STEAM R&E 연구결과보고서

STEAM R&E 연구결과보고서

(지문 채취 시 지문을 파괴하지 않고 지문을 채취할 수 있을까?)

2015. 11. 12.

충북과학고등학교

< 연구결과 요약 >

과 제 명 지문 채취 시 지문을 파괴하지 않고 지문을 채취할 수 있을까?

연구목표

현재 지문 채취에 사용하는 분말법에서 붓이 융선에 직접 접촉하여 지문을 손상시키는 문제점을 효율적으로 개선할 수 있는 자성을 이용한 새로운 비 파괴식 지문 채취 방식을 개발한다. 최종적으로는 이 방식을 적용한 지문 채취 장치를 개발하고, 디자인을 접목시켜 시제품을 제작한다.

연구방법

1. 기존 지문 채취 방식 및 문제점에 대한 선행연구를 진행한다.

2. CNT와 MNP(Magnetic Nano Particle)를 이용하여 각 혼합 비율 별 자성 분말을 제조하고, 최적의 혼합비를 선별한다.

3. 최적 혼합비의 자성분말에 대하여 지문 채취 높이를 달리하며 지문을 채취함으로써 지문 위치에서의 최적 자기장 세기를 모색한다.

4. 임의의 전자석을 제작하여 코일의 감은 횟수, 지문까지의 거리, 전압, 전류의 세기를 달리하여 가며 지문 위치에서의 자기장 세기를 측정한다.

이를 통하여 위에서 찾은 최적의 자기장 세기를 만족하는 조건을 선별한 다.

5. 위 최적 조건을 바탕으로 3D 모델링을 통하여 여러 제품을 디자인하고, 이 중 몇 가지를 선별하여 3D 프린터로 출력한다. 전자석을 조립하여 최종적인 시제품을 제작한다.

연구성과

- 기존의 파괴식 지문 채취 방법이 아닌, 자성을 이용한 새로운 비 파괴식 지문 채취법을 개발하였고, 실제 지문 채취 성능이 뛰어남을 확인하였다.

- 자성을 이용한 지문 채취 장치를 제작하였고, 현장에 쉽게 적용 가능함을 보였다.

- 심미적 디자인을 통하여 공학에 Art를 효과적으로 접목시켰다.

- 비 파괴적인 방식으로 범죄 현장에서 더욱 개선된 지문 채취가 가능할 것이다.

- 기존보다 훨씬 간단한 방식으로 지문 채취가 가능하므로 누구나 쉽게 사용할 수 있을 것이다.

- 싼 가격과 높은 휴대성으로 보급되기가 매우 쉬울 것이다.

주요어 (Key words)

S-분말, 분말법, CNT, 자성입자(MNP), 전자석, 3D 프린터, Steam Product

1. 개요

□ 연구 동기 및 목적

○ 과학적인 도구의 개발 과정에서 수학과 공학을 도입하고, 최종적으 로 예술을 입히는 STEAM R&E를 수행한다.

○ 심미성을 고려한 디자인으로 실제 현장에서 사용하는 도구에 적용되 는 것이 단순히 공학과 과학뿐만이 아님을 이해하고, 표현한다.

○ 기존의 붓을 이용하여 지문의 융선에 직접 접촉하는 파괴식 방법이 아닌 자성을 이용하여 분말을 제거하는 비 파괴식 지문 채취 방법을 개발한다.

○ MNP(Magnetic Nano Particle)와 CNT(Carbon Nano Tube)를 다양한 비율로 혼합하여 자성을 띠는 혼합 분말을 제작하고, 각 비율별 자성 을 이용하였을 때의 지문 채취 성능을 비교하여 최적의 혼합 분말을 모색한다.

○ 지문 위치에서의 자기장 세기를 달리하여 지문을 채취하고, 이를 비교하여 지문 채취를 위한 최적의 자기장 세기를 탐색한다. 이를 통하여 장치의 크기, 길이 및 코일의 감는 횟수 등 지문 채취 장치의 규격을 결정한다.

○ 위 결과를 바탕으로 3D 모델링을 통하여 심미성을 고려한 지문 채취 장치를 설계하고, 3D 프린터로 출력한다. 이후 실제 지문 채취 성능을 측정하여 사건 현장에 적용 가능함을 보인다.

