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문제 정의
- 본 연구는 군인의 작업 실태와 군인을 위한 웨어러블 로봇 개발에서 고려해야 할 요인을 설문 조사법으로 자료를 수집하였고, 이에 대하여 분석하였다(IRB 승인번호: 201910-SB-182-01).
- 본 연구의 의의는 육군 생활 경험이 있는 성인 남성을 대상으로 웨어러블 로봇 개발의 필요성 및 요구도, 중요성을 다양하게 도출하였다는 것이다. 그동안 단순히 기계적 측면에서 군인 능력 향상에 중점을 둔 연구가 수행되어 왔다면, 이제는 더 나아가 의류학적 측면에서 착용성에도 중점을 두고 개발해야 함을 알 수 있었다.
- 이에 본 연구에서는 의류학적 관점에서 군인을 위한 웨어러블 로봇 개발 시 고려해야 할 요인을 착용 대상자로부터 도출하고자 하였다. 구체적으로 육군에서 군경험이 있는 성인 남성을 대상으로 군인의 작업실태에 대하여 선행조사를 실시하였으며, 이들을 통해 육군 특성에 따른 웨어러블 로봇의 필요성, 요구도, 중요성에 대해 분석하였다.
- 또한 점차 증대되고 있다. 이에 본 연구에서는 의류학적 관점에서 육군을 위한 웨어러블 로봇 개발 시 고려해야 할 착용성 측면의 요인을 다양하게 도출하였다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같았다.
제안 방법
- 도출하고자 하였다. 구체적으로 육군에서 군경험이 있는 성인 남성을 대상으로 군인의 작업실태에 대하여 선행조사를 실시하였으며, 이들을 통해 육군 특성에 따른 웨어러블 로봇의 필요성, 요구도, 중요성에 대해 분석하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과는 웨어러블 로봇 개발의 빠른 흐름에 맞춰 다양한 분야에서 차세대 군복을 개발할 때 활용할 수 있을 것이며, 군복과 웨어러블 로봇의 연관성을 고찰하여 착용성 향상을 위한 웨어러블 로봇 디자인 프로세스를 제안하는데도 도움을 줄 수 있을 것이라 기대된다.
- 3>과 같이 제시한 뒤에 설문의 목적을 설명하였다. 설문문항은 인구통계학적 문항 6개, 군복 및 군 활동에 관한 문항 4개, 육군 착용형 로봇 개발에 관한 문항 8개, 육군 웨어러블로봇 개발 시 중요도에 대한 문항 15개였다. 중요도는 5점 척도(1점: 전혀 중요하지 않다~3점: 보통이다 ~5점: 매우 중요하다)로 평가할 수 있게 하였다.
- 설문지는 웨어러블 로봇을 착용한 경험이 있는 군필자의 인터뷰를 바탕으로 제작하였고, 예비 설문을 통해 완성하였다. 또한 응답자에게 문항에 대한 이해를 돕기 위해 설문조사 시작 전 다양한 형태의 웨어러블 로봇을 <Fig.
- 육군 경험이 있는 추출된 표본의 인구통계학적 특성을 연령, 군복무지역, 군대 계급, 군복 무기 간으로 구분하여 살펴보았으며, 그 결과는 과 같았다.
- 육군 생활에서 필요한 군인용 웨어러블 로봇을 개발할 경우에 원하는 요구 사항에 대하여 몇 가지 측면에서 조사하였다.
- 육군 생활을 위한 웨어러블 로봇 개발 시 중요하다고 생각하는 정도에 대해 크게 착용감 측면, 소재 측면, 관리 측면, 미관 측면으로 구분하고, 그 분류에 따라 구체적인 선호도를 살펴본 결과는 과 같았다.
대상 데이터
- 설문대상은 육군 경험이 있는 성인 남성 227명을 임의 표집하여 이들을 대상으로 2020년 1월에 조사를 실시하였다. 설문지는 웨어러블 로봇을 착용한 경험이 있는 군필자의 인터뷰를 바탕으로 제작하였고, 예비 설문을 통해 완성하였다.
