가설 설정부터 나만의 MBL 제작까지! 이공계 완벽 포트폴리오 'AI·SW 융합 과학 실험'

📌 프로젝트 핵심: 생성형 AI와 피지컬 컴퓨팅이 만난 '융합적 탐구 경험’

• 가설 설정 (교풀 AI): 막연한 실험 대신, 교풀 AI를 탐구의 파트너로 삼아 "만약 ~라면 어떨까?"라는 과학적 의구심을 확장하고 주제를 기획합니다.

• 측정 장치 제작 (피지컬 컴퓨팅): 기성품을 사용하는 대신, 아두이노와 각종 센서(적외선, 충격 감지, 온도 등)를 활용해 나만의 MBL 측정 장치를 직접 조립합니다.

• 데이터 시각화 (p5.js): 웹 브라우저와 아두이노가 직접 통신하는 기술을 활용해, 실시간으로 변하는 실험 데이터(힘-시간 그래프, 냉각 곡선 등)를 웹 기반 대시보드에 시각화합니다.

• 오차 분석 및 추론 (교풀AI): 실제 측정한 물리량과 이론 데이터를 대조하고, 교풀AI '탐구보고서 작성 도우미'를 활용해 오차 원인을 분석하며 과학적 추론 과정을 고도화합니다.

📍 실제 학교 현장의 기록

• 무엇을 했나요? 수중 펌프로 일정하게 떨어지는 물방울에 아두이노로 제어되는 고휘도 LED 조명을 비추는 장치를 직접 제작했습니다. p5.js 대시보드를 연동하여 물방울의 낙하 주기와 LED가 깜빡이는 주파수(Hz)를 실시간으로 확인하고 정밀하게 일치시켰습니다.

• 이 실험의 의미는? 주파수가 물방울의 낙하 주기와 완벽히 일치하면 물방울이 허공에 정지한 것처럼 보이고, 미세하게 늦추면 중력을 거슬러 거꾸로 올라가는 듯한 '스트로보스코프 현상'을 데이터로 증명한 실험입니다. 학생들은 "왜 주파수에 따라 방향이 바뀌는가?"를 고민하며 주파수 대역에 따른 최적의 정지 화면 데이터를 찾아내는 심화 물리 탐구를 수행했습니다.

• 무엇을 했나요? 충격 센서 위로 쇠구슬을 직접 떨어뜨리며, 완충재가 '있을 때'와 '없을 때' 센서가 받아들이는 힘과 시간 데이터를 비교 측정했습니다. 측정값이 위험 임계치를 넘으면 서보모터(에어백)가 즉각 작동하거나 부저가 울리도록 C언어로 코딩했습니다.

• 이 실험의 의미는? 수집된 데이터를 바탕으로 p5.js 실시간 그래프를 그려, 힘-시간 그래프의 면적(충격량)과 최고점(최대 충격력)의 차이를 정량적으로 분석했습니다. 이를 통해 '운동량 보존과 충격량'의 물리적 원리를 몸소 체험하고, 현실의 자동차 범퍼나 스마트 헬멧에 적용되는 하드웨어 제어 기술을 직접 설계해 본 공학적 문제 해결 사례입니다.

• 무엇을 했나요? 아두이노 온도 센서를 활용해 물, 소금물, 설탕물 등 다양한 물질을 직접 얼려보는 나만의 온도 측정 장치를 조립했습니다. 온도가 0도 이하로 떨어지면 LED가 켜지게 코딩하고, 물질이 어는 온도 변화 과정을 웹 기반의 실시간 그래프(냉각 곡선)로 시각화했습니다.

• 이 실험의 의미는? 눈금만 읽고 끝나는 수동적인 실험에서 벗어나, 물질이 얼며 온도가 일정하게 유지되는 구간을 직관적인 데이터 그래프로 확인한 혁신적인 실험입니다. 여러 물질의 데이터를 비교하며 '왜 물질마다 어는점이 다른지(어는점 내림)'에 대한 화학적 원리를 정량적으로 해석하였습니다.

❓ 선생님들이 자주 물어보시는 질문

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