[드론 특허] 몽골 사막 스마트농장과 미래 화성 기지에 활용?

# 2026년 가을 몽골의 엘승타사르하이 사막지대에 서울크기의 스마트 농장에 대량의 농산물을 키우는 곳이 있다. 이곳에는 인가가 없지만, 대규모 스마트농장에는 드론과 무인 농업로봇을 활용한 농장이 운영되고 있다.

이 지역은 통일 한국과 몽골이 함께 농업기술 발전을 위하여 만든 대규모 농업지구로서 과학기술이 집대성되어 이루어진 첨단농업지구다. 이곳에는 별도의 통신 시설은 없지만 인공위성과 연결되고 지역내 단위별 농업생산을 위한 센서 및 기기, 무인농업로봇 등 직접연결된 통신은 드론을 통해 클라우드 센터와 연결된다.

이때 배터리가 소진된 드론은 정해진 규칙에 따라오는 다음 드론에게 지금까지 모든 데이터, 네트워크 등 정보를 인수 인계 하고 충전 스테이션에 충전하러 이동한다.

# 2030년 화성에는 지구에서 이전해온 국가별 식민지 개척이 한창이다. 이곳 유토피아(Utopia) 평원에는 사람들이 이주해 오면서 생활을 할 수 있는 커다란 돔으로 구성된 거주지와 거대한 이산화탄소 및 프레온가스 발생공장을 설치하고 관리하는 인력들이 거주하고 있다. 이러한 가스 발생기를 통한 가스는 화성 대기를 덥히게 되어 화성내의 얼음을 녹여서 물을 만들게 된다.

따라서, 화성 곳곳(Aonia, Hellas 평원 등)에 설치된 포스트(주거지와 가스 생산 공장)에 거주하는 이주민들은 드론과 화성주변을 돌고 있는 통신위성으로 연결되어 있다. 화성내 드론은 탐사를 위한 기능과 통신 기능을 복합적으로 수행하고 있다. 이곳에서 드론은 지역별 물자 이동 및 통신 중계기, 탐사 등 다목적으로 활용하고 있다.

▲ 그림 출처: NASA

현재는 배터리 기술이 좋지 않지만 가까운 미래에는 한계를 뛰어 넘어 몇일 또는 몇주 , 심지어는 몇달까지 사용할수 있을 것이다. 또한, 이 지역에 전력발전은 태양광과 풍력으로 이루어지는 친환경적 에너지원을 사용하고 있다.

이러한 과학기술을 적용한 농업방식은 지구상의 많은 사막지역에서 농사를 짓는 것이 가능하게 되었다. 그리고 이곳에서 자동화된 곡물 수확과 함께 이를 운송하는 기기에 대하여 원격 제어를 드론을 통하여 개척하고 있다.

최근 드론에 대한 관심과 함께 많은 활용이 시작되고 있다. 특히, 드론 레이싱 및 취미용으로 일반인들에게도 관심이 많아지고 있다.

드론은 이동형 로봇으로서 좀 가까운 미래인 2020년 NASA에서는 화성탐사에 드론을 활용하려고 한다. 화성의 중력은 지구의 3분의 1이고 대기압은 낮기 때문에 드론의 설계 또한 지구와는 다르다. 또한, 이러한 행성 탐사용 드론에 가장 중요한 기능으로는 전원을 유지할 수 있는 기능과 통신 기능이다. 통신이 되는 드론에는 원격제어가 가능해야 하며, 탐사를 위한 센서 및 카메라 등이 있을 것이다.

이러한 행성 탐사를 위한 기본 기술은 지구상의 드론을 활용한 통신분야 기술로서 유추하여 생각해 볼 수 있다. 결국 드론에 제공하는 전원으로 태양광 전원과 충전기술이 필요하고, 드론 이동체간 통신을 하는 기술이 요구된다.

▲ 그림 출처: KT

국내에서는 KT가 LTE 기지국을 드론과 충전 스테이션을 활용하는 서비스가 시도되고 있다. 그러나 드론의 한계 중 하나인 배터리 소모가 빨라(비행시간 20분) KT는 드론 스테이션으로 보완, 장시간 통신 서비스도 가능하도록 설계했다.

