[논문]풋웨어 개발을 위한 생체역학 기반 인간공학적 분석 : B-boy 신발 개발을 중심으로

하종규; 장영관; 김진현

doi:10.22156/cs4smb.2019.9.8.140

풋웨어 개발을 위한 생체역학 기반 인간공학적 분석 : B-boy 신발 개발을 중심으로
A Biomechanics-Based Ergonomic Analysis for Footware Development 원문보기

융합정보논문지 = Journal of Convergence for Information Technology, v.9 no.8, 2019년, pp.140 - 147

하종규 ((주)알엔디비) , 장영관 (강원대학교 산업경영공학과) , 김진현 (제주국제대학교 스포츠재활학과)

초록
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본 연구의 목적은 비보이들이 선호하는 기존 신발 5종류를 대상으로 인간공학적 사용성 평가를 통하여 최적신발제작을 위한 생체역학적 변인을 규명하는 것이다. 실험대상자는 전문가 10명, 비전문가 10명이 참가하였고, 자료획득을 위하여 적외선카메라 12대(Qualisys, Oqus), 지면반력기(Kistler, 9286AA)와 족저압력기(Zebris Gmbh, Zebris PDM-System)를 사용하였다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 접지능력과 안전성 면에서 마찰계수 0.38, 자유모멘트가 $0.32N{\cdot}m/kg$인 P사 신발이 바람직하다. 둘째, 쿠션면에서 충격량이 숙련자, $2.51N{\cdot}m/kg$과 비숙련자, $2.86N{\cdot}m/kg$인 N사 신발이 적절한 것으로 나타났다. 셋째, 보행균형성은 전족부의 평균 족저압력이 10.11 KPa(우측), 10.05 KPa(좌측)인 C사 신발, 후족부의 평균 족저압력이 8.40 KPa(우측), 8.36 KPa(좌측)인 V사 신발 적정하다고 판단된다. 결론적으로 접지능력과 안전성은 P사, 쿠션면은 N사와 보행 균형성은 C사와 V사 신발들의 구조와 재질을 조합한 신발을 개발하여야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to find biomechanical parameters for optimal shoes production through an ergonomic usability assessment of five existing types of shoes preferred by B-BOY. Ten experts and ten non-experts participated in the experiment, and 12 infrared cameras (Qualis, Oqus), force plate (Kistler, 9286AA) and foot pressure plate (Zebris Gmbh, Zebris PDM-System) were used to obtain the data. The results of the study are as follows. First, P shoes with a friction coefficient of 0.38 and a free moment of 0.32 N/m/kg are desirable in terms of traction capability and safety. Second, on the cushion, it was found that the N shoes 2.51 N, sec/kg and non-expert, and 2.86 N and sec/kg were suitable. Third, it is deemed appropriate for C shoes with a forefoot average pressure of 10.11 KPa (right), 10.05 KPa (left), and V shoes with a rearfoot average pressure of 8.4 KPa (right) and 8.36 KPa (left). In conclusion, the combination of the structure and material of V shoes should be developed for traction and stability, N shoes for cushion, and walking balance for C and V shoes.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Indian step
표 Table 1. the traits of experts
표 Table 2. the traits of non-experts
표 Table 3. Five kinds shoes
그림 Fig. 2. Rainbow jump
그림 Fig. 3. Turn movement
표 Table 4. Research Variables
표 Table 5. Coefficients of Frictions in five kinds of shoes
표 Table 7. Free moments of right ankles joint during turn- movement
표 Table 8. Results of stability questionnaire
표 Table 6. Results of traction questionnaire
표 Table 9. Impulses of five kinds of shoes
표 Table 10. Results of cushion questionnaire
표 Table 11. Mean foot pressures for five kinds shoes
표 Table 12. Differences of foot pressures for five kinds shoes

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 B-BOY의 퍼포먼스 향상과 근골격계 부상을 예방 할 수 있는 생체역학적 기능 관점에서의 비보잉 전용 풋웨어의 개발은 매우 필요하다. 그러므로 비보이들이 선호하는 기존 신발 5 종류를 대상으로 신발 생체역학 이론을 바탕으로 설문지 및 인터뷰 등을 통한 정성적 연구와 생체역학 변인을 이용한 정량적 연구를 통합한 사용성 평가를 실시하여 최적의 B-BOY 전용 신발을 만들기 위한 주요변인을 규명하고 제조사에게 정보를 제공하는 것이다.

