자전거를 발명하다
어느 특정 창의적인 사람들에게 **“그래 봤자 자전거를 발명했군”**이라는 풍자적인 속담은 꽤나 불편하게 들릴 것입니다. 그렇지만 이 이동 수단은 150년 동안 기본적으로 변화가 없었습니다. 사람의 근력을 바퀴에 전달하는 구조를 이용하고 있죠.
하지만 자동차에 대해선 왜 비슷한 말을 하지 않을까요? 자동차 역시 기본 구동 원리는 변하지 않습니다. 그러나 혁신가들은 구동 엔진 개선, 서스펜션, 조작 편의성, 실내 편안함, 안전성 향상 등 여러 방면에서 개선 작업을 계속합니다.
아마도 의외일 수 있겠지만, 많은 창의적 엔지니어, 디자이너, 그리고 단순히 자전거를 좋아하는 사람들이 끊임없이 두 바퀴 기계를 개선하기 위한 새로운 해법을 찾아내고 있습니다. 그 결과물이 때로는 대담하고 놀라운 발명으로 나타나죠.
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체인 구동 방식이 시대에 뒤처졌을까?
체인이 없는 자전거
초창기 자전거는 페달을 바퀴 축에 직접 연결하여 구동되었지만, 이후 큰 도약이 이루어졌습니다. 바로 체인 구동 방식이 도입되며 토크 전달이 가능해졌습니다. 시간이 지나면서 체인은 개선되었고, 속도 조절까지 가능해졌습니다.
겉보기엔 이 시스템이 충분히 안정적이고 간단하며 신뢰할 수 있는 솔루션인 것처럼 보이지만, 디자이너와 발명가들은 여전히 새로운 방식을 탐구하고 있습니다.
몇 년 전, 헝가리 엔지니어 그룹이 이탈리아 파도바에서 페달의 힘을 구동 휠로 전달하는 새로운 방식을 선보였습니다. 이 시스템의 이름은 Stringdrive로, 겉모습은 벨트 구동을 닮았지만 실제로는 전혀 다릅니다.
페달 회전 시, 페달에서 나온 힘은 요동 운동을 하는 특별한 레버로 전달됩니다. 이 레버에는 두 개의 풀리를 가진 슬라이더가 장착되어 있으며, 속도 변속 시 톱니형 레일을 따라 위아래로 움직일 수 있습니다.
구동 휠의 양측에는 스프링이 장착된 클러치가 있고, 여기에는 단단히 고정된 와이어가 감겨 있습니다. 이 와이어는 페달 레버의 풀리를 통과해 자전거 프레임에 단단히 고정됩니다.
https://www.youtube.com/watch?v=AAvWD23nHBU#t=52
작동 원리는 다음과 같습니다. 페달이 앞으로 회전하면 와이어가 당겨져 구동 휠의 클러치를 돌립니다. 이 클러치가 바퀴를 회전시키는 역할을 합니다. 페달이 반대 방향으로 움직일 때 클러치는 스프링에 의해 원래 위치로 돌아가며 와이어를 다시 풀리로 감아들입니다. 좌우 페달의 번갈아 작동으로 자전거는 부드럽게 전진합니다.
레버 레일을 따라 슬라이더를 이동시키는 방식으로 토크 변속을 조정할 수 있으며, 이 Stringbike 모델은 총 19단의 변속 단수를 제공합니다.
흥미로운 점은 정지 상태에서뿐만 아니라 이동 중에도 변속이 가능하다는 것입니다. 또한 양쪽 프레임의 변속을 동기화할 수 있을뿐더러 각 페달의 변속을 개별적으로 조정할 수도 있습니다. 이는 하체 발달 정도가 다를 수 있는 사람들에게 유용합니다.
이 자전거의 또 다른 특징은 대칭적인 구조로, 이를 통해 안정성과 기동성을 높였습니다. 테스트 결과, 전통적인 방식의 자전거에 비해 훨씬 더 매끄러운 주행감을 제공한다는 점을 확인할 수 있었습니다.
