반도체 인사이트 센서전쟁

- 최신 및 미래형 센서들의 상당 부분은 초소형 정밀 기계 기술MEMS, Micro Electro Mechanical System 기반의 가공 공정과 집적회로 공정을 통 해 주로 실리콘 웨이퍼wafer(집적회로를 만드는 얇은 판)를 비롯한 반도체 기판 위에 만들어진다. 이는 웨이퍼 레벨의 일괄 공정 후 절단 과정 을 통해 센서 칩이 되기 때문에 소형이고(micro-), 하나의 칩, 혹은 하 나의 패키지 안에 온도와 습도, 가속도와 각속도 등과 같이 상호 연 관성 있는 여러 센서들을 넣을 수 있으며(multi), 연관 센서들 간 데이 터를 공유함으로써 더욱 가치 있는 데이터들로 가공(fused)될 뿐 아니라, 센서 칩이나 단일 패키지 안에 집적회로들을 설치함으로써 신 호 처리와 분석을 통해 스스로 생각하고 판단하는 기능이 더해지고 (smart, intelligent), 궁극적으로 센서 간 연결은 물론 데이터 전송까지 가능해진다(connected).
이와 같이 센서들이 점차 작아지고, 여러 신호의 동시 측정이 가능 하며, 회로를 통해 각각의 센서 데이터들이 변환, 전송까지 될 수 있 는 것은 반도체 공정과 MEMS 공정을 병용해 웨이퍼 위에 센서와 회로들을 일괄, 대량 생산할 수 있게 되었기 때문이다(integrated). 따라서 실리콘 웨이퍼에 제작된 MEMS형 센서에는 초소형, 복합화, 지능형, 그리고 집적화라는 형용사들이 붙어 새롭고 신선한 이름들로 만 들어지고 있다.
마이크로 센서, 즉 초소형 센서란 칩의 크기가 1mm, 혹은 그 이 하로 웨이퍼 위에 반도체 공정으로 만들어진 센서다. 이는 MEMS의 장점들, 즉 성능, 소비 전력, 가격에서의 유리한 점들을 그대로 지니고 있는 첨단 센서로, 특히 소자 감지부의 크기가 매우 작고 가벼워짐에 따라 감도가 높고 소비 전력은 낮은 특성을 갖는다. 칩의 면적이 작으 므로 센서의 여유분까지 만들 수 있어서 좋은 여유도redundancy를 가 질 수 있을 뿐 아니라 이에 따라 시스템도 소형화돼 이동성이 좋아지 고, 화학이나 혈액 성분 등을 분석할 때 샘플의 사용량이나 크기도 급격히 줄일 수 있다. 또한 작은 칩 안에 상호 연관성 있는 여러 종류 의 센서들을 함께 넣을 수도 있고, 여러 개의 센서 칩들을 한 패키지 에 내장할 수도 있기 때문에 센서의 복합화가 가능하다. 특히 스마트 폰과 같은 모바일 기기나 체내에 삽입하는 센서들은 여러 유관 신호들을 감지한다. 모바일 기기나 드론, 무인 비행체에 필수적인 움직임 추적 센서 모듈의 경우, 움직임 감지를 위한 직선 가속도, 각속도 센 서들, 나침반용 자기장 센서, 그리고 고도 측정을 위한 기압 센서들이 함께 집적화돼 복합화 센서를 이룸으로써 움직임의 완전한 측정과 분 석이 가능해진다.
- 스마트 센서는 스스로 오차를 보정하고 제어할 수 있으므로 신뢰할 수 있는 데이터를 생산한다. 센서 데이터는 디지털 공간에서 가공(빅데이터), 분석(클라우드 컴퓨팅), 해석(AI)하고 저장(데이터 센터)되며 분석한 결과는 생산 현장에 있는 로봇(액추에이터)에 전달돼 작업 내 용을 변경한다. 즉, 스마트 센서와 AI, 클라우드 컴퓨팅, 로봇을 결합 하면 작업자가 개입하지 않고도 자율적으로 운전하는 스마트팩토리 가 가능해지는 것이다.
3차 산업혁명에서 생산성을 크게 높인 방법은 센서와 수치제어 기기를 융합해 기계를 자동화하고, 산업용 로봇을 배치해 생산 라인을 자동화한 것이었다. 자동화 생산에서는 작업자가 미리 입력해 놓은 프로그램에 따라 기계나 작업 로봇이 명령을 실행하는 반면, 4차 산 업혁명의 자율화 생산에서는 기계나 로봇이 미리 정해진 명령에 따라 움직이는 것이 아니라 작업자의 개입 없이 스마트 센서의 데이터에 기 반한 AI가 운전조건을 자율적autonomous으로 변경해 최적의 상태로 운전한다. 자동화 생산에서는 적은 수의 센서가 데이터를 취득해 제 어 시스템에 전달하면 수치제어 기기가 미리 설정된 정보와의 차이를 계산해 운전 내용을 조정하지만, 자율화 생산에서는 AI가 많은 센서 데이터를 종합적으로 분석해 최적의 솔루션을 찾아 스스로 운전 조 건을 변경한다. 즉, 자동화 생산에서는 설정값과 실제 값의 차이에 단 순히 대응하는 반면, 자율화 생산에서는 센서값의 변화를 분석하고 최적의 상태가 유지되도록 반응하는 것이다. 따라서 완전한 자율운 전 체계를 갖추기 위해서는 하나의 장비에 여러 센서를 설치해 데이 터를 수집해야 한다. 3차 산업혁명까지는 기계의 몇 부분에 센서를 설치해 오작동이나 위험을 감지하는 수준으로 기계를 진단했다면 4 차 산업혁명부터는 기계의 주요 부품에 여러 개의 센서를 설치해 운 전 중인 기계의 개별 부품 상태를 파악하고 여러 부품의 데이터를 종 합해 기계를 진단한다.- 기업들에서도 노인 전용 혁신 제품들을 잇따라 출시하고 있다. 삼 성경제연구소에 따르면 1909년부터 보행용 지팡이를 만들어 온 프랑 스 회사 페이엣Fayet은 센서를 부착한 지팡이를 개발했다. 페이엣의 지팡이에는 모션. 가속도계 · 자이로스코프 센서와 GPS 등을 내장해 사용자의 보행습관을 센싱한다. 평소 사용자가 어떻게 걷는지 데이터 로 저장해 급격한 보행자세 변화 여부를 판별하고, 갑작스러운 변화 나 낙상이 의심되면 가족이나 의사에게 자동으로 정보를 전송해 응 급상황을 미연에 방지한다.
