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영화속 로봇

사람 같은 로봇을 만드는 일의 핵심은 결국 사람처럼 생각하는 인공두뇌인 셈이다. 그런데 이게 말처럼 쉽지 않다. 사람 같은 인공지능을 만들려면 먼저 인간 두뇌의 작동 원리부터 규명되어야 하는데, 아직 이 분야에서 우리가 알아낸 것이 별로 없기 때문이다.

연구에 따르면 인간 두뇌도 일종의 디지털 컴퓨터라고 한다. 사람의 뇌는 신경세포 간의 접합 부분인 시냅스가 붙었다 떨어졌다 하는 ‘온-오프(on-off)' 방식으로 작동하기 때문이다. 그런데 기계적인 컴퓨터와는 달리 우리의 뇌는 상당히 부정확하고 연산 능력이나 속도도 매우 낮은 수준이며 오류도 자주 발생한다. 반면에 창조적인 사고나 발상은 기계적인 컴퓨터가 결코 따라하지 못하는 기능이다.

그러면 문제는 하드웨어가 아니라 소프트웨어가 아닐까? 이에 대해 컴퓨터공학의 선구자 중 한 사람이었던 폰 노이만(1903~1957)은, 인간 두뇌의 논리 회로는 컴퓨터 언어와는 근본적으로 다른 성질의 것이 아닐까 하는 의문을 제기했다. 컴퓨터의 언어는 수학이지만, 인간의 두뇌는 그것과는 다른 논리 구조를 갖고 있는 듯하다는 것이다. 노이만에 따르면 그것은 컴퓨터의 수학적 연산 언어보다는 훨씬 깊이가 얕아 보이지만, 그보다는 뿌리부터가 다른 구조의 논리 언어 체계인 듯하다고 한다. 우리가 알고 있는 수학과는 상당히 이질적인, 별도의 접근이 필요하다는 말이다.

순간이동

어떤 물체를 순간이동 시킨다고 하면, 그 과정은 먼저 물체를 이루고 있는 구성 원자들을 해체했다가 도착지에서 다시 조립하는 식이 될 것이다. 그런데 이 조립 과정에서는 일종의 ‘설계도’가 필요하다. 물체의 형태나 성질 등을 처음과 똑같도록 다시 만들어야 하니까. 따라서 물질전송장치는 물체의 구성입자들뿐만 아니라 설계도라는 ‘정보’ 역시 함께 이동시켜야 한다.

<배틀필드>나 <스타트렉>에서처럼 사람이 순간이동하려면 신체를 구성하는 유전자지도도 그대로 고스란히 함께 가야 한다. 이 DNA정보는 인간게놈 프로젝트에서도 알 수 있듯이 매우 방대한 양이다. 게다가 유전자지도처럼 분자 수준이 아니라 인간의 몸을 구성하고 있는 모든 원자들 개개에 대한 정보들까지 모두 전송해야 한다면, 물질전송과는 상관없이 정보전송만으로도 사실상 불가능한 일이 된다.

<스타트렉의 물리학>이라는 책을 쓴 로렌스 크라우스에 따르면, 이 정도의 정보량은 10GB용량의 하드디스크로 은하계 전체를 메울 수 있을 정도로 어마어마하다고 하니 물질전송은 고사하고 저장조차 불가능한 셈이다. 게다가 정보의 저장 및 전달매체가 고도로 발달하여 이 문제가 해결된다고 해도, 정작 원자들의 이동은 또 만만한 문제가 아니다.

물체를 해체하여 이동시킨 뒤 도착지에서 다시 결합시킬 때, 도중에 구성 원자들은 일종의 에너지 형태로 이동하는 것이다. 그런데 핵폭탄의 무시무시한 위력에서도 잘 알 수 있듯이 물질이 에너지로 바뀔 때에는 엄청난 비율로 열(에너지)이 발생한다. 예를 들어 50kg의 물질을 전송 가능한 에너지 형태로 바꿀 경우 대략 1메가톤급 수소폭탄 1천 개의 폭발력과 맞먹는 에너지가 발생할 정도이니, 과연 이 정도의 에너지를 어떻게 감당하거나 제어할 것인가?

시간여행

미국 뉴욕시립대의 댄 그린버거 교수는 지난달 27일 ‘양자역학(Quantum Mechanics)’지에 일단 시간여행이 가능하다고 볼 때 과연 과거로 가서 역사를 바꾸는 일이 가능한지를 연구한 논문을 발표했다. 만약 내가 과거로 가서 결혼 전의 할아버지를 살해한다고 생각해보자. 그렇게 되면 아버지가 태어나지 않게 되고, 나 역시 존재하지 않게 되는 ‘할아버지 살해의 패러독스’가 발생한다.

