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웨어러블 컴퓨팅 환경에서의 센서 역할 및 활용방향

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웨어러블 컴퓨팅 환경에서의 센서 역할 및 활용방향

  1. 1. 주간기술동향 2014. 7. 23. www.iitp.kr 14 웨어러블 컴퓨팅 환경에서의 센서 역할 및 활용 방향 1. 서론 2013 년 가트너에서 발표한 하이프 사이클(Hype Cycle)에서 Internet of Things(IoT), Mobile Robots, Human Augmentation 등이 10 년 이상 지속 가능한 기술로 언급되었다 [1]. 이러한 기술들의 공통적 특징은 사람 또는 사물들로부터 정보를 획득하고, 이를 응용 하여 새로운 서비스를 제공하는 것이다. 이를 위해 필요한 기술 중에 단연 센서 기술이 그 중심에 있다고 할 수 있다. 센서와 관련된 기술들은 최근 10 여 년 동안 급속도로 발전해 왔으며, 인터넷의 발전은 스마트폰과 스마트 디바이스의 폭발적인 확산과 더불어 발전 추 이는 점점 더 가속화 되고 있다[2]. 그 결과 다양하고 높은 성능의 센서들이 보급되었으 며, 공급 가격 또한 낮아지면서 센서를 사용하기 위한 진입 장벽이 점점 낮아지고 있다. 그 중 대표적인 추세인 웨어러블 디바이스와 센서 기술의 만남은 사용자들의 삶의 질을 보다 향상시킬 수 있게 해주고 있다[3]. 이러한 흐름 속에서, 세계적으로 전기 및 전자 분야에서 최신 동향을 확인해 볼 수 있 는 컨퍼런스인 CES 2014 에서는 다양한 웨어러블 디바이스가 선을 보였다[4]. 이 때 전 시된 웨어러블 디바이스 중에서 스마트 워치가 참관객들에게 가장 많은 파장을 불러일으 김장원 KISTI 컴퓨터지능연구실 선임연구원 jangwon@kisti.re.kr 홍승균, 정한민 KISTI 컴퓨터지능연구실 1. 서론 2. 웨어러블 컴퓨팅 환경에서의 센서 역할 3. 웨어러블 컴퓨팅 환경을 위한 센서 기술 동향 4. 웨어러블 디바이스와 센서의 활용 5. 결론 ICT 기획시리즈 * 본 내용과 관련된 사항은 KISTI 컴퓨터지능연구실 김장원 선임연구원 (☎ 042-869-1786)에게 문의하시기 바랍니다. ** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP 의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.
  2. 2. ICT 기획시리즈 15 정보통신기술진흥센터 켰다. 스마트 워치는 구글(Google Glass[5]), 삼성(Galaxy Gear[6]), 애플, 소니, LG(G Watch[7]), 모토로라(Moto 360[8]) 등의 회사에서 주력하고 있음을 보여주었으며, 이때 공개된 스마트 워치는 기존 시계가 할 수 있는 기능뿐 만 아니라 나아가서는 다양한 센서 의 집합체로 볼 수 있다. 스마트 워치를 통해 사람으로부터 신체에 관한 다양한 정보를 수 집할 수 있게 되었으며, 의료 분야 및 개인 사무자동화 분야 등에 활용할 수 있음을 보여 주었다. 이를 통해 기존의 시계가 가지고 있던 개념과 센서의 개념이 융합되어 새로운 형 태의 웨어러블 센서가 탄생하였음을 보여주었다. 이러한 트렌드에 맞추어 본 고에서는 웨어러블 컴퓨팅 환경에서 센서의 역할과 활용 방향에 대해 살펴보고, 차세대 센서 기술 동향과 이 같은 기술 발전이 웨어러블 컴퓨팅 환 경뿐만 아니라 우리 생활에 미칠 영향에 대해 고찰하고자 한다. 2. 웨어러블 컴퓨팅 환경에서의 센서 역할 센서란 정보 및 에너지를 물리적, 화학적, 생물학적 수단을 사용하여 검출하는 장치를 말한다[9]. 특히, 웨어러블 컴퓨팅 환경에서 사용되는 디바이스는 센서를 통해 다양한 정 보를 획득할 수 있게 됨으로써 밀접한 관계를 가지고 있다. 