From Woodpeckers to Safety Helmets

영어 NE능률(양현권) 8과

Franz Kafka is best known as one of the most important writers of the 20th century. His novels such as The Castle and The Trial have been widely read for decades.

However, some people also credit him as a pioneer in helmet design. As a young man, Kafka worked at an insurance company. Part of his job involved learning about the injuries suffered by people working at dangerous jobs. Sometime between 1910 and 1912, he is believed to have invented the hard hat, a light helmet designed to protect against falling objects in factories.

딱따구리에서 안전 헬멧까지

프란츠 카프카는 20세기의 가장 중요한 작가들 중 한 명으로 가장 잘 알려져 있다. ‘성’과 ‘심판’ 같은 그의 소설들은 수십 년 동안 널리 읽혔다.

하지만 어떤 사람들은 그를 헬멧 디자인의 선구자로 여긴다. 젊은 시절 카프카는 보험회사에서 일을 했다. 그의 업무에는 위험한 직업에서 일하는 사람들이 겪는 부상에 대한 학습이 포함되었다. 1910년에서 1912년 사이에 그는 공장에서 떨어지는 물체로부터 보호하기 위해 디자인 된 단단한 모자, 즉 가벼운 헬멧을 발명할 수 있다고 믿었다.

As time passed, numerous innovations were made, making today’s helmets much safer and stronger than Kafka’s original design. They are built to survive massive impacts while remaining light enough for wearers to play sports or do their jobs. Another innovation is that while old-style helmets were heavy and bulky, causing neck pain, today’s helmets are lighter and more comfortable for the wearer. This is important because people are much more likely to wear helmets if they are comfortable.

Despite all these innovations, helmets are still far from perfect. Sports players as well as workers at construction sites, factories, and other dangerous work environments frequently experience brain injuries due to the force and frequency of blows to the head. Doctors believe that repeated blows to the brain can cause a variety of physical and mental problems later in life.

This is why some scientists believe it is so important to study woodpeckers. They hammer their beaks into trees at speeds of over 20 kilometers per hour. They can peck about 20 times per second. On average, they knock their heads against hard surfaces about 12,000 times every day. Each one of those impacts is about 100 times as powerful as a hit that would cause serious brain injury to a human. Yet somehow, woodpeckers never suffer any physical or mental damage. Why not?

시간이 지남에 따라 오늘날의 헬멧을 카프카의 원래 디자인보다 훨씬 더 안전하고 더 튼튼하게 만드는 동안 수많은 혁신이 이루었다. 그것들은 운동을 하거나 작업을 하는 착용자에게 충분히 가벼운 반면 엄청난 충격에 견딜 수 있도록 만들어졌다. 또 다른 혁신은 구형 헬멧이 무겁고 부피가 커서 목의 통증을 유발하는 반면에 오늘날의 헬멧은 착용자에게 더 가볍고 더 편안하다는 점이다. 이것은 편안하다면 사람들이 헬멧을 착용할 가능성이 더 높기 때문에 중요하다.

이러한 혁신에도 불구하고 헬멧은 결코 완벽하지 않다. 건설 현장이나 공장, 그리고 다른 위험한 작업 환경의 작업자뿐만 아니라 운동선수들도 종종 머리에 가해지는 충격과 빈번한 타격으로 인한 뇌 손상을 경험한다. 의사들은 뇌에 가해지는 반복되는 충격은 나중에 다양한 육체적 정신적 문제를 일으킬 수 있다고 믿는다. 이것은 몇몇 과학자들이 딱따구리 연구가 그토록 중요하다고 믿는 이유이다. 그들은 시속 20킬로미터가 넘은 속도로 부리로 나무를 때린다. 그들은 초당 20회를 부리로 쫄 수 있다.  평균적으로 단단한 표면에 머리를 하루에 12,000번 부딪친다. 한 번의 충격은 인간에게 심각한 뇌 손상을 일으킬 수 있는 충격의 약 100배이다. 그러나 어쨌든 딱따구리는 어떠한 육체적, 정신적 손상도 전혀 입지 않는다. 왜 그럴까?

This was the very question that interested two Korean scientists, Sang-Hee Yoon and Sungmin Park: How do woodpeckers manage to avoid hurting themselves as they pound away at hard surfaces?

The scientists studied woodpeckers closely, and learned that the birds have spongy bones in the frontal part of their skulls. Woodpeckers also have beaks that are hard yet flexible. They also noticed that there is very little space for a woodpecker’s brain to move around inside its skull. The scientists concluded that the flexibility of the various parts of a woodpecker’s head helps to absorb shocks, which softens the blow of impacts.

The spongy bone reduces the shock from impacts.

