소형의 효율적인 전자기기와 초저전력 무선 기술 및 스마트폰의 통합이 없었다면 웨어러블 시장의 가능성은 현실화되지 못했을 것이다.
지난 2003년, 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)는 웨어러블 기술의 선구자였다. 그 해 핀란드의 스포츠 시계 제조업체인 순토(Suunto)는 심박수 측정기(Heart Rate Monitor, HRM)를 자사의 최신 ‘손목장착용(Wrist-Top)’ 제품과 연결하기 위해 노르딕 ULP(Ultra Low Power) 무선 기술을 채택했다. 당시 웨어러블 전자기기는 피트니스 분야의 얼리 어댑터(Early Adopters)를 겨냥하기 위한 틈새 기술에 불과했다. 하지만 오늘날 웨어러블기기는 대중 시장에서 최고의 인기를 구가하는 최신 장난감이 됐다.

시장조사 기관인 마켓스앤마켓스(Markets & Markets)에 따르면, ‘세계 웨어러블 기술 생태계’의 규모는 2013년부터 2018년까지 연평균 18% 이상의 성장률을 기록하면서 2018년에 140억 달러에 이를 것으로 예측된다. 또한 현수준에서 웨어러블 기술의 ‘전체 적용 가능한 시장’에 대한 확산 정도는 18%에 이르는 것으로 예측되며 향후 5년 동안 더욱 가속화되어 2018년까지 46%에 이를 것으로 전망된다.



이러한 폭발적인 성장은 이전에는 서로 무관했던 여러 기술의 융합 덕분이다. 손목시계에 사용할 수 있을 만큼 매우 작은 배터리로 구동 가능한 초소형 IC를 통해 첨단 기술 기업들은 소형 센서들을 제공할 수 있게 됐으며, 스마트폰과 호환 가능한 무선 기술 덕분에 소비자들이 휴대하고 있는 핸드셋과 원활하게 통신이 가능해졌다. 또한 다양한 저가의 앱을 통해 센서에서 얻은 정보를 제공할 수 있는데, 예를 들어 지난밤에 먹은 햄버거나 감자튀김을 연소시키기 위해서는 어느 정도의 조깅이 필요하다고 알려주는 것처럼 쉽고 편리한 형태로 나타낸다.

그렇다면 이러한 기술들은 어디에서 나오는 것일까? 그리고 왜 이러한 기술들이 빠르게 확산되고 있는 웨어러블 분야에서 하나로 모이고 있는 것일까?
3가지 기술에 대한 담론

‘웨어러블(Wearable)’이라는 용어는 구글 글래스(Google Glass)와 같은 컴퓨터에서 스마트워치, 피트니스용 팔찌, 심박수 측정기 및 간단한 만보기에 이르기까지 다양한 기기들을 지칭한다.

이러한 제품들 중 일부는 컬러 디스플레이나 GPS 수신기와 같은 기능을 갖추고 있기 때문에 재충전이 가능한 리튬이온 배터리 전원이 필요하다. 하지만 웨어러블 기기에서 비중이 점차 높아지고 있는 소형 센서는 특히 경량으로 간섭이 없도록 설계돼야 하기 때문에 배터리 공간이 제한적이다. 또 셀을 교체하지 않고 수개월 또는 수년까지도 동작할 수 있어야 한다.

연산 성능을 제공하면서도 오랫동안 소형 배터리로 구동이 가능한 이러한 초소형의 전력 효율적인 칩은 웨어러블 전자기기의 혁명을 가져다 줄 핵심기술중 하나다.



실리콘의 효율을 향상시키는 핵심은 고도의 통합 능력이다. 단일 칩 상에 임베디드 마이크로프로세서와 메모리, 전력관리 칩을 통합한 경우 멀티칩 솔루션에 비해 전력소모가 훨씬 적다. 또한 이러한 고집적 통합 칩은 공간을 훨씬 적게 차지하는데, 이는 극도로 작은 여러 웨어러블 기기의 내부 크기를 고려할 때 상당히 중요한 장점이다.