그러므로 웨어러블 디바이스 가 사용자에게 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 정보를 제공해 주기 위해서는 센서 및 관련 기술 또한 고도화될 필요가 있다. <표 1>은 현재 사용되고 있는 대표적인 센서들의 종류 와 특징을 나타낸다. 센서는 기본적으로 물체의 움직임을 측정하기 위한 가속도, 자이로 센서, 진동 센서 등 과 환경 정보를 획득하기 위한 온도, 습도, 압력 센서 등에 이르기까지 그 종류가 다양하 게 개발되었다. 이러한 센서들은 한 가지 목적 이외에 다양한 목적을 위해 서로 다른 센서 들과 융합되어 사용되고 있으며, 웨어러블 디바이스의 진화는 센서의 진화를 촉진시켰다. 초기 웨어러블 컴퓨팅 환경에서의 센서의 역할은 기본적인 센서의 역할에 충실하였기 때문에 이를 부착한 웨어러블 디바이스 또한 사용자에 최적화되기 보다는 크고 무거운 형 태를 보였다[17]((그림 1) 참조). 현재까지 이르러 센서들은 점차 진화해 왔으며, 신생아의 호흡과 체온, 자세를 측정할 수 있으며, 산소 포화도 등을 감지할 수 있게 되었다[18]((그림 2) 참조). 이러한 증가 추 세로 볼 때, 향후 웨어러블 디바이스의 진화와 함께 센서 기술 또한 고도화될 것이며, 사람
  3. 3. 1 < 과 로 주간기술동 www.iitp. 16 <표 1> 센서 종 유형 가속도 센서 (Acceleromete sensor) 온도 센서 (Temperature sensor) 음향 센서 (Acoustic sensor) 이미징 센서 (Imaging sensor) 심장 박동 센서 (Electrocardiog ram sensor) 맥박 센서 (Pulse Oximeter sensor) 혈당 센서 (Glucose sensor) 과 직ㆍ간접적 로 진화할 것으 동향 2014. 7. 23 .kr 종류 및 분류 er - 이동하는 정함 - 3 축(X, Y, 을 특정함 e - 대기 중 혹 정[11] - 섭씨나 화 - 다양한 종 - 측정된 음 샘플링 후에 [12] - 피사체로부 미지화함 - 가시광의 서 g - 인체의 심 - BPM(분당 여 다른 장 - 혈액 내 산 - 복합 광원 하여 혈중 [15] - 인체의 혈 - 적외선을 광도를 이용 적으로 함께 하 으로 기대된다 (그림 1) MIT . 특징 물체의 가속도나 Z)의 값으로 물 [10] 혹은 국소 부위의 화씨의 정도를 수치 종류의 음파를 측정 음파 신호에서 특정 에 디지털 데이터 부터 반사된 빛을 영상을 주로 활용 장 박동을 측정 당 심장 박동수)를 장치에 전달함[14 산소 포화도를 측 원을 이용한 광 신 헤모글로빈의 상 혈류 속 혈당을 측 피부에 조사한 후 용하여 혈당량을 하였던 웨어러 다((그림 3) 참 T 에서 최초로 나 충격을 측 물체의 움직임 의 온도를 측 치로 표현 정함 정 주파수를 터로 표현 을 디지털 이 용[13] 를 수치화하 4] 측정 신호를 이용 상태를 측정 측정 후 빛의 흡 측정[16] 러블 디바이스 참조). 개발한 HMD 스는 조금 더 사 D 센서 초기 모 대표사례 (기관) B 사람의 몸에 모습(1968 년) ) Force Tracker (Fitbit) Body monitoring sensor (Bodymedia) BodyScope (K. Yatani, Kha N. Truong) Google Glass (Google) nECG MINDER (Nuubo) Wireless Pulse Oximeter (iHealth Labs) Glucowise (MediWise) 밀착하는 형 r g i R e 태
