참고문헌

http://makezine.com/2008/07/07/build-kinetic-horse-sculp/ 출처(google.com)

http://fallight.ismine.net/entry/%EB%A7%90%EC%9D%98-%EC%83%9D%EB%AC%BC%EC%97%AD

%ED%95%99%EC%A0%81-%ED%9A%A8%EC%9C%A8%EC%84%B1?category=11 출처 (fallight.com) , 생명과학대사전

라. STEAM 창작물 제작 연구 보고서 3

Kinetic horse : 말의 움직임을 모방한 모형을 제작 및 관찰

김선찬,신한동,조병욱,최문석,홍성곤

삼척고등학교

ABSTRACT

The purpose of the research is analysis of horse's motion. We tried to make the 'kinetic horse' that is one of biomimetics . Making 'kinetic horse', We found the most appropriate distance between horse's leg and activated it to check the movement of 'kinetic horse'. through this research, We tried to identify the cause of

horse's rapidity.

point : horse, skeletal structure, pivot

Ⅰ. 서론

여러분은 평소에 미래 공상 과학 영화를 즐겨 보십니까? 그렇다면 이런 영화에서 마치 약속이라도 한 듯이 반드시 나오는 친숙하면서도 가깝지 않은 로봇을 알고 계실 겁니다. 영화속 로봇은 동력이 있는 한 지치지 않고 보통 생물과는 다른 힘을 발휘 합니다. 예로 들어 ‘아이 로봇’에 등장하는 인간형 로봇 이나 ‘트랜스 포머’에 나오는 동물형 로봇 등이 말이죠. 그 중에서 우리 조는 인간과는 다른 구조를 가 지고 팔을 통해 균형을 유지하는 인간과 달리 꼬리를 통해 균형을 조절하는 동물에게 관심을 가지게 됐 고 주위에서 흔히 볼 수 있는 동물들을 눈으로 관찰했고 인터넷을 통해 주위에서 볼 수 없는 동물들을 조사해 보았고 인간에게 친숙하면서도 빠른 속력을 자랑하는 ‘말’ 에게 집중을 하게 되었다. 우리 조는 말에 관련된 정보를 수집하며 말의 뛰어난 기동성과 균형적인 모습에 말의 구조 중 어떤 부위가 그 기 동성과 균형성을 실현시키는 것인지 흥미를 가지게 되었고 생체모방(Kinetic horse)의 제작을 통해 그 구조를 만들어 보기로 하였다.

여기서 생체모방이란 단순히 생체의 기능을 다른 재료로 대체하려는 것뿐만 아니라, 생체의 기능을 철 저히 모방하기 위한 연구도 이루어지고 있다. 바이오미메틱스의 분야에는 바이오미메틱스케미스트리(생 체모방화학), 바이오일렉트로닉스, 바이오메커닉스 등이 있다. 바이오미메틱스케미스트리는 생체계가 가 지는 각종 기능의 일부를 화학적으로 모방하는 학문에 전통 화학의 지식을 가하여 생체계에서 보다 뛰 어난 기능을 가진 계를 합성해 공학적으로 응용하려는 학문이다.(위키백과) 생체모방을 실현한 발명품의 예로는 도마뱀붙이의 접착력을 모방해 유리판을 기어 올라가는 스티키봇(Stickybot) 상어의 방패비늘을 모방해 속도 감소를 최소화한 수영복 등이 있다.(사이언스 타임스) 여기서 우리 조는 말의 기동력과 균

첫째, 말의 속력의 비밀은 다리의 구조에 의한 것이다.

둘째, 말의 균형성은 앞 다리와 뒷다리의 조화에 의한 것이다.

Ⅱ. 연구 계획

1. 계획 및 재료

먼저 조사를 통한 Kinetic horse의 자료를 구해 움직임에 막힘이 없고 부자연스러움이 남지 않도록 설 계를 한다. 적합한 재료를 구한 뒤 제작을 통해 말의 움직임을 관찰한다.

<표 1> 실험 재료 목록

구분 규격 개수

가위 mm사이즈 170 1

우드락 사이즈 900*1200 두께 5 1

플라이어 mm 115 1

ACTO 칼 칼날 길이 2.2 전체 14.5 1

빨대 7*21mm 10

2. 제작 과정

<사진 1> 다리 구조 부위에 따라서 길이를 다르게 잘랐다.

Kinetic horse의 동영상과 자료를 통해 빨대를 부위별로 길이를 정해 순서대로 정리해 놓았다. <사진 1>

<사진 2> 빨대를 부위에 맞게 고정해 두고 있다.

