생체인식 기술과 감성-ICT 융합기술, 글로벌 시장선점 위한 핵심기술 개발에 주력해야

2011∼2015년까지 5년간 누적된 감성-ICT 융합산업의 주요 경제지표를 간단히 요약해보면 ⅰ)약 503조의 총 생산유발액, ⅱ)총 118조 원의 부가가치 유발액, ⅲ)수입유발액은 2011년 7조 원에서 2015년에는 10조8,000억 원으로 확대, ⅳ)총 210만 명의 고용유발인원으로 요약할 수 있다[11]. 이처럼 감성-ICT 융합산업은 국가경제에 미치는 영향은 매우 크다. 이는 ICT 산업과 융합이 가능한 비 ICT산업까지 그 범위를 확대한다면 무한한 경제적 가치를 지니고 있다.

Ⅰ. 서언

HCI(Human Computer Interaction)을 기반으로 한 인간의 감성(sensitivity)과 첨단 ICT(정보와 컴퓨팅)가 융합된 서비스가 확산되면서 감성-ICT 융합(convergence) 기술1)에 관심이 집중되고 있다. 

아울러 빠르게 글로벌 기술시장을 주도하면서 산업 간, 기술 간, 서비스 간 융합이 새로운 비즈니스 모델을 창출하고 있다. 감성-ICT 기술은 ICT를 중심으로 다 학제 간 융합이 필요한 분야이다 2). 감성-ICT 기술은 정보가전, PC, 통신기기 등 전통적인 ICT 분야뿐만 아니라 의료기기, 신변보호, 의류, 자동차, 항공, 건설 및 인테리어 등 다양한 산업과 융합되어 글로벌 ICT 융합 신 시장을 창출하고 있다.

이 연구에서는 BMW 키워드와 4H전략을 통해 제품 및 서비스의 고도화를 구현하고 있는 감성-ICT 융합산업 발전을 위한 15대 국가전략과 5대 핵심 융합기술 중심의 발전전략 이슈, 생체인식정보/음성 및 영상 기반의 감성인지 기술과 센서 및 감성신호처리 기술 중심의 감성-ICT 기술동향 분석, 다양한 기술 분야에서 빠르게 확산되고 있는  감성인식기술과 바이오인식 기술 중심의 감성-ICT 융합산업의 시장성 분석 정보를 제시한다.

Ⅱ. 감성-ICT 융합기술 발전전략 이슈

1. 키워드와 발전전략

ICT 산업인프라는 BMW(Big data·Mobile· Wearable) 키워드를 전 세계에 확산시키면서 4H(Hands ·Head·Health·Heart) 전략을 통해 제품 및 서비스의 고도화를 구현해가고 있다. 이는 국가경제의 핵심 인프라를 이루는 산업군으로 자리매김 되고 있다. 이에 각 산업 분야에서는 ICT 산업을 기존 기술에 접목·융합시키려는 연구가 계속되고 있으며, 일부 가시적인 성과를 보이면서 무한 가치를 창출하고 있다. 

감성-ICT 산업은 ICT를 중심으로 BT/CT/DT/MT 등 다 학제 간 융합이 필수적이다. 이에 따라 전자공학/컴퓨터공학/화학공학/신소재공학/기계공학/디자인학/심리학/인지과학/의공학/경영학/테크노경영학 등이 융합된 특성화 프로그램이 필요하다[1][2]. 이를 통해 사용자 경험(UX : User Experience) 중심의 첨단 기술 트랜드에 발맞추어 관련 전문지식과 실무 능력을 겸비한 휴매니어(Human＋Engineer)의 시대를 열어갈 수 있을 것이다.

2. 국가전략과 핵심기술

세계 각국은 융합기술을 조기에 확보하고 이를 고도화하기 위한 융합기술 R&BD에 집중적으로 투자하고 있다. 동시에 융합기술 수준 향상, 융합인프라 구축 등 다양한 연구를 시도하고 있다. 이를 통해 개발기술의 기술상용화 연계, 기술(산업) 간 R&D 협력 등 미흡한 점을 보완하고 새로운 융합기술 전략을 추진하고 있다. 한국의 경우 정부주도로 감성-ICT 융합기술 발전전략을 추진하고 있다. 이에 대한 핵심목표를 간단히 요약하면 다음과 같다[3].

