트리보전기 센서, 차세대 웨어러블에 역할을 할 예정

NC State University의 창의적인 엔지니어 그룹이 최근 트리보전기 자수 기반 센서를 공개했으며, 이는 여러분이 세상과 상호작용하는 방식을 혁신할 수 있습니다. 이 제품은 좋아하는 스웨터에 꿰맨 리모컨 그 이상입니다. 연구원들은 착용자가 눈치채지 못하도록 직물에 매끄럽게 짜여진 제어 시스템을 만들었습니다.

새 차에 다가가 티셔츠로 손 제스처를 이용해 차량을 잠금 해제하고 시동을 거는 모습을 상상해 보세요. 이 기술은 오늘날에는 미래지향적으로 들릴 수 있지만, 이 엔지니어들의 개발 덕분에 이미 가능해졌습니다. 이 개발이 여러분의 삶에 큰 영향을 미칠 수 있는 이유는 다음과 같습니다.

웨어러블 전자기기

연구자들의 작업 중요성을 이해하려면 웨어러블 시장과 그 진화를 살펴보는 것이 필수적입니다. 최초의 전자기기와 전화가 등장한 이후로, 창작자들은 미래 기술이 접목된 의류를 꿈꿔 왔습니다. 1970년대 스타트렉의 승무원들이 가슴에 커뮤니케이터를 두드려 함선 브리지를 통해 대화하던 모습을 떠올려 보세요. 오늘날에도 시장은 활황을 이어가고 있으며, 통합 전화 충전기와 블루투스 스피커와 같은 간단한 디자인이 점점 보편화되고 있습니다.

출처 – ZEROi Smarthat

지수 성장 잠재력

오늘날, 이 시장은 기술 산업 내에서 빠르게 성장하는 부문으로 평가됩니다. Markets and Markets 연구원들이 발표한 보고서에 따르면, 전 세계 웨어러블 기술 시장 규모는 2026년까지 2,654억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 데이터에 따르면 시장은 연평균 성장률(CAGR) 18.0%로 확대되고 있으며, 2021~2022년 동안 최대 45% 성장했습니다.

진화된 의류

웨어러블 시장에는 다양한 하위 분야가 있습니다. 이 연구진이 집중한 분야는 스마트 텍스타일 산업이었습니다. 그들은 외관과 촉감 면에서 착용자가 눈치채지 못하도록 섬유와 전자를 결합하려 했습니다. 그러나 착용자는 추가 기능을 누릴 수 있었습니다.

섬유 기반 인간-기계 인터페이스는 의류의 일부를 제어 장치로 변환합니다. 스웨터를 스와이프해 전화를 받거나 모자를 터치해 조명을 켜는 모습을 상상해 보세요. 이러한 옵션과 그 이상이 섬유 센서를 통해 가능합니다. 연구진이 옷을 클릭 가능하게 만든 방법은 다음과 같습니다.

엔지니어가 직면한 도전 과제

팀은 직물을 클릭 가능하게 만들기 위해 많은 도전을 극복해야 했습니다. 첫째로, 기존의 직물 자수 방식은 보통 2D 디자인을 기반으로 합니다. 따라서 접점 사이에 간격이 필요한 센서를 지원하기에 적합하지 않았습니다.

트리보전기 센서

이 한계를 극복하기 위해 팀은 새로운 실을 만들었습니다. 팀은 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(PVDF‑TrFE) 나노‑마이크로섬유로 감싼 전도성 실과 폴리우레탄(PU) 코팅 폴리에스터‑구리 실이 센서 접점을 분리하면서도 직물의 유연한 촉감을 변화시키지 않는다는 것을 발견했습니다.

부정확한 센서

부정확한 센서는 웨어러블에서 큰 문제입니다. 이러한 장치들의 일상적인 사용과 내구성 요구 사항으로 인해 고장 및 잘못된 트리거가 발생하기 쉽습니다. 센서가 항상 손이 닿는 위치에 통합되어 있으면 잘못된 제스처와 기타 오해가 흔히 발생합니다. 또한 환경 요인으로 인해 센서가 잘못된 판독값이나 오류 접점을 제공할 수 있습니다.

잘못된 센서 트리거를 방지하기 위해 연구팀은 스페이서를 사용해 버튼의 반대 전하 층 사이에 간격을 두기로 했습니다. 이 방법은 감도를 제어 가능하게 만들었으며, 연구원들이 다양한 간격 거리에서 테스트를 수행해 최적의 배열을 확인할 수 있게 했습니다.

트리보전기 설계 단계

이 장치는 두 개의 반대 전하 층으로 구성된 트리보전기 나노발전기 기반 센서로 이루어져 있습니다. 이 구조는 팀이 만든 실과 결합되어 일반 직물의 편안함을 유지하면서도 신뢰성 있고 부드러운 촉감의 센서를 제공합니다.

