지체장애인을 위한 보장구의 인간공학적 고찰 (대한인간공학과 학술대회논문집, 43-48, [2002]) 200910362 권희준 구 본 언 박 근 상 건국대학교 산업공학과 200910362 권희준 지체장애인을 위한 보장구의 인간공학적 고찰 (대한인간공학과 학술대회논문집, 43-48, [2002]) 구 본 언 박 근 상 건국대학교 산업공학과 200910362 권희준

contents 1. 연구배경 2. 보장구 현황 3. 보장구 고찰 4. 결론 5. 참고문헌 1. 연구배경 2. 보장구 현황 3. 보장구 고찰 4. 결론 5. 참고문헌 contents 1. 연구배경 2. 보장구 현황 의족수, 보조기, 휠체어, 이승 기기, 기능적 전기 자극, 환경 제어 3. 보장구 고찰 휠체어 및 이동장치의 개발, 생활보조지원장치의 개발, 재활환경을 위한 재활보조로봇 개발 4. 참고문헌

1. 연구배경 (1/3) ‣ 보건복지부 ‘2000년 장애인 실태조사’ 장애인 : 1,449.5천명 / 2000년 3.09% ‣ 보건복지부 ‘2000년 장애인 실태조사’ 장애인 : 1,449.5천명 / 2000년 3.09% 1,053.5천명 / 1995년 2.35% ☞ 0.74% 증가(396.0천명) 장애인 39% ☞ 일상생활 타인의 도움 필요 64.5% ☞ 집밖활동의 불편 1. 연구배경 (1/3) ‣ 보건복지부 ‘2000년 장애인 실태조사’ 장애인 : 1,449.5천명 / 2000년 3.09%(인구 100명당 장애인 수) ☞ 0.74% 증가(396.0천명) 1,053.5천명 / 1995년 2.35%(인구 100명당 장애인 수) 장애인 39% ☞ 일상생활에서 타인의 도움이 필요함 64.5% ☞ 집밖활동에서 불편을 느낌

1. 연구배경 (2/3) ‣ 보장구적 측면 장애인 39.6% : 보장구 소지 보장구 활용도 ; 70.6% / 잘 사용함 ‣ 보장구적 측면 장애인 39.6% : 보장구 소지 보장구 활용도 ; 70.6% / 잘 사용함 ; 29.4% / 잘 사용하지 않거나 전혀 不用 사용하지 않은 이유 ? ; 33.5% / 별 효과가 없을 것 같아서 ; 30.4% / 사용하기 번거로워서 ; 18.2% / 필요가 없어서 ; 11.3% / 미관상 좋지 않아서 1. 연구배경 (2/3) ‣ 보장구적 측면 장애인 39.6% : 보장구 소지 보장구 활용도 ; 70.6%(잘 사용함), 29.4%(잘 사용하지 않거나 전혀 不用) 사용하지 않은 이유 ? ; 33.5%(별 효과가 없을 것 같아서), 30.4%(사용하기 번거로워서) 18.2%(필요가 없어서), 11.3%(미관상 좋지 않아서)

1. 연구배경 (3/3) ※ 보장구의 사용이 별로 실효를 못 거두고 있으며, 그 원인은 보장구를 설계할 때 인간을 고려하지 않고 제품적인 측면을 강조 ☞ 보장구 사용 불편 ※ 연구의 목적 ; 인간공학적인 측면을 강조한 제품들을 고찰하여 장애인들이 정상인들과 같은 자유로운 삶을 살 수 있도록 도와주는 것 1. 연구배경 (3/3) ※ 보장구의 사용이 별로 실효를 못 거두고 있으며, 그 원인은 보장구를 설계할 때 인간을 고려하지 않고, 제품적인 측면을 강조하므로 ☞ 보장구 사용 불편함 ※ 연구의 목적 ; 인간공학적인 측면을 강조한 제품들을 고찰하여 장애인들이 정상인들과 같은 자유로운 삶을 살 수 있도록 도와주는데 목적이 있습니다

