ICT계의 핫이슈 ‘사물인터넷’…핵심 기술요소는 무엇?

정부, 2017년까지 3년간 총 989억원 투자

#1.

MIT는 기숙사의 화장실을 인터넷으로 연결해 사용현황을 온라인으로 알 수 있게 했다. 화장실 줄 서는 시간도 아까울 만큼 바쁘게 연구를 하는 학생들은 급할 때 화장실 찾기 좋을 듯.

#2.

미국 잠금장치 전문 업체 슈라지(Schlage)는 아이폰과 아이패드 등을 통해 문을 잠글 수 있는 인터넷 연결 출입문 자물쇠 '링크시스템(LiNK System)‘을 개발했다. 외출 전 현관 출입문을 잠그는 것을 깜빡해도 걱정이 없다.

#3.

미국 의료기기업체 코벤티스(Corventis)는 2010년 1회용 밴드 같이 환자의 심장에 붙이기만 하면 심장 운동을 감시해 알려주는 심장감시기를 개발, 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받았다. 이 제품은 환자의 심장이 부정맥이나 심부전을 일으키는지 의사에게 데이터로 경고 메시지를 전해준다.

#4.

24에이트(24eight)라는 신생업체는 이른바 무선 기저귀를 선보였다. 내장된 칩이 기저귀를 갈 때가 됐는지 감지, 이를 부모나 보모에게 소셜네트워크서비스(SMS) 등으로 알리는 제품이다. 평범한 기저귀에 비해 1개당 2센트 정도 비싼 것에 불과하다. 우리나라 유아용품업체 하기스도 기저귀에 붙이는 습도센서 ‘TweetPee’를 개발했는데 소변을 보면 센서가 인지해 트위터로 정보를 보내오고, 소변 주기를 정량화해 소비자들에게 제공 해주고 있다.

 

사물인터넷(IoT:Internet of Things)의 시대가 성큼 다가왔다. 

사물인터넷은 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결해 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 소통하는 지능형 기술 및 서비스를 말한다. 초기의 M2M(Machine to Machine)의 개념과 달리 IoT는 사물이 사용자 및 주변 환경 인지를 통해 능동적인 교감과 소통을 하며, 사물에 각각의 IP(Internet Protocol)을 발행하여 부여한 뒤 일괄통제를 할 수 있다.

통신 기능을 이용해 △토질, 수질, 동식물의 이동과 서식지, 자연재해 등을 모니터링할 수 있는 환경 감시 분야, △안전 관련 시설의 변화를 모니터링 하는 기간 시설 관리 분야, △제품의 생산과 공급을 실시간으로 모니터링 하는 제조업 분야, △효율적인 전력 생산과 소비를 할 수 있는 에너지 관리 분야, △원격 건강 모니터링과 실시간 몸의 변화 상태 등을 알려주는 의료 분야, △건물에 사용되는 다양한 시스템을 감시하고 제어하는 홈 오토메이션 분야, △교통량을 제어하고 교통 안정성을 향상시킬 수 있는 교통 분야 등 다양하게 활용될 수 있다.

코벤티스의 심장감시기 <사진=코벤티스 홈페이지>

미국의 정보통신회사 시스코(CISCO)의 추정에 따르면 2020년에는 76억 명의 세계 인구에 약 500억 개의 기기, 인구 1명 당 약 6.58개의 기기가 연결될 것으로 예상된다.

이 때문에 글로벌 정보통신기술(ICT) 기업들은 IoT 산업을 ‘차세대 성장동력’으로 여긴다. 기존 비즈니스 모델에 IoT 기술을 결합해 새로운 산업을 개척할 수 있기 때문이다. 전 세계 IoT 산업 시장 규모는 올해 2370억 달러(약 262조8000억 원)로 추정된다. 2020년에는 1조 달러(약 1109조2000억 원)까지 성장할 것으로 전망된다. 

