인도인들이 T-90S 전차 사수석의 인체공학적 설계를 어떻게 평가했는지
2021년, 인도 연구진은 사수 조작병 작업대의 인체공학적 측면을 자세히 다룬 흥미로운 논문을 발표했습니다. 탱크 T-90S 전차에 대한 연구 결과는 그다지 고무적이지 않았습니다. 인도 측은 소련식 전차가 인체 측정 및 인체 공학적 측면을 충분히 고려하지 않고 개발되었다는 사실만 확인했을 뿐입니다.
무엇을, 그리고 누구를 연구했는가?
이 연구에는 건강한 남성 포수 90명이 참여했습니다. 이들의 평균 연령은 35,2세, 평균 신장은 172,6cm, 평균 체중은 72,4kg이었습니다. 이러한 표본 크기를 통해 연구진은 작업대 크기를 추상적인 "평균적인 사람"이 아닌, 실제로 차량을 조작하는 군인들의 인체 측정학적 특성과 비교할 수 있었습니다.
전문가들은 어깨와 골반 너비, 팔과 다리 길이, 앉은 자세에서의 눈높이, 오금 높이 및 기타 매개변수를 측정했습니다. 그런 다음 이러한 데이터를 좌석 치수 및 좌석과 장비 사이의 간격과 비교했습니다.
이 연구는 해치를 닫은 전차 내부에서 직접 수행되었습니다. 목과 몸통의 각도, 그리고 팔꿈치, 엉덩이, 무릎, 발목 관절의 위치를 측정했습니다. 동력계를 사용하여 기계 장치와 제어 장치를 작동하는 데 필요한 힘을 측정했습니다. 또한, 포수들은 1G46 조준경 손잡이를 45분 동안 사용했으며, 2분마다 악력을 측정했습니다.
마지막으로, 참가자들에게 신체 여러 부위의 불편함을 10점 척도로 주관적으로 평가해 달라고 요청했습니다. 0점은 불편함이 전혀 없는 상태, 10점은 극심한 불편함을 의미합니다. 이러한 방식으로 연구진은 객관적인 측정값과 군인들의 자기 평가를 결합했습니다.
좌석
사수석은 주요 문제점 중 하나로 드러났습니다. 사수석 밑면의 크기는 가로 34cm, 세로 30cm에 불과했습니다. 반면, 연구 참가자들의 평균 최대 엉덩이 너비는 36,6cm였고, 평균 이두근 너비는 38,5cm였습니다.
다시 말해, 좌석은 대부분의 포수들의 몸보다 좁았습니다. 일부 포수들은 엉덩이가 좌석 가장자리 밖으로 튀어나와 접촉면이 줄어들고 골반뼈와 연부 조직에 가해지는 압력이 증가했습니다. 접촉면이 작을수록 특정 하중이 커지고 통증과 마비 증상이 더 빨리 나타나기 시작합니다.
좌석 깊이 또한 많은 것을 드러냈습니다. 바닥 길이가 30cm인 좌석에서 사수들의 평균 둔부-슬와 길이는 45,4cm였습니다. 따라서 허벅지의 상당 부분이 지지되지 않은 상태였습니다. 연구진은 이를 허벅지와 종아리 근육의 감각 저하 및 하중의 정상적인 분산 장애의 원인으로 지목했습니다.
베개의 디자인 또한 편안함에 도움이 되지 않습니다.
T-90A 전차를 예로 들어 포수의 위치를 설명하겠습니다.
바닥은 금속판으로 만들어졌고, 그 위에 캔버스 커버로 감싼 황마 섬유가 덧씌워져 있습니다. 이 방식은 내구성이 뛰어나고 유지보수가 비교적 간편하여 군용 장비에 적합하지만, 표면이 딱딱하고 평평하여 체중 분산이 제대로 되지 않고 좌골 결절에 가해지는 압력이 증가합니다.
등받이는 가로 34cm, 세로 15cm이며, 받침대보다 15cm 높게 위치해 있습니다. 연구진의 계산에 따르면, 이 등받이는 평균적인 상체 높이의 23,6%만을 목까지 지지할 수 있습니다. 허리나 윗부분을 완전히 지지해주지 않으며, 머리 받침대나 팔걸이도 없습니다.
