국내 ICT 융합스마트섬유제품화동향 1. 서론 심명희한국섬유수출입조합조윤경한국섬유수출입조합박소현한국방송통신대학교 국내섬유패션산업은과거고기능성제품개발에서최근 IT 기술융합을통한초연결, 스마트화로패러다임이변화하면서 ICT 융합스마트섬유가미래산업의지형을바꿀분야로급부상하고있다. ICT융합스마트섬유는기존섬유기술을전자및정보통신기술과융합하여산업용소재, 웨어러블섬유, 스마트섬유및유비쿼터스섬유제품의창출이가능한신산업분야로많은잠재력을가지고있으나, 융합기술수준은선진국에비해미흡한상황이다. 하지만현재전세계적으로섬유-ICT 융합기술개발은 2000년대부터본격적으로시작된신규개발분야로서, 선진국과비교하여기술수준의격차는크지않은것으로분석되고있다. 국내정부도 소재 부품산업산업기술 R&BD 전략 과 정보통신산업산업융합원천 R&D 전략 등을통해스마트의류관련섬유-IT 융합분야 R&D에지속적으로투자하였으며, ICT 융합스마트섬유분야를주요내용으로다룬사업은 04~ 16년사이 13년간 89개과제에약 170억원을투입한것으로분석되고있다. 또한 [2018 섬유패션산업발전전략 ] 보고서의신산업육성을위한주요지원분야에스마트의류 (smart textronics) 산업활성화를내세우며핵심기술개발, 스마트섬유제품양산및실증, 데이터서비스사업으로의연계지원등향후지원방향을구체적으로제시하고있다. 그동안스마트의류관련국내기술개발은전자섬유소자의원천기술과제품화기술확보에주력하였으나아직수요시장의미성숙으로기업의기술개발방향과사업화추진에많은난항을겪으며본격적인기업투자가이루어지지않은상태로판단되고있다. 17년도국내 ICT 융합스마트섬유제품의시장규모는 500억원정도로추산되어작은규모지만최근 3년간의연평균성장률이 50% 이상으로높아지고있어앞으로기업들의다양한제품전개와투자가기대되는상황이다. 이를통해국내연구소및기업들의초기연구단계를벗어난성장단계로의진입을위해서는섬유, 전자업계간기술장벽을해소하고소비자의니즈를반영한디자인, 제품설계및생산기반기술확보가중요한과제로부각되고있다. 본장에서는국내 ICT 융합전자섬유생산기업의개발동향을중간재와완제품으로구분하여기능별로정리하였다. 최근 3년간정부지원사업을통해기술개발이이루어진기업과현재한국섬유수출입조합에서운영하고있는 [ICT 융합전자섬유산업협의체 ] 참여기업을중심으로소개하였다. 섬유기술과산업 22 권 3 호 223
2. ICT 융합섬유중간재개발동향 (1) 전도성섬유 직물 원사 전도성원사는 ICT 융합섬유제품에서전력을제공하거나전기적입 출력신호를전달하는기능을수행하는핵심소자이다. 전자기기에서전선 (electric wire) 혹은회로 (circuit) 가하는역할을 ICT 융합섬유제품에서는보다유연하고착용성이우수한전도성원사로대체할수있는것이다. ICT 융합섬유제품에사용되는대부분의전도성원사는주로세가지방법에의해제조되는데, 그방법은첫째, 금속와이어를사용하는방법, 둘째, 일반고분자섬유에전도성물질을함유시키거나코팅하는방법, 셋째, 전도성을가진고분자섬유를활용하는방법이다. 금속와이어를이용하여만든전도사의경우대표적으로는스테인리스스틸 (stainless steel) 방적사, 금속필라멘트합연사등이있다. 스테인리스스틸방적사는전도성이우수할뿐아니라강도와기계력에대한내구성이커서봉제용으로도적합하다. 그러나보통금속와이어로만든전도사는신축성저하와봉제시끊어짐등의문제가발생할수있는것으로알려져있다. 또한얇은금속필라멘트와일반원사를합연사가공한경우에는사용된금속의종류와노출여부에따라제품의물성이달라지며산화로인한내구성저하등의문제가발생할수있다. 일반고분자섬유에전도성물질을결합하는경우는용융방사시전도성입자를첨가하거나원사겉면에전도성물질을도금혹은코팅하는것이대표적이다. 특히은, 금, 구리, 니켈, 알루미늄등을나일론이나 PET, PP 등의일반원사에증착한전도사제품은현재로서시장성이가장우수하며다양한 ICT 융합섬유제품에활용되고있다. 근래에는전도성고분자 (inherently conductive polymer) 의활용에대한관심이증가하고있다. 대표적으로폴리피롤 (polypyrrole), 폴리아닐린 (polyaniline) 이있으며, 이들고분자를용융방사하거나혹은일반원사에코팅함으로써전도사를생산할수있다. 금속을활용한전도사에비해크렉 (cracking) 이나부러짐 (breaking) 등에대한염려가적어안정적으로전도성이구현되며, 가공성과비용측면에서도우수하기때문에최근에제품화연구가많이이루어지고있다. 원사가공업체케이원텍스는 ICT 융합섬유제품으로의응 Figure 1. 절연코팅구리사의제조공정모식도. Figure 2. 신호전달용복합구조구리전도사구조. Figure 3. 