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제70회 전국과학전람회 특상 수상자

작은 손에서 시작된, 미래를 향한 질주
태양광 자동차, 새로운 가능성을 제시하다

이서준, 김신호, 권동현 학생은 제70회 전국과학전람회에서 태양광 자동차 연구로 특상이라는 쾌거를 이루며 주목받았다. 이들이 개발한 ‘이중 모드 태양광 패널’ 기술은 태양광 집광 효율과 자동차 공기 저항 문제를 동시에 해결한 혁신적 연구로, 초등학생임에도 불구하고 뛰어난 과학적 성취를 보여주었다. 태양광 패널은 태양빛을 전기로 변환하는 핵심 장치지만, 빛의 입사각과 강도에 따라 효율이 크게 달라진다. 이에 이들은 태양 위치에 따라 패널 각도를 자동 조절하는 ‘트래킹 시스템’을 적용해 최적의 에너지 집광을 실현했다. 또한, 공기저항을 줄이기 위해 유선형 디자인을 적용하면 태양광 집광 면적이 줄어드는 문제점을 ‘플렉시블 태양광 패널’과 지붕 형태를 변화시키는 ‘이중 모드’ 기술로 창의적으로 극복했다. 이들의 연구는 광전효과, 유체역학 등 물리학과 공학 원리가 융합된 결과물로, 미래 친환경 자동차 개발에 큰 가능성을 보여준다. 어린 나이에도 불구하고 과학 이론을 깊이 이해하고, 실험과 실패를 거듭하며 문제를 해결한 세 학생의 열정과 도전정신이 돋보인다.

졸업을 앞두고 ‘무언가 특별한 일’을 함께해보고자 모인 이서준, 김신호, 권동현 세 학생은 자동차와 에너지라는 공통된 관심사로 전람회 참가를 결심했다. 하지만 과정은 순탄치 않았다. 방향이 맞는지조차 확신할 수 없는 순간들, 수많은 착오와 실패, 밤늦도록 이어지는 실험과 토론 속에서 세 친구는 ‘정말 잘 해낼 수 있을까’라는 질문을 스스로에게 수없이 던졌다고 말했다.

태양광 자동차는 오랫동안 연구되어온 주제지만, 상용화까지는 넘어야 할 산이 많다. 이서준, 김신호, 권동현 학생은 기존의 태양광 자동차가 가진 문제점, 즉 ‘집광 성능을 높이기 위해 무거운 패널을 사용하면 공기저항이 커지고, 유선형 설계를 고수하면 집광 면적이 팀은 얇고 휘어지는 플렉서블 태양광 패널을 활용해 무게를 줄이고, 상황에 따라 변형되는 이중 모드 기술을 적용함으로써, 에너지 효율과 주행 성능을 동시에 잡는 데 집중했다. 특히 태양의 위치에 따라 패널이 움직일 수 있도록 코딩을 적용해 실제 환경에서의 효율까지 고려한 점이 높은 평가를 받았다.
“과연 우리가 가는 길이 옳은가, 이 실험이 성공할 수 있을까 하는 생각에 밤을 새우기도 했어요. 그런데 예선을 통과하고 본선, 전국대회까지 진출하면서 저희가 점점 성장하고 있다는 것을 느낄 수 있었어요. 정말 기뻤고, 큰 성취감과 자신감도 얻게 됐어요.”

세 학생은 진심으로 최선을 다하면 결국 노력의 결실을 맺을 수 있다는 확신을 얻게 되었다고 말하며 옆에서 끝까지 함께해 준 친구들에게도 깊은 감사를 전했다.

과학에 대한 관심이 만든
미래 에너지 비전

이서준, 김신호, 권동현 세 학생은 어릴 때부터 자연과 환경에 관심이 많았다. 특히 자동차에서 발생하는 배기가스가 대기오염과 지구 온난화의 주요 원인이라는 사실을 알게 되며, 더 나은 대안을 고민하기 시작했다. 그러던 중 눈에 들어온 것이 바로 ‘태양광 에너지’였다. 공해가 없고, 무한히 공급되는 태양 에너지는 ‘미래의 대체 에너지’로서 가장 매력적인 선택지였다.

“수소차, 전기차도 좋지만, 태양광은 무한한 에너지원이잖아요. 언젠가는 더 많은 자동차가 태양을 동력 삼아 달릴 수 있을 거라고 믿어요.”

