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본 연구는 알긴산 비드의 반지름에 따른 흡착 효율과 기계적 안정성 사이의 상충 관계를 분석해 목표 시간 안에 목표 제거율에 도달할 수 있는 최대 반지름을 최적 반지름이라 정의한 후 이를 도출하는 것을 목표로 한다. 이를 위해서 Pb²⁺-알긴산 비드 계의 평형 흡착량은 Sips 모델을, 동역학적 확산은 LDF-등온선 모델을 통해서 각각 표 현하였다. 실험을 통해서 Sips 모델의 매개변수를 구한 후, 이를 Python 기반 LDF-모델을 이용해 반지름과 kLDF 사이의 관계를 분석한 결과, 초기농도 1000ppm, 비드 투입량 1g/100mL인 초기조건에서 15분 안에 90%의 제거율 을 달성할 수 있는 최적 반지름은 약 2.6mm로 도출되었다. 이후에, 이를 같은 조건에서 3회 진행한 실험에서도 892~906ppm의 제거율을 보이면서 모델 예측과 일치함을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 본 연구는 내부 확산이 지배적인 다공성 비드에서 목표를 충족할 수 있는 최적 반지름이 존재함을 규명하였으며, 알긴산 비드 외에도 펙틴, 키토산과 같은 내부 확산 지배 다공성 비드의 설계 과정에 적용 가능한 기준을 제시하였다.

주요 단어: 알긴산 비드, Sips 모델, LDF-등온선 모델, 흡착 효율, 기계적 안정성

Abstract This study aims to determine the optimal radius of alginate beads by analyzing the trade-off between adsorption efficiency and mechanical stability as the bead radius varies. The optimal radius is defined as the maximum bead size that can achieve a target removal efficiency within a given time. The equilibrium adsorption behavior of the Pb²⁺–alginate bead system was described using the Sips isotherm, while the diffusion-controlled kinetics were represented by the LDF model. After experimentally determining the Sips model parameters, the relationship between bead radius and the LDF rate constant was analyzed through a Python-based kinetic simulation. Under the initial conditions of 1000 ppm Pb²⁺ and a bead dosage of 1 g per 100 mL, the optimal radius required to reach 90% removal within 15 minutes was calculated to be approximately 2.6 mm. Subsequent verification experiments conducted three times under the same conditions removed 892–906 ppm of Pb²⁺, demonstrating strong agreement with the model prediction. Overall, this study confirms the existence of an optimal radius that satisfies performance requirements in diffusion-controlled porous bead systems and provides a quantitative design framework applicable not only to alginate beads but also to other beads such as pectin and chitosan.

Keywords: Alginate Bead, Sips model, LDF-model, absorption efficiency, mechanical stability

본 연구에서는 풍력 에너지를 활용한 양수 에너지 저장 시스템의 효율을 비교하기 위해 WEPS(Wind-Electric pumped Storage)방식과 본 연구에서 제안하는 DWPS(Direct Wind-Pumped Storage)방식의 성능을 비교하는 실험적 연구를 수행하였다. WEPS방식은 풍력 발전으로 생성된 전기를 모터와 펌프를 통해 양수 저장에 사용하지만, DWPS 방식은 풍력장치를 펌프에 직접 연결하여 물을 양수하기 때문에 에너지 변환 단계를 줄이고 손실을 최소화할 수 있다. 연구를 위해 두 방식을 모형화한 실험 장치를 제작하고, 주요 설계 변수들을 변경하면서 각 에너지 변환 단계별 동력과 효율을 측정하여 비교하였다. 실험을 통해 DWPS 방식의 효율적 우세를 검증하고 활용방안을 제안 하였다.

주제어: 양수 에너지 저장, PHES, Pumped Hydro Energy Storage, 에너지 효율

마이크로컨트롤러(microcontroller unit, MCU)는 금융, 통신, 생체인증 등 다양한 분야에서 민감한 정보를 보호하는 데에 사용된다. MCU의 보편화와 함께 이를 공격하는 다양한 기법들이 활발히 연구되고 있으며 그 중 대표적인 방법으로 시스템 내부에 인위적으로 오류를 주입하여 보안 기능 을 우회하거나 정보를 유출시키는 오류 주입 공격(fault injection attack)이 있다. 본 연구에서는 특히 고출력 레이저를 사용해 MCU 내부 회로에 일시적인 오류를 유발하는 광학적 오류 주입 공격(optical fault injection)을 다룬다. 기존 연구들은[1,2] 주로 레이저를 조사하는 위치에 따라 발생하는 오류를 결과론적으로 분석하는 데 집중해 왔다. 그러나 이러한 접근법은 오류가 발생한 이 후의 전파 경로를 규명하지 못해 복잡도가 높은 현대 MCU 프로그램에 적용하는 데에는 한계가 있다. 따라서 본 연구는 실험 및 시뮬레이션을 통해 수집한 데이터를 바탕으로 인과적 모델링을 통해 오류가 MCU 내에서 전파되는 경로를 밝히는 것을 목표로 한다.

