디스플레이 라이프 2019.04.08

알아두면 쓸모 있는 양자역학 이야기 – 플랑크 상수

막스 플랑크(Max Planck)는 양자역학의 성립에 핵심적인 기여를 한 독일의 물리학자로, 1899년 새로운 기본상수인 플랑크 상수(Planck Constant, 기호 ℎ)를 발견하였다. 그가 물리학계에서 최초로 ‘양자(Quantum)’라는 개념과 용어를 도입했기에 양자역학은 플랑크의 등장으로 시작되었다고 볼 수 있다. 플랑크 상수는 ℎ를 사용하며, 값은 ℎ = 6.63×10-34 , 단위는 J/s 이다. 숫자로 따지자면 10의 마이너스 34제곱이기 때문에 어마어마하게 작은 단위이다. 그만큼 양자의 크기가 작음을 느낄 수 있다. 플랑크 상수는 최근에 다시 한번 주목을 받았다. 그 동안 무게를 정의하기 위해 국제킬로그램(90%백금-10%이리듐 합금) 원기의 질량(1889년 정의)을 사용했으나, 작년 5월부터는 플랑크 상수를 질량의 기준으로 사용한다. 에너지 불연속 개념에서 도출된 플랑크 상수는 현세대에 연속성을 지닌 질량의 정의에 사용되는 기준이 되기도 한 것이다. 그럼 플랑크 상수란 무엇일까? 플랑크 상수는 고전 물리학의 골칫거리였던 흑체복사의 자외선 파탄 현상을 설명하려는 과정에서 시작됐다.   자외선 파탄현상에 관한 빈의 해석 플랑크는 자외선 파탄현상을 연구하며 흑체복사 강도의 분포에 관한 ‘빈의 공식(Wien’s formula)’에 주목했다. 실험물리학자인 빈은 실험을 통해 공식을 만들었는데 흑체의 열복사 결과를 어느 정도 실제 값에 근사시켰다고 볼 수 있다. ▲ 빈의 공식을 이용한 복사에너지 근사 그래프상 약간의 오차를 가지고 있음을 알 수 있는데 도출 과정에서 고전물리학의 한계를 넘지는 못했기 때문이다. 이를 해결한 사람이 바로 플랑크이다.  …
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갤럭시S10 5G 출시, 세계 최초 5G 시대를 열다
전문가 뷰 2019.04.05

갤럭시S10 5G 출시, 세계 최초 5G 시대를 열다

오늘 삼성 갤럭시S10 5G 모델이 출시되면서 일반 소비자를 대상으로 본격적인 5G 시대가 열렸다. 어느 나라가 세계 최초로 5G 서비스를 시작하게 되느냐가 뜨거운 이슈가 될 정도로 관심이 높았고, 촌각을 다투는 치열한 경쟁 끝에 우리나라가 세계 최초라는 타이틀을 거머쥐었다. 특히 갤럭시S10 5G모델은 직전에 출시한 4G LTE용 갤럭시S10에 비해 사전 예약 기간이 짧았음에도 상당히 고무적인 예약량을 기록하며 5G에 대한 인기를 실감케 했다. 도대체 5G는 기존 통신망과 무엇이 다르고, 일반 소비자들은 어떠한 새로운 경험을 하게 될 것인가?   5G 서비스가 도대체 얼마나 다르길래? 2G, 3G에서 4G LTE에 이르기까지 무선 네트워크 진화의 중심 키워드는 ‘속도’였다. 5G는 다운로드 기준 최대 20기가bps 속도를 제공하기 때문에 기존의 4G LTE 대비 20배나 빠르다. 2시간 분량의 UHD급 영화 한 편이 약 5기가바이트임을 고려할 때, 2초만에 다운로드 할 수 있다. 하지만 5G에 주목하는 이유가 ‘더 빠른 속도’ 때문만은 아니다. 수 많은 사물을 연결하는 초연결성과 딜레이 없는 초저지연성(Low Latency)을 제공해 차원이 다른 인프라로 진화했기 때문이다. 4차 산업혁명의 핵심에는 모든 사물이 연결되는 이른바 사물인터넷(IoT)이 있다. 5G가 본격 사용되면 단위면적(1㎢)당 100만개가 넘는 연결성을 제공해, 사실상 주변에 존재하는 모든 사물과 사람이 소통할 수 있어 자동차, 드론, 로봇 연결은 물론, 스마트 팩토리, 교통시스템, 무인항공기 등 대용량…
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디스플레이 라이프 2019.04.02

