이 서 윤 기자
산업통상자원부에 따르면 세계 센서시장 규모는 2012년 796억달러에서 2020년 1,417억달러로 연평균 9.4% 성장할 것으로 나타났다. 이중 첨단센서 비중은 현재 20%에서 2020년 49%로 크게 높아질 것으로 전망된다.
센서시장이 이처럼 확대되고 있는 것은 소비자들의 안전, 편의 등의 요구가 증가함에 따라 첨단 센서에 대한 수요가 급증하고 있는 것이 이유이다. 특히, 최근 스마트폰 확산, 자동차, 로봇의 첨단화 추세는 센서의 수요를 더욱 확대하고 있다.
특히, 최근 센서시장에서 가장 주목할 키워드로는 ‘스마트 센서(Smart Sensor)’가 꼽히고 있는데, 스마트 센서는 지능화된 센서를 의미하는 단어로 센서가 사람의 지능을 갖고 있는 것처럼 움직임 등을 인지하는 기능을 특징으로 한다.
이러한 스마트 센서는 최근 사물인터넷(IoT)이 산업자동화 시장에서 각광을 받게 됨에 따라 더욱 주목되는 기술로서 인정받고 있다.
Market Trend
산업부의 전 세계 센서시장 전망치와는 상반되게 지난 2014년 국내 센서시장은 큰 성장률을 보이지는 않았다.
로이체일렉트로닉 김종헌 대리는 “올해 설비투자율은 2013년 대비 증가했으나, 센서 동종 업계 전반적으로 목표 매출 달성에 어려움을 겪었다. 그 이유로는 센서시장이 그간 프로젝트 규모와 수가 줄어든 만큼, 센서 업체간 치열한 경쟁을 통해 저가형 시장으로 변화됐기 때문”이라며, “지나친 경쟁이 동종업계간 제살 깍아먹기의 요인이 됐지만, 고객에게는 다양한 센서를 알 수 있는 기회뿐 아니라, 가격대비 고성능의 제품을 적용할 수 있어, 장기적으로 생산능력 증대를 가져다주는 기회가 됐을 것”이라고 2014년 센서시장을 분석했다.
센서산업은 선진국의 FA 측정 및 제어를 목적으로 한 도입 증가와 신흥국의 수요가 시장을 견인해왔다. 때문에 선진국을 중심으로 자동차, 스마트폰, 태블릿 PC, 전기·전자 등의 분야에 다양한 센서가 탑재됨에 따라 시장의 꾸준한 성장이 거듭돼왔다.
최근에는 단순 기능의 센서보다는 고부가가치의 스마트 센서에 대한 수요가 급증함에 따라 센서시장의 가격하락 현상 또한 극명하게 진행되고 있다.
국내 센서산업의 경우, 일부 대기업을 제외하고 대부분 영세한 구조를 가지고 있으며, 상당수의 기업이 수입 센서를 기반으로 제품의 후가공, 패키징 등에 의한 모듈생산에 의존하고 있는 실정이다.
정보통신산업진흥원에서 발간한 보고서에 따르면, 국내 센서산업을 두고 ‘국내 센서업계의 경우 일부 품목을 중심으로 칩과 프로토 타입이 개발되고 있지만, 기술 격차가 상당한 수준으로 세계적 수준의 반도체 기술수준과 양산 능력을 보유한 반도체사와의 R&D 협력이 절실하다’고 강조하고 있다.
Smart Sensor
센서는 검출기로서 존재하며 1970년대부터 본격적으로 센서라는 용어로 널리 사용됐다. 과거 검출기가 일정 물체의 감지 수준에 머물렀다면, 센서는 감지 신호를 전달해 중앙처리장치가 사후 판단을 내리도록 한다는 점에서 성격을 달리한다.
1980년대 이후부터는 마이크로머시닝 기술의 발달을 통해 조립식 센서를 반도체 IC와 같은 기판 상에 구현할 수 있게 됐으며, 최근에는 네트워크 컴퓨팅 기술이 적용되면서 본격적인 스마트 센서의 시대가 도래하게 된다.
스마트 센서는 마이크로 센서 기술에 반도체 VLSI(Very Large Scale Integration) 기술을 결합시킨 것으로 컴퓨터의 우수한 데이터 처리능력, 판단기능, 메모리 기능, 통신 기능 등을 가짐으로써 기존의 센서와는 차별화된 장점을 가진다.
스마트 센서의 가장 큰 핵심기능은 컴퓨터의 기능까지 가능하다는 점이다. 최근에는 네트워크 컴퓨팅 기술과 더불어 스마트 센서가 서로 유연하게 정보를 주고받을 수 있는 수준까지 기술이 발달함에 따라 스마트 센서가 관련 분야에서 주목하는 기술로 인정받고 있다.
