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과학기술

2018년 10대 혁신기술 - MIT Technology Review

초원위의양 2018. 4. 23. 23:13
2001년부터 선정해온 10대 혁신기술, 사람들은 종종 ‘혁신 breakthrough’의 정확한 의미가 뭐냐고 묻습니다. 합리적인 의문입니다. 우리가 선정한 기술 중 몇몇은 아직 폭넓게 이용되지 못하는 것도 있고 어떤 기술은 상업적으로 이용되고 있기도 하기 때문입니다. 우리가 말하는 혁신은 인간의 삶에 근본적인 영향을 미치게 될 기술 혹은 기술군들입니다.

올해는 인공지능에서 GANs라 불리는 새로운 기술이 기계에게 상상력을 부여하고 있습니다. 곤란한 윤리적 제약이 있기는 하지만 인공배아 기술은 생명이 어떻게 만들어지는지를 재정의하고 있고 인간 생명의 초기 순간에 대한 연구를 확대하고 있습니다. 텍사스의 석유화학 산업의 심장부에 있는 시험 공장에선 미래 주된 에너지원이 될 것으로 예상되는 천연가스에서 완벽하게 청청한 전력을 생산하는 시도를 하고 있습니다. 이들과 함께 나머지 기술들도 주시할 가치가 있습니다. [편집자]

3D 금속프린팅

3D 프린팅은 수십 년 동안 있어왔지만 주로 하나 정도의 시제품을 만드는 디자이너나 취미용에 머물러 있다. 더욱이 플라스틱 이외의 재료, 특히 금속을 프린팅하기엔 너무 비싸고 느렸다.

하지만 이제 제조부품들에 실용적으로 응용할 만큼 비용도 줄어들고 용이해지고 있다. 대중적으로 채택된다면 대량생산하는 많은 제품에 변화가 일어날 수 있다.

단기적으로는 제조사들이 많은 재고를 유지할 필요가 없어진다. 오래된 차 부품을 교체해야 할 때 필요할 때마다 프린팅해서 사용하면 된다.

장기적으로는 제한된 범위의 부품들을 대량생산하던 대규모 공장들은 고객의 변화하는 요구에 맞출 수 있는 보다 작은 규모로 대체될 수 있을 것이다.

금속 3D프린팅 기술은 더 가볍고, 강한 부품을 만들 수 있고 기존의 금속 제조법으로는 불가능한 복잡한 형상도 가능하게 할 것이다. 또한 금속 미세구조도 보다 정확하게 조절할 수 있게 될 것이다. 2017년에 Lawrence Livermore NL은 기존보다 두 배 강한 스테인리스 스틸 부품을 만들 수 있는 3D프린팅 기술을 개발했다고 보고했다.

또한 2017년에 보스턴 외곽의 작은 스타트업 3D 프린팅 기업인 Markforged는 약 1억원 정도의 3D 금속프린터를 공개했다. 또다른 보스턴 지역 스타트업 Desktop Metal은 2017년 12월에 첫 금속 시제품 기계를 판매하기 시작했다. 이들은 기존 금속 프린팅법보다 100배 빠른 제조용 대형 장비 판매를 시작할 계획이다.

금속 부품 프린팅도 더 쉬워지고 있다. Desktop Metal은 3D 프린팅용 디자인을 만드는 소프트웨어도 제공한다. 사용자들이 프린터하고 싶은 물체의 스펙을 입력하면 이 소프트웨어는 프린팅에 적합한 모델을 만들어준다.

자신들의 항공 제품들에 3D프린팅을 이용하는 오랜 지지자였던 GE는 크기가 큰 제품도 만들 수 있을 정도로 빠른 새로운 금속 프린터를 시험하고 있고, 이 제품을 2018년에는 판매할 계획이다. -Erin Winick

인공 배아(Artificial Embryos)

생명이 어떻게 만들어지는가를 재정의하게될 혁신으로서 영국 케임브리지 대학 소속 발생학자들은 줄기 세포만을 사용해 진짜처럼 보이는 쥐 배아를 성장시켰다. 난자도 필요없고, 정자도 필요없다. 또다른 배아에서 뜯어낸 세포만 있으면 된다.


