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    (연구자 인터뷰)

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    • 방효충 교수
      사람을 태우는 호버 바이트 드론
      방효충 교수(KAIST 항공우주공학)
      이메일:hcbang at ascl.kaist.ac.kr
      장소:서면 인터뷰
      9058 5 0


    안녕하세요. 메이트릭 회원 여러분!


    빅 바이크, 1만 대 시대입니다. 길거리에서 쉽게 보이는 전동 바이크는 근거리 이동에 적합하고, 자동차에 비해 교통체증과 복잡한 인증과정도 없으며, 친환경적이라 큰 호응을 얻고 있습니다. 한국교통연구원에 따르면 오는 2022년에는 20∼30만 대를 넘길 것으로 예상된다고 하는데요. 최근 바이크 시장에서 드론과 같은 하늘을 나는 로켓추진 제트팩 바이크가 등장해서 업계에 주목을 받고 있습니다.


    국내에서 호버 바이크 연구로 방효충(카이스트 항공우주공학과) 교수님께서 향후 5년 안에 실제 사람을 탑승시키는 것은 물론이고, 세계 최고 수준의 첨단 기능까지 탑재할 계획이라고 하시는데요. 좀 더 자세한 연구내용과 바이크의 안전에 대해 이야기해보도록 하겠습니다.

     

     


    1. 현재 하고 계시는 연구에 대한 간략한 소개를 부탁드립니다.


    현재 연구하고 있는 주제는 사람이 탑승하거나 고중량의 물체를 이동할 수 있는 무인 항공 플랫폼인 호버 바이크(Hover Bike)입니다. 기존의 무인항공기 기술을 활용한 것으로서 1명의 사람이 조종하여 산악이나 호수 등을 건널 수 있고, 무인 비행을 통해 화물 등 물자를 수송(100kg)하는 것이 주요 임무입니다. 자율비행, 충돌 회피, 자동 이착륙 등 무인항공기의 자율비행 기술을 결집한 것으로 대부분의 기술을 자체 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.

     


    2. 호버 바이크는 사람이나 고중량 물자를 싣고 운반하는 수직이착륙 다목적 비행플랫폼이라고 하는데요. 드론과 같은 방식으로 비행한다고 합니다. 현재 개발 중인 호버 바이크에 대해 설명해 주신다면?


    기존의 멀티콥터(Multicopter) 방식의 드론의 경우 대부분 전기 동력을 이용하여 비행합니다. 물론 고정익의 전통적인 비행체는 연료를 사용하지만 수직 이착륙의 기능이 약한 편입니다. 전기 동력의 단점은 짧은 비행시간과 탑재 중량에 한계가 있다는 점입니다. 기존의 화학식 배터리 기술의 한계로 대부분의 멀티콥터는 비행시간 20분 이내이고, 또한 탑재 중량도 수 kg 내외로 적은 편입니다.




     

    사람이 직접 탑승하거나 고중량의 탑재체를 운송하는 데 결정적인 걸림돌이 될 수 있습니다. 이러한 비행시간과 탑재 중량 문제를 동시에 해결하기 위한 다목적의 무인 비행 플랫폼이 바로 호버 바이크입니다. 최근 일각에서 많은 관심이 일고 있는 PAV(Personal Air Vehicle)과 유사하면서 자체 중량이나 자율비행 측면에서 최적화되어 있습니다.






    3. 사람을 태우는 드론은 중량이 매우 중요할 것 같은데요. 호버 바이크 드론의 원리와 작동에 관해서 설명 부탁드립니다.


    금번 개발하는 호버 바이크는 일단 중량이 기존의 소형 드론에 비해 획기적으로 큽니다. 현재 예상 최종 이륙 중량이 300kg∼400kg 정도일 것으로 추정하고 있습니다. 기본적으로 유인, 무인(화물 운송) 모두 비행체의 제어는 자체 탑재된 자동 비행 장치가 비행체를 제어합니다. 비행체의 자동 이착륙은 물론 비행 중의 자세 안정화 및 충돌 회피 등 모든 과정을 비행체에 탑재된 탑재 컴퓨터와 S/W가 담당합니다.

    이와 같은 비행 제어의 핵심은 3중화된 비행 제어 컴퓨터와 자체 개발한 제어 로직입니다. 또한 비행시간을 획기적으로 증가시키기 위해 배터리가 아닌 가솔린 엔진을 이용하여 발전기를 구동하고 이를 통해 얻어지는 전기 동력을 사용합니다. 이러한 방식을 하이브리드(Hybrid) 엔진이라고 합니다.





