창체 / 자율 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.  11.   19.    작성자 : 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	노벨동아리 활동 역할분담
활동 내용	김범서 : 광통신의 원리 분석 및 ICT기술에 적용하기 위한 물리학 분야 심화탐구 및 실험 담당 김민성 : 대신고등학교 광섬유 배치 설계 구상 및 도면 제작, 아두이노를 이용해 교실과 스마트팜에 광섬유 기술 적용 김기주 : 대신고등학교에 Iot 시스템을 연계하여 가동에 필요한 프로그래밍 및 시스템 제작 박동민 : 수소 연료전지와 광섬유 기술을 연계하여 스마트팜에 적용 성민준 : 광섬유를 이용하여 실생활에서 사용할 수 있는 제품 고안 이혁주 : 급격한 외부 힘으로 인한 광섬유의 연결 단절을 방지하는 구조 고안 임준서 : 광섬유 원리에 프로그램을 이용한 프로그래밍 광섬유 센서 제작, 케이블 해킹 단점 탐구 및 해결방안 고안 이재휘 : 광케이블을 이용해 효과적으로 빅데이터를 모으고 분석하는 방안 모색
참가 인원	총 8명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	활동 계획, 다음 모임 등 일정

창체 / 자율 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.  11.   19.    작성자 : 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	찰스 K. 가오의 생애 탐구를 통해 노벨 과학자의 사고방식을 이해하고 주제 탐구에 적용
활동 내용	찰스 K. 가오의 생애와 연구 업적, 명언, 흥미로운 일화 등을 조사하여 노벨 과학자의 사고방식을 이해하고 이후 진행할 탐구활동에 적용하고자 함. 1933년 중국 상하이에서 태어나 어린 시절을 보낸 그는 수조대학교 비교법학교 교수이자 변호사였던 아버지 가오춘향(高君湘) 밑에서 태어났다는 사실을 조사함. 그는 그의 형과 함께 가정교사를 통해 중국 고전들을 공부했으며, 카이 위안페이를 포함한 많은 진보적인 중국 교육자들에 의해 설립된 상하이 프랑스 결사의 국제 학교에서 영어와 불어를 공부했다고 함. 1948년에 대만을 거쳐 영국 홍콩으로 이주하여 중등학교인 세인트조지프칼리지(St. Joseph's College)를 졸업했고, 울리치 폴리테크닉(현 그리니치 대학)에서 전기공학 학사 학위를 받으며 학부 과정을 마침. 1970년부터 1974년까지, 가오는 중국 홍콩 대학에 전기공학과를 설립했으며 1974년 미국 국제전신전화회사(ITT)의 최고 기술책임자로 자리를 옮겼다가 1987년 다시 홍콩중문대학교로 돌아와 1996년까지 부총장을 지냄
참가 인원	총 5명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	가오가 수상한 상과 메달의 연구주제 조사

창체 / 자율 동아리 .

작성일 : 2021.  11.   19.    작성자 : 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	찰스 K. 가오가 스튜어트 밸런타인 메달, 알렉산더 그레이엄벨 메달, 패러데이 메달을 수상한 연구주제 탐구
활동 내용	찰스 K. 가오는 직경이 빛의 파장 백 배 정도 되는 원통형 유리 섬유를 만들고 이의 중심축에 빛의 파장 정도 직경을 갖는 범위 안의 굴절율을 1% 정도 높인 광섬유 구조를 처음 제안함. 가운데 유리 섬유의 굴절율을 높이면 전반사 현상으로 빛이 중심축에서 벗어나지 않고 굴절율 높은 부분의 크기를 파장 크기 정도로 작게 하면 빛의 경로가 여럿이 생기지 않고 하나로 되어 장거리 전송이 가능함.(이를 단일모드 광섬유라고 함.) 당시 이 이론을 근거로 만든 실제 광섬유는 손실이 1,000 dB/km 수준으로, 즉 빛이 불과 20m 가면 원래 세기의 백분의 일 수준으로 작아져서 사실상 장거리 전송이 불가능했지만, 이들은 이러한 손실은 불순물 때문이고 유리 자체의 특성은 훨씬 투명해서 손실을 20dB/km (1km에 100배의 손실)이하로 낮출 수 있으며 이러한 광섬유를 이용하면 1 Gb/s 정도의 고속 신호를 전송하는 것이 가능할 것이라고 예측함.
참가 인원	총 5명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	전반사 실험 및 광섬유를 추가적으로 활용 가능한 분야 탐구

