오토마타 제작 기반 IT융합공학교육 프로그램 개발 연구

이승항 아주대학교 2020 국내석사

최근 공학의 역할과 영향력은 산업화, 정보화를 넘어 4차산업혁명 시대로 변화하고 있다. 4차산업혁명시대의 가장 중요한 특징은 융 복합 학문을 기초로 한 창의적 사고와 융합적으로 문제를 해결하는 창의적인 융합형 인재를 필요로 한다는 것이다. IT융합공학교육을 통해서 과학적 지식과 기술을 융합 적으로 적용할 수 있는 그리고 인간의 감성을 이용해 문제를 해결하는 능력을 가진 융합적인 인재를 키워야 한다. 이러한 시대적인 요구에 따라 여러 학문의 분야별 협력과 융합을 통한 새로운 지식과 창의적 문제 해결 능력을 갖춘 인재를 양성하기 위한 교육의 필요성이 강조되고 있다. 공학 분야도 연구 및 적용 대상이 확대되고 더욱더 복잡한 융합 형 시스템을 적용하게 되면서 다양한 분야와, 복잡한 환경 그리고 각 분야별로 발휘되는 영향력 등을 고려해 적용할 수 있는 복합적 능력을 가진 엔지니어를 요구하게 되었다. 그리고 사회에서도 융합적 지식을 갖춘 기술의 공유 및 소통 능력이 높은 인재를 필요로 하게 되었다. 산업체를 대상으로 융합 신기술에 대한 요구의 조사 결과 또한 융합 역량 및 융합 신기술에 대한 교육적 요구가 상당히 높은 것으로 나타났다[1]. 융합(convergence)은 여러 가지의 개념을 합쳐서 한 가지의 개념으로 만드는 것을 말한다. 분야별로 ‘크로스오버’, 퓨전,‘콜라보레이션’이라는 단어를 사용하기도 하며 복합, 통합 이라는 단어를 사용하기도 한다. 학문 별로 서로 다른 관점에서 해석이 있지만, 앞으로 융합교육이 가야 할 방향은 한 분야가 다른 분야에 종속되는 융합이 아닌, 서로 다른 분야가 만나 하나로 합하여 지는 ‘화학적 결합’ 으로의 융합이다. 무한 경쟁 시대의 급격히 변화하는 사회에서는 융합공학교육을 통해서 과학적 지식과 기술의 적용할 수 있는 그리고 인간의 감성을 이용해 문제를 해결하는 융합적 인재를 키워야 한다. 이것은 학생들이 급격히 변화하는 시대에 적응하기 위한 요구되는 기술과 개인의 역량에도 변화가 필요하기 때문이다. 최근 국내대학에서도 창의적으로 융합된 그리고 통찰력이 있는 인재의 필요성을 인식하고 개별적 학문의 문을 열어 보다 종합적이고 창의적 관점에서 사고할 수 있는 새로운 융합 형 교육을 실시하고 있다. 2000년대 후반부터 대부분의 공과대학에서는 공학교육인증을 실행하며 다양한 융합과목을 시도하고 운영하고 있으며, 2014년부터 추진된 CK(university of Creative Korea)사업으로 각 대학마다 특화된 분야의 새로운 융합 과목으로 학과 과정을 개설하여 운영하는 대학도 있다. 이렇게 만들어진 융합 교육을 통해 학생들은 기존에 제시된 학습 경로 이외에 다양한 학습 경로를 설정하여 다양한 학습활동을 통해 타 전공자들과 교류하는 것으로 의사소통 능력을 기르고 여러 전공을 통합하는 관점이 생기는 것으로 나타났다[2]. 그러나 아직은 융합적 교육의 이해와 교육 현장에서 직면하고 있는 다양한 현실 문제로 인해 혁신적인 융합공학교육의 발전은 계속적으로 지연되고 있다. 우리나라 대학의 융합교육의 문제점과 개선방안에 있어서 융합교육 발전을 어렵게 만드는 이유는 융합 교양교육과 융합 전공 교육의 대부분이 인재상과 교육목적이 명확하지 않거나 교양교육에서의 융합 교육이 단순한 교과과정 개발에 그치고 있고, 융합 교육의 편성 방식에서 교과목 중심과 단순 통합 방식을 채택하고 있기 때문이다. 지금까지의 융합교육의 일반적인 방법은 지정된 융합수업 시간을 나누어 교수가 정해진 강의시간을 분담하는 팀티칭 방식을 적용하는 것이었다. 이러한 방법들은 교수와 학생 간의 긴밀한 상호작용을 부족하게 한다고 비판되었다[3]. 앞으로의 학문분야에서의 융합은 분야별로 구분 되어있는 영역을 서로 통합해서 새로운 지식 영역을 만들어 내야 한다. 본 연구는 지금까지의 융합교육에서는 융합학문 체계가 철저하게 구분됨으로 분야별로만 이해를 도울 뿐 제대로 통합적 의미를 파악하는데 한계가 있다는 문제의식에서 시작되었다. 융합공학수업의 효과를 극대화하기 위해서는, 스스로 가치를 창출 해야 하며 각 전공분야의 전문성과 연계된 창의적인 생각을 도출해야 한다. 이러한 능력을 키우기 위해 학생들이 스스로가 실험 과정에서 보다 다양한 상황을 직면하고, 그 속에서 해결해야 할 문제를 능동적으로 해결하는 경험을 다양하게 해 봐야 한다. 이 경험들은 사회적 경험과도 자연스럽게 이어지게 된다[4]. 본 연구에서는 이를 위하여 IT융합 공학교육 프로그램을 개발하여 보다 창의적인 융합 형 인재교육에서의 기술 역량을 발휘하게 하고자 한다. 본 연구에서 계발하고자 하는 교육프로그램은 ‘오토마타 제작기반의IT융합 공학교육 프로그램’ 이다. 이 교육 프로그램에서는 오토마타의 설계/제작 과정과 임베디드 보드(아두이노적용)을 활용하여 프로그래밍한다. 그 과정에서 제안된 움직임 조건에 맞게 각종 입출력장치를 선정하고 회로를 구성하고 케이블로 연결하게 된다. 이 교육 프로그램을 통하여 여러 분야의 전공교과들이 자연스럽게 융합하며 발전할 수 있기를 기대하며, 또한 IT융합 오토마타제작 과정을 통해서 학생들의 자기주도적 학습능력 향상과 창의적 사고능력을 향상시켜 창의융합공학인재 교육에 기여하고자 한다.

