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소프트 로봇용 4D 프린팅 소재 (4D Printing Materials for Soft Robots)

  • 이선희
    • 한국의류산업학회지
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    • 제24권6호
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    • pp.667-685
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    • 2022
  • 본 원고는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재와 어그제틱 구조체에 대한 연구 동향을 정리한 것이다. 먼저 4D 프린팅 소재의 형상 변화 거동을 형상 변화와 형상기억 소재, 이중, 삼중, 다중 형상기억 효과, 접힘과 굽힘, 표면지형별로 구분하여 알아보았다. 형상 변화와 형상기억 소재 등 열이나 수분의 자극에 가역적/비가역적 혹은 규칙적/불규칙적 형상 변형이 가능할 수 있다. 다음으로, 차원별 형상이동 유형에 따른 특성과 물성에 대해 알아본 바, 1차원에서 다차원으로의 형상이동을 1D-1D 팽창/수축, 1D-2D 접힘/굽힘, 1D-3D 접힘 (1D-to-3D folding)으로 구분할 수 있다. 2차원에서 형상이동은 2D-2D 굽힙, 2D3D 굽힘/접힘/꼬임/표면말림/표면지형변화/굽힘과 꼬임, 3차원에서 다차원으로의 형상이동은 3D-3D 굽힙과 3D-3D 선형/비선형 거동으로 구분할 수 있다. 마지막으로 4D 프린팅 메타구조체 중 힌지 구조체를 적용한 KinetiX는 단일단위 터셀레이션과 다중단위 터셀레이션으로 모델링할 수 있고, 평면 및 공간 변환이 용이하고, 컨포머블 헬멧에 적용할 수 있다. 키리가미 구조체를 기본으로 한 공압형 어그제틱 구조체는 역설계 기반 구조체로써 굽힘각도를 제어하는 알고리즘으로 설계할 수 있다. 설계 후 3D 프린팅하여 TPU 멤브레인으로 프로토 타입을 제조하였고, 압력을 낮추면서 원하는 3차원 형상으로 완성될 수 있음을 확인하였다. 온도나 습도 등의 외부자극요소에 따라 형상이나 물성을 변화할 수 있는 재료를 사용하여 변형가능한 3차원 구조체로 성형한 4D 프린팅 소재를 이용하여 상지, 하지, 손, 발 등 소프트 로봇의 외골격(exoskeleton) 소재에 적용할 수 있을 것이다. 즉 자세제어, 상황인식, 동작신호 생성 등 다양한 환경에 대응하여 착용자의 움직임에 고하중, 고기동성, 운동지속성을 지원하는 기능을 갖는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재는 헬스케어 웨어러블 의류 제품화 개발로의 용도 전개가 가능할 것이다. 특히 4D 프린팅 소프트 소재 및 공정개발 분야는 일상 생할 보조용이나 재활치료용 의류를 개발하기 위한 3D 프린팅 소재 및 공정의 원천 기술에 해당하므로 이와 관련한 연구의 기초 자료로서 활용되기를 기대한다.

티타늄 표면에 형성한 Staphylococcus aureus 바이오필름에 대한 인도시아닌 그린을 활용한 광역학치료의 항미생물 효과 (Antimicrobial effect of infrared diode laser utilizing indocyanine green against Staphylococcus aureus biofilm on titanium surface)

  • 김승기;이시영;이종빈;엄흥식;이재관
    • 구강회복응용과학지
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    • 제40권2호
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    • pp.55-63
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    • 2024
  • 목적: 이 연구의 목적은 거친 티타늄 표면에 형성된 Staphylococcus aureus 바이오필름에 대해 인도시아닌 그린을 활용한 광역학치료(photodynamic therapy; PDT)의 항미생물 효과를 평가하고, 이를 임상에서 널리 사용되는 다른 화학 처치 방법과 비교하는 것이다. 연구 재료 및 방법: 멸균된 거친 표면 티타늄 디스크에 S. aureus ATCC 25923을 접종한 후 48시간 동안 배양하여 바이오필름을 형성하였다. 실험은 대조군, 클로르헥시딘군(CHX), 테트라싸이클린군(TC), 인도시아닌 그린군(ICG), 인도시아닌 그린을 활용한 광역학치료군(ICG-PDT)으로 구분하여 진행하였다. 군에 따른 처리 후 세균을 배양하여 세균 수(colony forming unit; CFU)를 계산하고, 바이오필름을 공초점 현미경을 통해 분석하였다. 통계 분석은 CFU값을 로그값으로 변환한 후 분산 분석을 시행하였다. 결과: 모든 실험군은 대조군과 비교하여 유의한 항미생물 효과를 나타냈으며(P < 0.05), 특히 CHX, TC, PDT 군에서 90% 이상의 유의한 효과를 보였다(P < 0.01). CHX 군은 TC, PDT 군과 유의한 차이를 보이지 않았으나(P > 0.05), PDT 군은 TC보다 유의하게 효과적이었다(P = 0.035). 공초점현미경 상에서 PDT 군에서 사균의 비율이 더 높게 관찰되었다. 결론: 이번 연구를 통해 인도시아닌 그린을 활용한 광역학치료가 SLA 티타늄 표면에 형성된 S. aureus 바이오필름 제거에 있어 효과적임을 확인하였다.

