2024 수능특강 독서 (3)

다양한 저울의 측정 원리

이 글에서는 양팔저울, 대저울, 전자저울, 초정밀 미량 저울의 무게 측정 원리를 차례대로 설명하고 있다. 양팔저울은 지렛대의 중앙을 받침점으로 하여 지렛대가 평형을 이루었을 때의 추의 무게를 통해 물체의 무게를 측정한다. 대저울은 지렛대가 평형을 이루는 지점을 찾는 방법으로 물체의 무게를 측정 한다. 전자저울은 스트레인 게이지가 부착된 무게 측정 소자를 이용하여 무게를 측정한다. 초정밀 미 량 저울은 압전 효과를 활용하여 무게를 측정하도록 설계되어 있는데, 일반적으로 수정 진동자 센서를 사용한다. 초정밀 미량 저울의 수정 진동자 표면 위에 물질의 흡착과 탈착에 의한 공진 주파수 변화량 은 흡착 혹은 탈착한 물질의 무게 변화에 비례한다.

우리가 일상생활에서 흔히 사용하는 저울은 어 떠한 원리로 작동하여 물제의 무게를 측정하는 것 일까? 양팔저울과 대저울은 지레의 원리를 응용한 다. 양팔저울은 지대의 중앙을 받침점으로 하고, 양쪽의 똑같은 위치에 접시를 매달거나 올려놓은 것이다. 한쪽 접시에는 측정하고자 하는 물체를, 다른 한쪽에는 추를 올려놓아 지렛대가 수평을 이 루었을때의추의무게가바로물체의무게가되 는 것이다. 그러나 양팔저울은 지나치게 무겁거나 부피가 큰 물체의 무게를 측정하기에는 한계가 있 었다. 이런 점을 보완한 저울이 바로 대저울이다. 대저울은 받침점에 가까운 곳에 측정하고자 하는 물체를 걸고 반대쪽에는 작은 추를 걸어 움직여서 지렛대가 평형을 이루는 지점을 찾는 방법으로 물 체의 무게를 측정한다. ‘물체의 무게X받침점과 물 체 사이의 거리=추의 무게X받침점과 추 사이의 거리’이므로 받침점으로부터 평형을 이루는 지점을 알면 지레의 원리를 이용하여 물체의 무게를 간단 히 계산할 수 있다.
전자저울은 스트레인을 감지하는 장치인 스트레 인게이지가부착된무게측정소자를작동원리 로한다.무게측정소자는금속탄성체로되어있 는데, 전자저울에 물체를 올려놓으면 이 금속 탄성 체에는 스트레스에 따라 스트레인이 발생한다. 여 기서 스트레스란 단위 면적에 작용하는 힘을 가리 키는 것으로 압력과 동일하며, 스트레인이란 스트 레스에 의한 길이의 변화량을 가리키는 것으로 길
이의 변화량을 변화가 일어나기 전의 길이로 나눈 값이다. 스트레스에 따라 금속 탄성체에는 인장 변 형이 일어나고 스트레인 게이지에서는 스트레인에 따른 저항 변화가 일어난다. 스트레인은 스트레스 의 크기에 비례하고 전기 저항은 그 스트레인에 비례하기 때문이다. 통상적으로 스트레인 게이지에 서의저항변화는매우작기때문에증폭회로를 통해 약 100~200배를 증폭시키고 전기 신호로 전 환한 다음, 디지털 신호로 바꾸면 전자저울의 지시 계에 물체의 무게가 나타나게 된다. 전자저울에서 금속 탄성체는 가해진 스트레스에 대해 일정한 스 트레인을 발생시켜야 하는 매우 중요한 부품으로, 시간에 따라 특성이 변하지 않아야 하고 탄성의 한계점이 높아야 한다. 전자저울에 너무 큰 스트레 스가 가해지면, 금속 탄성체가 다시 원래대로 복귀 하지 않는 소성 변형이 일어난다.
스트레인이 생겨나지 않을 정도로 작은 물질의 무게는 어떻게 측정해야 할까? 과학 분야에서는 세포막이나 DNA 등의 무게를 측정하기 위해 초 정밀 미량 저울을 사용한다. 초정밀 미량 저울은 압전 효과가 일어나는 수정 진동자 센서를 통해 무게를 측정하도록 설계되어 있다. 압전 효과란 1 차압전효과와2차압전효과에의해전기적에 너지와 기계적 에너지가 상호 변환되는 특이한 현 상이다.1차압전효과란결정구조를가지는재 료인결정성재료에기계적압력을가하면그압 력에 비례하여 결정성 재료의 결정면 사이에 전압이 발생되는 것을 가리키며, 2차 압전 효과란 결 정성 재료의 결정면 사이에 전압을 걸어 주면 결 정성 재료에 변형이 생기는 것을 가리킨다. 수정은 절단된 각도와 두께에 따라 고유 주 파수가 달라 지는 재료로, 압전 효과가 일어나는 대표적인 결정 성 재료이다. 고유 주파수는 물체가 갖는 고유의 진동 주파수이다. 초정밀 미량 저울에 사용되는 수 정 진동자 센서는 전극 사이에 일정한 두께와 방 향으로 잘린 수정 결정판을 넣고 특정한 주파수 값을 갖는 전압을 가하면 수정의 고유 주파수에서 공진이 발생하도록 되어 있다. 공진 주파수는 질량 변화에 민감하여, 수정 진동자 센서를 사용하는 초 정밀 미량 저울 위에 물질을 흡착시키면 흡착되는 물질의 무제에 비례하여 공진 주파수 감소가 일어 난다. 물질의 흡착과 탈착에 의한 공진 주파수 변 화량을 통해 물질의 무게를 확인할 수 있다.

