[전원주택 설계 #4]
알아서 척척, 미래의 스마트라이프 (Smart Life)
미래의 우리 집, 전자제품, 자동차, 로봇, 그리고 우리 삶의 모습은 어떨까?
당장 채택 가능한 기술에는 어떤 것들이 있을까?
상상의 나래를 펼치면, 곧 현실이 된다!
그림출처: http://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law
"무어의 법칙", 컴퓨터를 새로 구입할 때마다
햄릿이 나타나는 이유를 설명해주기도 한다.
“To buy or not to buy, that is the question.”
- 기술발전(technological progress)을 예측하는 함수로 '무어의 법칙'(Moore's Law, 1965년)이 유명하다. 반도체 집적회로의 밀도는 약2년마다 2배가 된다는 인텔 공동창업자인 Gordon Moore의 전망이다.
- 비교적 정확했던 무어의 법칙에서 유추할 수 있듯이, 누적된 기술발전량은 단순히 지구상에 살아온 창조적 인구수(P)와 집중된 시간(t)을 곱한 물리량(P×t)만으로 설명되지는 않는다.
- 우리가 꿈꾸는 사회로 나아가는 발전속도(V)은 "자본(M)"과 "의지(ω)"라는 인자도 고려해야 한다. 질주하는 욕망(M)과 가다듬는 소망(cos(ω), ω: 엇나간 각도)으로 세워지는 “MW law"로 생각해 볼 수도 있지 않을까?
V = P × M × cos(ω)
- 세상을 살아가면서 돈(Mammon)도 중요하지만 더 중요한 것은 소망(Wish, 방향/중심)을 굳건하게 잡는 일이다. 삶이란 차가운 욕심(혼돈)과 따뜻한 배려(질서) 사이의 한바탕의 싸움처럼 느껴진다.
① 스마트 하우스
그림출처: http://smarthomeenergy.co.uk/what-smart-home
- 스마트 하우스(smart house or smart home)란 거주자를 위해 건물의 다양한 기능(가전제품, 전등, 온도, 습도, 환기, 안전, 치안, 출입문 등)을 스스로 점검 및 제어가 가능한 집을 말한다. 또한 필요한 정보를 주인에게 제공하여 원격관리 기능도 가능하다.
- 단순히 집뿐만 아니라, 스마트폰(컴퓨터), 가전제품, 센서, 자동차, 로봇, 농장(텃밭), 건강상태, 각종 정보(제공정보, 공유정보, big data)까지 연동하여 관리할 수 있다.
- 미래의 집은 친환경이 중요한 화두이다. 아래 게시글에서 살펴본 패시브하우스(Passive House)와 액티브하우스(Active House) 기술을 접목한 제로에너지 하우스도 하나의 출발선이 될 수 있다.
- 에너지 생산량(태양전지)과 소비량 정보를 한눈에 볼 수 있고, 문제점이 있으면 주인이 판단할 수 있도록 선별된 정보를 알려준다.
- 현재 소비전력(㎾), 사용 전력량(㎾h, 월간누계), 태양광 발전량, 판매 전력(賣電, ㎾h), 온수 온도(℃), 일기예보에 따른 전력 수급조절에 이르기까지 똑똑하게 관리해준다.
- 수면과 활동에 적합한 실내온도와 습도를 조절해주고, 실내공기의 오염도에 따라 환기도 시켜준다. 햇빛이 강해지면 외부 차양(셔터·커튼)을 내리고, 전망과 햇빛을 보려면 올리는 기능도 추가될 것이다.
- 집안의 공기상태를 늘상 점검하고, 가스누출이 감지되면 즉각적으로 밸브를 잠그고 환기를 시킨다. 조명을 조절하고 햇빛과 온도에 따라 커튼도 열고 닫는다.
- 주인의 위치, 자세, 동선을 파악하여 적절한 밝기의 조명을 비추어주고, 더운 날에는 사람이 있는 위치에만 냉방을 할 수도 있다. 하루 일정에 따라 각방의 온도를 효율적으로 관리할 수도 있다.
