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최근 과학 기술이 발달함에 따라 자동차, 로봇, 스포츠 등 다양한 산업 분야의 기능성 향상에 대한 요구가 증가하고 있다. 자동차 산업의 경우 2000년대에 들어 화석연료 고갈 및 내연기관 자동차에 의한 환경오염 문제가 대두되기 시작하면서 배기가스에 대한 규제가 강화되기 시작하였다. 이에 따라 내연기관 자동차의 대안으로 전기자동차에 관한 관심이 급증하기 시작하였다. 따라서, 전기 자동차의 안전성 향상, 경량화 및 고효율화 등의 목적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 차체 내부 온도는 기온 및 차량 자체의 열 발생에 의해 영향을 받는다. 현재 사용되는 차체의 경우 열의 유입 및 유출이 원활하여 에너지의 손실이 발생한다. 차체를 통한 열의 유입 및 유출의 방지(단열)를 통해 에너지의 고효율화 및 사용자의 쾌적성 향상이 가능하다. 하지만 재료 물성만을 통해 이를 극복하기에는 한계가 있다. 따라서, 열의 흐름을 3차원으로 제어하여 이를 극복할 수 있는 구조의 개발이 필요하다. ▪ 주제어: 유한요소해석 (Finite Element Analysis), 단열 (Thermal Insulation), 열전달 (Heat Transfer), 메타구조 (Meta-structure), 3D 프린팅 (3D Printing)
본 연구에서는 초광대역 레이더 센서를 활용한 호흡상태 분류의 방법을 제안한다. 호흡상태는 사람의 상태를 나타내는 생체신호들 중 하나이고, 비교적 간단하게 신호를 획득할 수 있다는 점에서 호흡신호를 활용한 응용분야에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 일정시간동안 호흡신호를 수집하여 분석한 후 호흡 상태를 확인할 수 있는데, 현실적으로는 사람의 호흡신호는 매우 다양한 패턴을 보이기 때문에 시계열 데이터만으로는 호흡 상태 분석이 어려운 경우가 많다. 본 연구에서는 시계열 데이터를 직접 활용하여 다양한 통계분석 결과를 활용하여 호흡 상태 분류를 시도해 본다. 그리고 주파수 영역에서의 호흡신호를 분석하는 푸리에변환을 활용하여 호흡상태 분류를 시도해 본다. 연구 결과 고주파 성분 및 저주파 성분의 양을 통해 호흡상태를 분류 할 수 있음을 확인하였다. ▪ 주제어: 호흡신호, 레이더 센서, 신호 분류, 푸리에 변환
동맥경화 여부를 간편하게 측정하기 위하여 Windkessel model을 활용하여 유량을 측정하여 이를 기반으로 동맥(관)의 탄성도를 확인하는 실험을 설계하였다. 유량을 측정해야할 센서를 사용하지 못하고, peristaltic pump를 이용하여 심장 박동의 압력 그래프를 정교하게 구현하지 못한다는 점으로 인해 CAM을 이용하여 지진계의 원리를 차용한 방식으로 유량을 측정하는 등의 연구 과정 상 계획 변경이 있었다. 추후에는 이 새로운 설계를 기반으로 기기를 제작 후 다시 유량을 측정하여 동맥의 탄성도를 측정하려고 한다. ▪ 주제어: Windkessel model, 동맥경화측정기구, CAM
본 연구에서는 로봇들의 직업 대체가 가져올 변화에 대해 장애인 배려라는 최종적 목적을 가진다. 세부적으로 청각장애인들을 위한 수화 번역기로 소주제를 선택해 가능성을 보여준다. 로봇과 청각장애인들의 소통이 원활히 되도록 로봇손 제작을 위해 3D 모델링과 프린팅으로 부품을 뽑고 조립한다. 음성인식 모듈을 사용해 로봇 손에게 말을 하면 알맞은 수화를 구현한다. 식당 서비스 로봇, 백화점, 매장 등의 서비스 로봇에게 적용 가능하며 이를 적용할 경우 청각장애인들의 활동 범위를 넓힐 뿐 아니라 사회적인 활동의 창출 가능성을 볼 수 있다. 지속적으로 기술이 발전된다면 한가지 언어나 특정 음성에만 적용되는 것이 아니라 다양한 나라의 언어와 모든 사람의 목소리가 주인공이 되는 수화 번역기의 전망을 볼 수 있다. ▪ 주제어: 수화, 로봇손, 장애인 배려, 수화 번역기, 지속적
