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가상 시뮬레이션을 이용한 의수 보조 장치 디자인 개발
Development of Supportive Device Design for Artificial Hand Based on Virtual Simulation 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.15 no.10, 2017년, pp.455 - 465  

이지원 (홍익대학교 국제디자인전문대학원 디자인학) ,  한지영 (홍익대학교 국제디자인전문대학원 제품디자인) ,  나동규 (홍익대학교 일반대학원 법학과) ,  나건 (홍익대학교 국제디자인전문대학원 디자인 경영)

초록
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본 연구는 4차 산업 혁명 시대의 디자인의 공학기술의 활용의 방법으로 클라우드 플랫폼 내에서 3D 모델 데이터를 바탕으로 한 가상 시뮬레이션을 통한 디자인 개발 및 검증을 위한 연구로써, 클라우드 플랫폼의 공유 데이터와 데이터를 실제와 같이 검증 할 수 있는 가상 시뮬레이션을 통해 만나 본적 없는 타겟의 니즈를 위한 디자인을 개발, 검증 해 보는데 목적이 있다. 연구의 방법으로는 타겟의 니즈 파악을 위해 2차 자료 분석을 하였으며, 인간 공학 데이터 및 타겟의 신체발달 단계를 위한 문헌 리서치를 진행하였다. 또한 7가지 가상 시뮬레이션의 루프 테스트를 통하여 디자인, 구조, 안전성, 재질, 내구성 등을 검증함으로써 본 연구의 디자인 개발 프로세스가 의미 있는 결과임을 알 수 있었다. 본 연구는 4차 산업혁명 시대에서 3D 모델 데이터를 바탕으로 한 자동화 공정 시스템의 적용, 가상 물리 기반 시스템의 중요한 요소로 사용될 수 있으며 추가적인 연구를 위한 자료로써 활용 될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study focuses on design development and verification through virtual simulation based on 3D model data in the cloud platform as a method of utilization of engineering technology of design in the fourth industrial revolution era. The goal of research is to develop and examine a design for the ne...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 가상 시뮬레이션 테스트와 인체측정 데이터를 바탕으로 디자인 프로세스를 전개하여보조 3D 모델 디자인을 완성하고 그 유용성과 가능성을 확인하고자 한다. 이를 통해 향후 4차 산업 혁명시대의 다양한 기술적 결합과 더불어 가상 시뮬레이션을 적용한 공학 디자인의 프로세스로서 활용 될 수 있기를 기대 한다.
  • 또한 일상생활에서 일어나는 일들에 호기심을 가지며 적극적으로 자신이 해내고자 하는 의지가 강한 편이다. 따라서 본연구에서는 Cam의 연령대에 맞추어 여러 활동 중 소근육 발달에도 필요하고 호기심을 가지며 놀이로써 가능한 가위질에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 연령대별 가위사용은 [Table 2]와 같다[18].
  • 4차 산업혁명의 시대에 공장 자동화와 VR, AR 그리고 인공지능 기술이 발전함에 따라 제조 산업도 더욱 빠르게 제품을 생산할 수 있게 되었고 그에 따라 가치를 기반으로 한 기술 창의 사회의 기반이 되었다. 본 연구는 가상 시뮬레이션을 직접 디자인 개발에 적용하여 실험하여 검증 해 보는 연구이다. 연구를 통하여 클라우드 플랫폼의 공유 데이터와 데이터를 실제와 같이 검증 할 수 있는 가상 시뮬레이션을 통하여 만나 본적 없는 타겟 니즈를 위한 디자인을 개발, 검증 해 볼 수 있었다.
  • 공감을 통해 타겟에게 필요한 부분에 대해 인사이트를 얻었으며, 타겟이 5세의 어린이라는 것에 착안하여 신체 발달 상황에 대한 문헌리서치를 진행하였다. 본 연구는 기존에 제공 되는 모델 데이터를 바탕으로 부가적인 기능을 할 수 있는 보조 장치 디자인에 대한 연구이기 때문에 기존 모델 데이터를 불러와 분석을 한 후 보조 장치의 콘셉트를 발전시켰다. 이를 통하여 의수에 적합한 보조 장치를 3D 모델로 디자인 한 후 마지막으로 제공된 의수모델과 보조 장치를 시뮬레이션을 통한 분석을 통해 디자인의 적합성과 가능성을 확인 해 보고자 한다.
  • 본 연구는 클라우드 상에 공유된 모델링 데이터를 수정하여 가상 시뮬레이션 분석으로 보조적인 장치의 개발 가능성을 살펴보는데 의의를 두고 있다.
  • 또한 가위질 운동 시 손과 물체 그리고 의수에 작용되는 힘의 크기와 내구성간의 관계를 확인해 보아야 할 것이다. 이를 시뮬레이션 분석으로 검증해보고자 한다.
  • 본 연구는 기존에 제공 되는 모델 데이터를 바탕으로 부가적인 기능을 할 수 있는 보조 장치 디자인에 대한 연구이기 때문에 기존 모델 데이터를 불러와 분석을 한 후 보조 장치의 콘셉트를 발전시켰다. 이를 통하여 의수에 적합한 보조 장치를 3D 모델로 디자인 한 후 마지막으로 제공된 의수모델과 보조 장치를 시뮬레이션을 통한 분석을 통해 디자인의 적합성과 가능성을 확인 해 보고자 한다.

