태양광 패널로 구동되는 4g짜리 초경량 드론

북경항공항천대학 연구팀이 태양광 패널로 발전하면서 비행하는 무게 4.21g짜리 초경량 드론 쿨롬플라이(CoulombFly)를 개발했다. 쿨롬플라이는 종이보다 가벼운 회전 날개로 하늘을 날 수 있다.

쿨롬플라이는 하부 태양광 패널을 덮고 있던 종이를 제거하면 프로펠러가 회전하기 시작하면서 본체가 떠오른다. 초소형 드론은 환경 모니터링부터 재난 현장 구조 활동까지 다양한 용도로 사용될 수 있는 가능성을 지니고 있다. 하지만 초소형 드론 대부분은 10분 정도밖에 비행할 수 없다는 문제를 안고 있다. 이유는 마찰 등의 요인으로 인해 기존 전자기 모터 효율이 떨어지기 때문이라고 한다. 다른 유형 추진 시스템도 테스트되고 있지만 이런 새로운 모터는 이륙하기 위해 지상 전원 시스템이 필요하며 드론 본체에 전원 케이블을 연결해야 한다고 한다.

태양광 패널을 이용한 태양광 발전은 전원 문제를 해결할 수 있지만 지금까지 자연광만을 사용해 전원 케이블 없이 비행 가능한 초소형 드론은 없었다. 이에 따라 연구팀이 개발한 게 쿨롬플라이다.

쿨롬플라이에는 초경량·고밀도의 태양광 패널로 구동되는 새로운 추진 시스템이 탑재되어 있다. 새로운 추진 시스템은 로터(Rotor)와 스테이터(Stator)라는 2가지 주요 구성 요소로 이뤄져 있다. 스테이터는 링 모양으로 배치된 8쌍 양극과 음극으로 구성된 구조. 각 전극에는 브러시가 부착되어 있어 이게 로터 블레이드에 전하를 전달한다. 전극에 전압이 가해지면 로터를 구동하는 정전기장이 형성된다. 이로 인해 로터가 회전하면 블레이드가 플러스와 마이너스 각 전극을 번갈아 통과하며 전하가 전달되어 회전이 유지된다고 한다.

로터 회전으로 프로펠러가 구동되어 종이보다 가벼운 날개가 회전하면서 쿨롬플라이 본체가 공중에 떠오르는 구조다. 이 설계로 인해 같은 크기 초소형 드론보다 전력 효율이 향상된다.또 대부분 전자기 모터와는 달리 본체가 뜨거워지지 않아 구성 요소 수명이 연장될 가능성이 있다고 한다. 연구팀은 이 설계가 소형 우주선에도 응용될 수 있는 가능성이 있다고 보고 있다.

쿨롬플라이에는 비행 방향을 제어하는 기구가 없어 현재로서는 본체를 레일로 둘러싸서 비행 방향을 수직으로 유도해야 한다. 또 종이 같은 차폐물로 태양광 패널이 가려지면 출력이 떨어지는 등 문제도 남아 있다. 하지만 연구팀은 앞으로 이런 문제가 모두 해결되어 유사한 설계로 자유롭게 비행할 수 있는 초소형 드론이 개발될 가능성이 있다고 주장하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.