KR101299261B1 - 우주화 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우주화에 관한 것으로서, 특히 우주와 같은 무중력 상태에서 우주인이 안정적인 자세로 움직이거나 걸을 수 있고, 또 골격에 일정한 자극을 줌으로써 우주생활에 따른 부적응 및 부작용을 최소화할 수 있도록 하는 우주용 신발을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 착용자의 발을 감싸는 갑피와, 상기 갑피의 하측에 형성되어 착용자의 발바닥 부분을 보호하는 밑창으로 이루어지며, 상기 밑창의 하면에 배열 형성되는 다수 개의 전자석과, 상기 전자석들에 전류를 공급하는 전원공급부 및 상기 각각의 전자석과 인접하여 배치되어 특정한 위치에서 검지대상물의 유무에 따라 스위치 동작으로 각각의 전자석에 대한 상기 전원공급부의 전류 공급을 온-오프하는 근접스위치를 포함하는 우주화가 개시된다.

Description

우주화{Space shoes}

본 발명은 우주화에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우주환경 등의 무중력 상태에서 우주인이 안정적인 자세로 움직이거나 걸을 수 있도록 하면서 골격에 일정한 자극을 줌으로써 우주생활에 따른 부적응 및 부작용을 최소화할 수 있는 우주용 신발에 대한 것이다.

인류의 우주에 대한 끊임없는 관심과 앞으로 지구에 닥쳐올 환경문제, 자원 및 식량의 고갈사태, 인구과잉 등으로 인해 21세기는 정보화시대를 초월하여 바야흐로 우주 개척시대로 접어들고 있다.

대기권 바깥의 우주 여행 및 탐사 시에는 우주의 특수 상황에서 몸을 보호하도록 우주복과 우주모, 우주화 및 우주장갑 따위의 각종 보호장비를 착용하여야 하며, 이러한 보호장비는 우주선이나 우주정거장 안에서 착용하는 것과 바깥에서 착용하는 것으로 구분된다.

우주의 환경은 진공무기압(眞空無氣壓)이기 때문에 우주선의 내부는 무중력 상태이며, 이로 인해 우주인은 근육이 위축되고 어지럼증(우주적응증후군)을 느끼며 골밀도가 급속히 낮아지는 현상이 발생하면서 통증을 호소하게 된다.

또한, 무중력 상태에서는 여러 가지로 행동에 제약을 받을 수밖에 없어 일의 능률에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라 신체를 단련 및 훈련하는 데도 많은 어려움이 있게 마련이다.

한편, 최근 들어 생활수준의 향상과 건강한 삶을 추구하는 수요자의 다양한 욕구에 의해 특수한 목적이나 여러 가지 기능성을 가진 신발의 개발이 점차 증가하고 있는 추세이다.

예컨대, 특수 작업자들을 위한 안전화, 뒷굽이 없는 다이어트 신발, 당뇨환자용 신발, 보행이나 달리기 시 지면으로부터 받는 충격을 흡수하여 발과 하지의 피로를 줄여줌으로써 상해를 사전에 예방하는 이른바 스프링신발 및 미끄러지는 것을 방지하는 논슬립 신발 등과 같이 각각의 용도에 맞게 그 기능성을 강조 및 부각시킨 것들을 들 수 있다.

이와 같은 기능성 신발의 일례로 대한민국 실용신안공보 제1991-0000444호에 운동용 자석신발이 개시되어 있다. 이는 도 1에 도시된 바와 같이, 신발(2)이 그 신발밑창(3)에 장착된 자석(4,4')의 당기는 힘(引力)에 의하여 철판(5)과 부착되기 때문에 사용자가 신발(2)을 착용하고 걸을 때 발을 상당한 힘으로 들어올려야 하므로 다리의 운동량을 증대시키고, 자력에 의해 혈류가 원활하게 이루어지도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

그런데 이러한 종래의 신발은 단순히 신발밑창(3)에 영구자석(4,4')을 장착한 것에 불과하므로 운동 목적 외에는 다양하고 극한 상황에 적응성을 요구하는 우주환경에서는 적절히 활용 및 제대로 사용할 수 없는 한계가 있다.