    4. 공중에서 안전 문제는 매우 중요할 것으로 생각됩니다. 가령 낙하산을 부착한다든지, 너무 높이 오르지 못하도록 한다든지 등 안전이 제일 걱정인데요. 개발 중인 호버 바이크 드론에 대한 안전 대책은 무엇인가요?


    일단 유인 탑승시에는 안전을 고려하여 높이 비행하지 않습니다. 현재 비행 높이로 지표면 기준으로 10m 내외를 생각하고 있습니다. 화물 운송에서는 운용 고도를 150-200m 내외로 설정하고 있습니다. 운용 중에 충돌(비행체 및 지상 장애물)을 회피하기 위해 레이더 센서를 부착할 예정입니다.


    유인 탑승시 안전을 고려하여 낙하산과 같은 별도의 보조 장치는 고려하고 있지 않습니다만 앞에서 설명하였듯이 고신뢰도의 3중화 탑재 컴퓨터를 탑재하여 신뢰성을 극대화하고 고장시에 자가 고장 진단을 하고, 고장에 대처하여 비상 운용 가능하도록 탑재 S/W를 통해 구현할 예정입니다. 기존의 수백명을 승객을 태우고 태평양을 횡단하는 유인항공기의 신뢰성을 고려할 때 호버 바이크의 신뢰성도 언젠가 유사한 수준에 도달할 것으로 기대됩니다.
     


    5. 현재 개발 중인 호버 바이크 드론은 몇 높이까지 상승할 수 있고, 최고 시속은 어떤지 궁금합니다.


    무인 운용 모드에서 화물 운송시에는 200m 내외 운용을 고려하고 있습니다만 특수한 정찰 임무를 수행할 경우 최대 1km 고도도 가능할 것으로 보입니다.


    호버바이크의 일반 순항속도로 시속 60km를 고려하고 있습니다. 다만 고속으로 비행할 때대비하여 별도의 추진기관(Pusher)을 장착하여 최대 속도를 시속 100km를 목표로 하고 있습니다.
    고속으로 비행하면 운용 거리도 그만큼 늘어나는 효과를 달성할 수 있습니다.





    6. 모터를 비롯한 구동장치와 저소음 프로펠러, 비행 제어, 고신뢰성 항법 시스템 등 주요 핵심기술을 탑재할 계획이라고 하시는데요. 각 기술에 대한 기능에 대한 설명 부탁드립니다.


    호버바이크의 핵심 기술 가운데 하나인 비행제어 기술은 비행체에 부착된 다수의 구동 장치를 사용자의 명령에 따라 컴퓨터가 내부에서 제어하는 것입니다. 대부분 드론에 적용되는 기술인데요. 저희 연구팀에서 모든 비행 제어 기술을 자체 개발할 예정입니다.

    드론이 일정한 지역에 접근할 때 발생하는 소음으로 인한 은닉성이 저하되는 것을 막기 위해 저소음 프로펠러를 자체 개발할 예정입니다. 저소음은 특히 국방 분야의 호버 바이크 운영시 매우 중요한 요구 조건이 될 수 있습니다. 고신뢰성 항법 시스템은 일반적인 GPS 기반의 항법 시스템의 신뢰성을 극대화하기 위해 GPS 안테나 및 항법 센서들을 다중화하는 것입니다. 또한 GPS 신호가 끊겼을 경우에도 연속적인 항법 정보를 얻기 위해 탑재된 관성항법 시스템으로 대체하여 운용할 계획입니다.

    또한 비행체에 탑재된 프로펠러를 구동하는 구동장치를 국산화할 계획입니다. 소형 드론 구동장치의 경우 대부분 상용화 제품을 사용하는 반면 호버 바이크는 대용량 구동장치를 요구합니다. 대부분의 구동 장치가 해외 구매에 의존하고 있는 점을 감안하여 본 연구에서는 자체적으로 구동장치를 개발할 예정입니다.



    7. 호버 바이크 분야에 대한 기술적 특허가 상당히 많을 것 같습니다. 현재 관련된 새로운 특허가 있으신지요?


    현재 개발의 초기 단계에서 아직 특허는 없는 상황입니다. 향후 연구개발이 진행되면서 다양한 특허를 출원할 예정입니다. 특히 다중 비행 제어 컴퓨터를 이용한 고신뢰성비행제어, 항법 시스템, 충돌 회피, 고속 모드에서의 비행 제어 기술 등에 대한 특허 출원이 예상됩니다.

