인간 뇌세포 사용한 '세계 최초' 바이오 컴퓨터
인간의 뇌를 본떠서 많든 인공지능(AI)의 영향력은 상상할 수 없을 정도로 무한합니다. 이제는 우리의 삶의 일부로 자리매김하는 상황이며, 기존의 인력을 대체할 수 있는 수준에 이르러 산업화에 적용하는 사례가 매우 많아져 가고 있습니다. 최근, 이런 인공지능의 발전이 무척 빠르게 변화하고 있는데, 호주의 한 스타트업 코티컬 랩스(Cortical Labs)가 인공지능의 모티브가 된 우리 인간의 뇌세포를 배양하여 컴퓨터 칩에 연결한 세계 최초의 바이오 컴퓨터 'CL1'을 출시한다고 밝혔습니다. 생물학적 인공지능 기술을 갖추게 된 CL1 시스템은 스페인에서 열리는 MWC25에서 공개되었습니다. 과학분야 및 의학 연구의 획기적인 변화를 가져올 것이라 기대할 수 있습니다. 이들의 연구 성과는 혈액 샘플로 만들어진 줄기세포에서 배양한 신경세포를 실리콘 칩 위에 배치하여 뇌와 같은 신경망을 형성하였습니다. 이는 최초의 생체 뉴런 시스템이라고 회사 측은 밝혔습니다. 일반적인 컴퓨터는 실리콘 반도체를 기반으로 전자적인 회로망을 사용하여 데이터를 처리하는 반면, 바이오 컴퓨터는 신경 세포나 뉴런을 기반으로 하여 정보가 흐르며 처리되는 방식으로 전혀 다릅니다. 뇌는 수십 억 개의 뉴런과 그들 간의 복잡한 연결을 통해 정보를 처리하는데, 바이오 컴퓨터는 이런 뇌의 기능을 기반으로 활용하는 것입니다.
바이오 컴퓨터의 발생 배경
인간의 뇌는 신경 세포 간의 연결망을 통해 정보 처리와 의사결정을 합니다. 뉴런 간의 연결은 시냅스라는 조직을 통해 이루어지며, 이 시냅스의 연결 강도는 신경 전파의 속도와 세기를 조절하여 정보의 흐름을 결정합니다. 바이오 컴퓨터는 이러한 뇌의 신경 네트워크를 결합하여, 전기적 신호를 이용해 생물학적 뉴런을 처리 단위로 사용합니다. 우리 인간의 시스템을 그대로 구현하는 특성을 갖게 되어 패턴 인식, 학습, 적응, 추론 등 뇌가 가진 아주 중요한 특질들을 갖게 되면서 기존의 일반적인 실리콘 칩이 가진 어려움을 더욱 효율적으로 개선하여, 문제 해결을 가능하게 해 줍니다. 익숙하게 사용하고 있는 일반적인 컴퓨터는 반도체를 기반으로 매우 빠르고 정밀한 계산을 수행할 수 있지만, 몇 가지 큰 한계를 지니고 있습니다. 간단히 3가지 정도로 요약을 해 볼 수 있습니다. 첫 번째, 일반 컴퓨터는 순차적으로 작업을 처리합니다. 즉, 한 번에 하나의 연산을 수행하기 때문에 복잡한 계산이나 대규모 데이터 처리에서 효율성이 떨어지는 한계가 있습니다. 두 번째, 일반 컴퓨터는 매우 높은 전력 소모를 요구합니다. 예를 들어, 대규모 데이터센터나 슈퍼커퓨터는 상상할 수 없는 양의 전력과 냉각 비용을 필요로 합니다. 결국, 경제적인 면, 환경적인 면에 상당한 부담을 초래하게 됩니다. 세 번째, 일반 컴퓨터는 시간이 흐름에 따라 발전이 이루어지면서 소프트웨어의 복잡한 과정이 필요하고, 그에 상응하는 하드웨어의 한계에 부딪히는 상황이 발생합니다. 이런 문제점은 앞으로도 직면해야 할 과제들이고, 개선하면서 발전해야 하는 어려움등이 따르게 되었습니다.
바이오 컴퓨터의 주요 특징
일반 컴퓨터로 인한 한계점을 극복하기 위한 방안으로 인간의 뇌를 활용하여, 여러 분야에서 연구 및 개발을 하고 있는 상황입니다. 구체적인 특징들이 어떻게 되는지 를 3가지로 정리해 볼 수 있습니다.
