감성디자인과 행동유도를 융합한 아동용 전동칫솔 제품 디자인 개발 = Design and development of an electric toothbrush for children integrating emotional design and behavior induction

국문 초록 (Abstract)

바쁜 일상속에서 세심한 관심이 필요한 어린이의 구강 건강 문제는 보편성과 복잡성이 공존하는 양상을 보인다. 중국 제4차 구강건강 역학조사 결과에 따르면, 국내 5세 아동의 유치 우식증 유병률은 이미 70%를 초과하였으며, 발병 시기가 빠르고 영향 범위가 넓으며, 부모의 관심 또한 충분하지 않은 것으로 나타났다. 이러한 높은 치아건강 발병률은 아동의 성장과 발음 기능에 영향을 미칠 뿐만 아니라 생리적 발달, 정신 건강과 사회적 상호작용에도 부정적인 영향이 있을 수 있다. 임상 및 행동학 연구 결과, 충치의 형성은 식습관과 유전적 요인뿐 아니라 아동의 양치질 행동 규범성과 구강 관리 습관 형성과도 밀접한 관련이 있다. 그러나 아동들은 초기 단계에서 동기의 결여, 능력 지원의 부족, 외부 감독 및 피드백의 미비 등으로 인해 올바른 구강 위생 행동을 확립하고 유지하기 어려운 실정이다. 전통적인 아동용 칫솔은 기능적으로 세정에만 초점을 두어 흥미와 상호작용성이 부족하며, 이에 따라 아동의 양치 흥미를 유발하기 어렵고 행동 유도를 통한 장기적 습관 형성 역시 제한적이다. 따라서 아동의 행동 메커니즘을 분석하여 재미있는 요소와 함께 치아건강 상호작용을 함께하는 칫솔 디자인에 개발하고자 합리적 방법과 디자인 요소를 추출 검증하는 것은 매우 바람직한 개발이며 향후 세대의 건강과 사회의 긍적적인 방향을 제시한다는 점에서 개발에 대한 의의가 크다고 할 수 있다. 특히 이러한 디자인 개발을 위해 감성디자인과 행동유도 개념을 결합하여 아동의 흥미와 참여를 유발하는 전동칫솔 디자인은 실제적인 아동의 실제행위를 긍적적으로 유도하는 효과적 접근이 될 수 있을 것으로 예상된다.
본 연구는 감성디자인(Emotional Design)과 행동유도(Behavior Induction) 개념을 융합하여 아동의 양치 행동을 긍정적으로 변화시키기 위한 전동칫솔 제품 디자인 방안을 제시하는 것을 목적으로 하고자 한다. 연구는 3세부터 8세까지의 취학 전 및 저학년 아동을 대상으로 하였으며, 정서적 행위와 행동 설득 메커니즘을 결합하여 아동의 자발적 참여와 장기적인 치아건강을 위한 행위 습관 형성이 가능하도록 가정에서부터 출발되어야 한다고 생각한다. 이러한 연구는 먼저 관련 연구이론과 현황을 바탕으로 아동 구강 건강 실태, 양치 행동의 문제점, 제품 발전 동향을 체계적으로 정리하고, Fogg 행동 모델(FBM), 행동설득이론(Persuasive Design Theory), 감성디자인 이론, 아동 심리학 이론을 통합하여 연구의 이론적 틀을 구축하였다. FBM(Fogg Behavior Model) 모델은 행동의 발생동기, 능력, 유발요소의 상호작용에 의해 결정된다고 보며, 이는 아동 양치 행동 분석 및 설계 전략 수립의 기초 논리를 제공한다. 감성디자인은 제품의 본능적, 행동적, 경험적 사용성을 강조하며, 특히 아동용 제품디자인에 적합한 디자인 개발에 중점을 둔 연구 실무개발에 집중하고자 한다. 또한 아동 심리학에서 바라본 연령대별 인지, 정서, 사회성 발달 특성을 분석하여 제품 기능과 상호작용 방식의 근거를 제시하고자 한다.
