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[2022 봄호] 알리미의 일일 인턴 체험기 핏투게더

  • 노유성
  • 2022-05-06 07:00:51

2022 SPRING 알턴십

핏투게더
포스텍 동문 기업이자 글로벌 성능 1위를 차지한 EPTS 전문 기업
포스테키안 구독자 여러분 안녕하세요!
알리미가 교내외 연구소/기업의 ‘일일 인턴’이 되어 직접 체험해 보는 알턴십이 벌써 다섯 번째 이야기로 돌아왔습니다.
이번 알턴십은 바로 포스텍 동문 기업, 핏투게더에서 진행했는데요.
축구와 데이터를 접목하여 선수의 능력을 향상시킨다는 흥미로운 기술을 체험하기 위해 저와 최예니 알리미가 직접 다녀왔습니다!
이전과 달리 사무실이나 연구소가 아닌 운동장에서 시작한 이번 알턴십,
어느 때보다 에너지가 넘쳤던 핏투게더 일일 인턴으로서의 하루, 함께 보러 가시죠!

26기 노유성
27기 최예니
 

# 핏투게더

핏투게더는 포스텍 동문이신 윤진성 선배님께서 대표이사로 계신 포스텍 동문 기업이자 설립 2년 반 만에 국제축구연맹FIFA에서 개최한 ‘FIFA 퀄리티 프로그램’ GPS 기반 웨어러블 EPTS 부문에서 세계 1위를 차지한 글로벌 성능 1위의 EPTS 전문 기업입니다. 또한, K리그 공식 EPTS 기업으로 자리 잡고 있기도 합니다. EPTSElectronic Performance & Tracking System의 약자로, 선수의 움직임 데이터를 수집한 뒤 이를 분석해 선수의 능력 향상을 돕는 분석 시스템을 의미합니다. 핏투게더는 ‘OHCOACH’[링크]OHCOACH 라는 웨어러블 시스템을 기반으로 선수의 데이터를 수집하고 분석합니다. 이렇게 세계적으로 인정받은 핏투게더만의 솔루션은 50여 개국 90여 개의 축구 리그에서 사용될 정도로 엄청난 성과를 내고 있습니다.


글로벌 성능 1위 EPTS 전문 기업, 핏투게더가 궁금하다면?
핏투게더 홈페이지 소개 영상

# OHCOACH 장비 체험 (with. 서울 TNT 핏투게더 FC)


핏투게더의 OHCOACH 시스템을 처음 만난 곳은 효창운동장이었습니다. 이곳은 핏투게더가 메인 스폰서로 있는 서울 TNT 핏투게더 FC[링크]facebook-TNT Fitogether FC선수들이 실제로 훈련을 진행하는 곳입니다. 서울 TNT 핏투게더 FC는 대한민국 최초의 독립 구단으로, 현재까지 100명이 넘는 선수가 이 구단을 통해 프로 무대 재기에 성공했다고 합니다. 선수분들은 시합뿐만 아니라 훈련을 진행할 때에도 OHCOACH 장비를 착용하여 꾸준히 데이터를 분석하고 관리해 나가신다고 합니다. 이날은 감사하게도 저희가 선수분들과 함께 OHCOACH 장비를 착용하고 훈련을 진행할 수 있었습니다.


전용 조끼를 차고 등에 있는 포켓에 ‘OHCOACH Cell’이라고 하는 디바이스를 넣으면 움직임 데이터를 뽑을 준비가 완료됩니다. 저와 최예니 알리미가 각자 장비를 착용한 뒤, 함께 준비 운동을 마치고 순간 가속과 감속 데이터를 분석하기 좋은 레크리에이션을 진행했습니다. 저희가 순간적으로 움직이는 찰나의 순간에도 정교하게 데이터를 뽑아내고 있다고 생각하니 핏투게더의 기술력에 감탄하게 됐습니다. 귀중한 경험이었던 선수분들과의 훈련을 마치고 핏투게더 본사로 이동하여 저희의 데이터를 처리하고 분석하는 시간을 가졌습니다.

# 데이터 분석 체험



핏투게더 본사에 도착하여 데이터를 처리하는 동안 내부를 둘러보는 시간을 가졌습니다. 가장 먼저 눈에 들어온 건 다양한 색깔로 점을 찍은 듯한 그림이었습니다. 후에 여쭤보니 4-4-2, 4-2-3-1 등의 다양한 축구 포메이션별로 나타나는 활동 반경 데이터라는 것을 알 수 있었습니다. 이를 알고 난 뒤 그림을 다시 보니 포메이션 별로 어떤 특징이 나타나는지 한눈에 알아볼 수 있어 데이터 분석 결과를 보기 전임에도 불구하고 축구에 데이터 분석 기술을 접목했을 때의 이점을 확인할 수 있었습니다. 또한, 회 사 내부를 축구 유니폼으로 꾸민 것을 보고 축구를 사랑하는 사람들이 모여 즐겁게 일하고 있다는 걸 느낄 수 있었습니다. 데이터가 처리되고 이를 분석하는 과정은 저에게 왜 핏투게더가 글로벌 1위의 EPTS 전문 기업인지를 증명해 보였습니다. Dock이라고 부르는 가방에 OHCOACH Cell을 휴대하고 충전할 수 있는데, 여기서 끝나지 않고 Dock과 PC를 연결하여 데이터를 바로 뽑아올 수 있다는 점이 놀라웠습니다. 또한, 핏투게더에서 뽑은 데이터를 바로 분석할 수 있게 해주는 모듈을 담은 웹에 데이터를 올리면 정교하게 처리된 결과를 알아보기 쉽게 정리해 주어 신기했습니다.


데이터 처리가 끝난 뒤, 저와 최예니 알리미, 그리고 서울 TNT 핏투게더 FC 선수 두 분의 데이터를 분석하며 비교해 봤습니다. 핏투게더의 기술에 대해서 자세히 모를 때에는 ‘GPS를 통한 활동 반경 정도를 뽑아서 분석하겠구나’라고 생각했었는데, 예상보다 훨씬 더 자세하고 활용도가 높은 데이터들이 존재했습니다. GPS를 통한 위치 데이터는 물론이고 순간 가속과 감속, 평균 속도, 가속 시 힘의 크기 등을 알려주는 관성 데이터를 비롯한 수많은 데이터들이 저희가 훈련에 참여한 짧은 시간 내에 정확하게 얻어진 것을 확인할 수 있었습니다.

