나. 국내 기술개발 동향
1) 나노센서
최근 국내 반도체 기술이 나노 스케일에 이르게 되면서 기존에 불가능하던 기술이 현실화되고 있다.
가스센서의 경우 기존에는 검지 한계가 수십 ppm 정도였으나 최근 탄소나노튜브 센서가 등장하면서 수 ppb 정도의 가스를 검지할 수 있게 되어 기존에 비해 만 배 이상의 검지능력을 갖게 되었다.
또한 과거에 영화로 방영되어 꿈의 기술이라고 인식되던 나노로봇 즉 인체의 혈관에 삽입되어 각 기관을 돌아다니면서 병을 치료하는 로봇이 나노기술의 발전에 따라 현실로 다가오고 있다.
현재 국내에서는 한국과학기술원 등을 중심으로 나노센서 관련 기술개발이 한창 진행중이다.
2) 스마트 센서
국내 반도체 기술이 발전함에 따라 기존에 수가공에 의존하던 센서들의 제조 방법이 변화하고 있다. 반도체 기술을 이용함으로써 센서가 소형화되고 있으며 수율이 증가하고 대량생산이 가능해지면서 가격이 낮아지고 있다.
그리고 소자가 소형화되면서 집적화 되어 여러 기능을 한 개의 소자에 집적한 다기능 소자가 개발되고 있다. 여러 가지 센서 소자, 전자 회로, 통신기능 및 마이크로프로세서까지 일체화된 반도체 칩이 출현하면서 센서의 다기능화와 지능화가 이루어지고 있다.
이러한 초소형 스마트 센서의 개발은 전체 시스템을 소형화하여 휴대용 시스템을 가능하게 하고 있는데, 국내에서는 포항공대, 한국과학기술원 등을 중심으로 다양한 연구개발이 진행되고 있다.
3) 인공지능 센서
현대사회가 고도로 발전함에 따라 더욱 다양한 기능의 복합 센서가 요구되고 있는데, 그것 중에 하나는 인공지능 시스템이다. 인공지능이란 인간의 뇌를 모방하여 스스로 정보를 학습하여 새로운 환경을 인식하여 판단할 수 있는 시스템을 말한다.
기존에 센서는 한 가지 물리․화학적 변화만을 감지할 수 있도록 설계되어 있었으나 인공지능 기술을 이용하면 여러 가지 환경변화가 동시에 발생하여도 변화의 종류와 양을 판단할 수 있게 된다.
지금까지 이러한 인공지능 기술은 문서인식, 지문인식 등에 활용되어왔으나, 이러한 기술이 센서에 접목되면서 스스로 물리적, 화학적 환경 변화를 학습하여 새로운 환경을 접하였을 때 그 환경변화를 인식하는 것이 가능해졌다.
예를 들면 대기 중에는 여러 가지 가스들이 존재하는데 기존의 센서는 한 가지 가스만을 감지할 수 있었으나 인공지능 기술이 접목되면 존재하는 가스들의 종류와 농도를 동시에 측정 가능해진다. 이러한 인공지능 센서에 관한 연구개발은 국내에서 포항공대 등에서 활발히 진행되고 있다.
4) 홈오토메이션 센서
현대인은 점차 편리함에 익숙해지고 있다. 다가올 미래에는 인간이 숙면을 취할 수 있는 조건으로 조절된 침실에서 잠을 자고, 아침이 되면 뇌가 자연스럽게 활동할 수 있도록 자극을 주는 알람에 맞추어 일어나며, TV를 보고 싶다는 생각에 의해 작동된 TV를 보면서, 입맛과 현재 몸의 상태에 맞도록 조리된 아침을 먹고, 잠자는 동안 침대에 있는 각종 센서에 의해 검진된 몸의 상태를 로봇으로부터 보고 받은 후, 운동하기 위해 밖으로 나가면 집은 자동으로 방범 및 방재 기능이 작동되고, 친구를 만나기 위해 차에 타면 원하는 목적지까지 자동으로 운전되며, 차에 있는 모니터에서는 그날 해야 할 일과 뉴스가 나오는 그러한 일들이 현실로 다가올 것이다.
