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문제 정의
- 그러므로, 본 연구의 목적은 (1) 파지 폭과 사용자의 손 크기가 최대 악력과 손가락의 개별적인 힘, 그리고 주관적인 선호도에 미치는 영향을 조사하고, (2) 각각의 손가락마다 힘 센서가 달린 디지털 핸드그립 악력계를 이용하여 각 파지 폭에 따른 총 악력에 대한 각 손가락들의 기여도를 분석하고자 한다.
제안 방법
- 4개의 센서가 있는 NK DIGITS-Grip 시스템(NK Bio- technical Corp., Minneapolis, MN, USA)을 이용하여 손 전체의 악력뿐만 아니라 각 손가락이 발휘하는 힘을 정밀하게 측정하였다. 자체 제작된 교체 가능한 손잡이들은 외부의 충격에 강한 저항력과 내구력을 가진 ABS 합성수지 (Acrylonitrile-butadiene-styrene)로 만들어졌으며, 교체 가능하도록 만들기 위하여 설계도를 그린 뒤, 컴퓨터로 3D 데이터를 생성한 후 밀링 머신으로 제작하였다.
- 손목을 중립에 위치시켰다(그림 1). Caldwell et 니 (1974)에 의해 제안된 정적 악력 측정에 대한 표준 방법을 근거로, 피실험자들은 4초간 최대 악력을 지속하였으며, 지속시간 동안의 총 악력들의 평균값을 데이터로 사용하였다. 본 실험에서는 5개의 서로 다른 파지 폭을 무작위로 사용하였으며, 실험과 실험 사이에는 피실험자의 피로 효과를 줄이기 위해 2분의 휴식이 제공되었다.
- 자체 제작된 교체 가능한 손잡이들은 외부의 충격에 강한 저항력과 내구력을 가진 ABS 합성수지 (Acrylonitrile-butadiene-styrene)로 만들어졌으며, 교체 가능하도록 만들기 위하여 설계도를 그린 뒤, 컴퓨터로 3D 데이터를 생성한 후 밀링 머신으로 제작하였다. 기존의 연구들의 검증을 위하여 손잡이의 크기를 45mm에서 65mm까지 5mm씩 증가 시켜 5가지 파지 폭에 대한 악력을 실험할 수 있도록 하였다(그림 1).
- 최대 악력 측정은 총 3번의 실험을 반복 수행하였고 분석을 위한 데이터로 3번 측정의 평균값을 이용하였다. 모든 실험이 끝난 뒤 각 피실험자는 각 손잡이에 대한 편안함의 주관적인 선호도를 5점 척도로 평가하였다(1: 가장 불편함, 5: 가장 편안함).
- Caldwell et 니 (1974)에 의해 제안된 정적 악력 측정에 대한 표준 방법을 근거로, 피실험자들은 4초간 최대 악력을 지속하였으며, 지속시간 동안의 총 악력들의 평균값을 데이터로 사용하였다. 본 실험에서는 5개의 서로 다른 파지 폭을 무작위로 사용하였으며, 실험과 실험 사이에는 피실험자의 피로 효과를 줄이기 위해 2분의 휴식이 제공되었다. 최대 악력 측정은 총 3번의 실험을 반복 수행하였고 분석을 위한 데이터로 3번 측정의 평균값을 이용하였다.
- 사용자의 손 크기에 따른 파지 폭의 변화에 대한 악력과 개인적인 선호도의 변화를 평가하기 위해 독립변수로 5개의 손잡이(45mm, 50mm, 55mm, 60mm, 65mm)와 3그룹 (큰 손, 중간 손, 작은 손)의 손 크기가 사용되었다.
- 시스템 데이터 측정 프로그램에서 숫자와 그래프 형식을 통해 각 손가락의 힘(엄지손가락 제외)과 손 전체의 악력 (4개 손가락 힘의 합)을 기록하고 분석하였다.
- 9) 46명의 근골격계질환 경험이 없는 건강한 남자 대학생들이 본 실험에 참가하였다. 실험 전, 피실험자들의 키와 몸무게 그리고 손 길이를 각각 측정하였다. 평균 키와 몸무게는 각각 176cm(163〜195.
- , Minneapolis, MN, USA)을 이용하여 손 전체의 악력뿐만 아니라 각 손가락이 발휘하는 힘을 정밀하게 측정하였다. 자체 제작된 교체 가능한 손잡이들은 외부의 충격에 강한 저항력과 내구력을 가진 ABS 합성수지 (Acrylonitrile-butadiene-styrene)로 만들어졌으며, 교체 가능하도록 만들기 위하여 설계도를 그린 뒤, 컴퓨터로 3D 데이터를 생성한 후 밀링 머신으로 제작하였다. 기존의 연구들의 검증을 위하여 손잡이의 크기를 45mm에서 65mm까지 5mm씩 증가 시켜 5가지 파지 폭에 대한 악력을 실험할 수 있도록 하였다(그림 1).