스트레인과 스트레스

전자저울은 스트레인을 감지하는 장치인 스 트레인 게이지가 부착된 무게 측정 소자를 작 동 원리로 한다. 무게 측정 소자는 금속 탄성 체로 되어 있는데, 전자저울에 물체를 올려놓 으면 이 금속 탄성체에는 스트레스에 따라 스 트레인이 발생한다. 여기서 스트레스란 단위 면적에 작용하는 힘을 가리키는 것으로 압력과 동일하며, 스트레인이란 스트레스에 의한 길이 의 변화량을 가리키는 것으로 길이의 변화량을 변화가 일어나기 전의 길이로 나눈 값이다. 스 트레스에 따라 금속 탄성체에는 인장 변형이 일어나고 스트레인 게이지에서는 스트레인에 따른 저항 변화가 일어난다. 스트레인은 스트 레스의 크기에 비례하고 전기 저항은 그 스트 레인에 비례하기 때문이다. 통상적으로 스트레 인 게이지에서의 저항 변화는 매우 작기 때문 에 증폭 회로를 통해 약 100~200배를 증폭시 키고 전기 신호로 전환한 다음, 디지털 신호로 바꾸면 전자저울의 지시계에 물체의 무게가 나 타나게 된다. 전자저울에서 금속 탄성체는 가 해진 스트레스에 대해 일정한 스트레인을 발생 시켜야 하는 매우 중요한 부품으로, 시간에 따 라 특성이 변하지 않아야 하고 탄성의 한계점 이 높아야 한다. 전자저울에 너무 큰 스트레스 가 가해지면, 금속 탄성체가 다시 원래대로 복 귀하지 않는 소성 변형이 일어난다.
스트레스: 단위 면적에 작용하는 힘 스트레인: 스트레스에 의한 길이의 변화량

데이터 전처리에서 이상치와 결측치의 처리

데이터 분석을 잘하기 위해서 데이터 분석에 들어가기 전에 데이터 전처리가 매우 중요한데 그중에 이상치와 결측치 처리가 있다. 정상적인 범위를 벗어난 데이터인 이상치를 판단 하기 위하여 데이터의 제3사분위수와 제1사분위수의 차이인 IQR의 1.5배를 제1사분위수에서 뺀 값부터 IQR의 1.5배를 제3 사 분위수에 더한 값까지의 범위를 벗어난 값으로 이상치를 삼는 것이 일반적이다. 이를 위해 이러한 작업을 시각적으로 표현해 주는 상자 수염 도표를 이용하면 편리하다. 결측치는 데이터 값이 알려지지 않은 것인데 해당 열이나 행을 삭제하거나 결측 치를 다른 값으로 대체하는 방식으로 처리한다. 이때 데이터의 삭제나 대체로 전체 데이터가 교란되지 않도록 주의해야 한다.