# 윤진성 대표님과의 인터뷰

핏투게더의 일일 인턴으로서 직접 훈련에 참여한 뒤, 흔쾌히 핏투게더에서 알턴십을 진행할 수 있도록 해주신 윤진성 대표님과의 인터뷰 시간을 가졌습니다. 축구를 좋아하는 포스텍 학생에서 성공한 스타트업의 대표가 되기까지의 스토리를 들을 수 있었는데요. 그중에서 코로나 사태를 직면했을 때, 위기를 기회로 바꾸셨던 사례가 가장 기억에 남습니다. 한창 세계로 뻗어 나갈 시점에 코로나19라는 위기를 맞이하였지만, 해외로 직접 가지 않고도 온라인으로 미팅을 진행하고 OHCOACH 제품을 택배로 보내고 사용 방법을 지속적으로 알려주며 꾸준히 고객사를 유치하는 기회로 더 큰 도약을 이뤄내신 경험을 말씀해 주셨습니다. 장기화되는 코로나 사태에 지쳐가지만 한 줄기 희망으로 모두가 주문처럼 외우는 말, ‘위기를 기회로 바꾸자’를 실현하신 모습은 지금 핏투게더가 이 자리에 오기까지 겪었던 위기의 순간에서 어떻게 극복하고 성장할 수 있었는지 증명해 주는 것 같았습니다. 말씀을 나누는 모든 순간에 동기 부여를 받을 수 있었던 대표님과의 인터뷰는 영상에서 자세히 만나보실 수 있습니다!

# 핏투게더 알턴십을 마치며

첫 번째 동문 기업 알턴십이었던 만큼 더욱 뜻깊은 시간이었던 핏투게더 알턴십! 짧은 시간이었음에도 감독과 코치의 눈으로 보지 못하는 선수들의 데이터까지 파악함으로써 더욱 투명하고 건강한 축구 생태계를 만들어나가는 데 핏투게더가 앞장서고 있음을 느낄 수 있었습니다. 이처럼 소중한 경험을 선물해 주신 모든 핏투게더 관계자분들과 포스텍 동문 기업임을 자랑스럽게 여기고 후배들을 위해 적극적으로 지원해 주신 선배님, 윤진성 대표님께 감사드립니다. 글에 담지 못한 생동감 넘치는 훈련 모습과 한눈에 보이는 데이터 분석 현장이 궁금하시다면 포스텍 입학팀 유튜브 채널에 공개된 봄호 알턴십 영상을 기대해 주세요!

핏투게더 Youtube에는 축구선수 인터뷰, K리그, TNT Fitogether FC 관련 내용 등 다양한 영상이 업로드되고 있습니다.
열정 넘치는 핏투게더의 영상이 궁금하시다면 아래의 버튼을 클릭하세요!
핏투게더 Youtube

ALIMI 26기 전자전기공학과 노유성

예비 포스테키안 여러분! 포스텍으로 향하는 걸음에 도움이 될 수 있도록 최선을 다하겠습니다 언제든 편하게 질문하세요 :)

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[2021 겨울호] 1-편미분과 기울기 벡터

  • 노유성
  • 2022-04-08 07:00:48

2021 WINTER 지식더하기

편미분과 기울기 벡터

Partial Derivative & Gradient Vector

여러분에게 미분이란 어떤 존재인가요?
우주는 미분으로 쓰여있다는 유명한 교수님의 말처럼 미분을 조금만 들여다보면,
단순히 계산을 넘어 우리가 살아가는 세상을 설명하고 있다는 걸 느낄 수 있습니다.
여러분에게 익숙한 2차원상의 미분에서 뻗어 나가 편미분을 배워보고,
미분이 세상을 설명하는 한 가지 예시인 기울기 벡터까지 알아봅시다!

먼저, 여러분에게 익숙한 미분을 다시 정리해봅시다. ‘어떤 함수를 미분한다’라는 말은 무슨 뜻일까요? 바로 ‘어떤 함수의 도함수, 즉 순간변화율을 구하는 것’이죠. 여기서 순간변화율은 우리가 기울기를 구하는 식에서 그 의미를 명확하게 알 수 있습니다. $x$에 대한 함수 $f(x)$에 대해서, 두 점 $(a,f(a))$,$(b,f(b))$사이의 기울기는 다음과 같은 식으로 구할 수 있죠. $\frac{f(b)-f(a)}{b-a}$ 바로 이 식에서 b가 a에 한없이 근접하게 되면, 해당식은 마치 a점에서의 순간적인 변화율을 구하는 것으로 바뀝니다. 식으로 일반화하면, 극한을 사용하여 다음과 같이 나타냅니다.


$\frac{f(x+h)-f(x)}{h}$


위에서 구한 순간변화율의 식은 2차원에서 미분함으로써 얻은 결과인데요. 우리가 사는 3차원에서 미분을 하기 위해선 어떻게 해야 할까요? 우선, 3차원 공간에 변수가 2개인 함수 $z=f(x,y)=x^2+y^2$가 존재한다고 합시다. 이를 $xy$평면에 이를 나타내면 다음과 같습니다.
그림 1. $xy$평면에서 본 $f(x,y)$

이때, $z=f(x,y)$에서 $y=2$인 면 위의 임의의 점 $x$에서의 순간변화율은 위에서 구한 식에 대입하면 구할 수 있습니다.

그림 2. $xy$평면에서 본 $z=f(x,y)$, $y=2$


$\frac{f(x+h,2)-f(x,2)}{h}$


이를 그래프로 나타내면, 다음과 같이 $z=f(x,y)$와 $y=2$가 만나면서 생기는 교선, $z= x^2+4$가 그려집니다. 그리고 앞서 구한 순간변화율은 $z=x^2+4$ 위 임의의 $x$에서의 순간변화율을 의미하기 때문에 그 값은 $x^2+4$를 $x$에 대해서 미분한 값인 $2x$가 됩니다.