- 피실험자는 실험 목적과 절차에 대해 설명을 들은 후, 의자에 곧게 앉아 팔을 자연스럽게 옆으로 하고 팔꿈치를 90 도, 손목을 중립에 위치시켰다(그림 1). Caldwell et 니 (1974)에 의해 제안된 정적 악력 측정에 대한 표준 방법을 근거로, 피실험자들은 4초간 최대 악력을 지속하였으며, 지속시간 동안의 총 악력들의 평균값을 데이터로 사용하였다.
대상 데이터
- University of Cincinnati에 재학 중인 20세에서 39세까지(평균 25.9세, 표준편차 4.9) 46명의 근골격계질환 경험이 없는 건강한 남자 대학생들이 본 실험에 참가하였다. 실험 전, 피실험자들의 키와 몸무게 그리고 손 길이를 각각 측정하였다.
- 피실험자들 중 작은 손 그룹에는 25명의 피실험자가 할당되었고, 중간 손 그룹에는 12명, 큰 손 그룹에는 9명의 피실험자들이 할당되었다. 손 크기 그룹 간의 피실험자 수가 다르므로, General linear model (GLM) 을 이용한 Unbalanced design의 분석 방법을 사용하여 손 크기를 랜덤 효과변수(Random effect variable)로 간주한 내재설계(Nested design)를 이용하였다.
데이터처리
- 본 실험에서는 5개의 서로 다른 파지 폭을 무작위로 사용하였으며, 실험과 실험 사이에는 피실험자의 피로 효과를 줄이기 위해 2분의 휴식이 제공되었다. 최대 악력 측정은 총 3번의 실험을 반복 수행하였고 분석을 위한 데이터로 3번 측정의 평균값을 이용하였다. 모든 실험이 끝난 뒤 각 피실험자는 각 손잡이에 대한 편안함의 주관적인 선호도를 5점 척도로 평가하였다(1: 가장 불편함, 5: 가장 편안함).
이론/모형
- 3mm가 최대의 악력과 더불어 높은 선호도임을 알 수 있다. Eksioglu는 피실험자의 손이 크기에 따른 최대 악력 파지 폭을 연구하기 위해 TCL(Thumb crotch length) 라는개념을 사용하였다. 또 다른 연구들은 남성과 여성의 악력 차이(여성이 쥐는 힘은 남성의 56%〜70%)와 주로 쓰는 손(Dominant hand)과 쓰지 않는 손(Non-dominant hand) 의 악력 차이(주로 쓰지 않는 손은 주로 쓰는 손 악력의 80〜89%)를 연구하였다(Pheasant and Scriven, 1983; Harkonen et al.
- 할당되었다. 손 크기 그룹 간의 피실험자 수가 다르므로, General linear model (GLM) 을 이용한 Unbalanced design의 분석 방법을 사용하여 손 크기를 랜덤 효과변수(Random effect variable)로 간주한 내재설계(Nested design)를 이용하였다.
성능/효과
- 나타남을 알 수 있었다. 가장 큰 파지 폭인 65mm 는 최소의 악력뿐만 아니라 주관적 선호도 평가에서도 최소로 나타났다. 주관적 선호도와 총 악력과의 관계에 대한 분석에서도 모든 피실험자들의 선호도가 높은 파지 폭들의 총 악력은 선호도가 낮은 파지 폭들의 총 악력보다 높음을 알 수 있었다.
- 가장 큰 파지 폭(65mm)에서 네 손가락은 가장 작은 힘을 발휘하였다. 각 손가락 힘의 분석에서 손 크기와 파지 폭의 교호작용의 분석 결과에서는 작은 손과 중간 손 그룹의 피실험자들은 중지와 약지 손가락에 대해 각각 50mm〜55mm와 45mm 〜50mm에서 최대 악력을 보였으며, 큰 손 피실험자들에 대한 중지와 약지 손가락의 최적의 폭은 55mm〜60mm였다. 모든 손 크기의 피실험자들의 소지에 대한 최적의 파지 폭은 45mm와 같거나 작음을 알 수 있었다.
- 결과는 중지와 약지에서 교호작용 효과가 통계적으로 유의하였다 (刀 =0.0049와 0.0061). 중지에 관해 작은 손과 중간 손 그룹의 피실험자들은 50mm〜55mm의 범위에서 최대의 약력을, 큰 손 그룹의 피실험자들은 55mm〜60mm에서 최대의 힘을 나타냈다.
