| 수업주제 | 제조고려설계 방법론을 배우고, 이를 활용하여 적정기술 기반의 제품을 설계, 개발, 배포한다. 이를 통해 개도국, 장애인 등 어려운 이웃들이 구매할 수 있고, 직접 만들어 삶의 질을 높일 수 있는 수 있는 제품을 개발한다. |
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| 수업 목적 및 목표 | 제조고려설계 방법론을 배우고, 적정기술 제품에 적용한다. 개발한 제품을 오픈소스로 공개하고, 이를 통해 전세계에 배포한다. 제품 설계도면, BOM (Bill of Material), 매뉴얼, 제품 사양 등을 오픈소스로 공개하여 제품이 필요한 사람들이 쉽게 만들 수 있도록 오픈소스를 공개한다. 또한, 탄자니아에 위치한 적정기술센터에 기술이전을 통해 실증을 진행할 예정이다. 오픈소스 주소: https://drive.google.com/drive/folders/10ouTQ-tE2sexqlT3AMgtKkcvVcLvAgJ2?usp=drive_link |
| 사회공헌 실천활동 분야 | 보건 의료, 적정기술/제품개발 |
| 사회공헌 실천대상 | 장애인, 개발도상국, 빈곤계층 |
팀별활동내역
| 소속 | 기계공학과 | 담당교수 | 안성훈 |
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| 활동기간 | 2024.03.12. ~ 2024.06.13 | 활동장소 | 제품개발 (교내), 기술이전 (탄자니아, 전세계) |
| 활동목적 | 세계적인 식수 위기 ● 2024년 유엔 세계물개발보고서(WWDR)에 따르면, 2022년 기준 인구 22억 명이 안전하게 관리되는 식수에 접근하지 못하고 있으며, 전 세계 인구의 약 50%가량은 1년 중 일부 기간 동안 심각한 물 부족을 경험하고 있음. 특히, 개발도상국 도서 지역 거주민의 경우 해당 현상의 심각성이 더 높으며, 오염된 물로 인해 수인성 질병이 빈번하여 건강, 생산성 및 전반적인 삶의 질에 악영향을 미치고 있는 실정임. ● 기후변화에 따라 가뭄의 빈도, 기간 및 강도가 증가하는 동시에 기록적인 폭우 양상 또한 증가하고 있음. 이는 전 세계의 물 순환 문제를 더욱 심화시키며, 물 부족 현상을 가속함. ● 저소득국가에서의 열악한 기초 수질은 낮은 오폐수 처리 수준이 주요 원인으로 지목됨. 이는 수질 오염을 증가시키고, 식수 확보를 어렵게 만듦. 따라서 이러한 물 부족 문제를 해결할 수 있는 새로운 물 정화 장치의 개발 및 확보가 절실함. 지속가능한 필터의 부재 ● 현재까지 많은 물 정화 필터가 개발되어왔음에도 불구하고, 개발도상국에서 낮은 보급률 및 실사용률을 보임. 이는 정화 필터 자체의 성능뿐만이 아니라, 현지 사용자에게 접근 가능한 가격, 재료 수급 및 유지보수의 용이성, 그리고 환경 친화성을 고려하여 설계해야 함을 뜻함. ● 따라서 본 활동은 개발도상국의 물 부족 현상을 개선하기 위해 지역사회 친화적이며 지속가능한 겉씨식물 목질부(xylem)를 활용한 친환경 물 정화 필터를 제작하고 필터 성능을 평가하고자 함. |
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| 활동내용 | ● 겉씨식물 목질부(xylem)를 활용한 물 정화 필터를 만들기 위해, 열수 및 알코올 처리를 통한 간단한 전처리 공정을 통해 정수 필터로 사용 가능함을 확인함. trial and error 및 반복적인 설계 과정을 통해, 3D프린팅을 활용하여 오염수의 누수 없이 필터를 고정하는 필터 홀더 시제품을 제작함. 이를 활용하여 압력에 따른 필터의 유량 및 정수 성능을 평가함. python 기반 이미지 프로세싱 in-house 코드를 통해 정수 성능을 수치화하여 필터 두께별로 비교함. ● 추가적으로, 필터의 수명 연장을 위해 추가적인 보관 방법 (알코올 처리)을 고안함. 해당 방법의 유효함을 평가하기 위해 알코올 처리미처리 xylem 필터의 단면에 대해 주사전자현미경 사진 촬영 및 유량 테스트를 진행함. 최종적으로 향상된 저장수명을 가지는 저단가친환경 xylem 필터를 제작함. |
