[유니버설 디자인 설계 기반의 에어방석 개발 연구, 김서현, 조규형, 김태근, 이지현, 박기철] 

Reviewed by 김서현 석사연구원 

본 연구는 고령화와 다양한 신체 조건을 가진 사용자의 증가를 배경으로, 휠체어 장시간 착석 시 체압 집중으로 인해 발생하는 욕창과 자세 무너짐 문제를 핵심 과제로 설정한다. 기존 방석은 고정 형태이거나 체형과 자세 변화에 즉각 대응하기 어려워 사용 중 체압 불균형이 누적되고, 사용자는 자세가 무너지는 것을 늦게 인지하거나 스스로 교정하기 힘들다는 한계를 갖는다. 이에 연구는 유니버설 디자인 원칙을 제품 개발의 기준으로 삼아, 특정 사용자군에 한정되지 않고 폭넓은 사용자가 안전하고 편안하게 사용할 수 있는 에어셀 기반 압력 조절형 방석을 개발하는 것을 목표로 한다.

연구는 사용자 요구를 정교화하기 위해 휠체어 사용 맥락에서 발생하는 불편과 위험을 중심으로 인터뷰와 심층 인터뷰를 수행하고, 일상 활동 중 체간이 전방으로 쏠리거나 골반이 비대칭으로 기울어지는 현상이 누적되지만 이를 즉시 알아차리기 어렵고, 알아차리더라도 중심을 되돌릴 수단이 부족하다는 요구를 도출한다. 이러한 요구는 다양한 체형과 상황에 맞게 압력을 조절할 수 있는 융통성, 누구나 이해하기 쉬운 직관적 조작, 상태를 쉽게 인지할 수 있는 정보 제공, 과도한 압력이나 오작동을 예방하는 안전 설계, 사용자의 신체적 부담을 줄이는 자동화, 그리고 다양한 좌면 조건에서의 접근성과 호환성 확보라는 설계 방향으로 번역된다.

프로토타입은 방석부와 제어장치를 분리해 구성하며, 방석에는 에어셀과 압력 센서, 프레임 구조를 적용하고, 제어장치에는 배터리, 에어펌프, 솔레노이드 밸브, 호스를 포함해 공기의 주입과 배출을 제어한다. 공기 흐름은 특정 방향에서 주입되어 중앙 혹은 특정 영역으로 배출되는 구조로 설계하고, 마이크로컨트롤러와 모터 드라이버를 활용해 공기압 조절이 가능하도록 구현한다. 사용자 조작은 버튼이나 다이얼 등으로 단순화하여 상황에 따라 공기 주입을 조절할 수 있도록 한다.

검증 단계에서는 파일럿 테스트를 통해 정면과 측면 촬영을 기반으로 어깨와 골반의 수평, 몸 중심선의 변화 등을 분석하여 자세 변화를 확인한다. 공기 주입 조건을 좌우 및 전방 에어셀 조합으로 설정해 비교한 결과, 조건에 따라 몸 중심선 각도와 골반 기울기 변화가 관찰되었고, 공기압 입력만으로도 체중 중심 이동과 자세 보정 가능성이 나타났다. 연구는 이를 통해 유니버설 디자인 기반 설계가 체중 분산과 자세 유지에 기여할 잠재력이 있음을 제시하되, 제한된 인원과 초기 단계 프로토타입 기반의 검증이라는 한계를 인정한다. 향후에는 피실험자 규모 확대, 다양한 사용 조건에서의 반복 검증, 사용자 인터페이스와 안전 기능의 고도화, 그리고 장시간 사용 상황에서의 실증 평가를 통해 설계 타당성을 강화하는 후속 연구가 필요하다.

[학회 후기] 

2025 한국디자인학회 가을 국제학술대회(KSDS Fall International Conference & DSUS)에 11월 29일(토) 경희대학교 국제캠퍼스에서 참석했습니다. 이번 학회는 지도교수님이신 박기철 교수님과 HIDE 연구원분들과 함께 동행하여 더욱 의미가 깊었습니다. 예술디자인대학에 도착하자 늦가을 특유의 차가운 공기와 고즈넉한 캠퍼스 풍경이 먼저 눈에 들어왔고, 조용한 외부 분위기와 달리 학회장 내부는 아침부터 활기와 열정으로 가득했습니다. 다양한 대학과 연구기관에서 온 연구자들이 삼삼오오 모여 연구 주제를 논의하고 발표 준비를 하는 모습이 곳곳에서 보였고, 올해 학회 주제인 ‘기후 친화적 미래를 위한 디자인(Designing for Climate-Positive Future)’에 맞게 지속가능성, 환경, 사회적 가치, 공공성, 포용성 등을 다루는 연구가 전반적으로 두드러졌습니다.

