KR101822806B1 - 가상현실 기반 원거리 협업 기능과 데이터베이스를 제공하는 하이브리드 나노물질 및 나노소자의 재료 설계 장치 - Google Patents

가상현실 기반 원거리 협업 기능과 데이터베이스를 제공하는 하이브리드 나노물질 및 나노소자의 재료 설계 장치 Download PDF

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Abstract

재료 설계 장치는 모델러(modeler), 데이터베이스, 시뮬레이션 연산부, 가상현실 제어부 및 중앙 제어부를 포함한다. 모델러는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 및 모션 캡쳐(motion capture) 기기에 기초하여 구현된 가상 현실(Virtual Reality; VR) 상에서 상에서 복수의 비주기적 또는 주기적 재료 구성 요소들을 결합하여 하이브리드 나노물질 구조 또는 나노소자 구조를 생성한다. 데이터베이스는 생성된 재료 구조, 및 생성된 재료 구조와 기 저장된 기존 재료 구조를 결합시킨 재귀적 재료 구조를 저장한다. 시뮬레이션 연산부는 생성된 재료 구조, 기존 재료 구조 또는 재귀적 재료 구조 중 적어도 하나 이상의 재료 특성을 나노 스케일 시뮬레이션(nano scale simulation)에 기초하여 연산한다. 가상현실 제어부는 복수의 사용자들에게 손동작에 기초한 가상 현실 인터페이스를 제공하고, 사용자들 각각이 착용한 헤드 마운트 디스플레이 및 모션 캡쳐 기기를 제어한다. 중앙 제어부는 모델러, 데이터베이스, 시뮬레이션 연산부 및 가상현실 제어부의 동작을 제어한다.

Description

가상현실 기반 원거리 협업 기능과 데이터베이스를 제공하는 하이브리드 나노물질 및 나노소자의 재료 설계 장치{MATERIAL DESIGNING DEVICE FOR HYBRID NANOMATERIALS AND NANODEVICES EQUIPPED WITH VIRTUAL REALITY LONG-DISTANCE COLLABORATION FUNCTION AND DATABASE}
본 발명은 재료 설계 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가상 현실 상의 설계 및 시뮬레이션이 가능한 재료 설계 장치에 관한 것이다.
나노소재는 나노미터 크기에서 기존 재료를 조합하거나 새로운 구조의 물질을 조합해 새로운 기능이 발현되는 소재로서, 이중에서도 나노복합소재는 이종 물질 간 인터페이스 설계 등에 기초하여 나노소재들 사이 또는 나노소재와 기존 소재들 사이의 복합화를 통해 목표 성능을 구현시킨 하이브리드 소재를 의미한다. 이러한 나노복합소재는 생화학과 같은 다른 분야와는 달리 분자시스템뿐만 아니라 주기성을 갖는 고체시스템까지 다루어야 하는 경우가 상대적으로 많고, 다수의 설계자의 협업에 의해 설계될 필요성이 있다.
한편, 가상현실(Virtual Reality; VR) 기술은 컴퓨터 상에 생성된 가상의 공간을 사용자의 오감을 통해 직접적으로 전달함으로써 실제에 근접한 공간적인 체험을 가능하게 하는 기술을 의미한다. 특히, 최근에는 이러한 오감 중 특히 사용자의 인식에 지배적인 역할을 하는 시각에 대해 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 등에 기초하여 사용자에게 가상의 공간을 전달하려는 시도가 많다.
나노복합소재를 설계하는 작업의 특징 상 동일한 재료에 대해서도 직관적으로 수행되고, 나아가 설계된 물질에 대한 시뮬레이션이 수행될 필요가 있지만, 종래의 설계 시스템은 이러한 요구사항들을 정확히 반영하지 못한다.
예를 들어, 아래의 선행기술문헌은 유체 현상들을 시뮬레이션함으로써, 혼합 가능한 유체들 간의 상호 작용을 표현하는 기술을 설명하고 있으나, 주기성을 갖는 원자시스템에 대한 설계에 적합하지 않고, 직관적인 인터페이스를 갖고 있지 않으며, 동시에 다수의 설계자들이 협업하기 어렵다는 문제가 있다.
