연도별 연구과제 87 페이지첫페이지로 이동

코로나 19 사태로 인해 배달음식 산업이 증가하고 있는 추세이며, 빠른 배달로 인하여 음식이 훼손되는 경우가 발생하기도 한다. 그리하여 본 연구에서는 배달 용기의 흔들림을 없애는 장치를 개발하고자 하였다. 본 연구는 장치를 효율적으로 개발하기 위한 실험으로 이루어져 있다. 다양한 형태의 장치들을 만들어 그 장치에 흔들림을 가하는 영상을 촬영하였다. 촬영한 영상은 tracker 프로그램을 이용하여 진폭과 진동수를 통한 흔들림의 크기를 분석하여 excel 프로그램을 통해 전후를 비교하였다. 결과적으로 이층모델을 이용한 흔들림 보정이 가장 안정적이라는 결과가 도출되었으며 모터 두 개가 서로의 오차를 보정해준다는 것을 구하였다. 향후, 정교한 장치를 통한 성능 향상과 다양한 모델의 개발로 이어질 수 있을 것이다.

▪ 주제어: 짐벌, 흔들림, 아두이노, 배달, 용기

현재 드론 시장이 활성화되며 상업용 드론이 등장하기 시작하였다. 하지만 드론은 날개의 회전에 따른 난류 형성으로 인한 소음을 만들어 낸다는 큰 단점이 있다. 우리는 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존 소음을 최소화한 풍력 발전기인 루프형 풍력 발전기로부터 루프형 블레이드를 드론에 접목시켜 보기로 하였다. 이렇게 루프형 블레이드를 드론에 사용하였을 경우 드론의 소음과 에너지 효율을 기존의 블레이드와 비교하여 상업화의 적합성에 대하여 판단해보고자 하였다.

▪ 주제어: 드론, 루프형 블레이드, 드론 날개 형태, 저소음 드론, 드론의 상용화

전기는 우리 생활에서 빼놓을 수 없는 아주 중요한 요소이다. 그러나 최근 에너지 문제가 심화됨에 따라 전기를 생산하는 다양한 방식이 개발되고 있다. 특히 기존의 주된 전기 생산 방식인 화력 발전의 환경 파괴 문제가 대두되었다. 기존의 전기 발전은 친환경적이지 못하고, 친환경적인 경우 손실되는 에너지가 기존의 화력 발전보다 많았다. 발전은 위치에너지, 열에너지를 기계의 회전에너지로 변환시키고, 발전기를 돌리는 방식으로 이루어진다. 이 이외에도 전자기 유도 현상을 이용해 발전하기도 한다. 전자기 유도란 자기장이 변하는 곳에 있는 도체에 전위차가 발생하는 현상이다. 본 연구에서는 전 자기 유도를 이용해 친환경적인 에너지 생산 기술을 만들어내려고 한다. 공기방울을 이용해 자성유체의 자기선속 변화를 이끌어낼 것이다.

▪ 주제어: 전자기장, 전자기유도, 공기방울, 자성유체, 친환경 발전

학교 생활을 보면 대부분 실내에서 활동을 한다. 이로 인하여 많은 양의 에너지를 냉난방 시설을 이용하는데 사용함과 더불어 실내의 열 및 공기환경제어를 위해 냉난방 공간의 적절한 온습도 및 기류분포를 확보하여야하고 적절한 환기시스템이 필요하다. 이 냉난방기 중 천장형 에어컨의 경우 실내의 특정 부분에서만 온도변화가 나타나며, 직접 바람을 맞는 경우가 발생하는 등의 많은 불편함이 존재한다. 따라서 이를 해결하기 위해 최단강하곡선 구조의 윈드바이저를 이용하여 냉난방 효율을 증가시켜 에너지 절감을 이루며, 공간에 전체적으로 열을 전달하여 열쾌적성을 높이고자 하였다. 이와 더불어 다른 구조를 사용하여 최단강하곡선과 비교하였을 때, 차이점과 더 높은 효율을 가지는 구조를 확인하여 보고자 하였다.

주제어: 최단 강하곡선, 열쾌적성, 냉난방효율, 에너지 절감

본 연구는 필터의 구조를 효율적으로 변화시켜 사용자의 불편함을 감소시키고 뛰어난 여과 효율을 보이는 필터를 제작하는 것을 목표로 역학, 전자기학, 진화생물학 등의 분야를 융합적으로 고려하여 수행하였다. 생물체 들 중에서 여과 기능을 가지는 기관들의 조사하여 여과 방식을 1,2,3차원 구조로 분류하고 이를 본떠 모의 실험 필터에 적용하여 프로그램 코딩을 하였다. 모의 실험은 단순히 기계적 그름 방식과 먼지와 필터의 전기적 상호작용을 고려하는 방식으로 각각 수행하였다. 3D 프린터와 철가루를 이용하여 여과 장치를 만들어 실험하고 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 또한, 먼지를 표면의 전기적 활성의 정도에 따라서 SSP, MSP, LSP로 나누어 정의한 다음, SSP를 자기쌍극자로 간주하여 쇠구슬과 자석을 통해 먼지를 포획하는 실험장치를 제작하였다. 자석 실험을 통해 먼지의 속도와 충돌에 대한 효과를 간접적으로 확인할 수 있었다.

