ICT 융합섬유소재및제품의연구개발동향 1. ICT 융합섬유 패션산업동향 융합섬유 패션은섬유고유의화학적 물리적인특성에광학적 전기적 에너지기능성을부가한섬유 패션제품으로서 인터랙티브한직물 의류의구성요소이거나 제품의소재부품으로사용되는첨단섬유기반제품군을의미한다 구체적인제품군으로는다음과같이분류할수있다 이분야의세계시장현황은산업기술의발전에따라섬유분야의기술혁신과더불 어 등의기술이융합되어산업용첨단섬유소재수요가확대되고 산업자 재의경량화 고기능화 다양화경향으로산업전반에서기존의플라스틱 금속소재에 대한대체섬유수요증가및용도확대 섬유산업등의주력산업에서 비중이점차 확대되고 부가가치제고수단으로 중요성증가됨에따라향후크게성장할것으로기대된다 하지만 섬유시장은다양한소비자제품의시도를통하여 스마트폰이후의잠 재적대안인웨어러블디바이스제품의플랫폼으로서의가능성을모색하고있는것으 로여겨지며 용도별로세계시장규모를추정하면 모든분야에서 년까지높은성장이기대된다 특히스포츠와피트니스분야에서 년까지주목할만한성장 년 년까지의료와헬스케어분야에긍정적인전망을던지고있다 또한 년에는의류 헬스케어분야가패션 엔터테인멘트분야를제치고가장큰시장을차지할것으로 예상되며 지금은작은규모를차지하는건축분야에서는발열바닥재를중심으로큰성장이예상된다
출처 향후 섬유의가장큰시장은북미시장이될것은확실시되며 유럽지역에서는 스포츠 피트니스분야가 아시아권에서는일본 한국 중국이매스마켓으로자리잡고 있다 년까지는스포츠 피트니스모니터링시장이전세계적으로자리잡으면서북미가의료 헬스케어상품으로상업화된매스마켓을최초로구축하게될것이다 역시 년까지의료 헬스케어상품이급속히출시될것이며 미국이그시장을리드하게될것으로예측된다 출처 의기술성숙단계를표시하는사이클곡선에 섬유를적용하면다 음과같이나타낼수있으며 가장앞서제품화에성공한온도조절제품군은이미 계몽기를거쳐서안정기에접어들고있으며 발광응용제품군과신체보호제품군이 그뒤를이어서제품화에성공하고 향후다양한형태의미래융합제품군이빠른속도로시장에진입할것으로예측된다 섬유산업과 기술과의융합방향으로는섬유소재의 화 섬유공정의 화및서비 스의 화로구분할수있으며 이들기술분야간유기적연계를통해섬유산업의 화가지속될것으로전망된다 반도체 디스플레이 캐패시터등전자소자의섬유형
태구현기술로가능한 섬유는 분야의국가경쟁력을바탕으로섬유기술과융 합시킴으로서고부가가치섬유산업육성이기대되며 아직까지섬유와융합된기술 개발은미개척분야로서국가정책적으로원천기술확보를통해국가경쟁력을향상시킬수있는전략산업으로볼수있다 한국은세계최고의 및 기술과기존섬유기술이융합하여 산업용소 재 웨어러블섬유 스마트섬유및유비쿼터스섬유제품의창출이가능한잠재력을갖고있으며 국내 융합기술은전반적으로발전초기단계로서 선진국대비 수준으로볼수있다 디지털의류관련 섬유 제품의국내개발동향을살펴 보면크게전도성원천소재개 발 융합과커넥팅을위한원 천기술개발 그리고융합형의류제품개발로나눌수있는데 전도사와디지털밴드를개발 하는전도성원천소재개발분야에서는금속사 도금사 코팅사등다양한기술및제 품들이이미개발되었으며 커넥팅과기타응용기수및융합형의류제품개발분야 에있어서는 의료기기등을전도성소재와연결하여제품을개발하는분야로써디 자인과결합되어소비자지향적인제품개발이필요한분야로써향후엔지니어와디자이너가협업을통하여집중해야하는분야이다 섬유는산업용부품소재로의활용가치뿐만아니라전자패션에의적용을통한 고부가가치화가능성과응용애플리케이션이풍부하며 다양한산업분야에서 융합 이적극도입되고있는환경이므로 섬유의적용범위는전방위적으로지속확대 될것으로전망된다 현재전세계적으로 섬유의개발시점은 년대부터시작된신규시장으로서 선진국과비교하여기술적수준에격차는크지않다 또한 한국기업이보유한섬유기술과 기술을바탕으로 미래시장에서세계최고 기업과경쟁시기술우위를점할가능성을충분히보유하고있으며 전자패션및섬 유기반소자기술은 의한갈래로서 와대체가능한경쟁적관계이자상호보완적관계로파악될수있다 특히전자패션측면은 가갖지못한쾌적성 유연성 활동성 인체친 화적측면에서의강점을바탕으로상당한국내외산업경쟁력을가지고있다 섬유산 업과 의접목에따라 섬유를중심으로기존의산업들이구성될수있기때문에 섬유의연계산업이패션을비롯해 자동차 조선 건설 기계 에너지 조명 국방에이르기까지각종산업으로의파급이매우큰분야라고할수있다
