어느 추운 겨울날 하루의 일과를 마치고 지친 몸을 이끌고 집으로 들어왔을 때, 밝은 조명이 켜지고 평소에 즐겨듣던 음악이 흐르며 마치 청소 도우미가 다녀간 것 같이 집안 구석구석 잘 정돈되어 있고 따뜻한 온기가 넘치면 그날의 피로가 저절로 풀릴 것이다. 이처럼 공상과학영화에서나 나올 것 같은 스스로 생각하고 살아 움직이는 집이 이제는 현실로 다가오고 있다. 바로 스마트 홈(Smart home)시스템이다.

스마트 홈은 인터넷을 통해 실시간으로 데이터를 주고받으며 사물간 커뮤니케이션을 가능케 해주는 사물인터넷(IoT)을 기반으로 집안의 모든 가전제품 및 기기들이 자동으로 제어되는 최첨단 인공지능 주거 형태를 말한다. 현재 이러한 스마트 홈을 실현하기 위해 국내에서는 이미 여러 통신사들이 보일러, 가구, 조명 및 전자제품을 만드는 여러 회사와 협업을 통해 다양한 플랫폼을 구축하고 있다. 리서치 회사 가트너에 따르면 지난 2015년 스마트 홈 시장의 규모는 약 695억에서 오는 2020년에는 약 2630억 달러까지 엄청난 규모로 증가하는 고부가가치 창출 사업으로 전망하고 있다. 이처럼 스마트 홈을 구현하기 위해선 먼저 특정한 신호, 예컨대 소리, 온도, 압력, 습도, 빛 등에 민감하게 반응하여 센싱 할 수 있는 장치가 필요하다. 이러한 센서들은 사물과 인간의 신체에 부착되어 무선 통신을 통해 사물과 인간을 연결해 준다. 따라서 차세대 웨어러블 센서는 가볍고, 유연하며 신축성이 있어야 한다. 그래야 신체에 부착하거나 착용했을 때 거부감이 없는 편안함을 줄 수 있다.

필자가 속한 연구원내 신소자연구그룹 그래핀연구실(Graphene Research Lab.)은 이와 같이 보다 편리한 스마트홈 구축을 위해 다량한 웨어러블 센서 연구가 한창이다. 이러한 센서들은 잘 휘어지고 전기가 잘 통하며 튼튼해야 한다. 이를 위해 연구진은 우수한 전기전도도 및 광범위한 광흡수 스펙트럼, 높은 열적 안정성을 가지는 그래핀과 같은 2차원 물질 등을 이용해 스마트 홈에 적용 가능한 센서를 연구 중이다. 최근 연구가 진행되고 있는 몇 가지 과제를 소개해 본다. 먼저 직물을 이용한 그래핀 기반의 스트레인 및 압력 센서의 경우, 의복, 의자, 침대, 소파 등에 적용하여 다양한 인간의 생체신호 및 움직임을 감지할 수 있을 것으로 보인다. 이를 통해 보다 안락한 생활을 할 수 있게 제공해 줄 수 있을 것이다. 또한, 직물에 전도성 물질인 그래핀을 코팅해 인체 접촉 시 거부감이 적고 압력 등 변형에 대한 넓은 감지 능력을 갖도록 연구 중이다. 특히 적외선 센서를 적용한 연구는 향후 집안의 조명을 제어하거나 미세한 체온 변화를 감지하여 신체의 이상을 진단 및 모니터링 하는 것도 가능해진다.

필자는 이처럼 차세대 웨어러블 센서에 관한 연구들이 더욱 발전하여 인간의 주거 생활이 보다 쾌적해지길 바란다. 이로써 몸이 불편하거나 노인 분들에게 보다 편안한 환경을 만들어 주는 연결고리가 되기를 바란다. 필자 뿐만 아니라 과학자들은 이렇게 오늘도 실험실에서 인류 삶의 질 제고와 더불어 편리하며 보다 안전한 세상 만들기에 분주하다.