세상의 모든 분야와 영역에서 끊임없이 데이터 가생산되고있다.이렇게생산된데이터를잘수 집하여 분석하면 세상을 이해하는 유용한 지식과 통찰력을 얻을 수 있다. 그렇지만 데이터 분석자가 데이터 분석 과정에 들어가기 전에 정제되지 않은 데이터를잘처리해주지않으면제대로된분석 결과를얻을수없다.특히데이터의이상치와결 측치는 데이터 분석을 오류에 빠뜨리는 원인이 되 므로 데이터 전처리 과정에서 잘 처리해 주어야 좋은 분석 결과를 기대할 수 있다.
이상치는 정상적인 범위 밖에 있는 값으로, 단 하나라도 존재하면 분석 전체에 큰 영향을 미칠 수있다.가령하나의이상치가데이터평균을크 게바꿔놓을수있다.이상치는데이터를수집하 는 과정에서 오류가 개입되어 발생한 것으로 간주 되므로 찾아서 제거해야 한다. 이상치를 이해하기 위해서는 데이터의 분포를 가늠하는 데 유용한 사 분위수에대해알필요가있다.어떤하나의속성 에대하여알려진데이터값들을일렬로작은값 부터큰값의순서로나열했을때50%위치에있 는값이중앙값이다.크기가같은값이복수일경 우에도모두순위를세어준다.이때자료개수가 홀수이면앞에서센순위와뒤에서센순위가같 은 값이 중앙값이다. 자료 개수가 짝수이던 증앙에 있는 두 값의 평균이 중앙값이다. 중앙값을 제2사 분위수라고도 한다. 중앙값보다 작은 값들의 중앙 값을 제 1사분위수라고 하고 중앙값보다 큰 값들
의 중앙값을 제3사분위수라고 한다.
사분위수를 활용하
여 이상치를 시각적으 로살펴보기쉽게해 주는것이상자수염 도표이다. <그림 1>은 209개 기업의 CEO의 연봉(salary), 기업의 매출(sales), 수익 (roe), 업종(industry) 을보여주는표의 일부이다.표의가장 왼쪽열은개별기업 의 데이터를 나타내는
행의 고유 번호로 '인덱스'라고 부른다. 이 표에 서 는 0번 행부터 일련번호가 매겨져 있다. <그림 1> 에서열이름이'roe'인열의데이터값을모두선 택하여상자수염도표를그린것이<그림2>이 다. 상자 수염 도표의 핵심은 직사각형으로 표현된 '상자'이다. 상자 의 윗면이 제3사분위수를, 아랫면 이 제1사분위수를 표시해 주고, 상자 안의 가로선 은 제2사분위수, 즉 중앙값을 표시해 준다. <그림 2>에서 제3사분위수는 20, 제1사분위수는 12.4, 중앙값은 15.5이다. 이상치를 판단하는 절대적인 기준은 존재하지 않지만 통상적으로 IQR를 이용 하여 판단한다. IQR는 ‘interquartile range’의 약 자로서, 제3사분위수와 제1사분위수의 차이, 즉 상자 수염 도표에서 상자의 높이를 의미한다. 그러므 로 roe 열의 IQR는 20-12.4=7.6이다. 이상치는 허용 상한값보다 크거나 허용 하한값보다 작은 값 인데, 일반적으로 허용 상한값은 IQR에 1.5를 곱 하여 얻은 값을 제3사분위수에 더한 값이고, 허용 하한값은 IQR에 1.5를 곱하여 얻은 값을 제1사분 위수에서 뺀 값이다. 데이터 분포의 특성에 따라 IQR에 1.5가 아닌
다른 값을 곱하여 허용 상한값과 허용 하한값을 구할 수도 있다. 어떤 값을 곱하는 것이 좋은 선택 인가는 이 상치를 제외하고 수행한 분석이 향후 얼마나 정확한 예측을 가능하게 해 주느냐로 판가 름 나게 된다. roe 열에서는 허용 상한값은 20 + 7.6 X 1.5=31.4이고, 허용 하한값은 12.4-7.6X1.5=1.0이다. <그림 2>에서 상자 윗면 에서 나와 허용 상한값까지, 또 상자 아랫면에서 나와 허용 하한값까지 뻗어 있는 직선을 '수염'이 라 고 부른다. 그러므로 위쪽으로 뻗은 수염의 끝 은 허용 상한값을 표시하고, 아래로 뻗은 수염의 끝은 허용 하한값을 표시한다. <그림 2>에서 허용 상한값과 허용 하한값 밖에 작은 원으로 표시된 것은 이상치에 해당 한다. <그림 1>에서 생략된 부분에 이상치들이 있었음을 추정할 수 있다.
결측치는 데이 터의 값이 빠져 있는 것이다. 결 측치가 있으면 데이터 분석 프 로그램이 작동되 지 않는 경우가
빈발하는데, 가령 결측치가 있으면 해당 열의 평균 을 계산하지 못한다. 그러므로 본격적인 분석에 들 어가기 전에 결측치를 처리해 주는 것이 중요하다. <그림 3>에서 10행의 정보를 갖는 데이터를 보면, salary 열에 2개, sales 열에 2개, roe 열에 1개의 데이터 값이 NaN으로 표시되어 있다. NaN은 'not a number'의 약자로 어떤 이유로 해당 수치 가 알려지지 않은 결측치에 해당한다. 결측치를 처 리하는 방법은 삭제와 대체가 일반적이다. 삭제란 결측치를 포함하는 행이나 열을 삭제하는 것인데 이 과정에서 다른 데이터 값도 함께 삭제되면서 정보의 망실이 일어나기 때문에 주의해야 한다. 해 당 행이나 열을 삭제해도 다른 데이터 값들이 충 분히 많아서 데이터의 충실성이 지켜진다면 삭제 를 시행할 만하다. 대체는 다른 값으로 결측치를 채우는 것인데, 대체하는 값으로는 해당 열의 확보된데이터값들의평균또는중앙값이많이사용 되고해당값의직전행또는직후행의데이터 값 등이 사용되기도 한다. 대체는 추가적인 정보의 망실이 일어나지 않는 장점이 있지만, 대체하는 값 으로 인한 데이터의 교란을 최소화하는 선택을 해 야 한다.

