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아마존 특허를 통해서 본 수송 드론 관련 기술최승욱ㆍ화인특허법률사무소 대표 변리사
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승인 2022.12.27  01:27:10
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▲최승욱 화인특허법률사무소 대표 변리사

매해 연말이 되면 그동안 어쩔 수 없이 밀려난 업무들을 처리하기 위해 하루가 턱없이 부족함을 느낀다. 빠듯한 일정을 정리하다가 문득 다음주면 2022년이 마지막이라는 사실에 마음이 더욱 조급해졌다. 최근 연이은 한파와 폭설로 인해 출퇴근길에 뺏기는 시간도 아까울 정도다. 밥시간도 아까워 배달이라도 시키고 싶지만 배달 기사님도 이런 날씨에 이런 길을 움직이는 것이 쉽지 않을 것이다.

요즘과 같이 날씨 등의 제약이 있는 상황에서 드론이나 UAM이 빨리 상용화되면 좋겠다는 생각을 해보았다. 해외에서는 빠르면 내년부터 UAM 상용화가 본격화될 전망이고, 우리나라도 2025년을 목표로 하고 있지만, 안전 등 고려해야 할 현실적인 과제들이 많기 때문에 다소 지연되는 듯하다. 바람이나 폭우, 폭설 등 악조건 속에서는 UAM이나 드론도 기존 비행기와 마찬가지로 운행이 제한될 수 밖에 없겠으나, 비바람이나 눈이 그친 후에는 도로 운행을 대체할 수 있는 점에서 그 활용도가 매우 높을 것으로 판단된다. 1인 가구 증가로 택배나 배달대행 등 생활물류 서비스의 이용자는 점점 늘고 있으며, 일반 운송은 차치하더라도 재난 재해 등으로 접근이 어려운 지역에서의 효율은 말할 것도 없다.

지난달 미국 아마존은 도심지의 드론 배송 서비스를 위한 새로운 배송 드론 모델MK-30을 선보인 데 이어, 올해 말 미국 캘리포니아와 텍사스 일부 지역에서 첫 드론 배송 서비스인 '프라임 에어'를 시작할 계획이다.

▲아마존 MK-30

MK30은 MK27-2의 후속 제품으로 2024년에 서비스될 예정이며, 기존 모델인 MK27-2에 비해 더 작고 가볍지만 수백 미터 높이에서 비행할 수 있다. 최대 5파운드(약 2.2kg)의 패키지를 운반할 수 있고 배송거리 확대는 물론 물품뿐만 아니라 비 또는 악천후 조건을 더 잘 관리하도록 설계되어 가벼운 비와 다양한 기상 조건에서도 비행이 가능하다.

그 중에서도 특히 이번 MK30은 프라임 에어의 비행과학팀이 새로운 프로펠러를 개발하여 기존 대비 소음을 25%까지 줄였다고 밝히고 있는데, 이는 소음 신호를 줄이는데 주력해 온 아마존의 오랜 연구방향과 연결된다.

아마존은 2013년 특정 공간 내 무인기를 활용하기 위한 시설물 관리 분야 기술을 시작으로 꾸준히 출원을 늘리고 있으며, 2014년 관련 연구를 본격화한 이후 수송용 드론 관련하여 총 314건의 특허를 출원했다.

▲아마존 배송 드론 관련 특허의 연도별 출원 동향

드론을 직접적으로 제조하지 않음에도 불구하고 프로펠러, 비행체를 비롯한 무인기 구조에 관한 연구도 활발하게 진행중인 것으로 나타났으며, 개량 발명(예: 영상 스크린을 포함한 무인항공기), 활용 발명(예: 무인기를 통한 안전한 택배 배송 방법)에 집중해 권리를 확보 중인 것으로 분석된다.

특히, 프로펠러 형상을 비롯하여 프로펠러와 물체간 접촉을 탐지하기 위한 기술, 프로펠러 소음을 저감하거나 마스킹 사운드를 출력하는 기술 등 프로펠러 제어 기술을 포함하는 소음 제어 및 프로펠러 관련 기술에 집중하고 있는 것이 특징이다.

▲아마존 배송 드론 관련 특허 기술(IPC International Patent Classification, 국제특허분류): 발명의 기술분야를 나타내는 국제적으로 통일된 특허분류체계)별 출원 비중. 프로펠러 관련 특허 비중이 매우 높음(전체 30%, B64C 분류의 60%)

대부분 드론을 활용한 택배 배송시 무인기와 가까워지게 되는 환경에서 사람(또는 물체, 동물 등)에게 신체적인 피해나, 소음 등에 의한 간접적인 피해를 상쇄시키기 위한 기술로, 세부 기술 내용은 무인기 주요 구조인 프로펠러에 관한 것이나 사실상 아마존의 배송 서비스를 위한 기술이라고 할 수 있다.

