A Case Study: Designeer Education Program and Application of Capstone Design - Focusing on Design Thinking Process of a Robot Vacuum Cleaner

디자이니어 양성 커리큘럼 및 캡스톤 디자인 응용 사례연구: 로봇청소기의 디자인적 사고 프로세스 사례를 중심으로

Abstract

This paper deals with a 'Designeer' education program that has a specific objective of educating design to undergraduate students in mechanical engineering with the aim of enhancing their ability of collaboration with designers when they are going to work in the field after graduation. The entire curriculum of the Designeer education program is introduced first, the end of which two-semester Capstone Design Courses for senior students is offered to let them practice all the knowledge and skills in a project-based learning environment. Learning specific matters such as sketching & visual thinking, prototyping and user experience design is one thing and practicing those knowledge and skills into a Capstone Design project is another. At this point, design thinking process needs to be in place to give students a foresight of one-year journey and to ensure that they will produce a desirable, feasible and viable product at the end of the year when they define the right problem at the beginning. Their frustrations and discoveries while applying design thinking throughout the year is explained by taking an example of a Robot Vacuum Cleaner design project. Finally, we provide real examples of effective methods to practice divergent and convergent phases.

I. 서론

본 논문은 2016년 9월에 시작한 대학특성화 사업 (Creative Korea II, 이하 CK II)의 일환으로 기계공학과 산업디자인을 융합하여 ‘디자이니어’를 양성하는 프로그램을 바탕으로 하였다. 기계공학 학부 교육을 통해 공학-디자인 융합형 인재로 양성하기 위해 어떤 커리큘럼을 제공하였고, 이것을 캡스톤 디자인에 어떻게 응용하여 효과를 보았는지, 로봇청소기 프로젝트를 사례로 들어 구체적으로 제시한다.

디자인적 사고 (Design Thinking)를 어떻게 캡스톤 디자인에 적용 가능한 지, 각 단계에서 구체적으로 필요한 스킬과 방법은 무엇인지 소개하고, 그 과정에서 자연스럽게 디자인의 고민이 성능의 개선으로 이어지는 사례를 보여준다. 이를 통해, 공학 교육에서 디자인적 사고를 적용할 때 학생들이 겪는 어려움은 무엇이고 어떻게 이를 극복할 수 있는 지 교수자 관점에서 미리 예측하여 효과적인 결과를 창출할 수 있도록 돕고자 한다.

II. 디자이니어 양성 커리큘럼

1. 융복합 인재의 필요성

4차 산업혁명의 시대에 경험적 가치와 감성적 가치에 대한 요구가 증가하였고, 일반 소비자의 기대 수준이 매우 높다 (강민호, 2018). 따라서 창의적이고 고급화된 디자인을 창출할 뿐만 아니라 이를 구현까지 할 수 있는 공학-디자인 융합형 인재에 대한 산업계의 요구 또한 증가하고 있다 (임현준, 2017). 이는 실제 우리 산업의 현장에서 조직의 구성 및 채용으로까지 나타난다.

현대 자동차 그룹에서 자사의 뉴스¹⁾를 통해 SE (Studio Engineering, 이하 SE)팀을 소개한 바에 따르면, SE팀은 자동차 디자인의 완성도를 높이기 위해 엔지니어와 디자이너 사이에서 최상의 결과물을 내는 역할을 수행한다. 정확한 수치와 데이터로 증명하는 데 익숙한 엔지니어와 감성적인 느낌과 주관적인 의견을 중요하게 여기는 디자이너의 다름과 차이를 인정하고, 서로를 이해시키는 것이 주요 업무이다.

고객이 자동차를 선택할 때 가장 우선시하는 사항이 동력과 주행, 내구성, 안전성 등의 성능보다 디자인인 경우가 더 많다는 소비자의 관점이 조직의 구조에도 영향을 미친 것이다. 다양한 부문의 담당자들이 서로 조율하고 협업하여 하나의 자동차를 양산하는 일련의 과정 속에서 디자인을 최우선으로 고려하고 협의를 이끌어가는 ‘협상가’가 바로 디자인 SE팀이다. 현대자동차의 경우 이러한 직무를 별도 채용하기도 하였는데 기계공학과 산업디자인을 이중 혹은 복수 전공한 사람을 모집했다. 그런데, 복수 전공은 부담스러운데다, 이러한 공학-디자인 융합형 인재로 본인이 자질이 있는 지 일찍 경험해 보고 복수 전공할 기회는 많지 않은 현실이다.

