본 연구는 산업 현장과 옥외 근무 환경에서 빈번히 발생하는 온열 질환을 예방하기 위해 기화 냉각열 효과를 활용한 새로운 형태의 헬멧 디자인을 개발하고자 수행되었다. 기후 변화와 산업 구조 변화로 인해 고온 다습한 환경에서 일하는 노동자들이 늘어나고 있으며, 국제노동기구(ILO)에 따르면 전 세계적으로 약 10억 명 이상의 노동자가 고온 환경에 장시간 노출되고 있다. 이로 인해 열사병, 열탈진, 열경련과 같은 온열 질환은 심각한 산업 재해 요인으로 지목되고 있으며, 이에 대응할 수 있는 실질적 보호 장비의 필요성이 커지고 있다. 기존 헬멧은 충격 보호를 중심으로 설계되어 착용자의 체온 관리 기능이 부족하고, 내부 통풍만으로는 한계가 있어 고온 환경에서의 근무 효율을 높이는 데 한계가 있었다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 기화 냉각열(evaporative cooling) 효과를 적용할 수 있는 헬멧 구조를 구상하였다. 물의 기화 과정에서 발생하는 잠열을 활용하여 착용자의 두피와 체온을 효과적으로 낮추고, 외부의 뜨거운 공기와 내부 공기 흐름을 조절하는 시스템을 도입하는 방식이다. 연구는 디자인 프로세스를 통해 헬멧 착용자의 니즈와 보호 요구 사항을 분석하였으며, 이를 기반으로 냉각 기능, 안전성, 편의성 등을 아우르는 설계 목표를 수립하였다.

실제 설계 과정에서는 프로토타입을 제작하고 다양한 실험을 통해 냉각 성능과 구조적 안정성을 검증하였다. 헬멧 내부에 삽입된 냉각 모듈은 다공성 구조와 물 저장 장치를 포함하여 증발이 원활히 일어나도록 설계되었으며, 외부 공기가 내부로 유입되면서 기화가 촉진되도록 공기 흐름을 제어하였다. CFD(Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션 결과, 냉각 모듈이 없는 일반 헬멧 대비 내부 온도를 최대 5℃ 이상 낮출 수 있는 것으로 확인되었으며, 평균 30% 이상의 냉각 성능 향상이 관찰되었다. 또한 외부 환경 온도가 35℃ 이상일 때도 헬멧 내부 온도를 20~30℃ 수준으로 유지할 수 있었으며, 이는 실제 착용자의 열 부담을 크게 줄여주는 것으로 나타났다.

헬멧의 구조는 경량성과 내구성을 동시에 확보할 수 있도록 모듈화되었으며, 방수 기능을 포함해 외부 충격과 열로부터 보호가 가능하도록 설계되었다. 내부 냉각 모듈은 사용자가 손쉽게 교체하거나 물을 보충할 수 있도록 설계되어 유지 보수의 편의성도 높였다. 나아가 인체공학적 설계를 적용하여 착용 시 장시간 사용에도 편안함을 유지할 수 있도록 하였고, 투습성과 통기성을 고려해 헬멧 내부에 열이 과도하게 축적되지 않도록 했다.

연구의 최종 결과물로 제안된 헬멧은 산업 현장뿐만 아니라 건설, 물류, 군사 등 다양한 옥외 활동 환경에서 활용될 수 있는 가능성을 보여주었다. 특히 온열 질환 예방 효과와 더불어 근로자의 작업 효율성과 안전성을 동시에 향상시킬 수 있는 장비로서 가치가 입증되었다. 연구진은 향후 실제 산업 현장에서의 착용 실험과 장기적 내구성 검증을 통해 상용화 가능성을 높일 계획임을 밝혔다.

결론적으로 본 연구는 기화 냉각열 효과를 활용한 헬멧 디자인을 통해 온열 질환 예방을 위한 실질적 대안을 제시하였다. 이는 기존 보호 장비의 한계를 보완하고, 고온 다습한 작업 환경에서 근로자의 안전과 건강을 보장할 수 있는 새로운 접근법으로 평가된다. 나아가 본 연구의 결과는 산업안전 분야뿐만 아니라 웰빙, 스포츠, 레저 등 다양한 영역으로 확장될 수 있는 응용 가능성을 지니며, 인체공학적 설계와 냉각 기술 융합의 모범적 사례로 자리매김할 수 있다.

