안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 자율 주행에 대한 가장 핵심적인 기계적 요소는 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단 자율 주행에 있어서핵심 기술이 어떤게 있는 지를 보면1, 시각 정보 습득 라이다 , 테슬라 비전2, 위치정보 파악 SLAM 알고리즘 (Simultaneous Localization And Mapping)3, 주행환경 및 정보통신 V2X(Vehicle-to-Everything) 기술 이 핵심 기술이 되겠습니다.따라서 그 기술을 구현가능한 장비의 개발이 필수가 되겠습니다.기술들에 대해 더 자세히 보자면1, 라이다(LiDAR) & 테슬라 비전 (운전자의 눈 역할)라이다(LiDAR : Light Detection And Ranging)라이다는 자율주행을 가능케 하는 핵심 센서입니다. 특정 기기에서 발사한 빛이 다른 물체에 부딪혀 돌아오는 현상을 이용하는데, 라이다 기기 주변에 있는 물체에 닿은 빛이 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 떨어진 거리를 측정하게 됩니다.라이다의 핵심 부품으로 인듐갈륨비소(InGaAs)로 된 반도체가 쓰이는데 이 소재가 고가이기 때문에,보다 저렴한 실리콘 등의 소재로 라이다를 제작하려는 시도가 학계와 산업계에서 활발히 이뤄지고 있습니다.테슬라 비전(Tesla Vision)Tesla Vision은 Autopilot(오토파일럿), Enhanced Autopilot(강화된 오토파일럿), Full Self-Driving Capability(완전 자율주행) 등 테슬라의 3가지 자율주행 기술의 기반 역할을 합니다. 지난 10월 2일에는 테슬라 차량에 들어가는 Ultrasonic Sensor(초음파 센서)를 Tesla Vision으로 교체한다는 공식 발표를 내놓기도 했습니다.Tesla Vision은 기본적으로 카메라 기반의 시스템입니다. 테슬라 차량에 여러 카메라를 달아 모든 방향의 시각 정보를 수집하고 이를 딥러닝 기술로 학습된 모델로 인식합니다. 차량 앞에 어떤 장애물이 있는지, 현재 도로의 상황은 어떤지, 사람이 눈으로 보듯 Tesla Vision이 예측 인지하게 됩니다.2, SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 알고리즘 - 내 위치 파악 SLAM은 미지의 환경에서 특정 객체가 센서를 활용해 자신의 위치 정보를 파악하면서 동시에 지도를 그려나가는 방법 으로 여러 단계로 구성됩니다. 먼저 자율주행 객체는 주변의 랜드마크를 참고해 자신의 위치와 주행 방향을 파악합니다. 이후 다음 단계로 나아가며 이 과정에서 비선형 주행의 상태 추정을 위한 Extended Kalman Filter 등의 알고리즘이 쓰입니다.카메라로 생성된 이미지 정보를 활용하는 Visual SLAM, 그래프 정보와 최적화 문제 Graph-based SLAM, 수집된 이미지들의 광도가 만들어내는 차이를 활용한 Large-Scale Direct Monocular SLAM, 이미지의 RGB 값과 깊이(depth) 정보를 활용한 RGB-D SLAM 등이 있습니다.3, V2X(Vehicle-to-Everything) 기술 V2X는 자율주행차가 주변 기기 혹은 인프라와 데이터를 주고받는 통신 기술 일체를 뜻합니다. 그래서 V2X는 여러 하위 기술들을 나누는 개념이 다음과 같이 존재합니다.V2DVehicle-to-Device를 뜻합니다. 스마트폰 등 주변 기기와 자율주행차가 통신하는 블루투스나 와이파이 같은 기술이 포함됩니다. 구글의 안드로이드 오토, 애플의 카플레이와 같은 서비스가 존재하며 운전자는 V2D를 통해 자신의 기기를 차량에 연결시켜 다양한 정보를 주고받게 됩니다.V2I차량과 주변 인프라와의 통신을 뜻하는 Vehicle-to-Infrastructure입니다. 