공학-디자인 융합형 인재에 대한 요구는 산업 전반에서 나타나는 현상이며 (김관명, 2013; 임현준, 2017), 이는 디자이너가 제시한 아이디어를 엔지니어들이 기술적으로 해결만하는 것이 아니라, 아이디어 도출 과정에서부터 엔지니어들도 참여하는 것을 말한다 (최지민, 2015). 이러한 공학-디자인 융합형 인재인 디자이니어 양성 프로그램을 소개한다.

2. 디자이니어 인재상

디자이니어 (Designeer, 이하 디자이니어)는 디자이너와 엔지니어의 합성어로 공식 사전에 등록된 바는 없다. 다만, 공학교육에서 엔지니어와 디자이너의 경계에 대해 논할 때 디자인 엔지니어 (Design Engineer)라는 복합명사가 자주 언급되었다. 존 리브만 (Liebman, 1989)에 의하면 20세기 말 공학교육이 과학적 이론 교육에 치중하여 디자인과 공학이 멀어졌지만, 본래 공학은 인공물을 동작하게 만드는 예술 (the art of doing what worked)로서 실천학습 (learn from doing)의 성격이 강했다고 한다.

공학교육에서 디자인 프로세스와 방법을 가르쳐야 한다는 주장이 캡스톤 디자인 관련 제기된 바 있다. 클라이브 다임 등 (Dym et al., 2005)은 캡스톤 디자인에서 실제 산업 현장에서 벌어지는 문제를 다루는 것이 공학교육에서 얼마나 중요한 지 논하였다. 현장의 문제는 공학교육에서 주로 다루는 빨리 정답을 낼 수 있는 형태의 문제가 아니다. 소위 난해한 문제 (Wicked problem)라 하였듯(Wong, n.d.) 산업현장의 문제는 완전히 이해하기도 어렵고 경계도 불명확한 상황에서 관련 이해관계자도 많고 다들 의견이 다른데다가 제약도 많아 명확한 해결책을 바로 내 놓기 어려운 복잡한 문제인 경우가 많다. 클라이브 다임 등 (Dym et al., 2005)은 이런 난해한 문제를 공학교육에서 가르쳐야 하므로, 캡스톤 디자인에서 산업체가 현장의 실제 문제를 제시하고, 문제 해결 과정에서 공학도도 디자인적 사고를 적용할 필요가 있다고 하였다.

공학교육에서 융합하려는 디자인은 심미적인 스타일만이 아니다. 광의의 디자인으로 사용자 관점에서 문제를 발견하고 해결하는 데 엔지니어의 디자인적 사고가 필요하다. 이러한 추세에 맞게 디자이니어 양성사업은 디자이너를 이해하고 디자이너와 협업할 수 있는 엔지니어를 양성하는 것을 목표로 한다. 단, 융합형 인재가 가교만 하는 것이 아니고 뛰어난 엔지니어로서 소양은 기본이므로, 앞의 Fig. 1 에서와 같이 기계공학의 상대적 비중을 7:3의 7로 정하였다 (임현준, 2017).

 

Fig. 1 Vision of Designeer Education

3. 디자이니어 양성 커리큘럼

전 세계적으로 디자인과 공학 간 융합교육이 중요하게 여겨지고 있는데, 국내의 경우 디자인과 설계가 미술대학과 공과대학으로 이분화 되어 거리가 먼 현실이 존재해 왔다 (김관명, 2013). 기계공학 내에서도 창의성을 위한 융합을 논할 때 공학 내 다른 전공이 융합되고 (이영태, 2016), 디자인에서 공학의 캡스톤 디자인을 벤치마킹 할 때에는 디자인에 공학을 더하는 것이 아닌, 디자인 내의 세부 전공끼리 융합 (신창범, 2014)하는 경우가 많다. 디자이너가 하는 일을 엔지니어가 하는 것까지는 아니지만, 디자인적 사고 프로세스를 엔지니어도 수행할 수 있게 길러내는 것을 목표로 다음의 커리큘럼을 제공한다.

