美 비영리 학생그룹 에어롭테라, 3D프린팅 방식 연구용 드론 공개

▲미국의 비영리 학생그룹인 에어롭테라가 3D 프린팅 방식으로 만들 수 있는 연구용 드론 ‘레이스’를 공개했다. (사진=드론라이프)

 

전 세계 과학자들이 필수적인 연구 도구로 무인항공기(UAV·드론)를 점점 더 많이 활용함에 따라 필요한 드론의 물량 확보 및 가격 문제에 직면하고 있다. 이런 가운데 미국의 비영리 학생그룹인 에어롭테라(Aeroptera)가 3D 프린팅 기반의 모듈식 연구용 드론인 ‘레이스(Lace)’를 만들어 화제를 모으고 있다고 드론라이프가 13일(현지시간) 보도했다.

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에어롭테라는 연구자들이 레이스 드론을 3D 프린팅으로 직접 제작할 수 있을 뿐만 아니라 거의 대부분을 수정까지 할 수 있도록 설계해 더욱 주목을 받고 있다.

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◇학생 주도 비영리 단체, 3D 프린팅 연구용 드론 공개

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젠징 후 에어롭테라 창업자이자 사장은 이메일 발표문을 통해 “에어롭테라 설립은 전 세계 환경 연구자들이 드론을 더욱 쉽게 활용할 수 있도록 하겠다는 공유된 목표에서 비롯됐다”고 밝혔다.

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후 사장은 환경 과학을 전공하는 학생 시절 티베트와 미국 일부 지역에서 현장 연구 프로젝트를 수행하면서 저렴하고 활용도가 높은 드론의 필요성을 절감했다고 설명했다.

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그는 “연구자들이 사용할 수 있는 드론은 선택의 폭이 좁다는 것을 깨달았다. 시중에 판매되는 대부분의 드론은 특히 연구 장비와 같은 대형 탑재물을 운반하도록 설계되지 않았다. 3D 프린팅 기술을 활용하면 저렴하고 맞춤 제작이 가능하며 접근성이 뛰어난데다 탑재물까지 운반할 수 있는 드론 프레임을 만들 수 있어 다양한 전문 및 취미 분야에서 드론의 활용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 믿는다”고 말했다.

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에어롭테라는 지난 2024년 가을 자사의 첫 번째 3D 프린팅 드론인 레이스 시제품 개발에 착수했고 지난해 3월 첫 비행에 성공했다.

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연구팀은 3D 프린팅 공정 활용에 대한 지침을 얻기 위해 중국에 본사를 둔 3D 프린팅 필라멘트 제조업체인 폴리메이커(Polymaker)에 도움을 요청했고, 폴리메이커는 이 프로젝트의 주요 후원사가 됐다.

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후는 “강성(剛性)은 주요 도전 과제 중 하나였다. 3D 프린팅 플라스틱 소재는 본질적으로 탄소 섬유나 알루미늄보다 강성이 떨어지기 때문이다. 중국 쑤저우에 있는 폴리메이커 연구센터 팀과 협력해 다양한 고성능 탄소 섬유를 주입한 소재를 선택할 수 있었고, 이를 통해 레이스 드론을 제작할 수 있었다”고 밝혔다.

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에어롭테라 팀은 엄격한 기준에 맞춰 레이스를 설계했다.

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레이스 설계 팀의 가장 중요한 고려 사항은 탑재량 확보였으며, 1~3kg의 탑재물을 운반할 수 있는 드론 설계가 목표였다. 레이스의 참조 모델은 최대 1.5kg의 탑재물을 운반할 수 있도록 만들어져 테스트됐다.

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또한 드론의 크기는 비행 시간을 늘리고 탑재량 용량을 향상시킬 수 있는 크고 효율적인 모터를 장착할 수 있도록 충분히 크게 설계됐다. 뿐만 아니라 현장에서 신속하게 배치할 수 있도록 접이식이어야 했다.

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레이스의 모듈식 프레임은 거의 모든 부품이 3D 프린팅으로 제작됐다. 이 무인 항공기는 픽스호크(Pixhawk) 6C 비행 컨트롤러와 4S 4500밀리암페어시(mAh) 배터리를 탑재하고 있다.

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사용자는 모터, 프로펠러, 전자속도제어장치(ESC), 텔레메트리 시스템을 자체 제작 부품이나 시판 부품으로 교체할 수 있다.

