전기전자/정보통신

전자정보통신학회지_2022.9 소특집 요약 (p1094~1099)

드론의 활용 현황
세계의 드론 이용 및 활용 동향과 미래 전망

이번 특집은 전세계 드론 활용 동향을 드론 플랫포머인 드론 업체의 시점에서 파악해 포괄적으로 소개하고 있다. 

특히 구미의 드론 업체들에 주목해 회전날개, 고정날개와 같은 기체의 타입 별 특징, 엔진 및 전동 등 기체의 동력별 특징, 기체의 비행 성능, 유스케이스와 기체 타입과의 관계, 물류 드론과 비행 성능, 플라잉카의 특징을 고정 날개의 유무로 분류해 그 경향을 밝히고 있다. 마지막으로 유저의 시점에서 이용 및 활용 동향 등을 전망하고 있다.

1. 구미(歐美) 드론 업체들의 동향

이번 특집에서는 전세계 드론 활용 동향으로 어떠한 드론이 제조되고 있는지에 관한 관점에서 구미 드론 업체들의 동향에 대해 소개하고 있다. 여기에서는 그 범위를 드론 플랫포머 제조사로 좁혀서 소개한다. 특히, 아래의 조건을 충족시키는 것을 전제로 하고 있다. 이번 내용을 ‘일본 드론 연감 2021’과 비교하면 동향 및 특징이 선명하게 드러난다.

- 개발한 기체에 선진적, 특징적인 것이 보인다는 점.
- 기업 측이 인터넷에 공유하고 있는 자료에 기체의 영상 또는 동영상이 있다는 점.
- 해당 자료에 구조나 성능에 관한 데이터가 있다는 점.
- 2020년 이후에 정보 발신이 시행되었다는 점.

그 결과, 데이터에는 대략적인 세계(구미) 드론 업체의 동향이 반영되었다고 생각된다. 또한 플라잉카에 대해서는 무인비행이 어느 나라에서도 인정되지 않고 있는 현 상황에서는 유인 항공기와 명확하게 구별하기 어렵다. 이에, 미래에 완전 자율비행에 의한 무인화를 목표로 하고 있는지, 드론과 유사한 기술인지(예를 들면 멀티 헬리콥터를 대형화한 것과 같은 기체) 등을 판단 근거로 고찰했다. 

국가별로 본다면, 필자가 주목한 업체의 상위 10개국은 다음과 같다. 미국이 155사(상세하게 조사한 기업은 43사)로 가장 많으며, 그 뒤를 이어 프랑스가 38사, 영국이 26사, 독일이 25사로 이어진다. 

1.1 구미의 주류는 고정날개+VTOL
구미 드론의 주류는 고정날개+VTOL로, 주목한 기체 유형 별 비율은 그림 1과 같다(플라잉카 제외). 고정날개가 35.3%로 가장 많았고 멀티콥터형이 29.3%, VTOL(Vertical Take-Off and Landing, 수직이착륙)형이 23.3%로 그 뒤를 이었다. 

순항 중의 양력을 고정날개를 통해 얻는 고정날개형+VTOL형을 ‘고정날개 타입’, 회전날개를 통해 얻는 헬리콥터형+멀티콥터형을 ‘회전날개 타입’으로 양분할 경우, 60% 가까이를 고정날개 타입이 차지한다. 

일본은 96%가 회전날개 타입이지만, 이 비율에는 지역차가 있다. 회전날개 타입이 고정날개 타입을 상회하는 국가를 살펴보면 스위스, 오스트리아 등이며, 스웨덴, 핀란드 등 북유럽 국가들도 전체적으로 회전날개 타입이 우위에 있는 추세를 보이고 있다.

반대로 고정날개 타입의 우위가 분명한 곳은 스페인, 포르투갈과 같은 남유럽 국가였다. 또한 미국, 프랑스, 우크라이나도 고정날개 타입이 현저하게 우위를 차지하고 있다. VTOL형으로 한정하면, 그 비율이 가장 높은 곳은 독일이었다.

1.2 구미 드론의 70%는 전동 타입 
동력원 별 비율은 그림 2와 같으며, 약 70%의 기체는 전동 타입화된 것이다. 전동 타입은 54.7%로 가장 많고, 엔진이 29.1%, 엔진+전동 하이브리드가 12.8%이다. 태양광발전을 전동에 추가하면 58.1%, 더 나아가 하이브리드 등도 '전동 타입'이라고 생각할 경우에는 70.9%가 전동 타입화된 것이다. 

