<이석래 국립중앙과학관 관장>
안녕하십니까? 전국과학전람회를 주관하고 있는 국립중앙과학관 관장 이석래입니다.
먼저, 바쁜 일정에도 불구하고 이 자리를 찾아주신 기자님들과 관계자분들에게 감사 말씀을 드립니다.
69회를 맞이한 전국과학전람회는 과학인구 저변 확대를 위해 1949년부터 매년 개최하고 있으며, 학문·연구·산업 분야로 우수한 과학인재를 양성하는 매우 뜻깊은 대회입니다.
올해는 전국 17개 시도에서 치러진 예선에서 2,371점의 작품이 출품되었습니다. 지역 예선을 거쳐 총 299점이 본선대회에 진출하였습니다.
이번 대회에서 작품심사를 맡은 심사협의회는 한국과학기술원 이상엽 부총장님이 위원장으로 수고해 주셨고 교수, 연구원, 변리사 등 다양한 분야 전문가 53명이 심사위원으로 함께 참여해 주셨습니다.
출품작에 대하여 서면심사 그리고 면담심사로 평가하였고 최고작품과 부문별 수상등급을 결정하였습니다.
먼저, 학생부 대통령상에는 충북과학고등학교 3학년 노수빈, 임준혁, 1학년 지민준 학생의 ‘우리나라 사람들은 물리·언어 천재였다? 퐁당-풍덩에서 발견한 우리말·우리글의 물리적 우수성에 대한 탐구’ 작품이, 국무총리상에는 경기북과학고등학교 2학년 이한진, 노경민, 이명제 학생의 ‘역기전력 검출을 통한 BLDC 모터의 센서리스 폐쇄 루프 제어’ 작품이 선정되었습니다.
교원·일반부 대통령상에는 대전과학고등학교 윤석민, 권진영 교사의 ‘시각 장애 학생을 위한 광학 실험 장치 개발 및 적용’ 작품이, 국무총리상에는 강원도 우산초등학교 최정윤 교사, 문막초등학교 박가람 교사, 거성초등학교 김진영 교사의 ‘친환경 플로랄폼 개발’ 작품이 선정되었습니다.
이 외에도 최우수상 7점 등 전체 출품작 297점에 대한 수상등급을 결정하였습니다.
자세한 심사 결과 및 대회 심사총평은 이번 대회 심사협의회 위원장이신 한국과학기술원 이상엽 부총장님께서 발표해 주시겠습니다.
다시 한번 긴 시간 동안 연구하고 작품을 준비한 수상자분들께 축하의 말씀을 드리며, 시간을 내어 참석해 주신 기자분들께 감사의 말씀드립니다.
감사합니다.
<이상엽 전국과학전람회 심사협의회 심사위원장>
안녕하십니까? 기분 좋은 날입니다, 수상작이 발표가 되고. 저는 69회 전국과학전람회 심사협의회 위원장을 맡은 KAIST 연구부총장 이상엽입니다.
69회 심사총평을 발표하겠습니다.
올해 전국과학전람회는 물리·화학·생물·산업 및 에너지 그리고 지구 및 환경 이상 5개 부문의 299작품이 출품되었습니다.
우리 주변에서 발견되는 흥미로운 현상에 관한 연구 그리고 환경오염을 해결하고자 하는 연구 그리고 산업적으로 실용적으로 매우 큰 가치가 있는 연구, 또한 교육적인 그러한 효과를 줄 수 있는 수준 높은 연구 작품들이 다수 있었습니다.
이번 대회 심사는 5개 부문에 대해서 산·학·연 전문가 총 53인이 구성된 심사협의회를 통해서 진행하였습니다.
심사는 총 3단계로 이루어졌는데요. 처음에는 각 소관 부문별로 제출된 작품설명서에 대해서 서면심사를 개최하였습니다.
서면심사 후에는 작품이 전시된 현장에 실제 심사위원들이 방문하여 출품자들의 설명과 심사위원들 간의 질의응답·토의·면담 등을 하였고, 마지막으로 각 부문을 대표하는 부문별 위원장 다섯 분과 심사위원장이 참여한 총괄심사협의회의 심도 있는 검토와 논의로 진행하였습니다.
그 결과, 아까 우리 과학관장님께서 발표하셨듯이 학생부 대통령상은 물리 부문의 ‘퐁당-풍덩에서 발견한 우리말·우리글의 물리적 우수성에 대한 탐구’가 선정되었습니다.
