 범죄 발생 시 경보 기능을 작동해 초기에 추적해 대응하는 방식으로 치안에 기여한다. 국가 재난 방재와 주요 제반 시설 감시에도 활용할 수 있다. 원자력발전소나 송유관·송전선 등 중요 시설물 순찰 등을 통한 안전 유지에 사용될 수 있다.
 이뿐 아니라 인터넷 유통업체 아마존을 통해 택배 활용 가능성도 확인됐다. 아마존은 지난해 12월 최대 2.3㎏의 짐을 싣고 16㎞ 떨어진 지역까지 물품을 배송하는 무인기를 선보인 바 있다.
 한국항공우주연구원 김유신 선임연구원은 “초소형 비행로봇은 현재 선진국을 중심으로 군용 목적으로 활발히 개발되고 있지만 민간용으로 보편화될 전망”이라며 “10년 내에 범죄자를 감시·추적하거나 사고 현장에서 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

Biometrics scan [홍채·음성인식으로 보안기술 강화]
보안기술도 강화된다. 본인 인증 방식에는 생체인증 기술이 더욱 보편화된다. 생체인증 기술은 개인이 갖고 있는 생물학적·행동학적 특징을 기반으로 개인을 인증하는 기술이다.
 지문인식이 대표적이다. 지문 외에 얼굴·홍채·음성 등에도 응용이 가능하다. 얼굴을 이용한 인식 방법은 적외선을 이용한 3차원 영상이나 얼굴의 열 분포를 이용한 방식으로 본인 여부를 판단한다. 하지만 단점이 크다. 변장과 노화에 따른 얼굴 변화에 적응하지 못한다.
 음성인식도 마찬가지다. 감기나 쉰 목소리로 인한 음성 변화, 타인의 목소리 흉내, 주변 소음이 오인식 가능성을 높인다. 반면에 홍채인식은 단점이 없는 차세대 인증 방식이다. 적외선 카메라가 줌렌즈로 홍채를 인식해 사진으로 이미지화한 뒤 홍채 명암 패턴을 분석한다. 이렇게 얻은 고유 홍채 코드를 입력정보와 대조하는 방식이다. 사람의 홍채 패턴이 생후 18개월 후 평생 변하지 않기 때문에 반영구적이다. 게다가 지문보다 고유 패턴이 많고, 얼굴인식처럼 접촉하지 않는 방식이라 거부감이 없다. 한국전자통신연구원 문기영 책임연구원은 “아마 5년 뒤에는 홍채인식이 지문인식을 대체하게 될 것”이라고 말했다.