자율주행차는 기본적으로 시각 정보로 주변 환경을 파악하지만 V2I를 통하면 단순한 시각 정보가 아닌 데이터 값 자체를 주변 환경으로부터 받을 수 있습니다. 도로 표면 온도, 신호등의 값, 표지판의 안내 정보, 터널 내 기온 등 차량이 지나가는 구간에 구축된 시설로부터 유용한 데이터를 수집합니다. 따라서 V2I는 자율주행 제조사뿐 아니라 주행 시설을 설치, 운영하는 지자체나 기업과 긴밀한 협업이 중요합니다.V2G자율주행차는 대부분 전기를 에너지로 사용합니다. 따라서 전원 공급 장치 혹은 전력망과의 양방향 커뮤니케이션이 중요한데 V2G 즉 Vehicle-to-Grid 기술은 자율주행차의 배터리 전력 활용과 직결됩니다. V2G는 세부적으로 위치에 따라 V2B(Vehicle-to-Building), V2H(Vehicle-to-Home) 등으로 나뉘며, 차량 배터리의 충전뿐 아니라 반대로 차량 배터리의 전력을 연결된 건물이나 전자 기기로 활용하도록 하는 기술도 포함합니다. 남는 유휴 전력, 비상시 전력 사용 등 다양한 상황에서 차량의 배터리 전력을 활용할 수 있게 되는 것입니다.V2P보행자(pedestrian)와 통신하는 Vehicle-to-Pedestrian도 빠질 수 없는 V2X의 요소입니다. V2P를 통해 자율주행차는 개별 보행자 1명 혹은 다수의 보행자와 소통할 수 있습니다. 차량이 움직임, 이상 상황 등을 보행자에게 전달하고 반대로 보행자는 자신의 디바이스를 통해 근처의 차량이 보내는 데이터를 수신하게 됩니다. 덕분에 주변 상황 파악을 오감에 의지할 수밖에 없는 보행자는 좀 더 면밀하고 선제적인 대응을 할 수 있게 됩니다. 자율주행차도 보행자의 안전을 지키는 한편 효율적인 주행을 하게 됩니다.이 처럼자율주행은 주행의 효율성뿐 아니라 안정성도 중요하므로 자율주행 자체의 하드웨어와 소프트웨어 그리고 주변 인프라 및 보행자와의 통신도 필수적인 고려 대상입니다.
기계공학
Q. 우리나라에서 군사용 종이드론을 개발한다고 합니다
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.종이라 해서일반 종이처럼 팔랑팔랑한 재질을 생각하시면 힘들고종이에 특수 처리를 함과 동시에강화처리를 하여비행에 필요한 강도만 유지된다면경량화 및 재료비 면에서 우수할 수 있습니다.종이드론은지난해 8월 우크라이나 보안국 정보를 보면종이재질의 카드보드 드론으로 러시아 서부 크르스크 비행장에서미그 - 29 기 1대, 수호이 -30 전투기 4대를 손상시킨 전례가 있습니다.이번에 개최된 KADEX 2024 대한민국 국제방위산업 전시히 에서군사용 종이드론 ' 파피드론 800' 과 1800 을 비롯하여비행제어 컴퓨터 등이 드론전문 기업 더피치에 의해 공개 되었습니다.더 피치가 선보인 파피드론은 윙스팬 1800mm 급으로IPX3 등급 수준의 방수코팅 기술이 적용된 기체프로엠과 자체개발 경량 항공전자 시스템 Papy-Avionecs, 전용 앱인 Papy-App 으로 구성 되는데요100킬로미터 이상 비행가능 수준에,적레이더에 탐지가 잘 안되어 표적기 및 자폭기로 활용가능합니다.항공전자 시스템 Papy-Avionecs 는비행제어/ 항법/ 센서 데이터 처리 등을 통합하여드론의 자동임무 비행과 원격 조종을 지원하는 항공전자 시스템 으로크기는 120x50x15 mm, 무게는 50g 에 불과하여초경량으로 파피드론에 최적화 되어있습니다.또한 Papy-App 은 윈도우와 안드로이드 운영체제를 지원하며구글지도 까지 탑재되어 있습니다.최대 드론 5대 까지 동시연결이 가능한 특징을 가지며연결지연 시간은 10초 이내 입니다.우크라이나에서 적용했던 종이드론의 경우자율비행과 GPS 사용을 통한 정밀 기동이 가능한 수준이었습니다.5 kg 의 소형폭탄 까지 적재 및 투하가 가능했지요.대당 가격이 430만원 이하 수준이다보니 대량 투입된다 하더라도실제 미사일을 통한 공격 또는 방어 에 소요되는 예산에 비한다면경제성이 어마어마하다 볼 수 있겠습니다.또한 재질 특성상 레이더에 걸릴 가능성도 낮은 면이 있습니다.