데이터 처리와 사분위수
세상의 모든 분야와 영역에서 끊임없이 데 이터가 생산되고 있다. 이렇게 생산된 데이터 를 잘 수집하여 분석하면 세상을 이해하는 유 용한 지식과 통찰력을 얻을 수 있다. 그렇지만 데이터 분석자가 데이터 분석 과정에 들어가기 전에 정제되지 않은 데이터를 잘 처리해 주지 않으면 제대로 된 분석 결과를 얻을 수 없다. 특히 데이터의 이상치와 결측치는 데이터 분석 을 오류에 빠뜨리는 원인이 되므로 데이터 전 처리 과정에서 잘 처리해 주어야 좋은 분석 결과를 기대할 수 있다.
이상치는 정상적인 범위 밖에 있는 값으로, 단 하나라도 존재하면 분석 전체에 큰 영향을 미칠 수 있다. 가령 하나의 이상치가 데이터 평균을 크게 바꿔 놓을 수 있다. 이상치는 데 이터를 수집하는 과정에서 오류가 개입되어 발 생한 것으로 간주되므로 찾아서 제거해야 한 다. 이상치를 이해하기 위해서는 데이터의 분 포를 가늠하는 데 유용한 사분위수에 대해 알 필요가 있다. 어떤 하나의 속성에 대하여 알려 진 데이터 값들을 일렬로 작은 값부터 큰 값 의 순서로 나열했을 때 50% 위치에 있는 값 이 중앙값이다. 크기가 같은 값이 복수일 경우 에도 모두 순위를 세어 준다. 이때 자료 개수 가 홀수이면 앞에서 센 순위와 뒤에서 센 순 위가 같은 값이 중앙값이다. 자료 개수가 짝수 이던 증앙에 있는 두 값의 평균이 중앙값이다. 중앙값을 제2사분위수라고도 한다. 중앙값보다 작은 값들의 중앙값을 제 1사분위수라고 하고 중앙값보다 큰 값들의 중앙값을 제3사분위수 라고 한다.
이상치: 정상적인 범위 밖의 값 결측치: 누락된 데이터 값


소프트웨어 자료구조
소프트웨어 개발에서 자료 관리를 위한 구 조로는 '배열'과 '연결 리스트'가 흔히 사용된다. 이 구조를 가진 저장소가 실제 컴퓨터 메모리 에 구현된 위치를 '포인터'라고 한다.

유전 알고리즘을 활용하여 진화 음악을 만드는 과정

컴퓨터가 만드는 음악인 진화 음악 중 유전 알고리즘이 만드는 ‘음악 유기체’는 생물 유기체의 진화 와 발생 과정을 흉내 내는 유전 알고리즘에 의해 하나의 음에서 시작하여 음악 유전체의 통제에 의해 창조된 다양한 구조를 갖춘 음악 작품이 다. 음악 유기체는 ‘짝짓기’와 ‘돌연변이’에 의해 새로운 원소 값을 음악 유전체 행렬에 부여받아 ‘발생’을 통해 자손 음악 유기체를 만든다. 음악 유기체가 자손을 남기려면 적합 함수에 의해 적합도를 평가받아 짝짓기 대상으로 선택되어야 한다. 이런 진화와 발생 과정을 통해 생산된 음악은 사람이 창출할 수 없는 새로운 음악적 요소를 갖추게 되는데 그것이 발표 되려면 사람에게 가치를 인정받아 선택되어야 한다.