연구자들은 3차원 뼈대처럼 생긴 곳에 세포를 넣고 며칠 동안 이 세포들이 움직이며 독특한 총알 모양의 쥐 배아로 만들어지는 과정을 지켜보며 매료되었다.

연구팀 리더인 Magdeldena Zernicka-Goetz는 인터뷰에서 “우리는 줄기세포가 강력한 잠재력을 가진 마법과도 같은 존재란 걸 알고 있습니다. 하지만 그들이 이토록 아름답고 완벽하게 스스로를 조직할 수 있는 줄은 몰랐습니다.”라고 말했다.

그녀는 이 합성배아가 아마도 쥐로 성장할 수는 없을 것이라 말했다. 그럼에도 불구하고 이는 우리가 난자없이 태어나는 포유동물을 곧 가지게 될 수도 있다는 실마리가 된다.

그런데 Zernika-Goetz의 목표는 이게 아니다. 그녀는 초기 배아상태 세포들이 어떻게 특정한 역할을 하기 시작하는지 연구하길 원한다. 다음 단계는 미시건 대학과 록펠러 대학과 함께 인간 줄기세포에서 인공 배아를 만드는 것이다.

합성 인간 배아는 과학자들에게 중요한 것이다. 이는 초기 발달의 이벤트들의 의문을 풀어줄 것이다. 그러한 배아들을 줄기세포로부터 쉽게 만들어내기 시작하면 실험실에서 배아가 성장해가는 것을 연구하기 위해 유전자조작 같은 다양한 기법들을 적용해 볼 수 있게될 것이다.

그러나 인공배아는 윤리적 문제가 있다. 그것들이 천연 배아들과 구별할 수 없게되면 어떻게 될까? 배아들이 고통을 느끼기 전 얼마나 오랫동안 실험실에서 성장될 수 있을 것인가? 우리는 과학 경쟁이 훨씬 더 나아가기 전에 이러한 물음에 답할 필요가 있다. Antonio Regalado

감지 도시(Sensing City)

많은 스마트 도시 계획은 지연되거나 야심찬 목표를 조정하거나 예산 부족 문제를 겪고 있다. Quayside라는 토론토의 새로운 프로젝트는 도시의 이웃을 철저하게 다시 생각하고 최신 디지털 기술을 기반으로 계획을 재구축함으로써 이와 같은 실패의 패턴을 바꾸길 희망하고 있다.

알파벳(Alphabet)의 Sidewalk Labs은 캐나다 정부와 토론토의 해안가 산업지역을 위해 착수한 고도 기술 프로젝트를 협력해 진행하고 있다.

이 프로젝트의 목표 중 하나는 공기질에서주터 소음수준, 사람들의 활동에 이르기까지 모든 데이터를 모으는 광범위한 센서 네트워크에서 얻는 정보에 대한 디자인, 정책, 기술에 관한 결정의 기초를 쌓는 것이다.

이 계획은 모든 차량은 자율주행되고 공유될 것을 요구한다. 로봇들은 우편물을 배달하는 것과 같은 일들을 지하에서 이동하며 하게 될 것이다. Sidewalk Labs은 스마트폰용 어플을 개발하는 것처럼 자신들이 제공하는 소프트웨어와 시스템을 공개하여 다른 회사들이 그것 위에 다른 서비스들을 구축할 수 있게 할 것이라 말한다.

이 회사는 공공 기반시설을 면밀하게 감시하려고 하는데 이는 데이터 지배와 개인정보 보호 문제를 일으킬 수 있다. 하지만 Sidewalk Labs은 지역공동체와 지방 정부가 이와 같은 걱정들을 완화해 줄 수 있을 것이라 믿고 있다.

Sidewalk Labs의 도시시스템 기획 책임자인 Rit Aggarwala는 “Quayside에서 우리가 하려는 것의 차별점은 이 프로젝트가 야심차면서도 상당히 겸손하다는 것이다.”라고 말했다. 이 겸손함이 이전 스마트도시 계획을 괴롭히던 문제들을 피하는데 도움이 될 것이다.

