사물 인터넷 IoT가 뭐길래?

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스마트폰의 대중화는 스마트 가전, 스마트 자동차, 웨어러블 및 일상생활의 수많은 사물들까지 스마트화에 큰 원동력이 되고 있다. 사물인터넷(IoT)은 각 스마트 디바이스가 네트워크에서 정보를 주고받으며 동작되고, 궁극으로는 사람들에게 유용한 서비스 제공에 목적을 두고 있다. 사람들에게 서비스를 제공하기 위한 개인용 단말기로서 스마트폰의 역할은 매우 중요하다. 만약 스마트폰이 없다면 IoT세상으로의 진화도 늦어질 수밖에 없다. 

IoT 디바이스는 센서, 프로세서, 통신 칩 등으로 구성돼 있다. 센서는 IoT 디바이스의 위치나 외부환경 등을 센싱한다. 동작인식 센서, 환경감지 센서, 생체측정 센서 등 다양한 형태의 센서가 있다. 센서에서 수집된 정보는 자체 처리를 하거나 원격지에 있는 클라우드 또는 IoT 디바이스에 전송된다.

IoT디바이스는 일상생활에 존재하는 수많은 사물만큼이나 다양한 제품이 등장할 것으로 보인다. 생활환경에 따라 사용자들이 필요로 하는 기능이나 디자인이 모두 다르기 때문에 다양한 제품이 개발될 수밖에 없다. 웨어러블 디바이스의 경우만 해도 시계, 팔찌, 반지, 안경, 목걸이, 신발, 모자, 의류 등 여러 형태의 제품군이 존재한다. 또한 착용이라는 특성으로 크기나 패션의 속성을 반영해 다양한 디자인을 고안해야 한다. 

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아두이노

저가의 개방형 HW플랫폼 적극 활용

IoT 디바이스를 개발하기 위해서는 저가의 개방형 HW플랫폼을 활용함으로써 효율성을 높일 수 있다. 아두이노는 HW회로도가 공개돼 있어서 개발자가 직접 보드를 만들고 수정해 개발할 수 있다. 라즈베리 파이는 35달러 정도의 저렴한 가격 덕에 많은 개발자로부터 관심을 받고 있는 초소형 컴퓨터다. 인텔의 에디슨은 SD카드 크기의 HW플랫폼이며, 기존의 PC에 있는 SD카드 슬롯에 끼워서 사용이 가능하다.

이동 환경에서 IoT 디바이스가 통신하려면 3G나 LTE 같은 이동통신망을 사용한다. 하지만 모든 디바이스가 통신 요금이 부과되는 이동통신망을 사용하기에는 비용의 어려움이 있기 때문에 가정, 사무실, 공장과 같은 고정 환경이나 특정 영역 내에서 사용되는 IoT 디바이스는 통신비용이 들지 않는 와이파이나 블루투스 같은 근거리 무선통신 기술을 사용한다. 

인텔 에디슨

와이파이는 대용량의 데이터를 전송하기에 적합하지만 배터리형 제품에서 오래 동안 사용하기에는 전력 소모가 크다. 따라서 데이터 전송 속도보다 배터리 소모의 최소화가 더 중요한 상황에서는 블루투스 통신을 많이 사용하게 된다. 예를 들어 스마트폰과 스마트워치가 무선통신으로 연결될 때는 배터리 소모가 적은 블루투스 4.0이라는 무선통신 기술을 사용한다. 

NFC는 사용자가 직접 디바이스에 가져다 대는 행위가 필요하기 때문에 지불·결제나 보안과 같은 사용자의 명확한 의지 표명이 필요한 분야에 사용된다. 라이파이는 조명에 통신 신호를 겹쳐서 통신하는 가시광선 통신 기술이며, 눈에는 깜박거리는 게 보이지 않을 정도의 고속으로 LED 빛을 점멸시켜 정보를 전송하는 방식이다. 기존의 RF 주파수 외 혼선이 없고 사용자가 빛이 비치는 범위를 눈으로 볼 수 있어 통신 영역을 직관으로 알 수 있다는 장점이 있다. 

