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양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터의 차이점 분석을 통해 양자컴퓨터에 대해 알아보았다. 또한 양자 컴퓨터의 원리 와 양자 비트와 양자 게이트에 대해 조사하여 정리하였다. 양자 알고리즘인 그로버 알고리즘, 쇼어 알고리즘, VQE 알고리즘, QAOA 알고리즘에 대해 조사하였으며, IBM Quantum Computing 사이트를 이용하여 덧셈 회로 등을 구현하였다. 또한, QAOA알고리즘을 이용하여 Max-Cut 문제를 양자 컴퓨팅을 이용하여 해결하였다. 주제어: 양자 컴퓨터, 양자 알고리즘, 큐비트
세포 내의 단백질 변이는 암을 일으킬 수 있다. 암세포의 변이 단백질은 실제로 발암에 관여하는지 여부에 따라서 driver mutation과 passenger mutation으로 구분된다. ESM은 컴퓨터가 단백질의 아미노산 서열을 분석할 수 있도록 임베딩하는 모델으로, 이를 이용하여 단백질의 변이 정보만으로 driver와 passenger mutation을 구별하는 방법을 제안한다. 본 연구의 탐구 과정은 전처리, 자연어처리, 학습, 검증 과정으로 구성되어 있다. 주제어: driver mutation, passenger mutation, 자연어 처리, 머신 러닝, 딥러닝
코로나 팬데믹으로 얼굴 인식 기술이 널리 쓰이고 있는데, 개인정보 보호를 위해 학습 뒤 얼굴 원본 데이터가 지워진 상태에서 비교 대상이 될 기존 방식의 얼굴 인식 모델 A, B를 구현하고, 오토인코더의 구조에 머신언러닝 기법을 사용하기 위해 기존 모델에서 추출한 특징 벡터로 만든 새로운 이미지를 모델에 학습시켜서 모델 C를 구현하였다. 세 모델의 성능을 비교하여 기존 모델과 머신언러닝 기법을 사용한 모델의 정확도가 유사하다는 사실을 제시하였으며, 이후 정확도를 높이기 위해 VAE 모델을 도입 하고, 다양한 데이터 셋과 시나리오에 머신언러닝 기법을 사용하여 머신언러닝 기법의 성능을 제시하고 평가할 계획이다. 주제어: 머신 언러닝, 얼굴 인식, 마스크, 오토인코더, Faces(AT&T)
인공 망막 장치는 망막에 도달하는 빛을 전기적 자극을 변환하고 시신경에 전달하여 광수용체가 손상되었 을 때 대신 인공 시각을 형성한다. 인공 망막 장치에 대한 연구가 지속적으로 이루어진 덕분에 이미 어느 정도 상용화가 되었으나 기술의 한계로 인해 저해상도 이미지만을 보여줄 수 있다. 기존에 인공 망막 장치의 성능 평가에 이용되던 방법은 인간에 의한 인지 실험이지만 이러한 방법은 시간과 비용의 제약을 받는다. 본 논문은 인간에 의한 인지 실험을 대체하기 위한 머신러닝 모델을 찾기 위해 이미지의 해상도를 낮추었을 때 모델의 정확도가 감소되는 정도를 비교하고, 기존의 CNN 모델 중 최적의 모델을 찾았다. COIL-100 데이터셋에서 이미지를 추출하고 4단계의 해상도와 3단계의 Grayscale Level에 따른 VGG19, ResNet152, DenseNet201의 정확도를 비교하였다. 가장 적합한 모델은 해상도 변화에 따른 정확도 감소가 가장 덜한 DenseNet201이었고, COIL-100 데이터셋의 이미지 생성 방법의 한계로 인해 Grayscale Level에 따른 영향은 객관적으로 드러나지 않았다. 주제어: 인공 망막 장치, 해상도, Grayscale Level, CNN, 정확도 감소
