스마트 더스트 (smart dust)

미래의 위대한 혁신 제품들의 크기가 매우 작은 이유

Sam Ballard
7 June 2017

농부들이 광활한 대지를 모니터링 하거나 팔이 없는 사람들이 의수를 제어할 수 있도록 지원하는 등의 다양한 산업에서 활발히 연구 중인 솔루션들이 모두 스마트 더스트(Smart Dust) 라는 하나의 혁신 기술과 연관이 있다. 이번 호에서는 과학자들뿐만 아니라 대기업들까지도 모래알 크기의 컴퓨터 기술에 큰 기대를 거는 이유를 조사해 보았다. 샘 밸러드(Sam Ballard)

무리지어 있는 초소형 컴퓨터들을 상 상해 보면, 마치 공상과학 영화에나 나올 법한 장면으로 생각될 것이다. 하지만, 실제로 '스마트 더스트' 기술은 현실 이 되어 농업에서부터 헬스케어에 이르기까 지 다양한 부문에서 응용되고 있다. 가트너 (Gartner)를 포함한 많은 조사기관들이 해당 기술을 세계에서 가장 중요한 기술 가운데 하나가 될 것이라고 입을 모으고 있는 가운 데, 글로벌 제약회사들과 제조사들은 해당 기술에 큰 기대를 감추지 않고 있다. 사물인터넷(IoT) 또는 산업용 사물인터넷 (IIoT)의 일부로 분류하는 것이 가장 적절해 보이는 '스마트 더스트' 기술은 초미세 센서 망으로 구성되는데, 모래알 크기의 각 센서 가 전파나 초음파를 통해 원격 컴퓨터 인터 페이스와 통신하면서 온도나 진동 데이터를 인체 내에서 사용될 경우 호르몬 수치 등과 같은 데이터를 전달한다. 이후,

해당 정보는 중앙 컴퓨터로부터 직접 응답을 이끌어내는 데, 이 기술은 화산 분출 조기 경고 시스템 부터 당뇨환자에게 낮은 혈당 수치를 경고 해 주는 서비스 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다.

왜 열광하는가?

영국에 위치한 컨설팅 전문그룹 캠브리지 컨설턴트(Cambridge Consultants)사의 스 마트 시스템 팀장인 롭 밀러(Rob Milner)는 이 기술의 잠재력이 경이롭기까지 하다고 표현했다. 그는 "산속에 초소형 온도 센서를 심어놓고 산사태 조기 경고 시스템으로 활 용하는 것도 가능하고, 작업 현장에 스마트 더스트 시스템을 뿌려놓고 토양의 온도와 습도 등과 같은 실시간 정보를 전달하는 것 도 가능하다"고 설명했다.

더욱이 스마트 더스트가 이토록 많은 이들 의 관심을 끄는 이유는 가트너(Gartner)가 이 기술을 2013년부터 '신흥 기술 선전 주기 (Hype Cycle for Emerging Technologies)' 목록에 포함시켰기 때문이다. 가트너는 이 기술이 보편화 되기까지는 아직 10년도 더 남았지만 4D 프린팅, 브레인-컴퓨터 인터페 이스, 자율주행자동차와 비슷한 궤도에 올라 있다고 확신하고 있다.

가트너의 분석가인 가네시 라마무르티 (Ganesh Ramamoorthy)는 '2016 Gartner Hype Cycle Repo rt fo r Eme rging Technologies' 보고서에서 "폭 넓은 응용 잠 재력과 장점을 고려할 때, 이 기술은 모든 비즈니스 영역과 인간의 삶에 대대적인 영향 을 미칠 것이라 확신한다"고 기술한 바 있다.

크기, 전력, 비용 모두 제로

스마트 더스트라는 개념은 1992년 RAND 워 크숍에서 발표되었고, 1990년대 중반에 진행 된 일련의 DARPA ISAT 연구에서는 스마트 더스트를 잠재적으로 군에서 응용할 수 있 는 가능성에 대해 탐구했다. 1997년에는 캘 리포니아 버클리 대학의 크리스토퍼 피스터 (Kristofer Pister), 조 칸(Joe Kahn), 번하드 보서(Bernhard Boser), 이 세 사람은 DARPA에 연구 제안서를 제출했다.

나중에 피스터는 스마트 더스트를 이용하고 결국에는 상용화하기 위한 연구를 진행하는 더스트 네트웍스(Dust Networks)를 공동 설 립했다. 그 후, 더스트 네트웍스는 캘리포니 아에 본사를 두고 있는 리니어 테크놀로지 (Linear Technology)에 인수되었다가 메사 추세츠 노우드(Norwood)에 위치한 글로벌 반도체 기업인 아날로그 디바이스(Analog Devices)에 매각되었다.

피스터는 "로봇 소형화 연구를 통해 무선 센 서가 빠른 시간 안에 크기, 전력, 비용 모두 제로화될 것이 확실해졌다"며, "LA의 모든 것들이 '스마트'해져 스마트 고속도로, 스마 트 폭탄, 스마트 하우스 등으로 불릴 것이다. 나는 농담조로 사람들에게 스마트 더스트를 24 COMPASS #11 2017 만들 거라고 말하고 있지만 스마트 더스트 라는 이름은 사람들에게 울려 퍼져 이미 인 기를 얻고 있다"고 말했다.

피스터는 스마트 더스트가 농업과 의료 분 야에 응용될 가능성에 가장 주목하고 있다. 그는 "농업에 응용할 경우 수확량을 늘리는 동시에 물, 비료, 농약의 필요성을 낮출 수 있다"며, "의료 분야에서는 스마트 더스트가 신경 질환자의 삶의 질을 높일 뿐만 아니라 뇌의 작동 원리를 이해하는데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

인체와의 관계

캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스 전기공학 및 컴퓨터학과의 미첼 마하비츠(Michel Maharbiz) 교수는 스마트 더스트가 의료 분 야에 주는 이점에 대해 연구 중이다.