- 방문객이 현관이나 마당에 도착하면 누구인지 확인하여 주인 또는 로봇에게 즉시 알려준다. 택배나 수리공이 도착하면 관련 회사에서 제공하는 정보를 통해 직원임을 인증할 수 있다.
- 공개된 범죄자가 근처에 오면, 공공안전망에서 제공되는 위치추적 정보와 연동하여 위험성을 알려준다. 낯선 사람이 집 주위를 배회하거나 살피면, 얼굴과 신체적 특징을 고해상도로 촬영하고, 연동된 CCTV로 동선을 추적/분석하고 다시 접근하면 즉시 경계모드로 전환한다. 또한 주인이 지정한 위험하거나 또는 피하고 싶은 사람이 와도 척척 알려준다.
- 똑똑한 집(house)이 행복한 가정(home)을 만들지는 않는다. 단지 삶이 조금 편하고 안전해질 뿐이다.
② IcT(정보통신기술) & IoT(the Internet of Things, 사물인터넷)
- 고인 물이었던 컴퓨터가 인터넷을 만나서 흐르는 강이 되었듯이, 고립된 전자제품이 다른 전자장치와 센서는 물론 컴퓨터/스마트폰/로봇/인터넷 등과 서로 연결되면서 더 큰 시너지를 발휘하고 있다. 바야흐로 초연결사회가 다가오고 있다.
- 서로 연결된 지능적 존재가 주인이 지시한 사항을 알아서 척척 처리하고, 중요한 정보나 판단사항은 주인에게 전달하고 승인을 받고 또 원하는 서비스를 제공하게 될 것이다.
- 멀지않은 미래에는, 주인이 화장대에 앉거나, 세면대에 마주서면, "거울"이 주인(+가족)임을 인식하고 말을 건넨다. 주인의 건강상태와 오늘의 일정을 차례로 알려주고, 날씨와 관심을 갖는 소식이나 채널을 찾아서 브리핑해준다. 관심이 가는 정보는 음성·손동작·눈동자(깜빡[좌우]/껌뻑) 인식이나 터치스크린 등을 통해 자세히 확인할 수 있다. 오늘 날씨와 스케줄에 맞는 의상도 추천해준다.
“거울아, 거울아 말해주렴, 오늘 나 어떠니?”
“주인님이 제일 예쁘굽쇼~!”
그림출처: Cybertecture's magical mirror
“오늘 햇빛이 강하니, 선크림 꼭 바르고 나가세요.
뭇 사내들의 눈빛도 따갑굽쇼~!””
- 건강검진 결과를 바탕으로 중요한 관리사항들을 주기적으로 점검해 준다. 얼굴과 몸의 온도와 분포의 균일성을 적외선 영상으로 분석해주고, wearable 소자(스마트 워치/밴드/신발/의상…)로부터 맥박,심전도, 뇌파, 호흡, 눈 등의 이상 유무를 알려준다. 매일 먹는 음식과 혈압계와 체중계 등을 연동하여 날마다 데이터를 종합적으로 분석해준다. 원하면 잔소리도 적당히 해준다.
- 화장실 변기(소변/대변 구분)도 나의 건강상태를 매일 점검하고 모니터링 해준다. 가정용 의료기기와 초소형 센서키트와도 연결되어 매일 점검하고 이상징후가 있으면 알려준다.
- 냉장고도 유통기한이 지난 식재료를 알려주고, 당장 만들 수 있는 요리 메뉴와 장보기 목록도 알려준다. 나의 체질과 건강을 고려한 주간 식단을 짜주고, 한창 세일 중인 제철 과일·채소나 특별 상품도 검색하여 추천하여 준다.
- 청소기, 환기장치, 냉난방기와 가습기 등도 실내 상황을 인식하여 스스로 조절한다. 강아지와 고양이에게 사료와 물을 주고, 식물에게 물도 때에 맞게 공급한다. 물론 살아있는 생물에게는 주인이 직접 먹이를 주는 것이 더욱 좋다.
- 스마트 안경을 끼고 게임을 하듯 즐겁게 실내에서 운동을 할 수도 있다. 다양한 코스의 러닝머신과 스크린골프를 집에서 저렴하게 즐기는 날도 곧 올 것이다.
