예술적 아우라, 신소재로 접근하기
: 전도성 섬유를 이용한 웨어러블 굿즈 쇼
Prologue ··· 2
예술적 아우라, 데이터로 접근하기
_ 발광(發光)하는 옷의 비밀 ··· 21. 관찰력 ‧ 호기심
··· 4화학이 바꾼 세상, 화학이 스며든 세상 ··· 4
_ 몸에 착용하는 전자제품 ‘웨어러블 디바이스’
··· 4
_ 웨어러블 디바이스의 유형과 종류
··· 5
2. 응용력
··· 6세상의 재료, 새롭게 보기
··· 6_ 웨어러블의 발전: 첨단 섬유의 개발
··· 6
_ 웨어러블 디바이스에 사용되는 섬유: 전도성 섬유
··· 7
_ 전도성 섬유의 원리와 사용이 기대되는 분야
··· 9
3. 실험정신
··· 11웨어러블 굿즈 디자인
··· 11_ 웨어러블 굿즈 제작을 위한 준비하기
··· 11
_ 웨어러블 굿즈 제작하기
··· 14
4. 아이디어에 대한 인내심
··· 16소개하고, 평가받고, 수정하기
··· 16_ 모둠별 발표
··· 16
_ 우리 모둠이 받은 피드백
··· 17
_ 다시 도전하기
··· 17
5. 태도함양
··· 18과학기술 혁신 시대를 맞이하는 우리의 자세
··· 18_ 미래의 웨어러블 디뱌이스와 사생활 문제
··· 18
_ 관련 직업 탐색 : ICT 융합 공학 엔지니어
··· 19
화학이 바꾼 세상, 화학이 스며든 세상
몸에 착용하는 전자제품 ‘웨어러블 디바이스’
만화 속 상황에서 몸에 입은 LED 옷은 실제 가능할까요? 21세기 4차 산업혁명시대 속 전자기기는 패션과 융합하여 ‘웨어러블 디바이스’라는 이름의 새로운 물건을 만들어내게 되었습니다.
스마트폰이나 티셔츠 상단 버튼을 통해
LED로 원하는 슬로건이나 이미지를
표시해주는 디지털 티셔츠
<웨어러블 옷-브로드캐스트 웨어>
출처: [과학을읽다]스마트의류, 웨어러블 기기의 종착점, 아시아경제(2018.08.08.)
여러분의 일상에서 보았거나 사용되는 다양한 웨어러블 디바이스 제품과 그 기능에 대해 적어봅시다.
디바이스
제품(종류) 아보아링 (스마트반지)
기능
반지의 버튼으로 전화를 받거나 사진을 찍는
등 스마트폰 제어가 가능하다
Q. 다른 친구들은 어떤 ‘웨어러블 디바이스‘를 찾았나요? 어떤 디바이스가 가장 신기하거나 생소하였나요?
웨어러블 디바이스 (Wearable Device)
웨어러블 컴 퓨터 또는 웨 어러블 디바이 스로 불리는 착용 컴퓨터는 안경, 시계, 의 복 등과 같이 착용할 수 있 는 형태로 된 컴퓨터를 뜻한 다.
웨어러블 디바이스의 유형과 종류
웨어러블 디바이스가 발전하면서 그 유형과 종류가 다양해지고 있습니다. 가장 흔한 시계 나 팔찌 모양의 디바이스부터 안경처럼 쓸 수 있는 스마트글래스, 반지, 목걸이처럼 액세서 리형 디바이스와 몸 안에 칩을 이식하는 생체 이식형도 등장했습니다.
또한, 주 기능으로 손꼽혔던 생체 정보를 수 집하는 장치에서 나아가 결제서비스, 위치 추
적, VR 등 갈수록 더욱 다양하고 복잡한 기능을 탑재하고 있습니다. 웨어러블 디바 이스의 한계는 어디까지일까요?
Q. 다음의 사진을 보고 디바이스의 유형과 기능을 예측해 봅시다.
사진
제품명 자이로글로브1) 스마트 붕대2) 구글 스마트
콘텍트렌즈3) 디바이스
유형
기능
이처럼 다양한 형태의 ‘웨어러블 디바이스’가 탄생하게 된 배경에는 무엇이 있을까요?
웨어러블 디 바이스의 유 형
1)액세서리형 2)직물/의류 일체형 3)신체부착형 4)생체이식형
디즈니랜드
‘매직밴드’
사용자의 예 약 정보 및 계 정이 등록되어 디즈니 랜드 의 입장권, 디즈 니리조트의 열 쇠, 신용카드, 신분등, 위치 추적의 역할을 하는 만능 ‘디 즈니 웨어러블 디바이스’이다.
