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청정개발체제 결과에 대한 운영기구의 영향
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 협동과정 기술경영·경제·정책전공, 2024. 8. 구윤모.Established under the Kyoto Protocol, the Clean Development Mechanism (CDM) aims to support developing countries in achieving sustainable development while enabling developed countries to meet their greenhouse gas emission reduction targets cost-effectively. This study investigates the role of Designated Operational Entities (DOEs) in influencing project distribution and validation outcomes. Specifically, the study focuses on how DOE allocation impacts the distribution of these projects. To address these questions, this research employs a combination of logit regression and linear regression and covers cumulative data from the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) CDM database up to January 2024.
The key findings are as follows. First, a closer geographical distance between DOEs and host countries correlates with a higher project completion rate and outcome predictability. These indicate that DOE proximity allows enhanced communication with project participants, leading to successful project completion and outcome predictability. Second, DOE proximity negatively correlates with profitability per size, and shows that a closer DOE acts as a lower boundary for project participants, leading to more CDM investment in that region. These findings emphasize the importance of strategically considering DOE allocation to reduce bias and to enhance the effectiveness of the validation process. Moreover, Small Island Developing States (SIDS) face unique challenges in attracting CDM projects due to limited technical and financial capacities, higher transaction costs, and lower emission reduction potential. This highlights the need for tailored strategies and support to ensure equitable distribution of CDM benefits and to enhance the participation of vulnerable regions in international climate mechanisms. The research also sets a unique dataset of DOEs, which can be a starting point for future studies focusing on DOEs.
Based on these results, the study proposes several policy recommendations. These include spreading DOEs more evenly around the globe or applying differentiated emission allowance discounts based on the host country's climate vulnerability. If allocating DOEs around the globe is infeasible, ensuring that the mix of DOEs well covers the languages spoken in climate-vulnerable developing countries will help.
As the CDM transitions to the Article 6.4 mechanism under the Paris Agreement, this study provides valuable insights for optimizing the new framework. The study offers critical policy recommendations for improving the effectiveness and equity of international climate mechanisms. Ensuring rigorous validation processes and equitable distribution of projects will be key to the success of the Article 6.4 mechanism. In conclusion, this study emphasizes the importance of strategic DOE assignments and tailored support for vulnerable regions, contributing to the broader goals of global emission reductions and sustainable development.교토의정서 하에 설립된 청정개발체제(Clean Development Mechanism, CDM)는 개발도상국의 지속 가능한 발전을 지원하고, 선진국이 온실가스 감축 목표를 경제적으로 달성할 수 있도록 한다. 본 연구는 운영기구(Designated Operational Entities, DOEs)가 프로젝트 분포와 검증 결과에 미치는 영향을 조사한다. 특히 DOE 할당이 이러한 프로젝트의 분포에 미치는 영향을 중점적으로 분석한다. 이를 위해 로짓 회귀 분석과 선형 회귀 분석을 사용하였으며, 유엔기후변화협약(UNFCCC) CDM 데이터베이스에서 2024년 1월까지의 누적 데이터를 다룬다.
주요 결과는 다음과 같다. 첫째, DOE와 호스트 국가 간의 지리적 거리가 가까울수록 프로젝트 완료율과 결과 예측 가능성이 커진다. 이는 DOE의 근접성이 프로젝트 참여자와의 원활한 소통을 가능하게 하여 성공적인 프로젝트 완료와 결과 예측 가능성을 높인다는 것을 나타낸다. 둘째, DOE의 근접성은 규모당 수익성과 부정적인 상관관계를 가지며, 더 가까운 DOE는 프로젝트 참여자에게 진입장벽을 낮춰 해당 지역에 더 많은 CDM 투자가 가능하게 한다. 이러한 결과를 통해 DOE 할당을 전략적으로 고려하여 편향을 줄이고 검증 과정의 효과를 높이는 것이 중요함을 확인할 수 있다. 또한, 소규모 섬 개발 도상국(SIDS)은 기술적 및 재정적 역량의 제한, 높은 거래 비용, 낮은 감축 잠재력 등으로 인해 CDM 프로젝트 유치에 고유한 어려움을 겪고 있다. 이를 통해 CDM 혜택의 공평한 분배를 보장하고 취약 지역의 국제 기후 메커니즘 참여를 강화하기 위한 맞춤형 전략과 지원의 필요성을 확인하였다. 또한, 본 연구는 DOE에 관한 데이터를 구축하여 DOE를 중심으로 한 후속 연구의 시발점이 될 수 있다.
이 결과를 바탕으로 본 연구는 몇 가지 정책 제안을 제시한다. DOE를 전 세계적으로 더 균등하게 분포시키거나 호스트 국가의 기후 취약성에 따라 차등화된 배출 허용량 할인율을 적용하는 것이다. 전 세계에 DOE를 고르게 배정하는 것이 불가능하다면, 기후 취약 개발도상국에서 사용되는 언어를 잘 포괄하는 DOE의 구성을 구축하는 것이 도움이 될 것이다.
CDM이 파리협정 제6.4 메커니즘으로 전환됨에 따라, 본 연구는 새로운 프레임워크를 최적화하기 위한 귀중한 통찰을 제공한다. 본 연구는 국제 기후 메커니즘의 효율성과 형평성을 올리기 위한 중요한 정책 권고안을 제공한다. 엄격한 검증 과정과 프로젝트의 공정한 분배를 보장하는 것이 제6.4 메커니즘 성공의 열쇠가 될 것이다. 결론적으로, 본 연구는 전략적인 DOE 배정과 취약 지역에 대한 맞춤형 지원의 중요성을 강조하여 글로벌 배출 감소와 지속 가능한 발전이라는 보다 큰 목표에 기여하고자 한다.Abstract iii
Contents vi
List of Tables viii
List of Figures. ix
Chapter 1. Introduction 1
1.1 Background 1
1.2 Objectives 4
1.3 Outline 5
Chapter 2. Literature Review 6
2.1 Environmental and Economic Benefits of CDM Projects 7
2.2 Challenges and Risks in CDM Implementation 8
2.3 Contributions 10
Chapter 3. Data and Method 11
3.1 Data description 11
3.2 Methodology 20
3.2.1 Logistic regression 20
3.2.2 Linear regression 22
3.2.3 Assumptions on independent variables 23
Chapter 4. Results 29
4.1 Logistic regression 31
4.2 Linear regression 34
4.3 Policy implication 38
Chapter 5. Conclusion 40
Bibliography 43
Appendix 1: DOEs language and location 46
Appendix 2: DNAs language and location 50
Abstract (Korean) 59석
a prospective randomized controlled trial
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교 대학원 : 의과대학 의학과, 2024. 8. 유정희.배경: 뇌혈관우회술 중 뇌혈류 감소로 인한 뇌허혈을 예방하기 위해 안정적인 혈압을 유지하는 것은 중요하다. 본 연구는 뇌혈관우회술을 받는 환자에서 수술 중 혈역학적 안정성과 혈관작용제의 사용량을 평가하여, 새로운 약제인 레미마졸람과 균형 마취의 효과를 비교하고자 한다.
방법: 71명의 환자를 레미마졸람 군(35명)과 대조군(36명)으로 무작위 배정하였다. 레미마졸람 군은 6–12 mg/kg/hr의 용량으로 마취 유도 후 1–2 mg/kg/hr로 마취 유지하였다. 대조군은 프로포폴 1.5 mg/kg로 마취 유도 후 6-8 vol%의 데스플루란으로 마취 유지하였다. 일차 평가 변수는 SBP20의 발생률이었으며, SBP20은 수술 중 수축기 혈압이 목표 수축기혈압의 하한선대비 20%를 초과하여 감소한 경우로 정의하였다. 이차 평가 변수는 SBP10의 발생률, generalized average real variability (ARV) 지수, 서맥 및 빈맥의 발생률, 수술 중 수축기혈압의 최저치 및 최고치, 수술 중 혈관작용제와 레미펜타닐의 사용량, 중환자실 입실 직후 수축기혈압, 수술 후 합병증, 그리고 수술 후 병원 체류 기간 등을 포함하였다.
결과: 레미마졸람 군에서 SBP20의 발생률이 대조군에 비해 유의하게 낮았다(17.1% vs 61.1%, p<0.001). SBP10의 발생률과 generalized ARV 지수도 레미마졸람 군에서 대조군보다 유의하게 낮았다(각각 54.3% vs 94.4%, p<0.001; 1.75 vs 2.04 mmHg/min, p=0.042). 혈관 작용제의 사용량은 대조군보다 레미마졸람 군에서 더 적었고 레미펜타닐의 사용량은 더 많았다(p<0.001).
결론: 뇌혈관우회술 중 레미마졸람은 수축기 혈압과 generalized ARV 지수의 감소를 방지하여 균형 마취보다 더 나은 혈역학적 안정성을 제공한다.Background: Maintenance of stable blood pressure during cerebrovascular bypass surgery is crucial to prevent cerebral ischemia due to reduced cerebral blood flow. This study compared the effect of remimazolam, a novel agent, with that of balanced anesthesia on intraoperative hemodynamic stability and the need for vasoactive agents in patients undergoing cerebrovascular bypass surgery.
