연도별 연구과제 210 페이지첫페이지로 이동

현재 각종 병원에서 사용하는 링거는 이동식 거치대를 이용하여 투여하고 있다. 이동식 거치대는 활동의 제약 및 안전사고의 위험이 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위해 웨어러블 링거를 제작하였다. 현재 사용되고 있는 링거의 투여 원리는 높이차에 의한 일정한 중력의 힘이다. 우리는 일정한 힘을 가해주기 위해 정하중 스프링을 사용하는 방법을 고안하였다. 힘 센서를 사용해 정하중 스프링의 변위에 따른 출력을 계산하였다. 링거액을 링거 거치대에 걸었을 때 나오는 유량과 정하중 스프링을 활용하여 제작한 링거에서 나오는 유량을 정량화하였다. 프로토타입 제작을 과정을 거쳐 실제 사용할 수 있는 웨어러블 링거를 제작하였다.

▪ 주제어: 웨어러블, 링거, 정하중 스프링

현재 자이로센서는 드리프트 현상에 의한 누적 오차로 인하여 정확도가 많이 떨어진다. 이를 해결하기 위하여 칼만 필터와 HDR 알고리즘 등의 방법을 이용하여 이론적으로 회전 각도의 정확도를 높일 수 있음이 어느 정도 밝혀졌으나, 제대로 된 연구와 명확한 실험 데이터가 없기에 각각의 방법에 대한 효율 분석등이 불가피하다. 본 연구에서는 지금까지의 연구를 바탕으로 하여 각각의 효율을 분석하고 더 효율적인 방법을 알아보고자 한다. 자이로센서의 회전 각도를 정밀하게 측정하기 위하여 스텝 모터를 이용하여 회전각도를 임의로 정하였다. 자이로센서가 측정한 각도를 저장하기 위해 자이로센서 회전 각도 실험 장치를
고안하고 제작하였고, 실제로 아두이노를 이용하여 데이터를 분석한 후, 자이로센서가 측정한 회전 각도를 엑셀 파일로 저장하였다. 본 연구에서 고안한 칼만 필터 알고리즘과 HDR 알고리즘을 이용하여 실험값을 보정하였고, 결과적으로, 칼만 필터 알고리즘의 경우에는 자이로센서의 누적 오차를 제외하면, 오차를 잘보정하였고, HDR 알고리즘을 이용하였을 때는, 데이터의 질이 좋은 경우에는 오차 보정이 제대로 이루어졌음을 확인하였다.

▪ 주제어 : 자이로센서, 드리프트 오차, 칼만 필터, HDR 알고리즘

본 논문은 고온이나 유독성의 물질을 다루는 실험에서 인간이 실험을 직접 수행하며 위험한 경우가 생기지　않도록 실험을 대신 수행할 수 있는 최적의 로봇 손 구조를 제안한다. 로봇 손의 범용성을 확보하기 위해 유연한 소재를 사용한 Soft Robotics 기술을 이용하며, 압력 센서를 이용하여 로봇 손의 악력을 조절해 안정적인 힘으로 물체를 쥘 수 있도록 만든다. 또한, 비커를 들고 기울였을 때, 유량의 일정성, 각속도의 일정성 등을 고려해 최종적인 모델을 제안한다. 그 결과, 제안한 로봇 손 사용 시의 장ㆍ단점과 이 로봇 손이 안정적일 수 있는 근거를 제시해 모델의 타당성을 보인다.

본 연구에서는는 발목 재활, 치료 중에 발목 염좌를 방지하는 웨어러블 장치를 개발하였다. 공업용 전도성 고무등의 소재를 활용하여 웨어러블 센서의 특성을 연구했다. 또한 인공 공압 근육의 특성에 대해 연구하고 실제 제작에 성공했다.
아두이노를 이용하여 센서로부터 오는 발목 각도에 대한 데이터를 바탕으로 인공 공압 액추에이터를 작동시키는 자동제어 시스템을 제작했다. 최종적으로 센서의 저항값에 따라 이산화탄소 카트리지의 압력을 솔레노이드 밸브를 통해 인공공압 근육으로 전달하여 발목 외측 염좌의 반대방향으로 힘을 작용하는 장치를 제작했다

