▪ 3D 보조기기 정보

1.기기 개발 이유 및 사용 목적을 자세히 적어주세요.

- 개발 배경

 저희 조는 특정 감각에 장애를 가지신 분들을 위한 보조기기를 제작해보고자 했습니다. 신체의 오감 중 2가지 감각을 연결 지어 생각해보고자 했습니다. 2021년도 공모전의 입선작 중 <시각장애인용 계량컵>이 제시되었는데, 시각을 촉각으로 대체하는 훌륭한 아이디어라는 생각을 했습니다. 기존 작품 출품자의 말대로 시각장애를 가진 분들은 액체를 계량할 때 손가락을 직접 넣어보며 계량을 하는데, 이때 고온의 액체나 인체에 해로운 액체의 경우 손가락을 직접 넣게 되면 위험할 수 있어 계량이 불가합니다. 하물며 안전한 액체라 할지라도 시중에 파는 계량컵의 눈금을 육안으로 확인할 수 없기 때문에 정확한 계량을 할 수 없습니다. 이러한 상황에서 시각장애인용 계량컵의 필요성은 충분하다고 생각했고 출품자의 아이디어가 굉장히 좋다고 생각했습니다. 하지만 출품자 본인이 생각한 개선사항과 그 이외의 저희가 생각한 보완사항을 몇 가지 확인했고 이를 발전시켜 보고자 했습니다. 보안되어야 할 사항으로 1. 평평한 곳에서만 사용가능함 2. 손의 크기에 따라 불편사항이 발생할 수 있음. 을 제시하였습니다. 이외에도 메커니즘 상 계량 시 부정확할 수 있는 문제를 발견하여 이를 보완하고자 본 제품을 개발하게 되었습니다.

- 보조기기 주요 용도 및 기능

2021년도 공모전의 입선작 중 <시각장애인용 계량컵>을 업그레이드한 보조기기로, 시각장애인들이 액체를 계량할 수 있도록 디자인한 컵입니다. 

주요 기능 개선점은 아래와 같습니다. 

- 기존작의 메커니즘 및 문제점

 기존 제품의 계량 메커니즘은 컵에 액체가 차오름에 따라 게이지가 부력에 의해 떠오르게 되고 계량하고자 하는 용량만큼 떠오르게 되면 액체를 따르는 것을 멈추는 방식입니다. 여기서 저희가 발견한 문제점은 1. 3D 프린터의 필라멘트의 밀도가 클 경우 게이지가 액체에 뜨지 않을 가능성이 있음. 2. 컵이 수평을 유지하지 않으면 게이지와 액체가 닿는 부분의 수위가 계속 바뀌어 정확한 계량을 할 수 없음. 입니다.

1) 액체 계량 메커니즘 변경

- 이에 저희는 액체를 계량하는 메커니즘 자체를 변경하여 문제점을 해결하고자 했습니다.

 저희가 생각한 메커니즘은 게이지를 물에 띄우는 용도가 아닌 컵 안의 부피를 차지하여 액체가 들어갈 공간을 줄이는 용도로 사용하는 것 입니다. 이렇게 메커니즘을 변경하게 되면 3D 프린터의 시료에 따라 게이지가 물에 뜨는지 여부와는 관계없이 계량을 할 수 있게 되어 기존작의 1번 문제점을 해결하여 보편성을 확장할 수 있게 됩니다.

2) 계량이 완료되었음을 알려주는 부품 추가

- 시각장애를 가진 분들은 물의 수위를 육안으로 확인하기 어렵기 때문에 계량이 완료되었음을 알려주는 방안을 마련해야 합니다. 저희가 생각한 메커니즘을 이용하여 액체를 계량하게 되면 100ml를 계량하던 300ml를 계량하던 간에 최종적으로 액체가 차게 될 수위는 항상 같습니다. (예를 들어 컵의 총 부피가 500ml라고 했을 때, 100ml를 계량하고자 한다면 400ml만큼을 게이지로 부피를 채우게 되고 300ml를 계량하고자 한다면 200ml만큼을 게이지로 채우기 때문에 최종적인 액체의 수위는 몇 ml를 계량 하는지와는 상관없이 항상 같게 된다.) 

- 이러한 원리를 이용하여 막대 끝에 속이 텅 빈 구가 달린 형태의 부품을 추가 했습니다 수위가 올라감에 따라 공이 떠오르게 되고 최종적인 수위가 된다면 막대가 손잡이를 잡고 있는 손을 건드려 계량이 완료되었음을 알려주는 부품을 추가했습니다. 

