사회공헌형 교과목 아카이브

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지능재료 및 설계

공과대학/공학전문대학원 / 기계항공공학부 / 안성훈 교수
2017년 1학기
#기계항공공학부 #안성훈

수업주제	• 목적 : 지능 재료를 응용한 구조를 직접 제작할 수 있는 능력 배양 • 복합재료 및 형상기억재료, 그리고 전기활성고분자 등의 지능재료에 대하여 학습
수업 목적 및 목표	• 목적 : 공학적인 설계와 지능재료의 효용과 사용방법을 이해하고 이를 실제 시제품에 적용하여 제품을 개발 • 목표 : 장애인 또는 노인 등 몸이 불편한 사람들을 위한 보조기구 장치 개발하여 사회적 약자 지원
사회공헌 실천활동 분야	적정기술/제품개발
사회공헌 실천대상	개발도상국, 빈곤계층

팀별활동내역

A팀

소속	공과대학/공학전문대학원	담당교수	안성훈
활동기간	2017년 1학기	활동장소
활동목적	척추 측만증, 전만증 후만증 환자 및 잠재적 위험요인에 노출되어있는 환자와 사람들을 위한 지능적 허리교정기 개발
활동내용	지능재료를 이용한 센서의 이론과 장단점을 숙지하여, 허리교정기를 개발하는데 이용함.
활동소감	지능재료의 특성상 가격이 상당하기 때문에 아직은 상용화되기 힘든 기술이라는 것을 알게 되었다. 하지만 수요가 높아지고 기술이 발전할 것을 알기 때문에 가격은 분명히 저렴해질 거라고 생각하고, 본 개발된 상품도 마찬가지로 저렴한 가격으로 제품이 될 수 있는 가능성이 있다고 생각함. 또한 척주 측만증, 전만증, 후만증은 올바르지 않은 일상화된 자세로부터 앓을 수 있다. 고로 많은 사람들이 책상 앞에 상당한 시간을 보내는 현대사회만큼, 올바른 자세를 습관화시켜 예방과 교정을 도와줄 제품이 필요하다는 것을 다시 한 번 느꼈다.

활동자료

B팀

소속	공과대학/공학전문대학원	담당교수	안성훈
활동기간	2017년 1학기	활동장소
활동목적	본 활동에서는 단안 저시력 장애인을 위한 Electrochromic Display(ECD)를 이용한 HUD 제작을 목표로 한다. 설치 접근성이 용이하고 투명한 소재를 사용해 운전자의 시계에 방해되지 않는 디스플레이는 운전자의 전방주시를 도와 교통사고를 줄이는데 큰 공헌을 할 것으로 예상하였다.
활동내용	기계항공공학부 전공에서 배우는 지능형 재료 설계 및 구조 설계, 회로 설계 등을 활용하고자 하였다. 특히 혁신설계 및 통합생산 연구실의 Electro-chromic 디스플레이 제작 기술을 활용하는 것이 주된 내용이었다. 다음과 같은 활동을 통하여 HUD타입의 속도계를 만들어 안전사고를 예방하고자 하였다. 1. Electro Chromic Display 소재를 이용한 7 segment 디스플레이 개발 - 저가형 프로세서인 ATmega 프로세서를 사용하여 적합한 프로토콜 개발 2. GPS 항법 장치를 이용한 속도 산출 알고리즘 개발 - GPS의 프로토콜 중 GPGGA에서 속도정보만 추출하는 알고리즘 개발 3. ECD 모듈 제작, - 자동차 유리에 부착할 수 있는, 소형, 투명한 ECD 모듈 제작 4. 전체 시스템 구성 - ATmega MCU, GPS, ECD를 모두 하나의 시스템으로 구성
활동소감	처음 접하는 electrochromic 기술이었지만 사전 계획과 구매계획, 수업 조교들의 도움으로 완성도 높은 활동을 해 볼 수 있었다. 사회 공헌을 위한 공학적 아이디어를 도출하는 과정에서 많은 고민이 있었고, 담당 교수님과 학생들로부터 좋은 아이디어라는 평가를 얻을 수 있었다. 다만 공학 설계의 특성상 기한이 짧아 높은 질의 최종 설계까지 수행하는 데에는 어려움이 있었다. 이러한 경험을 바탕으로 좀 더 장기적인 활동을 기획하고 실행할 수 있다면 좋을 것이라 생각한다.

