연도별 연구과제 49 페이지첫페이지로 이동

본 연구는 Galton board의 핀을 종이접기 패턴으로 대체하여 유체의 흐름을 조작하고, 다양한 비율 로 유체를 분리할 수 있는 구조를 설계하는 것을 목적으로 한다. 종이접기 패턴 중 Miura fold를 활 용하여 비비탄을 이용한 실험을 통해 1:3, 1:4, 1:5 등의 비율로 유체를 나눌 수 있는 분기점을 제작 하였다. 각각의 분기점들을 Galton board의 핀들을 대체하여 설치하였고 최종적으로 퇴적 형태를 상 수함수의 형태로 최적시키는데 성공했다. 이후 3D 프린터를 이용한 분기점들을 새로 제작하고 입구 와 분기점 사이의 간격을 더욱 정교하게 설정하여 연구의 정확성과 재현성을 더욱 높였다.

주제어: 종이접기, Miura fold, 정규분포, Galton board, 통계역학

본 연구는 비행기를 탈 때 갑자기 찾아오는 난기류의 불편을 해소하고 싶다는 생각에서 출발하 였다. 본 연구는 난기류가 생성될 때 생기는 소음의 특징을 분석하고 난기류 생성 시의 패턴을 찾아 난기류를 예측하고자 하였다. 풍동 실험실에서 장애물을 설치하여 풍속의 차이를 만들고, 풍속 차이에 의해 난기류가 생기는 것을 확인하였다. 이후 풍동 실험실 내에 3D 프린터로 제작 된 날개 모형을 두고 풍동을 작동시켜 날개에 작용하는 양력과 날개 위아래에서 생기는 소음을 녹음하였다. 장애물이 있을 때와 장애물이 없을 때로 나누어 확인해 본 결과 난기류 형성 시에 날개 모형에 가해지는 양력과 소음 모두 표준편차가 증가하고, 날개 자체에 가해지는 양력이 줄 어드는 것을 확인하였다. 또한 날개 위와 아래에서 생기는 소음의 FFT 분석 결과 낮은 RPM과 높은 RPM에서 보이는 양상이 다르다는 점 역시 확인하였다. 본 연구는 난기류 형성 시 날개에 생기는 공통적인 변화를 확인하였으며 추가 연구를 통해 난기류가 가지는 특징적인 양상을 찾는 다면 비행기 운행 중 난기류의 예측이 가능할 것으로 보인다.

주제어: 청천난기류(CAT), 유동소음, 양력, 유체역학, 빅데이터 분석

노인들의 경우 족저굴곡근의 약화와 중족골의 강성 부족에 의해 보행 안정성에 문제가 발생하는 경우가 있다. 중족골에 강성을 보조하는 것이 중재전략이 될 수 있으나, 개인마다 보조해야 할 강 성이 다르다는 문제가 있다. 이를 해결하고자 중족골 굽힘 강성 가변 장치를 개발하고 효과성을 검증하였다. 보아와 줄을 이용하여 중족골 부분에 강성을 조절할 수 있는 장치를 만들었고, 계산 과 시뮬레이션을 통해 줄의 강성 변화에 따른 탄성에너지 변화를 제안하였다. 동작분석장치의 결 과를 Trunk의 Stabilogram을 이용하여 측정한 결과 개인별로 적합한 강성이 있으며 중족골 부분 에 강성을 높일수록 보행안정성이 높게 나타나는 결과를 얻었다. 또한 발 안쪽의 강성을 크게 하 는 경우 CoP가 발의 바깥쪽과 발뒤꿈치쪽으로 이동하였으며, 발 바깥쪽의 강성을 크게 하는 경우 발의 안쪽과 발가락 쪽으로 CoP가 이동하는 결과가 나와 중족골 굽힘 강성 가변 장치가 노화에 따른 회내와 회외의 문제를 해결하는 중재전략이 될 수 있다는 결론을 얻었다.

