RFID 태그에 통신 기능이 부가되고 점차 주위 환경을 감지하는 센싱 기능이 부가되면, 능동적으로 정보를 처리하는 지능형 초소형 스마트 센서 네트워크로 발전되어 현재의 고정된 개체 인식 코드 획득 수준에서 다기능 태그에 의한 상황인지 처리 수준으로 진화하여, 개체간 통신 기능을 갖춘 지능형 USN으로 발전할 것으로 전망 된다. ZigBee는 기기간 센서 네트워크를 구성, 단순 제어와 관리를 수행할 수 있는 WPAN의 최적의 기술로 평가 받고 있으며 저 전력, 저가 등의 장점 등으로 시장 성장성이 높은 기술이다. 유/무선 인프라를 확보하고 있는 우리는 ZigBee를 기존, 또는 현재 구축중인 유무선 네트워크와 연결해 다양한 유비쿼터스 서비스를 개발할 수 있는 최적의 테스트베드 환경을 갖추고 있으므로 u-Health의 기반에 꼭 필요한 기술이다.
사람들은 대부분의 시간을 실내에서 보내고 있으며, 실내에 존재하는 유해가스는 미량의 농도에도 불구하고 심각한 질환을 일으킬 수 있다. 금속산화물 반도체 가스센서는 감도가 우수하고, 구조가 간단하며, 초소형화가 가능한 장점이 있어 고가의 대형 장비를 사용하지 않고 실내 유해가스를 측정하는 데 효과적으로 이용될 수 있다. 본 기고문에서는 금속산화물 반도체를 이용한 가스 센서의 검지 원리를 고찰하고, 나노 구조 조절, 마이크로 리액터 및 이중층 구조를 이용한 가스 개질 등 실내 유해가스 측정을 위한 다양한 센서 설계방법을 소개하고자 한다.
최근 센서 기술이 발전함에 따라 센서들의 유비쿼터스 환경에서의 활용방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 현재 존재하는 센서들 중 Zigbee 센서는 저전력, 초소형 등의 특징을 가지고 센서들이 통신을 하는 센서로써 유지비용과 이동성에 있어서 다른 센서들보다 성능이 우위에 있다. Zigbee 센서는 신호를 Broadcasting하여 다른 Zigbee 센서와 통신을 하게 된다. 이때 이 신호의 세기를 나타내는 RSS와 Triangulation을 통하여 위치를 파악할 수 있다. 그리고 이 결과를 Particle Filter 알고리즘을 통하여 위치추정의 정확도를 높일 수 있다. 또한 유비쿼터스 환경에서의 활용 가능성 파악을 위하여 실제 집 환경의 Testbed를 구축하여 시뮬레이션을 진행하였다. 멀티 타겟의 위치 추정을 위하여 Zigbee 센서의 Time Cycle 조정을 통하여 Particle Filter 알고리즘을 사용하여 위치 추정 오차를 시뮬레이션으로 성능평가를 하였고 결과를 통하여 멀티 타겟의 경로를 분석하였다.
격벽으로 분리된 여폭약과 수폭약의 쌍으로 이루어진 파이로테크닉 장치의 성능은 격벽 내에서의 충격파 감쇠 및 폭약의 충격 감도에 의해 결정된다. 따라서 초소형 Kapton 비행편의 고속 충돌 실험을 통한 대상 HNS의 충격 점화 및 감도 분석을 목표로 EFI 기폭 장치를 고안하였다. 폭약에 전해지는 충격파의 강도 및 지속 시간의 측정을 위해 VISAR 속도 간섭계를 활용한 속도 측정 및 임피던스 정합 기법을 적용하였다. 본 연구는 비행편의 속도 및 충돌 시 발생되는 충격파의 강도와 지속 시간을 결정함으로써 소형 파이로테크닉 장치의 성능 및 기폭을 위한 비행편의 임계 속도의 예측 가능성을 확인하였다.
곤충의 날개짓을 모방한 공력특성 연구가 초소형 비행체의 설계 파라미터를 구하기 위하여 수행되었다. 한 쌍의 날개 모델은 초파리(rosophila) 날개짓을 모방하기 위하여 200배 확대하였으며, 두 쌍의 공간 4절 링크를 적용하였다. Weis-Fogh 메커니즘을 검증하기 위해 한 쌍의 날개모델은 후행회전(Delayed Rotation)의 움직임을 가지도록 설계되었다. 또한 양력 및 항력은 날개 끝 속도 기준 레이놀즈수 약 1200, 최대 받음각 $40^{\circ}$에서 측정되었다. 모델의 관성력은 99.98%의 진공 챔버로 측정되고 공기속에서 측정된 데이터에서 제거되었다. 본 연구에서 Weis-Fogh 메커니즘의 고양력 효과는 날개의 업스트로크 과정에서 나타났다.
