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본 연구는 항공기 착륙 시 발생하는 지면효과(Ground Effect)를 능동적으로 제어하여 착륙 안정성을 향상시키는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 에어포일에 벤트(공기 통로) 구조를 설계·적용하여 지면효과가 양력에 미치는 영향을 전산유체역학(CFD) 해석과 풍동 실험을 통해 분석하였다. MATLAB을 활용해 압력 분포가 최대인 지점을 도출하여 최적 벤트 위치를 설정하였고, 다양한 벤트 크기 및 날개-지면 간 거리 조건에서 양력 변화를 측정하였다. 실험 결과, 벤트 크기가 증가할수록 지면효과에 의한 양력 증폭이 감소하였으며, 특정 크기 이상에서는 변화가 수렴함을 확인하였다. 본 연구는 벤트형 구조가 지면효과를 효과적으로 조절할 수 있음을 제시하며, 향후 항공기 착륙 안정성 향상을 위한 설계 요소로서의 가능성을 검증하였다. 주제어: 지면효과, 벤트 구조, 양력 제어, 풍동 실험, CFD
중금속은 생체 건강에 심각한 악영향을 미치는 환경오염 물질이다. 본 연구에서 검출하는 아연 (Zn)을 포함한 중금속은 환경 중 널리 퍼져 있으며, 미량만 존재하여도 생물 내에서 축적된다면 유해성을 띨 수 있기 때문에 이를 효과적으로 검출하는 방법은 중요하다. 본 연구는 중금속 중 하나인 아연 농도에 반응하는 프로모터와 형광 단백질 유전자가 삽입된 플라스미드를 E.coli(Escherichia coli)에 형질전환하여 형광 발현량에 따른 아연의 농도를 예측할 수 있는 생성적 적대 신경망(GAN) 모델을 설계하였다. 본 연구에서 제작한 GAN 모델을 이용하여 대장균의 형광 발현량에 따른 아연 농도를 예측할 수 있으며, 이는 중금속 검출의 새로운 생물학적 방법을 제시한다. 주제어: 바이오센서, 합성데이터, diffusion, 형질전환
본 연구는 실내 공간에서 최소한의 카메라로 최대 감시 영역을 확보하기 위한 카메라 최적 배치 알고리즘을 제안하고, 그리디 알고리즘, 분기한정법, 유전 알고리즘의 성능을 비교하였다. 실험 결과, 분기한정법은 높은 커버율을 확보했으나 계산 비용이 컸고, 유전 알고리즘 및 그리디 알고리즘은 일부 조건에서 더 효율적이거나 혹은 결과가 유사한 결과를 갖게 되었다. 주제어: 3차원 카메라 시야, 감시 영역 최적화, 그리디 알고리즘, 분기한정법, 유전 알고리즘
본 연구는 산불 진화 이후 재발화의 원인이 되는 잔불을 안전하게 무인으로 탐지 및 소화가 가능한 자율 드론 기본 시스템을 제안한다. 자율 비행의 구현에는 강화학습(SAC 알고리즘)을 이용했고, 잔불의 탐지를 실시간으로 할 수 있도록 잔불 특화 이미지 모델을 제작했다. 국토지리정보원 DEM 을 활용한 MuJoCo 시뮬레이터에서 탐사 영역과 에너지 비용 등을 반영한 보상 함수를 설계하고, 부분 관측, 행동 노이즈, 센서 결측의 현실적인 요소를 포함한 Sim to Real transfer를 실행하여 정책을 학습했다. 잔불 탐색은 YOLOv8 모델로 잔불 데이터셋을 증강하여 실시간 추론이 가능하도록 경량화하였고, 디지털 트윈으로 임무 진행을 모니터링했다. 결과적으로 시뮬레이터와 실험실 모형 환경에서 탐색 경로 중복이 감소하고 에너지 효율이 개선되었으며, 잔불을 안정적으로 감지하여 투하 결정을 지원했다. 본 시스템은 인력 접근이 어려운 산악 지형에서 무인ㅡ 지능형 잔불 대응의 실현 가능성을 제시한다. 주제어: 5개 이내 작성 강화학습, 드론 자율 비행, 잔불 탐지 및 소화, sim to real transfer
