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컴퓨터의이해 9강 - 4차 산업혁명과 미래사회

컴퓨터의이해 9강 - 4차 산업혁명과 미래사회

4차 산업혁명의 정의와 핵심 특성, 기술융합이 미래사회에 가져올 변화를 살펴본다. 이어서 사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 인공지능의 개념과 관련 기술, 활용 사례를 체계적으로 학습한다.

제1장 4차 산업혁명의 개요

1. 산업혁명의 발전

4차 산업혁명은 Fourth Industrial Revolution 또는 4IR이라고 하며 Industry 4.0과 관련하여 설명된다. 클라우스 슈밥은 2016년 세계경제포럼에서 4차 산업혁명의 도래를 본격적으로 제시하였다. 이전 산업혁명의 연장선에 있으면서도 변화의 속도와 범위, 사회 전체 시스템에 미치는 영향에서 새로운 단계로 평가된다.

구분핵심 동력주요 변화
1차 산업혁명물과 증기력생산의 기계화
2차 산업혁명전력대량생산 체제
3차 산업혁명전자 및 정보기술생산 자동화와 디지털 혁명
4차 산업혁명인공지능과 융합기술물리·디지털·생물학 영역의 융합

4차 산업혁명은 지난 세기 중반부터 시작된 디지털 혁명, 즉 3차 산업혁명을 기반으로 한다. 그러나 물리적 영역과 디지털 영역, 생물학적 영역 사이의 경계를 흐리게 만드는 기술융합이 두드러진다. 변화는 선형적인 속도보다 기하급수적인 속도로 진행되며, 특정 산업에만 머물지 않고 생산, 생활, 제도와 가치관을 포함한 전체 시스템에 영향을 준다.

4차 산업혁명의 판단 기준

클라우스 슈밥은 현재의 변화가 단순한 3차 산업혁명의 연장이 아닌 이유로 속도, 범위, 시스템 영향을 제시한다.

2. 4차 산업혁명의 특성

첫 번째 특성은 초연결이다. 사람과 사람, 사람과 사물, 사물과 사물이 네트워크로 연결되어 데이터를 교환한다. 사물인터넷(IoT), 만물인터넷(IoE), 클라우드 컴퓨팅은 초연결 환경을 구성하는 대표 기술이다.

두 번째 특성은 기술의 융합이다. 가상물리 시스템(CPS), 혼합현실(MR), 인공지능, 3D 프린팅 같은 기술이 결합하여 현실의 생산과 생활을 디지털 정보와 연결한다. 개별 기술의 성능뿐 아니라 여러 기술이 서로 데이터를 주고받고 하나의 서비스로 통합된다는 점이 중요하다.

세 번째 특성은 초지능이다. 사물지능(AI of Things)은 인공지능과 사물인터넷을 결합한 개념이다. 인간이 매번 개입하지 않아도 센서가 데이터를 수집하고 인공지능이 이를 분석하며, 사물들이 다른 사물이나 사람과 자율적으로 상호작용한다.

특성핵심 내용관련 예
초연결사람과 사물, 사물과 사물을 네트워크로 연결IoT, IoE, 클라우드
초융합물리·디지털·생물학 기술과 서비스 결합CPS, MR, AI, 3D 프린팅
초지능수집된 데이터를 지능적으로 분석하고 자율 상호작용AIoT, 지능형 사물

3. 미래사회의 변화

기술융합은 새로운 산업과 일자리를 만들 수 있지만 기존 업무의 자동화로 일자리가 감소하거나 고용이 불안해지는 사회문제도 일으킬 수 있다. 따라서 기술 발전의 성과뿐 아니라 노동 전환, 교육, 안전망과 같은 사회적 대응을 함께 고려해야 한다.

도시, 공장, 의료, 교통, 교육 등 여러 분야가 스마트화된다. 데이터와 지능형 기술을 이용해 서비스의 효율성과 편의성을 높일 수 있지만, 디지털 기기에 지나치게 의존하면 인문학적 지식, 기억력과 인지능력이 약화될 수 있다는 우려도 있다.

