혹시 rod가....? - 전장을 누비는 극소형 비행물체 - 미래전의 갈길을 제시해 > 음 모 론

손가락 끝에 올려놓을 수 있는 극소형 무기가 개발되고 있다.
이것은 인명을 살상하기 위해서 레이저 광선이나 핵무기 버튼을 눌러야 하는 장치가 필요 없는 소형 날개장착 기계곤충이라고 말할 수 있다. "파리는 모든 곤충중에서 가장 안정적이면서 기동성이 있습니다"라고 버클리 콜럼비아대 생물학 교수는 말한다. "파리들은 동물계의 제트식 전사입니다." 펜타곤은 이런 견해에 동의해서 '비자로 월드'가 집파리의 비행원리를 이용하여 실전 투입 가능한 '제트전사'로 탄생시켜줄 것을 요구했다.

MAV는 자연계 최고의 비행체인 파리의 항공 역학을 응용하여 탄생되었다.
버클리 팀은 열두명 가량의 공학자와 생물학자로 구성되었으며 MAV (초소형 비행 물체) 라는 최첨단 비행물체를 탐구중이다. 이 연구팀은 곤충의 항공 역학을 ⑵GPS 항법과 분자 전자공학과 결합시켜, 최초로 초소형 정찰무기를 만들려고 한다. 이것이 완성되면, 로봇 파리는 지구상에서 가장 은밀하게 원하는 장소로 펄럭이며 날아갈 수 있다.
가령, 사담 후세인이 대량학살전을 계획하는 벙커라든지, 중국 스파이단 우두머리가 미국의 핵무기 실험실 공격 음모를 꾸미는 곳 등 어디든지 원하는 곳으로 날아가 정보를 빼낼 수 있다.

1세대 MAV가 스파이 임무를 효과적으로 수행할 수 있다고 입증되면, 다음에는 비행체에 무장을 탑재하여 위력을 배가시키게 된다. MIT의 알란 엡스타인은, 최근 MAV 전투 시나리오 한 건을 기술 저널인 '미국 우주항공' 지에 발표했다.
그는 GPS로 인도되는 MAV가 적지 깊숙한 곳에 교량을 끼고 위치한 중요한 조직에 착륙하는 가상 전략에 대하여 썼다. 각각의 MAV는 작은 조각의 성형 플라스틱 폭탄을 적재하고 지구 반바퀴 떨어져 있는 곳에서 전송된 명령에 따라, 정밀 조준식 스마트 폭탄에 필요한 폭발물의 100분의 1 중량의 폭탄으로 수십대의 MAV가 연속 폭파하여 교량을 붕괴시킬 수 있다.

2020년 이후의 미래전을 예견하는 일부 군사 전략가들은 로봇 파리전사들이 전장을 휩쓸 것이라 예상한다. 소형 카메라가 장착된 정찰 파리들은 전술 통신을 도청해서 적군 상황을 실시간 화면으로 전송함으로써 정찰대 임무를 수행할 것이다. 저격 파리들은 눈의 홍채 패턴을 응용한 인식술로, 적 전투 지휘관을 탐색할 것이다. 그후, 이 파리전사들은 목표물인 전투지휘관의 동맥을 뚫고 들어감으로써, 옛 부족민들의 독침이 21세기 식으로 구현될 수 있다.

한편, 너무나 작아서 레이더 스크린에 포착되지 않는 티타늄 합금의 로봇 파리들은 적군 활주로 부근에 형성된 잡초지에 집결한다음, 떼를 지어 날아올라 제트 엔진 공기 흡입구로 빨려 들어간다. MAV의 티타늄 몸체는 회전 터빈 날을 박살내고 수천 파운드의 제트 연료와 적재폭탄들에 맹렬한 파편 공격을 퍼붓는다. 美 국방성 관리의 말에 의하면, 일단의 MAV가 병력을 증강시키는 것과 같은 효과를 줄 수 있는 가능성이 있다고 한다.

이러한 시나리오에서 활용 전망이 있다고 보여지자, 국방성의 네 개 주요 연구 기관인, 육군 연구소, 해군 연구소, 공군 과학연구소와 첨단 방위 연구 프로젝트사가 이의 개발에 대한 지원을 심각히 고려중이다. 이 기관들이 합쳐서, MAV를 실현하는데 필요한 회전 날개식 기체, 초소형 제트 엔진과 분자 크기의 항공 전자공학 패키지를 만들려고 5천만 달러를 출현했다.

비행 학습

MAV를 만드는 것은 대형 항공기를 축소하는 것보다 더 복잡하다. "공학자들은 땅벌이 날지 못한다는 것을 증명할 수 있다고 합니다." 버클리의 마이클 디킨슨이 말한다. "그리고 만일 고정익 항공기 이론을 곤충에 적용하려면, 땅벌이 날 수 없다는 것을 계산에 넣어야 합니다. 그렇기 때문에 무엇이든 다른 방법을 써야 합니다." 이런 이유에서 생물학자들은 디킨슨이 연구에 합류해서, 기술적으로 소형 로봇으로 복제가 가능한 곤충 비행술에 관한 일반 이론이 진전되기를 바라고 있다.

