KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 웨어러블스마트기기개요 웨어러블스마트기기의정의현재웨어러블스마트기기 (Wearable Smart Device) 는 신체에부착하여컴퓨팅행위를할수있는모든전자기기를지칭하

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1 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 l 저자 l 한상철 PD / KEIT 산업융합 PD 실 장종찬수석 / KEIT 산업융합 PD 실 정재석책임 / 한국섬유개발연구원 SUMMARY 목적웨어러블스마트기기와관련된기술의정의, 차별성에대한특성과현재기술수준을분야별로구체적으로이해국내 외기술수준과시장의제약요소, 해결방안등을면밀히고찰해봄으로서향후추진해야할기술개발방향과산업생태계조성에필요한사항을조망 주요현황 ( 웨어러블의시대도래 ) 웨어러블스마트기기산업은스마트폰에이어우리의일상과시장의패턴을바꾸고생태계구조를창의적으로바꿀수있는혁신적기술과산업으로등장 ( 웨어러블트렌드변화 ) 다양한전자기기가적용됨에따라휴대형에서액세서리형태의단순착용과의류형태의자연스런착용방식으로 2원화되는추세임 ( 새로운산업생태계육성 ) 소재 부품, 플랫폼 SW 등다양한분야의창의적이고개방화된산업으로독창적인산업생태계육성이가능한중소 중견기업과대기업이공존하는새로운산업으로육성 시사점및정책제안전세계적인저성장국면을타파하는웨어러블스마트기기의견실한산업생태계구축을위하여현재기술과시장의제약요소의심층분석과전략구상이필요한시기국내소재 부품, 플랫폼, SW 등개별산업이독창적이고효율적인발전이이루어질수있도록정부의체계적이고종합적인지원필요차별화된산업기술을지속시키고중소 중견기업의안정적인일자리창출을위하여다양한유형의첨단소재 부품산업의전략적육성

2 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 웨어러블스마트기기개요 웨어러블스마트기기의정의현재웨어러블스마트기기 (Wearable Smart Device) 는 신체에부착하여컴퓨팅행위를할수있는모든전자기기를지칭하며, 일부컴퓨팅기능을수행할수있는어플리케이션까지포함한다 1) 라고정의하고있음. 또한사용자가이동또는활동중에도자유롭게사용할수있도록신체나의복에착용가능하도록규모가작고가볍게개발되어신체의가장가까운곳에서사용자와소통가능한차세대전자기기를의미함 - 웨어러블스마트기기의형태는의류, 반지, 안경, 신발등과같이착용하기편리하도록착용성이검증된의류패션제품으로구성 / 설계되어, 사용자와편리하게소통할수있는스마트전자기기임 그림 1. 웨어러블스마트기기의범위 2) 1) MIT Media Lab 2) 웨어러블스마트디바이스시장동향및정책동향, KEIT, 한국산업기술평가관리원

3 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 - 현재사용하는스마트폰과웨어러블스마트기기의차별화된특징을비교하면아래표와같이구분할수있음 그림 2. 스마트폰과웨어러블스마트기기의차별성 3) 구분 Smart phone 웨어러블스마트기기 착용감 항시성 편리성 ( 사용자인터페이스 ) 안전성 사회성 불편하며집중해야함 필요시통신 제한적인감각인터페이스 ( 시각, 청각 ) 용도에따른안전성차이 프라이버시문제 일상생활에서사용하는의복, 액세서리와같이착용을의식하지않을정도의무게감과자연스러운착용감제공 사용자요구에즉각적인반응을제공하기위하여컴퓨터와사용자간끊임없는통신을지원할수있는채널존재 인간의신체적, 지적능력의연장선상에있어야하므로사용자와의자연스러운일체감과통합감제공 장시간착용에따른불쾌감과신체적피로감을최소화하고전원및전자파등에대한안전성보장 착용에따른문화적이질감을배제하고사회문화적통념에부합되는형태와개인의프라이버시보호 가격물량에따른가격하락기기와서비스, App. 의적정가격 내구성과 AS 공급자에의해결정최소 3 년이상의내구성과용이한 AS 망 3) 웨어러블스마트디바이스시장동향및정책동향, KEIT, 2015 웨어러블스마트기기의역사웨어러블스마트기기의태동과개발방향 - 웨어러블스마트기기는 1960년대시계와신발에계산기나카메라를부착하는단순장착형태의연구가시초이며 1980년대부터프로토타입의등장으로입 출력장치와컴퓨팅기능이도입되어주로군사용이나학술연구용으로기술개발이진행되었음 년대이후부터는유비쿼터스컴퓨팅의등장과기기의경량화소형화로산업에적용이가능해졌고 2000년도에들어와발열문제, 배터리성능, 단말기소형화등이진전되어발전을거듭하였음 년대에는스마트폰과태블릿PC 등스마트기기의발전뿐만아니라무선통신인프라의구축과배터리수명향상등기술적한계들이극복되면서일상생활에서도사용이가능한수준에이르렀으며, 웨어러블스마트기기에서수집된정보를스마트폰과같은전자기기로 M2M(Machine to Machine; 사물통신 ) 방식을통해실시간상호전송 교환해서로연동하는방식으로이용되었음 - 최근들어웨어러블스마트기기자체적으로네트워크접속이가능해졌으며스마트폰이외디바이스와의확장성이강화된기기들이출시되고있는추세임 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 135

4 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 표 1. 컴퓨팅디바이스방식의변화웨어러블 4) 구분 PC Smart phone 웨어러블스마트기기 주요입력장치 Key board Touch Panel 음성 / 영상 / 센서 App 실행방법 On Type Unlock App 구동 터치, 음성명령 실시간수집정보 - 위치정보 행동정보, 생체정보 4) 웨어러블디바이스동향과시사점, 김대건, 2013 웨어러블스마트기기의기술적분류및발전단계 - 웨어러블스마트기기는휴대하는형태의제품및액세서리와같은액세서리형 (Portable), 패치와같이피부에부착하거나의류형태인의류일체형 (Attachable) 그리고신체에직접이식하거나복용하는형태의신체부착 / 생체이식형 (Eatable/Implementable) 로분류할수있으며, 기술적진화에따라간편하고실용적인형태로발전할것으로예측됨 그림 3. 웨어러블스마트기기의발전단계 5) Portable Attacable Eatable Smart Glasses Activity Tracker Wearable Cameras Wearable Shoes Smart Watch AR Headset GPS Tracker Wearable Clothes DMG Patches 3D Motion Sensor Electronic Tattoo EGG/EMG Devices Elenicing Patches Sensor Patches Bionic Eye Smart Implants Smart Pillis Now 3 years to 5 years After ) 웨어러블디바이스산업백서, 한국산업기술평가관리원

5 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 표 2. 웨어러블스마트기기의핵심기술및연구테마 6) 구분 액세서리형 (Portable) 의류일체형 (Attachable) 신체부착 / 생체이식형 (Eatable/Implementable) 핵심기술 - 초소형 / 고용량배터리 - 저전력고성능 SoC (System on Chip) - 플렉서블, 박막형투과형디스플레이 - 초소형 / 정밀비전센서 - 사용자인터랙션기술 - 전도성소재, 원사, 직물센서개발 - 직물회로보드기술 - 접착형전자소자패키징기술 - 고분자회로보드및전자소자패키징기술 - 안테나및통신기술 - 소재및탈부착기술 문제점 - 크기, 무게, 배터리지속시간 - 입출력방식 - 굽힘, 접힘, 오염등에대한내구성 - 세탁성및양산기술 - 신축성 / 유연성 - 인체무해성 - 양산기술 연구테마 - 저발열 / 저전력 / 초소형화 - 웨어러블통신기술 - 센서일체형디스플레이 - 촉감표현기술 - 디바이스협업및 UI/UX 기술 - 의류디스플레이기술 - 모션인식의류기술 - FAN(Fabric Area Network) - 상황기반색 / 무늬변화 - 고전도성, 저전력화 - 유연 / 투명부품기술 - 무구속 / 무자각생체신호측정기술 - 의료 / 웰니스용생체신호 - 측정센터및시스템 6) 이슈리포트 _ 웨어러블컴퓨터의현황과전망, 2013 웨어러블스마트기기의기술구성 웨웨어러블스마트기기의기술은소재 부품과제품및서비스등으로기술을분류함 그림 4. 웨어러블스마트기기의기술구성 7) 구성기술분야개발로드맵 입력기술 인체정보측정기술환경정보측정기술 UI/UX 입력기술등 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 137

6 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 구성기술분야개발로드맵 처리기술 처리 SW 기술 처리 HW 기술등 출력기술 시각기술청각기술촉각기술등 전원기술 발전기술 에너지변환및전달기술 에너지저장기술 ( 배터리포함 ) 등 제품및응용기술 신뢰성및안전성평가기술 시스템통합기술소재부품기술등 7) 웨어러블디바이스산업백서, 한국산업기술평가관리원