·글로벌 융합 기술시장을 선점하기 위해 국내 융합기술 수준을 2012년 70~80%에서 2018년 80~90%로 향상시키는 데 주력하고 있다.

·15대 국가전략 융합기술을 선정하고, 5대 확보전략을 통해 국가전략 융합기술을 조기에 확보할 수 있는 융합연구를 활성화하는 데 주력하고 있다.

국가과학기술기본계획의 120개 국가전략기술 및 국가중점과학기술 전략로드맵(2014년 4월)의 30개 대상기술 중 추진과제 이행에 필요한 융합기술을 도출하였다. 이를 기반으로 경제적·사회적 가치 등을 평가하고 경제성장과 국민행복을 구현하는 데 기여할 수 있는 15대 국가전략과 5대 핵심 융합기술을 선정하여 추진하고 있다[3]. (표 1 참조)

▲ 표 1. 15대 국가전략 융합기술

5대 핵심 융합기술의 추진내용을 요약하면 표 2와 같다[3].

▲ 표 2. 5대 핵심 융합기술

Ⅲ. 감성-ICT 기술동향 분석

1. 생체인식정보 기반 감성인지 기술

현재까지 개발된 생체인식정보(지문/홍채/지정맥/얼굴/음성/목소리/서명 등)를 기반으로 한 감성인지 기술은 기계학습법을 이용한 연구와 경험적이고 통계적인 Rule-based 기법으로 구분하여 연구되고 있다. 이를 간단히 요약하면 다음과 같다[4].

·기계학습에 의한 감성인지 알고리즘은 신경망(NN: Neural Network), 서포트벡터 머신(SVM: Support Vector Machine), kNN(k-Nearest Neighbor), 다계층 퍼셉트론(MLP: Multi Layer Perceptron), 가우시안 혼합모델(GMM: Gausian Mixture Model), 의사결정트리(DT: Decision Tree), 베이지안 네트워크(BN: Baysian Network) 등의 기법에 근간을 두고 있다.

·Rule-based 기법에 의한 기술들은 수많은 생체신호를 분석하고 감성을 표현하는 감성특성을 추출한 후, 감성별로 Rule에 해당하는 조건을 설정하고 이를 통해 감성을 분류한다.

생체신호를 기반으로 특정인의 감성을 보다 정확하게 인지하기 위해서는 우선적으로 신뢰성 있는 생체 데이터의 수집이 필수적이다. 그러나 인간의 생체신호는 주위의 환경조건이나 개인의 심리상태 등에 따라 감성의 변화가 달리 측정될 수 있다. 따라서 단일 생체신호만으로 감성을 정확히 인지하는 것은 매우 어려운 일이다[5]. 이에 특정 생체인식 정보만을 이용한 감성인지 측정보다는 보다 더 다양한 생체정보3)를 복합적으로 활용하는 방법이 필요하다[6].

2. 음성 및 영상 기반 감성인지 기술

(1) 음성 기반 감성인지 기술

인간의 음성은 화자의 의사를 나타내는 것뿐만 아니라 감성도 포함되어 있다. 감성에 따라 음성의 형식, 음의 강약, 장단 및 고저 등이 각각 다르게 발성되기 때문이다. 이 때문에 같은 말이라도 운율이 서로 다른 두 음성은 전혀 다른 의미를 나타내게 된다. 

또한 발성속도, 각 발음 사이의 묵음구간의 길이, 의성어도 사람의 감성을 표현하는 데 있어 매우 중요한 요소이다. 음성의 특징을 추출하는 기법으로는 MFCC(Mel Frequency Cepstrum Coefficient) 파라미터가 많이 사용되고 있다. 같은 음소라 하더라도 감성상태에 따라 발음되는 음성의 형태가 다르다는 점에서 감성인식에 사용될 수 있다. 이러한 파라미터를 기반으로 한 감성인식 방법으로는 kNN(K-Nearest Neighbor), MLB(Maximum Likelihood Bayes), KR(Kernel Regression) 분류기 등의 기본적인 패턴인식 기법이 있다. 지속적으로 연구가 진행되고 있는 음성 기반 감성인지 기술개발 현황을 간단히 요약하면 다음과 같다[7].

·음성의 피치(pitch)와 에너지의 리듬(rhythm) 파라미터를 사용하여 인식률을 높이기 위한 연구가 진행되고 있다.