▪ 주제어: 웨어러블 센서, 인공 공압 근육, 웨어러블 장치, 자동 제어

비행기는 현대 사회에서 없어서는 안 될 중요한 교통 수단이다. 비행기에는 여러 가지 장치들이 들어있는데, 이 중 랜딩기어 장치는 지상에서의 이착륙시 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다. 이 때 발생하는 하중은 항공기전체의 무게의 4~5배가 발생하게 되며, 랜딩기어는 이를 흡수하고, 동체에 에너지가 전달되어 파괴되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이 연구에서는 낭비되는 에너지인 충격 에너지에 집중하였고 바퀴 부근에서의 충격으로 인해 손실되는 에너지를 재활용할 수 있는 방안을 모색하였으며, 충격에 적합한 압전에너지를 이용하기로 하였다. 에너지 하베스팅이란 태양광, 진동, 열, 풍력 등의 현상을 이용하여 전기에너지로 전환하여 사용하는 기술을 의미한다.
비행기의 바퀴에는 충격을 흡수하기 위한 서스펜션이라는 장치가 설치되어 있는데, 이 서스펜션에는 바퀴의 움직임을 제어하는 부분과 충격을 흡수하는 부분으로 나뉜다. 이 연구에서는 충격에 대한 실험을 비행기 바퀴 자체에 중점을 두어 실험을 진행하였으며, 노면은 MDF합판, 바퀴 자체는 알루미늄 선과 용수철을 이용하여 재현하여 실험하였다.

▪ 주제어: 서스펜션, 압전에너지 하베스팅, 진동
 

GPS는 오차가 있고, 이 때문에 드론에 쓰기엔 부적절할 수 있다. 이 때문에, 드론 택배가 상용화되려면 새로 운 기술이 필요하다. 그 때문에, 우리는 드론에 적합한 새로운 주소 저장 기술을 만들기로 하였다. 이 때문에, 우리는 마킹 기술을 사용해, 이를 이용해 주소 정보를 저장해 마커를 만들고, 이를 인식하는 프로그램을 만들기로 하였다. 깨끗한 사진만의 데이터의 경우, 생성했던 것을 반대로 가 인식을 하고, 실제 밖에서 드론이 보는 경우에는 길이나 지붕 위에 올려져 있을 것이기에 이를 위해 마커를 구분할 수 있는 특징을 추가하고, 이를 인식하기 위해 인공지능을 만들어 이를 인식하게 하였다.

▪ 주제어: 택배 드론, 정밀 배송, 마커, 영상 처리, 인공지능

조류가 비행 중 날갯짓을 할 때 날개와 이동방향 사이의 각도의 차이로 인해 앞으로 나아가는 힘인 추력을 받게 된다. 이러한 추력은 상향 날갯짓 도중에는 조류의 이동을 방해하는 방향으로 작용하고 하향날갯짓 도중에는 조류의 이동을 돕는 방향으로 작용한다. 이러한 요소가 비행체의 비행에 미치는 영향을 조사하기 위하여 조류의 날갯짓을 모방한 비행체의 날갯짓에서 상향 날갯짓과 하향 날갯짓의 시간의 비율이 비행체의 비행에 끼치는 영향에 대하여 실험하였다. 비행체가 상/하향 날갯짓 비율을 달리하며 비행체가 날갯짓을 하는 동안 받는 평균적인 추력을 측정하여 가장 효율적인 비행에 적합한 상/하향 날갯짓 비율의 데이터를 추출해내었다.

▪ 주제어: 날갯짓 비행체, 상/하향 날갯짓, 추력, 양력

본 연구는 최근 관심이 집중되는 기술 중 하나인 전기 변색 기술에 대해 전기 변색 물질, 그 중에서도 금속 산화물의 종류에 따른 전기 변색 소자의 투과도에 대한 연구이다. 두 가지 투명 전극의 특성을 비교하여 실험에 적절한 투명 전극을 선택한 뒤에 전해질(Electrolyte)을 제작하였고 WO3(tungsten trioxide)와 Ni(OH)2〔(Nickel(II) hydroxide〕의 두 가지 종류의 금속 산화물을 적용한 닫힌 회로를 구성하여 전기 변색 소자를 직접 제작하여 비교하였다. 더 나아가 본 연구를 통해 에너지 절약 측면에서 우수한 스마트 윈도우에 적용하기에 적합한 전기 변색 소자를 찾고자 하였다.

