A는 요즘 사무 공간에서 흔히 볼 수 있는 광경이다. PC와 대용량 USB를 비롯, 랜(LAN)선∙모뎀∙공유기∙전화기∙자동 응답기∙스탠드 등 모든 사무용 기기가 전선으로 연결돼 있다. 여기에 TV와 셋톱박스, 오디오 세트, 커피메이커와 토스트 따위가 더해지면 상황은 심각해진다. 이 모든 장치를 연결하는 선이 대개 한두 군데 콘센트에 집중되기 때문에 그 근처는 늘 엉망으로 얽히고 꼬인 전선들로 어지럽게 마련이다. 자칫 그 중 하나가 고장이라도 나면 낭패다.

B는 다용도 무선 충전기를 제외한 모든 전기 기구가 무선 상태로 연결된 작업실 풍경이다. 굳이 콘센트에 딱 붙어 있는 책상이 아니어도 자신이 일하기 편한 곳이면 어디서든 작업할 수 있다. 각자 사용하고자 하는 기기를 원하는 위치에 자유롭게 둘 수도 있다. 이 공간에선 기기 종류를 막론하고 ‘전선 없이’ 사용할 수 있다(단, 자기에너지를 받아 이를 다시 전력으로 전환하는 장치가 내장돼 있어야 한다). 따라서 여럿이 한 공간에서 많은 기기를 쓰더라도 전선 얽힐 걱정 없이 작업할 수 있다. 공간 연출도 한결 깔끔해진다. 일상 자체가 편리하고 효율적으로 바뀌는 것이다.

“무선으로 전 세계에 전력을 공급하겠다”

큰 비용 들이지 않고, 이상 현상을 일으키는 설비 없이도 무선으로 전기를 보낼 수 있다면 얼마나 편리할까? 미관상 좋은 건 두말할 필요도 없고 다양한 전자기기를 사용할 때도 편리할 것이다. 급히 외출하려는데 스마트폰 배터리가 간당간당해 맘 졸일 일도, 침대에 누워 스마트폰 게임에 한창 열 올리다 배터리가 방전돼 기기가 꺼져버릴 일도 없다.

무선 전력 공급 기술(이하 ‘무선 기술’)은 사회적으로도 유용하다. 일단 관련 비용이 크게 절감된다. 매년 전 세계적으로 송전탑과 기간 전선을 건설, 관리하는 데 드는 비용이 천문학적 수준이기 때문. 생태계 보전 효과도 쏠쏠하다. 당장 매년 수십 억 개씩 생산∙소비∙폐기되는 배터리로 인한 환경 오염 문제가 상당 부분 해소될 수 있다. 이 때문에 무선 기술은 인류가 최초로 인공 전기를 사용하기 시작한 때부터 줄곧 품어온 꿈이었다.

▲무선 전력 공급 기술이 보편화되면 송전탑 건설(왼쪽 사진)이나 건전지 제작에 투입되는 비용을 대폭 아낄 수 있다

무선 기술을 실현시키기 위해 각고의 노력을 기울인 선구자는 단연 니콜라 테슬라(Nikola Tesla, 1856~1943)였다. 미국을 무대로 활동했던 이 세르비아 태생 과학자에겐 늘 ‘천재’란 칭송과 ‘사기꾼’이란 비난이 동시에 따라다녔다. 실제로 그가 시도했던 많은 일 중 지금껏 유용한 기술로 쓰이는 게 많은 반면, 실패작도 적지 않았다. “무선으로 전 세계에 전력을 공급하겠다”는 야심 찬 프로젝트 역시 완수되지 못했다. 당대 굴지의 자본가였던 J.P.모건의 지지로 거창하게 시작된 이 사업은 몇 년 지나지 않아 엄청난 규모의 무선 전선탑만 미완성 상태로 남긴 채 중단됐다.

