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자동차는 우리가 일상에서 가장 많이 접하는 교통수단 중 하나이다. 그만큼 우리의 삶과 밀접하게 연결되어 있고 사용 빈도가 높아짐에 따라 사고 비율도 높아질 것이다. 그렇기에 안전성을 확보해 사고로 인한 인명피해를 줄이는 것이 중요하다. 이러한 안전성을 확보하려는 노력중 하나가 자동차 경량화이다. 자동차 경량화를 통해 질량을 줄임으로써 교통사고 시의 충격량을 줄이고 나아가 연비를 syvdu 환경에도 좋은 영향을 미친다. 이 연구에서는 Fusion 360이라는 3D 모델링, 시뮬레이션 프로그램을 활용해 충돌 시 자동차 경량화에 따른 충격의 감소를 알아본다. 더하여 아두이노를 통해 실제 경량화 소재에 따른 충격의 완화 정도를 조사하고, 아두이노와 Fusion 360 시뮬레이션을 통해 가장 효율적으로 충격을 줄여줄 수 있는 경량화 소재를 알아보고자 한다. ▪ 주제어: 자동차 경량화, 경량화 소재, Fusion360, 시뮬레이션, 3D모델링
우리 주변에서 지나치던 문제점에서 창의적 문제 해결 프로세스를 활용하여 문제점을 찾고 그를 해결할 해결책을 구상하여 그에 대한 공학적 설계를 진행한다. ▪ 주제어: 디자인 사고, 융합적 사고, 창의성, 사용자 관찰
Raspberry Pi와 Python OpenCV의 알고리즘을 이용하여 안티 드론 레이저를 제작하였다. Raspberry Pi 4는 연구 과정에서의 Python 알고리즘을 원활하게 구동하였고 Raspberry Pi를 이용한 효과적인 안티 드론 레이저 개발에 대한 가능성을 얻을 수 있었다. 그리고 다양한 tracking 알고리즘에 대한 실험을 통해 OpenCV Tracking API인 CSRT의 성능을 71% 성공률이라는 값으로 결과를 입증하였다. 라즈베리파이라는 경제적인 제어기를 이용해서 효과적이고 실용적인 안티 드론 레이저, 객체 추적 장치를 만들 수 있다는 결과를 보여주었으며, 이 결과를 활용할 수 있는 분야가 매우 넓고 안티 드론 레이저를 직접 개발하는 과정에서 공학적 원리와 알고리즘을 학습할 수 있었다 ▪ 주제어: 레이저, 안티 드론, 객체 인식, 개체 추적
로켓 엔진의 효율을 높이기 위한 방법으로 노즐이 고안되었으나, 그 노즐 외곽 곡선의 형상에 관한 일반적인 식은 없었다. 이 연구에서는 노즐의 기본 성질을 바탕으로 그 식을 도출해 내었다. 우선 주어 진 노즐 목에 대하여 확장비를 나타내는 식을 더 일반화했다. 노즐 배출구의 반지름을 유도했으므로, 노즐에 흐르는 유체의 점성을 고려하여 노즐 벽의 기울기를 계산하면 로켓 노즐 외곽 곡선의 방정식을 얻을 수 있다. ▪ 주제어: 노즐, 수렴-발산형 노즐, 드 라발 노즐, 로켓 엔진
길거리나 대부분의 건물에서 휠체어의 사용이 어려움을 느꼈다. 오르막 길과 같이 휠체어를 사용하여 가기 위해 큰 힘이 필요한 곳에서 힘이 부족할 경우 자의적으로 해결하기 어려울 것이다. 이를 위해 동력이 구현된 휠체어를 구상해 보았고 친환경적인 동력이 가능한 구조를 생각해 보다 태엽을 떠올리게 되었다. 휠체어를 놔둔 상태에서 태엽을 손으로 감을 수 있도록 하고 동력이 필요할 때 사용자가 태엽을 풀 수 있도록 하여 휠체어를 끌기 쉽게 할 수 있도록 구상하였다. 태엽스프링을 주문제작하고 태엽스프링을 바퀴와 연결시키며 사용자가 쉽게 사용할 수 있는 장치를 만들어 휠체어에 사용할 수 있도록 만들었다. ▪ 주제어: 에너지 저장, 태엽, 휠체어
