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[과학 NIE] 애플워치와 아이언맨 수트 공통점, 웨어러블

몸에 착용하는 IT 시대







혈압 체크하고 운전, 운동량 계산까지



2차 세계대전 중 개발된 컴퓨터는 당시 무게 30t에 달하는 거대한 기계장치였다. 이후 반도체 기술이 비약적인 발전을 이루면서 컴퓨터의 크기는 점점 작아졌다. 1970년대 최초의 개인용 PC가 생산됐고, 2000년대 초 태블릿PC가 등장했다. 2007년 출시된 아이폰은 스마트 혁명을 이끌었다. 이제 우리는 손안에 들어오는 작은 스마트폰으로 과거 컴퓨터로 수행했던 대부분의 일을 처리할 수 있다.



컴퓨터의 소형화·경량화는 웨어러블 기기로까지 발전했다. 애플워치와 같은 스마트워치, 구글글래스, 스마트밴드·의류·신발 등이 좋은 예다. 이런 웨어러블 기기는 스마트폰과 연동해 e메일을 확인하고 보내는 기능뿐 아니라 음성 검색, 음악 스트리밍, 착용자의 심박수·혈압·수면 상태까지 체크하는 헬스케어 기능까지 제공한다. 착용자의 건강 상태를 실시간으로 모니터링하고 하루 소비 칼로리가 얼마나 되는지, 목표 운동량을 채우기 위해 얼마나 더 뛰어야 하는지는 물론 신체가 부담을 느끼지 않는 선에서 적정 운동량까지 제시해준다.



웨어러블 기기의 발전은 모바일 헬스케어 시장의 급성장으로 이어지고 있다. “언제 어디서든 혈압·체온·심박수를 실시간으로 측정하고, 병원을 찾지 않아도 맞춤형 처방을 받는 ‘자가 건강관리’ 시대가 도래했다…전문가들은 현재 병원에서 측정하는 건강 데이터의 80%는 스마트폰이나 웨어러블 기기를 이용해 측정할 수 있을 것으로 보고 있다.”(중앙선데이 2015년 2월 22일 ‘셀프 헬스케어 한국형 플랫폼, 건강관리 새 시장 연다’)



미국의 시장조사 회사인 아이디테크엑스는 “세계 웨어러블 시장은 현재 220억 달러(약 24조7000억원)에서 2025년에는 700억 달러(약 78조7000억원) 규모에 달할 것”이라고 예측했다. IT 전문가들은 2020년경엔 전 세계적으로 약 300억 개의 전자기기가 인터넷으로 연결되리라 전망한다. 모든 전자기기가 인터넷으로 연결되는 사물인터넷 시대가 본격적으로 열린다는 것이다.



올해 1월 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼(WEF)의 패널 토론에서 에릭 슈밋 구글 회장은 “인터넷은 사라질 것”이라고 말했다. 인터넷의 소멸이 아니라 인터넷이 삶 일부가 되면서 마치 사라진 것처럼 느끼게 된다는 의미였다. 그는 “너무나 많은 IP 주소와 기기, 센서, 웨어러블 등이 보급되면서 우리는 그것들이 존재하는지조차 잊게 될 것이다. 우리 존재의 일부가 될 것”이라고 발언했다.



 

고성능 센서로 헬스케어 분야 강세



현재 출시되는 웨어러블 기기의 60%가량은 착용자의 건강 상태를 모니터링하는 헬스케어 분야이다. 스마트 밴드·의류는 어떻게 착용자의 운동량을 체크할 수 있는 걸까. 정답은 센서다. 센서란 외부에서 발생하는 여러 가지 신호와 정보를 알아내는 장치를 말한다.



언론은 센서의 발달이 IT 혁명을 이끌고 있다고 평가한다. “현실 세계와 디지털 세상을 연결하는 관문인 ‘센서’가 미래 기술의 첨병으로 떠오르고 있다. 다양한 분야에서 센서의 쓰임새가 넓어지고 모든 사물이 네트워크로 연결되는 사물인터넷(IoT) 기술이 발전하면서 센서가 인간의 오감을 대신하는 시대가 가까워지고 있다.”(중앙일보 2015년 1월 27일 ‘IT세상 넓히는 전자 센서’)



웨어러블 기기엔 촉각을 대신하는 압력 센서, 시각을 대체하는 레이더 센서 등 각종 센서가 장착된다. 그중에서도 중추적인 역할을 담당하는 센서가 바로 가속도 센서다. 착용자가 걷고 뛰고, 또는 앉아 있거나 서 있는 상태를 감지해내는 것은 가속도 센서 덕분이다.



