웨어러블, 헬스케어, 드론 등 전방위적 애플리케이션 확대

스마트 센서의 적용 범위가 넓어지면서 각 애플리케이션별 제품의 종류도 다양해지고 있다.

대표적으로 스마트폰, 웨어러블, 헬스케어, 드론 등에 센서 채용이 늘어나고 있으며 IoT 시대와 맞물리면서 각종 통신 기능이 접목된 센서도 각광을 받고 있다. 

IoT 시대의 센싱 기술은 전통적인 온도, 습도, 열, 가스, 조도, 초음파 센서 등에서부터 원격 감지, SAR, 레디더, 위치, 모션, 영상 센서 등 유형 사물과 주위 환경으로부터 정보를 얻을 수 있는 물리적 센서를 포함하여 기존의 독립적이고 개별적인 센서보다 한 차원 높은 다중 센서 기술을 사용하기 때문에 한층 더 지능적이고 고차원적인 정보를 추출할 수 있다. 

이에 따라 스마트 센서는 외부 환경 감지를 획기적으로 개선하고 데이터처리, 자동보정, 자가진단, 의사결정 등의 신호처리가 유기적으로 내장된 지능형 센서를 통칭한다. 

센서의 새로운 전기가 마련된 시기는 초기 스마트폰에 센서가 대거 채용되면서부터이다. 스마트폰에 가속도 센서와 자이로 센서 등 기본적인 센서가 채택되었으며 기압센서, 온습도 센서, 지문인식 센서 등으로 확대됐다. 현재는 이 외에도 제스처 센서, 근접센서, 지자기 센서, 홀센서, RGB 센서 등이 스마트폰에 적용되고 있다. 

하지만 스마트폰의 센서는 사용자에 최적화된 데이터를 수집하는데 한계가 있다. 최신 스마트폰의 심박측정 센서의 경우, 일시적인 측정으로 지속적인 모니터링을 통해 심박동 변화를 측정해야 하는 전용 기기에 비해 효과가 떨어진다. 이를 보완한 웨어러블 디바이스가 급격히 떠오른 이유도 여기에 있다. 

웨어러블 기기에 적용된 센서는 항상 소비자의 신체 부위에 접촉하여 지속적인 센싱이 가능하다는 장점이 있다. 웨어러블 디바이스는 각종 센서를 이용하여 동작인식, 음성인식 등의 기능을 통해 별도의 입력 없이 사용자의 의도대로 콘텐츠를 즐길 수 있는 환경을 제공한다.   
이에 웨어러블 디바이스 시장은 2018년까지 연간 4억8500만대의 출하량을 기록할 것으로 예상된다. 스마트워치는 2018년까지 약 9천 만대의 시장을 형성하는 등 일상 생활에서 필요한 보편재의 위치를 차지할 것으로 보인다. 

현재 웨어러블 디바이스는 신체 부위별로 다양한 제품들이 개발되고 있다. 신체 부위별로 웨어러블 디바이스의 유형을 분리하면 손목형 밴드와 안경형 제품이 많이 개발 되었으며 산업별로는 라이프스타일 목적으로 제품이 다수를 차지한다. 

온습도, 압력, 모션 센서 많이 쓰는 웨어러블 디바이스

웨어러블 디바이스에 적용되는 센서도 신체 활동을 센싱하는 종류가 대부분이다. 온도, 습도 센서(Temperature/Humidity Sensor)는 하나로 합쳐진 형태로 주로 시계나 스포츠 용품에 쓰인다. 압력 센서(Pressure Sensor)는 실내 측위에 많이 쓰는 센서로 기압을 측정해 현재 고도와 몇 층에 있는지를 체크한다. 보통 실내는 GPS가 잡히지 않기 때문에 압력의 미세한 변화를 감지해 높이를 알 수 있기 때문이다. 대표적으로 FitBit은 계단 오르는 것을 인지하고, 평지와 계단의 칼로리를 별도로 계산한다.