그림 3. (좌) 3차원에서 본 $z=f(x,y)$와 $y=2$의 교선, (우) $xz$평면에서 본 모습

이렇게 우리에게 익숙한 것에서 차원만 하나 확장했을 뿐인데 여기서 편미분에 대한 개념을 알 수 있습니다. 편미분 Partial Derivative 이란, 앞서 살펴본 $f(x,y)=x^2+y^2$와 같이 변수가 둘 이상인 다변수 함수에서 하나의 변수를 제외한 나머지 변수들을 모두 상수 취급하고, 그 변수에 대해서 미분하는 것을 말합니다. 즉, 앞서 $y=2$라는 평면과 $z=f(x,y)$의 교선을 구하고 그 교선에서의 순간변화율을 구하는 과정이 바로 다변수 함수 $f(x,y)$에서 $y$를 상수 취급하고 $x$에 대해서 미분하는 편미분이었습니다. 이를 변수가 2개인 함수에 대해 일반화하면 다음과 같습니다.


$f_x=\frac{∂f}{∂x}=\frac{f(x+h,y)-f(x,y)}{h}$

$f_y=\frac{∂f}{∂y}=\frac{f(x,y+h)-f(x,y)}{h}$


즉, 어떤 변수에 대해 미분할지에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. 기호 ∂는 ‘라운드’ 또는 ‘델’ 등으로 읽으며, 우리가 아는 미분 기호인 $d$와 편미분을 구분해 주기 위해서 사용합니다. 또한, 다변수 함수 $f(x,y)$를 $x$에 대해서 편미분한 결과인 $\frac{∂f}{∂x}$(또는 $f_x$)를 $x$에 대한 $f(x,y)$의 ‘편도함수’라고 정의합니다. 그렇다면, 앞서 배운 편미분을 이용해 개념을 확장해 봅시다. 먼저, 다변수 함수 $f(x,y)= x^2+y^2$를 $x$,$y$에 대해서 각각 편도함수를 구해주면, $f_x=2x$,$f_y=2y$입니다. 이들을 각각 $x$방향 성분, $y$방향 성분으로 가지는 벡터를 기울기 벡터 Gradient라고 합니다. 어떤 함수 $f$의 기울기 벡터를 얻는 연사자로는 ∇을 사용하며, ‘델’ 또는 ‘나블라’라고 읽습니다. 정리하면, 다변수 함수 $f(x,y)$의 기울기 벡터 $∇f(x,y)=f_x î + f_y ĵ$ ($î$, $ĵ$는 각각 $x$, $y$방향의 단위벡터)입니다. 앞선 예에서 함수 $f(x,y)$의 기울기 벡터를 구하면, ∇$f(x,y)=2xî+2yĵ$입니다. 이를 아래와 같이 $xy$평면 위에 나타낼 수 있습니다.

그림 4. (좌) 3차원에서 본 $z=f(x,y)$, (우) $xy$평면 위에 나타낸 ∇$f(x,y)=2xî+2yĵ$

위에 제시된 두 그림을 함께 보면 알 수 있듯이, 각 점에서 기울기가 가장 가파른 방향으로 벡터가 향한다는 것을 확인할 수 있습니다. 이렇게 스칼라 함수인 $f(x,y)$로부터 편미분을 통해 기울기 벡터를 얻어냄으로써 3차원상에서 의미 있는 값으로 활용할 수 있습니다. 지금까지 여러분에게 익숙한 미분에서 편미분으로, 편미분에서 기울기 벡터로 두 번의 확장을 통해 생소한 개념을 배워봤는데요. 혹시 편미분과 기울기 벡터와 관련지어 다차원의 미분에 대해 더 공부해보고 싶은 친구들은 Del Operator, 발산 Divergence 그리고 회전 Curl을 공부해 보는 걸 추천할게요!

다차원의 미분에 대해 더 알아보고 싶다면?
연산자 델의 정의와 연결된 개념 알아보기


[1]  https://blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=dydrogud22&logNo=220226625426
[2] https://angeloyeo.github.io/2019/08/25/gradient.html


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[2021 가을호] 유주현 선배님과의 이야기

  • 노유성
  • 2021-12-17 07:00:38

2021 AUTUMN 알리미가 만난 사람
“마음 속에서 불타는 것이 있다면, 인생은 그것을 하기 위해서 사는 것 같아요.”
유주현 선배님과의 이야기

“If there is something burning in the mind, life seems to live to do it.”
A story with James Ryu

이공계에서 뻗어 나갈 수 있는 진로에는 어떤 것들이 있을까요?
대부분의 분야에 적용이 가능한 이공계의 특성만큼이나 다양한 진로가 있을 수 있는데요.
이번 <알리미가 만난 사람>에서는 포스텍 1기 졸업생으로서, 대학원, 대기업,
그리고 창업까지 도전을 거듭하며 폭넓은 진로를 몸소 경험해보신 유주현 선배님을 만나보았습니다.
현재는 ‘포스텍 홀딩스<포항공과대학교 기술지주>’의 대표 이사직을 맡고 계신 선배님의 이야기, 함께 들어봅시다!


유주현 선배님에 대하여


포스테키안 구독자분들에게 간단한 자기소개 부탁드립니다!


안녕하세요. 저는 포항공과대학교가 만든 기술지주 회사인 ‘포스텍 홀딩스’의 대표 이사직을 맡은 유주현입니다. 저는 포스텍 1기 졸업생으로, 포스텍 87학번이고요. 컴퓨터공학과를 졸업했습니다.


무려 포스텍 1기 선배님이신데요. 당시 기존의 학교가 아닌 새로 설립된 학교에 지원한 계기가 무엇이었나요?


학교를 방문해서 캠퍼스를 둘러봤던 게 영향이 컸던 것 같아요. 학생인 저로서는 최신 컴퓨터와 좋은 기숙사 시설이 갖추어진 학교라는 점이 와닿았고, 아버님 입장에서는 장학 제도가 마음에 드셨었던 것 같아요. 또, 공부에 집중을 할 수 있을 것 같다는 점에서 아버님과 뜻이 맞아 포스텍으로의 진학을 결정하게 되었습니다.

