웨어러블 테크놀로지

1. 개요

웨어러블 테크놀로지는 신체에 착용하여 다양한 기능을 수행하는 기술을 의미한다. 1500년대 목걸이 시계에서 시작하여 회중시계, 손목시계, 보청기 등으로 발전해왔으며, 2000년대 이후 스마트워치, 스마트 링, 웨어러블 카메라 등 다양한 형태로 개발되었다. 주요 기술 및 유형으로는 스마트워치, 스마트 밴드, 스마트 링, 스마트 글래스, 스마트 의류 등이 있으며, 개인용, 산업용, 건강 관리 등 다양한 분야에서 활용된다. 웨어러블 기술은 건강 데이터를 수집하고 질병을 예방, 관리하는 데 사용되지만, 개인 정보 보호, 데이터 보안, 기술적 한계 등의 윤리적 문제와 과제를 안고 있다.

2. 역사

MIT 미디어 랩에서는 1991년부터 1997년까지 로잘린드 피카드와 그의 제자들인 스티브 만, 제니퍼 힐리가 착용자의 지속적인 생리 데이터를 모니터링하는 "스마트 의류"를 연구했다. 이들은 "스마트 의류", "스마트 속옷", "스마트 신발", 스마트 주얼리 등을 통해 정동 상태와 관련된 데이터를 수집하고, 생리 센서 및 환경 센서를 제어했다.

같은 MIT 미디어 랩에서 세드 스타너와 알렉스 "샌디" 펜틀랜드는 증강 현실을 개발했다. 1997년, 이들의 스마트 안경 프로토타입은 60분에 소개되었는데, 빠른 웹 검색과 인스턴트 메시징을 가능하게 했다. 다만, 당시 기술의 한계로 프로세서는 배낭에 착용해야 했다.

2009년, 소니 에릭슨은 런던 패션 칼리지와 협력하여 디지털 의류 디자인 대회를 열었다. 우승작은 전화가 오면 불이 켜지는 블루투스 기술이 적용된 칵테일 드레스였다.

메이커봇의 잭 "호켄" 스미스는 뉴욕시 창작 집단에서 열린 "패션 해킹" 워크숍에서 키보드 바지를 만들기도 했다.

아일랜드의 타인달 국립 연구소는 "원격 비침습 환자 모니터링" 플랫폼을 개발하여 환자 센서 데이터의 품질과 최종 사용자의 기술 채택 방식을 평가했다.

최근, 런던의 패션 회사 큐트서킷은 가수 케이티 페리를 위해 LED 조명이 특징인 의상을 제작했다. 이 의상은 무대 공연과 2010년 뉴욕 메트 갈라와 같은 레드 카펫 행사에서 의상 색상이 바뀌도록 했다. 2012년 큐트서킷은 가수 니콜 셰르징거가 착용한 트윗을 특징으로 하는 세계 최초의 드레스를 만들었다.

2010년, NFC 링으로도 알려진 맥리어는 2013년 킥스타터 펀드레이징 이전에 "스마트 링" 장치의 프로토타입을 개발했다.

웨어러블 기술은 심박수(ECG 및 HRV), 뇌파(EEG), 근육 생체 신호(EMG)와 같은 생체 데이터를 수집하여 건강 관리 및 웰빙 분야에도 활용되고 있다.

2.1. 초기 역사 (16세기 ~ 20세기 초)

1500년대 독일 발명가 페터 헨라인은 목걸이처럼 착용하는 작은 시계를 만들었다. 한 세기 후, 회중시계가 남성 조끼의 유행과 함께 인기를 얻었다. 1600년대 후반에는 손목시계가 만들어졌지만, 주로 여성들이 팔찌로 착용했다.

레오나르도 다 빈치가 1500년경 보수계의 개념을 설명했으며, 뉘른베르크의 게르만 국립 박물관에는 1590년에 제작된 보수계가 소장되어 있다. 보수계는 회중시계와 비슷한 시기에 개발되었다.

1800년대 후반에는 최초의 웨어러블 보청기가 소개되었다.

1904년, 비행사 알베르토 산토스-뒤몽이 손목시계의 현대적인 사용을 개척했다.

1970년대에는 계산기 시계가 출시되었으며, 1980년대에 인기가 절정에 달했다.

2.2. 발전기 (1970년대 ~ 2000년대)

1970년대에는 계산기 시계가 출시되었으며, 1980년대에 인기가 절정에 달했다. 2000년대 초부터 웨어러블 카메라가 성장하는 수시감시 운동의 일부로 사용되었다. 웨어러블 기술에 대한 기대, 운영, 사용 및 우려 사항은 첫 번째 웨어러블 컴퓨팅 국제 회의에서 제기되었다. 2008년, 일리야 프리드만은 한 쌍의 귀걸이에 숨겨진 블루투스 마이크를 통합했다.

2.3. 현대 (2010년대 ~ 현재)

2010년, Fitbit은 최초로 걸음 수를 측정하는 제품을 출시했다. 걷기, 심박수와 같은 정보를 추적하는 웨어러블 기술은 계량화된 자아 운동의 일부이다.

2013년, NFC Ring으로도 알려진 McLear는 "스마트 링"을 출시했다. 이 스마트 링은 비트코인 결제, 다른 장치의 잠금 해제, 개인 식별 정보 전송 등 다양한 기능을 갖추고 있었다. 같은 해, 최초로 널리 사용 가능한 스마트워치 중 하나인 삼성 갤럭시 기어가 출시되었다. 애플 워치는 2015년에 출시되었다.

2014년, 뉴욕의 티쉬 예술 학교 대학원생들은 제스처 동작에 의해 트리거되는 사전 프로그래밍된 문자 메시지를 보내는 후드티를 디자인했다. 그 무렵, 헤드업 디스플레이 (HUD)가 장착된 디지털 안경의 프로토타입이 등장하기 시작했다. 미국 군은 홀로그래픽 광학이라는 기술을 사용하여 병사들을 위한 디스플레이가 있는 헤드기어를 사용한다.

