신발 바닥용 흡입 매트의 설계 및 구조 해석에 관한 연구

김서현 경상국립대학교 대학원 2024 국내박사

병리 조직 이미지 복원을 위한 계산광학 기반 신경망 지도학습 데이터 생성 기법

정소원 경상국립대학교 대학원 2023 국내석사

In order for quantitative phase imaging technology to be used in practical medical processes developed around bright-field microscopy images, it is necessary to overcome image quality problems such as inaccurate color representation and interference artifacts that are characteristic of interference images. Bright-field holography solves this problem by combining the advantages of holographic imaging systems with those of bright-field microscope image quality by utilizing images taken by bright-field microscope systems as labels. However, in order to generate a paired training data set that is accurately aligned in pixel units for supervised learning, a lot of preprocessing cost is consumed in aligning images obtained from different optical systems. In this study, in order to solve the problem of obtaining aligned pair data between holographic images and brightfield images of cervical tissue slides, Angular Spectrum Method (ASM)-based simulation was used to provide training data that satisfies supervised learning conditions, and a neural network was supervised using this. From the simulated data, the neural network learned a domain transformation from a holographic microscope image with artifacts due to phase miss to a bright-field microscope image. In order to generate a virtual optical field that mimics the real one, a process of generating phase delay information by estimating the refractive index and thickness of the tissue slide was included in the simulation. For the neural network that has completed learning, the performance of whether the simulated training data replaces the actual data is verified by evaluating the output performance for the actual data input. The output performance of the neural network was evaluated by Structural Similarity Index (SSIM) and Root Mean Squared Error (RMSE), for which a test set of aligned real holographic images and bright-field microscopy images was used. The simulation-trained neural network achieved an improvement of 43% in SSIM evaluation figures for real holographic images. From this, it means that the restoration method learned from the simulation data by the neural network works effectively on the actual data and shows an improvement effect.

Euro­-6 경유차의 질소산화물(NOx) 배출에 대한 기계학습 분석

박시경 경상국립대학교 대학원 2024 국내석사

In this paper, Diesel cars have higher torque and fuel efficiency than gasoline cars, and many vibration and noise problems have been solved, and demand for the market is increasing, mainly in Europe. Diesel cars have problems in that they emit a lot of NOx (nitrogen oxide) and PM (particulate matter) despite having higher thermal efficiency than gasoline cars and lower levels of hydrocarbon and carbon monoxide emissions in terms of emissions. For this reason, the World Health Organization (WHO) announced the emissions of diesel vehicles as a first­class carcinogen in June 2012. The regulations on automobile emissions around the world are becoming stricter, and the Euro­6 regulation, scheduled to take effect in 2014, aims to further reduce NOx by about 55%, although the PM's regulations remain unchanged compared to Euro­5. Recently, in order to reduce air pollutants, the inspection standards for driving diesel vehicles have been strengthened, and to prevent attempts to illegally manipulate selective reduction catalyst devices, NOx (nitrogen oxide) inspection standards have been strengthened, vehicle types to be inspected, and smoke inspection standards and methods have also been improved. Since the air pollution problem is recognized as a serious issue internationally,internationally, continuous monitoring and response are required through the automobile inspection system. Research is needed to accumulate sufficient data on NOx emissions of individual diesel vehicles operating on actual roads and comprehensively analyze the causes of PM and NOx emissions of diesel vehicles. Through this, a more reasonable evaluation of diesel vehicle emission reduction policies and productive management measures can be prepared. The emission reduction device is a system for reducing harmful emissions generated by automobiles and includes various technologies and devices. Learn about the operating principle of the emission reduction device. These reduction devices are integrated into the vehicle to meet Euro­6 standards. In the emission inspection mode, various tests are performed to evaluate the efficiency and operation status of these systems. For research purposes, it is important to understand the integration effects of these devices and to develop effective strategies that can be used for follow-up management and maintenance by evaluating performance, especially when various devices operate in combination.