선배님께서 걸어오신 길


선배님께서는 학부생으로서 어떤 학교생활을 보내셨나요?


1기였기 때문에 선배들이 없어서 모든 것이 처음이었고, 새로 만들어야 했어요. 교수님들도 학생들이 어디까지 할 수 있는지를 저희를 통해 실험하셨어요. 그래서 공부량이 많아 우스갯소리로 저희끼리 고등학교 4학년이라는 말을 하곤 했죠. 그래도 개인적으로는 공부를 열심히 하면서 즐겼던 것 같아요. 물론 어떤 것이 정답인지 알 수 없어서 힘들었지만, 지나고 나니 당시의 학교생활이 부끄럽기도 하면서 자랑스럽기도 해요.


학부를 졸업한 뒤에 어떤 진로로 나아가셨는지 궁금합니다!


우선, 교수가 되겠다는 막연한 꿈을 가지고 대학원에 갔어요. 그런데 새로운 것을 연구하는 건 좋았지만, 경제적으로 가치를 만드는 쪽으로는 연결이 되지 않는 것 같아 저와 맞지 않는다고 느꼈어요. 그러던 중, 박사 졸업을 앞두고 있었을 무렵에 IMF 경제 위기가 닥치면서, 기업으로부터 산학 장학생으로 회사에 오거나 장학 지원을 끊을 수밖에 없다는 소식을 들었어요. 그리고 고민 끝에 대기업으로 가게 됐죠. 막상 일을 시작했는데 회사가 정말 재밌었어요. 당시 디지털 TV와 관련된 부서에서 일했는데, 디지털 TV는 있지만 방송을 할 수 있는 솔루션은 없다는 것을 알게 됐어요. 이후에 이 솔루션을 개발하면서 학교 동기들과 만든 회사가 바로 현재의 ‘알티캐스트Alticast’예요. 현재는 저를 포함한 창업 멤버가 다 빠져나왔지만, 약 15년간 일을 하면서 불가능하다고 여겨지던 국산 방송 솔루션이 방송국에서 쓰이는 등, 정말 기적 같은 일들이 일어났죠. 방송 쪽의 ‘마이크로소프트Microsoft’라는 말을 듣기도 했던 값진 경험이었어요. 2017년에 회사를 나오면서 다른 창업을 하려고 했는데, 원래 기술지주 대표였던 동기로부터 기술지주를 맡아 달라는 제안이 왔어요. 하고 싶던 창업을 할지, 기술지주를 맡을지 고민하던 중, 동기가 했던 후배들을 위해서 너의 경험을 나눠줘야 하지 않겠냐라는 말이 마음에 걸려 창업을 포기하고 기술지주의 대표로 오게 됐어요.


정말 다양한 길을 거쳐오셨는데요. 그렇다면 포스텍 홀딩스란 어떤 회사인가요?


포스텍 홀딩스는 창업을 시작하신 분들을 투자를 통해 도와주는 기능을 하고 있다고 보면 돼요. 투자 기능을 하는 회사가 다양한데, 그중에 설립한 지 3년 이내의 초기 기업에 투자할 수 있는 ‘액셀러레이터’라는 회사가 있어요. 포스텍 홀딩스는 대학이 만들었지만 액셀러레이터의 자격을 가지고 있고, 실제로 등록되어 있죠. 펀드를 만들어서 좋은 초기 기업에 투자하여 수익을 내는 구조로 되어 있고, 지난 3년 동안 7개의 펀드를 만들어냈어요. 덕분에 이전에는 20억 규모였지만 현재는 400억 규모의 펀드를 가지고 있죠. 현재까지 투자한 기업의 수가 60개 정도 되는데, 앞으로도 펀드를 추가로 만들고 계속 할 것입니다.

포스텍 홀딩스에 대해 더 알고 싶다면?
포스텍 홀딩스 홈페이지


마치며


요즘 창업을 꿈꾸는 학생들이 부쩍 늘어나고 있는데요. 창업 꿈나무들에게 한 말씀 부탁드립니다!


창업을 너무 일찍 시작하는 분들이 있어요. 아이템에 따라서는 전문적인 기술이 필요하지 않은 경우가 있기 때문이죠. 하지만 그만큼 진입 장벽이 낮아 경쟁이 심합니다. 그래서 경험상 기술에 기반한 창업이 유리하다고 생각해요. 물론 일찍이 그런 경험을 하는 건 좋지만, 인생을 다 거는 건 조금 위험하다고 생각해요. 전공 지식을 쌓고, 인턴 등의 경험을 하면서 시야를 넓히고 최소한 대학을 졸업하거나, 가능하다면 대학원까지 경험을 해보면서 창업을 하는 것도 나쁘지 않다고 생각합니다. 물론 그렇지 않은 사례도 있지만, 그런 사람들도 모두 스스로 배워서 일궈낸 것인 만큼 자신만의 무기가 있을 때 창업을 하는 것이지, ‘이거 좋지 않을까?’라는 생각만으로 시작하는 것은 위험해요. 전문성과 자신의 역량을 끌어올렸을 때 기회가 생길 겁니다. 관심을 가지고 준비하되, 너무 서두르지는 않았으면 좋겠어요. 한 가지 팁을 드리자면, 생면부지의 사회로 나갔을 때 믿을 수 있는 사람을 찾는 게 쉽지 않아요. 학교생활을 하며 두루두루 사람들을 사귀면서 신뢰 가능한 인적 네트워크를 쌓아가는 것을 추천할게요.


마지막으로, 다양한 도전을 해보신 경험을 바탕으로 이공계 후배들에게 조언 부탁드립니다!


