지난 9월 12일, 애플 신제품 발표회가 스티브 잡스 극장에서 열렸습니다. 이번 발표회에서 애플이 선보인 아이폰8, 아이폰 8 Plus, 아이폰X는 예상대로 무선 충전 기능을 탑재했고, 무선 충전 기술이 스마트폰 업계의 새로운 트렌드로 자리잡은 듯 합니다.

 2016년 하반기부터 차세대 아이폰에 관한 여러 추측이 등장했는데, 그 중에서도 아이폰이 무선 충전 기술을 차용할 것이라는 의견이 대세를 이뤘습니다. 더욱이 지난 2월 애플이 무선 충전 국제 표준화 단체 WPC(Wireless Power Consortium)에 가입하면서 새로운 아이폰에 무선 충전 기술을 도입할 것을 예측할 수 있었습니다. 얼마 전 유출된 아이폰 디자인 도면에서도 새로운 제품 뒷면에 큰 코일이 있는 것을 확인할 수 있었는데, 지금 생각해보면 아마도 무선 충전 기술을 위해 밑그림을 그려 놓은 것이 아닌가 싶습니다. 이번 발표회를 통해 항간의 추측은 사실로 드러났고, 그와 동시에 무선 충전 기술의 광범위한 응용을 알리는 계기가 되었습니다.

 사실 무선 충전 기술은 애플의 아이폰 뿐만 아니라 삼성, 블랙베리, 모토로라에서 출시한 스마트폰에서도 이미 사용된 바 있습니다. 하지만 지금까지의 무선 충전 기술은 응용 측면에서 봤을 때 그 빈도가 낮아 줄곧 이도 저도 아닌 단계에 머물러 있었습니다. 그렇다면 엄청나 보이는 이 기술은 대체 어디서 유래한 것일까요? 그리고 어떤 방식으로 무선 충전이 가능한 걸까요? 현재까지의 발전 상황은 어떨까요? 향후 이 기술이 스마트폰 업계에 혁신을 가져다 줄 수 있을까요? 이러한 질문에 대한 이야기를 해보겠습니다.

 무선 충전 기술의 기원은 19세기 말로 거슬러 올라갑니다. 전기를 생산하는 지역과 사용 지역 간에 거리가 너무 멀었기에 당시 유선 전력 수송 및 분배 시스템 확립에 어려움이 있었습니다. 때문에 초기 과학자들은 무선으로 전기 에너지를 전송할 수 있길 바랐고, 이로써 무선전력 전송 기술이 탄생했습니다. 실제로 많은 과학자들이 이 분야를 연구했는데, 그중 가장 유명한 이는 바로 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)입니다. 니콜라 테슬라는 전기 엔지니어이자 물리학자로, 엘론 머스크(Elon Musk)가 설립한 테슬라는 그의 이름을 따서 만든 회사이기도 합니다. 그는 무선 전력 영역에 큰 공헌을 했지만 대중에는 잘 알려져 있지 않습니다.

 테슬라는 직류 전기와 교류 전기를 발명했습니다. 그가 시베리아 퉁구스카 대폭발을 일으켰다는 소문도 있습니다. 때문에 혹자는 그를 초월자라고 생각하기도 합니다. 하지만 오늘날 그의 공적을 아는 이가 드문 이유는 사람들에 의해 묻혔기 때문입니다. 하지만 인터넷 보급 및 환경 오염 악화 등 시대의 변화에 따라 테슬라라는 이름과 그의 업적은 다시 한번 주목받고 있습니다. 테슬라는 과거 미국 롱 아일랜드(Long Island) 지역에 지름 68피트(ft.)의 돔을 갖춘 187피트 크기의 철탑을 지으려 했습니다. 그는 지붕의 공진 변압기를 이용해 초고전압을 생산한 뒤 고압의 영향을 받아 공기가 도체로 변하도록 할 수 있을 것이며, 이로써 전력 전송 단말기와 전력 사용 단말기 간에 인조 번개를 형성해 최종적으로 전력 전송이 가능해질 것이라 생각했습니다. 하지만 철탑이 완공되기 전 테슬라가 파산하면서 전 세계 무선전력 전송의 꿈도 종적을 감추고 말았습니다.

 테슬라 이후로도 무선 전력 전송 분야의 많은 과학자들이 시도했으나 대부분 실패로 끝났습니다. 하지만 현재 관련 기초 이론 연구는 여전히 이어지고 있습니다. 100년 넘는 시간이 흐른 지금도 당시의 무선 전력 전송 기술은 현실 가능성이 낮아 보이지만, 근거리 무선 충전이라는 개념은 이미 보편화되어 있는 상황입니다.