Real-time Triple-modal Photoacoustic, Ultrasound, and Magnetic Resonance Fusion Imaging

박사라 포항공과대학교 일반대학원 2017 국내석사

Photoacoustic (PA) imaging is a hybrid imaging tool that combines optical and acoustic characteristics. Its principle is physically based on the PA effect that converts the absorbed optical energy to acoustic waves. PA imaging can provide functional, metabolic, and hemodynamic information such as total hemoglobin concentration, blood oxygenation, blood flow, temperature measurement, and angiogenesis. Additionally, PA imaging is non-invasive, free of radiation exposure, and capable of real-time imaging. These advantages make PA imaging a promising imaging tool for biomedical applications such as diagnosis, staging, and monitoring of cancer or other diseases. Several PA imaging systems for clinical uses have been developed based on the clinical ultrasound (US) imaging platform. Because PA and US imaging can represent anatomical and physiological properties of targets, dual-modal PA/US imaging can be applied to existing or extended clinical areas of US imaging. Especially during surgery, the combination of real-time US imaging and pre-acquired magnetic resonance (MR) imaging is widely used as image guidance. However, US imaging is primarily specialized for structural imaging and Doppler US imaging has relatively low sensitivity compared to PA imaging. Thus, a triple-modal PA, US, and MR fusion imaging is introduced in this dissertation. This fusion imaging can be achieved by combining a real-time clinical PA/US imaging system with a navigation sub-system that uses optical tracking. Overlaid PA, US, and MR images are acquired by real-time registration of pre-acquired MR images and real-time PA/US images. Registration accuracy is tested, then the PA/US/MR fusion images are acquired from a phantom in vitro, and from blood vessels of a human forearm in vivo. This fusion imaging visualizes anatomical and vascular structure of targets in real time, offers an intuitive user interface, and is easily adaptable to clinical environments. Triple-modal PA/US/MR imaging has potential to provide complementary image guidance in various surgeries. Ultimately, by exploring fusion imaging based on the PA/US imaging, the dissertation can complement the conventional US/MR fusion imaging and further extend the clinical approach of PA/US imaging platforms. 광음향 (photoacoustic) 영상은 광학 영상과 및 초음파 영상의 특성을 결합한 융합 영상 방법이다. 광음향 영상의 원리는 흡수된 빛 에너지를 초음파로 변환시키는 광음향 효과에 기반한다. 광음향 영상은 헤모글로빈 농도, 혈중 산소포화도, 혈류, 온도 측정, 혈관신생 등의 기능적, 대사적, 혈역학적 정보를 제공한다. 또한, 광음향 영상은 비침습적이고 방사선 노출이 없으며 실시간 영상이 가능하다. 이러한 장점으로 인해 광음향 영상은 암과 다양한 질병의 진단, 병기 결정, 모니터링과 같은 생체 의료 분야에서 유망한 영상 방법이다. 임상 적용을 위한 여러가지 광음향 영상 장비가 임상용 초음파 영상 장비를 기반으로 하여 개발되고 있다. 광음향 및 초음파 이중 모드 융합 영상은 대상의 해부학적 및 생리학적 특성을 동시에 나타낼 수 있기 때문에, 초음파 영상의 기존의 혹은 확장된 임상 영역에 적용될 수 있다. 특히 실시간 초음파 영상과 사전에 획득한 자기 공명 영상 간의 융합은 수술 중 영상 유도 방법으로 널리 사용된다. 그러나 초음파 영상은 주로 구조적 영상만을 제공하며, 도플러 (Doppler) 초음파 영상은 혈관 영상에 있어 광음향 영상에 비해 상대적으로 낮은 민감도를 가진다. 따라서, 본 연구에서는 삼중 모드 광음향, 초음파 및 자기 공명 융합 영상을 소개한다. 본 융합 영상은 실시간 임상용 광음향 및 초음파 영상 장비와 광학적 추적 기반의 항법 장치를 결합하여 얻을 수 있다. 광음향, 초음파 및 자기 공명 융합 영상은 사전에 획득한 자기 공명 영상과 실시간으로 얻은 광음향 및 초음파 영상 간의 실시간 영상 정합으로 얻을 수 있다. 먼저 영상 정합의 정확도를 검증한 뒤, 생체 모사 팬텀과 사람 팔 혈관의 광음향, 초음파 및 자기 공명 융합 영상을 획득하였다. 본 융합 영상은 실시간으로 대상의 해부학적 구조와 혈관 구조를 보여주고, 직관적인 사용자 인터페이스를 제공하며, 임상 환경에 쉽게 적용할 수 있다. 이를 통해 삼중 모드 광음향, 초음파 및 자기 공명 융합 영상은 다양한 수술 분야에서 상호 보완적인 영상 유도를 제공할 수 있다. 최종적으로, 본 연구에서는 광음향 및 초음파 융합 영상을 기반으로 한 융합 영상을 개발함으로써 기존의 초음파 및 자기 공명 융합 영상을 보완하고, 더 나아가 광음향 및 초음파 융합 영상의 임상적 접근 범위를 확장할 수 있을 것으로 기대된다.

