안녕하세요. LG CNS 대학생 기자단 6기 성운제입니다.

최근 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스를 사용하는 사람이 늘면서, 주변에서도 이를 쉽게 볼 수 있게 되었습니다. 실제로 웨어러블 디바이스 시장은 나날이 커지고 있어 밴드 형태, 안경 형태, 의류에 부착되는 형태 등 여러 가지 형태로 출시되고 있는데요.

그 중 현재까지 가장 활발하게 출시되고 있는 형태는 손목에 착용하는 스마트워치와 스마트밴드 입니다. 주로 스마트폰과 연동시켜 각종 기능을 사용하도록 되어있는데요. LG 전자에서 출시했던 스마트워치 ‘워치 어베인’도 자체적인 통신 기능을 가지고 있지만 많은 기능을 스마트폰과 연동해서 사용할 수 있었죠.

스마트워치는 스마트폰의 각종 기능을 손목 위로 옮겨 우리 삶을 더 편리하게 만들어 주었는데요. 스마트폰을 들고 다니는 것보다 손목에 시계를 차는 것이 훨씬 편리하지만, 여전히 무언가를 챙겨야 한다는 사실은 변함이 없습니다.

그래서 최근에는 피부나 옷에 간편하게 디바이스를 부착할 수 있는 기술들이 개발되고 있는데요. 별도의 휴대가 필요 없이 진화하고 있는 웨어러블 기술들에 대해 알아보겠습니다.

웨어러블 디바이스 시장의 현재

최근 웨어러블 디바이스 시장은 스마트워치가 대부분 견인했다고 할 수 있습니다. 스마트 글래스나 VR(Virtual Reality)을 위한 HMD(Head-mounted Display) 기기도 다수 개발되고 있지만 아직 스마트워치 시장만큼 대중성을 갖추진 못했죠. 스마트워치 시장의 성장이 주를 이루게 된 것은 여러 가지 요인이 있지만 대표적으로 아래 3가지를 들 수 있습니다.

① 부품의 크기

첫 번째는 디바이스에 탑재되는 여러 부품의 크기 때문에 아직은 디바이스의 크기가 일정 크기보다 작아지기 힘들다는 점입니다. 물론 최근에는 센서 크기의 감소, 배터리의 크기 대비 용량 증가, 플렉서블 디스플레이의 발전 등 여러 기술 덕분에 전체적인 크기와 무게가 감소할 수 있었습니다.

하지만 안경이나 반지 같은 액세서리로 제작하고 양산하기에는 아직 크기가 부담스러운 경우가 많습니다. 그래서 무게와 크기의 제한에서 상대적으로 자유로운 스마트워치가 많이 개발되고 있는 것입니다.

② 사용의 편리성

두 번째는 UI 구축과 관련된 이유인데요. 스마트워치에는 스마트폰에 익숙해진 현대인에게 직관적으로 조작이 가능한 디스플레이와 터치스크린 등을 탑재할 수 있어 편리한 사용이 가능합니다. 또한 손목이라는 접근성이 좋은 부위에 위치함으로써 편리한 사용이 가능하다는 장점이 있습니다.

③ 기능의 다양성

마지막 요인은 웨어러블 디바이스에 구축할 수 있는 기능의 다양성 때문입니다. 이는 첫 번째 요인인 부품의 크기와 관련이 있는데요.

비교적 다양한 부품을 탑재할 수 있는 스마트워치는 여러 센서를 융합함으로써 여러 가지 기능을 갖추는 것이 가능합니다. 데이터 네트워크, GPS, 자이로 센서 등 다양한 센서를 탑재함으로써 기능의 다양화를 가져왔고, 사용자의 편리성을 증폭시켰습니다.

만약 더욱 부품의 소형화가 이루어지고, 현재 주를 이루는 터치스크린보다 발전되고 직관적인 사용성을 갖춘 개념이나 기술이 개발된다면 웨어러블 디바이스는 시계 형태 외에도 반지, 귀걸이, 안경, 의복은 물론 인체에 삽입하는 등 여러 형태로 개발될 수 있을 것입니다.

새로운 웨어러블 기술

이제 앞서 말씀드렸던, 최근 국내 및 해외 대학 연구팀에서 개발한 별도의 휴대를 필요로 하지 않게 해주는 새로운 웨어러블 기술에 대해 소개해 드리겠습니다.

① 스트레스 상태를 측정하는 피부 부착형 패치

한국과학기술원(KAIST) 바이오 및 뇌 공학과 조영호 교수 연구팀이 올해 4월 개발한 기술로 피부의 온도, 땀 분비, 맥파1 등을 분석할 수 있는 패치입니다.

기존에는 스트레스를 측정하고 분석할 때 주로 맥파나 피부 온도 등의 한 가지 데이터만을 이용했기에 스트레스가 아닌 다른 건강상 문제에 의한 영향인지 구분하기가 어려웠는데요.

하지만 조영호 교수 연구팀이 개발한 패치는 피부 온도와 피부 전도도, 맥파를 측정하는 센서를 적층하는 구조로 설계되었습니다. 따라서 이 센서들을 여러 겹으로 쌓아 동시에 다양한 데이터를 분석하여 스트레스를 보다 확실히 측정할 수 있게 되었습니다. 크기도 우표 크기로 작고 소재도 유연하여 웨어러블 디바이스의 개발에 응용될 것으로 보입니다.

