안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
Q. AI 가 공학분야에 미치는 영향에 대해 알려주세요
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.인공지능이 공학분야에 미치는 영향을간단히 나열한다면첫째무엇보다도 자동화 분야입니다.인공지능을 통한 제조업 관련 공학에서, 생산분야 효율성을 증대시키는 것인데인간의 반복적 작업을 대채함으로서 효율성을높이고인간은 그 외 더 창의적 작업에 집중가능하게 하며또한 AI 중에서도 인공지능시각 기술은 제품결함 실시간 감지통한 품질관리도 향상시켜줍니다.둘째장비파손/ 고장 예방 분야로각 장비 및 공정에 설치된 센서들을통해 들어오는 데이터를 분석하는 AI를 통해실시간 모니터링 및 데이터 분석으로장비 고장 / 파손 전에 예측 하여 유지보수가 가능하고예측 보수를 통해 장비수명을연장 가능합니다.셋째설계 부분에서의 최적화 및 정확도 상승으로복잡한 공학적인 설계를 더욱 최적화 가능하고대규모 데이터 분석을 통한 최적의 정확도를 가진 결론을 내리고구조물의 안전/내구성에 대한 신뢰성을 가질 수 있도록 설계를 뒷받침 가능합니다.이런 전체적인 부분에서의AI 에 의한 효율성, 정확성, 최적화, 데이터 통한 예측 등을 더욱 강력하게 발전시키는 방향으로 나갈것이며이런 부분들의 최종적인 목표 중의 하나를 본다면스마트 팩토리 를 볼 수 있겠습니다스마트 팩토리는 결국 공장 내 모든 장비와 설비가 실시간 데이터 수집/분석/ 제어 가 되는 공장으로실시간 모니터링 통한 즉각적 이상감지모든 기계/설비의 자동 작동, 생산과정 최적화AI 와 머신러닝 통한 데이터 분석과 예측 유지보수각종 로봇 및 3D프린팅을 통한 생산 프로세스의 혁신 이 융합된 공학의 결정체라 할 수 있겠습니다.
Q. 현미경의 초점 조절은 어떻게 하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.현미경의 종류에 따라 달라지겠습니다만말씀하시는 현미경은 일반 광학 현미경으로 생각되고광학 현미경의 초점은시료를 올려 놓고시료에 바로 접해지는 대물렌즈 사이의 거리를 조절해야하는데크게 조절해야하는 경우는 조동나사로의 거리조절대충 잡아둔 다음에 미세하게 조절하는 경우 미동나사를통해 초점을 맞추게 됩니다.다만 광학 현미경 외전자 현미경의 경우는전자빔을 통해 샘플을 들여다보므로, 자동 초점 조절 기능이 탑제 되어 있으며공초점 현미경의 경우는레이져를 사용해서 샘플에 초점을 맞추는 방식이므로핀홀을 통해 초점이 맞지않는 빛은 차단하게 되므로 초점에 맞지않는 외부 빛을 걸래낼 수 있기에 더 높은 해상도와 대비를 얻을 수 있으며이 또한 자동으로 초점 조절이 되기에 선명한 이미지를 제공하고 복잡한 조작이 필요없습니다.
Q. 로봇의 배터리는 어떤 소재로 만들어지나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일반적인 산업체 로봇의 경우는 어차피 동일지역에서 작동을 하면 그만이다보니유선 동력에 의존하겠으나요즘 뜨는 협동로봇이나 각종 안드로이드 및 배달용 로봇등 은배터리에 의존해야 하는 게 맞습니다.이들 로봇용 배터리는 자율주행 차나 전기차에 탑제되는 리튬이온 배터리가 가장 일반적이지만그 외 니켈수소 배터리나 납산화물 배터리도 적용되고 있습니다.원재료 부터 살펴보면가장 일반적인 리튬이온 배터리 경우는양극제로 LiCoO2(리튬코발트 산화물) 같은 물질이 대표적이고음극제로는 주로 흑연이 사용됩니다. 그 외 실리콘 재질을 통한 혁신을 이루려는 노력도 큽니다.전해질로는 전해액이 사용되고, 리튬염 등이 포함된 유기용매가 현재로선 일반적입니다.니켈수소 전지는 수소화물과 니켈산화물이 주재료이고납산화물은 황산과 납이 주로 이용되죠로봇용 배터리 특성 상과방전 및 과충전에 대한 보호기능이 내장되야하고극한에서도 작동하며 수명이 길어야 하기에 주로 리튬철 같은 소재가 각광받으며로봇 특성에 맞게 용량,방전 전류등도 조정할 수 잇어야합니다.배터리 제작 방식은 간단히 보면도전체 / 바인더/ 활물질 을 배합하여 슬러지형태로 만든 후알미늄이나 구리등 에 코팅하여 전극을 만들고롤투롤 과정으로 두께를 얇게합니다그 후 전극 조립 및 전해액 주입 후 밀봉과정을 거치는데여기서 원형이냐 각형이냐에 따라 케이싱 제질이 달라집니다.최종 공정에서 성능과 안전성 확보가 가장 중요한데요보통 Formation, Agiing, Grading 공정을 통해 성능/ 안전성 테스트가 진행되는데간단히 설명을 붙이면Formation 공정은배터리에 전기적특성을 부여하고 안전성을 확보하기위해첫 중천 후 방전상태로 활성화 시키는 단계로전해액과 리튬이온 반응으로 음극표면에 고체막을 형성시킴으로써전해액 분해방지 및 배터리 수명 및 성능을 향상시키는 과정이빈다.Grading 공정은배터리 셀을 품질에 따라 분류하여 최종제품의 일관성 유지 및 성능기준 충족을 목표로 하는 과정으로배터리의 용량/ 전압/ 저항 등을 평가하여 품질에 따라 등급을 부여함으로써동일한 성능의 셀로 모듈 및 팩을 구성하기 위함입니다. Aging 공정은배터리 내부 전해액을 균일하게 분산시켜이온이동의 최적화/ 자연방전 특성 측정통한 불량 선별 을 목적으로 하는 공정으로배터리를 일정온도/ 습도에서 보관해서전해액이 양극/ 음극에 골고로 분산되게 하는 공정으로이를 통해 이온이동 최적화 및 Formation 공정에서 생성된 막의 안정화를 이루게 됩니다.
