안전 운전은 모든 사람에게 가장 중요한 관심사입니다. 새로운 기술은 인간의 실수로 인한 사고를 줄일 수 있다는 희망과 함께 자율주행 차량을 선사했습니다. 또한 기 기기들은 운전을 더 안전하고 즐겁게 만들기 위한 기능들을 도입했습니다. 이러한 기능에는 앞유리의 헤드업 디스플레이와 자동 제동 시스템 등이 포함됩니다.

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

차량 시스템이 아무리 발전하더라도 인간의 뇌는 여전히 가장 강력한 컴퓨터입니다. 인지적 주의 분산을 이해하는 것은 도로 위의 안전을 보장하는 데 결정적인 역할을 합니다.

주의 분산이 치명적인 이유

인간은 자신이 멀티태스킹을 할 수 있다고 착각하고는 합니다. 하지만 연구에 따르면 인간의 뇌는 속도와 정확도의 큰 저하 없이는 효과적으로 멀티태스킹을 수행할 수 없습니다2.

오늘날 사회에서는 운전 중에 휴대폰을 사용하거나 인포테인먼트 시스템을 조작하는 일이 흔합니다. 하지만 이는 운전에 집중하는 것을 방해하므로 위험할 수 있습니다.

산만 운전 방지법은 운전자의 안전을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 엔지니어들은 주의 분산을 줄이기 위해 손을 쓰지 않고도 쉽게 제어할 수 있도록 자동차를 설계합니다. 그럼에도 불구하고 산만 운전자로 인한 사고는 여전히 미국에서 매일 9명의 사망자를 발생시킵니다3.

짧은 문자 메시지를 보내는 것이 순식간처럼 느껴질 수 있지만, 어떤 이유로든 도로에서 눈을 떼는 것은 치명적일 수 있습니다. CDC는 시속 55마일로 운전하면서 문자 메시지를 보내는 것은 눈을 감고 미식축구 경기장을 달리는 것과 같다고 추정합니다4. 산만 운전은 피로, 불안, 약물 또는 음주 등 다양한 원인으로 발생할 수 있습니다.

무선 EEG 헤드셋은 운전 중 주의 분산을 감지하여 실시간으로 사고를 예방하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 2013년, 서호주 왕립 자동차 클럽(RAC)은 이 이론을 테스트했습니다.

집중력 구동 자동차가 산만 운전 테스트를 진행하고 있습니다. 출처: RAC

집중력 구동 자동차

CDC의 예가 보여주듯이, 우리의 뇌는 주의가 분산되었을 때 긴급한 정보를 의식적으로 처리할 수 없습니다. 서호주의 RAC는 사고를 겪은 호주 운전자의 20%가 자신이 충돌한 물체를 바라보고 있었다는 사실을 발견했습니다. 하지만 그들은 인지적 주의 분산 때문에 상황을 제대로 파악하지 못했습니다.

"뇌는 기본적으로 주의 집중 장치입니다."라고 Emotiv의 공동 창립자이자 최고기술책임자(CTO)인 제프리 맥켈러(Geoffrey Mackellar)는 설명했습니다. "무의식 상태의 뇌는 차량이 차선을 벗어나는 것이 문제를 일으킬 수 있다는 것을 인지하지 못하기 때문에, 전두엽이 활성화되어 운전에 집중적으로 관여해야 합니다."

만약 자동차가 운전자의 주의 분산을 감지하여 속도를 줄일 수 있다면 어떨까요? RAC는 Emotiv와 협력하여 이를 가능하게 하는 기아 현대 i40 차량을 개조했습니다. 운전자들은 차량과 통신하는 EPOC 시리즈 14채널 EEG 헤드셋을 착용했습니다. 뇌의 능력이 자동차의 속도에 직접적인 영향을 미쳤습니다.

눈을 뜨고 감는 상태, 시선 속도, '멍을 때리는' 상태 등 다양한 뇌 상태의 기준값을 측정한 후, 운전자가 주의 산만해질 때 차량의 속도가 줄어들도록 프로그래밍했습니다. 또한 자동차는 EPOC에 내장된 자이로스코프 유도 방식을 통해 운전자가 도로에서 고개를 돌릴 때도 반응했습니다.

RAC는 주의 산만이 모든 사람에게 영향을 미친다는 것을 증명하기 위해 '집중력 구동' 자동차를 타고 로드 트립을 떠났습니다6. 로드 트립에 이어 특히 긴 도로 구간에서의 인지적 주의 분산 문제를 심도 있게 알아보기 위해 회로 실험을 지속했습니다. 개조된 차량이 대량 생산되지는 않았지만, 운전석에서 우리가 얼마나 쉽게 주의를 집중하지 못하게 되는지에 대해 대중의 경각심을 일깨웠습니다.

스마트한 두뇌 및 차량 연결(B2V) 시스템의 매력은 자동차 제조업체들의 관심을 끌었습니다. 2018년, 닛산은 사용자의 선호도에 맞춰 조정되고 비상 상황에서 신속하게 대응할 수 있는 B2V 프로토타입을 공개했습니다7.

