다체계동력학적방법에 의한 인체운동모의기술

 2020.9.22.

경애하는 최고령도자 김정은동지께서는 다음과 같이 말씀하시였다.

《과학기술의 종합적발전추세와 사회경제발전의 요구에 맞게 새로운 경계과학을 개척하고 발전시키는데 큰 힘을 넣어야 합니다.》

경애하는 최고령도자 김정은동지의 현명한 령도밑에 오늘 우리 나라에서는 첨단돌파전이 힘있게 벌어지고있으며 첨단과학기술의 성과들이 인민경제 여러 부문들에 적극 도입되고있다. 경계과학부문을 개척하고 발전시키는것은 경제강국건설과 인민생활향상에서 제기되는 현실적인 문제들을 성과적으로 풀며 첨단과학기술분야들을 개척해나가는데서 매우 중요한 의의를 가진다.

인체운동모의기술이란 인체의 력학적운동에 대한 연구를 실체의 운동이 아니라 그와 등가인 력학적모형을 작성하여 진행하는 운동모의기술을 말한다. 인체운동모의기술은 해당한 동작을 수행하는데 필요한 근육힘을 결정하고 최량화된 운동방안을 작성하며 운동과정에 발생하는 관절반력들에 대한 예측을 진행하는것으로 하여 체육부문과 의학부문에서 세계적으로 널리 연구되고있는 경계과학분야이다.

김일성종합대학 력학부에서는 다체계동력학적방법을 리용하여 인체운동에 대한 모의를 진행하여 체육선수들의 새기술창조에 적극 이바지하고있다.

지난 시기 국내의 과학연구기관들에서는 인체에 대한 운동해석을 진행하면서 한토막 혹은 두 토막으로 이루어진 평면모형에 기초한 운동방정식을 작성하여 수치풀이를 진행하는 방법들을 기본적으로 리용하여왔다. 이러한 방법들은 운동토막들의 개수가 작고 상대적으로 단순한것으로하여 매우 간단한 운동에 대하여서만 모의를 진행할수 있는 약점을 가지고있으며 공간비행운동과 같은 3차원공간에서의 운동에 대하여서는 모의를 진행하기가 어렵다.

이로부터 다체계동력학리론을 적용하여 인체를 회전관절, 구면관절을 비롯한 여러가지 관절들로 련결된 여러개의 강체토막으로 나누어 인체에 대한 운동모의를 진행하고있다.

세계적으로 인체운동에 대한 다체계동력학적모의방법은 1980년에 제기되였으며 각이한 종목에 대하여 이러한 모의를 통하여 선수와 종목에 따르는 최량운동방안에 대한 연구를 진행하고있다. 이러한 최량운동방안을 탐색하자면 운동모의를 진행하면서 서로 다른 입력자료에 대한 해석을 진행하여야 한다. 이러한 최량화는 일반적으로 다음과 같은 3가지 단계를 거친다.

첫째로, 현실적인 제한조건을 만족시키는 범위내에서 모형에 대한 입력을 변화시키는데 따라 최소 혹은 최대로 되는 목적함수를 설정하여야 한다.

둘째로, 매개의 변수들 특히 근육들의 능동파라메터들과 초기조건들에 대하여 현실적인 요구를 만족하는 제한조건을 설정하여야 한다.

셋째로, 국부적인 최량값이 아니라 대역적인 최량값을 구할수 있는 최량화알고리듬을 설계하여야 한다.

인체운동모의를 위한 모형들은 일반적으로 각구동방식과 모멘트구동방식으로 나누어볼수 있는데 각구동방식의 모형들은 모멘트구동방식에 비하여 몸자세를 조종하기가 쉽기때문에 운동자유도가 많은 공간운동과 같이 복잡한 운동들을 모형화하는데 많이 리용되고있다.

MSC. ADAMS는 자동차, 철도, 선박, 전자, 의료 및 기계공업을 비롯한 광범한 분야에서 리용되고있으며 대부분의 CAD해석도구들과는 달리 운동학, 정력학, 준정력학, 동력학방정식을 동시에 풀고 다체계동력학기술을 리용하여 유한요소해석프로그람보다 비선형동력학문제를 훨씬 빨리 풀어낼수 있어 현실과 같은 물리적결과를 나타내는 모의가 가능하다.

학부에서는 기계체계모의프로그람인 MSC. ADAMS를 리용하여 인체운동모의를 진행하는 방법을 완성하고 국제학술소론문들을 출판하였으며 체조조마운동모의프로그람과 탄력망운동모의프로그람들을 작성하여 기계체조종목을 비롯한 여러 국제경기들에서 우수한 성과를 거두는데 이바지해나가고있다. 이러한 방법은 해당한 운동에 대한 모의를 진행하면서 인체를 15개의 토막과 36개의 자유도를 가지는 각구동방식으로 모형화하고 ADAMS의 사용자대면부작성도구를 리용하여 자세조종과 초기조건변경을 편리하게 진행하도록 한것으로 하여 모의의 정확성과 사용편리성을 보장한 우월한 방법이다.

다체계동력학적방법에 의한 인체운동모의기술은 각이한 초기조건들이 운동과정에 미치는 영향을 분석하고 해당한 선수의 육체적인 특성에 맞는 운동방안을 합리적으로 선택할수 있도록 하여 체육선수들의 새기술창조와 훈련과정의 과학화를 실현하는데서 현실적인 의의를 가진다.

인체운동모의기술은 여러 체육종목의 기술발전에 크게 기여하고있는것으로 하여 선수, 감독들과 체육기술부문전문가들의 관심과 기대를 끌고있으며 앞으로 이 분야에 대한 연구에서는 보다 큰 성과가 이룩될것으로 기대되고있다.