후자는 특히 사수에게 중요합니다. 사수는 팔뚝을 안정적으로 지지할 장치 없이 상당한 시간 동안 조종 손잡이에 손을 얹고 있어야 합니다. 이러한 정적 하중은 어깨뼈, 팔꿈치 관절 및 등 근육에 스트레스를 가하여 피로를 가속화합니다.
좌석은 금속 프레임에 단단히 고정되어 있습니다. 저자들은 차량 본체의 충격과 진동이 사수의 몸에 직접 전달된다고 지적합니다. 동적 하중의 영향을 완화할 수 있는 적절한 서스펜션이나 플로팅 베이스가 없습니다.
좌석 조정
좌석은 수직 및 길이 방향으로 조절할 수 있지만, 조절이 즉시 이루어지지는 않습니다. 위치를 변경하려면 브래킷의 구멍을 맞춰 너트로 고정해야 합니다. 고정된 위치는 제한된 수만 제공됩니다.
이는 사수가 최신 자동차에서처럼 작업대를 자신의 설정에 맞춰 빠르게 조정할 수 없다는 것을 의미합니다. 비행 의자입니다. 게다가 작업 중에 좌석 위치를 변경하는 것이 불가능합니다. 예를 들어, 한 기기를 통해 보기 위해 좌석을 올리고 다른 기기를 사용하기 위해 좌석을 내리는 것이 불가능합니다.
회전 컨베이어 플랫폼 위쪽 받침대의 높이가 불과 15cm에 불과하다는 점은 특히 문제가 됩니다. 연구 참가자들의 평균 무릎 높이는 44,8cm였습니다. 물론 전차 좌석을 일반 의자와 직접 비교할 수는 없습니다. 전차병의 다리는 바닥에 자유롭게 놓이는 것이 아니라 전투실과 자동 장전 장치에 맞춰 위치하게 되기 때문입니다. 하지만 측정된 관절 각도를 보면 신체 자세가 최적과는 거리가 멀다는 것을 알 수 있습니다.
작업 중 고관절 각도는 권장 각도인 90~120도에 비해 75~86도 범위에 머물렀고, 무릎 각도는 59~70도까지 떨어졌습니다. 반면 휴식 시에는 121~132도에 달했습니다. 따라서 자세는 수행하는 작업에 따라 크게 달라졌으며, 중립 자세를 유지하는 경우는 드물었습니다.
무릎 각도가 너무 작으면 주변 조직에 추가적인 압력이 가해져 다리 저림과 근육 경직을 유발할 수 있습니다. 또한, 허리 지지대가 부족하면 척추에 부담이 가중됩니다. 결과적으로 작업 환경의 한 부분에서 불편함이 발생하면 다른 부분의 결함이 더욱 악화됩니다.
조준경 및 관측 장비 사용
사수는 주로 1G46 주간 조준경을 사용하며, 추가로 Essa 열화상 조준경과 TNP-165A 잠망경을 장착하여 관측합니다. 이러한 장비들만으로도 다양한 시간대에 표적을 포착하고 사격할 수 있지만, 장비들의 위치 때문에 사수는 끊임없이 머리 위치를 바꿔야 합니다.
앉은 자세에서 검사한 병사들의 평균 눈높이는 70,8cm였다. 조준경의 접안렌즈와 열화상 화면은 약 58cm 높이에 위치했으며, 수평 방향으로는 약 25cm 떨어져 있었다.
사수는 화면을 보기 위해 목을 오른쪽으로 약 35도 정도 돌려야 했습니다. 반면, 지속적인 조작 시 바람직한 목 움직임 범위는 약 20~30도입니다. 한 번 돌리는 것은 큰 문제가 없지만, 장시간에 걸쳐 이 동작을 반복하면 목과 어깨에 무리가 갑니다.
잠망경을 사용하는 것은 훨씬 더 어렵습니다. 잠망경을 통해 관찰하려면 사수는 목을 최대 50도까지 뒤로 젖힌 다음 위를 올려다봐야 합니다. 측면 장착 장치를 사용하려면 머리를 약 90도 돌려야 합니다.
