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아두이노,지식공유의 정신류근호 호서대 기계공학부 교수
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승인 2014.03.24  10:28:53
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"바나나를 둘로 나누면 반쪽이 되지만, 아이디어를 나누면 두 배가 된다" (윤종록 차관)

모든 스승의 바람과 보람은 학생들에게 가르쳐준 이상이 학생들에 의해 보여지는 것을 보는 즐거움이다. 학생이 스승보다 더 뛰어나게 된다면 더할 나위 없이 기쁘다. 필자는 지난 학기에 아두이노를 이용한 메카트로닉스 강의에서 보람을 느꼈다. 이 보람과 경험을 공유하고자 유튜브(ID:Keunho Rew)에 작품 동영상들을 올리고 로봇신문에도 기고하게 되었다.

메카트로닉스 과목의 개설
호서대 나노바이오트로닉스학과는 2013년 가을학기에 산업통상자원부 지원으로 설치됐다. 개설된 메카트로닉스 과목의 수강 대상은 대학원 석사과정 1기생들이었다. 이 학과는 나노+바이오+메카트로닉스+사회과학의 융합교육을 표방한다. 학생들은 학부에서 다양한 전공을 이수하였지만 필자의 강의를 들었던 6명 중 5명은 프로그래밍과 회로에 대한 경험은 전무하였다.

학생들의 지식 배경을 고려하여 강의시간의 절반 이상이 C언어 프로그래밍과 교과서 회로도를 읽고 브레드 보드로 회로를 구성하는데 사용되었다. 교재는 이재창 교수의 '아두이노 스케치북 1'을 사용하였다. 중간고사는 리포트 형식의 시험이었고, 기말고사는 작품을 제출하도록 하였다. 학생들은 각기 다른 작품을 만들기 때문에 표절 문제는 발생하지 않았다. 각 학생들은 작품 제작에 관해 내용울 발표했고, 필자는 이를 통해 학생들의 이해도를 점검하고 표절을 예방하였다.

아두이노와 지식 공유 정신
아두이노에 대해 관심을 가지게 된 것은 지난 2010년경 학술대회에서 만난 어느 교수로부터 아두이노를 진지하게 검토해 보라는 권유를 받고서부터 였다. 비전공 학생들에게 메카트로닉스를 쉽게 가르치려다 보니 게으른 필자도 어쩔 수 없이 2013년부터 아두이노를 공부 하게 됐다. 아두이노의 역사와 형태를 살펴보면 아래와 같다.
2005년 이태리 이브레아(Ivrea)에서 초기 프로젝트 만듦
2009년 아두이노 메가 출시
2011년 세계적으로 30 만개 이상의 아두이노가 사용됨
2012년 한예종, KAIST, 서울예대, 성균관대, 서울대 등 미디어 및 디자인관련학과, 미디어랩

등에서 널리이용
2013년 국내 아두이노를 이용한 작품과 서적들의 폭발적 증가


아두이노는 2005년부터 디자이너 마시모 밴지와 다비스 쿠아르티에예스에 의해 만들어진 단일 제어기이다. 기존의 AVR보드와 동일한 제어기를 사용하지만 편리한 통합개발 환경(IDE)과 오픈소스로서 매우 경제적인 하드웨어 등의 장점을 갖고 있다. 예를 들면 스테핑 모터 원리를 몰라도 아두이노의 예제를 통해서 동작시킬 수가 있는데, 이것은 아두이노의 단점이기도 하지만 장점이기도 하다. 교육용으로 사용했을 때 장단점은 분명하다. 장점들의 경우 초기 개발자들이 이윤보다는 지식 공유 정신을 추구한데 따른 것이다. 이러한 지식공유 정신은 많은 개발자들의 귀감이 되고 있다.

