미래의 수질 변화 예측

기후 변화와 토지 사용의 영향이 계속해서 수생 환경에 해를 끼치면서 수질의 변화 측정과 모니터링이 점점 더 중요해지고 있습니다. 더블린시립대학교(DCU)의 물연구소가 수질의 향후 변화를 예측하는 데 도움이 되는 새로운 모바일 실험실 기술의 개발 당시, 정밀 드라이브 및 모터 전문 업체인 맥슨에 도움을 요청했습니다.

이 프로젝트는 DCU의 피오나 리건(Fiona Regan) 교수, 박사과정 학생인 조이스 오그래디(Joyce O’Grady) 및 칼로 기술연구소에 있는 엔지니어링 연구 및 진흥 센터의 센터장인 니겔 켄트(Nigel Kent) 박사가 이끌었습니다. 아일랜드 해양연구소(Irish Marine Institute)의 후원을 받은 이 프로젝트의 과제에는 수질이 좋은 담수 부지를 연구하고 생태계에 영향을 줄 수있는 변화를 모니터링하는 것이 포함되어 있습니다.

모바일 실험실처럼 작용하는 원심 미세 유체 디스크

이 팀은 실시간 모니터링에 선택한 저수지에서 낮은 인산염의 수준을 감지하기 위한 센서를 개발했습니다. 인산염은 영양소 오염의 척도이며 조류와 수생 식물이 발생하는 속도를 조절합니다.  물 샘플과 액체 시약을 혼합하고 측정하기 위해, 오그래디와 켄트는 디스크 한 개당 여섯 가지 테스트를 수행하고 모바일 실험실처럼 작용하는 원심 미세 유체 디스크를 개발했습니다. 모바일 실험실을 사용할 수 있으면 오염의 위험이 감소되고, 결과에 대한 처리가 빠르게 진행되며 실시간 데이터가 생성됩니다. 

디스크 개발에 대한 지원이 필요할 당시, 켄트는 아일랜드에 있는 맥슨의 영업 엔지니어이자 DCX 22mm DC 모터와 필요한 높은 정밀도 및 속도 제어용으로 견고한 ENX 10 EASY 3채널 인코더의 전문가인 마틴 리하이(Martin Leahy)에게 연락했습니다. 또한, 디스크를 장착하기 위해 가장자리가 평평한 더 긴 샤프트가 필요했기 때문에 샤프트의 길이를 변경하였습니다.

모터가 5,000 ~ 6,000rpm 이상의 속도로 회전하고 유체를 적어도 60초 이상 디스크 외부로 보내며, 측정 단계에서 60도 증분을 통해 1도 이하의 정밀도로 디스크를 색인화하는 과정이 중요했습니다. DC 모터와 인코더는 보다 더 광범위한 통합형 펌웨어 시스템의 일부를 구성합니다. 이 시스템은 오염을 줄이기 위해 최소한의 샘플 처리에 완전히 통합되어야 했습니다.

또한 리하이는 이 팀에게 맥슨의 Young Engineers Program (YEP) 을 소개해주었습니다. 학생과 스타트업 회사를 대상으로 하는 이 프로그램은 전기 드라이브 시스템을 통해 혁신적인 프로젝트를 지원하고 있습니다. 이 프로그램은 기술 지원, 할인된 가격으로 맥슨 제품 공급 및 맥슨의 채널에서 홍보할 수 있는 기회를 제공합니다.

DCU의 박사과정 학생, 조이스 오그래디

“저는 가격이 장애가 될 것이라고 생각했지만, 맥슨의 제품은 항상 저의 위시 리스트에 있었기 때문에 YEP로 인해 놀라지 않았습니다. 특히 소량인 경우에도 맞춤형 수준을 이용할 수 있다는 점이 인상적이었으며, 마틴의 조언은 프로젝트에 매우 중요했습니다.”라고 켄트는 덧붙였습니다. “이전에는 최종 애플리케이션에서 맥슨의 제품만 고려했지만, 프로토타입 제작에서는 그렇지 않았습니다.”

센서는 이제 완전히 검증되었으며 장치 전체를 사용하여 다른 영역에서 연구를 계속하고 있습니다. 리프강에서 실행했던 한 연구가 완료되었고, 다른 연구는 낮은 저수지 지역에서 완료될 예정입니다. 이 시스템은 5년 내에 프로젝트를 완료하기 위해 네 가지 심층 연구에 사용되도록 복제될 것입니다.

“인더스트리 4.0은 다른 많은 산업 분야로 나아가는 길을 찾고 있습니다. 조이스가 개발하고 있는 종류의 시스템은 널리 사용될 것입니다. 강이나 호수의 상태에 대한 실시간 피드백을 남기고 받을 수 있는 자율 센서는 농업 4.0과 같은 분야에서 큰 역할을 할 것입니다. 예를 들어, 더 스마트한 분무를 위해 드론을 사용하고 상호 연결된 기술 특성은 물의 유출을 줄여 수질 오염을 예방하고 식수 자원을 보호하는 데 도움이 됩니다. 이는 향후 10년 이상 산업계의 중심 관심사가 될 것입니다.”라고 켄트(현재 DCU의 기계 및 제조 공학 학부 조교수)는 결론을 내렸습니다.

더블린시립대학교(DCU)는 Beyond 2020의 일부로서, 변화하는 지구 환경에서 수생 생태계의 역할을 이해하기 위해 환경 해역을 모니터링하는 새로운 기술을 조사하는 6개의 아일랜드 및 영국 기관으로 구성된 연구 클러스터입니다.