1. 서 론

유럽연합과 일본 등 주요 선진국에서는 교통수단 중 자전거가 차지하는 비율이 10 ~ 30%에 달하는 등 이미 친환경 교통수단으로 자리매김하였다(Korea Transport Institute, 2017). 우리나라는 2010년 이후 탄소중립 정책의 일환으로 자전거 활성화 정책이 시행되고 있으며, 단순한 여가 활동을 넘어 실제 교통수단으로서의 자전거 이용률을 높이기 위해 자전거 전용 도로와 같은 물리적 인프라와 도로교통법 개정도 함께 이루어지고 있다. 최근에는 전동식 전기자전거의 보급도 꾸준히 증가하고 있을 뿐만 아니라, 청년층을 대상으로 한 공유형 전동 자전거 및 전동 킥보드의 사용률도 증가하고 있다. 하지만 여전히 교통수단으로서의 자전거 이용률은 2% 미만으로 주요 선진국에 비해 현저히 낮으며(Korea Transport Institute, 2023b), 아직까지 서울과 같은 도심 지역에서도 자전거 전용 도로나 자전거 우선 도로 구축이 미비한 경우가 많다. 이로 인해 자전거와 자동차 간 교통사고가 지속적으로 발생하고 있으며, 도로교통법 또한 자전거보다는 자동차 운전자에 비중을 두고 있어 자전거 운전자가 보호받지 못하는 사례가 빈번히 발생하고 있다. 국내 자전거 사고는 주간에 비해 야간 발생률이 더 높은데(Ministry of the Interior and Safety, 2022), 이는 주로 도로 자전거 운전자 및 인도 보행자의 시야 확보가 어렵기 때문인 것과 관련이 있다. 따라서 국내 도로교통법 상 야간 자전거 운전자는 도로 위 운전 시 전조등이나 미등을 켜거나 야광띠 등의 발광 장치를 꼭 착용해야 함을 명시하고 있다(Korea Transport Institute, 2023a).

시중에는 LED, 재귀 반사 소재, 광섬유 등을 활용한 다양한 야간 라이딩 관련 제품들이 출시되어 있고, 이는 야간 환경에서 자전거 운전자의 시야 확보 및 가시성 증대에 도움을 준다. 이러한 제품군에 블루투스 기능 등을 추가하여 스마트폰과 연동된 유틸리티를 제공하기도 한다. LED가 부착된 재킷은 야간주행 시 안전등의 역할을 할 수 있으며, 양 소매 부분에 모션 센서를 달아 자전거 운전자가 가고자 하는 방향을 향해 팔을 들면 자동으로 LED 빛이 작동할 수 있게 하여 방향 지시등 역할을 할 수 있는 재킷도 시판되고 있다(Visijax Commuter LED Cycling Jacket, 영국). 재킷에 블루투스 기능을 삽입해 스마트폰과 LED를 연결하여 LED 빛의 움직임을 통해 GPS 기능을 하는 재킷도 개발되어 있다(Lumo Cycling LED Jacket, 영국). 2015년 구글과 미국 리바이스 사가 공동으로 주관한 ‘프로젝트 자카드(Project Jacquard)’를 통해 터치와 동작에 반응할 수 있는 스마트 직물 기반 사이클용 재킷이 출시되었다. 벨기에의 헬멧 전문 브랜드 Lazer사에서는 사이클용 헬멧의 이마 부분에 자체 개발된 ‘라이트빔’ 센서를 달아 자전거 운행 중 운전자의 심박수 및 체온을 측정할 수 있게 하였다(Lazer LifeBEAM Heart Rate Monitor Helmet). 이 밖에도 LED를 사이클용 배낭에 부착하여 안전등 역할을 하게 한 제품도 찾아볼 수 있다(Lixada LED Bicycle Backpack, 영국).

개발 초기 스마트 장갑은 장갑 내부에 바이오센서를 부착하여 착용자의 피부 온도를 감지하고 필요시 장갑 내부에 열을 공급해 주는 액티브 방한 장갑 형식으로 시작되었으나, 최근 스마트 장갑은 ICT 기능 등이 결합되어 착용자와 소통할 수 있는 반응형 장갑으로까지 진화하고 있다. 현재 국내외에서 가장 자주 언급되는 스마트 장갑은 VR용 장갑으로, 주로 3차원 가상공간에서 게임, 애니메이션 등을 목적으로 상용화되었다. 손의 움직임이 불편한 환자들의 재활치료를 목적으로 한 스마트 장갑 개발 사례도 다수 찾아볼 수 있는데, 장갑 내 삽입된 동작 인식 기능을 통해 뇌졸중이나 파킨슨병과 같이 손의 움직임에 어려움이 있는 환자들의 손 움직임을 모니터링하여 수치화할 수 있다(Ravichandran, 2021). 이외에도 시각 및 청각 장애인의 의사소통을 위해 음성으로 수화 번역이 가능하거나, 수화 및 손동작을 문자로 변환해주는 스마트 장갑에 대한 연구도 찾아볼 수 있다(BrightSign Glove; Zhou et al., 2020). 일련의 스마트 장갑 개발 사례에도 불구하고, 야간 자전거 운전자의 가시성 향상 및 안전을 목적으로 개발된 스마트 장갑 대상 국내 연구는 거의 없는 실정이다.