7 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 2. 웨어러블스마트기기기술개발동향 소재및부품기술개발동향 웨어러블스마트기기의소재및부품은유연성이우수한전도성소재를기반으로한인체정보및환경정보를측정하는 센싱소재, 정보를처리하는유연소자및처리 SW(Soft ware) 기술, 정보를표현해주는시 청각및촉각기능의출력기술, 이를원활하게작동해주는에너지를공급하는전원기술등으로구분하여기술개발동향을기술함 그림 5. 웨어러블스마트기기 ( 섬유 -IT 융합 ) 핵심기술 8) U-Sports & Entertainment Digital Wear 운동량조사스마트조깅화 IT기기내장형의복운동능력향상 U-Healthcare Pacer Suit Wearable 게임기스포츠부상방지 Wearable 심박수상시측정핸드폰충전재킷원거리건강진단 Wearable MP3 Healthcare Wearable 심박측정의복실시간뇌파측정직물기반통신및시스템기술전도사 & 섬유기술실시간대사정보체크속옷 정보기술 [IT] Application 영역 극한환경작업정보전달 IT 기술 섬유기술 직물기반회로기술직물기반연결기술의복내장형키보드무선통신 (GPS/RAN) 업무능력향상유통 섬유기술 [Textile] Application GPS 정보제공 ( 전투복 ) 소방정보제공스마트유니폼 실시간위험관계 전자기기충전및전력공급 무선형감지의류 U-Safety Smart Work Digital Working Wearable Device Digital Function Suit 전도성소재기술개발동향 - 웨어러블스마트기기의전기 전자적특성을구현하기위해서는근본적으로신호전달및전기에너지공급을목적으로한전도성섬유 (Conductive yarn) 가필요함. 따라서웨어러블스마트기기의핵심은전기신호를전달할수있는전도성섬유개발에있으며, 현재기존섬유고분자물질에금속물질을혼입방사하거나, 복층구조방적, 원사코팅, 도금 (Plating), 자수 (Embroidery), 프린팅을하는방법이산업적으로사용되고있음. 전도성섬유는사용되는용도에따라정보전달및전원전달용전도성섬유와인체측정용전도성섬유등으로구분되며, 최근에는 PEDOT:PSS와같은전도성고분자를이용하거나그래핀이나탄소나노튜브 (CNT) 와같은나노카본소재를활용해전도성섬유를제조하기위한연구가 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 139

8 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 활발히진행되고있음. 1차원또는 2차원탄소기반나노소재의경우높은전도도는물론이고섬유와비슷한신도와높은인장강도를가지고있음. 따라서섬유나직물형태로전자기기를구현하기에가장이상적인소재로인식되어선진국에서는활발히연구하고있는실정임. 나노카본전도사의경우화학적증기증착법 (CVD) 을통해합성된 CNT를실 (Yarn) 형태로뽑아내는건식방법이나 CNT나그래핀기반잉크나페이스트를통해만들어진도프 (Dope) 를응고시켜습식방법을구분하여다양한방법들이개발되고있음 - 현재가시화된전도성섬유소재를제조하는대표적인기술로는금속을섬유화하여전도성섬유를제조하는기술, 섬유표면을금속으로코팅하여전도성섬유를제조하는기술, 폴리머소재에전기적특성을부여하고이를섬유화하는기술등으로구분되어있음 - ( 사례-1) 금속을이용하여전도성섬유를제조하는방법은일반적으로스테인리스, 구리, 니켈등과같은순수금속또는합금을연신시켜아주가느다란섬유형태의금속으로뽑아내어이를일반섬유사와혼재하여직조하는방식으로전도성섬유를제조하거나, 만들어진금속사를중심으로외부에섬유소재를감아다양한색상의섬유원사를감아섬유사와같은상태의전도성섬유사가만들어져섬유형태의전자소자의회로또는전극역할을함 그림 6. 금속을이용한전도성섬유소재 9) a) 금속의연신공정을통해제조된금속사, b) 금속사와일반섬유를혼용하여직조한전도성섬유소재, c) google jacquard project에서사용하는전도사제조과정, d) 전도사를이용하여제조한섬유형소자 8) 섬유 IT 융합기술의현황과발전방향, KEIT, ) 섬유 -IT 융합기술기반창조제품개발방향, 한국섬유개발연구원, 한국산업기술평가관리원

9 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 - ( 사례-2) 일반섬유원사표면에금속을코팅하는방법으로만들어진전도성섬유소재는경량이면서전기전도성도매우좋아활용성이매우높음. 일반섬유원사표면에금속을코팅하는방법은크게습식공정과건식공정으로구분하며습식공정의대표적인방법으로는무전해도금법 (Electroless plating) 으로일반섬유표면에금속핵을부착고정한후코팅시키고자하는금속염용액에담군다음일반섬유표면에부착고정된금속핵을중심으로금속염의환원이유도되어금속필름이형성되는공정임. 도금공정의장점은습식공정이기때문에용액흡수율이매우큰섬유에적용할경우섬유표면뿐만아니라내부까지금속이침투하여코팅될수있어단위섬유코팅뿐만아니라천과같이단위섬유가직조된형태의섬유에도적용할수있다는점이있으나, 초기에사용되는금속핵의종류가대부분귀금속을사용해야하므로비용이많이든다는점과공정이복잡하다는점, 그리고친환경적이지못하다는점이단점이있음 그림 7. 무전해도금공정으로제조된전도성섬유소재 10) - ( 사례-3) 일반섬유원사표면에금속을건식방법으로코팅하는대표적인방법은진공증착공정으로, 진공챔버내에금속모제를놓고높은에너지를공급하여증기화시킨후증기화된금속을섬유표면에증착시켜코팅하는방법임. 순도가매우높은금속을균일하게섬유표면에코팅할수있다는장점이있으나증기화된금속모제의 70% 이상손실이발생한다는점과진공유지에필요한챔버로인해초기시설비용이매우높다는단점이존재하며, 습식공정과는다르게섬유표면에만코팅이가능하여구겨짐및꺽임등과같은외력에의한코팅된금속막의기계적내구성이약하다는단점도존재함 그림 8. 스위스 EMPA에서진공증착을통해제조되는전도성섬유소재 11) 10),11) 섬유 -IT 융합기술기반창조제품개발방향, 한국섬유개발연구원, 2015 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 141

10 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL ( 사례-4) 금속포일 (Foil) 을이용한전도성섬유제조방법 : 금속사를일반섬유사로감싸는방식과는반대로비전도성일반섬유사표면을높은전도성을지닌구리, 은, 금등의금속포일로감싸는방식으로전도성섬유소재를만들어내는방식으로높은인장강도와고온내구성을지닌실크사에적용하여화려한느낌을요구하는드레스등을만드는옷감으로활용하는데적합하게사용함 그림 9. 금속포일을이용한전도성섬유소재 12) 12) 섬유 -IT 융합기술기반창조제품개발방향, 한국섬유개발연구원, 한국산업기술평가관리원

11 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 - ( 사례-5) 전도성고분자가코팅된구조의전도성섬유소재제조방법 : 일반섬유소재에전도성을지닌고분자를코팅하는방법을적용하므로섬유소재표면부착성이매우좋고외력에의한기계적내구성도우수하며, 주변분위기에대한내구성뿐만아니라세탁내구성도매우우수한반면, 복잡한공정이필요하다는점과태양광및외부에너지에노출로인한고분자경화로인한내구성저하등의문제가발생됨 그림 10. 일반섬유원사에전도성폴리머가코팅된전도성섬유소재 13) Fiber Monomer Metal Salt Conducting polymer-metal nanocomposite-coated fiber Chemical oxidative polymerization Diacetate Cotton 50 μm 50 μm Polyamide Silk Viscose 50 μm 50 μm Wool 50 μm 50 μm 13) Advances in Nano composite Technology, edited by abbass Hashim, 2011 Chapter 2 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 143

12 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL ( 사례-6) 고분자섬유사로구성된전도성섬유소재제조방법 : 전도성고분자기술로만들어진고분자원료소재를전기방사 (Electro-spinning) 공정에적용하여전도성고분자섬유원사를뽑아내고직조하여전도성섬유소재를제조함. 이때전도성고분자원료소재에다양한전도성필러등을혼합하여전도성섬유소재에전도성을향상시킬수있어서, 전도성섬유소재의기계적내구성및세탁내구성매우우수한반면전도성고분자가격이매우비싸다는점과외부환경에의한내구성저하되는문제점이존재함 그림 11. 전기방사공정으로제조된전도성폴리머소재 14) a b c c E-spinning d Stack Twist CNT forest a b c d e f g h i 정보측정센싱소재기술개발동향 ( 입력 / 출력기술 ) - 웨어러블스마트기기에사용되는정보측정센싱기술은주변의물리 / 화학적변화를감지하거나구분및계측하여신호로알려주는소재나부품, 외부로부터입력신호를전기신호로변환하는소자를중심으로착용시부담이적도록부피, 무게유연성을확보하는방향으로기술개발을추진하고있음 - 생체체계와센서시스템과의비교 5감 ( 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각 ) 뇌 생체체계 외부자극 수족 ( 手足 ) 센서시스템외부정보센서 CPU(Central Processing Unit) 구동장치 14) Conductive functional biscrolled polymer and carbon nanotube yarns, Lim et al., RSC Adv., 2013, 한국산업기술평가관리원

