센서가 똑똑한 스마트 홈 구현한다

사용자가 원하는 것은 센서를 포함한 플랫폼 구성
  • 2017-12-06
  • 글 | 톰 그리피스(Tom Griffiths), ams AG




광범위하게 사용되는 센싱 기능은 소비자들이 기꺼이 비용을 지불하려는 것 이상으로 효율과 편리함의 새로운 시대를 열어준다.


이른바 “스마트 홈”의 장점은 전자 업계에 비교적 명확히 인식되고 있지만, 일반 소비자에게 사물은 그다지 분명하게 다가오지 않는다. 소비자의 수용, 채택, 심지어 열광적인 지지의 핵심은 스마트 홈이 제공하는 애플리케이션과 서비스에 있다. 이를 가능하게 하는 한 가지 필수 요소는 실시간 감지며, 이를 통해 사물 인터넷(IoT)은 "사물"이 무엇을 해야 하는지 정확히 결정할 수 있게 된다. 광범위하게 사용되는 센싱 기능은 인지 인터넷에 게이트웨이 역할을 하면서 IoT에 데이터를 공급하고, 적시에 정확한 서비스를 제공함으로써 소비자들이 기꺼이 비용을 지불하려는 것 이상으로 효율과 편리함의 새로운 시대를 열어준다.

스마트는 얼마나 스마트한가?

IoT가 처음으로 집안에 들어온 것을 보면 평범하게 보이는 아마존과 구글의 음성 제어 장치처럼 시각적으로 보이는 기술의 관점에서 “스마트 홈”을 정의하는 경향이 있다. 하지만 집안을 밝혀주는 불빛이나 우리에게 그날의 헤드라인을 읽어주는 친절한 음성이 실제로 “스마트” 라고 볼 수 있는 것일까?

보다 눈에 띄지 않으면서 궁극적인 강력한 시작점은 초기의 네스트 온도 조절기 제품군에서 찾을 수 있다. 사용자가 다이얼을 돌려 온도를 조절하면, 온도 조절기가 사용자가 선호하는 온도를 학습한다. 시간, 온도 및 존재의 개별적인 데이터 지점을 수집하고 분석함으로써 패턴을 인식하기 시작하고, 이러한 패턴 인식과 함께 패턴 예측이 뒤따른다. 온도 조절기의 경우 사용자의 간섭이 없는 상태에서 정확한 예측이 이뤄지며, 반면 잘못된 예측은 사용자에 의해 실시간으로 빠르게 교정된다. 사후 분석은 필요 없다. 시스템은 학습을 수행함으로써 첫 번째 단계의 실제적인 “스마트”를 도입한다.


센싱 요소


아무도 외부와 단절된 상태에서 결정을 내리지 않는다. 결정을 내리기 위해서는 데이터가 필요하다. 스마트 홈 또는 기타 스마트 공간의 경우 사물 인터넷에서 이용할 수 있는 데이터 종류를 고려할 때 애플리케이션 관점 또는 구현 관점에서 필요한 센싱 목록을 작성할 수 있다. 애플리케이션 관점은 사용 사례를 시각화하는 것으로부터 시작해 이를 해결해줄 수 있는 기술 요소를 접목한다.

예를 들어 만약 우리가 사람 수를 세기 원한다면, 수동 적외선, 직접/고해상도 영상 감지, 저해상도 영상 감지, ToF(time of flight) 또는 다른 어떤 것을 포함해 사용 가능한 감지 옵션 유형을 고려할 수 있다. 물론 “다른 어떤 것”에 해당하는 범주는 아직 해당 유형의 애플리케이션과 관련짓지 못한 어떤 것을 의미하므로 쉽게 결정할 수 없을 것이다.

또 다른 방법은 개념적으로 센서를 공간에 던져 넣고, 그렇게 함으로써 집단적 창의성을 통해 발명 과정이 시작할 수 있게 하는 것이다. 우리는 본질적으로 스마트폰에 이러한 유형의 방법이 적용된 것을 보아왔다. 모바일 기기에 추가되는 특정한 종류의 센서와 연관된 최소 하나의 사용 사례가 항상 있어 왔지만, 모든 사용 사례를 이해하는 것은 필수요건이 아니었다. 그것은 "만들라, 그러면 그들이 올 것이다"에 더 가깝다.

알려진 맵 애플리케이션을 위한 GPS 센서를 추가하고, 앱 제작자들이 그로부터 무엇을 만들어내고 있는지 보자. 곧 우리는 클라우드 소싱으로 교통이 업데이트되는 내비게이션 애플리케이션과 휴대폰 사용자들이 쇼핑몰 근처를 지날 때 사용자 휴대폰에 뜨는 할인 쿠폰, 심지어 가상으로 보이지 않는 캐릭터를 쫓는 비디오 게임을 목격하고 있다(우리들 중 얼마나 많은 사람들이 첫 번째 사례보다 더 많은 것을 예상했다고 주장할 수 있을까?).