한국 공개특허 10-2012-0047124(공개일자 2012년 05월 11일)
본 발명의 일 목적은 주기성을 갖는 원자시스템에 대한 설계에 적합하고, 직관적인 인터페이스를 가지며, 동시에 다수의 설계자들이 협업할 수 있는 재료 설계 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 재료 설계 장치는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 및 모션 캡쳐(motion capture) 기기에 기초하여 구현된 가상 현실(Virtual Reality; VR) 상에서 복수의 비주기적 또는 주기적 재료 구성 요소들을 결합하여 하이브리드 나노물질 구조 또는 나노소자 구조를 생성하는 모델러(modeler), 상기 생성된 재료 구조, 및 상기 생성된 재료 구조와 기 저장된 기존 재료 구조를 결합시킨 재귀적 재료 구조를 저장하는 데이터베이스, 상기 생성된 재료 구조, 상기 기존 재료 구조 또는 상기 재귀적 재료 구조 중 적어도 하나 이상의 재료 특성을 나노 스케일 시뮬레이션(nano scale simulation)에 기초하여 연산하는 시뮬레이션 연산부, 복수의 사용자들에게 손동작에 기초한 가상 현실 인터페이스를 제공하고, 상기 사용자들 각각이 착용한 상기 헤드 마운트 디스플레이 및 상기 모션 캡쳐 기기를 제어하는 가상현실 제어부 및 상기 모델러, 상기 데이터베이스, 상기 시뮬레이션 연산부 및 상기 가상현실 제어부의 동작을 제어하는 중앙 제어부를 포함한다.
일 실시예에 의하면, 상기 중앙 제어부는 상기 데이터베이스에 저장된 데이터 사이의 연관관계를 분석할 수 있고, 상기 모델러는 상기 중앙 제어부의 분석에 기초하여 상기 사용자들로부터 입력된 목표 재료 특성을 갖는 추천 재료 구조를 상기 사용자들에게 제시할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 데이터베이스는 상기 생성된 재료 구조의 제목, 상기 재료 구성 요소들 각각의 원소 종류, 상기 재료 구성 요소들 각각의 좌표 또는 상기 재료 구성 요소들의 반복 형태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 구조 정보, 및 상기 생성된 재료 구조에 대해 상기 시뮬레이션 연산부에서 연산된 상기 재료 특성, 상기 시뮬레이션 연산부가 상기 재료 특성을 연산하는 과정에서 사용된 이론 수준(theory level) 또는 연산에 사용된 파라메터(condition) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 시뮬레이션 정보를 더 저장할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 시뮬레이션 연산부는 상기 재료 구성 요소들 각각의 원소 종류, 상기 재료 구성 요소들 각각의 좌표 또는 상기 재료 구성 요소들의 반복 형태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 구조 정보에 기초하여 시뮬레이션 연산에 사용될 추천 이론 수준 또는 추천 파라메터 중 적어도 하나 이상을 결정할 수 있고, 상기 추천 이론 수준 또는 상기 추천 파라메터 중 적어도 하나 이상을 상기 사용자들에게 제시할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 재료 설계 장치는 헤드 마운트 디스플레이로 구현되는 가상 현실 상에서 사용자들이 복수의 주기적 또는 비주기적인 재료 구성 요소들을 결합시킬 수 있으므로, 일반적인 원자시스템에 대한 설계에 적합하고 사용자에게 직관적이며 복수의 사용자들의 협업이 가능할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 재료 설계 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 재료 설계 장치와 관련하여 데이터베이스에 저장된 재료 구조를 중앙 제어부가 독출하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 재료 설계 장치를 통해 사용자가 하이브리드 나노물질 재료 설계를 수행하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 재료 설계 장치를 통해 사용자가 나노소자 구조 설계를 수행하는 일 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 재료 설계 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 재료 설계 장치(100)는 모델러(modeler, 110), 데이터베이스(130), 시뮬레이션 연산부(150), 가상현실 제어부(170) 및 중앙 제어부(190)를 포함할 수 있다.
모델러(110)는 가상 현실(Virtual Reality; VR) 상에서 복수의 비주기적 또는 주기적 재료 구성 요소들을 결합하여 하이브리드 나노물질 구조를 생성하거나 복수의 비주기적 또는 주기적 재료 구성 요소들을 결합하여 나노소자 구조를 생성할 수 있다. 가상 현실은 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 및 모션 캡쳐(motion capture) 기기에 기초하여 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 모델러(110)는 가상 현실 상에서 3 이상의 비주기적 또는 주기적 재료 구성 요소들을 결합하여 나노소자 구조를 생성할 수 있다. 예를 들어, 모델러(110)는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극에 대응되는 재료 구성 요소들을 조합함으로써, 나노 스케일의 트랜지스터를 생성할 수 있다.
