[인더스트리뉴스 조창현 기자] 지금은 센서의 시대. 우리는 제조업뿐만 아니라, 일상 곳곳에서 센서와 마주한다. 당장 눈앞에 있는 ‘마우스’만 뒤집어보더라도 옵티컬 혹은 레이저 센서가 탑재된 것을 확인할 수 있다. 항상 손에 쥐고 다니는 ‘스마트폰’에도 온·습도 센서와 조도 센서, 이미지 및 근접 센서 등 다양한 센서가 탑재돼 있다. 특히 다양한 제품에 대한 제조를 실행하는 공장에서는 단일 센서만을 사용하는 것이 아니라 각종 솔루션과 ‘결합’을 통해 공장 전체를 제어하고, 모니터링 하는 용도로도 활용되고 있다. 또, 인간의 ‘눈’으로는 확인이 어려운 영역까지 높은 정밀도로 감지해내며, 생산성 향상과 공정 효율 개선에 도움을 주고 있다.

실제로 IoT나 IIoT, AI·빅데이터의 발전과 스마트팩토리 구축 및 고도화에 대한 시장 요구가 강화되면서 스마트팩토리 구축의 ‘기초’인 센서는 ‘필수’가 됐다. 변하지 않는 진리라 여겨지는 ‘기초가 튼튼해야 한다’는 말이 스마트팩토리에도 적용되는 것이다.

센서업계 관계자는 “제조 현장이 디지털화 되고, 스마트팩토리 구축에 대한 논의가 활발하게 진행되고 있어 필드 레벨에서 정보를 수집하는 센서에 대한 수요가 커지고 있다”며, “실제로 최근 센서 솔루션 구축 관련 고객 문의가 증가하고 있다”고 말했다.

현재 측정이라는 고유 기능만을 수행하던 기존 센서에 ‘컴퓨팅 기술’을 접목시켜 공장에서 수집된 데이터를 처리 및 자가진단 하고, 통신과 의사결정 등 다양한 부가기능까지 갖춘 ‘스마트 센서’가 등장하면서 센서의 활용 범위와 적용사례는 지속 확대되고 있다.

스마트 센서 시장, 지속 성장 전망

글로벌 시장조사 기관 마켓앤마켓의 조사 결과에 따르면, 전 세계 스마트 센서 시장은 2020년 366억 5,000만 달러에서 ‘연평균 19%씩 성장’해 2025년에는 875억 8,000만 달러에 이를 것으로 전망된다.

그중 산업용 스마트 센서 시장은 2020년 145억 829만 달러 규모에서 ‘매년 9.23%씩 증가’해 2025년 225억 5,617만 달러 수준으로 시장을 형성할 것으로 예측되고 있다. 특히 세부항목별로는 압력센서가 2025년 기준 185억 7,000만 달러 수준으로 가장 큰 시장을 형성할 것이며, 성장 폭이 가장 큰 센서는 온·습도 센서일 것이라고 전했다.

아울러 국내 스마트 센서 시장은 2020년 21억 5,000만 달러에서 ‘연평균 18.1%씩 커져’ 2025년에는 49억 4,000만 달러에 이를 것이라고 마켓앤마켓은 내다봤다. 또, 국내의 경우는 일부 대기업을 제외하면, 대부분 중소기업에서 스마트 센서 개발에 몰두하고 있는 것으로 알려졌다.

현재 전 세계 스마트 센서 시장 내 주요 기업은 △미국 아나로그디바이스 △스위스 ST마이크로일렉트로닉스 △독일 인피니언테크놀로지스 △스위스 TE커넥티비티 △미국 마이크로칩테크놀로지 등이 있다.

스마트 센서 시장을 선도하고 있는 기업들에서는 미세한 기계구조를 통해 외부 신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 ‘MEMS’ 등 다양한 디지털 기술을 활용한 센서를 지속 개발하며, 스마트 센서가 가지는 성능과 감지 효율성 등을 꾸준히 개선하고 있다.

