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여러분, 우리 모두가 당연하게 여기는 현대 와이퍼 기술이 한 사람의 번뜩이는 천재성 덕분에 탄생했다는 것을 알고 계셨나요?
효율적인 와이퍼 기술을 발명한 로버트 컨즈 교수는 인간의 눈에서 영감을 얻었습니다.
그 이전의 와이퍼 기술은 꽤나 나빴고, 운전자의 시야를 방해했습니다.
컨즈 교수의 와이퍼 기술은 너무나 독창적이고 훌륭해서, 포드(Ford) 회사가 그것을 훔치려 했을 정도였습니다.
이제, 그의 훌륭한 발명에 대한 세부 사항을 함께 살펴봅시다.
우선, 컨즈 교수가 와이퍼 기술을 개발하기 전에 기존 엔지니어들이 저질렀던 실수를 이해해야 합니다.
와이퍼 블레이드는 네 개의 링크로 연결된 메커니즘을 통해 **진동 운동(왕복운동)**을 수행하는 구조로 되어 있습니다.
DC 모터가 웜기어를 구동하며, 이 웜기어 조립은 토크(회전력)를 증가시키기 위해 사용됩니다.
이 메커니즘은 와이퍼가 연속적으로 움직일 수 있게 해주지만,
이러한 지속적인 움직임은 오히려 운전자의 시야를 방해할 수 있습니다.
실제로, 비가 조금 오는 상황에서도 와이퍼가 계속 움직이면 시야에 큰 영향을 미치게 됩니다.
????
이 지점에서, 간헐적 와이퍼 작동이라는 아이디어를 제시한 로버트 컨즈 교수의 천재성이 빛을 발합니다.
그는 사람들이 눈꺼풀을 깜빡이지만, 이 깜빡임이 시야를 방해하지 않는다는 것을 관찰했습니다.
우리가 눈 깜빡임을 의식하지 못하는 이유는, 그것이 **간헐적(intermittent)**으로 일어나기 때문입니다.
우리의 눈꺼풀은 매번 깜빡인 후에 긴 휴식을 취합니다.
이 충분한 휴식 시간 덕분에 깜빡임이 시야에 영향을 주지 않게 되는 것입니다.
운전 중에도 마찬가지입니다.
와이퍼가 한 번 작동할 때마다 일정 시간 멈추게 하면,
운전자의 시야에 대한 간섭을 줄일 수 있습니다.
이 ‘아하!’의 순간이 바로 컨즈 교수의 천재적인 발상이었습니다.
그림에서처럼 캠(cam) 배치를 사용하면, 간헐적 와이퍼 설계를 구현할 수 있습니다.
모터의 출력을 캠에 연결하면,
이 캠은 와이퍼를 짧은 시간 동안만 움직이고,
전면 유리 하단에서 머무는 시간 동안은 정지할 수 있게 만듭니다.
이렇게 해서 우리는 간헐적 작동을 구현한 것처럼 보입니다.
하지만 정말 그렇기만 할까요?
이 디자인에는 중대한 문제가 있습니다.
실제로, 와이퍼 기술의 **정지 시간(머무는 시간)**은 강우량에 따라 변화해야 합니다.
비가 적게 올 때는 긴 정지 시간이 필요하고,
폭우일 경우에는 더 짧은 정지 시간이 필요합니다.
그러나, 순수한 기계적 설계만으로 정지 시간을 조절하는 것은 현실적으로 불가능합니다.
컨즈 교수는 이 문제를 미리 간파하고, 기계식 간헐 와이퍼를 아예 시도조차 하지 않았습니다.
정지 시간이 가변적인 와이퍼 설계를 실현하려면, 기계적인 방식만으로는 부족합니다.
전자 회로를 포함한 솔루션이 필요합니다.
이 사실을 깨달은 것이 컨즈 교수의 두 번째 천재적인 통찰이었습니다.
이를 위해, 그는 다양한 기능을 포함한 전자 회로를 개발했습니다.
이 회로를 이해하기 위해, 트랜지스터의 기본 원리를 살펴보겠습니다.
트랜지스터는:
베이스가 순방향 바이어스일 때는 켜지고,
역방향 바이어스일 때는 꺼집니다.
