가장 맛있는 순간의 차맛 유지하는 찻잎거름망·인라인 초보자 안전장치 올해 학생발명왕
차가 가장 맛있게 우러나는 온도에서 찻잎만 걸러내는 자동 거름망과 인라인스케이트를 착용한 초보자가 미끄러져 넘어지는 일을 막는 방지 장치가 올해 가장 우수한 학생 발명 아이디어에 선정됐다.
과학기술정보통신부가 주최하고 동아일보사와 국립중앙과학관이 주관한 ‘제42회 전국학생과학발명품경진대회’의 수상작이 14일 발표됐다. 전국 17개 시도에서 4만 717명이 참가해 치열한 경쟁을 벌인 이번 경진 대회에서는 최고상인 대통령상에 송민준 군(세종 다정고 2)이, 국무총리상에는 이나윤 양(경기 평촌초 5)이 선정됐다.
송 군은 차를 끓일 때 적정 온도에서 자동으로 물에서 찻잎만 걸러내는 티포트 거름망 장치를 개발해 심사위원의 큰 관심을 받았다. 누구나 사용하기 편리하고 시중에 판매되는 티포트 가운데 거름망을 올려놓을 수 있는 제품이면 쉽게 설치할 수 있어 활용 폭이 넓다는 평가를 받았다.
송 군은 "신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 사태로 집에서 아버지와 보내는 시간이 늘어났는데 차를 끓일 때 물이 완전히 끓기 전 거름망을 빼서 옆에 두는 모습을 보고 발명에 뛰어들었다"고 말했다. 송 군은 "녹차는 오래 끓이면 쓴맛이 나는 등 적정한 온도에 맞춰 차를 끓여야 한다는 점을 집중적으로 감안해 온도에 맞춰 자동으로 거름망을 빼주는 장치를 생각했다”고 말했다.
송 군은 아버지에게 가장 맛있는 차를 선사하기 위해 학교에서 배운 다양한 과학적 원리를 동원했다고 밝혔다. 평소 학교에서 배운 지식을 적용하고 싶은 곳이 많았던 송 군은 이번 경진대회에도 다른 원리를 활용해 찻잎을 걸러내는 장치를 3종이나 발표했다. 이 가운데는 녹차가 가장 맛있게 우러난다는 78도에서 에탄올이 기화된다는 점에 착안해 풍선장치로 찻앞을 떠오르게 하는 장치가 있다. 거름망이 떠오르면서 뚜껑에 붙어있던 자석에 닿아 다시 가라앉지 않게 하는 장치다.
온도에 따라 팽창하는 정도가 다른 금속판 2개(바이메탈)를 붙여 온도에 따라 휘는 원리를 이용한 장치도 개발했다. 송 군은 “바이메탈의 힘이 강하지 않다보니 위로 찻앞을 올리는 대신 거름망을 아래로 떨어트려 물에 닿지 않게 하는 장치를 개발했다"고 말했다. 이밖에 온도에 따라 정해진 형상으로 변하는 '형상기억합금'을 활용한 자동 찻잎 거름망 장치도 개발했다. 용수철 모양의 형상기억합금이 온도가 올라가면서 점차 펴지면서 거름망을 위로 밀어 올리는 원리다.
이들 작품은 교사들의 도움을 받고 학교에 설치된 3차원(3D) 프린터를 활용해 수차례 시제품 제작에 나선 끝에 완성됐다. 송 군은 “학교에서 쓰는 3D프린터용 소재가 열에 약해 설계를 바꾸고 검증만 하다가 마지막 단계에서만 비싼 스테인리스 스틸을 써서 겨우 완성했다”며 “선생님들이 도움을 주지 않았다면 완성하기 어려웠다"고 말했다.
국무총리상을 받은 이 양은 안전벨트의 원리를 적용해 초보자도 편하게 탈 수 있는 인라인스케이트를 개발해 인기를 모았다. 인라인스케이트를 착용한 초보자가 중심을 못잡고 허우적댈 때 바퀴가 자동으로 잠겨 넘어지지 않도록 돕는 장치다. 이 양은 “인라인스케이트를 잘 타고 싶은데 자주 넘어져 엉덩방아를 찧었다”며 “배우기도 어려워 어떻게 하면 잘 타게 될까 생각하다 안전장치를 개발했다”고 말했다.
이 양은 안전벨트에서 힌트를 얻었다고 했다. 이 양은 “부모님과 차를 타고 가다 급정지할 때 안전벨트가 몸을 잡아줬다”며 “안전벨트에 적용된 '관성의 원리'를 적용해보면 좋겠다는 생각이 들었다”고 말했다. 관성은 움직이는 물체가 계속해 움직이려는 성질이다. 안전벨트의 풀림부는 평소에는 자유롭게 움직인다. 차가 갑자기 멈추면 관성에 의해 풀림부에 달린 무게추가 앞으로 쏠린다. 무게추가 벨트 풀림부의 톱니를 잡으면서 벨트가 풀리지 않고 단단히 고정된다.
이 양은 발이 앞으로 빠르게 나아가면 무게추가 바퀴에 연결된 톱니를 잠가서 바퀴가 도는 것을 막는 구조를 찾아냈다. 무게추가 다리를 들어 올릴 때 정확히 앞으로 쏠리게 하고 바퀴가 헛구르지 않도록 톱니를 비대칭 형상으로 바꿨다. 이 양은 “부품이 더 강한 재질이 되면 또래 친구들도 더 안전하게 인라인스케이트를 탈 수 있을 것 같다”고 말했다.
두 학생의 꿈은 우연히도 겹쳤다. 송 군은 “외할머니께서 3~4년 전부터 치매를 앓으셔서 그때부터 모든 병을 치료하는 약을 만들고 싶다는 생각을 했다”며 "미래에는 신약을 개발하는 일을 하고 싶다"고 말했다. 이 양은 “할머니께서 치매에 걸리신 경험이 있어서 효과적으로 치매를 막는 발명을 하고 싶다”며 “과학자 중에서도 뇌를 연구하는 과학자가 되고 싶다”고 말했다. 이밖에도 이번 대회 최우수상에는 10점, 특상 50점, 우수상 100점, 장려상 138점이 선정됐다.
대통령상에는 상금 800만 원이, 국무총리상에는 상금 400만 원이 수여된다. 시상식은 다음달 6일 대전 유성구 국립중앙과학관 사이언스홀에서 열린다. 수상작은 중앙과학관에서 3일까지 전시되고 12월부터는 시도 교육과학연구원 순화전시도 진행될 예정이다. 전국학생과학발명품경진대회는 1979년부터 국립중앙과학관과 동아일보사, 한국야쿠르트가 매년 개최해왔다. 지난해에는 코로나19로 온라인 행사로 진행됐다.
[조승한 기자 shinjsh@donga.com]
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