호주 로열 멜버른 공과대학(RMIT)과 영국 브리스톨대 공동 연구팀이 황조롱이(Nankeeen Kestrel)의 비행 능력의 비밀을 탐구하고 있다. 향후 황조롱이의 비행 기술이 고정익 무인항공기의 설계와 비행 통제 전략 수립에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다.

드론을 활용한 소포 배달, 음식 배달, 환경 모니티링이 실현되기위해선 역동적인 환경이나 높은 건물 사이에서 갑자기 불어닥치는 돌풍 또는 이상 기류를 극복, 안정적인 비행 상태를 유지해야한다.

연구팀은 RMIT의 산업용 풍동(Wind Tunnel) 시설에서 실시한 실험에서 호주 황조롱이가 호버링 비행을 하는 동안, 머리의 안정성을 정확하게 측정했으며 사냥 행동시 머리가 5mm 미만으로 움직인다는 것을 발견했다.

황조롱이 등 맹금류들은 사냥시 머리와 몸을 극도로 고요하게 유지할 수 있다. ‘윈드 호버링(wind hovering)’이라고 불리는 이 특수한 비행 행동은 새들이 바람이 부는 조건에서도 날개를 펄럭이지 않고 제자리에 머물러 있을 수 있도록 해준다. 이들 조류는 날개와 꼬리의 형태를 약간 조정함으로써, 믿을 수 없을 정도로 안정성을 얻을 수 있다.

연구팀은 카메라와 모션 캡처 기술을 활용해 호주 황조롱이의 날개 동작을 관찰했다. 새들이 날개를 펄럭이지 않는 비플랩핑 비행(non-flapping flight)시 새의 정확한 움직임과 비행 제어 기술을 자세히 추적했다.

이러한 움직임을 매핑함으로써 연구팀은 고정익 항공기가 안정적으로 비행하는 데 필요한 날개 설계 방법에 관한 통찰력을 얻었다. 연구팀은 "날개 표면에서 일어난 변화를 둘러싼 우리의 연구 결과는 드론의 날개 형태 변화 설계에 적용되어 날개의 안정성을 높이고 악천후에서도 날개를 더 안전하게 만들 수 있다“라고 말했다.

논문 공동 저자인 브리스톨대학 셰인 윈저(Shane Windsor) 박사는 ”현재의 고정익 무인 항공기는 강풍 조건에서 작동할 수 없기 때문에 유용성이 현저히 떨어진다. 날개 형태의 변형이 갖고 있는 장점은 다양한 비행 조건에서 지속적으로 최적화함으로써 항공기의 기동성과 효율성을 훨씬 더 높일 수 있다는 것”이라고 말했다.

연구팀은 앞으로 돌풍과 이상 기류 등 조건에서 새들의 비행을 연구하는 것을 목표로 하고 있으며 수집된 데이터를 단순화하여 더 큰 무인 항공기에 적용하는 방안을 연구할 계획이다.

이번 연구 성과는 전문 학술지인 ‘Journal of Experimental Biology’에 발표됐다.(논문 제목:Steady as they hover: kinematics of kestrel wing and tail morphing during hovering flights)