휴먼팩터 지능화의 디자인 기술동향과 산업전망

휴먼팩터 지능화의 디자인 기술동향과 산업전망

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목차

1. 휴먼팩터 지능화 기술의 정의

2. 국내·외 시장 동향 및 전망

3. 국내·외 R&D 기술개발 동향

4. 관련 기술의 방향성 및 주요기술

5. 결론

 

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1. 휴먼팩터 지능화 기술의 정의

★ 휴먼팩터 지능화의 정의

- 핵심기술을 보유한 고기능 숙련자의 지식 기술 노하우를 디지털 데이터화로 객관화, 정보화, 지능화하여 인간의 신체적, 인지적, 환경적, 지식 지능화를 통합적으로 연결하여 보다 안전하고 효율적인 체계를 구축하는 것으로, 데이터화 된 숙련자의 노하우를 비숙련자에게 교육하여 제조 산업에 혁신을 가져오고자 함

* 체계는 지식 DB화, SW콘텐츠화, 플랫폼화, 지역 클러스터화, 미래창출 5가지 지원 체계로 구성

- (발전양상) 인간의 한계(신체적·환경적·인지적·지식)를 기술로 극복하여, 각 산업 시스템이 달성하고자 하는 목적에 안전하고 효율적으로 달성할 뿐 아니라, 인간과 기술의 끊임없는 커뮤니케이션을 통해 지원, 확장, 강화, 대체의 모습으로 휴먼증강 사회를 실현

 

- (미래가치) 인간중심의 인간공학과 인체공학적 관점, HCI(인간과 기계 인터랙션)의 공학적 관점을 융합하는 새로운 사고의 틀로 기존의 물리적 작업환경을 4단계에 맞춰 점진적으로 개선하여 미래사회 변화에 인간중심의 가치 창출 기회

 

- (산업적용) 지원, 확장, 강화, 대체의 4단계로 기술발전에 따른 원천기술 개발, 산업공간 재편, 재구성으로 최적화 단계가 되면 디지털 트랜스포메이션 적용이 가능하고 이는 향후 지식의 플랫폼, 클러스터화가 실현될 것으로 예상됨

★ 휴먼팩터의 개념과 지능화의 개념

- 휴먼팩터(Human Factors)는미국식, 인지적인간공학을대표하는데쓰이는경우가많으며, 에르고노믹스(Ergonomics)는 영국식 표현으로 신체적 인간공학을 대표하여 사용한다. 인간공학은 인간과 상호작용하는 시스템으로 인간의 신체적, 인지적, 감성적, 사회적 특성에 대한 과학적 지식을 적용하여 인간의 특성, 능력 및 한계를 요구에 적합하도록 설계하는 학문임 * Sanders, M.S., & McCormick, E.J., Human Factors in Engineering & Design.,1993

 

- 인간의 신체, 인지, 환경이 휴먼팩터를 구성하는 요인, 이는 인간과 그 모든 활동의 관계를 최적화하기 위한 기술로 인간과 기계 등으로 구성된 시스템의 안전 및 효율을 달성하기 위해 고려해야 하는 인적 요인을 포함, 혹자는 신체, 인지, 환경, 지식으로 구분하여 휴먼팩터의 요소를 구분함

 

- 지능화란 세상 만물이 지적 능력을 갖게 되는 현상을 의미한다. 기계가 의사 결정을 할 수 있다는 점이 가장 큰 특징임

 

- (인공지능) 컴퓨터가 스스로 생각하고 지적 능력을 갖는 것임

 

- (지능사회) 자동차가 가전기기, 빌딩 등 각종 기계와 융합 세상 만물에 생각하는 능력으로 지능화 분류 구분을 [그림 3]과 같이 분류하고 있다. 정보사회에서 분류하는 3단계(인지, 판단, 행동)로 구분함

 

- (스마트제조) 스마트제조혁신추진단에서 5단계(생산정보 디지털화, 실시간 모니터링, 실시간 자동제어 등 최종 스마트 공장으로 구분하여 정의함 - 정보화와 지능화의 관계는 동일한 성격으로 정보화의 고도화 단계로 보는 연속적인 입장(Schwab, 2016)

 