다른 북아메리카 도시들도 Quayside의 프로젝트를 지켜보면서 Sidewalk의 다음 도시가 되려고 이미 아우성이다. 샌 프랜시스코, LA, 보스턴 등이 도입을 요청하고 있다. - Elizabeth Woyke

모두를 위한 인공지능

인공지능은 아마존, 바이두, 구글, 마이크로소프트 등의 거대 기술 기업들뿐만 아니라 몇몇 스타트업들까지 관심을 갖는 주제가 된 지 오래다. 많은 기업들에게 인공지능 시스템은 너무 비싸고 온전히 실행하기 너무 어렵다.

해법은 클라우드에 기반한 기계학습 도구들을 인공지능에 적용하는 것이다. 지금까지는 아마존이 자신들의 자회사가 제공하는 클라우드 AI를 지배하고 있다. 구글은 다른 기계학습 소프트웨어를 구축하기 위해 사용될 수 있는 개방형 AI라이브러리인 TensorFlow로 도전하고 있다. 구글은 최근 AI를 더 간단하게 사용할 수 있게 해주는 미리 훈련된 시스템 Cloud AutoML을 공개했다.

AI로 운영되는 클라우드 플랫폼 Azure를 가지고 있는 마이크로소프트는 개방형 딥 러닝 라이브러리인 Gluon을 제공하기 위해 아마존과 협력하고 있다. Gluon은 인간의 뇌가 어떻게 학습하는지를 모방하는 인공지능의 핵심 기술인 신경망 구축을 스마트폰 어플을 만드는 것만큼이나 쉽게 도와주는 것을 목표로 한다.

어느 회사가 AI 클라우드 서비스를 제공하는 리더가 될 것인지는 불확실하다. 하지만 이는 승자에게는 거대한 사업 기회이다.

이와 같은 제품들은 다른 경제 분야에까지 AI혁명이 폭넓게 확산된다면 핵심적인 역할을 하게 될 것이다.

현재까지 AI는 대개 기술 산업에서 이용되고 있다. AI는 효율을 높여주고 새로운 제품과 서비스를 만들어낸다. 다른 기업이나 산업부문에서도 인공지능 발전의 유익을 취하고자 분투하고 있다. 의료, 제조, 에너지 부문도 인공지능 기술을 적용할 수 있다면 생산성을 크게 향상시키며 변화를 겪을 수 있다.

하지만 여전히 대부분의 기업들은 클라우드 AI를 어떻게 사용할 지 아는 사람이 충분하지 않다. 그래서 아마존과 구글은 컨설팅 서비스도 준비하고 있다. 클라우드가 거의 모든 사람들에게까지 도달할 정도로 기술이 발전하면 진정한 AI혁명이 시작될 것이다. -Jackie Snow

신경망의 결투

인공지능은 무엇인가를 확인하는 것에 익숙해지고 있다. 수백 만개의 사진들을 보여주면 상당한 정확도로 길을 건너는 보행자를 구분할 수 있다. 하지만 아직까지 AI스스로 보행자들의 사진을 만들어내지는 못한다. 이것이 가능하다면 다양한 상황에서 보행자를 표현하는 실제 사진들 뿐만 아니라 합성 사진도 만들어낼 수 있을 것이고 이는 자율주행차가 매번 도로에 나갈필요 없이 훈련하는데 이용할 수 있을 것이다.


뭔가 완전히 새로운 무엇인가를 만들어내려면 상상력이 필요한데 아직까지 이것은 인공지능에겐 당혹스러운 일이다.

해결책은 처음에 몬트리올 대학 박사과정 학생 Ian Goodfellow에게 2014년 술집에서 있었던 학술 논쟁에서 일어났다. GANs(generative adversarial networks)로 알려진 이 방법은 두 개의 신경망 네트워크(대부분의 현대 기계학습의 기초가 되는 인간 뇌의 단순화된 수학모델)를 취하고 이들이 디지털 고양이와 쥐 게임을 하게 하는 것이다.

두 네트워크를 동일한 데이터 세트로 훈련을 시킨다. 생성자(generator)라 부르는 쪽에 이미 보여준 사진들에서 변형시킨 것을 만든다. 예를 들어 이 병형된 사진은 팔이 하나 더 달린 보행자 사진일 수 있다. 식별자(discriminator)는 이 사진이 학습할 때 봤던 것인지 아니면 생성기가 만들어 낸 것인지를 구별하게 요청받는다. 쉽게 말해 팔이 셋 달린 사람이 진짜일 것 같니?라고 묻는 것이다.