창체 / 자율 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.  11.   19.    작성자 : 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	전반사 실험 및 광섬유를 추가적으로 활용 가능한 분야 탐구
활동 내용	▲ 그림 1(구멍 막을 때) ▲ 그림 2(구멍 안 막을 때) 실험 결과 플라스틱 컵 위에 구멍을 막고 수조에 넣었을 때는 ‘과학’ 글자 중 ‘학’만 보였지만, 구멍을 막지 않고 수조에 넣었을 때는 ‘과학’글자 모두 보였음. 그 이유가 바로 ‘빛의 전반사’ 때문인데, 빛의 전반사는 빛의 속도가 빠른 때의 물질에서 빛의 속도가 느릴 때의 물질로 빛이 진행할 때 일어남. 그림 2와 같이 플라스틱 컵 위에 구멍을 막지 않고 수조에 넣을 경우에는 위에 컵 바깥부분, 컵과 컵 사이 모두 물이 차게되어 빛의 전반사는 일어나지 않게 됨.
참가 인원	총 5명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	동아리원들이 인공지능, 사물인터넷, IOT, 빅데이터 등 4차 산업혁명의 핵심 기술을 하나씩 맡아 조사하고 발표

창체 / 자율 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.  11.   19.    작성자 : 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	동아리원들이 인공지능, 사물인터넷, Iot, 빅데이터 등 4차 산업혁명의 핵심 기술을 하나씩 맡아 조사하고 발표
활동 내용	디지털 경제의 확산으로 우리 주변에는 규모를 가늠할 수 없을 정도로 많은 정보와 데이터가 생산되는 '빅데이터(Big Data)' 환경이 도래하고 있음. 빅데이터란 과거 아날로그 환경에서 생성되던 데이터에 비하면 그 규모가 방대하고, 생성 주기도 짧고, 형태도 수치 데이터뿐 아니라 문자와 영상 데이터를 포함하는 대규모 데이터를 말함. 빅데이터의 특징은 3V로 요약하는 것이 일반적으로, 즉 데이터의 양(Volume), 데이터 생성 속도(Velocity), 형태의 다양성(Variety)을 의미한다(O'Reilly Radar Team, 2012). 최근에는 가치(Value)나 복잡성(Complexity)을 덧붙이기도 함. 다양하고 방대한 규모의 데이터는 미래 경쟁력의 우위를 좌우하는 중요한 자원으로 활용될 수 있다는 점에서 주목받고 있음. 대규모 데이터를 분석해서 의미있는 정보를 찾아내는 시도는 예전에도 존재했지만, 현재의 빅데이터 환경은 과거와 비교해 데이터의 양은 물론 질과 다양성 측면에서 패러다임의 전환을 의미함.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	“인공지능과 4차 산업혁명의 미래”를 탐독하고 독서 토론 활동 진행 준비

(붙임 6) 활동 보고서

창체 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.11 . 19 . 작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	“인공지능과 4차 산업혁명의 미래”를 탐독하고 독서 토론 활동 진행
활동 내용	인공지능 시대는 자신만의 전문적인 역량이 뛰어나며 사람들과의 의사소통 능력이 좋고 각종 기계 장치 특히 인공지능 등과 소통하는 능력 역시 우수해야 함. 앞으로 컴퓨터, 인공지능, 로봇을 능수능란하게 이용할수 있어야 하며, 언어능력, 수학능력도 길러야 하고 과학지식과 각종 IT기술을 이해하는 것이 미래 산업을 이해하는 길임. 약한 인공지능을 얼마나 더 잘 다루느냐에 따라 더 나은 사회의 리더가 되는 법임.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	스마트팜과 광섬유 센서를 연계하여 시스템 개선

