KR101186494B1 - 휘발성 독성물질 누출차단장치를 구비한 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치 및 이를 이용하여 행동반응을 연산하도록 하는 행동반응연산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응행동 자동검출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내 실험용 시스템과 현장 적용형 두 가지로 나누고, 실내 실험용 시스템은 사전에 일정한 농도의 독성물질을 관찰 영역 안에 주입하고 행동 반응을 관찰하는 장치이고, 현장 적용형은 실제 주거지나 공공장소에 설치하여 노출된 공기에 있는 독성물질에 대한 행동 반응을 관찰하는 시스템이다.

이와 같은 본 발명의 특징은 내부에 용액이 담겨져 지표생물의 반응을 관찰할 수 있도록 하는 관찰수조; 관찰수조에서 반응하는 지표생물에 대한 영상을 입력하게 되는 카메라; 카메라로부터 전송되는 데이터를 판별하여 분석하는 컴퓨터; 컴퓨터에서 분석되고 판별된 데이터가 표시되도록 하는 모니터가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

휘발성, 독성, 제브라물고기, 반응행동, 컴퓨터, 관찰수조

Description

휘발성 독성물질 누출차단장치를 구비한 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치 및 이를 이용하여 행동반응을 연산하도록 하는 행동반응연산방법{AUTOMATIC DETECTION SYSTEM OF RESPONSE BEHAVIORS OF ZEBRA FISH OR RELATED SPECIES THROUGH BLOCKING LEAKAGE OF VOLATILE TOXIC SUBSTANCES AND RESPONSE BEHAVIORS CALCULATION METHOD USING AUTOMATIC DETECTION SYSTEM}

본 발명품은 실내 실험용과 현장 적용형 장치 두 가지로 나뉜다. 실내 실험용은 사전에 일정한 농도의 독성물질을 관찰 영역 안에 주입하고 행동 반응을 관찰하는 장치이고, 현장 적용형은 실제 주거지나 공공장소에 설치하여 노출된 공기에 있는 독성물질에 대한 행동 반응을 관찰하는 장치이다.

일반적으로 실내 독성물질(예, 아파트 같은 신축 건물 실내에서 발생하는 유해화합물)은 거주자의 건강에 큰 위험 요소가 되고 실내의 쾌적한 환경을 크게 해친다.

그러나 실내 화합물의 존재 여부를 용이하게 검출하기 어렵다. 기존의 화학 실험은 낮은 농도에 민감하나 조사하는데 농도 변이가 많다. 아울러 시간이 들고 실험시설과 경비가 요구되므로 연속적으로 모니터링하기가 힘들다.

이에 실험시설이나 경비 문제 등으로 이화학적 분석을 제한적으로 수행하였다. 그러나 독성물질에 민감한 지표종의 반응 행동을 사용하여 반응 행동을 실시간 검출한 예는 드물다.

따라서 복잡한 행동 반응을 규준화하기 위해서는 일정한 농도에서 되풀이하여 반응 행동을 일관되게 나타낼 수 있어야 한다.

그러나 실내 독성물질(예, 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔)은 휘발성이 강하므로 용매로부터 휘발되어 시험장치에서의 일정한 농도를 유지하기가 힘들다.

전통적으로는 물에 용매와 독성물질을 혼합하여 연속적으로 입수, 배수하여 농도을 유지한다. 이 경우 배수된 물에 독성 물질이 섞여 있으므로 실험기간 동안 배출되는 물은 모두 소정의 독성물질처리 후 버려야 되므로 장기간 실험할 경우 낭비가 크다. 아울러 환경 오염 및 시험자 건강 유지에 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 행동 시험장치(수조)에 적절히 차단 장치를 실시하여 독성물질이 일정한 농도를 유지한 상태에서 물의 입, 배수 없이 지표종의 행동 반응을 검출하도록 하는 목적이 있다.

따라서 피사체(물고기)가 움직이는 수조를 이중벽의 수조로 다시 둘러싸 내부수조가 외부로부터 차단되도록 하고, 안쪽 수조에는 적절한 독성물질 농도를 유지하는 용매를, 바깥 수조에는 물로 가득 채우고 이를 평평한 유리판으로 덮도록 하여, 안쪽 및 바깥쪽 수조의 용액과 물 사이에 물의 표면 장력으로 막이 형성되고 이 막이 휘발성 독성물질이 차단되도록 하는 것이다.

