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페로브스카이트 태양전지의 제작 공정에 따라 페로브스카이트 내 할로젠 원소의 비율을 다르게 하여 여러 가지 색깔의 태양전지를 제작하여 보고, 각각의 효율을 비교 및 분석한다. 주제어: 페로브스카이트, 태양전지, 박막
초록: 본 연구에서는 휴대폰 카메라와 같은 광학 장치를 통해 물체를 촬영할 때 발생하는 이미지 왜곡 현상을 보정하는 수학적 방법을 제안한다. 카메라 렌즈는 빛을 굴절시켜 물체의 이미지를 촬영하지만, 시야각과 렌즈의 특성으로 인해 왜곡이 발생한다. 이러한 왜곡은 이미지의 비율과 형태를 비정상적으로 변형시켜 시각적인 해석을 어렵게 한다. 본 연구에서는 특히 책과 같은 물체를 촬영할 때 중앙부와 가장자리의 시야각 차이로 인해 발생하는 왜곡에 주목하고, 행렬 변환 및 정사영 변환 등 수학적 기법을 적용하여 이미지의 왜곡을 보정하는 방법을 제시하였다. Python과 OpenCV 라이브러리를 활용한 왜곡 보정 알고리즘을 구현하였으며, 실험 결과 이를 통해 촬영된 이미지의 정확도와 일관성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 주제어: 렌즈, 왜곡, 보정, CCTV, 시야각
현재, 우리 생활에서 네비게이션은 필수적으로 사용되는 요소이며 배송, 여행 등 매우 다양한 분야에서 사용되고 있다. 현대사회에서는 시간이 매우 중요한 요소이기에 최적 경로 탐색이 가능한 ACO알고리즘을 수식적으로 분석하고 ACO 알고리즘을 응용하여 이 알고리즘이 찾은 최적 경로를 시각화하여 기존의 내비게이션이 기반으로 하는 다익스트라 알고리즘과 비교하고자 한다. 또한 ACO 알고리즘 기반 네비게이션을 구현하였다. 내비게이션을 실제 상황에 적용하기 위하여 OSRM를 이용하여 실제 지도와 연동하였으며 노드 데이터를 입력하여 출발지와 목적지를 설정하면 실제 최적 경로를 찾아주는 웹사이트를 제작하고자 한다. 주제어: ACO알고리즘, 네비게이션, 최적경로, osrm, 다익스트라 알고리즘
본 연구는 식물의 생체 전기 신호를 활용하여 고온, 자외선, 건조 스트레스 환경에서의 상태를 예측하는 기술을 개발하는 데 중점을 둔다. 토마토를 연구 대상으로 하여 정상 상태와 고온 상태에서의 전기신호 데이터를 수집하고, 가공한 후 합성곱 신경망(CNN) 모델을 사용하여 학습시켰다. 실험 결과, 정상 상태와 각 스트레스 상태에서의 전압 변화에서 뚜렷한 차이를 확인할 수 있었으며, CNN 모델을 통해 스트레스의 종류를 정확히 예측할 수 있었다. 본 연구는 실시간 식물 모니터링 시스템 개발의 가능성을 제시하며, 향후 스마트 농업에서의 중요한 기초 자료가 될 수 있다. 주제어: 생체 전기 신호, 고온 스트레스, CNN, 스마트 농업
식물은 움직일 수 없기에 외부 환경 스트레스에 심각한 위협을 받을 수 있으며, 그중 극심한 온도 변화는 최근 이상기온 및 폭염이라는 형태로 식물 및 농업에 막대한 피해를 발생시키는 요인이 되고 있다. 기존의 문제 해결 접근 방식인 열 스트레스 저항성 유전자 발굴 및 GMO 작물 개발은 윤리성, 안전성 미흡이라는 한계가 있기에, 본 연구에서는 후성유전학적 관점으로 접근하여 식물의 스트레스 적응 기작의 일환인 DNA 메틸화와 식물 열 스트레스 저항성 간의 관계를 탐구하였다. 대표적인 모델 식물인 애기장대(Arabidopsis thaliana)에 DNA 메틸화 효소(DNA methyltransferase, DNMT) 저해제인 Zebularine과 Azacytidine을 처리하여 열처리 과정에서의 생존율을 분석하였고, 그 결과 DNMT 처리군에서 높은 생존율을 관찰할 수 있었다. 이는 DNA 저메틸화를 통한 식물의 열 내성 향상 효과를 검증한 것으로 향후 열 스트레스 저항성 작물 개발에 새로운 접근 방식이 될 수 있다. 주제어: 후성유전학, DNA 메틸화, 식물 열 내성, DNMT 저해제
