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Semelhante a 공학연구소 학과보고서 책자 원본
Semelhante a 공학연구소 학과보고서 책자 원본 (13)
Mais de 태훈 정
공학연구소 학과보고서 책자 원본
- 2. 목 차 Contents 기계공학(고종현, 김선우) 01 전기전자공학+컴퓨터공학(배지훈, 정태훈) 06 산업공학과(이시웅, 고성빈, 강일호) 16 교육학과(김종휘) 22 사회복지(김종현) 28 로봇공학(송진혁, 최원민) 36 신소재(이승욱, 최범규, 황지영) 44
- 3. R E P O R T 담당교사 윤석빈 선생님 이름 고종현, 김선우 학과명 기계공학과 학번 30401, 30404 학과조사 (기계공학을 중심으로)
- 4. ● 서론 기계공학이란 무엇인가 막상 대학이 갈 날이 얼마 안 남았지만 막상 학과를 정하려니 막막한 이과생들. 그들을 위해서 기계공학이 뭔지 친절하며 자세하게 알려주는 것이 목적이다. ● 본론 그렇다면 진짜로 기계공학과에서 직접적으로 무엇을 배우며, 무엇을 할 수 있는가에 대해 알아보자. 아주 간단한 예로부터 이야기를 시작해보자. 필자는 사실 초등학교 때부터 기계공학이 무엇인지는 몰랐지만 그걸 적용시키고 있었다는 사실을 최근에 알았다. 그 계기는 바로 ‘계란 던지기 대회’이다. 이는 계란을 자신이 원하는 재료를 사용하여 계란을 깨뜨리지 않고 떨어뜨려서 가장 빠르게 착지하면서 깨지지 않는 팀이 우승하는 대회였다. 거기서 나는 여러 가지 구조를 계란판을 이용해서 만들어 보고 가장 충격을 줄일 수 있는 결과 수상할 수 있었다. 지금 와서 물리를 배우고 나서 생각해보았을 때, 그 대회에서 구조물을 만들 때 가장 중요한 요인이 무엇이었을까? 그 때는 실험적으로 알았지만, 결국은 모든 물체는 중력가속도를 일정하게 받으므로 공기 저항력이 중요하다는 점을 알 수 있다. 이처럼 실생활에 모든 일들을 분석하고 어떻게 하면 해결할 수 있을까를 고민하는 학과라고도 말할 수 있겠다. 기계공학이란? 기계 및 이에 관련되는 장치설비의 설계·제작·운전 등에 대하여 기초 및 응용 분야를 연구하는 학문이다. 여기서 기계라 함은 저항력을 가진 다수의 부품으로 구성되는 것으로, 그 각 부분 사이에 일정한 관계운동을 가짐으로써 유용한 일을 하는 동적 장치를 말한다. 공학 전체 영역 가운데 가장 넓은 영역을 차지하고 있으며 기계공학의 활용 범위는 심해에서 지구 바깥까지 이른다. 어느 공학 분야라고 수학과 물리학이 빠질 리가 없겠지만 기계공학은 학문의 특성상 수학과 물리학을 정말 요구를 많이 한다. 기계공학이 다루는 분야가 워낙에 광범위하기 때문에 역학 분야는 물론이고 수학적 지식도 역학 분야와 연계되어 나오기 때문에 수학과 물리학을 무조건 많이 알아야 한다. 생산 및 제조공학의 경우 산업공학의 생산관리 및 품질경영 등의 분야와 연계성이 상당히 높고, 센서, 회로, 반도체 등을 다루기 위해 전자공학을 함께 배우기도 하며, MEMS(Micro Electro-Mechanical System)나 여타 기계의 시뮬레이션을 수행하기 위하여 컴퓨터공학을 공부하기도 한다. 새로운 재료를 적용시키고 이에 맞는 설계를 하기 위해서 재료공학과도 많은 교류가 필요한 학문이며, 최근 들어서는 심지어 생명과학과도 접점이 있다.
- 5. 학과에서 배우는 내용은? 기계공학은 산업의 꽃으로 자동차공업, 산업기계, 공작기계, 플랜트산업, 로봇공학, 항공 및 중화학공업 등과 같은 기간산업의 중추적인 역할을 담당하고 산업발전의 초석이 되고 있으며, 과학적이고 경제적인 생산을 위해 기본 4역학, 유체공학, 열공학, 기계공작, 기구설계, 구조해석, 자동차공학, 생산자동화, 계측제어, 가공및조립, 에너지 변환 및 관리와 이용 등의 학문을 체계적으로 공부하는 분야다. 기본 역학을 바탕으로 한 생산성의 향상을 위한 새로운 개념의 기계설계기술과 가공기술, 열/유체공학, 대체에너지, 냉동공조공학, 자동차공학을 비롯한 에너지의 효율적 이용, 로봇공학, 계측제어기술, 미소전자기계(MEMS), 유연생산시스템, 컴퓨터응용, 공장자동화를 비롯한 사무 및 가정의 자동화에 이르기까지 새로운 시대의 기술혁신에 적합한 교과목을 배운다. 졸업 후 진로 우선, 지금의 고등학생들이 인생 진로를 생각할 경우에는 본격적으로 사회에서 중추적인 역할을 할 때인, 즉, 약 20년 후의 미래의 자기 모습에 대한 꿈을 가져야 한다. 그리고, 그 때에 가서는 사회가 급변하는 속도를 보아서 한국 안에서의 자기 모습이 아니라, 세계 속에서의 자기 모습을 그려보아야 한다. 왜냐하면, 그 때 가서는 이미 세상이 지금보다 훨씬 좁아져 있을 것이기 때문이다. 예를 들어서, 연구소에서 연구팀장으로 일하는 모습을 머리 속에 그린다면, 국내의 연구소도 가능하겠지만, 세계적으로 유수한 연구소도 고려하여야 한다는 의미이다. 정부에서 일하는 모습을 그린다면, 당연히 통일 한국의 정부에서 일하며, 국제적으로 협력을 활발하게 하는 모습을 그려야 할 것이다. 모대학교의 기계항공공학부의 졸업생들의 1990년부터 1996년까지의 진로를 살펴보면, 학사 졸업생의 66%는 석사과정으로 진학하였으며, 석사의 44%는 박사과정으로 진학하였다. 그러나, 결국 석사와 박사과정을 마치고는 사회로 진출하므로, 궁극적으로 기계항공공학부로 입학한 학생들 중에서 60%는 기업체로, 14%는 연구소로, 5%는 교육기관으로, 1%는
- 6. 정부기관으로 각각 진출하였으며, 나머지 20%는 기타로 분류된다. 그러나, 이러한 비율은 사회 환경의 변화에 따라서 점점 변화할 것이다. 특히, 근래의 ‘IMF 환경’과 같이 급변하는 사회 변화에 따라서, 정부로 진출하는 비율과 소규모 벤처기업으로 진출하는 비율이 급격하게 증가될 전망이다. 기업체로 진출하는 경우는, 우선 대기업에서 현장, 영업, 생산 관리, 개발 등의 직무를 두루 거친 후에 드디어 임원으로 일하게 되는 진로가 있다. 1995년 현재 10대 대기업의 경우 52%이었으며, 1996년에 공대 출신이 임원으로 승진한 비율이 약 80%라는 통계가 있다(‘모대학교 공과대학의 교육혁신‘ 보고서에서). 기술이 회사 운영에서 차지하는 비중이 점점 커지므로, 앞으로 더욱 많은 공대 출신이 임원으로 일하게 되리라고 기대하고 있다. 그리고, 거의 대부분의 졸업생들이 자리를 잡고 있는 부분이 대기업의 기술연구소이다. 각 대기업의 기술연구소에서 신제품을 개발하기 위한 핵심기술을 개발하고 있는 것이다. 자동차회사의 기술연구소를 상상해보면, 우리 학부 졸업생이 대기업에 진출하였을 경우의 모습을 짐작할 수 있을 것이다. 그러나, 현재의 고등학교 학생들은 여기에서 한발 더 나아가서, 20년 후의 기업은 더욱 세계적으로 널리 분포되어 있으리라는 생각을 가져야하며, 굳이 우리 나라의 회사에서 일하는 모습만을 생각해서도 안된다. 좀 더 크게 기업에서 일하는 자기의 미래의 모습을 상상하여 보기를 바란다. 연구소로 진출하는 경우에는 국내의 KIST, 기계연구소(KIMM), 생산기술연구원 외에도 많은 연구소들이 있다. 그리고, 국제적으로 눈을 돌려보아도 미국의 Jet Propulsion Lab, Sandia Lab, NASA 산하의 연구소, NIST 등 창의적인 연구를 주도하고 있는 연구소들이 많이 있다. 화성탐사에 사용되었던 path finder도 Sandia Lab이 주도가 되어 개발되었다. 교육기관으로 진출하는 경우는 대학교의 교수가 되는 것을 의미한다. 후세들에 대한 교육을 통하여 자기가 전공으로 하는 분야에 대한 전문 지식과 창의적인 사고방식을 계발시키고, 대학원 과정의 학생들과 함께 연구활동을 통하여 새로운 이론을 창안하거나, 새로운 기술을 개발하며, 산학프로젝트를 통하여 산업체의 애로기술을 해결하여 주는 일 등을 수행한다. 이제는 대학교도 교육 기능은 물론이고, 하나의 거대한 연구집단으로 볼 수 있다. 한편, 기술자의 활동영역이 정부의 행정부처로 확대되어 주요한 산업정책을 수립하고 기술개발 계획을 정립하는 일을 할 수도 있다. 또한, 변리사나 변호사라는 진로를 택하여, 국제적인 특허관련 업무를 처리하는 일도 전망이 좋은 영역이라고 하겠다. 이러한 진로로 진출할 경우에도 기계공학과 같은 기반공학을 전공하면 좋은 기초를 쌓을 수 있다. 마지막으로, 유망한 분야 중의 하나가 소규모 집단의 기술을 기반으로 하는 기업을 일으키는 진로를 생각할 수 있다. 특히, 근래에 벤처기업을 창업하는 사례가 점점 증가하고 있으며, 현재 모대학교 기계공학 전공 분야 내에서도 현재 8개 정도의 벤처기업이 창업이 되어 모대학교
- 7. 공과대학의 창업네트워크의 지원을 받고 있다. 세계 시장을 대상으로 창의적인 기술을 바탕으로 소규모 집단의 벤처기업을 일으켜 도전하고 돈도 많이 버는 것 또한 신세대의 기계공학자가 그려 볼 수 있는 유망한 진로라고 하겠다. 성공한 기계공학자들 < 현대자동차의 정몽구 < 테슬라의 엘론 머스크 ● 결론 앞서 말했듯이, 기계공학과는 공학 중에서도 가장 넓게 작용되는 학문이라는 것을 언급하였다. 이 점에서 생각해 본다면 그 원리들에 대해서도 많은 적용을 해보아야 한다는 뜻이다. 그래서 우리들은 1학년 때부터 물리동아리 소속으로 많은 물리의 원리들을 배우고 여러 가지 장치로 실험을 해보며 연구논문도 작성했고, 이를 바탕으로 좋은 성과를 거둘 수 있었다. 이 글을 읽는 독자 또한 기계공학을 배워서 세상의 많은 문제점을 해결해나가는데 일조하는 기계공학도가 되었으면 하는 바람이 있다.