이번 작품을 통해 세 학생은 태양광 에너지를 보다 현실적으로 활용할 수 있는 기술을 직접 연구하고 구현해 보았다. 단순히 빛을 받는 것이 아니라, 태양의 위치를 따라 능동적으로 반응하며 효율을 높이는 방식은 지금의 기술을 한 단계 앞당기는 시도였다. 이 과정을 통해 그들은 기술이란 단순한 발명이 아닌 문제 해결의 과정이며, 그 출발점은 결국 ‘관심과 질문’이라는 사실을 실감했다. 또한 이 프로젝트를 계기로 미래 에너지 분야에 대한 확신도 더 크게 갖게 되었다.

“우리가 만든 건 작지만, 이 원리를 더 발전시키면 진짜로 태양광 자동차가 상용화될 수도 있겠다는 생각이 들었어요.”

작은 관심에서 시작된 탐구는 미래를 바꾸는 가능성으로 확장됐다. 이들이 그려 나가는 에너지의 미래는 단지 기술의 발전이 아니라, 지속가능한 세상을 위한 과학의 실천 그 자체였다.

작품의 핵심, ‘이중 모드 태양광 패널’

이들의 작품은 기존 태양광 자동차가 지닌 한계를 뛰어넘고자 시작됐다. 가장 큰 문제는 바로 집광 효율과 공기저항의 딜레마였다. 태양광 자동차가 최대한 많은 햇빛을 받아 에너지를 충전하려면 지붕 면적을 넓혀야 하지만, 이는 곧 공기저항을 증가시켜 주행 효율을 떨어뜨리는 결과를 낳는다. 반대로 유선형으로 디자인하면 공기저항은 줄어들지만, 태양광 패널의 면적이 줄어들어 충분한 에너지를 확보하기 어렵다.

이를 해결하기 위해 세 학생은 ‘이중 모드 기술’이라는 창의적 해법을 고안했다. 핵심은 플렉시블(Flexible) 태양광 패널의 활용이다. 이 패널은 얇고 휘어지는 성질을 가지고 있어 자동차 지붕의 형태를 상황에 맞게 변형시킬 수 있다. 정지 시에는 패널을 넓게 펼쳐 최대한의 햇빛을 흡수할 수 있도록 하고, 주행 시에는 패널이 자동으로 접혀 공기저항을 최소화하는 유선형 구조로 전환되는 것이다.

여기에 더해, 태양의 위치에 따라 지붕 각도가 달라져야 한다는 과학적 원리에 주목해, 패널 움직임을 자동으로 제어하는 코딩 기술도 직접 설계했다. 이를 통해 자동차가 이동하면서도 효율적으로 햇빛을 받을 수 있도록 정밀하게 조정되는 스마트 시스템을 구현했다.

이러한 기술적 접근은 단순한 아이디어 수준을 넘어, 물리학(공기역학), 지구과학(태양의 이동 경로), 전기전자(회로 구성), 컴퓨터공학(자동 제어 코딩) 등 여러 과학 분야가 융합된 결과물이다. 특히 이중 모드 방식은 기존 상용화 기술과도 차별화되는 새로운 방향을 제시해, 과학적 창의성과 응용 능력을 높게 평가받았다.

어려움 속에서 피어난 과학자의 열정

전국과학전람회에 출품한 이번 작품은 단순한 아이디어에서 시작됐지만, 그 과정을 완성해 가는 일은 결코 쉽지 않았다. 처음에는 태양광 패널이 자동차에 얼마나 효과적으로 에너지를 공급할 수 있는지조차 확신이 없었고, 기계와 회로에 대한 기초적인 지식조차 부족했다. 초등학생 수준에서 접하기 힘든 전기 회로, 에너지 변환, 집광 원리 등의 과학 개념을 스스로 학습해나가야 했다.

실제로 제작 과정에서 태양광 회로가 단락(쇼트)되는 사고가 발생해 부품이 손상되기도 했다. 코딩을 통해 모터 회전을 제어해야 하는 단계에서는 오류가 반복돼 며칠간 진전을 보지 못한 날도 있었다. 날씨에 따라 태양광 세기가 달라져 데이터가 일정하지 않아 여러 번의 실험을 다시 해야 했고, 제작한 모델이 공기저항 실험 중 무너지는 상황도 겪었다.

하지만 그럴 때마다 세 학생은 좌절보다는 호기심과 집요함으로 문제를 마주했다. 어려운 회로는 전문 서적을 참고하고, 모르는 전기 용어는 온라인 자료와 영상 강의를 통해 익혔다. 가장 인상 깊은 순간은 태양광 전문 업체를 직접 찾아가 전문가의 조언을 받은 일이었다. 익숙하지 않은 환경에서 어른들과 직접 질문하고 설명을 듣는 경험은 과학이란 현장에서 끊임없이 배우고 질문해야 하는 과정임을 체감하게 했다.