[영화속 IT 기술] 5G와 디스플레이 – 영화 ‘PMC: 더 벙커’

작년 말 개봉했던 영화 ‘PMC: 더 벙커(이하 더 벙커)’는 판문점 DMZ 지하 30m에 위치한 비밀벙커로 침투한 용병들의 사투를 그렸다. 영화에서는 5G, 안면인식, 웨어러블 디스플레이, 심전도 워치, 드론 등 첨단 장비를 선보이며 근 미래 군사작전을 생생히 그렸다.   끊김없는 고화질 영상을 실시간 전송하는 ‘5G’기술 ▲ 영화속에서 미니드론으로 촬영한 화면을 보는 장면 (출처: PMC: 더 벙커) 영화의 설정은 5G가 일상화된 2024년이다. 에이햅은 상황실에서 대원들 몸에 부착한 POV(Point of View)카메라와 미니 드론을 통해 화면을 지켜보면서 대원들에게 지시를 내린다. 여러 명이 동시에 참여하는 화상회의 영상은 버퍼링이나 끊김이 없다. 고화질 대용량 영상을 실시간으로 전송하는 5G 기술은 영화 내내 등장한다. ▲ 화상으로 회의를 하는 장면 (출처: PMC: 더 벙커) 5G는 28GHz의 초고대역 주파수를 사용하며, 4세대(4G)인 롱텀에볼루션(LTE)에 비해 20배 빠르다. 2GB짜리 고화질 영화 한 편을 다운로드하는데 0.8초면 가능하니, 영화에 등장하는 초고화질 실시간 화상회의도 문제 없다. 단순히 빠른 속도만 추구하는 것이 아니라 통신 지연도 없다. 5G 환경에선 LTE보다 전송 지연이 10분의 1수준이다. 사실상 즉각 반응 속도와 유사하다. 1㎢ 이내에서 최대 100만 대의 기기와 동시에 정보를 주고받고 시속 500㎞ 고속열차에서도 자유로운 통신이 가능하다. 업계에선 5G 시대엔 430억 개의 다양한 기기 간 연결될 것으로 보고 있다. 세계 최초의 일반인 대상 5G…
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유체역학과 같이 운동이 있는 경우는 관성력을 포함한 여러 가지 힘이 관련되기 때문에 더욱 복잡해집니다. 예를 들어 자동차나 축구공 등에 생기는 공기 항력은 물체의 크기, 속도, 밀도, 점성계수, 중력가속도, 음속 등 여러 변수에 의해서 결정됩니다. 이에 관한 차원해석을 수행하면 레이놀즈(Re)수, 마하(Ma)수, 프루드(Fr)수와 같은 무차원수들이 도출됩니다. 이들은 각각 점성력, 압축력, 중력에 대비한 관성력의 크기를 나타냅니다. 역학적 상사를 이루려면 이론적으로 이들 무차원수들이 각각 같은 상태가 되어야 합니다. 여기 소개된 무차원수 이외에도 지금까지 여러 학문 분야에서 다양한 무차원수들이 정의되어 있습니다. 각 분야에서 큰 업적을 이룬 대가들의 이름을 따서 명명된 것들입니다. 이들 무차원수는 물리적으로 중요한 의미를 가지며 관련 분야의 개념 정립과 학문 발전에 지대한 기여를 해왔습니다. 상사법칙과 무차원수를 이해하는 것만으로도 해당 분야의 핵심 개념을 이해하는데 도움이 될 것입니다.
디스플레이 라이프 2019.04.01

