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.

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.

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

김연수 서울과학기술대학교 2023 국내박사

메가시티의 공간정보 공유 플랫폼 설계 및 구축

최영락 국립부경대학교 대학원 2025 국내박사

In the 21st century, the world is experiencing rapid urbanization and metropolitan areas are becoming increasingly important. A Mega City is a large city with a population of more than 10 million people, an economic, social, and cultural center that drives global competitiveness as a core city, and a large economic area with functional connections in various fields. The concept of Mega City is differentiated from the concept of metropolitan areas in the industrialization era by the concentration and linkage of cities to strengthen their innovation capabilities. Mega cities are characterized by their role in integrating a huge amount of people and markets into the global economy, and some Mega cities spread their influence around the world at a level that is more than the size of a single country. In terms of industrial activity, Mega cities are also emerging as key centers of innovation and global competition as their industrial structure is reorganized around knowledge service industries. They are attracting attention as a forward base for various global companies through the formation of large-scale consumer markets and the presence of numerous infrastructures such as advanced human capital and IT. In this paper proposes the design and construction of spatial information sharing platform for mega cities. To this end, it analyzes the regional characteristics of mega cities, analyzes the changes in the sectoral conditions of mega cities, and designs the direction of building a mega city spatial information sharing platform in a super-regional area. In particular, it aims to develop a spatial information sharing platform that can efficiently share and collaborate on various data within mega cities to enhance the sustainable development and global competitiveness of mega cities. In addition, a new paradigm for securing national and regional competitiveness, the mega city spatial information sharing platform, is designed to establish a shared data hub. The developed platform provides a collaborative community function for collaborative work with scalability and ease of maintenance of future systems. It supports the decision-making process by providing an environment for free exchange of opinions and spatial information sharing, and suggests a spatial information-based cooperation strategy for the future development of mega cities. This study analyzes the changes in the conditions related to mega cities, draws implications, and presents guidelines and prototypes for building a mega city spatial information sharing platform based on them. In addition, this paper proposes a WebGIS-based platform for a spatial information module-based cooperation system, which consists of three parts: data management, WebGIS system processing, and user management. First, to realize an integrated module environment, the basic spatial information used by users is investigated and managed as a master map, and spatial information is updated periodically using Open API. Second, it has a function to convert addresses or place names into coordinates and a function to display spatial information in a quick time, and third, it supports the collection, refinement, and processing of data conveniently in addition to the use of GIS SW by uploading data from researchers. Through this, this study will contribute to strengthening the competitiveness of domestic mega cities and laying the foundation for communication and cooperation among local governments in the mega-region. Furthermore, the establishment of a mega cities spatial information sharing is expected to provide best practices for cooperation among megacities not only in Korea but also globally. In the 21st century, the world is experiencing rapid urbanization and metropolitan areas are becoming increasingly important. A Mega City is a large city with a population of more than 10 million people, an economic, social, and cultural center that drives global competitiveness as a core city, and a large economic area with functional connections in various fields. The concept of Mega City is differentiated from the concept of metropolitan areas in the industrialization era by the concentration and linkage of cities to strengthen their innovation capabilities. Mega cities are characterized by their role in integrating a huge amount of people and markets into the global economy, and some Mega cities spread their influence around the world at a level that is more than the size of a single country. In terms of industrial activity, Mega cities are also emerging as key centers of innovation and global competition as their industrial structure is reorganized around knowledge service industries. They are attracting attention as a forward base for various global companies through the formation of large-scale consumer markets and the presence of numerous infrastructures such as advanced human capital and IT. In this paper proposes the design and construction of spatial information sharing platform for mega cities. To this end, it analyzes the regional characteristics of mega cities, analyzes the changes in the sectoral conditions of mega cities, and designs the direction of building a mega city spatial information sharing platform in a super-regional area. In particular, it aims to develop a spatial information sharing platform that can efficiently share and collaborate on various data within mega cities to enhance the sustainable development and global competitiveness of mega cities. In addition, a new paradigm for securing national and regional competitiveness, the mega city spatial information sharing platform, is designed to establish a shared data hub. The developed platform provides a collaborative community function for collaborative work with scalability and ease of maintenance of future systems. It supports the decision-making process by providing an environment for free exchange of opinions and spatial information sharing, and suggests a spatial information-based cooperation strategy for the future development of mega cities. This study analyzes the changes in the conditions related to mega cities, draws implications, and presents guidelines and prototypes for building a mega city spatial information sharing platform based on them. In addition, this paper proposes a WebGIS-based platform for a spatial information module-based cooperation system, which consists of three parts: data management, WebGIS system processing, and user management. First, to realize an integrated module environment, the basic spatial information used by users is investigated and managed as a master map, and spatial information is updated periodically using Open API. Second, it has a function to convert addresses or place names into coordinates and a function to display spatial information in a quick time, and third, it supports the collection, refinement, and processing of data conveniently in addition to the use of GIS SW by uploading data from researchers. Through this, this study will contribute to strengthening the competitiveness of domestic mega cities and laying the foundation for communication and cooperation among local governments in the mega-region. Furthermore, the establishment of a mega cities spatial information sharing is expected to provide best practices for cooperation among megacities not only in Korea but also globally.

