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알파스타

AlphaStar

구글 딥마인드와 스타크래프트 개발사인 블리자드사가 공동개발하고 있는 전략시뮬레이션 게임용 인공지능(AI).
블리자드와 딥마인드는 블리즈컨 2016에서 협력관계를 맺고 2017년 <스타크래프트2>의 API를 모든 유저가 접속하게 하고 딥마인드가 이를 기반으로 연구하는데 합의 했다. 이후 2019년 1월 25일 <스타크래프트2> AI ‘알파스타(AlphaStar)’의 개발 현황에 대해 공개하는 자리에서 딥마인드 트위치, 유투브 채널을 통해 알파스타와 인간 프로게이머 간의 게임을 중계했다.

알파스타의 승리로 AI가 체스, 바둑에 이어 PC 게임에서도 인간을 압도하기 시작했다는 평가가 나왔다. 알파스타와 프로게이머 간 녹화영상으로 공개된 10개 경기에서는 알파스타가 모두 이겼다. 생중계된 마지막 경기에서는 프로게이머가 승리했다. 10승1패로 알파스타의 압승이었다.

정보기술(IT)업계에서는 이번 경기를 통해 구글의 AI 수준이 한층 높아졌다고 분석했다. 그동안 어떤 AI도 프로게이머를 상대로 이긴 적이 없었다.





2017년 국내에서 치러진 첫 ‘인간 대 AI의 스타크래프트 대결’에서 국내 프로게이머가 4 대 0으로 완승했다. 전략 시뮬레이션 게임인 스타크래프트는 바둑보다 AI가 접근하기 어려운 분야로 꼽힌다. 바둑과 달리 AI는 완전한 정보를 얻지 못한다.

바둑판에서는 모든 돌이 보이지만 스타크래프트에서는 이용자가 정찰하지 않은 지역은 검은 안개로 가려져 있다. 정찰을 해도 시간이 지나면서 적이 어디로 움직이는지 알 수 없다. 바둑은 선수가 교대로 돌을 두면서 계산할 여유가 있다. 스타크래프트는 실시간 게임이어서 AI가 연산할 시간이 부족하다.

또 바둑은 돌 하나의 선택만 고민하면 되지만 스타크래프트에서는 수십 종의 유닛을 한번에 관리해야 한다. 오리올 빈얄스 딥마인드 연구원은 “바둑은 돌을 둘 수 있는 곳이 최대 361개지만 스타크래프트의 선택지는 1억 개 이상”이라고 설명했다. 딥마인드는 바둑의 알파고처럼 이미 공개된 프로게이머의 경기 내용으로 알파스타를 훈련시켰다. 알파스타를 여러 버전으로 나눈 뒤 서로 대전하는 방식으로 학습 단계를 높였다. 알파스타가 2주일간 연습한 양은 인간 기준으로 200년에 해당한다.

아직 갈 길은 멀어

알파스타도 알파고처럼 인간이 활용하지 않은 전략을 보여줬다. 처음부터 본진의 입구를 막고 초반 공격을 방어하는 프로게이머들과는 달랐다. 알파스타는 대부분 경기에서 입구를 막지 않았다. 유닛 제어 능력과 자원 수급은 프로게이머를 압도하기도 했다. 기습공격하고 피하는 시점이 절묘했다.

뷘시는 “알파스타가 이전에는 생각하지도 못한 전략을 보여줬다”고 평가했다. 코민츠는 “애초 기대하지 않았던 인간적인 경기운영 방식이 인상적이었다”고 말했다. 아직 갈 길이 멀다는 지적도 나온다. 국내 게임AI 개발회사 관계자는 “알파스타가 세계 최고 수준의 게임AI지만 인간과 100% 같은 조건으로 경기에 나서면 인간을 압도하지는 못할 것 같다”고 주장했다.

