[사물인터넷] 시공 초월해 정보 얻고 기능 수행한다

[사물인터넷] 시공 초월해 정보 얻고 기능 수행한다

IOT 센서기술, 바이오 나노 기술 융합으로 나노화 경향 뚜렸

이강복 한국전자통신연구원 |입력 : 2014.07.09 14:25

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최근 사물인터넷(IoT)에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. IoT는 사람과 사물이 인터넷으로 서로 연결돼 정보를 생성, 수집, 공유, 활용하는 것을 말한다. IoT의 주요 구성 요소는 인간·사물·서비스 이 세 가지가 분산된 환경 요소에 대해 인간의 분명한 개입 없이 상호 협력해서 지능 관계를 형성하는 사물 공간 연결망이다. 특히 IoT의 주요 구성 요소인 사물은 유·무선 네트워크에서의 종단장치(end-device)뿐만 아니라 물리성 사물 등도 포함한다. IoT의 주요 기술에는 센서기술, 유·무선 통신 및 네트워크 인프라 기술, IoT 서비스 인터페이스와 같이 크게 세 가지 기술로 이뤄져 있다. 센싱 기술은 사물과 주위 환경으로부터 정보를 얻을 수 있는 물리성 센서를 포함하여 고차원의 센서에 이르기까지 종류가 다양하다. 유·무선 통신 및 네트워크 인프라 기술은 인간과 인간, 인간과 사물, 사물과 사물 간 서비스를 연결시킬 수 있는 모든 유·무선 네트워크를 의미한다. IoT 서비스 인터페이스 기술은 네트워크 인터페이스 개념이 아니라 서비스 제공을 위한 저장, 처리, 변환 등의 역할을 수행하는 인터페이스를 말한다. 센서의 인식 범위, 정확도, 전원 공급 과제 사전에서 이르는 센서의 의미는 외부로부터의 입력신호를 전기 신호로 변환하는 소자를 일컫는다. 우리 주변에서 흔히 사용되는 센서는 온도, 압력, 습도 센서 등이 있다. 1세대 센서(Descrete Sensor)는 측정 대상물에 대한 검출기(Detector)의 개념이 강하다. 또한 검출 값에 대한 계측 및 판별이 가능한 신호로 변환시켜 주는 센싱 소자, 센싱된 값에 대한 증폭, 보정·보상 기능의 신호처리회로가 각각 분리된 형태가 주를 이룬다. 2세대 센서(Integrate Sensor)는 센싱 소자와 신호처리회로가 결합된 형태로, 에러에 대한 보정 폭이 제한되고 비선형성 에러에 대한 보정 기능이 약하다는 게 단점이다. 3세대 센서(Digital Sensor)는 이전의 아날로그 신호 처리에 디지털 개념이 도입돼 에러에 대해 디지털 방식의 보정이 가능하고, 디지털 인터페이스의 네트워킹이 가능하다. 4세대 센서(Smart Sensor)는 시스템온칩(SoC) 기술의 도입과 더불어 MCU와 메모리가 센서에 내장되면서 논리제어, 처리, 통신 등 기능이 있게 되었다. 5세대 센서는 복수의 센서 정보에 대해 단순한 결합을 넘어 상호 연관성을 분석 및 처리한다. 이 뿐만 아니라 사물 간 연결의 근간이 되는 네트워크 컴퓨팅 기술과 접목해 외부의 센서들을 내 손안의 센서처럼 활용 및 제어하는 새로운 개념의 가상 센싱으로 지능을 갖춘 고차원의 정보를 추출할 수 있어 IoT 센서(Sensor)라고도 부른다. 이러한 IoT 센서는 시공을 초월해 필요한 정보를 얻고 스스로 기능을 수행하는 IoT 기기들에 중추 역할을 하게 되었다. 