연도별 연구과제 218 페이지첫페이지로 이동

 아두이노를 활용한 교육이 화두가 되고 있다. 하지만 정밀성과 정확성을 요구하는 용액의 총괄성 측정 실험과 같은 실험에서 온도계나 MBL과 같은 다른 교구와 비교하여 사용하기에 적절한가라는 의문이 들었다. 따라서 아두이노를 활용하여 용액의 총괄성 상수들을 측정을 할 뿐만 아니라 이러한 실험을 할 때 온도계와 MBL과 비교하여 차별되는 어떤 특징을 갖고 있는지 탐구해보고 오픈 소스인 아두이노를 활용함으로써 아두이노의 정밀성과 학생들이 직접 실험을 통해 고등학교 교육과정인 용액의 총괄성에 대한 교육을 할 때 아두이노 사용의 적합성을 판단하는 연구이다.

본 연구는 비스페놀A의 pH 조건과 방법에 따른 제거 효과 비교에 관한 것이다. 비스페놀 A는 내분비 교란 물질로, 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 물건에 포함되어 있으며, 인체에 많은 악영향을 끼친다. 일상에서 쉽게 접할 수 있는 비스페놀A의 위험성에 대해 알게 된 후 비스페놀A를 효과적으로 제거하는 방법의 필요성을 느끼고 비스페놀 A를 제거하는 세 가지 방법의 원리를 탐구하였다. 폴리 염화알루미늄을 이용한 비스페놀A의 응집, 활성탄을 이용한 비스페놀A의 흡착, 오존과의 반응을 통한 비스페놀A의 제거 등의 방법이 잘 알려진 방법임을 알 수 있었다. 더 나아가, 공장 폐수 등과 같이 pH 조건이 다른 상황에서 어떤 방법이 비스페놀 A를 제거하는 데 가장 효과적인지 알아보고자 하여 각 pH 조건에서 실험을 진행해 결론을 얻었다.

▪ 주제어: 비스페놀 A, 내분비 교란 물질, 활성탄 흡착, 응집
 

학생들의 만족도가 높은 학교를 만들고자, 이전 연구에서는 지금까지 사용한 반 배정 방법의 문제점을 보완하고, 긍정적 대인관계와 성적 향상 효과를 얻을 수 있는 반 편성 방안을 기초로 하여, 인지심리학을 활용함으로써 앞으로 나아가야 할 방향에 대한 로드맵을 제시하였다. 이번 연구에서는 더욱 실제와 가깝고 학생들의 의견을 잘 반영하고자 하는 목적에 따라 수학적 통계조사와 사회심리학을 이용하여 더욱 심도 있는 연구가 되도록 하였다. 이를 위해 전국 중·고등학교 중 3곳을 임의 추출하여 모집단의 분포를 추정하는 통계적인 분석을 하였으며, 사회심리학 내용을 바탕으로 개개인의 심리뿐 아니라 집단 자체에 조금 더 초점을 맞추어 학교에서 반을 구성하는 목적을 명확히 정의하고 기존 반 편성의 원론적인 문제를 해결하고자 한다.

▪ 주제어: 최적해, 사회심리학, 표본조사와 모집단, 학생 심리 분석, 유형별 반 편성 프로그램

다음 연구에서는 해파리를 이용하여 콜라겐 분말을 제작하고 접착제를 제작하였다. 이후 여러 변인을 조작하여 접착제를 만들어 인장 강도를 측정해 최적의 강도를 가지는 접착제의 조건을 확인하였고, 그 화학적 원리를 분석하였다.
 접착제 제작 과정에서 콜라겐이 묽은 염기에 불용성이라는 특징을 이용하여 묽은 염기 처리를 한 후, 제작 및 사용 과정에서의 편의를 위해 건조시켜 분말을 제조하였다. 이후 접착제 용매의 종류, 산 처리 과정 및 산화 과정의 유무, NaOH의 농도, 콜라겐 분말의 입도, 수분 흡수의 유무 등을 변화시켜 인장강도를 측정하였다. 그 결과, 산 및 산화제를 처리하지 않고, 증류수와 NaOH 0.05M을 사용하여 작은 분말 입도 조건에서 제작하는 것이 가장 효율적이었다. 추가실험을 통하여 수분 흡수에 대한 내구성도 확인할 수 있었다.
또한 제작 과정 및 실험 결과,  SEM 사진 등을 바탕으로 천연 접착제의 접착 원리를 분석한 결과, 콜라겐이 젤라틴화한 후 물이 증발하면서 생기는 그물 구조에 의한 것이라고 추론하였다.