□ 연구범위

○ STEAM의 개념

○ 종래의 지문 채취 방식

○ MNP와 CNT를 사용한 자성 분말의 제작 및 분석

○ 효율적인 지문 채취를 위한 최적 조건 모색

○ 심미성을 고려한 실제 장치의 제작

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경

○ STEAM의 개념 및 요소

STEAM

S cience

T echnology

E ngineering

A rts

Fine Arts(미술, 음악), Liberal Arts(사회, 역사, 지리), Language Arts(국어, 영어), Physical Arts(체육), Practical Arts(실과)를 포함하는 넓은 의미의 예술

M athemtics

표 1. STEAM의 개념 및 요소

○ 지문(Finger Print)

1) 지문의 정의(유분, 융선, 융골)

지문은 손가락 끝의 촉구의 피부 융선의 형태를 말한다. 손가락을 물체 에 대고 누르면 물체의 표면에 융선의 흔적이 남는데, 이러한 흔적을 지문이라 지칭하기도 한다. 지문을 만드는 것은 손가락 지두의 융선이 다. 융선은 땀샘의 땀구멍 부분이 융기하고 이것이 서로 연락하여 밭고 랑 모양이로 되어있다. 이러한 융선에는 사람의 피부에 존재하고 있는 수분과 기름(유분)등이 묻어 있고, 이것이 물체에 닿게 되면 물체 표면에 묻어나 지문의 모양이 남게 된다.

2) 지문이 사람을 식별하는데 사용하는 이유

지문 형성에는 수많은 요인들이 영향을 미치기 때문에 땀샘들 사이의 연결이 이루어지는 경우의 수 또한 무수하다. 따라서 사람마다 그 형태 는 매우 다양하게 나타나게 되며, 이 때문에 서로 다른 두 사람의 지문이 일치할 확률은 약 870,0000,0000분의 1의 확률로 극히 낮다. 이러한 이유 때문에 사실상 지문이 동일한 사람을 찾기는 매우 어렵다. (만인부

동의 법칙)

다음으로, 시간이 지날수록 몸은 성장하는데 반해 땀샘의 위치는 고정 되어 있다. 이 때 지문은 땀샘의 연결을 통해 형성되기 때문에 지문의 형태는 사람의 몸이 성장함에 따라 그 크기만 커질 뿐, 모양은 변하지 않는다. 따라서 지문은 상처나 흉터와 같은 외상을 입는 후천적인 요인 을 제외하고는 일생동안 불변한다. (종생불변의 원칙)

이 두 가지 법칙에 의거하여 지문은 개인별로 사실상 유일하고, 일생동 안 불변하기 때문에 지문을 통하여 사람을 식별할 수 있다.

3) 특징점(분기점, 단점)

그림 1. 단점 그림 2. 분기점

지문을 통하여 사람을 식별하기 위해서는 지문의 특징점을 이용 한다. 단점과 분기점이 있으며, 단점은 융선이 진행하다 끊어지거 나 새로 시작하는 지점을, 분기점은 융선이 진행하다 둘로 갈라지 는 지점이다. 이 두 가지 특징점의 개수가 12개 이상 일치할 경우 에 두 지문이 동일하다고 보고, 법적으로 효력이 발생하게 된다.

11개 이하의 특징점이 일치할 경우에는 증거로서 법적효력이 없다.

○ 분말법

분말법은 가장 간단한 지문채취법으로, S-분말과 붓의 두 가지 도 구를 이용하여 채취가 가능하며 별다른 대기 시간이나 반응시간을 기다릴 필요 없이 빠르게 지문을 채취할 수 있다. 하지만 붓이 직 접적으로 지문에 닿을 경우 융선의 모양을 파괴 할 수 있다. 이는 식별 가능한 특징점 개수를 확연히 줄게 만드는 원인 들 중 하나 이며 식별 가능한 특징점 개수가 증가할수록 피의자와의 일치율 또한 증가한다.