쉽게 알아보는 공학이야기 9 – 상사법칙

상사(similarity, 相似)법칙은 일명 닮은꼴 법칙이라고 합니다. 일반적으로 우리는 어떤 구조물이나 설비를 제작하기 전, 주변 환경이나 내부의 역학적 상태를 추정하기 위해서 모형을 만들어 실험을 합니다. 상사법칙은 기하학적으로 닮은 두 물체가 역학적으로도 닮음꼴이 되기 위한 조건을 나타내는 법칙으로, 차원해석*에 기초하고 있습니다. 기하학적으로 닮은 두 물체에 관여하는 모든 물리량의 비율이 동일하면, 두 물체에 일어나는 현상 역시 같은 결과를 얻을수 있기 때문입니다. 상사법칙을 써서 축소 모형(model) 실험에 필요한 실험조건을 제시하고, 측정결과를 원형(prototype)에 대한 결과로 환산해 줍니다. 또한, 크기가 다른 신제품을 개발할 때 축척 변화에 따른 성능과 용량 변화를 미리 추정할 수 있습니다. *차원해석: 어떤 관계식을 구하기 위해 등식의 양변 및 각 항의 차원 등을 해석하는 방법.   기하학적 상사 상사법칙은 스케일 변화에 따른 비례관계를 설명합니다. 상사(similarity, 相似) 중 가장 기본적인 것은 기하학적 상사(geometric similarity)로서 상대적인 길이나 각도 등 닮은꼴 형상이 그대로 축소 또는 확대된 것입니다. 길이 축척(dimensional scale factor)이 정해지면 그에 따라서 면적이나 체적 등 기하학적 요소들이 결정됩니다. ▲ 두 배의 크기로 개발된 대형 펌프 특성 예를 들어, 축척이 2인 펌프를 만들면 회전날개와 연결관 지름 등은 모두 2배가 되고, 면적은 4배, 체적은 8배가 됩니다. 따라서 같은 재료로 만들었을 때 무게는 8배가 됩니다. 날개의 회전각…
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전문가 뷰 2019.03.29

일상생활을 혁신할 이색 IT 기술들

생각만으로 로봇을 움직일 수 있다면 어떨까? 음식을 요리하지 않고 찍어낼 수 있다면 편하지 않을까? 슬리퍼나 신발이 알아서 정리정돈 된다면, 아침에 일어나 1초 만에 화장하는 방법이 있다면 또 어떨까? 이러한 것들은 영화에서나 볼 수 있는 장면 같지만, 곧 홈쇼핑에서 만나게 될지도 모른다. 가까운 미래에 일상에서 만날 수 있을 법한 이색 IT 기술을 지금부터 살펴보자.   초밥을 찍어내서 먹는다? 스시 싱귤러리티 도쿄 (출처: sushi singularity) 지난해 열린 SXSW(South by Southwest, 미국에서 열리는 세계 최대 콘텐츠 컨퍼런스) 2018에서는 세상에서 볼 수 없던 초밥이 선보였었다. 3D 프린터로 인쇄한 맞춤형 초밥을 선보이는 프로젝트 ‘스시 텔레포테이션’에서 만든 초밥이다. 초밥의 맛과 식감, 색, 영양소, 형태를 데이터로 만들어 저장한 다음, 푸드 프린터로 원하는 초밥을 출력해서 먹는다는 개념이다. ▲ SUSHI SINGULARITY TOKYO (출처: 3DP id.arts) 스타트업 오픈밀스(openmeals)는 올해 ‘스시 싱귤라리티 도쿄’를 선보이며 한 발 더 나아간 맞춤형 3D 프린팅 초밥 레스토랑을 선보였다. 2020년 도쿄에 오픈할 이 가게에서는, 검사 키트를 이용해 개인 건강 상태를 검사한 다음 그에 맞는 초밥을 제공할 예정이다. 출력 재료는 다양한 소재로 만든 식용 젤이 사용된다. 초밥을 찍는 ‘픽셀 푸드 프린터’는 로봇팔을 갖고 있어서, 다양한 형태의 초밥을 만들 수 있다. 음식 데이터는 공용 데이터베이스에 저장되기 때문에, 원하면…
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디스플레이 라이프 2019.03.21