▲니콜라 테슬라(왼쪽 사진)는 “전 세계에 무선 기술을 보급하겠다”며 야심만만하게 관련 실험을 진행했지만 결국 실패하고 말았다(출처: 위키피디아/출처가 명기된 이미지는 무단 게재, 재배포할 수 없습니다)

테슬라의 꿈은 왜 실현되지 못했을까? 이와 관련, 후대 과학자들은 다양한 의견을 내놓았지만 모두가 수긍할 만한 결론은 여전히 내려지지 않은 상태다(그 중엔 “실험 결과, ‘원거리 무선 송전 방식이 인체에 부정적 영향을 끼친다’는 증거가 발견됐다”는 의견도 있었다).

테슬라 이후에도 무수한 과학자들이 무선 기술의 꿈을 실현하기 위해 도전을 거듭했다. 그 과정에서 현실에 적용할 만한 기술도 상당히 많이 축적됐다. 최근 이 같은 기술의 지향점은 ‘무선 충전기를 활용, 스마트폰 등 각종 전기기기의 동시 충전 환경을 조성하는 것’이다. 이는 정보 네트워크 중심 세상에 걸맞은 일명 ‘유비쿼터스 환경’ 구축에도 필수불가결한 요건이다. 실제로 과학계에선 이를 위해 회로와 소재, 시스템 등 여러 관점에서 다양한 연구가 진행돼왔으며 그 중 일부는 지금도 여전히 진행 중이다.

드론부터 진동칫솔까지 활용 분야 ‘무한대’

무선기술은 △떨어져 있는 2개 안테나 △전력 발생∙전송 장치 △전력 수용 장치 등 세 가지 요소로 구성된다<아래 개념도 참조>. 여기서 다시 전력을 보내고 수용하는 방식 차이에 따라 여러 종류로 나뉘며, 이는 다시 방사전송(radiative transmission)과 비방사전송(non-radiative transmission) 등 두 가지 체계로 구분된다.

▲무선 전력 전송 개념도

방사전송은 초단파나 레이저빔처럼 전자파선을 방사해 에너지를 전달하는 방식이다. 이 방식은 에너지를 수십 킬로미터 이상 되는 먼 곳까지 보낼 수 있으며, 대기 중 손실되는 부분이 적어 장거리 무선 전력 전송 시 널리 활용된다.

하지만 이때 전송 과정에서 사용되는 전자파선이 직진성(直進性)을 띠고 있어 정확히 수신 장치에 맞춰 전달해야 한다는 한계가 있다. 동력 작동 범위 내에 인간을 포함한 생물체가 있을 경우, 생리 과정을 방해할 수 있기 때문이다. 무선전신(전보)에서 시작된 방사전송은 방송국 전파 송출 등에 이용돼오다 점차 인공위성이나 무선 동력 드론, 에너지 하베스팅(energy harvesting, 버려지는 에너지를 수확해 사용 가능한 에너지원으로 활용하는 기술) 등으로 그 응용 범위를 넓혀가고 있다.

반면, 비방사전송은 근거리에서 무선으로 전력을 보내는 형태다. 전력 송신 방식에 따라 다시 △자기유도 커플링(coupling∙결합) △공명유도 커플링 △전기용량 커플링 △마그네토다이내믹스(magnetodynamics) 등으로 나뉜다. 인체에 부정적 영향을 거의 끼치지 않지만 아주 근접한 기기 사이에서만 적용된다는 건 단점이다. 활용 범위는 꽤 넓은 편이다. 전동칫솔이나 전기면도기 충전을 포함, △인덕션 쿡톱(cooking top)과 히터 구동 △스마트폰 충전 △전기자동차 충전 △태양광 위성과 드론 동력 공급도 가능하다. 이 중 최근 가장 활기를 띠고 있는 분야는 단연 스마트폰 충전이다.

