[비즈월드] 최근 학교 교육 과목이 다양화되면서 사회 전반의 사항을 직·간접으로 경험할 수 있도록 하는 방법이 교육 현장에 도입되고 있다. 코딩이나 환경 보호, 물류 흐름, 농작물 경작, 건강관리, 각종 전기 발전 과정 등의 경우 단순 주입식 교육만으로는 어린 학생들에게 흥미를 주지 못하고 단순 지식을 암기하도록 하는 것에 불과해 효과는 제한적이다.

이 가운데 교육 당국까지 나서 교육을 독려하고 있는 코딩 교육을 예로 들어보자. 코팅 교육은 크게 컴퓨터 프로그램 코딩, 스마트폰 앱 코딩, 전자부품을 이용한 하드웨어 코딩 등으로 나눌 수 있다. 이 중에서 하드웨어 코딩은 전자회로, 메카트로닉스, 소프트웨어를 모두 다루는 가장 높은 수준의 코딩 과목이다. 현재 하드웨어 코딩에서 가장 많이 사용되는 도구는 아두이노 보드이다.

아두이노 보드는 2005년 이탈리아의 한 디자인학교에서 하드웨어에 익숙하지 않은 학생들이 자신의 디자인 작품을 손쉽게 제어할 수 있도록 개발된 비전공자용 프로그래밍 보드이다. 일반인들과 학생들이 사용할 수 있을 만큼 사용이 쉽고 관련된 전자부품이 많이 제작되면서 현재 국내 코딩 교육에서도 가장 많이 사용되고 있다.

교육부의 초·중등 코딩 교육 의무화 방침에 따라 코딩 교육이 많은 관심을 받고 있으며 다양한 방식으로 학생들을 위한 코딩 교육이 연구·개발되고 있다. 

또 4차 산업의 도래와 함께 인공지능 기반의 기계 학습과 자율주행에 대한 관심도 증가되고 있는 상황으로 초·중등 교육에서도 이런 인공지능(AI) 기반의 기계 학습과 자율 주행에 대한 교육이 많은 관심을 받고 있으며 이의 필요성도 대두되고 있는 것이 사실이다.

그러나 코딩 교육과 AI 기반의 기계 학습의 프로그래밍 교육의 경우 난해한 프로그래밍 언어와 복잡한 논리 관계로 학습 수준이 다소 어려운 편에 속한다. 이 때문에 공교육 현장에서 학생들에게 쉽고 효율적으로 전달되기 어려운 문제가 있었다.

이런 단점을 해결하면서 각종 사회현상의 발생 원리를 쉽고 깊이 있게 이해할 수 있는 교육 방법이 특허로 등록받아 관심을 끌고 있다.

비즈월드가 확인한 결과 경상남도 교육청(이하 경남교육청)이 지난 5월 2일 동시 출원한 5건의 특허가 최근 모두 등록에 성공했다. 

해당 특허들은 6월 29일 등록을 받은 ▲‘수직 농장 복구 게임을 수행하기 위한 수직 농장 복구 게임 장치(출원번호 제1020220054155호, 등록번호 제102416458호)’ 특허를 비롯해 7월 12일 자로 등록을 받은 ▲‘발전소 건설 게임을 수행하기 위한 발전소 건설 게임 장치(출원번호 제 1020220054161호, 등록번호 제102421664호)’ ▲‘스마트 건강 관리 게임을 수행하기 위한 스마트 건강 관리 게임 장치(출원번호 제1020220054156호, 등록번호 제102421658호)’ ▲‘로봇 물류 게임을 수행하기 위한 로봇 물류 게임 장치(출원번호 제1020220054147호, 등록번호 제102421655호)’ ▲‘환경 보호 게임을 수행하기 위한 환경 보호 게임 장치(출원번호 제 1020220054160호, 등록번호 제102421660호)’ 등이다.

가장 먼저 등록을 받은 ‘수직 농장 복구 게임을 수행하기 위한 수직 농장 복구 게임 장치’ 특허의 경우 수직 농장을 복구하기 위한 다양한 미션을 진행하는 게임을 통해 인공지능(AI) 기반의 기계 학습과 코딩에 대한 프로그래밍 교육을 쉽고 효율적으로 제공해 학생들의 적극적인 수업 참여를 유도하며 학생들이 재미있게 AI 기반의 기계 학습과 코딩의 원리를 이해할 수 있도록 지원하는 수직 농장 복구 게임을 수행하기 위한 수직 농장 복구 게임 장치에 관한 것이다. 