Methods: Seventy-one patients were randomized into the remimazolam (35) and control (36) groups. The control group received balanced anesthesia and the remimazolam group received remimazolam (6–12 mg/kg/hr for induction and 1–2 mg/kg/hr for maintenance. The primary outcome was the incidence of an intraoperative decrease in systolic blood pressure (SBP) greater than 20% (SBP20) from the lower limit of the target SBP range (SBPlower limit). The secondary outcomes included the incidence of SBP decreases greater than 10% (SBP10) from the SBPlower limit, the incidence of SBP increases greater than 10% or 20% from the upper limit of the target range, the generalized average real variability (ARV) of the intraoperative SBP, the incidence of bradycardia and tachycardia, the lowest and highest intraoperative SBPs, the need for vasoactive drugs, intraoperative consumption of remifentanil, initial SBP immediately upon admission to the intensive care unit, postoperative complications, and the duration of hospital stay after surgery.
Results: The incidence of SBP20 was significantly lower in the remimazolam group than in the control group (17.1% vs 61.1%, p<0.001). The incidence of SBP10 and the ARV index were also significantly lower in the remimazolam group than in the control group (54.3% vs. 94.4%, p<0.001 and 1.75 vs. 2.04 mmHg/min, p=0.042, respectively). Patients in the remimazolam group needed fewer vasoactive drugs and more remifentanil during surgery than did those in the control group (p<0.001).
Conclusions: Remimazolam provides better hemodynamic stability, particularly in preventing decreases in SBP and generalized ARV, during cerebrovascular bypass surgery than balanced anesthesia.Introduction 1
Methods 3
Results 8
Discussion 15
References 18
Abstract in Korean 21석
From Simulation to Estimation and Planning
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계공학부, 2024. 8. 이동준.The burgeoning field of robotics has increasingly focused on developing robots capable of performing complex, contact-based tasks in dynamic environments. As a fundamental tool for advancing to this next level of robotics, solvers for a diverse array of contact-related problems are crucial. However, the inherently complex nature of these problems, characterized by nonlinear complementarity, nonsmoothness, and intricate geometric features, poses significant challenges, and satisfactory solutions remain elusive.
In this thesis, we delve into the computational challenges inherent in contact mechanics and make necessary innovations to enhance simulation, estimation, and planning problems in contact manipulation in terms of efficiency and scalability. The first problem we address is robotic simulation with contact, a critical aspect of robotics with implications for generating valuable data. Our primary objective in this domain is to enhance robustness under multi-contact scenarios, ensure scalability with multiple objects and deformability, and tailor suitability for robotic manipulation tasks. We validate a series of theories and concepts through rigorous testing and comparison with real-world experiments.
Continuing, we strive to establish an estimation and planning module for contact manipulation. By framing the problems as inverse problems within the context of contact simulation, we devise methods to harness gradients in diverse contact-related problems, along with numerical methods to obtain efficient solutions. Through a series of application scenarios, we showcase the effectiveness and versatility of our approach in tackling real-world challenges in robotic manipulation.로봇공학 분야의 급속한 발전으로 다양하고 동적인 환경에서 복잡한 접촉 기반 작업을 수행할 수 있는 로봇의 개발이 중요해지고 있다. 이런 고도화된 조작 지능의 구현을 위해서 다양한 접촉 관련 문제에 대한 해결은 매우 중요하다. 그러나 접촉은 비선형 상보성, 비연속성 및 복잡한 기하학적 특성과 같은 도전적인 요소들로 인해 시뮬레이션, 추정 및 계획과 같은 분야에서 상당한 도전을 제기하고 있으며, 만족할 만한 해결책은 여전히 부재하다.
본 논문에서는 접촉 조작의 시뮬레이션, 추정 및 계획 문제를 효율성과 확장성 측면에서 개선하기 위한 계산 방법들을 제안한다. 먼저, 다중 접촉이 발생하는 로봇 조작 시나리오에서의 견고성을 향상시키고, 다수의 객체 및 변형 가능한 객체가 있는 상황에 대한 확장성을 보장하는 새로운 시뮬레이션 알고리즘을 제안한다. 또한 제안된 이론 및 개념을 다양한 시뮬레이션 시나리오와 실제 실험과의 비교를 통해 검증한다.
이어서, 접촉 조작을 위한 추정 및 계획 모듈을 위한 프레임워크를 제안한다. 접촉 역학에 대한 다양한 역문제를 모델링하는 방법과, 기울기 정보를 활용할 수 있는 형상 표현 방법을 개발하고, 이를 해결하는 효율적인 수치적 방법을 도입한다. 또한 이러한 접근법의 효율성과 적용 가능성을 시뮬레이션과 실제 환경에서의 다양한 조작 시나리오를 통해 검증한다.List of Figures viii
List of Tables xii
1 Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Contribution 3
1.3 Organization 4
2 Robotic Multi-Contact Simulation using Augmented Lagrangian 7
2.1 Introduction 7
2.2 Related Works 9
2.2.1 Direct Method 9
2.2.2 Per-Constraint Iteration 9
2.2.3 Nonlinear Equation 10
2.2.4 Proximal Algorithm 11
2.3 Background 12
2.3.1 Constrained Dynamics 12
2.3.1.1 Hard Constraint 13
2.3.1.2 Soft Constraint 14
2.3.1.3 Contact Constraint 14
2.3.2 Augmented Lagrangian Method 15
2.4 Multi-Contact Simulation via Augmented Lagrangian 16
2.4.1 Motivation 16
2.4.2 Derivation of AL for Simulation 17
2.4.3 Closed-Form Formulation of Slack Variables 19
2.4.4 Semismooth Newton Algorithm 22
2.4.4.1 Operator Derivative 23
2.4.4.2 Robustness 24
2.4.5 Subsystem-Based ADMM 25
2.4.5.1 Subsystem Division 26
2.4.5.2 Reformulation of the Augmented Lagrangian 27
2.4.5.3 Factorization of Subsystem Matrices 31
2.4.5.4 Residual and Penalty Parameter 33
2.4.5.5 Comparative Analysis 35
2.4.6 Convergence 35
2.5 Examples and Evaluations 36
2.5.1 SNAL 36
2.5.2 SubADMM 38
2.5.2.1 Baselines 40
2.5.2.2 Performance Index 40
2.5.2.3 Results 42
2.5.2.4 Scalability 42
2.6 Discussions and Concluding Remarks 43
3 Large-Dimensional Multibody Simulation using Contact Nodalization and Diagonalization 45
3.1 Introduction 45
3.1.1 Impulse Fixed-Point Iteration in Deformable Object Simulation 46
3.2 Related Works 48
3.2.1 Efficient Factorization and Linear Solver 48
3.2.2 Operator Splitting 49
3.2.3 Model Relaxation 50
3.2.4 Model Reduction 50
3.3 Deformable Object Modeling and Dynamics 51
3.4 Contact Nodalization and Diagonalization 52
3.4.1 Contact Nodalization 52
3.4.1.1 Nodal Contact Property 53
3.4.1.2 Connection with Collision Detection 53
3.4.1.3 Virtual Node 54
3.4.1.4 Analysis on Virtual Node via Viscous Damping 56
3.4.2 Derivation of Surrogate Dynamics 59
3.4.3 Contact Diagonalization 61
3.4.4 Solving Surrogate Dynamics Problem 63
3.4.5 Extended Cases 65
3.4.5.1 Barycentric Case 65
3.4.5.2 Anisotropic Friction Case 65
3.4.6 Complexity 67
3.5 Numerical Analysis 68
3.5.1 Convergence 68
3.5.2 Determination of W 69
3.5.2.1 Frobenius Norm Minimization 69
3.5.2.2 Barzilai-Borwein Step Size 70
3.5.3 Chebyshev Acceleration 71
3.6 Results and Evaluation 72
3.6.1 Implementation Details 73
3.6.1.1 Tools 73
3.6.1.2 Matrix Format 73
3.6.1.3 Collision Detection 73
3.6.1.4 Solver Specification 73
3.6.1.5 Warm Start 73
3.6.2 Multibody Simulation Examples 74
3.6.2.1 Baselines 74
3.6.2.2 Performance Indices 75
3.6.2.3 Soft Mat Manipulation 75
3.6.2.4 Soft Ball Gripping 77
3.6.2.5 Flexible Cable Manipulation 80
3.6.2.6 Soft Gripper 82
3.6.3 Scalability 84
3.6.4 Comparison with Other Methods in Graphics 85
3.6.4.1 Contact Constraint Splitting 86
3.6.4.2 Position-Based Dynamics 87
3.6.5 Effect of Chebyshev Acceleration 88
3.7 Discussions and Future Work 89
3.8 Concluding Remarks 90
4 Contact State Estimation using Differentiable Support Functions 92
4.1 Introduction 92
4.2 Related Works 94
4.2.1 Geometry Representation 94
