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항공 우주에 대한 관심이 SpaceX 등의 잇따른 성공으로 뜨거워 지고 있는 한편, 아마추어들이 스스로 로켓 을 설계하고 발사하는 것에 대한 관심도 커지고 있다. 그러나, 넘치는 관심에 비해 추력 10000N이하인 아마추 어 레벨 로켓에서의 최적화에 대한 연구는 제대로 진행되지 못하고 있는 것이 사실이다. 본 연구에서는 sorbitol-기반 로켓을 아마추어-레벨에서 최적화를 하여 연료 대비 가장 큰 출럭을 이끌어 낼 수 있는 설계에 대해 탐구하고자 하였다. 연소실과 테스트패드를 제작하여 다양한 변수에 따른 추력의 변화를 측정하고 이를 이용해 로켓모터를 발사하고자 하는 아마추어 로켓에 맞추어 최적화시킬 수 있는 시뮬레이션을 제작하여 어떻게 설계하면 최적의 효율을 내는 로켓을 만들 수 있는지 규명하고자 하였다. 주제어: 로켓, 기상관측, 촬영, 데이터 송수신
지구온난화의 가속화는 신재생 에너지를 요구한다. 신재생 에너지 중 파력에너지는 우리나라가 삼면으 로 둘러싸여 있는 지형인 만큼 굉장히 중요한데, 기존의 파력 발전기는 실시간으로 파도의 형태와 세기 를 분석하여 전체적인 메커니즘을 통제하는 시스템을 기반으로 한다. 하지만 이러한 시스템은 완벽하게 구현되기 힘들며, 이는 곧 효율 감퇴를 야기한다. 그래서 우리는 페이퍼 퓨즈의 원리를 활용한 파력 발전기 모델을 제시하고자 한다. 페이퍼 퓨즈(또는 실팽이)의 운동을 분석해본 결과 실팽이의 운동에너지 에는 실의 꼬임이 크게 기여함을 알아내었고, 부력구와 스테핑 모터를 통해 파력으로 실을 꼬게 한 다음 저장된 에너지를 전기에너지로 추출하는 모델을 설계하였고 이는 실시간으로 파도를 분석하는 시스템으로부터 독립적인 모델이라는 점에 의의가 있다. 주제어: 파력 발전, 점흡수식 발전, 페이퍼 퓨즈
뱀로봇의 움직임을 구현하기 위해서 알고리즘과 뱀로봇을 제작하였다. 뱀의 움직임을 프로그램을 이용하여 운동 분석하였다. 그 결과 뱀의 움직임과 푸리에 식이 가장 유사하는 것을 알 수 있었다. 그에 따라 푸리에 식의 형태로 뱀의 움직임을 구현하였다. 푸리에 식에는 계수가 있다. 처음에는 계수를 임의로 설정하여 연구를 진행하였다. 그 뒤에는 유전 알고리즘을 통하여 최적에 움직임에 해당하는 계수를 찾았다. 유전 알고리즘을 사용할 때는 뱀의 움직임이 적을수록 효율적이기 때문에 곡선의 길이가 가장 짧게 하는 계수를 선택하도록 하였다. 로봇은 처음에 아두이노 키트에서 제공되는 기본 서보모터를 사용하였다. 로봇의 구조와 회로는 ‘틴거태 드’라는 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 설계를 한 후 제작하였다. 하지만 아두이노 기본 모터를 이용한 로봇은 움직임이 부자연스럽고 동작이 제대로 구현되지 않았다. 따라서 더 정교한 움직임을 구현할 수 있는 Ax-12모터를 사용하였다. 모터가 잘 연결되지 않아 어려움이 있었는데 이는 모터의 핀 번호가 맞지 않아서였다. 맞지 않는 핀 번호는 제어툴을 이용하여 재설정한 뒤에 사용하였다. 주제어: 뱀 로봇 , 유전 알고리즘 , 아두이노 , 푸리에 변환 , 수학적 모델링
최근 울진지역과 강원도 지역에서 산불이 발생했고, 우리 주위의 크고 작은 화재 사고들로 인한 피해가 발생하고 있다. 이 연구는 이를 막기 위해 모든 구역에서 소방서의 접근성이 커지도록 소방서의 관할구역 을 재배치하는 것을 목적으로 한다. 먼저 보로노이 다이어그램을 활용하여 관할구역을 나누고, 각 관할구역의 화재 건수를 이용해 두 소방서를 잇는 선분을 내분하여 보로노이 다이어그램을 응용해 관할구역을 나눈다. 그 후, 진주시의 모퉁이를 노드, 도로를 링크로 표현하여 다익스트라 알고리즘을 통해 관할구역을 나누어, 보다 현실에 가까운 관할구역을 설계한다. 주제어: 화재, 보로노이 다이어그램, 다익스트라 알고리즘, 파이썬