- 관공서나 은행을 직접 방문하는 일은 점차 드물어 질 것이다. 개인정보 보호를 위한 보안기술의 중요성은 초연결사회에서는 더욱 커진다.
③ 미래의 똑똑한 자동차
- 미래의 자동차는 친환경, 저렴한 유지비, 안전, 자율주행 등이 화두가 될 것이다. 삶의 질을 강조하는 목소리가 높아짐에 따라 배기가스에 대한 규제도 커질 것이다.
- 정밀 GPS, 초정밀 위치보정장치, 실시간 교통정보망, 360도 영상인식장치 등을 통하여 최적 경로안내, 차선준수, 차간거리 유지, 충돌․추돌 위험감지 및 비상제동 등이 가능해져서, 눈을 감고 운전해도 알아서 척척 달리는 스마트 카도 조만간 출시될 것이다. 감각과 반사신경이 무디어진 노년의 안전한 운전에도 큰 도움이 될 것이다.
- 자동차의 계기판/미러(후면/측면)/내비게이션 등은 정보는 전면 유리창 하단에 표시될 수 있다. 유리의 투명도도 햇빛의 방향과 세기에 따라 자동적으로 조절되며, 열과 자외선도 똑똑하게 차단해줄 것이다.
그림출처: https://www.google.com/selfdrivingcar/
구글에서는 자율주행차(self-driving cars)를 개발 중에 있다.
노인 또는 시각장애자도 운전의 자유를 얻을 수 있다.
구글은 교통사고를 크게 줄일 수 있다고 자신한다.
거대 IT 기업인 구글/애플/페이스북/삼성/LG 등도 세계적인 자동차 회사로 거듭나는 날이 올 수도 있다.
- "친환경"이 점차 강조되면서 기존의 엔진 자동차는 점차 감소하고, 하이브리드 단계를 거쳐서, 전기차(EV, BEV)나 수소차(FCV) 시장으로 발전할 것으로 예상된다.
- 정전과 같은 비상상황이 발생할 경우에는 긴급한 전력을 전기자동차(Electric Vehicle: EV, Battery Electric Vehicle: BEV)의 리튬이온 배터리 또는 수소차의 연료전지(Fuel Cell)에 연결하여 사용할 수도 있다.
- 전기자동차 전문회사인 미국의 테슬라(Tesla Motors, Inc.)는 첫 작품인 Tesla Roadster(sports car, 2008)에 이어서 full-size 세단형 전기차인 Model S(2013년 올해의 그린카, 6만달러)를 2012년 출시하였다. 가장 큰 문제는 높은 가격인데, 테슬라와 GM(Bolt)은 한번 충전으로 200마일(322㎞)을 달릴 수 있는 4만달러 이하의 새로운 전기차를 "2017년"경에 내놓을 예정이다.
- 휴대폰 배터리 회사였던 중국의 BYD(비야디, 比亚迪)도 전기차 업계의 세계 강자로 급부상하고 있다. 자동차 매연에 몸살을 앓고 있는 중국은 2020년까지 전기차 500만대 보급한다는 신에너지자동차 정책을 공식 발표하였다.
- 2014년 2관왕(올해의 그린카 및 디자인상)의 영예를 누린 독일의 “BMW i3”는 후륜구동 5-door hatchback으로, 출력은 170마력(130㎾), 충전시간 약3.5시간이다. 최대운행거리는 배터리만으로는 130㎞(2017년형 183㎞)이지만, 작은 휘발유 발전기(Range Extender, $3,850) 옵션을 달면 운행거리는 240㎞로 확장된다. 그래도 480㎞를 넉넉하게 달리는 가솔린 또는 연료전지 자동차의 절반 수준이다. 아직은 충전 시설(charging infrastructure)이 부족한 것이 약간의 단점이다.
그림출처: http://www.bmwusa.com/standard/content/vehicles/2015/bmwi/default.aspx
BMW i3 with Range Extender ($46,250 MSRP, 미국기준)
우리나라의 전기차 보조금은 1,500만원으로 매우 높다.
여기에다 지자체의 보조금(300~900만원) 및 세제혜택까지 있다.
