인공지능 매크로를 이용한 Voltammetry 반복실험 대진고등학교 오현석

인공지능이란 무엇인가? It is the science and engineering of making intelligent machines, especially intelligent computer programs. It is related to the similar task of using computers to understand human intelligence, but AI does not have to confine itself to methods that are biologically observable…John McCarthy 지능적 기계 특히 지능적 컴퓨터 프로그램을 만드는 과학과 공학이다. 컴퓨터를 사용해서 인간 지능을 이해하는 작업들과 관련되어있으며 생물학적인 방법에만 국한되지는 않는다 … www.aistudy.com …

인공지능 프로그램 과 기존 프로그램의 차이점 인간(인공지능 프로그램) 컴퓨터(기존 프로그램) 경험을 통해 학습 학습 불가능 인공지능 프로그램 과 기존 프로그램의 차이점 인간(인공지능 프로그램) 컴퓨터(기존 프로그램) 경험을 통해 학습 학습 불가능 귀납법 사용 가능 연역법만 사용 가능 휴리스틱 사용 가능 알고리즘만 사용 가능 불확실성 처리 가능 불확실성 처리 불가능 대용량 계산 불가능 대용량 계산 가능 처리 속도 느림 처리 속도 빠름 효율성 좋음 효율성 떨어짐

여러 가지 인공지능 기법 전문가 시스템 .. 본 실험에서 사용 패턴 인식 신경망 자기 조직화 지도(SOM) 퍼지 논리 여러 가지 인공지능 기법 전문가 시스템 .. 본 실험에서 사용 패턴 인식 신경망 자기 조직화 지도(SOM) 퍼지 논리 기계 학습 유전 알고리즘 휴리스틱 .. 본 실험에서 사용

인공지능 매크로란 무엇인가? 매크로란, 자주 사용하는 여러 개의 명령어를 묶어서 하나의 키 입력 동작으로 만든 것을 칭한다. 여러 번 해야 하는 일을 간단하게 수행하기 위하여 사용한다. 예시)Ctrl+Alt+Shift+Y : Resume pause Ctrl+Alt+Shift+Z : Menu of Macros for Topmost Window

인공지능 매크로의 구현 방법 매크로 제작은 Macro express 프로그램을 사용한다. 원래 인공지능이라는 개념은 지능적인 기계를 만드는 학문을 뜻하는 것이지만, 여기서 인공지능이라는 개념은 ‘자동화’의 의미를 더 많이 부여했다. 따라서 매크로를 통해 실험 과정을 자동화 하는 방향으로 인공지능 매크로를 구현하기로 했다.

Voltammetry 실험이란? 분석화학에서의 전기분석법의 한 분야로, 전극의 전위를 시간에 따라 일정하게 변화시키면 그 에 따라 얻어지는 전류 – 시간 곡선은 그대로 전류 –전위 곡선에 대응한다. 이와 같은 전류- 전위 곡선을 측정하는 방법을 말한다. 물질에 따라 반응하는 전위가 다르므로 전위는 반응물의 정성분석에 이용할 수 있고, 전류는 농도에 의존하므로 정량분석에 이용할 수 있다.

실험 준비와 매크로 해수를 전해질로 하고, 구리 용액을 첨가하여 농도 측정을 하는 실험을 주로 했다. 해수는 실험 시마다 10ml씩 사용했다. 센서는 세 전극 모두 탄소전극(흑연 연필심 0.9B)을 사용했다. 농도 측정은 Voltammetry의 CV실험, SW실험으로 했다

실험 준비와 매크로 매크로를 이용한 실험은 저농도 실험, 고농도 실험, 조건실험 매크로를 이용하지 않은 실험은 저농도, 고농도, 조건, 통계, 표준물 첨가법, 방해 실험 -> 매크로를 이용한 실험의 결과만..