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3D 바이오프린팅

3D 프린팅 기술을 활용해 각막, 간, 피부, 혈관 등을 생성해 인간에게 이식하는 기술.
각막을 다친 환자에게 3차원(3D) 프린터로 새 각막을 생성해 이식하거나 간이 손상된 환자에게는 돼지 간에서 추출한 부위 일부를 역시 3D 프린터로 오려내 붙이거나 하는 식이다. 혈관이나 피부도 마찬가지다. 먼 미래가 아니라 세계 과학계에서 이미 일어나고 있거나 눈앞에 둔 일이다.

미국, 중국 등 해외는 물론이고 국내에서도 3D 바이오프린팅을 통해 인공장기를 생산하려는 움직임이 빨라지고 있다. 타인의 장기를 이식받기 위해 병원에서 막연하게 기다리는 일이 점점 더 줄어들 것이라는 전망이 나온다.



‘환자 맞춤형 인공장기’ 생산한다

최초의 바이오프린팅 기술은 2008년 개발됐다. 나카무라 마코토 일본 도야마대 교수는 장기를 수평으로 얇게 저민 뒤 층별로 세포의 배열 순서를 알아낸 다음, 잉크젯 프린터로 똑같은 생체 구조물을 찍어내는 데 성공했다. 잉크젯 프린터가 분사하는 잉크방울 크기가 10㎛(마이크로미터)인 인체 세포 크기와 비슷하다는 점에서 착안한 것이다.

나카무라 교수는 당시 “20년 후쯤이면 이 기술이 실용화돼 장기이식 수술을 위한 ‘훌륭한 심장’을 대량 생산할 수 있을 것”이라고 말했다. 그러나 그보다 10년가량이 이른 지금, 이 기술은 이미 현실로 서서히 나타나고 있다.

2018년 5월 영국 뉴캐슬대 연구진은 세계 최초로 사람의 각막을 3D 프린터로 제작했다. 기반이 된 것은 사람들에게 기증받은 각막 줄기세포다. 해초에서 추출한 알긴산염과 콜라겐 등으로 바이오잉크를 만든 뒤, 이를 각막 줄기세포와 혼합해 인쇄했다. 그 결과 사람에게 적용할 수 있는 인공각막이 탄생했다.

3D 바이오프린팅은 간단하게 말해 흔히 쓰는 잉크젯 프린터처럼 특정 재료를 활용해 사람에게 이식할 수 있는 신체부위를 모사하는 것이다. 그 과정에서 줄기세포 등이 쓰이면서 인체에 적용됐을 때 자연스럽게 정착할 수 있도록 영향을 준다.

핵심은 바이오잉크에 있다. 보통 젤 형태로 만들어져 있는데, 신체 부위에 따라 그 성분이 다르다. 통상 콜라겐이나 펩타이드처럼 세포가 포함된 세포계 재료와 치아·뼈 등의 인산칼슘, 그리고 연골 재생에 필요한 다당류 등의 비세포계 물질을 이것저것 혼합해 사용한다. 바이오잉크는 열을 가해도 세포가 손상되거나 기질이 변화하면 안 된다. 이 때문에 적합한 바이오잉크 재료를 찾는 게 이 분야 연구진의 핵심 과제다.

미국 생명공학업체인 오가노보는 2013년 수만 개 세포로 구성된 바이오잉크를 사용해 1㎝가 되지 않는 인공간을 제작했다. 인공간이 42일간 생명활동을 유지했고, 이 연구 결과를 토대로 오가노보는 신약개발에 나섰다. 중국의 레보텍은 2016년 원숭이의 지방층에서 추출한 줄기세포를 이용해 혈관을 3D 프린팅한 뒤 다시 원숭이에게 이식하는 데 성공했다.

포스텍, 세계 최초 세포프린터 개발

국내에서도 3D 바이오프린팅 기술을 활용한 인공장기 개발 움직임이 활발하다. 학계에서 주도하는 인물은 조동우 포스텍 기계공학과 교수다.

조 교수는 2016년 3D 세포 프린팅으로 세계 최초의 인공근육 제작에 성공했다. 골격근 조직에서 세포만을 제외한 세포외기질을 바이오잉크로 활용했다. 이 바이오잉크에 줄기세포를 결합하면 실제 세포처럼 생명력을 얻는다. 제작된 인공근육은 실제 근육과 흡사한 움직임을 보여 학계의 주목을 받았다. 조 교수는 같은 방식으로 인공피부도 만들었다.

