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물 속에서도 자유롭게, 수중 드론!

2016.06.14 09:30

안녕하세요. LG CNS 대학생 기자단 6기 강동구입니다.

 

 

여러분은 ‘드론(Drone)’하면 어떤 이미지가 떠오르시나요? 아마 공중을 비행하는 드론의 모습을 떠올리실 것 같은데요. 최근 드론 산업이 발전하면서 영상 촬영 분야나 개인의 취미 생활 등 우리 생활에서 쉽게 볼 수 있게 되었습니다. 특히, 비행 드론을 많이 볼 수 있게 되었죠. 


하지만 드론은 비행 드론 뿐만 아니라, 지면을 달리는 드론, 부메랑 형태로 날아가는 드론, 보트처럼 바다 위를 떠다니는 드론 등 다양한 형태로 출시되고 있습니다. 이 중에서도 오늘 소개해드리는 것은 바로 잠수하는 드론, ‘수중 드론’입니다.

 

 수중 드론의 원리


수중 드론(잠수 드론)은 사람의 조종에 따라 물 속에서 움직이고, 사진 촬영 등의 부가 기능을 구현할 수 있는 드론을 말합니다. 쉽게 말해, 외부에서 조종하는 소형 잠수함이라고 할 수 있습니다.

 


수중 드론의 동작 원리는 일반적으로 잠수함의 동작 원리와 같습니다. 잠수함이 물 위에 떠있거나 바닷속으로 잠수할 수 있는 이유는 아르키메데스의 원리(Archimedes’ Principle)[각주:1]에 있습니다. 물체가 가라앉으려고 하는 방향의 힘인 중력과 물 위로 떠오르려 하는 부력[각주:2] 중에 어떤 힘이 더 강한지에 따라 물체가 가라앉고 떠오르는 것인데요.


예를 들어 우리가 수영장에 놀이용 튜브와 돌멩이를 놓는다고 하면, 놀이용 튜브는 수면에 떠있지만 돌멩이는 바닥에 가라앉는 것을 확인할 수 있습니다. 놀이용 튜브의 경우 내부가 공기로 채워져 있어 질량이 작기 때문에 ‘중력<부력’의 상황이 되므로 수면으로 떠오르게 되고, 돌멩이의 경우 물체의 질량이 크기 때문에 ‘중력>부력’의 상황이 되므로 바닥으로 가라앉는 것입니다.

 

l 밸러스트 탱크를 이용한 잠수함의 잠수 원리 (출처: 네이버 지식 백과, http://goo.gl/EvuCbK)

 

수중 드론에서도 마찬가지로 밸러스트 탱크(Ballast Tank)[각주:3]의 물 저장량을 조절하여 잠수를 합니다. 가라앉기 위해서는 물을 유입하여 중력을 증가시키고, 떠오르기 위해서는 물을 배출하여 중력을 감소시키는 것이죠.

 

 대표적인 수중 드론


현재 공개된 대표적인 수중 드론으로는 미국 오클랜드 대학교(Oakland University) 연구팀의 ‘룬 콥터(Loon Copter)’와 미국 IT 기업 오픈로브(OpenROV)에서 킥스타터(KickStarter)[각주:4]에 등록한 ‘오픈로브 트라이던트(OpenROV Trident)’가 있습니다.

 

① 오클랜드 대학교(Oakland University) 연구팀의 ‘룬 콥터(Loon Copter)’


l 오클랜드 대학교 연구팀의 Loon Copter(출처: 오클랜드 대학교 홈페이지)


룬 콥터(Loon Copter)는 회전 날개가 4개인 쿼드콥터 형태로, 프로펠러를 이용하여 물 속에서 이동합니다. 룬 콥터의 가장 큰 장점은 잠수는 물론 비행도 가능하다는 점입니다. 공중 비행 중에 기체의 한쪽 부분을 물에 담근 후 비스듬히 들어가면 잠수 드론으로 작동할 수 있는 것이죠. 룬 콥터는 위에서 언급한 밸러스트 시스템을 이용해 물 속에서 이동이 가능하며, 유선 케이블을 통한 동영상 촬영 및 데이터 수집이 가능합니다.

 

② 오픈로브(OpenROV)의 ‘오픈로브 트라이던트(OpenROV Trident)’


l 오픈로브(OpenROV)의 OpenROV Trident (출처: www.openrov.com)


오픈로브 트라이던트(OpenROV Trident)는 전면부 1개, 후면부 2개, 총 3개의 추진력 발생 장치를 이용하여 수중에서 자유자재로 이동할 수 있습니다. 기체를 날렵하게 설계하여 물의 저항을 최소화하였으며, 최대 수심 100m에서 최대 속도 2m/s로 최대 3시간까지 구동이 가능합니다. 


또한 작동시키고자 하는 위치에 드론과 유선 연결된 부표를 배치하여, 와이파이(Wi-Fi) 통신을 통한 원거리 제어가 가능하며, 촬영한 HD 동영상을 유선 케이블을 통하여 전송할 수 있습니다.