가속도 센서(Accelerometer Sensor)는 이동하는 물체의 가속도나 충격을 측정한다. 모든 액티비티 트래커(Activity Tracker)에서 사용하는 센서로 운동의 효율성을 측정한다. 자이로 센서(Gyro Sensor)는 현재 센서의 각도가 어떻게 비틀어져 있는지 측정하는 것으로 X, Y, Z 세 축을 따로 인지할 수 있다.

운동량을 측정하는 모션 트래킹 센서(Motion Tracking Sensor)는 사용자가 걷는지 달리는지를 알 수도 있고, 자전거나 자동차를 타는 것도 인지 가능하다. 심장 박동을 측정하는 심박 센서(Heart Rate Sensor)는 인체의 심장 박동수를 측정(ECG). BPM(분당 심장 박동수)를 수치화하여 다른 장치에 전달한다. 보통 피부에 빛을 비추고 피부 아래로 흐르는 피의 움직임 패턴을 읽어 들인다. 

예를 들어, 심장부위에 가까운 가슴에 심장박동 및 심전도를 측정하는 센서형 제품들이 주고 개발되었고, 블루투스를 기반으로 게임, 라이프 스타일, 엔터테인먼트 목적으로 활용할 수 있는 장갑형 제품이 있다. 마이크와 수신 센서를 이용하여 통화기능을 적용한 제품이 개발되었고 압력센서를 이용한 양말이나 깔창형 제품도 나왔다. 

땀 센서(Sweat Sensor)는 운동량을 정확하게 측정하는 보조 센서로 땀은 교감 신경계를 통해 작용하는데 운동량를 더 정확하게 측정한다. UV 센서(Ultra-violet Sensor)는 자외선을 측정하는 센서로 자외선에 예민하게 반응하는 필름으로 광전자 반응 효과를 이용한다. 

헬스케어 기기에 쓰이는 혈당 센서까지

앞서 말한 센서들은 헬스케어 디바이스에도 대부분 쓰이며 특히 산소 포화도 센서와 혈당 센서 등이 적용되어 진단 예방에 응용된다. 

산소 포화도 센서(Pulse Oximeter Sensor)는 혈액 내 산소 포화도를 측정(적외선, 자외선), 복합 광원을 이용한 광 신호를 이용하여 혈중 헤모글로빈의 상태를 측정한다. 혈당 센서(Blood Sugar Sensor)는 인체의 혈류 속 혈당을 측정, 적외선을 피부에 조사한 후 빛의 흡광도를 이용하여 혈당량을 측정한다.  

드론에 필수적인 가속도와 자이로 센서

가속도 센서와 자이로 센서는 무인비행기, 드론에도 필수적인 센서이다. 

메인 컨트롤러로 아두이노를 썼을 경우, PID 제어를 하기 위해서는 가속도, 자이로 센서가 필요하다. 자이로, 가속도 값을 전달하는데 아두이노와는 I2C 통신한다.

드론에서의 가속도 센서는 드론의 수평을 잡아준다. 하지만 계속 움직이는 드론의 특성상 가속도 센서 하나만으로 드론의 기울기를 정확하게 알 수 없기 때문에 자이로 센서를 같이 쓴다. 자이로 센서는 드론이 얼마나 기울었는지와 어느 방향으로 기울었는지를 모터의 회전량을 알 수 있다. 하지만 센서의 노이즈로 인해 오차가 누적되기 때문에 초기 기준 값을 잡아주지 않으면 수평을 맞추지 못하는 단점을 가속도 센서가 보완해준다. 

전자부품연구원(KETI)의 박효덕 스마트센서사업단장은 “센서는 일상생활의 편리성 IT의 지능화에 따라 소형화, 복합화, 지능화되는 추세”라며, “산업간 융합화 및 인간과 기기간의 매개체로서 스마트 소사이어티 구현에 핵심 요소 기술로 발전할 것”이라고 말했다.