미래를 바꿀 요즘 뜨는 기술(2)
웨어러블, 신재생 에너지
'미래를 바꿀 요즘 뜨는 기술(1)'에서는 12가지의 기술 중에서 스마트 카, 인공지능, 그리고 3D 프린터를 이야기해 보았습니다. 재미있게 읽으셨나요? <2화>에서는 웨어러블 이야기부터 시작해보도록 하겠습니다.
4. 웨어러블
스마트워치 덕분에 요즘 웨어러블을 모르시는 분은 없으실 것 같아요. 우리나라 S전자가 유일하게 애플보다 앞서서 출시한 제품이지요. 웨어러블은 단어 뜻 그대로 입을 수 있는 또는 착용할 수 있는 기술을 말합니다. 현재는 주로 손목시계나 손목 밴드, 목걸이와 같은 웨어러블 디바이스만 상용화된 상태이지만 조만간 옷이나 신발, 모자, 장갑 등 다양한 제품으로 확대될 거예요. 어떻게 아냐고요? 웨어러블을 연구하고 있는 기업이나 연구소, 학계에서 발표하고 있는 기술 로드맵을 보면 알 수 있답니다. 시계, 안경, 목걸이와 같은 액세서리형이 1단계이고, 직물/의류형이 2단계입니다. 3단계는 신체부착형이고, 마지막 4단계는 생체이식형이에요. 각 단계별로 한 번 살펴볼까요?
그림 1. 웨어러블 로드맵(이미지 출처: 순서대로 samsung, https://www.linkedin.com/pulse/future-wearable-technology-elwood-billshot, http://www.engadget.com/2013/07/26/e-skin-tokyo-university/, http://www.gizmag.com/electronic-contact-lens-promises-bionic-capabilities-for-everyone/8689/)
액세서리형은 이미 많은 분들이 제품을 구입하여 사용하고 계실 거예요. 스마트워치나 스마트밴드가 가장 대표적인 제품이고, 주얼리 회사와의 협력으로 만든 목걸이 형태의 웨어러블 제품도 있어요. 안경 형태의 웨어러블 제품도 있지만 아직까지는 개발자들만 구입하여 활용하고 있는 상황이에요. 사실 구글이 안경 형태의 웨어러블 제품을 상품화하려고 많은 노력을 하고 있지만, 기술은 어느 정도 준비가 된 것으로 보이나 생각보다 사용자 경험(UX) 시나리오가 잘 나오질 않고 있지요. 얼마 전까지만 해도 웨어러블의 넘어야 할 산은 소형화 기술이었지만, 최근에는 기술 진입 장벽이 대부분 해결된 것으로 보여요. 이제는 정말로 사용자들이 필요한 제품을 제대로 기획하여 상품화하는 UX 문제가 넘어야 할 산으로 남아있다고 보시면 될 것 같아요. 저도 스마트워치를 사용하고 있는데 기본 기능인 손목시계로써 사용하는 것이 80%이고, 나머지 20% 중에서 다시 80% 정도는 휴대폰으로 오는 알림 메시지를 휴대폰 꺼내지 않고 미리 보는 용도로 사용하는 것 같아요. 나머지는 가끔 몇 걸음이나 걸었는지 확인하거나 심박수 측정을 해보는 정도가 전부인 것 같아요. 웨어러블 디바이스에서 사용자가 유용하게 활용할 수 있는 킬러 시나리오를 발굴해낼 수 있는지가 앞으로 시장의 확대 여부를 결정지을 것 같아요. 혹시 웨어러블 디바이스에서 제공했으면 하는 기능에 대한 아이디어가 있으신가요?
