R&E 자사고 컴퓨터 공학 질문드립니다! 제발 도와주세요ㅠㅠ

안녕하세요. 주제 정하기 쉽지 않죠.

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컴퓨터 공학의 특성상 이론보다 활동이 더 중요하다는 말...은 생각을 좀 해봐야겠는데, 아무튼 뭔가 눈앞에 물리적인 결과가 보이게 하고 싶다는 생각은 이해했습니다.

프로그래밍에 능하다니 대단하시네요. 파이썬 쓰시려나요? 학교에 3D프린팅 관련 기기도 잘 되어 있네요.

프로그래밍 언어를 쓸 수 있다면 학교 3D 프린터를 프로그래밍을 통해 제어할 수 있는지 알아보세요.

(KIPS_C2020B0188.pdf (manuscriptlink-society-file.s3-ap-northeast-1.amazonaws.com)

(라즈베리파이를 3D프린터 원격제어장치로 활용하기: 옥토프린트 사용 : 블로그 (naver.com)

가능하다면은 몇몇 연구를 할 수 있습니다. 학교 3D 프린터의 효과적인 사용에 특화된 연구를요. 의미있는 연구죠.

여담이지만 과학기기 회사에서 똑같이 기기들을 만들어 팔아도 산 곳에서는 산 곳의 환경과 조건에 맞춰 설정을 다시 해줍니다. 지금 기기가 있는 조건에서 가장 잘 사용할 수 있도록 설정을 하죠. 똑같은 t 기기라도 A대학의 b 연구실에서 설정한 것과 B 기업의 q 공장에서 설정한 값은 다르고, 결과도 완전히 같지 않을 겁니다.

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아니면은 매우 도전적인 주제로 topology optimization이란 것이 있는데... 프로그래밍으로 할 수 있습니다.

Matlab(공대, 산업에서 많이 이용)이나 Python을 쓰고 기존 사람들이 해둔 것을 많이 참고하시면 할 수 있을 것 같은데, 이거는 대학생들도 해본 적 없고 할 능력이 없는 사람이 절대다수일 겁니다.

밀도법이란 걸 써서, 어떤 물체가 힘을 받을 때 힘은 잘 버티면서 경량화될 수 있도록 하는 건데요(온도에 대해서도 할 수 있고, 위상최적화라고 검색해보면 많이 나옵니다.). 자세한 수학적 배경이론 같은 건 뭐 지금은 건너뛰어도 되고 구현(Tutorials · williamhunter/topy Wiki · GitHub 같이 깃허브, 유튜브 적극 참고)할 자신 있으시면은

뭐 예를 들어서 학교 내에 어떤 힘을 받는 부품에 대한 지지대를 topology optimization을 통해 설계하고 적용해보았다든지(국기게양대?) 꼭 학교 내 아니더라도 가령 topology optimization을 이용해 경량화된 스마트폰 받침대를 설계해 보았다 이럴 수 있습니다(물론, 형상을 단순화하고 또 받는 힘의 방향 등도 극히 단순화하여서요, 또 웬만하면 2D 모델에 대해서만 할 수 있을 것이란 걸 명심하세요.).

이게 현재 하실 수 있을 수준에서는 컴공보다 기계공학, 수학, 설계 쪽 특색이 강할 것 같긴 한데... 눈으로 보이는 결과물이 나오고 3D 프린팅해서 시험해볼 수도 있어서 말씀드립니다. 또 하기 나름이고요.

실제로는 난관들이 좀 있을 거예요. 3D 프린팅한 제품은 전통적 방식으로 만든 제품보다 물성이 안 좋아서 학교 3D 프린터로 만든 결과물들이 유의미한 결과값 차이가 없을 정도로 다 시원찮을 수도 있고, '결과값'은 어떻게 정의할지도 생각해봐야 하고요.

Matlab은 대학생이면 내려받을 수 있고 또 Inventor란 프로그램도 내려받을 수 있거든요? 도움이 될 수 있어 알려드립니다.

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아니면 뭐 아두이노랑 모터 사서 뭔가 로봇이나 간단한 동작을 하는 기구(기왕이면 쓸모 있는 게 좋겠죠?)를 구현할 수도 있겠고요. 레고 마인드스톰 키트도 괜찮습니다.

