美 사우스웨스트연구소, 자율SW 기반 실시간 지도제작 드론 개발

▲미 사우스웨스트연구소(SwRI)가 자율 소프트웨어를 사용한 드론으로 원자력 시설을 수색해 방사능 물질을 정확히 탐지했다. SwRI는 라이다 데이터와 탐사 알고리즘을 사용해 시설물 지도를 제작했다. (사진=SwRI)

미국 사우스웨스트연구소(SwRI)가 환경에 대한 어떠한 사전 지식도 없이 완전히 자율적으로 작동하는 슬램(SLAM, 동시위치확인·지도제작) 시스템을 갖춘 드론을 개발했다고 더로봇리포트가 지난달 29일(현지시각) 보도했다.

SwRI는 엔리히 2021 유럽로봇경연대회(EnRicH 2021 Eurobotics Hackathon) 기간 중(10월 4일~8일) 이 드론의 성능을 시험했다. 이 드론은 경연대회 기간 동안 인간 조종사의 도움 없이 오스트리아의 츠벤텐도르프 원자력 발전소(Zwentendorf Nuclear Power Plant)에 들어가 방사능을 탐지하는 임무 과제를 맡았다.

SwRI 팀은 새로운 알고리즘과 컴퓨터 비전을 사용해 알려지지 않은 환경을 탐색하고 지도를 작성하는 드론을 만들었다. 드론에는 라이다 센서, 광선 비행시간 기반 거리 측정(ToF) 카메라, 방사선 탐지기가 장착돼 있다.

이 팀은 시험 비행 기간 동안 드론에 탑재된 프로세서와 지상 기반 프로세서를 사용해 SLAM, 탐사, 의사결정, 자동 조종, 컴퓨터 비전 분석, 감지 및 기타 작업들을 수행했다.

▲고해상도 전기 터빈 이미지를 만들기 위해 라이다로 포착한 포인트 클라우드를 재구성했다. (사진=SwRI)

SwRI의 드론은 경연과제 중 하나인 서로 다른 두 곳에 숨겨져 있는 방사성 동위원소인 코발트-60을 성공적으로 찾아냈다.

츠벤텐도르프 원전은 비엔나 북서쪽으로 약 36km 떨어진 곳에 위치해 있다. 완공됐지만 가동되지 않은 세계 유일의 원전이다. 1978년 완공돼 핵연료를 넣었지만 오스트리아는 핵에너지를 신뢰하지 않기로 결정했고 프로젝트는 폐기됐다.

크리스 뱅 SwRI 지능형 시스템 부서 프로그램 매니저는 “기획자는 알려지지 않은 환경에서 능숙하게 작동하는 강력한 유연성을 보여 주었다. 이 드론은 시간이 중요한 수색 구조 및 위험 대응 시나리오에서 매우 중요한 작업을 실시간으로 적응하고 학습하고 수행할 수 있는 능력을 입증했다.

◆드론을 통한 시각화

▲왼쪽은 격납 용기 입구 위를 선회하는 드론의 시점을 보여주는 라이다 이미지다. 오른쪽 아래에 있는 어두운 직사각형은 통풍 굴뚝이다. 오른쪽 사진은 드론이 통풍 굴뚝에서 날고 있는 모습을 보여준다. 방사선 검출기는 굴뚝에 있는 붉은 파이프에서 코발트-60을 식별해 냈다. (사진=SwRI)

SwRI의 드론은 지도 제작시 해당 지역 위로 드론을 수동 조종해 비행시켜야 하는 기존 방식에서 벗어나 자율적으로 열린 공간과 내부 구조를 탐색하면서 실시간으로 지도를 제작할 수 있다.

에릭 쏜 SwRI 드론 연구팀 매니저는 “오늘날의 드론과 지상 로봇은 일반적으로 인간 조작자에게 많은 것을 요구한다. 우리가 증명한 자율성은 로봇(드론) 시스템이 독립적으로, 그리고 스스로 작동할 수 있도록 함으로써 인간 운영자의 부담을 상당히 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있다”고 설명했다.

SwRI의 드론은 자연재해에 따라오는 산업시설이나 기반 시설에서의 위험성 점검은 물론 위험한 수색·구조 임무를 지원하는 일 등 인간이 혼자 수행하기 위험한 업무에 활용될 수 있다.

이 연구소는 엔리히 2021에서 ‘드론(UAV) 지도제작 상’을 받았다. SwRI는 탐사와 수색 구조과제를 포함한 세 개 과제 가운데 두 개에 참여했다. 이번 행사의 목표는 개발자들이 실제 환경에서 기술을 테스트할 기회를 제공하는 것이다.

SwRI만이 이런 종류의 기술을 개발하는 유일한 기관이 아니다. 지난 4월 엑신 테크놀로지(Exyn Technologies)는 레벨 4A 자율성을 달성했다고 발표했다. 이는 복잡한 공간에서 자유비행 탐사를 할 수 있다는 의미다. 이 수준의 기술은 시스템을 제어하기 위해 사람이 등장하거나 있어야 할 필요가 없다는 것을 의미한다.