2. ICT 융합섬유의개발동향 기술분석의편의를위하여입력 출력 처리 전원기술등으로구분하고선진국개발사례를상세히서술한다 최근미국 에서는직물특성을반영한직물인터페이스를개발하였 으며 에서는모바일프로젝터와카메라를이용하여디스플레이와인터랙션공간을실세계로확장하여다양한웨어러블컴퓨팅응용의가능성을제시한 를발표하였다 또한사람의감정을감지하여반응하는컴퓨터 기기등의기술을연구중이다 미국 대학에서는 및자동차의대쉬보드등에사용가능한형태로라텍스 재질의버튼에공기를조절하여필요한버튼만부풀려서실제적인버튼의형태및촉 감을느낄수있는 을제작하였고 국토안보부에서는실제소방관들의요구사항에맞추어소방관의생존과생명구조에도움이될정보 산소보유량 주변온도 탈출구위치 팀원들의상태와교신등 를 에디스플레이하고이를효율적으로제어할사용자인터페이스컨셉을제안하고연구개발중이다 또한 사에서는키넥트 와피코프로젝터를이용하여어디든투사하 고맨손으로터치및다양한제스처를사용할수있는웨어러블멀티터치프로젝터를연구중이다 유럽의 에서는눈의움직임을분석하여의도를파악하기위하여눈의안전도를
이용하여 고글을개발하고다양한응용모델을구현하였고 연구소에서는웨어러블컴퓨팅을위한전자소자직물실장및집적 기술인 연구를지속하고있으며 최근플렉시블전자공학으로기술영역을확대중인상황이다 스위스취리히공대 의 에서는 년대부터전도성섬유에대한연구를진행하여 전도성섬유를이용한직물형안테나 트랜지스터 압력센서등을개발하고있으며 유럽핀란드의 대학에서는 프로젝트 의일환으로씨스루 디바이스를이용하여맨손을통해사용자의입력 을받는시스템을 일본 대학에서는 라는프로젝터를통하여하나의장치에서컴퓨터그래픽과함께촉감을느낄수있는기술을개발중이다 반면 국내웨어러블디바이스하드웨어기술은초반에는손목시계와같은액세서 리형과 점퍼와같은의류내장형컴퓨터기술이주로이루었으나 최근에는섬 유 융합기술이어느정도성과를보이면서 기반의회로보드기술 의류일체형컴퓨터기술 플렉시블직물멀티터치기술이상당한진전을이루고있다 한국전자통신연구원 에서는 년부터웨어러블컴퓨터플랫폼을개발해오고 있으며 최근 기술을적용한엔터테인먼트의류 양방향직물안테나 직물터치 패널 직물오디오 직물시계등을개발하였고 한국과학기술원 에서는직물위에전극및회로기판을직접인쇄할수있는 기술을개발하였다 이를응용한스마트파스를개발하였다 웨어러블디바이 스입력장치용공간인식기술은주로접촉식방법이유력하며 착용하는사용자의움 직임을감지할수있는센서나장치를사람의몸이나옷에부착해데이터를획득한 다 사용자가직접착용해야하는불편함은있지만센서를직접부착하기때문에비교적정확한동작정보를얻을수있다 동작인식센서는단말의현재위치와이동속도 흔들림등을인지하여단말의이동 패턴을산출하는장치이며 기술을기반으로자이로센서 가속도센서 관성 센서등다양한동작인식용 스마트센서가개발되고있으며 미국워싱턴대학 연구소 캐나다토 론토대학의공동연구진은 년 학회에서인 간의근육움직임을감지해 단말컨트롤에활용하는기 술을발표하였다 이기술
