안전 운전은 모두에게 가장 중요한 관심사입니다. 새로운 기술 덕분에 인간의 실수로 인한 사고를 줄이고자 하는 희망을 담은 자율주행 자동차가 등장했습니다. 또한 운전을 더 안전하고 즐겁게 만들기 위한 기능들도 도입되었습니다. 이러한 기능에는 앞유리에 표시되는 헤드업 디스플레이와 자동 제동 시스템 등이 포함됩니다.

2010년 이후 전 세계 교통사고 사망률은 5% 감소했습니다. 하지만 여전히 매년 119만 명이 자동차 사고로 목숨을 잃고 있습니다. 또한 매년 최대 5,000만 명이 자동차 사고로 부상을 입습니다1.

자동차 시스템이 아무리 발전하더라도 인간의 뇌는 가장 강력한 컴퓨터입니다. 인지적 주의분산(cognitive distraction)을 이해하는 것은 도로 위의 안전을 확보하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.

주의분산이 치명적인 이유

인간은 스스로 멀티태스킹을 할 수 있다고 착각해 왔습니다. 연구에 따르면 인간의 뇌는 속도와 정확도가 크게 감소하지 않고는 멀티태스킹을 효과적으로 수행할 수 없습니다2.

오늘날 현대 사회에서는 운전 중에 휴대전화나 인포테인먼트 시스템을 사용하는 일이 흔합니다. 하지만 이는 운전자의 주의를 도로에서 분산시키기 때문에 매우 위험할 수 있습니다.

산만 운전 방지법은 운전자의 안전을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 엔지니어들은 주의분산을 줄이기 위해 기기를 손대지 않고도 쉽게 사용할 수 있도록 자동차를 설계합니다. 그럼에도 불구하고 미국에서는 여전히 집중하지 않는 운전자로 인한 사고로 매일 9명이 사망하고 있습니다3.

간단한 문자 메시지를 보내는 것이 순식간이라고 느낄 수 있지만, 어떤 이유로든 도로에서 시선을 떼는 것은 치명적일 수 있습니다. 질병통제예방센터(CDC)는 시속 55마일로 운전하면서 문자 메시지를 보내는 것을 눈을 감고 미식축구 경기장을 가로질러 주행하는 것에 비유합니다4. 산만 운전은 피로, 불안, 약물 또는 음주 등 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있습니다.

무선 EEG 헤드셋은 운전 중 주의불안 상태를 감지하여 실시간으로 사고를 예방하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 2013년 서호주 왕립자동차클럽(RAC)은 자체 EEG 자동차를 제작하여 이 이론을 테스트했습니다.

집중력 작동 자동차를 통한 산만 운전 테스트. 출처: RAC

집중력 작동 자동차 (Attention-Powered Cars)

CDC의 예에서 볼 수 있듯이, 주의가 분산되었을 때 우리의 뇌는 시급한 정보를 의식적으로 처리하지 못합니다. 서호주 RAC는 사고를 낸 호주 운전자의 20%가 자신이 충돌한 물체를 바라보고 있었다는 사실을 발견했습니다. 하지만 그들은 인지적 주의분산 때문에 무슨 일이 일어나고 있는지 인지하지 못했습니다.

Emotiv의 공동 창립자이자 최고 기술 책임자인 제프리 맥켈러(Geoffrey Mackellar)는 "뇌는 기본적으로 집중력을 관리하는 기계입니다."라고 설명합니다. "무의식 속의 뇌는 차선을 이탈하는 것이 문제를 일으킬 것이라는 사실을 알지 못하기 때문에, 전두엽이 활성화되어 운전에 크게 관여해야 합니다."

만약 자동차가 운전자가 집중하지 못하는 상태를 감지하고 속도를 줄일 수 있다면 어떨까요? RAC는 Emotiv와 협력하여 이를 수행할 수 있는 현대 i40를 개조했습니다. 운전자들은 차량과 통신하는 EPOC 시리즈 14채널 EEG 헤드셋을 착용했습니다. 뇌의 반응 능력은 자동차의 속도에 직접적인 영향을 미쳤습니다.

눈을 뜨고 감는 능력, 시선 속도, '멍해짐' 등을 포함한 다양한 뇌 상태에 대한 벤치마크 측정値を 구한 후, 이 EEG 자동차는 운전자가 집중하지 않을 때 감속하도록 프로그래밍되었습니다. 이 자동차는 EPOC에 내장된 자이로스코프의 신호를 통해 운전자가 도로에서 고개를 돌릴 때도 반응했습니다.

RAC는 주의력 부족이 누구에게나 영향을 미친다는 것을 증명하기 위해 '집중력 작동' 자동차로 로드트립을 진행했습니다6. 로드트립 이후에는 특히 긴 도로 구간에서의 인지적 주의분산 문제를 심도 있게 조사하기 위해 일련의 폐쇄 회로 실험이 이어졌습니다. 비록 이 개조된 자동차가 양산되지는 않았지만, 운전석에서 우리가 얼마나 쉽게 집중력을 잃을 수 있는지에 대한 대중의 경각심을 불러일으켰습니다.

자동차 제조업체들도 이러한 지능형 뇌-차량(B2V) 시스템의 매력을 놓치지 않았습니다. 2018년 닛산은 사용자의 선호도에 맞춰 조정되고 비상 상황에서 신속하게 대처할 수 있는 B2V 프로토타입을 공개했습니다7.

닛산은 "의도된 움직임을 예측함으로써 시스템은 평균적인 인간의 반응 시간보다 0.2~0.5초 빠르게 개입(스티어링 휠을 돌리거나 속도를 줄임)할 수 있어, 운전자가 크게 눈치채지 못하는 사이에 반응 시간을 개선할 수 있다"고 설명했습니다8.

