Let’s express 3-dimmension in Liquid
Ⅰ. 연구 동기
우리는 3D의 세상에 살고 있지만 우리가 표현하는 것은 2D장면에 불과했다. 하지만 요즈음 3D의 표현이 발전하고 있다. 예를 들어 3D 프린터기나 3D영화 등과 같이 2D에서 3D로 표현법이 바뀌고 있는 추세이다. 우리는 이런 추세에 맞추어 우리 주변에서 볼 수 있는 액 체를 이용하여 3D로 표현하는 것에 관심을 가지게 되었다.
관을 따라 흐르는 용액의 특성을 이용하여 관을 입체적으로 제작하여 용액을 흘려보낸다면 특정 이미지를 생동감 있는 3D형태로 볼 수 있다는 기사를 보았다. 그 기사를 보고서 용액의 종류와 혼합비, 이를 구현할 수 있는 장치의 제작 및 구동하기 위한 프로그래밍에 관심을 가지게 되었다.
굴절률과 용액의 극성 유무라는 간단한 과학적 원리를 유리관으로 만든 입체 속에 적용할 수 있는 장치를 구성하고 용액분주장치를 자동화하는 프로그래밍을 한다면 액체를 이용하여 다양한 형태의 새로운 표현을 할 수 있을것이므로 연구활동에 큰 의미가 있을 것이라고 생각한다.
Ⅱ. 연구 목표
가. 서로 잘 섞이지 않는 성질의 용액 중 색깔을 띠도록 하여 관을 통해 흐르는 용액을 입체적으로 표현하고자 한다.
나. 액체를 3D 이미지화 할 수 있는 다양한 용액의 조건을 찾아 여러 가지 색으로 디자인된 이미지를 구현할 수 있는 최적의 용액을 데이터화한다.
다. 용액의 조건과, 흘려보내야 할 정확한 양의 계산, 다양한 이미지 제작, 이를 구현할 수 있는 프로그래밍 및 장치제작을 통해 원하는 모양의 품질 좋은 3D로 이미지화 할 수 있는 방안을 찾는다.
Ⅲ. 이론적 배경
가. 적절한 굴절률을 맞추어 유리관이 보이지 않도록 하는 원리 (1) 굴절 및 굴절률
빛이 투명한 물질을 통과할 때는 물질 내의 전자와 상호 간섭하게 된다. 이러한 간섭으로 빛이 진행하는 속도가 진공에서보다 느려지고, 물질의 경계면을 지날 때 방향도 바뀐다. 여기서 굴절이란 매질의 성 질이 바뀔 때 빛의 진행 방향이 바뀌는 현상을 말한다.
빛의 굴절은 스넬의 법칙을 따르며 투사각이 빛의 각도와 관계가 있음을 알려 준다.
(2) 굴절률이 같으면 유리관이 보이지 않는 원리
·
sin
sin sin
sin sin
′ sin
sin
∴ ≠′
·
sin
′′ sin
sin sin
sin sin
′′ sin sin
∴ ≠′′
빛이 직진할 때 시간(t)와 굴절되어서 걸린 시간 ′와 ′′이 다르기 때
′
∴투명해진다
문에 우리가 볼 때, 굴절되는 부분에서 공간적 외곡현상이 발생하기 때문에 불투명하게 유리가 보인다.
용액과 유리의 굴절률이 같기 때문에 빛이 직진하여 투명하게 보인 다.
나. 아두이노 (1) 아두이노란?
아두이노(Arduino)는 안드로이드에서 외부 디바이스에 대한 제어에 관한 것으로 전자 부품들을 연결해
서 초보자들도 쉽게 원하는 장치를 만들 수 있다. 아두이노를 single-board microcontroller라고 하는데 하드웨어와 소프트웨어가 모두 오픈소스로 되어 있다. 아두이 노의 하드웨어는 Atmel AVR
Processor와 입출력 핀들로 이루어져 있다. 소프트웨어는 표준 프로그 램 언어로 작성된 스케치라는 소스 파일을 컴파일 해주는 컴파일러와 부트로더로 이루어져 있다.
<아두이노 핀배열>
아두이노 보드는 사용 목적에 따라서 이용할 수 있는 여러 형태의 아두이노 보드가 있으며, 특정 목적의 기능을 적용한 쉴드 라는 보드 를 함께 이용할 수 있도록 되어있다.
