안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 3D 프린팅 기술이 제조업에 미치는 영향은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 제조업에 미치는 영향비용절감/ 생산성 향상금형제작 등 추가비용이 들지않으므로 기존 방식대비 비용 절감 가능복잡한 형태 부품/ 제품 제작 시 생산성이 크게 향상설계 자유도 향상기존 가공기술로 불가한 복잡한 형태 제품도 제작가능한 설계자유도 상승기존 제조방식으로 애로점있는 형태도 쉽게 제작 가능생산 유연성/ 속도 향상생산속도가 증가하고, 유연성 향상에 따른 시장변화에 신속대응 가능시제품 신속제작 및 개선사항 즉각 반영 가능에 따른 개발/생산기간 단축2, 3D 프린팅의 현황과 전망현황다양한 재료 사용으로 제품 생산 가능다양성은 금속/ 플라스틱/ 세라믹/ 유기성 물질 등 다양한 재료로 제품 제작이 가능하여여러 산업분야에서의 응용가능성을 증대시킴응용 분야 확대의료맞춤형 의안/ 치과용 임플란트 외 조직공학/ 생체재료개발 등 활용인공장기/ 조직 프린팅으로 이식수술에 활용 연구 진행 중항공 우주 분야엔진부품/ 주조물/ 열도성부품/ 고압산소밸브 등 여러제품을 제작기존 제조공정에서 불가한 복잡한 형태도 상대적으로 쉽게 제작가능경량화항공우주산업에서 복잡한 내부 구조물 제작가능 통한 경량화 실현실험 및 시제품 제작새로운기술 / 제품개발 과정에서 신속한 시제품 제작/ 실험 가능연구 / 개발 과정을 더욱 효율화 시킴유지보수 / 수리손상/ 고장 시 필요한 부품 즉시 제작 가능 통한 유지보수/ 수리 효율화자동차자동차 엔진부품 경량화/ 디자인 개선에 기여건설건축물 복잡한 디지안 구현 및 내부구조물 제작을 효율적으로 수행패션맞춤형의류 및 쥬얼리 제작에 활요되어, 디자이너의 창의성/혁신적디자인 구현에 도움등 으로아주 간단하게 열거해 보았습니다.
기계공학
Q. 기계 가공시 항상 나오는 버의 제거 방법을 알려주세요.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.가공 공정에서스크랩 비율을 줄이는 방법은여러 사항입니다1, 도면 요건 확인사용된 도면이 최신인지 확인작업장에서 회람되는 도면, 특히 작업자의 손에 있는 도면은 최신 버전이 아닐 가능성이 매우 높습니다도면에서 다양한 처리 요구 사항 확인치수 요구 사항, 거동 허용 오차 요구 사항, 거칠기 요구 사항, 열처리 요구 사항 등 이러한 정보는 도면에서 매우 명확합니다. 제품 도면, 조립 및 사용 조건에 따라 제품 도면을 어느 정도 생각하고 설계 엔지니어가 놓친 부분을 보완합니다도면과 부품의 일치 확인2, 프로세스 내용 확인부품의 공정흐름은 기계 가공의 실행 단계에 대한 중요한 기초이며 또한 부품의 가공 품질에 대한 중요한 보증입니다. 부품 가공 공정의 정확하고 합리적인 저비용 고효율, 고품질 설계 및 부품 공정을 엄격하게 구현해야합니다.3, 장치 기능 보장기계 부품의 가공 품질은 주로 가공 장비의 가공 정확도에서 비롯됩니다. 가공 정확도 요구 사항 외에도 가공 범위 요구 사항 및 가공 장비 기능을 평가해야 합니다.동시에 장비의 처리 스트로크도 고려해야 합니다. 많은 장비의 이송 축에는 스트로크 제한이 있습니다. 부품의 처리 크기는 장비의 최대 스트로크 범위 내에 있어야 합니다.4, 효과적인 검사5, 완벽한 관리 시스템등으로 간단히 요약 가능하겠습니다.