기계공학
Q. 선풍기를 만드는 기계학적 구조는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.하나의 구조로 통으로 구성된게 아니기에 당연히 따로 만들어서 조립이 됩니다제조과정을 나열해 보면1, 구성요소 제조각 구성요소가 별도로 제작됩니다.선풍기 날개 , 모터, 하우징, 그릴 및 기타 작은 부품들이 포함됩니다.사용목적과 디자인에 따라, 플라스틱, 금속, 복합재료 등 다양한 소재로 제작됩니다.2, 날개 제조최적의 공기역학과 효율성을 위해 날개을 디자인하고 형성하는 공기역학이 포함되는데주로 성형플라스틱으로 제조되며, 사용처에 따라 가벼운 금속 재료도 포함됩니다.3, 모터 생산회전 동력을 생성하는 부위로, 모터생산에는 코일 꼬으기, 아머처 조립, 자석부탁 및 적정한 절연재 확인 등이 포함되며,성능/ 안전요구 사항 충족을 위해 모든 과정이 진행됩니다.4, 하우징 / 프레임 제조 선풍기의 구조적 지지력과 보호를 제공하는 부분으로, 주로 성형 플라스틱, 스탬핌 금속 또는 기타 적합재료로 제작 됩니다. 주로 사출성형에 의해 제작되나 때에따라 절삭에 의한 부분도 추가됩니다.5, 전기 시스템 통합 배선, 스위치 및 제어장치가 선풍기 디자인에 통합되는데 선풍기 유형에 따라 가변속도제어, 원격조작 / 스마트 연결성 등 기능이 추가됩니다.6, 품질테스트 기능/ 안전성 보장을 위해 모터기능, 속도제어, 소음수준 및 공기흐름 효율성 테스트를 진행 합니다7, 마무리 및 포장 외관 및 내구성 향상 위한 페인팅, 코팅 또는 각종 표면 처리 후 마무리 됩니다.간단히 선풍기 제작 과정을 열거해 보았습니다
기계공학
Q. 기계공학을 처음 발견하고 기계공학의 아버지 어머님은 누구인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학이란 학문은처음 발견했다라는 관점으로 접근할 수는 없는 학문입니다.일단 기계공학의 아버지라 볼 수 있는 분은레오나르도 드 다빈치로 그는 ‘화가 겸 공학자’였습니다.그가 남긴 수천 쪽의 노트에 남겨진 도해는그가 직접 설계한 기중기나 금속가공용 기계, 비행기와 헬리콥터에 대한 아이디어로 가득 차 있고아직도 후대에 이런저런 아이디어를 심어주는 고전으로 통합니다.실질적으로 기계공학의 아버지다 라고 불려지기도 하는 사람은갈릴레오 갈릴레이로 갈릴레이는 공학에 있어 과학적 방법론에 큰 변화를 일으킨 장본인으로,역사가들은 17세기 이후 갈릴레오를 통해 현대적인 공학개념이 탄생했다고 보는 시각이 있습니다.다만 이것은 보는 관점에 따라 다른 문제들 입니다.고대 그리스의 아르키메데스가 기어를 이용한 수차를 발명했다는 사실을 보면기계공학이 기어를 통해서 발전을 하였기에그가 기계공학의 아버지 라고도 할 수 있겠지요하지만기계공학에 관련된 기술이 그 이전에도 있었고단지 역사적으로 문헌에 기록된 자료가 없기에누가 진정한 아버지이다 라고는 정의될 수가 없는 부분입니다.시간적 연대상 가장 오래된 기계공학적 장치라 한다면안테키테라 섬의 안테키테라 기계가 지금껏 알려진 것중가장 오래된 기계공학적 장치 입니다.이는 기원전 200~100 년전 제작되었을 것으로 추정되는 장치로82개의 조각과 27개의 톱니바퀴로 이뤄진 장치로365일을 표시하고태양과 달의 움직임을 알 수 있으며윤년이 계산되고황도 근처의 별자리를 통해 관찰자 위치까지 알 수 있으며각 종 별자리들을 통해 날짜 예측도 가능합니다또한 금성가 화성 등 각 행성들의 움직임도 계산이 가능하고일식과 월식의 주기도 계산이 가능한 것으로 지금까지 연구결과로 예측하고 있습니다이 정도 정교한 기계가 기원전에 이미 있었다는 말이기에과연 기계공학의 아버지가 누구일 지는여전히 예상이 불가할 만큼기계공학의 역사는 길고 길다 하겠습니다
기계공학
Q. 기계공학 대학을 가려면 실업계에서도 갈 수 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.대학이 인문계나 실업계를 차별하는 곳은 아닙니다다만 실업계 관련 과를 나왔다 해서수능을 보지 않고 쉽게 갈 수 있는 곳 또한 아닙니다..정상적으로 기계공학과를 가기 위해서는기계공학과 자체가 내신등급도 높아야 합니다학생부 종합전형 경우엔내신 점수보다 생기부 중요성이 훨씬 높은 편입니다.각 학교 마다 성적 산출 방식이 특이하게 다르므로원하는 학교가 있다면그에 맞는 내신과 생기부 상태를 만드셔야 하구요.시험을 보지 않고 들어가는수시전형의 경우도그냥 들어가는게 아니라보통 논술우수자 전형으로 모집을 하는 경향입니다.기계공학과 자체가 전국적으로 취업률 평균이 69%가 넘고서울지역은 80%대에 육박하는 상황입니다.AI 와 로봇공학이 미래를 주름잡을 시대에기계공학 기초가 없이는 불가한 시대이기에그만큼 경쟁률도 치열한 부분입니다.시험없이 쉽게 갈 수 있는 방법에는좀 무리가 있지 않나 판단됩니다.