2016 January 16 + 17 드론, 우리곁으로성큼다가온다. 이건영 광운대학교 1. 드론이란? 드론 (Drone) 의어원은벌중에서도수벌을뜻하는데이는무인비행체의 윙윙 거리는프로펠러소리가수벌이 윙윙 거리며하늘을날아다니는소리와같다고하여붙여진이름이다. 한국과학기술원 (KAIST) 항공우주공학과심현철교수는 사람이탑승하지않는항공기 로드론을정의했다. 전파를이용해원격조정하는 RC(Remote Control), 사람이탑승하지않는 UAV(Unmanned Aereial Vehicles), 원격으로사람이조정하는 RPA(Remotly Piloted Aircraft) 등다양한종류의무인항공기가있지만 현재까지완벽하게사람이통제하지않는무인항공기는없다 고밝혔다. 미국방부도비슷하게드론을정의하고있다. 미국방부는드론을 동력을갖추고있지만조종사가탑승하지않으며, 항공역학을이용하여기체의양력을얻고, 자율적인비행과원격조정이가능하며, 폐기혹은회수가쉽고살상및비살상장비를탑재할수있는항공기를무인기라고지칭한다. 하지만탄도및준탄도미사일, 순항미사일, 포탄등은 UAV로분류하지않는다 고정의한다. 1) 드론은 1차세계대전이한창이던 1910년대에연구가시작되어, 1918년경 Bug 라는이름의드론이미국에서처음개발 그림 1. 스카우트출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/iai_scout 된것이그시초라고이야기한다. 한국전쟁과베트남전에서도드론이제한적으로투입이되었는데, 그때까지는간단히실험을하는수준이었다가처음으로드론이군사적으로제대로이용된것은 1982년이스라엘과레바논의전쟁에서부터다. 이스라엘이레바논을도와주던시리아군의레이더와미사일기지의위치에대한정보를알기위해 스카우트 라는드론을적의상공에날려서미사일을발사하도록유도하였고, 이를통해레이더기지의위치를파악하고파괴하는등의성과를거두었다. 이후이스라엘이드론기술개발에적극적으로뛰어들면서드론의전문기업화가진행되기시작했다. 2) 1) 유진우, Tech Chosun, [ 드론 2014] 드론 10 문 10 답, 2014.5 2) 정지훈, Power Review, 한국인터넷진흥원, 드론의발전역사와향후시장전망, 2015.5
The Korean Institute of Electrical Engineers 기획시리즈미리보는 2016 년기술이슈 2. 드론의종류 드론이개발되던초기에는표적드론 (target drone), 정찰드론 (reconnaissance drone), 감시드론 (surveillance drone) 으로분류하였지만현재는활용목적 ( 군사용, 소비자시장, 서비스시장 ) 이나구조 ( 고정익, 회전익, 비행선 ) 등에따라다양한분류가가능하다. 군사용드론중프레데터 (Predators) 는헬파이어미사일 (Hellfire missiles) 로무장을하고목표물을찾아파괴할수있는능력을보유하고있으며, 정찰을통해오사마빈라덴 (Osama Bin Laden) 을여러번목격하여영상을전송했을정도로정찰기능이뛰어나며, 목표물에레이저조준이가능하다. 3) 그밖에도군사용드론은초소형스파이드론에서부터드론을잡는드론까지실로다양한형태의드론이속속개발되고있다. 소비자시장에서의드론은그시장을처음으로연 3D 로보틱스가북미대륙에서최고의소비자드론기업으로 2015년 5,000만달러정도의매출을기록할것으로예상된다. 최근에는고프로 (GoPro) 카메라와완벽하게호환이되면서자유로운컨트롤이가능하고, 리눅스가탑재되어최초의스마트드론이라고홍보하고있는 Solo라는제품을 999달러에출시하면서미국최대의전자제품유통점인베스트바이 400여개점포에서판매를개시하는등인기몰이를하고있다. 