에어포켓 형 매트의 에어포켓(반구) 안에 태양광 모듈과 빛을 모아주는 렌즈, 거울을 설치한다. 렌즈가 집광하고 거울에 반사된 태양 빛을 이용하여 태양광 모듈이 더 많은 전기를 생성하게 하는 것이 목적이다. 추가로, 에어포켓의 공기로 건물을 단열할 수 있으며, 태양광 모듈은 반구 안에서 외부환경으로부터 보호된다. 진행한 실험은 태양광 모듈의 효율이 가장 높은 렌즈의 설치 형태는 어떠한지 알아보는 실험이다. 시뮬레이션을 통해 모형을 결정하고 반구에 렌즈와 거울을 붙여 직접 제작한다. 전압과 전류를 pasco를 이용하여 측정하여 제작한 반구에서의 전력을 측정한다. 실험해본 결과 효율이 아무것도 없는 태양광 모듈보다 대략 20% 높았다. ▪ 주제어: 태양광발전, 매트, 볼록렌즈, 태양
최근 과학 기술이 발달함에 따라 자동차, 로봇, 스포츠 등 다양한 산업 분야의 기능성 향상에 대한 요구가 증가하고 있다. 자동차 산업의 경우 2000년대에 들어 화석연료 고갈 및 내연기관 자동차에 의한 환경오염 문제가 대두되기 시작하면서 배기가스에 대한 규제가 강화되기 시작하였다. 이에 따라 내연기관 자동차의 대안으로 전기자동차에 관한 관심이 급증하기 시작하였다. 따라서, 전기 자동차의 안전성 향상, 경량화 및 고효율화 등의 목적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 차체 내부 온도는 기온 및 차량 자체의 열 발생에 의해 영향을 받는다. 현재 사용되는 차체의 경우 열의 유입 및 유출이 원활하여 에너지의 손실이 발생한다. 차체를 통한 열의 유입 및 유출의 방지(단열)를 통해 에너지의 고효율화 및 사용자의 쾌적성 향상이 가능하다. 하지만 재료 물성만을 통해 이를 극복하기에는 한계가 있다. 따라서, 열의 흐름을 3차원으로 제어하여 이를 극복할 수 있는 구조의 개발이 필요하다. ▪ 주제어: 유한요소해석 (Finite Element Analysis), 단열 (Thermal Insulation), 열전달 (Heat Transfer), 메타구조 (Meta-structure), 3D 프린팅 (3D Printing)
본 연구에서는 초광대역 레이더 센서를 활용한 호흡상태 분류의 방법을 제안한다. 호흡상태는 사람의 상태를 나타내는 생체신호들 중 하나이고, 비교적 간단하게 신호를 획득할 수 있다는 점에서 호흡신호를 활용한 응용분야에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 일정시간동안 호흡신호를 수집하여 분석한 후 호흡 상태를 확인할 수 있는데, 현실적으로는 사람의 호흡신호는 매우 다양한 패턴을 보이기 때문에 시계열 데이터만으로는 호흡 상태 분석이 어려운 경우가 많다. 본 연구에서는 시계열 데이터를 직접 활용하여 다양한 통계분석 결과를 활용하여 호흡 상태 분류를 시도해 본다. 그리고 주파수 영역에서의 호흡신호를 분석하는 푸리에변환을 활용하여 호흡상태 분류를 시도해 본다. 연구 결과 고주파 성분 및 저주파 성분의 양을 통해 호흡상태를 분류 할 수 있음을 확인하였다. ▪ 주제어: 호흡신호, 레이더 센서, 신호 분류, 푸리에 변환
동맥경화 여부를 간편하게 측정하기 위하여 Windkessel model을 활용하여 유량을 측정하여 이를 기반으로 동맥(관)의 탄성도를 확인하는 실험을 설계하였다. 유량을 측정해야할 센서를 사용하지 못하고, peristaltic pump를 이용하여 심장 박동의 압력 그래프를 정교하게 구현하지 못한다는 점으로 인해 CAM을 이용하여 지진계의 원리를 차용한 방식으로 유량을 측정하는 등의 연구 과정 상 계획 변경이 있었다. 추후에는 이 새로운 설계를 기반으로 기기를 제작 후 다시 유량을 측정하여 동맥의 탄성도를 측정하려고 한다. ▪ 주제어: Windkessel model, 동맥경화측정기구, CAM
