[영화 속 머신러닝 시리즈 1] 스파이더맨의 거미줄은 얼마나 강할까?
데이터 사이언티스트들과 스파이더 맨의 공통점은 세상을 더 좋은 방향으로 바꿀 수 있다는 것입니다. 차이점은 Spider-Man은 인간만한 크기의 거미의 힘을 가졌다는 것 입니다. 머신러닝과 물리학을 활용하여 스파이더 맨의 능력을 알아봅시다.
스파이더맨의 거미줄은 얼마나 강할까?
실제 과학을 사용하여 위의 질문에 답하려면 그에 대해 몇 가지 가정을 해야 합니다. 또한 실제 거미의 거미줄 강도에 대한 실제 데이터를 찾고 이 데이터를 사용하여 스파이더맨 거미줄의 강도를 추론해야 합니다.
스파이더맨은 그림자 속에서 살아왔기 때문에 아무도 그의 정확한 한계를 알지는 못합니다. 그러나 여기에 우리가 “사실”로 간주할 수 있는 것이 있습니다.
– 그는 거미로 변신한 인간입니다. 지구상에 알려진 다른 모든 거미와 비교하면 큰 거미입니다.
– 몸무게는 약 75kg(165lbs)입니다.
– 키는 약 175cm(5피트 9인치)입니다.
– 스파이더맨은 매우 강하다. 원작 상에서 그가 10,000Kg(Ford F150 트럭 약 3대)이 넘는 탱크를 들어 올릴 수 있었음을 보여주는 그림이 있습니다. 이 전차는 대형 M1A1 Abrams(62,000Kg)와 비교할 때 작은 것으로 간주되지만 그가 10,000Kg의 전차를 들어 올릴 수 있다는 것은 여전히 인상적입니다.
– 스파이더맨은 손목의 작은 구멍에서 거미줄을 배출하기 위해 팔뚝에 거미줄을 쏘는 샘이 있다고 합니다. 물론 일부 팬들은 손목의 최첨단 기계를 사용하는 것이 맞다고 할 수 있겠지만, 이번 글에서는 스파이더맨을 거미에 물려 거미와 같은 생물로 변한 경우로 간주하고 땀샘을 통해 거미줄을 쏘는, 거미의 생물학적 데이터를 적용하겠습니다.
– 그의 거미줄은 건물, 창문 등과 같은 표면에 스스로 접착하고 접착할 수 있습니다. 거미줄과 표면 사이의 결합력은 거미줄의 강도보다 강합니다.
스파이더맨과 RapidMiner의 만남
이제 스파이더맨에 대한 사실을 확인했으므로 기계 학습을 사용하여 거미줄의 강도를 추정해 보겠습니다. 우리는 약 200종의 거미줄 실크의 기계적 특성에 대한 데이터를 사용하여 모델을 개발함으로써 이를 수행할 것입니다.
이 데이터는 https://spider-silkome.org/mechanical_properties에서 사용할 수 있습니다. Altair의 ML 모델링 소프트웨어인 RapidMiner를 사용하여 스파이더맨의 신체 크기와 거미줄의 예상 크기를 사용하여 거미줄의 강도를 추정했습니다. 그의 거미줄 지름이 2mm이고 몸의 크기가 175cm라고 가정하겠습니다.
실제 거미의 기계적 특성 데이터를 사용하여 RapidMiner의 그래디언트 부스트 결정 트리가 가장 정확한 모델을 제공한다는 사실을 발견했으며, 이를 스파이더맨 거미줄의 극한 인장 강도 : UTS(Ultimate Tensile Strength)를 추정하는 데 사용했습니다. (UTS는 파손되기 전에 늘어나는 동안 재료가 견딜 수 있는 최대 응력입니다.) 이 모델은 위 그림에 나와 있습니다.
스파이더맨 거미줄에 대한 UTS의 추정 값은 310GPa로 지구상에 알려진 어떤 재료보다 훨씬 강합니다. 일반적인 구조용 강철(철근 등급 60으로 알려짐)의 UTS는 0.62 GPa에 불과하므로 스파이더맨의 실크는 철근 등급 60보다 약 500배 더 강합니다.
이 UTS를 사용하면 직경 2mm의 스파이더맨 거미줄이 최대 약 100톤의 하중을 운반할 수 있습니다. 그래서 스파이더맨의 거미줄은 우리가 알고 있는 스파이더맨이 들어올린 최대 하중보다도 더 많은 하중을 들어올릴 수 있습니다.
실크의 UTS를 추정하는 데 사용되는 ML 모델의 한 가지 (큰) 약점은 스파이더맨의 신체 크기가 모델 훈련 데이터의 범위를 벗어났다는 것입니다. 데이터 세트의 거미는 2~38mm 범위의 신체 크기를 가지며 스파이더맨 특성 크기(높이)는 1,750mm입니다. 실제 애플리케이션을 위한 심각한 ML 모델을 개발하는 일반적인 상황에서는 이 모델이 허용되지 않습니다. 하지만 우리는 슈퍼히어로를 다루고 있기 때문에 모델의 추정치를 받아들야만 할 것입니다.
결론 :
직경 2mm의 스파이더맨 거미줄이 최대 약 100톤의 하중을 운반할 수 있으며, 이는 스파이더 맨이 직접 들 수 있는 하중보다도 큽니다.
– 출처 : https://medium.com/@Mamdouh.Refaat/spider-man-meets-machine-learning-and-physics-8681a1b12ed6 Mamdouh Refaat, 알테어 최고 데이터 사이언티스트
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