배터리는 삼성SDI에서 만들고 있다.
- 태양전지로부터 전기자동차나 하이브리드카를 충전하는 가정이 늘어나고 있다. 밤에는 전기(한전)를 사서 충전하고, 낮에는 태양광 전기를 되팔면 결국은 공짜로 충전하는 셈이 된다. 물론 초기 투자비용은 비싸지만 나중에 되돌려 받는 보상은 충분하다.
그림출처: http://www.japantimes.co.jp/
태양전지로 plug-in 충전하는 개인차고 (GM Chevrolet Volt, hybrid)
※ Volt(1세대 모델, 2013년)는 한번 충전으로 배터리(LG화학)로만 61㎞(총600㎞)를 달리는데,
85㎞(총680㎞)를 달리는 날렵한 동생(2세대 모델)이 2016년 미국부터 출시 예정이다.
- 이제 전기자동차와 하이브리드자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)가 친환경 자동차의 대세로 확고하게 자리 잡고 있다. 모두가 연료전지 자동차는 이미 패배했다고 단언하고 있을 때, 이제부터 시작이라고 크게 외친 기업이 있다.
사진출처: http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
배기가스는 오직 물! (H2 + ½O2 → H2O)
- 미국/유럽은 물론 중국까지 전기자동차 기술개발에 열광하고 있지만, 하이브리드의 절대강자인 일본의 도요타는 뜻밖에 '연료전지 차량'(fuel cell electric vehicle, FCV or FCEV)에 회사의 미래를 걸고 있다. 본격적인 FCV인 '미라이(未來, 6,500만원, 주행거리 480㎞, 152마력)'를 2014년11월에 미국 Los Angeles Auto Show에서 첫선을 보였다. 현대자동차도 세계 최초(2013년 4월)로 투싼ix35(1.5억원, 415㎞, 136마력) 수소차를 출시했었다. 닛산과 혼다도 FCV에 큰 관심을 가지고 도요타 따라잡기에 집중하고 있다. 현대도 2015년 2월부터 43% 할인한 가격(8,500만원)에 투산iX를 시판하고 있다.
- 미라이의 판매가격($57,400)은 비싼 편이지만, 정부의 보조금($19,600, 일본)을 받으면 $37,800(약4,200만원)에 구입할 수 있다. 총리 관저에 1호차 납품을 시작으로 일본 판매를 시작했는데, 1년치 예약은 이미 완료되었다고 한다. 미라이는 연료전지의 부족한 순간 출력을 보완하기 위해 작은 배터리팩(1.6 ㎾h Nickel-metal hydride)을 장착하고 있다.
- FCV는 연료(H2)를 주입하는 "수소충전소"가 절대적으로 부족하다는 크나큰 걸림돌을 넘어야만 한다. 반면에 전기충전소는 상대적으로 저렴하고 안전하기 때문에 인프라 측면에서는 BEV가 훨씬 유리한 셈이다.
- 하지만 BEV나 FCV 모두, 이제 겨우 투자금회수기간(payback period)이 되었다고 생각했는데, 또다시 엄청남 돈(~1천만원)을 들여서 수명이 다된 배터리나 연료전지를 바꾸어야 할 수도 있다. (계약조건에 따라 다를 수 있다.)
- 일본 정부는 연료전지 자동차(FCV)와 더불어 도시가스 기반시설을 이용하여 ‘에네-팜스(Ene-Farms)’라 불리는 가정용 연료전지(고효율 발전용 보일러)로도 승부수를 띄우고 있다. 지난 2005년 총리 관저에 설치됐고, 2014년말까지 10만대(달성!), 2030년까지는 전체가구의 10%인 “530만” 가구에 가정용 연료전지를 보급하는 것을 목표로 삼고 있다.
- 2030년 이후에, 액체연료(LPG/메탄올/휘발유/디젤유)를 개질하여 수소를 얻어내는 기술이 안정적으로 상용화된다면 세계경제의 판도는 크게 달라질 수도 있다. 액체연료의 에너지밀도는 리튬이온전지의 ~100배나 되기 때문이다. 일본은 연료전지를 통해 1980년대에 누렸던 ‘세/계/최/강’의 추억을 또다시 꿈꾸고 있다.