주제어: 중족골, 가변강성장치, 회내와 회외, 운동분석, 압력중심

최근 백신 콜드체인에서 사용되는 Tetradecane의 환경오염을 해결하기 위해 본 연구에서 콜드체 인에 적합한 공융점 범위를 가지며, 잠열이 크고 친환경적인 카프릴산, 라우릴 알코올 혼합물을 대 체 냉매로 선정했다. 공융혼합물 물성 변화를 위해 계면활성제 염을 기본용액에 3,4,5의 wt%로 녹 였고 DSC로 공융점, 잠열, 상분리 여부를 분석했고 그 결과 DLS 3% 용액에서 3가지 기준을 모두 만족하는 그래프가 나타났다. 보냉성 역시 상온에서 기존 냉매와 유사한 온도 변화를 보였다. 따라 서 첨가 용질로서 DLS를 선정하였고, 3% 부근 농도인 2.5, 3.0, 3.5%로 세분화하여 재분석 시, 다 시 3.0%에서 공융점, 잠열, 상분리, 보냉성의 적합성을 확인했다. 따라서 본 연구에서는 공융점을 이용한 친환경 물질로 기존 물질을 대체하는 방법을 제안한다.

주제어: 공융점, DSC, Data Logger, 보냉성, 공융 혼합물

초음파 무선 전력 전송 방식은 수중 기기와 인체삽입형 전자기기에 활용할 수 있는 전력 전송 방 법으로 다양한 매질을 통한 전송과 먼 거리의 에너지 전송이 가능하여 관심을 끌고 있다. 본 연구 는 초음파 트랜스듀서의 송신부와 수신부 사이의 전력 전송에서 관련 변인에 따른 효율과 전송 특 성을 탐구하였다. 선행 연구를 토대로 거리와 각도, 진동수에 따른 전력 전송 효율과, 감쇠 계수에 대한 이론식을 실험 조건에 맞게 정립한다. 공기, 액체 매질에서 실험을 통해 변인에 따라 효율을 분석하고, 그에 따른 이론적 수식과 실제 실험과의 차이를 확인한다. 본 연구를 통하여 초음파 무선 전력 전송의 변인에 대한 특성 및 전송 효율 최적화에 대한 기초 자료를 제공하고자 한다.

주제어: 초음파, 에너지 전송 효율, 감쇠 계수

본 연구는 진화신경망에서 활성화 함수 선택이 학습 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고자 하였다. 진화신경망은 기존 신경망과 달리 오차 역전파를 사용하지 않고 유전 알고리즘으로 가중치 를 최적화하기 때문에 기울기 소실 문제를 겪지 않으며, 이에 따라 활성화 함수 선택이 기존 신경 망과 다른 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 대표적인 활성화 함수인 Sigmoid, Tanh, ReLU, Leaky ReLU를 선정하여 Snake Game 환경에서 1000세대에 걸친 30회 반복 실험을 수행하였다. 실 험 결과, Sigmoid 계열 함수(Sigmoid, Tanh)는 ReLU 계열보다 높은 학습 성능과 안정성을 보였으며, 특히 Sigmoid 함수는 가장 안정적인 성능을, Tanh 함수는 초기 학습 속도에서 우수한 결과를 나타 냈다. 반면, ReLU와 Leaky ReLU 함수는 상대적으로 낮은 성능과 학습의 불안정성을 보였다. 이는 활성화 함수의 비선형성 및 대칭성 등 특성이 유전 알고리즘 기반 탐색 방식과 상호작용한 결과로 해석된다. 본 연구는 진화신경망 최적화를 위해 활성화 함수 선택의 중요성을 강조하며, 진화신경망 의 특성에 맞춘 Sigmoid 계열 활성화 함수가 더 적합할 수 있음을 시사한다.

주제어: 진화 신경망, 활성화 함수, 역전파, 기울기 소실

기존 축구 경기 결과를 예측하는 연구에서는 통계학적 기법과 머신러닝을 각각 이용하여 예측하기 만 하였지만 서로 비교하는 분석은 없었다. 따라서 본 연구에서는 통계학적 기법과 머신러닝, 두 가 지 방법으로 축구 경기 결과를 예측해 보고 두 방법을 비교해 보려고 한다. 본 연구의 목적은 축구 경기의 결과를 머신러닝 모델과 수학 · 통계학적 모델을 통해 예측하고 그 성능을 비교하는 것이 다. 웹크롤링을 통해 축구 경기에 대한 다양한 데이터를 얻고, 그 자료를 4종류의 머신러닝 모델, 로지스틱 회귀, 랜덤 포레스트, 서포트 벡터 머신, 인공신경망을 이용하여 결과를 예측한다. 예측한 결과를 팀의 과거 경기 결과를 이용한 통계학적 기법인 푸아송 분포의 예측 결과와 비교하여 어떤 방법이 더 나은 성능을 가지는지 확인한다.

