짐니어스

목표 및 제작 동기

본 서비스는 출퇴근 시간과 운동 시간을 동시에 활용할 수 있도록 설계된 이동형 피트니스 자율주행 버스이다. 현대 사회에서 직장인과 학생들은 운동의 필요성을 인식하고 있음에도 불구하고, 긴 통근 시간과 불규칙한 생활 패턴으로 인해 꾸준히 헬스장을 방문하기 어렵다. 이에 본 서비스는 사용자가 출근 또는 등교를 위해 이동하는 동안 버스 내부에서 유산소 운동과 근력 운동을 수행할 수 있도록 하는 새로운 모빌리티 기반 헬스케어 서비스를 제안한다. 차량 내부에는 실내 자전거, 스미스머신, 랫풀다운 또는 숄더프레스, 레그프레스, 힙어브덕션과 같은 운동기구를 배치한다. 단순히 운동기구를 차량에 싣는 것이 아니라, 주행 중 발생하는 진동, 선회 시 롤링, 탑승자 움직임에 따른 무게중심 변화를 고려하여 운동 공간의 안정성을 확보하는 것이 핵심이다. 특히 사람이 운동을 수행하면 정지 상태의 승객보다 무게중심 변화가 크고, 상체 운동이나 하체 운동 시 좌우 하중 불균형이 발생할 수 있다. 따라서 본 서비스는 차량의 이동성과 피트니스 공간의 안정성을 동시에 만족시키는 것을 목표로 한다. 본 아이디어는 100% 자율주행 사회를 가정하여, 정해진 경로를 따라 이동하는 셔틀형 헬스장 버스를 기반으로 한다. 차량은 지정된 경로를 자율주행하며 탑승자의 운동 상태와 차량 자세를 실시간으로 감지한다. 이를 통해 이동 시간의 비효율을 줄이고, 일상 속에서 자연스럽게 운동을 수행할 수 있는 새로운 형태의 모빌리티 서비스를 구현하고자 한다. [기대효과] 본 서비스는 이동 시간과 운동 시간을 결합함으로써 현대인의 시간 부족 문제를 해결할 수 있다. 출근이나 등교 시간은 매일 반복되지만, 대부분 비생산적으로 소비되는 경우가 많다. 헬스장 버스는 이 시간을 건강 관리 시간으로 전환하여 사용자의 생활 효율을 높일 수 있다. 특히 직장인, 대학생, 장거리 통근자처럼 별도의 운동 시간을 확보하기 어려운 사용자에게 새로운 선택지를 제공할 수 있다. 또한 본 서비스는 미래 자율주행 모빌리티의 활용 범위를 확장할 수 있다. 기존의 자율주행 차량은 단순히 사람을 목적지까지 이동시키는 수단으로 인식되지만, 본 아이디어는 차량 내부 공간을 하나의 서비스 공간으로 재정의한다. 즉 차량은 이동 수단을 넘어 운동, 휴식, 업무, 의료, 돌봄 등 다양한 기능을 수행하는 플랫폼이 될 수 있다. 헬스장 버스는 이러한 서비스형 모빌리티의 한 예시로서, 자율주행 시대의 차량 실내 공간 활용 가능성을 보여준다. 안전 측면에서도 기대효과가 있다. 주행 중 운동이라는 개념은 위험해 보일 수 있지만, 본 프로젝트는 해당 위험 요소를 기술적으로 해결하는 데 초점을 둔다. 무게중심 변화, 롤링, 운동기구 고정 문제를 분석하고, 이를 제어하는 구조를 제안함으로써 이동형 서비스 공간의 안정성 확보 방안을 제시할 수 있다. 이는 향후 이동형 병원, 이동형 오피스, 이동형 재활센터와 같은 서비스에도 확장될 수 있다. 산업적으로는 자동차, 헬스케어, 로보틱스, 자율주행 서비스가 결합된 새로운 비즈니스 모델을 제안할 수 있다. 차량 제조사는 단순 판매 중심에서 벗어나, 사용자의 생활 패턴과 건강 데이터를 기반으로 한 맞춤형 모빌리티 서비스를 제공할 수 있다. 또한 헬스장 운영사, 기업 복지 서비스, 대학교 캠퍼스 셔틀, 스마트시티 교통 시스템과 연계하여 다양한 형태로 확장할 수 있다.