절연코팅구리사단면 ( 좌 :1,000배, 우 :500배). Figure 4. PU 심사를코팅구리사로커버링한모습. 용을목적으로 100De 미만의복합구조구리전도사를개발하였다 (Figure 1-4). 약 100 μm굵기의구리와이어를절연성에폭시로코팅 경화한후, 신도증진을위하여폴리우레탄심사에코팅된구리사를커버링 (Z-하연, 12,000 rpm) 함으로써구리전도사를제작했다. 그후, 제작한전도사를나일론원사로커버링 (S-상연, 12,000 rpm, 47 tpi) 함으로써최종적으로복합구조의구리전도사를만들었다. 케이원텍스의복합구조구리전도사의저항은길이에따라 127.3 mω(5 cm), 254.7 mω(10 cm), 509.6 mω(20 cm) 로측정되었으며, 저항값은구리전도사의가닥수에반비례함을보였다 (10 cm의경우 1가닥 509.1 mω, 2가닥 254 mω). 신호전달체로서의성능평가결과는복합구조구리전도사의길이가증가할수록 capacitance는증가하며, resonance frequency 는감소함을보였다. 또한, 사용된구리가닥수가증가할수록 224 Vol. 22 No. 3
국내 ICT 융합스마트섬유제품화동향 Figure 9. 아모그린텍나노파이버와나노웹확대사진. Figure 5. 길이별신호전달특성분석결과. Figure 10. 아모그린텍나노파이버의활용가능분야. Figure 6. 가닥수별신호전달특성분석결과. 등의기능을부가하도록블랜딩, 증착, 열처리, 나노사이즈밀링 (nano size milling) 등의고도기술접목을통해제작되었다. AMOFiber 전기방사웹 (web) 은전기회로망구성및전극으로의응용, 미세전류 (microwave) 와열생산, 센서 안테나 LED 배터리와통합이가능하다. 제 편직물 Figure 7. 케이원텍스의신호전달용복합구조구리전도사. reflection coefficient가감소했고, transmission coefficient가증가했다 (Figure 5-7). 벤투스솔루션은텍스타일형스트레인센서에의응용을위하여, 신축원단내에서물리적변형에따른전기적신호를전달할전도성원사를개발하였다. 은코팅나일론사 (X-Static 70De/34f) 원사는편직공정에서사절등의품질문제가발생하여, 이를또다른은코팅나일론사와합사하여 140De로제조하여편직시에도품질문제를해결하였다 (Figure 8). 아모그린텍은전기방사를통하여웨어러블디바이스, 스마트웨어, 스마트스킨패치등에활용될수있는나노섬유 (AMOFiber) 를개발하였다 (Figure 9-10). AMOFiber는약 100-600 nm 사이직경을지니는나노구조화된 PVDF 고분자물질에내열성, 전도성, 투명성, 비표면적극대화, 전자기차폐은코팅나일론 70/34 Figure 8. 벤투스솔루션의개발된전도성원사사진 ( 좌 ) 및합사구조 ( 우 ). 전도사를제 편직함으로써판상 (2D) 의전도성텍스타일소자를제작할수있다. 직물혹은편물의전도성소자는보다넓은범위에서전기적신호센싱 (sensing), 에너지하베스팅 (energy harvesting), 커넥팅 (connecting) 등의기능구현을가능하게한다. 제직공정은가장오래된원단제조기술로, 빠르고경제적이며, 조직의변형을통해다양한구조의직물형전도성소자를만들수있다. 편물형소자는편직공정에서요구되는전도사의물성이제직시보다까다로워서더늦게개발되었으나편물의우수한신축성과착용성으로인하여현재에는편물형전도성소자가활발히개발되고있다. 또한, 자카드편직기로회로디자인에따라원하는위치에전도사가삽입된편직물도제작할수있게되었다. 직물혹은편물형전도성소자가 ICT 융합섬유제품에활용되기위해서는온도등의환경변화에저항성을가져야하며, 마찰등에대한내구성과제품용도에적합한전기적 물성적기능발현이확인되어야한다. 또한, 반복되는굽힘과신장에도일정한성능을유지할수있도록형태회복과성능발현에대해서낮은히스테리시스 (hysteresis) 가요구된다. 광일섬유는복합구조구리전도사를이용한고전도성전극용편직원단을개발하였다. 이과정에서전도원단의후공정과의적합성, 최종제품의품질, 전도성발현효과등을고려하여원사선정, 조직설계와제조파라미터의최적화를시도하 섬유기술과산업 22 권 3 호 225
