연도별 연구과제 124 페이지첫페이지로 이동

조류가 비행 중 날갯짓을 할 때 날개와 이동방향 사이의 각도의 차이로 인해 앞으로 나아가는 힘인 추력을 받게 된다. 이러한 추력은 상향 날갯짓 도중에는 조류의 이동을 방해하는 방향으로 작용하고 하향날갯짓 도중에는 조류의 이동을 돕는 방향으로 작용한다. 이러한 요소가 비행체의 비행에 미치는 영향을 조사하기 위하여 조류의 날갯짓을 모방한 비행체의 날갯짓에서 상향 날갯짓과 하향 날갯짓의 시간의 비율이 비행체의 비행에 끼치는 영향에 대하여 실험하였다. 비행체가 상/하향 날갯짓 비율을 달리하며 비행체가 날갯짓을 하는 동안 받는 평균적인 추력을 측정하여 가장 효율적인 비행에 적합한 상/하향 날갯짓 비율의 데이터를 추출해내었다.

▪ 주제어: 날갯짓 비행체, 상/하향 날갯짓, 추력, 양력

본 연구는 최근 관심이 집중되는 기술 중 하나인 전기 변색 기술에 대해 전기 변색 물질, 그 중에서도 금속 산화물의 종류에 따른 전기 변색 소자의 투과도에 대한 연구이다. 두 가지 투명 전극의 특성을 비교하여 실험에 적절한 투명 전극을 선택한 뒤에 전해질(Electrolyte)을 제작하였고 WO3(tungsten trioxide)와 Ni(OH)2〔(Nickel(II) hydroxide〕의 두 가지 종류의 금속 산화물을 적용한 닫힌 회로를 구성하여 전기 변색 소자를 직접 제작하여 비교하였다. 더 나아가 본 연구를 통해 에너지 절약 측면에서 우수한 스마트 윈도우에 적용하기에 적합한 전기 변색 소자를 찾고자 하였다.

▪ 주제어 : 전기 변색 기술(Electrochromic technology), 닫힌 회로(Closed circuit),　 투명 전극(Transparent electrode), 전해질(Electrolyte), 투과도(Transmittance)

통계자료 조사 결과 현재 단순 노동직 또는 가정주부 등의 여러 직업군에서 근력을 보조할 수 있는 기기가 필요한 상황이다. 또한, 마비 환자 수는 증가하고 있으나, 재활치료율은 이에 미치지 못해 재활치료기기의 개발이 필요하다. 기존의 근력 보조 디바이스는 부피가 크고 Bulky해 제대로 착용하기 어렵다는 단점이 있었다. 이에 실리콘을 이용해 경량형 소프트 글러브를 제작하였다. 1차에서 7차 프로토타입 제작 과정을 거쳐 착용성이 높은 소프트 글러브를 설계하고 제작하였다. 응력해석과 착용감 테스트를 통해 제작한 소프트 글러브가 견고하고 착용성이 우수하다는 것을 확인하였다. 소프트 글러브는 인체 공학적 설계로 Adaptability가 높고 땀 배출이 잘 되어 활동성이 우수하다. LPF를 적용한 정밀한 EMG 신호 제어를 통해 근전도 신호를 정밀하게 구했다. 최종적으로 제작한 경량형 소프트 글러브가 평균 30.02%의 근력 보조율을 보인다는 것을 실험을 통해 보였다.

▪ 주제어: 소프트 글러브, 근력 보조, EMG 신호, 응력 해석
 

전 세계적인 재생에너지에 대한 관심과 필요성의 증가로 풍력발전이 대두되고 있다. 재생 에너지 중 하나인 풍력 발전은 일정한 뱡향으로 부는 바람에서만 사용이 쉬우며 바람의 방향이 수시로 바뀔 때는 날개의 방향 역시 수시로 바뀌어 져야만 한다. 이러한 문제를 간단하게나마 해결한 것이 바람의 방향과 회전축의 방향이 수직인 수직 축 풍력 발전이다. 그러나 수직 축 풍력 발전은 우리가 흔히 관찰할 수 있는 수평 축 풍력 발전보다 발전효율이 매우 낮다는 단점이 있고, 2차원상의 방향에 대한 바람에서만 발전이 가능하다. 하지만 만약 모든 방향의 바람에 대해 1차원 축에 연결된 물체를 회전시킬 수 있다면, 단순히 높은 곳에서 떨어뜨리는 것만으로도 발전기를 설치하거나, 빠른 바람이 분다고 알려진 목성형 행성 등에서도 발전을 기대해볼 수도 있다. 본 연구에서는 모든 방향의 바람에 대해 회전시킬 수 있는 회전날을 여러가지 물리, 수학적 도구들을 사용하여 시뮬레이션을 해본 후 실제로 그 회전날을 3D 프린터로 제작 후 작동을 직접 실험하여 봄으로써 모든 방향의 바람에 작동할 수 있는 물체를 개발하고자 한다.

