클러스터 기반 가중치 부여를 통해 희소성을 제거한 협력적 여과

신원진,김선,장병탁 한국정보과학회 2009 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.36 No.1C

협력적 여과는 상품을 추천하기 위해서 널리 사용되는 추천 기술 중 하나이다. 하지만 전자 상거래 데이터는 거래량에 비해 상품과 고객의 수가 현저히 많기 때문에 훈련 데이터가 상대적으로 매우 희박하다. 따라서 전자상거래에서 협력적 여과를 이용한 추천은 그 정확도가 상당히 떨어진다. 이 논문에서는 상품을 클러스터링한 후에 클러스터에 선택적으로 가중치를 부여하는 방식으로 협력적 여과의 희소성 단점을 극복하는 새로운 방법을 제안한다. 여기서는 카테고리, 판매자와 같은 상품 정보를 이용하여 유사 상품을 클러스터링하며 고객이 어떤 클러스터에 속한 상품을 많이 구매할수록 그 클러스터에 속한 다른 상품을 살 가능성이 높다는 가정 하에 선택적으로 가중치를 부여한다. ㈜디디에이치의 인터넷 쇼핑몰인 스토리샵의 데이터를 이용하여 실험한 결과 클러스터링을 이용하여 선택적 가중치를 부여한 방식이 기존의 순수 협력적 여과보다 추천 정확도가 향상됨을 알 수 있었다.

NADH의 형광을 이용한 종이 미세유체 칩 기반 젖산 센서 개발

신원진 ( Wonjin Shin ),이호서 ( Hoseo Lee ),김민영 ( Minyoung Kim ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

젖산은 생체 내 무산소성 에너지 생산과정의 결과물로서 항상성을 유지하며 일정한 농도로 혈중 내에 존재하지만, 혈중 젖산 농도가 과다하게 증가하면 고젖산증 및 젖산혈증의 위험이 있다. 또한, 젖산은 TMR(Total Mixed Ration)사료에서 발효 과정 중 발생하는 성분이며 사료의 발효 정도에 따라 젖산 농도가 변화하게 된다. 이처럼 젖산의 농도를 신속하게 측정하는 기술은 의학, 농업 그리고 그 외 다양한 분야에서 중요하다. 젖산의 농도 측정을 위해 다양한 방법이 있지만, 대표적인 것이 젖산탈수소효소 반응을 이용한 방법이다. 젖산탈수소효소는 젖산과 nicotinamide adenine dinucleotide(NAD)를 피루브산, NADH로 각각 환원시킨다. 이때 생성된 NADH는 340nm에서의 흡광도가 증가하는 동시에 460nm 부근에서 형광을 방출하게 된다. 젖산탈수소효소 반응 전후의 NADH의 흡광도를 측정하여 젖산 농도를 측정하는 것이 일반적인 방식이었다. 하지만, 흡광도 측정 기반의 방식은 값비싼 장비를 사용해야 하며 현장에서 사용할 수 없다는 단점이 있다. 본 연구의 목적은 NADH의 형광을 이용한 종이 미세유체 칩 기반 젖산 센서를 개발하고, 보다 효과적으로 형광 이미지를 획득하기 위해 스마트폰과 탈부착 가능한 광학 모듈을 개발하는 것이다. 현장에서 신속하게 사용할 수 있는 종이 미세유체 칩 패턴을 개발하였고, 형광 이미지 획득 및 분석은 스마트폰을 이용하였으며 형광 이미지 획득을 위해 별도의 band pass filter는 사용하지 않았다. 설계한 종이 미세유체 칩 위에서 NADH 농도 변화에 따른 형광 세기 변화를 측정한 결과, 0 – 0.8 mM NADH 농도 범위에서 결정계수 0.9878로 매우 높은 성능을 보였다. 0 – 5 mM 젖산 농도 범위에서 측정 가능한 센서를 목표로 실험을 진행하였으며, 실제로 젖산이 포함된 시료를 적용하였을 때, 최적의 조건으로 시료와 반응할 수 있는 종이미세유체 칩의 패턴을 최적화하였다.

