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4차 산업혁명의 발전과 함께 정보통신기술의 급격한 발전은 이차전지의 중요성을 한층 더 부각시키고 있다. 이차전지는 환경적, 경제적 이점이 크며, 고용량과 고효율성을 갖추는 것이 4차 산업혁명 시대에 중요한 과제로 대두되고 있다. 더 나아가, 이차전지 개발 단계에서의 머신러닝의 적용은 이차전지 연구의 미래에 새로운 가능성을 열고 있다. 이에 따라 본 연구는 이차 전지의 원리와 특성을 탐구하고, 머신러닝 알고리즘을 적용하여 성능을 향상시키는 방법을 모색한다. 머신러닝의 적용 으로써 데이터 분석과 예측 모델링을 통해 미래의 이차전지 연구가 나아가야 할 방향을 제시한다. 주제어: 이차전지, 머신러닝, 예상 수명, 양극재, 음극재
코로나 19가 진행되며 의료 기술에 관한 관심과 수요가 급증하게 되었다. 그중에서도 코로나인지 아닌지 진단하는 방법에 관심이 급증하며, 이에 관한 여러 연구가 진행되게 되었다. 이에 이런 코로나 진단법에는 어떠한 것이 있을지 찾아보던 중, 정상파를 원리를 활용한 초음파 물체 부상 기술로 비말 포집을 시도함으로써 코로나 19에서 PCR검사를 대체할 수 있을지 활용 가능성을 탐구한 논문을 보게 되었다. 비록 이 연구는 결론적으로 성공하지는 못했지만, 이 논문을 통해서 ‘초음파 부상 기술’에 관해 관심을 가지게 되었고, 이에 대해 더 알아보던 중 초음파 부상 기술이 의료 분야에서 의상 진단이나 안전한 검사를 위해 사용되며 초음파 부상 영상을 분석하여 조직의 이상 여부를 판단할 수 있다는 사실을 알게 되어 이 기술의 실현 가능성에 흥미를 느끼게 되었다. 그래서 이러한 기술이 현재 우리에게 어떠한 도움이 될 수 있을지를 고민해보던 중, 평소 생물이나 화학 실험을 진행 하다 보면 용액이 아주 조금만 필요한 경우에 용액이 튜브 벽면에 붙는 등의 불편한 경험들이 떠올라 이러한 미세 조정 실험을 초음파 부상 기술을 통하여 공중에서 진행하게 된다면 훨씬 수월하지 않을까 생각하게 되었다. 그리하여 초음파 부상 기술에 대해 분석해보고, 초음파 부상 장치를 직접 제작해 본 후, 여러 물방울의 거동을 분석하여 현재 의료 분야에서 쓰이고 있는 초음파 부상 기술을더 잘 이해하여 더 나아가 미세 조정 실험에서의 활용 가능성을 알아보기로 하여 이 연구를 진행하게 되었다.
본 연구는 이미지 프로세싱, 포스핀 이미지, 머신러닝에 대한 기본 이해로부터 시작되어, 생성된 포스핀의 크기 및 밀도, 그레이 스케일 레벨 등이 인공시각의 품질에 영향을 미치므로 해당 인공 시각 이미지의 인지 효율을 인공지능 모델에게 학습시켜 고해상도 이미지에 적용함으로써 사람 대상 인지 실험을 머신러닝 기법으로 대체하고자 한 연구이다. 이러한 과정의 코드 분석 연구와 함께 교통 표지판 이미지를 대상으로 한 연구를 자체적으로 계획 하였다. 처음 연구 틀과 유사하게 이미지 데이터셋 크롤링, 머신러닝 모델 제작, 정확도 평가 및 테스트 진행, 성능 분석 및 비교 과정을 수행하기 위해 많은 양의 표지판 이미지를 수집하고 이미지 데이터셋을 생성하였다. 연구 목적에 따라 저해상도 포스핀 이미지의 머신러닝 모델 처리 방법의 성능을 확인하고 분석해 보고자 하였지만 학습된 모델을 테스트하고 정확도를 평가하여 다른 머신 러닝 모델과 비교하는 코드의 추가와 실행, 새로 제작한 표지판 이미지 데이터셋의 기존 코드 적용및 수정에 어려움을 겪어 초기에 계획한 연구 단계를 모두 수행하지 못했다. 하지만 추후 관련 자료와 코드의 부족한 점을 보완하고, 연구 단계를 다시 점검하여 연구를 완료할 필요가 있다. 이는 인공시각 기술 분야의 중요성을 강조하며, 이미지 프로세싱과 머신러닝의 기술 융합을 통해 혁신적인 방향을 제시할 수 있을 것이다. 주제어: 인공시각, 머신러닝, 딥러닝, 포스핀, CNN