2010년, 구글은 광학 헤드 마운트 디스플레이 구글 글래스의 프로토타입 개발을 시작했으며, 2013년 3월 고객 베타 버전으로 출시되었다. 2013년 4월 16일, 구글(Google)은 2012년 구글 I/O 컨퍼런스에서 웨어러블 안경을 사전 주문한 "글래스 익스플로러"에게 기기를 수령하도록 초대했다. 이 날은 안경처럼 착용하는 헤드업 디스플레이를 통해 풍부한 텍스트와 알림을 전달하는 기기인 구글 글래스의 공식 출시를 기념하는 날이었다. 이 기기에는 5MP 카메라가 장착되어 있었고 720p로 비디오를 녹화했다. "OK Glass"와 같은 다양한 기능은 음성 인식을 통해 활성화되었다. 이 회사는 또한 구글 글래스 동반 앱인 MyGlass를 출시했다. 최초의 서드 파티 구글 글래스 앱은 뉴욕 타임스(The New York Times)에서 제공되었으며, 기사 및 뉴스 요약을 읽을 수 있었다. 그러나 2015년 초, 구글은 디자인에 대한 비판과 1500USD의 가격표로 인해 베타 "익스플로러 에디션"의 글래스 판매를 중단했다.

가상 현실(VR)은 원래 게임을 위해 개발되었지만, 재활에도 사용될 수 있다. 가상 현실 헤드셋은 환자에게 제공되며, 환자는 일련의 작업을 게임 형식으로 완료하도록 지시받는다. 이는 전통적인 치료법에 비해 상당한 이점을 제공한다. 우선, 제어가 더 용이하다. 운영자는 PTSD의 경우와 같이 두려움을 극복하는 데 도움이 될 수 있는 영역을 포함하여 원하는 모든 것으로 환경을 변경할 수 있다. 또 다른 이점은 가격이다. 평균적으로 전통적인 치료법은 시간당 수백 달러인 반면, VR 헤드셋은 수백 달러에 불과하며 원할 때마다 사용할 수 있다. 파킨슨병과 같은 신경 질환 환자의 경우, 여러 가지 기술을 동시에 활용하여 뇌의 여러 부분을 동시에 자극할 수 있는 게임 형식의 치료가 가능하다.

크라우드 펀딩의 지원을 받는 스타트업 페블(Pebble)은 킥스타터(Kickstarter)에서 1,000만 달러 이상을 모금하는 캠페인을 통해 2013년에 스마트워치를 재창조했다. 2014년 말, 페블은 100만 대의 기기를 판매했다고 발표했다. 2015년 초, 페블은 차세대 스마트워치인 페블 타임(Pebble Time)을 위해 추가로 2,000만 달러를 모금하기 위해 다시 크라우드 펀딩으로 돌아갔고, 페블 타임은 2015년 5월에 출시되기 시작했다.

크라우드 펀딩의 지원을 받는 스타트업 맥클리어(McLear)는 2013년에 스마트 링을 발명했으며, 킥스타터(Kickstarter)에서 30만 달러 이상을 모금하는 캠페인을 진행했다. 맥클리어는 결제, 비트코인 결제, 고급 보안 액세스 제어, 정량화된 자아 데이터 수집, 생체 인식 데이터 추적, 노인 모니터링 시스템을 도입한 웨어러블 기술의 선구자였다.

2014년 3월, 모토로라(Motorola)는 스마트워치 및 기타 웨어러블 기기를 위해 특별히 설계된 모바일 운영 체제인 안드로이드의 수정된 버전인 안드로이드 웨어(Android Wear)를 탑재한 모토 360(Moto 360) 스마트워치를 공개했다. 마지막으로, 1년 이상의 추측 끝에 애플은 2014년 9월 자체 스마트워치인 애플 워치(Apple Watch)를 발표했다.

웨어러블 기술은 또한 심박수(ECG 및 HRV), 뇌파(EEG) 및 근육 생체 신호(EMG)와 같은 생체 데이터를 수집하여 건강 관리 및 웰빙 분야에서 귀중한 정보를 제공할 수 있다.

3. 주요 기술 및 유형

웨어러블 기술은 다양한 형태로 나타날 수 있다. 헬스케어 분야에서는 포도당, 알코올, 젖산, 혈중 산소 모니터링, 호흡, 심박수 및 변동성, 근전도(EMG), 심전도(ECG), 뇌파 검사(EEG), 체온, 압력, 땀 배출률, 요산 수치 측정 등 다양한 응용 분야가 연구되고 있다. 이 외에도 기분, 스트레스, 건강 변화 예측, 혈중 알코올 농도 측정, 운동 능력 측정, 질병 정도 모니터링, 감염 조기 징후 감지, 건강 위험 평가, 수면 추적, 코르티솔 모니터링, 이완 또는 경계 측정 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

광학 헤드 마운티드 디스플레이 기술은 틈새 시장으로 남아있는 반면, 스마트워치, 스마트 밴드, 스마트 링, 스마트 글래스, 스마트 의류 등 다양한 형태의 웨어러블 기기가 등장했다.

웨어러블 기술은 요양(assisted living) 및 노인 케어를 위한 모니터링 시스템, 빅데이터 생성, 생체 데이터 수집, 가상 현실 등 다양한 분야로 확장되고 있다. 매사추세츠 공과대학교(Massachusetts Institute of Technology)를 비롯한 여러 연구 기관에서 햅틱 기술 개선, 시각 장애인 보조 등 웨어러블 기술 연구 개발이 진행되고 있으며, 스마트 섬유와 같이 의료 분야를 넘어선 새로운 영역으로도 확장되고 있다.

3.1. 스마트워치

삼성 갤럭시 워치와 애플 워치는 인기 있는 스마트워치이다.

3.2. 스마트 밴드

포도당, 알코올, 젖산, 혈중 산소 모니터링, 호흡 모니터링, 심박수 및 심박 변동성, 근전도(EMG), 심전도(ECG), 뇌파 검사(EEG), 체온, 압력(예: 신발 내부), 땀 배출률 또는 땀 손실, 요산 및 이온 수치 측정 등은 피로나 부상을 예방하거나 훈련 패턴을 최적화하기 위한 "인간 통합 전자"를 포함한다.

3.3. 스마트 링

웨어러블 기술은 여러 가지 형태로 존재할 수 있다. 인기 있는 스마트 링으로는 McLear Ring이 있다.