▪ 주제어: 생체 모방 필터, 고효율 필터, 차원, 시뮬레이션

종이의 말림 현상을 보고 열팽창 계수가 다른 것을 이용한 바이메탈이 떠올랐다. 이처럼 수분율이 달라 종이의 한쪽 면이 팽창하여 말림 현상이 일어난다고 생각했다. 그리하여 수분율과 말림 현상의 관계를 알기 위해 이 연구를 하게 되었다.
실험을 통해 종이가 수분이 높은 곳에서 낮은 방향으로 말리는 경향성을 파악했고, 후에 종이의 크기, 두께, 재질을 변인으로 실험하였다. 예비 실험 결과, 물감이 칠해진 종이에 일어나는 말림 현상을 억제할 수 있는 방법을 찾았고, 이후 종이의 재질, 두께, 물감의 종류, 농도를 변인으로 실험한 결과 물감의 종류에따라 도화지의 말림 현상을 억제하는 코팅 물질로 투명한 니스와 매니큐어를 특정할 수 있었다. 위로 말린 종이 아래에 니스를 발랐을 때 아래로 말리고 반대로 아래쪽으로 말리는 종이의 물감 뒷면에 매니큐어를 코팅함으로써 말림 현상을 완전히 억제할 수 있었다.

▪ 주제어: 함수율, 수분율, 수분함량, 왜곡률, 바이메탈

파력 발전은 파동의 파랑에너지를 전기에너지로 변환하는 모든 과정을 말한다. 이 연구는 어떻게 하면 파동의 진폭을 증폭시킬 수 있을지 고민하던 도중, 프레넬 렌즈를 이용한 선행연구를 보았고, 거기서 아이디어를 얻어 프레넬 렌즈를 이용하여 파력에너지의 발전량을 증가시키는 연구를 하게 되었다.
파동의 간섭, 회절과 같은 파동만의 성질을 이용하여 원형 슬릿을 이용해 파동의 진폭을 증폭시킬 수 있었다. 총 2가지의 실험을 계획하였는데, 하나는 슬릿의 유무에 따른 파동의 진폭이며, 다른 하나는 슬릿의 개수에 따른 파동의 진폭이다. 또한, 슬릿의 유무에 따라 다른 요인이 어떠한 영향을 끼칠지 알아보기 위해 진폭과 주기 또한 각각 다르게 하여 실험을 진행하였다,
원형슬릿의 유무에 따라 진폭을 다르게 하였을 때 나중 진폭을 비교해보면, 일단 원형 슬릿이 있을 때 진폭이 더욱 크게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 또한, 진폭을 4mm, 8mm, 16mm, 32mm로 나눠 실험을 진행하였는데, 8mm일 때 가장 파동의 진폭이 증폭이 가장 잘 되는 것을 확인할 수 있었다. 그 이유는 슬릿이 약한 재질로 되어있어 파도의 영향을 너무 크게 받아 간격이 많이 달라졌다고 생각한다. 주기는 0.4와 0.8로 나눠서 실험을 진행하였는데, 주기가 커질수록 파동의 진폭이 줄어들었다. 또한, 원형 슬릿이 없을 때 더욱 진폭이 컸다. 진폭은 파동의 진동수에 비례하기 때문에 진동수의 역수인 주기가 커질수록 더욱 줄어들었다고 생각하며, 슬릿이 파동의 진행을 방해하였다고 생각한다.
다음 실험에서는 슬릿의 세기를 강화하여 이를 보완하고 싶으며, 더욱 많은 조건을 추가하여 실험을 진행하고 싶다. 이 장치는 모든 방향에서 오는 파도의 세기를 증폭시킬 수 있으며, 자연적으로 생성되는 파도를 방해하지 않을 수 있다.
바다 한가운데의 양식장이나, 위급시에 전기가 급하게 필요한 해군, 그리고 전기공급이 원활하게 이루어지지 않는 양식장에서 쓰일 수 있으며, 또한, 해일이 일어났을 때 그 크기를 줄여줄 수 있는 방파제의 역할도 할 수 있다.

