[공학저널 전찬민 기자] 센서기술은 공장자동화와 사물인터넷(IoT)에 있어 빼놓을 수 없는 필수 기술이자 4차 산업혁명을 이끄는 핵심이다. 센서는 물건에 가해지는 압력, 온도, 가속도, 주파수, 생체신호 등 다양한 신호를 전기신호로 바꿔주는 장치다. 일반 가정은 물론 산업, 공공분야 등 다양한 곳에서 사용된다.
빅데이터 기반 인공지능 서비스 제공을 위한 자료 수집의 기초 도구여서 시장의 수요가 상당하다. 센서의 경우 아직까지 국내는 대부분의 산업용 센서를 외국에서 수입하고 있는 실정이지만, 국내에서도 센서 기술 개발에 대한 연구는 끊임없이 지속되고 있다. 최근에는 스마트카, 자율주행차로 적용이 업그레이드되면서 ‘지능화’되는 추세다.
스마트폰 등 모바일 기기에 사용되는 센서의 경우에도 마찬가지다. 빛을 감지해 디스플레이 밝기를 조정하는 주변광센서, 거리를 측정하는 근접센서, 기울기 정도를 확인하는 자이로 센서, 정보보호를 위한 지문 센서 등 다양한 센서가 장착된다. 이뿐만 아니라 기술 간 유기적 결합으로 인해 센서는 더욱 다변화를 시도할 전망이다.
한국과학기술연구원 센서시스템연구센터 김재헌 센터장(사진)은 “각국 정부와 기업은 글로벌 저성장 돌파를 위해 제4차 산업혁명 시대 진입을 시도하고 있다”며 “4차 산업혁명의 첨병인 센서 시장은 선진국 뿐 아니라 개발도상국에서의 성장 속도도 빨라지고 있다”고 말했다.
INTERVIEW. 한국과학기술연구원 센서시스템연구센터 김재헌 센터장
센서시스템연구센터 간략히 소개 바란다
센서시스템연구센터는 국가 아젠다와 사회적 현안 해결, 삶의 질 향상을 목표로 센서 관련 기초연구과 응용기술을 개발하고 있습니다. 현재 13명의 선임과 책임연구원, 그리고 박사 후 연구원, 학생연구원, 위촉연구원 등 약 50명이 함께 연구하고 있습니다.
주 연구 분야는 물리, 전자공학, 기계항공공학, 화학공학, 신소재공학으로 다양합니다. 이러한 다양한 연구 배경과 더불어 기관 내외 연구팀들과의 자연스러운 협업을 통해 다양하고 흥미로운 융합연구들을 수행하고 있습니다.
그간 연구 주요 실적은
센서시스템연구센터에서 보고된 성과들은 원천 기술 개발에서부터 해당 기술의 현장 적용, 상용화까지의 넓은 스펙트럼을 보입니다. 이에 따라, 우수 논문 게재, 원천 특허 확보, 기술 이전 등 다양한 실적을 확보하고 있습니다. 예를 들어, 인공광수용체 연구에서는 사람의 망막에서 빛을 인지하는 광수용체 단백질을 합성해 광학적 신호를 전기화학 신호로 변환이 가능한 기초연구 결과를 얻었습니다.
이 연구는 향후 망막 질환 치료를 돕기 위해 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다. 또한, LTE 신호를 이용해 차량의 위치를 인식하는 기술을 이용해 GPS 이용이 불가능한 터널, 지하주차장 등에서도 네비게이션 사용이 가능하게 됩니다. 해당 기술은 현재 카카오 모빌리티에 기술이전 되었고, 카카오 모빌리티와의 계속적인 협업을 통해 상용화 단계에 있습니다.
국내 센서 기술에 대한 연구와 개발 현황은
국내의 기업, 연구소, 대학교 내 많은 연구팀들이 온습도센서, 광센서, 압력센서, 가스센서, 바이오센서에서 방사선센서에 이르기까지 많은 종류의 센서 기술을 개발하고 있습니다. 센서, 신호처리와 데이터처리에 필요한 요소 기술을 개발하거나 개별 기술들의 성능을 향상시키는 연구가 많이 수행되고 있습니다.
