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더에듀 | 경상디지털교육자연합(G-DEAL)이 디지털 전환교육의 활성화를 통한 지역사회 교육경쟁력의 제고라는 공동의 목표를 가진 교육자들 간의 연합체로 지난 7월 창립했다. G-DEAL은 어떤 교육적 가치를 추구할까. 또 디지털 전환 교육 시대를 맞아 고민하는 올바른 방향성은 무엇일까. <더에듀>는 미래사회를 슬기롭고 분별력 있게 살아가는 데 디지털이 여러 도구 중 하나가 될 수 있다고 생각하는 G-DEAL 회원들의 이야기를 전한다. |
“드론(Drone)이란 무엇인가?”라는 질문은 너무 단순하면서도 간단한 질문이다. 대답 또한 간단히 “프로펠러 4개 있으면서 날아다니는거 아니야?”라고 할 수도 있다. 아직도 많은 사람은 드론을 무선 조종 장난감의 하나로 여기곤 한다.
하지만, 드론에 대한 깊이를 더해갈수록 드론이 무엇인가에 대한 대답과 설명을 하기가 어려워진다. 고차원적인 과학기술의 발달이 드론의 정의와 개념, 형태, 그리고 역할 등을 계속 변화시키고 있어 무궁무진한 활용 범위와 가능성을 보이고 있기 때문이다.
드론의 정의와 유래
드론(Drone)은 일반적으로 무인 항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)를 의미한다. 사람이 직접 탑승하지 않고 원격 조종이나 자율 비행을 통해 움직이는 항공기를 가리킨다.
드론은 단순히 비행체뿐만 아니라 무인 지상 차량(UGV), 무인 수상 차량(USV), 무인 잠수정(UUV) 등 다양한 형태의 무인 시스템을 포함하기도 하지만, 대부분의 경우 '드론'이라고 하면 그냥 하늘을 나는 무인 항공기(UAV)를 가리킨다고 보면 된다.
드론이라는 이름은 '수벌'을 뜻하는 영어 단어 'Drone'에서 유래했으며 초기 무인 항공기들은 단조롭고 일정한 소리를 내며 비행하는 모습이 수벌의 소리와 유사했기 때문에 이 용어가 사용되었다.
본격적으로 드론이라는 용어가 사용된 것은 1930년대 영국에서 개발된 DH.82B ‘퀸 비(Queen Bee)’ 무인 항공기(표적기)가 처음이다. '퀸 비(여왕벌)'라는 이름에서 'Drone(수벌)'이 유래되어 무인 항공기를 지칭하는 용어로 자리 잡게 되었다.
드론의 역사와 배경
드론은 군사용으로 처음 개발되었으며 지금도 여전히 군사용으로 널리 이용되고 있다. 최근 발생한 전쟁 소식들을 들어 보면 드론의 중요성이 더 높아져 가고 있음을 알 수 있다.
드론의 역사에 대해 간단히 살펴보자. 1898년 미국의 발명가 니콜라 테슬라가 소형 모형 보트를 무선으로 조종해 무인기의 실마리를 제공하면서 시작되었다.
1913년 미국의 로렌스 스페리가 자동 조종 비행 장치를 발명하였으며 1916년 영국의 아키볼드로가 자폭형 무인기 에어리얼 타깃을 개발, 1918년 최초의 무인 항공기 케터링버그로 개발이 이어졌다.
제2차 세계대전 중에도 드론이 사용되기 시작하면서 1950년 미국의 무인기 ‘파이어비(Fire Bee)’는 정찰용 드론의 효시라 불리고 있으며 베트남 전쟁에서의 활약이 두드러지며 드론의 유용함을 입증하였다.
1990년대와 2000년대 초반에는 드론 기술이 더욱 발전하여, 군사적 용도뿐만 아니라 상업적 용도로 확장되었다. 특히, 2001년 9·11 테러 이후, 미국은 테러와의 전쟁에서 드론을 적극적으로 활용하기 시작했으며 테러리스트를 추적하고 제거하는 데 중요한 역할을 하였다.
