즐거운 인생, 즐거운 물리

해열제는 늘 포장이 대용량인데 아이들이 한번 앓을 때 다 먹을 양보다는 많아 남기게 된다. 해열제를 개봉하고 오랜 시간이 지나면 약효가 떨어지기 때문에 남은 약을 버릴 수 밖에 없다. 그렇다고 약효가 남아있을 동안 또 아프길 바랄 수는 없다.

그래도 요즘에는 스틱형 해열제가 잘 나와서 가지고 다니기도, 보관하기도 좋다. 한미약품의 맥시부 키즈 시럽을 열어보니 안쪽에 RFID 태그로 보이는 것이 보였다.

대충 RFID인것 같은데 어떻게 쓰일까 궁금해서 한미약품에 문의를 했다.

답변은 적당히 예 맞습니다~ 정도만 기대를 했는데..전화를 주신다고? 

답변을 받은 지 몇시간 후 전화가 왔고, 상당히 자세한 설명을 해 주셨다. 무려 11분이나 통화했다.

RFID에 대해 잘 알고계시는 전문가였고 시스템의 필요성을 인식하시고 이 시스템을 도입하는데 많은 역할을 해내셨을 것 같은 느낌을 받았다. 설명해 주신 내용이 매우 유익해서 정리할 필요성을 느꼈다.

1. 최초의 RFID 

2차대전에서 전투기가 비행 중 멀리에 다른 전투기를 만났을 때 피아식별이 어려운 점이 있었는데, 영국군에서 전투기에 RFID 시스템을 도입하였고 멀리서도 신호를 보내 서로의 존재를 인지하는데 사용하였다.

2. 물류, 재고관리

 생산시 패키지에 RFID 태그를 부착하여 생산한다. 물류 이동과정에서 활용, 추적은 당연하다. 유용하게 사용되는 곳은 약국인데, 리더기를 약국에서 작동시키면 현재 약국에 있는 약들의 재고가 파악이 된다.

3. 2D방식(바코드)의 재고 관리와 차이점

 마트에서 잘 활용하고 있는 바코드, 스마트폰에서 잘 사용하는 QR코드 등의 2D방식은 2D이미지를 센서(카메라)에 직접 읽혀야 작동한다. 접촉을 하지 않고 읽어내기때문에 비접촉이라고 생각되지만, 가려져 있거나, 접혀있거나, 동시에 여러개를 읽지 못하기 때문에 2D방식은 준접촉식이라 부른다. 약국에서 재고관리를 한다면 입고시 모두 리딩, 판매시 모두 리딩의 방법을 거쳐 관리가 가능할 것이다.

 반면  RFID는 태그를 작동시켜 공간 내부에 있는 약들의 정보를 가져오기 때문에 진열된 약을 건드리지 않고 관리를 할 수 있다.

4. 한미약품만 하는가?

 우리나라에서는 법으로 의약품에 대해 관리가 가능하도록 2D 또는 RFID로 관리를 하도록 되어 있다고 한다. RFID시스템을 이용하는 다른 제약사도 있지만 특정 제품에만 활용하고 있고, 한미약품은 세계최초로 전제품에 RFID 태그를 부착한다고 한다. 

5. 약국에서 관리는?

 리딩 기기를 약국에서 보유하기 어려워 한미약품의 직원이 일주일에 한번씩 약국에 방문하여 리딩을 한다. 제품, 수량, 유효기간 등을 읽어낸다.  제품명, 생산일자, LOT번호, 등의 읽은 정보들은 약국의 정보 시스템으로 전송되어 약국에서 관리가 가능하고, 한미약품 관리 시스템으로도 전송되어 주문, 반품등의 관리가 된다.

6. 비용증가는?

 태그 1개당 가격은 50원인데 이것은 비용증가로 이어지고 결국 소비자의 비용부담으로 작용한다는 인식이 있을 수 있다. 하지만 의약품 단가는 보험약가로 정해져 있기 때문에 소비자에게 비용을 전가시키는 것은 아니다.

7. 그럼 이익을 약간 손해보더라도 시행하는것인가?

 약을 꺼내지 않고도 유효기간 관리가 가능하기 때문에 약이 오래되기 전에 판매할 수 있다. 의약품에서 반품되는 경우에 손실이 상당한데 이를 줄일 수 있다. 2009년에 반품액이 150억 정도 되었고 이는 손실로 이어졌다. RFID 도입후 2021년의 반품액은 120억이다. 30억을 줄인 효과로 보이는데, 전제품에 태그를 달고, 시스템을 도입한 결과로는 가치가 없는것다. 

 2009년 매출액은 4500억이었고 2021년 매출액은 9000억 정도 된다고 한다. 매출액이 2배 증가한것을 비교하면 2021년의 반품 예상액은 300억으로 예상되지만 RFID 도입으로 120억으로 줄였으니 180억의 비용을 절감한 것이다.

