대한민국  학술원통신(7월호)에 실린 글

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                         未來 航空産業을 變化시킬 5가지 新 技術

 

                                                                           盧五鉉  회원(항공학)

미래항공산업을 변화시킬 다섯가지 신기술.pdf

 

                                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

한 번 흘러간 시간은 되돌아오지 않기 때문에 인류는 언제나 더 빠른 移動手段을 원해왔다. 도보에서 마차로, 마차에서 기차로, 그리고 飛行機가 발명된 이후에는 旅客機로, 인류의 이동수단은 계속해서 발전해왔다.

 

1920년대 후반에 처음으로 승객의 이동을 목적으로 하는 여객기가 개발되었으며 2016년 지금까지 여객기 기술은 놀라울 만큼 발전했다. 더 많은 승객을 태우기 위해 여객기가 大型化됐으며 그와 동시에 여객기 무게를 줄이기 위한 기술이 개발됐다.

 

또한 각종 公害에 대한 심각성이 국제적 문제로 대두됨에 따라 엔진 排氣가스와 엔진 騷音에 대한 연구도 활발히 진행되었다. 그리고 더 빠른 이동에 대한 욕구는 콩코드라는 超音速 旅客機를 탄생시키기도 했다.

 

현재는 보잉(Boeing)社, 에어버스(Airbus)社를 중심으로 세부 용도에 따라 경제성, 안정성 등 여러측면에서 최적화된 여러 기종들이 개발되어 활발히 운행되고 있다.

 

여객기의 등장 후 지금까지 약 100여 년에 걸쳐 꾸준히 여객기 기술에 발달이 있었지만 아직은 끝이 아니다. 현재에도 좀 더 나은 生産 技術과 旅行 環境을 위한 기술들이 개발되고 있다. 그 예로, 올해 2월 개최된 아시아 최대의 싱가포르 에어쇼에서 공개된 5가지의 기술들이 있다.

 

이 기술들은 각각 3D 프린팅 기술, 멀티태스킹 비행중엔터테인먼트(Multi-Tasking Inflight Entertainment), 아이트래킹(Eye-.tracking), 비콘 기술을 활용한 애플리케이션 그리고 가상현실(Virtual Reality)이다.

 

얼핏 생각해보면 이들 중 3D 프린팅 기술정도만이 항공 산업에 직접적으로 연관되어 보인다. 그렇다면 자연스럽게 떠오르는 의문은 대체 나머지 네 가지 기술들은 어떻게 항공산업과 연관되는지에 관한 것이다. 이제부터 3D프린팅부터 假想現實까지, 이 기술들이 어떤 기술이며 어떻게항공분야에 적용되는지, 왜 주목받고 있는지 차근차근 살펴보자.

 

 

1. 3D 프린팅 기술

 

2012년, 세계경제포럼은 미래의 10대 기술을 발표했다. 그 중 두 번째로 꼽힌 기술은 바로 3D 프린팅이다. 3D 프린팅은 최근 몇 년간 급속도로 활용 범위가 넓어져 일반인에게도 상당히 익숙해진 기술이다.

 

이 기술은 최근 부각된 기술이기 때문에 그 역사가 짧다고 생각하기 쉽지만 사실은 상당히 오랫동안 연구되고 개량되어 왔다.

 

첫 3D 프린터는 1980년대 초반 미국의 3D시스템즈(3D Systems)社에서 개발되었으므로 30년 이상 된 기술이라 할 수 있다.

 

이 초창기 3D 프린터는 플라스틱 액체를 굳혀 물건을 만드는 방법을 사용했다. 사용용도는 기업에서 상품을 출시하기 전에 시제품을 제작하는 용도였다. 그런데 요즘에는 뉴스에서 볼 수 있듯이 3D 프린터는 시제품 제작 외에도 의료계, 건설업계 등 에서 다양한 목적으로 사용되고 있다.

 

3D 프린터는 일상생활에서 사용되는 프린터와 마찬가지로 원하는 형상을 찍어내는 역할을 한다. 둘 다 부르는 이름은 ‘프린터’이지만 일상적으로 사용하는 프린터는종이(2차원)에 형상을 인쇄하는 반면에 3D 프린터는 공간(3차원)상에 형상을 인쇄합니다. 다시 말해 3D 프린터는 납작한 그림이 아닌 두께가 있는 형상을 인쇄한다.

 

원리는 특수한 방법을 사용해 2D 인쇄물의 층을 쌓는 것이다. 이 때 쌓아가는 하나의 층을 각각 레이어(layer)라고 부른다. 어떤 재료를 사용하는지, 어떤 방식으로 레이어를 쌓는지에 따라 3D 프린터의 종류가 나누어진다.