인공 지능이 크게 발달하고 인간에게 고유하다 고여겨진사고능력을기계가갖게될가능성이 현실화되면서 인간의 삶의 모든 영역이 인공 지능 과 연결되고 있다. 기계에 가장 결여되어 있다고 여겨진창의성을기계가갖게할수있다는주장 이 나오면서 인공 지능이 창조하는 예술의 가능성 과가치에대하여많은논의가이루어지고있다.' 컴퓨터는단지프로그래밍이된것만할수있다.' 라는선입견을깨고인간이창출한적없는새로 운 음악을 인공 지능이 만들어 내고 있다.
최근에컴퓨터가생물진화과정을흉내내어 만드는 진화 음악에서는 생물 유기체의 진화와 발 생 과정을 모방하는 ‘유전 알고리즘’(GA, Genetic Algorithm)이 활용되고 있다. 그 증 하나로서, 유 전 알고리즘이 만들어 내는 '음악 유기체'는, 마치 생물 유기체가 단일한 세포에서 발생하듯이, 하나 의 음(音)으로부터 계산에 의해 파생된 음악 작품 이다. 음악 유기체의 '발생'에서는 단일한 음에서 여러 개의 음이 연쇄적으로 배열된 복잡한 악곡이 만들어지는데, 이 발생 과정은 ‘음악 유전체’의 통 제를 받아 이루어진다. 음악 유전체는 생성된 악보 에서도 보이지 않고 음악 유기체를 연주해도 들리 지 않지만, 발생에 해당하는 작곡 과정을 지배하는 설계도로 최초의 세대에 부여되는 음악 유전체의 설계는 개발자의 몫이다. 수정란의 유전체가 유전 자를 포함하고 있듯이 최초의 음에는 ‘음악 유전 자’역할을하는원소가특정한위치에배열된행
렬형태의음악유전체가부여되어있다.발생과 정을 거치면서 음악 유전체 행렬의 작용으로 행렬 의 원소가 지정하는 독특성이 음악 작품의 구조적 특성으로 발현하게 된다.
이렇게 만들어진 음악 유기체는 서로 ‘짝짓기’를 통하여 새로운 특성을 자손 음악 유기체에 부여하 게 된다. 생물 세계에서 짝짓기의 결과가 수정란이 고 거기에서 유기체가 발생하듯이 두 음악 유기체 가짝짓기를하면음악유전체를가진단일한음 을형성하는데,이새로운음악유전체가갖는절 반의'유전자'는두부모음악유기체의유전체중 하나에서온것이고나머지절반은다른부모음 악유기체의유전체에서온것이다.다시말해서 두개의부모작품이가진음악유전체행렬의원 소중일부만을택하여다음세대음악유전체행 렬을 만들어 낸다. 또한 짝짓기 과정에서 돌연변이 함수의 작용에 의해 임의의 변수가 투입되어 부모 음악 유기체에 없었던 특성이 자손 음악 유기체에 나타나도록 설계되어 있다. 돌연변이 함수는 생물 세계의 돌연변이가 부모 세대에 없는 새로운 형질 을 무작위로 창출하듯이 유전체 행렬의 0.1~0.5% 의원소값을무작위로다른값으로대체한다.이 렇게 만들어진 자손 음악 유전체 행렬의 작용에 의해 다음 세대 음악 유기체의 '발생'이 진행되어 하나의 음으로부터 여러 개의 음이 연쇄되는 새로 운 악곡인 자손 음악 유기체가 만들어진다. 결과적 으로자손음악유기체는부모음악유기체와비교했을 때 짝짓기, 돌연변이, 발생 과정을 통해 유 전체 행렬의 특성이 바뀌어 있게 되고 이것은 '진 화'에 해당한다. 이러한 음악의 진화 과정이 동일 한 유전체 행렬로부터 발생한 음악 유기체의 집단 인 개체군 안에서 유전체의 변화를 통해 다양하고 복잡한 구조를 갖춘 새로운 후속 세대의 음악 유 기체를 창출하게 된다.
하나의 음악 유전체에서 다양하게 창출되어 개 체군을 구성하는 음악 유기체들 중에서 어떤 것이 선택되어 자손 음악을 남기게 될지는 생물 세계에 서 환경의 독특성을 반영하는 자연 선택 과정이 진화의 방향을 결정짓듯이 적합 함수들이 필터링 을 통해 결정한다. 이때 다양한 적합 함수들이 동 원될 수 있는데 그중에는 특정한 음악적 형식을 따르는지, 특정한 음악적 취향을 충족하는지, 특정 한 대목에서 지정한 음의 진행을 보이는지 등을 평가하는 적합 함수가 있다. 음악 유기체 전체가 음악 유전체 행렬에 의해 통제되는 발생 과정을 거친 후에 적합도가 적합 함수들에 의해 평가되고, 매 단계에서 가장 적합도가 높은 10~25%의 음악 유기체가 필터링되면 최종적으로 남은 음악 유기 체들이 무작위로 짝이 지어져 충분한 후손을 만들 어 내고 그것들은 다시 발생 과정을 거쳐 새로운 개체군을 구성하는 음악 유기체가 된다.
이렇게 유전 알고리즘을 통해서 완성된 많은 작 품 중에서 선별된 것이 세상에 발표된다. 음악 유 기체의 개발자들이 추구하는 목표는 사람이 생각 해 낼 수 없는 참신한 음악 작품의 창출이다. 우연 이 개입하는 유전 알고리즘을 따라가다 보면 사람 보다 효율적으로 참신한 발상이 반영된 음악이 창 출되게 된다. 컴퓨터는 사람보다 효율적으로 많은 새로운 곡을 창출해 낼 수 있기 때문에 창조적 생 산력이 탁월하다고 할 수 있다.
하지만 음악을 소비하는 주체는 사람이기 때문 에 결국에는 그렇게 창조된 음악이 가치가 있는지 없는지는 사람이 판단하여 발표하게 된다. 그렇기 때문에 음악 유기체는 세상에 존재하지 않는 참신 성을 가지면서 동시에 사람의 취향에 어긋나지 않 아야 하는 딜레마를 뛰어넘어야 작품으로 가치를 얻게 된다.