  4. 4. ICT 기획시리즈 17 정보통신기술진흥센터 그 결과 센서는 단순한 센서가 아닌 웨어러블 디바이스와 융합된 웨어러블 센서로 진 화할 것이다. 또한, 웨어러블 디바이스는 향후 사람이 먹는 형태로 진화하여 나노 바이오 센서 기반의 디바이스로 진화할 수 있을 것이다[19]. 가까운 미래에는 인체에 대한 탐험 을 한다는 소재로 1987 년 개봉된 이너스페이스(Innerspace) 영화가 공상과학 영화로 그 (그림 2) 신생아의 상태를 체크하는 복합센서(Mimo Kimono) 장치(2014 년) (그림 3) 웨어러블 디바이스와 센서의 현재와 미래 (그림 4) 인체탐험을 위한 먹는 형태의 미래형 센서 예
  5. 5. 1 치 수 사 는 이 인 과 < 주간기술동 www.iitp. 18 치는 것이 아니 3. 웨어러블 센서들은 점 수 있는 멀티 사용되는 나노 는 관련 기술들 이터의 수도 급 인 분류를 나타 과 센서 자체의 <표 2> 센서 종 유형 데이터 프로세싱 나노기술 배터리 인터페이스 센서 플랫폼 동향 2014. 7. 23 .kr 니라, 바이오센 블 컴퓨팅 환경 점점 진화하여 모달형 센서 노 바이오 센서 들이 활발히 급속도로 증가 타낸다. 크게 의 고도화를 위 종류 및 분류 - 센서 자체적으 로세서나 레지 터 처리가 가능 - 데이터를 선처 형화가 가능할 - 반도체 공정의 크기가 매우 작 - 주변 환경을 크기가 현격하 기술이 발달될 - 기존의 2 차전 벗어나 새로운 - 유연성이 뛰어 초소형 웨어러 한 도움이 될 - 다양한 디바이 을 가능하게 함 - 근거리 내 같 장치가 고장 해 데이터 전송 - 이종의 네트워 가능하게 함[2 - 기존의 일반적 특정 애플리케 [24] - 전력 소모가 리 속도가 빠름 . 센서를 통해 환경을 위한 센 여 하나의 기 로 개발되고 서가 활발히 개발되고 있 가하고 있다. 센서로부터 위한 기술, 나 특징 으로 데이터를 처 지스터가 있어 실 능함[20] 처리할 수 있어 할 것으로 기대됨 의 향상으로 설 작아짐 탐지하는 센서 하게 줄어들어 다 될 것으로 기대됨 전지의 정형화된 운 모양으로 개발 어나고 두께도 굉 러블 디바이스 개 것으로 기대됨[2 이스들 간에 다중 함 같은 네트워크에 나더라도 다른 송이 가능 워크를 하나의 칩 23] 적인 컴퓨터보다 케이션만을 위해 현격히 적으며 름 현실로 다가올 센서 기술 동향 기능을 가지는 있다. 또한, 개발되고 있 있으며, 센서의 <표 2>는 이 생성되는 데이 나노 기술 기반 처리하는 프 실시간 데이 장치의 소 계 회로의 플랫폼의 다양한 활용 [21] 된 모습에서 발됨 굉장히 얇아 개발에 상당 22] 중 네트워킹 속한 어느 장치를 통 칩으로 접속 매우 작고 해 구현됨 데이터 처 올 수 있을 것 향 는 센서에서부 이 뿐만 아니 있다. 센서의 기 의 증가에 따라 이러한 센서 관 이터를 가공하 반 센서 등으로 것이다((그림 부터 다양한 기 니라 초소형화 기능을 더욱 라 센서로부터 관련 기술들에 하고 분석을 하 로 분류될 수 대표사례 (기관) 4) 참조). 기능을 함께 화되어 특수하 다양하게 해 터 생성되는 에 대한 대표 하기 위한 기 수 있다. Image senso with MCU&IF (Aptina Imaging) Smartdust (Berkeley Robotics Lab Flexible Battery (Imprint Energy) Single-boar ZigBee+Wi- Interface (JMP System Edison (Intel) 할 하게 주 데 표적 술 or FP t b) rd -Fi ms)
  6. 6. ICT 기획시리즈 19 정보통신기술진흥센터 센서 데이터를 수집하고 분석하기 위한 대표적인 것으로 센서 데이터 플랫폼이 있다. 센서 플랫폼이란 여러 가지 전자 센서들과 모바일 디바이스 및 사물들 간에 발생하는 데 이터를 송수신하고 관리하는 체계적인 시스템이다. 이를 위해 갤럭시 기어를 발표한 삼성 전자에서는 SAMI(Samsung Architecture for Multimodal Interaction)라는 명칭으로 클라 우드 컴퓨팅 환경 기반의 오픈 소스 플랫폼을 구축하고 있다[25]((그림 5) 참조). 