IoT 기술을 활용하여 세상을 구하기

지구의 지속 가능성 위기를 해결하는 것은 시급합니다

인류가 지속 가능한 세계 경제로 전환하는 도전에 직면함에 따라, 지구의 천연자원을 고갈시키지 않고 생존, 번영, 발전 능력을 유지할 방법을 찾아야 합니다. 현재 지구 평균 온도가 상승하고 있습니다. 지구가 2도 섭씨만큼 더 따뜻해지는 세계에서는 더 많은 폭염, 증가하는 강우량, 감소하는 농작물 수확량, 상승하는 해수면 등 인류 생존을 위협하는 요소들이 발생할 것입니다. 적절한 조치를 취하는 것이 시급합니다.

한편, 1980년대 이래로 전자 산업은 거의 다른 어떤 산업보다 빠르게 발전해 왔습니다. 이는 몇몇 국가의 경제에 주요 기여자가 되었고, 많은 다른 국가들의 산업 생산에 주요 투입 요소가 되었으며, 성장 속도가 둔화될 기미를 보이지 않고 있습니다. 이러한 성장은 소비자 전자 제품에 대한 수요 증가 덕분으로 여겨집니다.

그러나 전자 제품의 보편화가 많은 사람들의 삶을 향상시킨 반면, 상대적으로 더 많은 전자 폐기물을 발생시킬 수도 있습니다. 따라서 전자 폐기물의 생산을 줄이기 위해 처리, 제조, 유통, 소매, 수리 및 재활용 분야에서 새로운 방식을 채택해야 하며, 재활용이 핵심입니다. 유엔에 따르면 현재 전자 폐기물의 20%가 성공적으로 재활용되고 있습니다. 유엔은 예방, 감축, 수리, 재활용, 재사용을 통해 2030년까지 폐기물 발생을 크게 줄이겠다는 계획을 발표했습니다.

IoT는 지속 가능한 기술을 위한 기초 플랫폼이 될 것입니다

소비자와 기업이 습관을 변화시키는 동안, 미래의 필요를 위해 지구와 그 자원을 보호하는 것은 새로운 기술의 광범위한 배치 또한 필요합니다. IoT(사물인터넷)는 지속 가능한 기술을 위한 기초 플랫폼이 될 것입니다. Transforma Insights와 6GWorld의 보고서 "2030년 신기술과 신흥 기술에서의 지속 가능성"에 따르면, IoT 구축이 현재부터 2030년까지 전 세계 전력 사용량을 크게 증가시킬 것입니다. IoT 지원 솔루션 제조에는 1억 1천 2백만 입방미터의 물이 소비될 것이며, IoT 솔루션을 배포하고 유통하는 데 사용되는 탄화수소가 비용을 증가시킬 것입니다.

그러나 Transforma 보고서는 IoT 응용 프로그램의 긍정적인 환경 영향이 초기 희생을 완전히 가치 있게 만들 것이라고 결론짓습니다. 실제로 IoT 기술은 곧 제조 및 배포에 따른 에너지 비용을 상환할 만큼의 절약을 창출할 것이며, 그 시점 이후로는 약 8배의 에너지를 절약할 것입니다. 보고서에 따르면, 2030년까지 IoT 디바이스는 약 2,300억 입방미터의 물을 절약할 것으로 예상되며, 이 중 35%는 개선된 물 공급망 운영에서 비롯되고 나머지는 스마트 관개와 같은 IoT를 활용한 농업 응용 프로그램에서 기인할 것입니다.

빅데이터의 혜택은 IoT의 환경 발자국을 보여주는 데에도 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 머신러닝과 같은 응용 프로그램과 효과적으로 결합될 경우, IoT는 개인과 조직이 에너지 비용을 더 잘 이해하고 환경과 관련된 결정을 현명하게 내릴 수 있도록 돕는 대량의 정보를 생성합니다. 또한, IoT의 주요 친환경 혜택은 주로 전기 소비 감소, 탄소 배출 감소, 스마트 전력망 운영을 통한 연료 또는 물 소비 감소와 같은 방식으로 나타나는 기업 솔루션에서 주로 비롯됩니다.

앞으로 무선 및 셀룰러 IoT 센서의 수는 500억 개를 초과할 수 있으며, 이들 중 다수는 배터리로 작동될 것입니다. 유지보수 문제를 넘어 이러한 배터리는 IoT의 지속 가능성을 저해할 수도 있습니다. 리튬과 같은 희귀 물질은 채굴되어야 하고, 배터리는 제조되어 전 세계에 배포되어야 하며, 이후에는 소모된 배터리를 안전하게 폐기하는 중요한 문제가 있습니다.

미래의 무선 솔루션은 더욱 효율적이 되어 환경으로부터 모든 에너지를 수집할 수 있는 응용 범위를 크게 확장할 것입니다. 에너지 하베스팅 장치에 특화된 차세대 전력 관리 IC(PMIC)는 다양한 에너지 수집을 안정화하고 IoT 제품을 배터리의 제약에서 해방하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

IoT 기기 요구 사항을 충족하는 칩 솔루션

Nordic은 IoT 기기를 위한 완전한 기능과 전력 관리 솔루션을 제공하기 위해, SoC(System-on-Chip), 전력 관리 IC, RF 프론트엔드 모듈(FEM), 소프트웨어 개발 키트(SDK), 그리고 프로토타입 설계 플랫폼을 포함한 관련 솔루션을 출시하며 고객이 IoT 기기를 개발할 수 있도록 지원하는 데 전념하고 있습니다.

