대부분 군대에서만 한정되어 사용되던 강력한 레이더가 조만간 자동차와 소비자용 무인 항공기에 사용될 정도로 충분히 저렴하게 될 수 있다. 이것은 무인 자동차와 자율 무인 항공기를 만드는데 더 저렴한 센서가 필요하기 때문에 중요하다.

요즘 많은 사람들은 자신의 뒷마당에서 소형 무인 항공기를 날린다. 에코다인(Echodyne)이라 불리는 신생기업의 공동 창업자이며 최고 기술 책임자(CTO: chief technology officer)인 톰 드리스콜(Tom Driscoll)은 전투기에서나 사용되는 정교한 레이저와 비견되는 것을 갖춘 쿼드콥터(quadcopter, 4개의 로터에 의하여 추진되는 회전익 비행기)를 가진 유일한 사람일지 모른다. “우리는 뒷마당 주변에서 이 쿼드콥터를 이리저리 날렸고, 충돌 방지 기능을 수행하였고, 쿼드콥터가 여러 공학자들 가운데 하나를 선택하여 그를 추종하게 만들었다” 톰 드리스콜이 말했다. 

이러한 방식으로 사용되는 레이더 장치는 보통 부피가 크고 매우 비싸다. 에코다인은 널리 사용할 수 있을 정도로 충분히 소형이고 저렴한 장치를 개발하는 연구를 수행하고 있다. 

레이더 시스템은 물체 영상을 만들기 위하여 전파를 보내고 물체로부터 반사되는 반향을 이용한다. 일부 레이더 시스템은 고정된 패턴으로 빔을 단순히 기계적으로 회전시키는 방법 대신에 방사하는 전파를 능동적으로 조정하는 전자장치를 이용한다. 이것은 하늘에 있는 여러 물체를 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 특정한 물체를 높은 정밀도로 추적할 수 한다. 그러나 전자적으로 스캔 기능을 수행하는 레이더는 전파를 이리저리 조정할 필요가 있는 위상 천이기(phase shifter)라고 알려진 복합한 장치를 필요로 하기 때문에 일반적으로 비싸고 덩치가 크다.

그런데 톰 드리스콜의 무인 항공기는 통상적인 위상 천이기를 가지지 않는 전자적으로 스캔하는 레이더 기기를 갖추고 있다. 방출하는 전파는 메타물질(metamaterial)이라고 알려진 상대적으로 새로운 연구 영역에서 차용된 기술을 이용하여 만들어졌다. 

메타재료는 공학자들이 전파, 빛, 음파 등을 제어하는 방법을 정의하였던 다수의 물리적 한계를 해결할 수 있는 방법을 제공한다. 예를 들어, 통상적인 렌즈는 광선을 초점에 모이도록 만들기 위하여 특정한 형태를 요구하지만, 메타재료를 사용한 렌즈는 완전하게 평평하면서도 같은 방식으로 빛을 굴절시킬 수 있다. 

메타재료는 조작 대상인 전자기 방사의 파장보다 더 작은 크기를 가지는 구조를 반복하여 만들어진다. 에코다인은 통상적인 회로 기판(circuit board)에서 배선으로 사용되는 반복적인 구리 패턴을 모사하여 메타재료를 만들었다. 

이렇게 배선된 다중 층으로 된 회로 기판은 레이더 빔의 방향을 조정할 수 있다. 이러한 배선의 일부분에 서로 다른 전압을 인가하여 위상 천이기가 수행하는 것처럼 빔을 능동적으로 제어할 수 있다. “인쇄 회로 기판을 만드는 모든 제조업자는 이것을 만들 수 있다”고 톰 드리스콜이 설명하였다.

군사용으로 사용되는 레이더 시스템의 가격은 전형적으로 미화 10만 달러 정도에서 시작한다고 에코다인의 또 다른 공동 창업자이자 최고 경영자(CEO)인 에벤 프랜켄버그(Eben Frankenberg)가 말했다. 그는 자신의 회사가 단지 수백 혹은 수천 달러정도면 구매할 수 있는 소형의 레이더 시스템을 대량 생산할 수 있기를 희망한다고 전했다.

이것은 스캔 능력을 가진 레이더 장치를 차량이나 로봇을 위한 표준적인 센서로 만들 수 있다고 톰 드리스콜이 말했다. 구글의 무인 자동차를 포함하여 일부 시작품 자율 구동 자동차는 3차원으로 주변 세계를 관찰하기 위하여 회전하는 레이저 센서를 사용한다. 이 기술은 고해상도로 주변 세계에 대한 지도를 작성할 수 있지만, 안개나 눈이 있으면 그 탐지거리가 줄어든다. 레이더는 이러한 한계를 가지지 않는다고 톰 드리스콜이 강조하였다.

에코다인은 자신의 시스템을 미군에 제안하여 이미 상업적으로 사용되고 있는 레이더를 대체할 계획을 가지고 있다. 기존 레이더의 사례로 빔을 주변에 방사하여 간단한 지도를 만드는 여객선 및 선박 등에서 보는 회전하는 접시, 전방의 자동차와 안전거리를 유지하기 위하여 적응형 순항 제어 시스템(adaptive cruise control system)을 가능케 하는 작은 고정형 센서 등을 들 수 있다. 

에코다인은 특허 실시권 기업인 인텔렉추얼 벤처스(Intellectual Ventures)에 의하여 만들어졌다. 2013년에 인텔렉추얼 벤처스는 메타재료를 위한 특허권 포트폴리오를 제작하고 이를 어떻게 상업화할 것인가를 탐색하는 전담 조직을 만들었다. 또한, 에코다인은 마이크로소프트(Microsoft)의 공동창업자인 빌 게이츠(Bill Gates)와 창업 투자 회사인 마드로나 벤처 그룹(Madrona Venture Group)으로부터 투자를 받았다. 

메타재료를 연구하고 있으며, 인텔렉추얼 벤처스와도 협력하고 있는 미국 듀크 대(Duke University)의 데이비드 스미스(David Smith) 교수는 에코다인의 접근 방법이 전파를 제어하는 매우 유연한 방법을 제공한다고 전했다. 에코다인의 가장 큰 도전과제는 시장에서 경쟁할 수 있는 완전한 레이더 시스템을 만드는 것이라고 데이비드 스미스 교수가 언급하였다. 이것은 오늘날 방위 산업 시장에서 군대가 성공적으로 사용하고 있는 레이더 시스템의 고성능에 필적하면서도 자동차 산업에서 응용될 수 있도록 주의 깊게 비용이 통제되어야 함을 의미한다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』