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2015년 3월 14일 토요일

차세대 신기술들

GE의 Next List… 미래를 밝힐 기술 6가지


“넥스트 리스트는 비즈니스의 판도를 바꿀 미래 기술이 될 것입니다” GE 마크 리틀 CTO(최고기술책임자)의 말이다. GE는 130년 세계 최고의 제조 기업의 자리를 지켜온 기술 기업이다. 이러한 GE의 장수 비결 중 하나로 ‘미래 기술 선도’를 꼽는다. GE는 오늘날 가장 중요한 기술로 간주되는 친환경 기술을 주도한 주역이기도 하다. GE는 2005년 친환경 사업 전략인 ‘에코메지네이션’ 전략을 출범하고 대규모의 투자를 실행했다. 당시는 대부분의 기업이 환경을 비용으로만 여기던 때였다. GE는 최근 미래 기술 연구에 대한 또 하나의 청사진을 내놓았다. 이는 ‘넥스트 리스트(Next List)’로 명명한 미래를 밝힐 기술 6가지로, 향후 기술의 주요 방향을 제시한다.

 GE항공 직원이 캐나다 브로몽 공장에서 첨단제조 기술을 이용해 제트 엔진 부품을 생산하고 있다.
 GE항공 직원이 캐나다 브로몽 공장에서 첨단제조 기술을 이용해 제트 엔진 부품을 생산하고 있다./(사진제공=GE)
전천후 에너지
(Energy Everywhere)

기존에는 중앙 발전소에서 에너지를 발전해 공급하는 형식이 주를 이루었다면, GE는 미래에는 소규모의 발전 시설이 보다 보편화 될 것으로 전망했다. 이는 어디서든 에너지가 필요할 때 발전해 사용할 수 있는 '전천후 에너지'의 개념으로, ESS(에너지 저장장치), 연료전지(Fuel Cell)를 비롯한 중ㆍ소규모의 발전시설을 의미한다. 중앙 발전소에 문제가 생길 경우 전체적으로 전력이 끊기는 사태를 방지할 수 있는 것이다.

또한 분산 발전은 연료의 다양화를 통해 더욱 확산될 전망이다. 기존의 화석, 원자력 등의 발전은 가동에 많은 시간이 요구되어 대형 발전 시스템으로 운영되기에 적합하지만, 천연가스 발전기의 경우 30분 이내, 화력발전 대비 3분의 1 정도 시간으로 신속한 가동이 가능하다.

대표적인 분산발전 기술인 GE의 옌바허 가스터빈은 가스를 배출하는 다양한 폐기물을 에너지원으로 활용한다. GE의 옌바허 엔진은 희박연소 기술과 첨단 제어 시스템을 통해 폐기물 가스에서도 안정적인 연소를 이끌어 내고, 이를 통해 청정 전기 에너지를 만든다. 이 엔진은 2012년 런던 올림픽의 주요 시설에 에너지를 공급하였으며, 현재 프랑스 파리의 쓰레기 매립지 가스를 활용해 4만여 가구에 전력을 공급하고 있다. 이를 통해 파리의 시청, 성당 등 공공시설 등은 난방비를 92% 절감한다. 옌바허 엔진은 현재 한국에서도 활용되고 있다. 한국에도 병원 등에서 운영하는 비상용 발전기, 인근 축산 농가에서 나오는 가축 배설물을 활용하는 경상남도 창녕 바이오 플랜트 등에 80대가 운영되고 있다.

2 마인드 매핑
(Mapped Minds)

건강과 질병에 대한 연구는 앞으로도 인류의 중요한 연구 주제일 것이다. 특히, 인간의 뇌 영역에 대한 연구는 의학 발달의 주요한 척도가 될 전망이다. 인간의 육체에 관한 이해도는 상당히 높아졌지만 뇌에 대한 이해도는 여전히 초보 단계에 있다. 한편, 오늘날 전세계적으로 4억5000만 명의 사람들이 신경정신성 증상과 신경퇴행성 질환으로 고통을 겪고 있다. 1400만 명이 넘는 알츠하이머 환자들에게 소요되는 비용은 미국에서만 향후 40년 동안 1 조 달러 이상이 될 것으로 추산되는 상황이다.