 2D스캔방식으로는 제한적인 재고관리를 적극적으로 할 수 있다는 점에서 가치가 상당하다고 볼 수 있다.

8. 기타 

지역에 따라 잘 팔리는 약, 같은 건물에 있는 약국이더라도 약사의 성향에 따라 판매 경향이 다르게 나타나는데 이에 대한 빅데이터를 만들 수 있고 신속하고 정확한 대응이 가능하다.

인터넷에서 돌아다니는 짤을 봤다. 합성인가 진짜 가능한것인가 의견이 분분하다.

윗 짤의 유투브 원본영상

위 영상을 참고하여 구리판과 알루미늄판, 구리도막, 알루미늄 도막을 구입하고 실험 하였다.

코일이나 금속 근처에서 변화하는 자기장은 코일이나 금속에 유도전류를 생성한다. 이때 흐르는 유도전류가 만드는 자기장을 변화를 방해하는 방향으로 생성된다. 쉽게 말해 자석이 가까워지면 밀어내는 방향으로, 자석이 멀어지면 잡아당기는 방향으로 자기력이 작용한다.

알루미늄판은 구리판보다 저항이 크기 때문에 같은 크기의 유도가 일어났을 때 (같은 유도기전력일 때) 흐르는 유도전류의 크기는 알루미늄판이 구리판보다 작다. 그래서 브레이크 효과가 작게 나타난다.

저항은 은이 가장 작아 효과가 가장 크게 나지만 너무 비싸서 실험을 하기 어렵다. 그 다음으로 구리가 저항이 작기 때문에 효가가 잘 나타난다. 알루미늄은 구리보다 저항이 크지만 구리보다 훨씬 가볍기 때문에 고압전선으로 이용되기도 한다.

외부자기장에 대해 자화되는 방향을 기준으로 물질을 나눌 수 있다. 같은방향으로 되는 성질을 상자성, 강자성이라 하고 반대방향으로 자화되는 성질을 반자성이라 한다. 각 물질들이 외부자기장에 대해 자화되는 정도를 자기 감수율라고 하는데 강자성체는 이 값이 큰데 자석을 가져다 대면 잘 달라붙는다. 상자성체도 인력이 작용하지만 그 정도가 매우 작아 느끼기는 어렵다. 반자성체 또한 척력이 작용하지만 그 정도가 매우 작아서 자석에 대해 밀어내는 물질을 찾아보기가 어렵다.

강자성체의 자기 감수율

열분해 흑연판은 좋은 반자성체여서 반자성의 효과가 뚜렷하게 나타난다.

그래서 자석 위에 띄워놓을 수 있다.

바닥의 자석은 퍼텐셜 우물을 만들기 위하여 N, S극을 번갈아 가며 배치하였다.

원 출처 http://thomson.tistory.com/968

아이들이 자판기 앞에서 소란을 피우며 놀고있길래 가까이 갔더니 자판기 두대를 만지면 전기가 온다며 재밌게 놀고 있었다...

얼른 테스터기를 가져와서 전압이 얼마나 되는지 확인 해 보았다.

문제의 자판기

두 자판기 동전 투입구에 연결하여 측정하였다.

교류 160V 정도

손으로 접촉하여 보니 지면과의 전위차도 상당하다.

아이들이 장난치지 않도록 교육하고 매점관리하시는 분께 알려드려 고치도록 하였다.

건조한 상태의  손과 손사이 저항은 100kΩ 정도 된다.160V의 전위차가 생기면 1.6mA의 전류가 흐르는데 이정도 수치는 둔감한 사람도 느낄 수 있는 정도이고 만약 저항이 이보다 조금 낮으면 통증을 느낄 정도가 된다.

만약 손이 젖어 10kΩ 정도가 된다면 16mA 정도의 전류가 흐르는데 이정도 수치는 근육이 수축되어 감전원으로 부터 손을 떼기 어려운 상태가 된다.

아이들에게 이야기 하니 학교 뿐만 아니라 다른곳에서도 이런 경험을 한다고 한다. 자판기 누전에 대해 잘 체크해야하지 않을까.

유용한 전기실험이 많은 블로그에서 재미있는 실험을 보았다. MOSFET을 이용하여 정전기 극성을 탐지하는 장치이다.

(출처) http://thomson.tistory.com/968  

(다른 모스펫 테스트) http://lejoose.tistory.com/66

하지만 MOSFET이 너무 작아 납땜이 어려워 학생들이나 선생님들이 만들기 어려워서 브레드보드에 꽂아 만들 수 있게 수정하여 보았다. 