▪ 주제어: 해파리, 콜라겐, 젤라틴화, 접착제

본 연구에서는 자연적으로 분해되는 오호로 스크럽 알갱이를 만들고, 미세먼지로 인한 피부염을 직접적으로 해결하는 알긴산으로 미세먼지 흡착 오호 스크럽을 제작하고자 했다. 

 알긴산 거즈에 먼지를 쐬여 SEM 촬영을 통해 미세먼지가 흡착됨을 확인했다. 돼지 껍데기에 알긴산과 타사 제품을 도포 후 세척하여 일정 시간 간격으로 수분 지속력을 비교했다. 또, 색조 화장품을 바른 돼지 껍데기를 오호 스크럽제로 세척하고 Digital microscope로 촬영한 뒤 image j 소프트웨어를 사용하여 타 제품과 세척률을 비교했다. 마지막으로, 오호, 설탕 스크럽을 돼지 껍데기 지방층에 사용한 뒤 image j로 분석하여 오호 입자의 안전성을 검증했다. 

본 연구로 알긴산의 화장품으로서의 활용성과, 미세 오호 입자를 스크럽제로 제작 할 수 있다는 가능성을 제시했다. 

▪ 주제어: 미세먼지, 알긴산, 오호, 스크럽제, 친환경

 요즘은 어느 때보다 환경과 건강을 위한 친환경 재료 개발이 활발하다. 그 중 갑각류 속의 키토산에 관한 재료는 이미 30년 전부터 시작되었지만, 최근 이와 관련된 산업들이 활력을 잃었다. 그 이유로 첫째, 키토산의 주요 추출원이었던 게와 새우의 원료 값이 최근 상승한 것과 두 번째로 키토산 추출 과정 자체에서 발생하는 문제로 인해서이다.
우리는 친환경 재료인 키토산이 가지고 있는 이러한 생산 과정에서의 문제점들을 해결하기 위해 새우나 게를 대체할 수 있는 재료를 찾고, 친환경적 키토산 추출법의 최적화 방안에 대한 탐구를 수행하고자 한다.
 새우와 달리 가격 경쟁력이 매우 크고, 버려지는 해양쓰레기인 갑각류 따개비와 절지동물과는 다른 계에 속하는 균류인 팽이버섯, 표고버섯, 차가버섯을 선정하여 키토산의 추출 재료로 선정하여 탐구하고자 한다. 최적의 키토산 추출법을 찾아내기 위해, 다양한 변인을 설정하여 탐구할 것이다. 기존의 키토산 추출 공정보다 더 친환경적이면서 수득률을 유지하는 키토산 추출법을 최적할 수 있는 방안을 탐색하여 제시하고자 한다.  또한, 따개비와 팽이버섯에서 추출한 키토산을 친환경 접착제로의 활용 가능성을 탐구하여 키토산의 활용 방안을 제안한다.

▪ 주제어: 키토산, 균류, 키토산 추출, 친환경적 재료, 탈아세틸화도

우리나라에서 법으로 규정된 도로용 유리알의 최소 굴절률은 타국의 굴절률에 비해 현저히 떨어져 효능이 떨어진다.  또 아무리 우천용 유리알을 사용하더라도 비용적인 측면으로 인해 잘 사용하지 않는다. 이번 연구에서는 차선에 이차곡선 홈을 파서 재귀반사 유리알을 위에 도포한 후, 이에 이차곡선 초점의 특징을 적용시키고 분석하였다. 이차곡선마다 각기 다른 장단점이 존재하였다. 폭이 좁은 홈을 파면 타이어와의 마모가 거의 생기지 않아 유리알이 오랜 시간동안 유지가 되며 굴절률이 작아 그 효능을 내지 못했던 유리알의 방출각을 이차곡선 초점의 성질을 이용해 높일 수 있다. 그 이차곡선 중 포물선의 최적의 초점거리를 구한 것에 이번 실험에 의의가 있으며 이가 차선의 가시성을 높여 운전자가 차선을 보다 잘 파악할 수 있을 것이다. 

본 연구에서는 소 뒷다리뼈 내부의 뼈잔기둥의 생물학적, 물리적 특성을 분석하였다. 분석한 데이터를 바탕으로 건물의 건축 및 보수과정에서 지진에 대비하고, 자연재해를 견딜 수 있도록 돕는 보강구조에 대해 연구하여 응용이 가능하도록 모델링하기 위한 준비작업을 거쳤다. 소 뒷다리뼈의 부위별 내부 구조와 뼈잔기둥의 특성을 바탕으로 압축강도를 비교·분석하였고, 뼈잔기둥 발달 정도와 구조에 따른 인장강도와 뼈의 경도, 하중 지지력을 비교·분석하였다. 