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| 활동소감 | 초기 목표 수치에 근접한 xylem 필터 시스템을 제작함. 50 nm ~ 100 nm 입자 크기인 실리카 분말 및 1.5 μm ~ 4 μm 크기인 몰리브덴 분말로 정수 성능을 평가하였지만, 실질적인 음수 가능 여부를 판단하기 위해서 실제 병균 (예: 대장균)에 대한 정수 성능 평가가 필수적임. 현지에 적용하기 위해선 해당 지역에서 발생하는 나무 종에 대해 성능 평가 또한 필요함. 추가적인 디자인 개발 및 현지답사를 진행한다면 로컬 비즈니스로 확장 가능한 제품으로 성장할 것이라 기대됨. |
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활동자료
| 소속 | 기계공학과 | 담당교수 | 안성훈 |
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| 활동기간 | 2024.03.12 ~ 06.14 | 활동장소 | 제품개발 (교내), 기술이전 (탄자니아, 전세계) |
| 활동목적 | 매 년 버려지는 의류 쓰레기량은 수만톤에 이르고 있으며 이 중 대부분은 개발도상국으로 흘러 들어가나, 이를 처리할 수 있는 인프라의 부족으로 대부분 매립 및 소각 등의 방법으로 처리되어 심각한 환경 문제를 유발하고 있음.(cloth mountain 등) 그러나 의류 재활용은 다양한 섬유의 혼용 등으로 인해 수작업 분류가 필요해 여러 측면에서 어려움이 있음. 본 활동을 통해 최소한의 작업을 통해 의미 있는 제품을 만들어 의류 쓰레기 처리에서 가치를 창출하고자 함. |
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| 활동내용 | 버려지는 옷을 갈아 열과 압력을 가하여 부직포를 만들고자 함. 시제품 제작을 위해 옷을 가는 것은 문쇄 파쇄기를 이용함. 대표적인 섬유 5가지(면, 폴리에스터, 나일론, 아크릴, 울)를 선정하여 옷을 파쇄한 후 히팅프레스를 이용하여 200℃, 0.4MPa에서 히팅 프레싱을 수행함. 섬유의 결합을 위해 추가 조치가 필요하여 판단하여 의류 수선 테이프 및 카딩을 추가함. 시제품을 단열재로 활용하는 것으로 상정하고 성능 평가를 실시함. |
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| 활동소감 | 상세 디자인을 결정하고 실제 프로토타입 제작을 통한 부직포의 물성 평가를 통해, 실제 활용을 위한 가능성을 확인함으로써 보다 확신을 갖고 개발을 이어나갈 수 있을 것이라 예상됨.또한, 실제 활용을 위해, 단열성 뿐만 아닌 기계적 강도 및 내열성 또한 평가를 진행하여야 한다고 판단됨. | ||
활동자료
| 소속 | 기계공학과 | 담당교수 | 안성훈 |
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| 활동기간 | 2024.03.12. ~ 2024.06.13 | 활동장소 | 제품개발 (교내), 기술이전 (탄자니아, 전세계) |
| 활동목적 | 에너지는 건강, 위생, 교육 등 삶의 질과 직결되는 문제들과 깊이 연결되어 있으며, 이는 모든 사람에게 필수적입니다. 자연재해나 전쟁으로 인해 이동 생활을 하는 사람들은 안정적인 에너지 공급에 큰 어려움을 겪고 있습니다. 현재 널리 사용되는 태양광 발전기는 날씨의 영향을 크게 받고, 큰 공간을 필요로 하여 휴대성이 떨어지는 문제가 있습니다. 두 번째로 많이 사용되는 풍력 발전기는 날씨의 영향을 덜 받지만, 큰 높이와 큰 블레이드로 인해 휴대성이 매우 낮습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 우리는 날개 없는 풍력 발전기 시스템에 전개형 메커니즘을 도입하여 휴대성을 높인 발전기를 제안합니다. 이를 통해 이동 생활 중 에너지가 필요한 환경에서도 쉽게 휴대하며 일정한 에너지를 공급받을 수 있도록 돕는 것을 목적으로 합니다. | ||
