배터리도, 연료도, 모터도 필요 없는 보트라면 어떨까요?

작은 보트를 물에 띄우고 몇 번 비틀어 준 뒤 스스로 움직이는 모습을 지켜본다고 상상해 보세요.

배터리 없음.

전기 모터 없음.

연료 없음.

간단한 고무 밴드와 회전식 패들 장치, 그리고 약간의 물리학만 있으면 됩니다.

그 질문에서 시작된 것이 바로 키네틱 패들 — 저장된 기계 에너지를 운동으로 바꾸도록 설계된 오프그리드 보트입니다.

간단한 역사

회전하는 패들로 보트를 움직인다는 아이디어는 현대의 모터보다 훨씬 오래되었습니다.

산업혁명 이 진행되던 시기에, 패들 보트는 수상 운송의 중요한 부분이 되었습니다. 대형 패들 휠이 물을 향해 회전하며 물을 뒤로 밀어내고 보트를 앞으로 움직였습니다. 증기기관이 동력을 제공했지만, 기본 원리는 놀라울 만큼 단순했습니다:

무언가를 회전시킨다 → 물을 뒤로 밀어낸다 → 보트를 앞으로 움직인다.

저는 같은 원리를 완전히 다른 관점에서 바라보고 싶었습니다: 증기기관을 없애고, 연료를 없애고, 전기를 없애면 어떨까?

그 이면의 물리학

답은 저장된 에너지에서 시작합니다.

고무 밴드를 비틀면 고무 밴드에 기계적 일이 가해지고, 에너지가 탄성 위치 에너지로 저장됩니다. 고무 밴드를 놓으면 저장된 에너지가 회전 운동으로 변환됩니다.

회전하는 축이 패들 메커니즘을 구동하여 물을 뒤쪽으로 밀어냅니다. 뉴턴의 제3법칙에 따르면 물과의 상호 작용으로 반작용력이 발생하여 보트가 앞으로 나아갑니다.

전체 에너지의 이동 과정은 다음과 같습니다:

탄성 위치 에너지 → 회전 운동 에너지 → 패들 운동 → 물의 이동 → 전진 운동

따라서 보트가 단순해 보이지만, 다음과 같은 공학의 기본 개념을 보여 줍니다: 에너지는 저장되고, 전달되며, 한 형태에서 다른 형태로 변환되어 유용한 일을 만들어 낼 수 있습니다.

해결책

이를 계기로 저는 Kinetic Paddle — 배터리, 모터 또는 연료원 대신 꼬아 놓은 고무 밴드를 사용하는 소형 자력 추진 보트를 만들었습니다.

목표는 가장 빠른 보트를 만드는 것이 아니었습니다. 자급자족과 오프그리드 사고를 중심으로 설계했을 때 단순한 기계 시스템이 얼마나 발전할 수 있는지 탐구하는 것이었습니다.

패들 추진이라는 역사적 개념과 간단한 고무 밴드 에너지 저장 메커니즘을 결합하여, Kinetic Paddle은 밴드를 몇 번 꼬는 것만으로 실제로 물 위에서 움직입니다.

이는 더 큰 아이디어를 보여 주는 작은 시연입니다:

때로 오프그리드 생활을 위해 복잡한 기술이 필요한 것은 아닙니다. 우리 주변의 에너지를 이해하고 이를 영리하게 활용할 방법을 찾는 것에서 시작됩니다.

STEP 1. 준비물

재료

1. ️ 3D 프린팅 보트 본체 — 맞춤 설계된 선체
2. ⚙️ 3D 프린팅 프로펠러/패들 — 회전 운동을 추진력으로 변환
3. 소형 고무 밴드 — 탄성 위치 에너지를 저장
4. PLA Pro 필라멘트 — 보트와 추진 부품을 출력하는 데 사용

도구

1. ️ Bambu Lab A1 Mini 3D 프린터 — 보트 본체와 프로펠러를 출력하는 데 사용

출력 재료: PLA Pro

프린터: Bambu Lab A1 Mini

STEP 2. 부품 3D 프린팅

저는 Autodesk Fusion 360에서 보트 본체와 프로펠러를 설계 하고 3D 프린팅을 위해 STL 파일로 내보냈습니다.

아래에서 STL 파일을 다운로드할 수 있습니다.

