IT 기획시리즈 주간기술동향통권 1469 호 2010. 10. 27. IT 와전통산업간융합 1418 IT 와전통산업간융합 : 섬유ㆍ IT 융합기술동향 김배선 ETRI 웨어러블컴퓨팅연구팀선임연구원 bskim72@etri.re.kr 김영성, 조일연 ETRI 웨어러블컴퓨팅연구팀 1. 개요 2. 섬유 IT 융합기술의연구동향 3. 섬유 IT 융합발전방향및결언 1. 개요 가. IT 섬유산업융합의필요성, 정의, 범위우리가맞이한 21C 에서는유비쿼터스시대를맞이하여 A4(Anytime, Anywhere, Anyhow, Anyone) 를실현하기위한첨단인터페이스기술을실현하고자신섬유ㆍ의류기술을사용해야할필요성이절실해지고있다. 이러한필요성에따른기술을구현하기위해섬유산업과 IT 분야와의융합은관련산업분야에서구체적으로요구되고있고, 이에따라서근래에많은연구개발과더불어첨단산업분야에적용되고있다. 특히, IT 산업이급속히발전해나아가면서해외는물론한국이세계적으로가장강점인 IT 산업을축으로산업간융합이새로운패러다임으로부상하고있다. IT 가아날로그에서디지털로변화됨에따라디지털융합화가 IT 산업자체를넘어타산업으로급속히확장되고있는것이다. 여기서신섬유ㆍ의류산업은선진국에서신성장동력으로선정할만큼그파급효과가크고대중화시키기에중요한산업임을인정받고있다. IT 와섬유산업융합의섬유소재분야에있어모든제품과공정등을포함하여 IT 를중심으로기술을융합하는신섬유분야를그주요산업으로정의할수있다. 여기에는섬유ㆍ의류산업의 IT 융합은물론 IT 융합에따른소재, 디자인, 브랜드개발등직접적인생산에관계되어있는부분까지포함하는것이다. 또한각각의산업에서보는관점에따라다음의두가지로표현할수도있다. 1 IT 산업즉, 디스플레이나모바일산업에서소재나부품으로사용하는섬유재료기술개발및융합분야 2 섬유소재나제품에 IT 기술과부품또는제품을융합하는인텔리전트섬유기술또는웨어러블 * 본내용과관련된사항은 ETRI 웨어러블컴퓨팅연구팀김배선선임연구원 ( 042-860-6778) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 30
IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 14 기술개발분야이다. 나. 세계 IT 섬유분야시장현황분석 VDC(Venture Development Corporation: 미국 ) 사의 Wearable Electronics (2005 년 ) 자료에따르면스마트섬유의세계시장은 2004 년 3 억달러로연성장률 19% 로잡았을때 2008 년에는 7 억 2,000 만달러로예상된다. 이중연소비의 10% 는방위산업부문에서소비될것으로보고있다. 고성장이기대되는분야로는헬스케어, 의료용, 스포츠및아웃도어활용에필요한의복, 방위산업분야를꼽고있다. GIA(Global Industry Analysts: 미국 ) 사에서 2008 년 3 월발행한 Smart fabric and interactive textiles 에따르면, Smart fabrics 과 Interacitve Textiles ( 스마트직물과상호반응직물 ) 의전세계시장규모는 2007 년에는 538.46 백만달러에달하고 2009 년에는 638.7 백만달러에달할것으로예상된다. 향후외부자극에반응하는기술의발달로 2012 년에 13.1 억달러까지관련시장이확대될것으로예상되며, 특히생체물리학적모니터링솔루션과상변화물질 (PCM) 이중요성장요인이될것으로보고있다. 다. 한국의 IT 섬유분야환경 한국의섬유ㆍ의류산업은세계 9 위권내에세계시장점유율을가지는기반산업이지만선 ( 그림 1) 섬유산업의변화의바람 [1],[2] 31