Electronic nose [암 진단에 도움 주는 전자코]
사람의 오감을 대신하는 영역은 후각까지 확대된다. 대신 냄새를 맡아주는 일명 ‘전자코’다. 사람의 코 기능을 디지털화한 것이다. 특정 냄새 성분과 각 센서의 반응을 전기화학적 신호로 나타내 패턴화해서 냄새를 감별하는 장치다. 유해성 물질인지 여부를 직접 냄새 맡지 않고도 알 수 있다.
 의외로 전자코 작동 원리는 사람이 냄새를 맡는 원리를 본떴다. 코에 냄새의 원인이 되는 물질이 들어오면 냄새를 인식하는 후각 수용체 단백질과 결합한다. 그 다음 신경세포에서 전기신호가 만들어져 뇌로 전달되면 뇌가 이를 분석해 어떤 냄새인지 알아낸다. 대신 냄새를 감지하는 센서, 이를 패턴화하는 신호변환기, 변환된 신호를 해석하는 장치가 필요하다. 사람과 마찬가지로 새로운 냄새를 반복적으로 학습한 뒤 기존에 기억된 패턴과 비교해 구분할 수도 있다.
 전자코는 이미 2000년대 초반부터 개발됐다. 미국 노마딕스사가 화약냄새를 인식해 지뢰를 탐지하는 ‘피도’라는 전자코를 개발했다. 유럽연합 여러 국가는 생선의 신선도를 판단할 수 있는 ‘생선코(Fish-Nose)’를 개발해 보급을 준비 중이다. 미국에서는 다양한 형태의 가스 센서와 패턴인식 기법을 적용한 500개 정도의 고정용 및 휴대용 전자코 시스템을 개발·판매 중이다. 그중 전화기에 전자코를 부착해 통화하는 사람의 건강 상태를 점검할 수 있는 시스템도 개발됐고, 환경·군사 분야에도 적용되고 있다.
 전자코의 기능이 고도화하면 농산물의 원산지 판별, 값싼 원료를 이용해 제조한 식품 판별, 농약 오염 여부 판단, 음식점의 음식 신선도 판별, 포장재의 초미량 유해물질 판단도 전자코 하나로 손쉬워지게 된다.
 의료용 진단기기로 활용될 수도 있다. 몸 상태에 따라 호흡할 때 나오는 특정 성분이 달라지는 점을 이용한다. 간경변증에 걸리면 숨쉴 때 지방산 성분, 신장 기능이 약해지면 암모니아 냄새의 트리메탈아민이 나온다. 폐암 환자는 알칸과 벤젠의 혼합물을 내뱉게 된다. 나아가 유방암의 병기까지도 판별할 수 있다.
 단 상용화에는 걸림돌이 있다. 재현성이 높은 센서가 전자코 기술의 핵심인데, 이를 안정적으로 공급하는 것이 문제다. 생산된 1000여 개 센서 중 실제 사용 가능한 것은 20~25개뿐이다. 부품을 소형화하고 패턴 인식 기법 기술을 다양화하는 것도 해결 과제다.
 한편 KISTEP은 이들 기술 외에 클라우드 컴퓨팅의 보안시스템인 ‘가상화 보안’, 도청·감청을 원천 차단하는 ‘양자정보통신’ 보안체계를 이끌 유망 기술로 꼽았다. 범죄 상황을 즉각적으로 인식해 대응하는 ‘상황인식’ 기술, 식품의 내·외부 환경 변화를 모니터링해 안전성을 높이는 ‘식품 스마트패키징’도 핵심 기술이다. 또 종이 위에 미세 칩을 이용해 현장에서 질병 원인균을 신속하고 정확하게 진단하는 ‘고속 진단 페이퍼칩’, 식물에 유용한 유전형질을 삽입해 백신 양산을 가능하게 하는 ‘식물 생산 백신’은 건강을 지키는 유망 기술이다.
 KISTEP 박영아 원장은 “갈수록 복잡해지고 예측 불가능해지는 사회적 위험으로부터 우리를 지켜내는 일은 생존과 관련된 매우 절박한 문제”라며 “이러한 유망 기술은 사회가 보다 과학적이고 합리적인 시스템을 갖춰 그 성과가 사회 구성원 행복을 추구하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

Cyber security [가상 공간 보안기술]
사람의 출입을 제한하는 것이 생체인증 기술이라면 데이터에 불법적인 접근을 막는 것은 가상화 보안 기술이다. 간단히 말하면 컴퓨터 네트워킹·서버·클라우딩 컴퓨팅 시스템 등 가상환경에서 해킹 같은 외부 침입을 차단하는 기술이다.
 중요한 데이터의 유출을 막고, 인가되지 않은 사용자의 접근을 막는 보안 기술이다. 중요 데이터 저장, 암호화 등 보안 기능을 분리된 도메인에서 수행해 중요 데이터의 유출 시도를 원천적으로 차단할 수 있다. 기존 운영체제 인터페이스를 그대로 사용하면서 다양한 보안 서비스를 제공한다. 기업 기밀정보를 불법적으로 유출하는 것을 막거나 개인 이용자의 프라이버시 문제를 해결할 수 있다. 악성코드·불법도청 등 다양한 보안 위협에 대한 대응도 할 수 있다.

Intelligent package [식중독 없는 건강한 유통]
식품과 식재료의 유통 과정에서 주변 환경 변화를 체크하고, 이를 신선도에 반영할 수 있다면 얼마나 좋을까. 이를 실현시킬 수 있는 기술이 있다. 식품스마트패키징 기술이다.
 지능형 포장이라고도 한다. 품질 측정과 이력 확인을 실시간으로 할 수 있다.
 상품 표면에 붙은 스티커의 색깔 변화로 맥주의 온도를 가늠할 수 있도록 한 것도 일종의 스마트패키징이다. 제품 포장 표면에 부착된 시간·온도 지시계와 선도 지시계로 제품의 상태를 파악할 수 있다.
특히 선도 지시계는 포장된 식품의 미생물이나 대사에 관련된 품질을 표시한다. 선도는 포도당·유기산·에탄올·휘발성염기질소·아민류·이산화탄소·유황화합물 등 다양한 성분의 증가나 감소로 파악할 수 있다.
 이 기술이 활성화하면 식품의 신선도 유지와 보관이 가능해 식중독 발생을 미리 차단할 수 있다. 식품이 실제 노출된 유통환경을 파악하고, 이에 따른 변질 가능성을 계산해 유통기한을 예측해 낼 수 있다. 소비자와 생산자, 유통업자 모두의 수요를 충족하는 기술이다.

