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이 연구는 세계 인구 증가와 농경지 감소로 인해 예상되는 식량 수요 증가와 이에 따른 물과 전기 공급 문제를 해결하기 위해 미생물 연료전지를 활용한 해수 담수화 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 미생물 연료전지는 미생물의 물질대사 과정에서 발생하는 전자를 이용해 전기를 생산하는 생 물 전기화학 시스템으로, 본 연구에서는 이를 통해 전기와 담수를 동시에 생산하는 시스템을 제안 한다. 연구는 미생물 연료전지의 구조와 작동 원리를 이해하고, 다양한 포도당 농도와 이온 교환막 종류에 따른 전기 생산 및 해수 담수화 능력을 평가하였다. 또한, 실험을 통해 미생물 연료전지의 발전 성능과 담수화 효과를 확인하고, 이를 사막 농장에 적용할 수 있는 방안을 탐구하였다. 연구 결과, 미생물 연료전지가 사막 지역의 농업 생산성 향상에 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 지속 가능한 물과 전기 공급 방안으로서의 가능성을 보여주었다. 주제어: 미생물 연료전지, 해수 담수화, 사막, 농업, 지속 가능
본 연구는 등고선과 지질학적 데이터를 활용하여 지질도 및 지질단면도를 자동으로 생성하고 더 나아가 3D 구조를 출력하는 프로그램 개발을 목표로 하였다. 현재 지질도 작성은 전문적인 지질 학자들이 오랜 시간과 노력을 들여 수작업으로 이루어지며, 산악 지형이 많은 우리나라에서는 모 든 지형에 대해 구체적인 지질단면도를 작성하는 것이 어려운 상황이다. 따라서 연구 과정에서 유전알고리즘을 사용하여 지층 경계선을 추정하였고 순차적으로 등고선 기반 지형 단면도와 지질 단면도를 생성해내는 알고리즘을 개발하였다. 그 결과 사람이 그린 지질 단면도와 약 1.5%의 오 차율로 높은 정확도를 보였으며 기존 작업 대비 약 80배의 시간 절감 효과를 보였다. 이는 광물 및 자원 탐사, 자연재해 예방, 과거 환경 예측, 토목 공학적 정보 수집 등 다양한 분야에서 유용 한 지질학적, 산업적, 교육적 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 주제어: 지질학, 지질평면도, 지질단면도, 자동화, 3D 모델링
본 연구에서는 알고리즘 문제 제공 서비스인 Baekjoon Online Judge에서의 사용자의 실시간 문제 제출 데이터를 사용하여 인공지능 학습을 통해 사용자에게 적정 난이도의 문제를 추천하는 문제를 다룬다. 이 문제를 해결함으로써, 알고리즘 학습을 원하는 사용자들의 학습 효율을 향상하고, 또한 인공지능을 활용해 적정 문제 각 후보에 대한 확률을 계산해 사용자에게 학습에 맞는 문제를 제공 할 수 있도록 한다. 주제어: 알고리즘 학습, 인공지능, 문제 추천 시스템
평소 DNA는 핵 안에서 염색질의 형태로 존재한다. 이때 세포가 체세포 분열을 할 때 딸세포에게 동일한 양의 DNA를 전달하기 위해서 DNA를 복제해야 한다. 이때, 복잡하게 얽혀 있는 염색질을 풀어야 DNA를 복제할 수 있게 된다. 복잡하게 얽혀 있는 염색질은 위상수학적으로 세잎매듭을 띄고 있다. 그렇기에 세포는 비자명한 매듭인 염색질의 구조를 자명한 매듭 구조로 풀기 위해 교차점을 변화시키는 횟수를 최소한으로 하는 방향으로 행동해야 한다. 이를 위상수학의 매듭이론을 통해 연구했고, 파이썬을 통해 최소 변화 횟수를 구하는 프로그램을 구현하여 매듭이론을 이용한 DNA의 복제 과정을 연구했다. 복잡하게 얽혀 있는 염색질의 구조를 위상수학적으로 구현하고 파이선을 이용하여 DNA 복제를 위한 염색질의 매듭 변형의 최소 행동 수를 구하는 알고리즘을 구현했다. 염색질 매듭 구조의 변화가 위상수학에서 최소한의 행동으로 자명한 매듭이 되었는지 파이선 알고리즘의 결과와 비교하여 염색질 매듭 변환 과정의 효율성을 판단했다. 주제어: 매듭이론, 세잎매듭, 염색질, 알고리즘
