작품의 기능
이 장치는 차량 운전석 시트 하단에 설치되어 사고 시 발생하는 물리적 충격을 흡수하고, 충격을 시간적으로 분산시켜 운전자가 받는 부담을 줄입니다. 시트는 하단 플랫폼과 스프링, 유압식 쇼크 업소버로 연결되어 있어 충격을 완화하고 점진적으로 복원되며, 장거리나 험로 주행 시에도 안정적인 승차감을 제공합니다. 특히 척추, 골반, 경추 등 주요 부위의 부상을 줄여 상용 운전자나 고령자에게 유용합니다.
영감의 원천
기존 차량 충돌 안전 기술은 주로 차체의 구조적 변형이나 에어백 전개처럼, 충돌 이후 작동하는 수동적 보호 방식에 의존해왔습니다. 이러한 방식은 차량 전체를 보호하는 데 효과적일 수 있으나, 충격 에너지를 완전히 상쇄하지 못해 잔여 물리적 충격이 탑승자의 신체에 전달되는 한계가 있습니다. 특히 고령자, 어린이, 신체적으로 민감한 운전자에게 이러한 잔여 충격은 중대한 부상을 초래할 수 있습니다. 이에 착안하여, 탑승자 중심의 충격 완화가 필요하다고 판단했습니다. 우리는 기존 서스펜션 시스템이 노면 충격을 차체로 전달되지 않게 분산시키는 원리에 주목했습니다. 이 원리를 차량 시트 하부에 적용한다면, 사고 시 차량이 받는 급격한 감속 충격을 시트가 먼저 흡수·지연시켜 척추나 골반, 경추 등 주요 신체 부위에 가해지는 부담을 효과적으로 줄일 수 있다고 보았습니다. 이는 기존 차체 중심 보호 기술을 넘어 탑승자 개개인 중심의 보호 방식으로 전환하는 시도이며, 향후 자율주행 시대를 대비한 능동형 안전 기술로 발전할 가능성도 내포하고 있습니다.
작동원리
이 장치는 운전석 시트 하단 사각형 플랫폼 내부에 설치됩니다. 플랫폼은 네 개의 모서리에 유압식 쇼크 업소버(또는 가변 댐퍼)가 연결되어 있으며, 중앙에는 자유롭게 이동 가능한 중심축(플로팅 코어)이 배치되어 있습니다. 중심축은 네 방향의 쇼크 업소버와 연결되어, 외부 충격 발생 시 중심축 이동을 통해 충격을 흡수·분산시킵니다. 예를 들어 차량이 좌측에서 충격을 받을 경우, 중심축은 좌측으로 미세하게 이동합니다. 이때 해당 방향의 쇼크 업소버는 압축되고, 반대편 업소버는 인장되며 전체적으로 점진적인 복원력을 제공합니다. 유압식 쇼크 업소버는 스프링과 달리 빠른 복원이 아니라, 시간 지연을 동반한 완만한 반작용력을 발휘해 충격을 한 번에 전달하지 않고 부드럽게 흡수합니다. 이러한 방식은 척추, 골반, 경추 등 주요 부위의 물리적 부하를 줄이고, 상용 운전자나 고령 운전자에게도 적합한 안전성을 제공합니다. 또한 시트의 움직임은 앞뒤·좌우·상하로 제한된 거리 내에서 이루어져 구조적 안정성과 기계적 신뢰성을 확보합니다. 센서나 전자 제어 없이 물리적 구조만으로 충격 방향에 반응하여, 반복 충격 상황에서도 안정적인 감쇠 성능을 유지할 수 있습니다.
