[논문]안마 의자를 위한 근탄성도 측정 방법에 대한 연구

김성한; 변정원; 주종남

문제 정의

본 연구는 Indentor 를 이용하여 사용자의 체형 및 근육 탄성도·경직도를 측정하고 이를 바탕으로 사용자별 안마맵을 만들어 적절한 안마시술을 하기 위한 기초 연구이다.
본 연구는 사용자의 체형 및 몸 상태에 맞는 안마성능을 제공하는 안마의자 개발을 위한 기초 연구로 인체 조직중 지방, 근육에 대한 상사 실험이 가능한 젤라틴을 이용 하여 농도에 따른 Stiffness 를 측정하였다. 젤라틴의 농도가 증가할수록 Stiffness 가 증가하는 추세를 확인할 수 있었으며, Stiffness 의 평균값으로 젤라틴의 농도를 뚜렷하게 구분할 수 있었다.

제안 방법

젤라틴은 농도 및 두께 조절이 용이하고 인체 조직 중 지방, 근육에 대한 상사 실험 재료로 사용가능하며, 특히 10%농도의 젤라틴을 Ballistic gelatin 이라 하고 탄도성능시험 등에서 인체 근조직을 모사할 때 사용된다. 단단한 바닥에 우레탄 고무를 깔아 피부가 덮인 인체 골격부를 모사하였다.
Servo motor 에 의한 Load cell 의 이송방향과 젤라틴 면의 접촉각에 의한 오차를 최소화 하기 위해 Indentor 팁을 반구 모양(직경 10mm)으로 제작하였으며, 분해능을 높이기 위해 2kgf 용량의 소형 Load cell 을 사용하였다. 또한 습도, 온도에 의한 실험오차를 최소화하기 위해 특정 시간대에 한 번에 실험을 수행하였다.
이번 연구는 제한된 조건에서 각 인체 조직에 대한 정량화된 데이터를 얻기 위한 인체 조직 상사 실험에 대한 연구 결과이며 각 조직에 대한 상사 실험을 하기 위해 농도 및 두께 조절이 가능한 젤라틴(Gelatin)을 대상으로 실험을 수행하였다. 또한 실험 과정에서 실험자의 개입을 최소화 하기 위해 실험대상 교체와 실험 시작과 종료 신호입력을 제외한 모든 실험 과정을 프로그램화하여 자동화하였다.
두께 2mm 의 우레탄 고무와 두께 3cm 젤라틴을 5, 10, 20, 30% 농도로 준비한다. 총 5 군의 실험대상에 대하여 속도 5mm/s 로 Indentation test 를 실시한다. 이송거리는 10mm 로 하되 Servo motor 의 가·감속에 의한 영향을 최소화 하기 위하여 젤라틴 표면에서 1mm 거리를 두고 실험을 수행하고, 데이터는 표면에서 5mm 깊이 까지만 PC 에 저장한다.

대상 데이터

이송거리는 10mm 로 하되 Servo motor 의 가·감속에 의한 영향을 최소화 하기 위하여 젤라틴 표면에서 1mm 거리를 두고 실험을 수행하고, 데이터는 표면에서 5mm 깊이 까지만 PC 에 저장한다. Servo motor 에 의한 Load cell 의 이송방향과 젤라틴 면의 접촉각에 의한 오차를 최소화 하기 위해 Indentor 팁을 반구 모양(직경 10mm)으로 제작하였으며, 분해능을 높이기 위해 2kgf 용량의 소형 Load cell 을 사용하였다. 또한 습도, 온도에 의한 실험오차를 최소화하기 위해 특정 시간대에 한 번에 실험을 수행하였다.
두께 2mm 의 우레탄 고무와 두께 3cm 젤라틴을 5, 10, 20, 30% 농도로 준비한다. 총 5 군의 실험대상에 대하여 속도 5mm/s 로 Indentation test 를 실시한다.
2 와 같은 실험 기기를 구성하였다. 실험 대상으로는 인체 근육 및 골격을 모사하기 위해 젤라틴과 우레탄 고무(Urethane rubber)를 사용하였으며, 3cm 두께의 젤라틴 4 가지 농도(5%, 10%, 20%, 30%)와 2mm 두께의 우레탄 고무, 총 5 군의 실험 대상을 준비하였다. 젤라틴은 농도 및 두께 조절이 용이하고 인체 조직 중 지방, 근육에 대한 상사 실험 재료로 사용가능하며, 특히 10%농도의 젤라틴을 Ballistic gelatin 이라 하고 탄도성능시험 등에서 인체 근조직을 모사할 때 사용된다.
이번 연구는 제한된 조건에서 각 인체 조직에 대한 정량화된 데이터를 얻기 위한 인체 조직 상사 실험에 대한 연구 결과이며 각 조직에 대한 상사 실험을 하기 위해 농도 및 두께 조절이 가능한 젤라틴(Gelatin)을 대상으로 실험을 수행하였다. 또한 실험 과정에서 실험자의 개입을 최소화 하기 위해 실험대상 교체와 실험 시작과 종료 신호입력을 제외한 모든 실험 과정을 프로그램화하여 자동화하였다.
탄성도 측정 실험 기기는 크게 측정 기구 이송 장치, 측정 장치, 신호 입출력 장치로 구성되어 있으며, 각각 Servo motor, Load cell, AD converter 및 PC 가 사용되었다. 측정 장치인 Load cell 측정부에는 직경 10mm, 폴리머(MC Nylon)재질의 반구형 팁이 장착되어 있고, Servo motor 에 의해 젤라틴 면에 수직방향으로 이송된다.

데이터처리

실험 대상 교체 및 실험 시작·종료 신호 입력을 제외한 모든 실험과정은 C++를 이용하여 프로그램화하였다.

성능/효과

본 연구는 사용자의 체형 및 몸 상태에 맞는 안마성능을 제공하는 안마의자 개발을 위한 기초 연구로 인체 조직중 지방, 근육에 대한 상사 실험이 가능한 젤라틴을 이용 하여 농도에 따른 Stiffness 를 측정하였다. 젤라틴의 농도가 증가할수록 Stiffness 가 증가하는 추세를 확인할 수 있었으며, Stiffness 의 평균값으로 젤라틴의 농도를 뚜렷하게 구분할 수 있었다. 이러한 실험 결과는 향후 인체 대상 실험을 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 예상된다.

후속연구

3 의 우레탄 고무, 젤라틴을 대상으로 한 실험 결과와 비슷한 경향으로 상사됨을 확인하였다. 이는 젤라틴을 이용한 인체 상사 실험결과가 사용자의 체형 및 몸상태 측정을 기반으로 한 안마 시술에 응용될 수 있다는 것을 보여준다.
젤라틴의 농도가 증가할수록 Stiffness 가 증가하는 추세를 확인할 수 있었으며, Stiffness 의 평균값으로 젤라틴의 농도를 뚜렷하게 구분할 수 있었다. 이러한 실험 결과는 향후 인체 대상 실험을 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 예상된다.

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