4차 산업 혁명의 핵심 기술로 주목받는 '드론'은 원격으로 조작 가능한 무인 항공기를 말한다. 일반적으로 조종기를 통해 드론에 신호를 보내어 모터를 제어하고 비행하도록 한다. 기존 드론 기술은 위치 파악을 위해 GPS나 카메라에 크게 의존하고 있으며, 날씨의 영향을 많이 받고 있다. 또 드론이 외진 지역에서 작동할 때 다운타임(downtime, 시스템을 이용할 수 없는 시간)을 최소화하기 위해서는 유도 솔루션 기술이 필요하다. 

최근 드론의 이같은 단점을 해결할 수 있는 새로운 기술이 개발됐다. 

미국 기술전문매체 '인터레스팅엔지니어링(InterestingEngineering)'은 일본 도쿄대학교 연구팀과 통신사 NTT가 자율주행 드론의 무선주파수인식(RIFD, Radio-Frequency  IDentification) 기반의 유도 시스템을 개발, 카메라와 GPS 없이도 정확한 비행이 가능하게 됐다고 전했다.

RIFD란 무선인식이라고도 하며, 반도체 칩이 내장된 태그(Tag), 라벨(Label), 카드(Card) 등에 저장된 데이터를 무선주파수를 이용하여 먼 거리에서 비접촉으로 읽어내는 인식시스템이다. 이를 드론에 적용함으로써 기존의 방식과는 달리 GPS나 카메라에 의존하지 않고도 드론을 정확하게 조종할 수 있다는 것이 연구팀의 주장이다.

RFID 태그 기반 작동 원리 개선

RFID 태그 시스템은 무선 송수신용 안테나를 내장한 리더(Reader)와 필요한 정보를 저장하고 교환하는 태그, 유·무선 통신망으로 연결된 서버로 구성된다.

일본의 연구팀은 이 RFID 태그 시스템을 드론에 적용하여, 드론이 주어진 작업을 자율적으로 수행할 수 있도록 했다. 밀리미터파 주파수를 사용한 통신 방식 덕분에, 드론은 몇 마일이나 떨어진 거리에서도 RFID 태그와 통신이 가능하다.

연구팀은 기존의 RFID 태그가 단거리에서만 작동하는 한계를 극복하기 위해 태그의 반사 성능을 개선했다. 태그가 더 넓은 각도에서 신호를 수신하고 전송할 수 있도록 모서리 반사판을 추가함으로써, RFID 태그의 작동 범위와 효율성을 향상시켰다.

GPS 의존 한계 극복

GPS만 사용한다면 드론 비행에 한계가 있다.  

드론이 복잡한 도시 환경에서도 효과적으로 작동할 수 있도록, 연구팀은 밀리미터파 RFID 기술의 한계를 극복하고 더욱 정밀하게 작동하는 신호 처리 파이프라인을 개발하는 데 중점을 두었다.

일각에서는 연구팀이 GPS 기술을 활용했다고 주장할 수도 있다. 이에 연구원들은 GPS를 기반으로 한 기술은 드론과 착륙 지점에 각각 GPS 모듈이 필요하다고 지적했다. GPS 모듈은 설치와 유지 관리 비용이 상승하며, 착륙 포트에 지속적인 전원 공급도 필요하게 된다, 이는 특히 외진 지역에서는 큰 제약이 될 수 있다.

RFID 태그는 배터리가 필요 없이 전 세계 어디에서든 작동이 가능하다. RFID 태그는 외부 영향을 최소화하며, 손상되지 않는 한 원격지에서도 수년 동안 작동이 유지될 수 있다.

연구팀은 이런 RFID 기술의 활용은 드론 인프라 구축 과정에서도 원격 지역에서 의료 서비스를 제공하거나 재난 대응이 가능하다고 주장했다.

한편,  한국의 제이마플은 지난 2023년 9월 GPS가 고장나거나 재밍 공격으로 인해 작동하지 않는 상황에서도 드론이 정상적으로 비행할 수 있는 항법 시스템을 개발해 비행 시험에 성공했다. 제이마플은 라이다(LiDAR)를 활용한 기술(L-GPS)만으로 드론이 50~150m 고도에서 1.2km의 거리를 성공적으로 비행했다.

이 시스템은 지면의 3차원 정보를 정확하게 측정할 수 있어, 낮과 밤 모두 드론의 위치를 정확하게 파악하고 안정적인 비행을 지원한다. 또한, 야외나 산지 등 다양한 환경에서도 드론의 정확한 비행이 가능하도록 도와준다.

RFID 태그 기술과 라이다(LiDAR)를 활용한 기술 적용 등 드론의 한계를 극복할 수 있는 기술이 속속 개발돼 드론의 활용 영역을 더욱 넓혀주고 있다.