워킹화의충격흡수성능의비교평가및개선방안 A Comparative Evaluation of Shock-absorbing Performance of Walking shoes and Suggestions 강민주 *, 이동춘 *, 부진후 ** * 동아대학교산업경영공학과 ** 비케이씨디엔이 교신저자 : 이동춘 (dclee@dau.ac.kr) ABSTRACT 신발과발은인간의보행그리고인간의신체에있어중요한역할을한다. 신발이착화자의발과하지에미치는영향은신발의신체역학적인성능평가의중요한목적이되고있으며, 신발의다양한형태와삽입되는구조물에따라그기능이달라질수있다. 최근에신발의창 (sole) 구조는브랜드에따라다양하게등장하고있는데이는창 (sole) 의구조에따라가지는특징과기능이달라지기때문이다. 이에본연구에서는국내의신발창구조가다른워킹화 4족을선별하여이에대해족저압력과지면반력평가를실시하고비교평가하였다. 신체건강하고보행에이상이없는남성 5명을대상으로하였으며, 측정항목은족저압력과지면반력 ( 수직지면반력, 좌우지면반력, 전후지면반력, 부하율 ) 으로하였다. 통계분석평가를통한실험결과, 신발 A와 C는압력분산기능과충격흡수능력이좋지않고신발에서발의안정성이좋은반면, 신발 B와 D는압력분산과충격흡수능력은좋았으나안정성에서는떨어지는것을볼수가있었다. 그리고신발 A는부하율을결정하는수직지면반력이아주좋지않았으나최대수직지면반력에도달하는시간이오래걸려부하율은다른신발에비해높게나왔다. 이러한결과는다양한부품과구조로출시되는워킹화를선택하는데있어운동목적에맞고착용자의특성에맞는워킹화가선택이되어야함을말한다. 1. 서론 인간은보행시발을보호하기위해신발을착용한다. 신발은보행시발의충격을흡수하고발의위치와적응을유지시키는안정성을제공하고발을보호해주는역할을한다. 인간의워킹은발의기초적인움직 임과신체운동을제공하기위해안정성과밸런스유지가필수적이다 [1]. 신발이인간의발에미치는영향은신발의부품과구조등형태에따라달라지는데, 보행시인간의발목관절이나조직에미치
는압력, 창 (sole) 의형태와높이에따라나타나는특징등에대한기능성워킹화의다양한연구가있다 [1][2][3]. 기능성워킹화는신발의아웃솔 (outsole) 이보행시똑바로걷거나후족을잘제어할수있게도와주고, 발목의각도를줄여발목의과도한회내작용을예방하여무릎또는발목관절의부하와상해를줄여준다 [2][3]. 앞선연구들의결과에서, 기능성워킹화는인간의보행에있어다양한영향을미친다고나타났다. 잘못된신발의구조는인간의주된이동방법인보행시에발목관절이나무릎등인간의신체에영향을미쳐질병, 상해그리고기형등이발생할수있기때문에보행시착용하는신발은인간에게있어매우중요하다. 또, 신발은그형태에따라인간에게미치는영향이달라질수도있다. 특히, 우리가신는신발의창 (sole) 의형태에따라보행시인간의자세나발의접촉점이달라져신체에영향을미칠수도있다 [4][5] [6][7]. 본연구에서는인간이보행함에있어착용하는워킹화가미치는영향을알아보기위해창 (sole) 의구조가다른워킹화 4 족을선정하여실험을통해인간의발에미치는영향을알아보고비교평가를하고자한다. 구조가다른워킹화총 4족에대해비교평가를실시하였다. 실험을위해사용된워킹화들은그림 1과같이캐쥬얼스타일의워킹화이고, 각워킹화들의특징은표 1과같다. 그리고실험에사용된모든워킹화는천연피혁이사용되었고, 이들중신발 A 는미드솔 (midsole) 에충격흡수구조가삽입되었는데, 그구조는그림 2와같다. 모든측정항목들은통계분석평가를통해실험결과를나타냈다. 신발 (A) 신발 (B) 신발 (C) 신발 (D) 그림 1. 실험에사용된워킹화 2. 연구방법 그림 2. 충격흡수용 midsole 본실험은워킹화의족저압력, 3 축방향 의지면반력, 부하율을평가하여창 (sole)