자전거 운전자용으로 연구개발된 웨어로는 장갑보다는 선수용 사이클 웨어이나 헬멧의 안전성 평가를 중심으로 이루어지고 있다. 한국과 미국 사이클 선수들을 대상으로 한 설문조사에 따르면, 한국과 미국 선수 모두 상하의가 분리된, 몸에 꼭 맞는 스타일의 사이클 웨어를 선호한다고 답했다(Choi, 1999). 해당 연구를 기반으로 국내 사이클 선수들을 위한 투피스형 사이클 웨어 패턴 개발 및 착의 평가가 진행되기도 하였다(Choi, 2004). 국내 청소년 사이클 선수들을 대상으로 한 설문조사를 통해 기능성 사이클 웨어 디자인 개선안이 제시되었다(Park & Do, 2015). 국내 자전거 동호인을 대상으로 한 설문조사에 따르면 사이클 웨어에 필요한 주요 기능으로 야간 주행 안전을 위한 발광장치라는 응답이 뽑혔으며, 스마트 기능이 있는 사이클 웨어에 대한 구매의사 또한 긍정적이었다(Jung & Lee, 2013). 또한, 장시간 자전거 운전 시 딱딱한 자전거 안장의 압력으로 인해 샅/엉덩이 부위 통증이 유발되기 때문에 이를 완화하기 위한, 3차원 모델링 및 3D 프린팅 기반 샅 보호대 디자인을 제시한 연구도 발견된다(Park, Lee, & Lee, 2019). 한편 우리나라 자전거 운전자의 헬멧 착용률은 낮은 편인데, 고령자의 경우 청년군에 비해 상대적으로 더 낮은 착용률을 보인다(Lee, 2018). 자전거 사고 사례에서 헬멧 착용률은 겨우 10%에 불과하였으며 헬멧 미착용 운전자의 외상성 두부 손상 및 사망률이 더 높았다(Kim et al., 2019). 자전거 헬멧 착용률이 높을수록 사망률이 낮아지는 경향이 발견되었다(Kim, 2018). 자전거 운전자 안전을 위해 아두이노 기반의 LED 자전거용 헬멧 개발(Ahn, 2016), 헬멧의 커버 디자인 개발(Kim and Kim, 2016), 착용자의 동작 인식 인터페이스가 적용된 헬멧 개발(Kim, Lee, Kim, Kim, & Ko, 2017), LED 광원 및 가속도-자이로 센싱, 무선 통신 기술을 활용하여 머리 움직임만으로 운행 상황 표시 기능을 제어, 동작 인식 인터페이스를 구현한 헬멧 개발(Lee, 2023) 연구들이 보고되었다.