추가적으로, 폴리머 와이어는 체인과 달리 윤활이나 세척이 필요 없으며, 모래나 물에도 강합니다. 또한 내구성이 체인 구동보다 2-3배 더 높습니다.
전기 자전거 Yamaha PAS
구동력을 휠로 전달하는 독특한 여러 방안도 존재합니다. 예를 들어, 독일과 일본 엔지니어들은 과거 사용되었던 카던 구동 방식을 더욱 완벽하게 개선했습니다.
자동화된 컴퓨터화 변속기, 트랙 지형 및 도로 상황에 따라 최적의 주행 모드를 자동으로 선택하는 기술로 무장한 혁신에 대해 소개합니다. 또한, Yamaha와 Mercedes의 이러한 신제품은 주변 조도가 낮아질 경우 스스로 작동하는 스마트 조명 및 신호 시스템을 탑재하고 있습니다.
겨울철 자전거 보관 방법 혹시 겨울철 자전거를 제대로 보관하는 방법 을 알고 계신가요? 이 자료는 당신의 소중한 자전거 수명을 연장하는 데 도움을 줄 것입니다.
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자전거 프레임을 변경할 수 있을까요?
파이프 대신 케이블
미국의 한 설계팀은 전통적인 삼각형 프레임 구조가 일부 자전거에서 쓸데없이 무게를 증가시키고 있다고 결론내렸습니다.
실제로, 페달에서 핸들바 결합부로 이어지는 관은 단지 늘어나는 장력만을 받습니다. 따라서 이를 강력한 케이블로 대체하는 것은 어떨까요?
이를 통해 자전거의 구조가 상당히 가벼워질 뿐만 아니라, 스프링 완충장치를 스테인리스 강 케이블 전방에 배치하고, 수평 프레임 파이프와 수직 프레임 파이프를 관절로 연결하면 앞바퀴가 받는 충격을 흡수할 수 있습니다. 게다가 전체 구조의 내구성도 전혀 손상되지 않습니다.
이와 같은 자전거는 절반으로 접어서 휴대용 케이스에 넣을 수 있을 정도로 간편하게 접힙니다. 이는 보관하거나 운송할 때 또 하나의 큰 장점이 되죠.
하지만 여기서 끝이 아닙니다. 실험 결과에 따르면 이러한 자전거는 효율성이 크게 증가하는 것으로 나타났습니다.
케이블 전방에 설치된 스프링 에너지를 축적할 수 있는 기능을 가지고 있어, 페달링의 ‘죽은 구간(dead spot)‘에서 소모되던 에너지 뿐만 아니라, 앞바퀴가 충격받을 때의 에너지도 활용할 수 있습니다.
케이블과 스프링이 늘어나면 자전거의 바퀴 간격이 약간 길어지고, 수축하면 전진하는 추진력을 추가로 제공합니다.
넘어지는 것을 두려워하지 마세요!
자전거에서 넘어진 모습
움직이는 자전거는 여러 이유로 안정성을 유지합니다. 그 중 하나는 회전하는 바퀴의 자이로스코프 성질, 즉 공간에서 자신의 축을 유지하려는 특징 때문입니다.
하지만 초보 자전거 운전자에게 이러한 사실을 설명하는 것은 큰 도움이 되지 않습니다. 그들에게 중요한 것은 처음의 넘어질 두려움을 극복하는 것이며, 이후에는 점차 익숙해질 수 있습니다. 이를 위해 초보자, 어린아이, 혹은 어린 시절 이 기술을 배우지 못한 성인을 어떻게 도울 수 있을까요?
해결책은 하나입니다. 안정성을 극대화한 두 바퀴 자전거를 제공하여 몇 초간의 자신감을 부여하고, 그 기간 동안 자전거를 유지하거나 멈출 수 있게 합니다.