활동자료

C팀

소속	공과대학/공학전문대학원	담당교수	안성훈
활동기간	2017년 1학기	활동장소
활동목적	사회적 기업에서는 장애인을 고용하여 수제 쿠키를 만들고, 사회적 기업의 이름으로 판매합니다. 이를 통해 수익을 창출하고, 장애인들의 사회 진출을 돕고 있습니다. 하지만 복잡한 모양의 쿠키는 난이도가 높아 만들기 어렵고, 일반 수제 쿠키는 다른 기업에서 만드는 수제쿠키와 차별성이 부족합니다.이로 인하여 사회적 기업에서는 홍보, 마케팅에 어려움을 겪고 있으며, 판매 부진으로 이어져 더 많은 장애인들의 사회 진출을 돕는데 애로 사항이 있습니다. 따라서, ‘아이디어’가 필요합니다. 만약, 손이 불편한 사람도 쉽게 예쁜 모양의 쿠키를 만들 수 있다면, 그리고, 특별한 모양의 쿠키를 만들 수 있다면 분명 이들에게 도움이 될 수 있을 것입니다.
활동내용	형상기억합금(Shape-Memory Alloy)은 고온에서 기억시킨 형상을 언제까지나 기억하고 있어, 저온에서 변형을 가해도 가열하면 다시 본래 형상으로 되돌아 갈 수 있습니다. 이러한 특성을 이용하여, 미리 형상기억합금이 내장된 쿠키 몰드에 쿠키 반죽을 붓고, 오븐에 넣으면 스스로 모양을 만들어주는 역할을 할 수 있습니다. 따라서 작업자는 보다 쉽게 예쁜 모양의 쿠키를 만들 수 있고, 다른 곳에서 는 볼 수 없는 쿠키 모양은 좋은 마케팅 포인트가 되어 줄 것입니다.
활동소감	취약계층에게 사회적서비스 또는 일자리를 제공하여 지역주민의 삶의 질을 높이는 등의 사회적 목적을 추구하면서 재화 및 서비스의 생산, 판매 등 영업활동을 수행하는 기업에 대해 한 걸음 더 다가가 주변의 많은 어려운 분들을 이해할 수 있는 기회가 되었다고 생각합니다. 또한 사회적 역할 수행과 더불어, 활동 중에 형상 기억 합금 사용과 관련한 한계점 파악, 개선점 도출 등의 교육 효과도 얻을 수 있었다고 생각합니다.

활동자료

D팀

소속	공과대학/공학전문대학원	담당교수	안성훈
활동기간	2017년 1학기	활동장소
활동목적	손이 불편한 사람들이 편하게 신을 수 있는 신발이 필요하다. 허리를 굽히기 힘든 임산부들도 편하게 신을 수 있는 신발이 필요하다. 따라서, 이러한 요구에 맞춰 신발을 제작하고자 한다.
활동내용	이러한 신발을 제작하기 위한 일정을 짜고 조사를 하였다. 재료의 성질 중 하나인 bi-stability를 이용하여 제작하기로 하고, 기존에 나와있는 기능성 신발을 조사해 보았다. 4달 동안 지도교수님과의 미팅 4번과 4번의 발표를 진행하였다. 또한, 주말에 3~4번 만나 회의를 진행하면서 제작을 하였다. 조원들 중 2명은 설계 및 생산 랩실 소속이고, 2명은 바이오 로보틱스 연구실에 소속되어 있다. 또한, 출신 학부도 섞여 있기 때문에 다양한 의견의 조합을 통해 결과물을 만들어 낼 수 있었다. 마지막으로 최종결과발표를 위해 간단한 홍보 동영상 제작하는 시간도 가졌다.
활동소감	매 주마다 미팅을 가지며 프로젝트를 진행해 나가는 법을 배웠다. 처음에는 쓸만한 제품을 개발할 수 있을까에 대한 의문이 많이 생겼다. 하지만, 점차 윤곽이 드러나고 만들 수 있겠다는 자신감이 생기게 되었다. 이 신발을 통해서 많은 사람들이 편하게 신발을 신고 벗을 수 있었으면 좋겠다. 특히, 팔을 다친 사람들이나 임산부들이 이 신발을 통해 편하게 야외활동을 하게 되었으면 좋겠다.