우리말의 의성어와 의태어는 참 진짜 좋습니다. 그렇죠? 퐁당·풍덩 이런 것뿐만 아니고 깡총·껑충 이런 것과 같이 소위 큰말 그리고 작은말이 있는데, 보통 작은말은 양성모음으로 돼 있고 큰말은 음성모음으로 표현이 됩니다. 이를 물리학적으로 공명진동수와 연계하여 설명하는 매우 창의적인 연구를 수행하였습니다.
또한, 형용사와 자연의 소리를 표현한 의성어 발음도 같은 방식으로 분석할 수 있음도 밝혔습니다.
고유한 문제를 정의하고 우리말의 우수성을 물리에 기반하여 잘 해석한 아주 창의적인 연구라는 점이 매우 훌륭한 것으로 인정받았습니다.
학생부 국무총리상은 산업 및 에너지 부문의 ‘역기전력 검출을 통한 Brushless DC 모터의 센서리스 폐쇄 루프 제어’가 선정되었습니다.
로봇산업이 지금 엄청나게 전 세계적으로 성장하고 있습니다. 그런데 보행 로봇 같은 경우 자세 제어를 해야지 안 그러면 넘어지지 않습니까? 그런데 이럴 때 실시간으로 각 관절의 운동 상태를 측정하는 센서가 필요하게 됩니다.
본 연구에서는 모터가 토크를 발생시킬 때 모터의 운동에 의해서 각 코일에 역기전력이 유도될 것이라는 데 착안해서 별도의 센서를 장착하지 않고도 모터의 회전각을 추정하고 그걸 컨트롤해서 센서리스 로봇의 개발 가능성을 보인 창의적인 연구임이 인정되었습니다.
교원 및 일반부 대통령상은 물리 부문의 ‘시각 장애 학생을 위한 광학 실험 장치 개발 및 적용’이 선정되었습니다.
학습에 매우 중요한 시각 정보를 시각 장애 학생들이 대체할 수 있도록 광수신하는 장갑을 개발하였고요. 여기 있죠. 이를 이용하여 빛의 굴절과 반사 실험 시 빛이 어떻게 굴절 또는 반사하는지를 이해할 수 있도록 한 장치입니다.
이러한 창의적인 문제 해결 연구로 시각 장애 학생들에게 좋은 교육을 제공할 수 있는 연구개발을 한 점이 인정되었습니다.
교원 및 일반부 국무총리상은 지구 및 환경 부문의 ‘친환경 플로랄폼 개발’이 선정되었습니다.
기후변화 등 지구·환경 문제가 심각한데 지금 화훼산업에서 꽃꽂이 등에 널리 쓰이는 플로랄폼은 우레탄과 같은 석유화학에 기반한 스폰지 형태의 물질로서 폐기 시에 분해가 되지 않고 또 잘게 쪼개지게 되면 미세플라스틱의 생성을 유발하게 됩니다.
이를 친환경적으로 대체하기 위해서 다양한 자연 천연소재들을 종합적으로 사용하고 시험해서 친환경 소재를 개발하였다는 점을 인정받았습니다.
이 외에도 최우수상 7점, 특상 78점, 우수상 100점 그리고 장려상 108점을 선정하였고, 이 작품들 또한 깊이 있는 연구 결과를 보여준 훌륭한 결과물이었습니다.
이번 대회 출품 작품을 심사하면서 과학기술 패권 경쟁 시대에 좋은 질문을 기반으로 한 창의적인 연구들을 많이 볼 수 있어서 우리나라의 미래가 매우 밝음을 확인할 수 있었습니다.
특히, 내년에는 본 과학전람회가 70주년을 맞이하는 뜻깊은 해입니다. 우리나라 과학기술 인재 발굴과 인식 제고에 큰 역할을 해온 전국과학전람회의 성과가 잘 알려지고 또 앞으로도 계속 발전하기를 기원합니다.
끝으로 이번 대회에 참여해 주신 모든 학생분들과 교원·일반부 선생님들 그리고 대회를 주관한 국립중앙과학관 이석래 관장님 그리고 관계자 여러분, 또한 공정하고 성실하게 심사를 진행해 주신 심사위원 모든 분들께 깊은 감사의 말씀을 드립니다.
감사합니다.
【학생부 대통령상】
<노수빈 충북과학고등학교 학생>
안녕하세요? 충북과학고등학교 노수빈.
<임준혁 충북과학고등학교 학생>
임준혁.
<지민준 충북과학고등학교 학생>
지민준입니다.
지금까지 이런 연구는 없었다! 이것은 언어인가, 물리인가? 지금부터 발표 시작하겠습니다.