해당 플랫폼 개발을 지휘하고 있는 루크 줄리아는 애플에 장착된 시리(Siri) 개발을 감 독하였던 엔지니어로써 현재는 삼성 이노베이션 센터에서 SAMI 플랫폼 개발을 지휘하고 있다[26]. 해당 플랫폼이 상용화될 경우, 개인 비서처럼 웨어러블 디바이스 장치에 사용자가 필 요한 기술을 전송해 줄 수 있을 것으로 예상해 볼 수 있다. 또한, 나노 기술을 이용한 센 서로서 나노 섬유센서를 이용한 가스센서와 호흡분석 센서 등이 개발되었다. 마스크 형태 (그림 5) 센서 데이터 플랫폼 개발 사례 (그림 6) 나노 센서 개발 사례
  7. 7. 주간기술동향 2014. 7. 23. www.iitp.kr 20 로 착용하거나 옷에 부착만으로 가스 노출에 대한 정밀한 탐지가 가능하게 되었으며, 숨 만 쉬면서도 호흡 안에 들어 있는 성분들을 파악하고 질병을 손쉽고 빠르게 진단할 수 있 게 되었다[27]-[28]((그림 6) 참조). 4. 웨어러블 디바이스와 센서의 활용 웨어러블 디바이스는 이미 우리의 일 상속에 깊숙하게 자리매김하고 있다. 대표 적으로 다음과 같은 사례가 있다. 지난 6.4 지방선거 개표방송에서 MBC 에서는 ‘매직 웨어러블’이라는 웨어러블 디바이스 장치를 선보였다. 사용자의 손동작을 인식 하여 개표 방송을 보다 흥미롭게 진행하 였으며, 이는 공영 방송에서 최초로 웨어 러블 디바이스를 활용한 사례로 많은 주 목을 받았다[29]((그림 7) 참조). 더불어 가트너에서 언급되었던 Human Augmentation 기술 또한 웨어러블 컴퓨팅 환경에 지대한 영향을 끼칠 것으로 기대된다. 이는 최근 페이스북이 인수한 Oculus VR 회사와 관계가 있다. 해당 회사는 HMD(Head- Mounted Display)와 관련된 제품을 개발하는 벤처 회사로서 사용자 경험을 극대화하는 것을 목표로 하고 있다[30]. 페이스 북은 가상현실 세계에까지 자사의 서비스를 확장하려 (그림 7) MBC 매직 웨어러블 방송 일부 화면 (그림 8) 페이스북의 CEO 주크버그의 Oculus VR 제품 시연 모습
  8. 8. ICT 기획시리즈 21 정보통신기술진흥센터 는 움직임을 보이고 있다. 이러한 움직임을 볼 때 웨어러블 디바이스와 SNS 를 연결함으 로써 온라인 친구들이 가상 현실 속에서 아바타 형태의 친구로 등장하여 MySpace 나 리 니지와 같은 게임속 친구들과 다양한 문화를 만들어 갈 수도 있을 것이다[31]((그림 8) 참조). 모션 캡처 분야에서도 웨어러블 컴퓨팅이 큰 역할을 차지할 가능성이 높아졌다. 과거 에는 영화나 애니메이션 제작에서 캐릭터의 움직임을 구현하기 위해 모션 액터의 몸에 포 인팅 장치를 부착하고 정적인 공간에서 영상 인식 기법을 이용하여 움직임을 측정하였다. Motion Workshop 사에서 현재 개발되고 있는 솔루션은 이러한 공간적 단점을 극복하여 어느 장소에서든지 관계 없이 Wi-Fi 네트워크를 이용하여 모션 데이터를 수집할 수 있게 되었다[32]((그림 9) 참조). 5. 결론 다양한 웨어러블 디바이스가 개발됨에 따라 웨어러블 컴퓨팅 환경은 급속도로 확장되 고 있다. 웨어러블 디바이스가 더욱 고도화되고 진화하기 위해서 센서의 역할 또한 중요 해 지고 있다. 센서 및 센서와 관련된 기술이 다양하게 개발되면서 우리의 삶의 질 향상을 위한 디바이스로서 우리 곁에서 쉽게 볼 수 있을 것이다. 전자문신으로 공인인증서를 대 체할 수 있을 것이며, 나노 센서들은 우리 몸 안에서 돌아다니면서 치유 기능을 수행하거 나 상태 진단을 하기 위해 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 그 결과 지금까지 경험하지 (그림 9) Motion Workshop 사의 Shadow 센서 테스트 장면