하지만 각 요소 기술 간의 유기적인 결합을 위한 시스템 운영 기술 개발이 부족합니다. 2016년 기준으로 국내 센서 관련 기업은 300개 정도이며 대부분 영세한 상황입니다. 또한 핵심기술인 센서칩을 수입해 모듈화하는 기술 수준은 세계 평균 64% 수준입니다.
최근 스마트카, 스마트홈, 스마트시티, 스마트 헬스케어, 스마트 엔터테인먼트 산업에 대한 수요가 높아짐에 따라 센서 시장은 지속적으로 성장할 것으로 예상됩니다. 이를 위해 연구 집중을 통한 핵심 기술 확보 등이 매우 중요한 시점이라 생각됩니다.
지능형 첨단 센싱 시스템은 무엇인지
기존의 많은 센서 기술들이 단일 센서 소자의 성능에 의존했다면, 지능형 첨단 센서시스템은 다양한 센서들에서 수집된 정보들을 머신러닝, 딥러닝과 같은 인공지능 기술로 보완함으로써 원시 데이터의 잡음을 줄이고, 사용자의 상황에 따라 의미 있는 정보를 전달하는 기술입니다.
센서의 개수가 많아짐에 따라 대용량의 데이터를 집중 방식으로 처리하기 위해서는 광대역 폭의 통신이 필요합니다. 이에 따라, 프로세서의 전력 소모도 커지게 되는데, 이러한 지능형 첨단 센서시스템은 중앙 처리 장치의 전력 소모를 줄일 수 있습니다. 또한 동일 성능의 프로세서로 가용센서 수와 종류를 획기적으로 늘릴 수 있는 장점이 있어 IoT 기술 구현에 유리할 것으로 기대됩니다.
센서플랫폼은 다양한 검지 소재의 적용을 통해, 사용자 목적에 적합한 센싱 기술 구현이 가능합니다. 획득되는 신호를 전기적 신호로 변환하는 기술인 FET 센서플랫폼에 다양한 검지소재를 결합해 유해가스 측정, 냄새와 가스 측정 등 다양한 센싱 기능을 극대화할 수 있습니다.
그 외 주요 센서 기술과 연구개발 중인 기술이 있다면
앞서 소개한 기술 외에 센터에서는 사회문제 해결을 위한 과제로, 가축질병 현장진단 기술, 미세먼지 포집기술, 감염병 조기진단용 양자 센싱 기술들을 연구하고 있습니다. 또한 일상생활에서 사람들이 사용함으로써 생활의 편의를 도모하고, 건강한 삶을 유지하는데 도움이 될 수 있는 연구들로 LTE 기반 실내 위치 인식기술, 후각·미각 수용체 기반 센싱 기술, 테라헤르츠 플랫폼 기반 암 진단 기술, 광수용체 기반 시각복원 기술과 시각세포 이미징 기술개발을 수행하고 있습니다.
센서 연구개발에 있어 아쉬운 부분은
전자제품, 자동차 산업이 대한민국의 경제에 매우 중요한 역할을 하고, 해당 산업에서의 첨단 센서 기술 수요는 크게 증가하고 있습니다. 하지만 초기 자본 투자에 대한 부담과 위험성 때문에 기술 개발에 대한 직접적인 투자와 국산 기술 이전을 통한 상용화보다 해외 기술 라이센스와 제품 구매에 많이 의존하는 실정입니다.
국내 첨단센서 기술 육성 또한 대한민국 핵심 산업들이 세계적인 경쟁력을 갖추기 위한 필수적인 요소입니다. 해외 기술에 가려져 있던 국내 강소기업에 기회가 돌아간다면 경제·산업 분야의 자립도를 높임과 더불어 우리 경제에도 내수성장의 발판이 마련될 수 있을 것이라 생각됩니다. 이를 위해, 국내 기업들과 연구기관들이 확보한 센서 원천 기술들이 산업으로 연결될 수 있도록 제도적·재정적 지원과 장치가 마련되면 좋겠습니다.
앞으로의 연구개발 방향과 계획이 있다면
센서시스템연구센터는 지금까지도 그래왔듯이 사회 문제를 해결하고, 국가 경쟁력을 제고 할수 있는 센서 기술을 개발하기 위해 항상 최선을 다할 것입니다.