시간이 지남에 따라 생성자는 식별자가 구분할 수 없는 사진을 만들어내는데 능숙해질 수 있다. 생성자는 진짜처럼 보이는 보행자 사진을 인식하고 만들어내도록 가르침을 받는 것이다.

이 기술은 지난 십년 동안 발전된 가장 유망한 AI기술 중의 하나이다. 이것은 기계가 인간조차도 속일 수 있는 결과를 만드는 데 도움을 줄 수 있다.

GANs은 실제처럼 들리는 연설과 사진처럼 보이는 가짜 사진을 만드는데 이용되고 있다. 유명인들의 사진을 가지고 실제로는 존재하지 않는 믿을만한 사진을 수백개 만들어내는데 뛰어난 Nvidia의 연구진들이 흥미로운 사례가 될 수 있다. 또 다른 연구 그룹에선 진짜 반 고흐의 작품처럼 보이는 가짜 그림도 만들어냈다. 좀 더 나아가 GANs은 햇빛 짱짱한 도로를 눈덮히게 하거나 말을 얼룩말로 변환시키거나 하는 방식으로 이미지들을 재구성할 수도 있다.

결과가 항상 완벽한 것은 아니다. GANs은 두 개 세트의 핸들을 자전거로 보거나 다른 데 그려진 눈썹을 보고 그것을 얼굴로 인식하기도 한다. 하지만 사진과 소리가 놀랍도록 현실적이어서 몇몇 전문가들은 GANs이 보고 듣는 세계의 기저구조를 이해하기 시작한 것 아닌가 믿기도 한다. 이것은 AI가 상상력을 얻어서 세계에서 보는 것들에 대한 감각을 만들 수 있는 보다 독립적인 능력을 가지게 되는 것을 의미하는 것이다. -Jamie Condliffe

바벨피쉬 이어폰

이젠 고전이 된 <은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서 The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy>에선 노란색 바벨 피쉬를 귀에 넣으면 동시통역이 된다. 실제 세계에선 구글이 픽셀 버즈(Pixel Buds)라는 이름으로 159달러짜리 통역가능 이어폰을 선보였다. 이 이어폰과 픽셀 스마트폰, 구글의 번역 어플을 이용해 실시간 통역이 가능하다.


한 사람은 이어폰을 끼고 다른 사람은 스마트폰을 든다. 이어폰을 낀 사람이 자신의 언어(기본 설정은 영어)를 말하면 어플이 말을 번역해 스마트폰을 통해 들려준다. 스마트폰을 든 사람이 대답하면 이를 통역해 이어폰으로 들려준다.

구글 번역은 이미 대화기능을 가지고 있고 스마트폰 어플은 두 이용자가 말하는 언어가 무엇인지 자동으로 인식해 그것을 번역해준다. 하지만 주변 소음이 있으면 말하는 소리를 어플이 알아듣기 어렵고 한 사람이 말하는 것을 멈추는 때를 인식하기도 어려운 한계가 있다.

픽셀 버즈는 이 문제들을 이어폰을 낀 사람이 말하는 동안 오른쪽 이어폰을 탭한채로 있도록 함으로서 극복했다. 스마트폰과 이어폰 사이의 상호작용을 분리해서 각 사용자가 마이크를 조절할 수 있게 하고 말하는 동안 눈을 마주칠 수 있게 했다.

픽셀 버즈는 수준 낮은 디자인이라 혹평을 받았다. 뭔가 좀 바보같아보이고 귀에 잘 맞지 않을 수도 있다. 스마트폰을 설정하는 것도 어려울 수 있다.

하지만 투박한 하드웨어는 고칠 수 있다. 픽셀 버즈는 실시간 통역을 통한 상호 의사소통에 대한 전망을 보여줬다. 그리고 물고기도 필요없다.^^ -Rachel Metz

무탄소 천연가스

세계는 가까운 미래 주요 전력공급원의 하나로 천연가스에 의지할 것 같다. 가격이 저렴하고 쉽게 이용할 수 있어 현재 미국 전기의 30%, 세계 전기의 22%가 천연가스를 이용해 만들어진다. 석탄보다는 깨끗하지만 천연가스는 여전히 상당한 양의 탄소를 배출한다.