주제어: 푸아송 분포, 머신러닝, 웹크롤링, 축구, 승패 예측

본 연구는 5개의 지역에서 수집된 해수의 pH, 해수 온도, 대기 및 해수 CO2 농도 데이터를 비교 분석해, 해수의 pH 변화 경향과 해수의 pH 변화에 영향을 주는 요인에 대해 알아보았다. 연구 결과 모든 지역에서 해양 산성화가 진행되고 있으며 해수의 CO2 농도가 해수의 pH에 가장 직접적인 영 향을 미치는 것을 알 수 있었다. 해수의 pH 변화는 대기 CO2의 증가도 영향을 주지만 증가된 대기 CO2가 해수의 온도에 따라 녹는 정도가 다르며 해수의 알칼리도, 엽록소 양에 따라 pH 변화에 주 는 영향이 달라진다는 것을 알게 되었다. 마지막으로 머신러닝을 이용하여 미래 해수의 pH 변화 양 상을 예측해봄으로써 해수의 산성화가 지속적으로 발생할 경우의 심각성을 인식할 수 있었다. 현재 빠르게 진행 중인 해양 산성화를 감속시키기 위해서는 해수의 pH 감소 속도를 낮춰야 하며, 이를 위해서는 해수에 녹는 CO2의 양을 줄여야 한다는 것을 알게 되었다. 해수에 녹는 CO2양을 줄이기 위해서는 해수 엽록소 양의 증가가 중요하며 해수의 알칼리도 유지가 동시에 pH 감소 속도를 늦춘 다는 것을 알게 되었다. 이를 통해 해양 산성화를 감속시키기 위해서는 해양 생태계 파괴를 막고, 해양 생태계 보호 및 유지에 힘써야 한다는 결론을 얻었다.

주제어: 해양 산성화, 이산화탄소 증가, 해수 온도 변화, 해수의 pH

흑색종에 대한 새로운 항암 접근법을 모색하기 위해 음파, 감광제(Zeaxanthin), 포도당 수송 저해 제(Phlorizin)의 영향을 분석하고 예측 모델링을 수행하였다. 실험을 통해 각각의 요인이 암세포 사 멸률과 다양한 유전자 발현율에 미치는 영향을 평가하고, 결과를 기반으로 흑색종 치료에 효과적인 접근법을 제시하고자 하였다.
음파와 빛 조사, 저해제 투입 조건에서 피부 유래 세포주의 세포사멸율과 유전자 발현 변화를 분 석한 결과, 음파를 조사했을때 조직병리학적으로 정상세포(Detroit-551)에 비해 흑색종 세포 (SK-MEL-28)의 세포사멸율이 높았지만 유전자 발현량에서는 유의미한 차이를 보이지 않았다. Zeaxanthin은 빛과 함께 사용했을 때만 세포사멸율과 PDK3 발현에 유의미한 결과를 보였다. Phlorizin은 두 세포에서 농도 증가에 따른 세포사멸율과 XRCC1, PDK3 유전자 발현량 증가 경향을 보였다.

