Synthesis and properties of eco-friendly coatings using waterborne polyaspartic and blocked isocyanate

Park, Jinuk,Im, Donghyeok,Jin, Youngup,Jang, Seong-Ho,Lim, Kwon Taek,Lee, Won-Ki Taylor & Francis Inc. 2019 Molecular Crystals and Liquid Crystals Vol.688 No.1

Multifunctional UV-curable Two Dimensional hBN/polyurethane Acrylate Nanocomposite Coatings

Vishal Gavande,Donghyeok Im,Bong Lee,Won-Ki Lee 한국환경과학회 2020 한국환경과학회 학술발표회 발표논문집 Vol.2020 No.11

이산화탄소 저감형 시멘트 함량에 따른 경량기포 콘크리트의 물성평가

임동혁,이원기,Im, Donghyeok,Lee, Won-Ki 한국환경과학회 2020 한국환경과학회지 Vol.29 No.6

To improve the initial strength and stability of lightweight-foamed concrete, which shows suitable sound absorption and insulation characteristics, the effect of CO₂-reduced cement on the properties of the concrete was investigated. Various mixing ratios were applied by substituting a certain amount of slag and Calcium Sulfo Aluminate (CSA) in CO₂-reduced Ordinary Portland Cement (OPC) and the physical properties of the samples were examined using the Korean Standard. The kiln temperatures of the CSA were 100-200℃ ; these values are lower than those of OPC and can lead to energy saving. In addition, the low limestone content reduces greenhouse gas emissions by 20 %. Adding a small amount of CSA in OPC content activates Ca-Al-H₂-based hydrates, and the initial compressive strength of the concrete is improved. As the CSA content increased, the thermal conductivity of the concrete decreased by up to 8% compared to plain concrete, thus indicating an improvement in its insulation. Therefore, the settlement stability was improved as the addition of CSA shortened the setting time.

Highly Transparent UV-Curable Nylon 6 Nanofiber Reinforced Polyurethane Acrylate Nanocomposite

Vishal Gavande,Donghyeok Im,Seungjae Lee,Jamin Koo,Yongup Jin,Won-Ki Lee 한국환경과학회 2019 한국환경과학회 학술발표회 발표논문집 Vol.2019 No.11

양액 흡수량과 줄기 두께 변화를 이용한 토마토의 스트레스 판별연구

박성진 ( Seongjin Park ),임동혁 ( Donghyeok Im ),김태현 ( Taehyun Kim ),김만중 ( Manhung Kim ),양오석 ( Ohseok Yang ),이정호 ( Jeongho Lee ),백정현 ( Jeonghyun Baek ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

국내 작물재배시설 분야에서는 온실 내외부의 온습도, EC, 양액, 광량 등 다양한 인자를 조절하여 최적의 재배환경을 조성하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만, 이러한 제어된 작물 재배환경이 직접적으로 작물을 대상으로 적절한지에 대한 외적인 변화가 나타나는데는 그 시간이 오래 걸린다. 국내에서는 이와 관련하여 적외선 열화상 카메라를 이용하여 수분스트레스 여부를 판단하거나, 작물 줄기에 마이크로 바늘을 활용하여 소형 정밀센서에 의해 직접적으로 생체정보를 측정하는 연구가 있었다. 본 연구에서는 작물 줄기의 외형을 손상시키지 않고, 토마토 줄기에 흡수되는 양액의 양과 줄기 두께의 변화를 측정하여 스트레스를 판단하는 방법을 사용하여 진행하였다. 실험은 국립농업과학원 첨단 디지털온실에서 22년 11월 8일 정식 후 22주차 토마토(데프니스)를 대상으로 진행하였고, 배지로부터 20cm 떨어진 줄기에 줄기 두께를 측정하는 센서와 수액의 흐름을 측정하는 센서를 설치하여 3분단위로 측정한 데이터를 수집하고 관찰하였다. 누적 일사량에 따라 흡수되는 양액의 양과 줄기의 변화를 측정 및 분석하고, 차광막을 이용하여 광량을 임의로 조절한 후 얻은 데이터와 비교 분석하였다. 적정 일사량 기준은 스마트온실 관리 및 작물재배(농촌진흥청. 2020)를 참고하였다. 실험 결과, 적정 생육에 필요한 누적 일사량을 기준으로 비교하였을 때, 기준이상인 경우는 흡수되는 수액량과 줄기 두께 변화 그래프 형상은 다른 날과 유사한 주기성을 나타내었지만, 기준 이하인경우 수액 흡수량과 줄기 두께 변화의 그래프가 다른 형상을 보였다. 이는 광합성의 영향을 받은 것으로 판단된다. 제안된 연구는 시설환경에서 작물의 광합성 외에도 양액 흡수에 영향을 미치는 스트레스의 유무를 판단하는 방법으로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