편리한 소통은 재택근무, 원격교육, 원격진료를 가능하게 한다. 반면 네트워크 연결이 확대될수록 해킹과 사생활 침해의 위험도 증가한다. 경제 질서는 소유 중심에서 공유 중심으로 변화하여 렌털과 카셰어링 같은 서비스가 확산되지만, 기존 이해관계자와의 갈등과 가치관의 혼란이 생길 수 있다.

균형 있는 관점

4차 산업혁명은 편의와 효율, 신산업을 제공하는 동시에 고용불안, 보안, 사생활, 디지털 의존, 이해관계 충돌을 일으킬 수 있다. 효과와 위험을 함께 평가해야 한다.

제2장 사물인터넷

1. 사물인터넷의 개념

사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 사물에 센서, 처리장치와 소프트웨어를 탑재하고 인터넷 등의 통신망으로 다른 사물이나 시스템에 연결하여 데이터를 교환하는 기술과 환경이다. 사람의 직접 입력만을 기다리는 것이 아니라 사물이 주변 상태를 감지하고 데이터를 전송하며 서비스가 그 결과에 반응한다.

연결 범위는 M2M에서 IoT, IoE로 확대된다. M2M은 기계와 기계 사이의 통신에 초점을 둔다. IoT는 다양한 사물을 인터넷으로 연결하고, IoE는 사물뿐 아니라 사람, 프로세스와 데이터까지 포괄하는 만물인터넷의 방향을 나타낸다.

IoT 처리 흐름

센서가 현실의 상태를 감지 → 유무선 네트워크로 데이터 전달 → 서비스가 데이터를 처리·분석 → 인터페이스를 통해 제어하거나 사용자에게 결과 제공

2. 사물인터넷의 관련 기술

기술역할
센싱 기술온도, 위치, 움직임, 생체신호 등 현실의 상태를 데이터로 수집
유무선 통신 및 네트워크 인프라사물과 시스템 사이에서 데이터를 전달
IoT 서비스 인터페이스 기술수집한 데이터를 서비스와 연결하고 사용자 또는 다른 시스템과 상호작용
IoT 보안 기술기기 인증, 데이터 보호, 불법 접근과 제어 방지

이 네 기술은 서로 독립적으로 완성되는 것이 아니다. 센서가 정확히 데이터를 수집해도 네트워크가 불안정하면 전달할 수 없고, 인터페이스가 없으면 유용한 서비스로 제공하기 어렵다. 연결된 기기가 많아질수록 공격 지점도 늘어나므로 보안은 설계 초기부터 함께 고려해야 한다.

3. 사물인터넷의 활용 사례

스마트 홈은 조명, 냉난방, 보안, 가전제품을 연결하여 상태를 확인하고 원격 또는 자동으로 제어한다. 스마트 헬스케어는 웨어러블 기기와 의료기기에서 건강 데이터를 수집해 건강관리와 진료를 지원한다.

스마트 시티는 교통, 환경, 에너지, 안전과 도시시설에서 수집한 데이터를 이용해 도시 운영을 효율화한다. 스마트 팩토리는 기계와 공정 데이터를 연결하여 생산 상태를 실시간으로 파악하고 자동화와 품질관리를 지원한다. 스마트 카 또는 커넥티드 카는 차량이 외부 네트워크, 다른 차량과 서비스에 연결되어 지도, 교통, 진단과 제어 정보를 활용한다.

