우리가 매일 생활에서 접촉하는 옷과 천은 날로 지능화하고 있다. 전자시스템과 섬유 통합을 포함한 최근 기술발전은 아주 새로운 산업 성장을 가능케 한다. ID테크Ex 최신 시장 조사결과 이 분야는 지난해 1억달러(1200억원) 규모 시장을 형성했다. 하지만 10년 후인 오는 2026년까지 30억달러(3조6000억원) 이상으로 급성장할 전망이다.
전자섬유 시초는 1950년대로 거슬러 올라간다. 가전업계가 대규모로 인쇄회로기판(PCB)을 사용하기 시작하며 많은 섬유업계가 이를 섬유에 적용하기 시작했다.
당시에는 아무 제품에나 적용하기가 쉽지 않았다. 그 이후 전자섬유 산업은 줄곧 동면상태에 머물러 왔다. 도전성 섬유가 섬유시스템 일부로 사용됐을 때 기본적으로 정전기 방지, 전자기장 방지, 또는 미생물 방지용으로 활용됐다.
2000년대 들어오면서 기업 연구소와 대학 실험실에 50년간 갇혀있던 많은 작업이 상용화됐다. 열을 내는 재킷부터 MP3플레이어를 통합한 셔츠 등이 망라됐다.
2010년이 되자 풍경은 또 다시 바뀌었다. 핵심은 스마트폰 혁명, 블루투스4.0, 전자섬유 연구개발(R&D) 세 가지로 요약된다.
첫째, 스마트폰은 전 지구적 차원 휴대형 컴퓨팅 등장을 가져오며 세상을 바꿨다. 스마트폰 사용 대수는 2015년 15억대까지 근접했다. 이는 높은 성능의 프로세서, 통신모듈과 인터넷, 매력적 디스플레이 기반 사용자인터페이스, 배터리가 들어간 단말기를 대다수의 주머니에 넣게 만들었다.
둘째, 블루투스4.0이다. 스마트폰에 사용되는 모든 부품 가운데 그 어느 것도 BLE(Bluetooth Low Energy) 무선통신 기술 개발만큼 중요하지 않다. 통신에 쓰이는 전력소비량을 엄청나게 줄여줬기 때문이다. 또 스마트폰을 인터넷 연계형 제품 허브로 작동할 수 있게 만들었다. 웨어러블, 사물인터넷(IoT) 분야 주변에서 전자섬유 상업화 붐이 일게 만들기도 했다.
셋째, 전자섬유 연구개발(R&D)이다. 스마트폰과 블루투스4.0은 보다 광범위한 웨어러블 기술, IoT 생태계, 전자섬유 개발을 가능케 했다. 이는 하드웨어 개발 성과에 힘입어 가능해졌다.
유럽위원회(EC)가 지난 2000년대 들어 전자섬유 부문 프로젝트 11건에 자금을 지원하면서 해당 분야 개발진흥에서 중심 역할을 담당했다. 여기에는 전력에너지, 통신, 생산능력과 관련 산업적 측면도 연구에 포함됐다.
세계적 거대기업과 대학은 ‘펼칠 수 있는 전자제품(stretchable electronics)’ 관련 특허를 만들기 시작했다. 특히 지난 5년간 변화가 두드러졌다. 전자섬유는 투자, 인력, 참여기업, 매출 등 모든 분야에서 당당한 산업으로 부상했다.
◇전자 섬유 기술은 구성 형태
전자섬유는 섬유만이 아니라 최종 시스템 등 많은 재료와 관련돼 있다.
특히 두 가지 형태를 언급된다.
첫째는 섬유 위 전자기기다. 통상적으로 섬유 기판에 플렉시블 전자기기를 붙이거나 얇은 적층판으로 씌우는 형태다.
둘째는 섬유 안 전자기기다. 섬유전자기기(Fibertronics)로도 불린다. 섬유자체가 전자제품 부품이 된다. 이는 도전성 섬유가 될 수도 있다. 멀티모드 에너지 하베스터에서부터 단순한 트랜지스터에 이르는 모든 것이 포함될 수 있다
도전성 실, 섬유, 케이블은 전자섬유 산업 중심에 있다. 보통 코팅되거나, 채워지기도 하고 완전한 금속 섬유를 포함한다. 이들은 다양한 방식으로 다양한 제품에 들어가 간단하게 상호 연결되며 이를 이용해 기능성 섬유나 습도센서를 포함하는 많은 기능을 보여준다.
가장 일반적 전도성 재료는 은, 스테인리스 스틸, 구리 같은 금속이 있다. 이들은 다른 수많은 전통 섬유재와도 결합된다. 특히 전자섬유는 지난 2년간 스마트 옷을 겨냥한 펼칠 수 있고, 세탁할 수 있는 도전성 잉크 형태에 초점을 맞춰 성장해 왔다.