2010년대에 들어오면서 드론은 군사적 용도에서 확장하여 상업적, 산업적, 소비자용 드론으로 빠르게 확산되었다. DJI, 패럿(Parrot), 그리고 오텔(Autel)과 같은 회사들이 사용하기 쉬운 소비자용 드론을 출시하면서, 드론은 일반 대중에게도 널리 알려지게 되었다.
드론의 종류
드론은 모양과 형태에 따라 다양한 종류로 구분된다. 드론의 종류는 주로 프로펠러의 수, 구조, 용도 등에 따라 나뉘며, 각각의 드론은 고유한 특성과 장단점을 가지고 있다. 몇 가지만 살펴보자.
쿼드콥터(Quadcopter)는 가장 일반적이고 널리 사용되는 드론의 형태로, 프로펠러는 4개를 가지고 있다. 2개는 시계 방향으로, 나머지 2개는 반시계 방향으로 회전하며 안정적인 비행이 가능하며 기동성이 높다. 설계가 단순하고 비용이 상대적으로 저렴한 장점이 있지만 하나의 프로펠러가 고장 나면 바로 추락할 수밖에 없는 단점이 있다.
헥사콥터(Hexacopter)는 6개의 프로펠러를 가진 드론으로 3개는 시계 방향으로, 나머지 3개는 반시계 방향으로 회전한다. 안정성이 뛰어나고 프로펠러 1개가 고장 나도 비행을 유지할 수 있는 장점이 있다. 단점으로는 쿼드콥터에 비해 무거우며 배터리 소모량이 많다.
옥토콥터(Octocopter)는 8개의 프로펠러를 가진 드론으로 가장 안정적인 비행이 가능한 드론이지만 매우 크고 무거우며, 가격이 비싸고 배터리 소모량이 많아 비행이 시간이 짧은 점을 꼽을 수 있다.
고정익 드론(Fixed-Wing Drone)은 비행기와 같은 형태를 가진 드론으로 날개를 이용해 양력을 발생시켜 비행한다. 장점으로는 비행 효율이 높아 장시간 비행이 가능하지만 단점으로는 수직 이착륙이 불가능하고 회전이나 정비 비행이 어렵다는 것이다.
틸트로터 드론(Tiltrotor Drone)은 프로펠러의 각도를 조정하여 수직 이착륙과 고속 비행 모두 가능한 드론이다. 수직 이착륙과 고속 비행이 모두 가능해 다양한 환경에서 유연하게 사용할 수 있는 장점이 있는 반면 구조가 복잡하고 조종과 유지 관리가 어렵다는 단점이 있다.
드론의 구성
드론은 여러 구성 요소로 이루어져 있다. 프레임, 모터, 프로펠러, 배터리, 전자속도조절기, 비행 제어기, GPS모듈 등이 있다.
프레임(Body)은 드론의 구조를 이루는 부분으로 모든 부품을 부착한다.
모터(Motor)는 드론이 공중에서 이동하고 안정적으로 비행할 수 있게 해주는 부품이며 각 모터는 프로펠러를 구동한다.
프로펠러(Propeller)는 드론을 공중으로 띄우고 방향을 조정하는 데 사용되며 프로펠러의 회전 속도와 방향을 조절하여 드론의 상승, 하강, 회전, 이동을 제어한다.
배터리(Battery)는 드론에 전력을 공급하며 배터리 용량이 드론의 비행 시간을 결정한다.
전자속도조절기(ESC, Electronic Speed Controller)는 모터의 회전 속도를 제어하는 장치로, 드론의 안정적 비행을 위해 중요한 역할을 한다.
비행 제어장치(FC, Flight Controller)는 드론의 중심 제어 시스템으로, 센서 데이터를 바탕으로 드론의 비행을 안정화하고, 조종 명령을 수행한다. 가속도계, 자이로스코프 등의 센서를 포함합니다.
GPS 모듈은 드론이 위치를 파악하고, 자동 비행 경로를 설정하거나 귀환 기능을 사용할 수 있게 해주는 장치이다.
이 외에도 실시간 영상을 전송하는 카메라, 드론을 조종하는 조종기 등이 있으며 이와 같은 구성 요소들이 조화롭게 작동함으로써 드론이 다양한 환경에서 비행하고 여러 작업을 수행할 수 있다.