또한 이 패치는 맥박이 뛸 때 생기는 압력을 이용해 압전 소자가 스스로 전기를 만들어 공급할 수 있도록 설계하였습니다. 따라서 이 패치를 이용할 때에는 외부 전원이나 배터리는 매우 소량만으로도 충분하거나, 필요가 없을 것으로 보입니다.

② 피부 안에 넣는 태양전지

광주과학기술원(GIST)의 이종호 교수 연구팀이 최근 개발한 태양전지는 유연한 박막 구조를 갖도록 개발되었습니다. 기존의 태양전지는 유연성이 떨어져 휘어지면 깨지는 성질이 있었는데요. 하지만 이번에 개발된 전지는 태양전지를 얇은 박막으로 분리, 필름에 결합해 유연하게 설계함으로써 인체에 삽입을 해도 깨지거나 피부에서 분리되는 것을 막았습니다.

피부에 넣는 태양전지의 초기 개발 목적은 전력 소비량이 크지 않은 심박 조율기(Pacemaker)2의 전기 공급에 있었습니다.

심박 조율기는 약 5~7년 주기로 내부의 배터리를 교환해야 했는데, 이에 따른 수술은 환자들에게 큰 어려움이 있었습니다. 하지만 피부에 넣는 태양전지가 개발되면 심박 조율기의 전원을 태양을 통해 즉각 공급받을 수 있어 배터리 교환이 불필요하게 됩니다.

이번에 개발된 태양전지의 가장 큰 장점은 제작 가능한 크기의 다양성과 유연성이라 볼 수 있는데요. 태양전지를 6~7마이크로미터 두께의 박막으로 분리해 다양한 크기의 필름에 증착 시켜 접을 수 있는 태양전지를 만들 수 있게 됩니다. 또한 그 유연성 덕분에 사람의 피부처럼 유연한 동작이 필요한 곳에도 사용할 수 있을 것입니다.

피부에 넣는 태양전지는 작은 크기에서도 많은 전력을 생산할 수 있어 체내에 삽입해 실시간으로 건강 상태를 확인할 수 있는 여러 제품의 동력원으로 작용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

③ 피부에 심는 초미세 전자 회로

미국 위스콘신 메디슨 대학교 잭 마(Jack Ma) 교수의 연구팀은 피부에 심을 수 있는 초미세 전자회로를 개발했습니다. 이 회로는 문신과 유사한 방법으로 피부 위에 직접 집적회로3를 새기게 됩니다.

피부에 새겨진 회로는 웨어러블 디바이스를 대체하여 사용될 수 있는데, 현재 개발 중인 5G 통신의 주파수를 지원해 여러 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다. 대표적인 활용 예로는 병원과 연계해 환자들의 건강 상태를 실시간으로 확인함으로써 응급상황에서의 빠른 대처가 가능하도록 하는 것입니다.

이외에도 피부에 심는 초미세 전자 회로는 여러 웨어러블 디바이스를 휴대할 필요가 없도록 만들어 줄 수 있을 것입니다.

④ 옷에 붙는 전자 섬유

광주과학기술원(GIST)의 고흥조 교수 연구팀이 개발한 전자 섬유는 직물, 옷 등에 접착시킬 수 있는 섬유의 일종입니다. 이 섬유는 고분자의 박막 가장자리에 털 같은 구조(인공 섬모)를 만들어 울퉁불퉁한 표면을 가지는 물체에 접착시키기 쉽게 설계되었습니다.

전자 섬유는 구조적 특성상 섬유의 특징을 가지고 있어 표면이 매끄럽지 않은 물체에 잘 감싸지게 되어 다양한 물체에 결합이 가능한데요. 예를 들어 돌이나 식물의 매끄럽지 못한 표면에 인공 섬모 구조를 가지는 전자 섬유를 입히면 잘 붙어 있게 할 수 있는 것이죠.

또한, 이번에 개발된 섬유는 실생활은 물론 세탁을 하더라도 그 특성을 유지하는데요. 따라서 이 섬유를 포함해서 옷을 만들더라도 일상생활에 기능 저하 없이 이용될 수 있을 것입니다.

전자 섬유는 여러 개발 가능성이 있지만 특히 매일 입고 다니는 의복에 결합할 경우 웨어러블 시장이 더 확대될 것으로 보입니다. 또한 전자 섬유는 복잡한 회로도 비교적 쉽게 그릴 수 있으므로 다양한 센서를 결합해 활용하거나, 회로로 사용하는 방법도 개발될 것으로 보입니다.

아직은 위와 같은 기술들의 기능이나 사용할 수 있는 분야가 제한적인 것이 사실입니다. 하지만 이러한 기술들이 더욱 발전한다면 웨어러블 디바이스가 액세서리로 들고 다닐 수 있는 제품뿐 아니라, 따로 휴대하지 않더라도 옷으로 입거나 신체에 삽입하는 등의 형태로 우리와 함께 해 더욱 편리하고 스마트한 생활을 할 수 있을 것입니다.

하루빨리 그런 날이 오기를 기대해 보겠습니다.

• 맥파: 맥박이 말초 신경까지 전하여지면서 이루는 파동 [다음 한국어사전] [본문으로]
• 심박 조율기(Pacemaker): 특정한 형태의 심장병 환자의 심장박동을 대신 맡아서 주기적인 전기충격을 발생시키는 전자심장보조기구 [다음 백과사전] [본문으로]
• 집적회로: 실리콘 같은 반도체로 만든 작은 판 위의 전자회로의 집합 [다음 백과사전] [본문으로]