금 나노입자(Au NPs)는 임신 테스트기나 항원 COVID 검사와 같은 측면 흐름 면역검사 등에 널리 활용되고 있다. 본 연구는 펩타이드(insulin, glutathione)와 금 나노입자의 상호작용을 분석하여 금 나노입자의 바이오 센서로서의 가능성을 탐구하였다. gluthathione 농도에 따라 금 나노입자의 색 이 붉은색에서 푸른색으로 변하고, 최대 흡수 파장(λmax)이 증가하는 경향을 UV-Vis 분광분석을 통해 확인하였다. UV-Vis 스펙트럼을 기계학습시켜 미지의 gluthathione 농도를 예측하게 하는데 성공하였다. 또한 우리 몸의 물질대사에 중요한 역할을 하는 폴리펩타이드 호르몬의 일종인 insulin 을 금 나노입자와 반응시켜 붉은색, 푸른색, 보라색으로의 뚜렷한 색 변화의 경향성을 확인하였다. insulin 농도에 따른 최대 흡수 파장의 변화를 Python을 통해 그래프로 시각화한 결과 특정 농도 범위에서 선형성을 확인할 수 있었다. 본 연구는 생체분자-금 나노입자 반응의 색깔 변화를 통해 바이오 센서 에의 활용 가능성을 제시한다. 주제어: 금 나노입자, gluthathione, insulin, 기계학습, UV-Vis 분광법
이 연구는 우유의 산패 여부를 시각 정보를 통해 직관적으로 판단할 수 있는 오호 지시약을 개발하 고 이를 우유팩에 적용하는 방법을 제시한다. 6% 농도의 알긴산 나트륨을 이용한 오호 막이 내구성 이 가장 뛰어남을 확인하였으며, 산패 시 pH 변화를 감지할 수 있는 브로모크레졸 퍼플(BCP)을 지 시약으로 선정하였다. 알긴산 겔과 BCP를 혼합하여 우유팩 벽면에 균일하게 코팅할 수 있는 장치를 제작하였고, 지시약 성분이 유출되지 않도록 오호의 그물 구조를 활용하였다. 또한, 시각장애인을 위한 RGB 센서 기반 음성 안내 시스템을 통해 산패 여부를 쉽게 확인할 수 있는 접근성을 제공하 였다. 이를 통해 우유의 안전한 소비와 환경 보호에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 주제어: 우유 산패 판별, 오호 지시약, pH 감지, 알긴산 겔 코팅, 맞춤형 소비기한
본 연구는 전자레인지를 이용하여 프라이팬 조리와 유사한 온도 변화와 조리 효과를 구현하는 방법을 탐구한다. 전자레인지로 고기를 조리할 경우, 고기 내부에서부터 열이 발생하여 겉면이 충분 히 바삭하게 익지 않는 문제가 생긴다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 고기의 주요 구성 성 분인 지방과 살코기의 물리적 특성을 파악하고, 이러한 특성을 활용하여 전자레인지에서 프라이 팬과 유사한 온도 변화를 유도할 수 있는 방안을 모색한다. 이를 위해 각 성분의 전기 전도도(저항), 열전도도, 밀도를 측정하고, 이들이 조리 과정에서 열의 전달과 고기 익힘에 미치는 영향을 분석하였다. 주제어: 전자기파, 단백질 변형, 지방, 열전도, 근수축