사례연결 대상과 활용
스마트 홈가전·조명·보안·냉난방의 자동 및 원격 제어
헬스케어생체·건강 데이터 수집과 건강관리 지원
스마트 시티교통·환경·안전·에너지 데이터 기반 도시 운영
스마트 팩토리설비와 공정 연결, 생산 자동화와 품질관리
스마트 카차량·교통·지도·외부 서비스 연결

제3장 클라우드 컴퓨팅

1. 클라우드 컴퓨팅의 개념

클라우드 컴퓨팅은 사용자에게 컴퓨팅 장비나 환경을 인터넷을 통해 제공하는 기술이다. 사용자는 서버, 저장공간, 플랫폼, 응용 소프트웨어를 직접 모두 소유하고 관리하기보다 필요한 자원을 네트워크로 이용하며 사용한 만큼 비용을 지불할 수 있다.

컴퓨팅 환경은 개인용 PC와 노트북 중심의 독립 환경에서 서버·클라이언트 환경을 거쳐 클라우드 환경으로 발전하였다. 클라우드에서는 서버, 저장장치, 네트워크, 플랫폼과 소프트웨어가 데이터센터에 구성되고 사용자는 다양한 단말기로 접속한다.

2. 클라우드 서비스 모델

클라우드 서비스는 제공하는 자원의 범위에 따라 IaaS, PaaS, SaaS로 구분한다. IaaS는 서버, 저장공간, 네트워크와 가상화 같은 기반 자원을 제공한다. PaaS는 기반 자원에 운영체제, 실행환경과 개발 플랫폼을 더해 응용 프로그램을 개발하고 배포하게 한다. SaaS는 완성된 응용 소프트웨어를 인터넷으로 제공한다.

모델제공 범위이용자 관점
IaaS가상 서버, 저장공간, 네트워크 등 인프라운영체제와 응용환경을 직접 구성
PaaS인프라와 운영체제, 개발·실행 플랫폼인프라 관리 부담을 줄이고 응용 개발에 집중
SaaS인터넷으로 이용하는 완성된 응용 소프트웨어설치·관리 부담 없이 기능을 서비스로 사용

구분 방법

IaaS는 장비에 가까운 기반, PaaS는 개발과 실행 환경, SaaS는 사용자가 바로 이용하는 완성된 소프트웨어를 제공한다.

3. 장점과 단점

구분내용
장점초기 비용이 적고 사용한 만큼 비용을 지불하며, 다양한 기기로 접속하고 데이터를 별도 공간에 보관할 수 있음
단점데이터 손실과 개인정보 유출 가능성, 맞춤형 서비스의 어려움, 통신환경에 따른 품질 저하 가능성

클라우드의 데이터 보관은 단말기 고장으로부터 자료를 보호하는 데 도움이 될 수 있지만 서비스 장애나 관리 문제로 데이터가 손실될 가능성이 완전히 사라지는 것은 아니다. 또한 인터넷을 통해 데이터가 저장·처리되므로 개인정보 보호와 접근권한 관리가 중요하다.

4. 관련 기술과 활용 사례

가상화는 하나의 물리적 컴퓨팅 자원을 여러 가상 자원처럼 나누어 사용하게 한다. 분산컴퓨팅은 여러 컴퓨터가 작업을 나누어 처리하게 하며, 오픈 인터페이스는 서로 다른 서비스와 시스템이 표준화된 방식으로 연결되도록 돕는다.

클라우드 활용 사례에는 인터넷으로 응용 소프트웨어를 사용하는 방식, 차량 내비게이션의 지도 데이터를 최신 상태로 제공하는 방식, 금융 서비스와 인터넷 강의가 있다. 이용자는 특정 장소와 단말기에 묶이지 않고 네트워크를 통해 필요한 기능과 콘텐츠에 접근한다.

제4장 빅데이터

1. 빅데이터의 개념

빅데이터는 기존에 이용하던 데이터 처리 프로그램으로 처리하기에는 너무 크거나 복잡한 데이터 집합을 체계적으로 분석하여 정보를 추출하거나 처리하는 방법을 다루는 분야이다. 데이터 규모가 커졌다는 사실만이 아니라 생성 속도, 형태의 다양성, 신뢰성과 활용가치까지 함께 고려한다.