○ 탄소나노튜브 (CNT, Carbon Nano Tube)

탄소나노튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 지름 1나노미터(1나노미터는 10억분의 1m) 크기의 미세한 분자이다. 속이 비어 있어 가벼우면서도 유연성이 뛰어난 미래형 신소재이며, 홀전자를 가지고 있기 때문에 스핀 방향에 영향을 받 아 자성을 띤다.

○ 3D 모델링과 프린팅

시제품의 설계 및 모델링에는 Trimble Navigation 사에서 제작한 SketchUp 프로그램을 사용하였다.

3D 프린터는 Fun 3D 사에서 제작한 Fun i3를 이용하였다.

□ 연구주제의 선정

○ 문제의 착안점

지문 채취 기술은 과학 수사의 핵심적인 기술 중 하나이다. 이는 지문의 형태가 사람마다 다르기 때문에 지문을 정확하게 채취하는 것은 과학 수사에 있어서 매우 중요하다. 현재의 지문 채취 방식은 대부분 붓을 이용한 방법으로, 미세 분말을 지문이 존재할 것으로 예측되는 위치에 뿌린 후, 여분의 분말을 붓으로 털어 낸 후 테이프 등으로 지문을 채취하 게 된다. 그러나 지문을 털어 내는 과정에서는 지문의 손상이 발생할 수밖에 없다. 이는 여분의 분말을 털어 낼 때 유분에 부착되어 있는 분말과의 접촉이 발생하기 때문이다. 따라서 붓을 이용한 지문 채취 방법은 채취한 지문의 정확도가 다소 떨어지게 되는 문제점이 있다.

우리는 이에, 자성을 띠는 분말을 사용하여 자성으로 분말을 제거한다 면 유분과의 직접적인 접촉이 발생하지 않아, 지문의 손상을 최소화 할 수 있지 않을까 생각하게 되었다. 따라서 우리는 실제로 자성을 사용 한 개선된 지문 채취 도구를 개발하여 보고자 하였다. 또한 조금 다른 관점에서, 실용적인 측면을 지나치게 강조한 도구는 심미적인 측면에서 부족한 점을 나타내는 경향이 있다. 그런 면에서 우리는 항상 미적인 면의 보완이 필요하다고 생각하고 있었다. 이에, 이러한 도구들을 디자 인을 통하여 심미성을 강조함으로써 전시물로 전시해 둘 수도 있도록

디자인하는 것은 어떨까 생각해보게 되었다. 따라서 우리는 지문채취 장치 또한 그저 지문 채취의 용도로써 제작하는 것이 아닌, 조형미를 갖춘 전시물로써 디자인해보고자 생각하였다. 이 과정에서 작품을 3D Modeling 한 후 3D Printer로 Printing하여 제작할 수 있을 것이라 생각하 였다.

결국 우리는 이러한 점들에 착안하여 조형미를 갖춘 개선된 지문 채취 도구를 개발하고자 하였다.

○ 연구의 STEAM 연관성

본 연구의 STEAM적 요소를 나열하자면 다음과 같다.

STEAM

S cience

T echnology

E ngineering

A rts

M athemtics

개념을 활용

표 2. 연구의 STEAM 요소

□ 연구 방법

○ 전문가 자문

1) 충북지방경찰청 과학수사과의 자문을 통한 지문 채취에 대한 다양 한 연구와 접근이 시도되고 있음을 파악함.

2) 국립과학수사연구원을 통한 자문 및 협조를 통하여 연구의 효율성 과 체계성 확립.

실제 과학수사 현장에서 사용되고 있는 지문 채취 방식을 알아보기 위하여 충북 경찰청 과학수사과(KCSI)에 방문하여 자문을 요청하였다.

그림 4. KSI 자문 (1)

그림 5. KSI 자문 (2)

지문 채취 방법에는 채취하는 시료에 따라 분말법, 액체법, 기체법으로 나뉘고 채취 방식에 따라 파괴방식, 비파괴 방식으로 나뉜다는 것을 알 수 있었다.

지문채취 방식은 지문의 산출환경에 따라 적합한 방식을 찾아서 지문 을 채취하게 된다. 일반적으로 간편한 분말법을 많이 사용한다고 한다.

