제로에너지는 미래 산업 DNA 중 핵심이다. 최근 ETRI가 발표한 2016년에 주목해야 하는 7대기술에서도 이같은 내용이 담겨있다. 초급속 충전부터 로보인터넷, 2차원 나노물질 등이 그것이다. 이 글에서는 로보인터넷과 초급속 충전에 대해 자세히 살핀다.
로보 인터넷
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로보 인터넷은 상호연결을 통해 사물·로봇의 기능·지능 확장이 IoT 진화 방향으로 흘러갈 것이다. 현재 IoT는 사물을 네트워크에 연결시키는데 집중하고 있으나 향후에는 사물·기계·로봇 간 자율적 상호작용을 통해 과업을 수행할 것이다. Harvard의 Michael Porter, MIT의 Neil Gershenfeld 등은 IoT의 진정한 가치는 사물들의 자율적인 상호작용에 기반을 둔 통합적 자동화 체계임을 제시한다.
인터넷이 사람의 행동패턴, 생산성, 상호연결성을 변화시킨 것과 같이 IoT는 사물·기계·로봇의 기능과 상호작용을 변화시킬 것으로 보인다. 사물·기계·로봇은 디지털 네트워크를 통해 상호 연결되고 정보·지식을 축적·교류함으로써 보다 유연한 기능과 적응력을 갖출 수 있을 것이다.
Gartner는 포스트 모바일 시대에는 단독으로 작동되던 기기·어플리케이션이 상호작용하면서 생산성 향상과 비즈니스 혁신을 낳는 ‘디지털 메쉬’를 형성할 것으로 전망한다.
또한, ABI Research는 IoT와 로봇의 융합인 IoRT(Internet of Robotic Things)를 통해 네트워크에서 교류되는 정보를 이용해 동작을 수행하는 지능형 기기를 제시하고 있다. IoRT는 IoT 기기가 내재된 지능과 네트워크에서 획득한 데이터·지식·지능을 함께 활용해 물리적 실체를 제어, 조작하거나 스스로 이동하는 것이다.
기존의 로봇들은 컴퓨팅 파워와 학습능력의 향상, 사용자 인터페이스 강화, 에너지 효율 향상 등을 위해 클라우드 로보틱스로 진화중이다. 이에 대한 사례로 2014년 7월, 스위스 ETH의 RoboEarth 프로젝트팀은 클라우드를 통해 사물, 공간, 과업 수행 방법에 대한 정보와 지식을 상호 학습하는 로봇을 시연했고, 2015년 미국 Cornell 대학과 Brown 대학의 연구팀은 RoboBrain 지식기반을 활용해 상이한 물리적 구성을 가진 로봇들의 상호학습을 구현했다.
단순한 IoT 가전제품, 센서 등도 상호연결이 통합된 상태에서 자율적으로 사용자 요구를 수행할 수 있다면 새로운 로봇이라 볼 수 있다. 가정용 로봇 Jibo는 사용자가 자연어를 통해 Nest 등의 IoT 기기를 제어할 수 있도록 하는 일종의 로봇 집사 역할을 수행할 수 있다. 앱, 웹서비스뿐만 아니라 Nest, 조명 등까지 제어 가능한Zapier, IF 등의 IoT 제어 서비스들 또한 일종의 로봇 집사다.
한편, IoT와 로봇을 성공적으로 결합하기 위해서는 표준화, 프라이버시, 인간-로봇 관련한 법 제도 등과 관련한 이슈를 해결하기 위해 노력해야 한다. RoboBrain, RoboEarth, ROS, Fiware 등 다양한 기술적 시도가 IoT와 로봇의 융합을 위해 지역별, 연구 그룹별로 실행되고 있으나 표준화 노력은 아직 미약하다.
IoT와 로봇의 융합은 사용자 습관, 주거 공간 등에 대한 정보의 대량 축적·분석과 공유하고 있어 개인정보 노출 위험이 높으며, 물리적 동작을 수행하는 로봇은 인간에게 직접적인 위해를 입힐 가능성이 있으므로 기기의 물리적·논리적 동작에 제약을 가하는 등의 조치가 필요하다.
