"믹스앤매치"의 두 판 사이의 차이

2021년 6월 9일 (수) 23:15 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 레일 및 아두이노를 이용한 실내 설치형 자동방역기

영문 : Installation Type Automatic Sterilizer Using Rail and Arduino

과제 팀명

믹스앤매치

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2021년 3월 ~ 2021년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 이*림(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20164500** 김*준

서울시립대학교 신소재공학과 20164500** 홍*범

서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 김*아

서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 홍*름

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 최*정

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

현재 코로나19 사태로 실내 방역의 중요성이 강조되고 있다. 실내 방역은 주로 티슈나 천으로 표면을 닦아내는 방식과 소독액을 분사하는 방식으로 진행되는데, 분사형 방역 시에 사용되는 소독액 용기의 경우 일반적으로 사람이 직접 액체를 충전시켜야 한다는 단점이 있으며, 그에 따라 소형 용기의 경우 충전의 빈도가 잦고, 대형 용기의 경우 들고 다니기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 우리는 이러한 문제를 해결하기 위해 천장에 레일을 설치하여 레일을 따라 자동으로 소독액을 분사하고 소독액이 충전되는 자동 방역기를 설계하여 보다 쉽게 실내 구조물의 방역이 가능하게 하려 한다.

개발 과제의 배경

개발 배경

코로나19 상황에서 사람의 손길이 닿은 곳에 소독을 하는 것은 당연한 일이 되어버렸고, 바이러스가 공기중에 떠다닌다는 사실은 공기 자체도 살균 및 정화 할 수 있도록 하는 여러 장치들이 고안되게 하였다. 실제로 회의실이나 강의실을 대면으로 사용한 후에 방역 관리자가 와서 직접 소독을 실행하고 있다. 기존에는 사람이 소독액을 직접 가지고 다니면서 일일이 분사해야하는 번거로움이 있었다. 또한 축사에서 사용되는 자동소독기의 경우에는 장치 자체가 크고 호스를 달고다니기 때문에 좁고 낮은 실내에서 활용하기에는 문제가 있었다. 현재 방역분야는 저(Low)접촉, 비접촉(Contactless), 혹은 노터치(No touch) 방식이 화두가 되고 있다. 이에 따라 본 개발과제는 일상 공간에서 공기및 사물에 대한 소독을 자동화시켜 편리성 및 효율성을 가지고 관리하고자 시작하게 되었다.

실내 공간 방역 방식

실내 공간 방역의 경우 접촉면을 소독액이 함유된 티슈를 이용해서 소독하는 방법과 공기 중 또는 실내에 소독액을 직접 분사하는 분사형 소독이 있다. 소독용 티슈의 경우 책상과 같은 테이블, 문고리, 의자 등과 같은 곳에 주로 사용된다. 에탄올 혹은 아이소프로필알코올(IPA) 등 살균제가 들어있어 표면에 묻은 박테리아, 곰팡이, 세균 등을 제거하거나 다시 번식하는 걸 예방하는 원리이다. 세균의 경우 크기가 커서 이러한 방식으로도 제거가 된다. 하지만 바이러스는 세균에 비해 매우 미세한 사이즈이고, 스스로 생존하기 힘들어, 세포나 세균과 같은 기생할 숙주를 찾는다. 따라서 미세한 사이즈인 바이러스를 직접적으로 박멸하는 것은 매우 특수한 방식 외에는 효과가 낮기 때문에 숙주인 세균을 제거하는 형태의 간접적인 방식이다. 소독용 티슈의 경우 소독액을 머금은 티슈를 이용하여 접촉면을 닦으므로 소독액을 접촉면에 발라둠으로써 일정 시간 이후 세균이 죽는 원리이다. 따라서 여러 차례에 걸쳐 닦아야 소독 효과가 제대로 난다. 또한, 피부에 직접적으로 닿아 소독하는 경우가 많다. 하지만 소독액에는 피부 트러블을 유발할 수 있기 때문에 사용 후에는 손을 깨끗이 닦아야 한다. 분사형 소독 방식의 경우 현재 많은 실내에서 소독용 티슈와 더불어 많이 사용되고 있는 방식으로 분사 노즐을 이용하여 액체를 분사하는 방식이다. 미세한 입자를 접촉면 및 대기 중 뿌려 공간에 존재하던 세균을 제거한다. 이러한 분사용 소독에는 여러 가지 소독액이 사용될 수 있다. 세계보건기구(WHO)에서 제시한 소독제로는 치아 염소 나트륨(가정용 락스), 알코올(70%) 제4급 암모늄 화합물, 과산화물 등이 사용된다.

