IT중심 나노/바이오 융합기술 전망

IITA’s Report

미래사회 발전전망디지털 기술의 발전에 따라 유선과 무선, 방송과 통신, 온라인과 오프라인 등 기술, 산업, 서비스, 네트워크 간 통합과 융합이 가속화되는 디지털 컨버전스 시대가 도래하고 있다. 한편 IT, BT, NT 기술간 융합이 진전되어 각 기술과 영역 간의 경계를 넘는 기술혁신이 가속화되면서 새로운 형태의 기술 및 서비스가 출현하고 있다. BT의 한 부류인 인간유전체 염기서열 해독, 인공지능 시스템을 기반으로 하는 첨단의료기기 활용 등에 초고속·대용량 정보처리와 같은 IT기술의 접목이 필수적이다. 이러한 기술적 흐름은 IT, BT, NT 간 활발한 융합을 가져오고 있으며, 현재의 성장 동력인 IT와 차세대 성장 동력인 BT, NT가 결합한다면 시너지 효과는 막대할 것으로 전망된다.IT 산업을 발전단계로 보면 1차(생산), 2차(지식유통: Web), 3차(서비스: 정보가공)로 분류 할 수 있으며, 현재는 2단계의 지식기반 사회에서 3단계의 정보가공 서비스 사회로 발전해가고 있으며, 3단계에서는 다양한 지능형·맞춤형 IT 서비스들이 창출될 것이다.또한 현 IT산업에서 나노 및 바이오 기술이 접목되어 나타나는 다양한 응용분야 중 특히, 차세대 PC 및 나노 지능로봇에서 많은 연구개발이 전개 될 것으로 예상되며, 이를 가능케 하는 인비저블(invisible) 실리콘 및 임베디드(embedded) 소프트웨어가 결합하여 서비스온칩(Service on a Chip) 의 역할이 급증하여 소비자에게 많은 가치를 전달하게 될 것이다.융합기술 개요IT중심 융합기술이란 IT와 타 신기술(BT, NT등)과의 결합을 통하여 신제품/서비스를 창출하거나 기존 제품의 성능을 향상시키는 기술로서, 기존 전통 산업의 제품 또는 공정에 IT기술개발 결과를 응용하여 신제품˙신공정을 창출하는 ‘IT접목’과는 구별된다.협의적인 개념으로 IT중심 시각에서 정의하면 콘텐츠/컴퓨팅/네트워크를 기본 축으로 한 인간(Human)/사물(Thing)/가상공간(Cyber) 에서의 융합기술을 말한다. IT의 발전과 더불어 NT, BT 등과의 융합발전은 인간, 사물, 환경(Real, Cyber)의 능력 신장과 지능화(고도화)를 가져올 것이다.통신 및 인터페이스 기술, 인지과학 등을 통해 인간, 사물, 환경의 융합이 가능해짐으로써, 궁극적으로는 이들이 유기적으로 연결되어 고도의 지능형 사회를 실현하게 되고, 유비쿼터스 지능화 사회에서는 세계 어느 곳에 있든 사물·환경·사람으로부터의 정보에 접근할 수 있는 정보환경을 가지게 되어 실용·학문적 정보 및 개인에게 특화 가공된 정보 등을 통한 새로운 IT 서비스들이 창출될 것이다.세계적 융합기술 포럼에서는 IT중심에서 나노 및 바이오 분야로 확장되면서 발생하는 21세기 서비스 분야 중 유비쿼터스 지능화 사회에서 필요로 하는 3대 서비스를 건강·의료, 엔터테인먼트·교육, 환경·공공안전 서비스라고 발표하였다. 이 글에서는 3대 서비스의 개요 및 시장규모 전망을 소개한다.건강·의료건강·의료 서비스는 정보통신 인프라와 기술을 바탕으로 건강상태 상시 측정, 암·만성질환 스크리닝, 노인 건강·생활관리, 맞춤형 라이프케어 서비스 등을 제공하여 삶의 질을 향상시키기 위한 IT융합기술이다. 다가오는 사회는 고령화된 사회로 노인인구의 증가와 삶의 질 향상에 대한 욕구로 증가하는 헬스케어에 대한 수요를 충족시키기 위하여 보편화된 유비쿼터스 네트워크를 통해 다양하고 전문화된 건강·의료 서비스를 제공받게 될 것이다.