최근 인공지능 모델은 거대화되면서 막대한 연산 자원과 전력을 요구하게 되었고, 이로 인해 높은 비용과 환경적 문제가 발생한다. 이러한 비효율의 이유는 뇌가 아날로그 방식으로 신호를 처리하는 것과 달리 디지털 컴퓨터는 불연속적이고 고정밀 연산에 특화되어 있기 때문이다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 MOSFET 기반 아날로그 행렬곱 회로를 설계 및 제작하고, 인공신경망 학습의 핵심 연산을 아날로그 방식으로 구현할 수 있는 가능성을 검증하는 것을 목표로 하였다. 단일 곱 회로를 제작하여 선형 회귀를 진행해 가능성을 확인하고, 주문 제작한 PCB에 MOSFET과 관련 부품을 납땜하여 2×2 행렬곱 연산을 성공적으로 수행함으로써, 아날로그 회로가 실제 신경망 학습 연산에 적용 가능함을 입증하였다. 주제어: 아날로그 회로, 행렬곱, MOSFET, 인공신경망
본 연구는 실내 화재 발생 시 신속하고 안전한 대피를 위해 건물 구조와 화재 확산 특성을 반영한 동적 대피 경로 안내 시스템을 개발하였다. OpenCV로 평면도에서 벽과 문을 인식해 격자 모델을 생성하고 JSON 정보로 변환하였다. 셀룰러 오토마타 모델로 화재와 유독가스 확산을 시뮬레이션해 격자 위험도를 산출하고, 이를 반영한 A* 알고리즘으로 최적 대피 경로를 탐색하였다. Raspberry Pi 기반 시각화 패널을 구현해 경로를 실시간 안내하였으며, 실험 결과 제안한 방식은 기존 정적 안내보다 안전한 경로를 제시했고 A* 알고리즘의 탐색 시간은 실시간 적용에 적합하였다. 본 연구는 화재 안전 관리에 적용 가능하며, 다층 건물 등 복합 구조로도 확장 가능해 재난 시 인명 피해 저감에 기여할 수 있다. 주제어: 동적 대피 경로, A* 알고리즘, OpenCV, 화재 확산 시뮬레이션, 라즈베리 파이
본 연구는 오픈소스 기반 장비를 활용하여 안시 관측과 분광 관측을 동시에 수행할 수 있는 기기를 제작하는 데 목적을 두었다. Sol’Ex를 기반으로 Star’Ex 분광기를 제작해 태양과 항성의 스펙트럼을 관찰하였고, DBS 114 망원경을 4파이프 구조와 새 포커싱 장치로 개선해 안정성과 휴대성을 확보하였다. 또한 라즈베리파이와 카메라 SDK를 활용하여 관측과 동시에 데이터 처리 및 실시간 그래프 출력이 가능한 GUI를 구현함으로써, 아마추어와 학생들이 활용 가능한 사용자 친화적 관측 시스템을 완성하였다. 주제어: 오픈소스 관측기기, 분광기, 망원경, 라즈베리파이
본 연구는 지진 발생 직후 신속하고 정확한 진앙 결정을 위해 머신러닝 기반 자동 분석 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 반합성(semi-synthetic) 지진파 이미지를 이용하여 CNN 회귀 모델을 학습하고, 관측소–진앙 간 거리를 자동 추정한 뒤 가중 최소 제곱 삼각측량으로 진앙을 산출하였다. 이후 관측소 바이어스 보정, SNR 상위 관측소 선택, 거리·SNR 기반 가중치 최적화, 그리고 혼합 가중치(λ 조합) 적용을 통해 단계적으로 성능을 향상시켰다. 그 결과 평균 오차 5.1 ㎞, RMS 0.63, 신뢰 타원 면적 38% 감소를 달성하였으며, 연산 시간 200 ㎳ 이내로 실시간 자동 진앙 결정이 가능함을 확인하였다. 본 연구는 지진 조기경보의 자동화 및 고도화를 위한 기초적 모델로서 의미가 있다. 주제어: 지진파 자동 분석, 진앙 결정, 기계학습, 삼각측량, 가중치 최적화
