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(A) study on metadata structure and recommenders of biological systems to support bio-inspired design = 생체모방설계에서의 생물학적 시스템 탐색을 위한 메타데이터 설계 및 추천 시스템 개발 연구
서명 / 저자 (A) study on metadata structure and recommenders of biological systems to support bio-inspired design = 생체모방설계에서의 생물학적 시스템 탐색을 위한 메타데이터 설계 및 추천 시스템 개발 연구 / Sun-Joong Kim.
저자명 KIM, Sun-Joong ; 김선중
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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Bio-inspired design was introduced as an alternative method to encourage breakthrough innovations during design projects by stimulating analogical reasoning and thinking of designers. However, the method did not perform as well as researchers expected because most designers, who are novices in the fields of biology and ecology, cannot infer the proper analogue (i.e. biological system) from nature. To resolve this fundamental problem, a causal model based representation framework for ‘analogical reasoning’ ? searching and selecting the biological systems to apply ? have been developed. In addition, ontology based repository structures and retrieval systems have been proposed to support‘analogical thinking’ of designers. Nevertheless, these systematic approaches still restrict the candidates and inevitably lose potential biological systems relevant to the design project, due to the ‘physical relation’ biased problem and the ambiguity of the indexing mechanism of both current representation frameworks and retrieval systems. For example,the causality based support system known as a robust representation framework for a single biological system, stores information of a biological system only by its internal ‘physical relations’ and retrieves biological systems only by the physical relevance. However, from the perspective of ecological thinking, the further relatedness of ‘physical, biological, and ecological relations’ composes the holistic concept used to identify an organism in the flow of evolution because the ‘biological and ecological relations’ are also involved in the traits that designers may be interested in. Therefore, the supplementary information for ‘biological and ecological relations’ must be added to index the biological and environmental interactions, and to use the connectivity among entire organisms in the retrieval process. In this research, a causality based holistic representation framework for biological systems and an ‘all-connected’ ontology based repository and retrieval system are developed to support bio-inspired design. This effort might provide more opportunities in a bio-inspired design process by adding potential biological systems that might previously not have been considered.

생체모방설계 방법은, 설계(디자인) 과정에서 설계자(디자이너)들의 창의적 사고를 혁신적으로 증진시킬 수 있는 설계 방법으로써 대중들에게 알려져 있다. 설계자는 자연에 존재하는 많은 수의, 다양한 스케일의, 에너지 효율이 매우 높은 생물학적 아이디어들을 응용(혹은 모방)하여, 미처 생각해내지 못한 창의적인 솔루션을 도출해낼 수 있다. 그러나 대부분의 설계자들은 생물학적 지식이 부족하므로, 응용하기에 적합한 생물학적 아이디어?이를 ‘생물학적 시스템(biological system)’이라고 한다?을 전 자연계로부터 선출해내는데 어려움을 겪을 뿐더러, 다양한 스케일로 이루어진 시스템들의 정보를 수집하여 인공물 설계를 위한 솔루션으로 발전시키는데도 큰 어려움을 겪는다. 이 문제를 해소하고자, 문제 해결에 응용하기 적합한 시스템들을 평가해내는데 사용될 수 있는 ‘인과 모형’이 제안되었으며, 데이터를 저장하고 검색하는데 활용할 수 있는 ‘온톨로지 개념’이 제안되기도 하였다. 그러나 이러한 대안들은 설계 과정에 활용할 수 있을만한 잠재적 생물학적 시스템들을 검색하는데 여전히 제한적인 역량을 제공한다. 그것은 ‘물리적 관계’만을 이용한 현재의 정보 저장 방법 및 검색 알고리즘 때문이기도 하며, 검색 시스템 내부의 명료하지 못한 정보 색인 방법 때문이기도 하다. 이 두 가지 이유 중에서도 특히 ‘물리적 관계’에 치중한 정보 저장 방법 및 검색 알고리즘은 ‘생물학적으로 연관된’ 생물학적 시스템과 ‘생태적으로 연관된’ 생물학적 시스템들을 탐색하지 못하게 하는 주요 원인으로 지목되기 때문에 잠재적 생물학적 시스템을 검색해 내기 위해서는 반드시 해소되어야 한다. 생체모방설계에서 응용(혹은 모방)의 대상이 되는 ‘생물학적 특질’은 결국 생물체가 자연에서 적응되어온 산물이기 때문에 ‘생물학적 특질’이 발현되는 과정을 설명하는‘생물학적 관계’ 및 ‘생태학적 관계’를 이용하지 않고서는 잠재적으로 특정 ‘생물학적 특질’을 갖는 생물학적 시스템을 탐색할 수가 없다.따라서 본 연구에서는, 설계자가 전 자연계를 대상으로 문제 해결에 응용할 수 있는 생물학적 시스템을 탐색할 수 있도록 생태학적 사고(물리적 관계, 생물학적 관계, 및 생태적 관계의 총체적 접근)에 의한 온톨로지 기반의 검색 시스템을 개발하였다. 생물학적 시스템들의 특질 정보를 생태학적 사고에서 대표할 수 있는 구조 틀을 개발하고, 이를 연관 검색에 기반한 추천 시스템으로 개발하였다. 특히 수집된 생물학적 시스템들과 생물분류학에서 활용되는 동정 키를 연계하여, 데이터베이스에는 저장되어 있지 않으나 특정 특질을 가지고 있을 생물체들에 대해서도 생물학적 시스템 검색이 가능하도록 하였다. 최종적으로, 개발된 시스템은 본 연구에서 새롭게 디자인한 GUI 와 함께 결합되어, Bionic MIR 웹 플랫폼 상에 구현되었다. 결과적으로 개발된 시스템은 기존의 경쟁 검색 시스템과의 ‘동종 생물학적 시스템 대상’ 검색 기능 평가에서, 월등한 우위를 갖는 것으로 평가되었다. 이것은 ‘물리적으로 연관된’ 생물학적 시스템들 뿐만 아니라, ‘생물학적, 생태적’으로 연관된 잠재적 생물학적 시스템들도 출력해줄 수 있었기 때문이며, 보다 다양한 ‘유추 사고’ 전략을 적용해볼 수 있도록 설계자들을 고무할 수 있었기 때문이다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DGCT 16008
형태사항 vi, 82 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김선중
지도교수의 영문표기 : Ji-Hyun Lee
지도교수의 한글표기 : 이지현
수록잡지명 : "Parametric shape modification and application in a morphological biomimetic design". Advanced Engineering Informatics, v.29.no.1, pp.76-86(2015)
Appendix: A, Ontology of Biological Systems. - B, System Building Blocks
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 문화기술대학원,
서지주기 References : p. 65-72
주제 Bio-inspired design
biological system metadata modeling
ontology
recommendation system
생체모방설계
생물학적 시스템 메타데이터 모델링
온톨로지
추천 시스템
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