ㅇ[첨단 헬로티] 

사물인터넷(IoT, Internet of Things)으로 구현되는 스마트홈에서는 인공지능 플랫폼, 네트워크, 데이터 관리 등 여러 기술들이 필요하다. 이런 상호작용의 기반은 반드시 다양한 입력 장치를 통해 주변환경과 사용자를 인식시켜야 한다. 

이에 가장 대표적인 입력장치가 센서다. 홈 IoT에는 가스 센서, 온·습도 센서, 색감 센서, 조도 센서, 압력 센서, 근접 센서 등 다양한 센서들이 사용된다. ams는 스마트홈 뿐 아니라 스마트폰, 스마트공장, 스마트빌딩 등 여러 산업에 최첨단 센서 솔루션을 공급하며 시장 선두를 달리고 있는 반도체 기업이다. ams의 김성곤 이사와 권준모 이사를 만나 최근 스마트홈에서 각광 받는 센서 기술과 이로 인해 발전되는 IoT 가전기기의 트렌드에 대해 이야기를 들어봤다.

▲ 김성곤 ams 코리아 이사, 권준모 ams 코리아 이사

스마트 조명을 실현하는 ‘칼라 센서’

우리나라는 가정에서 백열등을 주로 사용하고 있으나, 유럽이나 미국 가정의 경우에는 주황색의 형광등을 많이 사용한다. 그 이유는 백열등에서 나오는 블루라이트는 우리의 몸이 햇빛을 받고 있다고 착각하게 만들어 수면을 방해한다. 따라서 늦은 시간까지 백열등에서 생활하면 잠을 잘 못자게 되고, 이는 호르몬에도 좋지 않은 영향을 준다. 최근에 출시된 스마트폰에는 사용자가 설정한 시간이 되면 자동으로 블루라이트를 제거하는 기능이 있는데, 이도 같은 이유다. 스마트폰의 이런 기능이 최근 스마트홈의 조명에도 반영되고 있다. 해가 지면서 어두워지는 외부의 밝기에 따라 백열등을 서서히 줄이는 기능에 칼라센서와 조도센서가 활용되고 있다. 

또 칼라센서는 TV에도 적용되고 있다. TV 안에 탑재된 칼라 센서는 창문을 통해 들어오는 외부의 광을 감지해서 TV 디스플레이를 효율성 높은 밝기로 자동으로 조정한다. 

ams의 스마트 조명을 타겟으로 출시된 센서 스마트 조명 매니저 AS7221는 임베디드 3자극값(Tri-stimulus) CIE XYZ 컬러 센서를 장착하고 있어 정밀 컬러 센싱을 구현하고, 고정밀 CCT(Correlated Color Temperature) 또는 ‘켈빈 튜닝(Kelvin-tuning)’기능을 IoT 스마트 조명 제품에 적용할 수 있다. 또 AS7221는 I2C 확장 인터페이스를 포함하는 다기능 아키텍처를 채택하고 있어 공기질, 온도, 사용 여부 또는 사물의 존재 여부 등을 감지하기 위한 IoT 센서 허브 플랫폼으로 활용될 수 있다. 이를 통해 이 디바이스는 조명기구 내에서 사전 구성된 냉/온 백색 LED 스트링간의 CCT전환을 부드럽게 제어할 수 있고, 합적인 주광조명 기능을 위한 ams의 TSL4531 조도 센서에 대해 자동 설정 지원 기능도 포함하고 있다.  

▲ ams의 AS722 센서

정밀화된 분석으로 음식물과, 옷감 상태를 파악하는 ‘스펙트럼 센서’

최근에는 칼라 센서에서 더 고도화된 스펙트럼 센서가 가전제품 시장에 큰 변화를 주고 있다. 기존에는 RGB만 감지했다면 스펙트럼 센서는 빛을 더 나눠서 인식할 수 있어 보다 정밀한 색까지 감지할 수 있다. 쉽게 설명하자면, 조도 센서가 흑백 TV, 칼라 센서가 칼라 TV, 스펙트럼 센서가 UHD TV라고 이해하면 된다. 

스펙트럼 센서를 세탁기에 탑재하게 되면, 옷감의 색상을 인지해서 특정 색의 옷이 섞여 들어갈 경우에 경고를 준다. 또 어떤 옷은 색감이 빠지기도 하는데 물 색상의 변화에 따라 경고를 주거나, 물의 혼탁함을 분석해서 얼마나 헹궈야 하는지를 인공지능으로 진단한다. 가전제품 업체인 제너럴일렉트로닉(GE)에서는 현재 스펙트럼 센서를 접목한 세탁기를 연구 중이라고 한다. 

또 스펙트럼 센서는 냉장고에도 적용될 수 있다. 

기존에 소개된 IoT 냉장고 기술은 단순히 식품의 외형만으로 수량을 확인했다면, 정밀색을 감지하는 스펙트럼 센서가 탑재된 냉장고는 야채나 과일, 고기 등의 색의 변화를 분석해서 상했는지 등의 유통기한을 파악해서 알려줄 수 있다. 

또 일부 화장품 업체에서는 사람의 피부톤을 파악해서 어울리는 화장품을 추천해주는 서비스를 제공하고 있는데, 피부 측정 디바이스에도 칼라 센서가 사용된다.

ams의 스펙트럼 센서 AS7265 시리즈는 가시광선에서 근적외선까지 감지할 수 있도록 촘촘한 18채널 3칩으로 구성돼 원예, 수질·스펙트럼 성분 분석, 그리고 위조 방지, 인증을 포함한 복잡한 식별에서도 활용될 수 있다. 특히 AS7265는 기존에 산업용 애플리케이션에만 사용되던 스펙트럼 센서를 소비자 가전에도 적용할 수 있도록 합리적인 가격을 책정한 제품이다. 