실감미디어를 융합 교육에 적용한 프로그램 개발 및 효과성 연구

박은애 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2024 국내박사

실감미디어를 융합 교육에 적용한 프로그램 개발 및 효과성 연구 오늘날 ICT 기술의 발전으로 영상 미디어 플랫폼이 급변하고 있으 며, 다양한 플랫폼에서 영상 콘텐츠가 생산되고 소비되고 있다. 특히, 초등학생들은 스마트폰을 통해 손쉽게 콘텐츠를 선택하고 생성하여 온 라인에서 공유하는데 익숙한 세대이다. 무선 네트워크와 스마트폰의 발 전으로 미디어 환경이 점차 실감미디어 기반의 환경으로 변화하면서 타 산업 분야와의 융합을 통한 차세대 산업으로 주목받고 있다. 따라서, 학생들에게도 새로운 미디어를 경험할 수 있는 환경이 마련되어야 할 필요가 있다. 유아·초등·중등 대상의 융합 교육프로그램을 개발하고 교육적 효과를 분석하는 다양한 연구들이 진행되어 오고 있으며, 스마트 융합 교육이 필요한 시점에서 학생들에게 실감미디어를 적용한 교육 콘텐츠 설계 및 개발 사례 역시 증가하고 있다. 실감미디어를 교육 콘텐츠에 융합하여 진행되는 연구들은 그동안 AR/VR에 국한되어 왔으며, 최근에는 메타버스를 교육에 적용한 연구 사례가 증가하고 있다. 따라서, 실감형 미디어 교육의 다양화가 필요하다고 생각되며, 유사 홀로그램 기반의 실감형 영상 콘텐츠 제작을 위한 융합프로그램 개발과 학습자 중심의 실감형 미디어를 창조하는 융합 교육이 필요하다고 생각되어 본 연구를 진행하였다. ‘실감미디어’, ‘영상교육’, ‘융합교육’, ‘STEAM’, ‘미디어 리터러시’ 키워드를 통해 실감형 미디어를 이용한 융합교육프로그램 개발 및 적용 사례에 대한 논문들을 검색하고, 그 중 초등학생 대상으로 개발된 메타버스 기반의 STEAM 프로그램 개발 및 적용을 통한 효과성에 대한 사례 분석을 진행하였다. 본 연구는 초등학교 3학년부터 중학교 1학년 학생들로 구성하여 사전·사후의 총 인원은 176명으로 사전 조사 대상자 83명, 사후 조사 대 상자 93명을 융합교육프로그램에 참여시켰다. 한국과학창의재단에서 개발한 검사 도구를 활용하여 28명의 단일 집단에 적용하였다. 그러나, ‘창의’와 ‘융합’ 역량을 파악할 수 있는 평가척도가 배제되어 있고, 프로 그램 만족도 조사를 위한 평가척도가 학습자의 만족도를 분석하기에는 부족하다고 판단되었다. 따라서, 자체 검사 도구를 개발하여 총 11가지 평가척도를 기반으로 사전·사후 설문 데이터를 수집하였다. 사용한 척도들의 신뢰성을 평가하기 위해 내적일관성 평가 방법으로 Cronbach's α 계수를 사용하였다. 사전과 사후 설문의 검사 차이를 알아보기 위해 총 11가지 평가척도를 기반으로 독립표본 T-test를 실시 하여 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다. 본 연구의 융합프로그램의 참여 활동이 ‘지식정보습득’, ‘융합력’, ‘호기심’, ‘배려와 협동심’, ‘리더쉽’, ‘창의력 향상’에 미치는 영향에 대하여 알아보기 위해 회귀분석 (Regression Analysis)을 실시하였고, 이 과정에서 통계적으로 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, ‘창의력 향상’, ‘표현력 향상’, ‘주제 이해력’, ‘자신감과 용기’, ‘직업 체험’에 대한 프로그램 만족도를 빈도분석(Frequency Analysis)을 실시하여 90% 이상의 학생들이 긍정적인 반응을 나타내었다. T-Test 검정 결과, 본 연구에서 중점적으로 다루고 있는 홀로그램 및 연기 융합 과정이 가장 교육적 효과가 좋았으며, 연기와 실감 영상 제작을 융합한 교육 목적에 맞게 학생들의 융합력이 향상된 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구 결과의 교육적 효과를 기반으로 향후 실감 영상 기반의 초등학생 대상 융합교육프로그램의 한 사례로서 좋은 가이드라인이 될 수 있다는 점에서 가치가 있으며, 나아가 중·고등학생들에게도 적용 가능한 실감형 영상교육 융합프로그램으로 확장되거나, 다양한 교육 현장에서 기술과 예술의 융합 교육프로그램의 다양화를 위해 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