ROS 시스템과 ‘Turtlebot3 burger’를 이용하여 2가지 방법으로 자율주행을 시도해보았다. 라이더 센서를 이용해서 주변의 구조를 파악하고 원하는 방향으로 스스로 이동하는 방법과 picamera를 이용해서 바닥의 도로를 따라 주행하는 방법에 대한 연구가 이루어졌다. 연구 진행은 turtlebot에게 명령하기 위한 ROS(Robot Operating System) 설치, 컴퓨터로부터 받은 명령을 실행하기 위한 turtlebot의 rasberrypi와 컴퓨터를 연결, 다양한 명령어 실행을 통해 라이더 센서를 이용한 주행을 해보았다. 그 다음으로는 picamera를 통해 받는 영상에서 직선, 곡선 경로, 정지판을 인식하고 경로에 따라 직진, 회전, 정지를 하는 명령을 탐구하고 직접 실행시키는 순서로 연구가 진행되었다. 라이더 센서를 이용한 방법으로 원하는 목적지에 성공적으로 도착했다. picamera를 이용한 방법의 경우, picamera의 영상 속도가 느려 종종 경로를 이탈하는 등의 문제가 있었으나 경로에 맞춰 이동하고 정지하는 자율주행을 성공적으로 마무리했다. 이러한 방식을 이용하여 실제 자동차나 다양한 이동수단들에 자율주행 시스템을 탑재하여 상용화할 수 있을 것이다. ▪ 주제어: ROS, Turtlebot3, SLAM, Navigation, piCamera
본 연구는 초음파를 활용하여 인간의 생체 신호 중의 하나인 호흡을 비접촉식으로 측정하기 위해 초음파 송신/수신 회로에 대한 최적화 설계를 진행하였으며, 감지 방식으로는 Pulse-Echo 시간 측정 방식과 변형된 Doppler 주파수 측정 방식을 혼합하여 초음파 신호의 측정 분해능을 개선하였고, 측정된 신호의 노이즈 제거를 위한 디지털 필터와 신호처리를 위한 호흡감지 알고리즘을 Matlab을 활용하여 개선하고 구현한 비접촉식 원격 호흡감지 방식에 관한 연구이다. 기존의 초음파 센서 시스템의 분해능과 호흡감지 알고리즘, 그리고 탐지거리에 대한 개선 방향을 제시하고 측정환경에 대한 비접촉식 호흡감지 방법을 일반화함으로써 본 연구의 결과물이 COVID-19와 같은 감염병이나 사생활이 존중되어야 하는 환경, 의료나 스포츠 환경에서의 생체 신호 측정의 효율성과 편의성을 제공할 수 있는 장점이 있음을 확인하였으며, 연구 과정에서 학습한 다양한 연구용 Tool들과 관련 지식은 향후 다양한 연구 활동에 큰 도움이 될 것으로 사료 된다. ▪ 주제어: 초음파, 거리측정, 레이다, 비접촉식, 생체 신호
강화학습은 현재 아타리 게임, 바둑, 스타크래프트를 비롯한 여러 분야에서 두각을 드러내고 있다. 하지만 이러한 강화학습을 통한 정책 도출은 많은 시행을 필요로 하므로 강화학습의 높은 효율이 요구되는 상황이다. 본 연구는 Unity PushBlock 환경에서 프레임 제한에 따른 학습효율과 학습 난이도(점수를 얻기 위한 조건의 난이도) 및 Epoch 값에 따른 학습효율을 비교하는 두가지 연구를 진행한다. 프레임 제한의 경우 하나의 에피소드에서 점수를 얻기 위한 평균 프레임 값이 가장 학습효율이 높으며 대체로 프레임 제한이 클수록 효율이 높다. 학습 난이도 및 Epoch 값에 따른 학습효율 연구의 경우, 난이도가 높을수록 높은 Epoch 값에서 좋은 효율이 나타난다. ▪ 주제어: Unity, Push Block, 강화학습, PPO 알고리즘, Epoch
본 연구에서는 셀룰러 노이즈(cellular noise), 즉 각각의 세포들이 나타낼 수 있는 개별성(individuality)을 탐구하고자 한다. 똑같은 유전자를 갖고 똑같은 환경에서 배양된 세포라 하더라도 유전자 발현의 양태는 달라질 수 있고 이는 순전히 확률적 요동(stochastic fluctuation)의 결과이다. 마치 동전을 던져 앞면이 나오는 횟수를 셀 때 정확히 50:50의 비율로 앞뒷면이 나오지 않아도 이상할 것이 없는 것처럼, 유전자를 공유하는 세포라 할지라도 단지 운에 의해 어떤 세포는 7개의 단백질 분자를 갖고 어떤 세포는 4개를 갖는 것 등과 같이 다양한 유전자 발현을 보이는 것 또한 이상할것이 없는 것이다. 