- 8. R E P O R T 담당교사 윤석빈 선생님 이름 정태훈, 배지훈 학과명 컴퓨터공학, 자동차공학 학번 30918, 30513 학과조사 (기계공학, 전기전자공학, 자동차공학, 컴퓨터 공학을 중심으로)
- 9. ● 서론 컴퓨터 공학에 대해 연구하게 된 계기(정태훈) 고등학교 때부터 진로를 컴퓨터 개발자로 생각했지만, 그에 비해서 컴퓨터 공학에 대해 잘 모르고 있다고 생각하였다. 대부분의 사람들은 컴퓨터 공학이라고 하면 코딩하는 사람이라고 생각하며, 또한 컴퓨터 공학과 학생들이 컴퓨터를 잘 고칠 것이라는(?) 생각을 하는 등 컴퓨터 공학에 대해 예상 외로 많은 오해를 가지고 있으며, 나조차도 컴퓨터 공학에 대해서 많은 오해를 하고 있다는 것을 알게 되었다. 그래서 이번 “공학연구소”를 계기로 컴퓨터 공학에 대한 오해와 진실을 알아보고, 컴퓨터 공학이란 어떤 학문이며, 컴퓨터 공학에서 어떤 활동을 하며, 졸업 후 어떤 직업을 가질 수 있는지와, 앞으로의 전망 등을 알아보고자 한다. 자동차 공학에 대해 연구하게 된 계기(배지훈) 장래 희망이 기계공학자이기 때문이다. 그러나 기계공학과 분야는 종류가 상당히 많기 때문에 조금 더 세분화할 필요가 있다고 생각했다. 따라서 나는 기계공학의 종류인 자동차공학과에 대해서 연구하고자 한다. 자동차공학과를 조사하기에 앞서 관련 학과, 예를 들어 기계공학과, 전기전자공학과를 조사하고, 마지막으로 자동차공학과를 조사해보고, 각 학과의 전망을 살펴보도록 하겠다. ● 본론 1. 공학에 대한 배경 지식 1. 기계공학 기초부문에는 재료의 강도와 변형을 다루는 재료역학, 외력이나 운동에 의해 생기는 속도 · 가속도 ·진동을 다루는 기계역학, 기계를 구성하는 각 부분의 상호운동을 다루는 기구학, 유체 의 운동을 다루는 유체역학, 열을 이론적으로 다루는 열역학 및 에너지의 전달현상을 다루는 열전달 등이 있다. 기계의 각 부분에 작용하는 외력, 운동에 의해 생기는 마모나 부식 등 여러 조건에 견디는 재료를 선택하는 데 필요한 재료학도 기초 부분의 하나이다. 기계가 뜻한 대로 성능을 발휘하려면 어떻게 제작하는 것이 좋은가를 연구하는 기계설계, 설 계한 것의 제작법을 다룬 기계공작법, 에너지를 이용하여 동력을 얻는 데 필요한 증기원동기학 ·내연기관학 ·선박기관학, 그것들의 응용인 차량공학 ·공작기계학, 그 외에 물품을 들어올리고 운반하는 운반기계, 물을 끌어올리는 펌프 및 정밀기계, 전기기계 ·소성가공 ·냉동기 ·난방기 등 기계공학의 범위와 대상은 매우 광범위하다. 최근에는 자동제어 ·생산관리 ·산업능률 ·인간공학 ·공해문제 ·계산 기계 등도 기계공학에 포함시켜 연구하고 있다. 기계공학은 일상생활에 필요불가결한 미래자동차기술 그리고 전 국토를 하루 생활권으로 현 실화하는 초고속열차기술, 더 나아가 지구 전체를 국경 없는 세계국가로 만든 현대항공기술과 다양한 응용성을 보여주며 미래 생활공간인 우주를 개척하는 인공위성우주기술, 우리 생활을
- 10. 안락하고 편안하게 해주는 에너지기술과 수많은 현대식 공장들의 자동화된 첨단 로봇 생산시스 템기술 등의 근간을 이루는 첨단핵심공학 학문분야입니다. 최근에는 학문의 복합화, 융합화 추세에 따라 극초미세 MEMS 나노기술, 인간의 질병치료와 연관된 인공장기 등 인체의 공학적 해석을 시도하는 스포츠과학기술 등도 새로운 기계공학분야 로 대두되고 있습니다. 기계공학은 실생활에 필요한 기계들에서 산업기계에 이르기까지 모든 산업의 근간을 이루는 학문분야라 할 수 있습니다. 기계공학과는 탄탄한 기초과학과 실용적인 공학부문의 지식습득을 통해 산업현장에 능동적으로 적응할 수 있는 능력을 배양시키고자 합니다. 또한 종합적인 설계 교육의 강화로 응용력 및 독창적 사고를 지닌 기계공학인을 배출시킵니다. 이로써 현대 산업사회에서 변화하는 산업체의 요구와 정보화 시대에 적응하기 위한 전문적 이고 창의적인 인재 양성에 교육목표를 두고 있습니다. 2. 전기공학 전기공학은 수학, 물리학, 화학 등의 기초과학을 바탕으로 하여 화석연료, 수력, 원자력, 풍 력, 태양광(열), 조력 등의 자연 에너지원을 전기에너지로 변환하는 분야의 연구로부터 변환된 전력을 효율적이고 안정적으로 수송하는 분야의 연구, 전기에너지를 빛, 열, 그리고 동력 등과 같은 또 다른 형태로 에너지를 변환하고 제어하는 연구, 이러한 전기의 발생과 수송 및 활용에 필요한 소재, 재료, 부품, 시스템 등을 연구하는 학문입니다. 3. 전자공학 전자공학은 일상생활에서 발생되는 여러 가지 유형의 신호를 목표에 합당한 유형으로 변환 하는 것과 관련된 학문입니다. 따라서 반도체 소자를 이용한 회로의 설계, 그 신호를 필요로 하는 곳까지 효율적으로 전송하는 방법과 신호에 따라 계통의 특성을 제어하는 방식 등을 연구 합니다. 전자공학과는 통신망, 멀티미디어 신호처리, 무선통신 등 심오한 이론 지식과 실제적인 문제해결 능력을 겸비한 우수한 전자공학 엔지니어를 양성하는 것에 교육목표를 두고 있습니 다. 4. 자동차공학 자동차공학이란 기계공학의 한 분야로 자동차를 구성하는 각 파트의 공학적 학문을 다루는 분야이며 자동차의 설계, 조립, 시뮬레이션 및 전체 자동차시스템과 개별부품의 동작에 대한 포괄적인 연구가 동시에 이루어지는 학문이다. 자동차 공학은 자동차의 설계, 조립, 시뮬레이션 및 전체 자동차시스 자동차공학의 학문적 세부 분류는 자동차의 동력원에 해당하는 엔진시스템 및 이와 관련한 연소, 윤활, 냉각, 연료 및 흡/배기시스템에 대한 공학적 학문과 자동차를 구동하는 동력전달계통, 제동, 현가 및 조향
- 11. 시스템에 해당하는 새시 파트의 공학적인 학문을 들 수 있다. 또한 편의장치를 비롯한 전기/전 자시스템을 연구하며, 차체와 관련한 안전성, 경량화, 공력성능 및 재료에 대하여 공학적으로 접근하는 학문이라 할 수 있다. 현대시대에 대부분의 자동차에 적용된 내연기관은 화석연료의 사용으로 작동된다. 이러한 석 유로부터 얻어진 연료는 연소 시 인체에 매우 유해한 물질을 배출하며 석유자원의 고갈 역시 심각한 문제로 대두되고 있다. 또한 내연기관을 적용하는 자동차에서 배출되는 이산화탄소는 매우 많은 양이 배출되며 지구온난화의 주범으로 인식되고 있다. 이에 대응하기 위하여 전 세 계 자동차 제작사들은 석유를 연료로 사용하는 내연기관 대신 전기모터를 적용한 전기자동차 개발에 힘을 쏟고 있다. 이와 같은 전기자동차의 기술개발에 따라 자동차 전력공급 및 전기/전자제어 분야의 학문이 더욱 발전을 하고 있으며 동시에 배터리 제조기술 역시 발전하고 있는 추세이다. 또한 자동차 는 이러한 기술과 더불어 고도의 기동성능과 안전성, 보안성, 조종성능을 갖춰야 하며 현재는 대기 환경오염에 대응할 수 있는 친환경적인 자동차 기술개발이 핵심적으로 이루어지고 있다. 자동차공학은 자동차의 설계와 생산에 필요한 관련 기술들을 다루는 분야로서, 기계 공학을 근간으로 하여 제어 및 계측공학, 재료공학 등 관련분야의 일부 영역을 포함합니다. 자동차공 학과는 이론과 소프트웨어를 통하여 배운 지식을 충분한 실험 및 실습을 할 수 있는 공간과 장비를 갖추고 교육함으로써 높은 실무 적용능력을 갖춘 전문 인력 양성에 교육목표를 두고 있 습니다. 5. 컴퓨터공학 컴퓨터 공학은 컴퓨터의 구조와 운영체제의 원리부터 계산 모델과 프로그래밍 언어, 알고리 즘까지, 컴퓨터 시스템과 컴퓨터와 관련된 여러 기술을 개발하여 익히고 이를 각 분야에 응용 함을 목적으로 하는 학문이다. 우리나라에서는 크게 하드웨어와 소프트웨어 부분으로 나눠지고, 해외에서는 컴퓨터공학과 컴퓨터과학으로 나눠진다. 하드웨어 부분에서는 전자기학 이론 분야와 마이크로프로세서 분야, 전자회로 분야 등으로 나눠지는데 이 부분이 전자공학에 가까우며, 소프트웨어 부분에서는 컴퓨터 과학 이론 분야와 프로그래밍 분야, 컴퓨터 시스템 분야 등으로 나눠진다. 하지만 해외에서는 다르다. 해외에서의 컴퓨터 분야는 공학과 과학을 구분 짓는다. 컴퓨터 과학은 이론 중심적이며, 공학은 응용 중심적인 관점인 점에서 이 둘은 다른 분야를 걷고 있으 며, 컴퓨터 과학의 경우는 수학이 이론의 대부분을 차지하기 때문에 컴퓨터 과학은 수학이랑 같다고도 볼 수 있다. 그렇다면 우리나라의 컴퓨터 공학과 해외의 컴퓨터 공학이 왜 다른 경로를 걷고 있을까? 이
- 12. 는 맨 처음 생겼을 때부터 돌아가보면 알 수 있다. 해외의 경우 컴퓨터는 말 그대로 ‘계산하는 기계’에서 처음 시작하였다. 이렇기에 수학을 기본적으로 갖춰져야 했다. 게다가 컴퓨터는 2차 세계 대전을 통해 암호학 등과 연관 지어지면서 발전해왔다. 하지만 지금처럼 1테라의 하드와 8기가의 램 등은 꿈도 꾸지 못했다. 그렇기에 일단 이론이 발전된 후에 기술이 만들어지기 때 문에 해외에서는 일단 컴퓨터 과학을 중심으로 발전할 수밖에 없다. 그렇지만 우리나라의 경우는 1970~80년대 컴퓨터가 처음으로 수입되면서 시작하였고, KAIST와 POSTECH을 중심으로 컴퓨터 공학이 처음 도입되었다. 당시 사회에서는 빠르게 개발 자를 만드는 것을 원했기에, 사회의 요구에 의해 가장 빨리 적용시킬 수 있고, 빠르게 IT인재를 양성할 수 있는 컴퓨터 공학 분야를 중심으로 발전하게 되었다. 2. 공부하는 주요 교과목 및 커리큘럼 1. 기계공학 [기계공작법] 원소재를 각종 방법으로 절삭하여 부품을 만드는데 필요한 방법과 이론에 대해 배웁니다. [재료역학] 역학의 기본원리와 평형구조의 해명에 중점을 두어 1차원 연속체부터 3차원 연 속체까지 역학의 원리의 적용에 대해 배웁니다. [연소와 공해] 연소과정에서 발생하는 여러 현상과 대기 오염물질을 억제하는 기술에 대해 배웁니다. [자동차 공학] 자동차용 동력기계의 발달과정을 학습하고 원동기의 이론적 작동원리의 구조, 성능 등을 비교하여 설계의 기초를 배웁니다. [재료강도학] 재료역학에서 다루지 못한 재료의 항복에 대한 구체적인 개념과 재료파괴에 대 한 기구와 모델에 대해 배웁니다. 2. 전기공학 [전기공학실험] 전기공학의 실험교육 강화를 위한 기초적인 각종 소자 원리, 기초회로정리 및 실험을 익히며 각종 측정기기의 조작방법 및 특성 등에 대해 배웁니다. [전기회로] 전기회로에서의 여러 가지 정리 및 법칙과 전압, 전류, 전력 및 페이서에 대한 개념 확립 등 회로의 기본에 대하여 배웁니다. [디지털회로] 디지털 전자회로의 설계에 필요한 기본적인 디지털논리회로 설계와 디지털회로 의 해석에 필요한 이론 및 실험을 체계적으로 공부하여 디지털신호를 다루기 위한 회로의 설계 기술을 배웁니다.
- 13. [전자기학] 전계, 전속밀도, 전위, 정상전류, 자계와 자성체등의 전기공학의 기초가 되는 전 계 및 자계에 관한 이론을 소개하고, 실제 응용분야에의 적용방안에 대해 배웁니다. [전자회로 및 설계] 반도체회로의 근본 동작원리 및 응용인 BJT, FET로 구성되는 회로의 소· 대신호 특성과 각종 증폭기의 작동원리 및 주파수 응답특성에 대해 배웁니다. [제어공학] 제어공학의 역사와 피드백 시스템의 원리, 연결 및 이산시스템의 특성과 제어시 스템의 모델링, 라플라스 및 Z-변환, 상태 공간 표현법 등을 배웁니다. 3. 전자공학 [물리전자공학] 전자의 물리적 현상을 이해하기 위한 양자역학과 양자통계를 다루고, 고체에 서의 밴드이론의 기초와 세미컨덕터의 물리적 제 현상들에 대해 배웁니다. [디지털 통신] 불규칙 신호론, ASK, FSK, PSK 등 디지털 변조방식, 디지털 복조방식의 성능 분석, 다원 접속 등에 대해 배웁니다. [신호 및 시스템] 신호의 표현을 위한 푸리에, 라플라스 변환 등을 익히고 선형시스템을 이 해하고 해석하기 위한 기법들과 선형 시스템의 성질을 이해하고 해석하는 방법을 배웁니다. [컴퓨터프로그래밍] C언어의 기초적 문법과 배열, 함수의 이해 및 응용, 구조체, 공용체 그 리고 포인터를 사용한 메모리 접근 및 파일 처리에 관하여 배웁니다. [물리학 및 실험] 주로 전자기학, 물성, 원자물리학, 초보적인 입자물리학 등에 대하여 강의 및 실험을 병행하여 배웁니다. [통신 네트워크] 통신네트워크는 이더넷에 기초하거나 이와 유사한 여러 통신망들을 체계적 으로 연구하는 과목으로서, 각종 랜구조, 이더넷 접속 방법, 스위칭, 라우팅 등의 특성을 소개 하고 이들을 이용하여 통신네트워크를 구성하는 다양한 방법들을 강의합니다. 4. 자동차공학 [동역학] 운동중인 물체의 기하학적 현상을 취급하는 운동학과 운동을 일으키는 힘의 해석을 포함하는 운동역학에 대한 문제들을 해결하기 위한 지식을 배웁니다. [공업물리] 물리학 전반에 걸친 소개와 방법론을 강의하며 기본 물리량, 벡터와 스칼라, 1·2·3차원에서의 입자 및 입자계 운동학, 기하광학, 물리광학과 그 응용 등을 배웁니다. [정역학] 힘과 모멘트에 대한 개념과 이들의 합력 및 힘 계의 평형을 자유물체도를 이용하여 고찰하고 기계구조물에 대한 평형방정식 원리의 응용, 등분포하 중, 마찰 등을 배웁니다.