충전시간은 길고 주행거리는 짧은 전기자동차에 비해 FCV의 대중화 잠재력은 충분히 있다.
하지만 너무나 큰 장벽은 "수소충전소" 보급이다. (충전에는 5분이 소요된다.)
Toyota Mirai (2015년 출시한 중형세단, 캠리급)
주행거리는 “650㎞”까지 가능하다고 한다.
(전면에 커다란 방열기(radiator)용 공기흡입기가 눈에 거슬린다.)
도요타 진영과 세계연합군의 자동차 전쟁이 시작되었다.
"미래의 승자"는 누구일까? 아직은 전기차가 훨씬 유리…
④ 친환경 먹거리, 스마트텃밭(smart garden)
- 건강한 먹거리를 척척 만들어내는 똑똑한 보물창고는 바로 친환경 유기농 텃밭(family garden)이다. 기본작물(고구마, 감자, 옥수수, 콩's…)과 보조작물(상추, 들깨, 양파, 마늘, 호박, 고추, 수박, 참외, 토마토…)은 물론 나만의 도전작물(표고버섯, 인삼, 더덕…)을 조금씩 확장해나가는 재미도 쏠쏠하다. 비닐하우스가 있다면 선택의 폭은 더욱 넓어진다.
- 단감나무, 매실, 살구, 베리(블루,초코)류는 물론이고 다양한 조경수를 매년 봄에 조금씩 골라 심는 재미도 크다. 묘목 선정은 기후와 지역을 고려해서 선정하는 것이 좋다.
- 닭을 키우며 따뜻한 달걀을 얻는 기쁨은 생각만 해도 행복하다. 가축(+사람)의 배설물을 만든 퇴비로 땅에 돌리고, 땅에서 나는 걸로 가축에게 먹이는 순환형 유기농장도 고려해 볼 수 있다.
- 텃밭(특히 비닐하우스) 일에 매이지 않고, 자유롭게 외출을 하고 여행도 다니면서, 이 모든 일을 관리할 수는 없을까? 비가 오면 배수 걱정, 가뭄이 오면 급수 걱정, 추우면 얼까, 더우면 지칠까 늘 걱정이다. 걱정의 굴레에서 벗어날 방법은 이미 현실화되고 있다.
- 간단한 텃밭관리시스템을 구축하면, 거주지역의 기후에 맞게 파종(씨뿌리기), 정식(옮겨심기), 시비(거름주기), 수확 시기는 물론이고, 날씨와 땅의 습도, pH 등을 측정하여 필요한 텃밭 일을 때에 맞게 알려주고, 때에 맞게 물을 주는 날이 조만간 올것이다.
- 땅의 습기를 측정해서 스프링클러로 물주기는 물론, 센서를 이용하여 온도․습도 조절과 환기에 이르기까지 텃밭과 비닐하우스의 생육환경을 최적으로 관리하고 원격조정을 도와주는 자동화 시설과 앱(App)은 점점 늘어날 것이다. 10년내로 로봇이 기본적인 농장 일을 상당부분 도와주기 시작할 것으로 예상된다.
- 가장 흔한 곡물인 쌀(米=八十八) 한톨을 수확하는데 88번의 손길이 간다고 하니, 농사란 쉬운 일이 아니다. 하지만 사람이 아무리 힘써 일해도 자연(햇빛,비,바람,흙,미생물…)이 일하는 것에 비하면 초라하다. 자연은 비교할 수 없이 스마트하다.
나는 씨앗을 심었고 아폴로는 물을 주었으나,
그것을 자라게 하신 분은 하나님이십니다.
그러니 심는 사람이나 물을 주는 사람은 아무것도 아니지만,
자라게 하시는 하나님이 가장 중요합니다.
사도 바울 (고린도전서 3:7~8)
⑤ 잠들지 않는 하인, 가정용 로봇(Home Robot)
- 2007년 6월 애플 아이폰(iPhone)이 세상에 나왔을 때, 눈치 빠른 사람들은 이 똑똑한 손전화가 세상을 바꿀 것이라는 것을 예상했다.
