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SWAT을 이용한 기후변화에 따른 보령댐의 물부족 평가 (Water shortage assessment by applying future climate change for boryeong dam using SWAT)

  • 김원진;정충길;김진욱;김성준
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제51권12호
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    • pp.1195-1205
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    • 2018
  • 본 연구에서는 보령댐 유역($163.6km^2$)을 대상으로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델, GCM (General Circulation Model) 기후변화 시나리오와 다중회귀분석으로 산정한 미래 방류량을 활용하여 극한 기후변화 사상이 반영된 보령댐의 물부족을 평가하였다. 유역의 물수지 분석을 위해 보령댐 유역을 대상으로 기상자료, 보령댐 운영자료를 수집하였으며, SWAT 모형의 신뢰성 있는 유출량 보정을 위해 보령댐의 실측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고 유입량 및 방류량 자료를 활용하여 모형의 보정(2007~2010)과 검증(2010~2016)을 실시하였다. 기후변화를 반영하기 위해 APCC의 26개 CMIP5 GCM 자료 중 RCP (Representative Concentration Pathway)4.5와 RCP 8.5 시나리오를 SPI와 극한 가뭄지수로 분석하여 RCP 8.5 BCC-CSM1-1-M을 극한 가뭄 시나리오로 선정하였다. 2005년부터 2016년까지의 일별 관측자료로 다중회귀분석하여 월별 방류량 추정식을 만들었고, 1월부터 12월까지 각 식들의 결정계수 $R^2$는 0.57 이상으로 나타났다. 선정된 극한 가뭄 시나리오 기상자료를 방류량 추정식에 대입하여 미래기간 일별 방류량을 구축하였다. SWAT 수문평가 결과, S3 (2037~2046) 기간 봄철 저수량이 34.0% 감소하는 것으로 분석되었다. Runs 이론을 바탕으로 물부족의 심도를 구한 다음 재현기간에 따른 빈도해석을 하였다. 5~10년 빈도의 심도로 발생하는 물부족이 미래기간에 발생하는 빈도로 보령댐의 물부족을 평가하였다. 물부족 평가 결과, S3 (2037~2046) 기간에서 5~10년 빈도의 심도를 가지는 물부족이 기준기간(2007~2016) 보다 2회 더 발생하였으며 S3 (2037~2046)에 물부족 계획 수립이 필요하다고 판단하였다.

라디오파 해동기의 해동 및 가열성능 분석 (Frozen Food Thawing and Heat Exchanging Performance Analysis of Radio Frequency Thawing Machine)

  • 김진세;박석호;최동수;최승렬;김용훈;이수장;박천완;한귀정;조병관;박종우
    • 산업식품공학
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    • 제21권1호
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    • pp.57-63
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    • 2017
  • 본 연구는 제작된 27.12 MHz 라디오파 해동기의 성능을 분석하고, 냉동 식재료의 해동 중 열전달 특성을 분석하기 위하여 수행되었다. 라디오파 해동 중 크기에 따른 가열 특성 분석을 위한 한천겔 블록과 식품 및 출력별 해동 속도와 최대가열온도를 분석하기 위하여 일정한 크기의 시료를 $-80^{\circ}C$에 냉동하여 준비하고 각각 50, 100, 200 및 400 W의 라디오파를 가하여 해동을 수행하였다. 그 결과 한천겔은 크기에 관계없이 내외부에서 균등해동이 이루어졌으며, 각 출력별 $-5^{\circ}C$에서 $0^{\circ}C$까지의 상변화 시간은 무에서 30, 26, 13, 8분, 돈육 등심에서 38, 25, 11, 5분, 우둔살에서 23, 17, 11, 6분, 닭 가슴살에서 42, 29, 13, 9분, 참치에서 225, 23, 10, 5분이 소요되었다. 각 식재료에서 라디오파의 출력이 증가할수록 해동속도가 급격히 증가하였지만 상변화 구간에서 지연되어 완전해동까지는 시간이 다소 소요되었으나 효과적으로 균일 해동이 이루어졌다. 해동 이후 최대가열온도는 무, 돈육 등심, 우둔살, 닭 가슴살, 참치에서 50 W는 각각 19.5, 9.2, 21.8, 8.8 및 $16.8^{\circ}C$였으며, 100 W에서 23.5, 15.5, 27.3, 12.3 및 $19^{\circ}C$, 그리고 200 W에서는 42, 26.9, 45.7, 22.1와 $39.4^{\circ}C$, 마지막으로 400 W에서는 48.5, 54.7, 63.6, 57.3과 $44.9^{\circ}C$까지 상승하였다. 출력 증가에 따라 모든 식재료에서 최대가열온도 또한 증가하였지만 냉동 식재료의 수분 및 지방 함량이 라디오파 가열속도 미치는 영향은 나타나지 않았다. 이러한 결과는 제작된 라디오파 해동기가 고출력으로 갈수록 해동효율이 증가하는 반면 해동 후 가열이 일어나기 때문에 이를 제어하기 위한 개선이 필요하며, 라디오파 해동이 냉동 식재료의 해동품질에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구 또한 필요할 것으로 판단된다.