건강·의료 서비스 패러다임이 병원 등 의료서비스 공급자 중심에서 소비자 중심으로 변화하고 있으며, 질병의 진단과 치료에서 예방과 관리로, 헬스케어에서 생활 관리를 포함하는 웰빙으로 변화하고 있다.노인인구의 증가는 노인에 대한 의료비용의 급격한 증가를 야기시킬 것으로 예상되며, 이를 줄이려는 노력이 전 세계적으로 이루어지고 있다. 이에 대한 방안으로 노인에 대한 건강 및 생활을 관리하여 질병을 예방하고 관리하는 실버케어 서비스가 크게 대두되고 있다. 또한 가정에서 의사의 진단과 처방을 받도록 하는 재택건강관리 유형으로서 거동이 불편한 환자가 간단한 진단을 통해 처방전을 받으려고 의료기관을 내왕하는 불편을 해소하므로, 이동과 나아가 휴대 가능한 원격진단 기기 및 서비스의 필요성이 크게 부각되고 있다.시장규모 전망건강·의료의 대상 시장으로는 실버케어 시장으로 노인 요양/간호 시장, 고령친화산업 시장, 바이오 칩 시장 등이 있고, 원격진단 의료기기 시장으로 원격 영상진단 시장, 피부 미용 시장, 예방의학 시장 등이 있다.고령화 시대에 진입함에 따라 노인의 생활/건강관리, 우울증 관리, 고립감 해소 등을 위한 시장이 급속히 성장하고 있으며 고령으로 인한 장애극복 기기, 단말 등의 시장이 형성되고 있다. 19년 후 한국의 65세 이상 인구가 세계 최단기간에 7%에서 14%로 2배 증가하며 2050년 이전에 한국인구 중 50대가 50%이상을 차지함에 따라 고령인구의 실버케어와 서비스 시장이 급부상할 것이다.질병의 조기 진단 및 예측을 통하여 질병을 예방하고 특히 유아 비만 등 어린이 성인병이 늘어남에 따라 유년기부터 질병을 예방하기 위한 예방의학이 미래에는 중요한 시장으로 부상하고, 의료데이터와 연동하여 질병진단의 정확도를 향상하고 나아가서는 개인의 유전자 차이에 따른 질병 예측 및 진단이 가능한 개인맞춤형 의료진단 서비스 시장이 있다. 또한 분자영상을 이용한 진단 기술과 원격 송수신 기술을 융합하여 해당 지역에서 실시간 진단을 수행하고 데이터를 원격지의 대형병원과 공유하여 양질의 의료서비스를 제공할 수 있는 원격 생체영상 및 일반인을 위한 피부미용 시장 등이 있다.엔터테인먼트·교육미래 정보사회는 인간을 중심으로 한 주변 환경간의 상호 원활한 이해와 통신을 전제로, 언제 어디서나 쾌적하고 안전한 삶 등 인간의 오감을 대신할 수 있는 실감화·지능화·개인화된 서비스 형태로 발전할 것이다. 이러한 유비쿼터스 기반 하에서 인간의 욕구 충족과 생산적 휴식을 위한 영화, 음악, 예술, 게임 등 여가 활동을 ‘u-엔터테인먼트’로 정의하고, 윤택한 삶에 필요한 정보의 인지 및 인식이 가능하며 시간과 공간의 제약을 받지 않는 서비스 체제하의 학습 활동을 ‘u-교육’으로 정의한다.통신망 인프라의 지속적인 확충과 고기능 모바일 및 연동형 통합서비스 기술을 바탕으로, 현재의 2D/3D 게임 등이 입체영상, 가상현실 및 감성정보 기반의 실감형/체험형 u-엔터테인먼트 서비스가 가능한 새로운 여가 문화를 창조해 나갈 것으로 예측된다.또한 u-교육 서비스는 현재의 시청각 다중 매체를 통한 멀티미디어 전달형에서 유비쿼터스 환경의 다양한 플랫폼(실감전달형 혹은 감성대화형) 상에서 가상현실(가상체험)은 오감을 기반에 둔 공간적 감각정보 전달방식이므로 교육에 매우 효과적일 것이다.