https://www.youtube.com/watch?v=NPGfIaZqP2A

https://www.youtube.com/watch?v=mZCg3yz4B_g

   

   

1. 3분 이내 발표(발표시 도구 활용 가산점)

2. 교과서 빅아이디어 단어 고르기

3. 진로연계 가산점

       : 어렵지만 재밌음

       : ISFP

       : 고양이, 노래 듣기, 여행

       : 내신 1등급

 [데이터의 바다] 

과학자들은 시간이 지남에 따라 해양 상태가 어떻게 변하는지 이해할 필요가 있다. 포괄적인 그림을 만들기 위해 이 프로젝트는 1980년부터 2030년까지 실행되는 수치 모델을 사용하여 이 데이터를 생성한다. 그러나 격차가 많기 때문에 팀은 모델을 검증하기 위해 해양 데이터를 수집하고 있다. “우리는 이제 데이터를 가져와서 시간 단위로 분석을 하면서 전체 대서양 규모의 많은 생태계 구성 요소들을 생태계 지도에 그려내고 있다"고 그는 말했다. 과학자들은 최신 기술을 사용하여 생물다양성 핫스팟을 조사하고, 자율 파도유영 글라이더(해양 로봇의 일종)를 대서양 깊은 곳으로 보내 데이터를 수집하고, 다양한 주파수의 음향 조사를 통해 바다의 속삭임에 귀를 기울인다. 우리는 이제 데이터를 가져와서 시간 단위로 분석을 하면서 전체 대서양 규모의 많은 생태계 구성 요소들을 생태계 지도에 그려내고 있다"고 그는 말했다. 과학자들은 최신 기술을 사용하여 생물다양성 핫스팟을 조사하고, 자율 파도유영 글라이더(해양 로봇의 일종)를 대서양 깊은 곳으로 보내 데이터를 수집하고, 다양한 주파수의 음향 조사를 통해 바다 상황에 귀를 기울인다. 이와 같은 해양 데이터의 이용은 수중 환경 피해를 평가하고 복원하기 위한 기초단계이다.

[해양오염퇴적물 정화]

해양생태계 혹은 인간의 건강에 악영향을 미칠 수 있는 중금속 등 유해화학물잘과 부영양화물잘 등으로 오염된 해양퇴적물이다. 해양 퇴적물 오염도 조사를 통해 정화 및 복원지수가 4 이상인 구역을 정화 복원 범위로 설정한다. 설정된 구역을 중심으로 저서 환경 복원 작업을 하는데, 퇴적물을 수거하는 것 뿐만아니라 지속적인 모니터링 과정으로 정살 범위를 유지하도록 한다.

3. [행동]공존을 위한 나의 실천 계획:
건강한 환경과 인간이 지속가능한 삶을 실천하고 공존하기 위해 이상적인 건강한 해양 환경을 복원 및 보전하는 연구를 진행해 보고싶다. 또한, 자연환경의 복원과 보전은 전통생태지식이 중요하다고 생각하는데, 전통생태지식 연구 활동을 통해 너무 과학적 기술에 의존하지 않고 인위적인 첨가물 대신 자연 그대로를 유지하는 기술 또한 만들고 싶다.


4. 관련도서, 관련 검색싸이트 등 
해양환경공단,
해양 복원을 위한 EU Mission 2030 프로젝트

(60p.) 성분 표시의 중요성과 과학적 윤리에 대해서도 생각해보았다. 성분 표시를 제대로 하지 않으면 양에 따라, 이용 방법에 따라 독성이 있을 수 있는 물질을 사람들이 복용할 때 위험이 발생할 수 있을 것이다. 따라서 성분 표시를 정확하고 보기 쉽게 하는 것은 사람들을 배려하는 선택적인 것이 아니라 과학적 윤리를 지키기 위한 필수적인 행동인 것 같다. 

3. [행동]공존을 위한 나의 실천 계획:
양과 이용 방법에 따라 독성/무독성이 결정되는 여러 물질들을 연구하고 빅데이터를 만들어 생활 속 독성 물질을 소개하는 사이트를 만들고 싶다. 또 현재의 성분 표시 방법은 가독성이 매우 떨어지고 제품마다 표시하는 항목과 순서가 모두 다르므로 이것을 통일하고 해결할 수 있는 방안을 생각해 실천하고 싶다. 제품을 광고할 때 사람들 눈에 들어오기 쉽게 하는 것처럼 성분 표시도 사람들이 읽고 싶게 만드는 노력이 필요하다고 느꼈고, 가습기 살균제 사망 사건을 떠올리면서 독성 물질의 연구와 성분 표시가 과학적 윤리, 연구 윤리와 매우 밀접한 연관이 있다고 생각했다. 

4. 관련도서, 관련 검색싸이트 등: 
안전보건공단의 MSDS 화학물질 검색, NCIS 화학물질정보시스템

시간이 지날수록 세상은 발전하고 변화하고 있지만 지구촌의 모든 사람이 그 기술을 이용하기에는 한계가 있다는 사실을 알게 되었다. 다양한 문화와 환경적 요인을 고려하여 만든 적정 기술에 관해 관심이 생겼고, 기존에 알고 있는 예시 외에도 추가적인 사례를 찾아보기 위해 조사를 진행하게 되었다. 

적정 기술이 적용된 인도의 저가 태블릿과 자동차의 예시를 보았는데, 두 제품은 상반된 결과를 가져왔다. 태블릿과 자동차 모두 사람들을 위해 만들어졌지만, 태블릿은 배터리, 와이파이 등 현지 상황에서 충족되기 어려운 기준을 요구했기 때문에 활성화되지 못했다. 하지만 이동하는 기능에 충실했던 자동차는 많은 사람에게 애용되었다. 적정 기술을 개발할 때 필요한 조건이 있다는 것을 알게 되었고, 많은 사람이 사용할 수 있는 기술이 개발될 수 있도록 꾸준히 관심을 가지고 지켜봐야겠다고 생각했다.
 