3D프린터를 이용한 CT 선량측정 팬텀 제작 및 비교에 관한 연구 (A Study on the Fabrication and Comparison of the Phantom for CT Dose Measurements Using 3D Printer)

  • 윤명성;강성현;홍순민;이영진;한동균
    • 한국방사선학회논문지
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    • 제12권6호
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    • pp.737-743
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    • 2018
  • 전산화 단층촬영 장치의 정 도관리 항목 중 하나인 환자 피폭선량 피폭 시험은 의료법 제38조 특수의료장비 설치 및 운영에 따라 1년마다 측정을 시행하고 기록을 보관해야 한다. 선량 측정을 위해 사용되고 있는 CT-Dose 팬텀은 정확한 선량 측정이 가능하지만 가격이 비싸다는 단점이 있다. 따라서 본 연구를 통해 기존의 CT-Dose 팬텀을 3D프린터로 유사하게 제작하여 기존의 팬텀과 비교 분석하고 유용성을 알아보았다. 기존의 CT-Dose팬텀과 동일한 팬텀을 제작하기위해 PLA 필라멘트를 이용하여 FFF 방식의 3D프린터를 이용하였으며, CTDIw 값을 산출하기 위해 팬텀의 주변부와 중앙부에 이온챔버를 삽입하여 각 10번씩 측정하였다. 측정결과 주변부는 CT-Dose팬텀 $30.44{\pm}0.31mGy$, 중앙부는 $29.55{\pm}0.34mGy$ CTDIw값은 $30.14{\pm}0.30mGy$로 측정되었고, 3D프린터를 이용하여 제작된 팬텀은 주변부 $30.59{\pm}0.18mGy$, 중앙부 $29.01{\pm}0.04mGy$, CTDIw값은 $30.06{\pm}0.13mGy$로 측정되었다. SPSS 통계 프로그램의 Mann- Whiteney U-test를 사용하여 분석한 결과 중앙부의 결과 값은 통계적으로 유의한 차이가 있었지만 주변부와 CTDIw의 결과 값은 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다. 결론적으로, 3D프린터를 이용하여 제작된 팬텀으로 기존의 CT-Dose 팬텀과 유사한 선량측정 성능을 보였으며, 본 연구를 통해 3D프린터를 이용한 저비용의 팬텀 제작의 가능성을 확인할 수 있었다.

