드론, AI 기술 사용해 더 빠르고 부드럽게 착륙 가능
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드론, AI 기술 사용해 더 빠르고 부드럽게 착륙 가능
  • 박윤희
  • 승인 2019.06.04 09:28
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▲무인 항공기인 드론은 착륙할 때 난기류 등으로 인해 불규칙한 움직임을 보일 수 있다(사진=ⓒ123RF)

무인 항공기(드론)를 착륙시키는 일은 쉬워 보일지 모르나 실제로는 그렇지 않다. 드론이 점점 하강해서 지상에 가까워질수록 기류가 발생하기 때문. 공기 흐름이 불규칙해지면 드론은 비교적 몸체가 가볍기 때문에 난기류의 영향을 받기 쉽다. 그러면 착륙하다가 드론이 큰 충격을 받을 수 있다. 어떤 경우에는 드론이 심각한 구조적 손상을 입을 수도 있다.

드론 착륙이 까다로운 이유

그러다보니 드론을 착륙시킬 때 발생하는 난기류를 해결하는 것이 드론 과학자들의 가장 큰 도전 과제다. 이 난기류 때문에 드론을 이륙 또는 착륙시키는 작업이 매우 까다롭기 때문이다. 그런데 캘리포니아 공과대학 연구진이 드론을 보다 빠르고 원활하게 착륙시킬 수 있는 방법을 개발했다.

▲드론은 가벼워서 바람의 영향을 많이 받으므로 이착륙이 까다롭다(사진=ⓒ123RF)

심층 신경망 사용

캘리포니아공과대학 인공지능(AI) 전문가 및 제어 엔지니어들이 협력해 드론의 이착륙을 원활하게 만드는 방법을 개발했다. 이들이 설계한 드론은 심층 신경망을 탑재하고 있어 이착륙이 비교적 쉽다.

이 심층 신경망은 드론이 안전하게 이륙 또는 착륙하는 방법을 스스로 배운다. 심층 신경망은 출력 레이어와 입력 레이어는 물론 이 두 레이어 사이에 숨겨진 여러 레이어를 구성하는 네트워크다.

각각의 레이어는 구조화되지 않은 데이터 또는 레이블이 없는 데이터를 처리하기 위해 특정한 정렬 방식을 수행한다. 그래서 심층 신경망의 이름에 '심층'이라는 단어가 들어간다. 데이터 입력이 다양한 레이어에서 변경되기 때문이다. 심층 신경망은 자동 학습 기술을 수행할 수 있기 때문에 반복 작업에 이상적이다.

▲캘리포니아공과대학 연구진이 드론이 복잡한 난기류를 이겨내고 쉽게 이착륙할 수 있는 방법을 개발했다(사진=ⓒ123RF)

신경 착륙

연구진은 시스템을 '신경 착륙(Neural Lander)'이라고 불렀다. 신경 착륙은 비행 중인 드론의 속도와 위치를 결정하는 학습 기반 컨트롤러다. 이 정보와 학습 내용을 기반으로 가장 안정적으로 착륙할 수 있는 방법을 알아내는 것이 시스템의 임무다.

이 대학 제트추진연구소의 정순조 교수는 "최근 프로젝트로 개발한 시스템을 드론에 적용하면 드론이 예측할 수 없는 돌풍 등을 이겨내고 안전하고 부드럽게 착륙할 수 있다"고 말했다.

스펙트럼 정규화 기법

연구진은 심층 신경망의 지침에 따라 드론이 원활하게 비행할 수 있도록 스펙트럼 정규화 기법(Spectral Normalization Technique)을 사용했다고 밝혔다. 이 기술은 신경망의 출력을 부드럽게 만들어 상황과 조건이 달라지지 않도록 한다. 동시에 연구진은 이상적인 비행의 불규칙성을 연구했다. 그리고 처음에는 이것을 3D 공간에서 테스트했다.

드론의 AI 시스템 테스트

연구진은 총 3번의 테스트를 진행했다. 처음에는 직진 수직 착륙이었다. 드론이 수직으로 곧장 착륙하는 방식이다. 다음은 하강 호선 착륙, 드리고 마지막은 빠르고 복잡한 난기류 속 착륙이었다. 테스트는 자율 시스템 및 기술 센터의 3층 비행장에서 실시됐다. 자율 시스템 및 기술 센터는 캘리포니아 공과대학의 자율 시스템, 드론 시스템, 생체 인식 시스템 등을 연구하는 곳이다.

테스트 결과, AI 시스템은 수직 착륙 시 오류를 100% 바로잡을 수 있었다. 이것은 드론을 위한 획기적인 발전이다. 하강 호선 착륙 시에는 AI가 90% 정도 측면 드리프트를 줄였다. AI 시스템 덕분에 드론은 곧바로 하강하기 전에 지면에서 10~15m 정도 높이에서 한 번 멈춘 다음 안정적으로 착륙했다.

연구에 참여한 유이송 조교수는 신경 착륙이 드론의 착륙 과정을 더 부드럽고 빠르게 만들었으며 과거에 비해 오류를 줄였다고 설명했다.

AI의 잠재적 응용

연구진은 이미 해당 AI 시스템에 대한 특허를 획득했다. 이 AI 기술은 드론 기술뿐만 아니라 의학 및 의료 분야에서도 중요하게 사용될 수 있다. 예를 들어 의료진이 AI 기술이 장착된 드론을 사람 구조대원들이 들어가기 어려운 장소로 보내 환자를 찾아낼 수 있다. 또 이 기술은 항공 구급대가 사용하는 비행정에 사용될 수 있다. 응급 환자를 데리고 이송하는 항공 구급대 헬기 등은 착륙할 때 흔들리지 않는 것을 매우 중요시 여기기 때문이다.


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