 3. [행동]공존을 위한 나의 실천 계획:

비교적 고가인 반도체, 배터리 산업이 상용화되기 어려운 지역을 위해 저렴하고 안전한 기술 개발에 관심을 가지고 향후 내가 전문적인 지식을 갖추었을 때 구체적인 연구를 진행해보고 싶다.

 4. 관련도서, 관련 검색싸이트 등 

3. [행동]공존을 위한 나의 실천 계획: 
우리가 사용하고 있는 샴푸나 바디워시 등 우리의 몸에 직접적으로 닿는 것들의 상품설명서를 카메라로 찍으면 이 제품에 들어있는 독성 물질이 무엇이고 얼마만큼의 양이 들어가 있는지 알려주는 프로그램이나 제품을 만들어 사람들이 제품을 구매하기 전에 미리 위험한 제품인지 이것을 써도 해가 되지 않는지를 바로 알 수 있어 도움이 많이 될 것 같다는 생각을 하게 되었다. 또한 유해한 화학 물질 중 대표적인 파라벤은 우리가 쓰는 화장품에 대부분 방부제로 많이 들어가는데 이것으로 인한 피해 사례나 왜 유해한지의 이유를 인터넷에 포스터 형태로 올리면 사람들이 관심을 가질 것 같아 만들고 싶었다.

4. 관련도서, 관련 검색사이트 등 
안전보건공단 화학물질정보-유해/위험성정보, ncis 화학물질정보시스템

발달이 교통안전에 미치는 영향에 대하여 생각해 봅시다. 그리고 이를 바탕으로 안전하고 똑똑한 미래 교통 스마트 시티를 설계해 보자는 것을 주제로 잡았다.

알게 된 내용
1대의 자율 주행 차량은 10대의 자가용을 대체하는 효과가 있기 때문에 교통 체증이나 주차난이 과거에 비해 대폭 줄어들었다. 또한 자율 주행 자동차는 실시간으로 교통 정보를 공유해 도로 상황을 미리 파악 하기 때문에 자율 주행 공유 차량을 이용하면 약속 시간에 늦는 경우가 거의 없고, 지능형 교통 시스템(C-ITS cooperative intelligent transport systems)과 실시간으로 정보를 주고받기 때문에 위험 요소나 돌발 상황 등을 사전에 감지할 수 있다. 이처럼 자율 주행 차량은 모든 변수를 고려하고 교통 법규를 준수하기 때문에 교통사고 비율도 크게 줄어들었다.(80.p)
사각지대를 없애는 디지털 미러(mirror)
사이드 미러를 카메라와 OLED(유기 발광 다이오드)로 구성된 디지털 미러로 대체한 것으로, 운전자의 사각지대를 해소하여 교통사고를 예방한다.

AR(증강 현실) 디스플레이

앞 유리창에 내비게이션 정보를 제공하여 운전자가 운전에만 집중할 수 있게 해 줌으로써 교통사고 발생 확률이 낮아질 것으로 기대 된다.

스마트 횡단보도

도로에 LED(발광 다이오드) 센서와 보행자 인식 카메라를 설치하여 교통 상황에 따라 보행자와 차량에 경고 신호를 보내 보행자 교통 안전에 기여할 수 있다.

보행 신호 자동 연장 신호등

인공지능(AI) 영상 인식 카메라를 이용한 신호등이 보행자 중 어린이나 노약자 같은 교통 약자의 특성을 감지해 자동으로 신호등의 보행 신호 시간을 늘려주어 교통약자의 안전 보장을 기대할 수 있다.(82.p)

3. [행동]공존을 위한 나의 실천 계획:
매년 교통사고로 많은 사람들이 심각한 피해를 입고 있다. 교통사고 분석 시스템(TAAS)에 따르면, 2021년 한 해에만 203,130건의 교통사고로 2,916명이 숨졌다. 피해자의 34.9%가 보행 중일 때 교통사고를 당했다. 그래서 많은 사람들이 치명적인 피해를 유발하는 교통사고를 줄이기 위한 방법을 연구해 왔다. 그 결과 방향 지시등, 백미러, 안전띠, 자동차 앞 유리, 와이퍼, 좌석 머리 지지대 등 현재 보편화된 많은 안전장치들이 개발된 것이다. 그러나 이러한 방법은 대부분 운전자를 보호하기 위한 장치라는 한계가 있다. 따라서 나는 보행자를 보호하기 위해 밖으로 터지는 에어백이나 최대한 충격을 덜 받을 수 있는 등의 시스템을 구축하고 싶다.

4. 관련도서, 관련 검색싸이트 등 
비전공자도 이해할 수 있는 AI 지식(박상길 지음)

1. 태아시기의 뇌손상과 뇌염, 생리적 대사작용 장애, 임신시 감염에 의한 선천성 풍진, 헤르메스, 매독, 페닐케톤뇨증PKU) 등이 자폐증의 원인이 된다는 증거들이 제시되고 있다. 2012년 11월에 네이처지에 발표된 논문에서는 이러한 다양한 원인이 결과적으로 특정 단백질(neuroligins)의 과잉생산으로 수렴됨으로써 자폐증이 일어난다는 ‘통합 가설’을 제시하고 있다.

2. 자폐스펙트럼장애의 쌍생아 간 일치율이 일란성쌍생아에서 70~90%에 이르고 가까운 친척에서의 발생 위험도가 20배 이상 증가하는 것으로 보고되고 있을 정도로 자폐스펙트럼장애는 높은 유전적 소인을 가진 질환이다. 다양한 환경요인을 배제하기는 어려우나 환경요인 단독에 의한 것이라기보다는 유전자-환경 상호작용의 결과로 생각되고 있다. 즉, 유전적으로 취약한 개체에서 환경적 인자가 작용하면 이로 인해 태내 신생아의 뇌발달에 영향을 주게 되고, 이로 인해 자폐스펙트럼장애가 발현된다고 추정하는 것이 현재의 질환발생모델이다.