비무장지대 남방한계선 불모지 초본식생구조 특성 (Characteristics of Herbaceous Vegetation Structure of Barren Land of Southern Limit Line in DeMilitarized Zone)

  • 유승봉;김상준;김동학;신현탁;박기쁨
    • 한국환경생태학회지
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    • 제35권2호
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    • pp.135-153
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    • 2021
  • 비무장지대는 한반도 동-서 248km를 횡단하는 군사분계선을 기준으로 남, 북 각각 2km씩 무장이 금지된 지역이다. 그 중 남쪽으로 2km 떨어진 경계를 남방한계선이라고 한다. 비무장지대는 정전협정 이후 자연천이과정을 거치며 독특한 생태계를 형성한 지역으로 보전가치가 높다. 그러나 남방한계선 철책주변과 일부 지역은 군작전수행을 위한 각종 시설이용과 제초작업으로 인한 훼손이 빈번하게 발생하고 있다. 본 연구는 훼손된 불모지 식생복원을 위한 기초자료 마련을 목적으로 시행되었다. 불모지 식생구조 파악을 위해 지표종을 중심으로 식생군락을 분류한 결과 뱀딸기군락, 비비추군락, 기린초-돌나물군락, 가락지나물군락, 양지꽃군락, 꿀풀군락, 구절초-그늘사초군락, 산구절초군락, 질경이-토끼풀군락, 좀씀바귀-매듭풀군락 등 10개 군락으로 구분되었다. 남방한계선 내 불모지는 군사적 활동으로 인한 토양침식, 지형변화, 산불 등 인위적인 교란이 지속적으로 발생하기 때문에 교란된 환경에 대한 적응성이 높은 종을 중심으로 식생이 발달하는 특성을 나타냈다. 분류된 군락 내 우점종은 대부분 우리나라 전국에 분포하는 종으로 길 또는 길가, 나지, 훼손지, 초지 등 주변에서 흔히 볼 수 있는 식물로 구성되어 있다. 현재 비무장지대 불모지 식생은 나지에서 초본식생으로 발달하는 천이 초기의 형태를 보인다. 불모지 내 분포하는 우점종은 특별한 유지·관리 없이도 자생할 수 있으므로 향후 복원소재 개발에 활용하거나 복원 종 선정 등에 유용하게 사용될 수 있을 것이다

유사물질 실험을 위한 자동화 현미경 실험 기기의 적용과 노캠퍼를 이용한 입자 성장 및 단순 전단 변형 실험의 예 (Application of Automated Microscopy Equipment for Rock Analog Material Experiments: Static Grain Growth and Simple Shear Deformation Experiments Using Norcamphor)

  • 하창수;김성실
    • 자원환경지질
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    • 제54권2호
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    • pp.233-245
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    • 2021
  • 암석의 미세구조에 대한 많은 연구는 실제 암석 관찰 뿐만 아니라 다양한 실험 장비를 이용하여 미구조의 발달 과정과 그 메커니즘을 이해하기 위해 수행되어 왔다. 변성이나 변형 작용 중에 입자 성장이나 입도의 변화를 일으킬 수 있는 광물 군집 내 입자 경계 이동 작용은 주요한 재결정작용 메커니즘 중 하나이다. 특히, 변형 과정 중 나타날 수 있는 입자 경계 이동의 연속적 관찰은 암석 유사 실험을 이용하여 수행될 수 있었다. 이번 연구에서는 다양한 실험 방법 중 유사 물질을 이용한 입자 성장 및 변형 실험 방법에 대해 기존 방법을 개량할 수 있는 실험 장비의 개발과 이를 통한 효과적인 미구조 분석 방법을 제시하였다. 개발된 실험 장비는 유사 물질 실험이 가능한 변형 장치와 실체 현미경에 회전 조작이 가능한 편광판들을 장착하여 광학적 조작이 가능하도록 구성되었다. 이들 장치들은 마이크로 컨트롤러를 통해 온도 및 변형 속도 제어 및 실험 동안 관찰되는 미구조 변화를 연속적으로 촬영할 수 있도록 자동화하여 구성되었다. 또한 편광판 회전 조작을 통해 취득되고 합성된 디지털 이미지들은 보다 정확한 입자 경계를 구분하고 분석할 수 있게 해주었다. 실험 결과의 입도 및 형태와 같은 미구조 분석을 위해 선분 교점 측정 방법과 입자 경계 트레이싱 방식을 비교하여 적용하였다. 유사물질로써는 석영과 유사한 광학적 성질을 가지는 노캠퍼(Norcamphor, C7H10O)라는 물질을 사용하였다. 개발된 장비의 실효성을 검증하고자 노캠퍼를 이용한 정적 입자 성장 실험과 단순 전단 변형 실험 및 이에 대한 미구조 분석을 수행하였다. 정적 입자 성장 실험은 시간이 지남에 따라 입자 수의 감소와 입도가 증가하는 전형적인 입자 성장 작용의 특징과 온도에 따른 성장 곡선들의 명확한 차이를 보여주었다. 중온-저변형율 조건의 단순 전단 변형 실험 결과는 평균 입도의 큰 변화는 없었으나, 입자 형태에 대해 전단 변형이 증가함에 따라 전단력 방향에 수직한 방향에 대해 약 53°의 방향으로 신장률이 증가하는 변화를 보여주었다. 이러한 미구조의 발달과정은 주어진 실험 조건에서 변형에 의해 입자 내부의 소성 변형과 내부 회복 작용이 균형을 이루면서 진행된 것으로 해석된다. 개량화 및 자동화된 실험장치를 이용한 이들 입자 성장 작용 실험 및 변형 실험의 예는 유사물질 실험에서 목적하는 바와 같이 실험 과정 동안의 입자의 미구조 변화과정을 순차적으로 관찰할 수 있고, 전체 수행 과정동안 수동적 조작없이 효율적으로 실험을 진행할 수 있다는 장점을 보여주었다.

