Formlabs의 도움을 받은 스카이디오가 자율 비행 드론 업계를 리드하게 된 이야기

드론 산업 초기에는 무인 항공기(UAV)라고도 불리는 UAS를 조종할 원격 조종사가 필요했습니다. 이때는 드론과의 연결을 안정적으로 유지하려면 조종사와 드론의 물리적 거리가 짧아야 했기 때문에 작동 범위와 효율성이 제한적이었습니다. 지난 몇 년간 드론 회사들은 자사의 시스템에 자율주행을 도입하기 시작하여 새로운 사용 사례를 개척하고 드론으로 더 많은 정보를 수집할 수 있게 되었습니다. 

스카이디오는 우선 소프트웨어 개발에 집중하여 완전 자율 비행 시스템을 도입했고 경쟁에서 우위를 점하게 되었습니다. 와인호퍼 씨는 “역사적으로 이러한 드론을 조종하려면 테크닉이 많이 필요했습니다. 기존 드론으로 같은 효과를 얻으면 충돌이 많이 발생하거나 영상 품질이 매우 좋지 않을 것입니다. 우리 드론은 충돌하는 법이 없습니다. 촬영 준비도 완벽할 뿐만 아니라 수목을 피해 스마트하게 탐색하고 피사체를 자동으로 추적합니다. 가히 자율 비행 분야의 선도 기업이라고 할 수 있죠.”라며 자신감을 드러냈습니다. 

드론의 자율성이 이 정도가 되니 새로운 기회 창출을 향한 문이 활짝 열렸습니다. 공공 안전 기관이 사고나 범죄 현장 조사에 이러한 자율성을 활용하면 사고나 범죄를 디지털 방식으로 재현할 수 있으며 이때 드론 모니터링용 인력 확충이나 서비스 고용에 비용을 지출할 필요가 없습니다. 공급 처리 시설과 토목 공학 회사, 주정부 기관이 현장을 광범위하게 검사하는 데 스카이디오의 드론을 사용하고 드론 배치에 영구적으로 설치된 도크를 사용한다면 추가 자원의 투입 없이 거의 연속적인 모니터링을 준비할 수 있습니다. 이런 작업은 접근이 어려운 지역에도 자주 투입되므로 스카이디오의 드론은 내구성이 좋고 설계도 잘 되어 있어야 합니다. SLA 3D 프린팅 기술을 채택하면 이런 장비의 프로토타입에 대한 요구 사항을 평가할 때 최종 사출 성형으로 제작된 부품과 최대한 흡사한 프로토타입을 제작할 수 있습니다.

드론 설계는 사실상 절충안 협상의 과정입니다. 러기다이즈드 드론(Ruggedized drone, 우주선, 선박, 항공기, 농기계 등에서 사용하기 위해 주위의 악조건 환경에 대해서 신뢰성이 뛰어나고 특수한 전원 전압을 이용할 수 있는 특수한 드론)은 경량 드론만큼 오래 비행할 수 없습니다. 아주 가벼운 드론은 자동으로 작동하는 데 필요한 컴퓨팅 기능을 지탱할 수 없고 이와 반대로 자율 비행에 필요한 컴퓨팅 기능을 모두 탑재하면 무거워지고 이에 따라 비행 시간에 영향을 미치게 됩니다. 사소한 설계 변경, 점진적인 조정, 광범위한 테스트를 끊임없이 진행해야 하는 것입니다. “자율 비행을 지원하려고 보드 컴퓨팅 작업을 수도 없이 진행하고 있습니다. 매번 결정할 때마다 성능을 절충해야 하고 이는 바로 하드웨어와 전자 장치를 이루는 모든 부분에 제각기 영향을 미칩니다.”

컴포넌트의 형상에 약간이라도 변화를 주고 비행 시간과 내충격성을 시험해 보려고 한다면 하드웨어 팀이 하룻밤 새에 프린팅을 끝내 개발 프로세스를 지원하고 알려줄 수 있습니다. 

이렇게 결정과 시험 프로토콜을 빠르게 진행할 수 있는 역량 덕분에 스카이디오는 납기일을 맞추고 계약을 확보해 왔습니다. 미국 연방 정부의 주요 기록 보관 프로그램에는 입찰 경쟁이 있고 여기에 뛰어든 드론 기업이 많습니다. 참여 기업들은 엄격하고 경쟁적인 일정을 거쳐 정부의 사양을 충족하는 제품을 선보여야 했습니다. 스카이디오가 입찰에서 승리를 거머쥘 수 있었던 이유는 일정 부분 Formlabs의 프린터 덕분에 하드웨어를 빠르게 개발할 수 있었던 데에 있습니다.

와인호퍼 씨는 “우리는 날짜를 마음대로 조정할 수 없었습니다. 그래서 하드웨어와 소프트웨어를 동시에 개발하는 것이 엄청나게 중요했죠. 파트를 생산하기까지의 리드타임은 우리에게 가장 큰 장애물로 작용했습니다. Form 3+는 즉시 논스톱으로 작동했고 작동하기가 아주 쉬웠습니다. 변경해야 할 하드웨어를 바로 손에 쥘 수 있었죠.”라며 회상했습니다. 