Study of Reduced Graphene Oxide Property and Application : Reduced Graphene Oxide 속성과 응용에 관한 연구

우성용 DGIST 2016 국내석사

Graphene Oxide(GO)는 일반적인 실험실 혹은 실내 환경에서 작업이 가능한 물질이다. 사용방법도 간단하고 물질 접촉에 따른 독성도 없어서 작업에 아주 용이하다. 자체 특성상 비전도성 특성을 가지지만 열이나 레이저로 가공을 하면 에너지가 가해진 부분에서 환원과정이 발생하여 “Reduced Graphene Oxide(rGO)”가 되면서 전기 전도성을 가진다. 당연히 가공이 안된 면은 비전도성 성질을 그대로 가지면서 두 가지 특성을 동시에 가진 형태로 제작이 가능하게 된다. 입력된 에너지의 양에 따라서 전기적 특성이 달라지는데, 즉 전기적 저항에 차이가 발생한다. 레이저로 같은 위치를 반복하여 가공을 하면 저항 값이 감소하는 특성을 내장 하고 있다. 이러한 특성으로 인하여 반도체 및 메모리에 활용이 되고 있으며, 향후 자체 복합 회로도 제작이 가능할 것으로 보인다. 본 연구에서는 rGO 의 전기적 특성을 재 조명하면서 레이저 에너지의 양과 그에 따른 변화를 보고 활용분야의 확인과 적용을 하려고 한다. rGO 프로세서 과정에서 형태상 부풀어 오르는 성질을 이용하여 분자간의 접촉 면적이 커지는 점을 착안하여 다양한 이온을 혼합하여 특정 센서로 활용을 모색하고 있으며, 특히 의료 분야에서 혈액을 대상으로 하는 센서의 개발을 주로 이루어 지고 있다. 이러한 방법은 기존의 단백질과 각종 효소에 의지하여 제작되고 있는 고가의 반응 물질을 이용한 센서를 물리적인 성질을 이용한 센서로 대처하며, 효소나 단백질 센서의 고질적인 보관과 유통기한의 문제에서 해결의 돌파구를 제시할 것으로 보여진다. 의료분야에서 효소를 사용한 측정분야에서 가장 크게 사용되고 있는 분야는 혈당의 측정 즉 포도당을 측정하는 것으로 당뇨병 환자를 주 타깃으로 하는 분야이다. 본 분야의 센서부분은 위에서 언급한 효소를 사용한 센서로 인하여 생산단가가 높고 유통기한으로 이한 보관의 주의가 필요한 문제가 있다. 때문에 포도당 측정에 있어서 rGO 를 활용한 센서를 제작할 경우 낮은 가격에 대량의 생산의 길이 열릴 것으로 예상이 된다. 이러한 대량 생산을 위해서는 쉽고 빠르게 제작이 가능한 기기가 있어야 하며 본 연구에서는 직접 레이저 가공기를 활용한 방법을 제안한다. 레이저 가공기는 산업용 로봇이나 기타 범용 모터를 활용한 구성으로 제작과 구성이 용이하다. 또한 소형화를 통해 센서를 개인적으로 프린터에서 인쇄를 하듯 센서도 필요할 때 가정이나 장소에 구애가 없이 제작이 가능하며, 재료의 독성이 없으므로 폐기나 보관시 제약이 없어야 한다. 이러한 보관과 폐기의 용이성에 쉬운 제작과 대량 생산 및 자가 생산으로 접근성을 위한 여러 실험과 환경조건을 제시를 해야 한다. 본 연구는 독성이 없는 GO 를 사용하여 rGO 를 생성하는 방법을 쉽고 빠르게 제작이 가능한 레이저 스크라이버의 사용과 함께 제작된 rGO 의 성능 분석과 포도당의 직접적인 측정을 통하여 포도당측정의 가능여부 및 향후 개선안과 방향을 소개할 것이다. Graphene Oxide is a substance capable of working in a typical laboratory or indoor environment. Usage is also simple and also because of the toxic materials in contact is very easy to work. If the non-conductive nature of the process itself have only column characteristics or by laser energy reduction processes occurring in the applied part "Reduced Graphene Oxide" has electrical conductivity. While as the non-processed surface of non-conductive properties is manufactured in a form to enable this with the two characteristics simultaneously. The electrical resistance value varies according to the amount of energy input. That is the difference in electrical resistance occurs. When the process is repeated for the same position as the laser has a built-in property of the resistance value decreases. Because of this characteristic it has been utilized in the semiconductor and memory, which appears to be the next circuit making the composite itself. In this study, the trying to make the application of the application fields to see a change with the amount of laser energy thereto and refocus the electrical characteristics of rGO. rGO is utilized to expect sensor which using swell property in reduction processor and mixing nano particle. Particularly, recent rGO research is bio and blood base clinic (medical field) to target. This method is coping with the sensor using an expensive reactive substances that are produced by the will of the existing proteins and various enzymes to the sensor using the physical properties, the enzyme or the protein sensor a breakthrough resolved in a matter of persistent storage and expiration date. In fabricating the sensor, so that utilized rGO in glucose measurement is expected to be opened, the length of the large quantity of production at a lower price. These should be capable of quick and easy to manufacture device to mass production. In this study, we propose a method using direct laser scribe. Laser equipment is easy to manufacture and consists of a configuration using the industrial robot or other general-purpose motor. In addition, easily and expeditiously making processor can manufacture sensor with a laser scribe. There shall be no restrictions on the disposal or storage of materials. The storage and disposal easier and self-produced and mass production of the sensor should be presented several experimental and environmental conditions for access to the produce. This study presents a laser scriber capable of easily and quickly making how to create the rGO with the non-toxic GO. rGO sensor performance analysis that manufactured through laser fabrication process. These will be proposed the availability, future development direction and improvement of the glucose measurement.