인공지능의 음악 창조

인공 지능이 크게 발달하고 인간에게 고유 하다고 여겨진 사고 능력을 기계가 갖게 될 가능성이 현실화되면서 인간의 삶의 모든 영역 이 인공 지능과 연결되고 있다. 기계에 가장 결여되어 있다고 여겨진 창의성을 기계가 갖게 할 수 있다는 주장이 나오면서 인공 지능이 창조하는 예술의 가능성과 가치에 대하여 많은 논의가 이루어지고 있다. '컴퓨터는 단지 프로 그래밍이 된 것만 할 수 있다.'라는 선입견을 깨고 인간이 창출한 적 없는 새로운 음악을 인공 지능이 만들어 내고 있다.
유전 알고리즘을 통해서 완성된 많은 작품 중에서 선별된 것이 세상에 발표된다. 음악 유 기체의 개발자들이 추구하는 목표는 사람이 생 각해 낼 수 없는 참신한 음악 작품의 창출이 다. 우연이 개입하는 유전 알고리즘을 따라가 다 보면 사람보다 효율적으로 참신한 발상이 반영된 음악이 창출되게 된다. 컴퓨터는 사람 보다 효율적으로 많은 새로운 곡을 창출해 낼 수 있기 때문에 창조적 생산력이 탁월하다고 할 수 있다.
하지만 음악을 소비하는 주체는 사람이기 때문에 결국에는 그렇게 창조된 음악이 가치가 있는지 없는지는 사람이 판단하여 발표하게 된 다. 그렇기 때문에 음악 유기체는 세상에 존재 하지 않는 참신성을 가지면서 동시에 사람의 취향에 어긋나지 않아야 하는 딜레마를 뛰어넘 어야 작품으로 가치를 얻게 된다.
인공지능의 음악 창조 과정
1. 유전 알고리즘으로 다수의 작품 완성
2. 작품의 일차적인 선별
3. 음악 소비 주체인 사람의 취향을 반영


생물다양성
생물다양성(biodiversity)이란 원래 한 지역 에 살고 있는 생물의 종(種)이 얼마나 다양한 가를 표현하는 말이었다. 그런데 오늘날에는 종의 다양성은 물론이고, 각 종이 가지고 있는 유전적 다양성과 생물이 살아가는 생태계의 다 양성까지를 포함하는 개념으로 확장해서 사용 한다. 특히 최근에는 생태계를 유지시키고 인 류에게 많은 이익을 가져다준다는 점이 부각되 면서 생물다양성의 가치가 크게 주목받고 있 다.

퍼셉트론
인간의 신경 조직을 수학적으로 모델링하여 컴퓨터가 인간처럼 기억.학습.판단할 수 있도 록 구현한 것이 인공 신경망 기술 이다. 신경 조직의 기본 단위는 뉴런인데, 인공 신경망에 서는 뉴런의 기능을 수학적으로 모델링한 퍼셉 트론을 기본 단위로 사용한다. 퍼셉트론은 입 력값들을 받아들이는 여러 개의 입력 단자와 이 값을 처리하는 부분, 처리된 값을 내보내는 한 개의 출력 단자로 구성되어 있다. 퍼셉트론 은 각각의 입력 단자에 할당된 가중치를 입력 값에 곱한 값들을 모두 합하여 가중합을 구한 후, 고정된 임계치보다 가중합이 작으면 0, 그 렇지 않으면 1과 같은 방식으로 출력값을 내 보낸다. 이러한 퍼셉트론은 출력값에 따라 두 가지로만 구분하여 입력값들을 판정할 수 있을 뿐이다. 이에 비해 복잡한 판정을 할 수 있는 인공 신경망은 다수의 퍼셉트론을 여러 계층으 로 배열하여 한 계층에서 출력된 신호가 다음 계층에 있는 모든 퍼셉트론의 입력 단자에 입 력값으로 입력되는 구조로 이루어진다. 이러한 인공 신경망에서 가장 처음에 입력값을 받아들 이는 퍼셉트론들을 입력층, 가장 마지막에 있 는 퍼셉트론들을 출력층 이라고 한다.

압전 효과와 이를 이용한 진동 센서

진동센서는 일반적으로 압전효과를 이용하며 압전효과란 외력으로 인한 재료 변형으로 전기가 발생 하는 1차 압전 효과와 전기를 가하면 재료에 변형이 생기는 2차 압전 효과로 나눌 수 있다. 그리고 일반적인 진동 센서는 1차 압전 효과를 이용한다. 압전 물질의 대표적인 예로 수정 결정이 있는데 수 정 결정의 축을 따라 인장하거나 압축하면 분극 현상이 생겨 수정 결정에 전기장이 형성된다. 이와 같 은 압전 효과에 의해 생성된 전기장을 측정하는 것이 진동 센서의 원리이다. 진동 센서의 성능은 민감 도로 나타나는데 단위 압력당 생성된 전압으로 표현하는 것이 바람직하다. 최근에는 민감도가 우수한 거 미 모방 진동 센서가 주목받고 있다. 거미 모방 진동 센서에 진동이 가해지면 백금 박막 간의 접촉 면적이 변하는데 일정 전 압에서 진동이 커질수록 전기 저항이 커진다. 반도체 산업과 같이 초미세 구 조를 만드는 공정에서 미세한 진동은 소자 불량 의 원인이 되므로 우수한 진동 센서는 필수적이고 중 요한 역할 을 한다.