- 14. [전기전자기초] 전기 및 전자시스템의 기본원리를 이해하고 기초 기계전자, 기본 장비의 활 용을 위한 원리와 이용방법, 전자기초 등 메카트로닉스의 기초를 배웁니다. [재료역학] 기계나 구조물의 각 부재가 받는 하중과 응력 및 그에 수반되는 변형 상태를 예 측할 수 있는 능력을 배양하고, 재료의 강도와 안전 및 기계설비의 기본원리를 배웁니다. [유체역학] 유체의 특성과 유체가 기계에 미치는 힘, 모멘트 등 유체가 기계에 미치는 다양 한 특성들을 이해하고 엔진내부에서 일어나는 유체의 거동 및 특징들을 배웁니다. [연소이론] 자동차 엔진이 작동되기 위해서는 엔진내부에서 연료의 연소 현상을 파악해야하 는데 엔진내부에서 발생하는 연소현상 및 특성 연소현상이 엔진성능에 미치는 영향 등을 배웁 니다. 5. 컴퓨터 공학 컴퓨터 공학의 경우 대학마다 커리큘럼에 차이가 조금씩 있지만, 대부분 비슷하다. 필자는 효율성을 위해 한양대를 기준으로 컴퓨터 공학의 커리큘럼은 어떤지에 대해 설명하겠다. 전에 말했듯이 대학마다 커리큘럼에 차이는 있지만, 보통 1학년 때는 수학, 물리처럼 기초필 수 과목과 C언어같이 컴퓨터 언어를 익힌다. 그리고 2학년 때부터 컴퓨터 공학에서 사용하는 다양한 논리들을 익히고, 3학년과 4학년 때는 첨단 기술같이 컴퓨터 활용을 중심으로 커리큘 럼이 맞춰져 있다. 3. 각 학과의 미래 전망 1. 기계공학 기계공학과는 실생활에서 필요한 기계의 설계와 생산부터 자동차, 초고속 열차, 인공위성, 에너지, 로봇, 인공장기, 나노기술 등 미래의 첨단기술에 대해서 배우는 학과다. 기계는 모든 산업에서 필요하고 더 발전함에 따라서 기계공학과의 중요성은 유지될 것이라고 전망된다. 특 히 전공 후 졸업할 때에는 기계 또는 장비 생산하는 회사에 들어가 취직할 수 있고, 이 외에도 기계직 공무원 또는 연구소에서 일할 수 있으므로 취직의 폭이 넓다고 할 수 있다. 그러나 많 학년 커리큘럼 1학년 일반물리, 미분적분학, 이산수학, C프로그래밍, 컴퓨터개론및실습 2학년 자료구조론, 알고리즘, 시스템프로그래밍, 마이크로프로세서응용, 논리설계및실험 3학년 데이터베이스시스템, 운영체제, 컴퓨터구조, 오토마타및계산이론, 프로그 래밍언어론, 컴파일러, 소프트웨어공학 4학년 데이터마이닝, 인공지능, 컴퓨터보안, 컴퓨터그래픽스, 정보검색
- 15. 은 자격증을 따야할뿐더러 지식을 제대로 갖추고 있어야 일을 원만하게 처리할 수 있으므로 큰 노력이 필요할 것이다. 2. 전기전자공학과 전기전자공학과도 기계공학과와 큰 차이는 없다. 전기전자공학과는 대학 때 배운 지식을 응 용하여 사용하며 많은 부분이 드러났기 때문에 창의적으로 이용할 수 있는 방법을 찾아내는 것 이 목표이다. 또한 여러 에너지를 효율적으로 생산하고 운송하는 데에 필요한 시설 및 재료를 연구한다. 전지 제작 기술도 이 중 하나인데, 반도체 생산 기술에 비해 전지 제작 기술이 발전 속도를 따라잡지 못하고 있어 전지 용량이 큰 전지 개발이 시급하다. 그리고 이외에도 미래의 삶에서 우리 삶을 보다 유용하게 해 줄 미래첨단기기를 제작 및 연구하는 것도 전기전자공학과 의 목표이다. 이 학과는 특히 창의성이 필요한 것 같다. 3. 자동차공학 자동차는 우리 생활에서 밀접한 관련이 있기 때문에 전망이 밝을 것으로 예측된다. 특히 문 제로 떠오르고 있는 자동차에 의한 환경문제로 인해 연구가 제법 빨라지고 있는 실정이다. 이 런 것과 관련하여 미래자동차공학이 새로 생성된지 얼마 되지 않았는데, 확실히 이 학과는 전 망이 매우 밝다고 할 수 있다. 자동차학과를 졸업하면 꼭 자동차 관련 산업이 아니더라도 미래 지향적 에너지, 로봇, 나노 기술 등에도 사용될 수 있어 다양한 진로의 선택이 가능하다. 4. 컴퓨터 공학 컴퓨터 공학은 졸업 후 다양한 경로로 취직이 가능하다. 특히 소프트웨어의 중요성이 유독 부각되고 있는 우리나라의 실정으로 수요가 급증하고 있다. 먼저 기업계에서는 국내나 국외의 인터넷 서비스업체, 전자업체, 컴퓨터개발업체, 게임개발업 체, 애니메이션관련업체 등 소프트웨어 개발이 필요한 업체와 공기업, 금윰기관 등 자체적인 컴퓨터 시스템 관리를 필요로 하는 모든 기업에 진출할 수 있다. 또한 공공기관의 경우에는 정부 중앙 부처나, 한국콘텐츠진흥원, 한국소프트웨어진흥원, 국가 정보원, 한국전자통신연구원 등 다양한 부처에 취직이 가능하다. 그 외에도 기술·개발 분야에서 컴퓨터공학기술자, 응용소프트웨어개발자, 시스템소프트웨어개 발자, 컴퓨터보안전문가, 웹개발자, 데이터베이스관리자, 네트워크시스템 분석가 및 개발자, 멀 티미디어기획자 등 다양한 직업을 할 수 있다. 추가로, 최근 1인 기업이나 스타트업 등 최근 들어서 다양한 진로가 생기고 있고, 특히 실력 이 있다고 하는 개발자들은 대부분 프리랜서로 활동하고 있다.
- 16. ● 결론 컴퓨터 공학과에 진학하기 위해 노력해야 할 점 그렇다면 이제 컴퓨터 공학에 진학하기 위해서 어떤 노력을 해야 할까? 내신 성적이나 수능 성적도 고려해야 할 것이다. 그 중에서도 컴퓨터의 경우는 물리, 수학이 큰 비중을 차지하기 때 문에 이 2 과목에 신경을 쓰는 것이 좋을 것이다. 물론 수능으로 컴퓨터 공학에 진학할 경우 솔직히 수학과 과학(과목에 관련 없이), 영어에 큰 비중을 두고 좋은 성적을 얻는 것이 중요하 다. 하지만 수시를 한다면 전공과 관련된 과목(수학, 물리, 정보과학 등)의 내신 성적을 올리는 것과 자신이 이 전공에 적합하다는 것을 자기소개서와 학생생활기록부를 통해서 표현하는 것이 중요하다. 필자의 개인적인 소견으로는 다양한 컴퓨터 언어를 배워보는 것을 추천한다. 컴퓨터 공학에 들어가서 컴퓨터 언어는 절대적으로 필요하다. 이때 만약 C언어를 알지 못한다면 1학년 때부터 이해하기 힘들고, 이 시기를 잘 벗어나지 못하면 진로에 대해 회의감이 들기 쉽기 때문 이다. 그리고 동아리를 적극적으로 활용하는 것도 좋은 방법이다. 그 외에도 정보 올림피아드 등 각종 대회에 참가하는 것을 추천한다. 외부 대회 수상실적을 남기지는 못하지만, 대회를 하 면서 만든 SW나 느낀 점은 활용할 수 있다. 대회가 부담스럽다면 적어도 산출물이 나올만할 작품을 만들어보는 것을 시도해보는 것도 좋다. 하지만 필자는 가장 중요한 것은 융합이라고 생각한다. 현재 컴퓨터공학은 Red-Ocean의 상 태로, 컴퓨터 공학과 학생들이 정말 많이 흔해진 상태이다. 그렇기에 단순히 컴퓨터공학만으로 는 살아남기 힘들다. 단순히 회사를 위한 코더(코딩하는 사람)가 될 뿐이다. 그렇기에 인문학이 나 심리학부터 역사, 생명, 지구과학 등등 다양한 학문 중에서 자신의 흥미나 적성에 맞는 것을 선택해서 어떻게 융합을 할 것인지 생각해보는 것을 추천한다. 컴퓨터공학은 어떤 학문이라도 대부분 자연스럽게 융합이 가능하다. 이렇게 융합을 성공적으로 한다면 적극적으로 자신의 직업 을 창조하면 자신의 진로를 정하는 데 많은 도움을 줄 것이다. 자동차공학을 조사하면서 느낀 점 및 노력해야 할 점 자동차 공학에 대해서 조사하면서, 다양한 학과를 조사하게 되었다. 기계공학과 전기전자공학 과 등 다양한 공학계열의 과목들이었다. 자동차공학을 비롯한 나머지 학과들도 되게 전망이 좋 다고 한다. 처음에는 기분이 좋았으나, 막상 전망이 좋으면 다른 사람들과의 경쟁도 치열해질 것이라는 걱정이 앞서기 시작했다. 내신도 수학과 과학이 부족하다. 공학계열은 수학과 과학을 특히 잘해야 하는데 말이다. 이를 극복하려면 어떻게 해야 할까? 우선 첫째도 노력, 둘째도 노력일 것이다. 개념을 충실히 정리하 고, 관련 문제도 많이 풀어본다면 해결할 수 있을 것이다. 관련 분야의 책을 읽는 것도 도움이 될 것이다. 이해가 안 되는 것, 교과서나 개념서 만으로는 부족한 것이 있다면 쉽게 풀이해 놓 은 책을 읽으면 될 것이다. 예를 들어 반도체 관련 책이다. 과제 연구 중 반도체 부분에서 나는
- 17. 이해가 잘 되지 않았다. 그러나 교수님께서 추천해 주신 책을 읽어보고 다시 한 번 이론을 접 하니 큰 도움이 되었던 것이다. 또한 고등학교에서 과학 관련 실험을 자주 접하는 것도 좋다. 공학계열은 순수한 이론만을 다루는 것이 아닌 실험형 과목이라고 할 수 있겠다. 이론들을 통해 이들을 합치고 응용하면서 사람들에게 큰 도움이 되는 것이 이들의 목표이다. 따라서 과학 장비 들을 다루어 보는 것이 적절하다고 생각한다. 고등학교 3학년이 되어보니 진로 결정을 하는 생각하는 것 보다 훨씬 어렵다고 생각하게 된 다, 1학년 때 꿈꿔왔던 직업 또는 학과를 선택할 수 없다는 것에 대한 충격도 크다. 그래도 아 직 늦지 않았다. 지속적으로 진로에 대해 연구하고 나만의 길을 찾아낼 수 있다면, 내가 되고 싶은 사람이 될 수 있을 것이다.
