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스마트 센서와 지능형 자동차
강 경 태 한국생산기술연구원 수석연구원ㅣe-mail : [email protected]
이 글에서는 최근에 전 세계적으로 활발하게 연구가 진행되고 있는 스마트 센서와 센서 기술들을 이용한 지능형 자동 차 연구의 최신 연구 동향들을 소개하고자 한다.
스마트 센서
센서라는 용어는 1970년대 중반부터 널리 사용되었 다. 과거의‘검출기’가 단지 특정 물질을‘감지’하는 수 준에 머물렀다면, ‘센서’는 감지 신호를 전달하여 중앙 처리장치가 어떠한 판단을 내리도록 한다는 점에서 그 성격이 매우 다르다고 할 수 있다. 또한 스마트 센서는 기존의 센서가 발전된‘똑똑한 센서’, 즉 지능화된 센서 (intelligent sensor)로 측정 대상물의 물리・화학적 정보 를 감지하는 일반 센서기술에 나노기술 또는 MEMS기 술을 접목하여 데이터 처리, 자동보정, 자가진단, 의사 결정, 통신 등의 신호처리 기능을 내장하고 있다.
이러한 스마트 센서의 발달에는 제조기술 측면에서
는 1980년대 이후 반도체 산업의 발전과 더불어 급속한 발전을 이루고 있는 마이크로머시닝과 같은 미세 가공 기술이 종래의 크고 무거운 조립식 센서를 반도체 IC와 같은 실리콘 기판상에 작게 구 현할 수 있게 함으로써 가능하게 되었다.
실리콘 기판 상에 센서를 제조하기 때문에 반도체가 동시에 제조 공정이 가능하여, 메 모리 반도체, 시스템 반도체 등 반도체 회로 와 결합한 형태로 개발되고 있다. 이와 같 이 미세화된 스마트 센서는 컴퓨터가 갖는 우수한 데이터 처리 능력, 판단 기능, 메모 리 기능, 통신 기능 등을 내장하는 경우가 많기 때문에 종래의 센서에는 볼 수 없는
그림 1스마트 센서의 구성 [이대성, IT융합을 위한 지능형 센서산업 동향, 2010, C&I]
그림 2모바일기기용 센서(이대성, IT융합을 위한 지능형 센 서산업 동향, 2010, C&I)
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많은 장점을 갖는다. 일반인에게 이러한 스마트 센서의 효과를 가장 효과적으로 보여준 바가 Apple 사의 아이 폰를 비롯한 스마트폰이다. 스마트 센서의 지능화는 스 마트폰 이외에도 지능형 자동차, 스마트 홈시스템, 웨 어러블 전자기기, 원격진료 시스템, 대규모의 환경감시 시스템, 사물인터넷 등으로 센서의 활용 영역을 넓히고 있다.
스마트 센서는 다음과 같이 산업적으로 많은 장점을 가지고 있어서, 정부에서는 2015년부터 향후 6년간 총
1,508억 원을 투입하여 첨단 스마트 센서 원천기술과 유망제품을 개발하고 현장중심 의 기업맞춤형 고급인력양성 등을 통해 센 서산업의 글로벌 경쟁력을 적극 제고해 나 아가겠다고 밝힌 바가 있다.
- 스마트 센서는 자동차, 모바일기기, 로 봇, 환경, 국방/보안, 의료기기, 가전기 기, 산업/계측기기 등 다양한 분야에 적 용되고 있다.
- 센서산업은 센서 핵심부품의 기술력이 완성품의 기능과 성능을 결정하는 기술 집약적 산업으로서, 타 산업에 적용되 어 기술들 간 융합의 매개체 역할을 함 으로써 기존 제품의 성능과 서비스를 첨단화시키고 부가가치를 창출한다.
최신 스마트폰에는 이미지센서, 터치센 서, 마이크로폰, GPS, 모션센서, 지자지센 서, 조도센서, 근접센서, 지문센서 등 10종 이상 20개의 스마트 센서가 적용 중이며, 자동차의 경우에는 30종 이상 160개의 다 양한 스마트 센서가 이미 사용되고 있다.
지능형 자동차
지능형 자동차 또는 스마트 카의 정의는
“자동차기술에 차세대 전기전자, 정보통신, 기능제어 기술 접목을 통해 자동차의 내외부 상황을 실 시간 인식하여 고안전, 고편의 기능을 제공할 수 있는 인간 친화적 자동차”이다. 이는 ICT 기술을 이용하여 기존의 자동차보다 운전사와 탑승객에게 더욱 안전하 고, 더욱 편리한 자동차로 제작한 것으로서, 단순히 정 보통신 기술을 자동차에 적용하는 것이 중요한 것이 아 니라, 안전성과 편리성을 고려해서 적용하는 것이 핵심 이다. 따라서 운전사가 운전에 집중을 해야 하는 운전 상황 예를 들어서 급격한 조향을 하는 경우에는 운전자
그림 3자동차용 센서(박효덕, 첨단 센서산업 현황 및 전망, 2014, 시스 템-반도체 포럼)
그림 4한국산업기술진흥원(KIAT) 기술로드맵(2012)상의 지능형 자동차 (배진우, 스마트카 IP 활용 및 리스크 대응 이슈리포트, 2014)
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스마트 센서와 지능형 자동차
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의 전화 수신을 유예하는 등의 기능을 가질 수 있으며, 앞 차와의 거리 경고 및 차선 변 경 시의 옆 차선의 자동차 존재 경고 기능 등도 이미 실현되고 있다. 이러한 지능형 자동차를 구현하기 위해서는 스마트 센서, 액추에이터, 컴퓨터, 소프트웨어, 인간공학 등의 기술이 필요하다.
지능형 자동차와 스마트 센서 기술
무인 운전 자동차로 대표되는 미래 지능 형 자동차가 본격화되기 위해서는 그림 5에 나타낸 Google 사의 self driving car 상부의 레이저 센서와 같은 초고속 스마트 센서와 그림 6에 나타낸 것과 같은 기존의 다양한 스마트 센서가 필요하다.
이 글에서는 스마트 센서의 지능형 자동 차 적용을 개괄하였다. 스마트 센서는 컴퓨 터가 갖는 우수한 데이터 처리 능력, 판단 기능, 메모리 기능, 통신 기능 등을 내장하 는 마이크로 센서로 현재에도 스마트폰, 자 동차에 수십 개씩 적용되고 있어서 향후 발 전 가능성이 밝다. 무인 운전 자동차로 상 징되는 지능형 자동차가 본격화되면, 다양 한 스마트 센서가 더욱 많이 필요할 것으로 예상된다.
그림 5Google self driving car를 Toyota Lexus SUV모델에 적용한 예 (http://en.wikipedia.org/wiki/ Google_driverless_car)
그림 6지능형 자동차용 스마트 센서의 예(박효덕, 첨단 센서산업 현황 및 전망, 2014, 시스템-반도체 포럼)