은손의움직임에따라팔뚝근육이달라진다는점에착안팔찌형태의센서를팔뚝 부분에부착한뒤 팔뚝근육움직임을추적함으로써다양한손의움직임을인식해내는접촉형방식의동작인식기술이다 하나의기판상에구현된접이식디스플레이의경우에는주요디스플레이학회에서 시제품형태로전시가되거나논문으로발표된적이있으나 모두가 축접이식형태 의디스플레이이며 축이상접이식형태의플렉시블디스플레이기술은보고된바없으며 아래의그림과같이디자인측면에서응용제품에대한예만보고되고있다 접이식디스플레이기술의경우발광소자자체를접는기술은아직초기발전단 계에있어 실제적인접이식디스플레이구현을위해서는획기적인픽셀구조의디자 인과디스플레이구현방법개발등지속적인연구개발이필요한상황이며 직물 의 류일체형의디스플레이기술은기존의무기 나 디스플레이기술이의류 에내장된형태의기술이주를이루고있으며섬유일체형으로 나 등을바탕으로구현된기술은그시제품이아직발표된바가없다 기능성섬유의단순연결을통한기본트랜지스터소자의경우는논문을통해기술 이보고되고있으며 주로미국 스웨덴 이탈리아등의연구그룹에서극히초보적인 단계 유기기반 이동도 의소자성능을보 고하고있으며 기능성섬유를이용한발광소자의경우는주로섬유에전도성물질 을코팅하여전극으로활용하여진공공정을이용하여발광소자를직접증착하거나 에연결된형태로기능성섬유의성능을검증하는형태로기술이보고되고있을뿐 실제섬유일체형정보표시소자로활용하기에는기술발전이초기단계에있다 네덜란드필립스루마리브 는유연기판상 를올려어 레이를만든후섬유나직물에삽입시켜 넓이에 픽셀어레이를가지는
를구현하고 보호를위한 섬유로둘러싼기술과 연결가능 그리고 배터리를장착한기술을선보였으며 한국의코오롱 스포츠는전도성섬유를이용하여발열하는섬유소재와광섬유를이용하여빛을외부로내보내는기술을이용하여스마트재킷제품을출시하였다 영국의큐트서킷 은세계최초로초박형 디스 플레이를내장하여 라는셔츠를판매하고있으며앱을통한디스플레이프로 그래밍 세탁가능 통한충전 카메라키트등가장완성도가높은의류일체형기술을선보인바있다 반도체 기반의 의개발은미국을 중심으로섬유기반의 및이의집적화개발이시도되어지고있으나현재로서는기초적인연구단계에머무르고있으며 년버클리대학에서일반적인반도체공정을전혀사용하지않고편조과정을통해 섬유에직접플렉시블트랜지스터를제작해 에서전자이동도 를 달성하였다 이것은기존원단제 작공정을그대로사용할수있어 의복에집적된능동소자의가능성 을열었다 년이태리칼리아 리대학에서는직물형트랜지스터 를위해펜타신을원사에직접증 착하고금과 로전극을구 성하는방식을발표하여이동도 를보였다
년프린스턴대학 교수는편조형인버터회로를발표하여원단제조기술에적용가능한전자회로의가능성을보였다 또한 는기판에 박막트랜지스터로인버터를구성하고 방향에대해서 까지변형을가해도인버터특성을유지하도록하여트랜지스터로구성된게이트회로의가능성을보여주었다
웨어러블디바이스를구현하기위하여의복또는플렉서블회로기판이필요하며특 히구부림과당김에강한인터커넥트회로가필요하다 이를위해서는 정도 의연신율을갖는스트레처블기판에물결무늬모양의배선에대한연구가진행되고 있으며배선형성단계를지나당김이나구김등의변형을가했을때 에대한연구가진행되고있다 스위스취리히공대의 교수실험실에서는 의 과제에 참여하고있으며 년에는 를사용하여 반경의구부림변형이가 능한 을발표하여메모리소자에대해서도가능성을보였고 최근에는플렉시블기판에구현한 도발표하였다 년오하이오주립대에서는전도성파이버와폴리머를 편직조형으 로구성하여 까지 의손실의 Ω 전송선 에서 이득의안테나를제작하여 에서응용가능함을보였다
년일리노이대학에서는플렉시블기판에적용가능한전사형 트랜지스터제조공정을사용한 게이트등도발표하였다 년위스콘신대학에서는플렉시블기판에 증폭기를발표하였고 급플렉시블 를발표하였다