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후는 이 드론이 사용자들의 설계 변경을 수용할 수 있도록 제작됐다고 말했다. 그는 “배터리는 드론 후면의 밀폐된 공간에 장착되고, 비행 제어 장치와 기타 관련 전자 장치는 전면에 위치한다. 이처럼 드론 핵심 부품들의 상대적인 위치를 제한하는 설계를 통해 레이스의 무게 중심이 안정적으로 유지된다. 이는 사용자가 어떤 설계를 하더라도 설계된 무게 중심에서 크게 벗어나지 않도록 한다. 모터 설치부는 6S 모터부터 3S 모터까지 다양한 종류의 모터에 맞도록 설계됐다. 30인치 크기의 레이스는 대부분의 15인치 프로펠러와 호환되므로 사용자들이 원하는 크기대로 맞춰 설정할 수 있는 다양한 옵션을 제공한다”고 설명했다.

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이륙 중량이 5kg인 레이스는 연구에서 흔히 사용되는 센서 장비들을 탑재할 수 있도록 설계됐다.

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후는 “우리가 개발한 설계 중 하나는 연구자들이 밝기와 반사 정도를 측정할 수 있도록 반사율 측정기(알베도미터)와 데이터 로거를 탑재할 수 있는 구성으로 돼 있다”고 말했다.

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그는 이같은 호환 가능한 부품 생태계를 바탕으로 향후 사용자가 용도에 맞는 부품을 선택할 수 있도록 다양한 버전의 부품을 출시할 계획이다. 예를 들어 더 큰 탑재물을 실을 수 있도록 더 긴 랜딩 기어를 선택할 수 있는 식이다.

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후는 또한 3D 프린팅 기술의 또 다른 장점으로 접근성을 꼽았다. 그는 “최근 몇 년 동안 3D 프린터는 많은 가정과 기관에서 보편화됐다. 3D 프린팅 방식의 드론은 누구나 어디서든 저렴한 비용으로 만들 수 있을 것이다”라고 말했다.

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◇초기 단계 실험

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레이스 프로젝트의 초기 설계 단계에서 팀은 3D 프린팅 프레임에 대한 다양한 옵션을 탐색했는데, 그 중 하나가 비영리 단체의 이름과 첫 번째 드론의 이름에 영감을 주었다.

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후는 “풀잠자리과(Neuoptera) 곤충은 레이스날개(lacewing)를 가지고 있다. 이것이 우리 단체의 이름인 ‘에어롭테라’와 첫 번째 드론 제품인 ‘레이스’의 이름이 됐다”고 말했다.

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풀잠자리 날개의 자연스러운 형태는 레이스의 외골격 디자인 미학에 영감을 주었다.

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에어롭테라 팀은 아이오와 대학교 연구진과 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스 엔지니어들의 지원을 받아 현재 레이스 II 모델 개발에 힘쓰고 있다. 새로운 모델에는 기존 드론 사용자의 요구를 반영해 드라이버 없이 접을 수 있는 툴리스 폴딩(toolless folding) 기능 등을 도입할 예정이다.

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이 혁신 기술은 팀이 봄쯤 출시할 예정인 레이스-2 에어로(Lace-II Aero) 프레임에 적용된다.

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후는 비영리 단체인 에어롭테라가 현재 여러 협력사와 향후 프로젝트에 대해 논의 중이라고 밝혔다. 에어롭테라는 오픈소스 정신을 버리고 영리 기업으로 전환하는 것은 고려하지 않고 있다.

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후는 “현재로서는 혁신 기술을 상용화할 계획은 없지만 3D 프린팅 기술을 발전시키고 DIY 드론 커뮤니티에서 그 활용 범위를 넓히는 데 도움이 된다면 상용화를 고려할 것”이라고 밝혔다.

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그는 “3D 프린팅은 드론 기술을 더욱 널리 보급하고 다양한 전문 분야에서 활용되게 하는 혁명을 일으킬 것이라고 생각한다. 최근 연속 섬유 및 금속 프린팅 기술에서의 혁신적 발전으로 3D 프린팅 드론 프레임이 탄소 섬유 프레임처럼 보편화될 것으로 믿는다”고 말했다.

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이재구 기자 robot3@irobotnews.com

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