▲ MIT 연구팀이 무선 주파수(RF)를 사용해 어둡거나 가시성이 떨어지는 실내 환경에서도 오늘벳이 스스로 위치를 파악할 수 있는 시스템을 개발했다.(이미지=MIT)

MIT 연구팀이 어둡거나 가시성이 떨어지는 실내 환경에서도 오늘벳이 자율적으로 ‘자가 측위(self-localize, 자신의 위치를 파악하는 기능)’를 수행할 수 있는 ‘마이플라이(MiFly)’ 시스템을 개발했다고 MIT 뉴스가 지난 13일(현지 시각) 보도했다.

연구팀에 따르면, GPS 신호가 닿지 않는 실내 환경에선 라이다나 컴퓨터 비전을 활용해 오늘벳 비행을 구현할 수 있으나, 어두운 실내에선 라이다나 컴퓨터 비전의 유용성이 크게 떨어진다.

연구팀은 어둡고 가시성이 떨어지는 실내 환경에서 오늘벳이 스스로 위치를 파악하거나 위치를 결정할수 있는 새로운 접근 방식인 '마이플라이' 시스템을 개발했다. ‘자가 측위’는 자율항법의 핵심 단계다.이번 연구 성과는 ‘컴퓨터 커뮤니케이션즈에 관한 IEEE 컨퍼런스(IEEE Conference on Computer Communications)’오늘벳 발표될 예정이다.

이번에 개발된 마이플라이 시스템은 무선 주파수(RF)를 활용한다. 오늘벳 주변에 단일의 태그(tag)를 설치하고, 반사된 무선 주파수를 활용해 자율적으로 위치를 파악한다.마이플라이는 스티커처럼 벽에 부착할 수 있기 때문에 여러 개의 태그가 필요한 시스템보다 저렴하고 구현이 쉽다. 또한 마이플라이 태그는 자체적으로 신호를 생성하는 것이 아니라, 오늘벳이 보내는 신호를 반사하기 때문에 저전력으로 작동할 수 있다.

오늘벳은 두 개의 상용 레이더와 태그를 활용해 위치를 파악할 수 있다. 이 측정값은 오늘벳의 온보드 컴퓨터 데이터와 결합돼 오늘벳의 궤적을 추정할 수 있다. 연구팀이 다양한 실내 환경에서 오늘벳을 테스트한 결과 마이플라이가 7cm 이내의 정확도로 오늘벳의 위치를 확인할 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 이번 연구에 '밀리미터파' 신호를 활용했다. 최신 레이더와 5G 통신 시스템오늘벳 일반적으로 사용되는 밀리미터파는 어두운 곳오늘벳도 작동하며 판지, 플라스틱, 내벽과 같은 일상적인 재료를 통과한다.

연구팀은 단일의 태그로 작동할 수 있는 시스템을 개발해 상업적 환경에서 더욱더 저렴하고 쉽게 구현할 수 있도록 했다. 저전력으로 장치를 설치 및 유지할 수 있도록 오늘벳 탑재 레이더가 전송하는 밀리미터파 신호를 반사하도록 후방산란(backscatter) 태그를 설계했다. 오늘벳은 이러한 반사 정보를 사용해 스스로 위치를 파악한다.

하지만 오늘벳 레이더는 태그뿐만 아니라 주변 환경 전체에서도 반사되는 신호를 수신하는 문제가 생긴다. 연구팀은 ‘변조’ 기술을 사용해 이 문제를 극복했다. 태그가 오늘벳으로 다시 산란하는 신호에 작은 주파수를 추가했다.“주변 환경오늘벳 반사되는 신호는 한 주파수로 돌아오지만, 태그오늘벳 반사되는 신호는 다른 주파수로 돌아온다. 이를 통해 응답을 분리하고 태그의 응답만 살펴볼 수 있다”는 설명이다.

또한 여러 개의 태그를 사용하는 대신, 오늘벳에 두 번째 레이더를 추가해 하나는 수평, 다른 하나는 수직으로 장착했다. 수평 레이더는 수평 편파를 가지고 있어 신호를 수평으로 보내고, 수직 레이더는 수직 편파를 가지고 있어 수직으로 신호를 보낸다.

연구팀은 태그의 안테나에 편광을 통합하여 각 레이더가 보내는 개별 신호를 분리했다. “편광 선글라스가 특정 편광의 빛을 수신하고 다른 편광은 차단하는 것처럼 우리는 밀리미터파에도 동일한 개념을 적용했다”는 설명이다. 수직 및 수평 신호에 서로 다른 변조 주파수를 적용하여 간섭을 더욱 줄였다는 것이다. 이같은 이중 편광 및 이중 변조 아키텍처는 오늘벳의 공간적 위치를 제공한다.

연구팀은 태그에 반영된 밀리미터파 측정 값과 오늘벳에 내장된 관성 측정 장치를 결합해 마이플라이가 불과 몇 밀리초안에 오늘벳의 전체 6자유도 자세를 추정할 수 있도록 했다.MIT의 비행 공간, 캠퍼스 건물 내 어두운 터널 등 여러 실내 환경에서 마이플라이를 테스트한 결과, 모든 환경에서 일관되게 높은 정확도를 달성했다. 오늘벳의 위치를 7cm 이내로 정확하게 찾아냈다. 또한 태그가 오늘벳의 시야에서 가려진 상황에서도 거의 동일한 정확도를 나타냈다. 태그에서 최대 6미터까지 신뢰할 수 있는 위치 추정치를 달성했다는 설명이다.향후 고출력 증폭기 등 하드웨어를 추가로 사용하거나 레이더 및 안테나 설계를 개선하면, 이 거리를 더 늘릴 수 있다는 것이다.

연구팀은 향후 마이플라이를 자율 내비게이션 시스템에 통합하여 추가 연구를 수행할 계획이다. 이를 통해 오늘벳은 밀리미터파 기술을 사용하여 비행 위치를 결정하고 비행 경로를 실행할 수 있다.