연구 방법론으로 본 연구는 ‘관찰-설문-모델링-설계’의 통합 접근법을 채택하였다. 현장 관찰과 학부모 인터뷰를 통해 아동의 양치 행동에서 나타나는 대표적 문제를 구별하였으며, 여기에는 양치 시간 부족, 비표준적 동작, 주의력 산만, 학부모 감독의 일관성 결여 등이 포함되었다. 이후 FBM의 세 가지 요소를 바탕으로 18개 핵심 항목을 포함한 설문지를 설계하였으며, 동기요인(예: 재미요소, 보상체계), 능력 요인(예: 인체공학, 안전성), 유발 요인(예: 알림 피드백, 감독 체계) 등을 다루었다. 총 315부 중 유효 응답은 309부로 유효율은 98%였다.
데이터 처리 단계에서는 신뢰도와 타당도를 검증하였다. 전체 척도의 Cronbach’s α 계수는 0.85 이상이었으며, 하위 척도 또한 모두 0.7 이상으로 내적 일관성이 우수하였다. KMO 값은 0.872, Bartlett 구형도 검정 결과는 유의수준 p < 0.001로 나타나 요인 분석에 적합함을 확인하였다. 탐색적 요인분석(EFA)을 통해 ‘흥미적인 동기’, ‘능력에 대한 지원’, ‘촉발 피드백’, ‘부모에 의한 감독’의 네 가지 주요 요인을 추출하였으며, 총분산 설명은 70%를 초과를 보이고 있다. 이러한 요인들은 관찰 및 인터뷰 결과와 일치하여 아동의 양치 행동 요구가 다차원적임을 검증하였다. 이후 각 요인의 중요도를 분석하기 위해 AHP(계층적 분석법) 기반 모델을 구축하고 목표 계층은 ‘아동용 칫솔 설계 요소’로 설정하였으며, 기준 계층에는 동기, 능력, 유발, 감독의 네 가지 요구 유형을 포함하였다. 하위 기준은 점수 보상, 만화 스토리텔링, 안전 소재, 인체공학, 피드백 알림, 동작 교정, 데이터 감독 등 세부 항목으로 구성하였다.
분석 결과를 살펴보면 가중치 순위는 ‘능력지원’이 기초적 요소로 나타나고 ‘흥미 동기’가 핵심적 유도 요인으로 ‘유발 피드백’은 습관 형성의 보조적 메커니즘으로 ‘부모 감독’은 장기적 교육 과정에서 보완적 역할을 수행하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 감성디자인적 요소와 행동유도 전략이 상호보완적으로 작용함을 보여준다.
디자인 단계에서는 우선 행동 및 요구 분석 결과를 바탕으로 세 가지 상이한 방향의 개념 설계안을 제시하였다. 각 설계안은 각각 흥미성 강화, 상호작용 피드백의 최적화, 그리고 부모 감독 기능의 확장이라는 관점에서 출발하여 다차원적인 제품 원형 구상을 구축하였다. 이후 9명의 다학제 전문가로 구성된 평가위원단이 다차원 가중 점수법과 계층분석법(AHP)을 병행하여 세 가지 설계안을 흥미성, 지도성, 감성, 안전성, 지속성의 다섯 가지 평가 차원에서 체계적으로 검토하였다. 평가 결과, 세 설계안은 기능적·형태적 측면에서 각각의 장점을 지니고 있었으나, 종합 가중치 분석에서 흥미성과 상호작용성을 핵심으로 한 설계안이 가장 균형적이고 우수한 것으로 나타났다. 이에 따라 본 설계안이 최종적인 통합·심화 디자인 방향으로 확정되었다.
제품디자인 개발을 위한 최종적으로 확정된 디자인안으로 “안전을 전제로, 재미를 동력으로, 피드백을 보조로, 감독을 보완으로” 하는 체계적 설계 논리를 제시하였다. 구체적 방안은 네 가지 기능 모듈로 구성된다.
첫째, 기초 안전 모듈은 식품 등급 실리콘과 친환경 ABS 플라스틱을 사용하고, 아동 손의 발달 특성에 맞춘 인체공학적 그립과 유연한 칫솔모 설계를 중점으로 한다.
둘째, 흥미 상호작용 모듈은 포인트 보상, 캐릭터 해금, 스토리텔링을 통해 지루한 양치 과정을 흥미로운 게임 경험으로 전환한다.
셋째, 피드백 메커니즘 모듈은 2분 타이머, 음성 및 조명 안내, 동작 교정 기능을 통합하여 즉각적 피드백을 제공한다.