이러한 엔터테인먼트/교육 서비스를 제공하기 위한 주변기술의 발전방향 및 구비조건으로, 통·방 융합 환경 하에서 동영상 및 음향 등 을 제공하는 현재의 멀티미디어형 서비스가 가능하고, 유비쿼터스 망에 연동되어 실시간으로 오감전달이 가능하여 직접 만나서 대화하는 것처럼 느끼는 ‘실감통신’ 인프라가 요구된다. ‘실감통신 인터페이스 시스템’은 모바일 실감통신 환경에 적합한 인간중심의 모바일 기기와의 인터페이스로 정의된다. 모바일기기와의 인터페이스는 모바일기기와 분리형인 프린터, PMP 등 서비스 지향 사용자 인터페이스(UI) 및 모바일기기와 일체형인 입체 디스플레이, 음성인식/가상키보드 등과 그를 통해 입출력 되는 데이터를 처리하기 위한 인지 및 인식, 실시간 실감데이터 처리, 전원관리, 입출력 광플랫폼 등의 모바일 기기 지향 입출력 장치 인터페이스(I/O)로 구성된다.시장규모 전망2007년까지 748억 달러의 시장형성으로 세계 게임/교육 산업의 급격한 성장이 예상되고, 이 중 세계 모바일 게임시장은 2004년 30억 달러에서 2009년에는 185억 달러로 급격히 성장하고, 교육의 다양성을 요구하는 유럽과 인구 밀집도가 높은 아시아 지역에서 40%를 넘는 높은 성장률이 예상된다.대상 시장은 기기간 접속 시스템, 인지인식 시스템, 신호처리 시스템, 입출력 시스템 등이 있다.엔터테인먼트·교육 서비스를 수용하는 실감통신 모바일 인터페이스 시스템은 현재 스마트폰이나 무선 PDA의 진화된 형태로 될 것이며 시장 규모가 2005년 248억 달러에서 2012년 2,470억 달러로 연평균 46.6% 성장이 예측된다.기기간 접속기술의 시장규모는 센서기반 RFID 및 아날로그 특성으로 활용가능한 장거리 광전송용(DWDM) 광원 시장으로 추정하였으며, 휴대단말 반도체 부품은 인지인식 및 신호처리 SoC(36.5%), 입출력장치(35.5%), 배터리(5.5%), PCB(4%), 기타(18.5%)로 구성된다.또한 인지˙인식 및 신호처리용 SoC부품의 휴대단말 원가분석표를 고려하면 대략 36%를 차지하고 이를 전체 스마트폰 시장 및 휴대단말 반도체 부품 시장에서 도출하였으며, 입출력 부품 비중은 디스플레이, 카메라모듈, 키보드 등을 고려, 35%로 추정하고 전체 스마트폰 시장 및 휴대단말 반도체 부품 시장에서 도출하였다.환경·공공안전환경/재난/안전 관리 분야의 서비스들은, 많은 경우 전국적 규모의 관리 네트워크 구축이 필요하기에 정부차원에서의 사업 추진이 필수적인 분야이다. 특히 최근 지구 온난화 및 공해 문제가 심해짐에 따라 각종 생화학 환경 인자에 대한 관심이 높아지고 있고, 이러한 환경 인자들을 관리하는 네트워크의 필요성이 절실해 지고 있다.이러한 인자의 예를 들면, 환경 유해가스, 식품/농수산/수질 오염물질, 전염병, 마약/총포류 등 금지품목 등을 들 수 있다. 그러나 이러한 환경 인자 모니터링 네트워크 구축의 가장 걸림돌이 되는 것은 ‘생화학 환경인자 센서기술’의 미비라고 할 수 있다.‘유비쿼터스 생화학 센서’는 식품 부패 인자, 감염/전염성 인자, 환경오염 인자 등 유해 생화학 인자를 현장에서 감지/분석할 수 있는 초소형 고속 센서 시스템에, 통신 기술을 접목하여 유비쿼터스 기술로 발전한 센서 시스템을 의미한다. 이러한 센서 시스템을 구성하기 위해 필요한 구성 요소는 생화학 센서, 센서 신호처리/분석 기능 및 장/단거리 무선 통신 기술을 들 수 있다.