![[표지로 읽는 과학] 미식축구 헬멧에 숨은 충격 흡수의 비밀](https://res.cloudinary.com/dte6zhuck/image/upload/v1768959660/blogContent/S1200x630.jpg)
미식축구 헬멧에 숨은 충격 흡수의 비밀
국제학술지 '사이언스'는 최근 미식축구 헬멧이 충격을 받는 순간 찌그러지는 모습을 표지에 게재하였습니다. 이는 미국 프로풋볼리그(NFL) 안전성 평가를 담당하는 민간 연구기관 바이오코어의 공압식 충격 시험 장면을 포착한 것으로, 데이터 기반 헬멧 안전성 시험이 지난 14년간 헬멧 설계에 가져온 혁신을 부각하는 사례로 평가됩니다. 본 글에서는 3D 프린팅 기술이 뇌진탕 방지 헬멧 기술 발전에 기여한 방식을 분석하고자 합니다.
뇌진탕 방지 헬멧 기술의 발전
현대 미식축구 헬멧 기술은 과거와 비교하여 상당한 발전을 이루었습니다. 기존의 딱딱한 폴리카보네이트 외피와 폼 패딩으로 구성된 헬멧은 현재 충돌 시 유연하게 구부러지는 나일론 엘라스토머 외피와 3D 프린팅 안감으로 대체되었습니다. 이러한 변화는 헬멧의 충격 흡수 능력을 크게 향상시키는 데 기여하였습니다.
제어된 변형을 통한 충격 흡수 원리
현대 헬멧 기술의 핵심은 '제어된 변형'에 있습니다. 헬멧이 충격을 받는 순간 변형되지 않으면 충격은 3밀리초(ms) 이내에 뇌로 직접 전달될 수 있습니다. 그러나 헬멧이 의도적으로 찌그러지면서 완충 역할을 수행하게 되면, 동일한 충격이 약 15ms에 걸쳐 더욱 천천히 전달됩니다. 이처럼 충격 전달 시간이 5배 증가하면 순간 가속도는 5분의 1로 감소하는 효과를 얻게 됩니다. 이는 단단한 바닥보다 푹신한 매트에 떨어질 때 충격이 덜하게 느껴지는 것과 동일한 원리입니다.
유연한 외피와 3D 프린팅 안감의 도입
과거 딱딱한 폴리카보네이트 외피와 단순한 폼 패딩으로만 구성되었던 미식축구 헬멧은 재료 과학 및 제조 기술의 발전에 힘입어 크게 변화하였습니다. 현재 헬멧은 충돌 시 유연하게 구부러지는 나일론 엘라스토머 외피를 채택하고 있습니다. 이는 충격 에너지를 분산하고 완화하는 데 효과적입니다.
헬멧 제조업체 리델은 외피 구조에도 혁신을 적용하였습니다. 2014년 출시된 '스피드플렉스' 모델은 헬멧 외피에 육각형 절개선을 넣어 충격 시 더욱 효과적으로 찌그러지도록 설계되었습니다. 이 디자인은 2022년 '액시엄' 모델에서 사방에 절개선을 배치하는 방식으로 더욱 발전하여, 다양한 방향에서 가해지는 충격에 대한 반응성을 높였습니다.
3D 프린팅 안감의 혁신적 설계
헬멧의 안감 기술 또한 획기적인 발전을 이루었습니다. 2019년 NFL 헬멧 기술 공모전에서 우승한 안감 제조업체 콜라이드는 18개의 원통형 패드로 구성된 3D 프린팅 안감을 개발하였습니다. 이 3D 프린팅 패드는 각기 다른 충격 강도에 유연하게 대응하도록 설계되었습니다.
각 패드 내부에는 얇은 원뿔 구조가 통합되어 있습니다. 외부 압력을 받으면 이 원뿔 구조가 끝부분부터 단계적으로 접히면서 저항력을 높이는 방식으로 에너지를 흡수합니다. 일반 스펀지가 최대 50% 정도만 압축되는 것에 반해, 3D 프린팅 패드는 80%-90%까지 높은 압축률을 보여 충돌 시간을 효과적으로 연장하고 충격 에너지를 더욱 효율적으로 흡수합니다.
실제 뇌진탕 발생률 감소 효과
이러한 헬멧 기술의 발전은 실제 NFL 경기에서의 뇌진탕 발생률 감소로 이어졌습니다. NFL의 뇌진탕 발생은 2017년 정점을 기록한 이후 35% 감소하는 성과를 보였습니다. 2020년 바이오코어의 연구 결과에 따르면, 시험 성적이 우수한 헬멧을 착용한 선수들의 실제 경기 중 뇌진탕 발생률이 낮은 것으로 확인되었습니다.
앤 베일리 굿 바이오코어 기계공학자에 따르면, 헬멧은 5-10년 전보다 충격을 훨씬 잘 완화하며, 2015년 이후 가속도 수치가 약 30% 감소한 것으로 분석되었습니다. 이러한 데이터는 헬멧 설계 및 3D 프린팅 기술이 스포츠 안전 분야에 미치는 긍정적인 영향을 명확하게 보여주고 있습니다.
결론
3D 프린팅 기술은 미식축구 헬멧의 충격 흡수 메커니즘을 혁신하며 선수들의 뇌진탕 위험을 실질적으로 감소시키는 데 중요한 역할을 수행하고 있습니다. 제어된 변형을 가능하게 하는 유연한 외피와 고효율 3D 프린팅 안감은 스포츠 안전 분야의 미래를 제시합니다. 이러한 기술적 진보는 향후 다양한 산업 분야에서 안전성 및 성능 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.
이처럼 3D 프린팅 기술은 스포츠 안전 분야에 혁신적인 솔루션을 제공하고 있으며, 한양3D팩토리는 정밀하고 신뢰할 수 있는 3D 프린팅 기술을 통해 미래 산업의 발전에 지속적으로 기여할 수 있습니다.
