IoT 기술을 사용하여 세상을 구하다

지구의 지속 가능성 위기를 해결하는 것은 시급합니다

인류가 지속 가능한 세계 경제로 전환해야 하는 과제에 직면하면서, 지구의 천연 자원을 고갈시키지 않으면서 생존, 번영, 발전할 수 있는 방법을 찾아야 합니다. 현재 지구의 평균 온도가 상승하고 있습니다. 지구 온도가 2도 상승하는 세상에서는 더 많은 폭염, 강수량 증가, 작물 수확량 감소 및 해수면 상승이 발생하며, 이 모든 것이 인간의 생존을 위협할 것입니다. 적절한 조치를 취하는 것이 시급합니다.

반면에, 1980년대 이후로 전자 산업은 거의 다른 어떤 산업보다도 빠르게 발전해 왔습니다. 이는 일부 국가들의 경제에 주요 기여자가 되었고 여러 다른 국가들의 산업 생산에 주요 투입물이 되었으며, 성장 둔화의 징후는 보이지 않습니다. 이러한 성장은 소비자 전자 제품에 대한 수요 증가에 기인합니다.

그러나 전자 제품의 보급이 많은 사람들의 삶을 개선시켰지만, 상대적으로 더 많은 전자 폐기물을 생성할 수도 있습니다. 따라서 전자 폐기물 생산을 줄이기 위해 가공, 제조, 유통, 소매, 수리 및 재활용에서 새로운 관행을 채택해야 하며, 특히 재활용이 핵심입니다. 유엔에 따르면, 현재 전자 폐기물의 20%가 성공적으로 재활용되고 있습니다. 이 조직은 예방, 감소, 수리, 재활용 및 재사용을 통해 2030년까지 폐기물 발생을 크게 줄이겠다는 계획을 발표했습니다.

IoT는 지속 가능한 기술을 위한 기반 플랫폼이 될 것입니다

소비자와 기업이 습관을 바꾸는 동안, 미래의 필요를 위해 지구와 그 자원을 보호하려면 새로운 기술의 광범위한 도입이 필요합니다. IoT는 지속 가능한 기술의 기초 플랫폼이 될 것입니다. Transforma Insights와 6GWorld의 보고서 "Sustainability in New and Emerging Technologies In 2030"에 따르면, IoT의 구축은 현재부터 2030년까지 전 세계 전력 사용량을 크게 증가시킬 것입니다. IoT 지원 솔루션의 제조는 1억 1,200만 입방미터의 물을 소비하게 될 것이며, IoT 솔루션의 배포와 배치를 위해 사용되는 탄화수소는 비용을 증가시킬 것입니다.

그러나 Transforma 보고서는 IoT 애플리케이션의 긍정적인 환경적 영향이 초기의 희생을 전적으로 가치 있게 만들 것이라고 결론지었습니다. 실제로 IoT 기술은 곧 제조 및 배포에 소요된 에너지 비용을 상환할 만큼의 절감을 창출할 것이며, 그 지점부터는 약 8배의 에너지를 절약할 것입니다. 보고서에 따르면 2030년까지 IoT 디바이스는 약 2,300억 입방미터의 물을 절약할 것이며, 이 중 35%는 향상된 수도망 운영에서, 나머지는 스마트 관개와 같은 IoT 기반 농업 애플리케이션에서 비롯될 것이라고 합니다.

빅데이터의 이점은 IoT의 환경 발자취를 보여주는 데 있어서도 핵심적인 역할을 할 것으로 예상됩니다. 머신 러닝과 같은 애플리케이션과 효과적으로 결합되었을 때, IoT는 개인과 조직이 에너지 비용을 더 잘 이해하고 환경에 대한 정보를 바탕으로 결정을 내릴 수 있도록 돕는 방대한 정보를 생성하게 됩니다. 또한 IoT의 주요 친환경 이점은 주로 기업 솔루션에서 비롯되며, 이는 일반적으로 스마트 전력망 운영과 같은 전기 소비 감소, 탄소 배출 감소, 연료 또는 물 소비 감소로 나타납니다.

앞으로 무선 및 셀룰러 IoT 센서의 수는 500억 개를 초과할 가능성이 있으며, 그 중 많은 것이 배터리로 구동됩니다. 유지보수 문제를 넘어 이러한 배터리는 IoT의 지속 가능성을 저해할 수도 있습니다. 리튬과 같은 희귀 소재는 채굴되어야 하고, 배터리는 제조 및 전 세계에 배포되어야 하며, 소진된 배터리를 안전하게 폐기하는 중요한 문제가 있습니다.

미래의 무선 솔루션은 더 효율적일 것이며, 환경에서 에너지를 모두 수집할 수 있는 애플리케이션 범위를 크게 확장할 것입니다. 에너지 수집 장치에 맞춰 특별히 설계된 차세대 전력 관리 IC(PMIC)는 변동하는 에너지의 수집을 안정화하고 IoT 제품을 배터리의 제약에서 해방시켜주는 중요한 역할을 할 것입니다.