해상 사고는 그 발생 자체만으로도 인명 피해를 낳을 뿐만 아니라 사고 발생 이후에 빠른 유속으로 인해 수색작업 중 구조자가 희생되며 추가 인명 피해를 발생시키기도 한다. 빠른 유속은 또한 수색작업의 기간을 연장시키는 악영향을 미치기도 하므로 유속 감쇠하는 용도의 수중 블록에 대한 연구는 우리 사회에 필요하다. 본 연구는 우리나라 전통 난방장치인 온돌의 특정 구조를 활용하여 인명 문제 해결에 기여하고자 하였으며, 이 점에서 타 연구와 차별성을 가진다. 온돌 고래 구조의 유속 감쇠 성능을 비교 분석하는 것을 목적으로 삼고 이를 위해 우선 대칭성을 고려하여 온돌 고래 구조를 선별한 후 3D 프린터로 블록을 출력하였다. 실험을 위해 설계·제작한 실험 장치를 이용하여 유속을 측정하였고 이후 지표를 설정 하여 온돌 고래 구조별 유속 감쇠 성능을 비교 분석하였다. 연구 결과 아자고래, 흩은고래, 줄고래, 부채고래 순서로 유속 감쇠 기능이 좋은 것을 확인하였다. 추후의 연구에서는 전산 유체 역학을 활용해서 더 많은 데이터를 확보하여 개선된 실험 결과를 도출하고자 한다. 본 연구의 결과 아자고래 구조를 적절히 변형하여 실제 상황에서 사용하면 해상 사고 발생 시뿐만 아니라 물을 일정량 가둬야하는 농경작업 등의 분야에도 활용될 수 있을 것이라고 기대한다. 주제어: 온돌, 유속, 수중 블록, 객체 탐지 알고리즘
드론은 4차 산업혁명 시대에 중요한 요소로 자리매김 할 것이며 이미 드론을 사용하고 있는 분야는 도로 시설 점검에서부터 인명 구조까지 광범위한 범위에서 작용하고 있다. 이에 우리는 드론을 활용 한 택배 산업에 관심을 갖게 되었고 택배를 도심에서 배송하기 위해 필요한 적절한 날개의 조절을 레일 슬라이드를 활용하는 방식으로 발명하고자 한다. 이에 앞서 아두이노로 드론을 제작하고 날리는 실험을 진행하였다. 또한, PID 제어를 사용하여 아두이노 드론 기체의 안정성을 확보하였고, Autodesk 사의 Inventor 프로그램을 이용해 팔길이 조절과 모양 변화가 가능한 택배 운송용 드론을 설계하였다. 설계한 드론을 향후 실제로 제작하거나 기존 드론을 개조하는 방식으로 택배 운송의 역할을 수행할 수 있는 하중 보정 드론을 만들 수 있기를 기대한다. 주제어: 드론, PID 제어, 아두이노. 택배 운송
로봇공학의 발전에 따라 제어공학의 중요성이 커지고 있다. 이에 따라 본 연구는 로봇을 제어하기 위해서는 로봇 스스로의 위치와 자세를 알아야 한다. 이때 위치와 자세를 측정하기 위한 센서 중 하나인 IMU 센서를 이용해 가속도, 각속도, 지자계 센서 값을 측정한다. 측정된 센서 값들을 센서 퓨전 기술을 사용하여 센서의 위치 및 자세를 측정하고, 측정된 값과 실제 값을 비교하면서 두 값의 오차를 줄이는 것을 목표로 한다. 또한 센서 측정을 바탕으로 공부하고 연구한 측정 이론을 적용하면서 각 이론의 장단점과 로봇 움직임 등의 결과를 분석하고 이를 개선하기 위한 내용도 포함된다. 이 과정에서 사용된 프로그램인 Arduino, Processing, Matlab에 대해 학습할 수 있었고, 센서를 구동시키는 방법을 스스로 알아내면서 컴퓨터와 프로그래밍, 소스 코드에 대한 이해도를 높일 수 있었다. 그리고 실제 병렬 로봇을 설계하고 3D 프린터로 제작하여 동작해보았다. 주제어: IMU센서, 제어 공학, 병렬로봇, 피드백