3.4. 스마트 글래스

2013년 4월 16일, 구글(Google)은 2012년 구글 I/O 컨퍼런스에서 웨어러블 안경을 사전 주문한 "글래스 익스플로러"에게 기기를 수령하도록 초대했다. 이날은 안경처럼 착용하는 헤드업 디스플레이를 통해 풍부한 텍스트와 알림을 전달하는 기기인 구글 글래스의 공식 출시일이었다. 이 기기에는 5MP 카메라가 장착되어 있었고 720p로 비디오를 녹화했다. "OK Glass"와 같은 다양한 기능은 음성 인식을 통해 활성화되었다. 구글은 구글 글래스 동반 앱인 MyGlass를 출시했다. 최초의 서드 파티 구글 글래스 앱은 뉴욕 타임스(The New York Times)에서 제공되었으며, 기사 및 뉴스 요약을 읽을 수 있었다.

그러나 2015년 초, 구글은 디자인에 대한 비판과 1500USD의 가격표로 인해 베타 "익스플로러 에디션"의 글래스 판매를 중단했다.

3.5. 스마트 의류

1991년부터 1997년까지, 로잘린드 피카드와 그의 제자들인 스티브 만과 제니퍼 힐리는 MIT 미디어 랩에서 착용자의 지속적인 생리 데이터를 모니터링하는 "스마트 의류", "스마트 속옷", "스마트 신발", 스마트 주얼리 등을 설계, 제작 및 시연했다. 이들은 정동 상태와 관련된 데이터를 수집했으며, 카메라 및 기타 장치와 같은 생리 센서 및 환경 센서를 포함하거나 제어했다.

2009년, 소니 에릭슨은 런던 패션 칼리지와 협력하여 디지털 의류 디자인 대회를 열었다. 우승자는 전화가 오면 불이 켜지는 블루투스 기술이 적용된 칵테일 드레스였다.

메이커봇의 잭 "호켄" 스미스는 뉴욕시 창작 집단에서 열린 "패션 해킹" 워크숍에서 키보드 바지를 만들었다.

아일랜드의 타인달 국립 연구소는 "원격 비침습 환자 모니터링" 플랫폼을 개발하여 환자 센서에서 생성된 데이터의 품질과 최종 사용자가 기술을 어떻게 채택할 수 있는지 평가하는 데 사용했다.

최근, 런던에 기반을 둔 패션 회사인 큐트서킷은 가수 케이티 페리를 위해 LED 조명이 특징인 의상을 제작하여 무대 공연과 2010년 뉴욕 메트 갈라에서 케이티 페리가 입었던 드레스와 같은 레드 카펫 행사에 의상 색상이 바뀌도록 했다. 2012년 큐트서킷은 가수 니콜 셰르징거가 착용한 트윗을 특징으로 하는 세계 최초의 드레스를 만들었다.

2014년, 뉴욕의 티쉬 예술 학교 대학원생들은 제스처 동작에 의해 트리거되는 사전 프로그래밍된 문자 메시지를 보내는 후드티를 디자인했다.

e-텍스타일을 제조하는 방법은 섬유에서 의류, 그리고 공정에 전자 장치를 삽입하는 것까지 여러 가지가 있다. 개발 중인 방법 중 하나는 전도성 잉크를 사용하여 신축성 회로를 천에 직접 인쇄하는 것이다. 전도성 잉크는 잉크 내 금속 조각을 사용하여 전기 전도성을 갖게 한다. 또 다른 방법은 전도성 실이나 얀을 사용하는 것이다. 이러한 개발에는 전도성 물질(예: 금이나 은과 같은 금속)로 비전도성 섬유(예: 폴리에스터 PET)를 코팅하여 코팅된 얀을 생산하거나 e-텍스타일을 생산하는 것이 포함된다.

e-텍스타일의 일반적인 제작 기술은 다음과 같다.

* 자수
* 재봉
* 직조
* 부직포
* 편직
* 방적
* 브레이딩
* 코팅
* 인쇄
* 레이잉

3.6. 기타

1991년부터 1997년까지 로잘린드 피카드와 그의 제자들인 스티브 만과 제니퍼 힐리는 MIT 미디어 랩에서 착용자의 생리 데이터를 지속적으로 모니터링하는 "스마트 의류"를 개발했다. 이들은 "스마트 속옷", "스마트 신발", "스마트 주얼리" 등을 통해 정동 상태와 관련된 데이터를 수집했으며, 생리 센서 및 환경 센서를 포함하거나 카메라 및 기타 장치를 제어했다.

같은 시기 MIT 미디어 랩의 세드 스타너와 알렉스 "샌디" 펜틀랜드는 증강 현실을 개발했다. 1997년 이들의 스마트 안경 프로토타입은 60분에 소개되었는데, 빠른 웹 검색과 인스턴트 메시징이 가능했다. 이 안경은 현대 스마트 안경만큼 간결했지만, 프로세서는 당시 가장 가벼운 솔루션이었던 배낭에 착용하는 컴퓨터였다.

2009년 소니 에릭슨은 런던 패션 칼리지와 협력하여 디지털 의류 디자인 대회를 열었다. 우승자는 전화가 오면 불이 켜지는 블루투스 기술이 적용된 칵테일 드레스였다.

메이커봇의 잭 "호켄" 스미스는 뉴욕시 창작 집단에서 열린 "패션 해킹" 워크숍에서 키보드 바지를 만들었다.

아일랜드의 타인달 국립 연구소는 "원격 비침습 환자 모니터링" 플랫폼을 개발하여 환자 센서 데이터 품질과 최종 사용자의 기술 채택을 평가했다.

최근 런던 기반 패션 회사 큐트서킷은 가수 케이티 페리를 위해 LED 조명이 특징인 의상을 제작했다. 이 의상은 무대 공연과 2010년 뉴욕 메트 갈라와 같은 레드 카펫 행사에서 의상 색상이 바뀌도록 했다. 2012년 큐트서킷은 가수 니콜 셰르징거가 착용한 트윗을 특징으로 하는 세계 최초의 드레스를 만들었다.

2010년, NFC 링으로도 알려진 맥리어는 2013년 킥스타터 펀드레이징 전에 "스마트 링" 장치의 프로토타입을 개발했다.

