모두의 안전을 위한 모빌리티 기술‚ 현대모비스 엠브레인
많은 교통사고가 졸음이나 운전자 부주의로 인해 발생합니다.
하루 중 가장 졸음이 몰려오는 시간은 언제일까요? 각자의 상황에 따라 답은 다르겠지만, 아마 식사 이후라고 말씀하시는 분이 가장 많을 겁니다. 운전 중에도 졸음을 피할 순 없습니다. 식곤증도, 장시간 운전으로 인한 피로감도 모두 안전을 위협하는 요소죠. 이럴 때 평범한 운전자라면 창문을 열어 환기한 후 안전한 곳에 정차해 졸음을 쫓을 겁니다. 그러나 정해진 구간을 일정 시간 내에 돌아야 하는 버스 운전사의 경우에는 상황이 녹록지 않습니다.
경기연구원이 공공버스 운전직에 종사하고 있는 140명을 대상으로 조사한 결과, 졸음운전에는 수면시간 등 개인 컨디션은 물론 근로 시간도 영향을 미쳤습니다. 특히 운행 후 충분히 휴식을 확보하지 못한 상황이나 식사 후 운행이 졸음운전에 큰 영향을 미치는 것으로 드러났습니다.
졸음운전이나 주시 태만과 같은 운전자 부주의는 대형 교통사고의 주요 원인 중 하나입니다. 이에 자동차 회사들은 이런 종류의 교통사고를 막을 수 있는 운전자 부주의 모니터링 기술들을 적용하고 있습니다. 차로 이탈, 스티어링 휠 조작, 가속 및 감속 등 주행 데이터와 운전자의 눈 깜빡임과 같은 행동 변화 관찰 데이터를 조합하여 운전자의 주의력을 가늠한 후, 문제가 있다고 판단하면 이를 시청각 메시지로 경고하는 것입니다.
하지만 해당 기술에는 근본적인 한계가 있습니다. 운전자의 주의력이 떨어진 후에야 현상을 감지한다는 것이죠. 사고의 가능성을 더욱 줄이기 위해서는 부주의로 인한 이상 조작 현상이 일어나기 전에 경고하는, 한 차원 높은 수준의 안전 기술이 필요합니다. 현대모비스가 엠브레인(M.Brain)을 개발한 이유입니다.
엠브레인, 세계 최초의 뇌파 기반 운전자 모니터링 시스템
현대모비스의 엠브레인은 세계 최초의 ‘뇌파 기반 운전자 모니터링 시스템’입니다. 운전자의 뇌파를 분석해 피곤, 졸음, 부주의 등의 건강 상태를 확인하며, 운전자의 주의력이 떨어질 경우에는 운전석 시야 주변의 LED, 진동 시트, 헤드레스트 스피커 등을 활용해 시각, 촉각, 청각 등 다양한 방법으로 경고합니다. 스마트폰 앱과 연동도 가능합니다.
참고로 뇌파는 가장 분석하기 어려운 생체 신호로 손꼽힙니다. 하지만 엠브레인의 크기는 소형 이어셋과 비슷합니다. 소형화로 하루 종일 이를 착용해야 하는 운전자의 불편함을 최대한 줄인 것이죠. 기존의 뇌파 센서와 비교하면 혁신이라고 할 수 있을 만큼 작은 크기입니다.
크기는 줄이되 신호 품질은 높이다
현대모비스가 엠브레인을 개발하는 과정 중 가장 어려웠던 부분은 크기를 줄이는 동시에 신호 품질을 끌어올리는 것이었습니다. 일반적으로 소형 이어셋의 경우 착용감이 좋고 사용하기에도 편하지만, 신호 품질은 떨어질 수 있기 때문입니다.
현대모비스는 최상의 신호 품질을 확보하기 위해 고주파 노이즈 제거와 동잡음(움직임에 의해 발생하는 잡음) 제거에 집중했습니다. 전기 신호인 뇌파는 눈 깜박임만으로도 동잡음이 생길 정도로 미세합니다. 따라서 동잡음으로 인한 간섭을 제거하고, 양질의 신호를 확보하는 것이 매우 중요합니다. 현대모비스는 LMS(Least Mean Square, 최소 평균 제곱) 알고리즘을 이용해 최적 계수를 찾아 동잡음을 제거하였으며, 그래픽 기반의 동적 시스템 데이터 분석이 가능한 시뮬링크(Simulink)를 활용해 해당 기능을 검증했습니다.
