탐구 프로젝트 · 제68회 전국과학전람회 (물리) 대통령상
드라마 속 명대사처럼 ‘일단 누워서 버텨!’는 정말 줄다리기 필승 전략일까요? 이 탐구는 줄을 당기는 사람의 힘을 직접 재고 선수들의 영상을 분석해, 줄다리기의 승패를 가르는 핵심 메커니즘 세 가지를 찾았습니다. 버틸 때는 몸을 최적의 각도로 유지하고, 끌려가거나 끌려올 때는 셀프 밸런싱 휠처럼 발을 움직여 그 각도를 되찾고, 상대를 끌어올 때는 반동을 줍니다. 이 메커니즘을 그대로 담은 줄다리기 로봇 ‘줄줄이’를 만들어, 반동을 주면 버티기만 할 때보다 더 큰 힘으로 상대를 끌어올 수 있음을 이론과 실험으로 보였습니다.
1234567
차트 아래 초록 판 위에 탐구하며 만든 로봇들과 실험 장치를 늘어놓아, 줄다리기 로봇이 실제로 줄을 당기는 모습을 보여 주었습니다.
탐구 동기부터 결론까지 한 장에 담은 차트. 위의 탐구 요약과 같습니다.
기울인 판 위의 로봇이 도르래에 건 줄을 당기는 실험 장치 (아래 작동 영상의 뒷부분)
여러 번 고쳐 만든 줄다리기 로봇들
탐구 과정을 설명하는 영상을 틀어 둔 노트북
발표에 쓴 영상을 보여 주는 화면
셀프 밸런싱 로봇 제어 등 참고한 논문
줄을 매고 각도를 유지하며 버티다가, 반동을 주어 끌어오는 로봇
줄을 당기며 버티는 사람의 자유물체도로 몸의 각도에 따른 장력을 계산하고, 2축 힘 센서 위에서 사람이 직접 당기며 확인했습니다. 가만히 버틸 때는 미끄러지지 않는 한 몸을 뒤로 눕힐수록 줄을 당기는 힘이 커집니다.
버티기: 최적의 각도를 유지한다
선수들이 영차 하며 반동을 주는 모습을 영상으로 분석해 반동 모델을 세우고, 수치 시뮬레이션과 실험으로 반동에 따른 장력 변화를 확인했습니다. 반동을 주면 버티고 있을 때보다 더 큰 힘으로 상대를 끌어올 수 있습니다.
끌어오기: 반동을 준다
끌려가고 끌려오는 상황을 셀프 밸런싱 휠의 원리로 설명하고, 세 메커니즘을 담은 로봇을 만들었습니다. 반동의 각도와 시간을 바꾼 30가지 실험으로 반동 전략을 비교했고, 각도만 유지할 때는 끌어오지 못하던 1kg 상자를 반동으로 끌어왔습니다.
버티고 · 되찾고 · 반동으로 끌어온다
국립중앙과학관 전국과학전람회 통합검색에 공개된 자료입니다. 국립중앙과학관 게시물 보기 → · 지도교사의 지도논문: 통합검색에서 보기 →