[특집] 지능화되는 센서, 세상의 모든 것을 보고 느낀다

이제는 센서 인터넷 시대 ①
  • 2016년 11월호
  • 김영학 기자, yhk@elec4.co.kr


초소형, 다차원, 지능화 및 시스템화로 스마트센서 기술이 비약적인 발전을 거듭하고 있다. 센서 시장은 2021년 1,906억 달러를 넘어설 것으로 전망되는 가운데 세상의 모든 기기에 센서가 탑재되는, 이른바 ‘센서 인터넷(Internet of Sensor)’시대가 빠르게 다가오고 있다. 

BCC 리서치(BCC Research)에 따르면, 센서 시장은 2016년 1,132억 달러에서 2021년 1,906억 달러로 예측 기간동안 연평균 11% 성장할 것으로 전망된다. 특히 BBC 리서치는 지문인식 센서가 5년간 연평균 14.6%로 가장 빠른 성장세를 보일 것이며, 이미지 센서는 5년간 14.5%의 성장률을 보이면서 2021년에는 277억 달러의 시장을 형성할 것으로 예측했다.

센서는 물리, 화학, 생물학적 정보를 감지한 후 이를 전기적 신호로 변환해 출력하는 모든 장치를 의미한다. 센서기술은 1970년에 산업 현장에서 생산의 효율성을 개선하기 위해 추진된 자동화와 함께 개발이 시작됐다. 최근 몇 년간 센서는 자율주행자동차, IoT, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에 사용될 전망에 힘입어 인간의 미래를 바꿀 기술로 주목받아 왔다.

 

최근의 센서는 초소형화, 다차원화, 다기능화, 지능화, 시스템화 등의 발전경향을 뚜렷이 반영하고 있다. 특히 센서는 MEMS 기술의 도입으로 소형화되고 있으며, 단일 센서 모듈에서 복합센서 모듈로, 복합 센서 모듈에서 단일칩 복합 센서로 복합화가 이뤄지고 있는 추세다.  

이와 관련해 욜 디벨롭먼트(Yole Development)는 MEMS와 센서기술이 완전 자율주행자동차를 현실화하는 데 강력한 영향력을 행사할 것이라고 예측했다. 이미 자동차에는 초음파, 레이더, 다중 카메라 시스템 등 다양한 센서가 장착돼 있는데, 2015년 26억 달러에서 2030년에는 360억 달러로 연간 19%씩 성장할 것으로 전망된다.

욜 디벨롭먼트는 “현재 최첨단 자동차에는 대략 17개 정도의 임베디드 센서가 내장되어 있는데 2030년이면 29개 이상의 센서가 내장될 것”이라고 예측했다.

이와 관련해 이미징 센서 기술은 현재 카메라에 집중되어 있는데, 10년 안에 장거리 카메라, LiDAR, 마이크로 볼로미터, 추측항법 장치 등이 대거 채택되면서 폭발적으로 증가할 것으로 내다봤다.


 

스마트센서, 전 분야에 응용 가능

센서 시장에서 가장 큰 이슈는 스마트센서(smart sensor)라 할 수 있다. 스마트센서는 지능화된 센서(intelligent sensor)로, 측정 대상물의 물리적, 화학적 정보를 감지하는 일반 센서 기술에 나노 기술이나 MEMS 기술을 접목해 데이터 처리, 자동 보정, 자가 진단, 의사결정, 통신 등의 신호처리 기능을 수행함으로써 대상을 감지하고 사물에 반응한다는 점에서 핵심적인 요소로 주목받고 있다.

특히 스마트폰, 스마트 홈, 스마트 공장, 자율주행 자동차, 환경 분야 , 스마트팜, 헬스케어 등 기술 발전에 따라 사용범위가 확대되고 있는 추세다.

시장조사 기관인 마켓앤마켓(markets andmarkets)에 따르면, 스마트센서 시장은 2015년 185억 8,000만 달러에서 2022년 577억 7,000만 달러로 연평균 18.1%씩 성장할 것으로 전망된다. 스마트센서에 대한 수요는 소비가전 산업, 자동차 산업, 헬스케어 산업, 섬유산업, 소재산업, F&B 산업 등 다양한 곳에서 성장할 것으로 보인다.

스마트센서는 제조공정에서 환경오염 물질을 분석하고 감지할 수도 있고, 웨어러블 센서로 사용자의 상태나 행동을 인지해 데이터를 전송하기도 하며, 드론에 탑재되어 사용자의 의지대로 환경감시, 설비 상태 검사, 촬영 등의 동작을 구현할 수 있다. 또한 물류 분야에서는 물류 관리 상황을 한눈에 파악할 수 있도록 하는 동시에 조립·테스트 공정의 자동화에 기여해 제품의 생산성 증대와 다품종 소량생산의 본격화를 가능케 할 수 있다.
스마트센서가 본격적으로 논의된 것은 IoT의 등장 이후였으나, 사실 스마트센서는 센서 기술의 꾸준한 발전에서 기인한다. 1980년대 이후 반도체 산업의 발전과 함께 성장하고 있는 센서의 스마트화는 1970~1980년대 센서와 신호처리 회로가 별도로 분리된 단순 소자 형태였으나 1990년대 이후 마이크로머시닝과 같은 미세가공 기술이 기존의 조립식 센서를 반도체 IC와 같은 실리콘 기판 위에 소형화해 구현할 수 있게 됐다.

특히 센서와 신호처리 회로의 결합, 디지털화 등을 통해 스스로 판단할 수 있는 스마트센서가 등장했는데, 스마트폰의 자동 초점 기능, 조도, 밝기 등을 제어하는 센서가 대표적인 예다. 이후 초소형 스마트센서의 등장에 이어 스스로 상황을 인지하고 판단하는 지능화된 센서로 발전하고 있는 추세다. 