2014년, 뉴욕 티쉬 예술 학교 대학원생들은 제스처 동작으로 트리거되는 사전 프로그래밍된 문자 메시지를 보내는 후드티를 디자인했다.

그 무렵, 헤드업 디스플레이(HUD)가 장착된 디지털 안경 프로토타입이 등장하기 시작했다.

미국 군은 홀로그래픽 광학 기술을 사용하여 병사들을 위한 디스플레이가 있는 헤드기어를 사용한다.

2010년, 구글은 광학 헤드 마운트 디스플레이 구글 글래스의 프로토타입 개발을 시작했으며, 2013년 3월 고객 베타 버전으로 출시되었다.

스마트 렌즈는 안압을 기록하기 위해 개발되었다. 이 렌즈는 안구에 맞춰지며, 포도당 수치, 안구 운동, 특정 질병의 특정 생체 지표를 모니터링하는 센서를 포함한다. 렌즈 내에는 데이터 수집을 담당하는 마이크로 전자 장치와 처리 장치가 내장되어 있다. 기술 혁신으로 인해 스마트 렌즈는 "착용자가 보는 것에 정보를 겹쳐 표시하는 디스플레이를 통합"할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

웨어러블 기술은 여러 가지 폼 팩터로 존재할 수 있다. 인기 있는 스마트워치에는 삼성 갤럭시 워치와 애플 워치(Apple Watch)가 있다. 인기 있는 스마트 링으로는 McLear Ring이 있다.

4. 활용 분야

웨어러블 테크놀로지의 활용 분야는 크게 개인용과 사업용으로 나눌 수 있다.

소비자 시장에서는 활동 추적기 기능을 가진 스마트 손목 밴드 (Jawbone UP 및 Fitbit Flex 등)의 판매가 2013년부터 가속화되기 시작했다. 2014년 PriceWaterhouseCoopers의 웨어러블 미래 보고서에 따르면 미국 성인 5명 중 1명이 웨어러블 기기를 소유하고 있다. 2009년부터는 처리 능력 및 기타 구성 요소의 비용 감소로 인해 광범위하게 채택되어 사용되기 시작했다.

프로 스포츠 분야에서 웨어러블 기술은 선수에 대한 모니터링 및 실시간 피드백에 활용된다. 가속도계, 보수계 및 GPS를 사용하여 선수의 에너지 소비량과 움직임 패턴을 측정할 수 있다.

사이버 보안 및 금융 기술 분야에서 보안 웨어러블 장치는 물리적 보안 키 시장의 일부를 차지한다. McLear(NFC Ring)와 VivoKey는 일회성 패스워드 보안 접근 제어 제품을 개발했다.

건강 정보학에서 웨어러블 장치는 데이터 기반 분석을 위해 사람의 건강 통계를 더 잘 캡처할 수 있게 한다. 이를 통해 데이터 기반 머신 러닝 알고리즘이 사용자의 건강 상태를 분석할 수 있다.

비즈니스 분야에서 웨어러블 기술은 관리자가 직원의 위치와 현재 활동을 쉽게 파악하여 감독할 수 있도록 돕는다. 창고에서 일하는 직원들은 화학 물질을 다루거나 물건을 들어 올릴 때 안전성이 향상된다. 스마트 헬멧은 진동 센서를 갖춘 직원 안전 웨어러블로, 직원의 주변 환경에서 발생할 수 있는 위험을 경고할 수 있다.

4.1. 개인

웨어러블 테크놀로지의 용도는 크게 개인용과 사업용으로 나눌 수 있다. 개인용 착용 기술은 주로 다음과 같은 기능을 위해 사용된다:

* 패션
* 피트니스 트래커
* 청각장애 치료
* 파킨슨병 환자 등 발설장애 원격 치료
* 스포츠 트래커
* 다른 소도구와의 데이터, 통신 동기화
* 스트레스 관리와 같은 특정 건강 문제 감시
* 에너지 레벨 게이지
* 내비게이션 도구
* 미디어 기기
* 커뮤니케이션 소도구

가상 현실(VR)은 원래 게임을 위해 개발되었지만, 재활에도 사용될 수 있다. 가상 현실 헤드셋을 환자에게 제공하여 일련의 작업을 게임 형식으로 완료하도록 하는 방식이다. 이는 기존 치료법에 비해 제어가 용이하고 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 파킨슨병과 같은 신경 질환 환자의 경우, 여러 기술을 동시에 활용하여 뇌의 여러 부분을 자극하는 게임 형식의 치료가 가능하다.

하지만 VR 치료에는 몇 가지 문제점도 있다.

* 일부 연구에서는 강렬한 작업을 수행하는 동안 멀미가 발생한다고 지적했으며, 이는 환자의 진행에 해로울 수 있다.
* VR에 대한 전적인 의존은 자기 고립으로 이어질 수 있고, 기술에 지나치게 의존하게 되어 환자가 친구 및 가족과 교류하는 것을 방해할 수 있다는 지적도 있다.
* VR 소프트웨어가 효과를 발휘하려면 환자 데이터와 정보가 필요하며, 이러한 정보가 데이터 침해 시 손상될 수 있다는 개인 정보 보호 및 안전에 대한 우려가 있다. (예: 23andMe)
* 적절한 의료 전문가 부족과 회복 프로젝트와 관련된 긴 학습 곡선으로 인해 환자가 자신의 실수를 깨닫지 못하고 예상보다 오래 회복될 수 있다.
* VR 헤드셋은 기존 물리 치료보다 저렴하지만, 가격을 올릴 수 있는 추가 기능이 많아 접근성이 떨어질 수 있다.

전반적으로 VR 의료 솔루션은 기존 치료법을 대체하는 것이 아니라, 물리 치료와 함께 사용할 때 더 효과적이라는 연구 결과가 있다.

이외에도 다음과 같은 다양한 웨어러블 기술이 개발 또는 연구 중이다.