13 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 - 센서의종류 : 인간이느끼는 5감 ( 感 ) 과그외의센서로구분하며, 촉각센서는인간의피부와같은기능을하는센서이며, 피부는대상물체와의접촉을통해사물을인지하고대표적인촉각센서로는접촉식온도센서, 습도센서, 압력센서, 유량센서등으로분류됨. 또한감압센서는촉각 (tactile) 과압력 (pressure) 관관련된센서로힘, 스트레인, 접촉센서의종류들을구성됨구분감각 ( 기관 ) 물리 화학현상및검출대상센서 ( 사용원리 ) 시각 ( 눈 ) 빛 포토트랜지스터포토다이오드 ( 광도전효과 ) Cds( 광도전효과 ) CCD 센서 ( 광도전효과 ) 청각 ( 귀 ) 소리 콘덴서마이크 ( 용량변화 ) 세라믹마이크 ( 압전효과 ) 다이나믹마이크 ( 프레밍의법칙 ) 인간의 5 감 촉각 ( 피부 ) 온도 서미스터 ( 저항변환 ) 열전대 ( 제백효과 ) 반도체센서 ( 반도체온도특성 ) 압력 반도체압력센서 ( 압전효과 ) 스트레인게이지 ( 저항변화 ) 후각 ( 코 ) 가스 반도체가스센서 ( 흡착효과 ) 접촉연소식가스센서 ( 화학반응 ) 미각 ( 혀 ) 수질 ph 센서 ( 전위차 ) 5 감이외 초음파자기변위 회전방사능 티탄바륨진동자 PZT 진동자페라이트진동자 홀소자자기저항소자 차동변압기 ( 변위 ) 엔코더 ( 회전 ) GM 계수판 - 스트레인게이지 (Strain gauge) : 힘이가해졌을때저항의변화가일어나는저항성탄성센서임. 대표적스트레인 게이지의특성은다음의표와같고, 실제사용되는스트레인게이지의동작원리는그림과같이장력이발생하면저항이감소하고압축이발생하면저항이증가함. 이러한게이지를 Wheatstone Bridge 회로에연결하여사용함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 145

14 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 접촉센서 : 접촉센서는매우작은두께를가진힘또는압력을변환하는특별함분류로두물체가서로인접해있을때두표면사이에힘또는압력이가해지는응용분야에적용이가능함. 접촉센서가다양한산업분야에적용되기위한요구특성은아래의표와같고, 접촉센서는 3가지형태로구분됨 표 3. 접촉센서가산업분야에적용되기위한요구특성표 15) 구분센서면적센서민감도센서밴드폭히스테리특성 요구특성 센서면적은어떤크기라하더라도이상적으로한점접촉이상이어야함. 실제적으로접촉면적이 1~2 mm2면적이면사용가능함 터치센서의민감도는센서의기본적인물리적특성에의해결정되는변수들이조절이가능해야함. 통상산업용으로사용이가능한민감도는 0.4~10N 범위정도임 센서의최소밴드폭은 100Hz 전후임 센서의특성은낮은히스테리특성으로안정적이며반복적인사용이가능해야함 - 스위치센서 : "On-Off" 기능을갖는가장간단한접촉센서로스위치센서라고통칭함. 그림과같이전도특성을갖는두장의얇은판사이에스페이서 (Spacer) 를삽입하고, 스페이서는원모양의구멍이뚫려있고, 한쪽판은접지되어있으며, 다른한쪽판은멀티플렉서에연결된구조임. 멀티플렉서는여러개의센서를연결하는데사용되며, 외부에서힘이스페이서사이에있는구멍으로작용하면위쪽판과아래쪽판이전기적접촉이일어나서멀티플렉서에서감지하는센서임 - 압전접촉센서 : PVDF(Polyvinylidene fluoride) 와같은압전체를이용한접촉센서로능동형압전접촉센서와어떠한인가전압도필요없이압전필름자체에서나오는출력신호로사용하는수동형압전접촉센서로구분됨. 압전체필름을사용하여만든능동형커플링터치센서는그림과같이위쪽과아래쪽에는압전특성을가지고있는 PVDF필름이고, 필름사이의압축필름은초음파커플링압축필름등 3종류의필름이사용됨. 센서의민감도와동작범위는압축필름의유연성에의해결정되고, 변조기에서관측된변화량이전압으로출력되어힘으로감지가되는간단한센서임 - 압저항터치센서 : 압저항 (Piezoresistive) 소자는접촉센서로도사용이가능함. 압저항소자는스트레인에따라전기적인저항이바뀌는재료를의미하며, 압력에따라저항이변하는힘에민감한저항체 (FSR; Force- Sensitive Resistor) 를사용함. 실리콘고무, 폴리우레탄및전도성입자들이혼입된혼합물로전도특성을갖는탄성중합체 (Elastomer) 이므로압력에따라일정하게변화하여정량적분석이가능한센서임 - 정전용량터치센서 : 정전용량터치센서는평행판커패시터의이론을근거하여작동하는터치센서 - 초음파터치센서 : 초음파터치센서는가장진보된터치센서기술중하나로사용자가스크린을터치할때물체에서전파되는음파를인식하는데기반을두고있으며, 물체를터치하면재료내부로관통하는음파의패턴이생성되고이렇게생성된패턴은충격을준위치에서유일한음파신호를나타냄. 이러한특성을시간반전음향기술 (Time reversal acoustics) 이라하며, 이기술을이용하면전파되는파의소스위치를정확히파악할수있는터치센서임 146 한국산업기술평가관리원

15 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 - 적외선터치센서 : 가장많이사용되는광학식터치센서는적외선 LED를이용한방식으로초음파터치센서와거의 유사한센서임 표 4. 대표적인터치센서의비교기술 16) 구분 저항 정전용량 초음파 적외선 터치방식 손가락, 스타일러스펜 손가락 손가락, 스타일러스펜 손가락 광투과율 80% 이하 90% 이상 92% 이상 100% 장점 저비용 내구성 대형스크린가능 대형스크린가능 단점 낮은투과율 장갑, 손톱에반응안함 센서오염과액체에취약 고비용 진입장벽 낮음 높음 높음 높음 멀티터치 가능 가능 불가 불가 적용분야 게임기, ATM, 군사용 POS, 키오스크, 휴대폰 키오스크, 전자칠판, ATM POS, 게임기 - 따라서웨어러블스마트기기에적용되는센서는동작원리가간단하고부피와무게가적으면서도센서의적용범위가용이하고, 유연성과가격이저렴해야하므로저항형이나정전용량형터치센서가유용할것으로전망됨 - 웨어러블센서기술은기존의센서를웨어러블디바이스에적용하기위한초소형 저전력화기술과센서자체를플렉서블한소재를사용하여구현하는기술로구분되며. 급성장하는시장에대응하기위해주요메이커들은필수센서 ( 자이로센서, 근접센서, 가속도센서, 지자기센서등 ) 를중심으로전자의기술을적용하고있음. 최근캐나다의 OMsignal 社는직물에 CNT를삽입한스마트섬유를이용한심박센서가부착된스마트셔츠를개발하였으며, 구글은렌즈를통해눈물의혈당을측정할수있는스마트렌즈를개발중임 그림 12. 유연소자를이용한웨어러블센서 17) 16) 센서물리학개론, 홍릉과학출판사, ) 2016 년 10 대표준화트렌드, 한국표준협회, 2015 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 147

16 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 현재웨어러블디바이스에적용되고있는센서는온도 / 습도센서, 압력센서, 가속도센서, 자이로센서, 모션트래킹센서, 심박센서, 땀센서, 자외선센서등이며, 도래할사물인터넷 (IoT) 과만물인터넷 (IoE) 시대에는웨어러블센서의일상화 ( 개인중심의생활밀착형센서 ) 로인해더욱다양한센서가적용될것이며, 특히인간의오감 ( 시각, 후각, 미각, 청각, 촉각 ) 과생체정보를측정하는첨단센서를중심으로발전할것으로전망됨. 생체정보측정센서는콘택트렌즈를통한눈물분비물분석및치료, 백박수, 체온, 자외선흡수량등을측정할수있는 바이오스탬프, 근육의피로도를측정하는 전자문신 등이연구되고있음 그림 13. 인간의오감을측정하는웨어러블센서 18) - 현재웨어러블스마트기기에사용되는대표적인센서의종류와특징은아래표와같이구분되어사용되고있음 표 5. 현재사용되는대표적인웨어러블센서들의종류와특징 19) 유형특징대표제품 ( 기관 ) 가속도센서 (Accelerometer sensor) - 이동하는물체의가속도나충격측정 - 3 축 (X, Y, Z) 의값으로물체의움직임측정 Force Tracker (Fitbit) 온도센서 (Temperature sensor) - 대기중혹은국소부위의온도측정 - 섭씨나화씨의정도를수치로표현 Body monitoring sensor (Bodymedia) 음향센서 (Acoustic sensor) - 다양한종류의음파측정함 - 측정된음파신호에서특정주파수샘플링후에디지털데이터로표현 BodyScope (K. Yatani, Khai N. Truong) 18) 2016 년 10 대표준화트렌드, 한국표준협회, ) 웨어러블컴퓨팅환경에서의센서의역할및활용방향, 정보통신기술진흥센터, 한국산업기술평가관리원