주간기술동향통권 1469 호 2010. 10. 27. 진국대비기술수준은원사, 원단, 염색ㆍ가공, 봉제등에서평균적으로 70~80% 정도의기술력을보유하고있다. 최근소비자의기호와여가확대및여행증가, 고령화등생활패턴의변화가진행되면서고급의류에대한수요증가라는의류수요에대한변화가생기고있으며, 섬유쿼터제폐지, FTA 확산, 중국의 WTO 가입등섬유의류자유무역이확산되고, 인체무해한제품수요증가와친환경산업선호등환경규제가등장하고있다. 또한섬유기술과 IT, NT, BT 등타산업기술과의융합에따른산업용섬유의수요가확대되고있는패러다임의변화가일고있다 [1]. 또한여러타산업과의융합중 IT 와섬유산업융합은섬유소재분에있어모든제품과공정등을포함한 IT 기술과섬유기술이융합하는산업으로정의될수있다. 여기서섬유및패션산업의 IT 기술을적용하는경우또는 IT 산업에서섬유기술을활용하는경우의섬유ㆍ IT 융합기술의분야는 ( 그림 2) 와같이구성될수있다. 융합기술의분류는 IT 융합소재, Wearable 제품, Smart 섬유, IT 융합공정등 4 가지부문으로구분하고있으며 [3], 본고에서는위분야들을중심으로연구동향및사례등을살펴보고자한다. - 섬유패션산업공정 IT 적용 - IT 전자산업공정섬유적용 - 섬유패션소재상품 IT 접목 - IT 전자소재제품섬유접목 IT 전자산업에 의류, 소품등 인체와주변 제품화공정 서공정용소재 활용될수있는 환경에적용될 및유통과정에 나제품의부품 IT/Digital 수있는섬유의 서신개념공정 으로사용되고 기반형기술을 핵심 / 원천기술을 효율화, 서비스 있는섬유제품 융합한분야 위한신섬유 등부가가치를 분야 창출 ( 그림 2) 섬유 IT 융합의전략분야 [3] 32
IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 14 2. 국내외섬유 IT 융합기술연구동향 가. IT 융합소재연구동향 (1) Flexible EL Lamp CrossLink 사는 Ultra-Flexebie EL(Electroluminescence) Light System 을상온에서스크린프린팅장비를사용하여개발하였다. 플라스틱, 금속, 섬유소재및종이등의다양한소재위에구현이가능하고열이발생하지않으며, -30 도에서 70 도까지동작온도특성또한우수하다. (2) HEATEX ( 그림 3) ultra-flexible EL lamp, Crosslink 사 [4] 코로롱글로텍에서는 2009 년 HEATEX 라는발열섬유소재를제품화하였다. 자체발열스 ( 그림 4) 코오롤글루텍, 발열섬유소재및응용제품 [5] 33
주간기술동향통권 1469 호 2010. 10. 27. 마트섬유를이용하여의복및차량용카시트에적용되었으며, 안정적인전기전성능과내구성을가지고있고, 전기회로시뮬레이션프로그램을통해 IT 접목스마트섬유소재를자유롭게구현할수있기때문에다양한분야에적용이가능하다. (3) Multi-function Fiber MIT 에서는우선열적인증발을통해서다층구조의섬유사를나노크기의섬유사로제작하였고, 반도체디바이스공정과광섬유제조공법바탕으로많은파이버들을 2 차원또는 3 차원구조로제작하여열이나빛, 소리를감지할수있는연구를수행하였다. Thermal excitation Optical excltation Acoustic excltation Thermal excitation Photosensitive Fibres 광감지성능을이용하여광의전달위치를확인 Camera Textile 소리감지 열감지섬유로제작된섬유터치시변하는전기적특성을감지하여이미지로표현 ( 그림 5) MIT 의 Mulitfunction 섬유제조및응용 [6] (4) Woven logic from organic electronic fibers 스웨덴 Linköping Univierity 의 mahiar hamedi 는 WECT(Wire-Electrochemical Transistor) 제작을통해서전도성고분자얇은필름이직경 10~100nm 텍스타일단일필라멘트에코팅될수있음을보였고, 이를하나의섬유사위에마이크로크기의 WECT 를만들어내는데성공하였다. 34
IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 14 ( 그림 6) Electronic polymer devices on fibers [7] 나. Wearable 제품연구동향 (1) STELLA(2006~2010 년 ) STELLA(Stretchable Electronics for Large Area) 프로젝트는건강, 웰빙및기능성의류에사용하고신축성있는전도도선을가진신축성과유연성을가진소재개발과접합기술및신축성있는기판위에전자회로및부품을통합하기위한기술들을개발하는것을목적으로하였다. ( 그림 7) Stella 프로젝트에서적용한의류제품들 [5][8] (2) PROETEX(2006-2010 년 ) PROETEX 프로젝트는벨기에 Gent 대학이중심이되어인명구조대원용스마트슈트 (Smart Suite) 개발을추진하고있다. 이스마트슈트는이너, 아우터, 바이및구두로구성되어각각센서, 전자디바이스, 배터리가장착되어있으며, 텍스타일센서는원거리통신이가능하게 35
주간기술동향통권 1469 호 2010. 10. 27. ( 그림 8) Proetex 프로젝트중개발되어진프로토타입 [5],[9] 하고, 착용자의생체정보 ( 혈압, 심박수등 ) 를상시모니터링하여위험한상태가되면경보신호를송신하는시스템으로구성되어있다. 또한이슈트는 GPS 시스템이장착되어있어착용자가있는곳을특정할수도있다. (3) P-FCB KAIST 연구팀은일반옷감에사용되는직물위에직접전자회로를구성하고, 그속에건강모니터링칩을장착한입는 ( 웨어러블 ) 건강모니터링시스템을개발하고있다. 이연구를통해직물위에전극을직접인쇄하여전자회로를구성하는평면패션회로기판 (Planar-Fashionable Circuit Board: P-FCB) 기술을개발하였고, 이를이용하여심장근처에부착하면심장상태를 구조 - 1Layer: 25 개의전극 - 1Layer: 직물형인덕터 (2.2uh, Q=9.2) 무선데이터통신지원 - 1Layer: 플렉시블배터리 (1.5V, 30mAh) - 1Layer: 직물형인쇄회로기판, 고성능반도체칩장착 심전도심혈관저항심혈관저항기울기 ( 그림 9) KAIST P-FCB 와스마트파스 [5],[10] 36
IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 14 진단해주는 스마트파스 를개발하였다. 이장치는붙이는파스형태로심혈관저항및심전도를측정할수있는반도체집적회로 ( 헬스케어칩 ) 가장착되어있다. 파스표면에는 25 개의전극이있어서심장의수축과이완능력, 심전도신호를검출해무선으로외부에전송한다. (4) 웨어러블컴퓨팅기술 (2008~2012 년 ) 한국전자통신연구원의웨어러블컴퓨팅기술은의복이나액세서리와같이신체의일부처럼항상착용하고다니면서언제어디서나서비스에접속할수있는의류형컴퓨팅시스템, 웨어러블사용자인터페이스및응용서비스로구성된다. 직물일체형전자시스템을개발하기위해 SoT(System-on-Textile) 기반의직물형회로보드기술, 의복내ㆍ외부간의통신을위한 FAN(Fabric Area network) 기술및의류형컴퓨팅시스템실용화기술을개발하고있으며, 향후휴대폰을꺼내지않고도통화를할수있는제품을목표로연구를하고있다. ( 그림 10) 웨어러블컴퓨팅인터페이스 [11],[12] 다. Smart 섬유의연구동향 (1) BIOTEX(2006~2008 년 ) BIOTEX 는유럽위원회의 STREP(Specific Targeted Research or Innovation Project) 의 6 번째프레임워크프로그램으로섬유에호환될수있는전문화된바이오센서기술개발을목적으로하였다. 37
주간기술동향통권 1469 호 2010. 10. 27. ( 그림 11) Biotex 프로젝트에서의류에적용한예 [5],[13] (2) 위장막 MILLIKEN 사에서마이크로웨이브에대해반사율과투과율이물질의전도도에따라좌우되는성질을이용하여위장포를적당한전도도가나오도록 carbon 코팅된섬유나, Polypyrrole 코팅된섬유를이용하여위장막을제작하였다. 이는현재섬유기반의레이더위장막보다향상된성능을나타내었다. ( 그림 12) MILLIKEN 사위장막, NAVAIR 의비행복 [14],[15] 38
IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 14 (3) 비행기조종사복 Naval Air Systems Command 에서군비행사를위한 Physiologic-based warning systems 개발을진행해오고있다. 비행중에발생하는 Hypoxia( 저산소증 ) 이나 G-LOC( 중력가속도에의한의식상실 ) 을검출및예측하여경고하는시스템을착용하고비행을하게되는데초기에는장비의무게가상당한부담이었다. 이를개선하기위해 e-textile 소재로개선작업을지속해오고있다. (4) 전도성사유럽에서벨기에 Bekaer 사 (2006 년 ), 스위스 ETHZ 연구소 (2005 년 ), 독일 Franumhofer IZM 연구소 (2005 년 ) 에이미 20~40Ω /m 전도도를가지는수십 micro-wire 구성된전도성사를개발하였다. 국내에서는 2000 년대에들어와서전도성사연구가시작되어최근생산기술연구원에서 10 μm구리필라멘트를 3~7 가닥을구성된대용량통신이가능한전도성사를개발하였다. ( 그림 13) 전도성사의개발사례와종류 [2] 라. IT 융합공정 (1) i-fashion 시스템현재의의복준비공정은기획- 디자인- 시제품제작- 수정- 시제품제작의반복작업을거쳐수행되고있으며, 이는많은시간과비용을요하고있다. i-fashion 은이러한일련의수작업공정을 3D 인체치수측정및가상착용피팅과코디가상거울등의 IT 기술을활용하여가상공간에서신속하고저렴한비용으로자동화하고자하는섬유 IT 융합시스템기술이다. ( 그림 14) 는 39
주간기술동향통권 1469 호 2010. 10. 27. ( 그림 14) I-Fashion 의흐름과적용사례 [3] i-fashion 기술개요도및사업개념, 의류준비공정의 IT 화부분을보여주고있다. (2) 패션산업 RFID 및 USN 기술을활용한정보화시스템구축제일모직에서 2005 년부터 2009 년까지 RFID 를도입하여물류센터와매장및 RFID 제반로직을반영한패션부문 ERP 시스템을재구축하여운영한결과, 표준체계수립및운영을통한안정적인시스템운영이가능해졌으며, 전산입력오류로대폭감소하였다. 또한상품의적재및보관방법이표준화되어보관상태가양호해졌으며, 상품상태정보제공을통한소비자의만족도가향상되었다. ( 그림 15) RFID 를적용한패션산업의성공사례의예 [16] 40
IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 14 3. 섬유 IT 융합발전방향및결언섬유 IT 융합은앞에서언급한것처럼 IT, NT, BT, ET 기능들이부가된융합섬유소재라는목적을가지고연구개발되고있다. 이러한흐름을분석해보면크게네가지분류로나눌수있다. 첫번째는산업용스마트섬유소재분야라할수있다. 기존의섬유산업제품들에다기능성및지능화를부여하여경량화및고성능화함으로써기존의용도를뛰어넘고자하는연구들이진행되고있다. 최근섬유소재기술연구에잉크젯프린팅기술, 삼원방사기술, 전기방사를이용한나노섬유제조기술, 화학증착및유전가열코팅기술, 다층고분자증착기술, 메그네트론스퍼터링기술, 와이어공급금속증발기술, 핫멜트코팅기술등섬유사나직물, 필름심지어는입자레벨의다양한첨단기술들이사용되고있다. ( 그림 16) 섬유개발에사용되는첨단기법 [17] 두번째는의료분야로유비쿼터스시대에가장기대받고있는분야중에하나이다. 우리나라에서는헬스케어분야라고분류하기도하는데, 일상생활에서헬스케어를적용하기위해서는의류에접목되는것은필수적인일이라할수있다. 앞서조사했던유럽의기술동향과미국의기술동향에서볼수있듯이의류또는이와근접한장치에부착된시스템을이용하여고객의생체정보를인식하고측정, 전달해주는역할을하고있는것이다. 선진국의연구소들은이러한기능을이용해서지속적인운동을통해건강한신체를유지하고자하는고객과일시적으로대도시를벗어난지역의고객의건강변화를감시하고자하는목적을가지고여러가지프로젝트를수행하여왔다. 세번째는환경분야와접목된의류분야로유럽에서는 PROETEX 등과같은프로젝트를통해이미 1 차개발을마무리하였고, 미국또는유럽에서연구개발을활발히하고있는분야이다. 환경분야에사용되는의류는외부환경변화에반응하도록만들어진의류또는섬유제품을말하는것으로예를들면특정소리가나면이에감응하여빛을내거나, 일정온도이상으로기온이올라가면반짝이는의류로색깔이지속적으로변화하는사용자의편리와안정성을위한디자인과설계를구현한제품또는지진과같은외부의물리적인충격을유연한극세사구조로그 41