4.2.2 Differentiable Contact Formulation 95
4.2.3 Uncertainty Estimation in Interaction 96
4.3 Background 97
4.3.1 Support Function 97
4.3.2 Contact Features 98
4.3.3 Implicit Function Theorem 99
4.4 Contact State Estimation Problem 99
4.5 Geometry Representation via Differentiable Support Function 101
4.5.1 Differentiable Support Function 101
4.5.1.1 DSF Operations 102
4.5.1.2 Vertex-Based DSF 104
4.5.1.3 Axis-Based DSF 108
4.5.1.4 Fitting and Compound 110
4.5.2 Support Point and SE(3) Transformation 111
4.5.3 Contact Feature Computation 112
4.5.3.1 Nonlinear Equation 113
4.5.3.2 Newton Solver 114
4.5.3.3 Globalization 115
4.5.4 Feature Differentiation 116
4.5.5 Analysis on Degeneration 117
4.6 Optimization Solver 120
4.7 Experiments 121
4.7.1 Collision Detection 121
4.7.2 External Contact Localization 123
4.7.3 Grasp Pose Estimation 125
4.7.4 Environment Estimation 128
4.7.5 Dish Placing 130
4.8 Discussions and Concluding Remarks 131
5 Manipulation Planning using Contact Factor Graphs 133
5.1 Introduction 133
5.2 Related Works 135
5.2.1 Graphical Model and Probabilistic Inference 135
5.2.2 Problems with Contact 136
5.3 Modeling Contact Factor Graphs 136
5.3.1 Contact Mechanics 137
5.3.1.1 Differentiable Contact Features 139
5.3.2 Dynamics 140
5.3.3 Composition of Factors 140
5.4 Inference in Contact Factor Graphs 142
5.4.1 MAP Inference on the Conditional Distribution 142
5.4.1.1 Conditional Independence 143
5.4.1.2 Factorization 144
5.4.2 Inference on q 145
5.4.2.1 Score Function via Envelope Theorem 146
5.4.2.2 MAP Inference 146
5.4.2.3 Variational Inference 147
5.5 Experiments 149
5.5.1 Stable Placement 149
5.5.2 Pivoting 151
5.5.3 Mutlifinger Grasping 152
5.6 Discussion and Conclusion 154
6 Conclusion 156
6.1 Areas for Future Research 157
6.2 Closing Thoughts 158
Appendix A Notes on Convexified Contact Model 160
Appendix B Derivations of Finite Element Model Potential 162
B.1 Corotational Linear Model 162
B.2 Hyperelastic Model 163
Appendix C Derivations of Factor Function Partial Derivatives 165박
공감하는 인공지능: 인간-인공지능 상호작용의 이해와 향상을 위한 계산적 공감에 대한 다학제적 접근
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 : 사회과학대학 심리학과, 2024. 8. 한소원.사람들은 다양한 상황에서 점점 더 인공지능의 도움을 받게 될 것이다. 그러나 감정적 지원을 제공하거나 타인의 관점을 수용하는 등의 사람 간의 소통에서 인공지능이 어떻게 도움을 줄 수 있는지에 대해서는 연구가 부족하다. 따라서 이 연구에서는 1) 사람들이 일상에서 공감을 어떻게 경험하고 표현하는지 이해하고, 2) 정신건강 상담, 창작활동, 신체운동 등 사회적 지원이 필요한 영역에서 인공지능의 공감적 표현이 어떠한 심리적 영향을 주는지 알아보고자 한다.
연구 1에서는 인공지능에 마음 이론과 같은 인지적 공감을 훈련하면 사람들의 공감 능력을 파악할 수 있음을 발견했다. 그러나 높은 수준의 마음 이론 표현은 종종 풍자나 무생물을 의인화하는 행동 등과 같이 여러 의도를 포함하는 표현을 동반하기에 사람과 인공지능 모두 해석하는 데 어려움이 있음을 알 수 있었다. 연구 2에서는 인정, 수용, 상호 관심사를 공유하는 행위 등의 다양한 공감적 이해를 표현하는 행위가 대화를 더욱 흥미롭게 만들며 사회적 관계를 형성하는 것과 밀접한 관련이 있음을 발견했다.
연구 3에서는 사람처럼 상대방에게 공감적 반응을 생성하기에 앞서 상대방의 상황과 감정을 파악할 수 있도록 인공지능에 공감적 추론을 유도하는 것이 상황에 적절한 공감적 반응을 생성하게 하는지를 살펴보았다. 이 과정에서 네 가지 심리치료 모형을 기반으로 대규모 언어 모형(Large Language Model; LLM)의 공감 반응을 평가하기 위해 공감 체인(Chain-of-Empathy; CoE) 프롬프트를 개발했다. 그러나 다단계에 걸쳐 실시한 인공지능 정렬(alignment) 평가에서 공감과 지시 추종(instruction-following)의 정확도는 낮게 나왔다. LLM이 생성한 응답은 정성적 평가에서는 높은 점수를 받았으며, 연구 4에서 다른 맥락에서도 이러한 높은 지각된 공감이 나타나는지 알아보기 위해 연령과 같은 사용자의 개인 차이로 인해 인공지능으로부터 인지된 공감이 달라지는지 살펴보았다. 프롬프트 지시 유형에 따라 인공지능의 정렬 점수에 상당한 차이가 있었으며, 감정에 초점을 두어 생성하도록 지시한 프롬프트는 더 높은 정렬 점수를 받았다. 40대와 50대 이상의 성인은 20대와 30대의 성인보다 인공지능의 감정적 정렬성을 더 높게 평가했다.
연구 5에서는 전문적인 피트니스 피드백처럼 높은 정확성이 요구되는 상황에서도 인공지능이 제공하는 공감이 선호되는지 실험했다. 단기간의 운동 강도를 높이는 데에 사실적 피드백이 공감적 피드백보다 더 효과적이었으나, 장기적으로 로봇과 운동을 하고자 하는 동기를 높이는 데에는 로봇이 주는 정서적 지지와 존재감이 효과적이었다. 장기적인 인간-인공지능 관계를 구축하기 위해서는 사회적 로봇이 인간과의 상호작용에서 적절한 비언어적 사회적 단서를 사용할 줄 알아야 한다. 마지막 연구에서는 온라인 상황에서 고민 상담을 해주는 인간 상담사와 인공지능의 비언어적 사회적 단서 사용 여부의 정확성을 비교했다. 이를 위해 사회적 단서 정렬 평가 기준인 SAFE (Speech, Action gesture, Facial expression, Emotion)를 개발하였다. LLM 기반의 소셜 로봇은 높은 수준의 표현력을 보였으나, 여전히 내담자의 감정과 관계없이 긍정적인 감정만을 보여주거나 고개를 끄덕임과 같은 특정한 비언어적 표현만 선택적으로 활용하는 경우로 인해 낮은 정렬성을 보였다.
이 연구에서는 대규모 감정 데이터 분석, 심리적 특성을 인공지능에 모델링, 대화형 에이전트 설계 등 계산적 및 학제적 접근을 통해 사람들은 실제 세계에서 공감을 어떻게 경험하는지 이해할 수 있다. 이러한 이해는 정신 건강 지원, 교육, 신체적 건강 증진 코칭 등의 다양한 상황에서 사람들이 인공지능으로부터 어떤 것을 기대하고 도움을 원하는지 파악할 수 있다. 또한 인공지능이 인간에게 미치는 잠재적 심리적 영향을 평가함으로써 안전하고 윤리적인 인간 상호작용을 구축할 수 있다.People will increasingly use artificial intelligence (AI) to better connect with others. However, there is a lack of research on how AI can assist in human communication, particularly in providing emotional support and adopting others' perspectives. Understanding various aspects of empathy will help us better evaluate whether an AI effectively supports and improves human interactions. My main purposes are to 1) understand how people experience and express empathy in everyday life and 2) explore the psychological impact of AI's empathic expressions in areas requiring social support, such as mental health counseling, creative activities, and physical exercise.
In Study 1, we discovered that training language models with cognitive empathy, like the theory of mind, helps AI understand people's empathic expressions. We found that sentences about the high-level theory of mind were challenging to interpret the underlying intention for both humans and AI because they often include multiple intentions, such as sarcasm or anthropomorphizing inanimate objects. Study 2 further investigated the role of empathic understanding in building a new social relationship. We found that higher use of expressing empathy, such as acknowledging, accepting, and sharing mutual interests, is highly associated with longer and more engaging conversations.
In the follow-up study, we extended our approach to incorporating psychology theory into modeling the cognitive design of conversational agents to provide effective social support to humans. Study 3 examined whether inducing empathetic reasoning in AI to understand the user's context and emotions could produce more context-appropriate responses. In this process, we developed the Chain-of-Empathy (CoE) prompt to evaluate empathetic responses from large language models (LLMs) and found that eliciting empathic reasoning from these models led to the balanced generation of empathy expressions like emotional reactions, interpretations, and exploration when instructed to reason based on the specific psychotherapy models such as Cognitive Behavioral Therapy (CBT).
Automated evaluation results indicate a low level of empathic accuracy and instruction-following due to the limited capacity of current LLMs to align with human expectations. However, qualitative evaluation results show that LLMs mostly generated believable and tailored text responses, and these responses were regarded as highly empathic. This discrepancy led us to further investigate whether people still perceive LLM outputs as highly understanding of human intentions and emotions and to identify other factors that may influence this judgment.
In Study 4, we examined whether individual differences, such as age, affect the perceived empathy from AI. We asked participants whether the creative artwork generated from the human narrative story of their emotions reflects the emotions of the author accurately, defining this perceived empathic accuracy as emotional alignment. We found significant differences based on prompt instruction types, with prompts focused on emotions achieving higher alignment scores. Older adults in their 40s and 50s reported higher emotional alignment than those in their 20s and 30s.