입목벌채 허가제도 개선에 대한 벌채허가 담당자와 벌채 실행자의 인식조사 (Study on the Recognition of Forest-Official's and Stakeholders's Toward Improvement of Tree Cutting Permit System)

  • 박경석;이성연;배상원;김민희;김현식;백경수;안기완
    • 한국산림과학회지
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    • 제100권2호
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    • pp.292-304
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    • 2011
  • 본 연구는 우리나라의 벌채제도와 외국의 벌채제도를 비교하여 입목벌채 허가제도 개선에 관한 시사점을 도출하는 한편, 벌채업무 담당 그룹(공무원)과 목재벌채 실행그룹(산림소유자, 벌채업자, 산림조합, 산림법인)을 대상으로 입목벌채 제도에 대한 인식 및 활성화 요인 등에 관한 설문조사를 실시하여 제도 개선에 필요한 기초 자료를 제공하고자 수행되었다. 독일과 일본의 벌채제도를 분석한 결과, 산림의 다양한 기능발휘를 저해 할 수 있는 개벌 면적은 축소하고 있는 추세이며, 벌채기준으로 획일적인 벌기령을 적용하지 않고 지역 산림여건을 감안하는 유연한 산림시업의 표준으로서 벌기령을 활용하는 한편, 벌채 후 갱신확보를 위해 지역에 맞는 적절한 갱신방법을 제시하는 벌채제도를 운용한다는 시사점을 도출하였다. 입목벌채 허가제도에 대한 인식 및 활성화 요인 등에 관해 벌채업무 담당 공무원 그룹과 목재벌채 실행그룹을 대상으로 한 설문조사 분석결과, 기준 벌기령은 벌채업무 담당그룹 만이 소나무(3.13)와 삼나무(3.05)의 벌기령이 적정하다는 인식을 보였고 기타 수종의 벌기령은 하향 조정해야 한다는 의견을 보였다. 개벌면적에 대해서는 1 벌구 5 ha 이내, 최대 합계면적 30 ha 한도 기준에 대해서는 벌채 업자와 산림법인 그룹만이 현행보다 확대가 필요하다는 인식을 나타냈다. 현행 벌채제도에 대한 활성화 요인으로는 벌채면적의 확대, 시설지원, 기술교육의 강화, 장비지원 확대, 행정 간소화, 다양한 혜택 부여 등이 제시되었는데, 기술교육 강화가 집단 간의 인식 차이에서 유의수준이 가장 낮게 나타났다.

