연도별 연구과제 174 페이지첫페이지로 이동

파력 발전은 파동의 파랑에너지를 전기에너지로 변환하는 모든 과정을 말한다. 이 연구는 어떻게 하면 파동의 진폭을 증폭시킬 수 있을지 고민하던 도중, 프레넬 렌즈를 이용한 선행연구를 보았고, 거기서 아이디어를 얻어 프레넬 렌즈를 이용하여 파력에너지의 발전량을 증가시키는 연구를 하게 되었다.
파동의 간섭, 회절과 같은 파동만의 성질을 이용하여 원형 슬릿을 이용해 파동의 진폭을 증폭시킬 수 있었다. 총 2가지의 실험을 계획하였는데, 하나는 슬릿의 유무에 따른 파동의 진폭이며, 다른 하나는 슬릿의 개수에 따른 파동의 진폭이다. 또한, 슬릿의 유무에 따라 다른 요인이 어떠한 영향을 끼칠지 알아보기 위해 진폭과 주기 또한 각각 다르게 하여 실험을 진행하였다,
원형슬릿의 유무에 따라 진폭을 다르게 하였을 때 나중 진폭을 비교해보면, 일단 원형 슬릿이 있을 때 진폭이 더욱 크게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 또한, 진폭을 4mm, 8mm, 16mm, 32mm로 나눠 실험을 진행하였는데, 8mm일 때 가장 파동의 진폭이 증폭이 가장 잘 되는 것을 확인할 수 있었다. 그 이유는 슬릿이 약한 재질로 되어있어 파도의 영향을 너무 크게 받아 간격이 많이 달라졌다고 생각한다. 주기는 0.4와 0.8로 나눠서 실험을 진행하였는데, 주기가 커질수록 파동의 진폭이 줄어들었다. 또한, 원형 슬릿이 없을 때 더욱 진폭이 컸다. 진폭은 파동의 진동수에 비례하기 때문에 진동수의 역수인 주기가 커질수록 더욱 줄어들었다고 생각하며, 슬릿이 파동의 진행을 방해하였다고 생각한다.
다음 실험에서는 슬릿의 세기를 강화하여 이를 보완하고 싶으며, 더욱 많은 조건을 추가하여 실험을 진행하고 싶다. 이 장치는 모든 방향에서 오는 파도의 세기를 증폭시킬 수 있으며, 자연적으로 생성되는 파도를 방해하지 않을 수 있다.
바다 한가운데의 양식장이나, 위급시에 전기가 급하게 필요한 해군, 그리고 전기공급이 원활하게 이루어지지 않는 양식장에서 쓰일 수 있으며, 또한, 해일이 일어났을 때 그 크기를 줄여줄 수 있는 방파제의 역할도 할 수 있다.

▪ 주제어: 파력발전, 파동의 간섭, 파동의 회절, 다중 슬릿, 프레넬 렌즈

코로나 사태 속에 개인의 위생을 위해 불가피한 선택인 일회용 플라스틱 사용의 증가는 심각한 환경 문제를 야기하고 있다. 코로나 사태의 종식이 묘연한 현시점에서는 생분해되는 친환경 플라스틱의 개발을 더는 늦추어서는 안 된다. 환경오염을 막고자 하는 노력은 개인에서부터 시작될 수 있다. 우리가 각종 연구나 제품 생산에서 사용하는 3D 프린터의 필라멘트부터 친환경화를 실천할 수 있다고 생각하였다. 이를 위해 버려지는 천연 고분자 물질을 3D 프린터 필라멘트의 원료로 사용하여 더욱 친환경적이고 빠르게 생분해되는 필라멘트를 만들어 보고 사용성 및 상품으로의 가치를 따져보기로 하였다.

▪ 주제어: 플라스틱 대체재, 3D 프린터, 친환경 플라스틱, 바이오 플라스틱

생명실험 도중 액체 배지를 섞기 위해 교반기를 사용했을때 부양현상을 발견하였고 이를 탐구하고 싶었다. 점성이 높은 액체의 농도, 마그네틱 바의 크기, 비커의 크기 등 다양한 변인을 설정하였고 부양현상의 원인을 파악하고 부양현상이 일어나는 최적 조건을 알아보기 위해 연구를 계획하였다. 위에서 말한 다양한 변인을 통해 현상이 잘 일어나는 조건을 파악했고 자성유체를 통해 시각적으로 자기력 변화를 확인함으로써 교반기를 사용했을때 발생하는 힘의 평형을 알 수 있었다. 마그네틱 바의 크기는 너무 크거나 너무 작지 않아야하 고 점성이 높은 액체에서는 점성력에 의한 각속도 감소가 튀어오름 및 부양 현상에 큰 영향을 준다는 사실을 고찰할 수 있었다.