1) 학습 및 적응 능력
가장 큰 특징 중에 하나가 학습 및 적응 능력입니다. 인간의 뇌는 경험을 통해 변화하는 신경망을 갖추고 있습니다. 그에 따라 문제를 해결하기 방식을 습득하고 점차 최적화해 나갑니다. 이 원리를 컴퓨터 시스템에 적용하면, 일반 컴퓨터 시스템이 필요로 하는 알고리즘의 작성 없이 자체적으로 데이터를 분석하고, 과거 경험을 바탕으로 새로운 문제를 해결하는 방식으로 진화할 수 있습니다. 특히, 이런 특성은 기계학습 및 인공지능 분야에서 큰 가능성을 열어 줍니다. 바이오 컴퓨터는 일반 컴퓨터보다 훨씬 효율적으로 패턴을 학습하고, 환경 변화에 맞춰 빠르게 적을 할 수 있기 때문입니다. 정형화되어 있지 않은 상황이나 의사결정 시스템에서 매우 유리하게 작용할 수 있습니다.
2) 병렬 처리 능력과 에너지 효율성
우리 인간의 뇌는 매우 효율적인 병력 처리 시스템을 가지고 있습니다. 일반 컴퓨터가 갖지 못한 매우 큰 특성 중 하나입니다. 여러 개의 신경 세포가 동시에 작동하여 빠르고 복잡한 계산을 수행할 수 있습니다. 바이오 컴퓨터는 이런 뇌의 특성을 반영하여 대규모 데이터들을 병렬 처리 할 수 있고, 이로 인해 데이터 처리 속도나 효율성 면에서 일반 컴퓨터보다 뛰어납니다. 또한, 인간의 뇌는 매우 적은 에너지를 사용하여 막대한 양의 정보를 처리합니다. 이 특성을 바이오 컴퓨터가 갖게 되면서 일반 컴퓨터 시스템에 비해 월등히 적은 전력을 소비한다는 잠재력을 가지고 있습니다. 친환경적인 데이터센터의 건립과 휴대용 전자기 시스템에서도 큰 장점이 될 수 있습니다.
3) 유연성과 진화 가능성
바이오 컴퓨터는 기존의 일반 컴퓨터가 가지지 못한 유연성과 진화가 가능하다는 점입니다. 바이오 시스템의 특성 중 하나가 자연적으로 발전하고, 변화하는 환경에 적응하는 특성입니다. 뇌세포나 유전자 수준에서 변형이 일어나며, 자연스럽게 최적화되면서 새로운 형태의 컴퓨터 알고리즘, 프로세스를 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 바이오 컴퓨터는 자체적으로 생리학적 오류를 수정하거나, 새로운 방식으로 문제를 해결할 수 있는 능력을 가질 수 있습니다. 현재와 같은 빠르게 변화하는 기술 환경에서 유기적인 시스템을 가능하게 합니다.
그러나, 바이오 컴퓨터가 효율적, 경제적, 과학적으로 중요하고 매우 활용도 넓은 특성을 가지고 있지만, 개발의 한계와 더불어 윤리적 도전 과제도 있습니다. 인간의 뇌를 활용하는 것이므로 생물학적 소재를 사용하기 위한 지속력, 관리, 안정성 등의 문제를 해결해야 합니다. 생물학적 구성 요소를 어떻게 처리할 것인지에 따른 과학적, 의학적인 기술의 난이도가 매우 높습니다. 시냅스를 대규모로 배양하는 것, 이것을 효율적으로 연결하는 것 등에 관한 매우 심도 있는 연구가 이루어져야 합니다. 또한, 가장 핵심적인 문제인 윤리적인 문제를 어떻게 바라볼 것이고, 해결할 것인지가 매우 중요합니다. 기본인 뇌세포를 배양하는 것이 단순히 유전자 조작등을 통한 것으로 치부하기에는 해결해야 할 문제들이 많습니다. 생물학적 시스템을 인간과 연관 지을 때, 바이오 컴퓨터를 기계로 볼 것인지 아니면 인격체로 볼 것인지 시작부터가 매우 불명확한 상황에 맞닥뜨리게 되기 때문입니다. 인간의 가장 큰 능력인 사고와 감정을 윤리적, 생물학적, 사회적 관점을 고려하지 않고 단순히 경제적, 과학적 접근으로 문제를 바라보게 된다면 새로운 문제들 또한 발생할 수 있습니다.
지금 우리 인간은 빠르게 변화하는 산업 속에서 자연발생적 현상 등에 효율적으로 대응할 수 있는 방안들을 찾고자 노력하고 있습니다. 바이오 컴퓨터의 무한한 가능성과 잠재력은 분명히 있습니다. 그렇다 하더라도 시대적 상황만을 바라볼 것이 아니라 시스템을 최적화하여 움직일 수 있는 기술적 난제를 해결하면서, 동시에 윤리적 문제를 고려하며 접근하여 풀어낼 필요가 있습니다.