알람을 듣고도 일어나지 못하는 상황이 자주 발생한다. 이때 사용자의 수면 환경을 분석하고 이를 활용하여 적절한 시간에 알람을 울릴 수 있다면 더욱 효율적이고 효과적인 수면 시간을 확보할 수 있을 것이다. 본 연구 에서는 수면 뇌파를 분석하고 잠에서 깨어나기 적절한 뇌파 구간을 찾아 알람을 울려주는 맞춤형 알람 제작을 목표로 하였다. 추가적으로 효과적인 수면에 영향을 주는 요소인 소음과 빛을 고려하여 조도 센서, 사운드 센서를 활용하여 소리와 빛을 측정할 수 있게 하였다. 뇌파와 소리, 빛의 요소를 모두 고려하여 가장 잠에서 깨어나기 알맞은 시기에 알람을 울려주고 알람 소리의 크기도 조정되도록 사용자의 수면 환경 분석을 통한 맞춤 형 알람을 제작하였다. 주제어: 뇌파 분석, 수면 환경 분석, 맞춤형 알람
최근 다양한 항공 우주 산업이 진행되면서 그와 관련되어 많은 연구가 이루어 지고 있다. 하지만 아직 까지 아마추어 레벨의 소형 로켓에 대한 개발은 많이 이루어 지지 않고 있다. 이에 대하여 탐구하고자 하여 기상 관측용 소형 로켓에 대한 연구를 진행하게 되었다. 아마추어 로켓을 이용하여 고도 약 2km 까지의 기상을 관측하고 실제 데이터와 비교, 분석하는 것으로 소형 기상 관측 로켓의 활용 가능성에 대하여 연구해 보고자 하였 다. 일반적인 방법으로 관측하기 힘든 고도의 기상 상태를 아마추어 로켓을 이용하여 관측하는 것으로 소형 로켓을 이용한 기상 관측이 가능하다는 것을 입증하고 기상 관측에 대한 예시를 제시하여 관련 연구에 도움이 될 것이라고 생각한다. 주제어: 로켓, 기상관측, 촬영, 데이터 송수신, 탑재체
항공 우주에 대한 관심이 SpaceX 등의 잇따른 성공으로 뜨거워 지고 있는 한편, 아마추어들이 스스로 로켓 을 설계하고 발사하는 것에 대한 관심도 커지고 있다. 그러나, 넘치는 관심에 비해 추력 10000N이하인 아마추 어 레벨 로켓에서의 최적화에 대한 연구는 제대로 진행되지 못하고 있는 것이 사실이다. 본 연구에서는 sorbitol-기반 로켓을 아마추어-레벨에서 최적화를 하여 연료 대비 가장 큰 출럭을 이끌어 낼 수 있는 설계에 대해 탐구하고자 하였다. 연소실과 테스트패드를 제작하여 다양한 변수에 따른 추력의 변화를 측정하고 이를 이용해 로켓모터를 발사하고자 하는 아마추어 로켓에 맞추어 최적화시킬 수 있는 시뮬레이션을 제작하여 어떻게 설계하면 최적의 효율을 내는 로켓을 만들 수 있는지 규명하고자 하였다. 주제어: 로켓, 기상관측, 촬영, 데이터 송수신
지구온난화의 가속화는 신재생 에너지를 요구한다. 신재생 에너지 중 파력에너지는 우리나라가 삼면으 로 둘러싸여 있는 지형인 만큼 굉장히 중요한데, 기존의 파력 발전기는 실시간으로 파도의 형태와 세기 를 분석하여 전체적인 메커니즘을 통제하는 시스템을 기반으로 한다. 하지만 이러한 시스템은 완벽하게 구현되기 힘들며, 이는 곧 효율 감퇴를 야기한다. 그래서 우리는 페이퍼 퓨즈의 원리를 활용한 파력 발전기 모델을 제시하고자 한다. 페이퍼 퓨즈(또는 실팽이)의 운동을 분석해본 결과 실팽이의 운동에너지 에는 실의 꼬임이 크게 기여함을 알아내었고, 부력구와 스테핑 모터를 통해 파력으로 실을 꼬게 한 다음 저장된 에너지를 전기에너지로 추출하는 모델을 설계하였고 이는 실시간으로 파도를 분석하는 시스템으로부터 독립적인 모델이라는 점에 의의가 있다. 주제어: 파력 발전, 점흡수식 발전, 페이퍼 퓨즈
뱀로봇의 움직임을 구현하기 위해서 알고리즘과 뱀로봇을 제작하였다. 뱀의 움직임을 프로그램을 이용하여 운동 분석하였다. 그 결과 뱀의 움직임과 푸리에 식이 가장 유사하는 것을 알 수 있었다. 그에 따라 푸리에 식의 형태로 뱀의 움직임을 구현하였다. 푸리에 식에는 계수가 있다. 처음에는 계수를 임의로 설정하여 연구를 진행하였다. 그 뒤에는 유전 알고리즘을 통하여 최적에 움직임에 해당하는 계수를 찾았다. 유전 알고리즘을 사용할 때는 뱀의 움직임이 적을수록 효율적이기 때문에 곡선의 길이가 가장 짧게 하는 계수를 선택하도록 하였다. 