4차 산업혁명, 드론이란?
4차 산업혁명, 드론이란?
  • 이상수 전 호남대 교수
  • 승인 2018.03.07 11:34
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기획연재⑦ 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 무인비행장치

지금 우리 앞에 전개되고 있는 4차 산업혁명의 흐름을 되돌릴 수 없다. 이 혁명이 어디를 향해 갈지, 그 과정에서 우리 삶이 어떻게 바뀔지 궁금하다. 그러나 이런 흐름을 남의 일처럼 지켜볼 수만은 없다. 우리는 새로운 기술을 용기 있게 수용함으로써 경제적 번영과 우리들의 행복을 위하여 할 일이 무엇인가를 알 필요가 있다. 이번 기획에서는 4차 산업혁명의 주요 기술들을 중심으로 일반 시민들이 다소나마 쉽게 이해할 수 있도록 소개하고자 한다. 따라서, 구체적인 내용을 알고 싶은 독자께서는 별도의 참고서적을 참고하기 바란다.<편집자 주>

드론이란?

드론의 산업적 중요성과 시장 규모는 날로 커지고 있다. 드론의 항공·통신·센서·소프트웨어 기술은 연관 분야로의 파급효과가 크다. 또 인공지능과 사물인터넷, 센서 등 4차 산업혁명의 공통 핵심기술을 적용하고 검증할 수 있는 최적의 테스트베드이기도 하다. 공현철 팀장은 인텔의 드론쇼를 예로 들며 “엔지니어만이 아니라 시나리오 작가, 안무가 등이 관여하면서 드론의 활용이 문화예술 분야로 확장되고 있다”고 말한 바 있다. 정부는 704억 원 규모의 국내 드론시장을 오는 2026년까지 4조1000억 원 규모로 키우고 세계 상위 5위권 기술 강국으로 도약하겠다는 로드맵을 제시했다. 이를 통해 오는 2025년까지 16만4000여개의 일자리를 창출할 계획이다.

드론의 개념

드론은 조종사가 비행체에 탑승하지 않고 지상에서 원격조정기나 사전 프로그램된 경로에 의해 자동 및 반자동 형식으로 비행하거나, 인공지능이 탑재되어 자체 환경판단에 따라 자율비행하는 무인비행장치를 말한다.

영국에서 만든 최초의 왕복 가능한 무인항공기는 ‘여왕벌(Queen Bee)’이다. 여왕벌은 무인표적기의 원조라고 할 수 있다. 이륙을 위해 바퀴를 달았고, 바다에서도 사용하기 위해 플로츠(浮遊, Floats)를 장착했다. 1935년 영국 해군 훈련에 초대 받은 미국의 윌리엄 스탠리 해군 제독은 영국해군이 퇴역한 훈련용 복엽기 ‘타이거 모스’를 개조, 원격조종으로 무인비행기를 띄워 놓고 격추시키는 장면을 관람하게 된다. 미국으로 돌아온 제독은 귀국 후 거의 쓸모없게 된 유인 비행기를 ‘표적기’로 개조하여 사용하면서 무인 비행체에 여왕벌(Queen Bee)에 대비되는 애칭으로 ‘수벌’이란 의미를 가진 ‘드론(Drone)’이라는 이름을 붙여 표적기로 사용하였다 한다. 이처럼 드론은 비행시 모터에서 나는 소리가 마치 벌이 날아다닐 때 윙윙거리는 것과 비슷해서 ‘드론(Drone)’이란 이름이 붙여졌다는 설도 있다.

드론은 처음엔 군사용 무인항공기로 개발됐다. 드론은 카메라, 센서, 통신시스템 등이 탑재돼 있으며, 25g부터 1200kg까지 무게와 크기도 다양하다. 드론은 공군의 미사일 폭격 연습 대상으로 쓰였는데, 점차 정찰기와 공격기로 용도가 확장됐다. 최근엔 고공 촬영과 배달 등으로 확대됐다. 이뿐 아니다. 값싼 키덜트(kidult : 어린이<kid>와 성인<adult>의 합성어로, '어린이 같은 어른'을 뜻한다) 제품으로 재탄생되어 개인도 부담없이 드론을 구매하는 시대를 맞이했다. 조종사가 탑승하지도 않고도 적군을 파악하고 폭격까지 가할 수 있다는 장점 덕분에, 미국은 2000년대 중반부터 드론을 군사용 무기로 적극 활용했다.

