중앙에 설치된 막대기와 줄로 연결된 여러 대의 쿼드콥터가 협력하여 곡예비행을 수행하는 동영상이 공개되었다. 빙빙 돌고 있는 쿼드콥터를 보는 것은 현기증이 날 정도로 아찔하였으나 지루하지 않았다고 2015년 5월 7일에 미국 전기전자 기술자 협회(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers)가 발행하는 잡지(잡지명: IEEE Spectrum)의 이반 액커만(Evan Ackerman)이 전했다.
동작 포착 시스템(motion capture system)은 이 쿼드콥터를 주의 깊게 추적하였다. 쿼드콥터는 단지 1.7미터의 반경을 가지는 원 안에서 나는 동안 시간당 50킬로미터 이상의 속도를 유지하였다고 이반 액커만이 전했다.
쿼드콥더가 날다가 파괴되어 흔적도 없이 사라지는 것을 방지하기 위하여 쿼드콥터에 연결된 줄은 중력가속도의 13배에 달하는 구심력을 견딘다.
이러한 시험 비행을 실시한 연구자들은 쿼드콥터에 대한 자신의 시도가 어느 한계까지 가능한지를 탐색하고 있다. 연구자들은 쿼드콥터에 대한 시험을 스위스의 취리히 연방 공대(ETH Zurich)에 위치한 비행 기계 경기장(Flying Machine Arena)에서 수행하고 있다. 이곳은 자율 비행을 시험하기 위한 공간이다.
연구자들은 고정밀도 동작 포착 시스템, 무선 통신망, 맞춤형 소프트웨어 등을 갖춘 비행 기계 경기장을 이동 로봇을 시험하고 검증하는, 안전하고 제어 가능한 보호영역을 가지는 환경으로 사용하였다. 이러한 장비를 갖춘 비행 기계 경기장은 지상 혹은 공중에서 빠르게 움직이는 운동을 시험할 수 있게 한다.
비행 기계 경기장을 소개하는 웹사이트는 시청자들에게 동작 포착 시스템이 초당 200프레임을 초과하는 속도로 공간에 있는 여러 물체에 대한 위치를 파악할 수 있다고 알려준다. 공간에 있는 물체는 초당 10미터를 초과하는 속도로 움직일 수 있으며, 동작 포착 시스템이 촬영한 인접한 스냅 사진들은 그 사이에 5센티미터를 초과하는 정도의 변위를 가진다.
이러한 정보는 미래의 물체 상태를 예측하기 위하여 다른 데이터 및 시스템 동역학 모델과 융합된다. 시스템은 이러한 지식을 이용하여 비행체가 원하는 거동을 달성하기 위하여 다음에 어떠한 명령이 수행되어야 하는지를 결정한다.
시스템은 무선 연결을 이용하여 이렇게 결정된 명령을 비행체에 보낸다. 비행체는 가속도 자이로(rate gyro: 축에 대한 물체의 회전비를 측정하는 계기) 및 가속도계와 같은 센서와 내장된 컴퓨터를 이용하여 이 명령을 수행한다.
“줄에 의하여 발휘되는 구심력 때문에 공간 상에서 서로 다른 방향으로 원을 따라 고속의 궤적을 그리면서 날 수 있다. 안전한 비행을 하면서도 시간당 50킬로미터를 초과하는 속도와 중력가속도의 13배보다 큰 구심가속도가 1.7미터의 반경을 가지는 구면 내에서 달성되었다”고 제한된 공간에서 고속으로 날고 있는 줄 달린 쿼드콥터를 보여주는 동영상에서 연구자들 가운데 하나인 맥시밀리언 슐즈(Maximilian Schulz)가 그 동영상에 대한 설명으로 기술하였다.
공개된 동영상에서 여러 대의 쿼드콥터는 서로 다른 방향으로 날았으며, 함께 제동 동작을 수행하였다. “취리히 연방 공대(ETH Zurich)에서 이러한 고속 비행을 수행할 수 있는 능력은 연구자들이 쿼드콥터를 매우 높은 속도에서 어떻게 다룰 것인지, 항력은 얼마나 큰지, 서로 다른 프로펠러 설계들의 효율이 어떤지 등과 같은 주제에 대하여 친숙하게 되도록 돕고 있다. 또한, 이것은 동영상에서 보듯이 긴급 제동을 포함하여 고속에서 제어된 조종을 수행하는 기회를 제공한다”고 이반 액커만이 줄을 이용하는 환경이 주는 장점을 기술하였다.
또한, 줄에서 작용하는 힘과 균형을 유지하도록 만들어서 중앙에 있는 막대기를 제거하는 것이 가능하다고 맥시밀리언 슐즈가 말했다. 이러한 무인 항공기는 예를 들어 무대 장치에 사용되어 조명 및 음향 효과를 향상시킬 잠재력을 가진다.
이 연구를 수행한 연구자로는 취리히 연방 공대(ETH Zurich)의 동역학 시스템 및 제어 연구소(IDSC: Institute for Dynamic Systems and Control) 소속인 맥시밀리언 슐즈, 페데리코 오구글리아로(Federico Augugliaro), 로빈 리츠(Robin Ritz), 라파엘로 단드레아(Raffaello D`Andrea) 등이 포함된다.
이들의 연구는 올해(2015년) 하반기에 독일에서 개최되는 지능 로봇 및 시스템 관련 국제학술회의(IROS: International Conference on Intelligent Robots and Systems)에서 발표하기 위하여 ‘줄을 이용한 제한된 환경에서 쿼드콥터로 수행된 고속 안정 비행(High-speed, Steady Flight with a Quadrocopter in a Confined Environment Using a Tether)”이라는 제목으로 제출되었다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
