구명용 드론 ‘엑스 베인’, 제너레이티브 디자인으로 날아오르다

재난이 발생하면, 물자를 가장 필요로 하는 사람들에게 이를 공급하기 위한 카운트다운이 진행된다. 하지만 상황은 늘 녹록지 않아, 물자를 적시에 전달하는 것을 거의 불가능하다. 이는 드론이 전 세계적으로 재난 대응에 큰 도움이 되는 이유 중 하나다. 일본의 두 젊은 메이커(maker)는 그들이 만든 구명 드론 엑스 베인(X VEIN)으로 구호 활동이 더 발전되길 희망하고 있다.

2011년 3월11일 일본 대지진과 쓰나미로 엄청난 피해가 발생했을 때, 팀 ROK의 유키 오가사와라(Yuki Ogasawara)와 료 쿠메다(Ryo Kumeda)는 불과 만 15>세였다. 두 친구는 재난이 일어났을 때 어떻게 다른 사람들을 도울 수 있을지 생각했고, 드론 개발을 향한 창의적인 길을 걷기 시작했다.

당시 드론은 막 주목을 받기 시작했고, 오가사와라와 쿠메다는 이러한 새로운 기술을 재난 상황에 적용하고자 했다. 그들은 이미 전국 고등학교 프로그래밍 대회에서 스마트폰으로 제어하는 로봇 팔로 상을 받았고, 로보컵주니어 재팬 오픈 레스큐 부문에서는 7위를 차지하며 도전을 위한 준비를 마쳤다. 그래서 2012년 팀 ROK는 멀티콥터 드론을 개발하기 시작했고 2015년에는 전국 학생 실내 비행 로봇 경연대회의 멀티콥터 부문에서 우승을 거머쥐었다.

그 성공을 바탕으로 팀 ROK는 2016 도쿄 메이커 페어(Maker Faire)에 참가하여 재해 상황에서 수색 및 구조 임무를 수행하기 위해 제작된 드론 ‘엑스 베인’을 전시했다. 연장된 비행시간, 강화된 프레임 및 충돌로 인한 손상을 방지하는 프로펠러 가드가 특징인 엑스 베인은 X 모양의 몸체와 잠자리 날개의 시맥(vein)을 연상시키는 격자 구조 디자인으로, 방문객들에게 깊은 인상을 남겼다.

하지만 도쿄 메이커 페어에서 엑스 베인이 등장할 수 있었던 것은 메이커 커뮤니티의 도쿄 허브인 DMM 메이크 아키바(DMM.make AKIBA)에서 열리는 행사 덕분이었다. 그곳에서 오가사와라와 쿠메다는 처음으로 제너레이티브 디자인 소프트웨어를 접했고, 이 소프트웨어가 충분한 몸체 강도를 비롯해 경량, 이미지 캡처 및 안전 기능까지 갖춘 드론을 개발하는 데 필수적임을 알게 되었다.

제너레이티브 디자인으로 돌파구 찾다

오가사와라는 “기존 드론이 재해 발생 지역에 사용되지 않는 이유는 안전 기능이 부족한 것 뿐만 아니라, 크기 및 무게맞춤 잠재력 저하 등 다양하다라고 말했다.

이러한 요구 사항을 해결할 수 있는 툴은 모든 드론 개발 프로세스의 핵심이다. 제너레이티브 디자인은 3D 프린터로 출력될 수 있는 사전 결정 조건을 충족하도록 최적화된 컴퓨터 생성 개략도 및 구조 분석을 제공한다. 이는 종래의 제조 방법으로 이전에 가능했던 것보다 더 가볍게 설계할 수 있으며, 바로 이 점은 필요한 중량 요건을 충족시키는 드론을 생산하는 데 필수적이다.

엑스 베인의 기계적 설계 요소를 담당하는 오가사와라는 “드론이 공중에서 맴돌기 위해서는 드론이 생성한 양력이 드론의 무게와 정확히 일치해야 한다”라며, “전체 중량에서 5%만 변형되더라도 운전자가 드론을 제어해야 하는 방식이 달라진다. 드론을 최대한 가볍게 만드는 것이 중요하다”고 강조했다.