2. 보장구 현황 (1/9) 2.1 의수족 선진국의 경우, 무게 1/5정도 가볍게(치텐(최신 개발 알루미늄)) 제작 기능의 다양화(전자기술 도입) 첨단의수 ; 배터리가 내장되어 있어 팔의 절단부위와 의수 접합부분에 최고성능의 센서를 부착, 근전신호를 검출 처리하여 의수 손가락이 저절로 움직이도록 함 2. 보장구 현황 (1/9) 2.1 의수족 선진국에서는, 치텐(최신 개발 알루미늄)으로 재래식 보다 무게를 1/5정도 가볍게 제작하고, 전자기술을 도입하여 기능의 다양화에 노력하고 있습니다. 첨단의수의 경우, ; 배터리가 내장되어 있어, 팔의 절단부위와 의수 접합부분에 최고성능의 센서를 부착, 근전 신호를 검출 처리하여 의수 손가락이 저절로 움직이도록 하고 있다.

2. 보장구 현황 (2/9) 2.1 의수족 의족 ; 브레이크식 관절 개발, 어떤 각도에서 무릎이 구부러지더라도 힘을 가하는 즉시 제동이 걸림(보행 안전도 향상) ; 최근, 착용자의 신장이 커짐에 따라 조절할 수 있는 의족 개발 의수 ; 의수를 DC 모터에 의해 동력화하고 이를 제어하기 위해서 인체의 생리적인 신호, 즉 근전도를 증폭하여 신호원으로 하는 ‘사이보그적인 인간-기계’를 실현하기 위한 연구 진행 2. 보장구 현황 (2/9) 2.1 의수족 의족의 경우도, ; 브레이크식 관절을 개발, 어떤 각도에서 무릎이 구부러지더라도, 힘을 가하는 즉시 제동이 걸리도록 되어 있어 (보행안전도를 높여 주고 있다) ; 최근에는 착용자의 신장이 커짐에 따라 조절할 수 있는 의족도 개발되고 있다. 의수는, ; 의수를 DC 모터에 의해 동력화하고, 이를 제어하기 위해서 인체의 생리적인 신호, 즉 근전도를 증폭하여 신호원으로 하는 ‘사이보그적인 인간-기계’를 실현하기 위한 연구 진행됨.

2. 보장구 현황 (3/9) 2.1 의수족 우리나라의 경우, ; 의수족 및 보조기 개발은 최근 뚜렷한 진전을 이룩하였다고 할 수 있는데, 재활공학센터를 중심으로 국산 대퇴의지(2종), 슬관절 의지(2종), 하퇴의지, 의수 등과 보조기 수종이 국산화 진행되어 현재 보급중 2. 보장구 현황 (3/9) 2.1 의수족 우리나라에서는, ; 의수족 및 보조기 개발은 최근 뚜렷한 진전을 이룩하였다고 할 수 있는데, 재활공학센터를 중심으로 국산 대퇴의지(2종), 슬관절 의지(2종), 하퇴의지, 의수 등과 보조기 수종이 국산화가 진행되어 현재 보급중임.

2. 보장구 현황 (4/9) 2.2 보조기 ; 재활에 있어서, ‘사회 복지’와 ‘잔존 기능의 증대’ 보조 기능의 증대 4가지 원칙 ① 체중의 지지 ② 변형의 예방 ③ 변형의 교정 ④ 불수의 운동 재료 ; 섬유, 가죽, 강철, 알루미늄, 플라스틱, 셀룰로이드, 고무 부착제, 목재, 캐스트(cast) 등 보조기의 종류 ; 상지 보조기, 하지 보조기, 척추용 보조기, 구두 등 2. 보장구 현황 (4/9) 2.2 보조기 ; 재활에 있어서, ‘사회 복지’와 ‘잔존 기능의 증대’를 위하여 중요함. 보조 기능의 증대 4가지 원칙 ; ① 체중의 지지 ② 변형의 예방 ③ 변형의 교정 ④ 불수의 운동 재료 ; 섬유, 가죽, 강철, 알루미늄, 플라스틱, 셀룰로이드, 고무 부착제, 목재, 캐스트(cast) 등 보조기의 종류 ; 상지 보조기, 하지 보조기, 척추용 보조기, 구두 등