모델러(110)는 사용자의 입력에 따라 일정한 수학적 규칙에 따르는 재료 구조(MS)를 생성할 수 있고, 데이터베이스(130)에 저장되어 있는 재료 구조(MS)를 불러들여 편집할 수 있다. 실시예에 따라, 모델러(110)는 재귀적 데이터베이스(130)를 활용하여 복합나노소재 구조를 갖는 재료 구조(MS)를 생성할 수 있다.
모델러(110)는 구조 생성기(builder)에 기초하여 수학적 규칙에 따른 구조를 생성할 수 있다. 예를 들어, 모델러(110)는 단위격자가 반복되어 구성되는 고체구조를 구조 생성기에 기초하여 생성할 수 있다. 또한, 모델러(110)는 데이터베이스(130)에 저장된 재료 구조(MS)를 읽어들일 수 있다.
생성된 재료 구조(MS)는 객체 형태로 표현될 수 있다. 예를 들어, 생성된 재료 구조(MS)를 표현하는 객체들 각각은 구조정보(attribute) 및 구조 편집을 위한 기능이 구현된 함수(method)를 포함할 수 있다.
재료 구조(MS)는 벡터로 표현될 수 있다. 예를 들어, 원자수준 모델러에서 특정한 단위 구조가 반복될 경우, 재료 구조(MS)는 해당 단위 구조에서 재료 구성 요소들 각각의 원소 종류, 재료 구성 요소들 각각의 좌표 및 재료 구성 요소들의 반복 형태에 각각 대응되는 3개의 벡터로 표현될 수 있다.
헤드 마운트 디스플레이는 사용자에게 시각을 통해 가상 현실을 전달할 수 있다. 이를 위해, 헤드 마운트 디스플레이는 사용자의 시선을 인식할 수 있다. 또한, 모션 캡쳐 기기는 사용자의 동작을 인식할 수 있다. 예를 들어, 모션 캡쳐 기기는 적외선 센서 등에 기초하여 사용자의 손동작을 인식할 수 있다. 다시 말해, 재료 설계 장치(100)는 모션 캡쳐 기기가 인식한 사용자의 손동작을 입력(IN)으로 할 수 있고, 헤드 마운트 디스플레이에 출력되는 화면을 출력(OUT)으로 할 수 있다.
데이터베이스(130)는 생성된 재료 구조(MS) 및 재귀적 재료 구조를 저장할 수 있다. 여기서, 재귀적 재료 구조는 생성된 재료 구조와 기 저장된 기존 재료 구조를 결합시킨 구조일 수 있다. 예를 들어, 모델러(110)가 새로운 제1 재료 구조를 생성한 때, 데이터베이스(130)는 생성된 제1 재료 구조를 저장할 뿐만 아니라, 기존에 데이터베이스(130)에 저장되어 있던 제2 재료 구조 및 제3 재료 구조에 제1 재료 구조를 결합시킨 새로운 제4 재료 구조 및 제5 재료 구조를 추가적으로 저장할 수 있다.
실시예에 따라, 데이터베이스(130)는 생성된 재료 구조(MS)의 재료 구성 요소를 분석할 수 있고, 분석된 재료 구성 요소를 기 저장된 재료 구조의 재료 구성 요소와 조합하여 신조합 재료 구조를 생성할 수 있다. 예를 들어, 모델러(110)가 제1 재료 구성 요소 및 제2 재료 구성 요소를 갖는 제1 재료 구조를 생성한 때, 데이터베이스(130)는 기 저장된 제2 재료 구조에 포함된 제3 재료 구성 요소 및 제4 재료 구성 요소를 새로운 제1 재료 구성 요소 및 제2 재료 구성 요소와 조합할 수 있다. 그 결과, 제1 재료 구성 요소 및 제3 재료 구성 요소를 갖는 제3 재료 구조 및 제2 재료 구성 요소 및 제4 재료 구성 요소를 갖는 제4 재료 구조가 생성될 수 있다.
데이터베이스(130)는 이전에 시뮬레이션 되었거나, 실험적으로 알려진 재료 구조(MS)의 특성 정보를 재귀적으로 활용할 수 있다. 이를 통해, 데이터베이스(130)는 새로운 나노복합소재를 설계하는데 필요한 데이터를 제공할 수 있다.
