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철 이야기/스틸캐스트 2017.11.06 11:56

[스틸 인 테크] 5편. 가볍고 튼튼한 드론, 스마트 팩토리의 첨병이 되다!



테크 분야를 대표하는 전문 필진들과 함께 새로운 시각으로 철을 들여다 보는 스틸캐스트의 신규 시리즈! '스틸 인 테크'가 5편으로 돌아왔습니다.

 

스틸 인 테크 시리즈를 통해 다섯 번째로 조명해 볼 주제는 '드론'인데요. 가볍고 튼튼해야 하는 드론 프레임과 금속의 연관성에 대해, 드론 전문 에디터 테리최 님을 통해 들어봅니다. 함께 보실까요? 


다양한 쓰임새로 사랑받는 드론!


군사용으로 개발을 시작한 무인항공기 드론! 지금은 우리 주위에서 쉽게 볼 수 있을 정도로 드론을 즐기는 유저가 많이 늘었다.

 

카메라를 장착한 드론은 내가 보지 못하는 시각에서 다양한 풍경을 촬영할 수 있도록 도와준다. RC를 즐기는 개인에게는 취미용으로, 방송이나 영화를 찍는 촬영 현장에서는 일반 카메라로는 잡지 못할 구도를 위한 촬영용으로 사용된다. 그리고 건설현장이나 공장과 같은 산업시설 혹은 농촌에서는 시설 점검을 위한 용도로 폭넓게 활용되고 있다. 


하늘을 나는 드론은 날씨에 영향을 많이 받는다. 강한 바람이 부는 날에는 안정된 비행을 위해 모터에서 더 많은 전력을 소비하게 된다. 하지만 드론에 장착되는 배터리의 전력은 한정적이기 때문에, 무게가 가벼운 프레임으로 배터리 소모를 최소화하려는 노력이 이뤄지고 있다. 

 

드론 프레임 소재의 중요성


드론은 크게 프레임, 모터, 카메라, 프로펠러, 센서, 컨트롤러, 배터리 등으로 구성된다. 프레임은 드론 기체의 기본 뼈대이다. 프레임 위에 앞서 설명된 다양한 부속품이 장착된다. 때문에 드론의 프레임이 무엇보다 중요한데, 충격에 강하면서 배터리 소모를 최소화하기 위해 가벼우면서 튼튼한 소재로 제작이 되어야 한다. 


드론이 하늘을 비행하기 위해서는 전력이 필요하다. 이 전력은 장착된 배터리를 통해 공급받는데, 오랜 시간 비행을 하기 위해서는 모터의 사용량을 늘려야 하고, 배터리의 용량 역시 늘려야 할 수밖에 없다. 특히 바람이 심하게 부는 날에 비행을 하려면 강한 모터의 힘으로 버텨야 하기 때문에 배터리가 소모되는 속도가 빠르다. 배터리의 용량을 늘린다는 건 배터리 부피를 늘리고 무게가 무거워진다는 뜻과 같다. 


현재의 기술로는 배터리 무게를 줄이며 용량을 늘릴 수는 없기 때문에, 드론 프레임에 충격에 강하면서 동시에 가벼운 무게를 가진 소재를 적용해야 한다. 


우리가 알고 있는 드론 프레임의 소재는?

△ 이미지 제공 - 테리최 / SYMA 드론 


드론에 처음 입문하면 가장 먼저 접하게 되는 저가형 입문용 'SYMA 드론'은 적은 배터리 용량(평균 700mAh)으로 최대한 오랜 시간 비행을 하기 위해 모든 프레임이 플라스틱으로 개발되었다. 


플라스틱은 가벼우면서 전기 전도율이 낮고, 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 하지만 충격에 약하며 비행 시 내부 발생되는 열 배출에 취약하다는 단점이 있다. 


△ 이미지 제공 - 테리최 / 팬텀 시리즈의 드론 모델


드론을 제대로 즐기기 위해 많이 활용되는 '매빅 프로'나 '팬텀 시리즈'는 대부분 플라스틱 소재를 사용한다. 하지만 비행 시 발생하는 열을 밖으로 배출하기 위해서 프레임은 마그네슘 합금을 사용하고 있다. 