| 활동내용 | 롤러블 형태의 전개형 메커니즘은 가벼우면서도 높은 전개율을 제공하여 대형 구조물의 휴대성을 크게 향상시킵니다. 우리는 이 메커니즘을 날개 없는 풍력 발전기 시스템과 결합하여 휴대성이 뛰어난 발전기 시스템을 제안합니다. 발전기를 사용하지 않을 때는 본체 기둥을 롤러에 감아 매우 컴팩트하게 보관합니다. 발전이 필요할 때는 감겨 있던 기둥을 전개하여 원기둥 형태의 구조물을 형성합니다. 바람이 원기둥 구조물을 통과할 때 발생하는 볼텍스 쉐딩(vortex shedding) 효과로 인해 본체에 진동이 발생하며, 이 진동을 전자기 유도를 통해 전기로 변환합니다. 우리는 이 발전 시스템을 활용하여 LED 전구를 켜는 것을 목표로 합니다. | ||
| 활동소감 | 3일 이상 밤을 새며 팀원들과 함께 최종 프로토타입을 제작했습니다. 설계를 진행하며 개선해야 할 부분을 함께 찾고, 이를 어떻게 개선할지 논리적으로 토의하면서 협력과 팀워크의 중요성을 다시금 느낄 수 있었습니다. 이러한 협업 과정에서 큰 보람을 느꼈으며, 팀원들과의 유대감도 더욱 강화되었습니다. 이번 활동을 통해 우리는 실무적인 제작 경험뿐만 아니라, 팀 프로젝트에서의 효과적인 협력 방법을 배울 수 있었습니다. | ||
활동자료
| 소속 | 기계공학과 | 담당교수 | 안성훈 |
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| 활동기간 | 2024.03.12 ~ 06.14 | 활동장소 | 제품개발 (교내), 기술이전 (탄자니아, 전세계) |
| 활동목적 | 이 프로젝트는 악력이 감소된 개인을 대상 목표로 진행함. 이는 노인, 장애인, 뇌졸중이나 다발성 경화증(MS)과 같은 질병을 앓고 있는 사람들이 흔히 겪는 증상임. 악력 감소 문제는 전 세계적으로 매우 흔하며 많은 사람들이 이러한 문제로 직면하고 있음. 이러한 문제를 해결하기 위하여 이 프로젝트는 악력을 향상시킬수 있는 장갑을 제안함. | ||
| 활동내용 | 이 장갑은 손에 착용할수 있는 장갑으로, 손가락을 굽히게 하는 와이어와 폴리 시스템을 사용하여 작동함. 디자인 과정에서 저렴하고 간단하게 만들 수 있어 전 세계 어디에서나 많은 사람들이 높은 접근성으을 가지고 부담 없이 사용할 수 있도록 하는 것이 목표임. 이러한 이유로 인하여, 본 프로젝트에서는 전기를 사용하지 않은 순수한 기계 시스템을 만드는 것을 선택하였음. | ||
| 활동소감 | 전반적인 제품의 목표는 이루었으나, 제품의 질을 더욱 향상시키기 위해서는 모듈화가 필요하며, soft material 등의 추가적인 디자인 개선이 필요할 것으로 보임. | ||
활동자료
| 소속 | 기계공학부 | 담당교수 | 안성훈 |
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| 활동기간 | 24.03.02 -24.06.14 | 활동장소 | 제품개발 (교내), 기술이전 (탄자니아, 전세계) |
| 활동목적 | 대상: 아프리카를 포함한 최빈국 저온살균법 (pasteurization)은 음식 및 음료 (주로 유제품)를 특정 온도에서 일정 시간 동안 가열한 후 신속히 냉각함으로써, 유해한 세균 및 박테리아를 제거하는 과정임. 최빈국의 사람들은 대부분 소를 소지하고 있지만, 위 과정을 진행하는데 1. 온도 유지의 어려움과 2. 현존 설비의 큰 규모로 인해 생산된 우유를 섭취하는데 어려움이 있음. 본 활동을 통해 개인 가정마다 사용할 수 있는 크기와 적은 비용으로 위 과정을 수행할 수 있는 기계를 제작하여 위 문제를 해결할 예정임. |
