Drone's DIYer

Telemetry radio는 드론이 MAVLink 프로토콜을 이용하여 공중으로부터 ground (control) station(지상관제국)으로 통신을 하는데 필요합니다. 여기서 ground control station은 예를 들어 Mission Planner(이하 MP로 약칭)가 설치된 지상의 PC를 의미합니다. 따라서 실시간으로 여러분의 미션과 상호작용하고 드론의 카메라나 다른 장치들로부터 데이터 스트림을 받는 것이 가능하게 됩니다. 

Telematry radio를 선택시에는 허용된 주파수인지를 확인해야 합니다. 예를 들어, 915MHz(Americas), 433MHz(Europe).

위 사진은 3DR사의 3DR Radio version 2의 모습니다. 하나는 APM 2.X 보드에 연결하고 나머지 하나는 MP가 설치된 PC의 USB 포트에 연결합니다.

과거 전통적인 RC 헬기는 역동적인 비행이나 실기에서 보지 못했던 배면 비행이나 곡예 비행 등으로 매니아를 사로잡았다면 최근의 쿼드콥터(Quadcopter)와 같은 드론은 안정된 기체의 자세 제어을 통해서 매우 정숙한 호버링이나 자동 이착륙 혹은 소위 'mission planner'와 같은 툴로 사용자가 미리 경유지점을 정해놓고 자동 비행하는 waypoint 비행 등으로 더욱 매력을 느끼게 할 것입니다.

전자의 경우 RC 헬기의 테일 움직임을 감지하여 메인 로터에 대한 반동 토크를 상쇄시켜 기체의 회전으로부터 안정성을 꾀하기 위한 최소한의 센서만을 사용하였고, 나머지 비행은 사용자 조종기의 사이클릭 제어에 절대 의지할 수 밖에 없기 때문에 입문자의 접근이 쉽지 않았다는 것입니다.

반면에 후자의 경우에는 갖가지 센서들을 탑재하여 비행 안정성이 확보되었기 때문에 드론이 단순한 취미나 레포츠를 떠나 항공촬영이나 방재, 택배 등의 임무에 적용이 용이하게 되었고, 그 만큼 비행자동화의 덕택으로 쉽게 배울 수 있어 사용자 층이 훨씬 두터워지고 급기야는 드론의 대중화가 현실화 되었다는 것입니다.

이와 같이 드론이 비행 안정화 및 자동화가 가능했던 이유는 우선 각종 첨단 센서들을 탑재한 시너지 효과라는 것입니다.

Accelerometer(가속도계):

직선 가속도를 측정하는 센서로 최근에는 x,y 그리고 z에 대한 3축(공간) 자이로(Gyro; Gyroscope)를 이용한 센서가 주류를 이루게 되었습니다. 과거 RC 헬기가 단방향의 자이로 센서를 채용한 것과 달리, 이는 공간상에서 어느 방향이든 기체의 기울어짐을 감지하여 펌웨어로 하여금 즉시 자세 제어를 가능하게끔 하여 매우 정교한 호버링(정지비행)이 가능하게 되었다는 것입니다.

Barometer(공기압계): 

고도 센서의 용도로서 공기압이 지표면으로터 고도에 따라 감소함을 이용하여 공기압을 측정함으로서 현재 기체의 고도를 역으로 알 수 있게 되었다는 것입니다. 따라서 사용자는 정확이 얼마의 고도에서 기체가 비행할 수 있도록 명령할 수 있고 기체는 이 센서를 통하여 자동으로 고도를 조정할 수 있게 되었다는 것입니다.

Magnetometer(지자기계):

지자기 센서는 '전자 나침판(Electronic compass)'으로 지구의 자기(지자기)를 검출하여 동서남북 방향을 알려주는 센서로, 이를 이용하여 드론은 기체의 방향을 정확히 돌리거나 정해진 방향으로 자동으로 비행이 가능할 수 있게 되었다는 것입니다.

GPS(위치 센서):

익숙한 내용인 Global Positioning System으로 드론은 GPS 센서를 이용하여 인공위성으로부터 자신의 절대 위치를 알 수 있고 따라서 비행 좌표를 설정하거나 혹은 사용자가 시야에 보이지 않아도 안전하게 원래 위치로 되돌아 오는 등의 기능이 가능하게 되었다는 것입니다.

Parrot Bebop 드론 제품의 사양입니다.

연결성 : Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac

• Wi-Fi 안테나: 이중 대역 MIMO 안테나와 2.4GHz 및 5GHz용 쌍극 안테나 2 더블셋 (FIG.7)

• 출력파워: 최대 21dBm

• 신호범위: 최고 250m

몸체 : 고강도

• 4 브러시리스 통돌이 모터(FIG.3)

• 유리 섬유 강화(15%) ABS 구조 (FIG.4)

• 고강도 EPP 아웃도어용 선체: 실내 비행과 야외 비행에 맞춰 클립을 죄거나 풀어 쉽게 장착 및 해체 가능, 혹시 일어날 수 있는 충격으로부터 프로펠러를 보호, 기체의 바람 마찰면을 줄이기 위해 제거 가능 (FIG.9)

• 신속 해체 시스템을 갖춘 폴리카보네이트 소재 오토블록 3 날개 프로펠러(FIG.5)

• 진동 방지 범퍼(FIG.10)

속도 : 13m/s

카메라 : CMOS 14Mpx

• 180° 1/2.2 인치 센서 어안렌즈 카메라: 6개 광학소자와 14메가픽셀 센서(FIG.2)

• 동영상 안정화: 3축 디지털

• 동영상 해상도: 1920x1080P (30FPS)