- 2014년 11월에 일본 로봇이 도쿄대 입학 모의시험에 응시했다는 뉴스가 보도되었다. 비록 아쉽게 불합격됐지만, 조만간 로봇이 우리의 삶을 바꿀 것이라는 것을 예상할 수 있다. 이 또한 해프닝으로 끝날 일이 아니다.
관련기사: 일본 로봇 도쿄대 응시, 결과보니..'맙소사'
스마트홈 IoT의 중심은 로봇!
- 로봇이란 주인의 지시를 따라 스스로 일을 수행하는 기계이다. 임무를 성공적으로 수행하기 위해서는 정보를 수집하는 센서와 판단하는 지능이 필요하다. 특히 기계끼리도 소통하고, 배고프면 스스로 충전할 수도 있다.
- 이미 원시적인(?) 로봇청소기는 흔히 볼 수 있고, 군사용 견마로봇도 전장에 배치되고 있다. 특히 후쿠시마 원전사고 때에 오염된 재난현장에 파견할 로봇이 없어서 아쉬웠던 일본은 '상용화' 기술에 앞장서고 있다.
- 가정용 로봇은 침입자를 식별/추적/감시/경고/방어/신고할 수 있다. 주인의 명령과 승인이 있으면 적극적 방어(+제한적 공격)도 가능하다. 수상한 인물이 배회하면 집중적인 관찰 및 경고를 줄 수도 있다.
- 평소 지병이 있는 주인의 몸에 연결된 센서에 이상증세를 나타나거나 주인이 쓰러지면, 즉각적으로 119와 전문병원에 연락을 취한다. 주인의 상태를 살펴 인공호흡과 심폐소생술까지 적절하게 실시할 수 있다. 물론 이 경우는 의사나 전문가의 승인 및 지시를 따라야 한다.
- 화재와 같은 사고가 발생할 경우, 연동된 연기(smoke)감지기 및 적외선 영상까지 분석하여 장애물을 피하면서 최적의 탈출로로 주인을 안내 또는 이동시킬 수도 있다. 정전이 된 어두운 상황에서는 주인의 앞길을 비추어주며 안내해주기도 한다.
- 물론 불이 나면 소화기를 작동하여 초기에 화재를 진화하는 것이 효과적일 것이다. 로봇 스스로 감당하기 힘든 상황이라 판단되거나 또는 주인의 명령이 있으면 현장을 중계하면서 또박또박 119에 신고한다.
- 로봇이 다른 장비와 기계적으로 연결되면 가사노동을 크게 줄일 수 있다. 소화기, 청소기, 커피머신은 물론이고, 실외 잔디밭도 때가 되면 알아서 척척 깎아줄 것이다. 자동차도 로봇처럼 알아서 목적지까지 운전해줄 날이 곧 올 것이다.
- 공장에는 이미 수많은 로봇이 있지만, 농장에서도 로봇이 밭을 일구고, 모종을 심고, 농약, 비료를 주고 수확까지 마무리하는 날이 조만간 올 것이다.
- 주인의 기분에 따라 배경음악을 틀거나, 긴급 뉴스, 관심있는 정보, 좋아하는 연속극이 시작하는 시간을 알려주고 채널을 돌려 주기도 한다.
- 가정용 로봇의 가격은 빠른 속도로 하락할 것이다. 그 어떤 천재보다도 박식하고 주인에게 초집중하고, 잠들지도 않고 수발을 드는 똑똑한 나의 로봇을 집집마다 가질 날이 머지않아 올 것으로 기대된다.
- 사람은 사람 때문에 상처를 받는다. 우리에게 상처를 주지 않고 온전히 믿고 따르는 로봇과 강아지는 좋은 위로가 될 것이다.
- 로봇과의 대화도 가능해 질 것이다. 주인의 음성 인식은 기본이고 말귀(뉘앙스)까지 척척 알아듣는다. 하지만 결코 마음까지 따뜻해지는 대화를 나누기에는 한계가 있다. 기계가 아무리 발전해도 다정스런 껍데기일 뿐이다. 사람의 가슴에는 사람이 있어야 한다.