미국 석유정제 산업의 중심지인 휴스턴 외곽의 시험 발전소에선 천연가스에서 청청한 에너지를 만들어내는 기술을 시험하고 있다. Net Power라는  회사는 50MW 발전을 목표로 하고 있고 이들은 보통의 천연가스 발전소 가격으로 전력을 생산하고 이 과정에서 나오는 이산화탄소를 모두 포집할 수 있다고 말한다.

만약 그렇게 된다면 세계는 화석 연료에서 탄소 배출 없는 에너지를 합리적인 가격에 얻게되는 것이다. 이와 같은 천연가스 발전소가 있다면 수요에 따라 전력 생산을 조절할 수 있고, 핵발전소의 높은 비용도 회피하며, 재생 가능 에너지원의 단점인 불연속적인 전력 공급 문제도 해결된다.

Net Power는 기술개발 회사 8 Rivers Capital, Exelon Generation, 건설회사 CB&I와 협력하고 있다. 발전소 허가를 진행중에 있으며 초기 시험을 시작하고 있다. 몇 달 안에 초기 평가 결과를 공고하는 것을 목표로 하고 있다.

이 발전소는 고압 고열 분위기 하에서 천연가스를 연소하면서 나오는 이산화탄소를 특별하게 제작한 터빈을 돌리는 작동유체로 이용한다. 상당량의 이산화탄소를 계속 재사용할 수 있고 나머지는 저렴하게 포집될 수 있다.

비용을 낮추는 것은 이산화탄소를 판매하는 것에 달려있다. 요즘 주된 사용처는 유정에서 기름을 추출하는 것을 보조하는 것이다. 이는 제한된 시장이고 딱히 청청하지도 않다. 그러나 Net Power는 시멘트 제조, 플라스틱 및 다른 탄소기반 재료에서 이산화탄소 수요가 있을 것이라 희망하고 있다. 

Net Power의 기술이 천연가스와 관련된 모든 문제를 해결하지는 못한다. 특히 추출측면에서. 하지만 우리가 천연가스를 사용하는 한 가능하면 깨끗하게 이용할 수 있으면 좋다. 모든 청정 에너지 기술은 개발중에 있으며 Net Power도 탄소배출을 줄이는 주변기술보다는 훨씬 더 유망한 것 중의 하나다. -James Temple

완벽한 온라인 사생활보호

진정한 인터넷 사생활보호는 새로운 도구들 덕분에 가능해질 것이다. 예를 들어 생일을 공개하지 않고 성인임을 증명한다던가, 금융 거래를 위해 계좌 잔고를 공개하지 않고 당신이 충분한 돈을 가지고 있다는 것을 증명하는 것 등. 이것은 사생활 침해나 신분도용의 위험을 제한한다.


이 도구는 무자료(zero-knowledge) 증명이라 불리는 암호화 방법이다. 연구자들이 수십 면 동안 연구를 해 왔지만 최근 암호화 화폐의 성장 덕분에 관심이 폭증했다. 

무자료 증명은 2016년 말 출시된 디지털 화폐 Zcash를 기반으로 한다. Zcash 개발자들은 이용자들이 익명으로 거래할 수 있도록 하기 위해 zk-SNARK(zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge)라는 방법을 사용했다.

이는 비트코인과 대부분의 다른 공공 블록체인 시스템에서는 일반적으로 불가능하다. 이들 거래는 모두가 볼 수 있다. 이들 거래가 이론적으로는 익명이지만 이들은 추적할 수 있고 이용자의 신분을 확인할 수 있는 다른 자료들돠 결합되어 있다. 두 번째로 인기있는 블록체인 네트워크인 이더리움 창시자 Vitalik Buterin은 zk-SNARK가 완전한 게임 체인징 기술이라 말했다.

은행의 경우 이 기술은 은행들이 자신들 고객의 개인정보를 희생하지 않고도 지불을 할 때 블록체인을 이용하는 방법이 될 수 있다. 지난 해 JPMorgan Chase는 자신들의 블록체인 기반 지불 시스템에 zk-SNARK를 추가했다.