효율적인 와이퍼 기술을 발명한 로버트 컨즈 교수는 인간의 눈에서 영감을 얻었습니다.
그 이전의 와이퍼 기술은 꽤나 나빴고, 운전자의 시야를 방해했습니다.
컨즈 교수의 와이퍼 기술은 너무나 독창적이고 훌륭해서, 포드(Ford) 회사가 그것을 훔치려 했을 정도였습니다.
이제, 그의 훌륭한 발명에 대한 세부 사항을 함께 살펴봅시다.
우선, 컨즈 교수가 와이퍼 기술을 개발하기 전에 기존 엔지니어들이 저질렀던 실수를 이해해야 합니다.
와이퍼 블레이드는 네 개의 링크로 연결된 메커니즘을 통해 **진동 운동(왕복운동)**을 수행하는 구조로 되어 있습니다.
DC 모터가 웜기어를 구동하며, 이 웜기어 조립은 토크(회전력)를 증가시키기 위해 사용됩니다.
이 메커니즘은 와이퍼가 연속적으로 움직일 수 있게 해주지만,
이러한 지속적인 움직임은 오히려 운전자의 시야를 방해할 수 있습니다.
실제로, 비가 조금 오는 상황에서도 와이퍼가 계속 움직이면 시야에 큰 영향을 미치게 됩니다.
????
이 지점에서, 간헐적 와이퍼 작동이라는 아이디어를 제시한 로버트 컨즈 교수의 천재성이 빛을 발합니다.
그는 사람들이 눈꺼풀을 깜빡이지만, 이 깜빡임이 시야를 방해하지 않는다는 것을 관찰했습니다.
우리가 눈 깜빡임을 의식하지 못하는 이유는, 그것이 **간헐적(intermittent)**으로 일어나기 때문입니다.
우리의 눈꺼풀은 매번 깜빡인 후에 긴 휴식을 취합니다.
이 충분한 휴식 시간 덕분에 깜빡임이 시야에 영향을 주지 않게 되는 것입니다.
운전 중에도 마찬가지입니다.
와이퍼가 한 번 작동할 때마다 일정 시간 멈추게 하면,
운전자의 시야에 대한 간섭을 줄일 수 있습니다.
이 ‘아하!’의 순간이 바로 컨즈 교수의 천재적인 발상이었습니다.
그림에서처럼 캠(cam) 배치를 사용하면, 간헐적 와이퍼 설계를 구현할 수 있습니다.
모터의 출력을 캠에 연결하면,
이 캠은 와이퍼를 짧은 시간 동안만 움직이고,
전면 유리 하단에서 머무는 시간 동안은 정지할 수 있게 만듭니다.
이렇게 해서 우리는 간헐적 작동을 구현한 것처럼 보입니다.
하지만 정말 그렇기만 할까요?
이 디자인에는 중대한 문제가 있습니다.
실제로, 와이퍼 기술의 **정지 시간(머무는 시간)**은 강우량에 따라 변화해야 합니다.
비가 적게 올 때는 긴 정지 시간이 필요하고,
폭우일 경우에는 더 짧은 정지 시간이 필요합니다.
그러나, 순수한 기계적 설계만으로 정지 시간을 조절하는 것은 현실적으로 불가능합니다.
컨즈 교수는 이 문제를 미리 간파하고, 기계식 간헐 와이퍼를 아예 시도조차 하지 않았습니다.
정지 시간이 가변적인 와이퍼 설계를 실현하려면, 기계적인 방식만으로는 부족합니다.
전자 회로를 포함한 솔루션이 필요합니다.
이 사실을 깨달은 것이 컨즈 교수의 두 번째 천재적인 통찰이었습니다.
이를 위해, 그는 다양한 기능을 포함한 전자 회로를 개발했습니다.
이 회로를 이해하기 위해, 트랜지스터의 기본 원리를 살펴보겠습니다.
트랜지스터는:
베이스가 순방향 바이어스일 때는 켜지고,
역방향 바이어스일 때는 꺼집니다.
이 상태 전환을 쉽게 하기 위해, **더블 스로우 스위치(DPDT)**를 도입할 수 있습니다.
스위치가 A 상태일 때는 베이스가 순방향 바이어스가 되고, 회로는 켜집니다.