Table 1 Curriculum of Designeer Education Program

1학년에 ‘스케칭과시각적사고’와 ‘프로토타이핑’을, 3학년에 ‘디자인프로세스’, ‘제품형상과기능’, ‘사용자경험디자인’과 ‘인간공학’을 선택적으로 배울 수 있다. 4학년 대상으로 제공하는 ‘소재표현과인지감성’, ‘제품레이아웃및구조설계’ 교과목은 양산에 가까운 시점에서 디자이너와 엔지니어 간의 접점에서 발생할 수 있는 심화 이슈를 다룬다. 1~3학년을 거쳐 기계공학 대 디자인의 상대적 비중을 7:3으로 갖춘 학생들이 4학년에 역량을 최대한 발휘할 수 있는 교과목이 융합설계프로젝트이다. 특성화의 꽃이라고 할 수 있는 이 과목은 1년간 프로젝트를 수행하여 실제로 작동되는 시작품까지 제작하는 높은 완성도를 요구한다. 특히 캡스톤 디자인에서 산업계의 현실적인 문제해결을 통하여 학습한 결과가 조직의 성과로 연결되어야한다 (박수홍, 2008). 이러한 목적에 맞게 융합프로젝트의 주제는 산업체 컨소시엄에 참여하는 기업과 사업단 간의 공동협의체에서 결정하며, 원칙적으로 기업이 원하는 주제로 한다.

4. 디자인적 사고 프로세스 및 방법

창의적 공학교육을 위한 캡스톤 디자인 교수활동지원모형 개발 사례 (박수홍, 2008)에서 캡스톤 디자인에서 창의적 문제해결을 유도하기 위해서는 첫째, 전체적인 과정을 통해 발산적 사고와 수렴적 사고의 과정을 반복적으로 거친다. 둘째, 명료화되지 않은 문제 상황이 존재하고 이를 해결하기 위해 문제를 명료화하는 과정이 필요하다. 셋째, 문제해결 과정의 전체적인 흐름 속에서 창의성이 반드시 포함되어야 하고 이는 다양한 아이디어의 산출로부터 시작된다. 넷째, 창의적 문제해결을 위한 다양한 지원요소가 필요하다고 하였다. 디자인적 사고의 프로세스는 Fig. 2 ~ Fig. 5와 같이 3 ~ 6단계로 정의되는데 발산-수렴을 크게 두 번 이상 반복 (Iterate)한다는 기본 전제가 깔려 있다.

Fig. 2 IDEO's approach (IDEO.org)

Fig. 3 Double Diamond Process (British Design Council)

Fig. 4 Design Thinking Process (Stanford d.School)

Fig. 5 Design Thinking Process (NNGroup)

이 중 영국디자인위원회의 보고서에 따르면 디자이너의 프로세스는 충격적이리만치 똑같은 발산-수렴의 반복으로, Fig. 3과 같은 다이아몬드 두 개의 연속이라고 더블 다이아몬드 프로세스라 하였다. 디자인적 사고 프로세스의 다른 표현보다 이 단순한 다이아몬드의 두 번 반복이 의미하는 것을 설명하는 것이 가장 간결하고 효과적이다.

디자인적 사고의 창시자 브라운 (Brown, 2008)은 디자인적 사고가 힘을 갖는 가장 큰 이유를 인간에 대한 깊은 공감을 통해 문제를 정의하고 이를 명쾌하게 해결하는 것으로 설명하였다. 즉, 디자이너의 창의성을 가르치고자 한다면, 인간 중심의 프로세스로 공감하는 것부터 시작해야 한다. 노먼 (Norman, 2014)이 디자이너와 엔지니어의 사고 차이를 설명하였듯, 디자인적 사고를 실제 캡스톤 디자인에 적용할 때 공대생이 공통적으로 어려움을 느끼는 부분이 발견되었다.

첫째, 발산과 수렴을 최소한 크게 두 번, 가능하다면 그 이상 반복 (Iterate)하도록 해야 한다. 학생들은 대부분 1회에 그치는 발산-수렴 해 본 경험을 해 본 것이 전부인 경우가 많다. 캡스톤 디자인은 1년에 걸쳐 2회 이상 발산-수렴을 반복하고, 문제 정의에도 발산-수렴이 필요하다고 강조해야 한다.

