웨어러블 디바이스ㆍ3D프린팅ㆍ플렉서블&투명디스플레이ㆍ신소재ㆍ2차전지
■ 신기술이 미래를 바꾼다
웨어러블ㆍ3D컴퓨팅ㆍ플렉서블디스플레이 등 불과 몇 년 전까지 개념에만 머물렀던 신기술들이 스마트 창조경제 시대를 맞아 신성장동력으로 주목받고 있다. 융합을 통해 새로운 부가가치를 창출하고 또 전자ㆍ자동차 등 기존 산업의 경쟁력을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 기반이 될 수 있다는 판단 때문이다. 박근혜 정부는 창조경제 성장엔진 프로젝트에 15조원 이상을 투자해 국가 경쟁력을 끌어올리겠다는 계획이다.
◇웨어러블 디바이스=웨어러블은 처음에는 미국이 군사 훈련용으로 처음 개발한 것으로 의류에 PC기능을 추가한 것이다. 이후 스마트 디바이스의 발전으로 웨어러블의 개념은 민간으로 확산돼 스마트워치 등 디지털 디바이스와 헬스케어 등 다양한 산업영역으로 확장되고 있다. 시장조사업체인 주니퍼리서치에 따르면 일반 소비자용 웨어러블 기기 시장 규모는 지난해 14억달러에서 2018년 190억달러까지 성장할 것으로 전망했다. 수량 기준으로는 2018년 1억3000만대 수준으로, 이는 2013년 추정 판매량의 10배에 이르는 수치다.
그렇다면 웨어러블의 미래는 어디로 갈 것인가. 최근 미국 메사추세츠 캠브리지에서 열린 `파괴적 기술에 대한 MIT 콘퍼런스'에서는 웨어러블 컴퓨팅 시장이 스마트폰만큼 급속히 성장하며 형태는 피부 부착이나 내장형, 의류 내장형으로 발전한다는 의견을 제시했다. 궁극적으로 웨어러블의 방향성은 인체에 좀 더 밀착해 인간의 오감을 확장시킨다는 데 있다.
현 시점에서 웨어러블 적용이 가장 활발한 분야는 구글글래스ㆍ갤럭시기어로 대표되는 스마트시계ㆍ안경 등과 나이키ㆍ아디다스 등 스포츠 브랜드들이 주도하고 있는 피트니스 헬스케어 제품들이다.
반면에 웨어러블에 가장 적합한 의류부문에서는 아직 딱히 큰 성과가 나오진 않고 있다. 또 웨어러블 디바이스가 헬스케어 또는 진정한 사물지능통신으로 가기까지는 아직 갈 길이 멀다. 이를 위해서는 킬러 콘텐츠 개발, 기술 표준화 등이 선행돼야 한다는 것이 전문가들의 의견이다. 하지만 아직 시장 초기단계인 만큼 발전 가능성은 무궁무진하다.
◇3D프린팅=고가의 장비 없이도 입체 모형을 뚝딱 찍어내는 3D 프린팅도 미래 신기술로 각광을 받고 있다. 종이 문서를 인쇄하듯이 제품의 설계도를 바탕으로 결과물을 출력할 수 있기 때문이다. 초기에는 단순한 플라스틱 모형을 만드는데 그쳤지만 최근에는 3가지 이상의 색과 소재를 섞은 제품도 만들 수 있게 됐다. 세계 1위 3D프린터 제조사인 미국 스트라타시스는 이 같은 기능을 갖춘 `오브젯 500 코넥스3'라는 제품을 지난 19일 선보였다.
현대자동차는 3D 프린터를 활용해 연구 개발비를 대폭 절감했다. 김종해 현대자동차 시작개발팀장은 "3D프린터를 시제품 제작용도로 활용해 부품 개발비와 제작기간을 75% 이상 줄였다"고 설명했다.
3D 프린팅 분야는 플라스틱이나 금속에만 그치지 않는다. 금속으로 된 정밀 기계의 부품은 물론 음식, 인체 장기까지 제작이 가능하다. 지난해 삼성서울병원 이비인후과는 3D프린터로 만든 환자 골격 모델을 활용해 절제하는 부비동암 수술을 진행했다. 조공우 포스텍 교수 연구팀은 3D 프린터를 이용한 이식 세포 보호대를 개발하는 등 의료 분야에서도 연구가 활발히 진행 중이다.