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| 활동내용 | 최빈국의 농촌 지역 혹은 전기가 보급되지 않는 지역에 비용 효율적인 태양광 저온 살균기계를 개발하였습니다. 저온 살균기계는 우유를 가열하는 부분가 냉각하는 부분 2파트로 난루 수 있음. 가열 파트에서는 우유를 가열하기 위해 어디서나 사용할 수 있는 끓는 물의 열을 교환하여 가열을 하며, 사용 편의성을 위해 3D 프린터로 부품을 제작함. 냉각파트는 자체 제작한 펠티어 냉장고를 사용함. 펠티어 냉장고에서는 열전소자와 펌프 및 열교환기로 구성된 수냉 시스템을 통해 효율을 높임. | ||
| 활동소감 | 전공과 관련해서 효과적인 열교환 시스템을 설계하였음. 본 활동에서 제작하는 소형 저온살균 기계의 핵심은 최빈국에서의 하나의 가정이 사용하는 것을 목표로 적은 에너지를 사용하는 것임. 이를 위해 냉각 효율을 높이기 위한 수냉 시스템 설계, 3D 프린터를 통한 부품 설계를 진행하였음. 전공 외적으로는 본 프로젝트를 수행하면서 팀원 간의 팀워크 능력을 향상시킬 수 있었음. 서로 다른 세부전공을 가진 학생의 전문분야를 본 시스템에 적재적소에 적용한다면 효과적으로 활동을 진행하였음. 유제품은 풍부한 칼슘, 마그네슘을 포함한 풍부한 영양분으로 성장기의 아이들에게 꼭 필요한 음식이지만, 살균 기술의 어려움으로 인해 섭취에 문제가 있음. 본 활동을 통해 전기 공급 및 전문 가공업체가 없어서 유제품의 섭취가 어려운 최빈국의 사람들에게, 한 가정도 사용이 가능한 소형화된 저온살균 기계를 설계 및 제작함으로서 사회에 기여하였음. |
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활동자료
| 소속 | 기계공학부 | 담당교수 | 안성훈 |
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| 활동기간 | 24.03.02 -24.06.14 | 활동장소 | 제품개발 (교내), 기술이전 (탄자니아, 전세계) |
| 활동목적 | 대상: 접근성 낮은 낙후 지역의 학생 및 교육 시설 ● The World Bank의 통계에 따르면 2022년 15세 이상의 세계 문맹률은 13%임. 그에 반해, 낙후 지역의 문맹률은 40%에 달함. 이는, 공립교육이 활성화되어 있어도 교육 기반 시설이 설립되기 어려운 낙후 지역에서 주로 발생함. The World Bank에 따르면 낙후 지역의 학생 중 70%가 학습 빈곤(Learning Poverty) 상태에 있음. 이러한 학습 빈곤 상태를 해결하기 위해 교육 제반 시설 확보가 필수적임. 교육환경의 기반이 되는 핵심 요소 중 하나는 칠판의 설치와 관리임. 실제로, UNICEF/ Resilient Educator/ McKinsey & Company 등의 단체에서 칠판 보유로 인해 교육 효율의 획기적인 증가를 확인하였음. ● 칠판은 무거운 무게와 제한된 이동성으로 인해서 낙후 지역의 설치가 매우 어려움. 또한, 칠판에 수반되는 펜, 잉크, 분필 등의 소모성 비용이 발생하고 이를 지속하여 조달하는 것에도 한계가 있음. ● 낙후 지역에서 학생들의 교육환경을 개선하기 위해 이동성, 비용, 내구성, 기능성 등을 고려한 적정 칠판을 제작하고 성능을 평가하고자 함. |
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| 활동내용 | ● 아크릴 레진, 실리카, 물을 혼합하여 제작되는 수변 잉크는 물이 묻으면 색깔이 변화하는 성질을 가지고 있어 기저귀 등에서 활용되고 있음. 이 물질을 이용하여 저비용으로 칠판을 제작하였음. 부직포 기반의 천에 (non-woven fabric) 수변 잉크를 묻힘으로써 내구성 및 이동성을 확보하며 지속 가능한 칠판을 개발하였음. 나뭇가지를 묶은 천에 물을 묻혀 칠판에 글씨를 작성하면, 하얀 수변 잉크가 투명하게 변하여 검정 배경이 드러나 글씨를 읽을 수 있음. 또한, 부직포 기반의 천의 종류, 잉크 채색 방법 등을 통해서 글자의 지속시간을 조정하고 최적의 제작 방법을 개발함. | ||