실시간 경고는 운전자가 너무 피곤해서 운전하기 힘들어지기 전에 인지 장애 상태를 경고할 수 있습니다.

졸음 경고

졸음을 느끼는 것은 주의력 부족보다 의식적으로 알아차리기 쉽습니다. 하지만 운전자가 하품을 하거나 꾸벅꾸벅 졸기 시작할 즈음에는 이미 자신과 타인에게 임박한 위험이 닥친 상태입니다. 그래서 연구원들은 너무 늦기 전에 졸음운전을 예측하기 위해 무선 EEG 사용을 연구하고 있습니다.

이러한 졸음 감지 시스템이 자동차의 운영 체제에 통합된다면, 운전자는 인지 장애의 첫 징후가 나타났을 때 즉시 알림을 받을 수 있습니다. 이 개념은 일반적인 주의분산에도 유용하게 적용될 수 있습니다.

한 대학 연구에서는 소프트웨어 프레임워크를 개발하고 EPOC 헤드셋을 사용하여 강의 중 주의력이 흐트러지는 것을 감지했습니다. 집중력이 떨어졌을 때 학생들의 휴대전화로 진동 문자 경고를 보냈고, 그 결과 참가자의 75%가 주의력을 평소처럼 되찾고 유지할 수 있었습니다9.

사람의 졸음은 고개 끄덕임, 눈 감김, 하품 등 여러 시각적 단서를 통해 식별할 수 있습니다. 부경대학교 이 교수 등이 진행한 연구에서는 비디오 및 EEG 데이터를 사용하여 집중 상태의 뇌 상태 변화와 머리 움직임을 관찰했습니다. 이들은 '경미한 졸음' 상황을 관찰했을 때 96.24%의 감지 정확도를 기록했다고 보고했습니다10.

이 아이디어를 더 발전시켜, 2017년의 한 연구에서는 다양한 깊이의 졸음을 측정하기 위한 폴링 알고리즘을 설계하고 구현했습니다. 목표는 운전 중 위험한 상황이 발생하기 전에 실시간으로 졸음을 조기에 발견하는 것입니다. 실험 중 뇌 활동을 측정하기 위해 Emotiv EPOC가 사용되었습니다. 저자들은 졸음 단계와 깨어 있는 단계를 구분하는 데 82%의 성공률을 기록했다고 보고했습니다11.

운전 중 피험자의 집중력 상실을 파악하기 위해 하품과 같은 시각적 단서와 함께 EEG를 측정합니다. 출처: Li et al., 2015

차분하게 계속해서 운전하기

유엔은 2030년까지 도로 교통사고 사망 및 부상을 절반으로 줄이는 것을 목표로 삼고 있습니다12. 과학자들과 엔지니어들은 집중하지 않는 운전자들이 어떻게 생각하는지 파악하고 이를 돕기 위한 차량을 설계할 수 있습니다. 이는 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 무바일식 무선 EEG 장치 덕분에 가능합니다.

연구원들은 마음챙김부터 졸음 감지까지 주의가 분산된 운전을 연구하고 도로 위의 사고를 예방하기 위해 모바일 EEG를 사용합니다.

참고 자료

1도로 교통 부상. (2023년 12월 13일). 세계보건기구: WHO. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/road-traffic-injuries

2Madore, Kevin P. 및 Anthony D. Wagner. (2019년 4월 1일). 멀티태스킹의 다중 비용. PubMed Central (PMC). www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7075496

3산만 운전. (2023년). NHTSA. https://www.nhtsa.gov/risky-driving/distracted-driving

4산만 운전 | 교통 안전 | 부상 센터 | CDC. (날짜 없음). https://www.cdc.gov/distracted-driving/about/

5Stinson, L. (2013년 11월 8일). 주의를 기울이지 않으면 이를 감지해 속도를 줄이는 자동차. WIRED. https://www.wired.com/2013/11/this-car-slows-down-when-youre-not-paying-attention/

6RAC WA. (2013년 11월 17일). RAC 집중력 작동 자동차 로드트립 TVC [비디오]. YouTube. https://youtu.be/D8WHS0T4N08

7CNET Cars. (2018년 1월 8일). CES 2018: 닛산의 뇌-차량 기술은 당신의 마음을 읽는 것과 유사하다 [비디오]. YouTube. https://youtu.be/pEthcB-P5Qw

8뇌-차량 | 혁신 |. (날짜 없음). Nissan Global. https://www.nissan-global.com/EN/INNOVATION/TECHNOLOGY/ARCHIVE/B2V/

9Charitha, S., Karunananda, A., & Philippe, G. (2017). 주의력 회복 모델링을 위한 프레임워크. Journal of Applied and Physical Sciences, 3(2). https://doi.org/10.20474/japs-3.2.1

10Li, G., & Chung, W. (2015). 운전자 졸음의 조기 감지를 위한 컨텍스트 인식 EEG 헤드셋 시스템. Sensors, 15(8), 20873–20893. https://doi.org/10.3390/s150820873

11Shen, J., Li, B., & Shi, X. (2017). 휴대용 뇌-컴퓨터 인터페이스를 통한 인간 자각 저하의 실시간 발견. Open Journal of Applied Sciences, 07(03), 98–113. https://doi.org/10.4236/ojapps.2017.73009

12매년 130만 명이 도로 주행 중 사망함에 따라, 유엔은 2030년까지 수치를 절반으로 줄이고자 합니다.
(2021년 12월 6일). UN News. 2024년 3월 27일 검색됨, https://news.un.org/en/story/2021/12/1107152