먼저, nRF52832는 Bluetooth Low Energy (BLE), Bluetooth Mesh, 및 NFC를 지원하는 다재다능한 Bluetooth 5.4 SoC입니다. nRF52832는 고급 Bluetooth® Low Energy 기능, 프로토콜 동시성, 다양한 주변 장치 및 기능을 필요로 하는 애플리케이션의 요구를 충족하는 범용 멀티프로토콜 SoC입니다. 또한, 플래시와 RAM을 위한 충분한 메모리를 제공합니다.

nRF52832는 전체 프로토콜 동시성을 갖춘 멀티프로토콜을 사용합니다. 이 칩은 Bluetooth Low Energy를 지원하며, 2 Mbps의 고속 전송을 포함합니다. Bluetooth Mesh는 Bluetooth Low Energy와 동시에 실행될 수 있어 스마트폰이 메쉬 네트워크 노드를 프로비저닝, 커미션, 구성 및 제어할 수 있습니다. 또한 NFC, ANT 및 2.4GHz 독점 프로토콜도 지원합니다.

nRF52832는 64MHz로 작동하는 부동 소수점 유닛을 갖춘 Arm® Cortex™-M4 CPU를 기반으로 합니다. 간편한 페어링 및 결제 솔루션을 위해 내장 NFC-A 태그를 포함하고 있습니다. 또한 디지털 마이크 및 오디오를 위한 PDM 및 I2S와 같은 다양한 디지털 주변 장치와 인터페이스를 포함합니다. 정밀한 칩 내 적응형 전력 관리 시스템을 통해 매우 낮은 전력 소비를 달성합니다.

nPM1300은 독특한 시스템 관리 기능을 갖춘 전력 관리 집적 회로(PMIC)입니다. nPM1300 PMIC는 소형 패키지에 임베디드 Bluetooth 저에너지 설계에 필요한 핵심 기능을 통합하여 시스템 설계를 간소화하고 구성 요소 수를 줄이면서 더 긴 작동 시간과 효율적인 배터리 충전을 가능하게 합니다.

nPM1300은 최대 효율과 소형화를 위해 최적화되었으며, I2C 호환의 2선 인터페이스(TWI)를 통해 구성할 수 있습니다. 이 인터페이스를 통해 두 버튼을 사용한 강제 재설정, 배터리 연료 측정, 시스템 수준 감시 타이머, 전력 손실 경고, 부팅 실패 복구를 포함한 다양한 고급 시스템 관리 기능에 쉽게 접근하고 구성할 수 있습니다.

nPM1300 PMIC은 Nordic의 nRF52 및 nRF53 시리즈 SoC를 위한 효율적인 전력 조절을 제공하도록 설계되었으며, Bluetooth Low Energy, LE Audio, Bluetooth mesh, Thread, Zigbee와 같은 무선 프로토콜을 지원합니다. 이 제품은 첨단 웨어러블 및 휴대용 의료 애플리케이션과 같은 고급 소형 IoT 제품에 이상적인 선택입니다.

nPM1100은 배터리 충전 및 전력 공급을 위한 초소형 폼팩터 전력 관리 IC로, 효율적인 듀얼 모드 구성 가능한 벅 레귤레이터와 통합 배터리 충전기를 특징으로 합니다. 이 제품은 Nordic nRF52® 시리즈와 nRF53® 시리즈 SoC에 대한 보완 구성요소로, 높은 효율성과 낮은 정지 전류를 통해 배터리 수명을 극대화하면서 안정적인 작동과 신뢰할 수 있는 전력 공급을 보장합니다. 극도로 컴팩트한 폼팩터는 웨어러블 기기, 연결된 의료 기기, 및 기타 크기 제한이 있는 응용 분야에 이상적이며 PCB 면적은 최소 23 mm²만 사용합니다.

이 통합 배터리 충전기는 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리를 위해 설계되었으며, 종료 전압을 4.1V 또는 4.2V로 선택할 수 있어 각각 3.6V와 3.7V의 정격 전압을 지원합니다. 이 제품은 내장된 배터리 열 보호 기능과 세 가지 충전 모드(트리클 충전, 일정 전류 충전, 일정 전압 충전)의 자동 선택 기능을 갖추고 있습니다.

nPM1100의 내장 고효율 스텝다운 벅 레귤레이터는 선택 가능한 출력 전압 1.8V, 2.1V, 2.7V 또는 3.0V로 최대 150mA의 전류를 제공합니다. 이 레귤레이터는 부드러운 시작과 히스테리틱 모드와 PWM 모드 간의 자동 전환 기능을 갖추고 있습니다. 또한, 강제 PWM 모드를 허용하여 안정적인 전력 작동을 보장합니다. 변환 효율은 최대 92%에 달하며, 수동 부품을 포함한 풋프린트는 단 27mm²에 불과합니다.