‘필요’가 창출한 스마트폰 무선 충전 시장

스마트폰 무선 충전에 주로 쓰이는 기술은 자기유도 커플링 방식이다. △전선 코일을 둥글게 말아놓은 뭉치 두 개를 일정 간격으로 떼어놓은 후 △그 중 하나에 전원을 연결하면 자기에너지가 발생, 옆 코일에 전달되고 △이를 다시 전류로 바꿔 사용하는 메커니즘이다. 비교적 쉬운 기술이어서 일찌감치 개발, 활용돼왔지만 발생되는 전기 용량이 적고 몇 센티미터 이내의 근접 거리에서만 사용할 수 있어 용도가 다소 제한적이었다.

자기유도 커플링 기술에 대한 관심이 높아진 계기는 단연 스마트폰의 대중화였다. 스마트폰은 그 자체로 소형 무선 컴퓨터와 같은 역할을 한다. 스마트폰을 더욱 편리하게 쓰고자 하는 사용자 입장에서 무선 충전 기술은 더없이 반가운 존재였다. 충전기 위에 스마트폰을 올려놓기만 하면 되는 구조여서 근접 거리에서 유효한 자기유도 커플링 방식으로 충분하기 때문이다.

하지만 해결해야 할 과제가 하나 더 있었다. 자기유도 커플링 기술을 채택해 무선 충전을 가능케 하려면 외부 충전기는 물론, 스마트폰 자체에도 상당한 길이의 코일이 들어가야 한다. 그래야 충전기 코일에서 자기에너지가 유도돼 스마트폰에 전달할 수 있다. 그렇잖아도 기능과 디자인 두 마리 토끼를 모두 잡아야 해 그 어느 때보다 경쟁이 치열한 스마트폰 시장에 ‘무선 충전 기능 탑재’란 과제까지 더해지며 제조 업체들은 고민에 빠졌다.

일부 기기는 충전 시 후면 배터리 커버를 무선 충전용 제품으로 교체하도록 해 이 문제를 해결하고자 했다. 그렇게 되면 평소엔 충전 가능한 코일을 스마트폰 안에 넣을 필요가 없어 가볍고 날렵한 디자인을 유지할 수 있다. 하지만 충전할 때마다 커버를 바꿔 끼워야 하는 불편은 감수해야 한다.

삼성 갤럭시 S6는 이런 측면에서 관련 기술 향상에 한 획을 그은 모델이다. 커플링 코일을 한층 더 ‘콤팩트’하게 제작하는 데 성공, 무선 충전 기능을 내장하면서도 슬림한 외형을 유지할 수 있도록 설계됐기 때문이다.

스마트폰 무선 충전 기술 수준이 이렇게 향상되면서 ‘충전이 편리하고 보기도 좋은’ 스마트폰 생산에 대한 기대감은 날로 높아지는 추세다. 실제로 최근 국내외 할 것 없이 온라인상에선 스마트폰 충전(기) 관련 콘텐츠 수가 크게 늘었다. 한 전문가는 “스마트폰 무선 충전 시장은 2014년 이후 약 10년간 매해 70% 이상 성장할 것”이란 전망을 내놓기도 했다(신효순 ‘무선 충전 기술 현황 및 전망’, 조명∙전기설비학회지 제28권 제3호, 2014년 5월, 50쪽).

효율성은 기본… ‘안전성’까지 잡아라

무선 기술은 기본적으로 ‘전력이 공급되는 장치’와 ‘전력을 공급 받는 장치’의 결합이다. 따라서 관건은 기존 기술이 지닌 용량이나 용적의 한계를 극복하는 데 있다. 앞서 스마트폰 충전 사례에서 본 것처럼 ‘용량을 늘리고 용적을 줄이는’ 기술 개발 경쟁은 갈수록 치열해지는 양상이다. 이 같은 노력이 거듭되며 관련 기술은 카드키처럼 작고 얇은 형태에서 전기자동차 충전처럼 덩치 큰 것까지 다양한 형태로 일상에 접목, 활용되고 있다.