이러한 기능들은 모두 고기능의 센서에 의해 이루어질 수 있는 것이다. 또한 멀지 않은 미래에는 가정부 로봇이 인간의 친구이자 보호자가 되어줄 것이며, 로봇이 센서 기술의 발전에 의해 탄생할 것이다. 현재 국내에서는 홈 오토메이션과 관련된 센서 기술이 삼성전자, LG전자 등을 중심으로 매우 활발히 진행되고 있다.
제3장 시장동향 및 전망
1. 국내 센서 관련 산업 및 시장 동향
국내 센서산업은 자동화 시스템의 발전과 궤를 같이 하며 매년 10% 가까운 성장률을 기록하고 있다.
센서연구조합에서 최근 발표한 자료에 따르면 지난 95년 2,467억원 규모였던 시장이 2003에는 전년대비 7.1%의 성장한 5,425억 원을 기록한 것으로 나타났다.
경기불황의 장기화와 내수침체의 지속화에 대한 우려가 높은 가운데 2005년 국내 센서산업은 2004년 수준의 유지나 5% 이내의 소폭성장을 기록한 것으로 기업계 관계자들은 추정하고 있다.
2003년에 발표된 센서시장 통계에서 주목해야 할 것은 수입이 2002년 1억9천 달러에서 2003년 3억3천 달러로 급증한 데 비해, 생산은 같은 기간 0.2% 증가에 그친 점이다.
이것은 국내 센서시장에서 그만큼 외국산 제품의 비중이 높아졌다는 것을 증명하는 수치다. 이러한 현상은 점차 수요가 늘고 있는 지능화된 고성능 센서 시장 에서 아직 국산 제품이 외산 제품을 대체하지 못하고 있는 데다 센서 수요 업체에서도 무리하게 위험 부담을 감수하며 국산 제품을 사용하지 않기 때문인 것으로 분석된다.
특히 온도센서는 해외시장에서도 좋은 반응을 얻어 국제경쟁력도 갖춘 상태인데도 아직까지 국내의 수요는 외국산 제품에 치중하고 있는 것으로 알려지고 있다.
이외에도 저급 스트레인 게이지, 공장자동화에서 많이 사용하는 광센서 단품, 5%의 정밀도를 갖는 저급용 습도센서 등도 국내에서 생산되고 있다. 이러한 국내 업체들의 선전에도 불구하고 수입이 계속적으로 늘고 있는 것은 국내 센서기술이 저가의 센서를 중심으로 개발 생산되고 있으며, 고가의 센서는 대부분 수입에 의한 단순 조립기술에만 의존하고 있기 때문인 것으로 분석된다.
앞으로 고성능․고가의 센서시장에서 국산 제품이 얼마나 선전하느냐가 향후 수입증가율 억제의 관건이 될 것이다.
높은 성장률을 기록하고 있는 포토센서의 경우 시장규모가 지난 2000년 393억원에서 2003년 586억 원을 기록하며 큰 폭의 성장을 했다.
최근 일부 국내 업체에서 외국 제품에 전혀 뒤지지 않는 소형․고품질의 광센서를 개발하기 위해 꾸준히 투자를 하고 있어 향후 국산 제품의 자급률이 더욱 높아질 것으로 기대되고 있다.
포토센서는 범용성을 가진 데다 전기적 장애요인을 일으키지 않는 특성 때문에 향후 공장 자동화 분야에서 활용범위가 넓어지면서 시장규모도 더욱 확대될 전망이다.
2004년 국내 업체들은 포토센서의 내수판매에서 전년대비 적게는 50%, 많게는 300% 이상 매출실적을 올려 온도센서, 근접센서에 이어 포토센서가 새로운 주력상품으로 부상하고 있는 추세이다.
하지만 반도체, LCD 등 핵심 산업 분야에서 막대한 수요가 발생할 것으로 예상되는 변위센서는 아직 국내 제품이 전무한 상태에서 최근 외산 제품이 국내에 소개되고 있는 실정이며, 바이오센서 나 화학센서도 불모지나 다름없는 상태다.
또한, 장기적으로 해외시장 개척을 위한 새로운 방안을 모색하기 위해 글로벌 마케팅이 가능한 해외 업체와의 전략적인 제휴도 필요한 것으로 나타나고 있다.