표 1. 신발타입별굽높이와특징굽높이신발 (mm) 특징타입전족후족전족과후족의 profile 이비슷하고미드솔 (midsole) A 16 20 에충격흡수구조가삽입됨. 전족보다후족이낮아 (3-2.2.1 족저압력발바닥의부위별압력을비교하기 3 가지영역으로구분하여측정하였다. 제 1 부위는전족및발가락영역, 제 2 부위는아치와중족골영역, 제 3 부위는힐영역이다. 족저압력이증가할수록신발에의한발의영향은커지고압력이적을수록전체발의면적에힘이고르게분산됨을의미한다. B 16 12 C 20 25 D 15 20 4mm) 자세교정의효과가있다고알려져있음. 전족과후족의 profile 이일반신발에비해 3-4mm 높음. Torsion 방지를위한 shank 를부착함. 2.2.2 수직지면반력신발별로지면반력기를이용하여나온 3 축방향결과중 z 축방향의결과이다 [ 그림 3]. 수직지면반력은신발의충격흡수능력을나타내고최대수직지면반력이클수록충격흡수가좋지않음을의미한다. 2.1 피험자및도구 2.2.3 좌우지면반력 피험자는신체건강하고보행에이상이없는건강한남성을대상으로실험을실시하였으며, 피험자는 5 명으로진행되었다. 워킹화의족저압력과지면반력의성능을평가하기위해인솔형압력측정기와지면반력기를사용하였다. 신발별로지면반력기를이용하여나온 3 축방향결과중 x 축방향의결과이다 [ 그림 3]. 좌우지면반력은보행시신발의좌우흔들림즉, 신발의내외측밀림현상을나타내고최대좌우지면반력이클수록안정성이좋지않음을의미한다. 2.2 측정변수 2.2.4 전후지면반력 측정변수는족저압력, 지면반력으로크게구분하였다. 그중지면반력은수직지면반력, 좌우지면반력, 전후지면반력, 수직지면반력의부하율에대해자세히조사하였다. 모든측정변수는최대값을기준으로평가되었다. 신발별로지면반력기를이용하여나온 3 축방향결과중 y 축방향의결과이다 [ 그림 3]. 전후지면반력은보행시신발의제어능력과추진능력을나타내고최대전후지면반력이클수록제어와추진능력이좋지않음을의미한다.
2.2.5 부하율 3. 연구결과 최대수직지면반력이발생하는시간에대한기울기로보행시접지동안부하를설명하는변수이다 [ 그림 4]. 생리학적으로중요한변수인데, 부하율이클수록단위시간당많은충격이발생하여부상의주요한원인으로작용한다. 3.1 족저압력부위별족저압력은전체적으로볼때, 신발 B, 신발 D, 신발 A, 신발 C 순으로최대압력이높게나타났다 [ 그림 5]. 신발 A 제품은전체적으로압력분산기능이우수하지못하고후족에서전족으로갈수록압력이높아지는것을볼수있었다. 특히발가락부위의압력이상대적으로높아추진시발에부하가많이걸리는것으로파악할수있다. 반면, 발뒤꿈치 (heel) 의높이가전족보다낮게설계된신발 B 는다른신발에비해압력이고르게분산되는것으로나타났고, 신발 C 는신발 A 와반대로전족에서후족으로갈수록압력이높아지는것을볼수있었다. 그림 3. GRF 의 3 축방향 그림 5. 영역별최대족저압력 3.2 수직지면반력 그림 4. 수면지면반발그래프 최대수직지면반력은신발 B, 신발 D, 신 발 C, 신발 A 순으로높게나타났다 [ 그림 6]. 최대수직지면반력이클수록충격흡수
가좋지않으므로신발 A 가다른신발에 비해충격흡수가좋지않음을알수있다. 과추진력을나타내므로, 신발 A 가다른 신발에비해제어력과추진력이우수하다고 할수있다. 그림 6. 워킹화별최대수직지면반력 3.3 좌우지면반력최대좌우지면반력은신발 A, 신발 C, 신발 B, 신발 D 순으로높게나타났다 [ 그림 7]. 좌우지면반력은보행시신발의내외측밀림현상을나타내기때문에신발의안정성과밀접하게관계가있다. 그러므로신발 A 가다른신발에비해우수한안정성을보인다고할수있다. 그림 8. 워킹화별최대전후지면반력 3.5 부하율최대부하율은신발 A, 신발 D, 신발 C, 신발 B 순으로크게나타났다 [ 그림 9]. 부하율은생리적으로단위시간당발에걸리는힘을의미하는데중요하게작용하는변수이다. 그림 9. 워킹화별최대부하율 그림 7. 워킹화별최대좌우지면반력 3.4 전후지면반력최대전후지면반력은신발 A, 신발 B, 신발 C, 신발 D 순으로높게나타났다 [ 그림 8]. 전후지면반력은보행시신발의제어력 신발 A 가최대수직지면반력에서다른신발에비해가장높지만, 최대수직지면반력에이르는시간이동일한보행조건에서더오래걸리므로, 발에걸리는부하는적은것으로나타났다.
