“날갯짓에 방향·속도 조절” 드론 ‘감각 비행’ 가능해진다

새와 곤충처럼 날갯짓으로 비행하면서, 바람의 압력과 공기의 흐름을 감지해 방향·속도를 조절할 수 있는 ‘감각 비행(fly-by-feel)’ 제어기술이 개발됐다.

감각 비행은 비행체에 카메라와 GPS(Global Positioning System) 등 센서를 장착하지 않고도, 주위 환경의 변화를 인지할 수 있게 한다.

특히 자연계의 새와 곤충처럼 불안정한 공기 흐름에도 호버링(제자리에서 정지 비행하는 것)과 회전할 수 있는 비행 능력을 두루 발휘할 수 있는 점이 강점으로 꼽힌다.

곤충의 비행 원리를 이용한 ‘감각 비행’ 제어기술 개발 개념도. 한국연구재단 제공

한국연구재단은 강대식·한승용·고제성 아주대 교수 공동연구팀이 감각 비행 제어기를 개발하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

‘날갯짓 드론’은 프로펠러 방식의 회전익 드론보다 구조체가 유연하고, 부드러워 충돌에 강하다. 또 소음저감 효과가 우수해 초경량 드론 분야에 효율적 모델로 주목받는다.

다만 기존 날갯짓 드론은 회전익 드론의 제어 방식을 사용하기 때문에 정지 체공은 가능한 반면 바람을 타고 비행하는 장거리 비행에는 한계를 보여 독자적 제어 시스템 개발이 필요한 상황이었다.

공동연구팀은 이러한 개발 필요성을 고려해 문제해결에 나섰다.

우선 공동연구팀은 비행 곤충의 날개에 위치한 종 모양의 감각 기관인 컴패니폼 센실라가 바람에 의한 날개의 변형 정도를 감지·활용해 신속하게 비행을 제어하는 점에 주목했다.

또 같은 원리로 컴패니폼 센실라를 모사한 초경량 고민감도 균열센서(기계적 변형 측정)를 개발하고, 이를 날갯짓 드론에 부착해 날개 변형에 따른 신호 변화를 수집했다.

수집한 신호 변화에서는 날개 변형 정보 안에서 드론 비행 제어에 필요한 바람의 방향, 속도 정보가 포함돼 있음이 확인됐다.

이를 토대로 진행한 실험에서 공동연구팀의 감각 비행 제어기술은 날개 변형 정보로 비행 중 바람의 방향과 세기를 80%대의 정확도로 분류했고, 바람이 부는 환경에서도 날갯짓 드론이 목표한 지점으로 이동해 위치를 유지하는 성능을 보였다.

또 바람이 불지 않는 환경에서 날갯짓 드론이 스스로 비행경로를 추적해 사용자가 지정한 6가지 경로로 비행할 수 있는 능력도 실험을 통해 확인됐다.

강대식 아주대 교수. 한국연구재단 제공

강 교수는 “이번 연구는 기존에 없던 날개 변형 정보 기반의 날갯짓 드론 제어 시스템을 개발하고, 실효성을 검증했다는 점에서 의의를 갖는다”며 “연구 결과가 앞으로 정지 체공 뿐 아니라 글라이딩이 가능한 날갯짓 드론 개발과정에서도 실마리로 활용될 수 있길 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견 연구 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 머신 인테리젼스’ 9월 20일자에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr