[IT 기본학습] 하늘과 땅, 물속까지 지배한다! 모빌리티의 혁신 무인이동체 알아보기

 

안녕하세요 이호스트ICT입니다.

다양한 모빌리티의 발전이 이루어지면서 지상에서도 달리다가 공중에서 날 수도 있는 존재가 탄생했습니다. 바로 지상과 공중의 경계를 허무는 무인 이동체인데요. 오늘은 자율주행과 비행 기술 등 현재까지 나온 모빌리티 기술의 집약체라고 볼 수 있는 무인이동체에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

ㅍ출처  :  로봇신문

 

무인이동체란 말 그대로 사람의 도움 없이 스스로 외부 환경을 인식하고 상황을 판단해서 작업을 수행할 수 있는 이동체를 말하는데요. 이 무인이동체의 이동 방법에도 다양한 방법이 존재합니다. 공중에서는 드론(UAV)과 무인기, 육상에서는 무인지상차량(UGV), 공중과 육상을 아우르는 도심항공모빌리티(UAM), 해양에서는 무인선박(USV)과 무인잠수정(UUV) 등이 있습니다.

앞서 언급했듯, 무인이동체의 이동 방식에 따라서 공중, 육상, 해양으로 크게 3가지 유형으로 나누어 볼 수 있는데요. 각 유형별로 알아보도록 하겠습니다.

 

공중 무인이동체

- 드론 (UAV)

 

에어버스   제피르  S  모습 . ( 사진 = 에어버스 )

 

드론(UAV)은 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle)를 뜻하는데요. 조종사가 탑승하지 않고 원격으로 통제하며 조종 및 임무수행이 가능한 비행체를 의미합니다. 무인항공기는 전반적인 항공기 역사와 마찬가지로 초기에는 군사적인 용도로 개발되고 실용화되었는데요. 제1차 세계대전 중 대공포 사격 연습용 표적물이나 비행폭탄으로 처음 사용되었습니다.

그러나 오늘날에는 원격 제어를 통해서 무인항공기의 움직임을 조절할 수 있기 때문에 사람이 접근하기 어려운 위험한 지역이라도 쉽게 정찰하고 정보를 획득할 수 있다는 장점을 활용하여 정찰용으로 널리 사용되고 있습니다. 최근에는 무인항공기를 통하여 배송부터 항공 사진 촬영, 농업, 기상 관측 등 활용 영역이 무궁무진하게 넓어지고 있습니다.

최근 제정된 우리나라 항공법령에 따르면, 무인항공기는 총 이륙 중량 150KG 이상 자율 또는 원격으로 조종되는 항공기를 지칭하며, 이보다 작고 12KG 이상인 비행체는 무인비행체로 분류됩니다. 이러한 무인비행체인 드론의 구동 형태에 따른 종류를 살펴보도록 하겠습니다.

 

무인항공기의 종류

 

1.고정익형

출처  :  서울일보

 

날개가 기체에 수평으로 붙어있는 고정익형은 추력 및 앙력발생장치가 분리되어 전진 방향으로 가속을 얻으면 고정된 날개에서 양력을 발생하여 비행하는 방식입니다. 고정익형 방식은 그 구조가 단순하고 고속, 고효율 비행이 가능합니다.

고정익 무인기는 MAV (MICRO AERIAL VEHICLE)라고 불리는 초소형 무인항공기부터 GLOBAL HAWK나 HELIOS, 수십 미터의 날개폭을 갖는 대형 항공기까지 다양하게 존재합니다.

고정익기는 주익과 미익으로 구성되며 주익에는 에일러론 및 플랩, 미익에는 방향타와 승강타가 부착됩니다. 고정익기는 비교적 저가의 센서 (AHRS : ATTITUDE AND HEADING REFERENCE SENSOR)로 안정화가 가능하고 GPS를 이용하여 위치를 측정함으로써 경로점 비행이 간단히 구현되는 특징이 있어 군용 및 감시 정찰용에 많이 적용합니다.

 

2.회전익형

출처  :  로봇신문사

 

회전익형은 프로펠러의 회전에 의해 양력을 발생하여 비행하는 방식이며, 프로펠러 회전의 반작용에 의해 본체가 프로펠러가 회전하는 반대 방향으로 회전하는 문제점이 있습니다. 또한 가장 큰 단점 중 하나는 최고 속도가 일반적으로 200노트 미만으로 고정익기에 비해 매우 느리다는 점입니다. 비행 효율, 속도, 항속거리 등에 있어서 고정익형보다 불리하지만 이러한 특성을 가지고 있으며, 항공촬영, 소방, 감시정찰, 디지털 맵핑에 많이 적용되고 있습니다.

 

3. 혼합형

출처  :  한국항공우주연구원

 

회전익형이 속도가 느린 이유는 헬리콥터의 전진 비행 시 전진하는 블레이드의 가속이 로터의 회전속도와 기페의 전진속도의 합이 되어 음속에 가까워질 경우 급격히 항력이 증가하여 로터의 추력이 크게 감소하는 문제 때문인데요. 이를 극복하기 위해 수직이착륙 시 로터를 수직 방향으로 하여 상승력을 얻고 순항시에는 로터를 수평방향으로 돌려 전진 방향 추력을 얻는 틸트윙 (프로펠러가 부착된 날개 전체가 회전), 틸트로터 (날개는 고정되고 로터 나셀만 회전) 방식의 항공기가 1950년대에 개발되었습니다. 이게 바로 회전날개를 기울일 수 있도록 고정익형과 회전익형을 결합한 것이 혼합형인데요.

