본문으로 바로가기

스마트더스트

컴퓨터와 컴퓨터를 이어주는 네트워크 시스템 그리고 위성을 통해 자신의 위치를 파악하는 GPS는 당초 군사용 목적으로 개발되었지만현대인이 생활하는 데 있어 필수품이 돼버린 인터넷과 네비게이션의 탄생에 결정적 영향을 미친 혁신적 기술 들이다.

그런데 여기 또 하나의 혁신적 기술이 현대인의 생활을 근본적으로 바꿀 준비를 하고 있다네트워크 시스템이나 GPS처럼 군사적 목적으로 탄생했지만다가오는 사물인터넷(IoT) 세상을 선도할 것으로 전망되는 이 기술은 바로 스마트 더스트(Smart Dust)’.

 

주변의 변화를 감지하는 초소형 센서들의 군집 시스템

'똑똑한 먼지'가 사물 인터넷 세상을 앞당긴다! 스마트 더스트(Smart Dust)의 탄생▲ 먼지처럼 작은 초소형 센서 스마트 더스트’ (출처obosapiens.mit.edu)

스마트 더스트는 초소형 센서들이 잔뜩 모여 있는 군집 형태를 가리키는 용어다초소형 센서들을 먼지처럼 뿌려서 온도나 습도압력 같은 물리적 정보들을 감지해 무선 네트워크로 전송하는 기술이다.

초소형 센서라고 해서 단순한 기능만 갖추고 있을 것이라 생각하면 오산이다눈에 겨우 보일 정도의 크기지만컴퓨팅은 물론 양방향 무선 통신 및 태양전지 같은 에너지 저장 기능까지 탑재된 첨단 장치다.

초소형 전자기계 시스템인 멤스(MEMS)를 활용해 센서를 구현하고감지된 정보를 자체 저장하거나 통신 기능을 통해 다른 센서 및 중앙 서버로 전송할 수 있다그리고 소재 간 온도차와 태양열 등을 활용해 스스로 에너지를 생산하고이 에너지를 초소형 배터리에 저장해 사용하도록 설계되었다.

특히 하나의 초소형 센서가 다른 여러 개의 초소형 센서들과 서로 네트워크를 형성하면서상호 통신뿐만 아니라 정보 교환까지 가능한 기능은 스마트 더스트 시스템만이 가지고 있는 강점이다.

'똑똑한 먼지'가 사물 인터넷 세상을 앞당긴다! 스마트 더스트(Smart Dust)의 탄생▲ 5센트 동전의 두께와 비슷한 초소형 스마트 더스트’ (출처michigan.edu)

그렇다면 어째서 이처럼 눈에 겨우 보일 정도의 초소형 센서를 개발하게 된 것일까지금으로부터 20여 년 전인 1990년 대 후반미국 캘리포니아대학에 재직하고 있던 크리스 피스터(Kris Pister)’ 교수는 미 국방부로부터 흥미로운 제안을 받는다신출귀몰하게 움직이는 적국의 저격수를 잡기 위한 방안의 하나로 초소형 센서 개발을 의뢰 받았다.

초소형 센서들을 저격수가 잠복할 만한 장소에 미리 촘촘하게 뿌린 다음이들의 움직임을 감지하여 생포하거나 사살하겠다는 것이 국방부의 계획이었다.

이 같은 계획에 대해 피스터 교수는 제 아무리 뛰어난 저격수라도 자신의 위치가 노출되면, ‘독 안에 든 쥐’ 같은 신세로 전락할 수밖에 없다라고 말하며 국방부의 계획을 들은 후 곧바로 연구에 착수해마침내 스마트 더스트 기본 모델을 개발할 수 있었다라고 밝혔다.

물론 당시 개발된 스마트 더스트의 크기가 처음부터 초소형은 아니었다당시 기술로는 성냥갑만 한 크기가 최선을 다한 모델이었기에 상용화를 추진하기에는 불가능한 수준이었다하지만 지난 2015년 미국 미시간대학 연구진이 1㎣ 크기의 초소형 센서 ‘M3’을 개발하면서 다시금 주목을 받는다.

 

재난 예방부터 생태 관측까지 다양한 용도로 활용

'똑똑한 먼지'가 사물 인터넷 세상을 앞당긴다! 스마트 더스트(Smart Dust)의 탄생▲스마트 더스트를 활용한 농작물 냉해 방지 프로젝트 (출처futureristspeaker.com)

눈에 겨우 보일 정도로 센서의 크기가 작아지게 되면서일명 똑똑한 먼지라고 불리는 스마트 더스트는 다양한 분야에서 활용이 검토되고 있다.

대표적으로는 사람이 접근하기 힘든 지역에서 발생하는 산불이나 홍수 같은 자연재해 예방에 사용되는 것을 꼽을 수 있다또한 생태 관측이나 생화학적 오염 측정또는 물류 관리 등 다양한 분야에도 조금씩 활용되고 있다.

스마트 더스트를 활용한 모니터링 사례로는 미국의 석유회사인 쉐브론(Chevron)이 정유공장에서 사용하는 물저장 탱크의 수위 및 온도 등을 실시간으로 파악한 것이 최초 사례로 꼽힌다.

또한 생태 관측에 활용된 경우로는인텔 연구소와 UC버클리대학이 공동으로 바다제비의 생태를 원격으로 모니터링하기 위해 스마트 더스트를 활용해 무선 네트워크 구축 프로젝트를 진행한 사례를 들 수 있다.

이들 공동 연구진은 바다제비들이 모여 사는 섬을 대상으로 스마트 더스트를 대거 살포한 뒤이들의 생활 습관을 모니터링했다이를 통해 번식과 산란 시기를 파악했고어떤 먹이를 즐겨 먹는지도 조사했다그 결과 그때까지 제대로 알려지지 않았던 바다제비에 대한 정보를 학계에 제공하는 성과를 거둘 수 있었다.