출처 : http://jhseo64.wordpress.com
아두이노의 가장 큰 장점은 마이크로컨트롤러를 쉽게 동작시킬 수 있다는 것이다. 일반적으로 AVR 프로그래밍이 WinAVR로 컴파일하 여, ISP장치를 통해 업로드를 해야하는 등 번거로운 과정을 거쳐야하 는데 비해, 아두이노는 컴파일된 펌웨어를 USB를 통해 업로드를 쉽게 할 수 있다. 또한 아두이노는 다른 모듈에 비해 비교적 저렴하고, 윈 도를 비롯해 맥 OS X, 리눅스와 같은 여러 OS를 모두 지원한다. 아 두이노 보드의 회로도가 CCL에 따라 공개되어 있으므로, 누구나 직접 보드를 직접 만들고 수정할 수 있다.
아두이노가 인기를 끌면서 이를 비즈니스에 활용하는 기업들도 늘 어나고 있다. 장난감 회사 레고는 자사의 로봇 장난감과 아두이노를 활용한 로봇 교육 프로그램을 학생과 성인을 대상으로 북미 지역에서 운영하고 있다. 자동차회사 포드는 아두이노를 이용해 차량용 하드웨 어와 소프트웨어를 만들어 차량과 상호작용을 할 수 있는 오픈XC라 는 프로그램을 선보이기도 했다.
출처 : 위키백과, 우리 모두의 백과사전.
다. 극성이 다른 용액이 서로 섞이지 않는 원리 (1) 분배의 원리
설탕이나 수용성 비타민처럼 극성이 있는 물질은 물처럼 극성이 큰 용매와 잘 섞이고, 지용성 비타민처럼 극성이 거의 없는 물질은 기름 처럼 극성이 없는 용매와 잘 섞인다. 그런데 대부분 화합물은 분자 내에 극성이 있는 부위와 극성이 없는 부위를 동시에 가지고 있기 때 문에 극성이 다른 용매에 다 녹을 수 있다. 단지 분자 구조에 따라 어느 용매에 더 잘 녹는지가 다를 뿐이다.
이러한 성질을 잘 이용하면 극성에 차이가 나는 물질을 분리할 수 있다. 분리 깔때기에 물보다 밀도가 낮으면서 물과 잘 섞이지 않는 유기용매를 물과 함께 넣고, 야채즙처럼 극성이 다른 물질들이 섞여 있는 혼합물을 넣은 다음 세게 흔들어주고 한참 그대로 놓아두었다고 하자. 그러면 유기용매는 위에, 물은 아래에 층을 만들어서 층이 분리 되는데 이 때 비교적 극성이 높은 물질은 물 층에 더 많이 분포하고, 극성이 낮은 물질은 유기용매 층에 더 많이 분포하게 될 것이다. 그 런데 대부분 물질은 두 용매에 일정한 비율로 나뉘어진다. 이를 분배 라고 하는데 어떤 물질이 예컨대 유기용매 층과 물 층에 분배되는 경 우 동적 평형이 이루어지고, 이 경우에도 상평형이나 화학평형과 마 찬가지로 평형상수를 생각할 수 있을 것이다. 물론 어떤 용매에 대하 여 물질에 따라 평형상수 값은 다르다.
[S]org/[S]H2O = K 이 때 평형상수를 분배 계수라고 한다.
출처 : vod.snu.ac.kr
Ⅳ. 연구 과정 가. 3D 장치 구현
(1) 3D 장치 제작
- 재료 : 유리관, 투명 아크릴판 - 방법 :
① 육면체 형태의 아크릴판에 유리관 밑에 고무관을 설치하고, 육면 체 형태를 지탱할 수 있도록 양쪽으로 다리를 설치한다.
(120*120*180mm, 두께 5mm)
② 육면체의 밑면은 8*8열로 구멍을 뚫어 유리관이 들어갈 수 있도 록 한다.
③ 3D 장치에 들어갈 유리관은 유리세공을 통해 높이가 동일하면서 폭이 다른 U자형 유리관을 4개 8조를 만든다.
④ 유리관을 아크릴판의 홈에 꽂은 후 고무관을 통해 연결시킨다.