시대별 데이터양은 메인프레임, PC, 인터넷과 모바일, 소셜미디어와 클라우드, 사물인터넷 시대로 발전하며 급격히 늘어났다. 특히 센서, 차량운행, 공장설비, 모바일 서비스, SNS 등에서 데이터가 지속적으로 생성되면서 기존 방식만으로 관리하기 어려워졌다.

2. 빅데이터의 5V

특징영문의미
크기Volume처리해야 할 데이터의 방대한 양
속도Velocity데이터가 빠르게 생성·유입되고 처리되어야 하는 특성
다양성Variety문자, 영상, 음성, 센서 등 서로 다른 형식
정확성Veracity데이터의 신뢰도와 품질
가치Value분석을 통해 유용한 의미와 효과를 얻는 정도

5V 암기

Volume, Velocity, Variety, Veracity, Value는 각각 크기, 속도, 다양성, 정확성, 가치를 뜻한다.

3. 빅데이터 관련 기술

빅데이터 활용은 데이터의 수집, 저장, 처리, 분석, 표현이 연결된 과정이다. 수집 단계에서는 내부 시스템, 웹, SNS, 센서와 장치에서 데이터를 가져온다. 저장 단계에서는 대량의 정형·비정형 데이터를 안정적으로 보관한다.

처리 단계에서는 분산처리와 실시간처리 등으로 데이터를 분석 가능한 형태로 가공한다. 분석 단계에서는 통계, 데이터마이닝과 학습기법을 통해 패턴과 관계를 찾는다. 표현 단계에서는 표, 그래프, 대시보드와 시각화를 통해 분석 결과를 사용자가 이해하고 의사결정에 활용하게 한다.

전체 과정

데이터를 많이 모으는 것만으로 빅데이터의 가치가 생기지 않는다. 수집 → 저장 → 처리 → 분석 → 표현의 전 과정이 연결되어야 정보와 통찰을 얻을 수 있다.

4. 활용 사례

의료 분야에서는 질병 발생과 환자 데이터를 분석하여 보건 현황 파악과 의료 의사결정을 지원한다. 강의록은 WHO의 코로나19 현황 데이터를 의료 분야 사례로 제시한다. 상권 분석에서는 지역별 매출, 유동인구와 업종 데이터를 분석하여 창업과 점포 운영 판단을 돕는다.

교육 분야에서는 학습자의 참여, 성취도와 학습 활동 데이터를 분석하여 교육과정과 학습 지원을 개선할 수 있다. 이처럼 빅데이터는 의료, 경제·상권, 교육 등 여러 분야에서 현상을 파악하고 더 나은 결정을 내리는 자료로 활용된다.

제5장 인공지능

1. 인공지능의 개념

인공지능(Artificial Intelligence, AI)은 인간처럼 사고하고 감지하고 행동하도록 설계된 일련의 알고리즘 체계이다. 또한 인간의 지능을 컴퓨터 시스템으로 만들거나 그렇게 만들 수 있는 방법을 연구·개발하는 컴퓨터과학의 한 영역을 뜻한다.

인공지능은 가장 넓은 개념이고, 머신러닝은 데이터에서 규칙을 학습하는 인공지능의 한 분야이다. 딥러닝은 다층 신경망을 이용하는 머신러닝의 한 분야이다. 따라서 관계는 인공지능이 머신러닝을 포함하고 머신러닝이 딥러닝을 포함하는 형태로 이해할 수 있다.

포함 관계

인공지능 ⊃ 머신러닝 ⊃ 딥러닝

2. 인공지능 관련 기술

탐색은 가능한 상태와 선택지 가운데 문제 해결에 이르는 경로를 찾는 기술이다. 지식표현은 현실의 사실과 관계, 규칙을 컴퓨터가 처리할 수 있는 형태로 나타낸다. 지능형 에이전트는 환경을 감지하고 목표에 따라 판단하여 행동하는 시스템이다.