2. 국외 센서관련 산업 및 시장 동향
국외의 센서 산업동향을 살펴보면 크게 미국, 일본, 유럽이 세계 시장의 86%를 차지하고 있다. 그 중에서 미국의 센서 시장은 전체의 32%를 차지하는 실정이다.
Business Communications company의 조사에 따르면 미국의 산업 센서 경향은 Average Annual Growth Rate (AAGR)이 2004년부터 2009년까지 4.7%의 성장률로 2009년에는 약 7.6억불의 수준에 이를 것으로 전망되고 있다.
이런 급속한 센서의 경향은 성능을 높이는 업체들의 경쟁과 새로운 센서에 대한 소비자의 요구가 원인이 되었다.
가장 큰 성능을 나타내는 분야는 반도체와 MEMS 분야이다. 아래의 표에 나타낸 바와 같이 반도체 센서는 매년 7.7%의 성장률로 성장하여 2009년에는 2.5억 불의 시장을 형성할 것으로 예상된다.
Nano센서는 매년 6.3%의 증가 추세로 2004년에 3.7억불의 시장에서 2009년에는 5.0억불의 시장형성이 예상된다. 아래 그림은 나노 센서 시장의 변화양상에 도식이다.
제4장 결론
앞으로 21세기는 정보화 사회가 될 것이며, 정보화 사회는 센서 사회라고 할 만큼 센서의 수요가 급격하게 증가할 것으로 예상되며, 그 시장 규모도 급격히 신장되고 있다.
과학기술 선진국일수록 센서의 수요는 더 크다. 센서는 소자 자체로서의 가치보다 적당한 시스템과 결합하여 활용될 때, 그 가치가 향상된다. 또한, 시스템을 포함한 시장 규모가 센서 자체의 시장보다도 훨씬 더 크다.
이러한 센서의 기술개발은 박막 제조 기술, 미세 가공 기술 등의 발달과 더불어 고감도화, 마이크로화, 다기능화, 지능화로 발전될 것이며, 그 중에서도 세라믹 센서는 자동차용과 환경 복지, 의료용으로 많은 연구개발이 이루어지고, 실제로 응용될 것으로 생각된다.
또한 센서는 그와 관련된 최적의 시스템 및 대상물을 감지하여 제어할 수 있는 액추에이터와 일체로 될 때 그 용도는 무한하리라 본다.
전반적으로 경제 여건이 향상되어 인간의 기본적인 욕구가 충족된 상태에서 보다 쾌적한 환경에서 건강하게 오래 살려는 욕구가 날로 증대되어 가고 있다. 병이 난 후에 이를 치료하려는 노력보다는 사전에 이를 예방하고, 환경오염 문제도 사전에 방지하려는 것이 근래의 추세이다.
이를 위해서는 각종 질병과 공해의 원인 요소들을 사전에 감지하는 것이 필요하며 따라서 바이오센서가 여타 물리?화학 센서들과 함께 더 큰 비중을 갖게 될 것이다.
지구상에 존재하는 수많은 질병 발생 요인과 공해 요인들을 생각하면 이것들을 적기에 감지하고 효율적인 대처를 하려면 바이오센서의 소형화, 저비용화, 다기능화, 고속화, 온라인화가 필수 불가결한 것으로 여겨진다. 이러한 고기능 바이오센서 시스템은 각종 생물공정의 개선, 최적화를 통한 생산성 제고에도 커다란 공헌을 할 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서는 생명공학, 전자공학, 재료공학 등 여러 분야의 연구자들의 폭넓은 참여가 필요하다. 나노테크놀로지를 선도하고 있는 미국에서는 생명과학 및 생물공학 분야의 전문가들의 응용분야 개발 및 연구방향 제시에 따라 전자공학, 재료공학 분야의 연구자들이 구체적인 하드웨어와 소프트웨어를 개발, 제공하는 형태의 노력이 최근 10년 동안 활발히 이루어져 왔다.
그러나 국내에서는 극히 제한된 숫자의 생명공학분야의 연구자들에 의해 산발적인 노력이 최근에 시작되었으나 전자공학 등 타 분야와의 긴밀한 협조를 통한 복합적인 연구 노력은 미미하다. 따라서 현재는 이에 대한 각별한 노력이 매우 절실한 때라고 할 수 있다.