 근대 이후 무선 전력 전송 수요는 근거리의 전력 전송을 요하는 무선 충전 수요로 점차 대체되고 있습니다. 근대 무선 충전 기술의 발전은 다음의 몇 가지 조건이 수반되어야 합니다.

 인프라인 전력망 시스템은 전 세계 대부분의 국가에서 몇십 년, 길게는 몇백 년의 발전을 거쳐 개선되어 왔습니다. 이제 전기는 희귀 자원이 아니라 기본적으로 사람이 사는 곳이라면 어디든 공급되고 있습니다. 이 때문에 장거리 무선 전력 전송에 대한 수요는 점차 사라지고 있으며 근거리 전력 공급을 새로이 요하고 있습니다.

 1960년대 전력 전자는 전기 공학 형태로 처음 출현했습니다. 그 후 우주 경쟁으로 인해 항공 우주 전력에 대한 수요가 높아지면서 전원 기술은 큰 발전을 이뤘고, 이후 몇십 년에 걸쳐 전원 스위치 이론 및 반도체 부품 제작 분야에서도 큰 성과를 냈습니다. 최근 들어서는, 보다 쉽게 고주파 전원 스위치 전원 장치를 사용할 수 있고, 더욱 뛰어난 출력 밀도와 높은 효율성을 갖췄습니다.

 모바일 인터넷이 빠르게 발전하면서 다양한 스마트 단말기 수요도 급증했습니다. 속도, 디자인, 화면, 기능 등 스마트 제품에 대한 소비자의 요구가 더욱 다양해지면서 스마트 제품의 충전 수요도 함께 늘었지만 배터리 지속력에 대한 숙제는 여전히 남아 있습니다.

 이 때문에 한 번 충전하면 일주일은 거뜬히 쓰던 피처 폰(feature phone) 시대가 그리워집니다. 비록 스마트 기기의 배터리 용량은 이전보다 3배나 늘어났지만, 그 지속성은 오히려 크게 뒤처지고 있습니다. 따라서 최근에는 간편하게 사용할 수 있는 스마트 기기 충전 방식으로서 무선 충전 기술이 주목받고 있습니다.

 현재 무선 충전 기술은 자기유도, 자기공명, 전기 유도, 전자파, 광 전송 등 다양한 형태를 보이고 있으며, 그중에서도 자기유도방식과 자기공명방식이 가장 널리 쓰이고 있습니다.

 자기유도방식은 보편적인 무선 충전 기술로서, 고등학교 물리 시간에 한 번쯤은 들어 봤을 법한 전자 유도 원리입니다. 우리 생활 속에서 가장 흔히 쓰이는 예로는 변압기가 있습니다. 일반 변압기의 자성체는 1차 코일을 유도해 만들어진 대다수의 자기력선속 방향입니다. 하지만 자성체가 없는 경우 변압기는 무용지물이 됩니다. 1차 코일과 2차 코일을 평면식으로 제작하면 무선 충전 발신기와 무선 충전 수신기 두 가지의 핵심 부분이 됩니다. 이처럼 유도 방식의 무선 충전 원리는 굉장히 간단하며 그 본질은 변압기와 큰 차이가 없다고 말할 수 있습니다.

 홍콩성시대학은 자기유도 무선 충전 기술을 보급 및 통일하고자 무선 충전 국제 표준화 단체인 WPC를 설립하여 각국에서 생산하는 기계 간 교환 및 공유가 가능하도록 했습니다. 2012년 말, WPC는 '치(Qi)'라는 최초의 무선 전력 전송 표준 규격을 발표했습니다. 이 이름은 중국어의 '气(치, qi)'에서 비롯된 것으로 '무형 에너지'라는 뜻을 담고 있습니다. 이 표준은 발표 직후 세계적으로 많은 관심을 받아 다수의 기업이 가입 의사를 표했으며, 실제로 2015년 9월을 기준으로 WPC 회원사는 217개에 달했습니다. 애플은 2017년 2월 가입했습니다.

 하지만 최초의 자기유도 기술은 많은 문제를 안고 있었습니다. 이를테면 충전 시 공간적인 제약이 따르고 기기를 똑바로 세워야 하며 수직 간격이 너무 커서는 안 된다는 점을 들 수 있습니다. 따라서 충전 위치를 정확히 맞추지 못해 충전이 되지 않는 문제가 자주 발생했습니다. 이는 소비자 경험에 엄청난 타격을 주었고 비싼 학습 비용 역시 기술 발전에 걸림돌이 되었습니다.