The tip of the beak is pushed backward and downward

이것은 두 명의 한국 과학자 윤상희와 박성민이 흥미를 느낀 바로 그 질문이다. 어떻게 딱따구리는 단단한 표면에 세게 부딪치면서 다치지 않을 수 있는 걸까?

과학자들은 딱따구리를 면밀하게 연구하고 그 새들이 두개골 앞부분에 스펀지 뼈를 가지고 있다는 것을 알아냈다. 딱따구리는 또한 단단하면서도 유연한 부리를 가지고 있다. 그들은 또한 딱따구리의 뇌가 두개골 안에서 움직일 수 있도록 아주 작은 공간이 있다는 것도 발견했다. 과학자들은 딱따구리 머리의 유연성이 있는 다양한 부분이 충격을 흡수하는 데 도움을 주어 타격의 충격을 완화시킨다고 결론을 내렸다.

스펀지 뼈는 충돌로부터 충격을 줄여 준다.

부리 끝은 뒤쪽과 아래쪽으로 밀린다.

The researchers decided to build a mechanical device that would imitate the functions of a woodpecker’s spongy bone and flexible beak. Their goal was to improve black boxes, the devices on airplanes that keep detailed records of each flight. Black boxes are used to find out the causes of airplane crashes, so they must be able to endure the impact of falling from the sky.

The researchers placed the black box’s recording device inside an aluminum container tightly packed with tiny pieces of glass. This was done to reproduce the effect of the spongy bone in a woodpecker’s skull. They also covered the container with a layer of rubber to absorb shocks and then covered the whole thing with a layer of steel. The project was a great success: The new black box was 60 times more protective than older types.

연구자들은 딱따구리의 스펀지 뼈와 유연한 부리를 모방한 기계 장치를 만들기로 결정했다. 그들의 목적은 상세한 비행 기록을 하는 항공기의 장치인 블랙박스를 개선하는 것이다. 블랙박스는 항공기 추락사고의 원인을 밝혀내기 위해 사용되고, 따라서 추락의 충격을 견뎌낼 수 있어야 한다.

연구자들은 블랙박스의 기록 장치를 알루미늄 용기 안에 자잘한 유리조각으로 단단히 포장한다. 이것은 딱따구리의 두개골 속의 스펀지 뼈의 효과를 재현한 것이다. 그들은 또한 충격을 흡수하도록 용기를 고무 층으로 덮고 그 전체를 강철 층으로 덮는다. 계획은 아주 성공적이었다. 새로운 블랙박스는 이전 형태보다 60배나 더 잘 보호가 되었다.

From the positive and exciting results of the black box project came another realization: If woodpecker-inspired technology worked so well to protect black boxes, it would probably also work well in the improvement of helmet design. Two Chinese scientists, Yubo Fan and Ming Zhang, decided to look into this more closely, and created computer models of the birds’ heads. They also filmed the woodpeckers so they could watch them pecking in super slow motion.

They came to many of the same conclusions as Yoon and Park, but they also noticed the importance of the shape of a woodpecker’s beak. The top part of the beak is longer than the bottom half. When it hammers into a tree, it bends down and back, absorbing some of the impact. The researchers believe that these discoveries could be very useful in developing new helmets. In fact, several helmet manufacturers are already searching hard for ways to make ‘a woodpecker helmet,’ whose modern origin dates back to Franz Kafka.

블랙박스 계획의 긍정적이며 신나는 결과로부터 또 다른 발견이 나왔다. 만약 딱따구리에게서 영감을 받은 기술이 블랙박스를 보호하는 데 그렇게 효과가 있다면, 아마도 헬멧 디자인을 개선하는 데에도 역시 효과가 있을 것이다.  두 명의 중국 과학자인 Yubo Fan과 Ming Zhang은 이것을 좀 더 면밀하게 살펴보고, 새의 컴퓨터 머리 모형을 만들었다. 그들은 또한 딱따구리를 촬영을 해서 그것들이 초저속으로 쪼는 모습을 관찰했다.

그들은 유과 박과 많은 부분에서 같은 결론에 도달했지만, 그들은 딱따구리의 부리 모양의 중요성도 발견했다. 위쪽 부리가 아래쪽 부리보다 더 길다. 새가 나무에 박을 때 부리는 아래쪽과 뒤쪽으로 구부러져서 충격의 일부를 흡수한다. 연구자들은 이런 발견들이 새로운 헬멧을 개발하는 데 아주 유용하다고 믿는다. 사실 몇몇 헬멧 제조업자들은 이미 그 디자인의 기원을 프란츠 카프카까지 거슬러 올라가는 ‘딱따구리 헬멧’을 만들 방법을 열심히 찾고 있다.