알아두면 쓸모있는 양자역학 이야기 – 3. 빛의 입자설

고대 그리스 시대의 데모크리토스는 빛을 입자라고 주장했고, 아리스토텔레스는 파동이라고 주장했다. 이후 고전역학 시대에는 빛과 그 빛이 방출하는 에너지가 연속적이라고 생각해, 마치 스피커 볼륨을 올리면 소리가 일정하게 커져 가는 모습과 비슷하게 여겼다. 하지만 고전역학으로 몇 가지 자연현상을 설명하기 어렵게 되면서 물리학적 사고의 전환이 필요하게 되었다. 고전역학에서 현대역학으로 넘어가게 되는 패러다임의 전환은 빛의 입자설 등장에서 본격적으로 시작됐다. 20세기 이전에는 뉴턴 역학, 맥스웰의 전자기학이면 모든 자연현상을 설명할 수 있다고 생각했으나 20세기 들어 상대성 이론과 양자론이 등장하며 고전역학의 오류를 비로소 해결할 수 있게 되었다. 과학사로 볼 때, 양자역학 관점에서 고전물리학의 오류를 처음으로 논하게 된 계기는 전자기파의 열복사(thermal radiation) 현상에 관한 설명이 어렵다는 것이었다. 에너지는 연속적이라는 기존의 관념으로는 자외선 영역의 열복사를 수학적으로 기술하지 못했는데 빈(Wien)과 플랑크(Planck)에 의해 이 문제가 풀렸다. 플랑크는 연속적인 에너지를 일정한 크기로 잘라서 단편화시킨 개념인 에너지 양자가설(quantum hypothesis)을 제안한다. 물질에 의한 열복사의 방출 또는 흡수는 연속적으로 일어나는 것이 아니라 이미 정해진 불연속 에너지의 정수배로 일어난다는 것이다. 예를 들어 표현하면 미시 세계에서는 위의 그림처럼 에너지(구슬)가 연속적으로 굴러 내려오는 것이 아니라, 우측의 계단처럼 정해진 비율로 불연속적으로 움직인다는 것이다.  이는 고전물리학과 정면으로 대치되는 가설로써 그의 열복사 공식을 만족시키기 위해 혁신적인 가정을 제안했던 것이다. 이러한 가설을 통해 에너지의 불연속성이 증명되었고 플랑크는 양자역학의 문을 열게 됐다.   빛의 입자설 – 광전효과로 설명되다 알루미늄 금속판에 빛(UV;자외선)을 비추면…
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디스플레이 라이프 2019.03.19

쉽게 알아보는 공학이야기 8 – 차원해석

자연 현상이나 공학 문제를 수학식으로 표현한 것을 수식화 또는 공식화(formulation)라고 한다면, 이를 행하기 전에 수행하는 것을 차원해석(dimensional analysis)이라고 합니다. 차원해석이란, 관련 물리 변수들을 도출하고 이들을 구성하는 기본차원을 살펴봄으로써 변수들의 관계를 개략적으로 파악하는 수학적 방법을 말합니다.  *기본차원이란, 모든 유도차원을 만들 수 있는 길이(L), 시간(T), 질량(M) 등 7개의 독립적인 차원을 말한다.   수식의 동차성 수식에 나타나는 변수들은 각기 차원(단위)을 가지고 있으며, 이들의 조합으로 이루어진 항들 역시 특정한 차원을 가지게 됩니다. 수식에는 등호를 중심으로 좌변과 우변이 있고, 각 변은 하나 또는 여러 개의 항으로 이루어집니다. 항이란, 물리 변수들의 조합으로 이루어진 변수 덩어리로서 덧셈이나 뺄셈 기호로 연결됩니다. 여기서 중요한 것은 수식을 이루는 각항들은 모두 같은 차원과 같은 단위를 가져야 한다는 점입니다. 이를 차원의 동차성(dimensional homogeneity)이라 합니다. ▲ 서로 다른 차원(단위)의 물량은 더하거나 뺄 수 없다.  예를 들어 면적과 길이, 질량과 열량, 그리고 키와 몸무게처럼 차원이 다른 물리량을 서로 더하거나 뺄 수 없습니다. 영어 표현에 ‘오렌지와 사과’라는 말이 있습니다. 같은 기준으로 비교 평가할 수 없는 것을 동일 선상에 올려놓으려 할 때 쓰는 표현입니다.   버킹엄의 파이 정리 차원해석을 정리하기 위해서는 ‘Buckingham의 Pi 정리’를 알아 둘 필요가 있습니다. 버킹엄의 파이 정리는 물리 현상을 지배하는 관련 변수가 모두 k개이고 이들을 이루는 기본차원이 r개라면, 무차원 변수는 k-r개 유도될 수 있다는 사실을 설명합니다. 일반적인 변수를 나타내는데 엑스(X)를 쓰는 것처럼 파이(Π)는 무차원 변수를 나타내는 그리스 문자입니다. k개의 변수들 사이의…
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IT 트렌드 2019.03.04

