웨어러블 혁명: 건강 모니터링·에너지 생성 '파워 슈트'의 부상

나노소재, 제조, 의류 원단 통합이 환자 모니터링이나 에너지 생성 등 수많은 가능성을 가진 완전히 새로운 웨어러블 '파워 슈트' 창출 직전임을 아시나요?

4개 Manufacturing USA 연구소와 NIST MEP 센터가 이 산업과 연관 공급망에서 핵심 역할을 수행하며, 이 신분야에 신속 적용 가능한 상업·기술 개발을 견인하고 있습니다.

나노소재 개발이 가속화되면서, 첨단 기술 디바이스와 수세기 된 제품 통합을 수반하는 애플리케이션이 더 많이 발굴되고 있습니다. 의류 산업 내 이런 애플리케이션 중 하나가 '파워 슈트(Power Suits)'라는 새로운 트렌드입니다.

에너지 하베스팅

에너지 하베스팅은 외부 소스(태양광, 열에너지, 풍력, 염도 기울기, 운동에너지=주변 에너지)에서 에너지를 얻고, 포착해 저장해 소형 무선 자율 디바이스(웨어러블 전자기기, 무선 센서 네트워크 등)에 쓰는 과정입니다. 마이크로·밀리암페어 수준에서, 디바이스가 초저전력 요구 사항으로 개발됨에 따라 이 관행의 중요성이 계속 커지고 있습니다. 특히 '움직임'을 에너지로 변환하는 것과 관련해 의류 분야의 관심사입니다.

이 산업에서의 잠재적 애플리케이션은 삶을 바꿀 수 있습니다.

노인 낙상 감지, 심박조율기나 기타 임플란트 전원 공급, 등산객용 또는 방향감각 상실 알츠하이머 환자 위치 파악용 의류 내 GPS 임베딩 등이 가능성입니다¹. 이 변환은 두 잘 알려진 현상, 압전 효과와 마찰전기 효과에 기반합니다. 압전 효과는 전기 신호와 기계적 힘을 상호 연결하며, 마찰전기 효과는 두 이종 물질이 접촉할 때 반대 전하가 모이는 현상입니다.

Manufacturing USA 연구소와 MEP 센터의 역할

파워 슈트 등 기술적으로 진보한 의류는 유연한 센서, '스마트' 데이터 활용, 파워 전자공학, 원단 등 4개 고도로 통합된 영역의 상업·기술 개발을 필요로 합니다. 이는 최근 설립된 다음 Manufacturing USA 연구소들의 기술 중점 분야입니다:

PowerAmerica의 미션은 와이드 밴드갭(WBG) 반도체 대량 생산을 가능케 할 첨단 제조 공정 개발입니다. WBG 반도체는 실리콘 반도체보다 전자 부품을 더 작고, 빠르고, 효율적으로 만듭니다.

NEXTFLEX는 유연 하이브리드 전자(FHE) 제조의 새 시대를 개발하는 데 집중합니다. 미국 FHE 생태계를 촉진해 FHE 소재 스케일업, 박막 디바이스 가공, 디바이스/센서 통합 인쇄 및 패키징, 시스템 설계 도구, 신뢰성 테스트 및 모델링 투자로 기술 상용화를 이끕니다.

Clean Energy Smart Manufacturing Innovation Institute는 학계, 산업계, 비영리 단체에서 30개 주 이상, 거의 200개 파트너를 모아 스마트 센서와 디지털 공정 제어 발전을 촉진해 미국 첨단 제조 효율성을 획기적으로 개선합니다.

산업계, 학계, 정부, 벤처 캐피탈이 지원하는 전국 비영리 단체인 Advanced Functional Fabrics of America(AFFOA) 연구소는 고기능성 원단의 광범위한 상용화를 가속화합니다. 이는 섬유 소재와 제조 공정의 최근 돌파구를 포함해, 곧 우리가 보고, 듣고, 감지하고, 통신하고, 에너지를 저장·변환하고, 온도를 조절하고, 건강을 모니터링하고, 색을 바꾸는 원단을 설계·생산할 수 있게 할 '원단 혁명'의 새벽입니다.

이 신기술을 미국 전역 제조업체에 구현·도입하는 핵심 요소는 2016년 시작된 'Manufacturing USA 연구소에 MEP 임베딩 파일럿 프로젝트'입니다. 파일럿의 주요 목표는:

• 미국 중소 제조업체의 Manufacturing USA 연구소 중점 분야와 리소스 인지도 제고
• 중소 제조업체가 연구소 연구 의제 정보 제공 및 개발 관련 프로세스와 활동에 참여하도록 보장
• 중소 제조업체의 Manufacturing USA 연구소 연구 참여 확대
• 연구소 연구 결과가 중소 제조업체에 이전돼 구현되도록 보장

단순 시작에 불과

파워 슈트 개발은 물리 현상, 나노소재, 신기술 채택 통합으로 가능한 발전의 표면만 긁은 겁니다. 이런 최첨단 제품 상업 생산엔 신기술 개발과 공정을 통합하는 공급망이 필요합니다. Manufacturing USA 연구소와 MEP 센터 협력으로 제조업체는 그렇지 않으면 접근 불가했던 시장에 진입하면서, 혁신적 신제품을 소비자에게 제공할 수 있게 됩니다.

이 발전에 관심 있으시면 지역 MEP 센터나 NIST MEP 본부(301-975-0413)에 문의하세요.

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^1. "Nanotechnology could bring us a whole new 'power suit'", CEN.ACS.ORG, January 16, 2017, P15-17.