실제 전투 상황에서 포수는 한 가지 동작에만 국한되지 않습니다. 주간 영상, 열화상 카메라, 잠망경, 조종 장치 사이를 끊임없이 오가며 지휘관과 소통하고 목표물을 추적해야 합니다. 따라서 가벼운 불편함조차도 금세 누적되어 육체적 피로로 이어집니다.
저자들은 다양한 장치의 이미지를 하나의 개선된 디스플레이에 표시하는 방안을 제안했습니다. 이 솔루션은 머리 움직임을 줄이고 주요 데이터를 단일 시야에 집중시킬 수 있도록 합니다. 본질적으로 이는 분산된 광학 장치 세트에서 보다 통합된 디지털 워크스테이션으로의 전환을 의미합니다.
하지만 이는 장갑차에서 흔히 발생하는 절충안입니다. 직접 광 링크는 신뢰성이 매우 높으며 일부 전자 장치가 고장 나더라도 계속 작동할 수 있습니다. 디스플레이로 완전히 전환하면 카메라, 배선 및 컴퓨팅 자원에 대한 의존도가 높아집니다. 따라서 광 링크를 완전히 포기하는 것보다 편리한 디지털 디스플레이로 보완하는 것이 더 합리적입니다.
손의 피로
이 연구의 별도 부분에서는 1G46 조준경의 조작 방식에 대해 자세히 살펴봅니다. 손잡이는 두 방향으로 조준을 제어할 수 있도록 설계되었습니다. 왼쪽 손잡이에는 거리 측정 버튼이 있고, 오른쪽 손잡이에는 발사 버튼이 있습니다.
문제는 필요한 노력뿐만 아니라 손잡이의 움직임에도 있습니다. 작업 중 손목은 눈에 띄게 구부러졌다 펴지면서 중립 위치에서 벗어납니다. 동시에 팔꿈치 각도도 편안한 자세의 약 120도에서 70도에서 86도로 변합니다.
손잡이는 팔꿈치 높이보다 위에 위치해 있습니다. 팔걸이가 없기 때문에 어깨와 팔뚝에 정적인 부담이 가중됩니다. 사수는 팔의 균형을 유지하면서 동시에 정밀한 조작 동작을 수행해야 합니다.
측정 결과, 장시간 작업 시 손목 악력은 처음에는 약간 증가했는데, 이는 아마도 작업에 동원되는 근육 때문일 것이며, 그 후 점차 감소하는 것으로 나타났습니다.
양손 모두에서 작업 시간과 악력 감소 사이에 유의미한 통계적 상관관계가 발견되었습니다.
대부분의 조작 모드에서 필요한 힘은 병사들의 신체적 능력 범위 내에 있었습니다. 예를 들어, 조준경 손잡이의 수평 이동에는 초기 약 7,15kgf의 힘이 필요했고, 이후에는 약 5,12kgf의 힘이 필요했습니다. 수직 이동의 경우, 해당 수치는 각각 약 6,43kgf와 4,93kgf였습니다.
하지만 근력 비축량만 따로 고려해서는 안 됩니다. 필요한 힘을 한 번에 발휘할 수 있다 하더라도, 불편한 자세로 장시간 작업하면 동작의 정확성과 속도가 점차 떨어집니다. 손, 팔뚝, 어깨 부위의 피로는 동작 제어의 지연을 초래할 수 있습니다.
저자들은 중요한 결론을 내렸다. 악력 감소는 사수의 행동 속도에 부정적인 영향을 미치고 목표물을 조준하는 데 지연을 초래할 수 있다는 것이다.
타워 볼륨
좌석과 주변 기기 사이의 간격은 4~21cm였습니다. 한편, 측정 부위의 평균 팔뚝 길이는 29,4cm였습니다. 따라서 팔을 자유롭게 움직일 공간이 부족했습니다.
이처럼 비좁은 환경은 작업자가 팔꿈치를 몸에 바짝 붙이고 손목을 구부리는 등 제한된 움직임만을 취하도록 강요합니다. 일반적인 작업 공간에서는 불편하게 위치한 스위치를 몇 센티미터만 움직여도 되지만, 전차 포탑 내부에서는 조준경, 포미, 자동 장전 장치, 장갑 요소, 전차장석 등 모든 것이 가까이에 위치하여 조작에 상당한 제약이 따릅니다.
