Current Issue

오늘날 디지털 기술에 의한 혁신은 거의 전 산업 분야로 파급되고 있으며, 자동차산업은 그것이 가장 두드러지는 분야이다. 2009년에 ｢구글(Google)｣이 무인 주행 차량 프로토타입(Prototype)으로 자율주행 기능을 최초로 실험하면서, 자동차를 소프트웨어와 통신기술이 결합한 IT 기기로 보는 시각이 나타나기 시작했다.

또한, 차량을 소유(Ownership)하지 않고 자신이 필요할 때에 사용(Usership)하는 차량공유에 관한 관심 증가는 공유경제의 진전과 맥락을 같이 하고 있다. 이러한 차량 공유 개념은 정보기술이 결합 되어 운영되는데, 이렇게 쓰이는 차량을 스마트 모빌리티(Smart mobility)로 구분하고 있다.¹⁾ 그러나 최근의 전 세계적인 판데믹(Pandemic)으로 인해 공유 차량에 대한 인식이 유보적으로 변할 것이라는 관측도 나오고 있기는 하다.

구글의 무인차량 실험 이후 벤츠는 지난 2015년에 자율주행 기능의 콘셉트 카 ｢F-015｣를 미국에서 열린 소비자 가전 전시회(CES; Consumer Electronics appliance Show)에 출품했다. 이로써 전통적 자동차 업체 중에서 처음으로 자율주행 기능의 콘셉트 카 ｢F-015｣를 출품함으로써 130년 자동차산업 역사 변화의 시초를 제공했다는 평가를 받는다.²⁾

｢F-015｣ 콘셉트 카에는 4인 승객을 위한 회전 좌석이 설치되었으며, 유기 다이오드(OLED) 스크린으로 구성된 도어 트림과 측면 유리창을 설치해서 이동 중 정보 검색이나 화상 업무 회의, 오락 등을 즐길 수 있는 공간을 구성하였다.

벤츠의 ｢F-015｣ 등과 같은 완전자율주행 차량은 지금까지의 자동차와는 전혀 다른 이동 수단인 모빌리티(Mobility)의 개념으로 받아들여지고 있다. 즉, 사람이 직접 운전하는 자동차에서의 핵심 개념은 어떻게 안전한 운전 환경을 하드웨어적으로 제공하느냐에 있었으나, 조향장치와 페달까지 사라진 완전한 자율주행차량은 이동 서비스를 제공하는 수단으로써의 모빌리티로 변화된다.

Photo. 1 
Interior of Mercedes Benz F-015, 2015

그것은 이동하는 차량 내에서 승객들이 어떻게 시간을 적절히 소비하도록 하느냐가 중요하게 다루어질 것이기 때문이다. 이처럼 사용성이 강조되면서 자율주행차량의 승차감이 높은 비중을 가지게 될 것으로 보인다. 그에 따라 차량 내에서 승객이 경험하게 될 멀미(Motion sickness, nausea, kinetosis) 역시 관심의 대상이 되고 있다.

이와 관련해 미국의 ｢미시간 대학(Michigan University)｣의 2015년 연구보고서에서는 완전 자율주행차량에서 다양한 승객 활동의 예상 빈도를 기반으로 멀미 예상 횟수 및 정도를 도출하였다. 또한, 메르세데스 벤츠, 재규어 등 전통적인 고급승용차 제조업체에서도 승객의 멀미에 관한 연구와 대책을 내놓은 사례를 볼 수 있다.

이에 본 논문에서는 향후에 사용될 것으로 보이는 자율주행차량에서 승객의 멀미 유발 요인에 관한 이들의 선행 사례 고찰을 통해, 차체 내ㆍ외장 구조에서 이를 감소시킬 수 있는 디자인 요인의 시사점을 찾는 것을 목표로 한다.

본 논문에서는 자율주행차량 승객의 멀미를 감소시킬 수 있는 차체 디자인의 시사점을 위해 기존 연구사례들을 고찰하는 것이 선행된다. 그리고 그 내용을 바탕으로 차체의 내ㆍ외장 디자인에서 그들이 구현하는 방법의 특징을 살펴보게 된다.

그리하여 그와 관련된 온라인 및 서지 자료 고찰을 통해 멀미 감소를 위한 조건을 구현하는 조형적으로 방법에 대한 시사점을 도출하였다. 이를 위한 본 논문의 연구 내용은 다음의 세 가지 범위로 정리하였다.

멀미의 일반적 특징과 유발 요인

승객 멀미 감소를 위한 조건 구체화

자율주행차량 내·외장 디자인의 시사점

멀미의 원인에 대해서는 다양한 주장이 있으나, 아직 정확한 기전(紀傳)과 치료 및 예방에 대해서는 정확히 알려지지 않고 있다.³⁾ 역사적으로 멀미에 대한 기록은 기원전 200년경에 그리스 카르타고(Carthage)에서 치러진 2차 포에니 전쟁(The Secound Punic War)에서 멀미에 대한 기록이 발견⁴⁾될 만큼 오래된 증상이다.

현재까지 멀미의 원인을 설명하는 가장 타당성 있는 이론으로 받아들여지는 것은 감각 충돌론(Sensory conflict theory)이다.⁵⁾ 이 이론에서는 관련된 감각계에 따라 두 가지 불균형으로 나누어 설명하였다. 시각과 전정기관 사이의 불균형(Visual-vestibular-mismatch)을 다룬 감각 간 상충(Inter-sensory conflict), 그리고 또 다른 것은 관이석(貫耳石) 불균형(Canal-otolith mismatch)으로 인한 감각 내 상충(Intra-sensory conflict) 등으로 나누었다. 이들 불균형을 두 감각계가 동시에 자극되는지에 따라 세분한다.⁶⁾

이들 이론에 따르면 현재의 감각정보와 이전 경험을 바탕으로 설정된 감각정보로 설정된 두 벡터의 차이에 의해 멀미가 발생한다는 것이다. 이는 시각체계에서 인체가 느끼는 시각과 여타 감각 간의 괴리가 주요 원인이라는 것으로 설명된다. 즉, 시각 정보의 변화에 비해 더 많은 신체 평형감각 차원에서 움직임의 정보 입력이 지속하여 뇌에서 이들 감각 간의 혼선 발생으로 두통이 유발되며, 이 현상이 지속하면 멀미로 이어진다. 신체의 평형을 유지하는 전정기관에 전해지는 진동과 시각 정보와의 부조화가 가장 주된 원인이다.

멀미를 느끼게 되는 진동은 대체로 1 Hz 이하의 초 저 진동으로, 인체가 처한 환경적 요인에 의해 이 주파수 대역의 진동이 신체에 전달되면 멀미 유발 가능성이 커진다. 멀미의 초기 증상으로는 두뇌에서의 정보 불일치를 차단하기 위한 기제(起除)로 졸음이 유발되기도 하지만, 졸음 없이 두통으로 이어지기도 한다. 이후 증상이 진전되면 의식을 잃거나 구토(嘔吐) 등의 신경작용으로 나타난다.⁷⁾

교통수단에 의한 멀미의 유발은 선박 승선에 의한 뱃멀미가 가장 많은 것으로 보고되며, 이는 선체(船體)와 조파(潮派)의 부조화로 인해 발생하는 저주파(低周波) 진동이 가장 큰 원인이라고 할 수 있다.

ISO에서는 인체에 영향을 미치는 거동을 저주파 운동(0.63 Hz 이하)과 진동(1~80 Hz)으로 나누고 있다. ISO 2631에서는 수진부(受振部)에 따라 진동을 분류하는데, 착석 상태의 전신 진동, 수완계(受腕界) 진동, 멀미 관련 진동으로 나누어 주파수별로 인체에 미치는 영향을 가중치로 정의하여 제시하고 있다.⁸⁾ 이 중에서 0.63 Hz 이하의 저주파 운동에 일정한 시간 동안 노출되면 멀미 증상을 느끼며, 특히 0.15 Hz 주파수의 운동(주기 6.7초)에서 가장 높은 멀미 증상을 보인다고 발표하였다.⁹⁾

육상 운송수단에서는 대체로 자동차보다는 열차에서 멀미 발생이 적은 것으로 관찰되는데, 이는 레일 위를 달리는 열차는 도로를 주행하는 자동차보다는 시각 정보 변화가 비교적 단순하며, 이미 설치된 철제 레일 위를 철제 차륜으로 달리는 열차의 차체 진동 패턴은 불규칙한 노면과 노선을 가진 도로 위를 연질의 고무 타이어를 사용해 주행하는 자동차의 진동 패턴보다 상대적으로 단순하므로, 멀미 유발 조건에 부합될 가능성이 상대적으로 낮기 때문이라고 할 수 있다.