A Poly(dimethylsiloxane) Microfluidic Channel Coated with Poly-p-xylylene for Nanocrystal Growth Applications : 나노입자 성장을 위한 Poly-p-xylylene이 코팅된 Poly(dimethylsiloxane) 미세유체 장치

임희진 DGIST 2014 국내석사

Applications of microfluidic device fabricated in poly(dimethylsiloxane) (PDMS) have been limited to water-based analysis rather than nonpolar solvent based chemistry due to PDMS swelling problem occurring by absorption of the solvents. The absorption and swelling causes PDMS channel deformation in shape and changes the cross sectional area, making it difficult to control the flow rate and concentrations of solution in PDMS microfluidic channels. We propose that poly-p-xylylene polymers (parylenes) were chemical vapor deposited on the surfaces of PDMS channels to alleviate the effect of solvents on the absorption and swelling. The parylene coated surface sustains 3hours with a small volumetric change (less than 22% of PDMS swelling ratio). By generating an air-nonpolar solvent interface based on droplets in PDMS channel, we confirmed poly-p-xylylene coated PDMS microfluidic channels have the potential to be applicable to nanocrystal growth using nonpolar solvents. Poly(dimethylsiloxane) (PDMS)로 만들어진 미세유체 장치는 무극성용매가 PDMS 내부에 흡수되어 PDMS의 부피를 팽창시키는 성질 때문에 무극성용매를 사용하는 화학분야에 적용이 어렵다. 이러한 PDMS의 흡수와 팽창하는 특성은 PDMS 미세유체 장치의 내부변형과 단면적의 변화를 일으켜서, PDMS 미세유체 장치 내에서의 유체 제어와 용액의 농도 조절을 어렵게 한다. 우리는 무극성용매에 의해 발생하는 PDMS의 흡수하고 팽창하는 정도를 감소시키기 위해 비다공성 성질을 가진 poly-p-xylylene (parylene)을 증기 화학 증착법으로 코팅한 PDMS 미세유체 장치를 제안한다. Parylene이 코팅된 PDMS 표면은 무극성용매인 톨루엔 환경내에서 낮은 부피 변화(코팅이 되지 않은 PDMS의 팽창률 보다 22% 낮음)로 약 3시간동안 본래의 형태를 유지한다. PDMS 미세 유체 채널 내에 방울 기반의 공기-무극성용매 계면을 발생시킴으로써, poly-p-xylylene이 코팅된 PDMS 미세 유체 장치가 무극성용매를 사용하는 나노입자 성장 분야에 응용 가능성을 보여준다.

