6조-핫이슈
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 펠티어 소자를 이용한 맞춤형 신발장 제작
영문 : Customized Shoecase Manufacturing with Peltier Module
과제 팀명
핫이슈
지도교수
이동찬 교수님
개발기간
2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 기계정보공학과 20194300** 강**(팀장)
서울시립대학교 기계정보공학과 20194300** 서**
서울시립대학교 기계정보공학과 20204300** 이**
서울시립대학교 기계정보공학과 20214300** 김**
서울시립대학교 기계정보공학과 20214300** 김**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
본 과제는 좁은 주거 공간에서 신발 관리 문제를 해결하기 위한 스마트 신발장 개발을 목표로 하며, 펠티어 소자를 활용한 정밀 온습도 제어와 AI 기반 맞춤형 관리 시스템을 통해 최적의 신발 보관 환경을 제공한다. 또한 열풍건조 기능을 추가해 젖은 신발을 빠르게 건조할 수 있으며, 살균 기능과 환풍 시스템을 통해 신발장 내부의 위생 상태를 개선하고 쾌적한 보관 환경을 유지하는 통합적인 관리 시스템을 제공한다.
개발 과제의 배경
내용 일상생활에서 개인위생과 청결은 필수적인 요소로 자리 잡고 있다. 이러한 흐름 속에서, 특히 신발의 위생 관리에 대한 관심이 높아지고 있다. 신발은 하루 종일 착용하면서 외부 환경에 노출되고, 발에서 나오는 땀과 외부 습기 등이 결합하여 세균 번식 및 악취를 유발하는 주요 원인이 된다.
그러나 신발을 자주 세탁하는 것은 여러 어려움이 따른다. 손세탁이 필요한 경우가 많고, 특수 소재는 전문 클리닝이 필요하며, 잦은 세탁은 내구성을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다. 또한 운동을 즐기거나 장마철처럼 신발이 자주 젖는 환경에서는 이러한 문제들이 더욱 빈번해지며, 신발을 제대로 건조하지 않을 경우 악취뿐만 아니라 내부에 곰팡이가 생겨 발 건강에도 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 신발을 손상하지 않으면서도 위생적인 상태로 유지할 수 있는 제품에 대한 수요가 점차 증가할 것으로 예측된다. 이러한 이유로 본 프로젝트에서는 기존 신발장의 보관 기능을 유지하면서도 스타일링 기능이 결합된 새로운 신발 스타일러 개발을 제안하고자 한다.
개발 과제의 목표 및 내용
본 개발 과제의 주요 목표는 원룸과 같은 좁은 주거공간에 적합한 스마트 신발장을 개발하는 것이다. 이 신발장은 신발의 변형과 손상을 방지하기 위한 습도 유지 기능, 젖은 신발을 위한 열풍건조 기능, 그리고 신발 살균을 위한 UV 살균 기능, AI 기반의 신발 관리 시스템 기능을 갖추는 것을 목표로 한다.
1. 습도 유지 시스템은 펠티어 모듈을 활용하여 신발장 내부의 습도를 효과적으로 제어하며, 이를 통해 신발의 변형과 손상을 최소화하고 최적의 보관 환경을 제공한다.
2. 열풍 건조 기능은 열선과 팬을 이용한 시스템을 구현하여 뜨거운 열선을 통과한 바람으로 젖은 신발을 신속하고 효과적으로 건조한다.
3. UV 살균 기능은 UV 램프를 이용하여 신발 내외부의 세균과 악취를 제거한다.
4. AI 기반의 신발 관리 시스템을 도입해 카메라로 신발장 내부를 촬영하고, 인공지능을 통해 신발의 종류를 자동으로 식별한 후 신발별로 최적의 습도 조절을 수행한다. 더불어, 사용자 편의성을 위해 LCD 패널과 터치패드를 결합한 직관적인 사용자 인터페이스를 구현하여 각종 기능을 쉽고 편리하게 제어할 수 있도록 한다.