<노수빈 충북과학고등학교 학생>
먼저, 퐁당퐁당 소리를 들려드리겠습니다. 어떤 것이 퐁당, 어떤 것이 풍덩일지 골라주세요.
1번 소리입니다. 2번 소리입니다. 1번이 퐁당, 2번이 풍덩 같으신가요?
우리말에서는 양성모음 ㅗ, ㅏ를 활용해서 작은 돌이 떨어지는 소리인 ‘퐁당’을, 음성모음 ㅜ, ㅓ를 활용해서 큰 돌이 떨어지는 소리인 ‘풍덩’을 표현하고 있습니다.
또한, 퐁당, 풍덩처럼 모음의 교체를 통해 대상의 느낌 차이를 표현하는 우리말의 체계를 작은말, 큰말이라고 합니다. 국어학자들은 이 작은말, 큰말이 발음의 어감 차이를 이용해 대상의 느낌 차이를 표현하고 있다고 설명합니다.
그런데 우리가 단순한 느낌 차이만으로 이것을 퐁당, 이것을 풍덩으로 고른 것일까요? 저희는 퐁당-풍덩 소리가 나는 물리적인 메커니즘을 분석해 보며, 대상의 느낌 차이는 돌이 떨어질 때 만들어지는 공동에 의한 공명진동수 차이임을 알게 되었습니다. 또한, 주파수 분석을 통해 퐁당 소리의 진동수가 풍덩 소리의 진동수보다 높다는 것을 알게 되었습니다.
한편 소스필터이론을 통해 발음의 어감 차이는 포먼트 차이임을 알게 되었습니다. 성대에서는 톱니파를 내주게 되는데 이것이 성대를 거치면서 파형이 달라지게 됩니다.
이 파형을 시간축에서 주파수축으로 풀이해 변환하여 보게 된다면 공명되는 진동수의 형태가 달라지는데 이것을 나타내는 물리량이 바로 포먼트입니다.
낮은 포먼트부터 차례로 F1, F2, F3라고 하며, 모음은 F1과 F2만으로 구별된다는 특징을 가지고 있습니다.
이 차트는 우리말 모음을 발음할 때 F1과 F2를 나타낸 발음의 포먼트 차트입니다. ㅗ가 ㅜ보다 ㅏ가 ㅓ보다 F1, F2 모두 높은 것을 알 수 있습니다.
이로써 저희는 발음의 어감 차이는 포먼트 차이, 대상의 느낌 차이는 진동수 차이라는 물리량을 발견하였고, 포먼트가 높은 양성모음 ㅗ, ㅏ로 진동수가 높은 퐁당 소리를 표현했다는 것도 알게 되었습니다. 이것이 과연 퐁당, 풍덩만 그런지 아니면 다른 작은말, 큰말도 그런지 궁금증이 들어 탐구를 이어갔습니다.
<임준혁 충북과학고등학교 학생>
저희는 먼저 사전적 의미를 기반으로 여러 의성어들을 분석하면서 의성어에서는 모음의 포먼트가 높은 양성모음으로 진동수가 높은 소리를 표현했음을 확인했습니다.
다음으로 의태어에서는 깡총깡총, 껑충껑충이라는 반복동작에서 주기, 주기에서 진동수의 개념을 생각하였고, 이를 토대로 의태어들을 분석한 결과 의태어에서는 반복운동의 진동수가 높은 대상을 소리의 포먼트가 높은 양성모음으로 표현했음을 확인했습니다.
그런데 의성어, 의태어 이외에도 가볍다, 무겁다처럼 형용사에서도 양성·음성모음의 대립이 일어나는데 그렇다면 형용사에서는 이 모음의 포먼트로 무엇을 표현했을까요?
가볍다, 무겁다는 질량을, 단단하다, 무르다는 강성, 즉 용수철 상수를 의미합니다. 저희는 질량과 용수철 상수라는 이 두 물리량에서 단진동의 진동수 개념을 생각했고, 단진동의 진동수에서 고유진동수 개념을 확장하였습니다.
이 고유진동수 개념을 사용하면 뜨겁다, 차갑다, 라는 온도를 표현한 형용사도 설명할 수 있는데요. 온도가 올라가면 용수철 상수가 작아지고 고유진동수도 작아집니다. 이렇게 고유진동수가 작은, 온도가 높은 상황을 뜨겁다, 라는 포먼트가 낮은 음성모음으로 표현했음을 알 수 있습니다.