센싱 플랫폼


언뜻 보기에 우리는 스마트 홈 센서를 사용하는 가전기기에 간단히 추가하면 된다고 생각할 수 있다. 그렇게 할 경우 우리는 가전기기의 온도/습도, 냉장고의 개폐 홀 효과 센서, HVAC 온도 조절기의 주변 온도/습도, 부엌 후드와 곳곳에 설치된 연기 탐지기의 연기/화재 검출과 같은 어떤 것을 보기를 기대한다. 하지만 스마트하든 아니든, 주택을 구성하는 변함없는 요소들에 대해 생각한다면, 얼핏 관련 없어 보이는 호스트에 센서들을 결합하는 것으로 더 좋은 결과를 얻을 수 있다.

벽, 창문, 가구, 조명 및 거주하는 사람은 지어진 공간에서 모두 변함없는 요소이다. 거주자가 스마트폰이나 스마트 워치를 지닌 채 공간 안으로 들어갈 때 그는 이미 일종의 모바일 센서 플랫폼 역할을 하고 있다. 벽 재료는 에너지 하베스팅 기술(일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 모아 전력으로 재활용하는 기술) 적용하여 습도 또는 동작 탐지와 같은 유용한 센서를 심을 수 있다.

조명은 고정된 기구에 장착되든 침대 옆 테이블 램프이든, 광범위한 센싱에 이상적인 플랫폼이다. 조명은 집안 곳곳에 있고 항상 전원에 연결되므로 벽에서 떨어지고 전선으로부터 멀리 있는 HVAC 온도 및 습도 센서를 위한 훌륭한 호스트가 될 수 있다. 동시에 연결된 조명과 네트워킹 모듈의 BOM 비용을 공유할 수 있다. 존재, 동작, 활동, 신분확인 및 주변 조명은 미래의 스마트 조명 플랫폼에 유용하게 통합될 다양한 종류의 기능을 보여준다.



거의 다 준비됐다


이러한 모든 것을 가능하게 하는 센싱 장치의 일부가 막 우리 앞에 모습을 드러내고 있는 가운데 주목해야 할 점은 우리가 이미 가장 중요하고 유력한 실현 기반을 갖추고 있다는 것이다. 스마트폰 혁명 덕분에 클라우드 기반 애플리케이션 플랫폼 인프라가 벌써 개발되었으며 배치됐다. 만약 우리가 간단히 스마트 홈을 스마트폰에서 더 확장되고 심지어 더 많은 센서가 부착된 어떤 것으로 상상한다면,

이러한 애플리케이션/빅 데이터 플랫폼은 스마트 홈 결정/응답 패턴을 실시간으로 작동시켜 예측적으로 동작함으로써 스마트폰 내비게이터가 아침 7시 30분에 작동하면서 “회사로 출근 할까요?”라고 물어보는 것과 똑같은 일들을 하게 될 것이다. 예측은 이미 실제로 활용되고 있다. 더 많은 앱과 서비스를 향상된 형태로 보게 될까? 당연히 그렇다. 향상은 사용자를 만족시키고, 만족하는 사용자는 더 많은 데이터로 전환될 것이다. 더 많은 데이터는 알고리즘을 정교화하는 더 많은 기회를 의미하며, 학습된 것을 수익으로 창출하는 기회를 증가시킨다. 성공과 가치의 사이클이 순환되는 것이다.

사물 인터넷으로 인해 배치된 센서의 수가 비약적으로 증가함에 따라 추가되는 데이터 흐름을 단순한 과제로 넘길 수 없다. 좋은 소식은 이미 부하의 많은 부분하는 차지하는 스마트 가전기기(조명 등)에 센서를 통합하는 것으로부터 비용 절감을 어렵지 않게 찾을 수 있다는 것이다. 가전기기는 사람에 맞추어 열심히 일할 필요가 없다. 사전 처리와 이른바 "포그" 컴퓨팅을 수행하기 위해 사용할 수 있는 많은 시간과 컴퓨터 성능이 존재한다. 현재 온도를 알 필요가 없으며, 온도가 목표 값으로부터 사전 설정된 임계값에서 벗어날 때만 알 필요가 있다. 그 때까지 어떤 업데이트도 필요하지 않다. 클라우드는 계속 온도 입력을 75도로 처리한다.