이상 서술한 바와 같이 사이클 웨어나 안전 헬멧에 대한 연구들은 어느 정도 축적되어 온 반면, 자전거용 안전 장갑에 관한 국내 연구는 거의 발견되지 않는다. 해외에서는 자전거 주행 중 손목에 가해지는 만성 통증(chronic ulnar nerve compression: 지면과 자전거의 마찰에서 오는 진동이 손에 전달되어 자전거 운전자의 손목에 가해지는 압력)을 예방하기 위한 장갑 개발 연구가 다수 발견된다. 자전거 핸들과 장갑 디자인 개선을 통해 핸들을 잡고 있는 손목의 통증을 예방할 수 있다고 알려져 있다(Taylor, 2006). Slane, Timmerman, Ploeg와 Thelen(2011)에 따르면, 장갑 손바닥 부분에 부착된 foam pad가 손바닥과 핸들 사이의 압력을 10 ~ 28% 줄여 주는 것으로 확인되었다. 전문 자전거 선수들을 대상으로 수행된 인터뷰 결과 응답자들의 14%가 손을 완전히 덮는 형태의 장갑(full cover gloves)을 착용하였으며, 장갑 소재와 상관없이 full cover 장갑 착용만으로도 손의 부상을 최소화할 수 있을 것이라고 응답하였다(Rome, Boufous, Georgeson, Senserrick, & Ivers, 2014). 장갑에 내장시킨 생체 신호 감지 센서를 통해 자전거 운전자의 생체 정보를 모니터링하는 장갑 개발 연구(Sindhu, Sinha, & Subhashini, 2019), 혈류량, 심박수, 산소포화도 측정 센서를 장갑에 삽입하여 주행 시 자전거 운전자의 생체정보를 모니터링하는 장갑 개발 연구(Mohamad & Hayedaud, 2023) 등도 발견된다. 그러나 생체 신호를 실시간 모니터링하고 야간 LED 기능 수행을 위해 장갑의 웨어러블 요소들을 삽입하는 경우 장갑의 유연성은 감소하고 총 부피는 증가할 수 밖에 없는데, 실제 자전거 핸들을 꼭 쥐거나 수신호 등을 취하는 동작에서 장갑에 추가된 스마트 웨어러블 요소들로 인해 손의 기민성 혹은 동작성 저하가 유발될 수 있다. 즉, 스마트 웨어러블 요소의 추가로 인해 장갑의 유연성이 저하되고 손 동작 시 어느 정도의 불편감이 초래될 것이라 예상할 수 있다. 이에 본 연구는 자전거 운전자의 야간 안전을 목적으로 장갑의 손등 부분에 LED 색상 및 문구를 활용한 수신호를 위해 서로 다른 사이즈의 웨어러블 요소들이 추가 부착된 스마트 장갑 착용 시 착용성을 실제 인체 착용 실험을 통해 비교 평가하였다. 본 연구의 가설은 다음과 같다. 첫째, 장갑의 손등 부위에 접촉 면적 최대 20 cm², 높이 1.5 cm 이하인 사각형 웨어러블 요소를 부착하여도 장갑 내부 의복압을 유의한 수준으로 상승시키지 않을 것이다. 둘째, 해당 웨어러블 요소 부착으로 인해 다양한 손 동작이 방해되지는 않을 것이다.

2. 연구방법

2.1. 피험자

본 연구에는 건강한 한국인 오른손잡이 20대 남성 8인이 피험자로 참여하였다(나이: 24.9 ± 3.6 세, 키: 175.4 ± 4.4 cm, 체중: 81.2 ± 11.6 kg, 체질량지수: 26.3 ± 3.3 kg/m², 체지방률: 23.1 ± 8.8%). 피험자들의 손길이 187.0 ± 9.6 mm, 손둘레 218.0 ± 4.4 mm, 손두께는 31.5 ± 4.9 mm로, 사이즈 코리아 자료(8차)에 나타난 20대 남성의 평균 손길이(184.0 ± 7.8 mm), 손둘레(204.2 ± 9.2 mm), 손두께(28.8 ± 2.8 mm)와 비교 시 유사한 범위에 해당하는 값이었다(M 사이즈). 모든 피험자는 실험 참여 전 최소 24시간 동안 음주나 과격한 운동을 하지 않았고, 실험 참여로 인해 발생할 수 있는 잠재적 위험을 고지 받았으며, 이러한 위험을 인지한 상태에서 서면으로 된 실험 참여 동의서를 작성한 후 실험에 참여하였다.

2.2. 실험 장갑 및 환경 조건

실험에 사용되는 웨어러블 요소는 연구개발을 위해 수신호가 가능한 LED 및 배터리 용량을 고려하여 먼저 Smart A형(LED 개수 8개 / 배터리 용량 400 mAh / 지속시간 30 H)을 제작하였고, LED개수 변경 및 PCB 부품(배터리 등)을 재배치하여 효율적인 공간 배치 방법으로 Smart A 보다 소형화된 Smart B형(LED 개수 6개 / 배터리 용량 250 mAh / 지속시간 24 H)을 제작하였다. 모든 피험자는 동일한 소재(손바닥면: 0.8 mm Amara Micro Conductive Suede; 손등면: 2 mm Neoprene Nylon; 디바이스 윗면: Span Mesh)의 세 가지 장갑 조건에 참여하였다: ① 웨어러블 요소를 배제한 기본 사이클 장갑(Control), ② 기본 사이클 장갑의 손등 부위에 웨어러블 디바이스 요소를 삽입한 조건(Smart A, 웨어러블 디바이스 요소 크기: 40 × 51 × 15 mm = 30.6 cm³, 중량 9.0 g), ③ 장갑 A에 사용된 웨어러블 디바이스 요소보다 소형인 디바이스를 손등 부위에 삽입한 조건(Smart B, 웨어러블 디바이스 요소 크기: 38 × 48 × 12 mm = 21.9 cm³, 중량 7.0 g)(Table 1). 세 가지 장갑 조건의 참여 순서는 순서의 영향을 배제하기 위해 라틴방격법에 따라 랜덤하게 배정되었다. 모든 실험은 기온 25°C, 습도 50%RH의 인공기후실에서 진행되었으며, 모든 피험자는 실험실에서 충분한 휴식을 취한 이후 실험에 참여하였다.