* UFO 목격, 이상 생리적 효과 및 외계인 납치/접촉/목격 현상과 관련된 "경험자" 또는 "피접촉자"의 생리적 변화(스트레스 수준, 심박수 등) 추적, "경험자 그룹 연구" 포함
* 병원체 감지 및 유해 물질 감지
* 수면 캡을 통한 수면 개선
* 코로나19 진단을 돕기 위한 웨어러블 기술 개발 (산소 수치, 항체 검출, 혈압, 심박수 등 모니터링)
* 스마트 렌즈
* 치아 센서
* 안면 마스크
* 스마트 섬유
* 전자 표피 문신
* 마이크로 니들 패치
* 손목 밴드
* 스마트 링
* 스마트워치

구글(Google)은 2012년 구글 I/O 컨퍼런스에서 웨어러블 안경을 사전 주문한 "글래스 익스플로러"에게 기기를 수령하도록 초대했다. 2013년에는 킥스타터(Kickstarter)에서 1,000만 달러 이상을 모금하여 스마트워치를 재창조한 페블(Pebble)이 출시되었다. 맥클리어(McLear)는 2013년에 스마트 링을 발명, 킥스타터(Kickstarter)에서 30만 달러 이상을 모금했다. 2014년 모토로라(Motorola)는 안드로이드 웨어(Android Wear)를 탑재한 모토 360(Moto 360) 스마트워치를 공개했고, 2014년 9월 애플은 애플 워치(Apple Watch)를 발표했다.

4.2. 산업

웨어러블 테크놀로지는 크게 개인용과 사업용으로 나뉜다. 개인용으로는 패션, 피트니스, 건강 관리, 스포츠, 데이터 통신, 스트레스 관리, 내비게이션, 미디어 기기 등 다양한 용도로 활용된다.

소비자 시장에서는 스마트 손목 밴드 형태의 활동 추적기 판매가 2013년부터 빠르게 증가했다. 2014년 보고서에 따르면 미국 성인 5명 중 1명이 웨어러블 기기를 소유하고 있을 정도로 널리 보급되었다. 2009년부터는 부품 비용 감소로 인해 더욱 광범위하게 사용되기 시작했다.

프로 스포츠 분야에서는 선수 데이터를 실시간으로 모니터링하고 피드백을 제공하는 데 활용된다. 예를 들어 가속도계, 보수계, GPS 등을 통해 선수의 에너지 소비량과 움직임 패턴을 측정할 수 있다.

사이버 보안 및 금융 기술 분야에서는 물리적 보안 키 역할을 하는 웨어러블 장치가 등장했다. McLear(NFC Ring)와 VivoKey는 일회용 패스워드 보안 접근 제어 제품을 개발했다.

건강 정보학 분야에서는 웨어러블 장치를 통해 건강 데이터를 수집하고 분석하여, 머신 러닝 알고리즘으로 사용자의 건강 상태를 분석하는 데 활용된다.

비즈니스 분야에서는 관리자가 직원의 위치와 활동을 파악하여 감독을 용이하게 하고, 작업 현장의 안전성을 높이는 데 사용된다. 예를 들어, 스마트 헬멧은 진동 센서를 통해 위험을 경고하는 직원 안전 웨어러블 기기이다.

5. 웨어러블 테크놀로지와 건강

웨어러블 테크놀로지는 건강 분야에서 개인의 건강 상태를 지속적으로 모니터링하고, 질병을 예방하며, 건강한 생활 습관을 유지하도록 돕는 데 중요한 역할을 한다. 1980년 최초의 무선 심전도가 개발된 이후, 웨어러블 기술은 정량화된 자아, 트랜스휴머니즘, 수명 연장과 같은 개념과 함께 빠르게 발전해 왔다.

웨어러블 기술은 크게 개인용과 사업용으로 나눌 수 있다. 개인용 웨어러블 기기는 패션, 피트니스, 건강 관리, 스포츠, 데이터 통신, 스트레스 관리 등 다양한 목적으로 활용된다. 삼성 갤럭시 워치와 같은 스마트워치는 스포츠 및 건강 기능을 제공하며, Fitbit과 같은 활동 추적기는 걸음 수, 소모 칼로리, 수면 패턴 등을 측정한다.

가상 현실(VR) 기술은 게임뿐만 아니라 의료 분야에서도 활용되어 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 치료나 파킨슨병 환자의 재활을 돕는다. 하지만, 가상 현실 치료는 멀미, 자기 고립, 데이터 침해 등의 문제점도 가지고 있다.

최근에는 코로나19 진단을 위한 스마트 마스크, 스마트 렌즈, 스마트 섬유 등 다양한 웨어러블 기술이 개발되고 있다. 이러한 기술은 질병의 조기 진단 및 관리에 기여할 수 있지만, 다른 질병과의 구별이 어렵다는 한계점도 존재한다.

5.1. 건강 데이터 수집 및 분석

웨어러블 기술은 사용자의 건강 데이터를 수집하는 데 사용될 수 있다. 이러한 장치는 사용자와 밀접하게 접촉하기 때문에 데이터를 쉽게 수집할 수 있다. 1980년에 최초의 무선 심전도가 발명된 이후, 섬유 기반, 문신, 패치, 콘택트 렌즈 연구가 크게 성장했으며, 정량화된 자아, 트랜스휴머니즘 관련 아이디어, 그리고 수명 연장 연구도 함께 성장했다.

웨어러블 장치는 다음을 포함한 사용자의 건강 데이터를 수집하는 데 사용될 수 있다.

* 심박수
* 소모 칼로리
* 걸음 수
* 혈압
* 특정 생화학 물질의 방출
* 운동 시간
* 발작
* 신체적 스트레스
* 체성분 및 수분 레벨

이러한 기능은 애플 워치 시리즈 2 또는 삼성 기어 스포츠와 같은 활동 추적기나 스마트워치와 같은 단일 장치에 함께 묶이는 경우가 많다. 삼성 갤럭시 워치는 걸음 수 측정 및 심박수 모니터링을 포함한 스포츠 및 건강 기능을 위해 특별히 설계되었다. 이러한 장치는 신체 훈련 및 전반적인 신체 건강 모니터링뿐만 아니라 발작과 같은 심각한 질병 경고(예: 엠파티카 Embrace2)에도 사용된다.

건강 정보학에서 웨어러블 장치는 데이터 기반 분석을 위해 인간의 건강 통계를 더 잘 캡처할 수 있게 했다. 이를 통해 데이터 기반 기계 학습 알고리즘이 사용자의 건강 상태를 분석할 수 있게 되었다.

웨어러블 기기는 데이터를 집계된 형태로 수집할 수 있지만, 대부분의 경우 이 데이터를 분석하거나 이를 기반으로 결론을 내리는 능력이 제한적이다. 따라서 대부분은 일반적인 건강 정보 제공에 주로 사용된다. 최종 사용자가 자신의 데이터가 어떻게 사용되는지에 대해 인식하는 방식은 이러한 데이터 세트가 어떻게 완전히 최적화될 수 있는지에 큰 영향을 미친다.

예외적으로 발작 경고 웨어러블 기기는 착용자의 데이터를 지속적으로 분석하여 도움을 요청할지 여부를 결정한다. 수집된 데이터는 의사가 진단에 유용하게 사용할 수 있는 객관적인 증거를 제공할 수 있다.

웨어러블 기기는 개인의 차이를 고려할 수 있지만, 대부분은 데이터를 수집하고 획일적인 알고리즘을 적용한다. 웨어러블 기기의 소프트웨어는 데이터를 직접 분석하거나, 분석, 표시 또는 사용하기 위해 스마트폰과 같은 근처 장치로 데이터를 전송할 수 있다. 분석 및 실제 의미 부여를 위해 기계 학습 알고리즘을 사용할 수도 있다.

5.2. 질병 예방 및 관리

웨어러블 기술은 사용자의 건강 데이터를 수집하여 질병 예방 및 관리에 활용될 수 있다. 1980년 최초의 무선 심전도 발명 이후, 섬유 기반, 문신, 패치, 콘택트 렌즈 등 다양한 형태의 웨어러블 기술이 연구 개발되었다. 이러한 기술 발전은 정량화된 자아, 트랜스휴머니즘, 수명 연장 연구의 성장에도 기여했다.

웨어러블 장치는 다음과 같은 사용자의 건강 데이터를 수집한다:

* 심박수
* 소모 칼로리
* 걸음 수
* 혈압
* 특정 생화학 물질의 방출
* 운동 시간
* 발작
* 신체적 스트레스
* 체성분 및 수분 레벨

이러한 기능들은 애플 워치 시리즈 2나 삼성 기어 스포츠와 같은 활동 추적기나 스마트워치에 통합되는 경우가 많다. 이러한 장치는 신체 훈련 및 건강 모니터링뿐만 아니라, 엠파티카 Embrace2와 같이 발작과 같은 심각한 질병을 경고하는 데에도 사용된다.

가상 현실(VR) 기술은 재활 치료에도 활용된다. 가상 현실 헤드셋을 통해 환자는 게임 형식으로 일련의 작업을 완료하며, 이는 기존 치료법에 비해 제어 용이성과 비용 절감 효과를 제공한다. 예를 들어, 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 환자의 두려움 극복을 돕거나, 파킨슨병 환자의 뇌 여러 부분을 동시에 자극하는 치료가 가능하다. 그러나 가상 현실 치료는 멀미, 자기 고립, 데이터 침해 등의 문제점도 안고 있으며, 의료 전문가의 부족과 학습 곡선의 문제도 존재한다.

현재 헬스케어 분야에서 연구 중인 웨어러블 기술 활용 분야는 다음과 같다:

* 포도당, 알코올, 젖산, 혈중 산소 모니터링, 호흡 모니터링, 심박수 및 변동성, 근전도(EMG), 심전도(ECG), 뇌파 검사(EEG), 체온, 압력(예: 신발 내부), 땀 배출률 또는 땀 손실, 요산 및 이온 수치 측정
* 기분, 스트레스, 건강 변화 예측
* 혈중 알코올 농도 측정
* 운동 능력 측정
* 사용자의 질병 정도 모니터링
* 감염 조기 징후 감지
* 건강 위험 평가 , 노쇠 및 연령 관련 질병 위험 측정
* 웨어러블 초음파 이미징 패치를 통한 지속적인 생체 접착제 신축성 있는 고해상도 의료 초음파 이미징 또는 웨어러블 연속 심장 초음파 이미저
* 수면 추적
* 코르티솔 모니터링으로 스트레스 측정
* 이완 또는 경계 측정

코로나19 진단을 돕기 위해 개발된 웨어러블 기술에는 다음이 포함된다:

* 스마트 렌즈
* 치아 센서
* 안면 마스크
* 스마트 섬유
* 전자 표피 문신
* 마이크로 니들 패치
* 손목 밴드
* 스마트 링
* 스마트워치

애플 워치와 핏비트 같은 웨어러블 기기는 심박수, 혈압, 산소 포화도 등을 감지하여 코로나19 증상 진단에 활용되기도 한다. 그러나 이러한 기술은 다른 질병과의 구별이 어렵다는 한계점을 가지고 있다.

스마트 마스크는 호흡 패턴, 염증 바이오마커, 공기 중 병원체 감지 센서를 통해 SARS-CoV-2 프로테아제 존재 여부를 모니터링한다. 스마트 렌즈는 안압 기록 및 안구 운동, 포도당 수치, 특정 질병의 생체 지표를 모니터링한다. 스마트 섬유는 피부 온도와 대사 물질을 모니터링하며, 기질, 활성 요소, 전극/상호 연결로 구성된 센서를 포함한다. 마이크로 니들 패치는 대사 물질, 염증 표지자, 약물 등을 모니터링하며, 백신 접종 과정에 활용될 가능성이 있다.

웨어러블 기술은 건강한 생활 방식을 유지하고, 만성 질환 발병을 예방하며, 신체 활동을 모니터링하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 수술 전후 결과 측정 및 만성 질환 재활 과정에도 활용될 수 있다.

5.3. COVID-19 대응

다양한 웨어러블 기술이 코로나19 진단을 돕기 위해 개발되었다. 이러한 장치 내의 소형 센서를 통해 산소 수치, 항체 검출, 혈압, 심박수 등을 모니터링한다.

* 스마트 렌즈
* 치아 센서
* 안면 마스크
* 스마트 섬유
* 전자 표피 문신
* 마이크로 니들 패치
* 손목 밴드
* 스마트 링
* 스마트워치

애플 워치(Apple Watch)와 핏비트(Fitbit)는 코로나19 증상을 잠재적으로 진단하는 데 사용되어 왔다. 기기 내 모니터는 심박수, 혈압, 산소 포화도 등을 감지하도록 설계되었다. 웨어러블 기기의 진단 기능은 인체 내 이상을 더 쉽게 감지할 수 있는 방법을 제시한다.

코로나19에 대한 웨어러블 기술의 추정 및 예측 기술은 다른 질병과 코로나19를 구별할 수 없다는 점 때문에 몇 가지 결함이 있다. 혈압, 심박수 등의 상승과 산소 포화도의 변동은 감기에서 호흡기 질환에 이르기까지 다른 질병으로 인해 발생할 수 있다. 이러한 질병을 구별할 수 없다는 점은 "환자에게 불필요한 스트레스를 유발하고, 건강을 위한 웨어러블 기기 도입에 대한 우려를 제기"하고 있다.

손목시계와 같은 웨어러블 기기 외에도 전문가들은 COVID-19 팬데믹 기간 동안 개인이 사용할 수 있도록 센서가 내장된 안면 마스크를 설계했다. 내장된 센서는 "호흡 패턴과 속도, 염증 바이오마커, 공기 중 병원체 감지 가능성"과 같은 호흡 시 내뿜는 공기의 특성을 감지하도록 설계되었다.

스마트 마스크는 "호흡에서 SARS-CoV-2 프로테아제의 존재를 모니터링하는 센서를 포함하고 있다." 마스크에는 파손 시 화학 반응을 일으키는 블리스터 팩이 들어 있다. 화학 반응의 결과로, 바이러스가 개인의 호흡에서 감지되면 센서가 파란색으로 변한다.

그러나 센서에서 정확한 결과를 얻기 위해 필요한 프로테아제 양에 문제가 발생한다. 개인의 호흡에는 세포가 죽은 후에만 프로테아제가 포함된다. 그런 다음 타액과 같은 체액을 통해 몸 밖으로 배출되며 호흡을 통해 배출된다. 프로테아제가 너무 적으면 마스크가 프로테아제를 감지하지 못하여 오작동 결과를 초래할 수 있다.

스마트 렌즈는 안압을 기록하기 위해 개발되었다. 이 렌즈는 안구에 맞춰지며, 포도당 수치, 안구 운동, 특정 질병의 특정 생체 지표를 모니터링하는 센서를 포함한다. 렌즈 내에는 데이터 수집을 담당하는 마이크로 전자 장치와 처리 장치가 내장되어 있다. 기술 혁신으로 인해 스마트 렌즈는 "착용자가 보는 것에 정보를 겹쳐 표시하는 디스플레이를 통합"할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

스마트 섬유는 피부 온도와 대사 물질을 모니터링하기 위해 개발되었다. 이 섬유에는 "기질, 활성 요소 및 전극/상호 연결"의 세 가지 기본 부분으로 구성된 센서가 포함되어 있다. 스마트 섬유는 개인의 신체 이상을 진단할 수 있는 방법을 제공하지만, 사용과 관련된 많은 과제가 있다. 환자와 병원에 대한 경제적 부담, 구매 및 유지 관리 비용이 높아 스마트 섬유의 적용을 방해한다. 이러한 센서의 개발은 또한 "적합한 기질, 생체 재료 및 제조 기술의 선택, 다양한 분석 대상의 즉각적인 모니터링, 세탁 가능성, 중단 없는 신호 표시 회로"와 같은 많은 과제에 직면해 있다.

스마트 반지는 혈압을 모니터링하기 위해 개발되었다.

마이크로 니들 패치는 대사 물질, 염증 표지자, 약물 등을 모니터링하기 위해 개발되었다. 또한 다음과 같은 다양한 이유로 매우 유리하다. "향상된 면역원성, 용량 절감 효과, 낮은 제조 비용...사용 편의성...그리고 기존의 피하 주사보다 더 높은 수용도." 마이크로 니들 패치의 구현은 백신 접종 과정을 가속화하여 더 적용 가능하고 효율적이며 비용 효율적으로 만들 것으로 예상된다.

6. 윤리적 문제 및 과제

웨어러블 기술은 편리함과 다양한 기능을 제공하지만, 윤리적인 문제와 기술적인 과제를 안고 있다.

머리 캡을 이용한 뇌파(EEG) 측정은 신경 강화에 활용될 수 있으며, 자각몽 유도에도 응용될 수 있다는 연구 결과가 있지만, 더 많은 검증 연구가 필요하다.

피부에 부착하는 표피 전자기기는 피부와 유사한 특성을 지녀 착용자에게 "기계적으로 보이지 않는" 장점으로, 지속적인 생리적, 대사 과정 모니터링을 가능하게 한다. 그러나 기존 제작 공정의 한계로 인해 상용화에는 어려움이 있다.

스마트 슈즈는 구글 지도와 연동하여 목적지 안내를 하거나, 자동 끈 조절 기능을 제공하는 등 신발에 스마트 기능을 통합한 웨어러블 기술이다. 푸마와 나이키는 스마트폰으로 제어 가능한 자동 끈 조절 운동화를 출시하기도 했다.

6.1. 개인 정보 보호

스마트 섬유는 피부 온도와 대사 물질을 모니터링하기 위해 개발되었다. 이 섬유에는 "기질, 활성 요소 및 전극/상호 연결"의 세 가지 기본 부분으로 구성된 센서가 포함되어 있다. 이러한 스마트 섬유는 개인의 신체 이상을 진단할 수 있지만, 경제적 부담, 구매 및 유지 관리 비용, "적합한 기질, 생체 재료 및 제조 기술의 선택, 다양한 분석 대상의 즉각적인 모니터링, 세탁 가능성, 중단 없는 신호 표시 회로"와 같은 여러 과제가 적용을 방해한다.

오늘날 웨어러블 기기는 개인의 자기 추적뿐만 아니라 기업의 건강 및 웰빙 프로그램에서도 활용하려는 관심이 높아지고 있다. 웨어러블 기기는 고용주가 건강 외의 다른 목적으로 재사용할 수 있는 방대한 데이터 흔적을 생성한다는 점을 고려할 때, 웨어러블 기기의 노동자 감시와 관련된 문제를 포함하여 개인 정보 보호 및 보안 관련 문제를 연구하는 연구가 늘어나고 있다.

