아이들을 위한 자외선 차단 유모차

프로젝트 요약

어떻게 하면 효과적으로 ‘자외선 차단을 할 수 있을까?‘‘ 라고 생각하다가 아이들이 가장 자주 이용하는 유모차가 생각이 났다. 우리는 유모차에 인간의 눈에 보이지 않는 자외선량을 자외선 센서를 이용하여 연속측정하고, 일정 수치가 넘어 자동으로 가림막이 내려가는 유모차가 있다면 유아들의 피부암을 예방할 수 있으며, 부모도 걱정을 덜 할 수 있을 것이라 생각하여 제작하게 되었다.

따라서 자외선 센서(UVA, UVB, UVC; 200 ~ 400mm의 파장 감지)가 가능한 센서를 설계하고, 이를 이용하여 인간이 정확하게 인지하지 못하는 자외선량을 수치화한다. 또한, 측정된 자외선 값이 반영되어 구동부(서보모터 동작, 선캡이 내려가거나 올리기 위한 동작), 부모와 아이에게 인지될 수 있는 부저 알람의 기능으로 동작한다. 이러한 동작은 센서, 엑추에이터를 이용하여 영유아들이 장시간 노출되는 사외선량을 최소화하기 위해 측정된 자외선량과 노출 기준인 250mm의 파장 이상에서 선캡을 자동으로 동작시킬 수 있는 장치를 연구한다. 본 연구의 결과물을 외출시 가장 많이 사용되는 유모차에 장착하여 실제 외부 환경에서 측정된 자외선량과 노출기준 하한 230mm의 파장 이상에서 선캡을 동작시킬 수 있어 자외선에서의 노출을 최소화시켜 번거로움을 최소화하는 것을 목표로 하였다. 유모차에 적용시켜 사용된다면, 앞에서 열거된 내용과 같이 영유아의 자외선 차단을 보다 적극적으로 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

2. 과제개발 주요과정

2-1. 아이템의 선정동기와 목적(필요성)

최근 지구 온난화로 인하여 지표면의 온도가 해마다 상승하고 있는 것을 뉴스에서 자주 접하고 있다. 그렇다면, 왜 지표면의 온도가 상승하고 있는 것일까? 바로 환경오염으로 인한 오존층 파괴 때문이다. 인간의 화석연료 사용량이 급증하면서 온실가스가 끊임없이 배출되는 탓에 지상으로부터 상공 20km 부근에 분포하고, 「한반도 상공의 오존층 연구와 감시」 연구에 의하면, 과거 10년간 한반도 상공의 오존 농도가 4% 감소된 것으로 추정되고 있으며, 만일 향후 10년 동안에도 지금과 같이 오존층의 4%가 감소한다면, 이로 인해 UVB 조사량은 4.8%가 증가될 것이며, 이로 인한 비흑색종 피부암 발생 증가율은 4.8% ~ 12.0%로 예측될 수 있다고 한다. 오존층은 자외선을 차단 또는 반사시키는 역할을 하는데 얇아진 오존층으로부터 지표면으로 자외선이 직접 닿는 문제가 발생한다.

「Meta-analysis를 이용한 UVB 조사량에 따른 피부암 발생 위해도의 예측연구」 논문에 따르면, 피부암이 신체부위 중에서 태양광선에 집적으로 노출되기 쉬운 부위에서 주로 발생하며, 실외의 경우 그 위험도가 더 높다고 밝히고 있다. 피부암이란, 일광·자외선·비소 등이 발암요인으로 작용하는데 흔히 자외선 차단제만 잘 바르기만해도 예방할 수 있을 것이라 하지만, 자외선 차단제도 2 ~ 3시간 마다 덧바르지 않으면 제대로 된 효과를 볼 수 없다고 「한국의학연구소」 연구 보고가 있다. 「대한피부과학학회」는 피부암을 예방하기 위해 대양광선을 차단할 수 있는 양산이나 모자, 긴 옷, 자외선 차단제를 준비하고, 행후 6개월 미만의 유아는 자외선 차단제를 발라주되, 그늘에 천으로 자외선을 가릴 것을 권고하고 있다. 또한 자외선은 최대한 피하는 것이 최우선이라고 현 의료진들은 말하고 있다.

“대한피부과학회”가 5월 피부건강의 날을 맞아 건강보험심사평가원의 최근 5년간 전체 피부암 실태를 분석한 결과, 피부암 환자 수는 2009년 1만 980명에서 2013년 1만 5,826명으로 44.1%가 증가했다고 발표했다. 평균 9.6%의 증가율을 보인 셈이다. “자외선 차단, 어른보다 어린이가 더 중요” 기사에 의하면, 어린이 피부는 성인에 비해 자외선 방어능력이 현저히 떨어지며, 방어 능력이 손상되면 커서도 회복하기 어렵다.

따라서, 본 연구에서는 어떻게 하면 효과적으로 ‘자외선 차단을 할 수 있을까?‘‘ 라고 생각하다가 아이들이 가장 자주 이용하는 유모차가 생각이 났다. 우리는 유모차에 인간의 눈에 보이지 않는 자외선량을 자외선 센서를 이용하여 연속측정하고, 일정 수치가 넘어 자동으로 가림막이 내려가는 유모차가 있다면 유아들의 피부암을 예방할 수 있으며, 부모도 걱정을 덜 할 수 있을 것이라 생각하여 제작하게 되었다.