GE는 마인드 매핑을 미래의 혁신 기술이 될 것으로 보고 적극 투자하고 있다. 마인드 매핑은 세포분석, 뇌회로, MRI장비를 이용하여 인간의 뇌를 자세히 연구하여 그 기능을 이해하려는 시도다. GE는 최근 뇌의 '언어'에 주목하여, 이 언어를 통해 뇌 손상 질환을 치료하는 가능성을 새롭게 개척했다. 현재 GE글로벌리서치 연구소는 브라운 대학과 협력해 뇌의 뉴런에서 발생하는 전기적 신호를 연구하고 있다. 뇌나 척수 손상과 질병으로 신체 기능을 잃어버린 환자들에게 극소형 임플란트를 이식하여 신체 기능을 회복하게 할 방법을 찾기 위해서다. 뇌는 우리 몸의 모든 기능을 통제하고 있고, 뇌와 연결되는 신경이나 질병 등의 관계를 상세히 밝혀내면 알츠하이머 등의 질병을 조기에 발견하고 치료할 수 있게 될 것으로 기대된다.

3 생각하는 공장
(Brilliant Factories)


공장 모습이 새롭게 변하고 있다. 차세대 공장으로 불리는 '브릴리언트 팩토리(생각하는 공장)'는 제품 설계, 제조 모든 과정과 운영에 새로운 방식을 적용한다. 이 공장은 산업인터넷을 통해 모든 과정을 디지털화하고, 엔지니어링, 제조, 공급망, 서비스 등 모든 과정을 통합 관리하는 지능 시스템을 구축하고 있다. 또한, 3D프린팅, 신소재 사용 등의 첨단 제조 기법을 적용해 품질 및 제조 속도를 혁신적으로 높인다. 현재 GE는 사우스캐롤라이나 그린빌에 GE 최초의 브릴리언트 팩토리를 설립 중에 있으며, 2015년 하반기에 공식 오픈할 예정이다. GE는 첨단제조기술로 인해 제품 개발주기가 30% 단축될 것이라고 예상하고 있다.

브릴리언트 팩토리는 클라우드 기반의 운영 방식과 첨단 제조 기법의 적용이 가장 큰 특징이다. 클라우드 운영 체계를 통해 제품 설계자, 공급업체, 엔지니어, 고객들이 공간의 제약 없이 지능형 기기를 통해 어디서나 공장과 연결할 수 있다.

또한 3D프린팅, 레이저 등 첨단제조 기법에서부터 신소재 활용까지 첨단 과학 기법을 통해 제품을 제작한다. GE항공은 차세대 단거리 항공기 에어버스 A320 네오와 보잉 737맥스에 탑재될 LEAP엔진의 연료 노즐을 3D프린팅으로 제작했다. LEAP 엔진의 연료 노즐은 3D 프린팅을 활용한 덕분에 디자인이 한결 단순해졌고, 용접 횟수가 25회에서 단 5회로 줄었다. 내구성 또한 기존 제품의 5배나 강하다.

4 극한의 기계
(Extreme Machines)

재난 상황, 에너지 발굴, 우주 탐사 등에 대처하기 위한 기술 및 과학적 진보를 위해 우주, 심해, 고산지 등 가혹한 환경에서도 안정적으로 최고의 성능을 발휘할 수 있는 기계가 필요하다. 미국 캘리포니아 주는 GE의 강력한 엔진을 장착한 파이어 호크 소방 헬기를 운영하고 있다. 산불과 같은 대형 화재의 경우 고온의 열을 견디고 많은 양의 물을 실어 나를 수 있는 성능을 갖췄다. 파이어 호크 소방 헬기는 강력한 엔진 성능으로 3.8t의 물을 1분만에 빨아들여 물 탱크를 채울 수 있으며, 엔진 부품을 일부 니켈 합금으로 제작해 극단적인 온도변화나 공중의 이물질 및 고열을 견딜 수 있다. 이처럼 세계 곳곳의 하늘과 땅 속, 바다 밑에서 극한의 상황을 견딜 수 있는 기계들은 인류에 보다 나은 혜택을 제공할 것이다.

5 슈퍼 소재
(Super Materials)


슈퍼 소재는 가벼우면서도 최고 수준의 내구성, 내열성을 가진 소재들로 미래 산업의 패러다임을 바꿀 것으로 전망하고 있다. 심해, 땅속, 고온 등에서 아무 문제 없이 작동할 뿐만 아니라, 무게가 가벼워 전체 시스템을 경량화하는 데도 기여한다. 슈퍼 소재로 각광받고 있는 대표적인 소재는 탄소섬유다. 에디슨이 완성한 첫 전구의 불을 밝힌 필라멘트에 활용된 이 소재는, NASA의 엔지니어들이 탄소섬유가 우주선에 이상적인 소재라는 점을 발견하면서 그 가치가 재발견됐다. 탄소섬유는 철이나 알루미늄 합금보다 가볍고 내구성이 강해, 항공기, 로켓, 미사일의 동체나 부품에 금속의 자리를 대신하고 있다. GE는 탄소섬유로 만든 블레이드, 터보팬, 터보프롭 엔진을 복합 설계해 엔진 연료 효율을 30%이상 높였으며, 보잉777기에 탑재된 세계에서 가장 크고 강력한 엔진인 GE90은 중량을 수백 kg이나 감량하는데 기여했다.

