SwRI, 원자력발전소에서 드론 자율성 시연 성공
남서부연구소(SwRI)는 사전에 주변 환경에 대한 지식 없이도 완전히 자율적으로 작동할 수 있는 동시적 위치추정 및 지도작성(SLAM) 시스템을 탑재한 드론을 개발했습니다.
SwRI는 유럽 로봇 해커톤 EnRicH 2021에서 자율 드론의 성능을 검증했습니다. 해커톤에서 드론은 오스트리아의 츠벤텐도르프 원자력발전소에 침투해 사람인 조종사의 도움 없이 방사선원을 찾는 임무를 맡았습니다.
팀은 알려지지 않은 환경을 탐사하고 지도화하기 위해 새로운 알고리즘과 컴퓨터 비전을 사용하는 드론을 만들었습니다. 드론에는 LiDAR 센서, 비행시간(TOF) 카메라, 방사선 검출기가 장착되어 있습니다. 시험 중 팀은 SLAM, 탐사, 의사결정, 자동조종, 컴퓨터 비전 분석, 센싱 등 여러 작업을 수행하기 위해 드론에 탑재된 프로세서와 지상 프로세서를 함께 사용했습니다.
“우리는 복잡한 조건에서도 잘 작동하며, 사람인 운영자의 도움 없이 새로운 공간을 지도화하고 그 안을 이동할 수 있는 연구용 드론을 시연했습니다. 이 연구용 드론은 인공 환경뿐 아니라 동굴과 같은 자연 환경에서도 성능을 입증했습니다”
SwRI의 무인 항공기는 과제에 따라 여러 장소에 숨겨진 두 개의 코발트-60 방사선원을 성공적으로 찾아냈습니다. 참가자들에게는 대상이나 심판단이 설정한 정찰 과제에 대한 사전 정보가 주어지지 않았습니다.
츠벤텐도르프 원자력발전소는 빈 북서쪽 약 32km 지점에 위치해 있습니다. 완공되었지만 가동되지 못한 세계 유일의 원자력발전소입니다. 1978년에 건설되어 연료까지 장전되었지만, 오스트리아가 원자력 에너지를 신뢰하지 않기로 결정하면서 프로젝트는 중단되었습니다.
“드론은 이전에 알려지지 않았던 환경에서도 능숙하게 작동하며 높은 유연성을 보여주었습니다. 이 드론은 적응하고 학습하며 실시간으로 임무를 수행하는 능력을 입증했는데, 이는 시간이 중요한 수색구조 및 위험 상황에서 결정적인 요소입니다”
로봇이 지도를 작성하려면 해당 구역을 돌아다녀야 하는 다른 지도 작성 기술과 달리, SwRI의 드론은 자율적으로 지형을 탐사하면서 내부 구조물과 개방된 공간의 공간 지형을 실시간으로 표시할 수 있습니다.
“현대의 드론과 지상 로봇은 일반적으로 사람인 운영자에게 많은 것을 요구합니다. 우리가 시연한 자율성은 운영자의 부담을 크게 줄이고, 로봇 시스템이 독립적으로 작동하고 스스로 임무를 수행할 수 있게 해줍니다”
그의 설명에 따르면, 엔지니어들은 다양한 센서 및 무인 항공기 플랫폼과 결합해 중요한 임무를 수행할 수 있는 완전 자율 스택을 개발했습니다.
SwRI의 드론은 위험한 수색구조 작업을 지원하거나, 자연재해 이후 산업 시설 및 사회기반시설의 위험 구역을 점검하는 등 사람에게 위험한 작업에 활용될 수 있습니다.
알고리즘과 시뮬레이션 도구를 사용하는 이 기술은 내부 구조물과 개방된 공간의 공간 지형을 실시간으로 표시합니다. 컴퓨터 비전 센서의 데이터를 결합해 새로운 장소를 탐색하면서 경로를 작성합니다. 또한 합성곱 신경망(CNN)을 기반으로 사람, 차량 및 기타 물체를 탐지하는 인식 방법도 제공됩니다.
EnRicH 2021 전시회에서 SwRI는 드론 지도작성 부문 상을 받았습니다. SwRI는 세 가지 행사 중 두 가지, 즉 연구 부문과 수색구조 부문에 참가했습니다. 이 행사의 목적은 개발자들에게 실제 환경에서 자신의 기술을 시험할 기회를 제공하는 것입니다.
SwRI의 자율성 스택은 상업용 및 군용 연결형·자율 지상 차량부터 자동화된 드론, 지능형 농업 장비에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되었습니다. 이 스택은 로봇 운영체제(ROS)와 같은 오픈소스 도구, 자체 기계학습 알고리즘, 인공지능을 활용합니다.
SwRI만 이런 기술을 개발하는 것은 아닙니다. 2021년 4월 Exyn Technologies는 자사 기술이 자율성 4A 수준에 도달했다고 발표했습니다. 이는 복잡한 공간을 자유롭게 비행할 수 있다는 의미입니다. 이 수준에서는 언제든 시스템을 통제할 수 있는 사람인 운영자가 필요하지 않습니다.
Exyn의 드론은 이제 비행 경로를 완전히 계산하면서 복잡한 공간을 자유 비행으로 탐사할 수 있으며, 초당 2미터 이상의 속도로 움직일 수 있습니다. 또한 드론 자체에서 장애물 회피와 경로 추적이 수행됩니다. 추가 컴퓨팅 자원을 드론에 연결할 필요도 없습니다. 동시에 장치는 더 많은 양의 고품질 데이터를 수집할 수 있습니다. 이상적인 조건에서 Exyn의 드론은 한 번의 비행으로 1,600만 m³를 커버할 수 있으며, 이는 축구장 아홉 개에 해당합니다.
SwRI는 심해부터 심우주까지 과학 및 공학 분야의 선도 기관입니다. 이 회사는 전 세계 정부 및 상업 고객에게 도움이 되는 다학제적 기술 솔루션을 개발합니다.