제안 방법

신발의 발바닥 부위별 인솔 소재 및 경도 변화에 따라 충격량과 착화감은 최적의 소재와 경도를 분석하는데 사용되었으며[8]. 그리고 마찰계수(UCOF)는 보행 시 신발 착용 유무에 따른 보행속도, 지면반력, 사용마찰계수(UCOF) 최대시점, COP-COM-수직선 각도의 차이를 조사하고, 사용마찰계수(UCOF)와의 상관관계를 분석하였다[9].
발바닥의 족저압력은 보행 Table 11, Table 12와 같이 발란스를 평가할 수 있는 변인으로 발을 좌⦁우 부위별(전족부, 중족부, 후족부)로 구분하여 평균 족저압력과 좌⦁우차이를 산출하였다.
비보이들의 보행 동작에서 전면접지(foot flat) 이벤트에서 양발의 부위별, 전족부(Forefoot), 중족부(Midfoot)와 후족부(Rearfoot)의 평균족저압력(KPa)을 변인으로 하였다.
비보잉 동작 중 레인보우 점프(rainbow jump) 동작 시 신발의 형태에 따른 주요 국면의 미끄럼정도(우세발 앞꿈치접지, 이지)를 나타내는 마찰계수를 변인으로 하였다.
비보잉 동작 중 인디언 스텝(indian step) 동작 시 신발의 형태에 따라서 숙련자와 비숙련자의 충격량(N·sec/kg)을 변인으로 하였다.
비보잉 동작 중 턴(turn) 동작 시 신발의 종류에 따라 점프하여 우측 발목 회전 시 회전저항인 자유모멘트(N·m/kg)를 변인으로 하였다.
비보잉 동작의 3차원 동작과 생체역학적 변인 측정을 위하여 Qualisys사의 적외선카메라(Oqus, SF: 100 frame/sec) 12대, 두 발의 지면반력을 측정하기 위하여 지면반력기(Kislter, Type 9286A, SF: 1000 Hz) 2대와 족저압력의 평가를 위하여 판형 발압력 분포측정기(Zebris PDM-System, Zebris Gmbh, Germany)를 사용하였다.
비보잉 동작의 주관적 사용성 평가를 위하여 신발 종류에 따라 실험 직후 발의 압력과 신발 기능에 관한 문항을 설문지를 통하여 조사하였으며 설문지는 사용자 정보 3문항과 설문문항 19항(발의 압박정도 8문항, 기능성 11문항)으로 구성하였으며 각 문항은 5점 척도( ”매우 좋지 않다 – 조금 좋지 않다 보통이다 조금 좋다 아주 좋다 ”)로 하였다.
비보잉 분석 동작은 기본 동작 중 빈도가 높은 3가지의 동작으로 인디언 스텝, 레인보우 점프와 턴동작 Fig. 1, 2, 3과 보행의 전면접지(foot flat) 이벤트를 선정하였다.
연구대상자는 발의 기형이 없고 발바닥 궁(아치) 정상적인 비보이들을 대상으로 비보잉 지도자들이 비보이의 기술 정도와 경력을 기준으로 분류하였다. 경력 8년 이상의 20∼30대 남자 10명을 비보이 숙련자로, 경력 7년 이하 남자 10명을 비숙련자로 선정하여 총 20명을 대상으로 하였다.

대상 데이터

경력 8년 이상의 20∼30대 남자 10명을 비보이 숙련자로, 경력 7년 이하 남자 10명을 비숙련자로 선정하여 총 20명을 대상으로 하였다.
생체역학 기반 사용성 평가의 비교 대상 신발은 브랜드가 다른 기존 신발에 대한 목표치 제공을 위하여 비보이들이 선호하는 5개 제조사의 신발 5종을 대상으로 하였으며 Table 3과 같다.

데이터처리

숙련자, 비숙련자 각 10명으로 구분된 20명 대상자의 3종류의 비보잉 동작과 숙련정도를 구분치 않은 보행 동작 각 3회(Trial) 측정치 중 중앙치와 설문지 각 20개의 데이터를 가지고 SPSS 23.0을 이용하여 기술통계량(평균, 표준편차, 변이계수, 백분율)을 구하였다.