본 연구는 음악의 화음 조율 방법 중 순정률과 평균율을 수학적으로 분석하고, 이들 사이의 차이를 명확히 밝히는 것을 목표로 한다. 이를 통해 음악 이론에서의 협음도 개념을 정량적으로 정의하고, 새로운 조율 방법을 탐구하는 데 기여하고자 한다. 두 음의 진동수 비율을 간단한 정수비로 근사하여 협음도를 정의하고, 이를 순정률과 평균율에 적용하여 비교 분석한다. 이 결과를 바탕으로 순정률과 평균율의 장점을 결합한 새로운 조율 방안을 제시하여 음악적 표현력을 확장하는데 도움을 줄 수 있을 것이라 기대한다. 주제어: 협음도, 수학적 모델링, 순정률, 평균율, 진동수 비율
현재 소행성은 우리에게 큰 피해를 주지는 않고 있지만 과거에 큰 피해가 있었고, 미래에도 피해 가 발생할 수 있다. 이 연구는 소행성의 운동 분석과 지구 충돌 위험도 예측을 목표로 한다. CCD 관측을 통해 소행성의 광도 데이터를 수집하고 광도곡선 역산법을 통해 궤도 분석을 한다. 궤도 분석을 통해 충돌 위험도를 예측하도록 한다. 주제어: 소행성, CCD 관측, 광도 측정, 자전 주기, 공전 궤도
이 연구에서는 집합과 함수의 개념을 바탕으로 계단함수와 충격함수를 탐구하였다. 집합의 기본 법칙과 특성을 분석하고 이를 응용한 여러 성질을 증명하였다. 셀 수 없는 집합과 셀 수 있는 집합 의 개념을 정리하였고, 이에 대한 유리수와 무리수의 조밀성을 증명하는 활동을 수행하였다. 또한, 정의역, 공역, 치역과 같은 함수의 기초적인 구성 요소를 다루고, 단사함수와 전사함수의 개념을 통 해 함수의 성질을 심화하였다. 함수의 연속성과 불연속성에 대한 탐구에서는 고른 연속성과 절대 연속성을 다루며, 제1종 및 제2종 불연속성의 구분을 통해 불연속 함수의 특성을 분석하였다. 마지 막으로, 계단함수와 충격함수의 개념을 정의하였고, 계단함수 중 단위계단함수를 여러 방식으로 뜻 매김 하였다. 충격함수가 단위계단함수의 상징적 도함수임을 통해 다양한 방식으로 정의하고, 충격 수렴수열을 통한 정의도 서술하였다. 주제어: 계단함수, 연속, 집합, 충격함수, 함수
본 연구는 제한된 공간 내에서 원형 물체를 효율적으로 배치하여 공간 활용도를 최대화하는 패킹 알고리즘을 연구하는 데 목적을 두고 진행되었다. 본 연구에서는 원형 물체의 최대 밀집 배치를 위 한 여러 알고리즘을 구현하고 성능을 분석하였다. 첫 번째 알고리즘은 무작위 위치에 원을 배치하 고, 각 원의 반지름을 확장해 다른 원과 접촉할 때까지 크기를 키우는 방식으로, 약 40%의 면적 점 유율을 달성했다. 이후, 이 점유율을 높이기 위해 Gravity와 Shake 요소를 추가한 개선된 알고리즘 을 도입하여 약 45%의 점유율을 얻을 수 있었다. 또한, 두 가지 배치 방식(동심원 모양으로 외곽에 서 안쪽으로 채우기 및 중심에서 바깥으로 채우기)을 실험하여, 평균적으로 약 60%대의 점유율을 나타내는 최적의 배치 방법을 확인하였다. 연구 결과는 향후 다양한 방식으로 원을 배치하거나 최적화 기법을 추가하여 점유율을 더욱 높이는 방향으로 발전 가능성을 제시하였으며, 결정 구조 분석과 원자간격과 물질 특성 예측 등 응용 문제 에 활용될 수 있다. 주제어: 원 채우기, 구 채우기, 패킹 알고리즘
본 연구는 미분방정식에 대한 기본적인 배경과 미분방정식의 수치해를 계산하는 다양한 방법, 그리 고 딥러닝을 이용해 미분방정식의 역문제를 해결하는 방법 등에 대한 이해를 바탕으로 한다. 우리 는 자연 현상 또는 사회 현상을 기술하는 기존의 미분방정식에 이러한 방법들을 적용하여 현상의 동태를 분석하고 예측하여 보았다. 본 보고서에서는 특히 질병 전파 과정을 미분방정식 형태로 모 델링한 SEIR 모델에 수치해 계산 방법과 딥러닝을 적용하여 매개변수를 예측하는 과정의 방법적 특 성과 장단점을 알아보고자 하였다. 주제어: 미분방정식, 수치해석, 딥러닝, SEIR model