웨어러블및휴대형 의에너지원으로각광받는것은리튬이차전지로이동 성과휴대가편리한형태와형태변형이가능한유연하고가벼운소재로기술개발을 추진하고있으며 디스플레이기기 웨어러블컴퓨터 등의전자기기 등의등장에따라 이차전지에대한관심이높아지고있지만 안정적으로전원 을공급하기위한 이차전지는상용화되지않고있는상황이다 최근들어 전자기기를넘어선 등의류형전자기기에대한관심이급증하고있으며 이러한추세 에맞추어국내에서연구가진행되고있다 화학에서는 형의전 극을개발하여 전자기기에적용할수있는 의 이차전지에대한연구를발표하였다 공주대에서는유연성이있는이차 전지에적용할수있는 집전체와나노구조를가지는 형의 음극소재를 에서는형상을자 유롭게제어할수있는 전 해질에대한연구를진행하고있으 며 전극에 할수있고굽힐 수있는특성으로 이차전지에적용할수있는특징이있었다 삼성전자종합기술원에서는 년부 터인쇄가능한플렉서블이차전지 연구를진행하고있으며나노전극 재료 전극인쇄용수계및비수계 잉크조성개발등을내용으로하는 모바일 용 소형이차전지 기술개발 의연구과제를 년 월 부터 년 월까지수행하였고 에서는휘어지는이차전지와텍스타일형이 차전지관련연구를수행하고있으며 화학과부산대에서는휘어지는전극가닥 형전지를개발하고있다 또한 가주관하고있는차세대전지기술융 합연구단에서는 이차전지기술 화학 과필름형플렉스블전지기술 한국전자통신연구원 전자부품연구원 을개발진행중에있다
이차전지에대한연구는미국을중심으로 년도부터연구가진행되었 으며 상용화를위한다양한연구가현재진행중이며 국외의경우국내보다이른시 점에 이차전지에대한연구가진행되었으나 대부분의연구가탄소나노튜브 또는그래핀을활용한전도성집전체에대한연구에집중되어있어전극의대면적화가어려우며가격경쟁력이없어상용화에는이르지못하고있는상황이다 년 에탄소나노튜브를코팅하여전도성을가지는집전체가제안되었으며 년 대학교의 그룹에서는탄소나노튜브를활용한다양한 이차전지에대한연구가진행되고있고 년미국 대학의 그룹에서는기존의탄소나노튜브의한계점을극복한 이차전지에대한연구를진행하고있다 일본 사에서는유기라디칼을이용하여 내변형성을갖는이차전지에대한연 구결과를발표하였으나 기존리튬이온전지와비교하여에너지밀도가낮아제품적용 성에한계가있었고 이스라엘 사에서는일차전지용전극재료를사용하 여일회용 를실용화하여 등의화장 미용업체의주름살 제거용패치의전원으로적용중이다 또한 에너지하베스팅은주위환경에서에너지 열 진동 빛 전파등 를수확 하여전기에너지로변환하는기술이다
태양전지를섬유형태로구현한기술은전무한상태이며 필름기반의 가개발되어 정도의효율을보이는단계이며 미국의 일본의 사등은최근관심이 모아지는유전탄성중합체 를사용한청정에너지수확을핵심연구개발분야로선정하여추진중이다 현재실험중인파력발전장치는평균 의복형군용에너지생성장치는이동 중최대 의전력생성이가능한것으로보고된바있다 유럽과미국에서는진 동에너지수확의현실화를위해 세라믹압전소자로부터섬유복합체 나노섬유 기능성고분자중합체 에이르는다양 한소재를사용하여에너지변환효율과사용량을높이기위한연구가활발히진행중이다 현재 미 가 차전극을코어로하고 활성소재 투명전극 투명막을외장 막으로하는코어 외장막 구조의섬유를개발중에있다 한편 미국조 지아공대연구진은광섬유주위에나노미터급전선을솔처럼쌓는방법으로집광면적을최대화해열생산효율을높이는데성공했다고독일의안게반테케미 응용화학 지 년최신호에발표한바있으며 국내에는섬유형태태양전지제조기술은전무 하며 한국화학연구원에서필름기반의 시제품이 대의효율을나타내는기술 을보유하고있으며 발광소자를이용한섬유화기술은 에서 를섬유형태에구성하는연구를검토하고있다
3. ICT 융합섬유완제품의개발동향 전세계적으로섬유분야의기술개발은주로전도성섬유및광섬유를기반으로단 순한기술개발과제들이제안 수행되어왔지만 센서 하베스팅 에너지저장관련된 주요소자의형태로개발되지못하여 상업화에필요한기술들이확보되지못하고있 는상태이다 다만 의류나패션제품에단순부착된디지털패션의제한적인형태로시장에진입하고있다 국내의경우 삼성전자 제일모직 코오롱등전자및패션대기업을중심으로시제 품개념의제품들이출시된바있으며 대량으로판매된사례는전무하다고볼수 있다 반면 해외의경우에는군용 특수복용등극한환경에서요구되는산업용제품 을기본으로상대적으로다양한제품군들이시장에출시되어있으며 