마지막으로, 원룸과 같은 좁은 주거공간에 적합하도록 효율적이고 작은 크기로 설계하여, 좁은 주거공간에서도 효과적으로 신발을 관리하고 보관할 수 있는 혁신적인 스마트 신발장을 개발하는 것이 본 과제의 핵심이다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
1. 펠티어 소자
1834년, 장 샤를 펠티어가 발견한 펠티어 효과는 전류가 흐를 때 두 금속 접합부에서 열이 이동하는 현상으로, 이를 바탕으로 열전 소자 기술이 시작되었다. 초기에는 기초 연구에만 활용되었지만, 1990년대에 접어들면서 펠티어 소자가 상업적으로 확장되었다. 이 시기에 소형 냉장고나 전자기기 냉각 장치 같은 소비자 가전 제품에 도입되었고, 성능을 향상시키기 위해 나노구조 재료와 복합 재료 개발이 활발히 이루어졌다.
2020년대에는 펠티어 소자가 저전력 냉각 시스템으로 진화하며, 신재생 에너지와의 결합을 통해 지속 가능한 에너지 관리 기술로 발전했다. 소형화된 펠티어 소자는 의료기기, 웨어러블 기술, IoT 기기와 통합되면서 에너지 효율성을 높이는 다양한 산업적 응용이 가능해졌다.
2. 열풍 건조기
19세기 후반에 열풍건조 기술은 석탄과 나무 같은 화석 연료를 이용하여 주로 식품과 목재의 건조를 위해 사용되었다. 그러나 이 초기 기술은 효율이 낮고 일정한 온도를 유지하기 어려운 한계가 있었다.
1950년대에 들어서면서 산업화가 진행되었고, 열풍건조 기술은 대규모 생산에 적용되기 시작했다. 전기 에너지를 이용한 공기 가열 방식이 도입되어 온도 유지가 가능해졌고, 자동화된 대형 열풍건조 기계가 등장하여 효율성이 향상되었지만 여전히 에너지 소비가 크고 열 에너지를 효과적으로 활용하지 못하는 문제가 남아 있었다.
2000년대 후반부터는 정보통신기술(ICT)의 발달로 스마트 열풍건조 기술이 등장했다. 이 기술은 IoT와 스마트 센서를 활용하여 실시간으로 건조 상태를 모니터링하고 최적의 건조 환경을 자동으로 유지하는 것이 가능해졌다. 또한, AI 기반의 건조 최적화 기술이 개발되어 건조 시간을 예측하고 에너지 사용량을 줄이는 데 기여하고 있다. 이러한 변화는 열풍건조 기술의 효율성을 크게 향상시키고, 다양한 산업 분야에서의 활용을 촉진하고 있다.
3. 이미지 분류와 딥러닝
1950년대부터 1990년대까지 초기 컴퓨터 비전에서는 이미지 처리와 패턴 인식에 대한 기초 연구가 진행되었고, 경계 검출 및 형태 분석 등의 기본 알고리즘이 개발되었다. 전통적인 이미지 분류에서는 SIFT와 SURF 같은 특징 추출 방식과 SVM, KNN, Decision Trees 등의 머신러닝 알고리즘이 사용되었으나, 이들 기법은 사람이 설계한 규칙에 의존하여 성능에 한계가 있었다. 1980년대 인공신경망(ANN)이 도입되었고, 1998년 LeNet-5가 최초의 CNN 중 하나로 성능을 개선했다.
2010년대 중반부터는 VGGNet, GoogLeNet, ResNet 등의 깊은 CNN 구조가 성능을 극대화했으며, 이러한 발전과 함께 머신러닝 기술도 진화하여 이미지 분류의 정확성을 높였다. 최근에는 Vision Transformers(ViT)와 같은 새로운 아키텍처가 등장해 CNN의 성능을 초월하며, AI 모델을 통해 이미지 분류 작업에서 더 높은 정확도와 신뢰성을 제공하고 있다.
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