세라믹 또한 차세대 소재로 각광받고 있다. GE의 엔지니어들이 새롭게 개발한 특수 세라믹 물질은 기존의 합금 소재들이 녹는 온도에서도 녹지 않는다. 세라믹 물질을 제트 엔진 내부 부품으로 사용한다는 발상은 이전에 없었던 혁명적인 아이디어였다. 실제 GE는 최근 프랑스 항공 업체 스넥마(Snecma)와 합작한 CFM 인터내셔널사(社)를 통해 차세대 항공기 엔진이라 불리는 'LEAP'엔진을 개발했다. 상용 제트엔진 최초로 특수 세라믹 합성물을 사용해 내구성이 크게 향상되었고, 극심한 고온과 무게를 견딜 수 있게 됐다.

 GE의 Next List미래를 밝힐기술 6가지
6 산업인터넷
(Industrial Internet)

세계 산업의 핵심 트랜드인 사물인터넷은 대규모의 산업으로도 그 영역을 넓혀가고 있다. 산업인터넷은 발전, 항공, 헬스케어 등 보다 큰 산업영역에 사물인터넷의 개념을 적용한 GE의 차세대 기술로, 거대한 기계들 간의 소통을 통해 정보를 수집 및 분석해 활용하는 빅데이터 기술이다. 기계와 사람은 물론 기계들 간의 소통을 가능케 하는 산업인터넷을 통한 효율성 제고가 또 하나의 성장 동력이 될 전망이다.

GE는 지난해 산업인터넷 분야에서 매출 10억 달러, 수주 잔량 1800억 달러를 기록했다. 이처럼 산업인터넷은 산업의 주요 키워드가 되고 있으며, 더 나아가 공유와 개방을 통한 확장의 길로 접어들고 있다.

GE는 타 기술에도 산업인터넷을 사용할 수 있도록 산업인터넷 플랫폼인 프리딕스(Predix)라는 소프트웨어를 전면 개방했다. 또한 산업인터넷 솔루션 개발 툴인 프레딕스 어플리케이션 팩토리(Predix App Factory)도 개방한다고 밝혔다. 이는 산업인터넷 어플리케이션 개발 과정을 몇 달에서 몇 주일로 단축시킬 수 있는 진보된 개발 툴이다. 실제 말레이시아 항공사인 에어아시아의 경우, GE의 산업인터넷 솔루션 '항공 효율성 서비스(FES, Flight Efficiency Services)'를 적용해 2014년 동안 1000만 달러의 연료비를 절감했다. FES 솔루션은 항공기에서 생성되는 데이터를 실시간으로 수집하고 분석해 최적의 항로를 제안하고 연료 효율을 높일 수 있도록 돕는다. 에어아시아는 이 솔루션을 통해 2017년까지 연료비용만 3000만 달러를 절감할 것으로 예상하고 있다


스스로를 진단하는 지능적 의료기기


A병원은 지난 겨울 환자를 진단할 때 사용되는 자기공명영상(MRI) 기기가 고장 나는 통에 골머리를 앓았다. 환자 예약이 빽빽하게 차 있는 건강검진 시즌에 장비 고장은 큰 경제적 손실을 의미할 뿐 아니라 환자들에게도 피해를 주기 때문. 결국 의료기기를 손볼 전문 엔지니어가 병원까지 직접 와서 장비를 진단하고, 필요한 부품을 주문해 고치는 데 수일이 걸렸다. 진료가 예정되어 있던 환자들은 검진을 미루는 등 큰 불편을 겪을 수밖에 없었고 병원도 늘어난 예약 취소로 큰 손실을 봤다.

한편 비슷한 시기에 동일한 경험을 한 B병원의 사정은 완전히 달랐다. 어느 날 의료기기서비스 엔지니어로부터 24시간 실행되는 원격 모니터링 중 에러가 발견되었다며 연락이 왔다. 의료진이 기기 고장을 알아채기도 전이었다. 엔지니어는 병원에 방문하지 않고도 즉시 인터넷으로 장비에 접근해 문제점을 찾아냈고, 원격으로 3시간만에 원상복구가 가능했다. 빠른 문제 해결 덕분에 환자들도 큰 불편 없이 제때에 검진을 받을 수 있었고, 병원 입장에서도 시간적, 비용적 손실을 크게 줄일 수 있었다.