17 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 유형특징대표제품 ( 기관 ) 이미징센서 (Imaging sensor) - 피사체로부터반사된빛을디지털이미지화함 - 가시광의영상을주로활용 Google Glass (Google) 심장박동센서 (Electrocardiog ram sensor - 인체의심장박동을측정 - BPM( 분당심장박동수 ) 를수치화하여다른장치에전달 necg MINDER (Nuubo) 맥박센서 (Pulse Oximeter sensor) - 혈액내산소포화도측정 - 복합광원을이용한광신호를이용하여혈중헤모글로빈의상태측정 Wireless Pulse Oximeter (ihealth Labs) 혈당센서 (Glucose sensor) - 인체의혈류속혈당측정 - 적외선을피부에조사한후빛의흡광도를이용하여혈당량측정 Glucowise (MediWise) 그림 14. 필립스, 코오롱, 큐트서킷사의의류형태의웨어러블제품 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 149

18 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 유연하고집적화된정보처리회로기술개발동향 - 웨어러블스마트기기를상품화하기위해서는의류및직물형태의유연한섬유소재로만든회로보드가반드시필요함. 직물회로는전자부품이삽입되어야할위치에전도성섬유를간격과배열로제직하는직조 (Weaving), 자수기계를이용하여회로를제작하는자수 (Embroidery), 전도성잉크를직물에직접인쇄하는인쇄 (Printing) 방법등으로구현이가능함. 이를위해서는 5~20% 정도의신축성을가질수있는신축성기판에물결모양의배선등으로당김이나구김에대한변형이가해졌을때부품이나연결부위파손이일어나지않도록하는연구가진행되고있음. 최근미국조지아공대에서는직물인터페이스를개발하였고, 미국카네기멜론대학에서는 ATM 및자동차대쉬보드등에적용이가능한버튼인터페이스를제작함. 독일 Fraunhofer IZM연구소에서는웨어러블디바이스의여러가지전기전자부품을직물에실장하거나집적화하는기술인 SoT(System on Textile) 연구를진행하고있음 그림 15. 편조형인버터회로 ( 프린스턴대학 ) Silicon Nitride Aluminum n+a-si intrinsic a-si Silicon Nitride Aluminum Silicon Nitride Kapton Silicon Nitride 240 nm 100 nm 50 nm 240 nm 240 nm 100 nm 500 nm 50 nm 500 nm Power Supply Source Contact Pad Power Supply Out Supply Load Conductor Fiber Spacer Fiber Transistor Fiber Gate Contact Pad Transistor Drain Contact Pad Transistors Driver Transistors Ground Input Output 17mm 36mm - 직물소자및부품의연결기술 : 진정한웨어러블스마트기기를완성하기위해서는전도성섬유와직물회로의부품및반도체소자를연결 (Interconnection) 기술그리고기존전자부품을초소형화하여섬유에직접실장 (Mounting) 하거나소재와부품이일체화된섬유소재기반의전자부품개발이절대적으로필요함. 최근들어섬유기반트랜지스터, 메모리, 센서, 액츄에이터, 발전및축전기등의부품을개발하기위해섬유와 IT기술간융합이이루어지고있음. 개발된전자섬유부품들로는전도성섬유를이용한전극, 데이터송수신을위한버스라인, RFID통신용안테나등의회로구성요소와광, 비접촉정전용량 (Capacity) 센서, 압저항 (Piezo resistance) 센서, 온도및습도센서등이있음. 또한염료감응형태양전지 (DSSC) 나유기태양전지 (OPV), 심장박동과발걸음과같은아주일상적인움직임과마찰만으로도에너지가생성되는나노발전기등에너지소자들도섬유소재기반으로개발되고있는실정임 - 웨어러블스마트기기에사용될전자회로는기본적으로적은부피를차지하고가볍고유연성이확보되어야함. 따라서전도성섬유나소재를이용하여가능한전자부품간연결을쉽게적용하고착용시움직임에대한내구성을높이는것이중요함. 현재적용되는기술은직물 (Woven) 형태, 니트 (Knit) 형태, 자수 (Embroidery) 방식, 프린트 (Print) 형태의전자회로등이개발중에있음 150 한국산업기술평가관리원

19 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 그림 16. 다양한전자섬유 (e-textile) 기술 20) [ 전자섬유원사 ] [ 전도성사자수기법 ] [ 전도성잉크, 자수 ] [ 직물회로보드 ] [ 스크린프린팅 ] [ 다중직물회로보드 ] [ 동박전사기법 ] [ 직물전사소자패키징 ] - ( 직물형태의전자회로 ) 비교적간단한전자회로구현이가능하며, 복잡한형태는 3차원구조의직물구조를만들어서다향한형태의전자회로구현이가능하나, 제직공정에견딜수있는원사의물성확보가필요함 ( 최소인장강도 2gf/denier, 신도 5% 이상등 ) - ( 니트형태의전자회로 ) 니트조직은고리형태로조직이형성되므로신축성을요하는신체정보측정과회로구성에유리한전자회로임. 전도성섬유가외력에대응하는범위가넓어서쉽게절단되지않는장점이있으나, 원사가하나라도끊어지면모두풀릴수있는단점이존재함 - ( 자수방식의전자회로 ) 자수법은컴퓨터자수기를이용하여다양하고정밀한전자회로를비교적쉽게적용이가능한기술로동일한전자회로를반복적으로생산하는데유리한장점이있음. 아래사진은일본의자수기전문업체인 Tajima사와공동연구로개발된섬유기반발광제품의 Sequin Technology가적용된발광섬유제품은공정을획기적으로단축할수있으며전공정이자동화가가능하여필셀방식의발광섬유제품을제작하는데있어매우유망한기술로인정받고있음 그림 17. Sequin Technology 가적용된섬유기반발광제품 20) 웨어러블컴퓨팅환경에서의센서의역할및활용방향, 정보통신기술진흥센터, 2014 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 151

20 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL ( 프린트형태의전자회로 ) 일반적으로고밀도직물에전도성또는반도체성잉크를인쇄하여전자회로패턴을제작하는 방법임. 따라서전도성잉크가프린트된영역에잉크가잘흡수되고번지지않는내열성이좋은소재를사용해야함. 현재사용되는소재로는면, 폴리이미드등의직물, 필름등이사용되고있음 플렉서블에너지하베스팅및저장소재기술개발동향 - 에너지하베스팅기술은주위환경에서에너지 ( 열, 진동, 빛, 전파등 ) 를수확 (Harvesting) 하여전기에너지로변환하는 기술임 그림 18. 에너지하베스팅기술영역 주위환경으로보터에너지를수확 발전비용 유비쿼터스네트워크용자립형전원 에너지하베스팅 모바일기기의주전원 보조전원 원격지나정전시의독립형전원 배터리교체나충전, 전원배선을할필요가없고장기간이용할수있는전원 신재생에너지 μwmw W kwmw발전량 - 에너지하베스팅기술은웨어러블스마트기기를사용하고있는사용자들이직접적으로인식할수있는기능을유지가능하게해줄수있는전력공급에대한연구분야로서기존의밧데리가가지고있는사용시간의제한적문제와큰부피와무게에대한문제를해결할수있는웨어러블테크놀로지의숨어있는필수기술분야라고할수있음 - 현재웨어러블테크놀로지에서사용하고있는밧데리는사용시간의제한과위험성때문에이를대체할연구가진행되고있으며, 웨어러블에너지하베스팅기술을기존의밧데리기술과병합하여사용할경우사용기간이 5배이상늘어날수있다는보고도있음 - 웨어러블융합기술분야에서사용할수있는에너지생산방식은사람의움직임과일상생활에서얻을수있는에너지를활용하는방식임. 기술적으로도상당한진보를이루고있으며에너지저장기술과함께웨어러블디바이스에전원을공급해줄수있는가장효과적인방법이라할수있음. 최근에는좀더정교하고효율적인 fiber-based 에너지변환소재와에너지저장소재에대한연구가진행되고있음 152 한국산업기술평가관리원