최신 세대 무선 칩의 전력소모를 줄이기 위해 노르딕 세미컨덕터는 ARM 프로세서와 2.4 GHz 무선 실리콘, RAM 및 플래시 메모리를 6mm × 6mm의 초소형 실리콘 칩에 통합했다. 공간 제약이 더욱 심한 웨어러블 기기를 위해 노르딕은 자사의 주력 제품 중 크기가 3.5 mm × 3.5 mm에 불과한 WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package) 버전을 제공하고 있다.

급부상하고 있는 웨어러블 전자기기의 성장 동력이자 필수적인 두 번째 기술은 인터넷 지원 휴대형 컴퓨터(혹은 스마트폰이나 태블릿)의 확산이다. 향후 몇 년안에 이러한 기기의 판매 규모가 급성장할 것으로 전망되는데, 시장분석 기관인 스태티스타 리서치(Statista Research)에 따르면, 전 세계적으로 2020년까지 모바일 기기의 누적 규모는 총 61억 개에 이를 것으로 예상된다.

모바일 기기가 웨어러블 전자기기 혁명의 중심(문자 그대로 또는 비유적으로)에 자리하게 된 요인은 두 가지다.

첫 번째는 모바일이 웨어러블 기기의 개인 네트워크에서 들어오는 데이터를 수집하고 파악한 다음, 이 정보를 분석하고, 표현하고, 공유할 수 있도록 프로세싱 성능을 제공하는 ‘허브(Hubs)’를 형성하고 있다는 점이다. 두 번째는 최신 기술에 능통한 현 세대 소비자들이 스마트폰과 함께 성장해 왔으며 자신들이 구매한 다른 장치들을 제어하는 데 스마트폰을 사용할 수 있기를 기대하고 있다는 점이다.
웨어러블 전자기기 시장을 촉진시키는 마지막 기술은 무선 커넥티비티다.

이러한 커넥티비티 기술이 없다면, 몸에 착용한 기기들은 고립되어 별도로 동작해야만 하기 때문에 시장 성장에 상당한 제약이 따를 것이다. 무선 연결은 거의 모든 소비자들이 휴대하고 있는 스마트폰과 연결할 수 있도록 해주며, 웨어러블 제품이 핸드셋의 강력한 마이크로프로세서, 대형 컬러 터치스크린, 다운로드된 앱 소프트웨어를 활용할 수 있도록 해준다.

노르딕 세미컨덕터는 원래 와이파이(Wi-Fi)나 블루투스 무선 기술, 지그비(Zigbee) 등 다른 RF 제품들이 놓치고 있는 틈새시장을 공략하기 위해 고안됐던 ULP 무선 기술의 선구자다. 타깃 애플리케이션으로는 컴퓨터 마우스와 키보드, 스포츠 시계 등이 있다. 스포츠시계와 같은 제품군은 위에서 언급한얼리 어댑터들이 좋아하는 심박수 측정기와 속도 및 거리 센서가 연결된 손목위의 컴퓨터처럼 동작한다.

이후 특히 노키아(Nokia)와 같은 스마트폰 제조업체들은 자사의 제품을 주변기기 장치나 심박수 측정기와 같은 앱세서리(Appcessories)와 무선으로 쉽게 연결해 주는, 소비자들의 ‘디지털 라이프’에 초점을 두는 방안에 주목했다. 10년후, 이러한 비전은 대부분의 하이-엔드 모바일 기기들이 표준으로 최신 블루투스 무선 기술이나 경쟁기술인 ANT+를 채택함으로써 절정에 이르렀다.

게다가 애플, 구글, 마이크로소프트와 같은 주요 첨단 기업들이 최신 버전의 블루투스 기술을 기본으로 지원하게 되면서 웨어러블 전자기기를 개발하는 엔지니어들은 제품의 기능을 완벽하게 충족시켜주는 스마트폰 기반 앱을 보다 쉽게 개발할 수 있게 됐다.