일본은 84%가 전동 타입이다. 참고로 플라잉카에서는 이산화탄소를 배출하지 않는 'Zero emission’이 중요 과제로 여겨지고 있으며, 모든 기체가 전동 또는 하이브리드기로서 개발이 추진되고 있다. 그러나, 모든 기체 타입에서 자동화가 진행되는 것은 아니다. 

2. 구미의 드론 비행 성능
(비행 성능 상위는 대부분 고정날개 및 엔진 기체)

비행 성능에 관해서는 민생용으로 엔진 구동에서 고정날개형 기체가 상위를 차지하고 있으며, 시속 200~500km, 페이로드 300~500kg, 비행 시간 2~10시간 또는 그 이상의 기종을 많이 볼 수 있다. 

전동형의 비행 성능 상위의 경우, 최고 속도·순항 속도 100km/h 이상, 최대 페이로드 5kg 이상, 비행시간 1시간 이상, 기체 중량 10kg 이하의 기체를 조사한 결과, 전동모터 구동에서는 최고 속도 144km/h의 VTOL인 Wingcopter의 ‘Wingcopter 198’이 최상위였다. 

비행 시간에 관해서는 유선 급전 방식과 태양열 방식의 기체를 제외하고, 전동 모터 구동의 최고 순위는 최대 8시간 비행 가능한 Lockheed Martin의 ‘Stalker VXE30’로, 고체 산화물형 연료전지(SOFC)를 동력원으로 하고 있다. 

배터리 방식의 전기 모터 구동에서는 최대 4시간의 비행이 가능한 Applied Aeronautics의 ‘Albatross’, ‘Alpi Aviation의 "Strix-DF"가 최고 순위를 차지했다. 배터리 방식의 전동 모터 구동에 한정해 기체 타입마다 최고 레벨의 속도와 비행 시간을 알아보면, 현 기술의 정상급은 대략 다음과 같다

- 최고 속도: 고정날개/VTOL/헬리콥터형 140km/h
            멀티콥터형 100km/h

- 비행시간:  고정날개 4시간
             VTOL 2시간
             헬리콥터형 1.5시간
             멀티콥터형 1.2시간

하지만, 이것은 개발된 기체에 관한 평가로, 개발 중인 패신저 드론(여객 드론) 기체도 포함한다면 엔진 구동을 뛰어넘는 비행 성능의 기체가 다수 존재한다. 

예를 들어, Joby Aviation사의 'S4'는 최고속도 322km/h, Kitty Hawk사의 'Heaviside'는 순항속도 290km/h, Lilium사의 'Lilium JET'는 순항 속도 280km/h 등, 플라잉카의 대부분은 엔진 구동의 고정날개 타입과 같은 수준, 또는 그 이상의 속도를 상정하고 있다. 

3. 구미의 드론 유스케이스

3.1 드론 물류의 주역은 eVTOL 
기체 유형별 유스케이스의 상위 5개 항목을 보면 표4와 같다. 당연히 각 유형의 기체 특성에 맞는 유스케이스가 순위에 나열되어 있다. VTOL형 유스케이스에서 1위를 차지한 것은 물자 수송으로 51.9%. 또한 각 기체를 상세하게 살펴보면, 마찬가지로 물자 수송이 상위인 헬리콥터형이 산악 및 해상 수송, 구호물자 수송 등 비도시형 수송을 주된 임무로 하고 있는 반면, VTOL형은 도시형 수송이 중심이다. 

이것들이 모두 전동화, 하이브리드화되어 있다는 것을 고려하면, 2023년 이후 구미에서 실현되는 도시 간, 지역간 드론 물류의 주역은 eVTOL이 될 것으로 예상된다. 표5는 도시·지역 간 수송을 상정하고 있는 eV TOL의 비행 성능이다. 물자 수송을 유스케이스로 하고 있는 기체는 비행범위가 공표되어 있어, 신뢰할 수 있는 수치라고 생각된다. 

3.2 고정날개 대형은 장거리 미션, 고정날개 소형은 맵핑
표4로 돌아가 고정날개형의 유스케이스를 보면 대형과 소형이 크게 다르다. 엔진을 탑재한 대형 고정날개형은 장거리 비행의 이점을 살려서 국경 경비 임무, 재해 시의 광역 조사 및 탐색, 파이프라인이나 전력 시설과 같은 장대한 인프라 감시 등, 고속성, 지구성이 요구되는 미션에 대응하는 기체들이 많다. 

