드론의 가장 중요한 역할을 하는 기술과 기능은 뭐가 있을까?<FC, IMU편>
최근 다양한 분야에서 드론을 이용한 사례가 많이 나타나고 있습니다. 최근 한국에서는 시설물 탐지, 임무수행, 장거리 비행, 산불 진압 등에 사용되었는데, 앞으로 드론이 점차적으로 발전하게되면서 드론산업에 큰 영향을 끼칠 것으로 판단되고 있습니다. 아시는 분은 아시겠지만, 2020년 5월 1일부로 국내 드론 산업 촉진을 위한 드론법이 시행되었습니다.
http://www.law.go.kr/%EB%B2%95%EB%A0%B9/%EB%93%9C%EB%A1%A0%ED%99%9C%EC%9A%A9%EC%9D%98%EC%B4%89%EC%A7%84%EB%B0%8F%EA%B8%B0%EB%B0%98%EC%A1%B0%EC%84%B1%EC%97%90%EA%B4%80%ED%95%9C%EB%B2%95%EB%A5%A0/(16420)
www.law.go.kr
드론 활용의 촉진 및 기반조성에 관한 법률 ( 약칭: 드론법 )
[시행 2020. 5. 1.] [법률 제16420호, 2019. 4. 30., 제정]

드론이 안정적으로 임무 수행을 하기 위해서 가장 필요한 중요 기능이 있죠? 이것과 관련된 것은 다음과 같습니다.
1. FC: Flight Controller
- 드론의 비행을 제어하는 일명, 비행제어장치이며, 무선 조종기에서 송출되는 조종 명령(주파수)에 따라 ESC에 모터를 제어하는 신호를 보내는 역할을 합니다. FC는 GPS와 연동되어 시스템을 모니터링하고 드론의 위치/좌표를 측정하여 디스플레이 합니다. 다시 말해, FC는 수신기(RX Module)에서 받은 조종 신호를 변속기(ESC:모터의 속도를 제어해 주는 장치)로 보내주는 신호를 조종해 주는 '컴퓨터'라고 보시면 됩니다.
드론이 대중화될 수 있었던 여러 이유 중 하나가 저렴하고 발전된 FC의 성장이라고 해도 과언이 아닙니다.
※ FC가 주로 사용하는 기능은 다음과 같습니다.
ⓐ 수신기의 신호를 분석할 수 있도록 적당한 채널로 나눕니다.
ⓑ 장착된 센서에서 감지된 신호(자이로, 가속도 등)를 분석하여 드론(멀티콥터)가 안정적으로 자세를 유지할 수
있도록 변속기(ESC)에 신호를 보내서 추력을 조절/유지
ⓒ 수신기에 수신된 신호와 센서에 수신된 정보 2가지의 신호를 분석해서 원하는 비행이 가능하도록 변속기(ESC)
에 신호를 보냄
2) 드론 FC의 종류(예시)
ⓐ DJI사의 NAZA FC
ⓑ Hobbyking의 KK2
ⓒ TAROT사의 ZYX-M
ⓓ Openpilot사의 CC3D
ⓔ OpenPilot사의 CC3D EVO
ⓕ 3D Robotics사의 APM
ⓖ 3D Robotics사의 Pixhawk
3) 2020년 베스트 드론 FC 종류
ⓐ The Naza-M V2 Flight Controller
ⓑ DJI A3 Flight Controller
ⓒ DJI N3 Quadcopter Flight Controller
ⓓ Naza-M Lite Flight Controller
ⓔ RJX Raceflight F4 Flight Controller
ⓕ Crazepony F3 Flight Controller
ⓖ Naze32 Rev 6 Flight Controller
ⓗ KISS FC - 32bit Flight Controller V1.03
※ 해당 FC의 주요 장점은 이러합니다.
1) 맞춤식 비행 고도 및 반경 설정
2) 자동 이륙 및 착륙
3) 지능형 비행 모드 및 안전 모드
4) 사용이 쉬운 직관적 FC
5) 완벽한 호환과 안정적인 시스템
6) 모터 고장 방지
7) 하나의 비행 컨트롤러에서 모든 설정이 가능한 올인원 시스템
8) 저소음 자이로
9) 128MB 플래시 및 MPU6000 SPI버스
10) 내장 온보드 레귤레이터
11) 간편 튜닝, 2배 빠른 루프타임
12) 외부 인버터 필요 X
13) 초경량
14) 3축 자력계 / 3축 MEMS 자이로 + 가속도계
(MEMS란, Micro Electro Mechanical System:미세전자기계시스템)
FC(Flight Controller)는 드론의 두뇌 역할을 하는 소형 컴퓨터이자, 드론 비행의 질을 결정하는 역할을 합니다.
