아두이노로 초음파 부양 장치 만들기: 단계별 가이드

필요한 부품 및 소모품

아두이노 우노 (Arduino UNO)	1개
초음파 센서 HC-SR04 (트랜스듀서 추출용)	1개
SparkFun 듀얼 H-브리지 모터 드라이버 L298	1개
9V 배터리 (또는 7.4V 전원)	1개

필요한 도구 및 기계

• 납땜 인두, 무연 납땜 와이어, 점퍼 와이어 키트 (5cm, 10개)

앱 및 온라인 서비스

• 아두이노 IDE

프로젝트 소개

공중에서 물체가 떠 있는 모습(마치 UFO처럼)은 초음파 부양(acoustic levitation)으로 가능합니다. 작은 종이 조각이나 스티로폼을 두 초음파 트랜스듀서 사이에 놓으면, 음향 파동이 만들어내는 정재파의 노드(node) 지점에서 중력을 상쇄하여 부양합니다.

1단계: 원리 이해

정재파(Standing Wave)가 핵심입니다. 트랜스듀서에서 나온 음파가 반사판에서 반사되어 돌아올 때, 진행파와 반사파가 간섭하여 정재파를 만듭니다. 정재파에는 압력이 최소인 노드(Node)와 최대인 앤티노드(Antinode)가 교대로 나타납니다. 중력 방향과 평행하게 정재파를 만들면 노드 지점에 일정한 상향 압력이 생겨 가벼운 물체를 띄울 수 있습니다.

2단계: 필요한 부품

• 아두이노 우노/나노 (ATmega328P)
• HC-SR04 초음파 모듈 (송신부/수신부 트랜스듀서 추출)
• L298 H-브리지 모듈 (또는 L293D)
• 일반 PCB, 7.4V 배터리/전원, 연결 와이어

3단계: 회로도

아두이노가 40kHz 고주파 발진 신호를 생성 → A0, A1 핀으로 L298 입력 → L298이 7.4V 구동 전압으로 트랜스듀서 구동 → 두 트랜스듀서를 마주 보게 배치 → 정재파 형성 → 노드에 물체 부양

4단계: 트랜스듀서 제작

HC-SR04 모듈에서 송신부(T)와 수신부(R)를 납땜 제거 → 보호 커버 제거 → 긴 와이어 연결 → 폼 보드와 너트/볼트로 두 트랜스듀서를 정확히 마주 보게 고정 (위치 정렬이 매우 중요)

5단계: 프로그래밍

타이머 인터럽트로 40kHz 발진 신호 생성 (A0, A1 핀 출력). 코드는 몇 줄 안 되는 간단한 구조입니다.

코드 다운로드: GitHub Gist

6단계: 연결

회로도대로 연결, 모든 그라운드 공통 연결 필수

7단계: 중요 사항 및 개선점

• 트랜스듀서 정렬이 가장 중요 (동일 선상, 정확히 마주 보게)
• 가벼운 물체만 부양 가능 (스티로폼, 종이 조각)
• 최소 2A 전류 공급 필요
• 다중 트랜스듀서 사용 시 곡면 배열로 정렬해야 함 (평면 배열은 실패함)

8단계: 마치며

궁금한 점은 댓글로 남겨주세요!

코드

Gist

https://gist.github.com/EDISON-SCIENCE-CORNER/3ebb7020d0dacbbae949afb8f29bfcc3

회로도

회로도 이미지 제공