공정 내 ‘스마트 센서’ 활용 사례 증가

기존 센서가 특정 상태를 ‘감지’해 중앙처리장치에서 판단을 내릴 수 있도록 ‘데이터’를 제공하는 수준에서 머물렀다면, ‘지능형 알고리즘’ 등을 적용한 스마트 센서는 센싱 기능을 포함해 통신 및 데이터 처리와 AI 관련 기능까지 갖추고 있다. 특히 스마트 센서는 상황 인식과 분석, 추론이 가능해 센서에서 생성되는 데이터를 클라우드를 통해 처리하는 방식이 아닌 ‘실시간’으로 처리하면서 현장에 즉각적으로 반영할 수 있게 됐다.

스마트 센서는 MCU(Micro Controller Unit) 내장 및 SoC(System on Chip) 기술 접목을 통해 데이터 처리와 저장, 자동보정뿐만 아니라 △제어 △판단 △자가진단 △의사결정 등 다양한 기능을 갖춰 인간이 감지하는 것과 비슷한 수준으로 대상을 감지하고 사물이 반응하게 한다.

이에 △이미지 △압력 △가속도 △온·습도 △소리 △진동 △가스 같이 제조공정에서 필요한 정보를 인식해 협동로봇이나 자율주행로봇과 조합하고, 시시각각 바뀌는 공정에 ‘유연하게 대처’하거나 다양한 상황에 높은 정확도로 ‘신속 대응’할 수 있도록 지원하는 ‘지능형 구동 알고리즘’이 연구되고 있다.

최근에는 ‘물류 자동화’에 대한 도입이 증가하면서 각종 센서를 공급하는 전문기업에서는 초음파 센서나 모션 센서, 2D 혹은 3D스캐너 등 관련된 제품과 솔루션을 시장에 지속적으로 선보이고 있다. 또, 공장 설비제어와 관련 영역에서의 응용도 활발히 이뤄지고 있는 중이다.

ETRI의 스마트 센서 관련 연구에 따르면, 차세대 스마트 센서 기술은 △스마트팩토리 △스마트기기 △스마트시티 △스마트카 등 다양한 스마트 ‘IT융합 플랫폼’에 적용돼 4차 산업혁명 시대 ‘지능형 IoT 및 AI 서비스 구현’을 가능하게 하는 핵심기술이 될 것으로 전망되고 있다.

측정부터 ‘모니터링’까지 지속 발전 중

스마트팩토리에 적용되는 스마트 센서는 ‘입력부터 출력까지’ 모든 공정을 네트워크 기반으로 ‘데이터화’해 공정과 물류, 실시간 상태 모니터링을 가능하게 하고, 데이터 분석 결과를 다시 공정에 활용함으로써 공정개선과 효율성 향상에 기여할 수 있다.

특히 AI를 비롯한 IoT 통신 및 서비스 등 기술 혁신으로 공급기업들은 ‘통신 네트워크’와 ‘클라우드 서버’를 ‘스마트 센서 모듈(디바이스)’과 결합해 ‘스마트 센서 플랫폼’ 같이 새로운 응용 서비스를 창출해내고 있다. 스마트 센서 플랫폼에서 센서 모듈은 필요한 정보를 수집하는 ‘데이터 수집가’ 역할을 하면서 설치된 센서간 긴밀한 ‘연결성’을 기반으로 인지 및 추론, 판단까지 수행하며 공정 효율성을 높이고 있다.

실제로 최근 ‘스마트팩토리’에 도입되고 있는 스마트 센서 혹은 플랫폼은 단순 측정 작업뿐만 아니라 공정이나 물류, ‘작업 프로세스’ 전체에 대한 모니터링 기능을 수행하고 있다. 또, 생산 시설이나 기기 고장 및 파손 감지, ‘작업자 안전 모니터링’과 함께 유해가스·액체 유출 등 공장 내 ‘생산 환경 전반’까지 모니터링하며 활용할 수 있는 범위가 확대하고 있다.

아울러 스마트 센서는 유지보수와 자동화 및 최적화 솔루션 같이 관련된 새로운 ‘비즈니스 모델’을 개발을 돕고, 제조시설 내 정보 수집 및 분석을 통해 ‘합리적인 의사결정’을 할 수 있도록 지원하는 등 기본적인 측정·계측 기능만을 수행하던 과거에서 탈피해 복잡하고 ‘고차원’적인 역할을 수행하는 핵심이 되고 있다.