21 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 - 상용화할수있는 fiber 형태의태양전지를위해서새로운 fiber 전극물질에대한연구가진행되고있는데최근꼬인 fiber 형태를가진 CNT fiber 기반의태양전지가보고되었음. (S. W. Pan, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10622) 그림 19. CNT 기반염료감응형 WIRE 전지 21) CNT fiber Ti wire Electrolyte Dyes absorbed-tio 2 tubes Jsc/mA cm μm 40μm 4 60μm 2 100μm Pt Dye-sensitized photovoltaic wires based on CNT fiber. Reproduced with permission [152f] Copyright ACS - 태양에너지이외에유용한에너지소스는사람의운동에너지임. 육체의움직임, 근육의이완현상, 혈압등이사용할수있는에너지이며육체에서발생하는떨림 (vibration) 현상도전기에너지로변환이가능함. 여기서발생하는전력량은바이오센서나나노디바이스등웨어러블디바이스에서사용하기에는충분한전력으로연구되고있음. (W.Z. Advanced Materials, 2014, 26, 5310) 그림 20. 인체움직임에서발생할수있는전력량 22) Body Heat : W Breathing Band : 0.83W Arm Motion : 60W Exhalation : 1.0W Blood Pressure : 0.93W Finger Motion : mw Footfalls : 67W 21), 22) 섬유 -IT 융합기술기반창조제품개발방향, 한국섬유개발연구원, 2015 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 153

22 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 웨어러블스마트기기의확산에가장큰걸림돌중에하나가배터리문제였음. 전자기능을하는제품을사람이소지하거나사람몸에부착하여사용하게되는특성상전자기능구동을위한배터리의경량화, 소형화또는플렉서블화등이중요한문제로부각되었음. 따라서휴대와이동이편리한유연한축전장치의개발이전세계적으로활발하게이루어지고있는추세임 웨어러블스마트기기제품개발동향웨어러블스마트기기해외기술개발동향 - 최근캐나다의 OMsignal 社는직물에 CNT를삽입한스마트섬유를이용한심박센서가부착된스마트셔츠를개발하였으며, 구글은렌즈를통해눈물의혈당을측정할수있는스마트렌즈를개발중임. 구글의스마트렌즈기술은스마트섬유, 생체정보센서등에일부 Startup 기업들에의해적용되고있는추세임 그림 21. 유연소자를사용한웨어러블센서 ( 일리노이대학 Epidermal electronics) - 현재웨어러블디바이스에적용되고있는센서는온도 / 습도센서, 압력센서, 가속도센서, 자이로센서, 모션트래킹센서, 심박센서, 땀센서, 자외선센서등이며, 도래할사물인터넷 (IoT) 과만물인터넷 (IoE) 시대에는웨어러블센서의일상화 ( 개인중심의생활밀착형센서 ) 로인해더욱다양한센서가적용될것이며, 특히인간의오감 ( 시각, 후각, 미각, 청각, 촉각 ) 과생체정보를측정하는첨단센서를중심으로발전할것으로전망됨 - 그리고심전도, 체온, 운동량등을체크할수있는감지센서를부착하여의료기관이환자의몸상태정보를신속히얻을수있는미국맥심 (Maxim) 사의 Fit Shirt와 3개의심장센서를부착하여심박수를측정하는헥소신 (Hexoshin) 사의바이오메트릭셔츠, 스포츠웨어에 Activity Tracking기능인운동량을측정하는센서를부착한대만 AiQ사가개발한 Bioman-Fabric 제품등이대표적바이오메트릭스마트셔츠임 154 한국산업기술평가관리원

23 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 그림 22. ( 좌 )Maxim 사 Fit Shirt, ( 중 )Hexoshin 사 Biometric Shirt, ( 우 )AiQ 사 Bioman-Fabric - 유럽의라이프셔츠로는이탈리아의 Wealthy Project 와 Philips 의 MyHeart Project 등이있으며질병의치료목적보다는 예방에중점을두고생체신호탐지, 운동코치, 생체신호평가, 운동훈련을통한재활기간개선및단축, 환자의삶의질향상및수명연장등을지원하는방향으로국가과제로연구개발에추진중에있음 그림 23. ( 좌 ) 이탈리아 Wealthy Project, ( 우 ) 필립스 MyHeart Project - Shirt to power low energy wearable electronics : Holst Center 에서는열전발전기가겉에서는전혀보이지않는셔츠를개발하였음. 의류에내장된열전발전기는 22 C의실내온도인사무실에앉아있을경우약 1mW의전력을생산할수있고걸어서돌아다니는경우약 2mW의전력을생산할수있음. 전력량은온도가 17 C 일경우두배로증가하게됨. 이정도의전력이면헬스모니터링용웨어러블디바이스정도에전력을공급할수있는전력량임 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 155

24 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 그림 23. ( 좌 ) 이탈리아 Wealthy Project, ( 우 ) 필립스 MyHeart Project - 미스핏샤인 (Misfit Shine) 은몸에착용하는것만으로도움직임을측정하고데이터화해운동량과거리, 패턴등을분석할 수있는웨어러블디바이스이며, 손목, 허리, 신발, 발목, 옷깃, 속옷등원하는부위어디에나착용가능함 그림 25. 시계형웨어러블스마트기기 Jawbone Up Nike + Fuel Misfit shine 156 한국산업기술평가관리원

25 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 웨어러블스마트기기국내기술개발동향 - 한국전자통신연구원 (ETRI) 는심전도, 호흡, 운동량등생체신호를모니터링할수있는바이오셔츠를개발함. 바이오셔츠는섬유조직내부에센서가내장되어생체정보를측정하고신호를처리하여무선으로송신하는모듈로구성됨. 한국과학기술원 (KAIST) 전자전산학과유회준교수팀은 2008년 2월미국샌프란시스코에서개최한 2008년국제반도체회로학술회의 (ISSCC 2008) 에서직물장착용건강모니터링시스템을발표함. 이는체온과땀의변화등생체신호를측정하는건강모니터링칩을섬유에직접장착하여착용만하면실시간으로건강을점검할수있는모니터링의류임. 의류형생체모니터일시스템은의류의특성을잃지않으면서생체정보감지센서를섬유에내장시키는것이핵심기술임 그림 26.( 좌 )ETRI의 Bio-Shirt, ( 우 )KAIST의직물장착용모니터링시스템 축전지 건강상태를보여주는 LED 디스플레이 건강모니터링칩 - 섬유-IT융합기술로국내에서가장많은호응을받은제품은 2012년코오롱글로텍에서개발한히텍스 (Heat Tex) 임. 이는이차전지에서전원을이용하여발열시키는유연한고분자섬유집합체를아웃도어자켓등다양한제품에적용한발열섬유제품임. 또한 2013년제일모직은무선통신모듈인 NFC(Near Field Communication) Tag(QR Code) 를신사복상의안주머니에삽입하여스마트폰을갖다대면일주일단위로상황별코디법, 스마트포켓에휴대폰을넣었다빼면자동으로화면잠금이해제되는 Un-lock기능, SMS, 를이용한명함전송기능, 회의참석등에티켓에필요할때무음과전화수신차단까지한번에변경되는에티켓모드등을알려주는 Smart Suit를출시함 그림 27. ( 좌 ) 코오롱글로텍 Heatex, ( 우 ) 제일모직 Smart Suit Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 157

26 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 년 1월독일뮌헨에서열린스포츠용품박람회 ISPO에서아웃도어업체인블랙야크는스마트웨어야크온P(YAK On Pulse) 를공개함. 은 (Ag) 이함유된전도성섬유를이용하여심장에서발생하는전기적신호인심박수를직접적으로측정하는심박센서와 GPS기반으로한운동거리측정, 칼로리소모량등을환산해주는모바일애플리케이션과연동하여운동효과를시각화해주는기능을제공함. 야크온P는섬유기반으로제조되어심박측정기를제거하면기존의류들과같은방법으로세탁할수있는편의성이제공됨. 또한제일모직의빈폴아웃도어브랜드와삼성전자는백팩 (Back Pack) 에태양전지을부착한 Solar Bag을출시하여 IT기기를휴대하고다니면서겪는전원충전의불편함을해소해준섬유-IT 융합기술제품들이출시함 그림 28. ( 좌 ) 블랙야크사의야크온P, ( 우 ) 제일모직 / 빈폴아웃도어브랜드의 Solar Bag 표준화및신뢰성평가기술개발동향신뢰성평가 (Reliability Assessment) 는제품의내환경성을평가하고내구수명또는고장율을사전에예측 검증하는핵심기술로 소재 < 부품 < 모듈 < 완제품 의순으로신뢰성평가가시급히요구되고있으며, 이들상호간에는깊은연관관계가있음. 또한신뢰성은시간적품질특성으로써정량적으로표시하여구체적인확률로소비자에게수명정보를전달함으로써소비자의제품에대한충성도를높여시장상황에영향을미치고, 나아가사회나인간복지에도큰영향을미침따라서웨어러블스마트기기의시장진입을위하여소비자가안심하고사용할수있고, 생산자가제품의규격과방법에따라제조할수있는웨어러블스마트기기의제품신뢰성평가및표준화기술개발등에대한동향조사가필요함 158 한국산업기술평가관리원