조 교수는 또 심근경색 환자들에게 쓰일 수 있는 인공심장 조직 연구에 나섰다. 그는 “돼지 조직을 탈세포화시켜서 남은 세포를 패치식으로 만든 뒤 인간의 심장에 붙이는 기술”이라며 “이를 통해 죽었던 심장을 다시 복원하는 것”이라고 설명했다.

돼지의 신체조직은 인공장기를 만드는 데 두루 쓰인다. 원숭이나 소처럼 각종 질병이 발생할 우려가 없고, 가격이 저렴해서다. 다만 일반 돼지는 인체에 바로 적용했을 때 부작용이 있을 수도 있기 때문에 인공장기 생성에 적합한 유전자변형 돼지가 널리 쓰이고 있다. 학자들은 돼지의 조직을 점성화된 바이오잉크로 만든 뒤 3D 바이오프린팅으로 모양을 완성하고, 여기에 줄기세포 등을 결합해 인체에 적용하는 방식을 쓴다.

기업 쪽에서는 국내 최초의 3D 바이오프린터를 개발한 로킷이 선두주자다. 각막과 심장조직을 만들어 토끼를 대상으로 적용하는 데 성공했다. 삼성서울병원은 3D 프린팅 기술을 이용한 구강암 환자의 턱뼈 재건수술에 성공했다.

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거미줄 섬유

거미줄을 인공적으로 합성하여 만든 섬유.
거미줄의 단위면적당 강도는철에 비해 5배 수준이며 초경량의 뛰어난 신축성은 어떤 신소재도 따라오기 힘들 정도다.

거미줄을 밧줄 두께로 만들면 날아가는 비행기도 잡아챌 수 있을 정도다. 영화의 설정이 과장된 게 아니란 얘기다. 무게를 느끼기 힘들 만큼 가벼우면서도 신축성이 탁월하다는 것도 거미줄의 특징으로 꼽힌다. 주요 기업이 거미줄을 인공적으로 합성하는 데 열을 올리는 배경이다.

이 분야의 선두주자는 일본 섬유업체인 스파이버(Spiber)다. 이 업체는 자연 상태의 거미가 체내 박테리아로 거미줄을 합성하는 데 착안, 2010년 인공 거미줄을 처음으로 개발했다. 인공 거미줄의 재료 역시 DNA를 변형한 박테리아다. 박테리아로 1g의 거미줄을 합성하면 9㎞에 달하는 섬유를 얻을 수 있다.

이 섬유는 쓰임새가 다양하다. 가볍고 탄탄하기 때문에 총탄으로부터 몸을 보호하는 방탄복을 만들 수 있다. 최근엔 미국 바이오기업 크레이그 바이오크래프트가 미국 육군에 인공 거미줄로 만든 방탄복용 직물을 납품해 눈길을 끌었다.

신발이나 의류에도 인공 거미줄을 활용하려는 시도가 이어지고 있다. 노스페이스가 2015년 내놓은 초경량 패딩점퍼인 ‘문 파커(moon parka)’가 대표적이다. 스파이버가 개발한 인공 거미줄 섬유인 ‘큐노머스’가 쓰였다. 일반 재킷에 비해 내구성이 뛰어나고 보온 측면에서도 탁월한 효과를 냈다.

2016년엔 아디다스가 에이엠실크(AMsilk)사의 인공 거미줄로 제작한 운동화를 선보였다. 다른 신발보다 무게를 15%가량 줄였다. 땅속에 묻으면 쉽게 썩어 친환경적이란 점도 주목할 만하다.

렉서스는 인공 거미줄을 카시트에 적용하는 방안을 검토하고 있다. 2016년 파리모터쇼에서 스파이버의 인공 거미줄 섬유를 활용한 ‘키네틱 시트 콘셉트’를 공개했다. 주행할 때 운전자 신체에 가해지는 부담을 줄였다는 게 회사 측 설명이다.