- 18. R E P O R T 담당교사 윤석빈 선생님 이름 이시웅, 고성빈, 강일호 학과명 산업 공학과 학번 30519, 30901, 31001 학과조사 PPT (산업 공학을 중심으로)
- 19. 17
- 24. R E P O R T 담당교사 윤석빈 선생님 이름 김종휘 학과명 교육학과 학번 30509 학과조사 (교육학을 중심으로)
- 25. ● 서론 동아리에서 한 가지 주제를 가지고 그것에 관해 연구보고서를 제출하라는 말을 듣고 주제를 무 엇을 할까 고민하던 도중, 가족을 포함한 주변 사람들이 가장 많이 접하고 있고 나의 진로사항 이기도 한 교육 분야에 대해 연구해보기로 했다. ● 본론 교육은 무엇인가? 일단 교육은 무엇인가? 교육의 정의는 인간이 삶을 영위하는데 필요한 모든 행위를 가르 치고 배우는 과정이며 수단이다. 어원은 맹자의 득천하영재이교육지(得天下英才⽽敎育之)에서 따온 단어이다. 한자를 풀이해보면 갓난아이를 때려서 가르친다는 뜻이다. 오해의 소지가 있 어 부연을 하자면 敎는 ⽘와 ⼦의 합친 자(이끌 교)에 攵(치다 복)가 합친 자다. ⽘+⼦는 자 식이 본받도록 가르치는 것을 의미하고, 거기에 회초리가 들어가는 식이다. 이를 쉽게 말하자 면 인간을 인간답게 만들어 주는 모든 행위를 아우르는 것이다. 노자는 ‘사람에게 물고기를 주면 하루를 먹일 수 있지만, 물고기를 잡는 법을 알려주면 평생을 먹일 수 있다.’라는 말로 교육의 중요성을 강조하였고, 윌리엄 버틀러 예이츠는 ‘교육은 양동이를 채우는 일이 아니라 마음속의 불을 지피는 것이다.’라고 하며 교육의 방향성에 대해 말하였다. 교육의 요소 교육의 요소로는 3가지를 들 수 있다. 1. 주체와 객체 교육자와 학습자. 교육자와 학습자가 같은 경우도 있다. 2. 장소 교육이 이루어지는 장소에 따라 가정교육, 학교교육, 사회교육으로 나눈다. 가정교육은 가 정에서 이루어지는 교육으로서 가치관, 태도, 도덕관념 등을 습득하게 된다. 학교교육은 학교 에서 정해진 교육과정(curriculum)에 따라 이행된다. 사회교육은 사회에서 행해지는 교육으로 서 인생의 대부분을 차지하는 교육이다. 장소와 무관한 교육으로 원격교육이 있다. 3. 방향성 교육은 가르치는 것에서도 특히 '바람직한' 방향을 의미한다. 이를테면 이라크 레반트 이슬 람국가에서 테러리스트에게 테러방법을 가르치는 것은 '교육학적 의미'의 교육이 아니다. 흔히 폭력물, 조폭물을 보면 '얘 좀 교육시켜라'라는 말이 나오는데 이 역시 교육학에서 규정하는
- 26. 교육은 전혀 아니다. 교육은 무조건 '바람직한'방향으로 훈육이나 학습이 이루어질 때 교육이 라고 하는 것이다. 하지만 학술적으로 이 '바람직한'이라는 단어는 별로 좋지 못한 단어인데, 개념을 명확히 설명할 수 없고 사회의 변화에 따라 유기적이기 때문이다. 그래서 교육학자들 은 교육에 대한 명확한 정의를 내리고 싶어 하나 어려운 부분이다. 교육의 정당성 교육의 정당성에 대해 말하자면 ‘왜 사람을 교육시켜야 하나?’라는 질문에 대한 근거라고 할 수 있다. 교육의 정당성에 대해서는 교육의 필요성과 가능성 차원에서 논의되는 경우가 많 다. 오늘날에는 교육이 너무나도 당연한 활동으로 인식되고 이에 따라 정당성 역시 암묵적으 로 당연시되는 경향이 있다. 이에 대한 특성은 아래와 같다. 필요성 '왜 인간에게 교육이 없어서는 안 되는가?'하는 질문에 대한 근거를, 교육의 필요성이라 할 수 있다. 만약 교육을 받지 않아도 된다는 사회적 합의가 있다고 가정하면, 교육은 반드시 필 요한 것이 아니게 된다. 이 점에 대해서 일찍이 이마누엘 칸트는 '사람은 교육에 의해서 인간 이 된다.'라고 하여 인간답게 살기 위해서 교육이 필요하다고 말한 바 있다. 현대 사회에 이 르러서도, 왜 교육이 필요한가 하는 문제는 여전히 의미 있는 물음으로 남아 있다. 인격성 이마누엘 칸트는 교육이 인간을 인간답게 만드는 일을 하며, 인간은 교육을 통해서만 인간 이 될 수 있다고 하였다. 인간을 교육을 받는 유일한 동물이며, 교육을 통해 동물성 대신 인 간성을 가지게 된다는 것이다. 따라서 인격자 양성을 주요목표로 보았고 도덕적 인격교육을 강조했다. 가능성 '사람을 교육하는 것이 가능한가?'하는 질문에 대한 근거를, 교육 가능성이라 할 수 있다. 교육이 필요하다고 하더라도, 그것이 인간에게 가능한 것이 아니라면 교육은 역시 정당성을 잃게 된다. 예를 들어 플라톤은 '덕(德)은 가르칠 수 있는 것인가?'라는 질문을 하며 철인 통 치자의 자연적 소양을 중시하였다. 현대 사회에 있어서는 교육 가능성의 문제가, '교육이 어떻 게 가능한가?' 하는 방법의 문제나 '교육이 어디까지 가능한 것인가?' 하는 한계의 문제로서 인식되고 있다.
- 27. 교육과 관련된 학과 이러한 교육을 후세에까지 전해야하기 때문에 교육의 최상위단계인 대학에서도 학생들을 교육자로 키우려는 학과를 많이 생성시켜 놓았다. 대강 종류와 그에 대한 설명이다. 초등교육과 초등학생을 가르치는 초등학교 교사가 되기 위해 진학하는 학과이다. 다른 사범교대와는 달 리 교육대학교가 따로 있다. 초등학생을 상대하는 직업이다 보니 다른 사범대에서 배우는 심 리학 과목에 아동심리학이 하나 더 껴있다. 또한 난이도가 극악하기로 소문난 중고등학교 임 용고시와는 달리 교육대학교를 나와야 초등임용고시를 볼 기회가 주어지므로 특히 남성일 경 우 성비를 채워야 하기 때문에 임용고시를 합격하기가 매우 쉽다는 여담이 있다. 교육학과 교육 현상들에 대해 과학적으로 탐구하고 다양한 분야에서 응용 가능한 교육의 기초 학문 을 학습하는 학과이다. 그렇게 때문에 흔히 ‘교육학과’하면 교사라는 직업만을 떠올리는 것과 는 달리 다양한 진로로 진출이 가능하다. 교육학과의 목표는 교육에 대한 학문적 이해를 바탕 으로 광범위한 교육실천을 위한 효과적인 기술과 방법을 연마하는 것이다. 따라서 발달과정에 맞는 교육과정과 평가방법을 배워 실제로 교육 지도안을 짜보는 활동을 하거나 교육심리학자의 이론을 바탕으로 영화, 소설이나 만화에 등장하는 현상들을 교육심리 학적으로 분석하는 활동을 통하여 미래 ‘교육인’으로서 예비 경험을 쌓을 수 잇을 뿐 아니라 이론과 실천을 동시에 추구해보는 기회를 가질 수 있다. 교육 공학과 교육자 양성을 목표로 사범대학에 소속되어 있는 학과이다. 때문에 교직과목이나 다양한 전 공과목을 통해 ‘교육’과 관련된 내용을 학습한다. 하지만 교육 본질만을 깊이 연구하기보다 ‘학 습 효과를 극대화 시킬 수 있는 교육방법, 교육매체, 이론 등을 연구하는 학문’이다. 때문에 효율을 중요시하는 공학의 특성을 교육과 결합해 보다 높은 교육 효과와 효율을 얻을 수 있 는 방법을 공부하고 연구한다. 종합하자면 교육을 빠른 시간 내에 많은 사람에게 얼마나 효과 적이고 효율적으로 할 수 있는가에 관하여 연구하며, 교육 커리큘럼 계획과 교육 방법, 교수 매체 개발 등 다양한 일을 한다. 국어교육과 국어교육 분야에서 전문적이고 유능한 중-고등학교 교사 및 연구자를 양성하는 것을 목적 으로 하여 국어 교육의 이론에 대한 이해를 바탕으로 실천적 능력을 연마하는 학과이다. 국어 학 교육은 크게 국어음운론, 국어문법론, 국어의미론 교육 등으로 구분할 수 있다. 국문학 교
- 28. 육은 시, 소설, 수필, 희곡, 평론을 고전부터 현대까지 포괄하여 그 실체와 속성, 교수-학습 방법을 연구하는 학문이며, 의사소통 교육론은 듣기, 말하기, 읽기, 쓰기에 대한 이해와 그 교 수-학습 방법을 탐구하는 학문이다. 교육학은 학생들을 올바르게 가르칠 수 있도록 지도 능력 과 소통 능력을 기르는 데 초점을 두고 있다. 영어교육과 영어 사용능력을 기르기 위한 방법을 공부하고 연구하는 학과이다. 따라서 영어교육과에서 는 영어 교사로서 갖추어야 하는 영어실력을 기르게 되며, 영어 의사소통능력향상을 위해 공 부한다. 또한 어떻게 영어를 가르칠 것인가에 관한 영어교육에 대한 공부 및 연구가 이루어진 다. 영어 교육과는 사범대학교에 속해져 잇는 학과로서 ‘교육자 양성’을 궁극적인 목정으로 삼 고 있기 때문에 영어 교육과에서는 영어 자체뿐 아니라 영어라는 제2의 언어를 교육하는 방 법을 중심으로 다루고 학생중심의 교육에 이바지 할 수 있도록 공부하며 연구하게 된다. 수학교육과 수학 선생님을 양성하기 위한 곳이다. 좋은 선생님이 되기 위해서는 ‘수학, 교육학, 수학 교 육학’ 이 세 가지 분야에 있어서 깊은 이해가 필요하다. ‘수학’은 중-고등학교에서 배웠던 문제 풀이 위주의 수학이 아니라, 논리성을 요구하는 대학교의 전공수학을 공부하게 된다. 대부분 의 과목들이 수학과에서 개설되는 과목과 유사하다. 대신 수학 교육과에서는 ‘응용수학’보다는 대수학, 해석학, 위학수학 등의 ‘순수수학’위주로 공부하게 된다. ‘교육학’은 심리, 상담, 교육과 정, 평가 등의 다양한 부분들에 있어서 다양한 이론들을 배우게 된다. ‘수학 교육학’은 과거부터 현재까지 수학이 발전하면서, 학생들에게 수학을 어떻게 가르칠 것인가에 대해서 논의했던 많은 철학들과 이론들에 대해서 배우게 된다. 이런 이론들과 철학 들에 대해서 배우면서 실제 수업에 어떻게 적용할 것인지, 좋은 수업이란 무엇인지에 대해서 고민하는 시간을 많이 갖게 된다. 응용미술교육과 ‘응용미술’이란 순수미술과 대비되는 영역으로 실용미술, 다시 말해 실생활에 쓰이는 미술을 뜻하는 용어로 주로 사용되면 디자인을 포함한다. 따라서 응용미술 교육과에서는 순수한 미적 탐구와 더불어 미술과 디자인에 대한 이론적-실천적인 교육이 이뤄지고 있다. 사범대학 안에 속한 학과이기 때문에 교직이수를 기본으로 하여 미술교육의 이론과 실무에 대한 교육과정이 구성되어 있으며, 실기 수업에서는 시각적 표현능력과 조형미, 기능미를 갖춘 디자인 및 공예 제작 능력을 개발할 수 있다. 응용미술교육과는 한국 최초의 디자인-공예 관련이학박사 학위 를 수여한 학과이다. 융-복합시대를 선도하는 창의적인 인재를 양성하기 위해 우수한 교수진 의 지도 아래 디자인교육, 문화예술교육 등 다양한 미술-디자인 영역을 배울 수 있는 기회를 제공하며, 단순히 실기 능력만이 뛰어난 전문가가 아닌 ‘기획자’로서의 능력을 갖춘 전문가를 길러내고 있다.
- 29. ● 결론 교육의 미래는? 마지막으로 교육의 미래에 대해 서술하고자 한다. 교육은 제도적으로 큰 변화를 겪고 있다. 지금 고등학교 1, 2, 3학년들의 수능이 모두 다른 것이 가장 좋은 예이다. 더욱 큰 시점으로 보자면 우리나라를 예를 들어 우리나라의 교육 사업은 20세기에는 인적 자원을 개발하여 국민 총생산량을 높이는데 초점을 두었다면 앞으로는 행복지수를 올리는 복지사업에 중점을 두어 삶의 질을 높이는데 힘쓸 것이다. 미래에도 교육은 국가의 가장 큰 관심일 것이고 때로는 국가의 교육 정책이 개인이나 단체의 교육적 수준을 따라가지 못해 그들에게 위임하는 방식으로 전환할 수도 있다. 교육을 담당하는 주체도 국가나 교육청에서 학교와 교원으로 수직적으로 작용했다면 앞으로는 교육청, 교원, 학생, 학부모가 동등한 자격의 주체세력으로 작용할 것이다. 초-중등학교 선택권을 국가가 가지고 있는 지금과 달리 수요자인 학생이나 학부모가 갖게 되어 교육의 질을 개선하는 요인이 될 것이다.