27 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 웨어러블스마트기기표준화및신뢰성평가기술개발동향 - 웨어러블스마트기기관련선행국제표준화는매우필요한분야이나국제표준화활동은아직미미한상태이며, 우리나라도스마트기기시장에서주도권을잡기위해웨어러블스마트기기에대한표준개발위원회 (Technical Committee, TC) 설립을 2015년 11월도쿄에서개최된 IEC(International Electronical Committee) 미팅에제안하였음 - TTA-IT 응용기술위원회 (TC-4) 는산하에 PG-415에서웨어러블네트워크국내표준개발활동을추진중이고, 미국 FTA 비준에대응한 Human Textile 포럼, Industrial Textile 포럼 도발족함 - 규정 / 제도등에대한국내현황은최근융합사회도래에대응하기위해법 제도적기반을구축하고, 부문별 업종별융합정책등이추진되고있음 ( 산업융합발전기본계획 ( 12), 산업융합촉진법제정 ( 11), 국가융합기술발전기본계획수립 ( 08), New ICT전략 ( 08) 및 ICT 융합확산전략 ( 10), Giga KOREA 전략 ( 12) 등 ) - 그러나아직융합 R&D 결과물의현실적적용에걸림돌이되는법 제도적장벽도상존하고있어, 관련부처의주도적인노력이필요한상황임. 국제표준화및시험인증동향은의류에부착된전기전자소재부품및소자, 통신기기, 장비간무선통신을규정하는시험및인증기준을수립하는중이며, 안전성및독성에대한시험및인증기준수립이주요이슈임 - 적합한표준이없는 U-healthcare 분야의자체적인가이드라인을제공 ( 미국 ), 유비쿼터스컴퓨팅환경에대비한지능형옷에대한기술개발및표준화활동이진행 ( 유럽 ) 중임. 인체에대한안전성및독성문제를주요이슈로국가가시험-인증표준수립을주도 ( 일본 ), 최근수요기업이 CNT( 탄소나노섬유 ) 소재양산기업에게독성데이터를의무적으로요구 ( 아시아 ) - 국내시험기반과마찬가지로현재, 웨어러블스마트기기에대한규제는없으며각소재부품, S/W, H/W, 서비스별규제존재하여섬유 (ISO TC38) 와전자 (IEC), 통신및서비스 (ITU) 가결합한 JTC 추진을통한통합시험표준체계추진이필요한상태임웨어러블스마트기기관련신뢰성확보는현재기준으로는의류적인측면과전자 / 전기적측면으로나누어져품질에대하여평가할수는있으나, 중요한것은의류와전자 / 전기가융합되는부분에대한품질뿐만이아닌시간의개념이포함된신뢰성을어떻게확보할것인가하는것이중요한이슈임 표 6. 섬유 / 전자 전기적성능평가현황 섬유 국내외일반의류시험평가방법 전자 / 전기 - 전자제품신뢰성평가및성능기준 소비자권장품질기준 - 전기전자제품의안전에대한국제인증기준 - 전자파적합성인증기준 의류관련 KS 규격, ISO 규격등 미국, 일본, 유럽등각국가별섬유제품규격 - 전기 / 전자관련 KS 규격, IEC 규격, IEE 규격등 - 미국, 일본, 유럽등각국가별전자제품규격 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 159

28 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 국내웨어러블스마트기기표준화동향 - 의류에부착된전기전자소재부품및소자, 통신기기, 장비간무선통신을규정하는시험및인증기준을수립하는중이며, 안전성및독성에대한시험및인증기준수립이주요이슈임 - 국가기술표준원에서는웨어러블스마트디바이스시험인증에대한필요성을인식하고전략로드맵을작성 그림 29. 유망시험인증서비스전략로드맵 ( 안 )_ 국가기술표준원 발행 - 한국정보통신기술협회응용기술위원회 (TC-4) 는산하 PG-415 에서웨어러블네트워크국내표준개발활동중 표준번호 TTAK.KO TTAK.KO /R1 내용 복수개의섬유로웨어러블컴퓨팅장치들을연결하는유선방식의전자의류통신망 (e-textile Network) 에서생성되는 WPN(Wearable Personal Network) 통신방법과표준화를기술 무선기반 WPN 이갖을수있는단점인각디바이스마다독립전원요구사항, 트랜시버의높은에너지소모량등으로볼때이를보완하고다양한서비스및애플리케이션을제공하기위한전자의류통신망기술개발및표준화기술 TTAK.KO 의복에서의유선 (wired) WPN 네트워크즉, 전자의류통신망을대상으로하는요구사항, 네트워크구조및프로토콜에대하여정의및규정 160 한국산업기술평가관리원

29 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 표준번호 TTAK.KO 내용 전도성섬유를매질로연결되는디스바이스들간의정보교환을위한물리계층을정의한다. 물리계층은전도성섬유의특성을고려한시그널링방식과데이터링크계층과의인터페이스를정의한다. 또한상위계층과최적의통신환경을제공하기위해동적전송률제어방식을정의 TTAK.OT e- 텍스타일안테나기반의직물구조광통신인터페이스와시스템구성모습을소개하며, 본광통신인터페이스에기반으로정보를교환하는두정보기기간의정보교환절차를정의 TTAK.KO 인체에존재하는다수의전자의류통신망을무선으로연동할때서비스를제공하는노드의특성에따라서협업할서비스가없는전자의류통신망끼리는불필요한검색이되지않도록하는선택적디스커버리기법을정의 유럽지역의웨어러블스마트기기표준화동향 - 유럽의 CEN(Committee European de Normalisation) 에서 2007년 smart textile에대한표준화연구를시작 - CEN의기술위원회중 TC 248(Textiles and Textile products) 에작업그룹 WG 31 (Smart textiles) 을신규로구성함 - 특히 웨어러블센서 에대한표준화는 B2B(Business to Business) 시장의칩제조사들을통해일부진행중이며, 그방법은레퍼런스성격의제품출시를통해관련생태계및기술의표준화를이루고있음. 웨어러블센서는기존의소품종대량생산이아닌, 다품종소량생산으로, 빠른기술변화주기를갖는특성이있음. 따라서향후급증이예상되는웨어러블센서시장을선점하고, 해외선진기업과의경쟁에서우위를차지하기위해지금부터기술표준화제정에적극적으로대처해야할것으로판단됨 표 7. 웨어러블센서와관련된칩제조사들의기술표준화추진현황 제조사 Texas Instrument Intel ARM Qualcomm 내용 웨어러블디바이스에적합한저전력고효율의블루투스네트워크용센서및개발도구를 25 달러의저가로일반에게제공 웨어러블컴퓨팅을위한새로운저전력 SoC 시리즈쿼크 (Quark) 를발표함 웨어러블환경에최적화된저전력소비와무선충전을지원하는 Coretex M 시리즈를발표 Smart Watch Toq 를발표하여일반에게공개함 2015 년한국표준협회 (KSA) 에서제안하는웨어러블스마트기기의기술은소재 부품과제품및서비스등으로기술을 분류하고신뢰성평가를위한기술연관도는아래그림과같이제시함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 161

30 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 그림 30. 웨어러블 스마트기기의 기술연관도23) 분야별 기술연관도 입력기술 처리기술 출력기술 처리기술 출력기술 입력기술 웨어러블 스마트기기 전원기술 제품 및 응용기술 전원기술 23) 표준기반 R&D 로드맵_웨어러블 스마트기기, 한국표준협회, 한국산업기술평가관리원 제품 및 응용기술

31 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 3. 웨어러블스마트기기산업전망 시장전망웨어러블스마트기기의세계시장은모든분야에서 2021년까지높은성장이기대되며, 특히스포츠와피트니스분야에서 2016년까지주목할만한성장이기대되어이는 2016년 2021 년까지의료와헬스케어분야에긍정적인전망이예측됨 2021년에는의류 / 헬스케어분야가패션 / 엔터테인먼트분야를제치고가장큰시장을차지할것으로예상되며, 지금은작은규모를차지하는건축분야에서도발열바닥재를중심으로큰성장이예상됨 표 8. 웨어러블스마트기기의세계시장규모 24) ( 단위 : 백만유로 ) 구분 2011 년 2016 년 성장률 ( 11 16) 2021 년 성장률 ( 16 21) Fashion & Entertainment % % Sports & Fitness % % Medical & Healthcare % % Transportation % % Protection & Safety/Military % % Home/Architecture/Other % % 합계 % 1, % 섬유-IT 융합제품의가장큰시장은북미시장이될것은확실시되며, 유럽지역에서는스포츠 / 피트니스분야가강력함. 아시아권에서는일본, 한국, 중국이매스마켓으로자리잡고있음. 2016년까지는스포츠 / 피트니스모니터링시장이전세계적으로자리잡으면서북미가의료 / 헬스케어상품으로상업화된 Mass Market을최초로구축하게될것임. 역시 2021년까지의료 / 헬스케어상품이급속히출시될것이며, 미국이그시장을리드하게될것으로예측함 2012년 Gartner group에서발표한자료에의하면향후 5년이후관심기술들과제품을이끌수있는분야로예측되며, 웨어러블스마트기기특성상다품종소량생산형태로시장이형성될것으로예측되고각산업별로특화된중소 중견기업들의경쟁력을가지고성장할수있는분야임 24) The Future of Smart Fabrics, Adrian Wilson, 2011 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 163

