GPS 없이 숲을 탐색하는 고속 드론

홍콩대 메카트로닉스 및 로봇 시스템 연구실(MaRS LAB) 연구진은 고속 비행 중인 고속 드론이 센티미터 두께의 물체를 감지할 수 있도록 하는 내비게이션 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 첨단 센서, 경량 드론 부품, 그리고 새로운 비행 경로 프레임워크를 결합하여 혼잡한 지역을 빠르게 통과하면서 실시간으로 장애물을 피할 수 있도록 합니다. 알아두어야 할 사항은 다음과 같습니다.

고속 드론이 새의 비행을 모방하도록 설계되는 방식

드론 기술이 지난 몇 년 동안 크게 발전했다는 것은 부인할 수 없습니다. 오늘날의 드론은 이전 모델보다 더 멀리 비행할 수 있고, 더 많은 무게를 실을 수 있으며, 더 많은 센서를 탑재할 수 있습니다. 게다가 생산 비용도 훨씬 저렴하고 쉽게 구할 수 있습니다.

이러한 발전에도 불구하고, 나뭇가지나 다른 새와 같은 예상치 못한 변수를 고려하면서 실시간으로 비행 경로를 결정하는 측면에서 새의 능력에 필적할 만한 드론은 아직 없습니다. 드론은 장거리를 비행하고 정확한 위치에 착륙할 수 있습니다. 그러나 이러한 장치는 여전히 미리 정해진 비행 경로나 GPS와 같은 외부 감각 입력에 의존하여 목표 지점으로 이동합니다.

자율 고속 내비게이션이 어려운 이유

현재까지 연구자들은 외부 유도나 사전 지도화된 경로에 의존하지 않고 자율적이고 안전하며 고속의 드론 항법을 구현하는 방법을 찾아내지 못했습니다. 이러한 문제는 드론이 더 많은 장애물을 감지할 수 있도록 센서를 추가해야 하는 등 여러 가지 문제에서 비롯됩니다.

센서를 더 많이 도입할수록, 추가된 센서 입력 데이터를 처리하기 위한 컴퓨팅 파워가 더 필요합니다. 필요한 컴퓨터와 센서가 더 강력할수록 드론의 무게가 증가하여 빠른 비행과 안정적인 비행이 어려워집니다.

다행히도 홍콩대학교(HKU) 공학부 기계공학과의 독창적인 인재들로 구성된 팀이 이러한 제한을 극복할 수 있었습니다.

연구 개요: 고속 드론을 위한 안전 보장 항법

과학자 Yunfan Ren과 엔지니어 팀이 출판했습니다.¹ 전에, MAV를 위한 안전이 보장된 고속 항법 최근 Science Robotics에 게재된 이 연구는 드론과 초소형 비행체(MAV)가 외부 감각 입력 없이 복잡한 환경을 최고 속도로 탐색할 수 있도록 설계된 차세대 자율 비행 기술에 대한 조명을 제공합니다.

SUPER 드론이란? 사양 및 기능

SUPER 드론은 엔지니어의 새로운 비행 경로 시스템을 시연하기 위해 특별히 제작된 소형 MAV입니다. 이 장치는 처음부터 가볍고 민첩하게 설계되었습니다. 280mm 휠베이스의 컴팩트한 폼팩터와 마이크로 컴퓨터 요소를 갖추고 있어 +5.0의 뛰어난 추력대중량비와 1.5kg의 이륙 중량을 자랑합니다. 이러한 요소들 덕분에 SUPER는 장애물을 피하면서 초당 +20미터의 속도로 비행할 수 있습니다.

출처 – 홍콩대학교

고속 성능을 위한 경량 컴퓨팅

SUPER의 핵심은 감각 입력을 모니터링하고 계산할 수 있는 소형 컴퓨터입니다. 이 가벼운 보드는 이전 모델보다 비행 시간을 늘리고 성능을 향상시킵니다. 또한, 비행 컴퓨터는 필요 시 웨이포인트, GPS 및 기타 외부 항법 기능을 지원할 수 있습니다.

LiDAR와 센서가 자율 비행을 안내하는 방식

탑재된 센서 덕분에 이 기체는 다양한 조건에서도 이처럼 높은 성능을 발휘할 수 있습니다. 이 장치에는 가벼운 3D LIDAR(Light Detection and Ranging) 센서가 내장되어 있어 70m 떨어진 곳에서도 나뭇가지처럼 얇은 물체를 감지할 수 있습니다. 특히, LIDAR 입력은 항로를 따라 점군 형태로 직접 입력됩니다. 이러한 방식은 비행 경로 컴퓨터의 입력 및 응답 시간을 크게 단축합니다.

