아이들이 한 학기 작업하느라 고생했던 프로젝트를 정리한다. 모든 아이디어가 독특하고 작업하는 내내 즐거웠고 마지막 제출하는 작품의 완성도도 기대 이상으로 잘 만들었다. 발표자료와 데모 영상을 정리해 다시 올려야 하고 일부는 편집하여 공개하기로 한다. 13개 팀의 작품을 평가해 6개 팀에 상을 준다.
상을 주는 일은 조금은 형식적이라 아쉽기도 하지만 나중엔 더 큰 결과로 보답이 돌아올 줄 아이들은 알고 있다. 포스팅을 모두 올리면 리스트를 링크로 묶기로 하고 여기엔 작품 목록과 결과만 올려둔다. 진짜 행동은 반복하는 것이다. 잠깐 기분만 좋고 마는 일은 행동이 아니다. 아이들은 정말로 행동한다. 끝까지 반복하고 끈기를 잃지 않는다. 아이들과 함께 성장하는 일은 마음에 쏙든다.
2021년 2학기 어드벤처 디자인 작품 목록과 설명 블로그 링크
의료 폐기물 자동 수거 로봇
한 학기 아이들이 작업한 결과물을 올리기로 했다. 사회에서 쌓아 올리는 관계와 교육, 문화는 그대로 자신의 정체성이 된다. 조금도 벗어나지 못한다. 아이들이나 선생님이나 마찬가지다. 그리하여 사라지고, 묻히고 영영 돌아볼 수 없게 만든다. 내부에 있는 모든 두려움을 극복하는 일은 그래서 무엇보다 중요하다. 늘 도전하고, 불편함을 극복해야 한다. 일단 시작한다.
"너희들은 어떻게 못하는 게 없어. 못하는 게 뭐니?"
"연애요."
"그렇지. 그게 가장 어렵지?"
"ㅎㅎㅎㅎㅎㅎ"
2021년 2학기 어드벤처 디자인 작품 활동에서 발표한 내용을 요약정리하여 올리기로 한다. 영상은 어떻게 링크로 공개해야 하나 생각 중이다.
작품 제작 배경
1.1 의료폐기물의 개념
의료폐기물이란 보건·의료기관, 동물병원, 시험·검사기관 등에서 배출되는 폐기물 중 인체에 감염 등 위해를 줄 우려가 있는 폐기물과 보건·환경보호 상 특별한 관리가 필요하다고 인정되는 폐기물로써 폐기물 관리법 시행령에서 정하는 폐기물을 말한다. 1) 병·의원, 보건소, 의료관계 연구소와 교육기관 등에서 배출하는 폐기물로써, 탈지면·가 제·붕대·기저귀·인체 적출물·주사기·주사침·체온계·시험관 등의 검사기구, 분석장치·엑스선 필름 폐현상액·유기용제 등이 이에 속하며, 의료관계 폐기물 또는 병원 폐기물이 라고도 한다. 2) 의료폐기물의 종류는 일반폐기물, 병리계 폐기물(조직, 장기 등), 감염 성 및 감염 가능성 폐기물, 손상성 폐기물, 화학성 폐기물, 약재성 폐기물, 폭발성 폐 기물, 방사성 폐기물 등이 있다. 3) 본 보고서에서는 의료폐기물의 개념을 감염성 및 감염 가능성 폐기물에 한정하였음을 밝힌다.
1.2 문제 상황
코로나19 바이러스의 빠른 창궐 속도로 말미암아 코로나바이러스 감염증 유행이 장 기화되며 우리 사회에 새로운 문제가 대두되었다. 팬데믹 시대에 따른 영향으로 곳곳에서 의료용 폐기물이 많이 발생되고 있는데, 특히 코로나19 확진자의 수가 꾸준히 증가하며 배출되는 의료폐기물의 처리 문제가 새롭게 해결해야 할 난제로 떠오르고 있다.
2일 환경부에 따르면 지난 1∼8월 국내에서 발생한 코로나19 격리 의료폐기물 양 은 1만 2479t으로, 지난해 1년간 발생한 양(5788t)보다 2.2배가량으로 더 많은 것으로 파악되었다. 4) 이처럼 코로나19 팬데믹 상황의 장기화로 인하여 다량 배출되는 의료폐기물은 여러 문제들을 야기시킨다. 의료폐기물을 운반 및 소각하는 데 있어 소각용량 보다 더 많이 폐기물이 배출되며 장기간 방치되는 문제를 발생시킬 뿐만 아니라 의료 폐기물을 처리하는 과정에서 2차 감염의 문제를 심각하게 발생시킨다. 이로부터 의료 진과 청소노동자들이 2차 감염의 위험에 노출된다. 특히 바이러스의 감염으로부터 보호하기 위하여 보호장비를 철저하게 갖춘 후 노동하기에 현실적인 제약이 따르는 청소노동자의 경우 의료폐기물로부터의 2차 감염 문제에 심각하게 노출된다.