Figure 11. 구리전도사와나일론사 4:16 배열편직물의조직도. Figure 15. 복합구조구리전도사정경모습. Figure 12. 4:16 배열원단 ( 생지상태 ). Figure 16. 복합구조구리전도사를활용한편직물. Figure 13. 구리전도사와폴리에스터사 4:32 배열편직물의조직도. Figure 14. 4:32 배열원단 ( 생지상태 ). 였다. 먼저조직설계로, 후공정 ( 염색, 가공등 ) 시구리전도사의사절문제를예방하고높은전도성을유지하기위하여구리전도사와나일론원사를 4:16의비율과간격으로배열하여편직하였다 (Figure 11-12). 그후, 후가공공정이보다수월할수있도록폴리에스터원사를사용하였으며, 이때전도사와일반원사 ( 폴리에스터 ) 의비율과간격은 4:32로설계하였다 (Figure 13-14). 또한복합구조구리전도사를이용한최적의편직공정조건수립을위하여, 환경 ( 온 습도 ) 조건, 장력조건, 편직유제코팅조건, 정경속도등을실험한결과, 구리전도사는나일론과폴리에스터와같은일반원사에비하여강도와신도가현저히낮아경편기부품과의마찰로인한사절문제, 정전기문제등이발생하므로이와같은문제를해결하기위해공정조건을적절히조절해야할필요가있었다. 환경 ( 온 습도 ) 조건이온도 25±3( ), 상대습도 50±5(%) 에서사절및정전기방지의효과가있었고, 최적의장력은텐셔 너 (tensioner) 4, 즉 12-15 g의장력이었다. 또한, 구리전도사의정전기방지및강도향상을위하여함께편직했던폴리에스터원사에유제를코팅함으로써편직과정에서마찰열로인해발생하는불량률을최소화하였다. 정경속도는 150-200 rpm, 편직속도는 900 rpm에서불량없이안정적인공정이가능했다 (Figure 15-16). 광림섬유의스마트섬유연구소에서는 ICT 융합섬유제품을지속적으로개발하고있으며, 섬유기반무선충전구조체, 섬유기반스트레인센서, 섬유기반압력센서, 고감도신축성전도사개발기술을가지고있다. 섬유기반무선충전구조체는유해전자파차단및방열기능이있으며, 단순히스마트단말기를얹어놓기만해도충전기가능한제품이다 (Figure 17). 섬유기반스트레인센서는전도성직물의신장에따라저항이변하는원리를이용하였으며, 피트니스나웨이트트레이닝시운동각도측정및호흡측정용도로활용될수있다 (Figure 18). 섬유기반압력센서는전도성원사로격자 (grid) 형태의직물을제직하여만든압력센서구조체로, 이를활용한발판은운동시신체밸런스유지와올바른자세유지에도움을줄수있다 (Figure 19). 고감도신축성전도사는일반사와의커버링형태로, 압저항방식의전도사이며섬유기반의센서등다양한분야에활용가능하다 (Figure 20). 벤투스솔루션은자체개발한전도성원사 (140De, 은코팅된나일론사를두가닥합사한구조 ) 를활용하여무선스트레인직물센서와모듈을개발하였다 (Figure 21-23). 벤투스솔루션의스트레인센서용원단은반복되는스트레치에따른복원성이뛰어나며히스테리시스편차가적은특성을지니는싱글저지편직물구조로, 폴리에스터 140De와스판덱스 40De를기 226 Vol. 22 No. 3
국내 ICT 융합스마트섬유제품화동향 Figure 17. 섬유기반무선충전. Figure 18. 섬유기반스트레인센서. Figure 24. 송이실업섬유기반염료감응태양전지 ( 상 ) 와섬유기반발열체 ( 하 ), Figure 19. 섬유기반압력센서. Figure 20. 고감도신축성전도사. 본원사로사용하고, 개발한전도사를 10 mm 간격으로편직하였다. 반면, 전극용원단은고전도성의 Rib Stop 조직의직물로, 100% 전도사 ( 은코팅나일론사 ) 70De로제직하였는데표면저항 0.1Ω/ 이하로측정되었다. 이를센서원단양끝에이어붙임으로써텍스타일형스트레인센서 ( 최대변형률 60%, 게이지팩터 1.52~2.15) 를완성하였고, 신호처리설계에따라다양한제품으로의응용가능성을검토하였다. 송이실업은섬유직조기반의염료감응태양전지와발열체를개발하였으며, 현재지속적인양산화추진중이다 (Figure 24). 송이실업의텍스타일형염료감응태양전지는 TiO 2 표면에흡착된염료가빛을흡수하면서여기된전자가외부로방출되면서발생하는전기화학적반응의원리를이용한것이며, 기존에유리혹은실리콘으로사용하던기판대신스테인리스스틸 (stainless steel) 직물로대체함으로써간단한제조공정, 가전도성원사 Figure 21. 스트레인센서용원단. 격절감, 에너지효율향상, 색상의다양화, 응용범위확대등의효과를얻을수있었다. 폭 150 cm로패브릭형태양전지직조가가능하며, 여러외국계기업과스마트폰기기, 통신망등향후사업화를위한 MOU를체결하였다. 또한, 송이실업의스테인리스스틸직조기반발열체는기존탄소계발열체와달리필요한면적으로재단하여사용가능, 물리적손상에도안정적발열, 발열온도최고 400-500, 다양한응용분야 ( 산업플랜트, 자동차, 선박등 ), 저렴한가격등의장점이있다. 또한절연체로유리섬유대신에바잘트 (basalt) 섬유를사용하여유해성이없다. 이외에도송이실업은스포츠브랜드와섬유일체형웨어러블디바이스개발등지속적으로 ICT융합섬유제품을개발중이다. 