둘째, 문제 정의의 비중이 해결안 제시 대비 동등 이상의 비중을 차지해야 한다. 정답이 있고 이를 빨리 찾아 가는 이론 교육에 익숙한 학생들이 문제 정의에 시간을 소요하는 것을 시간 낭비로 생각하는 경향이 만연하다. 틀린 문제를 열심히 풀었을 때의 위험에 대해 일깨워 줄 필요가 있다.

셋째, 문제 정의 단계에서 반드시 사용자의 실제 사용 환경에서 그들의 진짜 문제를 깊이 공감 (Empathize)해야 한다. 이것은 체계적인 사용자 리서치 활동으로 유도 할 수 있다. 학생들로 하여금 창의적인 발상은 브레인스토밍을 위한 영감의 재료가 뒷받침 되어야만 한다는 것을 체득하도록 한다.

넷째, 문제 해결 단계에서 반드시 프로토타이핑을 통한 검증을 거치도록 한다. 저비용의 간단한 재료로 컨셉 검증을 초기부터 시행할 수 있다. 디자인이 모두 구체화된 후 완제품을 제작했을 때 있을 수 있는 위험을 알려 주어야 한다.

III. 캡스톤 디자인 응용 사례

1. 디자이니어 프로젝트 팀의 형성 및 연구방법

이제, 4학년 융합프로젝트설계 수업 프로젝트 중 디자인적 사고에 가장 충실하게 진행된 사례를 들어보려 한다. CK II 사업이 불과 2년이 채 되지 않아 디자인 관련 교과목을 이수한 학생이 많지 않았다. 아래 디자인 교과목 중 세 과목 이상 수강한 학생이 포함된 팀의 사례를 드는 것이 의미가 있겠다. 또한 디자인적 사고 프로세스의 적용을 사례로 듦에 있어서 디자인 교과목 이수를 5과목 이상으로 한 팀원 1과 팀원2가 주도한 부분을 주된 내용으로 수록하였다.

Table 2 Previous Learning Experiences of Project Team Members

* 교과목 명이 이후 사용자경험디자인으로 변경됨

2. 로봇청소기 산업체 현장의 문제 제시

로봇청소기 제조사로부터 받은 미션은 “로봇청소기 궁극의 형상을 찾아라!”였다. 원형, 삼각형 등 아이코닉 (iconic)한 형태로 디자인 정체성이 이미 형성되어 있는 가운데, 이 회사는 강력한 흡입력을 자랑하려는 의도로 D자형 디자인을 사용하고 있었다. 문제는 뛰어난 흡입력에 대해 소비자는 회사만큼 만족하지 않아 보였고, 다수의 소비자 리뷰로 볼 때 로봇청소기의 청소실력은 흡입력이나 청소결과가 아닌 많은 다른 요소에 의해 좌지우지되고 있었다. 내부의 결론은 로봇청소기의 형태와 청소할 때 보이는 행동패턴에 의해 소비자가 인지하는 청소실력이 결정된다는 것이었다. 이러한 상황에서 로봇청소기의 흡입력을 더 끌어올린다고 소비자의 이미지가 개선되지 않을 것이며, 궁극적인 형상을 찾는 문제는 더 나은 스타일을 찾는 것은 아니라는 것이 명백했다. 청소를 잘 한다는 심성모형을 사용자에게 제공하며, 형상과 행동이 일관되게 인지되어야 하며, 형상의 변경은 설계의 변경으로 이어지므로 설계의 비용까지 고려해야 하는 난해한 문제였다.

3. 로봇청소기 디자인적사고 프로세스

가. 공감 (Empathize) 단계

첫 번째 발산 단계는 주어진 목표와 범위 내에서 상황을 분석한 후 필드리서치를 통해 사용자들의 경험을 조사하는 구간이다. 다양한 관점에서 문제 해결에 실마리가 될 사실들을 세심하게 찾아 나가는 관찰 능력이 무엇보다 중요하다. 프로젝트 팀은 산업체가 제시한 문제를 말 그대로 받아들이기보다, 스스로 문제를 객관적으로 정의해 보는 것으로 프로젝트를 시작하였다.

우선 현 로봇청소기 시장의 WOM (Word of Mouth)분석을 실시하였다. WOM분석은 사용자들이 자발적으로 남긴 리뷰 내용을 수집하고 분석해서 사용자들이 해당 제품에 대해 어떻게 생각하고 있는지를 미리 살펴볼 수 있는 방법이다 (조성봉, 2013).