 

고체 재료를 사용하는 3D 프린터의 경우 원하는 형상으로 고체 분말을 뿌리고 접착제를 뿌려 경화시킨 후 다시 그 위에 고체 분말을 뿌려 레이어를 쌓는 방식을 사용하며, 액체 재료를 사용하는 방식은 크게 두 가지로 나뉩니다. 첫째는 플라스틱을 녹인 후 길게 뽑아 층을 쌓은후 상온으로 식혀 굳히는 방식이다. 두 번째 방식은 빛을 받으면 고체로 굳어지는 光硬化性 플라스틱을 사용하는 방식이다. 이 방식의 경우 광경화성 액체 플라스틱이 담긴 용기에 원하는 형상대로 자외선을 쏴 굳혀 하나의 레이어를 만든 다음 앞서 만든 레이어를 용액 속에 잠기게 하고 다시 자외선을 쏴 다음 레이어를 만드는 것을 반복하는 방식이다.

 

현재는 항공 분야에서도 3D 프린터의 영역이 넓어지고 있다. 실제로 에어버스사의 A350에는 1000개가 넘는 部品이 3D 프린터로 제조되고 있는 실정이다. 이 부품들은 여객기 내부 인테리어와 같은, 여객기 성능에 큰영향을 미치지 않는 부분에만 사용되는 것이 아니며, 제네럴 일렉트릭(General Electric)社의 경우에는 일부 엔진의 부품을 3D 프린터를 사용해 만들고 있다. 그 만큼3D 프린터를 사용해 만든 부품이 기존에 사용하던 제작방식의 부품에 비해 몇 가지 장점이 있다는 것을 의미한다.

 

장점들을 살펴보면 우선 3D 프린터를 사용해 부품을 만드는 경우 기존의 방식보다 재료가 적게 든다. 기존의부품 제조방식은 재료를 주물을 사용해 대략적인 형상으로 만들고 이를 기계적 가공을 통해 깎아 최종적인 형태를 완성시키는 방식이기 때문에 가공 과정에서 버려지는재료가 많았다. 하지만 3D 프린터를 통해 부품을 만드는 경우 처음부터 실제 부품의 형태와 일치하도록 레이어를 쌓아가기 때문에 버려지는 재료가 거의 없다.

 

또한 속이 비어있는 부품을 만들기 용이해 필요한 재료를 줄일 수있고 부수적으로는 부품의 무게를 감소시키는데 유리하다. 또 다른 장점은 복잡한 형태의 부품을 제조하기 쉽다는 것입니다. 기존의 제조방식은 드릴이나 엔드밀을 사용해 가공하는 경우가 많은데 이 경우 움푹 파인 형상의굴곡이 심한 곡면은 가공하는데 한계가 있다. 하지만 이 문제는 3D 프린터로 쉽게 해결이 된다. 이와 비슷한 맥락에서 복잡한 부품을 만들 때 기존에는 더 작은 부품을 여러 개 만들어 조립하는 방식을 사용했으나 3D 프린터를 사용하면 단일 부품으로 만들 수 있어 부품의 내구성을 증대시킨다. 이 외에도 하나의 프린터로 여러 종류의부품을 생산할 수 있다는 점과 부품의 특성에 따라 재료를 바꿔가며 제작할 수 있다는 등의 장점도 있다.

 

2. 멀티태스킹 비행중 엔터테인먼트(Multi-tasking Inflight Entertainment)

 

長距離 移動은 예나 지금이나 참으로 지루하고 따분한 일이다. 이 이동시간의 지루함을 날려버리기 위해 인류는 시간을 때울 일을 찾아왔다. 目的地에 따라 열 시간도 넘게 타야하는 비행기 역시 다를 바가 없다. 따라서 航空社들은 현재 고객들을 위해 여객기 내에서 즐길 거리를 提供하고 있다.

 

Inflight Entertainment(IFE)라고부른다.

 

IFE의 역사는 1936년으로 거슬러 올라간다.

독일의 힌덴부르크(Hindenburg)라는 비행선이 IFE가 적용된 최초의 사례이다. 유럽과 미국을 이틀에 걸쳐 오가는 이 비행선 안에는 피아노, 흡연실, 바 등이 준비되어 있었다.

 

2차 세계대전 후에는 여객기에서 음식과 음료 서비스가 본격적으로 시작되었으며 스크린을 통해 영화를 상영하는 여객기도 등장하게 되었다. 그리고 마침내 1985년에 개인 오디오 시스템이 등장했다.