은으로 된 도전성잉크, 캡슐처럼 씌워진 열플라스틱우레탄(TPU) 등이 상호연결배선, 센서, 전극처럼 작용하는 도전성 흔적을 만들고자 사용된다. 프린팅은 패턴형성과 미세한 부분을 만드는 데 유리하지만 세탁과 시간경과에 따른 성능 저하 문제가 있다. 디자이너와 엔지니어는 신제품 출시 때마다 더 개선된 제품을 내놓고 있다.
조만간 보다 섬유에 보다 직접적 전자통합이 가능해질 전망이다. 프랑스 프리모1D는 RFID실을 상용화하고 있다. 이들은 도전성 섬유를 포함하는 실 안에 작은 전자 칩을 통합한다.
◇참여기업과 가치사슬
전자제품업계와 섬유업계 사이에는 커다란 차이가 있지만 두 산업에 걸쳐있는 제품이 등장하고 있다. 이들 제품을 지원하는 가치사슬이 존재해야 한다.
이런 가치사슬은 엄청난 설비투자, 훈련, 장비는 물론 새로운 산업분야에 걸맞은 새로운 표준을 요구한다.
스마트 의류 선발 업체 헥소스킨은 지난 2014년 수제 스마트 셔츠 4만5000벌을 판매했다. 회사는 데이터 알고리즘, 커넥터 시스템 등을 센서나 케이블 같은 기존 기술과 결합해 앞서가며 훌륭한 사례를 보여준다.
하지만 자동화된 대규모 생산에는 많은 인프라가 요구된다. EMS(Electronic Manufacturing Service) 부문 거인인 자빌(Jabil)은 클로싱플러스(Clothing+)를 인수했고 플렉스(Flex)도 새로운 플렉시블 전자제품 생산설비에 엄청난 투자를 했다. 스리랑카 거대 옷 생산기업 MAS홀딩스를 포함해 인도, 중국 등 전통 섬유회사도 엄청난 투자를 했다. 애토스(Athos) 역시 4000만달러를 투자받아 생산능력을 엄청나게 늘리고 있다.
놀라운 개혁자 리스트에는 삼성, 구글 등이 포함됐다. 글로벌 공룡기업 경쟁을 예고한다.
자카드 프로젝트를 추진 중인 구글은 리바이스, TE커넥티비티와 함께 수개월간 언론의 관심을 끌었다. 대형 스포츠웨어 회사도 주목받는다. 언더아머, 나이키는 새로운 사업부발표와 함께 플렉스와 협력을 발표했다. 아디다스는 이미 지난 2008년 텍스트로닉스를 인수해 전자섬유 산업 추세에 대응하고 있다. 애플도 이 분야 전문가를 고용했다.
◇전자섬유 응용 분야는
많은 사람에게 가장 분명하고 유용한 분야는 스마트 옷이다. 이 옷은 심박, 호흡 수 같은 바이탈 사인을 감지하고 이 데이터를 유용하게 사용할 수 있게 해 준다.
첨단 전자섬유 시스템에서는 옷의 전극이 근육으로부터 오는 전기신호(EMG)를 감지해 상대적 파워 데이터를 알게 해 준다. 최초로 전자섬유산업이 성장세를 보인 것은 이 제품군으로 지난해 약 50% 성장세를 보인 것으로 추정된다.
의료 분야에서는 상처의 온도나 환부가 부어오르는 상황을 감지하는 스마트밴드, 그리고 요실금용 습도센서가 들어간 섬유가 개발되고 있다. 전자섬유용 동작센서는 환자 상태를 알아내고 욕창 등을 막는 용도로 사용된다. 수면 상태를 모니터링 하는 시스템, 스마트 침대를 만드는 지능형 매트리스 시스템도 개발되고 있다. 섬유 기반 무선충전기를 옷에 통합하려는 시도도 이뤄지고 있다. 하이패션에 LED, 광 섬유, 플렉시블 디스플레이를 통합하는 방법도 검토 중이다.
자동차업계에서는 전자섬유 인테리어가 섬유, 센서, 전등과 함께 사용되고, 이를 통합하는 노력을 전개하고 있다.
전자섬유 산업 성장세는 스포츠와 피트니스 분야가 주도할 것이다. 장기적으로는 의료와 가정용 섬유공간 분야에서도 성장을 이끌어 낼 것이다.
한때 미미했던 전자섬유 분야는 이제 매달 새로운 진입자와 새로운 투자자가 나오면서 급속히 성장하고 있다.
ID테크Ex(www.idtechex.com) 문의:(031)263-7890
정리=이재구 전자신문인터넷 국제과학전문기자 jklee@etnews.com