32 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 그림 31. 향후 10 년주요핵심기술을총괄하는웨어러블스마트기기 Hype-cycle expectations Wireless Power Hybrid Cloud Computing HTML5 Gamification Big Data Crowdsourcing Speech-to-Speech Transiation Silicon Anode Batteries Natural-Language Question Answering Internet of Things Mobile Robots Autonomous Vehicles 3D Scanners Automatic Content Recognition Volumetric and Holographic Displays 3D Bioprinting Quanturn Computing Human Augmentation 3D Printing BYOD Complex-Event Processing Social Analytics Private Cloud Computing Application Stores Augmented Reality In-Memory Database Management Systems Activity Streams NFC Payment Internet TV Audio Mining/Speech Analytics NFC Cloud Computing Machine-to-Machine Communication Services Mesh Networks: Sensor Gesture Control In-Memory Analytics Text Analytics Home Health Monitoring Hosted virtual Desktops Virtual Worlds Biometric Authentication Methods Consumerization Media Tablets Mobile OTA Payment Predictive Analytics Speech Recognition Consumer Telematics Idea Management As of July 2012 Technology Trigger Peak of Inflated Expectations Trough of Disillusionment Slope of Enlightenment Plateau of Productivity Plateau will be reached in : time less than 2 years 2 to 5 years 5 to 10 years more than 10 years obsolete before plateau ( 자료 : Garther 2012) 기술간 산업간융합은공통의새로운산업영역을개척함으로써, 주력산업에서의비중이점차확대되고부가가치제고수단으로중요성이증가하면서상호간에 Win-Win 할수있는기회를창출하고있으며, 생활용품의정보처리와지능적인서비스를제공할수있는스마트생활용품의세계시장은지속적인고성장추세를유지할것으로전망유럽, 일본등은국가주도형연구개발로핵심기술확보에주력하고있으며, 미국은민간주도에의한발빠른기술선점이이루어지고있음 - IT 주도형기술융합이시도되고, 기술간융합중요성을부각. 원격진료에대한의료법개정으로 u-healthcare 산업의등장과이에따르는웨어러블스마트기기및인프라산업의급신장부각 - 유럽은통합 R&D 체제로연구개발활동을추진중에있으며, 산 학 연이컨소시엄을구성하여다양한분야의프로젝트를수행하고있음. 2005년 6월 EU에서는 디지털경제를위한새로운 5개년정보화전략 인 i2010을발표하였음. 2006년 3월 EU의 IT 연구개발담당그룹인 ISTAG에서는 IT 융합의구성효과 (Constitutive Effect) 를통한경제 / 산업기능의패러다임변화에대해주목하고경제 산업전반에있어 IT 융합의핵심역할을강조하였음 164 한국산업기술평가관리원

33 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 - 일본은기존의연구개발기술을기반으로신산업을창출하고자하는목적이강하며, 단기간의실용화에초점을맞춘제조기술을바탕으로융합기술상용화전략을수립하고있음. 일본에서는전도성섬유등의소재자체에서전기또는신호를전달하는방법과 IT 융합용소재제조에부가적으로사용되는섬유자재의개발및판매가진행됨. 2007년 5월, 일본총무성은정보통신산업의경쟁력저하의원인이국가차원의종합전략부재에서기인한다는판단하에 국제경쟁력강화프로그램 을발표미국은국가주도로학계와군 ( 軍 ) 의컨소시엄형태이며, 일반적인직조기술에정보, 바이오, 나노기술등이융합되어군사관련 Wearable Electronics 직조기술개발이진행되는한편, 민간주도하에스마트의류의상용화와관련된연구개발이진행되고있음. 대개글로벌의류브랜드 (Nike, Brooks Brothers 등 ) 에서진행 그림 32. 세계웨어러블스마트기기의개발동향 25) 유럽 국가주도의 R&D 체제 i2010 : 정보화전략 FIST : 미래형군인프로젝트 POLYTECT : 다기능테크니컬섬유 PROETEX : 구조대원스마트셔츠 Flexifunbar : 다용도다기능섬유 ConText : 스마트의류 아시아 국가주도의신산업창출 중국 : 거대내수시장기반의국가주도적극투자일본 : 기존기술기반의융합연구와방사능처리웨어러블기술한국 : 특수임무중심의개념정립과인프라구축 미국 국가주도의학 / 군연계 글로벌브랜드기업에서융합연구 DARPA : 군용기술 XG 프로젝트 USFA : 소방현장용센서네트워크 NSF : 착용형모바일건강관리기술 MDDC : 기능성섬유개발 ( 캐나다 ) 25) 섬유 -IT 융합기술기반창조제품개발방향, 한국섬유개발연구원, 2015 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 165

34 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 현재시장의애로사항및해결방안 현재시장에서요구하는내용의면밀한분석을통하여제품개발및상품화시도 구분시장의제약요소해결방안 전지 (Battery) - 배터리수명은크기와에너지밀도의영향 - 사용될배터리는더작은공간필요 - 배터리의에너지밀도개선미흡 - 고유디자인을위하여배터리의변형을거부 - 인체에접촉하기때문에인체에유해 - 무선충전방식의배터리활용 - 빛으로부터전기가발생하는광전효과를이용하는태양전지등의에너지하베스팅기술활용 센서 (Sensor) 디자인 (Design & Usability) - 데이터의정확성및여러신호인식을위한다수의소형화된센서및내장화필요 - 일부신호는신체의특정부분에위치한센서에의해서만인식될수있음 - 부자연스러운디자인으로인하여소비자의호응을얻기가어려움 - 사용자의라이프스타일에부합하고자연스러운착용감필요 - 이러한문제를극복하기위한센서기술의혁신필요 - 웨어러블디바이스착용자근처의펜, 의자, 자동차등에서센서를내장하여상호작용의정보수집 - 이러한문제를극복하기위한센서기술의혁신필요 - 웨어러블디바이스착용자근처의펜, 의자, 자동차등에서센서를내장하여상호작용의정보수집 개인정보 / 보안 (Privacy/ Security) 착용중인웨어러블디바이스의네트워크에다른장치로부터데이터도청, 해킹및디바이스장치의도난또는무단사용 - 엄격한보안프로토콜및높은수준의암호화 - 사용자인증생체인식사용등 상호운용성 (Interoperability) 폼펙터 ( 하드웨어의크기, 구성, 물리적배열 ), 제조업체, 구축된플랫폼과상관없이각각의원활한통신, 인증및정보공유 - 개방형오픈소스플랫폼운영 - 운용가능한제품및솔루션제공 - 공급업체, 산업표준, 표준기관및표준프레임워크정보처리운용촉진 어플리케이션 (Apps) - 개별장치에대한소프트웨어개발킷및응용프로그래밍인터페이스의각각다른유형의조합으로조각적인환경생태계 - 애플리케이션수의증가는장애물로작용 - 앱개발자커뮤니티를육성과필요앱환경생태계지원 - Salesforce wear 및 Android wear 와같은플랫폼운영 데이터관리 (Data Management) - 많은양의데이터를생산, 관리및분석하므로최고정보책임자 (CIO) 의부담가중 - 웨어러블에서발생하는거대한양의데이터관리필요 - 잠재력을극대화하기위해클라우드컴퓨팅의활용필요 - 클라우드는스토리지, 분석, 네트워킹및보안에중요한역할 166 한국산업기술평가관리원

35 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 웨어러블스마트기기의사업화성공조건소비자의효용을중심으로웨어러블스마트기기의면밀한시장분석 - 니즈 (Need) : 대중적효용가치가있는서비스발굴 - 기술 (Technology) : 기기및배터리의무게, 부피, 입력방법등기술장벽해소 - 경제성 (Economics) : 소비자의웨어러블스마트기기에대한구매지불의사충족 - 규제 (Regulation) : 프라이버시, 안전등사회적저항극복 그림 33. 웨어러블스마트기기발전의 4 대성공조건 26) Needs ( 니즈 ) 웨어러블장점기반대중서비스발굴 손의자유 웨어러블기기장점기반 상시활용 오감확장 ( 시각 / 촉각 ) 정보 오락 대중적용도발급 건강관리 특화용도 ( 산업 / 전문 ) Technology ( 기술 ) H/W 기술혁신선결필요 긴베터리수명 기술장벽극복 플렉서블디스플레이 무게감소 ( 소재 / 저전력 ) 증강현실 차별화서비스기술구현 인식기술 ( 음성 / 모션 ) 센서솔루션 Economics ( 경제성 ) 저비용공급 (H/W 코스트 풍부한서비스 ) 기술혁신으로코스트 지불의사충족 보급형액세서리고사양독립기기 풍부한서비스공급구조개발자다양한용도생태계낮은가격이용 Regulation ( 규제 ) 부작용및오남용방지 시력저하 안전문제해결 통증유발 ( 두통 / 결림 ) 사고위험 도촬 / 도형 프라이버시침해방지 개인정보유출 / 도용 기업정보유출 / 도용 웨어러블스마트기기의장점을기반으로한용도발굴및대중적구매를촉발할수있는혁신적하드웨어의우선개발 - 소비자의니즈는높으나실제이용이부진했던건강관리분야의확대적용 - 인체에착용하는기기이므로안전성향상과사회적관습을고려한선별적사용방법모색서비스생태계의확대, 사회적부작용방지등안정적인프라조성소비자중심의기기및서비스의지속적인개발창의적아이디어의다품종소량시장을소구하는스타트업 (Startup) 들의새로운시장의창출 : 다양한소비자에게맞춤형서비스가가능한새로운영역의제품과시장창출이가능한새로운사업영역의진출 (Long Tail Market) 26) Wearable Electronics Market and Technology Analysis, Marketsandmarkets, Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 167