기계공학
Q. VR 가상현실을 해주는 헤드셋에 들어가는 기계의 핵심은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.VR 기술적인 요소에서핵심적인 기술은Display 고농축 패널기술, 고 투명/ 제로 Latency 디스플레이 기술, 프로젝터 기술 등Tracking 2D / 3D 물체 인식 및 Position Tracking 기술, Visual SLAM(지도작성) 기술 등Graphics Rendering3D 렌더링 기술, 실시간 렌더링 및 3D Effect 표현 기술 등Interaction 제스쳐 인식/ 추적기술, 눈동자 시선 추적기술, 음성 인식 기술 등Contents(Platform)3D Game 엔진, VR Contents 개발 지원 기술 (SDK 등) 등H/W 3D /360도 카메라, HMD(Head Mounted Display), IMU 센서(인체평형 감각센서) 배터리의 각 구성 요소별 세부기술 요소로 나열 가능한데요핵심 기술요소를 본다면1, 2D/3D Position Tracking 3차원 공간에서 사용자 움직임따라 변경되는, 카메라 시점 위치와 자세 좌표값을 실시간으로 추정하는기술 특정 대상의 2차원 평명 이미지 분석을 통해, 실시간 좌표를 계산하는 2D Position Tracking 기술과 일상 공간에 대한 영상 및 센서 데이터를 분석하여 3차원 위치를 실시간 계산하는 3D Position Tracking 기술이 있음2, Gesture Recognition ( User interface ) Hank Tracking 기반의 UI를 통하여 HMD 를 착용한 유저가 VR 서비스 환경에서 직관적으로 사용자와 컨텐츠 간에 Interaction 을 가능하게 하는 기술 HMD 내지는 Mobile Device 에 부착된 3D 센서를 통하여 손이나 손끝 위치를 인식하여 인식된 손가락 갯수와 이동 분석을 통해 Hand Event 를 인식하고 클릭/ 드레그 / 셀렉트 등 UI 기능 구현에 사용 됨3, Graphic Processing VR 환경에 최적화된 현실감 나는 3D 영상 / 컨텐츠 확보를 위한 VR 핵심 기술인 3D 모델링/렌더링 기술 Graphic Processing 을 위해 3D 모델 품질 저하를 최소화 하며 , 원하는 3D 파일 포맷으로 변환해 주는 3D 모델 최적화 엔진, 3D 모델의 VR 표현 시 실제와 유사하도록 조명/ 물체 재질 특성을 반영하는 Realistic Rendering 가술, 실제 환경을 3D로 재구성 하여 실제환경과 덮어 씌운 모델 간의 가려짐을 검출하여 제거하는 Occlusion Processing 등이 필요.4, Cloud Infra 컨텐츠 용량 자체가 크고, 속도가 빠른 서비스를 필요로 하게되면서 이런 컨텐츠 제작/ 저장 및 서비스 제공을 위한 서버 Infra 역시 중요도가 증가하는 상황.기계의 핵심이라면렌즈와 디스플레이 라 볼 수 있는데1, 렌즈는얇은 렌즈 공식에 의해 디스플레이(물체)를 렌즈의 초점거리보다 가까운 거리에 고정시킴으로써, 실제 디스플레이 깊이 보다 이미지가 더 멀리 있는 것처럼 느끼게 유도함과 동시에 렌즈에 의해 왜곡된 이미지를 보정한 양안 시차가 있는 이미지를 디스플레이에 렌더링하여 안구로 투사하는 방식입니다. 