10대 스마트 디바이스 부품·모듈 기술 개발

정부는 스마트 디바이스 산업 육성을 통해 국가 전략산업 경쟁력 강화를 추진키로 했다. 이 일환으로 ‘사물인터넷 기본계획’과 디바이스 분야 실행 계획인 ‘차세대 스마트 디바이스 코리아 2020’을 통해 전략을 발표했다. 아울러 ‘제조혁신 3.0 전략 실행대책’의 창조경제 대표 신산업으로 선정해 핵심 기술개발 및 관련 지능형 소재·부품 개발을 추진키로 했다. 정부의 스마트 디바이스 육성정책을 정리했다.

우리나라는 스마트 디바이스 산업으로의 패러다임 변화 대응에 미흡하다. 스마트폰 시장을 제외한 주요부품 및 새로운 디바이스 개발을 위한 핵심 기술 및 산업경쟁력이 부족하다. 또한, 중소·벤처의 디바이스 개발 인프라 및 투자 환경은 여전히 낮은 상황으로 다품종·소량 생산 중심의 시장 환경 변화에 취약하다. 중소기업청 통계에 따르면, 우리나라 전자부품·디바이스 중소기업 설비투자 금액은 2011년 6,464억원에서 2013년에는 3,699억으로 절반 가까이 줄어든 것으로 나타났다. 

이에 미래창조과학부와 산업통상자원부는 작년 9월 제18차 경제관계장관회의에서 창조경제 핵심성과를 달성하고 새로운 미래성장동력 창출을 위한 ‘K-ICT 스마트 디바이스 육성방안’을 공동으로 발표했다. 

최근 ICT 시장을 주도해온 PC, 스마트폰 등 우리나라 주력 디바이스 산업은 2015년부터 성장이 둔화되고 있다. 글로벌 기업들은 웨어러블 및 IoT 관련 제품과 서비스를 경쟁적으로 출시하면서 초기시장 선점을 위한 주도권 경쟁이 가속화 되고 있는 등 향후 관련 시장 규모가 급속하게 증가할 것으로 전망된다(그림 1).

▲ 그림 1. 디바이스 관련 글로벌 시장 전망

한편, 우리나라는 스마트폰 시장을 제외한 주요 부품 및 새로운 디바이스 개발을 위한 핵심 기술 경쟁력은 부족하고, 중소·벤처기업의 디바이스 개발 인프라와 투자 환경은 여전히 낮은 상황이다.

이러한 상황 인식에 따라, 정부는 스마트 디바이스 산업 활성화와 글로벌 시장 선점을 위해 ▲ 10대 스마트 디바이스 부품·모듈 및 융합제품화 기술 개발 ▲ 스마트 디바이스 제품화 지원 ▲ 신시장 창출 및 판로 개척 ▲ 디바이스 창작문화 확산 등 4대 과제를 중점 추진해 나간다는 계획이다.

정부가 발표한 K-ICT 스마트 디바이스 육성방안은 크게 4가지다(그림 2).

▲ 그림 2. K-ICT 스마트 디바이스 육성방안

첫째, 정부는 스마트 디바이스 부품·모듈 및 융합제품화 기술개발에 집중할 계획이다. 국내 기업의 성장성·경쟁력 등을 고려해 선정한 10대 스마트 부품·모듈 기술(표 1)을 개발하고 초절전, 초소형, 고감도 등 스마트 센서의 핵심 성능 구현을 위한 공정기술 및 회로 설계기술을 개발·보급해 중소·벤처기업의 기술경쟁력을 높이고, 패션, 안전, 의료 등 타산업 분야의 유망기업 제품에 센서·IoT 등 스마트 기술을 접목하도록 기술개발을 지원해 새로운 부가가치를 창출하고 전통 제조기업이 스마트 디바이스 기업으로 사업영역을 확대하도록 유도하기로 했다. 또한, 대·중소기업 간 협업생태계를 구축하고, 대기업의 IoT 플랫폼을 개방해 중소·중견기업의 융합 제품 및 서비스 개발을 촉진키로 했다. 

