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AnyBody, 전문적이고 신뢰도 높은 인체 해석 소프트웨어
2017-11-02 6,287 22
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■ 개발 : AnyBody Technology, http://www.anybodytech.com
■ 사용 환경(OS) : 윈도우 비스타/7/8.1/10(64비트)
■ 시스템 권장 사양 : CPU 2.4GHz 이상, RAM 4GB 이상, OpenGL 2.0 이상 지원 그래픽 카드, 128MB 이상 비디오 메모리
■ 주요 특징 : 스크립트 기반의 사용환경으로 역동역학 인체 근골격계 해석, 인제 모델 라이브러리 제공, 제품과 인체의 상호작용 분석, 솔리드웍스/아바쿠스/앤시스와 연성해석 가능, 모션캡처 데이터 활용 가능 등
■ 공급 : 씨메트, 02-6335-7751~2, http://www.cmet.co.kr


AnyBody Modeling System(AMS)은 덴마크의 Anybody Technolohy에서 개발한 인체해석 소프트웨어로 씨메트에서 국내 공급 및 기술지원을 하고 있다. 또한 2017년 12월 국내 최초로 AMS 트레이닝 센터를 만들어 고객들이 좀 더 쉽게 접근할 수 있도록 할 예정이다.

Anybody Modeling System은 컴퓨터를 이용한 다물체 동역학 기반의 근골격 인체 모델 해석 소프트웨어로, 인체 모델을 근육과 골격으로 이루어진 기계 시스템으로 간주하여 인체의 움직임과 관련한 해석을 주로 수행할 수 있다. 최근에 인간 중심의 제품 개발 트렌드에 맞춰 의료 및 스포츠 역학 이외에도 자동차, 가전 등 다양한 분야에서 활용하고 있으며, 외골격(Exoskeleton) 장비 개발에 활발하게 사용되고 있다.


역동역학 기반의 근골격계 해석


근골격계 모델을 이용한 인체의 동작을 해석하기 위해 다물체 동역학을 이용한 해석 방법은 크게 정동역학(Forward Dynamics) 해석법과 역동역학(Inverse Dynamics) 해석법의 두 가지로 나뉜다.

정동역학 해석법을 기반으로 하는 인체 시뮬레이션은 근육을 활성화하여 힘을 생성시키고, 이 힘으로 인한 인체의 움직임을 시뮬레이션하는 방법이다. 이 방법은 해석하고자 하는 인체의 동작을 일으키는 근육의 힘을 미리 알고 있어야 하는데, 이 근육의 힘을 측정하기 위하여 근전도 계측기(EMG)로 직접 측정하는 방법을 이용한다. 하지만 근전도 계측기를 통하여 측정할 수 있는 근육의 종류와 그 수가 한정적이기 때문에, 인체의 동작에 관여하는 수 많은 근육을 예측하고 그 힘을 측정하여 시뮬레이션에 활용하는 것은 현실적으로 매우 어렵다.

이와 반대되는 개념의 역동역학 해석법을 기반으로 하는 인체 시뮬레이션의 경우 인체의 동작 데이터와 외부 작용력을 계산에 사용함으로써, 인체 관절에서 발생하는 힘이나 모멘트 및 근육력 등을 계산한다.


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그림 1. AnyBody Modeling System의 InversDynamics


AnyBody Modeling System의 경우 앞서 설명한 역동역학 해석법을 기반으로 한 근골격 모델 해석 소프트웨어로서, 인체의 근육력, 근육의 활성도, 관절의 반발력과 회전 모멘트 등 어떠한 동작을 하면서 나타나는 인체의 내부력을 계산할 수 있다.


그래픽 사용자 인터페이스


AnyBody Modeling System의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 크게 텍스트 기반의 모델 입력창, 모델 뷰, 그래프를 포함하는 차트, 그리고 사용자가 소프트웨어로 수행할 수 있는 명령들을 포함하고 있는 오퍼레이션 등으로 구성되어 있다. 또한, C++ 문법을 따르는 스크립트(Script) 기반 사용 환경으로 사용자에게 높은 자유도와 확장성을 제공한다.


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그림 2. AnyBody Modeling System의 GUI


AnyBody Model Repository


사용자가 해석이 필요할 때마다 새로운 인체모델을 만드는 일은 매우 복잡하고 상당한 시간을 요구하게 된다. 따라서 다양한 목적에 대응할 수 있고, 더불어 검증 과정도 수행할 수 있는 인체모델 라이브러리의 필요성이 대두된다.

AnyBody Modeling System에서는 AnyBody Managed Modeling Repository라는 라이브러리를 제공한다. 이는 실제 인체 골격을 CT 촬영한 데이터를 이용하여 모델링했다. 지난 몇 년간 EU 프로젝트를 통해서 근육과 인대 등의 실험을 통해 얻어낸 데이터를 축적하여 근육력 계산에 활용함으로써 인체 동작 해석과 관련하여 최적화되었으며, 현재도 계속 데이터를 추가하고 있다.