이 센서를 활용한 스펙트럼 센싱 측정기기를 100달러 이하의 비용으로 구현할 수 있게 해준다.  

AS7265 제품군이 발표되기 전에는 이와 비교할 만한 센서 솔루션 값만 해도 100 달러 이상이었다.  

이처럼 ams의 스펙트럼 센서가 합리적 가격으로 제공되는 만큼 가전제품의 혁신에 큰 기여를 할 것으로 기대하고 있다. 

▲ 백열등에서 나오는 블루라이트는 수면을 방해하기 때문에 스마트 조명 센서가 취침 시간이 가까워 지면 형광등으로 전환해준다.

여러 기능이 통합된 ‘복합 센서’하나로 해결 

과거에는 조도센서, 근접센서를 따로 사용했지만, 이제는 두 개의 기능을 합한 복합센서를 사용하는 빈도가 높아졌다.

또 온도, 습도, 가스 센서가 하나로 통합된 센서가 개발됨으로써 하나의 센서로 집안환경을 통합적으로 컨트롤할 수 있다. 개발자들도 하나의 센서만을 사용해서 다양한 기능을 구축할 수 있게 되면서 개발기간을 대폭 단축할 수 있게 됐다. 

ams의 환경 센서 키트 CS811, CCS801은 상대 습도, 온도 센서를 통합한 센서로 스마트폰, 웨어러블 같은 휴대용 기기나 서모스탯, IP 카메라와 같은 홈/빌딩 오토메이션 디바이스, 공기청정기 등에 활용될 수 있다. CCS811은 센서가 감지한 결과를 총 등가 VOC(ppb) 및 등가 CO2(ppm) 측정치로 환산해주는 ams 알고리즘이 적용된 임베디드 마이크로컨트롤러를 포함하고 있다. 

스마트폰에서 사용되던 ‘3D 센서’가 스마트홈으로

주로 스마트폰의 안면인식에 사용되던 3D 센서를 집 앞 도어에 설치하면, 누가 오는 지를 파악해서 집안의 온도, 창문, 등의 환경을 미리 자동으로 조성할 수 있다. 

향후 3D 센서는 증강현실에 활용될 것이다. 예로 3D 센서로 방을 스캔한 다음, 가구 이미지를 넣고 비교함으써 구매 선택을 용이하게 만들어 준다. 실제로 이케아의 앱은 아이폰과 연동해 이런 서비스를 제공하고 있다. 이 외에도 3D 센서는 로봇청소기, 드론, 자율자동차 등에도 활용되고 있다. 

3D 센서의 인식 기능이 앞으로 더 정교해지면, 사용 가능한 디바이스가 더 다양해질 것이다. 이런 시장 트렌드에 발맞춰 ams는 현재 3D 센서 기술 개발에 한창이다. ams는 3D 센서를 위한 광학 기술을 비롯해 알고리즘과 소프트웨어 응용 기술 솔루션 등 모든 구성 요소 포트폴리오를 갖고 있으며, 차별화된 VCSEL/VCSEL 어레이 광소자 기술부터 WLO 능력, 고품질 DOE, 광학 경로 설계 솔루션을 갖추고 있다. 

다양한 포트폴리오와 토탈 솔루션이 강점 

ams는 센서 분야에서 ▲광학 센서 ▲이미징 센서 ▲환경 센서 ▲오디오 센서에 주력하고 있으며, 다양한 센서 포트폴리오를 보유하고 있다는 것이 장점이다. 최근 ams는 모바일 제품에서는 근조도센서에 주력하고 있고 이미 주요 스마트폰에 탑재되며 그 기술을 입증 받았다. 가전시장에서는 스펙트럼 센서, 온습도 센서, 가스 센서 등에 집중하며 IoT 시장 성장을 이끌어 가고 있다. 

ams의 장점을 소개하자면, 하드웨어 뿐만 아니라 소프트웨어, 응용기술까지 하나의 솔루션으로 제공해 개발자의 개발 기간을 단축할 수 있게 한다는 것이다. 그리고 다른 센서 업체 보다 센싱 감도가 뛰어나다는 것을 강조하고 싶다. 일례로 스마트폰에는 근접조도센서가 많이 사용되는데, 이는 전화를 받을 때 얼굴을 가까이 대면 자동으로 화면을 끄고, 얼굴에서 멀어지면 다시 화면을 켜주고, 주변 환경의 밝기에 따라 화면 밝기를 자동으로 조절해주는 기능이다.

근접조도 센서를 스마트폰에 탑재할 때 기존에는 홀을 굉장히 크게 뚫었는데, ams 센서는 작은 홀만으로도 센서가 작동할 수 있는 기술을 선보였다. 또 최근에는 센서 모듈의 크기를 지속적으로 줄여나감으로써 스마트폰의 베젤리스 디자인에 방해를 주지 않으면서 높은 화면비가 가능하도록 섬세하게 탑재할 수 있게 됐다.  

앞으로 ams는 세계적인 센서 전문 기업으로의 위상을 확고히 하고자, 모바일 시장에서 근접 센서, 칼라 센서, 조도 센서에서 선도적 위치를 유지를 목표로 하고 있다. 또 새로운 3D 센서 시장 선점과 오토모티브 시장에서도 지속적인 매출 확대를 위해 기술 개발에 더욱 노력해 나가겠다.