2. 보장구 현황 (5/9) 2.3 휠체어 형태 ① 실내용 ② 수압식 ③ 화장실용 등 ; 대개의 휠체어는 접혀짐(보관, 자동차 트렁크) 형식상 ; 그립 림 작동의 휠체어 : 큰 바퀴가 앞(뒤)에 위치 보강형 : 체중 90kg↑, 작업, 스포츠 등 외팔 작동의 휠체어 : 한쪽 팔 밖에 사용할 수 없는 사람 전부 고무/공기로 된 타이어 2. 보장구 현황 (5/9) 2.3 휠체어 형태 ; ① 실내용 ② 수압식 ③ 화장실용 등이 있으며, ; 대개의 휠체어는 보관이 용이하도록 접혀지고, 자동차 트렁크에 넣을 수 있고, 시트를 위로 당기면 간단히 접혀집니다 형식상 ; 그립 림 작동의 휠체어(큰 바퀴가 앞(뒤)에 위치), 보강형(체중 90kg↑, 작업, 스포츠 등), 외팔 작동의 휠체어(한쪽 팔 밖에 사용할 수 없는 사람), 타이어도 전부 고무나 공기로 된 타이어 입니다.

2. 보장구 현황 (6/9) 2.3 휠체어 전동 휠체어 : 사지마비 환자용 ; 축전지에 의한 DC 모터의 구동으로 동력화, 조종은 조이스틱에 의해 제어하는 방식 : 뇌성마비 환자용(긴장성 마비) ☞ 개발 필요 ; 불수의적 운동이 강하게 일어나기 때문에 새로운 조작 방식의 개발이 요구되어 장애인의 잔존 기능을 활용하여 조종 신호를 추출하는 여러 방식의 연구가 진행 2. 보장구 현황 (6/9) 2.3 휠체어 전동 휠체어 :사지마비 환자용으로; 축전지에 의한 DC 모터의 구동으로 동력화되고, 조종은 조이스틱에 의해 제어하는 방식임. 그러나, 뇌성마비 환자와 같은 긴장성 마비인이 조작할 수 있는 전동휠체어 개발 요구되고 있읍니다. 뇌성마비 장애인은 ; 불수의적 운동이 강하게 일어나기 때문에 새로운 조작 방식의 개발이 요구되어, 장애인의 잔존 기능을 활용하여 조종 신호를 추출하는 여러 방식의 연구가 진행중임.

2. 보장구 현황 (7/9) 2.4 이승(transfer) 기기 ; 휠체어로 부터 목욕을 한다든가, 화장실에 들어갈 때 등 사용 단순히 기구적인 것도 있으나, 장애인의 자립을 위한 기기, 간호사나 간병인의 노력 경감을 위한 기기들이 개발 중 실내에서 사용하기 위한 전동식의 윈치나, 리프터, 병원에서 이용될 환자나 장애인의 이송을 위한 로봇의 연구가 진행 휠체어에서 자동차로 이송하는 기기, 전동 휠체어를 탄 채 자동차에 들어가 운전을 할 수 있는 장애인용의 자동차도 많은 진전을 보이고 있음 2. 보장구 현황 (7/9) 2.4 이승(transfer) 기기 ; 휠체어로 부터 목욕을 한다든가, 화장실에 들어갈 때 등에 사용 ● 단순히 기구적인 것도 있으나, 장애인의 자립을 위한 기기, 간호사나 간병인의 노력 경감을 위한 기기들이 개발되고 있으며, ● 실내에서 사용하기 위한 전동식의 윈치나, 리프터, 병원에서 이용될 환자나 장애인의 이송을 위한 로봇의 연구가 진행됨. ● 휠체어에서 자동차로 이송하는 기기, 전동 휠체어를 탄 채 자동차에 들어가 운전을 할 수 있는 장애인용의 자동차도 많은 진전을 보이고 있음.

