[논문]에어백을 이용한 신체충격완화장치

박지수; 김충현

doi:10.7735/ksmte.2012.21.4.639

에어백을 이용한 신체충격완화장치
Hip Protector against the Impact by Fall Using Air-bag 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.21 no.4, 2012년, pp.639 - 643

박지수 (홍익대학교 기계.시스템디자인공학과) , 김충현 (한국과학기술연구원 바이오닉스연구단)

Abstract ▼ AI-Helper

The hip protector has been developed using the air-bag which has the capability of attenuating an impact. The impact force using the PVC air-bag was decreased by values of 27.5% on average, compared to the impact force without the air-bag. In the experiment, the standard deviation of the impact force attenuation rate was 0.78%. It means that the dimensions of the air-bag have no significant effects to reduce the impact. We believe that it is possible to design light and cheap hip protectors with air-bag to prevent the femur fracture.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 상기 특허의 구현가능성을 파악하기 위해서 PVC(polyvinyl chloride)로 제작한 에어백에 대한 낙상시험을 통하여 신체충격완화성능을 고찰하여 보았다.

가설 설정

두 번째는 에어백 소재의 변형에 의한 것이다. 본 시험연구에서 사용한 PVC는 연성이 큰 재질로서 PVC 에어백이 충격을 받는 경우 PVC 소재가 늘어나면서 충격을 일부 흡수하는 것으로 판단된다.

제안 방법

가상 대퇴골의 형상과 크기는 낙상에 취약한 여성의 실제 대퇴골과 동일하게 제작하였다.
가상골반의 외형은 여성의 골반 모델을 이용하여 음각 석고틀을 제작한 뒤, 이 석고 틀 안에 액상 실리콘과 경화제를 넣고 상온에서 8시간 동안 굳혀 제작하였다. 가상 골반을 구성하는 실리콘은 인체조직과 물성이 매우 흡사하기 때문에 인체 모형 제작에 많이 사용된다.
낙상시 발생할 수 있는 고관절손상을 방지하기 위한 엉덩이 보호대로서 0.5mm 두께의 PVC로 에어백을 제작하고 전술한 조건의 낙하시험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
에어백의 낙하거리(drop distance)는 에어백 표면부터 바닥까지의 거리로서 50, 100, 150mm의 세 가지로 나누었다. 또한 Table 1과 Table 2에 각각 나타낸 에어백의 안지름 세 가지와 낙하 높이 세 가지를 조합하여 총 27가지의 시험을 진행하되 한 종류의 시험조합에 대하여 각각 7회씩 시험을 실시하고 평균을 구하였다.
시험은 진자 질량부를 전자석으로 당겨 올린 후 소정의 높이에 도달하였을 때 전자석에 공급되는 전기공급을 차단하여 진자를 낙하시키고 에어백과 충돌하게 함으로써 낙상을 모사할 수 있도록 하였다.
에어백은 PVC 시트 2장을 원형으로 자른 후 겹쳐 놓고 그사이에 원형의 셀로판지를 끼운 후 히트프레스 위에 놓고서 150℃에서 60초 동안 약 2bar의 압력으로 눌러 주어 PVC 시트가 서로 눌러 붙음으로써 접착이 이루어지도록 제작하였다.
에어백은 가상골반의 표면에 양면접착 테잎을 이용하여 붙이되 에어백 중심의 위치가 가상대퇴골의 머리부 중심과 일치하도록 하였다.
에어백의 낙하거리(drop distance)는 에어백 표면부터 바닥까지의 거리로서 50, 100, 150mm의 세 가지로 나누었다. 또한 Table 1과 Table 2에 각각 나타낸 에어백의 안지름 세 가지와 낙하 높이 세 가지를 조합하여 총 27가지의 시험을 진행하되 한 종류의 시험조합에 대하여 각각 7회씩 시험을 실시하고 평균을 구하였다.
접착부 폭(adhesion width)은 10mm로 제작하였고 접착부를 가로질러 위치하는 공기주입구(air input)를 만들기 위해서 폭 8mm의 셀로판지를 삽입하여 해당부위의 PVC 시트가 서로 눌러 붙지 않도록 하였다. 공기주입구는 낙상시 에어백 내부의 공기가 외부로 배출되도록 하여 2차 충격을 감소시키는 역할도 담당한다.

