Directly Printed Nanomaterial Sensor for Strain and Vibration Measurement

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계공학부, 2020. 8. 안성훈.Most discussions about Industrie 4.0 tacitly assume that any such system would involve the processing and evaluation of large data volumes. Specifically, the operation of complex production processes requires stable and reliable data measurement and communication systems. However, while modern sensor technology may already be capable of collecting a wide range of machine and production data, it has been proving difficult to measure and analyse the data which is not easy to measurable and feed the results quickly back into an optimised production cycle. This is why the cost and installation of sensor, data acquisition, and transmission systems for flexible and adaptive manufacturing process have not been match the requirement of industrial demands. In this dissertation, directly printed nanomaterial sensor capable of strain and vibration measurement with high sensitivity and wide measurable range was fabricated using aerodynamically focused nanomaterial (AFN) printing system which is a direct printing technique for conductive and stretchable pattern printing onto flexible substrate. Specifically, microscale porous conductive pattern composed of silver nanoparticles (AgNPs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) composite was printed onto polydimethylsiloxane (PDMS). Printing mechanism of AFN printing system for nanocomposite onto flexible substrate in order of mechanical crack generation, seed layer deposition, partial aggregation, and fully deposition was demonstrated and experimentally validated. The printed nanocomposite sensor exhibited gauge factor (GF) of 58.7, measurable range of 0.74, and variance in peak resistance under 0.05 during 1,000 times life cycle evaluation test. Furthermore, vibration measurement performance was evaluated according to vibration amplitude and frequency with Q-factor evaluation and statistical verification. Sensing mechanism for nanocomposite sensor was also analysed and discussed by both analytical and statistical methods. First, electron tunnelling effect among nanomaterials was analysed statistically using bivariate probit model. Since electrical property varies by the geometrical properties of nanomaterial, Monte Carlo simulation method based on Lennard-Jones (LJ) potential model and the voter model was developed for deeper understanding of the dynamics of nanomaterial by strain. By simply counting the average attachment among nanomaterials by strain, electrical conductivity was easily estimated with low simulation cost. The main objective of all processes to manufacture high-tech products is compliance with the specified ranges of permissible variation. In this perspective, all data must be recorded that might provide some evidence of status changes anywhere along the process chain. This dissertation covers the monitoring of forming and milling process. By measurement of mechanical deformation of stamp during forming process, it was possible to estimate the forming force according to various process parameters including maximum force, force gradient, and the thickness of sheet metal. Furthermore, accurate and reliable vibration monitoring was also conducted during milling process by simple and direct attachment of printed sensor to workpiece. Using frequency and power spectrum analysis of obtained data, the vibration of workpiece was measured during milling process according to process parameters including RPM, feed rate, cutting depth and width of spindle. Finally, developed sensor was applied to the digital twin of turbine blade manufacturing that vibration greatly affects the quality of product to predict the process defects in real time. To overcome the wire required data acquisition and transmission system, directly