< 연구 결과요약서 >

< 연구 결과요약서 >

소속 학교 창원과학고등학교 책임 지도교사 강O숙 공동 지도교사 조O우

참여 학생 박O우, 오O언, 윤O현, 이O형, 정O환

과 제 명 물속에서 펴지는 날개, 어뢰형 구명 튜브

연구목표 현재 상용화되어 있는 구명 튜브의 문제점을 개선하고, 저수지, 하천, 바다등 물에서 조난당한 사람을 튜브 방향 조절을 통해서 인명 구조를 한다.

연구개요 및 내용

□ 이론적 배경 및 선행연구

○ 어뢰의 기본 구조 구상

○ 구명장비 제작 회사인 씨울프의 ‘투척 및 휴대용 파우치 구명의’ 사용

해상에서 긴급 상황 발생 시 파우치를 전개하면 신속히 기체가 팽창되는 휴대형 구명조끼이다.

○ 아두이노를 이용한 자동화 구상

블루투스로 거리를 입력받고, 모터를 일정 시간(거리/속력으로 속력은 미리 지정된 것이다.)만큼 돌린 뒤 멈추 고, 그 뒤에는 뚜껑을 열어서 튜브가 나오게 하고 줄을 당겨 튜브를 부풀린다.(코딩한 것은 뒤에 추가했습니다.)

□ 연구 주제 선정

□ 연구 방법

○ 어뢰형 구명튜브의 크기와 모양에 따른 도면 제작 - TINKERCAD

○ 외형 출력 – 교내에 있는 3D Printer 이용 (모델명: Moment)

○ RC 고속 보트 작동원리 연구 및 분리(모터와 프로펠러 활용)

○ 조립식 수영장에 직접 작동 시켜보며 실제 작동할 수 있는 작품 구현

○ 아두이노를 이용한 소형 어뢰형 구명튜브 제작 및 작품 구현

□ 연구 활동 및 과정

○ 모형 제작하기

어뢰와 잠수함의 기본 구조를 알아보고, 최종 규격과 모양을 결정하였다.

모터와 배터리 부분은 추진부에 넣고, 배터리와 조종에 필요한 하드웨어는 그 위에 고정하고, 마지막으로 구명장비는 머리부 바로 아래 칸에 넣도록 설계하였다.

○ 연구 동기

- 구명튜브의 실질적 활용이 어려움. 힘이 약한 사람이 1.1kg의 부피가 큰 구명튜브를 던지기에는 무리가 있음. 결국 조난자 구조가 힘들다고 판단함.

- 노약자, 여성, 어린이처럼 체구가 작고 힘이 약한 사람들도 쉽게 구명 튜브를 조절하여 조난자를 구조 할 수 있도록 하는 것이 목표.

○ 연구 목표

- 누구나 쉽게 조정하여 조난자가 있는 위치에 튜브를 이동시킬 수 있도록 제작한다.

- 어뢰형으로 만들어 빠르게 조난자의 위치까지 도달하고, 바로 펼칠 수 있는 구명튜브를 전달할 수 있도록 제작한다.

전체적인 모습 몸체부 헤드부 꼬리부

- 원통 바깥쪽 지름: 12cm, 두께 5mm, 안쪽 지름 11cm - 헤드부 길이: 15cm

몸통 전체 길이: 15cm+20cm+9cm+10cm= 54cm

○ 작동부 제작

- RC 고속 보트 원리 이해: - 바다 속에서도 잘 이동할 수 있는지 확인하기 위해서 센츄리 보트에 부착 되어 있던 센츄리 모터와 컨트롤러를 이용하여 실험. 센츄리 보트는 컨트롤러의 RF 송신부 모터와 연결되어 있는 RF 수신부로 이루어져 있었고, 이 RF 수신부의 Motor Driver의 Signal 부분에서 전류를 보내주면 battery에서 전류를 증폭시켜 주는 구조 띄고 있고, 이때 증폭된 전류를 이용하여 모터를 돌리는 것을 확인함.

- RC 고속 보트 분해 → 어뢰 몸체와 모터, 프로펠러 연결하기(납땜으로 선 연결) → 네오박스에 물을 받아 작동되는 것을 확인(이 과정에서 모터에 물이 들어가 고장을 일으킴, 이 작업을 다시 반복함.)