▪ 주제어: 자력교반기, 점성, 부양현상

화성 탐사선 발사 및 착륙의 성공은 화성 연구와 관련 과학의 발전에 있어 중요한 문제이다. 하지만, 높은 온도와 충격량을 버텨야 할 뿐만 아니라 탐사선 스스로 각 상황에 따른 판단을 하고 이에 맞추어 행동하여 문제 상황을 해결해야 하므로 그 성공률이 매우 낮다. 따라서 본 연구에서는 그 성공률을 높이고 화성 탐사가 원활히 이루어질 수 있도록 충격 완화 장치와 이동 가능한 다리 구조가 마련된 화성 탐사선 로버를 만들고자 한다. 이를 위해 Linkage를 활용하여 다양한 동물 및 곤충의 다리 구조를 분석하여 이를 바탕으로 로봇 다리를 제작하였으며, 일정 높이에서 탐사선을 낙하하는 실험을 통해 최적의 충격 완화 장치 (구조)를 찾아내었다.

▪ 주제어: 탐사선, 다리구조, 경사, 안정성, 이동

대형 화재 사고 발생 시 질식사를 줄이기 위해 도입된 제연댐퍼의 중요성과 지향성 제연댐퍼의 연기 순환성과 같은 문제점에 관해 알게 되었다. 이를 해결하는 방안을 탐색하던 중 시중에 판매되고 있는 무지향성 댐퍼와 종이접기의 기술 중 하나인 ‘키리가미’를 융합시켜 더 발전된 무지향성 제연댐퍼에 관해 연구하게 되었다. 키리가미 문양 중 특히 상하좌우 대칭적인 구조의 문양을 활용하여 기존의 무지향성 제연댐퍼에 비해 높은 성능을 나타내는 모습을 볼 수 있었다. 2차원 평면상의 제연댐퍼 틀에 바람을 통한 외력에 의한 좌굴 현상이 발생하여 원래의 길이보다 길어져 3차원으로 형태가 변함에 따라 제 기능을 함을 알 수 있었다.

▪ 주제어: 제연댐퍼, 무지향성 제연댐퍼, 키리가미, 종이접기

코로나 바이러스 사태가 너무 오랫동안 지속되다 보니 많은 사람들이 이에 익숙해지고 코로나 사태를 해결하는 것에 소홀해 지고 있다. 따라서 현재까지 전 세계와 우리나라에 미친 코로나의 영향을 확진자, 사망자 현황을 통해 분석하고 시각화하여 사람들이 코로나바이러스에 대한 경각심을 가지도록 한다. 연구 과정에서 다양한 코로나 현황에 대하여 분석하기 위해 전 세계의 확진자 수를 조사하였다. 또한, 범위를 좁혀 대한민국에 집중하여 전 세계와 비교하여 우리나라의 코로나 현황을 더 자세히 분석하고 우리나라를 지역별로 나누어서 동심원 그래프를 통하여 시각화하였다. 2가지의 데이터 시각화를 통하여 코로나 현황은 시간이 갈수록 악화하였으며 코로나 확진자 수가 점점 증가하는 경향을 보이게 되었다.

▪ 주제어: 코로나바이러스(covid-19), 데이터, 파이썬, 시각화

이 연구는 인공지능을 활용한 수학 학습 챗봇을 만든 것으로, 학생이 개념에 대해 질문을 하면 그에 대해 설명을 해주는 형식이다. 이런 챗봇을 만들기 위해 현재 인공지능이 사용되고 있는 사례들에 대해 조사를 해보며, ‘챗봇’과 ‘챗봇 작동 원리 및 플랫폼’을 분석하여 카카오 i 오픈 빌더를 활용하여 챗봇을 개발하였다.

▪ 주제어: 챗봇, 수학, 카카오톡, 개념도, 알고리즘

대부분의 양자 컴퓨팅 논문에서‘더 나은 다항 시간 시간복잡도를 가진다’라는 이유로 양자 컴퓨팅이 더 효율적이라고 주장한다. 하지만 양자 컴퓨터 기술이 충분히 발전하지 않았을 경우 수학적으로 유도된 시간복잡도와 실제 측정 결과는 많은 차이가 있다. 따라서 우리는 본 탐구를 통해 시간복잡도에 근거해 양자 컴퓨터가 더 문제 해결에 적합할 것이라고 평가되는 몇몇 문제들을 직접 시뮬레이션 해보고, 그 결과를 수학적으로 모델링되어 있던 개형과 비교해 봄으로써 양자 우위의 전제가 어느 정도 들어맞는지 확인해보는 한편, 현재 양자 컴퓨팅 기술의 동향과 한계를 알아보고자 한다.