Green vaccine [식물 이용해 백신 대량생산]
식물 생산 백신은 기존 백신의 대량생산을 가능하게 할 전망이다. ‘그린 백신’으로 불리는 이 기술은 유전자 조작을 통한 형질전환 식물체, 식물세포, 또는 조직 배양으로 생산되는 재조합 백신 기술을 말한다.
 식물세포 배양은 미생물 배양만큼 증식이 빠르다는 장점이 있다. 대량생산이 가능한 것도 이 때문이다. 특히 동물세포를 이용하는 것보다 중요한 이점은 병원성 유전자를 동반하지 않는다는 것이다. 고셔병치료제의 세포 생산 과정에서 노로바이러스 오염사고가 식물세포배양 기술을 발전시키는 계기가 됐다. 이 기술이 활용되면 신종 질환 위험에 효과적으로 대응할 수 있다. 또 바이오 테러물질에 대한 백신이나 항체를 식물세포 배양을 통해 생산·비축함으로써 저렴하고 장기보존이 가능한 형태로 개발이 가능하다.

Contextual information service [사용자가 원하는 서비스 ‘척척]
에어컨을 일정 온도로 맞춰 놓으면 그 온도를 유지하면서 에어컨 스스로 켜졌다 꺼졌다를 반복한다. 1990년대 무렵부터 ‘인공지능’이라는 이름으로 도입됐던 시스템이다. 용어는 거창하지만 사실 특정 조건에서 사전에 입력된 행위를 하도록 하는 단순한 시스템이다.
 여기서 진화한 것이 상황인식 기술이다. 사용자의 위치·시간·주변에 있는 다른 사람이나 기기들, 사용자의 행동과 같은 현재 상황 정보를 파악·분석해 필요한 서비스를 자동으로 제공한다. 유·무선 통신 네트워크를 기반으로 스마트기기, 센서로 구성된 네트워크와의 상호 연동을 통해 사용자가 원하는 서비스를 알아서 제공한다.
 가령 범죄나 사건이 일어나면 신고가 이뤄지기 전에 CCTV나 감시로봇이 범죄 상황을 자동으로 인식해 전달하고, 신속 대응이 이뤄진다. 또 환자에게 이상이 생기면 몸 상태, 환자 위치, 주변 온도·습도 등 상황 정보가 수집된다. 이 정보는 가까운 응급 구조대원이나 응급 의료진에 전달돼 즉각적인 초동 조치가 이뤄진다. 결국 상황인식 기술은 진정한 의미의 인공지능인 셈이다.

Quantum communication tec [완벽한 통신보안 가능]
양자정보통신 기술은 양자 암호기술로 절대 보안 암호통신을 구현할 수 있다. 양자정보 기술은 양자물리 법칙을 응용했다. 양자물리의 양자중첩, 양자얽힘의 개념을 통신과 전산에 활용했다.
 기존 정보의 단위는 0과 1의 값을 갖는 비트(bit)로 표현됐지만, 양자정보에서는 0과 1이 동시에 존재할 수 있다. 이를 비트가 진화한 큐비트(qubit)라고 한다. 즉 양자정보통신은 양자정보의 ‘복제 불가능성’과 ‘불확정성 원리’를 이용하는 새로운 암호통신 기술이다.
 양자정보 기술이 정작 무서운 것은 완전한 보안이 가능하면서 동시에 기존 암호통신을 무력화할 수 있다는 점이다. 양자컴퓨터를 이용하면 가능하다. 양자정보 기술은 창과 방패 기술을 동시에 제공하는 셈이다.

Hyper-diagnosis paperchip [간단하게 세균 존재 진단]
감염 원인균의 존재를 확인하기 위해 사용돼 온 기존 방법은 살아 있는 균이 필요하고 시간이 많이 걸린다. 전문 인력과 시설이 필요해 비용도 많이 들었다. 최근 간단하게 세균의 존재를 유전자 검사를 통해 판정하는 방법이 개발됐다. 하지만 여전히 전문 인력과 고가의 전문 장비가 필요한 것은 마찬가지. 우수한 시설을 가진 기관이 아니면 활용이 어려웠다. 페이퍼칩은 간단한 사용법, 저렴한 가격에 유전자검사가 가지는 이런 장점까지 취했다.
 현재는 세계적으로도 개념 정립 단계다. 대신 상용화하면 병원균의 빠르고 정확한 감지를 통해 우선 환자의 생명을 보호할 수 있다. 타인으로의 전염을 방지하고, 신속하게 감염원을 파악해 제거하는 것이 가능해진다.

포함의 아픔을 아직도 그대로...

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