그러나 세계 최고 수준의 인터넷 인프라와 스마트 기기 보급률을 자랑하는 우리나라가 IoT 분야에서는 기대에 못 미치는 성적을 내고 있다. 글로벌 컨설팅 기업 액센츄어의 글로벌 보고서 ‘산업 IoT로 승리하는 법(Winning with the Industrial Internet of Things)’에 따르면 우리나라는 사물인터넷(IoT) 산업 분야 경쟁력에서 100점 만점에 52.2점, 글로벌 주요 국가 20개국 중 12위를 차지했다. 선도국가는 1위 미국(64점), 2위 스위스(63.9점) 3위 핀란드(63.2점) 등이었으며, 일본은 9위(54.4점), 중국은 14위(47.1점)다.

하기스의 ‘TweetPee' <사진=해외용 광고 캡쳐이미지>

IoT 역량은 단순히 인터넷 인프라가 아니라 사업기반과 혁신을 위한 동력이 중요한데 우리나라는 시장 역량이 뒤처지기 때문이다. 국내 IoT 시장이 2013년 2조3000억원 규모로 세계시장 대비 1% 남짓에 불과한 것만 봐도 알 수 있다.

박근혜 정부는 IoT 산업을 창조경제의 핵심 과제로 꼽고, 2020년까지 시장규모를 30조원으로 확대하기 위해 노력하고 있다. 이를 위해 정부는 'K-ICT' 사물인터넷(IoT) 융합 실증사업'에 2017년까지 3년간 총 989억원(정부 758억원, 민간 231억원)을 투자한다. 

사물인터넷 시대를 위한 핵심 요소 기술들은 무엇인지 알아본다.

사물인터넷 표준 분야…“사물과 서비스들 연결하는 공통 언어” 

사물인터넷이 실현되기 위해서는 무수히 많은 사물들을 연결할 방법을 찾아야 한다. '냉장고와 청소기가 대화를 나누려면 어떻게 해야 할 것인가?' 표준의 가치가 중요한 이유다. 서로 약속된 언어, 바로 표준이 있어야 사물끼리 정보를 주고받을 수 있기 때문이다. 

최근 표준화된 사물인터넷의 공통 플랫폼으로 떠오르고 있는 것이 바로 '웹'이다. 웹은 이제 기존 PC나 스마트폰과 같은 전통적인 단말의 영역을 넘어서 센서를 포함한 모든 사물로 확대되고 있다. IoT를 실현하기 위한 새로운 핵심기술로 자리매김하고 있는 것이다. 

실제로 웹 표준을 만드는 월드 와이드웹 컨소시엄(이하 W3C)에서는 이미 2010년부터 사물웹(Web of Things, 이하 WoT) 개념을 정립하고, 사물의 연결성 확보를 위한 노력을 기울이고 있다. WoT는 주변 사물을 웹에 바로 연결해주고, 사물인터넷 기반의 디바이스를 통해 수집·분석한 사용자 맞춤형 정보를 언제 어디서나 자유롭게 활용할 수 있게 해주는 기술이다. 예를 들어 인터넷주소(URL)을 주변의 버스정류장이나 자동판매기 등에 할당해 사용자가 스마트 기기를 통해 버스 운행시간을 알 수 있게 되거나, 제품을 구입할 수 있게 만든다. 웹을 통해 일관된 방법으로 모든 사물을 제어할 수 있을 뿐 아니라, 다른 서비스들과의 융합을 통해 새로운 서비스 창출도 가능하게 하는 것이다.

사물인터넷(IoT) 서비스들과 앱 연동 시험 장비 모습. <사진=ETRI 제공>

국내 정부출연연구기관인 ETRI(한국전자통신연구원·원장 김흥남)는 블루투스와 와이파이 등 사물인터넷 응용 앱 개발에 적합한 플랫폼 '하이웨이(HyWAI·Hybrid Web Application Interface) 버전 3.5'를 개발해 지난 6월 10일 발표했다. 

