미래기술/미래전망/첨단산업

Nikkei Electronics_2023.3 특집 요약 (p38-73)

CES, 특정 ‘제품’에서 탈피
주역은 생활을 풍요롭게 하거나 사회 과제를 해결하는 테크놀로지

세계 최대 테크놀로지 박람회 ‘CES 2023’(2023년 1월 5~8일, 미국 라스베이거스)이 3년 만에 오프라인에서 열렸다. 전 세계 3,200개 이상의 업체가 참가하고, 11만 5,000명 이상이 방문했다. 이번 CES에서 주역은 텔레비전이나 EV(전기자동차) 등 특정 ‘물건’이 아니었다.

인간의 생활을 보다 안전하고 풍요롭게 하거나 사회 과제를 해결하기 위한 다양한 테크놀로지이다. 코로나19라는 거대한 재난을 거치면서 사람들의 가치관이 물건에서 벗어나고 있음을 강하게 각인시켰다.

제1부 모빌리티
소니-혼다는 EV 'AFEELA' 공개, 퀄컴도 자동차용 SoC로 공세

테크놀로지 박람회인 CES는 약 300개의 자동차 관련 기업이 집결하는 ‘세계 최대 자동차 쇼’[주최자는 CTA(미국소비자기술협회)]이기도 하다. 이번에 주목할 포인트는 전기자동차(EV)화와 자율주행화라는 큰 흐름 속에서 전개되는 각 사의 움직임이다.

제2부 스마트 홈
고객 확보 경쟁의 종언, 구글도 삼성도 ‘Matter’ 어필

그동안 호환되지 않는 여러 규격이 난립하면서 생각처럼 시장이 성장하지 않았던 스마트 홈 업계에 대변혁 시기가 다가오고 있다. 2022년 가을에 통신 통일 규격인 'Matter' 사양이 공개됨과 동시에 대형 가전의 클라우드 연계 규격인 'HCA(Home Connectivity Alliance)' 사양이 이번 CES에 맞춰 공개됐다.

제3부 메타버스
초경량 VR용 HMD나 간단 CG모델 제작, 하드웨어 문턱 낮춰 메타버스를 일상으로

자신의 아바타(분신)를 통해서 다른 참가자와 교류할 수 있는 인터넷상의 3D 가상 공간 ‘메타버스’. 경제 활동의 장으로서도 큰 가능성을 내포하고 있지만 세상의 많은 사람에게는 아직 문턱이 높다.

제4부 디지털 헬스
‘간편검사’ ‘원격의료’ ‘오감활용’, 존재감을 키워가는 건강 테크

CES에서 헬스케어 분야와 의료 분야의 과제를 다양한 디지털 기술로 해결하는 '디지털 헬스'의 존재감이 커지고 있다. 이전부터 CES를 찾았던 참가자들로부터 놀라움의 목소리가 나올 정도로 성황이다.

제5부 디스플레이
LG와 삼성은 유기EL에서 '고휘도화' 대결, 일본 기업은 자체 디스플레이 개량판 공개

디스플레이 업계의 최대 관심사는 TV용 유기EL(OLED) 패널을 둘러싼 한국 LG디스플레이와 삼성디스플레이의 대결이다.

제6부 그 외의 기술
CES에서 발견한 주목할 기술

■ 자율적인 농업기계, 로봇으로 식량 부족 해소
Deere, 기존 대비 2배의 파종을 실현

세계적인 식량 부족 우려를 해소하기 위해 농업/식품 분야에서는 신기술을 도입해 문제를 해결하려는 대응이 활발해졌다. CES 2023에서는 농업기계의 자율화와 전동화, 새로운 로봇 등이 관심을 끌었다.

‘John Deere’ 브랜드로 유명한 농업기계 개발 기업인 미국 Deere는 로보틱스 기술을 이용해 기존 대비 2배의 파종이 가능한 농업기계(플랜터) 신제품을 발표했다. 2023년 봄에 출하할 예정이다. 파종에 적합한 기간이 한정적이기 때문에 수확량을 올리기 위해서는 고속 파종이 중요하다고 한다.

이 플랜터는 씨앗이 땅 속으로 들어가는 타이밍을 센서로 감지해 필요한 만큼의 비료를 씨앗이 땅으로 들어가는 순간 직접 살포할 수 있다. 이를 통해 파종할 때 살포하는 비료의 양을 기존보다 60% 이상 줄일 수 있다. 또한 불필요한 비료가 잡초의 성장을 촉진하거나 밭에서 수로로 흘러나오는 것을 방지하기 쉽다.

자율주행이 가능한 트랙터도 어필했다. 이는 ‘CES 2022’에서 발표한 것이다. GPS 외에 주변 상황을 인식하기 위한 스테레오 카메라를 전방 3대와 후방 3대, 총 6대를 탑재한다. 이미지인식 기술로 자율주행이 가능하도록 했으며, 데이터 처리 등은 미국 엔비디아의 GPU로 실시한다.

