비영리 학생그룹 에어롭테라, 3D프린팅 방식 연구용 드론 공개
모듈식·접이식 연구용 드론, 기술 발전 및 DIY 드론 커뮤니티 활용 확대 기여 기대
환경 연구 분야에서 무인항공기(UAV, 드론)의 활용이 증가함에 따라 연구자들은 드론 물량 확보 및 비용 문제에 직면하였습니다. 이러한 상황에서 미국의 비영리 학생그룹 에어롭테라(Aeroptera)가 3D 프린팅 기술을 활용하여 모듈식 연구용 드론 '레이스(Lace)'를 개발하였습니다. 이 드론은 연구자들이 직접 제작하고 수정할 수 있도록 설계되어, 드론 기술의 접근성을 높이고 다양한 연구 분야에서의 활용 가능성을 확장할 것으로 기대됩니다.
연구용 드론의 필요성과 에어롭테라의 비전
에어롭테라의 창업자이자 사장인 젠징 후는 환경 과학 학생 시절 티베트와 미국에서의 현장 연구 경험을 통해 저렴하고 활용도가 높은 드론의 필요성을 인식하였습니다. 기존 시판 드론들이 연구 장비와 같은 대형 탑재물 운반에 적합하지 않다는 한계를 인식하고, 3D 프린팅 기술을 통해 저렴하고 맞춤 제작이 가능하며 탑재물 운반이 가능한 드론 프레임을 개발하여 다양한 전문 및 취미 분야에서 드론 활용 범위를 넓힐 수 있다고 설명하였습니다. 이러한 목표는 전 세계 환경 연구자들이 드론을 더욱 쉽게 활용할 수 있도록 지원하는 에어롭테라 설립의 중요한 동기가 되었습니다.
레이스 드론의 시제품 개발은 2024년 가을에 착수되었으며, 2025년 3월에 첫 비행에 성공하였습니다. 개발 과정에서 연구팀은 3D 프린팅 공정 및 소재에 대한 지침을 얻기 위해 중국의 3D 프린팅 필라멘트 제조업체인 폴리메이커(Polymaker)와 협력하였으며, 폴리메이커는 이 프로젝트의 주요 후원사로 참여하였습니다.
3D 프린팅 소재 개발 및 강성 확보
드론 제작에 있어 강성은 중요한 기술적 과제로 인식되었습니다. 3D 프린팅 플라스틱 소재는 본질적으로 탄소 섬유나 알루미늄보다 강성이 낮은 특성을 가지기 때문입니다. 에어롭테라 팀은 폴리메이커 연구센터와의 협력을 통해 다양한 고성능 탄소 섬유 주입 소재를 선정하여 레이스 드론의 필요한 강성을 확보할 수 있었습니다.
레이스 드론의 혁신적인 설계 특징
에어롭테라 팀은 레이스 드론을 설계함에 있어 엄격한 기준을 적용하였습니다. 가장 중요한 고려 사항은 탑재량 확보로, 1-3kg의 탑재물을 운반할 수 있는 드론 설계가 목표였습니다. 레이스의 참조 모델은 최대 1.5kg의 탑재물을 안정적으로 운반할 수 있도록 테스트되었습니다.
높은 탑재량과 현장 배치의 효율성
레이스 드론은 비행 시간 연장과 탑재량 용량 향상을 위해 크고 효율적인 모터를 장착할 수 있도록 충분히 크게 설계되었습니다. 또한, 현장에서의 신속한 배치 및 사용 편의성을 고려하여 접이식 구조를 채택하였습니다. 이륙 중량이 5kg에 달하는 레이스는 연구에 자주 사용되는 센서 장비들을 효과적으로 탑재할 수 있도록 제작되었습니다. 예를 들어, 연구자들이 밝기와 반사 정도를 측정하는 데 활용할 수 있는 반사율 측정기(알베도미터)와 데이터 로거를 탑재하는 구성이 개발되었습니다.
모듈식 구조 및 사용자 맞춤형 부품
레이스 드론의 모듈식 프레임은 거의 모든 부품이 3D 프린팅으로 제작되었습니다. 이 무인 항공기는 픽스호크(Pixhawk) 6C 비행 컨트롤러와 4S 4500밀리암페어시(mAh) 배터리를 탑재하고 있습니다. 사용자는 모터, 프로펠러, 전자속도제어장치(ESC), 텔레메트리 시스템을 자체 제작 부품 또는 시판 부품으로 교체할 수 있습니다.
