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2023년 6월 13일 (화) 04:35 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 잠금장치가 구비된 대여용 전동킥보드 헬멧

영문 : Smart electric scooter helmet lock system with mandatory helmet wearing

과제 팀명

Doledle

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2023년 3월 ~ 2023년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 이*규(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 문*민

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 윤*국

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 이*희

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

스마트 헬멧 잠금 시스템을 통한 신뢰성 있는 헬멧의 체결 및 잠금을 통한 보관을 한다. 이것으로 인해 헬멧의 분실 및 도난 사고를 방지하고 이용자의 헬멧 착용을 유도할 수 있다.

개발 과제의 배경

최근 ‘킥고잉’과 같은 전동킥보드 대여 업체가 증가하면서 전동킥보드를 쉽게 접할 수 있게 되었다. 전동킥보드 이용률이 증가하면서 관련 사고도 증가하고 있어, 안전을 위해 2021년부터 ‘전동킥보드 사용 시 헬멧 착용 의무화’가 진행되고 있다. 하지만 이는 잘 지켜지지 않고 있는데 가장 큰 이유로는 이용자가 전동킥보드에 헬멧이 상시 비치되어있지 않아 착용이 쉽지 않다는 것이다. 업체 측면에서는 헬멧을 상시 비치하기 어려운 이유로는 헬멧 을 비치했을 시 발생하는 분실, 도난 사고, 그리고 파손 등으로 인한 유지가 어렵다는 문제가 있기 때문이다. 우리는 헬멧 착용 의무화 효과를 증대시키기 위한 시스템을 설계해보았다.

개발 과제의 목표 및 내용

목표

- 스마트 헬멧 잠금 시스템을 통한 신뢰성 있는 헬멧의 체결 및 잠금을 통한 보관을 한다. 이것으로 인해 헬멧의 분실 및 도난 사고를 방지하고 이용자의 헬멧 착용을 유도할 수 있다.

- 헬멧을 반납장치로 활용한다.

- 전동 킥보드 손잡이와 헬멧의 자체적인 체결을 통한 잠금시스템을 구현한다.

- 헬멧의 체결 여부를 인식하고 이 정보를 전달하여 어플을 통해 관리할 수 있도록 한다.

내용

① 헬멧 체결 방식 개선

잠금형 장치가 부재하던 기존 헬멧의 문제를 해결한다. 킥보드의 모터와 걸쇠 부분이 헬멧의 체결부에 들어가 잠금 및 고정이 이루어지도록 한다.  이를 통해 일반적으로 기울어져 있는 거치된 전동킥보드로 인해 헬멧이 떨어지는 문제나 도난 사고를 방지한다.

② 전동킥보드의 봉에 헬멧을 부착된 것을 인지

헬멧에 잠금장치만 추가한다고 하더라도 실질적인 헬멧 분실사고를 해결할 수 없다. 전동킥보드의 봉에 헬멧을 정확히 부착해야 할 것이다. 이를 위해 NFC, RFID와 같은 근거리 통신 인식 방법을 사용할 것이다. 손잡이에 인식부(ex. 리더기), 전동킥보드에 전달부(ex. 태그)를 설치한다. 손잡이와 헬멧이 맞닿는 부분에 인식부를 달아, 실제 헬멧을 완전히 잠금 했을 시에만 인식부가 작동하도록 한다. 이를 통해 헬멧이 정확히 전동킥보드의 봉에 체결되었을 때 인식이 가능하도록 한다.

③ 헬멧의 체결 여부에 대한 정보를 단말기로 보내기

전동킥보드의 반납 조건에 정확한 위치에 헬멧이 체결되는 것을 추가할 수 있도록 한다. 이를 위해 NFC, RFID와 같은 근거리 통신 인식을 통해 정확히 헬멧의 체결이 인식된 경우, 단말기에 체결 여부에 대한 정보를 보내도록 한다. 이때 통신은 블루투스를 사용한다. 실제적인 전동킥보드 반납 조건은 이후 앱 개발을 통해 헬멧의 체결 여부까지 추가할 수 있을 것이다.