가속도 센서의 원리는 쇠구슬에 연결된 스프링을 떠올리면 이해하기 쉽다. 스프링을 천천히 잡아당기면 일정 길이로 스프링이 늘어나면서 쇠구슬이 딸려 온다. 반면 스프링을 빠르게 잡아당기면 천천히 잡아당길 때보다 스프링이 더 길게 늘어진다. 이런 원리는 쇠구슬이 정지해 있으려고 하는 관성의 법칙 때문이다.



천재교육 고등학교 『물리Ⅰ』 교과서는 “물체에 작용하는 힘의 변화가 없을 때 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고, 운동하던 물체는 일직선으로 등속 운동한다. 이를 뉴턴 운동 제1 법칙 또는 관성 법칙이라고 한다. 이때 물체가 운동 상태를 유지하려는 성질을 관성이라고 한다”고 설명한다. 이렇게 운동 상태에 따라 스프링의 길이가 달라지는 관성의 법칙에 착안해 데이터를 분석하고 종합하는 것이 바로 가속도 센서다.



각종 센서가 발달하면서 웨어러블 기기는 나날이 발전하고 있다. 눈에 착용만 하면 착용자의 혈당을 실시간으로 체크해주는 스마트 렌즈, 아이의 땀과 체온 등 건강 상태를 점검해 아이의 기분 상태까지 알려 주는 스마트 의류, 목표 지점까지 경로를 표시해주는 스마트 신발 등 혁신을 거듭한 제품들이 연일 쏟아진다. 영화 아이언맨처럼 주인공 토니 스타크의 음성과 제스처, 눈동자의 움직임에 반응하는 인공지능 컴퓨터 자비스가 현실에 등장할 날도 멀지 않았다.



 

웨어러블 기기 장착한
스마트 경찰.
낮은 배터리 성능과 보안 문제 과제



웨어러블 기기의 대중화가 성큼 다가왔지만 여전히 기술적 한계도 있다. 배터리 문제다. 애플워치는 한번 충전으로 18시간밖에 사용할 수 없다.



과학계는 곧 이 문제도 해결되리라 전망한다. IT업계는 플렉서블 배터리의 상용화에 주목한다. 플렉서블 배터리란 단지 휘는 것에 멈추지 않고 사용자가 원하는 대로 구부릴 수 있고, 접을 수 있는 배터리를 말한다.



예를 들어, 스마트워치의 시곗줄 부분을 이런 플렉서블 배터리로 대체한다면 지금보다 더 오래 스마트워치를 작동시킬 수 있다. 플렉서블 배터리 외에도 옷감 안팎의 온도 차이를 이용해 전기를 발생시키는 열전(熱電) 소재, 사람이 밟는 압력으로 전기를 발생시킬 수 있는 압전체 등 다양한 배터리 기술이 등장하고 있다.



이런 기술은 상당 부분 상용화 단계에 들어섰다. 일본 도쿄의 지하철역엔 승객들이 통과하면서 압전체를 밟아 전기를 발생시키는 전기 개찰구가 있고, 브라질 리우데자네이루 빈민가의 축구장은 압전 장치가 달린 잔디를 깔아 야간 조명을 밝히고 있다. 열전 소재는 스마트 의류에, 압전체는 스마트 신발의 배터리 문제를 해결해 줄 수 있다.



 웨어러블 기기의 대중화와 관련된 더 큰 문제는 개인 정보 침해 문제다. 전문가들은 사물인터넷 시대가 본격화되면 해킹 위험이 커질 것이라고 경고한다. “최근 스마트워치와 같은 웨어러블 기기로 자신의 심장박동 수나 혈압과 같은 데이터를 수집, 분석해서 보여주는 ‘셀프트래킹(Self-Tracking)’ 기기가 많아지고 있다. 이런 셀프트래킹 기기와 앱의 보안 수준을 조사했더니 대상 기기의 100%가 추적이나 위치 파악이 가능한 것으로 나타났다.



또 셀프트래킹 앱의 20%가 사용자 식별 정보를 암호화하지 않은 채 전송하고 있었다.”(중앙일보 2014년 8월 26일 ‘보안 없는 사물인터넷은 재앙’) 산업연구원(KIET)에 따르면 올해 국내 사물인터넷 관련 보안 피해 추정치는 13조4000억에 달했다. 2020년엔 17조7000억, 2030년엔 26조7000억에 이를 전망이다. 철저한 보안이 전제되지 않은 사물인터넷 시대는 재앙으로 이어질 수 있다는 경고다.
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