[알게 된 점] 사실적 내용
진단이 쉽지 않은 자폐스펙트럼장애(ASD)의 정확한 진단을 위해 인공지능(AI)를 적극 활용해야 한다는 연구 결과가 나왔다.

브라질 브라질 상파울루대 연구팀은 자폐증 진단을 돕기 위해 자기공명영상을 사용해 기계학습 알고리즘을 훈련한 결과 상당히 높은 정확도로 자폐스펙트럼장애를 진단할 수 있는 것으로 나타났다고 밝혔다.

[전문가 의견] 2개 이하 - 관련 다른 의견, 근거주장
1. 연구의 공동 저자인 프란시스코 로드리게스 교수(수학·컴퓨터과학)는 “기능적 자기공명영상(fMRI)과 뇌전도(EEG) 데이터를 수집해 방법론을 개발하기 시작했고, 자폐증이 있는 사람과 없는 사람의 지도를 비교한 결과 이 방법론으로 진단이 가능하다는 것을 알아냈다”고 말했다.

2. 자폐증 정확히 식별하는 생화학적 표지자(마커)도 아직 없어 문제.

자폐스펙트럼장애(ASD)의 진단은 매우 복잡하다. 진단에는 고도로 전문화된 전문가가 필요하다. 자폐증은 매우 다양한 증상을 보이고 원인도 숱하게 많다. 다인성 신경발달장애다. 미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 미국 아동 36명 중 약 1명이 자폐증 진단을 받았다. 하지만 아직도 자폐증을 정확히 식별할 수 있는 생화학적 표지자(마커)가 없다. 연구팀은 500명의 뇌 영상 데이터를 기반으로 연구를 진행했다. 데이터에는 머신러닝 기법이 적용됐다. 참가자의 약 절반(242명)이 자폐증 진단을 받았다. 연구팀은 이 지도를 머신러닝 알고리즘에 입력했다. 학습된 예시가 깔린 이 시스템을 통해 95% 이상의 정확도로 어떤 뇌 변화가 자폐증과 관련이 있는지 알아낼 수 있었다. 연구팀은 “최근 많은 연구에서 머신러닝을 기반으로 한 자폐증 진단법을 제안하면서 혁신적인 ‘뇌 네트워크 조직’을 무시한 채 단일 통계 매개변수를 사용하고 있다”고 지적했다. 연구팀은 자폐스펙트럼장애(ASD)에 대한 새로운 정량적 진단법을 제안했다.

[나의 의견] 2개 이하
1. 자폐증이라는 것은 정확히 어떤 요인으로 인해 발현되었는지 알 수가 없기 때문에 개개인에 맞춘 치료법을 내어줄 수 없다는 미국 질병통제 예방센터 의견에 동의한다. 하지만 나는 현재의 기술로만 보았을때의 아쉬움이라고 생각했고 몇년, 몇십년이 걸리더라도 자폐로 고생하는 이들을 조금이나마 해방시켜 줄 수 있도록 연구를 놓지 않고 계속 해주었으면 좋겠다는 생각이 들었다.

2. 자폐라는 것은 인간이 자폐증이라고 결론 내리기 조심스렵고 어려운 질병이다. 그 이유는 명확한 증상이 없고, 어떤 이유로 발병되었는지 모르기 때문이다. 그치만 컴퓨터라는 것은 생각을 할 수 없는 인간을 돕는 도구라고 생각한다. 그러므로 인간도 인간을 도울 수 있는 컴퓨터 프로그램을 만들기 위해서는 끊임없는 연구와 노력, 시간이 필요하다. 나는 프란시스코 로드리게스 교수가 연구하고 있는 자폐증 진단 프로그램이 한시라도 빨리 개발되었으면 좋겠다.

[나의 행동] 앞으로의 실천 계획, 진로 계획, 연구 계획 등
미래의 내가 자폐를 치료할 수 있는 딥러닝 기반 프로그램을 만들게 된다면 자폐를 가진 본인, 자폐아이를 키우는 부모, 자폐를 치료한 사람들을 대상으로 자문을 구해, 빅 데이터를 만들어 현재 자폐로 어려움을 겪는 모든 이들에게 도움이 될 수 있는 프로그램을 만들고 싶다. 만약 나로 인해 자폐를 치료한 사람이 한 명이라도 생긴다면 정말 뿌듯할 것 같다는 생각이 들었다.

[참고]도서(책표지사진 '도서명(저자)'), 참고문헌, 참고싸이트)
도서-"감정의 미래"(케이틀린유골릭필립스)

https://www.bigkinds.or.kr/v2/news/search.do;Bigkinds=64DC7E6F2EDF75484ABE509BC3436CD3
https://www.chosun.com/culture-life/health/2023/08/18/UNT6PKBYVZFFJKL3CIRX3JOSMY/?utm_source=bigkinds&utm_medium=original&utm_campaign=news
https://kormedi.com/1614304/%EC%9E%90%ED%8F%90%EC%A6%9D-%EC%A7%84%EB%8B%A8%EC%97%90%EB%8F%84-ai-%EC%A0%81%EC%9A%A9-%EC%96%B4%EB%A0%A4%EC%9A%B4-%EC%A7%84%EB%8B%A8%EB%B2%95-%EC%89%AC%EC%9B%8C%EC%A7%88%EA%B9%8C/

이라는 무기화합물이 기체 상 아지드화나트륨에는 질소가 65%로 포함돼 있는데, 충돌 시에 센서에서 발생하는 불꽃에 의해 0.03초 터에 달하는 질소 기체를 만든다. 여기에 산화철(Fe₂O₃)을 섞으면 불꽃에 점화되는 물질로 바뀌게 되는데 운전대에 아지드화나트륨 캡슐과 산화철이 따로 격리돼 보관돼 있으면서 사고 시 자동으로 섞이게 되는 게 에어백 시스템이다.
아지드화나트륨은 평상 시에는 섭씨 350도 정도의 높은 온도에서도 불이 붙지 않고, 충돌이 일어나도 폭발하지 않아 안전한 물질이다.
정면충돌 에어백은 대체로 정면 30도 이내 각도에서 충돌속도가 시속 20~30㎞ 이상일 때 작동한다.

