바람느끼며 자율 비행… `날갯짓 드론` 개발

아주대 강대식 교수팀 기술 선봬
날개변형 정보로 방향·세기 분류

한국연구재단은 아주대 교수 연구팀이 날갯짓을 하는 날갯짓 드론이 스스로 바람을 감지하고 목표 위치까지 자율적으로 비행하는 '감각비행' 제어기술을 개발했다. 사진은 날갯짓 곤충과 날갯짓 드론에서 날개 변형을 감지하는 메커니즘. 연구재단 제공

잠자리, 나방 등 곤충처럼 정지 체공과 바람을 타고 비행하는 글라이딩까지 가능한 날갯짓 드론 기술이 개발됐다. 스파이 로봇과 탐험·재난구조 로봇 등에 활용할 수 있을 전망이다.

한국연구재단은 강대식·한승용·고제성 아주대 기계공학과 교수 연구팀이 날갯짓을 하는 날갯짓 드론이 스스로 바람을 감지하고 목표 위치까지 자율적으로 비행할 수 있는 '감각 비행' 제어 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

감각비행은 새나 곤충이 비행할 때 날개와 몸에 느껴지는 바람의 압력과 공기의 흐름을 감지해 방향과 속도를 조절하는 비행을 의미한다.

비행체가 카메라나 GPS 등의 복잡하고 무거운 센서를 사용하지 않고도 주위 환경 변화를 인지할 수 있어 기동성을 향상시키고 에너지 효율을 늘리는 장점이 있다.

날갯짓 드론은 잠자리, 나방 등과 같은 자연계의 비행 곤충처럼 비행하는데, 날개를 움직여 불안정한 공기 흐름에도 호버링(제자리에서 정지 비행하는 것), 회전 같은 우수한 비행 능력을 발휘할 수 있다. 프로펠러 방식의 회전익 드론보다 구조체가 유연하고 부드러워 충돌에 강하며 소음저감 효과도 우수해 효율적인 초경량 드론 모델로 주목받고 있다.

하지만, 회전익 드론의 제어 방식을 사용해 정지 체공은 가능하나, 바람을 타고 비행하는 장거리 비행에는 한계가 있다.

연구팀은 자연계의 비행 곤충 날개에 위치한 종 모양의 감각기관(컴패니폼 센실라)에 주목했다. 날개 변형 정도를 감지하는 것으로 알려진 이 감각기관은 잠자리의 날개 하나에만 약 80여 개가 분포하고 있는 것으로 보고되고 있다. 현재까지 이 감각기관이 비행 곤충의 비행 제어에 어떤 역할을 하는 지에 대해선 구체적으로 밝혀지지 않고 있다.

연구팀은 컴패니폼 센실라를 모사한 초경량 고민감도 균열센서를 개발해 비행 제어 기술을 만들었다.

센서를 날갯짓 드론에 부착해 날개 변형에 따른 신호변화를 수집하고, AI 제어기법인 강화학습을 통해 날개 변형 정보 속에 드론 비행 제어에 필요한 바람의 방향과 속도 정보가 포함돼 있음을 확인했다.

실험 결과, 날개 변형 정보를 통해 비행 중 불어오는 외부 바람의 방향과 세기를 약 80%의 높은 정확도로 분류했다. 아울러, 바람이 부는 환경에서도 드론이 목표 지점으로 날아가 위치를 유지할 수 있었다. 바람이 불지 않는 환경에서는 스스로 비행 경로를 추적해 사용자가 지정한 6가지 경로로 비행할 수 있다.

강대식 아주대 교수는 "이번 연구는 기존에 없던 날개변형 정보 기반의 날갯짓 드론 제어 기술을 개발하고 실효성을 검증한 데 의의가 있다"라며 "공중에 머무를 수 있을 뿐 아니라 글라이딩이 가능한 날갯짓 드론 개발의 단초가 되길 기대한다"라고 밝혔다.

이 연구결과는 국제학술지 '네이처 머신 인텔리전스(지난 20일)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr