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[특허로 본 유망 미래기술④] 사물인터넷(IoT)
 
특허뉴스 박진석 기자   기사입력  2019/04/27 [13:53]

   

▲ 미래예상 제품서비스 로드맵 (한국특허전략개발원)     © 특허뉴스

 

4차 산업혁명의 핵심기반 기술로 부상한 사물인터넷(IoT)은 스마트홈을 넘어 에너지, 도시·안전, 헬스·의료, 자동차·교통, 제조, 축산 등 다양한 산업 분야의 미래를 바꿀 것으로 전망된다. 또한 스마트화·플랫폼화·서비스화를 통해 제조, 의료, 유통 등 전 산업 확산으로 우리 삶의 일대 변혁을 가져올 것으로 기대된다. 사물인터넷 시장을 둘러싼 글로벌 기업들의 특허활동을 분석해 본다. <편집자>

 

4차 산업혁명 기반기술 사물인터넷(IoT)

 

사물인터넷(Internet of Things)은 모든 사물이 인터넷에 연결되어 정보를 공유하는 기술 및 서비스로 인간과 사물, 서비스 등 3가지 분산된 환경 요소에 대해 인간의 명시적 개입 없이 상호 협력적으로 지능적 관계를 형성하는 사물 공간 연결망을 의미한다. 사물은 인간, 차량, 교량, 각종 전자장비, 문화재, 자연 환경을 구성하는 물리적 사물 등을 포함하는 개념이다.

이동통신망을 이용해 사람-사물, 사물-사물을 잇는 M2M(Machine to Machine) 개념은 인터넷을 통해 사물은 물론 현실과 가상세계의 모든 정보와 상호작용하는 IoT 개념으로 진화하고 있다.

4차 산업혁명은 초연결·초지능·초실감정보통신기술과 다양한 과학기술 융합에 기반한 차세대 산업혁명으로 핵심은 O2O(Online 2 Offline) 융합이며, 이러한 O2O 융합의 최종 결정판이 사물인터넷(IoT)이다. 이에 따라 AppleGoogle, Intel 등 글로벌 IT기업 대부분이 자사 제품·서비스 중심 IoT 생태계 형성에 주력하고 있다.

포브스에 따르면 전세계 IoT 시장에 가장 영향력 있는 기업은 Apple로 나타났으며 그 뒤를 이어 Google 자회사인 NestGoogle2·3위를 차지함으로써 AppleGoogle 두 업체가 향후 IoT 시장을 주도할 것으로 예상된다. 마키나리서치는 세계 IoT 시장이 연평균 약 26%씩 성장해, 오는 2020년에는 1조 달러를 상회할 전망이고, 한국 시장은 같은 해 13.7조원까지 성장될 것으로 예측했다.

 

▲ Apple의 특허 도면     © 특허뉴스

 

RFID/USN에서 IoE 모델로 진화

 

2004년 모든 개체에 태그 및 센서를 부착하고 네트워크를 통해 지식서비스를 제공하는 RFID/USN에서 2009년 사람이 개입하지 않은 상태에서의 기계와 기계의 자발적인 소통(기계 간 11 통신)하는 M2M 기술로 발전하고 있다. 2012년은 다() 대 다() 통신을 기본으로 기계에 한정되었던 개념을 모든 사물(Thing)로 확장되는 IoT 기술이 주목받고, 미래에는 IoT에 공간 개념을 도입한 IoE 모델로 진화하고 있다.

일본 니혼게이자이BP가 발행한 'IoT의 미래 2017-2026 특허분석편에 따르면 향후 10년간 떠오를 스마트공장 IoT 기술 특허에서 지멘스가 강세이다. 생산현장을 관리하는 공장자동화(FA) 제품에 강점을 지닌 지멘스는 독자적 빅데이터 분석시스템 시날리틱스로 세계 풍력 터빈과 건물, 열차 등 30만대 이상의 장비나 디바이스를 네트워크로 연결해 가스 터빈과 철도시스템 유지·보수에 활용한다. 실제로 클라우드 시스템 마인드스피어를 제조업용으로 투입하고, FA 기기를 접목한 공작기계로 가동상황 데이터를 수집해 시날리틱스로 분석하는 등 FA 영역부터 설계서비스까지 제조업 전체를 아우르는 기반시스템 디지털 엔터프라이즈도 제공한다. 또 스마트공장 시스템 개발, 기술 지원용으로 소프트웨어(SW) 업체 20여 곳을 인수하고 가상 환경에서 제품 디자인, 생산라인 설계, FA시스템 개발, 시운전도 완료함으로써 FA 기기를 CAD 기반 제품 주기 관리도구 및 제조 실행시스템과 통합하는 구상을 진행하고 있다.

IBM은 의사결정에 IoT를 적극 이용하는데 이 회사 의사결정 관리도구 ‘ODM(Operational Decision Manager)’은 미리 설정한 규칙에 따라 업무를 자동화해 사람이 결정할 사항을 줄이고, 프로세스 효율과 품질을 높이는 솔루션이다. 센서 장착 수화물이나 스마트폰을 가진 고객이 특정 영역에 들어오면 자동으로 이메일로 알림 메시지를 보내는 등 스마트폰이나 센서로 감지한 위치정보에 따라 자동화가 이뤄지는 분산 컴퓨팅 관리 비용 절감 특허(JP5081827B)’를 일본 특허청에 등록했다.

 

글로벌 IoT특허 동향

 

사물인터넷 분야의 특허출원은 2000년대 높은 증가률을 보였으며, 이후 최근까지 지속적으로 증가했다. 미국 특허청이 전반적인 기간동안 선도하고 있으며, 미국 특허청 > 한국 특허청 > 일본 특허청 > 유럽 특허청 순으로 특허 출원이 많다. 한국 특허청은 2000년 특허 출원 급증 이후 2002년까지 감소, 2003년 이후 최근까지 지속적으로 증가했다. 한국은 출원 1구간 점유율 16.4% 5구간 점유율 22.6%로 늘었으며 미국은 1구간에서 5구간까지 지속적으로 증가하는 추세이다.

 

▲ 사물인터넷 기술 분야별 주요 기업 출원동향 (특허청)     © 특허뉴스

 

세계 전체적으로는 IoT 산업융합 > IoT 디바이스 > 스마트홈 > IoT 플랫폼 > IoT 보안 등 순으로 기술 분야별 특허 출원이 많다. 한국은 IoT 산업융합 > IoT 디바이스 > 스마트홈 > IoT 플랫폼 > IoT 보안 등 순으로 기술 분야별 특허 출원이 많다.

특히 IoT 산업융합 분야는 과거로부터 최근까지 지속적으로 많은 출원이 이루어지고 있다. IoT 디바이스 분야 중 웨어러블 디바이스 기술은 2000년대 초반부터 지속적인 출원이 나타난다. 스마트홈 분야 중 스마트홈 네트워크 기술은 2000년대 중반 이후 특허 출원이 증가했다. IoT 보안 분야 중 하드웨어기반 IoT 보안 기술 및 IoT 플랫폼 분야 중 이종 플랫폼의 Federation 기술은 2010년대 이후 특허 출원이 늘었다.

 

▲ 사물인터넷 분야 NPE 소송 특허건수(특허청)     © 특허뉴스

 

사물인터넷 시장이 성장하며 특허관리전문업체(NPE) 활동도 증가했다. 특히 IoT 산업융합 기술은 소송 특허 중 현재권리자가 NPE인 특허가 가장 많다. 2013년 가장 많은 특허 소송이 발생했으며, 최근에는 소송이 감소하는 추세이다. 소송 건수 관점에서는 IoT 산업융합 기술이 평균 소송 건수 이상으로 소송활동이 가장 활발하다. IoT 산업융합 기술은 평균 소송 건수 이상으로 소송활동이 활발한 가운데 NPE 특허거래도 가장 많다. 2000년대 중반에 출원된 특허에 대한 거래가 가장 많았으며, 이후 최근까지 감소하는 추세이다.

HITACHI, 삼성전자, IBM 등이 지속적으로 상위권 유지하는 가운데 최근에는 한국전자통신연구원, QUALCOMM, Google, GE, INTERL 등이 많은 출원을 하고 있다.