- 30. R E P O R T 담당교사 윤석빈 선생님 이름 김종현 학과명 사회복지 학번 30405 학과조사 (인간공학과 감성공학을 중심으로)
- 31. ● 서론 “과학기술발전을 위한 기반을 조성하여 과학기술을 혁신하고 국가경쟁력을 강화함으로써 국민경제의 발전을 도모하고 나아가 국민의 삶의 질 향상과 인류사회의 발전에 이바지함을 목적으로 한다. 과학기술혁신이 인간존엄을 바탕으로 하여 자연환경 및 사회윤리적 가치와 조화를 이루도록 하고 경제·사회발전의 원동력이 되도록 하며, 과학기술인의 자율성과 창의성이 존중되도록 하고, 자연과학과 인문·사회과학이 상호 균형적으로 연계·발전되도록 함을 기본이념으로 한다. 국가는 과학기술의 발전을 위한 종합적인 시책을 세우고 추진하여야 하며, 지방자치단체는 지방과학기술진흥시책을 세우고 추진하여야 한다. 과학기술인은 경제와 사회의 발전을 위하여 과학기술의 역할이 매우 크다는 점을 인식하고 자신의 능력과 창의력을 발휘하여 이 법의 기본이념을 구현하고 과학기술의 발전에 이바지하여야 한다.” 이는 과학기술의 발전과 국가경쟁력의 강화를 도모하기 위하여 제정한 법률인 과학기술기본 법에 적힌 내용이다. 이렇듯 과학기술의 발전은 인류사회의 발전을 목표로 하고 있음을 알고 있 다. 북일고등학교 공학연구소의 한 부원이자, 미래의 공학도로써 과학기술의 목적을 이루는데 이바지하기 위해서는 본디 과학기술의 목적에 충실한 학문에 대해 알고 있어야 한다고 생각한 다. 그 중심에는 인간공학과 감성공학이 있다. ● 본론 1. 인간공학(⼈間⼯學, ergonomics) 인간공학이란 인간과 그들이 사용하는 물건과의 상호작용을 다루는 학문이다. 인간공학은 인 간의 기계화가 아닌 인간을 위한 공학(design for human)을 말한다. 즉, 인간의 행동, 능력, 한계, 특성 등에 관한 정보를 발견하고, 이를 도구, 기계, 시스템, 과업, 직무, 환경을 설계하는 데 응용함으로써 인간이 생산적이고 안전하며 쾌적한 환경에서 작업을 하고 물건을 효과적으로 이용할 수 있도록 하는 것이다. 인간공학이 다루는 문제점은 다음과 같다. ① 생산량의 감소 ② 작업시간의 증가 ③ 의료비의 증가 ④ 재료비의 증가
- 32. ⑤ 결근율의 증가 ⑥ 저품질의 증가 ⑦ 부상의 증가 ⑧ 사고와 실수의 증가 ⑨ 이직률의 증가 또한, 인간공학을 고려했을 때의 이익은 고려하지 않았을 때 발생하는 문제점의 반대의 것을 포함해서 다음의 두 가지 이익이 있다. ① 작업 만족감의 증대 ② 작업에 대한 긍정적 수용 자세의 증가 2. 인간공학의 역사 1) 초기의 역사(1945년 이전) [사진1]프레더릭 윈슬로 테일러(Frederick Winslow Taylor, 1856~1915) 인간공학의 시작은 1911년 미국의 프레더릭 윈슬로 테일러(Frederick Winslow Taylor)의 “과학적 관리법의 원리”라고 할 수 있으며, 1920년대 초에 길브레스(Gilbreth) 부부가 동작연 구와 공장 경영에 관한 연구를 시작한 것이 인간공학 연구의 시초라고 할 수 있다. 미국에서는 1922년에 존슨 오코너(Johnson O'Connor)가 인간공학이란 명칭을 처음 사용하 였으며, 보스턴(Boston)에 인간공학연구소(Human Engineering Laboratories inc.)가 설립되 었다. 또한 맥팔란트(R. McFarland) 교수는 교통기관의 설계에 인간공학적 요소를 도입하였다. 미국 매사추세츠(Massachusetts)에 있는 쿼터마스터 기후연구소(Quartermaster Climate Research Lab.)에서는 미 군인의 인체측정을 하였고 이 데이터를 기초로 극한지역의 복장, 철
- 33. 모 등의 설계를 하였다. 또한 육군 방역 사고위원회에서는 맥팔란트 교수와 공동으로 군용트럭 에 대한 인간공학적 검토와 최적 조건을 연구하였고, 기갑연구소에서는 M-4 전차의 조종석 및 내부 설계에 관한 연구를 통해 인간공학적 결함이 있음을 알아냈다. 2) 인간공학적 전문직 탄생기(1945~1960) 독일에서는 제1차 세계대전 후의 Kaiser Wilhelm 노동생리학연구소와 제2차 세계대전 후의 Max Flanck 노동생리학연구소가 인간공학 연구의 중심이 되어왔다. 같은 시기에 영국에서는 1949년에 인간공학연구협회(Ergonomic Research Society)가 창설되 었다. 미국에서는 존스 홉킨스(Johns Hopkins) 대학의 앨폰스 차파니스(Alphonse Chapanis)와 폴 피츠(Paul M. Fitts) 등의 실험심리학자들이 군사무기의 설계에 참가했으며, 인간공학회 (Human factor &Ergonomics Society)가 설립되었다. 1959년에는 국제인간공학협회(International Ergonomics Associates)가 조직되었다. 3) 급성장기(1960~1980) 1960년대 일본에서는 노동과학연구소가 신칸센의 설계에 인간공학적 연구를 수행하였고 항 공의학심리대는 항공기 사고분석에 큰 업적을 남겼다. 미국에서는 군사·우주분야에 대한 적용을 넘어서 인간공학 연구분야가 확대되었다. 즉, 인간공 학 그룹이 약학(藥學, pharmacy), 컴퓨터, 자동차 그리고 다른 소비재에 관련된 산업체를 포함 한 많은 회사 내에 생기게 되었다. 산업체들은 작업장 설계와 그곳에서 생산되는 물품의 디자 인에 대한 인간공학의 기여도와 중요성을 인식하기 시작했다. 4) 성숙기(1980년대~현재) 1982년에 우리나라에도 대한인간공학회가 설립되어 현재까지 활발한 활동을 해 오고 있다. 최신의 다양한 장비에 의한 누적 외상성 질환은 인간공학 전문직이 기여할 수 있는 영역이 되 고 있다. 인간공학과 관련해서 급속한 성장을 보여준 또 하나의 분야는 제조물책임법(PL: Product Liability)이다.
- 34. 3. 인간공학의 적용분야 ① 작업 방법의 설계 ② 기계·장치의 설계 ③ 기구·공구의 설계 ④ 작업장의 설계 ⑤ 컴퓨터의 설계 ⑥ 의복 및 신발의 설계 ⑦ 가구 및 생활용품의 설계 ⑧ 환경공학(環境⼯學, environmental engineering) ⑨ 제어공학(制御⼯學, control engineering) ⑩ 산업디자인(産業─, industrial design) ⑪ 생체전자공학(⽣體電⼦⼯學, bioelectronics) 4. 감성공학 1) 감성의 정의 감성이란 ‘외부로부터의 감각 자극에 대한 반응’으로 외부로부터의 감각 정보에 대하여 직관 적이고 순간적으로 발생되는 것이라고 할 수 있다. 또한, 감성은 복합적이고 종합적인 느낌으 로 명확한 표현이 어려운 동시에 환경 변화에 따라 다양하게 변화되는 특성이 있다. 개인의 감 성에 영향을 미치는 요인은 다음과 같다. [사진2]개인의 감성에 영향을 미치는 요인
- 35. 2) 감성공학의 정의 나가마치 미츠오(Mitsuo Nagamachi, 1989)는 ‘감성공학(感性⼯學, human sensibility ergonomics)은 인간이 가지고 있는 소망으로서의 이미지나 감성을 물리적인 디자인 요소로 해석하여 구체적인 제품설계로 실현해내는 공학적인 접근방법이다.’라고 하였다. 감성공학과 기 존의 기술 체계와의 차이점은 ‘정서적 충족과 물리적 편리성’에 있다. 따라서 감성공학의 핵심 은 인간의 쾌적성을 측정하기 위한 기초자료로서 체성감각을 포함한 인간의 오감 등의 감각기 능을 측정하고 인간이 어떤 조건하에서 ‘고급스러움’, ‘친밀감’, ‘참신감’ 등을 느끼는가를 측정하 는 학문이다. 따라서 인간의 감성을 적극적으로 응용함으로써 보다 편리하고 안락하며 안전한 환경을 만들고 인간의 삶을 쾌적하게 하고자 하는 학문이다. 5. 인간공학의 장래 인간공학은 그동안 형성된 여러 분야에서 지속적으로 성장할 것이다. 인간공학은 점차 생산 성과 안전성에 관한 문제를 넘어서 생산과 작업의 질을 향상시키는 데 기여할 것이다. 또한 인 간공학 분야는 안전도, 생산성, 효율성, 안락도 등의 측정에 의해서 향상될 것이다. 인간공학의 중요성이 인식되고 만족감, 행복감, 존엄성과 같은 좀 더 복잡한 영역에 대한 연구도 수행하게 될 것이다. 앞으로 한국과 일본을 비롯한 여러 나라에서 감성공학에 관심에 고조될 것이며 인간의 감성을 모방한 fuzzy neural network와 가상현실(virtual reality)을 이용한 여러 제품의 개발이 전 세 계적으로 활발하게 이루어 질 것이다. 6. 활용사례 [사진3]연세대학교 세브란스 병원 가상현실 사회공포증 인지행동치료 프로그램
- 36. 현제 연세대학교 세브란스 병원에서는 사회공포증 즉 신체, 인지, 행동적 증상들이 함께 일어 나며, 서로 영향을 주는 질병으로써 낯선 사람들을 대하거나 다른 사람들의 주목을 받게 되는 한 가지 이상의 사회적 상황에서 강렬하고 반복적인 공포를 느끼는 환자들을 대상으로 가상현 실을 치료에 이용하고 있다. 이는 인간공학, 감성공학이 인류의 삶을 증진시키는데 사용되는 대표적인 예라고 볼 수 있다. 7. 감성공학, 인간공학 연구 카이스트 감성공학 관련 연구 서울대학교 감성공학 관련 연구
- 37. ● 결론 본인이 인간공학, 감성공학에 관심을 가지게 된 이유는 자라온 환경 덕택이 8할이다. 충청남 도 아산시 둔포면 촌에서 자라 어릴 적 보아왔던 것이라곤 논밭을 가는데 도움을 주었던 마을 어르신들, 김장철만 되면 항상 찾아와 배추를 같이 절였던 아주머니들의 뒷모습이다. 그런 모습 을 보며 나는 그렇게 서로 도와가며 살아가는 것이 당연한 줄 알았고, 내심 나도 저렇게 살아 야겠다. 라고 그때 다짐했는지도 모른다. 어쩌면 떡을 할 때 마다 이웃집에 돌리고 오라는 할머 니 덕택일지도 모르겠다. 내가 자랑스럽게 잘한다고 말할 수 있는 건 ‘북’연주이다. 초등학교 2학년 시절부터 배워서 꾸준히 연주했고 여러 사물놀이 대회에 나가서 입상한 경력도 있으니 말이다. 덕분에 고등학교 1학년(북일고x) 시절 사물놀이 동아리에 들어가 입학 100일제니 어물리 축제니 항상 주도할 수 있었던 까닭이기도 하다. 연주를 친구들과 할때마다 느낀건 우리의 연주에 가장 즐거워 하시는 분들은 어르신들이었다는 것이다. 그 모습을 보면서 북을 치느라 손에 잡혔던 물집들이 뿌듯하 기도 했다. 그 속에서 나는 다른 사람을 기쁘게 해주는 일이 얼마나 기쁜일인지 몸소 깨달을 수 있었다. 2학년이 되어 북일고등학교로 전학을 오면서 나는 조금 더 직접적으로 타인을 돕기 위한 방 법을 찾으려 했고 그 수단은 봉사활동이 되었다. 천안 베스트원 봉사활동을 나가서 나는 곧잘 점순례 할머니와 어울리곤 했다. 비록 내가 종교는 없지만 함께 목사님의 말씀도 듣고, 나비 그 리는 활동도 하며 말동무가 되어드렸는데, 어느날 할머니께서 평소에는 대화를 할 상대가 통 없 으셔서 슬프시다는 말씀을 하셨다. 그때 나는 ‘소통의 부재’라는 문제가 비단 할머님의 것만은 아니라는 생각이 들었다. 종종 미디어에서도 고독사한 노인분들의 소식이 들리니 말이다. 그래 서 관련 문제를 해결할 수 있으면 좋겠다고 막연히 생각했고, 후에 MBA활동을 통해 ‘21세기에 이르러 발생한 인류 소통의 문제를 해결하는 사회적 기업가‘라는 거창한 비전이 생기기도 했다. 그런데 문제는 ’무슨수로?‘ 였다. ’내가 좋아하는 것은 과학이고 나는 막연히 기계공학과를 가야 겠다는 생각을 했었는데 나는 어떻게 해야할까?‘ 라는 갈등이 생겼다. 그래서 진로를 탐색하던 도중 알게 된 것이 인간공학, 감성공학이다. 지금 나는 햅틱 기술을 이용해 가상현실을 훨씬 저 렴한 가격에 상용화하여 이를 시간과 공간의 제약을 뛰어넘는 소통의 도구를 개발하는 꿈을 꾸 고 있다. 현재에 이르러서 내가 할 수 있는 일은 많지 않다. 그저 지금은 공학도가 되기위한 기반을 다지는 중이다. 언제나 그렇듯 수학과 과학에 충실하고..... 그냥 수험공부 열심히 하고 있다. 조 사를 하면서 느낀 것이지만 감성공학은 가장 공학의 기본에 충실한 영역이지 아닐까 싶다. 언젠 가 우리나라의 감성공학을 이끄는 공학도가 되고 싶다.