복잡하고 어려운 작업을 비교적 쉽게 진행할 수 있는 장점으로 3D 프린터 시장은 폭발적인 성장을 할 것으로 전망된다. 최근 한국수출입은행 해외경제연구소는 3D 프린터 시장 규모가 2011년 37억달러 수준에서 2019년 130억달러로 급증할 것으로 내다봤다. 시장조사업체 가트너는 3D 프린터 출하량이 2012년부터 5년 간 연평균 95% 성장해 2017년에는 108만대에 이르고, 매출 규모는 연평균 82% 성장해 57억3294만달러에 달할 것으로 추정했다.
◇플렉서블&투명디스플레이=휘어지는 디스플레이, 플렉서블 디스플레이도 스마트창조경제를 이끌 대표적인 신 기술로 꼽힌다. 플렉서블의 가장 초기 단계인 커브드(Curved)는 지난해 TV와 스마트폰용 디스플레이에 잇달아 적용돼 플렉서블 디스플레이 시대의 본격 개막을 알렸다. 그러나 이들은 모두 `휘어지는' 제품이 아니라 `휘어진' 제품이라는 점에서 진정한 플렉서블과는 사실 거리가 있었다.
이 때문에 현재의 단순한 커브드에서 벤더블(Bendableㆍ자유롭게 구부릴 수 있는), 폴더블(Foldableㆍ종이처럼 접을 수 있는), 롤러블(Rollableㆍ둘둘 말 수 있는), 스트레처블(Stretchableㆍ크기를 늘렸다 줄였다 할 수 있는) 등까지의 플렉서블 진화 과정이 어떻게, 어떠한 속도로 이뤄질지가 주목된다. 이를 통해 진정한 플렉서블 시대가 개화되면 헬스케어와 패션 등 보다 다양한 분야에서 디스플레이 활용이 확대되면서 기존에 불가능했던 혁신적인 기능 개발과 디자인 구현이 가능해질 전망이다. 시장조사기관 IHS는 지난해 2190만달러였던 전 세계 플렉서블 디스플레이 시장 규모가 올해 9480만달러로 증가한 뒤 오는 2020년경에는 117억달러로 7년 간 연평균(CAGR) 145%의 성장세를 보일 것으로 전망하고 있다.
이와 함께 속이 보이는 디스플레이, 투명 디스플레이의 기술적 진화도 주목된다. 플렉서블에 투명 디스플레이 기술이 결합되면 유리처럼 투명하면서도 둥글게 말 수 있는 미래형 디스플레이 구현이 가능해진다. 이를 통해 사무실 유리창이나 백화점 쇼 윈도를 디스플레이로 활용, 각종 관련 정보와 회의 내용을 표시할 수 있게 되며 자동차 앞 유리가 투명 OLED 패널이 돼 내비게이션 역할을 수행할 수도 있게 돼 디스플레이 활용도가 더욱 증가할 수 있기 때문이다.
◇신소재=웨어러블과 플렉서블디스플레이의 등장과 자원고갈에 따른 친환경ㆍ경량화 이슈가 부각되면서 신소재에 대한 수요가 차츰 늘고 있다. 삼성그룹이 미래 성장동력으로 소재에 주목하고 삼성 전자소재 연구단지를 만든 배경에는 신소재에 대한 수요가 지속적으로 증가할 것이라는 믿음이 담겨 있다.
가장 주목받는 신소재 중 하나는 그래핀(graphene)이다. 흑연에서 탄소층 하나를 박리한 평면 형태의 얇은 막 그래핀은 두께가 0.2nm(나노미터)로 얇으면서 물리적, 화학적 안정성이 높은 게 특징이다. 상온에서 구리보다 단위면적 당 100배 많은 전류를, 실리콘보다 100배 빨리 전달할 수 있다. 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기 전도성을 잃지 않기 때문에, 플렉서블 디스플레이가 상용화 될 경우 투명 전극 및 터치패널 소재로 사용될 수 있다.
엔지니어링플라스틱 역시 주목받는 신소재 중 하나다. 자동차ㆍ전자제품 등의 무게를 줄이면서 동시에 물성은 더 개선하는 방향으로 다양한 연구개발이 진행 중이다. 효성의 경우 지난해 세계 최초로 최첨단 고성능 신소재인 폴리케톤을 개발했다. 일산화탄소와 올레핀(에틸렌, 프로필렌)으로 이뤄진 친환경 고분자 신소재로 나일론에 비해 충격강도는 2.3배, 내화학성은 30% 이상 우수하다.