하지만 분말법이 사용될 수 없는 경우가 있다. 예를 들어 지문이 벽면에 묻었거나, 복잡한 기계 부품에 묻었을 때는 분말법을 사용할 수 없으므 로 각각 액체법을 사용하거나, 부품을 분해하여 가져와서 기체법으로 지문을 채취하여야 한다.

지문 채취의 환경에 따라 분말법은 제약을 받지만 수사현장에서 신속 하게 지문을 채취하기 위해서는 분말법은 꼭 필요하다. 이에 따라 최적 의 지문을 채취할 수 있는 분말과 장치개발이 필요함을 확인하였다.

초창기에 분말로는 S분말이 쓰였다. S분말은 ‘만능가루’라고 불릴 정도로 많이 사용되었다고 한다. 하지만 지금은 분말의 색을 달리한 여러 개의 분말과 함께 적색, 녹색, 파란색의 라이트를 휴대하고 다닌다 고 한다. 이는 지문 산출 배경에 따라 지문과 분말이 흡착이 되어도 지문이 잘 채취 되었는지 육안으로 확인하기 어려운 경우를 방지하기 위해서이다. 하지만 분말법에는 큰 단점이 있는데 지문을 채취하기 위 해서는 솔로 지문에 붙은 분말을 털어내는 과정이 필요하다는 것이다.

솔로 지문을 털어내는 과정에서 지문의 융선이 직접 닿으므로 지문이 어느 정도 파괴된다.

따라서 경제적이고, 신속하게 지문을 채취할 수 있으며 비파괴적인 지문채취 방식이 필요함을 재확인하였다.

○ 실험 과정

1) CNT(Carbon Nano Tube) 가공

CNT는 입자가 작고 가벼워 잘 날리기 때문에 분말로 사용할 경우 호흡기성 질환을 유발할 위험이 있어 사용하기에 불편하다. 따라서 가 공을 통해 뭉치게 하여 사용하였다. 가공 방식은 다음과 같다.

(1) CNT에 충분한 양의 에탄올을 혼합하여 막자사발로 약 10분간 간다.

(2) (1)의 CNT를 드라이 오븐에 넣고, 70℃에서 6시간 동안 건조시킨다.

(3) (2)의 CNT를 막자사발에서 다시 약 10분간 간다.

2) 자성입자(MNP, Magnetic Nano Particle) 제작 MNP는 다음과 같은 방식으로 제조하였다.

(1) FeCl_·H_O 0.9g과 FeCl_·H_O 2.7g을 증류수 100ml에서 혼합하여 뷰렛으로 암모니아수 10를 초당 한 방울씩 첨가하며 교반한다.

(2) (1)의 용액을 rpm으로 8분간 원심 분리한다.

(3) 원심 분리 후 하층 입자를 분리하여 ‘증류수 : 메탄올 = 10 : 1’

혼합 용액 ml와 혼합한다.

(4) (3)의 혼합물을 거름종이에 여과시킨 후, 여과되지 않은 물질을 모아 드라이 오븐에서 ℃로 하루 간 건조시킨다.

(5) 건조된 물질을 막자사발로 간 후, 자석을 사용하여 모은다.

그림 6. 실험과정 1 그림 7. 실험과정 2 그림 8. 실험과정 3 그림 9. 실험과정 4

3) 지문 채취 실험 장치 제작

실험 전반에 걸쳐서 지문 채취는 다음과 같은 방식으로 진행하였다.

지문 채취 시에는 균일한 자기장을 가해 주어야 하므로 위와 같은 장치 를 제작하여 사용하였다. 위쪽 판을 자유로이 움직일 수 있도록 하고 볼트를 통해 고정할 수 있도록 하였다.

그림 10. 지문 채취 실험 장치

막대에 눈금을 표시하여 1~5cm 까지 1cm 단위로 높이를 조절하며 지문을 채취하였다.

4) 지문 채취 방법

지문은 다음과 같은 방식으로 채취하고, 분석하였다.

(1) 손으로 코를 2회 만진 후, 전자저울 위에서 1.3~1.4의 압력으로 슬라이드 글라스에 유분을 남긴다.

