연도별 연구과제 106 페이지첫페이지로 이동

현재 빠른 과학의 진보로 인한 환경오염이 대두되곤 한다. 이 문제를 해결할 과학기술의 발전이 필요할 때이다. 우리는 환경오염 중 대기오염에 초점을 맞추었고 탄산수소나트륨의 분해 화학식을 보며 탄산나트륨과 물, 이산화탄소의 합성으로 이산화탄소를 포집할 수 있을 것이라고 생각하였다. 탄산나트륨을 이용한 이산화탄소 포집은 친환경적이며 부산물이 탄산수소나트륨을 재활용할 수 있다는 장점이 존재한다. 따라서 우리는 가압용기를 제작하여 증류수에 탄산나트륨과 이산화탄소를 용해시킨 후 탄산수소나트륨을 석출하였다. 또한 탄산나트륨의 용해된 몰 수에 따른 포집률을 비교하 였다. 이를 통해 효율이 높은 이산화탄소 포집 방법을 찾아낼 수 있었다.

물결파를 이용하여 물체의 모양을 분석할 수 있는 방안을 탐구하였다. 수위 센서를 이용하여 서로 다른 모양의 물체에서 발생하는 물결파의 회절을 감지하고, 수집한 데이터를 바탕으로 딥러닝 모델을 제작한다. 제작된 딥러닝 모델을 이용하면 임의의 실험 데이터를 업로드했을 때 무슨 모양의 물체인지 알 수 있으며 LADAR나 SONAR와 다른 새로운 물체 모양 감지 측정 수단으로 사용될 수 있다. 물결파를 이용한 물체 분석은 회절의 원리를 바탕으로 한 실험 데이터 분석이며, LADAR와
SONAR는 반사의 원리를 바탕으로 하므로 연구의 차별성과 의의가 크다.

주제어: 물결파, 회절, 모양, 분석, 모델

본 연구의 목적은 유속에 대한 저항력으로 회전하는 터빈의 모양의 효율을 극대화하기 위해 가장 효율적인 발전이 가능한 터빈 모양을 출력하고 효율적인 전력 생산을 유도하는 것이다. 사회에서는 인구가 증가함에 따라 더 많은 자원을 요구하는 상황이 증가하고 있다. 이러한 상황에서 기존의 발전기의 형태를 조금 더 효율적인 모양으로 재설계해 대체함으로써 동일한 환경에서 더 많은 전력을 생산할 수 있다. 결과적으로 증가하는 인구와 필요한 전량이 해결될 것으로 생각된다.

주제어: 풍력 발전, 새로운 모양의 터빈, 친환경

수산물가공폐수와 같이 염분이 함유된 폐수의 경우 염소이온으로 인해 미생물에 의한 생물학적 처리효율이 악화된다. 본 연구에서는 전기분해를 이용하여 고염분의 수산물가공폐수를 처리해 보았 다. 또한, 일반적인 전기분해 폐수처리 연구가 산화전극의 종류에 따른 처리효율 차이를 연구하는데 반해, 본 연구에서는 환원전극 비교를 통해 처리효율의 차이가 발생하는지 확인하고자 하였다.
실험결과, 염소가스 발생량이 적은 조건(0.2A/L)에서는 환원전극에 따라서 질소제거효율이 상이 하게 나타났는데, 질산성 질소가 질소가스로 환원되는 과정에서 환원전극의 종류에 따른 차이를 발생시킨 것으로 판단된다. 이는 폐수 중의 다양한 오염물질을 분해하는 경우에 산화전극의 종류뿐만 아니라 환원전극의 종류에 따른 환원특성도 중요한 인자가 될 수 있다는 것을 의미한다.

주제어: 수산물 가공폐수, 전기분해, 산화전극(Anode), 환원전극(Cathode), 전류밀도

본 연구는 천연재료로 만든 유 흡착제의 사용 가능성과 장점을 확인하는데 목적을 두었다. 세분된 연구 목적은 다음과 같다. 첫째, 생태교란종을 포함한 자연 폐기 식물을 이용한 천연오일 페이퍼 제작 방법을 탐색하고, 제작된 천연오일 페이퍼의 기름 흡수율을 비교하여 경제적, 환경적 측면에서 가장 우수한 천연 오일 페이퍼 재료를 선정할 수 있다. 둘째, 현 화학 오일 페이퍼의 가장 큰 단점인 기름 회수율이 없다는 것을 보완하기 위한 방안으로서 천연오일 페이퍼가 흡수한 기름을 회수할 수 있는 재료를 선정하고, 회수율이 가장 높은 천연오일 페이퍼의 제작 조건을 탐구한다. 셋째, 오일 페이퍼의 후처리 방식이 소각이라는 점에서 발생하는 환경 오염 문제를 해결 하기 위하여 천연 오일 페이퍼와 화학적 오일 페이퍼의 소각 시 발생하는 유해가스를 분석하여 환경적인 면에서의 천연 오일 페이퍼의 장점을 알아본다.
다음으로 연구 방법이다. 기준에 부합한 재료인 칡, 도라지, 감초, 율피로 한지 제작 과정을 모방해 천연 유 흡착 재제작을 한다. 제작한 유 흡착제의 물리적인 성질을 확인한다. 이후 화학적 유흡착제와의 비교를 통해 기름 흡수율 및 재사용 가능성을 확인한다. 마지막으로 유 흡착제 후처리 과정에서의 환경적 이점 또한 알아본다.