저는 사전에 배포된 프로그램북을 꼼꼼히 살펴본 뒤, 유니버설 디자인, 헬스케어, 보조기기 설계, 사용자 경험 기반 평가 연구와 연관성이 높은 세션을 중심으로 동선을 구성했습니다. 여러 세션을 청취하면서 ‘디자인’이 단지 시각적 완성도를 높이는 작업을 넘어, 사용자의 삶의 질을 실제로 개선하고, 환경적 책임을 고려하며, 사회적 약자와 다양한 사용자를 포용하는 방향으로 확장되고 있음을 체감할 수 있었습니다. 특히 연구가 추상적인 담론에 머무르지 않고, 사용자의 실제 맥락을 파고드는 현장 기반 조사, 정량·정성 혼합 평가, 정책·제도·서비스까지 포함한 시스템적 접근으로 이어지는 사례가 많아 인상 깊었습니다.

키노트 강연과 포스터 세션도 함께 둘러보았습니다. 포스터 발표에서는 학생 연구자들의 실험적 시도와 문제의식이 돋보였고, 짧은 시간 안에 핵심을 전달하려는 구성과 시각화 방식 또한 배울 점이 많았습니다. 몇몇 발표자분들께 직접 질문을 드리며 연구의 배경, 설계 과정, 한계와 후속 계획을 자세히 들을 수 있었고, 그 과정에서 제 연구에도 적용할 수 있는 관점과 방법론적 힌트를 얻을 수 있었습니다. 쉬는 시간에는 연구원들과 국제캠퍼스 주변을 함께 걸으며 발표 내용을 정리하고 서로의 인사이트를 나누었는데, 늦가을 캠퍼스가 주는 여유로운 풍경이 긴장감을 완화해 주는 동시에, 연구자로서의 설렘과 동기부여를 더해주는 느낌이었습니다. 하루 일정이 길게 이어졌지만, 학회장에서 얻은 자극과 배움이 컸던 만큼 돌아오는 길에는 오히려 시간이 짧게 느껴질 정도로 밀도 높은 하루였습니다.

[발표 후기] 

주제: 유니버설 디자인 설계 기반의 에어방석 개발 연구

이번 학회에서는 다양한 대학원생과 연구자들이 구두 및 포스터 형식으로 연구를 발표했으며, 현장에는 프로시딩 논문 발표와는 또 다른 긴장감과 진지함이 흐르고 있었습니다. 저 역시 유니버설 디자인 기반 에어방석 개발 연구를 구두로 발표했는데, 발표 전에는 첫 구두 발표라는 부담감이 컸지만, 발표를 마치고 질의응답까지 마무리한 뒤에는 연구의 핵심을 더 명확히 정리할 수 있었고, 피드백을 통해 보완 방향을 구체화할 수 있었다는 점에서 큰 성취감을 느꼈습니다. 발표 이후 여러 교수님 및 연구자들과 명함을 교환하며 대화를 나누면서 비로소 긴장이 풀렸고, 연구 결과가 ‘공유’되는 순간 연구가 한 단계 더 단단해진다는 것도 체감했습니다.

발표 논문 주제는 “유니버설 디자인 설계 기반의 에어방석 개발 연구 — 자동 공기압 조절 시스템을 통한 착석 자세 보정”이었습니다. 본 연구는 휠체어 사용자가 장시간 착석할 때 겪는 체압 집중, 자세 붕괴, 욕창 위험 등의 문제를 완화하기 위해, 유니버설 디자인(UD) 원칙을 설계 기준으로 삼아 자동 공기압 조절형 에어방석을 개발하는 것을 목표로 합니다. 이를 위해 척수손상, 소아마비, 신경손상 등 다양한 장애 유형의 사용자를 대상으로 FGI와 심층 인터뷰를 수행했고, 그 결과 체간 전방 쏠림, 압박 부위 인지 어려움, 체위 조정의 한계와 같은 공통 페인포인트를 도출했습니다. 특히 사용자들은 “자세가 무너지는 순간을 스스로 인지하지 못한다”, “체위 변경이 어렵기 때문에 동일 자세가 누적된다”, “불편이 생겨도 어디가 압박되는지 스스로 판단하기 어렵다”와 같은 경험을 반복적으로 언급했는데, 이는 단순한 체압 수치만으로는 충분히 포착되지 않는 중요한 문제로 판단되었습니다.

이러한 요구를 바탕으로 본 연구는 UD 7대 원칙(공정한 사용, 사용상의 융통성, 단순하고 직관적인 사용, 인지 가능한 정보 제공, 오류에 대한 관용, 적은 물리적 노력, 접근과 사용을 위한 크기와 공간)을 설계의 핵심 기준으로 삼았습니다. 그 결과 센서 기반 압력 감지, 에어셀 구조 설계, 자동 공기 주입 및 압력 조절 기능을 포함한 프로토타입을 제작하였고, 파일럿 테스트를 통해 구조적 안정성과 반응성을 검증했습니다. 파일럿 결과에서는 특정 에어셀에 공기압을 주입했을 때 신체 중심선과 골반 기울기 변화가 확인되었고, 이를 통해 체중 분산 및 자세 보정 가능성을 확인할 수 있었습니다. 본 연구는 장애 유무와 관계없이 다양한 사용자가 보다 편안하고 안전하게 사용할 수 있는 보편적 제품 설계 가능성을 보여주며, 향후에는 장시간 착석 상황에서의 효과 검증, 참여자 확대, 시제품 고도화를 통해 연구의 완성도를 높일 필요가 있음을 제안합니다.