전동화에서는 배터리(2차 전지) 전력으로 구동하는 풀 전동 건설기계(셔블카)를 새롭게 발표했다. Deere가 22년에 인수한 오스트리아 크라이셀 일렉트릭(Kreisel Electric)의 기술을 바탕으로, 독자 개발한 배터리 팩을 탑재했다.

용량이 약 63kWh인 배터리 모듈을 2개 탑재한다. 크라이셀 일렉트릭이 원래 채택한 대로 신제품에서도 한국 LG에너지솔루션의 배터리 셀을 채택했다. 급속 충전기도 자체 개발했다.

■ AI나 센서로 식품 손실을 삭감
채소나 과일의 숙성도를 센서로 추정

농작물의 수확부터 조리, 폐기까지 공급망의 각 공정에서 테크놀로지를 이용해 식품 손실을 줄이는 움직임이 활발하다. 이번에 출하한 농작물 손실 삭감을 위한 센싱 기기를 선보인 것은 네덜란드 스타트업 기업 One Third다.

One Third는 적외선 센서를 이용해 수확한 채소나 과일의 숙성도를 추정하는 시스템을 선보였다. 예를 들면, 숙성도가 높은 채소는 창고에서 가까운 점포로, 숙성도가 낮은 채소는 먼 점포로 수송함으로써 가급적 오랜 시간 매장에 진열할 수 있도록 하여 식품 손실을 줄인다.

하드웨어를 판매하는 것이 아니라 데이터 분석과 서비스를 제공하는 서브스크립션(구독)형 사업을 전개한다. 지금까지 유럽에서 사업을 전개했지만 북미에도 진출할 계획이다. 현재는 딸기와 아보카도, 토마토, 블루베리에 대응하고 있으며, 망고와 바나나, 복숭아, 포도에 대응하는 기기를 개발 중이다.

음식점의 식품 손실을 줄이기 위한 시스템을 판매하는 기업 역시 네덜란드의 스타트업 기업 Orbisk이다. 쓰레기통 위쪽에 센서 유닛을 설치해, 이미지인식 센서를 통해 버려진 식재료의 종류나 양 등을 인식한다.

또한 접시에서 버린 경우는 ‘손님이 먹다 남은 음식’, 도마에서 버린 경우는 ‘조리할 때 낭비된 재료’ 등 음식이나 식재료 손실이 발생한 장소도 판별할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 식재료 구입량을 조정할 수 있다.

■ 산토리, 세계 첫 액체 속 그리기 기술
파티장의 음식 안에 오징어 먹물로 글자나 일러스트

산토리는 식품에서 나온 재료로 액체 속에 문자나 일러스트, 3D 패턴을 그릴 수 있는 액체 속 그리기 기술 ‘LiDR(Liquid Drawing)’을 최초 공개했다. 산토리에 따르면 ‘액체 속 푸드 3D프린터’는 세계 최초라고 한다. ‘액체 안에 액체로 그리는 기술’에 대해 특허 신청 중이라고 한다.

CES 박람회장에서는 수돗물을 걸쭉하게 만들기 위한 증점제와 설탕을 첨가한 액체에, 6축 로봇 팔 끝에 장착한 노즐(주사바늘)에서 오징어 먹물을 토출해 다이아몬드 모양을 3D로 그리는 시연을 공개했다. 디자인된 액체는 마실 수 있고, 그림은 1~2일간 유지된다고 한다.

액체 속에서 잉크(그리기용 음료)를 이용해 그리고, 그 패턴을 안정시키기 위해서는 잉크와 액체의 비중을 맞춰야 한다. 또한 잉크 입자가 미세할수록 잘 퍼지지 않기 때문에 오징어 먹물을 사용했다.

한편 로봇 측에서는 잉크를 토출하는 노즐의 위치나 속도, 토출 유량이 중요하다. 그래서 이것들을 유연하게 제어할 수 있는 실린지(Syringe, 주사통) 기구와 그리기 프로세스를 확립했다.

그 제어 기술과 프로그램을 통해 캔버스가 되는 음료 안에서 잉크가 흐를 위험과, 이미 그려진 잉크가 그리기 중인 노즐과 상호작용할 위험을 줄인다. 안정적인 유체 3D 패턴을 구축했다고 한다. 로봇은 시스템 개발 회사인 Progress Technologies(도쿄)와 공동 개발했다.

■ 안이 훤히 보이는 전자레인지
투과율 99%의 도전성 필름으로 실현

캐나다의 스타트업 Meta Materials는 투과율 최대 99%로 안이 훤히 보이는 전자레인지를 선보였다. 자사에서 특허를 보유하고 있는 ‘NANOWEB’이라는 투명 도전성 필름을 사용해 실현했다.