(붙임 6) 활동 보고서

창체 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.11 . 19 . 작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	스마트팜과 광섬유 센서를 연계하여 시스템 개선
활동 내용	사물 인터넷, 빅데이터, 인공 지능 등의 기술을 이용하여 농작물, 가축 및 수산물 등의 생육 환경을 적정하게 유지 및 관리하고, PC와 스마트폰 등으로 원격에서 자동 관리할 수 있어, 생산의 효율성뿐만 아니라 편리성도 높일 수 있음. ICT 기술을 활용한 스마트팜 기술을 통해 환경 정보(온도, 상대 습도, 광량 , 이산화탄소, 토양 등) 및 생육 정보에 대한 정확한 데이터를 기반으로 생육 단계별 정밀한 관리와 예측 등이 가능하여 수확량, 품질 등을 향상시켜 수익성을 높일 수 있을뿐만 아니라, 노동력과 에너지를 효율적으로 관리함으로써 생산비를 절감할 수 있음. 예를 들면, 기존에는 작물에 관수할 때 직접 밸브를 열고 모터를 작동해야 했다면, 스마트 팜에서는 전자밸브가 설정값에 맞춰 자동으로 관수를 하고, 스마트 팜은 농,림,축,수산물의 상세한 생산 정보 이력을 관리할 수 있어 소비자 신뢰도를 높일 수 있음.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	광섬유의 단점 두 가지를 보완하기 위한 탐구토론 활동 진행

창체 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.11 . 19 . 작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	광섬유의 단점 두 가지를 보완하기 위한 탐구토론 활동 진행
활동 내용	구리선보다 전송속도가 빠르고, 대용량으로 전송할 수 있으며, 기가 인터넷 서비스에 100% 대응할 수 있음. 광섬유는 좁은 공간에서 많은 선을 설치할 수 있음. 구리선보다 값이 더 싸다. (많은 사람들이 광섬유가 구리선 보다 더 비싸다고 알고 있으나, 광섬유가 구리선보다 더 쌈.) 구리선보다 수명이 더 길음. 신호의 간섭을 받지 않고, 빛으로 전달되기 때문에 구리선보다 잡음이 적음. 혼선 및 도청의 위험이 적음. 설치된 광케이블에 고장이 난다면 고장 부분을 찾기 힘들고, 보수가 어렵다고 함. 광섬유를 통신에 사용하려면 신호를 빛으로 변환하는 변조 장치를 사용해야 함.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	이오드 기반의 변조장치 탐구 및 개발

창체 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.11 . 19  작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	이오드 기반의 변조장치 탐구 및 개발
활동 내용	광섬유의 가장 큰 단점인 통신에 사용하려면 변조장치의 이용이 필수적이라는 것과, 설치된 광케이블에 고장이 난다면 보수가 어렵다는 단점을 개선하기 위한 방안 모색을 기반으로 대용량 전송을 하기 위해선 신호를 빛으로 변환하는 변조 장치가 필요함. 가장 중요한 신호 변조장치의 원리 탐구 및 실제 개발 이후 광케이블 분야에 적용함. 광섬유 전송 손실(빛의 감쇄량)은 1km당 0.2 데시벨 이하이다. 데이터를 빠르게 전달할 수 있는 특징을 이용하여 파일을 자주 주고받는 대신고에서 유용하게 이용할 수 있을 것이라고 생각됨.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	광섬유를 이용해 대신고 통신 속도 개선