본 논문은 보다 효율적이고 편리한 태양전지 제작을 위해 기존 N 환경에서 제조하던 안티몬칼코 할라이드 태양전지 기판을 air 환경에서의 제작 가능성에 대해 연구하였다. Air, N 2 환경에서의 각 최종 생성물인 SbSI의 정성 분석을 XRD, 흡광도를 통해 비교하였으며, 이 과정에서 air 환경에서 제조 시 SbSI의 생성을 억제하는 Sb2O3 가 합성된다는 결과를 도출하였다. Sb2O3의 생성을 방지하기 위해 제조에 사용되는 TU 용액의 농도를 높여 연구를 진행했으며 그 결과 TU 용액 비율이 증가할수록 Sb2O3의 생성량이 감소됨을 확인했다. 본 연구는 N 환경에서만 안티몬 칼코할라이드 태양전지를 제조해야한다는 고정관념을 깨며, 간단히 특정 시약의 사용 비율을 증가시킴으로써 최종 생성물인 SbSI의 생성량이 증가하도록 함에 의의가 있다. 주제어: 태양전지, 안티몬칼코할라이드, XRD, Sb2O3
게이미피케이션을 통해 수학에 흥미를 잃거나 문제해결에 어려움을 겪고 있는 학생들이 수학을 더쉽고 재미있게 접하여 다시 흥미를 얻고 쉽게 문제를 해결할 수 있도록 직접 게임을 제작한다. 고등학교 1학년 학생들을 대상으로 하여 방 탈출, 미로 찾기, 사지선다형 퀴즈룸 게임을 직접 제작하고 배포하여 플레이할 수 있도록 하고, 본 게임들의 수학 학습 동기 유발 가능 여부, 게임의 수학적 내용 제공 방식 적절성, 게임의 흥미도, 학습 성취도에 대한 효과를 설문조사를 통해 확인하였다. 주제어: 게이미피케이션, ZEP, 수학, 게임, 학습 동기 유발
본 연구는 최근 ERBS 위성의 추락 사건을 계기로, 인공신경망 학습을 통해 인공 우주물체의 추락 경향을 예측하는 모델을 개발하고자 한다. 선행 연구에서 섭동이나 대기의 흐름, 인공위성의 크기와 같은 영향 인자 분석을 통해 추락 궤도를 정밀하게 예측할 수 있는 모델을 개발한 것과 달리, 본연구에서는 과거 인공 우주물체 추락 데이터를 TensorFlow와 같은 머신러닝 라이브러리를 활용하여 비선형 회귀 모델을 개발하고 학습시킴으로서 머신러닝을 통한 예측 모델을 개발하고자 하였다. 다만 연구 결과 학습 데이터의 부족과 일관성 결여로 추정되는 원인에 의하여 예상한 수준의 정확 도에 도달할 수 없었으나, 이는 데이터의 양과 질을 개선하는 것이 향후 연구에서 주요한 과제임을 시사한다. 주제어: 인공 우주물체, 궤도 예측, TLE, 비선형 회귀 모델, 추락 경향
동물 실험 대체안과 신세대 재생 치료제로 대두되고 있는 organoid는 현재 무수한 가능성을 보이며 급속도로 발전하고 있다. 본 논문은 organoid 기술 개발의 기초적인 실험을 통해 특성을 분석하고 활용도를 파악하는 것에 초점을 두고 있다. 먼저, iPSC의 계대 배양과 organoid의 무한 증식을 위한 트랜스퍼를 통해 응용 연구에 사용될 샘플과 관련한 전반적인 실험을 진행하였고 면역염색법을 이용 하여 hESC와 intestinal organoid가 분화된 후에도 특성을 유지하는지 검정하였다. organoid는 무한 증식 배양이 가능하며 인체의 생리활성 기능을 유사하게 재현할 수 있어 질병 모델링, 약물 스크리닝에 활용될 수 있다. 이외에도 재생의학, 독성연구, 질환기전 연구, 발생/기초 의학, 감염병 연구 등 다양한 분야와의 융합 발전이 가능하다. 장과 장내 미생물의 역할에 대한 중요성이 강조되는 현 시대의 분위기에 맞추어 'intestinal organoid'로 특정지어 연구를 진행하였으며 추후 organoid 기반 임상 실험과 실제 적용에 있어 본보기가 될 것을 기대한다. 주제어: stem cell, organoid, intestinal organoid
물리학에서 물체 간 상호작용에 의한 물체의 운동 상태를 설명하거나 예측하는 것은 매우 중요하다. 물체의 운동을 기술하는 운동방정식은 매우 복잡한 미분 방정식 형태로 나타나기 때문에 함수나 방정식의 해를 수치적으로 근사하는 수치 해석은 필수적이다. 현재 고등학생이 푸는 문제에서는 수치해석의 필요성과 편의성을 느끼기 어렵다. 우리는 고전역학에서 유명한 운동을 매트랩으로 분석하여 이론치와 비교하고 운동 방정식 계산이 불가능한 운동을 시뮬레이션해봄으로써 수치해석의 중요성을 고등학생에게 알리고자 한다. 이를 위해 고전역학의 대표적인 운동인 단진자 운동과 자유 낙하 운동을 분석하였고 최종적으로 이중진자 운동에 대해 분석하였다. 주제어: 수치해석, 자유낙하, 이중진자, 라그랑주, 매트랩