실시간 비행 경로 계획 및 조정

엔지니어들은 비행 계획에 독특한 접근 방식을 적용했습니다. 예를 들어, 시스템은 기체의 비행 경로를 지속적으로 스캔하고 업데이트합니다. 새로운 비행 경로 조정기는 드론에 두 가지 경로를 제공합니다. 첫 번째 경로는 가장 명확한 경로이고, 두 번째 경로는 알려지지 않은 벡터를 갖습니다. 이 경로에서 컴퓨터는 실시간 데이터 입력을 활용하여 상황에 따라 패턴을 조정합니다.

실제 환경에서 고속 드론 항법 테스트

엔지니어들은 고속 드론이 예상대로 작동하는지 확인하기 위해 여러 차례 테스트를 수행했습니다. 복잡한 지형을 통과해야 하는 여러 비행 테스트를 수행했습니다. 또한, 엔지니어들은 칠흑 같은 어둠을 포함한 다양한 조명 조건을 활용하여 센서 성능에 어떤 영향을 미치는지 확인했습니다.

흥미롭게도, 연구팀은 테스트 단계를 위해 여러 장소를 선정했습니다. 테스트 장소는 사무실 내부부터 울창한 숲 속 야외까지 다양했습니다. 한 테스트에서는 장치를 밤에 숲 속을 쏜살같이 달리도록 했습니다. 이 작업을 완료하기 위해 장치는 고속으로 이동하면서 실시간으로 장애물을 스캔, 등록, 그리고 탐색해야 했습니다.

고속 드론 시험의 주요 결과

고속 드론은 여러 시나리오에서 자율 비행을 달성했습니다. 초속 20미터 이상의 속도를 달성하는 동시에 복잡한 환경을 탐색할 수 있었습니다. 완벽하지는 않았지만, 이 시스템은 새로운 방식을 사용하여 비행 실패율을 35배 감소시켰습니다. 또한, 비행 경로 설정 시간은 절반으로 단축되었고, 동일한 테스트 시나리오에서 기존 드론보다 더 빠르게 비행했습니다.

첨단 고속 드론 기술의 이점

고밀도 상공을 자율적으로 비행할 수 있는 고속 드론에는 많은 이점이 있습니다. 첫째, 민첩성과 안전한 비행이 임무 성공에 중요한 분야에 활용될 수 있습니다. 이러한 장치는 접근하는 물체를 피하고 항로를 유지하는 최선의 방법을 결정하는 순간적인 판단을 내릴 수 있습니다.

온보드 인텔리전스를 통한 드론 프로그래밍 간소화

드론의 안전한 비행 경로를 결정하는 것은 항상 어려운 문제였습니다. 항공 교통량이 증가하고 드론 경로가 더욱 복잡해짐에 따라 비행 경로 설정에는 더 많은 노력이 필요합니다. 이 연구에 도입된 자율 시스템은 드론이 필요에 따라 실시간으로 비행 경로를 변경할 수 있게 함으로써 이러한 시간을 단축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

고속 드론의 실제 적용 및 타임라인

민첩한 자율 비행체(MAV)의 활용 분야는 무궁무진합니다. 이러한 장치는 새로운 차원의 편의성과 대응 능력을 제공할 것입니다. 이 장치를 활용하여 생존자를 찾는 응급 구조대부터 소포를 배송하는 전자상거래 사이트까지, 이러한 첨단 장치는 다양한 용도로 활용될 수 있습니다.

이 고속 드론 기술은 2년 이내에 실용화될 수 있습니다. 여러 국가가 드론 시장에서 글로벌 기업으로 도약하기 위해 노력하고 있습니다. 엔지니어들이 드론을 더욱 스마트하고 인식 능력을 강화하기 위해 노력함에 따라, 이 기술은 분명 환영받을 것입니다. 향후 5년 안에 군사적 통합이 이루어지고, XNUMX년 안에 상업적 할당이 시장에 출시될 것으로 예상됩니다.

수색 및 구조 임무에서의 자율 드론

이러한 자율 비행체의 주요 용도 중 하나는 수색 및 구조 임무 지원입니다. 이 장치는 재난 발생 후 잔해를 자율적으로 탐색하고 생존자를 찾을 수 있습니다. 또한, 필요한 물자 및 기타 지원을 요청할 수 있으며, 지원이 도착할 때까지 드론을 통해 생존자의 위치까지 전달할 수도 있습니다. 궁극적으로 이 개념은 생존자를 안전한 곳으로 직접 이송할 수 있는 드론으로 확장될 수 있습니다.

고속 드론이 드론 배송에 혁명을 일으킬 수 있는 방법

아마존과 같은 기업들은 수년간 드론 배송을 예고해 왔습니다. 하지만 이 개념은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 어렵다는 것이 입증되었습니다. 이번 최신 기술은 드론이 비행 경로를 조정하여 성능을 최적화할 수 있도록 함으로써 이 기술을 발전시키는 데 도움이 될 것입니다. 결과적으로 익일 배송이 일반화될 수도 있습니다.