가설 설정

  • 직접 만나보지 않고도 시뮬레이션의 역학적 테스트를 통해 유용성을 검증하는 상황에서 사용자에게 편리함을 더하거나 차별적인 경험을 제공하였다. 가상 시뮬레이션을 통해 디자인된 가위질 보조기기는 Cam 이외에도 비슷한 장애를 가진 어린이들에게 사용 가능하며, 가위질 이외에도 상황에 맞는 보완기기를 같은 방식으로 디자인 한다면 효용이 배로 늘어날 것이다. 플랫폼을 기반으로 가상 시뮬레이션의 가능성은 인공지능과 빅 데이터 기술의 발전에 힘입어 무한히 커질 것으로 예상되며, 또한 기존의 인체공학자료를데이터화 하여 활용 할 경우, 인공지능을 통한 자동수정 및 맞춤 생산도 가능 할 수 있을 것이라 생각 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가상 시뮬레이션의 특징과 장점은? 가상 시뮬레이션은 그 특징상 공학 및 과학 분야뿐 아니라 동적 모델을 이용하여 실험하는 여러 분야에 적용될 수 있다는 특징을 가지는데, 시뮬레이션의 장점은 현실 세계의 물리적 모델을 디지털 공간에서 재현하고 그 성능을 예측함으로써, 최적의 의사결정을 내릴 수 있다는 점에 있다[10,11,12]. 특히, 디자인 분야에서는 3D 모델 시뮬레이션의 기반이 되는 모델링데이터는 데이터 공유 소프트웨어의 발달로 각 소프트웨어 서버의 클라우드 상에 공유 될 수 있다.
모델링데이터가 각 소프트웨어 서버의 클라우드 상에 공유되며 가져다 주는 이점은? 특히, 디자인 분야에서는 3D 모델 시뮬레이션의 기반이 되는 모델링데이터는 데이터 공유 소프트웨어의 발달로 각 소프트웨어 서버의 클라우드 상에 공유 될 수 있다. 이러한 데이터의 공유는 기존 데이터들의 수정 과 개선을 통해 새로운 가치를 지닌 제품으로 신속하게 생산 될 수 있을 뿐만 아니라 이러한 제품들은 대량 생산이 아닌 개인 맞춤형 상품으로 개발 될 수 있기 때문에 기존의 디자인 프로세스와는 달리 디자인에서 제작까지의 프로세스가 매우 빠르게 진행되며 시뮬레이션을 통한 테스트 및 분석으로 저비용 맞춤형 생산이 가능한 장점이 있다.
가상시뮬레이션은 어떤 시뮬레이터인가? 그 영향력의 규모와 변화의 속도로 인해 제 4차 산업혁명의 주요기술인 로봇공학, 인공지능(AI), 가상현실(VR), 빅 데이터, 클라우드, 사이버안보, 공유경제, 블록체인등과 기존 서비스 및 시스템의 융합을 통한 청사진들이 제시되고 있다. 가상시뮬레이션은 현실에서의 물리적인 환경을 구성하지 않아도 가상현실에서 시뮬레이션을 통해 사용 환경을 평가할 수 있는 방법이다. 가상시뮬레이션은 다양한 산업 분야에서 다양한 방법으로 확장되어 사용되고 있으며, 가상 시뮬레이션의 가장 큰 이점인 고품질 저가격(High-Quality Low-Cost)과 더불어 다양한 산업과 기업에서의 효율적 대안으로 떠오르고 있다[2].
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참고문헌 (24)

  1. Klaus Schwab, "The Fourth Industry Revolution", p. 21, Saeroeunhyunjae, 2016. 

  2. J. W. Hong, "Virtual reality technology trend in medical industry", Weekly ICT Trends IITP, Vol.1, No.1751, pp.2-16, 2016. 