- 인간의 개입이 최소화된 이미지 데이터화를 통해 실시간으로 분석하여 알고리즘을 통해 스스로 학습하고 예측을 통하여 오류를 수정하고 최적화를 실현해 가치를 증대시킴

★ 휴먼팩터 지능화의 지능화 단계

① 지원(支援, Support) : 현재 기술과 사회 부문에 취약한 부분의 사용함에 있어 안전하고 편리하며 효율을 높이기 위한 사용성 중심의 데이터 생산 및 확보 단계

 

② 확장(擴張, Extend) : 인간에게 기술(기계 로봇, 인공지능, 가상현실 등)을 활용하여 *인간능력의 물리적 기능을 넓히고 사용자 패턴을 이해하여 방대한 데이터를 가장 효율적으로 분석하여 추론하는 단계 * Human Augmentation : 지각능력, 인지능력, 신체능력, 존재감, 신체시스템 등(소니컴퓨터사이언스연구소)

 

③ 강화(强化, Reinforce) : 인간의 지각하고, 생각하고 행동하는 일체 행위를 기술을 통해 보조 및 강화 할 수 있게 되어 한계를 극복하고 하이브리드적

* 사고로 데이터 분석으로 예측 및 성능을 향상 할 수 있어 자동화가 이뤄지는 단계

* 유발 하라리는 컴퓨터와 스마트폰 같은 기술이 사람과 결합한 사이보그 전망 * 사람과 사물 간의 무한한 연결을 가능케 하는 인간의 기계화, 기계의 인간화로 인간-기계의 합성으로 2030년 안에 사람의 두뇌가 클라우드를 기반으로 한 기계적 의식과 결합한 사고하는 방식(미래학자, 레이 커즈와일 Ray Kurzweil)

 

④ 대체(代替, Replacement) : 특정한 영역이나 과업에서 인간을 완전히 대체하는 단계로 인간의 능력뿐 아니라 의사 결정 단계로 능력을 올바르게(인간답게, 도덕적 등) 사용할 수 있는 의식 구조가 구현되어 예측과 창의적 지능화가 생성되는 단계

* Global Trends 2030 : Alternative Worlds, 지속적인 향상 기술의 발달로 슈퍼휴먼(Super-Human) 등장

* AI100 연구단, 2030년 인공지능이 인간 노동을 확장하거나 대체하여 휴먼증강 사회 구현

 

★ 휴먼팩터 지능화 주요기술

- 휴먼팩터 지능화를 휴먼팩터(신체적, 인지적, 환경적, 지식적)와 지능화(지원, 확장, 강화, 대체)의 상관관계를 통해 아래 표와 같이 16개 단계별 내용을 구분하여 제시함

* 유형구분의 경우 관련된 기술들이 병렬적으로 성장하지 않기에 사례별로 다를 수 있음

 

2. 국내·외 시장 동향 및 전망

 

★ 국내외 시장 동향

- 해외의 경우, 뇌-컴퓨터 인터랙션 기술 개발과 관련된 상품화가 활발하고 기존 재활치료에서 두뇌 인지 및 감성 능력 향상으로의 기술 개발이 확장되고 사용자에 맞춰진 인지감성 차원의 휴먼증강 사회로의 범위가 확장 되는 추세임

 

- SW 및 장비기기와 통합 플랫폼 형태로 제공되는 서비스가 두드러지며, 안전과 포용적 차원으로의 인간을 위한 디자인 기술 개발이 이루어짐

- 국내의 경우, 작업의 효율성과 안전성을 위한 지원 기술들이 최근 이뤄지고 있고, 사용자 경험 디자인을 적용하여 개인 맞춤형 서비스를 제공하는 기업이 등장하고 있음. 이는 VR/AR을 활용하여 안전성과 생산성에 효율을 높이기 위한 기술개발도 시장에서 활용되고 있음

 

- 특히, 센싱기술과 실감영상 기술 등을 적용하여 생활 산업에 제품ㆍ서비스디자인개발이 이루어지고 있음

① 제조생산 단계에서 지능화 활용

- 히타치(Hitachi) AI를 이용하여 빅데이터와 노동자의 업무 루틴을 분석하여 AI 기술을 물류 업무에 적용한 결과 8%의 생산성 개선

 