에어백 작동에 있어 가장 중요한 건, 즉 에어백이 탑승객 목숨을 담보하기 위해 가장 중요한 건, 적절한 시점에 작동되는가. 충돌 사고가 발생했을 때 반동으로 탑승자가 튕겨나가면서 운전석 앞 부분 핸들이나 크래시패드에 부딪히는 시간은 약 0.07초 정도에 불과하다. 에어백이 사고를 감지했을 때 최소한 0.06초 이내에 펼쳐져야 한다는 얘기이고, 그러려면 에어백이 부풀어오르는 전개 속도가 시속 200㎞ 이상은 돼야 한다는 것이다. 실제 에어백이 전개되는데 보통 0.04초가 소요되는데 사람이 눈을 한번 깜박이는 것보다 재빠르다.

그렇게 빠른 속도로, 팽팽하게 부풀어 오른 에어백에 얼굴을 그대로 부딪힐 경우 오히려 더 크게 다칠 수 있는 것 아니냐는 의문이다. 에어백 후면을 보면 3, 4개 구멍이 뚫려 있는데, 에어백을 팽창시킨 가스가 빠져나가도록 만들어 놓은 ‘벤트 홀’(Bent Hole)이다. 자동차 충돌 후 탑승자가 전면 유리창 쪽으로 튕겨 나가는 사이, 에어백이 팽창해 전체적인 모양을 만들어준 가스가 벤트 홀을 통해 밖으로 방출되면서 탑승자 머리가 ‘충분히 안전할 만큼’ 푹신하여 보호할 수 있게 된다.
에어백이 사고 시 충돌로부터 보호를 해주기는 하나 오작동으로 터지는 경우에는 더 위험할 수가 있다고 생각한다. 실제로 2016년 항공기에서 에어백이 터져서 한 명은 경추가 부러지며 즉사, 한 명은 팔이 골절된 기사를 보게 되었다. 심지어 에어백이 터지며 나오는 흰색 가루 때문에 폐 건강이 악화될 수 있다는 기사를 접하며 아직 에어백을 보완해야할 점이 많다고 생각한다.
에어백이 오작동하지 않도록 재연구하여 승무원이나 다른 스태프가 다치지 않고 사고 시에는 재빨리 탑승자를 보호하는 에어백을 개발하고 싶다는 생각이 들었다.
https://www.hankookilbo.com/News/Read/201904041657712474, https://blog.naver.com/e_mobis/223104557520

[알게 된 점]
지구 온난화를 일으키는 원인 ‘메탄’을 에틸렌을 비롯한 다양한 화학 원료로 전환할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발하여 기존 직접 전환 방법에서 단점으로 지적된 연쇄 반응으로 인해 만들어지는 이산화탄소와 코크 같은 부산물이 생기지 않고, 불필요한 에너지도 줄어들어 에너지 효율을 높였다는 점을 알게 되었다.

특히 이 기술을 개발하는 과정에서 인공지능의 딥러닝 기술을 이용하였는데, 우선 연구팀이 실험실에서 직접 실험한 250개의 반응 데이터를 수집해 기계학습 모델을 학습시키고, 인공지능은 기계학습 모델을 통해 스스로 온도, 속도, 압력, 반응기 구조 등 여러 조건을 미세하게 조절하며 10,000여 개가 넘는 가상 조건을 만들고 실험결과를 내는 방식으로 이루어져 있다. 연구팀은 이렇게 얻어진 가상 실험 데이터를 인공지능의 '인공 꿀벌 군집 알고리즘'에 적용시켰다.

인공 꿀벌 군집 알고리즘은 자연에서 꿀벌 군집이 꿀이 있는 지역을 탐색하고, 꿀이 어디에 얼마나 있는지 알아내는 것과 비슷하게 여러 가상 실험 조건을 탐색하고, 어느조건에서 어떤 실험 결과가 나오는지 구체적 데이터를 수집한 후, 그 정보에서 더 좋은 실험 결과가 나오는 조건으로 의사결정을 하는 총 세 단계를 거친다.

구체적인 알고리즘은 다음과 같았다. 모든 꿀벌을 정찰대원의 역할로 무작위로 나라려보낸 후, 각 꿀벌로부터 받은 꿀의 양을 측정하고 분류한다.  > 꿀벌로부터 얻은 꿀의 양에 따라 지역을 할당하고 해당 지역으로 보낸다.(꿀이 많은 지역일수록 더 많은  꿀벌을 보낸다.) > 꿀의 양에 따라 지역의 순위를 매긴다.

연구팀은 인공지능의 기계학습과 인공 꿀벌 알고리즘을 활용하여 수득율을 10% 이상 높이면서 부산물은 적게 나오는 실험 조건을 찾아냈고, 이를 실제로 실험하여 오차 범위 안에서 검증했다. 

[전문가 의견]
화학플랫폼연구본부 화학데이터기반연구센터 장현주 본부장
“공정이 까다롭고 변수가 많은 연구분야에서 250번의 실험과 인공지능의 도움으로 아주 짧은 시간에 높은 수율의 반응 조건을 찾아낼 수 있었다. 이번에 개발된 인공지능 기술은 다양한 화학 반응 조건을 가상 환경에서 찾을 수 있어서, 앞으로 화학 산업에서 중요한 여러 반응에 바로 응용될 수 있을 것으로 기대된다.”