- 프로펠러 2개의 모양이 거울상임을 알게 됨. 처음 제작한 작품이 자꾸 뒤로 가는 것의 원인을 찾아본 결과 프로펠러 2개의 위치가 반대가 되었고, 회전 방향으로 전진과 후진을 조절할 수 있음을 알게 됨.

○ 방수 문제 해결

- 프린팅 결과로 나온 몸체에 물을 넣었을 때, 물이 많이 새는 것을 확인하고 표면을 코팅하기로 함. 첫 번째 시도로 실리콘을 안쪽에 넓게 발라 사용했으나 물이 새는 것을 막기 힘듦. 두 번째 시도로 코팅

스프레이를 사용함. 표면에 얇게 발리는 것이 보였으나 이 또한 완벽히 막기는 힘듦.

세 번째 시도로 글루건을 사용했는데, 가장 효과적임을 확인함. 결과적으로 글루건을 사용하기로 함. 또한, 새로 제작한 소형 어뢰형 구명 튜브는 안쪽과 바깥쪽 모두 니스칠을 더하여 방수에 조금더 효과적으로 제작했다.

○ 부력, 잠기는 정도 결정

- 어뢰형 구명 튜브는 물속에서 적당한 깊이에서 이동 해야 함. 따라서 부력을 측정하는 실험을 진행하기로 하 였고 실험을 위해 임시로 전체적인 구조를 띄고 무게가 동일한 모조품을 제작한 후 대형풀장 (400x211x81cm) BW 56405을 구매하여 진행함.

○ 조이스틱을 이용한 이동

- 조이스틱은 누구나 사용가능하므로 먼저 간단하게 조작함.

○ 블루투스를 이용한 이동

- 블루투스를 이용하여 입력한 거리만큼 이동 후 자동으로 튜브가 올라올 수 있도록 제작함.

-

○ 앞으로 진행 계획

- 실제 바다에서 사용될 수 있도록 부력 제어함.

- 구명 튜브가 자동으로 펴지도록 제작 - 튜브의 전원 ON/OFF 버튼 제작

연구성과

□ 연구 결과

- 조이스틱을 이용해 쉽게 물 속에서 구명 튜브를 이동시킬 수 있는 어뢰형 구명튜브 제작을 완료함.

-

- 블루통신 장치를 이용해서 통신 가능한 「소형 어뢰형 구명 튜브」 제작 완료함 - 「어뢰형 구명 튜브」의 여닫이 기능이 모터로 제어 가능함.

-

- 다인용 튜브 운반선 제작함.

-

□ 결과 해석 및 논의

1. 다인용 튜브 운반선을 제작함( 다인용 튜브 운반선은 첫 번째 제작품인 「어뢰형 구명 튜브」을 이용하여 작동하는 것이 효율적임)

2. 「소형 어뢰형 구명 튜브」를 제작함( 1인용 튜브 사용), 블루투스를 이용하여 이동 가능

주요어 「어뢰형 구명 튜브」, 다인용 튜브 운반선, 방수 문제, 적정 무게, 아두이노

< 연구 결과보고서 >

1. 개요

□ 연구 동기

○ 창녕함안보 구명 튜브

창녕함안보에 갔다가 구명 튜브를 우연히 보게 되었다.(2018.03.10.) 왼쪽 사진을 약 1m 너비의 물길이 있고, 그 뒤로 하천이 흐르고 있었다. 과연 저 튜브를 던졌을 때 정말 사람을 구할 수 있을까? 라는 의문이 생겼다. 튜브를 들어보았는데 꽤 무거웠다. 검색결과 1.1kg임을 알게 되었는데, 저 넓은 하천에서 그냥 던질 수만 있는 튜브가 과연 얼마나 인명피해를 예방할 수 있을까? 라는 생각을 하게 되어 이 연구를 해보기로 하였다. 저 튜브에 모터를 달고, 모터 회전 속도 제어와 방향 제어가 가능하게 하면 좋겠다고 생각했다.