위 두 사례는 '산업인터넷(Industrial internet)'이 의료서비스를 어떻게 차별화시킬 수 있는지를 잘 보여준다. '산업인터넷'은 소프트웨어, 센서, 그리고 데이터를 통해 기계들을 연결시키는 네트워크를 의미한다. 기계에 내장된 고도화된 소프트웨어를 통해 사람과 기계, 기계와 기계가 연결, 소통하는 방식을 근본적으로 혁신하고 있는 산업인터넷은 오늘날 철도, 항공, 항만, 발전소 등 방대한 산업 분야에서 활용되어 일대 혁명을 일으키고 있다.

GE헬스케어의 병원운용관리(HOM) 솔루션은 헬스케어 산업인터넷의 시작을 알리고 있다. 이 솔루션을 통해 병원운용관리에 혁신을 기하면 궁극적으로 병원 시설 비용의 15~30%를 절감할 수 있을 뿐 아니라, 의료 종사자들은 매 회진 당 한 시간을 절약할 수 있다. 또한, 병원이 보유하고 있는 기존 설비들의 생산성은 획기적으로 높아질 뿐 아니라, 15~20%의 환자를 더 많이 수용 할 수 있게 될 전망이다. 산업인터넷을 통한 이러한 변혁은 오랜 시간 헬스케어 공급 시스템에 만연해 있던 비효율성에 종지부를 찍을 것으로 기대된다.

 의료기기를 점검하고 있는 GE헬스케어 엔지니어. 환자를 진단하는 의료기기가 스스로를 검진할 수준으로 진화하고 있다.
 의료기기를 점검하고 있는 GE헬스케어 엔지니어. 환자를 진단하는 의료기기가 스스로를 검진할 수준으로 진화하고 있다. / 출처=GE헬스케어
◆'빅 데이터' 통해 입원 환자 수 정확히 예측해
산업인터넷의 적용으로 병원 효율성의 획기적 개선을 이룬 실례는 GE헬스케어와 마이크로소프트가 설립한 헬스케어 IT 전문 합작투자회사 '캐러다임(Caradigm)'을 통해 볼 수 있다. 이 회사는 응급실과 병실의 환자 현황을 실시간으로 파악하는 디지털 시스템 '오토베드(AutoBed)'를 개발했다. 과거에 병원을 방문한 누적 환자 수에 대한 데이터를 분석해 병원에 필요한 병상의 수를 정확히 예측하도록 도와주는 이 헬스케어 IT 솔루션은 병원의 한가한 시기와 바쁜 시기를 사전에 예측해 자원을 효율적으로 활용할 수 있도록 돕는다. 이를 적절히 활용하면 병원은 자원 절약을 통해 비용 절감을, 환자 입장에서는 긴 대기시간 없이 치료를 받고 신속히 입원 절차를 밟을 수 있다.

의료관련 감염 문제도 빅 데이터를 통해 해결이 가능하다. 미국의 경우 매해 병원 등의 의료기관에서 새로운 질병에 감염되는 환자가 170만 명에 달하며, 그 중 10만 명은 사망에 이른다. 이로 인한 경제적 손실은 350억 달러에 달하고 있다. GE헬스케어 연구진은 실시간 위치 인식 시스템(Real Time Location System, RTLS) 기술을 활용한 애자일트랙(AgileTrac) 솔루션을 개발해 이러한 문제를 획기적으로 줄여가고 있다.

의료관련 감염 예방의 기본은 의료진이 환자와 대면하기 전 손을 깨끗이 씻는 것이다. 애자일트랙을 도입하면 모든 의료진이 병실 출입 현황 및 손 세정제 및 소독제 사용 여부를 자동으로 파악할 수 있으며, 병실 출입 시 알림음을 통해 손 세정의 필요성을 알리는 센서를 착용하게 된다. 이 센서를 통해 축적된 데이터 베이스를 활용, 개인, 기간별 분석자료를 만들 수 있으며, 이는 의료진이 더욱 효과적으로 위생 관리를 할 수 있도록 도와 병원 내 감염의 근본적 예방책이 되고 있다.