친환경 소재 역시 가격 문제만 해결되면 향후 수요가 크게 늘어날 것으로 보인다. SK케미칼이 생물자원(바이오메스)을 섞은 바이오 플라스틱 `에코젠'에 이어 생분해성 플라스틱(썩는 플라스틱) 연구개발을 완료했다. 삼성토탈은 환경호르몬 물질인 프탈레이트 성분을 제거한 차세대 친환경 폴리프로필렌 촉매제 상업화에 성공해 친환경 시장을 적극 공략 중이다.
◇2차전지=2차전지 배터리는 스마트 디바이스 발전의 필수 불가결 요소라는 점에서 주목받는 시장이다. 스마트폰을 비롯해 웨어러블ㆍ플렉서블디스플레이가 늘어나고 기능이 향상될 수록 배터리 성능의 중요성이 부각된다. 여기에 ESS(전력저장장치)와 친환경 전기자동차 시장이 부상하면서 배터리 시장은 빠르게 성장할 전망이다.
다행이 리튬이온 2차전지 배터리 시장은 우리가 시장을 주도하고 있다. 일본 시장조사업체 B3에 따르면 삼성SDI가 11억3400만셀로 세계 시장에서 부동의 1위를 차지하고 있으며, 중대형 배터리 시장에서는 LG화학이 닛산과 NEC의 합작법인인 AESC 등과 1~2위를 다투고 있다. SK이노베이션 역시 배터리 부품인 분리막 시장에서 세계 2위권의 경쟁력을 갖추고 있다.
배터리 시장 경쟁력 강화를 위한 업체 간 기술개발 경쟁도 치열하다. 삼성SDI는 리튬 이온의 이동 경로인 전해질에 현재의 액체 또는 폴리머(젤리 성분)이 아닌 고체를 적용한 전고체 배터리를 개발했다. 구멍이 뚫려도 발열 및 폭발 우려가 없고 구부리거나 접을 수도 있어 플렉서블 배터리 구현이 가능하다. 이에 맞서 LG화학은 2단 이상 계단구조를 갖는 일체형 배터리인 `스텝드 배터리(Stepped Battery,)', 곡선 형태 IT기기에 최적화된 휘어진 배터리인 `커브드 배터리(Curved Battery)', 감고 매듭도 묶을 수 있는 웨어러블(Wearable) 기기에 최적화된 케이블 형태 배터리인 `케이블 배터리(Cable Battery)' 등 미래형 배터리 3종을 선보였다.
이홍석ㆍ박정일ㆍ서영진기자 comja77@
웨어러블ㆍ3D컴퓨팅ㆍ플렉서블디스플레이 등 불과 몇 년 전까지 개념에만 머물렀던 신기술들이 스마트 창조경제 시대를 맞아 신성장동력으로 주목받고 있다. 융합을 통해 새로운 부가가치를 창출하고 또 전자ㆍ자동차 등 기존 산업의 경쟁력을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 기반이 될 수 있다는 판단 때문이다. 박근혜 정부는 창조경제 성장엔진 프로젝트에 15조원 이상을 투자해 국가 경쟁력을 끌어올리겠다는 계획이다.
◇웨어러블 디바이스=웨어러블은 처음에는 미국이 군사 훈련용으로 처음 개발한 것으로 의류에 PC기능을 추가한 것이다. 이후 스마트 디바이스의 발전으로 웨어러블의 개념은 민간으로 확산돼 스마트워치 등 디지털 디바이스와 헬스케어 등 다양한 산업영역으로 확장되고 있다. 시장조사업체인 주니퍼리서치에 따르면 일반 소비자용 웨어러블 기기 시장 규모는 지난해 14억달러에서 2018년 190억달러까지 성장할 것으로 전망했다. 수량 기준으로는 2018년 1억3000만대 수준으로, 이는 2013년 추정 판매량의 10배에 이르는 수치다.
그렇다면 웨어러블의 미래는 어디로 갈 것인가. 최근 미국 메사추세츠 캠브리지에서 열린 `파괴적 기술에 대한 MIT 콘퍼런스'에서는 웨어러블 컴퓨팅 시장이 스마트폰만큼 급속히 성장하며 형태는 피부 부착이나 내장형, 의류 내장형으로 발전한다는 의견을 제시했다. 궁극적으로 웨어러블의 방향성은 인체에 좀 더 밀착해 인간의 오감을 확장시킨다는 데 있다.
현 시점에서 웨어러블 적용이 가장 활발한 분야는 구글글래스ㆍ갤럭시기어로 대표되는 스마트시계ㆍ안경 등과 나이키ㆍ아디다스 등 스포츠 브랜드들이 주도하고 있는 피트니스 헬스케어 제품들이다.