○ 세월호 사건

2014년 평범했던 봄날 우리에게 믿기 힘든 일이 일어났다. 무려 300명 정도의 사상자를 낸

‘세월호 사건’이다. 이렇게 많은 사상자를 낸 것에는 여러 이유가 있었겠지만, 그중에서도 특히 초기 대응이 많이 부실했다는 점이다. 만약 사고가 발생한 후 바로 해경이나 주위 어부들이 도움을 주었다면, 우리의 소중한 미래들의 목숨을 구했을 것이다. 하지만 해경이나 어부가 바로 구조하지 못할 수밖에 없었다는 상황이었음을 이해한다. 그래서 우리는 이러한 배가 좌초 되는 상황에서 빠르게 사람을 구할 수 있도록 하기 위해서 ‘어뢰형 구명보트’를 생각하게 되었다. 바다가 좌초되는 경우는 해수면의 유속이 강한 상황이기 때문에 사람이 직접 구조하기 어렵다. 그래서 구조 해주는 사람은 안전한 바다의 위치에서 ‘어뢰형 구명보트’를 이용하여 조난당한 사람이 있는 곳까지 튜브를 이동시켜 구조하는 방법을 생각하게 되었다.

□ 연구 필요성 및 목적

○ ‘어뢰형 구명보트’를 이용해서, 저수지, 하천과 같은 잔잔한 곳과 파도가 강한 바다에 서 조난당한 사람을 위한 인명 구조의 효율을 극대화 한다.

○ 저수지나 하천 주변에 있는 구명 튜브에 모터를 장착하고, 처음 튜브가 있던 위치에서 쉽게 동작시킬 수 제어부를 설치한 후 쉽게 구동될 수 있는 프로그램을 개발한다.

○ 이 제어부를‘어뢰형 구명보트’에도 설치하여, 파도가 높은 바다에서 목적지를 설정해 이동하게 한 후 펼쳐지는 형태로 만들어 사람을 구조할 수 있도록 제작한다.

□ 지역 특성 및 학교 여건

○ 낙동강 중심의 여러 하천 유역

구릉성산지 사이를 낙동강을 비롯해 그 지류인 남강, 황강, 밀양강, 양산천 등이 흐른다.

낙동강 하류지역은 매년 여름철 집중호우 때 홍수 피해를 크게 입었고, 조석의 영향이 삼랑진 에까지 미쳤다. 그러나 1969년에 낙동강 최대의 지류인 남강에 남강댐이 건설되고, 1976년에 낙동강 상류부에 안동댐이 건설됨으로써 홍수 피해가 크게 줄어들었다. 또한 1987년에 낙동 강 하구둑의 건설로 조석의 영향이 사라지게 되었다. 하지만, 조석이외에도 범람과 침수로 인해 매년 재난 피해자가 발생하고 있다.

○ 과학중심 경상남도

경남 창원시는 우수한 과학인재 육성을 위해 지역 내 연구 과학 인프라를 활용해 “과학교 육연구도시”의 메카로 조성해 나가고 있다. 그 중점 추진 과제로 “과학기술기획역량 강화 및 생산적 거버넌스 체제 구축”, “과학기술예산 확대 및 경남 자체 R&D사업 추진”, “R&D 거점기관 역할∙기능 강화 및 협업체계 구축”, “경남 R&D 사업화 및 창업생태계 조성”의 총 4가지 과제를 수행하기 위해 여러 사업들을 추진 및 실행 중이다. 또한, 도내의 2개의 우수한 과학고와 과학기술원이 운영되고 있다.

○ 과학고등학교라는 특성

아두이노와 3D프린터 이용이 자유롭고, 연구 활동을 지원해주는 학교 분위기에서 연구 활동을 할 수 있다. 팀원 중 한명이 프로그래밍에 관련한 지식이 풍부하였기에, 이번 연구를 진행하며 아두이노 설계에서 핵심적인 정보 제공 및 역할을 하였다.

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경 및 선행 연구

○ 구명보트의 부피 팽창(아지드화 나트륨에서 CO2카트리지를 사용하기로 변경함) 우리의 주제의 목표를 달성하기 위해서는 구조 지점까지 도착 후 반응을 통하여 순 식간에 부피를 늘릴 수 있어야한다. 이를 위해 우리는 실제 에어백에서 사용 되는 아

지드화 나트륨(_)을 이용한 반응 







_→



   



_을 통해 생성된 나트륨 ()과 산화철(_)간의 반응 (



  



_



_→



_



  



 )을 통해 순식간에 물체의 부피를 늘리는 방안을 생각했다.

초반 실험 설계에서는 아지드화 나트륨과 산화·철을 반응 시켰을 때 반응 하여 나오 는 기체를 이용하여 실제 에어백과 동일한 원리를 이용하여 튜브를 부풀릴 생각으로 아지드화 나트륨 사용을 계획하였다. 하지만 이는 실질적으로 폭발적 위험 및 많은 임 상 실험이 필요하다고 판단을 하였고 그 결과 실제 구명조끼 등 구명용품에서 자주 사 용하는 CO2 고압 카트리지를 이용하여 사용하기로 계획하였다.