IoT 기기 요구를 충족하기 위한 칩 솔루션

IoT 기기에 대한 완전한 기능성과 전력 관리를 제공하기 위해 Nordic은 고객이 IoT 기기를 개발할 수 있도록 시스템 온 칩(SoCs), 전력 관리 IC, RF 프론트엔드 모듈(FEM), 소프트웨어 개발 키트 및 프로토타입 빌딩 플랫폼을 포함한 관련 솔루션 출시를 전념하고 있습니다.

우선, nRF52832는 Bluetooth Low Energy (BLE), Bluetooth Mesh 및 NFC를 지원하는 다용도의 Bluetooth 5.4 SoC입니다. nRF52832는 고급 Bluetooth® Low Energy 기능, 프로토콜 동시성 및 다양한 주변 장치와 기능을 요구하는 애플리케이션의 과제를 해결하는 범용 멀티프로토콜 SoC입니다. 또한, 플래시와 RAM에 충분한 메모리를 제공합니다.

nRF52832는 전체 프로토콜 동시성을 갖춘 다중 프로토콜을 사용합니다. 이 제품은 블루투스 저에너지(Bluetooth Low Energy)를 지원하며 2 Mbps 고속 전송을 포함합니다. 블루투스 메시는 블루투스 저에너지와 동시에 실행될 수 있어 스마트폰으로 메쉬 네트워크 노드를 프로비저닝, 커미션, 구성 및 제어할 수 있습니다. 또한 NFC, ANT 및 2.4 GHz 고유 프로토콜을 지원합니다.

nRF52832는 부동소수점 연산 장치를 갖춘 Arm® Cortex™-M4 CPU를 기반으로 하며, 64 MHz에서 작동합니다. 간소화된 페어링 및 결제 솔루션을 위한 내장 NFC-A 태그를 포함하고 있습니다. 디지털 마이크 및 오디오를 위한 PDM 및 I2S와 같은 다양한 디지털 주변 장치와 인터페이스를 포함하고 있습니다. 정밀 온칩 적응형 전원 관리 시스템을 통해 매우 낮은 전력 소비를 실현합니다.

nPM1300은 독창적인 시스템 관리 기능을 갖춘 전력 관리 집적 회로(PMIC)입니다. nPM1300 PMIC는 소형 패키지에 임베디드 Bluetooth 저에너지 설계에 필요한 필수 기능들을 통합하여 시스템 설계를 간소화하고, 적은 부품으로 더 긴 작동 시간과 효율적인 배터리 충전을 가능하게 합니다.

nPM1300은 최대 효율성과 컴팩트한 크기로 최적화되어 있으며, I2C 호환 2선 인터페이스(TWI)를 통해 구성할 수 있습니다. 이 인터페이스를 통해 두 버튼 하드 리셋, 배터리 잔량 측정, 시스템 수준의 워치독, 전원 손실 경고, 부팅 실패 복구를 포함한 다양한 고급 시스템 관리 기능에 손쉽게 접근하고 설정할 수 있습니다.

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

nPM1100은 초소형 폼팩터 배터리 충전 및 전력 공급용 전원 관리 IC로, 효율적인 듀얼 모드 구성 가능 벅 레귤레이터와 통합 배터리 충전기를 특징으로 합니다. 이 제품은 Nordic nRF52® 시리즈 및 nRF53® 시리즈 SoC의 보완 구성 요소로, 높은 효율성과 낮은 대기 전류를 통해 배터리 수명을 최대화하면서 안정적인 전력 공급 및 안정적인 작동을 보장합니다. 극도로 컴팩트한 폼팩터는 착용 가능 기기, 연결된 의료 기기 및 기타 공간 제약이 있는 애플리케이션에 이상적이며, PCB 면적 사용이 최소 23 mm2로 작습니다.

이 통합 배터리 충전기는 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리를 위해 설계되었으며, 종료 전압을 4.1V 또는 4.2V로 선택할 수 있어 각각 공칭 전압 3.6V 및 3.7V를 지원합니다. 배터리 열 보호 기능이 내장되어 있으며, 세 가지 충전 모드(트리클 충전, 정전류 충전, 정전압 충전)를 자동으로 선택합니다.

nPM1100의 내장 고효율 스텝다운 벅 레귤레이터는 선택 가능한 출력 전압 1.8, 2.1, 2.7 또는 3.0 V로 최대 150 mA의 전류를 제공합니다. 부드러운 시작(soft startup)과 히스테리틱(hysteretic) 모드와 PWM 모드 간 자동 전환 기능을 갖추고 있습니다. 또한, 강제 PWM 모드를 허용하여 깨끗한 전력 작동을 보장합니다. 변환 효율은 최대 92%에 이르며, 수동 부품을 포함하여 풋프린트는 단지 27 mm2입니다.