틸트로터기는 고정익항공기의 고속 순항 능력과 회전익 항공기의 수직이착륙능력을 모두 갖추어 비행능력이 뛰어나지만 복잡한 구조로 인해 조종 및 운용이 다소 복잡하고 기체 제작비가 높은 단점이 있습니다. 무엇보다 수직 이착륙 및 정점체공이 요구될 경우 가장 적절한 항공기 형태로 함상용, 군용, 감시정찰, 통신중계에 적용됩니다.

 

육상 무인이동체

- 무인지상차량 (UGV)

 

출처 : UGV New armed robot Centaur unveiled by Belarus army at military parade

 

무인자율지상차량(UGV)은 사람이 탑승하지 않으며, 스스로 움직여 할당된 임무를 수행하는 로봇 (Unmanned Ground Vehicle)을 뜻합니다. 그래서 육상 드론이라고도 불리는데요. 원격 및 자율 제어에 의해 업무를 처리하는 방식으로, 최근 보이는 배송 로봇, 포도 수확 자율이동 로봇 등이 모두 UGV의 예로 들 수 있습니다. UGV는 4차 산업 시대를 이끌어 나가는 주요 기술 중 하나인데요.

육상 무인 이동체인 무인지상차량(UGV)과 자율주행 자동차가 흡사해 보이지만, 엄연히 다른 개념입니다. 자동차 관리법 제2조 제1호의 3에 나와있는 자율주행 자동차는 '운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자동차'를 말하는데요. 미국 자동차 기술 학회 (SAE)의 자율주행기술 발전 6단계에 따라서 자동화가 구분이 되는데 0단계부터 2단계까지는 비자동- 운전자지원-부분자동화로, 사람이 주행 환경을 모니터링하고, 3단계부터 5단계까지는 조건부 자동화- 고도 자동화- 완전 자동화로 자율주행 시스템이 주행 환경을 모니터링합니다.

보통 자율주행차를 무인자동차라고 부르지만, 일반적으로 이야기하는 무인자동차는 사람이 타지 않은 채 원격 조종으로 주행하며, 주로 군사 목적이나 과학 연구를 목적으로 사용되는 차량을 말합니다. 반면 자율주행차는 운전자의 개입 없이 주변 환경을 인식하고 주행 상황을 판단하여 차량을 제어함으로써 스스로 주어진 목적지까지 주행하는 자동차를 말하기 때문에 자동차라는 개념적인 부분에서 조금 더 작은 개념으로 볼 수 있는 것이죠.

무인지상차량 구동방식은 자율주행 자동차와 차이가 있다고 하는데요. 자율주행 자동차의 방향 조절은 핸들로 하지만 무인지상차량은 각각의 바퀴의 속도를 바꾸어 방향을 조절한다고 합니다. 따라서 제자리 회전이 가능하다는 장점도 있고 바닥면이 덜 고르더라도 주행이 잘됩니다. 현재 아마존 수송차량으로도 사용되고 있고 주로 군사 목적으로 많이 활용되고 있는데요. 무인 지상 차량과 관련하여 딥러닝 기술을 활용해 장애 검출 기술을 더욱 정교하게 만드는 많은 연구들이 진행되고 있습니다.

 

해양 무인이동체

- USV / UUV

 

출처  :  로봇신문사

 

USV(Unmanned Surface Vehicles)는 승무원 없이 수면에서 운항하는 함정으로 해안이나 다른 선박의 작업자가 원격으로 제어할 수 있는 다양한 감지장비와 인공지능(AI) 등이 장착돼 있습니다. 각종 군사작전 시 최전방 방어선 역할을 맡아 방위군의 위험을 낮춰줍니다. 또한 해양 감시정찰, 조사, 구난 방제 및 군사용에 사용되는 무인 선박입니다.

무인잠수정 (UUV - Unmanned Underwater Vehicles)은 접경 지역의 정찰 감시 및 모함의 작전반경 확대 등 아군 전투력 향상에 기여할 수 있는 핵심 자산인데요. 고출력, 소형 능동 센서 및 저소음, 고감도의 수동 센서가 탑재되어 있으며 저전력 송신기 설계 기술과 저잡음 수신 설계 기술을 통해 만들어졌습니다. 견인줄을 조정하며 위치를 조절하고 전력 공급, 통신이 이루어집니다.

무인잠수정에는 원격 조정하는 잠수정 (ROV - Remote Operated Vehicles)과 무인자율잠수정(AUV - Autonomous Underwater Vehicles)이 포함되어 있는데요. 이들 모두 사람이 작업하기 힘든 해저환경 탐사 등의 임무 수행을 위해 개발된 잠수정들이라고 할 수 있습니다.

이와 같이 하늘과 땅 심지어 물속에서도 우리를 위해 움직이는 무인이동체들에 대한 관심이 날로 늘어가고 있는데요. 최근에는 무인이동체 단독 엑스포가 개최될 정도로 많은 사랑을 받고 있습니다. 무인이동체에 대한 수요가 늘어나는 만큼 많은 개발이 이루어지고 있는데요. 미래에는 주변에서 무인이동체를 쉽게 만나게 될 수 있을 것 같습니다.

감사합니다.