CMOS 이미지 센서에서 사용되는 하이브리드 웨이퍼 본딩 기술의 에지 보이드 및 신뢰성 개선 연구

김연수 서울과학기술대학교 2023 국내박사

위키팩처링 환경에서 PBL 기반의 창의 융합형 인재 양성 모델에 관한 연구

오석희 가천대학교 일반대학원 2016 국내박사

최근 이슈가 되고 있는 크라우드 소싱(Crowd Sourcing)의 경향 등으로 소위 ‘위키팩처링’(Wiki Facturing)이라는 제조산업의 새로운 유형을 만들며 융합기반의 산업이 요구하는 인재 양성의 방향성이 교수-중심이 아닌 참여자 중심의 프로젝트를 토대로 과제와 문제를 해결하는 과정을 통하고 있다. 이에 본 연구는 많은 인재양성 커리큘럼이 참가자중심의 프로젝트로 이루어지고 있어 이에 학습모형인 PBL 기반의 프로젝트 수행모형과 위키팩처링 수행기술과 더불어 디자인사고 등의 교육이 전체 프로젝트 결과와 창업에 미치는 유의성에 대해서 측정하고 팀 창의 융합적 속성을 가설로서 검증하고자 한다. 이에 본 연구자는 PBL 기반으로 프로젝트 수행방법과 연구모형으로 통해 팀 창의성의 요소들이 프로젝트 수행과정과 결과의 피드백을 통해 어떻게 내적으로 구성되었는지를 고찰하고자 한다. 이러한 고찰을 통해 융합형 인재의 핵심역량은 ‘창의성’을 고찰하고 다학제 기반의 팀 창의성에 대한 문제해결역량, 역할역량, 협력역량으로 세 가지의 구성개과 가설을 제시한다. 이러한 역량은 최근 기업 및 산업체 현장, 연구소, 대학 등 사회각 분야에서 연구개발(R&D)에 대한 팀 단위의 프로젝트 등과 다학제 기반의 팀 구성이 중요한 혁신역량과도 맥락을 같이 한다. 연구모형의 설계는 이러한 네트워크기반에서 프로젝트 단위로 참여하는 다양한 개인들이 독창적 아이디어를 내고, 이러한 생각들이 소통을 통해 서로 네트워킹 되고, 그 아이디어들을 중심으로 새로운 결과물로 발전되어 결과물을 산출하는 일련의 창업시제품 산출 프로세스를 연구하고자 한다. 이는 기존에 검증되어 있는 배로우즈(Barrows, 1985)의 PBL 모형을 기반하여 기본 코스워크를 설계하고, 과정들의 신뢰성과 디자인사고 학습의 유무에 의한 구성개념의 유의성을 파악하고자 한다. 본 연구모형의 적용은 문화체육관광부의 콘텐츠 창작 및 창업, 그리고 인력양성 사업으로서 경기도와 성남시가 주관으로 운영하는 ‘경기 콘텐츠코리아 랩’ 사업 프로그램 중 3D프린터와 아두이노를 활용한 IoT 기반기술의 ‘위키팩처링 캠프’를 대상으로 연구를 진행하며, 2014년~2015년 프로그램 교육생 97명을 대상으로 실시한다. 설문조사에 참여한 표본은 총 97명으로 연도별 인원구성은 2015년이 49명(50.0%)으로 2014년 48명(49.5%)보다 1명이 더 많았으며, 기수별 인원구성은 4기가 25명(25.8%)으로 1기, 2기, 3기 각각의 24명(24.7%)보다 많다. 수상여부는 ‘비수상자’가 68명(70.1%)으로 ‘수상자’ 29명(29.9%)보다 많다. ‘위키팩처링 캠프’라는 이름으로 참가 희망자의 자유로운 창업아이템으로 비구조화된 문제제시(창업아이디어)를 바탕으로 참가자를 선발하여, 아이디어의 사업화 관점에서 시제품의 구현과 사업성이 구현되는 내용들의 설문을 통해 양적기법을 통해 객관화하고자 한다. 연구데이터 분석은 SPSS 20.0기반으로 실시하며, 빈도분석(frequency analysis)을 통해 조사대상의 인구통계학적 변인을 규명하고자 한다. 본 연구에서 기술기반으로 상정된 하위 기술기반 교육의 신뢰도 계수는 .773~.081사이에서 모두 내적 일관성이 유효하게 검증되었다. 또한 측정된 팀 프로젝트에 대한 세 개의 하위 역량인 문제해결역량 요인의 신뢰도 계수는 .752, 협력역량 요인의 신뢰도 계수는 .658, 역할역량 요인의 신뢰도 계수는 .708 이며, 팀 프로젝트 요인 전체의 신뢰도 계수를 산정한 결과 .864로 유효하게 나타난다. 이러한 내적 일관성이 입증된 요인들에 대한 요인점수를 산출하고 사후분석을 기술통계량과 변수들의 특성치를 파악하여 요인들의 차이를 검증한다. 구성개념으로 설정한 역량들은 해당 기수들의 설문결과 유효성을 통계적으로 입증하여 가설을 검증한다. 연구의 한계점은 프로젝트를 통해 만들어진 제품의 동작여부, 프로젝트 산출물과 회의내용 및 과정상의 갈등과 문제해결 등의 질적 환경요인을 충분히 고려하지 못한 점 과 팀별 창업화의 후속지원 정도에 대한 부분을 프로젝트 단계별과 만족도와 크라우드 펀딩을 통해 외부평가 부분이 데이터화 하지 못해 통계적 기법을 적용하는데 있어 한계가 있다. 본 연구를 통해 연구자는 현재 융합비지니스를 대표하는 위키팩처링 산업에서 IoT 기술을 활용한 창의 융합형 PBL 기반의 프로젝트에서 팀 프로젝트를 통한 시너지의 속성과 특히 디자인사고를 통한 창의 융합적인 역량에 대한 의미 있는 규명을 하였다고 본다. 이는 교육기관 및 산업체 수요에 기반한 창의 융합 전문가를 양성하기 위해서는 혁신적인 융합교육 시스템의 필요성을 시사하는 바가 크다고 본다.