 

승객들은 좌석마다 구비된 헤드폰을 통해 객실 앞에 설치된 스크린에 상영되는 영화의 소리를 들을 수 있게 되었다. 1990년대이후에는 IFE에 대한 승객의 요구가 무시하지 못할 수준이라는 것을 항공사에서 깨닫기 시작했으며 여객기 설계시 이를 반영하기 시작했다.

 

그 결과 피아노와 흡연실로시작된 IFE는 현재 우리가 여객기를 타면 흔히 볼 수 있는 개인용 스크린과 오디오 시스템으로 발전했다. 개인용 스크린에 보고 싶은 영화를 틀어놓고 느긋하게 감상하며 비행을 즐길 수 있는 시대가 온 것이다.

 

하지만 IFE는 다시 한 번 진화하고 있다. 다음 세대의IFE는 멀티태스킹 IFE가 될 전망입니다. 멀티태스킹 IFE는 개인용 스크린을 통해 여러 작업을 동시에 수행할 수 있는 기술을 의미한다.

 

탈레스(Thales)社의 ‘AVANT’라는 IFE 시스템이 멀티태스킹 IFE의 좋은 예이다. AVANT는 멀티태스킹을 위해 개인용 스크린에 두 개의 화면을 동시에 出力한다. 예를 들어 스크린에 영화를 틀어놓고 작은 화면을 띄워 영화의 평점을 검색하는 것이 AVANT에서는 가능하다. 그리고 이 작업들은 리모컨을통해 이루어지다.

 

사실 21세기를 살아가는 우리로서는 이 정도 시스템이 그리 놀랍게 느껴지지는 않다. 정말 놀라운 것은 이 시스템에는 스마트폰이 연동된다는 것이다.

 

스크린으로 영화를 보는 동시에 스마트폰으로 다음에 볼만한 영화를 검색해 등록해 놓으면 앞서 보고 있던 영화가 끝난 후 스마트폰으로 등록한 영화가 자동으로 이어서 재생된다. 영화뿐만이 아니다. 쇼핑, 독서 등 모든 엔터테인먼트 분야가 이 시스템 안에 포함된다.

 

더 나아가 탈레스사는 IFE의 영역을 비행기 안에서 뿐만 아니라 日常生活에까지 넓히고 있다. 앞에서와 마찬가지로 영화를 예로 들어보자.

 

집에서 영화를 보다가 비행기를 타러 오면 비행기 내부 스크린에서는 집에서 보던 영화가 이어서 재생된다.

 

情報通信 技術과 스마트폰의 발전 덕분에 IFE는 현재 땅 위와 하늘 위의 경계를 넘나들고 있습니다. 아직은 앞서 소개한 수준의 멀티태스킹 IFE가 비지니스席 일부에 보급될 예정이긴 하다. 하지만 승객들의 IFE에 대한 요구가 계속 늘어나고 기술이 널리 보급되면 머지않아 一般席에서도 비슷한 수준의 서비스를 경험할 수 있 될 것이다.

 

몇 년 후면 장거리 비행은 단순히 공간의 이동이라는 의미에서 벗어나 그 자체로도 색다른 추억이 되지 않을까요?

 

3. 아이트래킹(Eye-tracking) 기술

 

비즈니스 석과 퍼스트클래스 석은 좌석 모니터가 손을 뻗어도 닿지 않기 때문에 畵面을 바꾸기 위해 보통 리모컨이나 마우스 등의 장치를 이용한다. 하지만 차세대 機內 엔터테인먼트 시스템은 손을 움직이는 대신에 눈의 움직임을 이용하여 모니터를 作動하도록 한다.

 

예를 들어 승무원이 승객의 잔에 샴페인을 채워줄 때, 승객은모니터에서 눈을 떼고 승무원에게 감사의 인사를 한다. 그 때 자동적으로 화면은 재생 중이던 영화를 정지한다. 그리고 다시 승객이 자리를 고쳐 앉으며 화면을 다시 응시하면 영화는 멈춘 위치에 이어서 再生된다. 이를 위해서 필요한 기술이 바로 아이트래킹이다.

 

아이트래킹은 머리를 기준으로 움직이는 눈동자의 위치나 응시점을 측정하여 시선의 위치를 추적하는 기술이다. 초기 아이트래킹은 몸이 불편한 장애인을 위해서 고안 되었다. 몸이 불편하여 컴퓨터를 조작하기 어려운 상태에서 눈만 움직여서 화면을 조작할 수 있으면 좋겠다는 아이디어에서 출발했다.