스마트 센서의 구현기술은 MEMS(Micro Electromechanical System) 기술, 반도체 SoC 기술, 임베디드 소프트웨어 기술 등이다. MEMS, 그리고 반도체 공정 기술을 이용하기 때문에 스마트 센서 기술은 개발비가 높지만 양산단가가 낮고, 초소형화 및 저전력을 실현할 수 있다.
MEMS 기술은 기존의 기계식 센서 구조를 초소형, 초경량이 가능하도록 만들고 있으며, 이러한 추세에 따라 개발된 센서는 모바일, 헬스케어, 자동차, 우주항공, 군수 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 현재는 미국, 유럽, 일본이 세계시장의 70%를 점유하고 있는 실정이다. 이 기술은 점차 초소형, 고성능, 다기능의 센서로 발전을 거듭하고 있으며, USN(Ubiquitos Sensor Network)의 핵심기반이 되고 있다.
Application
최근 스마트 센서는 다양한 형태로 구현됨에 따라 애플리케이션을 확장하고 있다. 일례로 근육의 움직임을 인식해 반응을 보이는 촉각센서가 있다. 미국에서 개발된 이 촉각센서 암(Arm) 밴드를 손목에 착용함으로써 이용자의 손동작을 인식해 다양한 기기들을 움직일 수 있다. 이 기기는 이용자의 근육 속 전기신호를 인식해 다른 곳으로 전송할 수 있는 수준의 기술력을 보여주고 있다.
국내에서도 새로운 스마트 센서의 사례가 최근 개발됐다. 서울대 박태현 교수팀은 지난 2013년 말 인공 후각 및 미각 센서를 개발했다고 발표한 바 있다. 이 기술력은 후각 수용체에 냄새분자가 붙으면서 발생하는 미세한 전기신호를 측정할 수 있는 센서를 말한다.
한편, 오스트리아의 한 기업에서도 뇌파 측정장치가 부착된 모자를 쓰고 자판 글자를 바라보면 자동적으로 타이핑이 되는 센서 제품을 판매 중에 있으며, 미국 브라운대학연구팀은 뇌졸중 환자 뇌에 센서칩을 이식하고, 센서신호를 통해 로봇 팔을 제어하는 데 성공한 바 있다.
앞서 스마트 센서의 정의를 ‘컴퓨팅의 기능을 갖춘 센서’로 지정한 바 있다. 컴퓨팅의 기능이라는 것이 이제는 위의 다양한 사례와 같이 초고도화 기술력까지 혁신을 이뤄내고 있다.
이처럼 스마트 센서는 최근 매우 빠른 속도로 진화를 거듭하고 있으며, 상용화되진 않았지만 이미 사람의 기능까지도 가능한 수준으로 제품이 생산되고 있다.
지난 2013년 ‘MIT테크놀러지리뷰’가 발표한 ‘2013년 세상을 바꿀 10가지 기술’에는 사람의 두뇌를 구성하는 무수한 신경세포를 실제와 가장 유사하게 구현한 신경망 기술인 ‘딥 러닝(Deep Learning)’이 첫 번째로 꼽혔다.
센서기술은 점차 스마트하게 변신하고 있으며, 그 혁신은 사람과 컴퓨터, 사람과 로봇, 사람과 기계 사이의 소통이 가능해지고 있다. 센서기술은 이제 우리의 삶 속에서 가장 기본적이며 핵심적인 기술력으로서 인간의 삶을 변화시키고 있다.
Key Point
“근래에 점점 더 많은 센서와 액추에이터들이 파라미터 세팅 및 출력 제어, 컨피규레이션 데이터 저장이 가능한 마이크로프로세서에 부착돼 출시되고 있다. 이 시점에서 자동화 업계에서 고려해야 할 다음 스텝은 기존 스탠더드 인터페이스의 병목현상을 해결하고, 자동화 시스템을 위한 중앙관제 기능을 개발하는 것이라고 할 수 있는데, 이러한 이유로 자동화 업계 다수의 제조사들이 함께 센서와 액추에이터를 위한 독립적인 커뮤니케이션 인터페이스인 IO-Link를 개발했다.”
터크코리아의 정진성 차장이 언급한 바와 같이 최근 센서시장에서 주목할 이슈는 단연 커뮤니케이션이 가능한 인터페이스의 개발이다.
정 차장은 센서시장에서의 ‘스마트’ 바람으로서 ‘IO-Link’를 언급했다. 연구의 결과로서는 이미 사람의 기능을 가능케 할 정도로 센서의 기술력이 발달했지만 실질적으로 자동화시장에서 언급하는 스마트한 산업동향은 유연하게 정보교류가 가능한 인터페이스의 개발이 가장 우선으로 꼽힌다는 것이다.