외부의 진동이 신체에 전달될 경우, 목 관절 이하의 경추(頸椎)가 머리로 진동을 전달하거나 증폭시키는 공진체(共振體) 역할을 하게 되는데, 이로 인해 달팽이관에 증폭되어 전달된 물리적 진동 정보와 뇌에 전달된 시각 인지 정보 간의 불일치가 확대되어 멀미로 이어지게 된다.¹⁰⁾

한편, 시각 정보가 빠르게 갱신되면 평행감각과의 괴리감이 감소하며, 앞으로의 움직임을 예측할 수 있는 상태가 되어 멀미가 감소한다는 주장이 있다. 이에 의하면 자동차나 선박 등에서 운전자가 멀미를 느끼지 않는 현상은 승객보다 다양한 시각 정보의 갱신이 능동적으로 이루어지기 때문이라는 것이다.

이밖에도 승객이 느끼게 되는 후각적 요인도 멀미 유발에 영향을 주는 요인이라는 주장도 있다. 승객이 차량 배기가스 혹은 연료증발 가스 등의 특정한 냄새를 맡은 상태에서 멀미를 느낄 시에, 뇌에서는 ‘이 악취로 인해 멀미를 느끼게 되었다’라는 오류 정보가 발생하기 때문에 멀미 증세가 악화하기도 한다. 이를 해결하기 위해서는 승객 스스로 악취를 멀미의 원인으로 여기지 않거나, 냄새를 없애거나 맡지 않으면 해결되는 경우가 많다고 보고되었다.¹¹⁾

이는 멀미의 심리적 요인을 설명해주는 것이기도 하다. 이들을 종합한다면, 멀미의 3요소로 불리는 시각과 신체 움직임 사이의 괴리, 움직임의 예측 불가함, 움직임에 대한 통제 불가 등으로 볼 수 있다. 그리고 이러한 조건에 더해져서 심리적 영향 역시 작용할 것이라 추론할 수 있다.

본 장에서는 자율주행차량을 대상으로 하는 승객의 멀미 발생과 관련한 사례와 양산 자동차 업체에서의 멀미 저감 관련 사례를 고찰한다.

자율주행차량에서 승객의 멀미 발생에 관한 선행 연구의 사례로 미시간 대학의 2015년 연구에서는 미국, 중국, 인도, 일본, 영국 및 호주 등에서 승객이 완전 자율주행차량에 탑승 시의 멀미 가능성을 조사하였고, 동시에 승객들이 이동 중의 활동에 대해서도 설문 조사하였다.

Table 1에 나타난 결과는 완전 자율주행차량을 타는 미국 성인 중의 6~10 %가 종종 또는 늘 일정 수준의 멀미를 경험할 것으로 예상했으며, 이들 중 6~12 %는 중간 정도 또는 심한 정도의 멀미를 할 것으로 예상하였다.¹²⁾

또한, 이 연구에서는 완전 자율주행차량 내에서 승객들의 다양한 활동의 예상 빈도를 기반으로 완전 자율주행차량에서 멀미의 예상 횟수 및 정도를 계산하였는데, Table 2가 그 내용이다. 자율주행차량 이용 승객들이 경험하게 될 멀미의 빈도와 심각성을 최소화하는 방법에 대해 논의하였으며, 이를 감소시키는 행위에 대해 추론하였다.

그리고 이를 토대로 자율주행차량에서 멀미를 유발하는 세 가지 주요 요인을 도출하였다. 그 주요 요인으로는 차량의 움직임을 예측하거나 통제할 수 없다는 것, 신체 평형감각과 시각적 인지 간의 갈등, 그리고 차량 운동 방향의 예측 곤란 및 운동 방향 제어 불가능성 등이다.