2. 보장구 현황 (8/9) 2.5 기능적 전기 자극 (FES: Functional Electrical Stimulation) ; 잃어버린 신체기능을 대체하는 수단으로 근육 또는 지배하는 신경을 전기적으로 자극하여 근육의 수축을 얻어 운동을 재현하려는 시스템 ☞ 현재 많은 관심 있게 연구되는 분야 상위 중추에서 장애를 받아 신호 전달로가 차단된 경우, 신체에 남아 있는 다른 신호원에 의해 발생되는 신호에 의해 마비된 근육을 전기적으로 자극하는 방식으로 차단된 신경 임펄스를 인공적으로 구성하는 것 자극을 근육에 전달하기 위한 전극의 개발과 전기 신호의 구성과 제어에 관한 연구가 주종을 이루고 있음 2. 보장구 현황 (8/9) 2.5 기능적 전기 자극 (FES: Functional Electrical Stimulation) ; 잃어버린 신체기능을 대체하는 수단으로 근육 또는 지배하는 신경을 전기적으로 자극하여 근육의 수축을 얻어 운동을 재현하려는 시스템으로, ☞ 현재 많은 관심 있게 연구되는 분야임 ● 상위 중추에서 장애를 받아 신호 전달로가 차단된 경우, 신체에 남아 있는 다른 신호원에 의해 발생되는 신호에 의해 마비된 근육을 전기적으로 자극하는 방식으로 차단된 신경 임펄스를 인공적으로 구성하는 것임. ● 이 분야의 연구는 자극을 근육에 전달하기 위한 전극의 개발과 전기 신호의 구성과 제어에 관한 연구가 주종을 이루고 있음.

2. 보장구 현황 (9/9) 2.6 환경 제어 ; 사지마비 장애인이 각종 생활용 기기를 원격 제어하는 방식 환경 제어 장치(ECS) ; 장애인의 호흡기 등에 의해 순서적으로 선택되도록 제어 가능 (라디오, TV, 전화 에어컨 등) 장애인의 잔존 기능을 어떤 센서로 추출하여 활용하는가 주된 연구 2. 보장구 현황 (9/9) 2.6 환경 제어(환경제어장치 ; ECS) ; 사지마비 장애인이 주거 환경 내에 있는 각종 생활용 기기를 장애인의 의지에 의해 신체 잔존 기능을 이용하여 원격 제어하는 방식으로, 장애인의 호흡기 등에 의해, 순서적으로 선택되도록 제어가 가능함. (라디오, TV, 전화 에어컨 등) 장애인의 잔존 기능을 어떤 센서로 추출하여 활용하는가가, 주된 연구과제임.

3.1 휠체어 및 이동장치의 개발 3. 보장구 고찰 (1/4) 휠체어 연구개발의 두 가지 방향 1) 하반신 마비 : 다리의 이동기능만 소실되고, 강한 상지 근력으로 자유로운 핸들링 가능한 휠체어 - 첨단 초경량 소재로 제작, 장거리 이동, 스포츠 가능 - 수동/전동 전환형 휠체어(독, 일, 한국) ; 분해 결합가능, 급한 경사로 주행 2) 전신마비 : 전신마비환자를 캐어할 수 있거나, 작업을 도와 주는 작업용 및 특수 용도형 휠체어 - 특수 전동 휠체어 : 주로 턱, 머리와 호흡기를 이용한 조종기를 부착하여 미세한 움직임을 감지하여 조정 미래에는 ☞ 음성인식, 눈의 초점으로 방향/속도 제어 기술개발 3. 보장구 고찰 (1/5) 3.1 휠체어 및 이동장치의 개발 ; 휠체어 연구개발의 두 가지 방향으로 진행되고 있으며, 1) 하반신 마비로서 다리의 이동기능만 소실되고, 강한 상지 근력으로 자유로운 핸들링 가능한 휠체어입니다. - 첨단 초경량 소재로 제작되어 자동차와 연계한 장거리 이동, 농구, 스키, 마라톤과 같은 스포츠도 즐길 수 있게 설계됩니다 - 수동/전동 전환형 휠체어들이 (독, 일, 한국에서 개발되었고 이용자 스스로 분해 결합 가능하고, 급한 경사로 주행 가능함 2) 전신마비 : 전신마비환자를 캐어할 수 있거나, 작업을 도와 줄 수 있는 작업용 및 특수 용도형 휠체어입니다 - 특수 전동 휠체어 : 주로 턱, 머리와 호흡기를 이용한 조종기를 부착하여 미세한 움직임을 감지하여 조정되고, 미래에는 ☞ 음성인식, 눈의 초점으로 방향/속도 제어하는 기술들이 선보일 예정입니다.