- 모든 손 크기의 피실험자들의 소지에 대한 최적의 파지 폭은 45mm와 같거나 작음을 알 수 있었다. 결과에 기초하여, 각 손 크기에 대한 각각의 손가락에 대한 최적의 파지 폭이 다양함을 알 수 있었다. 즉, 쌍 손잡이 수공구는 각 손가락에 대한 최적의 파지 폭과 관련하여 디자인되어야 하고, 검지, 중지, 약지의 파지 폭은 소지의 크기보다 크고, 중지의 파지 폭은 약지와 검지보다 다소 커야 함을 알 수 있다.
- 비록 통계적으로 데이터 분석을 하였으나, 피실험자를 손의 크기에 따라 세 그룹으로 나눔으로써 46명의 피실험자 수 중 중간 손과 큰 손에 해당하는 피실험자 수는 각각 12명과 9명으로, 작은 손의 피실험자 결과 분석 수에 비해 다소 미흡함이 있을 수 있겠다. 또한 본 연구에서 사용된 NK 시스템의 손잡이의 모양이 실제의 쌍손잡이 수공구의 손잡이 모양과는 일치하지 않음을 들 수 있다. 즉, NK 시스템의 손잡이는 각 손가락에 해당하는 손잡이의 폭이 일정하여, 상용화되어 있는 쌍 손잡이 수공구와는 차이가 있다고 할 수 있다.
- Tukey의 비교 분석에 의하면, 중지의 힘은 55mm 길이의 폭일 때 최대가 되었고, 파지 폭이 줄어들거나 늘어나면서 그 힘이 감소하였다. 반면에 소지의 힘은 손잡이의 길이가 늘어남에 따라 주목할 만하게 감소하는 경향을 보였다(즉, 45mm일 때 최대이고 65mm일 때가 최소). 검지와 약지의 힘은 모두 손잡이의 길이가 65mm일 때 가장 작은 값을 보였다.
- 즉, 쌍 손잡이 수공구는 각 손가락에 대한 최적의 파지 폭과 관련하여 디자인되어야 하고, 검지, 중지, 약지의 파지 폭은 소지의 크기보다 크고, 중지의 파지 폭은 약지와 검지보다 다소 커야 함을 알 수 있다. 본 연구를 통해 제시되는 손잡이 중앙의 폭이 양 끝보다 큰 손잡이의 모양은(bowed contour handle profile)은 기존의 소지로 갈수록 넓어지는 전통적인 'A자 모양(A-shape)'의 손잡이보다 우수할 것으로 생각된다.
- 할 수 있다. 비록 통계적으로 데이터 분석을 하였으나, 피실험자를 손의 크기에 따라 세 그룹으로 나눔으로써 46명의 피실험자 수 중 중간 손과 큰 손에 해당하는 피실험자 수는 각각 12명과 9명으로, 작은 손의 피실험자 결과 분석 수에 비해 다소 미흡함이 있을 수 있겠다. 또한 본 연구에서 사용된 NK 시스템의 손잡이의 모양이 실제의 쌍손잡이 수공구의 손잡이 모양과는 일치하지 않음을 들 수 있다.
- 손 크기와 파지 폭 간의 교호작용은 55mm와 50mm 파지 폭에서 작은 손과 중간 손 그룹이 편안하다고 느꼈고 65mm 파지 폭에서는 가장 불편하다고 느꼈다. 이에 반해, 큰 손 그룹은 55mm와 60mm의 파지 폭에서 다른 파지 폭보다 편안함을 느꼈으며, 45mm 파지 폭에서는 가장 불편한 파지 폭이라고 보고하였다.
- 교호작용이 있음을 알 수 있었다. 작은 손 크기와 중간 손 크기의 사용자들은 50mm〜55mm의 폭에서 가장 큰 선호도를, 65mm에 가장 적은 선호도를 나타냈으며 45mm 〜55mm의 파지 폭에서 최대 약력을, 65mm의 폭에서 최소의 약력을 나타냈다. 큰 손 그룹에서는 약간 큰 폭인 55mm〜60mm에서 가장 편안하고, 최소 폭인 45mm에서 가장 불편했다고 평가했다.
- 주관적 선호도와 총 악력 실험에서 손의 크기와 파지 폭사 이의 교호작용이 있음을 알 수 있었다. 작은 손 크기와 중간 손 크기의 사용자들은 50mm〜55mm의 폭에서 가장 큰 선호도를, 65mm에 가장 적은 선호도를 나타냈으며 45mm 〜55mm의 파지 폭에서 최대 약력을, 65mm의 폭에서 최소의 약력을 나타냈다.
- 가장 큰 파지 폭인 65mm 는 최소의 악력뿐만 아니라 주관적 선호도 평가에서도 최소로 나타났다. 주관적 선호도와 총 악력과의 관계에 대한 분석에서도 모든 피실험자들의 선호도가 높은 파지 폭들의 총 악력은 선호도가 낮은 파지 폭들의 총 악력보다 높음을 알 수 있었다. 따라서 이 조사에서 주관적 선호도는 총 악력의결과와 관련있다고 할 수 있겠다.