위치인식 기술은 흔히 GPS를 사용하게 되지만 실내에서는 이러한 GPS 사용에 어려움이 있다. GPS 인공위성으로부터 발신되는 전파 신호가 장애물이 있으면 반사되거나 실내에까지는 도달하지 않기 때문이다. GPS 신호 수신이 안 되는 실내에서는 와이파이 AP신호를 활용한 위치인식 기술이 사용된다. 미리 알고 있는 AP의 위치 정보를 기반으로 각 AP에서 발신되는 전파신호를 삼각 측량법으로 계산해 실내 위치를 산출해 낸다.

근접위치 기술 블루투스 비컨 각광

안드로이드 웨어

정확한 위치 좌표가 아닌 특정 지점에 얼마나 근접했느냐에 대한 근접위치 기술로 블루투스 비컨이 있다. 블루투스 신호 발생기에서 발신되는 신호를 감지해 특정 영역 내에서 필요한 서비스를 제공한다. 예를 들어 상점에 갔을 때 쿠폰이나 할인 정보를 보여 줄 수 있다. 비컨은 블루투스 4.0의 저전력 모드인 BLE(Bluetooth Low Energy)를 사용하게 되는데 BLE는 전력 소모가 상당히 낮기 때문에 작은 내장 배터리만으로도 오래 동안 사용이 가능하다. 최대 도달거리는 50m다. 이를 이용한 응용 기술은 애플의 아이비컨(iBeacon), 퀄컴의 짐벌(Gimbal)이 있다. 페이팔은 결제를 위한 페이팔 비컨이라는 제품을 개발했다. 

IoT 디바이스는 스마트폰에 비해 기능이 간단하며, 디스플레이 화면이 없거나 제한되는 경우가 많다. 또한 전원 공급이 용이하지 않기 때문에 전력 소모를 적게 하도록 프로그래밍돼야 한다. 이러한 IoT 디바이스의 성격에 맞는 IoT 전용 운영체계(OS)가 필요하다. 보통 RTOS(Real Time Operating System)가 사용되며, 웨어러블 분야에서는 구글이 스마트폰 안드로이드 OS를 개량한 스마트 워치 전용 안드로이드 웨어 OS를 선보이기도 했다.

초행길 길잡이 스마트 깔창 

MIT 미디어랩의 슈퍼슈즈

슈퍼 슈즈(SuperShoes)는 MIT미디어랩이 개발하고 있는, 센서가 탑재된 스마트 깔창이다.  깔창을 신발 안에 넣어 신고 다니면 스마트폰과 연동해 사용자의 위치 및 방향 정보를 분석, 목적지까지 걸어가는 방향을 진동으로 알려 준다. 왼쪽으로 가야 되면 왼쪽 신발, 오른쪽으로 가야 되면 오른쪽 신발의 깔창에서 진동이 각각 울린다. 

풋로거(Footlogger)도 역시 신발에 넣는 스마트 깔창인데 깔창에 가해지는 체중 분포 및 움직임을 기반으로 사용자의 운동량 분석, 치매 예측 등 정보를 제공한다. 보이스(Voyce)는 개의 활동량을 모니터링하는 애완동물용 웨어러블 디바이스다. 개의 목에 웨어러블 센서를 달아 개가 충분히 뛰어 다녔는지, 잠은 잘 잤는지, 심장 박동에 큰 변화는 없는지, 호흡은 잘하는지 등 건강 상태를 파악해 주인의 스마트폰에 정보를 전송해 준다. 개의 상태를 항시 체크해 줌으로써 주인과의 교감이 잘 이뤄지도록 도와준다.

웨어하우스Arc사의 블루투스 헤드폰, 스마트폰과 연결해 주위 사람들과 함께 음악을 듣고 이야기를 나눌 수 있도록 설계했다

웨어하우스 Arc(Wearhaus Arc)는 같은 장소에 있는 사람들과 무선으로 음악을 공유하는 블루투스 헤드폰이다. 스마트폰으로 음악을 설정해 놓으면 주위에 있는 다른 사람의 헤드폰에 음악을 스트리밍으로 전송한다. 조용히 해야 되는 지하철, 카페, 도서관 등과 같은 공공장소에서도 친구들끼리 같은 음악을 함께 듣게 되는 즐거움을 공유할 수 있다. 댄스 연습장에서는 다른 팀을 방해하지 않고 같은 팀 멤버끼리 같은 음악을 들으며 댄스 연습을 할 수 있다.

