▲ 피코 드론이 충돌하는 것에 크게 개의치 않고 식물 속을 비행하는 모습

드론에 있어서 장애물 회피는 가장 근본적인 문제다. 광활한 공터에서 드론 날리기 놀이만 하겠다는 게 아니라면 모든 드론은 장애물을 피해서 목적지까지 날아가거나 임무를 완성하고 돌아와야 한다. 배송 서비스를 하든, 기후측정을 하든, 주변 정찰을 하든 장애물과의 전쟁은 드론 비행에 있어서 필수적인 과정이다.

로봇 공학자들 역시 이 문제를 해결하기 위해 센서와 알고리즘의 적절한 결합을 찾는데 심혈을 기울이고 있다. 이제까지 노력은 정교한 센서와 비전 시스템을 통해 장애물을 인식하고 피하는데 초점이 맞춰져 있었다.

그러나 IEEE스펙트럼은 기존 방식과는 다른 장애물 대응책을 내놓은 펜실베니아대학의 연구 성과를 소개하면서 발상의 전환을 요구하고 있다.

펜실베니아대 GRASP 연구실에서 찾은 드론의 장애물 대응 방법은 회피가 아니라 장애물에 적절하게 대응하는 것이다. 덩치가 큰 드론은 장애물과 충돌할 경우 충격이 크기 때문에 소형 군집 드론 형태로 구성하고 각 드론마다 케이지(cage)를 부착해 장애물과 부딪쳐도 임무를 수행하는데는 큰 지장이 없도록 한다는 개념이다. 비제이 쿠마르 교수의 지도 하에 야시 물가온카르, 루이스 게레로-보닐라, 아누라그 마키네니가 연구팀을 이루고 있다.

연구팀은 벌과 같은 작은 곤충의 비행에서 힌트를 얻었다. 벌은 물체들 사이를 헤매는 것에 대해 전혀 두려워하지 않으며 무엇인가를 살짝 건드려도 그저 으쓱하면서 가던 길을 갈 뿐이다. 충돌을 제로로 만드는 것이 아니라 충돌이 일어났을 때 완전히 망가지지 않고 다시 임무를 수행하는 내구성과 현장성을 갖추는 것이 훨씬 더 중요하다는 것이다.(스위스 스타트업인 플라이어빌리티는 일반적인 크기의 드론에 짐벌 보호 케이지를 갖추고 숲과 얼음 동굴을 비행하면서 충돌 내구성의 이점을 처음으로 시연한 기업이다.)

펜실베니아 연구팀은 드론 기체를 설계할 때 작고 탄력적인 생물체에서 영감을 얻은 접근법을 사용하고 있다. 그 결과는 25g 무게와 10cm 넓이의 피코 쿼드 군집 드론이다. 드론 각각은 경량에다 1만 2000개 탄소섬유 가닥으로 이뤄진 열 경화 원사로 만든 롤 케이지를 갖고 있으며 이는 충돌 이후 드론을 자동 복원하게 해준다.

피코 쿼드는 스스로의 위치나 장애물의 위치를 고려하지 않고 충돌이 있더라도 특별한 행동을 명령하지 않는 아주 간단한 컨트롤러에 의해 조종된다. 궁극적인 목표는 피코 쿼드가 목적지까지 가는 것이며 비행 과정동안 드론이 안정성을 유지하는 것이 연구의 핵심이다.

비제이 쿠마르 교수는 “이번 연구는 기존 방식과는 완전히 다른 접근”이라며 “우리는 로봇이 복잡한 실내 환경에서 안전하고 스마트하게 운영될 수 있도록 노력하고 있다”고 말했다. 그는 특히 로봇에게 충돌을 허락한다면 탐색은 매우 간단한 알고리즘으로 이뤄질 수 있다“고 덧붙였다. 연구팀은 이 같은 내용을 담은 논문 ‘생물체에서 영감을 받은 작은 공중 군집 로봇’을 전문 저널인 ‘인터페이스 포커스'에 제출했다.