또한 바이오·나노 기술과 융합되면서 센서의 정밀도가 향상되고, 초소형 센서 수요가 증가하면서 센서의 나노화 경향이 미세전자제어기술(MEMS, micro electro mechanical systems)을 센서 제작에 이용하게 됐다. 초창기에 정보통신용 센서 분야에서 MEMS 기술은 마이크로 자이로 및 가속도계, 압력 센서, 유량 센서 등 주로 물리량 측정을 위한 용도로 사용됐다. 하지만 최근 다양한 정보통신 서비스의 등장과 초소형 스마트 기기 발전에 따라 RF MEMS, 광 MEMS 등 구동기와 바이오 센서 및 화학 센서로 개발 범위가 확대되고 있다. 그러나 이러한 기술 개발이 이루어지고 있음에도 현재 센서 개발에서 센서의 인식 범위, 다중 측정, 생체 신호의 실시간 측정, 비침습성 이식 등 기술의 어려움이 있다. 특히 인체 삽입형 센서의 경우는 삽입된 센서가 주위 환경의 영향을 받아 정확한 측정이 어려워지기도 하고, 삽입된 센서 자체가 다른 센서의 측정에 잡음원으로 작용할 수도 있다. 또한 연속된 센서 동작을 위한 안정된 전원 공급도 해결해야 할 과제로 남는다. 이 밖에도 센서 상용화에서 가장 큰 걸림돌은 무엇보다 수요자의 관심이다. 아무리 좋은 센서라 하더라도 수요자의 관심을 끌지 못하면 결국 시장에서 사라지게 된다. 따라서 수요자 중심의 맞춤형 센서 개발이 요구된다. MEMS 가속도 센서, MEMS 자이로 센서 스마트폰에 연결하는 블록형 센서 인기 IoT 기기의 발전과 더불어 센서의 역할과 비중은 점점 더 커지고 있다. 스마트폰은 IoT 단말의 가장 기본이 되는 형태다. 여기에는 터치 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 지자기 센서, 중력 센서, 광·조도 센서, 근접 센서 등 다양한 센서들이 내장되어 있어 센서의 집합체라고도 볼 수 있다. 손가락으로 디스플레이를 부드럽게 넘기는 터치 센서는 이미 스마트폰의 상징으로 된지 오래다. 최근 마이크로소프트(MS)사는 긴장, 스트레스, 행복, 흥분, 분노, 지루함 등 스마트폰 소유자의 기분을 탐지하는 ‘무드 스코프(MoodScope)’를 실험하고 있다는 연구 논문을 공개했다. 현재 센서의 견본을 만들어 실험하고 있으며, 이 센서로 탐지한 이용자의 기분을 페이스북 등에서 실시간으로 친구들과 공유하는 등 서비스를 하고 있다. 이 밖에 스마트폰에 내장돼 있는 센서 이외에 개인이 손쉽게 결합해 원하는 정보를 얻을 수 있는 블록형 센서 기기가 등장하고 있다. ‘랩카(Lapka)’라는 이름의 작은 블록형 센서는 스마트폰의 이어폰 잭에 센서를 연결하고 애플리케이션(앱)을 실행시키면 방사선, 질소, 전기의 전자장(EMF), 습도 등을 측정할 수 있다. 주위에 방사능은 없는지, 구입한 채소가 유기농인지 간단히 알아볼 수 있는 것이다. 이와 유사한 ‘노드(NODE)’는 공통으로 센서를 처리할 수 있는 메인 보디(Main Body)에 목적에 맞는 센서를 교체해 공기의 질, 화학가스, 방사능, 온도 등을 측정하고 신호처리를 하여 스마트폰에 무선으로 전송할 수 있다. IoT 기술의 발전과 더불어 센서 응용 분야에서 가장 비약된 발전을 보이는 분야가 바로 헬스케어다. 헬스케어는 다른 어떤 분야보다 우리 삶의 질과 직접 연관되어 있기 때문에 센서를 활용한 관련 제품 개발에서도 관심을 크게 끌고 있다.