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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 삼각함수에서 발견하는 혁신성장 방안

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알고보면 유용한 삼각함수 곱셈 공식

고등학교 수학II 과목에서 배우는 개념이 삼각함수이다. 사실 삼각함수 단원에서, 왜 배워야 하는지, 어디에 쓰이는지 잘 배우지 못하고, 설명도 없이 공식을 외우고 문제를 풀었다.

 김정호 카이스트 교수

삼각함수의 가치는 우리 자연계의 현상 대부분이 주기성을 갖고 있다는 사실에 있다. 그 주기성을 갖는 자연현상을 설명하는 데 삼각함수가 아주 유용하게 쓰인다. 태양을 중심으로 공전하는 지구, 지구의 자전을 비롯한 우주의 현상뿐만 아니라 우리 몸 속의 심장의 박동도 주기성을 갖고 있다.

4차 산업혁명으로 들어오면 반도체 내의 회로, 컴퓨터도 주기를 갖는 시계(clock)에 맞추어 서로 약속된 동작을 한다. 5G 통신에서도 3.4~6GHz, 혹은 28GHz 전자파를 사용하게 되는데, 이 전자파도 주기성을 갖는 삼각함수 (sine wave)이면서 공간으로 빛의 속도로 전파한다. 이때 1초에 시간에 따라 신호가 진동하는 횟수를 주파수(f, frequency)라고 한다.

수학II 과목에서 삼각함수의 특징을 이해하고 해석하기 위해서 여러 종류의 수식을 배우고 실습한다. 그런데 수식이 복잡해서 단순히 외워서 사용했다. 그 중에서 가장 복잡한 수식이 삼각함수 곱하기 공식이다. 두 개의 삼각함수가 곱해지면 그 결과가 어떻게 되는가 하는 결과를 보여 주는 수식이다.

공식에 의하면 예를 들어 주파수 f1 인 삼각함수와 주파수 f2 인 삼각함수가 곱해지면 새로운 삼각함수가 만들어 진다. 그런데 그 새 삼각함수의 주파수가 f1+f2, f1-f2 로 생성된다. 이처럼 새로운 삼각함수의 주파수는 기존의 두 개의 주파수 합과 주파수 차로 이루어진 새로운 2 개의 서로 다른 주파수를 가진 삼각함수가 만들어 진다.

따라서 자연계에서 두 개의 각각 다른 주기를 가진 현상이 만나서 곱하기 동작을 하면 새로운 주파수가 만들어지는 현상을 이처럼 설명할 수 있다. 일종의 주파수 더하기, 빼기 혹은 변환기가 되는 셈이다. 5G 통신을 위한 송수신 회로에는 이러한 주파수 곱하기 기능을 담당하는 소자를 신호 혼합기(Mixer)라고 부른다. 주로 반도체 트랜지스터의 비선형성 성질을 이용해서 수학적으로는 곱하기, 기능적으로는 신호 혼합기가 이런 역할을 만든다. 반도체 트랜지스터의 불량한 비선형 성격을 이용해서 곱하기를 한다.

그러니 고등학교 때 배운 삼각함수 곱하기 공식의 원리는 5G 통신 시스템에 핵심적으로 사용하는 원리로 사용된다. 그걸 고등학교 때 미리 알기는 어렵겠다.

삼각함수 곱셈 공식, [출처: 네이버 블로그 삼각함수 공식 총정리]


5G 송수신기에 필요한 신호 혼합기

5G 통신에서 고주파 전자파를 사용하려는 이유는 제일 먼저 무선통신으로 보내는 데이터 용량을 높이기 위해서이다. 그런데 고주파를 사용하면 신호 감쇄가 크고, 전파의 직진성이 크다. 그대신 전자파 파장의 크기가 작아 안테나 크기를 줄일 수 있다. 한편 5G 무선 통신 시스템에는 이와 같은 안테나뿐만 아니라, 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier), 신호 혼합기(Mixer), 저대역 필터(잡음 제거기), ADC(아날로그 디지털 변환기) 등이 포함된다. 이 소자들 역시 고주파 대역의 특징을 잘 살려 설계해야 한다.

그런데 여기에서 고주파 전자파에 디지털 데이터 신호를 싣는 장치가 바로 신호 혼합기(Mixer)이다. 여기에서 전자파와 디지털 데이터가 수학적으로 곱해진다. 그러면 이 혼합기에서 전자파 주파수 fr 과 디지털 데이터 주파수 fd 가 섞이게 된다. 그래서 새로운 주파수 fr+fd, fr-fd 가 새로 생성된다. 디지털 데이터 신호를 그대로 공간으로 전파할 수 없다. 공간으로의 전파는 고주파 전자파를 이용해야 한다.

그래서 이 신호 혼합기에서 두 신호를 섞어야 한다. 이처럼 고등학교 수학 교과서에 배운 삼각함수 곱셈 공식의 원리가 5G 통시 시스템에서 고주파 전자파 주파수와 디지털 데이터 전자파 주파수를 섞는 원리가 된다.

신호 혼합기(Mixer)가 포함된 RF 수신기 구조, [출처: 아날로그 디바이시스(Analog Devices)]
 
RF 신호 혼합기(Mixer)가 포함된 모듈 사진. [출처: 디지키(Digikey)]


다양한 분야의 융합 통해 혁신해야 

5G 통신 시스템에서는 신호 혼합기에서 보는 사례처럼, 실제 서로 다른 신호, 서로 다른 주파수, 서로 다른 영역의 기술이 융합되는 경우가 많이 있다. 그 융합은 디지털 신호와 아날로그 신호, 디지털 신호와 고주파 신호, 전력 전송과 신호 전달 등 서로 다른 분야가 합쳐져서 구현되고 있다. 4차 산업혁명 시대의 새로운 기술은 다양한 영역의 기술 융합으로부터 나올 수 밖에 없다.

