우주
왜 군집 지능이 자율 우주선에 중요한가
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최근까지 항공기, 우주선, 잠수함 등 움직이는 기계를 제조하는 주된 방법은 기존의 기계 시스템과 함께 설계하는 것이었습니다. 보다 최근에는 인공 설계가 생물의 형태와 이동과 같은 특성을 모방하는 “바이오닉스”라는 개념이 등장했습니다. 이는 잠자리 모방으로 마이크로드론을 만들거나, 인간 손을 로봇에 적용하거나, 해양 생물 형태의 수중 차량을 구축하는 형태를 취할 수 있습니다.
이 접근 방식은 수십억 년에 걸친 진화 과정을 활용하여 특정 조건에 최적화된 형태와 구조를 얻으며, 일반적으로 인공 설계가 따라잡기 어려운 에너지 효율성과 회복력을 갖추게 합니다.
최근 한 과학 논문이 이 아이디어를 더욱 확장하고자 하며, 베이징대학과 중국 항공우주 시스템 및 혁신 연구소의 연구원들이 작성했습니다. 이 연구는 “광범위 바이오닉 인텔리전스(Extensive Bionic Intelligence, EBI)”라는 새로운 개념이 수십억 년에 걸쳐 정제된 진화 메커니즘을 이식함으로써 특히 항공우주 분야에서 인공 시스템을 더욱 강화할 수 있다고 주장합니다.
중국 항공학 저널에 게재되었으며1 제목은 “Thoughts on extensive bionics intelligence in aerospace field” 입니다.
바이오닉스 vs 광범위 바이오닉스
복잡한 시스템이 점점 더 많은 영감을 생물 시스템에서 얻는 이유는 복잡성이 증가함에 따라 설계가 생물 유기체와 동일한 문제에 직면하기 때문입니다:
- 다양한 구성 요소들의 복잡한 네트워크가 원활하게 함께 작동해야 합니다.
- 변화하는 조건과 환경에 빠르게 적응해야 합니다.
- “개별 구성 요소에는 존재하지 않는 정교한 기능이 거시적 교차 수준에서 나타나며, 동적 환경 내에서 질서 있게 진화한다.”
이는 바이오닉스 개념이 등장한 이유입니다:
“바이오닉스는 특정 유기체를 대상으로 삼아 그 고유한 특징을 모방함으로써 인공 시스템과 자연 유기체 사이의 물리적 속성, 움직임 특성, 적용 시나리오에서 높은 일관성을 달성하는 것을 목표로 합니다. 인공 객체와 자연 유기체 사이의 궁극적인 유사성을 추구하는 것이 바이오닉스의 근본적인 아이디어입니다.”
이러한 방식은 매우 흥미로운 동물 형태의 디자인을 만들 수 있습니다. 예를 들어, Northrop Grumman의 물속 드론에 적용된 물오리(만타) 형태 디자인이 있습니다 (NOC ) (해당 기업에 대한 우리의 보고서를 보려면 링크를 따라가세요).
https://www.securities.io/northrop-grumman-noc-defense-and-aerospace-giant-for-american-strategic-resurgence/
하지만 이 접근 방식은 실제 생물을 단순히 모방할 수밖에 없다는 제한이 있습니다. 설계에 큰 변화를 주기 어렵고, 궁극적으로는 연약한 생물 구조에 맞춰진 설계에 얽매이게 되며, 인공 재료의 장점을 고려한 생명 영감 디자인을 구현하기 어렵습니다.
이는 현재 “광범위 바이오닉”이라는 새로운 접근 방식이 고려되고 있기 때문입니다. 이는 최종 결과물(생물)만을 모방하는 것이 아니라 그것을 만들어낸 과정까지 모방하며, 인공 시스템에 적용했을 때 유사한 결과를 낳을 수도, 그렇지 않을 수도 있습니다.
“광범위 바이오닉은 전형적인 ‘일대일 대응’ 사고방식에서 벗어납니다(예: 수영하는 생물을 모방해 로봇 물고기를 설계하거나, 날아다니는 동물을 복제해 드론을 만드는 경우). 이는 형태학적 패턴, 구조적 패턴, 행동 패턴, 추론 패턴, 조직 패턴, 군집 패턴 등 자연에 존재하는 다양한 생물학적 패턴을 탐구하고, 이를 추상화하여 인공 시스템에 적용할 보편적인 방법론을 도출합니다.”