  9. 9. 주간기술동향 2014. 7. 23. www.iitp.kr 22 못한 웨어러블 디바이스 세계가 우리 앞에 펼쳐지게 될 것으로 기대해 볼 수 있다. 이렇듯 웨어러블 컴퓨팅 환경을 위한 센서 기술은 우리가 상상해왔던 것 이상으로 진 화하고 있다. 진화하는 웨어러블 디바이스는 IoT, Mobile Robots, Human Augmentation 에서 중요한 역할을 수행할 것이다. 센서들의 통신은 IoT 환경 속에서 더욱 가속화될 것 이며, 사람뿐 만 아니라 로봇 등과 같은 기계들이 사용하게 되는 웨어러블 디바이스도 많 이 탄생할 것이고, 가상현실세계를 실현시켜 줄 센서기술들도 연구될 것이다. 그 결과 초 경량, 초소형의 고도화된 웨어러블 디바이스가 더욱 많이 등장하게 될 것이다. 그렇지만 이러한 기술발전과 상응하거나 다소 불편한 이슈들과도 직면하게 될 것이다. 예를 들어, 사용자 개인이 입고 있는 웨어러블 디바이스로부터 생성된 데이터가 의료 목적으로 의사 또는 병원으로 전송되었을 경우 해당되는 데이터의 소유권은 누가 주장할 수 있는지 고민해야 할 것이다. 앞으로 더욱더 웨어러블 디바이스들이 개인화됨에 따라 장치로부터 발생되는 데이터들에 대한 보안, 보호 이슈 또한 사회적 이슈로 등장할 가능 성이 크다. 그러므로 삶의 질 향상을 가져올 수 있는 웨어러블 디바이스임에도 불구하고 이러한 사항들은 지금부터 깊게 논의되어야 할 것이다. <참 고 문 헌> [1] Gartner, Gartner’s 2013 Hype Cycle for Emerging Technologies Maps Out Evolving Relationship Between Humans and Machines, http://www.gartner.com/newsroom/id/2575515 [2] 방송통신정책 리포트. 웨어러블 디바이스 동향과 시사점, 제 25 권 21 호 통권 566 호, 2013. [3] 미래창조과학부 공식 블로그, 차세대 스마트 기기 웨어러블 디바이스 시장에 주목, http://blog.daum.net/withmsip/320 [4] CES 2014, International Consumer Electronics Show, http://ces.cnet.com/ [5] Google, Google Glass, https://www.google.com/glass/start/ [6] Samsung Electronics, Samsung Galaxy Gear, http://www.samsung.com/sec/consumer/mobile- phone/galaxygear/ [7] LG Electronics, G Watch, http://www.lg.com/global/gwatch/index.html#main [8] Motorola Mobility, Moto 360, https://moto360.motorola.com/ [9] 네이버 학생 백과 사전, 센서, http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=923318&cid=3430&categoryId=3430 [10] Fitbit, Fitbit Force, http://www.fitbit.com/flex [11] Bodymedia, BodyMedia FIT LINK Armband,
  10. 10. ICT 기획시리즈 23 정보통신기술진흥센터 http://www.bodymedia.com/Support-Help/BodyMedia-FIT-BW [12] K. Yatani, Khai N. Truong, BodyScope: A Wearable Acoustic Sensor for Activity Recognition, http://yatani.jp/paper/Ubicomp2012.pdf [13] Chris Davies, Google Glass prescription frame option priced up for