▪ 주제어: 파력발전, 파동의 간섭, 파동의 회절, 다중 슬릿, 프레넬 렌즈

코로나 사태 속에 개인의 위생을 위해 불가피한 선택인 일회용 플라스틱 사용의 증가는 심각한 환경 문제를 야기하고 있다. 코로나 사태의 종식이 묘연한 현시점에서는 생분해되는 친환경 플라스틱의 개발을 더는 늦추어서는 안 된다. 환경오염을 막고자 하는 노력은 개인에서부터 시작될 수 있다. 우리가 각종 연구나 제품 생산에서 사용하는 3D 프린터의 필라멘트부터 친환경화를 실천할 수 있다고 생각하였다. 이를 위해 버려지는 천연 고분자 물질을 3D 프린터 필라멘트의 원료로 사용하여 더욱 친환경적이고 빠르게 생분해되는 필라멘트를 만들어 보고 사용성 및 상품으로의 가치를 따져보기로 하였다.

▪ 주제어: 플라스틱 대체재, 3D 프린터, 친환경 플라스틱, 바이오 플라스틱

생명실험 도중 액체 배지를 섞기 위해 교반기를 사용했을때 부양현상을 발견하였고 이를 탐구하고 싶었다. 점성이 높은 액체의 농도, 마그네틱 바의 크기, 비커의 크기 등 다양한 변인을 설정하였고 부양현상의 원인을 파악하고 부양현상이 일어나는 최적 조건을 알아보기 위해 연구를 계획하였다. 위에서 말한 다양한 변인을 통해 현상이 잘 일어나는 조건을 파악했고 자성유체를 통해 시각적으로 자기력 변화를 확인함으로써 교반기를 사용했을때 발생하는 힘의 평형을 알 수 있었다. 마그네틱 바의 크기는 너무 크거나 너무 작지 않아야하 고 점성이 높은 액체에서는 점성력에 의한 각속도 감소가 튀어오름 및 부양 현상에 큰 영향을 준다는 사실을 고찰할 수 있었다.

▪ 주제어: 자력교반기, 점성, 부양현상

화성 탐사선 발사 및 착륙의 성공은 화성 연구와 관련 과학의 발전에 있어 중요한 문제이다. 하지만, 높은 온도와 충격량을 버텨야 할 뿐만 아니라 탐사선 스스로 각 상황에 따른 판단을 하고 이에 맞추어 행동하여 문제 상황을 해결해야 하므로 그 성공률이 매우 낮다. 따라서 본 연구에서는 그 성공률을 높이고 화성 탐사가 원활히 이루어질 수 있도록 충격 완화 장치와 이동 가능한 다리 구조가 마련된 화성 탐사선 로버를 만들고자 한다. 이를 위해 Linkage를 활용하여 다양한 동물 및 곤충의 다리 구조를 분석하여 이를 바탕으로 로봇 다리를 제작하였으며, 일정 높이에서 탐사선을 낙하하는 실험을 통해 최적의 충격 완화 장치 (구조)를 찾아내었다.

▪ 주제어: 탐사선, 다리구조, 경사, 안정성, 이동

대형 화재 사고 발생 시 질식사를 줄이기 위해 도입된 제연댐퍼의 중요성과 지향성 제연댐퍼의 연기 순환성과 같은 문제점에 관해 알게 되었다. 이를 해결하는 방안을 탐색하던 중 시중에 판매되고 있는 무지향성 댐퍼와 종이접기의 기술 중 하나인 ‘키리가미’를 융합시켜 더 발전된 무지향성 제연댐퍼에 관해 연구하게 되었다. 키리가미 문양 중 특히 상하좌우 대칭적인 구조의 문양을 활용하여 기존의 무지향성 제연댐퍼에 비해 높은 성능을 나타내는 모습을 볼 수 있었다. 2차원 평면상의 제연댐퍼 틀에 바람을 통한 외력에 의한 좌굴 현상이 발생하여 원래의 길이보다 길어져 3차원으로 형태가 변함에 따라 제 기능을 함을 알 수 있었다.

▪ 주제어: 제연댐퍼, 무지향성 제연댐퍼, 키리가미, 종이접기

코로나 바이러스 사태가 너무 오랫동안 지속되다 보니 많은 사람들이 이에 익숙해지고 코로나 사태를 해결하는 것에 소홀해 지고 있다. 따라서 현재까지 전 세계와 우리나라에 미친 코로나의 영향을 확진자, 사망자 현황을 통해 분석하고 시각화하여 사람들이 코로나바이러스에 대한 경각심을 가지도록 한다. 연구 과정에서 다양한 코로나 현황에 대하여 분석하기 위해 전 세계의 확진자 수를 조사하였다. 또한, 범위를 좁혀 대한민국에 집중하여 전 세계와 비교하여 우리나라의 코로나 현황을 더 자세히 분석하고 우리나라를 지역별로 나누어서 동심원 그래프를 통하여 시각화하였다. 2가지의 데이터 시각화를 통하여 코로나 현황은 시간이 갈수록 악화하였으며 코로나 확진자 수가 점점 증가하는 경향을 보이게 되었다.

▪ 주제어: 코로나바이러스(covid-19), 데이터, 파이썬, 시각화