스마트폰과 미세유체흐름칩 기반 발효 모니터링 센서

신원진 ( Wonjin Shin ),이동춘 ( Dongchun Lee ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

발효식품은 간 기능 보호작용, 면역기능 강화, 항산화활성, 항암작용 등의 효과들로 수요가 증가하고 있음. 이러한 발효식품의 장점 때문에 이에 대한 관심도는 인간의 식품에서뿐만 아니라 축산업에서도 높음. 식품에서 젖산 발효를 진행할 수 있는 미생물에는 L. acidophilus, L. casei와 Bifid bacterium species등이 있음. 위의 언급된 미생물들은 대사과정의 결과물로서 젖산을 생산하게 됨. 발효가 진행되면서 L-lactate의 농도와 pH 값이 변화하게 됨. 그러나 발효의 조건을 잘 조절하여 진행한다고 하더라도 제품의 초기 조건들의 편차로 인해 항상 같은 수준의 발효 정도를 획득하기를 신뢰할 수 없음. 특히, 발효 중 불필요한 균의 유입 및 공기의 접촉을 통해 부패로 이어질 위험성이 높아짐. 그러므로 발효과정 중 젖산, pH의 변화량 추이를 모니터링하여 발효 제품의 품질 및 부패 여부를 사전에 예측하는 것이 중요함. 본 연구에서의 목적은 L-LDH 기반 젖산 센서 및 chemical dye를 이용하여 현장에서 즉각적으로 발효제품의 발효과정의 모니터링 및 젖산 정량 분석이 가능한 smartphone based on-chip platform 제작임. Methyl red는 대표적인 pH indicator 중 하나로 pH 분석에 있어 매우 강력한 장점이 있음. 빠른 반응속도와 선명한 색 변화는 분석 시간을 단축하는 동시에 정확도를 높여줌. 젖산을 정량분석하기 위해 L-lactate dehydrogenase(L-LDH)를 이용한 효소-기반 바이오센서를 사용하였음. L-LDH 효소는 L-lactate와 NAD+를 각각 L-pyruvate와 NADH+로 환원시킴. 이때, 발생한 NADH는 340 nm의 자외선 파장에서 여기되어 약 460 nm에서 형광을 발생시키는데 이것의 형광 세기를 분석하여 lactate의 농도를 정량 분석함. 3D 프린터를 이용하여 smartphone based on-chip platform을 제작하였음. 스마트폰 기반 광학 모듈은 NADH의 형광을 측정하기 위해 제작되었으며 아두이노 기반 항온기는 효소-기질 반응에 있어 최적의 온도 조건을 제공하기 위해 제작되었음. 이러한 플랫폼을 이용하면 현장에서 발효제품의 품질 및 발효과정을 현장에서 모니터링 할 수 있으며 더 나아가 보관 환경의 변화로 인한 부패를 예측할 수 있을 것으로 판단됨. 우리는 이 플랫폼을 이용하여 유산균 음료의 젖산 정량분석과 실제로 발효가 진행되는 TMR 사료의 발효과정을 모니터링 및 품질 예측을 시행하였음.

종이 미세유체 칩을 기반하는 센서

신원진 ( Wonji Shin ),박하은 ( Haeun Park ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