인프라 모니터링을 위한 자율 드론 활용

교량, 도로, 기타 중요 기반 시설을 양호한 작동 상태로 유지하는 것은 지속적인 감독이 필요한 엄청난 작업입니다. 자율 드론을 활용하면 필요한 인력을 줄이는 동시에 이러한 필수 시설 모니터링 담당자의 역량을 향상시킬 수 있습니다. 미래에는 드론이 주요 기반 시설을 스캔하고 잠재적 위험이 문제가 되기 전에 검사관에게 알려줄 것입니다.

자율 드론으로 환경 모니터링

자율 드론이 큰 변화를 가져올 수 있는 또 다른 분야는 환경 모니터링입니다. 이러한 시스템은 자동으로 경로를 설정하고 환경 변화를 기록하도록 설정할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 환경론자들에게 새로운 차원의 인식을 제공하고, 과학자들이 지구의 건강을 지속적으로 파악하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

탐사 및 데이터 수집을 위한 드론 군집

자율 드론 군집을 새로운 지역을 발견하고 지도를 작성하는 가장 좋은 방법 중 하나로 보는 사람들이 많습니다. 이러한 접근 방식은 탐험가의 위험을 제거하고 연구자들이 검토하고 차선책을 결정할 수 있도록 실시간 데이터를 제공합니다. 자율 드론은 이미 지도 제작 산업에서 중요한 역할을 하고 있으며, 해저처럼 접근하기 어려운 위치를 추적하는 데 활용되고 있습니다.

고속 드론 연구원들

런윤판은 고속 드론 연구 논문의 주저자였습니다. 그는 홍콩대학교(HKU) 공학부 기계공학과 푸 장 교수와 연구팀의 지원을 받았습니다.

고속 드론의 미래 개발 목표

SUPER의 항속 거리, 속도, 그리고 처리 능력을 향상시키기 위한 경쟁이 시작되었습니다. 연구팀은 이제 SUPER의 한계를 뛰어넘어 더 가볍고, 민첩하며, 더 긴 비행 시간과 더 무거운 탑재물을 탑재할 수 있는 방법을 모색할 것입니다. 또한, 엔지니어들은 MAV를 더욱 소형화하여 더 다양한 시나리오에서 사용할 수 있도록 노력하고 있습니다.

드론 부문에 투자

드론 시장은 전 세계적으로 경쟁이 치열한 빠르게 성장하는 분야입니다. 특히 중국의 DJI가 드론 시장의 가장 큰 점유율을 차지하고 있습니다. 하지만 많은 기업들이 새로운 제품과 사업 모델을 통해 업계를 뒤흔들 잠재력을 가지고 있습니다. 성공을 향해 나아가는 한 기업을 소개합니다.

ehang 

이항 (EH ) 2014년, 승객 수송용 드론을 현실화하기 위해 드론 산업에 진출했습니다. 이 회사는 드론을 단순한 도구에서 신뢰할 수 있는 운송 수단으로 발전시키는 데 있어 여전히 중추적인 역할을 하고 있습니다. 이를 위해 세계 최초의 사람 수송용 자율 비행체(AAV) 출시를 비롯한 여러 업적을 달성했습니다.

2018년 이항(Ehang)은 여러 고급 파트너십 및 개발 계약을 체결했습니다. 특히, 이러한 계약 중 하나에는 프랑스 리옹시와의 에어 택시 프로토콜 협력이 포함되었습니다. 또한, 오스트리아 항공우주 그룹 FACC와의 파트너십을 통해 승객용 드론의 성능과 안전성을 개선하고자 했습니다.

이항(Ehang)은 독창적인 사업 모델과 친환경적인 자율 비행 방식을 통해 드론 시장의 선두주자 자리를 굳건히 지키고 있습니다. 이항은 신기술에 지속적으로 투자하고 있으며, 현재 고체 배터리 기술 개선에도 적극적으로 나서고 있습니다. 이러한 모든 요소들이 이항을 경쟁이 치열한 드론 시장에서 강력한 경쟁자로 만들었습니다.

최신 Ehang(EH) 주식 뉴스 및 동향

고속 드론이 군집 기술을 현실에 더 가깝게 만드는 이유

고속 드론은 모든 분야에서 판도를 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 1인칭 시점 드론은 이미 작고 정밀한 폭발물 탑재 드론으로도 수백만 달러짜리 목표물을 파괴할 수 있음을 보여주었습니다. 이제 이러한 드론은 최소한의 계획만으로 복잡한 환경을 탐색하고 목표를 달성할 수 있게 될 것입니다. 다행히도, 그들의 목표는 폭탄이 아닌 새 에어프라이어를 투하하는 것이기를 바랍니다.

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참고 연구:

^{1. 렌 윤판 et al.MAV를 위한 안전이 보장된 고속 항법.과학. 로봇.10,이도6187(2025).DOI :10.1126/scirobotics.ado6187}