스위치가 B 상태일 때는 베이스가 역방향 바이어스 상태가 되어, 회로의 전류 흐름은 멈춥니다.
이제 이 트랜지스터 회로를 사용해 와이퍼 모터에 전원을 공급해 봅시다.
이 회로에서는 와이퍼 메커니즘이 모터 출력에 직접 연결되어 있으며,
이는 명백히 지속적인 와이퍼 작동입니다.
흥미롭게도, 모터에 연결된 캠은 스위치를 쉽게 조작할 수 있어 회로를 꺼버릴 수 있습니다.
그러면 와이퍼는 정지 상태, 즉 머무는 단계에 들어가게 됩니다.
하지만 이 구조에서는 와이퍼가 무한히 정지해버리는 결과가 발생합니다.
즉, 다시 모터를 켤 수 없는 구조입니다.
다시 활성 상태로 돌아가서, 이 문제를 해결해 봅시다.
이제 회로는 활성 상태입니다.
장면을 잠시 멈추고, **콘덴서와 저항기의 조합(RC 회로)**을 회로에 추가합니다.
저항에는 전류가 흐르고, 이로 인해 콘덴서 양단에는 전위차가 생깁니다.
결과적으로 콘덴서가 충전됩니다.
캠이 스위치를 작동하면 회로는 꺼지고, 충전된 콘덴서는 방전 준비 상태가 됩니다.
이제 콘덴서가 방전을 시작하며, A 지점의 전압이 점점 낮아집니다.
어느 순간, A 지점의 전압이 B 지점보다 낮아지면, 트랜지스터는 활성화됩니다.
이 방전 시간이 곧 와이퍼의 정지 시간이 됩니다.
흥미로운 점은, 이 정지 시간을 저항값을 조절하여 쉽게 설정할 수 있다는 것입니다.
저항값이 높을수록 정지 시간은 길어집니다.
이렇게 해서, 컨즈 교수는 전자 회로를 이용한 가변 정지 시간 와이퍼를 실현한 것입니다.
이 발명의 핵심은 뛰어난 전자 회로 설계였으며, 그것을 기계식 스위치로 제어하는 방식이었습니다.
정말 천재적이지 않습니까?
하지만, 폭우 시에는 정지 시간이 거의 0이어야 합니다.
저항을 0으로 만드는 것, 즉 정지 시간을 0으로 만드는 것은 현실적으로 불가능합니다.
폭우일 경우, 유리와 와이퍼 사이의 마찰력이 매우 낮아지기 때문에,
와이퍼는 운동량에 의해 계속 아래로 움직일 수 있습니다.
이 높은 관성력은 다른 메커니즘을 구동시키고, 캠이 다시 회전하게 됩니다.
결과적으로, 모터가 다시 작동하게 됩니다.
즉, 와이퍼의 관성 덕분에 기계적인 정지 시간을 자동으로 건너뛸 수 있는 것입니다.
물론, 이 방법은 간헐적인 메커니즘을 이용해 지속적인 와이핑을 구현하는 다소 조잡한 방식입니다.
컨즈 교수의 특허에서는, 이를 보완하기 위해 더 정교한 회로들이 제안되어 있으며,
오늘날의 와이퍼는 **캠 대신 릴레이(relay)**를 사용해 모터를 제어합니다.
또한, 마이크로컨트롤러에 내장된 타이머 회로를 통해, 정지 시간을 정확하게 측정 및 변경할 수 있습니다.
이 컨트롤러는 유리창에 설치된 습기 센서나 레인 센서로부터 입력을 받아,
유리가 젖으면 자동으로 닦아내는 기능까지 수행합니다.
이처럼 훌륭한 와이퍼 디자인을 개발한 컨즈 교수에게 벌어진 일은 매우 비극적이었습니다.
그는 자신의 특허를 침해한 포드 자동차 회사와의 긴 법정 싸움에서 인생의 많은 시간을 소모해야 했습니다.
하지만 결국, 그는 법정에서 승소했습니다.
우리 모두, 단순한 관찰이 위대한 발명으로 이어질 수 있다는 사실에 영감을 받기를 바랍니다.
다음 영상에서 또 만나요!