기대효과

본 발명은 방역기기의 소독액 충전 및 사용까지의 과정에서 사람이 직접 관여하는 정도를 줄여주고, 이를 통해 사람에게 들어가는 시간과 에너지를 절감시켜주는 효율적 측면에 있어 장점이 있다. 천장에 직접 레일을 설치하는 방식을 채택하여 임의의 실내 구조에 맞는 설치 및 본체의 자유로운 이동을 보장할 수 있기에, 기존 구조물에 영향을 주지 않아 장치의 설치에 있어서 편리성 제공의 장점이 있다. 본체는 곡선 레일 또한 이동이 가능해 기기 하나로 여러 경로를 따라 소독액의 분사가 가능하므로 경제성이 있다. 이처럼 합리적인 가격과 설치에 대한 부담을 감소시킴으로써 실내 방역의 활성화 및 자율화를 이끌어 낼 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 세균 또는 병균으로 인한 질병으로부터의 방역 및 청결이 중요시되는 현 사회에 있어서, 천장에서 소독액을 분사하여 효과적인 공기 중 방역에 일조하는 장점이 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

사람의 직접적인 활동 없이 실내 공간의 방역을 할 수 있게 한다. 본체가 설치한 레일을 따라 이동하면서 실험을 통해 결정한 최적의 분사 횟수에 따라 소독액을 분사하게 하여 사람이 분무기 등으로 하는 분사형 방역을 자동화하여 그에 따른 편리성 및 효율성을 얻는다. 이때, 본체는 내장된 배터리를 통해 이동과 소독액 분사에 필요한 전력을 얻으며 아두이노 장치를 이용해 곡선 레일의 이동과 자동 분사를 위한 회로를 구성한다. 바닥에 충전 통을 두고 펌프와 호스를 이용해 본체가 있는 높이까지 소독액을 올린 후 센서를 이용해 설정된 양 만큼 소독액을 본체에 주입한다. 또한, 레일을 설계할 때에 임의의 실내 구조에 맞춰 레일을 설치할 수 있도록 설계하여 기존 실내의 구조물에 영향을 주지 않도록 한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황
- 실내 공간 방역

실내 공간 방역의 경우 접촉면을 소독액이 함유된 티슈를 이용해서 소독하는 방법과 공기 중 또는 실내에 소독액을 직접 분사하는 분사형 소독이 있다. 소독용 티슈의 경우 책상과 같은 테이블, 문고리, 의자 등과 같은 곳에 주로 사용된다. 에탄올 혹은 이소프로필 알코올(IPA) 등 살균제가 들어있어 표면에 묻은 박테리아, 곰팡이, 세균 등을 제거하거나 다시 번식하는 걸 예방하는 원리이다. 세균의 경우 크기가 커서 이러한 방식으로도 제거가 된다. 하지만 바이러스는 세균보다 매우 미세한 사이즈이고, 스스로 생존하기 힘들어, 세포나 세균과 같은 기생할 숙주를 찾는다. 따라서 미세한 사이즈인 바이러스를 직접적으로 박멸하는 것은 매우 특수한 방식 외에는 효과가 낮기 때문에 숙주인 세균을 제거하는 형태의 간접적인 방식이다. 소독용 티슈의 경우 소독액을 머금은 티슈를 이용하여 접촉면을 닦음으로 소독액을 접촉면에 발라둠으로써 일정 시간 이후 세균이 죽는 원리이다. 따라서 여러 차례에 걸쳐 닦아야 소독 효과가 제대로 난다. 또한 피부에 직접적으로 닿아 소독하는 경우가 많다. 하지만 소독액에는 피부 트러블을 유발할 수 있기 때문에 사용 후에는 손을 깨끗이 닦아야 한다. 분사형 소독 방식의 경우 현재 많은 실내에서 소독용 티슈와 더불어 많이 사용되고 있는 방식으로 분사 노즐을 이용하여 액체를 분사하는 방식이다. 미세한 입자를 접촉면 및 대기 중 뿌려 공간에 존재하던 세균을 제거한다. 이러한 분사용 소독에는 여러 가지 소독액이 사용될 수 있다. 세계보건기구(WHO)에서 제시한 소독제로는 치아염소나트륨(가정용 락스), 알코올(70%) 제4급 암모늄 화합물, 과산화물 등이 사용된다.