- 지멘스(Siemens) 3D 프린팅 로봇이 AI를 통해 의사소통 및 협업하여 물건을 제작 - 이너시아 스위치(Inertia Switch) 로봇 지능과 센서 퓨전을 통해 로봇과 휴먼의 협업으로 유니버설 로보틱스 업무를 학습하고 업무 간 유연한 변경이 가능

 

- 유럽의 엘리베이터 기업 꼬네(Kone)는 디지털 플랫폼을 구축하여 숙련자와 비숙련자가 장거리에서도 간단한 교육과 소통을 통해 안전점검을 원격으로 실시

 

② 제품 및 서비스 설계에서 지능화 활용

- 나이키(Nike) 알고리즘 디자인 소프트웨어를 통해 제품의 강도와 경도를 최적화하고 다양한 프로토타입이나 모델을 3D 프린트로 제작하여 테스트한 결과, 최고의 디자인을 찾아낼 때까지 그 사이클을 반복하며 제품 및 서비스 설계 단계에서 검증을 AI 기술을 활용한 사례

 

- 인텔리전트X 브루잉 컴퍼니는 자사의 제품의 최초로 AI가 제조한 맥주기업으로 제조법을 변경할 때는 페이스북 메신저로 수집된 고객 피드백을 반영하여 맥주의 성분을 수정하여 맛을 변경하는 사례

 

- 라스베가스 샌즈(Las Vegas Sands Corp.)는 AI를 사용하여 카지노 업장의 도박기계 배치도가 다양하게 변경된 모델을 제작하고 이를 통해 재무성과를 최적화, 배치도 변경에 따른 이윤 변화를 모니터링하고 리모델링 디자인 계획에 반영함

 

- 일본 도요타(Toyota) 얼굴 인식으로 운전자가 일정 시간 전방을 주시하지 않을 경우, 소리/라이트로 경고, 장애물에 근접하면 자동으로 벨트를 당기며 브레이크와 스키어링 휠을 조정하는 방식의 주행 안전 보조 장치 사례

 

③ 헬스케어와 생명과학에서 지능화(AI) 활용

- 헬스케어산업에서는 AI를 통해 과학자와 의사는 보다 고부가가치 업무에 집중하여 환자의 삶을 개선하는데 보다 집중하도록 함

 

- 버그 헬스(Berg Health) AI를 활용하여 환자 데이터를 분석하고 분자지도를 작성, 분자 지도는 췌장암 환자가 버그의 2상 치료제에 긍정적으로 반응할 가능성을 결정

 

- 신시내티 아동 병원(Cincinnati Children’s Hospital) 환자의 임상 시험 참여도를 보다 잘 예측하기 위해 머신러닝을 사용 연구진은 AI를 통해 60% 정도인 현재의 참여율을 72%까지 끌어올리고자 함

 

- 존슨앤존슨(Johnson&Johnson)은 보다 신속히 읽고 분석할 수 있도록 IBM의 왓슨 Watson을 훈련, 신약 개발 과정에서 과학자의 시간을 절약 - 미국 포드사(Ford)의 인포테이먼트 시스템 싱크(Sync) 좌석의 헬스케어서비스 기능으로 혈압, 혈당, 심박 수 등을 차량에서 모니터하는 서비스 제공 사례

 

★ 국내외 시장의 전망

- 기술의 발달로 정보화에서 지능화로의 가장 큰 특징은 기계가 의사결정을 할 수 있게 된다는 점으로 이를 활용하여 보다 효과적인 문제해결을 지향하며 인간중심적 유무형의 디자인 가치가 보다 향상될 수 있는 기회가 많아질 수 있음

 

- 제조, 서비스 산업에 기술 활용이 아닌 인간 삶의 질 향상을 위한 변화로 읽힘

 

 

3. 국내·외 R&D 기술개발 동향

 

★ 해외 주요국 R&D 기술개발 동향

- 해외 주요 국가별 사례는 기존 제조업의 경쟁력을 고려하여 디지털 트랜스포메이션의 정도의 차이가 있으며 유럽과 독일의 경우 구체적인 개발의 투자와 체계를 구성, 연구 및 실험을 통해서 제조업의 시설의 고도화를 가져옴

 