3D 프린팅

두 STL 파일을 Bambu Studio 에 불러온 후 다음 설정으로 출력합니다:

1. 프린터: Bambu Lab A1 Mini
2. 필라멘트: PLA Pro
3. 노즐: 0.4 mm
4. 레이어 높이: 0.20 mm
5. 서포트: 필요 없음
6. 출력 프로파일: Standard

두 부품 모두 서포트 없이 빌드 플레이트에 직접 출력했습니다. 출력이 끝나면 플레이트에서 부품을 분리하고 작은 출력 잔여물을 제거합니다.

팁: 보트 본체를 가볍게 유지하세요. 선체가 가벼울수록 물속을 이동하는 데 필요한 힘이 줄어들어 고무 동력 추진 시스템이 더 효율적으로 작동할 수 있습니다.

STEP 3. 고무 밴드를 본체에 부착하기

이제 설치해야 할 것은 보트에 동력을 공급하는 고무 밴드입니다.

그림과 같이 작은 고무 밴드를 보트 본체 중앙을 따라 놓으세요. 한쪽 끝은 보트에 고정하고 다른 쪽 끝은 뒤쪽의 회전 프로펠러 메커니즘 에 연결합니다.

1. 고무 밴드를 보트 중앙의 구멍으로 통과시키세요.
2. 고무 밴드의 한쪽 끝을 앞쪽 장착 지점에 고정하세요.
3. 다른 쪽 끝은 뒤쪽의 프로펠러 축 에 연결하세요.
4. 고무 밴드가 보트 본체에 걸리지 않고 곧고 중앙에 위치하도록 하세요.
5. 프로펠러를 돌려 고무 밴드를 비틀고 에너지를 저장하세요.

프로펠러를 놓으면 고무 밴드가 풀리기 시작하면서 프로펠러가 회전하고 물을 뒤쪽으로 밀어냅니다.

팁: 고무 밴드의 양쪽 끝이 단단히 고정되어 있고 프로펠러가 자유롭게 회전할 수 있을 만큼 충분한 장력이 있는지 확인하세요.

STEP 4. 프로펠러 부착하기

이제 프로펠러를 고무 밴드에 부착할차례입니다.

그림과 같이 프로펠러를 고무 밴드의 양쪽 사이에 놓아 고무 밴드가 프로펠러 중앙을 단단히 잡도록 하세요.

1. 출력한 4날 프로펠러를 준비하세요.
2. 프로펠러 중앙을 고무 밴드의 양쪽 사이에 놓으세요.
3. 프로펠러가 보트 중앙에 위치하도록 하세요.
4. 프로펠러가 보트 본체에 닿지 않고 자유롭게 회전하는지 확인하세요.
5. 프로펠러를 몇 바퀴 돌려 고무 밴드를 비틀고 부드럽게 회전하는지 확인하세요.

이제 프로펠러가 고무 밴드 메커니즘에 연결되었으며, 저장된 탄성 위치 에너지를 회전 운동으로 변환할준비가 되었습니다.

STEP 5. 보트 작동시키기 🚤

프로펠러를 부착했으니 이제 보트를 테스트할 시간입니다!

1. 보트를 프로펠러가 뒤쪽을 향하도록단단히 잡으세요.
2. 프로펠러를 시계 반대 방향으로그림과 같이 돌리세요.
3. 여러 번 계속 돌려 고무 밴드를 비틀어 에너지를 저장하세요.
4. 프로펠러가 풀리지 않도록 잡은 상태에서 조심스럽게 보트를 물 위에 놓으세요.
5. 보트를 물 위에 놓은 후, 프로펠러를 놓으세요.
6. 고무 밴드가 풀리면서 프로펠러를 회전시키고, 물을 뒤쪽으로 밀어 보트를 앞으로 나아가게 합니다.

🌊 움직이는 모습을 지켜보세요!

방출되면 저장된 탄성 위치 에너지 가 회전 운동으로 변환됩니다. 회전하는 프로펠러가 물을 뒤로 밀어내면서 보트가 물 위를 가로질러 앞으로 이동하게 됩니다.

팁: 보트를 물에 넣는 동안 프로펠러를 제자리에 고정하여 저장된 에너지가 너무 일찍 방출되지 않도록 하세요.

원문: https://www.instructables.com/KINETIC-PADDLE-Turning-Energy-Into-Motion/