 

그러나 현재 아이트래킹은 다양한 목적으로 활용되고 있다. 예를 들어 기업의 홈페이지 같은 사용자 인터페이스(User Interface)를 기획하는 단계에서 고객이 어디를 주목하고 어떻게 시선이 따라가는지를 분석해 마케팅에 활용하는데 사용된다.

 

아이트래킹 기술에서 눈의 回傳을 測定하는 方式은 크게 세 가지가 있다.

 

첫 번째로는 눈에 콘택트렌즈를 부착하여 이 렌즈의 움직임을 측정하는 방식이 있다. 이를 위해서 자기장 센서나 거울이 내장된 특수한 콘택트렌즈를사용한다. 이 방식은 사용자가 콘택트렌즈를 착용해야 하기 때문에 편리성은 떨어지지만 눈의 움직임을 매우 정확하게 측정을 할 수 있다는 특징이 있다.

 

두 번째는 눈에 대한 직접적인 접촉 없이 빛을 이용하는 방식으로서 이 방식은 비디오카메라 또는 光센서를 이용하여 눈으로부터 반사된 빛을 측정한다. 각막에서 반사된 빛과 동공의 중심에서 반사된 빛의 방향으로 시선이 어디로향하는지를 계산하는 방식이다.

 

마지막으로는 눈 주위에 부착한 전극을 사용하여 눈의 움직임에 따른 전기장을 측정하는 방식이다. 이를 위해서 눈 주변에 전극을 붙여 두 쌍의 전기 신호를 만들어 내는 안구전도(Electrooculography) 기술을 이용한다. 이 방식은 빛을 사용하지 않기 때문에 어두울 때나 눈을 감고 있는 경우에도 눈의 움직임을 검출할 수 있다.

 

더 정확한 시선을 검출하기 위한 아이트래킹 기술이 현재 개발 중이며 이와 동시에 하드웨어의 발전으로 적용 대상 기기 또한 넓어지고 있다. 이를 통해 次世代 機內 엔터테인먼트 시스템은 앞으로 더 쾌적해 질 것이다.

 

탈레스사에 따르면 5년에서 7년 사이에 비즈니스 석이나 퍼스트클래스 석에서 이 기술을 볼 수 있을 것이라고 한다.

 

4. 블루투스기반의 비콘을 이용한 애플리케이션

 

우리는 공항을 편리하게 이용하기 위해서 더 이상 수많은 애플리케이션을 따로 설치하지 않아도 된다. 앞으로는 탑승객들이 空港 어디에 있고 무엇이 필요한지에 따라서 적절한 애플리케이션이 자동으로 작동할 것이기 때문입니다.

 

현재 우리는 공항을 이용할 때마다 그 공항 전용의 애플리케이션을 따로 설치해야 하고, 수하물, 면세점, 환전 등과 같이 기능에 따라서도 각각 다른 기능을 실행해야한다.

 

그러나 블루투스 기반의 비콘(Beacon)을 이용한다면 이러한 불편함을 해소할 수 있다. 어느 공항을 가든지 저절로 그 공항과 관련한 애플리케이션이 실행됩니다.

 

예를 들어 수하물 찾는 곳 근처에서는 따로 설정해 주지 않아도 애플리케이션이 내 짐이 어디 있는지 자동으로 알려준다. 또는 항공편을 입력하면 자신이 어느 게이트로 가야하는지도 따로 지도를 켜놓고 찾아보지 않아도 알려준다.

 

이 모든 서비스를 하나의 애플리케이션으로 이용할 수 있게 하는 것이 이 기술의 核心이다.

 

이 기술은 블루투스 기반의 비콘이 없다면 실현되기 어렵다. 사실 블루투스를 기반으로 한 비콘이 개발되기 전에도 비콘은 이미 여러 분야에서 두루 쓰이고 있던 기술이었다. 비콘은 우리말로 신호등, 봉화 등으로 해석되는데, 이로부터 유추할 수 있듯이 비콘은 소리, 전파 등의 신호로 위치 정보 등을 제공하는 기술이었다.

 

예를 들어 항해를 할 때 선박과 육지 상호간에 무선전파로 선박의 위치, 방향 탐지 등을 알리는 데 사용되었고, 항공기에서도 전파의 송수신을 통해 항해의 지표로 삼는 장치로 사용되고 있었다.

 

지금 소개하려고 하는 스마트폰 애플리케이션으로 이용할 수 있는 비콘은 기존의 비콘에 BLE(Bluetooth LowEnergy)를 접목한 비콘입니다.