3. 보장구 고찰 (2/4) 3.1 휠체어 및 이동장치의 개발 휠체어 리프트의 2종류 ① 와이어 로프 견인식 : 로프를 가이드 레일을 통하여 승하강 ② 자체구동방식 : 리프트 내부에 구동장치 및 견인 역할을 하는 특수바퀴로 제작 - 지하철, 공공시설 : 중앙집중식 원격관제시스템 (광역 통신망을 이용한 자동고장진단시스템) 영상/통화 등의 쌍방향 대화형으로 편의 제공 3. 보장구 고찰 (2/5) 3.1 휠체어 및 이동장치의 개발 휠체어 리프트의 2종류 ① 와이어 로프 견인식 : 로프를 가이드 레일을 통하여 승하강 시킴으로써 [단점]고장이 잦으며, 정위치 착상에도 오차를 나타냅니다. ② 자체구동방식 : 리프트 내부에 구동장치 및 견인 역할을 하는 특수바퀴로 제작되고, 안전성은 약간 떨어지나 저가로도 설비가 가능합니다. - 지하철, 공공시설의 경우 : 중앙집중식 원격관제시스템(광역 통신망을 이용한 자동고장진단시스템)을 운영하여, 영상/음성 등의 쌍방향 대화형으로 편의를 제공하고 있음.

3. 보장구 고찰 (3/4) 3.2 생활보조지원장치의 개발 동력 보조기(Power orthosis) ; 환자들에게 보다 더 활동적이고 능동적인 삶의 역할을 수행할 수 있도록 외부로부터 동력을 공급하여 하지 보행을 보조하게 할 수 있도록 개발 진행 <동력 보조기 상용화 개발의 기술적 제약> ① 일정한 운동을 구현하는 액튜에이터 개발(초소형, 체중지탱) ② 관절의 구동력을 최소화하는 효율적인 설계 필요(동력원 용량) ③ 보행시 발을 이동하기 위해 상반신 체중이동과 다리 전진 시 타이밍의 일치(인체보행의 균형) ④ 안정성의 문제(사용의 위험성, 오동작) 3. 보장구 고찰 (3/5) 3.2 생활보조지원장치의 개발 동력 보조기(Power orthosis) ; 환자들에게 보다 더 활동적이고 능동적인 삶의 역할을 수행할 수 있도록 외부로부터 동력을 공급하여 하지 보행을 보조하게 할 수 있도록 동력 보조기가 개발 중임. <동력 보조기 상용화 개발의 기술적 제약> ① 일정한 운동을 구현하는 액튜에이터의 개발이 필수적이고(초소형, 체중지탱) ② 관절의 구동력을 최소화하는 효율적인 설계가 필요하고 (동력원의 용량과 직결됨) ③ 보행시 발을 이동하기 위해 상반신 체중이동과 다리 전진 시 타이밍이 일치(인체보행의 균형과 매우 밀접한 관련 이 있음) ④ 안정성의 문제 (재활기기 사용의 위험성, 오동작에 대한 안전장치 설계)입니다.