드론의 발전단계

드론은 다음과 같은 단계를 거쳐 오늘에 이르렀다.

1세대 드론은 카메라와 짐벌(Gimbal : 하나의 축을 중심으로 물체가 회전할 수 있도록 만들어진 구조물)의 결합이다. 드론에 상∙하향 짐벌 마운트를 탑재하여, 송전탑을 포함한 에너지 시설점검, 화산폭발, 지진 등 재난 및 재해 대처에 활용되고 있다.

2세대 드론은 열감지, 다중분광, 적외선 카메라, 라이더(LIDER : 레이저를 발사하여 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간과 강도, 주파수의 변화, 편광 상태의 변화 등으로부터 측정 대상물의 거리와 농도, 속도, 형상 등 물리적 성질을 측정하는 기법 및 그 장치) 등 다양한 센서 탑재장치를 이용해 데이터 수집이 가능해졌다.

3세대 드론은 소프트웨어 기술과의 결합이다. 육지에서 측정하거나 비행기에서 측정하던 장비가 드론에 부착됨에 따라 보다 정밀한 공간정보를 얻을 수 있고, 이에 드론과 연계한 다양한 소프트웨어의 결합으로 고도화된 콘텐츠가 개발되고 있어 다양한 분야에 활용되고 있다.

드론을 구성하는 기술

드론을 구성하는 기술은 정밀측위기술, 항법기술, 자세제어기술, 그리고 영상처리기술 등 네 가지로 나눌 수 있다. 정밀측위기술은 GPS를 이용해 정확한 위치를 측정하는 기술, 가속도, 각속도, 지자계, 기압계 등 다양한 센서 기술을 포함한다. 항법기술은 영상, GPS, 관성항법, 인공지능 등을 이용해 출발 지점에서 목표 지점으로 자동으로 이동하는 기술을 말한다. 자세제어기술은 항법기술로부터 나온 경로를 따라 비행하면서 비행체의 안정성을 유지하는 소프트웨어 기술을 말한다. 그리고 영상처리기술은 카메라에서 얻어진 정보를 저장하고 컴퓨터 비전기술을 이용해 유용한 정보를 추출하는 기술을 말한다.

국내 드론산업의 기술수준은 국토교통부 자료에 따르면, 군수는 세계 최고인 미국의 85%수준, 민수(소형)는 세계 최고 수준 대비 65%수준이며, 소형 드론의 프레임, 모뎀, 모터, GPS부품 경쟁력은 세계 최고 수준 대비 42~74% 수준, 항법장치의 경우 제어 소프트웨어, 핵심 센서 전문 업체가 없는 실정이며, 반도체(AP), 배터리, 디스플레이, 일부 소프트웨어는 세계적 수준으로 잠재력을 보유하고 있는 것으로 나타났다. 국내 드론 운영 현황(2017년)은 장치 신고대수는 3735대, 사용사업 업체 수는 1459개, 조종자격 취득자수는 3736명으로 제시되고 있다.

드론 기술의 활용 분야

처음에는 공군기나 고사포, 미사일의 연습사격에 적기 대신 표적 구실로 사용되었으나, 점차 무선기술의 발달과 함께 정찰기로 개발되어 적의 내륙 깊숙이 침투하여 정찰∙감시의 용도로도 운용되었다. 근래에 들어 드론에 미사일 등 각종 무기를 장착하여 공격기로도 활용되고 있다. 드론은 활용 목적에 따라 다양한 크기와 성능을 가진 비행체들이 다양하게 개발되고 있는데 대형 비행체의 군사용뿐만 아니라, 초소형 드론도 활발하게 개발 연구되고 있다. 또한 개인의 취미활동으로 개발되어 상품화된 것도 많이 있다. 정글이나 오지, 화산지역, 자연재해지역, 원자력 발전소 사고지역 등 인간이 접근할 수 없는 지역에 드론을 투입하여 운용하기도 한다. 최근에는 드론을 활용하여 수송목적에도 활용하는 등 드론의 활용 범위가 점차 넓어지고 있다.