드론은 사용자들의 설계 변경을 수용할 수 있도록 제작되었습니다. 배터리는 드론 후면의 밀폐된 공간에, 비행 제어 장치 및 기타 전자 장치는 전면에 위치하도록 설계되어 무게 중심의 안정성을 유지합니다. 이는 사용자가 어떤 설계를 하더라도 설계된 무게 중심에서 크게 벗어나지 않도록 합니다. 모터 설치부는 6S 모터부터 3S 모터까지 다양한 종류의 모터에 맞도록 설계되었으며, 30인치 크기는 대부분의 15인치 프로펠러와 호환되어 사용자에게 다양한 설정 옵션을 제공합니다. 향후에는 더 큰 탑재물을 실을 수 있는 긴 랜딩 기어와 같은 다양한 버전의 호환 부품이 출시될 예정입니다.
3D 프린팅 기술의 접근성 확대 및 미래 전망
3D 프린팅 기술은 드론 제작의 접근성을 크게 향상시켰습니다. 최근 몇 년간 3D 프린터가 많은 가정과 기관에 보편화됨에 따라, 3D 프린팅 방식으로 제작된 드론은 누구나 어디서든 저렴한 비용으로 만들 수 있게 될 것입니다. 이러한 접근성 확대는 드론 활용의 민주화를 촉진할 수 있습니다.
자연에서 영감받은 디자인과 지속적인 개발
레이스 프로젝트의 초기 설계 단계에서 팀은 3D 프린팅 프레임에 대한 여러 옵션을 탐색하였습니다. 그중 풀잠자리과(Neuoptera) 곤충의 레이스날개(lacewing)에서 영감을 받아 단체 이름인 '에어롭테라'와 첫 번째 드론 제품 '레이스'의 이름이 명명되었습니다. 풀잠자리 날개의 자연스러운 형태는 레이스의 외골격 디자인 미학에도 반영되었습니다. 에어롭테라 팀은 아이오와 대학교와 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스 엔지니어들의 지원을 받아 현재 레이스 II 모델 개발에 집중하고 있으며, 새로운 모델에는 드라이버 없이 접을 수 있는 툴리스 폴딩(toolless folding) 기능 등을 도입할 예정입니다. 이 혁신 기술은 팀이 봄쯤 출시할 레이스-2 에어로(Lace-II Aero) 프레임에 적용될 것입니다.
에어롭테라는 비영리 단체로서 오픈소스 정신을 유지하며 현재 여러 협력사와 향후 프로젝트를 논의하고 있습니다. 에어롭테라는 3D 프린팅 기술 발전 및 DIY 드론 커뮤니티의 활용 범위 확대에 기여할 경우에 한하여 혁신 기술의 상용화를 검토할 것입니다. 3D 프린팅은 드론 기술을 더욱 널리 보급하고 다양한 전문 분야에서 활용되게 하는 혁신을 가져올 것이며, 연속 섬유 및 금속 프린팅 기술의 발전은 3D 프린팅 드론 프레임을 탄소 섬유 프레임처럼 보편화할 것으로 전망됩니다.
에어롭테라의 3D 프린팅 기반 '레이스' 드론은 연구용 UAV의 접근성과 맞춤 제작 가능성을 획기적으로 향상시켰습니다. 모듈식 설계와 향상된 강성, 그리고 사용자 중심의 기능은 드론 활용 분야를 넓히는 데 기여할 것입니다. 이러한 발전은 미래 드론 기술의 보편화와 전문 분야에서의 혁신적 활용을 위한 중요한 발판을 마련하고 있습니다.
에어롭테라의 사례는 3D프린팅 기술이 연구용 드론의 접근성과 맞춤 제작 가능성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 명확히 보여주었습니다. 한양3D팩토리는 이러한 혁신적인 3D프린팅 솔루션이 다양한 산업 분야에서 성공적으로 활용될 수 있도록 신뢰할 수 있는 지원을 제공하고 있습니다.