반면에 웨어러블에 가장 적합한 의류부문에서는 아직 딱히 큰 성과가 나오진 않고 있다. 또 웨어러블 디바이스가 헬스케어 또는 진정한 사물지능통신으로 가기까지는 아직 갈 길이 멀다. 이를 위해서는 킬러 콘텐츠 개발, 기술 표준화 등이 선행돼야 한다는 것이 전문가들의 의견이다. 하지만 아직 시장 초기단계인 만큼 발전 가능성은 무궁무진하다.
◇3D프린팅=고가의 장비 없이도 입체 모형을 뚝딱 찍어내는 3D 프린팅도 미래 신기술로 각광을 받고 있다. 종이 문서를 인쇄하듯이 제품의 설계도를 바탕으로 결과물을 출력할 수 있기 때문이다. 초기에는 단순한 플라스틱 모형을 만드는데 그쳤지만 최근에는 3가지 이상의 색과 소재를 섞은 제품도 만들 수 있게 됐다. 세계 1위 3D프린터 제조사인 미국 스트라타시스는 이 같은 기능을 갖춘 `오브젯 500 코넥스3'라는 제품을 지난 19일 선보였다.
현대자동차는 3D 프린터를 활용해 연구 개발비를 대폭 절감했다. 김종해 현대자동차 시작개발팀장은 "3D프린터를 시제품 제작용도로 활용해 부품 개발비와 제작기간을 75% 이상 줄였다"고 설명했다.
3D 프린팅 분야는 플라스틱이나 금속에만 그치지 않는다. 금속으로 된 정밀 기계의 부품은 물론 음식, 인체 장기까지 제작이 가능하다. 지난해 삼성서울병원 이비인후과는 3D프린터로 만든 환자 골격 모델을 활용해 절제하는 부비동암 수술을 진행했다. 조공우 포스텍 교수 연구팀은 3D 프린터를 이용한 이식 세포 보호대를 개발하는 등 의료 분야에서도 연구가 활발히 진행 중이다.
복잡하고 어려운 작업을 비교적 쉽게 진행할 수 있는 장점으로 3D 프린터 시장은 폭발적인 성장을 할 것으로 전망된다. 최근 한국수출입은행 해외경제연구소는 3D 프린터 시장 규모가 2011년 37억달러 수준에서 2019년 130억달러로 급증할 것으로 내다봤다. 시장조사업체 가트너는 3D 프린터 출하량이 2012년부터 5년 간 연평균 95% 성장해 2017년에는 108만대에 이르고, 매출 규모는 연평균 82% 성장해 57억3294만달러에 달할 것으로 추정했다.
◇플렉서블&투명디스플레이=휘어지는 디스플레이, 플렉서블 디스플레이도 스마트창조경제를 이끌 대표적인 신 기술로 꼽힌다. 플렉서블의 가장 초기 단계인 커브드(Curved)는 지난해 TV와 스마트폰용 디스플레이에 잇달아 적용돼 플렉서블 디스플레이 시대의 본격 개막을 알렸다. 그러나 이들은 모두 `휘어지는' 제품이 아니라 `휘어진' 제품이라는 점에서 진정한 플렉서블과는 사실 거리가 있었다.
이 때문에 현재의 단순한 커브드에서 벤더블(Bendableㆍ자유롭게 구부릴 수 있는), 폴더블(Foldableㆍ종이처럼 접을 수 있는), 롤러블(Rollableㆍ둘둘 말 수 있는), 스트레처블(Stretchableㆍ크기를 늘렸다 줄였다 할 수 있는) 등까지의 플렉서블 진화 과정이 어떻게, 어떠한 속도로 이뤄질지가 주목된다. 이를 통해 진정한 플렉서블 시대가 개화되면 헬스케어와 패션 등 보다 다양한 분야에서 디스플레이 활용이 확대되면서 기존에 불가능했던 혁신적인 기능 개발과 디자인 구현이 가능해질 전망이다. 시장조사기관 IHS는 지난해 2190만달러였던 전 세계 플렉서블 디스플레이 시장 규모가 올해 9480만달러로 증가한 뒤 오는 2020년경에는 117억달러로 7년 간 연평균(CAGR) 145%의 성장세를 보일 것으로 전망하고 있다.