<한 면의 도면> <앞에서 본모양> <옆면>
용액 주입 모습
유리관 세공 모습
(2) 2D 표현
3D 표현에 앞서 먼저 한 쌍의 유리관을 제작하고 고무관을 이용하 여 연결한 뒤 2D로 모양을 표현했다. 식용유를 아크릴 물감을 이용해 빨강색으로 만들고, 물에 색소를 넣어 초록색으로 만든다. 그렇게 만 든 착색액을 주사기 피스톤에 각각 넣고 빨강색 용액과 초록색 용액 을 번갈아가며 주입한 뒤 모양을 만든다.
(3) 아두이노를 이용한 펌핑 시스템의 제작
마이크로 피펫을 통해 두 종류의 용액이 흘러갈 수 있도록 장치를 구성하 고, 구상한 이미지를 구현하기 위한 용액의 공급을 위해 아두이노를 이용한 피지컬 컴퓨터 와 컴퓨터를 연결하고 아두이노와 펌핑 역할을 할 수 있는 솔레노이드를 마이크로피펫에 연결하여 3D구현을 위한 기본 장치를 구성 한다.
나. 프로그래밍
아두이노에 연결된 솔레노이드를 통한 설계도에 따른 용액 공급을 위해 피지컬컴퓨터를 이용하여 컴퓨터에 저장된 이미지를 구현하도록 용액을 공급하는 피펫이 움직이도록 프로그램을 작성한다.
다. 적합한 용액 선정
(1) 유리와 용액의 굴절률 비교
프로그램을 통해 구상한 이미지를 얻기 위해 용액을 튜브로 흘려보낼 때 서로 섞이지 않고, 유리관의 굴절률과 비슷한 용액을 사용하여 용액을 주입하면 유리관이 보이지 않아야 하고, 원하는 객체에 색깔을 부여해야 하므로 다양한 공급 용액의 조건을 찾아 가장 적당한 용액과 유리관의 조건을 찾는다.
우리가 구상한 3D 입체 모형을 구현하기 위해 섞이지 않고 유리의 굴절률은 1.5와 가장 근접한 굴절률을 가진 용액을 조사한다. 다음과 같은 방법으로 굴절률이 1.5 부근인 각각의 용액들에 유리관을 담그 면서 투명도를 비교한다. 담았을 때 가장 투명한 조합을 가진 용액을 최종후보로 선정한다. 각각의 용액을 굴절계를 통해 굴절률을 측정한 다.
굴절률 측정모습
① 굴절계에 각각의 용액을 넣고 굴절률을 측정한다.
② 완충용액을 이용하여 씻어낸다.
③ 다음의 용액을 넣어 ①의 과정을 반복한다
라. 3D 이미지 제작
위 모든 용액과 장치를 이용하여 표현하고자 하는 3D 이미지를 설계한다.
이때 관의 길이와 용액의 양을 정확히 계산하여 정확한 이미지가 형성될 수 있도록 한다.
다음과 같이 도면을 제작한 뒤 나무쌓기를 이용해 직접 입체 모형 을 제작한다. 아래 도면에서 노란색 정사각형은 배경용액을 넣을 부 분이고, 빨간색 정사각형은 착색액을 넣을 부분이다.
1층 2층 3층 4층
5층 6층 7층 8층
<사과>
1층 2층 3층 4층
5층 6층 7층 8층
<의자>
마. 모형 제작
‘가’에서 제작한 아크릴 틀에 세공한 유리관들을 차례대로 설치 하고 고무관을 이용하여 <사진>과 같이 각각의 면을 연결한다. 그리 고 주입 유리관에는 긴 고무관을 연결하여 주사기를 연결할 수 있도 록 하고, 마지막 면에도 역시 긴 고무관을 연결하여 유리관을 모두 통과한 배경용액과 표현할 용액이 빠져나갈 수 있도록 한다. 그리고 서로 다른 면끼리는 각각의 면에서 유리관 연결이 되어있지 않은 두 유리관을 고무관으로 연결하여 용액들이 차례차례 다음 면으로 들어 갈 수 있도록 만든다.
첫 번째 면에 연결된 긴 고무관에 콕이 달린 주사기를 설치한다. 주 사기는 배경용액을 넣을 것 하나, 착색액을 넣을 것 하나 총 두 개를 준비한다. 주사기 종류를 바꿀 때는 콕을 잠근 뒤 기포가 들어가지 않도록 재빨리 바꾼다.
