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자전거 배낭의 쾌적성 측정

무선 데이터 로거 MSR147WD 사용

스포츠 활동을 할 때 배낭을 착용하는 것은 착용자에게 주관적인 편안함 뿐만 아니라 의류와 유사한 방식으로 반응하기 때문에 체온을 조절 하는 데에도 영향을 끼칩니다. MSR 일렉트로닉스(스위스)의 소형 데이터 로거를 사용하여 몸과 배낭 사이의 온습도를 측정하였습니다. 이를 통해 배낭의 소재와 디자인 특성을 최적화할 수 있습니다.

저자: Markus Weder, MSR Electronics GmbH, Seuzach, Switzerland, Robert Klauer and Frank I. Michel, VAUDE Sport GmbH & Co. KG, i-team, Tettnang, Germany, Franziska Breuner and Stephan Odenwald, TU Chemnitz, Sports Equipment & Technology, Germany

비록 배낭은 신체의 일부만 덮고 있지만 땀을 흘리는 운동이나 활동을 할 때 배낭을 착용하는 것은 체온 조절에 상당한 영향을 미칩니다. 착용자가 느끼는 전체적인 편안함은 어느 한 곳의 온도나 습기에 대한 지나친 인식에 의해 종종 부정적인 영향을 받습니다. 예를 들어, 배낭을 착용해서 등이 축축해지면 옷이나 중심온도에 이상이 발생하지 않았음에도 불구하고 열생리학적으로 불편함을 느낄 수 있습니다.

측정 방법

테스트는 VAUDE에서 진행하였으며, 인공 기후실 내에서 네 명의 테스트 피실험자가 각각 다른 디자인으로 된 세가지 유형(U, A, T, 그림1)의 배낭을 착용 후, 고정식 자전거 운동장치에서 자전거를 타고 실험에 참여하였습니다. (그림2) MSR 일렉트로닉스(스위스)에서 제조한 MSR147WD 타입의 무선 데이터 로거를 사용하여 신체와 배낭(등과의 접촉면)의 미세한 온도와 상대 습도를 측정했습니다. 측정된 데이터를 더 잘 정량화하기 위해 배낭 없이 동일한 측정을 수행했습니다.

그림1) 왼쪽에서 오른쪽으로: 백팩 U, A, T; 이미지 소스: VAUDE Sport GmbH & Co.KG 

그림 2: 자전거 고정운동장치를 이용한 테스트. MSR147WD 데이터 로거는 팔에 부착되어 있습니다. 이미지 출처: VAUDE Sport GmbH & Co.KG 

사용된 데이터 로거

연구에 사용된 MSR147WD 무선 데이터 로거는 MSR 전자에서 섬유의 생리학적 특성을 측정하기 위해 특별히 설계되었습니다.  BLE(Bluetooth Low Energy) 근거리 무선 기술과 100만 개의 측정값을 저장할 수 있는 메모리가 탑재된 이 로거는 엄지손가락 정도의 크기입니다. 5개의 플러그인 온습도 센서를 통해 피부의 온도 및 수분 정도와 같은 생리학적 매개변수를 정확하게 기록합니다. 그림 3은 피실험자 등에 온습도 센서의 위치를 나타낸 것입니다.

그림 3: 테스트 대상자의 뒷면에 있는 온도 및 습도 센서. 이미지 출처: VAUDE Sport GmbH & Co.KG

데이터 로거는 센서가 삽입될 때 자동으로 센서들을 인식합니다. BLE 또는 USB 포트를 통해 언제든지 온라인으로 측정값을 확인할 수 있습니다.