주제어: 광학적 오류 주입, 오류 전파 경로, 인과추론

본 연구는 체인링의 반지름 변화가 자전거 구동계의 마찰 손실에 미치는 영향을 규명하고자 진행되었다. 앞, 뒤 체인링 반지름을 동일하게 설정하고, 크랭크 축에 질량체를 매단 뒤 자유 회전을 유도하여 체인 구동 시 발생하는 동역학적 거동을 관찰하였다. 라그랑지안 등 해석역학적 이론을 도입 해 실험에 대한 분석을 진행한 뒤 실제 실험을 진행하여 효율을 극대화하는 반지름이 존재할지 혹은 단조적인 경향성을 보이는지 분석한다. 본 실험을 진행하기 전에, 우드락 표면에서 실에 의해 발생하는 마찰을 확인하는 간이 실험을 진행한 후 이를 분석하고 수정 및 확장하여 본 실험을 진행하 였다. 이러한 과정을 통해 체인링 반지름과 구동 효율 간의 상관성을 체계적으로 고찰하고 자전거 구동계 효율 연구에 기초 자료를 제공하고자 한다.

주제어: 체인링, 마찰, 에너지, 회전

본 연구에서는 진동자를 벌집 격자 형태로 배치하여, 격자 A, B에 해당하는 파원들을 서로 다른 위상차로 진동시키는 방식으로 수면파를 유도한다. 이때 수면에 놓인 1cm 스케일의 기름막의 운동을 실험적으로 관찰한다. 이론적으로 속도 피텐셜을 계산하여 수면파의 형태를 구하고 Mathematica를 이용하여 수면파에서 마디와 배의 위치를 구분한다. 실험 결과, 격자점 사이 간격이 3√3cm, 진동수가 7Hz, 격자 A, B의 위상차가 180°일 때 격자의 중심에서 격자 B의 이웃한 두 점의 중점이 기름막의 안정 평형점이 됨을 관찰했다. 또한 Mathematica 로 구한 결과와 비교하여 이 안정 평형점은 수면파의 배라는 것을 밝혀냈다. 이를 통해 본 연구는 기존에 알려져 있던 소수성 미세 입자가 수면파의 배에 분포한다는 사실을 보다 더 거시적인 계, 상호작용이 다양한 계로 확장한다. 더 나아가서, 바다에서 기름 유출 사고가 발생했을 때 초기에 적절히 대처하기 위한 방안으로씨의 가능성을 본 연구에서 제시한다.

주제어: 벌집 격자 구조, 위상차, 수면파, 기름막, 위치 제어

본 연구는 CO₂ 카트리지를 활용하여 발사체의 낙하 위치를 능동적으로 조절하고, 이를 통해 회수 효율을 높이는 시스템 개발을 목표로 한다. 발사체에는 아두이노 기반 제어 시스템과 서보모터가 탑재되어 있으며, 서보모터는 CO₂ 카트리지의 분출량을 정밀하게 조절하는 역할을 한다. 이 조절 메커니즘을 통해 CO₂ 가스의 방향성과 추진력을 변화시켜, 낙하 중인 발사체의 위치를 실시간으로 수정할 수 있다. 블루투스 통신을 사용한 원격 조종 방식으로 낙하 방향을 제어함으로써 목표 지점에의 정확한 회수를 가능케 한다. 실험을 통해 제어 정확성과 분출량에 따른 궤도 변화의 상관관계를 분석하였으며, 본 시스템이 발사체 회수의 정확성과 효율을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 이러한 기술은 향후 소형 우주 발사체, 드론, 또는 고고도 관측기구의 회수 시스템에 응용 가능성이 높다.

주제어: 회수 시스템, CO2 카트리지, 추진 제어, 낙하 경로 조절

5차 산업혁명 시대, 통신기술에서 마이크로파 손실 문제는 중요한 과제이다. 본 연구는 단면적과 높이를 일정하게 유지한 상태에서 사각형, 육각형, 팔각형, 원형 도파관을 제작해 전송 효율을 비교 하였다. 그 결과, 정육각기둥 도파관이 가장 높은 효율(12.3)을 보였으며, 구조적 대칭성과 균일한 배열로 손실을 최소화함을 확인했다. 또한 단면적 변화와 회전 실험에서도 일관되게 우수한 성능을 보여 향후 고주파 통신 시스템 도파관 설계의 기준을 제시할 수 있을 것이다.