• 사진 해상도: 4096x3072 픽셀

• 동영상 인코딩: H264

• 사진 파일 형식: JPEG, RAW, DNG

• 내장 메모리: 8GB 플래시

배터리 : 리튬 폴리머

• 자율성: 내장 배터리 2개로 22분

• 배터리 유형: 리튬 폴리머 1200mAh

Processor : 듀얼 코어 CPU

• 마더보드: (FIG.1)

- Parrot P7 더블 코어 CPU Cortex 9

- 쿼드 코어 GPU

- 8Gb flash memory

• 8GB 플래시 메모리 전체가 전자기 차폐 및 쿨링 시스템 기능을 수행하는 마그네슘 지지대에 고정되어 있음

• OS: 리눅스

• 개발: 오픈 소스 SDK

Parrot Bebop Drone Mainboard(front)

Parrot Bebop Drone Mainboard(back)

센서 : 3축

• 3축 자력계

• 3축 자이로스코프

• 3축 가속도계 (FIG.6)

• 수직 안정화 카메라 (FIG.8): 1,000분의 16초마다 지상 이미지 촬영 후 직전에 찍은 이미지와 비교해 Bebop 드론의 속도 식별

• 초음파 센서: 고도 분석 최고 8m

• 기압계

지리 위치 정보 : GNSS

• GNSS (GPS + GLONASS) (FIG.6)

크기 : 28 x 32 x 3.6cm

• 선체 미포함 시: 28 x 32 x 3.6cm

• 실내용 선체 포함 시: 33 x 38 x 3.6cm

중량 : 400g

• 배터리 장착 상태에서 보호 덮개 제거 시 400g, 보호덮개 장착 시 420g.

호환성 : 아이폰 OS , Android , Windows Phone 스마트폰/태블릿

제품 구성 : USB, Battery, ...

• Parrot BeBop 드론 1개

• 배터리 2개

• 충전기 1개. 플러그 형식은 US/ JP / UK / EU / ANZ

• 마이크로 USB 케이블 1개

• 8GB 내장 메모리

• 실내용 선체 1개

• 프로펠러 추가분 4개

• 프로펠러 조립 도구 1개

• 빠른 시작 가이드 1개

안정성을 고려한 디자인

Parrot Bebop 드론(Drone)은 무게가 400g 정도로 가볍고 유리섬유 강화 ABS 소재로 되어 있어 튼튼하고 안전한다고 알려집니다. 예를 들어 외부에서 충격이 가해질 경우, 프로펠러(프롭; Prop.)가 자동 중단되며, 비상 시에는 'Emergency 모드'를 이용해 드론을 즉시 착륙시킬 수 있어 제품에 포함된 EPP 동체로 실내에서도 안전하게 비행할 수 있다는 것입니다.

첨단 테크놀로지

Parrot Bebop 드론은 Parrot AR.Drone 2.0보다 8배 더 강력한 온보드 컴퓨터 시스템을 갖추었는데, 강력한 연산능력의 Parrot P7 듀얼 코어 CPU, 쿼드 코어 GPU, 8GB 내장 플래시 메모리 등으로 이러한 장치들이 전자기 차폐 및 쿨링 시스템 기능을 하는 마그네슘 지지대 위에 조립되어 있다는 것입니다. 게다가 개발자를 위해 사용 가능한 SDK와 LINUX에서 실행함으로써 레저용 무인 비행기로서 유례가 없는 강력한 성능을 자랑한다는 것입니다.

자체 Wi-Fi 핫스팟을 형성

Parrot Bebop 드론은 2개의 듀얼 밴드 Wi-Fi 안테나가 장착되어 있어 MIMO(Mutiple Input Multiple Output) 기술로 2.4GHz와 5GHz 두 주파수를 처리할 수 있습니다. 최신 Wi-Fi 802.11 표준 핫스팟을 자체적으로 생성하고 네트워크 부하에 따라 원하는 주파수를 선택할 수 있다는 것입니다. 그러므로 데이터 전송률을 획기적으로 높였습니다.

분해가 용이

Parrot Bebop 드론은 모든 구성 부품을 분해할 수 있어 운반이 용이합니다.

놀라운 안정성

Parrot Bebop 드론은 기동성을 해치지 않으면서 최적의 안정성을 보장하기 위해 속도계, 자이로스코프, 자력계 등 여러 개의 3축 센서에서 비롯되는 데이터들을 모두 융합하고, 사정거리 8m의 초음파 센서, 압력센서, 수직 카메라 한 대가 지상에서 속도를 측정합니다.

사용자 사진

디지털 3축 안정화 방식 풀 HD 카메라가 장착된 초경량 드론으로 전문가 못지않은 품질의 항공 비디오와 사진을 촬영가능하다는 것입니다.

1400만 픽셀 '어안' 카메라 장비

Parrot Bebop 드론은 "어안" 렌즈와 14메가픽셀 카메라를 갖춰 뛰어난 화질의 180° 광시야각 동영상과 사진을 촬영할 수 있습니다. 게다가 100% 디지털 이미지 안정화 기술이 탑재되어 쿼드콥터(quadcopter)의 동체가 어떻게 움직이든 상관 없이 항공 영상을 촬영할 수 있어 흙탕물, 먼지, 분진 등에 강할 뿐만 아니라 스포츠 카메라는 수평 라인이 왜곡되는 경우가 많은데 Bebop 드론 카메라는 수평선이 더 이상 휘어져 보이지 않는다는 것입니다.

조종시 180°의 광시야각 제어

조종자가 조종 애플리케이션을 이용해 엄지 손가락만으로 카메라 각도를 조절할 수 있을 뿐만아니라 180° 수평 변위가 드론의 움직임과는 별개로 100% 디지털 방식에 의해 이루어집니다.