'똑똑한 먼지'가 사물 인터넷 세상을 앞당긴다! 스마트 더스트(Smart Dust)의 탄생▲스마트 더스트를 활용한 모니터링 (출처http://www.mediatrackingofindia.com)

생태 관측보다 더 파급효과가 큰 스마트 더스트 사례로는 재해 및 재난 발생에 대비하여 추진하고 있는 모니터링 프로젝트가 있다네덜란드 트웬테대학 연구진이 산불 예방을 위해 스마트 더스트를 활용한 사례다현재 초소형 센서를 산에 뿌려 무선 네트워크를 형성하고이를 모니터링 센터에서 감지해 산불 확대를 막는 일에 스마트 더스트가 사용되고 있다.

또한 농작물의 냉해처럼 사람이 미처 파악하기 어려운 재해에도 스마트 더스트를 적용해 실시간으로 토양의 환경 정보를 수집하고 모니터링하는 업무를 추진하고 있다.

관련 사례로는 인텔 연구소와 캐나다 농림수산청(AAFC)이 공동으로 추진 중인 포도 수확 프로젝트를 들 수 있다브리티시컬럼비아 지역에 위치한 20여 만㎡의 포도밭이 냉해 피해를 입지 않도록 하기 위해 대기 온도를 실시간으로 측정하여 관리하고 있다.

이 뿐 만이 아니다. UC버클리대학과 인텔 연구소는 공동으로 샌프란시스코의 명물인 금문교(金門橋)가 안전하게 작동되는지를 파악하는 모니터링 프로젝트를 진행하고 있어 화제가 되고 있다.

 

의료 및 주거환경 개선에 최상의 효과 기대

'똑똑한 먼지'가 사물 인터넷 세상을 앞당긴다! 스마트 더스트(Smart Dust)의 탄생

앞서 살펴본 사례 들 외에도 스마트 더스트의 응용 분야는 실로 무궁무진하다단독 기술 자체만으로도 활용도가 높지만멀지 않은 미래에는 다른 여러 기술들과 결합하는 진정한 의미의 IoT 기술로 더 많은 관심을 받을 것으로 사람들은 기대하고 있다.

그런 기대효과 중 하나가 스마트 더스트를 사용해 쾌적한 실내 환경을 조성하는 것이다지하철이나 사무실 등 주변에 이 센서를 뿌려 놓으면온도와 빛그리고 진동 및 성분 등을 감지하고 분석할 수 있어서 쾌적한 환경을 유지할 수 있다.

재해 예방 및 사후관리도 스마트 더스트를 사용할 수 있는 분야다지진 발생 후 고층 건물의 안전도를 검사할 때 많은 시간과 비용이 들게 되는데진동을 감지하는 스마트 더스트를 미리 뿌려두면 진동 정도를 미리 계산해서 경보해 주어 수많은 인명피해를 막을 수 있다.

이 밖에 사무실 근무자의 옷에 스마트 더스트를 부착하면 실내 온도를 측정하여 건물의 냉난방 장치로 신호를 보내주어 온도를 자동으로 조절할 수 있다또한 아기들의 기저귀에 스마트 더스트를 붙이면 아기의 위치와 상태를 일일이 감지해 알람을 울리게 만들 수도 있다.

'똑똑한 먼지'가 사물 인터넷 세상을 앞당긴다! 스마트 더스트(Smart Dust)의 탄생

마지막으로는 의료용으로 활용될 스마트 더스트의 미래다스마트 더스트를 인체에 삽입하면 사람의 다양한 생체 신호를 수집하고 이를 치료 및 진단에 활용할 수 있다는 것이 전문가들의 의견이다.

실제로 글로벌 제약회사인 글락소스미스클라인(GSK)과 구글의 베리파이(Verify)는 스마트 더스트를 이용한 의약품 개발 전문기업인 갈바니 바이오 일렉트로닉스를 설립한 바 있다또한 전기자동차 회사인 테슬라도 샌프란시스코에 뉴럴링크(Neuralink)를 설립해 신경 질환을 진단하고 치료하기 위한 스마트 더스트를 개발중이다.

 '똑똑한 먼지'가 사물 인터넷 세상을 앞당긴다! 스마트 더스트(Smart Dust)의 탄생

문제는 먼지처럼 작은 스마트 더스트가 작동하기 위해서는 극소형 배터리로 수년간 작동할 수 있어야 한다는 점이다따라서 태양열 및 초소형 연료전지그리고 운동에너지 등을 이용해 통신에 사용되는 에너지를 효율적으로 최소화시키는 연구에도 관심이 모아지고 있다.

한편 모든 신기술이 대부분 그렇듯이 스마트 더스트의 미래에도 밝은 면만 있는 것은 아니다특히 제2의 미세 플라스틱 사태가 될 수 있다는 것이 환경 전문가들의 지적이다향후 적게는 수 억 개에서 많게는 수십억 개의 스마트 더스트가 지구 곳곳에 쌓이게 될 텐데그럴 경우 미세 플라스틱처럼 새로운 환경 오염원()이 될 수 있다는 것이다이 외에도 많은 과학자들은 스마트 더스트가 소설가 조지 오웰의 작품인 ‘1984’에 등장하는 빅 브라더(Big Brother)’를 현실로 만들 수 있다는 점을 우려하기도 한다.

스마트 더스트의 긍정적인 측면을 최대한 끌어올릴 수 있는 방법을 찾아가며부작용이 우려되는 부분에 대한 대책을 함께 마련해간다면스마트 더스트는 인류와 자연 모두를 위한 좋은 기술로 활용 될 것으로 기대한다.

이메일은 공개되지 않습니다.