‘생화학 센서’의 경우, 일종 또는 다종의 생화학 물질을 실시간으로 검지하는 기능을 수행하며, 보통 많이 쓰이는 생화학 센서란, 특정한 생화학 물질에 대한 선택적 인식기능을 가지는 표적물질 인식체(sensor matrix)를 신호 전환기(signal transducer)와 결합시켜, 생물학적 상호작용 및 환경물질과의 반응을 전기적 신호로 바꾸어 줌으로써 측정 대상물질의 정량적 정보를 얻을 수 있는 계측 센서이다. 신호변환(signal transducing) 방법으로는 전기화학, FET Field-effect transistor), 나노선 회로, 액정 바이오 센서 등 다양한 방법이 있다. 검지대상이 될 수 있는 물질은, 각종 환경 유해 가스, 바이오 마커, 마약, 바이러스 등이 될 수 있으며, 고감도 초소형 생화학 센서는 최근에 와서야 NT/BT 등의 발달에 따라 본격적인 개발이 진행되고 있는 상황이다.‘센서 신호처리/판단’ 기능은, 생화학 센서에서 나오는 신호를 디지털 신호로 바꿔주고, 이를 분석/판단하는 기능을 일컫는다. 이를 위해서 센서 신호를 디지털 신호로 바꿔주는 ADC 회로와 평균, 분산 등을 계산하여 측정된 물질의 종류를 판단하는 논리 회로를 포함하며, 현재 ADC 회로, 연산/논리 회로 등은 이미 개발이 많이 된 상황이다.장/단거리 무선 통신 회로는, 지그비, CDMA 칩처럼 무선 통신을 수행할 수 있는 회로를 의미하며, 장/단거리 무선 통신 칩은 이미 개발이 많이 되어 있으나, 이를 유비쿼터스 생화학 센서에 적용하기 위해서는 최적화 과정 및 표준화 과정이 필요한 실정이다. 예를 들어, 현재 지그비 칩 등이 IEEE 1451.5 표준 프로토콜을 이용하여 센서 신호 전달을 할 수 있으나 이는 주로 단일 센서 신호 전달을 위한 것이다.시장규모 전망대상 시장은 생화학 환경 모니터링, 식품 안전, 범죄 방지 등 크게 3개로 분류할 수 있다.환경정보 센싱 시장은 2010년 460억 달러에 달하는 거대 시장을 형성할 것으로 전망된다. 현재는, 환경유해물질 검지의 기본이 되는 개별 가스센서 시장이 환경 경보 서비스업 시장보다 크나, 점차적으로 환경 정보를 국민에게 알려주는 환경 경보 서비스 시장의 기하급수적인 증가가 예상된다.또한 환경유해물질 경보서비스는, 장차 선진국에서는 전국적인 환경 센서네트워크를 통해 국가적 규모로 이루어질 가능성이 높기에 그 사업 및 시장 규모가 개별 센서 시장과는 비교가 안 될 정도로 클 것으로 예상된다. 이러한 국가 규모 사업으로 큰 이득을 올리고 있는 예를 들자면 프랑스의 고속철도 기술을 들 수 있다.식품안전 바이오센서의 현재 시장규모가 작은 이유는, 개발된 관련 센서가 거의 없기 때문이다. 최근, 식품유통, GMO, 신종 바이러스 출현 등에 의해 신기술 개발이 활발할 것이며 시장성장률이 매우 높을 것으로 예상된다.유비쿼터스 생화학 센서 기술이 핵심이 될 U-센서 네트워크 시장은 2010년 전체적으로 768억원에 이를 정도로 급격한 신장이 예측된다. 이러한 USN 개발을 위한 가장 큰 걸림돌이 되고 있는 것은, USN에 적합한 생화학 센서의 부재이고, 각국의 연구진들이 USN에 적합한 초소형 고속 검지 시스템 제작에 총력을 기울이고 있다.

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김의겸 (webmaster@techworld.co.kr)

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