2024년 11월 1일부터 2일까지 KAIST 본원에서 열린 한국디자인학회 가을 대학생 디자인 학술발표대회는 학회 재발족 30주년을 기념하는 뜻 깊은 행사였습니다. '디자인 임팩트'라는 주제 아래, 디자인의 사회적, 환경적, 산업적 영향력을 다루며 다채로운 프로그램이 펼쳐졌습니다. 밀라노 공대 에지오 만지니 교수의 키노트 강연과 IASDR 회장 피터 로이드 교수의 글로벌 디자인 연구 미래 전망은 깊은 인상을 남겼으며, LG전자의 이철배 부사장도 비즈니스 디자인의 실무적 적용을 설명했습니다. 특히 AI와 첨단 기술을 활용한 세션들은 디자인 프로세스 혁신과 미래 가능성을 탐구하며 큰 관심을 받았습니다. 학회 재발족 30주년 기념 세션에서는 학회의 역사와 비전을 공유하고, 논문 및 포스터 발표, 다양한 특별 세션을 통해 국내외 전문가들이 활발한 학술적 교류를 나눴습니다. 참석자들은 KAIST의 가을 정취 속에서 디자인의 현재와 미래를 체험할 수 있는 귀중한 시간을 보냈습니다.

[발표 후기] 

주제: 기화 냉각열 효과를 활용한 온열 질환 예방용 헬멧 디자인 개발 연구

2024년 한국디자인학회 가을 학술대회에서 저는 '기화 냉각열 효과를 활용한 온열 질환 예방용 헬멧 디자인 개발 연구“를 발표했습니다. 이 헬멧은 기화 냉각열 효과를 활용해 작업자의 체온을 낮추고 온열 질환을 예방하도록 설계된 제품입니다. 물의 증발로 헬멧 내부 온도를 최대 3°C까지 낮춰 장시간 야외에서 일해도 쾌적함을 유지할 수 있습니다. 특히, 헬멧은 건설 노동자와 농업 종사자 등 고온 환경에 노출되는 작업자들에게 효과적이며, 경량 설계로 피로감을 줄였습니다. 실험 데이터와 사용자 피드백을 통해 그 성능이 입증되었고, 발표 후 참석자들과 이 기술의 실용성과 사회적 기여에 대해 유익한 논의를 나눌 수 있었습니다.

질문 1. 이 연구를 제작할 때 설계 기준은 어떻게 설정하였는지?

답변 1. 이 연구의 설계 기준은 QFD(Quality Function Deployment) 방법론을 통해 설정하였으며, 프로젝트 초기 단계에서 사용자 요구사항을 세심히 분석하여 이를 기술적 특성으로 정리하였습니다. 이를 통해 어떤 기능을 헬멧에 추가할지 결정할 때, 팀원들은 사용자 피드백과 설계 목표를 판단 기준으로 삼아 객관적인 결정을 내릴 수 있었습니다. 이러한 과정을 통해 헬멧의 핵심 기능이 정교하게 설계할 수 있었습니다.

질문 2. 사용자의 온도를 낮추는 것에 대해서는 해결을 하신 것이 인상 깊은데, 착용감에 대한 연구는 아직 부족한것 같습니다. 이 부분은 어떻게 할 생각인지?

답변 2. 착용감에 대한 문제는 중요한 과제로 인식하고 있습니다. 지금까지는 주로 온도를 낮추는 기능에 집중했으나 앞으로는 무게 평형 및 경량화에 초점을 맞춰 연구를 더욱 진행할 계획입니다. 이를 통해 사용자의 착용 편의을 높이고 장시간 사용에도 피로를 최소화할 수 있도록 개선할 예정입니다.

[청취 후기]

주제: 시선 추적을 통한 난독증 추정 및 훈련서비스 개발 연구

난독증 아동을 위한 시선추적 기술을 활용한 프로젝트에 대해 들은 후, 매우 인상 깊었습니다. 특히, 이 프로젝트가 난독증을 겪는 아동의 학습 환경을 개선하는 데 중점을 두고 있어 감동적이었습니다. 다만, 아이트래커 데이터 분석이 이번 발표에서 다뤄지지 않은 점은 다소 아쉬웠습니다. 해당 분석은 난독증 진단 및 개인화된 훈련서비스 개발에 중요한 요소이기 때문에, 후속 연구나 프로젝트의 확장에서 포함되기를 기대합니다.

주제: 인공지능을 활용한 디자인 프로세스 개선 및 사용성 평가 연구

인공지능이 다양한 분야에서 활발히 활용되는 현시점에서, 디자인 프로세스를 개선하고 사용성을 평가하기 위한 연구는 시의 적절한 주제라고 느꼈습니다. 이러한 연구는 보다 효율적이고 창의적인 디자인 프로세스의 확립에 기여할 것으로 보입니다. 특히, 발표 내용에서 실제 사례나 표본이 더 많이 포함되었더라면 실질적인 적용 가능성에 대한 이해가 더 높아졌을 것 같습니다. 향후 더 많은 표본과 사례를 기반으로 연구가 진행되면, 이 분야의 발전에 크게 도움이 될 것이라고 기대합니다.