KISTI 정민중 슈퍼컴퓨팅응용센터장
“실험데이터가 부족한 다양한 과학기술 분야에 시뮬레이션 데이터를 활용하는 인공지능이 우수한 연구방법론으로 활용될 수 있다”

[나의 의견] ; 이건 다 읽어주세요!!
인공지능을 활용한 다양한 화학 기술을 개발하기 위해 데이터 수집 플랫폼을 구축하고 데이터를 수집하는 과정이 높은 효율성을 가져온다는 점이 인상 깊었다. 특히 데이터 분석 과정에서 사용되는 '인공 꿀벌 군집 알고리즘'의 원리가 꿀벌의 상호작용과 관련이 있다는 점에서 고도로 진화한 사회적 곤충이 온실가스인 메탄을 유용한 화학 연료로 바꾸는 작업을 수행할 수 있다는 점이 신기했다.

꿀벌이 꿀을 최대한 많이 얻을 수 있는 장소를 찾을 때 발생하는 벌의 행동과 꿀벌이 군집 생활 내에서 즉흥적인 춤을 추어 발견한 것들을 보고한다는 특징을 알고리즘에 활용하는 것을 통해 생물의 다양하고 고유한 특징을 기반으로 알고리즘을 만들면 여러가지 사회적이고 환경적인 문제를 해결할 수도 있겠다는 생각이 들었다.

[나의 행동]
데이터 분석 엔지니어가 되어 다양한 데이터를 분석하고 활용하여 현재 사회를 비롯한 여러가지 환경 문제 등을 해결하여 많은 사람들의 삶의 질을 올리고 가치있는 세상을 만들 수 있는 인공지능 알고리즘을 개발하고 싶다.

특히 이러한 데이터 분석 기술을 더욱 발전시키고 활용하여 동물 실험을 대체할 수 있는 대체 알고리즘을 개발해보고 싶다는 생각이 들었다. 화장품을 비롯한 제품의 독성과 안전성 시험에서 사용되고 있는 동물들 대신 화학물질 독성 관련 빅데이터와 인공지능의 기계학습을 이용해 동물실험 없이 화학물질의 독성을 예측할 수 있는 컴퓨터 알고리즘 모형을 개발하고 싶다.

[참고]
https://www.mql5.com/ko/articles/11736
(모집단 최적화 알고리즘; 인공 꿀벌 군집)

2. 2차원 물질
: 원자 한 층 두께로 구성된 물질이며, 매우 얇은 박막 상태로 안정적으로 존재할 수 있다. 기존의 3차원 물질보다, 우수한 기계적/전기적/광학적 특성 때문에 미래의 전자기기의 핵심물질로 주목받고 있다.
3. 플로팅 게이트
: 반도체 메모리 소자의 구성요소 중 하나이며, 전하를 저장할 수 있는 역할을 한다. 플로팅 게이트에 저장된 전하의 양은 데이터를 나타낼 수 있으며, 전하의 유/무에 따라 데이터를 저장하거나 수정할 수 있다.

[알게 된 점] 사실적 내용
인공 시냅스 소자의 의도되지 않은 급격한 가중치 변화의 근본적 원인 중 하나가 인공 시냅스 소자를 구성하는 물질 사이의 계면에 존재하는 결함이다. 계면 결함은 시냅스 가중치 제어의 불안정성에 크게 기여하고 있으며, 소자의 미세화가 진행됨에 따라 이러한 현상은 더욱 심화된다.
2차원 물질은 원자 수준의 얇은 두께에도 불구하고 우수한 전기적/기계적/광학적 특성과 표면의 무결함 특성 등 기존 물질과는 다른 특별한 특성을 내재하고 있다. 따라서, 2차원 물질 기반으로 구성된 인공 시냅스 소자는 소자의 미세화에도 불구하고, 2차원 물질의 무결함 특성을 이용해 계면에 존재하는 결함을 최소화시켜 이중 플로팅 게이트 소자를 설계했기 때문에 시냅스 가중치 제어에 유리하다.

인공 시냅스 소자를 구현하기 위한 소재 조건
- 높은 신뢰성을 바탕으로 고밀도의 전하 저장 가능
- 가중치 변화의 원인인 계면 결함을 줄여서 정밀한 뇌 작동 모방

추가적으로 산화 공정을 통해 전하 저장소에 추가적인 장벽을 설치하면 고정밀 시냅스 구동이 가능하다는 것을 알게되었다.

[전문가 의견] 2개 이하
연구팀 : 기존의 단일 플로팅 게이트 소자는 많은 양의 전하를 오로지 하나의 플로팅 게이트에 저장해 신뢰성과 재현성에 한계가 있다 판단하고, 원자 수준으로 얇은 두께와 표면에 결함이 없는 2차원 물질로 이중 플로팅 게이트 소자를 재현했다.
서준기 교수 : "앞으로 신소재, 신소자 기반의 인공지능향 반도체 소자 개발에 기여할 것이다”

[나의 의견] 2개 이하
뉴로모픽 반도체를 불안정하게 만드는 계면 결함을 해결할 수 있다는 점에서 뉴로모픽 반도체의 소자로 2차원물질은 매우 적절한 선택이였다고 판단한다. 나는 여기서 더 나아가 2차원 물질로 사용할 원자를 무엇으로 고를지 탐구하는 것이 중요하다고, 전류가 잘 흐르는 구리같은 물질이 적합할 것이라고 추측된다.

[나의 행동] 앞으로의 실천 계획, 진로 계획, 연구 계획 등
반도체 시장에서 비중이 늘어나고 있는 뉴로모픽 반도체 분야에서 앞서나가기 위해 뉴로모픽 반도체의 칩 설계에 이바지 하고싶다.

[참고]도서(책표지사진 '도서명(저자)'), 참고문헌, 참고싸이트)
도서: '뉴로모픽, 그것이 궁금하다 (비피기술거래)'

사이트 :
https://mdtoday.co.kr/news/view/1065570385676159

(고분자 중합체인 플라스틱 제품을 다시 분해해 원래의 단량체로 되돌리는 기술)

  

[알게 된 점]
플라스틱을 열로 가열하면 유해가스가 발생해 환경에 좋지 않아 열분해 공정이 해양 폐기물의 처리방법으로 좋지 않다고 생각했는데, 오히려 순수한 원료 상태로 돌려주기 때문에, 재활용에 용이하며 지속적으로 사용할 수 있다는 사실을 알게 되었다.