Q. 비행기는 왜 리벳으로 전체 조립하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.항공기 제작에 있어서조립 공정에서 용접을 하지 않는 이유는 여러가지입니다관련 이유를 나열해보자면첫째열변형 문제를 피하기 위함인데용접은 결국 금속을 녹여 접합하는 과정으로, 이 때의 고온이 금속의 구조적 변형을 초래하고녹고 다시 굳을 때 수축/팽창 현상에 따른 기하학적 정확성을 손상 가능합니다.이런 변형은 전체적 구조안정성에 큰 영향이 되기에 용접을 지양합니다둘째재료 특성변화를 피하기 위함으로용접에 따른 금속의 미세구조 변화에 따른 기계적 성절 변화가 생길 수 있습니다.그에따른 비행기구조의 피로강도 감소, 장기적으로 균열/파소 초래하게 되어극한의 기후상태에서 위험을 초래할 수 있습니다.셋째내구성 및 피로저항성 감소 문제입니다.항공기는 결국 반복적하중과 높은 진동을 견뎌야하는데용접은 이런 반복적하중에 따른 피로 균열이 발생가능한데요.이 상황에서 용접은 미세 균열 발생 가능성이 높기때문에최악의 경우 구조가 파손 가능합니다.반면 리벳접합 경우 피로 하중 분산에 따른 균열 가능성을 감쇠합니다.넷째비용적 측면인데요용접은 숙련기술자에 따른 작업과 엄격한 품질검사 과정이 필요하여 제작 비용이 증가합니다다섯째경량화 문제입니다.항공기는 결국 경량화를 이뤄야 소요 연료의 양이 줄어들어, 경제성이 좋아지는 구조입니다.용접은 결국 용접봉의 추가적 금속 필요에 따른 전체 중량 증가로 이어지므로결국 연료비 상승을 초래하게 됩니다.여섯째유지 보수 및 수리의 용이성 부분입니다.비행기는 운항 시 마다 항상 유지보수 수리가 일어나는데용접은 문제발생 시 수리에 대한 난이도가 높아집니다.반면 리벳은 쉽게 분해가능하여 유지보수가 용이하므로그에따른 신속수리로 안정성을 높임과 동시에 경제적으로도 비용이 덜합니다.일곱재구저적 재료의 다양성 문제인데요현대 항공기 들은 필요에 따라 알루미늄합금, 티타늄, 탄소 복합재료 들이 혼합되어 제작됩니다.따라서 물성이 서로 다른 재질들을 접합하기에 용접은 불가한 부분이 많으므로리벳을 통한 접합은 강력하고 일관된 접합을 가능하게 해줍니다.마지막으로안전성 부분인데요비행기에 있어서 가장 최고의 중요성은 안정성 입니다.용접에 의한 제작은 잠재적으로 늘 결함을 가질 가능성이 높으나리벳방식은 오랜기간 사용된 노하우에 따른 안전성과 신뢰성이 누적되어 있습니다그에 따라 항공기 제작에 있서 중요한 표준으로 자리잡은 상태입니다.시각적 검사도 용이하고 비파괴검사를 통해 조기에 결함 발견이 되므로사고예방을 조기에 가능하다는 것이 장점 중에 장점입니다.
Q. 철강의 열처리 과정에서 기계적 특성은 어떻게 변하죠?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.철강제의 열처리는 결국재료의 내부적 조직을 변화시키는 방식입니다.열처리 과정에서의 변화를 구분해보면담금질 후 뜨임을 통해 강도와 경도를 상승시킬 수 있고그에따라 내충격성과 내마모성을 가지게 됩니다.또한 연화열처리 등의 방법응로 재료의 단면수축률과 연신율 개선이 가능ㅎ가ㅗ재료 내부의 응력을 제거하여 가공성을 향상시키고재료 내부의 조직의 균일성을 향상시켜재료의 물성을 안정적으로 유지하게 만들어 줍니다.