- 2% 높았다. 중간 손 그룹의 평균 총 악력은 작은 손 그룹의 평균 총 악력보다 7.4% 높았다.
- 결과에 기초하여, 각 손 크기에 대한 각각의 손가락에 대한 최적의 파지 폭이 다양함을 알 수 있었다. 즉, 쌍 손잡이 수공구는 각 손가락에 대한 최적의 파지 폭과 관련하여 디자인되어야 하고, 검지, 중지, 약지의 파지 폭은 소지의 크기보다 크고, 중지의 파지 폭은 약지와 검지보다 다소 커야 함을 알 수 있다. 본 연구를 통해 제시되는 손잡이 중앙의 폭이 양 끝보다 큰 손잡이의 모양은(bowed contour handle profile)은 기존의 소지로 갈수록 넓어지는 전통적인 'A자 모양(A-shape)'의 손잡이보다 우수할 것으로 생각된다.
- , 1975; Ohtsuki, 1981; Amis, 1987; T alsania and Kozin, 1998; Kong and Lowe, 2005a). 즉, 전체 악력에 중지의 기여도가 가장 크고(본 연구에서는 37.5%이였고, 기존 연구에서는 33%〜36.2%이었다), 전체 악력에서 소지의 기여도는 가장 적었다(본 연구에서는 13.6%이였고, 기존 연구에서는 14%〜18%였다). 검지(20.
- 총 악력에 대한 통계적 분석 결과, 파지 폭의 주효과 (刀<0.0001)와 파지 폭과 손 크기 간의 교호작용(刀 =0.003) 이 통계적으로 유의함을 알 수 있었다. 평균적으로, 파지 폭이 55mm와 50mm일 때 참여자들이 높은 악력 (각각 433.
- 큰 손 그룹의 평균 총 악력(470.3N)은 중간 손 그룹 (423.6N)과 작은 손 그룹(394.5N)의 총 악력에 비해 각각 11.0%와 19.2% 높았다. 중간 손 그룹의 평균 총 악력은 작은 손 그룹의 평균 총 악력보다 7.
- 통계적 분석을 통해 주관적 선호도에서 파지 폭의 영향 (刀<0.001)과 손 크기와 파지 폭 간의 교호작용(刀 =0.0134) 이 통계적으로 유의함을 알 수 있었다. 그림 2는 파지 폭이 45mm에서 65mm인 경우, 최대 악력 작업에서의 주관적 선호도 평가 결과를 보여준다.
- Tukey test 비교 분석 결과를 토대로 요약하자면, 선호도가 좋은 파지 폭에 대한 총 악력이 그렇지 못한 파지 폭에 대한 총 악력보다 큰 경향을 보여준다고 할 수 있다. 특히, 선호도가 5인 파지 폭의 총 악력은 438.4N으로 비록 선호도 4와 3인 파지 폭의 총 악력(424.7N과 428.8 N)과는 유사하지만, 선호도 2와 1에 대한 총 악력(406.1N 과 387.0N) 보다는 통계적으로 큰 악력임을 알 수 있었다. 또한 선호도 4와 3인 파지 폭의 총 악력은 선호도 1인 파지 폭의 총 악력보다 높음을 보여준다.
- 파지 폭의 편안함에 대한 주관적 선호도와 악력 평가에서 피실험자들은 50mm〜55mm를 가장 선호하며 또한 최대악력이 나타남을 알 수 있었다. 가장 큰 파지 폭인 65mm 는 최소의 악력뿐만 아니라 주관적 선호도 평가에서도 최소로 나타났다.
- 003) 이 통계적으로 유의함을 알 수 있었다. 평균적으로, 파지 폭이 55mm와 50mm일 때 참여자들이 높은 악력 (각각 433.6 N, 430.8N)을 보였으며, 그다음이 45mm와 60mm였다. 65mm의 파지 폭이 전체 파지 폭 중 가장 작은 악력 (378N) 을 보였다.
후속연구
- 즉, NK 시스템의 손잡이는 각 손가락에 해당하는 손잡이의 폭이 일정하여, 상용화되어 있는 쌍 손잡이 수공구와는 차이가 있다고 할 수 있다. 그러므로, 향후 연구과제로서 각 손가락별 최대 악력 파지 폭이 서로 다름을 검증하기 위해(그림 3) 그리고 각 손가락이 각기 최적의 파지 폭을 유지했을 경우의 총 악력과 모든 손가락이 같은 파지 폭을 유지했을 경우, 여러 파지 폭들 중 최대 총 악력과의 비교 또한 앞으로의 연구과제라 할 수 있을 것이다.
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