3D 인체 모델링을 이용한 반복하중에 의한 인체 상지 근육의 근피로도 해석

Abstract

본 연구에서는 반복하중으로 인해 발생하는 인체 상지 근육의 근피로도를 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 기존 인체 모델링 시뮬레이션 (simulation) 해석에서는 단순히 근육에 발생하는 힘은 해석이 가능하지만, 근육의 피로도는 예측할 수 없었다. 하지만 행군과 같은 인체의 반복적인 운동에 있어서 근 피로도 해석은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 근전도 (Electromyogram) 실험을 통해 반복하중에 따른 근피로도를 측정 및 분석하였으며, LifeMOD 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 반복하중에 따른 근피로도를 예측할 수 있는 데이터 베이스 (Data Base)를 구축하였다. 로드셀 (loadcell)과 모션캡쳐 (motion capture) 시스템을 이용하여 얻은 데이터를 역동역학 (Inverse Dynamics)을 이용한 LifeMOD 시뮬레이션 프로그램에 적용하여 상지 근육의 물성치를 구하였으며, 이러한 물성치를 사용하여 각기 다른 하중(3Kg, 5Kg, 7Kg, 10kg)이 반복적으로 부하되었을 경우 발생하는 각각의 근피로도와 반복횟수 (load cycle)를 측정하여 인체 근육의 피로도를 예측할 수 있는 F-N 곡선(근육에 부하되는 하중의 반복횟수와 그것에 견디는 하중의 상한 값과의 관계를 나타내는 곡선)을 얻었다. 이러한 데이터 베이스 (F-N 곡선)를 이용함으로써 시뮬레이션 해석만으로도 반복하중에 의한 인체 근육의 피로도 예측이 가능하도록 하였다.