이때 우리 뇌는 그 이미지들을 하나로 합성하게 되면서 양안 시차에 의한 3D 입체감을 느낄수도 있습니다. 이러한 가상 이미지를 '정립허상'이라 하며, 디스플레이의 이미지를 확대된 가상 이미지로 넓은 시야각으로 본다고 생각하면 됩니다.기본적으로 디스플레이의 사이즈가 작을 수록 좋지만 가상스크린의 사이즈를 크게 하기 위해서 디스플레이 사이즈를 무한대로 줄일 수는 없습니다. 따라서 VR 광학계를 얇고 가볍게 하여 슬림 HMD를 만드는 방향이 연구되고 있습니다.실용적인 반사 편광 기술을 이용한 'Pancake lens'는 HMD 폼펙터를 획기적으로 얇게 구현 할 수 있습니다. 하지만 해당 기술은 반투과 및 반사편광을 이용하기에 렌즈의 광 효율(약 15% 내외)이 매우 낮습니다. 때문에, 디스플레이의 휘도를 최대로 끌어올리기 위해 LCD 백라이트 기술로 휘도를 보상하는 기술을 이용하기도 합니다.2, 고해상도 디스플레이VR 기기를 통해 우리 눈에 보이는 확대된 가상 이미지의 해상도가 낮으면 마치 이미지를 볼 때 모기장을 통해서 보는 것 같은 불편함이 인지됩니다. 따라서, VR에서 화질을 향상시키기 위해서는 모기장 현상을 제거해야 하며, 따라서 고해상도 디스플레이는 VR 기기의 가장 중요한 성능 중 하나가 됩니다.VR용 디스플레이는 한쪽 눈에 사용하는 패널 기준으로 3.5인치 크기에 1640×1640 해상도 수준의 OLED 패널이 보편적으로 사용되고 있습니다. 이는 LCD에 비해 OLED의 명암비가 높고, MPRT(Moving Picture Response Time) 응답속도가 빨라서 화면 잔상(Motion Blur) 현상을 상대적으로 덜 느끼게 하는데 유리할 뿐만 아니라, 고속구동으로 이미지를 주사하여 게임과 같은 가상 콘텐츠를 보다 몰입해서 경험할 수 있도록 하기 때문입니다.모기장 현상을 제어하기 위해서는 적어도 30PPD 수준의 가상 이미지 구현이 필요합니다. 이는 VR 대각 시야각 100도를 고려 했을 시, 2121×2121 이상의 해상도를 의미하며 HMD는 슬림 폼팩터를 고려하여 디스플레이의 사이즈는 2인치 수준으로 한정 할 경우, 대략 픽셀 밀도 1060 PPI의 고해상도 디스플레이가 필요합니다
기계공학
Q. 세계 최초의 동력 비행기는 언제 만들어졌나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.최초의 동력 비행기 관련이라면모두가 비행기라면 알고 있는 라이트 형제 입니다월버라이트 / 오빌 라이트 형제는1903년 12월 17일 최초의 동력비행기로장장 12 초간 비행 하였으며,최초의 동력비행을 성공함으로 인해 항공분야에서동력비행 분야를 개척하게 됩니다.12초 동안 약 36.5M 를 비행하였는데이름은 라이트 플라이어 1 호 로가문비 나무와 모슬린 같은 경량 재질로 동체를 제작하고엔진은 4기동 엔진으로 구동 되었습니다.프로펠러는 당시 최신 수학적 계산으로 설계하였고날개모양은 이전 항공 개척자들의 연구를 기초로 하였습니다.그 후 계속 디자인 개선을 통해라이트 플라이어 2, 3 개발을 이끌었는데3호기는 특히 장시간 비행이 가능하고 제어력이 뛰어나동력비행의 중요한 돌파구가 되었습니다.특히 라이트형제의 3축 제어 시스템 발명은조종사들이 비행 중 더 큰 안정성과 제어를 제공하면서항공기의 피치, 롤링, 요를 제어할 수 있게 해주어새로운 기술 개발과 항공 발전으로 이어졌습니다.
