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냉난방도 맞춤형으로…신 '열적 쾌적감 지표' 탄생

KAIST, 기존 지표에 피부 경도 추가해 쾌적감 판단 신뢰도 23% 증가

대전 = 김상현 기자 ㅣ sisa411@sisajournal.com | 승인 2018.08.29(Wed) 16:33:42

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올해 여름은 유난히 덥고 습하다. 누구나 똑같이 덥고 습하다고 느끼는 환경 속에도 누구는 선풍기 하나만으로 견딜 만하고 누구는 에어컨 앞에서도 연신 부채질을 한다. 이처럼 사람은 개인별 체질과 환경에 따라 같은 온도와 습도에서 느끼는 더위와 추위가 다르다. 이를 열적 쾌적감이라고 부른다.

 

이러한 차이를 극복할 수 있는 새로운 개념의 개인별 맞춤형 냉난방시스템 연구가 활발하다. KAIST 바이오및 뇌공학과 조영호 교수 연구팀이 피부의 경도(硬度)​를 근거로 인간의 열적 쾌적감을 예측할 수 있는 지표를 만들었다. 

 

인간은 더위를 느끼면 피부 온도와 땀 발생량이 올라간다. 반대로 추워지면 피부 온도와 땀 발생량이 감소한다. 기존 인간 열적 쾌적감 예측은 이러한 피부 온도와 땀 발생량의 두 가지 지표를 활용한다. 조 교수 연구팀 역시 지난 2월, 이 두 가지 지표를 활용해 인간의 열적 쾌적감을 측정할 수 있는 기기를 개발한 바 있다. 하지만 이 경우 모델의 결정계수가 낮고 예측의 신뢰도가 낮다는 문제점이 있다. 

 

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이번에 연구팀은 기존 지표 외에 인간의 피부 경도를 추가적인 지표로 활용했다. 추위나 더위를 느낄 때 반응하는 입모근(立毛筋)이 핵심이다. 

 

입모근은 모근에 붙어있는 아주 작은 근육이다. 흔히 ‘소름이 돋는다’고 말하는 신체 반응도 입모근이 수축해 피부가 단단해지는 현상이다. 반대로 더위를 느낄 때 모공에서 땀이 나는 반응도 입모근이 이완하면서 발생하는 현상이다. 즉 입모근에 의해 피부 경도가 변한다는 뜻이다. 

 

연구팀은 피험자 시험을 통해 피부 경도가 기존의 피부 온도와 땀 발생량에 대해 독립적임을 확인하기 위한 피험자 시험을 진행했다. 피부질환을 포함한 신체 건강에 이상이 없는 20~30세의 한국인 30명을 대상으로 진행했다. 열적 쾌적감 상태를 동일하게 유지하기 위해 외부온도와 습도를 조절했다. 모든 피험자는 같은 복장과 같은 자세로 손목을 통해 실험을 진행했다. 

 

그 결과 피부 경도가 피부 온도와 땀 발생량에 대해 독립적이며 인간 열적 쾌적감 예측에 유효함을 확인했다. 또한, 기존 두 지표에 피부 경도를 추가하면 쾌적감 판단 신뢰도가 23.5% 향상된다는 점도 입증했다.

 

이번 연구 결과는 피부 경도를 측정할 수 있는 센서 개발 및 인간과 교감 기능이 뛰어난 개인별 맞춤형 냉·난방기 개발에 활용될 예정이다.

 

조 교수는 “새로 발굴한 지표인 피부 경도를 도입해 인간의 개인별 체질, 기후 환경과 무관하게 실제 느끼는 열적 쾌적감 예측의 신뢰도를 높여 개인별 맞춤형 냉, 난방기의 개발에 힘쓸 예정이다”며 “신체적 건강 상태뿐 아니라 정신적 건강과 감정 상태 교감을 통해 인간과 기계 간 정서적 교감도 이룰 수 있을 것이다”고 말했다.

 

윤성현, 심재경 연구원의 주도로 개발한 이번 연구는 네이처 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 8월 13일자 온라인 판에 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업을 통해 수행됐다.​ 

 

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