printed wireless communication sensor was also developed using chipless radio frequency identification (RFID) technology. It is one of the widely used technique for internet-of-things (IoT) devices due to low-cost, printability, and simplicity. The developed stretchable and chipless RFID sensor exhibited GF more than 0.6 and maximum measurable range more than 0.2 with high degree-of-freedom of motion. Since it showed its original characteristics of sensing in only one direction independently, sensor patch composed of various sensor with different resonance frequency was capable of measuring not only normal strains but also shear strains in all directions. Sensors in machinery and equipment can provide valuable clues as to whether or not the actual values will fall into the tolerance range. In this aspect, a real-time, accurate, and reliable process monitoring is a basic and crucial enabler of intelligent manufacturing operations and digital twin applications. In this dissertation, developed sensor was used for various manufacturing process include forming process, milling process, and wireless communication using highly sensitive and wide measuring properties with low fabrication cost. It is expected that developed sensor could be applied for the digital twin and process defects prediction in real-time.4차 산업혁명에 대한 대부분의 논의는 많은 양의 데이터를 처리하고 평가하는 시스템을 암묵적으로 가정한다. 특히, 복잡한 생산 공정을 운영하기 위해서는 안정적이고 신뢰할 수 있는 데이터 측정 및 통신 시스템이 필요하다. 하지만, 최신 센서 기술은 광범위한 기계 및 생산 공정 중 데이터를 수집하는 것이 가능하지만 측정하기 쉽지 않은 데이터를 측정하고 분석하여 그 결과를 최적화된 생산 공정에 신속하게 제공하는데 한계를 가지고 있다. 때문에, 유연하고 적응 가능한 제조 공정을 위한 센서의 가격과 설치 방법, 데이터 수집 및 전송 시스템이 실제 산업의 요구 사항에 도달하지 못하고 있다. 이 학위 논문에서는 유연 기판에 전도성 및 신축성 패턴을 직접 인쇄할 수 있는 공기역학적 나노물질 집속 인쇄 시스템을 사용하여 높은 민감도와 넓은 측정 가능 범위를 가진 변위 및 진동 센서를 개발하였다. 구체적으로, 은 나노입자와 다중 벽 탄소 나노튜브로 구성된 나노 복합재를 폴리디메틸실록산 위에 직접 인쇄하였다. 유연 기판 위에 공기역학적 나노물질 집속 인쇄 시스템을 사용한 나노 복합재 인쇄 방법의 기작이 기계적 균열 발생, 시드층 적층, 부분 응집 및 완전 증착 순으로 논의 및 실험적으로 검증되었다. 인쇄된 나노 복합재 센서는 58.7의 게이지 팩터, 0.74의 측정 가능 범위를 나타내었으며 1,000번 반복된 수명 주기 평가에서 5% 미만의 정점 저항 변화를 확인할 수 있었다. 또한 Q 인자 평가 및 통계 검증을 사용하여 진동의 진폭 및 주파수에 따른 진동 측정 성능을 평가하였다. 나노 복합재 센서에 대한 측정 기작 또한 해석적 및 통계적 방법으로 분석되었다. 먼저, 나노물질 간 터널 효과가 이변량 프로빗 모델을 통해 통계적으로 분석되었다. 센서의 전기적 물성이 나노물질의 기하학적 물성에 따라 상이하기 때문에 변위에 따른 나노물질의 동적인 이해를 위해 레너드존스 전위 및 유권자 모델을 기반으로 한 몬테카를로 시뮬레이션 방법이 개발되었다. 이를 활용하여 나노물질 간 평균 부착 수를 계산하여 낮은 비용으로 전기전도도를 추정할 수 있었다. 첨단 제품을 제조하기 위한 모든 공정의 주요 목표는 지정된 범위의 허용 가능한 변동을 준수하는 것이다. 이를 위해 공정 중 어디에서나 상태 변경의 증거를 제공할 수 있는 모든 데이터를 기록하는 것이 필수적이다. 이 학위 논문에서는 제작된 센서를 통해 성형 및 절삭 공정의 데이터를 기록함으로써 공정을 모니터링하였다. 성형 공정 동안 스탬프의 기계적 변형을 측정함으로써 최대 힘, 힘의 구배 및 판금의 두께를 포함하는 다양한 공정 변수에 따라 성형 힘을 추정할 수 있었다. 또한, 절삭 공정 중 공작물에 제작된 센서를 직접 부착하여 정확하고 안정적인 진동 모니터링을 수행하였다. 얻어진 데이터의 주파수 및 전력 스펙트럼 분석을 이용하여, 분당 회전 수, 이송 속도, 스핀들의 절삭 깊이 및 너비에 따른 공작물의 진동을 측정하였다. 마지막으로 제조된 센서를 진동이 제품 품질에 큰 영향을 미치는 터빈 동익 제조 공정의 디지털 트윈으로 적용하여 실시간으로 공정 결함을 예측하였다. 유선 데이터 수집 및 전송 시스템을 극복하기 위해 칩리스 무선 주파수 식별 기술을 사용하여 직접 인쇄된 무선 통신 센서를 개발하였다. 칩리스 무선 주파수 식별 기술은 저비용, 인쇄성 및 공정의 평이성으로 인해 사물 인터넷 장치에 널리 사용되는 기술 중 하나이다. 개발된 유연한 칩리스 센서는 0.6 이상의 게이지 팩터와 0.2 이상의 측정 가능 범위를 나타냈다. 또한 제작된 센서는 한 방향의 변위만 독립적으로 측정할 수 있는 특성을 가지고 있기 때문에, 모든 방향의 수직 및 전단 변형을 측정할 수 있는 다양한 공진 주파수로 구성된 센서 패치가 개발되었다. 기계 및 장비의 센서는 실제 값이 공차 범위에 속하는지 여부에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있다. 이러한 측면에서, 정확하고 신뢰할 수 있는 실시간 공정 모니터링은 지능형 제조 공정 및 디지털 트윈으로의 응용을 위한 기본적이고 결정적인 요소이다. 이 학위 논문에서 개발된 센서는 낮은 제조 비용과 높은 민감도 및 신축성을 가지고 있기 때문에 성형 공정, 절삭 공정, 무선 통신을 포함한 다양한 제조 공정에서 응용되었다. 뿐만 아니라 제작된 센서는 디지털 트윈 및 공정 결함의 실시간 예측을 위해 다양하게 사용될 수 있을 것으로 예상된다.Chapter 1. Introduction 1 1.1. Toward smart manufacturing 1 1.2. Sensor in manufacturing 4 1.3. Research objective 11 Chapter 2. Background 16 2.1. Aerodynamically focused nanomaterial printing 16 2.2. Printing system envelope 26 2.3. Highly sensitive sensor printing 34 Chapter 3. Sensor fabrication and evaluation 42 3.1. Highly sensitive and wide measuring sensor printing 42 3.2. Sensing performance evaluation 59 3.3. Environmental and industrial evaluation 87 Chapter 4. Sensing mechanism analysis 97 4.1. Theoretical background 97 4.2. Statistical regression anaylsis 101 4.3. Monte Carlo simulation 104 Chapter 5. Application to process monitoring 126 5.1. Forming process monitoring 126 5.2. Milling process monitoring 133 5.3. Wireless communication monitoring 149 Chapter 6. Conclusion 185 Bibliography 192 Abstract in Korean 211Docto