◆수리 중심에서 예방 중심으로-부상하는 '서비스 2.0' 패러다임
병원에서의 기계 결함은 곧 환자의 안전과 직결된다. 가까운 미래에 의사가 아닌 로봇이 수술 집도의 주체가 될 것으로 전망될 정도로 기계에 대한 의존도가 높아진 만큼 기계 결함이 발생할 경우에 이에 따른 위험도 클 수밖에 없다. 이에 의료기기 자체의 성능만큼이나 의료기기의 안정성과 효율성을 보장하는 유지보수 및 관리 시스템의 중요성이 부각되고 있는 것. 장비의 유지관리 패러다임을 바꾸고 있는 산업인터넷의 역할이 주목되는 이유다.

이에 GE헬스케어는 의료기기를 산업인터넷에 연결하는 방식으로 '서비스 2.0'이라는 새로운 패러다임을 창조했는데, 과거에는 고객이 서비스를 요청하면 현장에 엔지니어를 파견하여 문제를 확인, 해결했지만, 이제는 원격 온라인 플랫폼에 기반한 '서비스 2.0'을 통해, 원격으로 문제를 사전 진단, 확인하고 온라인 상으로 수리하거나 필요할 경우 엔지니어가 현장에 파견하는 서비스가 가능해진 것이다.

'서비스 2.0' 하에서는 의료기기의 연결을 통해 원격으로 전문 엔지니어들이 지속적으로 장비와 커뮤니케이션해 '엔지니어링 빅데이터'를 구축하며, 기계의 결함 발견과 해결방안을 공유해 시간과 비용을 절감한다. 한국에 상주하고 있는 엔지니어뿐 아니라 글로벌 서비스 조직이 전 세계적으로 축적된 GE 장비 서비스 이력 데이터 베이스를 공유하고 네트워크를 통해 활발히 교류하여 유기적인 협업과 지원 시스템을 가동하고 있다. 점검한 데이터는 공유해 기계 결함과 해결방안에 대한 전 세계 전문가들의 의견을 능동적으로 수렴하고 최적의 의사결정을 도출하는 것이다.

이는 의료진들 간의 원격 진료와 흡사한 메커니즘이다. 예를 들어, 스웨덴 지방 병원의 의사들은 GE시스템이 지원하는 원격 진료 시스템을 활용해 중심 병원의 전문가들과 X-레이 사진과 같은 환자 정보와 진단 자료를 빠르게 공유, 불필요한 중복 검사를 줄이고 최적의 치료법을 찾아내고 있다. 이와 유사한 기술은 헬스케어 뿐 아니라 제트 엔진, 기관차 모니터링 영역에서도 빛을 발하고 있다.

 의료기기 부품의 3D 설계 도면.
 의료기기 부품의 3D 설계 도면. / 출처=GE헬스케어
◆환자 진단하는 의료기기, 스스로를 검진하도록 진화해
산업인터넷 기반의 원격 디지털 서비스의 핵심은 예측과 예방에 있다. 장비가 고장 난 이후에 무엇을 고쳐야 할지 진단하고 알려주는 기존 방식은 비교적 단순하고 쉬우나 비용적인 손실이 크다. GE는 의료기기가 환자 진단을 뛰어넘어 이젠 스스로를 진단하고 문제가 발생하기 전에는 예방하며, 문제가 발생한 이후에는 수리시간을 단축시켜 장비가 작동 불가능한 시간을 줄이도록 하고 있다.

온라인으로 장비의 가동상태 및 고장유무에 대해 하루 24시간 모니터링을 수행하는 GE헬스케어의 '온워치(On-Watch)' 원격 디지털 서비스가 그 일례다. 이는 실시간으로 장비에 대해 모니터링을 하면서 매일 시스템을 주기적으로 체크, 장비의 고장 및 시스템 에러를 분석하므로 고장이 나기 전에 수리를 가능하도록 한다. 이를 통해 장비가동률을 극대화해 병원 효율성을 증대시키고 장비고장에 따른 기회비용을 절감할 수 있어, 일반적인 서비스 대비 평균적으로 2배 빠른 서비스를 제공할 수 있다.

GE는 이렇게 인터넷으로 연결된 기기에 장착된 수많은 센서가 데이터를 모아 클라우드에 전송하는 방식으로 작동하는 네트워크를 '생각하는 기계(Intelligent Machines)'라고 정의한다. 헬스케어 분야에서는 이를 통해 큰 비용을 요구하는 결함이 발생하기 전 미리 보수해야 할 부분을 알아내 병원 장비 운용의 효율성을 증대시키고 환자관리의 질을 향상시키고 있다.