프로젝트 컨셉

본 서비스의 구현은 크게 **하드웨어 설계**와 **소프트웨어 제어 설계**로 나누어 진행한다. 하드웨어 측면에서는 전기차 플랫폼 기반의 셔틀형 차량을 가정한다. 차량은 실내 운동기구의 하중과 탑승자의 움직임을 견딜 수 있도록 충분한 차체 강성과 하중 분산 구조를 가져야 한다. 운동기구는 바닥 고정뿐만 아니라 천장 또는 측면 프레임과도 연결하여 주행 중 흔들림을 최소화한다. 특히 스미스머신, 랫풀다운, 레그프레스와 같이 큰 하중이 작용하는 장비는 차량 하부 프레임과 직접 연결하여 구조적 안정성을 확보한다. 차량의 주행 안정성을 높이기 위해 4륜 구조를 적용할 수 있다. 또한 일반적인 서스펜션 구조에 더해 안티롤바, 스프링 강성 조절, 운동 공간과 차량 섀시의 분리 구조를 적용하여 선회 시 좌우 기울어짐을 줄인다. 상하 진동도 중요하지만, 주행 중 탑승자에게 더 큰 불안감을 주는 요소는 좌우 롤링이기 때문에 롤 안정성 확보를 우선 설계 기준으로 설정한다. 운동 공간은 차량 섀시와 직접 연결하지 않고, 별도의 플랫폼 위에 배치한다. 이 플랫폼은 스프링-댐퍼 구조 또는 액추에이터 기반 자세 보정 구조를 통해 차량의 흔들림을 완화한다. 예를 들어 IMU 센서와 자이로센서를 활용해 차량의 기울기, 각속도, 진동을 측정하고, 이를 기반으로 서보모터 또는 소형 액추에이터가 운동 플랫폼의 높이와 기울기를 조절한다. 이를 통해 차량이 코너를 돌거나 요철을 지날 때에도 운동 공간이 최대한 수평을 유지하도록 제어한다. 소프트웨어 측면에서는 자율주행 경로 제어와 운동 공간 안정화 제어를 함께 구현한다. 대회용 프로토타입에서는 실제 자율주행 버스를 완전히 구현하기보다는, 축소형 차량이 지정된 트랙을 따라 주행하도록 설계할 수 있다. 아두이노 또는 MCU 보드를 활용하여 모터 제어, 조향 제어, 센서 데이터 수집을 수행한다. 자세 안정화 제어는 센서 데이터 기반으로 구현한다. 다양한 노면 조건에서 스프링 압축량, 차량 기울기, 진동 데이터를 수집하고, 이를 바탕으로 서보모터가 어느 정도 플랫폼을 들어 올리거나 내려야 하는지 계산한다. 초기 단계에서는 물리 모델 기반 제어를 적용하고, 이후 실험 데이터를 축적하여 간단한 머신러닝 모델을 적용할 수 있다. 예를 들어 노면 상태, 속도, 기울기, 진동 크기를 입력값으로 받아 플랫폼 보정량을 출력하는 방식이다. 최종적으로는 승객이 운동 중에도 상대적으로 안정된 공간에서 운동할 수 있도록 차량 주행과 운동 플랫폼 제어를 연동한다. 프로토타입은 축소형 차량 형태로 제작한다. 차량 내부에 실제 운동기구를 모두 구현하기보다는, 무게추와 미니어처 운동기구 모형을 배치하여 탑승자 운동에 따른 하중 이동을 모사한다. 차량이 직진, 회전, 요철 통과를 수행할 때 IMU 센서를 통해 롤 각도와 진동을 측정하고, 자세 제어 전후의 흔들림 차이를 비교한다. 이를 통해 본 서비스의 핵심인 “이동 중 운동 공간의 안정화” 가능성을 검증한다. [개발 역량] 본 프로젝트를 수행하기 위해서는 기계 구조 설계 및 해석, 센서 기반 제어, 임베디드 시스템 구현, 데이터 분석 역량이 필요하다. 먼저 기계 구조 설계 측면에서는 차량 섀시, 운동기구 고정 구조, 하중 분산 구조, 서스펜션 구조에 대한 이해가 요구된다. 