Table 1.

Smart gloves and wearable elements for bicycle riders in the present study

2.3. 실험 프로토콜 및 실험 과정

피험자들은 실험실에 도착하여 실험 중 갈증을 예방하기 위해 300 ml의 물을 미리 마시고, 동일한 실험 의복(반팔 티셔츠, 긴 바지, 속옷, 양말, 운동화)으로 환복하였다. 오른손 두 부위(손등 가운데 부분, 손등의 엄지와 검지 사이 공간)에 의복압 센서를 부착하고, 의복압 센서에 영향을 받지 않는 손등의 다른 한 부위에 피부온 센서를 부착한 후 실험용 스마트 장갑을 착용하였다. 장갑의 디바이스가 삽입되는 Smart A, B 조건에서 웨어러블 요소는 양손에 모두 삽입되었다. 인공기후실에 입실한 후, 의자에 앉아 정자세를 유지하고 손을 손바닥이 아래로 향한 상태로 넓적다리 위에 두고 안정을 취하였다. 10분 안정 후 실내 자전거(Corival cpet, Lode)에 올라 전방 손잡이에 양손을 올리고 페달을 구르면서(50 ~ 60 rpm) 2분 간격으로 다음 다섯 가지의 손동작을 순서대로 수행하였다: ① 양 손잡이를 손등이 위로 향하게 잡은 동작, ② 양 손잡이를 잡고 손목을 앞으로 약 60° 꺾은 동작, ③ 양 손잡이를 잡고 손목을 뒤로 약 60° 꺾은 동작, ④ 왼손은 손잡이를 바로 잡은 상태에서 오른손을 어깨높이까지 들고 있는 동작(수신호 자세), ⑤ 양 손잡이를 잡고 손을 꽉 쥐었다 폈다 반복하는 동작(2분 유지)(Figure 1). 모든 피험자는 실험을 수행하는 동안 2분 간격으로 오른손 손등, 오른손 손가락, 오른손 손목의 불편감에 대해 5점 척도로 응답하였다. 다섯 가지 동작은 사이클 주행 중 손의 위치나 형태에 따른 압력을 분석한 Slane, Timmerman 등(2011)의 연구에서 측정한 네 가지 손동작(b, c, d, f)과 본 연구의 취지에 맞게 손 수신호 동작(e)을 포함하여 재구성하였다(Figure 1).

Figure 1.

Positions of the two compression sensors and a skin temperature sensor on the right hand (a) and five hand motions (b~f) in the present study.

2.4. 측정 항목

의복압 측정기(AMI-3037, Sartorius, Japan)를 이용하여 오른손 손등과 엄지와 검지 사이 피부면 총 두 부위의 의복압을 1초 간격으로, 휴대형 피부온 측정기(LT-8A, Gram Corporation, Japan)를 이용하여 오른손 손등 피부온을 5초 간격으로 연속 기록하였다(Figure 2). 실험 시작 시점부터 종료 시까지 2분 간격으로 오른손 손등, 오른손 손가락, 오른손 손목의 불편감에 대해 5점 척도 [0 전혀 불편하지 않다, 1 약간 불편하다, 2 불편하다, 3 매우 불편하다, 4 매우 매우 불편하다]를 이용하여 질문하였고, 0.5점 간격으로 응답할 수 있도록 설계하였다. 매 실험 종료 후에는 해당 조건별 장갑의 전반적인 불편감에 대한 심층 인터뷰를 실시하였다.

Figure 2.

Experimental protocol and measurement intervals in the present study.

2.5. 데이터 분석

모든 결과 분석에 SPSS 29.0을 사용하였으며, 기본 결과는 평균과 표준편차로 나타내었다. 의복압과 피부온 항목에서, 장갑 3종 간의 차이는 반복측정 일원분산분석 후, 유의한 항목에 대해 Tukey의 사후 분석을 이용하였다. 손등 중앙 부위와 엄지와 검지 사이 손등 부위에서 측정된 의복압 값들 간의 상관은 Pearson의 상관계수를 통해 분석되었다. 불편감은 비모수 분석을 통해 장갑 세 조건 간 차이를 분석하였다. 세 가지 장갑 조건 간 차이 또는 상관계수의 유의도는 p < 0.05로 정하였다.