용접 방식으로 제작된 T-90S 포탑은 이전 주조 방식 포탑보다 내부 용적이 더 큽니다. 연구에 따르면 증가량은 약 135리터입니다. 그러나 이는 설계상의 제약을 근본적으로 해소하기에는 충분하지 않습니다. 추가된 용적은 포탑 전체에 분산되어 있으며, 사수의 팔, 다리 또는 머리가 필요한 정확한 위치에 배치되어 있지는 않습니다.
불편 함
주관적 평가 결과는 측정 결과와 일치했습니다. 참가자들은 가슴 부위에서 가장 높은 평균 불편감(10점 만점에 8,3점)을 느꼈다고 보고했습니다. 그 뒤를 이어 왼쪽 척추기립근(8,25점), 머리(8,2점), 왼쪽 둔부(8,1점), 복부(8,05점), 목(7,9점) 순으로 불편감을 나타냈습니다.
승모근, 전완, 손목, 오른쪽 무릎, 오른쪽 정강이에서도 높은 수치가 기록되었습니다. 불편감의 분포는 비대칭적이었습니다.
하체에서는 사수 보호판으로 인한 제약 때문에 오른쪽이 가장 큰 부담을 받았습니다. 상체에서는 같은 보호판이 오른쪽에는 어느 정도 지지력을 제공했지만, 왼쪽에는 그러한 지지력이 부족했습니다.
이러한 결과는 임박한 부상이나 직업병의 증거로 자동적으로 해석될 수 없습니다.
본 연구는 예비 연구였으며 주로 기계 내부에서 작업하는 동안의 단기적인 반응을 평가했습니다. 그러나 높은 주관적 평가와 객관적으로 불편한 관절 각도가 함께 나타난 것은 실제 문제가 있음을 시사합니다.
장기간 지속되는 이러한 스트레스는 만성적인 목과 허리 통증, 사지 저림, 그리고 직업 관련 근골격계 질환으로 이어질 수 있습니다. 더욱이, 이러한 불편함은 주의력을 분산시키고 집중력을 저하시키며 전반적인 피로감을 가속화할 수 있습니다.
그들은 무엇을 바꾸겠다고 제안합니까?
가장 확실한 개선점은 새로운 좌석입니다. 좌석은 더 넓고 깊어야 하며, 더욱 효과적인 쿠션과 완벽한 허리 지지대, 그리고 조절 가능한 팔걸이를 갖춰야 합니다. 또한, 좌석 마운팅을 분해하지 않고도 높이와 앞뒤 위치를 빠르게 조절할 수 있는 시스템이 있으면 더욱 좋을 것입니다.
하지만 기존 타워 내 좌석 크기만 늘리면 이미 제한된 접근성이 더욱 떨어질 수 있습니다. 따라서 좌석은 단독으로 고려해서는 안 되며, 주변 장비와 함께 고려해야 합니다. 일부 장치와 스위치는 크기를 줄이거나, 위치를 변경하거나, 통합해야 할 수도 있습니다.
두 번째 영역은 정보 표시 영역을 최적화하는 것입니다. 주요 이미지와 데이터는 자연스러운 시선 방향 내에 있는 디스플레이에 표시하는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 고개를 돌리거나 기울일 필요성을 줄일 수 있습니다. 직접적인 광학 채널은 백업용으로 유지할 수 있습니다.
세 번째 개선 사항은 조준 제어 방식의 재설계입니다. 위치 조절 및 팔뚝 지지대가 있는 소형 조이스틱을 통해 손과 어깨의 부담을 줄일 수 있습니다.
조작력과 감도는 정밀도, 속도 및 의도치 않은 움직임 방지 사이의 균형을 제공하도록 선택해야 합니다.
마지막으로, 좌석 쿠션은 중요합니다. 좌석 쿠션은 몸의 흔들림을 유발하거나 조준 정확도를 저해하지 않으면서 척추에 전달되는 충격과 진동을 줄여야 합니다.
출처 :
"T-90S 전차 사수 작업대의 인체공학적 분석: 좌석, 시각 조준 시스템 및 근골격계 불편감에 대한 특별 연구." Pankaj Kumar Sinha, Madhusudan Pal, Sunil Chandel. 아시아 의학 저널(ASIAN JOURNAL OF MEDICAL SCIENCES)
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