MEMS 기반 모션 센서를 이용한 새로운 컨수머 애플리케이션 - Application

컨수머 애플리케이션을 위한 MEMS 기반 모션 센서 분야의 선도 기업 ST마이크로일렉트로닉스는 아날로그 또는 디지털 출력을 내장하고, 2 또는 3축 감도를 가지며, 동작 감지를 통해 작동되는 새로운 강력한 기능을 구현할 수 있는 고성능 가속도계의 완벽한 포트폴리오를 제공한다.

MEMS 기반 모션 센서를 이용한 새로운 컨수머 애플리케이션

글│Fabio Pasolini, STMicroelectronics

자동차 및 산업 애플리케이션에만 사용되던 MEMS(Micro Electro Mechanical System)는 가능한 설계와 애플리케이션 영역을 확대하는 저가의 초소형 및 전력 효율적인 센서 디바이스가 등장하면서 컨수머 시장으로 속속 파고들고 있다.

모션 트래킹 및 동작 인식이 탁월하게 구현된 예는 닌텐도(Nintendo)의 Wii와 같은 혁신적인 최신 게임기로 대표된다. 닌텐도의 Wii는 초소형 모션 센서가 플레이어의 움직임을 캡처하여 게임의 액션으로 변환시킨다. MEMS는 플레이어가 움직이게 만든다. 플레이어는 실제와 같은 게임의 경험 속에 빠져들며, 실제 테니스 경기, 흥미진진한 골프 시합, 박진감 넘치는 복싱 경기, 편안한 낚시 대회 등을 시뮬레이트하는 동작을 통해 실제 게임에 참여할 수 있다.

더 나아가 동작과 방향, 손의 움직임까지 감지할 수 있는 최신 MEMS 센서는 모션 센서 기술의 경계를 게임 컨트롤러, 휴대전화 및 휴대용 미디어 플레이어를 비롯하여 일반적인 모든 휴대 기기로 넓히고 있다.

첨단 기능이 탑재된 초소형 고효율 MEMS의 등장은 사용자가 길고 복잡한 매뉴얼을 읽으면서 인터페이스 사용법을 익혀야 하는 대신 곧바로 사용자의 제스처를 인식할 수 있는 보다 의인화된 장치의 등장을 의미한다.

이와 같이 MEMS는 사용자와 애플리케이션간의 장벽을 허물고 있다. 센서는 시스템의 ‘눈’의 역할을 하여 가속과 각속도와 같은 물리량을 측정하며, 전자장치는 센서로부터 제공되는 정보를 처리하고 특정 알고리즘을 통해 입력을 인식하여 해당 기능을 활성화시킨다.

이러한 기술을 이용하는 핸드셋이 더욱 많이 출시되면서 휴대전화와 PDA에서도 MEMS의 이용이 확산되고 있다(그림 1참조).

그림 1. 동작 제어 사용자 인터페이스를 구현하는 모션 센서

MEMS 센서는 단말기의 방향에 따라 인물 사진으로부터 풍경 사진까지 이미지, 비디오 및 웹 페이지를 회전할 수 있다. ST마이크로일렉트로닉스의 3축 디지털 출력 가속도계 LIS302DL과 같은 차세대 MEMS 디바이스에 임베디드된 첨단 디지털 기능을 이용함으로써 휴대전화를 위/아래/왼쪽/오른쪽으로 기울이면 메뉴 이동을 할 수 있으며, 스크린에 표시되는 다양한 아이콘은 간단하게 폰 자체를 가볍게 톡톡 두드려 선택할 수 있다.

MEMS 가속도계는 지도를 훑어보면서 원하는 방향으로 기기를 간단히 기울이면 작은 화면에 큰 이미지를 표시할 수 있게 해준다. 또 휴대전화와 MP3 플레이어에서는 흔들림을 감지하는 데 MEMS를 이용하여 사용자의 간단한 제스처를 통해 다음 노래나 이전 노래로 이동할 수 있다.

체력 단련이나 건강 모니터링은 MEMS 모션 센서로 구현할 수 있는 또 다른 종류의 애플리케이션을 보여준다.

이러한 기능 중 만보계 또는 스텝 카운터는 3축 MEMS 가속도계를 이용하여 구현되는 예를 대표한다. 구체적으로, 센서는 사용자가 걷고 달리는 활동을 하는 동안 시스템의 가속 활동을 정확히 측정하고, 가속 데이터의 처리를 통해 보행자의 걸음 수를 표시하며, 보행자의 움직이는 속도, 신체 활동 중에 소비되는 칼로리 양 등을 보여준다.

ST마이크로일렉트로닉스에서 제작된 레퍼런스 디자인의 그림은 그림 2에 나와 있다. 보통 만보계 기능은 휴대전화와 휴대용 미디어 플레이어(MP3, MP4) 내부에 탑재된다. 이러한 장치에서는 특정 시간 안에 도달하고자 하는 목표 걸음 수를 설정하고 칼로리 소비를 모니터링할 수 있다.

그림 2. MEMS 기반 만보계 : 레퍼런스 디자인

보다 향상된 구현으로는 인터넷을 통해 동일한 가상 체육관에 속한 사람들 간에 위의 정보를 공유하고, 가상 휘트니스 경연대회를 개최하여 신체 활동을 시뮬레이트하고 최상의 신체 상태를 달성할 수 있다.

만보계는 사용자의 위치를 결정하고 길을 안내해주며 관심있는 지점을 찾거나 지역별 광고를 볼 수 있는 개인용 네비게이션 장치에 중요한 빌딩 블록이 될 수 있다. MEMS 모션 센서에 의해 발생되는 신호 처리는 지하 터널, 다리, 고층 건물로 인해 신호가 차단되고 신호의 신뢰성이 낮은 도심 지역이나 실내 네비게이션을 위해 GPS 모듈에서 발생되는 신호를 대체할 수 있다.

다른 분야에서 MEMS 센서는 노령자에게 낙상 사고가 발생하는 경우 이를 탐지하여 비상 구조를 요구하는 알람 신호를 자동으로 발생시키는 장치에 이용될 수 있다. MEMS 센서와 GPS 모듈을 종합적으로 사용하여 도움이 필요한 부상자의 위치를 파악하고 네트워크에 전송할 수도 있다. 이러한 장치의 상업적인 이용 가능성은 가까운 미래에 점점 더 증가하고 있는 노령 인구에 보다 안전한 환경을 제공해 줄 것이다.

최근에는 저가의 초소형 고효율 MEMS 센서의 등장으로 첨단 기능 및 동작 감지를 통해 작동되는 강력한 사용자 인터페이스 구현이 가능해지면서 인간과 이동 단말기, 게임기 및 원격 컨트롤러와 상호작용하는 방식에 혁신적인 변화가 일어나고 있다.

미래에는 MEMS 기반 가속도계와 자이로스코프가 결합되어 사용자의 직관적인 제스처를 통해 더욱 향상된 포인팅 및 선택 기능을 구현할 수 있게 될 것이다. 또 센서들이 주변 환경에 네트워크처럼 배치되고 의복 안에 삽입되면서 더욱 발전된 MEMS 기술을 볼 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 진화는 가능한 설계와 애플리케이션 영역을 확장시켜 우리가 살고 있는 세계와 더욱 긴밀한 상호작용과 제어를 실현시켜줄 것이다.