인생이 생각보다 짧아요. 이렇게 짧은 인생인데 남의 눈치 볼 것 없어요. 남의 눈에 좋은 거 하려고 애쓸 필요 없고, 본인이 떳떳하고 본인이 맞다고 생각하는 것을 하면서 소신 있게 살아야 결과도 받아들일 수 있고, 후회도 없다고 말씀드리고 싶어요. 물론 주변과 상호 작용을 하면서 검증을 해야 하겠지만, 다른 사람의 결정을 따라가는 것이 아니라 스스로 고민하고 결정해야 해요. 우리가 모든 길을 다 가볼 수는 없잖아요? 저 역시 그렇게 살았기 때문에 지난날을 돌아봤을 때 아쉬움만 있을 뿐, 후회는 없어요. 본인의 마음속에서 불타는 게 있다면, 인생은 그것을 하기 위해서 사는 것 같아요.



포스텍 1기 선배님으로서 지금의 포스텍이 높은 위상을 가질 수 있도록 하는 데에 큰 공헌을 해주신 유주현 선배님.
포스텍의 슬로건인 ‘Dare to be different’에 걸맞은 도전을 끊임없이 해오셨습니다.
여러분도 선배님의 말씀처럼, 마음속에 불타는 무언가를 위해 살아가다 보면 아쉬움은 있을지라도 후회 없는 날들을 보낼 수 있지 않을까요?
인터뷰 내내 후배들을 진심으로 생각하며 어떤 조언을 해줄지 고민하시는 모습이 인상적이었던 유주현 선배님께 감사 인사를 드리며 글을 마칩니다.

ALIMI 26기 전자전기공학과 노유성

예비 포스테키안 여러분! 포스텍으로 향하는 걸음에 도움이 될 수 있도록 최선을 다하겠습니다 언제든 편하게 질문하세요 :)

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[2021 여름호] 2-밝혀지는 양자 세계, 기본 입자들의 물리적 특성

  • 노유성
  • 2021-07-23 07:02:18

2021 SUMMER 기획특집 2

밝혀지는 양자 세계, 기본 입자들의 물리적 특성

Muon g-2, The Crisis of Standard Model

 

과학자들은 기본 입자(elementary particle)들의 상호작용을 설명한 표준 모형(standard model)의 개념을 정립하는 것을 넘어,
각각의 입자들이 어떤 특성을 가지고 있는지에 대한 연구를 해왔습니다.
특히, 눈에 보이지 않는 아주 작은 세계에 대한 학문인 양자역학(quantum mechanics)을 도입함으로써 입자들의 수많은 물리 현상들을 해석하고 놀라운 발견을 할 수 있었다고 하는데요.
과연 기본 입자들은 어떤 물리적 특성을 가지고 있으며, 과학자들에게 어떤 놀라움을 가져왔을지,
지금부터 함께 알아봅시다!

스핀과 앙페르 법칙

앞서 양자역학에 의해, 입자가 실제 회전을 하지는 않지만, 회전하는 것과 동일한 물리적 특성을 가진다는 ‘스핀’ Spin에 대해 알아봤습니다. ‘단순히 팽이처럼 입자가 돈다는 것뿐인데 무슨 의미가 있는 걸까?’라고 생각할 수 있지만, 과학자들은 스핀을 통해서 입자들의 중요한 물리적 특성을 발견할 수 있었습니다. 스핀에서 파생되는 물리적 특성을 이해하기 위해서 먼저 앙페르 법칙 Ampere’s law에 대해 알아봅시다. 앙페르 법칙은 여러분에게 ‘오른손 법칙’으로 익숙할 텐데요. 오른손 엄지손가락이 가리키는 방향을 전류의 방향이라고 하면, 나머지 네 손가락이 감아지는 방향으로 자기장 Magnetic field이 형성된다는 법칙이죠. 조금 더 엄밀하게 수식으로 알아보면, 앙페르 법칙은 다음과 같이 설명됩니다.
$$\oint_C \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0I$$

$C$ : 자기장이 존재하는 공간을 정의하는 폐곡선

$B$ : 폐곡선 $C$ 주위의 자기장

$\mu_0$ : 진공 상태에서의 투자율 (permeability)

$I$ : 폐곡선 $C$에 의해 둘러싸인 면을 통과하는 전류


어려워 보이는 수식이지만, 각 문자가 무엇을 의미하는지부터 천천히 알아봅시다. 먼저, $C$는 임의의 폐곡선으로, 시작 점과 끝점이 동일한 닫힌 곡선을 의미합니다. $\vec{B}$는 폐곡선 $C$ 주위의 자기장을 말합니다. $\mu_0$는 진공 상태에서의 투자율 Permeability을 나타내는데, 투자율이란 외부에서 자기장을 걸었을 때, 자기장 내의 매질이 얼마나 쉽게 자기 유도 Magnetic induction 또는 자화 Magnetization되는지 표현한 값입니다. 직관적으로는 자기장이 어떤 매질을 얼마나 잘 통과할 수 있는지를 나타낸 것으로 이해할 수 있습니다. 즉, 투자율은 매질에 따라 그 값이 달라지게 되는데, 진공 상태에서는 값에 영향을 줄 수 있는 물질이 없기 때문에 상수로 취급할 수 있으며, 실제 국제 단위계에서는 $4\pi×10^{-7} [H/m]$로 정의하고 있습니다. [각주1] 마지막으로 $I$는 폐곡선 $C$에 의해 둘러싸인 면을 통과하는 전류 Electric current입니다.그렇다면 이제 위 등식이 무엇을 의미하는지 더 쉽게 이해할 수 있도록 예시가 될 수 있는 그림과 함께 해석해 봅시다.