▪ 주제어: 바람, 풍력에너지, 물리, 블레이드, 회전

이 연구에서는 기존에 널리 사용되는 방식인 유압식 펌프를 이용한 로봇팔, 또는 기계식 로봇팔은 인간의 팔근육과는 작동원리가 서로 달라서 단지 외형만 유사한 힘을 내는 도구로써 작용한다는 한계점이 있다는 것을 인식하였다. 따라서 이를 개선하기 위해 최대한 인간의 팔과 유사한 구조와 원리를 이용한 로봇팔을 만들기 위해 장력과 MG -996R 모터를 이용해서 물체를 들어 올리는 원리를 적용하여 설계, 제작해보았고, 근육 모방식 로봇팔과 기계식 로봇팔의 지탱 가능한 최대 질량을 이론적으로 구해보고, 실제로 실험을 통하여 이 연구에서 제작한 근육 모방식 로봇팔이 기계식 로봇팔에 비해서 더욱 많은 질량의 물체를 지탱할 수 있다는 것을 확인하였다.

▪ 주제어: 로봇팔, 장력, 힘의 작용점

공기 속 물체의 유효단면적이 커질수록 항력의 크기가 커진다는 것은 잘알려져 있지만 물체의 종횡비, 표면무늬와의 관계는 자세히 알려져 있지 않다. 따라서 이번 탐구를 통해 물체의 종횡비와 표면무늬에 따라 물체가 받는 표면마찰의 크기가 어떻게 변하는지를 알아보고자 한다. 고층건물, 자동차 등의 물체들은 에너지절약, 구조의 안정성 등을 이유로 공기저항으로 인한 표면마찰을 줄이는 것에 적용하고자 한다.

연흔은 유체의 운동으로 인해 발생한다. 특히 물결파가 정상파의 형태로 발생할 때의 연흔 구조와 수심, 정상파의 파장과의 관계를 찾고자 한다. 연구결과를 응용한다면 반사파가 발생하여 정상파가 공명되는 특수한 환경에서의 연흔 모양을 통해 정상파의 파장과 수심을 역으로 예측하는 것에 활용할 수 있을 것이고 정상파 발생 수조에서 진동자의 진폭을 통제하여 다양한 파장을 가지는 정상파를 만들고 그 정상파로 인해 발생하는 연흔의 모양을 조사한다. 또한 수심을 바꾸어가면서 연흔의 모양을 조사한다. 실험을 통해 연흔의 구조가 정상파의 형태에 영향을 받는다는 것을 실험을 통해 밝힐 수 있었다. 이를 이용하여 공룡 발자국 주변의 연흔을 통해 당시 파도의 물리적 환경을 예측할 수 있을 것이다.

▪ 주제어: 정상파, 연흔
 

저항은 금속의 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다. 응력이 작용하게되면 길이와 단면적이 변화하고  따라서 금속의 응력변화에 따라 금속의 저항은 달라진다. 이 둘사이의 관계를 통해 힘과 저항 변화사이의 관계식을 도출해내고자한다. 이를 통해 구조물의 응력을 즉각적으로 분석하고자 연구를 진행하였다. PASCO Stress/ Strain system, interface, current probe와 휘트스톤 브릿지를 이용하여 금속의 저항변화를 정밀하게 측정한다. 그 이후 3d프린터를 통해 교각, 건물 등을 출력하고 앞서 실험데이터를 바탕으로 부분적인 응력을 측정하여 이를 시각화한다. 그 후 이론적으로 혹은 시뮬레이션을 통해 계산한 응력분포비율과 비교하여 정밀도를 판단하고 실용화가능단계까지 발전시킨다.
 

현재 시중의 조명을 보면 모든 방향으로 항상 같은 세기의 빛이 나온다. 이때 같은 장소에서도 집중력이 필요한 공간과 휴식을 취하는 공간이 있듯이 각 공간의 사용 용도에 따라 필요한 빛의 세기나 조명의 종류가 다르므로 모든 방향으로 동일한 빛이 나오는 것은 에너지와 실용성 측면에서 모두 비효율적이다. 또한 모든 방향으로 같은 세기의 빛이 나올 경우 조명의 인근에 위치하지만 빛을 원치 않는 대상들은 빛 공해에 의한 피해를 입을 수 있다. 그러므로 이 문제점을 보완하기 위해 조명을 구역화하여 부분적으로 빛의 세기를 조절하되, 필요한 빛과 도달하는 빛의 오차를 최소화하는 방향으로 최적화하여 빛의 세기를 구하는 알고리즘을 제작한다. 결과적으로 제작한 알고리즘을 바탕으로 아두이노를 이용하여 스마트 조명을 구현해내는 것이 본 연구의 목적이다.

