연도별 연구과제 142 페이지첫페이지로 이동

공학이나 유체역학 분야에서 터빈과 같은 회전 역학적 물체를 다룰 때 관성모멘트 값은 중요하다. 적분을 통해 관성모멘트를 구하는 방법은 물체가 간단한 함수식으로 나타내어지지 않거나 물체의 밀도를 구하기 힘들 때 등에는 적용하기 어렵다. 본연구에서는 이런 문제점들을 해결하고 물체의 관성모멘트를 실험적으로 구해내고자 물리진자의 진자운동 개념을 활용한다.

일반적으로 물리진자를 분석할 때 진폭이 매우 작은 상황, 즉 작은 각 근사를 사용하여 분석하며, 공기저항에 의한 감쇠 등을 고려하지 않는다. 이는 실제 결과와 비교했을 때, 무시할 수 없을 만큼의 오차가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 물리학적으로 최대한 정확한 관성모멘트 값 도출에 초점을 맞추었다.

주제어: 물리진자, MATLAB, 관성모멘트, 단진자 운동

최근 인공 피부용 촉각 센서와 관련한 분야가 각광받고 있으며, 이의 민감도를 개선하는 것이 주요 과제로 꼽히고 있다. 현재 이러한 촉각 센서의 다양한 작동 방식에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있고, 그중에서도 물질의 민감한 저항 변화를 유도하여 sensing하는 방식이 대표적이다. 본 연구에서는 외부 자극에 부피가 변하는 PDMS polymer 내에 성게 형상 나노입자를 첨가하여 나노입자의 거리 변화를 통해 저항 변화를 유도하는 저항 방식의 촉각 센서를 제조하고, 이 촉각 센서의 전극에 은 나노와이어 코팅을 함으로써 민감도를 높일 수 있는 요소인 나노와이어와 나노입자를 함께 사용했을 때의 그 시너지 효과를 알아본다.

▪ 주제어: 성게 형상 나노입자, 은 나노와이어, PDMS, 저항 변화

산업이 발전하며 일반인들이 중금속에 쉽게 노출된다. 따라서 일반인들이 복잡한 실험기기를 이용하지 않고도 중금속을 검출할 수 있는 방안의 필요성이 제기된다. 본 연구에서는 작용기의 특성을 고려하여 발색단과 조색단을 합성하여 화학센서를 만들었다.
  합성된 화학센서의 구조를 FT-IR 분석을 진행하였으며, 그 성능을 측정하기 위해 UV-Vis Spectrophotometer을 이용해 분석하였다. FT-IR 분석에서는 기존 Azine에 존재하던 N-H peak가 사라지는 것을 확인함으로써 원하는 화학 센서가 합성되었음을 알 수 있었다. UV-Vis Spectrophotometer 분석은 크게 두 단계로 이루어졌다. 첫 번째로 각 화학 센서에서 중금속의 종류별로 흡광도를 분석하였으며, 두 번째로 각 화학 센서에서 중금속의 농도별로 흡광도를 분석하였다. 분석 결과, 화학 센서별로 중금속의 종류 및 농도에 따른 선택성이 관측되었다.
UV Lamp를 이용한 실험 결과, 중금속이 결합함에 따라 시각적으로 나타나는 변화는 찾아보기 힘들었지만, UV-Vis Spectrophotometer이 있는 실험실에서는 기존의 방법보다 간단한 과정을 통해 중금속을 검출할 수 있을 것이며, 반복 실험을 통해 데이터베이스를 구축한다면 더욱 정확한 정량까지 가능할 것으로 판단된다.

▪ 주제어: Azine Chemical Sensor, Heavy Metal Ions, A Chromophoric Group and Auxochromic Group

인도의‘갠지스 강’은 수질오염이 심각하고, 이러한 강물을 사람들이 생활용수로 바로 사용하여 야기되는 질병이나 질환의 확산도 큰 사회적 문제가 되었다. 하지만, 기존의 정화장치들은 경제적이지 못해 저소득층이 아예 구비하지 못하거나 지역적합성이 부족해 특정 유해 물질을 잘 거르지 못해 잘 사용되지 못한다. 본 연구를 통해 우리는 갠지스 강의 수질을 다변량 통계분석을 통해 파악하여 특정 오염이나 상태를 개선할 수 있는 간이 필터