직선 도선에서의 앙페르 법칙

그림에서 보이듯 파란색으로 나타난 폐곡선인 원과 이 원을 통과하는 전류 $I$, 그리고 자기장 $B$가 존재하는 것을 알 수 있습니다. 이때, 폐곡선을 $C$라고 한다면, 선적분 Line Integral $\oint_C \vec{B} \cdot d\vec{l}$은 자기장 $\vec{B}$와 폐곡선 $C$의 아주 작은 길이 요소인 $d\vec{l}$을 경로인 $C$를 따라 적분해 나간다는 것을 의미합니다. 이때, $d\vec{l}$ 과 $\vec{B}$의 방향은 평행하므로, $\vec{B}$와 $d\vec{l}$의 크기를 각각 $\mid{\vec{B}}\mid=B$, $\mid{d\vec{l}}\mid=dl$이라고 한다면,
$$\oint_C \vec{B} \cdot d\vec{l} =\oint_C \mid{\vec{B}}\mid\mid{d\vec{l}}\mid cos⁡0°=\oint_C B dl=B\oint_C dl$$

과 같이 나타낼 수 있습니다. 이때, $C$의 반지름을 $r$이라고 한다면, $\oint_C dl$은 $C$의 아주 작은 요소인 $dl$을 $C$를 경로로 하여 연속적으로 더해 나간 값을 의미하므로 $C$의 둘레, 즉 $2\pi r$의 값을 가지게 됩니다. 따라서,
$$\oint_C \vec{B} \cdot d\vec{l} = B(2\pi r)$$

이 되므로 위에서 언급한 앙페르 법칙의 식에 대입하고 정리하면,
$$\oint_C \vec{B} \cdot d\vec{l} = B(2\pi r) = \mu_0 I$$ $$B= \frac{\mu_0I}{2\pi r}$$

라는 식을 얻을 수 있습니다. 즉, 전류에 의해서 자기장이 형성된다는, 여러분이 익히 알고 있을 전자기 유도 법칙 Faraday’s law of electromagnetic induction으로 연결되는 것입니다.

앙페르 법칙에 대해 더 자세히 알고 싶다면?

앙페르 법칙 더 알아보기

자기 쌍극자 모멘트

본격적으로 이를 전자의 스핀에 적용해 봅시다. 전하를 가지는 전자가 회전한다는 것은 전하가 회전한다는 것으로 볼 수 있습니다. 즉 스핀 방향에 따른 원형의 전류가 만들어지는 것이죠. 따라서 만들어진 전류에 의해 자기장이 발생하게 되며, 그 자기장 속에서 돌림힘 Torque[각주2]의 크기를 결정짓는 물리량을 자기 쌍극자 모멘트 Magnetic dipole moment라고 합니다.

전류 i가 흐르는 원형 도선에서의 자기 상극자 모멘트

그림에서 보이는 $i$를 전류, $A$를 반지름을 $r$로 가지는 원형 도선의 면적, 그리고 자기 쌍극자 모멘트의 크기를 $\mu$이라고 하면, $\mu= iA$라는 식이 성립하는데요. 이를 전하를 가진 입자에 대입해 보면 입자의 속도(velocity)를 $v$, 전하량 (electric charge)을 $q$라고 했을 때, 전류 $i=\frac {qv} {2\pi r}$이 성립합니다. 또한, $A$는 반지름이 $r$인 원의 넓이이므로 $A= \pi r^2$로 나타낼 수 있죠. 따라서 자기 쌍극자 모멘트 $\mu$는
$$\mu=iA=\frac {qv}{2\pi r} × \pi r^2=\frac{qvr}{2}$$

임을 알 수 있습니다. 이때, 입자가 회전함으로써 가지는 운동량, 즉 입자의 각운동량(angular momentum)을 $L$이라고 한다면, $L=mvr$ ($m$ : 입자의 질량)이므로, 자기 쌍극자 모멘트에 대해
$$μ=\frac{q} {2m} L$$

이라는 식을 유도해낼 수 있습니다. 이 식에 전자의 물리량을 대입한다면, 다음과 같이 전자의 자기 쌍극자 모멘트에 대한 식을 얻을 수 있게 됩니다.
$$\mu =\frac{e}{2m} S$$

$m$ : 전자의 질량

$e$ : 전자의 전하량

$S$ : 전자의 각운동량에 해당하는 스핀 각운동량


라머 세차운동과 g-상수, 그리고 폴 디랙의 계산

그러나, 조금 전 구한 전자의 자기 쌍극자 모멘트의 값은 정확하지 않았습니다. 전자는 양자 세계의 너무 작은 입자라는 점에서 고전 물리학의 이론인 각운동량을 완벽하게 적용하여 계산할 수 없었기 때문입니다. 이러한 차이를 보완하기 위해서, 전자의 자기 쌍극자 모멘트를 구했던 식인 $\mu= \frac{e}{2m}S$에 $g$라는 상수를 추가하여 값을 보정할 수 있도록 했습니다. 즉,
$$\mu= g \frac{e}{2m}S$$

라는 상대론적 양자역학에 의거한 관계식이 완성된 것이죠. 이때 추가된 $g$를 g-상수 g-factor라고 부르며 표준 모형의 기본 입자들을 대상으로 이를 정확히 계산하기 위한 노력이 시작됩니다. 전자처럼 전하를 가지는 입자가 자기장에 놓여있으면 마치 팽이가 멈춰갈 때처럼 한 축을 중심으로 돌게 되는데요. 이 현상을 바로 ‘라머 세차운동’ Larmor precession이라고 부릅니다.

라머의 세차운동

과학자들은 양자 세계의 입자들을 더 자세히 관찰하기 위해서 입자에 자기장을 걸어준 다음, 라머 세차운동에서 나타나는 입자에 대한 정보들로 g-상수를 예측해 나갔습니다. 이때, 자기 쌍극자 모멘트를 정의해온 과정에서 보이듯, 자기장과 전하량은 밀접한 관련이 있기 때문에 자연스레 입자의 전하량 $q$에 따라 g-상수의 값이 다를 것이라는 예측을 하게 됐습니다. 달리 말하면, 전하량이 같을 경우 g-상수의 값이 같을 것이라는 예측을 하게 된 셈이죠. 이에 대한 증거로, 폴 디랙이라는 과학자가 g-상수를 디랙 방정식 Dirac equation을 통해 계산한 결과, 같은 전하량을 가지는 전자와 뮤온 Muon의 g-상수가 2로 동일하다는 것을 밝혀내게 됩니다.


디랙 방정식에 대해 더 자세히 알고 싶다면?