ETRI가 이번에 개발한 플랫폼은 W3C 국제표준 규격을 준수함으로써 글로벌 호환성도 확보했다. 아울러 사물인터넷 필수요소인 근거리 통신방식 NFC(Near Field Communication)의 API(Application Programming Interface)뿐 아니라, 블루투스와 와이파이 제어가 추가로 가능해졌다.

이번 플랫폼은 걸어가면서 스마트폰으로 대상을 태깅(Tagging)만 해도 결재나 정보습득이 가능하다. 기존에는 홈페이지에서만 구매했는데 이제 모바일 상황에서도 상품정보 연계와 구매를 할 수 있게 된 것이다. 

ETRI는 미래창조과학부 '융합기반 웹 표준 기술개발' 사업으로 지난 해 4월부터 사물인터넷 응용 플랫폼의 기능 확장을 지속적으로 추진하고 있다.

에너지 분야…'태양광 기술' 이용한 충전이 대세

장거리 운행 중 드론 연료가 부족하다면? 너무 많은 IoT제품이 쏟아져 나와 일일이 충전하기 어렵다면? 충전 문제점을 해결할 방법으로 '태양광 기술'을 활용하자는 의견이 다수다.

스위스 벤처기업 솔라임펄스는 2005년부터 연료공급 없이 태양에너지로만 비행하는 인간 탑승 태양광 비행기를 연구 중으로 2013년 미국횡단에 성공했다. 지난 3월 9일에는 세계일주 비행에 도전해 지금도 하늘을 비행하고 있다. 무인기의 경우 일반인이 사용하기 어렵지만 드론은 점점 일반화되어가는 추세이기 때문에 무인비행시스템에도 태양전지를 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 

태양전지는 스마트빌딩이나 태양광 인버터 모니터링 등 이미 IoT기술에 활용되고 있다. 미래 주택은 태양광으로 에너지를 자체 생산하는 자급자족 건물로 설계해 건물 내 조명, 공조 설비의 전력량을 실시간으로 관측하며, 스마트폰 등을 통해 제어도 가능하다. 

현재 태양전지를 IoT와 연계하기 위해서는 연결성과 상호운용성이 핵심이다. 관련 분야 연구자들은 도로나 야외에서의 고정위치, 고층과 저층 건물이 곳곳에 서있는 도심의 위치와 도시미관을 고려한 IoT접목 태양광 기술을 개발하기 위해 총력을 기울이고 있다.

착용형(wearable:웨어러블)과 신축성(flexible플렉서블) 갖춘 소자 제작기술

사물인터넷 시대의 핵심 키워드 중에는 착용형, 신축성이 꼽힌다. 사물에 접목되기 위해서는 가볍고 전력 소모가 적으면서도 유연성을 가진 소자 제작기술이 필수적이다. 하지만 무기물 소재를 기반으로 한 절연막을 포함한 전자소자 재료들은 유연성이 부족하고 고온에서만 공정이 가능해 열에 약한 다른 재료들과의 조합이 좋지 않다. 또 용액을 이용해 만든 기존 고분자 소재 절연막은 표면장력에 의한 뭉침 현상으로 균일도에 한계가 있고 잔류 불순물로 인한 절연 특성도 좋지 않은 단점이 있다.

때문에 사물인터넷 실현을 앞당길 수 있는 고분자 절연막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

절연막을 이용한 전자소자 <사진=KAIST 제공>

국내에서는 KAIST(한국과학기술원·총장 강성모) 임성갑 생명공학과 교수, 유승협·조병진 전기 및 전자공학과 교수 공동연구팀이 '개시제를 이용한 화학 기상 증착법(initiated chemical vapor deposition, 이하 iCVD)'을 이용해 10나노미터(nm) 이하의 얇고 유연하게 휘어지면서도 균일한 두께를 유지하는 고분자 절연막을 개발해 관심을 모았다. 

공동연구팀은 개발한 절연막을 유기반도체, 그래핀, 산화물반도체와 같은 차세대 반도체를 기반으로 한 트랜지스터에도 적용해 우수한 이동도를 갖는 저전압 트랜지스터를 개발했다.