- 일본의 경우 뛰어난 제조 기술력을 가지고 있는 전통 제조의 역량이 있는 곳으로 기술, 인재육성, 금융, 고용, 지역 경제 등이 종합적으로 대응하여 내부적으로 문제를 해결하기 위한 높은 경쟁력을 가지고 노력을 하고 있음

★ 국내 R&D 연구 동향

- 인체데이터를 사용해 국민체위 조사, 제품·공간설계 등에 활용되어 온 사이즈코리아(Size Korea)가 휴먼 빅데이터 플랫폼 사업으로 개인 맞춤형 휴먼 빅데이터를 수집해 축적된 인체정보를 산·학·연에 보급

 

- GTG웰니스, 라파앤라이프, 엔키 등 국내기업이 3D 스캐너를 제작, 보급하고 대한가발협회, 군수사령부, 다비치 안경, 아이러브핏 등 10여 곳이 제품과 서비스 개발

 

- 국가표준원은 휴먼 빅데이터 플랫폼 정보를 활용해 가발, 안경, 장갑, 신발 등 맞춤형 패션제품으로 활용

 

- 일상의 건강·보건·헬스·의료, 의류패션, 뷰티, 생활용품 등의 분야에서 활용하는 빅데이터 플랫폼 운영

 

- 한국전자통신연구원의 전통무형문화 전형 전승을 위한 실감 센싱 및 렌더링 기술 개발로 장인(회화, 조각, 악기 등) 작업 데이터 획득을 통해 디지털화 및 응용서비스 개발을 위한 R&D 연구 사례

- 인간의 다양한 가치 중심에서 휴먼 요소를 디지털화하여 인간의 반복적 업무, 위험요인, 개인 맞춤형 지원 등 기계가 대신하여 인간에게는 보다 편리하고 안전한 삶을 제공해 주는 역할로서의 현재, 휴먼팩터 지능화 연구가 걸음마 단계 수준

 

 

4. 관련 기술의 방향성 및 주요기술

★ 주요기술 유형 분류

- 휴먼팩터 지능화의 50개 사례를 분류하여 인간과 지능화 기술의 관계에 유형 4가지를 구분하여 분류함

• 유형Ⅰ : 제품 및 도구의 활용 및 데이터 측정(실감 센싱/렌더링 기술 개발)

• 유형Ⅱ : 데이터를 활용한 생활 산업 제품·서비스

• 유형Ⅲ : SW 및 장비기기 기반 사례(로봇, AI, DL, ML, SW 프로그램) • 유형Ⅳ : 통합 플랫폼 기반의 혁신 지능화된 시스템 활용

★ 휴먼팩터 지능화의 디자인 주요 기술

- HCI (Human-computer interaction) 기반 스마트 디자인 기술 : HCI 기술기반으로 인간을 중심으로 하는 스마트 공간디자인의 센서 제어 기술이나, 인간의 생리신호 측정 데이터들을 활용한 디자인기술융합

 

- 사용자 경험디자인 데이터 구축 및 변환 기술 : 사용자와 사용자간 또는 상대의 컨텍스트 기반 사용자 에이전트와 사용자들 간의 인터랙션 진화 관계 모델 정의하고 관련 인터랙션 디자인 개발 및 데이터 변환 구축 기술

 

- 사용자 경험설계 인터랙션 3D디자인 기술 개발 : 사용자와 사용자간 또는 상대의 컨텍스트 기반 사용자 에이전트와 사용자들 간의 인터랙션 진화 관계 모델 정의하고 관련 인터랙션 디자인 개발 및 데이터 변환 구축 기술

5. 결론

 

시사점 및 정책제안

 

★ 휴먼팩터 지능화의 디자인 기술 동향에서 다양한 산업으로 활용되고 있지만, 현재 관련 디자인 R&D연구 개발은 진행 되고 있지 않은 상태

 

★ 비대면 사회가 되면서 관련 디자인 기술의 경쟁력 확보가 절실하며, 이는 인간중심의 디자인, 인간공학, HCI(인간과 기계 인터랙션), UX/UI 분야의 지능화가 이루어진다면 우리 사회의 다양한 분야로의 활용 및 확산이 가능할 것으로 예상됨

 

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출처: keit pd 이슈리포트