Freeflight 3 앱을 이용한 직관적 조종

Parrot Bebop 드론과 함께 스마트폰과 태블릿용 무료 앱으로 사용하기 편리하고 조종사가 오로지 비행의 즐거움에만 집중할 수 있도록 인간공학적으로 개발되었으며, 초기 화면에서 조종사가 조종, 사진/동영상, 클라우드 등 기본 기능에 액세스할 수 있다는 것입니다. Freeflight 3는 속도, 최고 고도, 비행 모드(가속도계, 가상 조이스틱...) 등 다양한 설정 옵션을 제공하고, 원터치 플립 비행 등 재미난 기능을 다양하게 제공한다는 것입니다.

상시 접속 및 Youtube 사용 가능

Parrot Bebop 드론의 사진과 스트리밍 동영상은 스마트폰/태블릿에 실시간으로 동기화됩니다. 최고로 아름다운 사진을 페이스북, 인스타그램 등 SNS를 통해 공유할 수 있고, 유튜브 채널을 통해 눈깜짝할 사이에 비행 경험을 공유한다는 것입니다.

자동 귀환(리턴 홈)

Parrot Bebop 드론의 고도가 10m 이상일 경우, '리턴홈(Return Home)'을 누르면 곧장 시작 위치로 돌아오며, 드론의 고도가 10m 이하일 때는 먼저 상승해서 10m 높이에서 안정화를 꾀한 후 직선 코스를 거쳐 본래 위치로 돌아온다는 것입니다. 세션 시작 시 위치로 돌아온 다음에는 2m 고도에서 안정화됩니다.

Parrot 클라우드

자신의 비행 세션 기록을 모두 보관하실 수 있습니다. 사진, 동영상, 비행 세션 데이터를 다른 Cloud Parrot 회원들과 공유하고 YouTube 나 Facebook에 실시간으로 포스팅할 수 있으며, 곡예 비행 데이터를 무료로 백업할 수 있는 혜택을 준다는 것입니다.

Flight Plan을 이용한 '계획' 조종

임베디드 GPS를 이용해 지도 상에서 직접 Bebop 드론을 제어할 수 있어 스마트폰으로 비행 계획을 세우면 나머지는 드론 혼자 척척 해낸다는 것입니다. GPS 위치 추적의 정확성은 GNSS 칩과 글로나스(Glonass) 위성 추적 사용 덕분에 오차 범위 ± 2m입니다. 350회 이상의 비행 데이터를 녹화하고 Cloud Parrot에 수집해 놓은 속도 및 고도 데이터를 이용해 비행 장면을 3D로 디스플레이가 가능합니다.

사실 '꿈의 비행체'로 여겨졌던 드론(Drone)은 저렴해진 가격, 간편해진 조종법, 항공촬영 등과 같은 갖가지 재미 요소가 결합되어 이젠 우리의 일상 속으로 파고 들고 있다는 것입니다. 이제는 가족 나들이에서도 새로운 레포츠로서 자녀들과 함께 야외에서 드론을 날리는 모습을 심심치 않게 볼 수 있다는 것입니다.

매년 기하급수적으로 판매가 급증하는 드론은 용산의 한 업체에서만 지난 2015년 매달 2,000~3,000대 정도의 드론 매출을 기록하였다는 것입니다. 그럼 과연 항공촬영 등으로 사용되는 고급용이 아닌 취미용 드론으로써 어떤 종류의 드론으로 입문을 시작해야 하는지요? 아니면 자녀에게 어떤 드론을 선물로 골라야 할지요?

1) 연습용 드론

• 갤럭시 비지터 8(Galaxy Visitor 8) - 드론에 처음 입문하고자 한다면 10만원 이하의 저렴한 제품을 연습용으로 구입하여, 기본적인 드론의 구조와 비행 원리, 조종기(조이스틱/리모콘)의 조타 등의 감(感)을 익히데 적당한 드론이라는 것입니다.

2) 초급용 드론

• AR 드론 2.0 - 초급용으로 분류되는 가장 잘 팔리는 제품으로 49만원선으로 2~3일 정도 연습하면 조종할 수 있어 취미용으로 적합하다는 것입니다. 드론에 장착된 카메라가 촬영한 영상을 스마트폰에서 실시간으로 볼 수 있고, 방송 뉴스에 제보할 할 정도로 화질이 양호하다는 것입니다.

• 드론 파이터(Drone Fighter) - 손바닥만한 크기의 13만선으로 어린이들이 장난감처럼 갖고 놀 수 있어 반응이 좋은데, 조이스틱을 이용해 2대 이상의 드론으로 공중전을 즐길 수도 있다는 장점이 있습니다.

3) 중급용 드론 

• 비밥 드론(Bebop Drone) - 중급용 드론으로 75만원 정도이고 조종이 어느 정도 익숙해진 중급자 사이에선 자동 호버링(Auto hovering; 공중에서 스스로 정지비행)과 리턴홈(Return-home; Auto-return; 최초 이륙 위치로 되돌아오는 것) 기능을 찾는 경우가 많은데, 여기에 비밥 드론이 제격이고 실제로 마니아층도 제법 탄탄하다는 것입니다.

• 팬텀3 프로(Phantom 3 Pro) - 고도와 거리의 자동 유지 기능을 갖추고 163만원선으로 인기를 누리고 있는 잘 알려진 기종입니다.

4) 중상급용 드론

• 인스파이어 1(Inspire 1) - 중상급 드론으로 440만원 정도이며 기체와 카메라를 조종하는 리모컨이 각각 분리돼 있고, 카메라는 360도 회전이 가능해 극장용 영화를 촬영할 수 있는 수준의 고급 제품으로 알려집니다. 