또한 안쪽 수조로부터 바깥쪽 수조 사이 공간으로 일부 휘발 되는 용매는 이 공간이 막혀 있으므로, 이 공간과 안쪽 수조 안의 화합물의 분압 사이에 평형이 유지된다. 따라서 안쪽 수조 안에 있는 화합물은 일정한 농도를 유지하도록 하였다.

그리고 화합물의 평형이 유지된 수조에서 지표종의 행동을 영상인지 시스템으로 모니터링하고 인공지능 등의 수리적 방법으로 행동 반응을 판별함을 목적으로 한다.

또한 실내시험용 및 현장 적용형으로 구분하여 적용한다.

이에 실내시험용인 경우 사전에 일정 농도의 용액을 내부 수조에 공급한 후 측정한다. 현장 적용형인 경우 컴프레셔로 조사지의 공기를 농축하여 공급하고 농축된 농도 측정을 위해서는 수조를 차단한 후 현장으로 옮겨서 수조 안의 독성물질 농도를 측정하거나 내부 수조 안의 용액을 샘플링하여 시험실로 보낸다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휘발성 독성물질 차단장치를 구비한 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치는, 내부에 용액이 담겨져 지표생물(15)의 반응을 관찰할 수 있도록 하는 관찰수조(20); 상기 관찰수조(20)에서 반응하는 지표생물(15)에 대한 영상을 입력하게 되는 카메라(13); 상기 카메라(13)로부터 전송되는 데이터를 판별하여 분석하는 컴퓨터(11); 상기 컴퓨터(11)에서 분석되고 판별된 데이터가 표시되도록 하는 모니터(12)가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

이에 상기 관찰수조(20)는 내부에 용액과 지표생물(15)이 내재되는 내부수조(21)와, 내부수조(21)가 내부에 수용되도록 하는 외부수조(31)로 이루어지고, 상기 내부수조(21)와 상기 외부수조(31) 사이의 이격공간(14)에 물이 채워지도록 하고, 상기 내부수조(21)의 상부로 수막이 형성되도록 구비될 수 있다.

또한 상기 내부수조(21)는 상부로 센서주입구(22), 샘플채취구(23), 화합물이 투입되는 내측화합물주입구(24) 및 측면에 화합물이 배출되는 내측화합물배출구(25)가 포함되어 구비되고, 상기 외부수조(31)는 외부수조(31) 내부로 물이 주입되고 배출되기 위한 외측용액주입구(32), 외측용액배출구(33)가 포함되어 구비될 수 있다. 그리고 도 2와 도 3에서 26번은 지표생물을 관찰하는 내부수조관찰영역(Observation area)이다.

그리고 상기 외부수조(31)의 상부로는 외부수조(31)가 가려지도록 하는 유리덮개(41)가 구비되고, 상기 유리덮개(41)의 전방으로 전방날개(42)가 구비되며, 상기 유리덮개(41)의 상부로 윗날개(43)가 구비되고, 상기 유리덮개(41)의 측방으로 옆날개(44)가 구비될 수 있다.

이에 더하여 상기 내부수조(21)의 내부 일측으로 공기여과기(16)가 위치되고, 상기 공기여과기(16)에 산소 또는 공기가 공급되도록 하는 산소공급기(170) 또는 콤프레셔(171)가 구비되며, 상기 공기여과기(16)의 일측으로 공기가 배출되는 공기배출구(18)가 구비될 수 있다.

그리고 상기 반응행동 자동검출장치는, 산소공급기(17)가 구비되어 공기여과기(16)에 산소가 공급되도록 하는 실내 적용형, 또는 콤프레셔(171)가 구비되어 공기여과기(16)에 공기가 공급되도록 하는 현장 적용형 중 어느 한가지 형으로 구비되될 수 있다.

또한 상기 지표생물(15)은 피사체(물고기)로 제브라물고기 또는 유사종으로 구비될 수 있다.

그리고 상기 독성물질은 포름알데하이드가 포함되어 구비될 수 있다.