3. 결 과

3.1. 의복압

손등 중앙 부위에서 측정된 의복압은 세 장갑 조건 중 웨어러블 디바이스가 없는 Control 조건에서 가장 낮았고(다섯 가지 동작 전체 평균 의복압 15.5 ± 7.3 mmHg), Smart B 장갑 착용 시 가장 높았으며(다섯 가지 동작 전체 평균 40.5 ± 17.3 mmHg)(Table 2, p < 0.001), Smart A와 Smart B 조건 간 차이는 일부 손동작(동작 #2, 3, 4)에서만 유의하였다. 특히, Smart A와 Smart B 장갑 조건에서 특정 손동작(동작 #3) 시 평균 60 mmHg 수준의 높은 손등 중앙 부위 의복압이 발견되었다(Figure 3). 그러나 흥미롭게도 엄지와 검지 사이 손등 부분의 의복압은 손등 중앙 부위 의복압과 달리 Smart A 또는 Smart B 장갑 조건보다 Control 조건에서 더 높은, 손등 중앙과 반대의 결과가 발견되었다(Table 2). 손등 중앙과 엄지 검지 사이 부위 모두, 다섯 가지 손동작 중 손등을 위로 꺾는 동작(#3)에서 가장 높은 값이, 수신호 자세인 4번 동작에서 가장 낮은 값이 발견되었다(Table 2).

Figure 3.

Time courses of skin pressure under the glove on the back of the hand (middle point)(A), and between the thumb and index finger (Back hand side)(B) for the three glove conditions (M1: motion 1, M2: motion 2, M3: motion 3, M4: motion 4, and M5: motion 5).

손등 중앙과 엄지와 검지 사이 손등 부위에서 측정된 의복압은 서로 유의한 양의 상관을 보여 손등 중앙 부위의 의복압이 높을수록 엄지와 검지 사이 손등 부위 의복압도 높은 경향이 발견되었으나, 장갑의 종류 및 손동작에 따라 차이를 보였다. Control 장갑을 착용한 경우, 1번 동작을 제외한 나머지 네 가지 손동작에서의 두 부위 의복압 간 유의한 상관이 발견되었다. 즉, 자세 2에서 두 부위 의복압 간 상관계수는 r = .814, 자세 3에서 r = .831, 자세 4에서 r = .973, 자세 5에서 r = .927이었다(모든 p < 0.001). Smart A 장갑을 착용한 경우 두 부위에서 측정된 의복압 간 상관계수는 손동작 4(r = .956)와 손동작 5(r = .827)에서만 유의하였다(p < 0.001). Smart B 장갑 착용 시에는 손동작 2(r = .889), 손동작 4(r = .944), 손동작 5(r = .862)에서 유의한 상관이 발견되었다.

3.2. 손등 피부온

10분 안정 시 손등 온도는 Control 조건에서 32.8 ± 1.4°C, Smart A 조건에서 32.2 ± 2.0°C, Smart B 조건에서 32.7± 1.8°C로 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 10분 안정 이후 손동작을 수행하는 10분 동안 손등 온도는 서서히 감소하는 경향을 보였으며(Figure 4), 세 조건 간 차이는 유의하지 않았다. 다섯 가지 손동작 간 손등 온도도 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.

Figure 4.

Time courses of hand temperature for the three glove conditions.

3.3. 주관적 불편감

손등 부위의 주관적 불편감 점수는 세 가지 조건 중 Control 조건에서 가장 낮았고(1.6 ± 0.3점), Smart A 조건에서 가장 높았다(2.3 ± 0.5점)(Table 3). 손등을 아래로 꺾는 2번 동작에서는 Control 조건에 비해 Smart A 조건에서 더 높은 주관적 불편감이 발견되었다(p < 0.05). 또한, 손등을 위로 꺾는 3번 동작에서도 유사한 경향을 보여, Control 조건보다 Smart A 조건에서 유의하게 높은 불편감이 보고되었다(p < 0.05). 그러나 나머지 손동작에서는 세 가지 장갑 조건 간 유의한 차이가 발견되지 않았다. 손가락과 손목 부위의 주관적 불편감은 세 조건 간 유의미한 차이가 발견되지 않았다(Table 3).

3.4. 착용감 인터뷰

실험 종료 직후 이루어진 자유 인터뷰 결과, Control, Smart A, Smart B 조건에서의 착용감 및 불편감 간 차이를 구별하기보다는 큰 차이 없이 유사하다고 응답한 경우가 더 많았다. 초기 10분 안정 상태에서는 Smart A와 Smart B 조건에 비해 Control 조건이 약간 더 편안하다는 의견이 있었지만, 손동작을 취하는 동안 착용감은 세 장갑 조건 모두 비슷한 수준이었다. 세 가지 장갑 조건 간 차이보다 다섯 가지 동작에 따른 착용감 차이가 더 잘 구별되었다. 특히, 손동작 2번에서 불편함을 느꼈다는 응답이 다른 동작들에 비해 상대적으로 다수 발견되었다. 피험자들의 자유 인터뷰 시 3회 이상 언급된 공통 의견들을 요약 정리하면 다음과 같다.