GE헬스케어 존 디닌 사장은 "미래의 헬스케어 산업에서는 다른 산업 분야와 마찬가지로 예측적 분석이 필요하다"고 강조한 바 있다. 아직까지 헬스케어 산업에 있어서 산업인터넷은 다른 산업분야에 비해 초기 단계인 것이 사실이다. 그러나 그만큼 앞으로 빠른 속도로 발전할 여지가 크며, 궁극적으로는 인간의 '삶의 질'을 높이는 주요한 근간이 될 것으로 기대된다.

항공기 혁명

- 항공기의 심장,차세대 엔진 혁명이 친환경 항공기 발전 이끌어 

세라믹 신소재 혁신… 엔진 무게는 줄이고 고온 내구성 높여 
3D프린팅으로 항공기 엔진 무게 감소… 연비 및 효율성 증가

- 항공기 미래, 엔진 연료 혁명 

바이오 연료 상용화 눈앞에

- 항공기산업도 '빅데이터'가 효자 노릇 

항공기 유지보수 효율 높여 항공기 고장 최소화 
항로 최적화로 보다 빠르고 효율적인 여행 가능


 캐나다 매니토바주 위니펙에 위치한 GE 항공 엔진 테스트 시설
 캐나다 매니토바주 위니펙에 위치한 GE 항공 엔진 테스트 시설. 이곳은 GE 엔진 및 관련 부품의 다양한 테스트를 진행한다.(사진: GE)
국제민간항공기구(ICAO)에 따르면, 전세계 항공교통량이 2030년까지 현재 3000만대에서 6000만대로 2배 가량 증가(여객기 기준)할 것이라고 한다. 국내 항공운항도 마찬가지다. 올 초 국토교통부에 따르면 국내외 여행수요 증가와 저비용항공사 운항 확대 등에 힘입어 작년 연간항공교통량이 지난해 대비 6% 증가한 58만5000대(일평균 1603대)를 기록했다. 지난 10년간 교통량은 고유가사태('05)와 글로벌 경제위기('09)에 따른 일시적인 감소를 제외하고 연평균 5% 이상의 증가 추세를 유지하고 있다. 특히, 최근 5년간('09~'13)은 연 6.4% 이상 증가, 세계교통량 평균 증가 예측치(4.7%)를 훌쩍 뛰어넘었다.

이처럼 항공기 사용률이 증가하면서, 보다 빠르고 친환경적인 기술에 대한 관심도 함께 증가하고 있다. 우리와 가장 가까운 운송수단인 자동차가 보편화되면서 연료 효율성, 즉 연비가 자동차 선택에 중요한 요건으로 여겨지고 있듯이, 항공도 이제 연비와 효율을 따지는 시대가 된 것. 항공기 기술은 대표적인 고첨단 기술인 만큼, 연비와 운영 효율을 높이는 기술에도 최첨단 혁신 기술이 적용된다. 신소재 개발 및 3D프린팅 제조를 통해 무게를 크게 줄이면서도 내구성을 강화하고, 친환경 연료를 적용할 수 있는 기술을 개발하는 등, 항공 기술에도 다양한 혁신이 지속되고 있다.

항공기 이용 빈도가 증가하고 있지만, 여전히 일반 승객에게는 비용 부담이 크다. 항공기는 최첨단 기술이 밀집된 기체 자체도 고가이지만, 거대한 기체를 날게 하는데 필요로 하는 연료가 운영 비용의 가장 큰 비중을 차지한다. 따라서 항공기 이용의 증가에 따라 항공사가 증가하고, 이는 항공사 간 경쟁력 강화에 대한 요구로 이어지면서 비용 효율을 높이는 것이 중요한 경쟁력이 되었다.

비용 효율을 높이는데는 엔진기술 혁신이 핵심이다. 엔진은 항공기를 구성하는 기술 중 항공기의 무게와 연료 소비에 중요한 역할을 차지한다. 고온과 무게에 대한 내구성을 높이면서도 무게를 줄이는 혁신 기술을 통해 연비와 운영 효율을 높일 수 있다. 이러한 엔진 혁신 기술은 세라믹 등 기존에 사용하지 않았던 신소재 개발과 3D 프린팅 기법을 통해 무게를 줄이면서도 내구성을 강화할 수 있는 기술이 개발되면서 비약적인 친환경 기술 발전이 이뤄졌다.

최근 GE와 프랑스 항공 업체 Snecma와의 합작회사인 CFM 인터내셔널은 차세대 항공기 엔진이라 불리는 'LEAP'엔진을 개발했다. LEAP 엔진은 상용 제트엔진 최초로 연료노즐을 3D 프린터로 생산하였으며 특수 세라믹 합성물을 소재로 사용했다. 세라믹 소재는 극심한 고온과 무게를 견딜 수 있어 엔진 내구성을 높일 수 있다. 또한 3D 프린터로 연료노즐을 제작해 부품의 불필요한 부분을 최소화해 무게를 줄이면서도 내구성을 높였다.