블루투스 SIG(Special Interest Group)는 두 가지 형태의 기술을 시장에 내놓았다 . ‘ 블루투스 스마트(Bluetooth Smart)’는 저전력 버전(이전에는 블루투스 LE Bluetooth low energy로 알려짐)이고, ‘블루투스 스마트 레디(Bluetooth Smart Ready)’는 이전 버전의 블루투스 기술과 유사한 기능과 일부 핵심 개선 기능을 갖춘 호환 버전이다.

스마트폰과 같은 블루투스 스마트 레디 제품은 소비자 측에서 부가적인 장비나 기술적 전문지식이 없어도 블루투스 스마트 기술을 갖춘 웨어러블 전자기기와 쉽고 빠르게 연결이 가능하다. 블루투스 스마트는 매우 적은 배터리 전력만 있으면 되기 때문에 호스트 웨어러블 기기의 소용량 셀의 수명을 늘리는데 도움이 되며, 원래 노르딕이 처음 개발한 ULP 무선 기술에 기반하고 있다.
웨어러블 퍼즐 완성

특히 피트니스 분야에 관심이 많은 첨단 기술 얼리 어댑터들은 심박수 측정기나 스포츠 시계와 같은 웨어러블 제품의 혜택을 이미 10년 넘게 누리고 있다. 저전력 전자기술 및 ULP 무선 커넥티비티는 이러한 분야를 가능하게 하는 핵심 기술들이었다. 하지만 웨어러블기기는 별도의 추가 장치를 구매하지 않고 최소한의 유저 설정만으로도 모바일과 통신할 수 있는, 몸에 착용 가능한 센서의 혜택을 미리 인지한 노키아와 같은 선견지명을 갖춘 기업들이 없었다면 여전히 틈새기술로 남아 있었을 것이다.

또한 모바일 기기에 블루투스 스마트 또는 ANT+가 표준 요소로 통합된 것은 웨어러블 전자기기의 퍼즐을 완성하는 마지막 조각이 됐다. 현재 이 기술은 대중 시장으로 나아가고 있으며, 이와 더불어 이 분야의 진수에 도움이 됐던 스포츠 시계는 메인스트림으로 나아가는 전략 제품으로 입증된 스마트 시계로 변모했다. 순토 사의 2003년 스포츠 시계와 2014년도의 수많은 스마트 시계(아디다스의 FIT SMART 등)는 노르딕 세미컨덕터의 무선 기술을 채택하고 있다.
웨어러블 견인차,피트니스 및 헬스 기기

웨어러블 시장에서 피트니스 및 헬스기기들이 판매 속도를 높이고 있다. 무선 커넥티비티 기능을 통합한 피트니스 및 헬스 기기 출하량은 2011년 2,300만개에서 2018년에 7,570만 개로 증가할 전망이다.

이러한 소형 무선 피트니스 센서는 속도, 거리, 심박수 등의 파라미터들을 측정하고, 헬스 센서는 혈압이나 혈당 또는 노인이 쓰러졌는지 등을 모니터링한 다음, 분석을 위해 스마트폰이나 태블릿PC로 데이터를 전송하고 클라우드로 보낸다.

피트니스 기기의 핵심 성장 동력은 동기 부여가 가능한 향상된 도구를 사용해 개인의 데이터를 추적, 분석, 공유함으로써 삶의 질을 높이고 유지하는데 있다. 헬스 기기 시장을 촉진하는 요인은 고령화 사회로 진입하는 개발도상국들이 건강관리에 대한 관심과 원격 헬스케어 시스템(텔리헬스: Telehealth) 이용이 증가한 데 따른 것이다.

시장조사 기관인 인포메이션 네트워크(The Information Network)에 따르면, 피트니스 및 헬스 기기는 매출 기준으로 웨어러블 시장의 50%를 차지하고 있는 것으로 나타났다. 다음으로는 스마트글래스가 약 25%를 차지하고 있으며, 나머지 시장은 스마트워치, 웨어러블 카메라, 스마트 의류, 3D 모션 트래커(Motion Tracker) 등의 순으로 나타났다.