Talbe 3에서는 이를 토대로 한 멀미 기여요소와 향상 요소를 보여준다. 여기에서는 좁은 유리창 면적은 멀미를 악화시키는 요인이 되며, 승객이 전방을 주시하지 않거나 혹은 뒤를 보고 앉거나 옆으로 앉아도 멀미를 악화시키는 것으로 정리하고 있다. 그러나 승객이 눈을 감고 있거나 수면을 취하면 문제가 되지 않는다고 정리하고 있다. 또한, 승객이 실내에서 누운 자세로 있을 때도 문제가 되지 않는다고 결론 내리고 있다.¹³⁾

한편 주행 중 차내에서 승객들의 행위에 대한 멀미 영향에서는 승객들이 도로를 보는 행위는 멀미 감소에 긍정적 요인으로 작용하며, 잠을 자는 것 역시 긍정적 행위로 보고 있다. 그러나 전화통화를 하는 행위는 주시 방향에 따라 다른 특성을 가지며, 주행 중 업무를 하거나 게임을 하는 행위 역시 고개를 어느 방향으로 두느냐에 따라 달라질 수 있다고 추론하고 있다. 이들 내용은 Table 4에서 볼 수 있다.

이 연구에서도 운전자는 차멀미를 경험하지 않는 것으로 정리하고 있으나 승객들은 상대적으로 차량의 움직임에 대해 언제 출구로 나가거나 차선을 변경할지 모르기 때문에 이에 능동적인 적응이 어려우므로, 멀미 악화의 원인이 될 수 있다는 것이다. 이를 해결하는 방법으로 증강현실 기술을 이용해 유리창이나 디스플레이 장치를 통해 승객들에게 주행 관련 시각 정보를 전달하는 적극적 방법이 있으며, 소극적인 방법은 그린하우스를 넓게 하여 주변 시야를 통해 움직임에 대한 정보를 인식하게 하는 방법이 가능할 것이라고 정리하고 있다. Table 4에서 그것을 종합하였다.

자율주행 콘셉트 카 ｢F-015｣를 최초로 제시했던 다임러 벤츠는 차량 내의 승객의 자세에 따른 멀미 유발에 관한 연구 내용을 발표하였다. 이 내용을 살펴보면 승객이 의자에 등을 기대는 자세는 멀미 유발을 크게 줄였으며, 특히 편안한 것으로 느껴진다고 조사되었다. 또한, 이 자세에서 승객의 주관적인 느낌 역시 편안함을 느끼는 정도가 높았다고 조사되었다.¹⁴⁾

반면에 정차와 주행을 반복하는 차량의 움직임은 특히 불편함을 가중하고 멀미를 악화시키는 요인으로 작용하는 것으로 밝혀졌다. 이에 따라 승객이 등을 기울인(Reclining) 자세는 머리 역시 기대는 자세가 되어 안정성을 유지하기 위한 신경성 스트레스 감소로 멀미를 예방하는 데 유용하다고 정리하고 있다.

이 연구조사에 의하면 승객에게 문제 풀이를 하도록 하거나, 독서, 영화 감상, 게임 등을 하도록 했을 때, 좌석 등받이 각도는 38°가 편안한 자세이며, 23° 일 때보다 38°일 때 멀미 감소 효과가 높은 것으로 나타났다.¹⁵⁾

재규어 랜드로버(Jaguar-Landrover)가 제시한 멀미주기(The cycle of motion sickness) 연구에 의하면 승객의 멀미는 내이(內耳; inner ear), 피부 또는 신체에 의해 감지되는 것과 다른 정보를 접할 때 발생한다. 재규어는 ｢Wellness score｣라는 지표를 이용해서 개별 승객과 차량이 멀미를 유발하는 정도를 생체 인식 센서를 통해 검출하여 계산하였다. 이에 의하면 70 % 이상의 차량 이용 승객들이 멀미의 영향을 받는 것으로 조사되었다.¹⁵⁾

Photo. 2 
Proper position for motion sickness

Photo. 3 
Proper position study by Daimler Benz

이를 바탕으로 도출한 멀미 주기(Motion Sickness Cycle)를 살펴보면 여정 시작 후 승객이 책을 읽는 등의 자극이 가해진 뒤에 체온 상승이 감지되는 등의 신호가 감지되고, 그후 60초가 지나면 멀미가 일어나는 것으로 나타나고 있다.

이에 대한 대책으로 인스트루먼트 패널의 인포테인먼트(Info-tainment) 화면의 위치를 승객이 눈높이에 따라 조정하거나, 좌석의 좌면 온도를 낮추는 기능을 작동시키는 기능으로 멀미 유발을 줄이고 있다.