○ 자이로 센서

물체의 위치 측정과 방향 설정을 할 수 있는 기술로 오늘날 스마트폰, 리모컨, 비행 기나 위성의 자세제어 장치 등에 광범위하게 사용된다. 본 발명품에 이를 이용하여 어 뢰가 물에 떨어졌을 경우 정확한 방향으로 나아갈 수 있도록 설계할 것이다.

○ 롱리치

롱리치는 최장 150m까지 날아가 구명 튜브가 펴짐 으로써 사람을 구조할 수 있게 된다. 하지만 위의 선행 연구는 방향을 보고 쏘는 것으로 조준이 힘들 다. 이는 세월호 사건과 같이 배가 기울어져 침몰하 는 급박한 상황에서 사용하기 어렵다. 또한, 롱리치 같은 경우는 1인용 튜브를 기반으로 만들어진 발명 품이기에 여러 사람들이 물에 빠졌을 경우 효율이 떨어지게 되고 많은 사람을 한꺼번에 살릴 수 없게 된다. 우리가 구상한 본 발명품은 구명보트의 부피 를 순식간에 커지게 함으로써 한 번에 여러 재난자 의 목숨을 동시에 구할 수 있게 되고, 위치 조절이 가능하여 보다 쉽고 정확하게 사람을 구출할 수 있게 된다.

□ 연구주제의 선정

○ 구명튜브를 원하는 곳까지 보내는 방법

-

모터와 프로펠러를 뒤에 장착한 후, 아두이노에 릴레이를 연결하고 릴레이에 모터를 연결하여 큰 힘으로 제어할 수 있도록 함. 또한 모터의 속도를 일정하게 하고 모터를 일정 시간 동안 돌림으로써 일정 거리 앞에 도달할 수 있도록 함.

○ 어뢰형 외형을 통한 유체에서의 효율적인 이동 모색

- 3D 프린터를 활용하여 유선형 탄두를 가진 어뢰형 외형을 채택하여, 바다나 강에서

‘제임스 다이슨 어워드’에서 발표된 사무엘 아델로주의 발명품인 롱리치

물속으로 진행하며 받을 저항을 최소화하는 방법을 탐색하였다. 유선형의 탄두를 통해 유체 상에서 효과적으로 마찰을 분산시켜, 효율적인 움직임으로 빠른 시간 내에 목표에 도달하고자 하였다.

○ 부피가 큰 단점 보완과정

- 부피를 줄이기 위하여, 구명 튜브의 내부에 공기를 뺀 후 접어놓은 뒤, 보조모터 및 CO2카트리지 전개장치를 연결하여, 원하는 위치에서 자동으로 튜브가 전개되도록 함.

이를 위해서 통상적인 구명튜브에 사용하는 CO2 카트리지 및 전개장치를 이용하기로 함.

○ 사용자 친화적 작동방식

- 폭이 넓은 강에 비치되어있는 구명 튜브에서 문제를 탐색하였는데, 그것은 구명튜브가 던지기에 부피가 크며, 멀리 던지기에는 1.1kg의 무게로 노약자, 여성 ,어린이처럼 체구 가 작고 힘이 약한 사람들은 이 튜브를 목표지까지 던지는 것이 힘들 수 있다고 판단하였 음. 이를 보완하기 위해, 던지는 방식이 아닌 방향을 맞춘 뒤, 대략적인 거리를 입력하면, 자동으로 앞으로 이동하여 구명 튜브가 전개되는 방식으로 결정함으로써 누구나 쉽게 조작하여 인명구조에 힘쓸 수 있도록 함.

○ 일정시간 이후 구명튜브가 전개되는 원리

- 아두이노를 활용하여 미리 계산되어 있는 거리에 대한 시간 함수에 대략적인 거리를 입력하면 일정 시간동안 모터가 작동하도록 한 후, 시간이 지나면 보조모터를 작동시키 게 함으로써 튜브가 전개되게 한다. 보조모터와 튜브 전개장치의 핀을 연결하여, 보조모 터가 회전함으로써 핀이 제거되도록 하였다.

□ 연구 방법

○ 무게 측정 실험

- 본 제작품「어뢰형 구명 튜브」첫 번째 제작품을 제작하기 전 「어뢰형 구명 튜브」의 적정 무게를 찾기 위해서 튜브 안쪽에 추의 무게를 조절해 가면서 실험을 진행했다.