We further explored the role of AIs empathic expression in context where people expect them to be accurate, such as providing feedback on correct body posture. In Study 5, we designed an exercise program where a social robot accompanied the user and provided verbal feedback on their performance in maintaining a correct posture while walking on a treadmill. We found that the robots verbal feedback with only factual information about the posture increased users performance in the short term more than when they received the robots feedback with encouragement and emotional support. However, users perceived empathy from the robots feedback significantly increased their motivation to participate in future robot-accompanied exercise sessions. We also found that it is essential for social robots to use dynamic and in-context appropriate nonverbal social cues that align with human expectations. In the final study, we compared the accuracy of human counselors' and robot's nonverbal social cues in online peer support scenarios. We developed SAFE (Speech, Action gesture, Facial expression, Emotion) criteria for evaluating social cue alignment. While LLM- based social robots demonstrated high expressiveness, they still showed low alignment due to selectively using a limited number of nonverbal cues, such as only showing positive emotions regardless of the support seeker's emotional state or only selecting gestures like 'nodding.'
Throughout multiple studies, we identified key components of empathic expression and their role in improving human-human communication. This understanding helps identify what people expect and need from AI in various contexts, such as mental health support, education, and physical health coaching. Additionally, evaluating the potential psychological impact of AI on humans ensures the development of safe and ethical human-AI interactions.Preface 1
Abstract 2
Contents 6
List of Tables 8
List of Figures 9
Chapter 1. Introduction 10
Theoretical Background 18
Research Motivation 32
Chapter 2. Empathy in Social Isolation: Characterizing Theory of Mind from
Large-scale Emotion Diary 39
Introduction 39
Method 43
Results 50
Discussion 69
Conclusion 75
Chapter 3. Empathy for Engaging Conversation 77
Introduction 77
Method 84
Results 89
Discussion 101
Conclusion 103
Chapter 4. AI Empathy for Mental Health: Evaluating the Role of Empathic
Reasoning of Large Language Model 104
Introduction 104
Method 110
Results . 118
Discussion . 130
Chapter 5. Individual Differences in Perceived Empathy from AI: A User
Study on Age-related Variances in the Perceived Emotional Alignment of
Generative AIs 133
Introduction 133
Method 140
Results 151
Discussion 156
Conclusion 158
Chapter 6. Empathic Interaction with Social Robots: Effect of Robot
Feedback on Exercise Motivation and Intensity 159
Introduction 159
Method 163
Results 176
Discussion 182
Conclusion 185
Chapter 7. Aligning Nonverbal Social Cues of Social Robots with Humans
Using Large Language Models 187
Introduction 187
Method 193
Results 199
Discussion 201
Chapter 8. Conclusions 203
References 208
Appendices 269
Abstract in Korean 278박
돈육과 계육 드립대사체를 활용한 신선도 예측 모델 적용 가능성 평가
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 : 농업생명과학대학 농생명공학부, 2024. 8. Cheorun Jo.식육은 부패하기 쉽기 때문에, 부패 여부 혹은 신선도를 모니터링하는 것은 소비자의 안전과 식육 산업의 신뢰를 위해 필수적이다. 그러나 산업에서 식육의 신선도 및 부패를 측정하는 방법은 제품을 파괴해야 하므로 불필요한 경제적 손실을 야기한다. 식육은 저장 기간이 길어지면서 삼출액이 발생한다. 생성된 삼출액은 식육에 가해진 산화 스트레스와 미생물 오염으로 인한 단백질 구조 변화의 결과물과 미생물의 2차 대사산물을 포함한다. 대사체학은 세포 내 생화학적 반응에 의해 생성되는 대사산물의 변화를 연구하는 분야로, 대사체학적 접근을 통해 식육의 대사변화와 삼출액의 대사적 변화의 연관성을 확인한다면 삼출액을 활용하여 식육 부패를 비파괴적으로 측정할 수 있다. 따라서 본 연구는 고기의 부패와 신선도를 예측하기 위해 대사산물과 모델링을 통해 고기 드립의 활용가능성을 확인하는 것이다. 이를 위하여 i) 계육의 대사체 분석을 이용하여 품질지표를 예측 할 수 있는지 확인하였고 ii) 계육과 계육삼출액의 대사변화의 연관성을 확인하고 삼출액의 대사변화를 통해 계육 품질지표를 예측 할 수 있는지 확인하였다. iii) 다른 축종인 돈육에도 적용할 수 있는지 확인하고 대사체를 이용한 신선도 예측 모형을 구축하고자 하였다.
실험 1에서 대사체는 계육의 상태에 영향을 받기 때문에 계육의 부패를 분류할 수 있을 것으로 예상하였다. 계육의 부패는 휘발성 염기태 질소 분석과 총균수로 계육의 상태를 구분하였다. 계육 대사체는 단변량 분석과 다변량 분석을 통해 부패 유무를 예측하는 모델에 사용될 변수를 선택하였다. 부패의 유무를 판별하는 모델은 로지스틱 회귀공식을 이용하였다. 로지스틱 회귀공식에 학습데이터를 이용하여 학습한 결과 프롤린, 메티오닌, 글루탐산, 트레오닌, 아세트산, 우라실 모노인산, 히포크산틴, 글리신, 글루타민이 선정되었고 모형은 카이제곱 6.443과 유의수준 0.05내에서 통계적으로 유의미하였다. 예측모형을 검증 데이터를 이용하여 수신자 특성 곡선을 통해 검증한 결과 곡선아래면적 값이 0.992가 나타나 대사체를 이용해 고기의 부패 유무를 확인할 수 있었다.
계육과 계육 삼출액의 대사변화의 연관성을 확인한 실험 2에서는 냉장조건에서 저장된 계육과 계육 삼출액의 대사체를 상관관계 분석과 경로분석을 통해 모형에 적용될 삼출액 대사체를 선정하였다. 피어슨과 스피어만 상관관계 결과 유기산, 유리아미노산, 및 핵산류가 저장 중 계육과 계육 삼출액 사이의 상관관계가 높게 나타났다 (r ≥ 0.7, ρ ≥ 0.7). 계육과 계육 삼출액에서 주요한 대사경로는 티로신 대사와 퓨린 대사로 확인되었다 (9.5 < -log10(p); 0.1 < impact value). 상관관계 및
경로분석 결과, 아데노신 3인산, 글루타민, 하이포잔틴, 이노신 일인산, 티로신, 티라민이 모형학습에 사용될 대사체로 선택되었다. 계육의 선정된 대사체를 이용하여 훈련된 로지스틱 회귀모형의 정확도는 99.9%를 달성하였고 계육 삼출액으로 검증했을 때 곡선아래면적 값은 0.884였다. 모형을 개선시키기 위해 계육 삼출액을 추가적으로 학습시켰을 때 곡선아래면적 값이 0.997로 증가되었다. 따라서 계육 삼출액의 대사체는 계육의 부패예측에 사용될 수 있었다.
실험 3은 다른 축종인 돈육의 삼출액도 식육의 품질에 사용할 수 있는지 확인하고 신선도 평가에 적절한 예측모형을 설계하고자 하였다. 돈육의 신선도는 총균수를 이용하였다. 돈육 삼출액의 대사체 중 예측모형에 사용될 독립변수는 수리적 모형인 라쏘 회귀모형과 기계학습 모형인 랜덤포레스트 모형을 각각 수행하였다. 예측 모형은 수리적 모형인 릿지 회귀모형와 기계학습 모형인 서포트벡터 회귀모형에 각각 선택된 대사체를 사용하여 학습하였다. 학습된 모형은 하나빼기교차검증을 이용하여 모형의 적합성을 검증하였다. 라쏘 회귀모형과 서포트벡터 회귀모형은 각각 13개과 10개의 독립변수를 선택하였다. 각각 선택된 독립변수를 예측 모형에 학습한 결과 4개의 모든 모형의 결정계수는 0.9이상 나타났다. 하나빼기교차검증을 이용하여 모형의 적합성을 확인한 결과 모형 4.1의 평균 제곱근 오차가 독립변수의 선택과 예측모형학습에 수리적방법을 사용한 모델이 0.283으로 가장 낮게 측정되었다. 따라서, 라쏘모형과 릿지회귀모형을 이용한 수리적모델은 돈육의 삼출액을 이용한 식육의 신선도 평가에 사용될 수 있었다.Evaluation of the applicability of predictive models using drip metabolites for assessing freshness in pork and chicken meat
Hyun-Jun Kim
Program in Animal Science and Biotechnology
Graduate School of Agricultural Biotechnology
Due to the high perishability of meat, monitoring freshness or spoilage is crucial for consumer safety and trust in the meat industry. However, the methods used in the industry to assess meat freshness and spoilage require product destruction, leading to unnecessary economic losses. As the storage period of meat increases, drip is generated. The produced drip includes the results of structural changes in proteins caused by oxidative stress and microbial contamination. By examining the correlation between metabolic changes in meat and drip through metabolomic approaches, it is possible to non-destructively assess meat spoilage using only the drip. Thus, this study aims to verify the use of meat drip through metabolites and modeling for predicting meat spoilage and freshness. Specifically, i) to assess the predictability of chicken meat spoilage indicators using metabolite analysis, ii) to identify the correlation between metabolic changes in chicken meat and its drip and to assess predictability of chicken meat spoilage through the metabolic changes in the drip, and iii) to apply the same approach to pork and establish a freshness prediction model using pork drip metabolites.