 때문에 공간의 제약을 줄여 소비자 경험을 늘리는 방안으로서 차세대 자기공명 무선 충전 기술이 탄생했습니다. 해당 방식은 직류 전기를 교류 전기로 바꿔 코일이 자기장을 발생시키거나 코일을 받은 내부에서 교류 전기가 형성되도록 했습니다. 최초의 자기유도 무선 충전 기술과 비교했을 때 자기공명 무선 충전의 핵심은 반대편의 공진기를 통해 에너지 통로를 더욱 원활하게 제어하는 것이었습니다. 본질적으로는 '전자 유도 작용'이라는 물리적 원리를 응용한 것이고 기존 설계를 바탕으로 기술적 개선을 한 것에 불과했습니다. 아래 그림에서도 확인할 수 있듯이, 기본 원리는 유사합니다.

 무선 충전 기술 발전에 따라 스마트 기기는 더 많은 가능성을 갖추게 되었습니다. 그리고 무선 충전 기술이 스마트 기기에 주는 의미는 매우 크기 때문에 향후 엄청난 발전을 이루게 될 것입니다. 하지만 몇 년 전만 하더라도 삼성 등의 기업이 무선 충전 기술을 사용했을 때는 큰 발전을 이루지 못했고 중국 기업들도 마찬가지였습니다. 무선 충전 기술이 많은 장점이 가지고 있을 지라도 업계에 여전히 많은 문제가 도사리고 있기 때문입니다.

 첫째, 무선 충전과 관련해 아직 통일된 표준 기관이 없습니다. 기존의 PMA, Qi, A4WP 등은 전 세계에서 통용되는 표준 기관이 되고자 했으나 현재 실적은 모두 비슷한 상황입니다. Qi는 앞에서 언급했고, A4WP는 2012년 삼성, 퀄컴(Qualcomm), 브로드컴(Broadcom), 인텔(Intel) 등의 주도로 설립된 이래 2015년 9월 기준 150개의 회원사를 보유하며 같은 해에 PMA와 통합했습니다. 이러한 추세를 놓고 보면 표준 규격 통일이 불가능할 것 같지는 않지만 점진적인 과정이 필요할 것입니다. 둘째, 무선 충전 기술은 자기장 발생 과정부터 공급, 수용에 이르기까지 거의 절반의 에너지를 쓰기 때문에 효율성이 낮은 반면 시간 소모는 매우 큽니다. 이는 무선 충전이 유선 충전 속도에 못 미치는 원인이기도 합니다.

 세 번째, 무선 충전 기술을 실현하는 데 비용이 많이 듭니다. 이 비용은 금전적 비용 외에 심리적인 비용도 포함합니다. 아직 완전한 보급이 이루어지지 않았기에 무선 충전 기술이라는 개념에 대한 이해도가 매우 낮은 상황입니다. 대부분의 사용자는 '스마트폰을 무선 충전기로 충전하는데 이 무선 충전기는 USB 케이블로 연결해야만 한다'는 것을 알고 곧 실망하고 맙니다. 과한 기대는 기술을 보급하는 데 있어 걸림돌이 될 수 있으며 사용자들은 무선 충전 기술의 복사(輻射) 문제를 우려하고 있습니다.

 물론 무선 충전 기술은 긴 시간을 거쳐 발전했고 점차 개선되고 있습니다. 현재의 모바일 단말기 시장 전체 상황을 봤을 때도 무선 충전 기술은 더 많은 가능성을 갖추고 있습니다. 하지만 발전하기에 앞서 기존 문제를 먼저 해결해 성숙한 업계 환경을 이루어야 합니다. 그래야 비로소 신기술이 더 좋은 환경에서 발전할 수 있습니다. 업계 리더인 애플의 이번 무선 충전 기술 응용으로 인해 시장에 다양한 변화가 생겨나길 기대해 봅니다. 일찍이 2014년 에너저스(Energous)라는 회사는 위에서 언급한 자기공명 관련 원리를 이용해 일종의 무선 충전 기술인 와트업(WattUp)을 개발했습니다.

 아이폰에 전용 무선 충전 모듈을 장착하기만 하면 4미터 거리 안에서 충전할 수 있습니다. 에너저스는 수신 에너지를 응용한 칩을 동전보다 작게 만들었고 이를 아이폰에 장착하는 것은 전혀 어렵지 않습니다. 더 중요한 것은 CES 2017(국제전자제품박람회, The International Consumer Electronics Show)에서 에너저스의 CEO가 애플과 파트너십 체결을 암시했다는 것입니다.

 만약 향후 다른 애플 기기에서도 비슷한 기능을 유기적으로 탑재한다면 거실 TV 아래에 둔 충전기 하나만으로 아이폰, 아이패드, 맥, 애플워치를 충전할 수 있을 것입니다.

 애플의 에어팟 이어폰 홍보 영상에서 나온 문구를 되새기며 이번 칼럼을 마치겠습니다.

 "우리는 선 없는 미래를 믿습니다. 모든 기기가 저절로 연결되는 미래를 말이죠."