(2) 혼합 분말 1g을 지문 전체가 덮이도록 하여 슬라이드 글라스 위에 고루 뿌린다.

(3) 실험기구의 아래 판에 2의 슬라이드 글라스가 위치하도록 하고, 실험기구의 위쪽 판의 높이를 원하는 높이로 조절한다.

(4) 위쪽 판에 폭 30mm의 네오디뮴 자석을 두고 약 직경 5cm 정도의 동심원을 그리도록 하며 5초간 분말을 흡착한다.

(5) 자석을 그대로 위치한 채로 슬라이드 글라스를 높이를 유지하며 조심히 꺼내어 남겨진 지문을 셀로판테이프를 이용하여 떼어 낸 후, 지문 채취 종이에 붙인다.

(6) 채취한 지문을 위상차 현미경으로 관찰하여 특징점의 개수를 센다.

그림 11. 실험과정 1 그림 12. 실험과정 2 그림 13. 실험과정 4 그림 14. 실험과정 5

5) 장치 설계를 위한 자기장 조건 모색

장치 제작에는 두께 0.8mm의 코일을 사용하였고, 장치 설계를 위한 자기장 세기 측정에는 다음과 같은 장치를 제작하여 조건(코일 감은 횟수, 지문까지의 거리, 전압, 전류의 세기)을 변화시켜 가며 지문 위치 에서의 자기장 세기를 측정하였다.

자기장 세기 측정에는 ‘Lab Quest’ 장치를 이용하였다.

그림 15. 에나멜선 그림 16. 실험용 전자석

(1, 2, 3은 각각 170회, 340회, 510회)

그림 17. Lab Quest

□ 연구 활동 및 과정

○ 월별 연구 추진 실적

기간 연구과정 연구활동

4~6월

연구주제 선정 지문 채취에 대한 자료 탐색

사전조사 STEAM의 개념 조사 및 의미 파악 혼합 분말의 탐색연구수행

자성체 제작 및 자성 혼합 분말 제조 자성 혼합 분말에 따른 지문 채취 정도 비교

7~11 월

자기장 조건 모색 자기장 세기에 따른 지문 채취 정도 비교 연구수행

중간보고 중간보고 발표자료 제작 제품 디자인 및 연구수행

제작

Magnetic field generator와 최적의 지문 채 취 분말을 이용한 지문 채취 효율성 확인 최종 시제품 디자인 및 제작

포스터 발표 포스터 발표자료 준비 11월 결과보고 결과보고서 작성

표 3. 월별 연구 활동 과정

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과

○ 자성 분말의 모색 1. CNT 분말의 사용

자성을 띠는 CNT 분말의 특성을 이용할 수 있을 것이라 생각되었다.

1) SEM 촬영

그림 18. CNT 분말

그림 19. SEM 사진 (CNT)

CNT 입자의 크기는 약 5.1m로 측정되었다.

2) CNT 분말의 지문 채취 성능

CNT 분말이 어느 정도의 지문 채취 성능을 가지는지 알아보기 위하여 1cm 거리에서 자석으로 분말을 제거하여 지문을 채취하였다.

CNT 분말만을 사용하였을 경우에는 특징점을 식별할 수 없었다. 이는 CNT 입자 자체의 자성이 약하여 자성을 통해 완전히 제거되지 않았기 때문으로 생각된다. 따라서 더 강한 자성을 띠는 MNP를 제작하여 다시 실험하였다.

그림 20. 지문 채취 (CNT)

2. MNP 분말의 사용

CNT보다 더 강한 자성을 띠는 자성입자(MNP)를 제작하여 사용해 보고 자 하였다.

1) SEM 촬영

그림 21. MNP 분말

그림 22. SEM 사진 (MNP)

제조한 MNP 분말의 SEM 촬영 결과는 위와 같다. MNP 입자의 크기는 약 23.6m로 측정되었다.

2) MNP 분말의 지문 채취 성능

MNP 분말이 실제 어느 정도의 지문 채취 성능을 가지는지 알아보기 위하여 1cm 거리에서 자석으로 분말을 제거하여 지문을 채취하였다.