▪ 주제어: 양자 우위, 양자 이점, qiskit, 계산 복잡도 이론, P-NP 문제

본 연구는 COVID-19시대에 방역을 위해 사용되고 있는 기존의 자가진단 방식에서 문제점을 찾아 이를 개선할 새로운 방역시스템의 필요성을 인식하여 진행되었다. 현재 교육부에서 시행하고 있는 건강상태 자가진단의 경우 학생 본인이 직접 증상의 여부를 체크하게 되어 있어 대부분의 학생들이 본인의 상태와 관계없이 증상이 없다고 설문에 응답하는 경우가 많고, 이마저도 잊고 설문에 응답하지 않는 경우가 많아 제대로된 자가진단이 이뤄지지 않는 상황이다.
본 연구는 이러한 문제들에 대응하여 보다 더 효율적인 자가진단 시스템 구축을 위해 NFC를 탐재한 체온인식기와, Python, Flask, Android Studio를 이용한 이와 연동되어 정보를 저장하고 사용자에게 보여줄 수 있는 웹페이지 및 애플리케이션을 개발하였다. 기존의 자가진단 방식과는 다르게 사용자가 직접 본인의 체온을 측정하고 NFC를 통해 사용자의 신원을 파악할 수 있어 자가진단의 신뢰성을 높일 수 있었다. 또한, 측정한 체온 결과를 조회할 수 있도록 만든 웹과 앱을 통해서 학교나 회사에서의 관리자가 쉽게 정보를 열람할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 시스템이 상용화 될 경우 기존의 자가진단 시스템보다 효율적인 자가진단을 가능하게 하여 보다 더 효과적인 받역기 가능할 것이라고 예측된다.

▪ 주제어: 자가진단, 방역, NFC

본 연구는 시험, 유서와 같은 여러 분야에서 본인이 직접 작성한 내용인지 검증이 필요할 때 필체를 판별할 수 있는 프로그램을 개발을 목적으로 한다. 이를 위해 16명을 대상으로 필체 자료를 조사하여 이미지를 얻고 grayscale로 변환, gaussian blurr 처리, adaptive thresholding의 전처리 과정을 한다. 전처리 과정을 거친 이미지를 OpenCV의 findcontour 함수를 이용하여 한 글짜씩 분리한다. 각 문자를 Scipy를 이용하여 BezierCurve로 변환한 뒤 BezierCurve의 특징점들 사이의 벡터값 차이 데이터를 이용하여 머신러닝을 통해 분석해보고 BezierCurve로 변환하지 않은 사진의 머신러닝 결과와 비교해본다. 이 연구를 통해서 단순 필적의 주인을 찾아주는 효과뿐만 아니라 필적학이나 범죄 연구 등에 필적에서 드러나는 특성을 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

▪ 주제어: 글씨체, OpenCV, BezierCurve, 머신러닝

우리는 로봇의 새로운 구동 방식에 대해 관심을 가지고 관련 자료를 찾아보던 중, ‘정사면체 형태로 다리가 배치된 로봇을 만들면 어떨까’라는 생각이 들어 정사면체 형태로 배치된 다리를 통한 보행방법에 대해 연구를 하게 되었다. 정사면체 형태의 로봇은 모든 방향으로 대칭성을 가져 모든 방향으로 이동이 가능하며, 다른 보행로봇들과는 달리 균형 유지에 신경을 덜 써도 된다는 점에서 의미가 있다.
다양한 형태의 로봇을 시도한 결과 중앙에 뒤집어진 정사면체 형태의 로봇이 위치한 정사면체 로봇을 설계할 수 있었다. 하드보드지와 플라스틱 플레이트를 활용해 로봇의 겉면을 제작했다. 이후 로봇이 한 방향으로 뒤집어지면서 이동하는 형태의 동작을 구현할 수 있었고, 동작을 다른 방향에서도 똑같이 제작하면 연속적 보행이 가능했다. 이후 보행하는 모습을 위에서 찍고 실험 및 측정을 통해 로봇의 평균 이동속도를 비롯한 보행방법의 특징을 구체적으로 분석할 수 있었다.

▪ 주제어: 정사면체 로봇, 보행방법, 모든 방향 이동, 대칭성

예로부터 음악 창작 활동은 정서와 인성 발달 그리고 자기 표현력에 좋은 영향을 주는 것으로 알려졌다. 하지만 작곡 활동이 우리 삶에 녹아들기에는 작곡 자체가 진입 장벽이 너무 크다는 점이 마이너스로 작용한다. 그리하여 본 연구의 목적은 음악을 쉽게 작곡하기 위한 인공지능 프로그램을 완성시켜 배포가 가능한 단계에 이르는 것이다. 본 연구에서 구상한 인공지능 작곡 프로그램은 기본적으로 외부의 음성을 받아 그것을 토대로 인공지능이 풍성한 음악을 만들 수 있도록 이끌어주는 형태이다. 이를 위해서는 가장 먼저 음성(아날로그 신호)를 컴퓨터가 받아들일 수 있는 디지털 신호로 바꾸는 작업이 필요한데, 이 과정에서 고속 푸리에 변환(FFT)를 채택하여 신호의 형태를 변환하는 작업을 거쳤다. 마지막으로 GUI(Graphical User Interface)의 디자인을 위해 Phthon의 플러그인 PyQt5를 활용하여 편의성을 높였다.

▪ 주제어: FFT(고속 푸리에 변환), PyQt5, 음성 분석, 그래프 동적 변환, 파이썬