아리조나주립대, 공기주입식 프레임의 소프트 드론 개발

 

 

대지진 등 자연재해나 대형재난이 발생하면 당국은 드론을 띄워 주요 시설물을 중심으로 피해 상황을 파악하고, 생존자 탐색 및 구조 활동을 펼친다. 

드론은 무너진 건물이나 구조물과는 일정 거리를 유지한 채 공중을 비행한다. 

드론이 직접 잔해 더미 속으로 들어가 수색 활동을 벌이는 것은 기술적으로 쉽지 않다. 

잔해 속에서 비행하다 건물 외벽이나 파괴된 구조물에 부딪혀 추락할 수 있기 때문이다. 

현재 공급되고 있는 대부분 드론은 강성의 재료 및 부품들로 만들어져 외부 충격에 취약할 수밖에 없다.

이에 아리조나주립대 웬롱 장 교수 연구팀은 외부 충격을 흡수하고 쉽게 복원력을 회복할 수 있는 공기 주입식 프레임의 소프트 쿼드로터 드론을 개발했다고 지난 10일 밝혔다.

웬롱 장 교수는 “드론은 하늘 높은 곳에서 피해 상황을 파악하는 데 주로 활용되는데, 실제로 붕괴된 건물 안으로 들어가 비행하는 것은 힘들다. 강체(rigid) 프레임 구조의 드론은 구조물과 충돌시 복원력을 잃기 때문에 파손된 기둥, 보, 파이프, 케이블에 부딪히면 추락하고 만다"고 지적했다.

연구팀은 공기주입식 프레임을 가진 최초의 쿼드로터 드론을 설계하고 다양한 환경에서 테스트를 실시했다고 밝혔다. 

이 드론은 공기주입식 프레임으로 만들어져 외부의 충격을 어느 정도 흡수하고 비행 기능을 복원할 수 있다. 

이번 연구 성과는 전문 저널인 '소프트 로보틱스'에 발표했다.

장 교수는 ”이 드론은 다양한 작업을 수행하기 위해 주변 환경과 물리적으로 상호작용을 해야한다. 부드러운 동체는 충격력을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 새의 퍼칭(perching) 동작과 같은 역동적인 기동이 가능하도록 한다“고 말했다.

연구팀은 나뭇가지에 부드럽게 착지하는 새의 퍼칭 동작에서 영감을 얻어 공기주입식 프레임의 드론을 설계했다. 

이 드론은 새의 발을 모사한 수동적인 잠금 메카니즘, 그리고 하이브리드 패브릭 기반의 쌍안정(bistable) 그래스퍼(grasper)를 채택했다.

드론의 관절과 부드러운 조직은 외부 충격을 흡수할 수 있다. 

수동잠금 메카니즘은 드론이 '근육 에너지'를 사용하지 않고도 불규칙한 표면을 잡을 수 있도록 지원한다. 

쌍안정 그래스퍼는 퍼칭 동작을 수행하기 위해 액추에이터를 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다.

이 드론은 접촉 반응성, 무동력 퍼칭 기능을 특징으로 하고 있어 필요한 곳이면 어디든 위치를 지정해 착륙할 수 있으며, 배터리 전력을 절약하기 위해 로터를 끌 수도 있다고 연구팀은 밝혔다.

연구팀은 이 드론을 이용해 벽면에 충돌 테스트를 실시하는 등 다양한 조건에서 드론의 복원력을 측정했다.