     


    8. 군용으로 개발 목적이 있다고 하는데요. 지금 개발의 어느 수준인지 어떻게 활용이 될지 궁금합니다.


    호버 바이크를 이용한 군용 목적은 크게 3가지로 구분될 수 있습니다. 하나는 유인 모드로 산악이나 강등 특수 환경에서 임무를 수행하는 것입니다. 산악 지형이 많은 우리나라의 지형에서 호버 바이크를 이용한 자유로운 지형 접근이 군 작전에 유용하게 활용될 수 있습니다.

    두 번째는 고중량의 탑재물 수송입니다. 산악 지형이 많은 전방에서 물자 수송이 매우 중요합니다. 특히 저지대에서 고지대로의 물자 수송이 기존에는 주로 인력에 의존해 왔는데 호버 바이크를 이용할 경우 획기적인 효율의 증대가 가능합니다.

    세 번째는 감시정찰 기능입니다. 호버 바이크에 감시 및 정찰을 위한 탑재체를 탑재하여 장시간 정찰이 가능합니다. 현재 수직 이착륙이 가능하고 장시간 고중량의 정찰용 탑재체를 탑재할 수 있는 비행체는 국내에서 조달하기 어려운 상황입니다.





    9. 미국 육군은 민간기업과 협력해 ‘JTARV(Joint Tactical Aerial Resupply Vehicle)라는 이름으로 비행체를 개발 시연까지 마쳤다고 하는데요. 전 세계적으로 바이크 분야에 대해서 국내 상황과 국외 상황을 구체적으로 비교해 주신다면 어떤 실정인가요?


    JTARV는 미국 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)가 주관이 되어 추진 중인 호버 바이크입니다. JTARV는 현재 개발 중에 있고 2017년 기본 비행을 수행한 사례가 보도되고 있습니다. 2017년 비행시연에서 JTARV는 배터리 동력을 이용한 기본 비행 기능을 시연한 것으로 알고 있습니다. 장시간 비행이나 자율 비행, 시스템의 신뢰성 확보 등 엔지니어링 프로세스가 적용되지 않은 기본적인 시험이었습니다.


    현재 자율 비행에 대한 개발이 진행되고 있어 국내 수준과의 차이가 아직은 아주 크다고 볼 수는 없습니다. 국내 드론의 기술이 어느 정도 성숙되어 있다는 점과 호버 바이크 기술의 성숙 단계가 아직 초기인 점을 고려한다면 자체 노력 여하에 따라 국외 기술 수준으로 단기간에 도달할 가능성이 충분한 것으로 보고 있습니다.

     


    10. 앞으로 연구 방향 및 목표 계획이 있으시다면


    해당 연구 성과물이 무엇보다 실제적인 결과로 연결되어 드론 기술의 국내 수준을 단기간에 국제적 수준으로 격상시키는데 기여할 수 있기를 기대합니다. 또한 개발 산출물이 국방 분야는 물론 민간 등 다양한 분야에 활용될 수 있기를 희망합니다.
    개발된 결과를 기반으로 향후 PAV 기술로 확대하여 수직 이착륙이 가능한 중대형 무인항공기와 개인용 유인 항공기 개발에 착수하고자 합니다. 또한 신기술을 적용하여 신개념의 미래 비행체를 연구하고자 합니다.

     


    11. 같은 분야를 공부하는 후학(대학원생들)에게 이 분야의 연구에 대한 비전을 제시해 주신다면?


    최근 도시형 공중 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)에 관한 관심의 급속한 증가로 다수의 글로벌 기업체들의 PAV 연구에 박차를 가하고 있습니다. PAV는 미래 교통수단으로서 4차 산업혁명의 주요 견인차로서 역할을 할 것으로 기대됩니다.
    호버 바이크는 이러한 미래 비행체로 이어지는 주요 길목을 볼 수 있습니다. 기존의 드론 기술을 몇 단계 뛰어넘을 수 있는 절호의 기회로 간주할 수 있습니다. 무엇보다 국방과 민간 분야에서의 다양한 활용이 예상되는 유망한 기술 분야입니다.
    전 세계적으로 아직 기술 개발이 초기 단계인 만큼 해당 분야를 연구하면 머지않은 시기에 글로벌 시장에 진출할 수 있고 새로운 비지니스로서 각광을 받을 기회의 문이 열릴 수 있는 가능성이 매우 높다고 말할 수 있습니다.

     

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