Numerical Analysis of Ion Concentration Polarization in a Nanochannel using EDL Model : 이온 농도 분극을 위한 나노유체장치에서 나노채널의 전기이중 층 COMSOL 시뮬레이션 분석: 전기장; 전기삼투 유동; 이온 이동

문현민 DGIST 2014 국내석사

Over the past few years, the experimental and computational analysis of Ion concentration polarization (ICP) phenomenon has been researched in the nanofluidic device. However the ICP has not been fully defined due to problems of analysis inside the nanochannel including external potential, surface potential for EDL (Electric double layer), ions transport with osmotic flow by external and surface potential of nanofluidic device. These problems of analysis are making difficult to analyze the ICP of nanofluidic device. Hence, we propose the computational simulation of nanochannel using COMSOL Mulitphysics for ICP phenomenon with each effects inside the nanochannel. We analyzed the electric field with boundary conditions of surface potential, surface charge density, and EDL model which is derived from Gouy-Chapman model. Also, each elctroosmotic flows by three electric field are generated respectively. Finally, Ions transports in the nanochannel by each electric field and osmotic flow are analyzed compared to each other computational simulations. As a result, we confirmed that three different electric fields make different osmotic flows and ions transports respectively. This result is meaningful for analysis of ICP phenomenon by electric field composed of EDL model which is from Gouy-Chapman, recent model at surface of nanochannel. 기존에 연구되고 있는 음극으로 대전된 나노채널에서의 이온 농도 분극은 나노채널 표면에서의 해석의 어려움으로, 아직까지도 현상을 완전히 정의 하지 못하고 있다. 따라서 우리는 현재까지 대전된 표면에서의 가장 신뢰받는 모델인 Gouy-Chapman 이론을 반영하여 나노채널의 COMSOL 시뮬레이션 결과를 제안하고자 한다. 기존 이온 농도 분극 해석을 위한 시뮬레이션 경계조건인 표면 전하 밀도를 사용한 이온 농도 분극 결과와 우리가 Gouy-Chapman 수식을 이용하여 만든 전기이중층 모델을 사용한 이온 농도 분극 결과를 비교한다. 또한, 나노채널 직경의 크기에 따른 나노채널 내부의 해석을 한다. 나노채널 내부에서의 이온 농도는 전기 영동, 이온의 확산, 그리고 전기삼투 유동을 통해 이루어 진다. 기존의 방식과 우리의 전기이중 층 모델을 사용한 방식의 나노채널에서의 이온 농도 결과는 확연하다. 전기이중 층 모델에서의 전기적 영향력을 나타내는 Debye length의 길이가 3 nm 정도로, 매우 짧기 때문이다. 따라서 전기이중 층 모델을 사용한 전기 농도 분극 현상을 보이기 위해서는 작은 직경을 가지는 나노채널에서의 해석이 필요하다. 반지름이 50 nm일때의 채널에서는 나노채널의 내부까지 대전된 표면의 효과를 줄 수 없었지만, 반지름 5 nm의 좁은 채널에서는 대전된 표면의 영향력이 나노채널 내부까지 미치게 되었다. 하지만 기존의 표면 전하 밀도 경계조건을 사용한 결과에서는 나노채널의 직경에 따른 이온 농도변화를 크게 보지 못하였다. 이렇게 이온 농도 분극을 보기 위한 시뮬레이션에서 기존에 사용된 방법과 우리가 전기이중 층 모델을 시뮬레이션 결과에서 이온 농도 분극 해석 결과는 많은 차이를 보였다. 또한, 우리의 Gouy-Chapman 모델을 사용한 이온 농도 분극 시뮬레이션은 다른 연구자들이 하는 볼츠만 이온 분배 수식을 사용한 결과와는 달리, 직접 나노채널 내부의 전기장 및 유체장 형성을 통한 이온 농도 분극 결과이기에 의미를 더한다.