한편, 전동 및 배터리 구동의 소형 고정날개는 약 90%에 해당하는 기체가 농지의 맵핑과 같은 광범위를 스캔할 수 있는 기능성이 추가되어, 매일 쉽게 운용할 수 있고 용이한 유지보수가 요구되는 미션에 대응하고 있다.

3.3 헬리콥터형은 중량물 수송 등에서 활약
표4에서 볼 수 있듯이 헬리콥터형은 가장 다방면으로 활용되고 있으며, 70% 이상의 기체가 '재해 대응', '감시·경비', '물자 수송'에, 60% 이상의 기체가 '측량 및 맵핑', '조사 및 관측', '인프라 감시'에 대응하고 있다. 

그 중에서도 특징적인 것은 전체적으로는 적은 '물자 수송'에 71.4%의 기체가 대응하고 있다. 각 기체의 상세한 내용을 살펴보면, 앞에서 서술한 바와 같이 특히 산악지나 해상 등 도달하기 어려운 지역의 수송이나 구원 물자 수송에 강점을 발휘하고 있는 기체들이 많다. 

그 최대 페이로드는 기체 중량에 따라 크게 차이가 있지만, 수치의 편차가 비교적 작은 5기(ANAVIA의 'HT-100', Swiss-Drones의 'SDO 50V2', Main Base의 'APID One', Leonardo의 'AWHERO')의 평균 페이로드는 68kg. 이 운반 능력은 라이다 센서나 합성 개구 레이더와 같은 무거운 기기를 탑재한 측량 광역 조사에도 활용되고 있다.

3.4 멀티콥터형의 특성을 살린 구조물 점검, 전자동 모니터링
표4의 멀티콥터형에서는 '재해대응', '측량·맵핑', '구조물 점검'이 1위를 차지했다. 그 중에서도 철탑이나 교량, 전력선, 건물의 지붕이나 외벽, 배관 및 굴뚝 내부 등을 지근거리에서 촬영하는 '구조물 점검'은 대응하는 기체의 대부분이 멀티콥터형이라는 것을 알 수 있다. 

높은 멀티콥터의 보급도를 고려하면 실제 산업에서의 활용 규모 관점에서 구조물 점검은 전체에서도 상위의 유스케이스라고 생각된다. 

4위 '감시·경비'와 5위 '인프라 감시'에 관해 각 기체의 세부 사항을 살펴보면, 그림4의 드론 스테이션과 결합한 전자동 모니터링 시스템으로서 제공되는 경우가 눈에 띈다. 특히 Easy Aerial의 'FALCON', Skydio의 'Skydio 2+', Azur Drone의 'Skeyetech', FOTOKITE의 'Fötokite Sigma', Atlas Dynamics의 'Atlas PRO' 등이다. 

전자동 모니터링 시스템이란 지정된 시간이 되거나, 이상을 감지하면 드론 스테이션에서 자동으로 이륙해 시설 내부를 순회하거나 현장으로 급히 이동한다. 그리고 모니터링한 영상을 실시간으로 전송하고 임무를 마치면 드론 스테이션으로 돌아와 자동으로 착륙. 다음 이륙에 대비해 자동으로 충전된다. 

특히, 이러한 프로세스를 사람의 개입 없이, 또는 원터치로 실시할 수 있는 것으로, '경비 및 감시'에서는 33.3%, '인프라 감시'에서는 30.8%의 기체가 이 솔루션에 대응하고 있다. 드론 스테이션과의 결합을 통한 업무 자동화는 경비 및 인프라 감시뿐만 아니라 VTOL형과 멀티콥터형 UAV를 활용한 물류에서도 볼 수 있다.

4. 고정날개 타입화가 진행되고 있는 플라잉카

마지막으로 플라잉카에 대해서도 언급하고 싶다. 여행, 스포츠레저 등의 용도에 대응하는 플라잉카는 드론 중에서도 가장 활발한 변화가 일어나고 있는 분야로, 북미에서는 미국 연방항공국(FAA), 유럽에서는 유럽연합항공안전국(EASA)이 그 진화를 이끌고 있다. 

구미의 플라잉카 현황을 살펴보면, 고정날개형에 가까운 구성의 기체가 많다는 것을 알 수 있다. 이들을 고정날개 유무로 대략 양분하면 고정날개가 있는 것은 18기로 64.3%, 고정날개가 없는 것은 10기로 35.7%. 대표적인 플라잉카 제조업체인 Kitty Hawk는 2020년, AirBus는 2021년에 그 동안 멀티콥터 타입으로서 개발을 추진해온 플라잉카를 대폭 리뉴얼하여 고정날개 타입인 'Heaviside', 'City Air Next Gen'으로 각각 전환했다. 

