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공대생 필독! 캡스톤 디자인 A to Z

작성일2017.11.23

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작성자 : 김민환

들어는 봤나? 캡스톤 디자인


▲ 캡스톤 디자인이란? (출처: pxhere)
▲ 캡스톤 디자인이란? (출처: pxhere)

혹시 ‘캡스톤 디자인’이라는 말을 들어본 적이 있는가? 캡스톤(Capstone)은 돌기둥이나 담 위 등 건축물의 정점에 놓인 장식, 최고의 업적·성취를 뜻하는 단어로, 공학교육에서 캡스톤 디자인은 학부과정 동안 배운 내용을 정점에 놓을 수 있도록 하는 과정이다.

즉, 공학 계열 학생들이 실제 현장 또는 산업현장에서 부딪칠 수 있는 문제들을 해결할 수 있는 능력을 길러주기 위해 졸업논문 대신 학부과정 동안 배운 이론을 바탕으로 작품을 기획, 설계, 제작하는 전 과정을 경험하도록 하여, 산업 현장의 수요에 적합한 창의적 설계 기술 인력을 양성하는 종합적인 교육 프로그램이다. 다른 말로는 ‘창의적 종합 설계’라고 불린다.

필자는 우연한 기회로 교내에서 시행하는 캡스톤 디자인 대회에 출전하였으며 좋은 성적을 거두어 수상했다. 현재는 특허출원을 마치고 전국 대회에 나가게 되어 준비 중이다. 그럼 지금부터 공학 계열 학생에게 선택이 아닌 필수가 되어버린 ‘캡스톤 디자인’은 과연 무엇이고 어떻게 진행이 되는지, 필자의 경험을 바탕으로 ‘캡스톤 디자인’의 처음과 끝을 한번 알아보자!


톡톡 튀는 아이디어! 연구주제 정하기


▲ 아이디어 구상하기 (출처 : pixabay)
▲ 아이디어 구상하기 (출처 : pixabay)

캡스톤 디자인(창의적 종합 설계)의 성패를 좌우할 가장 중요한 과정은 바로 아이디어 회의이다. 내가 실생활에서 불편하게 생각했던 문제점에서 생각해보거나 ‘이 제품은 이렇게 개선해본다면 좋지 않을까?’와 같은 많은 고민이 필요하다.

회의를 통해 얻은 아이디어가 정말 뛰어나다면 해결방안을 찾아가며 발전이 되지만 그렇지 않다면 연구를 진행하다 방향을 잃게 된다. 따라서 아이디어 회의를 통해 연구할 주제에 대한 명확한 이해와 문제점을 알아야 하며 그 문제점에 대한 해결방안을 찾을 구체적인 방법도 생각해야 한다.

또한, 문제를 직접 해결해나가는 과정이기 때문에 남들이 이미 개선한 결과인 특허와는 겹치지 않는 것이 좋다. 실제 특허를 하는 과정이 아닌 문제 해결을 하는 과정이기에 특허가 있더라도 연구를 진행할 수는 있지만 수상권에선 멀어지게 된다.


▲ 필자가 연구한 황사마스크
▲ 필자가 연구한 황사마스크

필자는 황사가 많이 부는 3월에 대회에 나갔었다. 미세먼지가 높아 마스크를 착용하라는 권고에도 대다수의 사람들이 마스크 쓰는 것이 불편하여 착용하지 않는다는 것에 착안했다. 위의 그림과 같이 날숨은 배출이 되고 들숨은 필터링이 되어 수분이 마스크 내부에 머물지 않는 숨쉬기 편한 마스크를 고안하였다. 그 후 관련 특허를 찾아보았으나 아직 존재하지 않는 것을 확인하고 이 연구를 진행하게 되었다.

실제 같은 대회를 나갔던 다른 팀의 연구주제를 확인해보면 이미 특허가 있는 주제로 연구를 수행한 조도 있었다. 아마 특허가 존재하는지 찾아보지 않고 연구를 시작하였을 것이다. 하지만 연구 도중에 특허가 있다는 것을 발견하게 되었고 주제 변경이 어려워 그대로 연구를 했다고 한다. 결과적으로 그 팀은 심사위원들에게 많은 공격을 받았고 좋은 성적을 거두지 못하였다.

따라서 아이디어 회의를 통해 연구주제를 정했다면 우선 특허청의 ‘키프리스’와 같은 사이트에서 유사 특허나 같은 특허가 존재하는지 확인하여 위와 같은 사태를 예방하는 것이 중요하다.