이 아이디어로 도출된 해결책은 자연스럽습니다. 바퀴의 자이로스코프 효과를 강화하는 것입니다. 일부 설계자는 이것을 기반으로 보다 안전한 자전거를 제작했습니다.
자이로스코프가 장착된 안정적인 바퀴
그 중 하나는 앞바퀴와 같은 축에, 스포크 내부에 추가 플라이휠-자이로스코프를 설치하는 방식입니다.
플라이휠은 자전거가 움직이기 시작하면 함께 회전합니다. 그 자체로 질량과 관성 요인을 가지고 있어 자전거의 속도가 상당히 줄어든 경우에도 회전하며 자전거의 수직 안정성을 유지합니다.
이 아이디어는 다트머스 칼리지의 학생 팀에 의해 실현되었으며, 그들은 이를 GyroBike라고 명명했습니다. 참고로 이 설계는 특허를 얻어 대량 생산에 들어갔으며, 첫 번째 모델 이름은 이후 설립된 회사 **‘GyroBike’**의 브랜드가 되었습니다.
초기 테스트 결과, 초보 자전거 운전자는 이러한 자전거를 통해 자전거 타는 기술을 훨씬 빠르게 습득할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이 외에도, 이러한 자전거는 운동 능력이 제한된 사람들에게도 훌륭한 도구가 됩니다.
한 가지 단점은 자이로스코프가 자전거가 움직일 때에만 회전하기 시작한다는 점입니다. 그렇다면, 특히 처음 몇 미터를 익히려는 가장 어린 탑승자를 위해 사전에 회전 준비가 가능한 옵션은 없을까요? 물론 가능합니다. 이를 위해 Gyrowheel이라는 전기 자이로스코프가 내장된 바퀴가 개발되었습니다.
최초 제품은 어린이 자전거용 12인치 바퀴였습니다. 해당 구성은 전기 모터, 배터리, 무거운 플라이휠-자이로스코프를 배치할 수 있도록 설계되었습니다. 전동 시스템은 자전거가 움직이기 전에 안정화 시스템을 가동할 수 있게 하며, 자이로스코프의 회전 속도를 획기적으로 증가시켜 자전거의 안정성을 크게 높입니다.
https://www.youtube.com/watch?v=JkOywUxdUlI
첫 모델들의 성공이 두드러져, 16인치 바퀴, 심지어 성인용 표준 자전거 바퀴까지 출시하기로 결정되었습니다. 게다가, 회사는 자전거 제조업체와 협력하여 보다 안전한 자전거 모델을 출시할 계획입니다.
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다리에 휴식을 주자!
프로펠러가 달린 자전거
대다수의 자전거 모델은 주로 탑승자의 다리 근력을 동력으로 사용합니다. 손을 이용한 추진력을 사용하는 흥미로운 설계도 있지만, 이는 이동 수단보다는 스포츠 트레이너와 더 흡사합니다.
설계자들은 항상 자전거 사용자의 삶을 더 편하게 만들고, 이 작은 기계에 추가로 사용할 수 있는 새로운 이동 방식을 고민해 왔습니다.
자전거에는 소형 내연 기관을 설치하기도 합니다. 또한 모터 휠 을 포함해 전기 동력 장치의 다양한 변종이 존재합니다.
어떤 개발자들은 태양광 배터리가 휠에 결합된, 전기를 에너지로 사용하는 전기 자전거까지 개발하기도 했습니다.
그렇다면 자전거의 기본 설계를 크게 변경하지 않고 탑승자의 가속력을 더해주면 어떨까요? 이 방향으로 나아간 것이 바로 백팩 엔진 개발자들입니다.
사실 이 아이디어는 꽤 오래전에 등장했습니다. 열정적인 사람들이 여러 차례 수제 장치를 만들었지만, 몇 년 전 미국의 PacificWind라는 회사가 자전거 전용 백팩 프로펠러 엔진 모델을 시장에 출시했습니다.