드론이 안정적으로 비행하려면 각종 센서로부터 받은 정보를 토대로 1초에 최소 150회 이상 기체 위치와 자세를 측정하고 변속기(ESC)에 전달하여 모터를 제어해야 하는데, 이런 총체적인 계산을 하는 부분이 바로 FC라고 할 수 있습니다.
즉, 어떤 FC를 쓰느냐에 따라 드론이 보이는 퍼포먼스는 하늘과 땅차이가 난다고 보면 되겠습니다.
하지만 아쉽게도, 한국에서는 아직 드론을 제어하는 비행제어장치인 FC는 현재 몇몇 곳에서 개발중 이지만, 상용화단계는 아니기 때문에 대체품으로 DJI 및 PIXHAWK 제품이 가장 많이 사용되고 있습니다. 정부에서 조사한 바로는 드론을 제작하는 업체도 한국의 FC및 기타 자재품을 사용하고 싶지만 대체할 수 있는 성능과 가격대가 나오지 않아서 이윤을 생각해야하는 업체들에게는 우선순위대상이 아니겠죠.
한국은 드론 제작에 사용도는 핵심 부품(FC,GPS,Motor등)에 대해서는 지속적으로 수입에 의존하고 있습니다. 정부의 드론산업 육성이 국내 드론관련핵심부품개발이 이루어지지 않고 성장이 지속되면, 중국 배불리는 일만 하게 될겁니다.
한 드론 전문가는 "국내에도 FC를 개발해 쓰는 곳이 있지만, 경쟁력이 떨어지고, FC가 기본적으로 컴퓨터이다 보니 업데이트가 매우 중요하며, 업데이트 주기가 돈과 직결되는데 국내 드론산업 육성 환경이 저가 입찰경쟁에 부채지라고 있어서 업체에서는 기술개발비(인건비) 투자에 부담을 느끼고 있다. FC를 자체 개발하려면 비행체를 잘 알아야 하고 많은 시간과 연구가 필요하다. 하루아침에 뚝딱해서 만들어지는 것이 아니다." 라고 강조했습니다.
2018년 한국드론산업진흥회 조사로 따르면, 공공기관 드론의 56.4%가 현재 중국산이며, 이것에 대해 우려를 표하고 있습니다. 국산드론은 19.2%에 불과하다고 했는데, 아무래도 가성비 또는 성능면에서는 아직까지 한국이 중국에게 조금 뒤처지고 있다는 지표라고 보면 될겁니다.
2018년 부터 보안 문제때문에 군 등에서는 중국산 기성품 제품을 쓰지 않는 것으로 전해졌는데, 관련 규제가 없다보니 중국산 핵심 부품 FC를 수입해서(예를 들어 DJI N3, A3) 국내 업체가 껍데기만 제작,조립해서 국산으로 둔갑시켜 납품하면 얼마든지 납품이 가능하다는 건데, 이게 사실 정상적이지는 않습니다.
이렇게 납품된 드론은 실제로 문제가 많이 발생되고 있는데, 한국이 드론 핵심부품 FC, IMU 등의 원천기술을 개발하여 기술능력을 쌓지 않으면 계속해서 중국 업체에게 끌려다닐 겁니다.
현재 한국에 공공분야에 있는 드론의 수는 2018년 기준 약 3000여대 이며, 2020년 기준 5000대 이상으로 측정됩니다.

2. IMU
- 드론을 완벽하고 안정적으로 비행하기 위해서는 그 축을 받쳐줄 수 있는 센서 즉, IMU가 있어야 하는데요. IMU란, Inertial Measurement Unit으로 관성측정장치를 의미합니다. 사람의 몸으로 생각하면 평형감각을 도와주는 반고리관이라고 생각하시면 이해하기 더 쉬울 겁니다.
IMU 칩에 구성되는 센서는 아래에서 확인하시면 됩니다.
1) 자이로스코프 - Gyro Scope
2) 가속도계 - Accelerometer
3) 지자기센서 - Magnetometer
4) 기압계 - Barometer
5) GPS - Global Positioning System
가속도계 3축, 자이로 3축을 이용하여 만든 센서 출력을 내주는 센서 뭉치를 IMU라고 부르는데요. 여기에 내부적으로 센서 혼합 알고리즘 등이 내장되어 있어서 롤, 피치각과 초기 임의의 자세로부터 회전하는 상대적 yaw각을 출력해주는 장치를 ARS(Attitude Reference System)이라고 합니다.