CNT 분말에서보다 지문의 융선이 크게 뚜렷해진 것을 확인할 수 있었 다. 단점 13개, 분기점은 8개로 총 21개의 특징점이 추출되었다.(3회 측정 후 평균) 그러나 지문의 휘도가 떨어져 일부 특징점을 구별이 어렵다. 이는

① MNP 입자의 크기가 너무 크거나

② MNP 입자가 자성에 의해 너무 많이 제거되었거나 의 두 가지 경우 중 하나라고 생각되었다.

그림 23. 지문 채취 (MNP)

3. CNT-MNP 혼합 분말의 사용

CNT와 MNP의 혼합 분말을 사용한다면 자성이 약하여 잘 제거되지 않는 CNT의 단점과 입자의 크기가 커 휘도가 떨어지는 MNP의 단점을 서로 효과적으로 보완할 수 있다. 따라서 CNT와 MNP의 혼합 분말을 제작하여 혼합비와 지문까지의 거리 별 지문 채취 성능을 비교하였다.

1) CNT : MNP = 5 : 5

CNT : MNP = 5 : 5

자석과의 거리 (cm) 0.5 1 1.5 2

분기점 (개) 2 2 2 1

단점 (개) 3 1 1 1

분기점+단점 (개) 5 3 3 2

표 4. CNT : MNP = 5 : 5 (3회 평균 자료)

2) CNT : MNP = 4 : 6

CNT : MNP = 4 : 6

자석과의 거리 (cm) 0.5 1 1.5 2

분기점 (개) 4 2 1 0

단점 (개) 4 4 2 2

분기점+단점 (개) 8 6 3 2

표 5. CNT : MNP = 4 : 6 (3회 평균 자료)

3) CNT : MNP = 3 : 7

CNT : MNP = 3 : 7

자석과의 거리 (cm) 0.5 1 1.5 2

분기점 (개) 5 4 3 3

단점 (개) 6 4 5 4

분기점+단점 (개) 11 8 8 7

표 6. CNT : MNP = 3 : 7 (3회 평균 자료) 그림 24. CNT : MNP = 5 : 5

그림 25. CNT : MNP = 4 : 6

그림 26. CNT : MNP = 3 : 7

4) CNT : MNP = 2 : 8

CNT : MNP = 2 : 8

자석과의 거리 (cm) 0.5 1 1.5 2 분기점 (개) 9 8 10 8 단점 (개) 16 11 14 5 분기점+단점 (개) 25 19 24 13

표 7. CNT : MNP = 2 : 8 (3회 평균 자료)

5) CNT : MNP = 1 : 9

CNT : MNP = 1 : 9

자석과의 거리 (cm) 0.5

1

11

17

28

표 8. CNT : MNP = 1 : 9 (3회 평균 자료)

6) CNT : MNP = 0.5 : 9.5

CNT : MNP = 0.5 : 9.5

자석과의 거리 (cm) 0.5 1 1.5 2

분기점 (개) 9 8 5 4

단점 (개) 18 1 7 7 분기점+단점 (개) 27 21 12 11

표 9. CNT : MNP = 0.5 : 9.5 (3회 평균 자료)

위 결과를 정리하면 아래와 같다.

그림 29. CNT : MNP = 0.5 : 9.5 그림 27. CNT : MNP = 2 : 8

그림 28. CNT : MNP = 1 : 9

Number of Points_CNT : MNP

CNT : MNP

0 1 2 3 4 5 6 7

Number of Feature Points

0 5 10 15 20 25 30

0.5 cm 1.0 cm 1.5 cm 2.0 cm

5 : 5 4 : 6 3 : 7 2 : 8 1 : 9 0.5 : 9.5

그림 29. 지문 채취 결과 그래프

4. 최적 혼합 분말의 선별

위 결과로부터 최적의 지문 채취 성능을 가지는 혼합 분말은

CNT : MNP = 1 : 9

의 1cm 위치에서 지문을 채취한 경우임을 알 수 있다.

이 경우 지문 위치에서의 자기장 세기는 5.25mT로 측정되었다.

이를 바탕으로 실제 지문 채취 장치를 제작하고자 하였다.