무인항공기 드론(Drone)은 기술의 발달과 새로운 레저 문화의 하나로 자리 잡으면서 최근 5~10만원 정도의 저가 드론의 출현은 누구나 쉽게 구입할 수 있어 어린이부터 키덜트까지 문화의 한 축을 형성해 가지만 항공법에 대한 이슈는 물론이고 사생활 침해, 사고 위험성, 불법적인 활용 등 끊임 없는 문제와 논란을 야기하고 있다는 것입니다.

† 키덜트(Kidult) - 아이들 같은 감성과 취향을 지닌 어른을 지칭합니다.

지난 2005.4월 경남 진주의 한 초등학교에서는 '교내 과학의 날 행사' 도중 시연 중인 모형헬기가 운동장으로 추락하여 초등학생이 숨지는 일이 발생한 바 있습니다. 뿐만 아니라 영국에서는 드론의 프로펠러 날개에 눈을 맞아 실명한 생후 18개월 아이가 소개되기도 하였는데, 이 아이는 정원에서 드론 비행을 구경하던 중 나무에 부딪힌 드론 날개 조각에 오른쪽 눈을 맞았고 사고 직후 병원으로 긴급 후송되었으나 결국 실명했다는 것입니다.

상황이 이렇다보니 드론을 '날아다니는 제초기'라고까지 발언하기도 하였는데 예리한 칼날이 고속 회전하여 무성하게 자라난 잡초를 베어내는데 쓰는 제초기와 마치 드론의 사고 형상과 유사하기 때문일 것입니다. 작은 프로펠러를 사용하여 양력을 얻고 기체의 안정도를 위해서는 빠르게 반응하기 위해서는 매우 고속 회전이 요구되는데, 따라서 드론이 추락하여 혹은 프로펠러가 장애물에 부딛쳐 조각난 파편을 사람이 맞는다면 매우 위험하다는 것입니다.

이외에도 미국에서는 최근 2년 사이에 드론이 비행기에 60m 거리까지 접근하여 부딪힐 뻔한 사례가 216건에 이르며, 조종사가 드론과 충돌을 피하기 위해 방향을 바꾼 사례도 28건에 달하고, 또한 비행기 조종사들이 드론이 비행기 이착륙 때 근접했다고 신고한 사례도 매달 100건에 이른다는 것입니다. 이제는 활주로에서 새 떼가 아닌 드론 때문에 고민을 해야 하는 형국이라는 것입니다.

따라서 미국 연방항공청(FAA)은 이러한 사건들을 계기로 모든 소형 드론에 대한 등록제를 시행하여 250g에서 25kg 이하의 모든 상업용 혹은 취미용 드론을 소유한 이들은 의무적으로 등록해야 하고 새로 드론을 구입하는 사람은 첫 비행 전에 이름과 주소, 이메일 주소를 등록해야 한다는 것입니다. 게다가 등록된 드론에는 제한구역 진입시 차단하거나 사후에 쉽게 추적할 수 있도록 하기 위해 고유 식별번호가 부여되며, 등록하지 않으면 최대 3억 원의 벌금형이나 3년 이하 징역형에 처해질 수 있다는 것입니다.

국내에서도 이러한 드론 법규는 마련되어 있지만 홍보가 부족하여 허가 없는 드론 비행 자체가 불법 행위라는 것을 인지하는 사람이 드물고, 비행금지구역의 존재 자체도 아예 모르는 경우도 태반이라는 것입니다. 우리나라의 드론 법규는 12kg 이상 드론은 등록 대상으로 지정하고 있으며 비행공역이 아닌 이상 비행 일주일 전에 해당 주무관청에 신고하여 비행 허가를 받아야 한다는 것입니다.

또한 항공법 제23조에 의해서 드론의 무게와 비행 목적 등에 관계 없이 다음의 경우에는 비행이 금지되고 있으며 이를 위반 시 1회 20만원, 2회 100만원, 3회 이상 200만원 이하의 과태료가 부과된다는 것입니다.

• 비행금지구역 - 휴전선 인근을 비롯하여 가양대교 북단, 신정교, 별내IC, 광나루 등 4곳을 제외한 서울 전지역

• 일몰 후 야간비행 

• 비행장 반경 9.3km 이내

• 150m 이상 고도(항공기 비행항로가 설치된 공역) 

• 사람이 많이 모인 곳

한국드론협회는 드론 관련 항공법규, 공역 정보 등을 담은 모바일 애플리케이션 '레디 투 플라이(Ready to fly)'를 발표하였는데, 드론 조종자는 이 앱을 통해 스마트폰의 위성항법장치(GPS)를 이용해 현재 위치 또는 비행하려는 장소의 공역정보, 기상정보, 일출 및 일몰 시각, 비행허가 소관기관(민·군 포함) 등을 한 번에 조회할 수 있다는 것입니다.

레디 투 플라이(Ready to fly) 앱의 화면

또한 국토교통부가 배포한 전단에는 드론 조작 시 주의 사항, 비행금지구역 등 공역 정보, 비행허가, 항공 촬영 허가기관 연락처 등 드론 조종자가 알아야 하는 각종 정보가 담겨 있으며, 이 전단은 배포협조에 동의한 전국 23개 업체 51개 온·오프라인 매장과 드론·항공 관련 협회 등 민간단체를 통해 우선 배포된다고 알려집니다.

하지만 드론으로 인한 사생활 침해 문제 해결 법안이 처리되지 않아 국토교통부가 제작 배포 중인 '드론 조종자 준수사항'에도 일반 초상권 관련 법률을 제외하면 이들을 제어할 규정이 없어 드론을 이용한 사생활 침해 등을 현재 보장할 수 없다는 것입니다. 날로 수 cm에 불과한 드론이 등장하고 초소형 카메라의 발달과 소형 드론이 등록 의무가 대상이 아니라는 것을 감안하면 문제가 생기더라도 추적이 어렵다는 것입니다.