광범위 바이오닉 적용
전반적으로, 광범위 바이오닉 인텔리전스(EBI)는 여러 과학 분야를 새로운 공학 및 디자인 학파에 통합하려고 합니다:
- 생물학적 진화(자연에서 지능이 등장함),
- 신경과학의 물질적 기반 및 정보 처리 메커니즘(지능의 신경적 기반)
- 인지 과학(지능의 근본적 표현),
- 심리학(지능의 고급 표현)과 다학제 이론을 통합하여 지능 과학을 위한 이론적·기술적 프레임워크를 형성합니다.
이는 특히 바이오 영감 시스템과 군집 지능에 관련이 높으며, 자율적이고 지능적인 우주선 및 항공우주 시스템의 미래 개발에 특히 중요할 것으로 기대됩니다.
“보다 복잡한 유기체는 또한 귀중한 패러다임을 제공합니다. 예를 들어, 문어의 분산 신경망과 유연한 인지는 분산형 지능과 적응형 문제 해결 능력을 보여주며, 고도로 자율적인 무인 시스템 설계에 새로운 통찰을 제공합니다.”
EBI는 동시에 여러 설계를 통합함으로써, 고전적인 바이오닉의 일대일 모방보다 드론이나 로봇 ‘생태계’를 만들 수 있는 추가 가치를 제공합니다.
이는 여러 시스템과 목표의 교차 학문적 통합을 촉진하여, 지금까지 기능적인 도구를 제공하는 데 혼합된 결과만을 낸 이전의 단순 바이오닉 접근 방식에서 벗어나게 합니다.
“EBI 기술은 생물 학습 과정에서의 종 격리 현상을 깨뜨리며, ‘물속 물고기 모방’, ‘비행 새 복제’, ‘육지에서 늑대 모방’과 같은 단순하고 거친 전이 방식을 포기합니다.”
다음은 그 접근 방식이 성공할 수 있는 사례들로, 특히 군집 지능에 적용됩니다:
- 다중 UAV 협조를 위한 새 무리 행동(광범위한 모방 범위).
- 위성 편성 제어 최적화를 위한 물고기 군집 알고리즘(종 경계 초월).
- 무인 군집 시스템 탐색(교차 학문 통합 강화).
- 인간 신경 시스템 원리를 모방하여 사고와 학습 능력을 갖춘 인간형 인지 에이전트를 시뮬레이션(지능 개념에 초점).
항공우주를 위한 광범위 바이오닉 인텔리전스
EBI 환경 인식
생물은 편광 시각을 이용해 항해, 포식자 회피, 사냥 및 의사소통을 수행합니다. 또한 인공 설계에 적용할 수 있는 다양한 시각 및 감각 형태를 만들어냈습니다:
- 미국 공군 연구소는 복합 눈 시스템을 단거리 공대공 미사일에 적용하여 탐지기가 빠르게 목표를 고정하도록 했습니다.
- CurvACE 곡선 인공 복합 눈 시스템이 드론에 배치되어 단거리 측위, 목표 추적 및 시각 안정화 실험에 사용되었습니다.
- 중국 과학원 국립천문관측소(NAOC)는 바다가재 눈 X-레이 초점 영상 기술을 통해 넓은 시야의 공간 X-레이 천문 탐지를 수행합니다.
- 인공 신경망을 이용해 동물의 비동기 스파이크 시퀀스를 모방하여 빛 변화 정보를 뇌에 전달함으로써 고속 동역학 포착을 돕습니다.
EBI 통합 컴퓨팅
칭화대 연구팀은 멤리스터 배열 기반 컨볼루션 네트워크를 사용하여 컨볼루션 신경망(CNN) 처리 시 그래픽 처리 장치(GPU)보다 두 자릿수 높은 에너지 효율을 달성했습니다.