넷째, 부모 감독 모듈은 모바일 앱을 통해 양치 데이터를 시각화하고, 부모가 자녀의 습관을 점검·격려할 수 있도록 지원하며, 부모와 자녀가 함께 학습하는 상호 참여형 환경을 조성한다. 외관 디자인은 동물 캐릭터 형태를 기반으로 둥글고 부드러운 실루엣을 적용하고, 오렌지·노랑 등 따뜻한 색조를 사용하여 시각적 친밀감과 정서적 안정감을 제공한다.
구체적 방안은 네 가지 기능 모듈로 구성디자인 실험을 통해 아동용 재미·상호작용 칫솔의 프로토타입을 제안하였으며, 기능 분해도, 삼시도, 투시 스케치, 앱 인터페이스 시안을 시각화하여 제시하였다. 제안된 디자인은 안전성과 기능적 요구를 충족하면서도, 흥미와 상호작용을 강조함으로써 아동의 양치 동기와 긍정적 정서를 증진시키는 효과를 보였다. 기존 제품과 비교할 때, 본 설계안은 동기 부여, 행동 교정, 감독 피드백 측면에서 우수성을 입증하였으며, 아동의 양치 습관 형성에 체계적 지원을 제공할 수 있음을 확인하였다.
본 연구의 주요 혁신점은 세 가지로 요약된다.
첫째, 방법론적 측면에서 FBM 행동 모델과 AHP 분석을 결합하여 행동 요구 식별, 데이터 검증, 설계 요소의 우선순위 도출까지의 완전한 분석 체계를 구축하였다.
둘째, 이론적 측면에서 감성디자인과 행동유도 개념을 융합하여 아동 심리학과 행동설득이론을 결합함으로써, 재미 요소와 부모-자녀 상호작용의 중요성을 강조하고 기능성·감성적 가치·교육적 가치의 균형을 달성하였다.
셋째, 실천적 측면에서 체계적 디자인 논리와 프로토타입 실습을 통해 추상적 이론을 구체적 제품 솔루션으로 전환함으로써 아동 구강 관리 제품의 혁신 방향을 제시하였다.
본 연구는 감성디자인과 행동유도 개념을 융합하여 재미와 상호작용을 핵심 전략으로 삼고, FBM 모델, AHP 방법, 행동설득이론, 아동 심리학 이론을 통합하여 아동용 전동칫솔의 체계적 설계 방안을 제시하였다. 연구의 결과로는 행동 디자인 및 아동 구강 관리 제품 관련 연구의 확장에 기여함과 동시에, 감성적 경험과 행동유도 메커니즘을 융합한 융합적 디자인 패러다임을 제시하고자 하였다. 연구를 통해 개발한 제품디자인은 한가지 사례로 개발하였으며 연구의 흐름과 합리화에 중점을 둔 디자인임을 밝힌다. 또한 지능화 및 게임화 기술의 발전에 따라 아동 구강 관리 제품은 더욱 다양화되고 개인화될 것이며, 본 연구의 이론 및 방법론적 틀은 후속 연구와 실무에 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the midst of increasingly busy daily routines, children’s oral health—an area that requires meticulous attention—exhibits both universality and complexity. According to the results of China’s Fourth National Oral Health Epidemiological Survey, the prevalence of deciduous dental caries among domestic five-year-old children has already exceeded 70%. The onset occurs early, the impact is extensive, and parental attention remains insufficient. Such high rates of oral health problems not only affect children’s growth and articulation, but may also exert negative influences on physiological development, mental well-being, and social interactions. Clinical and behavioral studies indicate that the formation of dental caries is closely related not only to dietary habits and genetic factors, but also to the regularity of children’s toothbrushing behavior and the establishment of oral care habits. However, due to a lack of intrinsic motivation, insufficient ability scaffolding, and inadequate external supervision and feedback during early developmental stages, children face significant challenges in establishing and maintaining proper oral hygiene behaviors. Traditional children’s toothbrushes focus primarily on cleaning functions and lack elements of fun and interactivity, making it difficult to promote interest in toothbrushing or to support long-term habit formation through behavioral guidance. Therefore, analyzing children’s behavioral mechanisms and extracting design methods and elements that integrate playful interaction is a highly valuable direction for development, offering meaningful implications for both future generations’ health and broader societal well-being. In particular, combining emotional design with behavior-inducing strategies in powered toothbrush design is expected to offer an effective approach for positively guiding children’s real-life brushing behaviors.