드론(Drone)이 대중화하면서 드론에 따른 사고나 범죄가 발생할 가능성이 커지고 사생활이 침해될 수 있다는 논란도 거세지고 있는 가운데, 각 국은 소형 드론의 사용을 규제하려는 움직임을 보이고 있다는 것입니다. 미국은 지난해 말부터 250g 이상의 드론은 무조건 당국에 등록하도록 하였고, 중국은 '드론 조종 자격증' 제도를 만들었다고 알려집니다. 

하지만 이런 규제에도 불구하고 법을 어기는 자가 있는 법! 드론 이용자들이 비행금지구역이나 남의 집이나 사무실 주변을 허가 없이 날아다니면서 법규를 어길 경우 이를 '포획'할 필요성도 있다는 것입니다. 

네덜란드 경찰은 맹금류 훈련 기관인 '하늘의 파수꾼(Guards from Above)'의 도움을 받아 새를 훈련시켜 '적대적' 드론(Drone)을 잡아내는 시험을 진행하고 있다는 것입니다. 그리고 자신들이 드론을 잡기 위해 새를 훈련시키는 첫 회사라고 밝힌 '하늘의 파수꾼'은 자사 홈페이지에 이를 '첨단 기술로 인한 문제에 대처하는 저기술 해법'이라고 소개하였습니다.

일부에서는 날카로운 금속과 플라스틱 조각들로 이뤄진 드론을 잡는 것이 독수리에게 안전한지 의구심을 표하고 있는데, 하늘의 파수꾼 측은 이 문제에 대해 검토하고 있지만 현재로선 독수리들이 무리 없이 드론 포획 임무를 수행할 수 있다고 자신하고 있다는 것입니다. 이 회사 측은 자연에서 맹금류들은 종종 커다랗고 위험한 먹잇감들을 사냥하면서 압도적 힘을 발휘한다며 이들의 발톱에는 비늘이 있어서 먹잇감이 물 때 보호막 역할을 한다는 것입니다.

세계 소형 드론 시장의 80%를 점유하는 중국 DJI사가 저렴한 팬텀 시리즈에 이어 새로운 인스파이어 1(Inspire 1) 기체를 선보였습니다. 크기도 커지고 무게도 기존 팬텀에 비해 2배 이상 증가하였으며 반명에 밧데리는 작아져 체공시간이 줄어들었지만, 교체할 수 있기 때문에 한 팩탕 18여분 남짓 비행시간을 여분의 대용량 밧데리나 추가 밧데리 구입으로 커버할 수 있다는 것입니다.

6축의 자이로스코프와 하나의 가속도계로 작은 기울기의 변화나 움직임까지도 기체를 신속하게 반응시켜 안정화를 꾀하고, 밧데리가 약하거나 리모콘과의 통신이 끊키더라도 사용자가 있는 곳으로 안전하게 돌아갈 수 있는 페일세이프(failsafe)을 가졌으며, 오직 버튼 하나를 누름으로써 이착륙이 가능해졌다는 것입니다.

인스파이어 1은 비행하는 동안 사용 가능한 밧테리 양이 실시간으로 표시되며 이에 얼마나 더 비행이 가능한 지 쉽게 파악할 수 있습니다. 게다가 강화된 알고리즘은 기체와 조종사와의 거리를 계산하고 돌아오는 데 걸리는 시간까지 예측하여 미리 알려주고, 밧테리의 전반적인 수명 및 상태까지 알려준다는 것입니다.

가장 괄목할 만한 것은 4K 비디오를 촬영할 수 있고 Sony CMOS 센서의 장착으로 양질의 영상을 보여 줄 수 있다는 것입니다. 게다가 카메라의 짐벌 모듈을 분리하여 차후 업그레이드의 용장성을 감안하였고 수납시 편리함을 도모하였으며, 전용 카메라 만으로 무선으로 제어할 수 있는 범위가 넓어져 별도의 고프로와 짐벌의 조합이 필요없다는 것입니다.

인스파이어 1이 흔들림이 없는 영상을 담을 수 있는 원리는 플라이트 컨트롤러의 비행 데이터로부터 초고속 프로세서를 채택하여 세계 최초 3축 짐벌인 오스모(OSMO)의 움직임과 기울기를 빠르고 정확하게 실시간으로 조절하기 때문이며, 이를 구동하는 BLDC 모터들은 높은 정밀도와 긴 수명을 보장한다는 것입니다. 뿐만 아니라 카메라를 터치하고 드래그하여 회전 및 기울기를 줄 수 있으며 핑거팁을 사용하여 위, 아래 전체 360˚ 범위를 조절할 수 있다는 것입니다.

동시 2개의 리모콘을 지원하는 듀얼 조종 기능으로 한 명은 마스터 컨트롤러로를 다른 한 명은 슬레이브 컨트롤러를 활용하여 수준 높은 영상을 담을 수도 있습니다. 마스터 컨트롤러는 기체를 조종할 수 있고 슬레이브 컨트롤러는 짐벌과 카메라의 방향을 조정할 수 있으며, 두 리모콘 모두 인스파이어 1으로부터 실시간 영상 데이터를 제공받을 수 있습니다. 리모코 자체에 듀얼 안테나와 외부로 스마트폰이나 모니터를 연결가능한 HDMI와 USB 단자를 갖고 있습니다.

인스파이어 1

다음은 인스파이어 1의 기존 팬텀 기체와의 간단한 비교 자료입니다.

