연도별 연구과제 81 페이지첫페이지로 이동

신경과학 및 다양한 생물학적 분야에서 광유전학 기술을 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중에서도 광민감성 단백질을 활용한 연구가 많은데, 광민감성 단백질이 발현된 세포가 연구 실험실을 넘어 외부 환경으로 유출될 경우 예기치 않은 생물학적 위험이 발생할 가능성이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 광민감성 단백질인 채널로돕신이 발현된 세포를 특이적으로 제거 및 비활성화하는 방법을 제시하고 그 효과를 검증하고자 하였다. 대장균 형질전환을 진행하여 원하는 플라스미드를 추출한 뒤 형질 주입을 통해 세포에 채널로돕신을 발현시켰다. 그 후 채널로돕신에 460nm 청색광을 처리하면 이온 채널이 열려 양이온이 유입되는 성질 활용하여 양이온이 포함된 배지에 세포를 배양한 후 청색광을 비추고 저장액에 처리해 삼투압을 통해 세포를 손상시키는 것에 성공하였다.

주제어: 채널로돕신, 광민감성, 대장균, 이온 채널, 삼투압

스티로폼은 폴리스타이렌(PS, Poly Styrene)을 발포시켜 만든 플라스틱의 일종으로 단열과 완충에 매우 효과적이기에 널리 사용된다. 그러나 분해되는데 500년이 걸린다는 점과 해양 미세플라스틱의 주범이라는 점에서 환경과 인간 건강에 치명적이다. 이에 생분해성이 뛰어난 한천을 이용하여 스티로폼을 대체할 수 있는 발포 플라스틱을 제작해보고자 한다.

주제어: 한천(Agar), 스티로폼, 동결건조, 단열성, 완충 효과

오케스트라에서 각 위치마다 소리가 다르게 들린다는 선행 연구와 전문가 인터뷰를 접한 뒤 음악 감상에 있어서 가장 이상적인 좌석은 어디인가에 대한 호기심으로부터 본 연구는 시작되었다. 고정된 장소를 설정하여 일정한 소리를 지속적으로 발생시키고 소리를 측정하는 공간의 구역을 세분화하여 음향을 측정하고 녹음하였다. 그 후 REW 프로그램을 사용하여 음압레벨, 임펄스 리스펀스, 잔향 시간 등의 파라미터를 추출한 뒤, 분석을 수행하였다. 이를 통하여 최적의 음악 감상을 할 수 있는 좌석의 위치를 추정하였다. 강당 중앙의 위치는 직접음과 초기 반사음의 조화를 이루어 음향적 풍부함과 명료도를 유지하며, 소리의 감쇠가 최소가 되면서도 적정 잔향 시간이 확보되어 가장 적절한 음악 감상을 할 수 있다는 결론을 도출하였으며, 실제 오케스트라에서도 무대의 앞 좌석 중에서도 중앙 위치가 가장 선호도가 높다는 사실은 이를 반영한다. 소리의 전달에 영향을 미칠 수 있는 온·습도, 청중의 수, 공연장 반사판의 종류 등에 대한 변인에 대한 후속 연구를 제언한다.

주제어: 오케스트라, 소리의 조화성, 공간 음향, 실내 음향, 음악 감상

본 연구는 자연 소리를 정량적으로 분석하여 소리 분류 모델을 개발하고, 자연 소리의 과학적 분류 기준을 제시하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 파형, 웨이블릿 변환, MFCC, 프랙탈 차원 등의 다양한 분석 방법을 통해 각 소리의 특성을 파라미터로 추출하고, 각 소리 유형이 특정 파라미터 값 범위에 집중되는 경향을 시각적으로 분석하였다. 분석 결과, 소리 유형에 따라 주요 파라미터에서 뚜렷한 분포 차이를 보였으며, 이러한 특성을 바탕으로 머신러닝 모델을 학습시킨 결과 약 82%의 분류 정확도를 달성하였다. 본 연구는 자연 소리의 특성을 체계적으로 규명하여 청각 자극 연구 및 소리 변환 기술 개발의 기초 자료로 활용될 수 있는 가능성을 제시한다.

주제어: 자연 소리, 파라미터 수치화, 소리 분류 기준, 소리 예측 모델

주제어: 유흡착제, 유수선택도, 양친매성, 하이드로포빈, 유류 유출사고

꽃매미(Lycorma delicatula)는 포도나무와 같은 작물에 주로 서식하며, 농업에 심각한 피해를 주는 외래종 해충이다. 본 연구는 꽃매미의 효과적인 방제 방안을 모색하기 위해 가죽나무와 포도나무의 추출물을 활용할 가능성을 탐색하였다. 이를 위해, 경상북도에서 가죽나무와 포도나무 시료를 직접 채집하여, 환류 추출기를 이용해 메탄올 추출물을 제조하였다. 추출물의 유인 효과를 평가하기 위해 실험에 적합한 구조물을 설계하고, 이를 통해 꽃매미의 유인 반응을 관찰하였다. 본 연구는 꽃매미 유인 물질 규명과 효과적인 유인제 개발을 위한 기초 자료를 제공할 것으로 기대된다. 추후 연구를 통해 추출물의 성분 분석과 최적화된 방제 방법이 제시될 수 있을 것이다.