기계공학
Q. 티비를 고를때 4K 8K 이렇게 이야기 하는것은 해상도를 말하는데 해상도를 결정하는 것이 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.TV의 해상도와 주사율을 결정하는 것은TV 내의 그래픽 카드 성능에 따라 달라집니다.또한 그래픽 카드 입출력 단자 방식에 따라서도 좌우되는 부분도 있는데과거에는 모두 RGB 이었지만현재 메인은 모두 HDMI 방식으로 사용되는 중입니다.계속 업그레이드 되어 2.1까지 되었고, 업그레이드 되면서지원가능한 최대해상도와 주사율에 차이가 생깁니다.1, 일단 주사율이란TV 가 1초당 몇개의 이미지를 보여줄 수 있는 지 나타내는 지표로, Hz(헤르츠) 단위로 표기합니다.우리가 보는 모든 영상들은 사실 정지된 이미지(=프레임)가 연속적으로 이어져 구성이 되어 있습니다.1초당 60개 이미지(60Hz) 로 표현 된 영상 보다,1초당 120개 이미지(120Hz)로 표현 된 영상이 더욱 부드럽게 느껴지게 됩니다.주사율이 높을 수록 영상이 부드럽게 됩니다.2, 해상도는 픽셀로 표현되는데화면이미지를 구현하는 최소단위로 사각형 모양으로그 수가 많을 수록 선명한 이미지 표현이 가능합니다.해상도는 결국 이 픽셀을 몇개로 구성했냐의 개념으로가로픽셀 x 세로픽셀 수 로 나타내며예로 HD 는 1280 x 720 해상도로 총 픽셀이 921600 개 백만화소이며8K UHD 는 7680 x 4320 해상도로 총 픽셀이 33,177,600 개 3,300만 화소가 됩니다.결국 티비가 선명하면서도 (해상도) 부드러운 움직임(주사율)을 보이기 위해서는그 두가지를 처리하는 그래픽 카드가 성능이 좋아야 합니다.꼭 티비가 아니라 본체가 따로있는 데스크탑 컴퓨터 에서도빠른 화면움직임과 선명한 화면을 처리를 필요로하는게임전용 컴퓨터에서 그래픽 카드의 성능이 중요한 것과 마찬가지 입니다.해상도만 높다고 중요한게 아니라고해상도 일수록 주사율이 중요한데요주사율이 좋을 수록선명도와 모션 블러현상을 줄여, 장면의 세부묘사가 가능빨리 움직이는 물체나 장면에서 잔상이 줄어듬빠른 반응시간에 따른 눈 피로도 감소등의 효과를 가져옵니다.※ 참고로초고해상도 관련에서딥 러닝을 사용한 이미지 품질 및 해상도 향상 기술도 개발되어있는데최첨단 TV장치의 이미지 품질을 높이는데 사용되고 있습니다.Super Resolution 기술로서저해상도 입력에서 고해상도 세부 정보를 복구하는 것입니다. 이 작업은 이미지 향상을 위한 중요한 이미지 처리의 일부이며, 노이즈 제거, dehazing, de-aliasing 및 색상화(colorization)와 같은 작업도 포함합니다. Super Resolution은 여러 전문 분야 및 버티컬(예 : 의료 영상 및 생명 과학, 기후학 및 농업 등)에서 이미지 해상도와 품질을 개선하는 데 사용되지만 소비자 에지 장치에서 점점 더 많은 응용 분야를 찾고 있습니다. 이미 스마트 폰 및 고급 디지털 카메라의 고성능 센서로 생성되는 이미지 품질을 개선하고, 디테일 생성 및 AI기반의 noise reduction을 이용하는 최첨단 TV 장치의 이미지 품질을 높이는데 널리 사용되고 있습니다구현방법은간단히 서술하면이미지의 공간적 차원을 확장하기 위해 잘 정립된 보간 기반 알고리즘은빠르지만 가끔 눈에 띄는 이미지 왜곡을 초래합니다. 딥 러닝은 장면에 따른 이미지 재구성을 학습하는 기능 덕분에 이미지에서 정보를 복구하는 새로운 접근 방식을 제공합니다. 예를 들어, 공간 앨리어싱 spatial aliasing (샘플링 주파수 부족으로 인한 왜곡)은 저해상도 이미지의 픽셀 그리드 pixel-grid 에 가는 선과 가장자리가 샘플링 될 때 발생합니다. 훈련할 수 없는 방법은 이미지와 함께 시각적으로 매력적이지 않은 왜곡을 확장하고 심지어 증폭할 수도 있지만 딥 러닝 기반 모델은 왜곡을 제거하는 방법을 학습합니다. 현재 딥 SR 모델은 이미지를 최대 X4까지 성공적으로 업 스케일링합니다.이싱 간단히 TV 의 해상도를 결정하는 부분과해상도를 올리는 장치 및 기술에 대해 열거해 보았습니다.