Experiment I. Predictability of chicken meat spoilage indicators using metabolite analysis
To confirm the predictability of metabolites for chicken meat spoilage point, chicken meat was stored in anaerobic packaging at 4 °C for 13 days, and various meat quality attributes (pH, drip loss, color, volatile basic nitrogen [VBN], total aerobic bacteria [TAB], and metabolites) were examined. First, the spoiled point (VBN > 20 mg/100 g and/or TAB > 5.7 log CFU/g) of the chicken breast meat was determined. Using univariate and multivariate analyses, 24 candidate metabolites were identified. A receiver operating characteristic (ROC) analysis was used to validate the obtained binary logistic regression model 2.1 which utilized nine metabolites (proline, methionine, glutamate, threonine, acetate, uridine 5- monophosphate, hypoxanthine, glycine, and glutamine). The results showed a high area under the ROC curve value (0.992). Thus, these results confirmed the predictability of spoilage points in chicken meat through metabolites.
Experiment II. Correlation between chicken meat and its drip metabolomics changes and predictability of spoilage using drip
This study aimed to confirm the possibility of utilizing drip as a non-destructive method for assessing the freshness and spoilage of chicken meat. The quality parameters (pH, VBN, and TAB) of chicken meat were evaluated over a 13-day storage period in vacuum packaging at 4°C. Simultaneously, the metabolites in the chicken meat and its drip were measured. Correlation (Pearson's and Spearman's rank) and pathway analyses were conducted to select the metabolites for model training. Binary logistic regression (model 3.1 and model 3.2) and multiple linear regression models (model 3.3 and model 3.4) were trained using selected metabolites, and their performance was evaluated using ROC curves. As a result, the chicken meat was spoiled after 7 days of storage, exceeding 20 mg/100 g VBN and 5.7 log CFU/g TAB. The correlation analysis identified one organic acid, eight free amino acids, and five nucleic acids as highly correlated with chicken meat and its drip during storage. Pathway analysis revealed tyrosine and purine metabolism as metabolic pathways highly correlated with spoilage. Based on these findings, specific metabolites were selected for model training: ATP, glutamine, hypoxanthine, IMP, tyrosine, and tyramine. To predict the freshness and spoilage of chicken meat, model 3.1, trained using tyramine, ATP, tyrosine, and IMP from chicken meat, achieved a 99.9% accuracy and had an ROC value of 0.884 when validated using drip metabolites. This model 3.1 was improved by training with tyramine and IMP from both chicken meat and its drip (model 3.2), which increased the ROC value for drip metabolites from 0.884 to 0.997. Finally, the selected two metabolites (tyramine and IMP) can predict TAB and VBN quantitatively through models 3.3 and 3.4, respectively. Therefore, the model developed using metabolic changes in drip demonstrated the capability to non-destructively predict the freshness and spoilage of chicken meat.
Experiment III. Applying the approach to pork and establishing a freshness prediction model
This study confirmed the possibility of using pork drip metabolites in freshness prediction of pork as a non-destructive method. The pork loin was vacuum-packaged and stored for 27 days at 4℃. The pH, drip loss, TAB, microbial composition, and drip metabolites were examined over a 27-day storage period in vacuum packaging at 4°C. TAB was used for dependent variable as freshness indicator. Initial drip loss was 2.12%, increasing over time, and TAB significantly increased from 3.82 log CFU/g to 7.53 log CFU/g by day 20. LASSO and Random Forest (RF) were used for independent variable selection, while Ridge regression and Support Vector Regression (SVR) were utilized to develop predictive models. Validation was performed using leave-one-out cross-validation (LOOCV). LASSO and RF selected 13 and 10 metabolites, respectively. The metabolites selected by each method were trained using Ridge regression and SVR. Each of the four trained models achieved R² values of over 0.9. In the final validation step using LOOCV, the model trained by Ridge regression using drip metabolites selected through LASSO showed the lowest RMSE value of 0.283. Additionally, the application of integrated elastic net regression, merging LASSO and Ridge regression, demonstrated its effectiveness in predicting microbial compositions of pork loin. Therefore, the pork drip can be used to predict freshness of pork loin through mathematical modeling (LASSO and Ridge regression).
Keyword: Chicken meat, pork, spoilage, meat drip, non-destructive prediction
Student Number: 2020-34917Abstract i
Contents . v
List of Tables iix
List of Figures xi
List of Abbreviations . xiii
Chapter 1.
General introduction 1
1.1. Study Background 1
1.1.1. Susceptibility of meat to spoilage 1
1.1.2 Freshness/Spoilage Monitoring 2
1.1.3. Potential use of drip 3
1.1.4. Metabolomics 4
1.1.5. Predict modeling 5
1.1.6. Objective of the study 13
References 14
Chapter 2.
Predictability of chicken meat spoilage indicators using metabolite
analysis 22
2.1. Introduction 22
2.2. Materials and Methods 25
2.2.1. Sample preparation 25
2.2.2. Drip loss 25
2.2.3. Color 26
2.2.4. pH 26
2.2.5. TAB counts 26
2.2.6. VBN analysis 27
2.2.7. Extract metabolites of chicken meat for NMR analysis 27
2.2.8. NMR acquisition and metabolites concentration 28
2.2.9. Multivariate analysis and statistical analysis by storage period
29
2.2.10. Selection of biomarker and establishment of predictive model for
spoilage point 30
2.2.11. Pathway analysis 31
2.3. Results and Discussion 32
2.3.1. Color of chicken meat during storage 32
2.3.2. pH and drip loss 34
2.3.3. VBN and TAB 36
2.3.4. Metabolites identification and quantification of chicken meat 40
2.3.5. Univariate analysis for selection biomarkers 47
2.3.6. Multivariate analysis for selecting biomarkers 50
2.3.7. Estimation of potential biomarkers for spoilage point of chicken
meat during storage using binary logistic regression 53
2.4. Conclusion 58
References 59
Chapter 3.
Correlation between chicken meat and its drip metabolomic changes
and predictability of chicken spoilage using drip 65
3.1. Introduction 65
3.2. Materials and Methods 68
3.2.1. Sample preparation 68
3.2.2. pH 68
3.2.3. VBN 69
3.2.4. TAB 69
3.2.5. DNA extraction and sequencing of microorganisms in chicken
meat 70
3.2.6. Extraction of metabolites in chicken meat and its drip 71
3.2.7. NMR acquisition and metabolites concentration 71
3.2.8. Multivariate analysis and statistical analysis by storage 72
3.2.9. Correlation analysis of metabolites in chicken meat and its drip
73
3.2.10. Pathway analysis of metabolites in chicken meat and its drip
73
3.2.11. Establish and validate the multiple binary logistic regression
models 74
3.3. Results and discussion 75
3.3.1. pH 75
3.3.2. TAB and microbial composition 77
3.3.3. Metabolomics during storage 79
3.3.4. Correlation of metabolites between meat and its drip 87
3.3.5. Metabolic pathway on spoilage in chicken meat and drip during
storage 90
3.3.6. Development of a multiple binary logistic regression model using
selected metabolites 92
3.3.7. Development of linear regression models using selected metabolites
by model 3.2 to TAB and VBN 97
3.4. Conclusion 98
References 99
Chapter 4.
Selecting models for non-destructive prediction of pork freshness
viii
using drip metabolites 106
4.1. Introduction 106
4.2. Materials and Methods 109
4.2.1. Sample Preparation 109
4.2.2. pH 109
4.2.3. Drip loss 110
4.2.4. TAB 110
4.2.5. Metabolites 110
4.2.6. DNA extraction and sequencing of microorganisms in pork 112
4.2.7. Statistical analyses and modeling 113
4.3. Results and discussion 115
4.3.1. pH and drip loss 115
4.3.2. TAB and microbial composition 117
4.3.2. Drip metabolites 119
4.3.3. Selection of metabolites for modeling using mathematical methods
and machine learning 123
4.3.4. Modeling using mathematical method and machine learning for
TAB 126
4.3.5. Mathematical method for predicting microbial composition 131
4.4. Conclusion 133
References 134
Overall conclusion 139
Overall summary in Korean 140박
기체 중심 동축 스월 분사기의 연소 효율 향상에 대한 실험적 연구
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 항공우주공학과, 2024. 8. 이복직.Experimental studies were conducted on the spray and combustion characteristics of a gas-centered swirl coaxial (GCSC) injector, a type of gas-liquid injector used in the oxidizer-rich staged combustion cycle engine. Gas-Liquid momentum flux ratio, Recess ratio, swirl of supplied gas, and swirl direction were set as variables to improve the performance of the GCSC injector. Through variations in the gas nozzle diameter of the injector, we confirmed the effect on the change in gas-liquid momentum flux ratio. The recess ratio was confirmed through the influence on the increase in the recess ratio of gas jet-type injectors with different momentum ratios, and the gas swirl was confirmed through the influence according to the presence and direction of the swirl compared to the case where the gas supplied as jet with low recess ratio.