 

블루투스(Bluetooth)는 1994년에 최초 개발된 개인 근거리 무선 통신을 위한 기술 표준입니다. 휴대폰, 노트북, 이어폰 등의 휴대기기를 서로 연결하여 정보를 교환하는 기술로, 최근 업데이트된 블루투스 4.2는 超低電力에 高速 전송이 가능하고 사물인터넷(Internet of Things)에 대한 대응이 더 좋아졌다고 평가받고 있다. BLT블루투스를 기반으로 한 비콘은 현재 NFC(Near Field Communication)와 비교되며 여러분야에서 연구중이다.

 

최근에 이미 마이애미 국제공항에서 최초로 애플(Apple)社의 아이비콘(ibeacon)을 설치한 아이폰 사용자들이 하나의 애플리케이션으로 식당이나 수하물 등의 여러 가지 정보를 별 다른 조작 없이 얻을 수 있도록 하는 서비스를 시작했다. 이는 점차적으로 확대되어 언젠가는 스마트폰에 하나의 애플리케이션만 설치해 공항들에서 제공하는 모든 서비스를 이용할 수 있게 될 것이다.

 

 

5. 假想現實(Virtual Reality) 헤드셋을 이용한 操縱士 訓練

 

현재 국제 시대에 걸맞게 세계적으로 여객기를 이용하는 승객들이 점차 늘어나면서 여객기 操縱士의 수요는 점점 증가하고 있다. 그러나 조종사를 양성하기 위해서는 비행 연습을 위한 訓鍊機와 訓鍊場 등 필요한 高價의 施設이 많아 조종사의 수요를 충족하기 어려운 상황이다. 그래서 이를 위한 解決策으로 조종사 訓練用 假想現實 헤드셋이 등장했다.

 

이 헤드셋을 착용하면 操縱士 訓練生들은 가상의 조종실 환경에서 여객기의 조종에 대한훈련을 받을 수 있다. 이렇게 시간과 장소에 구애받지 않고 훈련을 받을 수 있게 만들어준 헤드셋의 기술적 기반에는 가상현실 기술이 존재한다.

 

가상현실이란 말 그대로 컴퓨터 등을 이용하여 인공적으로 구현한, 실제는 아니지만 실제와 유사한 환경이나 상황 또는 그러한 기술을 뜻한다. 가상현실을 체험하고 있다고 하려면 세 가지 요소를 충족시켜야 한다.

 

첫째는 ‘實時間 相互作用性’이다.

이는 가상현실의 환경이 가상현실 체험자와 서로 상호작용이 가능해야 한다는 것이다.

 

두 번째 요소인 ‘3次元 空間性’은 가상현실의 체험자가 실재하는 物理的 空間에서와 최대한 유사한 경험을할 수 있게끔 현실 공간의 물리적 활동 및 명령을 컴퓨터에 입력하고, 이를 다시 3차원 유사 공간으로 출력하기위해 필요한 요소이다.

 

여기에 마지막 요소인 유사 공간에 대한 ‘沒入’이 더해지면 체험자는 비로소 가상현실을 체험하고 있다고 설명할 수 있다.

 

가상현실과 체험자간의 더욱 긴밀한 상호작용을 위해서 키보드와 조이스틱, 마우스, 음성 탐지기 등이 발전하고 있으며 이를 통해 체험자는 가상현실에 좀 더 몰입이 가능해졌다. 그와 동시에 가상현실의 응용분야도 점차 확대되고 있다.

 

가상현실은 이미 여러 분야, 특히 군사적 훈련이나 게임 시스템과 관련하여 응용되고 있다. 우리나라에서도 군사적 훈련에 대한 해외 의존도를 낮추고자 가상현실 기반의 훈련 시뮬레이터를 도입하려 하고 있으며, 국내의 벤처업체에 의한 자체 기술개발 또한 활발히 진행 중이다.

 

이미 스크린의 영상을 보고 훈련하는 가상현실 조종실은 존재하고 있지만 이 조종실은 스크린이 설치되어야 하는 제약이 따르고 있다. 그러나 조종사 훈련용 가상현실 헤드셋을 사용한다면 컴퓨터와 조이스틱만 가지고 어디서든지 조종사 훈련을 받을 수 있다. 또한 저장된 다양한 여객기 기종으로 연습할 수 있고 훈련을 도와줄 교육자가 요구되지 않는다.

 

이 가상현실 헤드셋을 통해서 우리는 다양한 기종의 여객기로 훈련을 받은 숙련된 조종사들에게 우리가 타는 여객기의 운행을 맡길 수 있게 될 것이다.

 

원고를 읽고 정리하여 준 서울대학교 宇宙航空專攻의 博士課程 허진영 군에게 감사의 말 전한다.

 

 

Rho, Oh-hyun

Member, The National Academy of Sciences, Republic of Korea

Professor Emeritus, Seoul National University