This study aims to propose an electric toothbrush product design strategy that promotes positive changes in children’s brushing habits by integrating the concepts of Emotional Design and Behavior Induction. The research focuses on children aged three to eight, covering preschoolers and lower-grade primary school students. By synthesizing emotional behavior mechanisms with behavior-persuasion strategies, the study emphasizes that the formation of voluntary participation and long-term oral health habits should originate within the home environment. The research first reviews existing literature to systematically analyze children’s oral health status, issues in brushing behavior, and product development trends. It then establishes a theoretical framework that integrates the Fogg Behavior Model (FBM), Persuasive Design Theory, Emotional Design Theory, and child psychology. The FBM posits that behavior occurs through an interaction of motivation, ability, and triggers, providing foundational logic for analyzing children’s brushing behavior and formulating design strategies. Emotional Design highlights instinctive, behavioral, and reflective usability, which is particularly relevant for developing child-oriented products. Furthermore, the study analyzes cognitive, emotional, and social development characteristics across age groups from a child psychology perspective to justify product functions and interaction strategies.
Methodologically, the study adopts an integrated “observation–survey–modeling–design” approach. Field observations and parent interviews identified key issues in children’s brushing behavior, including insufficient brushing time, non-standard movements, distractibility, and inconsistent parental supervision. Based on the three elements of the FBM, a questionnaire containing 18 core items was developed, addressing motivational factors (e.g., fun elements, reward systems), ability-related factors (e.g., ergonomics, safety), and trigger factors (e.g., notifications, feedback, supervision mechanisms). Among 315 distributed surveys, 309 valid responses were collected, yielding a valid response rate of 98%.
In the data analysis stage, reliability and validity tests were conducted. Cronbach’s α for the overall scale exceeded 0.85, and all subscales surpassed 0.7, indicating strong internal consistency. The KMO value of 0.872 and the statistically significant Bartlett’s test (p < 0.001) confirmed suitability for factor analysis. Exploratory Factor Analysis (EFA) extracted four major factors—“interest-based motivation,” “ability support,” “trigger feedback,” and “parental supervision”—with total variance explained exceeding 70%. These factors aligned with findings from observations and interviews, confirming the multidimensional nature of children’s brushing behavior requirements. Subsequently, the Analytic Hierarchy Process (AHP) was used to determine the importance of each factor. The target layer focused on “toothbrush design elements for children,” while the criteria layer included motivation, ability, triggers, and supervision. Sub-criteria encompassed reward systems, cartoon storytelling, safety materials, ergonomics, feedback notifications, movement correction, and data monitoring.
The results indicate that “ability support” serves as the foundational element, while “motivational interest” functions as the key driver. “Trigger feedback” acts as an auxiliary mechanism for habit formation, and “parental supervision” provides supplementary support in long-term educational processes. These findings demonstrate the complementary relationship between emotional design elements and behavior-inducing strategies.
In the design phase, three conceptual design proposals were developed based on behavioral and needs analysis. The proposals addressed three different perspectives: enhancement of fun, optimization of interactive feedback, and expansion of parental monitoring functions. A panel of nine multidisciplinary experts evaluated the three proposals using a combined weighted scoring method and AHP across five dimensions: interest, guidance, emotional value, safety, and sustainability. While each design had its strengths in functionality and form, the proposal emphasizing fun and interactivity achieved the highest overall score and was selected as the final direction for integrated design development.
The finalized product design strategy is summarized as follows: “safety as the foundation, fun as the driving force, feedback as the auxiliary mechanism, and supervision as complementary support.” The design consists of four functional modules.
First, the safety module employs food-grade silicone, eco-friendly ABS plastic, ergonomic grips suited to children’s hand development, and flexible bristle structures.
Second, the fun-interaction module transforms the monotonous brushing process into an engaging game experience through point rewards, character unlocking, and storytelling.
Third, the feedback mechanism module integrates a two-minute timer, voice and light guidance, and movement correction to provide immediate feedback.
Fourth, the parental supervision module visualizes brushing data through a mobile app, enabling parents to monitor and encourage their children’s habits and to create a participatory learning environment. The visual design adopts animal-character aesthetics, rounded silhouettes, and warm color tones such as orange and yellow to enhance emotional comfort and visual affinity.
Through design experimentation, the study proposes a prototype of an interactive and playful children's toothbrush, presenting functional decomposition diagrams, orthographic projections, perspective sketches, and app interface drafts. The proposed design meets safety and functional requirements while enhancing children’s brushing motivation and positive emotional engagement through fun and interaction. Compared with existing products, the design demonstrates superior performance in motivation, behavioral correction, and supervisory feedback, confirming its potential to support systematic habit formation.
