대통령상·국무총리상 비롯해 299명 수상
사회적 약자의 편의를 위한 작품 돋보여
과학기술정보통신부(장관 배경훈)와 국립중앙과학관(관장 이은영)은 제47회 전국학생과학발명품경진대회 대통령상 수상자로 대현초등학교(울산 소재) 5학년 박하을 학생을, 국무총리상 수상자로 대전지족중학교 3학년 황현성 학생을 선정했다고 밝혔다.
| 대통령상 | ◆ 의도를 읽은 문고리, 발을 잊은 도어 핸들 ※대현초등학교(울산 5학년 박하을 (지도교사 이선나) |
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| 국무총리상 | ◆ (후진하면 자세가 바로 잡아지는)컨베이어를 이용한 자세 교정 휠체어 ※ 수상자 (지도교사 전병아) |
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1979년부터 학생들의 창의력과 탐구심을 키우고 미래 과학 인재를 양성하기 위해 매년 개최하고 있는 ‘전국학생과학발명품경진대회’는 올해 시·도대회에 총 8,856명의 학생이 참가하였으며, 이를 통과한 299명이 전국대회에 진출하였다.
심사는 학계·연구계·특허 전문가 48명으로 구성된 심사위원회(위원장 : 오준호 삼성전자 미래로봇추진단장)가 진행하였으며, 창의성과 탐구성, 실용성, 노력도, 경제성 등을 기준으로 공정하고 엄격하게 이루어졌다.
대통령상 수상작:「의도를 읽은 문고리, 발을 잊은 도어핸들」
박하을 학생은 부모님을 도와 택배상자를 집안으로 들이면서 상자를 든 채 도어스토퍼 사용이 쉽지 않고, 노인이나 휠체어 사용자들도 발로 조작하는 도어스토퍼가 불편할 수 있겠다는 점에 착안하여 발명을 시작했다.
이 작품은 문손잡이를 약 45도 이내로 돌리면 문만 열리고, 약 70도 이상 돌리면 문 아래 부분의 스토퍼가 내려가도록 설계되었다. 70도를 돌렸을 때 손잡이의 회전운동은 둥근 톱니바퀴인 ‘피니언’과 일자형 톱니인‘ 래크’를 통해 위아래로 움직이는 직선운동으로 바뀐다. 이를 이용해 전기장치나 센서 없이도 스토퍼를 작동시킬 수 있다.
특별한 센서 없이도 스토퍼를 작동시킬 수 있으며, 구조가 단순하고 전원이 필요하지 않아 고장 가능성이 적고 제작비를 낮출 수 있을 것으로 보이는 점에서 높은 평가를 받았다.
국무총리상 수상작:「(후진하면 자세가 바로 잡아지는)컨베이어를 이용한 자세 교정 휠체어」
황현성 학생은 몸이 불편하신 외할아버지가 휠체어를 이용하는 모습에서 아이디어를 얻었다. 휠체어를 탈 때 엉덩이가 앞부분에 불안하게 걸쳐지는 경우가 많은데 이때 보호자가 탑승자의 상체를 잡고 뒤로 당기면 보호자의 허리나 어깨에 무리가 간다. 이러한 어려움 없이 사용할 수 있는 휠체어를 만들고 싶어 발명을 시작했다.
이 작품의 핵심은 휠체어 안장을 공장의 컨베이어처럼 움직이게 만든 것이다. 안장 아래에 회전축과 톱니바퀴, 체인을 설치하고 이를 휠체어 뒷바퀴와 연결하여, 휠체어를 후진시키면 바퀴의 회전력이 체인을 통해 안장에 전달되도록 하였다. 이 과정에서 탑승자의 자세가 바로잡아지면서 사람이 직접 뒤로 당겨 바로 앉히는 것보다 적은 힘으로 휠체어를 사용할 수 있도록 고안했다. 이용자의 편안함과 안전성을 높이고 보호자·요양보호사의 신체 부담을 줄일 수 있는 물리적 설계가 돋보인다는 점에서 좋은 평가를 받았다.
심사위원장을 맡은 오준호 삼성전자 미래로봇추진단장은 “이번 대회는 학생들이 사회적 약자의 시선에서 생활 속 불편을 포착하고 이를 발상의 전환과 과학적 탐구로 해결하고자 하는 작품들이 돋보였다.”며 심사소감을 밝혔다.
대통령상, 국무총리상 외에도 최우수상(과학기술정보통신부·교육부 등 부처 장관상) 10점, 특상 50점, 우수상 100점, 장려상 137점을 선정하였다. 전국대회에 출품된 299점의 작품들은 9월 5일(토)까지 국립중앙과학관 미래기술관에서 전시되며 시상식은 10월 7일(수) 국립중앙과학관 사이언스홀에서 열린다.
국립중앙과학관 이은영 관장은 “학생들이 완벽하고 화려하지는 않더라도 자신만의 방법으로 질문하고 이를 해결하기 위해 노력하는 모습이 너무 대견해보였다. 이번의 경험과 도전이 앞으로 멋진 과학도로 성장할 수 있는 밑거름이 되기를 바란다.”라고 말했다.