글로벌기업 대비 국내기업은 ‘아직’

성능이 우수하면서도 신뢰성이 높고, 비용효율적인 센서를 찾는 수요가 증가하면서 센서 기업들은 기존 센서에 ‘다양한 기술’을 접목해 △저전력 △소형화 △대량생산에 적합하도록 생산하고 있다. 이에 글로벌 센서시장을 선도하는 주요 기업들은 시장 경쟁력을 키우기 위해 지속적으로 제품을 개발해 출시하고, 파트너십 계약 등 ‘시장 확대 및 판로 개척’을 위한 노력을 기울이고 있다는 것이다.

글로벌시장과 달리 국내에서 센서를 개발하는 곳은 ‘일부 대기업’을 제외하면, 중소기업이 대부분을 차지하고 있다. 삼성 등으로 대표되는 국내 센서 관련 대기업들은 이미지 센서나 가속도, 토크 센서 같이 자동차 혹은 스마트폰 등 ‘특정 산업 분야’에 특화된 센서 개발에 집중하고 있다. 산업용 센서와는 거리가 있다.

현재 중소기업이 절대적인 비중을 차지하는 국내 센서기업은 ‘기술력 부족’ 문제 및 영세한 사업규모로 신제품 개발에 난항을 겪고 있으며, 센서 산업 후발주자들보다 ‘가격 경쟁’에서 취약하다는 특성이 있다. 이에 글로벌시장에서도 경쟁에 뒤처지며, 2022년 기준 글로벌시장 점유율도 ‘5% 이하’에 머무르는 중이다. 또, 국내 센서기업들은 센서 소자 개발이 아닌, 수입에 의존하면서 단순 가공·조립 및 패키징 과정을 통해 제품을 생산하는 경우가 많아 센서와 관련된 ‘고부가가치’를 창출해내지 못하고 있다.

아울러 센서를 사용하는 수요기업조차 국내 센서기업 제품에 대한 신뢰성 문제, 시스템에 부합한 센서 제품 부재 등으로 여전히 ‘외산 센서 제품’을 선택하고 있어 시장 내에서 국내 센서기업들이 성장하기에는 녹록치 않은 현실이다.

다만, 오토닉스 같이 다양한 솔루션을 제공하면서도 센서 분야에 대한 ‘기술력’과 ‘전문성’을 입증한 국내 굴지 센서기업도 존재한다. 현재 오토닉스는 매출액이 약 2,000억 정도로 규모가 큰 편이며, 대한민국을 포함해 전 세계 12개국에 법인을 보유하고 있다.

센서 업계 관계자는 “오토닉스 같은 기업이 많이 육성되면, 국내 센서 산업(K-센서)이 글로벌시장에서 갖는 경쟁력이 커질 것”이라며, “미래를 선도하기 위한 유망 센서기업 발굴 및 육성을 위해서는 정부 차원의 지원과 지속적인 기술개발이 필요하다”고 언급했다.

한편, 인더스트리뉴스의 시장조사 결과, 수요기업의 센서 공급업체 선정 과정에서 국내·해외기업 여부가 ‘업체 선호도’에는 영향을 미치지 않았지만, ‘업체 신뢰도’ 측정하는 항목에 대해서는 국내 센서기업(30%)보다 해외 센서기업(52.5%)을 더 신뢰하고 있는 것으로 나타났다(상관없다=17.5%).

또한 국내 센서기업에 비해 해외 센서기업이 평균적인 매출 규모가 큰 것으로 추산됐으며, 설문에 참여한 전체 센서기업 중 2022년 기준 매출액이 가장 낮은 기업과 높은 기업의 차이는 ‘20배 이상’으로 연간 매출액과 관련된 ‘업계 내 격차’가 컸다.

이에 대해 국내 센서기업들은 해외기업과 매출액 격차가 크다는 것보다 시장에서 ‘센서 산업’을 바라보는 시각과 산업을 발전시킬 ‘전문인력 부족’ 현상이 심화되고 있는 점을 애로사항으로 꼽았다. 인식과 관련해 각 산업에서 ‘센서는 필요한 것’이라는 말에는 공감하고 있지만, ‘공정 적합성’보다 ‘공급가격’만을 고려해 제품을 선택하고 있다고 전했다.