저희는 이렇게 의성어, 의태어, 형용사로 범주를 나누어서 이 셋을 물리적으로 분석하였고 이를 통해 진동수가 높은 대상을 포먼트가 높은 양성모음으로 표현했음을 통계적으로 확인했습니다.
‘지금까지 이런 연구는 없었다!’라고 말씀드릴 수 있습니다. 저희는 우리말에 물리적 관점으로 접근해서 연구를 진행하였습니다.
우리말에는 작은말, 큰말 개념이 있는데 이 개념의 의의는, 이 가치는 발음이 단어의 의미와 별개로 소리 그 자체만으로도 대상의 특성을 표현할 수 있다는 데 있습니다.
저희는 이 작은말, 큰말이라는 우리나라 사람이라면 모두가 알고 있는 언어의 우수성이 물리학적 원리를 내포하고 있다. 따라서 우리나라 말은 물리학적으로 센스 있는 언어이다, 라는 사실을 밝혀내었습니다.
<지민준 충북과학고등학교 학생>
여기서 다시, 저희의 메인 탐구를 돌이켜 보면, 델타 모음의 포먼트와 델타 대상의 진동수 간에 관계가 있음을 밝혀낸 것인데요. 그런데 퐁당은 어디까지가 퐁당이고 풍덩은 어디까지가 풍덩인 걸까요?
즉, 크기가 애매한 이 중간 돌을 떨어뜨렸을 때 나는 소리는 퐁당이 되는 걸까요? 풍덩이 되는 걸까요? 저희는 이런 궁금증을 바탕으로 심화탐구를 시작하였습니다.
기존에는 이를 알아낼 수 있는 방법이나 척도가 존재하지 않았는데요. 저희는 그래서 이러한 인공 소리를 듣고 8개의 단모음 중 하나를 선택하는 설문을 진행하였습니다. 그리고 설문 데이터를 바탕으로 각 모음별 인지의 영역을 나타내 주는 모음 인지 차트를, MVP를 개발하였고 그 MVP를 기반으로 인공지능을 제작하였는데요.
이런 식으로 박수소리를 넣게 되면 FFT와 LPC라는 알고리즘으로 포먼트 데이터를 추출하게 되고 포먼트 데이터를 바탕으로 MVP 위에 한 점을 맵핑한 다음에 그 점에서의 설문 데이터를 바탕으로 ㅏ 몇 퍼센티지, ㅓ 몇 퍼센티지 이런 식으로 결과를 나타내 주게 됩니다.
<노수빈 충북과학고등학교 학생>
모음 인지 지도, 즉 MVP는 저희 심화탐구 동기가 되었던 질문에 충분히 답해 줄 수 있을 뿐만 아니라 그 자체만으로 무궁무진한 활용성을 가집니다.
우선, 사람별로 인지의 영역이 정량적으로 어떻게 다른지도 확인할 수 있고 시간에 따라서 인지하는 경향이 어떻게 달라지는지도 볼 수 있는 아주 좋은 시각화 도구입니다. 따라서 앞으로 언어 교육이나 치료 분야에 매우 유용하게 활용될 것으로 기대됩니다.
저희는 메인 탐구를 하면서 우리말의 물리적 우수성을 밝혀낼 수 있게 되어서 한국어 사용자로서 정말 벅찬 마음이 들었고 심화탐구를 통해 자연의 소리와 가장 가까운 모음을 정량화할 수 있는 척도 및 방법을 개발할 수 있게 되어서 너무나도 뿌듯한 마음이 들었습니다.
이상으로 발표를 마치겠습니다. 감사합니다.
【학생부 국무총리상】
<이한진 경기북과학고등학교 학생>
안녕하세요? 저희는 팀 ENIAC의 이한진.
<이명제 경기북과학고등학교 학생>
이명제.
<노경민 경기북과학고등학교 학생>
노경민입니다.
<이한진 경기북과학고등학교 학생>
로봇공학 기술이 빠르게 발전함에 따라 로봇은 더 세밀한 동작을 표현할 수 있게 되었고, 그리고 달리기나 아니면 공중제비 같은 더 어려운 동작들을 수행할 수 있게 되었습니다.
하지만 로봇의 관절이 증가함에 따라 센서도 필연적으로 증가해 왔는데요. 왜냐하면 로봇이 어디에 어떤 자세로 서 있는지 알아내야 되기 때문이죠. 그런데 이 센서가 많아짐에 따라 여러 문제점들이 발생하게 됩니다.