④ 단말기에서 헬멧으로 동작 신호를 전달하기

잠금장치가 활성화된 헬멧을 비활성화하여 착용할 수 있도록 단말기에서 동작 신호를 전달해야한다. 3번의 세부목표와 동일한 메커니즘을 사용한다.

⑤ 도난방지 기능

헬멧의 잠금을 해제하지 않고 누군가가 강제로 헬멧을 손잡이로부터 분리를 시도할 경우, 경보음이 울리도록 기능한다.

⑥ 임시잠금 상태를 통한 이용자의 헬멧 착용 유도

전동킥보드를 대여하면 헬멧의 잠금이 해제된다. 이때, 일정 시간 안에 헬멧을 손잡이로부터 분리하지 않으면 다시 잠금이 상태가 되고 이를 임시잠금 상태라고 정의한다. 즉, 이용자가 대여 후 헬멧을 손잡이로부터 분리해야만 전동킥보드 이용이 가능하기 때문에 이 동작을 통해 이용자의 헬멧 착용을 유도할 수 있다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

특허조사 및 특허 전략 분석

◇ 안전 헬멧, 안전 헬멧과 전동 킥보드의 대여 시스템 및 방법

전동 킥보드 사용자에게 헬멧을 제공하기 위해 헬멧과 전동 킥보드의 대여가 이루어지도록 하는 대여 스테이션을 제공하는 특허이다. 해당 시스템의 경우 대여 스테이션에 복수의 헬멧을 저장하는 저장공간, 사용자로부터의 정보를 입력받을 수 있는 키오스크 및 상기 저장공간으로부터 헬멧을 꺼내거나 반납하기 위한 게이트를 통하여 헬멧을 대여할 수 있도록 한다. 헬멧의 부재라는 문제를 해결하였으나 ‘대여 스테이션’이라는 설비를 새로 갖춰야 하기 때문에 비용적 부담이 존재한다. 또한 기존의 킥보드의 반납 방식과 다르게 대여 스테이션에서만 킥보드 반납이 가능하기 때문에 반납 장소에 제약이 존재한다.

◇ 전동킥보드 헬멧 탈부착 장치

해당 특허의 경우 탈부착 거치대 장치에 홈이 구성된 벨트를 6개 결합하는 구조이다. 거치대에 있는 탈부착 거치대 벨트의 구조를 통해 홈을 조절하여 헬멧의 규격에 맞게 고정하는 방식이다. 헬멧 휴대의 불편함을 해소했지만 추가적인 거치대가 필요하며 6개의 벨트가 결합 되어야 하므로 헬멧의 구조가 복잡해져 착용에 불편함을 줄 수 있다. 체결 및 결합 과정에 다른 시스템이 없어 단순 해제가 가능하다. 이에 따른 도난 사고 발생 우려가 존재한다.

◇ 스마트 헬멧을 이용한 전동킥보드 작동 제어 시스템

해당 특허는 전동 킥보드 본체, 킥보드 본체에 마련된 장착부에 탈착 가능하게 장착되는 스마트 헬멧 및 전동 킥보드의 작동을 제어하는 제어부로 구성되어 있다. 제어부의 경우 전동 킥보드 본체에 장착되는 카메라에 의해 획득되는 영상에서 사용자의 스마트 헬멧 착용 여부와, 스마트 헬멧의 턱끈 조임 상태를 분석하여 정상적으로 착용한 경우에만 킥보드의 작동을 허용하도록 구성된다. 추가적으로 헬멧이 본체에서 해제되어야 킥보드 사용이 가능하다. 헬멧 분실 및 착용 의무화에는 효과적인 특허이다. 그러나 제어부, 카메라 등 추가적인 장비가 많이 필요하며, 카메라 센서나 적외선 센서 등의 장치의 경우는 추가적인 충전 소요가 필요하기 때문에 이를 킥보드의 전력을 사용한다면, 킥보드의 사용 시간이 줄어 들 우려가 존재한다.