데이터베이스(130)는 시뮬레이션에 관련된 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(130)는 시뮬레이션 연산부(150)에서의 입력과 출력에 대한 정보를 체계화하여 검색이 용이하도록 저장할 수 있다. 이 때, 데이터베이스(130)는 생성된 재료 구조(MS)의 표식, 구조 정보, 시뮬레이션 정보(SI)를 일 단위로 하여 재료 구조(MS)를 저장할 수 있다.
구조 정보는 생성된 재료 구조(MS)의 제목, 재료 구성 요소들 각각의 원소 종류, 재료 구성 요소들 각각의 좌표 또는 재료 구성 요소들의 반복 형태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
시뮬레이션 정보(SI)는 재료 특성이 시뮬레이션에 의해 이론적으로 계산된 결과인지 혹은 실험에 의해 측정된 값인지 여부, 시뮬레이션 연산부(150)에서 연산된 재료 특성, 시뮬레이션 연산부(150)가 재료 특성을 연산하는 과정에서 사용된 이론의 수준(theory level), 시뮬레이션에 사용된 계산 도구(calculator), 연산에 사용된 파라메터(condition), 다른 재료 구조(MS)와의 연결 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
데이터베이스(130)에 저장된 구조 정보 및 시뮬레이션 정보(SI)에 기초하여 데이터 간 연관관계가 분석될 수 있고, 재료 특성 예측에 필요한 중요한 물성(descriptor)이 파악될 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(130)의 데이터를 재귀적으로 적용한 머신 러닝(machine learning)에 기초하여 재료 특성을 예측하거나 새로운 소재를 설계하는 작업이 수행될 수 있다.
시뮬레이션 연산부(150)는 생성된 재료 구조(MS), 기존 재료 구조 또는 재귀적 재료 구조 중 적어도 하나 이상의 재료 특성을 나노 스케일 시뮬레이션에 기초하여 연산할 수 있다. 예를 들어, 시뮬레이션 연산부(150)는 원자 수준에서 생성된 재료 구조(MS)의 재료 특성을 나노 스케일 시뮬레이션에 기초하여 연산할 수 있다.
시뮬레이션 연산부(150)는 모델러(110)에서 생성된 재료 구조(MS)의 물성을 연산할 수 있고, 데이터베이스(130)에 저장된 물성을 불러들일 수 있다. 이 때, 물성의 연산은 원자 수준에서 이루어질 수 있다.
시뮬레이션 연산부(150)는 시뮬레이션 관리자(simulation manager)에 의해 구동될 수 있다. 시뮬레이션 관리자는 시뮬레이션의 시작, 진행 및 종료를 관리할 수 있고, 사용자에게 시뮬레이션 파라메터를 추천할 수 있다.
시뮬레이션 연산부(150)는 재료 구성 요소들 각각의 원소 종류, 재료 구성 요소들 각각의 좌표 또는 재료 구성 요소들의 반복 형태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 구조 정보에 기초하여 시뮬레이션 연산에 사용될 추천 이론 수준 또는 추천 파라메터 중 적어도 하나 이상을 결정할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 연산부(150)는 결정된 추천 이론 수준 또는 추천 파라메터 중 적어도 하나 이상을 사용자들에게 제시할 수 있다.
이를 위해, 시뮬레이션 연산부(150)는 시뮬레이션 결과물을 자동으로 정리하여 시각화할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 연산부(150)는 시뮬레이션 결과를 데이터베이스(130)에 축적하여 재활용할 수 있는 상태로 가공할 수 있다.
나노 스케일 시뮬레이션에서, 시뮬레이션 연산부(150)는 시뮬레이션 대상이 되는 재료 구조(MS)의 구조 정보뿐만 아니라, 시뮬레이션 규모에 대한 정보, 원자궤도기반 기저함수의 수, 시뮬레이션 공간의 차분화의 정밀도, 교환-상관 함수의 종류, 교환-상관 함수의 저자, 역공간 상에서 취하는 표본추출의 정밀도 등에 기초하여 시뮬레이션 연산에 사용될 추천 이론 수준 또는 추천 파라메터 중 적어도 하나 이상을 결정할 수 있다.