실험실 환경에서만 해도 로봇의 센서가 오작동하는 경우는 굉장히 빈번하게 일어날 수 있고, 그리고 이게 현실 상황으로 나간다면 얘기가 더 달라지게 됩니다.
만약에 원전 사고가 발생한 상황이라든가 아니면 화재 현장이나 아니면 물속에 침수된 곳을 복구하는 작업을 하고 있을 때 로봇이 투입된다면 그 오작동 가능성은 더 크게 증가를 하게 됩니다.
그런데 만약에 여기서 센서를 완전히 제거한다면 어떨까요? 그리고 센서를 그냥 제거하는 것에서 그치지 않고 센서가 없음에도 불구하고 로봇이 자신이 어디에 어떤 자세로 있는지를 알아낼 수 있다면 얼마나 더 안정적인 로봇으로 변할 수 있을까요? 저희의 연구 과정을 설명드리도록 하겠습니다.
<이명제 경기북과학고등학교 학생>
기본적으로 모터가 회전할 때 저희가 전류를 흘려주게 되면 전류가 자기장을 만들어 내고 그 자기장의 변화를 통해서 모터의 회전이 일어나게 되는데요.
이것에서 저희는 모터와 발전기의 구조적인 유사성을 발견했고요. 그걸 바탕으로 모터를 회전할 때 나오는 역기전력을 이용해서 각도를 측정해 볼 수 있지 않을까, 라는 생각을 했습니다.
그래서 실제로 오실로스코프를 이용해서 그러한 경향성을 저희가 분석을 했고요. 그리고, 그래서 BLDC 모터를 이용해서 역기전력 측정을 통한 회전각을 실시간으로 측정하는 기술을 개발하기 위해서 연구를 진행했습니다.
먼저, BLDC 모터를 구동하는 과정부터 연구가 진행이 되는데요. 그것을 위해서 저희는 역기전력을 측정하고 동시에 구동할 수 있는 특수목적을 가진 제어회로인 ENIAC, 저희 팀 이름과 같죠. ENIAC을 개발했습니다.
그래서 그걸 바탕으로 먼저 피드백이 없는 개방루프제어를 먼저 하는 것으로 시작을 했고요. 그래서 모터를 구동하는 것에 성공한 다음에 역기전력을 측정하고 그것을 바탕으로 각도를 추정하는 과정을 계속했습니다.
<노경민 경기북과학고등학교 학생>
역기전력으로 회전각을 측정하는 방법에 대해서 설명해 드리겠습니다.
먼저, 실제 모터의 경우에는 세 종류의 코일이 총 4쌍, 총 12개의 코일이 존재하는데 수식적으로 해석하기 위해서 세 종류의 코일이 존재하고 그게 2개의 존재하는 모델로 단순화한 뒤에 수식적으로 분석을 계속했습니다.
먼저, 자기장의 크기와 방향이 모터 내부에서 균일하고 그리고 자기장의 크기가 일정하다는 사실을 이용해서 패러데이의 법칙에 적용한 결과, 각 코일에 발생하는 역기전력이 회전각에 대한 함수로 나타낸다는 것을 알 수 있었습니다.
이때 위에 말씀드렸던 그 과정이 성립하는지 확인하기 위해서 오실로스코프를 통해서 예상한 그래프의 기형과 실제 기형을 분석해 본 결과 일치한다는 것을 확인할 수 있었고요. 그 뒤에 연구를 계속 진행했습니다.
방금 전에 구한 역기전력과 회전각의 관계를 반대로 역기전력으로 회전각을 구하기 위해서 벡터의 내적에 대한 기하적인… 벡터의 내적과 관련된 기하적 성질, 그리고 삼각함수의 역함수의 성질을 활용해서 다음과 같은 식을 얻었습니다. 그래서 역기전력을 통해서 회전각을 구할 수 있게 됩니다.
그리고 또 역기전력을 측정하는 방법에 대해서도 말씀드리자면 역기전력은 모터의 내부에 발생되기 때문에 직접적으로 측정하는 것이 불가능합니다. 그래서 모터, 각 코일이 흐르는 전류와 전압을 각각 측정해서 키르히호프 전압 법칙을 통해 계산할 수 있습니다.
<이한진 경기북과학고등학교 학생>
그래서 센서를 사용하지 않고 액추에이터의 현재 각도를 실시간으로 구해 내기 위해서는 각 코일 말단의 전위와 그리고 각 코일에 흐르는 전류를 알아내야 될 필요가 있습니다.
그래서 우선 액추에이터를 구동시키기 위해서 각 코일 말단 전위를 원하는 만큼 끌어올려줄 수 있는 회로를 제작을 하였습니다.
처음에 ENIAC이 5세대까지 개발이 되고 있는데 4세대까지 같은 경우에는 NPN 트랜지스터를 병렬 연결해서 그래서 각 코일 말단 전위를 조정할 수 있는 회로를 제작하였고요.
그리고 5세대 같은 경우에는 에너지 효율을 개선하기 위해서 N채널 모스펫과 P채널 모스펫의 대칭성을 이용해서 그 각 코일 말단 전위를 조정하는 방식으로 변경이 되었습니다.
그리고 전류와 전위를 측정하기 위해서 전류를 측정하는 회로의 PGA·ADC 회로, 그리고 전위를 측정하는 회로의 PGA·ADC 회로를 다 따로 사용하지 않고 하나의 PGA·ADC 회로를 공유해서 전류와 전압을 스위칭해 가며 측정할 수 있는 기술도 적용을 하였습니다.
<이명제 경기북과학고등학교 학생>
그렇게 해서 저희가 실제 센서와 비교를 해본 결과 저희가 제작한 역기전력을 이용한 각도 측정이 굉장한 정확도로 작동한다는 사실을 알 수 있었고요. 이를 바탕으로 조금 더 혹독한, 실험실이 아닌 혹독한 환경에서 작동할 수 있는 로봇의 개발에 유용하게 이 기술이 이용될 수 있을 것이라고 기대할 수 있을 것 같습니다.
감사합니다.
【교원·일반부 대통령상】
<권진영 대전과학고등학교 교사>
안녕하십니까? 저는 대전과학고등학교 교사 권진영입니다.
<윤석민 대전과학고등학교 교사>
저는 대전과학고등학교 교사 윤석민이라고 합니다.
<권진영 대전과학고등학교 교사>
먼저, 작품 동기부터 말씀을 드리겠습니다. 준비한 건 아닌데, 지금까지 이런 장갑도 없었던 것 같습니다.
저희가 현재 2022학년도 개정 교육과정을 반영한 특수과학교과서를 집필을 같이 하고 있는데, 저희가 교과서를 집필하다 보니까 저희가 특수교육에 대한 이해가 많이 부족했다는 걸 알 수 있었고요.
특히, 일반 학생들에 비해서 장애를 가진 학생들이 과학 실험에 대한 경험이 굉장히 제한적이라는 사실을 저희가 확인할 수 있었습니다. 특히, 시각 장애를 가진 학생들이 빛에 대한 개념을 학습할 때 굉장히 어려워한다는 사실도 또 알게 되었고요.
그래서 시각적인 정보를 청각이나 촉각으로 전환을 하게 된다면 훨씬 도움을 주지 않을까 해서 연구를 시작을 하게 되었습니다.
<윤석민 대전과학고등학교 교사>
당연히 시각 장애 학생들에게 빛을 알려주겠다, 라고 하면 당연히 떠오르는 거는 빛을 다른 감각으로 바꾸겠다, 소리로 바꾸겠다, 진동으로 바꾸겠다, 이 정도는 당연히 다 떠올릴 수 있습니다.
그리고, 그래서 그전에도 유사한 기계가 있었고요. 그런데 유사한, 다양한 시도들이 있었습니다. 그런데 그 시도들의 공통적인 문제점은 뭐였냐 하면 감광기의 크기와 그리고 언제나, 언제나 빛을, 빛을 느껴서 계속해서 소리로 바꿔준다는 거였습니다.
감광기의 크기가 문제가 되는 이유는 빛을 쏘고 그거를 감광기에서 느껴야 되는데 감광기의 사이즈가 크다 보니까 중간에 빛이 어떻게 움직이는지를 알 수가 없습니다.
그러면 어떻게 되냐 하면 빛이 시작하는 지점과 빛이 끝나는 지점에서 기다리고 있던 감광기, 그래서 시작점과 끝점만 알게 되는데요.
그러면 시작점과 끝점의 사이 빛의 경로 같은 경우는 학생들이 머릿속에서 어떤 이미지를 상상해서, 심상이라고 하죠? 그러면 심상을 그려야 되는데 시각 장애 학생들이 심상을 그리기는 매우 어렵습니다.
그러면 그 중간 과정을 다 알려줘야 하는데요. 그 중간 과정을 알려주려고 하면 당연히 감광기의 크기가 문제였으니까 감광기의 크기를 줄이는 게 첫 번째 목표였습니다.