바. 아두이노를 이용한 자동화 시스템 개발 (1) 개발목적
수동으로 용액을 분주하면 주사기를 수시로 교대해야하는관계로 기포가 들어가기 쉽다. 기포가 들어가면 유리관내의 굴절율이 달라지므로 디스플 레이할 때 유리관이 보이게 된다. 또한 전확한 양을 분주하기 어려우므로 명확한 형태의 상을 얻기 어렵다.
본 연구에서는 3D구현을 보다 편리하고 정확하게 하기 위해 자동분주시 스템을 설계하고 제작하였다. 자동분주시스템에는 최대 4가지 다른 용액 을 분주할 수 있도록 구성하였으며, 이를 구동하기 위한 프로그램을 제작하
여 원하는 형태의 자료 소스만 코딩하면 자동분주하면서 형상화 할 수 있도록 하였다.
(2) 개발과정
<시스템의 하드웨어 제작>
앞판 뒷판 옆판
펌프 홀더 펌프 베어링 홀더
볼 스크류 펌프 홀더 모터유닛 모터 컨트롤 보드
Ⅴ. 연구 결과 및 시사점 1. 연구 결과
가. 3D 장치 구현
유리관을 설치한 3D 장치 모습 2D로 표현된 모양
나. 적합한 용액 선정
유리관과 굴절률이 같은 배경 용액을 찾기 위하여 여러 가지 물질을 비교 실험한 결과는 다음과 같다.
용액 굴절률 투명도 용액 굴절률 투명도
글리세롤 1.47 투명 식용유 1.4751 투명
톨루엔 1.49693 약간보
임 포도씨유 1.4743 투명
디에틸렌글리콜 1.4472 약간보
임 올리브유 1.4692 약간보
임
아세트산리날린 1.449~1.457 보임 옥수수유 1.4735 보임
물엿 1.4799 보임 양조식초 1.3386 뚜렷함
사과식초 1.3434 뚜렷함
위 실험 결과 가장 적합한 용액은 글리세롤과 식용유가 최종후보로 선정되었다. 하지만 글리세롤을 이용하여 유리관에 주입한 결과 점 성이 너무 커 주입 시간이 너무 길 뿐만 아니라 표현할 용액인 물을 주입시키는 것도 어려웠다. 따라서 점성이 작은 식용유를 배경용액으 로 사용하기로 하였다.
다. 이미지 제작
구현하고자 하는 도형을 보다 정확히 구현하기 위하여 작은 나무도 막으로 나무쌓기를 통하여 3D 모형을 만들었다.
앞에서 본 모양 옆에서 본 모양 위에서 본 모양
<사과>
앞면 옆면 윗면
<의자>
라. 모형 제작
3D 디스플레이 장치에 주사기로 식용유와 색깔 수용액을 무작위로 교대로 넣고 아크릴 통에 사용한 식용유를 넣어 색깔만 나타나도록 하였다.
용액 속에 색깔을 띤 모습이 나타났지만 주사기로 두 가지 용액을 교대로 넣는 반복 작업 동안 주사기 교체시 소량의 기포가 들어가므 로 기포가 있는 부분은 유리관이 보이는 문제가 있었다.
이 문제는 자동분주시스템 구축으로 완전해결 가능할 것으로 보고 있다.
(1) 사과 모양 디스플레이 설계 (가) 주입할 용액이 들어갈 좌표
다음은 유리관 디스플레이가 8*8*8의 격자점들을 가진 것처럼 보고, 오른손 직각 좌표계에서 원점을 (1,1,1)로 하여, 우리가 고무관을 연결한 대로 용액을 주입할 때, 주입하여 용액이 들어가는 순서대로 좌표를 표현 한 것이다.