Fig. 6 WOM (Word of Mouth) Analysis

베스트바이 (Best Buy)의 온라인 사용자 리뷰에 의하면 로봇청소기에 대한 불만은 판매순위가 높은 모델에도 많이 존재하였는데, 이 중 구석청소가 높은 비중을 차지했다. 주로 식탁과 의자 사이, 의자와 의자 사이 등 로봇청소기의 본체가 지나갈 수 없는 좁은 틈 사이에 끼어 멈춘 (Stuck) 것이 전체 불만 956건 중 평균 54%에 다다랐다. 미국이 아닌 한국에서 이러한 불만 상황이 진짜 문제인지 알아보기 위해 한국 내 로봇청소기 사용 가정을 방문하는 활동으로 이어갔다. 가정방문 (Home visit, 이하 가정방문)을 위해 다섯 가정이 모집되었고, 동의하에 그들의 집을 방문하여 관찰 및 인터뷰하였다. 로봇청소기 모델과 가구 구성을 볼 수 있도록 모집하였다.

Table 3 Home Visit List

학생들은 정량화 된 조건의 문제 풀이에 익숙하여 정량화 된 데이터만 수집하거나, 혹은 애써 정량화하고 싶어 설문을 돌린다. 그러나 사용자 자신이 원하는지조차 알지 못하는 숨겨진 니즈 (Latent Needs)는 직접적으로 질문해서 나올 수 없는 것이어서, 관찰로 인사이트를 얻고 이에 대해 심층인터뷰를 하여야 실마리를 찾을 수 있다. 이러한 정성적 조사를 컨셉 디자인의 영감을 얻기 위해 수행할 때 다섯 개 이상의 샘플만 조사하여도 75% 이상의 이슈를 발견할 수 있다 (Nielsen, 2000).

Table 4 The Five Whys Interview

가정을 방문해 보니 로봇청소기가 사람만큼 청소를 잘 하지 못하다는 폄하 의견이 지배적이었다. 또한, 사용 장면을 관찰해 보니 이들은 로봇청소기 돌리기 전 청소를 위한 사전청소와 정리를 하고 있었다. 이러한 행동 패턴 뒤에 숨겨진 뿌리 깊은 원인 (Root Cause)을 이끌어 내기 위해 원인에 대한 깊이 있는 파악 (The Five Whys) 인터뷰를 실시하였다. 원인에 대한 깊이 있는 파악 기법은 인터뷰 대상자가 어떤 의견을 말했을 때 계속 반복되는 질문을 통해 문제의 뿌리 깊은 원인을 파악하기 위한 목적으로 누구나 쉽게 적용해 볼 수 있다.²⁾ 그 중 가구 사이에 끼어 사용자가 꺼내주어야 했던 상황이 큰 원인이었고, 나오지도 못할 통로로 생각 없이 진입하는 로봇청소기의 “멍청한” 행동 때문에 폄하하는 감정이 자리 잡은 것이었다. 또한 사용자는 로봇청소기를 의인화하고 있다는 새로운 사실도 발견했다. 로봇청소기에 인형 눈을 붙여놓거나 이름을 명명하는 등 자연스럽게 감정 이입을 하고 있었다. 이 또한 이후 컨셉에 중요한 실마리로 작용하였다. 이렇게 사용자의 주관적이고 감성적인 경험은 온라인 설문이나 실험실 내의 통제된 평가로는 발견하기 어렵다. 학생들은 남의 가정을 방문하거나, 다섯 번 이상 “왜”를 묻는 다소 집요한 인터뷰를 하는 것에 거부감이 컸지만, 그렇게 해서 모르던 사실들을 발굴해낸 (Uncover the Unknown) 체험을 한 뒤에는 실효성을 받아들이는 모습이다.

