화학 결합을 이해하는 중요한 방법 중 하나는 결합이 가지는 고유한 진동 모드를 분석하는 것이다. 진동 모드의 변화를 관측함으로써 다양한 외부 자극과 분자의 상호작용에 대한 연구도 가능하다. 본 연구에서는 전기장이 가해진 물 분자의 진동 모드 변화를 분석함으로써 전기장과 물분자의 상호작용이 화학 결합에 미치는 영향을 알아보았다. 물 분자의 특정 O-H 결합 방향으로 전기장을 걸어주었을 때 신축 진동수의 변화를 살펴봄으로써 결합의 변화를 분석했다. 전기장에 따른 결합의 진동수 변화를 vibrational Stark effect (VSE)라 하고 그 정도를 Stark tuning rate ${\Delta}{\mu}$ ($={\Delta}v/{\Delta}E$, ${\Delta}v$ :진동수의 변화, ${\Delta}E$: 전기장의 변화)로 정의한다. 이때 Stark tuning rate에 영향을 미치는 요소는 전기장에 의한 (1) 분자 구조 변화(geometric effect)와 (2) 전자 구조의 분극현상(polarization effect)으로 나누어 생각해 볼 수 있다. 본 연구에서 물 단일체, 이중체, 사중체의 O-H 결합에 대해 살펴본 결과, VSE 효과에 주로 영향을 미치는 것은 전기장에 의한 구조 변화인 것으로 나타났다. 이를 통해 전기장이 주는 전자 구조 분극 효과는 크지 않지만 이를 통해 유발되는 구조 변화에 의해 진동수 (또는 화학 결합의 세기)가 크게 변한다는 것을 알 수 있다. 그렇기 때문에 수소 결합 안정화로 인해 구조 변화가 쉬운 물 이중체, 사중체에서 VSE 효과가 크게 나타났다. 추가적으로 물 클러스터에서 형성되는 내부 전기장과 O-H 결합의 포텐셜 비조화성(anharmonicity)이 VSE에 주는 영향에 대한 연구도 수행하였다.
기계적 진동 주파수와 파형, 2점식별 thresho1d 치, 접촉자의 크기에 대한 피체 진동촉각의 기능적 성질을 심리물리실험에 의해 연구했다. 이의 실험 결과를 기초로 하여 압전 진동소자를 이용한 진동촉각 자극장치를 제작하여 한글을 인식하기 위한 맹인용 시각보조 장치로써 제안했다. 촉각출력상은 200 Hz의 구형파에 의해 진동하는 8열×l행의 소형 진동자열에 의해 집게 손가락에 표시했다. NOVA미니컴퓨터의 제어에 의해 한글 자모 24자중 하나를 택하여 진동자열의 8점에 왼쪽에서 오른쪽으로 제시하도록 했다. 한글 식별률실험은 설계한 실험시스템에 의해 학습효과없이 행했으며 측정된 평균식별률은 90%였다.
공사 소음이 공사장 주변의 양식 가물치 (체장 44cm)의 유영행동에 어떠한 영향을 미치는지 조사하기 위하여 1993년 9월 12일 경기도 평택시 신대리의 아산호 부근에 위치한 육상 양어장에서 파일작업전과 파일작업중의 소음 레벨과 진동을 측정하고, 바이오 텔레메트리 기법을 사용하여 유영행동을 측정하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 1) 파일작업중 소음원으로 부터 약 90m의 거리에서 측정한 수중 소음 레벨, 공중 소음 레벨 및 진동 변위는 파일 작업전에 비하여 각각 36.5dB$(re\;l{\mu}Pa)$, 23dB$(re\;0.0002{\mu}bar)$ 및 $5.9{\mu}m$로 증가하였다. 2) 유영속도의 변화 폭은 자극을 가한 초기에 크고, 자극이 계속되면 그 변동폭은 감소하는 경향을 보였다. 활동량은 야간 보다 주간이 많고, 심한 자극을 받으면 상하운동을 많이 하며 양어장 바닥의 진흙 속으로 도피하는 경우도 있음을 알 수 있었다. 3) 파일작업중의 평균 유영속도는 0.50m/sec (체장대비 1.1배), 파일작업이 없을 때의 평균 유영속도는 0.36m/sec (체장대비 0.8배)이었으며, 파일작업중의 가물치의 평균 속도가 파일작업이 없을 때에 비하여 약 1.4배 빠른 것으로 나타났다. 이러한 소음이나 진동으로 인한 자극은 가물치의 생태에 상당한 영향을 미칠 것으로 사료된다.