활동자료

E팀

소속	공과대학/공학전문대학원	담당교수	안성훈
활동기간	2017년 1학기	활동장소
활동목적	에어컨에는 바람 방향 조절 기능이 이미 존재하지만 바람이 직접 얼굴이나 몸에 닿는 것을 싫어하는 사람들이 많으며, 건강 문제 등의 이유 때문에 에어컨 송풍구 앞에 추가적인 구조물을 인위적으로 설치하여 바람의 방향을 한쪽 방향으로 제한하기도 합니다. 그런데 이 경우 공기 순환 속도가 느려져 에어컨의 효율이 크게 떨어지게 됩니다. 우리는 지능재료를 활용하여 동력과 센서 없이 온도에 따라 바람의 방향과 순환 경로를 조절할 수 있는 장치를 개발함으로써 서울대학교 전체의 에너지를 절약하고 에어컨 사용자의 삶의 질을 높이고자 노력했습니다.
활동내용	1. 지능재료 탐색 및 디자인 구상으로 SMA(형상기억합금), 바이메탈 등 온도에 반응하는 재료들의 특성을 파악하였습니다. 2. 시제품 디자인에서하우징은 현재 학교 내에서 주로 사용되고 있는 에어컨의 송풍구의 형태와 설치되어 있는 에어컨 바람막이의 설치 방식을 고려하여 시제품을 디자인했습니다. 또한 Hugo Rodrigue의 논문을 참고해서 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 SMA 와이어를 이용하여 70℃ 이상에서 90°의 각도로 휘어질 수 있는 디플렉터를 디자인했습니다. 3. 시제품 제작에서 하우징은 시제품을 3개의 부분으로 나누고 아이디어 팩토리의 3D 프린터를 이용하여 제작했습니다. 또한 3D 프린터를 이용해서 틀을 만들고 PDMS, SMA 와이어를 이용하여 3, 4, 5mm의 두께의 디플렉터를 제작했습니다. 70℃에서 작동되는 다른 와이어를 사용해서 테스트용 디플렉터를 제작했습니다. 4. 시제품 테스트에서 실을 하우징의 송풍구에 달고, 내부에 3D 프린터로 제작한 테스트용 디플렉터를 장착하여 바람이 의도한 방향으로 유도되는 것을 확인했습니다. 디플렉터는 열풍기를 이용하여 70℃ 이상에서 3의 디플렉터가 90°까지 휘어지는 것을 확인했습니다. 5. 신림동 은빛사랑방을 방문하여 에어컨 사용환경을 조사천장형 에어컨이 아닌 벽걸이형 에어컨을 사용하고 있어서 제작된 시제품을 설치하는 것은 어렵다고 판단했습니다.
활동소감	20℃ 이하로 유지가 가능한 공간이 없어서 20℃ 와이어를 이용한 디플렉터를 만들지 못한 것에 대해 큰 아쉬움이 남습니다. 5℃ 이하로 유지할 수 있는 냉장고를 이용하여 가공을 시도했지만 너무 낮은 온도라 PDMS가 굳지 않아 디플렉터를 완성할 수는 없었습니다. 하지만 SMA, 바이메탈 등의 지능재료들에 대해서 폭넓게 알아볼 수 있었고, 합성물의 특성, soft actuator, PDMS 보드를 만드는 방법 등 많은 것을 배울 수 있는 기회였다고 생각합니다.