A Peer Recommendation Mechanism based on Collaborative Load Balancing for Hybrid P2P Systems

최근 P2P 시스템은 사용자 컴퓨터의 성능 향상, 네트워크 속도 향상과 같은 외부적인 요인과 피어 간의 직접적으로 자원을 공유하고자 하는 내부적인 요인에 의해 대중적인 사용이 크게 증가하고 있다. 이로 인해 네트워크 내에는 P2P 사용으로 인한 트래픽이 크게 증가되었다. 일반적으로 P2P 시스템에서 피어들은 피어 간의 협력을 통해 원하는 서비스를 제공 받을 수 있다. 네트워크에 참여하는 피어들은 원하는 자원을 찾고, 제공 받기 위해서 많은 피어들과 통신을 해야 하며, 이것은 곧 네트워크 내의 트래픽을 발생시키는 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 P2P 모델이 수퍼 피어 기반의 계층형 P2P 모델이다. 수퍼 피어 기반의 P2P 모델의 경우, 피어들은 수퍼 피어를 선택해서 원하는 서비스를 요청할 수 있으며, 수퍼 피어는 서비스를 제공하기 위해서 네트워크 내의 다른 수퍼 피어들과 협력해야 한다. 따라서 수퍼 피어 기반의 모델의 경우, 전체 시스템의 성능은 일반 피어와 수퍼 피어, 수퍼 피어와 수퍼 피어와 같은 피어 간의 협력에 의해서 크게 영향을 받는다. 그러나 기존의 수퍼 피어 기반의 P2P 시스템들의 경우, 피어 간의 협력을 통해 피어들이 최적의 성능을 얻기 위해서 협력할 대상을 선정하는 문제에 대해 연구가 미비하다. 기존의 많은 연구들은 수퍼 피어의 쿼리 처리와 로드 밸런싱을 위해 피어를 선택하는 방법으로 랜덤한 방식을 이용하며, 이로 인해 피어들은 원하는 서비스를 제공받는 데 어려움이 따른다. 따라서, 본 박사학위 논문에서는 피어들이 최적의 피어를 선택해서 네트워크에 참여할 수 있도록 하였다. 이를 위해 우리는 ISP2P (Intelligent Super-peer based P2P System) 시스템을 설계하였으며, 제안한 시스템은 크게 두 부분으로 나누었다. 먼저, 피어들이 우수한 성능을 가진 피어를 이용해 효율적인 쿼리 처리와 네트워크 트래픽을 줄일 수 있도록 피어에게 최적의 수퍼 피어를 추천해주며, 이를 기반으로 피어들이 다양한 네트워크 상태에 대해 안정적인 서비스를 제공할 수 있도록 동적인 로드 밸런싱 기반의 협력 전략을 제안하였다. 우리는 우수한 수퍼 피어를 추천하기 위해서 피어의 특징과 타입에 따라 피어의 로드 상태, 위치, 자원의 특징과 같은 세 가지 측면에서 피어의 성능을 분석하였다. 먼저, 우리는 수퍼 피어의 로드를 각각의 타입별로 분류하여, 로드를 예측 알고리즘을 이용해 측정하였으며, 임계치에 따라 작업 부하의 상태를 평가하였다. 둘째, 피어 간의 쿼리 교환에 영향을 미치는 피어 간의 네트워크 거리를 IP 기반의 지리적인 정보와 직접적인 측정 기반의 RTT (Round Trip Time) 정보를 통합하여 적용해 피어의 위치 정보를 인식하였다. 셋째, 피어의 자원의 특징을 고려하여 피어를 선택하기 위해 피어가 공유하는 컨텐츠의 카테고리 정보에 따라 컨텐츠 유사도를 측정하였다. 마지막으로, 우리는 피어의 타입에 따라 최적의 피어를 선택할 수 있도록 수퍼 피어의 로드 상태, 위치, 자원의 특징에 따라 각각의 중요도에 대해 가중치를 적용해 수퍼 피어의 성능을 결정하였다. 이를 기반으로 에이전트 수퍼 피어는 피어 개개인의 특징에 맞는 최적의 피어들을 추천하며, 이를 통해 기존의 수퍼 피어 기반의 P2P 시스템들과 비교해 쿼리를 효율적으로 처리할 수 있으며, 메시지 응답 시간을 향상 시킬 수 있다. 수퍼 피어가 안정적인 로드를 보장해 주기 위해, 로드의 상태에 따라 동적으로 로드 밸런싱을 하였다. 이를 위해 피어들은 분산할 부하를 결정하고, 로드를 분산할 대상을 선택하고 해당 피어들과의 협력을 통해서 부하를 분산한다. 우리는 이를 위해서 로드의 타입과 상태에 따라 복제 (Replication), 재선출 (Re-selection), 선점입 (Pre-occupation), 선분산 (Pre-distribution) 같은 4가지 협력 정책을 제안하였다. 제안한 각각의 정책은 로드의 상태에 따라 수퍼 피어의 작업 부하를 동적으로 제어함으로써, 피어들이 선택한 최적의 피어를 통해 안정적인 쿼리 처리를 할 수 있도록 하였다. 또한, 쿼리의 증가 또는 네트워크 내의 피어의 증가와 같은 동적인 시스템 환경에 대해 잘 대처할 수 있도록 하였다. 제안한 ISP2P 시스템은 시뮬레이션 모델을 설계하여, 다양한 성능 평가를 통해 검증하였다. 본 시스템은 피어 추천 알고리즘과 로드 밸런싱을 위한 협력 알고리즘을 적용해 기존의 수퍼 피어 기반의 P2P 시스템의 쿼리 처리에 의해 발생하는 네트워크 트래픽을 크게 향상 시킬 수 있었다.;In P2P systems, peers can provide requested services through the collaboration between peers. Peers participating in the network have no information where other peers are located and what resources they share. Consequently, in order to receive requested services, peers should communicate with a large number of other peers in the network simultaneously, and this can lead to significant increase of network traffic. In order to solve this problem, a Super-Peer based hybrid P2P system is proposed. In this model, the performance of the system greatly depends on the collaboration between peers such as Ordinary-Peers (OP) and a Super-Peers (SP) or SPs and neighbor SPs. The performance of the overall system can also be determined by the selection of peers and the service availability of requested peers. However in the existing SP based P2P systems, relatively less attention was paid to peer selection strategy for the efficient collaboration between peers. There are many researches on random selecting of OP and SP. Our research focus is divided broadly into