나아가 상기의 반응행동 자동검출장치로부터 검출되는 데이터로부터 지표생물의 행동반응을 연산하도록 하는 행동반응연산방법에 있어서, 지표생물에 대한 움직인 속도데이터, 가속도데이터, 각속도데이터, 각가속도데이터, 정지시간데이터, 정지횟수데이터, 이동거리데이터, 곡률반경데이터으로 되는 모수데이터가 포함되는 지표생물 움직임데이터를 연산하는 단계와, 상기 지표생물 움직임데이터로부터 반응행동가중치를 연산하도록 하는 가중치연산단계가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 휘발성 독성물질 차단장치를 구비한 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치를 이용한 행동반응연산방법이 제공된다.

이에 상기 모수데이터는, 속도데이터(mm/s)(관측기간 동안의 이동 거리 평균), 가속도데이터(mm/s²)(관측기간 동안의 가속도), 각속도데이터(rad/s)(관측기간 동안 회전한 거리), 각가속도데이터(rad/s²)(각속도의 가속도), 정지시간데이터(s)(관측기간 동안 정지시간), 정지횟수데이터(관측기간 동안 정지한 횟수), 이동거리데이터(m)(일정시간 동안 움직인 전체 거리), 곡률반경데이터(rad/㎜)(일정시간 동안 회전한 각(절대값)의 합을 움직인 총 길이로 나눔)가 포함되어 구비될 수 있다.

또한 지표생물의 2차원 좌표이동데이터를 시간 간격으로 연산한 프렉탈 차원의 자료가 포함되어 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 독성 물질에 민감한 지표종을 사용하여 반응 행동을 검출함으로써 효과적이면서도 경제적으로 실시간 실내 유독성을 감지할 수 있다 (공기 속 화학오염 물질의 감지).

특히 반응 행동 감지를 통해 조기 경보에 응용할 수 있으며, 정밀한 화학적, 분자생물학적 분석결과를 보완하고 생태적으로 확인해 줄 수 있다.

이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에 대한 개략적인 예시도, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치의 관찰수조에 대한 개략적인 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치의 관찰수조에 대한 개략적인 평면도, 도 5는 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치의 관찰수조에 대한 개략적인 측면도, 도 6은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 독성물질 처리전, 후의 궤적에 대한 시험그래프, 도 7은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 독성물질 처리 전, 후에 따른 주요 모수의 변이에 대한 그래프, 도 8은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 SOM 학습에 따른 독성물질 처리 전, 후의 클러스트 및 이에 따른 주요 모수의 변이, 도 9는 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 처리 전 및 처리 후의 궤적 및 계산된 프랙탈 차원 그래프, 그리고 도 10은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 화합물 처리에 따른 프랙탈 차원의 평균과 평균 오차 그래프가 각각 도시된 것이다.

즉 본 발명에 따른 휘발성 독성물질 차단장치(40)를 구비한 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치(10)은 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 내부에 용액이 담겨져 지표생물(15)(어류, 특히 제브라물고기 또는 유사종 등을 예로 할 수 있음)의 반응을 관찰할 수 있도록 하는 관찰수조(20)가 구비되고, 상기 관찰수조(20)에서 반응하는 지표생물(15)에 대한 영상을 입력하게 되는 카메라(13)가 구비되며, 상기 카메라(13)로부터 전송되는 데이터를 판별하여 분석하는 컴퓨터(11) 및 상기 컴퓨터(11)에서 분석되고 판별된 데이터가 표시되도록 하는 모니터(12) 등이 포함되어 구비되는 것이다. 도 1의 모니터에 표시된 예를 보면, 1은 영상표출화면에 대한 것이고, 2는 반응 및 경보화면에 대한 것이다.

이에 관찰수조(20)의 세부구성을 살펴보면 도 2 내지 도 5와 같이 구비된다. 즉 상기 관찰수조(20)는 내부에 용액과 지표생물(15)이 내재되는 내부수조(21)와, 이격공간(14)을 두고 내부수조(21)가 내부에 수용되도록 하는 외부수조(31)로 이루 어지는 것이다.

그리고 상기 내부수조(21)와 상기 외부수조(31) 사이의 이격공간(14)에 물이 채워지도록 하고, 상기 내부수조(21)의 상부로 수막이 형성되도록 구비되는 것이다.

또한 상기 내부수조(21)는 상부로 센서주입구(22), 샘플채취구(23), 화합물이 투입되는 내측화합물주입구(24) 및 측면에 화합물이 배출되는 내측화합물배출구(25)가 포함되어 구비된다.

그리고 상기 외부수조(31)는 외부수조(31) 내부로 물이 주입되고 배출되기 위한 외측용액주입구(32), 외측용액배출구(33)가 포함되어 구비되는 것이다.

