[고든 정의 TECH+] 시끄러운 드론 프로펠러 이렇게 만들면 조용할까?

드론의 쓰임새는 갈수록 늘어나고 있습니다. 레저용이나 영상 촬영용 드론은 이미 우리 주변에서도 흔히 볼 수 있으며 우크라이나 전쟁이나 최근 북한의 무인기 도발처럼 현대전에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 앞으로는 근거리 배송 목적으로도 드론이 널리 쓰이게 될 것이란 예상도 나오고 있습니다. 드론을 이용한 화물 배송은 투입되는 인력과 비용을 획기적으로 줄일 수 있기 때문입니다.

하지만 이런 편리함 뒤에는 숨길 수 없는 불편함이 함께 존재합니다. 바로 드론의 소음입니다. 특히 쿼드롭터형 드론의 소음은 인간에게 더 많은 불쾌함을 유발합니다. 이유는 간단합니다. 대형 제트 여객기보다 소음은 적지만, 낮은 고도로 비행해서 우리가 듣기 쉬울 뿐 아니라 인간의 귀에 특히 거슬리는 1-5kHz 주파수의 소음을 만들기 때문입니다.

드론이 날아다니는 한 이 문제는 누구도 100% 해결할 수 없지만, MIT 대학 링컨 연구소의 과학자들은 소음은 낮추고 효율은 높일 방법을 개발했습니다. 연구팀이 주목한 것은 바로 드론의 프로펠러입니다.

쿼드롭터형 드론의 프로펠러는 크기가 작을 수밖에 없기 때문에 충분한 양력을 만들기 위해 빨리 회전하면서 귀에 거슬리는 소음을 만들어냅니다. 연구팀이 개발한 원환체 프로펠러(toroidal propellers)는 공기의 흐름을 개선해 소음을 줄이는 동시에 에너지 효율을 높일 수 있습니다. 결국 소음을 만드는 데 사용되는 에너지는 그만큼 낭비되기 때문에 소음을 줄인다는 것은 효율을 높인다는 이야기도 될 수 있습니다. 연구팀은 특히 1-5kHz의 주파수에서 소음이 감소하는 것을 확인했습니다.

사실 원환체 형태의 프로펠러가 소음은 적고 효율은 좀 더 높다는 사실은 이전부터 알려져 있었습니다. 따라서 이미 이 기술을 상용화한 선박용 프로펠러 제조사도 있습니다. 소형 선박용 원환체 프로펠러 제조사인 쉐로우 마린(Sharrow Marine)에 의하면 이 프로펠러는 특정 주파수에서 최대 절반까지 소음을 줄이면서 최대 20% 정도 효율을 높일 수 있습니다.

우리는 인지하지 못하는 부분이지만, 사실 선박 소음이 해양 생물에 주는 스트레스 역시 상당합니다. 물은 공기보다 밀도가 높아 소리가 훨씬 잘 전파되기 때문입니다. 특히 소리로 의사소통 하는 고래나 돌고래에 상당한 고통을 주는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 소음을 줄일 수 있는 프로펠러는 더 친환경적일 뿐 아니라 에너지 절감을 통해 온실가스 및 연료비 절감이라는 세 마리 토끼를 잡을 수 있습니다.

하지만 복잡한 형태 때문에 제조 비용이 기존의 프로펠러보다 10배나 비싸 소음에 민감한 소비자를 위한 소형 모터보트에만 사용되고 있다는 점이 한계입니다. 드론용 원환체 프로펠러도 비슷한 문제점을 겪을 수 있는데, 연구팀은 3D 프린터 기술이 대안이 될 수 있을 것으로 보고 있습니다. 3D 프린터로 복잡한 3차원 구조를 지닌 물체도 쉽게 출력할 수 있기 때문입니다.

드론이 집 앞까지 택배를 막힘없이 배송해주거나 택시처럼 사람을 태우고 날아다니는 미래가 현실이 되기 위해서는 소음 문제를 먼저 해결해야 합니다. 도심 지역은 물론 사람이 사는 곳이라면 어디든 굉음을 내는 드론을 반길 사람은 없습니다. 새로운 프로펠러 디자인을 포함해 드론의 소음을 줄이기 위한 여러 가지 시도가 필요한 이유입니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com