two parts for the peers to recommend selected other peers and join the network in hybrid P2P system. The main objective of this dissertation is to propose a peer recommendation mechanism for efficient query processing and reducing the network traffic. The other objective is to propose dynamic workload balancing based on collaboration strategies to offer stable service for peers on dynamic network status. With regard to recommend selected peers, we analyze peer's capacity in the aspect of three factors: Workload status, Network distance and Category-based content similarity. First, to evaluate the workload status, we classify peer's workloads according to job type and each load is measured by prediction algorithm. And the measured load is given its status by pre-determined thresholds. Second, we recognize the location information of peers by means of the network distance between peers. Third, with considering the feature of resource shared by peer, we measure the category-based content similarity between peer's content lists and queries requested from peers. Finally, based on above three factors, we determine peer's capacity with the weight value according to each factor's priority. Through these evaluations of various properties of peer's capacities, peers in the network can be recommended selected peers for sharing resources. Thus, using selected superior peer, we can efficiently process queries and improve the message response time. Regarding keeping the capacity of chosen SP, the system needs to perform the load balancing according to dynamic workload status. To decentralize the workload, peers analyze the cause of the workload to determine how much load they will distribute, choose targets, and finally distribute the load through cooperations with the targeted peers. We propose four collaboration strategies according to type of load and status as follows: Replication strategy, re-selection strategy, pre-occupation strategy and pre-distribution strategy. Each proposed strategy dynamically controls SP's workload so that peers can stably process queries using selected peer. Also, proposed system can efficiently handle dynamic system environment due to the unpredictable increase of queries and peers in the network, which eventually will improve the scalability of system. In conclusion, SP based P2P system needs appropriate load balancing strategies according to its workload status, and also should be able to distribute workload by the selection of appropriate neighbors. Proposed system validates the performance using the simulation model for hybrid P2P system and, based on a peer recommendation scheme for hybrid P2P system using collaborative load-balancing, can improve message response time, network latency, and network bandwidth consumption caused by query processing.Ⅰ. Introduction = 1 1.1 Background and Problem Description = 1 1.1.1 Objectives = 5 1.1.2 Research Scope = 7 1.2 Organization of Dissertation = 9 Ⅱ. Related Work = 10 2.1 P2P System Characteristics = 10 2.2 P2P Models = 11 2.2.1 Centralized P2P Model = 12 2.2.2 Pure P2P Model = 13 2.2.3 Hybrid P2P Model = 14 2.2.4 Structured P2P Model = 16 2.3 Peer Capacity Analysis Methods = 18 2.3.1 Workload Prediction Methods = 19 2.3.2 Network Distance Measurement Methods = 23 2.3.3 Information Retrieval Methods = 28 2.4 Workload Balancing Techniques = 30 2.4.1 Replication Strategies = 31 Ⅲ. A Peer Recommendation Mechanism for Hybrid P2P Systems = 34 3.1 System Architecture = 35 3.2 Prediction Workload Status Measurement = 38 3.2.1 Introduction = 38 3.2.2 Workload Value Evaluation = 40 3.2.3 Prediction Workload Value = 44 3.2.4 Workload Status Classification = 47 3.3 Network Distance Measurement = 48 3.3.1 Introduction = 48 3.3.2 IP-based Location Awareness = 49 3.3.3 Measurement-based Location Recognition = 51 3.4 Content Similarity Matching Algorithm based on Category = 54 3.4.1 Introduction = 54 3.4.2 Characteristic Extraction for Content Description = 56 3.4.3 Category Similarity Matching Algorithm = 58 3.4.4 Query Processing = 64 3.5 A Peer Recommendation with Weight Value = 66 3.6 Experimental Results and Discussions = 69 3.6.1 Performance Evaluation of Workload Status = 69 3.6.2 Network Distance Performance Evaluation = 76 3.6.3 Category-based Content Similarity Evaluation = 78 3.6.4 Factor Analysis based on Weight Value = 81 Ⅳ. Dynamic Workload Balancing based on Collaboration Strategies = 85 4.1 Introduction = 85 4.2 Overview = 88 4.3 Case 1: Replication Strategy = 91 4.4 Case 2: Re-selection Strategy = 93 4.5 Case 3: Pre-occupation Strategy = 95 4.6 Case 4: Pre-distribution Strategy = 99 4.7 Experimental Results and Discussions = 101 Ⅴ. The Simulation Model for Hybrid P2P Systems = 106 5.1 System Environment = 106 5.2 Definitions = 108 5.2.1 Peer Class = 108 5.2.2 Network Protocol = 114 Ⅵ. Conclusions and Future Works = 122 6.1 Conclusions = 122 6.2 Future Works = 124 References = 126 논문개요 = 13

초파리 먹이행동에 중추적 역할을 하는 신경네트워크와 유전자에 대한 연구

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 생명과학부, 2017. 2. 정종경.Although feeding is affected by multiple extrinsic and intrinsic stimuli, this behavior is primarily shaped by the two hard-wired motivational states - hunger and satiety. To expand our current understanding on the neuromolecular mechanism governing the states, I performed a genetic screen using a straightforward high-throughput feeding assay to identify novel genes and neurons critical for feeding regulation in Drosophila. By analyzing a library of 224 neuron-specific GAL4 drivers and 250 RNAi lines, I discovered two groups of anorexigenic neurons that showed striking elevation of feeding when silenced, and identified a gene that affected feeding when knocked down. Silencing Myoinhibitory peptide (MIP) neurons and the corresponding gene, mip, elicited significant increases in body weight (BW) which could be completely restored by restriction of food intake, showing the tight correlation of BW and food intake regulated by MIP neurons. By contrast, activating MIP neurons markedly decreased food intake and BW, and the loss of food intake and BW was fully rescued shortly after termination of the neural activation indicating the switch-like role of MIP neurons in food intake BW regulation. By quantifying the levels of satiety using two behavioral paradigms upon silencing or activating MIP neurons, I revealed that indeed MIP neurons induce satiety to regulate food intake and ultimately BW. Another anorexigenic neuronal population marked by 48899-GAL4 displayed a series of hunger responses when silencedindicating 48899 neurons normally induce satiety. Consistently, activating 48899 neurons reduced food intake. Among the neural structures labeled by 48899-GAL4, the ellipsoid body (EB) subsets appeared to be critical for 48899-mediated feeding regulation. By analyzing the role of five serotonin receptors present in Drosophila, I found that the potential inhibitory role of 5-HT1A in 48899 neurons to regulate food intake. Lastly, I showed that the RNAi knockdown of misato (mst) elicited dramatic hypophagia. Particularly, the intestine of the flies with the muscle-specific mst RNAi knockdown showed characteristic enlargement followed by severe damages on the visceral muscle. However, these phenotypes were fully rescued by exogenous expression of mst, indicating the specificity of mst in the tight linkage between food intake and visceral muscle fidelity. Altogether these results demonstrated that feeding behaviors can be targeted by multiple neuromolecular entry points, and provided new insights into the understanding of animal feeding behaviors especially through satiety.Background 1 Materials and Methods 15 Results 28 PART 1 A genetic screen identified candidate