로봇 어플리케이션의 활용도는 사회 전반에서 점차 확대되고 있지만 로봇들의 컴퓨팅 자원 차이로 인해 한 로봇에서 다양한 어플리케이션을 실행하기는 힘든 실정이다. 본 논문에서는 로봇이 주변장치와의 자원 공유를 통해 자원의 제약을 극복하는 프레임워크를 제안한다. 프레임워크는 협업에 요구되는 공통 구성 요소들을 정의한다. 또한 네트워크로 연결된 로봇과 다양한 장치의 예시를 통해 프레임워크의 동작 흐름을 보인다.
본 연구는 컴퓨팅 사고력에 기초한 유아를 위한 언플러그드 코딩의 특성과 개념, 유형, 전략을 알아보는 데 목적이 있다. 유아를 위한 언플러그드 코딩의 핵심은 컴퓨팅 사고력이다. 유아를 위한 컴퓨팅 사고력에 기초한 언플러그드 코딩은 프로그램을 사용하지 않고 알고리즘 판, s-블럭, 코딩 로봇, 스마트 기기 등을 긍정적으로 활용하여 논리적 사고를 기반으로 놀이를 통해 일상 생활 속에서 만날 수 있는 문제를 해결하고 새로운 놀이 방법을 찾는 것이다. 유아를 위한 언플러그드 코딩의 유형은 스마트 기기에 직접 입력하기, 전용 앱을 이용한 코딩 로봇 활용하기, 알고리즘을 활용한 코딩절차 연습하기, 혼합형 방법 사용하기가 있다. 전략으로 알고리즘 이해하기, 순서도 그리기, 작은 부분으로 나누기, 패턴 찾기, 벌레 잡기, 결과 예측하기가 있다.
초등학생을 대상으로 하는 소프트웨어 교육의 도구는 블록형 교육용 프로그래밍 언어(EPL)가 주로 사용되고 있다. 블록형 EPL은 SW 교육의 입문 도구로써 장점이 많지만 확장성에서는 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 실제 산업 현장에서도 활발하게 사용하고 있는 텍스트 기반의 프로그래밍 언어인 파이썬을 활용한 SW 교육의 접근 방안을 모색하였다. 파이썬을 활용한 학습 프로그램과 모형을 개발하고 초등학교 6학년 학생을 대상으로 10차시를 적용하였다. 그 결과 로봇 활용 파이썬 학습 모형을 적용한 학생들의 컴퓨팅 사고력 향상에 유의미한 효과가 있었으며 초등학생을 대상으로 텍스트 기반 프로그래밍 언어의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.
유아 및 저학년용 교육도구는 기술의 발달로 ICT기반의 디지털 기술이 융합되면서 스마트화 되고 있고 스마트 교육도구의 디지털 상호작용 기능은 학생들에게 보다 높은 몰입감과 재미를 선사해, 기존의 교육도구와는 전혀 다른 놀이형 도구로서 학습이 가능하다. 스마트 교육도구 구현에 활용되는 기술은 로봇공학, 컴퓨터공학, 프로그래밍 등 공학과 수학적 바탕으로 하는 학문에서 비롯되어, 그 자체로 교육 분야에 접목 될 수 있다. 본 논문에서는 현장교육에 활용되는 교육용 도구 로봇의 특성을 고려한 연구 개발 및 교육 현장에 최적화된 피지컬 컴퓨팅 기반의 제품을 설계 및 구현하여 로봇 시스템의 기반이 되는 센싱 정보처리와 소프트웨어 설계 및 프로그래밍 실습 교육을 위한 피지컬 교육이 가능하도록 개발하였다.
인간의 삶을 획기적으로 변환시키면서 부가가치를 창출하고 있는 인공지능, 로봇 기술, 사물인터넷, 그리고 생명과학 등이 이슈화되면서 차세대 산업혁명인 4차 산업혁명이 부각되고 있다. 이러한 4차 산업에 적응하도록 융합적사고와 컴퓨팅 사고력을 함양할 수 있는 교육이 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 STEAM과 컴퓨팅 사고력의 구성요소인 분해, 패턴 인식, 추상화, 그리고 알고리즘 설계 등을 반영하여 피지컬 컴퓨팅을 기반으로 한 디지털 윷놀이 시스템을 개발한다. 개발한 시스템을 체험하고, 이를 교육에 활용함으로서 프로그래밍 교육에 대한 관심과 흥미를 고취시키고, 융합적사고와 컴퓨팅 사고력을 위한 프로그래밍 수업을 개선한다.