미국 식품의약국(FDA)은 위험도가 낮은 장치에 대한 지침 초안을 작성하여, 개인 건강 웨어러블 기기가 체중 관리, 신체적 건강, 이완 또는 스트레스 관리, 정신적 예리함, 자존감, 수면 관리 또는 성기능에 대한 데이터만 수집하는 경우 일반적인 웰빙 제품이라고 조언했다. 이는 장치를 둘러싼 개인 정보 보호 위험 때문이었다. 이러한 장치의 사용이 증가함에 따라 FDA는 앱이 제대로 작동하지 않을 경우 환자의 위험을 줄이기 위해 이 지침을 마련했다. 건강을 추적하고 독립성을 증진하는 데 도움이 되지만, 정보를 얻기 위해 여전히 사생활 침해가 발생한다는 윤리적 문제가 제기된다. 이는 전송해야 하는 방대한 데이터 양 때문이며, 제3자가 이 데이터에 접근할 경우 사용자와 회사 모두에게 문제가 발생할 수 있다. 웨어러블 기술과 관련하여 문제는 동의이기도 한데, 이는 기록하는 기능을 제공하며, 사람이 녹음될 때 허가를 받지 않는 경우 문제가 된다.

6.2. 데이터 보안

미국 식품의약국(FDA)은 위험도가 낮은 장치에 대한 지침 초안을 작성하여, 개인 건강 웨어러블 기기가 체중 관리, 신체적 건강, 이완 또는 스트레스 관리, 정신적 예리함, 자존감, 수면 관리 또는 성기능에 대한 데이터만 수집하는 경우 일반적인 웰빙 제품이라고 조언했다. 이는 장치를 둘러싼 개인 정보 보호 위험 때문이었다. 더 많은 장치가 사용됨에 따라 곧 개선될 것이고, 이러한 장치는 사람이 특정 건강 문제를 나타내는지 파악하고 조치를 취할 수 있게 될 것이다. 이러한 장치의 사용이 증가함에 따라 FDA는 앱이 제대로 작동하지 않을 경우 환자의 위험을 줄이기 위해 이 지침을 마련했다.

건강을 추적하고 독립성을 증진하는 데 도움이 되지만, 정보를 얻기 위해 여전히 사생활 침해가 발생한다는 윤리적 문제가 제기된다. 이는 전송해야 하는 방대한 데이터 양 때문이며, 제3자가 이 데이터에 접근할 경우 사용자와 회사 모두에게 문제가 발생할 수 있다. 외과 의사가 환자의 생체 신호를 추적하기 위해 사용했던 구글 글래스(Google Glass)에 동의하지 않은 정보의 제3자 사용과 관련된 개인 정보 보호 문제가 있었다. 웨어러블 기술과 관련하여 문제는 동의이기도 한데, 이는 기록하는 기능을 제공하며, 사람이 녹음될 때 허가를 받지 않는 경우 문제가 된다.

스마트폰에 비해 웨어러블 기기는 장치 제조업체와 소프트웨어 개발자에게 여러 가지 새로운 신뢰성 문제를 제기한다. 제한된 디스플레이 영역, 제한된 컴퓨팅 성능, 제한된 휘발성 및 비휘발성 메모리, 장치의 비전형적인 형태, 풍부한 센서 데이터, 앱의 복잡한 통신 패턴, 제한된 배터리 크기 등 이러한 모든 요소는 자원 고갈 또는 장치 정지와 같은 눈에 띄는 소프트웨어 버그 및 오류 모드를 유발할 수 있다. 또한, 많은 웨어러블 기기가 건강 목적으로 사용되기 때문에 (모니터링 또는 치료), 정확성 및 견고성 문제는 안전 문제로 이어질 수 있다. 이러한 웨어러블 기기의 신뢰성 및 보안 속성을 평가하기 위해 일부 도구가 개발되었다. 초기 결과는 웨어러블 소프트웨어의 약점을 보여주며, 높은 UI 활동과 같은 장치 과부하는 고장을 유발할 수 있다.

6.3. 기술적 한계

스마트 섬유는 피부 온도와 대사 물질을 모니터링하기 위해 개발되었다. 이 섬유에는 기질, 활성 요소, 전극/상호 연결의 세 가지 기본 부분으로 구성된 센서가 포함되어 있다. 스마트 섬유는 개인의 신체 이상을 진단할 수 있는 방법을 제공하지만, 사용과 관련된 경제적 부담, 구매 및 유지 관리 비용, 적합한 기질, 생체 재료 및 제조 기술의 선택, 다양한 분석 대상의 즉각적인 모니터링, 세탁 가능성, 중단 없는 신호 표시 회로 등 여러 과제가 존재한다.

웨어러블 기기는 데이터를 집계된 형태로 수집할 수 있지만, 대부분 이 데이터를 분석하거나 이를 기반으로 결론을 내리는 능력이 제한적이다. 따라서 일반적인 건강 정보 제공에 주로 사용된다. 최종 사용자가 자신의 데이터가 어떻게 사용되는지에 대해 인식하는 방식은 이러한 데이터 세트가 어떻게 완전히 최적화될 수 있는지에 큰 영향을 미친다.

대부분의 웨어러블 기기는 데이터를 수집하고 획일적인 알고리즘을 적용하지만, 개인의 차이를 고려할 수 있다. 웨어러블 기기의 소프트웨어는 데이터를 직접 분석하거나, 분석, 표시 또는 사용하기 위해 스마트폰과 같은 근처 장치로 데이터를 전송할 수 있다. 분석 및 실제 의미 부여를 위해 기계 학습 알고리즘을 사용할 수도 있다.

스마트폰에 비해 웨어러블 기기는 제한된 디스플레이 영역, 컴퓨팅 성능, 휘발성 및 비휘발성 메모리, 장치의 비전형적인 형태, 풍부한 센서 데이터, 앱의 복잡한 통신 패턴, 제한된 배터리 크기 등 여러 새로운 신뢰성 문제를 야기한다. 이러한 요소는 자원 고갈 또는 장치 정지와 같은 눈에 띄는 소프트웨어 버그 및 오류 모드를 유발할 수 있다. 또한, 많은 웨어러블 기기가 건강 목적으로 사용되기 때문에 정확성 및 견고성 문제는 안전 문제로 이어질 수 있다.