유럽을대표하는소비자드론기업은프랑스의패럿 (Parrot) 이다. 최초로스마트폰앱과의연계를통해서조종이가능하고, 동시에가격도저렴한 AR.DRONE이라는제품을내놓고, 세계각국의공항등지에서판매하면서일약세계적인히트상품제조업체가되었다. 패럿은소비자드론라인업을추가하면서글로벌드론시장을장악하기위해노력하고있는데, 매우저렴하게판매하는미니드론시리즈 ( 롤링스파이더 점핑스모 ), 기존 AR.DRONE을업그레이드한 AR.DRONE 2.0, 중급미디어드론시장을노리는비밥 (BeBop) 등이주력제품이다. 패럿은공개기업이기때문에매년실적발표를해오고있는데, 2014년드론관련제품군의실적은 2013년대비 97% 가성장한 8,300만유로로발표하였다. 이는 3D 로보틱스의실적을훌쩍뛰어넘는수치다. 그림 2. 프레데터출처 : http://www.rcspot.co.kr/air_board_lecture/41576 그림 3. 솔로 https://store.3drobotics.com/products/solo 그림 4. 비밥출처 : http://www.parrot.com/kr/products/skycontroller 그림 5. 팬텀출처 : http://www.dji.com/product/phantom?www=v1 3) BlueSky, 무인비행장치 ( 무인항공기, 무인기, 드론 ) 에대해 - 역사와분류 (1 편 ), RC SPOT
2016 January 18 + 19 그렇지만, 최근가장뜨겁게부상하고있는소비자드론기업은중국의 DJI이다. DJI는 2006년홍콩과기대의프랭크왕 (Frank Wang) 이설립한회사로, 초기에는모형헬리콥터의비행조종시스템을만들다가전격적으로소비자드론시장에뛰어들었는데, 비교적고가이면서미디어친화적인팬텀 (Phantom) 이라는드론이대히트를하면서일약최고의드론기업이되었다. DJI는 2015년소비자드론을만드는기업중에서는세계최초로 10억달러매출을달성할것으로예측되고있다. 당연히기업가치도크게상승하고있는데, 실리콘밸리에서는 DJI의기업가치를 100억달러이상으로보고있다. 4) 구글과페이스북은 2만미터상공에서비행하는드론을개발하여전세계에무상인터넷을공급한다는획기적인계획을추진하고있으며, 아마존역시드론을이용한초고속택배서비스에박차를가하고있어드론의서비스시장또한급성장할것으로관측되고있다. 3. 쿼드로터의구조와동작원리 그림 6. 드론파이터출처 : http://shop.byrobot.co.kr/products 그림 7. 드론의동작원리출처 : http://hooc.heraldcorp.com/view. php?ud=20150901000282 앞서보여준 Solo, Bebop, Phantom 등우리가쉽게접할수있는드론은쿼드로터라고불리는데, 이는 4개의모터에부착된프로펠러의추력에의해비행을하게된다는의미, 즉 4개의회전자가있는드론을뜻한다. 일반인들이쉽게구할수있는 10만원대의미니드론인패럿사의롤링스파이더와견줄만한국내기업 ( 바이로봇 ) 의드론파이터를예를들어쿼드로터의구조와동작원리를알아보기로한다. 그림과같은미니드론은프로펠러가부착된 4개의모터와이를고정하기위한구조물외에도모터의속도를제어하기위한제어장치와센서, 통신장치, 그리고배터리로구성된다. 드론을이륙시키기위해서는 4개의모터를동일한속도로고속회전을시키면된다. 착륙시키려면회전속도를낮추어중력에의한하강이발생하도록하면된다. 이때유의할점은그림 7과같이이웃하는모터의회전방향을서로달리하여드론이제자리에서회전하는것을방지해야한다. 물론회전방향에무관하게추력을발생시키기위해서는프로펠러의각도가반대된두종류로제작되어야하며, 조립을잘못하면원하는추력을만들어내지못하여드론이오동작하게된다. 