ROS 기반 자율주행 로봇의 센서에 따른 SLAM 성능 비교연구

이필규 한세대학교 일반대학원 IT융합전자공학과 2018 국내석사

본 연구에서는 ROS를 운영체제로 하는 표준 로봇인 터틀봇에 장착된 센서인 엔코더, 관성 측정 유닛 (IMU) 및 라이다 등의 동작 특성을 분석하고 이를 기반으로 각각의 독립된 한 개의 센서만을 가지고 주행한 결과와 모든 세개의 센서를 동시에 융합하여 동작시켜서 얻은 주행의 결과를 비교 분석하는 연구에 관한 것이다. 특히 본 연구에서 사용한 로보티즈사의 ROS기반 로봇인 Turtlebot3 Waffle Pi를 가지고 실험하였으며 각각의 센서들이 제공된 사양에 따라 오차범위 내에서 작동하고 있는지를 분석 확인하였고, 실제 주어진 조건에서 주행한 결과가 예측한 데로 움직였는지 확인하는 연구를 진행하였다. 하나의 센서에 의한 주행결과보다는 세개의 센서를 융합하여 주행결과가 정해진 경로 추적에 있어서 뛰어난 성능을 보여 주고 있음을 확인하였다. 센서 융합을 통한 SLAM에서는 GMapping을 사용하였으며 센서의 융합에 의한 주행 테스트는 예상과는 다르게 매끄러운 주행성능 결과를 보이지는 않았다. 이는 샘플링 주기가 다른 각각의 센서 데이터를 융합하면서 발생하는 오차이거나 depth camera와 같은 외부 시각 정보가 없이 내부 정보만으로 주행한 결과인 것으로 판단된다.

친환경목재를 활용한 노후주택 리모델링 방안 연구

최도현 경남과학기술대학교 2013 국내석사

Indiscriminate large-scale development of residential buildings has damaged the housing environments so that it leads to the loss of the regional identity. Moreover, the demolishment and new construction of buildings cause the generation of tremendous social costs as well as the continuing destruction of the environment. To resolve such resultant problems, this study focuses on the ways of improving residential environment. The approaches aim to restore the residential circumstance by maintaining the settlement environment. Targeting existing detached houses and apartment houses, the remodeling takes approaches to improving the spatial and residential quality. The variation of space size is excluded from the range of this study due to the fact that the variation might cause potential problems with regard to structure and equipment. A pleasant residential environment is promoted by the space interior. Specifically, the environmentally friendly interior finishing materials, such as environment-friendly wood, are planned to use for residents’ health and comfort. The methods and effects of finishing by the application of the eco-friendly wood into the space such as living room, bedroom, kitchen, porch, and balcony are presented. First, the living room, as a community space of family members, should look calming and warm. It is designed to be an eco-friendly space to feel healthier and visually refined. Birch is used as a finishing material, which is a harmless and odorless green-material and is suitable to create an elegant atmosphere because of its simple and clean wood grain. The visual interior by using the cross section of the wood provides a refined mood in the space. Second, a bedroom is a place to rest and relax so that it should create an environment for sound sleep and comfortable mood. Cypress is used in finishing. It gives off phytoncide, which works by the natural sterilizing action and the elimination of toxins from the body so it help relieve stress and induce sound sleep. Third, a kitchen has to designed with a feature of managing its sanitation and cleanness because it is a place where odors and contamination caused by cooking need to be addressed. Cypress is also used as a finishing material, which is so excellent at sterilization and deodorization that it works well by purifying the air indoors. Its construction on the ceiling of kitchen and upper wall can create an elegant and delicate environment in the kitchen in harmony with lights and its soft wooden texture. Fourth, a porch needs some features with regard to visual effects and management because it gives the first impression of the house. Cypress is also used in finishing. It can make somewhat strained image of the porch into even softer, bringing harmony between the wood grain and a knob. Also its deodorization and purification of the air can increase the comfort of the porch space. Finally, a balcony should be designed to be convenient and pleasant for residents to use because it tends to be easily left unattended. For the finishing, hinoki louvre is used to decorate the ceiling and the wall. The floor needs to be leveled with that of living room so it is designed to use red cedar which is easy to maintain. The application of eco-friendly wood in residential space has its benefit with regard to the residents’ health and the space management. It is, therefore, suggested that such materials need to be actively used for the remodeling of existing houses. In addition, it is also possible to promote the environment of the green building because the environment-friendly wood materials can be recycled. 주거건축의 대규모 난개발은 거주환경을 파괴하여 지역 정체성을 사라지게 하며, 건물의 철거와 신축으로 환경적 피해와 사회적 비용을 과다하게 부담하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 거주자 중심의 주거환경 개선방식으로 접근하였으며, 개선 방법은 리모델링을 통한 거주환경 유지와 거주자 주거환경 회복을 목적으로 한다. 리모델링은 기존의 노후 단독주택 및 공동주택을 대상으로 공간의 질을 제고시켜 주거환경의 질을 높이는 방식으로 접근했다. 공간의 크기 변화는 구조 및 설비적인 문제를 동반함으로 연구범위에서 제외하고, 공간 리모델링을 통해 쾌적한 주거환경을 계획한다. 특히 실내공간 마감재료는 거주자의 건강과 쾌적성 확보를 위해 친환경목재를 중심으로 계획하였다. 친환경목재를 활용해 거실, 침실, 주방, 현관, 발코니 공간을 중심으로 마감재 재료선정, 인테리어 계획 및 공간개선 효과에 대하여 개선 방안을 제시하였다. 첫째, 거실은 가족의 커뮤니티공간으로 안락하고 따뜻한 느낌을 주는 것이 필요하며, 자연친화적인 공간으로 계획하여 건강성을 높이고 시각적으로 세련된 느낌으로 계획한다. 마감자재는 자작나무를 사용하며, 무해·무취한 친환경 목재로 나무결이 간결하고 깨끗하여 고급스러운 분위기 연출이 가능하다. 나무의 절삭된 단면을 이용한 시각적 인테리어는 세련된 분위기를 제공한다. 둘째, 침실은 편안한 휴식을 제공하는 공간으로 충분한 숙면 환경과 쾌적한 분위기로 계획한다. 마감자재는 편백나무를 사용하며, 나무에서 발산하는 피톤치드는 자연 살균 작용과 체내에 쌓은 유해 물질을 제거해 주는 기능으로 스트레스를 풀어주고 쾌적한 숙면을 유도한다. 셋째, 주방은 취사 등으로 발생되는 냄새와 오염 등의 관리가 필요한 장소로 위생기능을 갖추도록 계획한다. 마감자재는 항균과 탈취 효과가 탁월하고 실내공기 정화기능이 우수한 편백나무를 사용한다. 주방천장부와 벽면 상단부에 시공하여 조명과 나무의 부드러운 느낌이 조화되어 중후하고 고급스러운 주방 공간을 연출한다. 넷째, 현관은 주택의 첫 이미지를 전달하는 공간으로 시각적 효과와 관리에 따른 기능성이 필요한 공간이다. 마감자재는 나무결과 옹이의 조화가 뛰어난 편백나무를 사용하여 경직된 현관 이미지를 부드럽게 변화시키며, 탈취 및 공기정화 효과로 현관공간의 쾌적성을 높일 수 있다. 다섯째, 발코니는 주택에서 방치되기 쉬운 공간으로 거주자가 편리하고 쾌적하게 이용할 수 있도록 계획하여야 한다. 마감자재는 편백나무 루버를 활용하여 천정과 벽체를 치장하고, 바닥은 거실공간과 레벨을 동일하게 하며 관리가 용이한 적삼목을 계획한다. 주거공간에서 친환경목재 사용은 거주자의 건강과 공간의 관리 측면에서 장점을 갖고 있어, 기존주택의 리모델링 계획시 적극적인 활용이 필요하다. 또한 친환경 목재는 자재의 재활용과 친환경 건축 환경 조성이 가능하다.