본 연구에서는 항생제 내성균에 대한 분석과, 이를 통해 제작한 수리모델에 대한 연구 결과를 제시 한다. 항생제 내성균은 항생제로 인해 생긴 장기간의 압력으로 인해 발생하는 진화 현상으로, 이제는 많은 감염성 질환들의 상당수에서 발견되고 있으며, 항생제 내성균에 대응하는데 상당한 어려움을 겪고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이미 널리 알려진 분석 방법을 통해, 다양한 항생제 내성균 증폭 현상을 관찰한 후, 이를 바탕으로 수리모델을 제작하였다. 제작된 모델은 항생제 농도와 시간에 따른 내성균의 생장량과 내성균의 변이확률을 분석하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 본 논문에서 제시된 분석 방법과 수리모델은 항생제 내성균에 대한 대처방안을 모색하고자 하는 의학 분야에서 선택적으로 활용될 수 있으며, 다양한 활용 방안이 기대된다. 주제어: 항생제, 항생제 내성, 로지스틱 방정식
대한민국의 경제가 성장하고 국민의 생활이 안정됨에 따라 전체 국민 중 생활 스포츠를 즐기는 국민의 비중이 지속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 경기나 훈련 중 신체 움직임에 의한 손상 또한 증가하고 있다. 발목 염좌는 스포츠 상해 중 가장 빈번하게 발생하는 상해이지만, 그 후유증이 오래 가고 재발 위험성이 높기 때문에 유의하여야 한다. 본 연구는 이를 예방하고자 기존의 수동적으로 발목을 보호하는 보호대와 같은 개념에서 벗어나, 발목의 각도를 실시간으로 수정하여 발목 염좌를 능동적 으로 예방하여 주는 방법을 연구하였다. 본 연구의 최종목적은 신체 구조 및 사용자의 스포츠 활동 시의 움직임을 고려하여 발목 부상을 물리적으로 예방하는 신발을 연구하고 개발하는 것이다. 본 연구를 통해 새로운 발목 안전 기술을 개발하여 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대되며 신발 설계 및 기술에 대한 특허를 취득하여 추가적인 수익을 창출할 수 있을 것으로 기대된다. 학문적인 분야에서, 신발과 안전 기술 분야에서 추가 연구를 이끌 수 있고, 향후 연구를 위한 학문적 기반을 제공할 것으로 기대하고 있다. 주제어: 발목 염좌, 스포츠 손상, 능동적, 각도 조정
세계적 전력공급난 해소를 위해선 기존 화석 연료 에너지에 의존의 심각성을 느끼고 신재생 에너 지의 필요성을 느꼈다. 이에 대한 해결책으로 저전력 지역이나 개발도상국 등에서도 가능한 풍력발 전과 연을 접목해서 적정기술을 이용한 차세대 풍력발전기를 연구했다. Deacon 방정식을 이용해 계산함으로써 고도별 풍속 자료를 수집해 최대 발전 효율이 나타나는 고도를 탐구했다. 또한, 고도에 따른 제작한 풍력발전기의 단위 시간당 에너지 발생량에 관한 데이터를 도출함으로써 실험적으로 최대 발전 효율이 나타나는 고도를 탐구한다. 주제어: 풍력발전, 적정기술, 에너지공학, 유체역학, 역학
고인돌은 선사 시대 사람들의 생활 방식과 거주 지역, 문화를 파악하는 역사적 가치가 있는 유적이 다. 이러한 고인돌이 현대까지 그 형태를 유지할 수 있는 이유를 과학·공학적인 근거를 찾아내어 우리나라 문화재의 우수성을 알리고자 했다. 조사한 고인돌 크기의 평균 수치와 구성 암석과 기하적 특징을 고려하여 표준 모델을 설계하고 이 모델을 통해 구조해석을 진행하여 고인돌이 안정적인 구조임을 입증했다. QGIS를 이용하여 고창, 화순, 강화의 고인돌 분포를 나타낸 지도를 제작했다. 이를 통해 고인돌은 산지에 밀집되어 있음을 알 수 있었고 이는 고인돌의 위치를 숨기고, 지반의 안정성이 구조 유지에 용이했음을 알 수 있었다. 고인돌이 형태적으로 안정함을 입증함을 통해 옛 선조들의 지혜를 모방하여 안정성을 보다 높일 수 있는 건축물을 제작하는 등의 응용이 가능하며 문화유산 보호와 전승에도 큰 가치를 부여할 수 있다. 주제어: 고인돌, 표준 모델, 시뮬레이션, 지도, 안정성