가공전도사를직접사용하지않고일반적인텍스타일위에전도성물질을코팅 (coating) 혹은인쇄 (printing) 하는후가공의방법으로도전도성텍스타일소자를만들수있다. 근래에는전도성텍스타일후가공용도의전도성용액제조기술이나후가공기술의발전으로, 신축성과유연성을갖는다양한텍스타일에전도성물질을코팅하여그전기적성질에따라스마트글러브 (10 5 Ω/ ), 터치펜팁 (10 3 Ω/ ), 면상발열체및센서 (10 2 Ω/ ) 등다양한응용이가능해졌다. 1) 또한, 디지털스크린프린팅기기를이용하여전도성페이스트를텍스타일위에인쇄할수있는데, 원하는모양의전자회로도가날염된전도성텍스타일소자구현이비교적간편하고빠르게가능하다. 코팅의경우, 예전에는 Agnw( 은나노와이어 ), CNT( 탄소나노튜브 ) 등의전도성코팅수지를단독으로사용하여전기전도성을발현하는연구가주를이루었으나, 이와같이단독물 Figure 22. 전극용원단. Figure 23. 완성된텍스타일센서키트. 1) 괄호안의전기저항기준값은최종제품의사용환경과용도에따라달라질수있음 섬유기술과산업 22 권 3 호 227
질로전도성을부여할경우에는각물질별전도성저하, 물성 저하등의단점이현저히드러나기때문에근래에는여러가 지물성을지닌전도성물질들을혼합하여각물질의장점을 동시구현할수있는복합가공전도성용액을코팅수지로사 용하는연구가활발하다. 영풍필텍스는 2015 년부터전도성코팅가공을통한전도원 단을생산하고있으며, 최종용도에맞춘물성과전도성부여 를위하여바탕소재 (base fabric) 과코팅용액의다각화를꾸준 히시도하고있다. 현재영풍필텍스의전도성원단들은주로 발열섬유제품및스마트기기용터치장갑등에사용되고있 으며, 추후스마트의류와같은 ICT 융합섬유제품으로의다 양한응용을위하여유연성과신축성을지닌전도성소재개 발에주력하고있다. 영풍필텍스는현재일반나일론직물, 폴리우레탄 (PU) 이혼 방된신축성직물, 고강도직물등에금속과 CNT 를혼합한전 도성용액을코팅가공함으로써전도성원단을생산하고있 다 (Figure 25-26). 보통표면전기저항 10 3 ~10 4 Ω, 인열강도 3~5N 이상, 발수도 4 급이상의제품들이다. 향후영풍필텍스 는제품의전기저항을 10 1 Ω 수준까지낮추기위하여금속과 CNT 의코팅수지배합조건개발, 코팅기술및조건설정, 내 구성증진을위한기술개발을지속적으로추진예정이다. 웰테크글로벌은나노메탈와이어와 CNT( 탄소나노튜브 ) 를 혼합한페이스트 (paste) 코팅을통하여, 정밀한터치펜팁및 기모가공된아웃도어장갑등에사용될수있는신축성의전 도성원단을판매및지속개발하고있다 (Figure 27). 웰테크글 Figure 25. 영풍필텍스금속및 CNT 복합가공전도성직물. Figure 26. 영풍필텍스의전도성원단을활용한스마트터치모터사이클장갑. Figure 27. 웰테크글로벌나노메탈와이어 CNT 복합페이스트전도성원단 ( 터치장갑, 터치펜활용 ). 로벌은저점도의나노메탈와이어와 CNT 혼합가공액의분 산성향상및대용량분산기술, 원단에의균일한처리를위한 적층 (layer-by-layer) 코팅, 균일한가공액젖음성 (wetting) 처리, 전도도저하최소화유연가공, 전도층의보호코팅을통한고 전도성및세탁내구성유지등과관련한자체공정기술력을 꾸준히확보해나가고있다. 웰테크글로벌의전도소재제품은스마트디바이스용터치 글러브및스타일러스펜팁등에주로사용되고있으며, 바탕 소재 (base fabric) 는 PET PU 혼방물, 용도에따라서중량과표 면가공, 전도성조정이가능하다. 표면저항은최저 10 2 Ω/, 신축률 60% 에서성능검증, 마찰견뢰도 3 급, 20 회미만에서 세탁내구성이있다. 웰테크글로벌은추가적으로전도성조정 을통한면상발열체및세폭경편물에코팅한스트레인센서 로도개발하여원격로봇조종등으로의응용을모색중이다. (2) 발광섬유소재 광섬유직물 광섬유를통해빛이이동할때광섬유의측면에서나타나는 발광효과는 ICT 융합섬유제품에서패션성, 심미성, 가시성을 증진하기위해응용되고있다. 최근광섬유직 편물은조명블 록, 유리액자, 경관조명등세탁과안전에대한우려가비교적 적었던인테리어및생활용제품을넘어서안전의류및패션 의류 잡화등으로그적용범위가넓어지고있다. 그동안광섬유의의류 생활용섬유제품으로의응용이제 한적이었던이유는다양하지만, 무엇보다도열에취약하고뻣 뻣한물성의광섬유가사염과제직등의공정에서야기하는 기술적문제들과제품화후의세탁성이해결해야하는주요한 계점중하나였다. 에스엔티는 2015 년부터광섬유의위와같은문제들을해결 하고 ICT 융합섬유제품으로의응용및사업화를위해연구 개발을꾸준히추진중이다. 2016 년광섬유를활용한자카드 제품을세계최초로개발하였는데, 일반라피어 (rapier) 직기로 228 Vol. 22 No. 3
