드론을 위한 공중 충전용 전지?

UC버클리 고성능 로봇 연구소(HiPeR Lab) 연구팀이 비행 도중 드론에 연결할 수 있는 대체 전지와 교환 기술을 개발했다. 비행 전지와 드론이 공중에서 합체를 하는 것. 드론은 착륙할 필요 없이 교환할 수 있는 비행 가능한 대체 전지를 이용해 소형 드론을 거의 무한정 공중에서 부유할 수 있는 방법을 고안한 것이다. 마치 공중 급유기를 통해 장거리 임무를 수행하는 공군 기술과도 비슷하다고 할 수 있다.

프로펠러 4개를 이용하는 쿼드콥터 드론은 비행할 때 높은 안정성을 제공할 뿐 아니라 조작성이나 속도 면에서도 뛰어나다. 하지만 프로펠러 4개는 전기 모터 4개로 구동하는 탓에 배터리를 급격하게 소모한다. 요즘 인기가 높은 드론 레이싱에서도 한 경기당 몇 분 이상을 지속하기 어려운 이유도 여기에 있다.

물론 배터리를 늘릴 수도 있겠지만 문제는 그만큼 무게도 늘어나는 탓에 강력한 모터가 필요하게 된다. 결국 드론 비행시간은 한계에 도달하고 새 배터리를 필요로 하는 상황에 처한다. 장거리 정찰 임무나 도시를 횡단하면서 물품을 배송하는 것 같은 용도라면 재충전과 새로운 전지 교환을 위해 어딘가에 착륙한다는 건 시간 지연과 연결된다.

연구팀은 케이블을 분리하고 다시 연결하는 배터리 교체 공정을 간소화할 수 있도록 상단에 전기 접촉 패드를 갖춘 대형 쿼드콥터 드론을 개발했다. 교체용 배터리는 자신의 프로펠러와 모터를 더한 작은 쿼드콥터처럼 상승한 뒤 대형 드론 패드에 터치다운한다. 그런 다음 전력은 배터리 다리에 있는 전기 접점을 통해 공급한다.

개발한 프로토타입은 2.2Ah 리튬폴리머 배터리를 탑재해 12분간 비행할 수 있다. 비행 교체 전지 용량은 대형 드론 사이를 왕복하는 소형 전지 외에 각각 1.5Ah짜리로 프로토타입 비행 시간을 5분간 연장해준다. 비행 교체 전지는 대형 드론에 착륙하면 모든 전력을 공급하지만 일차전지를 재충전해주는 건 아니다. 이런 이유로 비행 교체 전지가 공급하지 않는 동안 대형 드론 내 일차전지는 조금씩 잔량이 줄어든다. 하지만 그럼에도 실험 결과 시제품 비행 시간은 12분에서 1시간을 여유있게 초과할 수 있었다고 한다.

만일 이 기술을 실현하려면 극복해야 할 물류 문제가 있다. 항속거리를 늘리기 위해 교체용 전지를 갖춘 다른 드론을 비행 경로를 따라 설치해야 하는 것. 대도시나 배송용 드론에게는 그리 어렵지 않은 문제일 수 있다. 하지만 군용이라면 기지를 설치하는 등 어려움에 처할 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.