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항 및 우주시대에 일어날 수 있는 여러 가지 생물학적 문제점의 해결에 역점을 두어 무중력 상태에서 우주인이 걷거나 움직일 때 자세를 안정적으로 잡을 수 있고, 아울러 우주생활에 따른 부적응 및 부작용을 최소화할 수 있는 우주화를 개발하고자 예의 연구하던 중 전류에 의해 자화(磁化)하는 전자석의 특성에 착안하여 이를 신발에 접목함으로써 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 무중력 상태에서 안정적으로 자세를 유지 및 걸을 수 있도록 하는 우주화를 제공하는 데 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 우주생활에 따른 부적응 및 부작용을 최소화할 수 있도록 하는 우주화를 제공하는 데 있는 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 양태는, 착용자의 발을 감싸는 갑피와, 상기 갑피의 하측에 형성되어 착용자의 발바닥 부분을 보호하는 밑창으로 이루어지며, 상기 밑창의 하면에 배열 형성되는 다수 개의 전자석과, 상기 전자석들에 전류를 공급하는 전원공급부 및 상기 각각의 전자석과 인접하여 배치되어 특정한 위치에서 검지대상물의 유무에 따라 스위치 동작으로 각각의 전자석에 대한 상기 전원공급부의 전류 공급을 온-오프하는 근접스위치를 포함하는 우주화를 제공한다.

이로써 본 발명은 우주환경과 같은 무중력 상태에서 우주인이 안정적으로 자세를 유지하거나 걸을 수 있도록 하여 작업 능률을 향상시키고, 또 중력 상태와 유사하게 인체에 자극을 주어 자율신경 작용이 원활하게 이루어지면서 근육이 위축되거나 골밀도가 급속히 낮아지는 현상 등을 방지하는 등 우주생활에 따른 부적응 및 부작용을 최소화할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 양태로, 상기 전원공급부는 태양에너지를 활용하기 위해 태양광 발전기 또는 태양광 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 우주화를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 양태로, 상기 태양광 발전기의 태양광 전지판 또는 태양광 필름은 태양에너지를 보다 용이하게 얻기 위해 상기 갑피의 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 우주화를 제공할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시 양태로, 상기 전자석의 외측면은 착용감의 향상과 충격흡수력의 도모를 위해 실리콘으로 코팅된 것을 특징으로 하는 우주화를 제공할 수도 있다.

상기와 같은 해결 수단 및 구성을 갖춘 본 발명은 밑창에 배열 형성된 다수 개의 전자석이 근접스위치의 검지대상물 유무 판단에 의한 스위칭 작용에 따라 전원공급부로부터 공급되는 전류에 의해 각각 자화되면서 우주선이나 우주정거장과 같은 금속물체에 자연스럽게 부착되기 때문에 무중력 상태에서도 우주인이 안정적으로 자세를 유지 및 편안하게 걸을 수 있어 작업 능률과 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 전자석의 자성작용에 따라 중력 상태와 유사하게 인체에 자극을 주어 교감 신경과 부교감 신경의 균형을 맞춰 자율신경 작용이 원활하게 이루어지기 때문에 근육이 위축되거나 골밀도가 급속히 낮아지는 현상 등을 방지할 수 있고, 이로 인해 우주인의 우주생활에 따른 부적응 및 부작용을 최소화할 수 있다.

게다가 본 발명은 전자석의 자기(磁氣)가 인체의 자율신경계에 영향을 미치면서 혈액순환을 촉진시켜 발의 피로를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 각종 내분비계의 활동이 활발해져 피로회복에 도움을 줄 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 신발의 일례를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 우주화를 측면에서 바라본 상태를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 우주화를 저면에서 바라본 상태를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 우주화의 전기적 회로구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 우주화의 다른 구현 예를 나타낸 구성도,

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작동에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로서, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 우주화를 측면에서 바라본 상태를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 우주화를 저면에서 바라본 상태를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 우주화의 전기적 회로구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 우주화는 갑피(100), 밑창(200), 전자석(10), 전원공급부(20) 및 근접스위치(30)를 포함하여 구성된다.

갑피(100)는 착용자의 발을 감싸는 부분으로, 라텍스 등과 같이 중량이 가볍고 유연한 고무(25) 소재의 표면에 고도의 내연성, 불연성과 더불어 전기나 열의 양도체인 그물 모양의 금속섬유(23)를 얇게 감싸서 형성할 수 있다.

여기서 갑피(100)는 착용자의 발목 위로 목이 길게 올라와 복사뼈 위까지의 다리 부분을 덮는 마치 부츠의 갑혁과 같은 형태로 형성될 수 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 마치 운동화의 갑피와 같은 형태와 모양으로 형성함으로써 디자인적 심미감을 제고할 수도 있다.

밑창(200)은 갑피(100)의 하측에 일체로 형성되어 착용자의 발바닥 부분을 보호하는 부분으로, 갑피(100)와 동일한 소재를 이용하여 일체로 형성할 수 있으나 충격 완화력과 탄성을 갖는 폴리우레탄 또는 연질의 고무나 합성수지 등을 사용하여 형성할 수 있다.

또한, 밑창(200)은 쿠션력이 있는 미드솔(미도시)과 이 미드솔의 하면에 부착되는 단단한 아웃솔(미도시)로 구분하여 형성될 수도 있다.

여기서 밑창(200)은 인체공학적 설계를 통해 착용자의 발바닥 형상과 대응하는 유선형의 곡선을 가지도록 형성할 수도 있음은 물론이다.

