운전자의 노령화는 자동차 산업에서 헬스케어, 운전자 상태 모니터링을 갈수록 중요하게 만들고 있다. 아이트래킹, 페이스트래킹 외에도 스티어링 휠 센서, 또는 직접적 피부 접촉 없이 시트 내에 센서를 내장해 생체 신호를 감지하는 다양한 운전자 모니터링의 가능성이 테스트되고 있다. 이들 시스템은 향후 첨단 운전자 지원 시스템, 인포테인먼트, 공조 시스템 등과 연결돼 보다 높은 차원의 차량 안전과 쾌적성 향상에 기여할 것이다.

통계청에 따르면 우리나라 인구 중 65세 이상의 고령 인구 비중은 현재 11.3%이고 이는 해가 갈수록 증대될 것이다. 미국은 2050년 65세 이상 인구가 현재의 두 배 이상인 8,850만 명에 이를 것이다. 유럽에서는 2025년에 전체 인구의 23%, 2050년에 30%의 비중을 차지할 전망이다. 저출산, 기대수명 증대에 따른 인구 고령화의 심화는 심장질환 위험을 지닌 운전자 수가 많아진다는 의미이기도 하다. 때문에 운전석에서 이와 관련된 운전자 상태 모니터링은 도로안전도 향상과 카 메이커의 차별화에 중요한 수단으로 여겨지기 시작했다.

능동 안락

벤츠의 차에 ‘능동 안락(Active Comfort)’이란 새로운 배너가 추가될 것인가? 생리학적 안전은 다임러가 오랫동안 매우 중요하게 포커스 해 온 분야다. 다임러에게 운전자의 쾌적성 향상은 주행 안전성의 향상으로 받아들여진다. 때문에 주행 안전성, 쾌적성 향상을 위한 연구개발 활동에 스포츠 과학, 수면 연구, 음악학, 인체생물학, 생리학, 교통과학, 세포생리학 등 다양한 분야의 전문가들이 참여하고 있다.
이같은 다임러의 전략은 톱핏트럭(TopFitTruck) 프로젝트에 잘 나타난다. 다임러의 컨디션 향상 연구팀의 지그프리트 로테(Siegfried) 수석은 “졸음운전은 교통사고를 유발하는 가장 큰 요인 중 하나”라며 “다임러는 톱핏트럭 프로젝트를 통해 충분한 수면을 취하지 않거나 숙면을 취하지 못하는 운전자가 더 난폭한 운전을 한다는 것을 증명했고 이점에 포커스 해 톱핏트럭을 개발했다”고 말했다.
다임러는 맥박이 빠를수록 운전자의 심리적 압박감이 심하고 심각한 상황에서 위험 가능성이 더욱 높아질 수 있다는 연구결과에 착안해 톱핏트럭에 운전자 웰니스 향상을 위한 다양한 장치를 추가했다. 신체 온도를 높이면서 대체적으로 에너지 소모를 덜 하도록 하는 에어컨디셔닝 시스템, 심리적 안정감을 추구하는 오디오 자동 선곡, 긴장을 풀어주는 마사지 시트와 특수 향기 등의 다양한 기능을 넣었다. 

스티어링 휠에 센서

카 메이커는 현재 차 내에서 운전자의 상태를 직접 모니터링 할 수 있는 다양한 장치를 개발 중이다. 가장 대표적 장치는 졸음과 주의산만을 검출하는 아이트래킹, 페이스트래킹이지만 최근에는 인구 고령화와 깊이 관련되는 심박 측정 기술 개발과 상용화 노력이 활발히 전개되고 있다. 
토요타의 웰니스(wellness) 프로젝트 중에는 스티어링 휠에 심박 측정 센서를 넣은 프로토타입이 있다. 2년 전 세이프티데이에서 선보인 ECG(electrocardiogram) 센서 내장 스티어링 휠은 운전자의 심장마비 또는 블랙아웃(blackout)에 대응한다. 시스템이 심전도 이상을 감지하면 운전자에게 휴식이나 의료조치의 필요성을 알린다. 또 그 이상의 위험상태에 이르면 차가 자동으로 감속하고 정차하는 기능을 수행한다.  
BMW는 뮌헨기술대학(TUM) 연구팀과 함께 스티어링 휠에 센서를 통합해 운전자의 건강 상태를 모니터링 할 수 있는 시스템을 개발했다. TUM의 팀 루스(Tim C. Lueth) 교수와 마이크로 테크놀로지 및 의료장치 기술센터 연구진은 스티어링의 센서를 통해 심박동, 피부 전기전도성(skin conductance), 혈액 내 산소포화도와 같은 건강 지표를 체크한다. 상용화가 가능한 두 가지 센서가 시스템의 핵심이다. 하나는 손가락에 적외선을 쏘아 반사된 빛을 이용해 심박수와 산소포화도를 측정한다. 다른 하나는 접촉 피부의 전기전도도를 측정한다. 전기전도도는 운전자가 심각한 스트레스 상태에 있는지 또는 혈압이 위험값을 초과했는지를 알려준다. TUM은 데이터를 프로세싱하고 이를 자동차로 되돌려 보내는 마이크로컨트롤러 장치도 개발했다. 이는 데이터를 확장시켜 운전자 건강 상태에 대해 높은 신뢰성을 지니는 시스템의 개발을 위해 혈압 모니터와 같은 추가적 외부장치와의 무선연결을 가능하게 한다. 
루스 교수는 “프로젝트의 목적은 운전자 상태를 모니터링해 운전자의 컨디션이 좋지 않을 때 자동차가 이를 검지해 적절한 초기 조치를 취할 수 있도록 하는 것”이라며 “예를 들어 전화기 울림을 비활성화하거나 라디오 소리를 자동으로 낮추고, 더 심각한 상황에서는 비상 경고등을 자동화하고 차가 속도를 자동으로 감소하거나 비상 브레이크를 체결하는 것”이라고 말했다.