수도 수량구성요소에 미치는 기상영향의 해석적 연구 (Analysis of the Effects of Some Meteorological Factors on the Yield Components of Rice)

  • 박석홍
    • 한국작물학회지
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    • 제18권
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    • pp.54-87
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    • 1975
  • 수도 수량구성요소에 미치는 몇가지 기상요인의 기여율과 수량 구성요소의 지역내 년차 변이 및 년차내 지역 변이를 검토하여 수도 재배법 개선 및 작황 예측의 참고 자료를 얻고서 1966년부터 1973년까지 8개년간 3개 작물시험장 및 각 도 농촌진흥원포장에서 실시한 수도 작황 시험성적을 재료로 하여 표준 편회귀분석법을 적용 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 수도 수량에 미치는 수량 구성요소의 기여율은 보통기 재배에서는 수수가 가장 크고, 적파 만식재배 및 북부 지방에서의 보통기재배에서는 등숙비율이 가장 크게 나타났다. 2. 수량 구성요소의 년차 기여율은 수수가 가장 크고, 해에 따라서는 등숙비율과 현미 1,000립중이 컸으며 통일은 단위 면적당 경화수가 수량성립에 크게 영향하였다. 3. 수량 구성요소의 기여율을 적용하여 지역별 수량성립 유형을 1) 영양생장 의존형(V), 2) 편영양생장 의존형(P.V), 3) 중간형(M), 4) 편등숙 의존형 (P.R) 5) 등숙 의존형(R)으로 분류하였다. 대체로 남부지방에서는 단위 면적당 경화수 의존도가 크고 중북부에서는 등숙요소의 의존도가 컸다. 4. 수량에 대한 수량구성 4요소의 회귀식을 상승적인 식에서 대수변환하여 가산적인 식으로 작성하였던바 보통기 재배나 적파 만식재배에서 다같이 가산적인 식으로 계산하였을 때 정도높은 수량측정을 할 수 있었다. 5. 분약 각기의 경수와 수수와의 관계는 보통기재배에서나 만식 재배에서 이앙후 20일부터 유의적인 정의 상관을 인정할 수 있었다. 6. 수수는 이앙후 21∼30일의 기상요인과 가장 밀접한 관계가 있었다. 7. 각기상 요인들의 최고분약수에 미치는 기여율은 이앙후 31∼40일의 평균기온의 기여율이 가장 크고 일조시간의 기여율은 11∼30일의 컸으며 수온의 기영율은 대체로 적었다. 8. 수수의 조기 측정은 경수만의 단요인이나 기상 요인만을 조합한 것보다는 이앙후 20일경수와 이앙후 20∼40일의 최고기온, 기온교차 및 일조시간 등 복합 요인을 조합하므로서 정도 높은 추정식을 작성할 수 있었다. 9. 수당 경화수와 기상 요인과는 출수전 25∼34일에 가장 밀접한 관계가 있었는데 중북부에서는 최고기온과 일조시간의 기여율이 컸고, 남부에서는 최저기온과 일조시간의 기여율이 컸으며 최저기온은 부치를 나타냈다. 10. 각 기상 요인들의 등숙비율에 미치는 기여율은 최고기온이 가장 크고 최저기온은 출수전이나 등숙 초기에 부치를 나타냈다. 11. 현미 1,000립중에 미치는 기상요인의 기여율은 최고기온이 등숙초기나 중기에 높고 최저기온은 등숙기간에 대체로 부치를 나타냈다.

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3D 프린터를 이용한 Customized Bolus 제작에 관한 연구 (A Study on Developing Customized Bolus using 3D Printers)