2-2. 자동 자외선 차단 유모차 개념 설계

바깥에 유모차를 가지고 나간 순간부터 안전한 곳으로 도착하기 전까지의 자외선 값을 받고, 자외선 값이 일정 수치를 넘었을 경우 서보모터에 전달하여 가림막이 내려가는 것이 핵심 목표이다. UV센서로 자외선 측정을 센싱하고, 서보모터로 엑추에이팅한다.

[그림 2]는 자동 자외선 차단 유모차의 구조이며, 자외선(UV) 센서를 사용하고 계속하여 상황정보를 센싱한다. 자외선 센서의 내부엔 증폭기가 내장되어 있으며, UV의 강도를 전압으로 변환시켜 출력한다. 우리가 사용하는 자외선 센서는 200-390nm의 값을 효과적으로 감지할 수 있다. 자외선의 값이 일정수치보다 크면 부저를 울리고, 서보모터를 동작시킬 것이다. 제작하기에 앞서, 자외선 센서가 실내에선 어떤 수치를 받고 야외에 있을 때 어떤 수치를 받는 지 테스트 해보기로 했다. 자외선 센서는 실내(형광등아래)에서 200~215의 수치를 받았으며, 10시경의 야외에선 230이상의 수치를 기록했다. 자외선 센서가 정상적으로 값을 받는 것을 확인한 뒤, 부저를 연결해주기로 하였다. 여기서 부저센서를 쓰는 이유는 아이가 손이 끼이는 사고가 날 수 있고, 그것을 예방하고자 쓰기로 하였다.)

유아의 기준에 맞춰, 햇빛이 뜨겁게 뜨기 시작하는 순간부터를 최대값으로 지정하였다. 자외선 값이 최대값을 넘으면 부저가 두 번 울린다. 예외 상황이 생겼다. 흐린 날은 자외선 센서로 테스트하기가 힘들었다. 어떻게 하면 좋을까 생각하다가 날씨가 흐린 날의 테스트를 위하여 조도센서를 사용하기로 하였다. 일정 수치가 넘어가면 부저가 정상적으로 출력하는 것까지 테스트를 끝낸 뒤, 서보모터와 연결하였다. 일정 수치가 넘어가면 서보모터가 0도에서 90도를 기준으로 맞춰 작동한다.

4. 연구결과

햇빛은 절대 무해하지 않다. 오히려 적당한 햇빛은 생명체에게 굉장히 필요하다. 이롭게 도움을 주는 햇빛이지만 과한 환경파괴로 인해 받아야하는 정도보다 많이 받아 위험하기도 하다. 환경파괴는 일상에 삶을 편하게 하기 위해 녹아들어 있어 근본적으로 해결해야하는 문제이다. 하지만 지켜줘야 하는 어린 아이들이 자외선에 노출되어 받은 손상으로 인하여 평생 낫지 않는 흉터를 가진다면 분명 힘들 것이다. 「베이비 뉴스」에 따르면, 자외선은 피부 노화와 시력 손상, 백내장, 피부암 등 각종 질환을 일으킨다고 한다. 때문에 보호자들은 아주 어릴 때부터 자외선의 위험에 놓인 아이들을 지켜줘야 할 의무가 있다.

하지만 자외선은 눈에 보이지 않기 때문에 피부로 느끼는 것으로는 얼마나 자외선이 강한 것인지 알 수 없다. 또한 햇빛을 무조건 가리는 것, 자외선 차단제를 2~3시간 지속적으로 반복하여 바르는 것 또한 쉬운 일이 아니다. 그런 번거롭고 어려운 문제들을 수치화 시키고, 자동으로 닫히는 것으로 번거로운 일을 편히 해결 할 수 있어야 한다. 유아는 자외선으로 인한 피부병, 알레르기를 예방 할 수 있고 동시에 자외선 차단제로 인한 영유아들의 피부에 알레르기가 발생하는 문제도 해결할 수 있다. 부모는 자외선으로 인한 유아의 걱정을 줄여 조금 더 다른 것을 신경 쓰고 살필 수 있다.

이 유모차를 이용하여 영유아뿐만 아닌 햇빛에 약한 노견들 또한 햇빛에 위험한 생명체이다. 「반려동물인구 1,500만 시대!」의 기사에 따르면 대한민국은 반려동물인구 1500만 시대(인구 4명 중 1명꼴)라고 불릴 정도로 애완동물과 밀접한 관계를 가지고 있다. 그런 노견들을 위한 유모차로도 사용 할 수 있다. 더불어 유모차에 습도센서와 같은 센서로 다른 값을 받아와 활용하여 사용할 수 있다.

또한 식물도 장시간 햇빛에 노출되면 말라버리거나 시들어 제대로 키우기 힘들다. 1인 가구가 늘고 있어 식물을 키우는 가구도 늘고 있는 추세이다. 식물이 말라 죽거나 제대로 키우지 못하면 좌절감을 느낀다는 사람들도 있다. 유모차를 기반으로 일정량의 햇빛보다 많은 자외선을 식물이 받아 죽는 문제점을 해결할 수 있는 스마트 화분, 일정량의 햇빛이 들어와 집안이 뜨거워지는 문제를 해결할 수 있는 스마트 블라인드 창문, 가게의 야외에 놓여있는 대형 파라솔 등, 여러 가지의 방면에서 활용할 수 있을 것이라고 예상된다.

자동 상황인지 시스템, 손쉬운 보관과 간편한 이동, 접근하기 쉬운 Arudino 사용, 센서 및 액추에이팅 응용 시스템 설계

핵심기능

영유야, 노견 등 일상생활 속 약자들, 스마트 블라인드 창문, 스마트 화분 등

주요 사용처