| 활동소감 | ● 다양한 잉크의 종류 및 재료 학습: magnetic ink, acrylic ink, indelible ink, PP film, PET film, PVC film etc. ● 수변 잉크의 구성 성분과 원리: hydro chromatic ink using combination of water/silica/resin ● 다양한 섬유 기반 재료 특성 및 제조 방법: velvet, non-woven fabric manufacturing ● 내구도 성능실험 방법, 전자 현미경 관찰 실험: 3D 프린터 구조 기반 판서 시뮬레이션 테스트 베드, SEM 촬영 결과 분석을 통한 잉크 침습도 확인 ● 제작한 칠판을 통해서 유지비용이 거의 없는 교육 시스템을 개발하였고 이는 개발도상국 및 낙후 지역의 지속 가능성 부분에 최적화되어 있음. ● 가볍고 이동성이 높은 칠판을 제작함으로써 유지 관리와 설치가 어려운 기존, 소규모 ODA 프로젝트에도 적합함. |
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활동자료
| 소속 | 기계공학부 | 담당교수 | 안성훈 |
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| 활동기간 | 24.03.02 -24.06.14 | 활동장소 | 제품개발 (교내), 기술이전 (탄자니아, 전세계) |
| 활동목적 | 활동대상: 탄자니아의 농업과 관련된 활동, 탄자니아의 소규모 농민들은 많은 경우, 비료를 사용하지 못하고 작물을 재배함. 이들이 손쉽게 비료를 사용할 수 있도록 음식물 쓰레기를 이용하여 비료를 만드는 제품을 제작함. ● 비료 가격은 코로나 19 및 러시아 – 우크라이나 전쟁으로 인해 폭등하였음. 이는, 코로나 19로 인한 물류비용의 상승과 비료의 주 수출국이 러시아이기 때문임. 비료 가격의 폭등은 탄자니아 및 여러 아프리카 국가가 비료 사용에 어려움을 초래함. 농작물 수확량에도 영향을 미쳐, 현재 아프리카의 식량 위기가 발생함. ● 음식물 쓰레기는 큰 처리 비용 및 환경적인 문제를 야기함. 탄자니아에는 음식물 매립과 같은 처리 과정 없이 빈 땅에 투기하는 방식을 사용하고 있어 해결 방법이 필요함. ● 제작한 제품을 통해 비료 가격의 폭등 또는 가정형편의 어려움으로 인해 비료를 사용하지 못하는 탄자니아의 소규모 농민, 가정에서 음식물 쓰레기를 재활용하면서 비료를 생산할 수 있게 도와, 탄자니아의 농작물 수확량을 높이고 주거 환경 개선에 도움을 주고자 함. |
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| 활동내용 | ● 음식물 쓰레기를 이용하여 비료로 만들 수 있는 제품을 개발하는 것이 목표임. 이를 통해 음식물 쓰레기로 인한 환경 및 비용 문제를 해결하고 비료 가격 문제로 인해 비료를 사용하지 못하는 소규모 농민들이 자체적으로 비료를 생산하여 사용할 수 있게 돕고자 했음. ● 음식물 쓰레기 발효의 경우, 비료의 제작과정에 있어 필요한 탄소와 질소의 양 및 탄소와 질소의 비율, 온도, 습도, 환기 정도 등 여러 조건을 고려해야 함. 또한, 비료가 발효되는 과정에 있어, 탄소 성분과 질소 성분이 잘 혼합될 수 있도록 섞어주는 기능이 필요함. 이 때, 탄자니아의 소규모 농민들이 본인의 가정에서 많은 힘을 사용하지 않고도, 보다 적은 힘으로 비료를 혼합할 수 있도록 메커니즘을 설계했음. 비료가 제작되는 과정 중, 환기 부분도 중요함. 환기를 위한 구조를 만들어주어 사용자의 특별한 조치 없이도 좋은 비료가 될 수 있는 제품을 제작하였음. ● 해당 제품을 이용하면 탄자니아의 소규모 농민들이 본인의 가정에서 전기 없이 음식물 쓰레기를 처리하여 비료를 생산할 수 있음. 이렇게 생산된 비료를 사용하면 이전에 비해 질 좋은 농작물을 더 많이 수확할 수 있어 환경 및 식량 문제 해결에 기여할 수 있을 것임. ● 현재, 2024 ODA 지원사업 2기(탄자니아)에 지원한 상태임. 선정된다면, 직접 탄자니아에 방문해서 저희 제품을 실증할 것임. |