개발 과정
이 기술은 기존 차량 안전 시스템의 한계를 보완하고자 시작했습니다. 대부분의 차량은 충돌 이후 작동하는 에어백, 안전벨트, 크럼플존 등 수동적 보호 장치에 의존하지만, 충격 에너지를 완전히 흡수하지 못해 척추, 골반, 경추 등에 부상을 유발할 수 있습니다. 특히 일정 속도 이상의 측면 충격이나 급정거 상황에서는 에어백이 정상 작동해도 순간 충격을 완화하는 데 한계가 있습니다. 우리는 차량 서스펜션의 감쇠 원리를 소형화해 시트 하부에 적용함으로써, 탑승자 중심의 충격 완화가 가능하다고 판단했습니다. 이를 위해 WIPO, Espacenet, USPTO 등에서 특허를, IEEE Xplore, ScienceDirect 등에서 논문을 조사했으나, 시트 하부에 유압식 또는 기계식 감쇠 장치를 적용한 상용 사례나 등록 특허는 확인되지 않았습니다. 일부 논문에서 ‘Pre-crash repositioning seat’ 개념이 언급되었지만, 시트가 충격을 능동적으로 분산시키는 구조는 찾지 못했습니다. 기술 구현은 시트 하부의 사각형 플랫폼, 유압식·스프링 쇼크 업소버, 슬라이딩 레일 등으로 구성하였고, 전자제어 없이 기계적으로 반응하는 메커니즘으로 설계해 신뢰성과 안정성을 확보했습니다. 또한 감쇠력 조절을 위해 내부에 캠, 무게추, 레버 등을 활용해 충격 방향과 크기에 따른 반작용을 조절하는 방식을 도입했습니다. 현재는 개념 설계와 구조 배치를 완료했으며, 이후 CAD 기반 3D 모델링과 3D 프린팅을 통해 1차 프로토타입을 제작하여 시트 이동성, 감쇠 반응, 충격 흡수 성능을 실험적으로 검증할 예정입니다.
독창성
이 기술은 서스펜션 감쇠 원리를 시트 하단에 적용하여, 기존 수동적 안전 장치가 상쇄하지 못한 충격을 시간적으로 분산·흡수한다는 점에서 차별화됩니다. 유압식 쇼크 업소버와 스프링 감쇠 장치를 결합한 사각 플랫폼 구조로, 충격 방향에 따라 중심축이 이동하고 감쇠 요소가 기계적으로 반응해 에너지를 흡수합니다. 센서나 전자 제어 없이 작동하므로 전력 소모가 없고, 반복 충격에도 높은 내구성을 유지합니다. 또한 모듈형 구조로 다양한 차량과 시트 설계에 적용 가능하며, 자율주행차, 상용차, 고령자 전용 차량 등에도 확장할 수 있습니다. 체형과 좌석 조건에 따른 감쇠력 조절도 가능해 탑승자 맞춤 대응이 가능하며, 기존 차체 중심 안전 설계를 넘어 탑승자 중심 사고 대응 기술로 발전할 잠재력을 갖추고 있습니다. 특히 “가스스프링을 이용한 자동차용 시트장치” 등 기존 기술은 단순한 위치 이동에 그치지만, 이 기술은 충격 방향에 따라 감쇠력을 능동 조절하며 복합 방향 충격에도 대응한다는 점에서 명확한 차별성이 있습니다.
향후 계획
고령 운전자와 어린이 탑승자 증가로 개인 맞춤형 안전 기술 수요가 확대되는 추세입니다. 이 기술은 기존 수동적 안전 시스템을 보완하면서, 탑승자 상태에 반응해 충격을 능동적으로 저감하는 첨단 메커니즘으로 발전시킬 계획입니다. 앞으로는 실시간 충돌 예측 센서와 연동해, 충돌 직전 시트 하부 감쇠 장치를 사전 작동시키는 대응형 안전장치로 확장할 예정입니다. 또한 주행 중 탑승자의 자세 변화나 무게 중심 이동에도 대응할 수 있도록, 감지 센서와 압력 분포 측정 장치도 고려하고 있습니다. 장기적으로는 탑승자의 체중, 키, 연령, 건강 상태 등 다양한 생체 정보를 활용해 인공지능 알고리즘이 감쇠 반응을 자동 최적화하도록 하여, 고령자, 어린이, 임산부 등 보호가 필요한 대상에게 맞춤형 안전을 제공하고자 합니다. 이를 통해 자율주행 및 스마트 모빌리티 시대를 대비한 핵심 능동형 안전 플랫폼으로 발전시키는 것을 목표로 하고 있습니다.
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