- 실내 천장 레일 관련 기술

(1) 커튼레일 개인 가정집이나 병원 내 침상 등에서 사용되는 커튼에서 발견되는 방식이다. 철골구조의 프레임 안에 바퀴가 달린 연결부가 존재하고 이것을 커튼에 연결하여 힘을 적게 들여 손쉽게 이용할 수 있도록 제작하였다. (레일 사진 넣기)

(2) OHC(OverHead Conveyor) System OHC 시스템은 단일 레일을 사용하여 화물 취급 및 운반이 용이하게 만드는 장치이다. 이는 대형 공장에서부터 병원까지 사용되는 기술로 수평 및 수직 방향으로 이동이 용이하게 만드는 기술이다.

(사진)

(3) 기타 레일 기술-케이블 카 하나 이상의 케이블에 객실(캐빈 또는 곤돌라)를 통해 승객을 운항하는 소규모 교통수단을 뜻한다. 영미권에서는 ‘공중 트램’이라고도 하며 우리나라의 경우 ‘케이블 카’라고 흔히 부른다. 우리나라의 대표적인 예로는 남산 케이블 카가 있다. 차량을 와이어로프에 걸고 하나 또는 두 개의 고정 로프를 움직여 차량을 끌어올리는 방식이다. 일반적으로 고도 차이를 쉽게 극복하기 위해 산 입구에서 정상을 잇는 방법 등으로 사용된다.

(사진)

- 마이크로 프로세서 중 아두이노

아두이노(Arduino)는 오픈 소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러로 완성된 보드(상품)와 관련된 개발 도구 및 환경을 말한다. 다수의 스위치나 센서로부터 값을 받아들여, LED 또는 모터와 같은 외부 전자 장치들을 통제함으로써 주변 환경과 상호작용이 가능한 물건을 만들어 낼 수 있다. 임베디드 시스템, 제어를 위한 특정 기능을 수행하는 전자 시스템, 중 하나로 쉽게 개발할 수 있는 환경을 이용하여 장치를 제어할 수 있다. 이러한 아두이노의 가장 큰 장점은 마이크로컨트롤러를 쉽게 동작시킬 수 있다는 것이다. 이로 인해 인기를 끌면서 이를 비즈니스에 활용하는 기업들도 늘어나고 있다.

(우노보드 사진)

특허조사 및 특허 전략 분석

내용

기술 로드맵
- 방역기술
  - 발전과정

초기 실내 방역의 경우 사람이 직접 소독하는 수동형 방식을 사용했으나 현재 자동화가 점차 늘어남에 따라 게이트형 방역제품 및 방역 로봇의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

- - 현재 기술의 문제점

① 사람이 직접 소독을 할 경우 많은 비용(시간, 에너지 등)이 요구된다. ② 자동 방역의 경우 고정된 형태의 경우가 많아 소독액이 닿지 않는 부분이 존재한다. ③ 자동 방역 중 이동형 방역기의 경우 호스나 전선 등이 연결되어 있는 형태이며, 차지하는 부피가 크다.

- - 발전 방향

① 동일 양의 소독액이 접촉면과 닿는 총면적이 넓어질 수 있도록 발전시킬 수 있다. ② 방역을 하는데 필요한 장치가 적어져 차지하는 부피를 줄일 수 있도록 한다.

- 아두이노
  - 발전과정

아두이노는 마이크로컨트롤러로 구성된 보드와 관련 개발도구 및 소프트웨어를 뜻한다. 프로그래밍이 비교적 쉽고 마이크로프로세서를 다루기 위한 과정에서 필수인 엄청난 숫자의 레지스터를 건드리지 않고서도 아두이노 라이브러리만으로도 어느 정도 프로그래밍이 가능하므로 많은 인기를 얻고 있다.

- - 현재 기술의 문제점

① 복잡한 연산은 아두이노 보드를 이용한 제품에서 용량의 한계로 인하여 불가능하다. ② 아두이노 센서의 경우 간단한 연산을 위해 만들어진 경우가 많아 인식률이 낮다.

- - 발전 방향

① 같은 크기의 제품에서 더 좋은 연산이 가능하도록 성능을 향상시킨다. ② 아두이노 센서의 인식률을 향상시킨다.

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

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

2021년 6월 9일 (수) 23:15 판 (원본 보기) 2021admse4 (토론 \| 기여) (→‎개발 과제의 배경) ← 이전 편집		2021년 6월 9일 (수) 23:15 판 (원본 보기) 2021admse4 (토론 \| 기여) (→‎개발 과제의 배경) 다음 편집 →
37번째 줄:		37번째 줄:


−	==개발 과제의 배경==	+	===개발 과제의 배경===

	====개발 배경====		====개발 배경====