“Control이 Smart B 장갑에 비해 가벼웠으나, 착용감에서 큰 차이는 없었다.”

“전반적으로 Control과 Smart B가 더 비슷하다고 느껴졌다.”

“Smart A와 Control 장갑 조건 간 큰 차이는 느껴지지 않았다.”

“Smart A와 Control 조건에서 손등이 당기는 느낌은 비슷했다.”

“휴식 시 다른 조건들에 비해 Control 조건이 더 편했다.”

“휴식 시 Control보다 Smart B 장갑 착용 조건이 더 편했다 (손등 가운데를 무엇인가가 살짝 누르면서 엄지 쪽 공간이 생김)”

“Smart A 장갑 착용 시, 손목을 앞으로 꺾는 동작에서 웨어러블 요소가 손목 부분에 닿아 불편했으나, Smart B 장갑은 일반 장갑의 착용감과 유사하게 느껴졌다.”

“Smart B 조건과 비교할 때 Control 조건에서 손등 압박이 덜했다.”

“Smart A는 자전거 라이딩 시 오랜 시간 착용하기에는 불편한 것 같다.”

“Smart A는 다른 조건들에 비해 무거운 느낌이었고 손등이 많이 불편했다.:

“초반에는 Smart A와 B가 차이가 있는 것 같았지만 시간이 지나면서 큰 차이는 느끼지 못했다.”

“Smart A 조건에서 장갑 엄지 손가락 부분이 더 타이트하게 느껴졌다.”

“Smart B 조건에서 장갑의 손목 부분이 짧은 느낌이 들었으나. 손을 앞으로 구부렸을 때 손등 부위 센서가 크게 불편하지는 않았다.”

“Smart B 조건에서 손등 부위 센서의 무게감이 느껴지긴 하나 불편한 정도는 아니었다.”

“Control과 비교할 때 다른 두 조건에서 손등에 무언가 있는 게 느껴졌으나 과하게 불편한 수준은 아니었다.”

4. 고 찰

부피 30.6 cm³(40 × 51 × 15 mm), 중량 9.0 g인 사각 웨어러블 요소를 장갑의 손등 부위에 추가로 삽입하는 경우 손등 부위 의복압은 유의하게 증가하였으나, 흥미롭게도 엄지와 검지 사이 손등 피부면의 의복압은 오히려 감소하는 경향이 발견되었다. 다섯 가지 손동작에 따라서도 차이를 보였는데, 이중 손을 위로 꺾는 손동작(#3)을 취하는 경우 스마트 장갑 착용에 의해 손등 부위 의복압이 평균 60 mmHg 이상 상승하였다. 이는 일반적으로 알려진 적정 의복압 수준을 초과하는 값으로 손등을 위로 꺾는 손동작에서의 의복압 수준 경감 디자인이 고려될 필요가 있다. 적정 의복압이란 생리적으로는 피부의 혈액순환을 유의하게 저하하지 않으면서, 주관적으로 착용자에게 과도한 압박감을 주지 않는 수준의 의복압으로 정의될 수 있다. 의복압은 의복 착용 시에 인체 부위와 자세, 체지방량, 호흡 등 여러 요인에 의해서도 크게 변화할 수 있기 때문에(Na & Lee, 2010) 평균적인 적정 의복압을 명시하는 것에 어려움이 있다. 그러나 Waldie와 Newman(2011)에 따르면, 의복압이 30 mmHg 이상일 경우 인체에 부담을 주는 압력으로 간주되며, 장갑의 소재의 차이에 따라 다를 수 있지만 보통 30 ~ 40 mmHg를 초과하면 착용자가 불편감을 느낄 수 있다고 보고된다(Chan & Fan, 2002). 본 연구 결과, 총 여섯 가지 손동작 중에서 손목을 앞으로 구부리는 손동작(#3)과 핸들을 잡고 손을 쥐었다 폈다 하는 손동작(#5)에서 웨어러블 요소가 추가된 장갑 착용 시(Smart A, B)에서 적정 의복압인 30 mmHg보다 큰 값이 발견되었다. 그러나 일정 수준의 압력을 제공하는 장갑은 주관적 착용감을 높이고 근육의 움직임에 도움을 주어 손동작을 더 효율적으로 수행할 수 있다는 연구도 있다(Bernhardt & Anderson, 2005). 이는 피부 압박이 증가하면 말초 순환과 정맥 복귀가 폐색될 뿐만 아니라 산소 흡수 및 동맥 젖산 농도와 같은 특정 생리적 활동에도 영향을 미쳐 신체 수행 능력 향상을 촉진할 수 있기 때문이다(Bernhardt & Anderson, 2005). 즉, 크기 40 × 51 × 15 mm, 중량 9.0 g의 딱딱한 사각 웨어러블 요소를 장갑의 손등 부위에 장착하는 경우 손등 중앙 부위의 의복압은 다소 증가하였으나 일상적인 손의 움직임을 저해할 정도는 아님을 알 수 있다.