 

Apple 특허활동 분석

 

Apple은 자사 IoT 서비스인 ‘HomeKit’ 보급을 위해 가전 제조사 또는 반도체 업체와 파트너십을 체결해 생태계 확장을 꾀하고 있다. 전구, 스위치, 온도계 등 다양한 제품군에 걸쳐 제품 호환을 확대한다. 사용자가 촬영 범위를 설정해야 하는 기존 촬영 장치와 다르게 이 특허는 촬영장치와 피사체 사이 거리를 자동 계산한다. 두 카메라가 촬영한 영상을 바탕으로 피사체의 위치를 판단해 위치와 거리, 이에 따른 화각을 도출하고, 화각에 따라 두 대의 카메라를 회전하며 영상을 촬영하는 방법이다.

Apple2006년을 기점으로 꾸준히 IoT산업융합 관련 특허 출원에 주력해 최근에는 IoT디바이스 분야로도 눈을 돌려 특허 확보를 늘려가고 있다. 2010년대 초반 들어 출원이 주춤했던 IoT보안 분야도 최근 3년간 출원 활동을 재개했다.

기존 Apple 보유 특허 중 무선 네트워크를 이용해 가정 및 사무실 기기를 중앙 시스템에서 제어하는 무선제어관련 특허(US 7,917,661)가 대표적인 초기 IoT 특허로 꼽힌다. Apple은 다양한 디바이스를 상호 연결할 수 있는 플랫폼 ‘Home kit'을 선보인 후 본격적인 특허 정교화에 나섰다. 이동통신 단말기가 집에서 어느 정도 떨어졌는지 거리를 측정하고 이에 따라 자동화 모드를 제어하는 위치기반 특허(US 9,071,453)가 대표적이다.

Apple은 더 나아가 사람의 얼굴인식+출현인식+모션인식에 뉴럴 네트워크 알고리즘을 융합해 Mac이 절전모드(Reduced power mode)에 있을 때 사용자가 출현하면 자동으로 켜는 기술을 개발하고 있다. 이 기술도 2011년으로 거슬러 올라간다. 201171일에 출현 센싱(Presence Sensing)’이라는 특허를 가출원하고(Provisional application, 61/504,026), 2011512일에 다시 가출원하고(61/485,610), 2011826일에 이를 개량 출원하고(13/219,573), 2017228일에 이를 개량 출원해(15/445,623), 마침내 201776일에 출원서가 공개됐다(20170193282).

특히 카메라와 근접 센서 등 센서 융합(Sensor fusion) 알고리즘과 감지(검출) 로직(detection logic)은 뉴럴 네트워크를 사용하는데, 벡터 머신(vector machines)과 알고리즘 베이스의 확률적 기계 학습을 지원해 사람이 출현했는지를 결정한다. 컴퓨터와 사람의 출현 거리인 한계거리(Threshold distance)를 정해 이 한계 거리 내에서 센서들이 인식이 되면 컴퓨터를 자동적으로 켤 수 있다고 기술하고 있다.

 

Google 특허 활동 분석

 

Google‘Google Home’ 확대 전략으로 IoT 요소기술을 보유 기업 인수합병을 선택했다. 2014, 32억달러에 인수한 자동 온도조절기와 화재경보기 개발 업체 ‘Nest Labs’가 대표적인 사례이다. GoogleApple, 삼성전자 등 경쟁업체에 비해 더딘 속도로 IoT 분야 특허를 출원했다. 그 중 IoT산업융합 분야 출원이 가장 활발한 가운데 최근 들어 IoT디바이스와 스마트홈 영역에도 집중한다. 지난 2012년 이후로 IoT보안 분야에 꾸준히 특허를 출원하는 반면 IoT플랫폼 분야는 특허활동이 뜸하다.

Nest Labs로부터 인수한 스마트 온도계관련 특허(US 8,489,243)Google이 그리는 스마트홈 생태계 핵심 기술로 지난 2014Google M&A 사상 최고가인 32억달러에 스마트홈 스타트업 Nest Labs를 인수한 후 스마트 온도조절기를 필두로 실내 캠코더 등 다양한 기기로 확장하고 있다. Google 스마트홈의 기술 뼈대인 ‘Nest Labs’의 스마트 온도계 특허(US 8,489,243)가 대표적이다.