Nordic의 nRF21540은 Bluetooth® 저에너지, Bluetooth® 메쉬, Thread, Zigbee 및 2.4 GHz 독점 프로토콜의 범위를 확장하기 위한 RF 프런트엔드 모듈(FEM)입니다. nRF21540은 "플러그 앤 플레이" 방식의 무선 범위 확장기입니다. 전력 증폭기(PA)와 저소음 증폭기(LNA)를 통합하여 연결의 안정성을 강화하며, 저전력 단거리 무선 솔루션에 이상적입니다.

nRF21540은 nRF52 및 nRF53 시리즈의 고급 다중 프로토콜 무선 SoC의 링크 예산을 향상시키는 데 사용할 수 있는 보완 제품입니다. nRF52 또는 nRF53 시리즈 SoC와 함께 사용할 경우, nRF21540 RF FEM의 +20 dBm TX 출력 전력과 13 dB RX 이득은 16-20 dB의 우수한 링크 예산 개선을 보장합니다. 이는 이론적으로 전송 거리의 6.3배에서 10배 증가에 해당합니다.

nRF21540은 4x4 QFN16 패키지로 제공되며, nRF21540 RF FEM을 보완하는 역할을 합니다. Nordic은 실험 장비를 사용하여 RF 프론트 엔드 모듈의 성능을 평가하고 nRF52 또는 nRF53 시리즈 SoC와 결합했을 때 실제 응용 프로그램에서 성능을 평가할 수 있는 개발 보드를 제공합니다. nRF21540를 위한 주요 응용 분야는 스마트 홈, 자산 추적, 오디오 및 산업 응용 분야입니다.

확장 가능하고 통합된 IoT 소프트웨어 개발 키트 및 프로토타이핑 플랫폼

고객의 제품 개발을 가속화하기 위해 Nordic은 저전력 Bluetooth, Wi-Fi, 셀룰러 IoT, Bluetooth Mesh, Thread, Zigbee 및 Matter 제품을 구축하기 위한 도구 세트인 nRF Connect SDK(소프트웨어 개발 키트)를 출시했습니다.

nRF Connect SDK는 모든 Nordic nRF52, nRF53, nRF70, 및 nRF91 시리즈 무선 장치를 기반으로 한 제품을 개발하기 위해 설계된 확장 가능하고 통합된 소프트웨어 개발 키트입니다. 이 SDK는 메모리 제약이 있는 장치를 위한 크기 최적화 소프트웨어 및 더 고급 장치와 애플리케이션을 위한 강력하고 복잡한 소프트웨어를 개발할 수 있는 확장 가능한 프레임워크를 개발자에게 제공합니다. Zephyr RTOS를 비롯하여 다양한 샘플, 애플리케이션 프로토콜, 프로토콜 스택, 라이브러리 및 하드웨어 드라이버를 통합하고 있습니다.

또한 Nordic은 Thingy:53 IoT 프로토타이핑 플랫폼을 도입하여 맞춤형 하드웨어 없이도 프로토타입과 개념 증명을 제작할 수 있도록 했습니다. Thingy:53은 Nordic의 주력 듀얼 코어 무선 SoC인 nRF5340을 중심으로 구축되었습니다. 듀얼 Arm Cortex-M33 프로세서의 처리 능력과 메모리 용량 덕분에 장치에서 직접 임베디드 머신 러닝(ML) 모델을 실행할 수 있습니다.

Thingy:53은 환경 센서, 색상 및 빛 센서, 가속도 센서, 자력계와 같은 다양한 통합 센서를 갖추고 있어 추가 하드웨어 없이 사용할 수 있습니다. 이 장치는 USB-C 인터페이스를 통해 충전할 수 있는 1350mAh 재충전 가능한 Li-Po 배터리로 구동됩니다. 또한 Stemma/Qwiic/Groove 표준에 호환되는 하드웨어 액세서리를 위한 외부 4핀 JST 커넥터를 제공합니다.

결론

IoT 기술은 우리의 세계를 전례 없는 속도와 규모로 변화시키고 있습니다. 스마트 도시 건설부터 환경 모니터링 적용, 의료 혁명에 이르기까지 IoT는 인간 사회에 무한한 가능성을 가져다주고 있습니다. 이는 우리의 삶의 질을 향상시킬 뿐만 아니라 글로벌 문제를 해결하는 데 있어 중요한 역할을 합니다. 스마트 농업 기술을 통해 자원을 더 효율적으로 활용하고, 폐기물을 줄이며, 환경 오염을 최소화할 수 있습니다. 지능형 교통 시스템을 통해 혼잡을 완화하고 탄소 배출을 줄일 수 있습니다. 원격 의료 및 건강 모니터링 기기를 통해 더 높은 품질의 의료 서비스를 제공하고 공중 보건 수준을 향상시킬 수 있습니다. Nordic에서 출시한 IoT 애플리케이션 솔루션은 고객이 IoT 제품 개발을 가속화할 수 있도록 지원하며, 이를 깊이 이해하고 적극적으로 채택해볼 만한 가치를 제공합니다.