날갯짓 드론 기술 개발 곤충 비행하는 방식 모방

날갯짓 드론 곤충 비행 방식 모방

 

 

1. 감각 비행

 

날갯짓 드론 기술은 자연계에서 곤충이 비행하는 방식을 모방하여, 더욱 효율적이고 정교한 비행을 가능하게 하는 첨단 기술입니다. 한국연구재단이 지원한 이 연구는 강대식, 한승용, 고제성 아주대학교 기계공학과 교수로 구성된 공동 연구팀이 수행했으며, 드론이 날개 변형 데이터를 바탕으로 바람을 감지하고 자율적으로 비행할 수 있는 '감각 비행' 제어 기술을 개발하는 데 성공했습니다. 이 기술은 스파이 로봇, 탐험 로봇, 재난 구조 로봇 등 다양한 분야에 응용될 가능성이 높아 주목받고 있습니다.

 

 

'감각 비행'은 새나 곤충이 비행할 때, 날개와 몸에 느껴지는 바람의 압력과 공기의 흐름을 감지하여 비행 방향과 속도를 조절하는 자연적인 비행 방식을 의미합니다. 이러한 방식은 기존 드론에서 사용되는 GPS나 카메라와 같은 복잡한 센서 없이도 주변 환경을 인지할 수 있어 기동성과 에너지 효율성을 크게 향상시키는 장점을 가지고 있습니다. 연구팀은 이와 같은 자연계 비행 원리에 착안하여, 더욱 정교하고 효율적인 자율 비행 드론을 개발하고자 했습니다.

 

2. 곤충의 움직임

 

날갯짓 드론은 잠자리나 나방 같은 비행 곤충의 움직임을 모방하여 비행하는 드론입니다. 날개를 움직여 공기 중에서 호버링하거나 회전하는 등의 뛰어난 비행 능력을 발휘할 수 있습니다. 기존의 프로펠러를 사용하는 드론에 비해 구조가 유연하고 부드러우며, 충돌에 강하고 소음을 줄일 수 있는 장점도 있어 차세대 초경량 드론 모델로 주목받고 있습니다. 하지만 기존 드론 제어 기술은 회전 운동을 기반으로 하기 때문에, 날갯짓 드론은 바람을 타고 장거리 비행을 하는 데 한계가 있었습니다.

 

이를 해결하기 위해 연구팀은 비행 곤충의 비행 방식을 분석하고, 그 결과 곤충이 날개의 변형을 감지하여 비행을 제어한다는 사실을 확인했습니다. 특히 곤충의 날개에 있는 '컴패니폼 센실라'라는 종 모양의 감각 기관이 바람에 의한 날개의 변형을 감지하는 역할을 한다는 점에 주목했습니다. 연구팀은 이 원리를 모방하여, 곤충의 감각 기관과 유사한 초경량 고감도 균열 센서를 개발했습니다. 이 센서는 날개에 부착되어, 날개의 변형에 따른 신호 변화를 감지하고 수집합니다. 균열 센서는 작은 틈새가 벌어짐에 따라 전기 저항이 변화하는 특성을 이용하여 기계적 변형을 측정하는 방식입니다.

 

3. 자율 비행

 

연구팀은 머신 러닝을 활용하여, 수집된 날개 변형 데이터에서 드론 비행에 필요한 바람의 방향과 속도 정보를 추출하는 알고리즘을 개발했습니다. 실험 결과, 이 기술을 통해 날갯짓 드론은 날개의 변형 정보를 이용해 비행 중 바람의 방향과 세기를 약 80%의 높은 정확도로 분류할 수 있었습니다. 이를 통해 바람이 부는 환경에서도 드론이 목표 지점까지 정확하게 비행할 수 있었으며, 바람이 없는 환경에서는 스스로 비행 경로를 추적해 사용자가 지정한 6가지 경로로 자율 비행을 성공적으로 수행했습니다.

 

 

이번 연구는 기존에 없던 날개 변형 기반의 비행 제어 기술을 개발하고 그 실효성을 검증한 데 큰 의미가 있습니다. 강대식 교수는 "이번 연구를 통해 날갯짓 드론이 공중에서 머무를 수 있을 뿐만 아니라 글라이딩이 가능한 드론 개발로도 이어질 수 있을 것"이라고 기대감을 표명했습니다. 이러한 기술은 특히 군사, 재난 구조, 환경 모니터링 등에서 다양한 응용 가능성을 가지고 있으며, 차세대 드론 기술의 발전에 중요한 역할을 할 것으로 보입니다.

이 연구 성과는 2023년 9월 20일 국제 학술지 '네이처 머신 인텔리전스(Nature Machine Intelligence)'에 게재되었으며, 학계와 산업계 모두에서 주목을 받고 있습니다.

 

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