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 출처 : GT코리아, 한국산업기술진흥원

토마토에 가해지는 기계적 손상의 다중 스케일 모델링

□ 프로젝트 개요

 ㅇ 프로젝트 명: 토마토에 가해지는 기계적 손상의 다중 스케일 모델링(Multi-scale Modelling of Mechanical Damage to Tomatoes, MMMDT)
 ㅇ 프로젝트 기간: 2014년 09월 01일 - 2016년 10월 01일 (종료)
 ㅇ 프로젝트 주관 기관: Birmingham 대학
 ㅇ 프로젝트 관련 사이트: - (없음)
 ㅇ 담당자 정보
   - 프로젝트 관계자: Rodde Xavier
   - 전화번호: +44 1214 158202
   - Email: x.rodde@bham.ac.uk
 ㅇ 프로젝트 지원 금액
   - 총 프로젝트 수행 비용 231,283.20 유로(한화 추산 약 2억 9,406만 원) 전부를 유럽 연합으로부터 지원 받음 (1유로=1271원 기준)
 ㅇ 참여 국가: 영국 1개 기관

□ 프로젝트 진행 배경

 ㅇ 토마토는 부드럽고 부서지기 쉬운 과일이며 이로 인해 수확 및 운송 시에 손상을 입기 쉬움
 ㅇ 본 프로젝트의 목표는 토마토의 다중 스케일 역학 모델링이며, 이를 통해 토마토를 다루는 과정에서 가해지는 외부 힘에 의해 발생 하는 내부 손상을 조사할 수 있는 도구를 제공할 것임
   - 이를 위해 유한 요소 기법이 사용되었음
 ㅇ 이러한 모델링을 통해 토마토의 역학이 어떻게 단일 세포로부터 내부 해부 구조를 통하여 전체 구조까지 어떻게 연관되어 있는지에 대한 이해를 증진시킬 수 있음
   - 또한, 외부 힘이 어떻게 개별 세포를 내부적으로 손상시킬 수 있는지에 대해 알 수 있음

□ 프로젝트 목표

 ㅇ 거시적 규모의 모델링에서 토마토의 구조 조사
 ㅇ 세포 조직 내에서 토마토의 다중 스케일 기계적 움직임 결정
 ㅇ 토마토의 다중 스케일 유한 요소 모델 개발 및 검증
 ㅇ 외부 힘에 의해 발생하는 토마토의 내부 손상 연구

□ 프로젝트 결과

 ㅇ 토마토는 외과피, 중과피, 내과피와 locular gel 조직으로 구성되어 있음
   - 각 층의 경계는 주사 전자 현미경과 영상 분석을 통해 결정되었으며, 세포의 크기가 판별 인자로 사용되었음
   - 각 조직 종류, 모양, 배치와 세포 크기는 주사 전자 현미경에 의해 결정되었으며 세포 벽 두께는 투과 전자 현미경에 의해 결정되었음
   - 매개변수들의 평균값이 유한 요소 모델에서 사용되었음
 ㅇ 단일 중과피 세포의 점탄성-소성 분석이 압축 실험을 통해 이루어졌으며 이때 압축 속도는 5 mm/s였음
   - 이는 압축 시 프로토플라스트(protoplast)에 의한 물 손실 같은 시간 의존 효과를 최소화하였으며, 이를 통해 세포의 기계적 물성치를 얻었음
 ㅇ 다중 스케일 유한 요소 모델은 각피, 과피 틀과 격막 조직을 포함하였으며 거의 비압축성인 표면 기반 액체로 채워진 방실이 모델 되었음
   - 이를 통해 토마토의 압축 반응을 시뮬레이션 하였음
 ㅇ 토마토 전체의 3D의 가상 모델이 개발되었으며 10% 변형까지의 시뮬레이션이 이루어졌음
 ㅇ 토마토의 역학에 대한 유한 요소 모델링 큰 발전이며, 이를 통해 낮은 수준의 압축에서도 발견될 수 있는 내부 손상을 예측할 수 있게 되었음
 ㅇ 비 축방향 압축(non-axial compression)과 같은 과제가 여전히 남아있으나, 본 방법은 토마토의 수확 및 공정 시 발생하는 내부 손상을 이해하는 데 좋은 수단을 제공함

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