창체 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.11 . 19 . 작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	광섬유를 이용해 대신고등학교 통신 속도 개선
활동 내용	광섬유 전송 손실(빛의 감쇄량)은 1km당 0.2 데시벨 이하이기에 데이터를 빠르게 전달할 수 있는 특징을 이용하여 파일을 자주 주고받는 대신고에서 유용하게 이용할 수 있을 것이라고 생각됨. 1년간 진행한 활동을 총정리하여 광섬유 특집 잡지와 광섬유 지도를 만들어 전시함. 학교 개선점에 대한 설문조사를 진행하고, 1년간 수행한 탐구활동을 바탕으로 개선할 수 있는 문제점 개선함. 1년간 동아리활동 결과를 학생들에게 발표하고, 광섬유와 4차 산업혁명을 테마로 한 체험부스 운영함. 느낀 점: 위 활동을 진행해 4차 산업혁명 기술들이 보편화된 미래에서 일상생활이 어떻게 변화하고, 그 과정에서 수학이 어떤 역할을 하는지 홍보한다면 수학을 통해 4차 산업혁명에 대한 이해도를 기르고, 4차 산업혁명을 통해 수학에 대한 거부감을 더는 긍정적인 상호작용 효과를 거둘 수 있었음.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	노벨 과학 주간(Week)활동

창체 동아리 활동보고서

작성일 : 2021.11 . 19 . 작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	4차 산업혁명의 핵심 기술들을 진로 분야와 연계하여 1인당 1분야씩 맡아 학습하고 발표
활동 내용	주제를 수행하기 위해 필수적인 4차 산업혁명 기술에 대한 이해를 위해 각자 자신의 진로 분야와 연계된 기술들을 학습하고 발표함. 앞서 학습한 내용을 전문가의 조언을 통해 재확인하고 보다 깊은 이해를 위해 강연을 수강하였음. 수강한 내용을 상기하며 사물인터넷, 빅데이터를 수집하는 원리 수학적 분석함. 비정형 데이터에서 의미 있는 정보를 찾는 것을 수학에서의 최적화 문제로 바꾸어 생각해 볼 수 있고, 이 문제를 해결하는 가장 단순한 원리는 주어진 함수 f(x)의 현재 위치에서 함숫값이 감소하는 방향으로 x의 값을 이동시키는 것. 이를 반복적으로 수행하면 함숫값이 최소가 되는 지점을 발견할 수 있는데, 이때 이용되는 가장 기본적인 원리가 바로 미분이 활용됨. 어떤 점 x_0(x제로)에서 시작하여 함수 f(x)가 어떤 수에 수렴할 때까지 x_k(xk)의 값의 변화를 식으로 나타내면 다음과 같음. [x_k+1 = x_k-λf’(x_k) (k=0, 1, 2...)] 여기서 λ(감마)는 상수로 생각하고 현재 지점에서 도함수 f’(x)가 양수이면 x의 값을 감소시키고 f’(x)가 음수이면 x의 값을 증가시키는 과정을 반복하여 함수 f(x)의 극솟값을 찾음. 이때 함수의 최적화는 이처럼 함수 f(x)가 극소가 되는 x의 값을 찾는 것이라고 함.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	탄소나노튜브와 풀러렌의 구조를 수학과 연계하여 분석

창체 / 자율 동아리 활동보고서

작성일 : 2021. 11. 19.  작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	탄소나노튜브와 풀러렌의 구조를 수학과 연계하여 분석
활동 내용	탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 원통형 모양의 나노 구조를 지니는 탄소의 동소체임. 탄소 나노튜브는 1991년 일본 전기 회사(NEC) 부설연구소의 이이지마(Iijima) 박사가 전기 방전법에 의해 풀러렌(fullerene)을 합성하면서 흑연 음극상에 형성된 탄소 물질을 투과 전자 현미경으로 분석하는 과정에서 발견되었음. 이이지마 박사와 미국 IBM 연구소의 베쑨(Bethune) 등이 전기 방전 시에 Fe, Ni, Co등과 같은 전이 금속을 사용하는 경우, 가장 기본적인 구조인 단일벽 탄소 나노튜브(single-wall carbon nanotube; SWNT)가 만들어짐을 발견하였음. 나노튜브는 원통형 풀러렌 계열의 구조를 지니며, 그래핀이라는 탄소 원자 한 층으로 이루어진 막을 벽으로 하며 길고 속이 빈 튜브 모양으로 만들어졌기 때문에 탄소 나노튜브라는 이름이 붙었음. 그래핀을 둥그렇게 마는 각도에 따라 다른 나노튜브가 만들어질 수 있는데, 이렇게 말리는 각도와 지름에 의해 금속이 될 수도 있고 반도체가 될 수도 있음.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	다른 형태의 탄소나노튜브와 풀러렌 구상하고 제작