운동기구가 탑재된 차량은 일반 승객 운송 차량보다 하중 중심이 높아질 수 있으므로, 무게중심 위치와 롤 안정성을 고려한 설계가 중요하다. 또한 운동기구의 하중이 특정 지점에 집중되지 않도록 프레임 구조와 고정부를 설계해야 한다. 제어 및 센서 활용 측면에서는 IMU 센서, 자이로센서를 활용한 데이터 수집 및 판단 능력이 필요하다. 차량의 기울기를 측정하고, 이를 바탕으로 서보모터나 액추에이터를 제어하여 운동 플랫폼을 안정화하는 알고리즘을 구현해야 한다. 단순히 센서 값을 읽는 수준을 넘어, 노이즈가 포함된 데이터를 필터링하고, 차량의 움직임과 탑승자 하중 변화에 따른 보정값을 계산하는 능력이 요구된다. 임베디드 시스템 구현 역량도 필요하다. 아두이노 또는 MCU 보드를 활용하여 서보모터와 센서를 통합하고, 자세 보정 제어를 수행해야 한다. 특히 차량이 주행하는 동안 실시간으로 센서 데이터를 받아 제어 명령을 출력해야 하므로, 하드웨어와 소프트웨어의 연동 능력이 중요하다. 데이터 분석 및 시뮬레이션 역량도 프로젝트 완성도를 높이는 데 필요하다. MATLAB/Simulink 또는 Python을 활용하여 차량의 롤링, 진동, 무게중심 변화를 간단히 모델링하고, 실험 데이터와 비교함으로써 설계의 타당성을 검증할 수 있다. 예를 들어 자세 제어 전후의 최대 롤 각도, 플랫폼 기울기 변화량을 정량적으로 비교하면 개발 결과를 명확하게 보여줄 수 있다. [지원 동기] 본 프로젝트에 지원하게 된 동기는 미래 모빌리티가 사용자의 생활 방식을 보다 편한 방향으로 바꾸는 공간이 될 수 있다고 생각했기 때문이다. 자율주행 기술이 발전하면 사람은 운전에 집중할 필요가 없어지고, 차량 내부에서 보내는 시간을 더 적극적으로 활용할 수 있게 된다. 이때 차량 내부 공간을 어떻게 설계하고, 어떤 서비스를 제공할 것인가는 미래 자동차 연구개발의 중요한 과제가 될 것이다. 짐니어스는 이러한 관점에서 출발한 아이디어이다. 많은 사람들이 운동의 필요성을 알고 있지만, 실제로는 시간 부족과 피로로 인해 꾸준히 운동하지 못한다. 반면 출근과 등교는 매일 반복되는 필수 이동이다. 따라서 이동 시간과 운동 시간을 결합하면 사용자의 생활 효율을 높이고, 건강 관리 접근성을 개선할 수 있다고 판단하였다. 하지만 차량 내부에서 운동을 수행하려면 단순히 운동기구를 배치하는 것만으로는 부족하다. 주행 중 발생하는 진동, 코너링 시 롤링, 탑승자 움직임에 따른 무게중심 변화, 운동기구 고정 문제를 해결해야 한다. 본 프로젝트에서는 이러한 문제를 기계 구조 설계와 센서 기반 제어를 통해 해결하고자 한다. 특히 IMU 센서와 서보모터를 활용하여 운동 플랫폼의 기울기를 보정하고, 다양한 노면 조건에서 안정성을 검증함으로써 이동형 피트니스 공간의 가능성을 보여주고자 한다. 본 프로젝트를 통해 미래 모빌리티 연구개발에서 중요한 것은 단순히 차량을 빠르고 효율적으로 이동시키는 것이 아니라, 사용자가 차량 안에서 어떤 경험을 하게 만들 것인가라고 생각한다. 앞으로 차량은 이동 수단을 넘어 생활 공간, 건강 관리 공간, 업무 공간으로 확장될 가능성이 크다. 본 팀은 짐니어스라는 아이디어를 통해 자율주행 시대의 새로운 차량 실내 활용 가능성을 제안하고, 안정적인 하드웨어 구조와 제어 시스템을 갖춘 프로토타입을 구현하고자 한다.

팀원 기여도

• 이나영e4ds 회원
• 송형원e4ds 회원
• 최희정e4ds 회원