기본 콘텐츠로 건너뛰기

뛰어난 비행 실력을 보여주는 틸트시터 드론.



 (MIT researchers developed new algorithms for trajectory planning and control of fixed-wing “tailsitter” aircraft, which are faster and more efficient than traditional quadcopter drones. Credit: Massachusetts Institute of Technology)

니콜라 테슬라는 1928년 꼬리로 앉는 항공기인 테일시터 (tailsitter)의 디자인을 생각했습니다. 수직 이착륙이 가능한 고정익 비행기라는 대담한 상상을 해본 것입니다. 하지만 당시 기술력으로는 실제 테일시터를 개발하기는 어려웠고 2차 대전 중에도 독일이 개발을 시도했으나 실용화에는 이르지 못했습니다. 미국 역시 냉전기에 몇 차례 테일시터 항공기에 도전했으나 실용적인 항공기 개발은 실패했습니다. 그만큼 이착륙시 자세 제어가 쉽지 않았던 것입니다.

하지만 크기가 작은 드론의 경우 테일시터 디자인을 적용하기가 쉬워 최근에 이 분야에서 주목을 받고 있습니다. MIT의 에르자 탈 (Ezra Tal)과 그 동료들은 비행 궤도를 계획하는 간단하고 효과적인 알고리즘을 이용해 테일 시터 드론의 급회전이나 선회, 측면 이동 등 다영한 아크로바틱 공중 비행을 하게 만드는 방법을 개발했습니다. 물론 이 내용 역시 말보다는 아래 영상으로 한 번 확인하는 것이 이해가 더 빠를 것입니다.


(Credit: Massachusetts Institute of Technology)

현재 소형 드론의 대세는 쿼드롭터입니다. 쿼드롭터는 비행 제어가 상대적으로 쉽지만, 고정익기보다 비행 효율은 떨어져 항속 거리나 속도에서 손해를 볼 수밖에 없습니다. 테일시터는 고정익기이기 때문에 훨씬 빠른 속도와 아크로바틱 묘기를 보여줄 순 있지만, 대신 비행 제어가 어렵습니다. 연구팀의 새로운 알고리즘은 한 대의 테일시터 드론만이 아니라 여러 대의 드론을 효과적으로 컨트롤해 드론 쇼나 다른 목적으로 군집 드론을 사용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

한 가지 더 생각해볼 수 있는 부분은 쉽게 접거나 조립할 수 있는 형태와 우수한 비행 성능을 생각할 때 소형 군용 정찰 드론으로 적합하지 않을까 하는 부분입니다. 이 드론은 수직으로 선 상태에서 호버링도 가능하기 때문에 한 지역을 고정 관측하는 일도 가능합니다.

다만 과거 냉전 시기 테일시터가 실패한 중요한 이유 중 하나는 옆에서 부는 바람(측풍)에 약하다는 것이었습니다. 마치 커다란 연처럼 생겼기 때문입니다. 테일시터 드론도 이착륙시나 수직으로 호버링시에는 이 문제에 노출될 수밖에 없는데, 어떻게 극복할 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://techxplore.com/news/2023-08-algorithm-enables-high-performance-flight-tailsitter.html#google_vignette

https://en.wikipedia.org/wiki/Tail-sitter

Ezra Tal et al, Aerobatic Trajectory Generation for a VTOL Fixed-Wing Aircraft Using Differential Flatness, IEEE Transactions on Robotics (2023). DOI: 10.1109/TRO.2023.3301312

댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...