[전문가 의견]
연구팀은 폐플라스틱 중 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 폐PET병이나 폐폴리에스터 섬유를 상온에서 매우 적은 양의 에너지만으로도 완전히 분해하여 재원료화 함으로써, 기존 석유 유래 제품을 완벽하게 대체할 수 있는 자원 재순환형 기술(메탄올리시스 반응기술*)을 개발하였다.

또한, 기존 해중합 기술이 고온·고압 조건에서 수행되기 때문에 에너지 소비가 심하고, 오염물질에 의한 단량체 제품의 수율이 낮아지는문제 극복을 위해 상온에서 높은 반응성을 나타내는 저가 촉매를 반응에 적용하고 부반응을 제어할 수 있는 공정기술을 도입해 고부가 단량체인 디메틸테레프탈레이트(dimethyl terephthalate, 'DMT')를 고수율·고순도로 제조할 수 있다고 밝혔다.

“전 세계적으로 대두되고 있는 폐플라스틱의 환경오염 문제를 완화하고, 전량 수입에 의존하던 기존 석유화학제품 원료를 폐자원으로부터 얻을 수 있다는 점에서 큰 의미가 있는 만큼, 국내 플라스틱 화학 산업의 지속 가능성 확보와 세계시장 진출 또한 가능한 해중합 기술이 될 것으로 전망한다."라고 언급함.

   

[나의 의견]
소각 및 연소에 의한 폐플라스틱 처리 방법은 화석연료 연소 시 많은 먼지와 다이옥신(CH3Cl, CCl2F2, CCl4, CH3CCl3, CHBr3, CH3Br 등)을 포함한, 유해한 가스(CO, CO2, HCN, NO2, NH3, NOx, CH3 등)을 배출하게 되어 환경오염의 주된 원인이 되고 있고, 특히 다이옥신은 인간, 동·식물의 생명체에 치명적인 영향을 미친다. 또한, 폐플라스틱 소각에 의해 발생되는 ClOx, BrOx는 분해되지 않고 오존층에 도달하여, 이를 파괴 하게 되며, 소각 또는 화력발전소, 각종 엔진기관에서 배출하는 CO, CO2, NO2등과 같은 산화물은 지표면에 온실효과를 일으켜, 지구온난화로 이어진다. 조사한 방법으로는 폐플라스틱을 처리할 때 발생하는 환경오염 문제를 완화할 수 있는데다가 다양한 분야에 이용이 가능한 원료를 얻을 수 있다는 점에서 이 기술이 전 세계적으로 상용화 되었으면 좋겠다고 생각한다. 또한, 폐플라스틱을 과학 기술을 사용하여 재활용하려면 수거하고 성분에 따라 분리 및 세척 등 전처리 과정을 거쳐야 하는데, 이를 전문적으로 하는 센터 또한 많이 생겨야 열분해 기술, 해중합 촉매기술을 사용할 수 있다고 생각한다.

[나의 행동]
코리올리 효과에 의해 발생한 쓰레기 섬의 대부분이 폐플라스틱 및 해양 폐기물이라고 알고 있는데, 쓰레기 섬에서 발생한 방대한 양의 폐플라스틱을 수거하고 재활용하여 화학연료로 사용하기 위한 세분화된 사업 추진을 진행할 것이다. 또한, 궁극적 목표인 ‘해양 폐기물 제거를 통한 해양 환경 보전’을 달성하기 위해 화학적 분해 기술을 연구하고 싶다.

[참고] 
http://www.chemicalnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=5190
https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=314179

[관심 분야] 환경공학
처음에는 화학에 관심이 많았지만 환경 오염이 심각해지면서 화학적 기술을 어떻게 이용하면 환경 오염에 도움이 될지 궁금증이 생겨 진로를 환경공학으로 설정하게 되었습니다. 

1. 암석 풍화 촉진 기술

암석 풍화 촉진 기술은 수십 년 만에 걸친 암석의 풍화 작용을 수십 년으로 단위로 앞당기는 기술이다. 대기에서 이산화탄소는 기체 상태로 존재하지만, 물에 녹으면 액체 속의 탄산 이온 형태로 존재한다. 탄산 이온은 일정한 조건에서 화학작용을 통해 탄산칼슘과 같은 탄산염으로 고체화된다. 이산화탄소를 가진 돌 탄산염암은 땅에서 강, 바다로 흘러가 가라앉는다. 이 과정이 암석 풍화 촉진이며 지구공학적인 접근법 중 하나이다.

2. 현무암 이산화탄소 흡수

화산암인 현무암은 이산화탄소 흡수력이 뛰어나다고 알려졌다. 현무암의 주요 성분인 칼슘과 마그네슘이 이산화탄소를 강하게 붙잡는 화학반응을 일으키기 때문이다. 예를 들면 2016년 아이슬란드의 현무암을 대상으로 탄소 포집 효과 연구를 진행한 바 있다.

[알게 된 점] 현무암은 그저 화산 활동으로 인해 만들어지는 암석이라고만 생각했지만, 이산화탄소를 흡수한다는 새로운 사실을 알게 되었다. 연구진은 가상 실험을 통해 세계 농경지 1000곳에 현무암 가루를 뿌렸을 때 포집할 수 있는 이산화탄소량을 측정했는데, 그 결과 농경지 1ha당 현무암 가루 10t을 뿌리면 2100년까지 이산화탄소 약 640억t이 포집되는 것으로 나타났다. 지구 온도 1.5℃ 이상 상승을 막으려면 2100년까지 탄소를 약 1000억~1조t을 제거해야 한다. 지구 온도를 1.5℃ 이내로 제한하려면 탄소 배출량 감축뿐만 아니라 암석 풍화 촉진과 같이 이미 대기 중에 있는 탄소를 제거하는 것도 중요하다는 걸 알게 되었다. 