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또 말씀드리면 매트랩을 지금은 잘 모르시겠지만 사용자 편의를 위해 쓰기 상대적으로 쉽게 해놓은 모듈들이 있습니다. 유전 알고리즘도 괜찮은 모듈인데, 유전알고리즘은 간단히 말해 최적값을 찾아나갈 수 있는 방법입니다. 이 또한 수학적 원리는 골때리니까 지금은 다는 몰라도 되고, 뭔가 문제상황을 정의하고 그의 해결책에 대한 파라미터들을 제시하고, 그 파라미터의 최적값을 자동으로 찾아나갈 수 있다는 것입니다.

가령 학교 급식실에 점심시간에 너무 많은 사람이 몰린다면 어떻게 시간을 분배하는 것이 최선인가? 이런 걸 찾을 수 있단 거죠.

사실 Matlab이 스크립팅으로 작동하기는 하지만은 사실 컴공에서 배운다거나 주요하지는 않습니다. 컴공은 사실 원리를 배우는 곳이고 Matlab은 컴공에서 별로 쓰이지 않는 언어입니다.

그러나 어쨌든 고등학생이 한다는 건 굉장한 거죠. 뭐 파이썬에서 하셔도 됩니다.

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여기 있는 말들을 적절히 활용해서 창의적인 연구 하시기 바랍니다. 여기 써있는 문장이나 단어 하나하나에 얽매이지 마시고요, 적절히 답변을 응용하여 생각하시기 바랍니다. 얼마든지 더하고 빼고 서로 섞고 할 수 있는 거예요. ​

위에 간단한 동작을 하는 기구라고 말했지만 꼭 동작을 하지 않아도 됩니다. 가령 복도에 학생이 너무 빨리 움직이면 센서로 감지해서 스피커로 경고해주는 장치를 만들 수도 있겠죠.

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일반적으로 알면 좋은 사항들은 이렇습니다.

1. 실험을 실행에 옮기기 전에 과학 선생님과 상의하시고 충분히 소통하시기 바랍니다. 친구들과도요.

2. 소논문에 실험 결과를 나열하는 것에만 그치지 말고 과학적 고찰을 넣으시길 바랍니다.

3. 어떠한 실험을 맥락이나 상황과 연관시키면 갑자기 연구의 의의가 커질 수 있습니다. 가령 미생물 수 측정 실험을 했을 때 그걸 실험실에서 그냥 한 사람과 인근 유치원들 모래놀이터에 대해서 한 사람은 쓸 수 있는 말이 다르겠죠?

4. 연구에 따라 다르나 여러 대상을 가지고 여러 번 실험해야 통계적으로 신뢰할 만합니다.

5. 생명과학1에 과학적 연구방법에 대한 내용이 조금 나오니 읽어보시고, 변인 통제나 대조군이란 개념들이 있는데 이 개념을 쓰지 않는 실험이라도 기억은 하세요.

6. 엑셀을 이용하면 값들을 표로 만들어낸 다음 그 표를 그래프로 만들고 그 그래프에서 함수관계를 찾아낼 수 있습니다. 어렵게 하실 거 없고, Excel 2010 기준으로 설명드리자면 표를 엑셀에다 만들고, 그 표를 마우스로 쫙 선택한 다음 삽입에 들어가셔서 그 표의 분산형 그래프를 띄운 다음에, 그 그래프의 선에 마우스를 갖다대시고 오른쪽 마우스 버튼을 누르고 추세선 추가를 클릭합니다. 그러면 추세선을 여러 함수로 표시할 수 있습니다. 가장 이 그래프를 잘 표현하는 추세선 함수를 스스로 찾아보세요. 해보시면 무슨 말인지 압니다. 이때 하단에 있는 '수식을 차트에 표시'를 꼭 체크해주셔야 추세선 함수가 그래프에 식으로 나타나니 주의해 주세요.

7. 혈액성분 등을 전문적으로 분석해주는 업체/연구소도 존재합니다. 다만 미리 뭐뭐를 분석받을 수 있는지 그런 걸 전화 등으로 확인한 후 실험을 짜셔야지 막바지에 가서 분석해줄 곳을 찾으려다간 낭패를 볼 수 있습니다. 또 요새는 재능기부 사이트들도 있으니까 관련 분야의 경험자분들에게서 도움을 얻을 수도 있습니다(너무 확신하진 마세요.).

