연도별 연구과제 98 페이지첫페이지로 이동

존 내쉬의 죄수의 딜레마는 명의 플레이어가 협력 또는 배신이라는 두 가지 행동선택권을 가지고 그에 따르는 보수를 받는 게임이다. 하지만 이 게임은 플레이어의 수, 행동선택권의 수, 보수값이 고정되어 있어 실생활의 다양한 분야에 바로 적용하기에 다소 한계점이 있다. 따라서 본 연구는 죄수의 딜레마를 기본으로 하여, 변수(행동선택권, 보수값, 게임 횟수, 전략 등)를 변형한 게임에서 최선의 전략이 무엇인지 분석하고자 하였다. 이에 본 연구 목적은 첫째, 존 내쉬의 죄수의 딜레마에서 보수값의 변화에 따라 어떤 행동선택권을 선택할지에 대한 세 종류의 ‘선택확률함수’를 개발하고, 둘째, 유전 알고리즘을 활용하여 프로그래밍한 결과를 통해 개발한 선택확률함수를 검증하며, 셋째, 선택확률함수를 적용한 전략 SPS가 확장형 죄수의 딜레마 프로그램 시뮬레이션에서 최선의 전략인 지를 확인한다. 본 연구의 결과 SPS의 순위는 시뮬레이션 초반에는 최상위권을 기록하며 좋은 성능을 보였지만, 전략 복제라는 요인을 고려하지 않았기에 시뮬레이션이 진행될수록 급격하게 성능이 하락함을 알 수 있었다. 이렇게 연구한 존 내쉬의 죄수의 딜레마의 확장형을 바탕으로 복잡한 이해관계가 얽혀 있는 현실 상황에 적용하는 데 일조하고자 한다.

주제어: 죄수의 딜레마, 확장형 죄수의 딜레마, 선택확률함수, 유전 알고리즘, SPS

기후 변화로 인한 홍수 문제가 사회 문제로 대두되는 가운데, 급격한 강우로 인한 홍수 피해를 완화하고 지속 가능한 물 관리를 위해서는 저류 시설의 성능 개선이 필요하다. 본 연구에서는 기존의 우수 저류 틈새 블록과 저류 블록을 결합한 새로운 형태의 저류 블록을 설계하여 투수량과 저류량을 증대시켰다. 또한, 저류 블록과 연계되는 발전 가능한 배수 시스템을 고안하여 빗물의 효율적인 활용과 에너지 생산을 융합한 저류 시설을 개발하였다. 본 연구는 도시 내 홍수 관리와 에너지 생산의 효율성을 동시에 추구하는 한 방법을 제시함으로써, 지속 가능한 도시 환경을 위한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

주제어: 저류블록, 투수계수, 저류량, 접선형 수직 유입구, 저류시설

본 연구에서는 디지털카메라를 사용한 스펙트럼 촬영이 가능하다는 선행연구 결과를 바탕으로 일반 디지털카메라 대신 스마트폰 카메라를 이용한 천체 분광 촬영의 가능성에 관하여 연구하였다.
이를 위해 같은 천체(태양, 달)에 대해 ① 분광기와 디지털카메라로 분광 촬영하여 얻은 스펙트럼과
② 회절격자를 이용하여 자체 제작한 스마트폰 카메라로 분광 촬영하여 얻은 스펙트럼을 이미지 분석 프로그램을 사용하여 기준 스펙트럼(표준 프라운호퍼선)과 비교하였다. 그 결과 ① 과 ② 의 방법 으로 분광 촬영하여 얻은 스펙트럼 모두 흡수선이 기준 스펙트럼만큼 뚜렷하게 확인되지 않아 정확한 성분을 분석하는 데에는 한계가 있으나 두 방법으로 주요 흡수선들이 비슷하게 촬영됨을 확인할수 있었다. 따라서 스마트폰 카메라를 이용한 분광 촬영은 정확한 값을 요하는 전문 연구에는 활용 하기 어려울 것으로 생각되나, 중·고등학교 수준의 천문학 교육에는 활용 가능성이 있을 것으로 판단하였다.

