과학자들이 드론에게 사람의 구조 요청 비명을 추적하도록 가르치고 있다
누군가 당신을 쫓아다니며 목소리에 귀 기울일 수 있는 비행체를 만들었다면 섬뜩하게 느껴질 수 있다. 하지만 자연재해 후 무너진 잔해 아래에 갇혔는데 구조대가 당신을 찾지 못한다면 어떨까? 그렇다면 사람을 찾는 드론은 더 이상 나쁜 아이디어처럼 보이지 않는다.
이 개념은 독일 Fraunhofer FKIE 연구소의 엔지니어들이 주목하고 있는 것으로, 이들은 사람의 비명을 감지하고 기타 재난 신호를 식별하여 사람을 찾는 드론 프로토타입을 만들었다.
주요 엔지니어 중 한 명인 마카레나 바렐라는 2021년 6월 미국 음향학회(Acoustical Society of America)가 주최한 연례 학회에서 이 연구의 성과를 발표했다.
SF 공포 영화에서 사람을 찾아다니는 드론은 쉽게 떠올릴 수 있다. 바렐라는 이 장치가 지진, 허리케인, 산불 같은 재난 이후 상황에 이상적이라고 주장한다. 구조대가 접근하기 어려운 지역 위를 떠다니며 사람들이 갇혀 있는 곳을 파악할 수 있다.
“드론은 구조대나 지상의 구조견보다 더 짧은 시간에 넓은 지역을 수색할 수 있다. 건물이 무너졌다면 드론이 이를 알리고 구조대를 도울 수 있다. 구조대가 직접 들어갈 수 없는 곳에도 드론은 들어갈 수 있다”
무인 항공기는 보통 자연재해 시 수색 및 구조 작전에 사용된다. 대부분 구조물 피해를 항공 사진으로 촬영한다. 일부 드론은 체온을 스캔하는 열화상 기능을 갖추고 있으며, 대형 드론은 고립된 지역의 사람들에게 의약품과 기타 물품을 전달할 수 있다.
연구자들은 하늘의 추가적인 눈으로서 드론의 새로운 활용법을 계속 찾고 있다. 워싱턴 대학교는 냄새를 이용해 재난 생존자를 찾는 드론을 선보였다. Aerospace Corporation은 개를 시각적으로 식별하고 구조팀에 위치를 알릴 수 있는 드론을 연구하고 있다. 취리히 대학교는 비행 중 모양을 바꾸어 특이한 형태의 틈새에 들어갈 수 있는 드론을 개발했다.
공중 음향으로 사람을 탐지하는 데는 몇 가지 어려움이 있다. 청각 시스템은 사람의 비명과 바람, 동물 울음소리처럼 자연에서 흔히 나는 소리를 구별해야 한다. 또한 구조팀의 주의를 끌기 위해 사람들이 발을 구르거나 손뼉을 치는 등의 행동과 관련된 패턴도 인식해야 할 수 있다.
FKIE 엔지니어들은 개념 드론을 만들 때 이러한 상황들을 고려했다. 먼저 드론을 훈련시키기 위해 '충격성' 사람 소리의 데이터베이스가 필요했다. 그들은 자신들의 비명, 두드리는 소리, 그리고 사람이 곤경에 처해 있음을 나타낼 수 있는 다른 소리들을 녹음했다.
그런 다음 공통된 '시그니처'를 찾기 위해 각 음향 주파수를 분석하고, 이를 인공지능 소프트웨어 학습에 사용했다. 바렐라에 따르면 연구진은 드론 로터에서 발생하는 소음과 기타 주변 환경음을 걸러내는 작업도 진행했다.
소프트웨어 작업이 끝나자 엔지니어들은 소리가 나는 '정확한' 각도를 파악하기 위해 초소형 디지털 마이크 시스템을 구성했다. 이들에 따르면 스마트폰과 보청기에 쓰이는 디지털 마이크는 아날로그나 기존 마이크처럼 부피가 큰 장비가 필요하지 않아 더 우수하다.
연구팀은 드론 아래에 마이크 그룹을 설치하고, 사람의 소리가 어디서 나오는지 추적할 수 있는 신호 처리 기법을 사용했다. 이 시스템은 또한 음성의 볼륨과 선명도를 높였다.
지금까지 연구진은 '야외'에서 성공적인 실험을 진행했고, 드론이 소리를 포착한 후 몇 초 안에 피해자의 위치를 파악한다는 것을 확인했다. 시연 영상에서는 드론이 먼저 지면 위에 떠 있다가, 지상에서 소리를 지르며 도움을 요청하는 연구원 쪽으로 방향을 돌리는 모습을 보여주었다.
엔지니어들은 드론 소음이 있는 상황에서도 매우 높은 정확도로 충격성 소리를 감지하고 위치를 찾는 데 이미 성공했다. 현재 마이크를 이용한 음향 추적 방법에 대한 특허를 출원 중이다. 이후에는 더 많은 음향 신호를 얻기 위해 더 높은 주파수의 마이크를 드론에 추가하고 싶어 한다.
아이디어는 수백 미터 떨어진 곳에서도 소리를 포착하는 것이다. 실제 환경에서는 언젠가 피해자의 위치 데이터를 무선 네트워크를 통해 응급 구조기관에 전송할 수 있을 것이다. 이 개발 소식이 알려진 후 여러 기관이 연구팀에 연락해 협력에 관심을 보였다.
우선 이 연구소는 실험을 하고 프로토타입을 만든다. 때로는 비상업적 제품에 집중하는 기업에 기술 라이선스를 제공하기도 한다. 연구소의 사업 개발 책임자는 "우리는 기술을 개발하고 아직 해결책이 없는 문제를 푸는 데 능숙하다. 하지만 사실 상업화는 우리의 일이 아니다"라고 말했다.