neurons and genes critical for food intake using a high-throughput feeding assay 29 Introduction 30 Developing a high-throughput feeding assay 38 Identification of candidate GAL4 and RNAi lines by a genetic screen using GAL4-UAS system 42 PART 2 MIP pathway regulates body weight via controlling satiety 46 Introduction 47 Silencing MIP neurons increased food intake and BW 49 TNT expression in MIP neurons blocks MIP secretion 56 Adult-specific silencing MIP neurons still increased BW 59 Silencing MIP neurons also increased abdominal fat storage 63 BW increase of MIP>TNT flies was mediated by elevated food intake 69 Activation of MIP neurons decreased food intake and BW 72 Activation of MIP neurons made flies leaner 75 MIP-GAL4 was expressed in the central nerve system (CNS) and gastrointestinal tract 77 MIP was expressed in the central nerve system (CNS) 80 MIP expression responded to activation of MIP neurons and starvation 84 Functional examination of the AL and SEZ expression by MIP 87 MIP expression in MIP-GAL4 neurons was required for BW regulation 91 Cha-GAL80 fully rescued the defective BW increase of MIP>TNT flies 94 A subset of MIP neurons in the CNS was responsible for BW regulation 96 Generation of a null mutation for mip 100 Mip was necessary for food intake and BW control 102 MIP was required for MIP neuron-mediated BW regulation 106 MIP regulates BW independently of the sex peptide receptor (SPR) 108 MIP neurons mediate olfactory anorexigenic responses 109 Behavioral paradigm to measure satiety using PER 113 Suppressing MIP pathway made flies lack satiety 115 Activating MIP pathway induced satiety 119 PART 3 A subset of the ellipsoid body neurons labeled by 48899-GAL4 negatively regulates food intake 121 Introduction 122 Satiated flies with silenced 48899 neurons still overfed 123 Activation of 48899 neurons induces hypophagia 125 Mimicry of hunger states induced by silencing 48899 neurons 127 Visualization of 48899 neurons 130 The PI cells of 48899 neurons were DH44-expressing neurons 132 The DH44 neurons were dispensable for 48899 neuron-mediated feeding control 134 EB R4 neurons were responsible for the feeding phenotype 137 Additional GAL4 lines that label EB R4 neurons elicited hyperphagic phenotype when silenced 140 Serotonin receptors might function in 48899 neurons to mediate feeding 142 48899 neurons responding to internal energy level 145 PART 4 Misato is required for the visceral muscle maintenance for intestinal homeostasis in Drosophila 147 Introduction 148 RNAi knockdown of mst in the muscle tissue elicits decreased food intake 150 Aged mef2>mst RNAi flies exhibit enlarged intestine 152 Newly-born mef2>mst RNAi flies do not show the intestinal phenotypes 157 Phenotypical analysis on aged mef2>mst RNAi flies 159 Mef2-GAL4 is expressed in the outer layer of the visceral muscle 165 The visceral muscle is responsible for the intestinal phenotype 167 The visceral muscle is damaged in the aged mef2>mst RNAi flies 172 Aged mef2>mst RNAi flies showed increased apoptosis in the intestine 174 Intestine of aged mef2>mst RNAi flies showed increased level of ISCs 176 Exogenous expression of mst in the muscle fully rescued the intestinal defects of mef2>mst RNAi flies 179 Mst functions in the visceral muscle independently of the TCP- 1 tubulin chaperone complex 181 Discussion 183 The identity of the neural pathway post-synaptic to MIP neurons 184 Is MIP pathway the sole mediator for signaling satiety 186 The mechanism underlying the MIP pathway-mediated satiety 187 The relationship of MIP and 48899 pathways in signaling satiety 187 The role of 48899 neurons in feeding choices 188 Conclusions 189 1. A genetic screen identified candidate neurons and genes critical for feeding control using a high-throughput feeding assay 189 2. MIP pathway maintains a constant BW through signaling satiety 190 3. A subset of the EB neurons labeled by 48899-GAL4 suppresses food intake 192 4. Misato is required for the visceral muscle maintenance for intestinal homeostasis in Drosophila 194 Reference 195 Abstract in Korean/국문초록 205Docto