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| 활동소감 | ● 좋은 비료를 만들기 위해 전공 외적으로, 최적의 음식물 쓰레기 발효에 대한 화학적 접근을 학습함. 또, 전공 측면에서는 음식물 쓰레기와 흙 및 톱밥의 혼합을 위한 베어링의 활용에 대해 학습함. ● 제품의 활동 대상이 탄자니아 소규모 농민이었기에, 한국에서 탄자니아에 최적화된 제품을 만들고자 낯선 환경 및 경제 상황을 고려하여 제품을 제작함. ● 모두 기계공학부 학생이었기에, 화학적인 부분에 대해 학습하는 것이 예상보다 쉽지 않았고, 어려웠지만 좋은 비료를 제작하기 위해 열심히 학습하였음. 한국에서 탄자니아의 경제상황을 고려하여 제품을 제작하는 것이 처음 예상보다 훨씬 어려웠음. |
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활동자료
| 소속 | 기계공학부 | 담당교수 | 안성훈 |
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| 활동기간 | 24.03.02 | 활동장소 | 제품개발 (교내), 기술이전 (탄자니아, 전세계) |
| 활동목적 | 대상: 부상을 당하거나 운행 장애가 있어 야외활동이 어려운 사람들 ● 2014년 장애인 실태 조사에 의하면 신체 장애에 의해 활동제한이 있는 경우 우울증 경험은 24.5%로 비 장애인의 10.3% 보다 2배 이상 높은 것으로 확인 되었음. ● 장애인의 야외활동은 장애인의 정신 건강 개선에도 중요한 인자임. ● 장애인 활동을 위한 자전거-휠체어 결합 제품은 기존 생산되고 있는 제품이 존재하나 별도의 결합된 제품을 구매해야 하고 제품의 비용이 높아 활용성이 낮다. ● 이러한 필요성으로 기존 자전거와 휠체어를 연결하는 방법과 제품에 대한 많은 특허 및 제품이 존재하나 설치 및 연결이 용이하지 않아 제품의 선호도가 높지 않은 현실이다. ● 본 제품의 목적은 기존에 각각 보유하고 있는 자전거와 휠체어를 별도의 분해/개조 없이 서로 쉽게 결합하여 장애인과 비장애인 간 공동 활동 증진 및 장애인의 야외활동 증가에 따른 장애인 정신 건강 개선에 그 목적이 있다. |
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| 활동내용 | ● 일상에서 흔히 볼 수 있는 자전거 트레일러 구조를 활용하여 간단한 조작으로 자전거와 휠체어를 연결하는 장치를 설계하였음 ● 별도의 공구 없이 자전거와 휠체어를 연결하여 부품의 휴대 및 연결의 편의성을 증대하였다. |
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| 활동소감 | ● 자전거 휠체어 연결 구조 방식의 이해 : Front Access, Rear Access ● 연결 구조 및 위치에 따른 공학적 구조 분석: 휠체어 연결 위치 및 연결봉 길이에 따른 회전 반경 설정. ● 휠체어-자전거 연결 구조의 인간공학적 분석: 휠체어 연결 위치 및 자전거 속도에 따른 휠체어 전복 및 안정성 분석 및 최적화 ● 휴대할 수 있는 Connect 부품으로 장애인의 야외활동 편의성을 증대하여 장애인의 정신건강 증진에 기여함. ● 기존 휠체어-자전거 일체형 제품 대비 보유하고 있는 자전거/ 휠체어를 활용하여 동일한 성능 및 제품의 목적을 달성함으로써 별도 제품을 구매하는 불편함을 개선하고 불필요한 자원을 절약하여 자원 절감에도 이바지 함. |
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