그 첫 번째 목표로 당연히 이렇게 장갑의 형태로 이렇게 만들었고요. 이 끝에 여기 빛을 느낄 수 있는 센서가 있습니다. 그러면 이렇게 돼 있으면 장갑을 끼고 공간을 훑어가면서 모든 지점에 빛이, 여기는 빛이 있다, 없다를 판별할 수 있게 됩니다.
그리고 두 번째 문제 같은 경우는 빛이 언제나 회로를 굉장히 단순화한 회로들을 써서요. 빛이 들어오면 언제나 소리가 나가게 됩니다. 그러면 빛이 들어왔을 때 언제나 소리가 나면 그러면 보통의 학교에서 빛 실험을 할 때 그런 문제점은 이런 불을 끄고, 형광등을 끄는 걸로 단순하게 해결할 수 있습니다.
그런데 시각장애 학생들의 경우는 그러면 눈이 보이지 않는데 불을 끄고 실험하는 게 뭐가 문제냐, 라고 생각할 수도 있지만 문제는 실제 맹아학교에 있는 학생들 중에 아예 보이지 않는 전맹 학생들보다 저시력 학생들이 훨씬 더 많습니다. 한 70% 정도는 저시력이고요. 그 학생들에게는 이게, 그 학생들은 명암을 분명히 구별할 수 있고 그 상황에서 불을 끄는 건 굉장히 공포스러운 상황이라고 들었습니다.
그러면 그걸 해결하기 위해서 여기 장갑에 보시면 아두이노 회로를 써서 일정한 빛의 세기 이상이 들어왔을 때에만, 그때에만 얘가 반응할 수 있도록 이렇게 만들어 놨습니다.
그리고 처음에 말씀드렸듯이 빛이 시작하는 점과 끝나는 지점 그 2개만 느낄 수 있는 게 아니라 중간 과정을 학생들이 전부 다 느낄 수 있었으면 좋겠는데요. 그런데 느끼면 이렇게 빛이 여기서 소리가 났다, 느꼈다, 느꼈다, 느꼈다, 이걸로만 끝나는 게 아니라 학생들이 스스로 실험의 결과를 확인하고 그걸로 결론을 낼 수 있었으면 좋겠다고 생각을 했습니다.
그래서 빛이 느껴지는 지점에 조그마한 체스형 자석, 장구형 자석이라고도 하는데요. 그걸 작은 걸 하나, 하나, 하나 놓은 다음에 다 이 공간을 훑은 이후 학생이 이렇게, 이렇게 만져봅니다. 만져보면 빛의 경로가 이렇게 다 느껴지겠죠. 이걸 하게 됐습니다.
그래서 이 장갑을 가지고 지금 저희가 구현해 본 바로는 교과서 안에 있는 대부분의 광학 실험들은 거의 다 굉장히 세밀한 실험, 빛의 간섭 실험이라든가 이런 것들만 빼고 나머지는 거의 다 구현 가능했고요.
그리고 학생들이 이 실험 장갑과 자석을 통해서 할 수 있는 거는 단순히 결과만 외우는 것이 아니라 시각 장애 학생들도 빛에 대해서 스스로 자료를 만들어 내고 그 자료를 가지고서는 스스로 만들어… 스스로 결론을 낼 수 있는 진짜 과학 실험을 할 수 있는 이런 결과를 얻어낼 수 있었습니다.
저희의 도구가 많이 보급이 돼서 학생들, 굉장히 시각 장애 학생들에게 도움이 됐으면 좋겠습니다. 저희 발표는 여기까지는 하겠습니다.
【교원·일반부 국무총리상】
<박가람 문막초등학교 교사>
앞에서 보니까 다 하더라고요. 지금까지 이런 플로랄폼은 없었다. 저희는 친환경 플로랄폼 개발에 대해서 말씀드리겠습니다.
이 생소한 용어인 플로랄폼은요, 발음도 좀 어렵죠. 흔히 생각하시는 오아시스라고 생각하시면 돼요. 꽃집에서 파는 것. 그런데 그 플로랄폼이 이게 분해 속도도 느리고 재활용도 안 되고, 그렇다고 분해가 되더라도 수많은 미세플라스틱을 발생시키고, 또 소각을 하는 경우에는 굉장히 심각한 대기환경 오염물질을 발생시킵니다.
그래서 저희는 이 기능을 그대로 갖추고 또 경제성도 갖춘 친환경 플로랄폼을 개발해 보았습니다.