주제어: 기름유출사고, 오일페이퍼, 천연재료, 재활용 가능성, 한지

뛰어난 전기전도성과 열 전도성으로‘꿈의 신소재’라고 불리고 있는 그래핀은 탄소 원자들이 육각형 구조로 나열된 2차원 물질이다. 그러나 화학 기상 증착법(CVD) 혹은 화학적 박리법을 통해 대량으로 합성된 그래핀을 금속 표면으로부터 박리하는 과정은 아직까지 복잡한 화학적 절차를 통해 이루어지고 있다. 따라서 본 팀은 정전기를 이용하여 그래핀을 금속 표면으로부터 박리하는 연구를 진행하였다. 이 연구를 통해 그래핀이 정전기력만으로 박리가 가능한지를 확인하고, 그래핀이 각각의 전압에서 어떤 양상으로 박리되었는지 분석하여 이 기술의 발전 가능성을 확인할 것이다.

주제어: 그래핀, 정전기, 박리, 최적 전압

망막 이상으로 인한 시각 장애는 직접적인 치료가 어렵기 때문에 인공 시각 기술의 필요성이 대두 되고 있다. 그러나 현재의 인공 시각 기술은 높은 비용과 낮은 품질 등의 제약이 있다. 본 연구에 서는 Python 코드를 활용하여 망막 신경절 세포의 spike timing 데이터를 분석하고, 상호 정보량 (Mutual information)을 계산하였다. 결과적으로 spot 자극과 image 자극은 비슷한 정보량을 가지며, 동일한 자극을 여러 번 제공했을 때에도 일정한 정보량을 나타냈다. 앞으로 다양한 실험 데이 터를 본 연구의 코드에 대입하여 비교한다면 각각의 시각 자극에 대한 정보량과 세포의 반응 차이를 이해할 수 있을 것이며 이를 바탕으로 인공 시각의 품질을 향상시킬 수 있을 것이다. 이 연구는 인공 시각 연구 분야에서 혁신적인 가이드라인을 제시할 것으로 기대되며, 망막 신경절 세포와 유사한 정보량을 전기 신호로 모방하는 기술의 발전은 시각 장애를 가진 개인들에게 혁신적인 시각 보조 도구를 제공하는데 기여할 것이다.

주제어: 인공 시각 기술, MEA, 상호 정보량, 계산 신경 과학

대체육은 환경 문제 및 동물 복지의 관심이 증가하면서 그 수요가 점점 늘어나고 있다. 대체육은 질감, 맛, 영양소 면에서 실제 육류와 유사해지고 있으며, 그 맛을 구현하는 데에는 Heme이 필수 적이다. 현재 Heme은 미생물 유전자 변형 및 해조류 추출을 통해 많이 얻어지고 있다. 지금까지 대체육 산업에서의 heme 추출에 사용되는 해조류는 미역과 다시마였고, 이에 대해 추가적으로 유의미한 양의 Heme을 추출할 수 있는 생물을 찾는다면 대체육 산업이 더욱 확대되어 사육에 사용되는 토지가 줄어들어 환경, 동물 윤리 등의 문제에 큰 도움을 줄 수 있을 것이다. 또한 그 생물이 현재 수요가 없어 낭비되고 있는 자원이라면 더 긍정적인 영향을 줄 것이라고 생각했다. 따라서 본 연구에서는 Heme의 추출 효율이 높은 해조류와 식물을 모색해 대체육 산업의 효율을 증대시키고자 한다.

주제어: heme, 해조류, 대체육, 식물, 헴 추출

정팔면체, 정이십면체, 이십십이면체, 삼각기둥, 육각기둥, 깎은 정육면체 구조의 다양한 텐세그리 티를 제작하였고, 그 중 고무줄, 다이니마 실, 털실로 제작 정팔면체와 이십면체 텐세그리티를 가지고 압축강도 실험을 진행하였다. 텐세그리티를 제작할 때 사용한 고무줄, 다이니마 실, 털실의 인장 강도와 텐세그리티의 압축강도와 어떤 연관이 있는지를 분석하였다. 본래 실은 인장력을 견디는 용도로 사용되지만, 텐세그리티 구조를 통해 압축력을 견디는 힘으로 바꿀 수 있음을 알게 되었다. 정팔면체는 보다 큰 압축력을 견딜 수 있고, 정이십면체는 압축력에 유연한 반응을 보이는 특징이 있음을 알게 되었다.