기계학습은 데이터와 경험을 바탕으로 성능을 개선하는 방법이다. 지도학습은 입력과 정답이 함께 주어진 데이터로 학습한다. 비지도학습은 정답 없이 데이터에 숨어 있는 구조나 집단을 찾는다. 강화학습은 환경에서 행동하고 받은 보상이나 벌을 바탕으로 더 나은 행동 전략을 학습한다.

학습 방식학습 자료와 원리핵심 목표
지도학습입력과 정답이 표시된 데이터새 입력의 정답이나 값을 예측
비지도학습정답 표시가 없는 데이터유사한 집단, 구조와 패턴 발견
강화학습행동 결과로 받는 보상누적 보상을 높이는 행동 전략 학습

3. 인공지능 활용 사례

번역기와 통역기는 언어 데이터를 분석해 다른 언어로 변환하고, 스마트 스피커는 음성을 인식하여 질문에 답하거나 기기를 제어한다. 차량용 내비게이션은 지도, 교통과 위치 데이터를 이용해 경로를 안내한다.

자율주행 자동차는 센서로 주변 환경을 감지하고 인공지능으로 차선, 차량, 보행자와 교통상황을 판단해 주행을 제어한다. 기상예보와 기후변화 예측에서는 대규모 관측자료를 분석하여 미래의 기상과 기후 변화를 예측하는 데 활용한다.

네 기술의 연결

IoT가 현실의 데이터를 수집하고, 클라우드가 저장·처리 자원을 제공하며, 빅데이터 기술이 대규모 데이터를 정리·분석한다. 인공지능은 그 데이터를 학습하여 예측과 자율적인 판단을 수행한다.

핵심 개념 정리

4차 산업혁명

3차 산업혁명의 디지털 기술을 기반으로 물리·디지털·생물학 영역이 융합되는 변화이다. 초연결, 초융합, 초지능을 특징으로 하며 속도, 범위와 시스템 영향에서 이전과 구별된다.

미래사회

기술융합은 신산업과 스마트 서비스를 만들고 재택근무·원격교육·원격진료를 확대한다. 동시에 일자리 감소, 해킹, 사생활 침해, 인지능력 저하, 공유경제의 이해관계 충돌도 일으킬 수 있다.

사물인터넷과 클라우드

IoT는 센싱, 네트워크, 서비스 인터페이스, 보안을 통해 사물 데이터를 연결한다. 클라우드는 인터넷으로 컴퓨팅 자원을 제공하며 IaaS, PaaS, SaaS로 구분하고 가상화·분산컴퓨팅·오픈 인터페이스를 활용한다.

빅데이터와 인공지능

빅데이터는 기존 방식으로 처리하기 어려운 데이터에서 정보를 추출하는 분야이며 5V와 수집·저장·처리·분석·표현 기술이 핵심이다. 인공지능은 인간의 지능적 사고·감지·행동을 구현하며 탐색, 지식표현, 에이전트와 지도·비지도·강화학습을 활용한다.

최종 정리

4차 산업혁명의 핵심은 개별 기술 하나가 아니라 연결과 융합이다. 시험에서는 3대 특성, 미래사회의 긍정·부정 변화, IoT 관련 기술, 클라우드 서비스 모델, 빅데이터 5V와 처리 단계, 인공지능의 포함 관계와 기계학습 방식을 정확히 구분해야 한다.

예상문제 20선

1. 4차 산업혁명을 2016년 세계경제포럼에서 본격적으로 제시한 인물은?

정답입니다.

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정답: ①
클라우스 슈밥은 2016년 세계경제포럼에서 4차 산업혁명의 도래와 특징을 제시하였다.

2. 3차 산업혁명의 핵심 변화는?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
3차 산업혁명은 전자 및 정보기술을 활용해 생산을 자동화한 디지털 혁명이다.

