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성언 곡
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1 주간기술동향 웨어러블컴퓨팅환경에서의센서역할및활용방향 김장원 KISTI 컴퓨터지능연구실선임연구원 홍승균, 정한민 KISTI 컴퓨터지능연구실 1. 서론 2. 웨어러블컴퓨팅환경에서의센서역할 3. 웨어러블컴퓨팅환경을위한센서기술동향 4. 웨어러블디바이스와센서의활용 5. 결론 1. 서론 2013 년가트너에서발표한하이프사이클 (Hype Cycle) 에서 Internet of Things(IoT), Mobile Robots, Human Augmentation 등이 10 년이상지속가능한기술로언급되었다 [1]. 이러한기술들의공통적특징은사람또는사물들로부터정보를획득하고, 이를응용하여새로운서비스를제공하는것이다. 이를위해필요한기술중에단연센서기술이그중심에있다고할수있다. 센서와관련된기술들은최근 10 여년동안급속도로발전해왔으며, 인터넷의발전은스마트폰과스마트디바이스의폭발적인확산과더불어발전추이는점점더가속화되고있다 [2]. 그결과다양하고높은성능의센서들이보급되었으며, 공급가격또한낮아지면서센서를사용하기위한진입장벽이점점낮아지고있다. 그중대표적인추세인웨어러블디바이스와센서기술의만남은사용자들의삶의질을보다향상시킬수있게해주고있다 [3]. 이러한흐름속에서, 세계적으로전기및전자분야에서최신동향을확인해볼수있는컨퍼런스인 CES 2014 에서는다양한웨어러블디바이스가선을보였다 [4]. 이때전시된웨어러블디바이스중에서스마트워치가참관객들에게가장많은파장을불러일으 * 본내용과관련된사항은 KISTI 컴퓨터지능연구실김장원선임연구원 ( ) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITP 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 14

2 켰다. 스마트워치는구글 (Google Glass[5]), 삼성 (Galaxy Gear[6]), 애플, 소니, LG(G Watch[7]), 모토로라 (Moto 360[8]) 등의회사에서주력하고있음을보여주었으며, 이때공개된스마트워치는기존시계가할수있는기능뿐만아니라나아가서는다양한센서의집합체로볼수있다. 스마트워치를통해사람으로부터신체에관한다양한정보를수집할수있게되었으며, 의료분야및개인사무자동화분야등에활용할수있음을보여주었다. 이를통해기존의시계가가지고있던개념과센서의개념이융합되어새로운형태의웨어러블센서가탄생하였음을보여주었다. 이러한트렌드에맞추어본고에서는웨어러블컴퓨팅환경에서센서의역할과활용방향에대해살펴보고, 차세대센서기술동향과이같은기술발전이웨어러블컴퓨팅환경뿐만아니라우리생활에미칠영향에대해고찰하고자한다. 2. 웨어러블컴퓨팅환경에서의센서역할센서란정보및에너지를물리적, 화학적, 생물학적수단을사용하여검출하는장치를말한다 [9]. 특히, 웨어러블컴퓨팅환경에서사용되는디바이스는센서를통해다양한정보를획득할수있게됨으로써밀접한관계를가지고있다. 그러므로웨어러블디바이스가사용자에게보다정확하고신뢰할수있는정보를제공해주기위해서는센서및관련기술또한고도화될필요가있다. < 표 1> 은현재사용되고있는대표적인센서들의종류와특징을나타낸다. 센서는기본적으로물체의움직임을측정하기위한가속도, 자이로센서, 진동센서등과환경정보를획득하기위한온도, 습도, 압력센서등에이르기까지그종류가다양하게개발되었다. 이러한센서들은한가지목적이외에다양한목적을위해서로다른센서들과융합되어사용되고있으며, 웨어러블디바이스의진화는센서의진화를촉진시켰다. 초기웨어러블컴퓨팅환경에서의센서의역할은기본적인센서의역할에충실하였기때문에이를부착한웨어러블디바이스또한사용자에최적화되기보다는크고무거운형태를보였다 [17](( 그림 1) 참조 ). 현재까지이르러센서들은점차진화해왔으며, 신생아의호흡과체온, 자세를측정할수있으며, 산소포화도등을감지할수있게되었다 [18](( 그림 2) 참조 ). 이러한증가추세로볼때, 향후웨어러블디바이스의진화와함께센서기술또한고도화될것이며, 사람 정보통신기술진흥센터 15