- 하지만 이러한 방안을 이용하였을 때의 2가지 문제점을 발견했고 그 해결방안을 고안해보았습니다.

⓵ 공이 떠오르는 것 또한 시료의 밀도에 따라 불가할 수 있음.

-> 공의 디자인을 상대적으로 크고 속이 텅 비게 하여 액체에 떠오를 수 있도록 한다.

⓶ 계량하는 사람의 손의 두께 혹은 손잡이를 잡는 손의 위치에 따라 계량이 달라질 수 있음.

-> 손잡이 부분에 손가락모양의 홈을 파서 손잡이를 잡게 되는 위치를 어느 정도 일관될 수 있도록 한다.

- 추가적으로 시각장애를 가진 분들은 자신이 컵을 수평으로 들고 있는지 확인하기 힘듭니다. 이러한 상황을 볼 때 컵을 정확하게 수평으로 들지 않더라도 액체는 정확한 용량에 맞게 계량을 할 수 있도록 할 필요성을 느꼈습니다. 액체가 담긴 컵을 어떤 방향으로 기울이던 간에 액체 수위의 평균값은 컵의 정중앙 부분의 수위가 됩니다. 이러한 사실에 착안하여 공의 위치를 계량컵의 정중앙에 오도록 한다면 어느 정도 기울여진 상태에서 계량을 하더라도 정확한 계량을 할 수 있게 됩니다. 이를 이용하여 기존작의 2번 문제점을 보완하였습니다.

2. 사용 방법을 자세히 적어주세요.

* 구성품

- 컵 본체, 게이지, 신호용 공, 신호용 막대, 고정 덮개

* 조립 방법

[1] 신호용 공과 신호용 막대를 연결한다.

[2] 컵 본체의 홈에 신호용 막대의 연결부를 맞닿게 한다.

[3] 고정 덮개를 홈에 맞춰 끼워 넣어 신호용 막대의 연결부와 컵 본체를 고정시킨다.

[4] 컵 본체에 게이지를 홈에 맞게 끼운다.

* 사용 방법

[1] 컵의 본체 표면에 있는 점자를 이용하여 원하는 용량에 게이지의 끝부분을 위치시킨다.

[2] 계량할 액체를 붓는다.

[3] 손잡이를 잡은 손에 신호용 공의 막대 부분이 닿는 느낌이 들면 붓는 것을 멈춘다.

[4] 컵의 주둥이 면을 통해 계량이 완료된 액체를 사용한다.

3.기타사항(사용경험, 적용사례, 발전방안 등)

- 사용경험

FDM 방식으로 프린트하여 정교한 제품을 얻을 수 있었습니다. 눈을 가리고 수차례 직접 제품을 사용해본 결과 크지 않은 오차 내에서 물을 계량할 수 있었습니다.

- 발전방안

 실제 시각장애가 있으신 분들의 입장이 되어 제품을 사용하기 위해 안대를 착용하고 본 제품을 사용해 보았습니다. 그러자 예상치 못한 문제로 제품 사용을 시작하기 조차 힘들었습니다. 물을 부을 컵의 위치를 찾기가 힘들었다는 문제였습니다. 2021년도 수상작 중에 <시각장애인 화상 방지 컵 보조기>를 응용하여 컵에 주둥이 디자인을 추가한다면 좋았을 것이라는 아이디어를 제시합니다. 그렇게 한다면 컵 폭의 사이즈를 키우고 게이지의 원주각을 좁힌 후 두께를 늘린다면 가능할 것입니다.

 현재 저희 제품은 300ml가 계량 가능한 최대 용량입니다. 본 설계에 컵의 사이즈만 바꿔서 프린트한다면 다양한 용량의 액체를 계량할 수 있을 것이라 기대됩니다.

 본 제품은 손에 막대가 닿았을 때를 기준으로 계량이 완료되었음을 알려줍니다. 이런 방식을 사용했을 때 2가지의 이유로 정확한 계량이 되지 않을 수 있습니다. 첫 번째는 손잡이의 위쪽을 잡을 수도 있고 아래쪽을 잡을 수도 있다는 점, 두 번째는 사람마다 손의 두께가 달라 막대가 손을 건드리게 되는 위치가 달라진다는 점입니다.

첫 번째 문제점은 손잡이에 손가락 모양의 홈을 파서 잡게 되는 위치를 일정하게 해줌으로써 어느 정도 해결되었으나 해당 문제점은 여전히 존재합니다. 계량이 완료되었음을 알려주는 메커니즘을 다르게 바꿔 이를 해결할 수 있을 것이라 기대됩니다.

▪ 신청자 정보(양식에 맞게 입력)