- 38. R E P O R T 담당교사 윤석빈 선생님 이름 송진혁, 최원민 학과명 로봇 공학과 학번 31017, 31022 학과조사 (로봇 공학을 중심으로)
- 39. ● 서론 로봇공학에 대해 조사하게 된 계기-31017 송진혁 로봇공학은 폭넓게는 수학과 다양한 과학들에 대한 다양한 지식들로 이루어지는 복합학문이 다. 더 깊게 본다면, 기계공학, 컴퓨터공학, 전자공학, 재료공학 등 매우 많은 학문들을 통해 전 체적인 부분의 로봇을 만들어내는 학문이다. 복합적인 부분에서 여러 사람이 힘을 합쳐 멋진 결 과물을 만든다는 점에서 매력을 느낀다. 그리고 이렇게 만들어지는 로봇을 이용하여 다른 이를 도울 수도 있고 사람들의 위험한 일을 대신하고, 일의 효율성을 높이는 방법을 고민해 볼 수 있다는 점에서도 매력을 느꼈다. 이러한 점들에서 원래 진로로 생각하고 있던 로봇공학에 대해 매력을 느꼈고, 로봇공학이라 는 진로, 학과, 지식들에 대해 조사할 필요를 느꼈다. ● 본론 로봇 공학에 대한 개괄적인 설명 앞에서 적었듯이 로봇공학이라는 분야는 수많은 전공분야들이 연결되는 학문이다. 화약에 관한 과제 연구 시간에 한화 연구원 분들의 이야기를 들어본 결과, 로봇공학은 단순히 한 사람이 로봇을 만든다는 것은 거의 불가능하며 팀을 만들어 활동을 한다는 이야기를 들었다. 그렇기 때문에 각자가 맡는 분야가 나뉜다. 그렇기 때문에 로봇을 전공하기 위한 방법은 두 가지로 나뉜다고 볼 수 있다는 결과를 생각할 수 있었다. 로봇공학과(대학교) 1. 로봇공학과가 개설되어 있는 대학교 로봇공학 자체의 기반이 된다고 볼 수 있는 물리학과, 기계공학과, 전자공학과 등 다양한 학과들은 대부분의 학교들에 학과가 개설되어 있는데 반해 로봇공학과는 그렇지 않았다. 다음 자료는 국내 로봇에 관한 학과가 설립된 대학들로 설립된 대학의 수부터 적기 때문에 학교에 대한 선택이 제한적인 편이라는 것을 알 수 있다. 2. 로봇공학과의 비전 다음은 로봇공학과의 비전에 대한 한 예시로 한양대 ERICA에서 제시한 로봇공학과의 비전이다. 앞에서 서술했던 것과 같이 로봇공학과는 전기/전자 공학, 기계공학, 컴퓨터 공학 등 다양한 전공들에 대한 요건이 필요한 복합 학문임을 알 수 있다. 뿐만 아니라 단순히
- 40. 로봇공학과를 전공하기 위해서는 학부에 국한되지 않고 대학원을 통해 확장된 학습의 필요가 있음을 알 수 있다. 3. 로봇공학과의 커리큘럼 화약에 관한 과제연구를 들은 이후, 학교에 방문하여 수업을 진행해주신 연구원분들 덕분에 로봇공학을 전공하기 위한 방법들에 대해 고민해보았고 그에 대한 의문점들을 해결할 수 있었다. 결국엔 로봇공학과를 전공하기 위해서는 지금의 우리의 입장에서 두 가지의 방법이 있다는 결론을 얻었다. 다음의 하이퍼링크들은 한양대학교의 로봇공학과와 기계공학과의 학부 사이트로 이 둘의 커리큘럼을 비교해보기 위해 가져왔다. 한양대 ERICA 로봇공학과 사이트 http://robot.hanyang.ac.kr/ 한양대 기계공학과 사이트 http://me.hanyang.ac.kr/xe/Curriculum 실제 사이트에서 교육과정을 통해 두 사이트의 커리큘럼을 비교해볼 수 있었는데 이 둘 모두 각기의 다른 모습을 보인다. 로봇공학과 사이트의 교육과정에서 본 커리큘럼에서는 앞에서 설명했던 로봇공학과의 비전에 관한 그림에서 본 것과 같이 다양한 전공들에 대한 폭넓은 학습을 진행하고 실제로 로봇을 설계하는 과목들이 개설되어 있다. 이와는 달리, 기계공학과 사이트의 교육과정에서 본 커리큘럼에서는 기계공학 혹은 역학이라는 주제로 일맥상통하는 커리큘럼을 가지고 있다는 것을 볼 수 있다. 우선 국내와 해외의 로봇공학에 있어서의 기업의 업무형태에 대해 짚고 갈 필요가 있다. 과제연구 화약에서 접했던 바에 의하면, 국내 로봇 기업의 경우, 한 로봇을 개발하기 위해서 적은 수의 인원이 투입되어 장시간동안 개발하는 데에 힘을 써야한다. 이런 경우에 로봇 공학의 경우, 폭넓은 지식을 쌓아놓은 상태에서 자신의 전공분야 외의 지식에 대한 추가적인 공부에 대한 부담이 적다. 그러나 기계 공학과 같이 대학교 때부터 대학원 때까지 한 분야에 대해 꾸준히 공부했다면 애석하게도 자신의 전공 외에서의 추가적인 공부가 필요해진다는 경험담을 들을 수 있었다. 반면, 해외의 로봇 기업의 경우엔 다수의, 각기 다른 분야에서의 전문가들이 투입되고 분업을 통해 국내 기업들에 비해 개발하는데 걸리는 속도 또한 매우 짧아진다고 한다. 이러한 상황에서 자신의 전공에 있어서 폭넓은 지식뿐만 아니라 깊은 지식을 쌓아둔 기계공학과의 입장이 유리해진다고 볼 수 있다.
- 41. 로봇공학 lab실이 유명한 대학원 카이스트 - Telerobotics Control Lab(robot.kaist.ac.kr) , RSLab(rslab.kaist.ac.kr ) 카이스트 로봇연구실 http://cheonji.kaist.ac.kr/main. 포항공대 - 포항지능로봇연구소() 한양대 - 메카트로닉스연구소 mecha.hanyang.ac.kr 연세대 - 기전및로봇공학연구소 robotics.yonsei.ac.kr 로봇과학 기초 지식 로봇의 작동 과정 1. 인식(센서, 비전을 통해서 주변을 인식) 2. 판단(로봇의 지능을 통해 인식한 정보를 판단) 3. 작업분석(로봇이 해야 할 일을 하려면 할 일을 분석) 4. 작업계획(로봇의 각각의 관절(조인트)의 모터에 궤적을 할당) (내부 모델 : 로봇이 자신의 구조를 알아야 작동하므로 사람이 직접 계산하여 이를 부여하는 등 다양한 방법이 사용된다.) 5. 제어 6. 임무수행 (외부 모델 : 외부적인 환경) 7. 평가(Feedback, 다시 인식) 작업 공간과 관절 공간 실제 작업이 이루어져야 할 x,y,z의 공간을 작업 공간 (Task Spae)라 하고 로봇이 제어되는 각 관절 각도()에 대한 공간을 관절 공간(Joint Space) 이라고 한다. Kinematics(운동학) 입자나 물체 또는 다수의 물체가 모여 이루어진 계의 운동을 다룬 동역학의 하위 학문이라고 한다. 운동의 양상만을 다루고 운동이 일어나는 원인에 대해서는 고려하지 않는다. 반면 동역학의 다른 하위 학문인 정역학은 정적 평형 상태에 있는 계를 다루는 분야이다. 기계공학에서는 부품의 움직임을 예측하는데, 로봇공학에서는 로봇의 움직임을 설계하는 일 등에 쓰이는 등 매우 다양한 분야에 사용된다. 수식을 통해 계산하는 방법도 있지만 더 간단하게 로봇의 움직임에 대한 계산을 진행하기 위해서는 회전변환이 도입된다. 관절과 링크가 이어져 있는 로봇의 구조상 회전과 병진이 같이
- 42. 일어나기 때문에 회전만이 아니라 병진 변환까지도 추가된 4x4 변환행렬을 도입된다. 그리고 이러한 행렬들을 전부 곱하는 방식으로 결과를 계산할 수 있다고 한다. 다음 그림은 DH parameter라고 불리는 것으로 로봇에서의 각 관절간에 어떠한 기구학적 관계가 있는지에 대해 표로 나타내는 방식이다. 이 표를 통해서 Z방향 회전, 병진, X 방향 병진, 회전에서 행렬을 통해 각 좌표 사이의 관계에 대해 이야기 해준다고 한다. DH parameter의 복잡한 계산을 줄이기 위해 Screw Theory가 사용된다. 이는 지수함수와 비슷한 방식으로 정의되는 지수행렬로 나타내는 방식이라고 한다. 즉, 모든 회전 움직임을 회전축을 지수로 하는 지수행렬로 표현하는 방식이라고 한다. 자코비안(Jacobian) 사람들은 일반적으로 (x,y,z)로 이루어진 직교좌표계를 사용한다. 그렇지만 로봇은 극 좌표계를 사용하기 때문에 로봇에게 명령어를 부여하기 위해서는 직교좌표계에서 극 좌표계로의 변환이 필요하다. 이러한 두 좌표계를 이어주는 변환행렬을 자코비안이라고 한다. 로봇 공학 산업의 근황 1)Boston Dynamics 로봇 제조사로 보스턴 다이나믹스는 2013년 12월 14일, 구글에 인수 되었다. 보스턴 다이나믹스는 주로 군사 부문에서의 로봇을 납품하는 회사로, 국방 고등연구계획국(DARPA)가 주 고객이다. 주로 동물이나 인간을 닮은 로봇을 만드는 것으로 유명하다. 이 로봇의 경우, 주로 탐사를 목표로 하는 로봇으로 본래 명칭은 sand flea jumping robot으로 작은 크기에도 벼룩처럼 장애물 위를 뛰어넘을 수 있다는 것이 특징이다. 그리고 높은 높이에서 떨어져도 무관할 정도의 내구성이 필요하다고 한다. 이 로봇은 wildcat 이라는 일명 치타 로봇 혹은 살쾡이 로봇이다. 보편적인 로봇들이 뛰는 방식과는 다르게 앞 뒷발 두 개씩으로 바운딩하는 방식으로 뛰는 것이 특징이다. 이 로봇의 경우, 시속 45.5 km를 기록했다고 한다. 앞발과 뒷발이 엇갈리며 달리는 갤러핑 방식이 적용되었기 때문에 속력이 빠르다고 한다. DH Parameter
- 43. 2) 아이로봇 (irobot corporation) 수업 때에 9.11 테러가 발생했을 때, 건물에 로봇을 파견하고 후쿠시마 원전 사태에서 오염된 원전에 Packbot이라는 로봇을 파견한 기업이 바로 iRobot Corporation 이라고 한다. 흔히 홈 로봇 즉, 청소 로봇으로 유명한 기업이기도 하지만 PackBot이라는 일종의 군사 로봇으로도 유명하다. 그리고 FirstLook이라는 정찰 로봇을 보유하고 있으며 수집, 건물, 동굴, 다른 위치에서의 이미지를 전송하는 표시나 열 카메라와 적외선 센서를 가지고 있는 로봇이다. 3) 레인보우 휴보의 상업화, 세계화를 위해 만들어지고 KAIST 휴머노이드 로봇연구센터에서 창업한 실험실 창업기업으로 휴보의 연구, 개발, 생산, 판매까지 책임지는 소규모 기업이다. 최근에 구글의 인수 제의를 받은바 있다고 한다. 4) 구글 대부분의 사람들이 알다시피 검색엔진으로 가장 유명하고 다음으로, 스마트폰 사업에 참여하였다. 2013년 12월 2일부터 10일까지 8일간 세계 최고 수준의 로봇 회사 7개를 인수하였다. 네스트, 휴머노이드 로봇 제조사인 샤프트, 로봇 팔 제작사인 인더스트리얼 퍼셉션, 레드우드 로보틱스, 로봇 휠 제작사인 호롬니, 로봇 카메라 제작사인 봇&돌리, 세계 최고 군사로봇 제조사인 군사로봇 제조사인 보스턴 다이나믹스를 사들인 것이다. 그리고 인공 지능에서의 사업도 확장했다고 한다. 인공지능 연구 기업인 DNN 리서치와 딥마인드, 동작 인식 기술로 유명한 플러터, 증강현실 전문 기업인 퀘스트 비주얼, 인공지능과 이미지 인식으로 알려진 젯펙이라는 기업까지 인수하였다고 한다. 현재 이 프로젝트는 안드로이드 운영체제 (OS)를 만든 앤디 루빈이 담당하고 있고 소프트웨어였던 ‘안드로이드’를 실제 물리적 로봇으로 구현하는 작업을 추진하는 중에 있다고 한다. 현재는 구글 본사 옆 나사의 에임스 연구센터의 격납고를 장기 임차하는 등 프로젝트에 박차를 가하고 있다고 한다. 그렇지만 최근 들어 안드로이드 책임자에서 로봇 부문을 맡게 되었던 앤디 루빈은 로봇 부문에서의 의견 충돌로 인해 구글을 떠났다고 한다. 구글은 군수 산업에 뛰어들기 위해 이러한 작업들을 진행한 것이 아님을 밝혔다고 한다. 이러한 사업들을 주관하는 주체는 구글X로 알려져 있다. 구글 X는 최근에 무인자동차 프로젝트나 구글 글래스 등을 발표하며 모습을 드러냈다. 이 사업을 총괄했던 루빈 부사장은 구글의 로봇 프로젝트를 ‘문샷’이라고 표현하기도 했다고 한다. 구글 X에서 ‘문샷 싱킹’이라는 조어를 만들기도 했는데 그 뜻은 눈앞의 작은 이익보다 미래의 큰 성과를 노린다는 뜻으로 인류가 직면한 거대 문제에 대해 획기적 해결책, 혁신적 기술이 조합되어야 한다는 뜻이라고 한다.