본 연구에서는 $SiO_2$ 미세구조 상에 Pd 나노입자(NPs)를 증착하여, 불소화된 마이크로-나노 계층구조를 갖는 Pd-decorated $SiO_2$($Pd/SiO_2$)를 제작하였다. 마이크로 크기의 거칠기를 갖는 $SiO_2$ 층은 졸-겔 공정을 사용해서 제조된 용액을 전기분사함으로써 제조되었다. 이어서, 자외선(UV)을 이용한 광 환원법을 이용해 Pd 나노입자를 $SiO_2$ 층에 형성했다. 생성된 표면은 마이크로-나노의 계층구조 형태를 보여주었다. 해당 시편의 불소화 처리 후, 마이크로-나노의 계층구조 표면은 $170^{\circ}$ 이상의 물 접촉각(water contact angle; WCA) 및 $5^{\circ}$ 이하의 슬라이딩 각(sliding angle)을 보여줌으로써 물에 대해 탁월한 소수성을 나타내었다. 또한, 커피($CA=161^{\circ}$), 우유($CA=162^{\circ}$), 쥬스($CA=163^{\circ}$), 그리고 글리세롤($CA=165^{\circ}$)에 대해서도 우수한 소수 특성을 보여주었다. 또한, 이들 $Pd/SiO_2$ 층은 우수한 장기내구성 및 자외선 저항성을 보여주었다. 그리고 이어진 기름에 대한 접촉각 측정을 통해 해당 시편이 소유 특성이 아닌 친유 특성을 보여준다는 것을 확인할 수 있었고, 기름에 대한 CA는 약 ${\sim}10^{\circ}$로 매우 우수한 친유 특성을 나타내었다. 이와 같은 결과는 자체세정이 가능한 표면 및 지능형 물/기름 분리 시스템과 같은 스마트 장치에서 초소수성-친유성 특성을 갖는 계층구조의 $Pd/SiO_2$ 층을 사용할 가능성을 명확하게 보여준다고 판단된다.
LIGA-like 공정을 이용하여 고종횡비를 갖는 초소형 니켈 터빈을 제작하기 위하여 블레이드에 대한 유한 요소 해석을 수행하여 안전한 운전 조건을 연구하였다. 이 해석으로부터 터빈의 입구와 출구의 압력 차이가 44kPa 정도일 때에 항복강도를 넘지 않도록 해야 하며 축의 외경과 터빈 날개의 내경 사이의 접촉에 의한 마찰계수와 최대 응력 사이의 관계는 약간 반비례하는 경향을 보였다. 즉, 터빈이 회전하는 상태에서 최대 응력은 접촉 마찰이 증가함에 따라 감소했다. 터빈과 같이 반복하중을 받는 부분은 취성이 강한 실리콘보다는 금속으로 제작해야 하며 이를 위해서는 표면 미세 가공 보다 LTGA-like 공정으로 제작되어야 한다. 본 연구는 초소형 구조물에서 움직이는 부분과 고정된 부분의 접촉 문제를 갖는 여러 종류의 문제를 다루는 데에 이용될 수 있다.
초소형위성의 설계는 무게, 체적, 전력 및 표면적 등의 제한조건으로 인하여 상당한 어려움이 따른다. 임무기간 동안 위성의 각 모듈에 전력을 지속적으로 공급해 줄 수 있는 효율적인 저가의 피코위성 HAUSAT-1 전력시스템을 개발하였다. 본 논문에서는 태양전지판, 배터리, 전력조절 및 분배유닛의 설계 및 해석 결과를 논의하였으며, 설계된 시스템의 개발이 실제 하드웨어로 구현이 가능하도록 개발비용과 성능을 고려한 부품의 선정, 제작 및 시험결과에 대하여 기술하였다. 또한 운영 모드별 에너지 평형 해석 (Energy Balance Analysis) 을 통한 시뮬레이션 수행 결과를 보여주고, 전력계의 가능 및 환경시험 결과와의 비교를 통하여 전력시스템 설계의 타당성을 검증하였다.
10종(種)의 침엽수재(針葉樹材)와 10(種)의 활엽수재(闊葉樹材)에 있어서의 상대적(相對的) 연소도(燃燒度)를 측정(測定) 조사(調査)하기 위하여 변재(邊材) 판일재(板日材)의 산소지수(酸素指數)를 ASTM D 2863-77에 의거 Up and Down 법(法)을 통하여 구하였다. 산소지수(酸素指數)는 침엽수재(針葉樹材)의 경우 스트로부스잣나무가 21.0으로 그리고 잎갈나무가 28.2로 각각 초소치(最小値) 및 최대치(最大値)를 나타냈으며 활엽수재(闊葉樹材)의 경우 사시나무가 20.7로 초소치(最小値)를 그리고 상수리나무가 27.6으로 최대치(最大値)를 나타냈다. 따라서, 연소(燃燒)가 용이한 재료(材料)일수록 낮은 산소지수치(酸素指數値)를 지닌다는 사실(事實)에 근거하여 볼 때 침엽수재(針葉樹材)와 활엽수재(闊葉樹材)별로 잎갈나무와 상수리나무가 연소성(燃燒性)이 가장 낮으며 스트로부스잣나무와 사시나무가 연소성(燃燒性)이 가장 큰 소재(素材)임을 구명할 수 있었다.
대부분의 기존 임베디드 웹 서버 시스템은 어떤 특정 기기를 감시하고 제어하기 위하여 고안되고 있다. 따라서 이들은 범용성 및 유연성이 없을 뿐만 아니라 비교적 가격이 저렴한 가정용 기기를 위해서는 너무 비싸다. 이러한 어려움을 극복하기 위하여 본 논문에서는 인터넷을 이용하여 가정용 혹은 산업용 기기를 감시 및 제어하기에 적합한 저가의 초소형 임베디드 웹 서버의 모델을 제시한다. 제시한 모델은 H/W 및 S/W의 비용을 최소화하기 위하여 ISP 기능과 플래시 롬을 내장한 원 칩 마이크로프로세서를 기본으로 한다. 또한 범용성 및 유연성을 제공하기 위하여 새로운 기능을 동적으로 추가할 수 있도록 한다. 마지막으로 제시한 모델의 활용 가능성을 평가하기 위하여 ATMega103원 칩 마이크로프로세서를 기본으로 한 시험용 보드를 제작하고 제어 프로그램을 작성하여 MS 익스플로러 5.0 환경에서 실험하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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