플라잉카 전체에 있어 탑승자 수의 비율을 그래프화하면 그림5와 같다. 파일럿을 포함해 4~5인승이 다소 많지만, 1인승부터 6~7인승까지 균형있게 대응하는 기체들이 개발되고 있다. 비행성능에 대해서도 개발중인 기체들이 많아 데이터는 실증이 완료되지 않은 경우가 많지만, 전체의 평균을 구하면 최고 속도 257.5km/h, 비행범위 314.4km였다. 

단, 앞에서 언급한 고정날개의 유무에 따른 분류를 베이스로 각각의 평균을 구한 결과, 표6과 같이 큰 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 멀티콥터에 가까운 플라잉카가 자동차의 대표적인 성능을 가지고 있는 것에 반해, 고정날개 타입에 가까운 플라잉카는 자동차와 항공기의 중간적 성능을 가지고 있다.

5. 세계의 드론 이용 및 활용 분야와 직업 카테고리

독일의 프랑크푸르트에 본부를 두고 있는 세계 드론 산업 동향을 상세하게 조사하고 있는 싱크탱크 Drone Industry Insight(Dron II)가 2004년부터 2018년까지 15년 간의 드론 유스케이스를 세계 100여개 국가 총 100개 기업을 대상으로 인터뷰 조사를 통해 데이터베이스화하여 정리. 730개의 유스케이스로 분류하여 분석했다. 그 상위 15개 분야를 정리한 것이 그림6이다. 

그림6을 통해 헬스케어와 사회적 지원이 1위로, 생명과 건강에 관한 드론의 이용 및 활용이 가장 기대되고 있다는 것을 알 수 있다. 이 데이터는 코로나19 사태가 발생하기 전이기 때문에 현재는 더욱 이러한 경향이 더욱 강해지고 있다고 생각된다. 2위는 취미에서 여전히 큰 점유율을 차지하고 있다. 

3위는 행정 주도의 공적 활용이다. 이것은 드론의 사회 구현을 위해 기존 기술을 드론 기술로 대체하는 것을 의미한다. 인프라 점검의 경우, 교량 점검에서 기존 기술은 발판을 마련해 사람이 육안이나 해머링으로 점검했다. 

이것을 드론으로 대체하려고 하면 기술적 장벽이 매우 높다. 즉, 모든 기존 기술을 드론으로 대체하기는 쉽지 않으며, 행정 주도로 드론이 잘할 수 있는 것을 대체하고, 나머지는 사람의 보조가 필요하다는 점검의 가이드라인이 필요하다. 

이러한 '드론에 의한 설비 점검 요령'과 같은 가이드라인을 행정기관이 제안함으로써 사회 구현이 원활해진다. 또는 행정 보조금으로 드론과 같은 첨단 기술 활용을 통한 DX화를 가속화할 것이 요구된다. 

그림7은 드론의 직업 카테고리와 직종, 기업의 채용 활동에 대한 국가별 순위를 나타내고 있다. 역시 드론 플랫포머인 제조사들의 구인 활동이 눈에 띄며, 그 중에서도 소프트웨어 기술자, 하드웨어 기술자, 조종 기술자 순으로 채용 비율이 높았다. 그리고 드론 관련 구인과 구직 매칭의 상위 10개국을 살펴보면, 1위부터 미국, 중국, 프랑스, 스위스, 독일, 이스라엘, 캐나다, 일본, 네덜란드, 멕시코이다.

 -- 끝 --

목차

권두언
학회라는 집합, 요소로서의 회원

소특집: 드론의 활용 현황

1. 전세계 드론의 이용 및 활용 동향과 미래 전망
전세계 드론 비행 성능  및 유스케이스를 처음으로 해명

2. 드론 X AI에 의한 전력 설비 보수 업무의 효율화
드론과 AI가 설비 점검을 시행하는 미래를 목표로

3. 조난자 구조 지원으로의 응용
휴대단말기, 재해 시 조난자 위치 특정을 위한 활용

4. 수공(水空) 합체 드론 
상공을 날고 물에 잠수하는 원격 수중 감시 가능성을 넓힌 수공 합체 드론

5. 드론 라이트쇼의 역사와 전망
‘일본의 상공을 바꿔나간다’ 차세대 엔터테인먼트

6. 드론 기체의 성능 평가
드론의 운용 성능의 한계를 명확히 하는 평가 시험 계산법

7. 사이버 보안 관점에서의 드론
안전하고 안심이 되는 플라잉 IoT기기로서의 드론을 목표로