통상 전자레인지는 내부에서 발생하는 마이크로파가 밖으로 새지 않도록 금속 메시를 유리 표면에 사용한다. 그런데 금속 메시는 폭이 수 µm 이상이어서 사람 눈에도 보이기 때문에 내부 시인성이 나빠지는 문제가 있다.

한편 NANOWEB은 사람 눈에 보이지 않는 폭 1µm 이하의 메시를 구현했다. 이를 통해 최대 투과율 99%를 실현, 이를 전자레인지의 창 유리에 사용해 높은 시인성을 확보했다. 또한 각종 유리나 플라스틱 표면에 사용할 수 있으며, EMI(전자장애)에 대한 내성도 ITO(인듐 주석 산화물)나 기존 금속 마이크로와이어 메시보다 뛰어나다고 한다.

NANOWEB를 창 유리에 사용한 전자레인지의 정면에서 마이크로파 누출량을 측정한 결과, 기존의 기준제품과 동등한 1mW/cm2를 밑도는 값이 측정되었다고 한다. NANOWEB의 메시 선의 폭은 0.15~1µm, 시트 저항은 1~100Ω/sq, 피치 2µm 이상, 두께는 50nm~1µm까지 커스터마이즈가 가능하다.

전자레인지 외에 제설용 히터와 투명 안테나, AR(증강현실) 등의 분야에서 응용하는 것도 생각하고 있다. 현재, 중국 가전업체와 채택을 검토하고 있는 중이라고 한다.

NANOWEB는 자사에서 개발한 ‘Rolling Mask Lithography(RML)’라는 공정으로 제조하고 있다. RML은 빛의 위상과 강도를 바꿔 해상성을 향상시키는 위상 시프트 리소그래피 방법과, Roll to Roll 방식의 장점을 합친 방식이다. 원통형 위상 시프트 마스크를 사용해 다양한 사이즈의 나노 폭 구조로 성막(成膜)할 수 있다.

■ 세계에서 가장 작은 가스 분석 장치
목표는 ‘드론의 코’

센서 개발 스타트업 기업 Ball Wave(센다이시)는, 세계에서 가장 작은 가스분석기 ‘Sylph(실프)’를 선보였다. 보통 가스분석에 사용되는 장치는 소형 냉장고 정도 크기인데, Ball Wave는 그 크기의 약 1/20을 실현했다. 소비전력도 약 1/20로 줄였다.

한편, 검출 감도는 기존 장치와 동등한 수준을 확보했다고 한다. 통상 Gas Chromatography는 '사후 분석'이지만 Sylph는 계측하고 싶은 장소에 장치를 가져와 분석하는 '즉시 관찰'이 가능하다. CES 2023에서는 집 안으로 가져와 휘발성 유기 화합물(VOC)을 검출하거나 드론 등 로봇의 ‘코’로서 높은 장소의 가스 분석 용도를 제안했다.

Ball Wave의 코어 기술은 구형의 볼 SAW(표면탄성파) 센서를 축으로 한 센서 플랫폼에 있다. 통상 SAW 센서에서는 감응막에 분자가 흡착했을 때 표면탄성파의 음속과 감쇠의 변화를 검출한다. 다만 통상의 평면형 SAW 센서는 감도 혹은 응답 속도가 미흡해 실용화가 어려웠다. 그래서 Ball Wave는 센서를 구체(球體)로 함으로써 이 과제를 해결했다.

구체 표면에 특정 폭으로 표면탄성파가 발생하면, 그 파동은 회절하지 않고 직진하여 구체의 적도 주변을 겹겹이 돈다. 예를 들어 표면탄성파가 구체를 100바퀴 돌면 가스 분자를 흡착한 감응막에 의한 미량의 변화가 돌 때마다 축적돼 100배가 된다. 그래서 볼형은 평면형에 비해 훨씬 고감도가 된다고 한다.

■ 독일 보쉬는 센서 응용을 어필
걸음 수를 계측할 수 있는 관성센서 공개

독일 보쉬(Bosch)는 CES 프레스 컨퍼런스에서 센서 사업을 강하게 어필했다. 보쉬는 센서의 용도는 차량 탑재 뿐만이 아니라 건강 상태 개선이나 유해 물질 감지 등 ‘휴먼 시큐리티’ 전반과 관련된다는 것을 강조했다. 동시에 새로운 센서를 다수 발표했다. 모든 센서는 자회사인 Bosch Sensortec이 개발했다.