▪ 주제어 : 전기 변색 기술(Electrochromic technology), 닫힌 회로(Closed circuit),　 투명 전극(Transparent electrode), 전해질(Electrolyte), 투과도(Transmittance)

통계자료 조사 결과 현재 단순 노동직 또는 가정주부 등의 여러 직업군에서 근력을 보조할 수 있는 기기가 필요한 상황이다. 또한, 마비 환자 수는 증가하고 있으나, 재활치료율은 이에 미치지 못해 재활치료기기의 개발이 필요하다. 기존의 근력 보조 디바이스는 부피가 크고 Bulky해 제대로 착용하기 어렵다는 단점이 있었다. 이에 실리콘을 이용해 경량형 소프트 글러브를 제작하였다. 1차에서 7차 프로토타입 제작 과정을 거쳐 착용성이 높은 소프트 글러브를 설계하고 제작하였다. 응력해석과 착용감 테스트를 통해 제작한 소프트 글러브가 견고하고 착용성이 우수하다는 것을 확인하였다. 소프트 글러브는 인체 공학적 설계로 Adaptability가 높고 땀 배출이 잘 되어 활동성이 우수하다. LPF를 적용한 정밀한 EMG 신호 제어를 통해 근전도 신호를 정밀하게 구했다. 최종적으로 제작한 경량형 소프트 글러브가 평균 30.02%의 근력 보조율을 보인다는 것을 실험을 통해 보였다.

▪ 주제어: 소프트 글러브, 근력 보조, EMG 신호, 응력 해석
 

전 세계적인 재생에너지에 대한 관심과 필요성의 증가로 풍력발전이 대두되고 있다. 재생 에너지 중 하나인 풍력 발전은 일정한 뱡향으로 부는 바람에서만 사용이 쉬우며 바람의 방향이 수시로 바뀔 때는 날개의 방향 역시 수시로 바뀌어 져야만 한다. 이러한 문제를 간단하게나마 해결한 것이 바람의 방향과 회전축의 방향이 수직인 수직 축 풍력 발전이다. 그러나 수직 축 풍력 발전은 우리가 흔히 관찰할 수 있는 수평 축 풍력 발전보다 발전효율이 매우 낮다는 단점이 있고, 2차원상의 방향에 대한 바람에서만 발전이 가능하다. 하지만 만약 모든 방향의 바람에 대해 1차원 축에 연결된 물체를 회전시킬 수 있다면, 단순히 높은 곳에서 떨어뜨리는 것만으로도 발전기를 설치하거나, 빠른 바람이 분다고 알려진 목성형 행성 등에서도 발전을 기대해볼 수도 있다. 본 연구에서는 모든 방향의 바람에 대해 회전시킬 수 있는 회전날을 여러가지 물리, 수학적 도구들을 사용하여 시뮬레이션을 해본 후 실제로 그 회전날을 3D 프린터로 제작 후 작동을 직접 실험하여 봄으로써 모든 방향의 바람에 작동할 수 있는 물체를 개발하고자 한다.

▪ 주제어: 바람, 풍력에너지, 물리, 블레이드, 회전

이 연구에서는 기존에 널리 사용되는 방식인 유압식 펌프를 이용한 로봇팔, 또는 기계식 로봇팔은 인간의 팔근육과는 작동원리가 서로 달라서 단지 외형만 유사한 힘을 내는 도구로써 작용한다는 한계점이 있다는 것을 인식하였다. 따라서 이를 개선하기 위해 최대한 인간의 팔과 유사한 구조와 원리를 이용한 로봇팔을 만들기 위해 장력과 MG -996R 모터를 이용해서 물체를 들어 올리는 원리를 적용하여 설계, 제작해보았고, 근육 모방식 로봇팔과 기계식 로봇팔의 지탱 가능한 최대 질량을 이론적으로 구해보고, 실제로 실험을 통하여 이 연구에서 제작한 근육 모방식 로봇팔이 기계식 로봇팔에 비해서 더욱 많은 질량의 물체를 지탱할 수 있다는 것을 확인하였다.

▪ 주제어: 로봇팔, 장력, 힘의 작용점

공기 속 물체의 유효단면적이 커질수록 항력의 크기가 커진다는 것은 잘알려져 있지만 물체의 종횡비, 표면무늬와의 관계는 자세히 알려져 있지 않다. 따라서 이번 탐구를 통해 물체의 종횡비와 표면무늬에 따라 물체가 받는 표면마찰의 크기가 어떻게 변하는지를 알아보고자 한다. 고층건물, 자동차 등의 물체들은 에너지절약, 구조의 안정성 등을 이유로 공기저항으로 인한 표면마찰을 줄이는 것에 적용하고자 한다.