현재 병원 및 의원에서 발생한 의료폐기물의 일차적인 처리를 청소노동자가 도맡아 하고 있는데, 이때 의료폐기물 처리의 기술의 한계로 인하여 이들은 의료폐기물에 직접 접촉하여 폐기물들을 밀봉하고 운송하는 등의 과정을 거친다. 다음 사진들은 청소하는 과정에서 직접 접촉하여 의료폐기물을 처리하는 청소노동자들의 모습을 담은 것이다.
이처럼 청소노동자는 의료폐기물로부터 2차 감염의 위험에 적나라하게 놓여있다. 실제로 2021년 2월 5일 서울의료원 수술실과 병동에서 배출된 쓰레기를 운반, 수거, 멸균하는 업무를 하던 청소 노동자가 사망하였다. 사망 원인은 클렙시엘라균 감염에 의한 폐렴이었다. 역학조사를 맡은 직업환경연구원은 일반적인 폐기물 처리 작업자들이 다양한 세균에 높은 농도로 노출된다는 점을 감안할 때 고인의 사망이 업무와 연관성이 있다는 판단을 하였다. 5) 이렇듯 의료 폐기물의 높은 감염성은 관련 직종의 종사자의 업무환경의 위험성을 야기한다.
1.3 기대효과
코로나19로 인해 의료 폐기물 처리는 확산 이전보다 지침이 더욱더 강화된 상황이 다. 7일까지 보관하던 폐기물을 당일 위탁 처리해야 하며, 전용 보관창고에 보관하는 대신 냉장 보관해야 한다. 전용 용기는 투입 전후 소독이 필수다. 이밖에도 임시 보관을 금지하고, 당일 소각 처리해야 하는 번거로움이 따른다. 따라서 고위험 의료 폐 기물의 효율적인 처리 방안을 강구해야 되는 상황인데 현재는 직원들의 안전 문제 등으로 인해 한계점에 직면하고 있다.
만약 의료 폐기물 로봇의 기술 개발에 성공한다면 위험군 1선에 있는 의료진들의 감염을 막음으로써 안전한 의료환경 구축과 지역사 회 2차 감염 확산 방지에 큰 기여를 할 수 있게 되고, 감염병 확산 상황에 따라 폐기물 문제 말고도 다양한 의료 현장에서 로봇이 역할이 필요해지게 됐는데 향후 다른 분야로도 확장할 수 있을 것으로 보인다. 실제 발원지인 중국에서는 물품 운반이나 점액 체취, 살균 등의 상황에서 의료형 로봇들이 활약하고 있고, 광저우 의과대학 병원에 입원 중인 코로나19 환자를 대상으로 실험해본 결과, 검체 채취에 성공하는 비율이 95%에 이르러 의료 로봇의 효과 또한 입증된 상황이다. 김문상 광주과학기술원 (GIST) 헬스케어 로봇 센터장은 “코로나19에 쓰이는 로봇을 깨끗하게 소독한다는 전제 하에 로봇은 효율성과 가격 합리성을 가질 수 있다”며 이러한 앞선 장점들을 보았을 때 상용화의 성공한다면 많은 효과들을 거둘 수 있을 것으로 보인다.
2.1 의료 폐기물 처리 로봇 구성
의료폐기물 처리 로봇의 하드웨어 구성 부품은 다음과 같다.
| 센서입력부 | 구동출력부 | 제어통신부 |
| 초음파 센서 | 스텝모터 | 아두이노 우노 |
| RFID 모듈 | DC모터 | |
| IR 센서 | 리니어 액추에이터 |
의료 폐기물 처리 로봇은 오염된 의료폐기물을 접촉 없이 수거, 밀봉하는 기능을 한다. RFID 태그가 인식되면 리니어 액추에이터를 통해 쓰레기통의 뚜껑을 들어 올리고, 한 번 더 태그 하게 되면 열선 모듈을 통해 열을 주어 쓰레기가 담긴 비닐봉지가 밀봉된다. 처리된 폐기물은 로봇은 주어진 경로를 따라가고 진행 경로상의 장애물이 인식되면 정지하게 된다. 이러한 기 능들을 구현하기 위한 원리와 개발과정, 소프트웨어 교육에 필요한 내용을 기술한다.
3.1 Arduino Uno
Arduino는 오픈소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러이다. 아트멜 AVR을 기반으로 한 보드로 이루어져 있고 최근에는 Cortex-M3를 이용한 제품(Arduino Due)도 있다. 소프트웨어 개발을 위한 통합 환경(IDE)이 있다. 아두이노는 다수의 스위치나 센서로부터 값을 받아들여, LED나 모터와 같은 외부 전자 장치들을 통제함으로써 환경과 상호작용이 가 능한 물건을 만들어 낼 수 있다.