현재 휴대폰은 대중화되고 있으며, 로봇기술 또한 각광 받고 있다. 그래서 우리는 로봇기술과 휴대폰 기술을 접목한 RCP(Robotic Cellular Phone)를 구현하려 한다. RCP를 구성하기 위해서 휴대폰의 움직임을 구현, 외부환경 및 RCP 자신의 상태인식 기능 그리고 사용자의 감성을 유발할 수 있는 감성유발엔진 및 감성평가모델의 군축이 필요하다. 본 연구에서는 감성평가모델의 개발을 위하여 음악과 진동 자극을 주어 생체신호 HRV와 GSR을 측정하여 정량적인 데이터를 수집, 특정감성을 평가하였다. 감성을 평가함에 있어서 개인의 차이가 발생하기 때문에 개개인의 표준화 (Normalize)가 필요하게 되었다. 표준화를 위하여 IAPS영상을 활용한 결과 우리가 얻고자 하는 감성의 변화에 대한 판단을 할 수 있음으로 감성의 신호 모델을 유추할 수 있었다.
제주 해안에서 잡은 60여 개의 군소를 대상으로 한 실험 데이터 중에서 5개의 세포에 대한 실험 결과를 분석해 보니 주목할 만한 결과들이 나왔다. 이들 5개의 세포들 중에 3개의 세포에서는 $32^{\circ}C$에서 $10^{\circ}C$까지 온도를 내리는 동안에 이완된 진동 상태, 연속발화상태 사이의 과분극 기간이 짧은 버스팅, 혼돈 양상의 버스팅, 주기 배가 양상, 연속발화 기간은 길고 휴지 기간은 짧은 버스팅, 일정하게 반복되는 비팅 상태이거나 타원형 버스팅, 휴지상태가 차례차례로 나타났으며, $10^{\circ}C$에서 $32^{\circ}C$까지 온도를 올리는 동안에는 그 반대 순서로 발화 형태가 변화하였다. 같은 온도 범위에서 80분 정도의 주기로 계속해서 열변화 자극을 줄 때마다 이러한 발화 형태 변화는 일정하게 나타났다. 그러나 나머지 두 세포의 경우에는 이와는 다른 발화 형태의 온도에 따른 변화를 보였다. 이들 경우에 이러한 열변화 자극을 24시간 이상 지속하였으나 발화 진폭은 크게 줄어들지 않았다. 그리고 평균발화 진동수, 버스팅 신호 사이의 평균 과분극상태 지속시간, 활동전위 진폭과 활동전위의 최저값 등을 $C^{++}$로 짠 프로그램을 실행시켜서 비교 분석 가능하였다. 온도에 따른 발화 진동수의 분포는 저온과 고온에서는 낮으나 중간 영역에서는 높은 종 모양의 형태를 보였는데, 온도를 내리는 동안에는 온도를 올리는 동안 보다 발화 진동수가 높았다.
본 논문에서는 다수의 진동 소자로 제작한 진동 패드의 촉감 효과를 알아보기 위해 실험과 설문을 통해 신체 부위별로 가장 현실감이 뛰어난 진동 패턴을 제시한다. 실험 방법은 $4{\times}4$ 배열 형태의 16개의 진동 소자를 이용하여 진동 패드를 제작하였다. 8비트 마이크로프로세서를 통하여 각 진동 소자의 떨림 여부와 강도를 제어하며, 게임에서 자주 사용되는 음향 효과인 총소리에 의해 자동으로 다양한 진동 패턴을 생성하여 신체 각 부위에 여러 가지 패턴의 촉감 자극을 추어 그 현실감 정도를 측정하였다. 실험 결과의 분석을 통하여 진동 패드를 사용하는 것이 사격 게임에서의 현실감이 좋으며, 어깨 부위가 가장 현실감 있는 부위임을 확인하였다. 또한 실험한 네 가지 패턴 중 안쪽에서 바깥쪽으로 퍼지는 느낌의 실험 패턴 형태가 가장 효과적인 것으로 측정되었다. 본 연구의 결과는 신체 부위와 진동 패턴에 의한 촉감 효과와의 상관관계에 대한 사용자 실험으로서, 진동으로 촉감을 제공하는 햅틱스 분야의 연구를 위한 중요한 참조가 될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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