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4차산업혁명의 도래와 함께 컴퓨팅 능력의 향상은 인공지능, 빅데이터, 클라우드, 사물인터넷 등 기술의 꽃을 피워주었다. 특히 세상을 연결하는 칩, 사물인터넷은 이제 우리 생활 주변 곳곳에 뿌려져 사물끼리 통신을 가능케 만들어준다. 사물인터넷 칩과 센서 시장의 동향과 기술 발전 사례 등을 살펴보자.

사물인터넷의 개화

사물인터넷(Internet of Things·IoT)은 사물이 인터넷에 연결되어 네트워크를 통해 사람과 사물, 사물과 사물을 서로 연결해 소통한다. 모든 것이 연결되는 세상의 핵심 기술이다. 사물끼리 상호 연결됨으로써 지식이 모여 성능이 높아지고 지능적인 서비스를 제공해 정보통신기술(ICT)의 중요한 인프라스트럭처가 되고 있다. 스마트폰은 물론 모바일, 클라우드, 빅데이터 기술 등과 상호 융합하며 4차 산업혁명의 대표 기술로서 위치를 당당히 차지하고 있다.

최초의 IoT라 일컬어지는 기기는 1982년 미국 카네기멜런대 학생들이 생각해냈다. 기숙사 내 1층에 마련된 음료수 자판기를 통해 시작되었다. 기숙사 3층에서 1층에 위치한 자판기의 콜라와 냉장 여부 상태를 알면 편리할 것이라고 생각했다. 자판기에 마이크로 스위치를 붙여 정보를 인터넷으로 송수신하는 프로그램을 개발했다. 이젠 자판기 내 콜라가 있는지, 냉장은 되었는지를 손쉽게 알게 되었다. 1991년에는 인터넷으로 토스터를 제어하게 되었고, 1993년에는 케임브리지대 학생들도 커피자판기에 카메라를 달고 영상을 보내주는 프로그램을 개발했다. 물론 이 학생들은 HTTP 프로토콜을 통해 영상을 보내주는 방식으로 당시 영상은 분당 3프레임 정도였다. 오늘날 사물인터넷과 가장 근접한 방식은 1999년에 이르러서야 가능해졌다. 일반 사물에 전파식별(RFID)이라는 칩을 붙이며 시작됐다. 케빈 애슈턴은 "사물에 센서를 붙여 사물 간 인터넷이 만들어질 것"이라고 최초로 주장하며 IoT라는 말도 만들었다. 이후 RFID와 센서 네트워크 기술의 발전에 따라 마크 와이저가 만든 유비쿼터스 컴퓨팅 개념을 실현하고자 후속 연구가 진행되어 IoT의 개념이 정착되었다. 2005년 국제표준화단체 ITU에서 최종 정의되었다. 2030년이 되면 사물인터넷은 전 세계 약 3000억개가 서로 연결되는 것으로 예상되는데 이는 2020년 대비 3배 이상 증가한 수치다.

산업용·지능형사물인터넷의 활약

사물인터넷은 사회나 산업, 생활 주변의 문제를 해결하고 국민 삶의 질을 높이는 역할을 해내고 있다. IoT의 방향도 영역이 점차 확대되고 기술 간 융합도 대세다. 최근에는 산업용사물인터넷(IIoT), 지능형사물인터넷(AIoT) 등이 폭발적으로 발전하고 있다. 초기 IoT가 센서나 단말, 무선통신과 원격제어를 중심으로 연결을 통한 서비스에 초점이 맞춰져 있었다면 최근에는 빅데이터, 인공지능, 가상물리시스템 등 기술과 본격적으로 융합이 되고 있다. 데이터의 분석, 예측, 자율제어를 통해 효율성을 높이고 생산성을 증대시켜 새로운 가치 창출로 이어지고 있다.

