미국 LSU, 패션 디자인 기술로 건설 현장 안전 문제 해결하는 스마트 엑소수트 개발

미국 루이지애나 주립대학교(LSU)의 연구팀이 패션 디자인과 엔지니어링을 융합하여 건설 현장 근로자의 안전을 강화하는 첨단 웨어러블 엑소수트 개발에 나섰습니다. 한국에서 참고할 때의 관찰 포인트는 다음과 같습니다.

건설 산업의 안전 문제와 스마트 웨어러블의 필요성

미국 건설 산업은 노동력 부족과 AI 인프라 수요 증가로 인해 인력 수요가 급증하고 있습니다. 고령화되는 건설 인력은 새로운 인재 유치에 어려움을 겪고 있으며, 특히 여성 근로자들은 부상 및 개인 보호 장비(PPE)의 불편함과 같은 문제에 직면하여 산업 참여와 경력 유지에 제약을 받고 있습니다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 LSU 연구팀은 스마트 웨어러블 엑소수트를 해법으로 제시합니다.

패션, 섬유, 인체공학, 엔지니어링, 컴퓨터 과학 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 남성 및 여성 건설 근로자 모두를 위한 스마트 웨어러블 엑소수트를 개발하고 있습니다. 이 엑소수트는 근로자의 부상 예방과 반복적인 근육 긴장으로 인한 손상을 줄이는 것을 목표로 합니다.

미국 국립과학재단 지원 미래의 일 연구

이 연구는 미국 국립과학재단(National Science Foundation)의 ‘미래의 일(Future of Work)’ 프로그램의 일환으로 자금을 지원받고 있습니다. LSU와 럿거스 대학교의 건설 관리 및 산업 공학 분야 연구원들은 프로젝트 책임자인 LSU 연구원 차오 왕(Chao Wang)을 포함하여, 착용자의 급성 및 반복적인 스트레인 부상으로부터 보호할 수 있는 웨어러블 엑소수트를 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

연구팀은 엑소수트에 센서를 내장하고 기계 학습 모델을 사용하여 특정 동작을 지원하고 실시간으로 적응하도록 훈련시킬 계획입니다. 하지만 다양한 체형에 유연하고 편안하며 안전하게 맞도록 엑소수트를 설계하기 위해서는 엔지니어링 전문성뿐만 아니라 패션 및 의류 디자인 전문가의 참여가 필수적이었습니다.

패션 디자인 전문가의 역할: 인체공학적 설계

엑소수트는 기존 PPE와 마찬가지로 작업자의 해부학적 차이를 수용하기 위한 조절 기능 부족이라는 동일한 단점을 겪는 경우가 많다고 LSU 의류 디자인 박사 과정 후보자인 메리-그웨네드 테일러(Mary-Gwynedd Taylor)는 2025년 국제 섬유 및 의류 협회 연례 회의 절차에 발표된 논문에서 지적했습니다. 테일러와 LSU 농업 대학 의류 디자인 학과 부교수인 케이시 스탠나드(Casey Stannard) 박사는 회전식 액추에이터(무릎과 같은 관절의 움직임을 모방하는 모터)를 수용할 하네스를 설계하기 위해 엑소수트 엔지니어링 팀에 합류했습니다.

테일러와 스탠나드는 현재 여성 건설 근로자 형태에 맞춰 엑소수트 하우징을 최적화하는 데 중점을 두고 있으며, 향후 디자인 반복을 통해 남성 형태에도 맞도록 확장할 계획입니다. 테일러는 건설 산업에서 현장의 모든 관계자가 잘 맞고 밝은 색상으로 자신을 식별할 수 있는 PPE를 착용해야 한다고 말했습니다.

3D 패션 디자인 소프트웨어 활용 및 다학제적 접근

테일러는 CLO-3D라는 3D 패션 디자인 소프트웨어 프로그램에서 엑소수트 하네스 프로토타이핑을 시작했습니다. 하네스는 인체공학적 신체 자세, 센서 정확도를 위한 신체 밀착, 엑소수트 배터리 수용, 쉬운 제거 등 다양한 요구 사항을 충족해야 했습니다. 일부 하네스 부위는 어깨 및 엉덩이 스트랩과 같이 늘어나야 하며, 엑소수트 센서와 모터가 제대로 작동하려면 다리 지지대는 단단한 재질로 만들어져야 합니다.

테일러와 팀은 여러 번의 하네스 반복을 거쳐 착용 테스트를 통해 개선했습니다. 현재 반복 버전은 네온 오렌지 색상의 신축성 있는 백팩 스타일 상체 구조와 통기성을 위한 통풍구가 있는 어두운 색상의 단단한 3D 프린팅 다리 지지대를 사용합니다. 등 중간 부분의 메쉬 패널은 사용자가 땀을 많이 흘리는 부위에 공기 흐름을 제공합니다. 패딩 처리된 스트랩은 어깨 위로 올라가 가슴에서 벗어나 편안함과 착용감을 향상시킵니다. 이는 잘못 배치된 하네스 스트랩이 심각한 ‘안전벨트 부상’ 및 외상을 유발할 수 있기 때문에 중요합니다.

엑소수트 하네스의 편안함과 기능성

반강성 등받이는 허리를 지지하고 허리를 감싸 엑소수트의 무게를 몸통 전체에 분산시킵니다. 이 패널에는 엑소수트의 배터리와 프로세서를 위한 뒷주머니가 있으며, 쉽게 접근할 수 있도록 지퍼가 달려 있습니다. 스탠나드 교수는 이 엑소수트 하네스가 ‘까다로운 문제(wicked problem)’ 또는 다학제적이고 복잡하며 인간 중심적인 문제를 조사하는 좋은 예라고 말했습니다. 의류 디자인에서 우리는 다양한 전문 분야를 결합해야 하는 이러한 유형의 문제 해결에 큰 즐거움을 느낍니다. 우리는 협업을 매우 중요하게 생각합니다.

프로젝트의 다음 단계는 엑소수트 하네스가 잘 맞고 의도한 대로 작동하는지 확인하기 위한 인간 시험 및 테스트를 포함할 것입니다. 연구팀은 ‘여성 건설 근로자를 위한 작업 지원 엑소수트 하네스’라는 제목의 논문을 통해 이 연구를 발표했습니다.

미국 LSU 연구팀의 이번 시도는 패션 디자인의 미적, 기능적 측면을 첨단 기술과 결합하여 실제 산업 현장의 문제를 해결하려는 혁신적인 접근 방식을 보여줍니다. 이는 국내에서도 유사한 융합 연구의 가능성을 시사합니다.