F팀

소속	공과대학/공학전문대학원	담당교수	안성훈
활동기간	2017년 1학기	활동장소
활동목적	노인들의 경우 근육 약화(특히 하체), 균형 감각 상실, 운동 부족, 관절염, 신경 문제, 체위성 저혈압, 시각적 능력 저하 등으로 인해 넘어질 가능성이 크다. 이 중 일부는 골절이나 머리 부상 등 심각한 부상으로 이어진다. 이러한 심각한 부상은 노인들에게는 치명적이며, 심할 경우 생명을 앗아가기도 한다. 따라서 낙상이 부상으로 이어지지 않도록 낙상 시의 충격을 흡수할 수 있는 안전장치를 마련하고자 한다.
활동내용	노인 낙상의 경우 시간, 장소를 가리지 않고 발생할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 즉, 노인 낙상을 위한 안전장치는 언제 어디서든지 사고에 대비할 수 있는 장치이어야만 한다. 다시 말해, 휴대가 가능하여야하고 일상생활에 불편함이 없어야 한다. 이런 사실에 근거하여 의복에 부착이 가능하고 미사용 시에는 부피가 매우 작아 생활에 불편함을 주지 않는 충격 흡수 장치를 만들었다. 구조 및 작동 원리는 다음과 같다. 1. 구조: - 낙상 감지 장치 : 가속도 센서를 활용하여 낙상 상황 감지 - 트리거 장치 : 감지 신호 처리를 위한 장치로서 형상기억합금 소재를 적용함 - 충격 흡수 장치 : 스프링 구조물 및 패브릭 소재의 완충 구조를 적용한 구조물로서 평상시에는 납작한 평판 형태이고 바지 안쪽의 엉덩이나 무릎 부분에 부착함 2. 작동 원리: 가속도 센서에 의해 낙상 상황이 감지되면 신호가 발생하여 형상기억합금 재질의 트리거에 변형이 발생하고 이를 통해 트리거가 작동된다. 이 때 스프링에 의해 압축되어 있던 작동 bar가 release 되면서 완충 구조물이 순간적으로 부풀어 올라 완충 작용을 하게 된다.
활동소감	노인 인구가 지속적으로 증가함에 따라 노인의 삶의 질을 개선하는 것은 사회적으로 중요한 문제이다. 그 중에서도 노인의 건강을 유지하는 것은 삶의 질을 개선하는 데 있어서 매우 중요한 요소이다. 노인의 건강을 해칠 수 있는 물리적 요인 중 절반 가량이 낙상 사고이므로, 낙상 사고 시 발생하는 충격을 흡수하여 부상을 방지할 수 있다면 노인의 건강을 보존하고 삶의 질을 향상시키는 데 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

활동자료

G팀

소속	공과대학/공학전문대학원	담당교수	안성훈
활동기간	2017년 1학기	활동장소
활동목적	시력이 저하된 노인 분들을 위해 초점 조절이 가능하고 확대/축소가 가능한 안경 렌즈를 만들어 시력 향상을 통한 편리한 생활에 도움이 될 수 있는 기술을 개발함.
활동내용	연구 기반의 활동으로, 초점 조절과 확대/축소(Zoom)가 가능한 액체 렌즈를 만들었고 지능재료인 piezo 스위치를 이용해 사용자에 따라 기능을 조절 할 수 있음을 보여주는 요소기술을 개발함. 기술의 실현가능성을 위주로 하여, 실제로 안경으로 상용화되기 위해선 더욱 긴 시간/재원을 바탕으로 연구를 진행되어야 하고, 활동기간 동안 요소 기술들을 간단히 보여줄 수 있는 시제품을 제작함.
활동소감	요소 기술의 개발과 시제품 제작에 초점을 맞추다보니 실제로 노인 분들이 사용하기까지 필요한 제작 공정과 디자인 측면에서는 미흡한 것이 사실임. 연구의 시작단계에 있어서 Needs를 파악하고, 관련 연구를 조사하고, 시제품을 만들고, 연구 과정 및 결과를 효과적으로 전달하는 법을 습득하며, 연구한 내용을 실생활에 적용하며 공익에 조금이나마 기여할 수 있음에 의미가 있었음.

활동자료