·음성신호의 단기간 특징 또는 운율(리듬)적 특징을 추출하고 이 중에서 감성인식에 효율적인 것을 특징 선택 알고리즘을 적용하여 선별, 패턴인식기를 통해 감성을 인지하는 연구가 진행되고 있다. 특징추출, 특징선택, 패턴인식, 언어모델로 구성된다.

(2) 영상 기반 감성인지 기술

이 기술은 특정인의 얼굴표정이나 제스처(얼굴근육 움직임 등) 등을 기반으로 감성상태를 인지하는 방법이다 4). 주로 많이 이용하는 방법은 얼굴표정을 인식하는 방법이다. 얼굴표정의 변화는 인간의 얼굴 부위(눈, 눈썹, 입 등)의 얼굴근육 변화에 의해 각기 다른 감정을 표현함으로써 나타나게 된다. 특히  인간의 제스처는 음성과 얼굴표정과 함께 사용될 때 보다 정확한 결과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 아울러 손짓과 안구의 움직임 등의 제스처는 감성표현의 중요한 요소 중 하나이다.

3. 센서 및 감성신호처리 기술

인간의 신체에서 나타나는 다양한 변화(심장박동 수, 체온의 증감 등)를 기반으로 한 생체정보 측정(인식) 기술이 빠르게 확산되고 있다. 아울러 이와 관련된 다양한 형태의 제품 및 서비스들이 출시되고 있다 5). 특히 인간의 생체리듬을 파악하는 데 가장 중요한 수단인 맥파(PPG) 측정 방법이 획기적으로 발전하고 있다. 이를 간단히 요약하면 다음과 같다[7].

·전기적 맥파(PPG) 측정 방법 : 비침습(non-invasive) 및 피부전기전도도(GSR: Galvanic Skin Response), 피부온도(SKT: Skin Temperature) 등의 방법으로 심전도, 뇌전도 등의 생체 전기신호를 측정하기 위한 방법이다.

·광학식 맥파(PPG) 측정 방법 : 혈관에 반사되거나 혈관을 투과한 빛의 양을 기반으로 특정 부위의 체적 또는 혈류량의 변화를 측정하기 위한 방법이다.

Ⅳ. 감성-ICT 융합산업의 시장성 분석

1. 감성인식기술 시장성장 추이

ICT 기술력을 이용한 감성인식 기술개발이 다양한 기술 분야에서 빠르게 확산되고 있다 6). 감성-ICT 융합기술 관련 글로벌 시장규모는 2015년 9,000억 달러에서 연평균 10%의 높은 성장을 지속하여 2020년에는 1조4,000억 달러의 대규모 시장형성을 예상하고 있다. 국내 시장규모는 2015년 24조 원에서 2020년에는 38조 원 규모로 성장할 것으로 예상하고 있다 7),[7][8]. 2015~2020년 사이 감성인식기술의 시장성장 추이를 그림 1-1과 그림 1-2에 나타낸다.

▲ 그림 1-1. 감성인식기술 글로벌 시장규모(조 달러)

▲ 그림 1-2. 감성ICT융합기술 글로벌 시장규모(천억 달러)

2. 바이오인식 기술의 시장성

바이오인식 기술은 감성-ICT 융합기술의 전방위 기술시장을 형성하고 있다. 글로벌 시장규모는 2009년 34억2,200만 달러에서 2014년에는 93억6,890만 달러로 고도성장을 지속하고 있다. 2010년 기준, 세부 기술별로 보면 지문인식 기술이 전체시장의 약 66%(약 28.7억 달러)로 절대적인 비중을 차지하고 있다. 

그 뒤를 이어 얼굴인식 기술이 전체시장의 약 12%(약 5.1억 달러), 홍채인식 기술이 전체시장의 7%(약 2.9억 달러)를 기록하였다[9][10]. 감성-ICT 융합기술의 전방위 기술시장을 형성하고 있는 바이오인식 기술 관련 글로벌 시장규모를 그림 2-1과 그림 2-2에 나타낸다.