1) https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=16795065&memberNo=4451220 2) http://www.newelectronics.co.uk/electronics-news/smart-bandage-to-monitor-wounds/157190/
3) https://www.kuccblog.net/1194
세상의 재료, 새롭게 보기
웨어러블의 발전: 첨단 섬유의 개발
웨어러블 디바이스의 탄생 배경에는 인류의 의식주 중 ‘의(衣를)’ 담당하는 섬유의 발전이 큰 영향을 미쳤다고 해도 과언이 아닙니다. 지금부터 섬유의 발전과정에 관하여 같이 알아보도록 합시다.
▪ 1기: 천연섬유의 이용
목화(면) 마(린넨) 누에섬유(비단)
인류가 문명이라는 개념을 탄생한 이후 산업혁명 이전까지 인류는 주로 동물의 피부, 목화, 마, 누에 등과 같은 자연에서 얻을 수 있는 동,식물을 이용한 천연섬유를 이용하여 의류를 제작하여 입었습니다.
▪ 2기: 인공섬유의 발명
나일론 폴리에스터 아크릴
산업혁명 이후 인류는 천연섬유를 이용하여 대량으로 의류를 생산하게 되었습니다. 하지만 천연섬유는 작황의 결과로 인한 천염섬유 생산량에 제한이 발생하는 치명적 단점을 가지고 있었습니다. 1차 세계대전 이후 1935년 미국의 듀폰사의 월리스 캐러더스에 의해서 나일론이라는 섬유가 만들어 졌고, 나일론의 탄생을 기점으로 다양한 종류의 합성섬유를 만들어 내면서 섬유 생산과 관련한 제한점이 사라지게 되었습니다.
천연섬유
천연섬유(天然 纖維)는 천연 의 생물·광물 에서 얻어지는 섬유를 말한 다. 자연섬유 ( 自 然 纖 維 ) 라 고도 한다. 솜, 삼 껍질, 명주 실, 털 따위의 천연물의 세포 로 된 섬유를 가리킨다.
합성섬유
자연적으로 발 생하는 동물과 식물 섬유를 개선하기 위한 과학자들이 다 양한 화학물질 을 이용하여 인공적으로 합 성하여 만들어 낸 섬유를 이 야기한다.
웨어러블 디바이스에 사용되는 섬유: 전도성 섬유
4차 산업혁명 시대인 현재에 다양한 종류의 웨어러블 디바이스에 사용되는 섬유는 과연 어떤 것들이 있을까요? 그리고, 이 섬유들은 어떤 이유로 사용되는 것인가요?
그 이유는 전류가 흐르는 도체의 특성을 가지고 있다는 점입니다. 웨어러블 디바 이스는 결국 전자제품의 일종이기 때문에 전류가 흘려야 원래의 취지에 맞게 사용이 가능하게 됩니다. 이러한 웨어러블 디바이스 제작의 특성을 바탕으로 사용되는 섬유 를 전도성 섬유라고 합니다.
그림
전도성 섬유 명칭
카본섬유 도금섬유
텍스트로닉스(Textronics,전자섬유) ① 알아보기
텍스트로닉스(전자섬유)란 전기 또는 광신호를 생산, 저장, 전달 할 수 있는 섬유 형태의 전기전자 소재, 부품 및 제품을 일컫는 말이다. 기존의 금속이 가지는 낮은 유연성, 높은 무게로 인하여 웨어러블 디바이스 제작에 어려움을 새로운 전도성 소재 를 통하여 극복하게 되었다.
<섬유기술과 전자기술을 융합한 텍스트로닉스>
전도성 섬유
전기가 흐르도록 제작된 섬유로 일 반적으로 전도성 고분 자, 카본나 노튜브, 전도성 잉크, 전도성 페 이스트 등이 주로 사용되고 있으나 무엇 보다 일반 천연, 합성 섬유 소재에 전기가 흐 르도록 설계된 전 도성 원사 ( c o n d u c t i v e yarn)가 가장 널 리 사용되고 있다.
텍스트로닉스(Textronics,전자섬유) ② 알아보기
텍스트로닉스 기술의 구성요소는 크게 4가지로 구성되어 있다.