주제어: 도파관, 마이크로송수신장치, 효율비교, 형태비교

본 연구는 음파를 이용하여 원하는 지점의 온도를 하강시키는 역할을 하는 음향냉각장치의 성능을 발전시키는 목적을 가지고 있다. 이를 위해 음향냉각장치를 제작하여 효과를 알아보고 음향냉각장치의 구성품 중 하나인 스택의 구조를 변화시키며 온도 차를 알아보는 실험을 진행하였다. 연구 결과에 의하면 스택의 밀도가 클수록 공기의 흐름을 방해하여 양쪽 온도 차가 적어지는 것을 확인했고 밀도가 아주 작을 때도 성능이 안 좋아지는 것을 알 수 있다. 또한, 스택의 길이를 변경시켜 볼 때 효과가 길이를 찾을 수 있었다. 이를 통해 스택의 위치, 구조 등이 음향 냉각장치의 성능에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

주제어: 음향냉각장치, 스택, 위치, 구조

본 연구에서는 기존에 형식적으로 정의되지 않았던 formal analogy의 정의를 수학적으로 명확히하며, 이를 바탕으로 쌍대성의 일반적인 정의를 제시한다. 본 연구는 일차논리와 모델 이론, 모델 사이의 동형사상을 통해 formal analogy의 형식적인 정의를 밝히고, 정의적 동치의 정의를 변형하여 정의적 확장과 논리적 동치를 통해 formal analogy를 생성하는 일반적인 과정을 설명한다. 이후 formal analogy를 이용하여 서로 다른 두 모델에서 같은 논리식, 증명에 대한 각각의 해석 사이의 대응에 대해 분석한다. 또한 모델 이론에 기반하여 쌍대(dual) 및 자기쌍대(self-dual)을 보편적으로 정의하고, 자기쌍대 관계에있는 두 모델 사이 쌍대성(duality)을 formal analogy의 특성을 이용해 정의하며, 쌍대인 두 모델 사이 쌍대성을 생성하는 일반적인 과정을 설명한다.

주제어: 모델 이론, formal analogy, 쌍대성, 동형사상

본 연구는 악기 울림통의 홀 크기의 변화가 소리의 진폭과 파형에 미치는 영향을 규명하고자 한다. 이를 위해 홀 모형을 직접 제작하고, 다양한 크기로 기타의 원형 홀을 가공하여 변인을 통제한다. 음향을 발생시킨 후 소리 센서를 이용해 수집한 데이터를 푸리에 변환을 활용하여 주요 주파수 빈도를 분석한다. 이론적 배경으로는 배음 구조, 헬름홀츠 공명 이론, 그리고 푸리에 변환을 활용하여 기타의 원형 홀의 크기에 따른 음색 변화를 비교한다. 본 연구는 현악기 홀 구조와 음색 구성 주파수 특징의 상관관계를 탐구함으로써 현악기 음향학 이해를 넓히고, 향후 악기 설계학에 기여하며 홀의 기하학적 특징의 근거를 마련한다.

주제어: 배음, 푸리에 변환, 헬름홀츠 공명, 홀의 형상, 파동 역학

본 연구에서는 수동 콜로니 카운팅의 비효율성과 주관성을 개선하기 위해 고안되었으며, YOLO V11 객체 탐지 모델과 라즈베리파이 기반 하드웨어를 활용하여 미생물 콜로니 수와 항생제 억제 구역을 자동으로 측정한다. 이를 통해 저비용으로 높은 정확도를 제공하는 솔루션을 제시한다. 특히, CVAT를 이용한 데이터 라벨링과 전이 학습을 통해 모델의 성능을 향상시키고, 시중 제품 대비 92.37%의 성능을 달성하며 교육 및 연구 현장에서의 활용 가능성을 보여주고 있다.

주제어: AI, 콜로니 카운터, 항생제 감수성 평가, 세균 배양 자동 분석

본 연구는 백드래프를 억제하고 신속한 화재진압을 목적으로 하는 질소 챔버를 설계하는데 의의가 있다. 나트륨 아자이드의 열분해 반응으로 생성되는 질소 기체의 발생량과 속도를 정량 분석하고, 반응속도 실험 측정과 CFD(전산유체역학)를 통해 정량적으로 분석했다. 휴대형 진공–질소 챔버의 설계 타당성을 입증하며, 소방 현장에서 백드래프트 발생 조건을 근본적으로 제거할 수 있는 가능성을 제시하는데 목적이 있다.

주제어: 백드래프트, 화재진압, 나트륨 아자이드, 벌크흐름, 안전성