디랙 방정식 더 알아보기



이렇게 기본 입자의 특성을 파악하기 위한 수많은 과학자의 노력으로 라머 세차운동과 같은 눈에 보이지 않는 세계의 현상들을 조금씩 밝힐 수 있게 됐습니다.
그런데 과연 이 현상들을 설명하기 위해 도입된 이론과 상수는 얼마나 정확할까요?
만약 오차가 있다면, 지금까지 표준 모형을 설명하기 위한 노력은 물거품이 되어버리는 걸까요?
최근, 바로 이런 의문점을 증폭시키는 새로운 힘과 입자의 존재 가능성을 시사하는 결정적인 실험이 진행되었다고 합니다.
인류가 가장 공들인 이론으로 불리는 표준 모형에 찾아온 위기,
다음 장에서 만나봅시다!


[각주]
[1] $H$는 자기장의 세기를 나타내는 기호로, 단위는 $[A/m]$이다. (흐르는 전류의 세기/도선과의 거리)
[2] 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량
[참고문헌]
1. “Orbit Magnetic Moment, Spin Magnetic Moment 원자 자기 모멘트, 궤도 전자 자기 모멘트, 궤도 자기 모멘트, 스핀 자기 모멘트,” 정보통신기술용어해설, 2020년 5월 31일 수정, 2021년 6월 11일 접속, http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=4928.
2. “OpenStax,” Electricity and magnetism, last modified Nov 16. 2009, accessed Jun 11, 2021, https://cnx.org/contents/UBPo-xuY@13.12:yhWR6oud@8/Ampere-s-law.
3. George Ernest Owen, 「Introduction to Electromagnetic Theory」, 2003, 213-220.
4. Bogdan Povh, Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche, 「Particles and Nuclei: An Introduction to the Physical Concepts (Third Edition)」, 2002, 74-75.
5. A. S. Mahajan, Abbas A. Rangwala, 「Electricity and Magnetism」, 2007, 414-417.
6. “Electron spin g factor of Dirac equation,” last modified Jan 22, 2011, accessed Jun 12, 2021, http://www7b.biglobe.ne.jp/~kcy05t/diragfac.html.


기획특집 ③ - 표준 모형을 넘어선 새로운 물리학, 뮤온 g-2 실험 편으로 이어집니다.

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ALIMI 26기 전자전기공학과 노유성

예비 포스테키안 여러분! 포스텍으로 향하는 걸음에 도움이 될 수 있도록 최선을 다하겠습니다 언제든 편하게 질문하세요 :)

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[2021 봄호] 알리미가 목포에 떴다

  • 노유성
  • 2021-06-04 07:00:42

2021 SPRING 알리미가 간다

알리미가 목포에 떴다


전국 어디든 고민이 있는 고등학생이 있는 곳이라면 저희 알리미들이 달려가 함께 이야기하며 고민을 해결해주는 ‘알리미가 간다’!
2021년의 시작을 알리는 봄호에서, 저희 알리미들은 목포를 방문하게 됐습니다. 새 학기가 시작된 만큼 고등학교 3학년 학생들의 다양한 고민을 들어볼 수 있었는데요. 과연 어떤 고민이었고, 어떤 이야기인지! 함께 만나볼까요?

26기 노유성
25기 원지윤







Q1. 포스텍에 꼭 가야겠다고 결심하게 된 동기나 포스텍이라는 대학에 끌리게 된 매력이 무엇이었나요?

지윤 고등학교 2학년 때 입학사정관님께서 학교를 직접 방문하셔서 학교 소개를 하셨는데, 이때 소개를 들으면서 ‘아, 이 학교에 무조건 가야겠다.’라고 생각하게 됐어. 전액 장학금이라는 점과 300명이라는 소수정예의 학생들을 최고로 키우겠다는 마인드가 크게 와닿았던 것 같아. 실제로 학교에 와보니까 학생들에게 주는 기회가 정말 풍족하고, 학생들끼리의 끈끈함이 정말 잘 느껴지는 것 같아.

유성 나 같은 경우는 고등학교 1학년 때 입학설명회에서 포스텍에 대한 관심이 생겨서 2학년 때 이공계학과대탐험을 다녀왔어. 그 과정에서 포스텍이 목표가 됐지. 입시가 끝나고 어느 대학을 갈지 고민을 할 때 ‘나라는 사람이 가장 돋보이면서 활동할 수 있는 곳이 어딜까?’라는 생각에서 one of them이 아닌 the one이 될 수 있는 포스텍이 가장 잘 맞을 거라고 생각했어. 이 덕분에 포스텍을 가야겠다는 확신이 설 수 있었어.


Q2. 고등학교 3년 동안 했던 활동 중에서 가장 의미 있었다고 생각되는 활동이 있다면 무엇인가요?

유성 동아리를 직접 만들고 운영을 해 본 경험인 것 같아. 자습으로는 얻을 수 없는 인간관계에 대한 지식을 많이 얻을 수 있었어. 이때, 성과를 얻기보다는 실패를 했던 점이 나에게 더 많은 영향을 줬었던 것 같아. 내가 동아리를 1년 동안 운영을 하고 나서 동아리가 없어졌었거든. 사람이 실패를 통해서 배운다는 말처럼 이 경험을 반성하면서 내가 리더로서 어떤 자세를 가져야 하는지 등을 배울 수 있었던 것 같아.

지윤 고등학교 3학년 때 물리 캠프를 다녀온 걸 뽑을 수 있을 것 같아. 1학년 때는 막연하게 돈을 많이 벌고 싶다는 생각에 약사라는 꿈을 가지고 있었어. 그런데 3학년 때 선생님과 상담을 하고 나서 좋아하는 걸 하고 싶다는 생각이 들면서 빅데이터 분석 전문가라는 꿈을 꾸게 됐지. 하지만 이와 관련된 활동이 없어서 자기소개서를 쓸 때 어려움이 있었어. 이때 1, 2학년 학생들을 대상으로 물리 캠프가 있다는 것을 알고 선생님께 부탁을 드려서 참가하게 됐지. 지금이 3학년이라서 이제 더 할 수 있는 게 없다고 생각할 수 있는데, 포기하지 말고 나처럼 기회를 쟁취해서 할 수 있는 것들을 다 해 봤으면 좋겠어.




Q3. 공부하다 보면 누구나 슬럼프가 올 텐데, 이를 어떻게 극복하셨는지 궁금해요.