그림 2. 미스핏 + 스와로브스키(사진 출처: http://www.wareable.com/misfit/misfit-swarovski-shine-release-date-price-specs-658)
그림 3. 구글 글라스 (배경 이미지 출처: Google)두 번째 단계인 직물/의류형 웨어러블은 가장 쉽게 생각하시면 옷이 스마트해진다고 이해하시면 될 것 같아요. 스마트 직물에 대한 기술이 최근 들어 활발하게 연구되고 있거든요. 스마트 직물에도 종류가 있습니다. 첫 번째는 수동적 소재를 활용한 직물이에요. 예를 들면 온도가 올라가면 색상이 변하거나, 빛을 받으면 색상이 변하는 등의 소재를 이용하게 됩니다. 이런 소재로 옷을 만들면 환경에 따라 색상이 변하게 되니 신기하겠지요? 주로 패션이나 기능성 관점에서 활용이 되는 것 같아요. 두 번째는 반응형 소재를 활용한 직물이에요. 빛을 받으면 전류가 흐르거나, 진동 에너지를 받으면 전기에너지로 바꾸어주는 등의 소재를 활용하는 경우입니다. 이런 소재로 텐트 자체가 태양광 발전을 하게 만들거나, 옷 자체가 움직이는 마찰을 이용하여 발전을 하게 만들 수도 있어요. 이런 기술이 제품 개발로 성공한다면 휴대폰 충전이 필요할 때 옷에 바로 연결하면 된다는 뜻이에요. 감동이지요? 세 번째는 지능형 직물을 만드는 거예요. 전자 회로를 직물 패턴으로 만드는 겁니다. 옷이 전자 회로가 되는 거지요. 이렇게 되면 옷에 원하는 다양한 기능을 모두 구현할 수 있어요.
그림 4. 오로라 드레스 (사진 출처: CuteCircuit)특히, 요즘은 심장의 심전도 모니터링을 하는 옷이나 고혈압, 당뇨 등을 모니터링하는 옷 등 헬스케어 분야에 적용하려는 시도가 많습니다. 이미 상품으로 판매를 시작한 제품들도 있어요. 신체 활동을 모니터링하는 전자 양말, 신체 활동 및 생리 지수, 스트레스 등을 동시에 모니터링하는 셔츠, 심박수 및 호흡, 칼로리 소비량을 모니터링하는 스포츠 브라 등 다양한 아이디어들이 쏟아져 나오고 있어요. 심지어는 심박수를 기준으로 진정한 사랑을 만났을 때에만 열리는 브라도 나왔답니다. 자신의 진정한 사랑을 속옷이 알려준다니 넌센스이긴 하지만요.
그림 5. 달리는 패턴의 문제점을 분석해주는 스마트 양말 (사진 출처: http://www.sensoriafitness.com)
그림 6. 생체정보를 모니터링해 주는 스마트 브라 (사진 출처: http://omsignal.com/pages/omsignal-bra)웨어러블의 세 번째 단계인 신체부착형은 주로 건강이나 의료 분야의 기술로 연구가 진행되고 있어요. 전자 회로를 피부에 패치 형태로 부착하는 형태입니다. 대표적인 기능으로는 신체 상태를 센싱하고 센싱한 정보를 무선으로 스마트폰 등으로 송신해주는 시나리오가 가장 많아요. 아이가 아프고 열이 날 때 주로 아이 옆에서 밤새 아이의 체온을 재시지요? 이럴 때 체온 측정 패치를 붙여두면 안심이지요. 체온 측정 패치가 주기적으로 아이의 체온을 측정하여 데이터를 스마트폰으로 전송해 주거든요. 만약 체온이 얼마 이상으로 올라갈 경우에는 알람이 울려 바로 아이의 상태를 인지할 수 있어요. 아이를 둔 엄마들에게는 너무나 유용하겠지요?
그림 7. 체온 측정 스마트 패치 (사진 출처: TempTraq)몇 가지 예를 더 들어 볼게요. 파스를 붙이면 처음에는 후끈하고 시원하지만 조금만 시간이 지나면 파스 약발이 약해지죠. 초기에는 피부로 한꺼번에 많은 약물이 흡수되지만 시간이 지날수록 약물이 줄어들어 흡수율이 현저히 떨어지는 문제가 있어요. 웨어러블 기술을 활용하면 이러한 문제도 해결할 수가 있답니다. 일정 시간마다 정해진 양의 약물을 주입하도록 웨어러블 패치를 만들 수 있어요. 장시간 파스를 붙이고 있어도 효과가 동일하게 지속되는 거지요. 이외에도 심전도, 근전도, 체온 등을 동시에 측정 가능한 피부 부착형 전자 회로도 이미 연구 결과가 발표되었답니다.