▪ 주제어: 스마트 조명, 밝기 조절, 에너지 효율, 구획화

분체 입자 간에 힘이 전달되는 원리인 Force Chain을 이해하고 이를 이용해 변인 통제를 통해 입자의 종류 및 크기, 양, 그리고 피스톤의 종류에 따른 압력 분포를 압력 센서를 이용해 비교해보았다. 또한 피스톤의 모양을 달리하여 이에 따른 압력 분포를 알아보았고, 핀과 분체를 함께 이용하여 같은 힘을 가했을 때 나사에 전달되는 힘의 정도를 실험 장치를 직접 설계하고 힘 센서를 이용해 측정하여 비교해보았다. 분체의 종류에서는 입자의 크기가 작을수록 위에서 가한 힘이 고르게 전달되어 분포하였으며 대체로 블레이드에 들어있는 분체의 양이 충분해야만 압력이 고르게 분포하였다. 피스톤 모양의 경우 위에서 동일한 힘을 가했을 때 뾰족한 경우가 분체를 통한 나사에 힘의 전달이 잘 되었다. 따라서 나사의 모양에 따라 피스톤의 모양이 바뀌도록 각 핀을 유동적으로 움직이게 하여 나사를 돌려보았다. 같은 힘을 가했을 때 나사에 힘이 전달되는 정도를 측정한 실험에서는 핀으로만 제작한 블레이드가 핀과 분체를 함께 사용한 블레이드보다 힘 전달 정도가 높게 나타났으나 윗부분에 압력을 가하지 않았다는 점과 실험에 사용한 나사의 크기가 크다는 점을 고려한다면 분체를 함께 사용했을 때가 힘 전달이 더 잘 될 것으로 예상된다. 앞으로 연구 결과를 바탕으로 가변형 드라이버를 최종 제작하고자 한다.

▪ 주제어 : 분체, 가변형 드라이버

골전도 이어폰은 기존의 이어폰과는 다른 방식으로 외이 및 고막의 진동을 생략하고 두개골의 뼈를 통해 진동을 내이의 달팽이관으로 전달함으로써 소리를 들을 때 외이의 피로도를 줄일 수 있고 운동이나 각종 활동적인 상황에서 기존의 이어폰과는 달리 외부의 소리를 대부분 그대로 들을 수 있는 장점이 있지만 진동이 외부로 잘 들리고 가격에 비해 음질이 떨어지는 등의 결정적인 단점이 있어 많은 사람들이 사용하기에 부족한 면이 있다. 골전도 이어폰의 장점은 그대로 살리면서 기전도와 골전도의 음질의 차이를 줄여 골전도 이어폰의 가치를 높이기 위한 연구를 진행하고자 한다.

▪ 주제어: 골전도 이어폰, 기전도, 파형, 보정, 음파

본 연구는 콘택트렌즈의 활용 범위 확대로 인해 새롭게 만들어지는 콘택트렌즈 중, 항산화 기능을 가지는 고습윤성 콘택트렌즈의 개발 가능성에 관하여 연구하였다.
안구 내 활성산소는 각종 안질환을 유발하기에 항산화 기능을 가진 물질의 처방은 안질환 발병 위험을 낮추는 데 필요하다. 안구 내 물질 투여는 경구투여보다 콘택트렌즈를 통한 투여가 더 효율적으로 작용하기에 활성산소 제거 기능의 콘택트렌즈의 개발이 필요하다.
본 연구는 항산화 기능과 고습윤성 기능을 넣어 제조한 렌즈와 그 대조군 렌즈를 포함한 9개의 렌즈의 렌즈 적합성 및 고습윤성, 항산화 기능을 판단하기 위해 가시광선 투과율 측정, 함수율 및 접촉각 측정, DPPH assay를 진행하였다. 결론적으로 항산화 기능과 고습윤성 기능을 가진 콘택트렌즈를 제조할 수 있음을 알 수 있었으며, 이는 안질환의 발병 위험을 보다 효과적으로 낮출 수 있음을 시사했다.

▪ 주제어: 칼라 콘택트렌즈, 항산화, 활성산소, 하이드로겔, 습윤성