Explorers, http://www.slashgear.com/google-glass-prescription-frame-option-priced-up-for-explorers- 31310494/ [14] Nuubo, nECG Platform, http://www.nuubo.com/?q=en/node/165 [15] iHealth Lab, Wireless Pulse Oximeter, http://ihealthlabs.com/fitness-devices/wireless-pulse-oximeter [16] MediaWise, Live a healthier life with GlucoWise, http://www.gluco-wise.com/ [17] E. Sutherland Ivan, “A Head-Mounted Three Dimensional Display,” in Proceedings of the Fall joint Computer Conference, 1968, http://design.osu.edu/carlson/history/lesson4.html [18] Rest Devices, Mimo Baby Monitor: Kimono, http://mimobaby.com/mimo/ [19] 최철종, “나노바이오센서 연구 동향,” 세라미스트 제14 권 제4 호, 2011. 8, pp.44-49. [20] Aptina Imaging, MT9D131 SoC CMOS Digital Image Sensor, http://elcodis.com/parts/840440/MT9D131C12STCH_ES.html#datasheet [21] Kris Pister, SMART DUST: Autonomous sensing and communication in a cubic millimeter, http://robotics.eecs.berkeley.edu/~pister/SmartDust/ [22] Radiologie Co., Imprint Energy Promo, http://vimeo.com/51702339 [23] JMP Systems, JSN200, http://www.jmpsystem.com/jmp/product/products_view.jsp?category=3&seq=263 [24] Intel, Intel® Edison, http://www.intel.com/content/www/us/en/do-it-yourself/edison.html [25] SAMI, 사물인터넷 플랫폼, http://6spot.net/reviews/samsung-announces-health-platform-that- will-make-your-body-247-follow/ [26] 루크 줄리아, 아이폰 시리 개발자, 삼성 사물인터넷 플랫폼 개발 이끈다, http://www.ittoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=41224 [27] 윤지욱, 김효중, 김일두, 이종흔, “Highly Sensitive C2H5OH Sensor Using Fe-doped NiO Nanofibers”, 한국세라믹학회춘계연구발표회, 2013. [28] 날숨진단센서, http://kiststory.tistory.com/946/ [29] 센서 활용 예, http://article.joins.com/news/article/article.asp?total_id=14878225&ctg=1502 [30] Oculus VR, http://www.oculusvr.com/ko/ [31] MySPACE.com, https://myspace.com/ [32] Motion Workshop, Shadow: Body Motion Capture, http://www.motionshadow.com/videos.html

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