데이터 측정형 시제품 시리즈 [4편] - 거리 측정 시제품, 무엇의 거리를 재는지가 방식을 결정한다

데이터 측정형 시제품 시리즈 1편의 인체 생체신호, 2편의 반려동물 생체신호, 3편의 압력에 이어 4편의 주제는 "거리"입니다. 자율 이동 로봇의 장애물 감지, 주차 보조 장치, 탱크나 저장고의 수위 확인, 사람의 접근을 감지하는 무인 기기까지, 거리를 재는 제품 아이디어는 측정형 상담에서 압력만큼이나 자주 등장합니다.

결론을 먼저 말씀드리면, 거리 측정 시제품의 설계는 "얼마나 멀리, 얼마나 정밀하게"라는 질문이 아니라 "무엇의 거리를, 어떤 환경에서 재는가"라는 질문에서 출발해야 합니다. 같은 거리를 재더라도 대상이 단단한 벽인지 사람의 옷인지, 실내인지 한여름 야외인지에 따라 적합한 측정 방식이 완전히 달라지기 때문입니다. 센서 사양표의 최대 측정 거리는 이상적인 대상과 환경에서의 값이며, 우리 제품의 대상과 환경에서 그 값이 재현된다는 보장은 어디에도 없습니다.

거리 센서의 성능은 사양표가 아니라 우리 제품의 대상과 환경에서 결정됩니다.

거리를 재는 세 가지 방식, 무엇이 다른가

소리로 재는 방식 - 넓게 감지하지만 표면을 가립니다

초음파 방식은 소리를 내보내고 되돌아오는 시간을 재는 방식입니다. 감지 범위가 부채꼴처럼 넓어 "앞에 무언가 있는가"를 확인하는 용도에 유리하고, 투명한 유리나 어두운 표면처럼 빛으로는 잡기 어려운 대상도 잘 감지합니다. 대신 소리를 흡수하는 부드러운 천이나 소리를 비스듬히 튕겨내는 경사면에는 약하고, 감지 범위가 넓다는 특성이 "정확히 어느 지점까지의 거리인가"를 알아야 하는 용도에서는 오히려 단점이 됩니다.

빛으로 재는 방식 - 정밀하지만 대상과 환경광을 가립니다

적외선이나 레이저 빛이 되돌아오는 시간을 재는 방식은 좁고 곧은 측정이 가능해 특정 지점까지의 거리를 정밀하게 알아야 하는 용도에 유리합니다. 대신 빛을 흡수하는 어두운 무광 표면이나 빛이 통과해버리는 투명한 대상에서는 값이 흔들리고, 강한 햇빛이 쏟아지는 야외에서는 되돌아오는 신호가 주변 빛에 묻혀 성능이 떨어집니다. 실내 시연에서 완벽하던 제품이 야외 시연에서 흔들리는 흔한 원인이 여기에 있습니다.

전파로 재는 방식 - 환경에 강하지만 해석이 필요합니다

전파를 이용하는 방식은 어둠, 먼지, 비와 같은 환경 조건에 강하고 옷이나 커튼 너머의 움직임까지 감지할 수 있습니다. 대신 되돌아온 신호가 어떤 대상에서 반사된 것인지 해석하는 처리가 필요하고, 이 해석의 품질이 곧 제품의 품질이 됩니다. 환경이 험한 산업 현장이나 프라이버시 때문에 카메라를 쓸 수 없는 공간의 감지 용도에서 강점을 갖는 방식입니다.

이동형 제품은 하나의 방식이 아니라 서로의 약점을 보완하는 조합으로 완성되는 경우가 많습니다.

케이스에 넣는 순간 달라지는 것들

거리 센서는 소리든 빛이든 전파든 "무언가를 내보내고 받는" 부품이기 때문에, 케이스가 그 경로를 막으면 성능이 달라집니다. 책상 위 실험에서 잘 되던 측정이 케이스 조립 후 흔들리는 것은 거리 측정 시제품의 대표적인 통과 의례입니다. 그래서 이 유형의 제품은 센서 창, 즉 케이스에서 센서가 바깥을 보는 부위의 설계가 기구설계의 핵심 항목이 됩니다.

• "창의 재질과 각도": 센서 앞을 덮는 창의 재질이 신호를 얼마나 통과시키는지, 창 표면의 반사가 센서로 되돌아오지는 않는지를 설계 단계에서 검토합니다
• "개구부의 형상": 센서 주변 케이스의 형상이 감지 범위를 가리거나 신호를 되튕기지 않도록 개구부의 크기와 깊이를 정합니다
• "오염과 사용 환경": 먼지, 물방울, 지문이 창에 쌓이면 측정이 달라지므로, 사용 환경에서 창이 어떻게 오염되고 어떻게 관리될지를 함께 설계합니다
• "진동과 장착 자세": 이동형 제품이라면 진동과 흔들림 속에서 측정이 유지되는지, 장착 각도가 틀어질 여지는 없는지를 확인합니다

시리즈의 관점은 이번에도 같습니다

인체 신호는 인증 트랙이, 반려동물 신호는 부착 안정성이, 압력은 힘의 경로가 설계의 출발점이었습니다. 거리에서는 "무엇의 거리를 어떤 환경에서 재는가"라는 대상과 환경의 정의가 그 자리에 있습니다. 신호가 달라지면 시제품 설계의 출발점이 달라진다는 이 시리즈의 관점은, 측정형 제품을 준비하시는 창업자분들께서 어떤 신호를 다루시든 같은 방식으로 적용하실 수 있습니다.

센서 선정은 대상과 환경의 정의가 끝난 뒤에 오는 결정입니다.

제언: 대상과 환경의 정의가 센서보다 먼저입니다