새로운 산업과 일자리 창출도 마찬가지이다. 한 분야만의 혁신은 거의 종말에 가까이 왔다. 이제는 융합을 통한 성장의 시대이다.

4차 산업혁명 시대에는 이러한 융합의 중심이 인공지능과 빅데이터가 될 것으로 예측한다. 특히 인공지능과 빅데이터 기술이 의료, 금융, 보험, 행정, 교육, 서비스, 교통, 환경, 생산, 에너지, 자원, 우주 등 다양한 전 분야와 결합해서 효율을 높이고 생산성을 향상 시킬 것으로 본다. 긍정적으로 본다면 인간에게 노동, 자원, 시간의 자유를 선물할 수도 있다. 이것이 혁신 성장을 의미한다. 그 혁신성장을 인공지능과 빅데이터 중심의 융합으로 만들 수 있다.

 

 

joungho@kaist.ac.kr  

   

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]   

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다이슨, 68만원 전동 칫솔 공개 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 고가의 무선청소기와 헤어드라이기로 유명한 영국 가전기업 다이슨이 인공지능(AI) 탑재 전동 칫솔을 선보이며 구강케어 시장에 도전장을 내밀었다.  1일(현지시간) 월스트리트저널(WSJ)은 다이슨이 초소형 카메라와 AI 기술을 탑재해 칫솔질과 치실 기능을 동시에 수행하는 신제품 '다이슨 카메라제트(CameraJet)' 칫솔을 공개했다고 보도했다. 이번 신제품은 평소 치과 스케일링 치료에 극심한 공포와 불편함을 느꼈던 제임스 다이슨(79) 창업자의 개인적 경험에서 출발했다. 다이슨은 인터뷰에서 "나는 치실 사용을 꽤 꼼꼼하게 하는 편인데도, 치과 위생사는 뾰족한 곡괭이 같은 기구로 치석을 깎아낸다. 매번 갈 때마다 큰 스트레스였다"며 개발 배경을 밝혔다. 다이슨 엔지니어진이 6년간 개발한 이 제품은 헤드 부분에 장착된 초소형 카메라가 초당 28장의 실시간 이미지를 분석해 치아 사이의 틈새를 식별한다. 틈새가 감지되면 원깔때기 형태의 구강청결제를 순간적으로 분사해 플라크(치태)를 제거하는 방식이다. 기기를 기울이거나 뒤집어도 액체가 일정하게 분사되도록 무중력 탱크와 전용 펌프 메커니즘을 적용했다. 제품은 이달부터 세포라, 베스트바이, 아마존 등에서 세라믹 핑크와 블루 색상으로 우선 판매되며, 가을 중 코스트코에도 입점할 예정이다. 칫솔 가격은 499달러로, 한화로 약 68만 원이다. 여기에 기기와 카메라 시야를 가리지 않도록 특수 제작된 전용 '거품 없는 치약'도 있다.  다이슨 특유의 과감한 사업 방식도 눈길을 끈다. 별도의 구체적인 매출 목표나 비즈니스 플랜을 세우지 않고 제품을 출시했다는 그는 "매출 규모가 얼마나 될지 전혀 예측할 수 없다"면서도 "상업적으로 실패하더라도 과거 전기차 프로젝트처럼 수용하고 중단하면 될 뿐"이라고 덧붙였다. [사진= 다이슨 영국 홈페이지] wonjc6@newspim.com 2026-09-02 10:48
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평균급여 1억 넘는 '톱10' 기업은 [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 국내 500대 기업의 올 상반기 직원 1인당 평균급여가 5500만원에 육박한 것으로 나타났다. 한국금융지주는 1억8400만원으로 가장 높았고 금융권을 제외하면 SK하이닉스가 1억4400만원으로 1위를 차지했다. 2일 기업데이터연구소 CEO스코어가 500대 기업 가운데 2025년과 2026년 반기 급여 비교가 가능한 345개사를 분석한 결과, 올 상반기 직원 1인당 평균급여는 5499만원으로 집계됐다. 지난해 같은 기간 5136만원보다 7.1%(363만원) 늘었다. [사진=CEO스코어] 기업별로는 한국금융지주가 1억8400만원으로 가장 높았다. 메리츠증권(1억6521만원), 한국투자증권(1억6200만원), 유안타증권(1억4900만원), SK하이닉스(1억4400만원)가 뒤를 이었다. 상반기 평균급여가 1억원을 넘은 기업은 모두 20곳이었다. 이 가운데 증권사가 12곳, 금융지주가 5곳으로 대부분을 차지했다. 비금융권에서는 SK하이닉스와 두나무, 두산 등 3곳만 이름을 올렸다. 업종별 평균급여는 금융지주가 1억1388만원으로 가장 높았고 증권(1억710만원), 통신(6967만원), 은행(6700만원) 순이었다. 평균급여가 가장 낮은 곳은 이랜드월드로 1700만원이었다. 한국금융지주와의 격차는 1억6700만원으로 10.8배에 달했다. CJ프레시웨이(1900만원), 현대그린푸드(2032만원) 등도 하위권에 머물렀다. syu@newspim.com 2026-09-02 10:18
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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