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화학물질과 연기를 감지하는 손바닥 크기의 자율 비행 드론


 

(The drone created by the researchers. Credit: Shigaki et al)

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소형 드론의 실용적인 응용 방법 중 하나는 실내, 혹은 실외에 있는 유독물질이나 연기 등을 감지하는 것입니다. 눈으로 확인할 수 없는 상황이나 혹은 투명하지만 치명적인 물질을 감지하기 위해서 사람이 직접 들어가는 대신 드론을 보내 확인할 수 있다면 상당히 도움이 될 것입니다. 이론적으로는 그렇지만, 사실 좁은 실내에서 자율적으로 움직이면서 화학 물질을 분석하는 드론은 쉽지 않은 과제입니다. 특히 드론의 로터에 의해 공기가 움직이면서 화학물질이 희석되거나 방향이 바뀐다는 것이 문제입니다.

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오사카 대학, 소프트뱅크, 도쿄 공업 대학(Osaka University, SoftBank Corporation and Tokyo Institute of Technology)의 연구팀은 네 개의 로터를 지닌 초소형 드론에 4개의 센서를 탑재해 이 문제를 극복했습니다. 초소형 드론으로 주변 공기를 많이 흡수하지는 않지만, 이렇게 흡수된 공기에 들어 있는 화학 물질과 드론 한쪽에 달린 센서에 감지된 물질의 농도를 비교하면 물질의 농도가 높은 곳을 파악할 수 있는 것입니다.

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연구팀이 개발한 입자 영상 유속계 (particle image velocimetry)는 단순하고 작은 크기에도 물질의 3차원적인 분포와 흐름을 파악할 수 있어 유독물질의 존재 여부는 물론 어디서 누출되고 있는지도 파악할 수 있습니다. (영상 참조)

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입자 영상 유속계 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5684620&cid=64516&categoryId=64516

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(동영상)

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(동영상)

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각종 사고나 재해에 의한 유독 물질 유출이나 연기 유출은 항상 인명 사고의 위험성이 큽니다. 일본처럼 지진이 많은 나라에서는 특히 더 와닿는 문제일 것입니다. 작은 드론을 이용해서 유독 물질의 유출 위치를 알고 안전한 곳으로 대피할 수 있다면 상당히 유용한 기술이 될 것입니다. 상용화 가능성은 두고봐야 알겠지만, 상당히 흥미로운 기술인 점에는 분명합니다.

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참고

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https://techxplore.com/news/2022-11-palm-sized-drone-track-chemical-plumes.html

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Shunsuke Shigaki et al, Palm-Sized Quadcopter for Three-Dimensional Chemical Plume Tracking, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement (2022). DOI: 10.1109/TIM.2022.3218316

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Shunsuke Shigaki et al, Design and Experimental Evaluation of an Odor Sensing Method for a Pocket-Sized Quadcopter, Sensors (2018). DOI: 10.3390/s18113720

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Chiara Ercolani et al, 3D Odor Source Localization using a Micro Aerial Vehicle: System Design and Performance Evaluation, 2020 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (2021). DOI: 10.1109/IROS45743.2020.9341501

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