실험 방법 고농도 실험 : Voltammetry의 수치를 조정하고, 일정량의 해수를 취하여 센서를 꽂고 실험을 한 뒤 일정한 농도의 구리 용액을 조금씩 계속 투입하여 투입 시 마다 피크 값을 측정한다. 저농도 실험 : 고농도 실험과 같이 구리 용액을 계속 투입하여 측정하나, 낮은 농도의 구리 용액으로 측정한다.

실험 방법 조건 실험 : 일정한 양의 해수에 구리 용액을 넣고 볼타메트리를 이용해 측정한다. 이 때 구리 용액을 넣지 말고 볼타메트리의 측정 조건의 수치를 계속 바꿔가면서 측정한다. 측정 조건의 수치를 계속 바꾸면서 그에 따라 변화하는 피크값을 잰다. 피크값이 제일 잘 나오는 조건을 찾는다.

조건 실험용 매크로 (예시)

조건 실험용 매크로

조건 실험용 매크로

조건 실험용 매크로

저농도, 고농도 실험 CV 고농도 SW

저농도, 고농도 실험 SW+ 저농도 SW-

조건실험 결과- SW실험 우측은 조건 중 frequency를 변화시킨 실험 결과이다. SW 조건 실험 결과 amplitude(진폭)은 0.08V일때, frequency(진동수)는 50Hz일떄, increment(증분)은 0.01V일때 피크값이 제일 잘 나타났다

조건실험 결과- SW실험 SW 조건 실험 결과 initial E(초기기전력)은 1.8V일때 최대 피크값을 우측의 그래프는 각각 Final E(위) Deposition time(아래) 을 조건실험한 그래프이다. SW 조건 실험 결과 initial E(초기기전력)은 1.8V일때 최대 피크값을 Final E(최종기전력)은 2V ~ 1V 까지 변화시킬 때 1.3V에서 증감이 변화 1V에서 최대 피크값을 가졌다. Deptime은 240초에서 최대 피크값을 가졌다.

결론 구리 용액을 투입한 해수에 대한 조건 실험을 통해 구리 용액을 조사하는 최적의 조건을 찾아내었다. 저농도, 고농도 실험을 통해 특정 농도의 구리 용액을 투입할 때 나타나는 피크 값을 측정했다. 이 실험은 실험 그 자체보다 사람이 작성한 매크로 알고리즘을 따라 컴퓨터가 간단한 명령어 하나를 입력했을 때 자체적으로 실험을 수행하고 그 결과를 저장할 수 있게 한 것이 더 중요하다.

결론 - 보완점 그러나, 컴퓨터가 알아서 실험을 수행하도록 매크로를 짤 때에는 고려해야 할 점이 너무나도 많다. 컴퓨터 외부에서 일어나는 문제, 즉 볼타메트리와 컴퓨터의 연결 혼선이라던가 실험 시약의 문제 등이 발생했을 때는 컴퓨터를 관리하는 인간이 직접 개입해야 한다.

결론 - 보완점 컴퓨터 내부에서 일어나는 문제, 즉 cpu의 과부하나 다운 등이 발생했을 때도 인간이 직접 개입해야 한다. 또한 매크로를 짤 때 명령간에 시간차를 두지 않으면 명령들의 순서가 뒤섞이기도 한다. 이런 문제들을 간과하면, 인간의 편의를 위한 자동화 과정으로써 매크로를 구성했음에도 인간이 계속 모니터링을 해야 한다. 그리고 매크로를 배운 적이 거의 없었기 때문에 매크로 사용법을 스스로 알아나가야 했고, 이 때문에 매크로를 이용한 복잡한 알고리즘을 짜지 못했다

응용 방법 인공지능 매크로를 통해 사람의 개입 없이 볼타메트리 농도 측정을 몇 번이든지 반복할 수 있게 되었다. 이를 이용해 미지 용액의 시간에 따른 농도 변화 양상을 자동으로 지속적으로 측정하고 저장할 수 있게 되었다. 이를 이용한 실험으로는 개구리와 같은 실험체 체내에 센서를 꽂고 미지 용액을 투입하여 시간에 따른 농도 변화 양상을 계속 측정하는 실험 등이 있을 수 있다.

감사합니다.