The study’s major contributions can be summarized in three points.
First, methodologically, it constructs a comprehensive analytical framework by combining the FBM with AHP to identify behavioral needs, validate data, and determine the priority of design elements.
Second, theoretically, it integrates emotional design with behavior induction, incorporating child psychology and persuasive design theory to emphasize fun elements and parent–child interaction, achieving a balance between functional, emotional, and educational values.
Third, practically, it translates abstract theories into concrete product solutions through structured design logic and prototyping, offering an innovative direction for children’s oral care product development.
In conclusion, this study presents a systematic design strategy for children’s electric toothbrushes by integrating emotional experience and behavior-inducing mechanisms, supported by the FBM, AHP, persuasive design theory, and child psychology. The developed design serves as a representative case focused on logical consistency and methodological rigor. With ongoing advancements in smart and gamified technology, children’s oral care products are expected to become increasingly diverse and personalized. The theoretical and methodological framework proposed in this study provides valuable foundational resources for future research and practical applications.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 1
• 1. 어린이 구강 건강 현황 1
• 2. 아동 구강 건강 문제 원인 분석 4
• 3. 어린이 전동 칫솔 시장 현황 6
• 제2절 연구 목적 8
• 제3절 연구 범위 및 방법 10
• 제4절 연구 프레임워크 및 방법 11
• 제2장 이론적 고찰 및 연구 동향 12
• 제1절 아동심리학 이론 12
• 1. 인지 발달 단계 이론 12
• 2. 아동의 정서적 욕구와 동기 자극 15
• 제2절 행동 설득 이론과 행동 유도 18
• 1. 행동 설득 이론의 기원과 발전 18
• 2. 행동 설득 이론의 핵심 20
• 3. 설득(Persuasion)과 넛지(Nudge)의 차이와 연계성 21
• 제3절 정서화 이론 23
• 1. 정서화 이론의 기원과 발전 23
• 2. 정서적 디자인의 3단계 이론 26
• 제3장 아동용 전동 칫솔 제품의 현황과 양치 행동 분석 33
• 제1절 아동용 칫솔의 분류 비교 33
• 제2절 아동용 전동 칫솔 브랜드 비교 36
• 제3절 아동용 칫솔의 행동심리학적 분석 40
• 1. 취학 전 아동의 생리적 특성 40
• 2. 취학 전 아동의 심리적 특성 42
• 3. 취학 전 아동의 인지적 특성 43
• 4. 아동용 칫솔 사용 행동 분석 46
• 제4장 FBM 및 AHP에 기반한 아동용 칫솔 디자인 요구 49
• 제1절 분석FBM 행동 모델 49
• 1. FBM 행동 모델의 구성 요소 51
• 2. 행동 격자 58
• 3. 아동용 칫솔 디자인에 FBM 모델을 도입하는 장점 60
• 제2절 사용자 조사 분석 63
• 1. 사용자 관찰 64
• 2. 사용자 인터뷰 67
• 3. 설문조사 68
• 4. 데이터 처리 및 통계 분석 70
• 제3절 AHP 계층분석법 72
• 제4절 AHP 계층분석법의 단계 74
• 1. 계층적 의사결정 모형의 구축 74
• 2. 판단 행렬의 구성 75
• 3. 가중치의 산정 76
• 4. 단일 계층의 일관성 검정 77
• 5. 가중치 산정 및 결과 분석 79
• 제5장 아동용 전동 칫솔 디자인 전략 및 제품 제안 84
• 제1절 디자인 원칙과 목표 84
• 제2절 디자인 전략 체계 85
• 제3절 제품 개발 86
• 제4절 전문가 평가 및 설계안 개선 91
• 1. 평가 대상 91
• 2. 평가 방법 92
• 3. 평가 결과 92
• 제5절 제품 최종안 93
• 1. 형태 디자인(Industrial Form Design) 93
• 2. 인체공학적 설계(Ergonomic Design) 94
• 3. 삼면도 및 시각적 프로토타입 96
• 4. 제품 기능 및 구조 설명 99
• 제6장 결론 및 전망 104
• 제1절 연구 결론 104
• 제2절 전망 105
• 참고문헌 107
• Abstract 114
• 부록 119