붙임 제47회 전국학생과학발명품경진대회 대통령상·국무총리상 수상작품
| 붙 임 | 대통령상·국무총리상 수상작품 |
대통령상 수상작
| 분 야 | 초등학교 | 출품번호 | 1101 | 소 속 | 대현초등학교 5학년 | |||
| 작품명 | 의도를 읽은 문고리, 발을 잊은 도어 핸들 | |||||||
| 성 명 | 박하을 | |||||||
| 1. 발명(연구)동기 바쁘신 부모님을 도와 택배상자를 집안으로 옮기면서 발을 사용하는 도어스토퍼의 사용에 불편을 느낌. 나이드신 할머니도 도어스토퍼를 거의 사용하지 못하시는 것을 보고 휠체어를 타야하는 사람들과 택배기사님 등 같은 불편함을 가지는 사람이 있을 것이라고 생각함. 발을 쓰지않고 손만을 이용하여 도어스토퍼를 작동하게 만들고 싶었음. <작품 요약> – 도어의 열림 각도를 ‘45도(무의식적 개방각도)’와 ‘70도(의식적 고정각도)’라는 사람의 행동패턴을 구현함. – 복잡한 전자센서 없이 톱니바퀴와 톱니레일을 이용해 제작한 스토퍼로 실용적이고 간단한 제작품. – 손높이에서 모든 조작이 이루어지게 하여 남녀노소, 노약자, 장애인 등 모든 사용자의 접근성이 좋음. |
설계도 | 전면부 | 내부 | |||||
| 최종 제작품 예상 모형 | ||||||||
| 2. 작품내용 가. 전자센서나 복잡한 구동장치 대신 톱니바퀴와 톱니레일을 활용해 70도 각도에서 도어스토퍼 작동(손잡이를 약 70도 이상 회전시키려고 하면 사용자의 문 고정 의도로 판단하여 작동하도록 설계함) 나. 기어비의 원리 활용, 톱니수(1:1.5=12개:18개)에 따라 45도 이내에서 개방, 70도에서 고정되도록 완성함. 다. 별도의 연습이나 이해가 필요 없이 직관적으로 사용이 가능하도록 하여 편리성을 높였고, 발을 사용하지 않으므로 병원과 요양원 등 다양한 환경에 즉시 적용 가능함. 라. 고가의 기계적인 작동이나 전자식 센서가 필요 없고, 단순한 기계구조만으로 제작할 수 있어 생산단가가 높지 않아 경제적이며, 고장의 확률도 현저히 낮음. 마. 보편적으로 사용되는 거의 모든 여닫이문에 적용이 가능함. 3. 제작결과 가. 손높이에서 도어스토퍼를 조작할 수 있도록 하는 방식으로 사회적 약자(장애인 등)와 노약자(어린이, 임산부, 노인 등)들을 고려한 사용자 배려((Barrier-Free) 반영 개발품임. 나. 톱니형레일(래크)과 톱니(피니언)를 이용하여 도어스토퍼가 손잡이의 구동 각도에 따라 작동됨. 래크와 피니언 톱니수의 비율(1:1.5=12:18)에 따라 손잡이 45도 이내 에서 문이 개방되고, 70도에서 스토퍼가 고정됨. |
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국무총리상 수상작
| 분 야 | 중학교 | 출품번호 | 2076 | 소 속 | 대전지족중학교 3학년 |
| 작품명 | (후진하면 자세가 바로 잡아지는) 컨베이어를 이용한 자세 교정 휠체어 | ||||
| 성 명 | 황현성 | ||||
| 1. 발명(연구)동기 거동이 불편하신 외할아버지께서 휠체어에 앉아계실 때 앞으로 자세가 밀린다. 이때 낙상 및 욕창의 위험성이 높아지기 때문에 뒤에서 안아서 당기는 방법으로 자세를 바로 잡는데 힘이 많이 들어 보여 고민해 보았다. 휠체어 안장에 컨베이어 시스템을 설치해서 바퀴에 연동하여 후진하면 자세를 교정할 수 있게 제작했고, 보호자와 요양보호사들에게 유용할 것이라 생각한다. |
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| 2. 작품내용 휠체어 이용자의 몸이 앞으로 밀렸을 때(엉덩이가 앞으로 밀렸을 때) 보호자나 요양보호사가 휠체어를 반 바퀴 후진하여 적은 힘으로 편하게 자세를 교정할 수 있는 휠체어이다. 3. 제작결과 가. 휠체어 안장에 연마봉, 베어링, 톱니기어, 체인, 평철을 이용하여 컨베이어 시스템을 구축하였고, 휠체어 안장의 마찰력 및 관성의 힘으로 인해 앞으로 역진하여 낙상하는 것을 방지하고자 라쳇기어를 설치하였다. 휠체어 이용자의 자세가 무너지면 보호자가 휠체어 바퀴의 톱니기어와 연결된 컨베이어 시스템의 안장 수동 잠금 및 이동장치를 결착한 후, 휠체어를 반 바퀴 후진하면 적은 힘으로 자세를 바로 잡을 수 있다. 나. 기대효과: 이용자 본인은 안전벨트로 꽉 조이지 않고, 편안히 휠체어에 앉아 있을 수 있고, 보호자 및 요양보호사는 체중 65kg의 사람을 자세 교정할 때, 직접 들어서 뒤로 당기는 것(45.7kg의 물건을 들고 당기는 힘과 비슷)에 비해 휠체어를 후진하여 자세를 교정(3.67kg의 물건을 밀고 당기는 힘과 비슷)해 주면 힘이 훨씬 적게 들어 근골격계 질환을 예방할 수 있다. |
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