센서 공급기업 관계자는 “센서의 중요성에 대한 업계 내 인식 수준이 낮아 고성능, 다기능 센서보다 저비용 센서에만 집중하는 시장 환경이 큰 어려움으로 느껴진다”며, “또, 공급기업에서는 센서 관련 전문 인력이 부족한 경우가 많아 정부의 관심과 더불어 해외의 사례를 참고한 실질적인 지원 정책이 절실하다”고 호소했다.

‘센서 선도국가’들의 다양한 지원책

센서 분야 글로벌기업이 다수 위치한 유럽 및 북미 지역과 대한민국과 인접한 일본·중국은 스마트 센서를 4차 산업혁명 ‘핵심기술’로 인식하고, ‘국가 차원’에서 체계적인 지원 정책 및 산업 육성 방안을 마련해 관련 산업을 발전시키고 있다.

미국은 2013년 ‘첨단제조파트너십’을 통해 제조 혁신 추진과 더불어 ‘센서 기술’을 포함해 미래 제조 공정을 선도할 것으로 예상되는 11개 제조기술을 중점육성분야로 선정했으며, 2016년에는 ‘국가제조혁신네트워크’를 구축해 첨단제조 분야 기반기술에 우선순위를 부여하고 산학 연계 협력을 지속 추진하고 있다.

유럽은 스마트 센서 산업을 ‘국가 핵심 산업’으로 육성하고, 세계 시장을 주도하기 위해 관련 인프라에 대한 지원 정책을 지속 추진하면서 국가간 협력을 진행하고 있다. 이에 2014년에 ‘유럽센서시스템클러스터’ 구축을 추진해 각 산업에 필요한 센서 및 상업화를 위한 핵심 기술을 제시하고 범유럽적 네트워크 구축을 추진했으며, 2019년에는 ‘호라이즌유럽’을 발표해 ‘사물인터넷을 위한 센서 기술’이 포함된 클러스터에 150억 유로 규모의 지원을 단행했다. 특히 유럽 국가 중 ‘인더스트리4.0’을 선포한 독일에서는 ‘하이테크전략2025’를 통해 센서기술의 발전을 통한 미래역량 강화를 명시한 바 있다.

아울러 일본은 보유 중인 ‘제조 기술력’을 바탕으로 IoT 사회를 실현하기 위한 ‘차세대 센싱’과 같은 첨단기술을 개발하는 것에 65.7억엔을 지원했다. 또, 상대적으로 센서 분야 후발국가인 중국은 스마트 제조 산업 내재화를 위한 ‘제조2025’를 발표하고, △국가스마트센서혁신센터 구축 및 운영 △스마트 센서 밸리 조성 △신기술 센서 및 스마트 칩 개발 프로젝트 등 관련 사업에 속도를 내고 있다.

정부도 ‘K-센서’ 지원사업 진행… 일부 검토 필요

대한민국 정부도 센서 업계가 처한 어려운 상황을 인지하고, 2021년 국내 센서 시장 활성화를 위한 ‘시장선도를 위한 K-센서 기술개발 사업’을 2022년부터 시행한다고 밝힌 바 있다. 해당 계획에는 2028년까지 국내 센서 산업이 글로벌 시장에서 갖는 경쟁력을 강화할 수 있도록 적극 지원한다는 내용이 담겨있다.

구체적인 사업 내용에 따르면, ‘시장경쟁형 R&D’를 통해 중·단기 경쟁력 확보가 가능한 수요연계 기술개발을 지원하고, 국내기업의 글로벌 센서 시장 진입을 촉진한다. 또, ‘미래선도형 R&D’를 통해 미래 수요 및 기술발전 방향을 예측해 차세대 센서 소자 핵심기술 확보를 지원하고, ‘센서플랫폼 R&D’로 폼팩터 프리(Form-factor free)나 인공지능 같이 미래 산업수요 및 융복합 기술발전에 대응하기 위한 센서 기반기술 개발 등을 지원한다.

아울러 센서 시제품 제작 및 신뢰성 평가를 지원하는 ‘제조혁신 플랫폼’을 확보하고, 첨단 MEMS 센서 제조에 필요한 ‘MEMS 요소공정기술’ 개발에도 힘쓴다. 추가적으로 국내 센서기업들이 글로벌시장에 원활하게 진출할 수 있도록 해외 마케팅도 적극 지원한다는 내용이 담겨 있으며, 시장 확대를 위해 센서 국제 전시회 참가 및 표준·인증 관련 기술개발 등을 지원한다는 내용도 포함돼 있다.