  3. Autodesk Workshop at Hongik University, "Autodesk's Future of making things workshop", Hongik University, IDAS, 2017.06.20. 

  4. E. Y. Yoo, "Medical simulation", Medical course, Korean Medical Association, 2005. 

  5. Myung-Il Kim, "An Analysis and Industrial Classification of Modeling and Simulation Service Industry", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.18, No.3, pp.185-198, 2017. 

  6. Su-Young Pi, Myung-Suk Lee, "Developing a Convergent Class model of Augmented Reality and Art", Journal of Digital Convergence, Vol.14, No.5, pp.85-93, 2016, http://dx.doi.org/10.14400/JDC2016.14.5.85 

  7. Simulation, National Institute of the Korean Language, 2017, http://stdweb2.korean.go.kr/search/List_dic.jsp, 2017.07.10. 

  8. Sang-Young Choi, "Introduction to Defense, Modeling and Simulation", pp. 3-6, Book Korea, 2010. 

  9. National Science Foundation(NSF), "Simulation-Based Engineering Science: Revolutionizing Engineering Science Through Simulation", National Science Foundation Blue Ribbon Panel on Simulation-Based Engineering Science Report, 2006. 

  10. Sokolowski, John, and Catherine Banks(Editors), "Principles of Modeling and Simulation: A Multidisciplinary Approach", Wiley, 2008. 

  11. Myung-Il Kim, Sung-Uk Park, and Jae-Sung Kim, "An Economic Ripple Analysis of Domestic Supercomputing Modeling and Simulation", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 17, No. 11, pp. 340-347, 2016. 

  12. DOI: Yong-Sauk Hau, "IT SMEs' Product Planning Capability and Manufacturing Capability in the Context of Digital Convergence: The Meditating Impacts of the Product Exterior and Interior Design Capabilities", Journal of Digital Convergence, Vol.13, No.12, pp55-62, 2015, http://dx.doi.org/10.14400/JDC.2015.13.12.55 

  13. W.David Kelton, Randall P. Sadowski, David T. Sturrok, "Simulation with ARENA", pp. 5-12, McGraw-Hill, 2003. 

  14. Jeong-Min Ko, "A Study on the Economic Effect of Simulation Golf as the Convergence Industry", Journal of Digital Convergence, Vol.13, No.4, pp61-68, 2015, http://dx.doi.org/10.14400/JDC.2015.13.4.61 

  15. A Different Hero-Cam's Story, Facebook, https://www.facebook.com/pg/CamsStory/videvi/?refpage_internal, 2017.06.20. 

  16. Samples: Workshops and events : Raptor Reloaded, Autodesk Fusion 360, https://www.autodesk.com /pier-9/residency/projects/e-nable-raptor-reloaded-hand, 2017. 06.20 

  17. M. H. Lee, "Development of the teaching program for infants, The guideline for the parents", Ministry of Health and Welfare, Korea Institute of Child Care and Education, 2013. 

  18. The Korean Society of Occupational Therapy for Child and School, "Child Occupational Therapy", Gyechuk Munhwasa, 2013. 

  19. Kwon MS, Choi IS. "A study on classification of hand shape", Korean Soc Costume, Vol.55, No.6, pp.11-19, 2005. 

  20. Hunter JM, Schneider LH, "Mackin EJ, Callahan AD. Rehabilitation of hand", pp. 101-132, St.Louis: CV Mosby, 1984. 

  21. Lee KS, Woo KJ, Shim JH, Lee GH. "The clinical study of grip and pinch strength in normal korea adult", Korean Orthop Assoc, Vol.30, No.6, pp.1589-1597, 1995. 

  22. P. T. Kim, "The Function and Anatomy of the Hand", Kyungpook Univ Press, 2001. 

  23. Bernard Kingston, "Muscle Anatomy", pp. 78-85, Kunja publishing Co., Ltd, 2005. 

  24. Hye-Won Oh, "The Standard Value of Hand Grip and Pinch Strength in Preschool and School Age Children", KSOT, Vol.8, No.1, p. 57, 2000. 

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