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조현영 기자가 세상의 모든 취미를 수학으로 리뷰하는 하비(hobby)맨으로 변신했다! 하비맨이 선택한 첫 번째 취미는 바로 드론 날리기. 체감 온도 영하 24°에 육박하는 날씨에 하비맨은 야외로 향했다. 그리고 예상치 못한 상황과 마주하는데….
 

※ 편집자 주
취미를 묻는 질문에 언제나 ‘독서’라고 답하는 독자를 위해 다양한 취미를 소개한다. 수학 토핑을 듬뿍 넣은 천방지축 얼렁뚱땅 체험기를 통해 취저(취향저격) 취미를 찾아보자. 

2020년 11월, 서울 여의도 한강공원에서 중국 기업 이항이 제작한 드론 택시가 이륙 후 약 7분을 비행하고 무사히 착륙했습니다. 미국의 전자상거래 기업 아마존닷컴은 드론 택배 서비스를 준비 중이죠. 이렇게 드론은 산업 분야에서 큰 주목을 받지만, 취미로도 인기가 많습니다. 드론을 취미로 날리는 사람이 모인 온라인 동호회의 회원 수가 15만 명이 넘을 정도죠. 그래서 하비맨도 드론 날리기에 도전했습니다. 

드론의 생명은 균형입니다. 공중에서 안정적으로 비행하려면 균형이 잘 맞아야 하죠. 드론에 장착된 센서는 기체의 움직임을 면밀하게 측정해서 드론이 어디로 움직일지 예상할 수 있게 해줍니다. 과거에는 이 센서가 사과 상자만큼 컸지만, 2010년 이후에는 손톱의 6분의 1 정도로 크기가 줄었습니다. 그 후로 드론이 많은 분야에 활용되고 있죠.

저렴한 센서를 장착한 완구용 드론도 등장했습니다. 하비맨이 선택한 드론은 드론 유통 업체 한빛드론에서 제작한 ‘스트론’이라는 제품입니다. 가격이 3만 원 정도로 저렴하고, 한번 충전하면 22분 이상 비행할 수 있다는 점이 큰 장점입니다. 22분은 국내 완구 드론 중 비행시간이 긴 편이라고 합니다. 

 <;2단계>; 일단 한번 날려보자! 

기념사진까지 찍은 하비맨은 본격적으로 드론 날리기에 돌입했습니다. 먼저 조종기의 ‘자동 이륙·착륙 버튼’을 눌러 이륙을 시도했습니다. 그러자 4개의 프로펠러가 일제히 돌아가더니 ‘위잉~’ 소리를 내며 위로 떠올랐습니다. 하늘로 향하는 드론을 보며, ‘프로펠러가 꼭 4개일 필요가 있을까?’라는 궁금증이 생겼습니다. 

그래서 하비맨은 심현철 KAIST 전기 및 전자공학부 교수님께 물어봤습니다. 심 교수님에 따르면 비행체를 설계할 때는 프로펠러를 여러 개 배치합니다. 만약 프로펠러가 한 개라면, 프로펠러가 회전할 때 공기 저항이 발생하면서 동체가 프로펠러 회전 방향의 반대 방향으로 빙글빙글 회전합니다. 그래서 프로펠러 하나와 그와 반대 방향으로 회전하는 프로펠러, 이렇게 최소 2개의 프로펠러를 달아서 비행체가 한 방향으로 회전하려는 경향성을 줄이죠. 

드론도 프로펠러가 여러 개인데, 그 수는 보통 짝수입니다. 하비맨이 체험한 프로펠러가 4개인 드론은 2개씩 같은 방향으로 돌아가도록 설계됐죠. 그래서 회전하지 않고 움직일 수 있습니다. 만약 프로펠러의 개수가 홀수면 어느 한 방향에 대한 힘이 세져 한쪽으로 회전하기 쉽습니다. 

그럼 프로펠러를 2개만 달면 되지 않냐고요? 프로펠러가 4개인 드론은 상하, 좌우, 전후 방향 모두자유자재로 움직일 수 있습니다. 회전도 가능하죠. 그런데 프로펠러가 2개뿐이면 상하로 움직이거나 양옆으로 기우는 것만 가능해 덜 자유롭습니다. 

물론 프로펠러가 많을수록 여러 방향으로 자유롭게 이동할 수 있어 좋지만, 취미로 즐기기에는 드론의 프로펠러가 4개면 충분합니다. 

드론이 떠올라서 신난 것도 잠시, 조종이 생각만큼 쉽지 않았습니다. 자꾸 원하지 않는 방향으로 이동했죠. 신 운영자는 “초보자는 드론을 제자리에 떠 있게 하는 ‘호버링’부터 연습해야 한다”고 말했습니다. 집중력을 발휘해서 조종기를 섬세하게 조절해야 하는데, 초보자인 저에게는 쉽지 않았습니다. 호버링을 잘 하려면 한 달은 연습해야 한대요. 성능이 좋은 드론은 센서가 균형을 잘 맞춰주지만, 하비맨이 날린 것 같은 완구 드론의 센서는 성능이 그만큼 좋지 않아서 훈련이 필요합니다. 

고성능 드론은 균형을 맞추기 위해 ‘뉴턴-오일러 방정식’을 사용합니다. 이 방정식은 시간에 따른 변수의 변화를 나타내는 미분방정식의 일종으로, 드론의 움직임을 나타냅니다. 드론 속 센서가 가속도를 측정하면 내장된 시스템이 미분방정식으로 바람의 힘에 따라 그 힘을 받은 드론이 어떤 속도로 얼마나 이동할지 계산합니다. 그 정보를 이용해 드론이 갈 것으로 예상되는 방향의 반대 방향으로 힘을 줘서 드론을 제어하죠.  

 <;3단계>; 드론 날리기 총평 
“일단 썸만 타 보자.”

연습 부족으로 드론을 잘 조종하지 못한 점이 아쉬웠어요. 다음에는 애플리케이션으로 코딩 명령어를 입력해 경로를 만들어 날리는 ‘코딩 드론’에 도전하고 싶네요.
장점 조종하는 대로 움직여서 재미있음. 
단점 비싼 드론이 자꾸 욕심날 수 있음!

하비맨의 첫 번째 취미 리뷰 어땠나요? 수학과 관련 있는 재미있는 취미가 있다면 마구마구 소개해 주세요. 하비맨의 좌충우돌 취미 리뷰는 다음 호에도 계속됩니다. 쭈욱~!