▪ 주제어: 내진설계, 뼈잔기둥, 구조물, 생체 모방

  본 연구에서는 젤라틴과 알긴산, 키토산의 혼합용액을 동결건조시켜 스티로폼 대체재를 제작하였다. 가장 최적화된 스티로폼 대재를 찾기 위해 젤라틴, 알긴산, 키토산의 배합 비율을 달리하여 다양한 종류의 대체재를 만들고 SEM을 통해 스티로폼과의 유사성을 분석하였다. 뿐만 아니라, 열처리 전과 후의 시료를 산성, 중성, 염기성 수용액에 넣어 안정성을 비교하여 열처리 시 강도가 강해지며, 젤라틴의 배합 비율에 따라 수분흡수율을 조절할 수 있다는 것을 확인하였다. 또한, 간이 단열계를 제작하여 단열성을 비교하였을 때 단열성이 일반 스티로폼과 유사하다는 것을 확인하였으며 제작한 스티로폼 대체재에 고초균을 배양하여 생분해될 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 젤라틴-키토산-알긴산 스티로폼 대체재를 기존의 스티로폼을 대체하고 다양한 형태로 변형하여 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

▪ 주제어: 젤라틴, 알긴산, 키토산, 스티로폼 대체재

이 연구에서는 사진 속의 별자리가 무엇인지 인식하는 소프트웨어를 개발하고자 하였다. GPS기반의 별자리 관측을 보조하는 앱들이 많이 개발되어 있지만, 촬영된 별자리를 알고 싶다면, 일일이 대조해야 하는 수고가 필요하므로, 이런 단점을 극복하고자 하였다. 카메라를 이용하여 별자리 사진을 수집하고 해리스 코너 알고리즘으로 영역 안의 별들을 검출하였다. 검출된 별의 중심좌표와 영역의 넓이를 좌표 변환을 통해 축소된 이미지로 학습용 데이터셋을 만들고, VGG Network기반의 CNN모델을 구축하여 학습을 진행시키며 모델을 수정하며 최적화된 모델을 만든다. CNN의 한계를 깨닫고, 별자리 내에 존재하는 특정 패턴을 참조하여 학습에 적용시킴으로서 높은 신뢰 수준으로 사진으로부터 별자리를 판별하는 모델을 만들었다.

▪ 주제어: 이미지 인식, 별자리, 해리스 코너 검출, CNN, 패턴 분석 

미세먼지는 일상생활에 큰 피해를 주는 물질이다. 우리는 미세먼지 저감 필터 개발을 탐구 목적으로 설정하고, 버려지는 새우 껍질에서 추출한 키토산과 글리아딘과 글루테닌의 조성비가 다른 글루텐 가루를 이용해 여러 가지 필터를 제조, 필터의 미세먼지 저감 효과를 측정하였다. 두 물질의 조성비, 가교제 첨가 여부, 키토산의 효과 3가지를 변인으로 설정해 실험하였다. 탐구 결과 글리아딘의 조성비가 큰 가루를 사용했을 때와 가교제를 첨가한 경우에서 가장 높은 흡착 성능을 가지는 젤을 얻을 수 있었다. 미세먼지의 성분 중 하나인 중금속에 대한 흡착 성능을 시험하기 위한 실험도 진행하였다. 우리가 만든 필터는 뛰어난 흡착 성능을 가질 뿐만 아니라 키토산과 글루텐으로 제조하여 친환경적이기에 활용 분야가 다양할 것으로 기대된다.

주제어 : 글루텐, 키토산, 미세먼지, 필터, 친환경

본 연구는 단음 연주에서 국악기의 종류와 음계 판단에 목적을 두고 있다. 국립국악원 디지털 음원 사이트에서 자료를 수집하고, 파형, 스펙트럼, 멜-스펙트로그램, MFCC 같은 전처리 과정을 거쳤다. 이후 CNN 알고리즘을 이용하여 멜-스펙트로그램과 MFCC를 학습시킨 딥러닝 모델을 구현하였으며, 혼동행렬을 이용하여 딥러닝 모델의 성능을 평가하였다. 이러한 연구 결과는 곡과 관련된 악기, 계이름 등의 정보를 알아내어 개인이 국악기 연습을 위해 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

▪ 주제어: 국악기, 음원 분류, 딥러닝, CNN