 

소형화되고 지능화된 스마트센서는 스마트폰뿐만 아니라, 자율주행자동차, 스마트 홈, 웨어러블 기기, 의료 기기, 환경감시 시스템, IoT 등 다양하게 활용할 수 있다는 측면에서 주목을 받고 있다. 특히 자동차 분야의 충돌방지 센서는 거리 및 공간 스캔 기능과 조합해 3차원 공간을 정밀 스캔하게 되는데, 광학 시스템 설계기술과 고속 영상처리 기술이 집적된 첨단 센서에 해당한다. 스마트폰에서는 복합 모션 감지가 가능한 10축 초소형, 저전력 센서가 핵심 센서로 부각되고 있다. 

또한 가트너에 따르면, 헬스케어 서비스를 포함한 의료 시장의 센서 매출액 규모가 2014년 2,300만 달러에서 2020년 9억 3,500만 달러에 이를 전망으로, 스마트폰 또는 웨어러블 기기에 내장된 소형 센서를 통해 신체 활동을 기록하고 심박, 심전도 및 혈압을 측정하는 등 더욱 개인화된 건강관리에 대한 수요 확산이 예상된다.

 

다수의 센서에 의해 모니터링 된 생체 활동 데이터는 클라우드 서비스를 통해 국가가 보유한 개인건강기록 및 전자의료기록 등과 실시간으로 결합되고, 의사 또는 의료 전문가에 의해 분석됨으로써 보다 신속한 진단 및 종합적 의료 처방에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다. 

이러한 스마트센서 시장을 주도하고 있는 곳은 미국, 유럽, 일본 등으로 세계 시장의 70% 이상을 점유하고 있다.
한국은 가스 센서에 집중하고 있어 전도유망한 스마트센서 분야에서는 한참 뒤쳐져 있는 것으로 분석된다.



센서 없는 IoT는 없다

스마트센서 이외에 다양한 센서가 등장하고 있다. 헬스케어와 함께 웨어러블 기기에 탑재될 센서 기술은 초소형, 저전력화와 함께 센서 자체를 플렉시블한 소재를 사용해 구현하는 방향으로 발전하고 있다. 일례로 바이오스탬프(biostamp)는 반창고나 타투처럼 피부에 붙인 후 몸의 상태를 모니터링할 수 있는 기술로, 미국의 스타트업인 MC10에서 개발했다.

바이오스탬프를 피부에 부착하면 맥박수, 체온, 자외선 흡수량, 뇌활량 등 바이오 데이터를 실시간으로 모니터링하고 수집할 수 있으며, 이렇게 수집된 데이터는 스마트폰 등을 통해 클라우드로 전송된 후 분석 과정을 거치게 된다.

근육의 움직임을 감지해 반응하는 촉각 센서도 등장했다. 미국 탈믹 랩스(Thalmic Labs)에서 개발한 촉각센서를 탑재한 마이오 암밴드(Myo Gesture Control Armband)는 사용자가 손목에 착용하고 움직이면 손동작에 맞춰 스마트폰이나 컴퓨터와 같은 기기를 작동할 수 있다. 마이오 암밴드는 기존의 동작인식 센서와는 달리, 주먹을 쥐거나 손가락을 움직이는 등 미세한 근육의 움직임을 읽어 전기 신호로 변환한 후 컴퓨터 및 전자 기기에 전달한다.

 

토비(Tobii)의 아이엑스(EyeX)는 눈의 움직임을 감지해 애플리케이션을 컨트롤할 수 있는 안구추적 장치를 개발했다. 안구추적 장치는 안구의 크기 변화, 시선 위치 등을 분석하는데, 사용자가 인식하지 못하는 사이에 벌어지는 순간의 변화도 안구 변화를 활용해 감지할 수 있다는 측면에서 주목할 만하다. 

아이엑스는 안구의 움직임을 1초에 50번 감지하기 때문에 매우 정밀한 동작 인식이 가능하기 때문에 시선의 이동과 같은 데이터를 직접 수집할 수 있어 광고나 미디어 분야를 포함한 다양한 영역에서 활용될 것으로 보인다.

일본의 벤처기업인 로그바(Logbar)가 개발한 스마트 반지 ‘링(RING)’은 손가락 동작으로 다양한 명령을 내릴 수 있다. 링은 카메라 등을 통해 동작 인식을 시키지 않고도 다양한 명령을 내릴수 있다는 점에서 호평을 받은 바 있다.

 

일본 안리쓰(Anritsu)는 맛을 구분하는 센서를 개발했다. 맛과 냄새에 대한 데이터베이스를 구축해 음식에 있는 특징을 식별할 수 있게 했다. 사람처럼 냄새를 맡거나 맛을 느낄 수 있는 후각 및 미각 센서도 등장한 것이다. 

이러한 센서의 고성장은 자동차와 가전 시장의 발전에 큰 영향을 끼치게 된다. ADAS(Advanced Driver Assistance System), 웨어러블 디바이스, 보안용 카메라의 증가는 모두 센서 기술의 발전에 의한 것이다. 특히 카메라, 레이더, 라이다로 구성되는 운전자 보조 장치인 ADAS는 2020년 전체 자동차용 센서의 36%를 차지할 것으로 예상된다.

우리는 어쩌면 앞으로의 세상을 ‘사물인터넷(IoT)’이 아닌 ‘센서 인터넷(Internet of Sensor)’의 시대라고 부르게 될지 모른다. 거의 모든 기기에 들어갈 센서가 세상을 움직이는 결정적인 역할을 할 것이기 때문이다. 

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