창체 / 자율 동아리 활동보고서

작성일 : 2021. 11. 19.  작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	다른 형태의 탄소나노튜브와 풀러렌 구상하고 제작
활동 내용	원통형 풀러렌은 탄소 나노튜브(carbon nanotube: CNT 혹은 buckytubes)라고도 한다. 풀러렌은 흑연(graphite)과 구조가 유사하며, 연결된 육각형 링의 적층된 그래핀(graphene) 시트로 구성됨. 원통형이 아니라면 오각형(또는 때로는 칠각형) 링을 포함해야 함. 구형 풀러렌은 sp2로 혼성화된 탄소를 가지는 육각형과 오각형으로 형성된 폐쇄 바구니형 분자를 말하고 탄소 원자 60개가 축구공 모양으로 결합하여 생긴 버크민스터풀러렌(C60)을 말함. 12개의 5원환과 20개의 6원환으로 이루어져 있으며, 각각의 5원환에는 5개의 6원환이 인접해 있음. 풀러렌 중에서는 축구공 모양의 버크민스터풀러렌이 가장 흔하고 안정하지만, 이외에도 다양한 풀러렌이 존재함. 어떤 풀러렌이든 오각형 12개를 가지고 있어야 안정한 구 형태를 이룰 수 있기 때문에 가장 작은 풀러렌은 C20이 되며, 그 이후 육각형을 하나씩 추가하는 식으로 C22를 제외한 짝수 개의 탄소로 이루어진 풀러렌을 만들 수 있음. C60 다음으로 안정한 풀러렌은 C70이며, 그 외에도 C72, C76, C84 등이 흔하게 발견됨. 같은 C60도 오각형이 어떻게 배치되어 있느냐에 따라 다양한 구조 이성질체가 존재함.
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	자율주행차 운항 시스템 수학적 분석

창체 / 자율 동아리 활동보고서

작성일 : 2021. 11. 19.  작성자 : 보고서작성 / 김범서[20405]

동아리명	PRIME
활동 주제	자율주행차 운항 시스템 수학적 분석
활동 내용	운전자가 핸들과 가속페달, 브레이크 등을 조작하지 않아도 정밀한 지도, 위성항법시스템(GPS) 등 차량의 각종 센서로 상황을 파악해 스스로 목적지까지 찾아가는 자동차를 말함. 엄밀한 의미에서 사람이 타지 않은 상태에서 움직이는 무인자동차(driverless cars)와 다르지만 실제론 혼용되고 있음. 자율주행 자동차가 실현되기 위해선 수십 가지의 기술이 필요한데, 차간 거리를 자동으로 유지해 주는 HDA 기술이 그중 하나임. 이 외에도 △차선이탈 경보 시스템(LDWS) △차선유지 지원 시스템(LKAS) △후측방 경보 시스템(BSD) △어드밴스트 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC) △자동 긴급제동 시스템(AEB) 등도 필요함. 자율주행 기술은 스마트카의 핵심기술로 꼽히고 있음. 미국자동차기술학회(SAE)는 자율주행자동차의 발달 수준을 레벨 0부터 레벨 5까지 6단계로 나눴다. 0 단계- 자율주행 기능없는 일반차량 1단계- 자동브레이크, 자동속도조절 등 운전 보조기능 2단계-부분자율주행, 운전자의 상시 감독 필요 3단계-조건부 자율주행, 자동차가 안전기능 제어, 탑승자 제어가 필요한 경우 신호 4단계 -고도 자율주행, 주변환경 관계없이 운전자 제어 불필요 5단계-완전 자율주행, 사람이 타지 않고도 움직이는 무인 주행차
참가 인원	총 5 명 참석 (불참 0 명)
향후 추진계획	4차산업혁명 핵심 길숨인 빅데이터 분석에 대한 심화 학습할 예정