장치를 제작하여 저소득층의 물 위생 실태를 향상 시키고자 한다. 다변량 통계 분석과 상관 분석에서 우리나라의 수질 기준과 대조한 결과, 우리가 정화해야 하는 것이 대장균과 중금속, 그중에서도 가장 높은 수치를 보이는 납과 카드뮴임을 알 수 있었다. 그리하여 가장 경제적이고 실용적인 태양광을 이용하여 장치를 개발하는 방법을 선택하였다. 태양광/광촉매를 이용한 오폐수 살균 특성, 조일형 외, 용인대학교, 2005에서 언급한 태양광과 광촉매 TiO2 를 이용한 살균 방법을 적용한 필터를 개발하였다. 또한, 중금속과 관련해서는 Pb 2+ 와 Cd2+와 모두 반응하는 I- 가 들어간 물질을 물에 넣은 후, 앙금을 여과지로 거른 것으로 정화시키는 방법을 개발하였다. 이러한 방법이 적합하고 효과 있는지를 실험하기 위해, 앙금을 제거하는데 화학실험에서 사용하는 시린지 필터와 여과지의 성능을 비교하는 UV-VIS 실험을 진행하여 시린지 필터의 효과를 확인하였다. 이러한 일련의 연구 과정을 거쳐 인도의 갠지스 강물을 생활용수 수준으로 정화할 수 있는 정화 장치와 공정을 제작하였다.

▪ 주제어: 다변량 통계 분석, 상관 분석, 중금속, 대장균

​본 연구에서는 각종 화장품 속 유기물질과 무기 자외선 차단제 속 광촉매 성분이 자외선 하에서 광반응을 일으킬 수 있는지, 또한 광분해로 인하여 인체에 유해한 생성물이 생성되는지 알아보고자 하였다. UV lamp 하에서 광반응시키고 UV-Vis spectrometer을 이용하여 흡광도를 측정한 결과 혼합 자외선 차단제에서 흡광도의 하강이 관측되었다. 대표적인 색조 화장품 중 하나인 틴트의 경우  TiO₂ 와 반응하여 흡광도 감소를 나타내었다. 유기 자외선 차단제의 유효성분 중 하나인 옥시벤존을  TiO₂ 와 반응시킨 결과 단시간에 한하여 흡광도가 반등하였으나, 장시간 반응시킨 결과 서서히 흡광도가 다시 감소하는 양상을 보였다. 세 가지 분해 생성물의 HPLC 분석 결과 벤젠이 검출되지 않았다. 따라서 화장품 내 유기물질은  TiO₂ 와 같은 광촉매 하에서 자외선을 받으면 광반응을 일으킬 수 있지만 반응 생성물에 벤젠이 포함되지 않는다는 결론에 도달하였다.

▪ 주제어: TiO₂ ZnO, 광분해, 자외선 차단제, 색조화장품 첨가제

본 연구의 목적은 탄소동소체들 중 어떤 물질이 항균 능력이 가장 좋은지 알아내어 구리 항균 필름을 대체할 수 있을지 알아내는 것이다. DPPH, SOD 항산화 실험을 통해 탄소동소체들이 다른 분자들과 상호작용에 있어 어떠한 차이점이 있는지를 비교한다. Disk Diffusion Assay 항균 실험을 통해 각 탄소동소체들의 항균 능력을 비교한다. 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 중 무엇이 실생활의 항균 필름에 가장 대표적으로 이용되는 구리를 대체할 수 있을지 알아보도록 한다. 항산화 능력은 그래핀과 탄소나노튜브가 뛰어났으며, 항균능력으로는 그래핀이 뛰어났다. 구리와 비슷한 정도의 항균능력을 가지고 있었으며, 이는 항균 필름으로 제작할만한 이유로 충분하다. 항균 필름 제작은 수준이 높아 진행하지는 못했으나, 본 연구는 항균 필름 제작에 대한 제언으로 마치도록 한다.

▪ 주제어: 탄소나노튜브, 그래핀, 항산화능, 항균 능력, 항균 필름

일반적인 사람들은 그림을 감상할 때 그 그림이 가지고 있는 의미를 해석하기 힘든 경우가 있다. 그렇기에 시각 뿐만 아닌 청각도 활용하여 그림을 보는 방법을 연구하고자 하였다. 본 연구는 그림을 청각화 시키 방법을 제시하는 연구이다. 그 과정에서 과학적 근거를 제시하여 결과물을 산출할 것이다. 이러한 연구는 그림을 감상할 때 청각적 효과를 더하기 위함과 시각장애인들에게도 그림 감상의 효과를 제공하기 위해서 진행되었으며 그 방법은 2가지 과정을 거친다. 첫 번째 과정은 그림을 스케치로 나타낸 후 그 그림을 구역별로 나누고 구역별 스케치 픽셀 수를 바탕으로 멜로디를 만드는 과정이었으며 두 번째 과정은 그림의 픽셀별 색상 값을 구하고 이를 토대로 악기별 스펙트로그램에서 분석한 배음의 수에 따른 감정에 따라 악기를 결정한다. 이러한 청각화 방법은 더욱 발전할 가능성이 있고 이는 단순히 그림의 감각적인 감상 뿐만 아니라 시각장애인의 그림 감상도 가능하게 한다.