성능/효과

P사의 제품이 미끌림에 관련하여 비보이들이 가장 선호하는 신발로 나타났으며, 가장 높은 응답비율은 N사의 ‘보통이다’가 52%로 전체 중 가장 높은 응답비율이 나타났다.
숙련자와 비숙련자 모두 N사 신발이 가장 높은 충격량을 보였다. 그리고 충격량의 평균값 이상을 나타내는 신발은 숙련자의 경우 N사, A사이며, 비숙련자의 경우 N사, C사로 나타났다. 신발 종류에 따라 충격흡수의 변동성을 나타내는 변이계수는 비숙련자가 숙련자보다 크게 나타났다.
두 가지 변인을 함께 분석하면 전족부는 평균 족저압력의 최소치로 좌⦁우 차이기 작은 C사 신발, 중족부는 공통신발이 없으며, 후족부는 평균 족저압력의 최대치로 좌⦁우차이기 작은 V사 신발이 보행 균형성에서는 유리하다고 생각된다. 그러므로 각 제조사의 아웃솔 재질, 트래드 패턴, 인솔에 대한 특성을 심층 조사하여 부위별로 다르게 제작하는 것도 고려 해 볼만한 방법이라고 생각된다.
둘째, 쿠션면에서 충격량이 숙련자, 2.51N·m/kg과 비숙련자, 2.86 N·m/kg인 N사 신발이 적절한 것으로 나타났다.
비보이들의 보행 족저압력은 전체적으로 전족부> 후족부> 중족부 순으로 압력을 받는 것으로 나타났다.
86 N·m/kg인 N사 신발이 적절한 것으로 나타났다. 셋째, 보행균형성은 전족부의 평균 족저압력이 10.11 KPa(우측), 10.05 KPa(좌측)인 C사 신발, 후족부의 평균 족저압력이 8.40 KPa(우측), 8.36 KPa(좌측)인 V사 신발 적정하다고 판단된다. 결론적으로 접지능력과 안전성은 P사, 쿠션면은 N사와 보행 균형성은 C사 및 V사 신발들의 구조와 재질을 조합한 신발을 개발하여야 한다.
그 결과 숙련자는 N > A > P > V C')">>C 순으로 나타났고, 비숙련자 같은 경우에는 N > C > ')">A> P > V 순 이였다. 숙련자와 비숙련자 모두 N사 신발이 가장 높은 충격량을 보였다. 그리고 충격량의 평균값 이상을 나타내는 신발은 숙련자의 경우 N사, A사이며, 비숙련자의 경우 N사, C사로 나타났다.
그리고 마찰계수의 평균값 이상을 나타내는 신발은 숙련자의 경우 P사, C사이며, 비숙련자의 경우 A사, C사로 나타났다. 신발 종류에 따라 마찰의 변동성을 나타내는 변이계수는 숙련자가 비숙련자보다 크게 나타났다.
그리고 자유모멘트의 평균값 이상을 나타내는 신발은 숙련자의 경우 V사, 비숙련자의 경우 P사, N사로 나타났다. 신발 종류에 따라 안전성의 변동성을 나타내는 변이계수는 비숙련자가 숙련자보다 크게 나타났다.
그리고 충격량의 평균값 이상을 나타내는 신발은 숙련자의 경우 N사, A사이며, 비숙련자의 경우 N사, C사로 나타났다. 신발 종류에 따라 충격흡수의 변동성을 나타내는 변이계수는 비숙련자가 숙련자보다 크게 나타났다.
신발의 마찰력을 이용하여 몸을 뒤로 점프하는 레인보우 점프동작에서 마찰계수를 측정하였을 때 P사의 신발이 마찰계수가 크게 나타났고, 비보이들이 선호하는 미끌림 정도의 신발도 P사의 신발로 정량, 정성적 결과가 같게 나타났다. 그러므로 P사 신발의 마찰계수가 비보이들 에게 마찰면에서는 적절한 것으로 판단된다.
전체 가장 높은 응답 비율은 N사 ‘보통이다’ 가 43%로 전체 중에서 가장 높았다.
좌측발의 전족부(Forefoot)는 P사의 신발이 최대치, C사의 신발이 최소치를 보였고, 중족부(Midfoot)는 V사 신발이 최대치, N사의 신발이 최소치를 보였으며, 후족부(Rearfoot)에서 좌측은 V사 신발, 우측은 N사 신발이 최대치를 보였으며, A사 신발이 최소치를 보였다. 좌⦁우의 전족부는 모두 P사의 신발이 족저압력의 영향을 제일 많이 받았으며, 또한 C사의 제품이 압력을 가장 적게 받은 것으로 나타났다.
좌우 발란스를 분석하기 위해서 우측발 평균압력 - 좌측 발 평균압력을 산출한 결과, 전족부에서 A사와 C사 신발이 차이가 가장 작고 V사 신발의 차이가 가장 크게 나타나고, 중족부에서 N사 신발이 차이가 가장 작고 P사 신발의 차이가 가장 크게 나타났으며, 후족부에서 V사 신발이 차이가 가장 작고 N사 신발이 차이가 가장 크게 나타났다. 전족부는 N사를 제외하고 모든 회사 신발에서 우측발이 좌측발보다 크게 나타나고, 중족부는 모든 신발에서 좌측발이 우측 발보다 크게 나타난 반면 후족부에서는 반대로 나타났다.
좌측발의 전족부(Forefoot)는 P사의 신발이 최대치, C사의 신발이 최소치를 보였고, 중족부(Midfoot)는 V사 신발이 최대치, N사의 신발이 최소치를 보였으며, 후족부(Rearfoot)에서 좌측은 V사 신발, 우측은 N사 신발이 최대치를 보였으며, A사 신발이 최소치를 보였다. 좌⦁우의 전족부는 모두 P사의 신발이 족저압력의 영향을 제일 많이 받았으며, 또한 C사의 제품이 압력을 가장 적게 받은 것으로 나타났다.
첫째, 접지능력과 안전성 면에서 마찰계수 0.38, 자유모멘트가 0.32 N·m/kg인 P사 신발이 바람직하다.
개인마다 발바닥의 형태나 보행 패턴이 상이하기 때문에 반드시 평균 족저압력의 대소가 절대적으로 좋다고는 할 수 없다. 평균 족저압력의 최소치는 전족부 C사, 중족부 V사, 후족부 A사 나타나고, 평균 족저압력의 최대치는 전족부 P사, 중족부 V사, 후족부는 V사와 N사로 나타났다. 한편 평균 족저압력의 좌⦁우 차이로 나타나는 보행균형에서 전족부는 A사와 C사, 중족부는 N사, 후족부는 V사가 바람직하다고 생각된다.