현재 산·학 연계를 통해 전문인력 양성을 위한 사업은 ‘일부 진행 중’이지만, 당초 공개된 시행계획과는 달리 국내 센서기업이 해외시장에 원활하게 진출할 수 있도록 마케팅 및 표준 인증 지원 등 실질적인 도움을 주는 사업의 진행여부는 ‘불투명’하다. 올해로 ‘시행 2년차’에 접어든 해당 사업에 대해 전반적인 검토가 필요한 부분이다.

K-센서 발전을 위한 ‘업계 내 목소리’

정부 정책과는 별개로 ‘국내 센서 제품에 대한 신뢰도 확보’와 ‘기타 산업처럼 센서 분야도 상호소통과 정보 공유가 중요하다’라는 것이 업계 차원의 중론이다. 이는 센서 관련 정보 공유를 위한 일종의 ‘얼라이언스’를 구성해야 한다는 것으로 해석할 수 있다.

또, 해외 제품에 비해 떨어지는 신뢰도 확보도 시급한 문제로 지적됐다. 인더스트스의 시장조사 결과, 수요기업들은 센서 공급업체에 대해 국내 및 해외기업간 ‘업체 선호도’에는 큰 차이가 없었지만, 상관없다고 응답한 17.5%의 응답자를 제외하고는 국내 센서기업(30%)보다 해외 센서기업(52.5%)을 ‘더 신뢰’하고 있는 것으로 밝혀졌다.

수요기업들에서는 국내 센서 제품이 갖는 경쟁력에 대한 구체적인 안내와 더불어 글로벌기업과 비교했을 때 ‘차별화’가 돼야 한다고 언급했다. 구체적으로 첨단 센서 분야를 선도하는 글로벌기업 대비 기술력이 부족하고, 가격 경쟁력까지 뒤처지고 있어 국산 제품을 활성화 할 수 있는 방안을 심도 깊게 논의해야 한다고 꼬집었다.

아울러 핵심부품 대부분을 ‘수입에만 의존’하는 현재의 행태를 비판하며, ‘장기적인 관점’에서 체계적인 기술개발 및 제품 생산을 진행해 이른 시일 내로 센서에 포함되는 핵심기술과 부품 등을 ‘국산화’해야 한다고 강조했다.

이에 센서 관련 테스트베드를 추가적으로 구축하고, 관련 업체에 대한 비용 지원 및 센서 분야 전문인력 다수 확보 등 ‘다차원적인 관점’으로 국내 센서 산업의 발전을 바라봐야 한다고 전했다.

한편, 업계에서는 현재 센서 제품이 ‘실제 사용자 입장’을 고려한 제품보다는 ‘공급자 위주’로 만들어진 것이 많아 수요자와 공급자간 ‘1대 1 맞춤 설계’가 필요하며, 공급기업 차원에서도 수요기업 공장 내부 각 생산라인에 대한 ‘심층적인 이해’를 바탕으로 적합한 솔루션을 제공해야 한다고 의견을 전달했다.

‘센서 산업’을 위한 논의 진행

인더스트리뉴스에서는 지난 2월 14일 ‘2023년 제조산업 발전을 위한 스마트 센서 시장전망 및 대응전략 간담회’를 열고, 센서 산업 발전을 위한 방향을 모색했다.

간담회에는 로이체일렉트로닉, 씨크코리아, 아이에프엠일렉트로닉, 페펄앤드푹스, LMI테크놀로지 등 총 5개 기업 대표 및 관계자들이 참석해 ‘센서 산업 분야’ 내 다양한 이슈에 대한 의견을 교환했다.

구체적으로 △국내 센서 산업의 현주소 및 대외 비즈니스 환경 △주요 센서 기술과 기업들의 사업 전개 방향 △협업 등 솔루션 확산 전략 등을 순차적으로 논의했으며, 참석자들은 산업자동화 분야와 관련된 ‘K-레퍼런스 팩토리’의 중요성을 강조하면서 ‘한국형 스마트팩토리’에 대한 표준을 마련해야 한다고 강조했다.