쉽게 말해서, 드론의 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정하는데, 가속도계는 이동 관성을, 자이로스코프는 회전 관성을, 지자계 센서는 방위각을 측정하고 있으며 IMU센서는 항공기를 포함하여 비행물체, 선박, 로봇, ICT 분야에서 넓은 방면으로 많이 쓰이고 있습니다.
드론에 가지고 있는 IMU는 기존에 있던 장소에서 다른 장소로 이동하게되면 좌표 및 센서를 초기화 해줘야 될 필요가 있는데 이것을 캘리브레이션이라고 합니다. 캘리브레이션 없이 비행을 해도 지장이 없긴 하지만, 되도록이면 캘리브레이션을 진행하여 좌표값, 센서값을 조종기와 함께 이동한 지역에서 맞춰 새롭게 비행을 시도하는 것이 추락 및 에러를 방지합니다.
코로나 상황이 더욱 악화되면서 추구하는 삶의 형식과 직업관, 산업환경 등이 생각보다 빠르게 변화될 것으로 보입니다.
최근 한국에서도 AI를 기반으로 만든 로봇과 드론, 클라우드시스템이 빠르게 등장하고 있는데, 바이러스 사태에 의한 노동력 감소, 노동력 대체를 위해 성장하고 제품 분야 중 하나라고 보시면 됩니다.
중국의 DJI제품이 정말 유명한 이유는 바로 이 IMU를 보정할 수 있는 기능과 GPS를 연동하여 보정하는 기능, 영상을 통한 비전센서 기능, 흔들림 없는 짐벌 기능이 있기 때문이고, 그 기술에 가성비가 가장 좋기 때문입니다. 드론의 선두주자인 프랑스 Parrot 업체에서 중국 DJI의 기술을 따라잡으려다 실패하고 산업용드론으로 전환한 적이 있죠. 미국의 Gopro업체도 DJI를 따라잡으려다가 가랑이가 찢어져서 관련 사업을 접었던 기억이 있고, 미국 3DR 업체의 드론도 실패한 원인 중 하나가 낮은 GPS 수신율 때문이었습니다.
그래서 미국이 중국의 기술력을 매우 견제하고 있고 최근에는 보안문제를 이유로 중국의 드론 납품 건을 죄다 막아버리는 사태가 벌어지기도 했고, 지금까지도 중국의 드론 기술을 견제하고 있죠.
현재 DJI는 농업, 촬영, 산업 등에 포커스를 두고, Parrot은 군, 산업으로 포커스를 두고 있습니다.
한국은? 글쎄요.. 이 모든 것을 개발하고 운영할 수 있는 기업은 현재 없습니다. 정부에서 중소기업 성장을 위해서 대기업의 개발 접근을 막아놓을 상태이기 때문이고, 실제로 대기업에서 드론을 개발할 수 있는 기술력이 있겠지만.. 현재 30억 미만의 금액대는 입찰 자체가 불가능한 시점이지요..
그렇다고 중소기업이 개발 능력이 뛰어나다? 또 그것은 아닙니다. 개발능력을 키우기 위해 막대한 인건비가 들어가는데, 그 비용을 감당할 수 있는 수준이 아닌 상태라.. 중소기업은 아무래도 방법을 연구해서라도 개발을 이룩해내야 합니다.
정부의 적극적인 지원이 필요하게 될 거고, 2020년 5월 1일에 드론법이 시행됨으로써 그 역할을 할 수 있을것이라고 믿어 의심치 않습니다!
한국형 자체 드론 FC와 IMU센서를 개발해서 성공적으로 미션을 수행하게 된다면 그야말로 '대박'이 될겁니다.
정부차원에서도 한국형 자재품을 쓰도록 권유하고 있으니.. 장기적으로 봤을때 한국 드론 산업 발전에 기여할 수 있습니다. 한국도 충분히 드론 핵심 원천 기술을 개발할 능력이 된다고 봅니다!!
한국이 세계드론시장을 주름 잡기 위해 필요한 것은 무엇인지 지속적으로 연구가 필요합니다.
정부, 기관, 기업, 학교 모두 하나의 뜻으로 모여 한국만의 원천기술을 개발할 수 있기를 기대합니다.