느린 동작으로 보는 날개 움직임이 곤충 비행의 신비를 풀어주었다.
비행 물체를 높이 날아오르도록 하는 것과 한번 이륙 후 그 상태를 유지하도록 하는 것은 항공역학적 주요소가 무엇인가에 관계된다. 가장 중요한 특성들은 항공역학 전문가들이 ⑴'레이놀드 상수'라 부르는 것으로 집약된다. 가령 대형, 쾌속 상업 항공기인 보잉 747은 1억이 거뜬히 넘는 높은 레이놀드 상수를 보인다고 인디아나 노틀담 대학 항공우주와 기계공학과 뮐러 교수는 말한다. 비행기가 축소되고 천천히 움직이면, 관련 레이놀드 상수는 감소한다. 시속 30 마일로 순항하는, 6인치 고정익 MAV는 레이놀드 상수가 130,000 정도일 것이라고 뮐러 교수는 말한다. 이는 결과적으로 말하면 조정하기가 더욱 힘들어지는 것이다. 항공기를 큰 곤충 수준의 크기로 축소하면 레이놀드 상수는 20,000 이하로 떨어진다. 이 수치에서 저고도의 고정익 항공기는 회전 반지름이 필요한데 이 반경이 너무 커서 통풍관같이 좁은 공간을 날아다니는데 필요한 직각 급커브같은 비행을 할 수 없게 된다.

벽에 앉아있는 파리가 되기 위해서, MAV는 날개를 펄럭거리는 파리처럼 날아야한다.
밴더빌트의 피에조 일렉트릭 모터스는 이 로봇에 필요한 곤충의 근육 부위을 만들게된다. "MAV의 크기와 레이놀드 상수는 아주 작은 새와 일치합니다"라고 뮐러는 말한다. "우리는 이런 새들의 에어포일 수행력과 날개형태에 관한 정보가 거의 없지만, 곤충과 작은 조류의 자연 비행에 관한 연구가 오랫동안 진행되어 왔기 때문에 도움이 될 것입니다." 6월에 뮐러는 "매우 낮은 레이놀드 상수의 고정익, 상하방향 회전과 선회식 물체"라는 회의 주제를 놓고 전세계 조류와 곤충 비행의 권위자들을 초청해서 MAV 설계자들과 모임을 만들었다.

곤충 비행

버클리대의 디킨슨교수는 "곤충만한 크기라면 새처럼 날 수 없다"고 한다. "이 문제를 기본적으로 다시 생각해봐야 합니다." 새의 날개는 비행기 날개와 비슷한 점이 별로 없는 것 같으나, 비행 방정식은 기초적으로 여객기나 나그네 비둘기와 같습니다. "정상 상태의 항공기 항공역학은 새의 경우에도 잘 맞습니다." 라고 디킨슨은 말한다. "만일 새의 날개를 비행기 날개와 동등하게 보고, 모든 시간대의 속도와 상승 변수들을 계산해서, 전체의 날개짓에 합하면 새가 어떻게 높이 떠있을 수 있는지 설명이 됩니다."
실제로 이와 관련하여 곤충의 비행을 복제하려는 6건의 실험이 진행중이다.

MIT가 개발한 초소형 터빈은 소형 모터의 발전기 역할을 하게된다.
소형, 상하회전 날개식 MAV는 회전 동작이 아니라 직선 동작을 하는 신형 모터의 이점을 십분 활용하게 된다. 이것은 압전기 모터라고 불리는데, 역회전시에는 턴테이블의 바늘과 같이 작동한다. 압전기 재료는 크리스탈이며 압력이 가해지거나 기계상에 결함이 생겼을 때 작은 기류를 형성하고 일부는 움직이면서 기류에 반응한다. 이것은 고밀도이기 때문에 강한 힘을 낼 수 있다.

테네시주 네쉬빌에 위치한 벤더빌트 대학의 지능 메카트로닉스 센터에서, 연구진들은 성공적으로 이러한 이론을 적용시켜 날개를 상하회전할 수 있는 소형 압전식 작동장치를 만들었다.
알라바마주의 오번에 위치한 오번 대학에서는, 연구진들이 같은 원칙을 적용시켜 항공 관제 지층을 변화시킬 물질을 만들었다.

비행력

MAV 설계자들이 겪고있는 가장 큰 도전은 초기 유인(有人) 비행 선구자들이 겪은 문제와 같다. 그것은 경량의 동력장치를 개발하는 것이다. 압전식 모터는 효율적이기는 하나, 전기가 필요하다. 압전식 재료에 쌓인 날개는 어느정도 효과가 있지만, 비행체가 너무 작은만큼 광전지를 충전할만한 면적이 너무 적어서 날개를 회전시키거나 전자를 흐르게 하는데 필요한 충분한 동력을 생산할 수 없는 지경에 이르게 된다. 배터리가 단거리 비행에 동력을 제공할 수는 있으나, 무거워서 단지 몇 분 정도만 비행시간을 연장해줄 수 있을 뿐이다.