아두이노의 장점
초보자에게도 손쉽고 편리한 통합개발 환경
부품 구매가 용이하고 저렴하며 작다.
많은 작품들이 소스코드와 제작집이 공개돼 있다.
공개된 소스를 마음대로 변경할 수 있다.
공개구조여서 보조장치를 이용해 각종 모터,센서,주변기기를 제어할 수 있다.
확장성이 뛰어나고 신속한 업데이트가 가능하다.

아두이노의 단점
동작원리를 이해하지 못하고 사용법만 알았을 경우 기능이 제한적이다
다양한 예제에 압도돼 잡탕 작품이 많아진다. 표절여부 판단도 힘들어 진다.
계산성능과 메모리 부족시 주변장치를 확장해야 한다.


2013년만 해도 국내에서는 수많은 아두이노 관련 교재들이 편찬ㆍ번역 출간됐다. 동부로봇의 허큘리스 씨리즈는 아두이노 제어기로 사용할 수 있다. 이처럼 아두이노의 활용도가 폭발적으로 증가한 것은 높은 개방성과 손쉬운 사용법, 경제적인 가격, 훌륭한 예제 및 교재들, 다양한 하드웨어 등장 등에 기인한 것이다. 이같은 장점은 위키피디아나 리눅스처럼 공개 구조에서 공통적으로 나타나는 현상으로 당분간 유지될 것으로 예측된다.

▲ 다양한 형태의 아두이노 하드웨어

기말 과제 정보와 주제의 선정
기말 과제의 주제는 가급적 학생들이 좋아하거나 주된 관심을 가지는 것들로 정하도록 하였다. 고양이를 좋아하는 여학생A는 고양이 장난감을 만들도록 했다. 참고로 인터넷에서 움직이는 고양이 장난감을 보여주었다. 여학생 B는 자동차에 대해 관심이 많아 휴대폰 블루투스 통신으로 모형 자동차를 조정하는 것을 주문하였다. 휴대폰으로 모터를 제어하는 예제가 들어있는 책을 빌려주고 아두이노 프로젝트 사이트들도 알려주었다. 여학생C는 자명종 시계를 겸하면서 이메일이 오면 불빛이 달라지는 스마트 조명장치를 개발중이다.

소속 실험실에서 독성테스트용으로 물고기를 많이 기르는 남학생D는 휴일에 먹이를 자동으로 주는 물고기 자동먹이 장치를 주제로 선정하였다. 부모가 축산업에 종사하는 남학생E는 밤중에 방안에서 소를 감시하는 장치가 있으면 좋겠다고 하여, 무선으로 카메라 신호를 보내주는 장치를 모형 차에 실어 조정하는 시스템을 권하였다. 남학생F는 인류복지 및 건강에 관심이 많아 3차원 활동량 측정기를 만들도록 하였다.

학생들에게 인터넷에 있는 비슷한 예제를 보여주고 스스로 찾아보도록 했다. 자료가 어디에 있는지 검색하는 것도 중요하다고 판단하여 관련 사이트들을 수업 시간에 소개했다.

기즈맥(
http://www.gizmag.com)
온라인 잡지. 회원 가입을 하면 각종 신기술과 신상품 소개를 뉴스레터로 받아볼 수 있다. 영문으로 된 것이 흠이다.
bizion(
http://www.bizion.com)
신상품 소개 온라인 신문. 대략 1주일에 한 번씩 업데이트 되며쓸만한 혁신상품들을 많이 소개한다. 한글이지만 업데이트 속도는 더디다.
아두이노 공식홈페이지(
http://arduino.cc / http://blog/arduino/cc)
링크를 잘 찾아보면 개발자(maker)들이 만든 아두이노 프로젝트들이 블로그에 많이 소개되어 있다.
페이스북
공학과 메카트로닉스 분야의 창의적인 기술 정보들이 많이 있다.
메이크(Make)
영문잡지인데 한글판이 나온다. 꽤나 쓸만한 자작 프로젝트 정보들이 많아서 잡지를 수업시간에 소개하였다.
레시피로 배우는 아두이노 쿡북(arduino cookbook)
마이클 마골리스가 쓴 번역판이다. 교과서로 사용하기에는 무리가 있지만 아두이노에 관한 가장 충실한 참고문헌이다.(출판사 제이펍)
유튜브 동영상
모터에서부터 여러 장치들의 수많은 제작 정보들이 무료로 상세히 공개돼 있다.