예비용 빨대를 준비 해 놓았기에 바로 제작에 들어갔고 한번 고정에 실패하고 두 번째 시도에서는 성공 적으로 다리를 완성 시켰다.<사진 2>

<사진 3> 완성된 다리 모형

다리는 약간 뻑뻑한 부분도 있지만 그것을 제외한다면 전체적으로 끊기지 않는 움직임을 보여준다<사진 3>.

<사진 4> 기어 박스 제작 <사진 5> 제작한 몸체에 기어박스 부착

기어박스 제작은 부품과 따라온 설계도에 따라 쉽게 제작이 가능했고<사진 4> 몸체에 부착하는 과정에 서 기어박스가 잘 붙지 않아 어려움을 겪었지만 지속적인 시도로 부착에 성공했다 <사진 5>.

<사진 6> 기어박스와 완성된 다리의 연결

여기서 재료 선정 및 주문 과정에서 기어박스를 잘못 주문 한 것인지 기어 박스와 다리가 연결이 잘 되 지 않고 어렵사리 연결해도 기어박스 구조상 다리가 각기 다르게 움직이게 하는 방법은 힘들기에 어쩔 수 없이 기어 박스를 제거하고 연결했다.<사진 6>.

Ⅳ. 연구결과 및 논의

kinetic horse를 제작해 본 결과 다리 관절에서 흥미로운 움직임이 관찰되었다.

<사진 7>

위 사진에서 1~5를 제외한 관절은 고정된 에 비해 1~5번 관절은 1번을 중심으로 1번 관절이 상하 움

이 결과에 따라 처음 설정한 가설에 답을 낼 수 있었다.

첫째, 빠른 기동력의 비밀에는 강하게 고정된 관절과 유연성이 보이는 관절들이 조화를 이뤄 강력한 힘 을 효율적으로 사용 할 수 있다고 보았다.

둘째, 말의 균형성에는 관절의 모습과 움직임에서 대칭적인 구조와 움직임이 보이는대 이런 복잡하지 않고 단순한 움직임에서 적절한 힘 분배로 빠른 속력에서의 균형을 유지 할 수 있었다고 추측을 할 수 있었다.

Ⅴ. 결론 및 제언

이 제작 결과를 통한 결론은 바로 말의 움직임이 그저 뒷다리가 오므라지고 펴짐과 동시에 일자였던 앞 다리가 오므려지는 아주 단순한 구조를 보인다는 것이다.

하지만 그 구조를 통해서 많은 것을 알 수 있었다. 말이 처음 움직이기 시작 했을 때 뒷다리가 오므려 지고 빠르게 핌과 동시에 폭발적인 힘이 발생해 앞으로 뛰어 나가 일자로 핀 앞다리가 지상에 착지함과 동시에 앞다리를 오므려 착지 시 발생한 충격을 감소시키고 남은 충격을 뒷다리가 오므려져 펴지는 그 순간에 보태져 도움닫기와 같은 현상이 일어나 점점 더 폭발적인 속도를 낼 수 있다는 것을 알 수 있 다. 이렇기에 알 수 있는 것은 말이 빨리 달릴 수 있는 것은 바닥을 강하게 처 낼 수 있는 다리의 구조 가 가장 큰 요인이 될 수 있다. 마지막으로 글을 마치며 이 실험을 하면서 여러 가지 아쉬움이 남는다 는 것이 있다면 그것은 바로 다양한 육지동물과 더불어 부드러운 관절이 많은 해양 동물을 만들어 보지 못했다는 것이 아쉬움으로 남지만 이 연구를 통해 기른 구조를 파악하는 분석력과 각 부위가 어떤 식으 로 말의 움직임에 영향을 줄지에 대한 사고력은 후에 생체 모방 실험을 행할 때 좋은 결과를 낼 수 있 을 것이다.

Ⅵ. 참고문헌

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%83%9D%EC%B2%B4%EB%AA%A8%EB%B0%A9 (위키백과)

http://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EC%9E%90%EC%97%B0%EB%AA%A8%EB%B0%A9%EC%9D%98-%EC%8B%9C%EB%8C%80-%EC%83%9D%EC%B2%B4%EB%AA%A8%EB%B0%A9%EA%B8%B0%EC%88%A 0&s=%EC%83%9D%EC%B2%B4%EB%AA%A8%EB%B0%A9

(사이언스 타임스)

마. STEAM 창작물 제작 연구 보고서 4

매미의 공명실을 모방한 스마트폰 음량 증폭기

송광훈,김성탁,이혁,조유진,김정용 삼척고등학교

ABSTRACT

본 연구의 의의는 매미가 큰소리를 낼 수 있는 비밀 중 하나인 매미의 공명실을 생체모방해 실생활에 접목하여 삶의 질을 높이자는 취지이다.