스위치가 A 상태일 때는 베이스가 순방향 바이어스가 되고, 회로는 켜집니다.
스위치가 B 상태일 때는 베이스가 역방향 바이어스 상태가 되어, 회로의 전류 흐름은 멈춥니다.
이제 이 트랜지스터 회로를 사용해 와이퍼 모터에 전원을 공급해 봅시다.
이 회로에서는 와이퍼 메커니즘이 모터 출력에 직접 연결되어 있으며,
이는 명백히 지속적인 와이퍼 작동입니다.
흥미롭게도, 모터에 연결된 캠은 스위치를 쉽게 조작할 수 있어 회로를 꺼버릴 수 있습니다.
그러면 와이퍼는 정지 상태, 즉 머무는 단계에 들어가게 됩니다.
하지만 이 구조에서는 와이퍼가 무한히 정지해버리는 결과가 발생합니다.
즉, 다시 모터를 켤 수 없는 구조입니다.
다시 활성 상태로 돌아가서, 이 문제를 해결해 봅시다.
이제 회로는 활성 상태입니다.
장면을 잠시 멈추고, **콘덴서와 저항기의 조합(RC 회로)**을 회로에 추가합니다.
저항에는 전류가 흐르고, 이로 인해 콘덴서 양단에는 전위차가 생깁니다.
결과적으로 콘덴서가 충전됩니다.
캠이 스위치를 작동하면 회로는 꺼지고, 충전된 콘덴서는 방전 준비 상태가 됩니다.
이제 콘덴서가 방전을 시작하며, A 지점의 전압이 점점 낮아집니다.
어느 순간, A 지점의 전압이 B 지점보다 낮아지면, 트랜지스터는 활성화됩니다.
이 방전 시간이 곧 와이퍼의 정지 시간이 됩니다.
흥미로운 점은, 이 정지 시간을 저항값을 조절하여 쉽게 설정할 수 있다는 것입니다.
저항값이 높을수록 정지 시간은 길어집니다.
이렇게 해서, 컨즈 교수는 전자 회로를 이용한 가변 정지 시간 와이퍼를 실현한 것입니다.
이 발명의 핵심은 뛰어난 전자 회로 설계였으며, 그것을 기계식 스위치로 제어하는 방식이었습니다.
정말 천재적이지 않습니까?
하지만, 폭우 시에는 정지 시간이 거의 0이어야 합니다.
저항을 0으로 만드는 것, 즉 정지 시간을 0으로 만드는 것은 현실적으로 불가능합니다.
폭우일 경우, 유리와 와이퍼 사이의 마찰력이 매우 낮아지기 때문에,
와이퍼는 운동량에 의해 계속 아래로 움직일 수 있습니다.
이 높은 관성력은 다른 메커니즘을 구동시키고, 캠이 다시 회전하게 됩니다.
결과적으로, 모터가 다시 작동하게 됩니다.
즉, 와이퍼의 관성 덕분에 기계적인 정지 시간을 자동으로 건너뛸 수 있는 것입니다.
물론, 이 방법은 간헐적인 메커니즘을 이용해 지속적인 와이핑을 구현하는 다소 조잡한 방식입니다.
컨즈 교수의 특허에서는, 이를 보완하기 위해 더 정교한 회로들이 제안되어 있으며,
오늘날의 와이퍼는 **캠 대신 릴레이(relay)**를 사용해 모터를 제어합니다.
또한, 마이크로컨트롤러에 내장된 타이머 회로를 통해, 정지 시간을 정확하게 측정 및 변경할 수 있습니다.
이 컨트롤러는 유리창에 설치된 습기 센서나 레인 센서로부터 입력을 받아,
유리가 젖으면 자동으로 닦아내는 기능까지 수행합니다.
이처럼 훌륭한 와이퍼 디자인을 개발한 컨즈 교수에게 벌어진 일은 매우 비극적이었습니다.
그는 자신의 특허를 침해한 포드 자동차 회사와의 긴 법정 싸움에서 인생의 많은 시간을 소모해야 했습니다.
하지만 결국, 그는 법정에서 승소했습니다.
우리 모두, 단순한 관찰이 위대한 발명으로 이어질 수 있다는 사실에 영감을 받기를 바랍니다.
다음 영상에서 또 만나요!