특히 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치(10)은 휘발성 독성물질 차단장치(40)가 함께 마련되는 것으로, 이러한 휘발성 독성물질 차단장치(40)의 일부 구성으로는, 상기 외부수조(31)의 상부로는 외부수조(31)가 가려지도록 하는 유리덮개(41)가 구비되고, 상기 유리덮개(41)의 전방으로 전방날개(42)가 구비되며, 상기 유리덮개(41)의 상부로 윗날개(43)가 구비되고, 상기 유리덮개(41)의 측방으로 옆날개(44)가 구비되는 것이다. 이처럼 내부의 휘발성독성물질이 외부와 차단되도록 하여, 시험이 안정적으로 이루어지도록 하는 것이다.

그리고 상기 내부수조(21)의 내부 일측으로 공기여과기(16)가 위치되고, 상기 공기여과기(16)에 산소 또는 공기가 공급되도록 하는 산소공급기(170) 또는 콤프레셔(171)가 구비되는 것으로, 실험용 시스템으로는 산소공급기(170)가 구비되 고, 반면 실외에서는 현장적용형으로는 콤프레셔(171)가 마련될 수 있는 것이다.

또한 상기 공기여과기(16)의 일측으로 공기가 배출되는 공기배출구(18)가 구비되는 것이다.

가) 실내 실험용장치

이에 우선 실내에서 실험되는 상태에 대한 실시예를 살펴보면 다음과 같다. 관찰시스템은 도 1에서와 같이 관찰수조, 컴퓨터 및 카메라로 구성된다. 관찰 수조는 안쪽 및 바깥쪽으로 이루어진 내부수조(21)와 외부수조(31)로 된 이중 수조이고, 그리고 수조덮개 및 화합물을 자동으로 주사하는 장치와 함께 도 2의 실내에서의 실험장치의 예시에서와 같이 산소 공급기(170)가 구성된다.

이중 구조를 가진 수조는 내부 관측 수조(21)(400mm × 200mm × 100mm)와 폭이 10mm인 외부 수조(31)로 구성된다. 외부 수조는 내부 관측 수조 보다 폭과 넓이가 각각 2 cm 길며 높이는 100mm로 내부 수조와 같다. 내부 및 외부 수조 사이에는 공기로 채워진다.

자동화합물 공급기와 호스를 설치하여 관찰영역 상부를 통해 화합물과 용액을 공급한다. 관찰 기간 동안 자동 화합물 주사기로 시험 목적에 따라 휘발성 화학물질을 일정량 일회 또는 수회 주기적으로 공급할 수 있다. 시간이 진행됨에 따라 물고기가 소모한 산소를 제공하기 위해 산소 공급기가 부착된다. 산소는 기포(호스를 통한)로 공급하지 않고 산소바람을 불어 압력을 통해 높은 산소가 용액으로 스며들도록 한다.

수조 아래 및 윗부분에 외부 및 내부 수조의 액체를 공급하거나 배수할 때 사용되는 파이프가 각각 연결된다. 뚜껑 부분에 적절히 두 개의 구멍을 뚫고 차단용 고무로 구멍을 막는다. 필요한 경우 구멍을 통과해(밀폐된 상태에서) 온도 등의 센서를 설치한다. 나머지 한 구멍은 샘플을 채취할 때 사용한다. 이중 수조의 안쪽에 생기는 안개(fog) 현상을 방지하기 위해 외부 및 내부 수조의 벽에 안개방제처리를 한다.

그리고 도 4의 휘발성 독성 물질 차단을 위한 이중 수조에 대한 평면도에서와 같이, 수조는 휘발성 독성물질 차단장치로 되는 밀폐용 유리로 덮는다. 관측 중 발생하는 화학 물질의 휘발을 최대한 막기 위해 덮개 내 외부 수조 가득히 용액과 물로 각각 채우고 덮개 유리는 관찰수조 상단에 밀착되도록 한다(도 5 참조). 덮개와 수조가 만나는 곳을 물막으로 최대한 차단하기 위해 유리 덮개와 수조에 각각 날개를 부착한다. 도 5에서와 같이 수조 전면에 전방 날개를 구성하여, 유리덮개로 수조를 덮으면 수조의 앞부분을 감싸는 식으로 덮는다. 덮개의 윗날개는 수조의 전방날개를 다시 덮는다. 덮개의 옆날개는 수조의 옆을 덮는다. 전체적으로 수조의 윗 부분을덮개와 날개로 감싸도록 해서, 덮개와 날개 사이에 물의 표면 장력으로 인해 물막이 생성되도록 한다.