Enhancing Spectral Efficiency through Non-orthogonal Subcarrier Index Modulation Schemes for Next-Generation Wireless Networks

Sarwar, Muhammad Sajid 국립금오공과대학교 대학원 2024 국내박사

In 6G networks, multiple access schemes are pivotal for maximizing spectral efficiency (SE) and enabling massive connectivity. The orthogonal multiple access (OMA) and non-orthogonal multiple access schemes efficiently allocate resources, allowing simultaneous connections for diverse applications, such as Internet of Things devices. These schemes optimize spectrum usage and accommodate massive connectivity demands, ensuring efficient utilization of network resources while supporting a vast array of connected devices. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a widely used modulation technique in wireless communications, renowned for its ability to combat frequency-selective fading and mitigate inter-symbol interference. By dividing the available spectrum into orthogonal subcarriers, OFDM enables high data rates and robust performance in challenging channel conditions, making it a cornerstone technology in modern wireless systems. Spectral efficient frequency division multiplexing (SEFDM) holds promise in enhancing the SE of classical OFDM, albeit at the expense of increased inter-carrier interference (ICI) resulting from the violation of subcarrier orthogonality. While SEFDM offers bandwidth savings by employing subcarriers at a faster-than-Nyquist rate, it concurrently elevates the bit error rate (BER) and receiver detection complexity. The saved bandwidth can be used for other communication purposes or to send more subcarriers to improve the data rate. OFDM with index modulation (OFDM-IM) is a contemporary method of transmitting bits through the activation pattern of subcarriers in addition to the classical constellation symbols. A portion of the bits is used to select the indices of the active subcarriers that are transmitted implicitly without using extra energy. The partial activation aids in improving the ICI of the conventional OFDM system and improves BER performance. On the other hand, the inactive subcarriers result in SE loss because the bits transmitted by the index information associated with subcarrier indices are proportional to the logarithm of the sub-block or group size, which is notably smaller than the bits embedded in high-order modulation schemes. Therefore, OFDM-IM offers a trade-off between SE and BER performance. SEFDM with IM (SEFDM-IM) can be used to enhance the SE of OFDM-IM. Also, it can reduce the ICI among the non-orthogonal subcarriers of classical SEFDM. This research advocates for SEFDM-IM in multi-input multi-output (MIMO) channels to improve the SE and BER performance of conventional SEFDM systems. While simulation and theoretical analyses indicate the superiority of MIMO-SEFDM-IM over its classical counterparts such as OFDM, SEFDM, and OFDM-IM in terms of SE, ICI, and BER, the inactivation of a subset of the subcarriers poses a challenge in resource utilization. Therefore, the thesis suggests that SEFDM with dual-mode index modulation (SEFDM-DM) utilizes the unused subcarriers of the previously proposed MIMO-SEFDM-IM. An enhancement of SEFDM-DM is also presented, which incorporates space-time block codes with coordinate interleaving. This technique improves transmission diversity by distributing the real and imaginary parts of constellation symbols across different channels. Analytical and simulation findings validate the advantages of this approach in terms of SE and BER. Furthermore, the study explores the coexistence of OFDM and SEFDM using index modulation, coined OFDM-SEM. It combines orthogonal and non-orthogonal subcarriers through a predefined selection pattern. OFDM-SEM enhances data rate (DR) by preventing the deactivation of frequency resources. It surpasses classical OFDM-IM and SEFDM-IM in terms of BER when assessed under equivalent DR conditions. The investigation further delves into the impact of ICI on OFDM-SEM and endeavors to reduce it through pulse-shaping filters. Additionally, this dissertation also introduces SEFDM-IM, aided by lower-order modulations. It enhances the index information bits by employing unused subcarrier activation combinations through constellation rotations. The use of lower-order constellations not only elevates energy efficiency by virtually transmitting the index information but also improves BER performance by reducing inter-symbol interference compared to its conventional counterparts, SEFDM-IM and lower-order modulation-assisted OFDM-IM.