To examine the spray characteristics, ambient pressure spray tests were performed. Three measurement techniques were employed to assess the spray characteristics. Firstly, backlight digital camera images were used to observe the shape and spray angle. Secondly, using droplet measurement technique, variations in droplet velocity, droplet size, and droplet mass distribution were examined according to changes in injector geometry. Thirdly, the SLIPI technique was utilized to capture clean cross-sectional images of the spray for detailed structural analysis. In high-pressure combustion tests, the same injectors used in the spray tests were mounted in dual configurations on the combustion chamber heads according to each injector case. This aimed to isolate the influence of the combustion chamber and solely assess the effects of the injector. The oxidizer-rich combustion gas generated through the pre-burner and kerosene were used as the propellant. The combustion characteristics were determined by calculating parameters such as combustion characteristic velocity, combustion efficiency, and sectional heat flux based on the information obtained from the tests.
When varying the gas-liquid momentum flux ratio, the injector gas nozzle diameter was adjusted to change the gas-liquid momentum flux ratio while maintaining a constant flow rate. As the gas nozzle diameter decreased, resulting in increased momentum, the spray angle decreased. The axial droplet velocity increased sharply as it approached the central axis, allowing estimation of the region covered by the sprayed gas jet. While the spray median diameter (SMD) decreased overall in the radial direction, the differences among injectors were not significant. In regions receiving more momentum from the injected gas, the SMD decreased with an increase in momentum flux ratio, although the rate of decrease was attenuated. This trend was consistent with the results of the combustion tests. The combustion efficiency initially increased with the increase in the momentum flux ratio but decreased after reaching a certain momentum flux ratio J_critical, indicating a decrease in combustion efficiency due to insufficient residence time for combustion in the confined combustion chamber length, attributed to the high gas velocity.
For the recess ratio, changes were observed by varying the recess ratio for two cases showing significant differences in the momentum flux ratio experiment. As the recess ratio increased, the spray angle decreased, and the maximum droplet velocity decreased, but the region of velocity increase expanded from the central axis. The SMD decreased overall with an increase in the recess ratio, and the increase in combustion efficiency was observed. However, the rate of increase in efficiency decreased. While significant differences in combustion efficiency were observed at lower recess ratios due to differences in the design momentum flux ratio, after a certain recess ratio, denoted as 〖RR〗_critical, almost identical levels of efficiency were achieved. This trend was similar to the change in SMD values at the center of the mass distribution in the spray characteristics.
Regarding gas swirl, three cases were analyzed: gas-swirl supply same with the liquid, opposite to the liquid, and jet-type. When gas swirl was present, a smaller spray angle was observed compared to the gas jet, and similar spray characteristics to those of the high recess ratio of the gas jet were noted. The SMD was the smallest when the gas-liquid swirl was opposite, and the largest when it was a jet. Almost similar combustion efficiencies were observed in combustion tests for all three cases, although significant differences in heat flux were noted. Therefore, it was estimated that if thermal losses were controlled, the actual combustion efficiency due to gas swirl would increase compared to that of the gas jet.
In conclusion, significant correlations were found between design variables in spray and combustion characteristics. Key points where the trend changed according to changes in each design variable for enhancing combustion efficiency were identified. Through the findings of this study, I intend to contribute to guiding the design direction for enhancing efficiency in combustion chambers using injectors for oxidizer-rich staged combustion cycle.
Keyword: Staged-combustion-cycle rocket engine; Gas-centered swirl coaxial injector; Gas-liquid momentum flux ratio; Recess Ratio; Gas-swirl; Spray characteristics; Combustion efficiency; Heat flux;
Student Number: 2019-33055산화제 과잉 다단연소사이클 엔진의 연소기에 사용되는 GCSC(Gas-Centered-Swirl-Coaxial) 분사기의 분무 및 연소특성에 대한 실험적 연구를 수행했다. GCSC 분사기의 성능 향상을 위한 변수로 기체-액체 운동량 플럭스 비, 리세스 비, 그리고 기체의 스월 공급 및 방향을 설정하였다.
분사기의 분무특성을 확인하기위한 상압 분무시험을 수행하였다. 분무특성을 파악하기 위한 측정 기법은 총 3가지를 사용하였다. 첫째로 백라이트 광원을 이용한 디지털 카메라 사진 촬영을 통해 분무의 형상과 분무각을 확인하였다. 두번째로 액적 측정 기법을 사용하여 분사기의 형상조건의 변화에 따른 액적 속도, 액적 크기, 질량분포 등의 분무특성 변화를 확인하였다. 세번째로, 다중 산란 신호를 제거하고 깨끗한 분무 단면의 이미지를 활영하는 SLIPI 기법을 통하여 분무의 상세한 구조를 확인하였다. 상압 분무시험에서 사용한 분사기와 동일한 분사기를 듀얼로 장착한 연소기의 헤드를 각 분사기의 케이스별로 제작하여, 고압 연소시험을 수행하였다. 다른 영향성은 최대한 배제하고 연소기에 의한 영향성 만을 확인하고자 동일한 실린더와 노즐을 사용하고, 헤드만 변경하여 시험을 진행하였다. 추진제는 예연소기에서 생성된 산화제 과잉 연소가스와 케로신을 사용하였다. 연소 특성은 시험에서 획득한 정보를 바탕으로 연소 특성속도와 연소효율, 구간별 열 유속 등을 계산하여 파악하였다.
운동량 플럭스 비의 변화를 준 경우, 동일한 유량 공급 상황에서 분사기의 기체 노즐 직경을 변화시켜 기체-액체 운동량 플럭스 비를 변화하였다. 기체 노즐 직경 감소에 따른 운동량 증가로 분무각은 감소하였다. 축 방향 액적 속도는 중심축에 가까워질수록 급격히 증가했고, 이를 통해 분사되는 기체 제트의 영역을 추정할 수 있었다. SMD는 중심축을 기준으로 반경방향에서 전반적으로 감소했지만 분사기 별로 차이가 크게 나타나지는 않았다. 중심 축 근방의 기체로부터 운동량 전달을 많이 받는 액적의 경우 운동량 플럭스 비 증가에 따라 SMD는 감소하였으며 감소율은 둔화되었다. 이는 연소시험의 경향성과 유사하였다. 연소효율은 운동량 플럭스 비 증가에 따라 증가하다가 특정한 운동량 플럭스 비 J_critical 을 기점으로 감소하였다. 이는 SMD의 변화와 기체 분사속도에 의한 화염면의 형상, 연소실의 특성길이에서 기인하는 것으로 판단되었다. 화염면의 형상은 열 유속 측정 결과를 통하여도 추정할 수 있었다.
리세스 비의 경우, 운동량 플럭스 비 실험에서 차이가 많이 나는 두 가지 케이스에 대해 리세스 비를 변화시켜 변화를 관찰했다. 리세스 비 증가에 따라 분무각은 감소하였으며, 액적의 최대속도는 작아졌지만 속도가 증가하는 영역은 중심 축에서부터 더 넓어졌다. SMD의 경우 리세스 비 증가에 따라 최대 SMD는 감소하고, 최소 SMD는 감소하였다. 연소효율은 리세스 비의 증가에 따라 증가하였는데, 증가율은 둔화되었다. 낮은 리세스 비에서는 설계 운동량 플럭스 비 차이에 따른 연소효율의 차이가 컸으나, 일정 리세스 비 〖RR〗_critical 이후로는 거의 동일한 수준을 나타내었다. 이는 분무 특성에서 질량 분포의 중심에서의 SMD 값 변화와 유사한 경향으로 나타났다.
기체 스월의 경우, 기체가 제트로 공급될 때와 액체와 동일한 방향으로 스월되는 경우, 그리고 반대 방향으로 스월되는 경우를 분석하였다. 기체의 스월이 있는 경우, 기체 제트와 비교하여 작은 분사각을 나타내었고, 기체 제트의 리세스 비 증가 시와 분무특성이 유사했다. SMD는 기체-액체 스월이 반대인 경우 가장 작았고, 제트인 경우 가장 크게 나타났다. 연소시험에서는 세 가지 모두 거의 유사한 연소효율을 나타냈는데, 열 유속 결과에서 큰 차이가 발생하였다. 이를 통해 열 손실이 통제된 경우 기체 스월에 의한 실제 연소효율은 기체 제트의 경우보다 상승할 것으로 추정하였다.
결과적으로, 설계 변수들에 대한 분무, 연소특성에서 많은 연관성을 확인할 수 있었다. 또한 연소효율을 향상시키기 위한 각 설계변수들의 변화에 따라 특성이 변화하는 경향성이 바뀌는 주요한 지점들을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과들을 통해 산화제 과잉 다단 연소사이클용 분사기를 통한 연소기의 효율향상을 위한 설계 방향에 대한 기여를 하고자 한다.