8. 실험에 관계된 사항은 두루뭉술하게 하지 마시고 상세히 기록하세요. 가령 기기로 잰다면 ~~사의 !$@기기로 쟀다 이런 식으로 기록하고(실제 논문엔 정말 이렇게도 합니다만 지금 생각해보니 학생에겐 선택사항일 수도 있겠네요.), 쥐로 실험하면 그냥 마트에서 산 쥐한테 매일 카페인 3숟가락을 먹였다 이런 식이 아니라 학명이 $@!@인 20개월 쥐에게 24시간 간격으로 순도 99%의 카페인 1mL를 먹였다 이런 식으로 하면 더 고급스럽습니다.​

9. RISS, NDSL, Scienceon, Google scholar, 국회도서관 등 사이트에서 실제 과학기술 분야 논문들을 읽어보고 책도 읽어보셔서 과학적 엄밀성과 과학적 연구의 특성에 대해 알고 하셔야 합니다. 결과의 질에도 엄청난 차이가 날 겁니다. 책으로는 강상조, 박재현, 황규자 씨의 '연구논문 어떻게 작성할 것인가?' 라는 책이랑 서울대학교 출판부 출판 의학연구방법론이 좋았었습니다. 근처 도서관에서 빌려보고 없으면 나중에라도 보게 희망도서 신청이라도 해 보세요. 없다면 다른 연구방법론 관련 도서들을 읽어보시길 권합니다. 대학 도서관엔 아마 반드시 있을 텐데 가족 중 대학생이 있다면 부탁이라도 해보실 수 있습니다.

10. 연구 분야와 관련된 대학 서적을 참고하는 것을 일반적으로 추천합니다. 그냥 봐도 재밌습니다. 도서관을 이용하시는 게 좋겠고 이 때 생긴 지 얼마 안 된 새 도서관보다는 오래된 도서관을 가보시는 게 좋겠습니다. 책이 많거든요.

11. 연구 주제와 관련하여 전공 지식 수준의 지식이 필요하시면

www.kocw.net

www.kocw.net

KOCW란 사이트를 유용하게 이용하실 수 있습니다.

12. https://kin.naver.com/open100/detail.nhn?d1id=11&dirId=1128&docId=1496049

이 링크 들어가서 보시고 통계학을 논문에 활용하시면 좋겠습니다. 카이제곱검정, Student's t-test 등 통계학의 고급 기법들을 사용하면 멋있을 것입니다만 상관계수란 개념 하나만이라도 논문에 활용하시면 좋을 듯 합니다. 그렇다고 상관관계를 분석하지 않는 연구에서 상관계수란 개념을 끼워넣고 그러진 말고요.

13. 엑셀에서 다양한 통계분석도 지원합니다. 예를 들어 회귀분석을 하려면 값들이 표로 정리되어 있을 때 메뉴에서 데이터를 선택한 후 데이터 분석을 누르고 분석도구에서 회귀분석을 선택합니다. 종속변수가 되는 Y축의 범위에 종속변수가 되는 데이터의 범위를 입력하고, 독립변수가 되는 X축의 범위에 독립변수가 되는 데이터(들)의 범위를 입력합니다. 회귀분석은 하나뿐만 아니라 여러 변수에 대한 관계를 분석할 수 있습니다. 엑셀 초보한텐 데이터의 범위를 입력한다는 것부터 문젠데 이건 다른 엑셀 설명 블로그 글이나 영상을 찾아보시면 되겠습니다. 출력 옵션은 새로운 워크시트를 선택해 주면 새 워크시트에 분석 결과가 나타납니다. 엑셀이 잘해줍니다.

14. 연구를 위해 실험을 할 때 그 실험에 대한 기존의 표준적 실험방법이 있을 수 있습니다. 그러니 검색이나 책을 통해 확인해 보시고 그 실험방법을 기왕이면 최대한 존중하셔서 하시기 바랍니다. 그러나 연구에 따라서 이 문항은 적용될 수도 적용되지 않을 수도 있습니다. 학생이 너무 엄격하게 안 해도 되고요.

15. 실험하실 때 가능하다면 대충의 예비실험을 통해 어느 정도 범위를 정하신 후 본 실험에 들어가면 좋습니다.

16. 이 답변의 내용에 얽매이지 마시기 바랍니다. 답변의 내용이나 찾아본 연구를 그대로만 따라하려고 하진 마시고 본인의 상황에 맞춰, 생각과 의도와 연구목적에 따라 알맞게 응용하고 창의적으로 생각하시기 바랍니다. 이 문항 자체도 재량껏 적절하게 적용하세요.

17. 구글 검색, 검색을 이용하시면 좋습니다. 능력이 된다면 구글에서 영어로 검색한다면 한글 검색보다 훨씬 방대한 정보를 얻을 수 있습니다. 위키백과에서도 마찬가지입니다. 한글 위키백과는 망했지만 미국 건 꽤 괜찮습니다.