[전문가 의견] 연구진 노아 플라나브스키는 덥고 습한 환경에서 풍화가 더 빨리 진행되기 때문에 암석 풍화 촉진 기술은 열대 지역에서 더 빨리 효과를 볼 수 있고, 현무암 가루를 비료로 사용하면 저렴한 비용으로 농장 수확량을 높일 수 있다고 설명했다. 연구에 참가한 백승훈 연구진은 암석 풍화 촉진 기술이 기후 변화에 놀라훈 회복력을 보여준다며 이번 연구가 장기적인 탄소 감축 전략의 잠재력에 대한 확신을 준다고 말했다. 

[나의 의견] 인공적인 물질이 아닌 화산 활동으로 만들어지는 현무암을 사용한다면 추가적인 환경 오염의 걱정 없이 이산화탄소를 줄일 수 있을 것이라고 생각했다. 위의 연구는 가상 실험으로 아직 실제로 이산화탄소 감축 효과는 보지 못했지만, 친환경적으로 정화하는 이 방식이 널리 사용된다면 지구 온도 상승에 대해 성공적으로 대응할 수 있을 것이다. 

[나의 행동] 가상 실험에서 성공적인 결과를 보여주었지만, 아직 본격적으로 상용화되는 단계는 아니라는 점이 조금 아쉬웠다. 이산화탄소 감축에 도움이 될 수 있도록 일상에서도 노력하며 관련 연구에 관심을 가지고 지켜봐야겠다. 향후 내가 환경에 대해 전문적인 지식을 갖추었을 때, 현무암을 이용한 것처럼 친환경적인 재료를 이용해 지구 온난화에 대응할 수 있는 기술을 개발하고 싶다.

-OLED 물질
OELD(유기발광다이오드)의 핵심 유기재료 HIL, HTL, ETL물질을 말하는 것으로 빛을 발광하는 역할을 맡고 있으며 낮은 구동전압, 긴 수명, 고효율이라는 특징을 가지고 있다. 양극과 음극에 각각 정공과 전하를 주입하고, 이 정공과 전하는 HIL, EIL, HTL, ETL을 통과한 후 EML층에서 만나는데 이때 정공과 전하가 출동하며 빛을 발생시킨다.  OLED TV, OLED조명, 스파트폰을 만드는데 사용되고 있다.

[알게 된 점] 사실적 내용
화학과 관련된 분야 외에도 LG화학에서 AI 채팅 로봇인 '켐봇'을 전사 업무 포털에 도입해 임직원들이 인물 검색 및 일정 조회, 문자 발송 등의 지원을 지원하고 있다는 사실을 새롭게 알게 되었고 화학과 관련된 분야에는 딥러닝을 통해 불량률을 개선하고 업무의 효율성을 높이는 기술을 적용시키고 있다는 것을 알게 되었다. 고흡수성수지 생산 라인에 카메라를 설치하고 이미지를 학습해 딥러닝 알고리즘을 개발한 후 불량 이물을 99.75% 잡아낼 수 있는 시스템을 구축했다는 사실도 새롭게 알게 되었다. 높은 효율로 고흡수성수지 외 다른 공장에도 확대 적용된다는 것을 통해 매우 효율적이며 기업이 딥러닝을 이런 식으로 활용한다는 사실도 알게 되었다. 또한 OLED 물질을 발굴하기 위해 OLED 소자의 물성을 예측하는 딥러닝 모형을 구축하고 AI로 후보 물질을 선별한 후 다양한 실험을 진행 중에 있으며 이를 통해 필요한 실험을 절반으로 줄이고 우수물질 발굴 확률이 높아진다는 것을 새롭게 알게 되었다.

[전문가 의견] 2개 이하- 관련 다른 의견, 근거 주장
-화학 분야 외에도 생명, 물리 분야에 미래 첨단 기술이 많이 사용되고 있으며 딥러닝 알고리즘을 통해 높은 효율과 정확성을 얻게 되었다.
-현장의 세세한 변화를 분석하기 위해서는 막대한 양의 센서에서 수집되는 데이터가 필요한데, 이를 위해 투입되는 자원 대비 효과의 효용성에 의문점을 가지며 보안 문제 및 현장의 세세한 지식들의 학습 가능 여부가 우려된다

[나의 의견] 2개 이하
-딥러닝 알고리즘을 통해 불량 이물을 90% 이상 잡아내거나 새로운 물질을 발굴하는 등 딥러닝 알고리즘을 사용할 이유가 점점 늘어나고 있다. 특히 새로운 물질을 발굴하는 것은 많은 실험과 많은 비용을 필요로 했지만 딥러닝 알고리즘을 통해 50% 이상으로 줄였다. 이를 통해 화학 분야에서의 첨단 기술 도입은 매우 혁신적이며 필수적인 것을 증명했다고 생각한다.

[나의 행동] 앞으로의 실천 계획, 진로 계획, 연구 계획 등
-딥러닝 알고리즘을 장애인의 응시점을 찾거나 음성인식 기술 보완에 더욱 이용해 장애인이 컴퓨터를 사용할 때 더 편하게 해주는 기기 또는 프로그램을 만들고 싶다고 생각하였으며 화학 분야의 딥러닝 알고리즘 개발에 참여하고 싶다는 생각을 하였다. 또한 앞으로 첨단 미래 기술이 화학 분야와 산업 분야에 어떻게 사용되고 어떤 이점을 가져다주는지 신경 써야 빠르게 변화하는 세상을 더 알고 살아간다는 것을 알게 되어 앞으로 관련 기사를 많이 읽어야 \겠다고 생각했다.