기말과제 전까지는 일반적인 공대 교과목들과 비슷하게 기초적인 것들을 가르치는 상황이었으나 교과서가 예제 중심으로 이루어져 있어서 강의 시간마다 예제들을 1~2개씩 실습하도록 도왔다. 이론적인 내용이 부족할 때는 보충하였다.

기말 과제 작품들
6명의 학생이 수강했기 때문에 6개 작품이 제출됐다. 이 가운데 몇개를 소개한다. 모든 부품은 학과 예산으로 충당했고 관련 부품과 재료들은 각종 사이트에서 구매하였다.

3차원 활동량 측정기
3차원 활동량 측정기는 기존 만보기의 기능을 다양화 시킨 장치이다. 3차원 가속도계(MPU-6050)를 이용하여 운동량을 측정해준다. 소형 비누 곽을 이용하여 외피를 만들었으며 어린이용 장난감에서 차용한 손목 밴드를 사용하였다. 아두이노 프로 미니 및 건전지로 구성되었다.
아래 그림과 같이 운동량이 격렬해짐에 따라 LED가 초록, 파랑, 빨강으로 점점 변한다. 동작 동영상은 [
http://www.youtube.com/watch?v=IZtLgpMtWVc ][http://www.youtube.com/watch?v=kpV0vMLqsFs]에서 확인해보면 알 수 있다.

▲ 3차원 운동량 측정기

고양이용 장난감
고양이용 장난감은 아래 왼쪽의 그림처럼 이미 상품으로 시판되고 있지만, 새로 꾸며보는 것도 공부에 도움이 되겠다는 판단에서 제작을 허락하고 도왔다. 동작 동영상은 [http://www.youtube.com/watch?v=l8irzbGwuv8] 을 참고하면 고양이가 무척 호기심을 가지고 본 장난감을 대하고 있음을 관찰할 수 있다.

▲ 고양이용 장난감, 휴대폰 조정 화면, 회로도.
▲ 완성된 고양이 장난감

무선 카메라가 장착된 휴대폰 조종 자동차
블루투스 방식으로 휴대폰 조정되는 모형 자동차 안에 카메라를 장착하여 조정과 감시가 무선으로 가능한 장치를 만들었다. 기능으로는 전진, 후진, 우전진, 좌전진, 좌후진, 우후진, 헤드라이트 LED, 후진 등 LED, 동영상 촬영, 블루투스 통신을 통한 RC카 조정 및 영상 정보 송수신 등이 있다. 동작 동영상은 [http://www.youtube.com/watch?v=73nb1YbTdqg]과 [http://www.youtube.com/watch?v=F568CNTGij8]을 참조하면 된다.

▲ 카메라가 장착된 RC카와 스마트폰 조정 앱 화면

아두이노의 장점과 전망
지금까지 아두이노를 이용한 창의적 작품 제작 교육에 대해 살펴보았다. 다음과 같은 2가지 결론을 도출해보았다.

첫째, 아두이노는 빠른 속도로 발전 및 확장되고 있으며, 초급자의 메카트로닉스 교육용으로 사용하는데 많은 장점들이 존재한다.

둘째, 공유된 인터넷 정보들을 이용하여 여러 작품들을 손쉽게 제작 가능하여 아이디어에 대한 교육을 더 집중 교육할 수 있다. 아두이노는 창의성 및 융합 교육에 매우 유리한 도구로 여겨진다. 류근호 호서대 기계공학부 교수

류근호  khrew@hanmail.net
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