(Acceleromete - 3 축(X, Y, Z)의 값으로 물체의 물 움직임 을 특정함 [10] Force Trackerr (Fitbit) 온도 센서

monitoring g sensor (Bodymedia) 음향 센서 (Acoustic - 다양한 종류의 종 음파를 측정 정함 - 측정된 음 음파 신호에서

Truong) 이미징 센서 (Imaging - 피사체로부 부터 반사된 빛을 을 디지털 이 미지화함 용[13] - 가시광의 영상을 주로 활용 Google

수치화하 여 다른 장치에 장 전달함[14 4] necg MINDER R (Nuubo) 맥박 센서 (Pulse Oximeter - 혈액 내 산소 산 포화도를

(ihealth Labs) 혈당 센서 (Glucose - 인체의 혈류 혈 속 혈당을 측정 측 - 적외선을 피부에 조사한 후 빛의 흡 용하여 혈당량을

3 주간기술동 동향 < 1> 센서 종류 <표 종 및 분류 유형 특징 대표사례 (기관)) 나 충격을 측 - 이동하는 물체의 가속도나 가속도 센서 정함 er (Acceleromete - 3 축(X, Y, Z)의 값으로 물체의 물 움직임 을 특정함 [10] Force Trackerr (Fitbit) 온도 센서 (Temperature e 혹 국소 부위의 의 온도를 측 - 대기 중 혹은 정[11] - 섭씨나 화씨의 화 정도를 수치 치로 표현 B Body monitoring g sensor (Bodymedia) 음향 센서 (Acoustic - 다양한 종류의 종 음파를 측정 정함 - 측정된 음 음파 신호에서 특정 정 주파수를 샘플링 후에 에 디지털 데이터 터로 표현 [12] BodyScope (K. Yatani, Khai N. Truong) 이미징 센서 (Imaging - 피사체로부 부터 반사된 빛을 을 디지털 이 미지화함 용[13] - 가시광의 영상을 주로 활용 Google Glass (Google) 심장 박동 센서 서 (Electrocardiog g ram - 인체의 심장 박동을 측정 - BPM(분당 당 심장 박동수)를 를 수치화하 여 다른 장치에 장 전달함[14 4] necg MINDER R (Nuubo) 맥박 센서 (Pulse Oximeter - 혈액 내 산소 산 포화도를 측정 측 - 복합 광원 원을 이용한 광 신호를 신 이용 하여 혈중 헤모글로빈의 상태를 상 측정 [15] Wireless Pulse e Oximeter (ihealth Labs) 혈당 센서 (Glucose - 인체의 혈류 혈 속 혈당을 측정 측 - 적외선을 피부에 조사한 후 빛의 흡 용하여 혈당량을 측정[16] 광도를 이용 Glucowise (MediWise) 과 직ㆍ간접적 적으로 함께 하였던 하 웨어러 러블 디바이스 스는 조금 더 사람의 사 몸에 밀착하는 형태 로 진화할 것으 으로 기대된다 다((그림 3) 참조). 참 (그림 1) MIT T 에서 최초로 개발한 HMD D 센서 초기 모습(1968 모 년)

( 그림 2) 신생아의상태를체크하는복합센서 (Mimo Kimono) 장치 (2014

4 ( 그림 2) 신생아의상태를체크하는복합센서 (Mimo Kimono) 장치 (2014 년 ) ( 그림 3) 웨어러블디바이스와센서의현재와미래 ( 그림 4) 인체탐험을위한먹는형태의미래형센서예그결과센서는단순한센서가아닌웨어러블디바이스와융합된웨어러블센서로진화할것이다. 또한, 웨어러블디바이스는향후사람이먹는형태로진화하여나노바이오센서기반의디바이스로진화할수있을것이다 [19]. 가까운미래에는인체에대한탐험을한다는소재로 1987 년개봉된이너스페이스 (Innerspace) 영화가공상과학영화로그 정보통신기술진흥센터 17

주간기술동향 2014. 7. 23. 치는것이아니라, 바이오센센서를통해현실로다가올수있을것이다 (( 그림 4) 참조 ). 3.