3. 보장구 고찰 (4/4) 3.3 재활환경을 위한 재활보조로봇 개발 재활 보조용 로봇 ; 실내생활과 식사 등의 지원, 사용자의 작업지시에 의한 간단한 작업이 이루어지는 수준 <활성화>하려면, ① 제어(전문 작업) 용이, 실행속도의 증가 ② 사용자의 이동이 없고, 조작이 없이 감지, 항해 등의 작업 수행 ③ 짧은 팔 사용, 휠체어 부착/분리 편리 구조화된 공간과의 결합 용이 ※ 수동안정성, 관리안정성, 대화형 안정성 3. 보장구 고찰 (4/5) 3.3 재활환경을 위한 재활보조로봇 개발 ; 신경망칩(Neuro-chip)을 임플란트화 하여 몸 안에 넣어 단락된 신경을 연결하거나 [공상과학영화] 무선으로 대뇌의 명령신호를 외부 의수족에 전달하는 방식의 기초적 개념들이 제기되고 있는 상황입니다. ● 재활 보조용 로봇 ; 실내생활과 식사 등의 지원, 사용자의 작업지시에 의한 간단한 작업이 이루어지는 수준임. <활성화>하려면, ① 제어가 용이하고 실행속도를 증가시킬 수 있어야 하며, 정교한 표시 장치 및 보조 장치의 이용이 편리하며 속도가 중요하고 작업의 수가 제한된 전문 작업에 용이하여야 한다. ② 자율 이동형 시스템은 상당히 자동화 된 시스템으로 사용자의 이동이 없고, 조작이 없이 감지, 항해 등의 작업을 수행할 수 있어야 한다. ③ 휠체어 부착형 시스템의 경우 베이스가 움직이므로, 비교적 짧은 팔을 사용하고 휠체어 부 착 및 분리가 쉬워야 하고 구조화된 공간과의 결합이 용이하여야 한다. ※ 수동안정성, 관리안정성, 대화형 안정성이 동시에 고려되어야 한다. 수동안정성은 속도 및 힘의 제한을 의미하고, 관리안정성은 컴퓨터가 항시 시스템의 속도, 힘, 프로그램의 적절한 기능을 감시하는 것이며, 대화형 안정성은 인간의 동작 지시명령을 항상 센서와 사용자용 경보(알람)장치 등을 이용하여 시스템에 정확히 전달되도록 하는 것입니다.

4. 결론 장애인들의 특성에 따른 잔존기능을 최대화할 수 있는 보장구를 만들기 위해 끊임없이 연구와 시도 필요 이것은, 장애인의 차별없는 정상적인 사회생활을 가능하게 하고 장애인의 편안한 일상생활 및 생산활동 참가를 가능케 하며 장애가 없는 안정된 사회를 실현할 수 있게 됨 4. 결론 장애인들의 특성에 따른 잔존기능을 최대화할 수 있는 보장구를 만들기 위해 끊임없이 연구와 시도가 필요하다. 이것은, 사회적으로도 장애인의 차별없는 정상적인 사회생활을 가능하게 하고 장애인의 편안한 일상생활 및 생산활동 참가를 가능케 하며 장애가 없는 안정된 사회를 실현할 수 있게 될 것이다.

5. 참고문헌 [1] 한국보건사회연구원, “2000년도 장애인 실태조사 결과”, 보건복지부, 2002. [2] 한국보건사회연구원, “1995년도 장애인 실태조사 결과”, 보건복지부, 1997. [3] 재활공학(-재활보조기기 중심으로-) [4] 김경훈, “장애인용 지원시스템에 대하여(-국내외 연구동향을 중심으로-)”, 장애인 고용, 통권 제 44호, 2002 여름. [5] 서인환(한국맹인복지연합회 복지정책연구실), “지체 장애인을 위한 공학”, 99년 추계인간공학학술대회 논문집. [6] 이용혁, 권오상, “이동형 재활보조시스템의 현황과 미래”. [7] Biman das, John W. Kozey, “structural antropometric measurements for wheelchair mobiles adults”, Applied Erogonomics 30, 385-390, 1999. [8] Roty A. Cooper et al, “NEW DEVELOPMENTS IN WHEELCHAIR STANDARDS”, 18th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Amsterdam 1996.

감사합니다 감사합니다