▲ 표 1. 10대 스마트 디바이스 부품·모듈 활용 가능 분야

둘째, 스마트 디바이스 제품화를 지원할 계획이다. 판교·대구 등 7개 지역의 K-ICT 디바이스랩 등 지역 거점 제작 인프라를 상호 연계해 중소·벤처기업 뿐만 아니라 일반인에게 제품 개발시 상품성·디자인 등을 구현·검증할 수 있는 공통 시설·장비 및 작업 공간을 제공하고, 개인의 창의적인 아이디어 제품이 사업화·창업으로 연계될 수 있도록 제품 기획 및 온·오프라인 멘토링, 전문 코디네이터 지원 등 다양한 서비스를 지원키로 했다. 그리고, 전국 17개 창조경제혁신센터에서 운영 중인 보육기업에 대한 제품화 및 제작환경 제공 등 다양한 프로그램도 연계해 제공키로 했다.

또한, 알카텔-루슨트, 차이나 모바일, ZTE 등 해외 통신 및 네트워크 사업자의 인증환경을 구미에 구축해 국내 기업의 제품 개발 비용과 시간을 절감할 수 있도록 하고, 관련 국제 표준 개발 및 시험·인증 절차 등도 마련할 계획이다. 

셋째, 신시장 창출 및 판로 개척을 지원할 계획이다. 상용화 초기 단계 혹은 단기간 내 개발이 예상되는 스마트 디바이스 제품을 시장 파급력이 큰 공공선도 분야에 적용할 수 있도록 사업화를 지원하고, 가전·홈, 자동차, 에너지 등 스마트시티, 헬스케어 등 파급효과가 큰 분야에 IoT 실증 모델을 적용함으로써 공공 분야에 활용을 촉진하고 대규모 초기 시장을 창출할 계획이다. 

또한, 기업의 지속 성장을 위해 대기업과 창업기업 간의 상호 네트워크를 구축하고, 주요 글로벌 전시회 및 투자유치전 등을 지원하며, 전문 무역상사·코트라 등을 활용한 우수 스마트 디바이스 스타트업의 수출컨설팅 및 해외 수요처 발굴 등을 통해 해외투자 유치 및 판로개척 등을 적극 지원키로 했다.

넷째, 디바이스 창작문화 확산의 확산이다. 대학ICT 연구센터 및 산업전문인력 역량 강화 사업을 통해 웨어러블·임베디드 SW, IoT 단말기술 등 스마트 디바이스 분야의 석·박사급 전문인력을 양성할 계획이다. 

예비창업자와 일반인을 대상으로 디바이스 제작, 디자인 등 교육 프로그램을 제작·보급하고, 다양한 융합 제품 개발을 위한 오픈소스를 제공함으로써 디바이스 제작문화의 확산과 디바이스 산업의 저변 확대를 위해 노력키로 했다.

전국 7개 도시에 ‘K-ICT 디바이스랩’ 구축 

스마트 디바이스 창작 문화 확산

정부는 스마트 디바이스 아이디어 발굴, 제품 기획, 시제품 제작, 시장 진출 등 단계별 제품화 지원을 위한 ‘K-ICT 디바이스랩’을 구축해 중소·벤처 디바이스 기업 육성 및 산업 활성화 촉진을 도모하고 있다. 개인 및 기업이 가지고 있는 창의적 아이디어를 제품·사업화 지원할 수 있는 ‘K-ICT 디바이스랩 구축’으로 스마트 디바이스 창작 문화를 확산해 나가고 있다.  

현재 K-ICT디바이스랩은 인천 송도, 서울 강남, 경기 용인, 경기 판교, 대구, 전주, 충북에 각각 개소했다. 

K-ICT 디바이스랩의 주요 업무는 크게 3가지다. 첫째, 제작 환경 조성이다. 3D프린터, 3D스캐너, 간이제작용 기기 등 장비 도입과 오픈 랩, 디자인실, 컨설팅룸 등 공간 구축 및 지역 창조경제혁신센터 등 유관 디바이스 제작 인프라와 연계한 제작 환경을 지원하는 것이다.