본 연구 결과, 일정 크기의 부피와 중량의 웨어러블 요소를 손등에 추가해도 손등 부위 피부온은 세 장갑 조건 간 유의한 차이를 보이지 않았다. 즉, 자전거 장갑 손등 부위에 납작한 직육면체의 고체 요소를 추가하여 피부 압력이 증가하였음에도 손등 부위의 피부온은 Control 조건에 비해 더 낮지는 않았다. Gan 등(2012)에 따르면 손가락 부위 적정 의복압인 30 mmHg(Waldie & Newman, 2011)보다 클 때, 혹은 위팔(upper arm)에 가하는 압박이 40 mmHg 이상일 때, 피부온이 낮아지는 경향이 있었다. Doan et al. (2003)의 연구에서도 의복의 압력 유무에 따른 피부온을 측정하였는데, 압력이 가해지는 옷을 착용할 때 피부온이 유의미하게 하강하였다. 이때 부분적인 압력을 가하면 피부혈류량에 영향을 줄 수 있으며(Szabo, Gelberman, Williamson, & Hargens, 1983), 부분적으로 강한 압력을 가하면 피부온이 상대적으로 더 빠르게 하강한다(Holloway, Daly, Kennedy, & Chimoskey, 1976). 또한 강한 압력은 점진적으로 혈류량을 감소하게 하며 근육의 피로도와 혈액 순환 장애를 유발할 수 있다(Tanaka, Midorikawa, & Tokura, 2006). 이상의 선행 연구 결과들을 고려할 때, 본 연구에 사용된 웨어러블 장갑의 압박 수준이 손등의 피부 혈류량에 유의한 영향을 줄 정도의 강한 압박은 아니었음을 알 수 있다. 단, 실제 웨어러블 요소에 전기적 장치가 연결되어 발열이 일어나는 경우 손등 부위가 일정 정도 상승할 가능성도 있다. 한편, 세 가지 장갑 조건 모두 손동작을 시작하면서 손등온이 점진적으로 하강하기 시작했는데, 이는 손의 근육 움직임에 의한 인체 말단 부위 피부 혈류량의 재배치와 관련이 있을 것으로 보인다. 즉, 웨어러블 요소가 추가되지 않은 일반 장갑 착용 시에도 손등 피부온이 점점 하강하였기 때문에, 압력에 의한 손등 피부온의 하강이라기보다 손움직임에 의한 혈류의 재배치로 보는 것이 타당하다. 이는 일반적인 다리 운동 시작과 동시에 종아리 및 발 부위 피부온이 일시 하강하는 현상과 동일하다.

주관적 평가로 볼 때, 피험자들은 웨어러블 요소가 없는 Control 장갑이 가장 편하다고 응답하였으며, 손목을 위아래로 움직이는 2, 3 동작 수행 시 상대적으로 부피감이 큰 Smart A 장갑 조건에서 가장 불편함을 느꼈다. 주목할 만한 점은 웨어러블 요소의 중량 차이가 아니라 손등을 덮는 면적 차이가 불편감에 더 큰 영향을 미쳤을 것이라 추측된다는 점이다. 손등을 덮는 면적이 약간 더 큰 Smart A(바닥 면적 2,040 mm²)의 경우, 피험자들은 손목을 앞으로 꺾는 동작에서 웨어러블 요소가 손목 부분에 닿아 불편함을 느꼈으나 부피가 상대적으로 작은 Smart B(바닥 면적 1,728 mm²)의 경우 웨어러블 요소가 없는 일반 장갑 착용감과 유사하게 느꼈다.