AI 통합

센서에는 센서로부터 입력된 데이터를 해석하는 것이 유일한 목적인 마이크로칩이 탑재되어 있습니다. 이 마이크로칩은 고급 머신러닝 알고리즘을 활용하는 AI 프로토콜을 통합하고 있습니다. 이 AI 모델은 잘못된 활성화와 제스처 오독을 방지하도록 특별히 제작되었습니다. 이를 통해 장치는 스와이프와 같은 동작을 인식할 수 있습니다.

AI 모델은 장치의 성능과 기능을 크게 향상시킵니다. 또한 개발자들이 다양한 제스처에 대한 명령을 프로그래밍할 수 있게 합니다. 따라서 장치는 제스처와 명령을 인식하는 능력이 향상되고, 사용이 늘어날수록 잘못된 활성화를 무시하게 됩니다.

새로운 섬유 센서의 장점

이 센서는 웨어러블 및 기타 활용 시나리오에 이상적인 옵션이 되는 다양한 장점을 제공합니다. 의류를 컨트롤러로 변환하는 능력은 패션, 일상 기기와의 상호작용 등 무한한 옵션을 열어줍니다. 또한 스마트 시티 환경과의 통합을 더욱 촉진합니다.

당신의 옷이 주변 세계와 소통한다면 상상해 보세요. 이 기술은 언젠가 소파를 눌러 채널을 바꾸거나 모자 챙을 두드려 좋아하는 곡을 재생하는 것을 가능하게 할 수 있습니다. 또한 의사들이 더 신속하게 대응하거나 군인들이 다른 사람과 지속적으로 연락을 유지하도록 도울 수 있습니다. 이 기술의 장점은 계속해서 돋보이고 있습니다.

소형화

이 센서는 매우 작으며 로봇공학, 항공우주, 해양 탐사 등 여러 분야를 발전시키는 데 도움이 됩니다. 가볍고 유연한 특성 덕분에 비정형 로봇에도 이상적입니다. 비정형 로봇은 고정된 구조가 없는 로봇으로, 틈새와 균열을 통과하도록 조정할 수 있는 로봇이 필요할 때 유용합니다.

트리보전기 전력

트리보전기 센서의 주요 장점 중 하나는 자체 충전이 가능하다는 점입니다. 트리보전기 센서는 단순한 설계와 높은 감도로 알려져 있어 이 용도에 이상적입니다. 이 센서는 층 사이의 움직임 동안 정전기를 이용해 전원을 유지하므로 재충전이 필요하지 않습니다.

다양한 활용

이 새로운 센서 레이아웃의 다재다능함은 무시할 수 없습니다. 일관성이 향상되고 다양한 입력을 인식할 수 있게 된 것이 프로젝트를 크게 성공시켰습니다. 또한 맞춤형 옵션 덕분에 연구자의 창작물은 독자적인 영역을 차지합니다.

NC State University 엔지니어

프로젝트 팀은 Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao, Rong Yin으로 구성되었습니다. 연구·개발·테스트는 NC State University에서 진행되었습니다. 이제 팀은 트리보전기 기반 텍스타일 센서에 대한 연구를 더욱 진행하고 웨어러블 채택을 촉진하려고 합니다.

테스트 단계

프로젝트 테스트를 통해 개발의 유연성과 잠재력이 입증되었습니다. 테스트를 위해 연구진은 BT 입력을 받는 맞춤형 음악 플레이어를 만들었습니다. 이 플레이어는 센서의 제스처와 연결된 고정 핵심 기능을 수용하도록 설계되었습니다.

엔지니어들은 센서를 사용해 재생, 일시정지, 트랙 건너뛰기, 볼륨 조절을 할 수 있었습니다. 결과는 개념이 실현 가능함을 증명했습니다. 또한 기대보다 더 좋은 결과를 얻었습니다. 엔지니어들은 장치를 사용해 게임을 플레이하고 필요 시 비밀번호를 입력하기도 했습니다. 이제 이 연구는 잠재적 활용 가능성으로 인해 관심이 크게 높아졌습니다.

잠재적 활용 분야

이 기술에는 다양한 활용 분야가 있습니다. 텍스타일 센서는 무게를 줄이고 반응성을 향상시키며 필요 시 유용한 센서 피드백을 제공합니다. 따라서 웨어러블 컨트롤러 개념은 많은 산업을 혁신할 잠재력을 가지고 있습니다.

헬스케어

헬스케어는 이 기술을 활용해 더 나은 서비스를 제공할 수 있는 분야 중 하나입니다. 많은 환자들이 모니터링 장비를 착용하고 옆에 알림 메커니즘이 필요합니다. 텍스타일 기반 센서 도입은 이들이 일상을 보다 자유롭게 보낼 수 있게 합니다.

또한 이러한 시스템은 의료 전문가가 사용할 수 있습니다. 일부 시스템은 필요 시 특정 항목을 요청하거나 알림을 생성합니다. 환자들은 건강이나 움직임에 대한 중요한 데이터를 제공하는 가운을 착용할 수 있습니다. 또한 RF 및 IoT 센서와 결합하면 이 기술은 환자 모니터링 능력의 새로운 수준을 열어줍니다.