일반적으로 어떤 물체가 기준 위치에 대해 반복 다. 운동을 할 때 그 물체는 진동한다고 말하고 이러
한 진동의 패턴이 반복되는 시간을 주기라고 한다.
1초 동안에 주기가 반복되는 횟수를 주파수라고
    말하며, 단위는 헤르츠(Hz)를 사용한다. 일상생활 이나 산업 현장에는 다양한 진동이 있다. 특히 산 업 현장의 생산 설비에서 발생하는 진동은 제품의 수율*을 감소시킨다. 특히 초미세 공정이 요구되는 생산 공정에서는 진동으로 인한 불량품 비율의 증 가와 생산 비용 증가 등의 문제를 야기하며 작업 자에게도 큰 해를 입힐 수 있다. 따라서 진동을 감 지하는 진동 센서 기술은 불량을 막는 데 중요한 기술로 자리 잡고 있다.
진동 센서는 일반적으로 압전 효과를 이용한다. 압전 효과란 1880년 프랑스의 퀴리(Curie) 형제가 처음으로 발견한 것으로, 기계적인 외력이 재료에 가해져 재료가 기계적으로 변형되면 전압이 발생 하는 경우와 반대로 재료에 전압이 걸리면 기계적 인 변형이 생기는 경우를 모두 아우르는 말이다. 외력으로 인한 재료의 변형으로 전기가 발생하는 것을 직접 효과 또는 1자 압전 효과라고 하며, 역 으로 전기를 가하면 재료의 변형이 생기는 것을 역압전 효과 또는 2차 압전 효과라고 한다. 진동 센서는 직접 효과 또는 1차 압전 효과를 이용한
위의 <그림>을 보면 압전 효과를 이해할 수 있 다. <그림>은 안전 효과를 나타내는 대표적인 압 전 물질인 수정 결정의 모식도이다. <그림>과 같 이 화살표 방향으로 힘을 가하여 수정 결정을 인 장하거나 압축하면 (+) 이온과 (-) 이온의 상대적 위치의 변화로 전하의 쏠림 현상, 즉 분극 현상이 생겨 수정 결정에 전기장이 형성된다. 이처럼 변형 에 따른 분극 현상으로 전기장이 생성되는 것이 압전 물질의 전기장 생성의 중요한 원리이다. 압전 물질의 인장 상황과 압축 상황에서의 전기장의 방 향은 서로 반대이며 수정 결정의 변형 정도가 클 수록 형성되는 전기장이 더 크게 형성된다. 이와 같은 압전 효과에 의해 생성된 전기장을 측정하는 것이 진동 센서의 원리이다. 진동 센서의 성능은 민감도로 나타낸다. 진동 센서의 민감도가 클수록 그 센서는 고성능 센서로 여겨진다. 진동 센서의 민감도란 진동으로 인한 힘이 압전 물질에 가해졌을 때 생성된 전기장의 크기인 전압을 가해진 힘 으로 나눈 값으로 표현되는 것이 일반적인데, 단위 압력당 생성된 전압을 민감도로 정의하기도 한다. 이때 같은 압전 물질이고 가해진 힘이 동일하더라 도 압전 물질의 크기가 다르면 생성되는 전압이 다르다. 따라서 압전 물질의 크기와 상관없이 센서 의 민감도를 비교하기 위해서는 단위 압력당 생성 된 전압으로 민감도를 표현하는 것이 더 바람직하 다.
최근에는 더 미세한 진동을 감지할 수 있는 민 감도가 아주 우수한 진동 센서가 개발되었는데 이 중 거미의 감각 기관을 모사하여 만든 거미 모방 진동 센서가 주목받고 있다. 거미는 인간이 느낄 수 없는 매우 미세한 음성이나 진동도 감지할 수 있다. 거미 발목 근처에 있는 미세한 균열 사이의 거리가 진동에 의해 변하면 신경 세포가 이를 감 지해 진동을 알아채는 원리다. 이를 모방하여 플라 스틱 기판 위에 백금 박막을 쌓은 뒤 수 나노미터 수준의 미세 균열을 만들어 진동 센서로 활용할 수 있다. 백금 박막의 일부 영역은 균열 사이에 백 금 박막이 서로 접촉하고 있고 다른 부분은 틈이 있다. 이때 접촉하고 있던 균열은 진동에 의해 수 마이크로미터까지 틈이 벌어질 수 있다. 진동이 가 해지면 백금 박막 간의 접촉 면적이 변하는데 일 정한 전압을 가한 상태에서 진동이 커짐에 따라 전기 저항이 커진다. 전류는 저항에 반비례하므로 저항의 변화나 전류가 흐르는 양을 측정하면 통상 의 진동 센서로 감지하기 힘든 주위의 미세 진동 의 크기를 알아낼 수 있다. 이러한 방식으로 만든 진동 센서의 민감도는 진동에 의해 센서 물질이 늘어난 정도를 분포로 하고 이때의 저항 변화 값 을 분자로 하여 분수 값을 계산한 값이며 이를 게 이지 팩터라고도 부른다.
반도체 산업과 같이 초미세 구조를 만드는 공정 에서, 미세한 진동은 미세 패턴의 배열에 영향을 주어 불량 소자를 만들어 내는 원인이 된다. 따라 서 미세한 진동을 감지할 수 있는 게이지 팩터가 높은 센서는 불량을 미연에 막는 데 필수적이고 중요한 역할을 하고 있다.
*수율: 제조된 제품들 중 상품으로 쓸 수 있는 질을 갖 춘 제품의 비율.