18. 스마트폰 어플리케이션을 연구에 이용할 수 있다는 걸 알아두세요.

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과학 본능을 자극하는 13가지 환상적인 과학 앱

과학의 즐거움! 지식에 대한 갈증: 있음. 과학적 방법에 대한 이해: 있음. 모든 시설이 완비된 실험실: 없음! 그러나 두려워할 필요 없다. 대

www.itworld.co.kr

이 링크를 참조하세요. 더 말씀드리면 무료 공개 소프트웨어들을 이용할 수도 있습니다. 화학 분자모델링 프로그램 Avogadro, 천문학의 Stellarium, 단백질구조 PyMOL 등등 많고 제휴 대학교 학생 인증을 하면 내려받을 수 있는 프로그램들도 좋은 게 많으니 주변 대학생이나 선생님한테 부탁해 볼 수도 있습니다. Autodesk 사의 Inventor는 2, 3차원 모델링하고 물체가 힘을 받는 상황을 시뮬레이션하기 좋고요. Ansys는 말할 것도 없죠. 열, 전자기, 역학, 유동, 광학...(등등)적 상황들에 대한 시뮬레이션을 할 수 있고 MATLAB/Simulink는 그 자체로도 계산, 그래프 출력 등도 잘 해주는 강력한 프로그램이지만 각종 Toolbox들을 잘 이용하면 무슨 배터리 구동 시뮬레이션이나 최적화(Optimization)이라든지 자동차 주행상황 모사라든지 놀라운 것들을 해냅니다.

다 쓰자면 너무 기네요. 주의할 점 쓰자면 고등학생이 혼자 쓰기 어려울 경우가 많단 겁니다. 우선 이론부터 어렵고요, 프로그램 사용법 익히기도 어렵습니다. 옆에서 도와주는 사람 없으면은 기능 배우다 시간 다 가고 치명적인 오류를 저질렀는데도 모르고 지나갈 수 있습니다.

19. 참고할 만한 공공 사이트로는 부산광역시영재교육원 유튜브(https://www.youtube.com/c/bigep/videos)와 한국과학창의재단 패밀리 웹사이트들(https://login.kofac.re.kr/login/logon_result.jsp#3)을 추천합니다. ​

학교에서 작년에 했던 것들에 대한 문집 같은 것을 발간해놨을 수도 있습니다. 선생님께 부탁해 한번 보시면 나쁠 것 없습니다. 기존 연구의 후속연구(기존 연구의 한계 돌파, 연구범위의 확장, 적용범위의 확장, 다른 관점과 방법론으로의 분석과 비교 등)가가 큰 의미가 있을 수 있다는 점도 여기서 말씀드립니다.

20. 구체적으로 무엇을 내가 어떻게 할지 생각해봐야 합니다. 막연하게 ~를 분석한다 이렇게 생각하기보단 실제 상황에서 뭐 이걸 어떻게 한다 이런 단계까지 생각해보시는 게 나중에 곤란해지는 것을 막는 데 더 좋습니다. 물론 그냥 무턱대로 생각하고 진행하다 창의적 연구가 탄생하는 그런 경우도 있는데 그건 그거고 이렇게 구체적으로 생각하는 게 실제 연구 진행하는 데 더 도움이 되는 면이 있습니다.

21. 과학기술 연구에서 꼭 'F=ma' 나 '저절로 흡수되는 반창고 개발' 같은 것만이 연구인 것은 아닙니다. F=ma는 분명히 지구뿐만 아니라 안드로메다 은하에서도 적용되는 위대한 공식이지만 '~ 지역 미세먼지 농도의 시계열적 변화' 이런 것도 분명히 훌륭한 연구입니다. 꼭 보편적 연구가 아니라 지역적 연구도 당연히 연구입니다. 또 저절로 흡수되는 반창고는 분명히 좋은 반창고지만 그 반창고를 만들기 위해서 필요한 연구도 역시 연구입니다. 가령 어떤 물질이 신체와 접착력이 있고 물에도 잘 안 떨어지는가에 대한 연구도 따로 있어야 하고 어떤 물질이 인체에 흡수성이 있고 무해한가 이런 연구도 있어야 하고 여러 다른 연구들이 필요합니다. 하위 개념의 연구로 취급하면 안 되고 오히려 이 연구들로부터 ~물질의 의료용 접착제로서의 활용가능성 이렇게 전개되어 나갈 수 있는 것입니다.

뉴턴도 자신은 거인들의 어깨 위에 서있다고 말했죠.

과학기술 연구의 이런 성질을 아시기 바랍니다.

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