2019 모바일 트렌드를 읽다 ‘MWC 2019’ 현장 속으로

세계 최대 모바일 전시회 ‘MWC 2019’가 지난 25일부터 28일까지 4일간 스페인 바르셀로나에서 개최됐습니다. 올해로 33회째를 맞는 MWC(Mobile World Congress)는 더욱 구체화된 5G 기술 소개와 함께 미래형 모바일 기술의 비전을 보여주었습니다. 특히 스마트폰과 태블릿의 경계를 없애는 폴더블 디스플레이, 현실화된 5G(5세대 이동통신) 등이 새로운 모바일 시대의 개막을 알렸습니다.   폴더블 디스플레이에 5G까지, 미래형 모바일을 엿보다 (출처: 삼성전자 뉴스룸) 이번 전시에서 가장 돋보인 모바일 기술은 바로 폴더블 디스플레이였습니다. 삼성전자가 선보인 폴더블 스마트폰‘갤럭시 폴드(Galaxy Fold)’는 삼성디스플레이의 첨단 플렉시블 OLED를 탑재해 구현이 가능했습니다. 접었을 때는 4.6형 HD+ 해상도의 커버 디스플레이가 별도로 있어, 화면비 21대 9의 컴팩트한 사이즈로 일반 스마트폰처럼 사용할 수 있고, 펼치면 7.3형 QXGA+의 4.2:3화면비의 디스플레이로 보다 넓게 사용할 수도 있습니다. 특히 펼친 화면에서는 3개의 애플리케이션을 동시에 구현하는 강력한 멀티 태스킹 기능을 자랑합니다. 하나의 모바일 기기로 태블릿과 스마트폰의 경험을 모두 제공하는 폼팩터(Form Factor) 혁명을 볼 수 있었습니다. (출처: 삼성전자) (출처: 삼성전자) 삼성전자가 함께 선보인 갤럭시 S10 5G는 5G 초고속, 초저지연 통신 성능을 함께 시연했습니다. 이번 전시에서 첨단 5G 네트워크 솔루션을 선보인 삼성전자는 MWC 2019 공식 방송 채널인 ‘모바일 월드 라이브 TV(Mobile World Live TV)’의 생중계를 진행하기도 했습니다. 갤럭시 S10시리즈는 상하좌우 베젤을 모두 최소화하고, 카메라 홀을 제외한 스마트폰 전면을 디스플레이로 채운 인피니티-O 디스플레이(Infinity-O Display)로 진정한 풀 스크린 디자인을 완성한 것이 특징입니다. 또한, 세계 최초로 모바일 컬러 볼륨을 100% 재현해 생생한 화질을 즐길 수 있고, 인체에 해로운 블루 라이트 파장도 획기적으로 줄였습니다. 특히 세계 최초로…
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스마트폰 꿀기능, 지문인식 기술의 종류와 원리가 궁금하다면?
전문가 뷰 2019.02.28

스마트폰 꿀기능, 지문인식 기술의 종류와 원리가 궁금하다면?

