노벨상을 받은 AI (성영은)

성영은(서울대학교 화학생물공학부 교수)

2024년 노벨위원회는 인류에 가장 크게 기여한 과학기술을 AI(인공지능, Artificial Intelligence)로 정하여 이례적으로 그 분야의 연구자들에게 노벨 물리학상과 노벨 화학상 등 두 분야의 노벨상을 수여하였다. 노벨 물리학상은 인간 뇌의 작동 원리를 응용하여 인공신경망을 만들어 AI가 가능하도록 한 공로로, 노벨 화학상은 AI를 이용해 단백질을 설계하고 그 구조를 밝힌 공로로 주어지게 되었다. 이 수상들은 AI가 인류의 삶에 이미 깊숙이 들어와 있다는 것을 말해 준다.

컴퓨터는 세상의 모든 것을 0과 1의 2진법 디지털 정보로 바꾸어 반도체에 저장하고 전달한다. 그런데 20세기 중후반에 동물과 식물 등 생명체도 이런 방식으로 정보를 저장하고 이용한다는 것이 밝혀졌다. 세포의 핵 속에 있는 DNA에 A, G, C, T라는 네 개의 물질이 임의로 배열되어 그 배열에 생명 활동에 필요한 정보를 저장하고 있다는 것이다. 이 4진법 정보를 유전자라 부른다. 인간을 비롯하여 모든 생명체가 컴퓨터처럼 작동하여 생명 활동을 한다는 것이 밝혀진 것이다. 곧 하나님이 생명을 이런 방식으로 만드신 것이다.

현대 과학은 여기에서 한 걸음 더 나아가 인간의 정신 활동을 주관하는 뇌도 마치 0과 1로 정보를 이용하는 컴퓨터처럼 작동한다는 것을 알게 되었다. ‘기억’과 같은 인간의 정신 활동은 뉴런이라는 신경 세포를 통해 이루어지는데, 신경 세포들을 통해 전달되는 신호가 어떤 일정 세기 이하이면 0, 그 이상이면 1로 인식하고, 무수히 많이 모여 있는 신경망이 이 수들의 복잡한 수학적 연산으로 정보를 기억하고 이용한다는 것이다. 이는 수학적 연산의 알고리즘(혹은 프로그램)을 통한 디지털화의 가능성을 보여 주었다.

이번 노벨 물리학상은 이런 인간 두뇌의 신경망 원리를 이용하여 실제로 인공 신경망을 구성하고 그 알고리즘을 처음 개발한 과학자들에게 주어졌다. 이들은 일반 수학으로는 이 복잡한 신경망의 정보 저장과 전달을 도저히 다 처리할 수 없어 스핀이나 통계물리학과 같은 물리학적 기법을 도입하였다. 이들이 개발한 컴퓨터 알고리즘(프로그램)은 많은 데이터를 기계적으로 학습시켜 정보를 파악케 하는 단순한 기계 학습(머신러닝)을 넘어 주어진 정보로부터 새로운 정보를 만들어내는 것까지 가능하다. 그래서 이를 딥러닝(심층 학습) 혹은 인공두뇌 학습이라 부른다. 단순히 기계적 분석이 아닌 사람의 사고방식을 기계에게 가르치는 것이다. 이들이 개발한 알고리즘이 컴퓨터 용량의 비약적 증가와 합쳐져 챗GPT를 만들었고, 현재 이를 넘어 음성, 사진, 영상, 다양한 언어까지 동시에 인식하고 생성해 주는 OpenAI-4o나 구글 아스트라 등의 AI까지 등장시켰다. 이들은 웬만한 인간보다 훨씬 뛰어난 인공적 두뇌 활동의 결과를 내놓고 있다.

노벨 화학상은 Al를 이용하여 유전자 배열로부터 단백질의 구조를 예측하고 인공적으로 단백질을 설계하고 합성한 과학자들에게 주어졌다. 단백질은 우리가 잘 아는 몸의 구성 성분 외에 효소, 면역, 신호 전달 등 생명체의 생명 활동을 주관하는 물질이다. 인간은 3만 종류의 단백질에 의해 생명 활동을 하면서 살아간다. 이 단백질들은 DNA의 유전 정보에 의해 합성된다. 단백질은 그 종류가 무척 많고 유전자 배열이 너무 복잡하여 각 단백질의 유전 정보를 알아내고 구조를 분석하고 그 기능까지 이해하는 데는 많은 시간이 필요하다. 적게는 수개월에서 많게는 수년이 걸린다. 그런데 이번에 노벨상을 받은 구글 딥마인드의 단백질 예측 AI 프로그램인 알파폴드를 사용하면 짧은 시간 안에 단백질 구조 예측이 가능하다. 생명 현상을 이해하는 시간을 엄청나게 줄일 수 있게 된 것이다. 또 내가 원하는 구조나 기능을 가진 단백질을 설계하면 AI가 그 단백질의 유전자 서열을 알려 주어 합성이 가능하도록 한다. AI로 세상에 없는 인공적인 단백질을 만들고 또 수없이 많은 단백질의 구조와 기능을 AI로 알아내면 백신이나 치료제, 항암제 등 많은 분야에서 인류의 삶에 크게 기여하게 될 것이다.

이번 AI 분야의 노벨상 수상은 인간이 생명의 신비에 또 한걸음 깊숙이 들어갔다는 것을 말해준다. 생명의 가장 중요한 뇌와 단백질에서 인공 신경망과 인공 단백질이 가능하다는 것을 보여준 것이다. AI의 발전이 인류에 유익을 줄 것인가 해를 줄 것인가에 대한 찬반양론이 존재하고, 심지어 AI의 개발 속도를 늦추자는 주장들도 나오고 있다. 그러나 과학기술이 경제적 이익과 연결되면 통제가 불가능한 것이 우리 시대의 특징이다. 이번 노벨상을 계기로 더 많은 과학자들이 AI를 발전시킬 것이고, 더 많은 사람들이 더 빠른 속도로 AI를 이용하여 세상을 변화시켜 나갈 것이다. 언제나 동일한 성경과 언제나 불변의 진리인 기독교 신앙이 이 새로운 기술이 만들 세상을 어떻게 이겨낼 수 있을까. 지금도 살아 계셔서 세상을 통치하시는 하나님을 이 AI 시대에 어떻게 세상에 보여줄 수 있을까.