딸기 수확 자동화를 위한 레일형 로봇 시스템 연구

이대현 ( Daehyun Lee ),임동혁 ( Donghyeok Im ),김국환 ( Gookhwan Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),홍영기 ( Younggi Hong ),김성기 ( Sungki Kim ),한새론 ( Saeron Han ),한길수 ( Kilsu Han ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

국내 시설작물 재배면적은 1990년에 44,613 ha에 불과하였으나 웰빙과 신선채소에 대한 수요가증가에 따라 2013년에는 86,725 ha로 약 2배 증가하였다(통계청, 2013). 특히, 딸기의 경우 국내에서 재배되는 시설원예작물 중 생산액이 2위로 농가 소득 비중이 매우 높을 뿐만 아니라 수출량이 2011년 1926만달러, 2013년 2,856만달러로 급증하고 있어(한국농수산식품유통공사, 2014) 딸기재배에 대한 관심 및 생산량 향상 요구가 지속적으로 증가되고 있다. 이러한 환경 변화에 따라 공급량 확보를 위해 벤치 재배를 통한 작업 개선 등 작업효율 개선 등이 확대되고 있지만 노동력 부족 문제로 인해 자동화, 무인화 기술 보급이 절실히 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 딸기 생산성 향상을 위해 레일형 로봇 시스템을 구축하고 실내 성능평가가 가능한 딸기모형벤치를 구성하였으며, 성능평가를 실시하여 현장 적용성을 검토하였다. 이동형 딸기 수확용 로봇시스템은 벤치 간 설치된 레일 위 자율주행이 가능한 구동부와 좌, 우 벤치의 딸기 수확이 가능한 수확부로 구성되었으며, 수확부의 경우 딸기 위치 인식을 위한 CCD 카메라 및 레이저 센서와 3축 제어를 위한 모터 시스템으로 제작되어 었다. 영상처리는 이미지 필터링을 통해 노이즈를 제거한 후 완숙딸기의 HSV 히스토그램 분석을 통해 색상 영역을 검출하여 이치화(thresholding)를 수행되며, 자동 수확은 영상 획득, 이미지 프로세싱 및 딸기 영역 검출, 모터 시스템 제어를 통한 앤드이펙터 위치 제어, 딸기 수확 및 적재 순으로 제어되었다. 제어 결과 직선방향 축 이동은 약 300 mm/sec, 회전방향 축 이동은 약 180°/sec의 속도로 목표점으로 제어되었으며, 로봇시스템은 약 7 s/S의 속도로 자동 딸기 수확이 가능하였다. 본 시스템의 성능평가 결과 밴치 재배용 딸기의 인식 및 자동 수확이 안정적으로 가능하였으며, 향후 현장 시설 적용을 위해서는 기계학습 알고리즘 등의 적용을 통해 차폐 보정과 적재부 개선을 통한 실용성 향상이 필요할 것으로 판단된다.

