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Semiconductor/스마트 Tip

[디지털 라이프] MEMS vs 스마트 더스트, ‘작은 것’들의 전성시대

MEMS vs 스마트 더스트,
‘작은 것’들의 전성시대

“작을수록 요즘은 더욱 주목을 받는다고!?”

“맞아! 스마트한 것들은 모두 작기 때문이지.”


4차 산업혁명 시대를 말하며 사물인터넷을 빼놓을 수 없습니다. 사물 인터넷이란 자동차, 기계, 가정용 어플라이언스 등에 있어 센서 및 API를 사용하여 인터넷에서 데이터를 연결하고 교환하는 네트워크라고 할 수 있는데요, 정보통신기술 기반으로 사물을 연결해 사람과 사물, 사물과 사물 간에 정보를 교류하고 상호 소통하는 지능형 인프라의 결정체지요. 특히 스마트 시티, 스마트 팩토리, 스마트 빌딩 등과도 연관이 깊습니다. 즉, 스마트화된 똑똑한 세상의 주요 테마 중 하나인 셈입니다.

‘작은 것’들의 전성시대 하나
MEMS, 사물인터넷과 함께 쑥쑥 자라난다

그렇다면 오늘 우선 이야기하려는 MEMS란 무엇일까요? ‘초소형전자기계시스템(Micro Electro Mechanical Systems)’의 약칭인 MEMS는 다양한 분야에서 활용 가능한 매개체입니다. 하지만 최근에는 특히 이 사물인터넷과 연관이 있는데요, 따라서 사물인터넷(IoT)의 발전에 발맞춰 MEMS 기술력도 주목도가 높아집니다.



▲ 마이크로미터 이하 크기의 고감도 MEMS 센서와 기술력이 사물인터넷과의 조합을 통해 어떠한 IT 기술 발전을 끌어낼까?

사진출처 : 픽사베이 https://pixabay.com


원래 미세전자기계시스템은 수정, 유리 등을 가공해 초고밀도 집적회로, 초소형 기어, 손톱 크기의 하드디스크 등을 만드는데 필요한 기술이었습니다. 하지만 4차 산업혁명 시대가 도래하면서 이 MEMS의 활약은 다채로워지고 있는데요,


나노 및 시스템온칩(SoC) 기술의 등장과 함께 중요성이 날로 주목받고 있는 가운데 21세기 유망 기술 중 하나로 꼽히기도 합니다. 그리고 이 과정 속에서 IT 기술과의 연계가 이목을 집중시키는 것입니다. 이러한 MEMS 기술을 만나볼 수 있는 곳의 경우 예전에는 자동차 에어백의 가속도 센서나 잉크젯 프린터 헤드 등이었는데요,


하지만 최근에는 유전자 정보 해독을 위한 바이오칩 등 생명의료 분야 외에도 여러 바운더리로 확장되고 있습니다. 스마트모빌리티, 사물인터넷 등 새로운 영역을 중심으로 융복합이 이뤄지고 있는 것이지요. 특히 센서 분야에서의 활약이 두드러지는데요,


센서는 사물 인터넷을 가능하게 하는 기술들 중 하나로 물리, 화학, 바이오 등 각종 정보를 감지해 전자신호로 변환시키는 장치라고 하겠습니다. 여기에 MEMS 기술을 접목되면 센싱 능력이 크게 높아질 수 있기도 하거니와 요즘은 작은 스마트 기기 등에서도 센서를 원하기에 MEMS의 효용성이 커집니다. 

센서 분야에서 MEMS의 활약,
작지만 옹골찬 위풍당당 너!

4차 산업혁명의 주요 테마라고 할 수 있는 ‘사물인터넷’에는 과거의 기계식 센서와 달리 소형의 최첨단 스마트 기기에 이용될 수 있는 이 초소형의 MEMS가 필요하기 때문에 둘은 협력 관계를 맺고 발전해 왔습니다. 차세대 스마트 기기에 요구되는 저가격, 소형화, 고효율과 고신뢰성에 도움을 주는 형태다 보니 사물인터넷이 발전할수록 MEMS의 기술력 역시 같이 동반 상승할 수밖에 없지요.


사물이 서로 대화하기 위해서는 사람의 눈, 코, 귀, 혀 및 피부와 같은 감각기관이 있어야 하는데 이 과정에서 MEMS와 센서의 조합은 꼭 필요합니다. 하지만 MEMS 센서 분야는 기술의 난이도가 비교적 높기 때문에 누구나 개발할 수 있는 건 아닙니다. 고도의 기술 이해도가 필요한 대상이지요. 


그러나 4차 산업 혁명의 사물인터넷 시대에 주도권을 선점하기 위한 여러 글로벌 기업들의 관심이 커지는 가운데 MEMS를 활용한 첨단 복합센서의 기술개발도 박차를 가하는 모양새인데요, 특히 마이크로 혹은 나노 단위의 고감도 센서인 MEMS 센서의 경우 사물인터넷이 주목받을수록 앞으로도 더욱 우리 사회의 스마트한 여러 곳곳에서 주요 기술력과 첨단 분야가 될 가능성이 있습니다.


미세가공 기술을 응용해 만든 마이크로미터 이하 크기의 고감도 센서가 사물인터넷과의 조합을 통해 어떠한 IT 기술 발전을 끌어낼지 기대되는 바입니다. 동작과 소리를 감지하는 것부터 압력, 자기장, 가스 등을 측정할 수 있어 활용 영역은 다양하다고 하겠습니다. 스마트홈부터 스마트빌딩 등의 애플리케이션 적용은 물론 스마트모빌리티 외 인공지능(AI) 기술 기반의 음성인식 시장에서도 활약이 예상되기 때문입니다.

‘작은 것’들의 전성시대 둘
스마트 더스트, 똑똑한 먼지가 둥둥 떠다닌다

그렇다면 오늘 MEMS와 함께 알아볼 ‘스마트 더스트’란 무엇일까요? 더스트는 당연히 먼지를 말하는데요, 그런데 스마트한 먼지라니. 흥미로운 단어 조합입니다. 일단, 스마트 더스트란 센서, 전산 기능, 양방향 무선 통신 기능 및 전원 장치를 갖춘 극소형 전기 기계 장치라고 할 수 있는데요, 먼지 크기로 공기 중에 떠다니다 보니 이러한 이름을 갖게 된 듯합니다. 실내외 환경 변화와 신체 증상 등을 감지하여 데이터를 전달하거나, 빌딩 고층 숲이나 지하철 등의 주변 환경에서 데이터를 수집하는 등 하는 일도 다양하며 부지런한 먼지인데요,



▲ 지하철, 사무실, 빌딩, 다중시설 등에서 실내외 환경 변화와 신체 증상, 온도, 빛 등을 감지하여 데이터를 전달하거나 수집하는 똑똑한 먼지, 스마트 더스트.

사진출처 : 픽사베이 https://pixabay.com


먼지 크기의 매우 작은 센서들을 공간에 뿌려 주위의 정보를 무선 네트워크로 감지, 관리할 수 있는 기술이라니. 어찌 보면 비현실적으로 느껴지기도 합니다. 하지만 처음부터 스마트 더스트가 우리 일상 속에서 사용된 건 아니라고 하는데요, 원래는 군사적인 목적으로 사용됐다고 하지요. 예를 들자면, 몰래 적진에 침투해 감시하기 위한 수단이었다고 합니다. 그러나 오늘날 기술이 발전하면서 스마트 더스트가 활약할 수 있는 분야는 점차 확대되었습니다.


크기가 눈에 보이지 않을 정도로 작아 마치 먼지처럼 흩뿌릴 수 있는 센서이기 때문에 온도·빛·진동·성분 등을 감지하고 분석하기에 좋은 조건을 가진 스마트 더스트. 물, 도로, 의복, 인체 등 물리적 공간에 먼지처럼 뿌려 데이터를 수집한다는 것만으로 첨단 IT 기술력의 발전을 엿볼 수 있는데요, 센서, 전산 기능, 양방향 무선통신 기능 및 전원장치를 가진 극소형 전기기계 장치 그 이상의 모습이라고 하겠습니다. 특히, 농업에서부터 헬스케어까지 다양한 부분에 융복합될 가능성이 있지요. 

농업 및 헬스케어 분야에서
스마트 더스트의 활약,
작지만 부지런한 너!

