마인드 센스, JLR의 자율주행 연구

휠과 시트를 통한 뇌파, 심박 감지

2015년 11월호 지면기사  /  글│한 상 민 기자 _ han@autoelectronics.co.kr


재규어랜드로버가 운전자의 스트레스, 운전부주의, 집중력 저하로 인해 발생하는 사고 저감을 위해 진행 중인 새로운 안전기술 연구 프로젝트들을 공개했다. 이른바 ‘식스센스(Sixth Sense)’로 명명된 이 연구는 스포츠, 의학, 항공우주 분야의 첨단 기술을 활용해 운전자의 심박, 호흡, 뇌 활성도 등을 모니터링해 운전자의 스트레스, 피로도, 집중력 저하를 밝히는 것이다.

 

재규어랜드로버(JLR)가 운전자의 스트레스, 운전부주의, 집중력 저하로 인해 발생하는 사고 저감을 위해 진행 중인 새로운 안전기술 연구 프로젝트들을 공개했다. 이른바 ‘식스센스(Sixth Sense)’로 명명된 이 연구는 스포츠, 의학, 항공우주 분야의 첨단 기술을 활용해 운전자의 심박, 호흡, 뇌 활성도 등을 모니터링해 운전자의 스트레스, 피로도, 집중력 저하를 밝히는 것이다. 또 JLR의 영국 연구진은 운전 중 인포테인먼트와 같은 편의기기를 조작하면서 시선이 도로에서 벗어나는 시간을 줄이기 위한 새로운 조작법, 가속페달의 진동과 리듬을 통한 운전자 반응 속도 향상 등 “어떻게 운전자와 보다 효율적으로 소통할 수 있을지”에 대한 혁신에도 나섰다.

재규어랜드로버의 연구개발책임 볼프강 에플(Wolfgang Epple) 박사는 “자동차는 첨단 센서들을 활용함으로써 갈수록 지능화되고 있는데, JLR은 현재 항공우주, 의학 분야에서 사용되고 있는 몇몇 기술들이 도로안전과 운전의 경험을 향상시킬 수 있다고 믿는다”며 “연구는 이런 기술이 어떻게 고객과 도로 사용자들에게 도움을 줄 수 있을 지를 밝히는 것”이라고 말했다.

새 연구의 한 가지 핵심은 주행 중 운전자가 얼마나 운전에 집중하고 있고 기민할 수 있는지를 모니터하기 위해 어떻게 뇌파를 측정할 수 있을지를 알아내는 것이다. 운전자가 전방을 주시하고 있더라도 백일몽에 빠진 것처럼 집중력이 부족하면 주행과 관련된 태스크에 소홀해 위험할 수 있고, 자차나 다른 도로 사용자의 경고 표시, 경고 소리 등을 놓칠 수 있기 때문이다.


마인드 센스

재규어랜드로버의 이 마인드센스(Mind Sense) 리서치의 기본은 차가 효과적으로 운전자가 졸음이나 백일몽에 빠져드는 시점을 뇌파를 통해 읽을 수 있을지를 밝히는 것이다.

사람의 뇌는 끊임없이 4개 혹은 그 이상의 뚜렷하게 구별되는 진폭의 뇌파를 발생시킨다. 온보드 컴퓨터는 어떤 유형의 뇌파가 지배적인지를 끊임없이 모니터링함으로써 운전자가 운전에 집중하고 있는지, 산만한지, 졸고 있는지, 백일몽을 꾸고 있는 지 등을 판단한다.

에플 박사는 “만일 뇌활동에서 백일몽 또는 집중력 저하가 나타난다면, 시스템은 스티어링 휠이나 페달을 통해 진동을 줌으로써 운전자의 의식을 깨우고 운전에 다시 집중할 수 있도록 한다”며 “시각적 아이콘, 청각적 신호 등의 경고에도 불구하고 운전자가 적절한 조치를 취하지 않는다면 잠재적 위험에서 운전자를 보호하기 위해 또 다른 방법으로 소통할 것”이라고 말했다.

뇌파 모니터링을 위한 가장 일반적인 방법은 헤드밴드에 부착된 센서를 사용 하는 것이다. 그러나 이는 차내에서는 비현실적이다. 때문에 JLR은 미국 봅슬레이팀과 NASA가 파일럿의 집중력 향상을 위해 사용하고 있는 방법을 도입해 검토하고 있다. 이 방법은 스티어링 휠에 내장된 센서와 운전자의 손을 통해 뇌파를 감지한다. 센싱이 운전자의 머리로부터 멀리서 이뤄지기 때문에 소프트웨어가 신호를 증폭하고 다른 노이즈로부터 순수한 뇌파를 분류해 낸다.

JLR은 현재 스티어링 센서를 통한 각기 다른 뇌파 식별에서 더 많은 정보를 수집하기 위한 사용자 실험 단계에 들어갔다. 향후 결과를 입증하는 프로젝트에서는 신경과학 분야의 엘리트들이 참여할 예정이다.


 

 

드라이버 웰니스 모니터링

JLR은 재규어 XJ의 시트 내에 메디컬 등급의 센서를 내장해 어떻게 차가 운전자의 웰빙을 모니터할 수 있을 지를 평가하고 있다. 본래 의료기관에서의 사용을 위해 개발된 센서가 차 내에 적용돼 운전자의 심박과 호흡으로부터 진동을 감지한다.