▲무선 기술은 우리가 미처 인식하지 못하는 사이, 현대인의 일상 곳곳에서 다양하게 활용되고 있다

한동안 극복되지 못한 채 과제로 남아 있던 자기유도 커플링 기술의 한계(두 장치 사이 거리가 멀어지면 무선 전력 공급이 불가능해지는) 역시 최근 빠른 속도로 관련 기술이 축적되며 해소되고 있다. 이 단계에서 ‘효율성’ 못잖게 중요한 건 ‘안전성’이다.

파장이 극히 짧아 엄청난 에너지로 직진하는 방사전송 기술에 비해 비방사전송 기술은 인체에 끼치는 영향이 거의 없는 걸로 알려져 있다. 하지만 ‘자기에너지 역시 인체에 일정 부분 영향을 준다’는 게 생체물리학 분야의 정설이다. 지금껏 비방사전송 기술이 적용돼온 분야에선 코일 간 간격이 근접해 있어 자기장이 인체에 끼치는 영향을 걱정하지 않아도 됐다. 하지만 방 전체가 자기유도 공간으로 바뀐다면 얘긴 달라진다. 결국 무선 기술의 다음 단계를 고민한다면 이 같은 우려를 해소시키고 안전성을 확보하는 문제가 최우선적으로 해결돼야 할 것이다.

올 1월 전 세계에서 가장 유명한 전자제품 전시회라고 할 수 있는 ‘CES(Consumer Electronics Show) 2015’가 미국 라스베이거스에서 열렸다.  삼성전자를 비롯, 국내외 내로라하는 기업이 저마다 제품과 기술을 자랑했다. 올해 이 자리에서 가장 많은 찬사를 받은 기업은 놀랍게도 ‘전자’ 회사가 아닌 ‘자동차’ 회사였다. ‘F015’란 미래형 자동차 모델을 내놓은 메르세데스 벤츠가 그 주인공이다.

가전 전시회의 주인공이 자동차?

F015는 아직 ‘콘셉트 모델’에 불과하긴 하지만 자율주행 기능과 거실처럼 바꿀 수 있는 인테리어, 실내 전체의 스크린 전환을 통한 사무 수행 기능 등 현재까지의 자동차 패러다임을 송두리째 바꿔놓을 만한 개념이 총집결된 자동차다. 물론 상용화 시기에 대해선 여전히 많은 논란이 있다. 하지만 이미 구글은 무인자동차의 사업화를 적극적으로 밀어붙이고 있다. 테슬라 역시 대형 대시보드와 편의성을 갖춘 전기자동차의 상용화와 보급을 통해 시장에 돌풍을 일으키고 있는 상황이다. 여기에 메이저 자동차 업체들마저 과거의 보수적 입장을 전환, 신차 경쟁에 적극적으로 뛰어들고 있어 F015의 시장 출시 시기는 예상보다 빨라질 수도 있을 전망이다.

자동차를 ‘자동차 산업’으로만 간주하는 건 전체 변화 중 ‘빙산의 일각’만 보는 격이다. 역사를 돌이켜보면 ‘개인용 이동 기계’ 자동차의 대중화는 ‘20세기 최대 사회 변화’의 하나로 꼽힌다. 자동차가 널리 보급되면서 대부분의 도시는 자동차가 잘 다닐 수 있는 도로, 자동차를 제대로 주차할 수 있는 인프라 등 ‘자동차 소유자’를 배려한 공간 조성에 주력해 왔다. 특히 미국은 1960년대 이후 자동차 보급 확대로 교외 도시의 탄생과 도시공동화(空洞化) 현상, 쇼핑몰 번성 등 사회 경제 전반이 완전히 바뀌었다.