- 군 복무기간은 2년 미만 또는 5년 이상이 많았다. 즉, 웨어러블 로봇 개발 시 고려해야 할 요소를 도출하는 데에 있어서 육군에서의 경험이 풍부한 남성을 통해 데이터를 확보할 수 있었다.
데이터처리
- 0 통계 프로그램을 사용하여, 각 문항에 대한 빈도와 백분율을 구하였다. 다중응답문항에 대한 결과는 다중응답-교차분석을 실시하였고, 연령별, 동작별, 착용방식별 웨어러블 로봇에 대한 요구도에 대한 차이를 확인하기 위해 교차분석-카이제곱 검정(χ2)을 실시하였다. 중요도에 대한 결과는 각 구체적인 사항별 중요성에 대한 차이를 보기 위해 t-test와 반복측도 ANOVA를 수행하였다.
- 중요도는 5점 척도(1점: 전혀 중요하지 않다~3점: 보통이다 ~5점: 매우 중요하다)로 평가할 수 있게 하였다. 설문조사 자료의 분석은 SPSS 24.0 통계 프로그램을 사용하여, 각 문항에 대한 빈도와 백분율을 구하였다. 다중응답문항에 대한 결과는 다중응답-교차분석을 실시하였고, 연령별, 동작별, 착용방식별 웨어러블 로봇에 대한 요구도에 대한 차이를 확인하기 위해 교차분석-카이제곱 검정(χ2)을 실시하였다.
- 다중응답문항에 대한 결과는 다중응답-교차분석을 실시하였고, 연령별, 동작별, 착용방식별 웨어러블 로봇에 대한 요구도에 대한 차이를 확인하기 위해 교차분석-카이제곱 검정(χ2)을 실시하였다. 중요도에 대한 결과는 각 구체적인 사항별 중요성에 대한 차이를 보기 위해 t-test와 반복측도 ANOVA를 수행하였다.
성능/효과
- 결론적으로 기존의 우수한 웨어러블 로봇 기술을 군인이 착용하기 위해서는 군인의 주요 활동을 바탕으로 동작을 방해하지 않고, 동시에 신체를 강화하며 보호하는 개념을 갖춘 방향으로 설계함으로써 기존의 비대한 외관, 복잡한 착용방법을 해소하고, 1시간 이상의 착용 동안 쾌적할 수 있는 소재를 선정하는 연구가 이루어져야 하는 것을 확인할 수 있었다. 또한세분화된 작업 동작 분류 하에 각 목적에 맞는 근력 보조형의 웨어러블 로봇을 우선적으로 개발하되, 신체와 군복, 신체와 웨어러블 로봇 간의 물리적인 접촉에서 발생하는 착용감이 불쾌하지 않도록 소프트한 의복 형태의 기능적 요소로 해결하는 방안도 중요함을 알 수 있었다.
- 게다가, Kim(2001) 의 연구에서 허리 부위가 부대 활동으로 인해 고통을 많이 느끼는 부위라고 발표한 바 있어, 육군 생활에서 허리의 움직임을 보조하면서도 장시간 과도한 움직임으로 인한 통증은 감소시킬 수 있는 허리 착용형 웨어러블 로봇의 개발이 가장 시급하다고 생각된다. 그리고 팔 부위의 동작도 많은 것으로 나타났는데, 어깨 또는 척추 및 상체에 대한 웨어러블 로봇 개발의 필요성이 팔과 손보다는 높게 나타났기 때문에 상체 착의용 웨어러블 로봇을 통해 팔 동작을 돕는 형태가 개발해야 함을 알 수 있었다.