가상현실 제어부(170)는 복수의 사용자들에게 손동작에 기초한 가상 현실 인터페이스를 제공할 수 있다. 이를 위해, 가상현실 제어부(170)는 사용자들 각각이 착용한 헤드 마운트 디스플레이 및 모션 캡쳐 기기를 제어할 수 있다. 가상현실 제어부(170)는 사용자들로부터 받은 입력(IN)을 중앙 제어부(190)에 전달할 수 있다.
가상현실 제어부(170)에서 제공되는 가상현실 인터페이스는 복수의 사용자들이 협업할 수 있도록 정의되어 있을 수 있다. 예를 들어, 복수의 사용자들이 동일한 가상현실 공간에서 동일한 재료 구조 설계를 공유할 수 있고, 생성된 재료 구조(MS)에 대한 시뮬레이션 연산부(150)의 시뮬레이션 결과를 서로 공유할 수 있다.
가상현실 인터페이스는 사용자들의 시선 및 손동작에 기초하여 정의될 수 있다. 사용자의 시선을 인식하여 편집 대상을 지정할 수 있고, 한 손 또는 두 손의 형태와 움직임에 기초하여 상응하는 기능을 실행시킬 수 있다.
예를 들어, 사용자는 한 손을 주먹 쥔 다음 회전시킬 방향으로 원을 그림으로써 편집 대상을 회전시킬 수 있고, 검지 및 중지만을 편 한 손에 대해 주먹 쥔 다른 손을 일 방향으로 이동시킴으로써 편집 대상을 일 방향으로 평행 이동시킬 수 있다. 또한, 사용자는 양 손을 주먹 쥔 다음 한손은 고정하고 나머지 손을 화면 중앙에서 바깥으로 쓸어내림으로써 편집 대상을 삭제할 수 있고, 양손의 엄지와 검지를 집게 모양으로 하여 좌우로 넓히거나 좁힘으로써 편집 대상을 확대하거나 축소할 수 있다. 한편, 사용자는 왼손의 모든 손가락들이 서로 붙지 않도록 폄으로써 손가락에서 방사형으로 형성되는 메뉴를 호출할 수 있고, 이렇게 형성된 메뉴를 오른손으로 터치함으로써 상응하는 명령을 수행할 수 있다.
중앙 제어부(190)는 모델러(110), 데이터베이스(130), 시뮬레이션 연산부(150) 및 가상현실 제어부(170)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 중앙 제어부(190)는 제1 제어신호(CTRL1)에 기초하여 모델러(110)를 제어할 수 있고, 제2 제어신호(CTRL2)에 기초하여 데이터베이스(130)를 제어할 수 있으며, 제3 제어신호(CTRL3)에 기초하여 시뮬레이션 연산부(150)를 제어할 수 있고, 제4 제어신호(CTRL4)에 기초하여 가상현실 제어부(170)를 제어할 수 있다. 중앙 제어부(190)는 가상현실 유저 인터페이스와의 연동을 위해 존재할 수 있다.
중앙 제어부(190)는 데이터베이스(130)에 저장된 데이터 사이의 연관관계를 분석할 수 있다. 이 때, 모델러(110)는 중앙 제어부(190)의 분석에 기초하여 사용자들로부터 입력된 목표 재료 특성을 갖는 추천 재료 구조를 사용자들에게 제시할 수 있다. 이를 통해, 단순히 설계 후 시뮬레이션을 하는 경우 이외에도, 축적된 데이터에서 사용자가 원하는 특정한 성질을 갖는 재료 구조가 데이터 분석기법을 통해 추정될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 재료 설계 장치(100)는 헤드 마운트 디스플레이로 구현되는 가상 현실 상에서 사용자들이 복수의 주기적 또는 비주기적인 재료 구성 요소들을 결합시킬 수 있으므로, 일반적인 원자시스템에 대한 설계에 적합하고 사용자에게 직관적이며 복수의 사용자들의 협업이 가능할 수 있다.
도 2는 도 1의 재료 설계 장치와 관련하여 데이터베이스에 저장된 재료 구조를 중앙 제어부가 독출하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 데이터베이스(230)는 생성된 재료 구조 및 재귀적 재료 구조를 저장할 수 있다. 여기서, 재귀적 재료 구조는 생성된 재료 구조와 기 저장된 기존 재료 구조를 결합시킨 구조일 수 있다. 예를 들어, 모델러가 새로운 제1 재료 구조를 생성한 때, 데이터베이스(230)는 생성된 제1 재료 구조를 저장할 뿐만 아니라, 기존에 데이터베이스(230)에 저장되어 있던 제2 재료 구조 및 제3 재료 구조에 제1 재료 구조를 결합시킨 새로운 제4 재료 구조 및 제5 재료 구조를 추가적으로 저장할 수 있다.