그림 8. 심전도, 근전도, 체온 등 동시 측정 가능한 피부 부착형 e-skin웨어러블 로드맵에서의 마지막 단계인 생체이식형은 주로 의료 분야에 적용하는 연구가 대부분이에요. 아무래도 몸에 직접 이식을 해야 하니 생체 친화적으로 만들어야만 하지요. 위험부담이 있다 보니 꼭 필요한 의료용으로 아이디어들이 많이 나오고 있습니다. 구글의 스마트 콘택트렌즈 프로젝트가 좋은 예입니다. 현재 당뇨 환자들은 침습식 혈당 측정계로 매일 피를 뽑아 수치를 측정하고 있지요. 하지만 눈물의 당 수치로도 측정이 가능하다는 원리를 이용하여 스마트 콘택트렌즈가 눈물에서 직접 당 수치를 센싱하여 결과를 무선으로 전송해주는 기능을 하지요. 매일 침으로 피를 내지 않아도 되니 정말 편리할 것 같아요. 정말 멋진 기술이지 않나요? 아마도 당뇨 환자들에게는 좋은 소식일 것 같아요.
그림 9. 눈물로 당뇨 수치 측정이 가능한 스마트 렌즈 (배경 사진 출처: Google)사실 실제로 생체이식형 웨어러블에 대해서는 이미 1998년에 영국의 워릭 교수가 최초로 시도를 했었다는 사실을 아시나요? 사이보그 1.0으로 명명된 프로젝트는 수술을 통해 팔 안에 실리콘 칩을 이식하여 워릭 교수의 이동 정보를 활용하는 시나리오였어요. 워릭 교수의 이동에 따라 건물에 들어서면 불이 켜지고 연구실의 문이 자동으로 열리고 히터나 컴퓨터도 동작시킬 수 있었어요. 실험을 9일 동안 수행했다고 하네요. 칩을 넣기 위해 몸에 칼을 대다니 조금 섬뜩하지요? 더 놀라운 것은 4년이 지나고 사이보그 2.0 프로젝트를 수행한 거예요. 칩을 이식하여 신경 신호를 직접 읽고 인터넷을 통해 전송하여 원격지에 있는 로봇 팔을 제어하는 실험이었어요. 그리고, 로봇 팔 실험을 성공하자 자기 아내의 팔에도 칩을 이식하여 자신의 신경 신호를 아내에게 전달하는 실험도 했답니다. 처음으로 사람과 사람 간에 원격으로 신경 신호를 주고받은 것이지요. 거의 20 전에 이런 실험이 이루어졌다니 놀랍지 않나요? 이제 생체이식형 웨어러블에 대해서는 감이 오시지요?
그림 10. 사이보그 프로젝트에서 실리콘 칩을 이식한 워릭 교수와 아내 (사진 출처: http://www.kevinwarwick.com/)웨어러블 기술이 발전하면 우리에게 어떤 의미가 있을까요? 우리의 생활이 보다 더 편리해지고, 보다 더 안전해지고, 보다 더 건강해지고, 보다 더 다채로워진다고 볼 수 있을 것 같아요. 우리 신체의 상태나 주변 환경 상태를 직접 알려주지 않아도 웨어러블 기술이 알아서 센싱하여 적절한 조치를 취해주니 편리하고요, 위험한 상황을 미리 감지해 주기 때문에 안전하지요. 건강 상태의 실시간 체크가 가능하니 건강한 생활에 도움이 되고, 웨어러블 기술을 통해 나만의 개성을 표현할 수 있으니 다채로워지지요. 그래서 웨어러블 기술이 모니터링, 안전, 재난, 헬스케어, 의료, 패션 등의 분야에 활발하게 적용되기 시작했어요. 지금은 우리가 스마트폰 화면에서 헤어나질 못하고 있지만, 웨어러블 기술이 발전하면 우리를 세상 밖으로 꺼내 줄 수 있을지도 몰라요. 이건 좋은 소식이지요? 빨리 사람들이 다시 스마트폰 화면이 아닌 서로의 눈을 보며 대화하는 세상이 돌아왔으면 좋겠어요.
5. 신재생 에너지
초등학교 사회 수업시간에 화석연료의 매장량은 한계가 있고 길어봐야 40~50년이면 고갈된다는 선생님의 말씀을 들었던 기억이 납니다. 그 이야기를 들은 지 벌써 30년이 지났네요. 그런데 지금은 원 없이 사용할 수 있는 셰일층의 발견으로 화석 연료 걱정은 할 필요가 없는 시대가 되었어요. 이전에는 중동 지역을 중심으로만 석유가 나왔지만, 셰일 오일은 미국, 중국, 러시아를 포함하여 전 세계에 고루 분포되어 있다고 합니다. 셰일 가스는 더 많답니다. 불행히도 우리나라는 빼고요. 우리나라는 자원과는 인연이 없나 봅니다. 사람 빼면 아무것도 없는데 인구 증가율도 전 세계에서 가장 낮아요. 미래가 걱정이네요.