핵심어: 다단 연소사이클 엔진; 기체 중심 동축 스월 분사기; 기체-액체 운동량 플럭스 비; 리세스 비; 기체-스월; 분무 특성; 연소 효율; 열 유속;
학번: 2019-33055Abstract i
List iv
List of Figures vi
List of Tables ix
Nomenclature x
Chapter 1
Introduction 1
Chapter 2
Experiment and measurement systems 7
2.1 Hardware setup 7
2.1.1 Backlight photography 7
2.1.2 Droplet measurement technique 8
2.1.3 Structured Laser Induced Planar Imaging 11
2.1.4 Combustion test device 13
2.2 Data processing method 16
2.2.1 Spray angle analysis 16
2.2.2 Droplet size analysis 17
2.2.3 Combustion characteristic analysis 19
Chapter 3
Gas-centered swirl coaxial injector design and test condition 23
3.1 Injector design 23
3.2 Experimental conditions 34
Chapter 4
Characteristics according to momentum flux ratio 37
4.1 Spray configuration 37
4.2 Spray angle 41
4.3 Velocity of droplets 43
4.4 Droplet size and mass distribution 46
4.5 Combustion characteristics 51
Chapter 5
Characteristics according to recess-ratio 62
5.1 Spray configuration 62
5.2 Spray angle 63
5.3 Velocity of droplets 65
5.4 Droplet size and mass distribution 68
5.5 Combustion characteristics 78
Chapter 6
Characteristics according to gas-swirl 84
6.1 Spray configuration 84
6.2 Spray angle 85
6.3 Velocity of droplets 87
6.4 Droplet size and mass distribution 89
6.5 Combustion characteristics 95
Chapter 7
Conclusion 101
References 106
Abstract in Korean 112박
Performance and Study of F. Chopin 〈Polonaise, Op.26 No.1〉, L. v. Beethoven 〈Piano Sonata, Op. 22〉, R. Schumann 〈Kinderszenen, Op. 15〉
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교 대학원 : 음악대학 음악과, 2024. 8. Aviram Reichert.본 논문은 필자의 석사과정 졸업 연주 프로그램인 Frederic Chopin 〈Polonaise, Op.26 No.1〉, Ludwig van Beethoven 〈Piano Sonata, Op.22〉, Robert Schumann 〈Kinderszenen, Op.15〉 에 대한 연구로 위 세 작품의 작곡가의 생애 및 작품의 작곡배경과 구조를 분석함으로써 설득력 있는 연주에 도움을 주고자 한다.
프레데릭 쇼팽(Frederic Chopin, 1810-1849)의 작품 〈Polonaise, Op.26 No.1〉은 폴란드의 민속적인 리듬과 춤곡 양식이 사용되며 복합3부분 형식을 취하고 있다. 이 곡에서는 쇼팽의 독창적인 화성진행이 나타나며 시적인 선율과 베이스에서 나타나는 폴로네이즈 리듬이 곡을 이끈다.
루트비히 반 베토벤(Ludwig van Beethoven, 1770-1827) 은 고전주의를 대표하는 작곡가로 32개의 피아노 소나타들을 남겼다. 그 중 〈Piano Sonata, Op.22〉는 그의 초기 소나타 중 큰 규모를 지닌 곡으로, 단단한 형식미와 밝은 분위기를 가진다. 4악장으로 구성되어 있으며 부점 리듬과 당김음의 사용, 대위법적 양식과 모티브간의 대조가 나타난다.
로베르트 슈만(Robert Schumann, 1810-1856)은 독일 낭만주의 음악의 대표적인 작곡가로, 피아노 작품뿐만 아니라 다수의 가곡과 관현악곡을 작곡해 낭만주의 음악에 거대한 영향을 끼친 작곡가이다. 그의 대표적인 피아노 독주 작품 중 하나인 〈Kinderszenen, Op.15〉(어린이 정경) 은 어린 시절에 대한 회상을 표현한 소품들로 이루어진 13개의 소제목을 가진 모음곡이다. 각 곡마다 주제 음형이 여러 번 변형되어 되풀이되며 선율의 반복 및 변형을 곡 전반에 사용해 통일성을 이룬다. 또한 반음계 화성 진행, 부속화음, 감7화음 등 화성 변화를 통해 곡에 풍부한 색깔을 더한다.This thesis presents a comprehensive examination of the three compositions performed in the masters degree recital program: F. Chopin 〈Polonaise, Op.26 No.1〉, L. v. Beethoven Piano Sonata, Op.22, R. Schumann 〈Kinderszenen, Op.15〉.
The objective of this paper is to provide a formal, structural, and harmonic analysis of each piece, thereby enhancing the interpretation. Frederic Chopins 〈Polonaise, Op.26 No.1〉 is his first polonaise that highlights Polish folk rhythms and elegant melodies. This piece is structured in a ternary form (A-B-A) and demonstrates musical effects through its distinctive melody, harmony, and various rhythms.
Ludwig van Beethoven, a quintessential composer of the Classical period, composed thirty-two piano sonatas. Among them, 〈Piano Sonata, Op.22〉 is a substantial work from his early sonatas, characterized by a solid formal structure and a bright atmosphere. Consisting of four movements, it features rhythmic traits such as dotted rhythms and syncopation, as well as contrapuntal styles and contrasts between motives throughout the movements.
Robert Schumann, a representative composer of German Romantic music, not only composed piano works but also wrote numerous art songs and orchestral pieces, significantly impacting Romantic music. One of his representative solo piano works, 〈Kinderszenen, Op.15〉, is a suite of 13 short pieces that reflect on childhood memories. Each piece is given a title and uses repeated thematic motives in various transformations, achieving unity through the recurring and evolving melodies. Schumann employs chromatic harmonic progressions, secondary chords, and diminished seventh chords to add rich color to the pieces.I . 서론 6
II . F. Chopin Polonaise, Op.26 No.1
1.작품 배경 8
2.작품 연구 10
III. L. v. Beethoven Piano Sonata, Op.22
1.작품 배경 20
2.작품 연구 22
IV. R. Schumann Kinderszenen, Op. 15
1.작품 배경 44
2.작품 연구 46
V. 결론 68
참고문헌 70
Abstract 72석
ONAC016 전사인자의 벼 잎 노화 및 질소 이용 효율 조절 기작
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 : 농업생명과학대학 농림생물자원학부, 2024. 8. 백남천.NAC TFs play a crucial role in senescence during the final stage of leaf development and in nitrogen (N) use efficiency. Nitrogen (N) is a critical factor for crop growth and yield. Improving N use efficiency (NUE) is agricultural systems is crucial for sustainable food production. In this study, we identified a rice senNAC, ONAC016, which functions as a positive regulator of leaf senescence and nitrate transport. The expression of ONAC016 increased rapidly in rice leaves during the progression of dark- induced and natural senescence, and was induced by N deficiency in rice root. The onac016-1 knockout mutant showed a delayed leaf yellowing phenotype, whereas the overexpression of ONAC016 accelerated leaf senescence. Notably, ONAC016 expression was upregulated by abscisic acid (ABA), and thus detached leaves of the onac016-1 mutant remained green much longer under ABA treatment. ONAC016 overexpression significantly increased the root length, root dry weight, and NO3- concentration. Quantitative RT-PCR analysis showed that ONAC016 upregulates the genes associated with chlorophyll degradation, senescence, ABA signaling, and nitrate transporter. Yeast one- hybrid, dual-luciferase, and ChIP assays revealed that ONAC016 binds directly to the promoter regions of OsNAP, a key gene involved in chlorophyll degradation and ABA-induced senescence, and OsNRT2.1, nitrate transporter gene. Taken together, these results suggest that ONAC016 plays an important role in promoting leaf senescence through the ABA signaling pathway involving OsNAP, and a positive role in regulating NO3- uptake through OsNRT2.1. Key words: Rice; ONAC016; OsNAP; OsNRT2.1; Leaf senescence; Abscisic acid signaling; Nitrogen; NUE; Nitrate; Transcription factor. Student number: 2018-33912NAC 전사인자는 잎 발달 마지막 단계인 노화와 질소 이용효율 기작에서 중요한 역할을 한다. 농업 환경에서 질소 이용 효율을 높이는 것은 안정적인 식량 생산에 중요하다. 본 연구에서는 잎 노화와 질산 수송을 조절하는 노화 관련 NAC 전사인자인, ONAC016의 기작에 대해 구명하였다. ONAC016의 발현은 암처리 유도 및 자연 상태 노화에서 증가 하였으며, 질소가 부족한 상황의 뿌리에서 발현이 유도되었다. 돌연변이체 식물에서 노화가 지연되는 표현형을 보인 반면, 과발현체에서 노화가 촉진되는 표현형을 보였다. 또한, ONAC016의 발현은 앱시스산 처리에 의해 증가되었으며, 앱시스산 처리시, 돌연변이체에서 노화가 지연되는 표현형을 보였다. 과발현체는 뿌리 길이, 뿌리 건조 무게, 질산 농도가 야생형에 비해 증가하는 것을 확인하였다. qRT-PCR 분석을 통해, ONAC016이 엽록체 분해 유전자, 노화 유전자, 앱시스산 신호전달 유전자, 질산 수송 유전자들의 발현을 증가시키는 것을 확인하였다. 효모 1 잡종법, 발광기법, 크로마틴면역침강법을 통해 ONAC016이 엽록체 분해와 앱시스산 유도 노화에 주요 유전자인 OsNAP과 질산 수송 유전자인 OsNRT2.1를 직접적으로 조절함을 확인하였다. 따라서 본 연구를 통해 ONAC016이 잎 노화와 질산 수송에 중요한 역할을 한다는 것을 밝힐 수 있었다.ABSTRACT Ⅰ
CONTENTS Ⅲ
LIST OF FIGURES Ⅴ
LIST OF TABLES Ⅶ
LIST OF ABBREVIATIONS · Ⅷ
INTRODUCTION 1
MATERIALS AND METHODS 10
Plant materials and growth conditions 10
Dark incubation and hormone treatment 11
Plasmid construction and transformation 12
Determination of total chlorophyll, photosynthetic activity, and ion
leakage 13