인스파이어 1은 전용 가방이 기본으로 제공되어 휴대성을 간편하게 하였지만 밧데리 팩 등의 무게를 감안한다면 결코 가벼운 것은 아니어서 차라리 백팩이 더 어울릴 듯 하며, 수백만원의 높은 가격대는 항공촬영 전문가가 아닌 이상 레저용으로 부담이 너무 큰 것이 단점이라는 것입니다.

인스파이어 1의 전용 가방

암(Arm)는 카본 재질이고 스키드는 프라스틱 재질이어 이착륙시 어느 정도 흠집이 예상되며 기존의 구형 프로펠라를 장착시 프로펠러가 고속으로 회전하는 동안 고정핀이 풀리는 현상이 있었지만, 인스파이어 1은 원터치 방식으로 프로펠러 고정하여 프로펠러를 데고 눌러서 돌리기만 하면 자동으로 고정되는 방식이라 탈착 뿐만 아니라 안전성이 개선되었다는 것입니다.

인스파이어 1은 항공촬영이나 예능 및 다큐 영상 제작 전문가들에게도 손색이 없는 1,200만 화소의 사진과 4K 영상 촬영을 할 수 있는 전용 카메라를 장착하고 있으며, 좌우 360˚와 상하 회전이 가능하고 정교하며 기체의 다이나믹한 비행에도 떨림이 최소화되어 양질의 사진과 영상을 얻을 수 있다는 것입니다.

인스파이어 1의 3축 짐벌과 카메라

인스파이어 1 기체에 장착된 짐벌

인스파이어 1의 전용 리모컨은 IOS나 안드로이드 운영체재의 스마트폰 혹은 스마트 패드를 자유자재로 쉽게 장착할 수 있게 마련되어 있어서 카메라 화면을 실시간으로 확인하며 조종할 수 있습니다.

스마트 패드를 탑재한 인스파이어 1 리모콘

인스파이어 1의 리모콘 윗면 

인스파이어 1의 두드러진 특징은 비행모드와 랜딩모드(혹은 착륙모드)가 달라 마치 변신 로봇처럼 이착륙 시 모습이 달라진다는 것입니다. 랜딩모드에서는 지상에서 기체의 안정된 착지와 카메라 및 짐벌을 보호하는데 유리한 자세인 반면, 비행모드에서는 비행에 유리한 무게 중심을 유지하고 좌우로 360도 회전하는 짐벌로 인하여 랜딩기어가 찍히지 않도록 마치 '날으는 독수리'의 형상을 갖는다는 것입니다. 이는 모두 버튼 하나로 자동으로 이루어진다는 것입니다.

랜딩모드

비행모드

인스파이어 1이 이륙 영상

인스파이어 1의 착륙 영상

인스파이어 1은 곡선형 자석을 이용하여 BLDC 모터를 모터 안의 기류 차이를 줄이고, 효율성을 증가시켰다는 것입니다. 또한 여러 개의 구리선으로 되어 있었던 권선은 밀도 높은 한 줄의 와이어로 대체하고 PMSM의 사인파 제어를 함으로써 빠르고 강한 추력으로 강력한 호버링 특성을 제공한다는 것입니다. 게다가 적은 저항력을 확보하고 타이트한 구리 굴곡은 열을 더욱 빠르게 발산시키며 모터의 수명도 연장시켰다는 것입니다.

인스파이어 1의 모터 디자인

인스파이어 1의 호버링 기능을 나타내는 영상

드론은 GPS를 활용해 자동 조종이 가능하지만 실내에서는 GPS 신호가 도달하지 못하므로 자동 조정이 불가능합니다. 그러나 인스파이어 1은 기체에 장착된 초음파 센서와 카메라를 이용하여 위치를 판별하므로 실내에서도 안정적인 비행과 촬영이 가능하다는 것입니다. 이는 카메라로부터의 비쥬얼 데이터와 초음파 센서로부터의 수중 음파 탐지를 결합한 것으로써 지형의 변화와 현재 고도까지 측정할 수 있기 때문이라는 것입니다.

기체에 장착된 초음파 센서

인스파이어 1의 비행 영상

2016.1.28~30일까지 산업통상자원부는 부산광역시와 공동으로 부산 벡스코(BEXCO)에서 국내 최초이자 아시아 최대 규모의 드론 종합 행사인 '2016 드론쇼 코리아' 행사가 개최되었습니다. 이 행사에는 국내외 4개국 56개 기업이나 기관이 222개의 부스 규모로 최신 기종의 드론 등 100여종의 드론과 관련 제품이 전시되었습니다.

전시회와 컨퍼런스를 중심으로 한 드론 레이싱 대회, 드론 영상제, 드론 사진 공모전, 교육 및 체험행사 등 다양한 이벤트가 열렸으며, 중소 벤처기업들의 제품 시연과 기술 설명회가 약 50회 개최되었고, 세계 두 번째로 국내에서 개발한 수직 이착륙 틸트로터(tiltrotor) 무인기를 비롯해 한국 바이로봇과 중국 DJI 등이 참가하여 경비행기급 무인기에서 어린이 완구용 드론에 이르기까지 다양한 기종의 드론이 선보였다는 것입니다.

이 행사의 목적은 기존의 기술개발 중심의 정책을 넘어 드론을 이용한 새로운 비즈니스 모델 발굴과 테스트 베드 구축 등 산업이 지속적으로 발전할 수 있는 생태계를 조성하는데 주력해 고기능 산업용 드론을 새로운 국가 성장 동력으로 육성하겠다는 취지라는 것입니다.