나) 현장 적용형

다음으로 실외용으로 되는 것으로, 이러한 현장 적용형은 공공장소나 아파트 같은 곳에서 설치하여 일정기간 노출시키고 시험동물을 관찰한다. 관찰한 후 적절히 밀폐하여 내부 수조에 농축된 독성화합물 농도측정을 위한 실험실에 보내거나 샘플을 측정한다.

근본적으로 앞서 예시된 실내시험용과 유사하나. 도 3과 같이 산소공급기 대신 대기 농도를 농축하여 내부 수조로 보낼 수 있는 장치인 콤프레셔가 산소공급기 대신 설치된다. 이 경우 수조에 기포가 생길 수 있는데, 기포는 물고기 움직임에 대한 영상처리에 방해가 될 수 있으므로 공급되는 공기는 기포제거를 위한 여과장치를 통과하도록 한다. 공급되는 공기는 컴프레셔 압력, 공급 조절기, 공급 시간, 온도 등으로 계산하도록 한다. 농축된 공기과 실제적인 공기에서의 농도는 예비 실험으로 구할 수 있다.

다) 관찰용 카메라

관찰용 카메라는 도 1 내지 도 3에서와 같이, 고성능 피사체 인지렌즈를 사용하며, 수조의 정면에 위치한다.

라) 컴퓨터 및 소프트웨어

컴퓨터는 일반 PC를 사용하되 고성능 피사체 인지 능력을 지닌 알고리즘이 적용됨이 바람직할 것이다.

- 피사체 인지 방법

마) 인터페이싱을 통한 궤적 추출

컴퓨터 프로그래밍을 통해 시험동물의 움직인 궤적을 나타낼 수 있다. 도 6은 처리 전의 궤적과 각종 독성물질 처리 후의 궤적을 나타낸다. 처리 후 궤적이 변형되었음을 알 수 있다.

바) 모수 추출

시험 동물의 움직임 자료에 대해 아래와 같은 모수데이터를 계산한다.

- 속도(mm/s): 관측기간 동안의 이동 거리 평균

- 가속도(mm/s²) : 관측기간 동안의 가속도

- 각속도(rad/s): 관측기간 동안 회전한 거리

- 각가속도(rad/s²): 각속도의 가속도

- 정지시간(s) : 관측기간 동안 정지시간

- 정지횟수 : 관측기간 동안 정지한 횟수

- 이동거리(m) : 일정시간 동안 움직인 전체 거리

- 곡률반경(rad/㎜) : 일정시간 동안 회전한 각(절대값)의 합을 움직인 총 길이로 나눔.

위 모수데이터에 대해 통계적으로 처리 전 후의 차이를 비교한다. 도 7은 약 제 처리 후 약제에 따른 주요 모수의 통계적 차이를 나타낸 예이다.

사) 자기조직망 (Self-Organizing Map: SOM)을 이용한 반응 행동 감지

본 발명에 있어서, 상기의 반응행동 자동검출장치으로부터 검출되는 데이터로부터 지표생물의 행동반응을 연산하도록 하는 행동반응연산방법이 제공될 수 있다.

즉 지표생물에 대한 움직인 속도데이터, 가속도데이터, 각속도데이터, 각가속도데이터, 정지시간데이터, 정지횟수데이터, 이동거리데이터, 곡률반경데이터가 포함되는 지표생물 움직임데이터를 연산하는 단계와, 상기 지표생물 움직임데이터로부터 반응행동가중치를 연산하도록 하는 가중치연산단계가 포함되어 구비될 수 있을 것이다.

구체적인 실시예를 살펴보면 Danio rerio의 행동 자료는 Self-Organizing Map (SOM)으로 위의 모수데이터를 입력자료로 하여 학습할 수 있다. SOM에서 다차원 자료를 낮은 차수(2차)로 압축하여 적절히 정보를 유형화한다. 출력층은 2차원 격자로 구성된다. 가중치 벡터와 입력 자료 벡터 사이의 Euclidian 거리를 이용한 학습을 통해 계산되어 나타낸다. 계산된 값 중 가장 작은 값을 가진 값이 승자로 선택된다. 이후 가장 작은 입력 강도를 가진 변수가 아래와 같이 가중치를 변경할 수 있도록 한다.