최근 해양 플라스틱 쓰레기의 급증은 생태계와 인류 건강에 심각한 위협이 되고 있다. 기존 씨빈 (Seabin)은 항만 내에서는 효과적이지만 외부 전원 의존성과 고정 설치 방식으로 외해 활용이 어렵다. 본 연구에서는 이러한 한계를 해결하기 위해 코안다 효과와 베르누이 방정식을 적용한 자율 부유형 씨빈을 설계·제작하였다. Autodesk Fusion 360을 통해 3D 모델링을 수행하고, numpy-stl로 부력 및 중심 좌표를 수치 분석하여 구조적 안정성을 검증하였다. 3차 설계 및 수조 실험 결과, 장치가 부유 안정성을 유지하며 쓰레기를 중앙 흡입구로 유도하는 것을 확인하였다. 본 연구는 씨빈의 외부 전원 및 고정 설치 문제를 개선하고, 미세 플라스틱 제거용 친환경 수질 정화 장치로의 활용 가능성을 제시하였다. 주제어: 씨빈, 코안다 효과, 원심펌프, 3D모델링
도심 속 고층 건물 주위를 지나며 생성되는 박리류는 건물 후면에 와류 영역을 형성한다. 건물 후면 와류 영역은 주변과 격리된, 정체된 흐름을 만들어 도심 내 열섬 현상을 심화시킨다. 도심 내 열섬 현상을 해소하기 위해, 본 연구에서는 수선화 줄기를 생체모방한 풍력발전기를 바탕으로 박리류를 감소시키는 동시에 건물의 발전에 기여할 가능성을 모색하였다. 연구에서는 전산유체역학 시뮬레이션과 풍동 실험을 병행하여 수선화 줄기를 모방한 풍력발전기에 와류 저감 효과가 있는지 검증하고 소음, 발전 효율 등 다양한 측면에서 설치 가능성과 실용성을 분석하였다. 그 결과, 수선화 줄기 생체 모방 풍력발전기에 와류 저감 효과가 있음을 인하고, 도시의 에너지 자립에 기여할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서는 풍력발전기를 통한 도심 내 와류 저감을 통한 열섬 현상 완화와 재생 에너지 생산을 동시에 실현할 수 있는 방안을 제시하며, 친환경적인 도심 환경 개선 방법을 제시한다. 주제어: 열섬 현상, 풍력발전기, 수선화 줄기, 생체 모방, CFD
본 연구는 경기북과학고등학교 주변에서 빈번히 발생하는 안개와 급변 기상 현상으로 인해 학교 생활과 학사 운영에 어려움이 발생한다는 문제의식에서 출발하였다. 기존 기상청 관측망은 지역적 특성과 미규모 기상 변화를 포착하기에 한계가 있어, 이를 보완하기 위한 새로운 관측 체계가 필요하다. 연구의 목표는 백엽상을 활용한 소규모 기상 관측 시스템을 구축하여 기상청 예보와 실제 상황 간 오차를 줄이고, 지역 고유의 기상 패턴을 분석하는 것이다. 이를 위해 아두이노와 DHT22 센서를 중심으로 한 장비를 제작하고, 연못과 기숙사 인근에 설치하여 의정부·남방 관측소 자료와 비교 분석하였다. 분석 결과, 연못 인근에서는 수체와 숲의 영향으로 변동성이 컸으나 기숙사 측정소는 기상청 자료와 유사한 경향을 보여 신뢰성 있는 데이터 확보가 가능함을 확인하였다. 또한 CFD 시뮬레이션을 통해 백엽상의 공기 흐름 유지 기능을 검증하였다. 결론적으로, 본 시스템은 저비용·고밀도의 미규모 기상 관측망으로서 국지적 기후 특성 파악과 예보 보완에 효과적임이 입증되었으나, 후 센서 성능 개선과 관측 지점 확대를 통해 지역 맞춤형 기후 감시 체계로 발전시킬 필요가 있다. 주제어: 백엽상, 미규모기상관측 시스템, 지역 규모 관측
본 연구는 은행나무 종자의 악취 주원인인 부티르산의 저감을 위한 은행 내생균 Aspergillus niger 의 활용 가능성을 검증했다. 은행나무는 부티르산 합성 능력이 없음을 확인했으며, 은행 과육을 배양 후 동정한 결과 공생균 Clostridium xylanolyticum가 부티르산을 생성하는 것을 알 수 있었다. A. niger가 부티르산 함유 배지와 은행 내에서 290nm 파장의 흡광도 증가와 pH 변화를 보여, 부티르산을 다른 산물로 전환하여 농도를 감소시키는 것을 확인했다. A. niger의 은행 묘목으로의 수간주입 실험을 통해, A. niger가 도관을 통해 식물체 내로 확산 가능함 또한 입증했다. 이로써 A. niger를 친환경적이고 지속 가능한 은행 악취 저감 수단으로 활용할 수 있음을 확인했다. 주제어: 은행 악취, 부티르산, 공생균, 내생균, 수간 주입