그림 11. 채굴 가능 매장량 기준 셰일 자원 보유국 Top10 (표 출처: http://www.eia.gov)1차, 2차 오일쇼크를 거치면서 전 세계가 큰 어려움을 겪었고, 2000년대 중반부터 다시 오일 가격이 가파르게 상승하여 2014년에는 배럴당 $100 이상을 지속 유지했습니다. 잘 아시지요? 기름값이 너무 비싸서 주유소 가기가 무서울 정도였어요. 이때는 너나나나 할 것 없이 신재생 에너지가 유일한 해답이라고 생각했습니다. 그런데 2014년 말부터 오일 가격이 급격히 하락하면서 다시 상황이 달라졌지요. 2015년 하반기부터는 배럴당 $30을 왔다 갔다 하고 있으니 1년 만에 얼마나 많이 떨어진 것인지 이해가 되실 거에요. 오일 가격이 떨어지면 무조건 좋은 줄 알았더니, 오일과 관련된 많은 산업들이 동시에 헤매는 상황이 연출되었지요. 오일은 워낙 다양한 분야에서 사용되기 때문에 오일 가격의 변동이 미치는 영향은 생각보다는 복잡한 것 같아요.
그림 12. 오일 가격 히스토리(출처: http://www.businessinsider.com/annotated-history-crude-oil-prices-since-1861-2014-12)
이야기가 잠시 삼천포로 빠졌네요. 이제 화석 연료의 매장량은 아쉬울 것이 없는 수준으로 많다는 것은 확인이 되었습니다. 그런데 이제는 환경 문제가 불거지기 시작했어요. 화석 연료를 원 없이 태우다 보니 지구 온난화가 심각한 수준으로 가속되기 시작한 겁니다. 환경 문제는 생각보다 심각하여 미래의 지구에 사람이 살 수 있느냐 없느냐의 문제로 넘어가고 있어요. 지구 곳곳에서 이상 기후 현상이 발생하고 극지방의 빙하가 녹아 해수면이 높아지면서 지면이 낮은 몰디브와 같은 섬나라는 이미 점점 잠겨가고 있답니다.
2015년 12월 파리 협정으로 다시 한번 분위기가 반전됩니다. 195개국이 모여 온실 가스 감축에 노력하기로 합의한 거지요. 여기서 참고로 온실 가스에는 여러 가지가 있지만 그중에서도 이산화탄소가 전체 온실 가스의 77%를 차지하는 온난화의 주범이라고 해요. 이산화탄소는 화석 연료가 연소할 때 가장 많이 발생된다고 하네요. 화석 연료의 분자식을 보면 탄소(C)가 주렁주렁 달려 있습니다. 태우면 대부분의 탄소(C)에 산소(O2)가 달라붙으면서 이산화탄소(CO2)로 날아가는 것이지요. 과거에는 오일 가격 때문에 신재생 에너지를 개발하려고 했지만, 이제는 오일과는 관계없이 미래의 환경 문제를 해결하기 위해서 신재생 에너지를 개발해야 하는 상황이 된 것이죠. 신재생 에너지는 이제 선택이 아닌 필수가 되었답니다.
그림 13. 극지방의 얼음이 녹고 있어요 (사진 출처: http://www.dreammaker.media/?p=2260)신재생 에너지에는 크게 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오 에너지, 폐기물 에너지, 연료전지, 조력, 파력, 태양열 등이 있습니다. 태양광 발전은 태양광을 전기 에너지로 바꾸어 발전하는 기술이고, 풍력 발전은 바람으로 큰 날개를 회전시켜 전기를 생산하는 기술이고, 수력 발전은 높은 곳의 물이 내려오면서 발전기를 돌려 발전하는 기술이에요. 지열 발전은 깊은 지하의 고온 천연 증기를 이용하여 터빈을 돌려 발전하는 기술이고, 바이오 에너지는 나무나 식물 등을 직접 연소 또는 발효를 통해 에너지를 얻는 기술이고, 폐기물 에너지는 어차피 소각해야 하는 폐기물을 소각하여 나오는 증기로 발전을 하는 기술이랍니다. 연료전지는 화학 변화가 일어날 때의 에너지 변화를 전기 에너지로 바꾸는 기술이고요. 가장 대표적인 연료전지로는 수소와 산소를 전극과 전해질을 통해 물로 만드는 화학 반응을 시키고 이때 나오는 열로 전기를 생산하는 방식이 있지요. 조력 발전은 밀물과 썰물 때의 해수면의 차를 이용하여 발전하는 기술이고, 파력 발전은 파도의 상하 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 기술이고, 태양열 에너지는 태양열로 물을 데워 난방이나 온수로 사용하는 기술입니다. 참 다양하지요?