유체 시료를 측정 대상으로 하는 센서 개발에 미세유체 칩(또는 랩온어칩: lab-on-a-chip)을 사용하는 사례가 상당히 많이 보고되었다. 이는 작은 양의 시료를 미세유체 칩에 주입하면 간단한 전처리와 특정 반응을 일괄적으로 유도해서 특정 신호를 계측을 할 수 있는 비교적 간단한 형태를 갖추었기 때문이다. 종이 미세유체 칩(이하 종이 칩)은 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 고분자 물질을 이용하는 미세유체 칩에 비해 제작이 용이하고, 저렴하고, 휴대가 용이하고, 부수적인장치가 필요 없고, 사용이 쉽다는 장점 때문에 센서 개발 분야에서 활발히 연구되고 있다. 그 배경에는 간단하고 재현성을 갖춘 패턴 제작법이 소개되었기 때문이다. 종이에 패턴을 제작하는 대표적인 방법에는 감광제를 이용한 리소그래피(lithography)와 왁스 프린팅(wax printing) 방법이 있다. 리소그래피법은 감광제가 포화된 종이에 패턴이 인쇄된 마스크를 올리고 여기에 자외선을 조사한다. 자외선이 닿은 영역의 감광제는 경화되고 그렇지 않은 영역의 감광제는 세척시켜 종이에 패턴을 제작한다. 왁스 프린팅법은 왁스 인쇄기로 종이에 패턴을 인쇄하고 열을 가하여 왁스를 녹여 종이 공극 사이에 스며들게 하여 패턴을 제작하는 방법이다. 이와 같은 패턴 방법을 통해 시료의 주입부, 흐름부, 반응부를 설계 제작하여 센서를 개발하는데, 그 사례로 포도당, 단백질 알부민, 콜레스테롤, 젖산, 알코올, 효소, 중금속 등을 측정하는 센서들이 있다. 효소면역측정법(ELISA)이 종이 칩에서 구현되었고 식중독균을 검출하는 바이오센서도 종이 칩으로 개발된 사례도 보고되었다. 이 센서들은 감지 대상체의 유무 또는 양에 따라 나타나는 전기화학적 또는 광학적 특성변화를 종이 칩 위에서 측정한 것들이다. 전기화학적 특성변화를 측정한 사례로는 종이 위에 금속 전극들을 접합시키고 시료가 전극 사이로 흘러가면서 산화환원 반응과 같은 전하의 이동 변화를 감지하는 방법이다. 효소반응에 의한 산화환원 반응을 이용하는 사례가 주를 이루고 있다. 광학적 특성변화를 측정한 사례로는 광 산란(light scattering), 비색법(colorimetry), 화학발광(chemiluminescent)을 이용한 사례들이다. 본 발표는 종이 칩을 기반으로 하는 센서 개발 연구 사례들 중에 식품의 안전성과 품질 측정을 목적으로 한 식중독균을 검출한 바이오센서 개발 연구와 포도주의 맛을 감별하는 화학센서 개발 연구 사례를 소개한다. 더불어 종이 칩 기반 센서가 작물의 생육 상태를 측정하고 농업 환경을 측정하는 등 농업의 여러 영역에 적용할 수 있는 기술 요소로서 활용범위가 확장할 수 있도록 제안을 한다.

예비군훈련장 시설의 자연친화적 도시공원화 방안 연구

반정민, 정현수, 이준섭, 주정민, 신원진, 김가람 사단법인 국제융복합연구원 2024 글로벌 융복합 Vol.1 No.1

본 연구는 지금까지 시・군・구 단위로 운영 중이던 예비군훈련장을 3∼5개의 시・군・구를 통합 및 권역화하여 운영하는 '예비군훈련대'를 2016년부터 창설하여 현재도 계속해서 진행 중이다. 지역사회는 생태학적 도시를 조성하기 위해 도시 숲, 공원 설치 등 자연친화성 향상을 위한 계획을 적극적으로 추진하고 있는데, 군도 그동안 지역사회에서 지역경제에 방해가 되는 존재, 훈련 및 부대이전 문제 등으로 인한 지역사회에 골치 아픈 존재로만 여겨졌다. 이제는 그러한 인식에서 탈피하여 도시지역을 위주로 창설되고 있는 예비군훈련대 시설을 활용한 도시공원화를 조성하여 자연친화성 도시개발에 동참하고, 그 시설을 활용하여 지역주민들과 군의 친화성 강화 또한 추구하여 지역사회의 발전에 기여하고, 지역사회에서 꼭 필요로 하는 존재로서 전환하자는 연구이며, 그에 대한 방안을 제시하였다.

간호대학생의 재난대응 준비도와 재난대응 자기효능감에 대한 연구

임채호,신원진,이상규,조진영 한국성인간호학회 2017 성인간호학회 학술대회 Vol.2017 No.11

2차원 광결정 선결함의 낮은 군속도

이명래,김경래,신원진,김창교,홍진수,Lee, Myoung-Rae,Kim, Gyeong-Rae,Shin, Won-Jin,Kim, Chang-Kyo,Hong, Chin-Soo 한국전기전자재료학회 2010 전기전자재료학회논문지 Vol.23 No.2

Photonic crystal is dielectric materials or a set of different dielectric materials with periodic structure. Line defect is obtained by leaving out a row of rods along the $\Gamma$-X direction. We showed the change of group velocity in waveguide mode and found resultant small group velocity. Characteristics of the small group velocity were described by electric field distribution. Investigating the phase shift, it is confirmed if small group velocity is positive or negative.

2차원 광결정 군속도의 특징

김경래,이명래,신원진,김창교,홍진수,Kim, Gyeong-Rae,Lee, Myoung-Rae,Shin, Won-Jin,Kim, Chang-Kyo,Hong, Chin-Soo 한국전기전자재료학회 2010 전기전자재료학회논문지 Vol.23 No.2

A plane wave expansion method (PWEM) was applied for photonic band structure calculation. We examined zero group velocity modes in photonic crystal. The zero group velocity modes were obtained at the second band along F-K direction. We expanded higher order Brillouin zone (BZ) to find the locations of zero group velocity modes and to investicate their properties. We found twelve locations, inside the first Brillouin zone, where the group velocities became zero. Also, we calculated band structure and group velocity in off-plane configuration.