그림 7에 그림 8. ARS 모듈출처 : http://www.devicemart.co.kr/1153802 서적색은고속회전, 녹색은저속회전을나타낸다. 드론을전진또는후진하게하려면진행방향의두모터추력을약간줄이면드론이진행방향으로기울어지며이동하게된다. 이때나머지두모터의추력을늘리지않으면드론은진행방향으로이동하며하강하게된다. 따라서드론이같은높이를유지하며이동하게하기위해서는드론에장착된센서를이용하여모터의속도를적절히조절하여야한다. 드론이좌측또는우측으로이동하는경우에도동일한방식이적용된다. 드론을제 4) 정지훈, Power Review, 한국인터넷진흥원, 드론의발전역사와향후시장전망, 2015.5
The Korean Institute of Electrical Engineers 기획시리즈미리보는 2016 년기술이슈 자리에서회전시키고자할경우에는회전시키고자하는방향의모터속도를줄이면되는데, 이경우에도나머지모터의속도를조절하여높이를유지하여야한다. 드론의자세를제어하기위해서는자이로센서와가속도센서가필수적이다. 좀더안정된자세를얻기위해서는고도계나초음파센서뿐만아니라카메라가사용되며, 고급형드론 ( 다음절에서소개 ) 의경우에는드론의자세 (Roll, Pitch, Yaw) 를직접측정하는 ARS(Attitude Reference System) 와위성신호를수신하여위치를알아내는 GPS 수신기가장착되기도한다. 그림 8은드론의진행방향을 x-축으로할때드론의자세를측정하는 ARS를예시한것으로, 모듈내부에는가속도센서와각속도를측정하는자이로센서가각축에설치되어있다. 드론이지표면과수평으로정지하고있다면 z-축방향으로중력이측정되며, 자세가기울어진정도에따라중력이각축으로분산되어측정된다. 예를들어좌측그림과같이드론이일정각도의롤이발생했다면, z-축과 y-축에서측정된가속도값으로부터그림의식에의해기울어진각도를구할수있다. 같은방식으로피치각도구할수있으나, 드론이움직이는경우에는중력이외의가속도가존재하므로앞서설명한방법으로각도를알아낼수없다. 그러나자이로센서로각축의각속도를측정하고이를적분하면해당축의변위를측정할수있다. 다만적분에따른오차누적문제가있으므로이두센서측정값을적절히융합 ( 주로칼만필터가활용됨 ) 하면피치각과롤각의측정정밀도를높일수있다. 요각의경우는축방향이중력방향과같아가속도센서를이용한누적오차보상이안되며, 따라서추가적인센서설치가필요 ( 주로지자기센서가이용됨 ) 하나센서가격을고려하여미니드론에서는조정기에의한보상이나카메라를이용한보정이주로활용된다. 드론파이터나롤링스파이더같은미니드론의경우에는앞서언급된기본센서외에도초음파센서나적외선센서등특수목적의센서가부착되기도하는데이에대한세부설명은논외로한다. 4. 생활속의드론 최근무인항공기를지칭하는드론관련산업이미래를이끌신산업으로부상하고있다. 드론은 20세기초에군사용으로개발되어정찰 감시및폭격과같은군사임무를수행하여왔으나최근들어독일 DHL, 아마존, 구글등과같은다국적기업들이상업적용도로활용을선언하며연구개발에뛰어들면서그시장이예상보다빨리커지고있다. 미국틸그룹의보고서에의하면 2013년세계드론시장의규모는 66억달러였고그중군사용이 90% 이상을차지하고있으나향후민수용시장비율이상당히커질것으로예상된다. 2022년에는 114억달러규모로커질것으로예상하고있다. 현재민수용으로사진촬영용소형드론으로부터정밀농업, 인프라관리, 택배및화물수송등으로운용범위를확대하고있다. 5) 지난 11월 29일아마존은소형화물을 30분이내로배송하는모습을공개하였다. 새드론 ( 프라임에어 ) 은비행기와헬리 그림 9. 프라임에어출처 : http://www.ytnscience.co.kr 그림 10. 릴리 https://www.lily.camera/ 5) 윤광준, Power Review, 한국인터넷진흥원, 드론핵심기술및향후과제, 2015.5