국내 ICT 융합스마트섬유제품화동향 Figure 28. 에스엔티광섬유원단. Figure 30. 디엘에스의신축성 LED 스트립과이를활용한패션잡화완제품. Figure 29. 에스엔티모듈형광섬유부자재가적용된스포츠재킷. 는자카드제직에어려움이있어광섬유자카드용으로설비를개조하는과정이필요했다. 2017년에는광섬유표면에스크레치와노치가공을하여약 30% 의광량이증가된광섬유를개발하였다 (Figure 28). 또한, 완제품제작시의봉제의어려움과배터리및회로부와의연결성을개선하기위하여, 세폭제 편직기를이용한띠형태의제품을새로개발하여봉제가용이한배터리모듈형광섬유부자재를제작하였다. 띠형태의배터리모듈형광섬유부자재는스포츠아웃도어용재킷, 안전보호의류, 모자, 가방등에적용이가능하다 (Figure 29). 현재에스엔티는배터리모듈형광섬유부자재의광량을더욱증진하기위하여주변부속물을금속사 (metal yarn) 와재귀반사필름등으로교체한제품을개발중이다. 발광다이오드 (LED) 부착직물발광섬유소재를만드는또다른방법은 LED 칩을활용하는것인데, LED 칩은크기와두께가다양하고값이저렴하여이를텍스타일혹은제품에부착하는시도는꾸준히있어왔다. 다만, 이또한광섬유와마찬가지로세탁에대한문제, 부드러운섬유소재부와딱딱한 LED의이질감, 착용감의저하문제, 지속적인마찰과굽힘등에의한접촉불량문제등이아직해결해야할문제들로남아있다. 디엘에스는신축성의 LED 스트립과이를활용한발광 LED 의류잡화를개발하였다 (Figure 30). 은코팅나일론전도사를삽입하여세폭경편물을제작하였는데, 분리된두라인에전 Figure 31. 알파클로의다양한와펜형 (wappen type) LED 의류부자재와이를부착한의류제품들. 도사가삽입될수있도록디자인하고, 전도성은각라인의두 께, 즉, 삽입되는전도사의가닥수에따라서조율하였다. 두라 인을각각양, 음의전극으로활용하고, 그위에신장이가능한 LED FPCB( 연성인쇄회로기판 ) 를부착하였다. 그리고전원공 급부에는작은디바이스를부착하여, 그안에베터리및발광 프로그래밍과기타원하는기능부여가가능한회로모듈을 내장할수있도록하였다. 디엘에스의신축성 LED 스트립은다양한제품군에활용될 수있다. 일단굽힘과신장이가능한유연한텍스타일제품이 기때문에패션및안전의류 잡화에적용할수있으며, 착용 성과봉제성이우수하다. 회로모듈에 GPS, 각종센서, 블루투 스등을탑재함으로써 ICT 융합섬유제품으로의활용을다각 화할수있다. 현재까지디엘에스는자사의신축성 LED 를활 용하여, 자이로고글 (Gyro goggle; 착용자의방향지시가능 ), 야간운동용발광자켓, 애견용발광하네스, 탈부착의류발광 패치등을개발하였다. 알파클로는 LED 부착 FPCB( 연성인쇄회로기판 ) 를핫멜팅 시트를이용하여직접원단에붙임으로써의류및패션잡화 에적용가능한 LED 와펜을제작하였다 (Figure 31). 배터리가 섬유기술과산업 22 권 3 호 229
있는하드웨어는별도탈착이가능하도록설계하였다. 의류나잡화등바탕제품의형태나재질에거의제한이없이 LED 와펜의부착및봉제가가능하도록의류부자재형식으로부품모듈화된제품이다. 현재 LED부의세탁문제가있어, LED부를보호할수있는기타커버공정혹은코팅기술개발로내구성을개선해야할필요가있다. 3. ICT 융합섬유완제품개발동향 Figure 33. 코오롱글로텍의히텍스 (HeaTex) 재킷. (1) 발열 온도조절텍스타일형면상발열체는유연하여어떤형상에도효율적인가열효과를제공할수있으며, 가볍고부드러워타이어워머, 담요제품, 의류제품등다양한제품군에서적용이증가하고있다. 발열제품은주로전류가흐를때도체의저항에의하여열이발생하는원리를이용하며, 용도와제품에따라전도성텍스타일소자의저항을적절히조율함으로써원하는온도로의가열이가능하고이를통해발열과보온효과를얻을수있다. 블랙야크는 2015년부터발열의류야크온 (YAK ON) H 시리즈를제작 판매하고있으며, 이는의류내에세탁가능한발열텍스타일을내장하고, 온도제어디바이스와스마트폰어플리케이션을통해의류내부의온도및습도를제어하는시스템이다 (Figure 32). 야크온 H 의류에는세탁가능한발열텍스타일이등판부위에내장되어있고, 오른쪽앞판안쪽으로디바이스와회로부가연결되어있도록설계되었다. 디바이스는탈부착의편의성과세탁을고려하여마그네틱커넥터로손쉽게탈착이가능하다. 디바이스에는발열텍스타일에전원을공급하는배터리와온습도센서가내장되어있다. 디바이스를통해단계별온도제어가가능하고어플리케이션과연동하는통신시스템도포함되어있다. 새로개발된야크온 H 2.0 버전은기존 1.0 버전대비이물 감을줄이고착용쾌적성을개선하였다. 여러겹의원단을효율적으로레이어링 (layering) 하여온도유지를위한에너지효율성을증진하였다. 야크온 H는착용자의선택단계에따라서의복내원하는온도및습도설정이가능하고, 설정범위에서온습도가벗어나면자동조절기능을통해쾌적한상태를유지할수있도록설계되었다. 삼성물산패션부분에서는나일론원사에은을코팅한전도사로발열용소재인히트스퀘어를개발하고이를활용한경량패딩과재킷등을상품화하였다. 히트스퀘어는인체유해성이없고열전도율이높은은을코팅해의류용발열소재로활용하기에장점이있으며, 특히구김이나세탁에대한내구성을향상시키기위해발열체를분리하는등불편함을개선했다. 히트스퀘어는주로재킷의등부분에부착되어배터리를통한전기공급으로발열이시작되며, 어플리케이션을통해발열의정도를조절할수있다. 또한어플리케이션은사용자의편의성을향상시키고자히트스퀘어의제어뿐만아니라배터리체크와날씨정보를함께제공하는등의제품완성도를추구한면이있다. 코오롱글로텍은텍스타일에전도성고분자를텍스타일에코팅한발열체를개발하고이를적용한등산용발열재킷, 히텍스 (HeaTex) 를개발하고상품화하였다 (Figure 33). 히텍스는인체의체온과외부기온등을감지하고온도를스스로조절하 Figure 32. 블랙야크발열의류시스템 (YAK ON H 2.0). Figure 34. 케이투코리아의자동온도조절가능한피부직접접촉형스마트히팅티셔츠. 230 Vol. 22 No. 3
국내 ICT 융합스마트섬유제품화동향 는디바이스를포함하고있다. 발열은배터리의전원공급으로이루어지고 35~50 수준의발열이가능하다. 케이투코리아는스마트폰으로원격체온제어가가능한스마트발열베이스레이어티셔츠를개발하였다 (Figure 34). 도심캐주얼과아웃도어스포츠를넘나드는용도의디자인으로, 겨울용보온제품의새로운영역을창출하였다. 발열필름이아닌은코팅나일론사를활용한텍스타일형발열체회로를구성하고, 각부위별로저항값조율및세탁시에도단선등의문제가발생하지않도록디자인하였다. 배터리와의연결부는똑딱이스냅으로제작하여, 엑티비티활동시에도떨어지거나흔들리는등의문제가없다. 온도센서는의류앞판및뒷판에각각하나씩부착하였다. 의류제작시, 착용자의명치아래부위에서등까지텍스타일발열체가위치할수있도록하고, 약간타이트한패턴설계를통해착용자피부에직접접촉및발열감이최대로전달할수있도록하였다. 제품은모바일연동을통해사용자가본인에맞게최적으로조정한기준값에따라의복내온도증감시적정온도유지를위하여자동으로가열및중지하는기능을갖췄다. (2) 생체신호모니터링텍스타일형센서는크게스트레인센서, 정전용량센서 (capacitor), 온습도센서로나뉜다. 스트레인센서는텍스타일센서의신장과굴곡에따른전기저항값의변화를통해센서로의기능을갖는다. 정전용량센서는절연물질에의해분리된두개의마주보는섬유전극으로구성되며, 전압이인가되었을때전극사이에발생하는전기장을통해압력혹은변형센서로활용된다. 또한, 면상의텍스타일센서는넓은영역에서온 습도를감지하는센서로도응용된다. 블랙야크의 YAK ON P 시리즈는운동시착용자의신체정보를추적하여보다안전하고효율적인운동을돕는스마트 Figure 35. 블랙야크의스마트운동모니터링의류시스템 YAK ON P 1.0. Figure 36. 알파클로의스트레인센서 ( 인장변형에따른전기저항의증가 ). Figure 37. 알파클로의근육활동량측정스마트피트니스웨어. 스포츠의류시스템이다 (Figure 35). 현재 1.0 버전이출시되었고, 2.0 버전은개발중에있다. YAK ON P 1.0에는의류안쪽에있는은사로구성된편물형텍스타일센서가 ECG 신호를감지함으로써심박수를측정한다. 그리고연결된디바이스는착용자의심박수를통신모듈을통해스마트폰으로전송하여착용자에게알린다. 또한, YAK ON P 전용어플리케이션은수신한심박정보로착용자의운동량, 운동거리, 운동시간등을계산하여적정운동을통한건강관리가가능하도록운동효과를모니터링한다. 알파클로는스트레인센서를피트니스의류에적용하여근육의팽창도로부터운동량을측정하는근육활동량측정스마트피트니스웨어를개발하였다. 신축성의폴리우레탄혼방원단을전도성나노카본용액에함침하여텍스타일스트레인센서를제작하고, 센서신장시코팅된카본나노입자간달라지는거리에따른저항값을통해신장률을계산하였다 (Figure 36). 그리고개발된스트레인센서를피트니스의류내근육팽창도를측정하고자하는부위에삽입하여봉제하고, 봉제선을따라삽입된전도사를통해디바이스로신호값이전달되도록최종의류를설계하였다 (Figure 37). 알파클로근육활동량측정스마트피트니스웨어의센서게이지팩터는 32.82, 압력범위 5.8 N/cm 2, 압력해상도 0.4 N/ cm 2, 히스테리시스 3.4% 의성능을보였다. 또한세탁이가능하고, 기타필름등이의류내부착될필요가없으므로이물감이전혀없으며착용감이우수하다. ECG 측정방식이아닌근육팽창도를통해근육활동량을측정한다는점이타유사기능의제품과차별되는부분이다. 전용어플리케이션은근육사용량, 부위별균형정도, 운동목표에따른달성정도등을가 섬유기술과산업 22 권 3 호 231