주제어: 분광 관측, 스펙트럼, 스마트폰, 디지털카메라, 회절격자

본 연구는 원자 흡수 분광법을 통하여 폐패각의 중금속 흡착 효과를 확인하고 중금속 농도와 항생제 내성균의 관계를 확인하여 폐패각을 통해 토양 속 중금속을 흡착시킨 후 항생제 내성균 감소 효과를 확인한다. 이를 통해 토양 내 중금속 농도 감소에 도움을 주며, 버려지는 폐기물인 폐패각을 활용할 수 있는 방안을 제시한다. 선행연구에서 중금속 농도가 높은 토양인 강가, 공사장과 중금속 농도가 낮은 토양인 녹지까지 총 3개의 장소에서 토양 시료를 채취하였다. 각각의 토양 시료에서 균주를 분리하여 항생제 배지와 일반 배지에서 자라나는 양상을 비교한 결과 ampicillin 배지에서 강, 공사장, 녹지 순서로 자라난 것을 확인할 수 있었다. 중금속 Pb, Cd, Zn 10ppm 용액에 폐패 각을 첨가하여 AAS로 확인한 결과 Pb, Cd, Zn 용액이 각각 0.037ppm, 0.299ppm, 0.095ppm으로 99% 중금속 농도 감소를 확인할 수 있다. 폐패각을 혼합한 토양의 균을 배양한 결과 NA배지와 ampicillin배지에서 콜로니의 수가 폐패각을 혼합하지 전 토양 시료에서의 결과보다 감소한 것을 확인할 수 있었다. 더 나아가, ampicillin 배지에서 자란 균이 항생제 내성 유전자를 보유하였는지의 확인을 위해 β-lactamase 유전자를 PCR로 증폭하여 전기영동으로 확인하였다. 그 결과 A0-1, A0-2, B2-1, B2-2, B-7, C-2 중 A0-1, B2-2, B-7, C-2, 즉 강가, 공사장, 녹지 모두 항생제 내성 유전자를 확인하였다. 더 효율적인 방법으로 항생제 내성균 감소가 가능해짐으로써 자연 내 존재 하는 슈퍼박테리아와 같은 비유전성 항생제 내성균의 출현을 예방하기 더 쉬워질 것이며, 토양 속중금속을 흡착하는 방법으로 폐패각을 사용하여 버려지는 자원을 활용할 수 있을 것이라 기대한다.

주제어: 중금속, 항생제 내성균, 중금속 흡착, 폐패각

한국의 커피 소비량이 점차 증가하고 있는 추세에서 커피박의 처리 문제는 새로운 환경 문제로 대두되었다. 항산화 작용이 식물 생장에 긍정적인 영향을 미치고, 기존 고형의 커피박 비료는 가공시 거치는 발효에 의해 항산화능이 감소한다는 선행 연구의 결과를 바탕으로 액상의 커피박 비료 개발의 가능성을 보이기 위해 커피박 추출물이 콩과 식물의 발아에 미치는 영향을 분석하고, 기존에 측정되지 않은 네 가지 종류의 커피의 클로로겐산 함량을 HPLC로 정량했다. 이에 따라 커피박 추출 물에 함유된 클로로겐산이 콩과 식물에 생장에 긍정적인 영향을 미침을 알아냈고, 커피박 추출물을 식재한 토양의 마이크로바이옴 분석을 통해 액상의 커피박 비료가 토양의 생태계에 미치는 영향을 분석했다. 따라서, 본 연구는 기존 고형의 커피박 비료를 대체하여 경제적이고, 친환경적인 액상의 커피박 비료 개발의 가능성을 성공적으로 확인하고, 환경 문제를 해결함과 커피박의 재활용을 통해 식물의 생산량 증진에 도움을 줄 수 있음을 밝혔다.