스포츠

스포츠 산업은 이 기술을 활용해 제품을 개선할 수 있는 또 다른 시장입니다. 이미 대형 스포츠 리그에서는 심판 판정 및 경기 진행의 중요한 측면을 개선하기 위해 센서 통합이 꾸준히 이루어지고 있습니다. 이제 이러한 경량 센서는 선수 모니터링 능력을 향상시킬 수 있습니다.

패션

패션 산업은 오랫동안 웨어러블 기술의 최전선에 있었습니다. 유용한 웨어러블을 만들려는 많은 시도가 패션성이 없거나 착용감이 불편해 실패했습니다. 트리보전기 전원 텍스타일 센서의 도입은 판도를 바꾸고 디자이너가 기술을 작품에 매끄럽게 통합할 수 있게 합니다.

군사

이 기술의 군사적 활용이 계속해서 등장하고 있습니다. 이미 군인 유니폼에 드론 제어와 다양한 센서를 추가하는 방안에 대한 논의가 진행 중입니다. 미래의 군인은 무게는 가벼워지지만 전임자보다 훨씬 더 많은 임무를 수행할 수 있게 될 것입니다.

군은 이 기술을 비밀번호 및 신원 확인과 같은 검증 시스템에도 활용할 수 있습니다. 군인이 게이트에 다가가면 센서가 신분증을 불러오고 유니폼에 있는 센서를 두드려 확인하는 모습을 볼 수 있습니다. 또한 옷만으로 추가 정보를 입력하거나 복잡한 메뉴를 탐색할 수도 있습니다.

이 기술로 혜택을 받을 수 있는 기업

웨어러블 시장은 계속해서 뜨거워지고 있습니다. Apple (AAPL ), Microsoft (MSFT ), Fitbit 등 주요 경쟁자를 이미 알고 계실 겁니다. 이 기업들은 오래전부터 시계나 기타 센서가 탑재된 제품으로 건강 측정 기능을 제공해 왔습니다. 다음은 웨어러블 시장에서 움직임을 보이고 있는 다른 기업들입니다.

Augmedix

Augmedix는 AI 기반 의료 제공업체입니다. 이 회사는 웨어러블 기술을 통합해 구급차 운전자가 필요 시 다른 의료진과 연결할 수 있도록 돕습니다. 이 장치는 필요 시 모든 전문가를 클리닉과 연결합니다.

Augmedix는 2022년에 설립되어 의료 분야의 비효율성을 해소하고 더 나은 진료 과정을 촉진하고자 했습니다. 현재 이 네트워크는 자연스러운 의사-환자 대화의 디지털화를 포함한 다양한 유용한 장치를 제공하고 있습니다. 이 접근 방식은 이러한 대화를 실시간으로 유용한 의료 데이터로 추가할 수 있게 합니다.

UA HealthBox

UA HealthBox는 사용자가 자신의 진행 상황과 웰빙을 측정하도록 돕는 피트니스 모니터링 앱입니다. 이 프로그램은 한때 스마트폰 제조업체였던 HTC가 지원합니다. 이 회사는 다년간의 프로세싱 개발 경험을 바탕으로 강력한 웨어러블을 성공적으로 만들고 있습니다.

웨어러블의 미래는 밝다

웨어러블 기술의 발전이 빠르게 진행되고 있습니다. 이미 태양광 구동 및 자체 전원 웨어러블 제품이 대량 시장에 진입할 준비를 하고 있습니다. 이러한 지속 가능한 옵션은 AI 솔루션을 통합해 디지털 환경과의 새로운 수준의 상호작용을 제공할 것입니다. 또한 이 기술은 AR 및 VR과 결합해 디지털과 현실 세계를 매끄럽게 융합할 수 있습니다.

분산형 AI가 웨어러블의 미래

AI 시스템은 다른 Web2 애플리케이션처럼 Web3 형식으로 이전하기 시작했습니다. 이러한 새로운 분산형 AI 생태계는 네트워크 노드로부터 실시간으로 더 많은 데이터를 수집할 수 있습니다. 따라서 향후 웨어러블용 대규모 모델을 만드는 데 더 적합합니다.

AI 웨어러블이 건강을 모니터링하는 데 도움이 되는 것은 한 가지 이야기입니다. 모든 사용자의 데이터를 활용해 지역별 건강 패턴과 위험을 조기에 식별할 수 있는 중요한 통계를 인식하는 것은 또 다른 이야기입니다. 무엇보다도 이러한 장치는 점점 자체 전원으로 설계되어 지속 가능한 대안이 되고 있습니다.

트리보전기 센서, 웨어러블 기술의 이정표

최근까지 대부분의 웨어러블은 시계, 반지 또는 딱딱하고 큰 처리 보드나 컨트롤러를 탑재할 수 있는 기타 장치였습니다. NC State University 엔지니어들의 창의성과 독창성 덕분에 앞으로 옷이 훨씬 더 유용해질 수 있습니다. 최소한 차세대 웨어러블은 여러분의 상호작용을 향상시키고 패션·기술 혁명의 문을 열게 될 것입니다.

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