요소 내용
섬유기반의 전자소자 다양한 종류의 전도성 소재를 기반으로 한 섬유
회로 소자-전원-입출력-처리장치의 연결
접합 및 연결 부품 소자를 연결하여 시스템을 만드는 기술
콘텐츠 디자인과 응용 콘텐츠
이 중 섬유기반의 전자소재는 실, 직물 편물, 부직포 형태로 제작되어 높은 신축성, 구김 복원성, 유연성등이 금속, 세라믹 및 필름 및 시트에 비하여 월등히 우수한 특 성을 가지고 있다. 또한 섬유소재 고유의 감성과 착용감, 전자소자 구현을 위한 전기
∙광신호의 생산, 저장, 전달 등의 기능성을 가지고 있다. 이를 이용하여 다양한 모영, 용도, 색상의 웨어러블 전기전자 제품을 제작하는데 유용하다.
<출처: 텍스트로닉스 섬유(전자섬유)의 동향과 기술개발, KEDIT PD Issue Report JUNE 2016 VOL 16-06>
전도성 섬유의 종류 알아보기
전도성 섬유란 전기 전도성을 가지는 섬유를 총칭한다. 이 전도성 섬유는 소재 및 제작방법에 따라 크게 4가지로 구성된다.
① 금속(혹은 전도성)섬유와 절연성 섬유를 코어-시즈 형태로 연사 코는 커버링
② 금속(혹은 전도성)소재와 절연성 소재를 코어-시즈 복합형태로 방사
③ 금속(혹은 전도성)섬유 표면에 절연막을 코팅
④ 나일론 등 일반섬유의 표면에 은, 니켈등 금속 피막과 절연막을 순차적으로 코팅하여 제조
<전도성 섬유의 형태>
<출처: 텍스트로닉스 섬유(전자섬유)의 동향과 기술개발, KEDIT PD Issue Report JUNE 2016 VOL 16-06>
전도성 섬유의 원리와 사용이 기대되는 분야
전도성 섬유는 어떤 원리에 의해서 전기가 흐르는 걸까요?
이를 이용하여 어떤 장치가 제작이 가능할 것인가요?
전기가 흐르는 전도성 섬유는 도대체 어떤 원리에 의해서 전기가 흐르 는 것인가요? 함께 알아봅시다.
섬유명 탄소섬유 은도금 섬유 그래핀섬유 구리판(비교)
전기전도 도측정 저항도 측정
▪ 전도성 섬유의 전기 전도 원리
일반적으로 전도성 섬유는 절연성 섬유 표면에 금속입자를 코딩하여 제작하는 것이 보편화되어 사용됩니다. 금속은 자유전자를 가지고 있기 때문에 전류를 흘 려주면 자유전자들이 전류가 흐르는 반대방향으로 전자가 이동을 합니다. 금속이 가지고 있는 자유전자들은 이러한 전류의 흐름에 의해서 움직이게 됩니다. 이 원 리에 의해서 절연성 섬유 표면에 코딩된 금속의 자유전자 흐름에 의해서 전자의 흐름이 발생하게 되고 우리가 말하는 전기전도성이 가능하게 됩니다.
▪ 전도성 섬유를 이용하여 제작가능한 장치
이러한 전도성 섬유의 특징을 이용하여 제작 가능한 장치가 무엇이 있는지 알 아봅시다. 최근 웨어러블 디바이스가 각광을 받으면서 경량화, 높은 내구성 및 사이즈 슬림화를 목표로 연구되고 있습니다. 이러한 웨어러블 디바이스의 조건 을 충족시키는 소재로서 전도성 섬유는 큰 각광을 받고 있습니다. 또한 웨어러 블 디바이스 분야 뿐 만아니라 다른 전자제품에도 널리 쓰일 수 있다는 기대감 이 커지고 있습니다.
다음의 사진 및 그림은 전도성 섬유가 가지는 잠재력을 보여주는 단면입니다.
터치 스크린 전자 종이
웨어러블 디바이스 기반 회로기판
<출처: 전자섬유의 기술개발동향, KOFOTI, 2012. 1월호>
웨어러블 굿즈 디자인
웨어러블 굿즈 제작을 위한 준비하기
∎ 웨어러블 굿즈 제작 순서
1 패션품 제작
주제선정하기 - 제작에 필요한 다양한 소재 조사하기
2 패션품의 기본디자인 설 계하기
- 패션품 제작에 필요한 기본디자인 설계 - 설계된 디자인의 제작가능성 토의 및 수정하기
3 전도성 소재를 이용한 패션품 제작하기
- 원단 자르기
- 전도성 실을 이용한 박음질
- 제작과정에서 발생하는 문제점 수정하기
4 제작한 산출물
발표하기 - 배색표 결과를 형용사 이미지스케일로 작업하기
1) 제작에 필요한 소재분석하기
∎ 웨어러브 굿즈를 제작하기 위한 아이디어를 생각해보고 주제를 정해봅시다.