로봇은 처음에 아두이노 키트에서 제공되는 기본 서보모터를 사용하였다. 로봇의 구조와 회로는 ‘틴거태 드’라는 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 설계를 한 후 제작하였다. 하지만 아두이노 기본 모터를 이용한 로봇은 움직임이 부자연스럽고 동작이 제대로 구현되지 않았다. 따라서 더 정교한 움직임을 구현할 수 있는 Ax-12모터를 사용하였다. 모터가 잘 연결되지 않아 어려움이 있었는데 이는 모터의 핀 번호가 맞지 않아서였다. 맞지 않는 핀 번호는 제어툴을 이용하여 재설정한 뒤에 사용하였다. 주제어: 뱀 로봇 , 유전 알고리즘 , 아두이노 , 푸리에 변환 , 수학적 모델링
최근 울진지역과 강원도 지역에서 산불이 발생했고, 우리 주위의 크고 작은 화재 사고들로 인한 피해가 발생하고 있다. 이 연구는 이를 막기 위해 모든 구역에서 소방서의 접근성이 커지도록 소방서의 관할구역 을 재배치하는 것을 목적으로 한다. 먼저 보로노이 다이어그램을 활용하여 관할구역을 나누고, 각 관할구역의 화재 건수를 이용해 두 소방서를 잇는 선분을 내분하여 보로노이 다이어그램을 응용해 관할구역을 나눈다. 그 후, 진주시의 모퉁이를 노드, 도로를 링크로 표현하여 다익스트라 알고리즘을 통해 관할구역을 나누어, 보다 현실에 가까운 관할구역을 설계한다. 주제어: 화재, 보로노이 다이어그램, 다익스트라 알고리즘, 파이썬
해상 사고는 그 발생 자체만으로도 인명 피해를 낳을 뿐만 아니라 사고 발생 이후에 빠른 유속으로 인해 수색작업 중 구조자가 희생되며 추가 인명 피해를 발생시키기도 한다. 빠른 유속은 또한 수색작업의 기간을 연장시키는 악영향을 미치기도 하므로 유속 감쇠하는 용도의 수중 블록에 대한 연구는 우리 사회에 필요하다. 본 연구는 우리나라 전통 난방장치인 온돌의 특정 구조를 활용하여 인명 문제 해결에 기여하고자 하였으며, 이 점에서 타 연구와 차별성을 가진다. 온돌 고래 구조의 유속 감쇠 성능을 비교 분석하는 것을 목적으로 삼고 이를 위해 우선 대칭성을 고려하여 온돌 고래 구조를 선별한 후 3D 프린터로 블록을 출력하였다. 실험을 위해 설계·제작한 실험 장치를 이용하여 유속을 측정하였고 이후 지표를 설정 하여 온돌 고래 구조별 유속 감쇠 성능을 비교 분석하였다. 연구 결과 아자고래, 흩은고래, 줄고래, 부채고래 순서로 유속 감쇠 기능이 좋은 것을 확인하였다. 추후의 연구에서는 전산 유체 역학을 활용해서 더 많은 데이터를 확보하여 개선된 실험 결과를 도출하고자 한다. 본 연구의 결과 아자고래 구조를 적절히 변형하여 실제 상황에서 사용하면 해상 사고 발생 시뿐만 아니라 물을 일정량 가둬야하는 농경작업 등의 분야에도 활용될 수 있을 것이라고 기대한다. 주제어: 온돌, 유속, 수중 블록, 객체 탐지 알고리즘
드론은 4차 산업혁명 시대에 중요한 요소로 자리매김 할 것이며 이미 드론을 사용하고 있는 분야는 도로 시설 점검에서부터 인명 구조까지 광범위한 범위에서 작용하고 있다. 이에 우리는 드론을 활용 한 택배 산업에 관심을 갖게 되었고 택배를 도심에서 배송하기 위해 필요한 적절한 날개의 조절을 레일 슬라이드를 활용하는 방식으로 발명하고자 한다. 이에 앞서 아두이노로 드론을 제작하고 날리는 실험을 진행하였다. 또한, PID 제어를 사용하여 아두이노 드론 기체의 안정성을 확보하였고, Autodesk 사의 Inventor 프로그램을 이용해 팔길이 조절과 모양 변화가 가능한 택배 운송용 드론을 설계하였다. 설계한 드론을 향후 실제로 제작하거나 기존 드론을 개조하는 방식으로 택배 운송의 역할을 수행할 수 있는 하중 보정 드론을 만들 수 있기를 기대한다. 주제어: 드론, PID 제어, 아두이노. 택배 운송