(8,5,4) (8,4,4)
(7,5,3) (7,5,4) (7,5,5) (7,4,5) (7,4,4) (7,4,3) (7,6,4) (7,3,4)
(6,5,2) (6,5,3) (6,5,4) (6,5,5) (6,5,6) (6,4,6) (6,4,5) (6,4,4) (6,4,3) (6,4,2) (6,6,3) (6,6,4) (6,6,5) (6,3,5) (6,3,4) (6,3,3)
(5,5,1) (5,5,2) (5,5,3) (5,5,4) (5,5,5) (5,5,6) (5,5,7) (5,4,7) (5,4,6) (5,4,5) (5,4,4) (5,4,3) (5,4,2) (5,4,1) (5,6,2) (5,6,3) (5,6,4) (5,6,5) (5,6,6) (5,3,6) (5,3,5) (5,3,4) (5,3,3) (5,3,2) (5,7,3) (5,7,4) (5,7,5) (5,2,5) (5,2,4) (5,2,3) (5,8,4) (5,1,4)
(4,5,1) (4,5,2) (4,5,3) (4,5,4) (4,5,5) (4,5,6) (4,5,7) (4,4,7) (4,4,6) (4,4,5) (4,4,4) (4,4,3) (4,4,2) (4,4,1) (4,6,2) (4,6,3) (4,6,4) (4,6,5) (4,6,6) (4,3,6) (4,3,5) (4,3,4) (4,3,3) (4,3,2) (4,7,3) (4,7,4) (4,7,5) (4,2,5) (4,2,4) (4,2,3) (4,8,4) (4,1,4)
(3,5,2) (3,5,3) (3,5,4) (3,5,5) (3,5,6) (3,4,6) (3,4,5) (3,4,4) (3,4,3) (3,4,2) (3,6,3) (3,6,4) (3,6,5) (3,3,5) (3,3,4) (3,3,3)
(2,5,3) (2,5,4) (2,5,5) (2,4,5) (2,4,4) (2,4,3) (2,6,4) (2,3,4) (1,5,4) (1,4,4)
(나) 용액의 주입 주기
배경용액을 B , 주입할 용액을 C라고 표현하자. 하나의 알파벳은 하나의 격자점의 크기만큼의 용액을 주입하는 것을 의미한다. 다음은 실제로 용액을 주입하는 순서대로 알파벳으로 표현한 것이다.
BBB C BBBBBBBB C BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB BBBBBB BBBBB CCC BBBBBB CCC BBBBB C BBBBBBBB C BBBBBBBBBBBBBBBB BBBBBBBBBBBBBBBBBBBB CCCCC BBBB CCCCC BBB CCC BBBBBB CCC BBBBB C BBBBBBBB C BBBBBBBBBBBBBBBBBBB CCCCCCC BB CCCCCCC B CCCCC BBBB CCCCC BBB CCC BBBBBB CCC BBBBB C BBBBBBBBB C BBB CCCCCCC BB CCCCCCC B CCCCC BBBB CCCCC BBB CCC BBBBBB CCC BBBBB C BBBBBBBBB C BBBB CCCCC BBBB CCCCC BBB CCC BBBBBB CCC BBBBB C BBBBBBBB C BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB CCC BBBBBB CCC BBBBB C BBBBBBBB C BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBBBB BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
(다) 프로그램 소스코드 변경 부분 코딩 3.0 1.0
8.0 1.0 53.0 3.0 6.0 3.0 5.0 1.0 8.0 1.0 36.0 5.0 4.0 5.0
3.0 3.0 6.0 3.0 5.0 1.0 8.0 1.0 19.0 7.0 2.0 7.0 1.0 5.0 4.0 5.0 3.0 3.0 6.0 3.0 5.0 1.0
9.0 1.0 3.0 7.0 2.0 7.0 1.0 5.0 4.0 5.0
3.0 3.0 6.0 3.0 5.0 1.0 9.0 1.0 4.0 5.0 4.0 5.0 3.0 3.0 6.0 3.0 5.0 1.0 8.0 1.0 21.0 3.0 6.0 3.0
5.0 1.0 8.0 1.0 38.0 1.0 8.0 1.0 51.0 567.0
(2) 의자 모양 디스플레이 설계 (가) 주입할 용액이 들어갈 좌표