데이터베이스(230)는 이전에 시뮬레이션 되었거나, 실험적으로 알려진 재료 구조의 특성 정보를 재귀적으로 활용할 수 있다. 이를 통해, 데이터베이스(230)는 새로운 나노복합소재를 설계하는데 필요한 데이터를 제공할 수 있다.
데이터베이스(230)는 시뮬레이션에 관련된 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(230)는 시뮬레이션 연산부에서의 입력과 출력에 대한 정보를 체계화하여 검색이 용이하도록 저장할 수 있다. 이 때, 데이터베이스(230)는 생성된 재료 구조의 표식(FLAG1, FLAG2, FLAG3), 구조 정보(STRUCTURE1, STRUCTURE2, STRUCTURE3), 시뮬레이션 정보(LINK1, LINK2, LINK3)를 일 단위로 하여 재료 구조를 저장할 수 있다.
구조 정보(STRUCTURE1, STRUCTURE2, STRUCTURE3)는 생성된 재료 구조의 제목(TITLE1, TITLE2, TITLE3), 재료 구성 요소들 각각의 원소 종류, 재료 구성 요소들 각각의 좌표 또는 재료 구성 요소들의 반복 형태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
시뮬레이션 정보(LINK1, LINK2, LINK3)는 재료 특성이 시뮬레이션에 의해 이론적으로 계산된 결과인지 혹은 실험에 의해 측정된 값인지 여부, 시뮬레이션 연산부에서 연산된 재료 특성, 시뮬레이션 연산부가 재료 특성을 연산하는 과정에서 사용된 이론의 수준, 시뮬레이션에 사용된 계산 도구, 연산에 사용된 파라메터, 다른 재료 구조와의 연결 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
데이터베이스(230)는 구조 정보(STRUCTURE1, STRUCTURE2, STRUCTURE3) 및 시뮬레이션 정보(LINK1, LINK2, LINK3)를 데이터 베이스(230)에 저장된 저장 재료 구조(MATERIAL1, MATERIAL2, MATERIAL3)에 각각 대응되는 저장 단위(232, 234, 236) 별로 저장할 수 있다. 예를 들어, 제1 저장 재료 구조(MATERIAL1)에 대응되는 제1 저장 단위(232)는 제1 표식(FLAG1), 제1 제목(TITLE1), 제1 구조 정보(STRUCTURE1) 및 제1 시뮬레이션 정보(LINK1)를 저장할 수 있다.
데이터베이스(230)에 저장된 구조 정보(STRUCTURE1, STRUCTURE2, STRUCTURE3) 및 시뮬레이션 정보(LINK1, LINK2, LINK3)에 기초하여 데이터 간 연관관계가 분석될 수 있고, 재료 특성 예측에 필요한 중요한 물성이 파악될 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(230)의 데이터를 재귀적으로 적용한 머신 러닝에 기초하여 재료 특성을 예측하거나 새로운 소재를 설계하는 작업이 중앙 제어부(290)에서 수행될 수 있다.
중앙 제어부(290)는 데이터베이스(230)에 저장된 데이터 사이의 연관관계를 분석할 수 있다. 이 때, 모델러는 중앙 제어부(290)의 분석에 기초하여 사용자들로부터 입력된 목표 재료 특성을 갖는 추천 재료 구조를 사용자들에게 제시할 수 있다. 이를 통해, 단순히 설계 후 시뮬레이션을 하는 경우 이외에도, 축적된 데이터에서 사용자가 원하는 특정한 성질을 갖는 재료 구조가 데이터 분석기법을 통해 추정될 수 있다.
도 3은 도 1의 재료 설계 장치를 통해 사용자가 하이브리드 나노물질 재료 설계를 수행하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 가상현실 제어부는 복수의 사용자들에게 손동작에 기초한 가상 현실 인터페이스를 제공할 수 있다. 이를 위해, 가상현실 제어부는 사용자들 각각이 착용한 헤드 마운트 디스플레이 및 모션 캡쳐 기기를 제어할 수 있다. 가상현실 제어부는 사용자들로부터 받은 입력을 중앙 제어부에 전달할 수 있다.
