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소프트웨어 엔지니어가 3D 프린팅으로 초소형 싱글 모터 드론을 제작하고 테스트한 과정을 공개했습니다. 이 드론은 기존의 복잡한 스와시플레이트 방식 대신, 모터 속도 조절과 힌지형 프로펠러를 이용해 안정성과 제어력을 확보하는 독특한 원리를 사용합니다.
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원문 바로가기싱글 모터 드론은 헬리콥터나 쿼드콥터보다 기술적으로 단순할 수 있지만, 훨씬 복잡한 프로그래밍이 필요합니다.
드론과 3D 프린팅에도 관심이 많은 한 소프트웨어 엔지니어가 집 안에서 만들고 침대 위에서 테스트한 싱글 모터 드론을 공개했습니다. 조슈아 버드(Joshua Bird)는 드론을 만든 과정을 유튜브 영상으로 공유하며, 조종성과 안정성을 유지하기 위해 사용한 독특한 기법을 소개했습니다. 이 설계는 힌지형 프로펠러, 모터 회전 속도의 빠른 변화, 그리고 모터가 필요한 변화에 0.2밀리초 이내로 반응하도록 한 맞춤형 비행 컨트롤러·모터 컨트롤러 펌웨어를 조합했습니다.
대부분의 회전익 항공기는 모터나 엔진이 만드는 토크를 상쇄하고 비행 방향을 바꾸기 위한 장치가 필요하며, 보통 로터 회전면의 자세를 바꾸는 스와시플레이트와 보조 프로펠러를 사용합니다. 이 방식은 수십 년 동안 효과적이었지만 회전익 항공기를 더 무겁고 복잡하게 만들었습니다. 이 싱글 모터 드론은 모터 속도를 끊임없이 조절해 보조 장치를 없앴습니다. 모터를 가속하면 반작용 토크가 커지고, 감속하면 반대 방향의 반작용 토크가 걸립니다. 결국 이 두 힘 사이에서 균형을 잡아 드론 본체에 걸리는 토크를 다루기 쉬운 수준으로 줄이는 셈입니다.
힌지 로터 역시 스와시플레이트 대신 같은 원리로 방향을 제어합니다. 각 로터 블레이드는 45도 힌지 위에 있어 모터가 가속할 때 기울어집니다. 이때 한쪽 블레이드는 피치가 올라가 양력이 커지고, 다른 쪽 블레이드는 피치가 내려가 양력이 줄어듭니다. 버드는 필요에 따라 모터를 가속하고 감속해 드론의 롤과 피치 움직임을 바꿀 수 있었습니다. 여기에 메인 로터 토크, 모터 조정, 3D 프린팅 안정 핀을 함께 활용해 요(yaw) 제어도 효과적으로 해냅니다.
여기까지가 이론적인 부분이고, 제작 영상의 대부분은 문제를 해결하는 과정에 집중했습니다. 그중에는 버드가 소니 카메라와 플래시 장치로 고속 카메라를 만든 장면도 있는데, 플래시 장치는 시제품 드론의 모터 컨트롤러와 카메라 셔터에서 신호를 받는 마이크로컨트롤러가 제어합니다. 직접 만든 고속 카메라로 확인한 결과 드론의 프로펠러가 너무 물러, 더 튼튼한 필라멘트를 사용한 3D 프린팅 프로펠러로 교체해야 했습니다.
버드는 드론의 프로그래밍을 미세 조정하는 동안 침대에서 여러 번 시험 비행을 했고, 그중 상당수는 드론이 추락하고 벽이 일부 손상되는 결과로 끝났습니다. 버드는 결국 3D 프린팅 드론을 비행시키는 데 성공했지만, 고정식 적외선(IR) 비컨 내비게이션 방식 때문에 비행은 침실 안으로 제한됐습니다. 버드는 앞으로 다른 환경에서도 이륙할 수 있도록 리니어 카메라를 추가하고 싶다고 밝혔습니다.
다른 연구자와 엔지니어들은 더 작고 조용한 드론을 만들었고, 중국은 모기 크기의 드론까지 공개했지만, 조슈아 버드의 싱글 모터 프로젝트는 여전히 드론에 대한 독특한 접근입니다. 하지만 이 유튜브 영상을 훨씬 흥미롭게 만든 것은 문제 해결 과정과 그 뒤에 나온 해결책입니다. 아래에서 전체 영상을 볼 수 있으며, Single Propeller Drone GitHub 저장소를 참고해 비슷한 프로젝트를 직접 시작해 볼 수도 있습니다.
Github 링크: https://github.com/jyjblrd/single-propeller-drone
※ 해당 기사는 퀘이사존 공식 기사가 아닌 해외 뉴스/기사를 번역한 기사입니다.
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