하늘의 산업혁명 이끄는 드론, 인스파이어로 최적화하다


아래 내용은 국내 최고의 디자인 잡지 ‘월간디자인(DESIGN)’에 소개된 인스파이어 기사 내용입니다.

글 : 김은아 기자, 드론 사진 : 김정한 (예스튜디오), 렌더링 이미지 : 한국알테어 제공

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알테어의 솔리드씽킹 인스파이어를 활용해 경량을 줄인 상판을 장착한 DJI의 드론 팬텀3

바야흐로 드론(Drone)의 시대다. 무인비행기 드론의 시작은 군사용으로 노후한 비행기에 사람을 태우지 않고 운행시켜 사격의 표적으로 삼은 것이었다. 드론은 무선 전파로 조종하거나 저장된 항로로 자동 비행할 수 있어 그 쓰임새가 무궁무진하다. 오늘날 드론은 군용을 넘어 재난 지역의 실종자 수색, 도난차량추적, 마약수사는 물론 택배 배송, 항공 촬영에서 동호회까지 일반인의 일상 속 깊숙이 들어왔으며 미국에서는 드론 조종 경주가 하나의 스포츠로 자리잡기도 했다.

컴퓨터나 휴대폰이 맨 처음 무척이나 고가로 출시되었다가 보급이 확대되며 소형화, 가격저하가 이뤄졌 듯, 드론도 기술의 발달에 따라 갈수록 부품이 작아지고 가격 또한 가벼워지는 추세를 보인다. 여기에 아두이노를 위시한 오픈 하드웨어 플랫폼과 저가형 3D 프린터의 보급으로 자신만의 디자인을 가미한 기체 제작까지 가능해졌다. 어느 정도 기술과 형태의 상향평준화를 이룬 드론이 더욱 신속하고 정확한 퍼포먼스를 수행해내기 위해서는 디자인에 대한 꼼꼼한 점검이 필수적 과제로 부상했다.

지난 6월, KT는 ‘제6회 창의 메이커스데이’ 공모전을 통해 3D프린팅 드론 재난구호 경진대회를 개최했다. 참가팀들은 3D 프린팅을 활용해 제작한 드론을 직접 조종해 다양한 재난 상황에서 구조 대상자의 상황을 파악하고 구호물품을 최단시간 내 전달하는 과제를 수행했다. 이 중 여러 전문 기업을 제치고 최우수상을 수상한 대학생팀이 있어 눈길을 끈다. 건양대 창의융합대학 소속 학생들로, 이들은 기존 상용 드론에 직접 제작한 스켈레톤 구조의 얇은 상판을 장착한 특별한 디자인으로 한번 더 주목 받았다. 상판의 불필요한 면적을 생략하고 꼭 필요한 골조만을 남긴 최적화된 구조로 설계한 결과, 기존 상판의 무게의 40%를 줄여 더욱 재빠른 퍼포먼스가 가능했던 것이 주요했다.

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위상최적화 기술로 구축한 스켈레톤 구조의 렌더링 이미지

건양대 창의융합대학 이규만 교수가 이끈 이 팀이 활용한 프로그램은 컴퓨터 엔지니어링 소프트웨어 기업 알테어의 솔리드씽킹(solidThinking) 라인 중 인스파이어(INSPIRE)다. 엔지니어링에 대한 기본적인 이해가 디자이너의 새로운 무기이자 문제의 가장 효율적인 솔루션이 되는 요즘, 알테어의 엔지니어링 프로그램은 이미 국내외 디자인계에서 널리 통용되는 설계 프로그램으로 통한다.

먼저 드론 기체를 3D 스캐너를 이용해 구성 데이터를 추출한 후, 역설계 과정을 거쳐서 표면적인 데이터로 변형한다. 그 다음 알테어의 위상 최적화 기법을 적용하는데, 기존 기체의 강성은 그대로 유지하되 기체 프레임의 무게는 절반으로 줄이는 스켈레톤 구조를 설계하는 것이다. 수행능력을 향상시키는 구조로 최적화하면 군더더기 없는 간결한 디자인은 자연스레 따라온다.

‘하늘의 산업혁명’이라고 불리는 드론의 시대는 이미 드리워졌다. 미국 아마존은 2013년 2.3kg 이하의 물품을 물류센터 근접 지역의 고객에게 드론으로 30분 이내에 배송하는 서비스 구상을 발표해 미국연방항공청에 허가를 요청한 상태이며, 독일 DHL은 지난해 9월부터 일부 지역에서 드론을 이용한 소포 배달을 시작했다. 목적을 망라하고 더욱 많은 업무를 수행해내기 위해서는 드론 자체의 경량화가 불가피한 시점이 온다. 카메라와 동력기 등을 제외한 기체 부분을 초경량화 하는 첫 걸음은 결국 꼭 필요한 부분만을 남기는 구조를 찾는 일일 것이다. 기능을 고스란히 담아낸 형태의 고귀함을 아는 발 빠른 디자이너들이 놓치지 말아야 할 경쟁력으로 ‘최적화 기술’을 꼽는 이유다.

Interview

11월 알테어


“구조를 최적화하는 디자인은 엔지니어와 디자이너 모두에게 뜨거운 화두가 될 것이다.”

– 이규만 건양대 창의융합대학 교수


비행 물체인 드론은 기체의 유체흐름이 매우 중요하다. 일반 대기 상태에서 풍동 실험을 진행해 동일한 유체 흐름을 유지하면서도 기체의 무게를 최대한으로 줄이는 게 주요했다. 알테어의 3D 드로잉툴인 인스파이어(INSPIRE)를 구동시킨 결과, 최적화된 구조 값을 도출해주어 결과적으로 스켈레톤 구조 위에 0.1mm의 얇은 상판을 제작하기에 이르렀다. 이러한 미세한 차이는 공학적 프로그램을 돌리지 않는 이상 인간의 힘으로 측정해내기 불가능하다. 하지만 그 미세한 차이가 가져오는 수행 능력에 대한 차이는 결정적이기에 절대 간과할 수 없다. 건양대 창의융합대학의 수업 커리큘럼에서는 인스파이어, 이볼브 등 알테어의 3D 드로잉 툴을 적극 활용한다. 일반인에게는 생소한 위상최적화 기술을 누구나 쉽게 응용할 수 있게끔 되어 활용도가 높기 때문이다. 앞으로 우리가 일상적으로 사용하는 주변 사물들을 3D 프린팅으로 제작하는 일이 일반화 될 것이다.이에 기기의 기능과 직결되는 강성은 유지하면서도 구조를 최적화하는 디자인은 공학자와 디자이너 모두에게 뜨거운 화두가 될 것이다.

알테어(Altair) 소개

1985년 미국 미시간에서 미국 포드 자동차 엔지니어 출신 짐 스캐파(Jim Scapa)가 설립한 회사로 현재 전 세계 5000개 이상 기업이 사용하는 세계 3대 엔지니어링 소프트웨어 기업으로 부상했다. 항공기, 트랙터, 엔진 등 대형 산업 장비를 렌더링하는 소트프웨어부터 주얼리, 패키징, 의류 등에 특화된 데이터 엔지니어링 기술 프로그램을 제공한다. 국내에는 2001년에 한국 알테어가 설립됐으며 국내 유수의 자동차, 중공업 회사를 비롯해 대학 내 기계공학과, 항공운수과, 디자인학과와 긴밀한 교육 프로그램을 연계하고 있다. Blog.solidthinking.kr

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