한편, Weinstock-Zlotnick, Torres-Gray와 Segal(2004)에 따르면, 맨 손인 상태보다 손에 압력이 가해지는 사이클 장갑 착용 시에 오히려 지퍼 열고 닫기, 병 열고 닫기, 돈 세기 동작의 수행 능력이 오히려 향상되었다. 이러한 결과는 장갑의 적정한 압력이 손의 동작에 도움을 줄 수 있는데, 본 연구에서 사용된 Smart A와 Smart B의 웨어러블 요소가 손등에 위치하게 되어 눌러주고 엄지와 검지 사이의 공간을 만들어 주어 손 사용이 편하다는 의견과 일맥 상통한다. 따라서 손목을 움직이지 않고 자전거 핸들을 쥐고 있는 동작이나, 손을 들어 수신호 자세를 취하는 자세, 손을 쥐었다 폈다 하는 자세를 수행할 때 큰 불편감을 느끼지 않은 것으로 사료된다. 스키니 진을 입고 자세에 따른 의복압과 주관적 압박감을 비교한 선행 연구(Kweon, 2012)에서도 책상다리를 하고 바닥에 앉은 자세에서 주관적 압박감이 덜하다고 느꼈는데, 이는 바지가 경사 방향뿐 아니라 위사 방향 및 바이어스 방향으로 압력이 분산되어 피부면에서 수직 압력을 적게 받기 때문이라고 해석하였다.

본 연구를 통해 장갑의 손등 부위에 장착한 사각형 웨어러블 요소 유무 및 사이즈에 따른 착용감을 장갑 착용 시 의복압, 피부온 및 주관적 착용감을 확인하여 의미 있는 결과를 도출하였으나, 몇 가지 한계점이 존재한다. 첫째, 본 연구에서 정량지표로 사용하기 위해 측정한 의복압 및 피부온, 그리고 주관적 착용감은 손의 형태나 성별에 따라 차이가 있을 수 있다. 본 연구는 남성 사이클 탑승자를 대상으로 얻어진 결과로 여성은 남성에 비해 작은 손을 가지기 때문에 웨어러블 요소는 상대적으로 큰 부피를 차지하게 된다. 둘째, 본 연구에서 사용된 Smart A와 Smart B 장갑용 웨어러블 요소는 3D 프린터로 출력된 프로토타입 형태로, 실제 사용될 웨어러블 센서의 총중량 및 전기적 발열이 고려되지 않았다. 그러나 본 연구를 통해 손등에 닿는 웨어러블 요소의 면적이 특정 손동작 시 착용감에 영향을 미칠 수 있다는 유의미한 결과를 얻었기 때문에 이를 바탕으로 웨어러블 요소의 부착 위치 및 손목 부위 패턴을 조정할 수 있다. 마지막으로 장갑은 겨울철 손의 보온을 위해 더 요구되며, 특히 사이클은 실외에서 바람을 맞으며 수행되는 운동인데 반해, 본 연구는 겨울철 영하의 기온이나 강한 풍속이 있는 환경에서의 반응을 반영하지는 않았다. 따라서 일정 수준 이상의 기류가 존재하는 겨울철 저온 환경에 노출된 자전거 운전자를 위해 보온(또는 발열) 기능이 추가된 LED 안전 스마트 장갑 설계 연구가 요구된다.

5. 결 론

본 연구를 통해 자전거용 스마트 장갑의 손등 부위에 일정 크기의 사각 웨어러블 요소(부피 22 ~ 31 cm³, 중량 7 ~ 9 g)를 장착하는 경우, 웨어러블 요소가 장착되지 않은 기존 장갑 착용에 비해 손등 중앙 부위의 의복압은 증가하였으나 검지와 엄지 손가락 사이 공간의 의복압은 반대로 저하하여 손등 전체의 의복압이 일괄적으로 증가하는 것은 아님을 확인하였다. 손가락이나 손목의 주관적 불편감에서도 세 장갑 조건 간 유의한 차이는 발견되지 않았으나, 손등 부위의 경우 손을 앞으로 혹은 뒤로 크게 꺾는 동작에서 Control 조건에 비해 Smart A 장갑 착용 시 유의하게 높은 수준의 불편감이 보고되었고, 이는 손등에 닿는 웨어러블 요소의 면적이 Smart B 장갑에 비해 다소 크기 때문인 것으로 해석되었다. 결론적으로 손등 부위에 부피 22 cm³, 단면적 18 cm², 높이 1.2 cm, 중량 7 g(Smart B) 수준의 딱딱한 웨어러블 요소가 추가된다고 하여도 손의 불편감이 크게 증가하지는 않으며, 오히려 엄지와 검지 손가락 부분 손등의 의복압이 소되어 자전거 주행 시 요구되는 손동작에 부정적인 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 추후, 실제 전기적 요소가 연결되어 발열이 일어나는 상태에서, 혹은 남성에 비해 손이 상대적으로 작은 여성을 대상으로 후속 연구를 수행하여 야간 자전거 운전자에게 최적화된 스마트 장갑 개발이 이루어질 필요가 있다.