Rethinking Design Conception & its representation from the view point of STS

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 디자인학부 디자인전공, 2014. 8. 이순종.오늘날 디자인이라는 용어와 그 개념을 활용하여 개선을 추구하는 것은 인간의 삶의 여건을 판단하는 중요한 기준이 되고 있다. 이러한 디자인은 인공물의 제작과 관리에 관련하는 사회적 네트워크에서 비롯한다. 그리고 인공물을 존재하게 한 오늘날의 인간의 다양한 욕구는 디자인을 보다 더 다각적인 방식으로 발전시키고 있다. 이러한 점에서, 디자인 결과물은 인간과 인간이 창조해낸 다양한 가치, 제도, 기법, 도구 등이 상호 작용하는 집단적인 프로세스를 거쳐 등장한다. 하지만 이러한 디자인 결과물이 이뤄지는 과정은 주변의 영향으로부터 분리된 어느 한 개인이나 디자이너, 생산자, 그리고 사용자의 독립적인 선택에 의한 것으로 파악되는 경향이 있다. 이것은 디자인의 경제적-문화적 생산과 소비의 가치를 강조하려는 이제까지의 여러 디자인 연구들의 영향으로 보인다. 이러한 경향과 비교해서 이 연구의 1차적 목표는 디자인의 가치를 강조하거나 그 가치를 실현할 수 있는 방법과 전략을 제시하는 것이 아니다. 이 연구는 디자인의 가치가 복합적인 과정을 거쳐 창출되는 방식을 재고찰함으로써 디자인의 진정한 가치를 부각시킬 수 있는 방안을 고민하며 비롯했다. 오늘날 디자인 활동은 다양한 자원들을 동원하여 이루어진다. 이론, 실험과 실기, 기술, 이것들을 종합적으로 활용할 수 있다는 디자이너의 창의성처럼 디자인 안에 포함되어 있는 분야의 자원 외에도, 사회, 정치, 경제, 문화 등 디자인 밖에서도 매우 다양한 종류의 자원들을 끌어다 쓴다. 특히, 디자인의 결과가 구상되고 구현되는 과정에서 객관성과 적절성을 보장하기 위해서 다양한 과학·기술의 지식과 데이터를 활용한다. 산업혁명 이후에 본격화한 디자인은, 20세기를 지나며 사회적으로나 문화적으로 그 중요성을 인정받게 되면서 디자인 밖에서 끌어다 쓸 수 있는 자원이 그 어느 때보다도 풍부해졌지만, 동시에 이것은 디자인 외적인 요인들이 디자인에 개입할 여지가 많아졌음을 의미하는 것이기도 하다. 이렇게 적용과 영향 범위가 넓은 특성에 비춰 디자인은 그 구상과 구현 과정에서 현대성을 반영한다. 디자이너에 의해 이뤄지는 디자인 수행에 대한 전문적인 구상과 구현은 여러 가지 가치들의 작용 방식과 응용 단계를 고민하는 과정에서 인간의 삶을 이루는 현대적 가치들을 수용한다. 디자이너는 인간의 삶의 가치를 반영하는 내용과 목적에 맞게 디자인 주제를 다양한 방식으로 해석하여 활용할 줄 알아야 한다. 디자이너의 능력은 디자인 결과물의 형태와 쓸모의 심미적, 상징적 체험 방식을 결정하는 과정에서 우세하게 작용하기 때문이다. 디자인 결과물의 형태와 쓸모가 애초에 의도했던 디자인 목적에 부합하는지를 판단하는 과정에서 과학·기술 분야에서 비롯한 지식이 관여하게 된다. 그리고 그 분석과 해석, 적용 과정에서는 다시 과학·기술 분야에서 비롯한 정보와 데이터의 활용이 필요하다. 이 연구는 디자인이 구상·구현되는 과정에서 과학·기술을 어떻게 참조하고 활용하게 되는지를 과학기술학의 관점을 통해 살펴본다. 그럼으로써 디자이너가 과학·기술 분야에서 비롯한 정보와 데이터를 보다 비평적으로 분석하고 창의적으로 사유할 수 있는 방안을 제시한다. 이를 위해서 이 연구는 디자이너가 주제의 특성과 현황에 맞게 디자인 주제를 구상하는 데 큰 영향을 미치는 수치 및 통계 데이터의 특성과 디자인과의 작용 방식을 과학기술학적 관점을 통해 사례연구로서 살펴본다. 아울러 오늘날 디자인이 구현되는 데 있어 결정적 역할을 담당하는 인공합성물질 플라스틱이 지니는 과학·기술적 특성과 디자인과의 작용 방식을 과학기술학적 관점을 통해 사례연구로서 살펴본다. 이를 위해서 이 논문의 3장에서는 수치 및 통계 데이터의 특성과 그 디자인과의 작용 방식을 과학기술학적으로 분석함으로써 디자인 구상의 특징적 면모가 이제까지 과학·기술의 지식과 데이터를 어떻게 참조하여 이뤄졌는지를 개괄하고 그 한계와 맹점이 무엇이었는지를 분석한다. 그리고 수치 및 통계 데이터를 해석하여 이뤄지는 디자인 구상의 유효성과 정확도를 높이기 위해, 디자이너가 수치 및 통계 데이터와 디자인의 작용 방식을 보다 실질적으로 이해하고 비평적으로 파악하도록 하는 질문항들을 정리하여 제시한다. 4장에서는 인공합성물질 플라스틱이 지니는 과학·기술적 특성과 디자인과의 작용 방식을 과학기술학적 관점을 통해 분석함으로써 형상의 제작과 복제에 관하는 디자인 구현의 특징적 면모가 이제까지 과학·기술의 지식과 데이터를 어떻게 활용하여 이뤄졌는지를 개괄하고 그로 인해 생겨난 인식론적 한계와 맹점이 무엇이었는지를 분석한다. 이를 통해, 디자이너가 디자인 구현과 과학·기술의 내용의 작용방식을 보다 적극적으로 고찰하고 검토할 수 있게 하는 질문항들을 정리하여 제시한다. 5장에서는 과학·기술의 지식과 데이터로서의 수치 및 통계 데이터의 특성과 그 디자인과의 작용 방식과 인공합성물질 플라스틱이 지니는 과학·기술적 특성과 디자인과의 작용 방식을 과학기술학적 관점을 통해 분석한 내용을 개괄함과 아울러 디자인이 과학·기술의 지식과 데이터를 활용할 때 유념해야 할 내용을 종합해서 제시한다. 디자인이 과학·기술의 지식과 데이터를 활용하여 구상·구현되는 측면을 과학기술학적 관점을 통해 살펴보는 것은, 성공하는 디자인을 위한 전략이나 방법론을 세우는 것보다는, 디자인의 과학·기술 분야와의 상호구성적 관계를 보다 면밀히 이해할 수 있게 한다. 이로써 디자이너뿐만 아니라 디자인에 관심을 갖는 디자인 밖에도 디자인의 가치를 널리 이해시킬 수 있다. 또한 디자인과 사회와의 관계를 파악하는 데에도 중요한 역할을 할 수 있다. 디자인의 구상과 구현 과정에는 여러 제반 사회적 관계들이 피드백과 정보 변형의 과정을 거쳐 다시 침투하기 때문이다. 따라서 디자인 구상·구현되는 메커니즘에 관한 이해 방안을 다변화하는 것은 사회·경제의 요구가 최종 디자인 산물 속에 어떻게 구현되는가를 보임으로써 디자인낭만주의와 디자인만능주의를 극복하고 디자인과 디자이너, 그것이 속한 사회에 대한 보다 창의적이고 비평적인 시각의 토대를 마련하게 한다. 