Fig. 7 Patterns Found From Home Visit

나. 정의 (Define) 단계

이제 이러한 인사이트를 이상적인 사용자 경험으로 모델링하고 전략을 수립하는 정의 단계이다. 프로젝트 팀은 가정의 다양한 가구 배치에 따라 실제 로봇청소기의 청소실력이 미치지 못하는 사각지대가 있음에 포착, 현존하는 제품의 기술적 수준을 보고자 국제표준 IEC-62929에 부합하는 가구다리 환경을 설정하여 청소결과를 확인해 보았다. Fig. 8과 같이 나무 봉을 세워 가구다리를 재현하였고, 가구다리 사이는 마스킹 테이프로 구간을 나타내었다. 먼지는 침강먼지와 유사한 반경과 무게를 가진 초록색 모래로 대체함으로써 가구다리 사이인 마스킹 테이프 위에 뿌려 흡입이 되는 정도와 양상을 측정하였다.

Fig. 8 Competitor Analysis (Uncleaned Area in Green Color)

실험은 다이슨 Eye360 모델로 진행하였다³⁾. 총 4회 로봇청소기가 충전거치대를 출발해 청소한 뒤, 자동으로 충전거치대로 복귀하기까지를 관찰, 매 회 남은 초록색 모래의 면적을 비교하였다. 다이슨과 같이 소비자에게 청소실력이 좋고 파워가 센 로봇청소기도 평균 32.5% 가구 다리 사이 청소되지 않는 영역으로 남는다는 것을 알 수 있었다. 이 실험은 계획 하에 통제되어 통계적으로 의미 있는 데이터를 산출하기에는 턱 없이 부족하다. 다만, 현 제품의 현황과 이슈를 학생들이 몸소 체험하고, 반복할수록 수렴해 가는 추이를 파악하여 프로젝트의 목표 수준을 정해보는 데는 매우 효과적이다.

최종적으로 프로젝트 팀은 기존에 산업체로부터 주어진 문제였던 “로봇청소기 궁극의 형상을 찾아라!”를 “구석구석 청소 잘하는 똘똘한 (vs. 멍청한) 로봇청소기를 만들자!”로 재정의 하였다.

다. 아이디어 (Ideate) 단계

문제정의가 된 이후에는 앞서 발견한 인사이트에 창의성을 더하여 다양한 컨셉을 시도해 보는 것이 중요하다. 이 단계에서 학생들은 소수의 아이디어 중 투표로 결정 내는 경향이 있다. 학생들이 브레인스토밍 활동을 통해 제대로 된 아이디어를 산출하려면 구체적인 가이드라인을 주고 이끌어 주어야 한다. 다음은 IDEO.org에서 정하는 효과적인 브레인스토밍을 위한 7가지 원칙⁴⁾이다.

(1) 비난하지 마라,

(2) 다듬어지지 않은 아이디어를 환영하라,

(3) 다른 사람이 낸 아이디어를 발전시키라,

(4) 주제에 집중하라,

(5) 다른 사람의 대화를 경청하라,

(6) 시각적으로 표현하라,

(7) 질보다 양이다.

학생들이 이런 문화에 익숙하지 않은데, 그 중에서도 가장 어려워하는 부분이 (6)과 (7)이다. 이를 극복하게 하는 방법으로 누구나 간단하고 빠르게 그리고 수정하지 않는 썸네일 스케치 (Thumbnail Sketch)가 있다. 또한, 한 사람 당 쏟아내야 할 아이디어의 수를 정해 주는 것도 좋다. 많은 양의 아이디어를 내다보면 자연스럽게 (1)~(3) 분위기가 형성된다. 썸네일 스케치는 스케치의 카테고리 중 대화형 스케치 (Talking Sketch)로 활용될 수 있으며, 대화형 스케치⁵⁾는 디자인 프로세스 초기의 컨셉 결정 단계에서 효과적임은 공학 설계 분야에서 이미 알려진 사실이다 (McGown, 1998; IDEO.org).

이 팀의 경우 스케치를 별도의 수업에서 배운 학생이 두 명 있었지만 막상 썸네일 스케치를 해 보니 숙련되기까지 시간이 걸렸다. 미숙한 실력으로 썸네일 스케치를 그려 아이디어 발산을 하자, 팀원들 사이에서 과연 설계 관점에서 이것들이 맞는지 우려되기 시작하여, 학생들은 스케치 (Fig. 9)와 3D 모델링 (Fig. 10)을 오가며 아이디어를 전개하는 방법을 스스로 제안하였다.