시화하여스마트폰으로전달함으로써착용자스스로도보다 정확하고효율적인운동을할수있도록돕는다. (3) 안전보호 헬스케어 소방복및보호구등안전보호장비제조업체산청은재난과위급상황에서소방대원의위치추적과경고알림이가능한스마트디바이스를개발하였다 (Figure 38). 이는고온의방화현장에서사용가능하고, 소방복에탈부착이가능한웨어러블제품이다. 제품의시스템은대원위치추적을위한 GPS, 대원의움직임과정확한위치추적을위한자이로 (Gyro) 계, 고도계가정보를중앙관제실로송신할수있도록설계되어있다. D2D 기반의원격무선통신거리는현재 45 m, 정보처리시간은 30초이내, 위치정밀도는 5 m 이내, 경보알림 90db 사운드로가능하다. 이제품을착용하면화재현장에서위급혹은실종상황에처했을시, 중앙관제실에서대원의위치를실시간으로탐색하고주위동료들에게알림을제공하는것이가능해져발빠른현장대처와사후사고예방이가능할것이나, 제품상용화단계에이르기까지는지속적인추가연구개발이필요하다. 케이투코리아는안전취약층인여성을위한세이프티스마트웨어러블제품인가디언즈 (Guardians) 를개발하여올해하반기에선보였다 (Figure 39). 모듈형인이제품은전국망이확보된저전력통신망 (LPWAN) LoRa(Long Range Wide Area Network) 를탑재하여, 통상적으로사용되는 GPS 시스템과의상호작용을통해보다완벽한위치추적이가능하도록설계하였으며, 디바이스는가볍고소형으로디자인하였다. 또한, 착용자의상황이나취향에따라의류혹은가방등자유롭게부착할수있는고리형제품이다. 위급상황에서소비자는가디언즈를한번만누르면, 연계된스마트폰등으로 SOS 긴급위치전송이가능하고, 본인만의안전지대설정및주기적인위치추적또한가능하다. 코오롱글로텍은기존의히텍스 (HeaTex) 발열자켓기술에더하여아웃도어활동중조난에대비할수있는다양한안전 Figure 39. 케이투코리아가디언즈 (Guardians). 장치들이접목된라이프텍 (Life Tech) 재킷을상품화하였다. 라이프텍은히텍스를기술에바탕한발열기능을포함, 영상촬영이가능한블랙박스, 모스부호로신호전달이가능한 LED, GPS 기능을포함하고있다. 따라서조난시이러한기능들을통해조난위치등조난신호를스마트폰을통해서보낼수있다. 또한재킷에부착된원드터빈은풍력을이용해자가발전이가능한데, 스마트폰이나배터리의충전이가능해서생존과안전에도움이될것이라예상된다. 피에스솔루션은웨어러블헬스케어제품을지속적으로개발하고있다. 작년 (2017) 에는보행자세교정용 3차원측정센서를장착한스마트슈즈를개발하였다 (Figure 40). 아웃솔에 3 축가속도센서와블루투스, 정보처리회로, 베터리를장착한소형모듈을삽입하였는데, 삽입물형태에따라아웃솔에알맞은공간을특수제작하였다. 자체개발한데이터처리프로그램으로, 초당 100회의보행데이터를획득하여, 착용자의보 Figure 40. 피에스솔루션보행자세교정용스마트슈즈. Figure 38. 산청의대원위치추적및경고알림기능웨어러블스마트디바이스. Figure 41. 피에스솔루션자세교정용스마트매트. 232 Vol. 22 No. 3
국내 ICT 융합스마트섬유제품화동향 행자세를분석할수있다. 보행속도감지범위는 12 Km/h, 가속도감지범위는 10 g, 각속도감지범위는 300degree/sec이며, 소형화된모듈의사이즈는 27 mm( 가로 ) 21 mm( 세로 ) 이다. 또한피에스솔루션은금년 (2018) 에광섬유압력센서를이용한자세교정용스마트매트를개발하였다 (Figure 41). 광섬유는본래광송수신을통한정보전송용도의제품이지만, 굴절이나압축등으로인한광전송량의변화를감지하는센서로의활용이가능하다. 광섬유를격자구조로배열하여매트를만들고, 압력부하에따라달라지는광섬유의출력광량및광전송의특성을분석하는프로그램을개발하였다. 사용자가매트위에앉았을때자세에따른압력분포를통해자세를파악하고, 일정시간자세의변화가없으면가벼운진동을통해사용자에게경고를주어바른자세로고쳐앉도록유도한다. 피에스솔루션은본제품에서광섬유의감도를향상시키기위하여광섬유센서의코어사양을설계하고자체적으로광섬유코어가공공정특허기술을보유하고있다. (4) 인포테인먼트앞서의요소기술들을활용하여사용자경험의재미를위한오락기능, 네비게이션기능과같은생활의편의를증대시키는기능을갖춘제품이개발되기도한다. 이러한용도에따라정보 (infomation) 와엔터테인먼트 (entertainment) 란용어가결합해인포테인먼트 (info-tainment) 라분류되고있다. 최근에는특히 4차혁명의중심이되는사물인터넷 (IoT), 가상현실 (VR), 빅데이터등과같은기술과접목하기위한오락용 ICT 융합섬유제품에대한관심이증가하고있다. 