2016 January 20 + 21 그림 11. FPV 출처 : http://ces.yonsei.ac.kr/?magazine=fpvfirst-personview 그림 12. 산불감시시스템출처 : http://www.e-patentnews.com 콥터를섞은형태로뒤편에프로펠러를추가로달아빠른속은비행절차의간편화와제작비용절감차원에서한걸음더도를낼수있게했으며, 수평으로방향전환도가능해졌다. 이나아가인간시야의확장을가져다준다. 대표적으로드론영상착륙은기존드론처럼수직으로하며, 121m 높이에서최대 24 은 FPV(First Person View) 기술과접목하여모든사물을 3 km까지비행가능하다. 최고속력은시속88km다. 인칭에서 1인칭으로변환하여준다. 조종자의눈이마치하늘현재드론이가장활발하게활용되는분야는양상촬영분로올라간듯한느낌을주는역동적인영상효과를가져다주야이다. 최근발표된던지면따라오는카메라드론릴리 (Lilly) 는것이다. 대표적인활용분야가드론을이용한레이싱으로운는 UC버클리출신 5명의개영자뿐만아니라관객도동일 발자들이주축이돼 2013년창업한스타트업의야심작으로, 손목에장착하는추적기가드론과비콘으로연결돼자동으로따라오는방식으로구동된다. 드론은최고시속 40km로비행하며사용자로 스포츠중계, 드라마, 다규멘터리, 내셔날지오그래픽등의각종영상이저고도근접촬영과다양한항공촬영기법을사용 한 VR(Virtual Reality) 헤드셋을착용하고 1인칭시점에서영상을직접체험할수있도록해준다. 6) 드론은산불감시나각종재난구조등에서도널리활용되고있다. 부산시해운대 부터 1.5~30m 정도떨어져약 20분간비행할수있다. 50만원구는지난해 10월부터도입한드론으로산림보호활동에활용대가격으로생동감있는영상촬영이가능하다는점에서폭하고있다. 구청직원이소형카메라를장착한드론을조정하며, 발적인인기를끌고있다. 드론이찍은영상을실시간으로스마트폰으로볼수도있고, 각종스포츠중계, 드라마, 다규멘터리, 내셔날지오그래픽영상을해운대구 CCTV 관제센터로전송해감시할수있다. 드등의각종영상이저고도근접촬영과다양한항공촬영기론은무선주파수를이용해조종자를중심으로반경 2km까지법을사용하여실제현장에있는것과같은느낌을들게하는비행할수있고, 고도 1km 높이까지상승가능하다. 현장성이야말로드론영상이가지고있는가장큰특성가운해운대구는산림보호활동으로산불감시, 산림훼손감시, 산데하나이다. 공중에올라가서이전과는전혀다른눈높이에사태우려지역및산림병해충예찰등을효과적으로감시하서다양한시각으로세상을살펴볼수있다는것은드론영상고자도입하였으며, 특히사람이접근하여확인하기힘든지역만이가지고있는큰매력이아닐수없다. 드론을활용한영상에드론을통한순찰을강화하여산림보호와각종사고를예 6) 이민규, Industry&Policy, 드론, 방송영상의새로운패러다임창조 : 현장성, 역동성, 입체성 7) 임수연, 과학기술정책, 재난안전현장에서의드론 (drone) 활용, 2015.6
The Korean Institute of Electrical Engineers 기획시리즈미리보는 2016 년기술이슈 방하고자했다. 실제로 2015년 1월해월정인근야산에서화재발생시소방대보다앞서드론이발화지점을찾아내기도했다. 또한해운대구는오는 7월에개장하는해수욕장관리및안전사고예방에도드론활용을확대할계획이다. 7) 정부도최근국토교통부주관으로 무인비행장치 ( 드론 ) 활용신산업분야안전성검증시범사업 을위한 15개대표사업자와대상지역 4 곳을선정하여구호 수송 시설물관리등새로운분야에대한무인비행장치활용가능성을점검하고안전기준등을검토하기위한국내첫실증사업을시작하여국내드론사업활성화에박차를가하고있다. 