또한, ｢E-PACE｣ 차량은 ｢어댑티브 다이내믹스(Adaptive Dynamics)｣라는 기능으로 1/10초마다 승차감 설정을 변경하는 능동적 장치로써 멀미를 유발할 수 있는 도로로부터의 저주파 진동을 제거하는 기능을 적용하고 있다.¹⁶⁾

Photo. 4 
Motion sickness cycle by Jaguar

자율주행차량 승객을 중심으로 한 연구에서는 좁은 유리창 면적과 아울러, 승객이 전방을 주시하지 않거나 혹은 뒤를 보고 앉거나 옆으로 앉는 자세 등이 멀미 악화 요인으로 결론지었다. 그리고 승객들의 차내에서의 주행 중 행위로 통화를 하거나 주행 중 업무나 게임을 하는 행위는 승객이 머리를 어느 방향으로 두느냐에 따라 달라질 수 있다고 정리하고 있다.

그러나 승객이 눈을 감고 있거나 수면을 하는 것, 또는 실내에서 누운 자세로 있을 때는 문제가 되지 않는다고 정리하였다. 그리고 운전자는 차량의 움직임을 먼저 관측해 판단하는 조건이므로, 운전자의 신체가 이에 대처하기 때문에 차멀미를 경험하지 않는 것이라고 할 수 있다.

차량 내의 승객의 자세에 따른 멀미 유발에 관한 연구에서는 좌석 등받이 각도 38°가 멀미 감소에 효과적이며, 23°는 상대적으로 멀미 감소 효과가 높지 않은 것으로 정리하고 있다.

멀미의 주기에 관한 연구에서는 승객이 눈높이에 인포테인먼트 화면의 위치를 조정하거나, 좌석 온도를 낮추는 방법이 제시되었다. 또한, 능동적 장치에 의한 저주파 진동 제거 기능도 제시되었다.

이와 더불어 증강현실 기술을 이용해 유리창이나 디스플레이 장치를 통해 승객들에게 주행과 관련된 시각 정보를 적극적으로 전달하는 방법이 있을 수 있으며, 소극적 방법은 그린하우스를 넓게 하여 채광 유리창 면적(Daylight opening area) 확대로, 주변 시야를 넓혀줌으로써 움직임에 대한 정보를 인식하게 하는 방법이 가능할 것이라고 정리하고 있다.

Table 5를 토대로 자율주행차량 승객의 멀미 유발 요인은 디자인으로 개선 가능한 방향을 도출할 수 있을 것으로 보인다. 승객의 요인과 차량의 요인으로 나누어 볼 수 있으며, 이는 모두 내·외장 디자인 변화에 직접적 요인으로 작용한다.

승객들의 차내에서의 주행 중 행위에서 멀미 감소에 긍정적 요인으로 작용하는 행위는 주로 차량의 유리창 면적과 실내 좌석 배치 방향, 디스플레이 위치 등이 관련되어 있음을 알 수 있었다.

따라서 수면 조건 조성이나, 전방 주시 조건, 승객이 눈높이에 맞춘 인포테인먼트 화면의 위치 조정, 좌석의 좌면 온도를 낮추는 기능을 작동시키는 방법 등으로 멀미 유발을 줄일 수 있다.

또한, 능동적 기술을 적용하여 증강현실 기술을 이용해 유리창이나 디스플레이 장치를 통해 승객들에게 주행 관련 시각 정보를 적극적으로 전달하는 방법이 있을 수 있으며, 좌석이나 플로어에 진동을 상쇄시키는 기술의 적용도 가능할 것이다. 그러므로 유리창을 포함한 그린하우스를 넓게 하여 주변 시야를 통해 움직임에 대한 정보를 인식하게 하는 방법 등으로 정리할 수 있다.

좌석의 배치에서는 전방주시가 가장 멀미 감소에 유리한 조건이므로, 이를 충족시키는 좌석 배치에서 라운지 구조의 실내에서 개별 승객을 위한 독립된 좌석이나 벤치형 좌석 역시 검토 가능할 것으로 보인다. 이들 요인을 도식화한 것이 Photo. 9이다.

Photo. 9 
Seat reclining angle with glass area

앞서 살펴본 자율주행차량의 특징을 통해 분석해본다면, 단순한 이동수단을 넘어 탑승객이 목적지로 이동하는 동안에 각 탑승객에게 필요한 맞춤형 서비스를 제공하는 개념을 새롭게 재해석한 이동 공간으로서의 특징이 요구된다고 할 것이며, 이에 따른 디자인 요인을 정리한 것이 Table 9이다.