신재생 에너지를 사용하면 우리들은 무엇이 좋아질까요? 가장 큰 혜택은 지구 온난화의 속도를 늦출 수 있다는 것이겠지요. 화석 연료를 사용하지 않으니 공해 문제를 크게 줄일 수 있다는 장점도 있어요. 우리 세대에서는 큰 문제가 되지 않을 수도 있지만 우리 후손들에게 사람이 살기 어려운 환경을 물려주어서는 안 되겠지요. 모든 자동차들이 전기 자동차로 바뀌고 전기 발전도 화석 연료를 사용하지 않고 신재생 에너지를 사용하게 되면 도시에서도 맑은 공기를 마실 수 있는 날이 오지 않을까요? 신재생 에너지 기술이 발전하여 설치 비용도 크게 낮출 수 있다면 싼 가격으로 전기 에너지를 눈치 안 보고 쓸 수 있을 겁니다.
미국의 테슬라 모터스는 최근 네바다 사막에 전기 자동차용 배터리 공장인 기가팩토리를 건설하고 있어요. 필요한 전기는 태양광 발전과 풍력 발전을 이용하여 에너지 자립을 계획하고 있습니다. 테슬라는 가정용과 산업용 ESS(Energy Storage System)도 파격적인 가격으로 공급한다고 해요. ESS는 발전한 전기를 저장해 둘 수 있는 대형 배터리라고 생각하시면 됩니다. 테슬라는 전기자동차의 상용화도 앞당기더니 이제는 신재생 에너지 시장도 리드해 가려는 행보를 보이고 있어요. 정말 대단한 회사인 것 같아요. 우리나라에서도 이런 대담한 도전을 하는 회사가 나왔으면 좋겠습니다.
그림 14. 테슬라 기가팩토리 조감도 (출처: https://www.teslamotors.com/gigafactory)최근에는 제로에너지 빌딩에 대한 기술 개발이 속도를 내고 있지요. 제로에너지 빌딩이란 건물 내에서 소비하는 에너지와 발전하는 신재생 에너지 양이 서로 같아지는 빌딩을 말합니다. 건물 내의 에너지 손실을 최소화시키는 것이 가장 중요하고, 또한 태양광 발전, 지열 발전, 태양열 등과 같은 다양한 신재생에너지를 이용하여 필요한 에너지를 자체적으로 생산해야 하겠지요. 요즘 학계에서는 투명한 유리창 자체가 태양광 발전 패널로 사용될 수 있는 기술까지 발표되었으니, 아무리 높은 건물이라도 제로에너지 빌딩으로 지어질 날이 멀지 않은 것 같아요. 아파트나 가정 주택도 모두 제로 에너지 빌딩이 된다면 정말 멋지지 않을까요? 하루빨리 전기료 없는 날이 왔으면 좋겠습니다. 그러고 보니 한전은 미래의 신규 사업을 준비해할 것 같네요.
그림 15. 제로에너지 빌딩 개념도 (출처: http://search.etnews.com/etnews/search.php?kwd=%EC%A0%9C%EB%A1%9C)글을 주저리주저리 쓰다보니 너무 길어진 것 같아요. <2화>에서는 기술 두 가지만 소개해 드리는 것으로 마쳐야할 것 같아요. <3화>에서는 기술 세 가지 이상을 정리해보도록 노력할게요. 총 12가지 기술 중에서 5가지를 소개해 드렸으니 이제 7가지 기술이 남았네요. 소개해 드리는 기술들이 미래를 상상하는데 도움이 되시나요?
#상상 #미래 #기술 #웨어러블 #신재생에너지
※ 더 자세한 내용은 2023년 출간된 <세상을 바꿀 미래기술 12가지> 책에서 참고하실 수 있습니다.
미래를 바꿀 요즘 뜨는 기술(1) - 스마트 카, 인공지능, 3D 프린터