Finding Pareto solutions of design parameter of run-ning robot leg using soft computing

유병기 대구경북과학기술원 2015 국내석사

In this thesis, using running leg model, co-design method will be suggested. This method will show hardware optimization considering software parameter. Using nondominated sort genetic algorithm II, K-means clustering, and pre-knowledge, optimization was performed. NSGA II is nonlinear global search method to find global minimum. Initializing population, evaluation, selection, crossover, and mutation are basic principles to avoid local minimum for multi objective function optimization problems. K-means clustering is method to extract important feature or compress data. Pre-knowledge is used to suggest evaluation equation using intuitive method about stability and performance. System validation was performed to validate suggested optimization process and find important design parameter. Using calculated design parameter, Conforming validation of design parameters was also performed, and hypothesis supported considering hardware and software simultaneously, and optimizing robot leg hardware could help controller in semi parallel design process. Though used method and model were simple and restrict, it showed support for importance of co-design using design parameter of running robot leg. 본 논문은 달리기 다리 모델을 이용하여 하드웨어, 소프트웨어 동시 디자인 방법을 제시 할 것이다. 이 방법은 소프트웨어 매개변수를 고려한 하드웨어 최적화를 보여 줄 것이다. 비지배 분류 유전알고리즘 II, K 평균 알고리즘, 그리고 사전 지식을 이용하여 최적화가 수행되었다. 비지배 분류 유전알고리즘 II 는 비선형 모델의 광역 최소값을 찾기 위해 사용되는 최적화 테크닉이다. 군집 생성, 평가, 교배, 그리고 돌연변이를 이용하여 광역 범위에서 국소 최소값에 빠지지 않고 다목적 함수에 대해서 해를 구할 수 있는 방법이다. K 평균 알고리즘은 주어진 샘플에서 중요한 요소를 뽑아내거나 데이터 압축을 위해서 사용되는 방법이다. 사전지식 같은 경우 안정성과 성능에 관한 직관적 방법을 이용하여 수식을 제시하는데 사용되었다. 제시된 최적화 방법의 유효성 검증과 중요한 디자인 매개변수를 찾기 위해서 시스템 검증이 수행되었다. 계산된 디자인 매개변수를 이용하여 디자인 매개변수 자체의 검증도 역시 수행되었으며 가설이 이러한 하드웨어 소프트웨어를 동시 고려한 방법과 준 평행 설계 프로세스의 유효성을 지지하였다. 비록 사용한 최적화 방법과 모델이 간단하고 제약이 많았지만, 달리기 로봇의 다리의 설계 매개변수를 이용하여 동시 설계의 중요성의 지지를 보여주었다.

Fabrication of three dimensional mushroom shaped multi-electrode array : 3 차원 버섯 모양의 MEA 제작