드론스테이션은 방전된 드론을 차례대로 착륙시켜 급속 충전한 후 다시 이륙시키는 일종의 정거장을 활용해 배터리 문제를 해결한 드론 LTE는 기지국의 핵심장비를 드론에 탑재한 개념의 이동기지국 솔루션을 통해 재난·재해 대비 긴급 통신용 서비스로 활용하도록 한다. 또한 드론 LTE는 여러 대의 드론(5대)을 동시에 띄우는 편대 비행방식을 적용해 여의도 면적만큼의 통신 커버리지가 가능하다.

그렇다면 이 같은 무선통신 중계 분야에 활용하는 사례와 관련한 특허로 어떤 것이 있는지 알아보자. 중국 DJI사가 등록한 ‘드론을 활용한 무선 기지국’ 특허가 있다.

▲ 그림 왼쪽 Fig.1 오른쪽 Fig.2

드론을 활용한 통신 중계 방식으로는 아래 방식은 다수의 트래픽이 몰리게 됨에 따라 추가적인 중계기지국이 필요한 경우 또는 기지국이 부족한 곳에서 아래와 같이 다수의 드론을 활용하여 특정 그룹의 셀 커버리지를 향상시켜 달라는 데이터 입력(feeds), 즉 요청을 받기도 하고, 인터넷을 통해 연결된 중앙 서버들을 통한 서비스를 제공하기도 한다.

또한, 무선충전 방식으로는 중국의 DJI사 는 2016년 2월에 ‘배터리 충전 스테이션과 배터리를 교환하는 방법과 시스템이라는 특허와 ‘배터리 파우어를 백업하는 방법과 시스템’이라는 특허를 등록했는데, 아래 그림은 무인기와 관련된 에너지 제공 스테이션(an energy provision station)을 기술하는 그림으로 무인기와 에너지 제공 스테이션으로 구성되었다.

Fig2의 UAV와 지상 에너지 제공 스테이션이다. UAV는 착륙 스탠드(landing stand)를 이용하여 에너지 제공 스테이션의 표면에 그림과 같이 앉을 수 있다. 또한, 배터리 스테이션(battery station)은 배터리를 교환할수 있고, 동시에 배터리 충전이 가능하며, 이 스테이션은 갖고 다닐 수 있으며(portable) 접을 수 있도록 구성된다.

이 드론 특허에 대한 자세한 내용은 2016년 10월 15일 발간 예정인 차원용 아스펙미래기술경영연구소 대표이자 국가과학기술심의회 ICT융합 전문위원이 글로벌 드론 특허 600개를 분석한 IT News 보고서 ‘글로벌 드론 특허 집중분석(가칭)’에 나와 있다.

또 2016년 8월 2일 미국 정부가 무인항공시스템(UAS, 드론)을 차세대 국가전략기술로 추진하는 이른바 ‘무인항공시스템 기술의 잠재성을 신 성장 동력기술로 추진’과 이에 대한 구체적인 ‘정책 설명서’를 분석한 IT News 보고서 '미국 드론(UAV) 정책·전략, 핵심 특허 분석'을 통해 앞으로 드론 산업 전반의 미래를 예측해 볼 수 있다.

이 처럼 드론에 대한 여러 통신 분야에 활용하는 사례들이 늘어나고 있다. 우리가 사물인터넷의 범주에서 볼 때 드론 또한 로봇과 같은 이동체 사물의 한 분야에 속한다. 드론에는 센서기술, 제어기술과 항공역학기술, 배터리 및 전력 제공을 위한 기술 등 다양한 기술이 많이 요구되는 분야로서 하나의 서비스를 통해 많은 산업분야 발전을 할 수 있는 파급효과가 큰 분야로 관련한 많은 연구와 실무 적용이 요구된다.

또한, 미래의 기술로 이동체 통신 기지국 방식은 저개발국가의 통신인프라 확충 및 행성 탐사 시 통신기능 및 탐사기능을 제공하게 될 것 이다. 이러한 통신기능이 탑재된 드론은 향후 다양한 응용이 가능할 것으로 보인다.

통신이 되는 드론 객체들이 모여서 무선기지국의 범위도 확장하지만, 산불지역 및 도심 화재 상황을 감시하고 대응방안 등을 알려주게 할 수도 있고, 고속도로 사고 감시 및 관련 사고정보 전파 등 다양한 영역에 활용될 것이다.

[금빛나무 기자 space@itnews.or.kr]