또한 실험의 정밀도를 높이기 위해 안개 발생 장치를 이용한 집광 실험, 윈드 터널을 제작해 공기저항 데이터를 측정하는 등 고난도의 실험까지 자발적으로 시도했다. 이처럼 체계적이고 치밀한 과정 속에서 성과들을 만들어 냈다.

“어떤 실험에서는 예상과 전혀 다른 결과가 나왔을 때 정말 속상했어요. 그런데 그 이유를 하나하나 찾아가는 과정이 재미있었고, 그걸 친구들과 함께 풀어내니까 두려움이 아니라 도전처럼 느껴졌어요.”

과학은 언제나 정답을 보장하지 않는다. 오히려 시행착오 속에서 더 깊이 있는 질문이 만들어지고, 그 질문이 새로운 발견의 씨앗이 되곤 한다. 이서준, 김신호, 권동현 학생의 연구도 그랬다. 완벽한 결과를 목표로 하기보다, 시행착오와 실패 속에서도 배움을 포기하지 않았던 태도가 이들에게 가장 큰 성과였다.

과학과 융합의 즐거움, 그리고 미래의 꿈

이번 전국과학전람회를 준비하면서 이서준, 김신호, 권동현 학생이 가장 깊이 느낀 것은, 과학이 결코 하나의 분야로만 이루어진 것이 아니라는 점이었다. 태양광 패널을 활용한 친환경 자동차 제작이라는 주제를 구현하는 과정은 단순한 과학 지식만으로는 부족했다. 회로를 설계하고, 빛의 각도를 계산하며, 바퀴가 회전하는 구조를 고민하고, 데이터를 수집해 분석하는 과정에는 수학, 물리, 공학, 환경학, 코딩까지 다양한 영역이 연결되어 있었다.

예를 들어, ‘이중 모드 태양광 패널’이 효율적으로 빛을 받을 수 있는 조건을 찾기 위해, 수학적인 함수와 기하학적 각도를 활용해 실험 각도를 정했고, 그 결과를 통계적으로 정리하는 데에도 시간과 노력을 쏟았다. 그 과정은 마치 하나의 퍼즐을 맞추는 것처럼 흥미롭고 짜릿했다.

더불어 각자 잘하는 분야를 살려 역할을 나누고, 서로의 의견을 조율하며 실험을 완성해 나가는 팀워크의 즐거움도 컸다. 과학자처럼 실험을 설계하고, 엔지니어처럼 모델을 제작하고, 발표자로서 논리를 정리하며 청중 앞에 서는 경험은 세 학생을 훨씬 더 입체적으로 성장시켰다.

처음에는 단순히 ‘재미있겠다’는 생각으로 시작했지만, 이제는 각자의 미래를 진지하게 상상하게 되었다. 다양한 분야를 연결해 새로운 기술을 만들어내는 융합형 과학자의 길이 머릿속에 선명해졌다.

아직 진로를 확실히 정한 것은 아니지만 이 과정을 통해 단지 하나의 작품을 만든 것이 아니라, 과학이 주는 즐거움과 가능성, 그리고 그것이 연결하는 미래에 대한 꿈을 키우게 되었다고 한다. 세 학생은 앞으로도 이 작은 시작을 발판 삼아, 더 깊이 있는 질문을 던지고, 더 넓은 분야와 연결하며 세상을 바꾸는 연구를 이어가고 싶다고 답했다.

세 친구는 과학을 통해 세상을 바라보는 눈이 달라졌다고 말한다. 과학은 단순한 ‘과목’이 아니라 문제를 발견하고, 해결하며, 사람들과 나누는 또 하나의 언어라는 것을 깨달았다고 했다.

“2년 가까운 준비 기간이 필요했던 만큼, 진짜 하고 싶은 주제여야 끝까지 버틸 수 있어요. 선생님과 부모님의 도움이 필요하긴 하지만, 가장 중요한 건 스스로 연구를 이해하고 이끌어가는 힘이에요.”

작은 손에서 시작된 실험이, 태양을 향한 질주로 이어졌다. 그 손들이 앞으로도 과학과 함께 세상을 환히 비추길 기대한다.

“우리가 만든 자동차는 작지만, 이 안에 담긴 꿈은 커요. 언젠가는 진짜 태양광 자동차를 타고 지구를 누비게 될 날이 오지 않을까요?”

질문은 이미 시작되었고, 그 답은 바로 이 작은 손에서부터 자라고 있다.