이러한 첨단 제조 기법을 통해 효율은 기존보다 14% 높이고 배기가스 배출량은 현저히 줄인 고효율의 친환경 기술인 LEAP 엔진이 탄생했다. LEAP 엔진은 에어버스의 차세대 항공기 A320neo와 보잉 737 MAX에 탑재되는 등 현재 20개국에서 수주량이 6,000 대 이상 기록하고 있다.

또한, GE 역사상 가장 빠른 판매속도를 기록한 GEnx엔진은 세계 최초로 팬블레이드와 케이싱에 경량복합소재를 사용하여 연료효율성은 높이고 소음을 줄였다. 이 엔진을 장착한 대한항공의 차세대 화물기는 기존 화물기 대비 연비효율이 17% 증가하고, 이산화탄소 배출량은 17% 감소했다.

엔진 자체의 기술 개발을 통해 연료 효율을 높이는 기술과 더불어, 보다 친환경적인 대체 연료를 적용하는 기술 개발에도 활발한 움직임이 있다. 유럽연합은 지난해 유럽 지역에 취항하는 모든 항공사에 대해 2012년에는 CO₂배출량을 2005년보다 3%, 2013년에는 5% 줄이도록 결정했는데, 이러한 흐름이 대체에너지에 대한 더욱 활발한 개발로 이어질 것으로 예상된다.

특히 최근엔 바이오연료가 항공기 엔진 대체연료로 주목받고 있다. 바이오연료는 생물유기체인 바이오매스에서 얻은 대표적인 친환경 연료다. 2008년 바이오연료를 이용한 4기의 GE CF6 엔진을 장착한 버진 아틀란틱 항공의 점보제트기가 런던에서 암스테르담으로의 첫 비행을 마쳤다. 이 비행의 성공은 항공 산업계에서의 바이오 연료 가능성을 시사했다. 2010년에는 '그린 호넷' 이라 불리는 해군 F/A-18 전투비행기가 카멜리나 연료와 등유를 절반씩 혼합한 연료로 비행하는데 성공했다. 이 전투기는 GE F414 엔진 2기를 달고, 음속의 1.7배를 돌파했다. 최근에는 지난 6월 브라질에서 열린 'Rio+20(UN지속가능발전 정상회의)' 기간 동안 브라질 항공 제조업체 엠브라에르가 GE의 바이오 연료 엔진을 장착한 비행기 이륙 시험을 실시하기도 해, 바이오연료의 상용화가 가까워졌음을 보여주었다.

한국에서는 KAIST 양지원 교수가 이끄는 차세대 바이오매스 연구단이 공군 연구분석평가단과 공동으로 미세조류를 활용한 항공기 연료 개발에 나섰다. 연구단은 9월부터 기름생산에 돌입, 내년 여름에 GE F404 엔진을 장착한 FA-50 경전투기에 바이오 연료를 주입하여 비행실험에 나선다는 계획이다.

항공 엔진 및 운영 효율 개선은 엔진 외적인 기술 진화를 통해서도 이뤄지고 있다.기업들은 엔진 관리에서부터 부품과 시스템 통합, 항공 서비스 지원까지 통합적인 솔루션을 제공한다. 상용 및 군용 항공기를 위한 통합 항전시스템, 기계 시스템, 전력공급 시스템 및 최첨단 항공교통관리 시스템을 공급하기도 한다. 특히, IT 기술의 발달로 소프트웨어 산업을 적용한 시스템 개발이 한창이다. 항공 시장을 선도하고 있는GE의 경우, 산업인터넷과 빅데이터의 활용 등 기술적인 혁신을 통해 고객사들이 운영의 효율성을 높이고 있다.

GE는 산업인터넷인 플라이트이피션시서비스(Flight Efficiency Services)솔루션을 통해 항공사들의 운영 효율을 높이도록 돕는다. 이는 항공기에서 생성되는 데이터를 실시간으로 수집하고 축적된 데이터를 분석해 항공사 운영을 최적화 하도록 돕는 솔루션이다.

이 중 일종의 네비게이션 서비스와 같은 역할을 하는 RNP(Required Navigation Performance) 시스템은 이번 브라질 월드컵 기간 브라질 GOL항공사에서 적용한 바 있다. GE의 RNP 시스템은 항공기가 공항에 착륙을 시도할 때마다 최적의 루트를 제시하는 시스템으로, 실제 항공기 운항 경로, 기존의 운항 데이터 등을 분석하여 최적화된 경로를 파악해 알려줄 뿐 아니라, 최단운항거리 경로를 파악할 수 있어 연료소비 절감에도 도움이 된다.