주제어: 텐세그리티, 안정구조, 인장력, 압축 강도

본 연구는 재난 현장에 투입되는 구조로봇의 구동방식에 따른 안정성을 비교했다. 기본 로봇 틀을 만들고 구동방식을 교체해가며 실제 재난 현장과 유사하게 꾸며진 환경에서 안정성을 비교하는 실험을 진행하였다. 실험은 체크리스트를 만들어 점수를 매기는 방식으로 진행하였고, 안정적인 구동 방식의 특징을 알아보았다.
각 구동계에 대해 평지, 장애물 코스, 8자 코스, 경사면을 이용해 각 코스의 통과시간, 최대등반 각, 비틀림, 견인력, 최대적재하중, 가속력, 제동력, 회전반경, 에너지 효율, 내구도를 측정하였으며각 부분에 대해 가장 우수한 성능을 보인 구동계를 분석하였다.
바퀴형과 메카넘휠형 로봇은 제동력, 견인력은 좋지만 장애물 탈출 능력은 다소 떨어진다는 점에서 비슷한 양상을 띄었지만 메카넘휠형의 성능이 바퀴형보다 대체로 더 우수했다. 캐터필러형은 최대적재량과 내구성, 장애물 탈출 능력은 모두 우수했지만 나머지 부분은 모두 부족했다. 이러한 특성을 고려하여 전기사고, 화재사고, 원전사고 등의 비교적 장애물이 없고 평지위주로 된 재난현장에 서는 메카넘휠형 재난로봇이 유리하고 지진, 해일, 산사태 등의 재난현장은 건물붕괴나 물건파손으로 인해 장애물이 발생하므로 캐터필러형 재난로봇이 유리하다는 결론을 얻을 수 있었다.

주제어: 재난로봇, 재난구조, 로봇공학, 구동방식, 안정성

Aflatoxin은 곰팡이의 2차 대사 산물로 1급 발암물질이다. Aflatoxin은 일반적인 조리 온도에서는 제거되지 않으므로 이를 없애기 위해서는 약 300°C 이상의 온도에서 가열해야 한다. 그 외 Aflatoxin을 없애는 여러 물리, 화학적 방법은 효과적이지만 식품 자체에 영향을 미친다는 단점이 존재한다. 하지만 유용 미생물인 젖산균을 이용하여 Aflatoxin을 흡착하는 방법은 그러한 단점이 없다. 특히 Aflatoxin이 미생물의 Peptidoglycan 층에 결합할 수 있다는 선행 연구를 기초로 서로 다른 종류의 Peptidoglycan 층을 가진 그람음성균과 그람양성균, Peptidoglycan, 3종의 효소를 처리한 균주, 세포벽 추출물의 Aflatoxin 흡착 성능을 ELISA법을 통해 측정하였다. 실험에서 측정된 결과를 토대로 Aflatoxin 흡착 능력은 살아있는 균주, Peptidoglycan, 세포벽 추출물, 3종의 효소 처리군 순으로 효과적임을 알 수 있다. 또한 그람음성균에 Lipase를 처리하면 지질 성분으로 구성된 세포막 성분이 분해되어 흡착 능력이 올라간다. 마지막으로 α-Amylase를 처리하여 Peptidoglycan 을 단당류로 분해하였을 때 더 높은 Aflatoxin 흡착 능력을 가질 수 있음을 확인하였다.

주제어: Lactobacillus, Aflatoxin binding, ELSIA, Peptidoglycan

현대 사회에서 플라스틱은 우리 생활에서 꼭 필요한 물질이지만, 플라스틱 폐기물은 미세플라스틱을 생성하며 자연 분해가 오랜 걸리기 때문에 심각한 환경 문제를 일으킨다. 이 연구는 다양한 종류의 플라스틱을 효과적으로 분해할 수 있는 미생물을 찾는 것을 목표로 한다. PP, PE, PET에 대해 분해성을 가지는 Bacillus sp.와 Rhodococcus ruber, Pseudomonas sp. 세 종류의 미생물의 플라스틱 분해능을 비교하여 플라스틱 혼합물 분해에 가장 적합한 미생물 균주를 알아내었다. 이를 위해 한달 간 일주일 간격을 두고 주사전자현미경으로 플라스틱 표면의 변화를 관찰했다. 본 실험 에서는 플라스틱 혼합물을 분해할 때 Bacillus sp.가 가장 효과적인 미생물인 것으로 확인되었다.

주제어: 플라스틱, 환경문제, 미생물, 생분해, 분해성