지능형 양액공급장치 EC센서의 유지보수 주기 실험장치 설계

김만중 ( Manjung Kim ),김태현 ( Taehyun Kim ),임동혁 ( Donghyeok Im ),백정현 ( Junghyun Baek ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

최근 스마트 농업에 관한 관심의 증가와 스마트팜 기술의 발전으로 농업 자동화에 관한 관심이 증가하고 있다. 온실의 기능 중 하나는 연중 기간과 관계없이 작물을 재배하는 것이다. 스마트팜 시스템에는 작물의 생육 주기에 맞게 양액을 공급하는 일이 포함되어 있으며, 양액의 EC(Electrical Conductivity)와 pH는 양액조성의 중요 항목으로 보고 있다. 양액의 EC는 전기전도도로 이를 측정하는 센서의 유지보수 주기를 평가하는 방법이 없다. 따라서 본연구를 통하여 EC 센서의 유지보수 주기를 측정하기 위한 실험 장치를 고안하였다. 실험 장치는 기존의 양액기 시스템에서 원수를 공급하는 원수 펌프를 제외하고 나머지 부분은 유사하게 설계를 수행하였다. 원수 통에서 나온 양액은 순환펌프를 통해 개선 EC 센서와 관행 EC 센서가 부착된 관을 통과하고 다시 원수 통으로 돌아가 같은 EC의 양액을 계속해서 순환시키는 구조로 제작되었다. 제어부는 PLC와 터치패널을 부착하여 설정하는 공급시간, 공급량, 공급 횟수, 공급 EC에 따라 순환펌프가 동작하도록 제작되었다. 개선형 EC 센서에는 온도계가 붙어있어 EC와 함께 온도를 측정할 수 있는 인디케이터를 통하여 EC 값을 기록하며, 관행 EC 센서는 DEC-100 인디케이터를 사용하여 EC 값을 측정한다. 측정된 EC 값은 제어부의 내장메모리에 기록되며, 기록된 EC는 시간에 따른 그래프로 볼 수 있도록 구성하였다. 실험 장치를 EC 0.8의 양액으로 지속 가동하였을 때 46일간 정상 작동하는 것을 볼 수 있었다. 추후 제작된 실험 장치를 통하여 EC 센서의 유지보수 기간 측정을 위한 가속시험을 수행할 것이며, 워터젯타입과 벤츄리타입의 양액공급장치의 수명시험 또한 수행하여 양액 공급기에 사용되는 센서들의 수명시험을 통한 신뢰성을 높이는 데 도움이 될 것으로 보인다.

라인스케너를 이용한 자율주행 모니터링로봇의 성능향상 연구

김만중 ( Manjung Kim ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),임동혁 ( Donghyeok Im ),이정호 ( Jeongho Lee ),박성진 ( Seongjin Park ),김태현 ( Taehyun Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

