본문내용
1. 교내청소년과학탐구대회 융합과학 작품 설계도
1.1. STEAM 영역 간 융합 선정 이유와 방법
과제를 해결하기 위해 STEAM 영역 간 융합을 통해 제작할 최종 산출물의 설계도를 과학적으로 구상하였다. 먼저 Science 영역에서는 물리학적 원리를 이용한 빛센서 및 LED 조명과 지구과학적 원리를 이용한 효율적인 태양전지 위치 설정을 하였다. 이를 통해 태양전지의 발전 효율을 높이고 LED 조명을 사용하여 자외선 파장을 발생시키지 않아 벌레가 모이지 않도록 하였다. Technology & Engineering 영역에서는 마이크로 프로세서 보드(아두이노)를 이용한 사물인터넷 엔지니어링을 통해 코로나19 예방 및 교통량 분석, 제어할 수 있도록 하였다. 가로등의 서보 모터와 센서들을 아두이노로 연결하여 효율적으로 컨트롤할 수 있도록 하였다. 또한 Art 영역에서는 전선의 지중화를 통한 전봇대 없는 건물, 자연 친화적 조형물 디자인, 효율적인 주상복합 디자인을 적용하여 심미적으로 우수하고 안전한 스마트시티를 구상하였다. 마지막으로 Mathematics 영역에서는 동적 프로그래밍, 최소신장트리, 다익스트라 알고리즘을 활용하여 가로등과 신호등을 효율적으로 운영할 수 있는 알고리즘을 구상하였다. 이와 같이 STEAM 영역 간 융합을 통해 최종 산출물인 스마트시티를 과학적이고 체계적으로 설계할 수 있었다.
1.2. 문제 해결을 위한 최종 산출물의 특징
최종 산출물의 특징은 다음과 같다.
첫째, 태양전지 경사각 가로등은 에너지 효율을 위한 조도에 따른 밝기 변화 기능을 내장하고 있다. 주변의 밝기가 일정 이하로 어두워지면 조도센서가 이를 감지하여 불을 켠다. 또한 차와 사람이 지나갈 때 더 밝게 점등하는 기능이 있는데, 이는 초음파 센서를 활용하여 반경 몇 m 이내에 물체가 감지되면 주변을 환하게 해주고, 그렇지 않은 경우에는 에너지 절약을 위해 밝기를 낮추는 방식으로 작동한다.
둘째, 태양광 추적 시스템을 내장하고 있다. 태양전지의 양 끝단에 조도센서를 설치하여 밝기 차이를 계산하고, 이를 바탕으로 서보모터를 통해 태양전지의 각도를 조절한다. 이를 통해 태양광 발전 효율을 최대한 높일 수 있다.
셋째, 가로등에 온습도 정보 제공 기능이 있다. LED 두 개를 사용하여 습도와 온도 정보를 표시한다. 습도가 낮을수록 Green 색이 강조되고, 높을수록 Blue 색이 강조된다. 온도의 경우 높을수록 Red 색이 강조되고, 낮을수록 Green 색이 강조된다.
넷째, 코로나19 예방을 위한 기능을 가지고 있다. Exposure Notification API를 활용하여 일정 범위 내 사람이 밀집되어 있으면 각각의 사용자에게 알림을 보내 거리두기에 관한 안내메시지를 제공한다.
다섯째, 신호등은 가로등과 통신하여 교통량에 따라 신호를 유동적으로 변화시킨다. 자동차 등록대수가 지속적으로 증가하는 미래 스마트시티에서 효율적인 교통 관리를 위해 필수적인 기능이다.
여섯째, 전반적인 도시 디자인에서 자연친화적 요소들을 반영하였다. 나무통을 모방한 공원의 쉼터, 건물 내외부의 미니정원 등을 통해 녹지 면적을 넓혔으며, 전선 지중화로 심미성을 높였다. 또한 드론 착륙장을 설치하여 미래 수요에 대응하고자 했다.
종합적으로 최종 산출물은 에너지 효율성, 환경친화성, 공중보건 안전성, 교통관리 효율성 등 다양한 측면에서 스마트시티의 주요 기능을 구현하고자 하였다.
1.3. 팀원 간 역할 분담
팀원 간 역할 분담은 다음과 같다.
과학 부분(Science)의 경우 태양전지 각도 계산, LED 조명 적용 등의 담당자로 ○○가 선정되었다. 기술 공학(Technology & Engineering) 파트에서는 아두이노 프로그래밍을 통한 사물인터넷 구축, 각종 센서 설치와 관련된 역할을 △△가 맡았다. 예술(Art) 분야에서는 전선 지중화, 자연친화적 조형물 디자인, 주상복합 건물 설계를 □□가 담당하였다. 수학(Mathematics)은 동적 프로그래밍, 최소신장트리, 다익스트라 알고리즘 구현을 ◇◇가 수행하였다. 이처럼 각자의 전문 분야를 바탕으로 STEAM 영역 간 유기적으로 연계되도록 역할을 분담하였다.
2. 물을 지켜라!
2.1. 주제 선정 동기
TV를 보다가 정수기 광고에서 플라스틱 저수조 대신 스테인리스 저수조를 사용해 세균이 더 적게 번식한다는 내용을 접한 것이 주제 선정 동기이다. 이후 실제로 스테인리스 저수조가 플라스틱 저수조보다 미생물이 적게 번식하는지 확인해 보고 싶었고, 여름철마다 먹는 물에서 일반세균이 기준치를 넘어서 검출된다는 관계부처 및 시민단체의 검사결과에 대해 일반세균이 인체에 미치는 영향이 궁금했기 때문에 "물을 지켜라!"라는 주제를 선정하게 되었다.
2.2. 탐구 과제
2.2.1. 물질의 종류에 따른 미생물 번식...
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