미 연구팀 “항공관제사 등 집중력 저하로 인한 사고 예방 등 활용”
뇌파 등을 측정해 업무로 인한 뇌 과부하가 발생하는지 여부를 실시간으로 추적할 수 있는 이마에 부착하는 형태의 무선 전자 타투(e-tattoo)가 개발됐다.
미국 오스틴 텍사스대(UT Austin) 난슈 루 교수팀은 30일 과학 저널 디바이스(Device)에서 부피가 큰 머리 장비 없이 이마에 부착하는 방식으로 뇌파를 측정하고 해독해 정신적 부담을 측정하는 비영구적인 무선 전자 타투를 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 이 기술을 적용하면 항공관제사나 트럭 운전사처럼 집중력 저하가 심각한 결과를 초래할 수 있는 노동자들의 정신적 업무 부담을 추적하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다.
정신적 업무량은 사람이 포함된 시스템에서 매우 중요한 요소로, 항공, 의료 같은 고위험 환경에서 인지 수행 능력과 의사결정에 직접적인 영향을 미친다.
연구팀은 뇌파(EEG)와 안구전도(EOG)는 뇌 업무량 추정을 위한 유망한 생리적 지표지만, 기존 장치들은 부피가 크거나 착용에 제약이 있고 움직임에 취약해 실제 환경에서 활용하는 데 한계가 있다고 지적했다.
이들은 이 연구에서 뇌 활동과 안구 움직임의 전기 신호를 측정, 분석하기 위해 젤을 바르고 선이 늘어뜨려진 부피 큰 EEG 캡과 달리 가벼운 배터리 팩과 종이처럼 얇은 스티커형 센서로 구성된 무선 전자 타투를 개발했다.
전자 타투는 폴리우레탄에 흑연을 증착해 전기가 흐르게 하고 그 위에 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 덧발라 전기 신호 전달이 잘 되는 전극(APC-GPU) 센서를 만든 다음 배터리로 작동되는 유연한 인쇄 회로를 덧붙여 제작했다.
전자 타투는 얇고 부드러워 피부에 자연스럽게 밀착되며, EEG와 EOG 신호를 수집해 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.
연구팀은 이어 실험 참가자 6명의 이마에 전자 타투를 부착한 다음, 난도가 점점 높아지는 기억력 테스트를 수행하면서 정신적 부담이 증가할 때 뇌파와 안구전도 신호 변화를 측정했다.
그 결과 정신적 부담이 커짐에 따라 참가자들의 뇌파에서 세타파와 델타파 활동은 증가하고 알파파와 베타파는 감소하는 것으로 나타났다.
연구팀은 세타파와 델타파 증가는 정신적 부담이 커지면서 인지적 요구가 증가함을, 알파파와 세타파 감소는 정신적 피로가 증가함을 나타낸다며 이는 전자 타투가 뇌가 힘들어할 때를 감지할 수 있음을 보여준다고 말했다.
또 전자 타투로 측정한 신호를 기반으로 정신적 부하를 추정하는 컴퓨터 모델을 만들어 훈련한 결과, 서로 다른 정신적 부하를 구별할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 전자 타투로 정신적 피로를 예측할 수 있음을 시사한다.
루 교수는 “기술은 인간 진화보다 빠르게 발전하고, 뇌 능력은 이를 따라가지 못해 쉽게 과부하가 걸릴 수 있다”며 “최적의 성과를 내기 위한 최적의 정신적 업무량은 사람마다 다르다”고 지적했다.
논문 공동 교신저자인 루이스 센티스 교수는 “이제 그동안 추적할 수 없었던 정신적 부담을 모니터링할 수 있게 됐다”며 “이 전자 타투를 집에서도 착용할 수 있는 제품으로 만드는 것이 바람 중 하나”라고 말했다.
◆ 출처 : Device, Nanshu Lu et al., ‘A Wireless Forehead E-tattoo for Mental Workload Estimation’, http://cell.com/device/fulltext/S2666-9986(25)00094-8.