주제선정
주먹을 쥐면 불이 켜지는 LED 장갑 만들기
선정 이유
어두운 상황이나 특별한 상황에 LED 빛으로 의사소통이 가능할 수 있을 것 같고 사용방법이 간단한 것 같아 선정하였다.
주제선정
선정 이유
굿즈 (Goods)
1. 아이돌, 영 화, 드라마, 소 설, 애니메이션 등 문화 장르 팬덤계 전반에 서 사용되는 단어
2. 패션과 관 련된 제품을 통틀어 이르는 말. 넓은 의미 로는 인테리어 용품, 여행용품 따위가 포함되 며, 좁은 의미 로는 가방, 모 자, 구두, 넥타 이 따위의 각 종 액세서리
∎ 선정한 주제에 적합한 굿즈의 디자인 샘플을 조사하고, 조사한 샘플을 제 작할 때 사용된 소재들을 찾아봅시다.
1 2 3
참고할 디자인 샘플
명칭
전도성 장갑
필요소재
전도성 부직포, 면장갑, 전도성 실, 소형 LED
2) 기본 디자인 선정 및 디자인 설계
∎ 굿즈 제작을 위한 아이디어를 스케치 또는 메모하고 필요한 소재들을 찾 아 적어봅시다.
필요소재
<디자인 설계하기(디자인 설계도)>
▪ 디자인 설계시 고려해야 할 사항과 유의사항에 대해 논의하여 적어봅시다.
고려사항 내용
웨어러블 굿즈 제작하기
3) 사용할 섬유의 전도성 확인 및 재단, 바느질 실시하기
웨어러블 굿즈 제작에 앞서 반드시 사용할 재료의 전기전도도가 확실한가를 확인해 야 합니다. 주로 사용되는 금속도금 재품의 경우 산소와 접촉 할 경우 산화될 가능성 이 있기 때문에 시간이 지날수록 전기 전도도가 낮아지는 문제점을 가지고 있습니다.
이런 문제점을 조금이라도 해결하기 위하여 사전에 체크해야 합니다.
전도성 섬유의 전도도 확인 섬유재단 전 디자인 체크하기
사용할 원단의 재단 전도성 실을 이용한 바느질
▪ 일반적으로 제작과정은 위의 4가지 사진과 같이 크게 4가지로 나누어집니다.
1) 사용할 섬유의 전도도 확인 ⟶ 2) 섬유재단 전 디자인 체크 ⟶ 3) 원단의 재단 ⟶ 4) 전도성 실을 이용한 바느질
▪ 제작시 고려해야 할 사항
1) 패션품 회로도 구성을 위한 바느질 방법 이해하기 2) LED등의 전자장치의 위치에 따른 디자인 효과의 극대화
바느질의중요성
사용되는 전도 성 실의 배선 위치에 따른 디자인 효과를 극대화 시키고 동시에 제작하 는 페션물의 내구성을 결정 하는데 큰 영 향을 미친다.
4) 제작과정에서 발생하는 문제점 분석하기
웨어러블 패션품을 제작하는 과정에서 디자인 과정과 다르게 산출물이 나오 는 경우가 발생합니다. 해당 내용을 짚고 넘어가지 않을 경우 처음의 의도와 다른 결과물이 나올 수 있으며, 회로도 구성이 제대로 되지 않아 기초적인 웨 어러블 디바이스의 형태를 구현 할 수 없는 문제점이 발생할 소지가 있습니다.
▪ 제작 시 발생한 문제점을 분석하여 해결방안을 모색해봅시다.
▶ 문제 1)
발생한 문제점(P.P)
▼ 원인분석(R)
▼ 해결방안(P.S)
▶ 문제 1)
발생한 문제점(P.P)
▼ 원인분석(R)
▼ 해결방안(P.S)
소개하고, 평가받고, 수정하기
모둠별 발표
다양한 형태의 디자인을 이용하여 직접 웨어러블 굿즈를 제작해 보았나요? 이제 우리가 제작한 제품들을 직접 친구들에게 보여줘야겠죠? 우리 모둠만큼 다른 모둠도 열심히 제작했을 테니 발표를 들어봅시다.
다른 모둠이 발표를 할 때에는 아래 표에 발표 내용을 요약하고 장단점을 체크해가며 듣고, 발표가 끝난 뒤 발표에 대한 피드백을 줄 수 있도록 합니다.
▪
다른 모둠의 결과물을 보고 평가표에 의견을 작성해봅시다.모둠명 (번호)
웨어러블 굿즈의 유형과 기능
웨어러블 굿즈의
디자인 형태 종합 의견
우리 모둠이 받은 피드백
우리 모둠의 발표를 듣고 다른 학생들은 어떻게 피드백을 해 주었나요?