주제어: 항암, 흑색종, 음파, 포도당 수송 저해, 활성 산소 유발

토양의 물리, 화학, 생물학적 환경 변화 스트레스가 식물 생장에 미치는 영향을 알아보기 위해 고사리를 대 상으로 토양의 pH 변화, 수분 함량 변화, 중금속 함량 변화, 토양 마이크로바이옴에 변화를 주고 3개월 후 각 고사리 뿌리 주변 마이크로바이옴을 분석함으로써 토양 미생물 군집 변화가 식물 성장에 미치는 영향을 조사했다. 연구 결과 중성 pH는 가장 높은 미생물 다양성을 제공하여 최적의 성장을 지원하는 반면 산성 및 알칼리성 토양은 더 빠른 잎 색깔 변화와 식물 생장주기의 빠른 유도를 촉진하는 것으로 판단되었다. 과도한 수분과 중금속 오염은 미생물 다양성을 감소시켜 생장에 부정적인 영향을 미쳤으며 중금속이 과도 한 토양은 알칼리성 및 과습 토양보다 잎 색깔 변화를 더욱 가속화 하였다. 건조한 토양에서 고사리는 중 성 토양보다 식물 생장주기를 나타냈는데, 이는 수분이 미생물 군집 안정성에 중추적인 역할을 한다는 것 을 시사한다. 미생물 군집이 인위적으로 변형되었을 때, 멸균된 토양에서는 미생물의 재집락화가 빠르게 진 행되었지만 고사리의 성장은 더 느려진 것으로 나타났다. 연구를 통해 다양하고 균형 잡힌 토양 미생물 군 집이 다양한 스트레스 요인, 특히 중성 pH 및 최적의 수분 조건하에서 지속 가능한 식물 성장에 필수적이 라는 점을 확인하였다.

주제어: 고사리, 마이크로바이옴, 파이토바이옴, 뿌리, 공생

본 연구는 MnO₂와 MoS₂의 혼합 촉매를 적용하여 미생물 연료전지 시스템의 전기 생산성을 향상 시키는 것을 목표로 한다. MnO₂는 전기 전도도가 높아 MFC에서 전자 수용체로 사용할 수 있고, MoS₂는 우수한 촉매 활성을 나타내는 2차원 물질이다. MnO₂와 MoS₂촉매혼합물을 최적의 비율로 Carbon felt에 도포 후 MFC에 적용하여 전력 생성량 및 전기화학적 성능을 분석했다. 실험 결과, MnO₂와 MoS₂가 혼합된 촉매는 기존 촉매에 비해 전기생산성이 크게 증가하고 전자 전달 효율이 개선된 것으로 나타났다. 이러한 결과는 MFC 시스템의 실적용을 위한 촉매 재료로서 MnO₂와 MoS₂ 혼합물 촉매의 가능성을 입증하고 친환경 발전 기술 개발에 기여할 수 있는 중요한 기초자료 를 제공한다.

주제어: MFC, 슈와넬라균, MnO₂, MoS₂

일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 생활용품에서 미세플라스틱의 검출을 확인하는 실험을 진행한 결과, SEM 분 석에서 미세플라스틱으로 추정되는 물질이 검출되었으나 그 양이 매우 적어 FT-IR 분석에서는 특정한 화학 결 합에 해당하는 파수의 피크를 확인하지 못했다. 오렌지, 자몽, 레몬, 라임 등 감귤류 껍질 4종을 대상으로 초음 파 추출과 가열 추출의 방법을 이용해 펙틴을 얻고자 하였으나, 초음파 추출에서 수득률이 매우 저조했으며, 가열 추출을 통해 펙틴을 얻었다. 폴리에틸렌 미세플라스틱 표준물질을 활성탄, 시판용 펙틴, 가열 추출로 얻은 펙틴, 오렌지 및 라임, 자몽, 레몬 껍질 분말로 만든 용액에 일정량을 넣고 교반하여 흡착 실험을 진행하였다. 감압 여과하여 건조한 멤브레인 필터를 FE-SEM으로 측정하여 표면 구조를 분석하고, Raman 형광분석 장치 를 이용하여 폴리에틸렌이 나타내는 특정 파수 대의 피크가 강도 높게 나타나는지 확인한 결과, 오렌지 껍질 분말에서 가장 우수한 흡착 결과가 나타났다. 같은 농도의 오렌지 분말 용액에서는 미세플라스틱의 입자 크기 가 클수록 라만 분석에서 피크 강도가 높게 나타났고, 오렌지 분말 용액의 농도가 진할수록 미세플라스틱의 입 자 크기와 상관없이 피크의 강도가 높게 나타났다.

주제어: 미세플라스틱, 감귤류 껍질, 펙틴, 흡착, Raman