마찬가지로, 저장대학의 다윈 III 뉴로모픽 칩과 같은 뉴로모픽 컴퓨팅은 단일 칩에 200만 개 이상의 뉴런과 1억 개의 시냅스를 지원하여 단순 동물의 뉴런 수에 근접합니다.
동물 신경학 모방은 트랜지스터 수준까지 확장될 수 있으며, 실리콘 나노와이어 뉴로모픽 트랜지스터는 이온 도핑된 솔-젤 실리케이트 필름을 통해 신경 가소성을 모방합니다.
EBI 개별 의사결정
일반적으로 자율 의사결정은 슈퍼컴퓨터나 클라우드 컴퓨팅에 접근할 수 있는 중앙 집중형 인텔리전스보다 컴퓨팅, 저장 및 자원 제한에 더 큰 제약을 받습니다.
EBI는 유전 알고리즘, 입자 군집 최적화, 회색 늑대 최적화, 인공 물고기 군집 알고리즘 등을 활용하여 로봇 및 드론의 움직임, 방향, 행동 등을 결정할 수 있습니다.
이는 중앙 제어된 항공우주 자산에서 제한된 전력, 대역폭, 연산 및 인간 감독으로 유용한 결정을 내려야 하는 자율 시스템으로의 전환에 부합합니다.
로봇의 자율 의사결정을 위한 바이오 영감 도파민 모델도 개발될 수 있으며, 도파민은 인간 뇌와 같이 동기와 보상을 조절합니다.
EBI 협동 제어
소위 ‘군집 지능’은 개별 구성 요소의 제한된 지능에도 불구하고 지능적이고 복잡한 집단 행동 및 협조가 나타나는 데 의존합니다. 물고기 무리, 새 떼, 벌 군집이 이러한 능력을 보여줍니다.
고정된 중앙 노드가 없는 이러한 바이오 영감 협동 제어는 우주선 군집이 경직된 통신 토폴로지 없이 작동하도록 하여, 개체의 부재나 고장과 같은 예기치 않은 상황에 대한 회복력을 강화합니다.
EBI 적대적 게임 이론
인공 군집 및 바이오닉스의 한 적용 분야가 통신 및 방위 분야인 만큼, 공격하거나 방어하는 능력은 중요한 요소입니다.
이 때문에 늑대 무리의 협동 사냥이나 물고기 무리의 포위 회피와 같은 생물 군집 행동이 특히 흥미롭습니다. 이는 군집 내 개별 구성 요소의 비용을 감수하면서도 전체 효율성을 높일 수 있는데, 예를 들어 한 탈출자를 희생해 다른 구성원을 탈출시키는 것이 포식자가 약한 먹잇감을 사냥하는 것과 유사합니다.
EBI, AI 및 우주 기술
우주 기술을 적응형으로 만들기
인공지능의 급속한 발전은 광범위 바이오닉 인텔리전스를 항공우주 적용에 더욱 중요하게 만들고 있습니다. 재사용 가능한 발사체 덕분에 우주 기술의 중요성이 빠르게 증가함에 따라, 우주선의 자율성을 높이는 것이 필수적이 되고 있습니다.
“‘우주 접근, 우주 활용, 우주 개발, 우주 탐사’라는 네 가지 핵심 역량은 우주 운송 시스템, 우주 인프라, 우주 제조, 심우주 탐사 시스템 및 개발 시스템을 포함한 새로운 항공우주 시스템에 더 높은 요구를 부과합니다.”
이상적으로, 이러한 바이오 영감 AI 항공우주 시스템은 다음과 같은 여러 능력을 통합할 것입니다:
- EBI를 활용한 인지, 기억, 추론 및 의사결정의 통합 시스템.
- 군집 지능은 단순한 지역 규칙으로 복잡한 전역 행동을 생성하고 이를 안정적이며 예측 가능하게 유지합니다.
- 새로운 시나리오에 적응하고 초기 학습 데이터셋의 한계를 넘어 동적으로 신경 연결 구조를 재구성합니다.
EBI 개발 가속화
연구자들은 광범위 바이오닉 인텔리전스의 개발 및 도입을 가속화하기 위해 몇 가지 단계가 필요하다고 주장합니다.