창의성 증진을 위한 발명 교육 시리어스 게임 개발 방법론 연구

윤준희 가천대학교 일반대학원 2020 국내박사

게임은 보편적 여가 문화로 부상하였으며, 게임 산업은 지속 성장하고 있다. 그러나 국내에서 게임의 부정적 인식 제고와 산업의 양극화 현상이 대두되고 있다. 따라서 소멸하고 있는 중소기업의 활로가 필요한 시점이다. 시리어스 게임은 첨단 ICT기술을 활용하며 발전하는 게임 산업의 특성을 기반으로 교육, 의료 및 건강, 공공, 기업, 군사 등의 산업 분야로 확장하며 글로벌 신시장 창출이 가능하다. 이 논문은 시리어스 게임 시장에서 가장 큰 분야인 교육 분야 중 창의성 교육으로 한정하여 이용자의 자발적인 플레이와 시장 흥행의 특성을 가지고 있는 게임 콘텐츠의 측면에서 교육용 시리어스 게임 활성화를 위한 게임 디자인 고려사항과 개발 프로세스를 연구하고 특징적인 프로세스를 제시한다. 이를 기반으로 교육용 시리어스 게임 개발 프로세스를 제시하고 시장과 교육 현장의 반응을 검증한다. 이 논문의 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 수요처 및 교육 현장의 전문가 및 교육 수요와 융합해야 하는 창의 교육을 위한 시리어스 게임의 특징적인 개발 방법을 7단계의 프로세스와 32개 활동으로 제시한다. 둘째, 게임성과 학습성의 단편적인 연계를 배제하고, 게임 규칙과 진행 그 자체가 학습 목적인 게임으로 설계하여 창의성 증진을 위한 발명 교육 게임의 모바일 버전에서 게임성을 검증하고 시장의 긍정적인 반응을 분석한다. 셋째, 학교 현장의 요구사항을 바탕으로 PC 플랫폼 발명 게임을 설계하고 구현하여 교과과정 학습에 대한 교육 효과성을 검증하고 긍정적인 활용 가능성을 확인한다. 이 논문은 수요처와 게임 기업이 창의성 증진을 위한 교육용 시리어스 게임의 설계 및 구현, 보급 확산에 참고하여 시리어스 게임 시장을 확장하고 융합 기반 신시장 창출 가능성을 증대할 수 있다는 점에서 의미를 가진다. Games have emerged as a common leisure culture, and the gaming industry keep growing. However, in Korea, the negative perception of games and the polarization of industries are arising as and issue. Therefore, it is time to take the path of small and medium-sized enterprises that keep disappearing from industry. Based on the characteristics of the evolving game industry that utilizes cutting-edge ICT technology, Serious Game expands into industries such as education, medical and health, public, business, and military therefore it could be creating a new global market. In this paper, it is limited to creative education among the education fields which is the largest field in the serious game market. So it suggest characteristic process and research develop process and consideration of game design for activating educational serious games in terms of game contents that have characteristics of user’s voluntary play and market performance. Based on this, the process of developing a serious game for education is presented and the reaction of the market and the educational field is verified. The main findings of this paper are as follows. Firstly, it proposes a characteristic development method of a serious game for creative education that needs to be converged with experts and education demands sites through 7-step process and 32 activities. Secondly, it excludes the fragmentary linkage of game play ability and learning ability, then design the game rules and progress itself as a game for the learning purpose, so verify the game play ability in the mobile version of the invention educational game for creativity and analyze the positive reaction of the market. Lastly, design and implement a PC platform invention game based on the requirements of the school site to verify the educational effectiveness of curriculum learning and to confirm the possibility of positive use. This paper is meaningful in that it is possible to expand the game market and increase the possibility of creating a new convergence-based market by referring to the design, implementation, and diffusion of educational series games for the purpose of promoting creativity.

Deep Learning-Based Characterization of PIN Diode at Millimeter Wave (mmWave) Band