Fig. 9 Talking Sketches

Fig. 10 3D Modeling of Thumbnail Sketches

라. 프로토타입 (Prototype) 단계

아이디어가 다수 도출되었고, 이 중 프로젝트 팀 내부의 의견이 수렴된 컨셉을 골라 낮은 충실도 (Low-Fidelity, 이하 Lo-fi)의 프로토타입으로 만들었다. 처음부터 너무 많은 변수를 고려하거나 지나치게 구현 충실도가 높은 프로토타입을 만들려고 하다보면 시간과 노력이 필요 이상으로 많이 소요된다. 이 시기에 가장 중요한 덕목은 속도이므로 대충이지만 신속한 프로토타이핑⁶⁾ (조성봉, 2013; IDEO.org) 방법들을 학생들에게 가르쳐 주고 실천하도록 해야 한다. 다 완성된 제품을 선보이는 것이 아니라 중간에 고칠 수 있다는 마음으로 가볍게 만드는 것이 Lo-fi 프로토타입이다. 아래 Fig. 11 상단과 같은 페이퍼 프로토타입이나 하단 카드보드 프로토타입이 보편적이다.

Fig. 11 Lo-fi (Low Fidelity) Prototype

마. 테스트 (Test) 단계

이 팀은 위의 Lo-fi 프로토타입을 가지고 총 19명의 다양한 전공을 가진 학생들을 대상으로 불특정 다수 상대의 그룹 인터뷰⁷⁾를 진행하였다. 프로토타입을 보여주고 만져보게 하면서 설명하자 참여자들의 의견이 자연스럽게 쏟아졌다. 가구가 흠집 날까 우려되니 모서리는 둥글었으면 좋겠다, 흡입구의 높이를 낮추면 높이가 낮은 가구 아래에도 청소가 가능할 것 같다, 다리 (흡입구)가 많았으면 좋겠다, 본체에서 분리되는 흡입구가 더 자유도가 높아야 할 것 같다, 집에 있는 거랑 닮았다, 무난한 디자인이다, 어디가 앞인가? 찔러 들어가는 것 같은 심성 모형이 없으면 사용자들에게 새로움을 느낌을 주지 못한다 등 형상을 좀 더 특화시켜야 경쟁력이 있을 것 같다는 의견도 다수 있었다. 학생들은 기능 중심의 질문을 몇 가지 준비하였는데, 준비한 질문 외의 이슈에 대해 생각보다 많은 의견이 나오자 Lo-fi 프로토타입과 정성적 인터뷰의 실효성을 더욱 체감하였다.

바. 추가 아이디어 (Ideate) 단계

가구다리 사이 청소를 위한 형상을 모색하기 위해 브레인스토밍을 추가로 실시하였다. 삼각형은 기존 시장에 있는 원형과 D자 형 로봇청소기보다 가구다리 사이 좁은 공간까지 찔러 들어가는 데 용이한 이미지를 주기에 적합하고, 깊게 찔러 넣기 위한 삼각형의 비율을 고민한 결과 이등변 삼각형으로 컨셉이 좁혀졌다. 흡입구의 자유도를 높이기 위하여 흡입구가 아닌 로봇 팔 아이디어가 탄생하게 되었고, 심미적 안정감과 로봇 팔을 뻗는 전방 거리 확보에 있어 삼각형 전면 두 꼭짓점에서 숨겨진 두 개의 로봇 팔이 직선 운동이 아닌 회동 접철되어 흡입을 도와주는 개념 모델을 설정하였다.

Fig. 12 Additional Brainstorming on Robot Arms

사. 추가 프로토타입 및 구현 (Implementation) 단계

컨셉이 결정되고 디테일이 추가되어야 하는 단계에서는 주된 디자이너가 개별적으로 사고형 스케치 (Thinking Sketch)를 하여 디자인을 발전시켰다. Fig. 9~10과 같이 스케치와 3D 모델링을 오가며 몸체와 부품, 그것들 간의 유기적인 관계가 뿐만 아니라 사용자 인터랙션을 위한 컨트롤 (전원 버튼, 손잡이 홈, 먼지주머니 탈착 위치 등), 브랜딩과 재질, 컬러 등을 결정하는 과정을 반복하였다.