연료 밸브와 함께 보이는, 약 4분의 1 크기의 소형제트엔진은 가장 강력한 엔진이다.
전문가들의 공통된 의견은 MAV가 기동중에 동력을 생산해야한다는 것이다. 여기에는 세가지의 기술을 적용할 수 있다. 가장 강력한 것은 2000년 팬보로우 국제 항공 쇼에 전시된 British Defence Evaluation & Research Agency (DERA)의 13 mm 소형제트엔진이다. "과산화수소를 등유나 유사 연료와 혼합해서, 비행 시간이 1시간까지 지속되는데 성공했습니다"라고 DERA의 대변인이 말한다. "엔진 기동과 정지가 매우 간단하여 간편한 on/off 값으로 실행됩니다. 이런 점으로 이것은 전장에서 신뢰할만하며 작동이 간편합니다."

MIT의 엡스타인 교수는 좀더 다른 접근방법을 시도중이다. 그의 실험실은 컴퓨터 칩을 만드는 것과 같은 도구와 기술을 이용하여 대량 생산이 가능한, 초소형 터보 제트엔진 개발 비용으로 5백만 달러를 육군 연구소에서 지원 받았다.

재래식 제트 엔진과 같이, MIT의 미니터빈은 연소실, 터빈 휠과 압축기 휠을 갖추게된다.
연소실에서 연소되는 연료는 터빈 휠의 날을 통해서 배기 가스를 배출하여 터빈 휠이 회전하게 되고 배출가스는 중심축을 거쳐서 압축기 휠이 돌아간다.

DERA 와 MIT의 제트 엔진이 소형이라고는 하지만, 애틀랜타의 조지아 공대가 개발중인 모터와 비교하면 차이가 많이 난다. "우리는 현재 더 작은 시스템을 개발하고 평가하기 위해서 기초적이고, 기술적이며 경제적인 측면으로 연구하고 있습니다."라고 조지아 텍의 컴퓨터 재료공학 센터장인 랜드맨은 말한다. 극소형엔진을 연구하기 위해서 랜드맨과 공동연구자 모슬러는 분자 역학 시뮬레이션 시스템을 운용중이다.

GPS 연결

MAV의 목표물 탐색 소형 로봇 전사를 개발하는데 있어서 가장 힘든 난관은 목표물 탐색인데, 이것은 생각보다 그리 대단한 문제가 아니다. "마이크로 전자공학은 축소 시스템의 추진력이다. 한 개체마다 탑재된 컴퓨터화된 성능은 계속 증가할 것입니다"라고 엡스타인은 말한다. 그는 축소 항공 전자공학에는, 대략 12알의 아스피린 무게에 해당하는 6 그램의 초경량 GPS 수신기가 포함된다고 한다.

MAV에 전달사항을 주입하는 것도 쉬운 일이다. 개인용 디지털 보조기에 장착되어 있는 것과 같은 적외선 포트로 MAV에 실전상황이 프로그램된다. 또한, 일단 전장에 투입되면, 적외선 포트는 한 떼의 MAV 안에서 서로 협동하여 지시를 전송하는데 사용될 수 있다.

이 체제를 더욱 소형화하게될 혁신적 성과가 UCLA의 화학자들에 의해 발표되었다. 이들은 로타제인 분자로 형성된 원형 그룹이 트랜지스터의 on/off 상태를 나타내도록 했다. 관련 전문가들이 이 과정을 검토해본 후 이것이 소형 칩의 100분의 1공간에서 10개의 펜티엄 프로세서에 해당하는 연산을 수행할 수 있을 것이라 말한다. 로타제인 분자 트랜지스터는 빛을 이용하여 on/off 상태로 전환되기 때문에, 부피가 큰 유선 인터커넥션이 필요치 않을 것이며 언젠가는 MAV가 F-22기의 컴퓨팅 파워를 수행하게 될 것이다.

조지아 텍의 나노제트엔진과 UCLA의 분자 트랜지스터를 결합하면 더욱 새롭고 소형이면서 영리한 수준의 로봇 전사를 탄생시킬 수 있을 것이다. 나노-MAV는 매우 작아서 이들은 실제 파리의 날개 위에 숨을 수도 있다.

- 註 -

⑴ 레이놀드 상수

유체 역학에서, 유체(액체나 가스)의 흐름이 얼마나 안정적인지 (유선형이나 층형), 혹은 평균적으로 조금 불안정한 변동추이를 내보이면서 안정적인지(소용돌이식) 판단근거. 레이놀드 상수가 2,000 이하면 관속의 흐름이 층형인데 반해 2000이 훨씬 넘어가면 흐름은 소용돌이식이다.

⑵ GPS (Global Positioning System)
위치 추적 시스템

6번그림은 엔진같은것 같군요..


[이 게시물은 선장님에 의해 2014-02-02 11:16:34 미스테리에서 이동 됨]

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