김정호 KAIST 전기·전자공학과 교수

인공지능은 일종의 블랙박스이다. 그 안을 들여다보거나 해석하거나 설명할 수 없다. 하지만 빠르고 정확한 데이터 처리와 예측 성능은 인간의 능력을 초월하기 시작했다. 최근에는 외부 데이터에 의한 학습을 넘어 스스로 데이터를 생산하고 학습하기도 한다. 인공지능이 강력해질 수 있었던 원인은 세 가지가 있다. 인터넷 발전으로 빅데이터를 쉽게 모을 수 있게 되었고, 딥러닝(Deep Learning)이라는 기계학습 알고리즘이 개발되었으며, 컴퓨팅 성능이 획기적으로 향상되었기 때문이다. 그 결과 인공지능 시대에는 '컴퓨터 하드웨어의 성능'과 '컴퓨팅 사고 능력'이 과학기술과 산업 경쟁력의 가장 중요한 기초로 부상했다. 4차 산업혁명의 주도권 싸움도 여기서 판정날 것이다. 이런 와중에 전 세계를 전대미문의 공포와 경기 침체로 몰아넣고 있는 우한 코로나 바이러스가 AI와 컴퓨팅 사고 능력에 대한 관심을 더욱 증폭시키고 있다.

AI 시대 '컴퓨팅 사고력'이 필요하다

인공지능이 목표한 작업을 수행할 때 빅데이터로 학습을 하고, 판단을 내리고, 미래를 예측하고, 최적 행동을 결정하는 물리적 주체는 컴퓨터이다. 인간은 작업 명령을 컴퓨터에 내릴 뿐이다. 인간이 컴퓨터와 소통할 수 있는 수단이 있어야 하는데 이때 사용하는 언어를 컴퓨터 '프로그래밍 언어'라고 한다. 반면 컴퓨터의 기계 언어는 '1'과 '0'으로 이루어진 '디지털 2진수 언어'이다. 이렇게 언어에는 '인간의 언어', 인간과 컴퓨터를 연결해 주는 '프로그래밍 언어', 컴퓨터가 이해하는 '2진수 디지털 언어' 등 세 종류의 언어가 있다. 이 세 종류의 언어를 넘나들면서 사람의 생각을 컴퓨터가 이해할 수 있도록 번역하는 작업을 '코딩'이라고 한다.

코딩보다 더 확대된 개념은 '컴퓨팅(Computing)'이다. 코딩을 포함해 컴퓨터를 이용해 인간의 생각을 구현하는 체계적, 수학적, 과학적, 논리적 사고 체계와 그 일련의 작업을 컴퓨팅이라고 부른다. 더 나아가 컴퓨터 기술 자원을 개발하고 사용하는 모든 활동을 가리키기도 한다. 컴퓨터를 이용한 과학적인 문제 해결, 논리, 절차, 방법을 '컴퓨팅 사고(思考)'라고 한다. 이것이 바로 인공지능 시대에 필요한 '과학적 사고 체계'이다. 인공지능 시대에는 이러한 '컴퓨팅 사고력'의 확보 여부가 인간이 인공지능에 지배당할 것인가, 아니면 인간이 인공지능을 지배할 것인가를 결정한다. 미래에는 컴퓨팅 사고력 없이는 일자리도 없고, 신산업도 없고, 경제성장도 없다.

영국은 이 컴퓨팅 사고력의 중요성을 간파하고 이미 만 5세 유치원 시기부터 컴퓨팅 과목을 매주 1시간 이상 필수 과목으로 가르치고 있다. 5세부터 알고리즘을 이해해 간단한 프로그램 코딩을 하도록 하고 이를 통해 과학적, 논리적 문제 해결 훈련을 받는다. 교육과정에서는 논리적이고 조직적인 사고방식, 복잡한 문제를 분석해서 이를 명확하게 이해하는 능력, 큰 문제를 간단한 여러 문제로 분할하여 추상화하는 능력, 문제를 순차적으로 컴퓨터를 이용해서 해결하는 능력을 가르친다.

방역·백신·치료제 개발 주역으로도 주목

최근 코로나19 사태로 전 인류는 커다란 위기를 맞고 있다. 더 두려운 점은 이번 위기가 한 번으로 끝나지 않을 것이란 점이다. 쉽게 발생하는 코로나 바이러스의 변이로 인해서 수많은 변종 바이러스가 계속 출현할 것으로 예측된다. 여기에 더해 국가 간 교통의 발달과 도시 인구의 집중화로 인해 바이러스의 전파 속도가 매우 빨라졌다. 무서울 정도다. 설사 새롭게 백신과 치료제를 개발한다고 해도 이미 해당 바이러스가 전 세계로 다 퍼진 이후라는 점이다. 임상시험, 동물실험 등에 시간이 걸릴 수밖에 없다. 따라서 바이러스와의 전쟁은 한마디로 시간과의 싸움이 된다. 동시에 인간의 심리적, 정치적 판단 실수를 최소화해야 한다.

이러한 시간과의 싸움에 가장 유용한 도구가 바로 인공지능 기술과 빅데이터 과학을 포함한 컴퓨팅 사고력이다. 특히 컴퓨터는 매우 빠르고 정확하고 냉정하다. 특히 인공지능에는 인간의 심리적 오류가 파고들 틈이 없다. 빠르고 효율적이며 정확하게 바이러스의 발생, 변이, 전파, 숙주세포 침투, 복제, 그리고 방출 과정을 설명하고 예측할 수 있는 가능성이 있다. 대규모 위치 정보, 통화 정보, SNS 정보, 교통 정보, 의료 정보, 신용카드 정보, 온라인 구매 정보 등을 결합하면 그 정확성과 신뢰성은 더욱 높아진다. 그러면 실시간 방역 대책도 가능하다. 여기에 더해 축적된 유전자 정보와 면역 데이터를 이용하면 백신 개발과 치료제 개발 시간도 단축할 수 있다. 이 과정에서 통계학, 데이터 과학, 인공지능 기술, 기계역학, 미생물학, 세포학, 면역학 등이 서로 융합된다. 코로나19와의 전쟁에서도 컴퓨팅 사고력이라 불리는 과학적, 논리적 사고 체계가 더욱 절실하다.

영국의 생물학자 알렉산더 플레밍(Alexander Fleming·1881~1955)은 우연히 푸른곰팡이에서 페니실린을 발견했다. 바이러스와 박테리아를 발견하고 그 백신과 치료제를 개발할 수 있었던 것은 바로 인간이 현미경을 개발함으로써 가능했다. 그 시대에는 현미경이 혁신의 도구였다. 지금, 그리고 미래의 시대에는 바로 인공지능 기술과 빅데이터 과학을 포함한 컴퓨팅 사고력이 혁신의 도구이다.