본 연구는 고가의 대형 UV-Vis 분광광도계를 학생들이 쉽게 사용할 수 없다는 문제를 해결하고, 분석 기기의 대중화를 이루고자 시작되었다. 이를 위해, CdSe 및 CsPbCl2 양자점을 광원으로 활용하여 기존 복잡한 광원 시스템을 대체하고, 3D 프린터로 소형 기기를 제작하였다. 라즈베리 파이와 아두이노 기반의 간편한 조작 시스템과 실시간 반응 관찰이 가능한 키네틱 모드를 추가해 편의성을 높였다. 이 연구는 UV-Vis 기기의 보급을 촉진하고, 향후 소형화와 랩온어칩 적용 가능성을 제시하여 분석 기기의 접근성을 확장하는 데 기여할 것으로 기대된다. 주제어: 양자점, 라즈베리 파이, UV-vis, 소형화, 대중화
후성유전학(Epigenetics)은 유전자형이 결정된 이후에도 환경적 요인에 의해 유전자의 발현이 증가 및 억제됨에 따라 표현형에 영향을 준다는 점에서 매우 큰 의미가 있다. 이런 후성유전학적 변화는 포유류에서 중요한 유전자 조절 메커니즘으로 많은 연구가 진행되었지만 곤충을 비롯한 절지동물에서는 부족하다. 이런 배경에서 노랑초파리(Drosophila melanogaster)는 고산소 조건(hyperoxia)에 노출되었을 때 수명이 감소하는데, 그 원인이 E(z) 발현량 증가로 인한 후성유전학적 변화로 예상되었다. 이를 검증하기 위해 5일 동안 고산소 조건(45%, 85%)에서 키운 초파리 유충과 정상 산소(21%) 조건에서 키운 초파리 유충에서 E(z) 유전자 발현량 차이를 qRT-PCR과 western blotting을 통해 비교하고자 하였다. 다만 프라이머와 암실 적색등 문제로 실험결과를 얻는데 실패하였고, 이 가설 검증을 위해서는 재실험이 불가피할 것으로 예측된다. 주제어: 초파리, E(z), H3k27me3, 고산소증, 수명
본 연구는 스프링클러와 유사한 역삼각형 원심 펌프에서 발생하는 유체의 개수로 유동이 펌프의 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 유속과 유량에 영향을 미치는 매개변수들을 설정하고 이들의 관계를 조사한 결과, 펌프의 효율에 영향을 미치는 변수는 파이프의 지름, 펌프의 입구 및 출구 형태임을 발견하였다. 이러한 변수들의 경우 공통적으로 효율이 최대인 특이점이 존재하였으며, 특이점 이전에는 기존 이론에 부합하였지만 특이점 이후로는 이론에 부합하지 않고 효율이 급격히 감소하는 양상을 보였다. 또한 효율이 감소한 경우 모두 파이프 내부 개수로 유동이 관찰되었으므로, 내부 유동에서 개수로 유동으로 발달하는 조건을 분석하기 위해 CFD 해석을 진행하였다. 해석 결과 파이프 내부에서 받는 원심력 차이 혹은 입구에서 압력골 발생이 개수로 유동에 원인임을 밝혀냈다. 이 연구는 펌프 및 다양한 유체 수송 시스템에서 개수로 유동에 의한 비효율을 방지하는 데 중요한 설계 기준을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 주제어: 원심 펌프, 개수로 유동