최근 스마트 농업에 관한 관심의 증가와 스마트팜 기술의 발전으로 농업 자동화에 관한 관심이 증가하고 있다. 온실에서의 가장 중요한 일은 작물의 상태를 확인하고 기록, 진단하여 후속 조치를 통해 작물을 재배하는 일이다. 작물의 상태를 사람이 24시간 동안 확인할 수 없으므로, 이를 해결하기 위하여 모니터링 로봇에 관한 연구가 진행되고 있다. 모니터링 로봇이 효율적으로 모니터링작업을 수행하기 위해서는 로봇이 작업하는 곳의 정보를 알 필요성이 있다. 과거 연구되었던 모니터링 로봇의 주행은 자기 선을 이용한 주행방식, 라이다를 이용한 맵핑방식, 원격제어방식 등이 연구되었다. 그러나 기존 방식은 작업 중인 로봇의 위치를 알 수 없거나, 센서가 고가거나, 방식이 복잡한 단점이 존재하였다. 따라서 본 연구팀에서는 라인스케너를 이용하여 주행 시에는 선을 인식하여 주행하고, 위치정보는 바코드를 인식하여 획득하는 방식의 모니터링 로봇을 연구하였다. 그러나 로봇이 주행 중 바코드를 인식하지 못하는 경우가 발생하여 이를 해결하기 위한 연구를 진행하였다. 제작한 모니터링 로봇의 재원은 전체 크기 1900X180X1020mm, 윤거 700mm, 가운데 바퀴가 구동을 담당하는 스키드조향 방식으로 주행한다. 라인스케너는 OLS10-BP112311(SICK社, Waldkirch, Germany)를 사용하였다. 주요 재원은 감지거리 100mm 이하, 광점크기 180x11mm이다. 실험에 사용한 바코드는 SICK사의 BARCODE 7510-038-0001-0108이며 크기는 55x35mm 이다. 라인스케너 위치는 바퀴에서 400mm 떨어져 있으며, 좌우의 중앙에 위치해 있다. 연구 결과 로봇은 주행선의 중심으로부터 35mm, 각도 차이가 5°이상 발생하면 바코드를 인식할 수 없게 된다. 따라서 라인스케너를 로봇 바퀴 축 중앙으로 이동시키는 방법을 통해 직진주행성능을 높이일 수 있도록 설계변경을 수행하였다. 추가적으로 엔코더를 사용하는 방법, 카메라를 사용하는 방법, 스케너 변경하는 방법에 관한 연구를 수행하여 로봇의 자율주행 성능을 개선할 것이다.

저전력 광대역 무선망 활용 다중센싱 정보수집 및 분석 시스템 설계

김태현 ( Taehyun Kim ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),김만중 ( Manjung Kim ),임동혁 ( Donghyeok Im ),이정호 ( Jeongho Lee ),박성진 ( Seongjin Park ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

2014년 이후 생산성 향상과 노동력 절감을 목표로 스마트팜 확산ㆍ보급사업이 진행되고 있으나 현재 스마트온실 농가에 도입 된 기술은 대부분 1세대 수준이다. 2~3세대 기술 도입 지연의 주요 문제점은 다중 센싱 정보의 전처리 및 DB화를 위한 표준(사실상 표준 포함)에 대한 함의가 이루어져 있지 않고 업체 별로 센싱 처리 정보 규격 및 데이터 API 표준화 미흡 등 빅데이터 수집을 위한 체계 구축이 이루어지지않아 이로 인해 빅데이터, 인공지능을 기반으로 한 파생 기술인 농업용 로봇기술, 환경정보 수집 및 분석 등 자동화에도 문제가 발생한다. 본 연구에서는 IoT 데이터 처리 사실상 표준인 LwM2M 기반 데이터 처리 프로토콜을 이용한 다중 센싱 모니터링 자동화 및 분석 시스템 설계를 수행했다. 스마트온실 자동화를 위한 온실 크기ㆍ위치 별 센싱 모니터링 체계 구축을 위해 다음과 같은 항목에 대해 수집 및 정규화 및 자동 변환을 통해 데이터 생성이 이루어지도록 했다. 수집 및 생성 데이터 항목은 온ㆍ습도, 조도, CO2, VPD, 이슬점 및 근권(EC, pH, 배액, 로드셀), 생장점 부근 환경 정보, 외부기상정보(풍향, 풍속, 온습도)를 포함해 총 15 항목을 선정하였다. 생장점 인근 영상 정보는 WiFi, 그 외 정보는 LoRa를 활용해 수집하도록 설계하였다. 온실 내 데이터 수집 게이트웨이에서 LoRaWAN 전용 모뎀 연결 및 설정을 통해 무선네트워크망 기지국 안정화 무선 다중 경로 신호(Multipath Fading, Multipath Signal)의 무선신호 간섭을 파악해 지연율이 높은 기지국을 자동으로 탐지하고 해당하는 기지국과의 연결을 자동으로 끊고 지연율이 낮은 인근 기지국과 연결하여 통신환경을 개선하였으며, 기지국과의 통신거리 약 RSSI(-30) 미만의 경우, 100 Bytes 당 3.5~4.7 Sec. 가량 지연율이 감지될 시 모뎀에서 데이터 일부를 저장하면서 망스캔 및 재접속 등 개선 및 최적화를 진행하여 15개의 센싱 장비를 안정적으로 전송하도록 구성했다. 또한 센싱정보와 통신상태 모니터링, 무선센서 배터리 교체 시기 모니터링, 유해가스 검출 모니터링, 급격한 온도 상승(화재위험) 등 이상상태 감지 알림을 통합관리 할수 있도록 시스템을 설계하였다.