이 아이디어는 롤러 스케이트, 스키, 스케이트보드 애호가들에게도 호응을 얻었습니다.
Thrustpac 백팩
이 백팩은 크기가 작고 소음도 크지 않지만, 무려 1.5마력의 출력을 자랑합니다. 이를 통해 페달을 돌리지 않고도 자전거를 시속 50km 이상의 속도로 가속할 수 있습니다. 안전을 위해 프로펠러는 부드러운 재질로 마감된 보호 장치를 갖추고 있습니다.
엔진의 조작 방식도 흥미롭습니다. 유연한 케이블이 전용 장갑과 연결되어 있어, 탑승자가 손가락을 움직이기만 하면 원하는 작업 모드를 설정할 수 있습니다.
또한 매우 경제적입니다. 평균적으로 100km 주행당 약 1.5~2리터의 연료를 소비하며, 백팩의 무게는 5~8kg에 불과합니다. 모델과 출력에 따라 무게가 조금씩 달라집니다.
더 “기상천외한” 아이디어로는 자전거에 휴대용 제트 부스터를 추가하는 방식도 있는데, 이는 일상적인 용도보다는 실험적인 창작활동의 영역에 속합니다.
수제 전기 자전거 수제 전기 자전거의 아이디어 는 실현 가능할까요? 이와 관련된 기사를 웹사이트에서 확인하세요.
뒤쪽 바퀴로 라이딩하며 친구들을 놀라게 하고 싶다면 이 자료를 놓치지 마세요. )
고층에서 뛰어내리는 익스트림 스포츠의 여러 유형에 대한 이야기도 있습니다.
자전거-양서류
자전거-양서류
이것은 단지 신화가 아닙니다. 자전거가 이제 물을 건너는 방법을 배우고 있으며, 잔잔한 물 위를 누비며 여행을 가능하게 만들어줍니다. 그리고 이는 단지 대담한 실험이 아니라 실제로 생산되는 모델입니다.
이탈리아의 SBK 공학 회사는 비제바노라는 도시에서 도로운 사이클을 자가 추진형 카타마란으로 전환할 수 있는 장비 세트를 개발했습니다.
자전거에 항상 부착되어 있는 몇 가지 부품을 제외한 모든 장비는 11kg의 소형 배낭에 쉽게 담깁니다. 자전거를 육지 모드에서 “수상 모드"로 변환하는 데에는 10-15분 정도가 소요되며, 특별한 도구가 필요하지 않습니다.
구동 장치는 나사형으로, 앞바퀴에 부착됩니다. 이 장치는 추진력 제공뿐 아니라 수상 교통수단을 조종하는 데에도 사용됩니다.
자전거를 탈 때처럼 안장에 앉아 페달을 밟으며 자전거의 핸들을 이용해 땅 위에서처럼 이동 방향을 조절할 수 있습니다.
페달의 회전은 뒷바퀴에서 전동 장치로 유연한 케이블을 통해 전달됩니다. 참고로, 이 케이블은 장치를 조립하거나 운반 부력 장치 두 개(킷에 포함됨)를 펌핑하는 데에도 사용됩니다. 자전거를 운동기구처럼 사용하면서 페달을 돌리기만 하면 두 개의 부력 장치를 신속히 펌핑할 수 있습니다.
완성된 카타마란의 하중은 최대 125kg까지 견딜 수 있으며, 수상에서 최대 시속 10km까지 속도를 낼 수 있습니다. 이 속도는 물 위에서 꽤 인상적입니다.
지칠 줄 모르는 설계자와 디자이너들은 계속해서 새로운 자전거를 발명하고 있습니다. 무슨 개선 사항이 또 나올지 궁금한 마음이 듭니다. 하지만 그들의 혁신적인 아이디어는 오늘도 그리고 앞으로도 계속될 것이 분명합니다.