주간기술동향통권 1469 호 2010. 10. 27. 파괴력을분산할수있는기능을구현하는제품을말하고있다. 네번째는군사분야로주로의류를착용하는병사를물리적인공격으로부터보호할수있는분야로시작하였다. 가장간단한부분으로는방탄분야에서부터시작하여앞서말한의료, 미디어, 환경분야를모두접목시켜첨단전쟁을수행할수있도록하는것을그목표로하고있고, 대부분의나라에서는국가에서지원을받아군과컨소시엄을형태로기술개발을진행하고있다. 특히미국은 2000 년대초반부터이러한스마트시스템을개발하기시작하였고, 그결과물들을모의전투지역에서실험하여기능을검토하는실용화검사를하고있다. 우리나라에서도군사분야의피복과방탄부분을지속적으로개발되고있고, 차례차례적용되고있지만, 아직국외에서개발중인스마트셔츠의첨단기능에는미치지못한실정이다. 그럼유럽과미국과비교해서우리나라가섬유분야에서미래기술을선도할수있는기회는어디에있을까? 물론당연히화두에꺼내었듯이섬유와 IT, BT, ET 등과의융합이그해답이다. 그중에우리나라가다른선진국과비교하여앞선부분은 IT 분야라할수있고이것을섬유기술과접목하는방법은무한한가능성이있다. 이러한융합부분에서선진국의기술력이우리나라보다 2~3 년정도앞서고있지만아직까지선도적인기술은나오지않았다. 현재로서는그러한기술이나오기에는우선적으로해결되어야할부분이많이남아있기때문에이러한해결점들을먼저파악하여원천기술을확보할수있는부분을파악하는데중점을두어야할것이다. 또한가장중요한성장동력으로써키워야할섬유분야에서도 IT 의아이폰같이파괴력있는선도적이면서도창조적인발상의전환이이루어진응용분야가적용된, 또는콘텐츠를찾아내야할당면과제를우선해결해야할것이다. < 참고문헌 > [1] 2015 섬유의류산업의비전과발전전략, 산업자원부, 2005. 11. [2] 장순호, 섬유산업의 IT 융합화기술동향, 한국섬유개발연구원섬유정보팀, 2010. 1. [3] 산업 IT 융합포럼섬유분과위원회, 종합활성화방안보고서, 2008. 9. [4] steve welker smart fabrics 2008. [5] 박성미, 2010 한- 독기술섬유심포지엄, 2010. 9. [6] Y. Fink nature materials VOL 6 May 2007 : www.nature.com/naturematerials [7] Mahiar Hamedi smart fabrics 2009. [8] STELLA smart fabric 2009 : http://www.stella-project.de/ [9] http://www.proetex.org [10] http://ssl.kaist.ac.kr/bio/bio_research.html 42
IT 기획시리즈 IT 와전통산업간융합 14 [11] u- 컴퓨팅공간협업을위한 Wearable Personal Companion 기술개발, 수행계획서 2010. [12] 김지은, 디지털의류기술개발동향, 전자통신동향분석, 제 24 권제 5 호 2009. 10. [13] http://biotex-eu.com [14] fred DeAngelis smart fabrics 2007. [15] Barry S. Shender smart fabrics proceedings 2010. [16] 패션산업 RFID/USN 활용사례, 제일모직, 제 4 회 RFID/USN 산업화대상후보사례 2009. 3. [17] 주창환, 최근섬유기술개발동향, 충남대, Technical Textiles Research lab, 2009. 43