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.

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.

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.

반도체 이온 주입 장비의 PFG(plasma flood gun)에 사용되는 Xe/Ar 가스의 비교 연구

정정석 서울과학기술대학교 2024 국내석사

In semiconductor process technology, the ion implantation process is a technology that injects ions into the surface of a wafer and forms a constant electric field so that the ions inside the wafer become conductive, and is used to improve the electrical activation and characteristics of transistors. The classification of ion implantation equipment is determined by the size of the energy and ion beam, and depending on the use, it is divided into medium current ion implantation, high current ion implantation, and high energy ion implantation equipment. After ion implantation into a wafer, it is possible to check whether there is an abnormality in the process by measuring TW (thermal wave), Defect, and SIMS (secondary ion mass spectrometer). Xenon gas is used for the plasma flood gun (PFG) of ion implantation equipment, and PFG assembly (assambly) is a device for supplying negative (-) charges to an ion beam composed of positive (+) charges. It has a structure in which negative charges are attracted by the space charge of the ion beam through the PFG chamber, and electrons move toward the wafer to neutralize the charged-up ions in order to prevent the insulating film from bursting due to the charge-up phenomenon of ions from the insulating film on the surface of the wafer when ions are implanted. The gas used in the PFG of the ion implantation equipment is xenon, and xenon is a Group 18 inert gas, and the outermost electron is stably located, so it does not react with other atoms, so it is generally used as a plasma phase gun (PFG) gas. However, xenon is a rare gas that is extracted from the air and has not yet been produced in Korea, so it is dependent on foreign countries to import and use it. Stable supply and demand are not being achieved because the global situation is unstable both internally and externally. In particular, due to the war in Russia and Ukraine, supply and demand are more unstable and prices rise significantly, making it difficult to obtain a smooth supply if production is increased in semiconductor manufacturing. In addition, since xenon is 0.0000087% present in the air, it is expensive and if production increases due to demand for semiconductors worldwide, production may be difficult. Therefore, the need for an alternative gas of xenon used in the PFG of ion implantation equipment emerged, and argon gas was selected from Group 18 inert gas. Argon is the third most common material in air, and it is inexpensive, so it was judged that there would be no problem in terms of supply. In this study, a basic evaluation was conducted to identify the problems that could occur when xenon was replaced with argon, and the evaluation conditions were phosphorus, arsenic, germanium, fluorine, and carbon. Through ion implantation into the Bare wafer, the TW value, the number of Defects, and SIMS analysis, it was confirmed that xenon could be replaced with argon. The first experiment confirmed the TW value. When xenon was used and argon was used, it was confirmed that the TW