발명품 아이디어

2023 전국학생

과학발명품경진대회

지난 8월 19일부터 9월 8일까지,

대전에 있는 국립중앙과학관

미래기술관(3층)에서

2023 전국학생과학발명품경진대회

전시회가 진행되고 있었습니다.

1949년부터 시작한 대회로서

국민들이 과학기술에 관해 관심을 두고,

심도 있는 연구를 진행할 수 있게 하고자

전국의 학생들을 대상으로

발명품 아이디어를 받는 대회입니다.

올해로 44회를 맞이하였습니다.

현장에서는 초등학생, 중학생, 고등학생 부문으로

나누어 어떤 아이디어를 고민했었고,

실제 발명품이 어떻게 나왔는지를

확인해 볼 수 있었습니다.

전국에서 진행된 대회인 만큼 수도권, 비수도권

관계 없이 다양한 작품들을 만나볼 수 있었는데요,

인천시에서 나온 발명품 아이디어를

공유해 보겠습니다!

인천조동초등학교

물레방아 회전식 좌변기

물 부족 문제에 주목해 학교, 집, 회사 등에서

생기는 다양한 물 낭비 요소 중 물을

절약하는 좌변기를 만들기로 결심했습니다.

기존의 좌변기에는 사이펀의 원리,

즉, 구부러진 구조로서 아래를 향하는 관을

넘어가야 물이 빠져가는 원리가 적용되어 있었다면,

발명품에는 회전에 주목해 물레방아 회전판,

회전문의 원리를 적용하였습니다.

작은 힘으로도 잘 회전하게 함으로써 원활한 세척과

효율적인 물 사용으로 이어질 수 있다는 장점이 있습니다.

현장에서는 골판지, 생수, 막대로

회전판의 원리를 파악했고,

이후, 3D 프린터, 버킷(1개, 3개)을 활용하여

회전통을 포함한 모형을 만들어

4차까지 실험을 진행했습니다.

실제 제품으로 나오려면 완벽한 방수 처리,

적합한 회전통 크기와 모양 찾기가 과제로 남아있지만,

수동 핸들도 있어 정전 대처도 쉽고,

무엇보다 물 낭비를 막을 수 있다는 점에서

의의가 있는 아이디어라고 생각합니다.

계산중학교

커피 찌꺼기를 활용한 산불 복원용 씨드큐브

한때 강릉 산불이 크게 났던 이슈가 있었습니다.

산불 복원 현장에 나타난 ‘산을 타는 강아지들’에 주목해 씨앗을 파종하여 훼손된 산림을 복구하는 모습을 보고,

커피 찌꺼기를 재활용한 산림복원용 씨드큐브를

발명하기로 다짐했습니다.

버려지는 커피 찌꺼기 혼합물은 토양의 성분과 유사해

교목, 관목의 씨앗이 안전하게 발아하기에

안성맞춤입니다.

이에 따라 퇴비화 과정을 거쳐 커피 찌꺼기를

큐브 형태로 만들고,

내부에 씨앗을 넣을 수 있는 공간을 확보한 후에

발아촉진제, 씨앗을 같이 넣습니다.

이후, 수분에 쉽게 부서질 수 있는 뚜껑용 커피 찌꺼기를 만들어서 수분과 토양 미생물의 분해를 통해

종자가 안전하게 산림에 복원하는 아이디어입니다.

큐브 형태로 만들기에 관리에도 편리하고,

무겁지 않기에 드론, 헬기 등을 타고 뿌리면서

복원할 수 있다는 장점이 있습니다.

그리고 사람이 직접 들어갈 수 없는 현장에도

적용할 수 있어 커피 찌꺼기의 새로운 활용처를 찾고,

산림 복원의 새로운 아이디어를

찾았다는 점에서 의의가 있습니다.

영종중학교

스마트 안전 헬멧 및 다인 탑승 방지 장치

전동 킥보드를 많이 탄다는 이슈는 종종 들리지만,

그때마다 핵심 주제는 사고율 증가였습니다.

그래서 전동 킥보드 사고의 주원인으로

지적하는 헬멧 미착용 문제와

여러 명의 전동 킥보드 사용을 방지하기 위하여

<Teachable Machine>으로 인식하는

‘스마트 안전 헬멧 감지 장치’,

두 개의 발판에 설치된 힘 센서를 활용한

‘다인 탑승 방지 장치’,

공용 전동 킥보드에 장착 가능한

‘안전 발판 모듈 장치’를 발명했습니다.

구글에서 제공하는 앱 개발용 머신러닝 온라인 툴,

이미지 인식 프로젝트 기능을 활용해

<Teachable Machine>을 개발했고,

사용자의 헬멧 착용 유무를 실시간으로 확인하며

각도 조절 기능을 추가했습니다.

이미지 인식을 선택하여 헬멧을

머리에 착용했을 때를 확인할 수 있게끔 했습니다.