그린버거 교수는 양자역학을 이용해 이러한 ‘할아버지 패러독스’를 분석했다. 전자(電子)와 같은 양자(量子)는 동시에 서로 다른 장소에 존재할 수도 있고 상충되는 성질을 한꺼번에 가질 수도 있다. 그러나 양자에 무슨 일이 일어나는지 관찰하려는 순간 갑자기 이제까지의 행동을 숨기고 얌전해진다. 양자는 관찰 전에는 여러가지 성질이나 행동을 가질 가능성이 있지만 일단 관찰되면 하나의 모습만 남는 것이다.

마찬가지로 과거에 우리 아버지는 어머니와 결혼하지 않을 수도 있고 나 대신 다른 아이를 낳았을 수도 있다. 그러나 양자를 관찰할 때 하나의 관찰 결과가 나오듯, 내가 존재한 이상 아버지의 삶의 경로는 어머니와 결혼하고 나를 낳는 것으로 결정(양자 관찰 결과)된다.

아버지가 나를 낳지 않을 수 있는 것은 내가 현재를 모를 때(양자를 관찰하기 전)이다. 하지만 내가 현재를 모를 수 없기 때문에 다른 가능성은 사라지는 것이다.

그린버거 교수의 주장은 영화 ‘타임머신’에서 확인할 수 있다. 영화에는 병으로 죽은 애인을 살리기 위해 주인공이 과거로 시간여행을 하는 장면이 나온다. 그러나 병을 고쳤더니 이번에는 다른 사고로 애인이 죽는 등 결국 현실을 바꾸지 못했다. 그린버거 교수도 “할아버지를 죽이려고 과거로 가면 할아버지가 원래 있던 곳에서 다른 곳으로 가버렸다든지 해서 역사를 바꾸지 못하게 된다”고 설명했다.

흥미로운 점은 양자역학으로 볼 때 과거는 바꿀 수 없지만 미래는 얼마든지 바꿀 수 있다는 것이다. 물론 시간여행이 아니라 인간의 ‘자유의지’다. 고등과학원 김재완 박사는 “그린버거 교수의 논문은 현재는 과거의 가능성 중에 하나가 선택된 것이지만, 미래는 아직 결정되지 않았으므로 무한한 가능성이 있다고 본다”고 말했다. 따라서 우리가 현재 하는 일에 따라 미래는 얼마든지 바뀔 수 있다는 것이다.

그린버거 교수와는 다르게 할아버지 패러독스를 해결한 이론도 있다. 바로 내가 살고 있는 곳과 똑같은 우주가 수없이 존재한다는 ‘평행 우주론’이다. 이에 따르면 내가 과거로 갈 때는 내가 살고 있는 우주와 이웃한 평행 우주로 돌아가게 된다. 그곳에서 할아버지를 죽이면 그 우주에서는 내가 결코 태어날 수 없다. 그러나 출발했던 우주에는 여전히 내가 존재한다.

이 개념은 이연걸 주연의 ‘더 원(The One)’에 등장한다. 영화에는 125개의 우주가 존재하며 각각의 우주에는 나와 똑같은 내가 다른 삶을 살고 있다. 다른 우주의 과거로 가 역사에 개입하면 그 우주의 미래, 즉 현재는 새롭게 바뀐다. 터미네이터가 인간 지도자를 낳을 어머니를 처치하려면 다른 평행 우주로 갔어야 하는 것이다.

일반상대성이론에서는 고무판에 볼링공을 놓으면 고무판이 움푹 들어가듯 중력에 의해 시공간이 변형될 수 있다고 본다. 만약 시공간이 크게 뒤틀린 곳을 찾아 간다면 과거로 돌아갈 수도 있는 것이다. 타임머신은 바로 시공간을 뒤틀게 만드는 장치가 된다. 영화 ‘콘택트’에 나온 장치가 바로 이런 것이다.

타임머신이 가는 경로도 제시됐다. 1988년 물리학자 킵 손은 시간여행을 가능하게 해줄 ‘웜홀(worm hole)’이란 개념을 창안해냈다. 웜홀은 시공간을 뒤틀 능력이 충분한 블랙홀을 연결하는 통로다. 이 중 한쪽 통로를 원하는 곳으로 조작하면 곧바로 과거로 돌아갈 수 있는 것이다.