무엇보다, 냉해와 같은 농작물 피해를 막기 위한 용도로 사용될 수도 있는데요, 사람이 미처 파악하기 어려운 재해를 이 ‘작은 것’이 처리해 줄 수 있다고 하니 신기합니다. 이 스마트 더스트를 적용해 실시간으로 토양의 환경 정보를 수집하거나 모니터링 등을 하게 되면 불확실한 재해 예방에 이바지할 수 있을 것입니다. 인간이 체크할 수 있는 농업재해에는 한계가 있기 때문에 대기 온도를 실시간으로 측정할 수 있는 등 여러 역할을 하는 스마트 더스트를 이용, 냉해 등의 피해를 예방할 수 있는 것이지요.




▲ 스마트 더스트는 농업 분야의 재해 혹은 산불 등의 예방에 이바지하거나 스마트팜과 연계될 가능성으로 기대를 모은다

사진출처 : 픽사베이 https://pixabay.com


이런 특성 때문에 농업과 산림, 축산 및 수산물의 생산, 가공, 유통 단계에서 정보 통신 기술(ICT)을 접목하는 스마트팜과의 연관성도 높아집니다. 즉, 지능화된 농업 시스템이라고 할 수 있는 스마트 농업과의 융복합이 가능하겠습니다. 그리고 산불이나 홍수 같은 자연재해에도 활용이 될 수 있는데요, 즉 생태 관측이나 생화학적 오염 측정 등에 있어서도 지원 능력을 가지고 있기 때문입니다.


아울러 MEMS와 마찬가지로 이 똑똑한 먼지는 스마트 시티나 스마트 빌딩, 스마트 팩토리 등과도 연관이 있습니다. 쾌적한 실내 환경을 조성하는 데 도움을 줄 수 있기 때문인데요, 도시의 다중시설이나 사무실, 지하철, 공장 등 부근에 이 센서를 뿌려 놓음으로써 온도 등을 감지해 더욱 쾌적한 환경 조성을 꾀할 수 있습니다.



▲ MEMS는 스마트홈부터 스마트빌딩, 스마트시티 등의 애플리케이션 적용은 물론 스마트모빌리티에서의 영역 등에서 사물인터넷과의 조합으로 다채로운 활약을 펼칠 것으로 전망된다

사진출처 : 픽사베이 https://pixabay.com


그리고 스마트시티나 스마트빌딩 운영과 관련해 재해예방에도 도움을 줄 수 있는데요, 지진 발생 후 고층 건물의 안전도를 검사하기 위해서는 여러 노력과 금액 등이 필요하다고 하지요. 따라서 똑똑한 먼지인 이 스마트 더스트가 진동에 대한 감지를 통해 데이터를 수집하여 더욱 나은 지진 대비를 지원할 수도 있는 것입니다. 

작지만 반짝인다 + 작아서 첨단이다

뿐만 아니라, 요즘 패션과 IT 기술의 융복합은 매우 자연스러운 영역이 됐는데요, 스마트 더스트를 일반인의 옷에 부착한 후 실내 온도를 측정하여 냉난방 관리를 하거나 육아 등에 사용할 수도 있는 등 그 기대 영역은 더욱 커지는 중입니다. 이와 더불어 의료적인 부분이나 헬스케어에서도 활용이 가능할 것이라 기대를 모으는 중이지요. 인체에 들어가 치료에 도움을 줄 수 있는 생체 신호 등을 수집할 수 있는 것처럼 말입니다.


▲ 초소형 첨단 기술력들은 앞으로 어떻게 미래 세상을 이끌까?

사진출처 : 픽사베이 https://pixabay.com


이상, 오늘은 MEMS와 스마트 더스트처럼 ‘작은 것’들의 전성시대에 대해 알아봤는데요, 기술력이 찬란히 빛을 발할수록 또 그 스펙트럼이 넓어질수록 이상하게 더 작은, 초소형의 기술력들이 마치 보석처럼 반짝입니다. 작아질수록 손에 겨우 잡힐 만큼의 그 크기 때문에 더욱 첨단으로 빛나는 신기한 시간. 앞으로도 초소형들의 위풍당당은 얼마나 더 지속될까요?