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MIT, 무인수중로봇(UUV) 찾아내는 원격 청음 기술 개발모터 소음 격리후 특성화···프로펠러 회전수 추정 고정밀·수동음향법 설계
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승인 2021.02.02  11:56:50
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▲ MIT와 드레이퍼 등이 시끄러운 항구에서도 무인수중로봇(UUV)을 더 쉽게 감지하는 기술을 개발했다. (사진=MIT,드레이퍼)

시끄러운 수중 소음이 많은 곳에서도 무인수중로봇(UUV)의 존재를 쉽게 감지해 내는 청음기술이 개발됐다고 ‘로보틱스투모로’가 지난 29일(현지시각) 보도했다.

일반적으로 무인수중로봇(UUV)의 존재를 감지하는 방식은 프로펠러에서 방출되는 소음을 낚아채는 것이다. 그러나 소음이 심한 항구에서는 UUV의 음향 서명과 현지의 환경 소음이 섞여 너무 많은 복잡한 신호를 나타내므로 기존 기술로 처리하는 데 어려움이 있었다.

하지만 조만간 이런 어려움도 사라질지 모른다. 드레이퍼, 매사추세츠공대(MIT), 우즈홀해양연구소(WHOI) 연구진이 UUV의 고정밀 프로펠러 회전과 속도 추정을 위한 원격음향감지(acoustic remote sensing) 기술을 개발했다.

UUV는 자율적이며 때로 국가 안보와 해양 탐사를 포함한 다양한 응용 분야에 자주 사용되는, 줄 연결없이 사용되는 해양 플랫폼이다. 이번 연구를 위해 선택된 로봇들은 마이크로 UUV라고 불리는 가장 작은 등급의 함정에 속하며 직경이 16cm 이하다.

함정의 존재를 식별하기 위한 실행 기술의 상태는 노이즈 엔빌로프 모듈레이션 검출(DEMON,the Detection of Envelope Modulation on Noise)과 수동음향데이터 분석을 통해 이뤄졌다. DEMON 방식은 프로펠러 소음을 필터링해 작동하는 것으로서 함정별로 달라지며 항구의 얕은 수역처럼 소음이 크고 역동적인 환경에서는 UUV 식별에 어려움을 겪을 수 있다.

연구원들은 UUV의 모터 소음을 격리하고 특성화하기 시작했고, 이에따라 UUV 추진 시스템에 널리 퍼져 있는 브러시리스 DC(BLDC) 모터에 초점을 맞췄다. 그들은 마이크로 UUV의 프로펠러 회전 주파수를 추정하기 위한 고정밀, 수동 음향 방법을 설계했다. 현장 실험 결과 새로운 방법이 DEMON 알고리즘 성능을 능가했다. 새로운 방식은 선박들이 UUV를 통과할 때 모터 소음을 감지할 수 있었지만 DEMON 스펙트럼은 간섭 보트의 프로펠러 방해 소음에 묻혀버렸다.

▲ 군용으로 사용되는 나이프피시 UUV.(사진=밀리터리위키)

이 새로운 방법은 미국 음향학회지(Journal of the Acoustical Society of America)에 게재된 연구논문에 게재됐다.

연구원들은 논문에서 좀더 조용한 UUV는 많은 이점을 갖는다며 “자율 플랫폼에서 음향 노이즈의 근원을 이해하면 보다 조용한 UUV 추진 설계에 대한 정보를 얻을 수 있으며 탑재 센서와의 간섭을 피하고 해양 생물을 방해하는 것을 막을 수 있다. 향후에는 이러한 결과를 바탕으로 UUV에 들어가는 BLDC 모터소리를 조용하게 만들어주는 기술이 비교되고 평가될 수 있다”고 말했다.

현재 작업은 마이크로 UUV에 초점을 맞춰지고 있지만, 이 새로운 방법은 대량 생산된 BLDC 모터로 구동되는 다른 로봇 플랫폼에도 적용될 수 있다. BLDC 모터는 전기 자동차, 하이브리드 차, 개인용 운송기, 전기 항공기 등에 사용된다.

이번 연구를 이끈 크리스텐 라일리 드레이퍼 펠로는 “함정의 탐지, 분류 및 추적은 항만 보안 및 해안과 연근해 운영 보안을 개선하기 위한 중요한 작업이다”라고 설명한다. 그는 “그러나 UUV 소음 서명을 식별하고 이를 사용해 수동 추적으로 UUV속도를 추정하는 것은 다른 해양 선박 소음 추적 연구에 비해 상대적으로 탐구되지 않은 영역”이라고 말했다.

드레이퍼는 정부, 산업 및 학계에 엔지니어링 솔루션을 직접 제공하고, 주요 계약업체 또는 하도급업체로서 팀에서 작업하며, 컨소시엄 공동작업자로 참여하기도 한다. 상용화 기술은 물론 다른 조직에서 설계하거나 권장하는 기술, 또는 시스템에 대한 편견 없는 평가도 제공한다.

이성원  sungwonly09@gmail.com
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