대상 데이터

본 시험연구에서 사용된 신체충격완화장치(이하 에어백)는 Fig. 1과 같은 원형으로 제작하였으며 제원은 Table 1과 같다.
두 번째는 에어백 소재의 변형에 의한 것이다. 본 시험연구에서 사용한 PVC는 연성이 큰 재질로서 PVC 에어백이 충격을 받는 경우 PVC 소재가 늘어나면서 충격을 일부 흡수하는 것으로 판단된다. 따라서 에어백 제원이 약간 다른 경우에도 PVC 소재의 변형으로 인한 충격완화효과에 의하여 충격완화성능이 서로 유사하게 나타날 수 있을 것으로 판단된다.

성능/효과

(1) 에어백을 장착한 경우에는 에어백이 없는 경우에 비하여 신체에 미치는 충격하중이 평균 27.5% 감소하는 것으로 나타났다.
(2) 에어백 안지름이 170mm인 경우에는 에어백 높이가 달라도 각각의 낙하거리에서 비교적 고른 충격하중값을 보였다.
(3) 에어백의 안지름과 높이를 고려한 충격완화 성능을 종합해 보면 낙하거리가 동일한 경우 PVC 에어백의 제원에 따른 충격완화성능의 차이는 매우 작은 수준에 있는 것으로 판단된다.
낙하거리가 50mm인 경우, 에어백의 안지름(inner diameter)과 높이(height)를 종합하여 볼 때 에어백이 없을 때 보다 에어백이 있는 경우 충격하중이 평균 27.5% 감소하는 것으로 나타났다.
1% 사이에 있었다. 또한 그 표준편차는 0.78% 로서 에어백 종류와 낙하거리에 대하여 비교적 고른 충격완화효과를 보인 것으로 나타났다.
7%로 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 에어백 안지름 이 동일할 때 낙하높이에 따른 충격하중감소비율 사이의 편차는 안지름이 160, 170, 그리고 180mm인 경우 각각 0.4%, 1.3%, 그리고 0.6%로서 안지름이 160mm인 경우 충격완화비율이 가장 일정한 것으로 나타났다.
에어백의 안지름과 낙하거리를 모두 감안하였을 때 충격하중 감소비율은 최소 26.8%에서 최대 28.1% 사이에 있었다. 또한 그 표준편차는 0.
에어백의 안지름을 기준으로 충격하중 감소효과를 살펴보면 안지름이 160mm, 170mm, 그리고 180mm 인 경우에는 에어백이 없는 경우에 비하여 각각 평균 27.1%, 27.7% 그리고 27.7%로 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 에어백 안지름 이 동일할 때 낙하높이에 따른 충격하중감소비율 사이의 편차는 안지름이 160, 170, 그리고 180mm인 경우 각각 0.
전체적으로 볼 때 에어백을 장착한 경우에는 에어백이 없는 경우에 비하여 충격하중이 평균 27.5% 감소하는 것으로 나타났다.

후속연구

(4) 따라서 PVC 에어백을 이용할 경우 낙상에 대비할 수 있는 얇고 가벼운 신체충격완화장치를 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 것으로 사료된다.
이와 같이 충격완화성능이 서로 유사한 것은 시험에 사용한 에어백의 안지름과 높이의 차이가 충분히 크지 않아서 발생한 현상일 수도 있을 것으로 판단되므로 향후 연구에서는 에어백의 안지름과 높이를 각각 200mm 이상, 120mm 이상으로 다양화함으로써 PVC 에어백의 제원에 따른 충격완화성능의 변화를 살펴 볼 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	낙상에 의한 대퇴골 골절 사고는 무엇을 착용하여 발생률을 감소시킬 수 있는가?	낙상에 의한 대퇴골 골절 사고는 엉덩이 보호대(hip protector)를 착용함으로써 발생률을 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다(2∼4).
	대한민국의 65세 이상 고령노인 인구는?	통계청 발표 자료에 의하면 2010년 11월 대한민국의 65세 이상 고령노인 인구는 542만5천명으로서 전체 인구의 11.3%를 차지했으며 2018년에는 14.
	고령사회의 문제점은 무엇인가?	3%의 고령사회로 진입한다고 예측하였다. 이 경우 고령노인들의 사고로 인한 의료비 증가, 노동력 손실 등이 사회적 난제로 대두되므로 그 해결책 마련이 절실히 요구되고 있다.

참고문헌 (8)

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상세보기
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상세보기
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원문보기 상세보기
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