주제어: 꽃매미, 가죽나무, 포도나무, 친환경 방제, 외래 유입종

영양소 검출 실험은 중학교 2학년 때 수행하는 가장 기초적인 실험 중 하나이다. 하지만 영양소 검출 실험은 색 변화의 분석이 핵심인 실험이기에 시각장애인은 실험 결과 확인이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 본 연구를 통해 색 변화를 감지하여 이를 시각이 아닌 다른 감각을 통해 시각장애인에게 결과를 전달하는 보조 도구를 제작하였다. 영양소 시약을 농도별로 제작하여 이를 학습시킨 다음, 해당 데이터를 바탕으로 애플리케이션, 키트를 제작하였다. 이렇게 제작한 도구들을 사용하여 모의실험을 진행하였을 때 사용자들은 시각이 차단된 상황에서도 스스로 결과를 수 있었다. 이는 시각장애인이 해당 도구들을 사용하여 실험 수행 시 주도적으로 결과 이해 및 해석이 가능하며 이를 통해 시각장애인들이 과학에 탐구 역량을 기를 수 있음을 의미한다.

주제어: 시각장애인 교육, 영양소 검출 실험, Teachable Machine, 아두이노

방화복에 흡착된 PAHs로 인해 소방관의 발암률과 암 발생 위험률이 증가하고 있다. PAHs는 방화복에 흡착되어 소방관들의 피부와 호흡기로 인체로 유입되며, 방화복으로 인해 주변에 PAHs가 유출되어 2차 피해가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 백색부후균의 난분해성 물질을 분해할 수 있는 리그닌 분해 효소를 사용하여 방화복의 PAHs를 제거할 수 있는 세척 키트를 제작하였다. 리그닌 분해 효소인 LiP와 MnP를 기초 배지와 미량 원소 배지가 포함된 배지에서 각각 생산하여 키트 제작에 사용하였다. 제작한 키트의 효능을 검증하기 위해 PAHs가 흡착된 방화복을 사용하였으며, 방화복에 흡착된 PAHs를 추출하여 키트 사용 전후의 PAHs의 양을 비교하였다. 실험을 통해 LiP와 MnP중 PAHs 제거능이 뛰어난 효소를 선택하여 최종 PAHs 제거 키트를 제작하였다.

주제어: 방화복, PAHs, 백색부후균, 리그닌 분해 효소

실제로 독수리의 경우 진공에서의 브라키스토크론 문제의 해인 사이클로이드 곡선을 따라 강하한다. 이러한 물리적 분석방법이 어류인 경우에도 비슷하게 존재할 것인가라는 생각에 착안하여 본 연구를 진행하였다. 연구에서는 실제로 관상용 물고기인 시클리드의 운동 경향성을 트래킹을 통해 확인하고, 수치해석을 통해 수중 브라키스토크론 문제의 근사적 해를 탐색하여 실제 시클리드의 운동 예측 경로와 비교하고, 그 의미를 해석한다.

주제어: 브라키스토크론, 사이클로이드, 최적화, 수치해석, 시클리드

본 연구는 화재가 발생한 소방 현장에서 신속하고 효율적인 대응을 위한 새로운 구형 형태의 소방 보조 구형 로봇을 개발하고, 프로토타입의 제작 및 구동을 통하여 화재 발생 시 인명을 구조하는 방안을 마련하는 데 목적이 있다. 본 연구에서 개발된 구형 로봇은 잔불 및 생존자 파악을 위한 역할을 담당하며 전복 위험이 없다. 또한 원격 이동 조작 및 카메라 모듈을 이용한 실시간 화면 송수신이 가능하여 다급한 상황에서 빠른 판단이 가능케 한다. 구형 구조가 감싸고 있는 형태로 설계되어 있어 폭발이나 낙하로 인한 충격을 흡수하여 안정성을 높였고, 밀폐된 내부 구조로 인해 수륙양용 구동이 가능하며 다양한 환경에서 작업할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 제작한 프로토타입의 로봇을 바탕으로 성능 향상을 위한 표면 재질 및 다양한 센서의 작동을 연구하였고, 개선점을 거듭 해결하며 소방 보조 로봇을 개발하는 연구를 진행하였다.

주제어: 자이로스피어, 소방 로봇, 소형 로봇, 화재 감식, 인명 구조

차선에서 재귀반사의 목적을 지니고 도포되지만, 경제성과 지속성 측면에서 문제를 지닌 고휘도 유리 알을 대체할 방법을 찾고자 한다. 이를 위하여 반사율이 높지만, 매년 막대한 양이 버려져 환경적인 문제를 지닌 패각과, 고휘도 유리알 이외의 재귀반사 방법인 역반사 패턴을 이용하고자 한다. 또한 돌출형 차선, 솜멘트 등을 이용하여 차선을 보완하고, 투명 페인트를 사용해 홈을 메우는 작업을 통해 역반사 패턴의 문제점을 해결함으로써 결과적으로, 실제 차선에 적용 가능한 차선을 제작할 것이다.

본 연구는 달걀 껍질에서 친환경적으로 추출한 Protoporphyrin IX(PPIX)를 이용해 광촉매 효율성을 향상시키는 방법을 탐구하였다. TiO에 PPIX를 결합하여 광환원 효율에 미치는 영향을 비교하고, 중심 금속 원소의 종류에 따라 PPIX의 전자기파 흡수 파장 변화를 분석하였다. 이를 통해 TiOPPIX 및 TiO MPPIX 광촉매의 CO 환원 효율을 측정한 결과, 특정 금속(Zn, Mn)이 결합된 TiOPPIX에서 더 높은 광환원 효율이 나타났다. 본 연구는 친환경적인 방법으로 얻은 PPIX가 광촉매로서의 활용 가능성을 제시하며, 에너지 생산의 친환경적 접근을 기대할 수 있다.

주제어: TiO, PPIX, CO 광반응