③ 오로보틱스(O-Robotics)의 ‘씨드론(SeaDrone)’

l 오로보틱스(O-Robotics)의 SeaDrone (출처: http://seadronepro.com/#landing)


씨드론(SeaDrone) 역시 본체 내부의 밸러스트 시스템과 프로펠러로 잠수와 이동을 하는데요. 최대 속도 1.5m/s로 3시간 연속 사용이 가능하다고 합니다. 씨드론은 풀 HD 화질과 130도의 화각으로 촬영 가능한 짐벌 카메라를 갖추고 있으며, 카메라 렌즈나 본체의 회전, 그리고 촬영 모드의 변환으로 다양한 촬영이 가능하다는 장점이 있습니다. 씨드론은 소규모 수산 양식업을 위해 개발된 드론으로 어부들이 양식업을 운영하는데 도움이 될 수 있습니다.

 

 수중 드론의 다양한 활용


과거 잠수함의 활용 분야를 살펴보면 군사적 활용이 대부분이었습니다. 하지만 수중 드론의 경우 다양한 분야에서의 활용이 가능합니다.

 

① 해양 연구 분야


l 수중 드론 싸이클롭(Cyclops)을 이용하여 만든 해저 지형 모형


싸이클롭(Cyclops)은 국내 포스텍(POSTECH) 연구팀에서 자체 개발한 수중 드론인데요. 지난 4월, 싸이클롭을 이용하여 국내 최초로 3D 해저 지형도를 제작하는데 성공했다고 합니다. 


수중 드론은 사람의 신체적 한계, 잠수함의 크기 제약을 뛰어넘어 깊은 해저 탐사까지 가능하기 때문에 해양 연구 분야에서 큰 역할을 할 것으로 기대가 됩니다.

 

② 구조 및 탐색 분야

 


수중 드론은 사람이 할 수 없는 장시간 잠수가 가능합니다. 해상 재난 시 피해 현황을 파악하고, 실종자를 수색하는 등 사람이 할 수 없는 역할을 해낼 수 있습니다.

 

③ 수산업 분야

 

 

앞에서 오로보틱스(O-Robotics)의 씨드론(SeaDrone)을 소개하며 언급했듯이, 씨드론과 같은 수중 드론은 수산업 분야에서 큰 역할을 할 수 있습니다. 이전에 어부들이 직접 잠수하며 해왔던 양식장의 유지 보수나 청소 등의 역할을 수중 드론이 대체할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

 수중 드론의 상용화를 위한 과제


수중 드론은 다양한 분야에서 그 활용이 기대되고 있지만, 앞으로 상용화까지는 여러 과제가 남아 있습니다.


위에서 소개해드렸던 룬 콥터, 오픈로브 트라이던트, 씨드론에는 한 가지 공통적인 문제점이 있습니다. 그것은 바로 세 드론 모두 유선통신 방식이라는 점입니다. 즉, 완벽한 무선 통신 시스템을 구현하지 못했다는 것인데요. 그 이유는 전파가 물속을 통과할 수 없는 성질을 갖고 있기 때문입니다. 


현재의 수중 드론은 이동 범위가 수 미터로 제한되는 물리적 한계점이 있습니다. 게다가 일부 수중 드론들은 실시간 영상 데이터 전송이 불가능하기 때문에 기록 후 나중에 확인하는 수밖에 없다고 합니다.


이러한 유선 환경으로 인한 한계를 해결하기 위해 현재는 초음파를 활용한 무선 통신 방식을 개발 중에 있다고 하는데요. 초음파는 물을 통과할 수 있기 때문에, 이것을 잘 활용하면 수중에서도 무선 통신이 가능한 것이죠.

 


또한, 수중 드론 역시 비행 드론과 마찬가지로 보안 문제가 제기될 수 있습니다. 수중 드론을 악용하여 제한된 수상 구역이나 시설을 불법 촬영하는 등의 행위가 이루어질 수 있기 때문에 수중 드론에 맞는 운행 법규 제정이 필요할 것입니다.


지금까지 수중 드론에 대해서 알아보았습니다. 최근 드론 산업이 발전하며 다양한 형태의 드론들이 등장하고 있는 만큼, 어떤 형태의 드론이 개발될지 저도 궁금해지는데요. 앞으로 다양한 드론들이 등장해 다방면에서 활약하기를 기대해봅니다.




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  1. 아르키메데스의 원리(Archimedes’ Principle): 물체를 유체에 넣었을 때 물체가 받는 부력의 크기는 물체의 부피와 같은 양의 유체에 작용하는 중력의 크기와 같다는 원리. [네이버 지식백과] [본문으로]
  2. 부력(浮力): 물이나 공기 같은 유체에 잠긴 물체는 중력과 반대 방향인 윗방향으로 힘을 유체로부터 받게 되는데 이 힘을 부력이라 함. [네이버 지식백과] [본문으로]
  3. 밸러스트 탱크(Ballast Tank): 배의 중심을 잡아 주는 역할을 하는 배 하단 부분의 물탱크 [네이버 지식백과] [본문으로]
  4. 킥스타터(KickStarter): 미국의 대표적인 크라우드 펀딩 서비스 기업 [네이버 지식백과] [본문으로]
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Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS
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