○ 장치의 구체적 설계

1. 코일의 감은 횟수, 전지전압, 지문과의 거리 선정

이전 실험을 통하여 지문 채취를 위한 최적의 자기장 세기를 구하였다.

최적의 자기장 세기를 가지는 지문 채취 장치를 제작하기 위하여 임의 의 전자석을 제작해 각 조건 별 자기장 세기를 측정하였다.

그림 31. 자기장 세기 측정 방식

굵기 0.8mm의 에나멜선을 사용하여 지름 10mm의 절연한 원통형 강자 성체에 각각 170회, 340회, 510회를 감아 측정에 사용하였다. 먼저, 감은 횟수 별 전류의 세기와 전압의 관계는 다음과 같다.

전류(A) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

전압(V)

1회 0.6 1.2 1.6 2.2 2.4 3 3.7 4.4

2회 0.7 1.3 1.7 2.6 3 3.4 4 4.6

3회 0.6 1.2 1.8 2.3 2.9 3.5 4.1 4.7

평균 0.63 1.23 1.7 2.37 2.77 3.3 3.93 4.57

표 10. N=170, 전류에 따른 전압의 측정

전류(A) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

전압(V)

1회 1.1 2.3 3.4 4.8 5.9 9 8.5 12.6

2회 1.3 2.6 3.9 5.3 6.5 8.1 9.7 11.8

3회 1.4 2.9 4.2 5.6 6.9 8.5 10.1 12.2

평균 1.27 2.6 3.83 5.23 6.43 8.53 9.43 12.2

표 11. N=340, 전류에 따른 전압의 측정

전류(A) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

전압(V)

1회 2.5 4.8 7.2 10.1 13.7 . . .

2회 2.8 5.3 8 10.9 13.4 . . .

3회 2.6 5.5 8.1 10.9 13.6 . . .

평균 2.63 5.2 7.77 10.63 13.57 . . .

표 12. N=510, 전류에 따른 전압의 측정

전류의 세기와 전압은 대략적으로 비례하는 결과를 보였다. 이는 ^_{ }^_ 의 관계로부터 추론한 바와 같다. 다음은 감은 횟수, 지문까지의 거리, 전류의 세기에 따른 지문 위치에서의 자기장 세기를 측정한 결과이다.

각 값은 3회 측정 후 평균하였다.

자기장(mT) 전류(A)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

거리(cm)

0.5 3.07 4.73 5.65 5.62 5.60 5.60 5.60 5.60

1 1.84 2.86 4.25 5.09 5.66 5.65 5.63 5.63

2 0.85 1.33 1.89 2.39 2.81 3.08 3.36 3.50

3 0.79 0.74 1.05 1.26 1.50 1.66 1.76 1.88

4 0.29 0.45 0.64 0.79 0.92 1.01 1.09 1.16

5 0.20 0.31 0.43 0.52 0.61 0.67 0.73 0.78

표 13. N=170, 전류, 거리에 따른 지문 위치에서의 자기장 세기

자기장(mT) 전류(A)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

거리(cm)

0.5 5.23 5.60 5.59 5.59 5.60 5.60 5.61 .

1 3.26 5.66 5.63 5.61 5.61 5.60 5.60 .

2 1.42 2.53 3.35 3.71 4.04 4.36 4.69 .

3 0.77 1.38 1.79 1.99 2.11 2.28 2.50 .

4 0.47 0.85 1.10 1.20 1.31 1.38 1.54 .

5 0.32 0.57 0.73 0.81 0.86 0.93 1.01 .

표 14. N=340, 전류, 거리에 따른 지문 위치에서의 자기장 세기

자기장(mT) 전압(A)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

거리(cm)

0.5 5.62 5.60 5.60 5.61 . . . .

1 5.08 5.63 5.60 5.60 . . . .

2 2.34 3.71 4.33 4.82 . . . .

3 1.25 1.92 2.27 2.58 . . . .

4 0.74 1.19 1.40 1.57 . . . .

5 0.50 0.81 0.93 1.03 . . . .

표 15. N=510, 전류, 거리에 따른 지문 위치에서의 자기장 세기

위 결과를 정리하면 다음과 같다.