아울러 정부 관계자는 지난 12월 부터 전남 고흥의 규제 프리존을 비롯해 부산 해운대 등 전국 5곳의 드론 전용공역을 지정하는 등 드론 시험비행을 위한 규제 완화 조치를 시행하였, 올해에는 전력설비감시나 물품배송 등 공공 수요 촉발 분야의 실증사업을 본격 추진해 성공 모델을 발굴하는 데 주력할 계획이며, 게다가 항법장치, 충돌회피시스템 등 정보기술(IT), 소프트웨어(SW)와의 융합을 통한 고부가가치 시스템 개발로 제품 차별화도 추진할 것이라고 하였습니다.

국내에서 개발된 틸트로터 무인기

† 틸트로터(tiltrotor) : 프로펠러를 하늘로 향하게 하면 수직으로 이착륙할 수 있어 활주로가 필요 없고, 비행 중에는 프로펠러를 수평방향으로 바꿔 전방으로 추력을 얻어 날아갈 수 있는 기체입니다.

대항항공이 틸트로터 무인기

세계 최초 실전 배치를 앞둔 무인 500MD 헬기

차세대 스텔스 무인 전투기

다목적 전술 무인 항공기

다양한 농업용 드론

장애물을 감지해 멈추게 하는 초음파센서까지 탑재한 드론

세계 소형 드론 시장의 80%를 장악한 중국 DJI사의 부스

어린이 체험 행사

근래에 드론(Drone)이 레저 스포츠로 각광을 받으며 국내에서도 동호회가 봇물처럼 생겨나고 있습니다. 이런 이유로 야외나 주변 공원에서 드론을 날리를 모습을 심심치 않게 보게 됩니다. 특별히 드론으로 레이싱 경기를 하지 않는 이상 일반인도 구매에서부터 쉽게 비행할 수 있기 때문입니다.

예를 들어, 헬기를 비행하는 기존의 RC에서는 기체가 순간적으로 기울어지면 반대방향으로 싸이클릭을 주어 기체를 인위적으로 안정시키는데, 이는 거의 무의식적으로 이루어져야 추락을 면할 수 있으므로 비행을 즐기기 위해서는 마치 자전거를 배우는 것처럼(사실 이보다는 어렵습니다!)상당한 기간의 비행기술 습득 및 반복 연습이 요구되었습니다.

하지만 요즈음 드론은 기체의 수평을 잡아주는 장치나 각종 센서의 발달로 기체가 기울어지면 스스로 안정화시키고, 고도를 스스로 유지한다던가 아니면 비행지점을 설정해 놓으면 스스로 비행하는 자율 비행 기술이 발달함에 따라, 조종자는 이동하고자 하는 방향으로 조종간을 주기만 하면 되기 때문에 일반인도 쉽게 비행 가능하며, 전용 조종기 대신 스마트폰으로도 간단히 조종 가능하다는 것입니다.

뿐만아니라 드론의 대중화는 드론에 필요한 장치를 개발하고 판매하는 업체가 다양화되면서 장치들의 일정한 표준화가 이루어져, 완전히 조립된 기체에 싫증이 난 매니아층이나 성능 개선, 비용을 줄이기 위해서 드론 자작을 시도하는 사람들도 증가하는 추세라는 것입니다. 이러한 DIY(Do It Yourself)를 지향하는 사람들은 비행만큼이나 드론의 조립에도 특별한 경험과 즐거움을 갖게 된다는 것입니다.

하지만 드론을 자작하기 위해서는 드론에 대해서 어느 정도 지식이 요구되며 이로 인해서 어린이용 장난감과도 구분이 된다는 것입니다. 드론 부품은 국내외 온라인 사이트나 오프라인 매장에서 쉽게 구할 수 있는데, 어떤 분은 3D 프린터를 이용해서 기체의 프레임을 직접 자작하기도 합니다. 기체의 프레임이란 기체에서 비행제어기나 추진용 모터, 수신기, 각종 센서들을 제외한 이를 탑재하는 기구적인 기체를 의미합니다.

드론은 날개 수에 따라 쿼드콥터나 옥토콥터 등으로 구분되는데, 날개를 축 혹은 암(Arm)이라고 합니다. 날개가 4개이면 쿼드콥터이고 8개이면 옥토콥터가 되며 날개 수가 많을 수록 기체는 안정화되고 양력이 커서 무거운 짐을 더 많이 매달고 비행할 수 있습니다. 하지만 날개 끝에 프로펠러(줄여서 프롭(prop.))를 회전시키는 모터도 같이 증가하므로 밧데리 소모량이 많고 이는 체공시간의 감소를 가져와 고용량 밧데리의 사용으로 비용이 증가한다는 것입니다. 프롭을 회전하는 것이라는 하여 '로터(rotor)'라고도 부릅니다.

트라이콥터(Tricopter)

그러므로 초보자는 4개의 날개를 가진 쿼드콥터를 선택하는 것이 바람직하며, 드론을 전후좌우로 움직이기는 방향타를 주고 스로틀을 조절할 수 있는 저렴한 4채널의 조종기면 충분하다는 것입니다. 드론에 카메라를 장착하여 기구적으로 비행 중에 움직이길 원한다면 데이터를 주고받을 추가적인 채널이 필요하게 되는데, 채널의 증가는 곧 조종기의 비용으로 이어진다는 것입니다. 여기서 스로틀(throttle)이란 드론이 지상에서 양력을 얻어 이륙하고 착륙할 수 있도록 수직방향의 '엑셀레이터'와 같은 것입니다.

통상 초보자가 입문단계에서 기체의 비용은 20만원 전후도 있으며 4채널 조종기를 포함하여 40~60만원 정도로 구입할 수 있습니다. 기체가 커지거나 장착한 카메라 등의 조종이 필요하다면 비용은 증가하게 됩니다. 보통 초보에게는 250급 쿼드콥터가 추천되는데 250급이란 양 암(축)의 길이로 기체의 수평방향 폭과 같으며 이 길이가 250mm라는 것입니다. 완제품 드론의 구입시 조종기를 제외한 가격을 예시하는 경우도 많아 반드시 알아보고 구입해야 합니다.