▪ 주제어: Raman Spectra, Convolutional Neural Networks(CNN), Suppor Vector Machin(SVM), Principle Component Analysis(PCA)  

  본 논문은 전도성 고분자의 전기전도도를 측정하여 고분자의 공극률과 전기전도도의 상관관계를 수학적으로 모델링하고자 한다. 이를 위해 3D 프린트로 출력물을 제작한 뒤, 한천을 고체화하였고, 철가루 및 전기전도성 고분자와 혼합하였다. 이때 전기전도성 고분자는 솔트와 베이스 형태의 폴리아닐린을 이용하였다. 철가루와 고분자의 양에 변화를 주면서 구리 전극과 접해있는 고분자의 저항값을 일정한 시간에 따라 측정하였다. 저항값이 거의 일정해질 때까지 저항값을 측정하였고, 시간에 따른 저항값과 그에 따른 변화량을 그래프로 나타내었다. 마지막으로 저항값 및 초당 저항 변화량 값을 이용하여 공극률과 전기전도도 사이의 상관관계를 수학적으로 모델링하였다.

▪  주제어: 폴리아닐린, 전도성 고분자, 전기전도도, 면저항, 수학적 모델링

2014년 3월 9일 보름달 밝기의 유성이 전국적으로 관측되었고 다음날 운석으로 추정되는 암석이 진주지역에서 발견되었다. 이후 조사를 통해 진주 운석이 3월 9일 관측된 유성과 동일한 것임이 확인되었다. 직접적인 피해는 없었기에 주로 운석가격에 관심이 집중되었지만 이를 계기로 정부는 국가적 차원의 운석 관리·활용 시스템을 구축하였다. 이러한 시대적 필요성에 의하여 본 연구에서는 유성 감시 시스템을 개발하여 약 8개월 간 전천 사진들을 촬영하였고 수많은 밤하늘 사진들에서 유성을 찾아낼 수 있는 알고리즘을 파이썬을 통해 개발하였다. 유성 감시 시스템은 감시스테이션(카메라 모듈, 콘트롤 하드웨어)과 네트워크 헤드쿼터로 구성되며, 촬영 데이터의 실시간 서버 전송으로 인터넷 상에서 모니터링이 가능하도록 설계되었다. 촬영 데이터는 대도시 환경에 맞게 노출정보(ISO, 셔터속도, F수)를 설정하였고, 사진의 크기는 small, medium, large로 나누어 촬영되고 저장되도록 하였으며, 이벤트시에 동영상까지 제작되도록 하였다. 파이썬의 open cv를 이용하여 유성을 찾아내는 코드를 제작하였고, 이를 통해 10월에 떨어진 유성 사진을 골라내는데 성공하였다. 본 연구 시스템이 널리 활용된다면 우리나라의 유성 감시 네트워크 구축에 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

제지 과정에서 버려지는 천연 화합물인 베툴린은 자작 나무의 껍질에서 추출 가능하며 한지와의 합성을 통해 항균성을 띄는 새로운 의료용 섬유를 제작할 수 있다. 한지 속 셀룰로오스를 산화 시켜 카복실기를 만들고 베툴린의 하이드록실기와 피셔 에스터화를 일으킨다. 표면이 개질 된 셀룰로오스 섬유는 실질적으로 개선 된 소수성 물 접촉각을 보이며, 박테리아와 세균의 제거에서 기존의 마스크보다 뛰어난 향상을 보인다. 본 연구의 결과는 고부가가치의 화학물질의 효율적인 사용과 친환경성을 모두 갖추고 있다.

▪ 주제어: 셀룰로오스, 에스터, Triterpene, Betulin, TEMPO

사물 인터넷의 부흥과 더불어, 임베디드 시스템은 상황의 변화에 따른 지능적 제어 능력이 요구되고 있다. 하지만 임베디드 시스템은 하드웨어, 메모리, 시간, 전력 등 자원의 제약이 많고 펌웨어 변경의 어려움이 있어 환경 변화에 곧바로 적응한 변화를 기대하기 어렵다. 요구에 맞춰 주변 상황을 인지하여 환경에 알맞은 알고리즘을 선택해 시스템의 종료 없이 자동적으로 펌웨어가 업데이트되어 대응하는 효율적인 임베디드 시스템을 제안한다. 본 연구에서는 임베디드 시스템에 서버, 데이터베이스를 연동한 제안된 구조에서, 펌웨어의 일부만을 교체하는 업데이트 방식을 직접 구현하여 실험하였다. 펌웨어의 부분적 업데이트 연구에서는 직접 제어 시스템을 구현하여 기존의 업데이트 방식과 비교해 약 2배 빠르고, 약 26% 더 적은 에너지를 소모한다는 결과를 얻었다.

▪ 주제어: 임베디드 시스템, 부분적 업데이트, 자동적 업데이트