36 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL 그림 34. 웨어러블디바이스의 Mass Market 과 Long Tail Market 의형성및특징 27) Mass Market Mass Market High 소품종대량생산 (Mass Production) 대규모의수요가필요 (Margin의극대화 ) 대량생산을위한모듈화 (Module) 사생활침해, 윤리적문제의최소화 디자인및개인화등세분화요소의최소화 Degree of Modularity Low Low Degree of Modularity Mass Customization High level Products 프리미엄브랜드이미지와차별화된서비스를통해소량의제품라인업을통해서도개인화의만족도유지 다품종소량생산 (Customization) 자본력의한계극복을위한니치시장 기술력의한계극복을위한아이디어제품 낮은진입장벽의 Risk 를디자인과높은개인화서비스를통해극복함 High Long Tail Market Mass Market Long Tail Market 시사점소비자의트렌드를감지하여웨어러블기술을적용하는시장전략을구사 - 다양한전자기기가적용됨에따라휴대형에서액세서리형태의단순착용방식과의류형태의자연스런착용방식으로 2원화되는추세를반영한상품화전략구사웨어러블스마트기기의산업생태계구축필요 - 대기업과중소기업이상생할수있는창의적이고독창적인사업구조의차별화 그림 35] 웨어러블산업생태계개략도 28) Value chain 부품 1 인창업자스타트업중소중견 기기 ( 플랫폼 ) 서비스 Vertical Market 플랫폼 소재 / 부품기기 ( 반제품 ) 플랫폼 디바이스서비스 대기업 기기 ( 플랫폼 ) 서비스 Mass Market 27) 2014 웨어러블디바이스산업백서, KT 경제경영연구소, ) 웨어러블, 패션과융합하다, KEIT PD Issue Report_14-9 호, 한국산업기술평가관리원

37 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 - 웨어러블스마트기기에적용할수있는콘텐츠생태계의활성화 - 운영체계에대한개방형생태계구축웨어러블스마트기기에최적화된플랫폼구축필요 - 사물인터넷 (IoT), 만물인터넷 (IoE) 환경을지원하는운영체계구축 - 소재 부품, 플랫폼, SW 등개별산업이독창적이고효율적인발전이이루어질수있도록정부의체계적이고종합적인지원체계구축차별화된산업기술을지속시키고중소 중견기업의안정적인일자리창출을위하여다양한형태의첨단플렉서블소재 부품산업의전략적육성필요 - 유연성이확보된다양한전도성섬유개발 - 웨어러블스마트기기용유연성배터리개발 - 웨어러블스마트기기용유연성전자회로개발 - 웨어러블스마트기기용유연성디스플레이개발등 Conductive Fiber Flexible Battery 스위스 EMPA 의금속코팅섬유소재 Flexible Circuit 캐나다몬트리올폴리텍의 Flexible Woven Battery Flexible Display KAIST 의 Flexible 고집적회로 Philips 의 Flexible LED(Photonic Textile) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 169

38 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT MARCH 2016 VOL [ 참고문헌 ] 1. 웨어러블스마트디바이스용핵심부품및요소기술개발사업기획보고서, 산업통상자원부, 웨어러블스마트디바이스용시장동향및정책동향, KEIT, 웨어러블디바이스동향과시사점, 김대건, 웨어러블디바이스산업백서, KT경제경영연구소 ( 심수민 ), 섬유IT 융합기술의현황과발전방향, KEIT PD 이슈리포트2012-8호, 섬유IT 융합기술의기반창조제품개발방향, 한국섬유개발연구원, Advances in Nano composite Technology, Abbass Hashim, Conductive functional biscrolled polymer and carbon nanotube yarns, RSC Adv., 센서물리학개론, 홍릉과학출판사, 년 10대표준트렌드, 한국표준협회, 웨어러블컴퓨팅환경에서의역할및활용방향, 정보통신기술진흥센터, 표준기반 R&D 로드맵 _ 웨어러블스마트기기, 한국표준협회, The Future of Smart Fabrics, Adrian Wilson, Wearable Electronics Market and Technology Analysis, Marketsandmarkets, 웨어러블, 패션과융합하다, KEIT PD 이슈리포트2014-9호, 웨어러블디바이스기술및시장동향, 연구성과실용화진흥원, 디지털시대의기초소재에너지전자섬유, KEIT 이달의신기술vol05, 웨어러블기기의부상과성공조건, SERI 경영노트-184호, 한국산업기술평가관리원

39 ISSUE 7 웨어러블스마트기기기술동향과산업전망 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 171

40 작성자 / 문의처 PD운영지원팀 봉충종팀장 fermi@keit.re.kr 이호수석 hlee@keit.re.kr 백승철책임 warren@keit.re.kr 임문혁책임 mhyim@keit.re.kr 전준표책임 augtto@keit.re.kr 박지웅사무원 qkrwldnd147@keit.re.kr 창의산업 PD 그룹 바이오분야 최수진 PD biopd@keit.re.kr 권소현선임 ( ) 양승락전임 ( ) 지식서비스분야 한형상 PD hshahn@keit.re.kr 박경환책임 ( ) 주동건전임 ( ) 엔지니어링분야 한형상 PD hshahn@keit.re.kr 박경환책임 ( ) 추광호전임 ( ) 나노분야 고병철 PD bcko@keit.re.kr 조동현책임 ( ) 전영건선임 ( ) 디자인분야 허석 PD heotwo@keit.re.kr 김종대책임 ( ) 장광진전임 ( )

41 표준정책분야 박성유 PD 특허분야 이경홍 PD 소재부품산업 PD 그룹 생산기반분야 김희국 PD 신용관책임 ( ) 임문수책임 ( ) 금속재료분야 장웅성 PD 장경미선임 ( ) 임문수책임 ( ) 화학공정분야 한정우 PD 장동규책임 ( ) 최진호전임 ( ) 섬유의류분야 김익수 PD 이주영선임 ( ) 장윤영전임 ( ) 세라믹분야 정봉용 PD 양미성책임 ( ) 황수언수석 ( )

42 작성자 / 문의처 시스템산업 PD 그룹 스마트카분야 문종덕 PD jdmoon@keit.re.kr 하종현책임 ( ) 이형기선임 ( ) 그린카분야 손영욱 PD ywson@keit.re.kr 박진용책임 ( ) 김형철전임 ( ) 조선분야 김종현 PD jhkim@keit.re.kr 정지홍책임 ( ) 이희수선임 ( ) 산업용기계분야 남성호 PD godbros@keit.re.kr 이민규선임 ( ) 이호준선임 ( ) 생산장비분야 남성호 PD godbros@keit.re.kr 이호준선임 ( ) 이민규선임 ( ) 로봇분야 박현섭 PD robotpd@keit.re.kr 박효준책임 ( ) 권철민선임 ( ) 의료기기분야 허영 PD yhuh@keit.re.kr 정해근책임 ( ) 이준형전임 ( )

43 반도체공정 / 장비분야 손광준 PD kwangjune@keit.re.kr 김짐선임 ( ) 고정관 ( 강오구 ) 전임 ( ) 시스템반도체분야 손광준 PD kwangjune@keit.re.kr 김짐선임 ( ) 고정관 ( 강오구 ) 전임 ( ) 디스플레이분야 박영호 PD yhopark@keit.re.kr 김서균수석 ( ) 임성신전임 ( ) 임베디드 SW 분야 이규택 PD gtlee@keit.re.kr 김효원전임 ( ) 이준형전임 ( ) 산업융합분야 이규택 PD gtlee@keit.re.kr 이건재책임 ( ) 이준형전임 ( ) LED/ 광분야 전기영 PD gyjeon@keit.re.kr 이재득책임 ( ) 김기철전임 ( ) 홈 / 정보가전분야 전기영 PD gyjeon@keit.re.kr 이재득책임 ( ) 김기철전임 ( )