팀 ROK가 고안한 고도의 맞춤형 드론은 크기와 무게에 엄격한 제약이 있었는데, 제너레이티브 디자인으로 비전 실현이 가능해졌다. 엑스 베인의 독특한 몸체 구조는 오토데스크 Within(위드인) 소프트웨어의 격자 프리셋의 결과이다. 팀은 소프트웨어 내부의 격자 밀도를 조정해 최적의 무게와 강도를 달성할 수 있었다. iJet(아이제트)의 서비스로 복잡한 격자 구조를 3D 프린팅 할 수 있었다.

엑스 베인, 날개를 달다

현재 사이타마 대학의 전기 전자 시스템 학과에 재학 중인 오가사와라는 2016년 초 하드웨어 스타트업 익시(Exiii)에 인턴으로 입사했다. 그는 익시에서 최고 크리에이티브 책임자 겸 디자이너인 테츠야 코니시(Tetsuya Konishi)와 함께 일했다. 그들은 4월이 되어서야 엑스 베인 컨셉에 대한 디자인 스케치를 마무리했다. 제너레이티브 디자인 기반 격자는 드론의 몸체에 통합되어 유닛의 현재 설계로 이어졌다.

드론의 몸체 모델링에 대해 오가사와라는 “디자인에는 스케치에서 3D 모델로 번역하기 어려운 자유 형태의 곡선이 많았다. 와콤(Wacom)을 통해 신티크<(Cintiq) 펜 디스플레이 태블릿에 액세스할 수 있었다. 스케치를 바탕으로 오토데스크Fusion 360(퓨전360)에서 모델을 구축해 3D 공간에서 원활하게 디자인을 재창조할 수 있게 되었다”라고 전했다.

현재 통신 인프라 회사에서 근무하는 쿠메다는 엑스 베인의 모터, 배터리 및 관련 부품에 대한 전기 전문 지식을 제공한다. 그는 “예비 스케치가 완료되고 유닛 크기가 결정되면 부품 선정 절차를 시작했다”라며, “모터와 프로펠러가 결정되면 작동 용량과 필요한 배터리 크기에 대해 생각했다”고 밝혔다.

쿠메다는 이어 “제어에 사용되는 2.4 GHz 주파수로 장애물 없이 약 500m의 작동 범위를 갖추고 있다”고 하며, “현재 일본의 법규에 따르면 운전자는 드론과 시각적으로 접촉할 수 있어야 한다. 따라서 실효 범위는 약 100m이다”라고 말했다.

드론의 카메라는 짐벌에 장착되어, 진동과 기울어짐으로부터 분리되어 안정된 이미지를 얻을 수 있다. 스마트폰을 사용하여 이미지를 실시간으로 볼 수 있으며, 재해 피해로 인해 피해를 받을 수 있는 영역에 진입하거나, 상태를 확인하거나, 기타 작업들을 수행할 수 있다. 드론은 또한 생존자를 찾기 위해 열 촬영 및 적외선 촬영 장비를 운반할 수 있다. 엑스 베인의 구성요소 대부분은 3D 프린팅되기 때문에 교체 부품을 현장에서 입수할 수 있다. 이는 재해 상황에서 엄청난 이점이다.

팀 ROK는 현재의 디자인을 출발점으로 삼고, 구조를 수정하여 더욱 가볍고 오래 날아가는 차세대 모델을 만들기를 희망한다. 엑스 베인은 항상 일반 사용자가 이 드론의 구조 기능을 넘어서는 기본 설계의 한계에 도전할 수 있도록, 쉽게 제작하고 사용자 정의할 수 있는 오픈 소스 플랫폼을 지향한다. 오가사와라는 자연재해의 잔해에서 생겨난 엑스 베인에 대한 탐구를 “사람들에게 행복을 가져다주는 엔지니어가 되기 위해 노력하는 것”이라고 설명했다. 팀 ROK의 경우, 이런 노력은 생명을 구하는 것에서부터 비슷한 생각을 하는 크리에이터에게 영감을 주는 것까지 아우른다.