후속연구

36 KPa(좌측)인 V사 신발 적정하다고 판단된다. 결론적으로 접지능력과 안전성은 P사, 쿠션면은 N사와 보행 균형성은 C사 및 V사 신발들의 구조와 재질을 조합한 신발을 개발하여야 한다.
향후 세계최초로 개발되는 비보이 전용신발의 디자인 및 사용성 평가를 통해 신발 고도화를 하여야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생체역학 근거 인간공학적 B-BOY 전용 신발의 연구 결과는 무엇인가?	생체역학 근거 인간공학적 B-BOY 전용 신발의 연구 결과 요약 및 결론은 다음과 같다. 첫째, 접지능력과 안전성 면에서 마찰계수 0.38, 자유모멘트가 0.32 N·m/kg인 P사 신발이 바람직하다. 둘째, 쿠션면에서 충격량이 숙련자, 2.51N·m/kg과 비숙련자, 2.86 N·m/kg인 N사 신발이 적절한 것으로 나타났다. 셋째, 보행균형성은 전족부의 평균 족저압력이 10.11 KPa(우측), 10.05 KPa(좌측)인 C사 신발, 후족부의 평균 족저압력이 8.40 KPa(우측), 8.36 KPa(좌측)인 V사 신발 적정하다고 판단된다. 결론적으로 접지능력과 안전성은 P사, 쿠션면은 N사와 보행 균형성은 C사 및 V사 신발들의 구조와 재질을 조합한 신발을 개발하여야 한다.
	회전마찰력(자유모멘트)이란 무엇인가?	회전마찰력(자유모멘트)은 인체 내부의 근육과 건 등을 통한 동작에 대한 저항으로써 자세 유지(평형 유지)를 위한 변인으로 신발 바닥의 형태에 따라 신발과 바닥면에서 발생하는 회전 안전성 평가에 사용되었다[7].
	비보이들의 부상요인은 무엇인가?	비보잉 동작들은 다양하고, 화려하고, 역동적이며 섬세하다 보니 가벼운 부상부터 심한 부상까지 늘 위험에 노출되어 있다. 비보이들의 부상요인들은 다양하지만 주로 지면, 신발과 발의 복잡하고 유기적인 상호작용에 기인하며 이러한 상호작용을 연구하기 위하여 사용되는 변인으로써 족저압은 지면조건(콘크리트, 모래 지반)과 신발종류(실내화, 실외화, 워킹화, 운동화)에 따른 보행 시 전족, 중족, 후족 영역에서 응력 및 압력을 규명하고[5], 또한 족저압 분포를 분석하여 신발 아웃솔 구조와 기능을 향상시킨 고기능성 스포츠클라이밍용 신발을 개발하였다[6].

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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