이와 같은 상황에서는 세포 내의 mRNA나 단백질의 농도 자체가 시간에 따라 어떻게 변화해 가는지에 대한 운동방정식이 아니라 어떤 시각에 몇 개의 mRNA 분자와 몇 개의 단백질 분자가 존재할 확률이 시간에 따라 어떻게 변해갈지를 기술하는 운동방정식이 필요하다. 이를 위하여 세포가 골고루 잘 섞이는(well stirred) 화학 반응기(chemical reactor)라는 근사 하에 화학주방정식(chemical master equation)을 도입하였고, 이를 풀기 위하여 확률생성함수(Probability Generating Function)를 사용하였다. 이로부터 세포 내 유전자 발현의 잡음 크기를 정량적으로 유추하고, python으로 시각화하는 과정을 거쳤다. 본 연구는 정보, 생명과학, 화학, 공학을 접목한 융·복합 연구로, 노화에 대한 연구 뿐 아니라 줄기세포의 분화나 암세포의 발달 등 세포가 어떤 특정 상태로 변화하는 과정, 나아가 복잡한 생명현상을 이해하는 데도 기여하는 중요한 연구가 될 것이다. ▪ 주제어: cellular noise, cellular senescence, gene expression, probability
연합학습은 여러 분야에서 사용되며 중요해졌고, 이에 따라 연합학습의 안전성 문제 역시 함께 거론되고 있다. 본 연구에서는 연합학습에서의 개인정보보안을 실현하는 방법을 연구해보고, 원활한 학습을 방해하는 악의적 사용자를 검출하는 기법을 제시하여 연합학습에서의 개인정보보안을 검증해보고자 한다. ▪ 주제어: 연합학습, 경사하강법, 정보보안
본 연구에서는 최근 부상하는 연합학습의 개인정보 보안 능력을 검증하고, 허점을 찾아내어 새로운 공격 방법 및 방어 방법을 고안함으로써 AI 시대 속 문제로 대두되는 개인정보에 관한 문제를 해결하도록 한다. 연합학습은 개인의 스마트폰에서 데이터를 처리하고, 이를 중앙 서버로 모아 정보를 분산 처리한다. 해당 개인 자체의 데이터를 수집하며 개인 디바이스를 통해 각자 학습하지만, 매개 변수 기울기와 원본 정보의 불확실성을 정보를 재구성할 수 있는 가능성을 서술하며 연합학습에서 개인정보 보호의 위험성을 알아보고 이에 대한 대책을 논의한다. ▪ 주제어: 연합학습, 경사하강법, 개인정보, 보안
본 연구에서는 독거노인의 고독사 원인 중 일각을 의료기관으로의 열악한 접근성이라 판단하고, 독거노인에서 더욱 확대하여 대중교통 서비스의 공공성, 복지의 성향과 관련성이 큰 노인들의 의료기관 접근성을 시내버스의 측면에서 분석하였다. 공공데이터를 활용하여 전체 인구수 중에 60세 이상의 인구수의 비율이 가장 높은 상위 5개 행정구역을 주거구역으로, 의료기관 밀집도 상위 5개 행정구역을 의료구역으로 선정하였다. 주거구역과 의료구역에 속하는 정류소와 그를 지나는 노선을 분석하였다. 이후 정류장과 노선과 관련된 다양한 수치들을 정리하고 분석하여 현재 노인 인구가 이용하기에 대구 시내버스 시스템은 개선해야 할 부분이 존재한다는 결론을 내렸다. 이에 따라 항상 일정한 배차간격을 유지하는 지금의 시스템에서 벗어나 시간대에 따라 배차간격을 다르게 운영할 것을 제안한다. ▪ 주제어: 대중교통, 노인, 공공데이터
본 연구에서는 감염병의 확산 상황에서 공중보건에 미치는 백신의 효과를 경제학적 관점에서의 개인의 접종 동기와 관련지어 설명하고 예측해 보고자 하였다. 감염병 연구에 전통적으로 활용되어온 SIR 모형과 같은 구획모형을 써서 감염병의 전파 상황을 시늉내고, 여기서 나온 결과가 이익의 최적화를 추구하는 개인들의 행위에 확률적으로 영향을 미치고 그 영향을 다시 감염병 모형에 되먹임되는 방식으로 게임이론과 감염병 확산 모형의 통합을 하였다. 감염병 모형과 개인에게 인식되는 위험인자의 강도를 나타내는 맺음변수들을 변화시키면서 내쉬균형점의 변화를 추적하였다. 기존의 구획모형 이론이 개개인의 의사결정을 일정한 값을 갖는 매개변수로만 취급한 반면 본 연구에서는 상황에 따라 변하는 개인의 접종 동기를 반영함으로써 가짜뉴스나 비과학적 선동이 실제 집단면역의 성취에 미치는 악영향을 정량적으로 제시하고자 하였다. ▪ 주제어: 게임이론, SIR 모형, 내쉬균형(Nash equilibrium), 백신접종