이현욱 DGIST 2016 국내석사

At present main issue of neuroscience is to ascertain the relationships between the functional connectivity-map of neuronal circuits and their physiological or pathological func-tions. Voltage clamp are developed for intracellular recording. However, the voltage clamps are limited to measure simultaneous recordings of neural activity from hundreds of individual neu-rons and monitor long-term electrophysiological information. Although Multi-electrode array (MEA) is developed and commercialized to overcome the limits, this two dimensional MEA cannot record intracellular signals. Three dimensional multi-electrode array is suggested to record intracellular signals. In this study, new 3D mushroom shaped MEA is designed. The new MEA has high electrodes density and broad contact area. The MEA is modeled as equiva-lent circuit and simulated to compare with conventional 3D MEA as multisim software. Fabrica-tion conditions of MEA are arranged and problems are analyzed in fabrication process. After this, The MEA would be used to study brain network. 현재 신경과학분야에서의 주된 이슈는 신경회로의 생리와 병리상의 기능들 간에 연결 관계를 규명하는 것이다. Voltage clamp가 발명 되면서 단일 세포의 내부신호를 측정할 수 있게 되었다. 하지만 voltage clamp는 많은 수의 뉴런을 오랫동안 관찰하면서 신호를 측정 할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위해 2D MEA가 개발되었고 상용화 되었지만, 2D MEA는 내부신호를 측정할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 그러므로 각각의 뉴런들이 생성하는 전체적인 전기생리학적 신호들을 확인할 수 있는 이상적인 시스템의 개발이 필요하다. 세포 내부의 전기신호를 측정하는 방법으로 3 차원 형태의 다채널전극이 제안되고 있다. 이번 연구에서는 기존의 3D MEA 보다 높은 전극밀도와 넓은 접촉면적을 가지는 새로운 형태의 3차원 버섯 모양의 다채널전극을 설계하였다. 설계된 3D MEA와 기존의 3D MEA를 모델링 하고 multisim 소프트웨어를 통해 해석하였다. MEMS 기술을 이용하여 설계된 3차원 MEA를 제작하는 과정의 조건들을 정리하였고, 제작과정에서 발생한 문제점을 분석하였다. 향후 3차원 MEA를 뇌절편에 적용하여 뇌조직의 네트워크를 규명하는데 사용할 것이다.

Numerical analysis of ZMP based biped walking model with different stiffness of ankle and toe joint : ZMP 기반의 이족 보행 모델을 이용한 관절 강성 변화로 인한 보행 변화의 수학적 해석

남동우 DGIST 2016 국내석사

Natural walking has large needs in many ways, for example, amputees that lost their lower limb. Amputees cannot walk well with their conventional prosthesis because of lack of muscle. This causes not suitable motion of ankle and toe joint during their walking. To walk naturally like normal people, actuation of muscle is needed because this generates variable joint stiffness of ankle and toe joints. Joint stiffness, which is the most important component that can control the position of foot and toe during walking. Repeatedly, with joint stiffness change, the movement of human body during walking can be changed in form of natural walking like normal people. In this study, the change of whole body movement during walking through walking direction will be dealt with ZMP based biped walking model. In the condition of fixed joint angle change, joint torque change can be dealt with only the change of joint stiffness. Also in terms of acceleration of human body can be changed when varied torque is considered. Finally, by variation of acceleration term, the movement of human body is changed similar to real human motion. 본 논문은 보다 사람에 가까운 보행 조건을 찾기 위하여 발목과 발가락 관절의 강성을 보행이 진행되는 동안 그 값을 변화시킴으로써 보행에 미치는 영향을 찾아내고, 또한 사람의 보행에 가까운 결과를 얻기 위하여는 어떤 강성 값을 이용해야 하는지에 대하여 연구하였다. 보행이 진행되는 동안, 실제 사람의 다리에서는 근육 및 인대의 영향으로 인하여 하지의 각 관절의 강성 값이 상황에 맞게 변화하는 특성을 지니고 있다. 이에 해당 연구에서는 간단한 ZMP 기반의 이족 보행 모델을 이용하여 보행에 미치는 관절 강성의 영향에 대하여 다루고자 한다. 관절에서 생성되는 회전력은 지면 반력과 지면 반력으로부터 수직으로 관절의 중심까지 그은 위치 벡터와의 곱으로 그 크기를 추산할 수 있으며, 이는 다시 관절이 이루는 각도와 강성의 관계로 나타낼 수 있다. 하지 관절 각도가 변하지 않는다는 가정 하에, 강성을 변화시켜 그로 인한 신체 전체의 움직임의 변화를 관찰하였다.