반도체, 우리의 감각을 확장해주는 센서

길을 가던 사람에게 반도체가 무엇이냐고 물어보면 많은 분이 메모리나 CPU나 그래픽 프로세서에 관해서 이야기하지요. 그런데 이러한 디지털 신호를 처리하는 반도체 말고도 열, 빛, 온도, 압력, 소리, 동작 감지, 유량, 자기력, 단맛의 정도, 가스 농도 같은 신호의 물리적인 양을 감지하거나 변화를 감지할 수 있는 반도체들도 존재합니다. 이렇듯 특수한 기능을 가지고 있는 반도체 소자를 우리는 ‘센서’라고 부릅니다.

예전부터 열과 연기를 감지하는 화재 감지기, 빛을 감지하여 주변이 어두워지면 자동으로 켜지고 밝아지면 꺼지는 가로등, 사람을 감지해서 자동으로 문을 열어주거나 현관의 전등을 켜고 꺼주는 자동 점멸등을 주변에서 쉽게 볼 수 있었고, 병원에 가면 혈압을 측정하는 혈압계, 혈당을 측정하는 측정기, 심장이 수축함에 따라 심박동과 함께 발생하는 전위차를 신체 표면에서 감지하고 기록하는 심전도기, 초음파 에너지의 세기와 반사시간을 감지하여 내부 조직의 상태를 감지하는 초음파 검사기 등, 다양한 센서를 이용해 신체의 상태를 검사할 수 있습니다.

얼마 전까지만 해도 이 센서들은 어떤 장소나 시설로 가야만 볼 수 있었는데요, 이제는 스마트폰에 다양한 센서가 내장되면서 센서를 통해 얻게 된 신호를 누구나 손쉽게 사용할 수 있게 되었습니다.

스마트폰에는 중력 센서, 가속도 진동(Accelerometer) 센서, 자이로(Gyroscope) 센서, 지자기(Magnetometer) 센서, 압력 센서, 온도 센서, 습도 센서, 빛 감지 센서, 근접(Proximity) 센서, 터치 센서, 기압계, 이미지 센서(카메라), 마이크로폰, GPS/GNSS 센서, 지문인식 센서, 적외선 센서, 자외선(UV) 센서 등이 달려있습니다.

휴대전화에 왜 이렇게 많은 센서가 달려 있을까요? 휴대용 장치인 스마트폰은 마우스나 키보드 같은 입력장치 없이도 대신해서 입력할 수단을 마련해 줘야 했습니다. 그리고 근래 들어 사용자 정보를 보호하기 위한 기능을 강화한다거나 스마트폰의 성능을 확장하고 차별화하는 데 이들 센서가 큰 몫을 담당하고 있는 것이지요.

그럼, 스마트폰에 달린 센서들이 어떤 일을 할 수 있게 해주는지 살펴보겠습니다.

LCD 모니터 표면이나 내부에 터치 센서를 부착해 스마트폰을 조작할 수 있습니다. 적외선을 활용한 근접 센서를 사용해서 통화 중에는 알아서 LCD 화면을 꺼주고, 손가락을 사용하기 어려운 상황에서는 신체 모션을 인식해서 스마트폰을 조작하게 할 수도 있게도 해줍니다.

홈 센서는 플립 커버의 개폐 상태를 인지합니다. 지문인식 센서는 소중한 개인 정보를 지키는 보안성을 높이면서도 사용에는 불편하지 않게 합니다. 현재 많은 스마트폰 업체가 이를 사용하고 있습니다.

이미지 센서는 가장 활용도가 높습니다. 우리가 스마트폰으로 셀카를 찍고 일상의 사진을 찍어 기록으로 남길 수 있는 것 외에도, 증강현실 애플리케이션을 사용해 답답한 상황에 놓이면 도움을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 아래 영상에서처럼 낯선 언어를 번역해서 보여주는 것이 가능해집니다.

동영상 <Introducing Word Lens for Glass>

출처 : 유튜브 (http://youtu.be/pZKWW3rzT2Q)

중력 센서, 가속도 진동 센서와 자이로 센서는 스마트폰이 가로로 눕혀져 있는지 세로로 세워져 있는지를 감지하고, 사진 찍을 때의 손 떨림을 감지해 카메라 이미지를 안정되게 하고, 비디오 게임에서의 움직임 감지에 사용하고, 사용자의 운동량을 모니터링하고, 잠잘 때 뒤척임을 기록해 주기도 합니다. 스마트폰으로 미니카나 헬리콥터를 무선으로 조정할 수 있는 것도 이 자이로 센서가 있기 때문입니다.

▲ <사진 1> 스마트폰으로 수면 패턴을 확인할 수 있는 애플리케이션

▲ <사진 2> 스마트폰으로 진동을 측정할 수 있는 애플리케이션

▲ <사진 3> 스마트폰으로 미니카를 무선으로 조종하기

사진 출처 : www.apptoyz.com

▲ <사진 4> 스마트폰으로 헬리콥터를 무선 조종하기

사진 출처: ardrone2.parrot.com

동영상 <Parrot AR.Drone 2.0 - Fly and Record in HD>

출처 : 유튜브 (http://youtu.be/5fwjHO6VjWw)

지자기 센서는 자기장의 방향과 세기를 측정해 나침반 역할을 하기도 하고, 금속 탐지기나 EMF 탐지기로 사용하기도 합니다.

▲ <사진 5> 스마트폰으로 금속 탐지를 할 수 있는 애플리케이션

GPS/GNSS 센서는 현재 위치를 알아내어 지도에 표시하기도 하고 목적지 안내를 해주는 내비게이션으로 사용할 수 있습니다.

마이크로폰은 소리를 전기신호로 바꿔주는 역할을 해주는 것이 주요 기능이지요. 이 신호를 이용해 주변 잡음을 줄여 통화 내용을 알아듣기 쉽게 도와주기도 하고, 음압계로 사용하거나 실내 음향을 측정할 수도 있습니다. 목소리의 떨림을 감지해 거짓말인지 탐지하는 재미난 애플리케이션도 개발되어 있습니다.

▲ <사진 6> 스마트폰으로 소리의 크기를 측정하는 애플리케이션

지금까지 스마트폰에 들어가 있는 센서의 종류와 역할, 그리고 활용의 예를 살펴봤습니다. 센서는 어떤 원리로 동작하는지 궁금하시죠? 다음 편에는 각종 센서의 원리에 대해 살펴보겠습니다.