우주농업을 위한 확장 가능한 수경재배 시스템

백정현 ( Jeonghyun Baek ),김태현 ( Taehyun Kim ),허정욱 ( Jeongwok Heo ),임동혁 ( Donghyeok Im ),류재현 ( Jaehyeon Ryu ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

본 연구는 수경재배 및 아쿠아포닉스에서 사용하는 시스템을 환경이 제약된 우주에서 작물을 재배할 수 있도록 확장 설계한 시스템이다. 제안된 시스템은 모듈식으로 확장 가능하며, 자율적으로 작물환경을 유지 할 수 있도록 설계하였다. 또한 NASA(National Aeronautics and the Space Administration)에서 정한 요구 사항 및 제약 조건을 충족할 수 있도록 고려하였다. 식량 안보의 중요성을 인지한 NASA는 혁신적인 해결책을 모색하기 위해 우주와 지구에 양질의 식량을 제공하는 백주년 도전 프로그램을 시작했다. 아이다호 대학의 연구팀과 공동으로 NASA의 1단계 경쟁에 참 여하였으며, 사물인터넷(IoT) 센서를 활용하여 우주 식량 생산 플랫폼(ASFP, Aero Space Food Production Platform)을 제안하여 통제된 환경에서 낮은 유지비용과 자동 환경제어로 작물을 재배하였다. 작물 생육을 위해 챔버, 바이오 필터 및 실시간 모니터링 시스템으로 구성되었다. 챔버는 우주선내 출입구 제약에 따라 123㎝×46㎝×183㎝(width×depth×height), 전력은 최대 3,000w이며, 평균 1,500w이하로 설정 되었으며, 생육환경은 온도 20∼24℃, 습도 48∼62%를 유지할 수 있도록 구성되었다. 바이오필터는 물의 재사용을 위한 구성요소로 질산화-탈질화 사이클을 할 수 있도록 하였고, 마지막으로 모니터링 시스템은 DO, EC, pH 및 수온 센서를 통해 데이터를 획득하고, 이를 무선통신으로 정보를 제공하여 시각화할 수 있 도록 구성하였다. 제안된 ASFP를 활용하여 바질의 생육을 관찰하였으며, NASA가 설정한 시스템 제약 조 건을 충족하며, 생육단계별 22 °C, EC 0.3~4.0 dS.m-1, pH 6의 설정환경을 유지하면서 작동 가능했다. 제안된 ASFP는 상업적 생산을 위해 다양한 작물(예를 들어, 감자, 토마토, 다른 잎이 많은 채소)을 재배하 는데 사용될 수 있다. 그러나, 제약 환경을 가진 우주에서는 완전 자율적인 식품 생산 시스템을 달성하기 위해, 광학 센서, 광 제어 및 비전 센서와 같은 추가 센서는 최적의 성장 단계를 더 잘 특성화하는 데 유 용할 수 있을 것이다. 또한 디지털 트윈 플랫폼을 갖춘 식품 생산은 미래의 농업 생산 시스템을 위한 차세 대 데이터, 모델 및 의사 결정 지원 도구를 구현하여 ASFP를 향상시키는 데 유용한 연구가 될 것이며, 제 안된 ASFP에서 디지털 트윈을 적용하는 것은 지속 가능한 농업으로 지구와 우주 공간에서 작물을 재배하 는 또 다른 방법이 될 것으로 기대한다.