◇ 전동 킥보드의 헬멧 착용 연계 방법 및 시스템

전동 킥보드의 사용자가 헬멧을 착용하고, 용이하게 헬멧의 관리 및 보관을 할 수 있도록 전동 킥보드와 헬멧을 연계할 수 있는 시스템을 제공하는 특허이다. 해당 시스템은 사용자의 단말기를 킥보드에 엑세스하는 단계, 개인 헬멧을 킥보드에 설치하는 단계, 헬멧 착용이 인증되면 킥보드의 주행이 가능하도록 성정하는 단계, 헬멧 보관함에 헬멧이 락킹 상태인지 확인하는 단계, 확인이 되면 반납이 이루어지는 단계로 구성된다. 해당 특허 또한 헬멧의 분실 사고 예방에는 효과적이나 스마트 ‘스마트 헬멧 케이스’ 라는 추가적인 장치가 필요하다.

기술 로드맵 ◇ 2018.09 ‘킥고잉(KICKGOING)’ 공유 킥보드 서비스를 시작으로 ‘씽씽’, ‘스윙’ 등의 업체 출범 ◇ 2020.12.10. 17371호 도로 교통법 – 전동 킥보드에 전기자전거와 동일한 규칙 적용 ◇ 2021.05.03. 개정 도로교통법 – 무면허, 헬멧 미착용 범칙금 부과 ◇ 2021.06.22. ‘알파카’ 공유 킥보드 – AI 공유 전동킥보드 헬멧인증 시스템 도입 ◇ 2021.09 ‘하이킥’ 공유 킥보드 – 스마트 안전모 케이스 도입

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

◇ 알파카 전동 킥보드: 거치형 헬멧 + AI 헬멧 착용 인증 시스템

(1) 거치형 헬멧

킥보드의 본체에 걸이 형태의 고리가 존재하여 이 고리에 헬멧을 거는 방식으로 헬멧을 비치

(2) AI 헬멧 착용 인증 시스템

킥보드 대여 시, 헬멧 착용 유무를 알파카 어플리케이션을 통해 사진을 찍어 인증하면 시스템의 AI가 사용자 데이터셋을 이용하여 헬멧 미착용, 모자, 기타 착용물 등을 식별하여 순수 헬멧 착용자에게 포인트성 리워드를 제공한다.

단순히 고리에 헬멧을 비치해 놓는 방식으로 킥보드 이용자들에게 헬멧을 제공하기 때문에 악천후와 같은 기상상태나 외부적인 충격에 의해 헬멧이 파손될 수 있다. 또한 헬멧의 부재는 해결했으나 분실 및 도난을 방지할 수단이 없어 이로부터 파생되는 금전적, 즉 경제적 문제는 해결하지 못한다.

AI 헬멧 착용 인증 시스템은 헬멧 착용 시 보상을 제공하는 방식으로 적용하여 21년 5월 3%대의 착용률이 한 달 뒤인 6월 30%까지 증가하는 유의미한 결과를 보였다.

◇‘뉴런 모빌리티’ - 앱 제어식 헬멧 잠금 기능을 적용한 안전 헬멧

헬멧을 착용해야만 이용할 수 있는 시스템. 앱을 통하여 헬멧을 좌측 사진의 고리에서 해제하는 방식으로 분실 방지에 매우 효과적이다. 그러나 고리가 끈에 부착되어있는 형태이기 때문에 우측 사진처럼 헬멧의 턱끈을 풀어놓은 상태로 헬멧을 반납할 경우, 우천 시 헬멧과 머리의 접촉부가 그대로 노출되어 소독하더라도 위생적 측면에 취약하다. 또한 해당 방식의 경우 불안정한 체결로 인해 보행자나 주변과 헬멧의 충돌로 인해 파손 문제 또한 존재하고, 턱끈을 끊어 도난이 발생할 가능성 또한 존재한다.

◇‘하이킥' - 스마트 헬멧 케이스

공유 킥보드 업체 ‘하이킥’의 경우는 도로교통법 개정 이후 안전모 이용에 대한 데이터를 바탕으로 면허 인증 및 스마트 헬멧 케이스 시스템 시범 운영한 사례가 있다.