첫 번째는 완전한 바이오 인텔리전스 데이터베이스를 구축하는 것입니다. 방대한 생물 관측 데이터를 처리하고 분류하여 바이오 인텔리전스 데이터베이스를 지속적으로 정제하는 것이 필수적입니다. 이렇게 하면 이질적인 생물 데이터를 표준화하여 계산 모델링 및 물리적 프로토타입 설계에 활용 가능성을 보장할 수 있습니다.
이러한 포괄적인 생물 인텔리전스 데이터베이스가 구축되면, 작업에 가장 적합한 모방 대상을 신속히 선택할 수 있게 됩니다. 그러나 이는 인간 목표와도 일치해야 하며, 이는 간단하지 않을 수 있습니다.
“주요 기술적 난제는 복잡한 생물학적 이점을 임무별 엔지니어링 과제와 정밀하게 매핑하는 메커니즘을 구축하는 것이며, 과도한 단순화나 기능적 본질의 손실을 방지해야 합니다.”
그 다음으로는 새로운 환경과 문제에 대한 민첩한 훈련을 달성하기 위해 빠른 진화 메커니즘을 구축해야 하며, 광범위 바이오닉 인식 및 제어 기술을 통합해야 합니다.
이 모든 단계가 완료되면, EBI 분야는 심우주 자율 탐사, 외계 다중 로봇 협조, 위성 소프트웨어 정의 시스템 등에 기여하여 항공우주 무인 시스템의 지능을 도약적으로 향상시킬 수 있을 것입니다.
무인 인텔리전스에 투자하기
Kratos Defense & Security Solutions
KTOS 가격 차트
Kratos는 방위 통신 인프라와 네트워크에 초점을 맞추며 시작했으며, 2004년부터 중소 규모 전자 및 방위 기업들을 연속적으로 인수해 왔습니다.
이로 인해 항공우주 통신 솔루션의 중요한 공급업체가 되었습니다.
출처: Kratos Space
Kratos는 드론 및 미사일 분야에서도 빠르게 확장하고 있으며, 특히 ‘저렴하고 충분히 좋은’ 탄약 카테고리에 주력하고 있습니다. 이는 우크라이나와 이란 등 분쟁에서 공격 및 방어용 고가 무기 시스템 생산이 소비를 따라잡기 어려운 상황에서 중요한 분야입니다.
따라서 Kratos는 GEK 시리즈 터보젯 및 Zeus 고체 로켓 엔진과 같은 아음속 및 초음속 미사일 엔진을 제공하는 업체입니다.
https://www.kratosspace.com/
또한 XQ-58 Valkyrie 무인 전술 항공기(UTA)를 생산하며, 무기 테스트용 드론 공중 표적도 제작합니다.
지상에서는 원격 조종 및 자율 주행 트럭 및 지상 물류 시스템, 고에너지 레이저, 경량 전자기 간섭 차폐 모바일 플랫폼 C5ISR 시스템(지휘·통제·통신·컴퓨터·사이버·정보·감시·정찰) 및 현재 개발 중인 육상 기반 대륙간 탄도 미사일(ICBM) 시스템인 Sentinel 무기 시스템을 만들고 있습니다.
https::https://www.northropgrumman.com/what-we-do/advanced-weapons/sentinel
Kratos와 같은 기업은 충분히 작아 민첩성을 유지하면서도 광범위 바이오닉 인텔리전스와 같은 새로운 개념을 자율 드론 및 기타 무기에 적용할 수 있는 규모를 가지고 있습니다. 따라서 엣지 AI, 센서 융합, 분산 협조, 다중 에이전트 임무 계획 등의 동시 발전을 활용할 가능성이 높습니다.
(또한 Kratos에 대한 전체 투자 보고서를 읽으실 수 있습니다 자세한 정보를 위해)
최신 Kratos Defense & Security Solutions (KTOS) 주식 뉴스 및 개발
참조 연구
1. Junzhi Yu, et al. Thoughts on extensive bionics intelligence in aerospace field. Chinese Journal of Aeronautics. 13 2026년 3월, 104161. https:https://doi.org/10.1016/j.cja.2026.104161