- 44. 또 최근에는 옥스퍼드 대학교와 AI(인공지능)에 관해서 연구하는가 하면 제약업체인 존슨앤존슨의 의료기기 자회사인 에디콘과 외과 수술용 로봇을 개발하기 위해 협력하고 있다고 한다. 개인적으로 현재 개발 중인 외과 수술용 로봇이 개발하는데 성공한다면 이공계 최고의 직업으로도 볼 수 있는 의사라는 진로에 있어서 엄청난 파급효과를 만들어낼 것이라는 생각을 한다. 또 구글 X로 알려져 있는 프로그램에서의 목표 중 하나는 무인자동차를 구현하는 것으로 최근에 텍사스 주와 같은 곳들에서는 무인 자동차의 주행을 허락이 되었다고 한다. (물론 사람이 타고 있어야 한다고 하지만) 이정도 되면 충분히 엄청난 속도로 진보를 이루고 있다는 생각이 든다. 이들이 만들고자 하는 무인자동차를 통해 구현하려는 최종적인 목표는 완벽한 공유 경제의 실현이라고 한다. 아시아의 로봇 기업 국내 기업 로보빌더 RQ로봇 시리즈 -연속형 휴머노이드 로봇교구제 등 레인보우 일본 기업 혼다 (2족 보행 휴머노이드 로봇, 아시모를 개발) 소프트 뱅크 (최근에 공개된 페퍼라는 로봇을 개발했는데 페퍼는 클라우드 방식을 통해 인공지능을 구현하기 때문에 감정을 구현할 수 있다고 한다. 엄청난 인기를 끌고 있다고 한다.)
- 45. ● 결론 31017-송진혁 꾸준히 로봇공학자라는 진로를 가지고 있었지만 이제야 로봇공학이라는 진로에 대해 자세히 조사해보는 기회를 가지게 되었다. 몇 번 정도 조사한 경험이 있었기 때문에 보고서를 쓰는데 있어서 큰 도움을 받을 수 있었던 것 같다. 가장 크게 느낀 것이 있다면 내가 갈 길이 정말로 멀고멀었다는 것이다. 로봇공학에 있어서 이론적인 부분들에 대해 조사해보니 어려운 이론들도 많았고 이들의 기반이 되는 것은 결국엔 수학이라는 깨달음을 얻을 수 있었다. 그렇기에 제아무리 로봇공학이 융합학문이라고 할지라도 수학은 피해갈 수 없는 대상이라는 생각을 갖게 되었다. 로봇 공학도가 운영하는 블로그에 대해 알게 되었고 그 사이트를 샅샅이 뒤져보는 기회도 가질 수 있었다. 그 분은 이론에 대한 내용들도 많이 다루어주셨는데 쉽게 설명해놓는다고 적어 놓으셨지만 어려운 내용들이 대부분이었던 것 같다. 갈수록 얻어가는 것이 있다면 키트를 조립하면서 시도하는 것도 로봇공학에 접근하는 것도 좋은 방식일수도 있지만 이론적인 기초를 다지고 나서 로봇을 직접 만지는 것이 실제로 행해지는 로봇공학에 더 가까운 부분이라는 생각이 들었다. 한편으로는 구글이 정말 무서운 기업이 아닐까하는 생각을 할 수 있었다. 근 5년 사이에 유수의 로봇 기업들을 대부분 인수한 구글은 GOOGLE PROJECT X 라는 이름하에 확실히 알려지지는 않았지만 무인자동차 실현화와 같은 일들을 진행한다고 한다. 구글이 엄청난 정보들을 소유하고 있다는 이야기, 스마트폰에서의 GPS 문제 등에 대해 다루어지는 와중에 자동차의 무인화마저 실현된다면 긍정적인 효과도 있을 수도 있지만 오히려 이런 것들이 가져다 줄 수 있는 사생활 등의 역효과 또한 클 수도 있다는 생각이 든다. 한편으로는 수술용 로봇이 실용화 되었을 때의 파급효과에 대해서도 생각해보는 기회가 되었던 것 같다. 의사가 최고의 직업으로 인정받는 우리나라에서는 이런 기계의 도입이 상상 이상의 파급 효과를 초래할 것이라고 조심스럽게 짐작해본다. 더 이상 의사라는 직종은 존재하기 어려울 것이고 의사이면서 기계 조작에 뛰어난 사람이 많은 이득을 취할 수 있을 것이라고 조심스럽게 생각해본다. 결국엔 구글이 엄청난 기업이 틀림없고 그들의 운영방식이나 인수 체제 등을 보았을 때 많은 로봇공학자들의 꿈의 직장이 되지 않을까 하는 생각을 한다.
- 46. 신소재 30915이승욱 30425최범규 31025황지영 금속·무기(無機)·유기 원료 및 이들을 조합한 원료를 새로운 제조기술로 제조하여 종래에 없던 새로운 성능·용도를 가지게 된 소재로서 신금속재료, 비금속 무기재료, 신고분자재료, 복합재료 등으로 분류할 수 있다. (1) 신금속재료: 형상기억합금(shape memory alloy):대표적인 합금으로 타이타늄-니켈 합금이 있으며 인공위성부품·인공심장 밸브·감응장치 등에 쓰인다. 비정질금속재료(amorphous metal):비결정형재료라고도 하며, 강도, 자기화 특성, 내마모성, 내부식 성이 크다. 녹화헤드·변압기 등에 쓰인다. 초전도재료(superconducting material):절대영도에 가까운 극저온이 되면 전기저항이 0이 되는 성질을 지닌 합금으로, 특징은 입력된 에너지를 거의 완벽하게 전달할 수 있는 점이다. 통신케이블·핵융합 등의 에너지 개발, 자기부상열차, 고에너지 가속기 등에 이용된다. 형상기억합금 : 힘을 가해서 변형을 시켜도 본래의 형상을 기억하고 있어 조금만 가열해도 곧 본래의 형상으로 복원하는 합금. 형상기억 합금(形狀記憶合金)은 지금부터 약 20년 전, 미국 해군 연구소에서 니티노르라는 니켈-티탄 합금의 형상기억 효과가 발견된 것이 시초이다. 형상기억 효과란 고온에서 기억시킨 형상을 언제까지나 기억하고 있어, 저온에서 아무리 심한 변형을 가해 도 조금만 가열하면 즉시 본래의 형상으로 돌아가 버리는 현상이다. 형상기억 합금은 고온측(모상(母相)) ①과 저온측(마르텐사이트상) ②에서 결정(結晶)의 배열이 현저하게 다르기 때문에 저온측 에서 형태에 변형을 가해도 일정한 온도(역변태 온도) 이상으로 가열하면 본래의 형태(모상)로 돌아오는 현상이다. 형상기억 합금 에는 니켈-티탄 합금과 동-아연 합금, 금-카드뮴 합금, 인듐-탈륨 합금 등이 있다. 형상기억 합금은 인공 장기와 정형외과용 접골판(接骨板) 같은 의료기기, 방화문비(防火門扉)와 화재경보기 등의 온도 디바이스, 월면(月面) 안테나 등의 우주개발 기기, 전자기기 등에 응용되기 시작하고 있다. 또 최근에는 형상기억 합금을 이용한 내의가 발매되어 화제가 되고 있다. 문제는 가격인데, 1㎏당 약 230만 원이어서 은선(銀 線) 값의 약 6배나 된다.
- 47. 비정질금속재료 : 금속을 기체나 액체의 상태로부터 결정구조를 갖지 않을 정도의 급냉 응고시키기 위하여 10-5~10-10㎜Hg 의 진공중에서의 가열 용해로서 생기는 금속증기를 액체 헬륨이나 액체질소의 온도를 유지한 기판에 증착시키는 진공증착법 (vacuum evaporation)이나 액체급냉법이 행해지고 있다. 비정질체는 귀금속(Au, Ag)과 천이금속(Ni, Co, Fe, Pd), 반금속 (Ge, Si)이나 비금속(P, C, B)의 합금으로서 녹는점이 현저하게 낮은 공정합금(Ag80 Si20, Au75 Si25, Pd80 Si20, Au76.9 Ge13.7 Si9.4 등), 천이금속 약 20원자% 비금속합금(Fe80P13C7, Fe10.5Pb69.5 P20, Fe5 Co70 Si15 B10 등), 기타 Al82.7 Cu17.3 이나 Zr40 Cu60 등의 공정합금으로 얻어진다. 결정체에 비해서 비정질체는 보자력이 적고, 실온에서 전기저항이 2~3 배 크며, 저항의 온도계수가 적어 수소취성이 생기기 쉽다. 영률이 수 10% 낮으며, 인장강도는 높으나 연신율이 낮고, 의탄 성(擬弾性)이나 완화현상이 현저하며, 변형은 전위의 운동에서는 없어서 원자의 점성유동적 이동으로 생기는 등의 특징이 있다. 실 용 재료에서는 미국에서 개발한 메타글라스(Metaglass)의 상품명으로 Fe80 P16 C3 B1, Fe40 Ni40 P14 B6, Fe32 Ni35 Cr15 P12 B6의 3종의 아모르포스 합금선이 있고, 206~217㎏f/㎟의 인장강도를 가지며, 항복강도도 같으므로 연신율은 1.8~2.0%이다. 초전도재료 : 매우 낮은 온도에서 전기저항이 0에 가까워지는 초전도현상이 나타나는 도체이다. 내부에는 자기장이 들어갈 수 없고 내부에 있던 자기장도 밖으로 밀어내는 성질이 있어 자석 위에 떠오르는 자기부상현상을 나타낸다. 도체의 경우 온도가 증가하면 전기저항 역시 증가하여 전기가 잘 흐르지 않고, 온도를 감소시키면 저항이 작아져 전도가 잘 일 어난다. 특히 온도를 극저온으로 감소시킬 때 전기저항이 0에 가까워지는 현상을 초전도현상이라 한다. 1911년 네덜란드 레이던대학의 물리학교수 카멜린 온네스가 처음으로 초전도체를 발견하였다. 그는 수은의 전기저항을 측정하 는 실험을 하다가 절대온도 4.2K(영하 268.8℃)에서 전기저항이 갑자기 없어지는 현상을 발견했는데, 이를 초전도현상 (superconductivity)이라 이름 붙였다. 초전도현상이 나타나기 시작하는 온도를 임계온도라 하는데, 임계온도가 너무 낮으면 초전 도체를 실용화하기 어려우므로 임계온도를 높이는 것이 중요한 문제로 다루어졌다. 카멜린 온네스 교수 이후 아칸소대학 헤르만 교 수가 125K에서 초전도현상이 나타나는 초전도체를 발견하였으며, 1993년 초 스위스에서 임계온도 133K, 1993년 말 프랑스에서 임계온도 250K의 초전도체 박막을 제작하였다. 홑원소물질로 나이오븀(Nb), 바나듐(V) 등 20여 종의 금속원소가 있으며 합금으로는 나이오븀과 저마늄의 합금(Nb3Ge) 등이 있다. 그러나 이런 금속이나 합금 등이 초전도 상태가 되는 온도는 가장 높은 경우 절대온도 23K으로 매우 낮다. 최근 네오디뮴 (Nd), 란타넘(La) 등의 원소를 포함하는 금속화합물이나 특수한 자기물질(세라믹스)에서는 극저온이 아닌 비교적 고온에서 초전도 현상이 일어난다는 사실이 발견되었다. 고온에서 사용할 수 있는 초전도체가 실용화되면 전기·전자 분야에서 광범위하게 응용될 것이다. 초전도체 내부에는 자기장이 들어갈 수 없을 뿐 아니라 내부에 있던 자기장도 밖으로 밀어내는 성질인 완전반자성도 있다. 이런 특성 때문에 자석 위에 떠오르 는 자기부상현상이 나타난다. 또한 완전한 전도체로서의 성질을 이용하여 전선을 만든다면 20% 이상의 전력 손실이 거의 사라지 게 되어 경제적으로 막대한 이익을 얻을 수 있다. (2) 비금속 무기재료: 파인세라믹스(fine ceramics):뉴세라믹스라고도 한다. 천연 또는 인공적으로 합성한 무기화합물인 질화 물·탄화물을 원료로 하여 소결한 자기재료이다. 내열성·굳기·초정밀가공성·점연성·절연성·내식성이 철보다 강하여 절삭공구·저항재 료·원자로부품·인공관절 등에 쓰인다. 광섬유(optical fiber):빛을 머리카락 굵기에 불과한 수십 μm 유리섬유 속에 가두어 보냄으 로써 광섬유 한 가닥에 전화 1만 2000회선에 해당하는 정보를 전송할 수 있다. 결정화유리(crystallized glass):유리세라믹스라고