- , 2012) 다양하기 때문에 부대 활동에서 다양한 동작을 취할 수밖에 없을 것으로 사료된다. 다만, 본 연구를 통해 육군 생활에서 군인이 가장 많이 움직이는 부위를 허리, 팔, 다리 순이라고 인식하고 있다는 것을 알 수 있었다. ‘군대에서 주로 수행했던 작업 및 활동의 강도 정도’에 대한 응답은 ‘보통임’으로 응답한 경우가 전체의 46.
- , 2019), 장거리 이동 시 고중량물 이송을 위한 근력증강 로봇기술 개발(Kim, 2019) 등이 있다. 다시 말해, 군복의 역할에서 더 나아가 군인 활동 능력을 강화할 수 있는 웨어러블 로봇이 개발되고 있는 것을 알 수 있었다. 다만, 군인을 위한 근력증폭을 목적으로 하는 외골격 시스템은 높은 성능을 발휘하기 위한 고출력 엑추에이터(actuator)가 장착되기 때문에 이로 인해 시스템의 규모가 커지게 되므로(Kim et al.
- 다음으로 ‘군대에서 작업 및 활동 중 가장 많이 하는동작’에 대한 응답은 ‘허리를 굽히고 펴는 동작’으로응답한 경우가 전체의 30.4%로 가장 많이 차지하였으며, ‘팔을 올리고 내리는 동작’이 21.6%, ‘팔꿈치를 굽히고 펴는 동작’이 19.8%, ‘쭈그려 앉았다 일어나는동작’이 17.6%, ‘무릎을 굽히고 펴는 동작’이 10.6% 로 나타났다. 육군에서 체력적으로 요구되는 공통임무는 행군, 무거운 물건 들기 및 운반, 환자후송, 장애물 극복, 약진, 참호파기 등(Kim et al.
- 다음으로 웨어러블 로봇 개발 시 어떤 신체 부위를 감싸도록 제작하는 것이 적합한지에 대해 조사한 결과에서는 착용방식에 따라 차이가 있는 것으로 나타났고, 유의한 차이가 있었다(p=.000).
- 더불어, 육군 생활에서 군인이 군복과 함께 착용하고 활동하기에 적합하다고 생각하는 웨어러블 로봇의 형태를 조사한 결과에서는 과 같이, 소프트 엑소수트(유연한 소재의 수트 형태)라고 응답한 비율이 65.6%, 하드 엑소수트(강화 외골격 형태)는 21.6%, 신경 인터페이스(신경 신호를 주거나 로봇 장치를 제어하는 개념)는 12.8%로 나타나, 소프트 엑소수트에 대한 선호도가 가장 높음을 알 수 있었다.
- 4% 로 가장 많이 차지하였다. 두 번째로는 ‘무거운 군장을 짊어지고 장거리 행군에서 걷기 보조’라고 응답한 비율이 21.1%로 나타났고, 세 번째로는 ‘주로 하는 작업과 활동시에 수행하는 동작 보조’라고 응답한 비율이 13.2%로 나타났다. 이는 군인의 주요 행동 유형이 대표적으로 ‘무거운 무게(군수물자, 무기, 사상자) 를 육체적 힘을 이용하여 들어올리기’, ‘무장한 상태로 완전군장을 착용하고 걷기’라고 한 Kim et al.
- 있었다. 또한 육군 생활의 강도를 강한 편이라고 인식하였고, 군대에서 1회 작업 및 활동 시 평균 시간은 다양하였지만, 최소 1시간 이상은 작업하는 것을 알 수 있었다.
- 또한세분화된 작업 동작 분류 하에 각 목적에 맞는 근력 보조형의 웨어러블 로봇을 우선적으로 개발하되, 신체와 군복, 신체와 웨어러블 로봇 간의 물리적인 접촉에서 발생하는 착용감이 불쾌하지 않도록 소프트한 의복 형태의 기능적 요소로 해결하는 방안도 중요함을 알 수 있었다. 위와 같은 착용성 측면을 반영하여 육군 생활에서 군인의 작업 수행을 돕는 웨어러블 로봇을 개발한다면, 우수한 웨어러블 로봇의 신기술을 더욱 빠르게 군에 도입할 수 있을 것으로 기대된다.