이는 드론이 기술 및 부품, 소프트웨어, 서비스 등 관련 산업의 성장을 이끌어낼 수 있을 뿐만 아니라 활용될 수 있는 영역이 넓기 때문이다. 인공지능, GPS, 빅데이터, 광학 탐지 등 여러 기술과 결합하면 드론의 활용 분야는 무궁무진하다.

1) 군사용

드론은 태생이 ‘군사용’이었던 만큼 정찰용 무인기, 공격용 무인기, 무인 수상 함정 등 다양한 군사 분야에서 활용된다. 우리나라에서도 군단급 전술 무인 정찰기 RQ-101 송골매, 리모아이 006 등을 실전에 투입하고 있다. 우리나라 육군은 <드론쇼코리아>에서 올해 안에 ‘드론봇 전투단‘을 창설할 계획을 발표하기도 했다. 드론을 전투에 적극적으로 활용하는 국가로는 이스라엘을 들 수 있지만 드론봇 전사를 양성하는 전투단 창설은 우리나라가 세계 최초라고 한다.

2) 공공 부문

최근 정부는 2021년까지 공공 부문을 중심으로 드론 3,700여 대의 신규 수요를 창출하겠다고 밝혔다. 이미 토지 측량과 주택 안전점검, 시설물 점검 분야 등에서 드론이 활용되고 있다. 특히 한국국토정보공사(LX)는 2016년부터 2년 동안 전국 28개 지구에서 시범사업을 벌여 드론 측량 효과를 검증하고 데이터를 축적해왔다. 사업지구 계획 수립을 위한 토지경계 확인, 토지보상용 사진 촬영 등에 활용되며, 이렇게 모인 데이터는 관공서, 지자체에 제공된다. 한국국토정보공사는 올해 공공기관 최초로 지역본부별로 인력을 배치해 드론 전담 조직을 신설할 예정이다.

3) 건설

드론은 건설 현장에도 등장하고 있다. 드론은 공사 전 부지의 모습을 미리 파악해 3D 도면을 만들거나 공사 공정과 안전 정보를 짜고, 공사 물량을 도출한다. 공사 진척도와 작업량을 확인하는 공정 관리부터 위험요소 확인, 산소농도 측정 등 안전관리 분야에도 활용된다. 노후된 건축물, 수상 교량, 발파된 터널 등 사람이 직접 점검하기 힘든 건축물을 점검할 때도 드론이 사용된다.

4) 물류∙운송

2013년 아마존은 세계 최초로 드론 배송 서비스 ‘아마존 프라임 에어‘를 선보였다. 배송 드론을 이용해 반경 16km 안에 있는 고객이 상품을 주문하면 30분 안에 제품을 배달하는 서비스이다. 2016년 말에는 실제로 2.3kg의 상품을 배송하는 데 성공했다. 우리나라에서는 지난해 말 처음으로 우편물이 드론으로 배송되었다. 전라남도 고흥에서 출발한 드론이 4km 떨어진 섬 득량도에 소포와 등기 등 실제 우편물을 배송하는 데 성공한 것이다.

5) 소방∙방재(防災)∙안전

드론을 활용하면 사람이 직접 확인할 수 없는 재난 현장을 신속하게 확인할 수 있다. 구조단이 출동을 준비하는 동안 현장에 급파된 드론이 화재의 규모나 확산 경로 등을 실시간으로 상황실에 전달하면 현장에 도착한 구조단은 이 정보를 기반으로 화재 진압, 구조 활동 등을 할 수 있다. 산이나 바다 같이 사람이 일일이 감시하기 힘든 곳에서도 산불 감시나 진화, 인명 수색 등도 가능하다. 넓은 바다에서 실종자를 탐색하고, 조난자를 발견했을 때 구명 장비를 투하할 수도 있다.