여기에 다인 탑승 방지를 위해

LEGO SPIKE Prime 교구, 테크닉 힘 센서 45606,

코딩 프로그램 Mindstorm을 사용해

<발판 힘 센서 앱>을 개발하였고,

안전 발판 모듈 장치도

대한민국 남성 평균 체중 약 75kg과 중력가속도,

하중 측정식을 고려해 추가했습니다.

마지막으로 LED 표시 장치를 추가하여

다인 탑승 여부, 헬멧 착용 여부를

형광으로 확인할 수 있게끔 개발했습니다.

인천과학고등학교

이상기후 침수 피해는 그만!

수력 에너지를 이용한 자동 리프트 배수로 덮개

지구온난화 문제로 폭우, 폭염과 같은 이상기후가

반복되는 시점에서 지난

2022년 8월에 강남 기습폭우 사건을 보고,

발명을 결심하게 되었습니다.

20,000명의 봉사자가

550,000개의 배수로를 청소하지만,

바람이 불면서 나뭇잎이 배수로를 덮어버리는 문제를

보며 6면체의 배수로 덮개를 발명하였는데,

기존의 배수로 시스템에 바로 적용될 구조로

설계하는 것을 목표로 삼았습니다.

그래서 우선,

국립재난안전연구원의 자료를 찾아

1시간을 기준으로 50mm의 강수량이 생길 때,

시간과 배수구 이물질에 따라

수심이 얼마나 높아지는지를 확인했습니다.

배수구 이물질이 1/3~2/3일 때도

5~6.2cm나 높아지지만,

전부 막힐 때는 19cm나 상승하니,

문제가 더 심각해집니다.

또한, U자형 배수로, 낮은 맨홀형 배수로,

높은 맨홀형 배수로를 찾아

강수량, 유속, 부력, 구조를 전부 살펴보았습니다.

이러한 사전조사를 거친 후,

3D, 캐드를 설계하고, 아크릴 케이스 설계/제작,

시제품 완성 후의 시뮬레이션까지 거쳐

제품을 완성했습니다.

공통적으로 크기가 작은 담배꽁초부터

나뭇잎까지 투기를 방지할 수 있도록

철망(쓰레기 및 악취 방지 커버)을 달았으며

부력 장치를 결합해 부력으로도

가볍게 들어 올리면서

배수로를 만듦으로써 물이 차오르면서

자동으로 물이 빠지게끔 설계했습니다.

인천과학예술영재학교

재미와 과학적 원리를 주는 토리드 펄스 발생기

교육적인 목적과 놀이를 위한 발명을 계획하였는데,

여기에 과학적 원리를 알려준다면 더 좋을 것으로

생각해 <토리드 펄스 발생기>를 발명했습니다.

과학적 원리로서 에너지 보존의 법칙,

유체에서의 유동 저항, 파동의 전달을 활용했고,

수직형 수조, 풍선, 3way 코크, 발 펌프, 호스,

스티로폼 등을 활용해 3차 제작 과정을 거쳤습니다.

최종 발명에서는 아크릴 펌프 용기, 공기펌프,

공기 저장용 플라스틱 용기(저장소)를 사용해

실제 장난감 총과 유사한 모양으로 제작함으로써

아이들이 관심을 두도록 했고,

공기펌프를 사용하여 손쉽게 공기를 내부로 유입하면,

후면 코크를 풀어 아크릴 용기 내에 공기를 충전하는

원리로 작동하는 발명품을 완성했습니다.

여기서 공기량 조절 레버와 압축 피스톤으로

공기의 양을 조절할 수 있고, 토리드 펄스 배출구,

물 저장용 구멍을 통해 파동 에너지를 주고받을 수 있기에

시원함과 새로운 감각을 느끼며

재미있게 놀 수 있을 것 같습니다.

처음에는 풍선, 주사기와 용기를 접합한 형태 등으로

발명했었지만, 휴대성, 장난감 및 교육성을 고려해

3차에 걸쳐 발명품을 완성한 사례입니다.

더 보완한다면, 물총처럼

사용할 수 있을 것으로 생각합니다.

다양한 매력과 배경 속에서 탄생한 발명품들을 확인한 후,

대통령상을 수상한 작품은 어떤 작품일지,

작품 번호를 적어서 예측하는 이벤트도

진행하고 있었습니다.

“세상에서 겪는 애로사항과 문제점들을 확인하고,

해결하기 위한 아이디어를 만드는 시도가

바로 ‘발명’입니다.

다양한 시도와 실험을 거치며 세상을 바꿔나갈

인천시 청소년들의 활동에

앞으로도 많은 관심을 부탁드리겠습니다!”

<2023 전국학생과학발명품경진대회 수상>

조동초등학교

인천광역시 남동구 백범로124번길 164 조동초등학교

계산중학교

인천광역시 계양구 도두리로 67-16 계산중학교

영종중학교

인천광역시 중구 남디로 92

인천과학고등학교

인천광역시 중구 영종대로277번길 74-37

인천과학예술영재학교

인천광역시 연수구 아카데미로 192

※ 본 게시글은 제11기 인천시 블로그 기자단 김현재 님이 작성하였습니다.

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