  • 정상민;양진호;이승현;김진욱;염두석
    • 대한방사선치료학회지
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    • 제27권1호
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    • pp.61-71
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    • 2015
  • 목 적 : 3D 프린터는 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 모델을 만들어 낼 수 있는 장비이다. 이러한 특징을 이용하여 방사선치료시 bolus 사용으로 인한 피부와 bolus 사이의 air gap을 최소화 할 수 있는 bolus 제작이 가능하다. 이에 본 연구에서는 3D 프린터를 이용하여 customized bolus를 제작하여 air gap과 target 선량을 상품화된 1 cm bolus와 비교하고자 한다. 대상 및 방법 : 왼쪽 chest wall에 돌출된 종양이 있는 RANDO phantom을 CT 모의치료기를 이용하여 영상 획득 후, CT DICOM 파일을 3D 프린터에 필요한 STL 파일로 변환시켰다. 이것을 이용하여 치료부위의 체표윤곽과 일치하면서 1 cm 두께를 유지하는 customized bolus 주형틀을 3D 프린터로 제작한 후 paraffin wax를 녹여 customized bolus를 만들었다. 이렇게 만들어진 customized bolus와 상품화된 1 cm bolus의 air gap을 확인하였고, air gap으로 인한 차이를 Eclipse를 이용하여 치료계획상 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$$V_{95%}$를 비교하였다. 결 과 : customized bolus 제작 기간은 약 3일이 소요되었다. air gap 총 용적은 customized bolus는 평균 $3.9cm^3$, 상품화된 1 cm bolus는 평균 $29.6cm^3$이었다. 상품화된 1 cm bolus를 사용할 때보다 3D 프린터를 이용하여 제작한 customized bolus를 사용하는 것이 air gap을 최소화시켰다. 6 MV photon에서 customized bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 각각 102.8%, 88.1%, 99.1%, 95.0%, 94.4%이었고, 상품화된 1 cm bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 101.4%, 92.0%, 98.2%, 95.2%, 95.7%이었다. proton의 경우 customized bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 각각 104.1%, 84.0%, 101.2%, 95.1%, 99.8%이었고, 상품화된 1 cm bolus의 $D_{max}$, $D_{min}$, $D_{mean}$, $D_{95%}$, $V_{95%}$는 104.8%, 87.9%, 101.5%, 94.9%, 99.9%이었다. 이처럼 치료계획에서 customized bolus와 1 cm bolus 모두 GTV의 선량은 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 GTV에 인접한 정상조직은 customized bolus의 선량이 더 적게 나타났다. 결 론 : 3D 프린터를 이용한 customized bolus가 표면이 일정하지 않은 치료부위에 사용 할 때 air gap을 줄이는 효과를 나타냈다. 그렇지만 상품화된 bolus와 피부 사이에 생기는 air gap은 target에서의 선량의 변화를 일으킬 만큼 많은 양이 아님을 알 수 있었다. 반면 chest wall에서는 air gap이 적을수록 선량이 감소함을 확인 할 수 있었다. customized bolus 제작 기간은 3일이 걸렸고, 고가의 제작비용이 든다는 문제점이 발생하였다. 따라서 3D 프린터 customized bolus의 상용화를 위해서는 저비용이고, bolus 사용으로 적합한 3D 프린터 재료 모색의 필요성이 있다고 사료된다.

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조리 중량 변화 계수 및 잔반계측법을 이용한 노인복지시설 이용자의 점심식사 영양섭취평가 (Assessment of Nutrient Intakes of Lunch Meals for the Aged Customers at the Elderly Care Facilities Through Measuring Cooking Yield Factor and the Weighed Plate Waste)