주제어： 커피박 추출물, 클로로겐산, HPLC, 콩과 식물, 액상형 비료

본 연구는 폐기되는 Agar를 재활용해 전류를 생산할 수 있는 Recycled Agar-MFC(RA-MFC)의 조건을 찾아 활용하고자 하였다. 해수 속 전류를 생산하는 혐기성 미생물(Aeromonas hydrophila, Vibrio diabolicus 등)의 호흡 기질로 포도당의 지속적 공급을 위해 Agarivorans albus의 한천 분해능을 적용하였고, 폐기되는 agar의 후처리 조건을 파악하고자 Agar 및 NaCl 농도에 따라 한천 분해 시 생성되는 환원당의 양을 DNS법을 통해 최적의 조건을 도출하였다. Agarivorans albus 분해능 최적 환경에서 RA-MFC를 기존의 MFC와 비교하고, 해수를 이용한 장치의 변인을 조절하며 전력 생산량이 최대가 되는 조건을 도출하였다. 실험 결과 Agarivorans albus 시료의 1.5% agar 및 0.05M NaCl 농도 조건에서 가장 많은 양의 glucose를 생산하였다. 이를 토대로 조제한 시료를 RA-MFC에 도입한 결과 해수만을 사용한 MFC에 비해 지속적으로 생산해 냈으며, Agarivorans albus의 생육 조건이 불완전한 상황에서도 유의미한 전력 생산을 보였다. 이에, 교내 폐배지를 수거하여 후처리를 진행한 뒤 RA-MFC에 도입한 결과 또한 비슷한 수준의 전압을 형성하였다.. RA-MFC는 지속적으로 폐배지를 공급할 시 꾸준히 미량의 전류를 생산할 수 있을 것으로 예상되었다. 따라서, 각 학교 및연구기관에서 사용 가능한 RA-MFC 키트를 제작하여 보급하고, 생산되는 전류를 효율적으로 사용할 수 있는 방안을 제공할 것을 제안하는 바이다.
주제어: Microbial Fuel Cell(MFC), Agar, Agrivorans albus, Recycling, Glucose

2050 탄소 중립 실천을 위하여 생활권 녹지 조성이 주목받고 있다. 지피식물 중 구절초는 기르기 쉽고, 단위 면적당 연간 탄소 흡수량이 많아 화단 및 옥외 정원에 사용된다.
본 연구에서는 식물생장 촉진 근권 미생물의 접종이 구절초의 생장을 촉진하고, 광합성 능력을 증가시켜 녹지 조성과정에서 구절초의 이산화탄소 흡수량을 증가시킬 수 있는 가능성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 학교 인근 큰금계국 군락지의 근권에서 채취한 미생물을 순수분리한 후 옥신 (IAA) 생성능이 높은 균주와 불용성 인산 가용화능이 높은 균주를 선별하였다. 이 후 선별한 균주들을 토양에 처리하고, 구절초의 생장과 광합성능의 변화를 측정하였다. 연구 결과, 2주라는 짧은 시간임에도 Burkholderia stabilis과 Caulobacter sp을 함께 접종한 경우에서 구절초의 생장과 광합성 능력이 증가하였음을 확인하였다. 현재 장기간 재배 시의 생장과 광합성 능력을 측정하기 위해 연구가 진행 중이다.

주제어: 구절초, 지피식물, 근권미생물, 식물 생장 촉진, 탄소 흡수

해수를 순환시키지 못하는 육상 양식장은 주기적으로 배출수를 배출한다. 오염물 제거 과정이 존재하지만 NH+4, PO3-4와 같은 이온과 유기 오염물이 배출수에 포함된다. 이런 이온과 유기 오염물은 연안에 부영양화를 일으키는 등 환경에 악영향을 미친다. 따라서 본 연구는 전기산화법과 제올라이트를 동시에 사용해 오염물 제거 효과를 상호보완하고, 양식장 배출수를 처리하는 과정을 제시하고자 한다. 전기산화법, 제올라이트 실험을 각각 시행해 오염물 제거 효과를 확인하고두 방법을 융합하여 최종적 결과를 도출하였다. 실험 결과 단독적으로 오염물 제거 방법을 사용 하였을 때와 융합하여 사용했을 때 모두 유의미한 제거 결과가 도출되었고, 상호보완성 또한 나타났다. 본 연구를 활용할 시 양식장의 수질 정화 과정을 발전시키리라 기대한다.