가상현실 제어부에서 제공되는 가상현실 인터페이스는 복수의 사용자들이 협업할 수 있도록 정의되어 있을 수 있다. 예를 들어, 복수의 사용자들이 동일한 가상현실 공간에서 동일한 재료 구조 설계를 공유할 수 있고, 생성된 재료 구조에 대한 시뮬레이션 연산부의 시뮬레이션 결과를 서로 공유할 수 있다.
가상현실 인터페이스는 사용자들의 시선 및 손동작에 기초하여 정의될 수 있다. 사용자의 시선을 인식하여 편집 대상을 지정할 수 있고, 한 손 또는 두 손의 형태와 움직임에 기초하여 상응하는 기능을 실행시킬 수 있다.
예를 들어, 사용자는 한 손을 주먹 쥔 다음 회전시킬 방향으로 원을 그림으로써 편집 대상을 회전시킬 수 있고, 검지 및 중지만을 편 한 손에 대해 주먹 쥔 다른 손을 일 방향으로 이동시킴으로써 편집 대상을 일 방향으로 평행 이동시킬 수 있다. 또한, 사용자는 양 손을 주먹 쥔 다음 한손은 고정하고 나머지 손을 화면 중앙에서 바깥으로 쓸어내림으로써 편집 대상을 삭제할 수 있고, 양손의 엄지와 검지를 집게 모양으로 하여 좌우로 넓히거나 좁힘으로써 편집 대상을 확대하거나 축소할 수 있다. 한편, 사용자는 왼손의 모든 손가락들이 서로 붙지 않도록 폄으로써 손가락에서 방사형으로 형성되는 메뉴를 호출할 수 있고, 이렇게 형성된 메뉴를 오른손으로 터치함으로써 상응하는 명령을 수행할 수 있다.
가상현실 인터페이스는 가상현실 공간(VR) 상에서 사용자의 시선 좌우로 제1 모델 그룹(MG1) 및 제2 모델 그룹(MG2)을 표시할 수 있다. 제1 모델 그룹(MG1) 및 제2 모델 그룹(MG2) 각각은 재료 구조를 설계하는데 사용될 수 있는 복수의 모델 구조들(MODEL1, MODEL2, …, MODEL10, MODEL a, MODEL b, …, MODEL z)을 포함할 수 있다.
사용자는 제1 모델 그룹(MG1) 및 제2 모델 그룹(MG2)에 포함되어 있는 복수의 모델 구조들(MODEL1, MODEL2, …, MODEL10, MODEL a, MODEL b, …, MODEL z) 중 설계에 필요한 일부를 손동작에 기초하여 중앙으로 가져올 수 있고, 가져온 모델 구조 서로를 결합시킴으로써 새로운 재료 구조를 생성할 수 있다. 사용자는 손동작에 기초하여 생성된 재료 구조가 일정한 주기성을 갖도록 기본 구조를 반복시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자는 주기성을 구현하는 기능을 왼손으로 메뉴를 호출함으로써 구현할 수 있다.
도 4는 도 1의 재료 설계 장치를 통해 사용자가 나노소자 구조 설계를 수행하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 가상현실 제어부는 복수의 사용자들에게 손동작에 기초한 가상 현실 인터페이스를 제공할 수 있다. 이를 위해, 가상현실 제어부는 사용자들 각각이 착용한 헤드 마운트 디스플레이 및 모션 캡쳐 기기를 제어할 수 있다. 가상현실 제어부는 사용자들로부터 받은 입력을 중앙 제어부에 전달할 수 있다.
가상현실 제어부에서 제공되는 가상현실 인터페이스는 복수의 사용자들이 협업할 수 있도록 정의되어 있을 수 있다. 예를 들어, 복수의 사용자들이 동일한 가상현실 공간에서 동일한 재료 구조 설계를 공유할 수 있고, 생성된 재료 구조에 대한 시뮬레이션 연산부의 시뮬레이션 결과를 서로 공유할 수 있다.
가상현실 인터페이스는 사용자들의 시선 및 손동작에 기초하여 정의될 수 있다. 사용자의 시선을 인식하여 편집 대상을 지정할 수 있고, 한 손 또는 두 손의 형태와 움직임에 기초하여 상응하는 기능을 실행시킬 수 있다.