기계학습을 이용해 정확도를 높이다
뇌파로 운전자의 주의력 저하 여부를 판단하기 위해서는 방대한 자료가 필요합니다. 하지만 생체 신호의 경우 원하는 신호만으로 데이터베이스를 구축하는 것과 학습을 위한 양질의 신호를 구하는 것이 몹시 어렵습니다. 따라서 많은 회사들이 이를 해결하기 위해 데이터 증강 학습 기법을 주로 사용하고 있습니다. 기반이 되는 데이터에 여러 변형을 추가해 다양한 사례를 만들어 기계학습에 사용하는 것입니다.
현대모비스는 기하학적 변형(Geometric transformation)을 활용한 데이터 증강 기법을 사용했습니다. 신호에 불규칙한 잡음을 더하는 지터링(Jittering), 신호를 증감하는 스케일링(Scaling), 시간축 방향을 확대/축소하는 스트레칭(Stretching) 등 다양한 기법을 적용한 변형을 만들어 기계학습에 사용하는 것이죠. 이를 통해 뇌파 해석의 정확도를 높일 수 있었습니다.
엠브레인, 더욱 안전한 버스를 만들다
엠브레인은 현재 경기도 공공버스에 시범 도입되어 더욱 안전한 대중교통 주행 환경을 조성하는 데 도움을 주고 있습니다. 경기도와 경기연구원, 그리고 현대모비스가 업무협약을 체결하여 공공버스 운전직 종사자들에게 엠브레인을 보급하고 있죠. 엠브레인은 2021년 10대 보급을 시작으로 2022년에는 300대를 보급할 예정이며, 이후 매년 단계적으로 보급량을 늘려 기술의 완성도를 높일 계획입니다.
현재 엠브레인은 시범 도입 단계임에도 불구하고 명확한 효과를 내고 있습니다. 경기연구원의 2021년 자료에 따르면 엠브레인을 착용하고 버스를 운행할 때 운전 부주의 발생 빈도가 25.3%나 감소했습니다. 특히 식후 운행 시에는 29.7%에 이르는 높은 감소 효과를 보였습니다. 엠브레인은 주의력 복귀 시간에도 영향을 미친 것으로 나타났습니다. 알람 미사용 시 6.7초가 걸리던 것에서 알람 사용 시 2.3초로 줄었습니다. 현대모비스는 엠브레인의 만족도를 높이기 위해 앞으로도 다양한 부분을 개선할 계획입니다.
새로운 가능성, 운전자의 마음을 읽는 자동차
엠브레인은 생체 신호 중 파악 난이도가 가장 높은 뇌파를 활용한 기술이라는 점에서 차량용 헬스케어 시장의 새로운 영역을 개척했다고 할 수 있습니다. 뇌파 기반 기술은 측정할 수 있는 데이터가 늘어날수록 다양한 방향으로 발전할 수 있기 때문입니다. 현대모비스는 뇌파 신호 해석을 위한 기계학습, 소프트웨어 로직 개발 등을 통해 다양한 데이터베이스를 확보할 예정입니다.
이처럼 엠브레인은 다양한 가능성을 품고 있습니다. 지금은 버스 운전자를 도와 모두의 안전을 지키는 용도로 사용되지만, 자율주행 시대에는 탑승자의 이상 상황을 확인하거나 안전을 위해 대처하는 기능으로 발전할 수 있습니다. 또한 다른 생체 신호를 조합하여 탑승자의 심리를 파악하고, 이에 맞게 실내의 향이나 불빛, 주행 스타일 등을 조절하는 기술로 거듭날 수도 있습니다. ‘내 마음을 읽는 자동차’의 시대가 열리는 것이죠. 우리가 현대모비스의 미래 모빌리티 기술에 주목해야 하는 이유입니다.
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