우리 무기체계에 적용할 국내 기술을 소개합니다.
국내 독자기술로 확보한 원자스핀 자이로스코프(350cc)
자체 제작한 핵심 부품인 원자셀 모습
무기체계나 인공위성은 회전할 때 중심을 잡기 위한 자세 변화가 필요하다. 이때 사용되는 기술이 자이로스코프(Gyroscope)다. 자이로스코프는 탑재된 이동체의 회전(자세 변화)을 측정한다. 이는 빠르게 도는 팽이의 회전축이 넘어지지 않는 것처럼 회전체가 회전축을 항상 같은 방향으로 유지하려고 하는 성질이 활용한 것이다. 가속도계와 함께 관성항법장치에 장착돼 항공기, 미사일 등의 위치, 속도, 자세를 측정하는 데 이용되고 있다. 이를 활용한 현 무기체계는 고성능의 광학식 자이로스코프다. 가격대가 높기에 광학식을 대체할 기술이 필요한 상황에 국방과학연구소가 ‘원자스핀 자이로스코프(Atomic Spin Gyroscope)’를 국내 기술로 개발했다.
비행체 등 무기체계의 항법장치에 활용될 수 있는 원자스핀 자이로스코프는 기존의 방식 대신 원자 내부 에너지 상태를 이용한다. 기술 성숙도가 높아질수록 항법장치의 크기, 무게, 소모전력을 1/10 수준으로 줄일 수 있다.
원자스핀 자이로스코프는 자전과 같은 효과를 내는 원자 내부의 운동량(스핀)을 측정한다. 이 기술을 위해 알칼리 원자, 제논, 질소, 수소가 들어 있는 원자셀에 레이저를 조사해 회전량을 측정했다. 그 과정 중 설계과정, 제조, 성능평가를 독자적인 국내 기술을 적용되었다. 현재 400cc 부피의 원자스핀 자이로스코프 시작품을 개발, 정지성능시험 및 회전시험을 모두 성공적으로 끝냈다. 앞으로는 50cc 부피 이하의 초소형화 자이로스코프 개발도 진행할 예정이다.
향후 원자스핀 자이로스코프는 GPS 사용이 어려운 환경에서 무인기 등의 소형플랫폼용 센서로 활용될 전망이다. 더불어 원천기술인 원자셀 제작기술과 원자스핀 제어기술은 은닉표적 탐지 및 뇌자도 측정을 위한 원자자기장 센서, 원자 RF 전기장 센서, 위성탑재용 원자시계 등에서 적용될 것이다.
전장의 상황은 반듯하게 깔린 포장도로뿐 아니라 경계가 불분명한 야지나 험지가 펼쳐진다. 이런 다양한 도로상황에서도 고속으로 자율주행할 수 있는 야지·험지 자율주행 기술이 개발됐다.
4년간의 연구 끝에 이룬 연구는 딥러닝(Deep Learning) 기반 인공지능 기술을 활용했다. 딥러닝은 컴퓨터가 외부데이터를 인간처럼 판단하고 분석해 학습하는 기술을 의미한다. 그렇기에 이 기술을 적용한 인공지능 기반 야지·험지 자율주행 기술은 기존의 무인차량 주행기술과 다르다. 무인차량 주행기술은 사람이 직접 규칙을 정해야 하는 반면 이 기술은 모든 규칙을 직접 인간이 설계할 필요 없이 인공지능이 스스로 주행 가능 영역을 분석하고 제어 명령을 전달한다. 이는 주행에 대한 데이터만 확보해 학습을 하는 것이다.
지도 학습, 모방 학습, 강화 학습 등의 인공지능 기술을 융합해 야지·험지에서의 자율주행 기술을 개발한 만큼 이번 연구는 향후 다양한 무기체계의 문제 해결에 인공지능 기술의 적용 가능성을 보인 사례가 되었다. 인공지능 기술을 다양한 무기체계에 적용해 다양한 무인체의 자율 임무 수행, 인간의 인식·판단·의사결정 보조 등을 목표로 연구를 지속할 예정이다.