본 연구에서는 로봇들의 직업 대체가 가져올 변화에 대해 장애인 배려라는 최종적 목적을 가진다. 세부적으로 청각장애인들을 위한 수화 번역기로 소주제를 선택해 가능성을 보여준다. 로봇과 청각장애인들의 소통이 원활히 되도록 로봇손 제작을 위해 3D 모델링과 프린팅으로 부품을 뽑고 조립한다. 음성인식 모듈을 사용해 로봇 손에게 말을 하면 알맞은 수화를 구현한다. 식당 서비스 로봇, 백화점, 매장 등의 서비스 로봇에게 적용 가능하며 이를 적용할 경우 청각장애인들의 활동 범위를 넓힐 뿐 아니라 사회적인 활동의 창출 가능성을 볼 수 있다. 지속적으로 기술이 발전된다면 한가지 언어나 특정 음성에만 적용되는 것이 아니라 다양한 나라의 언어와 모든 사람의 목소리가 주인공이 되는 수화 번역기의 전망을 볼 수 있다. ▪ 주제어: 수화, 로봇손, 장애인 배려, 수화 번역기, 지속적
ROS 시스템과 ‘Turtlebot3 burger’를 이용하여 2가지 방법으로 자율주행을 시도해보았다. 라이더 센서를 이용해서 주변의 구조를 파악하고 원하는 방향으로 스스로 이동하는 방법과 picamera를 이용해서 바닥의 도로를 따라 주행하는 방법에 대한 연구가 이루어졌다. 연구 진행은 turtlebot에게 명령하기 위한 ROS(Robot Operating System) 설치, 컴퓨터로부터 받은 명령을 실행하기 위한 turtlebot의 rasberrypi와 컴퓨터를 연결, 다양한 명령어 실행을 통해 라이더 센서를 이용한 주행을 해보았다. 그 다음으로는 picamera를 통해 받는 영상에서 직선, 곡선 경로, 정지판을 인식하고 경로에 따라 직진, 회전, 정지를 하는 명령을 탐구하고 직접 실행시키는 순서로 연구가 진행되었다. 라이더 센서를 이용한 방법으로 원하는 목적지에 성공적으로 도착했다. picamera를 이용한 방법의 경우, picamera의 영상 속도가 느려 종종 경로를 이탈하는 등의 문제가 있었으나 경로에 맞춰 이동하고 정지하는 자율주행을 성공적으로 마무리했다. 이러한 방식을 이용하여 실제 자동차나 다양한 이동수단들에 자율주행 시스템을 탑재하여 상용화할 수 있을 것이다. ▪ 주제어: ROS, Turtlebot3, SLAM, Navigation, piCamera
본 연구는 초음파를 활용하여 인간의 생체 신호 중의 하나인 호흡을 비접촉식으로 측정하기 위해 초음파 송신/수신 회로에 대한 최적화 설계를 진행하였으며, 감지 방식으로는 Pulse-Echo 시간 측정 방식과 변형된 Doppler 주파수 측정 방식을 혼합하여 초음파 신호의 측정 분해능을 개선하였고, 측정된 신호의 노이즈 제거를 위한 디지털 필터와 신호처리를 위한 호흡감지 알고리즘을 Matlab을 활용하여 개선하고 구현한 비접촉식 원격 호흡감지 방식에 관한 연구이다. 기존의 초음파 센서 시스템의 분해능과 호흡감지 알고리즘, 그리고 탐지거리에 대한 개선 방향을 제시하고 측정환경에 대한 비접촉식 호흡감지 방법을 일반화함으로써 본 연구의 결과물이 COVID-19와 같은 감염병이나 사생활이 존중되어야 하는 환경, 의료나 스포츠 환경에서의 생체 신호 측정의 효율성과 편의성을 제공할 수 있는 장점이 있음을 확인하였으며, 연구 과정에서 학습한 다양한 연구용 Tool들과 관련 지식은 향후 다양한 연구 활동에 큰 도움이 될 것으로 사료 된다. ▪ 주제어: 초음파, 거리측정, 레이다, 비접촉식, 생체 신호