Fig. 13 Thinking Sketches

Fig. 14의 청소기의 형상과 Fig. 15의 설계 요구사항이 모두 도출된 시점은 2학기 중반을 넘어서였다. 이러한 상세 스펙이 나오고 나서야 비로소 높은 충실도 (High-Fidelity, 이하 Hi-fi)의 프로토타입을 만들 수 있다. 학생들은 직접 필요한 몸체와 부품을 3D 프린터로 제작하면서 디지털과 실물의 차이를 실감하게 된다. 이런 단계에서는 더 나은 재료와 부품, 양산 방법을 산업체 전문가의 의견을 얻어 완성도를 높여 나갔다.

 

Fig. 14 3D Modeling of Detail Design

Fig. 15 Specifications on Detail Design

이 프로젝트 팀은 기존 대비 새로운 컨셉의 로봇청소기의 장점을 보여주기 위한 비전 동영상도 제작하였다. 이러한 Hi-fi 프로토타입은 엔지니어가 이해관계자 (Stakeholder)를 설득하여 자신의 뜻을 관철시키는 데 중요함을 설명해 줄 필요가 있다.

Fig. 16 Hi-fi (High Fidelity) Prototype

또한 Hi-fi 프로토타입이라고 해도 모든 기능을 구현하기는 어려우며, 구현된 기능 모두가 제대로 동작하게 할 능력도 부족하다. 문제정의에 답이 되는 영역을 선별적으로 구현하여 한정된 시간을 효율적으로 사용하도록 가이드 해 줄 필요가 있다.

아. 최종 테스트 단계

Fig. 17에서 보여지 듯 슬림한 이등변 삼각형 형상이 구석 청소에서 장점을 발휘하여 원형 대비 가구다리 사리에서 64%이상, ㄱ자 벽에서 84%이상 청소 면적이 확장될 것으로 예상⁸⁾되었다.

 

Fig. 17 Comparison to Competitors

또한, 로봇 팔 덕분에 Fig.8과 동일한 환경에서 로봇 팔과 삼각형 형상이 접근 가능한 구역을 예측해 본다면 국제표준 IEC- 62929에서 정하는 가구다리 사이의 청소 면적이 Fig. 18과 같이 37% 개선될 것⁹⁾으로 예상된다.

Fig. 18 Measure of Cleaned vs. Uncleaned Area

IV. 결론 및 토의

이 사례를 통해 캡스톤 디자인의 교수법에 다음과 같은 실질적인 어려움이 있고, 단계별로 이것을 어떤 방법을 적용해 봄으로써 극복해 나갈 수 있는 지 구체적인 가이드라인을 다음 표에 정리하였다.

Table 5 Difficulties that students had in applying Design Thinking Process in Capstone Design

공학교육에서 컨셉 디자인 초기의 프로세스에 더 적극적이고 구체적일 필요가 있고, 이는 21세기 4차 산업혁명의 시대에 크게 개선되어야 할 부분이다. 공학-디자인 융합형 인재를 지향하는 디자이니어 양성 프로그램은 1~3학년에 걸쳐 사용자 관점의 이해 및 시각화와 프로토타이핑 역량을 함양 시킨 후 4학년 캡스톤 디자인에서 실제 산업체 현장의 문제를 해결해 볼 수 있게 기회를 제공함으로써 산업체에서 필요로 하는 융복합형 인재를 키워낼 수 있을 것으로 기대된다.

디자이니어 프로그램을 체험한 학생들은 디자인적 사고를 개념적으로만 배우는 데 그치지 않고 한 제품이 거치는 전체 디자인 프로세스를 경험한다. 졸업하기 전 학생들이 현실의 문제는 위의 Fig. 19와 같이 정형화된 선형의 프로세스를 그대로 정진하는 것이 아닌, 프로젝트가 처한 상황에 따라 뒤로 돌아가 다시 생각할 수 있다는 것을 체득할 수 있도록 이러한 교육의 기회를 확대 제공하여야 한다.

 

Fig. 19 Design Thinking Process (NNGroup) with the Illustration of Backward Iteration Arrows

이 프로젝트는 산업통상자원부가 주최하고 한국산업기술진흥원과 공학교육혁신협의회가 주관하는 2018 공학페스티벌 (창의적 종합설계 경진대회 부문)에 출전하여 특별상 (한국전력공사장상)을 수상하였다. 또한, 여기 공개된 프로젝트 결과는 홍익대학교 산학협력단이 디자인 출원 진행 중이다.

이 논문은 홍익대학교 학술연구진흥비에 의하여 지원되 었음