여기서 t는 반복 시간이며, a(t)는 자료를 학습하는 비율이다.

처리 전/후에 관찰된 개체 행동 궤적으로부터 추출된 모수를 입력자료로 하여 농도에 따라 학습한 결과가 도 8에 제시되었다.

그리고 도 8은 SOM 학습에 따른 독성물질 처리 전 후의 클러스트(왼쪽) 및 이에 따른 주요 모수의 변이(오른쪽)에 관한 것이다.

이러한 SOM 그림에서 처리하지 않았을 때는 C의 처리전에서 T1과 T2 지점에 모여 처리 전 후 구분이 있음을 볼 수 있다(도 8의 왼쪽). 아울러 농도에 따라 TI (0.1 ppm) 및 T2(1.0 ppm) 무리로 세분되었다.

아울러 가시화(visualization)를 통해 무리에 따른 모수 변이를 알 수 있는데, SOM으로 학습된 변이를 따르면(도 8의 오른쪽), 화학물질 처리 후에 속도, 가속도와 이동률은 감소하는 반면, 각속도, 정지 기간, 정지회수 등은 증가하였다.

포름알데하이드 0.1 ppm과 1 ppm의 농도차이에서도 변수가 다르게 나타났는데 정지 횟수와 곡률은 0.1 ppm에서 높아지나, 1.0 ppm에서는 다시 낮아짐을 알 수 있었다.

아) 프랙탈 차원

위의 모수 변이 및 SOM과 아울러 궤적 자료의 구조성을 검정하기 위해 시험종의 행동 궤적을 프랙탈 차원으로 계산하고 처리 전 후 차이를 비교한다. 프랙탈 차원은 box counting 방법을 적용하고, 0.25초 간격으로 입력되는 시험생물의 2차원 좌표를 일정한 시간 간격으로 종합하여 얻은 프렉탈 차원의 자료를 이용한다.

여기서 Df 는 프랙탈 차원, N(r)은 크기 r 을 가진 박스 안에 물고기 좌표를 가진 박스의 개수를 말한다. 도 9는 독성물질(Formaldehyde(포름일데히드); 0.1 ppm) 처리 전후의 프랙탈 차원을 나타낸다. 처리 후 프랙탈 차원이 감소 되었다.

도 9는 Formaldehyde(포름알데히드) 0.1 ppm을 처리하기 전과 후의 물고기 움직임에 대한 프랙탈 차원에 관한 것이고, 도 10은 화합물 처리에 따른 프랙탈 차원의 평균과 평균오차(막대그림 위의 수직선)(10 개체)에 관한 것이다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 일실시예를 기재한 것이므로, 상기 실시예의 기재에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한적으로 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에 대한 개략적인 예시도.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치의 관찰수조에 대한 개략적인 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치의 관찰수조에 대한 개략적인 평면도.

도 5는 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치의 관찰수조에 대한 개략적인 측면도.

도 6은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 독성물질 처리전, 후의 궤적에 대한 시험그래프.

도 7은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 독성물질 처리 전, 후에 따른 주요 모수의 변이에 대한 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 SOM 학습에 따른 독성물질 처리 전, 후의 클러스트 및 이에 따른 주요 모수의 변이.

도 9는 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 처리 전 및 처리 후의 궤적 및 계산된 프랙탈 차원 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 반응행동 자동검출장치에서 화합물 처리에 따른 프랙탈 차원의 평균과 평균 오차 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 모니터(12)에 나타나는 영상표출 화면

2: 모니터(12)에 나타나는 모수변이에 따른 반응 및 경보화면

10 : 반응행동 자동검출장치 11 : 컴퓨터

12 : 모니터 13 : 카메라

14 : 이격공간 15 : 지표생물

16 : 공기여과기 170 : 산소공급기

171 : 콤프레셔 18 : 공기배출구

20 : 관찰수조 21 : 내부수조

22 : 센서주입구 23 : 샘플채취구

24 : 내측화합물주입구 25 : 내측화합물배출구

26 : 내부수조관찰영역 31 : 외부수조

32 : 외측용액주입구 33 : 외측용액배출구

40 : 휘발성 독성물질 차단장치 41 : 유리덮개

42 : 전방날개 43 : 윗날개

44 : 옆날개

Claims (11)