실험을 진행하는 과정에서 「어뢰형 구명 튜브」안쪽에 물이 들어가게 되면 안쪽의 아두이노 장치 등에 문제가 생길 수 있기에 이를 방지하기 위해서 매 실험 마다 방수를 철저히 하였다. 하지만, 적정 깊이에「어뢰형 구명 튜브」가 있기 위한 무게를 맞추지 못하면 튜브를 모두 분해한 후 다시 조립해야하는 과정을 겪었다.

○ 다인용 튜브 운반선 제작

-본 조에서 제작한 「어뢰형 구명 튜브」는 아직까지 다인용이 아닌 1인용이라는 허점 이 있었다. 이를 보완하기 위해서 한 번에 여러 명을 구하는 튜브를 제작해보았다.

이를 제작하기 위해서는 이전에 제작하였던 보트들 보다는 크기가 더 커야하는데 학교 시설로는 다인용 튜브 운반선의 제작에 어려움을 겪었다. 따라서 본 조는 이를 전문가의 도움을 요청하여 제작하게 되었다.

□ 연구 활동 및 과정

○ 첫 번째 제작 1)제작 과정

“Tinkercad”프로그램을 이용하여「어뢰형 구명 튜브」를 설계한 후 이를 3D 프린 트를 이용하여 전체적인 틀을 제작했다. 그 후 납땜과 분해 및 조립 과정을 통해서 첫 번째 최종 작품을 제작하였다.

활동사진 1 활동사진 2 활동사진 3

활동사진 4 활동사진 5 활동사진 6 (최종 완성)

2) 무게 실험

「어뢰형 구명 튜브」는 파도로 인한 물의 저항이 심한 바다에서도 원하는 지점에 정확하게 이동해야한다. 따라서 잠수함과 같이 바닷물 속으로 이동을 하며 물속에 심하게 가라앉지도 않고(물속에 가라앉을 시 올라오는 구명 튜브의 위치에 오차가 발생할 수 있다), 물위에 떠있지도 않는 적당한 높이에서 이동하도록 제작해야한다.

우리는 여러 번의 무게 측정 실험을 통해 잠수함의 무게를 측정하였고 이를 제작하였 다.

헤드부 몸체 꼬리부 결과

첫 번째 450g 1150g 1000g 방수문제로 인해 선체에 물이 들어감

두 번째 450g 1150g 1000g 보트가 물위에 뜸

세 번째 450g 1150g 2200g 앞뒤 균형이 맞지 않음

네 번째 500g 1650g 1850g 모터의 방향이 맞지 않음, 프로펠러 손상 다섯 번째 1142.58g 1500g 1370g 선체가 가라앉음

여섯 번째 1142.58g 1200g 1412.84g 적당한 깊이에 가라앉음 표.1 무게 실험 결과

다음 표 1은 「어뢰형 구명 튜브」의 무게를 계산하기 위해 실행한 실험의 결과 값으로 총 6번의 실험을 통해서 정확한 무게를 계산할 수 있었고, 헤드부에 1142.58g, 몸체에 1200g, 꼬리부에 1412.84g으로 최종 무게는 3755.42g으로 대부분의 사람들이 들 수 있는 무게이다.

○ 두 번째 제작 1) 제작과정

- 선체 제작 과정

앞서 제작했던 제작품을 조금 더 보완한 작품이다. 방향의 변화를 줄이기 위해 빌지킬 을 부착했고, 몸체를 조금 더 유선형으로 제작했다. 또한 이전의 구명튜브를 끌고 가는 방식에서 일정 거리를 이동한 후 「어뢰형 구명 튜브」 위쪽 뚜껑을 열어 튜브가 나오는 식으로 제작하였다. 또한, 「어뢰형 구명 튜브」가 열려 튜브가 나왔을 때 조금 더 눈에 잘 보이기 위해 스티로폼 공을 달았다.

선체 제작 과정 1 선체 제작 과정 2 튜브

-컨트롤러 제작

이동하고자 하는 거리를 입력할 컨트롤러를 제작했다. 컨트롤러의 몸체는 목재를 잘라 제작하였다.