질문 1. 장시간 착석을 다루는 연구인데, 왜 파일럿은 ‘잠깐 앉는 테스트’로 진행했는가?

답변 1. 파일럿 단계는 본 실험에 앞서 구조적 안정성과 센서·에어셀 반응성을 확인하기 위한 검증 단계이기 때문에 단시간 반복 테스트(20분/20분, 총 40분)만으로도 목적에 부합하며 충분한 의미가 있음을 설명드렸습니다. 또한 선행연구에서도 자세 붕괴는 통증이 발생한 이후에만 문제가 되는 것이 아니라, 체간의 기울어짐이나 중심선 변화처럼 작은 자세 패턴 변화가 누적되는 과정 자체가 핵심 문제로 다뤄진다는 점을 근거로 제시하며, 파일럿의 목적이 ‘장시간의 결과’를 결론 내리는 것이 아니라 ‘자세 변화의 흐름과 시스템 반응’을 확인하는 데 있음을 강조했습니다.

질문 2. 정량 평가(체압·자세)로 충분할 것 같은데, 왜 정성 조사를 병행하려 하는가?

답변 2. 유니버설 디자인이 단순히 기능적 성능을 높이는 것이 아니라 사용자의 인지·감각·환경적 맥락까지 포함하는 설계 철학이기 때문에 인터뷰 기반 정성 조사는 필수라는 점을 설명드렸습니다. 실제로 인터뷰를 통해 도출된 사용자의 ‘인지적 어려움’과 ‘행동 제약’은 정량 데이터만으로는 드러나기 어렵고, 이러한 정성 인사이트가 설계 개선의 핵심 근거가 된다는 점을 강조했습니다. 또한 향후 정식 논문에서는 정량·정성 데이터를 통합하여 사용자 경험과 기능적 효과를 함께 설명할 수 있도록 연구를 확장할 계획임을 말씀드렸습니다.

[청취 후기]

주제: 기후 친화적 미래를 위한 지속가능 디자인 연구

학회에서 청취한 발표 중에서는 “기후 친화적 미래를 위한 지속가능 디자인 연구(타 연구팀)”가 특히 기억에 남습니다. 해당 발표에서는 지속가능 자재의 활용, 탄소 저감형 제품·서비스 디자인 전략, 환경 데이터 기반 사용자 행동 분석 등 다양한 접근이 소개되었는데, 그중에서도 “디자인이 기후에 긍정적으로 기여하기 위해서는 제품 단위가 아니라 시스템 단위의 사고가 필요하다”는 메시지가 매우 인상적이었습니다. 즉, 친환경 재료나 재활용 가능성 같은 단편적 해결책을 넘어, 생산·유통·사용·폐기까지 전 주기에서 어떤 구조를 설계해야 하는지, 그리고 그 과정에서 사용자의 행동 변화와 사회적 합의가 어떻게 함께 작동해야 하는지에 대한 관점이 명확히 제시되었습니다.

이 발표를 들으며 제가 연구하고 있는 보조기기 및 헬스케어 디자인 또한 개인 사용자에게 ‘좋은 제품’을 제공하는 것에 그치지 않고, 장기적으로 지속가능성과 사회적 가치까지 고려하는 방향으로 확장되어야 한다는 점을 다시 한번 생각하게 되었습니다. 특히 실제 현장 적용 과정에서 발생하는 제약과 이를 해결하기 위한 방법을 연구자들이 구체적으로 공유해 주었는데, 그 과정에서 연구 윤리, 사용자 접근성, 장기 안정성과 같은 실무적 논점이 단지 부가 요소가 아니라 연구의 핵심 조건으로 다뤄진다는 점이 유익했습니다. 발표자에게 질문을 드리며 실험 설계의 현실적인 어려움과 더 나아갈 수 있는 방향을 함께 논의할 수 있었던 점도 기억에 남습니다.

이번 학회 경험을 통해 저는 제 연구의 방향성을 더욱 확고히 할 수 있었고, 디자인 연구가 사회적·환경적 책임으로 확장되고 있음을 현장에서 생생하게 체감했습니다. 앞으로도 보다 포용적이며 지속가능한 디자인을 탐구하는 연구자가 되기 위해, 사용자 연구의 깊이와 설계의 책임성을 함께 강화해 나가고자 합니다.