닛산은 "의도된 움직임을 예측함으로써 시스템이 일반적인 사람의 반응 시간보다 0.2~0.5초 더 빠르게 탑승(스티어링 휠을 돌리거나 속도를 줄임)할 수 있으므로, 운전자가 거의 눈치채지 못하는 사이에 반응 시간을 개선할 수 있습니다"라고 설명했습니다8.

실시간 알림을 통해 운전자가 운전하기에 너무 피곤해지기 전에 상태 저하를 경고할 수 있습니다.

졸음 방지 경고

의식을 가진 뇌에 있어 졸음은 집중력 저하보다 더 분명하게 감지됩니다. 그러나 운전자가 하품을 하거나 고개를 꾸벅이기 시작할 무렵에는 이미 본인과 타인에게 임박한 위험이 닥친 상황입니다. 그렇기 때문에 연구진은 너무 늦기 전에 졸음운전을 예측하도록 설계된 무선 EEG의 사용 사례를 탐색하고 있습니다.

이러한 졸음 감지 시스템이 차량의 운영 체제에 통합된다면, 운전자는 인지 기능 저하의 첫 조짐이 나타날 때 경고를 받을 수 있습니다. 이 개념은 일반적인 주의 분산 상황에서도 매우 유용할 수 있습니다.

한 대학 연구에서는 소프트웨어 프레임워크를 개발하고 EPOC 헤드셋을 사용하여 강의 중 집중력이 흐트러지는 것을 감지하는 테스트를 진행했습니다. 집중력이 떨어질 때 학생들의 휴대폰으로 진동 문자 알림을 보냈고, 이를 통해 참가자의 75%가 주의력을 회복하고 유지할 수 있었습니다9.

사람의 졸음은 머리를 끄덕이거나 눈을 감고, 하품을 하는 등 여러 가지 시각적 단서를 통해 확인할 수 있습니다. 부경대학교의 Li 연구팀은 비디오와 EEG 데이터를 함께 활용하여 주의 집중 뇌 상태 및 변화와 머리 움직임을 관찰했습니다. 이들은 '가벼운 졸음' 단계의 이벤트 관찰 시 96.24%의 감지 정확도를 기록했다고 보고했습니다10.

이 아이디어를 더 확장하여 2017년 연구에서는 졸음의 깊이를 다양하게 측정하는 풀링 알고리즘을 설계하고 구현했습니다. 목표는 운전 중 위험한 상황이 발생하기 전에 실시간으로 초기 졸음 상태를 포착하는 것입니다. 실험 중 뇌파 활동을 측정하기 위해 Emotiv EPOC 장비가 사용되었습니다. 저자들은 졸음 단계와 각성 단계를 분류하는 과정에서 82%의 성공률을 보고했습니다11.

운전 중인 피험자의 주의력 상실을 정확하게 찾아내기 위해 하품과 같은 시각적 단서와 뇌파(EEG) 측정이 동시에 이루어집니다. 출처: Li et al., 2015

평정심 유지 후 안전 주행

유엔은 2030년까지 전 세계 교통사고 사망 및 부상건수를 절반으로 줄이는 것을 목표로 삼고 있습니다12. 과학자와 엔지니어들은 산만해진 운전자가 어떤 생각을 하는지 연구하여 이들의 안전을 돕는 차량을 설계할 수 있습니다. 이는 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 무선 모바일 EEG 기기 덕분에 가능해진 일입니다.

연구원들은 도로 위의 사고를 예방하기 위해 마음챙김부터 졸음 감지에 이르기까지 모바일 EEG를 활용하여 산만 운전을 실시간으로 연구하고 있습니다.

참고 문헌

1도로 교통 사고 및 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 다양한 비용. PubMed Central (PMC).

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

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

5Stinson, L. (2013년 11월 8일). 주의 산만을 감지하면 속도를 줄여주는 자동차. WIRED. https://www.wired.com/2013/11/this-car-slows-down-when-youre-not-paying-attention/

6RAC WA. (2013년 11월 17일). RAC Attention Powered Car Road Trip TVC [비디오]. YouTube. https://youtu.be/D8WHS0T4N08

7CNET Cars. (2018년 1월 8일). CES 2018: 사람의 마음을 읽어내는 닛산의 B2V(Brain-to-Vehicle) 기술 [비디오]. YouTube. https://youtu.be/pEthcB-P5Qw

8B2V(Brain-to-Vehicle) | 혁신 |. (n.d.). Nissan Global. https://www.nissan-global.com/EN/INNOVATION/TECHNOLOGY/ARCHIVE/B2V/

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

10Li, G., & Chung, W. (2015). 운전자 졸음 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). 휴대형 뇌-컴퓨터 인터페이스를 이용한 인간의 졸음 실시간 감지. Open Journal of Applied Sciences, 07(03), 98–113. https://doi.org/10.4236/ojapps.2017.73009

12매년 발생하는 130만 명의 교통사고 사망자 수, UN은 2030년까지 이를 절반으로 축소하고자 함.
(2021년 12월 6일). UN 뉴스. 2024년 3월 27일 검색, https://news.un.org/en/story/2021/12/1107152