프랑스의 스마트워치 회사 PK비탈리티PKvitality는 채혈을 하지 않고 도 사용자의 당 수치를 측정하는 스마트워치를 개발했다. 스마트워치 밑에 바이오센서와 피부 측정 기기를 탑재해 당 수치를 분석하는 방 식이다.
- 리빙랩이라는 용어는 미국 매사추세츠공과대학교MIT 미디어랩에서 수행한 플레이스랩Place Lab 프로젝트에서 유래했다. 새로운 정보통신 기술ICT에 최적화된 주거 환경을 연구하기 위해 학교 근처 아파트를 빌려 수백 개의 센서와 카메라로 거주자의 행동을 관찰한 것이 '사람 이 머물며 생활하는 실험실(Live-in/Living Laboratory)'의 시작이다. MIT 사례와 같이 초기의 리빙랩은 연구개발 결과에 대한 실증 등 기술 중심적이었으나, 2006년 유럽연합 EU의 19개 도시가 유럽 리빙랩 네트워크ENOLL, European Network of Living Lab를 결성하면서부터는 다양한 사회문제 해결을 위한 사용자 주도형 설계 및 실행이라는 적극적 의미를 띠게 됐다.국내에서도 초기에는 사회문제 해결을 중심으로 적용됐으나, 최근 에는 살아 있는 실험실' 또는 '일상생활 실험실, 사용자 참여형 혁신 공간' 등으로 불리며, 특정 공간 및 지역을 기반으로 공공 연구 부문, 민간기업, 시민사회가 협력해 혁신 활동을 수행하는 '혁신 플랫폼의 개념으로 확장돼 활용되고 있다.
즉, 리빙랩은 다양한 이해관계자들이 참여해 혁신 활동을 수행하 는 방법론이자 플랫폼으로, 사회문제 해결에서부터 신기술 및 제품. 서비스 개발 등에 이르기까지 다양한 영역으로 확장, 적용되고 있다.
- 짐 데이터 교수의 이론 중 '네 가지 미래'라는 게 있다. 그는 “미래 는 존재하지 않으니 존재하지 않는 것을 공부할 수 없다. 그 대신 미래학은 사람들이 상상하고 있는 미래에 대한 이미지를 공부하는 것이 다.”라고 정의하며, 그 전제하에 사람들이 갖고 있는 미래에 대한 이미 지를 크게 네 가지로 분류했다. 계속성장Continued Growth. 붕괴 Collapse. 절제Disciplined Society. 변형사회Transformation가 그것이다. 예측하고자 하 는 대상의 미래 이미지는 대부분 이 네 가지로 분류할 수 있다는 얘 기다. 인구나 경제 또는 개인의 미래 역시 이틀 안에서 구분 지을 수 있다. 미래는 특정한 하나로 정해져 있는 것이 아니라 얼마든지 이 네 가지로 분화할 가능성이 있다고 그는 말한다. '그럼 우리가 할 수 있 는 일은 무엇인가'라고 되묻는다면, 이 네 가지 미래 이미지가 모두 실 현될 가능성에 대비하면서 이 중 가장 바라는 미래 이미지를 목표로 전략과 에너지를 모아 나가야 한다고 말할 수 있을 것이다. '미래는 예 측하는 것이 아니라 꿈꾸고 만들어 나가야 한다'는 말은 이런 논리 하에 만들어진다.
- 세상으로 뻗어나가려는 생명의 작용, 나와 세상을 연결하여 관계를 창조하려는 욕망은 외부를 단순히 감지만 하는 것이 아니라 감지된 외부와 호응하여 내부의 특질을 발현하기 위한 시도를 시작한다. 세 상을 감지하는 건 나를 구체적이고 뚜렷하게 드러내기 위한 첫 단추 다. 욕망은 보다 향상된 감각과 인식을 통해 세상과 나의 존재성을 넓 히길 원했고, 그래서 인간은 육체적인 감각 기관을 대체할 것들을 고안했다. 센서는 고안물이지만 욕망의 육화肉化, incarnation나 다름없다. 센서는 욕망의 매개체이자 욕망의 표지자다.
인간은 센서를 통해 육체적 한계를 벗어나 그동안 차마 다다르지 못했던 세상을 인식할 수 있게 됐다. 스스로 감지하지는 못해도 센서 를 통해 대리 감지함으로써 인지의 범위를 확장시킬 수 있다. 그로 인 해 세상은 이전과 다르게 사고되고, 내 존재도 이전과 다르게 파악된 다. 망원경을 통해 우주를 알게 되기 전과 후의 세상은 완전히 다르 지 않은가. 더불어 그 세상들 위에 놓여 있던 인간 존재의 정의도 달 라진다. 결국 센서는 세상과 자아의 확장자이자 존재 플랫폼의 개체 를 위한 시발이다.