6) 환경 관측 및 조사

드론은 해양이나 기상, 환경과 생태 등 다양한 자료를 수집하는 목적으로도 활용된다. 다양한 환경에서 실시간으로 관측된 자료는 유용한 과학 정보로 활용된다. 항공기를 이용해 환경을 관측하는 경우 연료 문제로 비행거리가 한정되는데다, 운용비용이 비싸 연속적인 측정이 어려운 반면 드론은 넓은 범위를 경제적으로 관측할 수 있는 좋은 수단이 된다. 국립수산과학원에서는 해양 동물들의 개체 수 조사나 이동 등의 생태를 파악하는데 드론을 활용하고 있고, 한국해양과학기술원에서는 위성과 원격 통신이 가능한 수상 드론과 수중 글라이더를 활용해 수개월 동안 대양을 횡단하며 해양 정보를 수집하고 있다. 최근에는 수상과 수중 모두를 관측할 수 있는 수륙 양용 드론도 개발되어 그 활용 범위가 더욱 넓어지고 있다. 해외에서는 이미 기자(記者)가 접근하기 어려운 지역에 드론을 보내 사진이나 영상 자료를 수집하고, 이를 보도에 적극적으로 활용하고 있다. 대규모 지진과 허리케인, 원전 사고, 시위 등 각종 재난, 사고 현장에서 드론이 전송한 사진과 영상을 볼 수 있다.

7) 농업

고령화로 일손이 부족한 농촌에서도 드론이 여러 사람 몫을 해내고 있다. 병해충 방제, 종자 파종 등 다양한 농사일에 활용되고 있다. 드론은 이전에 주로 쓰인 농약 살포 헬리콥터 대비 가격이 1/10 정도고, 필요한 지역에만 농약을 정확하게 투하하기 때문에 비용 절감은 물론 토양 오염도 막을 수 있다. 우리보다 앞서 고령화가 진행된 일본에서는 드론을 이용한 비료와 살충제 살포 비율이 이미 40%를 넘어섰다고 한다. 최근 우리나라에서도 지역단체들이 농업용 드론 지원 사업을 운영하고, 농업인들을 대상으로 드론 교육을 실시하는 등의 시도가 활발하게 이뤄지고 있다.

이밖에도 뉴스 및 미디어, 게임 및 교육, 트레이너, 도서관 등에서 자동검색, 자연탐사, 여행 및 이동 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.

드론의 군집기술 응용분야

드론은 개별적으로 그 역할을 수행하는데 그치지 않고, 군집을 이루어 그 역할을 수행함으로써 시너지 효과를 기대할 수 있다.

물류분야에서는 수많은 택배를 물류 로봇이 일사분란하게 움직이며, 선별하고 배송을 준비시킨다. 아마존 물류센터에서는 5000대의 물류 선별·이송로봇들이 선반에서 다음날 배달할 물품들을 싣고 작업자들이 근무하는 픽업 스테이션으로 옮기는데, 폭이 1~2m로 좁은 창고 통로를 수백 대의 로봇이 바삐 움직여도 서로 충돌하거나 엉키는 일이 없다.

재난분야에서는 인간이 직접 접근하기 힘든 재난 현장을 날아다니며 재난 지역 상황을 파악하고 생존자를 수색하는데 활용될 수 있다. 미국 노스캐롤라이나주립대 연구팀은 지진·홍수 등의 재난이 발생했을 때, 바퀴벌레를 닮은 바이오 로봇을 대량 투입해 재난 지역 상황을 한눈에 알아볼 수 있는 지도를 작성하는 연구를 진행했다.

농경분야에서는 군집 기술을 활용한 로봇을 통해 논경지의 잡초를 빠르게 제거할 수 있다. 가장 대표적인 예로 잡초 제거를 위한 군집 로봇 프로젝트 ‘SAGA(Swarm robotics for Agricultural Applications)’를 꼽는다. 이는 수 백 대의 초소형 드론이 꿀벌처럼 날아다니다가 잡초를 찾게 되면 잔디를 깎는 로봇에게 해당 장소를 알려줘 작업을 수행하게 만든다.

군사분야에서는 분쟁지역에 드론 수백 대를 띄워 현황을 살피고 부상자를 구조하는 등 다양한 분야에서 드론의 군집기술을 활용할 수 있다.