Armatix iP1권총은 총 소유주가 아닌 사람은 총을 사용하지 못하게 하는 안전 권총이다. 손목에 착용한 스마트 워치가 감지될 때만 총의 LED가 파란색으로 표시돼 총알이 발사되기 때문에 허가 받지 않는 사람에 의한 총기사고를 예방할 수 있다. 

사용자의 생활 습관을 모니터링하고 코칭

하피 포크(Hapi pork)는 포크에 내장된 동작센서를 이용해 사용자가 식사를 얼마나 자주, 얼마나 빠르게 먹는지를 실시간 모니터링해 천천히 먹을 수 있도록 코치하는 스마트 포크다. 식사를 빨리하다 보면 위장에 무리가 가기 때문에 적절하게 천천히 먹는 것이 중요한데 이 포크를 사용하면 올바른 식습관 형성에 도움이 될 수 있다.

약을 제때 챙겨먹을 수 있게 도와주는 엔볼브

엔볼브(Nvolve)는 약을 꾸준히 챙겨서 먹기 위한 복약 여부 체크 디바이스다. 약을 제때 챙겨 먹지 않아서 병이 쉽게 낫지 않거나 악화되는 상황을 예방할 수 있다. 매회 먹어야 될 약을 조그마한 통에 담아서 디바이스에 올려놓으면 약통에 센서가 있어서 사용자가 약을 먹었는지를 실시간 체크해 알려 준다.

다르마(Darma)는 자리에 얼마나 오래 앉았는지, 자리를 비웠는지를 알 수 있는 스마트 방석이다. 사무실에서 오래 동안 자리에 앉아 일을 하고 있으면 잠시 일어나 휴식을 취하게끔 알려줄 수 있고, 카페나 식당 같은 곳에서는 어떤 자리가 비어 있는지를 자동으로 알 수 있어서 매장 관리를 좀 더 효율 있게 할 수 있다. 

스포츠 제품에 적용해 운동 스타일을 분석하는 등 경기력 향상에 기여하는 제품도 잇달아 출시되고 있다. 아디다스의 스마트 볼은 축구공을 발로 찼을 때의 스피드, 스핀, 궤적, 타격점을 분석해 준다. 축구공에 센서가 내장되어 있어 공의 다양한 정보를 실시간 측정, 이를 스마트폰으로 확인할 수 있다. 신발에는 스피드 셀이라는 센서를 탑재, 선수의 움직임을 분석하고 이를 팀플레이를 위한 작전 수립에 활용한다. 

샷 스태츠(Shot Stats)는 테니스 라켓에 부착해 운동하는 사람의 스윙 동작을 분석해 준다. 라켓을 휘두르는 속도, 운동 시간, 스윙 형태, 스핀, 타격 지점 등의 다양한 정보를 분석하고 코치해 줌으로써 혼자서도 운동 연습을 과학 체계로 할 수 있다.

깜박하고 물건을 잊어서 낭패를 보는 사람들을 위해 다양한 IoT제품이 출시되고 있다. 쓰쿠리의 스

건망증으로 고생하는 사람들을 위한 분실 방지 제품도 다양하게 선보이고 있다. 선글라스를 여름철에만 사용하다 보면 평소에 챙기지 않는 습관 때문에 카페를 찾았을 때 깜빡하고 선글라스를 벗어 놓고 나오는 경우가 있다. 쓰쿠리(Tzukuri)란 제품은 챙기는 것을 깜박 잊고서 먼 거리로 떨어지게 되면 스마트폰에 알림을 주는 스마트 선글라스다. 선글라스에서 발신되는 블루투스 신호를 스마트폰이 감지해서 신호가 약해지면 경고 알림을 주어 사용자가 선글라스를 잃지 않도록 해 준다.

패스트 트랙(Fast track)은 공항에서 짐을 찾을 때 분실의 염려를 덜어 주는 블루투스 태그다. 공항 수화물 코너에서 짐이 늦게 나오면 혹시 분실되는 것은 아닌지, 남이 실수로 바꿔가지는 않았는지 걱정하게 마련인데 블루투스 태그를 가방에 달면 가방이 어느 정도 거리에 떨어져 있는지를 스마트폰으로 추적할 수 있다.

센스어웨어(Sense aware)는 페덱스의 배송물품에 장착되는 센서 태그다. 배송 물품의 현재 위치, 온도, 습도, 빛의 노출 여부 등의 배송 상태를 서비스 이용자가 실시간으로 확인할 수 있다. 락8(Lock8)은 자전거에 자물쇠를 채운 상태에서 누군가가 자물쇠를 부수거나 선을 자르거나 하는 등 도난 행위를 감지하면 주인의 스마트폰에다 알려준다.

