| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 스마트 변형 감지 시스템을 활용한 사용자 중심 건축물 안전진단 및 모니터링 기술 ◼ 전체 내용 ○ 역학변색 센서 시스템을 이용한 건축물의 안전성 모니터링 기술 개발 ○ 물리적 변형을 색상변화로 구현하는 변형 감지 역학변색 센서 시스템 개발 ○ 역학변색 센서를 이용한 건축물의 유해 변형 및 균열 진단 기술 개발 ◼ 1년차 ❏ 목표 건축물 안전진단을 위한 역학변색 센서의 개발 및 성능평가 ❏ 내용 ○ 건축물의 안전성 진단을 위한 역학변색 센서의 활용 방안 도출 • 건축물의 종류 및 부재 위치, 외력 조건에 따른 변형 및 균열 패턴 정립 - 구조형식 및 부재 종류에 따른 응력집중 및 특징적 균열 DB 구축 - 각종 외력 및 기후환경 조건에 의한 건축재료의 변형 및 균열 특성 • 건축물 노후도 평가를 위한 역학변색 센서의 최적 부착위치 결정 - 사용자의 동선 및 가시성, 유해균열 발생 가능성을 고려 최적 센서 부착위치 검토 - 구조 균열에 의한 구조안전성 및 표면 균열에 의한 건축물 내구수명 저하 관계 ○ 다층박막 구조를 활용한 변형 감응형 역학변색 센서 개발 • 다층박막 구조를 활용한 무동력 역학변색 센서 개발 - 연성 기판 PDMS에 MIM 다층박막 구조를 형성한 센서 제조 기술 개발 - 두 금속층 사이의 dielectric spacer layer로 연성 고분자인 SBS 이용 기술 개발 - PVA layer를 희생층으로 사용한 transfer 방식으로 센서 제조 공정 개발 • 주기적인 요철을 이용한 응력집중을 유도한 역학변색 센서 sensitivity 향상 기술 - 단위 strain(ε) 당 반사되는 빛의 중심파장(λ)의 fractional change 향상 - PDMS 기판에 주기적인 요철을 형성하여 응력집중을 유도, 국부적 strain을 증가 ○ 역학변색 센서를 이용한 건축재료의 변형거동 평가 • 건축재료와 센서의 부착관계 및 변형 일체화 검토 - 건축마감 및 구조재료의 표면마감 상태에 따른 센서의 부착강도 - 건축재료 표면과 센서의 변형 일체화 거동을 위한 부착기술 개발 • 건축재료의 변형 및 균열 진전에 따른 역학변색 센서의 변색 반응도 검토 - 건축구조재료의 압축 및 인장 변형률과 센서의 변색반응 관계 검토 - 건축마감재료의 신장률과 센서의 변색반응 관계 검토 ◼ 2년차 ❏ 목표 역학변색 센서 시스템을 이용한 건축물의 안전성 및 모니터링 기술 개발 ❏ 내용 ○ 역학변색 센서 시스템을 이용한 건축물의 안전성 모니터링 기술 개발 • 건축재료의 다양한 변형 및 균열에 따른 건축물의 노후도 판정 지표 설정 - 건축재료의 변형 및 균열 발생 범위에 따른 노후도 판정 지표 정립 • 머신러닝 기반 역학변색 센서의 측정 변형과 건설 재료의 노후상태 결정 방법 제시 - 건축물의 노후도 결정 머신러닝 학습모델을 위한 센서 변색 이미지 DB 구축 - 센서의 이미지 데이터를 활용한 건축재료의 노후상태 결정 프로세스 제안 ○ 스마트폰 연계 실시간 모니터링 및 데이터 정량화 기술 개발 • 역학변색 센서의 시각 정보 이미지 분석 및 strain level 감지 및 데이터 정량화 - 이미지 RGB, HSV 성분분석을 통한 낮은 strain level 감지 및 데이터 정량화 - 스펙트럼의 폭을 줄여 색의 채도를 높이기 위해 dielectric spacer layer 내부에 흡수층 삽입 • 스마트폰 연계 실시간 모니터링 기술 기반 구축 - 사용자 중심 센서 이미지 촬영을 위한 가이드라인 제시 - 스마트 폰으로 촬영된 센서 이미지로부터 균열 도출이 가능한 서비스 설정 ○ 건축물 장기 모니터링을 위한 역학변색 센서의 내구성 향상 기술 • 건축물의 노출 환경조건을 고려한 센서의 내구성 평가 및 향상 기술 - 온도, 습도, 일사량 등 환경조건에 따른 센서의 내구성 평가 - 센서의 표면보호 기술 개발 • 역학변색 센서를 활용한 사용자 중심 건축물 노후도 측정 데이터 수집 - 건축물 노후도 측정을 위한 대상 건축물의 선정 - 센서 시스템 설치 및 이미지 데이터 수집 □ 연구개발성과 ○ 본 과제에서 개발한 역학변색 센서는 대면적화가 가능하고 및 색의 각도 의존성 현저히 감소함 ○ 유연성이 부여된 역학변색 센서는 구조물의 다양한 부재형상 및 마감환경에 따라 부착이 가능하므로 활용도 향상 ○ 인장 과정 중 신율에 따라 나타나는 색상 변화를 파악하여 사용자의 실시간 균열 확인이 가능함 ○ 국내·외 안전진단 및 유지관리 시장의 활성화와 선진화를 위한 기반형성에 기여할 것으로 기대 ○ 기존 국외 기술에 의존하고 있는 변형률 게이지의 국산화 및 건축물 안전관리기술 핵심분야의 High-End 기술 선점 가능 ○ 역학변색 센서 기술 기반의 변형률/응력정보 획득 방법의 획기적 대안 제시 가능 ○ 기계학습을 통한 건축물 성능 예측 알고리즘을 도출함으로써 건축물의 실시간 상태진단 시스템 구축 가능 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 (기술적 측면) - 건축/토목 분야의 실험연구에 스마트 센서 시스템을 적용하여 기존 변형률 게이지 대체 가능 - 균열 변형에 따른 센서의 변색을 정량적으로 평가 가능함에 따라 균열의 위험도 기준 제시 가능 (실용·경제적 측면) - 시공 중 건축물 및 건설 현장 안전관리에 활용 - 건축용 외장재의 변형 평가 및 건축 재료·시공제품의 품질 평가용으로 활용 - 노후 건축물의 안전진단에 활용하여 노후화 진행 평가를 통해 대상 건축물의 체계적 관리 및 안전성 인증 시스템 도입 가능 - 현장 접근이 어려운 균열부의 노후화 유지관리 측면 연구자료 활용 가능 - 스마트 센서 개발을 통한 센서 업체와의 협업 및 일자리 창출 (사회적 측면) - 실시간 구조물 노후도 평가 및 인지가 가능함으로써, 사고/재난으로 인한 인명 피해 예방 - 실시간으로 구조물의 성능 평가가 가능하여 대규모 재난과 인명피해를 최소화 할 수 있을 것으로 기대 (출처 : 요약문 3p) |