2018 평창 올림픽 개회식 때 1218개의 드론을 띄워 ‘오륜기’ 군무(群舞)를 연출한 ‘슈팅스타’는 군집기술의 본보기라고 할 수 있다.

드론 산업의 한계와 미래

국내에서는 한국항공우주산업(KAI)과 대한항공이 드론 연구 개발에 적극적이다. 방위산업체나 중소기업, 택배업체들도 최근 드론에 관심을 보이고 있다. 한국은 아직 드론을 사용하는 데 여러가지 제약이 있다. 드론은 아직까지 항공기로 취급받고 있고, 법도 아직은 기존 군사용이나 공적인 업무로 사용하는 것을 중심으로 제정되어 있는 상태다. 드론을 상업용으로 확장하려면 관련 규정이나 법 개정이 필요하다. 이러한 상황은 한국뿐만 아니라 북미나 유럽 지역도 비슷하다.

드론이 장점만 지니고 있는 건 아니다. 많은 나라가 드론의 가장 큰 문제점으로 ‘안전’을 꼽는다. 테러리스트가 드론에 위험물질을 넣어 배달할 수도 있고, 드론이 고장나 갑자기 추락할 수도 있다. 해킹을 당하거나 장애물에 부딪힐 위험도 상존한다. 촬영용 드론이 많아질수록 사생활 침해 위협도 늘어난다. 현재 방송사 등에서 상업용으로 사용하는 드론은 미리 관련 부처에 신고를 하고 이용하는 게 대부분이다. 독일 DHL은 드론을 이용하기 위해 비행 구간도 따로 만들고 속도도 시간당 40마일로 제한해서 운행한다.

이러한 한계에도 불구하고 드론 시장은 꾸준히 성장하고 있다. 드론 산업은 센서관련 분야뿐만 아니라 지상통제 장비(GCS : Ground Control System), 통신장비(Data Link), 탑재임무 장비(Payload), 지원장비, 소프트웨어, 기기(Device), 그리고 드론 제어 등 드론 제작에 필요한 산업군으로 늘어나고 있다.

PwC(Pricewaterhouse Coopers : 런던에 본사를 둔 다국적 회계컨설팅기업) 보고서 최신자료에 따르면, 드론으로 파생될 연관산업은 사회시설물의 유지보수, 모니터분야, 토양, 파수로, 방제 등 농업분야, 물류, 교통, 구조용품 및 의약품 배송, 재난 감시 및 수색, 범죄대응 등 보안분야, 방송, 광고 및 이벤트 탄광 발굴계획과 환경영향평가 등에서 3,000억불 이상의 시장이 형성되어 있다고 밝히고 있다.

미래학자 모마스 프레이(Thomas Frey)는 2104년 발표한 ‘미래와의 대화’에서 "드론을 통해 192개의 새로운 직업이 만들어 질 것"이라며, "드론은 새로운 기술과 접목할 수 있는 ‘유연한 플랫폼’"이라고 했다. ‘유연한 플랫폼’인 드론은 다양한 사업을 만든다. 미국 방위산업 전문 컨설팅 업체 틸그룹은 향후 드론 시장이 “2020년까지 연평균 8% 이상 성장해 114억 달러 규모로 발전할 것”이라고 전망했다.

<참고자료>

김석기・김승엽・정도희 지음(2017). 『IT트렌드 스페셜리포트』서울:한빛미디어.

나라경제 편집실(2018). 『지금은 4차 산업혁명 시대』. 서울:KDI경제정보센터.

미래전략정책연구원(2017). 『10년후 4차 산업혁명의 미래』. 서울:일상이상.

이원영∙이상우∙테크홀릭(2017). 『드론은 산업의 미래를 어떻게 바꾸는가』. 서울:한스미디어.

장문기(2017). 『4차 산업혁명의 새 패러다임 DRONE in 드론』. 서울:호영피앤시.

http://namu.wiki/

https://www.youtube.com/watch?v=kI_58cOW4Ho

http://biz.khan.co.kr/khan_art_view.html?artid=201802140600005&code=930100

http://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=12883520&memberNo=39046504&searchKeyword=%EB%93%9C%EB%A1%A0&searchRank=14



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