피지컬 컴퓨팅이란?

피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)이란?

피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)은 컴퓨터와 디지털 기술을 이용하여 물리적 세계와 상호작용할 수 있는 시스템을 설계하고 구현하는 것을 의미한다. 이는 하드웨어(예: 센서, 액추에이터)와 소프트웨어(예: 마이크로컨트롤러, 코딩)를 결합하여 사용자와 환경의 데이터를 수집, 처리, 반응할 수 있도록 만드는 기술 분야이다.

피지컬 컴퓨팅의 역사

피지컬 컴퓨팅의 역사는 컴퓨터와 물리적 세계의 상호작용을 탐구한 기술적, 예술적, 학문적 발전과 밀접하게 관련되어 있다. 이는 전자공학, 컴퓨터 과학, 인터랙티브 아트와 같은 다양한 분야에서 영향을 받아 발전해 왔다.

1. 초기: 컴퓨터와 하드웨어의 연결
   1. 1950~1960년대
      초기 컴퓨터는 크고 복잡했지만, 엔지니어와 과학자들은 물리적 환경과 상호작용하는 방법을 탐구하기 시작했다.
      
      • MIT의 SAGE 시스템(1950년대): 물리적 장치를 통해 컴퓨터와 상호작용하는 초기 예.
      • 엔지니어링 컨트롤: 센서와 액추에이터가 산업 자동화에서 처음으로 사용됨.
   2. 1970년대
      마이크로프로세서의 등장으로 소형화된 컴퓨터가 가능해지면서 물리적 장치와 상호작용할 수 있는 새로운 가능성이 열렸다.
      • 마이크로컨트롤러의 개발: 초소형 전자 장치의 프로그래밍이 가능해지며 피지컬 컴퓨팅의 기반 마련.
      • Xerox Alto(1973): 사용자가 직접 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 초기 형태.
2. 인터랙티브 기술과 아트로의 확장 
   1. 1980년대
      • 디지털 기술이 예술로 확장되면서 피지컬 컴퓨팅은 창의적 표현의 도구로 자리 잡기 시작했다.
      • Myron Krueger의 "Videoplace": 사람의 움직임을 감지하고 인터랙티브 환경을 생성한 초기 예술 작품.
      • MIDI 프로토콜(1983): 음악과 컴퓨터 간의 상호작용을 위한 표준.
   2. 1990년대
      • 인터랙티브 아트의 성장: 디지털 아트와 설치 예술에서 센서 및 물리적 상호작용이 널리 사용됨.
      • 프로그래머블 마이크로컨트롤러(Arduino의 전신): 작고 저렴한 하드웨어로 물리적 상호작용을 가능하게 함.
3. Arduino와 피지컬 컴퓨팅의 대중화 (2000년대 이후) 
   1.  Arduino의 탄생(2005)
      • 이탈리아의 IDII(Interaction Design Institute Ivrea)에서 디자이너와 아티스트가 프로그래밍 가능한 하드웨어를 쉽게 사용할 수 있도록 개발.
      • 오픈소스 하드웨어 및 소프트웨어로 누구나 접근 가능하게 되어 피지컬 컴퓨팅이 대중화됨.
   2. Raspberry Pi의 등장(2012)
      • 저렴하고 강력한 컴퓨터로 학생, 연구자, 메이커 커뮤니티에 폭넓게 사용됨.
      • IoT(사물 인터넷)와 결합하여 피지컬 컴퓨팅의 응용 범위가 더욱 확장됨.
4. 현대: IoT, 로봇 공학, AI와의 융합
   1. IoT와 피지컬 컴퓨팅
      • 스마트 디바이스와 연결된 물리적 컴퓨팅 시스템이 가정, 산업, 헬스케어 등에 도입됨.
      • 예: 스마트 스피커, 환경 모니터링 센서.
   2. 로봇 공학과의 통합
      • 물리적 컴퓨팅이 로봇의 센서 시스템과 제어 메커니즘의 기본 요소로 사용됨.
   3. AI와 머신러닝
      • 피지컬 컴퓨팅에 인공지능이 통합되면서 더 정교한 상호작용이 가능해짐.
      • 예: 음성 인식, 이미지 처리 기술을 통한 환경 상호작용.
5. 피지컬 컴퓨팅의 미래
   피지컬 컴퓨팅은 디지털 기술과 물리적 세계의 경계를 허물며, 더욱 사용자 중심적이고 스마트한 환경을 창조하는 데 기여하고 있다. 특히 생체 신호 센싱, 증강현실(AR), 지속 가능 기술과 융합하여 새로운 가능성을 열어가고 있다.

주요 특징

1. 센서와 입력
   물리적 세계의 데이터를 측정하기 위해 센서를 사용합니다. 예를 들어, 온도 센서, 조도 센서, 터치 센서 등이 포함된다.
2. 처리
   데이터를 처리하고 명령을 실행하기 위해 마이크로컨트롤러(Arduino, Raspberry Pi 등)나 컴퓨터를 사용한다.
3. 출력과 액추에이터
   결과를 물리적 세계에 반영하기 위해 모터, LED, 스피커 같은 액추에이터를 사용한다.
4. 상호작용
   사용자가 시스템과 직접적으로 상호작용하거나 환경 변화에 반응하도록 설계된다.

활용 예시

 

• 예술 및 설치 작품: 인터랙티브 아트, 디지털 전시회
• 스마트 홈: 자동 온도 조절기, 스마트 조명 시스템
• 로봇 공학: 로봇팔, 자율주행 차량
• 교육: STEM 교육 키트(Arduino, micro:bit 등)
• IoT(사물 인터넷): 환경 모니터링 시스템, 웨어러블 디바이스

주요 도구 및 플랫폼

 

• 하드웨어: Arduino, Raspberry Pi, ESP32, BeagleBone 등
• 프로그래밍 언어: Python, C/C++, JavaScript
• 소프트웨어 플랫폼: Processing, Tinkercad, MATLAB