또한, 이뿐만아니라초소형화화되어특수하하게사용되는나노바이오센서가활발히개발되고있다.

크게센서로부터생성되는데이터를가공하하고분석을하기위한기술과센서자체의고도화를위한기술, 나노기술기반센서등으로분류될수있다.

데이터를선처리할수있어장치의소형화가가능할것으로기대됨 - 반도체공정의향상으로설계회로의크기가매우작아짐 -

유연성이뛰어나고두께도굉장히얇아초소형웨어러러블디바이스개발에상당한도움이될것으로기대됨 [22] - 다양한디바이이스들간에다중네트워킹을가능하게함 -

5 주간기술동향 치는것이아니라, 바이오센센서를통해현실로다가올수있을것이다 (( 그림 4) 참조 ). 3. 웨어러블컴퓨팅환경을위한센서기술동향센서들은점점진화하여하나의기능을가지는센서에서부부터다양한기능을함께할수있는멀티모달형센서로개발되고있다. 또한, 이뿐만아니라초소형화화되어특수하하게사용되는나노바이오센서가활발히개발되고있다. 센서의기능을더욱다양하게해주는관련기술들들이활발히개발되고있으며, 센서의증가에따라센서로부터생성되는데이터의수도급속도로증가하고있다. < 표 2> 는이러한센서관련기술들에대한대표적인분류를나타낸다. 크게센서로부터생성되는데이터를가공하하고분석을하기위한기술과센서자체의고도화를위한기술, 나노기술기반센서등으로분류될수있다. < 표 2> 센서종류및분류 유형 데이터프로세싱 나노기술 배터리 인터페이스 센서플랫폼 특징 - 센서자체적으으로데이터를처리하는프로세서나레지스터가있어실시간데이터처리가가능함 [20] - 데이터를선처리할수있어장치의소형화가가능할것으로기대됨 - 반도체공정의향상으로설계회로의크기가매우작아짐 - 주변환경을탐지하는센서플랫폼의크기가현격하하게줄어들어다양한활용기술이발달될것으로기대됨[21] - 기존의 2 차전지의정형화된모습에서벗어나새로운모양으로개발됨 - 유연성이뛰어나고두께도굉장히얇아초소형웨어러러블디바이스개발에상당한도움이될것으로기대됨 [22] - 다양한디바이이스들간에다중네트워킹을가능하게함 - 근거리내같은네트워크에속한어느장치가고장나더라도다른장치를통해데이터전송이가능 - 이종의네트워워크를하나의칩으로접속가능하게함 [23] - 기존의일반적적인컴퓨터보다매우작고특정애플리케케이션만을위해구현됨 [24] - 전력소모가현격히적으며데이터처리속도가빠름 대표사례 ( 기관 ) Image senso or with MCU&IFP (Aptina Imaging) Smartdust t (Berkeley Robotics Lab) Flexible Battery (Imprint Energy) Single-boar rd ZigBee+Wi- -Fi Interface (JMP System ms) Edison (Intel) 18

( 그림 5) 센서데이터플랫폼개발사례센서데이터를수집하고분석하기위한대표적인것으로센서데이터플랫폼이있다.

이를위해갤럭시기어를발표한삼성전자에서는 SAMI(Samsung Architecture for Multimodal Interaction)

해당플랫폼개발을지휘하고있는루크줄리아는애플에장착된시리 (Siri) 개발을감독하였던엔지니어로써현재는삼성이노베이션센터에서 SAMI

6 ( 그림 5) 센서데이터플랫폼개발사례센서데이터를수집하고분석하기위한대표적인것으로센서데이터플랫폼이있다. 센서플랫폼이란여러가지전자센서들과모바일디바이스및사물들간에발생하는데이터를송수신하고관리하는체계적인시스템이다. 이를위해갤럭시기어를발표한삼성전자에서는 SAMI(Samsung Architecture for Multimodal Interaction) 라는명칭으로클라우드컴퓨팅환경기반의오픈소스플랫폼을구축하고있다 [25](( 그림 5) 참조 ). 해당플랫폼개발을지휘하고있는루크줄리아는애플에장착된시리 (Siri) 개발을감독하였던엔지니어로써현재는삼성이노베이션센터에서 SAMI 플랫폼개발을지휘하고있다 [26]. 해당플랫폼이상용화될경우, 개인비서처럼웨어러블디바이스장치에사용자가필요한기술을전송해줄수있을것으로예상해볼수있다. 또한, 나노기술을이용한센서로서나노섬유센서를이용한가스센서와호흡분석센서등이개발되었다. 마스크형태 ( 그림 6) 나노센서개발사례 정보통신기술진흥센터 19