혁신적인기술 보다는개발된기술의창의적융합과혁신적디자인이구현된제품들이대부분이라고볼수있다 웨어러블기술은 년 선정세계 대기술로선정 벤처투자및소비자의관 심이증대되는사회적관심폭증하는융합신산업이며 스마트기기의주요회로및소자를섬유및화학소재로구현하여편의 패션 기능성을갖춘디바이스를지향하고 인체중심으로소재 부품 제품및서비스를구현하는새로운모습의융합산업으로각광받고있다 또한최근각광받고있는전자직물은섬유산업이 등첨단기술 과의융합화가하여빠른속도로진전되고있으며생각하는섬유 건강복지섬유 극한 환경섬유 융합기능섬유등을포함하는 스마트섬유 가되어미래유망산업이될것 으로판단하고있음에따라전자직물과결합되는웨어러블산업의주요한분야가될 것으로판단되고있다 하지만 스마트기기와섬유산업은상호해결해야하는단점을내포하고있음을알수있다 현재의웨어러블산업은초기개발단계로사용자의편의성과휴대성을내재하고있 는전자직물과결합하기에는기본적인기술이개발되어있지않은상태이며섬유산업 의전자직물은데이터의입력 처리 저장등의기본적인속성인전자소자의특성을그대로반영하지못하고있는기술의단계로상호약점을보유하고있는현실이다 따라서두산업의상호장점을보완하고단점을개선하는기술의개발이절실하며 일상생활용의류보다는특수용의류 신발등의산업은웨어러블산업의성장발전을 자연스럽게추구할수있는주요한디자인분야중의하나가될것으로판단되며고부가가치화를위해서는전자섬유및웨어러블기술이신발산업과함께첨단기술 등의기술이융합되는형태의다양한제품화기술개발이필요한실정이다
4. 맺음말 융합섬유분야는시장이지금초기단계에있으며 스마트폰이후차기전략분 야로세계적인경쟁이치열한분야이다 하지만이분야는다른섬유기술분야와달 리완전히상이한기술간의융합으로이루어져있어융합의난이도가높고 제품의 완성도를높이기가매우어려운분야이다 또한두분야를동시에이해하는인력이 매우부족하고 새롭게교육배출하기도수월하지가않은분야이다 또한 새롭게개 발되는 융합섬유제품을개발해서판매를하려는제조사들도성능 내구성 안전 성에대한확신을가지지못해적극적인사업화를진행하지못하고있는상황이며 두 분야의제조사중어느쪽이최종적으로제품을생산하여야하는지에대한명확한해답도찾기가쉽지않은상황이다 이를위하여 섬유소재를기본으로전기전자공학기술및공작기술을교육할수 있는적극적인인력양성이필요하며 융합의속성상메디컬 안전보호 토목등유사 분야융합과는달리전기전자와의융합은그상이성이너무강해대학교와같은전문 교육기관에인력양성센터를설립하여 전자관련연구원및섬유관련단체등과같은 기관의협조를받아탄력적으로운영하는것이최상의방법이다 이러한기관들의시 제품개발등을통한상업화등을통하여전기전자분야업체들의고용등을유도하는선순환체제의확립이매우시급하다 섬유산업의특성상고급인력의확보가어렵고 전기전자분야에대한이해도가 매우떨어져신제품개발이현실적으로불가능하기때문에대학이나연구소등의지원 센터를설립하고 섬유와전자를동시에이해하고있는전문연구원들에의하여다양 한제품설계 시제품제작등의지원이실질적으로이루어져야한다 또한 기술및 제품개발의방향도기존의섬유소재 예 전도성섬유 에집중된점을변경하여 섬 유전자소자 예 센서 스위치 배터리 슈퍼캐패시터 인덕터 솔라셀등 개발중심 으로집중적으로기술개발이이루어져야하며 소재단일성능보다는최종제품또 는모듈의성능을기술개발목표로정하고 실제소비상화에서사용될수있는완제품형태에서의성능을기술개발목표로하여기술개발을진행하여야한다 관련수요기업과의정보교류를강화하여 섬유제품의상품화를위한성 숙기간필요성인지하고 지속적인교류를통하여이에필요한반도체 디스플레 이 모바일등의기술등융합사업추진의충분한동력확보하고 피트니스와웰니 스 인포테인먼트 보건과의료 산업및군수분야등에활용될수있는가상의사례 들을확보하여 향후본격화되는웨어러블디바이스의플랫폼지원산업으로써의 융합섬유산업을발전시켜나가야할것이다 김주용교수 숭실대학교유기신소재 파이버공학과