value Delta value (difference between xenon TW value and argon TW value) was within ±2% of the management Spec (phosphorus 0.02%, arsenic 0.60%, germanium 0.72%, fluorine 0.19%, carbon 0.79%). In the second experiment, the number of defects on the surface of the Bare wafer was confirmed. When xenon was used and argon was used, the number of management specific defects larger than 0.19㎛ was measured to be 300 or less, and it was confirmed that it met the allowable management specific. As a third experiment, the concentration was confirmed through SIMS analysis in the Bare wafer. When using xenon and argon, the SIMS profile map was matched to confirm that there was no significant difference within the management spec ±3%. In this paper, through three experiments, through basic evaluation to use argon as a gas that can replace xenon in ion implantation equipment, the research results were secured that there is no problem in using it as a gas in PFG in the future. 반도체 공정 기술에서 이온 주입 공정(ion implantation process)은 웨이퍼(wafer) 의 표면에 이온을 주입하고 일정한 전기장을 형성하여 웨이퍼 내부의 이온들이 전 도성을 갖게 하는 기술이며, 트렌지스터(transistor)의 전기적인 활성화와 특성 개선 을 위해 사용하고 있다. 이온 주입 장비 구분은 에너지와 이온 빔(ion beam)의 크기로 결정을 하게 되는 데 각 용도에 따라서 중 전류 이온 주입(medium current ion implantation), 고 전류 이온 주입(high current ion implantation), 고 에너지 이온 주입(high energy ion implantation) 장비로 구분되며, 웨이퍼에 이온을 주입 후 TW(thermal wave), Defect, SIMS(secondary ion mass spectrometer) 측정을 통하여 공정의 이상 유무를 확인할 수 있다. 이온 주입 장비의 PFG(plasma flood gun)에는 제논(Xenon) 가스를 사용하는데 PFG 어셈블리(assambly)는 양전하(+)로 이루어진 이온 빔에 음전하(-)를 공급하기 위한 장치이다. PFG 챔버(chamber)를 통해 음전하가 이온 빔의 Space Charge에 이 끌려 나가는 구조로 이온 주입 시 웨이퍼 표면의 절연 막에서 이온들의 Charge-up 현상으로 절연 막이 터지는 현상을 방지하기 위해 웨이퍼 쪽으로 전자들이 이동하 여 Charge-up 된 이온을 중성화 시켜 주는 장치이다. 이온 주입 장비의 PFG 내에 사용하는 가스는 제논이며 제논은 18족 불활성가스 로 최외각 전자가 안정적으로 위치해 있어, 다른 원자들과 반응하지 않아 일반적으 로 PFG(plasma flood gun) 가스로 사용하고 있다. 그러나 제논은 희귀 가스로 공기 중에서 추출을 하여 국내에서는 아직 생산하지 못하고 있어 해외에 의존해 수입하여 사용하고 있다. 대내외적으로 세계정세가 불 안정한 상태에서 해외에서 수급을 받고 있어 안정적인 수급이 되지 않고 있다. 특 히 러시아 우크라이나 전쟁으로 인해 수급이 더욱 불안정하며 가격이 많이 상승하 여 반도체 제조에서 생산량을 늘릴 경우 원활하게 공급받기 쉽지 않은 상황에 있 다. 또한 제논은 공기 중에 0.0000087% 존재하고 있어 가격이 비싸고 전 세계적으 로 반도체 수요에 따라 생산이 증가된다면 생산에 어려움을 초래할 수 있다. 따라서 이온 주입 장비의 PFG 내에 사용하는 제논의 대체 가스의 필요성이 대두 되었고, 18족 불활성 가스에서 아르곤(argon)을 대체 가스로 선정하였다. 아르곤은 공기 중에서 세 번째로 많은 물질이고, 가격도 저렴하여 공급 면에서 문제가 없을 것으로 판단하였다. 본 연구에서는 제논을 아르곤으로 대체하였을 때 발생할 수 있는 문제를 파악하 기 위해 기초 평가를 실시하였고, 평가 조건은 인(phosphorus), 비소(arsenic), 저마늄 (germanium), 불소(fluorine), 탄소(carbon)로 PFG 내 제논과 아르곤을 사용하여 Bare 웨이퍼에 이온 주입을 통해 TW(thermal wave) 값, Defect의 개수 및 SIMS(secondary ion mass spectrometry) 분석을 통하여 제논을 아르곤으로 대체할 수 있는지를 확인하였다. 첫 번째 실험으로 TW 값을 확인하였다. 제논을 사용했을 때와 아르곤을 사용했 을 때 TW값의 Delta값(제논 TW 값과 아르곤 TW 값의 차이)은 관리 Spec ±2% 이 내 (인 0.02%, 비소 0.60%, 저마늄 0.72%, 불소 0.19%, 탄소 0.79%)로 차이가 없음을 확인하였다. 두 번째 실험으로 Bare 웨이퍼 표면에서 발생한 Defect의 개수를 확인하였다. 제 논을 사용했을 때와 아르곤을 사용했을 때 관리 Spec Defect의 크기가 0.19㎛ 이상 인 것이 300개 이하로 측정되고, 이러한 결과는 Defect의 개수가 허용 관리 Spec에 부합됨을 확인하였다. 세 번째 실험으로 Bare 웨이퍼 내 SIMS 분석을 통하여 농도를 확인하였다. 제논 을 사용했을 때와 아르곤을 사용했을 때 SIMS profile map을 매칭(matching) 시켜서 농도 관리 파라메터(Parametet)가 관리 Spec ±3% 이내로 분석되어 문제없는 것을 확인하였다. 결론적으로 본 논문에서는 세 가지의 실험을 통하여 이온 주입 장비에 제논을 대 체할 수 있는 가스로 아르곤을 사용하기 위한 기초 평가를 통하여, 향후 아르곤을 PFG 가스로 사용하는데 문제없다는 연구 결과를 확보하였다.

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.