주제어: 양식장 배출수, 전기산화법, 제올라이트, 화학적 산소 요구량(COD), 영양염(N, P)

미세플라스틱 노출 시간에 따른 생체 축적 정도와 패류에 미치는 영향에 대한 실험을 진행했다.
첫 번째 실험은 수조에 해수 15.5L를 넣고 형광 폴리스타이렌 미세스피어 4mL를 넣었다. 그리고 전복, 굴, 가리비, 바지락을 각각 6개씩 투입하여 5일간의 변화를 관찰하고, 하루 간격으로 패류를 해부하여 내장 속 미세플라스틱의 양을 확인했다. 그리고 두 번째 실험은 해수 0.5L에 1mL의 형광 폴리스타이렌 미세스피어를 넣었다. 그리고 전복, 가리비를 넣어 12시간 간격으로 관찰해 내장 속 미세플라스틱의 양을 확인했다. 본 연구를 통해 어떤 패류가 미세플라스틱을 잘 흡수하는지 그리고 미세플라스틱 노출 시간에 따른 패류의 생체 축적 정도를 알 수 있다.

주제어: 패류, 형광, 폴리스타이렌 미세스피어, 미세플라스틱, 형광현미경

본 연구는 여러 단열재를 이용하여 보온병의 마개를 직접 제작해 보온병 내부 물의 온도변화를 근거로 삼아 어떤 단열재가 보온성이 뛰어난 지 또한 온도변화(열 손실)에 대해 가장 큰 영향을 줄 것이라 예상하는‘열전도도’가 정말 온도변화에 가장 큰 영향을 미치는 요인인지를 확인한다.

주제어: 보온병, 열전도 법칙, 단열재, 열전도도

오랜 시간 걸은 후 신발 속에 모래가 들어있는 것은 일상적인 현상이다. 이를 보고 모래가 어떻게 발목 근처까지 튀어 올라 신발 속으로 유입되는지 의문을 가져 연구하게 되었다.
실험 전, 신발이 사분원을 그리며 떨어지는 장치를 제작해 튀어 오른 모래가 신발 쪽으로 흔들리며 이동함을 발견했다. 이후 튀어 오른 모래가 보행 동작에서의 와류로 의해 신발 속으로 들어간다고 가설을 세웠다.
실험 과정은 다음과 같다. 걸음 묘사 장치를 제작해 모래의 운동을 초고속 카메라로 분석했다. 또한 풍동 기기로 촬영하여 보행 동작에서 생성되는 와류를 분석하고, 가시적 데이터로 산출했다. 실험 후엔 CFD를 활용해 와류의 측정값들을 얻어 결과의 타당성을 입증했다.
연구 결과, 가설과 같이 뒤쪽에서 튀어 오른 모래가 보행 과정에서 생기는 와류에 의해 유입됨을 증명했다.

주제어: 모래, 유체역학, 와류, 풍동, CFD(전산 유체 역학)

Kaye Effect는 샴푸와 같이 점성이 있는 비뉴턴 유체를 바닥면으로 떨어뜨릴 때 쌓여있던 유체 에서 jet가 발생하며 튀어오르는 현상이다. 본 연구는 아직 원인이 정확하게 밝혀지지 않은 Kaye Effect의 원인과 이에 영향을 미치는 변수에 대한 가설을 설정하고 이를 탐구하는 것을 목적으로 한다.
본 연구에서는 유체의 점도 또는 유체가 떨어지기 시작하는 높이 등의 변수와 Kaye Effect의 관계를 분석하고, 이를 관찰하면서 Kaye Effect에 대한 가설을 세워 이를 확인하기 위한 실험을 진행 한다. 이러한 연구를 통해 Kaye Effect의 원인을 분석하고 난제의 해결에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

주제어: Kaye Effect, 비뉴턴 유체, 점탄성, 전단력(Shearing Force)