“ 의료 분야에서는 스마트 더스트가 신경 질환자의 삶의 질을 높일 뿐만 아니라 뇌의 작동 원리를 이해하는데 큰 도움이 될 것이다.”

크리스토퍼 피스터(Kristofer Pister)
캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스 교수

마하비츠 교수는 "인간 신경계로 연결된 양 방향 인터페이스 개발에 대한 관심이 고조 되고 있다"며, "신경계란 뇌, 중앙 신경계, 말 초신경 그리고 항염부터 모든 기관과의 연 결까지 이들이 수행하는 많은 기능을 의미 한다"고 말했다.

마하비츠 교수팀은 기관, 위장관, 근육 옆에 센서를 이식하는 데 성공했다. 센서 안에는 압전결정체가 들어있는데, 이 결정체가 체외 초음파 진동을 전기로 변환하면 기관, 근육 또는 신경과 접촉하고 있는 트랜지스터가 작동하고 체내 자체 전기 자극이 결정체의 진동 방식을 바꾼다. 이 결정체가 후방산란 이라고 하는 패턴 변화 정보를 수집하면 컴 퓨터 알고리즘이 이를 변환해 호르몬 수치 와 같은 신제의 핵심 지표들을 부호화한다. 마하비츠 교수는 "기초 신경과학에 대한 이 번 연구뿐만 아니라 초현대식 인공기관에도 사용되어 파킨슨병처럼 운동신경기능장애 환자들의 증상을 완화할 수 있는 기능에 대 해 학계의 관심이 뜨겁다"며, "그 밖에 식욕 이나 방광 조절 등과 같은 주변부에서 신경 자극을 통해 치료할 수 있는 기능 장애가 많 이 있다는 사실도 밝혀졌다. 잠재력이 대단 히 크다는 것을 방증한다"고 말했다

마하비츠 교수는 이런 잠재력을 이해한 대 형 제약업체인 GSK(전 GlaxoSmithKline)와 기술 선도업체인 Verify Life Sciences가 영 국 하트퍼드셔주 스티브니지(Stevenage)에 갈바니 바이오일렉트로닉스 ( G a l v a n i Bioelectronics)라는 회사를 세워 스마트 더 스트 기술을 기반으로 생체전자공학 의약품 개발에 매진하고 있다고 말했다. 크리스 팸(Kriss Famm) 갈바니 사장은 "갈바 니는 현재 초소형 장치를 인체 내에 심는 전 문기술을 개발하고 있다"며, "그런 장치들은 신경을 지나는 전기 신호를 읽고 수정하도 록 프로그래밍될 것"이라고 말했다. 또한 팸 사장은 신호를 관리해 환자의 건강을 회복 시키는 것이 목표라고 덧붙였다.

한편, 테슬라(Tesla)와 SpaceX 설립자인 엘 런 머스크(Elon Musk)는 샌프란시스코에 본 사를 둔 Neuralink라는 회사를 설립했다. 이 회사의 상표 활용 관례에서 파악할 수 있듯, 이코노미스트 ( T h e E c o n o m i s t )지는 Neuralink가 '신경질환을 치료하거나 진단하 기 위한 침습적 장치'를 개발하는 것이 목표 라고 보도하고 있다.

보편화는 시간 문제

스마트 더스트의 응용 폭이 계속 넓어지고 있는 가운데, 피스터가 설립한 더스트 네트 웍스는 이미 몇 가지 성과를 거두고 있다.

조이 와이스(Joy Weiss) 더스트 네트웍스 CEO는 10년이 넘도록 산업 환경에서 스마 트 더스트를 운영할 수 있는 실제 응용 사례 를 개발하기 위한 연구를 진행하고 있다. 예 를 들면, 캘리포니아에 있는 Chevron의 정 유 공장이 더스트 네트웍스의 센서망을 설 치했고, 영국 코크(Cork)에 있는 GSK의 공 장에서도 무선 메시 네트워크를 이용해 저 수조를 모니터링하고 있다

와이스(Weiss) 대표는 글로벌 기술 연구기업 인 ARC Advisory Group과의 인터뷰에서 "유선의 신뢰성과 완전 무선 경제학을 결합 해 어디에든 센서를 설치할 수 있도록 하면 “ 의료 분야에서는 스마트 더스트가 신경 질환자의 삶의 질을 높일 뿐만 아니라 뇌의 작동 원리를 이해하는데 큰 도움이 될 것이다.” 크리스토퍼 피스터(Kristofer Pister) 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스 교수 25 COMPASS #11 2017 그 응용 분야는 무한대일 것"이라고 말했다. 와이스는 무선 통신이 스마트 더스트의 경 제성도 높일 것이라고 전망한다. 즉, 더스트 네트웍스는 몇 주나 소요되는 유선 시스템 설치와는 달리 단 몇 시간 만에 무선 시스템 을 설치할 수 있을 것이다.

하지만, 피스터는 현재 상용화된 기술 대부 분 15년 전과 동일한 실수를 저지르고 있다 는 점을 강조한다. 그러면서도 가트너와 같 은 입장에 서서 스마트 더스트 산업이 학습 곡선을 극복해 미래 세대의 삶에서 지울 수 없는 역할을 수행할 것이라고 말했다. 결국, 시간 문제일 뿐인 것이다. ◆

보다 자세한 정보는
http://3ds.one/Hightech17

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