컨트롤러 제작과정1

컨트롤러 제작과정2

컨트롤러 제작과정3

컨트롤러 제작과정4

○ 다인용 튜브 운반선

현재까지 제작한 튜브는 다인용이 아닌 1인용 튜브라는 한계가 있었고 이를 보완하여 제작한 것이 아래의 다인용 튜브 운반선이다. 이 튜브를 제작하기에는 학교 시설상 불가능 했고 따라서 전문가의 도움을 받아 이를 제작하게 되었다.

전체 외형 사진 세부적 사진

2) 프로그래밍 과정

➀ 거리 입력 프로그램 -코드

// 거리 저장 int n = 0;

// 키패드 R, C 핀 설정 byte RP[] = {2, 3, 4, 5};

byte CP[] = {6, 7, 8, 9};

// 키패드 설정

#include <Keypad.h>

const byte R = 4;

// 숫자 입력 void add(int _n) {

// n<32768에서 오버플로우 안 생 기도록 함

if(n>3276) return;

else if(n==3276 && _n>7)

const byte C = 4;

char keypadChar[R][C] = { // 키에 해당하는 문자들

{'1', '2', '3', 'B'}, {'4', '5', '6', 'R'}, {'7', '8', '9', ' '}, {' ', '0', ' ', ' '}

};

Keypad

customKeypad(makeKeymap(keypa dChar), RP, CP, R, C);

// bluetooth 설정

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial btSerial(A0, A1); // bt tx, rx 핀

// lcd 설정

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); //

lcd I2C address

// 설정 void setup() {

btSerial.begin(9600);

while(!btSerial);

lcd.init();

lcd.backlight();

lcd.print(0);

}

// lcd에 수를 다시 출력하는 함수 void renew_number()

{

lcd.clear();

lcd.home();

lcd.print(n);

return;

// 숫자 추가 후 lcd에 출력 n = n*10+_n;

renew_number();

}

// 숫자 지우기(백스페이스) void del()

{

// 숫자 지우고 다시 출력 n/=10;

renew_number();

}

// 키 처리

void work(char input) {

if('0'<=input && input<='9') // 숫 자 키이면

add(input - '0'); // 추가 else switch(input)

{

case 'B': // B : 백스페이스 키이면 del(); // 삭제

break;

case 'R': // R : 실행 키이면 // 출력 후 숫자 초기화 btSerial.print('S');

btSerial.print(n);

btSerial.print('E');

n=0;

renew_number();

break;

} }

// 메인 실행 void loop() {

// 키 입력 후 처리

- 코드 설명

거리를 저장하는 변수, 키패드 설정, BT 설정, LCD 설정 등을 하고 초기설정을 한 뒤, 키를 입력 받는다. 키패드에 해당하는 숫자가 입력되면 그 숫자가 LCD 디스플레이

모듈에 추가되고 키패드의 B키를 누르면 수를 잘못 입력했을 경우 그 값을 지우는 백스페이스, R키를 누르면 보트에 거리가 입력된 값이 코드 ②에 입력되며 코드 ②가 실행된다.

Overflow(표현 범위를 벗어나는 현상)를 방지하기 위해 숫자를 추가할 때는

(기존숫자)^×10+(새 숫자)의 계산 과정을 통해서, 숫자를 삭제할 때는 그 값을 10으로 나누어 나머지(소수점 아래의 숫자들)는 버리는 방식을 통해 값을 입력한다. 이 코드를 통해 보트가 이동할 거리를 입력할 수 있다.

➁보트에서 bt로 거리를 입력받고 모터 등을 제어하는 코드 -코드

} work(customKeypad.getKey());

}

// bluetooth 설정

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial btSerial(2, 3); // bt tx, rx

// 속력 지정

float spd = 0.666666666666667;

// 릴레이 설정 int relay1 = 4;

int relay2 = 5;

// 뚜껑 설정

#include <Servo.h>

Servo capservo1;

Servo capservo2;

int servopin1 = 9;

int servopin2 = 10;

int closedangle1 = 10;

int openedangle1 = 100;

// 초기 설정 void setup() {

// bt, relay 설정하기 btSerial.begin(9600);

while(!btSerial);

pinMode(relay1, OUTPUT);

pinMode(relay2, OUTPUT);

digitalWrite(relay1, HIGH);

digitalWrite(relay2, HIGH);

// 서보 설정

capservo1.attach(servopin1);

capservo2.attach(servopin2);

capservo1.write(closedangle1);

capservo2.write(closedangle2);

}

// 숫자 입력 함수 int readNumber()

-코드 설명

움직일 수 있게 BT, 릴레이, 뚜껑을 여는 서보 모터를 설정하고 초기 설정을 한다.