드론은 구성은 기체 프레임(frame)과 모터(motor), 변속기(Electronic Speed Controller; ESC), 수신기(Receiver; Rx), 비행제어기(Flight Controller; FC), 밧데리(battery) 등으로 구성되며 드론을 조종할 수 있는 조종기(Transceiver; Tx)가 필요하게 됩니다. 여기서 카메라를 장착한다만 카메라 등의 별도의 장치가 필요하게 되고, 위성 신호를 수신하는 경우에 비행제어기에 포함되지 않고 외장 모듈로서 구입하여 장착하는 경우가 많습니다. 

기체 프레임(frame)은 근래에 유리 섬유(fiberglass sheet; G10)나 탄소 섬유(carbon fiber)의 재질이 대부분인데 특히 후자는 가볍고 잦은 추락에도 강인함이 있기 때문입니다. 모터는 프롭을 회전시켜 추력을 발생시키는 중요한 동력원으로 브러시(brush)가 있는 DC 모터보다는 브러시가 없는 BLDC(Brushless DC) 모터를 사용하게 됩니다. 이는 브러시로 인하여 기구적인 내구성 문제도 있지만 고효율이라는 장점으로 고효율은 밧데리 수명과도 직결되기 때문입니다.

BLDC 모터는 우수한 특성을 갖지만 이를 제어하기 위해서는 까다로와 마이크로컨트롤러를 사용하여 제어기를 구성하게 되며, 최근에서 BLDC의 부류이지만 유도 전동기와 개념이 동일한 PMSM 타입의 모터가 사용되는 추세입니다. 이는 BLDC 모터보다 정밀한 제어와 효율이 뛰어나지만 보다 고성능의 마이크로컨트롤러가 요구된다는 단점이 있습니다. 이러한 제어기는 전자적으로 속도를 제어한다고 하여 '전자 변속기'라 부르고 통상 ESC라 합니다. 따라서 쿼드콥터이면 각각 4개의 모터와 프롭 그리고 ESC가 필요하게 됩니다.

수신기와 송신기는 동일한 주파수를 사용하여 데이터를 주고 받는 장치로 기존의 주파수 변조 방식(FM)에서 크게 DSM(Digital Spectrum Modulation)과 FASST(Futaba Advanced Spread Spectrum Technology) 등의 디지털 방식으로 진화하였고, 수 GHz의 주파수 사용으로 대역폭이 늘어나 이제는 송신기에서 일방적으로 데이터를 보내기보다는 기체의 센서로부터 각종 데이터 받아 조종자에게 보여주는 양방향 방식으로 변천하였고, 높은 주파수의 사용은 안테나 길이의 감소를 가져와 송신기의 거추장스러운 긴 안테나의 모습은 이제 사라지게 되었습니다.

또한 밧데리는 근래에 리튬폴리머(Li-Po) 타입을 사용하는데, 최소 1개의 셀이 3.7V로 250급 쿼드콥터에서 3개정도의 셀을 사용하여 11.1V를 만들게 됩니다. 이 3개의 셀을 '3S'라 쉽게 표현하고 3개의 셀을 직렬 연결하여 사용함을 의미합니다. 스마트폰에도 사용하는 리튬폴리머 전지의 특징은 충전용량이 높고 4개의 모터를 강력하게 회전시킬 수 있는 우수한 방전능력을 가지지만 사용시에나 충전시에 조건을 만족시키지 못하면 폭발하는 성질이 있어 전용 충전기가 반드시 필요하게 됩니다. 이는 대부분 별도의 비용이고 대부분의 쿼드콥터에서 비용이 합리적인 선에서 체공시간은 20분 정도로 20분 후면 밧데리가 완전 방전되게 됩니다.

마지막으로 비행제어기는 드론의 두뇌역활을 하는 마이크로컨트롤러가 탑재된 중앙처리장치로 송신기에서 보낸 지령을 수신기로 받아 이를 해석하고, 축의 모터에 연결된 변속기를 제어하는가 하면 고도센서와 같은 각종 센서들의 정보를 이용하여 기체의 안정도를 꾀하고, 필요하다면 조종자에게 알리며 센서를 이용하여 고도를 유지하거나 인공위성 신호를 분석하여 자동비행 모드에서 정해진 절차에 따라 기체의 비행을 스스로 시행하기도 합니다.

드론의 자작은 다양한 전기전자적인 지식을 요구합니다. 어디까지 개인의 취향에 맞게 개선하느냐에 따라 단순한 납땜을 비롯해 메이커만을 변경하는 문제에서 비행제어기나 변속기 내의 펌웨어까지도 수정할 수 있습니다. 후자의 경우 상당한 지식과 노하우가 요구되며 전문가이더라도 상당한 시행착오가 있을 수도 습니다. 드론 비행 자체는 결코 장난감이 아니며 남에게 상해 이상의 피해를 가할 수 있슴을 직시하고 안전에 만전을 기하여야 할 것입니다.

최근에 드론으로 인한 사고와 주변 안전이 우려되어 관련법의 마련이나 개정이 대두되고 있습니다. 또한 서울지역의 약 80%가 드론 비행 제한 구역이기에 드론을 날릴 때에서 각별히 유의해야 할 것입니다. 드론을 직접 자작하여 비행하면 기쁨은 분명 배가 될 수 있습니다. 하지만 때로는 인고의 노력과 유연한 인내심이 요구될 수도 있습니다. 자작에 앞서서 동호회 등에서 주변 지식에 대한 두루 섭력이 반드시 요구될 것입니다.