이 특허는 구체적으로 수직 농장에 특정 파장 영역의 빛을 공급하기 위한 제1미션과 수직 농장에 물을 공급하기 위한 제2미션, 수직 농장의 공기를 순환시키기 위한 제3미션 등으로 구분했다. 

비록 이 특허에서는 수직 농장이라고 게재했지만 사실 복수층으로 구성됐다. 복수의 층 각각에는 식물 재배 장치가 배치되고 이 식물 재배 장치는 특정 파장 영역의 빛을 방출하는 램프와 재배하는 식물에 물을 공급하기 위한 배관을 포함하며 공기 순환을 위한 서큘레이터 등이 배치되도록 했다. 

제1게임 장치는 복수의 미션 카드와 삽입된 미션 카드의 RGB 값을 분석해 표시하는 광 분석 모듈을 포함하고 이를 취합하는 컴퓨팅 장치에는 사용자가 입력한 RGB 값과 기준 범위를 비교하고 입력된 RGB 값이 기준 범위 내에 해당하는 경우 램프를 동작시켜 수직 농장에 빛을 공급하도록 했다.

제2게임 장치는 서로 다른 제1내지 제4색상 태그, 게임판 등이며 게임판 상에 배치되는 수로 모형과 이 모형 내부에 배치된 제1내지 제4장애물, 그리고 청소 로봇을 포함한다. 청소 로봇은 상기 게임판 상에서의 위치 이동을 위한 이동부와 제1내지 제4색상 태그를 인식하기 위한 카메라로 구성된다.

카메라에서 인식되는 제1내지 제4색상 태그에는 각각과 이동부에 대한 좌회전, 우회전, 유턴, 정지 등의 명령 각각이 매치되도록 학습하고 이동하게 된다.

또 제3게임 장치에는 복수의 큐브와 이 큐브를 이용해 입체 수직 농장을 완성하기 위한 설계도를 포함하고 해당 설계도는 복수의 큐브로 입체 수직 농장을 완성한 상태의 정면, 수직 등 입체 수직 농장을 완성하는 모양이다.

같은 원리로 배관에 물을 공급하도록 제어하고 서큘레이터를 작동해 환기와 공기 흐름은 원활하게 하도록 제어할 수 있다.

이 특허 기술을 발명한 경남교육청 관계자들은 “수직 농장 복구 게임을 수행하기 위한 수직 농장 복구 게임 장치는 수직 농장을 복구하기 위한 다양한 미션을 진행하는 게임을 통해 인공지능(AI) 기반의 기계 학습과 코딩에 대한 프로그래밍 교육을 쉽고 효율적으로 제공할 수 있다”라며 “이 수직 농장 복구 게임을 수행하기 위한 수직 농장 복구 게임 장치는 다양한 미션 게임을 통해 학생들의 적극적인 수업 참여를 유도하여 학생들이 재미있게 AI 기반의 기계 학습과 코딩의 원리를 이해하는 것을 지원할 수 있다”라고 설명했다.

같은 날 출원된 특허들은 이런 코딩 기법을 통해 환경보호와 로봇물류 수행, 스마트 건강, 발전소건설까지도 간접 경험토록 하고 있다. 물론 담당교사 등이 해당 과정을 수행하는데 있어 순차적 방법이 왜 필요한가는 학생들에게 설명하는 과정이 필요해 보였다.

앞서 경남교육청은 지난해 6월 22일 ▲바이러스 확산 방지 게임 장치 ▲바이러스 백신 및 치료제 전달 게임 장치 ▲스피로 자치기 게임 장치를 이용한 자치기 게임 방법 ▲목표 바이러스 찾기 게임 장치 ▲AI 학습 기반의 터틀봇 구슬 치기 게임 장치를 이용한 구슬 치기 게임 방법 ▲AI 학습 기반의 고누 놀이 장치를 이용한 고누 놀이 방법 등 6건의 특허를 출원해 모두 등록을 받았다.

이에 대해 경남교육청 관계자는 “각 특허 별로 관내 선생님들이 팀을 이뤄 연구 개발해 출원하고 있다”면서 “앞으로도 이런 형태로 학생들의 교육에 도움이 될 수 있는 연구를 계속할 예정이다”라고 말했다.

한편 7월 21일 현재 경남교육청이 출원한 지식재산권을 세부적으로 보면 특허와 실용신안 28건, 디자인 40건, 상표 20건이며 이 가운데 등록을 받은 특허와 실용신안은 23건, 디자인 40건, 상표 10건 등이다.

[비즈월드=정영일 기자 / zprki@bizwnews.com]