자동차, ‘정보기술 터미널’로 이해해야

▲자동차 대중화의 포문을 연 포드의 ‘T’ 모델

전기자동차나 연료전지 자동차, 그리고 자율주행 무인자동차의 보급은 초기 자동차 보급 당시와는 또 다른 사회적 변화를 가져올 것으로 보인다. 조이 이토(Joi Ito) 매사추세츠공대(MIT) 미디어랩 소장은 “미래 도시는 현재보다 인구밀도가 높으면서도 건강한 생태계에서 살아갈 수 있는 형태로 발전할 것”이라고 말한다. 실제로 그는 지난 2013년 일본 도쿄에서 열린 혁신도시 포럼(Innovative City Forum)에서 다음과 같이 언급하기도 했다.

“기술은 도시를 끊임없이 변화시키고 있습니다. 서로 다른 기술이 일반화되고 그 결과가 인프라로 활용되기 시작하면 도시의 형태는 바뀝니다. 가장 큰 변화는 정보기술(information technology)에서 나타났는데, 아직 도시계획이나 도시 디자인엔 이 같은 기술 환경의 변화가 제대로 반영되지 못하고 있습니다. 우리는 도시를 새로운 정보기술의 관점에서 처음부터 완전히 다르게 바라볼 필요가 있습니다.”

작으면서도 공유가 가능하고, 언제든 간단히 주차할 수 있는 자동차는 ‘모바일 시대’를 연 스마트폰처럼 도시 변화를 이끌어내는 일종의 ‘정보기술 터미널’ 역할을 맡게 될 것이다. MIT가 개발한 ‘시티카(City Car)’는 그런 개념을 잘 살렸던 프로젝트다.

파리가 ‘미래형 도시’로 주목받는 이유

이런 변화는 기존 자동차 회사들이 이끌어낼 수도 있다. 하지만 아이폰이 이전 휴대전화 제조사의 틈바구니에서 혁신을 만들어냈듯 전혀 새로운 기업이 이런 변화를 선도할지도 모를 일이다. 이를 위해선 경량이면서도 공유가 가능한 전기자동차, 이들을 효율적으로 관리할 수 있는 네트워크와 충전 인프라, 그 밖에 운영 알고리즘과 인터페이스 기술 등이 필요할 것이다. 이 작업은 단순히 자동차를 만들어 파는 데서 끝나지 않는다. 도시 인프라를 계획하거나 재편하는 한편, 운영 관련 서비스나 유지보수 등 전통적 자동차 제조산업과 차별화되는 경쟁력을 확보해야 비로소 실현 가능한 목표다.

또 한 가지, 다소 먼 미래의 일이 될 수도 있지만 주거환경의 변화에 대해서도 고민해봐야 한다. 이를테면 아주 작으면서도 움직일 수 있는, ‘변형 가능한 집’에 대한 연구도 필요하다. 단적인 예로 거실과 침실, 사무실 역할을 자유자재로 오갈 수 있도록 움직이는 벽을 설정한 아파트가 저렴한 가격에 보급될 수 있다면 젊은 층에게 큰 인기를 끌 뿐 아니라 도시 주거 환경도 크게 개선할 수 있을 것이다.

역설적이게도 ‘작지만 효율성이 극대화된’ 미래 도시 형태는 자동차 발명 이전 유럽의 여러 도시들이 목표로 삼았던 도시 형태와 유사한 측면이 있다. 프랑스 파리는 자동차가 발명되기 이전에 조성된 도시인 관계로 작고 밀집된 거리가 여럿 연결된 형태를 띠고 있다. 이 때문에 파리 시민들은 대부분의 용무를 걸어 다니며 해결한다. 그래서일까, 오늘날 파리는 새로운 자동차 기술과 문화, 거주 등 다양한 ‘시험장’ 역할을 자처하며 미래형 도시로 거듭나고 있다. 이렇게 가정할 때, 새로운 자동차 기술은 ‘(개인의) 소유와 활용’보다는 대중교통의 성격을 지니되, 필요 시 누구나 효율적으로 이용할 수 있는 방식으로 변해갈 가능성이 높다. 이 같은 맥락에서 고려할 때 미래 도시를 위해 최우선적으로 필요한 기술은 △언제, 어디서나 간단히 호출해 이동할 수 있는 개인용 자동차(무인 작동 형태면 더 좋을 것이다) △특정 지역에서 여러 사람이 호출할 경우 활용 가능한 대형 버스나 트램 등일 수 있다.