이런 유망한 전망이 있기는 하나 zk-SNARK는 계산이 복잡하고 느리다. 또한 이것이 나쁜 사람들의 손에 들어갔을 때를 대비해 암호화 키를 만드는 신용 설정이 필요하다. 하지만 연구자들은 보다 효율적이고 이와 같은 키가 팔요하지 않고 무자료 증명을 할 수 있는 대안들을 찾고 있다. -Mike Orcutt

유전자 점쟁이

언젠가 아기들은 태어날 때 DNA정보 카드를 받게 될 것이다. 이 카드에는 심장병이나 암 발병 가능성, 담배 중독 가능성, 평균보다 똑똑한지 여부 등에 대한 예상이 제공될 것이다.


백만 명 이상에 대한 거대한 유전자 연구 덕에 과학이 만드는 이 카드는 갑자기 도래하게 될 수도 있다.

대부분의 통상적인 질병과 지능을 포함하는 많은 행동 및 특성들이 하나나 몇 개의 유전자로 이루어지는 것이 아니라 많은 유전자들이 통합적으로 작용해 나타난다는 것으로 확인되었다. 계속되어 온 대규모 유전자 연구 자료를 이용해 과학자들은 다유전성 위험점수라는 것을 만들었다.

새로운 DNA시험이 진단이 아니라 확률을 제공하기는 하지만 이는 의약분야에서 유용할 수 있다. 예를 들어 유방암 위험이 높은 여성은 더 많은 유방조영상을 찍을 것이고 반대는 그렇지 않을 것이다. 이를 통해 더 많은 실제 암을 발견할 수 있을 것이고 잘못된 경고를 더 줄일 수 있을 것이다.

제약 회사들은 알츠하이머나 심장병과 같은 질병의 예방약 임상 시험에 이 점수를 이용할 수도 있다. 병에 걸릴 가능성이 큰 자원자를 선택함으로써 제약회사들은 약의 효과를 확인할 수 있는 시험을 더 정확히 할 수 있을 것이다.

문제는 예측이 완벽과는 거리가 멀다는 점이다. 누가 알츠하이머에 걸릴 수도 있다는 걸 알고 싶겠는가? 암에 대한 낮은 위험 점수를 가진 사람이 검사를 연기한다면 그래도 어쨌든 암은 발병할까?

다중유전자성 점수가 질병이나 특성을 예측할 수 있다는 점에도 논쟁이 있다. 예를들어 이 점수가 지금 인간 아이큐 시험의 약 10%를 예상할 수 있다. 이 점수가 향상됨에 따라 DNA 아이큐 예측은 더 일상적으로 이용할 수 있게 될 것이다. 하지만 부모와 교육자들이 이 정보를 어떻게 이용할까?

행동유전학자 Eric Turkheimer는 유전자 정보가 좋게나 나쁘게 이용될 가능성은 새로운 기술을 흥분되면서도 동시에 경고하는 것으로 만드는 것과 같다고 말한 바 있다. -Antonio Regalado

재료의 비약적 발전

강력한 양자컴퓨터의 전망에는 문제가 하나 있다. 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터에선 생각할 수도 없는 계산 능력을 가지게 될 것인데 우리는 이 능력으로 무엇을 할 수 있을 것인지는 아직 알지 못하고 있다.

한 가지 가능성은 정확하게 분자를 설계하는 것이다.

화학자들은 이미 훨씬 더 효과좋은 약을 위한 새로운 단백질, 배터리용 새로운 전해질, 햇빛을 직접 액체 연료로 변환시킬 수 있는 화합물, 훨씬 더 효율적인 태양전지 등을 꿈꾸고 있다.

분자를 기존 컴퓨터로 모델링하는 것은 엄청 어렵기 때문에 위와 같은 것들을 가지고 있지 못하다. 비교적 단순한 분자에서의 전자 거동을 모사하는 시도조차 요즘 컴퓨터의 계산 능력을 훨씬 넘어선다.

하지만 디지털 비트 대신에 1s와 0s인 쿼비트를 이용하는 양자컴퓨터에선 기본적인 문제이다. 최근IBM의 연구원들은 세 개의 원자로 구성되는 작은 분자를 모델링 하기 위해 7쿼비트 양자컴퓨터 한 대를 이용했다.

과학자들이 더 많은 쿼비트를 가진 컴퓨터를 만들어낸다면 크기가 더 크고 관심을 가지고 있는 분자들을 정확히 모델링할 수 있게 될 것이다.

출처: 10 breakthrough technologies 2018, MIT Technology Review.