주간기술동향 2014. 7. 23. 로착용하거나옷에부착만으로가스노출에대한정밀한탐지가가능하게되었으며, 숨 만쉬면서도호흡안에들어있는성분들을파악하고질병을손쉽고빠르게진단할수있 게되었다 [27]-[28](( 그림 6) 참조 ). 4.

사용자의손동작을인식하여개표방송을보다흥미롭게진행하였으며, 이는공영방송에서최초로웨어러블디바이스를활용한사례로많은주목을받았다 [29](( 그림 7) 참조 ).

7 주간기술동향 로착용하거나옷에부착만으로가스노출에대한정밀한탐지가가능하게되었으며, 숨 만쉬면서도호흡안에들어있는성분들을파악하고질병을손쉽고빠르게진단할수있 게되었다 [27]-[28](( 그림 6) 참조 ). 4. 웨어러블디바이스와센서의활용웨어러블디바이스는이미우리의일상속에깊숙하게자리매김하고있다. 대표적으로다음과같은사례가있다. 지난 6.4 지방선거개표방송에서 MBC 에서는 매직웨어러블 이라는웨어러블디바이스장치를선보였다. 사용자의손동작을인식하여개표방송을보다흥미롭게진행하였으며, 이는공영방송에서최초로웨어러블디바이스를활용한사례로많은주목을받았다 [29](( 그림 7) 참조 ). 더불어가트너에서언급되었던 Human ( 그림 7) MBC 매직웨어러블방송일부화면 Augmentation 기술또한웨어러블컴퓨팅환경에지대한영향을끼칠것으로기대된다. 이는최근페이스북이인수한 Oculus VR 회사와관계가있다. 해당회사는 HMD(Head- Mounted Display) 와관련된제품을개발하는벤처회사로서사용자경험을극대화하는것을목표로하고있다 [30]. 페이스북은가상현실세계에까지자사의서비스를확장하려 ( 그림 8) 페이스북의 CEO 주크버그의 Oculus VR 제품시연모습 20

는움직임을보이고있다. 이러한움직임을볼때웨어러블디바이스와 SNS 를연결함으로써온라인친구들이가상현실속에서아바타형태의친구로등장하여 MySpace 나리니지와같은게임속친구들과다양한문화를만들어갈수도있을것이다 [31](( 그림 8) 참조 ). 모션캡처분야에서도웨어러블컴퓨팅이큰역할을차지할가능성이높아졌다.

8 는움직임을보이고있다. 이러한움직임을볼때웨어러블디바이스와 SNS 를연결함으로써온라인친구들이가상현실속에서아바타형태의친구로등장하여 MySpace 나리니지와같은게임속친구들과다양한문화를만들어갈수도있을것이다 [31](( 그림 8) 참조 ). 모션캡처분야에서도웨어러블컴퓨팅이큰역할을차지할가능성이높아졌다. 과거에는영화나애니메이션제작에서캐릭터의움직임을구현하기위해모션액터의몸에포인팅장치를부착하고정적인공간에서영상인식기법을이용하여움직임을측정하였다. Motion Workshop 사에서현재개발되고있는솔루션은이러한공간적단점을극복하여어느장소에서든지관계없이 Wi-Fi 네트워크를이용하여모션데이터를수집할수있게되었다 [32](( 그림 9) 참조 ). ( 그림 9) Motion Workshop 사의 Shadow 센서테스트장면 5. 결론다양한웨어러블디바이스가개발됨에따라웨어러블컴퓨팅환경은급속도로확장되고있다. 웨어러블디바이스가더욱고도화되고진화하기위해서센서의역할또한중요해지고있다. 센서및센서와관련된기술이다양하게개발되면서우리의삶의질향상을위한디바이스로서우리곁에서쉽게볼수있을것이다. 전자문신으로공인인증서를대체할수있을것이며, 나노센서들은우리몸안에서돌아다니면서치유기능을수행하거나상태진단을하기위해사용될수있을것으로기대된다. 그결과지금까지경험하지 정보통신기술진흥센터 21