IO-Link란 센서 혹은 액추에이터를 인터페이스 모듈과 1 : 1로 연결하는 방법인데, 그동안의 2선식 케이블 연결의 경우 단순 스위칭 데이터만을 전달할 수 있었지만, IO-Link는 2ms 사이클을 통해 2byte의 스위칭 정보와 데이터 채널을 함께 전송할 수 있다는 것이 특장점이다. 또한, 파라미터값 혹은 진단 메시지 등의 추가적인 정보 전송도 가능해 센서와 액추에이터 등의 최하단 자동화기기의 통신도 현실화할 수 있다.
정 차장은 “현장에서 IO-Link 통신을 이용할 때의 다양한 혜택 중 하나를 꼽자면 스탠더드 와이어링이 가능하다는 점인데, IO-Link의 경우 별도의 통신용 쉴드 케이블이 필요하지 않고, 기존의 일반 3선 케이블로 통신 연결이 가능하므로 통신을 위한 값 비싼 쉴드 케이블에 비용을 들일 필요가 없다”고 강조했다.
최근 IO-Link에 대한 고객들의 관심이 증가하고 있는데, 때문에 대표적인 센서 업체들 또한 IO-Link 통신이 가능한 기능을 제공하고 있다. 이를 통해 궁극적으로 고객들은 효율적인 생산공정 운용과, 설비 투자비 절감의 효과를 확보할 수 있게 된다는 게 업계 관계자들의 의견이다.
Needs
앞서 센서시장에서 주목하는 기술적 지원으로 ‘통신 인터페이스’가 언급됐다. 이는 기술적인 측면에서 고객들의 요구사항으로 볼 수 있으며, 그 외에도 최근 센서 제품군을 구매하는 고객들의 요구는 다양화되고 있다.
로이체일렉트로닉 김 대리는 “업체 미팅시 담당자들이 가장 민감하게 반응하는 부분은 단연 가격이다. 최근 국내 경기둔화에 따라 고객들은 저가형 센서를 우선시하고 있으며, 이제는 High Quality에서 Low Price 시장으로 바뀌어 가는 과도기에 있다고 생각한다”며, “때문에 최근 동종업계는 저가형 모델 공급 및 개발에 집중하고 있다”고 설명했다.
이러한 이유로 로이체일렉트로닉은 원가절감을 위해 국외에 대량생산이 가능한 자동화 공정라인을 구축한 상황이라고 전했다.
센서 관련 업계 다른 관계자 또한 “센서 업계가 특화된 고성능 제품을 제외하고 가격대비 성능을 중시하는 중저가 브랜드를 찾는 고객들의 수요와, 동종업계간 제품 우위를 차지하기 위한 경쟁으로 고성능의 저가형 신제품 개발에 집중하고 있다”고 설명했다.
Advance
센서산업은 국내는 물론이고 전 세계적으로 최첨단 기술력 중 하나로 인식되며 기술수준 또한 스마트 센서를 통해 생체인식까지 가능한 수준에 도달했다.
업계는 기존의 적용 영역 외에도 모바일, 의료, 군수, 헬스케어 등까지 애플리케이션을 확장하며 점차 인간의 삶 깊숙이 그 기술을 도입하고 있다.
하지만 국내 센서산업은 아직 선진국의 수준에는 도달하지 못한 상황으로서 선진국의 센서를 수입해 후공정처리 등에 사용하는 수준으로서 향후 시장의 확장을 위해서는 넘어야 할 산이 많다.
특히 최근 스마트 센서로 발전을 거듭하고 있는 센서산업을 감안했을 때, 국내 스마트 센서산업은 기술력은 있지만 일부 분야에만 치우친, 그리고 대기업에 치우친 구조를 갖고 있다.
스마트 센서의 경우, 산업별 크기, 정확성, 안전성, 신뢰성, 수명주기 등이 천차만별로서 고객의 요구사항에 따라 판이하게 다른 제품군이 개발될 수 있음을 유념해야 한다. 이는 곧 중소기업에 더욱 적합한 산업구조라고도 할 수 있는데, 정작 국내 센서업계의 경우 중소기업이 꾸준히 R&D를 진행할 수 있는 상황은 아닌 것으로 판단된다.
이러한 국내 센서산업이 보다 스마트하게 발전을 거듭하기 위해서는 대기업의 앞선 투자와 정부의 적극적인 R&D 지원이 절실하다는 게 업계의 의견이다. 다소 오래된 기술력으로 인식될 수 있지만, 국내 센서산업은 아직도 걸음마 단계라고 언급될 만큼 답보 상태를 거듭하고 있는 만큼 가능성 또한 크다는 또 다른 방증이 될 수도 있다. 지금부터가 시작이다.
FA Journal 이 서 윤 기자 (fa@infothe.com)
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