상공은 물론 지상에서도 활주로 운영의 최적화 솔루션 등 항공 운영 효율화 증대에 많은 역할을 하는 기술이다. 쉽게 말해서 '실시간 교통정보 + 네비게이션'의 두 기능이 결합된 것이다. 지금까지는 각 공항이 정해 놓은 절차가 있고 항공기들이 그것을 따라 착륙허가를 받고 공항에 접근할 수 있었다면, RNP는 지상에서 송출하는 라디오 주파수대신 GPS 신호를 이용해 각 항공기에 공항에 착륙할 때마다 가장 효율적인 접근 방법을 제시한다. RNP시스템은 기존의 인프라의 효율을 높임으로써 여행객들의 대기시간 감소, 관제의 효율성 증대, 항공사의 비용절감과 인프라 개선이라는 선순환을 가능케 한다.


한국, 항공산업 날개를 달다


 GE F404-102 엔진을 탑재한 FA-50
 GE F404-102 엔진을 탑재한 FA-50(사진: 대한민국공군)
우주항공 산업은 첨단 기술이 집약되어 있고 산업 파급 효과가 큰 대표적 고부가가치 산업이다. 이에 선진국들은 국가주도로 항공 산업을 육성하고 있으며, 중국과 일본은 군용기와 민수기를 이미 자체적으로 개발 및 생산하고 있다. 한국에서는 방위산업을 중심으로 가장 활발하게 항공 산업이 진화해 왔다. 최근 한국산 항공기 T-50을 인도네시아, 이라크, 필리핀에 수출하는 쾌거를 이루며, 한국 항공산업의 가능성에 대한 기대를 한층 높이는 계기가 되었다.

T-50은 한국 최초의 국산 초음속 고등 훈련기로 한국항공우주산업(KAI)과 록히드마틴이 공동 개발했다. 이는 GE의 F404엔진을 장착해 고등훈련기에서는 보기 드물게 마하 1.5 의 최고 속도를 자랑한다. 또한 한국은 기동헬기 수리온을 자체 개발했다. 수리온을 개발해 우리나라는 세계에서 11번째 헬기 개발국이 되었다.

수리온에 탑재된 GE의 회전익 항공기 터보샤프트 엔진인 T700 엔진은 험준한 산악지형에서 비행하기 적합한 성능을 갖추고 있어, 척박한 환경에서도 최소한의 유지보수만으로 안정적인 비행이 가능하다.

항공산업은 첨단 기술 집약 산업으로 기술 발전, 일자리 창출 및 수출 효과 등 산업적 파장이 큰 고부가 가치 산업이다. 이에 한국 정부도 한국형 차세대 항공기 개발 사업인 KF-X(보라매 사업) 및 MRO(창정비) 사업 육성을 위한 방안을 고민 중에 있다.

한국이 항공 산업의 세계적인 국가로 도약하기 위해 국가주도와 기술력을 갖춘 민간 기업들의 활발한 참여가 이뤄져야 한다. 선진 기술을 가진 GE와 같은 기업과의 협력을 통해 T-50과 수리온을 개발하고 수출까지 성공할 수 있었던 것과 같이 정부와 민간의 협력이 무엇보다 중요하다. 과거 70~80년대 조선해양 산업에 대한 정부의 전폭적인 지원과 대기업들의 활발할 참여를 통해 오늘날 한국이 조선해양 산업의 일류 국가로 도약할 수 있었듯이, 항공 산업도 세계 일류 국가로 도약하기 위한 움직임이 시작되고 있다.


첨단 로봇공학


산업용 로봇은 기술의 발전과 함께 첨단제조업을 이끄는 주요 기술로 부상하고 있다. 입력된 정보에 따라 독립적으로 움직이는 로봇에서부터 자가학습 로봇까지, 로봇 공학의 발전은 오늘날 생산시설의 효율성 증가에 크게 기여하고 있다.
캐나다 브로몽에 위치한 GE항공 생산시설에서는 최근 몇 년간 로봇공학 공정을 통해 기존 인력의 대체 없이 백만 시간의 노동량과 맞먹는 생산량을 추가로 확보 할 수 있었다.

 출처: <a href='http://gelookahead.economist.com/infograph/the-modern-factory/' target='_blank'>GE Lookahead</a>
 출처: GE Lookahead
                                                                                      조선일보 기사

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