Protein preparation and immunoblot analysis 14
Transmission electron microscope (TEM) 15
Quantitative reverse transcription-PCR (qRT-PCR) and
semiquantitative RT-PCR 16
Yeast one-hybrid assays 17
Transient dual-luciferase assays 18
Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay · 19
Microarray analysis 20
N concentration determination 21
Nitrate and Ammonium determination assays 21
Accession numbers 22
Results 25
ONAC016 is induced by senescence 25
Loss of function mutation of ONAC016 delays leaf senescence 28
onac016-1 mutants are insensitive to abscisic acid 35
ONAC016 positively regulates the expression of CDGs, SAGs, and ABA
signaling genes 41
ONAC016 binds to the OsNAP promoter regions 47
Mutation of ONAC016 decreased grain yield 50
ONAC016 is induced by N deficiency in rice root · 53
ONAC016 Overexpression increases rice growth and N concentration
under low-Nitrogen condition · 55
ONAC016 upregulates the expression of N-related genes in ONAC016-
Overexpression lines 61
ONAC016 positively regulates nitrate transport directly binding to
OsNRT2.1 · 65
DISCUSSION 69
ONAC016 promotes OsNAP-induced leaf senescence 69
Negative effects of ONAC016 mutation on agronomic traits in rice · 70
The possible effects of ONAC016 on plant development 74
ONAC016 is an early nitrate inducible gene and involved in nitrate
signaling pathway · 76
ONAC016 directly upregulates the expression of nitrate transporter
genes 77
Overexpression of ONAC016 improves nitrate uptake and NUE in rice
· 79
REFERENCES 81
ABSTRACT IN KOREAN 100박
바이러스체 수준의 스크리닝을 통한 RNA 조절서열의 동정 및 작용기전 규명
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 생명과학부, 2024. 8. V. Narry Kim.The number of sequenced viral genomes has surged recently, presenting an opportunity to understand viral diversity and uncover novel regulatory mechanisms. Here I conducted a screening of 30,367 viral segments from 143 species representing 96 genera and 37 families. Using a library of viral segments in 3′ UTR, I identified hundreds of elements impacting RNA abundance, translation, and nucleocytoplasmic distribution. To illustrate the power of this approach, I investigated K5, an element conserved in kobuviruses, and found its potent ability to enhance mRNA stability and translation in various contexts, including adeno-associated viral vectors and synthetic mRNAs. Moreover, I identified a previously uncharacterized protein, ZCCHC2, as a critical host factor for K5. ZCCHC2 recruits the terminal nucleotidyl transferase TENT4 to elongate poly(A) tails with mixed sequences, delaying deadenylation. This study provides a unique resource for virus and RNA research and highlights the potential of the virosphere for biological discoveries.최근 바이러스 유전체의 염기서열 분석이 급증함에 따라, 바이러스의 다양성을 탐구하고 아직 알려지지 않은 조절 기능을
발견할 수 있는 기회가 제공되었다. 본 연구에서는 37 개 과, 96 속, 143 종에 해당하는 30,367 개의 바이러스 서열조각(segment)에 대한 스크리닝(screening)을 실시하였다. 그 결과, 3′비번역 부위(3′ UTR) 바이러스 서열조각 라이브러리를 활용해 RNA의 양, 번역, 그리고 핵-세포질 분포에 영향을 미치는 수백 가지 바이러스 서열조각 (segment)들을 확인하였다.
이러한 접근법의 효과를 입증하기 위해, 코부바이러스 (Kobuvirus)에서 보존된 K5 서열에 대한 연구를 더 진행하였고, K5 가 다양한 상황에서 전령RNA (mRNA)의 안정성과 번역을 증진시키는 강력한 능력이 있다는 것을 발견하였다. 이와 더불어, K5 의 중요한 숙주 단백질로서 ZCCHC2 라는 새로운 단백질을 발견하였다. 이 ZCCHC2 단백질은 아데닌 꼬리 (poly(A) tail)를 혼합된 시퀀스를 가진 꼬리 (mixed-tail)로 연장하여 아데닌 꼬리의 분해 (deadenylation)를 지연시키는 말단 뉴클레오티딜 전달효소 4 (TENT4)를 불러온다.
K5 서열 이외에도, 유전자의 발현을 증가시키는 바이러스 서열 중 K3 와 K4 가 TENT4 의 조절을 받는 것으로 확인되었다.
K3 는 TENT4 단백질과 함께 기능하는 것으로 알려진 ZCCHC14 단백질의 조절을 받고, K4 는 ZCCHC2 와 ZCCHC14 모두의 조절을 받지 않았다. 이러한 K3, K4, 그리고 K5 서열은 같은 TENT4 단백질을 이용하지만, 서로 다른 메커니즘을 가지고 있으며, RNA 활성화와 바이러스 감염에서 혼합 테일링의 중요한 역할을 밝히고 있다.
종합적으로, 이 연구는 바이러스 및 RNA 연구에 중요한 자원을 제공하며, 바이러스 연구를 통한 생물학적 발견의 가능성을
강조한다.Abstract i
Contents iii
List of Figures v
List of Tables ix
List of Abbreviations x
1 Introduction 1
2 Results 5
2.1 Viromic screens to identify regulatory RNA elements 5
2.2 Identification of regulatory RNA elements 9
2.3 Validation of viral regulatory elements 15
2.4 Characterization of the K5 element 20
2.5 K5 enhances gene expression from AAV vectors and synthetic
mRNAs 28
2.6 K5 induces mixed-tailing by TENT4 32
2.7 Identification of ZCCHC2 as a host factor for K5 39
2.8 Characterization of ZCCHC2 42
2.9 TENT4 dependent viral elements 55
2.10 Subcellular localization of viral elements 57
3 Discussion 61
4 Materials and Methods 67
5 Conclusion 87
6 Long Tables 89
Bibliography 99
국문초록 111박
초위성체 마커 분석을 통한 러시아 남서 연 해주 아무르호랑이 개체군의 15년간 유전적 다양성 변화
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교 대학원 : 수의과대학 수의학과, 2024. 8. Je-Yoel Cho.The Amur tiger (Panthera tigris altaica), an endangered subspecies, has faced significant population challenges due to habitat loss, poaching, and genetic isolation. This study evaluates the genetic diversity of the Amur tiger population in Southwest Primorye, Russia, over a 15-year period using the same set of microsatellite markers. A total of 344 fecal samples were collected non-invasively between 2014 and 2019, with 242 samples confirmed as Amur tiger through genetic analysis. Using ten microsatellite markers, 20 unique individuals were identified. The present study reported slightly higher genetic diversity (Na = 3.67, He = 0.63) compared to that reported by Sugimoto et al. in 2012 (Na = 3.0, He = 0.55) based on the result of analysis using the same nine loci of heterologous microsatellites used by Sugimoto et al (2012). Given that the tiger population of Southwest Primorye has increased multifold and expanded to neighboring areas in Northeast China over the past two decades, this slight increase in genetic diversity suggests a healthy population state. The study highlights the need for ongoing genetic diversity assessments to ensure the long-term survival of the Amur tiger population in Southwest Primorye. Keywords: Amur tiger, Endangered species, Conservation, Noninvasive genetics, Microsatellite marker Student Number: 2019-27141본 논문은 동일한 초위성체 마커 세트를 사용하여 15년 기간에 걸친 러시아 남서 연해주 아무르호랑이 개체군의 유전적다양성 변화를 평가했다. 2014년부터 2019년까지 비침습적으로 수집된 총 344개의 배설물 시료을 사용했으며, 유전자 분석을 통해 242개의 시료가 호랑이인 것으로 확인 되었다. 이번 연구는 2012년 스기모토 등이 보고한 결과(Na = 3.0, He = 0.55)에 비해 유전적다양성(Na = 3.67, He = 0.63)이 약간 더 높은 것으로 나타났다. 지난 20년 동안 남서 연해주 호랑이 개체수가 몇 배로 증가하고 중국 동북부 인근 지역으로 확장된 것을 고려할 때, 유전적다양성이 약간 증가한 결과는 현재 이 개체군이 건강한 상태에 있음을 시사한다. 그러므로 본 결과는 아무르 호랑이 개체군의 현상태와 미래의 관리 방안에 대한 중요한 정보를 제공함으로 수의생명과학 분야의 석사학위 논문으로 손색이 없다고 판단된다.Abstract i
1. Introduction 1
1.1 Amur tiger and importance of Southwest Primorye population 1
1.2 Genetic management with microsatellites: background and applications in tiger conservation 5
1.3 Purpose of research 10
2. Materials and methods 11
2.1 Sampling and DNA extraction 11
2.2 Species identity revalidation and unique individual identification 12
2.3 Heterologous (domestic cat) microsatellite amplification 14
2.4 Data analysis 16
3. Results 18
3.1 Genetic analysis from DNA extraction to individual identification 18
3.2 Genetic diversity trends in Amur tiger population of Southwest Primorye 19
3.3 Comparative assessment of species-specific and heterologous microsatellite markers 21
4. Discussion 25
Appendix 30
Appendix 1. Types of microsatellite markers used in other tiger genetic studies . 30
Appendix 2. Comparative examination of feces species identification (field observation vs molecular method) 32
Appendix 3. Statistical test (Mann-Whitney U-test) result 32
Bibliography 33
국문초록 41석