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뇌파를 이용한 컴퓨터 조작

미래를 그린 영화나 소설에서는 사고로 잃은 팔이나 다리를 대신하는 첨단 의수·의족이 흔하게 등장한다. 외형만 다를 뿐 이것들은 실제 팔·다리와 다름없을 정도로 움직인다. 신경이 직접 연결되지 않아도 사람의 생각을 읽어 그로부터 명령을 받아들이는 이와 같은 시스템은 현실로 다가오고 있다. 미국 세인트루이스 워싱턴대 연구진은 뇌파를 이용해 생각하는 것만으로 컴퓨터에 명령을 내리는 기술을 실현하는데 성공했다. 연구팀은 간질을 앓고 있는 환자들을 대상으로 마이크로 전극을 두뇌피질 표면에 심어 뇌파를 통해 그 신호를 컴퓨터에 적용시켰다. 연구팀은 환자들이 간단한 생각만으로 컴퓨터를 컨트롤하는데 성공했으며 특별한 어려움 없이 시스템에 적응하는 모습을 보였다고 설명했다. 이와 같은 일이 가능한 이유는 우리 몸에서도 전류가 흐르기 때문이다. 두뇌가 활동할 때 뇌신경에는 미약한 전류가 흐르게 되며 이로부터 발생하는 전기적 신호를 전극을 통해 측정할 수 있다. 뇌파는 그 사람의 기분이나 생각 등에 따라 달라지는데, 세밀한 구분이 가능해 진다면 뇌파를 측정하는 것만으로 생각을 읽어내는 것이 가능해 질 수 있는 것이다. 이것을 이용해 뇌파로 컴퓨터나 기계를 조작하는 기술을 BCI(Brain Computer Interface) 혹은 BMI(Brain Machine Interface)라고 한다. 간단히 생각해 보면 우리가 항상 사용하는 리모컨이나 휴대폰과 크게 다를 바 없다. 일상에서 리모컨으로 멀리 떨어진 기계를 작동시키는 것과 비슷한 과정이기 때문이다. 리모컨에서 특정 주파수를 가진 파동을 보내 그것을 받아들인 기계가 작동하는 것처럼, 뇌에서 나오는 파동을 이용하는 것이다. 워싱턴대 연구팀은 이런 뇌파 측정 장치를 통해 환자가 머릿속으로 상상한 간단한 몇 개의 단어들도 알아낼 수 있었다고 밝혔다. 아직은 지극히 간단한 수준의 조작만이 가능할 뿐이지만 성능이 높아지면 다양한 분야에서 유용하게 사용될 것으로 보인다. 우선 앞서 언급했던 영화 속 첨단 의수·의족은 물론 언어능력에 장애를 가진 사람들에게 큰 도움이 될 수 있을 것으로 전망된다. 또한 영화 ‘매트릭스’를 연상케 하는 가상현실이나 영화 ‘아바타’에서 볼 수 있는 원격 조종 등의 구현에도 초석이 될 것으로 보인다.

멀티터치스크린과 입력장치의 변화

최근 이슈가 되고 있는 미래 기술은 디스플레이 분야에서도 볼 수 있다. 영화 속 미래 컴퓨터엔 키보드나 마우스가 없고 양손의 움직임만으로 다양한 조작이 가능한 장면이 많다. 얼마 전까지만 하더라도 이런 장면들은 매우 환상적인 느낌을 전해줬다. 하지만 이젠 이런 장면들을 그리 신비롭게 받아들이지 않는다. 멀티터치 스크린이 이미 스마트폰이나 태블릿 PC등을 통해 실현됐기 때문이다. 그리고 최근엔 이와 같은 멀티터치 시스템을 적용한 투명 디스플레이까지 등장했다. 스웨덴의 전화회사 하이3G는 손가락 터치로 조작하는 멀티스크린 방식의 비디오 채팅 시스템을 개발했다. 투명한 디스플레이 덕분에 상대방의 얼굴과 몸짓이 그대로 드러나며 손가락을 통해 그래픽을 옮기고 조작하는 모습은 마치 그래픽을 두 사람 사이에 띄워놓은 것 같은 느낌을 들게 한다. 이 시스템은 양방향 전자 상거래에 활용되고 있다. 키보드와 마우스를 대신하는 것은 멀티터치 스크린 뿐만이 아니다. 영화 ‘마이너리티 리포트’에서는 손에 센서를 부착한 채 허공에서 손을 움직이는 것으로 입력을 대신한다. 움직임을 통해 시스템을 조작하는 것이다. 이와 같은 기술은 이미 특정 게임을 통해 이미 상용화됐으며, 이의 활용을 위한 연구들이 계속 이뤄지고 있다.