4. 결론및검토본연구에서는신발의창 (sole) 구조가발에어떠한영향을미치는가를알아보기위해국내워킹화들중창 (sole) 의구조의특징이다른 4 족을선정하여이들신발에대한실험을통한비교분석을해보았다. 워킹화 4 족에대해비교분석해본결과, 전족과후족의 profile 이비슷하고미드솔 (midsole) 에충격흡수구조가삽입된신발 A 와창 (sole) 이일반신발에비해높았던신발 B 는발에대해전체적으로압력을분산하는기능이우수하지못한것으로나타났고, 신발의충격흡수능력과관련있는수직지면반력또한좋지것으로나타났다. 신발 A 와 C 는다른신발들에비해최대수직지면반력이높았으나, 신발 A 는그에도달하는시간이길어오히려신체의부담을나타내는부하율에서는가장좋은것으로나타났다. 이는충격력에따라충격흡수구조가삽입된신발 A 가천천히충격흡수를하여신체의부담을줄여주는것으로보인다. 신발의안정성을나타내는좌우지면반력에서신발 A 와 C 가오히려우수한것으로나타났으며, 제어력과추진력을나타내는전후지면반력에서는대체로비슷하나, 신발 A 와 B 가좀더좋은것으로나타났다. 족저압력, 수직지면반력그리고좌우지면반력의실험으로신발 A 와 C 그리고신발 B 와 D 로결과가나뉘는것으로보아, 보행시신발창 (sole) 의구조에서발을구르게하는락커 (rocker) 구조가거의없는신발의구조가족저압력을높게, 발가락의토우스프링 (toe spring) 이높은것이발가락의압력을더낮게나타내는것으로보이 며, 발뒤꿈치 (heel) 의창 (sole) 구조가수직지면반력즉, 충격흡수능력에영향을미치는것으로보인다. 본연구에서볼수있듯이, 신발의창 (sole) 구조에따라발에미치는영향은다르고, 이에따라인간의신체에미치는영향도달리나타날수있으므로발에대한연구에만국한할것이아니라창 (sole) 구조가다른신발을착용시나타나는신체의변화에대해서도연구해볼필요가있을것이다. 참고문헌 [1] S. Y. AN K. K. LEE, Effect of Rocker Heel angle of walking shoe on gait mechanics and muscle activity, Ergonomics Society of Korea, 2007. [2] K. J. Choi, H. J. Kwon, Sport Biomechanical Comparative Analyses between General Sporting Shoe and Functional Walking Shoe. [3] Romkes J., Rudmann C., Brunner R., Changes in gait and EMG when walking with the Masai Barefoot Technique, Clinical Biomechanics 21, pp. 75-81, 2006. [4] 김연정, 채원식, 유선형후방밸런스신발과일반신발의족저압비교, 한국운동역학회지제 17 권제 3 호, pp.173-180, 2007. [5] 이경옥, 발끝이최대높이까지올라간워킹화가신체구성, 체력, 건강관련변인에미치는영향, 한국여성체육학회지제 19 권제 1 호, pp.9-26, 2005.
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