지난 5월 14일 서울시교육청 소속 과학전시관은 ‘제40회 서울학생과학발명품경진대회’ 본선 대회 입상자를 발표했다. 본선대회에는 5개 부문(생활과학Ⅰ,생활과학Ⅱ, 학습용품, 과학완구, 자원재활용)에 156점(초 54, 중 52, 고 50)의 작품이 출품됐다. 출품 작품 중 아이디어가 돋보이는 목동 지역 학생들의 수상작을 소개한다.

 반려견 대변 처리용 집게의 사용이 간편한 자바라 손잡이 목줄
목동중학교 2학년 이재용 학생

목동중학교(교장 경종록) 2학년 이재용 학생은 평소 반려견을 산책시키다 배설물을 치우는 일이 번거로웠다. 반려견의 배설물을 치울 때 손에 묻지 않고 손쉽게 처리할 방법을 고민하다 ‘반려견 대변 처리용 집게의 사용이 간편한 자바라 손잡이 목줄’을 발명했다. 반려견 목줄 손잡이에 자바라 통을 적용해 집게와 집게 전용 비닐봉지를 자바라 손잡이에 넣고 다니면서 간편하게 반려견 배설물을 집게로 처리할 수 있는 발명품이다.
“반려견과 산책을 할 때 배설물 처리가 골치 아프잖아요. 손에 비닐을 끼거나 휴지로 변을 직접 집어서 치워야 하는데 손에 닿는 느낌도 별로고 손에 묻을까 염려도 되고요. 그래서 손을 대지 않고 배설물을 처리할 방법을 고민하다 집게를 생각했어요.”
선행연구에서 집게를 사용한 방법은 많았다. 그래서 ▲집게 사용의 불편함 ▲이동 시 보관 ▲ 배설물 처리 후 집게를 닦아야 하는 불편함 등을 보완할 방법을 연구했다.  
아이디어는 자바라 물받이 캡 플라스틱 커버 우산에서 얻었다. 플라스틱 자바라 포켓이 달려 잡아당겨 올리면 우산 커버가 완성돼 젖은 우산을 감출 수 있는 원리다. 재용군은 자바라를 이용한 우산처럼 집게를 자바라 안쪽에 고정하고, 사용할 때만 자바라를 열고 전용 비닐을 씌워 집게를 이용해 배설물을 처리할 수 있도록 했다. 집게를 따로 들고 다니지 않아도 되고 전용 비닐을 사용해 처리 후 집게를 닦을 필요도 없다. 자바라 끝부분은 뚜껑으로 닫아 평소에는 목줄 손잡이로 사용할 수 있게 만들었다.
“발명하기 위해 발명품을 발전시키려는 과정에서 연계된 분야가 보입니다. 이러한 과정이 시야를 넓힐 수 있는 방법의 하나라고 생각합니다. 거창하게 만들려고 하지 말고 생활하다 불편한 점을 개선한다는 생각으로 도전해보세요.”

휴대용 펜 꽂이
영일고등학교 1학년 조민서 학생

영일고등학교(교장 오흥구) 1학년 조민서 학생은 모의고사를 볼 때 시험지 사이즈가 너무 커서 펜이 자주 떨어지는 경험을 했다. 매번 펜을 주울 때마다 들고 다니며 필요할 때 책상에 부착할 수 있는 펜 꽂이가 있으면 좋겠다는 생각을 했다.
“제가 발명한 ‘휴대용 펜 꽂이’는 작고 휴대가 간편합니다. 펜 꽂이를 책상에 끼운다는 개념에 착안점을 두어 책상에 끼워 좁은 공간에서도 펜이 바닥에 떨어지는 번거로움을 해소할 수 있도록 만들었습니다.”
펜 꽂이는 아크릴과 우레탄 고무를 재료로 만들었고 ‘탄력성’이란 과학적 원리에 간편성과 공간 활용성이란 장점을 더했다. 몸통은 원기둥 모양이지만 펜을 꽂기 위해 제품을 돌리면 책상에 꽂을 수 있도록 한 점은 회원축의 원리에 착안한 휴대용 돋보기에서 아이디어를 얻었다.
민서군이 제작한 펜 꽂이는 손안에 들어오는 아담한 크기로 어디서나 간편하게 필기도구의 위치를 정해 끼울 수 있다. 하지만 작품이 완성될 때까지 몇 단계의 어려운 과정을 거쳤다. 먼저 민서군은 아크릴 몸통을 제작하기 위해 아크릴 공장 여러 곳을 방문했다. 하지만 거절당하기 일쑤, 마지막에 들른 딱 한 곳에서 발명품을 이해해주며 제작에 도움을 주었다. 이곳에서도 원하는 모양의 제품이 나오지 않아 상의를 하며 여러 번의 제작 과정을 거쳤다. 게다가 우레탄 고무 대신 종이, 면봉, 얇은 플라스틱판 등 재료를 이용해 실행 가능성 유무를 선행해 보았다.
총 재료비 4만 원, 작품 제작하는데 걸린 시간 2주. 민서군은 교내대회에서 장려상만이라도 받으면 좋겠다고 도전했는데 서울시대회 우수상으로 결과는 생각보다 좋았다고 한다.
“학생과학발명대회는 거창한 발명품이 아니라 간단한 과학적 원리만 조합하면 어느 정도 성적은 낼 수 있으니 어렵게 생각하지 말고 도전해 보세요.”

자동으로 뚜껑을 닫는 컵
영일고등학교 2학년 류지원 학생

영일고등학교(교장 오흥구) 2학년 류지원 학생은 자고 일어나면 바로 물을 마시는 습관이 있다. 어느 날 물을 마시려다 전날 밤 남겨 놓은 컵 안의 물 위에 떠 있는 먼지를 보고 아이디어를 얻어 ‘자동으로 뚜껑을 닫는 컵’을 발명했다.
“컵에 남긴 음료가 이물질로부터 오염되는 것을 막고자 컵을 사용한 후 내려놓을 때 자동으로 뚜껑이 닫히고, 컵을 들고 이동할 때는 흘리지 않도록 하는 데 목적을 두었습니다.”
발명품의 원리는 어릴 때 가지고 놀던 자석의 척력이다. 척력은 두 물체가 서로 밀어내는 힘을 말한다. 발명품은 일반 자석보다 작지만 강력한 자성을 띠는 네오디뮴으로 컵 뚜껑을 자동으로 닫아주는 구조로 만들었다. 사용하지 않고 내려놓을 때만 자동으로 뚜껑이 닫히기 때문에 컵을 들고 이동할 경우 컵 안의 내용물을 안전하게 옮길 수 있다.
완성품이 나오기까지 몇 단계의 제작과정을 거쳤다. 처음엔 컵을 받침대 위에 놓아야만 뚜껑을 닫을 수 있게 만들었다. 지원군은 컵을 들고 다니면서도 사용할 수 있도록 보완하고자 받침대 부분을 컵 안에 넣을 수 있는 구조로 개선했다. 컵 뚜껑도 위아래가 겹친 이중 구조에서 음료를 마시는 입구만 덮을 수 있는 회전형 구조로 디자인을 바꿔 편리성을 더했다. 종이로 제작과정을 수정하며 작품을 만들다 최종 완성품은 3D 프린터로 제작했다.
“컵 뚜껑을 자동으로 닫을 네오디뮴 자석의 위치를 잡는 것과 크기에 맞는 자석을 구하는 것이 가장 어려웠습니다. 수치로 계산할 정도도 안 돼서 일일이 수작업으로 위치를 정하는 시행착오를 거쳐 완성품이 나왔습니다.”
이번 발명으로 네오디뮴에 대해 조사하면서 지원군은 생활하면서 접하는 물건에 네오디뮴을 더 많이 적용해 좀 더 편리한 제품을 발명하는데 계속 도전할 것이라고 한다.

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