둘째, 제품화 지원이다. 스마트 디바이스 생태계 육성을 위해 아이디어 공모부터 제품화·사업화 및 해외 진출까지 이어지는 전주기적 지원 체계를 마련하는 것이다.  

셋째, 메이커 저변 확대다. 스마트 디바이스 관련 전문가 강연 및 참석자 간 정보 공유를 위한 세미나, 공모전 입상자 등을 대상으로 한 워크숍 등을 개최해 협력 네트워킹 구축 및 메이커 저변을 확대하는 것이다. 

10대 스마트 디바이스 부품·모듈 기술

▲ 10대 스마트 디바이스 부품·모듈 기술 설명

1. 나노-IoT 모듈 

필요성 : 재난, 안전, 실시간 상황 감지 등을 위한 나노-IoT 모듈 개발을 통해 안전하고, 건강하고, 풍요로운 사회 구현에 활용.

개발 목표 : Invisible 나노 IoT 구현을 위해 소비전력, 크기, 속도, 감도 등의 성능에서 극한에 도전해 혁신적인 발전을 할 수 있는 IoT기반 나노 크기 화학/바이오/물리 센서기술 개발. 2018년까지 기반기술 확보, 2020년까지 현장 실증 적용 상용화 기술 확보.

주요 센서·부품 : 나노크기 센서노드 칩셋, IoT 전송 모듈, Graphene 기반 나노안테나, 자가발전 전원공급 모듈 및 상황분석 알고리즘, 저소비전력, 고속, 고감도의 나노크기 새로운 화학, 바이오, 물리센서.

적용가능 분야 : 국방 및 Homeland Security, 질병/전염병, 산업시설/빌딩 등의 실시간 모니터링 및 효율적인 관리 분야 등.

▲ 나노-IoT 모듈

2. 생체신호 측정 모듈

필요성 : 주변의 다양한 환경 상태를 실시간 측정해 위험대처를 위한 생체신호 측정모듈 개발을 통해 건강하고 안전한 사회구현에 활용.

개발 목표 : 실시간 유해가스 측정, 자세 흔들림 측정, 심박수·체온 측정 등을 위해 유해물질 측정/생체신호 측정/흔들림 측정 센서가 적용된 모듈 및 이에 소요되는 핵심 소재, 부품 및 알고리즘 등 개발. 2020년까지 각종 생체신호 측정 모듈과 기반 소재기술 확보 및 상용화.

주요 센서·부품 : 생체신호 측정/유해물질 측정/환경 센서 및 관련 핵심 소재·부품 기술. 저소비전력, 고감도의 IoT 연계 융합 센서 모듈화 및 상용화 기술.

적용가능 분야 : 환경오염/유해물질 모니터링 분야, 생체 상태 모니터링 및 관리 분야, 스포츠·레저 분야, 환자/노약자 관리 분야 등.

▲ 생체신호 측정 모듈

3. 광/이미지 센서 모듈

필요성 : 위험물과 재난 조기 탐지를 위해 소형 저가형의 이미지 센서를 널리 보급함으로써 보다 안전한 사회 구현에 활용.

개발 목표 : 반도체 기술을 기반으로 하는 이미지 센서와 영상분석 알고리즘 기술, 각종 센서의 융복합화를 통해 실시간 주변 상황을 인지하는 시스템 집적화 및 응용기술 개발. 2017년까지 반도체 기반 이미지 센서 기술 확보, 2020년까지 실시간영상분석 및 탐지 기술 확보.

주요 센서·부품 : 근적외선 이미지 센서, Sub-THz 위험물 검지 센서, 상황인지용 융복합 센서 및 분석/처리 알고리즘. 영상처리 SoC, 반도체 회로/안테나, 데이터 전송 모듈.

적용가능 분야 : 도시안전 모니터링, 재난/안전 조기 탐지, 자동차 night vision, 모바일 헬스케어, 유해가스 검지, 안전/보안 분야 위험물 탐지, 식품 안전 분석기 등.