RnR 마켓리서치(RnR Market Research)의 분석에 따르면, 2012년 세계 웨어러블 기술 시장 규모는 40억 달러로 추정되며, 2018년까지 140억 달러에 이를 것으로 전망된다. 웨어러블 기술의 전체 시장 TAM(Total Addressable Market)은 140억 달러를 넘어설 것으로 예상된다.
반도체 시장의 새로운 기회

인포메이션 네트워크에 따르면, 웨어러블 기기의 판매는 2019년까지 시장가치가 90억 달러에 이르면서 반도체 벤더들에게 커다란 행운을 가져다 줄 것으로 예상된다.

또한 IHS 테크놀로지(IHS Technology)의 분석에 따르면, 피트니스 및 헬스 기기의 핵심이 되는 무선 커넥티비티 칩은 2014년 이후 두 자릿수 성장률을 기록하고 있다. 이 회사는 피트니스 및 헬스 제품을 위한 무선 반도체 출하량이 2014년 6,120만 개를 기록하면서 2013년 5,500만 개 대비 11% 성장한 것으로 분석했다. 또한 이 시장은 잠시 주춤하다가 2018년에 출하량이 9,500만 개를 넘어설 것으로 전망되고 있다.

IHS 테크놀로지는 피트니스 및 헬스 애플리케이션을 위한 가장 성공적인 무선 기술로 블루투스 스마트를 꼽았는데, 이는 애플 iOS 및 구글 안드로이드, 마이크로소프트 윈도우즈 8, 블랙베리(BlackBerry) 운영체제로 구동되는 블루투스 스마트 레디 스마트폰 및 태블릿PC와 호환이 가능하기 때문이라고 밝혔다. 또한 IHS는 ANT+가 피트니스 애호가들을 위해 디자인된 제품이나 사이클링 전자제품 분야에서 상당한 시장점유율을 보이고 있다고 언급했다. ANT+기술은 소니 및 삼성 모바일 제품에서 기본 사양으로 지원되고 있다.

혁신적인 피트니스 및 헬스 웨어러블 제품의 침체 가능성은 거의 없다. 또한 갈수록 전자기술이 소형화되면서 제조업체들은 디스크리트보다 훨씬 더 작은 장치를 만들 수 있게 됐다. 예를 들어, 미국의 핏링스(FitLinxx)는 사용자의 상체에 붙여서 사용할 수 있는 무선 센서인 앰프스트립(AmpStrip)을 상용화했다.

이 센서는 심박수와 칼로리 소모량, 호흡, 체온은 물론, 사용자의 잠자는 자세도 추적한다. 한번 붙이면 3일에서 7일까지 사용한 후 필요 시 접착 밴드 부분을 교체하면 된다. 이 기기의 배터리는 7일 이상 지속 되며, 두세 시간이면 충전된다. 이 기기는 해당 앱을 지원하는 iOS 또는 안드로이드 스마트폰과 연결하기 위해 블루투스 스마트를 사용한다.

노르딕 세미컨덕터는 자사의 nRF51시리즈 SoC(System-on-Chip)를 통해 웨어러블 분야에서 성공적인 행보를 이어가고 있다. 또한 노르딕은 블루투스 스마트 및 ANT+를 비롯해 멀티 프로토콜 블루투스 스마트/ANT+ 솔루션을 단일 칩으로 공급하고 있다.

예를 들어, 스포츠 용품 제조업체인 아디다스는 최신 피트니스 웨어러블 기기인 FIT SMART를 위해 노르딕의 nRF51822 SoC를 채택했다. 이 SoC는 블루투스 스마트 레디 스마트폰에서 구동되는 아디다스 마이코치(miCoach)앱 및 피트니스 모니터 간의 블루투스 스마트 무선 통신을 제공한다. FIT SMART는 스마트폰 스크린 및 FIT SMART 디스플레이 상에서 모두 실시간으로 트레이닝 데이터 및 진행상황을 표시할 수 있으며, 차후 분석을 위해 최고 10시간의 운동 데이터를 기록하는 독립 모드로도 운영된다(박스 기사 참조).

