산업이 고도화, 대형화됨에 따라 조선, 건설, 기계산업문야에서 대용량 힘 측정의 필요성이 날로 증가하고 있다. 힘 측정에 사용되는 힘 센서는 국가 힘 표준인 힘 표준기로부터 교정을 받아 사용함으로써 힘 측정 결과에 대해 국제적으로 인정받을 수 있다. 본 연구에서는 build-up 힘 표준기에 사용되는 build-up 힘센서를 설계 및 제작하고 힘 센서 각각의 특성과 build-up 시스템 전체의 특성을 실험하여 build-up 힘 센서의 오차를 평가하였다.
국가간에 힘 측정 또는 힘 측정기기의 교정 결과에 대한 상호 신뢰를 확보하기 위해서는 힘 표준에 대한 상호비교가 필수적이다. 본 논문에서는 한국의 힘 표준에 대한 국제적 신뢰를 확보하기 위하여 세계 여러 나라들과 힘 표준에 대한 국제비교 연구를 수행한 독일연방물리청과 힘 표준의 상호비교를 실시하였다. 비교시험 결과 한국과 독일의 힘 표준의 상대 편차는 100 kN .approx. 500 kN벙위에서 .+-. 5.5*$10^{-5}$ 이내로 나타났으며, 한국의 힘 표준의 정확도가 국제적 수준임을 확인하였다.
최근에 급속히 발달하고 있는 나노 기술(NT)파 생명공학 기술(BT)로 인해 미세한 영역에서의 역학적 측정이 중요시되고 있다. 질량, 힘, 온도, 압력 등의 기본적인 물리량들의 정확한 측정이 거시세계와 마찬가지로 나노 물질의 제조, 현상의 규명에 필수적인 요건이기 때문이다. 이중에서 미세 힘측정은 나노 압입 시험, 탄소나노튜브의 기계적 특성측정, MEMS 구조물의 특성평가, 근육 세포의 근력측정, DNA나 생체 분자력 측정 등 광범위하게 사용되고 있다.(중략)
일반적으로 힘 제어는 힘 센서의 사용 여부에 따라 능동적 힘 제어와 피동적 힘 제어로 분류시킬 수 있다. 능동적 힘 제어는 힘 세서를 이용하여 구속력을 목표한 힘에 근접하도록 제어한다. 유연 매니퓨레이터의 함수(위치, 속도, 가속도)를 이용하여 일정한 힘에 근접하도록 제어한다. 유연 매티퓨레이터에 있어서 링크 선단의 강성 증대는 힘 제어뿐만이 아니라, 링크의 진동을 크게 유발함으로서 위치 제어에 불리하게 작용한다. 주로 사용되고 있는 힘 센서는 많은 변형 게이지(strain gauge)로 구성되어 있다. 유연 매니퓨레이터 또한 링크 선단의 변형을 측정하기 위해 변형 게이지를 사용하고 있다. 본 논문에서는 이점에 착안하여, 유연 매니퓨레이터의 선단의 탄성 변형을 측정하기 위해 장착한 변형 게이지를 이용한 위치/힘 제어를 제안한다. 먼저, 유연 매니퓨레이터의 집중 정수 모델로부터 링크의 탄성 변형과 구속력 관계를 도출한 후 이 관계를 이용하여 3차원 실험 유연 매니퓨레이터를 실시간 위치/힘 제어 실험을 수행하였다. 또한 범용 동력학 해석 소프트웨어인 ADAMS FEM 을 이용하여 해석하였다. 마지막으로, 실험 결과와 해석 결과를 비교 분석하여 본 논문에서 제안한 유연 매니퓨레이터의 위치/힘 제어의 타당성을 입증시켰다.