9 주간기술동향 못한웨어러블디바이스세계가우리앞에펼쳐지게될것으로기대해볼수있다. 이렇듯웨어러블컴퓨팅환경을위한센서기술은우리가상상해왔던것이상으로진화하고있다. 진화하는웨어러블디바이스는 IoT, Mobile Robots, Human Augmentation 에서중요한역할을수행할것이다. 센서들의통신은 IoT 환경속에서더욱가속화될것이며, 사람뿐만아니라로봇등과같은기계들이사용하게되는웨어러블디바이스도많이탄생할것이고, 가상현실세계를실현시켜줄센서기술들도연구될것이다. 그결과초경량, 초소형의고도화된웨어러블디바이스가더욱많이등장하게될것이다. 그렇지만이러한기술발전과상응하거나다소불편한이슈들과도직면하게될것이다. 예를들어, 사용자개인이입고있는웨어러블디바이스로부터생성된데이터가의료목적으로의사또는병원으로전송되었을경우해당되는데이터의소유권은누가주장할수있는지고민해야할것이다. 앞으로더욱더웨어러블디바이스들이개인화됨에따라장치로부터발생되는데이터들에대한보안, 보호이슈또한사회적이슈로등장할가능성이크다. 그러므로삶의질향상을가져올수있는웨어러블디바이스임에도불구하고이러한사항들은지금부터깊게논의되어야할것이다. < 참고문헌 > [1] Gartner, Gartner s 2013 Hype Cycle for Emerging Technologies Maps Out Evolving Relationship Between Humans and Machines, [2] 방송통신정책리포트. 웨어러블디바이스동향과시사점, 제 25 권 21 호통권 566 호, [3] 미래창조과학부공식블로그, 차세대스마트기기웨어러블디바이스시장에주목, [4] CES 2014, International Consumer Electronics Show, [5] Google, Google Glass, [6] Samsung Electronics, Samsung Galaxy Gear, [7] LG Electronics, G Watch, [8] Motorola Mobility, Moto 360, [9] 네이버학생백과사전, 센서, [10] Fitbit, Fitbit Force, [11] Bodymedia, BodyMedia FIT LINK Armband, 22

10 [12] K. Yatani, Khai N. Truong, BodyScope: A Wearable Acoustic Sensor for Activity Recognition, [13] Chris Davies, Google Glass prescription frame option priced up for Explorers, / [14] Nuubo, necg Platform, [15] ihealth Lab, Wireless Pulse Oximeter, [16] MediaWise, Live a healthier life with GlucoWise, [17] E. Sutherland Ivan, A Head-Mounted Three Dimensional Display, in Proceedings of the Fall joint Computer Conference, 1968, [18] Rest Devices, Mimo Baby Monitor: Kimono, [19] 최철종, 나노바이오센서연구동향, 세라미스트제 14 권제 4 호, , pp [20] Aptina Imaging, MT9D131 SoC CMOS Digital Image Sensor, [21] Kris Pister, SMART DUST: Autonomous sensing and communication in a cubic millimeter, [22] Radiologie Co., Imprint Energy Promo, [23] JMP Systems, JSN200, [24] Intel, Intel Edison, [25] SAMI, 사물인터넷플랫폼, [26] 루크줄리아, 아이폰시리개발자, 삼성사물인터넷플랫폼개발이끈다, [27] 윤지욱, 김효중, 김일두, 이종흔, Highly Sensitive C2H5OH Sensor Using Fe-doped NiO Nanofibers, 한국세라믹학회춘계연구발표회, [28] 날숨진단센서, [29] 센서활용예, [30] Oculus VR, [31] MySPACE.com, [32] Motion Workshop, Shadow: Body Motion Capture, 정보통신기술진흥센터 23

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론 2. 관련연구 2.1 MQTT 프로토콜 Fig. 1. Topic-based Publish/Subscribe Communication Model. Table 1. Delivery and Guarantee by MQTT QoS Level 2.1 MQTT-SN 프로토콜 Fig. 2. MQTT-SN