이와 함께 속이 보이는 디스플레이, 투명 디스플레이의 기술적 진화도 주목된다. 플렉서블에 투명 디스플레이 기술이 결합되면 유리처럼 투명하면서도 둥글게 말 수 있는 미래형 디스플레이 구현이 가능해진다. 이를 통해 사무실 유리창이나 백화점 쇼 윈도를 디스플레이로 활용, 각종 관련 정보와 회의 내용을 표시할 수 있게 되며 자동차 앞 유리가 투명 OLED 패널이 돼 내비게이션 역할을 수행할 수도 있게 돼 디스플레이 활용도가 더욱 증가할 수 있기 때문이다.
◇신소재=웨어러블과 플렉서블디스플레이의 등장과 자원고갈에 따른 친환경ㆍ경량화 이슈가 부각되면서 신소재에 대한 수요가 차츰 늘고 있다. 삼성그룹이 미래 성장동력으로 소재에 주목하고 삼성 전자소재 연구단지를 만든 배경에는 신소재에 대한 수요가 지속적으로 증가할 것이라는 믿음이 담겨 있다.
가장 주목받는 신소재 중 하나는 그래핀(graphene)이다. 흑연에서 탄소층 하나를 박리한 평면 형태의 얇은 막 그래핀은 두께가 0.2nm(나노미터)로 얇으면서 물리적, 화학적 안정성이 높은 게 특징이다. 상온에서 구리보다 단위면적 당 100배 많은 전류를, 실리콘보다 100배 빨리 전달할 수 있다. 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기 전도성을 잃지 않기 때문에, 플렉서블 디스플레이가 상용화 될 경우 투명 전극 및 터치패널 소재로 사용될 수 있다.
엔지니어링플라스틱 역시 주목받는 신소재 중 하나다. 자동차ㆍ전자제품 등의 무게를 줄이면서 동시에 물성은 더 개선하는 방향으로 다양한 연구개발이 진행 중이다. 효성의 경우 지난해 세계 최초로 최첨단 고성능 신소재인 폴리케톤을 개발했다. 일산화탄소와 올레핀(에틸렌, 프로필렌)으로 이뤄진 친환경 고분자 신소재로 나일론에 비해 충격강도는 2.3배, 내화학성은 30% 이상 우수하다.
친환경 소재 역시 가격 문제만 해결되면 향후 수요가 크게 늘어날 것으로 보인다. SK케미칼이 생물자원(바이오메스)을 섞은 바이오 플라스틱 `에코젠'에 이어 생분해성 플라스틱(썩는 플라스틱) 연구개발을 완료했다. 삼성토탈은 환경호르몬 물질인 프탈레이트 성분을 제거한 차세대 친환경 폴리프로필렌 촉매제 상업화에 성공해 친환경 시장을 적극 공략 중이다.
◇2차전지=2차전지 배터리는 스마트 디바이스 발전의 필수 불가결 요소라는 점에서 주목받는 시장이다. 스마트폰을 비롯해 웨어러블ㆍ플렉서블디스플레이가 늘어나고 기능이 향상될 수록 배터리 성능의 중요성이 부각된다. 여기에 ESS(전력저장장치)와 친환경 전기자동차 시장이 부상하면서 배터리 시장은 빠르게 성장할 전망이다.
다행이 리튬이온 2차전지 배터리 시장은 우리가 시장을 주도하고 있다. 일본 시장조사업체 B3에 따르면 삼성SDI가 11억3400만셀로 세계 시장에서 부동의 1위를 차지하고 있으며, 중대형 배터리 시장에서는 LG화학이 닛산과 NEC의 합작법인인 AESC 등과 1~2위를 다투고 있다. SK이노베이션 역시 배터리 부품인 분리막 시장에서 세계 2위권의 경쟁력을 갖추고 있다.
배터리 시장 경쟁력 강화를 위한 업체 간 기술개발 경쟁도 치열하다. 삼성SDI는 리튬 이온의 이동 경로인 전해질에 현재의 액체 또는 폴리머(젤리 성분)이 아닌 고체를 적용한 전고체 배터리를 개발했다. 구멍이 뚫려도 발열 및 폭발 우려가 없고 구부리거나 접을 수도 있어 플렉서블 배터리 구현이 가능하다. 이에 맞서 LG화학은 2단 이상 계단구조를 갖는 일체형 배터리인 `스텝드 배터리(Stepped Battery,)', 곡선 형태 IT기기에 최적화된 휘어진 배터리인 `커브드 배터리(Curved Battery)', 감고 매듭도 묶을 수 있는 웨어러블(Wearable) 기기에 최적화된 케이블 형태 배터리인 `케이블 배터리(Cable Battery)' 등 미래형 배터리 3종을 선보였다.
이홍석ㆍ박정일ㆍ서영진기자 comja77@
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