세계의 도시는 급속한 도시화와 인구·산업의 집중으로 교통 및 물류 혼잡, 주거 불안, 노후 인프라, 기후재난, 공공행정 수요 증가 등 복합적인 문제에 직면하고 있다. 도시문제의 규모와 상호연계성이 확대되면서 물리적 인프라의 추가 공급이나 개별 부문 중심의 관리만으로는 변화하는 도시 수요와 위험에 효과적으로 대응하기 어려워지고 있다.

이에 도시 발전의 패러다임도 통신 인프라 구축 중심의 유비쿼터스 도시(U-City)와 데이터 수집·연계 중심의 스마트시티(Smart City)를 넘어, 인공지능을 도시 운영과 의사결정에 본격적으로 활용하는 지능형 도시, 즉 ‘AI 시티(AI City)’로 확장되고 있다.

AI 시티는 단순히 도시 데이터를 수집하거나 일부 업무를 자동화하는 수준을 의미하지 않는다. 사물인터넷(IoT), 디지털 트윈(Digital Twin), 엣지 컴퓨팅(Edge Computing), 고성능 컴퓨팅(HPC), 차세대 통신망과 인공지능을 결합하여 현실 공간의 상태와 변화를 실시간으로 파악하고, 도시문제를 예측·분석하며, 대응 방안을 도출하는 통합적인 도시 운영 모델이다. 특히 생성형 AI와 거대언어모델(LLM), 에이전틱 AI 및 다중 에이전트 시스템의 발전은 교통, 에너지, 환경, 방재, 행정 등 분절되어 운영되던 도시 기능을 유기적으로 연계할 수 있는 새로운 가능성을 제시하고 있다.

이를 통해 도시 운영은 문제가 발생한 이후 조치하는 사후 대응형 방식에서 위험을 사전에 감지하고 예방하는 예측·선제 대응형 방식으로 전환되고 있다.

세계 주요국과 도시들은 AI 시티를 미래 도시 경쟁력과 산업 혁신을 좌우할 핵심 인프라로 인식하고 관련 기술과 제도를 적극적으로 구축하고 있다. 중국의 주요 도시들은 ‘시티 브레인(City Brain)’과 같은 대규모 데이터 기반 도시 운영 플랫폼을 통해 교통·안전·환경 분야의 통합 관리를 확대하고 있다.

반면 암스테르담, 헬싱키, 바르셀로나를 비롯한 유럽 도시와 몬트리올 등 북미의 선도 도시들은 시민의 권리, 데이터 주권, 알고리즘 투명성 및 개방형 기술 생태계를 중시하는 인간 중심의 AI 도시 모델을 모색하고 있다.

이에 따라 AI 시티를 둘러싼 경쟁은 단순한 기술 도입을 넘어 데이터 거버넌스, 시스템 간 상호운용성, 특정 공급업체에 대한 종속 방지, 공공성과 시민 신뢰를 확보하는 방향으로 확대되고 있다.

그러나, AI 시티의 구축과 운영에는 해결해야 할 과제도 적지 않다. 대규모 인프라 구축에 필요한 초기 투자비용(CAPEX)과 지속적인 운영비용(OPEX)은 지방정부와 공공기관에 상당한 재정 부담을 초래할 수 있다. 또한 알고리즘 편향으로 인한 차별과 소외계층의 배제, 개인정보 침해, 도시 기반시설을 대상으로 한 사이버 공격, 데이터와 AI 모델에 대한 특정 기업의 독점 가능성도 주요 위험요인으로 지적된다.

따라서 성공적인 AI 시티를 구현하기 위해서는 기술적 효율성뿐 아니라 제로 트러스트(Zero Trust), 양자내성암호(PQC) 등 다층적 보안체계, 데이터 보호와 알고리즘 투명성, 명확한 책임체계, 디지털 취약계층을 포용하는 인간 중심의 ESG 거버넌스가 함께 마련되어야 한다.

본 보고서는 이러한 변화에 대응하여 AI 시티의 등장 배경과 개념적 특성을 살펴보고, 도시 데이터 수집과 공간 지능화, 디지털 트윈, 엣지 컴퓨팅, 생성형 AI와 에이전틱 AI, 고성능 컴퓨팅 및 차세대 통신·보안 인프라 등 주요 기반 기술을 종합적으로 분석하였다.

또한 자율주행과 도심항공교통, 지능형 대중교통, 스마트 에너지·환경 관리, 공공안전, 헬스케어 및 복지 등 주요 적용 분야를 검토하고, 국내외 선도 도시와 대규모 실증사업의 추진 사례를 정리하였다.

아울러 AI 시티 확산 과정에서 나타날 수 있는 경제적·제도적 제약, 데이터 프라이버시, 사이버 보안, 알고리즘 편향과 사회적 불평등 문제를 함께 분석함으로써 기술적 가능성과 현실적인 한계를 균형 있게 제시하고자 하였다.

AI 시티는 특정 기술이나 단일 플랫폼만으로 완성되는 것이 아니라, 도시 인프라와 데이터, 인공지능, 제도, 산업 생태계 및 시민 참여가 유기적으로 결합될 때 지속 가능한 형태로 발전할 수 있다.

본 보고서가 인공지능 기반 미래 도시를 기획하고 관련 정책과 연구개발, 사업 전략을 수립하는 정책 입안자, 지방정부 및 공공기관 실무자, 연구자와 관련 기업들에게 유용한 기초자료로 활용되기를 기대한다.