전자석(10)은 전류가 흐르면 자기화되고, 전류를 끊으면 자기화되지 않은 원래의 상태로 되돌아가는 것으로, 밑창(200)의 하면에 다수 개가 소정의 패턴으로 배열 및 견고하게 고정 형성된다.

그리고 전자석(10)의 외측면에는 착용감의 향상 및 쿠션력을 확보하기 위해 실리콘(50)으로 코팅층을 형성할 수도 있다.

여기서 전자석(10)으로는 철심과 코일로 구성되어 코일에 전류를 흘릴 때에만 자력이 발생하는 통상의 전자석을 채용할 수 있음은 물론이다.

전원공급부(20)는 각각의 전자석(10)에 전류를 공급하는 것으로, 바람직한 실시 양태로 태양광 발전기로 이루어져 갑피(100) 또는 밑창(200)에 내장될 수 있다.

이러한 태양광 발전기는 태양에너지를 수집하여 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지판(solar cell)과, 이 태양광 전지판에서 발생되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키고 출력 전력을 제어하는 전력변환기 및 이 전력변환기에서 출력되는 전류를 충전하고 근접스위치(30)의 스위칭에 따라 충전된 전류를 전자석(10)에 안정적으로 공급하는 축전지를 포함하여 구성된다.

즉, 태양광 전지판은 PN형 접합 반도체로 구성되어 태양광이 조사되면 광 에너지에 의해 자유전자-정공 쌍이 생겨나고, 자유전자와 정공이 이동하여 N층과 P층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)의 원리에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류를 흐르게 하고, 이러한 전류는 전력변화기를 통해 축전기에 축전되며, 전력변환기는 태양전지에서 발생되는 전기에너지의 전압을 일정하게 유지시켜 축전지에 공급하여 충전시키게 된다.

여기서 태양광 전지판은 전자석의 자화에 필요한 전력치를 얻을 수 있도록 다수 개의 전지판 직렬 및 병렬로 연결하여 모듈화한 어레이(array) 패널로 구비할 수 있으며, 전력변환기는 예를 들어 과충전 방지회로, 과방전 방지회로, 역전류 방지회로, 부스터 컨버터 등을 사용할 수 있고, 정전압 제어 알고리즘을 통해 제어될 수 있다.

전원공급부(20)가 태양광 발전기로 구현될 경우 그 태양광 전지판은 발전효율을 높이기 위해 갑피(100)의 표면에 부착 형성되고, 태양광 전지판에서 발생된 직류 전력은 교류 전력으로 변환되어 축전지에 저장되고, 충전된 전류는 근접스위치(30)의 스위칭에 따라 전자석(10)에 전류를 공급하여 전자석(10)을 자기화시키게 된다.

한편, 전원공급부(20)의 다른 실시 양태로, 집광효율이 우수하고 탄력적으로 변형되며 두께가 얇고 경량인 태양광 필름으로 이루어져 갑피(100)의 표면에 부착 형성될 수도 있다.

여기서 태양광 필름으로는 미합중국 소재의 와이십(Wysips)사에서 개발하여 제조 생산 중인 제품을 채용할 수 있다.

이외에 전원공급부(20)의 또 다른 실시 양태로, 두 극을 도선으로 연결하면 전위가 높은 양극에서 도선을 통하여 음극으로 전류가 흐르는 1차 전지나 충전과 방전이 반복되는 2차 전지를 밑창(200)에 내장한 형태일 수도 있다.

또한, 전원공급부(20)에는 충전 또는 방전 상태를 확인할 수 있도록 표시하는 전원표시부(미도시)가 구비될 수 있다.

여기서 전원표시부로는 예를 들어 발광다이오드로 구현될 수 있으며, 이를 통해 전원공급부(20)의 현재 상태를 용이하게 확인할 수 있다.

아울러 전원공급부(20)와 근접스위치(30) 사이에는 사용자가 임의로 전기회로의 개폐나 접속상태를 변형할 수 있는 스위치(미도시)가 구비될 수도 있다.

근접스위치(30)는 특정한 위치에서 금속물체 등과 같은 검지대상물의 유무에 따라 스위치 동작으로 전자석(10) 개개에 대한 전원공급부(20)의 전류 공급을 온-오프하도록 각각의 전자석(10)과 인접하여 밑창(200)에 배치된다.

그리고 근접스위치(30)는 전자석(10)과 달리 검지대상물과 직접적으로 접촉되지 않도록 하나의 전자석(10)과, 이와 인접하여 배치되는 다른 전자석 사이의 틈새에 고정되며, 이에 의해 압착 등으로 인한 손상을 방지하게 된다.