- 48. 도 하며, 비결정구조로 된 유리를 기술적으로 결정화하여 종래에 없던 특성을 지니게 한 유리이다. 파인세라믹스 : 정제, 조정된 고순도의 미립자 원료를 정밀하게 성형하여 잘 제어된 소성법으로 소결하여 얻어지는 세라믹스. 종 래의 세라믹스에 비해 고기능(기계적·열적·전자기적·광학적·화학적·생화학적 기능 등)이 있다. 원자 간 결합력이 강하기 때문에 열 팽창계수가 작고 급열·급랭에 견딜 수 있으며 고온에도 강하다. 종래의 세라믹은 산화 알루미늄이나 산화규소 등의 산화물을 원료 로 하지만, 최근에는 천연에 없는 질화규소나 탄화규소를 원료로 하는 것과 빛이나 전기적인 특수한 성질을 가지고 있는 것도 나 왔다. 금속·플라스틱에 이어서 ‘제3의 소재’라 불리고 있다. 의용재료(醫用材料)·유전재료(誘電材料)·자성재료(磁性材料)·압전재료 (壓電材料)·광학재료 등, 고도의 기능을 갖추게 된 파인 세라믹스를 상품화하여, 인공뼈·인공관절·인공치아 등에 실용화하고 있다. 한편 질화규소를 주체로 한 세라믹스는 고온에서도 뛰어난 기계적 특성을 가져, 자동차 엔진이나 가스터빈 등으로 이용하려는 연구 가 세계 각국에서 활발히 추진되고 있다. 광섬유 : 중심부에는 굴절률이 높은 유리, 바깥 부분은 굴절률이 낮은 유리를 사용하여 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사가 일어나도록 한 광학적 섬유이다. 에너지 손실이 매우 적어 송수신하는 데이터의 손실률도 낮고 외부의 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있다. 광학섬유라고도 한다. 광섬유를 여러 가닥 묶어서 케이블로 만든 것을 광케이블이라고 하며, 그 사용이 늘어나고 있다. 광섬유는 합성수지를 재료로 하는 것도 있으나, 주로 투명도가 좋은 유리로 만들어진다. 구조는 보통 중앙의 코어(core)라고 하는 부분을 주변에서 클래딩(cladding)이라고 하는 부분이 감싸고 있는 이중원기둥 모양 을 하고 있다. 그 외부에는 충격으로부터 보호하기 위해 합성수지 피복을 1∼2차례 입힌다. 보호피복을 제외한 전체 크기는 지름 백∼수백㎛(1㎛ = 1/1000mm)로 되고, 코어 부분의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 높게
- 49. 되어 있어서, 빛이 코어 부분에 집속되어 잘 빠져나가지 않고 진행할 수 있게 되어 있다. 코어의 지름이 수㎛인 것을 단일모드 광섬유, 수십㎛인 것을 다중(多重) 모드 광섬유라 하고, 코어의 굴절률 분포에 따라 계단 형·언덕형 광섬유 등으로 나눈다. 광섬유는 외부의 전자파에 의한 간섭이나 혼신(混信)이 없고 도청이 힘들며, 소형·경량으로서 굴곡에도 강하며, 하나의 광섬유에 많은 통신회선을 수용할 수 있고 외부환경의 변화에도 강하다. 더구나 재료인 유리의 원료는 대단히 풍부하므로 효용도가 높다. 결정화유리 : 유리를 재가열하여 결정화시킴으로써 만들어지는 재료를 말한다. 조성을 선택함에 따라 다음과 같은 각종 특성을 갖는 결정화 유리가 만들어지고 있다. 예를 들면, ① 내열충격성이 높아, 조리용 냄비나 가열판 등으로 이용되는 저팽창성 결정화 유리. ② 내열용기로서 이용되는 투명 결정화 유리. ③ 강유전체 결정을 포함한 전자기능 결정화 유리. ④ 자기 디스크 등의 기판으로서 이용되는 고강도 결정화 유리. ⑤ 보통의 선반이나 톱으로 연삭,절삭이 가능한 마이카 결정화 유리. ⑥ 미려한 벽면을 위한 건재용 결정화 유리. ⑦ 고강도로 생체활성을 갖는 MgO-CaO-P2O5-SiO2계 인공골 결정화 유리 등이 있다. (3) 신고분자재료: 엔지니어링 플라스틱:금속보다 강한 플라스틱 제품으로서, 경량화를 지향하는 자동차·전자기기·전기제품 등에 쓰인다. 고효율성 분자막(high efficiency separator):특정한 물질만을 통과시키는 기능을 지닌 고분자막과 같은 특수재료이다. 태양광발전 플라스틱전지:p형과 n형 실리콘 단결정을 접합하여 만든 태양전지보다 더욱 발전변환효율이 높은 전지로서 대량 공급 될 것이다.
- 50. 엔지니어링 플라스틱 : 공업재료·구조재료로 사용되는 강도 높은 플라스틱이다. 강철보다도 강하고 알루미늄보다도 전성(展性)이 풍부하며, 금·은보다도 내약품성이 강한 고분자 구조의 고기능 수지이다. 성능과 특징은 그 화학구조에 따라 다른데, 주로 폴리아마이드·폴리아세틸·폴리카보네이트·PBT(폴리에스터수지)·변성 PPO(폴 리페닐렌옥사이드)의 5종류로 분리된다. 이들의 공통점은 분자량이 몇 십∼몇 백 정도의 저분자 물질인 종래의 플라스틱과는 달리, 몇 십만∼몇 백만이나 되는 고분자물질이라는 점이다. 따라서 이 플라스틱은 강도·탄성뿐만 아니라, 내충격성·내마모성·내열성·내한성·내약품성·전기절연성 등이 뛰어나 그 용도도 가 정용품·일반잡화는 물론, 카메라·시계부품·항공기 구조재·일렉트로닉스 등 각 분야에 걸쳐 사용할 수 있다. 한편, 이보다 한발 앞 서 엔지니어링플라스틱을 유리섬유 또는 탄소섬유 등과 혼합시켜, 더욱 강력한 특성을 발휘하는 복합재료인 섬유강화플라스틱 (FRP: fiber reinforced plastics)의 개발도 이루어졌다. 태양광발전 플라스틱전지 : 태양광선의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치. P형 반도체와 N형 반도체를 사용하고, 빛을 비추 면 내부에서 전하가 이동하여 P극과 N극 사이에 전위차가 생긴다. 태양의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치가 태양전지이다. 태양전지는 우리가 생활에서 흔히 사용하는 화학전지와는 다른 구조를 가진 것으로 ‘물리전지’라 구분하며, p형반도체와 n형반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용해 전기를 일으킨다. 태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 전하들은 각각 P극과 N극으로 이동하는데, 이 작용에 의해 P극과 N극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하며, 이때 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다. 이를 광전효과라 한다. 태양전지 모듈은 대형의 시스템에서는 여러 태양전지를 직·병렬로 연결하여 전력을 꺼낸다. 셀은 전기를 일으키는 최소 단위이 며, 모듈은 전기를 꺼내는 최소 단위이고 현관문의 반만한 크기이다. 어레이는 직·병렬로 연결한 여러 개의 모듈을 정리한 단위이 다. 태양전지는 실리콘 반도체를 재료로 사용하는 것과 화합물 반도체를 재료로 하는 것으로 크게 나눌 수 있다. 다시 실리콘 반도 체에 의한 것은 결정계와 비결정계로 분류된다. 현재 태양광 발전 시스템으로 일반적으로 사용하고 있는 것은 실리콘 반도체가 대 부분으로, 특히 결정계 실리콘 반도체의 단결정 및 다결정 태양전지는 변환 효율이 좋고 신뢰성이 높아 널리 사용하고 있다. (4) 복합재료: 바이오센서(biosensor):생체에 적합한 의료용 신소재로서 인간의 5감을 가지는 것으로, 산업용 로봇제어기술, 자 동제어, 정밀계측기 분야에 쓰인다. 복합재료:두 종류 이상 소재를 복합하여 고강도·고인성·경량성·내열성 등을 부여한 재료이다. 유리섬유·탄소섬유·아라미드섬유 등이 이에 속한다. 탄소섬유강화플라스틱(CFRP:carbon fiber reinforced plastic):강도가 좋으면 서도 가벼운 재료를 만들기 위해서 플라스틱에 탄소섬유를 넣어 강화시킨 것이다. 자동차부품, 비행기 날개, 테니스 라켓, 안전 헬 멧 등에 이용된다. 섬유강화금속(FRM:fiber reinforced metal):금속 안에 매우 강한 섬유를 넣은 것으로, 금속과 같은 기계적 강 도를 가지면서도 가벼운 재료이다. 우주·항공 분야에 이용된다.
- 51. 바이오센서 : 생물이 가지고 있는 기능을 이용하여 물질의 성질 등을 조사하는 기계를 말한다. 변이원(變異原)에 민감한 고초균 을 사용하여 돌연변이 변성물질이나 발암성 물질의 검정을 한다. 종래의 검정법은 세균의 사멸, 생육상황을 눈으로 보고 판정하기 때문에 적어도 하루가 소요되었다. 그러나 이 방법은 세균의 생육상황에 따라 소비되는 산소량으로써 전기적(電氣的)으로 검사하기 때문에 1시간이면 판정할 수 있는 장점이 있다. 복합재료 : 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적·화학적으로 서로 다른 상(phase)을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하 는 재료를 말한다. 강화재의 구조에 따라 섬유강화 복합재료(fibrous composite), 입자강화 복합재료(particulate composite)로 구분되고 강화하는 재료(matrix:기지재료)에 따라 고분자복합재료(polymer matrix composite), 금속복합재료(metal matrix composite), 세라믹복합재료(ceramic matrix composite)로 나누어진다. 근대적 의미의 복합재료는 1940년대 초에 사용되기 시작한 유리섬유강화플라스틱이 그 효시이다. 강화플라스틱의 개념은 1960 년대 이후 유리섬유보다 특성이 우수한 탄소섬유의 출현과 이것이 플라스틱뿐만 아니라 금속이나 세라믹으로 확대 발전되면서 복 합재료라는 보다 포괄적인 용어를 탄생시켰다. 복합재료는 강화재의 구조에 따라 섬유강화 복합재료(fibrous composite), 입자강화 복합재료(particulate composite)로 구 분되며, 강화되는 기지재료(matrix)의 종류에 따라 고분자복합재료(polymer matrix composite), 금속복합재료(metal matrix composite), 세라믹복합재료(ceramic matrix composite)로 나누어진다. 이 중에서 섬유강화의 개념과 고분자기지재료를 조합한 섬유강화 고분자복합재료(fiber reinforced plastics:FRP)가 현대 복합 재료의 중추적인 역할을 하고 있다. FRP의 개념은 철근콘크리트에 비유되기도 한다. 고분자기지재료의 강도를 1이라 하면 유리섬유와 탄소섬유는 각각 25∼40이며, 강성(stiffness)은 고분자재료에 비해 유리섬유 가 20배 이상이고 탄소섬유는 70배를 상회한다. 이와 같은 물성은 강철보다 우수하거나 필적하는 것이나 무게가 금속에 비해 가 벼우므로, 더욱 가벼운 고분자기지재료와 조합되는 FRP는 '강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운' 이상적인 경량구조재가 된다. 유 리섬유강화 고분자복합재료(GFRP)와 탄소섬유강화 고분자복합재료(CFRP)로 대표되는 이 재료들은 테니스 라켓, 골프채 등과 같 은 스포츠용품과 선박, 고속전철, 항공기 등의 필수 구조재료로 이용되고 있다. 금속이나 세라믹을 기지재료로 하는 복합재료에서는 재료의 경량화와 고강도화를 목적으로 탄소섬유, 실리콘 카바이드섬유, 알루 미나섬유 등이 강화섬유로 이용되고 있으며, 이들은 고분자복합재료가 적용될 수 없는 고온용 특수용도에 사용된다.