려말선초(麗末鮮初) 제천례(祭天禮)의 의례적 분석 - 명대와의 비교를 중심으로 - (The rite of worshiping heaven's ritual analysis from end of Koryo to beginning of Choson period)

  • 김상태
    • 역사민속학
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    • 제45호
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    • pp.291-325
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    • 2014
  • 본 연구는 제천례의 변화양상을 고려, 조선 그리고 중국과의 의례비교를 통해 그 차이를 살펴보고자 하는 것이다. 고려와 조선의 제천례는 표면적으로는 비슷해 보이지만 내용상 의식의 차이가 존재하고 있다. 이러한 차이는 유교적 의례인 제천례가 중국의 영향을 받는다는 점을 고려하여 중국의 어떠한 시기의 영향을 받았는지를 살피고자 하는 것이다. 본 연구는 여말선초 제천례의 변천과정을 의례 분석을 통하여 검토하는 것이다. 이를 위해 중국 역대 예서와의 비교를 하였다. 이를 통해 중국 우리나라 제천례의 차이점 및 변화의 원인을 찾아내는 것이다. 또 실제로 시행된 제의를 분석하여 여말선초 제천례의 역사적 성격을 파악하고자 하였다. 연구 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 방법론적 접근을 하였다. 각종 연대기와 의례서를 통해 고려부터 세조대에 이르기까지의 제천례의 역사적 변천과정 및 기본 의식을 살펴보았다. 제천례 시행의 변화추세 파악은 동일한 제천례의 시행일지라도 당대의 시대상황에 따라 달리 표현된다. 기존의 연구는 여말선초 제천례에 대한 국내의 자료만을 주된 대상으로 하여 고찰하였다. 그러나 제천례의 정착과정은 유교적 의례의 정착과 밀접한 관련성을 가지고 있다. 제도적 변천은 국내의 자료만을 대상으로 하였을 경우 나타나는 문제들을 해결할 수 없다. 때문에 반드시 중국에서의 제천례의 변화모습과 관련하여 그 변화의 추이를 살펴보았다. 이를 통해 중국에서의 제천례가 우리나라에서는 어떠한 방식으로 정착되고 있는지, 또한 중국 역대 예서와의 비교를 통해 양자의 차이점 및 변화의 원인을 찾아내고, 아울러 실제로 시행된 제의를 분석하여 여말선초 제천례의 역사적 성격을 파악하였다. 여말선초와 중국 제의 절차는 고려와 조선이 비슷하지만 실제의 내용상 차이가 존재한다. 또 당나라와 송나라 그리고 명나라에서의 의례절차가 차이가 있음을 알 수 있다. 이러한 차이는 우리나라와도 직결되고 있으며, 황제권의 변화와도 관련을 가지고 있다고 생각된다. 대체로는 당과 송이 비슷한 경향을 보이고 있으며, 명나라가 이들 두 나라와 차이를 극명하게 보여준다. 예컨대, 절을 하는데 있어서의 차이, 초헌 아헌 종헌의 주관자 차이가 다르게 나타난다. 또 배위의 변화 등이 있다. 배위의 변화는 황제권의 위상과 관련하여 중요한 의미를 가진다. 제단의 크기, 신주, 분헌관, 옥폐(玉幣), 배위(配位), 종사(從祀) 등 구체적 분석은 막연하게 다른 모습을 이야기하는 것이 아니라 실제적인 차이들을 고찰하였다. 그리고 이러한 토대위에 국가간, 시대간 차별성을 규명할 수 있었고, 그러한 차이에 대한 의미를 부여하였다.