  • 장혜자;이나영;김태희
    • Journal of Nutrition and Health
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    • 제42권7호
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    • pp.650-663
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    • 2009
  • 본 연구의 목적은 집단 영양평가시 급식시설에서 제공하는 표준레시피의 자료로 단순히 영양분석하여 평가할 경우 1인 배식량과 섭취량이 서로 달라 정확한 영양평가를 할 수 없다는 점을 입증하고 정확한 영양분석을 위한 새로운 접근방법을 제시함과 동시에 노인복지시설에서 제공되는 1끼 식사의 영양 평가를 통해 노인급식 영양관리의 문제점을 파악하고 개선안을 도출하는데 있다. 서울 지역 3개노인복지회관을 선정한 후 표준레시피로 실험조리를 통해 메뉴별 조리중량변화계수를 산출하고, 개별 잔반계측방법으로 실제 제공된 양과 노인들이 섭취한 양을 조사하여 영양평가를 내렸다. 연구결과는 다음과 같다. 1) 조사대상자는 65세 이상 75세 미만이 51명, 75세 이상이 49명이었으며, 평균 신장은 남자 165.6 cm, 여자154.8 cm, 평균 몸무게는 남자 62.9 kg, 여자 57.1 kg이었다. BMI는 정상 체중군에 포함되는 남자는 42.6%, 여자는 43.4%로 나타났고, 남자의 38.3%, 여자의 43.4%가 거동이 불편한 것으로 조사되었다. 2) 단체급식소에서 사용하는 표준레시피의 1인 분량과 배식량간에 차이가 있고, 실제 섭취량과는 더 큰 차이가 있었다. 그러므로 영양평가시 단순히 식단의 표준레시피를 근거로 수행할 경우 실제 섭취량과 다르기 때문에 큰 오차가 발생할 수 있었다. 이를 해결하기 위해 영양사는 실험조리를 통해 표준레시피의 1인 분량과 실제 1인 분량을 동일하게 관리하는 것이 필요하였다. 음식별 조리중량변화계수는 조리방법, 식재료의 특성에 따라 차이가 있지만, 밥 2.4, 육류 찜, 조림, 볶음류 0.6~0.7, 브로컬리초무침 1.25를 보였고, 미역국과 같이 말린 재료를 불려 만든 맑은 국은 12.5, 동태찌개 1.58, 오징어국 2.60으로 나타났다. 따라서 표준레시피에 의거한 1인 분량은 밥류 237~343 g, 국류 284~375 g, 육류 찬 89.4~95.9 g, 야채찬 55~128.7 g, 김치 40 g이었고, 실제 제공하는 평균 배식량은 밥 239.08 g, 국 283.29 g, 육류찬 88.09 g, 야채찬 45.83 g, 김치 38.41 g이며, 노인의 실제 섭취량은 밥 235.97 g, 국 248.53 g, 육류찬 72.8 g, 야채찬 39.8 g, 김치 28.36 g으로 조사되었다. 메뉴군 별로는 밥류 (98.7%)의 섭취율이 가장 높았고, 다음으로 국 (87.7%), 야채찬 (87.0%), 육류찬 (82.7%), 김치 (73.8%) 순의 섭취율을 보였다. 노인들이 섭취하는 양은 밥을 제외하고 급식소 별로 차이가 있는 것으로 나타났다 (p < 0.01). 3) 에너지 및 영양소의 실제 섭취 영양을 일반사항에 따라 비교한 결과, 성별에 따라, 지방, 철, 아연, 리보플라빈의 섭취에 유의적인 차이가 나타났고, 연령에 따라서는 75세 이상의 집단보다 65세 이상 75세 미만의 집단에서 비타민 A와 엽산을 유의적으로 더 많이 섭취하고 있는 것으로 나타났다. BMI에 따라서는 섭취영양에 차이를 보이지 않았으며, 거동 불편여부에 따라서는 단백질, 지방, 칼슘, 인, 나트륨, 비타민 A, 비타민 B6, 나이아신, 비타민 C, 엽산섭취에 유의적인 차이를 보였다. 5) 영양소 적정섭취비율과 질적지수 평가에서 노인급식시설의 점심식사는 철, 칼슘, 리보플라빈이 1 미만으로 낮게 섭취되는 것으로 나타나 개선이 요구되었다. 그러나 단백질 (1.96), 비타민 B6 (1.83), 인 (1.76), 아연 (1.34), 티아민 (1.17), 비타민 C (1.08), 비타민 A (1.06)의 적정 섭취비율은 1 이상으로 나타났다. 그러므로 노인급식을 위한 영양 계획 시 이러한 문제가 되는 영양소들을 공급할 수 있는 식품에 대한 고려가 필요하였다. 또한 복지시설 급식소별로 식사의 질에 대한 평가에 유의적인 차이가 있는 것으로 나타나 노인복지시설에 영양관리 서비스를 제공할 수 있는 영양사의 배치할 수 있도록 정부차원의 지원이 필요하였다. 6) 노인들의 실제 영양섭취 평가 결과, 65세 이상 75세 미만의 집단에서 칼슘을 부족 섭취하는 비율은 남녀 모두 100%였고, 비타민 A는 남자 17.4%, 여자 10.7%, 리보플라빈은 남자 34.8%, 여자 35.7%, 비타민 B6는 남자 4.3%, 여자 14.3%가 부족하게 섭취하고 있는 것으로 조사되었다. 65세 이상 75세 미만의 집단에서 티아민 (10.7%), 나이아신 (7.1%), 비타민 C (10.7%)는 여자에게서만 부족 섭취가 나타났다. 75세 이상의 집단에서는 여자에게서만 단백질이 4.0%부족한 것으로 나타났고, 칼슘은 부족 섭취하는 비율이 남녀 모두 100%였다. 이상의 결과에서 노인 복지시설에 영양사를 배치하여 영양상담과 급식서비스를 원할히 제공함은 물론이고, 보다 정확한 영양평가를 위하여 표준레시피 량과 실제 배식량 간에 차이를 줄일 수 있도록, 실험조리를 통해 표준레시피에 따른 1인 분량 설정과 조리중량변화계수의 산출과 기록관리가 필요하였다. 더 나아가 잔식량 측정을 병행하여 배식량과 섭취량간의 차이를 지속적으로 모니터링하는 노력이 필요하였다. 본 연구에서 채택한 조리변환계수, 잔식률, 섭취율을 이용하여 영양평가 하는 방법은 정확한 영양진단 방법론으로 활용될 수 있으며, 특히 조리중량계수는 조리후 완성된 음식물의 량을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.