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ETRI, 세계 최초 대규모 드론 시뮬레이터 개발

가상 공간에서 안전+신속+다양 드론 연구 가능

드론 AI 수준 향상해 군사, 산업 등 드론 서비스 창출 기대

 

분산 다중 드론 시뮬레이션 기술 개발에 참여한 연구진들의 단체 모습(왼쪽 아래부터 양정기 연구원, 최의환 연구원, 이수전 책임연구원)

드론을 사용하는 연구는 특성상 고장, 추락 등으로 인적, 물질적 피해가 나타날 수 있어 위험하고 비용도 많이 든다. 특히, 단순 드론쇼와 달리, AI 기반 임무 지능화를 위해서는 반복·강화학습으로 신경망을 고도화해야 하는데 실증 실험만으로는 충분히 필요한 시간을 확보하기 어렵다.

이러한 비효율을 극복하기 위해서는 드론 동작을 미리 시험할 수 있는 시뮬레이터 기술이 꼭 필요하다.

국내 연구진이 세계 최초로 가상 공간에서 드론 여러 대를 상호작용하며 다양한 임무를 수행할 수 있는지 시험해볼 수 있는 기술을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 가상 공간에서 안전하고 빠르게 다양한 드론 연구를 할 수 있는‘고정밀 분산 드론 시뮬레이션’기술을 개발했다고 밝혔다.

ETRI 연구진이 분산 다중 드론 시뮬레이션 기술을 이용해 연구를 진행하고 있는 모습(왼쪽부터 양정기 연구원, 최의환 연구원, 이수전 책임연구원)

드론을 사용하는 연구는 특성상 고장, 추락 등으로 인적, 물질적 피해가 나타날 수 있어 위험하고 비용도 많이 든다. 특히, 단순 드론쇼와 달리, AI 기반 임무 지능화를 위해서는 반복·강화학습으로 신경망을 고도화해야 하는데 실증 실험만으로는 충분히 필요한 시간을 확보하기 어렵다.

이러한 비효율을 극복하기 위해서는 드론 동작을 미리 시험할 수 있는 시뮬레이터 기술이 꼭 필요하다. 하지만 기존 시뮬레이터는 단순한 임무만을 수행하거나 많은 드론을 동시에 시험할 수 없었다. 드론, 센서, 비행 환경 등 물리적 특성도 시뮬레이터에 정밀하게 반영하지 못했다.

ETRI는 세계 최초로 대규모 단위 드론들로 다양한 임무를 수행하는 과정을 시험해볼 수 있는 시뮬레이터와 지상에서 드론을 쉽게 제어하고 모니터링할 수 있는 SW를 개발했다. 이 기술을 활용하면 실제 실험환경으로는 구현하기 힘든 상황도 다양하게 시험해보며 드론을 똑똑하게 만들 수 있다.

시뮬레이터에는 실제 드론의 특성을 정밀하게 반영한 아바타 드론을 나타나게 할 수 있다. 또한, 시뮬레이터에 가상 드론, 장애물 등 환경을 설정해두면, 현실에는 아무것도 없어도 실제 드론이 이를 피해가거나 상호작용하는 상황을 시험해볼 수 있다.

높은 성능이 필요한 기능도 안전하면서도 신속하게 시험을 해볼 수 있게 만들었다. 기존에는 한정된 컴퓨팅 성능만을 활용해야 하기에 복잡한 임무를 맡길 수 없었지만, 연구진은 분산된 여러 컴퓨터를 이용해 반복, 강화학습을 할 수 있도록 만든 기술로 한계를 극복했다.

ETRI 연구진이 드론 시뮬레이터 상에서 강화학습한 심층신경망을 실제 드론에 탑재하여 자율비행 시험을 수행하는 모습

ETRI는 기술을 검증하기 위해 서버급 컴퓨터, 노트북 등 여러 기종을 연결하고 여기에 가상 드론 100대를 동시에 구동하는 시연을 했다. 또한, 무거운 물체를 줄로 연결해 여러 가상 드론이 협업하며 운송하는 상황에서 발생하는 물리적 현상을 정밀하게 재현하는 데도 성공했다.

나아가 시뮬레이션 공간에서 수십만 번 반복하여 학습한 자율비행용 심층신경망을 실제 드론에 탑재해 목적지까지 장애물을 회피하며 비행하는 기술 검증도 완료하였다.

ETRI는 △분산 다중 드론 시뮬레이션 기술 △고정밀 객체 모델링 기술 △드론 물리엔진 기술 △시뮬레이션 강화학습 기반 드론 자율비행 기술 △다중 드론 지상 제어 기술 △실제 드론과 아바타 드론 간 동기화 기술 등 드론 시뮬레이션 기술 및 그 활용 기술이 핵심이라고 밝혔다.

연구진의 기술은 드론쇼코리아, 무인이동체산업엑스포, ETRI 테크데이 등 각종 드론 및 인공지능 전시회와 학회에서 소개된 바 있다. 기술을 상업적 용도로 활용하기를 원한다면 협의를 통해 관련 기술을 이전받을 수 있다.

ETRI 무인이동체연구실 이수전 책임연구원은“본 기술이 다중 드론 임무와 서비스 개발을 가속하여 드론 산업계에서 불가능으로 여겨온 규모의 경제를 현실로 만드는 데 도움이 되기를 바란다.”라고 말했다.

드론 물리 모델링 기술을 이용해 가상 ETRI 캠퍼스에 가상 드론을 군집해 ETRI 로고를 만든 형상.

향후 연구진은 기술들의 성능을 고도화하고 안정화 작업을 하는 한편, 보유한 기술을 군, 학계, 산업계 등에서 요구하는 드론 응용 사항들과 연계하기 위해 노력할 계획이다.

또한, 시뮬레이션 기술을 확장하여, 드론 CPS(Cyber-Physical System)를 개발하기 위한 연구를 이어갈 예정이다. 이는 실제-가상 공간을 유기적으로 연동해 실제-아바타 드론을 동기화하는 기술이다.

CPS 관련 기술은 궁극적으로 상공에 드론 다수가 운용되는 UTM(UAS Traffic Management), UAM(Urban Air Mobility) 기술과 연계하여 비행체를 모니터링하거나 가상 증강센서 데이터를 활용하는 디지털트윈 기술로 활용될 수 있을 전망이다.

이 연구는 한국전자통신연구원 연구운영비지원사업의 일환인 ‘인간 중심의 자율지능시스템 원천기술 연구’ 사업과제로 진행되었다. 연구진은 관련 연구로 국내외 특허출원 9건, SCI급 논문 2건의 성과를 냈다.

ETRI 홍보실 제공

 

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