이러한 아마존의 프로펠러 관련 기술에는 크게 스토퍼, 모터 등을 통한 프로펠러 제어 기술, 블레이드 길이 또는 형태 등의 변경을 통한 소음 저감 관련 기술이 포함되어 있다.

▲스토퍼 형상에 관한 특허(US 10780988) 관련도면. 무인기의 프로펠러의 회전은 매우 고속이기 때문에 회전 중에 프로펠러가 사람이나 애완동물 등에 닿는 경우, 큰 피해가 발생할 수 있음. 본 특허는 센서와 스토퍼 구성을 포함하여 이러한 사고를 방지하겠다는 것임.
▲프로펠러 클러치 메커니즘에 관한 특허(US 10994836) 관련도면. 프로펠러의 고정을 제어함으로써 이를 통한 항속거리를 늘리기 위한 기술임.
▲프로펠러 블레이드에 관한 특허(US 11305874) 관련도면. 프로펠러 블레이드 위치 등을 조정하여 소리를 변경시킨다는 것임. 프로펠러 회전시 측정된 사운드와 간섭을 발생시키는 프로펠러 블레이드 구성을 선택하거나, 프로펠러 블레이드 위치 등을 조정하여 소음을 상쇄 또는 보강할 수 있음.

프로펠러 회전시 측정된 사운드와 간섭을 발생시키는 프로펠러 블레이드 구성을 선택하거나, 프로펠러 블레이드 위치 등을 조정하여 소음을 상쇄 또는 보강할 수 있음.

프로펠러 관련 특허 중에서 가장 최근인 2021년 6월 출원한 특허(SELECTING PROPELLERS FOR PERFORMANCE AND NOISE SHAPING, US 2021-0309346)에 의하면, 항공기는 특정 목적이나 특정 기준에 따라 선택할 수 있는 별개 프로펠러 세트로 작동된다. 별개 프로펠러 세트는 다양한 출력 수준에서 개별적으로 또는 서로 나란히 작동될 수 있으며, 예를 들어, 항공기 위치 또는 다른 작동 특성, 또는 항공기가 직면하는 환경 조건에 기초하여 항공기의 추력, 양력, 기동성 또는 효율성을 최적화하도록 선택될 수 있다.

도면을 참고해서 구체적으로 설명하자면, 항공기(110)는 각각의 프로펠러(120A, 120B, 120C, 120D, 120E) 중 하나 이상을 포함하여 구성되는데, 각 프로펠러(120A, 120B, 120C, 120D, 120E)는 서로 다른 속성(음압 레벨 또는 강도 및 주파수 범위, 회전 속도 등)을 가질 수 있으며, 이들 속성에 따른 프로펠러를 선택하여 프로펠러 세트를 구성할 수 있다.

▲관련도면. 항공기는 임의의 기준에 따라 각각의 개별 속성을 갖는 프로펠러 중 특정 세트를 구성할 수 있음.

모터에 장착된 프로펠러는 공통 평면 또는 평행 평면에서 회전하도록 정렬되며 항공기 작동 중에 프로펠러에서 방출되는 소음을 효과적으로 제어하거나 형성하기 위해 불균형한 프로펠러를 포함하는 상이한 프로펠러 세트를 작동시킬 수 있다. 다시 말해, 다수개의 프로펠러를 포함하는 세트 구성에서 임의의 기준에 따라 프로펠러를 선택하거나 각각의 유형 또는 작동 속성을 조절함으로써 소음을 제어한다는 것이다.

▲관련도면. 항공기(110)는 임의의 기준, 고려사항, 매개변수 등에 기초하여 다수 프로펠러를 교대로 작동시킬 수 있다.

아마존은 이 뿐만 아니라, 정확한 위치에 물품을 배송하기 위한 기술, 물품 착지, 장애물 회피 시스템 등 수송용 드론에 관한 다양한 세부 기술을 확보함으로써 실제 운용 계획을 적극적으로 준비하고 있으며, 오랜 시간 드론 배송 및 물류 관련 서비스를 중심으로 연구를 진행해 온 만큼, 직접적인 물품 운송 기술뿐만 아니라, 드론 배송을 위한 부가기술에 관한 권리도 폭넓게 확보하고 있다. 따라서, 드론을 활용한 배송 서비스를 제공하고자 하는 경우, 아마존 보유 특허들의 적극적인 검토를 통해 사전에 대응책을 마련하거나, 아이디어를 참고 및 확장하여 신규 권리를 확보할 필요가 있을 것으로 판단된다. 한파가 매섭다. 내년에는 드론이 추운 날씨를 뚫고 치킨을 배송해 주길 기대해 본다.

최승욱  swchoi@iphwain.com
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