초급속 충전
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초급속 충전은 상대적으로 더딘 기술발전이지만 전기차 확산 핵심요소의 전지이다. 이차전지의 대명사인 리튬이온전지는 1991년 Sony에 의해 상용화된 이후 지난 20년간 연평균 약 8%씩 에너지 밀도 향상했다. 전지기술은 10년마다 2배씩 향상된 셈이다.
그러나 18개월마다 2배씩 성능이 개선되는 IT 진화속도에 비하면 더디다. 무어의 법칙으로 대표되는 ICT 분야의 기술발전 속도와 디커플링되면서 융합 분야에서는 전지기술이 미래를 이끌 핵심 혁신 영역이다.
전기차 확산을 대비하기 위해서는 전지 가격 하락과 충전 인프라 확충이 가장 중요한 사항이다. Tesla와 Toyota는 자사의 전지 특허를 공개하며 관련 기술의 발전 지원하고 있으며, 미국 정부는 USCAR(US Council For Automotive Research) 중심의 기존 리튬이온 배터리 개량과 Argonne Nat’l Lab, 에너지저장기술조인트센터와 ARPA-E사업의 새로운 방식을 활용한 에너지밀도 향상과 가격 하락 연구 등 다양한 방식의 기술발전을 지원하고 있다.
전기차 가격의 대부분을 차지하는 전지의 가격이 지속적으로 하락하면서 2025년경에는 가솔린 차량과 가격에서 경쟁이 가능할 것으로 기대된다. 충전소 구축비용이 빠르게 하락하고 있고, 충전소 수 또한 지속적으로 증가하고 있기 때문이다. 일정 수준 이상으로 충전인프라가 갖춰지면, 전기차 대중화로 가는 길에는 이제 충전속도만 남았다.
최근에는 이차전지 충전 시간을 비약적으로 단축하는 기술이 등장해 전기차 대중화를 앞당길 것이라는 분석이 있다.
30~40초 내에 스마트폰을 충전하는 일명 ‘플래시 전지’를 개발한 스토어닷(StoreDot)은 5분만 충전하면 300마일까지 달릴 수 있는 전기차 급속 충전기술을 개발중이다. 상용화 목표는 2017년이다.
StoreDot 플래시 전지는 알츠하이머 연구 중 발견한 2나노미터 길이의 펩타이드와 아미노산 분자로 구성된 결정해 일명 나노닷(nanodots)을 리튬이온전지의 전극과 전해질에 사용하고 80A로 충전한다고 알려져 있으나 세부사항은 미공개했다. 다양한 충전시간 단축기술을 국내외 여러 연구기관에서 경쟁적으로 연구하고 있다.
그 결과로, 2014년 7월 울산과학기술대학교와 LG화학은 실리카 나노입자를 아크릴 고분자와 혼합한 특수 고분자를 분리막에 사용하여 충전 속도를 2배 향상시켰고, 2014년 10월 싱가포르 난양공대의 첸 사오둥 교수 연구팀은 티타늄이산화물을 양극에 사용하여 충전 속도를 20배 향상시켰다.
초급속 충전기술의 상용화를 위해서는 전지기술뿐만 아니라 충전방식, 특히 기존 충전 인프라에서의 수용 여부 또는 업그레이드 가능성이 중요하다. 초급속 충전기술은 전지 탈착식 사업모델의 이점을 급감시킬 것이다. 전기차 뿐만 아니라 모든 이차전지 사용 분야에서 초급속 충전이 가능해지면 전지수명불안(battery life anxiety)이 줄어들 것으로 예상된다.
초급속 충전기술은 이차전지 확산을 견인하면서 태양열 발전과 함께 에너지 직거래로 대표되는 차세대 에너지 혁명을 주도할 것으로 기대된다.
김연주 기자(eltred@hellot.net)