아두이노 우노는 3번째 버전인 R3 보드가 가장 많이 사용되는 보드로써 거의 표준과 같이 사용되고 있다. 우노는 총 44개의 핀과 단자들로 구성되어 있다. 각 핀과 단자들은 아두이노와 다른 보드 또는 센서들의 제어에 이용될 수 있으며 다양한 응용을 할 수 있다. 아두이노 우노의 핀 맵은 다음과 같다.
디지털 입/출력이 가능한 핀은 0~13핀까지 14개가 가능하며 디지털 입/출력 핀 중 3, 5, 6, 9 ,10 ,11 핀은 PWM 출력 핀으로도 사용이 가능하다. 핀에서 "~" 표시가 되어 있는 핀은 PWM으로 사용 가능한 핀을 표시한다. 이때 PWM은 Pulse Width Modulation의 약자로 특 정 주파수를 만들어서 사용이 가능한 핀을 뜻한다.
시리얼 통신을 위하여 디지털 입/출력 핀 중 0번(RX)은 시리얼 통신의 데이터를 받고 1번 (TX)은 시리얼 통신의 데이터를 보낼 수 있다. TX와 RX LED는 시리얼 통신의 동작을 확인할 수 있도록 해줄 수 있다. 아날로그 입력 핀은 0~5번까지 6개가 있으며, 이들 핀은 디지털 출력으로 확장이 가능하다. 전원 핀은 아두이노 보드를 통하여 제어하고자 하는 장치에 3.3V 또 는 5V 전원을 공급할 수 있게 해 주며, RESET 스위치는 프로그램 코드를 초기화하는 기능을 수행한다. TX와 RX LED의 위쪽에 있는 LED는 디지털 입/출력 핀 13번에 연결되어 있어서 보드의 동작 등을 점검하는데 유용하게 활용된다.
3.2 RFID 모듈
어떠한 물체에 칩을 부착하여 그 물체의 정보를 입력하고, 그 칩을 인식하여 각각의 물체를 구별할 수 있도록 하는 기능을 갖고 있다. RFID 리더기 내의 마이크로프로세서는 태그로부터 받아들인 신호를 기억장치에 저장하여 변환시키거나 데이터의 신호를 송신하는 기능을 갖고 있다.
3.3 리니어 액추에이터
액추에이터는 시스템의 이동 요소를 담당하는 장치이다. 선형 운동, 회전 운동, 진동 운동 및 원형 운동과 같은 시스템에는 여러 종류의 운동이 있으며, 이들 모두는 필요한 작업을 수 행하는 액추에이터를 사용하여 실행된다.
선형 액추에이터는 시스템에서 제공하는 입력을 사용하여 단일 직선으로 모션을 생성하는 데 특별히 사용하는 액추에이터다. 전기, 기계, 유압 또는 공압의 가장 적합한 형태로 시스템에서 에너지를 가져와 적용된 부하를 들어 올리거나 이동시키기 위해 선형 운동으로 변 환한다. 선형 액추에이터는 한 방향 또는 두 방향, 즉 밀기, 당기기 또는 둘 다로 움직임을 제 공 할 수 있다.
3.4 IR 센서
적외선 수광부와 발광부를 가지고 있으며, 가변 저항을 이용해 측정 거리 조절이 가능한 모듈이다. 측정거리는 1~5cm로 아두이노와 연결하여 다양한 적외선 기반 장애물 인식 및 회피를 위한 용도로 사용된다.
3.5 초음파 센서
가까운 거리에 있는 물체 혹은 사람의 유무, 거리측정 속도 측정 등에 사용된다. 초음파 소자는 고유 진동에 상응하는 교류전압을 가하면 압전 효과에 의해서 효율이 좋게 진동해서 초음파를 발생시킨다.
3.6 DC 모터
고정자로 영구자석을 사용하고, 회전자(전기자)로 코일을 사용하여 구성한 것으로, 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성시키는 모터이다. 모형 자동차, 무선 조정용 장난감 등을 비롯하여 여러 방면에서 가장 널리 사용되고 있는 모터이다. 특징은 다음과 같다. 기동 토크가 크며 인가전압에 대하여 회전 특성이 직선적으로 비례한다. 입력 전류에 대하여 출력 토크가 직선적으로 비례하며, 또한 출력 효율이 양호하다. 가격이 저렴하다.
3.7 스텝 모터
한 바퀴의 회전을 많은 수의 스텝들로 나눌 수 있는 브러시리스 직류 전기 모터이다. 모터의 위치는 모터가 적절하게 장치에 설치되어 있는 한, 어떤 피드백 장치 없이도 아주 정확하 게 조절이 가능하다.
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