▲ 광/이미지 센서 모듈

4. 웨어러블 디스플레이 모듈

필요성 : 초경량, 초고화질의 개인용 멀티미디어와 연동되어 UHD급 AR 정보를 제공할 수 있는 웨어러블 글라스 필요성 급증.

개발 목표 : 스마트 글라스에 적용 가능한 초소형/저전력 소모 UHD급 디스플레이와 AR 콘텐츠 구현 가능 웨어러블 글라스 플랫폼 및 안구 착용형 웨어러블 스마트 렌즈 핵심 기술 개발. 2018년까지 디스플레이, AR 글라스 핵심기술 확보, 2020년까지 웨어러블 글라스 및 안구 착용형 웨어러블 스마트 렌즈 기술 확보.

주요 센서·부품 : 초소형 UHD급 디스플레이, UHD AR 글라스, 안구 착용형 AR 글라스. 저소비전력, 고속, 고감도의 바이오(눈동자인식)/위치/온·습도 센서.

적용가능 분야 : 다양한 웨어러블 기기, 박물관/전시관/홍보관 등 관광 및 교육목적의 체험관, 재난·안전·군사작전 시뮬레이션 교육, 시각장애인용 등.

▲ 웨어러블 디스플레이 모듈

5. HUD-AR 마이크로 모듈

필요성 : 자율주행 및 안전주행을 위한 증강현실기반의 HUD-AR SoC 및 영상센서, 위치센서 통합 마이크로 모듈을 개발해 차세대 핵심 산업인 무인자동차 구현에 활용.

시장 전망 : 무인자동차 시장은 2017년부터 활성화되어, 2025년엔 420억 달러에 달할 것으로 예측됨 (보스턴컨설팅그룹 2015).

개발 목표 : 증강현실기반의 HUD-AR SoC를 개발하고, 영상센서, 위치센서 등과 연동하는 통합 마이크로 모듈 개발. 2018년까지 기반기술 확보, 2020년까지 마이크로 모듈 상용화 기술 확보.

주요 센서·부품: 영상센서 : 6채널 지원의 4K 이미지 센서 탑재. GPS센서: 50cm 미만 이상의 정확도를 가진 위치정보 획득센서. 그 외에 가속도센서, 자이로센서, 제스처 센서 등의 주행 보조 센서.

적용가능 분야 : 자율주행 중앙 디바이스, 자동차 안전주행 디바이스, ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) 디바이스 분야 자동차의 주행과 관련된 전 분야.

▲ HUD-AR 마이크로 모듈

6. 스마트 생체 인증 모듈

필요성: 지문인식에서 홍채인식까지 생체인식기술은 끊임없이 진화하고 있으며, 최근 생체인식기술을 스마트폰 및 웨어러블 디바이스에 적용하는 기술개발 경쟁이 가속화되고 있음.

개발 목표: 자연스러운 상태에서 적외선 및 이미지 센서를 활용한 사용자 홍채 영상 획득기술 및 특징 코드 추출 및 비교 판단 기능을 수행하는 인식 알고리즘 및 병렬처리 최적화 기술 개발. 2018년까지 기반기술 확보, 2020년까지 스마트기기 적용 상용화 기술 확보.

주요 센서·부품: 적외선센서, 이미지센서, 근접센서 및 인식 알고리즘 등.

적용가능 분야: 스마트폰, 태블릿PC, 웨어러블 디바이스 등에 활용되어 홍채인식 기반 본인인증 서비스 제공. 홍채인식 기반 인증 방식은 모든 생체인식 솔루션 중 가장 높은 정확도와 신뢰성을 제공함으로, 차세대 모든 보완 서비스 분야.

▲ 스마트 생체 인증 모듈

7. 웨어러블 BAN 통신 모듈

필요성: 인체 센서들과 광역 네트워크 간 연결 게이트가 되는 BAN 통합 모듈을 통해 원격의료 등 국민 생활 건강에 기여.