그림 13. 드론관련법체계도 5. 드론과법 앞서설명한바와같이드론은우리일상생활에깊이들어온상태이다. 드론이제공하는다양한편리성에대한반대급부로여러가지문제점도있다는점을잊어서는안될것이다. 드론의추락이나충돌, 배터리의폭발위험성뿐만아니라개인의사생활침해등의문제를예방또는사후처리를위한각종제도가보완되고있다. 미국이나영국등선진각국의제도정비보다는다소뒤처진상황이기는하지만, 국내에도관련법규가마련되어있다. 국내드론관련법은위그림과같이구성되어있으며, 12Kg 이하의장치는등록없이사용가능하다. 그러나현재보급되고있는대부분의드론의대부분이 1Kg 이하이며, 최근미국이 250g 이상드론을등록하도록법을개정하고있는점을볼때국내규정또한현실에맞도록정비하는것이시급한상황이다. 최근국토교통부에서는일반인의안전한드론사용을위하여보도자료 (2015.5.27., 드론, 이것만지키면모두가안전해요!) 를 [ 그림 1] [ 그림 2] [ 그림 3]
2016 January 22 + 23 최근국토교통부에서는페이스북과블로그를통하여일반인도쉽게이해할수있도록안내하고있다. 자세한내용은스마트폰어플 Ready to fly 를통해확인이가능하여여기서는별도로설명하지않는다. 6. 드론의미래 최근들어국내외를막론하고드론에대한사회적관심이증폭되고있다. 지난해 9월을기점으로구글트렌드내에서드론검색추이가급증하고있으며, 온라인쇼핑사이트쿠팡과지마켓에따르면지난 1~2월드론매출은지난해같은기간의 2~3배에달하는것으로집계됐다. 올해초세계최대가전전시회인 CES2015 에서가장큰관심을모은분야는무인항공기 드론 이었다. 전시회참가자상당수가드론의영역이기존 군사용도 에서 상업용도 로확장될가능성에주목했다. 미국의방위산업전문컨설팅업체인틸그룹에따르면, 드론시장의규모는 2013년 60억달러에서 2022년에는 114억달러로증가할것으로전망되고있다. 8) 그림 14. 출처 : https://www.facebook.com/landkorea/?fref=photo 이와같이폭발적으로성장하고있는드론산업의미래를예측한다는것은실로어려운일이다. 우리가어린시절에만배포한바있다. 이는드론조종자가준수해야할사항 ( 항공법화나상상속에서보아왔던일들이현실로다가오고있는것제23조, 시행규칙제68조 ) 으로다음과같이사례중심의안내이다. 필자는본기고를준비하는과정에서보아온드론에관이다. 물론서울의비행금지구역 (P-73) 과비행제한구역에관한상상력의산물중몇개의그림을소개하는것으로미래예한안내도함께있었으나, 외국의사례 ( 각측을대신하고자한다. 종매체를이용한홍보 ) 와는달리일반인이이해하기어렵다는아쉬움이남는다. 8) 천정훈, 키움데일리, 드론유비쿼터스의시대, 2015.5
The Korean Institute of Electrical Engineers 기획시리즈미리보는 2016 년기술이슈 그림 15. 트랜스휠 (Transwheel) 드론 이라고불리는이무인로봇의디자인은이스라엘셴카대학교디자인 공학과학생인코비시카르가졸업작품 그림 16. 항공기와기차가절묘하게융합된거대한크루즈타입의비행기 https://www.youtube.com/watch?v=mlitgmyzmvy&featur e=player_embedded 그림 17. 프록스다이나믹스사가개발했고영국국방부가채택해작년에실전배치한 Black Hornet Nano https://www.youtube.com/watch?v=ome0m- 5RVNg&feature=player_detailpage 그림 18. 미중앙정보부 (CIA) 가개발중이라는모기로봇 http://kid.chosun.com/site/data/html_ dir/2012/10/30/2012103001885.html