진동 센서 기술
일반적으로 어떤 물체가 기준 위치에 대해 반복 운동을 할 때 그 물체는 진동한다고 말 하고 이러한 진동의 패턴이 반복되는 시간을 주기라고 한다. 1초 동안에 주기가 반복되는 횟수를 주파수라고 말하며, 단위는 헤르츠(Hz) 를 사용한다. 일상생활이나 산업 현장에는 다 양한 진동이 있다. 특히 산업 현장의 생산 설 비에서 발생하는 진동은 제품의 수율을 감소시 킨다. 특히 초미세 공정이 요구되는 생산 공정 에서는 진동으로 인한 불량품 비율의 증가와 생산 비용 증가 등의 문제를 야기하며 작업자 에게도 큰 해를 입힐 수 있다. 따라서 진동을 감지하는 진동 센서 기술은 불량을 막는 데 중요한 기술로 자리 잡고 있다.
진동 센서 기술은 초미세공정이 요구되는 생산 공정에서 사용된다.


진동 센서
진동 센서는 일반적으로 압전 효과를 이용 한다. 압전 효과란 1880년 프랑스의 퀴리 (Curie) 형제가 처음으로 발견한 것으로, 기계 적인 외력이 재료에 가해져 재료가 기계적으로 변형되면 전압이 발생하는 경우와 반대로 재료 에 전압이 걸리면 기계적인 변형이 생기는 경 우를 모두 아우르는 말이다. 외력으로 인한 재 료의 변형으로 전기가 발생하는 것을 직접 효 과 또는 1차 압전 효과라고 하며, 역으로 전기 를 가하면 재료의 변형이 생기는 것을 역압전 효과 또는 2차 압전 효과라고 한다. 진동 센서 는 직접 효과 또는 1차 압전 효과를 이용한다.
압전 효과: 기계적인 외력이 재료에 가해지게 될 때 전압이 발생하는 것.
1차 압전 효과: 외력으로 인한 재료의 변형으 로 전기가 생성되는 것.
2차 압전 효과: 전기로 재료의 변형이 생기는 것.

초음파 진단 장비의 원리
초음파 진단 장치는 인체 내부를 들여다보 기 위해 소리를 사용한다. 일반적인 소리는 사 람의 귀로 감지할 수 있지만 초음파는 진동수 가 20,000Hz가 넘어서 사람의 귀로 들을 수 없는 소리이다. 인체를 진단하는 도구로 초음 파를 사용하게 된 것은, 그것이 짧은 파장을 가지므로 투과성이 강하고 직진성이 탁월할 뿐 아니라 미세한 구조까지 자세하게 볼 수 있게 해 주기 때문이다. 이 진단 장치에는 초음파를 만들어 내고 감지하기 위한 압전(壓電) 변환기 라는 특수한 장치가 있다. 압전 변환기의 핵심 부품인 압전 소자는 압력을 받으면 전기를 발 생시키는데 이것을 암전 효과라고 한다. 초음 파를 압전 소자에 가해 주면 압전 소자에 미 치는 공기의 압력이 변하면서 압전 효과로 인 해 고주파 교류가 발생한다. 역으로 높은 진동 수의 교류 전압을 압전 소자에 걸어 주면 압 전 소자가 주기적으로 신축하면서 초음파를 발 생시키는데, 이를 역압전 효과라고 한다. 이렇 게 압전 소자는 압전 변환기에서 초음파를 발 생시키고, 반사되어 돌아오는 초음파를 감지하 는 중요한 역할을 담당한다. 즉, 압전 변환기 는 마이크와 스피커의 역할을 모두 하는 셈이 다.