화학물질과 연기를 감지하는 손바닥 크기의 자율 비행 드론

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

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.

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.

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)

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

(동영상)

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.

참고

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

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

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

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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