개발 목표 : BAN 기술의 파급력을 높을 수 있는 저 전력, 고속 On-Body 통신 핵심 기술 확보. 2018년까지 BAN 기술을 통합할 수 있는 Cognitive 단말 및 알고리즘 기술을 개발해 BAN 기술의 통합 기능 제공.

주요 센서·부품 : 웨어러블 특성에 적합한 수 mW 이내의 저 전력 소모, 고속 데이터 송수신(<100Mbps) On-Body 통신 모듈 및 알고리즘. 다양한 BAN 이종 기술간 호환성을 위한 Cognitive BAN 모듈.

적용가능 분야: 개인 맞춤형 스마트 Health Care 및 원격의료, 삶의 환경을 개선하는 Assisted Living, 게임 및 엔터테인먼트 분야 등.

▲ 웨어러블 BAN 통신 모듈

8. LPWA 통신 모듈

필요성 : 포스트 스마트폰 기술인 IoT의 핵심 통신 부품을 개발함으로써 다변하는 디지털 IT 기기의 시장 지배력 강화.

개발 목표 : LTE evolution기반 저전력 IoT 통신 기술을 개발해 기존 광역 네트워크와 호환되는 환경 제공. 2018년까지 Sub-GHz대역 LPWA부품기술 확보, 2020년까지 상용화 추진.

주요 센서·부품 : 10~30km의 통신 도달거리를 가지면 AA 배터리를 기준으로 10년 동안 동작할 수 있는 RF Transceiver 부품, 저속, 저전력 통신용 Modem 및 저전력 관리/효율 극대화 기술.

적용가능 분야 : 원격 검침, 교통제어, 홈 가전 제어, 원격 O/A제어, 환경재난 감시 등 disposable 가능한 원거리 IoT 디바이스 분야 등.

▲ LPWA 통신 모듈

9. 무선충전 및 에너지 하베스팅 모듈

필요성 : 무선충전과 에너지 하베스팅 기술 융합을 통해 언제 어디서나 스마트 디바이스를 통한 정보수집이 가능한 기술개발 필요.

개발 목표: 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 직물형 무선충전 기술 및 RF, 태양광, 압전 등을 이용한 에너지 하베스팅 기술이 적용된 모듈 개발. 2018년까지 기반기술 확보, 2020년까지 웨어러블 디바이스 적용 상용화 기술 확보.

주요 센서·부품: 무선충전용 안테나, IC 등으로 구성된 무선충전 모듈. RF에너지, 압전, 태양광, 조명 등을 이용한 에너지 하베스팅 모듈. 웨어러블 디바이스를 위한 섬유회로. 전압전류센서, 전자파센서, 압전센서, 정전센서, 태양광센서.

적용가능 분야: 재난·안전 조기 탐지, 모바일 헬스케어/스마트디바이스 원거리 전원 충전/웨어러블 스마트 디바이스 전원공급 등.

▲ 무선충전 및 에너지 하베스팅 모듈

10. RF 동작 인식 모듈

필요성: 주변의 상황변화에 관계없이 정확한 동작 인식이 가능한 인지 센서 기술개발 필요.

개발 목표: RF 주파수(2.4GHz, 10GHz, 24GHz, 77GHz)를 이용해 다양한 동작 인식이 가능한 사용자 제스처 인식 모듈 개발. 2018년까지 기반기술 확보, 2020년까지 스마트 디바이스 적용 상용화 기술 확보.

주요 센서·부품: 초소형 안테나 및 고해상도 레이더 센서 모듈. 제스처 인식 알고리즘, 신호처리 모듈 및 무선통신 모듈이 결합된 SoC(System on Chip).

적용가능 분야: 스마트 헬멧, 스마트 안경, 스마트 의류/스마트 드론용 충돌회피. 후방감시기능 스마트 자전거/재난·안전 조기 탐지. 모바일 헬스케어.

▲ RF 동작 인식 모듈

정리 : 김진희 기자 (eled@hellot.net)