장재언1팀

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 파이썬 환경에서 몬테카를로 알고리즘을 이용한 아르곤, 메테인, 에테인의 분자 시뮬레이션

영문 : Molecular simulation of Argon, Methane, Ethane with Monte Carlo algorithm in Python

과제 팀명

장재언 1팀

지도교수

장재언 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 2017340042 정성민(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 2017340009 김정인

서울시립대학교 화학공학과 2017340037 이종범

서울시립대학교 화학공학과 2017340047 최영근

서론

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개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 몬테카를로 알고리즘을 파이썬 환경에서 구현

◇ 분자 시뮬레이션을 위한 몬테카를로 코드 작성

◇ 기존 EOS로 예측이 어려운 분자들에 대한 물성 예측

◇ 실험결과와 시뮬레이션 결과 비교

◇ 프로그램 편의성을 개선시키기 위한 GUI개발

개발 과제의 배경

내용

개발 과제의 목표 및 내용

내용

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

내용

• 특허조사

◇ 순수한 화합물의 물리화학적 및 열역학적 성질을 예측，프로세스 및 온라인 서비스하는 모델，방법 및 시스템

국제공개번호 : WO2012/177108 A3 발명자 : 성애리 특징 : 수소(H), 탄소(C), 질소(N), 산소(O), 황(S) 등 5가지 이내의 원소로 구성되고 수소를 제외한 원자의 개수가 25개 이하인 분자로 이루어진 순수한 유기화합물의 물리화학적 및 열역학적 물성을 예측하는 온라인 서비스 모델. 실험값이 알려지지 않은 조건의 유기화합물에 대해서도 값을 예측할 수 있다.

◇ SYSTEM AND METHOD FOR SIMULATING THE TIME-DEPENDENT BE HAVIOUR OF ATOMI AND/OR MOLECULAR SYSTEMS SUBJECT TO STATIC OR DYNAMIC FIELDS

국제공개번호 : US 2008/0147360 A1 발명자 : Anthony Peter Fejes, John Silvlo Vieceli, Shayan Rahnama, Ganesan Swaminathan 특징 : 하나 또는 혼합 분자 시스템, 입자들의 집합을 통해 입자 간의 상호작용을 측정한다. 두 입자를 통해 위치와 에너지 정보를 측정할 수 있고 그중 하나는 시뮬레이션을 통한 전체 분자의 시스템을 분석하는 것에 사용된다. 하나 또는 그 이상의 분자를 포함하는 원자 및 분자를 포함하여 시뮬레이션이 가능하며 여러 시간 척도에 따라 연관된 분자들 또는 원자들을 시스템에 적용해 분석할 수 있다.

• 특허전략

◇ 대중성 있는 파이썬에 시뮬레이션 코드를 구현함으로써 시장성 확보

◇ 코드 최적화를 통해 CPU time을 감소시켜 사용자의 작업속도를 향상할 수 있어 경쟁력 확보

◇ 여러 기능을 탑재하여 가격이 비싼 타사 프로그램에 비해 한정된 기능을 제공하지만, 상대적으로 접근성이 높고 가격이 저렴한 프로그램의 개발

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ Monte carlo canonical ensemble을 이용해 내부에너지, 압력 같은 물성을 통계 열역학 관점에서 도출할 수 있다.

◇ 기존 프로그램들의 경우 포트란을 사용하기 때문에, 수정하려면 특수한 운영체제(리눅스 등)가 필요하다. 하지만 본 프로그램의 경우 대중성 있는 컴파일러인 파이썬을 이용해 소스코드를 열어둠으로써 사용자가 쉽게 접근할 수 있어 원하는 대로 일부 수정할 수 있다.

◇ 현재 제작하는 코드의 틀은 파이썬으로, 라이브러리가 다양하여 여러 기능을 사용할 수 있어 알아내고자 하는 결과 값에 따라 시뮬레이션 기능을 추가하여 성능을 향상시킬 수 있다.

◇ 개발된 기술을 활용해 알고리즘을 적용한 프로그램을 통계열역학과 접목하여 적용 범위를 확대하고 기술 활용 능력을 발전시킨다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 프로그램을 구매한 학생들에게 코드를 제공해 코드를 분석할 기회를 제공한다. 또한 상대적으로 코딩 지식이 부족한 학생들은 프로그래밍을 익히고 코드의 실행 원리를 파악해 통계 열역학적 사고를 이해하고 해석하는 도구로 활용할 수 있다. 특히 코딩 관련 강의가 적은 학생들의 경우, 실험 수업 등에 활용하며 학습 효과를 높일 수 있다.

◇ 이용자들이 쉽게 접근할 수 있는 보다 값싼 프로그램을 제작하여 분자 시뮬레이션 프로그램 활용의 진입장벽을 낮출 수 있다. 특히 고가의 분자 시뮬레이션 프로그램을 구매하기 어려운 많은 학생이 프로그램을 이용하여 통계 열역학적 분석 및 코딩에 대한 학습을 통해 통계적 지식을 함양하여 잠재적인 이익을 극대화할 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용