MOSFET 작동 원리

 MOSFET은 반도체 소자 위에 절연물질(금속산화물)을 놓고 그 위에 단자를 놓아 전류의 흐름을 조절하는 트랜지스터이다. 아래 그림은 N채널 MOSFET의 구조이다. P형 반도체와 강하게 도핑된 N형반도체(N+)를 그림과 같이 배치하고 각각의 N형 반도체에 전극을 붙인다. 각 전극은 드레인, 소스라고 부른다. 단자의 반도체 구조는 같지만 전하 운반자의 이동 방향을 기준으로 단자의 이름을 붙인다. N형 반도체 사이의 공간을 채널 이라고 부르는데 채널 위에 금속산화물을 입힌 뒤에 게이트 전극을 붙인다. 게이트와 채널 사이는 금속산화물로 절연되어있다.

MOSFET의 구조

 전기장이 없을때의 MOSFET은 아래 그림과 같다. 만약 전기장 효과로 게이트에 (+)전하들이 모이게 되면 채널 부분에 (-)전하가 유도된다. 유도된 전하들은 소스와 드레인을 전기적으로 연결하는 통로 역할을 하게 된다. 소스와 드레인이 전기적으로 연결되어있기 때문에 전하 운반자(N형에서는 전자, P형에서는 양공)는 소스에서 드레인으로 흐를 수 있다. 만약 전기장이 사라진다면 채널은 사라지게 되고 소스와 드레인 사이에 전류가 흐를 수 없게 된다. P채널 MOSFET은 N채널 MOSFET과 반대의 반도체 배열을 가지고 있다.

전기장이 없을때의 상태

전기장이 있을때의 상태

 아래 그림과 같이 대전체의 전기장을 이용하여 각 채널을 동작 상태로 만들 수 있다.

게이트에 (+) 대전체를 가까이 했을 때 (N채널)

게이트에 (-) 대전체를 가까이 했을 때 (P채널)

 아래 그림과 같이 대전체를 가까이 하지 않았을 때는 소스와 드레인 사이에 채널이 형성되지 않아 회로에 전류가 흐르지 않는다. 만약 (+)으로 대전된 대전체를 가까이 하면 채널이 형성된다. 형성된 채널은 전류의 통로가 되어 회로에 전류가 흐를 수 있게 해주어 LED에 불이 들어온다. 

대전체를 대지 않았을 때의 상태

대전체를 가까이 하였을 때의 상태

처가집이 시골이라 불빛이 별로 없어 뒷마당으로 내려가는 계단이 깜깜하여 아무것도 안보인다. 

밤에만 켜지는 불을 달아놓았으면 하시길래 예전에 보았던 회로가 생각이 나 찾아보았다.

아이디어를 얻은 블로그 : http://thomson.tistory.com/43

이 블로그에 전기관련 재미있는 실험들이 많아서 요즘에 (따라)해보고 있다.

낮에는 태양전지판으로 충전하고 밤에는 LED를 켜도록 구성하였다.

회로도

회로 그리는 프로그램이 다리를 12개까지밖에 지원을 하지 않아 14개인 74HC04를 표시하지 못하였다.

입력이 0이면 출력은 1, 입력이 0이면 출력은 1 인 이러한 논리회로를 NOT gate 라고 부르고 Inverter 라고 부르기도 한다. 74HC04는 6개의 Inverter가 있어서 Hex Inverter 라고 부른다. A단자와 GND 단자사이 전위차가 존재하면 Y단자 출력이 없게 되고 A단자와 GND 단자의 전위차가 없으면 Y단자에 출력이 가해진다. (Vcc와 연결) 

태양전지판과 충전지 사이에 다이오드를 설치하여 역전류를 방지한다. 밤에 태양전지판의 전압이 낮아지면 역으로 전류가 흐를 수 있는데 태양전지판을 손상 시킬수 있고 배터리의 수명보장을 위하여 필요하다.

충전지는 리튬이온 전지(18650)를 사용하였다. 후에 전지를 교체할 수 있도록 홀더에 연결하였다.

리튬이온 전지는 메모리 효과가 없기때문에 수시로 충/방전 되는 회로에 유리하여 선택하였다. 완전 방전시 재사용 불가능하기 때문에 이에 유의해야한다. 배터리의 보호를 위해 보호 회로를 구입하여 달아주었고 안정적인 충전과 상태확인을 위해 충전 회로를 부착하였다. LED가 그리 많이 전류를 소모하지는 않아서 보호회로가 필요 없을 듯 했지만 날이 흐린날이 연속으로 되는 경우가 많으므로 달아두길 잘했다는 생각이 들었다.

녹색회로 - 배터리 보호회로

빨간색 - 충전회로

태양전지판은 6V 5W의 출력을 가지는 전지판을 사용하였다.

LED는 5050 백색을 이용하여 난간 아래쪽에 일정한 간격으로 5개 부착하였다.

밤에 테스트를 해보니 너무 밝아 주변에 영향을 주지도 않고 적당한 밝기를 유지하여 계단을 다니는데 어려움이 없었다.

태양전지판 8,000원

각종 부품 4,000원

18650 6,000원

약 18000원 소요

막상 해보고 나니 생각보다 비용이 많이 들었다. 이러한 장치를 만들었다는데에 의의를 두어야 할듯.