개성 인삼상인의 근대기업화와 ESG 경영이념 (Modern Enterprise & ESG Management philosophy of Gaeseong Ginseng Merchant)

  • 옥순종
    • 인삼문화
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    • 제3권
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    • pp.90-118
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    • 2021
  • 개성은 18세기 들어 성행한 인삼 재배와 교역으로 막대한 자본이 축적되면서 근대적 자본주의가 발달할 조건을 갖추었다. 일제 강점기 시절 인삼 상인들은 인삼에서 나온 자본을 단순히 지주자본에 묶어두지 않고 산업자본, 금융자본으로의 전환을 적극적으로 추진해 근대 기업가로 활동한다. 20세기 초반 설립된 개성전기주식회사, 대한천일은행, 개성양조주식회사, 송고실업장 등은 인삼상인들이 주축이 되어 공동 투자하고 공동경영을 맡았다. 이들은 기업이윤만을 추구하지 않고 사회 지도층으로서 개성상업학교 건립, 고려시보 창간, 개성좌 운영 등 개성의 교육, 문화발전을 위해 후원자로 나서 지역발전을 견인한다. 자유주의 경제학에서는 주주이익 우선이 기업의 목적이었지만 21세기 들어와서는 이해관계자(stakeholder)에 대한 사회책임을 강조한다. 또 재무적 성과를 중시하는 던 경향에서 비재무적 요소가 더 중시되는 ESG( Environment, Social, Governance) 경영이 중요해지고 있다. ESG 경영은 환경을 생각하고 사회가치를 창출 공유하며 기업의 투명성을 중시한다. 과거에는 돈을 잘 버는 기업이 좋은 기업이었으나 현대에 와서는 사회책임을 다하는 기업이 좋은 기업으로 평가받는다. 20세기 초반 인삼상인들의 기업활동에서는 현대 경영의 필수요소인 기업가 정신과 ESG 경영이 실현되고 있었다. 이들이 시대를 앞서 현대적 경영이념을 실천할 수 있었던 것은 개성의 지역성에서 비롯된다. 개성인들은 조선왕조의 정치적 차별로 관직 진출의 길이 막혀 사농공상(士農工商)의 엄격한 신분제하에서 양반, 지식인이 상업의 길로 들어설 수밖에 없었다. 우수한 인력이 대거 상업으로 진출하면서 개성의 상업은 더욱 활발했고 상인의 가치관도 선진적이었다. 대표적인 인삼상인 손봉상, 공성학은 상인이면서 유학자, 문인이었다. 인삼상인 2-3 세대들은 해외에서 고등교육을 받고 개성으로 돌아와 삼업을 잇고 인삼에서 나온 자본을 기반으로 근대적 기업을 설립했다. 20세기 초반 인삼상인들의 상업활동을 분석하면 ESG 경영이념이 배여 있는 선구적 기업가였음을 확인할 수 있다. 사람의 생명을 살리는 인삼처럼 개성 인삼상인의 상업활동과 근대 기업화에서는 사람의 얼굴을 한 자본주의의 한 단면을 볼 수 있다.

학교 공간 디자인을 주제로 한 과정중심평가 프로그램 개발 및 실행: 중학교 가정교과 주생활 영역을 중심으로 (Development and Implementation of a Process-Based Evaluation Program on School Space Design: Focusing on the Housing Life Area of Home Economics Curriculum in Middle School)