본 연구의 목적은 진화적 관점에서 감쇠진동 효과가 우수한 나뭇가지 구조를 분석하고 이를 활용해 조경, 농업, 공업, 건축분야 등에 적용하기 위함이다. 구조에 따른 감쇠진동 효과를 탐구하기 위해 3D 프린터를 이용해 나뭇가지의 구조를 구현해 보았지만, 진동이 잘 관찰되지 않음에 따라 야광팔찌와 우레탄을 이용해 실험하였다. 본 연구에 앞서 실제 나뭇가지의 진동 양상이 일반적인 단진동과 어떠한 점이 다른지에 대해 알아보았다. 1. 잎과 잔가지의 유무, 2. 나뭇가지의 재료적 특성(습도), 3. 나무의 길이를 조작변인으로 설정해 각 실험에 슬로 모션이 포함된 영상을 촬영해 진동이 멈추는 시간을 분석해본 결과 나뭇가지의 길이가 짧고, 잎과 잔가지 가 있는 경우에 나뭇가지의 상쇄간섭 효과가 더 컸다. 이를 토대로 모델링 나무를 제작하여 실제 나무와 진폭에 따른 진동시간이 유사함을 파악하고, 1. 나뭇가지의 개수와 2. 위치, 3. 이루는 구조에 따라 진폭에 따른 진동 시간을 분석하였다. 이를 통해 가지가 적고, 나뭇가지가 나무의 아래쪽에 분포하며, 가지가 아래쪽나기나 반대로 나기의 구조를 가질 때 진동 시간이 줄어듦을 확인할 수 있었다. 주제어: 나뭇가지, 나뭇가지의 구조, 진동시간, 감쇠진동, 상쇄간섭
여러 물성 측면에서 기존 재료 대비 뛰어난 값을 보이는 MWCNTs와 공정 과정이 확립되어 다양한 분야에 활용되고 있는 SiC, 현대 기술에 필수요소가 된 희유금속들은 그 자체로도 연구의 가치가 매우 높다. 하지만, 아직 실생활에 사용할 정도가 되기 위해서는 공정상 단점들을 극복해야 한다. 이에 각 재료의 장점은 살리며 공정을 수월하게 하기 위해 MWCNTs-SiC-희유금속 (Rh, Pd, Pt)의 혼합분말을 제조하여 혼합분말의 특성을 연구해보고자 하였다. 각 혼합분말은 MWCNTs의 OD와 희유금속의 함유량에 따라 다른 조건의 혼합분말로 제조 되었고, 이들 중 OD 및 희유금속 함유량에 따른 결과 비교를 할 수 있는 3가지 조건의 혼합분말을 입도분석하였다. 입도분석 결과는 조건별 비교분석 되었다. 주제어: MWCNTs, 나노복합체, Rh, Pd, Pt
일상생활에서 사용되는 전자기기가 빠른 속도로 늘어남에 따라 전자파에 대한 우려는 점점 증가하 고 있다. 이에 따라 전자파의 발생에 대한 사전주의 대책이 필요하다고 여겨서 이러한 주제를 선정 하였다. 공기, 벽돌, 흙 3가지 매질과 5, 10, 15cm 두께에 대한 전자파 측정 실험을 진행하였다. 매질 에 따라서는 전반적으로 흙, 공기, 벽돌 순으로 전기장의 세기가 가장 컸고 매질의 두께가 늘어날수 록 전체적으로 감소하였지만 벽돌과 흙의 경우, 감소폭이 매우 좁았다가 10cm 이후부터 급격히 변화하는 양상을 보였다. 추후에는 나무도막의 투과율에 대한 실험 또한 진행하여 이를 토대로 가장 효과적인 전자파 차단 지반 구성을 제안하고자 한다. 주제어: 전자파, 지반의 깊이, 지반의 매질
본 연구는 LCR 회로의 이론적 공명 진동수와 실제 공명 진동수와의 관계를 조사하고 이를 통해 SSTC 의 효율성을 높이고자 하였다. 오실로스코프, 함수발생기 등을 활용하여 1차 코일의 턴 수, 공명진동수 등 다양한 변인에 대한 LCR 공명의 효율성을 분석해보고 이를 이론과 비교해볼 수 있었다. 주제어: LCR, 공명, SSTC
이 연구의 목적은, 다양한 귓바퀴 모양과 인공지능 알고리즘을 이용하여, 보다 효과적인 방향 탐지 장치를 만드는 것이다. 수많은 인간과 동물이 하듯, 기계 또한 귓바퀴 모양을 사용한다면 훨씬 더 적은 수의 마이크로 효과적인 방향 구분이 가능할 것이다. 두 개의 귓바퀴가 각각 접합된 마이크를 통해서 모든 구 좌표계의 각 단위 방향에서 녹음된 박수 소리를 딥러닝 데이터 수집기를 통해서 수집한 이후, CNN을 활용한 인공지능 알고리즘으로 소리 방향 분석의 정확도를 회귀 문제로 접근하여 구하는 연구이다. 주제어: 딥러닝, 귓바퀴, 소리 방향, TSM