에플 박사는 “더 많은 자율주행 기술이 개발되고 있는데, 여기서 자율주행차가 운전자에게 제어권을 반환해야할 필요가 있는 상황이 있을 것”이라며 “안전하게 제어권을 반환하기 위해 운전자에게 단지 경고만 하면 충분할지 여부를 알아야하는데, 우리는 이런 결정을 지원할 정보를 차에 주기 위해 운전자 모니터링 기술에 대한 잠재가능성을 찾고 있다”고 말했다.

또 차가 운전자의 심각한 건강 이슈를 발견하거나, 어떻게 경고할지를 안다면 차는 보다 명확하게 제어권을 인계받기 위해 운전자가 운전에 집중하도록 하면서 다음 단계를 밟을 수 있다. 운전자의 신체적 건강 모니터링은 단지 갑작스런 발작이나 정상적인 활동이 불가능한 심각한 질병만을 감지하는 것은 아니다. 운전자의 스트레스 수준을 모니터링 할 수 있고, 이에 따라 차는 무드 조명을 바꾸거나 오디오, 공조 시스템을 적절히 조정해 스트레스를 줄이는데 도움을 줄 수도 있다.


에어 햅틱 피드백 인포테인먼트

JLR은 운전자와 인포테인먼트 스크린간의 소통 속도와 효율성을 높이는 새로운 기술 연구도 활발히 추진하고 있다. 목표는 인포테인먼트 시스템과 같은 곳에 운전자의 시선이 머무는 시간을 최소화 하는 것이다.

에플 박사는 “운전자가 내비게이션, 음악, 전화와 관련돼 대시보드 버튼을 누를 때면 본능적으로 인포테인먼트 스크린을 보기 때문에, 연구는 어떻게 하면 인포테인먼트 스크린과 관련해 스티어링 휠에서 손을 멀리 떼지 않고 시선은 도로에 두면서 빠르고 안전하게 조작할 수 있을 지에 대한 것”이라며 “JLR의 ‘예측 인포테인먼트 스크린(Predictive Infotainment Screen)’ 프로토타입은 차에 장착된 카메라를 이용해 운전자의 손동작을 추적하고 운전자가 누르고자 하는 버튼을 가늠할 수 있게 하는 시스템”이라고 말했다.

시스템은 운전자가 스크린 자체에서 터치하지 않고 허공에서(in mid-air)에서도 원하는 버튼을 선택할 수 있게 한다. 결과적으로 사용자 실험에서 버튼 선택 성공의 속도가 22%까지 올라갔고 그만큼 도로에서 시선이 멀어지는 시간도 줄어들었다.

시스템은 미드 에어 터치에서 울트라햅틱스(Ultra haptics)의 솔루션을 이용해 운전자의 손동작을 추적하고 촉각적 피드백을 준다. 미드 에어 터치 기술은 운전자 피부의 어떠한 표면 터치도 없는 상황에서도 초음파를 이용한 촉감을 준다. 촉감은 손가락으로 누르는 느낌이나 손가락 끝의 얼얼 거림 등이다. 터치의 반응이 뇌에 즉시 제공됨에 따라 운전자는 시각적 확인을 위해 스크린을 쳐다볼 필요가 없게 된다.


 

햅틱 액셀 페달

햅틱 인터페이스는 액셀 페달을 통해 적시에 정확한 행동을 취하도록 반응속도를 높이기 위한 운전자 소통에도 이용된다. 액셀 페달에서의 감각을 만들기 위해 액추에이터가 페달 암 꼭대기에 위치해 진동을 운전자 발에 전달한다. 이 기술은 또한 페달 느낌에서 저항을 만들 수 있는 토크 모터를 활용한다. 이 저항은 운전자가 제한 속도를 넘도록 가속 페달을 밟을때 사용된다. 그렇지 않으면 교통체증 상황에서 앞 차를 따라 갈 때 전방 추돌 가능성에 대해 경고한다.

에플 박사는 “운전자에 대해 오히려 운전부하를 일으킬 수 있는 시각적, 청각적 신호의 과다를 피하기 위해 JLR은 또 다른 방법으로 운전자와 소통하는 방법을 연구하고 있다. 햅틱 페달 연구를 통해 JLR은 운전자가 위험에 대해 빠르게 인지하고 대처해 잠재적 사고위험을 줄일 수 있는 비시각적인 소통법에 대해 연구하고 있다”고 말했다.


360도 버추얼 어번 윈드실드

JLR은 이밖에도 360도 버추얼 어번 윈드실드(360 Virtual Urban Windshiled)도 개발 테스트하고 있다. HUD가 적용된 윈드실드는 A, B, C 필러에 내장된 디스플레이와 자연스럽게 연결되면서 사각지대를 없앤다. 또 HUD는 보행자, 사이클리스트 등을 하이라이트해 보여준다.
에플 박사는 “각 필러에 디스플레이를 내장해 해당 방향의 라이브 영상을 운전자에게 보여줌으로써 사각지대를 없앤다”며 “아이 트래킹 카메라가 운전자의 시선을 감지하면 자동적으로 필러의 디스플레이에 영상이 보여지며 필러가 투명화된다”고 설명했다.

 

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