발목 압박 기능성 신발을 위한 설계 가이드라인 제시 및 프로토타입 평가

Abstract

본 연구에서는 발목 압박 기능성 신발을 위한 설계 가이드라인을 제시하고 이를 기반으로 발목 압박 기능성 신발 프로토타입을 제작하고 평가하였다. 발목의 불필요한 움직임을 제한하는 것이 보행에 도움이 될 것으로 판단하였고, 착용자의 발목 관절 압박 여부를 통해 보행 시 발목 움직임의 변화와 착용자 관점의 주관적 만족도를 알아보고자 하였다. 본 연구에서 개발한 프로토타입은 최소 요건 제품(MVP, Minimum Viable Product) 개념을 근본 원칙으로 Labat & Sokolowski(Labat & Sokolowski, 1999)가 제안한 3단계 디자인 프로세스(A three-stage design process)를 토대로 각 단계에 해당하는 과업을 수행하였다. 이를 위해 최소 요건인 수동 압박 구현 방식을 적용한 프로토타입 개발, 사용자 검증을 거쳐 프로토타입 고도화에 대한 방향성을 제시하고자 하였다. 발목을 압박하거나 지지하고 보호하는 등 발목의 움직임을 보조하는 방법에 관한 문헌 조사를 실시, 본 연구의 프로토타입에 적용할 발목 관절 압박 방법을 설정하고 이를 반영하여 전체적인 디자인 콘셉트를 정립하였다. 실물 제작이 가능한 여러 설계 대안을 창안하고 최적의 디자인을 도출, 최종 프로토타입을 설계하고 제작하였다. 제작한 프로토타입을 평가하기 위해 20~30대 건강한 성인 남성 10명을 연구참여자로 모집하였다. 이들을 대상으로 일반 신발, 프로토타입 저압박, 프로토타입 고압박 등 총 3가지 신발 착용 조건 하에서 보행 실험을 실시하고, 사용성 설문 평가를 실시하였다. 보행 실험에서는 연구참여자의 양쪽 발등과 정강이 중앙에 관성센서를 부착, 보행하는 동안 센서 부착 위치의 각도 데이터를 획득하여 발목 관절 움직임을 도출하였다. 이후 전문가 대상 평가를 진행함으로써 프로토타입 고도화 방안을 모색하고자 하였다. 평가 결과를 분석하여 보완점을 반영한 프로토타입 고도화 방안을 제시하고, 이를 바탕으로 웨어러블 기술을 접목한 스마트 신발 프로토타입 설계 방향성을 확립하고자 했으며 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 신발 착용 조건에 따른 발목 관절 ROM 평균은 일반 신발, 프로토타입 저압박, 프로토타입 고압박 조건 순으로 작았다. 이를 통해 프로토타입의 압박 기능 구현 방식과 전반적인 디자인이 발목의 움직임을 제한해주는 것을 확인하였고, 압박으로 인한 효과를 검증하였다. 프로토타입 착용 조건 내에서는 압박 고저로 인한 발목 관절 각도가 수치 상으로 차이를 확인하였으나, 통계적으로 유의하지 않았다. 둘째, 신발 착용 조건에 따른 발목 관절 각도의 변동성은 일반 신발, 프로토타입 고압박, 프로토타입 저압박 순으로 작게 나타났다. 일반 신발 조건에 비해 프로토타입 착용 조건에서 발목 관절 각도의 변동성이 줄어들었음을 확인하였다. 프로토타입 저압박 조건보다 고압박 조건에서 변동성이 크게 나타났는데, 이는 외부 압박이 지속적으로 가해질 경우 착용자가 이를 제어하려는 욕구가 커짐으로써 나타난 현상으로 해석되었다. 이 결과를 바탕으로 향후 세부 보행 주기에 따른 능동 가변 압박을 적용하는 것에 대한 긍정 효과를 기대해 볼 수 있을 것이다. 셋째, 사용성 설문 평가 결과 디자인 측면에서 대부분 3.5점 이상의 평가를 얻으며 발목 압박 기능이 대체적으로 편안하고 보행에 도움된다는 평가를 받았다. 10중 8명이 압박 기능 장치가 보행에 도움이 된다고 응답하였다. 프로토타입에 대한 종합적인 점수는 3.7점이었다. 보행 실험을 통항 정량적 평가에서는 프로토타입 조건 간 압박 고저에 따른 통계적 유의한 차이가 없었지만, 사용자 주관적 관점에서 발목 압박 기능에 대하여 심리적으로 긍정적 효과가 있었음을 시사하였다. 높은 압박력에 대한 주관적 선호도가 높게 나타난 것을 감안하여 향후 세부 보행 주기 및 피로도에 따른 가변적 압박 기능 적용에 대한 긍정적 효과를 기대해볼 수 있을 것이다. 넷째, 전문가 평가 결과 디자인 부분에서는 전체적으로 4.0점 이상의 우수한 평가를 얻었다. 압박 장치 관련 부분에서 대부분 3.5점 이상, 와이어 경로 및 고정점 위치 등 와이어의 구현 방식에 관한 평가는 4.0점 이상을 얻으며 압박 기능 장치가 보행에 도움이 될 것이라는 결과를 얻었다. 전반적인 부분과 관련하여 프로토타입의 종합 점수가 10점 만점에 8.2점으로 평가 받았다. 향후 프로토타입 고도화 시에 수동형 압박 기능을 능동형 압박으로 전환할 경우 보행 안정성 향상에 기여할 수 있을지에 대한 문항에 10점 만점에 7.8점을 얻어 긍정적 평가를 받았다. 본 연구의 평가 결과를 통해 프로토타입 착용으로 인해 발목 관절의 ROM을 제한하고 발목 관절 각도 변동성이 감소하는 것을 확인하였다. 프로토타입의 전반적인 디자인과 발목 압박 기능 장치가 발목 관절의 움직임을 제안해줌으로써 보행 시 발목의 흔들림을 잡아주는 데 긍정적인 효과가 있었음을 시사하였다.