철도차량구동용 영구자석전동기의 주행성능 개선을 위한 제어 기법에 관한 연구

오승철(Seung-Chul Oh),신원진(Won-Jin Shin),오예준(Ye-Jun Oh),원준희(Jun-Hui Won),김현진(Hyun-Jin Kim),배성우(Sung-Woo Bae),이주(Ju Lee) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.10

영구자석동기전동기(PMSM)는 최근 전기자동차 및 철도차량 시스템의 구동용 모터로써 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 논문에서는 이러한 PMSM의 제어 기법을 제안하는데 특히 가속 시 주행성능의 안정화를 목표로 하는 새로운 제어 기법을 소개하고 다른 제어 방식과 시뮬레이션을 통해 비교함으로써 시스템 상에서의 출력 특성을 비교한다. MATLAB/Simulink를 통하여 제안하는 제어 기법을 모델링하고 각 제어 기법에 따른 시스템의 특성을 분석하였다. Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) has recently been studied widely for traction motors of Electric vehicles and Railway systems. This paper proposes a new control strategy to stabilize driving performances particularly on accelerations based on classical control theory utilizing Proportional- Integral(PI) controllers and compare the system responses with a conventional approach. Simulated results are analyzed in terms of performance of control systems.

근적외선 분광기를 이용한 일정 유동하에서의 폐식용유 원료 혼합비 분석

이호서 ( Hoseo Lee ),신원진 ( Wonjin Shin ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

폐식용유를 이용하여 바이오디젤을 생산하는 공정에서 바이오디젤의 수율과 품질에 영향을 미치는 인자는 생산 공정에 사용되는 유기용매와 촉매의 종류와 양이다. 이들은 폐식용유 혼합유의 종류와 혼합비에 따라 결정되는데, 공정에 유입되는 폐식용유 원료의 종류와 혼합비를 현장에서 비파괴적이고 빠르게 측정하기 쉽지 않다. 더불어 바이오디젤 공정상에서의 폐식용유는 일정한 유량으로 흐르기 때문에 유동하에서 혼합된 폐식용유의 혼합비를 측정할 수 있어야 한다. 본 연구는 NIR (Near-Infrared) 분광법을 이용하여 일정한 유량으로 흐르는 폐식용유의 혼합 원료 함량을 연속적으로 측정하는 시스템 개발을 목적으로 한다. 4가지 폐식용유의 원료들(옥수수유, 올리브유, 콩유, 해바라기씨유) 중에서 3-4가지를 선택하고 조합한 뒤, 일정한 비율로 섞어 총 150개의 시료를 준비했다. 시료의 흐름 중에 근적외선 흡광도 측정을 위해 시료가 흐르는 정량펌프의 파이프 중간에 광원(텅스텐-할로겐)과 근적외선 분광기 사이 광투과거리가 12 mm가 되는 스펙트럼 획득부를 제작, 설치하였다. 스펙트럼 획득은 시료의 유속이 100 ml/min의 조건에서 2초 동안 100 ms당 한 개씩 총 20번 측정하여 획득한 스펙트럼의 평균 스펙트럼을 분석에 활용하였다. The UnscramblerX (ver.10.5.1, CAMO Software, Norway)을 통해 시료 내 특정 폐식용유 원료의 양을 예측하는 PLS (Partial Least Squares)모델을 생성하였다. PLS 모델은 총 16개 개발되었고 이 모델들의 평균 성능은 R²_cal = 0.975, R²_val = 0.844, RMSEC = 0.242, RMSEV = 0.773로 나타났다. 이전 연구에서 큐벳에 담긴 혼합된 폐식용유 원료의 양을 예측하는 PLS모델과 비교할만한 결과를 보였다. 일정한 속도로 흐르는 혼합된 폐식용유의 NIR 흡광도를 연속적으로 측정하여 혼합된 폐식용유의 혼합비를 측정하는 할 수 있었다. 폐식용유를 이용한 바이오디젤 생산에 NIR 분광기와 PLS 모델을 바이오디젤 생산 공정에 적용하면 혼합된 폐식용유의 혼합비를 연속적으로 측정할 수 있고 그에 따라 바이오디젤 수율 증가에 크게 이바지할 것으로 기대한다.