하늘을 나는 드론은 이미 영상 촬영에 널리 이용되는 것 외에도 교통 정체 등에 좌우되지 않는 배송에도 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 하지만 드론 소음은 광범위한 전개에 있어 장애가 되고 있다. MIT와 미국 국방부 출자로 설립된 링컨연구소 연구팀이 드론 소음을 대폭 줄일 수 있는 트로이달 프로펠러(Toroidal propellers)를 개발했다.
프로펠러는 블레이드 여러 장이 회전해 원동력에서 출력되는 힘을 추진력으로 바꾸기 위한 장치로 기원전부터 전 세계 여러 지역에서 사용되어 왔다. 프로펠러 기본 구조는 오랫동안 변하지 않았으며 프로펠러 구동식 비행기에선 2400년 중국 아이가 갖고 놀던 대나무 잠자리 같은 디자인이 사용되는 것 외에 보트에 사용되는 스크류 타입 프로펠러도 18세기까지 거슬러 올라간다. 하지만 드론과 보트 프로펠러는 큰 소음을 일으키기 때문에 광범위한 드론 전개에 과제 중 하나이며 보트 소음은 돌고래 등 해양 동물에 악영향을 미친다는 지적이다.
연구팀은 기존과는 다른 형상 프로펠러를 이용해 드론 소음을 경감하는 연구를 실시했다. 우리가 아는 프로펠러는 상당히 시끄럽다며 한때 비행기 개발 초기 제안된 트로이달 날개에서 착안해 새로운 프로펠러 개발에 임했다고 밝히고 있다.
트로이달 날개는 통 형상 날개를 말한다. 연구팀은 3D 프린터로 트로이달 프로펠러 프로토타입을 만들었다. 실제로 트로이달 프로펠러를 회전시키면 일반 프로펠러보다 조용하다고 한다. 일반 프로펠러에선 소용돌이가 블레이드 선단에서 생성되지만 트로이달에선 전체에 소용돌이가 분산되어 대기 중에서 소산하기 쉬워진다는 것. 이에 따라 소용돌이가 멀리까지 파급되지 않고 귀에 닿는 소음도 적어진다고 한다.
드론용 트로이달 프로펠러는 아직 초기 단계지만 단순히 정음화 달성 뿐 아니라 특정 출력 레벨에선 기존 프로펠러보다 많은 추력을 만들어낼 수 있었다고 한다. 또 트로이달은 형상이 복잡하기 때문에 기존 프로펠러보다 제조비용이 높을 것으로 보이지만 프로펠러는 드론 중 비교적 저렴한 부품이기 때문에 다소 비용이 늘어도 전체 가격에는 그다지 영향을 미치지 않을 수 있다.
트로이달 프로펠러는 공중에서만 유효하다. 미국에 본사를 둔 섀로우마린(Sharrow Marine)이라는 기업은 이미 보트 나사에 사용하는 트로이달 프로펠러를 개발하고 있다. 이 원형 프로펠러는 블레이드 팁이 다른 블레이드를 향해 구부러져 닫힌 루프를 구성한다. 이에 의해 블레이드 선단에 발생하는 소용돌이와 캐비테이션을 저감, 전체적인 소음을 줄이면서 효율성도 향상시켰다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.