가상현실 인터페이스는 가상현실 공간(VR) 상에서 사용자의 시선 좌우로 제1 모델 그룹(MG1) 및 제2 모델 그룹(MG2)을 표시할 수 있다. 제1 모델 그룹(MG1) 및 제2 모델 그룹(MG2) 각각은 재료 구조를 설계하는데 사용될 수 있는 복수의 모델 구조들(MODEL1, MODEL2, …, MODEL10, MODEL a, MODEL b, …, MODEL z)을 포함할 수 있다.
사용자는 제1 모델 그룹(MG1) 및 제2 모델 그룹(MG2)에 포함되어 있는 복수의 모델 구조들(MODEL1, MODEL2, …, MODEL10, MODEL a, MODEL b, …, MODEL z) 중 설계에 필요한 일부를 손동작에 기초하여 중앙으로 가져올 수 있고, 가져온 모델 구조를 서로 결합시킴으로써 새로운 나노소자를 생성할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 나노 스케일의 트랜지스터의 게이트 단자, 소스 단자 및 드레인 단자에 모델 구조들 중 일부를 가져와 사용함으로써 새로운 트랜지스터를 생성할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 재료 설계 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기에서는 손동작 입력의 실시예를 몇 가지 설명하였으나, 손동작의 종류는 이에 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 재료 설계를 필요로 하는 산업에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 원자 수준의 재료 설계가 필요한 산업 및 마이크로 크기의 분자 수준의 재료 설계가 필요한 산업에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.
100: 재료 설계 장치
110: 모델러
130: 데이터베이스
150: 시뮬레이션 연산부
170: 가상현실 제어부
190: 중앙 제어부

Claims (4)

  1. 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 및 모션 캡쳐(motion capture) 기기에 기초하여 구현된 가상 현실(Virtual Reality; VR) 상에서 복수의 비주기적 또는 주기적 재료 구성 요소들을 결합하여 하이브리드 나노물질 구조 또는 나노소자 구조를 생성하는 모델러(modeler);
    상기 생성된 하이브리드 나노물질 구조 또는 나노소자 구조의 재료 구조, 및 상기 생성된 하이브리드 나노물질 구조 또는 나노소자 구조의 재료 구조와 기 저장된 기존 재료 구조를 결합시킨 재귀적 재료 구조를 저장하는 데이터베이스;
    상기 생성된 하이브리드 나노물질 구조 또는 나노소자 구조의 재료 구조, 상기 기존 재료 구조 또는 상기 재귀적 재료 구조 중 적어도 하나 이상의 재료 특성을 나노 스케일 시뮬레이션(nano scale simulation)에 기초하여 연산하는 시뮬레이션 연산부;
    복수의 사용자들에게 손동작에 기초한 가상 현실 인터페이스를 제공하고, 상기 사용자들 각각이 착용한 상기 헤드 마운트 디스플레이 및 상기 모션 캡쳐 기기를 제어하는 가상현실 제어부; 및
    상기 모델러, 상기 데이터베이스, 상기 시뮬레이션 연산부 및 상기 가상현실 제어부의 동작을 제어하는 중앙 제어부;를 포함하고,
    상기 시뮬레이션 연산부는, 재료 구성 요소들 각각의 원소 종류, 상기 재료 구성 요소들 각각의 좌표 또는 상기 재료 구성 요소들의 반복 형태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 구조 정보에 기초하여 시뮬레이션 연산에 사용될 추천 이론 수준 또는 추천 파라메터 중 적어도 하나 이상을 결정하고, 상기 추천 이론 수준 또는 상기 추천 파라메터 중 적어도 하나 이상을 상기 사용자들에게 제시하는 것을 특징으로 하는 재료 설계 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터베이스는 상기 생성된 하이브리드 나노물질 구조 또는 나노소자 구조의 재료 구조의 제목, 상기 재료 구성 요소들 각각의 원소 종류, 상기 재료 구성 요소들 각각의 좌표 또는 상기 재료 구성 요소들의 반복 형태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 구조 정보, 및 상기 생성된 하이브리드 나노물질 구조 또는 나노소자 구조의 재료 구조에 대해 상기 시뮬레이션 연산부에서 연산된 상기 재료 특성, 상기 시뮬레이션 연산부가 상기 재료 특성을 연산하는 과정에서 사용된 이론 수준(theory level) 또는 연산에 사용된 파라메터(condition) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 시뮬레이션 정보를 더 저장하는 것을 특징으로 하는 재료 설계 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
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