이러한 근접스위치(30)는 일정거리 범위 내에서 검지대상물의 검출 여부에 따라 비접촉 동작으로 스위칭 작용을 하여 전원공급부(20)의 축전지에 충전된 전류를 개폐함으로써 해당 전자석(10)에 전력을 공급 및 차단하며, 이를 통해 전자석(10)의 자기화를 제어하게 된다.

여기서 근접스위치(30)로는 검출코일에 금속물체가 접근하면 전자유도작용에 의하여 검출코일에 접속된 발진회로의 발진 주파수나 발진 진폭이 변화하면서 스위칭 동작이 이루어지는 고주파 발진형 혹은 도체 전극을 가진 검출부에 피검지 물체가 접근하면 센서 부분의 정전용량이 크게 변화하는 현상을 이용한 정전용량형 혹은 물체가 근접한 것을 비접촉으로 감지하여 그 위치를 검출하는 광섬유 근접센서 등을 채용할 수 있다.

한편, 전자석(10)과 근접스위치(30) 및 전원공급부(20)와 근접스위치(30)는 전원공급부(20)로부터 생성된 전기에너지를 일정거리로 떨어져 위치되는 전자석(10)로 원활하고 안전하게 전달하기 위해 통상의 전도성 물질이나 전선 등과 전기적인 연결을 위한 도선으로 연결될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 우주화의 작동 및 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

우주인이 우주선이나 우주정거장과 같은 무중력 상태의 우주환경에서 본 발명의 실시 예에 따른 우주화를 착용한 후 움직이거나 걸으면 밑창(200)에 구비된 근접스위치(30)가 작동하여 검지대상물의 유무를 검지하는 데 이때, 특정한 위치에서 하나의 근접스위치(30-1)가 금속물체 등의 검지대상물을 검지할 경우 스위치 동작으로 그와 인접하여 전기적으로 연결된 하나의 전자석(10-1)에 대해 전원공급부(20)의 전류를 공급하게 된다.

이렇게 되면 하나의 전자석(10-1)이 자기화되면서 작용하는 인력에 의해 우주화가 금속물체에 자연스럽게 부착되고, 이러한 전자석(10)의 자기화는 다른 근접스위치(30-2,30-n)들에 의해 인접하는 다른 전자석(10-2,10-n)들에도 동일한 원리로 순차적이고 반복적으로 일어나므로 인해 우주인이 보다 편리하고 용이하게 보행 동작을 지속할 수 있고, 또 안정적인 자세를 유지할 수 있게 된다.

또한, 우주인이 계속 발을 내딛으면 그 운동에너지에 의해 밑창(200) 부분이 검지대상물로부터 일정 위치만큼 떨어지게 되고, 이 상태에서는 하나의 근접스위치(30-1)가 검지대상물을 검지하지 못하면서 그에 인접하여 전기적으로 연결된 해당 전자석(10-1)에 대해 전원공급부(20)의 전류 공급을 오프시키게 된다.

이렇게 되면 하나의 전자석(10-1)이 자기화되지 않은 원래의 상태로 되돌아가고, 다른 전자석들(10-2,10-n)도 순차적으로 자기화되지 않은 원래의 상태로 되돌아가면서 우주인의 의지대로 자유로이 우주유영을 할 수 있게 된다.

따라서 우주인이 우주생활 중 근육이 위축되거나 골밀도가 급속히 낮아지는 현상 등을 방지할 수 있는 등 우주생활에서의 편의성을 도모함은 물론 부적응 및 부작용을 최소화할 수 있다.

그뿐만 아니라 우주와 같이 무중력 상태가 아닌 중력이 작용하는 일상생활에서 본 발명의 실시 예에 따른 우주화를 착용함으로써 다양한 활동에 따른 편의성을 얻을 수도 있고, 아울러 우주생활의 적응을 위한 사전 훈련에 적절하게 활용할 수도 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백하다. 따라서 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 갑피 200: 밑창
10: 전자석 20: 전원공급부
23: 금속섬유 25: 고무
30: 근접스위치 50: 실리콘

Claims (4)

1. 착용자의 발을 감싸는 갑피와, 상기 갑피의 하측에 형성되어 착용자의 발바닥 부분을 보호하는 밑창으로 이루어지며,
   상기 밑창의 하면에 배열 형성되고, 외측면이 실리콘으로 코팅된 다수개의 전자석;
   상기 전자석들에 전류를 공급하는 전원공급부;
   상기 각각의 전자석과 인접하여 배치되어 특정한 위치에서 검지대상물의 유무에 따라 스위치 동작으로 각각의 전자석에 대한 상기 전원공급부의 전류 공급을 온-오프하는 근접스위치;
   를 포함하는 우주화.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전원공급부는 태양광 발전기 또는 태양광 필름으로 이루어진 우주화.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 태양광 발전기의 태양광 전지판 또는 태양광 필름은 상기 갑피의 외측면에 형성된 우주화.
   
4. 삭제

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