첫 번째는 가혹한 환경에서도 사용할 수 있는 대기압 센서 ‘BMP585’. 수cm 단위의 고도의 변동을 측정할 수 있기 때문에 턱걸이나 팔 굽혀 펴기와 같은 피트니스에 사용할 수 있다. 내액(耐液) 젤 커버에 의해 수중 환경에 대한 내성이 있어 수영용 웨어러블 제품 용도도 전망한다.

두 번째는 차세대 지자기 센서 ‘BMM350’. 센서를 장착한 이용자가 향하고 있는 방향을 감지하는 기능이 내장되어 있다. 3D 오디오나 내비게이션 시스템에서 위력을 발휘한다고 한다.

BMM350의 평균 소비전류는 200µA(데이터 레이트 100Hz)로, 이는 이전 세대 ‘BMM150’의 1/20에 해당한다. 저소비 전류화를 실현한 후 성능을 향상시켰다. x/y축 노이즈는 BMM150 대비 1/3, 감도는 4배가 되었다고 한다.

세 번째는 스마트 관성 센서 시스템 ‘BHI360’ 및 ‘BHI380’. BHI360은 프로그램의 실행 환경을 보유, 내장 소프트웨어를 활용해 단독으로 간단한 제스처 검출이나 걸음 수를 카운트할 수 있다. 이를 통해 메인 디바이스의 프로세서 기동을 피할 수 있어 소비전력을 절감할 수 있다. BHI380은 자기학습형 AI(인공지능) 소프트웨어도 탑재한다.

■ TV에 첫 밀리미터파 레이더 센싱
TVS REGZA, 3개의 화질 개선 기술

TVS REGZA(구 도시바)는 중국 하이센스의 부스 한쪽에 공간을 마련해 3개의 새로운 화질 개선 기술을 프레젠테이션했다. 특히 주목을 받은 것이 최초로 텔레비전에 탑재되는 밀리미터파 레이더 센싱에 의한 시거리 적합/화질 조정 기술이다.

지금까지의 환경 매칭 기법에서는 수동적으로 센서를 사용해 조명의 색이나 밝기를 검출해서 화질 조정에 활용했었다. 이번에는 밀리미터파 레이더를 통해 시청자가 어느 위치에 있는지 파악하고, 그 거리에 따라 최적 화질로 조정한다.

그 전제가 되는 이론은 시청거리가 가까울 때와 멀 때는 인간의 시감도 특성이 변하면서 영상을 보는 방식이 달라진다는 것이다. 가까워지면 더 세세한 부분이 보이고, 멀어지면 디테일은 모호해지고 대략적인 구도가 주체가 된다.

근접 시청 시에는 세세한 부분을 알 수 있어 노이즈도 눈에 띈다. 그래서 노이즈 리덕션을 강하게 건다. 멀어지면 노이즈도 눈에 띄지 않게 되므로 초해상으로 디테일을 강조한다. 시거리에 맞춰 정밀감과 노이즈의 균형을 맞추고, 그 거리에서 가장 잘 보이는 최적의 영상으로 조정한다고 한다. 이 밖에 스피커 소리의 지향성도 시거리에 따라 변화시킨다.

■ 파나소닉, 알칼리 수전해 촉매
저가이면서 고활성, 2030년 무렵 보급

파나소닉 그룹은 알칼리 수전해용 애노드 촉매로서 기능하는 재료를 최초 공개했다. 니켈(Ni)과 철(Fe)로 이루어진 재료이다. 양성자 교환막(PEM)형 수전해의 애노드 촉매로서 일반적인 산화이리듐(IrO2)보다 더 활성화되어 있다는 점과, 귀금속을 이용하지 않기 때문에 비용이 싸다는 점이 특징이다. 다만 구체적인 전해 효율 정보는 비공개이다.

수전해 장치에는 크게 3종류가 있다. 저렴한 알칼리 수전해, 응답이 빠르지만 고가의 촉매를 사용하는 PEM형 수전해, 저비용이면서 응답도 빠른 음이온 교환막(AEM)형 수전해다. 파나소닉은 처음에 AEM형 수전해를 상정하고 촉매를 개발했었다.

하지만 ‘전 세계에서 AEM형을 개발하는 기업은 거의 없어 현재로서는 단기적인 비즈니스에는 적합하지 않다’는 판단 하에 알칼리 수전해로 방향을 전환했다. AEM형과 알칼리 수전해는 동일한 화학반응을 일으키기 때문에 공통 촉매를 이용하기 쉽다. 애노드 촉매로 좁혀 개발하는 이유에 대해 “그것이 수전해 전체의 에너지 효율을 크게 좌우하기 때문이다”(파나소닉).

이번 CES에서 전시한 것은 A0 크기(841mmⅹ1189mm, 1m2)로 거대한 실물이다. 일반 공개는 처음이다. 2025년에 알칼리 수전해 장치에서 실증을 진행하고, 2030년에 보급할 계획이라고 한다.

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