드론의 비행 원리
드론(멀티콥터)의 비행 원리는 양력, 중력, 추력, 항력과 같은 기본적인 항공역학 원리를 바탕으로 작동한다. 멀티콥터는 여러 개의 프로펠러를 사용하여 이러한 힘들을 조절함으로써 공중에서 안정적으로 비행할 수 있다.
양력(Lift)은 드론이 공중으로 떠오르는 데 필요한 힘이다. 드론의 프로펠러가 회전하면서 공기를 아래로 밀어내면, 그 반작용으로 드론은 위로 떠오르게 된다. 프로펠러의 회전 속도를 높이면 더 큰 양력이 발생하여 드론이 상승하고, 회전 속도를 줄이면 양력이 감소하여 드론이 하강하게 된다.
중력(Gravity)은 드론을 지구 중심으로 끌어당기는 힘이다. 드론이 공중에 떠 있으려면 양력이 중력과 동일하거나 더 커야 합니다. 이것을 호버링(Hovering)이라고 한다.
추력(Thrust)은 드론이 앞으로 나아가는 데 필요한 힘이다. 즉, 추진력이다. 드론이 앞으로 나아가려면 추력이 필요하다.
항력(Drag)은 드론이 공기를 가로질러 이동할 때 발생하는 저항이다. 항력은 추력의 반대힘으로 드론의 속도 조절 역할을 한다. ‘공기 마찰력’이라고 볼 수 있는데 드론일 추력으로 앞으로 나아가면, 자연스럽게 대기중 공기와 부딪히게 되는데 이때 항력이 발생하게 된다.
드론스쿨의 THE에듀 시리즈는?
현재 드론 기술은 자율비행, 장거리 비행, 군집비행, 그리고 AI 통합 드론 등으로 계속 발전 중이며 농업, 배송, 구조, 건설 등 다양한 산업에서 혁신적인 변화를 만들어 가고 있다.
또한, 그 이상으로 발전을 기대하고 있지만 정작 학교에서는 지금껏 너무 조용했다. 일반 학교에서 제대로 된 교육을 해주는 시간도 없었고 실제적이고 효과적인 진로교육도 잘 이루어지지 않았다.
학교에서 접한 후기를 들어 보면 어렵다는 말을 많이 듣는다. 드론스쿨 THE에듀 시리즈를 통해 4차 산업혁명 시대에서 다양한 기술과 융합하여 새로운 가치를 만들어 갈 드론에 대한 이해와 친근감을 높이길 바라며 진로교육에도 작은 도움이 되길 바란다.
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<참고문헌>
- 강왕구, 채인택, 계동혁 지음(2023). 드론바이블. 플래닛미디어 - 나성훈(2016). Why?드론. 예림당 |
드론스쿨은 지딜(G-DEAL)의 ‘D(Digital)’를 ‘D(Drone)’으로 바꾸어 ‘지딜(G-DEAL) 드론스쿨’ 이라는 이름으로 커뮤니티 활동을 하고 있다. 2022년부터 ‘드론으로 꿈과 교육을 실현하는 사람들’이라는 드론다모이(드론교육연구회) 목적을 이어오고 있으며 학교 현장에서 실제적이고 제대로 된 드론교육을 실현하고자 노력하고 있다.
드론은 모빌리티(Mobility) 측면에서 보면 앞으로 무궁무진한 발전이 기대되는 분야이다. 드론의 조종 및 비행에 대한 이해를 기본으로 촬영, 코딩, 배송 및 운송, 이동수단, 그리고 각종 산업 분야에 쓰임의 확장이 기대되고 있으며 드론 안에 들어가 있는 첨단 기술력을 무시할 수 없는 부분도 또한 중요한 점이다.
이에 드론스쿨은 학교 현장에서 제대로 된 드론교육으로 학생들이 드론에 대한 기본 소양 이해 및 교육적 가치 및 진로 탐색 기회 발견 등 실제적 경험을 바탕으로 미래교육에 한발 더 다가갈 수 있는 기회를 제공하고 있으며 이와 관련된 전문성을 갖춘 교사를 함께 세워서 학교 교육 혁신을 이루어가고 있다.