  • 강은영;박미정
    • 한국가정과교육학회지
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    • 제32권4호
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    • pp.81-101
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    • 2020
  • 이 연구는 중학교 가정교과 주생활 영역에서 학교 공간 디자인을 주제로 하여 과정중심평가 프로그램을 개발하고 실행하는 데 목적이 있다. 이에 따라 ADDIE 교수설계 모형에 따라 관련 문헌 및 선행연구 분석을 통해 학교 공간 디자인을 주제로 한 과정중심평가 프로그램을 개발하고, 총 93명의 학생을 대상으로 실행한 후 학생들에게 프로그램 실행 평가를 실시하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 2015 개정 가정과 교육과정 분석을 통해 학교 공간 디자인 프로그램 평가 계획을 수립하고, 평가 과제를 개발하였다. 이에 따라 채점기준을 마련하고 학생용 평가 자료 8개, 교사용 평가 자료 2개, 총 9차시의 수업·평가 과정안을 개발하였다. 전문가 타당도 검증을 실시한 결과, 모든 문항이 평균 3.6점~4점(4점 만점)으로 내용타당도와 내용구성이 적절하다고 검증받았다. 둘째, 학교 공간 디자인 프로그램을 실행하고 학생들에게 설문조사를 실시한 결과 학교 공간 디자인 수업, 과정중심평가, 관심 및 흥미 3가지 영역 모두 평균 4.12~4.27점(5점 만점)으로 높게 나타났다. 설문 조사와 심층면접 결과를 종합해볼 때 프로그램이 학교 공간 디자인에 대한 새로운 학습기회를 제공하고, 학생들은 제시한 성취기준에 도달할 수 있었으며 자기평가, 동료평가 및 교사의 피드백은 학습 과정 중에 학생들에게 긍정적인 영향을 주어 학습 활동에 적극적으로 참여할 수 있게 된다는 것을 확인하였다. 연구 대상이 일부 중학생들으로 연구가 이루어져서 연구 결과를 일반화하기에는 한계가 있으며 후속 연구로 연구 대상 및 평가의 영역, 학교 공간 디자인 수업의 확대를 제언하였다. 이 연구는 가정 교과에서 활용할 수 있는 과정중심평가 프로그램을 개발하여 이론과 실천의 토대를 마련하였으며, 가정과 교육의 주생활 내용 요소를 중심으로 교사와 학생이 학교 공간 디자인에 주도적으로 참여하게 하는 가능성을 제시한 것에 의의가 있다.

실시간 헬스케어 모니터링의 독립 구동을 위한 접촉대전 발전과 전자기 발전 원리의 융합 (Stand-alone Real-time Healthcare Monitoring Driven by Integration of Both Triboelectric and Electro-magnetic Effects)

  • 조수민;정윤수;김현수;박민석;이동한;감동익;장순민;라윤상;차경제;김형우;서경덕;최동휘
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제60권1호
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    • pp.86-92
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    • 2022
  • 최근 COVID-19 팬데믹 등 다양한 이유로 인해 바이오 헬스케어 시장이 전세계적으로 활성화되고 있다. 그 중, 생체정보 측정 및 분석 기술은 앞으로의 기술적 혁신성과 사회경제적 파급효과를 불러일으킬 것으로 예측된다. 기존의 시스템은 생체 신호를 받아 신호 처리를 하는 과정에서 신호 송×수신부, 운영체제, 센서, 그리고 인터페이스를 구동하기 위한 대용량 배터리를 필수적으로 요구한다. 하지만, 배터리 용량의 한계가 인해 시×공간적인 기기 사용의 제한을 야기하며, 이는 사용자의 헬스케어 모니터링에 필요한 데이터의 단절에 대한 원인으로 작용할 수 있으므로 헬스케어 디바이스의 큰 걸림돌 중의 하나이다. 본 연구에서는 생체정보 측정 장치에 접촉대전 효과(Triboelectric effects)와 전자기유도 효과(Electro-magnetic effects)를 융합하여, 외부 전원을 요구하지 않는 독립 구동이 가능한 시스템을 구성하여 시×공간적으로 사용 제한이 없는 소형 생체정보 측정 모듈을 설계 및 검증했다. 특히, 다양한 헬스케어 모니터링 중 족압 계측을 통해 사용자의 보행 습관 등을 파악할 수 있는 무선 족압 계측 모니터링 시스템을 검증했다. 보행 시 발생하는 접촉×분리 움직임에서 접촉대전 효과를 이용한 효과적인 압력 센서와 압력에 따른 전기적 출력신호를 통해 족압 센서를 만들고, 축전기를 이용한 신호처리 회로를 통해 이의 동적 거동을 계측할 수 있다. 또한, 출력된 전기신호의 무선 송×수신용 전원으로 사용하기 위해 전자기 유도 효과를 이용하여 보행 시 생기는 생체역학적 에너지를 전기에너지로 수확했다. 따라서, 이번 연구는 사용자가 제한적인 배터리 용량 때문에 생기는 충전에 대한 불편함을 줄일 수 있고, 뿐만 아니라 데이터 단절에 대한 문제점을 극복할 수 있는 방법으로서 큰 잠재력을 보여줌을 시사한다.