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화학반응에 의해 동력을얻는초소형 스파이 비행기

2011.10.13 13:46

관리자 조회 수:4412

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우주소년 아톰. 로보트 태권 V, 마징가 제트 등 그 동안 우리가 상상해 온 로봇은 철의 이미지를 갖는다. 그러나 앞으로 만들어질 초소형 로봇은 생물의 피부를 갖고, 생물의 눈을 가진 생물체 같은 로봇이 될 가능성이 크다. 곤충의 행동을 모방해 창조적으로 움직일수록 하는 것이다. 이처럼 곤충, 거미, 기타 무척추동물을 모방한 로봇을 로버그(Robug)라고 부른다.

뇌 용량이 1㎟에도 미치지 못하는 개미가 길을 찾거나 먹이를 운반하는 등의 복잡한 일을 수행하는 것은 지능이 높아서가 아니다. 한 행동의 결과가 신경흐름을 따라서 연속적으로 다음 행동을 유발하면서 동작이 이루어진다. 머리의 통제가 아니라 몸이 자율적으로 움직이는 방식만으로도 살아있는 기계가 얼마든지 가능할 수 있다는 착상이 여기서 비롯됐다.

파리 크기의 극소형 비행기(MAV: Mociro Air Vehicle)가 곤충을 모형으로 개발 중에 있다. 도시 건물내의 테러활동에 대한 탐지용 인공 파리를 개발하고자 하는 것이다. 파리는 어느 방향으로도 이착륙이 가능하며, 비행 중에도 매우 빠른 속도로 방향전환이 용이하다. 곤충의 비행 방식을 이해하기 위하여 캠브리지대학의 엘링턴(Charles Ellington)은 모형곤충을 만들어 풍동 시험을 수행한 바 있다. 이 때의 실험 결과를 토대로 곤충 날개의 상하방향 회전방식을 밝히게 되었고, 곤충을 모방한 소형곤충비행기의 개발을 촉진하게 되었다.

미국 국방부의 연구프로젝트의 하나로서 미국 조지아기술연구소는 곤충 스파이 비행기인 엔토모터(Entomorter)를 개발 중에 있다. 이 비행기의 특징은 전기를 이용한 제트 엔진이 아닌 화학반응으로 동력을 얻고자 하는 것이다. 몸통부위에 있는 왕복운동 화학근육에 연료를 주입한 후 화학반응을 일으켜 가스 발생시키고, 이를 이용해 날개를 움직이는 방식으로 최소한 3분 동안 비행을 목표로 하고 있다. 하지만, 아직까지 이 비행기는 날개길이가 25cm이고 무게는 15g으로 공중에서 15초간 비행이 가능하다. 반면에, 반데르빌트대학(Vanderbilt University)의 연구팀들은 날개길이 15cm 무게 5g 정도의 엔토모터를 개발하였다. 아직까지 크기와 비행력에는 개선되어야 할 문제가 산적하지만, 이들은 최종적으로 집파리 크기의 비행력이 탁월한 엔토모터의 개발을 목표로 삼고 있다.

최근 미국 몬타나대학(University of Montana)의 연구팀들은 꿀벌을 지뢰 탐지에 이용하려는 연구가 수행중이다. 꿀벌의 등위에 극미형의 탐지장치와 분석장치를 부착하여 벌의 이동을 모니터하고, 공기 속에 들어 있는 화합물을 채집, 분석하여 정보를 얻는 것이다.