[7] 과거 헬스케어 분야에서 센서가 활용되는 영역은 주로 진단·검사용 의료기기였고, 사용 주체도 의료진이었다. 그러나 센서 기술이 소형·정밀화되고 IoT 기술이 발전함에 따라 질병의 사전 예방 관심이 증가하면서 적외선 센서를 이용한 체온 측정계, 휴대용 혈압계, 혈당 센서, 심전도(ECG) 센서, 뇌파 측정을 활용한 휴대용 수면모니터링 장치 등과 같이 센서를 이용한 개인 검사·예방 활용이 늘고 있다. 원하는 기능의 센서를 스마트폰에 연결해 사용하는 랩카(Lapka) 첨단 센서는 수입 의존… 기술 투자 시급 최근 산업통상자원부에 따르면 세계 센서 시장 규모는 2012년 796억 달러에서 2020년 1417억 달러로, 연평균 9.4% 성장할 전망이다. 국내 시장은 같은 기간 54억 달러에서 99억 달러로, 연평균 10.4% 성장할 것으로 예상했다. 미국·독일·일본 등에서는 이미 첨단 센서의 경쟁력이 타 산업 분야 경쟁력의 핵심 요소로 인식하고 집중 지원하고 있어 이 분야에서 최고 수준을 보이고 있다. 또한 이들 국가의 기업이 세계 시장의 약 70%를 점유하고 있다. 반면에 국내 기술 수준은 선진국에 비해 약 60%에 불과하다. 현재 국내에는 120여 개의 센서 업체가 있지만 대부분 저가의 단순 센서 위주로 생산하고 있으며, 주력 산업의 지능화와 미래 신산업 수요에 필수인 스마트 센서 위주의 시장 변화에 적극 대응하지 못하고 있는 실정이다. 특히 수요가 급증하는 첨단 센서의 경우 낮은 기술력으로 인해 국내 수요의 대부분을 수입에 의존하고 있다. 이에 따라 미래 융·복합 산업의 경쟁력 저하는 물론 국내 주력 산업의 성장이 오히려 센서 수입을 부추기는 부작용으로 나타날 가능성이 높다. 센서 시장은 점차 소비자의 안정성·편의성 등의 요구 증대로 첨단 센서 비중이 높아지고 있으며, 향후 속도는 더욱 가속될 것으로 보인다. 따라서 첨단 센서 중심의 산업 고도화로 기술력 확보와 동시에 시장 경쟁력을 높여야 한다. 다행히 정부도 최근 이러한 문제점을 인식하고 스마트 센서 분야에 체계를 갖춘 장기 투자를 하기로 발표, 반가운 소식이 아닐 수 없다. 현재 여러 갈래로 분산돼 있는 센서 기술의 역량들을 체계화하고 선택과 집중을 하여 국가 경쟁력을 향상시킨다면 IoT 분야는 국내 IT 산업의 차세대 신성장 동력으로 자리매김할 수 있을 것이다. ※본고는 2014년 3월 발행된 정보처리학회지 제21권 제2호 ‘사물인터넷용 센서 기술 동향 및 발전 방향’에 실린 논문을 요약했음을 밝힙니다. 참고문헌 1 민경식, 사물인터넷, KISA, 인터넷＆시큐리티 이슈 2012. 6 2 이대성, IT 융합을 위한 지능형 센서 산업동향, C&I, 2010. 10 3 김영성·경기욱·박선택, 새로운 산업혁명을 이끄는 스마트 센서기술, ETRI 전자통신동향분석, 2012. 10 4 임시형, 자동차 MEMS 센서 기술 동향 및 전망, 오토저널, 2012. 10 5 김희원, MS 기분감지 스마트폰 센서 개발 중, 서울경제, 2013. 7. 3 6 정현정, 첨단 센서가 부리는 스마트폰 매직, ZDNet Korea, 2013. 9. 2. 7 고은지, 헬스케어 혁명을 선도하는 스마트 센서, LG Business Insight, 2009. 4 8 지식경제부, 센서 산업 발전 전략, 2012. 12 9 이대성, 고기능·고정밀·고부가가치의 스마트 센서, 월간 전자기술, 2012. 5