착용한 의류와의 겹사이에서 발생하는 미세한 온습도 변화와 피부의 편암함을 측정하여 기능성 의류를 테스트할 때, Bluetooth Low Energy 무선 기술은 작업을 훨씬 더 쉽게 만들어주며, 측정 데이터의 무선 전송을 통해 현재 측정 값을 MSR 스마트폰 앱에서 언제든지 읽을 수 있습니다. 이런 기능은 피실험자가 옷을 입고 벗는 데 시간을 허비할 필요 없이 데이터가 제대로 기록되고 있는지 확인하는 데에도 도움을 줄 수 있습니다. 데이터 로거에 내장된 OLED 화면으로 현재 측정된 데이터를 휴대폰 없이도 확인할 수 있습니다. MSR 데이터로거 앱을 사용하면 휴대폰에서 MSR SmartCloud로 데이터를 녹화, 시작, 중지, 판독 및 전송할 수 있습니다. MSR SmartCloud는 측정 데이터를 인터넷을 통해 서버에 쉽게 저장하여 사용자가 어디에 있든 데이터 로거의 측정 데이터를 볼 수 있으며, 필요한 경우 추가 사용자에게 측정 데이터에 대한 접근 권한을 부여할 수 있습니다.

측정 결과

테스트를 거친 모든 유형의 배낭에는 원하는 적용 분야에 맞는 특별한 디자인 특성을 가지고 있습니다. 용도에 따라 몸에 꼭 맞는 배낭이나 공기가 흐를 수 있는 공간이 있어 적절한 환기가 가능한 배낭이 이상적일 수 있습니다.  측정된 데이터 덕분에 세 가지 유형의 배낭이 서로 다른 측정 결과를 보이는 것을 관찰할 수 있었습니다. 온도와 상대 습도가 최적의 0 값에 가까울수록(배낭 없이 측정한 일련의 값) 착용자에게 더 편안한 배낭이라고 할 수 있습니다.

온도 측면에서 볼 때, 백팩 A는 몸에 착용한 센서와 배낭(backpack) 모두에서 가장 낮은 온도 상승을 나타내며, 뒤이어 T와 U(그림 4) 순서로 낮은 차이를 보이고 있습니다.

몸에 착용한 센서와 배낭 모두의 미세 온습도 변화를 측정한 결과 상대 습도 측면에서 (그림 5), 두 배낭 U와 T는 배낭 A에 비해 약간 더 유리합니다(약 5~10% 낮음). 그러나 샘플 U는 다른 두 샘플보다 배낭 수분 함량이 현저하게 높습니다. 배낭의 습도가 높다는 것은 습도가 착용한 옷에서 배낭으로 이동했거나, 배낭의 습기가 주변 공기로 너무 천천히 증발한다는 것을 의미할 수 있습니다. 원칙적으로 배낭 수분 함량이 높고 착용한 옷의 수분 함량이 낮을수록 유리합니다.

인간의 피부는 압력, 통증, 온도 센서만 있고, 습도센서 자체가 없기 때문에 습도를 감지할 수 없지만, 속옷이 피부에 달라붙을때 피부의 감각 인식을 변화시킵니다. 

스트레스 단계의 마지막 온도 차이는 몸에 착용한 센서와 배낭 모두에서 3~4도 정도로 비교적 큽니다. 인간은 작게는 1도의 온도 차이를 느낄 수 있습니다. 따라서 배낭의 온도 조절은 배낭을 미착용 했을 때와 비교하여 등의 온도 상승을 낮추는 것이 더 유리합니다. 이는 증발 냉각의 증가로 이어지며, 따라서 열 분산이 개선되고 그에 따라 성능도 향상됩니다.

배낭 T는 최적의 영점 값(배낭 없이 측정한 값)에 가장 가깝고 몸에 착용한 센서와 배낭(backpack) 모두에서 세 배낭 샘플 중 가장 유리한 습도 값을 가지고 있습니다. 배낭 U는 몸에 착용한 센서에서 여전히 약간 낮은 습도를 나타내지만 배낭의 상대 습도는 현저하게 높으며, 미세 온습도계로 가장 높은 습도가 측정된 배낭 A보다 상대습도가 약간 더 높습니다.

요약

용도에 따라 등에 땀이 차는 것보다 보다 나은 주행성능이 선호될 수 있습니다. 장소, 스트레스 단계, 온도와 날씨 조건에 따라 어떤 배낭을 사용하느냐가 중요한 역할을 합니다.

이러한 측정을 바탕으로 VAUDE의 서로 다른 디자인 특성과 각각의 재료를 원하는 요구사항에 맞게 최적화할 수 있습니다. 따라서 착용자의 용도에 맞춰 가능한 최고의 배낭을 보급할 수 있습니다.

관련 제품

MSR147WD(BLE)