리훌 서울과학기술대학교 2023 국내박사

The modern wireless communication systems such as 5G and beyond require the integration of multiple radios to maximize their performance and connectivity. This can be achieved by utilizing a reconfigurable antenna due to its broadband and flexible operational frequencies. The antenna has the ability to dynamically adjust its radiation characteristics such as frequency of resonance, radiation pattern, or polarization with a specific control input. It has been shown to be a promising solution to fulfill the system requirement of the recent communication technology. Another significant technology that has also enabled this modern technology is the Beam-Former. It provides the control of the phase shift for each element of the array antenna to steer the main beam to a specific direction, which enhances the communication signal quality quite effectively. The above-mentioned technologies are possible due to the integrated implementation of control devices such as RF MEMS (Micro-electromechanical systems), liquid crystal devices, and semiconductor devices such as a PIN or varactor diode. The choice of technology for implementing the reconfigurable antenna depends on several factors including, frequency range, bandwidth, size, power consumption, reliability, and cost. Among the available technologies, semiconductor devices such as PIN diode has been widely used due to their special characteristics, including compact size, wide frequency of operation, and low cost. It should be noticed that the requirement of obtaining precise electrical parameters such as the resistance (R), inductance (L), and capacitance (C) of PIN diode has become one of the significant factors in developing reconfigurable antenna and phase shifter applications. Accurate knowledge of these electrical parameters will ensure proper impedance matching, control of electrical properties, and optimization of the application. Furthermore, it is worth noting that the development of most RF applications for 5G high-band communication systems is targeting the Ka-band, particularly for the 28 GHz frequency. So, a broadband characterization method that is capable of covering those frequencies is always called for. This will contribute to enhancing the more efficient development of the applications in any particular frequency in the Ka-band. In this research, we propose a new technique to obtain the parasitic electrical parameters of the PIN diode in its forward-bias operation mode, particularly the resistance (R) and the inductance (L) parameter. We incorporate an actual measurement environment such as an integrated design of a DC-biasing circuit together within the test fixture, DC supply conditions, and specific PCB substrate to reflect more accurate responses of the PIN diode. In addition to the short-open-load-through (SOLT) calibration, we applied TRL calibration to calibrate the effects of measurement fixtures and obtain pure responses of the PIN diode. The characterization is done with an in-house developed DNN model, trained with a sufficient amount of data set obtained from its simulated equivalent circuit in a full-wave 3D (electromagnetic) EM simulator (HFSS). We successfully obtained an estimated value of the R-L parameter of the PIN diode in its forward bias for a broad frequency range in the Ka-band. This electrical parameter will be useful for the initial configuration of PIN diode in any mmWave antenna or phase shifter designs, and fine-tuning them to fit their application requirement. 5G 이상과 같은 최신 무선 통신 시스템은 성능과 연결성을 극대화하기 위해 여러 라디오를 통합해야 한다. 이는 광대역 및 유연한 작동 주파수로 인해 재구성 가능한 안 테나를 활용하여 달성할 수 있다. 안테나에는 특정 제어 입력을 사용하여 공진 주파수, 방사 패턴 또는 편파와 같은 방사 특성을 동적으로 조정할 수 있는 기능이 있다. 최근 통신 기술의 시스템 요구 사항을 충족하는 유망한 솔루션으로 나타났다. 이 최신 기술 을 가능하게 한 또 다른 중요한 기술은 Beam-Former이다. 어레이 안테나의 각 요소에 대한 위상 편이 제어를 제공하여 메인 빔을 특정 방향으로 조종하여 통신 신호 품질을 매우 효과적으로 향상시키다. 상술한 기술들은 RF MEMS (Micro-electromechanical systems)와 같은 제어장치, 액정소자, PIN 다이오드이나 Varactor 다이오드와 같은 반도체소자의 통합 구현으로 인해 가능하다. 재구성 가능한 안테나를 구현하기 위한 기술의 선택은 주파수 범위, 대역폭, 크기, 전력 소비, 신뢰성 및 비용을 포함한 여러 요인에 따라 달라지다. 이용 가능한 기술 중 PIN 다이오드와 같은 반도체 소자는 크기가 작고, 동작 주파수가 넓고, 비용이 저렴하 다는 특수한 특성으로 인해 널리 사용되고 있다. PIN 다이오드의 저항 (R), 인덕턴스 (L) 및 커패시턴스 (C) 와 같은 정확한 전기적 파라미터를 획득해야 하는 요구 사항이 재구성 가능한 안테나 및 위상 시프터 애플리케이션을 개발하는 데 있어 중요한 요소 중 하나가 되었다는 점에 유의해야 한다. 이러한 전기적 매개변수에 대한 정확한 지식 은 적절한 임피던스 정합, 전기적 특성 제어 및 애플리케이션 최적화를 보장하다. 또한 5G 고대역 통신 시스템을 위한 대부분의 RF 애플리케이션 개발이 Ka-band, 특히 28 GHz 주파수를 목표로 하고 있다는 점은 주목할 가치가 있다. 따라서 이러한 주파수를 커버할 수 있는 광대역 특성화 방법이 항상 필요한다. 이는 Ka 대역의 특정 주파수에서 보다 효율적인 애플리케이션 개발을 향상시키는데 기여할 것이다. 본 연구에서는 순방향 바이어스 동작 모드에서 PIN 다이오드의 기생 전기적 파 라미터, 특히 저항 및 인덕턴스 파라미터를 얻기 위한 새로운 기술을 제안한다. PIN 다이오드의 보다 정확한 응답을 반영하기 위해 테스트 픽스처 내에서 DC 바이어스 회 로의 통합 설계, DC 공급 조건 및 특정 PCB 기판과 같은 실제 측정 환경을 통합한다. SOLT (Short-Open-Load-Through) 보정 외에도 TRL 보정을 적용하여 측정 픽스처의 효과를 보정하고 PIN 다이오드의 순수한 응답을 얻었다. 특성화는 전파 3D (전자기) EM 시뮬레이터 (HFSS) 에서 시뮬레이션된 등가 회로에서 얻은 충분한 양의 데이터 세트로 훈련된 사내 개발 DNN 모델로 수행된다. 우리는 Ka-band 의 넓은 주파수 범위 에 대해 순방향 바이어스에서 PIN 다이오드의 R-L 매개변수의 추정값을 성공적으로 얻었다. 이 전기 매개변수는 모든 mmWave 안테나 또는 위상 시프터 설계에서 PIN 다이오드의 초기 구성에 유용하며 애플리케이션 요구 사항에 맞게 미세 조정한다.