3. 사물지능(AIoT)에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
AIoT는 인공지능과 사물인터넷을 결합하여 센서 데이터의 분석과 자율적인 상호작용을 가능하게 한다.

4. 미래사회의 변화로 강의록에서 제시하지 않은 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ④
강의록은 공유경제가 이해당사자 간 갈등과 가치관 혼란을 일으킬 수 있다고 설명한다.

5. 사물인터넷의 센싱 기술이 담당하는 기능은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ①
센싱 기술은 온도, 위치, 움직임, 생체신호 등 현실 환경의 상태를 데이터로 변환한다.

6. 사물인터넷 관련 기술에 포함되지 않는 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
IoT의 핵심 관련 기술은 센싱, 유무선 네트워크, 서비스 인터페이스와 보안이다.

7. 공장의 설비와 공정을 연결해 생산 자동화와 품질관리를 지원하는 사례는?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
스마트 팩토리는 생산설비와 공정 데이터를 연결하여 자동화, 상태관리와 품질관리를 지원한다.

8. 클라우드 컴퓨팅의 설명으로 옳은 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ④
클라우드는 서버, 저장공간, 플랫폼과 소프트웨어를 인터넷으로 제공하며 사용한 만큼 비용을 지불할 수 있다.

9. 가상 서버, 저장공간과 네트워크 등 기반 자원을 제공하는 서비스 모델은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ①
IaaS는 Infrastructure as a Service로 서버, 스토리지, 네트워크 등 인프라를 제공한다.

10. 완성된 응용 소프트웨어를 인터넷으로 제공하는 모델은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
SaaS는 사용자가 설치·관리 부담 없이 완성된 응용 소프트웨어를 서비스로 이용하게 한다.

11. 클라우드 컴퓨팅의 단점으로 가장 적절한 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
클라우드는 인터넷으로 자원에 접근하므로 통신속도나 장애에 따라 품질이 달라질 수 있다.

12. 하나의 물리적 자원을 여러 가상 자원처럼 나누어 쓰는 기술은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ④
가상화는 물리적 서버와 저장장치 등의 자원을 논리적인 여러 자원으로 나누어 효율적으로 사용하게 한다.

13. 빅데이터의 5V 가운데 데이터 형식의 여러 종류를 뜻하는 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ①
Variety는 문자, 영상, 음성, 센서 데이터처럼 데이터 형식이 다양하다는 특성이다.

14. 빅데이터의 Veracity가 의미하는 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
Veracity는 분석에 사용하는 데이터가 얼마나 정확하고 믿을 수 있는지를 나타낸다.

15. 빅데이터 처리과정의 올바른 순서는?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
데이터를 먼저 수집·저장하고 분석 가능한 형태로 처리한 뒤 분석하여 결과를 시각적으로 표현한다.

16. 인공지능, 머신러닝, 딥러닝의 포함 관계로 옳은 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ④
머신러닝은 인공지능의 한 분야이고 딥러닝은 머신러닝의 한 분야이다.

17. 입력 데이터와 정답을 함께 제공하여 학습하는 방식은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ①
지도학습은 입력과 그에 대응하는 정답이 표시된 데이터로 예측 규칙을 학습한다.

18. 정답 표시 없이 데이터의 구조나 집단을 발견하는 방식은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ②
비지도학습은 정답 레이블 없이 데이터의 유사성, 군집과 숨은 구조를 찾는다.

19. 행동 결과로 받은 보상을 이용해 전략을 개선하는 학습 방식은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ③
강화학습은 환경에서 행동하고 그 결과의 보상을 바탕으로 누적 보상을 높이는 전략을 학습한다.

20. 4차 산업혁명 기술의 연결을 가장 바르게 설명한 것은?

정답입니다.

오답입니다. 답안을 다시 선택해 보세요.

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정답: ④
네 기술은 연결되어 현실 데이터를 수집하고 저장·처리·분석한 뒤 지능적인 예측과 자율 판단을 만든다.

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