유성 나는 슬럼프가 많이 왔었어. 사실 슬럼프라는 게 남들보다 뒤쳐지는 나를 보면서 온다고 생각하는데, 이때마다 ‘남들과 난 크게 다를 게 없다!’라는 생각을 통해 이겨냈어. 실제로 물리2 교과를 들으면서 수강생 수가 적어 내신 등급에 대해 걱정을 했었는데, ‘어차피 다 같은 고등학교 학생들이다.’라는 생각을 되새기면서 마음을 부여잡고 열심히 하게 됐고, 결과도 좋게 나왔던 것 같아. 그러니 슬럼프가 오면 거기에 빠져 있지 말고, 할 수 있다는 마음가짐으로 다시 일어서는 것이 중요한 것 같아.

지윤 슬럼프가 오면 하루 정도는 재충전하는 시간을 가졌던 것 같아. 너무 힘들고 지치는 날에는 정말 푹 잤어. 아니면 친구들과 모여서 신나게 떠들기도 했지. 특히 나 같은 경우는 특정 과목을 공부하기 싫어서 슬럼프가 왔었는데, 이럴 때마다 나의 목표인 포스텍을 떠올렸어. ‘이걸 왜 공부해야 하지?’라는 의문에 ‘포스텍에 걸맞은 사람이 되기 위해서’라는 답을 내리고 노력을 했던 거지.


Q4. 자기소개서 준비는 어떻게 하셨나요?

유성 ‘자기소개서’라는 이름에 주목했어. 말 그대로 자기를 소개하는 글이다 보니 나의 어떤 모습을 입학사정관님과 교수님께 소개할지 고민하고, 이에 대한 답을 내린 뒤에 그 모습을 구성하는 요소들을 생각해 보고, 그 요소들에 해당하는 생활기록부에 기재된 활동들을 찾아봤어. 그리고 그 활동들을 자기소개서의 각 문항 성격에 맞게 배치를 하고 나니 그때부터는 쓰기 정말 수월했던 것 같아.

지윤 생활기록부를 보면서 나에게 조금이라도 의미가 있었다고 생각되는 활동들에 모두 밑줄을 쳤어. 그리고 ‘이 활동들을 어떻게 연결할 수 있을까?’를 고민하면서 큰 스토리라인 3개 정도를 만들었어. 이후에 각 활동들의 연관성에 주목하여 ‘과거에 어떤 활동 덕분에 무엇을 얻었으며, 미래에는 어떤 것을 하고 싶다’라는 식으로 적었지. 그럼에도 불구하고 막힐 때는 선생님들에게 도움을 요청하면서 많은 도움을 얻을 수 있었어.


<알리미가 간다>를 진행하는 동안 포스텍에 대한 큰 관심을 표현해 준 친구들 덕분에 시간 가는 줄 모르고 즐겁게 이야기를 나누었습니다.
활발하게 참여해 준 친구들에게 감사의 마음을 전하며,
또 포스텍을 꿈꾸는 많은 예비 포스테키안들을 응원하는 마음으로 이 글을 마칩니다.


ALIMI 26기 전자전기공학과 노유성

예비 포스테키안 여러분! 포스텍으로 향하는 걸음에 도움이 될 수 있도록 최선을 다하겠습니다 언제든 편하게 질문하세요 :)

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[2020 가을호] 3 - 전자전기공학과가-본-도서관

  • 노유성
  • 2020-12-10 09:58:05

2020 FALL 공대생이 보는 세상 3

전자전기공학과가 본 도서관
Dept. of Electrical Engineering





도서관1

오랜만에 도서관에 오니까 진짜 좋다~. 응? 출입증을 두고 왔다고?

걱정마, 내가 해결해 줄게. “삑!” 자, 이렇게 스마트폰으로 출입증을 대신할 수 있어. 어떻게 가능한 건지 궁금하지? 바로 NFC Near Field Communication기술을 이용하는 거야! NFC는 약 10cm 이내의 가까운 거리에서 전파를 통해 무선 통신을 하는 기술이지. NFC는 작동 모드에 따라 크게 세 가지로 나뉘어.
첫 번째로 방금 내가 사용한 카드 모드! 카드 모드는 NFC 기능을 지닌 스마트폰 등의 기기가 출입증이나 교통카드가 하는 역할을 대신한다고 생각하면 돼.
다음으로 읽기/쓰기 모드가 있어. 이때는 NFC를 활성화한 기기가 카드 리더기와 같은 역할을 수행하지.
마지막으로 P2P 모드는 NFC가 활성화 된 기기 간의 데이터를 교환할 수 있게 해줘!

아, 도서관에 신기한 책이 들어왔다고 했는데 이건가?

이야~ 뭔가 태블릿 PC 같은데? 근데 종이처럼 구부려지기도 하고, 이게 뭔지 궁금하지? 바로 전기영동 디스플레이 EPD ElectroPhoretic Display야. 여기서 전기영동이란, 용액 속 전하가 전극 사이의 전기장에서 반대 전하의 전극으로 이동하는 현상을 말해. 이 현상으로 만든 EPD에 전류를 가하면 디스플레이 내부의 수많은 마이크로캡슐에 담긴 흑백 입자가 이동하게 되지. 이때, 디스플레이 표면 입자의 색상 조합에 따라 다양한 색을 표현할 수 있어! 우리가 흔히 아는 LCD Liquid Crystal Display는 스스로 빛을 낼 수 없어서 백라이트가 필요하고 불규칙한 액정의 배열로 인해 편광판과 편광필터가 필요해. 하지만, EPD는 따로 광원을 필요로 하지 않기 때문에 백라이트, 편광판 등이 존재하지 않아서 종이처럼 휘는 게 가능해. 또, 광원이 없는 덕분에 눈도 부시지 않는 데다가 페이지를 이동하기 전까지는 입자가 정지 상태이기 때문에 전력 소모도 매우 적어.

그러고 보니 진짜 종이책을 보고 있는 것 같네! 그럼 이제 본격적으로 책 읽으러 가 보자!



공대생이 보는 세상 4 - 화학과가 본 도서관 편으로 이어집니다.

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