숫자를 입력받은 뒤, 거리를 작동 시간으로 환산한다. 그 뒤 처음에 뚜껑을 닫고 모터를 돌린 뒤, 시간이 지나면 모터를 멈추고 뚜껑을 연다. 뚜껑을 연 뒤 5초 뒤에는 다시 뚜껑을 닫는다.

○ 사용한 부품들

이름 사진 역할

아두이노 보드 모든 부품들의 제어

int closedangle2 = 100;

int openedangle2 = 10;

int opentime = 5000;

// 절차 실행(모터를 일정 시간 움직인 후 멈춤)

inline void motor_run(int distance) {

digitalWrite(relay1, LOW);

digitalWrite(relay2, LOW);

capservo1.write(closedangle1);

capservo2.write(closedangle2);

delay(int(distance/spd*1000));

digitalWrite(relay1, HIGH);

digitalWrite(relay2, HIGH);

capservo1.write(openedangle1);

capservo2.write(openedangle2);

delay(opentime);

capservo1.write(closedangle1);

capservo2.write(closedangle2);

}

{

int n=0;

char a;

while(true) {

while(!btSerial.available());

a = btSerial.read(); // bt 입력 if('0'<=a && a<='9') // 숫자 키이 면

n = n*10+a-'0'; // 추가 else if(a == 'E') // E(끝)알림이면

return n; // 반환 }

return 0;

}

// 메인 실행 void loop() {

while(!btSerial.available());

char a = btSerial.read(); // 새로운 키 입력

if(a=='S') // S(시작)알림이면 motor_run(readNumber()); //

숫자 입력 후 작업 실행 }

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과

○ 첫 번째 제작 결과

① 무게 실험 및 방수결과

총 6회의 부력 측정 실험 및 외형, 내부 문제점을 여러 번 보완하고 바꾸어 나가는 과정에서 선체의 머리 부분1142.58 kg, 몸통 부분1200 kg, 꼬리 부분1412.34 kg이 가장 적당한 무게로 측정 되었다. 이후 제작할 작품의 무게는 이번 제작에서의 부피비와 무게 비를 고려하여 제작하였다.

방수 관련 문제는 내부에 스타이로 폼 통을 넣어 배터리, 아두이노 보드와 같은 주요 아두이 노 부품은 보호하는 것이 방수에 가장 효율적이다. 또한, 3D 프린팅을 통해 제작한 플라스틱 외형들과 모터의 축 사이로 물이 들어가 오작동의 원인이 될 수 있었던 점을 고안하여 방수 코팅 및 실리콘을 이용하여 최대한 방수를 한 후 랩핑을 통해 방수를 마무리하게 되었다.

② 다인용 구명보트

HC-06 블루투스 모듈 무선 통신

LCD 입력한 숫자를 화면에 띄워줌

키패드 숫자 입력

아두이노 1채널 릴레이 아두이노의 5V전압으로 더 높은 전압의 모터 제어

서보 모터 뚜껑을 여닫는 부분에 동력 제공

DC 모터 보트를 움직임

한명의 사람이 아닌 여러 명의 사람들이 물에 빠졌을 경우를 고려하여 다인용 구명보트를 성공적으로 제작하였다. 컨트롤러와 회전축을 이용하여 자동으로 튜브의 핀을 뽑아 바람을 넣은 후 튜브가 보트로부터 자동으로 분리 가능하도록 제작하였다. 다인용 구명보트의 크기 가 꽤나 크므로 첫 번째 제작한 작품을 이용하면 보다 효율적인 구조가 가능 할 것이다.

○ 두 번째 제작 결과

① 일인용 구명보트 제작

첫 번째 작품의 문제점이었던 크기, 무게, 튜브 자체의 회전, 구명 튜브를 도착 지점에서 터트릴 수 없다는 점을 보안하기 위해 새로이 3D 설계 및 프린팅을 통해 크기로 인한 문제와 튜브 자체의 회전을 막을 수 있는 두 번째 작품을 제작하게 되었다. 두 번째 작품의 무게는 첫 번째 실험을 통해 얻은 결과를 부피 비를 통해 각 부분 별로 무게를 측정하였고, 또한, 첫 번째 작품에서는 내부의 회로와 모터 등을 구입한 RC 보트의 것을 그대로 사용한 반면 이번 작품은 arduino를 통한 코딩 및 하드웨어 제작을 통해 더욱 정밀하게 조정 할 수 있었다.