1. 내부에 독성물질이 포함된 용액이 담겨져 지표생물(15)의 반응을 관찰할 수 있도록 하는 관찰수조(20);

   상기 관찰수조(20)에서 반응하는 지표생물(15)에 대한 영상을 입력하게 되는 카메라(13);

   상기 카메라(13)로부터 전송되는 데이터를 판별하여 분석하는 컴퓨터(11);

   상기 컴퓨터(11)에서 분석되고 판별된 데이터가 표시되도록 하는 모니터(12)가 포함되어 구비되는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치로서,

   상기 관찰수조(20)는 내부에 용액과 지표생물(15)이 내재되는 내부수조(21)와, 이격공간(14)을 두고 내부수조(21)가 내부에 수용되도록 하는 외부수조(31)로 이루어지고, 상기 이격공간(14)에 물이 채워지도록 하고, 상기 내부수조(21)의 상부로 수막이 형성되도록 구비되고,

   상기 내부수조(21)의 내부 일측으로 공기여과기(16)가 위치되고, 상기 공기여과기(16)에 산소 또는 공기가 공급되도록 하는 산소공급기(170) 또는 콤프레셔(171)가 구비되며, 상기 공기여과기(16)의 일측으로 공기가 배출되는 공기배출구(18)가 구비된 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내부수조(21)는 상부로 센서주입구(22), 샘플채취구(23), 화합물이 투입되는 내측화합물주입구(24) 및 측면에 화합물이 배출되는 내측화합물배출구(25)가 포함되어 구비되고,

   상기 외부수조(31)는 외부수조(31) 내부로 물이 주입되고 배출되기 위한 외측용액주입구(32), 외측용액배출구(33)가 포함되어 구비된 것을 특징으로 하는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 외부수조(31)의 상부로는 외부수조(31)가 가려지도록 하는 유리덮개(41)가 구비되고,

   상기 유리덮개(41)의 전방으로 전방날개(42)가 구비되며,

   상기 유리덮개(41)의 상부로 윗날개(43)가 구비되고,

   상기 유리덮개(41)의 측방으로 옆날개(44)가 구비된 것을 특징으로 하는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 반응행동 자동검출장치는,

   산소공급기(17)가 구비되어 공기여과기(16)에 산소가 공급되도록 하는 실내 적용형,

   또는 콤프레셔(171)가 구비되어 공기여과기(16)에 공기가 공급되도록 하는 현장 적용형 중 어느 한가지 형으로 구비된 것을 특징으로 하는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지표생물(15)은 피사체(물고기)로 제브라물고기 또는 유사종으로 구비되는 것을 특징으로 하는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 독성물질은 포름알데하이드가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 반응행동 자동검출장치로부터 검출되는 데이터로부터 지표생물의 행동반응을 연산하도록 하는 행동반응연산방법에 있어서,

   지표생물에 대한 움직인 속도데이터, 가속도데이터, 각속도데이터, 각가속도데이터, 정지시간데이터, 정지횟수데이터, 이동거리데이터, 곡률반경데이터 등으로 되는 모수데이터가 포함되는 지표생물 움직임데이터를 연산하는 단계와,

   상기 지표생물 움직임데이터로부터 반응행동가중치를 연산하도록 하는 가중치연산단계가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치를 이용한 행동반응연산방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 모수데이터는,

   속도데이터(mm/s)(관측기간 동안의 이동 거리 평균), 가속도데이터(mm/s²)(관측기간 동안의 가속도), 각속도데이터(rad/s)(관측기간 동안 회전한 거리), 각가속도데이터(rad/s²)(각속도의 가속도), 정지시간데이터(s)(관측기간 동안 정지시간), 정지횟수데이터(관측기간 동안 정지한 횟수), 이동거리데이터(m)(일정시간 동안 움직인 전체 거리), 곡률반경데이터(rad/㎜)(일정시간 동안 회전한 각(절대값)의 합을 움직인 총 길이로 나눔)가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치를 이용한 행동반응연산방법.
9. 제7항에 있어서,

   지표생물의 2차원 좌표이동데이터를 시간 간격으로 연산한 프렉탈 차원의 자료가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 제브라물고기 또는 유사종에 대한 반응행동 자동검출장치를 이용한 행동반응연산방법.
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