초록 ▼

□연구개요
본 연구는 마이크로 스케일의 강모 구조물(hairy structure)을 지니는 생명체 및 생체 모방 모델을 대상으로 강모 구조물 주위의 비정상 유동(unsteady flow)에 대한 집합적인 유체-구조 상호작용(collective fluid-structure interaction) 및 지능형 유동 제어(intelligent flow control) 원리를 발견하고자 함. 주요 연구 대상은 크게 두 가지로, 첫째는 비행 및 유영 생명체(총채벌레목, 요각류 등)의 강모 형태의 추진기관, 둘째, 유동 감지, 먹이 포집

□연구개요
본 연구는 마이크로 스케일의 강모 구조물(hairy structure)을 지니는 생명체 및 생체 모방 모델을 대상으로 강모 구조물 주위의 비정상 유동(unsteady flow)에 대한 집합적인 유체-구조 상호작용(collective fluid-structure interaction) 및 지능형 유동 제어(intelligent flow control) 원리를 발견하고자 함. 주요 연구 대상은 크게 두 가지로, 첫째는 비행 및 유영 생명체(총채벌레목, 요각류 등)의 강모 형태의 추진기관, 둘째, 유동 감지, 먹이 포집 또는 냄새 입자를 위한 강모 형태의 감각 기관임. 본 연구를 통해 강모 형태의 플래핑 추진기관을 이용한 마이크로 스케일의 비행체 및 유영체 개발과 마이크로 스케일의 강모 집합형 유동/입자 감지 및 제어 시스템 개발을 위한 유체역공학적 기반을 확립하고자 함.

□연구 목표대비 연구결과
본 연구 그룹은 미세 생체 강모 기관의 생체역학적 특성을 관찰하는 것을 시작으로, 유동 제어의 원리를 분석하여 강모 추진기관을 갖는 유영/비행 플랫폼을 구성하여 최적의 움직임 설계안을 도출하는 것을 목표로 삼았음. 이와 관련하여 펄럭이는 강모 날개의 시간에 따른 와류 구조 형성, 강모 날개가 최대의 양력을 발생시키기 위한 강모 배열의 최적화에 대한 연구 등을 수행하였음. 특히 돌풍에 의해 발생하는 순간적인 힘을 특성짓기 위한 무차원 변수를 발견하고, 강모 날개 모형이 자유 낙하할 때 더욱 안정적으로 떨어진다는 사실 또한 발견하였음.
여기에 더해, 과도 레이놀즈수에서의 강모 집합체의 유동 구조, 주변 입자의 거동, 그와 관련된 유동 제어 등을 밝혀 생체모방형 유동/입자 감지 센서 개발의 기초 원리를 제공하고자 하였음. 해당 목표와 관련하여, 레이놀즈수, 페클레수, 실린더 사이의 거리 및 실린더 배열 방식에 따른 유동 입자 감지 효율, 그리고 1자유도의 왕복운동을 하는 섬모들의 집단적 유동 교란을 정량적으로 분석하였음.
본 연구 과제의 연구결과를 토대로 Journal of Fluid Mechanics, Physics of Fluids등 저명한 국제 전문학술지에 총 8편의 논문을 게재 완료하였으며, 현재 1편의 논문을 Journal of Fluid Mechanics에 추가로 제출하여 리뷰 중에 있음. 또한, 관련 연구 결과를 토대로 국내/외 학술대회에 약 30여편의 논문을 발표하였음.

□연구개발결과의 중요성
기존의 플래핑 기반 로봇 추진체보다 현저하게 작은 마이크로 스케일 플래핑 기반 로봇 추진체, 집합적이고 능동적인 감지 기능을 갖춘 생체 모방형 마이크로 스케일 유동 센서의 원천 기술을 확보하고, 향후 군사, 계측, 의공학 등의 분야에 응용하기 위한 토대를 마련함. 특히 본 과제에서 연구한 집합체를 이루는 구조물에 대한 유체-구조 상호작용 분석 방법론은 생물학적 유동 제어 메커니즘을 기반으로 한 인공지능 추진 시스템 및 유동 센서의 개발에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대됨.
또한, 생체 유체역학, 생체 모방형 플랫폼 연구 관련 전문 지식을 갖는 양질의 신진 연구인력을 배출함.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1연구결과 요약문 ... 2목차 ... 31. 연구개발과제의 개요 ... 4 1.1 최종목표 및 연구범위 ... 4 1.2 연구개발의 개요 ... 4 1.3 연구개발의 필요성 ... 52. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6 2.1 1차년도 (2017.11 – 2018.2) ... 6 2.2 2차년도 (2018.3 – 2019.2) ... 8 2.3 3차년도 (2019.3 – 2020.2) ... 11 2.4 4차년도 (2020.3 – 2020.10) ... 133. 연구개발결과의 중요성 ... 164. 참고문헌 ... 165. 연구성과 ... 17대표적 연구실적 ... 23끝페이지 ... 38