<최정윤 우산초등학교 교사>
그래서 친환경 소재를 먼저 탐색해 보았는데요. 이 플로랄폼의 기능적 측면을 고려해 보았을 때 형태의 유지가 가능했어야 됐고요. 그다음에 물에 대한 보수성이 필요했습니다. 그래서 이러한 재료들을 탐색했을 때 코코피트와 옥수수 전분가루를 가지고 첫 번째 실험을 진행해 보았습니다.
함량비를 다르게 하여 여섯 가지 표본을 제작해 보았는데요. 이 제작된 표본들 같은 경우는 고정이 어려웠고 층이 분리되는 문제점을 가졌습니다. 그래서 또 다른 부재료에 대한 탐색이 필요했습니다.
그래서 다른 재료들을 선정해 보았는데요. 규조토와 그다음 질석 그리고 황토를 가지고 실험을 진행해 보았습니다. 그래서 이렇게 선정된 세 가지 재료에 옥수수 전분가루 그리고 코코피트, 이렇게 세 가지 재료들을 가지고 총 표본 42개를 만들어보았습니다.
그런데 이 제작 과정에서 쪄내어서 건조를 시켜보았을 때 형태의 유지가 안 되고 버려지는 것들도 많았고요. 형태가 유지되는 플로랄폼 표본들을 선정해서 총 네 가지의 표본에 넘버링을 붙였습니다. 그래서 표본 알파, 베타, 감마, 델타로 해서 후속 실험을 진행해 보았는데요.
그중 표본 델타로 선정하였던 질석을 함유한 것이 가장 우수한 성능을 보여주었습니다. 그래서 저희는 이 질석과 옥수수 전분가루, 코코피트, 이 세 가지 성분을 가지고 친환경 플로랄폼을 개발해 보았고요. 이 개발한 플로랄폼을 일반 현재 시판되고 있는 것들과 비교하는 실험을 진행해 보았습니다.
가장 많이 사용하고 있는 초록색 오아시스 플로랄폼 한 가지를 대조군 A로 선정하였고요. 대조군 B 같은 경우에는 생분해성 플로랄폼을 선정하였습니다. 그리고 대조군 C는 친환경 소재로 만든 플로랄폼으로 판매되고 있는 다른 시제품을 선정해서 저희 개발한 실험군과 함께 비교해 보는 실험을 진행해 보았습니다.
그 결과, 저희가 만든 개발 작품이 기존에 시판되고 있는 것과 비교해 보았을 때 보수성, 흡수성 그리고 형태 유지력 이런 모든 면에서 괜찮은 성능을 보여주었습니다. 그래서 이 작품으로 후속 연구를 또 진행해 보았습니다.
<김진영 거성초등학교 교사>
저희가 친환경 플로랄폼 개발한 것을 실제로 활용할 수 있는가, 그거에 대해서 분석을 해보았습니다.
일단 현장조사를 해보니 친환경 플로랄폼은 이미 판매가 되고 있었는데요. 그걸 사용하지 않은 이유는 가격적인 측면 때문에 사용하기가 어렵다는 답변들을 많이 받았습니다. 그래서 저희가 만들기 전에 전문가 인터뷰를 통해서 어떤 기능성을 갖추어야 되는지 시사점을 얻었고요. 저희가 개발을 하고 난 이후에 저희 플로랄폼을 실제 전문가들이 사용을 해본 후에 인터뷰를 통해서 저희가 활용할 수 있다는 것, 그다음에 기능성이 우수하다는 것을 인정받았습니다.
그리고 저희가 다양한 형태로 이 플로랄폼을 제작해서 이렇게 플로랄 디자인을 실제로 해서 해보았더니 저희의 개발한 플로랄폼이 기능성이 우수하다는 것을 알게 되었습니다.
그리고 저희가 교사기 때문에 본 연구 과정과 방법을 아이들에게 투입할 수 있는 스팀 프로젝트로 고안을 해서 아이들에게 실제 수업에 적용을 해보았습니다. 그랬을 때 아이들 인터뷰와 질적 연구를 통해서 아이들이 인지적·정의적으로 긍정적인 성장을 할 수 있었음을 볼 수 있었습니다.
결론적으로 질석, 코코피트, 옥수수 전분가루를 활용해서 친환경 소재를 가지고 만든 개발한 저희의 플로랄폼은 분해 시 환경에 위해가 없고 기능성도 우수하였으며 가격적으로도 경제성이 있어서 지금 유통되고 있는 플로랄폼들을 대체할 수 있는 충분한 대안이 될 수 있다고 생각했습니다. 이상입니다.
<끝>
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