[참고] 도서. 참고 문헌, 참고 사이트  
Chat GPT의 등장과 석유화학산업의 미래(https://post.naver.com/viewer/postView.naver?volumeNo=35840249&memberNo=41226869&vType=VERTICAL)

진로희망: 화학, 화학공학 분야 

관심 동기: 수소연료전지는 수소를 산화시켜 물을 만드는 것이기 때문에 환경오염을 일으키지 않아 연료전지 중에선 수소연료전지가 제일 좋구나라고 생각을 했었는데 수소 액화 온도는 영하 253도 초극 저온으로 거의 ‘절대 온도 0도’에 가깝기 때문에 저장 및 운송이 매우 어려운 단점을 가지고 있다는 것을 알게 되었다. 이러한 수소를 대체할 수 있는 연료에 암모니아가 있어 인프라 구성이 잘 갖춰져 있다는 기사를 보게 되어 이 주제로 선정하게 되었다. 

[과학적 주요개념]
수소연료전지: 수소를 이용해 전기 에너지를 만들어내는 수소연료전지는 무공해에너지에 속한다. 수소연료전지는 석유, 가스 등과 같은 연료에서 추출해낸 수소와 공기 중의 산소와 반응시켜 물과 전기 에너지를 만들어낸다. 이는 기존 터빈발전방식이 아닌 산화 환원 반응을 이용해 전기 에너지를 만들기 때문에 에너지 효율이 더 높다. 

세라믹: 세라믹은 금속과 비금속 원소의 조합으로 이루어진 재료를 뜻한다. 대표적인 세라믹으로는 실리카, 점토, 시멘트, 유리 등이 있다. 세라믹은 고열로 구워서 굳힌 고체 무기물을 총칭하는 단어이다. 세라믹은 비금속 무기재료를 총칭하는 용어이며, 고대부터 인류의 역사와 함께했던 소재이다. 세라믹 재료는 원자들의 배열 상태에 따라 결정질과 비정질로 구분할 수 있다. 

[알게 된 점]
암모니아는 질소, 수소로만 이루어진 소위 ‘카본-프리’ 친환경 물질이다. 수요가 많아 생산 및 공급 인프라도 잘 갖춰져 있다. 암모니아 액화점은 영하 33도로 상용 냉동 온도면 충분하다. 액상에서는 부피당 에너지 밀도가 오히려 수소 대비 50% 이상 높다.

[전문가 의견] 2개 이하 - 관련 다른 의견, 근거주장 

1. 암모니아는 독성과 악취가 있어 주의를 기울여 취급해야하며 수소함량이 17.8% 정도로 낮고 암모니아는 몰당 30.6kJ의 에너지를 가해야 수소 에너지를 사용할 수 있는데 대체로 암모니아를 600도 이상으로 고온으로 가열하는 방식을 사용해 수소를 분리해야하는 단점이 있어서 낮은 온도에서 활용 가능한 기술 개발 필요함. 

2. 암모니아를 수소로 전환하기 위해선 현재는 고가의 귀금속인 Ru (루테늄) 촉매가 필요함으로 에너지로서의 경제성을 확보하기 위해선 효율이 높고 값이 싼 촉매개발이 필요함. 

[나의 의견] 
수소 액화 온도는 거의 '절대 온도 0도'에 가깝기 때문에 저장 및 운송이 매우 어려운 점을 알고는 있었지만 환경을 지킬 수 있다는 점이 더 크다고 생각해서 어려운 것만 해결하면 된다라고 안일하게 생각하였다. 하지만 저장 및 운송 문제를 해결하는 것이 매우 어려워 암모니아 세라믹 연료전지를 만들었으며 암모니아가 수소를 대체할 수 있어 인류에게 꼭 필요한 연료전지라고 생각된다. 

[나의 행동] 앞으로의 실천 계획, 진로 계획, 연구 계획 등 

암모니아에서 수소를 따로 이용하려면 아직까지의 기술로는 고온의 가열 방법으로밖에 할 수 없어 나중에 화학과나 화학공학과로 진학하여 저온 가열로도 수소를 분리할 수 있는 기술의 개발과 촉매로 고가인 루테늄을 대체할 수 있는 상대적으로 값이 싼 다른 화학물질로 실험해보며 내가 완전히 이 기술의 과정을 이해하여 탐구해보고 싶다고 생각하였다. 

1. 고려대학교 기계공학과 _ 고성능 암모니아 연료전지 개발 논문 

(2023. 03) High-performance ammonia protonic ceramic fuel cells using a Pd inter-catalyst / Heon Jun Jeong, Wanhyuk Chang, Beum Geun Seo, Yun Sung Choi, Keun Hee Kim, Dong Hwan Kim, Joon Hyung Shim / Small / https://doi.org/10.1002/smll.202208149 / (IF: 15.153) 

(관련 언론보도: 

https://news.unn.net/news/articleView.html?idxno=547744, 

https://m.yna.co.kr/view/RPR20230605008100353) 

 

2. 독일 프라운호프 연구소 _ 세계 최초 선박용 암모니아 연료전지 개발 

The world’s first high-temperature ammonia-powered fuel cell for shipping (fraunhofer.de) 

3. 세계 1위 석유기업 아람코의 미래 연료로 암모니아 공급망 프로젝트 실현 

How can we deliver one of the fuels of the future? | Aramco 

4. 2025년 세계 최초 발전용 수소 거래 시장 개장을 앞두고 에너지 기업들이 수소 운송과 보관 방식을 놓고 주도권 다툼 

수소연료시장주도권 '액화수소' vs '암모니아' 박빙 | (enewstoday.co.kr) 

5. 암모니아 연료전지 기업 _ 아모지 관련 기사 

암모니아를전기로, 3천억투자받은뉴욕의한국인벤처아모지 [기후테크가뜬다] (3-1) (businesspost.co.kr) 

6. 암모니아에 투자하는 기업 관련 기사 

"삼성이돈냄새를맡았다"...'암모니아'에공들이는기업들왜 | 중앙일보 (joongang.co.kr)