본 연구에서는 스핀-궤도 돌림힘의 광학적 측정 방법을 개발하였다. 사인파 전류에 의해 발생하는 스핀-궤도 돌림힘은 해당 주파수와 두 배 주파수로 진동하는 자화의 운동을 유발하는데, 이로 인해 변화하는 자화의 수직 성분을 극광자기 효과를 이용해 측정하였다. 스핀-궤도 돌림힘이 추가된 란다우-리프쉬츠-길버트 방정식의 평형 조건으로부터, 스핀-궤도 돌림힘에 의한 유효 자기장을 정량적으로 분석하였다. 이러한 측정법을 Pd/Co/Pt 박막 시료에 적용하여, 스핀-궤도 돌림힘 효율의 종 방향과 횡 방향의 성분 값을 각각 나누어 측정하는데 성공하였다. 본 연구에서 제시한 측정 및 분석 방법은 기존의 전기적 측정에 비해 오류가 적기 때문에, 스핀-궤도 돌림힘을 측정하는 더 개선된 방법으로 사용할 수 있다.
일상생활과 산업현장에서 측정되는 힘의 범위를 정리해 보면 Fig. 1 과 같다. 힘의 SI 단위인 1뉴턴(N : 단위 질량 1 kg에 대해 1$m/s^2$ 의 가속도를 생기게 하는 힘의 크기임 정성적으로는 사과 반쪽을 손에 들고 있을 때 느끼는 중력의 크기가 약 1 N임)을 기준으로 크게는 수십 MN($10^{6}$ N) 크기의 우주선에서 발생하는 추진력에서부터 작게는 수 PN($10^{-12}$ N) 크기의 원자들 사이의 결합력까지 그 범위가 매우 광범위하다.
수십 MN(10/sup 6/ N) 이상의 하중을 다루는 건설산업 및 중공업으로부터 수십 kN- 수 MN의 힘을 사용하는 재료시험기, 프레스, 및 공장 자동화설비 그리고 수십 N-수 kN 용량의 상업용 저울까지 힘 측정은 산업의 근간이 되는 기술이며 우리 실생활에 폭 넓게 이용되고 있다. 제품을 생산하고 대형 구조물을 건설하는 공장이나 건축현장에서 힘을 정확히 측정한다는 것은 공정을 일정하게 유지 관리하고 있다는 표시이므로 제품의 품질관리나 건축물의 안전관리의 척도가 된다. (중략)
본 연구는 유아용 시트 고정 장치 커버의 개폐 시 사용자가 느끼는 물리적 영향도와 감성적 영향도의 상관관계를 분석하여 주요설계인자와의 관계를 분석하고자 한다. 이를 위하여 커버의 형상이 각기 다른 차종을 선정, 주요설계인자에 대한 치수를 측정하고, 시험기를 이용하여 개폐 시 사용자에게 가해지는 물리적인 힘을 측정하였다. 또한, 감성평가 체크리스트를 통한 사용자의 감성평가도 실시하였으며, 감성평가의 기준은 힘평가(힘만 고려한 평가)와 감각평가(힘을 제외한 평가)로 분리하여 평가하였다. 정리하면 기계적으로 측정된 물리적 힘과 감성에 의한 힘평가의 결과값을 비교 분석하여 두 측정값의 상관관계를 분석하고자 하고, 또한 감성평가 중 힘평가와 감각평가 사이의 관계도를 분석하여 주요설계인자에 대해 어떠한 감성적 영향을 미치는 가를 알아보고자 한다. 최종적으로 유아용 시트 고정 장치의 최종 제품에 대해 감성을 고려한 설계인자를 제공하고자 한다.
생명현상 발현에 중요한 역할을 하는 생체 분자간 특이적 상호작용을 단분자 수준에서 이해하려는 연구는 매우 중요한 일이다. 나노 바이오 측정기술을 이용하여 여러 복잡한 생명현상을 그 기본 단위인 단일 세포 차원에서 직접 측정하여 응용하려는 시도가 이루어지고 있다. 이런 시도로써, 원자힘 현미경을 이용한 생체분자간의 결합력 측정은 생명현상과 가장 유사한 환경에서 단일 생체 분자간 또는 분자 내 힘을 직접 측정함으로써, 단일 생체분자의 현상을 관찰 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 특히 단분자 힘 분광학을 이용한 단일 생체분자내의 세부 단위체간 상호작용에 대한 연구와 단백질-단백질, 단백질-리간드, DNA-DNA의 분자인지 상호작용에 대한 연구는 많은 생명과학 분야 연구자들의 관심을 끌고 있을 뿐만 아니라 더 나아가 새로운 관련 기술의 개발을 촉진시키고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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