산업용사물인터넷은 공장이나 물류센터 등 산업 현장에서 스마트 센서 정보를 공유할 수 있는 기술이다. 기존 유선통신 기술만을 사용하던 산업 현장에 무선통신 기반의 IoT 기술이 확산되고 있다. 초기에는 네트워크 기술 문제와 서비스 품질을 고려해 소규모로 진행되었다. 이후 가정 전기나 가스 검침 등 사업용으로 범위가 확장되었다. 통신 발달로 저전력, 저비용 기술들이 응용의 중심이 되었다. 산업용 IoT 무선통신에 대한 수요로 후속 기술들이 속속 등장하고 있다. 스마트팩토리 생산 라인에서는 안전을 위한 모니터링이나 위험물질의 관리 상태, 에너지 분야에 주로 활용된다.

최근 지능형사물인터넷의 활약도 대단하다. 빅데이터·AI, 무선 사물인터넷 등 첨단 ICT와 융합된 IoT 기술을 기반으로 미래사회 디지털전환을 선도하고 있다. 탄소, 에너지, 재난안전 관련 IoT 핵심 기술 및 솔루션 등의 연구를 추진하고 있다.

서비스 범위 넓혀가는 사물인터넷

사물인터넷은 이제 범용으로 전 산업에 걸쳐 설치·운용되고 있다. IoT 기반 도시의 지하 매설물에 대한 모니터링 및 관리 시스템에 적용돼 지하 공간의 이상징후를 사전에 감시하고 예측하며 대응하고 있다. 최근에는 해양 사물인터넷에 대한 관심도 뜨겁다. 해양 IoT에서는 선박과 해양에 존재하는 다양한 센서 장치로부터 수집된 대량의 정보를 자동으로 받아들여 선박의 안전 운영과 경제 운항, 유지보수를 최적화하기 위해 적용되고 있다. 아울러 교통의 안전과 혼잡 해소, 다양한 사용자 맞춤형 서비스를 제공하기 위해 자동차에도 사물인터넷이 점차 중요해지고 있다. 운전자와 자동차, 자동차와 주변 환경, 교통 인프라, 일상의 모든 생활 요소가 자동차를 통해 유기적으로 연결되는 컴퓨팅 환경이 되어가고 있다. 사물인터넷 기술은 재난 관리와 서비스에도 적용된다. 재난재해 발생 요인을 사전에 제거하는 예방 중심으로 국민의 삶과 안전을 돕고 있다.

토마토 완숙도 구별해내는 센서

로봇이 대중화되면서 칩, 센서 등의 기술 발달이 더욱 중요해지고 있다. 센서 기술은 인간의 섬세한 감각을 재현하기 위한 기술로 널리 쓰이고 있다. 국내 연구진은 사람의 손처럼 물건을 움켜쥐어 크기와 형상, 물성을 알아내고 적정한 힘으로 제어가 가능한 센서 기술 개발에 성공했다. 로봇의 손이 감도 좋은 센서를 장착한 셈이다. 토마토는 물론 달걀, 물병, 아이스크림 등을 척척 잡아서 이동시킬 수 있다. 잡아 쥘 물건이 바뀌어도 또한 사람이 일일이 체크하지 않아도 인공지능이 스스로 판단할 수 있다. 즉 얼마만큼의 세기로 물건을 잡아 쥘지 센서가 아는 것이다.

미세한 감각을 가진 로봇의 센서는 완숙 여부가 다른 토마토 11종을 98.7%의 정확도로 분류해냈다. 로봇의 센서가 토마토 크기와 신선도 촉감까지 판단하는 셈이다. 스스로 판단해 강도를 조절하는 능력은 휴머노이드 로봇이나 대형 제조 현장에 꼭 필요한 능력이다. 연구진은 향후 4개 이상의 손가락과 10여 개의 관절을 갖추고, 다중의 센서를 이용해 완벽한 손 기능을 갖춘 로봇 손 개발에 나설 계획이다. 또 압력과 굽힘을 감지하는 2종 센서 외에도 온습도 센서, 관성 센서 등을 하나의 플랫폼으로 집적하는 기술을 개발할 예정이다.