△ 이미지 제공 - 테리최 / 매빅 드론


높은 수준의 고급형 드론으로 갈수록 금속이 많이 활용되는데, 매빅은 하단 프레임에 마그네슘 합금을 사용하고 있고, 팬텀 시리즈는 하단과 카메라 프레임에 마그네슘 합금을 적용하여 제작하였다. 두 시리즈 모두 열 배출에 용이하기 위함이다. 그리고 인스파이어와 상위 드론은 탄소섬유와 마그네슘 합금이 많이 사용된다. 


마그네슘은 상용 금속 중에서도 가장 가벼운 금속이다. 마그네슘 합금은 알루미늄 합금에 비해 가벼워 스마트폰, 태블릿 PC, 자동차 부품, 항공기 소재로 많이 사용된다. 마그네슘 합금은 경량화를 이뤄 전력을 최소화할 수 있으며, 높은 열전도율로 열 배출에 탁월하다. 또한 충격에도 강한 튼튼함을 가진 고강도 소재이다. 가격과 부식에도 강한 측면이 있어 현재 드론 프레임 소재로 가장 좋은 금속이다. 


미래 드론 프레임에 대한 연구


조종을 통해 하늘을 비행하는 드론에서 자동비행시스템을 장착하여 목적지까지 자동으로 비행하는 드론으로 발전하면서, 드론은 점차 탈것으로 변모하고 있다. 드론에 사람이 탈 수 있는 공간을 만들어 그 안에 탑승하고, 스크린에 나와있는 목적지를 터치하면 자동으로 목적지까지 데려다주는 드론이 개발되고 있다. 물론 장애물을 피해 안전하게 이동해야 한다. 


그리고 위와 같은 시스템을 통해 개발되고 있는 택배 드론은 배달할 물건을 싣고 원하는 목적지를 스크린상에서 터치하면 자동으로 목적지로 날아간다. 이런 택배 드론은 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 원터치 시스템 드론으로 발전하고 있다. 


미래의 탈것으로 변모하고 있는 드론은 기체의 무게뿐만 아니라 사람의 몸무게를 모터와 배터리가 견딜 수 있어야 한다. 이 때문에 드론 프레임 소재의 경량화는 필수이다. 


△ 이미지 제공 - 제이MT 허진훈 대표 / 그레이드 5 티타늄 드론 프레임


드론 프레임의 소재로 많이 사용되고 있는 두꺼운 카본 프레임은 모터의 추력을 방해하거나 충격에 취약한 경우가 있다. 이를 보안하기 위해 최근 한 업계에서는 그레이드 5 티타늄(Ti-6AI-4V) 소재를 드론 프레임에 적용 및 개발하고 있다. 그레이드 5 티타늄은 티타늄, 알루미늄, 바나듐의 합금강이다. 티타늄은 부식에 강하고 한계 강도 또한 일반 강철보다 두 배나 강하며, 피로 강도도 현저히 적어 레이싱 드론에 필수인 무게, 부피 그리고 강성이 우수한 차세대 드론의 프레임 소재로써 귀추가 주목된다.


포스코 스마트 팩토리의 첨병, 드론!

△ 이미지 제공 - 포스코휴먼스 / 포스코휴먼스&날다 제휴사례


우리의 피부에 와닿지는 않지만 드론은 다양한 산업군에 활용되고 있다. 특히 포스코 제철 현장에서는 포스코그룹 계열의 사회적 기업인 '포스코휴먼스'와 전남 유일의 드론 교육원 '날다'의 제휴를 통해 동맥처럼 뻗어 있는 제철소 내부의 각종 배관과 밀폐 장소 점검, 잔류 가스 감지 등을 추진 중에 있다.

 

또한, 드론을 활용한 스카이뷰 홍보영상 촬영, 제철소 전경 등의 항공사진 또한 수요가 많아 '17년 10월 포스코휴먼스에서는 스마트 팩토리 구현과 연계한 드론사업 추진 프로젝트팀을 신설한 바 있다.

 

이처럼 드론은 교통이나 유통수단을 넘어 산업시설 점검이나 재해예측, 홍보 분야 등 다양한 영역에 적용되고 있으며, 앞으로의 활용 가능성 또한 나날이 커질 것으로 전망된다.

 

* 스틸 인 테크는 해당 분야 전문가 필진이 직접 작성한 것으로, 포스코의 입장이나 전략을 담고 있지 않습니다.


 

 

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Posted by 포스코 블로그지기
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