FIT SMART는 nRF51822의 초저전력 동작 특성을 통해 내부 리튬이온 배터리를 한 번 충전함으로써 최대 5일 동안 구동된다(일반적인 사용조건 하에서).
아디다스 올인원 손목밴드
스마트폰 앱으로 운동기록 측정 및 실시간 코칭 가능
아디다스의 FIT SMART는 올인원 실시간 피트니스 트래커로, 육상선수나 피트니스 애호가, 운동선수들이 운동을 할때 심박측정 스트랩이나 만보기와 같은 별도의 모니터링 장치를 착용하지 않아도 되도록 디자인됐다.
FIT SMART는 부드러운 촉감의 실리콘 스트랩으로, 17×11 LED 매트릭스 디스플레이를 갖추고 있으며, 심박수와 칼로리, 속도, 운동강도, 보폭, 거리 등을 동시에 측정할 수 있는 광학 심박측정센서(디스플레이 뒷면에 탑재)와 가속도계를 통합하고 있다.

또한 FIT SMART는 트래커의 한쪽 면에 운동 강도에 대한 실시간 가이드를 제공하는 LED ‘광도파관(Light Pipe)’을 갖추고 있으며, 이를 통해 사용자가 최상의 운동효과를 거둘 수 있도록 적절한 강도의 트레이닝을 제공한다.



아디다스 FIT SMART는 독립 모드(차후 분석을 위해 10시간의 운동 기록)로 사용하거나 아디다스 마이코치 앱과 함께 사용할 수 있다(블루투스 스마트 레디 스마트폰과 연동이 가능한 실시간 블루투스 스마트 무선 통신을 제공하는 노르딕의 nRF51822 SoC로 제공됨). 마이코치 앱을 통한 동작 모드는 실시간 트레이닝 데이터 및 진행상황을 스마트폰 스크린이나 FIT SMART 디스플레이에 동시에 표시할 수 있다.

아디다스의 마이코치는 자신이 좋아하는 스포츠나 일반적인 피트니스 또는 달리기 등 트레이닝을 필요로 하는 모든 사용자들에게 쌍방향 트레이닝 서비스를 제공한다. 또한 마이코치는 사용자들에게 실시간 코칭은 물론, 원하는 운동 목표를 달성할 수 있도록 진행상황을 모니터하고 퍼포먼스를 추적하는데 필요한 모든 툴을 제공한다.

마이코치는 무료로 액세스 가능한 웹플랫폼과 수 백여 가지의 무료 트레이닝 플랜을 제공하는 트레이닝 커뮤니티, iOS 및 안드로이드, 윈도우즈 폰 8 기반 무료 모바일 앱은 물론, 운동경기나 훈련 중에 모든 측면의 퍼포먼스를 추적할 수 있는 다양한 기능을 갖추고 있다.
웨어러블 기기와 플렉시블 배터리

시장조사기관 IHS 테크놀로지는 웨어러블 기기를 구동하는 플렉시블 배터리 시장이 올해 600만 달러 규모로 성장할 것이라 예측했다. 2018년에는 7,700만 달러에 이를 전망이다.

손목과 발목, 얼굴 등 신체의 원형 부위에 감긴 형태로 착용돼야 하는 웨어러블 기기엔 형태 변화에도 성능을 유지하는 플렉시블 배터리가 핵심적 요소다. 이와 더불어 항상 착용해야 하는 웨어러블 기기의 특성상 배터리의 안전성과 장시간 지속성의 문제 역시 기술적 난제로 남아있다. 장시간 사용을 가능케 하는 에너지 밀도, 얇은 동시에 유연하게 휠 수 있는 특성 모두를 충족시켜야 한다.



현재 상용화된 배터리 기술 수준은 플렉시블의 이전 단계인 ‘커브드’ 수준에 머물고 있다. 아직까진 플렉시블 기기에 필요한 장시간 구동과 유연성에 도달하지 못했다는 것이 일반적인 평가다.

형태 변형이 크게 요구되는 플렉시블 배터리엔 전극 구성 물질의 탈리(脫離)와 같은 물리적 손상 여부의 가능성 등이 항상 존재한다. 이런 기술적 어려움을 해결하기 위한 신규 전지 소재 개발을 위해 다양한 연구들이 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.