전투용 백팩

배경

민군기술협력사업으로 추진되고 국방기술진흥연구소(KRIT)가 관리한 국방 R&D 프로젝트로, 한국 특수부대를 위한 가볍고 모듈형인 백팩 시스템을 개발했습니다. NH Co., Ltd.가 프로젝트와 시스템 통합을 주관했고, UNIST는 프레임과 무게 분산 시스템, 그리고 사용성 평가를 담당했습니다.

과제

특수부대원은 무거운 하중을 오랜 시간 운반하며, 무게를 골반으로 전달하지 못하는 백팩은 이들을 끊임없는 허리 부상 위험에 노출시킵니다. 또한 백팩이 하중을 얼마나 잘 분산하는지를 객관적으로 측정할 수 있는 장치나 프로토콜도 없었습니다.

담당 역할

• 리서치 기반 요구사항. 하중 운반과 부상에 관한 문헌을 분석하고(2022년 3월까지 논문 61편 수집), 여성 사용자 특유의 요구를 조사했으며, 군용 및 아웃도어 백팩을 벤치마킹해 디자인 요구사항 초안을 작성했습니다.
• 프레임 콘셉트. SolidWorks로 탄성 서스펜션, 상부 요추 부위의 피벗 포인트, 원포인트 힙벨트 연결 등의 프레임 콘셉트를 개발했으며, 이는 최종 카본 파이버 프레임의 바탕이 되었습니다.
• 테스트. 이후 무게 분산 측정 장치와 그 시험에 기여했고, 60명이 참여한 사용성 연구에서 실험 설계에 참여하고 약 절반의 세션을 진행했으며 심박 및 설문 데이터를 정리했습니다.

프로세스

문헌에서 요구사항으로. 문헌 분석은 하중 분산, 하중 운반 시스템, 백팩 디자인, 인간공학, 사용 맥락을 다루었으며, 그 결과가 요구사항 목록에 바로 반영되었습니다.

프레임 아이데이션. 스케치에서 CAD 콘셉트로 발전시켰습니다. 보행 중 백팩이 몸의 움직임을 따르도록 상부 요추 부위에서 회전하는 프레임과 원포인트 힙벨트 연결입니다. 팀의 콘셉트는 NH와 함께 내구성, 착용감, 하중 분산을 기준으로 검토되었으며, 최종 곡면 카본 파이버 프레임은 이 단계에서 발전되었습니다.

무게 분산 측정. 팀은 로드셀 4개를 장착한 상체 마네킹을 제작해 백팩 하중 중 얼마만큼이 어깨에, 얼마만큼이 골반에 전달되는지 측정했습니다. 35.1 kg 백팩으로 진행해 발표한 시험에서는 스트랩을 조절하자 골반이 받는 하중 비율이 63.6%에서 97.6%로 바뀌었습니다.

산출물

• 문헌 분석과 벤치마킹에서 도출한 디자인 요구사항
• 최종 프레임의 바탕이 된 프레임 콘셉트와 CAD 모델
• 측정 장치, 시험 프로토콜, 사용성 연구에 대한 기여

이 연구는 디자인 등록 1건과 특허 출원 2건(공동 발명자)으로 이어졌으며, 그중에는 백팩이 신체에 하중을 어떻게 분산하는지 평가하는 측정 시스템이 포함됩니다.