환경에 감응하는 스마트 소재, 도로교통 안전 향상시킨다
환경에 감응하는 스마트 소재, 도로교통 안전 향상시킨다
  • 전찬민 기자
  • 승인 2022.02.15 13:26
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[공학저널 전찬민 기자] 지난 2019년 도로교통사고로 인한 사회적 비용은 43조로 연간 GDP의 2.3% 규모이며, 특히 야간 교통사고는 약 8.7조의 사회적 비용이 발생하는 실정이다. 하지만 도로 시인성과 도로 정보 시각화를 통한 사고율 10% 감소 시 사회적 비용은 4.3조원 절감이 예상되고 있다.

현재 조명이 없는 구간에서 운전자가 전방 위치를 확인할 수 있는 유일한 수단은 전조등과 차선임에도 불구하고 전조등의 조사 길이 한계로 차선의 인지성능이 운전자의 주행 안전성을 확보할 수 있는 가장 중요한 수단이다. 때문에 이에 대한 구체적이고 현실적인 연구와 실용화 기술개발이 시급한 상황이다.

특히 도로교통 안전시설의 야간 도로 시인성에 대한 기술수준과 한계성을 개선해 사고 없는 안전한 교통환경 조성을 위한 새로운 성능개념의 노면표시에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다. 해외에서는 도로 안전에 대한 관심 증대와 자율주행차와 연계된 인프라의 요구에 따라 신개념 도로 구축을 위한 투자가 증가하고 있다.

이 같은 상황에서 국내에서도 국토교통부는 ‘국토교통연구기획사업’을 통해 다양한 도로환경에 감응할 수 있는 스마트 소재 기술을 활용한 도로 시인성 향상과 주행 안전성 개선 기술 확보에 나섰다. 지난 2019년 착수된 ‘외부자극 및 통행차량의 특성을 고려한 도로교통 안전 향상 기술 개발’ 연구는 외부자극 감응 재료를 활용해 야간 도로 시인성, 실시간 도로정보 시각화와 최신 한계상태 설계법을 적용한 통행차량의 안전성 확보에 기여할 전망이다.

외부자극 감응 재료는 햇빛, 온도, 수분조건에 반응해 가역적인 색변화, 발광특성, 투명도 변화 등을 가지는 스마트 재료다. 또한 교통안전 응용 기술은 세계적으로 기술 초기단계로 현재 유럽 선진국을 중심으로 연구가 진행되고 있어 효율적인 연구개발을 통한 초기 시장 진입으로 세계시장 선도가 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.

이번 연구개발과제는 ‘광 감응 소재를 활용한 발광형 노면표시 개발’과 ‘저온감응 소재를 활용한 도로 살얼음 위험알림 교통안전시설물 개발’로 구분돼 개발이 진행되고 있다.

조명 없는 구간, 노면표시 취약구간에 적용 가능한 자체 발광형 도로 노면표시 기술개발은 세계최고 수준의 자체발광형 노면표시 제품을 개발하는 것이다. 또한 실제 도로 적용을 위한 전용 시공장비 개발, 시험시공을 통한 장기내구성과 야간시인성, 신뢰성 검증, 그리고 관련 법령개정을 목표로 하고 있다.

현재 발광효율을 고려한 최적 배합비 도출과 사용환경에 따른 발광성능을 검증 완료했으며, 실 환경 모사 성능검증 시험을 결과, 노면표시 외관과 발광 특성이 양호한 것으로 확인됐다.

또한, 겨울철 노면 살얼음 대비에 기반한 도로교통안전시설물 개발을 위해서는 저온 감응형 실시간 색변화 도료의 환경안정성을 확보하고, 다양한 도로환경 모사 실험을 통한 성능검증, 실도로 적용 테스트를 통한 실용화를 목표로 하고 있다.

이 경우, 시온안료기반 복합 도료 제작을 완료했으며 외부자극 차단 필름 도입을 통해 내광성 향상을 확인했다. 또한 시뮬레이터를 활용한 운전자 인지반응 평가 결과, 온도감응 색변화 교통표지판 적용 시 표지판 인지와 의미전달이 쉬워 주시 횟수가 낮고 주시 시간이 짧음에도 불구하고 운전자 형태 변화에 충분히 영향을 미친 것으로 분석됐다.

이번 연구개발의 주관연구기관을 맡고 있는 한국건설생활환경시험연구원의 고분자소재센터는 난 40여 년간의 축적된 시험·연구의 경험과 기술을 기반으로 고분자 소재부품과 제품에 대한 종합적인 시험평가와 연구개발을 활발히 진행하고 있다. 특히, 고분자 합성과 분석, 고무, 플라스틱, 필름, 복합소재, 점·접착제, 도료 등에 대한 물성평가, 신뢰성 검증 업무를 수행하며, 기업의 현장애로기술지원과 함께 정부과제, 민간연구용역사업을 지원하고 있다.

또한 고분자소재센터는 고기능성 소재와 친환경 화학소재·부품 분야에 대한 전문 인력과 연구장비와 인프라를 구축하고 있어, 이를 활용해 고부가가치의 소재기술과 신산업의 표준 개발 등을 적극 추진하고 있다.

이에 따라 이번 연구과제에서 필요한 외부자극 감응 소재의 충분한 이해를 바탕으로 ‘재료 개발-제품개발-시공성 확보-신뢰성 검증-시험시공을 통한 실증-현장적용을 위한 법령개정’의 전 과정을 주도적으로 총괄 수행을 맡고 있는 것이다.

한국건설생활환경시험연구원 고분자소재센터 박동협 센터장(사진, 가운데)은 “국내 교통안전 의식이 성장함에 따라 교통사고 감소와 도로 주행안전성 확보할 수 있도록 이번 연구개발 결과를 통해 고성능, 고품질 제품 창출을 위한 원천기술로 활용이 가능하다”며 “특히 조명 없는 구간에서 야간 도로 시인성, 보행 안전성 등 도로 이용자의 직접적인 니즈를 반영한 새로운 신규 제품화 기술로 활용할 것”이라고 말했다.

그는 이어 “이를 통해 기존 노면표시와 융합기술을 통한 세계 수준의 기술력과 가격 경쟁력을 확보할 수 있다”며 “블랙아이스존 형성을 실시간으로 인지할 수 있는 새로운 도로 결빙 위험 시각화 기술 개발로 신성장 동력 창출이 가능할 것으로 예상된다”고 덧붙였다.

교통안전시설물 분야의 실시간 도로환경 정보 제공, 스마트 노면표시 등 첨단도로 고도화 기술로 관련 시장의 발전 가속화되고 있다. 이에 연구단은 다가오는 첨단 교통시대에 맞춰, 도로교통 분야의 자극 감응재료를 활용한 지능형 도로 인프라 구축에 활용하고자 연구에 매진하고 있다.

나아가 외부자극 감응형 소재로 IT, 자동차, 패키징, 도로 시설물 등과 같은 주요 최종 사용자 산업을 포함해 다양한 산업 분야에서 활용의 확대에 선도적인 역할을 할 수 있도록 최선의 노력을 다할 예정이다.


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