(8,5,4) (8,5,5) (8,5,6) (8,5,7) (8,5,8) (8,4,8) (8,4,7) (8,4,6) (8,4,5) (8,4,4) (8,6,4) (8,6,5) (8,6,6)(8,6,7) (8,6,8) (8,3,8) (8,3,7) (8,3,6) (8,3,5) (8,3,4) (8,7,4) (8,7,5) (8,7,6) (8,7,7) (8,7,8) (8,2,8)(8,2,7) (8,2,6) (8,2,5) (8,2,4) (8,8,1) (8,8,2) (8,8,3) (8,8,4) (8,8,5) (8,8,6) (8,8,7) (8,8,8) (8,1,8) (8,1,7) (8,1,6) (8,1,5) (8,1,4) (8,1,3) (8,1,2) (8,1,1)
(7,5,4) (7,4,4) (7,6,4) (7,3,4) (7,7,4) (7,2,4) (7,8,4) (7,1,4) (6,5,4) (6,4,4) (6,6,4) (6,3,4) (6,7,4) (6,2,4) (6,8,4) (6,1,4) (5,5,4) (5,4,4) (5,6,4) (5,3,4) (5,7,4) (5,2,4) (5,8,4) (5,1,4) (4,5,4) (4,4,4) (4,6,4) (4,3,4) (4,7,4) (4,2,4) (4,8,4) (4,1,4) (3,5,4) (3,4,4) (3,6,4) (3,3,4) (3,7,4) (3,2,4) (3,8,4) (3,1,4) (2,5,4) (2,4,4) (2,6,4) (2,3,4) (2,7,4) (2,2,4) (2,8,4) (2,1,4)
(1,5,4) (1,4,4) (1,6,4) (1,3,4) (1,7,4) (1,2,4) (1,8,1) (1,8,2) (1,8,3) (1,8,4) (1,1,4) (1,1,3) (1,1,2) (1,1,1)
(나) 용액의 주입 주기
BBB CCCCCCCCCC BBBBBB CCCCCCCCCC BBBBBB CCCCCCCCC BBB CCCCCCCCCCCCCCCCC BBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBBBBB C BBBBBBBB C BBB CCCC BBBBBBBB CCCC
(다) 프로그램 소스코드 변경 부분 코딩 3.0 10.0
6.0 10.0 6.0 10.0 3.0 17.0 3.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0
8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 6.0 1.0
8.0 1.0 6.0 1.0 8.0 1.0 3.0 4.0 8.0 4.0 567.0
마. 자동분주장치 제작
제작과정1 제작과정2 제작과정3
3D 디스플레이를 정밀하게 구현하기 위하여 자동분주 장치를 제작하였다.
이 장치는 최대 4가지 용액을 자동 분주할 수 있도록 하였으며, 디스플레이 할 도형을 프로그램을 통해 입력하면 자동으로 분주되면서 형태를 만들 수 있는 기능을 가졌다.
2. 시사점
본 연구 활동을 통한 학습효과는 다음과 같다.
가. 굴절률과 용액의 특성을 이용하여 흐르는 액체를 이용하여 원하는 형상을 3D 로 구현할 수 있는 방법에 대한 깊이 있는 고민을 통해 과학마인드를 높였다.
나. 융합능력 향상을 위한 STEAM R&E를 수행하면서 간학문간 융합의 중요성을 체험하는 계기가 되었다.
S : 굴절률, 용액의 극성, 밀도, 프로그램 코딩
T : 자동분주시스템 운영, 3D 입체 구현을 위한 주사기를 통한 용액 의 분주, 유리 세공
E : 3D 디스플레이 제작, 유리세공
A : 유리세공, 3D 디스플레이 장치디자인, 디스플레이(사과, 의자) 모형 디자인
M : 디자인 좌표 설정, 분주액량 구하기
다. 본 연구를 일반화하면 액체를 이용한 3D 형상을 통해 다양한 형태를 입체적으로 표현할 수 있어 많은 학생들에게 흥미 있는 자료로 과학적 호기심을 제공하는 교육적 기능이 클 것이다.
라. 용액의 성질과 특성을 이해하고, 간단한 컴퓨터프로그래밍과 관 의 부피와 용액의 양에 대한 정확한 계산, 이를 아름답게 표현하 기 위한 입체 그리팩 등 종합적인 활동을 통해 여러 가지 지식을 유합할 수 있는 융합 능력이 신장될 것이다.
Ⅵ. 홍보 및 사후 활용
본 연구는 계속 업그레이드 시켜나가는 장기 프로젝트로 활용가치가 높다.
현재 2가지로 시험만 하였고, 자동분주시스템은 이제 제작이 완료되어 아직 사용을 해보지 못했다.
다음 주부터 직접 장비를 부착하여 사용해보면서 문제점을 수정해 나가고 자 한다.
자동분주시스템 구축이 잘 활용되면 4가지 용액까지 사용가능하므로 다양 한 색깔의 3D 구현음 물론 형광물질을 사용하면 야간에도 좋은 광고자료로 활용될 수 있을 것이다.
프로그램을 통해 몇 가지 형상을 순차적으로 구현하는 활동을 통해 광고산 업이나 디자인 산업에 활용가치가 높을 것으로 기대한다.