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그림 3. 인체 모델 보디 라이브러리



인체 근골격 모델의 경우 약 1000여 개의 근육으로 구성되어 있으며, 분절은 질량 관성 등의 물성 정보를 포함하고 있다. 각 분절을 연결해주는 관절의 경우 마찰력이 없는 이상적인 조인트 구속조건으로 정의되어 있다. 인체 관절을 자유도에 따라 볼-소켓 조인트와 힌지 조인트 등으로 표현하였으며, 필요에 따라서 제공하는 함수를 통해서 모델링할 수 있다. 또한 기본적인 성인 남녀의 인체 라이브러리를 스케일링을 통해서 다양한 사람에 대한 모델링을 손쉽게 변경하여 사용할 수 있다.

인체 근골격 모델에 대한 라이브러리 외에 기본적인 움직임 해석을 위한 라이브러리도 제공하고 있다. 예를 들어, 일반적인 보행동작을 비롯하여 자전거 타기, 벤치 프레스 들기, 팔굽혀펴기, 물건 밀기 등 생활 속에서 자주 하게 되는 행동을 포함하여 특수한 상황에서의 여러 가지 동작을 Repository를 통해 라이브러리로 제공한다. 사용자는 이를 상황에 맞도록 편집하여 보다 손쉽게 해석을 진행할 수 있다.


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그림 4. 애플리케이션 라이브러리


인체와 제품의 상호작용 분석


앞서 언급한 것처럼 효율적인 제품개발에 있어 인간중심적 설계는 중요 관심사가 되고 있다. 같은 기능의 제품이라도 사용자가 좀 더 편리하게 사용할 수 있는 제품이 더 경쟁력을 가질 수 있기 때문이다. 이에 제품개발 설계 단계부터 인체와 제품의 상호작용에 대한 부분을 고려하지 않을 수 없게 되었다. AnyBody Modeling System의 경우 솔리드웍스의 3D CAD 모델을 AnyScript 모델로 변환하여 인체와 제품간 모델링 및 해석을 수행할 수 있으며, 이미 수 많은 논문을 통해서 신뢰성 또한 인정받았다.


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그림 5. 스쿼트 장비에서의 인체 해석


만약 인체와 연결된 제품의 유한요소해석이 필요하다면, 근육력이 고려된 경계 조건 추출이 보다 정확한 해석 결과를 위해 필수적인 조건이 된다. AnyBody Modeling System에서는 해석 후 도출된 동적 하중 결과를 앤시스나 아바쿠스와 같은 유한요소해석 소프트웨어의 입력 정보로 변환해 주는 인터페이스가 제공되기 때문에 더욱 정확한 해석을 가능하게 해 준다.


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그림 6. 인체의 동적 하중 조건을 통한 유한요소 해석


AnyBody의 적용 사례


AnyBody Modeling System은 인체와 제품이 연결되는 많은 분야, 예를 들어 의료기기, 자동차, 항공, 인간공학, 소비자 제품 해석 등 다양한 분야에 적용 가능하다.


스포츠 분야



경기력 향상을 위해 인체 근골격 시뮬레이션을 적용하여 운동 기술 및 운동 기구 설계 개선 등 다양한 적용이 가능하다. 예를 들어, 배드민턴에서 스트로크 동작 및 배드민턴 라켓의 동적 거동 시뮬레이션을 통해, 라켓 설계와 선수의 경기력 간 상관관계를 이해하고 분석해 볼 수 있다.

또한, 단순히 인체의 동작뿐만 아니라, 인체와 운동기구의 통합 모델을 생성하여, 운동 기구 설계 파라미터 변경에 따른 인체 효과의 변화를 예측해 볼 수도 있다.


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그림 7. 레그 프레스의 효과 분석


자동차 분야


자동차 관련 연구에도 인체 모델이 기여할 수 있는 부분이 많다. 승하차 동작시 인체 관절에 걸리는 토크 및 반발력, 그리고 하지 부분 근육 활성도 등이 신차 개발 과정에서 활용될 수 있는 정보이다. 실제 사례로, 독일의 자동차 제조 업체인 BMW는 모션 캡처 장비를 이용하여 신차 개발 과정에서 AnyBody Modeling System을 이용한 근골격 해석을 수행하고 있다.


의료 기기 분야


최첨단 설계를 적용한 정형외과용 임플란트와 인공관절 등 하중 요구조건에서 인증요건 충족 여부까지 넓은 범위의 의료 기기 분야에 활용할 수 있다. 실례로, 인공 고관절 치환술 환자의 CT 데이터와 근육력을 고려한 경계 조건의 적용을 통해, 인공 고관절과 대퇴부에 대한 유한요소 해석을 실시하여 환자 맞춤형 모델을 이용한 해석 사례의 가능성을 제시한 경우가 있다.


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그림 8. 인공 관절 해석



기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

정수진 sjeong@cadgraphics.co.kr


출처 : CAD&Graphics 2017년 11월호

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