내 동료가 되지 않을래? 교수님 섭외하기


▲ 교수님의 연구 분야 확인하기
▲ 교수님의 연구 분야 확인하기

아이디어 회의를 통해 연구주제를 확정하였다면 이제 본격적인 연구를 위해 교수님의 도움을 받는 것이 좋다. 대부분의 학생은 대학교 3~4학년이기 때문에 학부 교육과정을 이수하였으나 연구주제가 학부 교육과정을 넘어서거나 필자의 연구주제처럼 다른 분야의 주제일 수 있다. 따라서 교수님들의 조언을 구하는 것을 추천한다.

무작정 친한 교수님을 찾아가기보단 교수님들의 연구 분야를 확인한 후 상담을 받아보는 것이 좋다. 교수님을 직접 찾아가는 것에 많은 부담을 가진 학생들이 있는데, 부담 없이 찾아가도 된다. 필자의 경험상 학생의 상담을 거절하거나 싫어하는 교수님은 본 적이 없었으며 오히려 ‘내 연구주제에 교수님이 이 정도까지 생각해 주시다니 부담스러운데?’라는 생각이 들 정도로 많은 관심을 주셨다.


산 넘어 산이구나... 본격적인 연구시작


▲ 연구 진행하기 (출처: pxhere)
▲ 연구 진행하기 (출처: pxhere)

교수님과의 상담을 통해 아이디어를 구체화하고 방향이 정해지면 본격적으로 연구를 시작한다. 창의적 종합 설계의 목표인 '문제해결 능력 양성'을 직접 몸으로 느낄 수 있는 단계다. 도저히 방법이 없을 것 같던 문제점들도 팀원들과 머리를 맞대면 해결이 되는 마법을 체험할 수도 있다.

필자 또한 이 과정이 가장 힘들었던 순간이었다. 단순히 ‘마스크에 구멍을 내어 단방향으로 공기가 흐르는 마스크를 만들어보자!’라는 생각이 있었으나 시제품을 만들어 보기 전 어떻게 구멍을 낼 것인지, 판막은 어떻게 구현을 할 것인지에 대한 많은 고민을 하였다.

이렇게 수많은 시행착오를 겪으며 연구를 진행하다 보면 문제점들이 개선되어 구상한 아이디어가 제품으로 만들어질 수 있을 것 같다는 생각을 하게 될 것이다. 연구가 끝난 이후 최종적으로 시제품을 만들어 볼 수도 있지만 중간중간 시제품을 만들어보며 개선 방향을 잡을 수도 있다.


이제 제품을 한번 만들어 볼까? 시제품 만들기


▲ 경기 중소기업청 시제품 제작소
▲ 경기 중소기업청 시제품 제작소

연구를 진행하다 보면 실제로 작동을 할지에 대한 의문이 생길 수 있다. 그럴 때는 한번 만들어 보면 된다. 시제품 제작에 대한 검색을 해보면 대신 만들어 주는 곳도 있다는 것을 알 수 있지만, 스스로 제작을 해보는 것을 추천한다.

스스로 제품을 만들 경우에는 각 대학의 산학협력관이나 공공기관의 시제품 제작 센터를 이용하는 것을 추천한다. 특히 지방마다 중소기업청 내에 ‘시제품 제작소’를 무료로 이용할 수 있는데 3D프린터, 레이저 커팅기, 다양한 공구 등이 갖춰져 있어 재료만 있다면 얼마든지 스스로 제작해 볼 수 있다.


▲ 실험 장치 제작
▲ 실험 장치 제작

필자는 수원에 있는 경기 중소기업청에서 실험을 수행할 실험도구를 만들었다. 레이저 커팅기와 같은 공구 사용법을 몰랐지만 즉석에서 배우며 만들어 볼 수 있었다. 한 가지 아쉬운 점이 있다면 경기 중소기업청에서 사용할 수 있는 공구들은 전부 절삭이나 커팅과 같은 역할을 하는 공구가 대부분이었다. 따라서 마스크와 같은 딱딱한 형태를 가지지 않은 재료는 가공이 힘들다는 단점이 있었다.