다시 처음의 가정으로 돌아가서, 구현 기술을 제공하고 일부 앱을 시각화할 수 있는 가운데 어떻게 편리함을 사랑하고 귀찮은 건 질색하는 소비 대중들이 이를 받아들이도록 할 수 있을까? 해답은 두 가지 간단한 요소, 즉 단순함과 가치를 결합하는 데 있다. 단순함과 관련해 모든 눈은 실리콘 벨리(와 다른 어떤 곳)의 네트워킹 챔피언에 쏠려 있다.

우리는 TCP/IP가 고통스럽고 전문가만 아는 악몽의 구성에서 오늘날 플러그를 꽂기만 하면 나머지는 신경쓰지 않아도 되는 꿈의 자가 구성으로 발전한 것을 보았듯이 스마트 홈의 IoT에서도 같은 것을 기대할 수 있다. ZigBee 기반 조명 제어 세트를 설치해 본 사람이라면 최소 이러한 발전의 시작을 어렴풋이 보았을 것이다. 플러그를 꽂고, 앱을 열고, 브리지의 버튼을 누르면(한 손가락 보안), 그것으로 새로운 조명이 네트워크에 추가된다. 이것은 앞서 똑같은 “만들라, 그러면 그들이 올 것이다”라는 철학의 또 다른 변형이다.

네트워킹, 통신, 데이터 통합의 주요 주자들은 IoT와 스마트 홈이 엄청난 기회의 보고를 나타낸다는 데 공개적으로 동의하며, 협력적으로 시장의 성공을 보장하는 표준과 컨소시엄, 플랫폼 기술을 이끌고 있다.
스마트 홈이 실현되면 사용자들은 이러한 서비스를 유용한 가치로 재빨리 받아들일 것이다. 핵심은 센서의 배치가 되겠지만, 실제로 독립적인 장치로 센서를 구매하려는 사람은 없을 것이다. 사용자가 구매하고자 하는 것은 스마트 가전기기, 혁신적인 스마트 조명과 기타 혜택을 제공하는 지능적인 “사물”과 같이 센서를 포함한 플랫폼이며, 여기에는 또한 더 많은 센서를 통합할 수 있다. “만들라, 그러면 앱이 따라올 것이다.” 

 
애플리케이션과 이를 구현하는 센서 기술

애플리케이션 관점에서 다음과 같은 것들을 일부 예상할 수 있다. 신분확인(RFID 또는 이미지 인식), 존재 및 사람 수 세기는 맞춤형 기능을 요구할 것이다. 온도 및 습도 센서는 주택의 안락함 요소를 직접적으로 다루고 에너지 효율적인 동작으로 전환하며, 공기질 센싱은 CO2와 복합 휘발성유기물질(VOC)을 측정하면서 신선한 공기 순환을 통해 에너지 효율과 건강의 균형을 제공할 것이다. 연기 및 CO 센서는 어린아이와 애완동물을 조용히 지켜주는 역할을 할 것이다. 궁극적으로 우리는 병원체 검출에서부터 심박수 측정에 이르기까지 다양한 유형의 생태 모니터링을 보게 될 것이다. 그 밖에 위험 상황 모니터링은 화염 또는 특정한 유형의 가스 특성에 대한 중적외선 감지를 통해 수행할 수 있다.
구현 기술의 관점에서 실리콘 스케일 분광 분석법은 비용 효율적인 현실이 되었으며, 모든 종류의 흥미있는 사물을 검출하는 길을 열어주고 있다. 구체적으로 어떤 것이 될지에 대해서는 아이디어가 이제 막 형태를 갖추기 시작했으므로(일정한 가격대의 가정용/소비자 가전 유형의 멀티스펙트럼 센싱은 실제로 아직 현실화되지 못했다), “무엇을 검출할 수 있는지”는 좀 더 지켜보아야 할 것이다. 저렴한 고정밀 대기압 센싱은 점유 이벤트를 검출하거나 마루, 벽, 천장 높이에 장착된 “어떤 물체”가 있는지 판단하기 위해 실내 위치인식 목적에 활용될 수 있다. 초단파 및 ToF(time-of-flight) 센싱이 우리에게 존재, 동작, 자세(누워있기, 앉아있기, 서있기)를 알려줄 수 있다는 것을 알고 있지만, 또 어떤 것을 알려줄 수 있을까? 마그네틱 센싱은 다양한 애플리케이션에 사용되고 있다. 하지만 가족들의 기분의 변화까지 알아낼 수 있을까? 아마도 그럴 수는 없겠지만, 우리는 주요한 구현 기술이 모습을 드러낸 결과 앱이 갑작스레 등장하는 것을 자주 목격해 왔다.

 

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