 

▲ 사물인터넷 분야 Google 특허 출원 흐름도     © 특허뉴스

 

사용자는 스마트온도계를 회전하며 온도를 조절할 수 있다. 또 스마트기기와 연동해 외부에서도 자유롭게 실내 환경을 제어한다. 최근 스마트홈 영역에서 조명도 주요 기술로 떠오른 가운데 Google이 지난 2014년 출원한 자동화 조명 특허(공개번호 US20160189491)는 사용자 위치를 기반으로 자동으로 조도를 조정한다. 가정 내 설치된 다양한 센서가 사용자 위치를 읽어내고 사용자 위치에 따라 조도가 결정된다. 시스템은 사용자가 센서를 기준으로 근접한 위치에 있을 경우 이에 해당하는 정도로 밝기를 조정하고 사용자가 위치를 이동해 해당 영역을 벗어날 경우 조명도 자동으로 밝기를 낮춘다.

 

미래예상 제품·서비스 로드맵

 

# 혼자 사는 직장인 신기술씨.

예전에는 텅 빈 집만이 지친 몸을 이끌고 퇴근한 그를 맞이했지만 IoT 시대가 찾아온 후 일상이 달라졌다. 기술씨가 집에 가까워지면 집안 네트워크 기기가 스마트폰과 거리 측정을 통해 그의 귀가 시간을 예상한다(US 9,071,453). 기술씨가 집에 돌아올 시간에 맞춰 스마트 보일러는 난방을, 밥솥은 취사를 시작한다. 따뜻한 온기로 집안을 채우기 위해서다.

현관에 다다른 기술씨는 비밀번호를 입력할 필요 없이 홍채 인식으로 문을 연다. 도어락이 네트워크를 통해 오디오에 기술씨의 도착을 알리자마자 오디오는 음악을 재생한다. 통신 신호를 전달 받은 스마트 디퓨저도 따뜻한 향을 내뿜기 시작한다.

 

▲ 사물인터넷(IoT) 기술의 진화 (한국특허전략개발원)     © 특허뉴스

 

기술씨가 욕실로 들어가자 샤워기는 밥솥에 식사 준비 신호를 보낸다. 샤워를 마친 신기술씨가 식사를 위해 부엌으로 이동하자 밥솥은 이번에는 스마트 디퓨저에 발향 종료 신호를 보낸다. 구수한 밥 냄새와 인공향이 섞이는 일은 없다. 디바이스 간 소통을 통해 기술씨의 동선에 맞는 모든 준비가 완료된다(공개번호 KR1020150033513). 식사를 마친 신기술씨가 침실에 다가가자 위치 정보를 읽은 침실 조명은 은은한 빛을 뿜어낸다(공개번호 US20160189491).

이처럼 선도기업의 특허 활동 분석 결과, 지금까지 각 개발사의 스마트폰 기기와 플랫폼을 중심으로 구동됐던 IoT 기술은 점차 기기간 연계를 강화하는 형태로 나아갈 전망이다. 최근 미국과 한국, 일본, 유럽 등 주요 특허청에 가장 많이 출원된 기술군 역시 IoT산업융합으로 나타나 이종 기기 및 서비스간 융합이 더욱 확대될 것으로 기대된다.

 

▲ 전세계 IoT 시장에 가장 영향력 있는 상위 10개 기업 (Forbes)     © 특허뉴스

 

특히 Apple과 삼성전자가 기기간 연동 확대와 초연결 플랫폼 구축에 주력하고 있으며 AppleGoogle은 또 사용자 편의 증대를 위한 다양한 서비스 확보에도 적극적이다. 이를 통해 스마트홈을 넘어 에너지 IoT‘, ‘도시·안전 IoT’, ‘헬스·의료 IoT’, ‘자동차·교통 IoT’, ‘제조 IoT’, ‘축산IoT’ 등 다양한 산업 분야의 미래를 바꿀 것으로 전망이다.


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기사입력: 2019/04/27 [13:53]  최종편집: ⓒ 특허뉴스
 
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