연방 사업 입찰과 같은 외부 테스트 환경에서는 견고성과 내구성은 물론 강도와 강성까지 사출 성형이나 기계 가공을 거친 파트와 유사한 임시 방편용 3D 프린팅 파트를 준비해두는 것이 아주 중요합니다. 스카이디오가 형태와 피팅을 빠르게 테스트할 때는 용융 적층 모델링 방식(FDM)으로 제작된 파트를 사용하지만 최종 스테이지에서 프로토타입 설계의 기능을 테스트할 때는 Formlabs의 장비를 사용합니다. 와인호퍼 씨는 “SLA 방식이 도움이 됩니다. 공정은 모두 가능하면 최종 생산 파트에 가장 가깝게, 또 가장 빠르게 접근할 수 있는 능력에 좌지우지되기 때문입니다. 생산에 투입되는 소재의 물성과 최대한 유사한 파트를 제작할 수 있는 것은 경이로운 일입니다."라며 강조합니다. 

스카이디오는 내열성, 내충격성, 강도에 균형이 필요한 분야에는 Rigid 4000 Resin을 사용하고 사출 성형으로 제작된 플라스틱과 유사한 물성이 필요한 분야에는 Tough 2000 Resin을 사용합니다. 투과성이 좋은 Clear Resin은 무거운 전자 부품이 들어 있는 드론에서 전선의 배선 상태을 점검하는데 아주 유용합니다. 팀이 빠르게 공구를 제작해야 하거나 새로 설계한 개스킷과 씰의 기능을 테스트해야 한다면 Elastic Resin이나 Durable Resin을 사용할 것입니다.

시험용 고정구의 강도도 차량에 들어가는 부속품 만큼이나 중요합니다. 팀은 드론 부속품 시험용 고정구를 설계하는 데 Form 3+ 프린터와 Rigid 4000 Resin의 기계적 물성이나 Tough 2000 Resin의 내충격성을 활용할 예정입니다. 

무선 주파수(RF) 시험 단계에서는 외부 전파를 차단하는 안테나 측정 챔버에 드론 파트를 배치해야 합니다. 로봇 턴테이블에 파트를 고정하려면 강력한 고정 장치가 필요했지만 금속은 실험을 방해할 수 있기 때문에 사용할 수 없었습니다. 와인호퍼 씨는 고정구를 설계하여 Rigid 4000 Resin으로 프린팅하고 챔버에 부착하여 시험을 진행하는 동안 안테나가 적절히 정렬되게 했습니다.  

또 다른 예로, 팀은 내부에서 고무 방진 장치의 프로토타입을 만드는 방법을 찾아야 했지만 공급업체에 연성 파트를 여러 가지로 변형하여 제작하도록 요청하려면 비용과 시간이 많이 필요했습니다. Formlabs의 백서에서 영감을 받은 하드웨어 개발 팀은 마스터 금형을 여러 개 프린팅하여 다양한 설계의 진동 절연 기능 시험에 사용했습니다.

광범위한 산업과 고객에게 Skydio가 매력을 느끼는 부분 중 하나는 접근성과 사용 용이성입니다. 자율 비행은 배포에 대한 걱정이나 계획을 없앨 수 있을 만큼 충분히 발전했습니다. 법 집행 기관은 비행에 집중하는 대신 범죄 현장에서 정보를 수집하는 데 집중할 수 있으며 건설 대기업은 검사 공백에 대한 걱정 없이 수년간의 프로젝트에 드론과 Dock를 배치할 수 있습니다. 와인호퍼 씨는 3D 프린팅에도 동일한 철학을 적용합니다. 접근 가능한 기술이 아니면 실험실에서 그 가치가 입증되지 않습니다. 와인호퍼 씨는 “Formlabs 프린터는 정말 사용하기 쉽고 엔지니어링 팀의 많은 구성원이 접근할 수 있습니다. Form 3를 더 추가하고 엔지니어링 팀에 하루나 이틀의 추가 시간을 제공하여 빠르게 움직일 수 있도록 하면 그 영향이 막대합니다.”라고 설명합니다. 

스카이디오가 제품 라인을 확장하고 맞춤형 솔루션을 더 많이 개발함에 따라 3D 프린팅은 단순한 도구 그 이상으로 자리 잡았습니다. 이를 통해 하드웨어 팀은 소프트웨어의 엄청난 속도를 지원할 수 있었습니다. 

항공우주 및 방위산업 제조업체의 Form 3와 같은 3D 프린터를 활용한 작업 흐름 최적화, 중요 계약 체결, 생산 및 개발 비용 절감 방법을 자세히 알아보려면 업계 페이지를 방문하거나 전문가에게 문의해 주세요.