기존 기어의 마찰 및 소음 문제를 해결하기 위해 자석 기어의 최적 작동 조건 그리고 효율을 측정한다. 기어를 효율적으로 분석하기 위해 맞물림도라는 변환 기법을 직접 고안하여 복잡한 각속도 시계열 데이터를 변환해 기어의 맞물림 여부를 쉽게 판단할 수 있었다. 이때 맞물리는 상태로 진입할 때까지 소요된 시간을 임계점 도달 시간이라고 정의하며 이것이 가장 작아지는 매개변수 조건을 탐구한다. 탐구한 매개변수는 배치 방법, 스피너간 거리, 스피너의 초기각도, 스피너의 초기각속도 및 동력원의 크기로 다양하다. 또한 각속도가 언제나 동력원에 동기화되며 수렴하는 현상도 설명하여 기어의 안정성을 증명했다. 자석 기어의 효율을 정의 및 측정하여 96~97%로 고효율임을 알 수 있었다. RK4 수치해석을 통해 이론적 시뮬레이션의 가능성도 연구 말미에 제시하였다. 주제어: 자석 기어, 맞물림도, 최적화, 효율
겨울철 실내의 먼지, 냄새 등의 환기를 위해 많은 창문을 열면 먼지, 냄새와 열에너지가 모두 빠르게 방출될 것이고, 반대로 1개의 창문만 열면 먼지와 열에너지가 모두 느리게 방출될 것이다. 이러한 변화는 개방된 창문의 위치와 수에 따른 실내 공기 순환 경로의 변화로 인해 나타날 것이다. 본 연구에서는 이러한 환기 시 가장 적은 온도 변화를 보이는 창문 배치를 탐색하였다. 이 과정에서 CFD 시뮬레이션과 안개 유동 실험을 통해 공기 순환 흐름을 관측하였고, 학교 교실을 모델로 모형을 제작하여 온도 차가 24도인 경우 미세먼지가 일정 수준 감소하는 동안 온도 감소량을 비교하였다. 동일한 실험을 실제 교실에서도 수행한 결과 예측과 실험 모두에서 유사한 결과를 얻을 수 있었으며, 개방 방식에 따라 온도 감소량이 최대 2.8도까지 차이가 발생함을 확인할 수 있었다. 주제어: 환기, 실내 미세먼지, 열에너지, 창문 개방 방식
본 연구는 포장된 제품이나 공기와 접촉하면 안 되는 고체 물질의 상태를 비접촉 방식으로 검사하는 기술의 기초 연구로써 용기 내부의 물체 개수를 추정하는 방법을 제안한다. 물체의 개수와 용기를 흔드는 진동장치의 진동수에 따라 10초간 녹음을 100번 진행하여 데이터를 수집했다. 가장 적합한 방식을 탐색하기 위해 세 가지 방법을 개발하고 비교하였다: (1) 파형의 극값 분석, (2) 파형의 특징 요소 추출, (3) MFCC로 학습한 CNN 기반 분류 모델. 실험 결과, 극값 분석 방법은 40Hz에서 가장 정확한 결과를 보였으며, 파형의 특징 요소 추출 방법은 적은 수의 구슬에 대해 유의미한 결과를 나타냈다. CNN 기반 분류 모델은 99%의 높은 유효 정확도로 물체의 개수를 추정할 수 있었다. 각 방법의 장단점을 고려할 때, 극값 분석이나 파형의 특징 요소 추출로 대략적인 개수 범위를 파악한 후, CNN 모델을 적용할 수 있다. 이러한 복합적 접근 방식은 약물 포장이나 위험 물질의 비접촉 검사 등에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 주제어: 음향 분석, 불량품 식별, CNN, MFCC 계수
중력렌즈 효과란 천체에 의한 강한 중력에 의해 빛이 휘어 마치 천체가 아닌 렌즈와 같은 작용을 하는 경우를 말한다. 중력렌즈 효과에 의한 현상은 그 형성 조건이 매우 까다로워 망원경과 같은 일반적인 장비로는 관측하기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 중력 렌즈 효과를 광학적으로 모방한 광학 중력렌즈를 제작하고 이를 이용하여 실험할 수 있는 실험 교구를 제작한다. 주제어: 중력렌즈 효과, 광학 렌즈, 상대성 이론, 아인슈타인 십자가, 빛의 굴절