Nordic의 nRF21540은 Bluetooth® 저에너지, Bluetooth® mesh, Thread, Zigbee 및 2.4 GHz 독점 프로토콜의 범위를 확장하기 위한 RF 프런트엔드 모듈(FEM)입니다. nRF21540은 "플러그 앤 플레이" 무선 범위 확장기입니다. 이는 전력 증폭기(PA)와 저잡음 증폭기(LNA)를 통합하여 강력한 연결 안정성을 제공하며, 저전력 단거리 무선 솔루션에 이상적입니다.

nRF21540은 nRF52 및 nRF53 시리즈의 고급 멀티 프로토콜 무선 SoC의 링크 예산을 향상시키기 위해 사용할 수 있는 보완 제품입니다. nRF52 또는 nRF53 시리즈 SoC와 함께 사용할 때 nRF21540 RF FEM의 +20 dBm TX 출력 전력과 13 dB RX 이득은 16-20 dB의 우수한 링크 예산 개선을 보장합니다. 이는 이론적으로 전송 거리가 6.3배에서 10배까지 증가하는 것에 해당합니다.

nRF21540은 4x4 QFN16 패키지로 제공되며, nRF21540 RF FEM을 보완합니다. Nordic은 RF 프런트 엔드 모듈의 성능을 실험실 장비로 평가하고 nRF52 또는 nRF53 시리즈 SoC와 결합했을 때 실질적인 응용 분야에서의 성능을 평가할 수 있는 개발 보드를 제공합니다. nRF21540에 맞춤화된 주요 응용 분야에는 스마트 홈, 자산 추적, 오디오 및 산업 응용 분야가 포함됩니다.

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 개발할 수 있는 도구 모음인 nRF Connect SDK(소프트웨어 개발 키트)를 출시했습니다.

nRF Connect SDK는 Nordic의 모든 nRF52, nRF53, nRF70, nRF91 시리즈 무선 디바이스를 기반으로 제품을 개발할 수 있도록 설계된 확장 가능하고 통합된 소프트웨어 개발 키트입니다. 이 키트는 메모리 제약이 있는 디바이스를 위한 크기 최적화 소프트웨어뿐만 아니라 보다 고급 디바이스와 애플리케이션을 위한 강력하고 복잡한 소프트웨어를 개발할 수 있는 확장 가능한 프레임워크를 제공합니다. Zephyr RTOS와 더불어 다양한 샘플, 애플리케이션 프로토콜, 프로토콜 스택, 라이브러리 및 하드웨어 드라이버를 통합하고 있습니다.

추가적으로, Nordic은 Thingy:53 IoT 프로토타입 플랫폼을 소개하여 사용자 정의 하드웨어 없이 프로토타입과 개념 증명을 제작할 수 있게 만들었습니다. Thingy:53은 Nordic의 주력 듀얼 코어 무선 SoC nRF5340을 기반으로 구축되었습니다. 듀얼 Arm Cortex-M33 프로세서의 처리 능력과 메모리 용량을 통해 장치에서 직접 임베디드 머신 러닝(ML) 모델을 실행할 수 있습니다.

Thingy:53은 또한 환경 센서, 색상 및 광 센서, 가속도계, 자력계 등 다양한 통합 센서가 장착되어 있으며, 추가 하드웨어 없이 사용할 수 있습니다. USB-C 인터페이스를 통해 충전할 수 있는 1350 mAh 충전식 리튬 폴리머(Li-Po) 배터리로 구동됩니다. 또한, 하드웨어 액세서리를 위한 Stemma/Qwiic/Groove 표준과 호환되는 외부 4핀 JST 커넥터를 갖추고 있습니다.

결론

IoT 기술은 전례 없는 속도와 규모로 우리 세계를 변화시키고 있습니다. 스마트 도시 건설에서부터 환경 모니터링의 적용 및 헬스케어의 혁명에 이르기까지, IoT는 인간 사회에 무한한 가능성을 가져다주고 있습니다. 이는 우리의 삶의 질을 향상시킬 뿐만 아니라, 글로벌 도전 과제를 해결하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 스마트 농업 기술을 통해 우리는 자원을 더 효율적으로 활용하고, 낭비를 줄이며, 환경 오염을 최소화할 수 있습니다. 지능형 교통 시스템을 통해 혼잡을 완화하고 탄소 배출을 줄일 수 있습니다. 원격 의료 및 건강 모니터링 장치를 통해 더 높은 품질의 의료 서비스를 제공하고 공중보건 수준을 향상시킬 수 있습니다. Nordic에서 출시한 IoT 애플리케이션 솔루션은 고객의 IoT 제품 개발을 가속화할 수 있으며, 이를 더 깊이 이해하고 채택할 가치가 있습니다.