- 마지막으로 ‘군대에서 주로 했던 작업 및 활동의 1회 평균시간’에 대한 응답을 조사한 결과, ‘1~2시간’이 전체의 28.2%, ‘3시간 이상’이 26.4%, ‘2~3시간’ 이 25.1%, ‘30분~1시간 이상’이 16.3%, ‘30분 이내’ 가 4.0%로 나타나, 최소한 1시간 이상의 작업을 수행하고 있음을 확인하였다.
- 먼저, ‘부대에서 착용했던 군복이 몸에 맞는 정도’ 에 대해서 ‘보통임’으로 응답한 경우가 전체의 59.0% 로 가장 많이 차지하였으며, 다음으로는 ‘헐렁했음’ 으로 응답한 경우가 22.9%, ‘맞았음’으로 응답한 경우가 14.1%로 나타났다. 육군에서 착용하는 전투복의 모든 부위가 신체에 맞는다고 느꼈던 인식 정도에 대한 Choi et al.
- 먼저, 군복과 웨어러블 로봇을 함께 착용할 경우에 요구하는 착용방식을 조사한 결과, 주요 동작에 따라 다른 착용방식을 원하였다(p=.006).
- 먼저, 육군을 위한 군인용 웨어러블 로봇 개발의 필요성에 대한 응답을 분석한 결과, 연령에 따른 웨어러블 로봇의 필요성에 대한 인식 차이가 없었고(p =.110), 필요성이 높은 것으로 나타났다.
- 웨어러블 로봇 개발 시 어떤 소재로 제작하는 것이 적합한지 조사한 결과에서도, 착용 방식에 따라 다른 소재를 원하는 것으로 나타났다(p=.003).
- 육군 생활에서 웨어러블 로봇이 필요한 이유에 대해 복수응답한 것을 연령으로 나누어 분석한 결과 , 20대는 '근력 보조 때문에’라고 응답한 비율이 가장 높았고, 다음으로 '작업의 용이성 때문에’ 라고 응답하는 비율이 높았다.
- ‘보호대와 같은 탈부착 형태’일 경우에는 ‘잘 구부러지거나 유연한 재질’ 뿐만 아니라, ‘견고하면서도 가벼운 재질(플라스틱 등)’도 적합하다고 하였다. 육군 특성에 따른 웨어러블 로봇의 요구도를 종합해보면 팔을 올리고 내리는 동작을 제외하고는 웨어러블 로봇이 보호대와 같은 형태로 개발되기를 원하고 있었고, 관절부를 감싸는 형태를 많이 요구하는 것으로 나타났다. 그리고 웨어러블 로봇의 착용 방식을 결정할 때는 육군의 주요 동작을 고려하는 것이 중요함을 알 수 있었다.
- 같았다. 착용감, 소재, 관리 측면의 평균값은 4점대(중요하다)로 나타났고, 미관측면의 평균값은 3점대(보통이다)였다. 이러한 결과는 미관보다는 착용성과 기능성 측면에서 웨어러블 로봇의 효과를 기대하고 있다는 것을 의미한다.
- 그리고 웨어러블 로봇의 착용 방식을 결정할 때는 육군의 주요 동작을 고려하는 것이 중요함을 알 수 있었다. 팔을 올리고 내리는 동작에서는 옷처럼 입는 형태면서 신체 전체 또는 팔꿈치에 착용할 수 있도록 하고, 관절을 굽히고 펴는 동작에서는 보호대와 같은 탈부착 형태로 관절 부위에 착용할 수 있도록 하며, 소재는 유연함을 가지면서도 견고하고, 가벼운 재질로 선택하여 제작하는 방향을 제안할 수 있었다. 웨어러블 로봇은 하나의 소재가 아니라 사용 용도와 인체 부위별 적합성을 고려하여 부위별 차별화된 최적 소재를 선택하는 것이 중요하다고 사료되므로, 이는 지속적으로 관심을 가지고 연구해야 하는 주제로 사료된다.
