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이동 사물인터넷을 추진하는 고성능 관성 센서①

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글/밥 스캐널(Bob Scannel), 아나로그디바이스

품질이 뛰어난 센서의 확산, 안정적인 연결성, 데이터 애널리틱스 기술을 바탕으로 새로운 산업 효율성을 창출해 내면서, 지능형 노드는 점점 더 자율적이고 유동적으로 진화하며 시너지 효과가 발생한다. 이 경우, 센서 노드의 정밀 모션 캡처와 위치 추적 기능이 성공적인 애플리케이션 개발의 핵심이 된다. 스마트 농장에서는 풍부한 지리 위치 센서 정보와 분석 학습을 기반으로 자율주행 차량과 항공기를 함께 활용하여 농작물 작업이 효과적으로 이루어지도록 유도한다. 스마트 수술실에서는 최고 수준의 네비게이션 기술이 접목되어 센서 융합 기술을 사용하는 정밀 유도 로봇 팔이 어떠한 조건에서도 정확하게 움직인다. 이처럼 다양한 분야에서 모션 기반 센서가 움직임을 기반으로 하는 애플리케이션에 가치를 더하고 있다.
소비자를 위한 관성 센서가 휴대전화에 탑재되면서 그 정확성이 기대에 미치지 못한다는 의견이 늘어났고, 그 결과 이동 사물 인터넷(Internet of Moving Things, IoMT)의 개념이 아직까지는 눈에 띄게 자리잡지는 못하고 있다. 그러나 차세대 고성능 산업용 센서가 하위 등급 지시 정도(pointing accuracy)와 정밀 지리위치를 지원하는 동시에 필요한 크기 및 비용 효율성을 제공할 수 있게 되면서, 이들 센서는 현재 이동 사물인터넷의 발전을 이끌어 나가고 있다.

산업 시스템에서의 지능형 감지 장치를 향상시키는 요인

산업 장비 및 공정 분야에서 가장 가치 있는 발전은 일반적인 설계나 구현 과정에서 드러난 난제들이 새로운 솔루션의 접근 방식과 사업 모델로 탈바꿈하는 시스템 수준의 가시적인 혜택의 측면에 초점을 맞추어 이루어진다. 이러한 시스템 수준의 발전은 자원 효율성, 정확성, 향상된 안전성을 추구하는 과정에서 이루어진다. 이러한 발전을 목표로 하는 애플리케이션이 산업 분야 전반에서 널리 사용되고 있으며, 그 범위도 육/해/공, 실내/실외, 단기/장기, 인간/기계에 이르기까지 다양하다. 그럼에도 이러한 애플리케이션은 모두 표 1에서 정리한 것처럼 정밀도, 안정성, 보안성, 지능형 프로세싱과 애널리틱스라는 공통된 특성에 기반을 두고 있다.
다양한 유형의 센서는 특정 목표를 가진 애플리케이션의 설계 작업에서 중심이 되고 있다. 설계 시의 시스템 복잡도 때문에 센서 품질과 견고함은 매우 다양한 조건에서 신중히 고려해야 한다. 일부 산업 분야라면 편의를 고려하지 않고 센서를 선택할 수 있다(예를 들어 휴대전화에 이미 내장된 일련의 센서 활용). 하지만 다른 분야의 경우 아무 것도 없는 상태에서 일체의 센서를 정의해서 정밀도를 기반으로 센서를 선택하고 이들을 현명하게 결합해서 원하는 시스템의 상태를 완전하고 안정적으로 관리해야 할 수도 있다.

스마트 감지

센서의 풍부함 속에서 이처럼 접근 가능한 지능형 시스템은 더 이상의 발전이 없을 것 같았던 산업 분야에 혁명을 가져왔으며, 그 결과, 농업을 스마트 농업으로, 인프라를 스마트 인프라로, 도시를 스마트 도시로 탈바꿈시켰다. 센서가 이러한 환경에서 관련된 상황 정보를 수집하기 위해 배치되면서, 데이터베이스 관리와 통신에서 복잡한 문제들이 새롭게 생겨나고 있으며, 이에 따라 그림 1에서 보는 것처럼 센서간뿐 아니라 플랫폼과 시간대를 초월해서 복잡한 융합이 요구되기 시작했다 (예: 클라우드 기반의 시간의 변화에 따른 인프라 상태 애널리틱스, 작년 작황, 교통 상황 및 패턴 등 분석).
장비와 환경으로부터 안정적인 수준으로 추출할 수 있는 정보란 어떤 것들이 있는가라는 문제에 대한 해결책은 앞서 말한 새로운 개발 사업의 궁극적인 유용성과 성장을 가늠할 수 있는 1차적인 기준이 된다. 정확성은 효율성을 높이고, 이는 필수적인 비용 절감 문제로 이어지며, 안전과 작동의 안정성 담보에 중요한 요인이 된다. 센서의 가장 기본적인 기능을 이용해 단순한 기능을 추가할 수 있지만, 이로 인해 생겨난 부가 가치는 예/아니오, 위/아래, 켜짐/꺼짐이 아주 섬세한 해결 방식으로 대체되는 종속된 이동 사물인터넷 애플리케이션에서 최소값이 그다지 크지 않다. 추가 기능이 센서 선택에 미치는 영향 면에서도 마찬가지다.