색깔과 글씨를 인식하는 스마트 펜도 있다. 스크리블(Scribble)은 펜의 끝에 센서가 장착돼 있어서 물건의 표면에다 가져다 대면 색상을 감지해 같은 색으로 그림을 그릴 수 있도록 해 준다. 1600만 가지 색상을 조합해 주며, 펜 내부에는 종이에 그림을 그릴 수 있도록 잉크가 탑재돼 있어서 감지한 색상과 동일한 잉크 색을 만들어 준다.

라이브스크라이브(Livescribe)는 적외선 카메라가 내장된 디지털 펜이다. 특수 패턴이 인쇄된 노트에 글씨를 쓰면 글씨가 태블릿이나 스마트폰으로 무선 전송된다. 이렇게 전송된 글씨는 문자 인식을 통해 텍스트로 변환돼 이메일이나 SNS로 발송이 가능하다. 애플의 홈키트는 세탁기, 냉장고, 가전제품을 iOS 기기와 연결하는 기능을 한다. 아이폰으로 조명, 온도 조절, 도어 잠금 등을 제어하는 애플리케이션(앱) 개발이 더욱 쉬워지며, IoT 디바이스의 컨트롤러로서의 역할을 하게 된다.

구글이 인수한 네스트(nest)는 가정용 지능형 냉난방 온도 조절기다. 사용자의 온도조절 패턴 학습을 기반으로 하여 최적의 온도 조절을 자동으로 수행함으로써 평소보다 냉난방 비용을 절감할 수 있다. 타도(Tado)는 적외선 리모컨을 사용하는 에어컨을 깔끔하게 사용하도록 해 주는 컨트롤러이다. 컨트롤러에 적외선 리모컨이 장착돼 있고, 온도 및 습도 센서가 있어서 스스로 실내 온도를 판단해 에어컨을 조절할 수 있다. 또한 와이파이로 인터넷에 연결돼 있어서 외부에서는 스마트폰으로 사용자가 직접 에어컨을 제어할 수 있다. 

Bttn은 버튼을 누르면 필요한 기능을 자동으로 실행시키는 IoT용 스마트 버튼이다. IoT 디바이스가 많아질수록 PC의 단축키처럼 한 번에 무언가를 처리해야 될 일이 많아질 수 있는데 집 안의 불이 모두 꺼진다거나 문자 메시지를 자동으로 보낸다거나 하는 다양한 일을 버튼을 누르는 것만으로 쉽게 제어할 수 있다. 

교통관제, 고객 맞춤 서비스에 속속 채용

볼보는 도로의 미끄럼 상태와 같은 정보를 차량 간에 전해 주는 안전 시스템을 개발하고 있다. 겨울철 도로에 얼어붙은 얼음 때문에 교통사고가 일어날 확률이 높아지는데 앞에 달리는 차량을 통해 센싱된 도로 상태 정보를 클라우드 서버로 뒤쪽 차량에 전달함으로써 운전자가 미리 서행 운전을 할 수 있게 해 주는 시스템이다. 또한 제설 차량에 정보를 전해 눈이나 얼음을 신속하게 제거할 수 있도록 해 준다.

독일 뮌헨공대의 Ko-TAG 시스템은 교통사고 처리를 위해 차량 밖에 나와 있는 운전자의 안전을 위해 만들어졌다. 운전자가 착용하고 있는 스마트워치가 차량의 레이더 신호를 수신해 재반사시킴으로써 접근하고 있는 다른 차량들이 미리 속도를 줄일 수 있도록 해 준다.

고객의 정보를 미리 읽어서 맞춤형 서비스를 제공하려는 시도도 활발하다. 프랑스의 한 쇼핑센터는 Inspiration Corridor란 부스를 매장 안에 설치했다. 이 부스에 들어가면 영상인식으로 성별, 나이, 신체 사이즈를 자동 분석하고 이를 바탕으로 고객에게 가장 적합한 제품을 추천해 준다. 구입한 제품이 있는 경우에는 그 제품과 어울리는 코디도 해 준다. 점원이 없어도 고객 혼자 마음에 드는 제품을 고를 수 있으며, 적합한 제품이 추천되면 실제 제품이 있는 진열대까지 이동할 수 있도록 실내 내비게이션 기능으로 안내해 준다. 