자랑 좀 해보고 싶은데... 대회 출전하기


▲ 캡스톤 디자인 대회 공고 (출처: http://me.khu.ac.kr/smboard/view.php?&bGubun=ie_67&search_flag=&search_key=&pageno=1&no=4023 / https://www.inventkorea.org)
▲ 캡스톤 디자인 대회 공고 (출처: http://me.khu.ac.kr/smboard/view.php?&bGubun=ie_67&search_flag=&search_key=&pageno=1&no=4023 / https://www.inventkorea.org)

캡스톤 디자인 프로그램은 매우 많은 대회가 활성화되어 있어 아무 지원 없이 혼자 연구를 진행하기보다는 대회에 출전해 여러 지원을 받는 것이 좋다. 가장 쉽게 출전할 수 있는 대회는 교내에서 진행하는 창의적 종합 설계대회이다. 거의 대부분의 대학이 현재 실행하고 있으며 교내대회에서 우수한 성적을 거두면 더 높은 대회로 출전할 기회가 주어진다. 그 외에도 다양한 캡스톤 디자인 대회가 있으니 찾아보고 출전하는 것을 추천한다.


▲ 그 외 관련 있는 대회 (출처: https://www.inventkorea.org)
▲ 그 외 관련 있는 대회 (출처: https://www.inventkorea.org)

캡스톤 디자인 대회에 출전할 때 반드시 ‘창의적 종합설계’나 ‘캡스톤 디자인’이라는 글귀가 적혀있는 대회를 나갈 필요는 없다. 필자는 위의 ‘대학 창의 발명 대회’를 동시에 나가며 특허출원을 지원받았다. 이처럼 하나의 아이디어를 가지고 여러 개의 대회를 동시에 나가는 것도 좋은 방법이다.

하지만 주의할 점은 대회마다 공고를 명확히 읽고 다른 대회와의 중복 가능성을 명시해 둔 항목을 살펴보아야 한다는 것이다. 특히 발명 대회의 경우는 전혀 새로운 분야의 것이거나 이전에 없었던 것이 아니면 통과를 하기 힘들다.


상을 타보자! 수상 꿀팁


▲ 심사 기준 (출처: https://www.inventkorea.org)
▲ 심사 기준 (출처: https://www.inventkorea.org)

열심히 연구를 진행했는데 내 연구에 대해 상이라도 하나 받아 가야 하지 않을까? 그래서 일반적인 창의적 종합 경진대회 심사기준표를 입수해왔다. 아마 대부분의 대회도 위와 비슷한 심사기준으로 평가를 할 것이다.

표를 보면 가장 중요한 항목은 '아이디어의 창의성'과 '사업화 가능성'이다. 공학이라는 것은 불편함을 개선하고 발전시켜 수익을 창출하는 것이기에 어찌 보면 당연한 항목이다. 아이디어가 아무리 좋더라도 단가가 너무 비싸 사업화가 힘들다면 수상권에서 멀어질 수 있다. 또한, 6개월에서 1년의 단기간에 구상, 설계, 제작까지 하므로 실제 제품화를 수행하지 못한 팀들도 많이 있다. 따라서 평가항목에 '완성도'가 추가된 것을 확인할 수 있다.

수상한 경험으로 팁을 말하자면 공대생이기에 실험결과가 객관적인 데이터로 남아 있어야 심사위원들에게 어필을 할 수 있다. 또한, 실제 기업과의 사업화 가능성 논의를 문서로 남겨놓는다면 더욱 수상 확률이 높아진다.


강력추천! 졸업 전에 꼭 한 번은 해보자


▲ 열람실에서 공부하는 대학생들
▲ 열람실에서 공부하는 대학생들

지금까지 캡스톤 디자인이 무엇인지에 대해 알아보았다. 혹시 기존에 불편했던 점들이 생각나지는 않는가? 그럼 지금 당장 해결방안을 검색해보자. 검색해도 나오지 않는다고? 그럼 한번 스스로 연구해보는 게 어떤가?

필자도 처음엔 막연히 불편하다고 생각했던 것을 이렇게 바꿔보면 어떨까? 하고 연구를 시작하였다. 많은 어려움이 있었지만 어떻게든 해결방안을 찾아내어 개선하고 직접 도구를 사용하여 시제품을 생산하였고 특허출원을 통해 혹시 모를 실제 사업화도 추진 중이다.

캡스톤 디자인을 진행하는 과정을 통해 많은 것을 배웠다. 이 글을 읽는 독자들도 한 번뿐인 대학 생활, 도서관에서 공부만 하는 것이 아닌 ‘캡스톤 디자인’과 같은 다양한 활동에 도전한다면 정말 좋은 경험으로 남을 것이다. 한번 도전해보자!


영현대기자단15기 김민환 | 경희대학교
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