N = 170

Distance (cm)

0 1 2 3 4 5 6

Magnetic Field Strength (mT)

0 1 2 3 4 5 6

0.5 A 1.0 A 1.5 A 2.0 A 2.5 A 3.0 A 3.5 A 4.0 A

그림 31. 감은횟수 : 170회

N = 340

Distance (cm)

0 1 2 3 4 5 6

Magnetic Field Strength (mT)

0 1 2 3 4 5 6

0.5 A 1.0 A 1.5 A 2.0 A 2.5 A 3.0 A 3.5 A

그림 32. 감은횟수 : 340회

N = 510

Distance (cm)

0 1 2 3 4 5 6

Magnetic Field Strength (mT)

0 1 2 3 4 5 6

0.5 A 1.0 A 1.5 A 2.0 A

그림 33. 감은횟수 : 510회

이로부터 최적의 자기장 세기 5.25mT를 가지는 조건은 다음과 같다.

감은 횟수 (회) 거리 (cm) 전압 (V) 전류 (A)

170 1 1.83 2.14

340 1 0.36 0.91

510 1 0.12 0.65

표 16. 최적 자기장세기를 가지는 횟수, 전압, 전류

○ 3D 모델링 및 시제품 제작 1) 실제 시제품의 설계

SketchUp 프로그램을 이용해 모델링한 제품들은 각각 다음과 같다.

잡고 사용하기 편하도록 하는 실용성, 간단히 휴대하고 다닐 수 있는 휴대성 그리고 심미적인 디자인에 초점을 두고 설계하였다.

그림 35. 제품 모델링 (1)

그림 36. 제품 모델링 (2)

2) Art 요소가 포함된 시제품 출력 (3D 프린터 활용)

위 제품들을 실제 3D 프린터로 출력한 결과는 각각 다음과 같다.

그림 36. 지문 채취 장치 (1)

그림 37. 지문 채취 장치 (2)

□ 시사점

○ STEAM의 이해를 통하여 실생활의 다양한 문제를 융합적 사고를 기반으로 해결할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

- 과학과 기술뿐만 아니라 디자인 측면을 적용하여 문제를 해결할 수 있음을 이해 할 수 있을 것이다.

○ 과학과 기술이 한 분야에 국한된 것이 아니고, 사회 전반에 걸쳐 활용됨을 이해할 수 있을 것이다.

- 실생활에서 범죄 현장에서 과학수사의 중요성을 인식하고, 이를 개선 할 수 있을 것이다.

○ 지문 채취 분말을 제조하여 새로운 지문 채취용 분말을 제작할 수 있을 것이다.

- 지문 채취 시 지문을 파괴하지 않는 새로운 지문 채취 분말을 제작 및 활용할 수 있을 것이다.

○ 제작한 지문 채취 도구를 이용하여 지문 채취에 활용할 수 있다.

- 3D 프린터를 활용하여 제작한 지문 채취 도구를 실제 범죄 현장에 적용하여 활용할 수 있을 것이다.

4. 사후 활용 방안

□ 차후 국립과학수사연구원과 협조 및 연계를 진행한다면 개발한 자성 분말을 더욱 발전시켜 실제 과학 수사에 적용할 수 있을 것이다.

□ 충북지방경찰청 과학수사과와 국립수사연구원의 협조를 얻는다면 개발한 장치를 실제 범죄 현장에서 활용할 수 있을 것이다.

□ 기존보다 훨씬 간단한 방식으로 지문 채취가 가능하므로 숙련된 사람이 아니더라도 누구나 쉽게 사용할 수 있을 것이다.

5. 참고문헌

[1] 고상길 등, 나노 크기의 마그네타이트 입자를 이용한 자성 키토산 미소구체의 제조 (Preparation of Magnetic Chitosan Microsphere Particles), 2006

[2] 남기석, 탄소나노튜브의 합성과 응용, NICE 제 23권 제1호, 2005

[3] 안도열 등, 나노 전자석을 이용한 자성 나노 입자의 포획, 2006 [4] 사람마다 다른 지문

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[5] 만인 부동의 원칙, 종생불변의 원칙

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[6] 탄소나노튜브 CNT, 네이버

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16

[7] 지문 두산백과

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