디자인에 대한 이해와 실천은 이러한 융합적인 관점을 통해 더욱 발전해 나갈 것이다.During the recent decades, the term of design and its literacy have become judge elements of life. In evaluating the present-day conditions of living which is built upon the support and criteria provided by various modern institutions and concepts such as function, public health, hygiene, material, standard, structure, system, comfort, development, etc., the concept of design seems to have gone beyond its original meaning of plan and scheme and acquired a new one, indicating the realization of a somewhat more unique appearance and style (or the aspiration toward such an ideal) in a human-built world while guaranteeing a universal aesthetic value without much risk and need for thought. In these understandings, this thesis started from questioning what sort of epistemologies (or attitudes), data, and materials drive and realize todays design. To measure the co-constructivity between Design and Technoscience, I tried to reflect how design process has utilized the numerical and statistics as modern data for understanding the situations and conditions of some topics and objects as conception in getting through objectivity guarantying as a case study. And I tried to measure how design processes have pursued their objects by applying plastics as modern conceptual materials for directing forms as representation in getting through propriety guarantying as another case study. By tracing the way of design conception and its representation through technoscience, following questions could be implicated. Todays science, technology and their aesthetics under the rules of artificial objects that are the effects of design, what place could justify and explain for themselves in everyday life, in which many of modern concepts and epistemologies are generalized? And then, there could be other questions, regarding the institutionalized nature of design today and the methodologies of its cultural realization. (Because, in design, the ongoing debate of it is usually—indeed, almost always— drawn from science and technology, from notions of rationality, efficiency and their (constructed) facts.) So, we could ask: which forms will come to be defined as design and how/what science and technology will (de)form those designs today? I hope this thesis would help the development of design studies through the understanding of todays design natures.초록 ................................................................................................. ⅰ 1. 서 론 ............................................................................................. 1 1.1. 연구 배경 .................................................................................. 1 1.2. 연구 필요성과 목표 .................................................................. 5 1.3. 연구 방법과 구조 ...................................................................... 9 2. 디자인의 과학·기술 활용 특성, 그리고 과학기술학 ................... 12 2.1. 디자인과 과학·기술 .................................................................. 12 2.2. 과학기술학 ............................................................................... 25 2.3. 디자인 구상·구현에 대한 과학기술학적 분석 .......................... 32 3. 디자인 구상에서의 과학·기술 활용: 수치 및 통계 데이터의 사례 ...................................................... 40 3.1. 디자인과 수치 및 통계 데이터 ................................................ 42 3.2. 수치 및 통계 데이터의 작용 및 활용 방식 ............................ 49 3.3. 수치 및 통계 데이터의 특성 ................................................... 55 3.4. 소결 .......................................................................................... 59 4. 디자인 구현에서의 과학·기술 활용: 조형 질료, 플라스틱의 사례 ....................................................... 63 4.1. 디자인과 플라스틱 ................................................................... 65 4.2. 플라스틱의 작용 및 활용 방식 ................................................ 72 4.3. 플라스틱의 특성 ....................................................................... 80 4.4. 소결 .......................................................................................... 98 5. 종 합 .......................................................................................... 101 6. 결 론 .......................................................................................... 106 * 참고문헌 .......................................................................................... 109 * Abstract .......................................................................................... 123Docto