센서 기술이 인류 미래를 바꿀 10대 기술 중 하나로 꼽히면서 최근 관심이 집중되고 있다. 센서(Sensor)란 물리∙화학∙생물학적 정보를 감지해 유용한 신호, 즉 전기적 신호로 변환, 출력하는 모든 장치를 의미한다.
센서기술은 1970년대 산업생산의 효율을 개선하기 위해 추진된 산업자동화의 시작으로 개발이 시작됐다. 최근 다양한 분야의 과학 기술과 결합하며 센서 기술은 계측 및 자동화 기술의 핵심인 고부가가치 산업으로 자리잡으며, 시장 규모가 급성장하고 있다.
기존의 센서 기술은 양산화, 표준화, 가격합리화에 초점을 뒀다면 최근에는 초소형화, 다기능화, 지능화 및 네트워크화 등 새로운 트렌드 경향이 나타나고 있다.
최근 회로 설계의 발전으로 리드스위치를 대체할만한 컴팩트한 크기, 품질 및 내구성 증가, 배터리 수명 최대화를 실현시킬 수 있는 자기저항센서(MR센서)가 등장했다. MR센서는 홀 이펙트 센서처럼 고체 상태의 자기 센서로, 센싱 물체와 평행방향으로 자기 감지가 이루어져 홀 이펙트 센서에 비해 일반적으로 감도가 더욱 뛰어나다고 알려져 있다. MR센서는 초소형, 고감도의 특성으로 사실상 모든 배터리식 제품에 사용될 수 있다.
하니웰이 업계 최초로 출시한 나노파워 시리즈 자기저항센서 IC는 큰 공극, 작은 자기장 및 낮은 전력을 필요로 하는 다양한 분야에 활용할 수 있도록 설계된 초고감도 센서다. 이 제품은 나노암페어(nA) 수준의 낮은 전력을 사용하여 높은 자기 감도를 제공할 수 있다는 점이 가장 큰 특징이다.
또한, 2mm 안팎의 나노파워 시리즈 자기저항센서는 동일한 감도와 동일한 비용으로 리드스위치보다 작으면서도 더욱 견고하고 안정적인 성능을 제공해 준다. 그 동안 매우 낮은 전력과 큰 공극 때문에 주로 리드 스위치에 의존할 수밖에 없던 배터리 방식 제품에 나노 파워 자기저항센서를 적용해 낮은 전력과 높은 효율을 유지할 수 있게 됐다. 또한 자동화 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 부품 설치에 사용할 수 있도록 테이프 및 릴(릴 당 3000개) 포장의 초소형 SOT-23 표면 실장 패키지로 제공된다.
나노파워센서는 노트북, 스캐너 등 모바일 장비 등 배터리식 기기의 리드 개폐를 감지하며 수도, 전기 및 가스 검침기의 계수 기능 조작, 속도를 늦추거나 또는 정지시키기 위해 검침기 외부에 대형 자석을 부착하여 자기장의 존재 여부 감지한다. 또한 수도나 가스 사용량 확인을 위해 수도 및 가스 계량기의 카운터로 사용 등에 적용 가능하다.
빌딩 내부에서는 배터리 작동식 보안 시스템용 리드스위치 대신에 나노파워센서로 건물 출입 통제가 가능하다. 문 개폐여부를 감지하고 신호를 무선 모듈로 전송하거나 중앙제어장치로 전달한다. 산업용 화재 감지기 내에서는 알람 테스트 센서로 사용하는 등 다양하게 적용할 수 있다.
이외에도, 약물 주입 펌프, 운동 장비, 병원 침대 등 의료용에 사용할 수 있으며, 식기세척기, 전자레인지, 세탁기, 냉장고 등의 백색 가전 제품에 뚜껑, 문, 서랍 위치 감지하는 센서로도 활용된다.
센서에 미세전자기계시스템(MEMS∙Micro Electro Mechanical System) 기술이 적용되면서 자동차 부품, 스마트폰 등 다양한 기술 혁신을 불러일으켰다. 미세전자기계시스템이란 반도체 제조 공정을 응용해 마이크로미터(㎛, 100만분의 1미터) 크기의 초미세 기계부품과 전자회로를 동시 집적하는 기술로 동작, 가속, 기울기, 진동 등을 측정하는 다양한 센서에 활용되고 있다.
MEMS 가속도 센서는 자유낙하 혹은 비정상적인 움직임이 있을 시, 통합 시스템에 하드디스크 드라이브의 모든 기능을 멈추도록 명령한 후, 자기 헤드(Magnetic Head)를 안전한 위치에 안착하도록 한다. 자동차 에어백용 센서가 대표적인 제품으로, 가속도가 기준치 이상 증가하면 에어백이 작동하게 된다.
또한 각운동 센서로 불리는 MEMS 자이로스코프는 가속도 센서를 보완해 인간과 기계 사이의 인터페이스 상에서 다양한 모션, 구동 성능을 향상시켰다. 이 센서는 스마트폰, 태블릿, 게임기 등에 탑재돼 사용자의 팔목, 팔, 손 동작 등의 움직임을 인식, 앱을 구동시키거나 웹페이지로의 이동, 게임 캐릭터 움직임을 구현시킬 수 있다.
ST마이크로일렉트로닉스가 최근 출시한 MEMS 압력 센서 LPS22HB는 고도를 측정 가능케 한다. 이 센서는 스마트폰, 태블릿은 물론 스포츠 워치, 스마트 워치, 피트니스 밴드와 같은 웨어러블 기술에서의 사용이 점점 늘어나고 있다.
정확한 고도 감지와 더 나은 위치 기반 서비스를 제공 가능해 추측항법(dead-reckoning) 계산을 더욱 정확하게 수행할 수 있으며, 이를 통해 날씨 분석이나 건강, 스포츠 모니터링과 같은 새로운 스마트폰 앱 개발을 가능하게 할 수 있다.
최근 사물인터넷(IoT) 시대가 도래하며, 첨단센싱 기술 기반의 센서 시장이 주목을 받고 있다. 첨단센서란 지능화 수준은 높아지고 크기는 더욱 작아진 차세대 센서를 의미한다. 외부 환경요인을 감지하는 기존 센서와는 달리, 자동차, 생활가전, 스마트폰, 웨어러블기기 등 다양한 사물과 결합해 감지된 데이터의 의미를 판단, 처리해 데이터를 전송해준다.
산업통상자원부에 따르면 세계 센서사장 규모는 2012년 796억달러에서 2020년 1417억달러로 연평균 9.4% 성장할 것으로 나타났다. 이 중 첨단센서 비중은 현재 20%에서 2020년 49%로 크게 높아질 전망이다.
첨단 바이오센서가 개발되며, 눈물, 땀샘, 침을 측정해 질병을 실시간으로 모니터링할 수 있게 됐다. 구글은 현재 당뇨병 환자들을 위해 당혈당 체크가 가능한 스마트 콘택트렌즈를 개발 중에 있다. 환자의 눈물 속 포도당 수치를 포도당 센서로 측정함으로써 혈당측정기로 피를 뽑는 수고를 덜 수 있다.
또한, 지난 9월 애플이 발표한 아이워치에 적용된 센서는 LED 광원을 피부에 비춰 반사되는 양을 근거로 혈관 운동을 판단해 사용자의 맥박 측정 등 건강 정보를 수집하는 기능을 하고 있다.