이명수디자인랩은음성인식시그널넥밴드 ( 자일넥밴드 ) 및백팩 ( 자일백 ) 을개발하였다 (Figure 42). 이제품은사용자의음성을통해인식된단어를 LED로출력하는제품으로, 야간운행시후방에운행상태혹은운행방향을알려주는기능이있다. 단순시인성의기능뿐아니라엔터테인먼트의요소도지녔으며, 이기술은다양한섬유제품으로의응용이가능할것으로보인다. 제품은 주행, 자회전, 우회전, 정지, 비상 의 5가지명령어를인식할수있으며, 사용자의음성을머신 Figure 42. 이명수디자인랩음성인식시그널넥밴드및백팩. 트레이닝을통해인식하기때문에사용을지속할수록인식정확도가높아지도록설계되어있다. 제품에는 LED 무선컨트롤러, 블루투스, 리튬폴리머베터리, 마이크, 스피커, 음석인식모듈, 음악청취및핸즈프리모듈이내장되어있다. 기존의단순 LED 출력장치에서벗어나, 사용자본인의음성으로직관적인인터페이스조작이가능한제품이다. 삼성물산패션부문에서개발한스마트슈트는재킷내부의스마트폰전용주머니에 NFC( 근거리무선통신 ) 태그를장착하고전용어플리케이션과연동하여다양한편의기능을제공하도록설계되었다. 기본적인 NFC 기능을비롯해주머니에넣거나빼는동작으로스마트폰의잠금해제, 전화수신, 에티켓모드로의전환, 음악재생등이가능하다. 또한결제나출입확인과같은기능도추가될수있도록개발을추진중이다. 그외에도허리치수와활동량체크가가능한스마트벨트인웰트, 바디콤파스 2.0, 등스마트제품의다기능화를추구하고있다. 또한태양광충전모듈을갖춘가방, 솔백 (sol bag) 을개발하고상품화하였다. 태양광패널을디자인적요소를더해가방외관에부착했는데, 4시간정도태양광에노출되면스마트폰을완전히충전할수있는발전효율을갖추었다. 직고는초소형센서와전도성섬유를이용하여 VR, 게임, 스마트글래스등과연동가능한 IoT 스마트글러브를개발하였다. 또한전화기대체장치, 키보드입력장치로도의활용이가능하다. 글러브에는각손가락부위에전도사가삽입되어있고, 이전도사는손가락의특수한움직임에따라각기다른전기적신호를발생시켜, 장갑에부착된모듈을통해수신된전기신호를사전프로그래밍된알고리즘에따라분석후알맞은출력을수행한다. 현재상용화전단계에서지속적으로개발중이나, 향후기대되는응용분야는모바일게임, VR 기기, 시각장애인을위한스마트기기등다양하다. 4. 맺음말스마트의류의기능고도화와산업활성화를위해서는센서를포함한섬유중간재의개발과함께제품기획및설계를진행하는완제품기업의균형적인육성이수반되어야한다. 또한다양한기술융합을지원할수있는프로그램의구성으로소비자맞춤의창의적인상품기획과시제품제작이활발하게이루어져야할시점으로판단된다. 앞서소개한대부분의전자섬유제품들은그간 2~3년간의 섬유기술과산업 22 권 3 호 233
다각적인노력과시행착오를거친끝에얻은국내 ICT 융합스마트섬유제품의개발첫단계의결과물이다. 이제기존의기술을바탕으로, 2단계의고성능화, 사용편이성증대, 기능의실증화과정들을거쳐소비자가다양하게선택할수있도록효용성높은제품개발이시급히추진되어야글로벌시장에서경쟁력을갖추고기술을선도할수있을것이다. 또한미래에 ICT/IoT 산업시대에부합하는스마트의류의도래를위해서단순한기능발현보다데이터플랫폼사업으로의확대를꾀하고스마트의류를매개로한초연결사회로의진입을리드하는제품개발과국내기업육성이지속적으로진행되어야할것이다. 5. 참고문헌 심명희 2002. 전북대학교의류학과졸업 2005. 서울대학교의류학과 ( 석박통합 ) 2012. 서울대학교의류학과 ( 박사 ) 2004-2013. 영풍필텍스기획팀팀장 2013- 현재. 한국섬유수출입조합 R&D 지원센터부장 조윤경 2013. 이화여자대학교의류학과졸업 2015. 서울대학교의류학과 ( 석사 ) 2017- 현재. 서울대학교의류학과 ( 박사과정 ) 2015- 현재. 한국섬유수출입조합 R&D 지원센터대리 1. 섬유패션산업발전전략보고서 (2018), 산업통상자원부 2. E-Textiles 2017-2027: Technologies, Markets and Players (2017), James Hayward (IDTechEx) 3. The future market potential for smart garments and e-textiles (2015), Just Style 4. 해외최신 e-textile의기술개발동향에대한조사분석 (2016), 한국섬유수출입조합 박소현 2006. 숙명여자대학교의류학과졸업 2008. 서울대학교의류학과 ( 석박통합과정 ) 2015. 서울대학교의류학과 ( 박사 ) 2017- 현재. 한국방송통신대학교생활과학과조교수 234 Vol. 22 No. 3