이 연구를 진행하면서 우리는 매미의 공명실의 구조와 새로운 모양의 울림통의 효율에 대해 자세히 생 각하게되었다.

Ⅰ. 서론

인간의 고도의 지성적, 감성적 활동의 산물인 음악은 인류의 문화발전사에서 동서양을 막론하고 매우 일찍 인간 생활의 중요한 요소로 자리를 잡았고 인류문화발전의 총체적 원동력이 되어온 동시에 인류의 역사에 지대한 영향을 끼쳐왔다.

인류는 음악을 여러 용도로 사용했는데, 힘든 농사를 하는 농민들을 위해 흥을 돋아주게 하는 노래, 전 쟁에서 아군의 사기를 올려주기 위한 노래 등 용도가 다양했다.

이렇게 인류는 음악에 대한 관심이 깊었고 LP, 축음기 등 인류는 음악을 소지하는 형태로 발달하기 시 작했으며 디지털화 시대를 맞이하면서 mp3 플레이어라는 것이 만들어지면서 음악을 휴대하기까지에 이 르게 된다.

옛날엔 휴대폰과 mp3 플레이어의 기능이 분리되어 음악을 휴대하며 듣는 인구가 제한적이었지만 요즘 엔 기술의 발달로 휴대폰에 mp3 플레이어 기능이 담긴 스마트폰이 개발되고 보급 또한 급증하면서 스 마트폰을 이용하여 음악을 휴대하며 듣는 일이 잦아졌다

하지만 이 스마트폰 내장 스피커에는 단점이 있는데, 출력이 적어서 큰 소리를 내지 못하며, 자칫 큰 소 리를 발생 시키면 음원이 손실되어 출력되기도 한다.

이러한 스마트폰 의 한계를 극복하기 위해 여러 음향기기가 개발되었지만 이 또한 값이 비싸거나, 무거 운 무게로 불편한 휴대, 대량의 전기 소모로 인한 배터리 방전 등의 단점이 있다. 최근 음향기기의 단점 을 보완해주는 음향증폭기가 화제가 되고있다.

우리는 여기에 매미의 공명실을 생체 모방하여 적용해보기로 하였다. 수컷 매미의 뱃속에는 '발음근'이 라는 근육이 있는데, 이것이 빠르게 수축하면서 진동판을 떨게 해 소리가 나고 공명실은 소리를 더 크 게 울리도록 해 준다. 이 소리는 85db~90db로 비행기의 소음과 맞먹는다고 하는데. 이 진동음은 진동 막 자체의 공명과 배의 빈 공간을 공명통으로 이용해 20배로 증폭된 결과이다.

따라서 우리는 다음과 같은 가설을 세워 효율적인 휴대용 증폭기를 만들려고 한다.

구분 규격(g) 개수(개)

찰흙 200 4

석고가루 350 2

신문지 5

dB 측정기 1

아이폰 5S 1

울림통 (나무재질) 1

바가지 1

나무젓가락 4

자(40cm) 1

2. 음향 증폭기로 향상된 소리의 dB 측정결과는 기존 내장 스피커의 소리의 dB 측정결과보다 더 높을 것이다.

Ⅱ. 연구방법

1. 재료 및 연구 대상

우리는 연구의 객관성을 위해 DB측정기를 사용하여 음량의 변화를 측정하였다.

DB 측정기와의 거리는 똑같이 40cm로 하였고 사용한 음향 장치는 아이폰5S. 사용한 음악은 ‘도입음’

으로 하였고 소리 볼륨은 15로 고정하였다.. 제작 및 실험에 쓰인 재료는 아래의 <표1>과 같다.

<표 1> 재료

<사진 1> 재료

2. 실험 과정

1. 매미의 공명실을 모방한 증폭기를 찰흙과 석고를 이용해 만든다.

2. 기존 증폭기, 매미 생체 모방한 증폭기, 아이폰을 준비한다.

3. 40cm 간격을 두고 아이폰의 볼륨을 15로 고정하고 벨소리 ‘도입음’으로 dB 측정기를 사용해 측정한