시트에 센서를

포드는 6개의 빌트인 ECG 센서가 장착된 운전자 시트를 선보였다. 6개의 센서는 1리드(lead) ECG와 유사한 신호를 나타낸다. 단거리 비접촉 전기활동을 감지하는 전기용량성 전극(capacitative electrodes)으로 이뤄진 시트 내장 센서는 독일의 아헨대학이 개발했다. 이 센서는 얇은 천 레이어를 통과해 정확한 ECG를 검출한다. 레이어가 두꺼우면 방해도가 증가하지만 두께 2.5 mm의 천에서도 명확한 QRS파를 식별해 낸다. 다양한 필터 기술이 신체 움직임에 의해 야기되는 문제를 줄여준다. 포드는 시트가 운전자 95%에 대해 운전시간의 98% 동안 정확한 신호를 감지해낸다고 밝혔다.
포드는 부정맥 등 다른 이상 증상을 감지하는 것 외에 이 신호를 통해 무엇을 할 수 있을까에 대해 심각히 고민하고 있다. 시스템은 차를 갓길에 세우도록 하고 의료조치를 취할 수 있도록 하는 것은 물론 곧바로 의료진에 긴급 상황을 알릴 수도 있다. 포드 차량에 장착돼 있는 차선이탈 경고, 차선 유지보조, 액티브 시티 스톱, 속도 제한 등의 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)이 시트 시스템과 연결돼 운전자의 블랙아웃 상황에서도 안전하게 차량을 제어해 사고를 방지하고 안전하게 멈출 수 있게 할 수 있다. 또 SYNC와 연결돼 사고 전후 동안 SYNC의 긴급 보조(Emergency Assistance) 기능을 활성화할 수 있다.
라스베이거스 CES에서 영국의 플레시(Plessey)는 카 메이커, 서플라이어를 타깃으로 피부 접촉 없이 옷을 통해 생체 신호를 감지할 수 있는 EPIC(Electric Potential Intergrated Circuit) 센서를 선보였다. 낮은 비용으로 높은 정확성을 자랑하는 EPIC 센서 중 PS25203은 자동차에 특화된 센서다. PS25203은 진폭 이득을 낮추고 입력 임피던스를 높여 시트에 빌트인 하도록 디자인됐다. 플레시는 운전석 시트에 3개의 센서를 부착해 데모했다. 센서는 자기장 변화를 감지하는 자력계와 유사한 방법으로 전기장의 미세한 변화를 측정해 작동한다. 자동차 시트에서 센서는 운전자의 심박과 호흡을 탐지해 건강 상태와 주의력을 모니터한다. 또 탑승자 및 위치, 크기 등을 인식해 이 정보를 에어백 전개의 정확도를 높이는데도 활용된다.
플레시의 스티브 클리프(Steve Cliffe) 비즈니스 개발이사는 “몇몇 카 메이커는 이미 졸음운전과 같은 위험에 대응하기 위해 운전자를 감시하는 시스템을 개발 테스트하고 있다”며 “플레시의 센서는 피부 접촉 없이 운전자의 심전도 등을 감지해 운전자 상태 변화를 모니터링 할 수 있다”고 말했다.

AEM_Automotive Electronics Magazine