피드백 받은 사항을 아래에 작성해 봅시다.
웨어러블 디바이스 기능/유형의 가치
패션아이템(굿즈) 디자인의 가치
부족한 점
우수한 점
다시 도전하기
피드백을 받은 직후 보완된 웨어러블 패션품을 제작하기 위한 토론을 다시 시작해 봅시다.
수정이 필요한 사항 발전 방향
▶
▶
▶
▶
총 평
과학기술 혁신 시대를 맞이하는 우리의 자세
미래의 웨어러블 디바이스와 사생활 문 제
미래의 웨어러블 디바이스의 방향 웨어러블 디바이스의 발전은 곧 우리 일상에 다양한 웨어러블 디바이스가 만들어 지고 이것이 우리생활을 좀 더 윤택하게 해줄 것이라 기대가 된다.
필립스 사의 페브릭 럭 아이디어와 같이 신소재와 IT기술이 어떻게 만나게 될지 잘 보여주고 있다. 페브릭 럭은 사람 몸의 무게로 동작되며 체중이 늘면 빨간색,
필립스사의 페브릭 럭 아이디어
<출처: 전자섬유의 기술개발동향, KOFOTI, 2012. 1월호>
감량이 되면 녹색으로 매트가 변하면서 직관적으로 체중변화를 알려줌과 동시에 간편하게 다이어트 관리를 할수 있도록 할 것이라 생각이 된다.
이렇게 웨어러블 디바이스는 궁극적으로 거부감 없이 신체의 일부처럼 사용할 수 있게 되는 것이 목표이지만 한편으로 이로 인하여 발생할 사생활 침해의 문제가 있습니다. 실제로 구글 글래스의 경우 안경에 있는 카메라로 사람을 몰래 촬영 할 가능성이 존재하여 한동안 미국 내에서 규제여부에 관하여 격렬한 토론이 있었다.
또한 무선으로 통제가 가능한 시대에서 웨어러블 디바이스를 해킹하여 그 안에 있는 사용자의 정보를 빼내어 각종 범죄에 이용할 가능성이 존재하며, 실시간 건강측정과 관련한 개인정보가 자칫잘못하면 사적인 내용을 불법적으로 사용될 수도 있다. 이러한 웨어러블 디바이스가 가지는 개인의 사생활적 내용을 보완하기 위하여 이와 관련한 법안과 더불어 소프트웨어에 관한 강한 보안시스템을 구축할 필요가 있다고 본다. 이러한 내용이 보완된다면, 인간의 일상에서 웨어러블 디바이스가 생활에 필수품이 될 수 있다고 보인다.
[생각해 볼 문제]
필립스 사의 페브릭 럭 아이디어를 보고 미래의 웨어러블 디바이스는 우리 생활에 어떤 형태로 연결이 될지 친구들과 함께 토의하고 정리해 봅시다.
관련 직업 탐색 : ICT 융합 공학 엔지니어
현대사회에서 단순히 한 분야에서 뛰어난 기량을 보이는 전문가 뿐만 아니라, 서로 다른 분야의 지식 을 연결해 새로운 기술을 창조할 수 있는 융합형 인 재에 대한 수요가 커지고 있는 상황입니다. 최근 각 종 산업분야에서 수요가 급증하고 있는 소프트웨어 분야에 다른 분야를 접목시킬 수 있는 융합 엔지니어 가 각광을 받는 상황입니다.
ICT 융합 공학 엔지니어는 컴퓨팅 기반 공학에 각종 미디어, 컬쳐, 디자인 등 새로운 분야를 융합하여 연구할 수 있는 직업으로서 4차 산업시대에 여러분야 에 중심이 될 수 있을 것이라 기대가 됩니다.
사물인터넷과 사생활 보호
사물인터넷은 말 그 대로 사물이 인터넷 에 연결되어 원격제 어가 가능해진 상태 를 말함. 그 편리함 때문에 앞으로 인터 넷에 연결될 사물의 수는 급격히 확대 중이다.
이러한 편리함을 제 공해 줄 사물인터넷 이 만일 해킹 등 사 이버 공격을 당할 경 우에는 그 피해 또한 막대할 것으로 예상 된다. 사물인터넷은 이용자에게 필요한 서비스를 제공하는 경우가 많으므로 개 인정보침해의 문제도 발생할 것이다.
이를 해결하기 위 하여 매우 강력한 보안지침을 마련해 실시해야 한다.
관련 직업 더 알아보기
신 소 재 공 학 연 구 원, 전자소재엔 지니어, 소프트 웨어 공학자, 산 업디자이너