▲ 그림 2-1. 바이오인식기술 관련 글로벌 시장규모(억 달러)

▲ 그림2-2. 바이오인식기술 관련 분야별 시장 점유율

Ⅴ. 맺음말

감성-ICT 융합산업 관련 경제 활성화 지표를 중심으로 산업의 가치를 분석해본다. 감성-ICT 융합산업은 비 ICT 산업과의 광범위한 융합특성이 매우 강한 것이 특징이다. 따라서 그 경제적 파급효과도 클 것으로 예상된다. 2011∼2015년까지 5년간 누적된 감성-ICT 융합산업의 주요 경제지표를 간단히 요약해보면 ⅰ)약 503조의 총 생산유발액, ⅱ)총 118조 원의 부가가치 유발액, ⅲ)수입유발액은 2011년 7조 원에서 2015년에는 10조8,000억 원으로 확대, ⅳ)총 210만 명의 고용유발인원으로 요약할 수 있다[11]. 

이처럼 감성-ICT 융합산업은 국가경제에 미치는 영향은 매우 크다. 이는 ICT 산업과 융합이 가능한 비 ICT산업까지 그 범위를 확대한다면 무한한 경제적 가치를 지니고 있다. 감성-ICT 융합기술을 보급·확산시키는 데 있어 가장 큰 장애요인은 특히 얼굴모양 같은 생체정보로부터 프로필이나 개인정보 유출로 인한 프라이버시 침해 문제이다. 

감성-ICT 융합기술은 인간의 감정을 분석하거나, 다양한 콘텐츠에 대한 사용자의 반응을 분석하는 기술이기 때문에 기존의 개인정보보호 개념과는 약간 다른 정보보안의 패러다임을 제시하고 있다. 이에 생체인식 정보에 포함된 개인 프로파일에 대한 프라이버시 침해에 대응할 수 있는 보안강화 전략이 필요하다. 또한 시장성장 잠재력이 매우 큰 감성-ICT 융합기술 분야의 세계시장을 선점하기 위해서는 원천기술을 확보하여 산업 생태계를 조기에 조성할 필요가 있다.

2014년 이후부터 4G-LTE(+A) 이동통신 서비스가 개시되고, 핀테크(FINTECH) 산업이 등장하면서 감성-ICT 융합기술이 새로운 전환점을 맞이하고 있다. 핀테크 산업 분야에도 감성-ICT 융합기술이 적용될 수 있을 것이다. 이는 사용자-스마트폰-콘텐츠 간에 양방향성 인터페이스 기술이 필수적이다. 

이에 상황인지 미디어, 터치스크린 방식의 UI(User Interface) 및 양방향 햅틱(haptic) 인터페이스 기술개발에 주력할 필요가 있다. 감성-ICT 융합산업은 바이오인식 및 감성인식 기술시장이 광범위하게 전개되어 있어 소프트웨어 및 플랫폼 등의 분야에서 매우 유망한 산업이다. 이에 생체인식 기술과 감성-ICT 융합기술 글로벌 시장선점을 위한 핵심기술 개발에 주력할 필요가 있다. 

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1) ‌감성-ICT 융합산업은 인문(인지) 디자인학, 마케팅 및 디지털 미디어가 융합된 ICT 엔지니어링을 의미한다. 

2) ‌BT(의과학과 신체능력향상)＋CT(인지과학과 지적능력향상)＋DT(디자인과 감성능력 향상)＋MT(시장의 특성 분석능력 향상) 등

3) ‌일반적인 신체적 특징과 목소리, 표정, 서명 등 행동적 특징정보 등

4) ‌얼굴표정을 이용한 감성인식은 은닉 마르코프 모델(HMM : Hidden Markov Model), 신경네트워크 처리와 같은 다양한 방법으로 구현되고 있다.

5) ‌무구속(無拘束), 무자각(無自覺) 특징을 갖는 손목형, 안경형 또는 플랙시블 형태의 생체신호 측정 제품들이 많이 출시되고 있다.

6) ‌인간의 감정에 따라 생체의 바이오 특성이 다르게 나타날 수 있는바 이러한 인간의 감성을 매체로 한 감성인식도 생체인식의 한 부류라고 볼 수 있을 것이다.

7) ‌바이오인식 기술 관련 글로벌 시장규모를 파악하는 데 있어 2014년 이후 시장분석 데이터는 분석기관마다 편차가 심해 정량적으로 나타내기에는 리스크가 너무 높아 2014년까지의 통계자료를 제시하였다.

박세환 Ph.D.  한국과학기술정보연구원 ReSEAT프로그램 전문연구위원