최근 스마트폰에는 플래그십이나 보급형을 가리지 않고 지문인식 센서가 탑재되는 추세다. 화면 잠금을 해제하거나 각종 결제 프로세스의 인증 수단으로 보안성과 편의성이 상당히 높기 때문이다. 스마트폰에 사용되는 지문인식 기술에는 어떤 종류가 있고 어떤 원리로 작동하는 것일까?   신원을 증명해주는 기술, 지문인식 지문은 태아의 피하층부터 만들어져서 한 번 생겨나면 바뀌지 않는다. 지문이 만들어지는 과정에서는 태아의 움직임, 핵분열 등 우리가 파악할 수 없는 요인에 영향을 받기 때문에 일란성 쌍둥이라 할지라도 서로 다르다. 지문이 일치할 확률은 10억분의 1에서부터 640억분의 1,870억분의 1까지 다양한 학설이 있다. 세계 인구가 74억 명이니 100억분의 1을 넘어서면 지구상에 같은 지문을 가진 사람이 없다는 표현이 맞다. 지문인식이란 지문의 특성을 이용해 손가락 지문으로 본인을 인증하는 기술로 지문을 등록하고 등록한 데이터와 입력된 지문을 비교해 일치하는지 판별한다. 지문인식은 크게 두 단계로 나뉜다. 센서에 손가락을 대어 지문을 촬영하는 입력 단계, 촬영된 지문을 저장된 지문과 대조해 일치 여부를 판단하는 인증단계다. 입력단계에서 지문을 촬영하는 방식에 따라 정전식, 광학식, 초음파 방식 등이 있다.   스마트폰 지문인식 기술의 종류와 원리   정전식은 지문의 융선과 골의 정전용량의 차이로 지문을 인식하는 방식이다. 센서에서 지문의 패턴마다서로 다른 전기량을 감지해 형태를 인식하는 것이다. 정전식은 지문 접촉 방식에 따라 스와이프 방식과 에어리어 방식으로 나뉜다. 스와이프…
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전문가 뷰 2019.02.12

스마트폰 카메라의 개수가 많아지면 무엇이 좋을까?

최초의 카메라폰이 출시된 해는 1999년이다. 벌써 올해로 탄생 20주년이 된 것이다. 지난 20년간 휴대폰에 탑재된 카메라는 눈부시게 발전했다. 간단한 셀피(셀카) 촬영용이었던 휴대폰 카메라는 이제 콤팩트 카메라의 존립을 위태롭게 만들 정도로 퀄리티가 향상됐고 어느 정도 화질의 만족도가 높아지자 최근에는 카메라의 개수를 늘리기 시작했다. 특히 지난해부터 출시한 플래그십 스마트폰들을 중심으로 카메라 2개 장착이 보편화되기 시작했으며, 지난해 말에 출시된 갤럭시A9은 세계 최초로 후면에 4개의 카메라를 넣기도 했다. 스마트폰 카메라의 개수가 늘어나면 어떤 장점이 있을까? 그리고 앞으로 어떻게 발전하게 될까?   스마트폰 카메라 숫자가 가져오는 이점들 스마트폰용 카메라의 화질을 높이기 위한 혁신적인 방법들이 계속 연구개발되고 있지만, 현재의 기술로는 카메라 숫자를 늘리는 것이 여러 관점에서 최선이다. 우선, 카메라 숫자를 늘리면 여러 개의 화각으로 촬영할 수 있다. 다양한 화각을 촬영할 수 있게 되면 그만큼 다양한 풍경을 담을 수 있을 뿐만 아니라 단일 렌즈로는 구현하기 힘든 기능을 탑재할 수도 있다. 일반적인 전용 카메라는 줌 렌즈가 기기 안으로 들어가는 침동식 렌즈 방식을 사용하거나 렌즈를 교환하는 방식을 통해 다양한 화각을 제공하지만, 스마트폰 카메라는 두께나 구조상 그런 방법은 실현하기가 어렵다. 따라서 여러 개의 렌즈를 광각, 일반, 망원용으로 따로 제공하는 것이 현실적이다. 지난해에 3가지 화각을 제공하는 스마트폰들이 대거 출시됐는데 화웨이의 경우…
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