로봇 어플리케이션의 활용도는 사회 전반에서 점차 확대되고 있지만 로봇들의 컴퓨팅 자원 차이로 인해 한 로봇에서 다양한 어플리케이션을 실행하기는 힘든 실정이다. 본 논문에서는 로봇이 주변 장치와의 자원 공유를 통해 자원의 제약을 극복하는 프레임워크를 제안한다. 프레임워크는 협업에 요구되는 공통 구성 요소들을 정의하고 어플리케이션을 쉽게 제작할 수 있는 API를 제공한다. 로봇과 다른 장치가 네트워크로 연결된 환경에서 동작하는 로봇을 이용한 체조 학습 어플리케이션의 예시를 통해 프레임워크의 동작 흐름을 보인다.
본 논문은 유연하고 탄력적인 네트워크 구조를 제공하는 Jini를 기반으로 하는 이동 로봇 제어 시스템의 설계와 구현 방법을 제안한다. 기존의 tele-operation 시스템의 단방향 제어을 개선하여, 제안한 시스템에서는 양방향 제어가 가능하고 클라이언트 시스템과 로봇이 상호 연동할 수 있는 구조를 가진다. 기존의 tele-operation 시스템에 Jini 기술을 도입하여 네트워크상에서 자원 이동이 간편하고 분산 컴퓨팅이 가능한 시스템을 제안하고자 한다. 본 논문은 구체적으로 복수의 작업장 사이에서 자율 이동이 가능하고 새로운 작업장의 네트워크에 자동으로 적응할 수 있는 이동 로봇시스템과 이러한 로봇 시스템과 연결될 수 네트워크 시스템을 제안한다.
사람, 컴퓨터, 그리고 사물이 유기적으로 연계되어 다양하고 편리한 서비스를 제공해 주는 컴퓨팅 기술에 대한 연구들이 진행됨에 따라 지능형 로봇 시스템 환경은 분산 환경과 웹이 융합된 새로운 환경으로 변화하고 있다. 이러한 변화를 로봇산업에 적용하기 위해 다양한 연구기관의 개발자들은 이를 지원할 수 있는 로봇 미들웨어 플랫폼의 개발이 많은 노력을 기울이고 있다. 하지만, 지금까지 개발되어진 플랫폼은 통신 오버헤드, 컴포넌트 모델 부재, 통신구조 등 다양한 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점은 부적합한 통신 모델과 상호작용 패턴을 고려하지 않아 파생된다. 본 논문에서는 다양한 로봇 미들웨어 플랫폼의 통신 구조를 "통신 모델"과 "상호작용 패턴"을 분석하고, 시뮬레이션을 통한 결과를 기반으로 로봇 미들웨어 플랫폼의 향후 방향을 제시한다.
네트워크 기반 로봇에서 로봇은 한정된 자원을 가지며 서비스에 따라 필요로 하는 입출력 장치와 컴퓨팅 능력 및 응답 실시간성이 다르다. 본 논문에서는 네트워크 기반 로봇에서 로봇이 다양한 서비스를 효율적으로 수행하고 서비스의 실시간성을 제공하도록 하기 위하여 서비스 실 행 컨텍스트를 동적으로 관리하는 방법을 제안한다. 실제 네트워크 기반 로봇에 적용하여 실험한 결과, 제안한 방법은 서비스 실행의 실시간 응답성을 만족하며 로봇의 자원 사용률을 향상시켰다. 제안한 방법은 서비스 실행 컨텍스트에 대한 변경이 용이하므로 센서 및 새로운 서비스 에 대한 확장성과 융통성을 제공하며 로봇 서비스의 재사용성을 증대시킨다.
본 연구에서는 지역 고등학생들을 대상으로 아두이노를 기반으로 하는 인공지능 메이커 교육을 실시하고 소프트웨어 교육에 대한 태도, 창의적 문제해결력, 컴퓨팅 사고에 미치는 영향을 관찰하였다. 이를 위해 mBlock과 아두이노를 기반으로 인공지능 로봇을 만들 수 있는 교육을 설계하여 학교 외부의 메이커 스페이스에서 교육을 실시하였다. 교육에 참여한 20명의 학생 중 19명의 데이터를 분석하였고, 대응표본 t-검정 결과 모든 부분에 있어 향상하였음을 확인할 수 있었다. 또한 학생들의 학업성취도 및 만족도에 대한 예측변인을 확인하기 위해 다중회귀분석을 실시하였다. 그 결과 소프트웨어 교육에 대한 태도가 유의한 예측변인으로 확인되었다. 본 연구를 통해 메이커 교육이 소프트웨어 교육에 대한 태도, 창의적 문제해결력, 컴퓨팅 사고와 긍정적인 영향을 미친다는 사실을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 연구의 의의와 시사점을 도출하였고, 마지막으로 연구의 제한점과 추후 연구를 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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