미래의 전쟁에 대비하기 위해 1997년부터 미 국방부는 첩보 능력을 갖춘 초소형 잠자리 비행체(Micro Air Vehicle, MAV)를 개발하고 있다. 순항속도는 60km/h, 항속시간은 1시간에 이르고 새나 곤충처럼 100m 상공에서 목표물을 세밀하게 탐지할 수 있어, 2만m 고도에서 광범위한 정찰활동을 하는 U2기보다 훨씬 효과적이다. 크기는 15cm로 손바닥만큼 작아 군인이 배낭에 넣고 다닐 수 있다. 병사 한명이 마치 모형 비행기를 띄우듯, 이 비행체에 비행구간과 목표 등을 입력시켜 날려보내면 가시거리 밖에서도 스스로 임무를 수행하고 돌아오게 된다. 크기가 너무 작아 사용자의 손에서 일단 떠나면 시각에서 곧 멀어져 버리기 때문에 스스로 작동할 수 있도록 비행체 로봇에 디지털 카메라를 비롯, 야간 정찰을 위한 미세 적외선 센서,자동항법장치 등 모든 정보통신 장치를 내장시켜야 한다.미세 동력원도 필요하다. 저속비행을 하면서도 연료효율이 좋도록 엔진의 크기가 직경 1.3㎝, 길이 0.63㎝밖에 안되는 미세 터보엔진과 제트엔진도 개발 중이다. 미군은 걸프전과 보스니아 내전에서 무게가 4.5㎏, 길이 1.2m정도의 무인정찰기를 실전 배치한적이 있다.
에어로다이나믹스사는 MAV에 사용할 2.6㎜구경의 초소형 카메라를 만들고 있다. 1g도 안되는 무게의 이 카메라는 100m 상공에서 담뱃갑 크기의 물체까지 정밀하게 찍을 수 있다. 중국 상하이(上海) 지아통대학의 연구팀은 땅콩 위에서 이.착륙이 가능한 세계 최소형 스파이 헬리콥터를 개발했다. 벽의 틈새로 들어가 비행할 수 있는 이 헬기는 각종 군사임무를 수행하거나 산업정보를 빼내는 데 활용할 수 있다.이 초소형 비행기는 원전 사고구역이나 원자로,지하 통신구,적의 비밀시설 등 접근하기 어려운 곳을 날면서 각종 사진을 전송해 주는 역할도 하게 된다.

캘리포니아의 한 연구소가 개발한 15㎝의 「블랙 위도우」는 시속70㎞로 16분간 비행에 성공했다. 외계인 비행접시를 닮은 블랙 위도우는 앞쪽에는 배터리로 동력을 받는 프로펠러가 달려 있다. 또 다른 연구소에서 개발중인 모기 모양의 비행체는 양날개를 펄럭거리면서 비행한다. 동력으로는 왕복운동이 가능한 생화학 근육이 개발 중이다. MAV는 자동항법장치를 장착, 지구궤도상의 지표위치확인위성(GPS)에 연결돼 운항한다. 비행체의 날개는 안테나로도 사용되고 연료통은 기체구조를 결정짓고 엔진은 동체와 결합된다.

미국 조지아 공대 로버트 미켈슨 박사가 최근 개발한 파리모양의 비행체는 10㎝ 정도 크기에 각종 센서와 안테나를 갖추고 상하좌우 자유자재로 비행하면서 정보를 수집할 수 있다. 최근 곤충기능 소형정찰기구 전문가 마이클슨 박사는 41㎝ 크기의 곤충기능 비행체에 적합한 합성근육과 화학반응을 이용한 동력개발에 성공했다.

국내에서는 과학자 20여명으로 이루어진 미세비행체연구회에서 5년 안에 잠자리 크기의 비행기를 제작하는 것이 진행되고 있다. 시안으로 설계한 초소형기는 길이 7 ̄8㎝의 잠자리형으로 미 국방부 모델과는 달리 날개를 펄럭이며 날도록 설계돼 있으며, 잠자리 몸체 부분을 태양전지로 깔아 동력의 일부분을 공급 받도록 했다.무게도 40 ̄50g 정도로 훨씬 가볍다. 자체동력으로 50㎞ 속력으로 비행하도록 설계된 이 비행기는 탑재한 초소형 비디오카메라로 촬영한 영상정보를 안테나를 통해 전송한다.

(※ 출처 : http://www.withche.com/)
동의대학교 화학공학과는 본 내용을 교재로 사용하고 있습니다