◇ 공유 킥보드 업체 ‘하이킥’의 경우는 도로교통법 개정 이후 안전모 이용에 대한 데이터를 바탕으로 면허 인증 및 스마트 헬멧 케이스 시스템 시범 운영한 사례가 있다.

시범 운영 결과 헬멧을 대여하지 않고도 킥보드를 사용할 수 있게 설정했지만, 헬멧 케이스를 통해 헬멧을 비치하는 것만으로도 위의 표와 같이 헬멧 대여가 증가하는 추세를 보였다. 또한 스마트 헬멧 관제 시스템을 통해 전체 분실률을 0.002%까지 감소시켰다. 그러나 스마트 헬멧 케이스의 경우는 킥보드에 케이스라는 추가적인 장치를 달아야 한다는 소요가 있으며, 해당 스마트 케이스의 경우, UV 소독 기능 및 데이터 송수신 기능 등 다양한 기능을 탑재한 케이스이기 때문에 충전 소요 및 무게 문제가 발생할 우려가 있다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 기존 심각했던 전동 킥보드 헬멧의 분실사고를 예방한다.
◇ 헬멧 케이스와 같은 추가적인 장비 없이 헬멧 자체만으로 킥보드와의 체결이 가능하도록 한다. 
◇ 헬멧을 분리했을 경우에만 킥보드 이용이 가능한 구조로 헬멧 착용을 유도할 수 있다.
◇ 결합부의 구조를 이용하여 헬멧과 킥보드 간의 1대1 연동 및 결합이 가능하다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 2021년 개정 교통법이 실행되면서 헬멧 없이 전동 킥보드를 타면 범칙금을 내야하는 규제가 생겼다. 해당 법안을 적용한 이후 단기간동안 공유 킥보드 이용률은 40~50% 줄었으며, 규모가 작은 업체의 경우는 이용률이 70% 감소했다는 이야기도 있다. 실제로 독일 기업 윈드모빌리티가 운영하는 '윈드', 싱가포르에 본사를 둔 '뉴런모빌리티', 미국 공유 킥보드 '라임'의 경우 이러한 이용률 감소로 국내 사업을 철수했다. 이는 공유 킥보드 사용자들이 헬멧을 구매하고 휴대하는 불편함을 감수해야하기 때문이다. 이를 스마트 전동킥보드 헬멧 잠금 시스템을 통해 해소함으로써 전동 킥보드 이용률 회복을 유도한다.

◇ 서울 등 국내 지역에서 공유전동 킥보드를 서비스 하고 있는 A기업의 경우 21년 7월말부터 거치형 헬멧을 제공하기 시작다. 초기 2000대의 공유전동 킥보드에 헬멧을 비치했는데 이중 70% 이상의 거치형 헬멧이 분실되었다. 공유전동 킥보드에 삽입되는 헬멧은 일반적으로 5000에서 2만원 수준인데 2000개 중 70%인 약 1400개 헬멧을 분실한 A기업의 경우는, 두 달간 최소 700만원에서 최대 2800만원에 달하는 손실을 기록한 것이다. 따라서 헬멧 분실 사고를 방지한다면 이러한 손해를 막을 수 있다.

◇ ‘하이킥’ 이라는 전동 킥보드 업체는 안전모 제공 시범 운행을 통해 사고율 80% 감소의 효과를 본 적이 있으며 오히려 킥보드와 연동돼 제어하는 스마트 헬멧 보관함을 통해 2차 사고 방지, 분실 예방 시스템을 적용한 결과 시범 운영 중 전체 분실률을 0.002%까지 줄인 사례가 존재한다. 따라서 개발과제 또한 해당 효과를 창출할 수 있을 것으로 기대된다.

SWOT Analysis

S-O 전략: 열쇠구멍의 원리를 활용한 체결방식을 적용하여 분실방지에 효과적임을 공유 전동 킥보드 업체에 강조하여 홍보한다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

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이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

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관련사업비 내역서

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

내용