가장 큰 문제점이었던 구명 튜브를 도착 지점에서 터트릴 수 없다는 점을 보완하여 작품 위에 서브 모터로 제어 할 수 있는 통 속에 물 위에 뜰 수 있도록 만든 구명 튜브를 만들어 넣어놓게 되었다. 이를 통해 통 속에 구명튜브를 넣고 서브모터를 이용하여 도착 지점에서 뚜껑이 열려 튜브가 물 위로 올라오도록 제작했다. 이 밖에 파도의 영향을 덜 받기 위해 보트 아래쪽에 빌지킬을 제작하여 달았다.

② 컨트롤러 제작

데이터 값을 전송할 컨트롤러를 제작하였다. 컨트롤러 제작은 나무를 직접 깎아 제작했고, 컨트롤러 내부에는 키패드와 키패드의 값을 받아 보트로 전송할 여러 아두이노 보드들이 부착되어있다.

○ 외형 제작

첫번째 전체적인 모습(CAD) 몸체부 머리부 꼬리부

사진

두번째 전체적인 모습(CAD) 몸체부 머리부&꼬리부 통신부(거리제어)

사진

□ 시사점

○ 우리 주위의 문제점에 대해 관심을 가지고, 문제점에 대해 서로 토의하며 공감과 의사소 통 능력을 기를 수 있었다. 또한, 문제 해결을 하기 위해 함께 고민하는 과정에서 협동심과 배려 심을 가질 수 있었으며, 문제 해결 능력도 함께 기를 수 있었다.

○ 구상하는 물품에 대해서 실제 모델링하고 실현 할 수 있는 능력이 늘었다. 이를 위해서 3D 프린팅 능력과 arduino 프로그래밍 능력이 향상되었고, 납땜과 토목 제작 능력들의 공학 자가 가져야할 기본적인 자질을 갖출 수 있었다.

○ 개선점

우리가 제작한 「어뢰형 구명 튜브」은 아직까지 실제 바다에서 적용 해보지 않았다. 따라서 이를 실제 바다에서도 정상적으로 작동하는지 실험을 진행 할 것이다. 또한, 사람이 직접 작동시켜야하는 구명튜브를 자동으로 펴지도록 설계할 것이다. 마지막으로 구명튜브에는 배터리가 들어가는데 그 배터리 전력을 아끼기 위해서 전원 ON/OFF 버튼을 제작할 것이다.

4. 홍보 및 사후 활용

□ 홍보

○ 직접 홍보물(어플리케이션, 포스터)을 제작하여 사람들에게 「어뢰형 구명 튜브」의 필요성 안내한다. 또한, 우리가 직접 거리 홍보를 통해서 사람들에게 직접적인 홍보를

진행한다.

○ SNS를 이용하여 보다 많은 사람들이 「어뢰형 구명 튜브」에 공감하고 알 수 있도록 한다. 이를 통해서 사회 전체의 구조 시설 개선이 필요하다는 것을 알리고 의식을 개선한다.

○ 해양 경찰청 서비스를 이용해서 「어뢰형 구명 튜브」가 실제 재난 상황에서 사용될 수 있도록 제안함으로서 해양 관계자들에게 홍보한다.

(공개제안하기 :

http://www.kcg.go.kr/kcg/si/sub/info.do?page=2808&mi=2808)

□ 사후 활용

○ 튜브가 팽창하는 과정을 이용해서 보다 큰 보트가 팽창 할 수 있도록 하는 방법에서 대해서 연구하는 것에 활용한다.

○ 블루투스 통신 장치를 이용한 이후의 구명 용품 제작에 활용한다.

○ 생명구조에 도움을 주는 용품 제작에 있어 활용한다.

○「어뢰형 구명 튜브」구비 의무화를 시켜 많은 생명을 보호한다.

5. 참고문헌

□ 사용물품

○ 김재홍(2012), 콤팩트한 휴대형 구명조끼

○ 레스튜브(restube)

※ 저자 성명의 가나다순으로 기재, ABC 순으로 기재

※ 한글 참고문헌을 앞에 기재, 영문을 두 번째, 타 언어를 마지막에 기재

<기재방법> 저자(출판년도). 제목(책, 논문, 기사의 제목). 출처, 권(호), 페이지.