‘매력적 미래 도시’ 설계, 이렇게 하자

앞으로 도시 계획을 할 땐 상업지구와 주거지구를 나누는 등의 천편일률적이면서도 기능적인 접근에서 벗어나 “어떻게 하면 사람들에게 매력을 주고 보다 많은 이가 교류하도록 할 수 있을까?”에 초점을 맞춰야 한다. 예컨대 △대학이 있고 △그 주변으로 매력적 아티스트들이 몰려들고 △인근에 사람들이 쉽게 거주할 수 있는 동시에 △적절한 교육 프로그램이 제공되며 △대중교통 이동이 자유로운 중심지가 곳곳에 산재하며 각각을 연결할 수 있다면 해당 도시의 경쟁력은 높아질 것이다. 단지 큰 산업을 한두 개 유치하고 기업 몇 곳이 입주한다고 해서 도시의 장기 가치가 높아지진 않는다.

이런 변화가 가속화되려면 이전과 동일한 방식으로 자동차 도시공학·설계를 담당해 왔던 기존 전문가 그룹의 사고부터 바뀌어야 한다. 마찬가지로 도시의 행정이나 계획을 세우는 도시 공무원과 시장 리더십 그룹들도 기술과 미래에 대한 기술 혁신 시도에 인색해선 안 된다.

※ 이 칼럼은 전문가 필진의 의견으로 삼성전자의 입장이나 전략을 담고 있지 않습니다.

멋지게 생겼네~ ^^

24시간 비행이라는 게 특히 의미 있는 게, 하루의 절반 동안..
즉 태양이 떠 있는 낮 시간 동안 하늘에 떠 있는 건 지금 기술로 그리 어렵지 않으나,
태양이 없는 밤 12시간을 떠 있는 게 어려운 일인 것이다.

그리고, 이번에 솔라 임펄스가 그 일을 해냈다.

그런데, 이 뉴스를 보며 이런 생각을 해 봤다.

삼성그룹에는 여러 회사들이 있다.

뭔가 삘이 오지 않어?

위에 있는 태양광 비행기를 만드는데 꼭 필요한 3가지 기술을 가진 회사들이
그룹 내에 전부 존재 하는 것이다.

시제품이지만 태양광 전지를 만들고 있는 삼성전자,
핸드폰 및 전기자동차용 배터리를 만드는 삼성SDI
그리고, 비행기를 만드는 삼성항공 이 있다.

삼성이라는 울타리 안에 있는 회사들이 모여 힘을 합친다면,
세계 일주가 가능한 태양광 비행기를 만들 수 있다고 생각된다.

고출력의 태양광 전지와, 고 효율의 2차 전지, 그리고, 비행기 기술..

이 3가지 기술력에 대해 세계인들의 뇌리에 각인 시킬 수 있었던 이벤트였을 텐데..

이제 와서 삼성이 뛰어들어봐야 이미.. 솔라 임펄스라는 비행기가 있으니, 짝퉁 일 뿐이다.

삼성항공 대신, 삼성중공업을 끼워 배로 세계일주 해야 하나?

우리는 왜 이런 재미있는 이벤트를 생각 못할까?
아마도.. 너무 빡빡하게 삶을 살고 있어서 공상을 즐길 여유가 없었는지도 모르겠다.

조금은 여유롭게, 세상을 바라보고, 상상의 날개를 펴고 살면,
나도 세계 최초의 뭔가를 생각해 낼 수 있는 날이 오지 않을까… 하는 기대를 해본다.

※ 본 블로그에 게시한 글은 개인적인 것으로 삼성전자의 입장, 전략 또는 의견을 나타내지 않습니다.