탈레스는 비행기 좌석의 높이, 조명 등 스마트폰 사용자가 미리 앱에 개인의 취향을 설정해 놓고 비행기에 탑승할 때 NFC로 터치하면 좌석이 자동으로 모든 게 조정되는 제품을 개발하고 있다. 탑승객의 시선 방향을 추적해 영화를 보다가 잠들면 자동으로 영화가 정지되고, 승객이 다시 깨면 정지된 곳부터 재생해 주는 기능도 제공한다.

무선 충전, 에너지 하베스팅 기술이 과제

요즘 사람들은 매일 스마트폰을 충전하면서 생활하고 있다. 여기에 IoT 디바이스까지 충전하게 된다면 상당히 불편할 것이다. 고정된 곳에 있는 IoT 디바이스더라도 전원 공급을 위한 선으로 인해 생활환경이 복잡해질 수 있다. 무선 충전을 적용하게 되면 IoT 디바이스에 전원 플러그를 연결하는 불편함을 줄이고, 복잡한 선 배치를 없앰으로써 쾌적한 IoT 환경 구현과 이동의 자율성을 제공할 수 있다. 

별도의 전원 공급이 없더라도 오래 동안 IoT 디바이스가 동작되기 위해서는 전기를 자체로 만들어 내는 에너지 하베스팅 기술이 필요하다. 태양전지는 빛을 전기로 변환하는 기술이며, 저렴한 가격이면서도 에너지 변환 효율을 높이기 위한 연구가 많이 이뤄지고 있다. 압력, 진동, 열과 같은 일상생활에서의 자연스러운 물리 현상을 이용한 에너지 하베스팅 기술도 연구되고 있다. 물이 흘러갈 때 발생하는 미세한 전하의 흐름으로 전기를 만들어 내는 기술도 있다. 에너지 하베스팅 기술은 전기 에너지 생성을 위한 것이지만 외부의 어떤 물리 환경 변화로 전기가 발생하기 때문에 그 자체가 센서 역할도 함께할 수 있다는 게 장점이다.

모듈러 방식으로 디바이스 다양화

구글의 아라 스마트폰은 사용자가 부품을 조립해 스마트폰을 만들어 사용하는 모듈러 스마트폰이다. 이러한 모듈러 개념을 웨어러블 디바이스에도 적용해 원하는 기능만을 조립, 스마트워치를 만들어 착용할 수 있다. 이러한 모듈러 콘셉트를 IoT 디바이스에도 확대 적용함으로써 다양한 IoT 디바이스를 더욱 쉽게 만들어 낸다. 디바이스 간에 도킹 형태로 결합하게 되면 새로운 사용자 경험을 제공할 수 있다.

또한 전자회로를 종이나 플라스틱 필름에 인쇄함으로써 저렴하고 얇은 전자 기기를 만들 수 있다. 전자회로를 손으로 직접 그릴 수 있으며, 소형 부품들을 연결하면 회로가 동작된다. 얇고 휘어질 수 있는 프린팅 전자회로를 일상생활의 사물에 적용하면 사용자에게 더욱 친근한 IoT 디바이스를 만들 수 있다. 

IoT 제품은 3D 프린팅과 음성 인식, 동작 인식 기술과 결합해 가치를 더욱 높이고 있다. 3D 프린팅 기술을 활용해 스타트업 같은 소규모 업체가 저렴하고 빠르게 제품을 개발할 수 있다. 컴퓨터로 디자인한 제품의 프로토타입을 곧장 3D 프린터로 출력함으로써 제품의 개발 기간을 단축하고 고객의 입맛에 맞는 다양한 색상, 크기, 모양의 제품을 개발할 수 있는 것이다. 

이 뿐만 아니라 음성인식, 동작인식 인터페이스를 적용함으로써 사용자가 IoT 디바이스를 더욱 자연스럽게 사용할 수 있다. 음성인식은 디바이스를 제어하기 위해 별도의 사용법을 익히지 않아도 사람에게 말하듯 말하게 되면 내용을 이해하고 필요한 기능이 수행될 수 있다. 동작인식은 사용자의 손이나 몸 동작의 제스처를 인식함으로써 터치하지 않아도 IoT 디바이스를 제어할 수 있게 된다