[4차산업 iot분석61] “사물인터넷”… 생활 적용과 센서 기술

[디비털비즈온 김맹근 기자] 사물인터넷의 개념은 인간, 사물 및 서비스 등 세 가지 분산된 환경요소에 대해 인간의 개입 없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 인터페이스 기술 등이 지능적인 관계를 형성하는 사물 공간 연결망을 의미한다. 가장 종단의 디바이스에서는 데이터 수집을 위한 센서, 제어용 액추에이터 및 통신 모듈로 구성되어 있고, 디바이스에서 수집된 데이터들의 송수신을 담당하는 네트워크, 그리고 네트워크를 통해 전달된 데이터들을 목적에 맞게 분석 처리하는 서비스 플랫폼, 마지막으로 상위 계층에서는 목적에 맞게 헬스케어, 스마트 홈, 환경 감시 등과 같은 서비스를 제공한다.

센서 및 액추에이터 기술

센서는 온도와 기압, 가스, 이미지 등 주변 환경 정보를 사람이 감지할 수 있는 전기적 신호로 변환하는 소자 부품이다. 센서는 주변 환경 정보를 전기적 정보로 전환하는 변환 원리에 따라 압력 및 가속도 등의 물리센서, CIS, IR, 조도 등의 광센서, Co2, NOx, PH 등의 화학센서, DNA와 단백질 등의 바이오센서 등으로 분류할 수 있다.

스마트 센서는 센서, 전원부, 신호 처리부 및 통신부로 구성되며 물리학, 화학, 재료공학, 전기전자 및 기계 공학 등 다양한 기술의 융합체로 각종 물리량 뿐만 아니라 MEMS와 나노기술 등이 센서의 소형화 및 감도 향상, 저전력화를 위해 적극적으로 활용되고 있다.

스마트 센서는 모바일 센서 분야, 스마트 카 센서 분야, 바이오 센서 분야 등 다양한 분야에 적용되어 서비스를 제공하고 있다. 모바일 센서 분야에서는 주로 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터와 같은 이동형 스마트 디바이스에 적용된 센서로 마이크로폰, 이미지 센서, 터치센서, GSPS, 모션센서, 지자기센서, 조도센서, 근접센서 등이 탑재되어 사용되고 있다. 또한 스마트워치, 스마트 밴드와 같은 웨어러블 디바이스 에도 탑재되어 기본적 생체신호 측정과 같은 서비스를 제공하는데 사용되고 있다.

현재 국내외 완성차 시장에는 전자식 안정화 컨트롤이나 크루즈 컨트롤, 차선 인식 등은 사용화 되었지만, 고속도로 등의 특정요건에서 지속적 조작이 필요 없는 자율주행과 모든 상황에서 완전한 자율주행이 가능하며 스스로 목적지까지 도달하도록 하는 자율주행 상용화를 위해서는 운전자보조시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance System)에 대한 연구와 상용화가 진행 중이다.

바이오 센서 분야에서는 암세포, 바이러스 등 분석대상을 선택 특이성이 있는 생체 수용체와 반응시키고 신호변환기로 측정하여 특정물질의 존재나 양을 확인하는 역할로서, 의료, 환경, 산업공정, 군사화학전 및 식품 등에 적용되어 의료/헬스케어 분야에서 많이 사용되고 있다.

울산과학기술원에서 개발한 스마트 콘텍트렌즈는 안압 및 혈당을 측정할 수 있고, 투명하고 유연한 그래핀 소재를 사용해 시야 가림이나 장시간 착용 장애 등의 문제를 해결하였다. 미국 스타트업 MC10은 피부에 직접 붙이는 센서로 맥박수, 체온, 뇌 활량 등의 데이터를 실시간으로 수집해 건강상태를 체크해 주는 seal 형태의 바이오 스탬프를 개발하였다.

스마트 센서는 센서와 마이크로프로세서 등의 신호처리 모듈을 결합한 형태로 데이터 처리, 자동보정 자가진단, 의사결정, 통신 기능을 수행함으로서 대상을 감지하고 사물이 반응하여 사용자에게 필요한 정보를 제공한다. MEMS 기술의 도입으로 센서가 더욱 소형 화되고, SoC(System on Chip)기술로 단일 센서에서 복합 센서로 진화하면서 유비쿼터 스센서 네트워크, 사물 인터넷 등의 분야에 다양하게 활용되고 있다.

사물인터넷에서 구현되는 또 다른 장치로 액추에이터(Actuator)가 필요하다. 액추에이터는 특정 명령어들의 집합을 기반으로 기계 장치 또는 시스템을 제어하거나 움직이기 위해 사용될 수 있는 기본적인 모터이다. 액추에이터는 “어떤 일을 일어나게 하는(make things happen)” 물리적인 기능을 수행할 수 있다. 사물인터넷에서 사용되는 액추에이터는 세 종류가 있다.