- 한편, 육군 생활의 경험을 바탕으로 가장 필요한 웨어러블 로봇의 착용 부위를 응답하게 한 결과, 허리 (33.0%) 부위에 착용하는 웨어러블 로봇을 가장 필요로 하였다. 다음 순서로는 어깨 또는 척추 및 상체(25.
후속연구
- 다만, 본 연구는 육군 생활에서의 주요 훈련 또는 작업 동작을 바탕으로 작성된 설문지로 도출한 결과이므로, 앞으로의 연구에서는 군인이 맡는 다양한 역할과 책임에 따른 작업을 세분화하여 지속적으로구체적인 웨어러블 로봇의 요구도를 도출하고, 더 나아가 모의실험에 기반한 조사가 뒷받침된다면 더 우수한 군인용 웨어러블 로봇의 개발 방향을 설정할 수 있을 것으로 기대된다. 후속연구에서는 실제 프로토타입을 제작하여 평가를 통한 요구 조사를 더욱 심층적으로 시도하고자 한다.
- 구체적으로 육군에서 군경험이 있는 성인 남성을 대상으로 군인의 작업실태에 대하여 선행조사를 실시하였으며, 이들을 통해 육군 특성에 따른 웨어러블 로봇의 필요성, 요구도, 중요성에 대해 분석하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과는 웨어러블 로봇 개발의 빠른 흐름에 맞춰 다양한 분야에서 차세대 군복을 개발할 때 활용할 수 있을 것이며, 군복과 웨어러블 로봇의 연관성을 고찰하여 착용성 향상을 위한 웨어러블 로봇 디자인 프로세스를 제안하는데도 도움을 줄 수 있을 것이라 기대된다.
- (2020)도 소프트 로봇에 사용할 수 있는 폴리우레탄 기반 복합 섬유에 대해 소개한 바 있다. 본 연구에서도 소프트한 형태의 웨어러블 로봇을 선호하고 있음이 확인되었으므로, 군인의 작업 수행을 돕는 웨어러블 로봇 개발 시 외골격 형태 개발 또는 외골격로봇의 동작성, 착용성 등에 대한 문제점과 개선점을 도출하는 것보다는 소프트한 형태의 로봇 개발과 관련한 연구가 매우 효율적일 것으로 판단된다.
- 또한세분화된 작업 동작 분류 하에 각 목적에 맞는 근력 보조형의 웨어러블 로봇을 우선적으로 개발하되, 신체와 군복, 신체와 웨어러블 로봇 간의 물리적인 접촉에서 발생하는 착용감이 불쾌하지 않도록 소프트한 의복 형태의 기능적 요소로 해결하는 방안도 중요함을 알 수 있었다. 위와 같은 착용성 측면을 반영하여 육군 생활에서 군인의 작업 수행을 돕는 웨어러블 로봇을 개발한다면, 우수한 웨어러블 로봇의 신기술을 더욱 빠르게 군에 도입할 수 있을 것으로 기대된다.
- 000), 기능적인 소재 선택이 중요하고 구조적으로 이를 반영하여 설계해야 함을 알 수 있었다. 특히, 군복은 기능적 측면을 고려해야 하기 때문에 소재 관련 연구가 활성화 되어야 하는데 (Kim, 2015), 웨어러블 로봇과 군복 사이의 의복 내 기후에 쾌적성을 높일 수 있는 첨단 소재를 적용하여 웨어러블 로봇을 개발하면 매우 의미 있는 연구가 될 것으로 판단된다. 관리 측면에서는 ‘관리/보관의 용이성’, ‘오염’, ‘세탁성’ 모두 4점 이상으로 나타나(p=.
- 것으로 기대된다. 후속연구에서는 실제 프로토타입을 제작하여 평가를 통한 요구 조사를 더욱 심층적으로 시도하고자 한다.
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